JP2826591B2 - Knocking control device for spark ignition internal combustion engine - Google Patents

Knocking control device for spark ignition internal combustion engine

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JP2826591B2
JP2826591B2 JP1022646A JP2264689A JP2826591B2 JP 2826591 B2 JP2826591 B2 JP 2826591B2 JP 1022646 A JP1022646 A JP 1022646A JP 2264689 A JP2264689 A JP 2264689A JP 2826591 B2 JP2826591 B2 JP 2826591B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、火花点火内燃機関のノッキングを未然に防
ぐためのノッキング制御装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a knocking control device for preventing knocking of a spark ignition internal combustion engine.

<従来の技術> 火花点火内燃機関(以下、単に機関と称す)における
正常な燃焼は、点火プラグから与えられる火花によって
混合気の一部が着火されて火炎が発生し、更にその火炎
が混合気内を伝搬することにより進行する。ところが、
点火時期の過進角などによって機関がノッキング状態に
なると、燃焼途中における未燃焼部分の混合気が断熱圧
縮などによる温度上昇のために火炎の伝搬を待たず自己
着火し、一時に燃焼する。この燃焼は急激に起こるため
に燃焼室内では圧力および温度が急上昇すると共に衝撃
波が発生し、機関各部の機械的振動や点火プラグ,ピス
トンなどの過熱・溶損を生じる。したがって、ノッキン
グは機関にとって最も有害な現象の一つとして、点火時
期制御(点火時期の遅角)などによる発生防止が図られ
ている。
<Prior Art> In a normal combustion in a spark ignition internal combustion engine (hereinafter simply referred to as an engine), a part of the air-fuel mixture is ignited by sparks provided from a spark plug, and a flame is generated. It progresses by propagating inside. However,
When the engine is knocked due to an over-advanced ignition timing or the like, the air-fuel mixture in the unburned portion during combustion self-ignites without waiting for the propagation of the flame due to a temperature rise due to adiabatic compression or the like, and burns at a time. Since this combustion occurs rapidly, pressure and temperature rise rapidly in the combustion chamber, and a shock wave is generated, thereby causing mechanical vibration of each part of the engine and overheating and melting of the ignition plug, piston and the like. Therefore, as one of the most harmful phenomena for the engine, knocking is controlled by ignition timing control (retardation of ignition timing).

ところが、一方で機関から最大のトルクを引き出せる
点火時期、いわゆるMBT(Mini−mum Spark Advance for
Best Torque)は、周知のようにノッキングを発生させ
る点火時期の近傍にある。そのため、トルクの増大を図
るべく進角量を多くとるとノッキングの発生頻度が高く
なり、逆にノッキングを抑えるべく小さくとるとトルク
の低下がもたらされる。
However, on the other hand, ignition timing that can extract the maximum torque from the engine, so-called MBT (Mini-mum Spark Advance for
Best Torque) is close to the ignition timing at which knocking occurs, as is well known. Therefore, if the amount of advance is increased to increase the torque, the frequency of occurrence of knocking increases, and if the amount of advance is reduced to suppress knocking, the torque is reduced.

そこで、従来の機関ではシリンダブロックなどに圧電
素子を組み込んだノックセンサを取り付け、ノッキング
に伴う機関の振動加速度を検出することによって、最大
トルクを引き出しつつノッキングの発生を抑えるような
点火時期制御(進角および遅角)を行っていた。制御の
具体的手順としては、まず点火時期を徐々に進角させて
行って、ノッキングが発生した瞬間に所定量の遅角を行
い、その後ノッキングが再び発生するまでの進角を行う
のが一般的であり、これを機関運転中に常時繰り返すの
である。
Therefore, in conventional engines, a knock sensor incorporating a piezoelectric element is attached to a cylinder block or the like, and by detecting the vibration acceleration of the engine due to knocking, ignition timing control (progress) that suppresses the occurrence of knocking while extracting the maximum torque. Angle and retard). As a specific procedure of the control, generally, first, the ignition timing is gradually advanced, a predetermined amount of retard is performed at the moment when knocking occurs, and then the advance is performed until knocking occurs again. This is always repeated during engine operation.

<発明が解決しようとする課題> 機関の振動加速度を検出してノッキングの発生を抑え
る従来の方法では、実際にノッキング状態が発生しない
かぎり検出が行われないため、例えばノッキング寸前の
状態を検知して、これを未然に防ぐということができな
かった。このため、瞬間的なノッキングは避けようがな
いと共に、ノッキング発生時の遅角量も大きく採らざる
を得ず、機関保護と性能維持の両面から改善が望まれて
いた。また、ノックセンサがノッキング以外の振動を拾
い無用な遅角制御が行われてしまう場合もあり、制御精
度の向上も懸案となっていた。
<Problems to be Solved by the Invention> In the conventional method of detecting the vibration acceleration of the engine to suppress the occurrence of knocking, detection is not performed unless a knocking state actually occurs, so that, for example, a state immediately before knocking is detected. I couldn't prevent this. For this reason, instantaneous knocking is unavoidable, and the amount of retardation at the time of knocking must be large, and improvement has been desired from both aspects of engine protection and performance maintenance. Further, there is a case where the knock sensor picks up vibration other than the knocking and the unnecessary retard control is performed, so that improvement of the control accuracy is also a concern.

本発明は上記状況に鑑みなされたもので、ノッキング
の完全防止を図りつつ最大のトルクを取り出すことが可
能な機関を製作することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to manufacture an engine capable of extracting the maximum torque while completely preventing knocking.

