JP2019138292A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

To suppress the lowering of the detection accuracy of fuel ignition timing.SOLUTION: A control device 200 of an internal combustion engine 100 comprises: a combustion control part for combusting fuel by controlling an injection amount and the injection timing of the fuel which is injected from a fuel injection valve 20 to a target injection amount and target injection timing which are set on the basis of an engine operation state; an amplitude value calculation part for calculating an amplitude value of vibration acceleration in an arbitrary frequency band area from 5 kHz up to 10 kHz; and a combustion form discrimination part for discriminating a combustion form of the fuel. When a maximum value or an average value of the amplitude value in a prescribed ignition determination zone is not smaller than a prescribed value, the combustion form discrimination part discriminates that the combustion form of the fuel is diffusion combustion, and when the maximum value or the average value is smaller than the prescribed value, determines that the combustion form of the fuel is premixed combustion.SELECTED DRAWING: Figure 1

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 Patent Document 1, as a conventional control device for an internal combustion engine, an amplitude corresponding to an amplitude of a vibration acceleration in a range of about 5 [kHz] to 7 [kHz] among vibration accelerations of the engine body detected by a knock sensor. An apparatus configured to detect an ignition timing by comparing an equivalent value with a predetermined ignition timing determination level is disclosed.

特開2010−216264号公報JP 2010-216264 A

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.

図1は、本発明の一実施形態による内燃機関、及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine and an electronic control unit for controlling the internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 図2は、内燃機関の運転領域を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an operation region of the internal combustion engine. 図3Aは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの全周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。FIG. 3A is a diagram showing an amplitude value waveform of vibration acceleration in the entire frequency band when the combustion mode is diffusion combustion. 図3Bは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの0[kHz]から2.5[kHz]までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。FIG. 3B is a diagram illustrating an amplitude value waveform of vibration acceleration in a frequency band from 0 [kHz] to 2.5 [kHz] when the combustion mode is diffusion combustion. 図3Cは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの2.5[kHz]から5[kHz]までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。FIG. 3C is a diagram illustrating an amplitude value waveform of vibration acceleration in a frequency band from 2.5 [kHz] to 5 [kHz] when the combustion mode is diffusion combustion. 図3Dは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの5[kHz]から7.5[kHz]までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。FIG. 3D is a diagram illustrating an amplitude value waveform of vibration acceleration in a frequency band from 5 [kHz] to 7.5 [kHz] when the combustion mode is diffusion combustion. 図3Eは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの7.5[kHz]から10[kHz]までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。FIG. 3E is a diagram illustrating an amplitude value waveform of vibration acceleration in a frequency band from 7.5 [kHz] to 10 [kHz] when the combustion mode is diffusion combustion. 図3Fは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの10[kHz]から12.5[kHz]までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。FIG. 3F is a diagram illustrating an amplitude value waveform of vibration acceleration in a frequency band from 10 [kHz] to 12.5 [kHz] when the combustion mode is diffusion combustion. 図4Aは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの全周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。FIG. 4A is a diagram showing an amplitude value waveform of vibration acceleration in the entire frequency band when the combustion mode is premixed combustion. 図4Bは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの0[kHz]から2.5[kHz]までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。FIG. 4B is a diagram illustrating an amplitude value waveform of vibration acceleration in a frequency band from 0 [kHz] to 2.5 [kHz] when the combustion mode is premixed combustion. 図4Cは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの2.5[kHz]から5[kHz]までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。FIG. 4C is a diagram illustrating an amplitude value waveform of vibration acceleration in a frequency band from 2.5 [kHz] to 5 [kHz] when the combustion mode is premixed combustion. 図4Dは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの5[kHz]から7.5[kHz]までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。FIG. 4D is a diagram illustrating an amplitude value waveform of vibration acceleration in a frequency band from 5 [kHz] to 7.5 [kHz] when the combustion mode is premixed combustion. 図4Eは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの7.5[kHz]から10[kHz]までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。FIG. 4E is a diagram illustrating an amplitude value waveform of vibration acceleration in a frequency band from 7.5 [kHz] to 10 [kHz] when the combustion mode is premixed combustion. 図4Fは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの10[kHz]から12.5[kHz]までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。FIG. 4F is a diagram illustrating an amplitude value waveform of vibration acceleration in a frequency band from 10 [kHz] to 12.5 [kHz] when the combustion mode is premixed combustion. 図5は、本発明の一実施形態による燃焼形態の判別制御を含む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 ignition timing detection control including combustion mode discrimination control according to an embodiment of the present invention. 図6は、本発明の一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 combustion control according to an embodiment of the present invention.

