JP2018071355A - Crank angle calculation device for internal combustion engine - Google Patents

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繁幸 浦野
Shigeyuki Urano
繁幸 浦野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To further enhance crank angle detection accuracy.SOLUTION: A crank angle calculation device for an internal combustion engine which performs pre-mixed compression self-ignited combustion comprises: a crank angle sensor 61 constituted to detect a crank angle; a cylinder inner pressure sensor constituted to detect a cylinder inner pressure; and an electronic control unit 50 which has a storage section constituted to preliminarily store a prediction value of a maximum cylinder inner pressure crank angle when the pre-mixed compression self-ignited combustion is performed, a detection section detecting an actual value of the maximum cylinder inner pressure crank angle by the crank angle sensor and the cylinder inner pressure sensor when the pre-mixed compression self-ignited combustion is performed, and a correction section constituted to correct output of the crank angle sensor on the basis of a deviation between the actual value of the maximum cylinder inner pressure crank angle and the prediction value thereof.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は内燃機関のクランク角算出装置に関する。   The present invention relates to a crank angle calculation device for an internal combustion engine.

ピストンの実上死点位置を検出し、実上死点位置情報に応じて基準クランク角位置を補正し、補正された基準クランク角位置から、筒内圧が最大となる位置までの間隔を計測して、筒内圧が最大となるクランク角を求める、内燃機関が公知である(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、内燃機関が燃料カット等の非爆発運転状態にあるとき、すなわちモータリング時に筒内圧が最大となる位置が検出され、ピストンの実上死点位置とされる。   The actual dead center position of the piston is detected, the reference crank angle position is corrected according to the actual dead center position information, and the interval from the corrected reference crank angle position to the position where the in-cylinder pressure becomes maximum is measured. Thus, an internal combustion engine that obtains the crank angle at which the in-cylinder pressure becomes maximum is known (see, for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, when the internal combustion engine is in a non-explosion operation state such as a fuel cut, that is, a position where the in-cylinder pressure becomes maximum during motoring is detected and set as the actual dead center position of the piston.

特開昭63−009679号公報JP 63-009679 A

ところが、モータリング時には吸入空気量が比較的少ないので、筒内圧の変化が比較的小さい。その結果、ノイズ等によって筒内圧の検出精度が低いおそれがあり、したがってクランク角の検出精度が低いおそれがある。また、補正作用を繰り返し行うことによってクランク角の検出精度が高められることを考えると、補正作用がモータリング時にのみ行われる特許文献1では、クランク角の検出精度が十分に高められないおそれがある。   However, since the amount of intake air is relatively small during motoring, the change in in-cylinder pressure is relatively small. As a result, the detection accuracy of the in-cylinder pressure may be low due to noise or the like, and therefore the detection accuracy of the crank angle may be low. Further, considering that the crank angle detection accuracy can be increased by repeatedly performing the correction operation, in Patent Document 1 in which the correction operation is performed only during motoring, the crank angle detection accuracy may not be sufficiently increased. .

本発明によれば、予混合圧縮自着火燃焼が行われる内燃機関のクランク角算出装置であって、クランク角を検出するように構成されているクランク角センサと、筒内圧を検出するように構成されている筒内圧センサと、電子制御ユニットであって、予混合圧縮自着火燃焼が行われたときの最大筒内圧クランク角予測値をあらかじめ記憶しておくように構成されている記憶部と、予混合圧縮自着火燃焼が行われているときに前記クランク角センサ及び前記筒内圧センサにより最大筒内圧クランク角実際値を検出する検出部と、前記最大筒内圧クランク角実際値と前記最大筒内圧クランク角予測値との間の偏差に基づいて、前記クランク角センサの出力を補正するように構成されている補正部と、を備える電子制御ユニットと、を備える、内燃機関のクランク角算出装置が提供される。   According to the present invention, a crank angle calculation device for an internal combustion engine in which premixed compression self-ignition combustion is performed, the crank angle sensor configured to detect the crank angle, and the in-cylinder pressure is configured. An in-cylinder pressure sensor, an electronic control unit, and a storage unit configured to store in advance a maximum in-cylinder pressure crank angle prediction value when premixed compression auto-ignition combustion is performed; A detection unit for detecting a maximum cylinder pressure actual crank angle value by the crank angle sensor and the cylinder pressure sensor when premixed compression self-ignition combustion is performed, the cylinder maximum pressure crank angle actual value, and the cylinder maximum pressure. An internal control unit comprising: an electronic control unit comprising: a correction unit configured to correct an output of the crank angle sensor based on a deviation from a predicted crank angle value. Crank angle calculation device is provided.

クランク角の算出精度をより高めることができる。   The calculation accuracy of the crank angle can be further increased.

車両の制御装置の全体図である。1 is an overall view of a vehicle control device. 内燃機関の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of an internal combustion engine. 補正係数kCのマップを示す図である。It is a figure which shows the map of the correction coefficient kC. 最大筒内圧クランク角を説明するための線図である。It is a diagram for demonstrating the maximum in-cylinder pressure crank angle. HCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角予測値θPmHPのマップを示す図である。It is a figure which shows the map of the largest in-cylinder pressure crank angle estimated value (theta) PmHP at the time of HCCI combustion mode. 本発明による実施例のクランク角算出制御を実行するためのフローチャートである。It is a flowchart for performing crank angle calculation control of the Example by this invention.

