JP2826595B2 - Combustion determination method for spark ignition internal combustion engine - Google Patents

Combustion determination method for spark ignition internal combustion engine

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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、火花点火内燃機関における燃焼の直接の現
象を検出して、迅速かつ正確に燃焼状態の良否を判定し
得る燃焼判定方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combustion determination method capable of detecting a direct phenomenon of combustion in a spark ignition internal combustion engine to quickly and accurately determine the quality of a combustion state.

<従来の技術> 火花点火内燃機関における通常の燃焼は、点火プラグ
から与えられる火花で混合気の一部が着火され、その火
炎が混合気内を伝播することにより進行するが、ノッキ
ングは未燃焼部分の混合気の一部又は全部が圧縮による
温度上昇のため、火炎の伝播を待たずに自己着火して一
時に燃焼することにより起こる。この急激な燃焼に伴う
燃焼室内の圧力の急上昇と圧力波の伝播により、機関各
部の機械的な振動や点火プラグ,ピストン等の過熱を生
じるため、ノッキングは火花点火内燃機関にとって最も
有害な現象の一つであると云うことができる。
<Prior Art> In a normal combustion in a spark ignition internal combustion engine, a part of an air-fuel mixture is ignited by a spark given from a spark plug, and the flame propagates in the air-fuel mixture. Because part or all of the air-fuel mixture in the part is heated by compression, it occurs by self-ignition and burning at a time without waiting for propagation of the flame. Knocking is one of the most harmful phenomena for spark-ignited internal combustion engines, because the sudden rise in pressure in the combustion chamber and the propagation of pressure waves due to this rapid combustion cause mechanical vibrations of each part of the engine and overheating of spark plugs and pistons. It can be said that it is one.

しかし、この火花点火内燃機関(以下、単に機関と略
称する)から最大トルクを引き出す点火時期は、周知の
ようにノッキングが発生する条件の近傍にあることか
ら、機関から最大トルクを引き出そうとすればするほど
ノッキングを生じる確率が高くなる傾向を有する。
However, since the ignition timing at which the maximum torque is extracted from this spark ignition internal combustion engine (hereinafter simply referred to as the engine) is close to the condition where knocking occurs as is well known, if the maximum torque is to be extracted from the engine, The knocking tends to be more likely to occur.

そこで、従来では機関本体に筒内圧センサや加速度セ
ンサを取り付けノッキングの発生に伴って生じる筒内圧
の振動や機関本体に発生する加速度を検出し、これによ
り、運転状態の良否や点火時期の妥当性等を判定した
り、運転中の点火時期の補正を行って機関から最大トル
クを引き出しつつノッキングの発生を抑えるようにして
いる。
Therefore, conventionally, an in-cylinder pressure sensor or an acceleration sensor is attached to the engine body to detect the vibration of the in-cylinder pressure caused by knocking or the acceleration generated in the engine body, thereby detecting whether the operating condition is good or not and the validity of the ignition timing. Or the like, or the ignition timing during operation is corrected to reduce the occurrence of knocking while extracting the maximum torque from the engine.

<発明が解決しようとする課題> ところが、ノッキングの発生に伴って生じる筒内圧の
振動や機関本体に発生する加速度を筒内圧センサや加速
度センサにて検出する従来の方法では、実際に機関がノ
ッキングを発生しない限り検出ができないため、ノッキ
ング寸前の状態を検出してノッキングを未然に防止した
りノッキングに対する余裕を判定することが根本的に不
可能であった。また、上記筒内圧センサが機械的な振動
に感応して誤検出を起こし易い等の不具合もあった。
<Problems to be Solved by the Invention> However, in the conventional method of detecting the vibration of the in-cylinder pressure caused by the occurrence of knocking and the acceleration generated in the engine body by the in-cylinder pressure sensor or the acceleration sensor, the engine is actually knocked. Therefore, it is basically impossible to detect a state immediately before knocking to prevent knocking or determine a margin for knocking. In addition, there has been a problem that the in-cylinder pressure sensor is susceptible to erroneous detection in response to mechanical vibration.

