JP2021092200A - Engine control device - Google Patents
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Abstract
Description
ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。 The techniques disclosed herein relate to engine controls.
特許文献1には、ノッキング回避制御を行うエンジンの制御装置が記載されている。この制御装置は、第1燃料噴射タイミング及び第1点火タイミングを定めた第1制御セットと、第2燃料噴射タイミング及び第2点火タイミングを定めた第2制御セットと、を設定している。第1制御セットは、高オクタン価燃料に適合した燃料噴射タイミング及び点火タイミングであり、第2制御セットは、低オクタン価燃料に適合した燃料噴射タイミング及び点火タイミングである。特許文献1に記載された制御装置は、ノッキングセンサがノッキングの発生を検知した場合、低オクタン価燃料が使用されていると推定して、第2制御セットにより燃料の噴射及び点火を行う。これにより、特許文献1に記載された制御装置は、ノッキングの発生を回避する。 Patent Document 1 describes an engine control device that performs knocking avoidance control. This control device sets a first control set in which the first fuel injection timing and the first ignition timing are determined, and a second control set in which the second fuel injection timing and the second ignition timing are determined. The first control set is the fuel injection timing and the ignition timing suitable for the high octane fuel, and the second control set is the fuel injection timing and the ignition timing suitable for the low octane fuel. When the knocking sensor detects the occurrence of knocking, the control device described in Patent Document 1 presumes that low octane fuel is used, and injects and ignites the fuel by the second control set. As a result, the control device described in Patent Document 1 avoids the occurrence of knocking.
高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との両方を使用可能なエンジンにおいては、燃料タンクへの給油の前後で、使用燃料のオクタン価が変化する場合がある。例えば、前回の給油時には高オクタン価燃料を給油したが、今回の給油時には低オクタン価燃料を給油した場合、及び、前回の給油時には低オクタン価燃料を給油したが、今回の給油時には高オクタン価燃料を給油した場合はそれぞれ、給油の前後で、使用燃料のオクタン価が変化する。 In an engine that can use both high octane fuel and low octane fuel, the octane number of the fuel used may change before and after refueling the fuel tank. For example, if a high octane fuel was refueled at the time of the previous refueling, but a low octane fuel was refueled at the time of this refueling, and a low octane fuel was refueled at the time of the previous refueling, but a high octane fuel was refueled at the time of this refueling. In each case, the octane number of the fuel used changes before and after refueling.
給油の前後で燃料のオクタン価が変化しても、そのオクタン価の変化が、エンジンの制御に反映されるまでにはタイムラグが生じる。ここで、給油の前後で、燃料のオクタン価が高くなった場合は、燃料が自己着火しにくくなるため、ノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼は生じにくい。逆に、給油の前後で、燃料のオクタン価が低くなった場合は、燃料が自己着火しやすくなるため、異常燃焼が生じやすい。この場合は、異常燃焼を抑制するための対策が必要である。 Even if the octane number of the fuel changes before and after refueling, there will be a time lag before the change in the octane number is reflected in the engine control. Here, when the octane number of the fuel becomes high before and after refueling, the fuel is less likely to self-ignite, so that abnormal combustion such as knocking and pre-ignition is less likely to occur. On the contrary, when the octane number of the fuel becomes low before and after refueling, the fuel is likely to self-ignite, so that abnormal combustion is likely to occur. In this case, it is necessary to take measures to suppress abnormal combustion.
ここに開示する技術は、給油後の異常燃焼を抑制する。 The technique disclosed herein suppresses abnormal combustion after refueling.
ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に係る。このエンジンの制御装置は、
燃焼室を形成するシリンダを有するエンジンと、
燃料タンク内の燃料を前記燃焼室の中へ供給する燃料供給部と、
前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンに関係するパラメータの計測信号を出力する計測部と、
前記計測信号に基づいて前記燃料のオクタン価を判定すると共に、判定したオクタン価に応じた制御信号を、前記燃料供給部及び前記点火部に出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記混合気の燃焼に関係する燃焼パラメータに基づいてオクタン価を推定すると共に、推定したオクタン価に基づく第1オクタン価判定値と、推定したオクタン価をフィルタ処理した第2オクタン価判定値とを算出し、
前記制御部は、前記第2オクタン価判定値に基づいて点火のタイミングを設定すると共に、設定した点火のタイミングで、前記点火部に点火を実行させた場合に異常燃焼が発生すると、前記点火のタイミングを遅角側に変更し、
前記制御部は、前記第1オクタン価判定値に基づいて、前記点火のタイミングの遅角限界を設定する。
The technique disclosed herein relates to an engine control device. The controller of this engine
An engine with cylinders that form a combustion chamber,
A fuel supply unit that supplies fuel in the fuel tank into the combustion chamber,
An ignition unit attached to the engine and igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber,
A measurement unit that outputs measurement signals for parameters related to the engine,
A control unit that determines the octane number of the fuel based on the measurement signal and outputs a control signal corresponding to the determined octane number to the fuel supply unit and the ignition unit is provided.
The control unit estimates the octane number based on the combustion parameters related to the combustion of the air-fuel mixture, and determines the first octane number determination value based on the estimated octane number and the second octane number determination value obtained by filtering the estimated octane number. Calculate and
The control unit sets the ignition timing based on the second octane number determination value, and when abnormal combustion occurs when the ignition unit is ignited at the set ignition timing, the ignition timing To the retard side,
The control unit sets the retard limit of the ignition timing based on the first octane number determination value.
この構成によると、制御部は、計測部の計測信号に基づいてオクタン価を判定する。より詳細に、制御部は、エンジンの運転中に、混合気の燃焼に関係する燃焼パラメータに基づいてオクタン価を、逐次推定する。これにより、時系列の推定値が得られる。 According to this configuration, the control unit determines the octane number based on the measurement signal of the measurement unit. In more detail, the control unit sequentially estimates the octane number based on the combustion parameters related to the combustion of the air-fuel mixture while the engine is running. This gives a time series estimate.
制御部は、推定したオクタン価に基づいて、第1オクタン価判定値を算出する。制御部はまた、推定したオクタン価をフィルタ処理した第2オクタン価判定値を算出する。 The control unit calculates the first octane number determination value based on the estimated octane number. The control unit also calculates a second octane number determination value obtained by filtering the estimated octane number.
第2オクタン価判定値はフィルタ処理されているため、第1オクタン価判定値と比べて、計測誤差等の影響が小さく、時間の経過に対する変動が小さい。制御部は、第2オクタン価判定値に基づいて点火のタイミングを設定する。点火のタイミングは、燃料のオクタン価に応じた適切なタイミングになる。また、設定された点火のタイミングは、時間の経過に対する変動が抑制される。エンジンの運転が安定する。 Since the second octane number determination value is filtered, the influence of measurement error and the like is smaller than that of the first octane number determination value, and the fluctuation with the passage of time is small. The control unit sets the ignition timing based on the second octane number determination value. The timing of ignition will be an appropriate timing according to the octane number of the fuel. Further, the set ignition timing is suppressed from fluctuating with the passage of time. The engine operation is stable.
その一方で、例えば給油によって燃料のオクタン価が変化した場合に、オクタン価の変化が第2オクタン価判定値に反映されるまでにはタイムラグが生じ得る。第2オクタン価判定値に基づいて設定される点火のタイミングは、給油直後は、給油前の燃料のオクタン価に対応した点火のタイミングになり得る。点火のタイミングが、燃料の実際のオクタン価に対応しない場合がある。点火のタイミングが、燃料のオクタン価に対応しないと、異常燃焼が生じる恐れがある。 On the other hand, when the octane number of the fuel changes due to refueling, for example, there may be a time lag before the change in the octane number is reflected in the second octane number determination value. The ignition timing set based on the second octane number determination value may be the ignition timing corresponding to the octane number of the fuel before refueling immediately after refueling. The timing of ignition may not correspond to the actual octane number of the fuel. If the ignition timing does not correspond to the octane number of the fuel, abnormal combustion may occur.
制御部は、異常燃焼が発生すると、点火のタイミングを遅角側に変更する。これにより、異常燃焼の発生が抑制される。但し、点火のタイミングを遅角しすぎると、燃焼が不安定になって排気エミッション性能が悪化したり、燃費性能が低下したりする。点火のタイミングを遅角できる限度、つまり、遅角限界を、燃料のオクタン価に応じて定めることが好ましい。点火のタイミングの遅角限界は、点火タイミングを設定することが可能な、遅角側の最大クランク角度を表す。燃料のオクタン価が高いと異常燃焼が発生しにくいため、遅角限界は、相対的に進角側に設定してもよい。燃料のオクタン価が低いと異常燃焼が発生しやすいため、遅角限界は、相対的に遅角側に設定することが好ましい。 When abnormal combustion occurs, the control unit changes the ignition timing to the retard side. As a result, the occurrence of abnormal combustion is suppressed. However, if the ignition timing is too retarded, combustion becomes unstable, exhaust emission performance deteriorates, and fuel efficiency performance deteriorates. It is preferable to set the limit at which the ignition timing can be retarded, that is, the retard limit according to the octane number of the fuel. The ignition timing retard limit represents the maximum crank angle on the retard side where the ignition timing can be set. Since abnormal combustion is unlikely to occur when the octane number of the fuel is high, the retard angle limit may be set relatively on the advance angle side. Since abnormal combustion is likely to occur when the octane number of the fuel is low, it is preferable to set the retard angle limit relatively on the retard angle side.
制御部は、第1オクタン価判定値に基づいて、点火のタイミングの遅角限界を設定する。第1オクタン価判定値には、第2オクタン価判定値よりも、オクタン価の変化が早く反映される。制御部は、点火のタイミングの遅角限界を、オクタン価に対応して適切に設定できる。異常燃焼が発生した場合に、点火のタイミングは、第2オクタン価判定値に基づいて設定されたタイミングと、第1オクタン価判定値に基づいて設定された遅角限界との間に、設定される。 The control unit sets the retard limit of the ignition timing based on the first octane number determination value. The change in the octane number is reflected earlier in the first octane number determination value than in the second octane number determination value. The control unit can appropriately set the retard limit of the ignition timing according to the octane number. When abnormal combustion occurs, the ignition timing is set between the timing set based on the second octane number determination value and the retard angle limit set based on the first octane number determination value.
給油前後で、燃料のオクタン価が低くなった場合、給油直後は、第2オクタン価判定値に基づいて設定される点火のタイミングが、給油前の高オクタン価燃料に対応した進角側の点火タイミングとなる。実際のオクタン価は低いため、異常燃焼が生じやすい。点火のタイミングは遅角側に変更される。その場合に、遅角限界は、第1オクタン価判定値に基づいて設定されるから、給油後の低オクタン価燃料に対応した相対的に遅角側のクランク角に設定される。点火のタイミングを大きく遅角させることができるため、異常燃焼を可能な限り抑制できる。 If the octane number of the fuel becomes low before and after refueling, the ignition timing set based on the second octane number determination value will be the ignition timing on the advance side corresponding to the high octane number fuel before refueling immediately after refueling. .. Since the actual octane number is low, abnormal combustion is likely to occur. The ignition timing is changed to the retard side. In that case, since the retard angle limit is set based on the first octane number determination value, it is set to the crank angle on the relatively retard side corresponding to the low octane number fuel after refueling. Since the ignition timing can be greatly retarded, abnormal combustion can be suppressed as much as possible.
