JP2019138292A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
特許文献1には、従来の内燃機関の制御装置として、ノックセンサによって検出された機関本体の振動加速度のうち、5[kHz]から7[kHz]程度の範囲の振動加速度の振幅に相当する振幅相当値を、所定の着火時期判定レベルと比較することで、着火時期を検出するように構成されたものが開示されている。
In
一部、又は全部の機関運転領域で燃料を予混合燃焼させる内燃機関において、例えば過渡的な筒内環境(筒内圧力や筒内温度、筒内酸素密度)の変化など、何らかの要因によって予混合気の着火遅れ時間が想定よりも短くなると、燃料の燃焼形態が予混合燃焼というよりも拡散燃焼に近い燃焼形態になることがある。また逆に、一部、又は全部の機関運転領域で燃料を拡散燃焼させる内燃機関においても、何らかの要因で燃料の燃焼形態が拡散燃焼というよりも予混合燃焼に近い燃焼形態になることも考えられる。 In an internal combustion engine that premixes and burns fuel in part or all of the engine operating range, it is premixed due to some factors such as transient changes in the cylinder environment (cylinder pressure, cylinder temperature, cylinder oxygen density) If the ignition delay time is shorter than expected, the combustion mode of the fuel may become a combustion mode closer to diffusion combustion than premixed combustion. Conversely, even in an internal combustion engine in which fuel is diffusely burned in part or all of the engine operating region, it is also conceivable that for some reason, the fuel combustion mode is closer to premixed combustion than diffusion combustion. .
ここで、横軸にクランク角又は時間を取り、縦軸にノックセンサによって検出された振動加速度の振幅値を取った振幅値波形の形状は、振幅値の算出にあたって、どの周波数帯域の振動加速度を使用するかで変化する。このとき、燃焼形態に応じて、実際の筒内圧力波形と相関関係にある振幅値波形が得られる振動加速度の周波数帯域は異なるため、振動加速度の振幅値に基づいて着火時期を検出するには、事前に燃焼形態を判別する必要がある。 Here, the horizontal axis indicates the crank angle or time, and the vertical axis indicates the amplitude value of the vibration acceleration detected by the knock sensor. It changes with use. At this time, since the frequency band of vibration acceleration from which an amplitude value waveform correlated with the actual in-cylinder pressure waveform is obtained differs depending on the combustion mode, to detect the ignition timing based on the amplitude value of vibration acceleration It is necessary to determine the combustion form in advance.
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、着火時期の検出にあたって事前に燃焼形態を判別することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such problems, and an object of the present invention is to determine the combustion mode in advance in detecting the ignition timing.
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、機関本体の振動加速度を検出する振動センサと、を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を、機関運転状態に基づいて設定された目標噴射量、及び目標噴射時期に制御して燃料を燃焼させる燃焼制御部と、5kHzから10kHzまでの任意の周波数帯域における振動加速度の振幅値を算出する振幅値算出部と、燃料の燃焼形態を判別する燃焼形態判別部と、を備える。燃焼形態判別部は、所定の着火判定区間における振幅値の最大値、又は平均値が所定値以上であれば、燃料の燃焼形態が拡散燃焼であると判定し、最大値、又は平均値が所定値未満であれば、燃焼の燃焼形態が予混合燃焼であると判定する。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, an engine body, a fuel injection valve that injects fuel into a combustion chamber of the engine body, and a vibration sensor that detects vibration acceleration of the engine body are provided. A control device for an internal combustion engine for controlling the internal combustion engine controls the injection amount and injection timing of fuel injected from the fuel injection valve to a target injection amount and a target injection timing set based on the engine operating state. A combustion control unit that burns the fuel, an amplitude value calculation unit that calculates an amplitude value of vibration acceleration in an arbitrary frequency band from 5 kHz to 10 kHz, and a combustion mode determination unit that determines the combustion mode of the fuel. The combustion form determination unit determines that the combustion form of the fuel is diffusion combustion if the maximum value or average value of the amplitude value in the predetermined ignition determination section is equal to or greater than the predetermined value, and the maximum value or average value is predetermined. If it is less than the value, it is determined that the combustion mode of combustion is premixed combustion.
本発明のこの態様によれば、着火時期の検出にあたって事前に燃焼形態を判別することができる。 According to this aspect of the present invention, the combustion mode can be determined in advance when detecting the ignition timing.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.