<課題を解決するための手段> 本発明者らは火花点火内燃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得る方法について研
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。即ち、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、熱発生率の変化が第
1図中、破線で示す通常の燃焼の場合よりも一点鎖線で
示すノッキング発生条件近傍では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 that can reliably prevent knocking while extracting the maximum torque from a spark ignition internal combustion engine, and have conducted various experiments. An unusual phenomenon was discovered. That is, in the vicinity of the knocking occurrence condition, the combustion speed is increased even though knocking does not occur, and the change in the heat generation rate is indicated by the one-dot chain line in FIG. It becomes sharp near the condition.
The cause is considered as follows.

まず、通常の燃焼の化学反応は、第1段階の過酸化物
反応、第2段階の冷炎反応(又はホルムアルデヒド反
応)、第3段階の熱炎反応の各段階を経て行われる。こ
の段階の中で爆発的反応を起すのは第3段階であり、第
1,第2段階は燃料中の炭化水素がホルムアルデヒドやO
H,HO2等の高エネルギの遊離基に分解される前駆反応で
ある。
First, the chemical reaction of normal combustion is performed through a first stage peroxide reaction, a second stage cool flame reaction (or formaldehyde reaction), and a third stage hot flame reaction. It is the third stage that causes an explosive reaction during this stage.
1, The second stage is when the hydrocarbons in the fuel contain formaldehyde or O
H, is a precursor reaction be decomposed into free radicals of the high energy, such as HO 2.

ここで、ノッキング発生条件近傍においては自己着火
寸前の圧力及び温度になっている燃焼室内の未燃領域で
第1,第2段階の前駆反応が進行しており、高エネルギの
遊離基が多く、通常よりも化学的に活性化された状態に
なっていると考えられる。このため、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第3段階
の熱炎反応が起こり、火炎速度ひいては熱発生率が高く
なると考えられるのである。
Here, in the vicinity of the knocking occurrence condition, the first and second stage precursor reactions are proceeding in the unburned region in the combustion chamber where the pressure and temperature are on the verge of self-ignition, and there are many free radicals of high energy, It is considered that the state is more chemically activated than usual. For this reason, when the flame surface reaches there, it is considered that the third-stage flame reaction immediately occurs without delay required for the precursor reaction, and the flame speed and, consequently, the heat generation rate increase.

そこで、Gを燃焼ガス量,Aを仕事の熱当量,Pを燃焼室
内圧,dVを燃焼質容積変化量とした時、熱発生量dQは dQ=G・du+A・P・dV …(1) となる。(1)式中でduは内部エネルギ増分であり、Cv
を定容比熱,dTを温度変化量,Rを気体定数,kを比熱の比
とした時、 である。(2)式及び気体の状態方程式 P・V=G・R・T を(1)式に代入して となる。θをクランク角位相とすると、熱発生率 は(3)式より となる。ここで、圧縮上死点(θ=0゜)から圧縮上死
点後50゜(θ=50゜)までのクランク角位相である燃焼
行程では、 であるから、(4)式は と近似できる。つまり、上記クランク角位相間の燃焼行
程においては、熱発生率は燃焼室内圧の1階微分で近似
できることが判る。
Then, when G is the amount of combustion gas, A is the heat equivalent of work, P is the pressure in the combustion chamber, and dV is the amount of change in the volume of the combustion substance, the heat generation amount dQ is dQ = G · du + A · P · dV (1) Becomes In the equation (1), du is the internal energy increment, and Cv
Is constant heat, dT is temperature change, R is gas constant, and k is specific heat ratio. It is. Substituting equation (2) and equation of state of gas PV = GRT into equation (1) Becomes When θ is the crank angle phase, the heat release rate Is from equation (3) Becomes Here, in the combustion stroke, which is a crank angle phase from compression top dead center (θ = 0 °) to 50 ° (θ = 50 °) after compression top dead center, Therefore, equation (4) is Can be approximated. That is, in the combustion stroke between the crank angle phases, it is understood that the heat release rate can be approximated by the first derivative of the pressure in the combustion chamber.

そこで本発明は、上記知見に基づき完成されたもの
で、その目的とするところは、ノッキング寸前の状態を
検出してノッキングを未然に防止したり、ベンチテスト
等において燃焼状態を迅速かつ成果に判定することがで
きる燃焼判定方法を提供するにある。
Therefore, the present invention has been completed based on the above-mentioned findings, and its purpose is to detect a state immediately before knocking to prevent knocking beforehand, and to quickly and effectively determine a combustion state in a bench test or the like. It is an object of the present invention to provide a method for determining combustion.