前記制御部は、前記推定したオクタン価をフィルタ処理することによって、前記第1オクタン価判定値を算出し、
前記制御部は、前記第2オクタン価判定値を、時定数の大きいフィルタを使って算出すると共に、前記第1オクタン価判定値を、前記第2オクタン価判定値よりも時定数の小さいフィルタを使って算出する、としてもよい。
The control unit calculates the first octane number determination value by filtering the estimated octane number.
The control unit calculates the second octane number determination value using a filter having a large time constant, and calculates the first octane number determination value using a filter having a smaller time constant than the second octane number determination value. May be done.
制御部は、フィルタ処理をすることによって、第1オクタン価判定値及び第2オクタン価判定値のそれぞれを算出する。第1オクタン価判定値及び第2オクタン価判定値に、計測誤差等の影響が含まれることが抑制できる。 The control unit calculates each of the first octane number determination value and the second octane number determination value by performing the filtering process. It is possible to suppress that the first octane number determination value and the second octane number determination value include the influence of measurement error and the like.
制御部は、第1オクタン価判定値を、第2オクタン価判定値よりも時定数の小さいフィルタを使って算出する。これにより、燃料のオクタン価が変化した場合に、第1オクタン価判定値には、その変化が速やかに反映される。制御部は、燃料のオクタン価に対応した遅角限界を、速やかに設定できる。 The control unit calculates the first octane number determination value using a filter having a time constant smaller than that of the second octane number determination value. As a result, when the octane number of the fuel changes, the change is promptly reflected in the first octane number determination value. The control unit can quickly set the retard limit corresponding to the octane number of the fuel.
制御部はまた、第2オクタン価判定値を、相対的に時定数の大きいフィルタを使って算出する。これにより、燃料のオクタン価が変化しない状況において、第2オクタン価判定値は、大きく変化することが抑制される。制御部は、点火のタイミングの設定を安定的に行うことができる。 The control unit also calculates the second octane number determination value using a filter having a relatively large time constant. As a result, in a situation where the octane number of the fuel does not change, the second octane number determination value is suppressed from being significantly changed. The control unit can stably set the ignition timing.
尚、給油の前後で燃料のオクタン価が大きく変化しても、給油から時間が経過すれば、燃料のオクタン価が変化しない状況が継続する。給油から時間が経過すれば、フィルタ処理を行う第1オクタン価判定値と第2オクタン価判定値とは同じ、又は、ほぼ同じになる。制御部は、給油時以外においても、点火タイミング及び遅角限界を共に、適切に設定できる。 Even if the octane number of the fuel changes significantly before and after refueling, the octane number of the fuel does not change after a lapse of time from the refueling. When time has passed since refueling, the first octane number determination value and the second octane number determination value to be filtered become the same or almost the same. The control unit can appropriately set both the ignition timing and the retard angle limit even when not refueling.
前記制御部は、前記第2オクタン価判定値に基づいて前記点火のタイミングの遅角限界を設定すると共に、設定した前記遅角限界を、前記第1オクタン価判定値に基づいて補正する、としてもよい。 The control unit may set the retard angle limit of the ignition timing based on the second octane number determination value, and correct the set retard angle limit based on the first octane number determination value. ..
こうすることで、制御部は、給油直後、及び、給油から時間が経過した後、のそれぞれにおいて、点火のタイミングの遅角限界を適切に設定できる。 By doing so, the control unit can appropriately set the retard limit of the ignition timing immediately after refueling and after a lapse of time from refueling.
前記制御部は、前記第1オクタン価判定値と前記第2オクタン価判定値との差の大きさに応じて、前記遅角限界を補正する、としてもよい。 The control unit may correct the retard angle limit according to the magnitude of the difference between the first octane number determination value and the second octane number determination value.
給油前後で燃料のオクタン価が大きく変化した場合、給油直後は、第1オクタン価判定値と前記第2オクタン価判定値との差が大きい。給油から時間が経過すれば、第1オクタン価判定値と前記第2オクタン価判定値との差が小さくなる。制御部は、第1オクタン価判定値と前記第2オクタン価判定値との差の大きさに応じて、給油直後、及び、給油から時間が経過した後のそれぞれにおいて、遅角限界を適切に設定できる。 When the octane number of the fuel changes significantly before and after refueling, the difference between the first octane number determination value and the second octane number determination value is large immediately after refueling. As time passes after refueling, the difference between the first octane number determination value and the second octane number determination value becomes smaller. The control unit can appropriately set the retard angle limit immediately after refueling and after a lapse of time from refueling, depending on the size of the difference between the first octane number determination value and the second octane number determination value. ..
前記制御部は、前記第2オクタン価判定値から前記第1オクタン価判定値を引いた差が正でかつ、当該差が大きいほど、前記遅角限界を遅角側に大きく変更する、としてもよい。 The control unit may change the retard limit to the retard side as the difference obtained by subtracting the first octane number determination value from the second octane number determination value is positive and the larger the difference is.
給油前後で燃料のオクタン価が低くなった場合、給油直後は、第2オクタン価判定値から第1オクタン価判定値を引いた差が正になる。制御部は、差が大きいほど、点火のタイミングの遅角限界を遅角側に大きく変更することで、給油後の低オクタン価の燃料に対応して、遅角限界を適切に設定できる。 When the octane number of the fuel becomes low before and after refueling, the difference obtained by subtracting the first octane number judgment value from the second octane number judgment value becomes positive immediately after refueling. The control unit can appropriately set the retard angle limit corresponding to the fuel having a low octane number after refueling by changing the retard angle limit of the ignition timing to the retard angle side as the difference becomes larger.
前記制御部は、前記第2オクタン価判定値から前記第1オクタン価判定値を引いた差がゼロ又は負の場合は、前記遅角限界を補正しない、としてもよい。 The control unit may not correct the retard limit when the difference between the second octane number determination value and the first octane number determination value is zero or negative.
給油前後で燃料のオクタン価が高くなった場合、給油直後は、第2オクタン価判定値から第1オクタン価判定値を引いた差が負になる。この場合、給油後は、燃料のオクタン価が高くて、自己着火しにくくなるため、点火のタイミングの遅角限界を、遅角側に変更する必要がない。また、第2オクタン価判定値から第1オクタン価判定値を引いた差がゼロの場合、燃料のオクタン価が大きく変化していない。これは、例えば、給油が行われていないことに相当する。制御部は、遅角限界を補正しないことによって、燃料のオクタン価に応じた遅角限界を設定できる。 When the octane number of the fuel becomes high before and after refueling, the difference obtained by subtracting the first octane number judgment value from the second octane number judgment value becomes negative immediately after refueling. In this case, after refueling, the octane number of the fuel is high and self-ignition is difficult, so that it is not necessary to change the retard limit of the ignition timing to the retard side. Further, when the difference between the second octane number determination value and the first octane number determination value is zero, the octane number of the fuel does not change significantly. This corresponds to, for example, no refueling. The control unit can set the retard angle limit according to the octane number of the fuel by not correcting the retard angle limit.
ここで、本願出願人は、いわゆるSPCCI(SPark Controlled Compression Ignition)燃焼を提案している。SPCCI燃焼は、点火プラグが燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行って火炎伝播を伴う燃焼を開始させると共に、その燃焼による発熱及び/又は圧力上昇によって、未燃混合気が自己着火により燃焼する形態である。火炎伝播を伴う燃焼によって発生した熱は、未燃混合気の自己着火をアシストする。 Here, the applicant of the present application proposes so-called SPCCI (SPark Controlled Compression Ignition) combustion. In SPCCI combustion, the spark plug forcibly ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber to start combustion with flame propagation, and the unburned air-fuel mixture self-ignites due to heat generation and / or pressure rise due to the combustion. It is a form of burning by. The heat generated by combustion accompanied by flame propagation assists the self-ignition of the unburned air-fuel mixture.
本願発明者らは、SPCCI燃焼において、点火プラグが混合気に点火をしたタイミングから未燃混合気が自己着火をしたタイミングまでに、燃焼室内で発生した熱量(以下、この熱量をアシスト熱量ともいう)と、燃料のオクタン価との間に相関があることに気づいた。つまり、燃料のオクタン価が低いと、混合気は自己着火しやすいため、アシスト熱量は少なく、燃料のオクタン価が高いと、混合気は自己着火しにくいため、アシスト熱量は多い。本願発明者らは、SPCCI燃焼時のアシスト熱量を、計測部が計測をした各種のパラメータに基づいて算出すれば、燃料のオクタン価を判定できることを見いだした。アシスト熱量は、混合気の燃焼パラメータに対応する。 In SPCCI combustion, the inventors of the present application have generated heat generated in the combustion chamber from the timing when the spark plug ignites the air-fuel mixture to the timing when the unburned air-fuel mixture self-ignites (hereinafter, this heat amount is also referred to as an assist heat amount). ) And the octane number of the fuel. That is, when the octane number of the fuel is low, the air-fuel mixture is easily self-ignited, so that the assist heat quantity is small, and when the octane number of the fuel is high, the air-fuel mixture is difficult to self-ignite, and therefore the assist heat quantity is large. The inventors of the present application have found that the octane number of fuel can be determined by calculating the assist calorific value at the time of SPCCI combustion based on various parameters measured by the measuring unit. The amount of assist heat corresponds to the combustion parameters of the air-fuel mixture.
前記制御部は、前記点火部に、所定のタイミングで前記混合気に点火させ、それによって、前記エンジンは、一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始し、その後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼する部分自己着火燃焼を行い、
前記制御部は、前記計測信号を受けて、前記点火部が点火をしたタイミングから前記未燃混合気が自己着火をしたタイミングまでに、前記燃焼室内で発生した熱量を算出すると共に、算出した熱量に基づいて前記燃料のオクタン価を推定する、としてもよい。
The control unit ignites the ignition unit at a predetermined timing, whereby the engine starts combustion of a part of the air-fuel mixture with flame propagation, and then the remaining unburned mixture. Partial self-ignition combustion where Qi burns by self-ignition,
Upon receiving the measurement signal, the control unit calculates the amount of heat generated in the combustion chamber from the timing when the ignition unit ignites to the timing when the unburned air-fuel mixture self-ignites, and the calculated heat amount. The octane number of the fuel may be estimated based on the above.
前記の構成によると、点火部は、制御部からの制御信号を受けて、所定のタイミングで混合気に点火する。燃焼室内の混合気の一部は火炎伝播を伴う燃焼を開始する。火炎伝播を伴う燃焼により、燃焼室内の温度及び圧力が高まる。残りの未燃混合気は、自己着火により燃焼する。エンジンは、部分自己着火燃焼(つまり、SPCCI燃焼)を行う。 According to the above configuration, the ignition unit receives a control signal from the control unit and ignites the air-fuel mixture at a predetermined timing. A part of the air-fuel mixture in the combustion chamber starts combustion with flame propagation. Combustion with flame propagation increases the temperature and pressure in the combustion chamber. The remaining unburned air-fuel mixture burns by self-ignition. The engine performs partial self-ignition combustion (ie, SPCCI combustion).