図1は、本発明の一実施形態による内燃機関100、及び内燃機関100を制御する電子制御ユニット200の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
図1に示すように、内燃機関100は、複数の気筒10を備える機関本体1と、燃料供給装置2と、吸気装置3と、排気装置4と、吸気動弁装置5と、排気動弁装置6と、を備える。
As shown in FIG. 1, an
機関本体1は、各気筒10に形成される燃焼室内で燃料を自着火燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させることができるように構成される。機関本体1には、気筒毎に一対の吸気弁50と一対の排気弁60とが設けられる。また機関本体1には、機関本体1の振動を検出するためのノックセンサ210が取り付けられる。ノックセンサ210は、圧電素子を備えた振動センサ(加速度センサ)の一種であり、機関本体1の振動に応じた電圧値を出力する。
The
燃料供給装置2は、電子制御式の燃料噴射弁20と、デリバリパイプ21と、サプライポンプ22と、燃料タンク23と、圧送パイプ24と、燃圧センサ211と、を備える。
The
燃料噴射弁20は、燃焼室内に直接燃料を噴射することができるように、各気筒10の燃焼室に臨むように各気筒10に1つ設けられる。燃料噴射弁20の開弁時間(噴射量)及び開弁時期(噴射時期)は電子制御ユニット200からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁20が開弁されると燃料噴射弁20から燃焼室内に直接燃料が噴射される。
One
デリバリパイプ21は、圧送パイプ24を介して燃料タンク23に接続される。圧送パイプ24の途中には、燃料タンク23に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ21に供給するためのサプライポンプ22が設けられる。デリバリパイプ21は、サプライポンプ22から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁20が開弁されると、デリバリパイプ21に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁20から燃焼室内に直接噴射される。
The
サプライポンプ22は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ22の吐出量は、電子制御ユニット200からの制御信号によって変更される。サプライポンプ22の吐出量を制御することで、デリバリパイプ21内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁20の噴射圧が制御される。
The
燃圧センサ211は、デリバリパイプ21に設けられる。燃圧センサ211は、デリバリパイプ21内の燃料圧力、すなわち各燃料噴射弁20から各気筒10内に噴射される燃料の圧力(噴射圧)を検出する。
The fuel pressure sensor 211 is provided on the
吸気装置3は、燃焼室内に吸気を導くための装置であって、燃焼室内に吸入される吸気の状態(吸気圧(過給圧)、吸気温、EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガス量)を変更することができるように構成されている。吸気装置3は、吸気通路となる吸気管30及び吸気マニホールド31と、EGR通路32と、を備える。
The
吸気管30は、一端がエアクリーナ34に接続され、他端が吸気マニホールド31の吸気コレクタ31aに接続される。吸気管30には、上流から順にエアフローメータ212、排気ターボチャージャ7のコンプレッサ71、インタークーラ35及びスロットル弁36が設けられる。
The
エアフローメータ212は、吸気管30内を流れて最終的に気筒10内に吸入される空気の流量を検出する。
The
コンプレッサ71は、コンプレッサハウジング71aと、コンプレッサハウジング71a内に配置されたコンプレッサホイール71bと、を備える。コンプレッサホイール71bは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ7のタービンホイール72bによって回転駆動され、コンプレッサハウジング71a内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。排気ターボチャージャ7のタービン72には、タービンホイール72bの回転速度を制御するための可変ノズル72cが設けられており、可変ノズル72cによってタービンホイール72bの回転速度が制御されることで、コンプレッサハウジング71a内から吐出される吸気の圧力(過給圧)が制御される。
The
インタークーラ35は、コンプレッサ71によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
The
スロットル弁36は、吸気管30の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド31に導入する吸気量を調整する。スロットル弁36は、スロットルアクチュエータ36aによって開閉駆動され、スロットルセンサ213によってその開度(スロットル開度)が検出される。
The
吸気マニホールド31は、機関本体1に形成された吸気ポート14に接続されており、吸気管30から流入してきた吸気を、吸気ポート14を介して各気筒10に均等に分配する。吸気マニホールド31の吸気コレクタ31aには、筒内に吸入される吸気の圧力(吸気圧)を検出するための吸気圧センサ214と、筒内に吸入される吸気の温度(吸気温)を検出するための吸気温センサ215と、が設けられる。
The
EGR通路32は、排気マニホールド41と吸気マニホールド31の吸気コレクタ31aを連通し、各気筒10から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ31aに戻すための通路である。以下、EGR通路32に流入した排気のことを「EGRガス」といい、筒内ガス量に占めるEGRガス量の割合、すなわち排気の還流率のことを「EGR率」という。EGRガスを吸気コレクタ31a、ひいては各気筒10に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物(NOx)の排出を抑えることができる。EGR通路32には、上流から順にEGRクーラ37と、EGR弁38と、が設けられる。
The
EGRクーラ37は、EGRガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
The
EGR弁38は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット200によって制御される。EGR弁38の開度を制御することで、吸気コレクタ31aに還流させるEGRガスの流量が調節される。
The
排気装置4は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド41と、排気通路42と、を備える。
The
排気マニホールド41は、機関本体1に形成された排気ポート15に接続されており、各気筒10から排出された排気を纏めて排気通路42に導入する。
The exhaust manifold 41 is connected to an exhaust port 15 formed in the
排気通路42には、上流から順に排気ターボチャージャ7のタービン72と、排気後処理装置43と、が設けられる。
The
タービン72は、タービンハウジング72aと、タービンハウジング72a内に配置されたタービンホイール72bと、を備える。タービンホイール72bは、タービンハウジング72a内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール71bを駆動する。
The
タービンホイール72bの外側には、前述した可変ノズル72cが設けられている。可変ノズル72cは絞り弁として機能し、可変ノズル72cのノズル開度(弁開度)は電子制御ユニット200によって制御される。可変ノズル72cのノズル開度を変化させることでタービンホイール72bを駆動する排気の流速をタービンハウジング72a内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル72cのノズル開度を変化させることで、タービンホイール72bの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル72cのノズル開度を小さくする(可変ノズル72cを絞る)と、排気の流速が上がってタービンホイール72bの回転速度が増大し、過給圧が増大する。
The
排気後処理装置43は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。
The
