JP3617058B2 - COMBUSTION STATE EVALUATION METHOD, COMBUSTION STATE EVALUATION DEVICE, AND COMBUSTION STATE CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関(エンジン)のリーン燃焼限界等を含む燃焼状態を評価する方法および当該方法を実施するための装置並びにかかる燃焼状態評価手法を利用した内燃機関の燃焼状態制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、エンジンへ供給される混合気の空燃比をリーン化(希薄化)して、希薄燃焼させると、このリーン燃焼領域でのNOx発生量は、図11に示すように、上記のリーン化によって大幅に低下することが知られている。従って、NOx低減という観点からは、設定空燃比を更にリーン限界側にしてエンジンを運転することが効果的である。
【0003】
そこで、上記のように空燃比をよりリーン化して希薄燃焼させるリーンバーンエンジンが、燃費向上とNOx低減の両立を狙って種々提案されている。
また、このようなリーンバーンエンジンでは、一般的にリニア空燃比センサ(LAFS)を用いて、空燃比フィードバック制御を行なっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のリーンバーンエンジンでは、エンジンやセンサのバラツキあるいは環境要因などを考慮して、目標空燃比を、リーン限界よりも空燃比で1〜2程度リッチ側に設定しており、これにより燃費低減とNOx低減という観点からは更に改善の余地がある。
【0005】
ところで、リーン限界を知る手法としては、エンジンの出力トルク変動や気筒の失火状態を検出すればよいが、例えば前者の例としては、異なった5点のクランク角度に対応する筒内圧力(燃焼室内圧力)を検出し、これらの筒内圧力からエンジンの出力トルク変動を求めるもの(特開平2−67446号公報参照)があり、又後者の例としては、圧縮行程中の2点の筒内圧力から圧力センサのオフセット成分を求め、このオフセット成分と爆発行程中の筒内圧力とから爆発行程圧力情報を求め、この爆発行程圧力情報が所定値以下の場合に、気筒が失火状態になったと判定するもの(特開平4−104033号公報参照)がある。
【0006】
しかし、前者の例(特開平2−67446号公報参照)では、多く(5点)の筒内圧力を検出しなければならないほか、検出された筒内圧力についてのゼロ点較正用の演算が必要になるという課題がある。
また、後者の例(特開平4−104033号公報参照)では、少ない筒内圧力を検出するだけで済むものの、検出された筒内圧力についてのゼロ点較正用の演算や検出筒内圧力のゲイン管理が必要になるという課題がある。
【0007】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、少ない検出筒内圧力情報を用いて定義される燃焼指標を創設して、この燃焼指標を用いて、内燃機関の燃焼状態を簡便に評価できるようにした、内燃機関の燃焼状態評価方法および装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の燃焼状態評価手法を利用して、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御することより、内燃機関の燃焼状態を制御できるようにした、内燃機関の燃焼状態制御方法および装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の内燃機関の燃焼状態評価方法(請求項1)は、次のステップからなる。
(1)リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった2点における第1燃焼室内圧力および第2燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第3燃焼室内圧力との3点の燃焼室内圧力を検出するステップ。
(2)上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算するステップ。
(3)この燃焼指標が所定値を下回ったときに、内燃機関がリーン燃焼限界を超えたと評価するステップ。
【0009】
また、本発明の内燃機関の燃焼状態評価装置(請求項2)は、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の吸排気弁閉後の圧縮行程中の第1燃焼室内圧力および該第1燃焼室内圧力よりも後の時期ではあるが点火時期よりも前の時期における内燃機関圧縮行程中の第2燃焼室内圧力と、燃焼がほぼ完了した時点の内燃機関膨張行程中の第3燃焼室内圧力との3点の燃焼室内圧力を検出する筒内圧検出手段と、該筒内圧検出手段で検出された上記の第3燃焼室内圧力と第2燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算する燃焼指標演算手段と、該燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標が所定値を下回ったときに、該内燃機関がリーン燃焼限界を超えたと評価する評価手段とをそなえて構成されたことを特徴としている。
【0010】
さらに、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置(請求項3)は、少なくとも、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった2点における第1燃焼室内圧力および第2燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第3燃焼室内圧力との3点の燃焼室内圧力を検出する筒内圧検出手段と、該筒内圧検出手段で検出された上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算する燃焼指標演算手段と、該燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標と設定値とを比較する比較手段と、該比較手段で得られた該燃焼指標と該設定値との偏差に基づいて、該偏差の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する制御手段とをそなえて構成されたことを特徴としている。
【0011】
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置(請求項4)は、少なくとも、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった2点における第1燃焼室内圧力および第2燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第3燃焼室内圧力との3点の燃焼室内圧力を検出する筒内圧検出手段と、該筒内圧検出手段で検出された上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算する燃焼指標演算手段と、該燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標と設定値とを比較する比較手段と、該比較手段で得られた該燃焼指標と該設定値との偏差の累積情報に基づき、該累積情報の大きさを減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する制御手段とをそなえて構成されたことを特徴としている。
また、該制御手段は、該比較手段で得られた該燃焼指標と該設定値との偏差に対して不感帯,重みを付与する変換手段の機能を有することが好ましい(請求項5)。
【0012】
また、該燃焼変動調整要素としては、例えば内燃機関の空燃比調整要素が考えられる(請求項6)。
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御方法(請求項7)は、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった2点における第1燃焼室内圧力および第2燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第3燃焼室内圧力との3点の燃焼室内圧力を検出したあと、上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、該燃焼指標と設定値とを比較し、該燃焼指標と該設定値との偏差に基づき、該偏差の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御することを特徴としている。