制御部は、計測部の計測信号に基づいて、点火部が点火をしたタイミングから未燃混合気が自己着火をしたタイミングまでに、燃焼室内で発生した熱量を算出する。この熱量は、アシスト熱量である。前述したように、アシスト熱量は燃料のオクタン価と相関を有している。実験又はシミュレーションを行うことによって、アシスト熱量と燃料のオクタン価との相関関係を予め調べておいて、その相関関係を、マップ又はモデルとして、制御部が記憶していれば、制御部は、算出したアシスト熱量から、燃料のオクタン価を判定できる。 The control unit calculates the amount of heat generated in the combustion chamber from the timing when the ignition unit ignites to the timing when the unburned air-fuel mixture self-ignites based on the measurement signal of the measurement unit. This amount of heat is the amount of assist heat. As described above, the assist calorific value has a correlation with the octane number of the fuel. By conducting an experiment or simulation, the correlation between the assist calorific value and the octane number of the fuel is investigated in advance, and if the control unit stores the correlation as a map or a model, the control unit calculates it. The octane number of the fuel can be determined from the amount of assist heat.
前記の構成の制御装置は、混合気がSPCCI燃焼すれば、燃料のオクタン価を判定できる。例えば特許文献1に記載されている技術は、ノッキングが発生しないと、燃料のオクタン価を判定できない。前記の構成の制御装置は、エンジンの運転中に、燃料のオクタン価の、時系列の推定値を取得できる。 The control device having the above configuration can determine the octane number of the fuel if the air-fuel mixture burns SPCCI. For example, the technique described in Patent Document 1 cannot determine the octane number of a fuel unless knocking occurs. The control device having the above configuration can obtain a time-series estimate of the octane number of the fuel while the engine is running.
燃料のオクタン価が変わると、混合気の自着火のしやすさが変わる。燃料のオクタン価は、SPCCI燃焼に大きな影響を与える。燃料のオクタン価を、常時、正確に把握することにより、エンジンは、SPCCI燃焼を適切に行うことができる。 When the octane number of the fuel changes, the ease of self-ignition of the air-fuel mixture changes. The octane number of fuel has a great influence on SPCCI combustion. By constantly and accurately grasping the octane number of the fuel, the engine can appropriately perform SPCCI combustion.
以上説明したように、エンジンの制御装置は、給油後の異常燃焼を抑制できる。 As described above, the engine control device can suppress abnormal combustion after refueling.
以下、エンジンの制御装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで説明するエンジン、及び、制御装置は例示である。 Hereinafter, embodiments of the engine control device will be described with reference to the drawings. The engine and the control device described here are examples.
図1は、エンジンを例示する図である。図2は、エンジンの制御装置を例示するブロック図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating an engine. FIG. 2 is a block diagram illustrating an engine control device.
エンジン1は、燃焼室17を有している。燃焼室17は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返す。エンジン1は、4ストロークエンジンである。エンジン1は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン1が運転することによって自動車は走行する。エンジン1の燃料は、この構成例においてはガソリンである。このエンジン1は、高オクタン価燃料、及び、低オクタン価燃料の両方を使用できる。高オクタン価燃料のオクタン価は、例えば100であり、低オクタン価燃料のオクタン価は、例えば91である。自動車の利用者は、後述する燃料タンク63に、高オクタン価燃料又は低オクタン価燃料を給油することができる。利用者はまた、高オクタン価燃料を貯留している燃料タンク63に、低オクタン価燃料を注ぎ足すことができ、低オクタン価燃料を貯留している燃料タンク63に、高オクタン価燃料を注ぎ足すこともできる。オクタン価の異なる燃料を注ぎ足すと、エンジン1の使用燃料のオクタン価は、中間のオクタン価になる。
The engine 1 has a
(エンジンの構成)
エンジン1は、シリンダブロック12と、シリンダヘッド13とを備えている。シリンダヘッド13は、シリンダブロック12の上に載置される。
(Engine configuration)
The engine 1 includes a
シリンダブロック12に、複数のシリンダ11が形成されている。エンジン1は、多気筒エンジンである。図1では、一つのシリンダ11のみを示す。
A plurality of
各シリンダ11には、ピストン3が内挿されている。ピストン3は、コネクティングロッド14を介してクランクシャフト15に連結されている。ピストン3は、シリンダ11の内部を往復動する。ピストン3、シリンダ11及びシリンダヘッド13は、燃焼室17を形成する。尚、「燃焼室」は、ピストン3の位置に関わらず、ピストン3、シリンダ11及びシリンダヘッド13によって形成される空間を意味する。
A piston 3 is inserted in each
エンジン1の幾何学的圧縮比は、10以上30以下に設定されている。後述するようにエンジン1は、一部の運転領域において、SI(Spark Ignition)燃焼とCI(Compression Ignition)燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。SPCCI燃焼は、SI燃焼による発熱及び/又は圧力上昇によって、CI燃焼をコントロールする。エンジン1は、圧縮着火式エンジンである。このエンジン1は、ピストン3が圧縮上死点に至った時の燃焼室17の温度を高める必要がない。エンジン1の幾何学的圧縮比は低い。幾何学的圧縮比が低いと、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。
The geometric compression ratio of the engine 1 is set to 10 or more and 30 or less. As will be described later, the engine 1 performs SPCCI combustion in which SI (Spark Ignition) combustion and CI (Compression Ignition) combustion are combined in a part of the operating region. SPCCI combustion controls CI combustion by heat generation and / or pressure rise due to SI combustion. The engine 1 is a compression ignition type engine. The engine 1 does not need to raise the temperature of the
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、吸気ポート18が形成されている。吸気ポート18は、燃焼室17に連通している。吸気ポート18は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート18は、燃焼室17の中にタンブル流が発生するような形状を有している。
An
吸気ポート18には、吸気弁21が配設されている。吸気弁21は、吸気ポート18を開閉する。動弁機構は、吸気弁21を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構としてもよい。図2に示すように、動弁機構は、吸気電動S−VT(Sequential-Valve Timing)23を有している。吸気電動S−VT23は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気弁21の開弁角は変化しない。尚、動弁機構は、電動S−VTに代えて、油圧式のS−VTを有してもよい。
An
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、排気ポート19が形成されている。排気ポート19は、燃焼室17に連通している。
An
排気ポート19には、排気弁22が配設されている。排気弁22は、排気ポート19を開閉する。動弁機構は、排気弁22を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構としてもよい。図2に示すように、動弁機構は、排気電動S−VT24を有している。排気電動S−VT24は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気弁22の開弁角は変化しない。尚、動弁機構は、電動S−VTに代えて、油圧式のS−VTを有してもよい。
An
吸気電動S−VT23及び排気電動S−VT24は、吸気弁21と排気弁22との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを調節することによって、内部EGRガスが燃焼室17の中に導入される。
The intake electric S-VT23 and the exhaust electric S-VT24 adjust the length of the overlap period in which both the
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、インジェクタ6が取り付けられている。インジェクタ6は、燃焼室17の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ6は、燃焼室17の天井部(つまり、シリンダヘッド13の下面)に配設されている。インジェクタ6は、詳細な図示は省略するが、複数の噴孔を有する多噴孔型である。
An
インジェクタ6には、燃料供給システム61が接続されている。インジェクタ6及び燃料供給システム61は、燃料供給部を構成する。燃料供給システム61は、燃料を貯留する燃料タンク63と、燃料供給路62とを備えている。燃料供給路62は、燃料タンク63とインジェクタ6とを互いにつないでいる。燃料供給路62には、燃料ポンプ65とコモンレール64とが介設している。燃料ポンプ65は、コモンレール64に燃料を送る。燃料ポンプ65は、この構成例においては、クランクシャフト15によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール64は、燃料ポンプ65から送られた燃料を蓄える。コモンレール64の中は高圧である。インジェクタ6は、コモンレール64につながっている。インジェクタ6が開弁すると、コモンレール64の中の高圧の燃料が、インジェクタ6の噴孔から燃焼室17の中に噴射される。尚、燃料供給システム61の構成は、前記の構成に限定されない。
A
シリンダヘッド13には、シリンダ11毎に、点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ25の電極は、燃焼室17の中に臨んでいる。点火プラグ25は、点火部の一例である。
A
エンジン1の一側面には吸気通路40が接続されている。吸気通路40は、各シリンダ11の吸気ポート18に連通している。燃焼室17に導入する吸気のガスは、吸気通路40の中を流れる。吸気通路40の上流端部には、エアクリーナー41が配設されている。吸気通路40の下流端の近くには、サージタンク42が配設されている。サージタンク42よりも下流の吸気通路40は、シリンダ11毎に分岐している。
An
吸気通路40におけるエアクリーナー41とサージタンク42との間には、スロットル弁43が配設されている。スロットル弁43は、弁の開度が変わることによって、燃焼室17の中への新気の導入量を調節する。
A
吸気通路40にはまた、スロットル弁43の下流に、過給機44が配設されている。過給機44は、燃焼室17に導入する吸気のガスの圧力を高める。この構成例において、過給機44は、エンジン1によって駆動される。過給機44は、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、又は遠心式である。
The
過給機44とエンジン1との間には、電磁クラッチ45が介設している。電磁クラッチ45は、エンジン1から過給機44へ駆動力を伝達する状態と、駆動力の伝達を遮断する状態とを切り替える。後述するECU10が電磁クラッチ45に制御信号を出力することによって、過給機44はオン又はオフになる。
An electromagnetic clutch 45 is interposed between the
吸気通路40における過給機44の下流には、インタークーラー46が配設されている。インタークーラー46は、過給機44が圧縮した吸気のガスを冷却する。インタークーラー46は、水冷式又は油冷式である。
An
吸気通路40には、バイパス通路47が接続されている。バイパス通路47は、吸気通路40における過給機44の上流部とインタークーラー46の下流部とを互いに接続する。バイパス通路47は、過給機44及びインタークーラー46をバイパスする。バイパス通路47には、エアバイパス弁48が配設されている。エアバイパス弁48は、バイパス通路47を流れるガスの流量を調節する。
A
ECU10は、過給機44がオフの場合に、エアバイパス弁48を全開にする。吸気通路40を流れる吸気のガスは、過給機44及びインタークーラー46をバイパスして、エンジン1の燃焼室17に至る。エンジン1は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。
The
過給機44がオンの場合、エンジン1は過給状態で運転する。ECU10は、過給機44がオンの場合に、エアバイパス弁48の開度を調節する。過給機44及びインタークーラー46を通過した吸気のガスの一部は、バイパス通路47を通って過給機44の上流に戻る。ECU10がエアバイパス弁48の開度を調節すると、燃焼室17に導入する吸気のガスの圧力が変わる。尚、「過給」とは、サージタンク42内の圧力が大気圧を超える状態をいい、「非過給」とは、サージタンク42内の圧力が大気圧以下になる状態をいう、と定義してもよい。
When the
エンジン1は、吸気通路40に取り付けられたスワールコントロール弁56を有している。スワールコントロール弁56は、燃焼室17内にスワール流を発生させる。スワールコントロール弁56は、開度調節弁である。スワールコントロール弁56の開度が小さいと、燃焼室17内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁56の開度が大きいと、燃焼室17内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁56を全開にすると、スワール流は発生しない。
