JP2024005028A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、副燃焼室を有する内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine having a sub-combustion chamber.
従来、内燃機関のノッキングを検出するようにした装置が知られている(例えば特許文献1参照)。特許文献1記載の装置では、筒内圧センサの出力を介して得た筒内圧信号から、ノッキングの周波数を含む所定の周波数帯域の信号を抽出し、抽出された信号に基づいて、ノッキングが発生したか否かが判定される。
BACKGROUND ART Conventionally, a device for detecting knocking of an internal combustion engine is known (for example, see Patent Document 1). In the device described in
ところで、主燃焼室と副燃焼室とを有する内燃機関では、副燃焼室から主燃焼室内に火炎を噴出させることで火炎伝播を早めるため、熱効率が高い半面、ノッキングの有無にかかわらず燃焼騒音が発生することがある。このため、ノッキングの発生だけでなく燃焼騒音の発生も検知することが好ましい。 By the way, in an internal combustion engine that has a main combustion chamber and a sub-combustion chamber, flame propagation is accelerated by ejecting flame from the sub-combustion chamber into the main combustion chamber, so while the thermal efficiency is high, combustion noise is also low regardless of the presence or absence of knocking. This may occur. For this reason, it is preferable to detect not only the occurrence of knocking but also the occurrence of combustion noise.
本発明の一態様は、気筒内を往復動するピストンに面した主燃焼室と、噴孔を介して主燃焼室に連通する副燃焼室と、主燃焼室の内部の混合気を点火する主室点火部と、副燃焼室の内部の混合気を点火する副室点火部と、を有する内燃機関の制御装置であって、主燃焼室の圧力を検出する圧力検出部と、圧力検出部により検出された圧力の変動データから第1周波数帯の圧力変動データを抽出する第1抽出部と、圧力検出部により検出された圧力の変動データから、第1周波数帯より低い第2周波数帯の圧力変動データを抽出する第2抽出部と、内燃機関の燃焼サイクルごとに、第1抽出部により抽出された第1周波数帯の圧力変動データに含まれる第1最大振幅を算出するとともに、第2抽出部により抽出された第2周波数帯の圧力変動データに含まれる第2最大振幅を算出する振幅算出部と、振幅算出部により算出された第1最大振幅に基づいて、主燃焼室でノッキングが発生しているか否かを判定する第1判定部と、第1判定部により主燃焼室でノッキングが発生していないと判定されることを条件として、振幅算出部により算出された第2最大振幅に基づいて、主燃焼室で燃焼騒音が発生しているか否かを判定する第2判定部と、内燃機関の運転条件と、第1判定部および第2判定部による判定結果と、に基づいて、主室点火部および副室点火部の動作を制御する点火制御部と、を備える。点火制御部は、第2判定部により主燃焼室で燃焼騒音が発生していると判定されると、主室点火部の点火時期と副室点火部の点火時期との間の位相差を拡大するように主室点火部および副室点火部の動作を制御する。 One aspect of the present invention includes a main combustion chamber facing a piston that reciprocates within the cylinder, a sub-combustion chamber that communicates with the main combustion chamber via a nozzle hole, and a main combustion chamber that ignites the air-fuel mixture inside the main combustion chamber. A control device for an internal combustion engine having a chamber ignition section and an auxiliary chamber ignition section that ignites the air-fuel mixture inside the auxiliary combustion chamber, the control device comprising a pressure detection section that detects the pressure in the main combustion chamber, and a pressure detection section. A first extractor extracts pressure fluctuation data in a first frequency band from the detected pressure fluctuation data, and extracts pressure in a second frequency band lower than the first frequency band from the pressure fluctuation data detected by the pressure detection section. a second extraction unit that extracts fluctuation data; and a second extraction unit that calculates, for each combustion cycle of the internal combustion engine, a first maximum amplitude included in the pressure fluctuation data in the first frequency band extracted by the first extraction unit; Knocking occurs in the main combustion chamber based on the amplitude calculation section that calculates the second maximum amplitude included in the pressure fluctuation data in the second frequency band extracted by the section, and the first maximum amplitude calculated by the amplitude calculation section. a first determination unit that determines whether knocking is occurring in the main combustion chamber; and a second maximum amplitude calculated by an amplitude calculation unit, provided that the first determination unit determines that knocking has not occurred in the main combustion chamber. a second determination unit that determines whether combustion noise is occurring in the main combustion chamber based on the operating conditions of the internal combustion engine, and determination results by the first determination unit and the second determination unit, An ignition control section that controls operations of the main chamber ignition section and the sub-chamber ignition section. When the second determination unit determines that combustion noise is occurring in the main combustion chamber, the ignition control unit increases the phase difference between the ignition timing of the main chamber ignition unit and the ignition timing of the pre-chamber ignition unit. The operation of the main chamber ignition section and the sub-chamber ignition section is controlled so as to
本発明によれば、ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とを検知することができる。 According to the present invention, occurrence of knocking and combustion noise can be detected.
以下、図1~図8Cを参照して本発明の一実施形態について説明する。図1は、本発明が適用される内燃機関の一例であるエンジン1の要部構成を概略的に示す図である。エンジン1は、例えばガソリンを燃料として火花点火により混合気の燃焼を行うガソリンエンジンであり、動作周期の間に吸気、膨張、圧縮および排気の4つの行程を経る4ストロークエンジンである。吸気行程の開始から排気行程の終了までを、便宜上、エンジン1の燃焼行程の1サイクルまたは燃焼サイクルと称する。エンジン1は4気筒、6気筒、8気筒等、複数の気筒を有するが、図1には、単一の気筒の構成を示す。なお、各気筒の構成は互いに同一である。燃料は、アルコールを含む燃料であってもよい。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8C. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of main parts of an