上記目的を達成するために、本発明による火花点火内
燃機関の燃焼判定方法は、火花点火内燃機関の筒内圧を
検出し、上記筒内圧から筒内圧変化率を演算したのち、
上記筒内圧変化率の立下り領域における前記筒内圧変化
率の変化状況に応じて燃焼状態の良否を判定するように
したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for determining combustion of a spark ignition internal combustion engine according to the present invention detects the in-cylinder pressure of a spark ignition internal combustion engine, and calculates the in-cylinder pressure change rate from the in-cylinder pressure.
A good or bad combustion state is determined according to a change state of the in-cylinder pressure change rate in a fall region of the in-cylinder pressure change rate.

<作用> ノッキング等の異状燃焼が発生しそうになると、正常
燃焼時と比べて、熱発生率の立下り方に大きな変化が見
られる。
<Operation> When abnormal combustion such as knocking is likely to occur, a large change is seen in the falling direction of the heat generation rate as compared with the normal combustion.

これは、例えばノッキングを起し易い状態では前駆反
応により燃焼後半の熱発生率が高くなり、その結果とし
て燃焼末期の残存未燃分が減少して燃焼期間が短くなる
という現象に起因する。
This is because, for example, in a state where knocking is likely to occur, the heat generation rate in the latter half of combustion increases due to the precursor reaction, and as a result, the remaining unburned portion at the end of combustion decreases and the combustion period becomes shorter.

従って、上述した熱発生率と比例関係にある筒内圧変
化率の立下り領域の状況を立下り時間の傾き量で検出し
て判別すれば、燃焼状態の判定が可能となる。
Therefore, if the state of the falling region of the in-cylinder pressure change rate, which is proportional to the above-mentioned heat generation rate, is detected and determined based on the slope amount of the falling time, the combustion state can be determined.

<実 施 例> 以下添付図面に基づいて、本発明による火花点火内燃
機関の燃焼判定方法の実施例を説明する。
<Embodiment> An embodiment of a combustion determination method for a spark ignition internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明の第1の実施例を示す。即ち、第1図
(a)に火花点火内燃機関の熱発生率(dQ/dθ)とクラ
ンク角θとの関係について示す。同図に破線で示した、
充分ノッキングしない状態の時における熱発生率に比
べ、同図に一点鎖線で示した、ノッキングしていないノ
ッキング寸前の状態の時又は同図に実線で示した、ノッ
キングしている状態の時における熱発生率は、その立下
り方においてそれぞれ大きく変化している。従って、こ
の熱発生率の最大値から燃焼完了までの熱発生率の立下
り領域において熱発生率の変化する割合いをある基準に
よって判別すれば、例えばノッキングしていないノッキ
ング寸前の状態の時であるかどうかを判別することがで
き、点火時期や空燃比設定、過給圧等の運転条件セッテ
ィングの妥当性を判定することができる。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. That is, FIG. 1A shows the relationship between the heat release rate (dQ / dθ) of the spark ignition internal combustion engine and the crank angle θ. As shown by a broken line in FIG.
Compared to the heat generation rate in the state where knocking is not sufficiently performed, the heat generated in the state immediately before knocking that is not knocked as shown by the dashed line in FIG. The occurrence rate greatly changes in the falling direction. Therefore, if the rate of change of the heat release rate in the fall region of the heat release rate from the maximum value of the heat release rate to the completion of combustion is determined according to a certain criterion, for example, in the state immediately before knocking without knocking It is possible to determine whether or not there is, and it is possible to determine the appropriateness of setting of operating conditions such as ignition timing, air-fuel ratio setting, and supercharging pressure.

そこで、本実施例は熱発生率の立下り領域即ち、熱発
生率の最大値から燃焼完了までのクランク角度を検出領
域における立下り時間|θ100−θ0|として検出して、
この検出値を例えば絶対設定値(これは内燃機関の種類
によって異なる)と比較することで判定するようにし
た。
Therefore, in the present embodiment, the fall region of the heat release rate, that is, the crank angle from the maximum value of the heat release rate to the completion of combustion is detected as the fall time | θ 100 −θ 0 |
The determination is made by comparing this detected value with, for example, an absolute set value (this differs depending on the type of the internal combustion engine).