吸気動弁装置5は、各気筒10の吸気弁50を開閉駆動するための装置であって、機関本体1に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置5は、吸気弁50の開閉時期を制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって吸気弁50を開閉駆動するように構成される。しかしながら、これに限らず、吸気カムシャフトによって吸気弁50を開閉駆動するように構成し、当該吸気カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、吸気弁50の開閉時期を制御できるようにしてもよい。
The intake
排気動弁装置6は、各気筒10の排気弁60を開閉駆動するための装置であって、機関本体1に設けられる。本実施形態による排気動弁装置6は、排気弁60の開閉時期を制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって排気弁60を開閉駆動するように構成される。しかしながら、これに限らず、排気カムシャフトによって排気弁60を開閉駆動するように構成し、当該排気カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対する排気カムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、排気弁60の開閉時期を制御できるようにしてもよい。また例えば、油圧等によってカムプロフィールを変更することで排気弁60の開閉時期やリフト量を変更できるようにしても良い。
The
電子制御ユニット200は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス201によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)202、RAM(ランダムアクセスメモリ)203、CPU(マイクロプロセッサ)204、入力ポート205及び出力ポート206を備える。
The
入力ポート205には、前述したノックセンサ210や燃圧センサ211などの出力信号が、対応する各AD変換器207を介して入力される。また入力ポート205には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル220の踏み込み量(以下「アクセル踏込量」という。)に比例した出力電圧を発生する負荷センサ217の出力電圧が、対応するAD変換器207を介して入力される。また入力ポート205には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体1のクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ218の出力信号が入力される。このように入力ポート205には、内燃機関100を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
Output signals such as the
出力ポート206は、対応する駆動回路208を介して、燃料噴射弁20などの各制御部品に接続される。
The
電子制御ユニット200は、入力ポート205に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート206から出力して内燃機関100を制御する。以下、電子制御ユニット200が実施する内燃機関100の制御について説明する。
The
電子制御ユニット200は、機関運転状態(機関回転速度及び機関負荷)に基づいて、機関本体1の運転モードを予混合燃焼モード、又は拡散燃焼モードのいずれかに切り替える。
The
電子制御ユニット200は、図2に示すように、機関運転状態が低回転低負荷側の第1運転領域内にあれば、運転モードを予混合燃焼モードに切り替える。また電子制御ユニット200は、機関運転状態が高回転高負荷側の第2運転領域内にあれば、運転モードを拡散燃焼モードに切り替える。そして電子制御ユニット200は、燃料噴射弁20から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を、機関運転状態に基づいて設定される各運転モードに応じた目標噴射量、及び目標噴射時期に制御して燃料を燃焼させる燃焼制御を実施する。
As shown in FIG. 2, the
具体的には電子制御ユニット200は、運転モードが予混合燃焼モードのときには、吸気行程から圧縮行程中の任意の時期に燃焼室11内に燃料を1回、又は複数回噴射して燃焼室11内に理論空燃比よりもリーンな空燃比(例えば30〜40程度)の予混合気を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体1の運転を行う。
Specifically, when the operation mode is the premixed combustion mode, the
また電子制御ユニット200は、運転モードが拡散燃焼モードのときには、圧縮上死点近傍で高温・高圧となった燃焼室11内に燃料を噴射し、当該燃料を拡散燃焼させて機関本体1の運転を行う。本実施形態では、圧縮上死点近傍で実施する燃料噴射(メイン燃料噴射)に先行して圧縮行程中にパイロット噴射を実施するようにしている。
Further, when the operation mode is the diffusion combustion mode, the
ここで着火時期が目標着火時期からずれると、排気エミッションが悪化したり、機関本体1の出力が低下してトルク変動が生じたりするなど、種々の問題が生じるおそれがある。そのため、燃料の自着火時期を検出し、検出した自着火時期と目標自着火時期とに所定値以上のズレがあった場合には、そのズレを補正すべく、燃料噴射弁20から噴射する燃料の目標噴射量、及び目標噴射時期の一方、又は双方を補正することが望ましい。
Here, if the ignition timing deviates from the target ignition timing, various problems may occur, such as exhaust emission deterioration or a decrease in output of the
着火時期を検出する方法としては、例えば機関本体1に筒内圧力センサを取り付け、当該筒内圧力センサによって検出した各クランク角における筒内圧力を、所定の着火時期判定用の筒内圧力値と比較することで検出する方法が挙げられる。この方法によれば、各気筒内の圧力変動を直接検出できるため、着火時期を精度良く検出することができる。しかしながら、筒内圧力センサが気筒数だけ必要になると共に、筒内圧力センサ自体の単価も高いため、コストが増大する。
As a method for detecting the ignition timing, for example, an in-cylinder pressure sensor is attached to the
一方で、ノックセンサ210の出力値、すなわちノックセンサ210によって検出された機関本体1の振動加速度(以下「検出振動加速度」という。)に基づいて着火時期を精度良く検出できれば、ノックセンサ210は単価が安く、また機関本体1に最低限1つ取り付ければ良いものなので、コストの増大を抑制できる。燃料の燃焼時には、燃料の燃焼に伴って機関本体1の振動加速度が大きくなるので、検出振動加速度に基づいて着火時期を検出する方法としては、検出振動加速度に対して各種の処理を施して所定の着火判定区間(着火時期前後の所定のクランク角範囲に相当する区間)における検出振動加速度の振幅値を算出し、当該振幅値を所定の着火時期判定閾値と比較することで検出する方法が挙げられる。
On the other hand, if the ignition timing can be accurately detected based on the output value of
しかしながら、検出振動加速度に対して各種の処理を施して算出される当該検出振動加速度の振幅値の大きさは、振幅値を算出する際に施す処理の一つであるバンドパスフィルタ処理の周波数帯域(バンド幅)によって変化する。すなわち、検出振動加速度のうち、どの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出するかで、算出した振幅値の大きさが変化する。 However, the magnitude of the amplitude value of the detected vibration acceleration calculated by performing various processes on the detected vibration acceleration is the frequency band of the bandpass filter process that is one of the processes performed when calculating the amplitude value. Varies with (bandwidth). That is, the magnitude of the calculated amplitude value changes depending on which frequency band of the detected vibration acceleration is used to calculate the amplitude value.
