JP2022162284A - Internal combustion engine control device - Google Patents

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Yoshihiro Sukegawa
好彦 赤城
Yoshihiko Akagi
一浩 押領司
Kazuhiro Oshiryoji
賢吾 熊野
Kengo Kumano
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Abstract

To provide an internal combustion engine control device which is less in the cost of an engine system and can accurately estimate a combustion state.SOLUTION: A controller 12 of an internal combustion engine includes a torque fluctuation estimation part 122a which can estimate a combustion state of an engine 1 on the basis of a first cylinder internal pressure P1 acquired in the vicinity of an ignition timing, and a second cylinder internal pressure P2 acquired in the vicinity of a combustion completion timing.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、内燃機関制御装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine control system.

近年、自動車等の車両においては、燃料消費量(燃費)や排気ガス有害成分に関する規制が強化され、このような規制は今後もますます強化される傾向にある。このような状況下において、エンジンの燃焼室内の状態を推定し、その推定結果に基づいてエンジンを制御する技術が知られている。現在の燃焼状態に応じて空燃比や点火時期などを適切に制御することによって、エンジンの熱効率を高めたり、有害ガスの排出を減らしたりすることができる。 In recent years, in vehicles such as automobiles, regulations on fuel consumption (fuel efficiency) and exhaust gas harmful components have been strengthened, and such regulations tend to be further strengthened in the future. Under such circumstances, there is known a technique for estimating the state inside the combustion chamber of the engine and controlling the engine based on the result of the estimation. By appropriately controlling the air-fuel ratio and ignition timing according to the current combustion state, it is possible to improve the thermal efficiency of the engine and reduce the emission of harmful gases.

エンジンの燃焼状態の推定には、圧力センサによる筒内圧の検知結果から熱発生分布や燃焼トルクを求める手法が広く適用されている。このような燃焼状態の推定技術は、例えば特許文献1及び2に開示されている。 To estimate the combustion state of an engine, a method of determining the heat release distribution and combustion torque from the results of in-cylinder pressure detection by a pressure sensor is widely applied. Techniques for estimating such a combustion state are disclosed in Patent Documents 1 and 2, for example.

特許文献1には、気筒の圧力を筒内圧として検出する筒内圧センサを備え、筒内圧センサによって検出された筒内圧に基づいて図示トルクとポンプ損失トルクを算出し、図示トルクとポンプ損失トルクを用いて内燃機関のエンジントルクを算出することが記載されている。 In Patent Document 1, an in-cylinder pressure sensor is provided to detect the cylinder pressure as the in-cylinder pressure, the indicated torque and the pump loss torque are calculated based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor, and the indicated torque and the pump loss torque are calculated. is used to calculate the engine torque of an internal combustion engine.

特許文献2には、上死点前60°のクランク角度位置及び上死点後60°のクランク角度位置にて、筒内圧をサンプリングし、検出圧比を燃焼状態パラメータとして採用する技術が記載されている。 Patent Document 2 describes a technique of sampling the in-cylinder pressure at a crank angle position of 60° before top dead center and at a crank angle position of 60° after top dead center, and adopting the detected pressure ratio as a combustion state parameter. there is

特開2017-57803号公報JP 2017-57803 A 特開2002-97996号公報JP-A-2002-97996

特許文献1に記載された筒内圧センサの計測結果(筒内圧)に基づいて燃焼状態を推定する方法は、エンジンサイクルの所定区間、例えば圧縮上死点を中心としたクランク角360°の区間での時系列の圧力値が必要となる。更に燃焼状態を充分な精度で推定するには、圧力を概ねクランク角1°以下の間隔でサンプリングする必要がある。このため、燃焼状態を推定する制御装置には、多くの記憶容量と高速な演算能力が要求される。また高速なサンプリングに対応した圧力センサも必要となる。これらによってエンジンシステムのコストが高くなるという課題がある。 The method of estimating the combustion state based on the measurement result (in-cylinder pressure) of the in-cylinder pressure sensor described in Patent Document 1 is a predetermined section of the engine cycle, for example, in a section of 360° crank angle centering on the compression top dead center. time-series pressure values are required. Furthermore, in order to estimate the combustion state with sufficient accuracy, it is necessary to sample the pressure at intervals of approximately 1° or less of the crank angle. Therefore, a control device for estimating the combustion state is required to have a large storage capacity and high-speed computing power. A pressure sensor that supports high-speed sampling is also required. There is a problem that the cost of the engine system increases due to these factors.

また、特許文献2には、上死点前60°のクランク角度位置及び上死点後60°のクランク角度位置で筒内圧を検出することが記載されているものの、当該位置で検出された筒内圧に基づいて、内燃機関(エンジン)の燃焼状態を正確に推定できないことが分かった。 Further, Patent Document 2 describes that the cylinder pressure is detected at a crank angle position of 60° before the top dead center and at a crank angle position of 60° after the top dead center. It has been found that the combustion state of an internal combustion engine (engine) cannot be accurately estimated based on the internal pressure.

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、内燃機関の燃焼状態を低コストで推定可能な内燃機関制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an internal combustion engine control apparatus capable of estimating the combustion state of an internal combustion engine at low cost.

本発明に係る内燃機関制御装置は、点火時期近傍に取得された第一の筒内圧と、燃焼終了時期近傍に取得された第二の筒内圧と、に基づいて、内燃機関の燃焼状態を推定する燃焼状態推定部を備える。 An internal combustion engine control device according to the present invention estimates a combustion state of an internal combustion engine based on a first in-cylinder pressure acquired near ignition timing and a second in-cylinder pressure acquired near combustion end timing. A combustion state estimator is provided.

本発明によれば、内燃機関の燃焼状態を低コストで推定可能な内燃機関制御装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the internal-combustion-engine control apparatus which can estimate the combustion state of an internal-combustion engine at low cost can be provided.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

本発明の第1の実施の形態に係るエンジンの全体構成例を示す断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows the whole structural example of the engine which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るコントローラの構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of a controller according to a first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第1の実施の形態に係るコントローラのトルク変動推定部によって実施される、エンジントルク変動の大きさの推定処理の例を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing an example of a process of estimating the magnitude of engine torque fluctuation, which is performed by a torque fluctuation estimating section of the controller according to the first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第1の実施の形態に係る差圧のサイクル変動率と、エンジントルク変動の大きさとの相関を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the correlation between the cycle variation rate of differential pressure and the magnitude of engine torque variation according to the first embodiment of the present invention; 本発明の第1の実施の形態に係る筒内圧の検出タイミングの例を示すグラフである。4 is a graph showing an example of in-cylinder pressure detection timing according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係る第一の筒内圧の取得時期と点火時期との差に対するトルク変動の推定誤差の例を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing an example of an estimation error of torque fluctuation with respect to the difference between the acquisition timing of the first in-cylinder pressure and the ignition timing according to the first embodiment of the present invention; 本発明の第1の実施の形態に係る点火時期の変化に対して、第一の筒内圧の取得時期の望ましい変化形態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a desirable change form of the acquisition timing of the first in-cylinder pressure with respect to the change of the ignition timing according to the first embodiment of the present invention; 本発明の第1の実施の形態に係る第二の筒内圧の取得時期と、CA90+20°との差に対するエンジントルク変動の推定誤差の例を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing an example of an estimation error of engine torque fluctuation with respect to a difference between a second in-cylinder pressure acquisition timing and CA90+20° according to the first embodiment of the present invention; 本発明の第1の実施の形態に係る燃焼時期と、熱発生率の積分値との関係を示した特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the combustion timing and the integrated value of the heat release rate according to the first embodiment of the present invention; 本発明の第1の実施の形態に係るCA90+20°の変化に対する第二の筒内圧の取得時期の望ましい変化形態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a desirable variation of the second in-cylinder pressure acquisition timing with respect to a change of CA90+20° according to the first embodiment of the present invention; 本発明の第1の実施の形態に係るEGR制御を行うコントローラの制御ブロックの例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of control blocks of a controller that performs EGR control according to the first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第1の実施の形態に係るEGRシステムにおける、偏差δCoVに基づいてアクチュエータの制御例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of actuator control based on deviation δCoV in the EGR system according to the first embodiment of the present invention; 本発明の第1の実施の形態に係るコントローラが、偏差δCoVに基づいて点火エネルギーの量、ガス流動の強さ、圧縮比、吸気温度を制御する例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example in which the controller according to the first embodiment of the present invention controls the amount of ignition energy, gas flow strength, compression ratio, and intake air temperature based on deviation δCoV. 本発明の第1の実施の形態に係る希薄燃焼システムにおける、偏差δCoVに基づいてアクチュエータの制御例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of actuator control based on deviation δCoV in the lean burn system according to the first embodiment of the present invention; 本発明の第2の実施の形態に係るコントローラの構成例を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of a controller according to a second embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第2の実施の形態に係る基準燃焼重心と、第一の筒内圧と第二の筒内圧との比の相関を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing the correlation between the reference combustion center of gravity and the ratio between the first and second in-cylinder pressures according to the second embodiment of the present invention; 本発明の第2の実施の形態に係る体積効率の変化に対する、基準燃焼重心からの補正量の例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of correction amounts from the reference combustion center of gravity with respect to changes in volumetric efficiency according to the second embodiment of the present invention; 本発明の第2の実施の形態に係るエンジン回転速度の変化に対する、基準燃焼重心からの補正量の例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of a correction amount from a reference combustion center of gravity with respect to changes in engine speed according to the second embodiment of the present invention; 本発明の第2の実施の形態に係るコントローラの燃焼重心推定部によって実施される、燃焼重心の推定手順の例を示すフローチャートである。9 is a flowchart showing an example of a procedure for estimating the center of gravity of combustion, which is performed by a center of gravity of combustion estimator of the controller according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る最適な燃焼重心とエンジンの燃料消費率との一般的な関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a general relationship between the optimum combustion center of gravity and the fuel consumption rate of the engine according to the second embodiment of the present invention; 本発明の第2の実施の形態に係るEGR制御を行うコントローラの制御ブロックの例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of control blocks of a controller that performs EGR control according to a second embodiment of the present invention; 本発明の第2の実施の形態に係る第一の筒内圧と第二の筒内圧との差と、基準燃焼重心との相関を示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing the correlation between the difference between the first in-cylinder pressure and the second in-cylinder pressure and the reference combustion center of gravity according to the second embodiment of the present invention; 本発明の第2の実施の形態に係る点火信号と、点火コイルの一次電圧及び二次電圧と、二次電流の時間履歴の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of time histories of an ignition signal, a primary voltage and a secondary voltage of an ignition coil, and a secondary current according to a second embodiment of the present invention; 本発明の第2の実施の形態に係る放電開始直後の一次電圧の最大値、二次電圧の最大値と、放電時の筒内圧との相関を示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing the correlation between the maximum value of the primary voltage immediately after the start of discharge, the maximum value of the secondary voltage, and the in-cylinder pressure during discharge according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係るコントローラが点火コイルの二次電圧に基づいて筒内圧を求める場合における、点火コイルからコントローラまでの構成例を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example from the ignition coil to the controller when the controller according to the second embodiment of the present invention obtains the in-cylinder pressure based on the secondary voltage of the ignition coil; 本発明の第2の実施の形態に係る放電期間と、放電時の筒内圧との相関を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing the correlation between the discharge period and the cylinder internal pressure during discharge according to the second embodiment of the present invention; 本発明の第2の実施の形態に係るコントローラがクランク軸の角加速度に基づいて筒内圧を求める場合における、クランク角センサからコントローラまでの構成例を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example from a crank angle sensor to a controller when the controller according to the second embodiment of the present invention obtains the in-cylinder pressure based on the angular acceleration of the crankshaft;

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same function or configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.

<第1の実施形態>
[エンジンの構成例]
まず、本発明が適用されるエンジンの例について、図1を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るエンジン1の全体構成例を示す断面図である。
<First embodiment>
[Engine configuration example]
First, an example of an engine to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the overall configuration of an engine 1 according to a first embodiment of the invention.

エンジン1は、火花点火4サイクルガソリンエンジンの一例である。エンジン1の燃焼室は、エンジンヘッドとシリンダ13、ピストン14、吸気弁15、及び排気弁16によって形成されている。エンジン1では、燃料噴射弁18が吸気ポート21に設けられるとともに、燃料噴射弁18の噴射ノズルが吸気ポート21内に貫通していることにより、所謂、ポート噴射式の内燃機関を構成している。 The engine 1 is an example of a spark ignition four-cycle gasoline engine. A combustion chamber of the engine 1 is formed by an engine head, a cylinder 13 , a piston 14 , an intake valve 15 and an exhaust valve 16 . In the engine 1, the fuel injection valve 18 is provided in the intake port 21, and the injection nozzle of the fuel injection valve 18 penetrates the intake port 21, thereby forming a so-called port injection type internal combustion engine. .

エンジンヘッドには点火プラグ17bが設置され、さらに点火プラグ17bの上部には点火コイル17aが設置されている。また、エンジンヘッドには圧力センサ10が併設されている。圧力センサ10は、例えば、差圧による金属ダイアフラムの変形をピエゾ抵抗素子で捉えることで、シリンダ13(気筒)内の筒内圧を検出するものである。 An ignition plug 17b is installed in the engine head, and an ignition coil 17a is installed above the ignition plug 17b. Also, a pressure sensor 10 is installed in the engine head. The pressure sensor 10 detects the in-cylinder pressure in a cylinder 13 (cylinder) by, for example, detecting deformation of a metal diaphragm due to differential pressure with a piezoresistive element.

燃焼用の空気は、エアクリーナ19、スロットルバルブ20、及び吸気ポート21を通って、燃焼室内に取り込まれる。そして、燃焼室から排出される燃焼後のガス(排気ガス)は、排気ポート24、及び触媒コンバータ25を通って大気に排出される。 Combustion air is drawn into the combustion chamber through an air cleaner 19 , a throttle valve 20 and an intake port 21 . Gas after combustion (exhaust gas) discharged from the combustion chamber passes through the exhaust port 24 and the catalytic converter 25 and is discharged to the atmosphere.