<課題を解決するための手段> 本発明者等は機関から最大トルクを引き出しつつ確実
にノッキングを防止しえる方法について研究し、種々の
実験を行ったところ、ノッキングの発生条件近傍におい
て特異な現象を発見した。すなわち、ノッキング発生条
件近傍においてはノッキングが発生しないにもかかわら
ず燃焼速度が速くなり、第1図(a)に示すようにこの
際の熱発生率の変化(一点鎖線で示す)が通常の燃焼時
(破線で示す)に比べて急激になるのである。この原因
は次のように考えられる。
<Means for Solving the Problems> The present inventors have researched a method for reliably preventing knocking while extracting the maximum torque from the engine, and have performed various experiments. Was found. That is, in the vicinity of the knocking occurrence condition, the combustion speed is increased even though knocking does not occur, and as shown in FIG. 1 (a), the change in the heat generation rate (indicated by the dashed line) in this case is the normal combustion. It becomes sharper than time (shown by a broken line). The cause is considered as follows.

通常の燃焼時における化学反応は、第1の過酸化物反
応、第2の冷炎反応(ホルムアルデヒド反応)、第3の
熱炎反応の各段階を経て行われる。これらの段階のなか
で爆発的反応を示すのは第3段階の熱炎反応であり、過
酸化物反応と冷炎反応は燃料中の炭化水素がまずホルム
アルデヒドやOH,HO2などの高エネルギーの遊離基に分解
される前駆反応である。
The chemical reaction at the time of normal combustion is performed through each stage of a first peroxide reaction, a second cool flame reaction (formaldehyde reaction), and a third hot flame reaction. Show explosive reaction among these stages are hot flame reaction in the third stage, the peroxide reacts with the cold flame reaction in the fuel hydrocarbon First formaldehyde or OH, high energy, such as HO 2 This is a precursor reaction that is decomposed into free radicals.

ノッキング発生条件近傍においては、燃焼室内の未燃
焼領域で高圧,高温のために第1,第2段階の前駆反応が
進行しており、通常より高エネルギーの遊離基が多い化
学的に活性化された状態となっている。したがって、そ
こに火炎面が到達すると、前駆反応に要する遅れなしで
直ちに熱炎反応が起こり、火炎速度ひいては熱発生率が
高くなるのである。
In the vicinity of knocking conditions, the first and second stage precursor reactions are proceeding due to high pressure and high temperature in the unburned region in the combustion chamber, and are chemically activated with more free radicals of higher energy than usual. It is in a state of being left. Therefore, when the flame surface reaches there, a thermal flame reaction occurs immediately without delay required for the precursor reaction, and the flame speed and thus the heat generation rate increase.

一方、熱発生率が高くなる状態では燃焼反応が急激に
進行しているため、当然のことながら、燃焼に関する物
理量すなわち燃焼物理量も通常時に比べて変化する。例
えば、燃焼物理量の一つである燃焼室の内圧(以下、筒
内圧)は燃焼に従い増加するが、その増加率は熱発生率
が高くなるほど大きくなる。従って、筒内圧の変化状況
から熱発生率の変化状況を演算することが可能となり、
その変化状況を観察すれば、機関がノッキング発生条件
の近傍にあるか否かを知ることができるのである。
On the other hand, in the state where the heat generation rate is high, the combustion reaction is rapidly progressing, so that the physical quantity related to combustion, that is, the physical quantity of combustion changes naturally as compared with the normal state. For example, the internal pressure of a combustion chamber (hereinafter, cylinder pressure), which is one of the physical quantities of combustion, increases with combustion, but the rate of increase increases as the heat generation rate increases. Therefore, it is possible to calculate the change of the heat generation rate from the change of the in-cylinder pressure,
By observing the change, it is possible to know whether or not the engine is near the knocking occurrence condition.

上記知見に基づき、本発明では前述の課題を解決する
ために、 火花点火内燃機関の燃焼室内の燃焼にともなって変化
する筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、 この筒内圧検出手段からの検出信号に基づいて熱発生
率の変化状況を演算する演算手段と、 当該火花点火内燃機関における熱発生率の変化状況を
記憶した記憶手段と、 この記憶手段に記憶された熱発生率の変化状況と前記
演算手段によって求められた熱発生率の変化状況とを比
較することにより当該火花点火内燃機関の燃焼状態を判
定し、ノッキング状態を回避すべく、燃焼制御を行う燃
焼制御手段と、 を具えたことを特徴とする火花点火内燃機関のノッキン
グ制御装置 を提供するものである。
Based on the above findings, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an in-cylinder pressure detecting means for detecting an in-cylinder pressure that changes with the combustion in a combustion chamber of a spark ignition internal combustion engine, and a detection from the in-cylinder pressure detecting means. Calculating means for calculating the change in the heat release rate based on the signal; storage means for storing the change in the heat release rate in the spark ignition internal combustion engine; and change in the heat release rate stored in the storage means. Combustion control means for determining the combustion state of the spark ignition internal combustion engine by comparing the change in the heat release rate obtained by the calculation means and avoiding the knocking state, and performing combustion control. A knock control device for a spark ignition internal combustion engine characterized by the above feature.