図1に示すように、エンジン1は、シリンダブロック11に形成された略円筒形状のシリンダ2と、シリンダ2の内壁に沿って摺動可能に配置されたピストン3と、ピストン3とシリンダヘッド12との間に形成された燃焼室4と、を有する。ピストン3は、コンロッド5を介してクランクシャフト6に連結され、シリンダ2内をピストン3が往復動することにより、クランクシャフト6が回転する。なお、ピストン3の上面は例えば凹凸状に形成されるが、図1では、便宜上、平坦面として示す。
As shown in FIG. 1, the
シリンダヘッド12には、吸気ポート13と排気ポート14とが設けられる。燃焼室4には、吸気ポート13を介して吸気通路15が連通する一方、排気ポート14を介して排気通路16が連通する。吸気ポート13は吸気バルブ17により開閉され、排気ポート14は排気バルブ18により開閉される。吸気バルブ17の上流側の吸気通路15には、スロットルバルブ19が設けられ、スロットルバルブ19により燃焼室4へ流れる吸気量が調整される。吸気バルブ17と排気バルブ18とは、不図示の動弁機構により、クランクシャフト6の回転に同期した所定のタイミングで開閉される。
The
シリンダヘッド12には、燃焼室4に臨むようにインジェクタ7が装着される。インジェクタ7は、例えばシリンダブロック11の側方かつ吸気バルブ17の近傍に、先端の燃料噴射口を斜め下方に向けて配置される。インジェクタ7は、コントローラ(図4)からの指令により、吸気行程から圧縮行程にかけての範囲内で1回または複数回、燃焼室4内に燃料を噴射する。すなわち、インジェクタ7は、筒内噴射型の燃料噴射弁として構成される。なお、インジェクタ7の配置はこれに限らず、例えば吸気ポート13に面してインジェクタ7を配置し、ポート噴射型の燃料噴射弁として構成してもよい。
The
図2は、シリンダ2を下方から見た図(図1の矢印II-II線に沿って切断した図)である。図2には、シリンダ2の中央を通り、互いに直交する一対の基準線L1,L2と、基準線L1,L2の交点を通って、基準線L1,L2に直交する軸線CL1と、が示される。さらに基準線L1上には、シリンダ2の中心線である軸線CL1と平行に、軸線CL2が示される。
FIG. 2 is a view of the
図2に示すように、吸気バルブ17は、基準線L2の一方側に、基準線L1を挟んで一対設けられる。排気バルブ18は、基準線L2の他方側に、基準線L1を挟んで一対設けられる。なお、吸気ポート13と排気ポート14も、吸気バルブ17と排気バルブ18に対応してそれぞれ一対設けられる。一対の排気バルブ18間の距離は、一対の吸気バルブ17間の距離よりも長い。図1のインジェクタ7は、基準線L1上(図2の領域A1)に配置され、基準線L1に沿って吸気ポート側から排気ポート側へ燃料を噴射する。
As shown in FIG. 2, a pair of
一対の吸気バルブ17と一対の排気バルブ18との間には、シリンダ2の壁面付近に筒内圧センサ10が設けられる。筒内圧センサ10は、燃焼室4(主燃焼室41)に臨むようにシリンダヘッド12に設けられ、燃焼室4(主燃焼室41)の圧力である筒内圧、より具体的にはシリンダ2の壁面付近の筒内圧を検出する。
An in-
図1、図2に示すように、シリンダヘッド12の中央部には、吸気ポート13と排気ポート14との間において、ピストン3に向けてハウジング45が突設される。図3は、ハウジング45の周囲の構成を拡大して示す図1の要部拡大図である。図3に示すように、ハウジング45は、軸線CL2を中心とした断面略U字状、より具体的には、突出側の先端部46が略円弧状(例えば半円状ないしドーム状)に形成され、先端部46は、軸線CL2を中心とした対称形状を呈する。なお、軸線CL2は、図1のシリンダ2の中心線(軸線CL1)からインジェクタ7の反対側にずれているが(図2)、軸線CL2が軸線CL1に一致するようにハウジング45を設けてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
ハウジング45の先端部46には、軸線CL2を中心として周方向等間隔に周方向複数の貫通孔、すなわち噴孔47が開口される。噴孔47は、軸線CL2からピストン3側かつ径方向外側に斜めに延在する軸線CL3に沿って放射状に開口される。なお、軸線CL2と軸線CL3とのなす角α1は、燃焼室壁に火炎ジェットが触れないような角度に設定することが好ましく、例えば30度~60度の範囲にある。
A plurality of circumferential through holes, that is, nozzle holes 47, are opened in the
燃焼室4は、ハウジング45により、ハウジング45の外側の主燃焼室41と、ハウジング45の内側の副燃焼室42とに分けられる。図1に示すように、インジェクタ7は主燃焼室41に面して配置され、主燃焼室41に燃料が噴射される。吸気ポート13と排気ポート14との間のシリンダヘッド12の中央部、より具体的には、軸線CL2上には、点火プラグ8が設けられる。点火プラグ8は、先端の点火部が副燃焼室42に面するようにその長手方向の中心線が例えば軸線CL2に沿って配置され、コントローラ(図4)からの指令に応じて電気エネルギーにより点火部で火花を発生するように構成される。
The
インジェクタ7から主燃焼室41に燃料が噴射されると、主燃焼室41で空気と燃料との混合気が生成される。この混合気の一部は、周方向複数の噴孔47を介して副燃焼室42に流入し、点火プラグ8で点火されて燃焼する。副燃焼室42で生成された燃焼ガスは、噴孔近傍の混合気を未燃ガスジェットとして主燃焼室41に追いやった後、複数の噴孔47からトーチ状の火炎ジェット48として放射状に噴出し、主燃焼室41の混合気を燃焼させる。膨張行程では、主燃焼室41で燃焼した高温高圧の燃焼ガスによってピストン3が押し下げられ、クランクシャフト6が回転される。
When fuel is injected from the
図2に示すように、シリンダヘッド12には、一対の排気バルブ18の間に、より詳しくは基準線L1上に、さらに点火プラグ9が設けられる。点火プラグ9は、シリンダ2の中心線(軸線CL1)からシリンダ壁部までの中間地点(シリンダ半径の1/2の地点)ないしほぼ中間地点において、先端の点火部が主燃焼室41に面するようにその長手方向の中心線が軸線CL2と平行に配置され、コントローラ(図4)からの指令に応じて電気エネルギーにより点火部で火花を発生するように構成される。なお、シリンダ半径の1/2の地点よりも中心側またはシリンダ壁部側に、点火プラグ9を配置してもよい。インジェクタ7から主燃焼室41に燃料が噴射された後、点火プラグ9が点火されると、主燃焼室41で混合気が燃焼してピストン3が押し下げられ、クランクシャフト6が回転される。
As shown in FIG. 2, the
このように本実施形態では、主燃焼室41と副燃焼室42とにそれぞれ点火プラグ8,9が設けられる。以下では、主燃焼室41に設けられる点火プラグ9を主室点火プラグと呼び、副燃焼室42に設けられる点火プラグ8を副室点火プラグと呼ぶことがある。点火プラグ8,9の動作はコントローラ(図4)により制御される。点火モードには、燃焼サイクルで主室点火プラグ9のみが点火される主室点火モード、副室点火プラグ8のみが点火される副室点火モード、および主室点火プラグ9と副室点火プラグ8の双方が点火される位相差点火モードが含まれる。
Thus, in this embodiment, the
位相差点火モードでは、同一の燃焼サイクルで、主室点火プラグ9が点火された後、クランク角が所定クランク角(所定位相差)だけ変化すると、副室点火プラグ8が点火される。このときの主室点火プラグ9の点火時期と副室点火プラグ8の点火時期との差は、クランクシャフト6の回転角度の差(クランク角差)によって表される。なお、クランク角差を位相差とも呼ぶ。
In the phase difference ignition mode, in the same combustion cycle, after the main
副室点火プラグ8による燃焼は火炎ジェットによる急速燃焼であるため、副室点火プラグ8による混合気の燃焼速度は、主室点火プラグ9による燃焼速度よりも速い。したがって、位相差が小さすぎると、主燃焼室41における主室点火プラグ9の点火による火炎の伝播を、副室点火プラグ8の点火による火炎の伝播が追い越し、主室点火プラグ9の点火による効果が得られない。一方、位相差が大きすぎると、主室点火プラグ9の点火によって混合気が十分に燃焼されるため、副室点火プラグ8の点火による火炎が主燃焼室41に到達するとき、主燃焼室41では混合気の未燃部分が残っておらず、副室点火プラグ8による急速燃焼の効果を生じさせることができない。この点を考慮し、位相差点火モードにおいて、主室点火プラグ9の点火による燃焼の効果と副室点火プラグ8の点火による燃焼の効果とを得られるように、位相差点火モードの基準位相差が設定される。
Since combustion by the
コントローラは、エンジン回転数やエンジン1に作用する負荷等のエンジン1の運転状態に応じて点火モードを決定し、点火モードに応じて、点火プラグ8,9に制御信号を出力する。これにより、運転状態に応じて、主室点火モード、副室点火モードおよび位相差点火モードの間で、点火モードが切り換えられる。より詳しくは、予めコントローラには、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じた基準点火時期を示す複数の特性マップが記憶されており、これら特性マップを用いて、点火モードが切り換えられる。
The controller determines the ignition mode according to the operating state of the
副室点火モードおよび位相差点火モードでは、副燃焼室42から主燃焼室41内に火炎ジェット48を噴出させることで主燃焼室41での火炎伝播が早まるため、エンジン1の熱効率が高まる半面、ノッキングの有無にかかわらず燃焼騒音が発生することがある。そこで、本実施形態では、筒内圧センサ10により検出された筒内圧に基づいてノッキングの発生と燃焼騒音の発生とを検知することができるよう、以下のように内燃機関の制御装置を構成する。
In the pre-chamber ignition mode and the phase-difference ignition mode, flame propagation in the
図4は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置(以下、装置)100の要部構成を示すブロック図である。図4に示すように、装置100は、コントローラ50を中心として構成され、コントローラ50にそれぞれ接続された点火プラグ8,9と、筒内圧センサ10と、クランク角センサ51と、吸気量センサ52と、バンドパスフィルタ(BPF)53,54とを有する。