燃焼室に取り込まれる空気の量は、スロットルバルブ20の上流側に設けられたエアフローセンサ22によって計量される。また、燃焼室から排出されたガス(排気ガス)の空燃比は、触媒コンバータ25の上流側に設けられた空燃比センサ27によって検出される。 The amount of air taken into the combustion chamber is measured by an airflow sensor 22 provided upstream of the throttle valve 20 . The air-fuel ratio of gas (exhaust gas) discharged from the combustion chamber is detected by an air-fuel ratio sensor 27 provided upstream of the catalytic converter 25 .

排気ポート24と吸気ポート21はEGR管28によって連通しており、排気ポート24を流れる排気ガスの一部が吸気ポート21の内部に戻される、所謂、排気再循環システム(EGRシステム)が構成されている。EGR管28を流れる排気ガスの量はEGRバルブ29によって調整される。 The exhaust port 24 and the intake port 21 are communicated by an EGR pipe 28, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust port 24 is returned to the inside of the intake port 21, forming a so-called exhaust gas recirculation system (EGR system). ing. The amount of exhaust gas flowing through the EGR pipe 28 is adjusted by an EGR valve 29 .

さらに、クランクシャフトの軸部には、時期ロータ26(シグナルロータ)が設けられている。時期ロータ26(被検出部)の近傍に対向配置されたクランク角センサ11(検出部)は、時期ロータ26の回転を検出することでクランクシャフトの回転と位相、即ちクランク回転速度(エンジン回転速度)を検出する。圧力センサ10、クランク角センサ11、エアフローセンサ22、空燃比センサ27の検出信号は、コントローラ12へ取り込まれる。 Furthermore, a timing rotor 26 (signal rotor) is provided on the axial portion of the crankshaft. The crank angle sensor 11 (detecting portion) arranged opposite to the vicinity of the timing rotor 26 (detected portion) detects the rotation of the timing rotor 26 to detect the rotation and phase of the crankshaft, that is, the crank rotation speed (engine rotation speed). ). Detection signals from the pressure sensor 10 , the crank angle sensor 11 , the airflow sensor 22 and the air-fuel ratio sensor 27 are input to the controller 12 .

コントローラ12は、エンジン1の制御装置の一例であり、例えばECU(Engine Control Unit)が用いられる。コントローラ12は、各種センサの検出値に基づいて、スロットルバルブ20の開度、EGRバルブ29の開度、燃料噴射弁18による燃料噴射時期や燃料噴射量、点火プラグ17bによる点火時期などの指令を出力し、エンジン1を所定の運転状態に制御する。 The controller 12 is an example of a control device for the engine 1, and for example, an ECU (Engine Control Unit) is used. The controller 12 issues commands such as the opening of the throttle valve 20, the opening of the EGR valve 29, the timing and amount of fuel injection by the fuel injection valve 18, and the ignition timing by the spark plug 17b, based on the values detected by various sensors. output to control the engine 1 to a predetermined operating state.

なお、図1にはエンジン1の燃焼室の構成を示すため単一気筒のみを示したが、本発明の実施形態に係るエンジンは、複数の気筒から構成される多気筒エンジンであってもよい。 Although only a single cylinder is shown in FIG. 1 to show the configuration of the combustion chamber of the engine 1, the engine according to the embodiment of the present invention may be a multi-cylinder engine composed of a plurality of cylinders. .

[コントローラの構成例]
図2は、本発明の第1の実施の形態に係るコントローラ12の構成例を示すブロック図である。
[Controller configuration example]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the controller 12 according to the first embodiment of the invention.

コントローラ12は、不図示のシステムバスを介して相互に電気的に接続された入出力部121、制御部122、及び記憶部123を備える。
入出力部121は、図示しない入力ポートや出力ポートを備え、エンジン1を搭載する車両内の各装置や各センサに対して各種信号の入力及び出力の処理を行う。例えば、入出力部121は、圧力センサ10の信号を読み込み、当該信号を制御部122へ送る。また、入出力部121は、制御部122のコマンドに従い制御信号を各装置へ出力する。
The controller 12 includes an input/output unit 121, a control unit 122, and a storage unit 123 electrically connected to each other via a system bus (not shown).
The input/output unit 121 has an input port and an output port (not shown), and performs input and output processing of various signals to each device and each sensor in the vehicle in which the engine 1 is mounted. For example, the input/output unit 121 reads a signal from the pressure sensor 10 and sends the signal to the control unit 122 . In addition, the input/output unit 121 outputs control signals to each device according to commands from the control unit 122 .

制御部122は、エンジン1の動作を制御する。例えば、制御部122は、エンジン1の燃焼安定状態に応じてスロットル開度、EGR開度、燃料噴射量、点火時期を制御する。第1の実施の形態に係る制御部122は、トルク変動推定部122aと、機関制御部122bを備える。トルク変動推定部122aは、燃焼状態推定部の一例として用いられる。 Control unit 122 controls the operation of engine 1 . For example, the control unit 122 controls the throttle opening, EGR opening, fuel injection amount, and ignition timing according to the stable combustion state of the engine 1 . The control unit 122 according to the first embodiment includes a torque fluctuation estimation unit 122a and an engine control unit 122b. Torque fluctuation estimator 122a is used as an example of a combustion state estimator.

トルク変動推定部122aは、圧力センサ10によって検出された筒内圧に基づいて、エンジントルク変動の大きさを推定する。本実施形態で推定されるエンジン1の燃焼状態は、エンジントルク変動の大きさとする。この燃焼状態推定部(トルク変動推定部122a)は、点火時期近傍に取得された第一の筒内圧P1と、燃焼終了時期近傍に取得された第二の筒内圧P2と、に基づいて、内燃機関(エンジン1)の燃焼状態を推定する。このため、燃焼状態推定部(トルク変動推定部122a)は、第一の筒内圧P1と第二の筒内圧P2との差を複数サイクルで算出し、複数サイクルにおける差の変動率に基づいて、内燃機関(エンジン1)のエンジントルク変動の大きさを推定する。 Torque fluctuation estimator 122 a estimates the magnitude of engine torque fluctuation based on the in-cylinder pressure detected by pressure sensor 10 . The combustion state of the engine 1 estimated in this embodiment is the magnitude of engine torque fluctuation. The combustion state estimator (torque fluctuation estimator 122a) calculates the internal combustion The combustion state of the engine (engine 1) is estimated. Therefore, the combustion state estimator (torque variation estimator 122a) calculates the difference between the first in-cylinder pressure P1 and the second in-cylinder pressure P2 in a plurality of cycles, and based on the variation rate of the difference in a plurality of cycles, The magnitude of the engine torque fluctuation of the internal combustion engine (Engine 1) is estimated.

機関制御部(機関制御部122b)は、エンジントルク変動の大きさに基づいて、EGR率、又は空燃比を制御する。例えば、機関制御部122bは、トルク変動推定部122aで求められたエンジントルク変動の大きさに基づいて、エンジン1のEGR開度、スロットル開度、燃料噴射量を変えることで、EGR率、又は空燃比を制御することが可能となる。また、機関制御部(機関制御部122b)は、エンジントルク変動の大きさに基づいて、点火エネルギー、筒内流動強さ、圧縮比、及び吸気温度のうち、少なくとも一つを制御することも可能である。 The engine control section (engine control section 122b) controls the EGR rate or the air-fuel ratio based on the magnitude of the engine torque fluctuation. For example, the engine control unit 122b changes the EGR opening, the throttle opening, and the fuel injection amount of the engine 1 based on the magnitude of the engine torque fluctuation obtained by the torque fluctuation estimating unit 122a. It becomes possible to control the air-fuel ratio. Also, the engine control unit (engine control unit 122b) can control at least one of ignition energy, in-cylinder flow strength, compression ratio, and intake air temperature based on the magnitude of engine torque fluctuation. is.

記憶部123は、RAM(Random Access Memory)等の揮発性のメモリ、又はROM(Read Only Memory)等の不揮発性のメモリである。記憶部123には、コントローラ12が備える演算処理装置(図示略)により実行される制御プログラムが記録されている。演算処理装置が、記憶部123から制御プログラムを読み出して実行することにより、制御部122の各ブロックの機能が実現される。例えば演算処理装置として、CPU(Central Processing Unit)又はMPU(Micro Processing Unit)が用いられる。なお、コントローラ12が半導体メモリ等からなる不揮発性の補助記憶装置を有し、上記の制御プログラムが補助記憶装置に格納されてもよい。 The storage unit 123 is a volatile memory such as a RAM (Random Access Memory) or a non-volatile memory such as a ROM (Read Only Memory). The storage unit 123 records a control program executed by an arithmetic processing unit (not shown) included in the controller 12 . The function of each block of the control unit 122 is realized by the arithmetic processing unit reading out the control program from the storage unit 123 and executing it. For example, a CPU (Central Processing Unit) or MPU (Micro Processing Unit) is used as an arithmetic processing unit. Note that the controller 12 may have a non-volatile auxiliary storage device such as a semiconductor memory, and the above control program may be stored in the auxiliary storage device.

[エンジントルク変動の大きさの推定処理]
次に、コントローラ12によって実施される、エンジントルク変動の大きさの推定処理の例について、図3を参照して説明する。
図3は、コントローラ12のトルク変動推定部122aによって実施される、エンジントルク変動の大きさの推定処理の例を示すフローチャートである。
[Processing for estimating magnitude of engine torque fluctuation]
Next, an example of the process of estimating the magnitude of engine torque fluctuation, which is performed by the controller 12, will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a process of estimating the magnitude of engine torque fluctuation, which is performed by the torque fluctuation estimator 122a of the controller 12. As shown in FIG.

始めに、トルク変動推定部122aは、変数S及び変数Qをゼロに初期化する(S1)。そして、トルク変動推定部122aは、圧力センサ10によって検出される点火時期近傍の第一の筒内圧P1(図中では「筒内圧P1」と記載)を取り込む(S2)。続いて、トルク変動推定部122aは、圧力センサ10によって検出される燃焼終了時期近傍の第二の筒内圧P2(図中では「筒内圧P2」と記載)を取り込む(S3)。 First, the torque fluctuation estimator 122a initializes the variable S and the variable Q to zero (S1). Then, the torque fluctuation estimator 122a acquires the first in-cylinder pressure P1 (denoted as "in-cylinder pressure P1" in the figure) near the ignition timing detected by the pressure sensor 10 (S2). Subsequently, the torque fluctuation estimator 122a acquires a second in-cylinder pressure P2 (denoted as "in-cylinder pressure P2" in the figure) near the end of combustion detected by the pressure sensor 10 (S3).

続いて、トルク変動推定部122aは、第二の筒内圧P2と第一の筒内圧P1との差圧dP=P2-P1を演算し(S4)、dPを変数Sに足し込む(S5)。更にdPの二乗値を変数Qに足し込む(S6)。トルク変動推定部122aは、ステップS2からステップS6までの処理を、所定のサイクル数として設定されるN回(例えばN=100)繰り返すことで、Nサイクル分の圧力差dPの積算値を変数Sとして求める。また、トルク変動推定部122aは、Nサイクル分の圧力差dPの二乗の積算値を変数Qとして求める。 Subsequently, torque fluctuation estimator 122a calculates differential pressure dP=P2-P1 between second in-cylinder pressure P2 and first in-cylinder pressure P1 (S4), and adds dP to variable S (S5). Furthermore, the square value of dP is added to the variable Q (S6). The torque fluctuation estimator 122a repeats the process from step S2 to step S6 N times (for example, N=100) set as a predetermined number of cycles, and calculates the integrated value of the pressure difference dP for N cycles as the variable S Ask as Further, the torque fluctuation estimator 122a obtains, as a variable Q, an integrated value of squares of the pressure difference dP for N cycles.

次に、トルク変動推定部122aは、圧力差dPの積算値Sを所定のサイクル数Nで除することによって、圧力差dPのサイクル平均値dPmeanを求める(S7)。 Next, the torque fluctuation estimator 122a obtains the cycle mean value dPmean of the pressure difference dP by dividing the integrated value S of the pressure difference dP by a predetermined number of cycles N (S7).

次に、トルク変動推定部122aは、差圧dPのサイクル変動率Cov of dPを求める(S8)。差圧dPのサイクル変動率Cov of dPは、差圧dPのサイクル標準偏差を圧力差dPのサイクル平均値dPmeanで規格化し、百分率で表したものであり、次式(1)で求められる。また、変動係数をCov(Coefficient of variation)で表す。 Next, the torque fluctuation estimator 122a obtains the cycle fluctuation rate Cov of dP of the differential pressure dP (S8). The cycle variation rate Cov of dP of the differential pressure dP is obtained by normalizing the cycle standard deviation of the differential pressure dP by the cycle mean value dPmean of the pressure difference dP and expressing it as a percentage, and is obtained by the following equation (1). Also, the coefficient of variation is represented by Cov (Coefficient of variation).

Figure 2022162284000002
Figure 2022162284000002

次に、トルク変動推定部122aは、差圧dPのサイクル変動率Cov of dPからエンジントルク変動の大きさCov of IMEPを算出する(S9)。ここで、ステップS9によるエンジントルク変動の大きさを算出する方法について、図4を参照して説明する。 Next, the torque fluctuation estimator 122a calculates the engine torque fluctuation magnitude Cov of IMEP from the cycle fluctuation rate Cov of dP of the differential pressure dP (S9). Here, a method for calculating the magnitude of engine torque fluctuation in step S9 will be described with reference to FIG.

図4は、差圧dPのサイクル変動率Cov of dP[%]と、エンジントルク変動の大きさ(Cov of IMEP[%])との相関を示す特性図である。この特性図には、火花点火式エンジンを用いて差圧dPのサイクル変動率Cov of dPと、エンジントルク変動の大きさ(Cov of IMEP)との実測結果が示される。 FIG. 4 is a characteristic diagram showing the correlation between the cycle variation rate Cov of dP [%] of differential pressure dP and the magnitude of engine torque variation (Cov of IMEP [%]). This characteristic diagram shows the actual measurement results of the cycle variation rate Cov of dP of the differential pressure dP and the magnitude of the engine torque variation (Cov of IMEP) using a spark ignition engine.