<作用> 機関運転中に筒内圧検出手段によって筒内圧を検出す
る。そして、その検出信号を演算装置に送って熱発生率
の変化状況を演算し、その変化状況が予め記憶されてい
たノッキング寸前の変化状況と等しくなったら、点火時
期の遅角などの燃焼制御を行ってノッキングを防止す
る。
<Operation> The in-cylinder pressure is detected by the in-cylinder pressure detecting means during the operation of the engine. Then, the detection signal is sent to an arithmetic unit to calculate a change state of the heat generation rate, and when the change state becomes equal to a change state immediately before knocking stored in advance, combustion control such as ignition timing retard is performed. Go to prevent knocking.

<実 施 例> 以下、図面に基づき本発明の実施例を説明する。<Embodiment> Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第8図には実施例に係る制御システムのハードウェア
を簡略に示す。図中、1は自動車用の4サイクル4気筒
ガソリンエンジン(以下、エンジン)であり、各気筒の
燃焼室(シリンダヘッド)2には点火プラグ3のほか筒
内圧検出手段としての筒内圧センサ4が取り付けられて
いる。この筒内圧センサ4は圧電素子を組み込んだもの
であり、気筒内の圧力を電荷に変換して出力する。一
方、フライホイール5にはクランク角センサ6が隣接し
て設けられており、エンジン1のクランク軸が単位角度
(例えば、1゜)回転する毎に信号が出力される。
FIG. 8 schematically shows the hardware of the control system according to the embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a four-cycle four-cylinder gasoline engine (hereinafter, referred to as an engine) for an automobile. A combustion chamber (cylinder head) 2 of each cylinder is provided with an in-cylinder pressure sensor 4 as an in-cylinder pressure detecting means in addition to a spark plug 3. Installed. The in-cylinder pressure sensor 4 incorporates a piezoelectric element, converts the pressure in the cylinder into electric charges, and outputs the electric charges. On the other hand, a crank angle sensor 6 is provided adjacent to the flywheel 5, and outputs a signal every time the crankshaft of the engine 1 rotates a unit angle (for example, 1 °).

点火プラグ3は点火コイル7,パワートランジスタ8を
介して電子式制御ユニット(以下、ECU)9に接続して
おり、このECU9により駆動制御される。筒内圧センサ4
はチャージアンプ10,マルチプレクサ11,ローパスフィル
タ12を介して、またクランク角センサ6は直に、ECU9に
接続しており、それぞれECU9に筒内圧とクランク角の信
号を出力する。ECU9には、その他に吸気系や排気浄化装
置などに関連する多数の機器が接続し、エンジン1の集
中制御を行うが、煩雑になるため、これらの機器に関す
る記載は省略する。
The ignition plug 3 is connected to an electronic control unit (ECU) 9 via an ignition coil 7 and a power transistor 8, and is driven and controlled by the ECU 9. In-cylinder pressure sensor 4
Is connected via a charge amplifier 10, a multiplexer 11, and a low-pass filter 12, and the crank angle sensor 6 is directly connected to the ECU 9, and outputs signals of the in-cylinder pressure and the crank angle to the ECU 9, respectively. A number of other devices related to the intake system, the exhaust gas purification device, and the like are connected to the ECU 9 to perform centralized control of the engine 1. However, description of these devices is omitted because it is complicated.

第1実施例 第1図(a),(b),(c)には本発明の第1実施
例を示してある。第1図(a)にはクランク角(θ)と
熱発生率(dQ/dθ)の関係をグラフにより示し、第1図
(b)には制御の系統をブロック図により、第1図
(c)には制御の流れをフローチャートによりそれぞれ
示してある。
First Embodiment FIGS. 1A, 1B and 1C show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a graph showing the relationship between the crank angle (θ) and the heat release rate (dQ / dθ). FIG. 1 (b) is a block diagram of the control system, and FIG. 4) shows the flow of the control by a flowchart.

第1図(a)に示すように、通常燃焼時における熱発
生率(破線で示す)に比べ、ノッキング寸前の状態やノ
ッキング時における熱発生率(それぞれ、一点鎖線と実
線で示す)は、その立下がり方が大きく変化している。
したがって、熱発生率の最大値から燃焼完了までの立下
がり領域における熱発生率の変化割合をある基準で判別
すれば、ノッキング寸前の状態か否かを検知することが
できる。そして、この検知結果を用いれば、点火時期を
負荷状態やガソリンのオクタン価などに応じた最適の値
に保つことができる。
As shown in FIG. 1 (a), the heat generation rate immediately before knocking and the heat generation rate during knocking (indicated by a dashed line and a solid line, respectively) are lower than those in normal combustion (indicated by broken lines). The fall has changed significantly.
Therefore, if the change rate of the heat release rate in the fall region from the maximum value of the heat release rate to the completion of combustion is determined based on a certain reference, it is possible to detect whether or not the state is immediately before knocking. Then, by using this detection result, the ignition timing can be kept at an optimum value according to the load state, the octane number of gasoline, and the like.

本実施例では熱発生率の立下がり領域すなわち、その
最大値から燃焼完了までのクランク角度を立下がり時間
|θ100−θ0|として検出して、この検出値を絶対設定
値(エンジンの種類により異なる)と比較することで判
定するようにした。
In the present embodiment, the fall region of the heat release rate, that is, the crank angle from its maximum value to the completion of combustion is detected as a fall time | θ 100 −θ 0 |, and this detected value is set to an absolute set value (engine type). Is determined by comparing with the following.

まず、クランク角センサ6によりクランク角θが検出
され、筒内圧センサ4により各気筒の筒内圧Pが検出さ
れる。
First, the crank angle sensor 6 detects the crank angle θ, and the in-cylinder pressure sensor 4 detects the in-cylinder pressure P of each cylinder.