FIG. 4 is a block diagram showing a main part configuration of an internal combustion engine control device (hereinafter referred to as the device) 100 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the
クランク角センサ51は、クランクシャフト6に設けられ、クランクシャフト6の回転に伴いパルス信号を出力するように構成される。コントローラ50は、クランク角センサ51からのパルス信号に基づいて、ピストン3の吸気行程開始時の上死点TDCの位置を基準としたクランクシャフト6の回転角度(クランク角)を特定するとともに、エンジン回転数を算出する。したがって、クランク角センサ51は、エンジン回転数センサとしても機能する。以下では、便宜上、クランク角センサ51がエンジン回転数を検出するものとして扱う。
The
吸気量センサ52は、シリンダ2への吸入空気量を検出するセンサであり、例えば吸気通路15(より具体的にはスロットルバルブの上流)に配置されたエアフロメータにより構成される。コントローラ50は、吸気量センサ52からの信号に基づいてインジェクタ7の目標噴射量を算出し、目標噴射量の燃料を噴射するようにインジェクタ7を制御する。吸気量センサ52により検出される吸気量は、エンジン1の出力トルクと相関関係を有する。したがって、吸気量センサ52は、エンジン負荷を検出するセンサとしても機能する。なお、エンジン負荷(エンジン出力トルク)はコントローラ50で演算されるものであるが、以下では、便宜上、吸気量センサ52がエンジン負荷を検出するものとして扱う。
The intake
図5は、主燃焼室41でノッキングや燃焼騒音が発生するときの共鳴周波数について説明するための図である。発明者らは、Wavelet変換を用いて筒内圧の変動(経時変化)を周波数ごとに解析し、ノッキング発生時と燃焼騒音発生時とでは圧力変動が大きくなる周波数帯が異なることを知見した。すなわち、ノッキング発生時は、第1周波数帯(10~16kHz)と、第1周波数帯より低い第2周波数帯(6~9kHz)とで圧力変動が大きくなり、燃焼騒音発生時は、第2周波数帯のみで圧力変動が大きくなることを知見した。
FIG. 5 is a diagram for explaining the resonance frequency when knocking or combustion noise occurs in the
副室点火プラグ8(図3)による点火が行われると、副燃焼室42の各噴孔47から主燃焼室41内に火炎ジェット48が噴出し、火炎ジェット48が到達するシリンダ2の壁面付近で筒内圧が高まることで圧力波が発生する。また、ノッキング発生時は、シリンダ2の壁面付近の複数の着火点で混合気が自着火し、各着火点を起点とする圧力波も発生する。このように発生した圧力波は、シリンダ2の反対側の壁面で反射した反射波と干渉し、これにより主燃焼室41内で共鳴現象が発生する。
When ignition is performed by the pre-chamber spark plug 8 (FIG. 3), a
点火プラグ8,9による点火が行われる上死点TDC付近のクランク角では、主燃焼室41は直径に対して高さが十分小さい円筒空間を形成する。このような円筒空間では、周方向と径方向とに振幅と位相の空間分布を有する複数の共鳴モードが発生する。図5には、円筒空間で発生する共鳴モードのモード形状が示される。破線は共鳴振動の節線を表し、±は共鳴振動の位相を表す。周方向の次数mは、円筒空間の周方向における節線の本数に対応し、径方向の次数nは、円筒空間の径方向における節線の本数に対応する。
At a crank angle near top dead center TDC where ignition by the
このような共鳴モードの周波数(共鳴周波数)fm,n,0[Hz]は、Draperの式に基づいて推定することができる。ρm,n,0はモード定数、κは比熱比、Rは気体定数[J/kgK]、Τは主燃焼室41の代表温度[K]、Bは円筒空間の直径(すなわち、シリンダ2の直径)[m]である。
f1,0,0=ρ1,0,0(κRT)1/2/πB
The frequency of such resonance mode (resonance frequency) f m,n,0 [Hz] can be estimated based on Draper's equation. ρ m,n,0 is the mode constant, κ is the specific heat ratio, R is the gas constant [J/kgK], T is the representative temperature of the main combustion chamber 41 [K], and B is the diameter of the cylindrical space (i.e., the diameter of the cylinder 2). diameter) [m].
f 1,0,0 = ρ 1,0,0 (κRT) 1/2 /πB
図5では、一例として、円筒空間の直径Bを0.073[m]、比熱比κを1.3、気体定数Rを287[J/kgK]、代表温度Τを2424[K]とした場合の共鳴周波数fm,n,0を示す。ノッキング発生時にのみ圧力変動が大きくなる第1周波数帯(10~16kHz)は、(2,0,0)モードの共鳴周波数f2,0,0(12.6[kHz])付近の周波数帯である。ノッキング発生時および燃焼騒音発生時の両方で圧力変動が大きくなる第2周波数帯(6~9kHz)は、(1,0,0)モードの共鳴周波数f1,0,0(7.63[kHz])付近の周波数帯である。 In Fig. 5, as an example, the diameter B of the cylindrical space is 0.073 [m], the specific heat ratio κ is 1.3, the gas constant R is 287 [J/kgK], and the representative temperature T is 2424 [K]. The resonant frequency f m,n,0 is shown. The first frequency band (10 to 16 kHz) where the pressure fluctuation increases only when knocking occurs is a frequency band near the resonance frequency f 2,0,0 (12.6 [kHz]) of the (2,0,0) mode. be. The second frequency band (6 to 9 kHz), where pressure fluctuations are large both when knocking occurs and when combustion noise occurs, is the resonant frequency f 1,0,0 (7.63 [kHz) of the (1,0,0) mode. ]) is a frequency band nearby.
ノッキング発生時は、火炎ジェット48が到達するシリンダ2の壁面付近と、その反対側の壁面付近とで同時に自着火が発生し、各着火点を起点とする圧力波と反射波とが干渉する。これにより、(1,0,0)モードの共鳴と(2,0,0)モードの共鳴とが同時に発生する。ノッキングはエンジン部品の損傷につながるため、第1周波数帯(10~16kHz)の圧力変動の大きさを監視し、ノッキング発生時に見られる所定以上の圧力変動が観測された場合には、直ちに対応する必要がある。
When knocking occurs, self-ignition occurs simultaneously near the wall surface of the
一方、ノッキングが発生していなければ、燃焼騒音が発生していても、すなわち燃焼音がユーザに違和感を与えるほど大きくなったとしても、エンジン部品が損傷することはない。ただし、その音量(圧力変動の大きさ)が大きい状態が一定の頻度以上で発生すると、ユーザに違和感を与え、エンジン1の商品性を低下させるおそれがある。
On the other hand, if knocking does not occur, engine parts will not be damaged even if combustion noise occurs, that is, even if the combustion noise becomes loud enough to give a user a sense of discomfort. However, if a state where the sound volume (size of pressure fluctuation) is large occurs more than a certain frequency, it may give a sense of discomfort to the user and may reduce the marketability of the
(1,0,0)モードの共鳴による第2周波数帯(6~9kHz)の圧力変動は、燃焼騒音として認識され得るが、(2,0,0)モードの共鳴による第1周波数帯(10~16kHz)の圧力変動は、高周波のため燃焼騒音として認識され難い。第2周波数帯(6~9kHz)の圧力変動の大きさを監視し、燃焼騒音として認識され得る所定以上の圧力変動が観測され、かつ、その観測頻度が所定頻度を超えた場合には、対応することが好ましい。 Pressure fluctuations in the second frequency band (6-9kHz) due to (1,0,0) mode resonance can be recognized as combustion noise, but pressure fluctuations in the first frequency band (10kHz) due to (2,0,0) mode resonance can be recognized as combustion noise. Pressure fluctuations (~16kHz) are difficult to recognize as combustion noise due to their high frequency. The magnitude of pressure fluctuations in the second frequency band (6 to 9 kHz) is monitored, and if pressure fluctuations exceeding a certain level that can be recognized as combustion noise are observed, and the observation frequency exceeds the specified frequency, measures will be taken. It is preferable to do so.