エンジントルク変動の大きさは、図示平均有効圧力IMEP(Indicated Mean Effective Pressure)のNサイクルにおける標準偏差を、IMEPのNサイクルにおける平均値で規格化した量であるCov of IMEP[%]として定義している。 The magnitude of engine torque fluctuation is defined as Cov of IMEP [%], which is the standard deviation of the indicated mean effective pressure (IMEP) over N cycles normalized by the average value of IMEP over N cycles. ing.

本願の発明者の新たな知見によれば、エンジントルク変動の大きさ(度合い)を示すCov of IMEPと差圧dPのサイクル変動率Cov of dPとの間には、図4で示されるように強い相関が得られることが判った。このため、本願の発明者は、差圧dPのサイクル変動率Cov of dPから、エンジントルク変動の大きさを推定可能であることが判った。 According to new findings of the inventors of the present application, between Cov of IMEP, which indicates the magnitude (degree) of engine torque fluctuation, and the cycle variation rate Cov of dP of differential pressure dP, as shown in FIG. It was found that a strong correlation was obtained. Therefore, the inventor of the present application has found that the magnitude of engine torque fluctuation can be estimated from the cycle fluctuation rate Cov of dP of the differential pressure dP.

コントローラ12の記憶部123には、予めキャリブレーションで求めたCov of IMEPとCov of dPとの相関が相関式又はテーブルデータとして保持されている。トルク変動推定部122aは、記憶部123から相関式又はテーブルデータを参照し、Cov of dPからエンジントルク変動の大きさCov of IMEPを求める。 The storage unit 123 of the controller 12 holds the correlation between the Cov of IMEP and the Cov of dP obtained by calibration in advance as a correlation formula or table data. The torque fluctuation estimation unit 122a refers to the correlation formula or table data from the storage unit 123 and obtains the magnitude Cov of IMEP of the engine torque fluctuation from the Cov of dP.

そして、トルク変動推定部122aは、求めたエンジントルク変動の大きさCov of IMEPを、機関制御部122bに送出する(S10)。所定時間後、再び、ステップS1から本フローチャートの処理が行われる。 Then, the torque fluctuation estimator 122a sends the calculated engine torque fluctuation magnitude Cov of IMEP to the engine controller 122b (S10). After a predetermined period of time, the processing of this flowchart is performed again from step S1.

ここで、筒内圧の検出タイミングについて、図5を参照して説明する。
図5は、筒内圧の検出タイミングの例を示すグラフである。図5に示すグラフは、いずれも横軸をクランク角[deg]、縦軸を筒内圧[bar]としている。
Here, the detection timing of the in-cylinder pressure will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a graph showing an example of in-cylinder pressure detection timing. In each graph shown in FIG. 5, the horizontal axis is the crank angle [deg] and the vertical axis is the in-cylinder pressure [bar].

図5のグラフ(1)は、従来の筒内圧の検出タイミングの例を示す。グラフ(1)に示す筒内圧の変化の様子から、クランク角が360°付近で筒内圧が最大となることが分かる。 Graph (1) in FIG. 5 shows an example of conventional in-cylinder pressure detection timing. From the changes in the in-cylinder pressure shown in graph (1), it can be seen that the in-cylinder pressure reaches its maximum when the crank angle is around 360°.

特許文献1に開示されたような従来のコントローラは、筒内圧センサが高サンプリングレート(例えば、クランク角が1度以下の間隔)で検知した筒内圧を取得して、燃焼室内の燃焼状態を推定していた。図中のグラフに沿って付加される丸印は、筒内圧の検出タイミングを表す。しかし、従来のコントローラが高サンプリングレートで筒内圧を取得する方法は、コントローラに演算負荷がかかるばかりか、コントローラが取得した筒内圧を保存するためのメモリ容量も大きくしなければならなかった。このため、従来の方法を採用すると、エンジンシステムのコストが増大していた。 A conventional controller such as that disclosed in Patent Document 1 acquires the cylinder pressure detected by the cylinder pressure sensor at a high sampling rate (for example, at intervals of 1 degree or less of the crank angle), and estimates the combustion state in the combustion chamber. Was. Circle marks added along the graph in the drawing represent the detection timing of the in-cylinder pressure. However, the conventional method in which the controller obtains the cylinder pressure at a high sampling rate not only imposes a computational load on the controller, but also requires a large memory capacity for storing the cylinder pressure obtained by the controller. Therefore, the cost of the engine system increased when the conventional method was adopted.

なお、特許文献2に開示されたような従来のコントローラについても、上死点前60°のクランク角度位置及び上死点後60°のクランク角度位置の2点で検出された筒内圧を用いてエンジンの燃焼状態を把握するものであったが、本実施の形態に係る筒内圧の取得時期とは異なる。このため、特許文献2に開示された技術で燃焼状態を把握するためには、複雑な計算を要し、燃焼状態を低コストで正確に推定することはできなかった。 Note that the conventional controller as disclosed in Patent Document 2 also uses the in-cylinder pressure detected at two points, the crank angle position of 60° before the top dead center and the crank angle position of 60° after the top dead center. Although the combustion state of the engine was grasped, it is different from the acquisition timing of the in-cylinder pressure according to the present embodiment. For this reason, in order to grasp the combustion state with the technique disclosed in Patent Document 2, complicated calculations are required, and the combustion state cannot be accurately estimated at low cost.

[圧力検出時期]
図5のグラフ(2)は、本実施の形態に係る筒内圧の検出タイミングの例を示す。グラフ(2)に示す筒内圧の変化は、グラフ(1)に示す筒内圧の変化と同様である。そして、図中には、点火マークで表される点火時期、太い棒線で表される燃焼期間とが新たに追加されている。
[Pressure detection time]
Graph (2) in FIG. 5 shows an example of the detection timing of the in-cylinder pressure according to the present embodiment. The change in the in-cylinder pressure shown in graph (2) is the same as the change in the in-cylinder pressure shown in graph (1). In the figure, the ignition timing indicated by the ignition mark and the combustion period indicated by the thick bar line are newly added.

第1の実施の形態に係るコントローラ12が行う燃焼状態の推定処理では、1サイクルのうち、2か所のタイミングで筒内圧を取得する。2か所のタイミングは、圧縮行程で第一の筒内圧P1を取得するタイミング(図中の「P1圧力取得」)と、膨張行程で第二の筒内圧P2を取得するタイミング(図中の「P2圧力取得」)である。コントローラ12が第一の筒内圧P1を取得するタイミングは、点火時期近傍である。また、コントローラ12が第二の筒内圧P2を取得するタイミングは、燃焼終了時期近傍である。このように筒内圧の取得時期を規定したのは、燃焼で発生する燃焼エネルギーの大きさが、燃焼前後の筒内圧の差となって反映されるためである。 In the combustion state estimation process performed by the controller 12 according to the first embodiment, the in-cylinder pressure is acquired at two timings in one cycle. The two timings are the timing for acquiring the first in-cylinder pressure P1 in the compression stroke ("P1 pressure acquisition" in the figure) and the timing for acquiring the second in-cylinder pressure P2 in the expansion stroke ("P1 pressure acquisition" in the figure). P2 pressure acquisition"). The timing at which the controller 12 acquires the first in-cylinder pressure P1 is near the ignition timing. Further, the timing at which the controller 12 acquires the second in-cylinder pressure P2 is near the end of combustion. The reason why the acquisition timing of the in-cylinder pressure is defined in this way is that the magnitude of the combustion energy generated by combustion is reflected as the difference in the in-cylinder pressure before and after combustion.

例えば、第一の筒内圧P1の取得時期が点火時期よりも早い場合には、その圧力取得時期から燃焼開始時期である点火時期までに筒内ガスを圧縮するエネルギーが、第一の筒内圧P1と第二の筒内圧P2の差に反映される。また、例えば、第二の筒内圧P2の取得時期が燃焼終了時期よりも遅い場合には、燃焼終了時期からその圧力取得時期までに筒内ガスが膨張するエネルギーが、第一の筒内圧P1と第二の筒内圧P2の差に反映される。 For example, when the acquisition timing of the first in-cylinder pressure P1 is earlier than the ignition timing, the energy for compressing the in-cylinder gas from the pressure acquisition timing to the ignition timing, which is the combustion start timing, is the first in-cylinder pressure P1. and the second in-cylinder pressure P2. Further, for example, when the acquisition timing of the second in-cylinder pressure P2 is later than the combustion end timing, the energy for expanding the in-cylinder gas from the combustion end timing to the pressure acquisition timing is equal to the first in-cylinder pressure P1. This is reflected in the difference in the second in-cylinder pressure P2.

これらの圧縮エネルギーと膨張エネルギーは、燃焼によって生じるエネルギーに対して余剰に付与されるものであり、第1の実施の形態に係る燃焼状態の推定処理においては、推定誤差を生じる原因となる。このため、コントローラ12が燃焼状態を正確に推定するには、第一の筒内圧P1の取得時期をできるだけ点火時期に近くすることが好ましく、第二の筒内圧P2の取得時期をできるだけ燃焼終了時期に近くすることが好ましい。そして、コントローラ12は、2か所のタイミングで取得した第一の筒内圧P1及び第二の筒内圧P2に基づいて、エンジン1の燃焼状態(点火時期等)を判定する。このため、コントローラ12の演算負荷が軽くなり、筒内圧を保存するためのメモリ容量を削減することができる。 These compression energy and expansion energy are added in excess to the energy generated by combustion, and cause an estimation error in the combustion state estimation process according to the first embodiment. For this reason, in order for the controller 12 to accurately estimate the combustion state, it is preferable to set the acquisition timing of the first in-cylinder pressure P1 as close to the ignition timing as possible, and to set the acquisition timing of the second in-cylinder pressure P2 as close as possible to the combustion end timing. is preferably close to Then, the controller 12 determines the combustion state (ignition timing, etc.) of the engine 1 based on the first in-cylinder pressure P1 and the second in-cylinder pressure P2 acquired at two timings. Therefore, the calculation load of the controller 12 is lightened, and the memory capacity for storing the in-cylinder pressure can be reduced.

図6は、第一の筒内圧P1の取得時期と点火時期との差(ms)に対するエンジントルク変動の推定誤差の例を示す特性図である。点火時期とは、点火プラグ17bにおいて点火のための放電が開始される時期のことである。この特性図では、第一の筒内圧P1の取得時期と点火時期との差に対して、第1の実施の形態に係るエンジントルク変動の大きさの推定値と実測値との誤差[%]がどのように変化するかが示される。 FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of the estimation error of the engine torque fluctuation with respect to the difference (ms) between the acquisition timing of the first in-cylinder pressure P1 and the ignition timing. The ignition timing is the timing at which discharge for ignition is started in the ignition plug 17b. In this characteristic diagram, the error [%] between the estimated value and the actual measurement value of the magnitude of the engine torque fluctuation according to the first embodiment with respect to the difference between the acquisition timing of the first in-cylinder pressure P1 and the ignition timing. It shows how changes

図6に示されるように、第一の筒内圧P1の取得時期と点火時期との差が大きくなるにつれて、エンジントルク変動の大きさの推定誤差は増大する。そこで、エンジントルク変動の大きさの推定誤差を許容できる許容誤差が設定される。そして、エンジントルク変動の大きさの推定誤差を、エンジン制御で要求される誤差よりも小さくするためには、第一の筒内圧P1の取得時期と点火時期との差は1ms以内にすることが望ましい。そこで、燃焼状態推定部(トルク変動推定部122a)は、第一の筒内圧P1の取得時期と、当該気筒の点火時期との差を1ms以内とする。 As shown in FIG. 6, as the difference between the acquisition timing of the first in-cylinder pressure P1 and the ignition timing increases, the estimation error of the magnitude of the engine torque fluctuation increases. Therefore, a permissible error is set to allow an estimation error of the magnitude of the engine torque fluctuation. In order to make the estimation error of the magnitude of the engine torque fluctuation smaller than the error required for engine control, the difference between the acquisition timing of the first in-cylinder pressure P1 and the ignition timing should be within 1 ms. desirable. Therefore, the combustion state estimator (torque variation estimator 122a) sets the difference between the acquisition timing of the first in-cylinder pressure P1 and the ignition timing of the cylinder within 1 ms.

図7は、点火時期の変化に対して、第一の筒内圧P1の取得時期の望ましい変化形態を示す図である。図7において、点線は、点火時期と第一の筒内圧P1の取得時期が同じであることを示す。また、実線は、点火時期と第一の筒内圧P1の取得時期との差が1msであることを示す。即ち2本の実線で挟まれた範囲が、第一の筒内圧P1の望ましい取得時期である。そこで、燃焼状態推定部(トルク変動推定部122a)は、第一の筒内圧P1の取得時期を、当該気筒の点火時期に対応して変化させる。 FIG. 7 is a diagram showing a desirable change form of the acquisition timing of the first in-cylinder pressure P1 with respect to changes in ignition timing. In FIG. 7, the dotted line indicates that the ignition timing and the acquisition timing of the first in-cylinder pressure P1 are the same. Also, the solid line indicates that the difference between the ignition timing and the acquisition timing of the first in-cylinder pressure P1 is 1 ms. That is, the range sandwiched between the two solid lines is the desirable acquisition timing of the first in-cylinder pressure P1. Therefore, the combustion state estimator (torque variation estimator 122a) changes the acquisition timing of the first in-cylinder pressure P1 in accordance with the ignition timing of the cylinder.