次に、ECU9内では熱発生率演算手段13により下記の手
順で熱発生率dQ/dθが演算される。
Next, in the ECU 9, the heat release rate calculation means 13 calculates the heat release rate dQ / dθ in the following procedure.

まず下記の通り、熱発生量dQおよび内部エネルギ増分
duを求める各演算式と状態方程式を用いて演算を行う。
First, as shown below, the heat release amount dQ and the internal energy increment
An operation is performed using each operation expression for obtaining du and a state equation.

dQ=G・du+A・P・dV …(1) PV=G・R・T …(3) 但し、Gは燃料ガス量、 Aは仕事の熱当量、 Rは気体定数、 Gvは定容比熱、 kは比熱の比、 Tは絶対温度である。dQ = G · du + A · P · dV (1) PV = G · R · T (3) where G is the fuel gas amount, A is the heat equivalent of work, R is the gas constant, Gv is the specific heat capacity, k is the ratio of the specific heat, and T is the absolute temperature.

(1),(2),(3)式より 従って、熱発生率(dQ/dθ)は以下の通りである。From equations (1), (2) and (3) Therefore, the heat release rate (dQ / dθ) is as follows.

ここで、燃焼行程(上死点〜上死点後50゜)では であるから、上式は次のように近似できる。 Here, in the combustion stroke (top dead center to 50 ゜ after top dead center) Therefore, the above equation can be approximated as follows.

つまり、上記クランク角位相間の燃焼行程においては
熱発生率で近似できる。即ち、熱発生率は単位時間当た
りの熱量の変化量であり、圧縮上死点から圧縮上死点50
゜までのクランク角位相である燃焼行程にある場合、筒
内圧の1階微分で近似することができる。燃焼行程にお
いては、熱が発生する状態であり、かつ筒内圧が上昇過
程にあるため、筒内圧の1階微分値も熱発生率もともに
正の値となる。また、θは筒内圧が最大値となるクラ
ンク角に相当する。
That is, in the combustion stroke between the crank angle phases, the heat generation rate can be approximated. That is, the heat release rate is the amount of change in the amount of heat per unit time, and is calculated from the compression top dead center to the compression top dead center
When the combustion stroke is a crank angle phase up to ゜, it can be approximated by the first derivative of the in-cylinder pressure. In the combustion stroke, heat is generated and the in-cylinder pressure is in the process of rising, so that both the first derivative of the in-cylinder pressure and the heat generation rate are positive values. Θ 0 corresponds to the crank angle at which the in-cylinder pressure becomes the maximum value.

なお、上述したようにして、熱発生率を演算する際に
は、ノッキング等による高周波振動成分をフィルタでカ
ツトすることが望ましい。つまり、指圧線図にはいつで
も高周波の振動成分が重畳しており、この振動成分をカ
ットすることにより、熱発生率の変化状態が第1図
(a)に示したように単純化されるのである。そのた
め、本実施例ではフーリエ級数形のローパスフィルタ12
が用いられている。このタイプのフィルタは実時間性
(応答性)が高いために車載用として適しているが、直
接FFT法やスプライン関数法を用いたタイプを用いても
よい。
As described above, when calculating the heat generation rate, it is desirable to cut a high-frequency vibration component due to knocking or the like with a filter. That is, a high-frequency vibration component is always superimposed on the acupressure diagram, and by cutting this vibration component, the change state of the heat generation rate is simplified as shown in FIG. 1 (a). is there. Therefore, in the present embodiment, the Fourier series low-pass filter 12 is used.
Is used. This type of filter is suitable for in-vehicle use because of its high real-time response (responsiveness), but a type using a direct FFT method or a spline function method may be used.

引き続き、第1図(b)に示すように、ECU9内の立下
り時間演算手段14により、予め検出された、熱発生率が
最大値を示すクランク角θ100と燃焼完了のクランク角
θとに基づいて立下り時間|θ100−θ0|を演算す
る。
Subsequently, as shown in FIG. 1 (b), the fall time calculating means 14 in the ECU 9 detects the crank angle θ 100 at which the heat release rate has the maximum value and the crank angle θ 0 at which the combustion is completed, which is detected in advance. Is calculated based on the fall time | θ 100 −θ 0 |.

次に、このようにして、算出された立下り時間|θ
100−θ0|をECU9内の判別手段15が例えば絶対設定値と
比較して異常燃焼か否かを判別し、その判定信号を各種
燃焼制御手段へ出力する。そして、例えば算出された立
下り時間|θ100−θ0|が、絶対設定値より大きくてノ
ッキングを生じる可能性がない状態の時は徐々に点火時
期を進めて最大トルクを引き出す運転制御が継続され、
反対に、絶対設定値より小さくてノッキングを起こして
いるか又はノッキングを起こしやすい状態の時は各種燃
焼制御手段へノッキング回避信号が送られる。この各種
燃焼制御手段として、電子点火時期制御装置が使用され
る場合には、上記信号により点火時期を遅角させること
によりノッキングを回避する。また、EGR装置の電子装
置EGRバルブが使用される場合には平均開弁時間(デュ
ーティ比)を増大してEGR量を増量させ、さらに、過給
機付エンジンでウエストゲートバルブが使用されている
場合にはこれを開いて過給圧を逃がすようにしてもよ
い。
Next, the fall time | θ thus calculated
The determination means 15 in the ECU 9 compares 100− θ 0 | with, for example, an absolute set value to determine whether or not abnormal combustion has occurred, and outputs a determination signal to various combustion control means. Then, for example, when the calculated fall time | θ 100 −θ 0 | is larger than the absolute set value and there is no possibility of knocking, the operation control for gradually advancing the ignition timing and extracting the maximum torque is continued. And
Conversely, when knocking occurs or is in a state where knocking is likely to occur because the knocking is smaller than the absolute set value, a knocking avoidance signal is sent to various combustion control means. When an electronic ignition timing control device is used as the various combustion control means, knocking is avoided by retarding the ignition timing based on the signal. When an electronic device EGR valve of the EGR device is used, the average valve opening time (duty ratio) is increased to increase the amount of EGR, and furthermore, a wastegate valve is used in a supercharged engine. In this case, it may be opened to release the supercharging pressure.

