JP2020084891A - Control device of internal combustion engine with auxiliary chamber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は副室付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 with a sub chamber.
主燃料ガスが主燃焼室内に供給され、主燃焼室の頂面に、連通孔を介して主燃焼室内に連通しかつ点火栓を有する副室が形成されており、副燃料ガスが副室内に供給され、副室内に供給された副燃料ガスを点火栓により燃焼させたときに連通孔から噴出するジェット火炎によって主燃焼室内の主燃料ガスを燃焼させるようにした副室付内燃機関が公知である(例えば特許文献1を参照)。この副室付内燃機関では、副室内の燃焼圧のピーク値を検出し、このピーク値が目標値となるように副室内への副燃料ガスの供給量を制御し、それにより副室内における燃焼のばらつきを抑えるようにしている。 The main fuel gas is supplied into the main combustion chamber, and a sub-chamber is formed on the top surface of the main combustion chamber, the sub-chamber communicating with the main combustion chamber through a communication hole and having an ignition plug. An internal combustion engine with a sub-chamber is known in which the main fuel gas in the main combustion chamber is burned by a jet flame ejected from the communication hole when the sub-fuel gas supplied and burned by the spark plug is burned. There is (for example, refer to Patent Document 1). In this internal combustion engine with a sub-chamber, the peak value of the combustion pressure in the sub-chamber is detected, and the supply amount of the sub-fuel gas into the sub-chamber is controlled so that the peak value becomes the target value, whereby combustion in the sub-chamber is performed. I try to suppress the variation of.
ところで、点火栓により副室内の混合気を着火するようにした副室付内燃機関では、点火時期を遅らせていくと副室内の燃焼圧のピーク値が遅れる。この点に関し、研究を重ねた結果、副室内の燃焼圧のピーク値の発生する時期が、ある時期を越えて遅角されると、副室内の燃焼圧のピーク値が十分に高くても、突如失火が生ずることが判明したのである。その理由については必ずしも明確ではないが、おそらく、以下のような理由によるものと考えられる。 By the way, in an internal combustion engine with a sub chamber in which the air-fuel mixture in the sub chamber is ignited by an ignition plug, the peak value of the combustion pressure in the sub chamber is delayed as the ignition timing is delayed. In this regard, as a result of repeated research, when the time when the peak value of the combustion pressure in the sub-chamber occurs is retarded beyond a certain time, even if the peak value of the combustion pressure in the sub-chamber is sufficiently high, It turned out that a misfire suddenly occurred. The reason for this is not clear, but it is probably because of the following reasons.
即ち、副室からジェット火炎が噴出するのは、副室内の燃焼圧がピーク値に達した後、一定時間が経過したときであり、従って、副室内の燃焼圧がピーク値に達したのが上死点近くであったとすると、副室からジェット火炎が噴出するのは、下死点後のピストンが下降しているときとなる。ところがピストンが下降すると主燃焼室内のガス温は急速に低下し、従って、副室から噴出したジェット火炎が周囲の温度低下したガスにより冷却されることになる。その結果、火炎が主燃焼室内で周囲に伝播せず、それにより失火が生ずるものと考えられる。この場合、主燃焼室内の温度が或る温度以下に低下すると、失火が生ずるものと考えられ、従って、副室内の燃焼圧のピーク値の発生する時期が、ある時期を越えて遅角されると、副室内の燃焼圧のピーク値が十分に高くても、突如失火が生ずるものと考えられる。 That is, the jet flame is ejected from the sub-chamber when the combustion pressure in the sub-chamber reaches the peak value and after a certain period of time elapses. Therefore, the combustion pressure in the sub-chamber reaches the peak value. If it is near the top dead center, the jet flame is ejected from the sub chamber when the piston is descending after the bottom dead center. However, when the piston descends, the temperature of the gas in the main combustion chamber rapidly decreases, so that the jet flame ejected from the sub chamber is cooled by the gas whose temperature has decreased in the surroundings. As a result, it is considered that the flame does not propagate to the surroundings in the main combustion chamber, which causes misfire. In this case, when the temperature in the main combustion chamber drops below a certain temperature, misfire is considered to occur, and therefore the timing at which the peak value of the combustion pressure in the sub chamber occurs is retarded beyond a certain time. Therefore, even if the peak value of the combustion pressure in the sub chamber is sufficiently high, it is considered that a misfire will occur suddenly.