図1は本発明による実施例の車両の制御装置の全体図を示している。図1を参照すると、車両の制御装置は内燃機関1を備える。内燃機関1は、複数、例えば4つの気筒2aを有する機関本体2を備える。気筒2aは吸気枝管3を介してサージタンク4に連結され、サージタンク4は吸気ダクト5を介して排気過給器6のコンプレッサ6cの出口に連結される。コンプレッサ6cの入口は吸気導入管7を介してエアクリーナ8に連結される。吸気導入管7内には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ9が配置される。吸気ダクト5には吸入空気を冷却するための冷却器10と、スロットル弁11とが順次配置される。   FIG. 1 shows an overall view of a vehicle control apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the vehicle control apparatus includes an internal combustion engine 1. The internal combustion engine 1 includes an engine body 2 having a plurality of, for example, four cylinders 2a. The cylinder 2 a is connected to a surge tank 4 through an intake branch pipe 3, and the surge tank 4 is connected to an outlet of a compressor 6 c of an exhaust supercharger 6 through an intake duct 5. The inlet of the compressor 6 c is connected to the air cleaner 8 through the intake air introduction pipe 7. An air flow meter 9 for detecting the amount of intake air is disposed in the intake air introduction pipe 7. A cooler 10 for cooling the intake air and a throttle valve 11 are sequentially arranged in the intake duct 5.

また、気筒2aは排気マニホルド12を介して排気過給器6のタービン6tの入口に連結される。タービン6tの出口は排気管13を介して触媒14に連結される。タービン6tの上流及び下流はウエストゲート弁15によって互いに連結される。排気管13内には空燃比を検出するための空燃比センサ16が配置される。サージタンク4と排気マニホルド12とは、排気ガス再循環(以下、EGRという。)通路17によって互いに連結される。EGR通路17内には、EGRガス量を制御するためのEGR制御弁18と、EGRガスを冷却するための冷却器19とが配置される。なお、内燃機関1の燃焼順序は例えば1−3−4−2である。   The cylinder 2 a is connected to the inlet of the turbine 6 t of the exhaust supercharger 6 through the exhaust manifold 12. The outlet of the turbine 6t is connected to the catalyst 14 through the exhaust pipe 13. The upstream and downstream of the turbine 6 t are connected to each other by a waste gate valve 15. An air-fuel ratio sensor 16 for detecting the air-fuel ratio is disposed in the exhaust pipe 13. The surge tank 4 and the exhaust manifold 12 are connected to each other by an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 17. An EGR control valve 18 for controlling the amount of EGR gas and a cooler 19 for cooling the EGR gas are disposed in the EGR passage 17. The combustion order of the internal combustion engine 1 is, for example, 1-3-4-2.

図2は、本発明による実施例の内燃機関1を詳細に示している。図2を参照すると、30はシリンダブロック、31はシリンダヘッド、32はピストン、33は燃焼室、34は吸気ポート、35は吸気弁、36は吸気弁35の動弁機構、37は排気ポート、38は排気弁、39は排気弁38の可変動弁機構、40は燃焼室33のほぼ中央に配置された燃料噴射弁、41は燃料噴射弁40に隣接配置された点火栓、42は燃焼室33内に配置された筒内圧センサをそれぞれ示す。なお、筒内圧センサ42は少なくとも1つの気筒2aに設けられる。   FIG. 2 shows in detail an internal combustion engine 1 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, 30 is a cylinder block, 31 is a cylinder head, 32 is a piston, 33 is a combustion chamber, 34 is an intake port, 35 is an intake valve, 36 is a valve operating mechanism of the intake valve 35, 37 is an exhaust port, 38 is an exhaust valve, 39 is a variable valve mechanism of the exhaust valve 38, 40 is a fuel injection valve disposed substantially at the center of the combustion chamber 33, 41 is a spark plug disposed adjacent to the fuel injection valve 40, and 42 is a combustion chamber. In-cylinder pressure sensors arranged in the cylinder 33 are shown. The in-cylinder pressure sensor 42 is provided in at least one cylinder 2a.

再び図1を参照すると、電子制御ユニット50はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス51によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)52、RAM(ランダムアクセスメモリ)53、CPU(マイクロプロセッサ)54、入力ポート55及び出力ポート56を具備する。エアフローメータ9、空燃比センサ16、及び、筒内圧センサ42の出力電圧はそれぞれ対応するA/D変換器57を介して入力ポート55に入力される。更に、アクセルペダル59にはアクセルペダル59の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ60が接続され、負荷センサ60の出力電圧は対応するAD変換器57を介して入力ポート55に入力される。更に、クランク角を検出するように構成されているクランク角センサ61と、例えば吸気弁を駆動するカムの角度位置を検出するように構成されているカムポジションセンサ62が入力ポート55に接続される。クランク角センサ61及びカムポジションセンサ62については後述する。なお、本発明による実施例では、1番気筒が圧縮上死点にあるときにクランク角が0°とされる。一方、出力ポート56はそれぞれ対応する駆動回路58を介して、気筒2aの可変動弁機構39、燃料噴射弁40及び点火栓41、スロットル弁11のアクチュエータ、ウエストゲート弁15、及び、EGR制御弁18にそれぞれ接続される。   Referring again to FIG. 1, the electronic control unit 50 comprises a digital computer and is connected to each other by a bidirectional bus 51, a ROM (Read Only Memory) 52, a RAM (Random Access Memory) 53, a CPU (Microprocessor) 54, An input port 55 and an output port 56 are provided. Output voltages of the air flow meter 9, the air-fuel ratio sensor 16, and the in-cylinder pressure sensor 42 are input to the input port 55 via the corresponding A / D converters 57. Further, a load sensor 60 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 59 is connected to the accelerator pedal 59, and the output voltage of the load sensor 60 is input to the input port 55 via the corresponding AD converter 57. The Further, a crank angle sensor 61 configured to detect a crank angle and a cam position sensor 62 configured to detect an angular position of a cam that drives an intake valve, for example, are connected to the input port 55. . The crank angle sensor 61 and the cam position sensor 62 will be described later. In the embodiment according to the present invention, the crank angle is set to 0 ° when the first cylinder is at the compression top dead center. On the other hand, the output port 56 is connected to the variable valve mechanism 39 of the cylinder 2a, the fuel injection valve 40 and the spark plug 41, the actuator of the throttle valve 11, the wastegate valve 15, and the EGR control valve via the corresponding drive circuits 58, respectively. 18 respectively.