図8は、第二の筒内圧P2の取得時期と、90%燃焼時期CA90から20°遅角した時期(以下、「CA90+20°」と略記)との差(°)に対するエンジントルク変動の推定誤差の例を示す特性図である。この特性図により、第二の筒内圧P2の取得時期と、CA90+20°との差に対して、エンジントルク変動の大きさの推定と実測値との誤差[%]がどのように変化するかが示される。そこで、燃焼状態推定部(トルク変動推定部122a)は、第二の筒内圧P2の取得時期を、当該気筒の90%燃焼時期CA90に対応して変化させる。 FIG. 8 shows the difference (°) between the acquisition timing of the second in-cylinder pressure P2 and the timing retarded by 20° from the 90% combustion timing CA90 (hereinafter abbreviated as “CA90+20°”). It is a characteristic diagram showing an example of. This characteristic diagram shows how the error [%] between the estimated magnitude of the engine torque fluctuation and the measured value changes with respect to the difference between the acquisition timing of the second in-cylinder pressure P2 and CA90+20°. shown. Therefore, the combustion state estimator (torque variation estimator 122a) changes the acquisition timing of the second in-cylinder pressure P2 in accordance with the 90% combustion timing CA90 of the cylinder.

図8に示されるように、第二の筒内圧P2の取得時期と、CA90+20°との差が大きくなるにつれて、エンジントルク変動の大きさの推定誤差は増大する。そこで、エンジントルク変動の大きさの推定誤差を許容できる許容誤差が設定される。エンジントルク変動の大きさの推定誤差を、エンジン制御で要求される誤差よりも小さくするためには、第二の筒内圧P2の取得時期と、CA90+20°との差を10°以内にすることが望ましい。 As shown in FIG. 8, the estimation error of the magnitude of the engine torque fluctuation increases as the difference between the acquisition timing of the second in-cylinder pressure P2 and CA90+20° increases. Therefore, a permissible error is set to allow an estimation error of the magnitude of the engine torque fluctuation. In order to make the estimation error of the magnitude of the engine torque fluctuation smaller than the error required for engine control, the difference between the acquisition timing of the second in-cylinder pressure P2 and CA90+20° should be within 10°. desirable.

図9は、燃焼時期と、熱発生率の積分値との関係を示した特性図である。
図中に示す90%燃焼時期CA90は、燃焼終了時の熱発生率の積分値を100%としたとき、熱発生率の積分値が90%となるクランク角(°)として定義される。同様に、50%燃焼時期CA50は、熱発生率の積分値が50%となるクランク角として定義される。燃焼時期CA50は、基準燃焼重心CA50refとも呼ぶ。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the combustion timing and the integrated value of the heat release rate.
The 90% combustion timing CA90 shown in the figure is defined as the crank angle (°) at which the integrated value of the heat release rate is 90% when the integrated value of the heat release rate at the end of combustion is 100%. Similarly, the 50% combustion timing CA50 is defined as the crank angle at which the integrated value of the heat release rate is 50%. The combustion timing CA50 is also called a reference combustion center of gravity CA50ref.

燃焼速度がサイクル毎に変化することによって、90%燃焼時期もサイクル毎に変化する。このため、図9に示す第1の実施の形態に係る90%燃焼時期CA90は、所定サイクル数(例えば100サイクル)で平均化した90%燃焼時期のことを示す。 As the burn rate changes from cycle to cycle, the 90% burn timing also changes from cycle to cycle. Therefore, the 90% combustion timing CA90 according to the first embodiment shown in FIG. 9 indicates the 90% combustion timing averaged over a predetermined number of cycles (eg, 100 cycles).

図10は、CA90+20°の変化に対する第二の筒内圧P2の取得時期の望ましい変化形態を示す図である。図10において点線は、CA90+20°と第二の筒内圧P2の取得時期が同じであることを示す。また、実線は、CA90+20°と第二の筒内圧P2の取得時期との差が10°であることを示す。即ち2本の実線で挟まれた範囲が、第二の筒内圧P2の望ましい取得時期である。そこで、燃焼状態推定部(トルク変動推定部122a)は、第二の筒内圧P2の取得時期と、当該気筒の90%燃焼時期CA90の20°遅角時期(90%燃焼時期CA90+20°)との差を10°以内とする。 FIG. 10 is a diagram showing a desirable change form of the acquisition timing of the second in-cylinder pressure P2 with respect to a change of CA90+20°. The dotted line in FIG. 10 indicates that CA90+20° and the second in-cylinder pressure P2 are acquired at the same time. Also, the solid line indicates that the difference between CA90+20° and the acquisition timing of the second in-cylinder pressure P2 is 10°. That is, the range sandwiched between the two solid lines is the desired acquisition timing of the second in-cylinder pressure P2. Therefore, the combustion state estimator (torque fluctuation estimator 122a) determines the acquisition timing of the second in-cylinder pressure P2 and the 20° retardation timing (90% combustion timing CA90+20°) of the 90% combustion timing CA90 of the cylinder. The difference shall be within 10°.

一般的に、90%燃焼時期CA90は、エンジン回転速度、負荷、空燃比、EGR率、点火時期、冷却水温などのエンジン運転状態パラメータによって変化する。コントローラ12の記憶部123には、キャリブレーションによって予め求められた、エンジン運転状態パラメータに対する90%燃焼時期CA90が、マップデータとして格納される。トルク変動推定部122aは、現在のエンジン運転状態パラメータに基づいて、マップデータを参照することで90%燃焼時期CA90を求めることができる。 In general, the 90% combustion timing CA90 varies depending on engine operating state parameters such as engine speed, load, air-fuel ratio, EGR rate, ignition timing, and cooling water temperature. The storage unit 123 of the controller 12 stores the 90% combustion timing CA90 with respect to the engine operating state parameter, which is obtained in advance by calibration, as map data. The torque fluctuation estimator 122a can obtain the 90% combustion timing CA90 by referring to the map data based on the current engine operating state parameters.

[EGRシステム]
次に、機関制御部122bによる機関制御の例について説明する。
例えば、エンジン1を構成するEGRシステムにおいて、エンジン1の熱効率を高めるには、コントローラ12がEGR率を適切に制御する必要がある。一般的に、部分負荷においてEGR率を高くするとポンピング損失が減って熱効率が高くなる。また、EGR率を高くすることで燃焼温度が下がるため、冷却損失やNOxの排出を減らすことも可能である。さらに、高負荷においてはEGR率を高くすることでノッキングを抑制し、排気損失を減らすことも可能である。
[EGR system]
Next, an example of engine control by the engine control section 122b will be described.
For example, in the EGR system that configures the engine 1 , the controller 12 needs to appropriately control the EGR rate in order to increase the thermal efficiency of the engine 1 . In general, a higher EGR rate at part load reduces pumping losses and increases thermal efficiency. In addition, since the combustion temperature is lowered by increasing the EGR rate, it is possible to reduce cooling loss and NOx emissions. Furthermore, it is possible to suppress knocking and reduce exhaust loss by increasing the EGR rate at high load.

一方、EGR率が過度に高くなると、混合気の着火性が低くなったり、火炎伝播性が低下したりするため、失火が起こる可能性が高くなる。したがって、コントローラ12は、失火が起こらない範囲、又は失火が許容できる範囲で、できるだけEGR率を高めることがエンジン1の熱効率を高める上で重要である。 On the other hand, if the EGR rate becomes excessively high, the ignitability of the air-fuel mixture becomes low, and the flame propagation becomes low, which increases the possibility of misfiring. Therefore, it is important for increasing the thermal efficiency of the engine 1 that the controller 12 increases the EGR rate as much as possible within a range in which misfire does not occur or a misfire is permissible.

エンジン1の運転において失火したサイクルがあると、エンジントルク変動が大きくなる。そこで、コントローラ12は、エンジントルク変動の大きさを推定し、エンジントルク変動の大きさに基づいてEGR率を変えることで、失火を抑制しつつ、エンジンの熱効率を高めることが可能となる。 If there is a misfiring cycle in the operation of the engine 1, the engine torque fluctuation will increase. Therefore, by estimating the magnitude of the engine torque fluctuation and changing the EGR rate based on the magnitude of the engine torque fluctuation, the controller 12 can improve the thermal efficiency of the engine while suppressing misfires.

図11は、EGR制御を行うコントローラ12の制御ブロックの例を示す図である。
トルク変動推定部122aは、エンジン1の圧力センサ10の出力に基づき、現在のエンジントルク変動の大きさCov of IMEPを推定する。
FIG. 11 is a diagram showing an example of control blocks of the controller 12 that performs EGR control.
Based on the output of the pressure sensor 10 of the engine 1, the torque variation estimator 122a estimates the current engine torque variation Cov of IMEP.

機関制御部122bが有する偏差算出部122cは、現在のエンジントルク変動の大きさCov of IMEPから目標エンジントルク変動の大きさ(目標CoV)を差し引いた偏差δCoVを算出する。目標CoVは、機関制御部122bが記憶部123のROMから読み込む値である。 A deviation calculation unit 122c of the engine control unit 122b calculates a deviation δCoV by subtracting the target engine torque fluctuation magnitude (target CoV) from the current engine torque fluctuation magnitude Cov of IMEP. The target CoV is a value read from the ROM of the storage unit 123 by the engine control unit 122b.

機関制御部122bが有する操作量演算部122dは、偏差δCoVに基づきエンジン1のアクチュエータに対する操作量を演算する。アクチュエータは、例えば、スロットルバルブ20、EGRバルブ29の開度を調整したり、点火プラグ17bの点火時期を調整したりするためのエンジン1に設けられる装置である。そして、操作量演算部122dは、例えばPIDコントローラにより構成されている。操作量演算部122dは、現在のエンジントルク変動の大きさCov of IMEPと、目標エンジントルク変動の大きさ(目標CoV)とが近づくように、エンジン1のアクチュエータの操作量を求める。そして、機関制御部122bはエンジン1のアクチュエータ操作量をエンジン1に送出し、エンジン1の運転状態を制御する。 An operation amount calculation section 122d included in the engine control section 122b calculates an operation amount for the actuator of the engine 1 based on the deviation δCoV. The actuator is, for example, a device provided in the engine 1 for adjusting the opening degrees of the throttle valve 20 and the EGR valve 29 and adjusting the ignition timing of the spark plug 17b. The manipulated variable calculator 122d is configured by, for example, a PID controller. The operation amount calculation unit 122d obtains the operation amount of the actuator of the engine 1 so that the current engine torque fluctuation magnitude Cov of IMEP and the target engine torque fluctuation magnitude (target CoV) are close to each other. Then, the engine control unit 122b sends the actuator operation amount of the engine 1 to the engine 1 to control the operating state of the engine 1. FIG.

(EGRシステムにおけるアクチュエータの制御の例)
図12は、EGRシステムにおける、偏差δCoVに基づいてアクチュエータの制御例を示す図である。横軸は偏差δCoV[%]、縦軸はアクチュエータ等の状態を表す。
(Example of actuator control in EGR system)
FIG. 12 is a diagram showing an example of actuator control based on the deviation δCoV in the EGR system. The horizontal axis represents the deviation δCoV [%], and the vertical axis represents the state of the actuator and the like.

EGRシステムのコントローラ12は、偏差δCoVに基づいてアクチュエータを制御する際、例えば偏差δCoVの増加に伴い、エンジントルク変動の大きさを抑制する。このため、コントローラ12は、EGRバルブ29の開度(点線)及びスロットルバルブ20の開度(実線)が小さくなるように制御する。この制御によってEGR率が低くなるので、着火遅れ時間は短くなり、燃焼速度は速くなる。そこで、コントローラ12は、燃焼を適切な時期(燃費最良時期)にするため、点火進角量(一点鎖線)が小さくなるように制御する。 When the EGR system controller 12 controls the actuator based on the deviation δCoV, the magnitude of the engine torque fluctuation is suppressed as the deviation δCoV increases, for example. Therefore, the controller 12 performs control so that the opening degree of the EGR valve 29 (dotted line) and the opening degree of the throttle valve 20 (solid line) are decreased. Since this control reduces the EGR rate, the ignition delay time is shortened and the combustion speed is increased. Therefore, the controller 12 performs control so that the ignition timing advance amount (chain line) is decreased in order to set the combustion at an appropriate timing (best fuel consumption timing).

コントローラ12の制御によって、エンジントルク変動の大きさが所定値以上である場合には、トルクのサイクル変動を抑えるようにEGR率が低く設定される。これにより、エンジン1の燃焼が安定する方向に制御される。また、エンジントルク変動の大きさが所定値よりも小さい場合には、コントローラ12はEGR率を高く設定することで、エンジン1の熱効率を高めることができる。 Under the control of the controller 12, when the magnitude of the engine torque fluctuation is equal to or greater than a predetermined value, the EGR rate is set low so as to suppress the torque cycle fluctuation. As a result, the combustion of the engine 1 is controlled to stabilize. Further, when the magnitude of the engine torque fluctuation is smaller than a predetermined value, the controller 12 sets the EGR rate high, so that the thermal efficiency of the engine 1 can be increased.

また、点火プラグ17bへ供給する点火エネルギーの量や筒内のガス流動の強さ、圧縮比、吸気温度を調整可能な構成とし、これらの調整量をコントローラ12が偏差δCoVに基づいて制御することも考えられる。 Further, the amount of ignition energy supplied to the spark plug 17b, the strength of the gas flow in the cylinder, the compression ratio, and the intake air temperature can be adjusted, and the controller 12 controls these adjustment amounts based on the deviation δCoV. is also conceivable.

図13は、コントローラ12が、偏差δCoVに基づいて点火エネルギーの量、ガス流動の強さ、圧縮比、吸気温度を制御する例を示す図である。図13の横軸は偏差δCoV[%]、縦軸は点火エネルギー等を表す。 FIG. 13 is a diagram showing an example in which the controller 12 controls the amount of ignition energy, strength of gas flow, compression ratio, and intake air temperature based on the deviation δCoV. The horizontal axis of FIG. 13 represents the deviation .delta.CoV [%], and the vertical axis represents the ignition energy and the like.

点火エネルギーの量や筒内のガス流動の強さ、圧縮比、吸気温度は、一般的に高い値をとるほど着火、又は火炎伝播を促進し、トルク変動を抑制する効果がある。したがって、図13に示すように、コントローラ12は、偏差δCoVの増加に対して、これらの項目の値が増大する方向に制御を行うことが望ましい。 In general, the higher the ignition energy amount, the gas flow strength in the cylinder, the compression ratio, and the intake air temperature, the more the ignition or flame propagation is promoted and the torque fluctuation is suppressed. Therefore, as shown in FIG. 13, it is desirable for the controller 12 to perform control so that the values of these items increase as the deviation .delta.CoV increases.