このように副室内の燃焼圧のピーク値が十分に高くても失火が生じるので、上述の公知の副室付内燃機関のように、副室内の燃焼圧のピーク値を検出していても、失火の発生を予測することはできない。一方、失火を検出したときに点火時期を遅角させるようにした運転制御装置も公知であるが、この場合には、少なくとも一回は失火が生じることになり、好ましくない。
本発明は、失火の発生を的確に予測することのできる副室付内燃機関の制御装置を提供することにある。
Since misfire occurs even if the peak value of the combustion pressure in the sub chamber is sufficiently high as described above, even if the peak value of the combustion pressure in the sub chamber is detected as in the above-described known internal combustion engine with a sub chamber, The occurrence of misfire cannot be predicted. On the other hand, an operation control device that retards the ignition timing when a misfire is detected is also known, but in this case, a misfire occurs at least once, which is not preferable.
An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine with a sub-chamber that can accurately predict the occurrence of misfire.
本発明によれば、主燃焼室の頂面に、連通孔を介して主燃焼室内に連通する副室が形成されており、副室内に点火栓が配置されており、点火栓により副室内の混合気を燃焼させたときに連通孔から噴出するジェット火炎によって主燃焼室内の混合気を燃焼させるようにした副室付内燃機関において、副室内の燃焼時期を検出するセンサを具備しており、センサにより検出された副室内の燃焼時期が、失火を引き起こす時期として予め求められている時期を越えて遅角されたときには、失火が発生すると予測する副室付内燃機関の制御装置が提供される。 According to the present invention, a sub chamber that communicates with the main combustion chamber through the communication hole is formed on the top surface of the main combustion chamber, and the spark plug is arranged in the sub chamber. In an internal combustion engine with a sub-chamber configured to burn the air-fuel mixture in the main combustion chamber by a jet flame ejected from the communication hole when the air-fuel mixture is burned, a sensor for detecting the combustion time in the sub-chamber is provided, Provided is a control device for an internal combustion engine with a secondary chamber, which predicts that a misfire will occur when the combustion timing in the secondary chamber detected by the sensor is retarded beyond a time required in advance to cause a misfire. ..
失火の発生を的確に予測することができる。 It is possible to accurately predict the occurrence of misfire.
図1にガソリンを燃料とする副室付内燃機関の全体図を示す。図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の主燃焼室、3は各気筒に対して夫々設けられた主燃料噴射弁、4はサージタンク、5は吸気枝管、6は排気マニホルドを夫々示す。サージタンク4は吸気ダクト7を介して排気ターボチャージャ8のコンプレッサ8aの出口に連結され、コンプレッサ8aの入口は吸入空気量検出器9を介してエアクリーナ10に連結される。吸気ダクト7内にはアクチュエータにより駆動されるスロットル弁11が配置され、吸気ダクト7周りには吸気ダクト7内を流れる吸入空気を冷却するためのインタクーラ12が配置される。