即ち、本実施例は第1図(b)に示す装置及び手段や
第1図(c)に示すフローチャートに従って実施され
る。
That is, the present embodiment is carried out according to the apparatus and means shown in FIG. 1 (b) and the flowchart shown in FIG. 1 (c).

先ず、クランク角検出手段1よりクランク角θが検出
され、筒内圧検出手段2により筒内圧Pが検出される。
First, the crank angle θ is detected by the crank angle detecting means 1, and the in-cylinder pressure P is detected by the in-cylinder pressure detecting means 2.

次に、熱発生率演算手段3は、前述した(4)式を用
いて熱発生率を演算する。
Next, the heat release rate calculation means 3 calculates the heat release rate using the above-described equation (4).

なお、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ッ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。上記フィルタとしては、オンボード
のノッキング制御等で実時間性が要求される場合は、フ
ーリェ級数形フィルタが、また、ベンチテストの測定機
器等で実時間性が重要でない場合は、直接FFT法を用い
たフィルタかスプライン関数法を用いたフィルタが有効
である。
When calculating the heat release rate, it is desirable that high frequency vibration components due to knocking or the like be cut by a filter. In other words, the high-frequency vibration component is always superimposed on the acupressure diagram, and by cutting this vibration component,
The change state of the heat release rate is simplified as shown in FIG. As the above filter, a Fourier series filter is used when real-time performance is required for on-board knocking control, etc., and when real-time performance is not important for bench test measurement equipment, a direct FFT method is used. The filter used or the filter using the spline function method is effective.

引き続き、第1図(b),(c)に示すように、立下
り時間演算手段4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 FIGS. 1 (b) and 1 (c), the fall time calculating means 4 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. And the fall time | θ 100 −θ 0 |

なお、この際、本発明方法がベンチテストの測定機器
等において実施される場合には、ノッキングによって発
生する大きなピークはカットすることが望ましい。これ
は、ノッキング発生時の熱発生率の変化状態から単純に
ピークを採るとノッキングによるピークが最大値となる
ことが多く、本発明方法で検出したい最大値は正常燃焼
時のピークであることに因る。上記カット法としては、
正常燃焼時の熱発生率の波形パターンを記憶してこれか
ら大きくはずれる部分はカットする、パターンマッチン
グ法や、ノッキングによるピークは正常燃焼時に発生す
るピークの後に必ず発生することから、燃焼の1サイク
ル中に二つ発生するピークのうち後から発生するピーク
を無視する方法が有効である。但し、ノッキングによる
ピークを熱発生率の最大値と誤判定しても、立下り時間
や傾き量等で判定する結果はノッキングを起こしやすい
状況の判定になるので、特にノッキングによるピークを
判別しなくても良い。
At this time, when the method of the present invention is performed in a bench test measuring instrument or the like, it is desirable to cut a large peak generated by knocking. This means that if a peak is simply taken from the change in the heat release rate when knocking occurs, the peak due to knocking often becomes the maximum value, and the maximum value to be detected by the method of the present invention is the peak during normal combustion. It depends. As the above cutting method,
The waveform pattern of the heat generation rate during normal combustion is memorized, and the part that deviates greatly from this is cut. The peak due to knocking always occurs after the peak that occurs during normal combustion, so during one cycle of combustion It is effective to disregard the peak that occurs later among the two peaks that occur. However, even if the peak due to knocking is erroneously determined to be the maximum value of the heat release rate, the result of determination based on the fall time, the amount of inclination, and the like is a determination of a situation in which knocking is likely to occur. May be.