図4のBPF53は、筒内圧センサ10により検出された筒内圧の変動データから第1周波数帯の圧力変動データを抽出するように構成され、BPF54は、第2周波数帯の圧力変動データを抽出するように構成される。
The
図6は、筒内圧センサ10により検出される筒内圧(センサ値)P0の変動データおよびBPF53,54により抽出される筒内圧P1,P2の変動データの一例を示す図であり、クランク角θに対する筒内圧P0~P2の変動データの一例を示す。
FIG. 6 is a diagram showing an example of fluctuation data of the cylinder pressure (sensor value) P0 detected by the
図4のコントローラ50は、電子制御ユニット(ECU)により構成され、CPU等の演算部50Aと、ROM,RAM等の記憶部50Bと、その他の周辺回路とを有するコンピュータを含んで構成される。コントローラ50の演算部50Aは、振幅算出部57と、第1判定部58と、第2判定部59と、点火モード決定部55と、点火プラグ制御部56として機能する。
The
記憶部50Bには、基準点火時期を決定するための特性マップとして、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて予め定められた一対の特性マップが記憶される。より具体的には、点火プラグ8,9のうちの先行点火プラグの基準点火時期(例えば、最大トルクが得られる最適点火時期MBT)を示す先行点火マップと、点火プラグ8,9の点火時期の基準位相差を示す位相差マップとが記憶される。
The
先行点火プラグとは、燃焼サイクルにおいて最初に点火される点火プラグであり、副室点火モードでは副室点火プラグ8が、主室点火プラグでは主室点火プラグ9が、位相差点火モードでは主室点火プラグ9が、先行点火プラグとなる。位相差マップには、少なくとも所定値(下限値)以上かつ所定値(上限値)以下の位相差の範囲が含まれる。下限値は、位相差が小さすぎて主室点火プラグ9による点火の効果が得られない場合の位相差であり、例えば0度である。上限値は、位相差が大きすぎて副室点火プラグ8による点火の効果が得られない場合の位相差であり、例えば15度である。位相差点火モードにおける点火プラグ8,9の位相差は、下限値より大きく、上限値より小さい。
The preceding spark plug is the spark plug that is lit first in the combustion cycle, and in the pre-chamber ignition mode, the
点火モード決定部55は、クランク角センサ51により検出されたエンジン回転数と、吸気量センサ52により検出されたエンジン負荷とに応じて、主室点火モード、副室点火モードおよび位相差点火モードの中から目標点火モードを決定する。具体的には、まず、位相差マップを用いて、基準位相差を算出する。そして、基準位相差が下限値以下のとき、主室点火プラグ9の点火による燃焼の効果が得られないので、目標点火モードを副室点火モードに決定する。また、基準位相差が上限値以上のとき、副室点火プラグ8の点火による燃焼の効果が得られないので、目標点火モードを主室点火モードに決定する。一方、基準位相差が下限値より大きくかつ上限値より小さいとき、目標点火モードを位相差点火モードに決定する。
The ignition
点火プラグ制御部56は、点火モード決定部55により主室点火モードが目標点火モードに決定されると、記憶部50Bに記憶された先行点火マップを用いて、先行点火プラグ(この場合は主室点火プラグ9)の基準点火時期θaを算出する。そして、副室点火プラグ8が点火することなく、主室点火プラグ9が基準点火時期θaで点火するように、点火プラグ8,9に制御信号を出力する。これにより点火モードが主室点火モードとなる。
When the main chamber ignition mode is determined to be the target ignition mode by the ignition
点火プラグ制御部56は、点火モード決定部55により副室点火モードが目標点火モードに決定されると、記憶部50Bに記憶された先行点火マップを用いて、先行点火プラグ(この場合は副室点火プラグ8)の基準点火時期θaを算出する。そして、主室点火プラグ9が点火することなく、副室点火プラグ8が基準点火時期θaで点火するように、点火プラグ8,9に制御信号を出力する。これにより点火モードが副室点火モードとなる。
When the pre-chamber ignition mode is determined to be the target ignition mode by the ignition
点火プラグ制御部56は、点火モード決定部55により位相差点火モードが目標点火モードに決定されると、先行点火マップを用いて、先行点火プラグ(この場合は主室点火プラグ9)の基準点火時期θaを算出する。次いで、位相差マップを用いて、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じた主室点火プラグ9と副室点火プラグ8との間の基準位相差θbを算出する。そして、主室点火プラグ9が基準点火時期θaで点火した後、副室点火プラグ8が基準点火時期θaから基準位相差θbだけ遅れた点火時期θa+θbで点火するように、点火プラグ8,9に制御信号を出力する。これにより点火モードが位相差点火モードとなる。
When the ignition
振幅算出部57は、エンジン1の燃焼サイクルごとに、BPF53により抽出された第1周波数帯の圧力変動データに含まれる最大振幅PP1を算出するとともに、BPF54により抽出された第2周波数帯の圧力変動データに含まれる最大振幅PP2を算出する。より具体的には、図6に示すように、第1周波数帯の筒内圧P1および第2周波数帯の筒内圧P2の変動データから、燃焼サイクルごとに振幅が最大となる箇所を検出し、最大振幅(P-P(Peak to Peak)値)PP1,PP2を算出する。
The
なお、図5に示すように、第1周波数帯に対応する(2,0,0)モードでも、第2周波数帯に対応する(1,0,0)モードでも、シリンダ2の壁面付近が振幅の腹となる。図2に示すように、筒内圧センサ10をシリンダ2の壁面付近に設け、シリンダ2の壁面付近の筒内圧P0を検出することで、圧力変動の最大振幅PP1,PP2を精度よく検出することができる。
As shown in FIG. 5, in both the (2, 0, 0) mode corresponding to the first frequency band and the (1, 0, 0) mode corresponding to the second frequency band, the amplitude near the wall surface of the
第1判定部58は、振幅算出部57により算出された最大振幅PP1に基づいて、主燃焼室41でノッキングが発生しているか否かを判定する。より具体的には、最大振幅PP1がエンジン1の運転条件に応じて予め定められた第1閾値pp1を超えるか否かを判定する。最大振幅PP1が第1閾値pp1を超える場合(PP1>pp1)は、ノッキングが発生していると判定し、第1閾値pp1以下の場合(PP1≦pp1)は、ノッキングが発生していないと判定する。
The
第1判定部58によるノッキングの判定に用いられる第1閾値pp1は、試験により予め定められ、記憶部50Bに記憶される。第1閾値pp1を定めるための試験は、エンジン1の運転条件、すなわちエンジン回転数とエンジン負荷とを変えながら行われ、第1閾値pp1は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて予め定められた特性マップとして記憶部50Bに記憶される。第1判定部58は、クランク角センサ51により検出されたエンジン回転数と吸気量センサ52により検出されたエンジン負荷とに基づいて、記憶部50Bに記憶された特性マップから運転条件に応じた第1閾値pp1を検索し、ノッキングの判定に用いる。
The first threshold value pp1 used in the knocking determination by the
第2判定部59は、第1判定部58により主燃焼室41でノッキングが発生していないと判定されることを条件として、振幅算出部57により算出された最大振幅PP2に基づいて、主燃焼室41で燃焼騒音が発生しているか否かを判定する。
The
第2判定部59は、先ず、燃焼音が基準より大きいか否かを判定する。より具体的には、最大振幅PP2がエンジン1の運転条件に応じて予め定められた第2閾値pp2を超えるか否かを判定する。最大振幅PP2が第2閾値pp2を超える場合(PP2>pp1)は、燃焼音が基準より大きいと判定し、第2閾値pp2以下の場合(PP2≦pp2)は、燃焼音が基準以下であると判定する。
The
第2判定部59による燃焼音の判定に用いられる第2閾値pp2も、第1閾値pp1と同様に、試験により予め定められ、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて予め定められた特性マップとして記憶部50Bに記憶される。第2判定部59は、クランク角センサ51により検出されたエンジン回転数と吸気量センサ52により検出されたエンジン負荷とに基づいて、記憶部50Bに記憶された特性マップから運転条件に応じた第2閾値pp2を検索し、燃焼音の判定に用いる。