例えば、点火エネルギーの量は、コントローラ12が点火プラグ17bに供給する電流の量を制御することで調整可能である。また、筒内のガス流動の強さは、コントローラ12が吸気ポート21内の空気の流速を制御することで調整可能である。また、圧縮比は、コントローラ12が、ピストン14の上死点の位置を制御することで調整可能である。また、吸気温度は、コントローラ12が、吸気ポート21に設けたヒータのオンオフを制御することで調整可能である。 For example, the amount of ignition energy can be adjusted by the controller 12 controlling the amount of current supplied to the spark plug 17b. In addition, the strength of the gas flow in the cylinder can be adjusted by the controller 12 controlling the flow velocity of the air in the intake port 21 . Also, the compression ratio can be adjusted by the controller 12 controlling the position of the top dead center of the piston 14 . Also, the intake air temperature can be adjusted by the controller 12 controlling on/off of a heater provided in the intake port 21 .

なお、これらの制御は、コントローラ12が、ガス流動の強さ、圧縮比、及び吸気温度のいずれかを単独で制御してもよく、また、いくつかを組み合わせて制御してもよい。また、コントローラ12は、これらの制御に加えて、前述したEGRバルブ開度、スロットルバルブ開度、又は点火進角量の制御を組み合わせてもよい。 For these controls, the controller 12 may control any one of the gas flow strength, the compression ratio, and the intake air temperature independently, or may control some of them in combination. In addition to these controls, the controller 12 may combine control of the EGR valve opening degree, throttle valve opening degree, or ignition advance amount described above.

[希薄燃焼システム]
さらに、エンジン1を構成する希薄燃焼システムにおいても、エンジン1の熱効率を高めるには空燃比を適切に制御する必要がある。一般的に、部分負荷において空燃比を高くするとポンピング損失が減って熱効率が高くなる。また、空燃比を高くすることで燃焼温度が下がるため、冷却損失やNOxの排出を減らすことも可能である。一方、空燃比が過度に高くなると、混合気の着火性が低くなったり、火炎伝播性が低下したりするため、失火が起こる可能性が高くなる。したがって、コントローラ12は、失火が起こらない範囲、又は失火が許容できる範囲で、できるだけ空燃比を高める制御を行うことが、エンジン1の熱効率を高める上で重要である。
[Lean burn system]
Furthermore, in the lean burn system that constitutes the engine 1 as well, it is necessary to appropriately control the air-fuel ratio in order to increase the thermal efficiency of the engine 1 . Generally, a higher air/fuel ratio at part load reduces pumping losses and increases thermal efficiency. In addition, since the combustion temperature is lowered by increasing the air-fuel ratio, it is possible to reduce cooling loss and NOx emissions. On the other hand, if the air-fuel ratio becomes excessively high, the ignitability of the air-fuel mixture becomes low and the flame propagation becomes low, which increases the possibility of misfiring. Therefore, it is important for increasing the thermal efficiency of the engine 1 that the controller 12 performs control to increase the air-fuel ratio as much as possible within a range in which misfire does not occur or a misfire is permissible.

(希薄燃焼システムにおけるアクチュエータの制御の例)
図14は、希薄燃焼システムにおける、偏差δCoVに基づいてアクチュエータの制御例を示す図である。図14の横軸は偏差δCoV[%]、縦軸はアクチュエータ等の状態を表す。
(Example of actuator control in a lean burn system)
FIG. 14 is a diagram showing an example of actuator control based on the deviation δCoV in a lean burn system. The horizontal axis of FIG. 14 represents the deviation .delta.CoV [%], and the vertical axis represents the state of the actuator and the like.

希薄燃焼システムにおけるコントローラ12は、偏差δCoVに基づいてアクチュエータを制御する。例えば、コントローラ12は、トルクのサイクル変動を抑制するため、偏差δCoVの増加に伴い、スロットルバルブ20の開度(実線)が小さくなるようにアクチュエータを制御する。この制御によって空燃比が低くなるので、着火遅れ時間は短くなり、燃焼速度は速くなる。そこで、コントローラ12は、燃焼を適切な時期(燃費最良時期)にするため、点火進角量(一点鎖線)が小さくなるようにアクチュエータを制御する。 The controller 12 in the lean burn system controls the actuators based on the deviation δCoV. For example, the controller 12 controls the actuator so that the opening degree (solid line) of the throttle valve 20 decreases as the deviation δCoV increases in order to suppress torque cycle fluctuations. This control lowers the air-fuel ratio, shortening the ignition delay time and increasing the combustion speed. Therefore, the controller 12 controls the actuator so that the ignition timing advance amount (one-dot chain line) is decreased in order to set the combustion at an appropriate timing (best fuel consumption timing).

この制御によって、エンジントルク変動の大きさが所定値以上である場合には、トルクのサイクル変動を抑えるように空燃比が低く設定される。空燃比が低く設定されることで、エンジン1の燃焼が安定する方向に制御される。また、エンジントルク変動の大きさが所定値よりも小さい場合には、空燃比が高く設定されるので、熱効率を高めることができる。 With this control, when the magnitude of engine torque fluctuation is equal to or greater than a predetermined value, the air-fuel ratio is set low so as to suppress the torque cycle fluctuation. By setting the air-fuel ratio to be low, the combustion of the engine 1 is controlled to be stabilized. Further, when the magnitude of the engine torque fluctuation is smaller than the predetermined value, the air-fuel ratio is set high, so the thermal efficiency can be enhanced.

また、図13で示された、点火エネルギーの量、筒内のガス流動の強さ、圧縮比、及び吸気温度の制御は、希薄燃焼システムにおいても、上述したEGRシステムと同様に適用することが可能である。 Also, the control of the amount of ignition energy, the strength of gas flow in the cylinder, the compression ratio, and the intake air temperature shown in FIG. It is possible.

<第2の実施形態>
[燃焼重心の推定]
次に、点火時期近傍に取得された第一の筒内圧P1と、燃焼終了時期近傍に取得された第二の筒内圧P2に基づいて燃焼重心CA50を推定する、本発明の第2の実施形態に係るコントローラについて説明する。
<Second embodiment>
[Estimation of the combustion center of gravity]
Next, a second embodiment of the present invention, in which the combustion center of gravity CA50 is estimated based on the first in-cylinder pressure P1 acquired near the ignition timing and the second in-cylinder pressure P2 acquired near the combustion end timing. will be described.

燃焼重心CA50は、図9に示されるように、燃焼終了時の熱発生率の積分値を100%としたとき、熱発生率の積分値が50%となるクランク角として定義される。また、燃焼重心は、燃焼速度のサイクル変動によってサイクル毎に変化するが、第2の実施形態に係る燃焼重心CA50は、所定サイクル数(例えば100サイクル)で平均化した燃焼重心を示す。 As shown in FIG. 9, the combustion center of gravity CA50 is defined as the crank angle at which the integral value of the heat release rate is 50% when the integral value of the heat release rate at the end of combustion is 100%. Also, the combustion center of gravity changes for each cycle due to cycle fluctuations in the combustion speed, but the combustion center of gravity CA50 according to the second embodiment indicates the combustion center of gravity averaged over a predetermined number of cycles (eg, 100 cycles).

図15は、第2の実施の形態に係るコントローラ12Aの構成例を示すブロック図である。 FIG. 15 is a block diagram showing a configuration example of the controller 12A according to the second embodiment.

コントローラ12Aは、不図示のシステムバスを介して相互に電気的に接続された入出力部121、制御部124、及び記憶部123を備える。
入出力部121及び記憶部123については、第1の実施の形態におけるコントローラ12の入出力部121及び記憶部123と同様であるので詳細な説明を省略する。
The controller 12A includes an input/output unit 121, a control unit 124, and a storage unit 123 electrically connected to each other via a system bus (not shown).
Since the input/output unit 121 and the storage unit 123 are the same as the input/output unit 121 and the storage unit 123 of the controller 12 in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

制御部124は、エンジン1の動作を制御する。例えば、制御部124は、エンジン1の燃焼安定状態に応じてスロットル開度、EGR開度、燃料噴射量、点火時期を制御する。第2の実施の形態に係る制御部124は、燃焼重心推定部124aと、機関制御部124bを備える。 Control unit 124 controls the operation of engine 1 . For example, the control unit 124 controls the throttle opening, EGR opening, fuel injection amount, and ignition timing according to the stable combustion state of the engine 1 . The control unit 124 according to the second embodiment includes a combustion center-of-gravity estimation unit 124a and an engine control unit 124b.

燃焼重心推定部124aは、圧力センサ10によって検出された筒内圧に基づいて、燃焼重心CA50を推定する。本実施形態で推定されるエンジン1の燃焼状態は、燃焼重心CA50とする。
機関制御部(機関制御部122b)は、第一の筒内圧P1と第二の筒内圧P2との比に基づいて、点火時期を制御する。例えば、機関制御部124bは、燃焼重心推定部124aが求めた燃焼重心CA50に基づいて、エンジン1の点火時期などを制御する。
The combustion center of gravity estimator 124 a estimates the combustion center of gravity CA50 based on the in-cylinder pressure detected by the pressure sensor 10 . The combustion state of the engine 1 estimated in this embodiment is the combustion center of gravity CA50.
The engine control section (engine control section 122b) controls the ignition timing based on the ratio between the first in-cylinder pressure P1 and the second in-cylinder pressure P2. For example, the engine control unit 124b controls the ignition timing and the like of the engine 1 based on the combustion center of gravity CA50 obtained by the combustion center of gravity estimation unit 124a.

[燃焼重心の推定原理]
次に、燃焼重心の推定原理について、図16~図18を参照して説明する。
[Principle of estimating the combustion center of gravity]
Next, the principle of estimating the combustion center of gravity will be described with reference to FIGS. 16 to 18. FIG.

図16は、基準燃焼重心CA50ref(°)と、第一の筒内圧P1と第二の筒内圧P2の比との相関を示す特性図である。この特性図は、火花点火式エンジンを用いた、圧力比P2/P1と、基準燃焼重心CA50refとの実測結果を表す。燃焼重心推定部124aは、第一の筒内圧P1を、圧力センサ10によって点火時期近傍で取得し、第二の筒内圧P2を、燃焼終了時期近傍で取得する。なお、図16は、エンジン1の体積効率、エンジン回転速度を一定にした圧力比P2/P1と、基準燃焼重心CA50refとの測定結果である。ここでは、その体積効率を基準体積効率ηref、その回転速度を基準回転速度Nrefと定義する。 FIG. 16 is a characteristic diagram showing the correlation between the reference combustion center of gravity CA50ref (°) and the ratio between the first in-cylinder pressure P1 and the second in-cylinder pressure P2. This characteristic diagram represents the results of actual measurements of the pressure ratio P2/P1 and the reference combustion center of gravity CA50ref using a spark ignition engine. The combustion center-of-gravity estimator 124a obtains the first in-cylinder pressure P1 near the ignition timing and the second in-cylinder pressure P2 near the combustion end timing using the pressure sensor 10 . FIG. 16 shows the measurement results of the volumetric efficiency of the engine 1, the pressure ratio P2/P1 with the engine rotation speed constant, and the reference combustion center of gravity CA50ref. Here, the volumetric efficiency is defined as reference volumetric efficiency ηref, and the rotational speed is defined as reference rotational speed Nref.

本願の発明者の新たな知見によれば、基準燃焼重心CA50refと、点火時期近傍に取得された第一の筒内圧P1と、燃焼終了時期近傍に取得された第二の筒内圧P2との比P2/P1との間には、図16で示されるように強い相関が得られることが判った。このため、本願の発明者は、圧力比P2/P1から、基準燃焼重心CA50refを推定可能であることが判った。 According to new findings of the inventors of the present application, the ratio between the reference combustion center of gravity CA50ref, the first cylinder pressure P1 acquired near the ignition timing, and the second cylinder pressure P2 acquired near the combustion end timing It was found that a strong correlation was obtained between P2/P1 as shown in FIG. Therefore, the inventor of the present application has found that the reference combustion center of gravity CA50ref can be estimated from the pressure ratio P2/P1.

また、本願の発明者の新たな知見によれば、体積効率が基準体積効率ηrefと異なり、かつ、エンジン回転速度が基準回転速度Nrefと異なる場合には、燃焼重心推定部124aが基準体積効率ηrefと基準回転速度Nrefで推定された基準燃焼重心CA50refを補正することで、現在の回転速度、及び体積効率における燃焼重心CA50を推定可能であることが判った。 Further, according to new findings of the inventors of the present application, when the volumetric efficiency is different from the reference volumetric efficiency ηref and the engine rotation speed is different from the reference rotation speed Nref, the combustion center-of-gravity estimator 124a determines the reference volumetric efficiency ηref and the reference rotation speed Nref, it is possible to estimate the combustion center of gravity CA50 at the current rotation speed and volumetric efficiency.

図17は、体積効率(%)の変化に対する、基準燃焼重心CA50refからの補正量ΔCA50_1(°)の例を示す図である。
図18は、エンジン回転速度(1/min)の変化に対する、基準燃焼重心CA50refからの補正量ΔCA50_2(°)の例を示す図である。
これらの補正量ΔCA50_1,ΔCA50_2に基づき、現在の回転速度、体積効率における燃焼重心CA50が次式(2)で求められる。
FIG. 17 is a diagram showing an example of the correction amount ΔCA50_1 (°) from the reference combustion center of gravity CA50ref with respect to changes in volumetric efficiency (%).
FIG. 18 is a diagram showing an example of the correction amount ΔCA50_2 (°) from the reference combustion center of gravity CA50ref with respect to changes in the engine speed (1/min).
Based on these correction amounts ΔCA50_1 and ΔCA50_2, the combustion center of gravity CA50 at the current rotational speed and volumetric efficiency is obtained by the following equation (2).