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 internal combustion engine 100 and an electronic control unit 200 that controls the internal combustion engine 100 according to an embodiment of the present invention.

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 internal combustion engine 100 includes an engine body 1 having a plurality of cylinders 10, a fuel supply device 2, an intake device 3, an exhaust device 4, an intake valve device 5, and an exhaust valve device. 6.

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 engine body 1 is configured so that fuel can be ignited and combusted in a combustion chamber formed in each cylinder 10 to generate power for driving a vehicle, for example. The engine body 1 is provided with a pair of intake valves 50 and a pair of exhaust valves 60 for each cylinder. Further, a knock sensor 210 for detecting vibration of the engine body 1 is attached to the engine body 1. Knock sensor 210 is a type of vibration sensor (acceleration sensor) including a piezoelectric element, and outputs a voltage value corresponding to the vibration of engine body 1.

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 fuel supply device 2 includes an electronically controlled fuel injection valve 20, a delivery pipe 21, a supply pump 22, a fuel tank 23, a pressure feed pipe 24, and a fuel pressure sensor 211.

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 fuel injection valve 20 is provided in each cylinder 10 so as to face the combustion chamber of each cylinder 10 so that fuel can be directly injected into the combustion chamber. The valve opening time (injection amount) and the valve opening timing (injection timing) of the fuel injection valve 20 are changed by a control signal from the electronic control unit 200, and when the fuel injection valve 20 is opened, the fuel injection valve 20 opens to the combustion chamber. The fuel is directly injected into the tank.

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 delivery pipe 21 is connected to the fuel tank 23 via a pressure feed pipe 24. A supply pump 22 for pressurizing the fuel stored in the fuel tank 23 and supplying it to the delivery pipe 21 is provided in the middle of the pressure feeding pipe 24. The delivery pipe 21 temporarily stores the high-pressure fuel pumped from the supply pump 22. When the fuel injection valve 20 is opened, the high-pressure fuel stored in the delivery pipe 21 is directly injected from the fuel injection valve 20 into the combustion chamber.

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 supply pump 22 is configured to be able to change the discharge amount, and the discharge amount of the supply pump 22 is changed by a control signal from the electronic control unit 200. By controlling the discharge amount of the supply pump 22, the fuel pressure in the delivery pipe 21, that is, the injection pressure of the fuel injection valve 20 is controlled.

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 delivery pipe 21. The fuel pressure sensor 211 detects the fuel pressure in the delivery pipe 21, that is, the pressure (injection pressure) of fuel injected from each fuel injection valve 20 into each cylinder 10.

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 intake device 3 is a device for guiding intake air into the combustion chamber, and changes the state of intake air (intake pressure (supercharging pressure), intake air temperature, EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas amount) taken into the combustion chamber. It is configured to be able to. The intake device 3 includes an intake pipe 30 and an intake manifold 31 serving as an intake passage, and an EGR passage 32.

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 intake pipe 30 has one end connected to the air cleaner 34 and the other end connected to the intake collector 31 a of the intake manifold 31. The intake pipe 30 is provided with an air flow meter 212, a compressor 71 of the exhaust turbocharger 7, an intercooler 35, and a throttle valve 36 in order from the upstream.