Similarly to the first threshold value pp1, the second threshold value pp2 used in the determination of combustion noise by the
第2判定部59は、燃焼サイクルごとの燃焼音の判定において、連続して、燃焼サイクルで燃焼音が基準より大きいと判定した回数C2が所定回数c2(例えば、1回)を超えると、主燃焼室41で燃焼騒音が発生していると判定する。
In determining the combustion sound for each combustion cycle, the
第2判定部59による燃焼騒音の判定に用いられる所定回数c2も、第1閾値pp1や第2閾値pp2と同様に、試験により予め定められ、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて予め定められた特性マップとして記憶部50Bに記憶される。第2判定部59は、クランク角センサ51により検出されたエンジン回転数と吸気量センサ52により検出されたエンジン負荷とに基づいて、記憶部50Bに記憶された特性マップから運転条件に応じた所定回数c2を検索し、燃焼騒音の判定に用いる。
The predetermined number of times c2 used for the determination of combustion noise by the
<主室点火モードにおける点火時期の調整>
主室点火モードにおける点火時期の調整について説明する。点火プラグ制御部56は、第1判定部58により主燃焼室41でノッキングが発生していると判定されると、所定量θ1だけ点火時期を遅角するように先行点火プラグ(この場合は主室点火プラグ9)の動作を制御する(θa→θa+θ1)。所定量θ1は、ノッキングを解消するために十分な遅角量(例えば、1.5度程度)として試験により予め定められ、記憶部50Bに記憶される。
<Adjustment of ignition timing in main compartment ignition mode>
Adjustment of the ignition timing in the main chamber ignition mode will be explained. When the
点火プラグ制御部56は、主燃焼室41でノッキングが発生していないと判定されると、最適点火時期MBTを上限として点火時期を徐々に進角するように先行点火プラグ(主室点火プラグ9)の動作を制御する。なお、主室点火モードでは、副室点火プラグ8からの火炎ジェットによる急速燃焼を伴わず、ノッキングを伴わない燃焼騒音は発生しないため、第2判定部59による燃焼騒音の判定は行わない。
When it is determined that knocking has not occurred in the
<副室点火モードにおける点火時期の調整>
副室点火モードにおける点火時期の調整について説明する。点火プラグ制御部56は、第1判定部58により主燃焼室41でノッキングが発生していると判定されると、所定量θ1だけ点火時期を遅角するように先行点火プラグ(この場合は副室点火プラグ8)の動作を制御する(θa→θa+θ1)。
<Adjustment of ignition timing in pre-chamber ignition mode>
Adjustment of ignition timing in pre-chamber ignition mode will be explained. When the
点火プラグ制御部56は、第2判定部59により主燃焼室41で燃焼騒音が発生していると判定されると、所定量θ2だけ点火時期を遅角するように先行点火プラグ(副室点火プラグ8)の動作を制御する(θa→θa+θ2)。所定量θ2は、燃焼音を軽減するために十分な遅角量(例えば、0.5度程度)として試験により予め定められ、記憶部50Bに記憶される。燃焼音を軽減するための所定量θ2は、ノッキングを解消するための所定量θ1よりも小さい(θ1>θ2)。
When the
点火プラグ制御部56は、主燃焼室41でノッキングも燃焼騒音も発生していないと判定されると、最適点火時期MBTを上限として点火時期を徐々に進角するように先行点火プラグ(主室点火プラグ9)の動作を制御する。
When it is determined that neither knocking nor combustion noise is occurring in the
<位相差点火モードにおける点火時期の調整>
位相差点火モードにおける点火時期の調整について説明する。点火プラグ制御部56は、第1判定部58により主燃焼室41でノッキングが発生していると判定されると、所定量θ1だけ点火時期を遅角するように先行点火プラグ(この場合は主室点火プラグ9)の動作を制御する(θa→θa+θ1)。
<Adjustment of ignition timing in phase difference ignition mode>
Adjustment of ignition timing in phase difference ignition mode will be explained. When the
点火プラグ制御部56は、第2判定部59により主燃焼室41で燃焼騒音が発生していると判定されると、所定量θ3だけ点火プラグ8,9の点火時期の位相差を拡大するように点火プラグ8,9の動作を制御する(θb→θb+θ3)。副室点火プラグ8は、主室点火プラグ9の点火時期から位相差分だけ遅れて点火されるため、位相差の拡大量(所定量θ3)は、副室点火プラグ8の点火時期の遅角量(所定量θ3)でもある。
When the
このような所定量θ3は、燃焼音を軽減するために十分な位相差の拡大量または副室点火プラグ8の点火時期の遅角量(例えば、0.5度程度)として試験により予め定められ、記憶部50Bに記憶される。燃焼音を軽減するための所定量θ3は、ノッキングを解消するための所定量θ1よりも小さい(θ1>θ3)。なお、拡大した後の位相差θb+θ3が15度以上になると、点火モード決定部55により目標点火モードが主室点火モードに決定(変更)される。
Such a predetermined amount θ3 is determined in advance through tests as an amount of expansion of the phase difference or a retardation amount of the ignition timing of the pre-chamber spark plug 8 (for example, about 0.5 degrees) to reduce combustion noise. , are stored in the
点火プラグ制御部56は、主燃焼室41でノッキングも燃焼騒音も発生していないと判定されると、点火プラグ8,9の点火時期の位相差を徐々に縮小するように点火プラグ8,9の動作を制御する。なお、縮小した後の位相差が0度以下になると、点火モード決定部55により目標点火モードが副室点火モードに決定(変更)される。
When it is determined that neither knocking nor combustion noise is occurring in the
図7は、点火時期の調整による燃焼音の軽減とエンジン出力の低下について説明するための図であり、点火時期を調整したときの第2周波数帯の圧力変動の最大振幅PP2およびエンジン出力の変化の一例を示す。図7の状態Aは、最大振幅PP2が第2閾値pp2を超えた状態、すなわち燃焼音が基準より大きい状態であり、状態Bおよび状態Cは、最大振幅PP2が第2閾値pp2の状態、すなわち基準の燃焼音の状態を示す。 FIG. 7 is a diagram for explaining the reduction in combustion noise and the reduction in engine output by adjusting the ignition timing, and shows the change in the maximum amplitude PP2 of pressure fluctuation in the second frequency band and the engine output when adjusting the ignition timing. An example is shown below. State A in FIG. 7 is a state in which the maximum amplitude PP2 exceeds the second threshold pp2, that is, a state in which the combustion sound is larger than the reference, and states B and C are states in which the maximum amplitude PP2 is the second threshold value pp2, i.e. Indicates the standard combustion sound condition.