Figure 2022162284000003
Figure 2022162284000003

また、燃焼重心推定部124aは、体積効率と回転速度だけではなく、例えばEGR率、空燃比、点火時期、冷却水温などに対しても、それぞれの基準値からの基準燃焼重心CA50refの補正量を求めておき、基準燃焼重心CA50refに補正をかけることで、より高精度に燃焼重心CA50を推定可能である。 Further, the combustion center of gravity estimator 124a calculates the correction amount of the reference combustion center of gravity CA50ref from each reference value for not only the volumetric efficiency and the rotation speed, but also for the EGR rate, the air-fuel ratio, the ignition timing, the cooling water temperature, and the like. By calculating and correcting the reference combustion center of gravity CA50ref, the combustion center of gravity CA50 can be estimated with higher accuracy.

次に、コントローラ12Aによって実施される、燃焼重心CA50の推定処理について図19を参照して説明する。
図19は、コントローラ12Aの燃焼重心推定部124aによって実施される、燃焼重心の推定手順の例を示すフローチャートである。
Next, a process of estimating the combustion center of gravity CA50 performed by the controller 12A will be described with reference to FIG.
FIG. 19 is a flowchart showing an example of a procedure for estimating the center of gravity of combustion, which is performed by the center of gravity of combustion estimator 124a of the controller 12A.

始めに、燃焼重心推定部124aは、変数Rをゼロに初期化する(S21)。次に、燃焼重心推定部124aは、圧力センサ10によって検出された点火時期近傍の第一の筒内圧P1を取り込む(S22)。続いて、燃焼重心推定部124aは、圧力センサ10によって検出された燃焼終了時期近傍の第二の筒内圧P2を取り込む(S23)。 First, the combustion center-of-gravity estimator 124a initializes a variable R to zero (S21). Next, the combustion center-of-gravity estimator 124a acquires the first in-cylinder pressure P1 near the ignition timing detected by the pressure sensor 10 (S22). Subsequently, the combustion center-of-gravity estimator 124a acquires the second in-cylinder pressure P2 near the end of combustion detected by the pressure sensor 10 (S23).

次に、燃焼重心推定部124aは、第二の筒内圧P2と第一の筒内圧P1との比PR=P2/P1を求め(S24)、比PRを変数Rに足しこむ(S25)。燃焼重心推定部124aは、ステップS22からステップS25までを所定サイクル数N回(例えば、N=100)繰り返すことで、RにはNサイクル分の圧力比PRの積算値が求められる。 Next, the combustion center-of-gravity estimator 124a obtains a ratio PR=P2/P1 between the second in-cylinder pressure P2 and the first in-cylinder pressure P1 (S24), and adds the ratio PR to the variable R (S25). The combustion center-of-gravity estimator 124a repeats steps S22 to S25 a predetermined number of cycles N times (for example, N=100), so that R is an integrated value of the pressure ratio PR for N cycles.

Nサイクルが経過した後、燃焼重心推定部124aは、PRの積算値Rを所定サイクル数Nで除することによって圧力比PRのサイクル平均値PRmeanを求める(S26)。 After the N cycles have passed, the combustion center of gravity estimator 124a obtains the cycle mean value PRmean of the pressure ratio PR by dividing the integrated value R of PR by the predetermined number of cycles N (S26).

次に、燃焼重心推定部124aは、圧力比PRの平均値PRmeanから基準燃焼重心CA50refを算出する(S27)。コントローラ12Aの記憶部123には、予めキャリブレーションで求めた圧力比PRと基準燃焼重心CA50refとの相関が、相関式又はテーブルデータとして保持されている。燃焼重心推定部124aは、この相関式又はテーブルデータを参照することで、圧力比PRの平均値PRmeanから基準燃焼重心CA50refを算出する。 Next, the combustion center of gravity estimator 124a calculates a reference combustion center of gravity CA50ref from the average value PRmean of the pressure ratio PR (S27). The storage unit 123 of the controller 12A holds the correlation between the pressure ratio PR obtained by calibration in advance and the reference combustion center of gravity CA50ref as a correlation formula or table data. The combustion center of gravity estimator 124a calculates the reference combustion center of gravity CA50ref from the average value PRmean of the pressure ratio PR by referring to this correlation formula or table data.

引き続き、燃焼重心推定部124aは、基準燃焼重心CA50refと燃焼重心の補正値ΔCA50から、燃焼重心CA50を算出する。コントローラ12Aの記憶部123には、予めキャリブレーションで求めた、体積効率と燃焼重心補正値との相関、回転速度と燃焼重心補正値との相関、などが相関式又はテーブルデータとして保持されている。燃焼重心推定部124aは、この相関式又はテーブルデータを参照して、燃焼重心の補正値ΔCA50の和を求め、それらを基準燃焼重心CA50refに加えることで、燃焼重心CA50を求める(S28)。 Subsequently, the combustion center of gravity estimator 124a calculates the combustion center of gravity CA50 from the reference combustion center of gravity CA50ref and the correction value ΔCA50 for the combustion center of gravity. In the storage unit 123 of the controller 12A, the correlation between the volumetric efficiency and the correction value of the center of gravity of combustion, the correlation between the rotation speed and the correction value of the center of gravity of combustion, and the like, obtained by calibration in advance, are stored as correlation formulas or table data. . The combustion center of gravity estimator 124a obtains the sum of the correction values ΔCA50 of the combustion center of gravity by referring to this correlation formula or table data, and adds them to the reference combustion center of gravity CA50ref to obtain the combustion center of gravity CA50 (S28).

最後に、燃焼重心推定部124aは、求めた燃焼重心CA50を、機関制御部124bに送出する(S29)。 Finally, the combustion center of gravity estimator 124a sends the found combustion center of gravity CA50 to the engine control unit 124b (S29).

[機関制御]
次に、機関制御部124bによる機関制御の例について説明する。
エンジンの熱効率を高めるには、燃焼重心を適切に設定する必要がある。
図20は、最適な燃焼重心CA50とエンジンの燃料消費率との一般的な関係を示す図である。
[Engine control]
Next, an example of engine control by the engine control section 124b will be described.
In order to increase the thermal efficiency of the engine, it is necessary to set the combustion center of gravity appropriately.
FIG. 20 is a diagram showing a general relationship between the optimum combustion center of gravity CA50 and the fuel consumption rate of the engine.

一般的に、燃焼重心が適正時期よりも進角すると、ピストンの圧縮仕事が増加し熱効率が低くなる。また、燃焼重心が適正時期(目標)よりも遅角すると、排気エネルギーが増加し熱効率が低くなる。 In general, when the center of gravity of combustion advances from the proper timing, the compression work of the piston increases and thermal efficiency decreases. Further, if the combustion center of gravity is retarded from the appropriate timing (target), exhaust energy increases and thermal efficiency decreases.

通常、エンジンは、燃焼重心が最適時期になるように、負荷や回転速度毎に点火時期が予め設定されている。しかし、環境条件の変化や、エンジン部品特性の経時変化などによって燃焼重心が最適時期から移動することが考えられる。そこで、機関制御部124bは、点火時期を制御して、燃焼重心を予め定められた最適時期に設定することで、環境条件の変化や、エンジン部品特性の経時変化があった場合でも、エンジンの熱効率を高く維持することができる。 Normally, in an engine, the ignition timing is set in advance for each load and rotation speed so that the center of gravity of combustion is at the optimum timing. However, it is conceivable that the center of gravity of combustion shifts from the optimum timing due to changes in environmental conditions, temporal changes in engine component characteristics, and the like. Therefore, the engine control unit 124b controls the ignition timing to set the center of gravity of combustion to a predetermined optimum timing. High thermal efficiency can be maintained.

図21は、EGR制御を行うコントローラ12Aの制御ブロックの例を示す。
燃焼重心推定部124aは、エンジン1に設けられた圧力センサ10の出力(筒内圧)に基づき、現在の燃焼重心CA50を推定する。
FIG. 21 shows an example of a control block of the controller 12A that performs EGR control.
The combustion center-of-gravity estimator 124a estimates the current combustion center-of-gravity CA50 based on the output (in-cylinder pressure) of the pressure sensor 10 provided in the engine 1 .

機関制御部124bが有する偏差算出部124cは、現在の燃焼重心CA50と目標燃焼重心CA50(図では「目標CA50」と記載)との偏差δCA50を求める。
機関制御部124bが有する点火時期演算部124dは、偏差δCA50に基づき、エンジン1の点火時期を演算する。点火時期演算部124dは、例えばPIDコントローラにより構成されており、現在の燃焼重心と目標燃焼重心が近づくように、エンジン1の点火時期を求める。そして、機関制御部124bは、点火時期演算部124dが求めた点火時期をエンジン1に送出し、新たな点火時期でエンジン1の運転が行われる。
A deviation calculation unit 124c included in the engine control unit 124b obtains a deviation δCA50 between the current center of gravity CA50 of combustion and a target center of gravity CA50 (described as "target CA50" in the figure).
An ignition timing calculation unit 124d included in the engine control unit 124b calculates the ignition timing of the engine 1 based on the deviation δCA50. The ignition timing calculator 124d is composed of, for example, a PID controller, and obtains the ignition timing of the engine 1 so that the current center of gravity of combustion approaches the target center of gravity of combustion. Then, the engine control section 124b sends the ignition timing obtained by the ignition timing calculation section 124d to the engine 1, and the engine 1 is operated at the new ignition timing.

なお、本実施の形態では、燃焼重心CA50の推定方法について示したが、本発明は燃焼重心CA50に限定されるものでは無い。燃焼状態推定部は、第一の筒内圧P1と第二の筒内圧P2との比に基づいて、燃焼位相を推定することが可能である。例えば、10%燃焼時期CA10や、90%燃焼時期CA90などの燃焼位相を、燃焼状態推定部が、点火時期近傍に取得された第一の筒内圧P1と、燃焼終了時期近傍に取得された第二の筒内圧P2との比P2/P1を用いて推定可能である。 Although the method for estimating the combustion center of gravity CA50 has been described in the present embodiment, the present invention is not limited to the combustion center of gravity CA50. The combustion state estimator can estimate the combustion phase based on the ratio between the first in-cylinder pressure P1 and the second in-cylinder pressure P2. For example, the combustion phase such as the 10% combustion timing CA10 and the 90% combustion timing CA90 is calculated by the combustion state estimating unit as the first in-cylinder pressure P1 acquired near the ignition timing and the first cylinder pressure P1 acquired near the combustion end timing. It can be estimated using the ratio P2/P1 to the second in-cylinder pressure P2.

また、圧力比はP2/P1に限定されるものではなく、圧力比をP1/P2としても良い。さらに圧力比の代わりに圧力差ΔP=P2-P1、又はΔP=P1-P2を用いても同様の方法で燃焼位相を推定することができる。圧力差ΔP=P2-P1とする例について、図22を参照して説明する。 Also, the pressure ratio is not limited to P2/P1, and the pressure ratio may be P1/P2. Further, the combustion phase can be estimated by a similar method using the pressure difference ΔP=P2−P1 or ΔP=P1−P2 instead of the pressure ratio. An example where the pressure difference ΔP=P2−P1 will be described with reference to FIG.

図22は、第一の筒内圧P1と第二の筒内圧P2との差と、基準燃焼重心CA50ref(°)との相関を示す特性図である。この特性図は、火花点火式エンジンを用いた、圧力差P2-P1と、基準燃焼重心CA50refとの実測結果を表す。ここでも、第一の筒内圧P1は、圧力センサ10によって点火時期近傍に取得され、第二の筒内圧P2は、燃焼終了時期近傍に取得される。なお、図22は、エンジン1の体積効率、エンジン回転速度を一定にして圧力差P2-P1と基準燃焼重心CA50refを測定した結果である。ここでは、その体積効率を基準体積効率ηref、その回転速度を基準回転速度Nrefと定義する。 FIG. 22 is a characteristic diagram showing the correlation between the difference between the first in-cylinder pressure P1 and the second in-cylinder pressure P2 and the reference combustion center of gravity CA50ref (°). This characteristic diagram shows the results of actual measurements of the pressure difference P2-P1 and the reference combustion center of gravity CA50ref using a spark ignition engine. Again, the first in-cylinder pressure P1 is acquired by the pressure sensor 10 near the ignition timing, and the second in-cylinder pressure P2 is acquired near the combustion end timing. FIG. 22 shows the results of measuring the pressure difference P2−P1 and the reference combustion center of gravity CA50ref with the volumetric efficiency of the engine 1 and the engine speed kept constant. Here, the volumetric efficiency is defined as reference volumetric efficiency ηref, and the rotational speed is defined as reference rotational speed Nref.

本願の発明者の新たな知見によれば、基準燃焼重心CA50refと、点火時期近傍に取得された第一の筒内圧P1と、燃焼終了時期近傍に取得された第二の筒内圧P2との圧力差P2-P1との間には、図22で示されるように強い相関が得られることが判った。このため、本願の発明者は、圧力差P2-P1から、基準燃焼重心CA50refを推定可能であることが判った。 According to new findings of the inventors of the present application, the pressures of the reference combustion center of gravity CA50ref, the first cylinder pressure P1 acquired near the ignition timing, and the second cylinder pressure P2 acquired near the combustion end timing It was found that there is a strong correlation between the difference P2-P1 as shown in FIG. Therefore, the inventor of the present application has found that the reference combustion center of gravity CA50ref can be estimated from the pressure difference P2-P1.

また、本願の発明者の新たな知見によれば、体積効率が基準体積効率ηrefと異なり、かつ、エンジン回転速度が基準回転速度Nrefと異なる場合には、燃焼重心推定部124aが基準体積効率ηrefと基準回転速度Nrefで推定された基準燃焼重心CA50refを補正することで、現在の回転速度、及び体積効率における燃焼重心CA50を推定可能であることが判った。 Further, according to new findings of the inventors of the present application, when the volumetric efficiency is different from the reference volumetric efficiency ηref and the engine rotation speed is different from the reference rotation speed Nref, the combustion center-of-gravity estimator 124a determines the reference volumetric efficiency ηref and the reference rotation speed Nref, it is possible to estimate the combustion center of gravity CA50 at the current rotation speed and volumetric efficiency.