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 air flow meter 212 detects the flow rate of air that flows through the intake pipe 30 and is finally sucked into the cylinder 10.

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 compressor 71 includes a compressor housing 71a and a compressor wheel 71b disposed in the compressor housing 71a. The compressor wheel 71b is rotationally driven by the turbine wheel 72b of the exhaust turbocharger 7 mounted on the same axis, and compresses and discharges the intake air flowing into the compressor housing 71a. The turbine 72 of the exhaust turbocharger 7 is provided with a variable nozzle 72c for controlling the rotational speed of the turbine wheel 72b. By controlling the rotational speed of the turbine wheel 72b by the variable nozzle 72c, the compressor housing 71a. The pressure (supercharging pressure) of the intake air discharged from the inside is controlled.

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 intercooler 35 is a heat exchanger for cooling the intake air that has been compressed by the compressor 71 to a high temperature, for example, with traveling wind, cooling water, or the like.

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 throttle valve 36 adjusts the intake air amount introduced into the intake manifold 31 by changing the passage cross-sectional area of the intake pipe 30. The throttle valve 36 is driven to open and close by a throttle actuator 36a, and its opening (throttle opening) is detected by a throttle sensor 213.

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 intake manifold 31 is connected to an intake port 14 formed in the engine body 1, and distributes the intake air flowing in from the intake pipe 30 to each cylinder 10 evenly through the intake port 14. An intake collector 31a of the intake manifold 31 detects an intake pressure sensor 214 for detecting the pressure of intake air (intake pressure) sucked into the cylinder and a temperature of intake air (intake air temperature) sucked into the cylinder. An intake air temperature sensor 215 is provided.

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 passage 32 communicates the exhaust manifold 41 and the intake collector 31a of the intake manifold 31, and is a passage for returning a part of the exhaust discharged from each cylinder 10 to the intake collector 31a by a pressure difference. Hereinafter, the exhaust gas flowing into the EGR passage 32 is referred to as “EGR gas”, and the ratio of the EGR gas amount to the in-cylinder gas amount, that is, the exhaust gas recirculation rate is referred to as the “EGR rate”. By recirculating the EGR gas to the intake collector 31a and thus to each cylinder 10, the combustion temperature can be reduced and the emission of nitrogen oxides (NOx) can be suppressed. The EGR passage 32 is provided with an EGR cooler 37 and an EGR valve 38 in order from the upstream.

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 cooler 37 is a heat exchanger for cooling the EGR gas with, for example, traveling wind or cooling water.

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 EGR valve 38 is an electromagnetic valve whose opening degree can be adjusted continuously or stepwise, and the opening degree is controlled by the electronic control unit 200 according to the engine operating state. By controlling the opening degree of the EGR valve 38, the flow rate of the EGR gas to be recirculated to the intake collector 31a is adjusted.

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 exhaust device 4 is a device for discharging exhaust gas from the inside of the cylinder, and includes an exhaust manifold 41 and an exhaust passage 42.

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 engine body 1, and exhausts exhausted from the cylinders 10 are collectively introduced into the exhaust passage 42.

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 exhaust passage 42 is provided with a turbine 72 of the exhaust turbocharger 7 and an exhaust aftertreatment device 43 in order from the upstream.

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 turbine 72 includes a turbine housing 72a and a turbine wheel 72b disposed in the turbine housing 72a. The turbine wheel 72b is rotationally driven by the energy of the exhaust gas flowing into the turbine housing 72a, and drives the compressor wheel 71b mounted coaxially.