The engine 1 has a
エンジン1の他側面には、排気通路50が接続されている。排気通路50は、各シリンダ11の排気ポート19に連通している。燃焼室17から排出された排気ガスは、排気通路50の中を流れる。排気通路50の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ11毎に分岐している。
An
排気通路50には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。排気ガス浄化システムは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒511と、GPF(Gasoline Particulate Filter)512とを有している。下流の触媒コンバーターは、三元触媒513を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されない。例えば、GPFは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びGPFの並び順は、適宜変更してもよい。
An exhaust gas purification system having a plurality of catalytic converters is arranged in the
吸気通路40と排気通路50との間には、EGR通路52が接続されている。EGR通路52は、排気ガスの一部を吸気通路40に還流させる通路である。EGR通路52の上流端は、排気通路50における二つの触媒コンバーターの間に接続されている。EGR通路52の下流端は、吸気通路40における過給機44の上流部に接続されている。
An
EGR通路52には、水冷式のEGRクーラー53が配設されている。EGRクーラー53は、排気ガスを冷却する。EGR通路52にはまた、EGR弁54が配設されている。EGR弁54は、EGR通路52を流れる排気ガスの流量を調節する。EGR弁54は、外部EGRガスの還流量を調節する。
A water-cooled
(エンジンの制御装置の構成)
エンジンの制御装置は、ECU(Engine Control Unit)10を備えている。ECU10は、制御部の一例である。ECU10は、図2に示すように、マイクロコンピュータ101と、メモリ102と、I/F回路103と、を備えている。マイクロコンピュータ101は、プログラムを実行する。メモリ102は、プログラム及びデータを格納する。メモリ102は、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)である。I/F回路103は、電気信号の入出力を行う。
(Configuration of engine control device)
The engine control device includes an ECU (Engine Control Unit) 10. The
ECU10には、図1及び図2に示すように、各種のセンサSW1−SW11が接続されている。センサSW1−SW11は、信号をECU10に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
As shown in FIGS. 1 and 2, various sensors SW1-SW11 are connected to the
エアフローセンサSW1は、吸気通路40を流れる新気の流量を計測する。エアフローセンサSW1は、吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されている。第1吸気温度センサSW2は、吸気通路40を流れる新気の温度を計測する。第1吸気温度センサSW2は、吸気通路40におけるエアクリーナー41の下流に配置されている。第2吸気温度センサSW3は、燃焼室17に導入される吸気のガスの温度を計測する。第2吸気温度センサSW3は、サージタンク42に取り付けられている。
The air flow sensor SW1 measures the flow rate of fresh air flowing through the
吸気圧センサSW4は、燃焼室17に導入される吸気のガスの圧力を計測する。吸気圧センサSW4は、サージタンク42に取り付けられている。筒内圧センサSW5は、各燃焼室17内の圧力を計測する。筒内圧センサSW5は、シリンダ11毎に、シリンダヘッド13に取り付けられている。水温センサSW6は、冷却水の温度を計測する。水温センサSW6は、エンジン1に取り付けられている。
The intake pressure sensor SW4 measures the pressure of the intake gas introduced into the
クランク角センサSW7は、クランクシャフト15の回転角を計測する。クランク角センサSW7は、エンジン1に取り付けられている。アクセル開度センサSW8は、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する。アクセル開度センサSW8は、アクセルペダル機構に取り付けられている。吸気カム角センサSW9は、吸気カムシャフトの回転角を計測する。吸気カム角センサSW9は、エンジン1に取り付けられている。排気カム角センサSW10は、排気カムシャフトの回転角を計測する。排気カム角センサSW10は、エンジン1に取り付けられている。レベルセンサSW11は、燃料タンク63に貯留する燃料の量を計測する。レベルセンサSW11は、燃料タンク63に取り付けられている。
The crank angle sensor SW7 measures the rotation angle of the
ECU10は、これらのセンサSW1−SW11の信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断する。ECU10はまた、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ102に記憶されている。
The
ECU100は、制御量に係る電気信号を、インジェクタ6、点火プラグ25、吸気電動S−VT23、排気電動S−VT24、燃料供給システム61、スロットル弁43、EGR弁54、過給機44の電磁クラッチ45、エアバイパス弁48、及び、スワールコントロール弁56に出力する。
The
(SPCCI燃焼のコンセプト)
エンジン1は、燃費の向上及び排出エミッション性能の向上を主目的として、所定の運転状態にある場合に、圧縮自己着火による燃焼を行う。圧縮開始前の燃焼室17の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン1は、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。
(SPCCI combustion concept)
The engine 1 performs combustion by compression self-ignition when it is in a predetermined operating state for the main purpose of improving fuel efficiency and emission emission performance. If the temperature in the
図3は、SPCCI燃焼時における、燃焼室17内の圧力変化301を例示している。図3の横軸は、クランク角である。図3は、筒内圧センサSW5の計測信号に相当する。SPCCI燃焼は、次のような燃焼形態である。つまり、点火プラグ25が、燃焼室17の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりSI燃焼を開始する。SI燃焼の開始後、(1)SI燃焼の発熱により燃焼室17の中の温度が高くなりかつ、(2)火炎伝播により燃焼室17の中の圧力が上昇することにより、自己着火タイミングθciにおいて未燃混合気が自己着火し、CI燃焼をする。SPCCI燃焼における圧力波形は、SI燃焼による山に、CI燃焼による山が積み重なったような形状になる。圧力波形は、自己着火タイミングθciにおいて変曲点を有する。筒内圧センサSW5が燃焼室17内の圧力波形を計測することにより、ECU10は、その圧力波形の形状に基づいて、混合気が自己着火してSPCCI燃焼が行われたか否かを判断できる。
FIG. 3 illustrates a
SI燃焼の燃焼量を調節することによって、圧縮開始前の燃焼室17の中の温度のばらつきを吸収できる。ECU10が点火タイミングを調節することによって、SI燃焼の燃焼量が調節される。ECU10が点火タイミングを調節すれば、混合気は目標のタイミングで自己着火する。SPCCI燃焼は、SI燃焼の燃焼量がCI燃焼の開始タイミングをコントロールしている。
By adjusting the combustion amount of SI combustion, it is possible to absorb the variation in temperature in the
(エンジンの運転領域)
図4は、エンジン1の制御マップ401を例示している。制御マップ401は、ECU10のメモリ102に記憶されている。ECU10は、制御マップ401に基づいて、エンジン1を運転する。
(Engine operating area)
FIG. 4 illustrates the
制御マップ401は、エンジン1の負荷及びエンジン1の回転数によって規定されている。制御マップ401は、領域A1、領域A2、領域A3、及び、領域A4の四つの領域に分かれる。領域A1は、Naよりも回転数が高い領域である。領域A2は、回転数がNa以下の領域のうち、負荷がLaよりも低い領域である。領域A3は、回転数がNa以下の領域のうち、負荷がLa以上の領域である。尚、Laは、エンジン1の最高負荷の1/2負荷としてもよい。領域A4は、領域A2内において、低負荷低回転側の特定の領域である。領域A4は、エンジン1の全運転領域において、低回転低負荷の特定領域に相当する。尚、ここでいう「低回転」は、エンジン1の全運転領域を低回転側と高回転側とに二等分した場合の、低回転側に対応する。「低負荷」は、エンジン1の全運転領域を低負荷側と高負荷側とに二等分した場合の、低負荷側に対応する。
The
エンジン1の負荷及び回転数によって定まる運転状態が、領域A1内にある場合、ECU10は、SI燃焼を行うようにエンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。混合気の空燃比は、三元触媒511及び513の浄化ウインドウに含まれればよい。尚、空燃比は、燃焼室17の全体における平均の空燃比である。
When the operating state determined by the load and the rotation speed of the engine 1 is within the region A1, the
エンジン1の運転状態が、領域A2内にある場合、ECU10は、SPCCI燃焼を行うようにエンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン1の運転状態が領域A2内にある場合、過給機44はオフである。エンジン1の運転状態が、領域A3内にある場合、ECU10は、SPCCI燃焼を行うようにエンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン1の運転状態が領域A3内にある場合、過給機44はオンである。
When the operating state of the engine 1 is within the region A2, the
エンジン1の運転状態が、領域A4内にある場合、ECU10は、SPCCI燃焼を行うようにエンジン1を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンである。燃焼室17の全体における平均の空燃比は、具体的には、30以上40以下である。エンジン1の運転状態が領域A4内にある場合、過給機44はオフである。また、エンジン1の運転状態が領域A4内にある場合、ECU10はまた、吸気弁21及び排気弁22が共に開弁するオーバーラップ期間を設ける。内部EGRガスが燃焼室17の中に導入される。これにより、燃焼室17の中の温度が高くなる。エンジン1の負荷が低い領域A4において、燃焼室17の中の温度が高いことによりSPCCI燃焼のCI燃焼が安定化する。
When the operating state of the engine 1 is within the region A4, the
ECU10のメモリ102は、領域A1、領域A2、領域A3、及び、領域A4の各領域について定められた制御セットを記憶している。制御セットは、燃料の噴射タイミング、点火タイミング、吸気電動S−VT23の位相角、排気電動S−VT24の位相角、及び、スワールコントロール弁56の開度のそれぞれに関する制御量を少なくとも含んでいる。ECU10は、各種のセンサSW1−SW11の計測信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断する。ECU10はまた、エンジン1の運転状態と制御マップ401とに基づいて、対応する制御セットに従って、インジェクタ6、点火プラグ25、吸気電動S−VT23、排気電動S−VT24、及び、スワールコントロール弁56を制御する。
The
このエンジン1はまた、前述したように、高オクタン価燃料及び低オクタン価燃料の両方を使用可能である。メモリ102は、各領域について、高オクタン価燃料に対応する第1制御セットと、低オクタン価燃料に対応する第2制御セットとの二種類の制御セットを記憶している。第1制御セット及び第2制御セットは、燃料のオクタン価に対応して、燃費及び排気エミッション性能が最適になるよう、設定されている。例えば第1制御セットの点火タイミングは、第2制御セットの点火タイミングよりも進角側に設定されている。ECU10は、後述する制御によって、燃料のオクタン価を判定すると共に、判定した燃料のオクタン価に対応する制御セットを選択して、エンジン1の運転を制御する。
The engine 1 can also use both high octane and low octane fuels, as described above. The
(燃料のオクタン価の判定ロジック)
次に、図5及び図6を参照しながら、燃料のオクタン価の判定ロジックについて説明をする。この判定ロジックは、SPCCI燃焼の燃焼形態を利用する。図3に示すように、SPCCI燃焼は、点火プラグ25が燃焼室17の中の混合気に強制的に点火を行って火炎伝播を伴う燃焼を開始させると共に、その燃焼による発熱及び/又は圧力上昇によって、未燃混合気が自己着火により燃焼する形態である。
(Fuel octane number determination logic)
Next, the logic for determining the octane number of the fuel will be described with reference to FIGS. 5 and 6. This determination logic utilizes the combustion mode of SPCCI combustion. As shown in FIG. 3, in SPCCI combustion, the
ここで、点火プラグが混合気に点火をしたタイミングから未燃混合気が自己着火をしたタイミングまでに、燃焼室17内で発生した熱量をアシスト熱量とする。SPCCI燃焼において、未燃混合気は、アシスト熱量を受けて自己着火する。燃料のオクタン価が低いと、当該燃料は自己着火しやすいため、アシスト熱量は少ない。逆に、燃料のオクタン価が高いと、当該燃料は自己着火しにくいため、アシスト熱量は多い。アシスト熱量と燃料のオクタン価との間には、相関がある。
Here, the amount of heat generated in the
図5は、アシスト熱量Qsaと自己着火タイミングθciとの関係を示すグラフ501を例示している。グラフ501は、本願発明者らが、エンジン1の運転状態(つまり、エンジン1の負荷、及び、環境温度)を変えながら実験を行うことによって得られたグラフである。グラフ501は、使用燃料が低オクタン価燃料である場合のグラフである。 FIG. 5 illustrates a graph 501 showing the relationship between the assist calorific value Qsa and the self-ignition timing θci. Graph 501 is a graph obtained by the inventors of the present application conducting an experiment while changing the operating state of the engine 1 (that is, the load of the engine 1 and the environmental temperature). Graph 501 is a graph when the fuel used is a low octane number fuel.