<放電電圧を用いて筒内圧を求める例>
上述した実施形態に係るコントローラ12,12Aは、圧力センサ10を用いて筒内圧を検出する例を示したが、圧力センサ10以外の方法を用いて筒内圧を求めることも可能である。
<Example of finding cylinder internal pressure using discharge voltage>
The controllers 12 and 12A according to the above-described embodiments have shown an example in which the pressure sensor 10 is used to detect the in-cylinder pressure, but it is also possible to obtain the in-cylinder pressure using a method other than the pressure sensor 10.

例えば、コントローラ12は、点火コイル17aの放電電圧から筒内圧を求めることができる。そこで、燃焼状態推定部(圧力算出部31a)は、点火コイル(点火コイル17a)の電圧値、点火コイル(点火コイル17a)の電流値、又は点火コイル(点火コイル17a)の放電時間に基づいて、第一の筒内圧P1と第二の筒内圧P2とを求めることが可能である。 For example, the controller 12 can obtain the in-cylinder pressure from the discharge voltage of the ignition coil 17a. Therefore, the combustion state estimator (pressure calculator 31a) is based on the voltage value of the ignition coil (ignition coil 17a), the current value of the ignition coil (ignition coil 17a), or the discharge time of the ignition coil (ignition coil 17a). , the first in-cylinder pressure P1 and the second in-cylinder pressure P2 can be obtained.

図23は、点火信号と、点火コイル17aの一次電圧及び二次電圧と、二次電流の時間履歴の一例を示す図である。点火コイル17aには、コントローラ12から点火信号が創出される。そして、点火コイル17aの一次側の電圧(一次電圧)と、二次側の電圧(二次電圧)及び二次側の電流(二次電流)が時間変化する。点火信号がハイレベルからローレベルに遷移したタイミングで二次電流が変化開始し、二次電流が元の値に戻るまでを放電期間と定義する。 FIG. 23 is a diagram showing an example of time histories of the ignition signal, the primary voltage and secondary voltage of the ignition coil 17a, and the secondary current. An ignition signal is generated from the controller 12 to the ignition coil 17a. Then, the voltage on the primary side (primary voltage), the voltage on the secondary side (secondary voltage), and the current on the secondary side (secondary current) of the ignition coil 17a change with time. The discharge period is defined as the period from when the ignition signal transitions from high level to low level, when the secondary current starts to change, until the secondary current returns to its original value.

図24は、放電開始直後の一次電圧の最大値V1max、二次電圧の最大値V2maxと、放電時の筒内圧との相関を示す特性図である。図24には、点火信号、点火コイル17aの一次電圧及び二次電圧、二次電流の変化の様子が示される。 FIG. 24 is a characteristic diagram showing the correlation between the maximum value V1max of the primary voltage immediately after the start of discharge, the maximum value V2max of the secondary voltage, and the in-cylinder pressure during discharge. FIG. 24 shows changes in the ignition signal, the primary voltage and secondary voltage of the ignition coil 17a, and the secondary current.

点火信号がハイレベルからローレベルに遷移すると点火コイル17aの二次側には大きな電位差が生じ、点火プラグ17bにて放電が開始される。放電開始直後の二次電圧の最大値V2max(kV)は、図24に示されるように放電時の筒内圧と高い相関が現れる。このため、二次電圧の最大値V2maxを計測することで、放電時の筒内圧を求めることができる。 When the ignition signal transitions from high level to low level, a large potential difference is generated on the secondary side of the ignition coil 17a, and discharge is started at the ignition plug 17b. The maximum value V2max (kV) of the secondary voltage immediately after the start of discharge has a high correlation with the in-cylinder pressure during discharge, as shown in FIG. Therefore, by measuring the maximum value V2max of the secondary voltage, the in-cylinder pressure during discharge can be obtained.

また、点火プラグ17bの放電直後には点火コイル17aの一次側に逆起電力が生じ、放電開始直後の一次電圧の最大値V1max(V)についても、図24に示されるように放電時の筒内圧と高い相関が現れる。このため、コントローラ12は、点火コイル17aの一次電圧の最大値V1maxを計測することでも、放電時の筒内圧を求めることができる。 In addition, immediately after the discharge of the spark plug 17b, a back electromotive force is generated on the primary side of the ignition coil 17a, and the maximum value V1max (V) of the primary voltage immediately after the start of discharge also increases as shown in FIG. A high correlation with internal pressure appears. Therefore, the controller 12 can also obtain the in-cylinder pressure during discharge by measuring the maximum value V1max of the primary voltage of the ignition coil 17a.

図25は、コントローラ12が点火コイル17aの二次電圧に基づいて筒内圧を求める場合における、点火コイル17aからコントローラ12までの構成例を示すブロック図である。 FIG. 25 is a block diagram showing a configuration example from the ignition coil 17a to the controller 12 when the controller 12 obtains the in-cylinder pressure based on the secondary voltage of the ignition coil 17a.

内燃機関(エンジン1)は、点火コイル(点火コイル17a)と、点火コイル(点火コイル17a)の電圧を検出し、点火コイル(点火コイル17a)の電圧のピーク値を保持する電圧ピーク値保持部(ピークホールド回路30)と、を備える。そして、燃焼状態推定部(圧力算出部31a)は、ピーク値に基づいて第一の筒内圧P1と第二の筒内圧P2を算出する。 The internal combustion engine (engine 1) has an ignition coil (ignition coil 17a) and a voltage peak value holding unit that detects the voltage of the ignition coil (ignition coil 17a) and holds the peak value of the voltage of the ignition coil (ignition coil 17a). (Peak hold circuit 30). Then, the combustion state estimator (pressure calculator 31a) calculates the first in-cylinder pressure P1 and the second in-cylinder pressure P2 based on the peak values.

点火コイル17aの二次電圧は、ピークホールド回路30に送出され、ピークホールド回路30によって、所定時間内に計測された二次電圧のピーク値がホールドされ、この二次電圧のピーク値が、二次電圧の最大値V2maxとして検出される。ピークホールド回路30は、点火コイル17aに点火信号を供給する回路内に設けられてよい。 The secondary voltage of the ignition coil 17a is sent to the peak hold circuit 30. The peak hold circuit 30 holds the peak value of the secondary voltage measured within a predetermined time. It is detected as the maximum value V2max of the next voltage. The peak hold circuit 30 may be provided in a circuit that supplies an ignition signal to the ignition coil 17a.

ピークホールド回路30は、二次電圧の最大値V2maxをコントローラ12に送出する。コントローラ12内の圧力算出部31aは、予めキャリブレーションによって求められた二次電圧最大値V2maxと筒内圧との相関式、又はテーブルデータを用いて、放電時の筒内圧を求める。 The peak hold circuit 30 sends the maximum value V2max of the secondary voltage to the controller 12 . A pressure calculation unit 31a in the controller 12 obtains the cylinder pressure at the time of discharge using a correlation equation between the secondary voltage maximum value V2max and the cylinder pressure obtained by calibration in advance, or table data.

また、圧力算出部31aは、点火コイル17aの一次電圧から筒内圧を求める処理を、二次電圧から筒内圧を求める処理と同様に行う。即ち、ピークホールド回路30によって点火コイル17aの一次電圧の最大値V1maxが検出され、コントローラ12に送出される。コントローラ12に設けられた圧力算出部31aは、予めキャリブレーションによって求められた一次電圧最大値V1maxと筒内圧との相関式、又はテーブルデータを用いて、放電時の筒内圧を求める。 Further, the pressure calculation unit 31a performs the process of obtaining the in-cylinder pressure from the primary voltage of the ignition coil 17a in the same manner as the process of obtaining the in-cylinder pressure from the secondary voltage. That is, the maximum value V1max of the primary voltage of the ignition coil 17a is detected by the peak hold circuit 30 and sent to the controller 12. FIG. A pressure calculation unit 31a provided in the controller 12 obtains the cylinder pressure during discharge using a correlation equation between the primary voltage maximum value V1max and the cylinder pressure obtained by calibration in advance, or table data.

本実施の形態に係る燃焼状態の推定手法に、点火コイル17aによる筒内圧検知を適用する場合、まず圧力算出部31aは、点火時期の放電に伴う二次電圧最大値V2max、又は一次電圧最大値V1maxに基づいて、第一の筒内圧P1を求める。また、燃焼の終了時期近傍において、コントローラ12が点火コイル17aに点火信号を送出し、点火コイル17aによる放電を行う。第二の筒内圧P2を求めるタイミングで2回目の放電が行われるが、このタイミングでは点火しない。圧力算出部31aは、この放電時の点火コイル17aの二次電圧最大値V2max、又は一次電圧最大値V1maxに基づいて第二の筒内圧P2を求める。 When the in-cylinder pressure detection by the ignition coil 17a is applied to the method of estimating the combustion state according to the present embodiment, the pressure calculation unit 31a first calculates the secondary voltage maximum value V2max or the primary voltage maximum value associated with the discharge of the ignition timing. A first in-cylinder pressure P1 is obtained based on V1max. In the vicinity of the combustion end timing, the controller 12 sends an ignition signal to the ignition coil 17a to cause the ignition coil 17a to discharge. The second discharge is performed at the timing for obtaining the second in-cylinder pressure P2, but the ignition does not occur at this timing. The pressure calculator 31a obtains the second in-cylinder pressure P2 based on the secondary voltage maximum value V2max or the primary voltage maximum value V1max of the ignition coil 17a during discharge.

圧力算出部31aが点火コイル17aの電圧に基づいて筒内圧を求める場合には、点火コイル17aの充電と放電が必要であるため、筒内圧の検知は一定間隔(例えば4ms)以上空ける必要がある。ただし、本実施の形態に係る燃焼状態の検知方法では、圧力算出部31aが点火時期近傍と、燃焼終了時期近傍で筒内圧を検出すればよい。通常、点火時期と燃焼終了時期との間隔は、点火コイル17aの充放電時間に比べて長い。このため、本実施の形態に係る燃焼状態の推定手法において、点火コイル17aの電圧に基づいて筒内圧を検知する手法を適用することは好適である。 When the pressure calculation unit 31a obtains the in-cylinder pressure based on the voltage of the ignition coil 17a, the ignition coil 17a needs to be charged and discharged. Therefore, it is necessary to detect the in-cylinder pressure at a certain interval (for example, 4 ms) or more. . However, in the combustion state detection method according to the present embodiment, the pressure calculator 31a may detect the in-cylinder pressure near the ignition timing and near the combustion end timing. Normally, the interval between the ignition timing and the combustion end timing is longer than the charging/discharging time of the ignition coil 17a. Therefore, it is preferable to apply a method of detecting the in-cylinder pressure based on the voltage of the ignition coil 17a in the method of estimating the combustion state according to the present embodiment.

このように圧力算出部31aが点火コイル17aの電圧に基づいて筒内圧を検出すると、圧力センサ10が不要となり、エンジンシステムのコストを低減することができる。また、エンジンに圧力センサ10を取り付けるためのスペースが不要となり、冷却水通路や燃焼室形状などエンジン設計の自由度が大きくなるメリットがある。 When the pressure calculator 31a detects the in-cylinder pressure based on the voltage of the ignition coil 17a in this way, the pressure sensor 10 becomes unnecessary, and the cost of the engine system can be reduced. Moreover, there is no need for a space for mounting the pressure sensor 10 on the engine, and there is an advantage that the degree of freedom in designing the engine, such as the shape of the cooling water passage and the combustion chamber, is increased.

(放電期間を用いて筒内圧を求める例)
なお、筒内圧は、点火コイル17aの最大電圧のみでなく、放電期間を用いても求めることが可能である。一般に筒内圧が高くなると点火コイル17aの放電期間は短くなる。図26には、放電開始から、点火コイル17aの二次電流が所定値以下になるまでの期間が放電期間であることが示される。
(Example of finding the cylinder pressure using the discharge period)
The in-cylinder pressure can be obtained by using not only the maximum voltage of the ignition coil 17a but also the discharge period. In general, the discharge period of the ignition coil 17a becomes shorter as the cylinder internal pressure becomes higher. FIG. 26 shows that the period from the start of discharge until the secondary current of the ignition coil 17a becomes equal to or less than a predetermined value is the discharge period.

図26は、放電期間と、放電時の筒内圧との相関を示す特性図である。この特性図は、火花点火式エンジンを用いて、放電期間[ms]と、放電時の筒内圧との実測結果を表す。 FIG. 26 is a characteristic diagram showing the correlation between the discharge period and the in-cylinder pressure during discharge. This characteristic diagram shows the result of actual measurement of the discharge period [ms] and the cylinder internal pressure during discharge using a spark ignition engine.

本願の発明者の新たな知見によれば、放電期間と、放電時の筒内圧との間には、図26で示されるように強い相関を得られることが判った。圧力算出部31aは、筒内圧と点火コイル17aの放電期間との相関を用いて筒内圧を求めることができる。このため、放電期間から点火時期近傍に取得された第一の筒内圧P1と、燃焼終了時期近傍に取得された第二の筒内圧P2とに基づいて、燃焼重心CA50を推定することが可能となる。 According to new findings of the inventors of the present application, it was found that a strong correlation as shown in FIG. 26 can be obtained between the discharge period and the in-cylinder pressure during discharge. The pressure calculator 31a can obtain the in-cylinder pressure using the correlation between the in-cylinder pressure and the discharge period of the ignition coil 17a. Therefore, the combustion center of gravity CA50 can be estimated based on the first in-cylinder pressure P1 obtained in the vicinity of the ignition timing from the discharge period and the second in-cylinder pressure P2 obtained in the vicinity of the combustion end timing. Become.