したがって、横軸にクランク角又は時間を取り、縦軸に検出振動加速度の振幅値を取った振幅値波形の形状は、振幅値の算出にあたって、検出振動加速度のうち、どの周波数帯域の検出振動加速度を使用するかで変化する。そして発明者らの鋭意研究の結果、実際の筒内圧力波形と相関関係にある振幅値波形が得られる周波数帯域は、燃焼形態に応じて異なることが分かった。以下、この点について図3Aから図4Fを参照して説明する。 Therefore, the shape of the amplitude value waveform with the crank angle or time on the horizontal axis and the amplitude value of the detected vibration acceleration on the vertical axis is the detected vibration acceleration in which frequency band of the detected vibration acceleration in calculating the amplitude value. It depends on whether you use As a result of the inventors' diligent research, it has been found that the frequency band in which the amplitude value waveform correlated with the actual in-cylinder pressure waveform is obtained differs depending on the combustion mode. Hereinafter, this point will be described with reference to FIGS. 3A to 4F.
図3Aから図3Fは、それぞれ燃焼形態が拡散燃焼であるときの振幅値波形を示す図であって、振幅値波形の形状を、振幅値の算出にあたって使用した検出振動加速度の周波数帯域に応じて比較して示した図である。また図4Aから図4Fは、それぞれ燃焼形態が予混合燃焼であるときの振幅値波形を示す図であって、振幅値波形の形状を、振幅値の算出にあたって使用した検出振動加速度の周波数帯域に応じて比較して示した図である。 FIGS. 3A to 3F are diagrams each showing an amplitude value waveform when the combustion mode is diffusion combustion, and the shape of the amplitude value waveform depends on the frequency band of the detected vibration acceleration used for calculating the amplitude value. It is the figure shown in comparison. 4A to 4F are diagrams each showing an amplitude value waveform when the combustion mode is premixed combustion, and the shape of the amplitude value waveform is set to the frequency band of the detected vibration acceleration used for calculating the amplitude value. It is the figure shown in comparison accordingly.
なお図3A及び図4Aは、全周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。図3B及び図4Bは、0[kHz]から2.5[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。図3C及び図4Cは、2.5[kHz]から5[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。図3D及び図4Dは、5[kHz]から7.5[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。図3E及び図4Eは、7.5[kHz]から10[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。図3F及び図4Fは、10[kHz]から12.5[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。 3A and 4A are diagrams showing amplitude value waveforms when the amplitude value is calculated using the detected vibration acceleration in the entire frequency band. 3B and 4B are diagrams showing amplitude value waveforms when the amplitude value is calculated using the detected vibration acceleration in the frequency band from 0 [kHz] to 2.5 [kHz]. 3C and 4C are diagrams illustrating amplitude value waveforms when the amplitude value is calculated using the detected vibration acceleration in the frequency band from 2.5 [kHz] to 5 [kHz]. 3D and 4D are diagrams illustrating amplitude value waveforms when the amplitude value is calculated using the detected vibration acceleration in the frequency band from 5 [kHz] to 7.5 [kHz]. 3E and 4E are diagrams illustrating amplitude value waveforms when the amplitude value is calculated using the detected vibration acceleration in the frequency band from 7.5 [kHz] to 10 [kHz]. 3F and 4F are diagrams illustrating amplitude value waveforms when the amplitude value is calculated using the detected vibration acceleration in the frequency band from 10 [kHz] to 12.5 [kHz].