なお、算出された立下り時間|θ100−θ0|に基づく
燃焼状態の判定方法としては、上述した絶対設定値との
比較の他に、熱発生率の最大値に対する比や燃焼状態の
安定した熱発生率の立上り領域でのあるクランク角θN1
からあるクランク角θN2までの時間|θN1−θN2|に対
する比で判定しても良い。また、熱発生率の最大値や燃
焼状態の安定した領域での基準時間|θN1−θN2|は、
複数のデータを処理して求めた平均値としても良い。さ
らに、上記比率の判定レベルは運転条件によって変る、
マップ化された値でも良い。
As a method of determining the combustion state based on the calculated fall time | θ 100 −θ 0 |, in addition to the comparison with the above-described absolute set value, the ratio of the heat release rate to the maximum value and the stability of the combustion state are Crank angle θ N1 in the rising region of the determined heat release rate
Crank angle theta time to N2 in the | θ N1N2 | may determine a ratio to. The reference time | θ N1 −θ N2 | in the region where the maximum value of the heat release rate and the combustion state are stable is
The average value obtained by processing a plurality of data may be used. Further, the determination level of the above ratio varies depending on the operating conditions.
A mapped value may be used.

第2実施例 第2図(a),(b)には本発明の第2実施例を示
す。
Second Embodiment FIGS. 2 (a) and 2 (b) show a second embodiment of the present invention.

これは、熱発生率の最大値直後と燃焼完了直前との比
較的熱発生率の変化が少ない部分をカットオフして、例
えば熱発生率の最大値の90%の熱発生率を示すクランク
角θ90から最大値の10%の熱発生率を示すクランク角θ
10までを検出領域として設定し、その立下り時間|θ90
−θ10|を検出して、測定精度の向上を図った例であ
る。
This is done by cutting off a portion where the change in heat release rate is relatively small immediately after the maximum value of the heat release rate and immediately before the completion of combustion, and for example, a crank angle showing a heat release rate of 90% of the maximum value of the heat release rate. Crank angle θ indicating a heat release rate of 10% of the maximum value from θ 90
Set up to 10 as the detection area and its fall time | θ 90
This is an example in which −θ 10 | is detected to improve the measurement accuracy.

これによれば、立下り時間|θ90−θ10|演算手段14A
において、熱発生率の最大値とその時のクランク角θ
100とを検出することに加えて、熱発生率の最大値の90
%の熱発生率の値と10%の熱発生率の値とを算出すると
ともにその時の各クランク角θ9010を検出して、熱
発生率の最大値を示すクランク角θ100以後の上記立下
り時間|θ90−θ10|を演算する。その他の構成及び作
用は第1実施例と同様である。
According to this, the fall time | θ 90 −θ 10 |
, The maximum value of the heat release rate and the crank angle θ at that time
In addition to detecting 100 , the maximum heat release rate of 90
% Of the heat release rate and the value of the heat release rate of 10%, and the respective crank angles θ 90 , θ 10 at that time are detected, and the crank angle θ 100 or more indicating the maximum value of the heat release rate is detected. The fall time | θ 90 −θ 10 | is calculated. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

第3実施例 第3図(a),(b)には本発明の第3の実施例を示
す。
Third Embodiment FIGS. 3A and 3B show a third embodiment of the present invention.

これは、第2実施例と同様の見地から、熱発生率の立
下り方の傾向をより顕著に出すために、立下り領域後半
の時間、例えば熱発生率の最大値の50%の熱発生率を示
すクランク角θ50から燃焼完了のクランク角θまでを
検出領域として設定し、その立下り時間|θ50−θ0|を
検出するようにした例である。
This is because, from the same point of view as in the second embodiment, the heat generation rate in the latter half of the fall region, for example, the heat generation rate of 50% of the maximum value of the heat generation rate, becomes more prominent in the falling direction of the heat generation rate. This is an example in which a range from the crank angle θ 50 indicating the rate to the crank angle θ 0 at which combustion is completed is set as a detection region, and the fall time | θ 50 −θ 0 | is detected.

これによれば、立下り時間|θ50−θ0|演算手段14B
において、熱発生率の最大値とその時のクランク角θ
100とを検出することに加えて、熱発生率の最大値の50
%の熱発生率の値を算出するとともにその時のクランク
角θ50と燃焼完了のクランク角θとを検出して、熱発
生率の最大値を示すクランク角θ100以後の上記立下り
時間|θ50−θ0|を演算する。その他の構成及び作用は
第1実施例と同様である。
According to this, the fall time | θ 50 −θ 0 |
, The maximum value of the heat release rate and the crank angle θ at that time
In addition to detecting 100 , the maximum heat release rate of 50
% And the crank angle θ 50 at that time and the crank angle θ 0 at which combustion is completed are detected, and the fall time after the crank angle θ 100 indicating the maximum value of the heat release rate | θ 50 −θ 0 | is calculated. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

第4実施例 第4図(a),(b)には本発明の第4実施例を示
す。
Fourth Embodiment FIGS. 4 (a) and 4 (b) show a fourth embodiment of the present invention.