FIG. 1 shows an overall view of an internal combustion engine with a sub chamber that uses gasoline as a fuel. Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a main combustion chamber of each cylinder, 3 is a main fuel injection valve provided for each cylinder, 4 is a surge tank, 5 is an intake branch pipe, and 6 is exhaust. Show manifolds respectively. The
一方、排気マニホルド6は排気ターボチャージャ8の排気タービン8bの入口に連結され、排気タービン8bの出口は排気管13を介して排気浄化用触媒コンバータ14に連結される。排気マニホルド5とサージタンク4とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路15を介して互いに連結され、EGR通路15内にはEGR制御弁16が配置される。各主燃料噴射弁3は燃料分配管17に連結され、この燃料分配管17は燃料ポンプ18を介して燃料タンク19に連結される。
On the other hand, the
電子制御ユニット20はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス21によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)22、RAM(ランダムアクセスメモリ)23、CPU(マイクロプロセッサ)24、入力ポート25および出力ポート26を具備する。吸入空気量検出器9の出力信号は、対応するAD変換器27を介して入力ポート25に入力される。また、アクセルペダル30にはアクセルペダル30の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ31が接続され、負荷センサ31の出力電圧は対応するAD変換器27を介して入力ポート25に入力される。更に入力ポート25にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ32が接続される。CPU24では、このクランク角センサ32の出力パルスから機関回転数が算出される。一方、出力ポート26は対応する駆動回路28を介して主燃料噴射弁3、スロットル弁11の駆動用アクチュエータ、EGR制御弁16、および燃料ポンプ18に接続される。
The
図3は図1に示される機関本体1の断面図を示しており、図2は図3に示される燃焼室2の頂面の底面図を示している。なお、図2および図3において、41はシリンダブロック、42はシリンダブロック41上に取り付けされたシリンダヘッド、43はシリンダブロック41内で往復動するピストン、44は一対の吸気弁、45は吸気ポート、46は一対の排気弁、47は排気ポートを夫々示す。一方、図2から図5を参照すると、主燃焼室2の頂面中央部には、副室ケーシング50が取付けられている。図2から図5に示す例では、この副室ケーシング50は、両端が閉鎖された薄肉の中空円筒状をなしており、副室ケーシング50の中心軸線がシリンダの中心軸線方向に延びるように主燃焼室2の頂面に取付けられている。この副室ケーシング50内には副室51が形成されており、副室ケーシング50には、副室51の主燃焼室2側の端部周辺部から主燃焼室2の周辺部に向けて放射状に延びる複数の連通孔52が形成されている。
3 shows a sectional view of the
また、本発明の実施例では、副室51の頂面中央部に、副燃料噴射弁53が配置されており、副室51の頂面周辺部には点火栓54が配置されている。更に、副室51の頂面周辺部には、副室51内の燃焼時期を検出するためのセンサ55が配置されている。この実施例では、この副室51内の燃焼時期を検出するためのセンサ55は、副室51内の燃焼圧を検出するための圧力センサからなる。各気筒の副燃料噴射弁53は、図1に示されるように、燃料分配管56に連結され、この燃料分配管56は燃料ポンプ57を介して燃料タンク19に連結される。センサ55の出力信号は、対応するAD変換器27を介して入力ポート25に入力され、また、各気筒の副燃料噴射弁53および点火栓54は、対応する駆動回路28を介して出力ポート26に連結される。
Further, in the embodiment of the present invention, the sub
図1から図5に示される副室付内燃機関では、吸気弁44が開弁すると、主燃料噴射弁3から噴射された燃料が吸入空気と共に主燃焼室2内に供給され、それによって主燃焼室2内には混合気が形成される。次いで圧縮行程が開始されると、主燃焼室2内の一部の混合気が全連通孔52から均一に副室51内に流入する。次いで圧縮行程の後半になると、図4においてFで示されるように、副燃料噴射弁53から副室51内に燃料が噴射される。次いで、圧縮行程末期になると、点火栓54による点火作用が行われ、副室51内の混合気が燃焼せしめられる。副室51内の混合気が燃焼せしめられると、図6に示されるように、ジェット火炎Jが各連通孔52から噴出し、主燃焼室2内の混合気は、これらのジェット火炎Jにより燃焼せしめられる。
In the internal combustion engine with the auxiliary chamber shown in FIGS. 1 to 5, when the