図3Aから図3Fに示すように、燃焼形態が拡散燃焼の場合、5[kHz]から10[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出したときの振幅値波形(図3D及び図3E)が、パイロット噴射による燃料の燃焼に起因する振幅値の増大と、メイン噴射による燃料の燃焼に起因する振幅値の増大と、が現れた実際の筒内圧力波形に近い振幅値波形となることが分かった。 As shown in FIGS. 3A to 3F, when the combustion form is diffusion combustion, the amplitude value waveform when the amplitude value is calculated using the detected vibration acceleration in the frequency band from 5 [kHz] to 10 [kHz] ( FIGS. 3D and 3E) show an amplitude close to an actual in-cylinder pressure waveform in which an increase in amplitude value due to fuel combustion by pilot injection and an increase in amplitude value due to fuel combustion by main injection appear. It turns out that it becomes a value waveform.
一方で図4Aから図4Fに示すように、燃焼形態が予混合燃焼の場合、2.5[kHz]から12.5[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出したときの振幅値波形(図4Cから図4F)には、予混合燃焼に起因する振幅値の増大がほとんど現れないことが分かった。そして0[kHz]から2.5[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出したときの振幅値波形(図4B)が、予混合燃焼に起因する振幅値の増大が現れた実際の筒内圧力波形に近い振幅値波形となることが分かった。 On the other hand, as shown in FIGS. 4A to 4F, when the combustion mode is premixed combustion, the amplitude value is calculated using the detected vibration acceleration in the frequency band from 2.5 [kHz] to 12.5 [kHz]. It was found that the amplitude value waveform (FIG. 4C to FIG. 4F) at that time hardly increased in amplitude value due to premixed combustion. The amplitude value waveform (FIG. 4B) when the amplitude value is calculated using the detected vibration acceleration in the frequency band from 0 [kHz] to 2.5 [kHz] is an increase in the amplitude value due to the premixed combustion. It turned out that it became an amplitude value waveform close | similar to the actual in-cylinder pressure waveform which appeared.
したがって、検出振動加速度に基づいて着火時期を検出する場合、運転モードが予混合燃焼モードのときは、0[kHz]から2.5[kHz]までの任意の周波数帯域の検出振動加速度を使用して算出した振幅値を、例えば予混合燃焼用の着火時期判定閾値V1と比較することが望ましい。そして運転モードが拡散燃焼モードのときは、5[kHz]から10[kHz]までの任意の周波数帯域の検出振動加速度を使用して算出した振幅値を、例えば拡散燃焼用の着火時期判定閾値V2と比較することが望ましい。 Therefore, when detecting the ignition timing based on the detected vibration acceleration, when the operation mode is the premixed combustion mode, the detected vibration acceleration in an arbitrary frequency band from 0 [kHz] to 2.5 [kHz] is used. It is desirable to compare the calculated amplitude value with, for example, an ignition timing determination threshold value V1 for premixed combustion. When the operation mode is the diffusion combustion mode, the amplitude value calculated using the detected vibration acceleration in an arbitrary frequency band from 5 [kHz] to 10 [kHz], for example, the ignition timing determination threshold V2 for diffusion combustion. It is desirable to compare with
しかしながら、運転モードが予混合燃焼モードのときであっても、例えば過渡的な筒内環境(筒内圧力や筒内温度、筒内酸素密度)の変化など、何らかの要因によって予混合気の着火遅れ時間が想定よりも短くなると、燃料の燃焼形態が予混合燃焼というよりも拡散燃焼に近い燃焼形態になることがある。また逆に、運転モードが拡散燃焼モードのときであっても、何らかの要因で燃料の燃焼形態が拡散燃焼というよりも予混合燃焼に近い燃焼形態になることも考えられる。 However, even when the operation mode is the premixed combustion mode, the ignition delay of the premixed gas is delayed due to some factors such as a transient change in the in-cylinder environment (in-cylinder pressure, in-cylinder temperature, in-cylinder oxygen density). If the time is shorter than expected, the combustion mode of the fuel may become a combustion mode closer to diffusion combustion than premixed combustion. Conversely, even when the operation mode is the diffusion combustion mode, it is conceivable that the combustion mode of the fuel becomes a combustion mode closer to the premixed combustion than the diffusion combustion for some reason.
したがって、運転モードが予混合燃焼モードだからといって、燃焼形態を判別せずに0[kHz]から2.5[kHz]までの任意の周波数帯域の検出振動加速度を使用して算出した振幅値に基づいて着火時期を検出すると、拡散燃焼に近い燃焼形態になっているときに、着火時期の検出精度が低下したり、着火時期を誤検出したりするおそれがある。また逆に、運転モードが拡散燃焼モードだからといって、燃焼形態を判別せずに5[kHz]から10[kHz]までの任意の周波数帯域の検出振動加速度を使用して算出した振幅値に基づいて着火時期を検出すると、予混合燃焼に近い燃焼形態になっているときに、着火時期の検出精度が低下したり、着火時期を誤検出したりするおそれがある。 Therefore, just because the operation mode is the premixed combustion mode, based on the amplitude value calculated using the detected vibration acceleration in an arbitrary frequency band from 0 [kHz] to 2.5 [kHz] without determining the combustion mode. When the ignition timing is detected, there is a possibility that the detection accuracy of the ignition timing is lowered or the ignition timing is erroneously detected when the combustion mode is close to diffusion combustion. On the other hand, the ignition mode is ignited based on the amplitude value calculated using the detected vibration acceleration in an arbitrary frequency band from 5 [kHz] to 10 [kHz] without discriminating the combustion mode just because the operation mode is the diffusion combustion mode. When the timing is detected, there is a possibility that the detection accuracy of the ignition timing is lowered or the ignition timing is erroneously detected when the combustion mode is close to premixed combustion.