本発明による実施例では、内燃機関1のクランクシャフトにクランクシャフトロータが固定されており、クランクシャフトロータの外周には例えば10度間隔で設けられた34個の突起と、欠歯部分とが形成されている。上述のクランク角センサ61は例えば電磁ピックアップを備え、クランクシャフトロータに対面配置される。したがって、クランクシャフトロータの突起がクランク角センサ61を通過するごとにクランク角センサ61は出力パルスを発生する。一方、クランクシャフトロータの欠歯部分がクランク角センサ61を通過すると、出力パルス同士の間隔が長くなる。言い換えると、クランク角センサ61から欠歯部分を表す信号、すなわち欠歯信号が出力される。   In the embodiment according to the present invention, the crankshaft rotor is fixed to the crankshaft of the internal combustion engine 1, and 34 protrusions provided at intervals of, for example, 10 degrees and a missing tooth portion are formed on the outer periphery of the crankshaft rotor. Has been. The crank angle sensor 61 described above includes, for example, an electromagnetic pickup, and is disposed facing the crankshaft rotor. Therefore, every time the protrusion of the crankshaft rotor passes the crank angle sensor 61, the crank angle sensor 61 generates an output pulse. On the other hand, when the missing tooth portion of the crankshaft rotor passes the crank angle sensor 61, the interval between the output pulses becomes longer. In other words, the crank angle sensor 61 outputs a signal representing a missing tooth portion, that is, a missing tooth signal.

また、本発明による実施例では、例えば吸気弁35の動弁機構36のカムシャフトにカムシャフトロータが固定されており、カムシャフトロータの外周には1つの突起が形成されている。上述のカムポジションセンサ62は例えば電磁ピックアップを備え、カムシャフトロータに対面配置される。したがって、カムシャフトロータの突起がカムポジションセンサ62を通過するごとにカムポジションセンサ62は出力パルスを発生する。   In the embodiment according to the present invention, for example, the camshaft rotor is fixed to the camshaft of the valve operating mechanism 36 of the intake valve 35, and one protrusion is formed on the outer periphery of the camshaft rotor. The cam position sensor 62 described above includes, for example, an electromagnetic pickup, and is disposed facing the cam shaft rotor. Therefore, every time the protrusion of the camshaft rotor passes the cam position sensor 62, the cam position sensor 62 generates an output pulse.

本発明による実施例では、1番気筒及び4番気筒が圧縮上死点にあるときに欠歯部分がクランク角センサ61に対面するようにクランクシャフトロータが形成される。また、1番気筒が圧縮上死点にあるときに突起がカムポジションセンサ62に対面するようにカムシャフトロータが形成される。したがって、クランク角センサ61から欠歯信号が出力されかつカムポジションセンサ62からパルスが出力されたときに、クランク角が0°であることがわかる。また、順次発生する出力パルスに応じてクランク角CAがわかる。更に、クランク角センサ61から欠歯信号が出力されてから次の欠歯信号が出力されるまでの時間、すなわちクランクシャフトが1回転するのに要する時間から機関回転数Neがわかる。   In the embodiment according to the present invention, the crankshaft rotor is formed so that the missing tooth portion faces the crank angle sensor 61 when the first cylinder and the fourth cylinder are at the compression top dead center. Further, the camshaft rotor is formed so that the protrusion faces the cam position sensor 62 when the first cylinder is at the compression top dead center. Therefore, it can be seen that when the missing tooth signal is output from the crank angle sensor 61 and the pulse is output from the cam position sensor 62, the crank angle is 0 °. Further, the crank angle CA is known in accordance with the sequentially generated output pulses. Further, the engine speed Ne can be determined from the time from when the missing tooth signal is output from the crank angle sensor 61 to when the next missing tooth signal is output, that is, the time required for one revolution of the crankshaft.

一方、本発明による実施例の内燃機関1は、燃焼モードを、火花点火(SI)燃焼が行われるSI燃焼モードと、予混合圧縮自着火(HCCI)燃焼が行われるHCCI燃焼モードとの間で切り換え可能になっている。SI燃焼モードでは、吸気行程に燃料噴射が行われ、それにより燃焼室33内にほぼ均質な予混合気が形成される。この予混合気は次いで点火栓41によって点火され、火炎伝播燃焼される。なお、本発明による実施例では、SI燃焼モード時の空燃比はほぼ理論空燃比に設定される。   On the other hand, the internal combustion engine 1 according to the embodiment of the present invention has a combustion mode between an SI combustion mode in which spark ignition (SI) combustion is performed and an HCCI combustion mode in which premixed compression auto-ignition (HCCI) combustion is performed. Switchable. In the SI combustion mode, fuel is injected during the intake stroke, whereby a substantially homogeneous premixed gas is formed in the combustion chamber 33. The premixed gas is then ignited by a spark plug 41 and burned by flame propagation. In the embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio in the SI combustion mode is set to approximately the stoichiometric air-fuel ratio.