図7に、要求噴射量Qtと、主燃料噴射弁3からの主噴射量Qmおよび副燃料噴射弁53からの副噴射量Qaとの関係が示されている。なお、これら要求噴射量Qt、主噴射量Qmおよび副噴射量Qaの間には、要求噴射量Qt=主噴射量Qm+副噴射量Qaの関係がある。本発明の実施例では、図7からわかるように、主燃料噴射弁3からの主噴射量Qmに対する副燃料噴射弁53からの副噴射量Qaの割合(Qa/Qm)は、通常、要求噴射量Qtに拘らずに、一定とされている。なお、図7に示される例では、副噴射量Qaは、要求噴射量Qtに拘らずに、要求噴射量Qtの5パーセント程度とされている。
FIG. 7 shows the relationship between the required injection amount Qt and the main injection amount Qm from the main
さて、前述したように、副室51内の燃焼圧のピーク値Pmax の発生する時期が、ある時期を越えて遅角されると、副室51内の燃焼圧のピーク値Pmax が十分に高くても、突如失火が生ずることが判明している。このことについて図8および図9を参照しつつ説明する。図8を参照すると、図8の縦軸は副室51内の圧力Pを示しており、図8の横軸は圧縮上死点後(ATDC)で表したクランク角を示している。
As described above, when the timing at which the peak value Pmax of the combustion pressure in the
また、図8において実線は、失火を生じていないときの副室51内の圧力Pの変化を示しており、破線は、失火を生じたときの副室51内の圧力Pの変化を示している。図8に示されるように、失火を生じていない場合でも失火を生じている場合でも、副室51内での燃焼が行われたときには、副室51内の圧力Pのピーク値Pmax は高くなり、従って、副室51内の圧力Pのピーク値Pmax の大きさから、失火を生じているか否かを判断することはできない。
Further, in FIG. 8, the solid line shows the change of the pressure P in the
一方、副室51内の圧力Pがピーク値Pmax になったときのクランク角を、圧力ピーククランク角Pmax CAと称すると、図9の横軸は、圧縮上死点後(ATDC)で表した圧力ピーククランク角Pmax CAを示しており、図9の縦軸は機関の図示平均有効圧(IMPE)を示している。なお、図9の各点は、圧力ピーククランク角Pmax CAと図示平均有効圧(IMPE)との関係を表す実験値を示している。図9に示されるように、圧力ピーククランク角Pmax CAが或るクランク角CXを越えて遅角されると、即ち、圧力ピーククランク角Pmax CAが或るクランク角CXに対して遅角側になると、図示平均有効圧(IMPE)が、突如零になる、即ち、失火が生じることがわかる。
On the other hand, the crank angle when the pressure P in the
このように突如失火が生じることについて考えられる理由は前述した通りである。このように圧力ピーククランク角Pmax CAが或るクランク角CXを越えて遅角されると失火が生じるので、このクランク角CXは、失火が生じることなく圧力ピーククランク角Pmax CAを遅角することのできる遅角限界を示している。従って、このクランク角CXを、以下、遅角限界クランク角と称する。この遅角限界クランク角CXは、失火を引き起こす時期として予め実験により求められている。ところで、機関負荷が高くなると副噴射量Qaが増大するためにジェット火炎Jが強くなり、従って、圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角側に移動しても失火が生じづらくなる。従って、機関負荷が高くなるほど、遅角限界クランク角CXは遅角側となる。 The possible reasons for such a sudden misfire are as described above. Thus, if the pressure peak crank angle Pmax CA is retarded beyond a certain crank angle CX, misfire occurs. Therefore, this crank angle CX should retard the pressure peak crank angle Pmax CA without causing misfire. It shows the possible retard angle limit. Therefore, this crank angle CX is hereinafter referred to as a retard limit crank angle. The retard limit crank angle CX has been previously obtained by an experiment as a timing for causing a misfire. By the way, when the engine load increases, the sub-injection amount Qa increases, so that the jet flame J becomes stronger. Therefore, even if the pressure peak crank angle Pmax CA moves to the retard side, misfire hardly occurs. Therefore, as the engine load increases, the retard limit crank angle CX becomes closer to the retard side.