そのため、このような着火時期の検出精度の悪化や、誤検出を抑制するためには、実際の燃焼形態が拡散燃焼(若しくは拡散燃焼に近い燃焼形態)であるのか、又は予混合燃焼(若しくは予混合燃焼に近い燃焼形態)であるのかを確認することが望ましい。 Therefore, in order to suppress such deterioration in detection accuracy of the ignition timing and false detection, the actual combustion mode is diffusion combustion (or combustion mode close to diffusion combustion), or premixed combustion (or pre-mixed combustion). It is desirable to confirm whether the combustion mode is close to mixed combustion.
そこで本実施形態では、着火判定区間における5[kHz]から10[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して算出した振幅値の最大値、又は平均値を、所定の燃焼形態判定閾値V3と比較し、振幅値の最大値、又は平均値が燃焼形態判定閾値V3以上であれば、実際の燃焼形態が拡散燃焼であると判定し、振幅値の最大値、又は平均値が燃焼形態判定閾値V3未満であれば、実際の燃焼形態が予混合燃焼であると判定することとした。そして燃焼形態を判別した上で、着火時期の検出を行うこととした。 Therefore, in the present embodiment, the maximum value or the average value of the amplitude values calculated using the detected vibration acceleration in the frequency band from 5 [kHz] to 10 [kHz] in the ignition determination section is used as a predetermined combustion form determination threshold value. Compared with V3, if the maximum value or average value of the amplitude value is equal to or greater than the combustion mode determination threshold V3, it is determined that the actual combustion mode is diffusion combustion, and the maximum value or average value of the amplitude value is the combustion mode If it is less than the determination threshold value V3, it is determined that the actual combustion mode is premixed combustion. Then, after determining the combustion mode, the ignition timing is detected.
以下、図5を参照して、この本実施形態による燃焼形態の判別制御を含んだ着火時期の検出制御について説明する。 Hereinafter, the ignition timing detection control including the combustion mode discrimination control according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図5は、本実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart illustrating the ignition timing detection control according to the present embodiment.
ステップS1において、電子制御ユニット200は、着火判定区間におけるノックセンサ210の出力値(検出振動加速度)を読み込む。本実施形態では、着火判定区間を各気筒10の圧縮行程中期から膨張行程中期までのクランク角範囲に相当する区間としているが、適宜変更可能である。
In step S1, the
ステップS2において、電子制御ユニット200は、検出振動加速度に対して、0[kHz]から2.5[kHz]までの周波数帯域をバンド幅に持つバンドパスフィルタによってフィルタ処理を施し、着火判定区間における当該周波数帯域の検出振動加速度を抽出する。
In step S2, the
なお本実施形態では、ステップS2において0[kHz]から2.5[kHz]までの周波数帯域をバンド幅に持つバンドパスフィルタによってフィルタ処理を施しているが、0[kHz]から2.5[kHz]までの任意の周波数帯域(例えば1[kHz]から2.5[kHz]までの周波数帯域等)をバンド幅に持つバンドパスフィルタによってフィルタ処理を施しても良い。 In the present embodiment, the filtering process is performed by the band pass filter having the frequency band from 0 [kHz] to 2.5 [kHz] in step S2, but from 0 [kHz] to 2.5 [kHz]. Filter processing may be performed by a bandpass filter having a bandwidth of an arbitrary frequency band up to [kHz] (for example, a frequency band from 1 [kHz] to 2.5 [kHz]).
ステップS3において、電子制御ユニット200は、検出振動加速度に対して、5[kHz]から10[kHz]までの周波数帯域をバンド幅に持つバンドパスフィルタによってフィルタ処理を施し、着火判定区間における当該周波数帯域の検出振動加速度を抽出する。
In step S3, the
なお本実施形態では、ステップS3において5[kHz]から10[kHz]までの周波数帯域をバンド幅に持つバンドパスフィルタによってフィルタ処理を施しているが、5[kHz]から10[kHz]までの任意の周波数帯域(例えば5[kHz]から7.5[kHz]までや、7.5[kHz]から10[kHz]までの周波数帯域等)をバンド幅に持つバンドパスフィルタによってフィルタ処理を施しても良い。 In the present embodiment, in step S3, the filter processing is performed by a bandpass filter having a frequency band from 5 [kHz] to 10 [kHz], but from 5 [kHz] to 10 [kHz]. Filtering is performed by a band pass filter having an arbitrary frequency band (for example, a frequency band from 5 [kHz] to 7.5 [kHz] or a frequency band from 7.5 [kHz] to 10 [kHz]). May be.