一方、HCCI燃焼モードでは、吸気行程に燃料噴射が行われ、それにより燃焼室33内にほぼ均質な予混合気が形成される。この予混合気は次いで、ピストン32の上昇に伴い圧縮され、それにより自着火し、燃焼される。この場合、燃焼室33内の多数の位置における予混合気の温度がほぼ同時に自己着火温度に到達し、当該多数の位置において燃焼がほぼ一斉に開始されると考えられている。このように、HCCI燃焼モードでは、補助的な点火は別として、点火栓41による点火作用が行われない。なお、本発明による実施例では、HCCI燃焼モード時の空燃比は理論空燃比よりもリーンに設定される。   On the other hand, in the HCCI combustion mode, fuel injection is performed during the intake stroke, whereby a substantially homogeneous premixed gas is formed in the combustion chamber 33. This premixed gas is then compressed as the piston 32 rises, thereby self-igniting and burning. In this case, it is considered that the temperature of the premixed gas at a number of positions in the combustion chamber 33 reaches the self-ignition temperature almost simultaneously, and combustion is started almost simultaneously at the number of positions. Thus, in the HCCI combustion mode, the ignition action by the spark plug 41 is not performed apart from the auxiliary ignition. In the embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio in the HCCI combustion mode is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.

HCCI燃焼モードでは、SI燃焼を行うことができない程度にまで空燃比を大幅にリーンにすることができるので、燃料消費量を低減することができる。また、SI燃焼モードに比べて燃焼期間が短いので、熱効率を高めることができる。更に、SI燃焼モードに比べて燃焼温度が低いので、NOxの発生を制限することができる。   In the HCCI combustion mode, since the air-fuel ratio can be made lean enough to the extent that SI combustion cannot be performed, fuel consumption can be reduced. Further, since the combustion period is shorter than that in the SI combustion mode, the thermal efficiency can be increased. Furthermore, since the combustion temperature is lower than in the SI combustion mode, the generation of NOx can be limited.

予混合圧縮自着火燃焼を行うには、筒内温度を予混合気が自着火可能な温度に維持する必要がある。本発明による実施例では、HCCI燃焼モードにおいて、排気弁38の可変動弁機構39により、排気弁38が排気行程と吸気行程との2回開弁される。このようにすると、吸気行程において高温の排気ガスが排気マニホルド12から燃焼室33内に戻されるので、筒内温度が高く維持される。これに対し、SI燃焼モードでは、排気弁38は排気行程に1回開弁される。なお、本発明による実施例の可変動弁機構39は、1つのカム山を有するカムと、2つのカム山を有するカムとを切り換え可能になっている。   In order to perform premixed compression self-ignition combustion, it is necessary to maintain the in-cylinder temperature at a temperature at which the premixed gas can self-ignite. In the embodiment according to the present invention, in the HCCI combustion mode, the exhaust valve 38 is opened twice in the exhaust stroke and the intake stroke by the variable valve mechanism 39 of the exhaust valve 38. In this way, the high temperature exhaust gas is returned from the exhaust manifold 12 into the combustion chamber 33 during the intake stroke, so that the in-cylinder temperature is maintained high. On the other hand, in the SI combustion mode, the exhaust valve 38 is opened once in the exhaust stroke. Note that the variable valve mechanism 39 of the embodiment according to the present invention can switch between a cam having one cam peak and a cam having two cam peaks.

本発明による実施例では、燃焼モードは、機関負荷及び機関回転数のような機関運転状態に応じてSI燃焼モード及びHCCI燃焼モードのうち一方に設定される。一例では、高負荷高回転時に燃焼モードがSI燃焼モードに設定され、低負荷低回転時に燃焼モードがHCCI燃焼モードに設定される。   In the embodiment according to the present invention, the combustion mode is set to one of the SI combustion mode and the HCCI combustion mode according to the engine operating state such as the engine load and the engine speed. In one example, the combustion mode is set to the SI combustion mode at the time of high load and high rotation, and the combustion mode is set to the HCCI combustion mode at the time of low load and low rotation.

さて、本発明による実施例の内燃機関1では、クランク角θが算出され、クランク角θを用いて燃料噴射時期、点火時期などが制御される。ここで、本発明による実施例では、クランク角θは次式(1)を用いて算出される。
θ=θA+kC …(1)
In the internal combustion engine 1 according to the embodiment of the present invention, the crank angle θ is calculated, and the fuel injection timing, the ignition timing, and the like are controlled using the crank angle θ. Here, in the embodiment according to the present invention, the crank angle θ is calculated using the following equation (1).
θ = θA + kC (1)

式(1)において、θAはクランク角実際値を、kCは補正係数を、それぞれ表している。   In Expression (1), θA represents the actual crank angle value, and kC represents the correction coefficient.

クランク角実際値θAは、クランク角センサ61の出力、すなわちクランク角センサ61により検出された実際のクランク角である。   The actual crank angle value θA is the output of the crank angle sensor 61, that is, the actual crank angle detected by the crank angle sensor 61.