これは、第3実施例における熱発生率の立下り方の傾
向をさらに顕著に出すために、燃焼完了付近をカットオ
フして、例えば熱発生率の最大値の50%の熱発生率を示
すクランク角θ50から熱発生率の最大値の10%の熱発生
率を示すクランク角θ10までを検出領域として設定し、
その立下り時間|θ50−θ0|を検出するようにした例で
ある。
This indicates that the vicinity of the completion of combustion is cut off, for example, to show a heat release rate of 50% of the maximum value of the heat release rate in order to make the tendency of the heat release rate falling in the third embodiment more remarkable. From the crank angle θ 50 to the crank angle θ 10 indicating a heat generation rate of 10% of the maximum value of the heat generation rate is set as a detection area,
This is an example in which the fall time | θ 50 −θ 0 | is detected.

これによれば、立下り時間|θ50−θ0|演算手段14C
において、熱発生率の最大値とその時のクランク角θ
100とを検出することに加えて、熱発生率の最大値の50
%の熱発生率の値と10%の熱発生率の値とを算出すると
ともにその時の各クランク角θ5010を検出して、熱
発生率の最大値を示すクランク角θ100以後の上記立下
り時間|θ50−θ10|を演算する。その他の構成及び作
用は第1の実施例と同様である。
According to this, the fall time | θ 50 −θ 0 |
, The maximum value of the heat release rate and the crank angle θ at that time
In addition to detecting 100 , the maximum heat release rate of 50
% Of the heat release rate and the value of the heat release rate of 10% are detected, and the crank angles θ 50 and θ 10 at that time are detected, and the crank angle θ 100 or more indicating the maximum value of the heat release rate is detected. The fall time | θ 50 −θ 10 | is calculated. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

第5実施例 第5図(a),(b),(c)には本発明の第5実施
例を示す。
Fifth Embodiment FIGS. 5A, 5B and 5C show a fifth embodiment of the present invention.

これは、熱発生率の立下り領域における負の最大傾き
量を、熱発生率の変化率(d2Q/dθ)により検出し
て、この検出値を前述したように絶対設定値と比較する
などして判定するようにした例である。なお、本実施例
では上記検出値の判定を熱発生率変化率の正の最大値に
対する比でも行うことができる。
This is because the maximum negative slope in the falling region of the heat release rate is detected by the change rate of the heat release rate (d 2 Q / dθ 2 ), and this detected value is compared with the absolute set value as described above. This is an example in which the determination is made by performing the above operation. In the present embodiment, the determination of the detection value can also be made based on the ratio of the rate of change of heat release rate to the positive maximum value.

具体的には、ECU9内に設けられた熱発生率変化率演算
手段16によって、先ず熱発生率の変化率(d2Q/dθ
を筒内圧の2階微分で近似して求める(第5図(b)参
照)。
Specifically, the rate of change of the heat release rate (d 2 Q / dθ 2 ) is first calculated by the heat release rate change rate calculating means 16 provided in the ECU 9.
Is obtained by approximation by the second derivative of the in-cylinder pressure (see FIG. 5 (b)).

即ち、前述した(4)式より熱発生率の変化率は以下
の通りとなる。
That is, the change rate of the heat generation rate is as follows from the above-described equation (4).

ところで、燃焼行程(上死点〜上死点後50゜)では であるから、上式は次のように近似できる。 By the way, in the combustion stroke (top dead center to 50 ゜ after top dead center) Therefore, the above equation can be approximated as follows.

すなわち、熱発生率は燃焼物理量たる筒内圧の1階微
分値で近似できるのである。したがって、熱発生率自体
ではなく筒内圧の変化率を演算するようにして、リアル
タイム制御に要求される演算制御の迅速性を確保するよ
うにしても良い。
That is, the heat generation rate can be approximated by the first order differential value of the in-cylinder pressure, which is a physical quantity of combustion. Therefore, the change rate of the in-cylinder pressure may be calculated instead of the heat generation rate itself, and the speed of the arithmetic control required for the real-time control may be ensured.

筒内圧の2階微分を求める装置及び手段は第7図に示
す通りである。
The apparatus and means for obtaining the second derivative of the in-cylinder pressure are as shown in FIG.

即ち、十分に短いサンプリング周期を用いて筒内圧セ
ンサ4よりi回時にサンプリングされた筒内圧Piを検出
すると共にクランク角センサ6によりクランク角θを検
出する。次いで、筒内圧1階微分演算手段18がメモリ17
からi回時の1回前のサンプリングの際の筒内圧Pi-1
読み出し、Pi-1とi回時の筒内圧Piの両者から、単位角
度当りの変化率を演算してdPi/dθとする。そして、i
回時の筒内圧Piおよびその変化率dPi/dθをメモリ17に
記憶させる。この後、筒内圧2階微分演算手段19がメモ
リ17から1回前のdPi-1/dθを読み出し、dPi-1/dθとi
回時のdPi/dθの両者から、単位角度当りの変化率を演
算してd2Pi/dθとする。d2Pi/dθはメモリ17に記憶
される。
That is, the in-cylinder pressure Pi sampled at i times by the in-cylinder pressure sensor 4 is detected using a sufficiently short sampling cycle, and the crank angle sensor 6 detects the crank angle θ. Next, the in-cylinder pressure first-order differential calculating means 18
From reading the in-cylinder pressure P i-1 at the time of the previous sampling one time i times, from both the in-cylinder pressure Pi when P i-1 and i once, by calculating the rate of change per unit angle dPi / dθ. And i
The in-cylinder pressure Pi at the time of rotation and the rate of change dPi / dθ are stored in the memory 17. Thereafter, the in-cylinder pressure second-order differential calculating means 19 reads the previous dP i-1 / dθ from the memory 17 and obtains dP i-1 / dθ and i
The rate of change per unit angle is calculated from both dPi / dθ at the time of rotation to obtain d 2 Pi / dθ 2 . d 2 Pi / dθ 2 is stored in the memory 17.