ステップS4において、電子制御ユニット200は、クランク各又は時間を横軸に取り、ステップS3で抽出した着火判定区間における検出振動加速度を縦軸に取った検出振動加速度の波形を作成し、その検出振動加速度の波形に対して包絡線処理(エンベロープ処理)を施すことによって、着火判定区間における5[kHz]から10[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度の振幅値波形(以下「第1振幅値波形」という。)を作成する。
In step S4, the
ステップS5において、電子制御ユニット200は、第1振幅値波形に基づいて、着火判定区間における検出振動加速度の振幅値の最大値Vmaxを算出し、当該最大値Vmaxが、燃焼形態判定閾値V3以上か否かを判定する。電子制御ユニット200は、着火判定区間における検出振動加速度の振幅値の最大値Vmaxが燃焼形態判定閾値V3以上であれば、ステップS6の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、着火判定区間における検出振動加速度の振幅値の最大値Vmaxが燃焼形態判定閾値V3以上であれば、ステップS8の処理に進む。
In step S5, the
なお本実施形態では、このように着火判定区間における振幅値の最大値Vmaxを燃焼形態判定閾値V3と比較しているが、着火判定区間における振幅値の平均値と比較しても良い。 In this embodiment, the maximum value Vmax of the amplitude value in the ignition determination section is compared with the combustion mode determination threshold value V3 in this way, but may be compared with the average value of the amplitude value in the ignition determination section.
ステップS6において、電子制御ユニット200は、燃料の燃焼形態が拡散燃焼であると判定する。
In step S6, the
ステップS7において、電子制御ユニット200は、第1振幅値波形、すなわち着火判定区間における5[kHz]から10[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度の振幅値に基づいて、着火時期を検出する。本実施形態では電子制御ユニット200は、着火判定区間における5[kHz]から10[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度の振幅値が、拡散燃焼用の着火時期判定閾値V2以上となったときを着火時期として検出する。
In step S7, the
ここで本実施形態のように、拡散燃焼モードのときに多段噴射(本実施形態ではパイロット噴射及びメイン噴射)を実施して燃料を燃焼させる場合、要求トルクを発生させるためのメイン噴射燃料の燃焼時を着火時期として検出する必要があるが、パイロット噴射燃料の燃焼時にも振動加速度は大きくなる。そのため多段噴射を実施する場合には、メイン噴射燃料以外の燃料の燃焼時に生じる振動加速度の振幅値よりも大きくなるように、拡散燃焼用の着火時期判定閾値V2を設定することが望ましい。またこのような方法以外にも、着火時期の検出にあたってメイン噴射燃料の燃焼時を着火時期として検出できるように、例えば第1振幅値波形に基づいて振幅値のどこの増大部分がメイン噴射燃料の燃焼に起因するものかを判断した上で着火時期の検出を行うようにして良い。このようにすれば、着火時期判定閾値V2の設定値を低くすることが可能となる。 Here, as in this embodiment, when the fuel is burned by performing multistage injection (in this embodiment, pilot injection and main injection) in the diffusion combustion mode, combustion of the main injection fuel for generating the required torque Although it is necessary to detect the time as the ignition timing, the vibration acceleration also increases during the combustion of the pilot injected fuel. Therefore, when performing multistage injection, it is desirable to set the ignition timing determination threshold value V2 for diffusion combustion so as to be larger than the amplitude value of the vibration acceleration generated when the fuel other than the main injection fuel is combusted. In addition to such a method, in order to detect the time of combustion of the main injected fuel as the ignition timing when detecting the ignition timing, for example, where the increased portion of the amplitude value is based on the first amplitude value waveform, It is possible to detect the ignition timing after judging whether it is caused by combustion. In this way, the set value of the ignition timing determination threshold value V2 can be lowered.
ステップS8において、電子制御ユニット200は、燃焼の燃焼形態が予混合燃焼であると判定する。
In step S8, the
ステップS9において、電子制御ユニット200は、クランク各又は時間を横軸に取り、ステップS2で抽出した着火判定区間における検出振動加速度を縦軸に取った検出振動加速度の波形を作成し、その検出振動加速度の波形に対して包絡線処理(エンベロープ処理)を施すことによって、着火判定区間における0[kHz]から2.5[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度の振幅値波形(以下「第2振幅値波形」という。)を作成する。
In step S9, the
ステップS10において、電子制御ユニット200は、第2振幅値波形、すなわち着火判定区間における0[kHz]から2.5[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度の振幅値に基づいて、着火時期を検出する。本実施形態では電子制御ユニット200は、着火判定区間における0[kHz]から2.5[kHz]までの周波数帯域の検出振動加速度の振幅値が、予混合燃焼用の着火時期判定閾値V1以上となったときを着火時期として検出する。
In step S10, the
図6は、本実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart illustrating the combustion control according to the present embodiment.