一方、圧力ピーククランク角Pmax CAが同一の場合、機関回転数が高くなると、ジェット火炎Jが噴出するときのクランク角が遅くなるために、ジェット火炎Jが弱くなり、従って、圧力ピーククランク角Pmax CAを進角側に移動しないと失火を生じてしまう。従って、機関回転数が高くなるほど、遅角限界クランク角CXは進角側となる。従って、遅角限界クランク角CXは図10Aに示されるような値となる。なお、図10Aにおける実線は、等遅角限界クランク角CXを表している。機関負荷および機関回転数に対する遅角限界クランク角CXは予め実験により求められており、この予め実験により求められた遅角限界クランク角CXは、機関回転数および機関負荷の関数として、図10Bに示されるようなマップの形で予めROM23内に記憶されている。
On the other hand, when the pressure peak crank angle Pmax CA is the same, the jet flame J becomes weaker because the crank angle at which the jet flame J is jetted becomes slower as the engine speed increases, so that the pressure peak crank angle Pmax becomes larger. If CA is not moved to the advance side, misfire will occur. Therefore, as the engine speed becomes higher, the retard limit crank angle CX becomes more advanced. Therefore, the retard limit crank angle CX has a value as shown in FIG. 10A. The solid line in FIG. 10A represents the equal delay angle limit crank angle CX. The retard limit crank angle CX with respect to the engine load and the engine speed is previously obtained by an experiment, and the retard limit crank angle CX obtained by the experiment as a function of the engine speed and the engine load is shown in FIG. 10B. It is previously stored in the
本発明による実施例では、例えば、ノッキングが発生したときに点火時期の遅角制御が行われ、また、機関冷間始動時にコンバータ14内の排気浄化用触媒を暖機するために点火時期の遅角制御が行われる。このような点火時期の遅角制御が行われるとき、本発明による実施例では、圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角限界クランク角CXを越えない範囲内において点火時期の遅角作用が行われる。
In the embodiment according to the present invention, for example, the ignition timing retard control is performed when knocking occurs, and the ignition timing is retarded in order to warm up the exhaust purification catalyst in the
このように本発明による実施例では、副室51内の圧力Pの圧力ピーククランク角Pmax CAを用いて失火の発生を予測している。この場合、主燃焼室2内の圧力の圧力ピーククランク角を用いても、失火の発生を予測可能なように考えられる。しかしながら、主燃焼室2内の圧力の圧力ピーククランク角は、副室51内の圧力Pの圧力ピーククランク角Pmax CAに比べて、製造のばらつきや運転条件によって大きく変化し、実際には、主燃焼室2内の圧力Pの圧力ピーククランク角を用いても、失火の発生を予測するのは難しい。そこで本発明による実施例では、製造のばらつきや運転条件の影響を比較的受けない副室51内の圧力Pの圧力ピーククランク角Pmax CAを用いて失火の発生を予測している。
As described above, in the embodiment according to the present invention, the occurrence of misfire is predicted using the pressure peak crank angle Pmax CA of the pressure P in the
即ち、本発明による実施例では、主燃焼室2の頂面に、連通孔52を介して主燃焼室2内に連通する副室51が形成されており、副室51内に点火栓54が配置されており、点火栓54により副室51内の混合気を燃焼させたときに連通孔52から噴出するジェット火炎によって主燃焼室2内の混合気を燃焼させるようにした副室付内燃機関において、副室51内の燃焼時期を検出するセンサ55を具備しており、このセンサ55により検出された副室51内の燃焼時期が、失火を引き起こす時期として予め求められている時期を越えて遅角されたときには、失火が発生すると予測される。
That is, in the embodiment according to the present invention, the
ところで、本発明による実施例では、点火時期の遅角制御を行うべき要求がなされたときには、遅角フラグがセットされる。次に、図11を参照しつつ、この遅角フラグを用いて行われる点火時期の遅角制御の一例について説明する。図11は、この点火時期の遅角制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。 By the way, in the embodiment according to the present invention, the retard flag is set when it is requested to perform the retard control of the ignition timing. Next, with reference to FIG. 11, an example of ignition timing retard control performed using the retard flag will be described. FIG. 11 shows a routine for executing this ignition timing retard control, and this routine is executed by interruption at regular time intervals.