(クランク軸の角加速度を用いて筒内圧を求める例)
更に、燃焼状態推定部(圧力算出部31b)は、クランク軸の角加速度に基づいて、第一の筒内圧P1と第二の筒内圧P2とを求めることができる。
クランク軸の角加速度は次式(3)で表される。ωはクランク回転速度、Jは慣性モーメント、Tは燃焼トルク、Tは負荷トルクを表す。なお、負荷トルクTは、エンジン1の回転速度に基づいて推定される。
(Example of finding the cylinder pressure using the angular acceleration of the crankshaft)
Further, the combustion state estimator (pressure calculator 31b) can obtain the first in-cylinder pressure P1 and the second in-cylinder pressure P2 based on the angular acceleration of the crankshaft.
The angular acceleration of the crankshaft is expressed by the following equation (3). ω is the crank rotational speed, J is the moment of inertia, Te is the combustion torque, and TL is the load torque. Note that the load torque T L is estimated based on the rotation speed of the engine 1 .

Figure 2022162284000004
Figure 2022162284000004

また、燃焼トルクTは筒内圧Pcとクランク角θの関数である次式(4)で表される。 Also, the combustion torque Te is expressed by the following equation (4), which is a function of the in-cylinder pressure Pc and the crank angle θ.

Figure 2022162284000005
Figure 2022162284000005

コントローラ12は、クランク角θにおけるクランク軸の角加速度dω/dtを式(3)に代入し、式(4)との連立方程式を解くことで、クランク角θにおける筒内圧Pcを求めることができる。 The controller 12 can obtain the in-cylinder pressure Pc at the crank angle θ by substituting the angular acceleration dω/dt of the crankshaft at the crank angle θ into the equation (3) and solving the simultaneous equation with the equation (4). .

図27は、コントローラ12がクランク軸の角加速度に基づいて筒内圧を求める場合における、クランク角センサ11からコントローラ12までの構成例を示すブロック図である。 FIG. 27 is a block diagram showing a configuration example from the crank angle sensor 11 to the controller 12 when the controller 12 obtains the in-cylinder pressure based on the angular acceleration of the crankshaft.

内燃機関(エンジン1)は、クランク軸の角加速度を算出する角加速度算出部(角加速度算出部32)を備える。
また、燃焼状態推定部(圧力算出部31b)は、クランク軸の角加速度に基づいて、第一の筒内圧P1と第二の筒内圧P2を算出する。
The internal combustion engine (engine 1) includes an angular acceleration calculator (angular acceleration calculator 32) that calculates the angular acceleration of the crankshaft.
Further, the combustion state estimating section (pressure calculating section 31b) calculates the first in-cylinder pressure P1 and the second in-cylinder pressure P2 based on the angular acceleration of the crankshaft.

クランク角センサ11によって検出されたクランク角θは、角加速度算出部32に送出される。角加速度算出部32は、クランク角θを用いて、クランク軸の角加速度dω/dtを算出する。そして、角加速度算出部32は、クランク軸の角加速度dω/dtと、クランク角θとをコントローラ12に送出する。コントローラ12内の圧力算出部31bは、式(3)、式(4)の連立方程式を解くことで筒内圧を求める。 The crank angle θ detected by the crank angle sensor 11 is sent to the angular acceleration calculator 32 . The angular acceleration calculator 32 calculates the angular acceleration dω/dt of the crankshaft using the crank angle θ. Then, the angular acceleration calculator 32 sends the angular acceleration dω/dt of the crankshaft and the crank angle θ to the controller 12 . The pressure calculation unit 31b in the controller 12 obtains the in-cylinder pressure by solving the simultaneous equations (3) and (4).

本実施の形態に係る燃焼状態の推定手法に、クランク軸の角加速度による筒内圧検知を適用する場合は、点火時期近傍と燃焼終了時期近傍に、角加速度算出部32がクランク角センサ11を用いてクランク軸の角加速度dω/dtを検出する。そして、圧力算出部31bが角加速度dω/dtを用いて式(3)、式(4)の連立方程式を解くことで、点火時期近傍における第一の筒内圧P1と、燃焼終了時期近傍における第二の筒内圧P2を求める。 When the in-cylinder pressure detection based on the angular acceleration of the crankshaft is applied to the method of estimating the combustion state according to the present embodiment, the angular acceleration calculator 32 uses the crank angle sensor 11 near the ignition timing and the combustion end timing. to detect the angular acceleration dω/dt of the crankshaft. Then, the pressure calculation unit 31b solves the simultaneous equations of the equations (3) and (4) using the angular acceleration dω/dt to obtain the first in-cylinder pressure P1 near the ignition timing and the second pressure P1 near the combustion end timing. A second in-cylinder pressure P2 is obtained.

このようにクランク軸の角加速度に基づいて筒内圧Pcを検出すると、圧力センサ10が不要となり、エンジンシステムのコストを低減することができる。 When the in-cylinder pressure Pc is detected based on the angular acceleration of the crankshaft in this way, the pressure sensor 10 becomes unnecessary, and the cost of the engine system can be reduced.

以上説明した第1及び第2の実施の形態に係るコントローラ12では、筒内圧を用いて、燃焼状態(トルク変動、燃焼位相)を精度よく推定することができる。第1及び第2の実施の形態では、燃焼状態の推定に1サイクルあたりに点火時期近傍と燃焼終了時期近傍に取得された2点の筒内圧を用いて、燃焼状態を正確に推定することができる。また、2点の筒内圧で計算するため、所要メモリ、所要演算負荷を少なくすることができる。 The controller 12 according to the first and second embodiments described above can accurately estimate the combustion state (torque fluctuation, combustion phase) using the in-cylinder pressure. In the first and second embodiments, it is possible to accurately estimate the combustion state by using two cylinder pressures obtained near the ignition timing and the combustion end timing per cycle for estimating the combustion state. can. In addition, since calculation is performed using two points of in-cylinder pressure, the required memory and required computation load can be reduced.

また、高速度の圧力サンプリングが不要であるため、コントローラ12は、筒内圧センサを用いなくても、点火コイル17aやクランク角センサ11など、既存のエンジンデバイスを用いて筒内圧を検出可能である。これらによって、燃焼状態推定に必要なシステムコストを低く抑えることが可能である。 In addition, since high-speed pressure sampling is not required, the controller 12 can detect the cylinder pressure using existing engine devices such as the ignition coil 17a and the crank angle sensor 11 without using the cylinder pressure sensor. . With these, it is possible to keep the system cost required for combustion state estimation low.

<その他>
本発明は上述した各実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した各実施形態は本発明を分かりやすく説明するためにコントローラ12の構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成要素に置き換えることが可能である。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成要素を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成要素の追加又は置換、削除をすることも可能である。
また、上記のコントローラ12の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。ハードウェアとして、FPGA(Field Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)などを用いてもよい。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
また、図3と図19に示すフローチャートにおいて、処理結果に影響を及ぼさない範囲で、複数の処理を並列的に実行したり、処理順序を変更したりしてもよい。
<Others>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and of course, various other applications and modifications can be made without departing from the gist of the present invention described in the claims.
For example, each of the above-described embodiments describes the configuration of the controller 12 in detail and specifically in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the components described. Also, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the constituent elements of another embodiment. It is also possible to add components of other embodiments to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, replace, or delete other components for a part of the configuration of each embodiment.
Further, each configuration, function, processing unit, etc. of the controller 12 may be realized by hardware, for example, by designing a part or all of them using an integrated circuit. As hardware, an FPGA (Field Programmable Gate Array), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like may be used.
Further, the control lines and information lines indicate those considered necessary for explanation, and not all control lines and information lines are necessarily indicated on the product. In practice, it may be considered that almost all configurations are interconnected.
In addition, in the flowcharts shown in FIGS. 3 and 19, a plurality of processes may be executed in parallel or the order of processes may be changed as long as the processing results are not affected.

1…エンジン、10…圧力センサ、12…コントローラ、17a…点火コイル、17b…点火プラグ、30…ピークホールド回路、31a…圧力算出部、31b…圧力算出部、32…角加速度算出部、121…入出力部、122…制御部、122a…トルク変動推定部、122b…機関制御部、122c…偏差算出部、122d…操作量演算部、123…記憶部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Engine 10... Pressure sensor 12... Controller 17a... Ignition coil 17b... Spark plug 30... Peak hold circuit 31a... Pressure calculation part 31b... Pressure calculation part 32... Angular acceleration calculation part 121... Input/output unit 122 control unit 122a torque fluctuation estimation unit 122b engine control unit 122c deviation calculation unit 122d operation amount calculation unit 123 storage unit

Claims (14)

点火時期近傍に取得された第一の筒内圧と、燃焼終了時期近傍に取得された第二の筒内圧と、に基づいて、内燃機関の燃焼状態を推定する燃焼状態推定部を備える
内燃機関制御装置。
A combustion state estimator for estimating a combustion state of the internal combustion engine based on a first in-cylinder pressure acquired near ignition timing and a second in-cylinder pressure acquired near combustion end timing Internal combustion engine control Device.
前記燃焼状態推定部は、前記第一の筒内圧と前記第二の筒内圧との差を複数サイクルで算出し、前記複数サイクルにおける前記差の変動率に基づいて、前記内燃機関のトルク変動の大きさを推定する
請求項1に記載の内燃機関制御装置。
The combustion state estimating unit calculates a difference between the first in-cylinder pressure and the second in-cylinder pressure in a plurality of cycles, and calculates torque fluctuation of the internal combustion engine based on a variation rate of the difference in the plurality of cycles. 2. The internal combustion engine control system of claim 1, wherein the magnitude is estimated.
前記トルク変動の大きさに基づいて、EGR率、又は空燃比を制御する機関制御部を備える
請求項2に記載の内燃機関制御装置。
The internal combustion engine control device according to claim 2, further comprising an engine control section that controls an EGR rate or an air-fuel ratio based on the magnitude of the torque fluctuation.
前記トルク変動の大きさに基づいて、点火エネルギー、筒内流動強さ、圧縮比、及び吸気温度のうち、少なくとも一つを制御する機関制御部を備える
請求項2に記載の内燃機関制御装置。
3. The internal combustion engine control device according to claim 2, further comprising an engine control section that controls at least one of ignition energy, in-cylinder flow strength, compression ratio, and intake air temperature based on the magnitude of the torque fluctuation.
前記燃焼状態推定部は、前記第一の筒内圧の取得時期を、当該気筒の点火時期に対応して変化させる
請求項1に記載の内燃機関制御装置。
2. The internal combustion engine control device according to claim 1, wherein the combustion state estimator changes the acquisition timing of the first in-cylinder pressure in accordance with the ignition timing of the cylinder.
前記燃焼状態推定部は、前記第一の筒内圧の取得時期と、当該気筒の点火時期との差を1ms以内とする
請求項5に記載の内燃機関制御装置。
The internal combustion engine control device according to claim 5, wherein the combustion state estimator sets the difference between the acquisition timing of the first in-cylinder pressure and the ignition timing of the cylinder within 1 ms.
前記燃焼状態推定部は、前記第二の筒内圧の取得時期を、当該気筒の90%燃焼時期に対応して変化させる
請求項1に記載の内燃機関制御装置。
2. The internal combustion engine control device according to claim 1, wherein the combustion state estimator changes the acquisition timing of the second in-cylinder pressure in accordance with the 90% combustion timing of the cylinder.
前記燃焼状態推定部は、前記第二の筒内圧の取得時期と、当該気筒の90%燃焼時期の20°遅角時期との差を10°以内とする
請求項7に記載の内燃機関制御装置。
8. The internal combustion engine control device according to claim 7, wherein the combustion state estimating unit sets a difference between the acquisition timing of the second in-cylinder pressure and the 20° retardation timing of the 90% combustion timing of the cylinder within 10°. .
前記燃焼状態推定部は、前記第一の筒内圧と前記第二の筒内圧との比に基づいて、燃焼位相を推定する
請求項1に記載の内燃機関制御装置。
The internal combustion engine control device according to claim 1, wherein the combustion state estimator estimates a combustion phase based on a ratio between the first in-cylinder pressure and the second in-cylinder pressure.
前記第一の筒内圧と前記第二の筒内圧との比に基づいて、点火時期を制御する機関制御部を備える
請求項9に記載の内燃機関制御装置。
The internal combustion engine control device according to claim 9, further comprising an engine control section that controls ignition timing based on the ratio between the first in-cylinder pressure and the second in-cylinder pressure.
前記燃焼状態推定部は、点火コイルの電圧値、前記点火コイルの電流値、又は前記点火コイルの放電時間に基づいて、前記第一の筒内圧と前記第二の筒内圧とを求める
請求項1に記載の内燃機関制御装置。
2. The combustion state estimator obtains the first cylinder pressure and the second cylinder pressure based on a voltage value of the ignition coil, a current value of the ignition coil, or a discharge time of the ignition coil. The internal combustion engine control device according to .
前記内燃機関は、点火コイルと、
前記点火コイルの電圧を検出し、前記点火コイルの電圧のピーク値を保持する電圧ピーク値保持部と、を備え、
前記燃焼状態推定部は、前記ピーク値に基づいて前記第一の筒内圧と前記第二の筒内圧を算出する
請求項1に記載の内燃機関制御装置。
The internal combustion engine includes an ignition coil,
A voltage peak value holding unit that detects the voltage of the ignition coil and holds the peak value of the voltage of the ignition coil,
The internal combustion engine control device according to claim 1, wherein the combustion state estimator calculates the first in-cylinder pressure and the second in-cylinder pressure based on the peak value.
前記燃焼状態推定部は、クランク軸の角加速度に基づいて、前記第一の筒内圧と前記第二の筒内圧とを求める
請求項1に記載の内燃機関制御装置。
The internal combustion engine control device according to claim 1, wherein the combustion state estimator obtains the first in-cylinder pressure and the second in-cylinder pressure based on the angular acceleration of the crankshaft.
前記内燃機関は、クランク軸の角加速度を算出する角加速度算出部を備え、
前記燃焼状態推定部は、前記クランク軸の角加速度に基づいて、前記第一の筒内圧と前記第二の筒内圧を算出する
請求項1に記載の内燃機関制御装置。
The internal combustion engine includes an angular acceleration calculator that calculates an angular acceleration of the crankshaft,
The internal combustion engine control device according to claim 1, wherein the combustion state estimator calculates the first in-cylinder pressure and the second in-cylinder pressure based on the angular acceleration of the crankshaft.
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