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 variable nozzle 72c described above is provided outside the turbine wheel 72b. The variable nozzle 72 c functions as a throttle valve, and the nozzle opening (valve opening) of the variable nozzle 72 c is controlled by the electronic control unit 200. By changing the nozzle opening degree of the variable nozzle 72c, the flow rate of the exhaust for driving the turbine wheel 72b can be changed in the turbine housing 72a. That is, by changing the nozzle opening degree of the variable nozzle 72c, the supercharging pressure can be changed by changing the rotational speed of the turbine wheel 72b. Specifically, when the nozzle opening of the variable nozzle 72c is reduced (the variable nozzle 72c is throttled), the exhaust flow rate increases, the rotational speed of the turbine wheel 72b increases, and the supercharging pressure increases.

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 exhaust aftertreatment device 43 is a device for purifying exhaust gas and discharging it to the outside air, and includes various exhaust purification catalysts for purifying harmful substances, filters for collecting harmful substances, and the like.

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 valve operating device 5 is a device for opening and closing the intake valve 50 of each cylinder 10 and is provided in the engine body 1. The intake valve operating device 5 according to the present embodiment is configured to open and close the intake valve 50 by, for example, an electromagnetic actuator so that the opening and closing timing of the intake valve 50 can be controlled. However, the present invention is not limited to this, and the intake valve 50 is configured to open and close by the intake camshaft, and a variable valve that changes the relative phase angle of the intake camshaft with respect to the crankshaft by hydraulic control at one end of the intake camshaft. By providing a mechanism, the opening / closing timing of the intake valve 50 may be controlled.

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 exhaust valve device 6 is a device for opening and closing the exhaust valve 60 of each cylinder 10 and is provided in the engine body 1. The exhaust valve device 6 according to the present embodiment is configured to open and close the exhaust valve 60 by, for example, an electromagnetic actuator so that the opening and closing timing of the exhaust valve 60 can be controlled. However, the present invention is not limited to this, and the exhaust valve 60 is configured to open and close by an exhaust camshaft, and a variable valve that changes the relative phase angle of the exhaust camshaft with respect to the crankshaft by hydraulic control at one end of the exhaust camshaft. By providing a mechanism, the opening / closing timing of the exhaust valve 60 may be controlled. Further, for example, the opening / closing timing and the lift amount of the exhaust valve 60 may be changed by changing the cam profile by hydraulic pressure or the like.

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 electronic control unit 200 is composed of a digital computer and is connected to each other by a bi-directional bus 201. A ROM (read only memory) 202, a RAM (random access memory) 203, a CPU (microprocessor) 204, an input port 205, and an output port 206.

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 knock sensor 210 and the fuel pressure sensor 211 described above are input to the input port 205 via the corresponding AD converters 207. Also, the output voltage of the load sensor 217 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 220 (hereinafter referred to as “accelerator depression amount”) as a signal for detecting the engine load corresponds to the input port 205. Is input via the AD converter 207. The input port 205 is supplied with an output signal of a crank angle sensor 218 that generates an output pulse every time the crankshaft of the engine body 1 rotates, for example, 15 °, as a signal for calculating the engine rotational speed and the like. As described above, output signals of various sensors necessary for controlling the internal combustion engine 100 are input to the input port 205.

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 output port 206 is connected to each control component such as the fuel injection valve 20 via a corresponding drive circuit 208.

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 electronic control unit 200 controls the internal combustion engine 100 by outputting a control signal for controlling each control component from the output port 206 based on the output signals of various sensors input to the input port 205. Hereinafter, control of the internal combustion engine 100 performed by the electronic control unit 200 will be described.

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 electronic control unit 200 switches the operation mode of the engine body 1 to either the premixed combustion mode or the diffusion combustion mode based on the engine operation state (engine rotation speed and engine load).

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 electronic control unit 200 switches the operation mode to the premixed combustion mode if the engine operation state is within the first operation region on the low rotation and low load side. The electronic control unit 200 switches the operation mode to the diffusion combustion mode if the engine operation state is within the second operation region on the high rotation high load side. The electronic control unit 200 controls the injection amount and injection timing of the fuel injected from the fuel injection valve 20 to the target injection amount and target injection timing corresponding to each operation mode set based on the engine operating state. Combustion control is performed to burn the fuel.