このようにして、算出された立下り時間|θ100−θ0
|を判別手段5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、オンボードのノッキ
ング制御の場合は各種燃焼制御手段へ、またベンチテス
トの測定機器の場合は表示手段や記録手段へそれぞれ出
力する。例えばオンボードのノッキング制御の場合、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
装置の電子制御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、過給機のウエストゲートバルブが使用される場
合にはこれを開いて過給圧を逃がすようにすれば良い。
The fall time | θ 100 −θ 0 thus calculated
| Is compared with, for example, an absolute set value to determine whether or not abnormal combustion occurs. The determination signal is sent to various combustion control means in the case of on-board knocking control, and in the case of a bench test measuring instrument. Output to display means and recording means, respectively. For example, in the case of on-board knocking control, when the calculated fall time | θ 100 −θ 0 | is larger than the absolute set value and knocking is not likely to occur, the ignition timing is gradually advanced to increase the maximum torque. On the other hand, when the knocking occurs or the 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. Also, EGR
When the electronic control EGR valve of the device is used, the average valve opening time (duty ratio) is increased to increase the amount of EGR,
Further, when a wastegate valve of the supercharger is used, 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.

次に、第2図(a),(b)は本発明の第2の実施例
を示す。
Next, FIGS. 2A and 2B 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4A
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の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図(a),(b)は本発明の第3の実施例を示
す。
FIGS. 3A and 3B show a third embodiment of the present invention.

これは、第2の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, in order to make the tendency of the heat release rate fall more remarkably, the heat in the latter half of the fall region, for example, 50% of the maximum value of the heat release rate, is set. The range from the crank angle θ 50 indicating the occurrence 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 |
This is an example in which is detected.

これによれば、立下り時間|θ50−θ0|演算手段4B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%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θ
50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
の実施例と同様である。
According to this, the fall time | θ 50 −θ 0 | in the calculation means 4B, the maximum value of the heat release rate and the crank angle θ 100 at that time are calculated.
In addition to calculating the heat release rate 50% of the maximum value of the heat release rate and calculating the crank angle θ at that time.
Then, the fall time | θ 50 −θ 0 | after the crank angle θ 100 indicating the maximum value of the heat release rate is calculated by detecting 50 and the crank angle θ 0 at the completion of combustion. Other configurations and actions are the first
This is the same as the embodiment.

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

これは、第3の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−θ10|を検出するようにし
た例である。
This is because, in order to make the tendency of the heat release rate falling in the third embodiment more prominent, the vicinity of the completion of combustion is cut off, and for example, the heat release rate of 50% of the maximum value of the heat release rate is reduced. The range from the crank angle θ 50 shown to the crank angle θ 10 showing the heat release rate of 10% of the maximum value of the heat release rate is set as the detection area, and the fall time | θ 50 −θ 10 | is detected. It is an example.

これによれば、立下り時間|θ50−θ10|演算手段4C
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
り時期|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 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 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.

なお、上記各実施例では、熱発生率の立下り領域内で
予め設定された熱発生率の第1の値からこの第1の値よ
り小さい第2の値への移行に要した時間に応じて燃焼状
態の良否を判定するようにしたが、前述した(5)式か
らも明らかなように、熱発生率と比例関係にある筒内圧
変化率を演算してこの筒内圧変化率の立下り領域内で予
め設定された筒内圧変化率の第1の値からこの第1の値
より小さい第2の値への移行に要した時間に応じて燃焼
状態の良否を判定しても良い。これによれば、演算の速
度アップ等制御の簡便化が図れるので、実時間性が要求
されるオンボードのノッキング制御等には好適となる。
また、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。
In each of the above embodiments, the time required for the transition from the first value of the heat release rate set in advance to the second value smaller than the first value in the fall region of the heat release rate depends on the time. As described above, the in-cylinder pressure change rate proportional to the heat release rate is calculated to determine the fall of the in-cylinder pressure change rate. The good or bad of the combustion state may be determined according to the time required for the transition from the first value of the in-cylinder pressure change rate set in advance to the second value smaller than the first value in the region. According to this, control such as speed-up of calculation can be simplified, which is suitable for on-board knocking control or the like that requires real-time performance.
Moreover, so far 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.

第5図(a),(b),(c)は本発明の第5の実施
例を示す。
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、熱発生率変化率演算手段6において、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 heat release rate change rate calculating means 6 first obtains the change rate (d 2 Q / dθ 2 ) of the heat release rate by approximating it 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).

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、熱発生率の変化率は筒内圧の2階微分で近似
できる。
That is, the rate of change of the heat release rate can be approximated by the second derivative of the in-cylinder pressure.