図11を参照すると、まず初めにステップ100において、遅角フラグがセットされているか否かが判別される。遅角フラグがセットされていないときには処理サイクルを完了する。これに対し、遅角フラグがセットされているときには、ステップ101に進んで、圧力センサ55の検出値に基づき求められた圧力ピーククランク角Pmax CAが読み込まれる。次いで、ステップ102では、圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角限界クランク角CXよりも小さいか否か、即ち、圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角限界クランク角CXよりも進角側にあるかが判別される。圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角限界クランク角CXよりも小さいとき、即ち、圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角限界クランク角CXよりも進角側にあるときにはステップ103に進む。
Referring to FIG. 11, first, at
ステップ103では、点火時期IGに一定値ΔIG、例えば0.5度が加算される、即ち、点火時期IGが一定値ΔIGだけ遅角される。次いでステップ104では、点火時期IGが目標とする点火時期B,例えばATDC3度よりも小さいか否か、即ち、点火時期IGが目標とする点火時期Bよりも進角側にあるか否かが判別される。点火時期IGが目標とする点火時期Bよりも進角側にあるときには、処理サイクルを完了する。これに対し、点火時期IGが目標とする点火時期Bに達したときにはステップ105に進んで遅角フラグがリセットされる。
In
一方、ステップ102において、圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角限界クランク角CXよりも小さくないと判別されたとき、即ち、圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角限界クランク角CXよりも進角側にないと判別されたときにはステップ106に進む。このときは失火を生ずる可能性が大きく、従って、異常を知らせる警告灯が点灯される。
On the other hand, when it is determined in
一方、副室51内の燃焼時期を検出するためのセンサ55として、イオン発生検出センサを用いることもできる。このイオン発生検出センサは、副室51内に配置された一対のプローブ間に燃焼火炎が到来すると、プローブ間にイオン電流が流れ、このイオン電流の発生から副室51内の燃焼が生じたことを検出することができる。図12は、このイオン発生検出センサ55を用いて点火時期の遅角制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。なお、図12に示されるルーチンにおけるステップ201,202以外のステップの内容は、図11に示されるルーチンにおけるステップ101,102以外の対応するステップの内容と同じである。
On the other hand, an ion generation detection sensor can be used as the
図12を参照すると、まず初めにステップ200において、遅角フラグがセットされているか否かが判別される。遅角フラグがセットされていないときには処理サイクルを完了する。これに対し、遅角フラグがセットされているときには、ステップ201に進んで、イオン発生検出センサ55の検出値に基づき求められた圧力ピーククランク角Pmax CAが読み込まれる。次いで、ステップ202では、圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角限界クランク角CXよりも小さいか否か、即ち、圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角限界クランク角CXよりも進角側にあるかが判別される。圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角限界クランク角CXよりも小さいとき、即ち、圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角限界クランク角CXよりも進角側にあるときにはステップ203に進む。
Referring to FIG. 12, first, at
ステップ203では、点火時期IGに一定値ΔIG、例えば0.5度が加算される、即ち、点火時期IGが一定値ΔIGだけ遅角される。次いでステップ204では、点火時期IGが目標とする点火時期B,例えばATDC3度よりも小さいか否か、即ち、点火時期IGが目標とする点火時期Bよりも進角側にあるか否かが判別される。点火時期IGが目標とする点火時期Bよりも進角側にあるときには、処理サイクルを完了する。これに対し、点火時期IGが目標とする点火時期Bに達したときにはステップ205に進んで遅角フラグがリセットされる。
In
一方、ステップ202において、圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角限界クランク角CXよりも小さくないと判別されたとき、即ち、圧力ピーククランク角Pmax CAが遅角限界クランク角CXよりも進角側にないと判別されたときにはステップ206に進む。このときは失火を生ずる可能性が大きく、従って、異常を知らせる警告灯が点灯される。
On the other hand, when it is determined in
2 主燃焼室
3 主燃料噴射弁
44 吸気弁
46 排気弁
51 副室
52 連通孔
53 副燃料噴射弁
54 点火栓
55 センサ
2
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