このようにして求めた筒内圧の2階微分値により熱発
生率の変化率を近似すると簡便となるが、前述した
(5)式により厳密に求めるようにしても良い。
It is convenient to approximate the rate of change of the heat release rate by the second order differential value of the in-cylinder pressure obtained in this way, but it may be strictly obtained by the above-mentioned equation (5).

そして、熱発生率の最大値とその時のクランク角θ
100とを検出するとともに燃焼完了のクランク角θ
検出した後、熱発生率の立下り領域内で熱発生率変化率
の最小値を検出する。その他の構成及び作用は第1実施
例と同様である。
Then, the maximum value of the heat release rate and the crank angle θ at that time
After detecting 100 and the crank angle θ 0 at which combustion is completed, the minimum value of the rate of change of the heat generation rate is detected within the fall range of the heat generation rate. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

なお、上記実施例にて、熱発生率変化率演算手段16に
おいて、上述した熱発生率の立下り領域内の熱発生率変
化率のみを演算すれば、演算時間を短縮できて好適であ
る。この場合、熱発生率変化率の最小値を検出領域から
外れている熱発生率変化率の最大値と比較できないこと
は言う迄もない。
In the above embodiment, it is preferable that the heat release rate change rate calculating means 16 calculate only the heat release rate change rate in the fall region of the heat release rate, because the calculation time can be reduced. In this case, it is needless to say that the minimum value of the heat release rate change rate cannot be compared with the maximum value of the heat release rate change rate that is out of the detection area.

第6実施例 第6図(a),(b),(c)には本発明の第6実施
例を示す。
Sixth Embodiment FIGS. 6A, 6B and 6C show a sixth embodiment of the present invention.

これは、第5実施例における変形例をさらに発展させ
たもので、熱発生率変化率の検出領域を熱発生率の立下
り領域の後半に短縮して演算速度を高めた例である。
This is a further development of the modified example of the fifth embodiment, and is an example in which the detection speed of the rate of change of heat release rate is shortened to the latter half of the fall area of the rate of heat release to increase the calculation speed.

これによれば、熱発生率変化率演算手段16Aにおい
て、熱発生率の最大値とその時のクランク角θ100とを
検出することに加えて、熱発生率の最大値の50%(又は
この近傍)の熱発生率の値を算出するとともに、熱発生
率の最大値を示すクランク角θ100以後における熱発生
率の最大値の50%の熱発生率を示すクランク角θ50と燃
焼完了を示すクランク角θとを検出する。次いで、熱
発生率の立下り領域の後半の検出領域内の熱発生率変化
率を演算してその最小値を検出する。その他の構成及び
作用は第1実施例と同様である。
According to this, the heat generation rate change rate arithmetic unit 16A, in addition to detecting the maximum value of the heat generation rate and the crank angle theta 100 at that time, 50% of the maximum value of the heat generation rate (or the vicinity ) Is calculated, and the crank angle θ 50 indicating the heat generation rate of 50% of the maximum value of the heat generation rate after the crank angle θ 100 indicating the maximum value of the heat generation rate, and indicating the completion of combustion. The crank angle θ 0 is detected. Next, the rate of change of the heat release rate in the latter half of the fall area of the heat release rate is calculated to detect the minimum value. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

尚、これまで時間を|θ−θb|の期間として論じて
きたが絶対時間(ms,etc)を用いて判定してもよい。い
ずれの場合も判定値は回転数等条件ごとに変えることが
望ましい。
Note that this until the time | θ ab | have been discussed as the period of the absolute time (ms, etc) may be determined using a. In either case, it is desirable that the determination value be changed for each condition such as the number of rotations.

