JP2017025893A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1LPF処理を施した後の筒内圧センサ30の出力信号を利用してMFBの実測データを算出する。当該実測データに基づいて算出される実測CA10および実測CA50に基づくSA−CA10フィードバック制御およびCA50フィードバック制御を実行する。第1相関指標値αが第1判定値αth1未満であって差D1(=α−β)が判定値D1th以上である場合には、上記フィードバック制御を中止する。
【選択図】図8
Description
をさらに備えるものであってもよい。前記エンジン制御は、前記第1実測データもしくは前記第2実測データに代えて前記第3実測データに基づいて算出された特定割合燃焼点の実測値に基づいて、前記アクチュエータを制御するものであってもよい。そのうえで、前記制御装置は、前記第1相関指標値もしくは前記第2相関指標値が前記第1判定値未満であり、かつ、前記第1相関度合いが前記第1度合いよりも低いと判定された場合において前記第2相関度合いが前記第2度合いよりも低いと判定された場合には、当該判定に用いられた前記第1、前記第2および前記第3実測データが算出された燃焼サイクルについての前記筒内圧センサの出力信号であって前記第2カットオフ周波数から前記第1カットオフ周波数までの周波数帯域における前記筒内圧センサの出力信号の成分が、所定の検出処理に反映されることを禁止し、もしくは、当該検出処理に反映される度合いを前記第1相関指標値もしくは前記第2相関指標値が前記第1判定値以上である場合と比べて低くする検出処理変更手段をさらに備えるものであってもよい。
まず、図1から図10を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、火花点火式の内燃機関10を備えている。内燃機関10の筒内には、ピストン12が設けられている。筒内におけるピストン12の頂部側には、燃焼室14が形成されている。燃焼室14には、吸気通路16および排気通路18が連通している。
(筒内圧センサを利用したMFBの実測データの算出)
図2は、点火時期と燃焼質量割合の波形とを表した図である。筒内圧センサ30とクランク角センサ42とを備える本実施形態のシステムによれば、内燃機関10の各サイクルにおいて、クランク角度同期での筒内圧Pの実測データ(より具体的には、所定クランク角度毎の値として算出された筒内圧Pの集合)を取得することができる。得られた筒内圧Pの実測データと熱力学第1法則とを用いて、任意のクランク角度θでの筒内の熱発生量Qを次の(1)、(2)式にしたがって算出することができる。そして、算出された筒内の熱発生量Qの実測データ(所定クランク角度毎の値として算出された熱発生量Qの集合)を用いて、任意のクランク角度θにおける燃焼質量割合(以下、「MFB」と称する)を次の(3)式にしたがって算出することができる。そして、MFBの算出処理を所定クランク角度毎に実行することで、クランク角度同期でのMFBの実測データ(実測MFBの集合)を算出することができる。MFBの実測データは、燃焼期間およびその前後の所定クランク角期間(ここでは、一例として、吸気弁20の閉じ時期IVCから排気弁22の開き時期EVOまでのクランク角期間)で算出される。
ただし、上記(1)式において、Vは筒内容積、κは筒内ガスの比熱比である。また、上記(3)式において、θminは燃焼開始点であり、θmaxは燃焼終了点である。
図3は、ECU40が実行するCA10とCA50とを利用した2通りのフィードバック制御の概要を説明するためのブロック図である。ECU40が行うエンジン制御には、特定割合燃焼点CAXを利用した制御が含まれている。ここでは、特定割合燃焼点CAXを利用したエンジン制御の一例として、CA10とCA50とをそれぞれ利用した2通りのフィードバック制御について説明する。これらの制御は、本実施形態では、理論空燃比よりも大きな(燃料リーンな)空燃比にて行うリーンバーン運転中に実行されるものである。なお、本実施形態では、上記制御に用いられるCA10およびCA50は、第1LPF処理後のMFBの実測データを利用して算出されているものとする。ただし、CA10およびCA50は、第1LPF処理前のMFBの実測データを利用して算出されるようになっていてもよい。
このフィードバック制御では、10%燃焼点であるCA10は、直接的な目標値とするのではなく、次のように利用される。すなわち、本明細書においては、点火時期SAからCA10までのクランク角期間のことを、「SA−CA10」と称する。より具体的には、実測CA10から点火時期SAを引いて得られる差であるSA−CA10のことを、「実測SA−CA10」と称する。なお、本実施形態では、実測SA−CA10の算出に用いる点火時期SAとしては、後述のCA50を利用した点火時期のフィードバック制御によって調整された後の最終的な目標点火時期(次サイクルの点火時期の指示値)が用いられる。
最適点火時期(いわゆる、MBT(Minimum advance for the Best Torque)点火時期)は、空燃比に応じて変化する。このため、SA−CA10フィードバック制御によって空燃比が変化すると、MBT点火時期が変化する。その一方で、MBT点火時期が得られる時のCA50は、リーン空燃比領域において空燃比に対してほぼ変化しない。したがって、MBT点火時期が得られるときのCA50を目標CA50として、実測CA50と目標CA50との差が無くなるように点火時期を補正することにより、上記の空燃比変化の影響を受けずにリーンバーン運転時の点火時期をMBT点火時期に調整できるようになるといえる。そこで、本実施形態では、リーンバーン運転中には、SA−CA10フィードバック制御とともに、実測CA50が目標CA50に近づくように点火時期を調整するフィードバック制御(以下、単に、「CA50フィードバック制御」と称する)を実行するようにしている。