グラフ501の縦軸は、アシスト熱量Qsaを、燃焼室17内に導入したガス量で割った値である。燃焼室17内に導入されるガス量は、エンジン1の運転状態に応じて変化する。エンジン1の負荷が高くなると、燃焼室17内に導入されるガス量は増える。グラフ501の縦軸は、アシスト熱量Qsaを、燃焼室17内に導入されるガス量によって正規化している。
The vertical axis of the graph 501 is a value obtained by dividing the assist heat amount Qsa by the amount of gas introduced into the
ECU10は、筒内圧センサSW5の計測信号に基づいて燃焼室17内で発生した熱量を算出できる。ECU10は、図3に示すように、筒内圧センサSW5の計測信号に基づいて、点火プラグ25が混合気に点火をしたタイミングから未燃混合気が自己着火をしたタイミングθciまでに、燃焼室17内で発生したアシスト熱量Qsaを算出する。
The
グラフ501の横軸は、未燃混合気が自己着火したタイミングθciである。未燃混合気が自己着火すると、圧力変化(dP/dθ)が変わる。ECU10は、筒内圧センサSW5の計測信号に基づいて、自己着火タイミングθciを特定できる。
The horizontal axis of the graph 501 is the timing θci at which the unburned air-fuel mixture self-ignites. When the unburned air-fuel mixture self-ignites, the pressure change (dP / dθ) changes. The
また、前述したように、ECU10は、筒内圧センサSW5の計測信号に基づいて、混合気が自己着火してSPCCI燃焼が発生したことを把握できる。
Further, as described above, the
グラフ501の丸は、エンジン1が運転する環境温度が標準でかつ、充填効率Ceが最大の場合の計測値であり、グラフ501の三角は、環境温度が標準でかつ、充填効率Ceが大の場合の計測値であり、グラフ501のひし形は、環境温度が標準でかつ、充填効率Ceが小の場合の計測値である。また、グラフ501の四角は、環境温度が、標準よりも高い酷暑でかつ、充填効率Ceが大の場合の計測値であり、グラフ501の逆三角は、環境温度が酷暑でかつ、充填効率Ceが小の場合の計測値である。 The circles in Graph 501 are the measured values when the environmental temperature in which the engine 1 operates is standard and the filling efficiency Ce is maximum, and the triangles in Graph 501 are the measured values when the environmental temperature is standard and the filling efficiency Ce is large. The diamond in Graph 501 is a measured value when the environmental temperature is standard and the filling efficiency Ce is small. The squares in Graph 501 are the measured values when the environmental temperature is extremely hot higher than the standard and the filling efficiency Ce is large, and the inverted triangles in Graph 501 are the measured values when the environmental temperature is extremely hot and the filling efficiency Ce is large. Is the measured value when is small.
グラフ501において直線5011−5015で示すように、正規化されたアシスト熱量Qsaと自己着火タイミングθciとの間には相関がある。つまり、各直線5011−5015は全て、右上がりである。アシスト熱量Qsaが多いと、自己着火タイミングθciが遅角し、アシスト熱量Qsaが少ないと、自己着火タイミングθciが進角する。また、その相関関係は、エンジン1の運転状態毎に成立する。つまり、直線5011−5015は、エンジン1の運転状態毎に異なる。 As shown by straight lines 5011-5015 in Graph 501, there is a correlation between the normalized assist calorific value Qsa and the self-ignition timing θci. That is, each straight line 5011-5015 is rising to the right. When the assist heat amount Qsa is large, the self-ignition timing θci is retarded, and when the assist heat amount Qsa is small, the self-ignition timing θci is advanced. Further, the correlation is established for each operating state of the engine 1. That is, the straight line 5011-5015 is different for each operating state of the engine 1.
ここで、環境温度の高低について比較をする。環境温度が高い場合(直線5014)は、環境温度が低い場合(直線5015)に比べて、アシスト熱量Qsaは小さい。環境温度が高いと、燃焼室17の中に導入される吸気の温度が高い。吸気温度が高いと、燃焼室17の中の温度が高くなって未燃混合気が自己着火しやすい。このため、吸気温度が高いと、アシスト熱量Qsaは小さい。
Here, the high and low environmental temperatures are compared. When the environmental temperature is high (straight line 5014), the assist heat quantity Qsa is smaller than when the environmental temperature is low (straight line 5015). When the environmental temperature is high, the temperature of the intake air introduced into the
次に、充填効率Ceの大小について比較をする。充填効率Ceが大きい場合、つまり、エンジン1のトルクが大きい場合(直線5011、5012)は、充填効率Ceが小さい場合、つまり、エンジン1のトルクが小さい場合(直線5015)に比べて、アシスト熱量Qsaは小さい。燃焼室17の中に導入する空気量が多いと、当該空気の圧縮に伴い、燃焼室17の中の温度が、より高くなる。燃焼室17の中の温度が高くなると、未燃混合気は自己着火しやすい。そのため、充填効率Ceが大きいと、アシスト熱量Qsaは小さい。
Next, the magnitude of the filling efficiency Ce will be compared. When the filling efficiency Ce is large, that is, when the torque of the engine 1 is large (
グラフ501において、各運転状態におけるアシスト熱量Qsaと自己着火タイミングθciとの計測値を直線の統計モデルによって表現すると共に、当該直線の、特定クランク角(特定CA、例えば15°ATDC)における切片を、各運転状態におけるモデルの代表値と定める。以下において、この代表値を、「等価温度上昇量(Qsa(特定CA)/筒内ガス量)」と呼ぶ。 In Graph 501, the measured values of the assist calorific value Qsa and the self-ignition timing θci in each operating state are represented by a linear statistical model, and the intercept of the straight line at a specific crank angle (specific CA, for example, 15 ° ATDC) is displayed. It is defined as the representative value of the model in each operating state. Hereinafter, this representative value is referred to as "equivalent temperature rise amount (Qsa (specific CA) / in-cylinder gas amount)".
図5のグラフ501は、前述したように、使用燃料が低オクタン価燃料である場合の、正規化したアシスト熱量Qsaと自己着火タイミングθciとの関係を例示している。図示は省略するが、本願発明者らは、使用燃料が高オクタン価燃料である場合も同様に、エンジン1の運転状態毎に、正規化したアシスト熱量Qsaと自己着火タイミングθciとの相関関係が成立することを確認した。 As described above, Graph 501 in FIG. 5 illustrates the relationship between the normalized assist calorific value Qsa and the self-ignition timing θci when the fuel used is a low octane number fuel. Although not shown, the inventors of the present application similarly establish a correlation between the normalized assist calorific value Qsa and the self-ignition timing θci for each operating state of the engine 1 even when the fuel used is a high octane fuel. Confirmed to do.
図6は、グラフ501等に基づいて作成されるグラフ601を例示している。グラフ601の縦軸は、前述した等価温度上昇量(Qsa(特定CA)/筒内ガス量)である。グラフ601の横軸は、充填効率Ceである。グラフ601は、エンジン1のさまざまな運転状態のデータを含んでいる。グラフ601はまた、使用燃料が高オクタン価燃料である場合のデータと、使用燃料が低オクタン価燃料である場合のデータとを含んでいる。
FIG. 6 illustrates a
グラフ601の黒丸は、使用燃料が高オクタン価燃料でかつ、環境温度が標準の場合のデータであり、グラフ601の四角は、使用燃料が高オクタン価燃料でかつ、環境温度が酷暑の場合のデータである。グラフ601の白丸は、使用燃料が低オクタン価燃料でかつ、環境温度が標準の場合の結果であり、グラフ601の三角は、使用燃料が低オクタン価燃料でかつ、環境温度が酷暑の場合のデータである。グラフ601のバツ印は、使用燃料が高オクタン価燃料の場合に、高オクタン価燃料に対応する第1制御セットによって、エンジン1の運転を制御した場合のデータである。
The black circles in
グラフ601において曲線6011−6014で示すように、等価温度上昇量(Qsa(特定CA)/筒内ガス量)と充填効率Ceとの間には相関がある。つまり、充填効率Ceが高いと、空気の圧縮に伴い燃焼室17の中の温度が大きく上昇するから、等価温度上昇量は小さくなり、逆に、充填効率Ceが低いと、等価温度上昇量が大きくなる。曲線6011−6014は全て、右下がりになる。また、高オクタン価燃料の使用時の曲線6011、6012と、低オクタン価燃料の使用時の曲線6013、6014とは相違する。同一の充填効率Ceで比較した場合に、高オクタン価燃料の使用時は、低オクタン価燃料の使用時よりも、未燃混合気が自己着火しにくいため、等価温度上昇量は大きい。
As shown by curves 6011-6014 in
また、等価温度上昇量と充填効率との相関関係は、環境温度毎に成立する。つまり、同一の充填効率Ceで、酷暑時の曲線6012、6014と、標準時の曲線6011、6013とを比較した場合に、酷暑時は燃焼室17の中の温度がより高くなるため、標準時よりも、等価温度上昇量が小さい。
Further, the correlation between the equivalent temperature rise amount and the filling efficiency is established for each environmental temperature. That is, when the