一方、補正係数kCはクランク角実際値θAを補正するためのものであり、クランク角実際値θAを補正する必要がないときにはゼロとされる。本発明による実施例では、補正係数kCは機関運転状態に応じて定められる。一例では、補正係数kCは機関負荷L及び機関回転数Neの関数として図3に示されるマップの形でRAM53内に記憶される。   On the other hand, the correction coefficient kC is for correcting the actual crank angle value θA, and is set to zero when it is not necessary to correct the actual crank angle value θA. In the embodiment according to the present invention, the correction coefficient kC is determined according to the engine operating state. In one example, the correction coefficient kC is stored in the RAM 53 in the form of a map shown in FIG. 3 as a function of the engine load L and the engine speed Ne.

本発明による実施例では、補正係数kCは次式(2)を用いて算出される。
kC=θPmHP−θPmHA …(2)
In the embodiment according to the present invention, the correction coefficient kC is calculated using the following equation (2).
kC = θPmHP−θPmHA (2)

式(2)において、θPmHPは、HCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角予測値を、θPmHAはHCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角実際値を、それぞれ表している。   In Expression (2), θPmHP represents the maximum in-cylinder pressure crank angle predicted value in the HCCI combustion mode, and θPmHA represents the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value in the HCCI combustion mode.

本発明による実施例では、図4に示されるように、1燃焼サイクルにおいて筒内圧Pが最大値Pmとなるクランク角θを最大筒内圧クランク角θPmと称している。その上で、最大筒内圧クランク角実際値は、最大筒内圧クランク角θPmの実際値、すなわちクランク角センサ61及び筒内圧センサ42により検出された実際の最大筒内圧クランク角θPmを表している。また、最大筒内圧クランク角予測値は、最大筒内圧クランク角θPmの予測値、すなわち最大筒内圧クランク角実際値が検出されたときの機関運転状態において予測される最大筒内圧クランク角θPmを表している。したがって、HCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角実際値θPmHAは、HCCI燃焼モード時にクランク角センサ61及び筒内圧センサ42により検出された実際の最大筒内圧クランク角θPmを表しており、HCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角予測値θPmHPは、上述の最大筒内圧クランク角実際値θPmHAが検出されたときの機関運転状態におけるHCCI燃焼モード時に予測される最大筒内圧クランク角θPmを表している。   In the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 4, the crank angle θ at which the in-cylinder pressure P becomes the maximum value Pm in one combustion cycle is referred to as the maximum in-cylinder pressure crank angle θPm. In addition, the actual maximum cylinder pressure crank angle actual value represents the actual value of the maximum cylinder pressure crank angle θPm, that is, the actual maximum cylinder pressure crank angle θPm detected by the crank angle sensor 61 and the cylinder pressure sensor 42. Further, the predicted maximum in-cylinder pressure crank angle represents a predicted value of the maximum in-cylinder pressure crank angle θPm, that is, the maximum in-cylinder pressure crank angle θPm predicted in the engine operating state when the actual maximum in-cylinder pressure crank angle is detected. ing. Therefore, the actual maximum cylinder pressure crank angle value θPmHA in the HCCI combustion mode represents the actual maximum cylinder pressure crank angle θPm detected by the crank angle sensor 61 and the cylinder pressure sensor 42 in the HCCI combustion mode, and the HCCI combustion mode. The predicted maximum in-cylinder pressure crank angle θPmHP at the time represents the maximum in-cylinder pressure crank angle θPm predicted in the HCCI combustion mode in the engine operating state when the above-described maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA is detected.

本発明による実施例では、HCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角予測値θPmHPは機関運転状態に応じて定められる。一例では、HCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角予測値θPmHPはあらかじめ実験により求められており、機関負荷L及び機関回転数Neの関数として図5に示されるマップの形であらかじめROM52内に記憶されている。   In the embodiment according to the present invention, the maximum in-cylinder pressure crank angle predicted value θPmHP in the HCCI combustion mode is determined according to the engine operating state. In one example, the maximum in-cylinder pressure crank angle predicted value θPmHP in the HCCI combustion mode is obtained in advance by experiments and stored in advance in the ROM 52 as a function of the engine load L and the engine speed Ne in the form of a map shown in FIG. Has been.

すなわち、本発明による実施例では、補正係数kCは、HCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角予測値θPmHPとHCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角実際値θPmHAとの間の偏差に基づいて算出され、この偏差は例えば差(=θPmHP−θPmHA)の形で表される。なお、別の実施例(図示しない)では、上述の偏差は、例えば比(=θPmHA/θPmHP)の形で表される。   That is, in the embodiment according to the present invention, the correction coefficient kC is calculated based on the deviation between the maximum in-cylinder pressure crank angle predicted value θPmHP in the HCCI combustion mode and the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA in the HCCI combustion mode. This deviation is expressed, for example, in the form of a difference (= θPmHP−θPmHA). In another embodiment (not shown), the above-described deviation is expressed in the form of a ratio (= θPmHA / θPmHP), for example.

HCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角予測値θPmHPとHCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角実際値θPmHAとの間の偏差は、クランク角センサ61により検出される実際のクランク角すなわちクランク角実際値θAと、真のクランク角との間の誤差を表している。したがって、クランク角実際値θAを補正係数kCにより補正することにより、この誤差をなくすことができ、真のクランク角を算出することができる。   The deviation between the maximum in-cylinder pressure crank angle predicted value θPmHP in the HCCI combustion mode and the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA in the HCCI combustion mode is the actual crank angle detected by the crank angle sensor 61, that is, the actual crank angle. It represents the error between the value θA and the true crank angle. Therefore, by correcting the actual crank angle value θA with the correction coefficient kC, this error can be eliminated and the true crank angle can be calculated.