図7に一点鎖線で示すように、位相差を維持したまま点火プラグ8,9の点火時期を遅角すると、燃焼音の軽減に伴ってエンジン出力が大きく低下する(状態A→状態B)。一方、二点鎖線で示すように、先行点火プラグである主室点火プラグ9の点火時期を維持したまま副室点火プラグ8の点火時期のみ遅角して位相差を拡大すると、燃焼音の軽減に伴うエンジン出力の低下を抑制することができる(状態A→状態C)。
As shown by the dashed line in FIG. 7, when the ignition timing of the
図8A~図8Cは、予め記憶されたプログラムに従い、図4のコントローラ50で実行される処理の一例を示すフローチャートである。図8Aは、主室点火モードでの処理の一例を示し、図8Bは、副室点火モードでの処理の一例を示し、図8Cは、位相差点火モードでの処理の一例を示す。これらのフローチャートに示す処理は、エンジン始動後に開始され、所定周期で繰り返される。
8A to 8C are flowcharts showing an example of processing executed by the
図8Aに示すように、主室点火モードでの処理では、先ずステップS1で、クランク角センサ51および吸気量センサ52からの信号と、BPF53,54により抽出された第1周波数帯の筒内圧P1および第2周波数帯の筒内圧P2の変動データとを読み込む。次いでステップS2で、ステップS1で読み込まれた信号に基づいてエンジン1の運転条件を特定する。次いでステップS3で、ステップS2で特定された運転条件に対応する目標点火モードが主室点火モードであるか否かを判定する。ステップS3で肯定されるとステップS4に進み、ステップS3で否定されると処理を終了する。
As shown in FIG. 8A, in the process in the main chamber ignition mode, first, in step S1, the signals from the
ステップS4では、ステップS1で読み込まれた第1周波数帯の筒内圧P1の変動データに基づいて、エンジン1の燃焼サイクルごとの最大振幅PP1を算出する。次いでステップS5で、ステップS4で算出された最大振幅PP1が、ステップS2で特定された運転条件に対応する第1閾値pp1を超えるか否かを判定する。
In step S4, the maximum amplitude PP1 for each combustion cycle of the
ステップS5で肯定されると、ステップS6に進み、主燃焼室41でノッキングが発生していると判定し、ステップS7に進む。ステップS7では、ステップS2で特定された運転条件に対応する基準点火時期θaを所定量θ1だけ遅角(θa→θa+θ1)するように先行点火プラグ(主室点火プラグ9)に制御信号を出力し、処理を終了する。
If the result in step S5 is affirmative, the process proceeds to step S6, where it is determined that knocking has occurred in the
一方、ステップS5で否定されると、ステップS8に進み、主燃焼室41でノッキングが発生していないと判定し、ステップS9に進む。ステップS9では、ステップS2で特定された運転条件に対応する最適点火時期MBTを上限として点火時期を徐々に進角するように先行点火プラグ(主室点火プラグ9)に制御信号を出力し、処理を終了する。
On the other hand, if the result in step S5 is negative, the process proceeds to step S8, where it is determined that knocking has not occurred in the
図8Bに示すように、副室点火モードでの処理では、先ずステップS1で、クランク角センサ51および吸気量センサ52からの信号と、BPF53,54により抽出された第1周波数帯の筒内圧P1および第2周波数帯の筒内圧P2の変動データとを読み込む。次いでステップS2で、ステップS1で読み込まれた信号に基づいてエンジン1の運転条件を特定する。次いでステップS10で、ステップS2で特定された運転条件に対応する目標点火モードが副室点火モードであるか否かを判定する。ステップS10で肯定されるとステップS4に進み、ステップS10で否定されると処理を終了する。
As shown in FIG. 8B, in the process in the pre-chamber ignition mode, first, in step S1, signals from the
ステップS4では、ステップS1で読み込まれた第1周波数帯の筒内圧P1の変動データに基づいて、エンジン1の燃焼サイクルごとの最大振幅PP1を算出する。次いでステップS5で、ステップS4で算出された最大振幅PP1が、ステップS2で特定された運転条件に対応する第1閾値pp1を超えるか否かを判定する。
In step S4, the maximum amplitude PP1 for each combustion cycle of the
ステップS5で肯定されると、ステップS6に進み、主燃焼室41でノッキングが発生していると判定し、ステップS7に進む。ステップS7では、ステップS2で特定された運転条件に対応する基準点火時期θaを所定量θ1だけ遅角(θa→θa+θ1)するように先行点火プラグ(副室点火プラグ8)に制御信号を出力し、処理を終了する。
If the result in step S5 is affirmative, the process proceeds to step S6, where it is determined that knocking has occurred in the
一方、ステップS5で否定されると、ステップS8に進み、主燃焼室41でノッキングが発生していないと判定し、ステップS11に進む。ステップS11では、ステップS1で読み込まれた第2周波数帯の筒内圧P2の変動データに基づいて、エンジン1の燃焼サイクルごとの最大振幅PP2を算出する。次いでステップS12で、ステップS11で算出された最大振幅PP2が、ステップS2で特定された運転条件に対応する第2閾値pp2を超えるか否かを判定する。
On the other hand, if the result in step S5 is negative, the process proceeds to step S8, where it is determined that knocking has not occurred in the
ステップS12で否定されると、燃焼音が基準以下であると判定してステップS13に進み、主燃焼室41でノッキングも燃焼騒音も発生していないと判定し、ステップS9に進む。ステップS9では、ステップS2で特定された運転条件に対応する最適点火時期MBTを上限として点火時期を徐々に進角するように先行点火プラグ(副室点火プラグ8)に制御信号を出力し、処理を終了する。
If the result in step S12 is negative, it is determined that the combustion noise is below the standard and the process proceeds to step S13, and it is determined that neither knocking nor combustion noise is occurring in the
一方、ステップS12で肯定されると、燃焼音が基準より大きいと判定してステップS14に進み、燃焼音が基準より大きいと判定した回数C2をカウントアップし(C2(今回値)=C2(前回値)+1)、ステップS15に進む。ステップS15では、燃焼音が基準より大きいと判定した回数C2が、ステップS2で特定された運転条件に対応する所定回数c2を超えるか否かを判定する。 On the other hand, if the result in step S12 is affirmative, it is determined that the combustion sound is louder than the standard, and the process proceeds to step S14, where the number of times C2 is determined to be that the combustion sound is louder than the standard is counted up (C2 (current value) = C2 (previous value). value)+1), the process proceeds to step S15. In step S15, it is determined whether the number of times C2 in which the combustion noise is determined to be louder than the reference exceeds a predetermined number of times c2 corresponding to the operating condition specified in step S2.
ステップS15で肯定されると、ステップS16に進み、主燃焼室41で燃焼騒音のみが発生していると判定し、ステップS17に進む。ステップS17では、ステップS2で特定された運転条件に対応する基準点火時期θaを所定量θ2だけ遅角(θa→θa+θ2)するように先行点火プラグ(副室点火プラグ8)に制御信号を出力し、処理を終了する。一方、ステップS15で否定されると、点火時期の遅角も進角も行うことなく処理を終了する。
If the result in step S15 is affirmative, the process proceeds to step S16, where it is determined that only combustion noise is occurring in the
図8Cに示すように、位相差点火モードでの処理では、先ずステップS1で、クランク角センサ51および吸気量センサ52からの信号と、BPF53,54により抽出された第1周波数帯の筒内圧P1および第2周波数帯の筒内圧P2の変動データとを読み込む。次いでステップS2で、ステップS1で読み込まれた信号に基づいてエンジン1の運転条件を特定する。次いでステップS20で、ステップS2で特定された運転条件に対応する目標点火モードが位相差点火モードであるか否かを判定する。ステップS20で肯定されるとステップS4に進み、ステップS20で否定されると処理を終了する。
As shown in FIG. 8C, in the process in the phase difference ignition mode, first in step S1, the signals from the
ステップS4では、ステップS1で読み込まれた第1周波数帯の筒内圧P1の変動データに基づいて、エンジン1の燃焼サイクルごとの最大振幅PP1を算出する。次いでステップS5で、ステップS4で算出された最大振幅PP1が、ステップS2で特定された運転条件に対応する第1閾値pp1を超えるか否かを判定する。
In step S4, the maximum amplitude PP1 for each combustion cycle of the
ステップS5で肯定されると、ステップS6に進み、主燃焼室41でノッキングが発生していると判定し、ステップS7に進む。ステップS7では、ステップS2で特定された運転条件に対応する基準点火時期θaを所定量θ1だけ遅角(θa→θa+θ1)するように先行点火プラグ(主室点火プラグ9)に制御信号を出力し、処理を終了する。
If the result in step S5 is affirmative, the process proceeds to step S6, where it is determined that knocking has occurred in the
一方、ステップS5で否定されると、ステップS8に進み、主燃焼室41でノッキングが発生していないと判定し、ステップS9に進む。ステップS9では、ステップS2で特定された運転条件に対応する最適点火時期MBTを上限として点火時期を徐々に進角するように先行点火プラグ(主室点火プラグ9)に制御信号を出力する。
On the other hand, if the result in step S5 is negative, the process proceeds to step S8, where it is determined that knocking has not occurred in the
次いでステップS11で、ステップS1で読み込まれた第2周波数帯の筒内圧P2の変動データに基づいて、エンジン1の燃焼サイクルごとの最大振幅PP2を算出する。次いでステップS12で、ステップS11で算出された最大振幅PP2が、ステップS2で特定された運転条件に対応する第2閾値pp2を超えるか否かを判定する。
Next, in step S11, the maximum amplitude PP2 for each combustion cycle of the
ステップS12で否定されると、燃焼音が基準以下であると判定してステップS13に進み、主燃焼室41でノッキングも燃焼騒音も発生していないと判定し、ステップS21に進む。ステップS21では、位相差を徐々に縮小するように点火プラグ8,9に制御信号を出力し、処理を終了する。
If the result in step S12 is negative, it is determined that the combustion noise is below the standard and the process proceeds to step S13, and it is determined that neither knocking nor combustion noise is occurring in the
一方、ステップS12で肯定されると、燃焼音が基準より大きいと判定してステップS14に進み、燃焼音が基準より大きいと判定した回数C2をカウントアップし(C2(今回値)=C2(前回値)+1)、ステップS15に進む。ステップS15では、燃焼音が基準より大きいと判定した回数C2が、ステップS2で特定された運転条件に対応する所定回数c2を超えるか否かを判定する。 On the other hand, if the result in step S12 is affirmative, it is determined that the combustion sound is louder than the standard, and the process proceeds to step S14, where the number of times C2 is determined to be that the combustion sound is louder than the standard is counted up (C2 (current value) = C2 (previous value). value)+1), the process proceeds to step S15. In step S15, it is determined whether the number of times C2 in which the combustion noise is determined to be louder than the reference exceeds a predetermined number of times c2 corresponding to the operating condition specified in step S2.