<発明の効果> 以上説明したように、本発明の火花点火内燃機関のノ
ッキング防止装置によれば、筒内圧に基づいて演算され
る熱発生率を用いて燃焼状態を判定してノッキングを防
止するようにしたので、従来例に見られたような機関の
燃焼を機械的な振動に置き換える作業やノイズの侵入な
どがなく、迅速かつ正確にノッキングが防止できる。特
に、本発明によれば、ノッキング寸前の燃焼状態にある
か否かを判別することができるため、ノッキング回避手
段との組合せにより、ノッキングの発生を未然に回避す
ることができる。また、実施例では気筒毎に筒内圧セン
サを設けたため、制御の精度が向上した。
<Effect of the Invention> As described above, according to the knocking prevention apparatus for a spark ignition internal combustion engine of the present invention, knocking is prevented by determining a combustion state using a heat release rate calculated based on in-cylinder pressure. As a result, there is no need to replace the combustion of the engine with mechanical vibration or intrude noise as in the conventional example, and it is possible to prevent knocking quickly and accurately. In particular, according to the present invention, it is possible to determine whether or not a combustion state is occurring immediately before knocking, so that the occurrence of knocking can be avoided beforehand by combination with the knocking avoiding means. In the embodiment, since the in-cylinder pressure sensor is provided for each cylinder, control accuracy is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明による火花点火内燃機関のノッキング制
御装置の第1の実施例に係り、同図(a)はクランク角
と熱発生率との関係を示すグラフ、同図(b)はブロッ
ク図、同図(c)はフローチャートである。第2図,第
3図,第4図はそれぞれ本発明の第2,第3,第4の実施例
に係り、それぞれ各図(a)はクランク角と熱発生率と
の関係を示すグラフ、それぞれ各図(b)はブロック図
である。さらに、第5図,第6図は本発明の第5,第6の
実施例にかかり、それぞれ各図(a)はクランク角と熱
発生率との関係を示すグラフ、それぞれ各図(b)はク
ランク角と熱発生率の変化率との関係を示すグラフ、そ
れぞれ各図(c)はブロック図である。第7図(a)は
筒内圧の2階微分値を得るためのブロック図、同図
(b)はその手順を示すフローチャートである。そし
て、第8図は上記実施例における制御システムのハード
ウエアを示す簡略図である。 図中、 1はエンジン、 4は筒内圧センサ、 6はクランク角センサ、 9はECU、 10はチャージアンプ、 11はマルチプレクサ、 12はローパスフィルタ、 13は熱発生率演算手段、 14は立下がり時間演算手段、 15は判別手段、 16は熱発生率変化率演算手段、 17はメモリ、 18は筒内圧1階微分演算手段、 19は筒内圧2階微分演算手段である。
FIG. 1 relates to a first embodiment of a knocking control device for a spark ignition internal combustion engine according to the present invention. FIG. 1 (a) is a graph showing a relationship between a crank angle and a heat generation rate, and FIG. 1 (b) is a block diagram. FIG. 3C is a flowchart. FIGS. 2, 3, and 4 relate to second, third, and fourth embodiments of the present invention, respectively. FIG. 2 (a) is a graph showing the relationship between the crank angle and the heat release rate. Each figure (b) is a block diagram. 5 and 6 relate to the fifth and sixth embodiments of the present invention. FIG. 5 (a) is a graph showing the relationship between the crank angle and the heat release rate, and FIG. Is a graph showing the relationship between the crank angle and the rate of change of the heat release rate, and each figure (c) is a block diagram. FIG. 7A is a block diagram for obtaining the second order differential value of the in-cylinder pressure, and FIG. 7B is a flowchart showing the procedure. FIG. 8 is a simplified diagram showing the hardware of the control system in the above embodiment. In the figure, 1 is an engine, 4 is an in-cylinder pressure sensor, 6 is a crank angle sensor, 9 is an ECU, 10 is a charge amplifier, 11 is a multiplexer, 12 is a low-pass filter, 13 is a heat generation rate calculation means, and 14 is a fall time. Computing means, 15 means for discriminating means, 16 means for calculating the rate of change in heat release rate, 17 means a memory, 18 means first-order differential calculating means for in-cylinder pressure, and 19 means second-order differential calculating means for in-cylinder pressure.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安東 弘光 東京都港区芝5丁目33番8号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 三林 大介 東京都港区芝5丁目33番8号 三菱自動 車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−54965(JP,A) 特開 昭62−150056(JP,A) 特開 昭55−148937(JP,A) 特開 昭59−136543(JP,A) 特開 昭63−239339(JP,A) 実開 昭63−182278(JP,U) 実開 平1−66451(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02D 45/00 F02P 5/15──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Hiromitsu Ando 5-33-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo Inside Mitsubishi Motors Corporation (72) Daisuke Mibayashi 5-33-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo No. Mitsubishi Motors Corporation (56) References JP-A-56-54965 (JP, A) JP-A-62-150056 (JP, A) JP-A-55-148937 (JP, A) JP-A-5959 JP-A-136543 (JP, A) JP-A-63-239339 (JP, A) JP-A-63-182278 (JP, U) JP-A-1-66451 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. . 6 , DB name) F02D 45/00 F02P 5/15

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】火花点火内燃機関の燃焼室内の燃焼にとも
なって変化する筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、 この筒内圧検出手段からの検出信号に基づいて熱発生率
の変化状況を演算する演算手段と、 当該火花点火内燃機関における熱発生率の変化状況を記
憶した記憶手段と、 この記憶手段に記憶された熱発生率の変化状況と前記演
算手段によって求められた熱発生率の変化状況とを比較
することにより当該火花点火内燃機関の燃焼状態を判定
し、ノッキング状態を回避すべく、燃焼制御を行う燃焼
制御手段と、 を具えたことを特徴とする火花点火内燃機関のノッキン
グ制御装置。
An in-cylinder pressure detecting means for detecting an in-cylinder pressure that changes with combustion in a combustion chamber of a spark ignition internal combustion engine, and a change in heat generation rate is calculated based on a detection signal from the in-cylinder pressure detecting means. Calculating means for storing the change in the heat release rate in the spark ignition internal combustion engine; and the change in the heat release rate stored in the storage means and the change in the heat release rate obtained by the calculation means. Combustion control means for determining the combustion state of the spark ignition internal combustion engine by comparing the state with the situation and performing a combustion control in order to avoid the knocking state; and knocking control of the spark ignition internal combustion engine. apparatus.
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