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検
出手段2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検出手段1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8がメモ
リ7からi回時の1回前のサンプリングの際の筒内圧P
i-1を読み出し、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及びその変化率dPi/dθをメモリ
7に記憶させる。この後、筒内圧2階微分演算手段9が
メモリ7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7に記
憶される。
That is, the in-cylinder pressure Pi sampled at i times by the in-cylinder pressure detecting means 2 is detected using a sufficiently short sampling cycle, and the crank angle θ is detected by the crank angle detecting means 1.
Is detected. Next, the in-cylinder pressure first-order differential calculating means 8 reads from the memory 7 the in-cylinder pressure P at the time of the previous sampling at the time of i times.
i-1 is read out, and the rate of change per unit angle is calculated from both Pi -1 and the in-cylinder pressure Pi at the time of i times to obtain dPi / dθ. Then, the in-cylinder pressure Pi and its change rate dPi / dθ at the time of i times are stored in the memory 7. Thereafter, the in-cylinder pressure second-order differential calculating means 9 reads the previous dP i-1 / dθ from the memory 7 and obtains dP i-1 / dθ.
Then, the rate of change per unit angle is calculated from both dPi / dθ at the time i and dPi / dθ to obtain d 2 Pi / dθ 2 . d 2 Pi / dθ 2 is stored in the memory 7.

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
(6)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 with 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 (6).

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の実
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6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 6 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図(a),(b),(c)は本発明の第6の実施
例を示す。
FIGS. 6 (a), (b) and (c) show a sixth embodiment of the present invention.

これは、第5の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 an example in which the modification of the fifth embodiment is further developed, and the calculation speed is increased by shortening the detection area of the heat release rate change rate to the latter half of the fall area of the heat release rate.

これによれば、熱発生率変化率演算手段6A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の実施例と同様である。
According to this, in the heat release rate change rate calculating means 6A,
In addition to detecting the maximum value of the heat release rate and the crank angle θ 100 at that time, a value of the heat release rate of 50% (or near) of the maximum value of the heat release rate is calculated, and the heat release rate is calculated. Are detected, 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 and the crank angle θ 0 indicating the completion of combustion. 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.

なお、この実施例においても、制御目的や熱発生率変
化率演算手段6Aの能力に応じて、前述した(6)式によ
り厳密に熱発生率の変化率(立下りの傾き量)を求めて
も良いし、前述した(7)式から明らかなように、熱発
生率の変化率を筒内圧の2階微分値(換言すれば、筒内
圧変化率の立下りの傾き量)で置き換えても良いことは
言う迄もない。
Also in this embodiment, the change rate of the heat generation rate (the amount of falling slope) is strictly obtained by the above-described equation (6) in accordance with the control purpose and the capability of the heat generation rate change rate calculating means 6A. Alternatively, as is apparent from the above-described equation (7), the rate of change of the heat release rate may be replaced by the second-order differential value of the in-cylinder pressure (in other words, the slope of the falling rate of the in-cylinder pressure change rate). Needless to say good things.

<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燃
焼判定方法によれば、熱発生率と比例関係にある筒内圧
変化率の立下り領域における立下り時間や傾き量等燃焼
の直接の現象を検出して燃焼状態を判定するようにした
ので、従来例に見られたような機関の燃焼を気柱振動に
置き換える作業やメカニカルノイズの侵入等がなく、迅
速かつ正確に燃焼状態を判定することができる。特に、
本発明によれば、ノッキングしていないノッキング寸前
の燃焼状態にあるか否かを判別することができ、依って
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。
<Effects of the Invention> As described above, according to the combustion determination method for a spark ignition internal combustion engine of the present invention, the fall time, the slope amount, and the like in the fall region of the in-cylinder pressure change rate proportional to the heat release rate Since the combustion state is determined by detecting the direct phenomenon of combustion, there is no work to replace the combustion of the engine with air column vibration or the intrusion of mechanical noise as seen in the conventional example, and it is quick and accurate. The combustion state can be determined. Especially,
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can be determined whether it is in the combustion state just before the knocking which is not knocking, and the occurrence of knocking can be prevented beforehand by combination with the knocking avoiding means.