ステップS15で肯定されると、ステップS16に進み、主燃焼室41で燃焼騒音のみが発生していると判定し、ステップS22に進む。ステップS22では、ステップS2で特定された運転条件に対応する基準位相差θbを所定量θ3だけ拡大(θb→θb+θ3)するように点火プラグ8,9に制御信号を出力し、処理を終了する。一方、ステップS15で否定されると、点火時期の遅角も進角も位相差の拡大も行うことなく処理を終了する。
If the answer in step S15 is affirmative, the process proceeds to step S16, where it is determined that only combustion noise is occurring in the
ノッキング発生時にのみ圧力変動が大きくなる第1周波数帯と燃焼騒音発生時に圧力変動が大きくなる第2周波数帯とをそれぞれ監視することで、ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とを個別に検知することができる(S4~S5,S11~S12)。また、エンジン部品の損傷につながるノッキングの発生を優先的に検知することで、ノッキングが発生した場合でも直ちに解消することができる(S5)。また、燃焼音が基準より大きい状態が継続したときに限って燃焼騒音の発生を検知するため、点火時期の過剰な遅角を抑制し、エンジン出力や燃費の低下を最小限に抑えることができる(S12,S15~S17,S22)。 The occurrence of knocking and the occurrence of combustion noise can be detected separately by monitoring a first frequency band in which pressure fluctuations become large only when knocking occurs and a second frequency band in which pressure fluctuations become large only when combustion noise occurs. (S4-S5, S11-S12). Furthermore, by preferentially detecting the occurrence of knocking that could lead to damage to engine parts, even if knocking occurs, it can be immediately resolved (S5). In addition, since the occurrence of combustion noise is detected only when the combustion noise continues to be louder than the standard, it is possible to suppress excessive retardation of ignition timing and minimize the decline in engine output and fuel efficiency. (S12, S15 to S17, S22).
本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)装置100は、シリンダ2内を往復動するピストン3に面した主燃焼室41と、噴孔47を介して主燃焼室41に連通する副燃焼室42と、主燃焼室41の内部の混合気を点火する主室点火プラグ9と、副燃焼室42の内部の混合気を点火する副室点火プラグ8とを有するエンジン1を制御する(図1~図3)。
According to this embodiment, the following effects can be achieved.
(1) The
装置100は、主燃焼室41の圧力を検出する筒内圧センサ10と、筒内圧センサ10により検出された圧力の変動データから第1周波数帯(10~16kHz)の圧力変動データを抽出するBPF53と、筒内圧センサ10により検出された圧力の変動データから、第1周波数帯より低い第2周波数帯(6~9kHz)の圧力変動データを抽出するBPF54と、エンジン1の燃焼サイクルごとに、BPF53により抽出された第1周波数帯の圧力変動データに含まれる最大振幅PP1を算出するとともに、BPF54により抽出された第2周波数帯の圧力変動データに含まれる最大振幅PP2を算出する振幅算出部57とを備える(図4)。
The
装置100は、さらに、振幅算出部57により算出された最大振幅PP1に基づいて、主燃焼室41でノッキングが発生しているか否かを判定する第1判定部58と、第1判定部58により主燃焼室41でノッキングが発生していないと判定されることを条件として、振幅算出部57により算出された最大振幅PP2に基づいて、主燃焼室41で燃焼騒音が発生しているか否かを判定する第2判定部59と、エンジン1の運転条件と、第1判定部58および第2判定部59による判定結果と、に基づいて、点火プラグ8,9の動作を制御する点火プラグ制御部56とを備える(図4)。
The
点火プラグ制御部56は、第2判定部59により主燃焼室41で燃焼騒音が発生していると判定されると、主室点火プラグ9の点火時期と副室点火プラグ8の点火時期との間の位相差を拡大するように点火プラグ8,9の動作を制御する(図8C)。
When the
このように、BPF53,54を設け、ノッキング発生時にのみ圧力変動が大きくなる第1周波数帯(10~16kHz)と燃焼騒音発生時に圧力変動が大きくなる第2周波数帯(6~9kHz)とをそれぞれ監視することで、単一の筒内圧センサ10によりノッキングの発生と燃焼騒音の発生とをそれぞれ精度よく検知することができる。また、ノッキングが発生せず、燃焼騒音のみが発生している場合には、点火プラグ8,9の点火時期の位相差を拡大することで、エンジン出力や燃費の低下を最小限に抑え、効率よく燃焼騒音を解消することができる(図7)。
In this way, the
(2)点火プラグ制御部56は、第1判定部58により主燃焼室41でノッキングが発生していると判定されると、所定量θ1だけ点火時期を遅角するように先行点火プラグ(主室点火プラグ9)の動作を制御し、第2判定部59により主燃焼室41で燃焼騒音が発生していると判定されると、所定量θ1より小さい所定量θ3だけ位相差を拡大するように点火プラグ8,9の動作を制御する(図8C)。
(2) When the
すなわち、ノッキングが発生している場合は、主室点火プラグ9の点火時期を十分に遅角することでノッキングを確実に解消し、燃焼騒音が発生している場合は、位相差を拡大することで、副室点火プラグ8の点火時期をある程度遅角することで燃焼音を軽減する。ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とをそれぞれ判定し、発生事象に応じた適切な態様で点火プラグ8,9の点火時期を補正することで、点火時期の遅角によるエンジン出力や燃費の低下を最小限に抑えることができる。
That is, if knocking is occurring, the knocking can be reliably eliminated by sufficiently retarding the ignition timing of the main
(3)装置100は、主燃焼室41でノッキングが発生しているときの最大振幅PP1に対応する第1閾値pp1と、主燃焼室41で燃焼騒音が発生しているときの最大振幅PP2に対応する第2閾値pp2と、所定回数c2と、を記憶する記憶部50Bをさらに備える(図4)。第1判定部58は、最大振幅PP1が記憶部50Bに記憶された第1閾値pp1を超えると、主燃焼室41でノッキングが発生していると判定する。第2判定部59は、最大振幅PP2が記憶部50Bに記憶された第2閾値pp2を超えた回数C2が記憶部50Bに記憶された所定回数c2を超えると、主燃焼室41で燃焼騒音が発生していると判定する。第1閾値pp1と第2閾値pp2と所定回数c2とは、エンジン1の運転条件に応じて予め定められる。
(3) The
より具体的には、第1閾値pp1と第2閾値pp2と所定回数c2とは、それぞれ、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて予め定められた特性マップとして記憶部50Bに記憶される。このように、ノッキングや燃焼音、燃焼騒音の判定に用いる閾値をエンジン1の運転条件に応じてきめ細かく設定しておくことで、ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とを一層精度よく検知することができる。また、ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とを過剰に判定することを防止でき、点火時期の遅角によるエンジン出力や燃費の低下を最小限に抑えることができる。
More specifically, the first threshold pp1, the second threshold pp2, and the predetermined number of times c2 are each stored in the
(4)第1周波数帯および第2周波数帯は、シリンダ2の直径Bに応じて予め定められる。すなわち、主燃焼室41と副燃焼室42とを有するエンジン1であれば、シリンダ2の直径Bに応じて適切な第1周波数帯および第2周波数帯を定め、ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とを精度よく検知することができる。
(4) The first frequency band and the second frequency band are determined in advance according to the diameter B of the
なお、上記実施形態では、インジェクタ7と副室点火プラグ8と主室点火プラグ9とを同一直線(基準線L1)上に配置したが、主室点火部と副室点火部の配置は上述したものに限らない。上記実施形態では、副室点火プラグ8をシリンダ2の中心線(軸線CL1)からずらして配置したが、シリンダ2の中心線上に配置してもよい。すなわち、シリンダ2の略中央部に配置されるのであれば、副室点火部の位置は上述したものに限らない。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、エンジン1の運転条件に応じて、主室点火プラグ9のみが点火する主室点火モードと、副室点火プラグ8のみが点火する副室点火モードと、主室点火プラグ9と副室点火プラグ8の双方が点火する位相差点火モードとを切り換えるようにしたが、エンジン1の運転条件にかかわらず位相差点火モードのみを行うようにしてもよい。
In the above embodiment, depending on the operating conditions of the
上記実施形態では、点火モード決定部55が、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて主室点火モードと副室点火モードと位相差点火モードとを切り換えるようにしたが、他のパラメータ(例えばエンジン温度)を考慮して、点火モードを切り換えるようにしてもよい。すなわち、エンジン1の低温始動時には副燃焼室42の壁面温度が低下しており、燃焼が安定しない。そこで、エンジン1の温度(例えばシリンダブロックの温度)を検出し、検出された温度が所定値以下の場合には、点火モードを主室点火モードに決定してもよい。
In the above embodiment, the ignition
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の1つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。 The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications as long as the characteristics of the present invention are not impaired. It is also possible to arbitrarily combine the above embodiment and one or more of the modifications, and it is also possible to combine the modifications.