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 electronic control unit 200 injects fuel into the combustion chamber 11 once or a plurality of times at an arbitrary time from the intake stroke to the compression stroke. An air / fuel ratio leaner than the stoichiometric air / fuel ratio (for example, about 30 to 40) is formed inside, and the premixed gas is combusted by compression self-ignition to operate the engine body 1.

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 electronic control unit 200 injects fuel into the combustion chamber 11 that has become high temperature and high pressure near the compression top dead center, and diffuses and burns the fuel to operate the engine body 1. I do. In the present embodiment, pilot injection is performed during the compression stroke prior to fuel injection (main fuel injection) performed near the compression top dead center.

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 engine body 1 to cause torque fluctuation. Therefore, the self-ignition timing of the fuel is detected, and if there is a deviation of a predetermined value or more between the detected self-ignition timing and the target self-ignition timing, the fuel injected from the fuel injection valve 20 to correct the deviation It is desirable to correct one or both of the target injection amount and the target injection timing.

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 engine body 1, and the in-cylinder pressure at each crank angle detected by the in-cylinder pressure sensor is used as a predetermined in-cylinder pressure value for determining the ignition timing. The method of detecting by comparing is mentioned. According to this method, since the pressure fluctuation in each cylinder can be directly detected, the ignition timing can be accurately detected. However, in-cylinder pressure sensors are required for the number of cylinders, and the unit price of the in-cylinder pressure sensor itself is high, which increases the cost.

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 knock sensor 210, that is, the vibration acceleration of engine body 1 detected by knock sensor 210 (hereinafter referred to as "detected vibration acceleration"), knock sensor 210 will be unit priced. Is cheap and can be attached to the engine body 1 at least one, so that an increase in cost can be suppressed. When the fuel is combusted, the vibration acceleration of the engine body 1 increases as the fuel is combusted. Therefore, as a method for detecting the ignition timing based on the detected vibration acceleration, various processes are performed on the detected vibration acceleration to obtain a predetermined value. A method of calculating the amplitude value of the detected vibration acceleration in the ignition determination section (section corresponding to a predetermined crank angle range before and after the ignition timing) and comparing the amplitude value with a predetermined ignition timing determination threshold. It is done.

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 electronic control unit 200 reads the output value (detected vibration acceleration) of the knock sensor 210 in the ignition determination section. In this embodiment, the ignition determination section is a section corresponding to the crank angle range from the middle of the compression stroke to the middle of the expansion stroke of each cylinder 10, but can be changed as appropriate.

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 electronic control unit 200 filters the detected vibration acceleration with a bandpass filter having a frequency band from 0 [kHz] to 2.5 [kHz] in the ignition determination section. The detected vibration acceleration in the frequency band is extracted.

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 electronic control unit 200 performs a filtering process on the detected vibration acceleration with a bandpass filter having a frequency band from 5 [kHz] to 10 [kHz], and the frequency in the ignition determination section. The detected vibration acceleration of the band is extracted.

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 electronic control unit 200 takes each crank or time on the horizontal axis, creates a detected vibration acceleration waveform with the detected vibration acceleration in the ignition determination section extracted in step S3 on the vertical axis, and detects the detected vibration. By performing envelope processing (envelope processing) on the acceleration waveform, the amplitude value waveform (hereinafter referred to as “first amplitude value”) of the detected vibration acceleration in the frequency band from 5 [kHz] to 10 [kHz] in the ignition determination section. Create a waveform.)

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 electronic control unit 200 calculates the maximum value Vmax of the amplitude value of the detected vibration acceleration in the ignition determination section based on the first amplitude value waveform, and whether the maximum value Vmax is equal to or greater than the combustion form determination threshold V3. Determine whether or not. If the maximum value Vmax of the detected vibration acceleration amplitude value in the ignition determination section is equal to or greater than the combustion mode determination threshold value V3, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S6. On the other hand, if the maximum value Vmax of the amplitude value of the detected vibration acceleration in the ignition determination section is equal to or greater than the combustion mode determination threshold V3, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S8.