しかも、本願発明者によれば、HCCI燃焼が行われたときには、他の燃焼が行われたときに比べて、燃焼が安定しており、したがって筒内圧のバラツキが小さいことが確認されている。したがって、HCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角予測値θPmHPとHCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角実際値θPmHAとの間の偏差に基づいてクランク角実際値θAを補正することにより、クランク角実際値θAをより正確に補正することができる。   Moreover, according to the inventor of the present application, it has been confirmed that when HCCI combustion is performed, combustion is more stable than when other combustion is performed, and thus variation in in-cylinder pressure is small. Therefore, the crank angle actual value θA is corrected by correcting the crank angle actual value θA based on the deviation between the maximum in-cylinder pressure crank angle predicted value θPmHP in the HCCI combustion mode and the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA in the HCCI combustion mode. The actual value θA can be corrected more accurately.

また、本発明による実施例では、HCCI燃焼が安定しているときに最大筒内圧クランク角実際値θPmHAが算出される。言い換えると、HCCI燃焼が不安定なときには最大筒内圧クランク角実際値θPmHAが算出されず、補正係数kCが算出されない。したがって、補正係数kCをより正確に算出することができ、クランク角実際値θAをより正確に補正することができる。   In the embodiment according to the present invention, the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA is calculated when HCCI combustion is stable. In other words, when HCCI combustion is unstable, the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA is not calculated, and the correction coefficient kC is not calculated. Therefore, the correction coefficient kC can be calculated more accurately, and the actual crank angle value θA can be corrected more accurately.

本発明による実施例では、HCCI燃焼が安定しているか否かは次のようにして判断される。すなわち、HCCI燃焼モード時の一定期間内における最大筒内圧クランク角実際値θPmHAの分散値σθPmHAが算出される。具体的には、一定期間内の複数回の燃焼について、最大筒内圧クランク角実際値θPmHAがそれぞれ検出又は算出され、これら最大筒内圧クランク角実際値θPmHAの分散値σθPmHAが算出される。この分散値σθPmHAは、自着火の生じにくさと相関がある。すなわち、例えば燃焼が遅角側にズレているときや燃焼速度が遅いとき(吸気温度が低いとき、燃料のオクタン価が指定燃料よりも高いときなど)に、分散値σθPmHAは大きくなる。したがって、分散値σθPmHAが小さいということが、HCCI燃焼が安定しているということの一指標となる。なお、別の実施例(図示しない)では、分散値σθPmHAの代わりに、筒内圧Pの最大値Pmの分散値、筒内圧変化率最大値dP/dθの分散値、又は、筒内圧変化率最大値dP/dθを与えるクランク角θの分散値が用いられる。   In the embodiment according to the present invention, whether HCCI combustion is stable is determined as follows. That is, the variance value σθPmHA of the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA within a certain period in the HCCI combustion mode is calculated. Specifically, the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA is detected or calculated for a plurality of combustions within a certain period, and the variance value σθPmHA of these maximum in-cylinder pressure crank angle actual values θPmHA is calculated. This variance value σθPmHA has a correlation with the difficulty of self-ignition. That is, for example, when the combustion is shifted to the retard side or when the combustion speed is slow (when the intake air temperature is low, the octane number of the fuel is higher than the designated fuel, etc.), the dispersion value σθPmHA increases. Therefore, a small dispersion value σθPmHA is an indicator that HCCI combustion is stable. In another embodiment (not shown), instead of the dispersion value σθPmHA, the dispersion value of the maximum value Pm of the in-cylinder pressure P, the dispersion value of the in-cylinder pressure change rate maximum value dP / dθ, or the maximum in-cylinder pressure change rate A dispersion value of the crank angle θ giving the value dP / dθ is used.

また、上述の一定期間内における筒内圧の変化率の最大値dP/dθが算出される。具体的には、一定期間内の複数回の燃焼について、筒内圧の変化率の最大値がそれぞれ検出又は算出され、これら変化率最大値を平均化することによりdP/dθが算出される。なお、筒内圧変化率最大値は、一例では筒内圧変化率の最大値が用いられ、別の例では筒内圧変化率の最大値の前後の値を平均化することにより算出される。この筒内圧変化率最大値dP/dθは、自着火の生じやすさと相関がある。すなわち、例えば燃焼が進角側にズレているときや燃焼速度が速いとき(吸気温度が高いとき、燃料のオクタン価が指定燃料よりも低いときなど)に、筒内圧変化率最大値dP/dθは大きくなる。したがって、筒内圧変化率最大値dP/dθが小さいということが、HCCI燃焼が安定しているということの一指標となる。なお、別の実施例(図示しない)では、上述の筒内圧変化率最大値dP/dθの代わりに、筒内圧Pの最大値Pm、最大筒内圧クランク角θPm、又は、筒内圧変化率最大値dP/dθを与えるクランク角θが用いられる。   Further, the maximum value dP / dθ of the change rate of the in-cylinder pressure within the above-described fixed period is calculated. Specifically, the maximum value of the change rate of the in-cylinder pressure is detected or calculated for a plurality of combustions within a certain period, and dP / dθ is calculated by averaging these change rate maximum values. It should be noted that the maximum value of the in-cylinder pressure change rate is calculated by averaging the values before and after the maximum value of the in-cylinder pressure change rate in another example. This in-cylinder pressure change rate maximum value dP / dθ correlates with the likelihood of self-ignition. That is, for example, when the combustion is shifted to the advance side or when the combustion speed is high (when the intake air temperature is high, the octane number of the fuel is lower than the designated fuel, etc.), the maximum in-cylinder pressure change rate dP / dθ is growing. Therefore, a small in-cylinder pressure change rate dP / dθ is an indicator that HCCI combustion is stable. In another embodiment (not shown), instead of the above-mentioned maximum in-cylinder pressure change rate dP / dθ, the maximum value Pm of the in-cylinder pressure P, the maximum in-cylinder pressure crank angle θPm, or the maximum in-cylinder pressure change rate. A crank angle θ that gives dP / dθ is used.