グラフ601に示すように、使用燃料が高オクタン価燃料の場合の曲線6011、6012と、使用燃料が低オクタン価燃料の場合の曲線6013、6014とは異なる。そこで、エンジン1がSPCCI燃焼を行っている場合に、ECU10が、各種センサSW1−SW11の計測信号に基づいて、等価温度上昇量(Qsa(特定CA)/筒内ガス量))と、充填効率Ceとを算出すると共に、グラフ601において、算出した等価温度上昇量(Qsa(特定CA)/筒内ガス量))と充填効率Ceとの点が、どこにプロットできるか、に基づいて、ECU10は、燃料のオクタン価を判定することができる。
As shown in
つまり、算出した等価温度上昇量(Qsa(特定CA)/筒内ガス量))と充填効率Ceとの点が、例えば曲線6011の上に載れば、ECU10は、使用燃料が高オクタン価燃料であると判断できる。また、算出した等価温度上昇量(Qsa(特定CA)/筒内ガス量))と充填効率Ceとの点が、例えば曲線6013の上に載れば、ECU10は、使用燃料が低オクタン価燃料であると判断できる。
That is, if the calculated equivalent temperature rise (Qsa (specific CA) / in-cylinder gas amount) and the filling efficiency Ce are on the
また、高オクタン価燃料を貯留している燃料タンク63に低オクタン価燃料を注ぎ足す、又は、低オクタン価燃料を貯留している燃料タンク63に高オクタン価燃料を注ぎ足すと、燃料のオクタン価は、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との中間のオクタン価になる。この場合、等価温度上昇量(Qsa(特定CA)/筒内ガス量))と充填効率Ceとの点は、グラフ601における曲線と曲線との間にプロットされる。ECU10は、線形補間によって、燃料のオクタン価、つまり、中間のオクタン価を判定することができる。
Further, when a low octane fuel is added to the
(オクタン価判定の手順)
図7は、燃料のオクタン価を判定する判定装置の構成を例示している。判定装置は、アシスト熱量算出部105、フィッティング部106、等価温度上昇量算出部107、自着火特性算出部108、オクタン価判定部109、制御セット選択部110を備えている。これらの各部は、ECU10の機能ブロックである。判定装置は、エンジン1の運転中に、オクタン価の判定を逐次行う。
(Procedure for determining octane number)
FIG. 7 illustrates the configuration of the determination device for determining the octane number of the fuel. The determination device includes an assist heat
アシスト熱量算出部105は、前述したアシスト熱量Qsaを算出する。アシスト熱量算出部105は、筒内圧センサSW5を含む各種センサSW1−SW11の計測信号に基づいて、アシスト熱量Qsaを算出する(図3も参照)。アシスト熱量算出部105は、燃焼室17の中で燃焼が行われる度にアシスト熱量Qsaを算出する。
The assist calorific
フィッティング部106は、アシスト熱量算出部105が算出したアシスト熱量Qsaと、自着火タイミングθciとの関係から、図5に示した統計モデルの直線を定める。具体的に、フィッティング部106は、符号111のグラフに例示するように、縦軸を正規化したアシスト熱量Qsaとし、横軸を自己着火タイミングθciとした平面上に、アシスト熱量算出部105が算出したアシスト熱量Qsaと自着火タイミングθciとの関係を示す複数の点をプロットする(グラフ111の黒丸参照)。フィッティング部106は、プロットした複数の点に基づいて、直線、つまり、統計モデルを定める。フィッティング部106は、例えば最小二乗法により直線を定めてもよい。尚、直線の傾きを所定の傾きに固定しておき、フィッティング部106は、直線の切片のみを定めてもよい。こうすることで、フィッティング部106の演算量が少なくなる。
The
等価温度上昇量算出部107は、フィッティング部106が定めた直線に基づいて、特定CAの切片である等価温度上昇量(Qsa(特定CA)/筒内ガス量)を算出する(グラフ111の白丸参照)。具体的に等価温度上昇量算出部107は、フィッティング部106が定めた直線と、特定CAの縦線との交点を算出する。
The equivalent temperature
自着火特性算出部108は、等価温度上昇量算出部107が算出した等価温度上昇量と、メモリ102に記憶しているマップ112とに基づいて、自着火特性を算出する。マップ112は、図6に示すグラフ601を90°だけ反時計回りに回転させたものである。マップ112は、当該エンジン1について実験またはシミュレーションを行うことにより予め作成されかつ、メモリ102に記憶されている。マップ112は、使用燃料が高オクタン価燃料でかつ、エンジン1の環境温度が標準条件である場合の第1特性線と、使用燃料が低オクタン価燃料でかつ、エンジン1の環境温度が酷暑条件である場合の第2特性線と、を含んでいる。第1特性線は、混合気が最も自己着火しにくい場合に相当し、第2特性線は、混合気が最も自己着火しやすい場合に相当する。
The self-ignition
自着火特性算出部108は、等価温度上昇量算出部107が算出した等価温度上昇量と、充填効率Ceとの関係を示す点をマップ112にプロットし(マップ112の黒丸参照)、当該点を通る曲線を算出する(マップ112の破線参照)。自着火特性算出部108が算出した自着火特性の曲線は、第1特性線から第2特性線までの間に定まる。自着火特性算出部108が算出した自着火特性の曲線は、第1特性線に一致する場合、及び、第2特性線に一致する場合もある。
The self-ignition
オクタン価判定部109は、自着火特性算出部108が算出した自着火特性の曲線に基づいて、燃料のオクタン価を判定する。より詳細に、オクタン価判定部109は、自着火特性算出部108が算出した自着火特性の曲線に基づいて、燃料のオクタン価を推定する。オクタン価判定部109はまた、今回推定したオクタン価を、メモリ102に記憶しているオクタン価に反映させることにより、メモリ102に記憶するオクタン価を更新する。オクタン価判定部109は、エンジン1がSPCCI燃焼を行っている間は、オクタン価の更新を逐次行う。
The octane
先ず、オクタン価判定部109によるオクタン価の推定について説明する。オクタン価判定部109は、自着火特性算出部108が算出した自着火特性の曲線が、第1特性線に一致する場合は、使用燃料は、高オクタン価であると推定する。オクタン価判定部109は、自着火特性算出部108が算出した自着火特性の曲線が、第2特性線に一致する場合は、使用燃料は、低オクタン価であると推定する。
First, the octane number estimation by the octane
オクタン価判定部109は、自着火特性算出部108が算出した自着火特性の曲線が、図7に破線で例示するように、第1特性線と第2特性線との間に位置する場合は、燃料のオクタン価を線形補間により算出する(図7の矢印参照)。この場合、オクタン価判定部109は、使用燃料は、高オクタン価と低オクタン価との中間のオクタン価であると推定する。
When the octane
ここで、オクタン価判定部109は、オクタン価の推定の際に、温度補正を行う。つまり、吸気温度が高い場合、及び/又は、エンジン1の水温が高い場合は、燃焼室17の中のガスの温度が高くなるため、混合気は自着火しやすい。この場合、燃料のオクタン価が、見かけ上、低くなる。オクタン価判定部109は、吸気温度、及び/又は、エンジン1の水温に基づいて、推定したオクタン価を補正する。具体的に、吸気温度、及び/又は、エンジン1の水温が高いと、オクタン価判定部109は、推定したオクタン価が高くなるように補正する。吸気温度、及び/又は、エンジン1の水温が低いと、オクタン価判定部109は、推定したオクタン価が低くなるように補正する。
Here, the octane
尚、オクタン価判定部109が、吸気温度、及び/又は、エンジン1の水温に基づいて推定したオクタン価を補正する代わりに、自着火特性算出部108が、吸気温度、及び/又は、エンジン1の水温に基づいて、自着火特性を補正してもよい。
Instead of the octane
オクタン価判定部109は、推定したオクタン価に一次遅れフィルタによるフィルタ処理を行って、オクタン価を更新する(後述する第2フィルタ処理)。メモリ102は、更新されたオクタン価を記憶する。フィルタ処理を行うことによって、メモリ102に記憶されるオクタン価の値が大きく変動することが抑制される。エンジン1におけるSPCCI燃焼の安定化に有利である。
The octane
制御セット選択部110は、オクタン価判定部109が更新した燃料のオクタン価に基づいて、エンジン1の運転制御に用いる制御セットを選択する。具体的に、制御セット選択部110は、更新された燃料のオクタン価が、低オクタン価よりも高オクタン価に近い場合は、高オクタン価燃料に対応する第1制御セットを選択し、更新された燃料のオクタン価が、高オクタン価よりも低オクタン価に近い場合は、低オクタン価燃料に対応する第2制御セットを選択する。
The control set
尚、制御セット選択部110は、メモリ102が記憶している燃料のオクタン価が中間のオクタン価である場合、第1制御セットの制御量と、第2制御セットの制御量との中間値を、各デバイスの制御量に定めてもよい。
When the octane number of the fuel stored in the
ECU10は、燃料のオクタン価に応じて選択された制御セットに従って、少なくとも、インジェクタ6の燃料噴射タイミング、点火プラグ25の点火タイミング、吸気電動S−VT23の位相角、排気電動S−VT24の位相角、及び、スワールコントロール弁56の開度をそれぞれ制御する。その結果、エンジン1は、使用燃料のオクタン価に応じて、常に、燃費及び排気エミッション性能が最適になる。また、使用燃料のオクタン価にかかわらず、エンジン1は、燃焼騒音を抑制できる。
The
図8は、ECU10が実行する制御であって、燃料のオクタン価を判定する手順を例示している。図8のフローは、イグニッションをオンにするとスタートする。スタート後のステップS1において、ECU10は、メモリ102に記憶されているオクタン価に基づいて、対応する制御セットを選択し、エンジン1の運転を制御する。
FIG. 8 is a control executed by the
続くステップS2において、ECU10は、筒内圧センサSW5からの計測信号、つまり、燃焼室17の中の圧力波形の情報を取得する。
In the following step S2, the
ステップS3においてECU10は、図3に例示する圧力波形に基づいて、自己着火タイミングθciを算出し、続くステップS4において、ECU10は、圧力波形に基づいて、SPCCI燃焼が行われたか否かを判断する。ステップS4の判断がYESの場合、プロセスはステップS5に進み、NOの場合、プロセスはリターンする。燃料のオクタン価の判定は、SPCCI燃焼時のみ、実行可能である。
In step S3, the
ECU10はまた、エンジン1の運転状態が、領域A2又は領域A3にある場合に、燃料のオクタン価の判定を行ってもよい(図4参照)。ECU10は、エンジン1の運転状態が、領域A4にある場合、換言すると、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合は、燃料のオクタン価の判定を行わない。こうすることでECU10は、燃料のオクタン価を精度良く判定できる。
The
ステップS5においてECU10は、充填効率Ceが下限値以上であるか否かを判断する。図6に例示するように、等価温度上昇量と充填効率との関係において、充填効率Ceが低いと、曲線6011−6014が互いに近づいてしまう。この場合、ECU10は、燃料のオクタン価を誤判定する恐れがある。そこで、ECU10は、充填効率Ceが下限値よりも小さい場合は、燃料のオクタン価の判定を行わない。オクタン価の判定可能な下限負荷が存在する。ステップS5の判断がYESの場合、プロセスはステップS6に進み、ステップS5の判断がNOの場合、プロセスはリターンする。このことにより、使用燃料のオクタン価の誤判定が抑制される。
In step S5, the
ステップS6において、ECU10は、前述したように、筒内圧センサSW5の計測信号に基づいて、アシスト熱量Qsaを算出する。続くステップS7において、ECU10は、算出されたアシスト熱量Qsaと、自着火タイミングθciとの関係を示す複数の点に基づいて、直線の統計モデルを定める(図7のグラフ111参照)。つまり、ECU10は、複数の点に対して直線をフィットさせる。
In step S6, as described above, the
ステップS8においてECU10は、ステップS7で定めた直線の統計モデルに基づいて、当該直線の、特定CAにおける切片である等価温度上昇量を算出する。そして、ステップS9においてECU10は、算出した等価温度上昇量と、メモリ102が記憶しているマップ112とに基づいて、自着火特性を算出すると共に、自着火特性から、燃料のオクタン価を推定する(ステップS10)。ステップS11においてECU10は、推定したオクタン価にフィルタ処理を行って、メモリ102に記憶するオクタン価を更新する。ステップS12においてECU10は、更新したオクタン価に基づいて、制御セットを選択する。