1 エンジン、2 シリンダ、3 ピストン、8 副室点火プラグ、9 主室点火プラグ、10 筒内圧センサ、41 主燃焼室、42 副燃焼室、47 噴孔、50 コントローラ、50A 演算部、50B 記憶部、51 クランク角センサ、52 吸気量センサ、53,54 BPF、55 点火モード決定部、56 点火プラグ制御部、57 振幅算出部、58 第1判定部、59 第2判定部、100 制御装置(装置) 1 engine, 2 cylinder, 3 piston, 8 pre-chamber spark plug, 9 main chamber spark plug, 10 cylinder pressure sensor, 41 main combustion chamber, 42 sub-combustion chamber, 47 nozzle hole, 50 controller, 50A calculation section, 50B storage section , 51 crank angle sensor, 52 intake air amount sensor, 53, 54 BPF, 55 ignition mode determination section, 56 spark plug control section, 57 amplitude calculation section, 58 first determination section, 59 second determination section, 100 control device (device )
Claims (4)
前記主燃焼室の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部により検出された圧力の変動データから第1周波数帯の圧力変動データを抽出する第1抽出部と、
前記圧力検出部により検出された圧力の変動データから、前記第1周波数帯より低い第2周波数帯の圧力変動データを抽出する第2抽出部と、
前記内燃機関の燃焼サイクルごとに、前記第1抽出部により抽出された前記第1周波数帯の圧力変動データに含まれる第1最大振幅を算出するとともに、前記第2抽出部により抽出された前記第2周波数帯の圧力変動データに含まれる第2最大振幅を算出する振幅算出部と、
前記振幅算出部により算出された前記第1最大振幅に基づいて、前記主燃焼室でノッキングが発生しているか否かを判定する第1判定部と、
前記第1判定部により前記主燃焼室でノッキングが発生していないと判定されることを条件として、前記振幅算出部により算出された前記第2最大振幅に基づいて、前記主燃焼室で燃焼騒音が発生しているか否かを判定する第2判定部と、
前記内燃機関の運転条件と、前記第1判定部および前記第2判定部による判定結果と、に基づいて、前記主室点火部および前記副室点火部の動作を制御する点火制御部と、を備え、
前記点火制御部は、前記第2判定部により前記主燃焼室で燃焼騒音が発生していると判定されると、前記主室点火部の点火時期と前記副室点火部の点火時期との間の位相差を拡大するように前記主室点火部および前記副室点火部の動作を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 a main combustion chamber facing a piston that reciprocates within the cylinder, a sub-combustion chamber communicating with the main combustion chamber via a nozzle hole, a main combustion chamber igniting the air-fuel mixture inside the main combustion chamber; A control device for an internal combustion engine, comprising: a sub-chamber ignition section that ignites the air-fuel mixture inside the sub-combustion chamber;
a pressure detection unit that detects the pressure in the main combustion chamber;
a first extraction unit that extracts pressure fluctuation data in a first frequency band from pressure fluctuation data detected by the pressure detection unit;
a second extraction unit that extracts pressure fluctuation data in a second frequency band lower than the first frequency band from the pressure fluctuation data detected by the pressure detection unit;
For each combustion cycle of the internal combustion engine, the first maximum amplitude included in the pressure fluctuation data in the first frequency band extracted by the first extraction section is calculated, and the first maximum amplitude included in the pressure fluctuation data in the first frequency band extracted by the first extraction section is calculated. an amplitude calculation unit that calculates a second maximum amplitude included in the pressure fluctuation data of two frequency bands;
a first determination unit that determines whether knocking is occurring in the main combustion chamber based on the first maximum amplitude calculated by the amplitude calculation unit;
Based on the second maximum amplitude calculated by the amplitude calculation unit, on the condition that the first determination unit determines that knocking is not occurring in the main combustion chamber, the combustion noise is determined in the main combustion chamber based on the second maximum amplitude calculated by the amplitude calculation unit. a second determination unit that determines whether or not is occurring;
an ignition control section that controls operations of the main chamber ignition section and the sub-chamber ignition section based on operating conditions of the internal combustion engine and judgment results by the first judgment section and the second judgment section; Prepare,
When the second determination unit determines that combustion noise is occurring in the main combustion chamber, the ignition control unit controls the ignition timing between the ignition timing of the main chamber ignition unit and the ignition timing of the sub-chamber ignition unit. A control device for an internal combustion engine, characterized in that the operation of the main chamber ignition section and the sub-chamber ignition section is controlled so as to increase a phase difference between the main chamber ignition section and the sub-chamber ignition section.
前記点火制御部は、前記第1判定部により前記主燃焼室でノッキングが発生していると判定されると、第1所定量だけ点火時期を遅角するように前記主室点火部および前記副室点火部の動作を制御し、前記第2判定部により前記主燃焼室で燃焼騒音が発生していると判定されると、前記第1所定量より小さい第2所定量だけ前記位相差を拡大するように前記主室点火部および前記副室点火部の動作を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 1,
The ignition control unit controls the main chamber ignition unit and the sub-combustion chamber to retard the ignition timing by a first predetermined amount when the first determination unit determines that knocking has occurred in the main combustion chamber. controlling the operation of a chamber ignition unit, and when the second determination unit determines that combustion noise is occurring in the main combustion chamber, increasing the phase difference by a second predetermined amount that is smaller than the first predetermined amount; A control device for an internal combustion engine, characterized in that the operation of the main chamber ignition section and the sub-chamber ignition section is controlled so as to.
前記主燃焼室でノッキングが発生しているときの前記第1最大振幅に対応する第1閾値と、前記主燃焼室で燃焼騒音が発生しているときの前記第2最大振幅に対応する第2閾値と、所定頻度と、を記憶する記憶部をさらに備え、
前記第1判定部は、前記第1最大振幅が前記記憶部に記憶された前記第1閾値を超えると、前記主燃焼室でノッキングが発生していると判定し、
前記第2判定部は、前記第2最大振幅が前記記憶部に記憶された前記第2閾値を超える頻度が前記記憶部に記憶された前記所定頻度を超えると、前記主燃焼室で燃焼騒音が発生していると判定し、
前記第1閾値と前記第2閾値と前記所定頻度とは、前記内燃機関の運転条件に応じて予め定められることを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
a first threshold corresponding to the first maximum amplitude when knocking is occurring in the main combustion chamber; and a second threshold corresponding to the second maximum amplitude when combustion noise is occurring in the main combustion chamber. further comprising a storage unit that stores the threshold value and the predetermined frequency;
The first determination unit determines that knocking is occurring in the main combustion chamber when the first maximum amplitude exceeds the first threshold stored in the storage unit,
The second determination unit is configured to determine whether combustion noise occurs in the main combustion chamber when the frequency at which the second maximum amplitude exceeds the second threshold value stored in the storage unit exceeds the predetermined frequency stored in the storage unit. It is determined that this has occurred,
A control device for an internal combustion engine, wherein the first threshold value, the second threshold value, and the predetermined frequency are determined in advance according to operating conditions of the internal combustion engine.
前記第1周波数帯および前記第2周波数帯は、前記気筒の直径に応じて予め定められることを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
A control device for an internal combustion engine, wherein the first frequency band and the second frequency band are determined in advance according to a diameter of the cylinder.
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