次いで、上述の分散値σθPmHAがあらかじめ定められたしきい値σθPmHthよりも小さく、かつ、筒内圧変化率最大値dP/dθがあらかじめ定められたしきい率(dP/dθ)thよりも小さいときに、HCCI燃焼が安定していると判断され、それ以外はHCCI燃焼が不安定であると判断される。その結果、HCCI燃焼が安定しているか否かを正確に判断することができる。したがって、補正係数kCをより正確に算出することができる。別の実施例(図示しない)では、筒内圧変化率最大値dP/dθに基づくことなく分散値σθPmHAに基づいて、HCCI燃焼が安定しているか否かが判断される。更に別の実施例(図示しない)では、分散値σθPmHAに基づくことなく筒内圧変化率最大値dP/dθに基づいて判断される。   Next, when the above-described dispersion value σθPmHA is smaller than a predetermined threshold value σθPmHth and the maximum in-cylinder pressure change rate dP / dθ is smaller than a predetermined threshold rate (dP / dθ) th. HCCI combustion is determined to be stable, otherwise HCCI combustion is determined to be unstable. As a result, it can be accurately determined whether or not HCCI combustion is stable. Therefore, the correction coefficient kC can be calculated more accurately. In another embodiment (not shown), it is determined whether or not HCCI combustion is stable based on the dispersion value σθPmHA without being based on the maximum in-cylinder pressure change rate dP / dθ. In yet another embodiment (not shown), the determination is made based on the in-cylinder pressure change rate maximum value dP / dθ without being based on the dispersion value σθPmHA.

更に本発明による実施例では、補正係数kCが学習される。具体的には、補正係数kCが新たに算出されたときには、RAM53に記憶されている補正係数kCが、新たに算出された補正係数kCを用いて更新される。この場合、更新される補正係数kCを与える機関運転状態は、補正係数kCを新たに算出するためにHCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角予測値θPmHP及びHCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角実際値θPmHAが算出された機関運転状態と同一である。   Further, in the embodiment according to the present invention, the correction coefficient kC is learned. Specifically, when the correction coefficient kC is newly calculated, the correction coefficient kC stored in the RAM 53 is updated using the newly calculated correction coefficient kC. In this case, the engine operating state that gives the updated correction coefficient kC includes the maximum in-cylinder pressure crank angle predicted value θPmHP in the HCCI combustion mode and the maximum in-cylinder pressure crank angle in the HCCI combustion mode in order to newly calculate the correction coefficient kC. The actual value θPmHA is the same as the calculated engine operating state.

このように本発明による実施例では、HCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角実際値θPmHAを用いて補正係数kCが算出又は更新される。すなわち、筒内圧の変化が比較的大きいときに補正係数kCが算出又は更新されるので、筒内圧の算出精度が高められる。また、HCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角実際値θPmHAの算出頻度が高いので、補正係数kCをより正確に算出することができる。したがって、クランク角の算出精度がより高められる。更に、クランク角がより正確に算出されるので、クランク角に基づく燃料噴射時期制御、点火時期制御等をより正確に行うことができる。   Thus, in the embodiment according to the present invention, the correction coefficient kC is calculated or updated using the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA in the HCCI combustion mode. That is, since the correction coefficient kC is calculated or updated when the change in the cylinder pressure is relatively large, the calculation accuracy of the cylinder pressure is improved. In addition, since the calculation frequency of the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA in the HCCI combustion mode is high, the correction coefficient kC can be calculated more accurately. Therefore, the calculation accuracy of the crank angle is further improved. Furthermore, since the crank angle is calculated more accurately, fuel injection timing control, ignition timing control, etc. based on the crank angle can be performed more accurately.

したがって、概念的に表現すると、本発明による実施例の電子制御ユニット50は、予混合圧縮自着火燃焼が行われたときの最大筒内圧クランク角予測値をあらかじめ記憶しておくように構成されている記憶部と、予混合圧縮自着火燃焼が行われているときにクランク角センサ61及び筒内圧センサ42により最大筒内圧クランク角実際値を検出する検出部と、前記最大筒内圧クランク角実際値と前記最大筒内圧クランク角予測値との間の偏差に基づいて、クランク角センサ61の出力を補正するように構成されている補正部と、を備える、ということになる。   Therefore, conceptually expressed, the electronic control unit 50 of the embodiment according to the present invention is configured to store in advance the maximum in-cylinder pressure crank angle predicted value when the premixed compression auto-ignition combustion is performed. A storage unit, a detection unit for detecting the maximum cylinder pressure crank angle actual value by the crank angle sensor 61 and the cylinder pressure sensor 42 when the premixed compression self-ignition combustion is being performed, and the maximum cylinder pressure crank angle actual value. And a corrector configured to correct the output of the crank angle sensor 61 based on the deviation between the maximum in-cylinder pressure crank angle prediction value.