ステップS11において、電子制御ユニット200は、負荷センサ217によって検出された機関負荷と、クランク角センサ218の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、を読み込み、機関運転状態を検出する。
In step S11, the
ステップS12において、電子制御ユニット200は、予め作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、各運転モードに応じた燃料噴射弁20から噴射する燃料の目標噴射量、及び目標噴射時期を算出する。
In step S12, the
ステップS13において、電子制御ユニット200は、前回の燃焼サイクルにおいて着火時期の検出制御によって検出された着火時期を読み込み、その検出着火時期と、機関運転状態毎に予め設定されている各運転モードに応じた目標着火時期と、の偏差を着火時期偏差ΔCとして算出する。
In step S13, the
ステップS14において、電子制御ユニット200は、着火時期偏差ΔCの絶対値が所定偏差未満か否かを判定する。電子制御ユニット200は、着火時期偏差ΔCの絶対値が所定偏差未満であれば、ステップS15の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、着火時期偏差ΔCの絶対値が所定偏差以上であれば、ステップS16の処理に進む。
In step S14, the
ステップS15において、電子制御ユニット200は、目標噴射時期に目標噴射量の燃料が燃料噴射弁20から噴射されるように燃料供給装置を制御する。
In step S15, the
ステップS16において、電子制御ユニット200は、検出自着火時期が目標着火時期となるように、目標噴射量、及び目標噴射時期の一方、又は双方を補正する。
In step S16, the
以上説明した本実施形態によれば、機関本体1と、機関本体1の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁20と、機関本体1の振動加速度を検出するノックセンサ210(振動センサ)と、を備える内燃機関100を制御する電子制御ユニット200(制御装置)が、燃料噴射弁20から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を、機関運転状態に基づいて設定された目標噴射量、及び目標噴射時期に制御して燃料を燃焼させる燃焼制御部と、5[kHz]から10[kHz]までの任意の周波数帯域における振動加速度の振幅値を算出する振幅値算出部と、燃料の燃焼形態を判別する燃焼形態判別部と、を備える。
According to the present embodiment described above, the
そして燃焼形態判別部は、所定の着火判定区間における振幅値の最大値、又は平均値が燃焼形態判定閾値V3(所定値)以上であれば、燃料の燃焼形態が拡散燃焼であると判定し、最大値、又は平均値が燃焼形態判定閾値V3未満であれば、燃焼の燃焼形態が予混合燃焼であると判定するように構成されている。 The combustion mode determination unit determines that the combustion mode of the fuel is diffusion combustion if the maximum value or the average value of the amplitude values in the predetermined ignition determination section is equal to or greater than the combustion mode determination threshold V3 (predetermined value). If the maximum value or the average value is less than the combustion mode determination threshold value V3, the combustion mode of combustion is determined to be premixed combustion.
これにより本実施形態によれば、着火時期の検出にあたって事前に燃料の燃焼形態を判別することができる。したがって、例えば予混合燃焼を実施している場合に、燃料の燃焼形態が予混合燃焼というよりも拡散燃焼に近い燃焼形態になっているときや、逆に拡散燃焼を実施している場合に、燃料の燃焼形態が拡散燃焼というよりも予混合燃焼に近い燃焼形態になっているときであっても、実際の燃焼形態に応じた周波数帯域の振動加速度の振幅値に基づいて、着火時期を検出することができる。そのため、着火時期の検出精度が低下したり、又は着火時期を誤検出したりしてしまうのを抑制することができる。 Thus, according to the present embodiment, the combustion mode of the fuel can be determined in advance when detecting the ignition timing. Therefore, for example, when premixed combustion is performed, when the combustion mode of the fuel is a combustion mode close to diffusion combustion rather than premixed combustion, or conversely, when performing diffusion combustion, Even when the fuel combustion mode is closer to premixed combustion than diffusion combustion, the ignition timing is detected based on the amplitude value of vibration acceleration in the frequency band corresponding to the actual combustion mode can do. For this reason, it is possible to suppress the detection accuracy of the ignition timing from being lowered or erroneously detecting the ignition timing.
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
1 機関本体
20 燃料噴射弁
100 内燃機関
200 電子制御ユニット(制御装置)
210 ノックセンサ(振動センサ)
DESCRIPTION OF
210 Knock sensor (vibration sensor)
Claims (1)
前記機関本体の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記機関本体の振動加速度を検出する振動センサと、
を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を、機関運転状態に基づいて設定された目標噴射量、及び目標噴射時期に制御して燃料を燃焼させる燃焼制御部と、
5kHzから10kHzまでの任意の周波数帯域における前記振動加速度の振幅値を算出する振幅値算出部と、
燃料の燃焼形態を判別する燃焼形態判別部と、
を備え、
前記燃焼形態判別部は、
所定の着火判定区間における前記振幅値の最大値、又は平均値が所定値以上であれば、燃料の燃焼形態が拡散燃焼であると判定し、前記最大値、又は前記平均値が所定値未満であれば、燃焼の燃焼形態が予混合燃焼であると判定する、
内燃機関の制御装置。 The engine body,
A fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber of the engine body;
A vibration sensor for detecting vibration acceleration of the engine body;
An internal combustion engine control apparatus for controlling an internal combustion engine comprising:
A combustion control section for controlling the injection amount and injection timing of the fuel injected from the fuel injection valve to a target injection amount and a target injection timing set based on the engine operating state, and burning the fuel;
An amplitude value calculation unit for calculating an amplitude value of the vibration acceleration in an arbitrary frequency band from 5 kHz to 10 kHz;
A combustion mode discriminating unit for discriminating the combustion mode of fuel;
With
The combustion form discrimination unit
If the maximum value or the average value of the amplitude value in a predetermined ignition determination section is equal to or greater than the predetermined value, it is determined that the combustion mode of the fuel is diffusion combustion, and the maximum value or the average value is less than the predetermined value. If there is, it is determined that the combustion mode of combustion is premixed combustion.
Control device for internal combustion engine.
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