In step S8, the
このオクタン価の判定ロジックは、SPCCI燃焼の特性を利用している。混合気がSPCCI燃焼すれば、ECU10は、燃焼に関係する燃焼パラメータに基づいて、使用燃料のオクタン価を判定できる。ノッキングが発生しなくても、ECU10は、使用燃料のオクタン価を判定できる。ECU10は、エンジン1の運転中に、使用燃料のオクタン価を逐次、判定できる。
This octane number determination logic utilizes the characteristics of SPCCI combustion. If the air-fuel mixture burns SPCCI, the
また、ECU10は、図6に示すように、燃焼室17の中に導入する空気量(つまり、充填効率Ce)と算出したアシスト熱量(つまり、等価温度上昇量(Qsa(特定CA)/筒内ガス量))との関係に基づいて、燃料のオクタン価を判定する。このことによって、ECU10は、使用燃料のオクタン価を、精度良く判定できる。
Further, as shown in FIG. 6, the
また、ECU10は、燃焼室17の中に導入される吸気温度に基づいて、燃料のオクタン価を補正するため、ECU10は、使用燃料のオクタン価を、より精度良く判定できる。
Further, since the
また、ECU10は、エンジン1の冷却水の温度に基づいて、使用燃料のオクタン価を補正するため、ECU10は、使用燃料のオクタン価を、より精度良く判定できる。
Further, since the
尚、ECU10は、燃焼室17の中に導入するEGRガス量に基づいて、使用燃料のオクタン価を補正してもよい。EGRガスが多いと、燃焼室17の中の温度が高くなるから、未燃混合気は自己着火しやすい。EGRガスの導入割合に基づいて、使用燃料のオクタン価を補正すれば、ECU10は、使用燃料のオクタン価を、より精度良く判定できる。
The
また、エンジン1の負荷が下限負荷よりも低い場合に、ECU10は、使用燃料のオクタン価の判定を禁止することにより、ECU10は、使用燃料のオクタン価の誤判定を抑制できる。
Further, when the load of the engine 1 is lower than the lower limit load, the
(給油後の異常燃焼を抑制するための構成)
ECU10は、エンジン1の運転状態が、SPCCI燃焼を行う領域にある場合に、ノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼が生じると、点火のタイミングを遅角させる。これにより、異常燃焼の発生が抑制される。ECU10はまた、点火のタイミングを遅角させる場合の、遅角量の上限(つまり、遅角限界)を設定している。異常燃焼の発生が抑制されているにもかかわらず、点火のタイミングを遅角させすぎて燃費性能が低下したり、排気エミッション性能が悪化したりすることを抑制するためである。ECU10は、燃料のオクタン価に応じて遅角限界を設定している。具体的に、ECU10は、使用燃料のオクタン価が高い場合、遅角限界を進角側に設定し、使用燃料のオクタン価が低い場合、遅角限界を遅角側に設定する。ECU10は、前述したように、判定したオクタン価に応じて制御セットを選択すると共に、判定したオクタン価に応じて点火タイミングの遅角限界を設定する。
(Configuration to suppress abnormal combustion after refueling)
The
前述したように、燃料タンク63には、高オクタン価の燃料及び低オクタン価の燃料のいずれの燃料も給油できる。給油が行われると、使用燃料のオクタン価が大きく変化する可能性がある。
As described above, the
給油の前後で燃料のオクタン価が変化しても、前述したように、オクタン価の判定に際してフィルタ処理を行っていると、オクタン価の変化が、エンジン1の制御に反映されるまでにはタイムラグが生じる。ここで、給油の前後で、燃料のオクタン価が高くなった場合は、燃料が自己着火しにくく変化するため、給油後にノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼は生じにくい。逆に、給油の前後で、燃料のオクタン価が低くなった場合は、燃料が自己着火しやすく変化するため、給油後に異常燃焼が生じやすい。 Even if the octane number of the fuel changes before and after refueling, as described above, if filtering is performed when determining the octane number, a time lag occurs before the change in the octane number is reflected in the control of the engine 1. Here, when the octane number of the fuel increases before and after refueling, the fuel is less likely to self-ignite and changes, so that abnormal combustion such as knocking and pre-ignition is less likely to occur after refueling. On the contrary, when the octane number of the fuel becomes low before and after refueling, the fuel tends to self-ignite and changes, so that abnormal combustion tends to occur after refueling.
ここで、給油の前後で、燃料のオクタン価が、高オクタン価から低オクタン価へ低下した場合を考える。前述したように、異常燃焼が発生した場合、ECU10は、点火タイミングを遅角する。ところが、前述したタイムラグによって、オクタン価の低下が制御に反映されていないと、ECU10は、給油前の高オクタン価に対応する遅角限界を設定する。そのため、設定される遅角量の上限が相対的に進角側になる。これに対し、給油後の燃料の実際のオクタン価は、低オクタン価であるため、遅角限界まで点火タイミングを遅らせても、異常燃焼が発生してしまう恐れがある。
Here, consider the case where the octane number of the fuel decreases from a high octane number to a low octane number before and after refueling. As described above, when abnormal combustion occurs, the
そこで、このエンジン1の制御装置は、給油直後の異常燃焼を抑制するよう構成されている。具体的に、ECU10は、給油直後に、点火タイミングの遅角限界を必要に応じて補正する。
Therefore, the control device of the engine 1 is configured to suppress abnormal combustion immediately after refueling. Specifically, the
図9は、点火タイミングの設定に係る制御装置の構成を例示している。制御装置は、オクタン価推定部121と、第1フィルタ処理部122と、第2フィルタ処理部123と、差分算出部124と、オクタン価更新部125と、遅角限界設定部126と、制御セット選択部110と、を有している。これらは、ECU10の機能ブロックである。オクタン価推定部121、第2フィルタ処理部123、及び、オクタン価更新部125は、図7のオクタン価判定部109に対応する。制御セット選択部110は、図7の制御セット選択部110に対応する。
FIG. 9 illustrates the configuration of the control device related to the setting of the ignition timing. The control device includes an octane
オクタン価推定部121は、前述したように、アシスト熱量Qsaと自己着火タイミングθciとに基づいて、燃料のオクタン価を推定する。
As described above, the octane
第2フィルタ処理部123は、オクタン価推定部121が推定したオクタン価にフィルタ処理を行う。第2フィルタ処理部123は、前述したように、一次遅れフィルタによるフィルタ処理を行う。第2フィルタ処理部123が用いる第2フィルタは、時定数が大きい。つまり、第2フィルタ処理部123は、推定したオクタン価に対して、強いフィルタをかける。
The second
オクタン価更新部125は、第2フィルタ処理部123がフィルタ処理したオクタン価に基づいて、メモリ102に記憶するオクタン価を更新する。一次遅れフィルタの時定数が大きいため、メモリ102に記憶するオクタン価は、なまし処理が施されている。これにより、メモリ102に記憶するオクタン価に、計測誤差等の影響が含まれることが抑制される。その一方で、給油前後でオクタン価が変化した場合、メモリ102に記憶するオクタン価に対する、オクタン価の変化の反映は、遅れる。
The octane
制御セット選択部110は、前述したように、更新されたオクタン価に基づいて制御セットを選択する。制御セット選択部110は、第2フィルタ処理されたオクタン価に基づいて制御セットを選択する。つまり、点火タイミングは、第2フィルタ処理されたオクタン価に基づいて、燃料のオクタン価に応じた適切なタイミングに設定される。また、第2フィルタ処理されたオクタン価は、給油が行われない間は変動が小さいため、エンジン1の運転中の点火のタイミングは、時間の経過に対して安定する。
As described above, the control set
第1フィルタ処理部122は、オクタン価推定部121が推定したオクタン価にフィルタ処理を行う。第1フィルタ処理部122は、第2フィルタ処理部123と同様に、一次遅れフィルタによるフィルタ処理を行う。第1フィルタ処理部122が用いる第1フィルタは、第2フィルタ処理部123よりも、時定数が小さい。つまり、第1フィルタ処理部122は、推定したオクタン価に対して、弱いフィルタをかける。一次遅れフィルタの時定数が小さいため、給油前後でオクタン価が変化した場合に、第1フィルタ処理部122がフィルタ処理をしたオクタン価には、オクタン価の変化が、速やかに反映される。
The first
図10は、給油前後で燃料のオクタン価が低下した場合に、第1フィルタ処理された推定のオクタン価と、第2フィルタ処理された推定のオクタン価との時間変化を例示している。尚、図10の二点鎖線は、燃料タンク63に貯留している燃料のオクタン価の実際の変化を例示している。図10は、100RONの高オクタン価燃料を貯留している燃料タンク63に、例えば91RONの低オクタン価燃料が給油された場合の、オクタン価の変化を示している。給油前後で燃料のオクタン価は低下する。
FIG. 10 illustrates a time change between the first filtered octane number and the second filtered octane number when the octane number of the fuel decreases before and after refueling. The alternate long and short dash line in FIG. 10 illustrates an actual change in the octane number of the fuel stored in the
第2フィルタは、一次遅れフィルタの時定数が大きい。そのため、第2フィルタ処理された推定のオクタン価は、時間(又はエンジン1のサイクル)の経過に対する変化が遅い。 The second filter has a large time constant of the first-order lag filter. Therefore, the second filtered octane number changes slowly over time (or the cycle of engine 1).
第1フィルタは、一次遅れフィルタの時定数が小さい。そのため、第1フィルタ処理された推定のオクタン価は、時間(又はエンジン1のサイクル)の経過に対する変化が早い。給油の前後で燃料のオクタン価が変化すると、第1フィルタ処理された推定のオクタン価と、第2フィルタ処理された推定のオクタン価との間に差が生じる。 The first filter has a small time constant of the first-order lag filter. Therefore, the first filtered octane number changes rapidly over time (or the cycle of engine 1). When the octane number of the fuel changes before and after refueling, there is a difference between the first filtered octane number and the second filtered octane number.