(筒内圧データに重畳するノイズがエンジン制御に与える影響)
筒内圧センサ30の出力信号には、様々な要因でノイズが重畳することがある。筒内圧センサ30の出力信号にノイズが重畳すると、筒内圧に基づいて算出される熱発生量Qの実測データ、さらにはMFBの実測データにも、ノイズの影響が現れる。その結果、本実施形態のエンジン制御であるSA−CA10フィードバック制御およびCA50フィードバック制御に利用するCA10およびCA50に対して、ノイズに起因する誤差が生じ得る。このようなノイズに対して何らの配慮なしにSA−CA10フィードバック制御およびCA50フィードバック制御のようなエンジン制御を行うこととすると、当該エンジン制御の精度が悪くなってしまう可能性がある。
内燃機関10の多様な使用環境を想定した場合、エンジン制御に影響を及ぼすノイズが何時どのような態様で筒内圧センサ30の出力信号に重畳するのかを事前に把握することは困難である。しかしながら、筒内圧センサ30の出力に基づく上述のSA−CA10フィードバック制御およびCA50フィードバック制御を行う場合には、MFBの実測データがノイズの影響を受けていることを適切に検出することができ、かつ、ノイズを検出した場合に適切な対策がなされるようになっていることが好ましい。
図5は、MFBの実測データに対するノイズの影響と熱歪の影響とを表した図である。図5(A)中に「正常」と付して示す波形は、ノイズおよび熱歪の何れの影響も受けていない理想的なMFBの実測データの波形(基準データの波形に相当)を示している。
MFBの実測データにノイズが重畳しているような状況下であるにもかかわらず、SA−CA10フィードバック制御およびCA50フィードバック制御をそのまま継続すると、精度の高いフィードバック制御を行えない可能性がある。そこで、本実施形態では、第1相関指標値αが第1判定値αth1未満となる場合であって、第1相関指標値αと第2相関指標値βとの差D1が判定値D1th以上となる場合に、MFBの実測データがノイズの影響を受けていると判断することとした。
図8は、本発明の実施の形態1においてECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、各気筒において排気弁22の開き時期を経過したタイミングで起動され、かつ、1燃焼サイクル毎に繰り返し実行される。
次に、図13を新たに参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
上述した実施の形態1においては、第1相関指標値αが第1判定値αth1未満であって差D1(=α−β)が判定値D1th未満となるケースについては、熱歪がCA10およびCA50に与える影響は小さいと判定し、SA−CA10フィードバック制御等の中止は行わないこととしている。
図13は、本発明の実施の形態2においてECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。なお、図13において、実施の形態1における図8に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
次に、図14〜図16を新たに参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
本実施形態では、上述した実施の形態1の処理によってMFBの実測データがノイズの影響を受けていると判断された場合に、実施の形態1の処理に加えて後述される処理が実行されるという点において、実施の形態1と相違している。
図15は、第1LPF処理後のMFBの実測データがノイズの影響を受けていると判定された場合において、ノイズが重畳している周波数帯域の違いが第2LPF処理後のMFBの実測データに与える影響を説明するための図である。図15(A)は、上述した実施の形態1の処理によって第1相関指標値αが第1判定値αth1未満となり、かつ差D1(=α−β)が判定値D1th以上となる場合における第1LPF処理後のMFBの実測データの波形を示している。
本実施形態では、第1相関指標値αが第1判定値αth1未満であって差D1が判定値D1th以上となる場合(すなわち、MFBの実測データがノイズの影響を受けていると判定された場合)には、さらに、差D2(=δ−α)が判定値D2th以上であるか否かを判定することとした。そして、差D2が判定値Dth以上となる場合には、ノイズが主に重畳していると考えられる周波数帯域(第2カットオフ周波数f2から第1カットオフ周波数f1までの周波数帯域)の筒内圧センサ30の出力信号の成分を利用するノックの検出処理を中止することとした。そして、この場合には、差D1が判定値D1th以上となる状況下ではあるが、実施の形態1とは異なり、SA−CA10フィードバック制御およびCA50フィードバック制御は中止しないこととした。
図16は、本発明の実施の形態3においてECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。なお、図16において、実施の形態1における図8に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
12 ピストン
14 燃焼室
16 吸気通路
18 排気通路
20 吸気弁
22 排気弁
24 スロットルバルブ
26 燃料噴射弁
28 点火装置
30 筒内圧センサ
40 電子制御ユニット(ECU)
40a LPF部
42 クランク角センサ
44 エアフローメータ
46 故障表示灯(MIL)
Claims (6)
- 筒内圧を検出する筒内圧センサと、
クランク角度を検出するクランク角センサと、
第1カットオフ周波数よりも高い周波数の成分を減衰させる第1ローパスフィルタ処理を前記筒内圧センサの出力信号に対して施す第1ローパスフィルタと、