【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燃焼判定方法
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。 また、図中符号1はクランク角検出手段、2は筒内圧検
出手段、3は熱発生率演算手段、4,4A,4B,4Cは立下り時
間演算手段、5は判別手段、6,6Aは熱発生率変化率演算
手段、7はメモリ、8は筒内圧1階微分演算手段、9は
筒内圧2階微分演算手段である。
FIG. 1 relates to a first embodiment of a method for judging combustion of 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. Figure,
FIG. 3C is a flowchart. FIG. 2, FIG. 3,
FIG. 4 relates to the second, third, and fourth embodiments of the present invention. FIG. 4 (a) is a graph showing the relationship between the crank angle and the heat release rate, and FIG. 4 (b) is a block diagram. FIG. 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. In the figure, reference numeral 1 denotes crank angle detecting means, 2 denotes in-cylinder pressure detecting means, 3 denotes heat generation rate calculating means, 4, 4A, 4B, and 4C denote fall time calculating means, 5 denotes discriminating means, and 6, 6A denotes Heat generation rate change rate calculation means, 7 is a memory, 8 is in-cylinder pressure first-order differentiation calculation means, and 9 is in-cylinder pressure second-order differentiation calculation means.

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 (72)発明者 吉田 正人 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 白石 一洋 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54−112(JP,A) 特開 昭55−148937(JP,A) 特開 昭59−136543(JP,A) 特開 昭59−136544(JP,A) 特開 昭61−250366(JP,A) 特開 昭62−248824(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02D 45/00Continuation of the front page (72) Inventor Hiromitsu Ando 5-33-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo Inside Mitsubishi Motors Corporation (72) Inventor Daisuke Mibayashi 5-33-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo Mitsubishi (72) Inventor Masato Yoshida 5-33-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo Mitsubishi Motors Corporation (72) Inventor Kazuhiro Shiraishi 5-33-8 Shiba, Minato-ku, Tokyo Mitsubishi (56) References JP-A-54-112 (JP, A) JP-A-55-148937 (JP, A) JP-A-59-136543 (JP, A) JP-A-59-136544 (JP, A) JP-A-61-250366 (JP, A) JP-A-62-248824 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) F02D 45/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】火花点火内燃機関の筒内圧を検出し、上記
筒内圧から筒内圧変化率を演算したのち、上記筒内圧変
化率の立下り領域における前記筒内圧変化率の変化状況
に応じて燃焼状態の良否を判定するようにしたことを特
徴とする火花点火内燃機関の燃焼判定方法。
An in-cylinder pressure of a spark ignition internal combustion engine is detected, and a rate of change of the in-cylinder pressure is calculated from the in-cylinder pressure. A method for determining combustion in a spark ignition internal combustion engine, the method comprising determining whether a combustion state is good or bad.
【請求項2】火花点火内燃機関の筒内圧を検出し、上記
筒内圧から筒内圧変化率を演算したのち、上記筒内圧変
化率の立下り領域内で予め設定された筒内圧変化率の第
1の値から上記第1の値より小さい第2の値への移行に
要した時間に応じて燃焼状態の良否を判定するようにし
たことを特徴とする火花点火内燃機関の燃焼判定方法。
2. An in-cylinder pressure of a spark ignition internal combustion engine is detected, and a rate of change of the in-cylinder pressure is calculated from the in-cylinder pressure. A combustion determination method for a spark ignition internal combustion engine, wherein a determination is made as to whether a combustion state is good or bad according to a time required for a transition from a value of 1 to a second value smaller than the first value.
【請求項3】火花点火内燃機関の筒内圧を検出し、上記
筒内圧から筒内圧変化率を演算したのち、上記筒内圧変
化率の立下りの傾き量に応じて燃焼状態の良否を判定す
るようにしたことを特徴とする火花点火内燃機関の燃焼
判定方法。
3. The in-cylinder pressure of the spark ignition internal combustion engine is detected, the rate of change of the in-cylinder pressure is calculated from the in-cylinder pressure, and the quality of the combustion state is determined according to the slope of the fall of the in-cylinder pressure change rate. A combustion determination method for a spark ignition internal combustion engine, characterized in that:
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