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 electronic control unit 200 determines that the combustion mode of the fuel is diffusion combustion.

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 electronic control unit 200 detects the ignition timing based on the first amplitude value waveform, that is, the amplitude value of the detected vibration acceleration in the frequency band from 5 [kHz] to 10 [kHz] in the ignition determination section. . In the present embodiment, when the electronic control unit 200 detects that the amplitude value of the detected vibration acceleration in the frequency band from 5 [kHz] to 10 [kHz] in the ignition determination section is equal to or greater than the ignition timing determination threshold V2 for diffusion combustion. Is detected as the ignition timing.

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 electronic control unit 200 determines that the combustion mode of combustion is premixed combustion.

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 electronic control unit 200 takes each crank or time on the horizontal axis, creates a detected vibration acceleration waveform with the detected vibration acceleration in the ignition determination section extracted in step S2 on the vertical axis, and detects the detected vibration. By performing envelope processing (envelope processing) on the acceleration waveform, the amplitude value waveform (hereinafter referred to as “second”) of the detected vibration acceleration in the frequency band from 0 [kHz] to 2.5 [kHz] in the ignition determination section. Amplitude value waveform ").

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 electronic control unit 200 sets the ignition timing based on the second amplitude value waveform, that is, the amplitude value of the detected vibration acceleration in the frequency band from 0 [kHz] to 2.5 [kHz] in the ignition determination section. To detect. In the present embodiment, the electronic control unit 200 determines that the amplitude value of the detected vibration acceleration in the frequency band from 0 [kHz] to 2.5 [kHz] in the ignition determination section is equal to or higher than the ignition timing determination threshold V1 for premixed combustion. Is detected as the ignition timing.

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 electronic control unit 200 reads the engine load detected by the load sensor 217 and the engine rotation speed calculated based on the output signal of the crank angle sensor 218, and detects the engine operating state.

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 electronic control unit 200 refers to a map prepared in advance, and determines the target injection amount and target injection timing of the fuel injected from the fuel injection valve 20 corresponding to each operation mode based on the engine operating state. calculate.

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 electronic control unit 200 reads the ignition timing detected by the ignition timing detection control in the previous combustion cycle, and according to the detected ignition timing and each operation mode set in advance for each engine operating state. The deviation from the target ignition timing is calculated as an ignition timing deviation ΔC.

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 electronic control unit 200 determines whether or not the absolute value of the ignition timing deviation ΔC is less than a predetermined deviation. If the absolute value of the ignition timing deviation ΔC is less than the predetermined deviation, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S15. On the other hand, if the absolute value of the ignition timing deviation ΔC is greater than or equal to the predetermined deviation, the electronic control unit 200 proceeds to the process of step S16.

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 electronic control unit 200 controls the fuel supply device so that a target injection amount of fuel is injected from the fuel injection valve 20 at the target injection timing.

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 electronic control unit 200 corrects one or both of the target injection amount and the target injection timing so that the detected self-ignition timing becomes the target ignition timing.

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 engine body 1, the fuel injection valve 20 that injects fuel into the combustion chamber of the engine body 1, the knock sensor 210 (vibration sensor) that detects the vibration acceleration of the engine body 1, and An electronic control unit 200 (control device) that controls the internal combustion engine 100 with the fuel injection amount and the injection timing injected from the fuel injection valve 20 is set based on the target injection amount and the target set based on the engine operating state A combustion control unit that controls the injection timing to burn 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 of the fuel A combustion form determining unit for determining.

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 SYMBOLS 1 Engine main body 20 Fuel injection valve 100 Internal combustion engine 200 Electronic control unit (control apparatus)
210 Knock sensor (vibration sensor)

Claims (1)

機関本体と、
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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