図6は本発明による実施例のクランク角検出制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。図6を参照すると、ステップ100では、HCCI燃焼モードが行われているか否かが判別される。HCCI燃焼モードが行われているときにはついでステップ101に進み、上述の分散値σθPmHAが算出される。続くステップ102では、分散値σθPmHAがあらかじめ定められたしきい値σθPmHthよりも小さいか否かが判別される。σθPmHA<σθPmHthのときにはついでステップ103に進み、上述の筒内圧変化率最大値dP/dθが算出される。続くステップ104では、筒内圧変化率最大値dP/dθがあらかじめ定められたしきい率(dP/dθ)thよりも小さいか否かが判別される。dP/dθ<(dP/dθ)thのときには次いでステップ105に進み、図5のマップからHCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角予測値θPmHPが算出される。続くステップ106では、HCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角実際値θPmHAが算出される。一例では、上述の複数回の燃焼について最大筒内圧クランク角実際値θPmHAがそれぞれ算出され、これら最大筒内圧クランク角実際値θPmHAを平均化することにより、この最大筒内圧クランク角実際値θPmHAが算出される。続くステップ107では、上述の式(2)を用いて補正係数kCが算出される。続くステップ108では補正係数kCが学習される。続くステップ109では、上述の式(1)を用いてクランク角θが算出される。   FIG. 6 shows a routine for executing the crank angle detection control of the embodiment according to the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined time. Referring to FIG. 6, in step 100, it is determined whether or not the HCCI combustion mode is being performed. When the HCCI combustion mode is being performed, the routine proceeds to step 101 where the above-described dispersion value σθPmHA is calculated. In the following step 102, it is determined whether or not the variance value σθPmHA is smaller than a predetermined threshold value σθPmHth. When σθPmHA <σθPmHth, the routine proceeds to step 103 where the above-mentioned in-cylinder pressure change rate maximum value dP / dθ is calculated. In the following step 104, it is determined whether or not the in-cylinder pressure change rate maximum value dP / dθ is smaller than a predetermined threshold rate (dP / dθ) th. When dP / dθ <(dP / dθ) th, the routine proceeds to step 105 where the maximum in-cylinder pressure crank angle predicted value θPmHP in the HCCI combustion mode is calculated from the map of FIG. In the following step 106, the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA in the HCCI combustion mode is calculated. In an example, the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA is calculated for each of the above-described multiple combustions, and the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA is calculated by averaging the maximum in-cylinder pressure crank angle actual value θPmHA. Is done. In the following step 107, the correction coefficient kC is calculated using the above equation (2). In the following step 108, the correction coefficient kC is learned. In the following step 109, the crank angle θ is calculated using the above equation (1).

一方、ステップ100においてHCCI燃焼モードが行われていないとき、ステップ102においてσθPmHA≧σθPmHthのとき、又は、ステップ104においてdP/dθ<(dP/dθ)thのときには、ステップ109にジャンプする。したがって、この場合には補正係数kCの算出及び学習が行われない。   On the other hand, when the HCCI combustion mode is not performed at step 100, when σθPmHA ≧ σθPmHth at step 102, or when dP / dθ <(dP / dθ) th at step 104, the routine jumps to step 109. Accordingly, in this case, the correction coefficient kC is not calculated and learned.

これまで述べてきた実施例では、補正係数kC及びHCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角予測値θPmHPはそれぞれ、機関運転状態に応じて定まる値である。別の実施例(図示しない)では、補正係数kC及びHCCI燃焼モード時の最大筒内圧クランク角予測値θPmHPはそれぞれ、は機関運転状態によらない一つの値をとる。   In the embodiment described so far, the correction coefficient kC and the maximum in-cylinder pressure crank angle predicted value θPmHP in the HCCI combustion mode are values determined according to the engine operating state. In another embodiment (not shown), the correction coefficient kC and the maximum in-cylinder pressure crank angle predicted value θPmHP in the HCCI combustion mode each take one value independent of the engine operating state.

1 内燃機関
42 筒内圧センサ
50 電子制御ユニット
61 クランク角センサ
1 Internal combustion engine 42 In-cylinder pressure sensor 50 Electronic control unit 61 Crank angle sensor

Claims (1)

予混合圧縮自着火燃焼が行われる内燃機関のクランク角算出装置であって、
クランク角を検出するように構成されているクランク角センサと、
筒内圧を検出するように構成されている筒内圧センサと、
電子制御ユニットであって、
予混合圧縮自着火燃焼が行われたときの最大筒内圧クランク角予測値をあらかじめ記憶しておくように構成されている記憶部と、
予混合圧縮自着火燃焼が行われているときに前記クランク角センサ及び前記筒内圧センサにより最大筒内圧クランク角実際値を検出する検出部と、
前記最大筒内圧クランク角実際値と前記最大筒内圧クランク角予測値との間の偏差に基づいて、前記クランク角センサの出力を補正するように構成されている補正部と、
を備える電子制御ユニットと、
を備える、内燃機関のクランク角算出装置。
A crank angle calculation device for an internal combustion engine in which premixed compression self-ignition combustion is performed,
A crank angle sensor configured to detect the crank angle;
An in-cylinder pressure sensor configured to detect in-cylinder pressure;
An electronic control unit,
A storage unit configured to store in advance a maximum in-cylinder pressure crank angle prediction value when premixed compression self-ignition combustion is performed;
A detection unit that detects a maximum cylinder pressure crank angle actual value by the crank angle sensor and the cylinder pressure sensor when premixed compression self-ignition combustion is performed;
A correction unit configured to correct the output of the crank angle sensor based on a deviation between the actual maximum cylinder pressure crank angle actual value and the estimated maximum cylinder pressure crank angle;
An electronic control unit comprising:
A crank angle calculation device for an internal combustion engine, comprising:
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