前記第1ローパスフィルタ処理が施された後の前記筒内圧センサの出力信号と前記クランク角センサにより検出されるクランク角度とに基づいて、クランク角度と同期した燃焼質量割合の第1実測データを算出する第1燃焼質量割合算出手段と、
前記第1ローパスフィルタ処理が施される前の前記筒内圧センサの出力信号と前記クランク角センサにより検出されるクランク角度とに基づいて、クランク角度と同期した燃焼質量割合の第2実測データを算出する第2燃焼質量割合算出手段と、
前記第1実測データもしくは前記第2実測データに基づいて燃焼質量割合が特定割合となる時のクランク角度である特定割合燃焼点の実測値を算出し、当該特定割合燃焼点の実測値に基づいて内燃機関のアクチュエータを制御するエンジン制御を実行する制御手段と、
前記第1実測データと前記内燃機関の運転条件に基づく燃焼質量割合の基準データとの相関の度合いを示す第1相関指標値、もしくは、前記第2実測データと前記基準データとの相関の度合いを示す第2相関指標値を算出する相関指標値算出手段と、
前記第1実測データと前記第2実測データとの相関の度合いである第1相関度合いが第1度合いよりも低いか否かを判定する第1実測データ相関度合判定手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第1相関指標値もしくは前記第2相関指標値が第1判定値未満であり、かつ、前記第1相関度合いが前記第1度合いよりも低いと判定された場合には、当該判定に用いられた前記第1および前記第2実測データが算出された燃焼サイクルにおける特定割合燃焼点の実測値が、前記エンジン制御に反映されることを禁止し、もしくは、当該エンジン制御に反映される度合いを前記第1相関指標値もしくは前記第2相関指標値が前記第1判定値以上である場合と比べて低くすることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記第1相関指標値もしくは前記第2相関指標値が前記第1判定値未満であり、かつ、前記第1相関度合いが前記第1度合いよりも低いと判定された場合に、前記筒内圧センサに関する異常を報知する第1報知手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記第1カットオフ周波数よりも低い第2カットオフ周波数よりも高い周波数の成分を減衰させる第2ローパスフィルタ処理を前記筒内圧センサの出力信号に対して施す第2ローパスフィルタと、
前記第2ローパスフィルタ処理が施された後の前記筒内圧センサの出力信号と前記クランク角センサにより検出されるクランク角度とに基づいて、クランク角度と同期した燃焼質量割合の第3実測データを算出する第3燃焼質量割合算出手段と、
前記第1実測データと前記第3実測データとの相関の度合いである第2相関度合いが第2度合いよりも低いか否かを判定する第2実測データ相関度合判定手段と、
をさらに備え、
前記エンジン制御は、前記第1実測データもしくは前記第2実測データに代えて前記第3実測データに基づいて算出された特定割合燃焼点の実測値に基づいて、前記アクチュエータを制御するものであって、
前記第1相関指標値もしくは前記第2相関指標値が前記第1判定値未満であり、かつ、前記第1相関度合いが前記第1度合いよりも低いと判定された場合において前記第2相関度合いが前記第2度合いよりも低いと判定された場合には、当該判定に用いられた前記第1、前記第2および前記第3実測データが算出された燃焼サイクルについての前記筒内圧センサの出力信号であって前記第2カットオフ周波数から前記第1カットオフ周波数までの周波数帯域における前記筒内圧センサの出力信号の成分が、所定の検出処理に反映されることを禁止し、もしくは、当該検出処理に反映される度合いを前記第1相関指標値もしくは前記第2相関指標値が前記第1判定値以上である場合と比べて低くする検出処理変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記制御手段は、前記第1相関指標値もしくは前記第2相関指標値が前記第1判定値未満であり、かつ、前記第1相関度合いが前記第1度合いよりも低いと判定された場合において前記第2相関度合いが前記第2度合いよりも低いと判定された場合には、当該判定に用いられた前記第1、前記第2および前記第3実測データが算出された燃焼サイクルにおける特定割合燃焼点の実測値が前記エンジン制御に反映されることを、当該エンジン制御に反映される度合いを前記第1相関指標値もしくは前記第2相関指標値が前記第1判定値以上である場合と比べて低くすることなしに許可することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記制御手段は、前記第1相関指標値もしくは前記第2相関指標値が前記第1判定値よりも小さな第2判定値未満であり、かつ、前記第1相関度合いが前記第1度合い以上であると判定された場合には、当該判定に用いられた前記第1および前記第2実測データが算出された燃焼サイクルにおける特定割合燃焼点の実測値が、前記エンジン制御に反映されることを禁止し、もしくは、当該エンジン制御に反映される度合いを前記第1相関指標値もしくは前記第2相関指標値が前記第1判定値以上である場合と比べて低くすることを特徴とする請求項1〜4の何れか1つに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記第1相関指標値もしくは前記第2相関指標値が前記第1判定値よりも小さな第2判定値未満であり、かつ、前記第1相関度合いが前記第1度合い以上であると判定された場合に、前記筒内圧センサに関する異常を報知する第2報知手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜5の何れか1つに記載の内燃機関の制御装置。
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