差分算出部124は、第1フィルタ処理された推定のオクタン価と、第2フィルタ処理された推定のオクタン価との差を算出する。より詳細に、差分算出部124は、第2フィルタ処理された推定のオクタン価から、第1フィルタ処理された推定のオクタン価を差し引く。
The
遅角限界設定部126は、オクタン価更新部125が更新したオクタン価と、差分算出部124が算出したオクタン価の差とに基づいて、点火タイミングの遅角限界を設定する。遅角限界設定部126は先ず、オクタン価更新部125が更新したオクタン価に基づいて、点火タイミングの遅角限界を設定する。この遅角限界はベースの遅角限界である。遅角限界設定部126は、第2フィルタ処理された推定のオクタン価に基づいて、ベースの遅角限界を定める。遅角限界設定部126は次いで、差分算出部124が算出した第1フィルタ処理された推定のオクタン価と、第2フィルタ処理された推定のオクタン価との差に基づいて、ベースの遅角限界を補正する。
The retard angle
図11は、点火タイミングの遅角限界の設定に関するテーブルを例示している。このテーブルは、ベースの遅角限界の補正に用いられる。テーブルの縦の列は、第2フィルタ処理部123がフィルタ処理をした推定のオクタン価である。テーブルの横の行は、第1フィルタ処理部122がフィルタ処理をした推定のオクタン価である。マップの「大」「中」「小」はそれぞれ、補正量の大きさを示している。「大」は、遅角限界を、遅角側に大きく補正することを意味し、「小」は、遅角限界を、遅角側に小さく補正することを意味し、[中]は、遅角限界を、遅角側に、中間量で補正することを意味する。また、「無」は、ベースの遅角限界を補正しないことを意味する。
FIG. 11 illustrates a table for setting the retard limit of ignition timing. This table is used to correct the retard limit of the base. The vertical columns of the table are the estimated octane numbers filtered by the
より詳細に、遅角限界設定部126は、第2フィルタ処理された推定のオクタン価が相対的に高くかつ、第1フィルタ処理された推定のオクタン価が相対的に低い場合、遅角限界を遅角側に補正する。これは、第2フィルタ処理された推定のオクタン価から、第1フィルタ処理された推定のオクタン価を引いた差が正の場合である。図10に示すように、給油の前後でオクタン価が低下した場合に相当する。遅角限界設定部126はまた、その差が大きいほど、補正量を大きくする。
More specifically, the retard
第1フィルタ処理された推定のオクタン価には、実際のオクタン価の変化が速やかに反映される。第1フィルタ処理された推定のオクタン価が相対的に低い場合、燃料の実際のオクタン価は、給油後に低下している。遅角限界設定部126は、ベースの遅角限界を遅角側に補正することによって、低オクタン価燃料に対応した遅角限界を設定できる。遅角限界設定部126はまた、差が大きいほど、補正量を大きくするため、燃料のオクタン価が低いほど、遅角限界を遅角側に大きくずらすことができる。点火タイミングを大きく遅角させることができるから、給油後の異常燃焼の発生を、効果的に抑制できる。尚、遅角限界設定部126は、ベースの遅角限界を遅角側に補正するだけであって、点火タイミングを常時遅角させるのではない。遅角限界設定部126は、異常燃焼が発生した場合に、点火タイミングの遅角可能な限界を広くする。
The first filtered estimated octane number quickly reflects the actual change in octane number. If the first filtered estimated octane number is relatively low, then the actual octane number of the fuel is reduced after refueling. The retard angle
遅角限界設定部126は、第2フィルタ処理された推定のオクタン価が低くかつ、第1フィルタ処理された推定のオクタン価が高い場合、ベースの遅角限界を補正しない。これは、第2フィルタ処理された推定のオクタン価から、第1フィルタ処理された推定のオクタン価を引いた差がゼロ又は負の場合である。図示は省略するが、給油の前後でオクタン価が高くなった場合に相当する。オクタン価が高くなると、給油後は自己着火しにくくなるため、異常燃焼は発生しにくくなる。遅角限界設定部126は、、ベースの遅角限界を補正する必要がない。ベースの遅角限界を補正しなくても、給油後の異常燃焼の発生が抑制される。
The retard
図12は、ECU10が実行する遅角限界値の補正に係るフローチャートを示している。先ずスタート後のステップS121において、ECU10は、現在のオクタン価、つまり、メモリ102に記憶しているオクタン価と、当該オクタン価に対応する点火タイミングに基づいて、エンジン1の制御を実行する。続くステップS122において、ECU10は筒内圧センサSW5の計測信号に基づいて、混合気の燃焼に関係する燃焼パラメータ(つまり、アシスト熱量Qsa及び自己着火タイミングθci)から、燃料のオクタン価を推定する。
FIG. 12 shows a flowchart relating to the correction of the retard angle limit value executed by the
ステップS123において、ECU10は、推定したオクタン価に対し、第2フィルタ処理を行う。前述したように、第2フィルタ処理の一次遅れフィルタの時定数は大きい。続くステップS124において、ECU10は、第2フィルタ処理をした推定オクタン価に基づいて、メモリ102に記憶するオクタン価を更新する。
In step S123, the
ステップS125において、ECCU10は、ステップS122で推定したオクタン価に対し、第1フィルタ処理を行う。第1フィルタ処理の一次遅れフィルタの時定数は小さい。
In step S125, the
ステップS126においてECU10は、ステップS123で第2フィルタ処理をした推定オクタン価から、ステップS125で第1フィルタ処理をした推定オクタン価を差し引き、続くステップS127においてECU10は、その差がゼロを超えるか否かを判断する。差分がゼロを超える場合、プロセスはステップS128に進み、差分がゼロ以下の場合、プロセスは、ステップS128に進まずにリターンする。
In step S126, the
ステップS128において、図11のテーブルに従って、ECU10は差分の大きさに応じて遅角限界を拡大する補正を行う。具体的には、差分が大きいほど、ベースの遅角限界を、遅角側に大きく変更する。
In step S128, the
尚、ECU10は、遅角限界の設定を、以下のように行ってもよい。つまり、前記の構成においてECU10は、第2フィルタ処理された推定のオクタン価に基づいてベースの遅角限界を設定し、第2フィルタ処理された推定のオクタン価と第1フィルタ処理された推定のオクタン価との差に基づいて、ベースの遅角限界を補正している。ECU10は、第2フィルタ処理された推定のオクタン価と第1フィルタ処理された推定のオクタン価との差ではなく、第1フィルタ処理された推定のオクタン価に基づいて、ベースの遅角限界を補正してもよい。具体的にECU10は、第1フィルタ処理された推定のオクタン価が低いほど、ベースの遅角限界を遅角側に大きく補正してもよい。
The
また、ECU10は、第1フィルタ処理された推定のオクタン価に基づいて、補正量を含んだ遅角限界を設定してもよい。具体的にECU10は、第1フィルタ処理された推定のオクタン価が低いほど、遅角限界を遅角側に設定してもよい。
Further, the
また、ここに開示するエンジンの制御装置は、前述した構成のエンジン1への適用に限定されない。ここに開示するエンジンの制御装置は、混合気に点火を行う様々な構成のエンジンに適用可能である。 Further, the engine control device disclosed here is not limited to the application to the engine 1 having the above-described configuration. The engine control device disclosed herein is applicable to engines of various configurations that ignite the air-fuel mixture.
1 エンジン
10 ECU(制御部)
11 シリンダ
17 燃焼室
25 点火プラグ(点火部)
6 インジェクタ(燃料供給部)
61 燃料供給システム(燃料供給部)
63 燃料タンク
SW5 筒内圧センサ(計測部)
1
11
6 Injector (fuel supply unit)
61 Fuel supply system (fuel supply section)
63 Fuel tank SW5 In-cylinder pressure sensor (measurement unit)
Claims (7)
燃料タンク内の燃料を前記燃焼室の中へ供給する燃料供給部と、
前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンに関係するパラメータの計測信号を出力する計測部と、
前記計測信号に基づいて前記燃料のオクタン価を判定すると共に、判定したオクタン価に応じた制御信号を、前記燃料供給部及び前記点火部に出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記混合気の燃焼に関係する燃焼パラメータに基づいてオクタン価を推定すると共に、推定したオクタン価に基づく第1オクタン価判定値と、推定したオクタン価をフィルタ処理した第2オクタン価判定値とを算出し、
前記制御部は、前記第2オクタン価判定値に基づいて点火のタイミングを設定すると共に、設定した点火のタイミングで、前記点火部に点火を実行させた場合に異常燃焼が発生すると、前記点火のタイミングを遅角側に変更し、
前記制御部は、前記第1オクタン価判定値に基づいて、前記点火のタイミングの遅角限界を設定するエンジンの制御装置。 An engine with cylinders that form a combustion chamber,
A fuel supply unit that supplies fuel in the fuel tank into the combustion chamber,
An ignition unit attached to the engine and igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber,
A measurement unit that outputs measurement signals for parameters related to the engine,
A control unit that determines the octane number of the fuel based on the measurement signal and outputs a control signal corresponding to the determined octane number to the fuel supply unit and the ignition unit is provided.
The control unit estimates the octane number based on the combustion parameters related to the combustion of the air-fuel mixture, and determines the first octane number determination value based on the estimated octane number and the second octane number determination value obtained by filtering the estimated octane number. Calculate and
The control unit sets the ignition timing based on the second octane number determination value, and when abnormal combustion occurs when the ignition unit is ignited at the set ignition timing, the ignition timing To the retard side,
The control unit is an engine control device that sets a retard limit of the ignition timing based on the first octane number determination value.
前記制御部は、前記推定したオクタン価をフィルタ処理することによって、前記第1オクタン価判定値を算出し、
前記制御部は、前記第2オクタン価判定値を、時定数の大きいフィルタを使って算出すると共に、前記第1オクタン価判定値を、前記第2オクタン価判定値よりも時定数の小さいフィルタを使って算出するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 1,
The control unit calculates the first octane number determination value by filtering the estimated octane number.
The control unit calculates the second octane number determination value using a filter having a large time constant, and calculates the first octane number determination value using a filter having a smaller time constant than the second octane number determination value. Engine control device.
前記制御部は、前記第2オクタン価判定値に基づいて前記点火のタイミングの遅角限界を設定すると共に、設定した前記遅角限界を、前記第1オクタン価判定値に基づいて補正するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 2.
The control unit sets the retard limit of the ignition timing based on the second octane number determination value, and corrects the set retardation limit based on the first octane number determination value. ..
前記制御部は、前記第1オクタン価判定値と前記第2オクタン価判定値との差の大きさに応じて、前記遅角限界を補正するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 3,
The control unit is an engine control device that corrects the retard angle limit according to the magnitude of the difference between the first octane number determination value and the second octane number determination value.
前記制御部は、前記第2オクタン価判定値から前記第1オクタン価判定値を引いた差が正でかつ、当該差が大きいほど、前記遅角限界を遅角側に大きく変更するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 4,
The control unit is an engine control device that changes the retard limit to the retard side as the difference obtained by subtracting the first octane number determination value from the second octane number determination value is positive and the larger the difference is.
前記制御部は、前記第2オクタン価判定値から前記第1オクタン価判定値を引いた差がゼロ又は負の場合は、前記遅角限界を補正しないエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 4 or 5.
The control unit is an engine control device that does not correct the retard limit when the difference between the second octane number determination value and the first octane number determination value is zero or negative.
前記制御部は、前記点火部に、所定のタイミングで前記混合気に点火させ、それによって、前記エンジンは、一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始し、その後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼する部分自己着火燃焼を行い、
前記制御部は、前記計測信号を受けて、前記点火部が点火をしたタイミングから前記未燃混合気が自己着火をしたタイミングまでに、前記燃焼室内で発生した熱量を算出すると共に、算出した熱量に基づいて前記燃料のオクタン価を推定するエンジンの制御装置。
In the engine control device according to any one of claims 1 to 6.
The control unit ignites the ignition unit at a predetermined timing, whereby the engine starts combustion of a part of the air-fuel mixture with flame propagation, and then the remaining unburned mixture. Partial self-ignition combustion where Qi burns by self-ignition,
Upon receiving the measurement signal, the control unit calculates the amount of heat generated in the combustion chamber from the timing when the ignition unit ignites to the timing when the unburned air-fuel mixture self-ignites, and the calculated heat amount. An engine control device that estimates the octane number of the fuel based on.
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-
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