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御方法(請求項8)は、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった2点における第1燃焼室内圧力および第2燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第3燃焼室内圧力との3点の燃焼室内圧力を検出したあと、上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、該燃焼指標と設定値とを比較し、該該燃焼指標と該設定値との偏差の累積情報に基づき、該累積情報の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御することを特徴としている。
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置(請求項9)は、請求項2記載の内燃機関の燃焼状態評価装置と、該燃焼状態評価装置における該評価手段での評価結果に基づき、該内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する制御手段とをそなえて構成されたことを特徴としている。
【0013】
【作用】
上述の本発明の内燃機関の燃焼状態評価方法(請求項1)では、まず、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった2点における第1燃焼室内圧力および第2燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第3燃焼室内圧力との3点の燃焼室内圧力を検出し、その後上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、更にこの燃焼指標が所定値を下回ったときに、内燃機関がリーン燃焼限界を超えたと評価する。
【0014】
また、本発明の内燃機関の燃焼状態評価装置(請求項2)では、筒内圧検出手段で、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程中の第1燃焼室内圧力および第2燃焼室内圧力を検出するとともに、内燃機関膨張行程中の第3燃焼室内圧力を検出する。ついで、筒内圧検出手段で検出された上記の第3燃焼室内圧力と第2燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を燃焼指標演算手段で演算し、その後、評価手段で、燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標が所定値を下回ったときに、内燃機関がリーン燃焼限界を超えたと評価する。
【0015】
さらに、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置(請求項3)では、筒内圧検出手段で、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった2点における第1燃焼室内圧力および第2燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第3燃焼室内圧力との3点の燃焼室内圧力を検出し、ついで、燃焼指標演算手段により、筒内圧検出手段で検出された上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、更に比較手段で、燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標と設定値とを比較したあと、制御手段で、比較手段で得られた燃焼指標と設定値との偏差に基づいて、偏差の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御することが行なわれる。
【0016】
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置(請求項4)では、筒内圧検出手段で、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった2点における第1燃焼室内圧力および第2燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第3燃焼室内圧力との3点の燃焼室内圧力を検出し、ついで、燃焼指標演算手段により、筒内圧検出手段で検出された上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、更に比較手段で、燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標と設定値とを比較したあと、制御手段で、比較手段で得られた燃焼指標と設定値との偏差の累積情報に基づいて、累積情報の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御することが行なわれる。
また、制御手段は、比較手段で得られた燃焼指標と設定値との偏差に対して不感帯,重みを付与する変換手段として機能する(請求項5)。
なお、燃焼変動調整要素が、内燃機関の空燃比調整要素であることが好ましい(請求項6)。
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御方法(請求項7)では、まず、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった2点における第1燃焼室内圧力および第2燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第3燃焼室内圧力との3点の燃焼室内圧力を検出したあと、上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、燃焼指標と設定値とを比較し、燃焼指標と設定値との偏差に基づき、偏差の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する。
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御方法(請求項8)では、まず、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった2点における第1燃焼室内圧力および第2燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第3燃焼室内圧力との3点の燃焼室内圧力を検出したあと、上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、燃焼指標と設定値とを比較し、燃焼指標と設定値との偏差の累積情報に基づき、累積情報の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する。
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置(請求項9)では、制御手段において、請求項2記載の内燃機関の燃焼状態評価装置における該評価手段での評価結果に基づき、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御することが行われる。
【0017】
【実施例】
以下、図面により、本発明の実施例について説明すると、図1〜図10は本発明の一実施例としてのエンジンの燃焼状態評価手法を利用したエンジンの燃焼状態制御装置を示すもので、図1はその制御ブロック図、図2は本装置を装備するエンジンシステムの概略構成図、図3〜図6はいずれもその制御要領を説明するフローチャート、図7は燃焼指標の算出に用いる圧力計測点を説明する図、図8はリーン限界近傍での燃焼変動とクランク角度との関係を説明する図、図9はリーン限界近傍での燃焼指標とエンジン出力との相関を説明する図、図10は燃焼指標,エンジン出力およびエンジン回転数の関係を説明する図である。
【0018】
さて、本装置を有するエンジンシステムは、図2のようになるが、この図2において、エンジン(内燃機関)EGはその燃焼室1に通じる吸気通路2および排気通路3を有しており、吸気通路2と燃焼室1とは吸気弁4によって連通制御されるとともに、排気通路3と燃焼室1とは排気弁5によって連通制御されるようになっている。
【0019】
さらに、吸気通路2には、上流側から順にエアクリーナ,スロットル弁(いずれも図示せず)および電磁式燃料噴射弁(インジェクタ)6が設けられており、排気通路3には、その上流側から順に排ガス浄化用の触媒コンバータおよびマフラ (消音器)(いずれも図示せず)が設けられている。なお、吸気通路2には、サージタンク2aが設けられており、更にインジェクタ6は各気筒に対応して吸気ポート部分に設けられている。
【0020】
また、吸気通路2と排気通路3との間には、排気再循環通路(EGR通路)7が介装されており、このEGR通路7には、電磁式のEGR弁8が介装されている。なお、18は点火プラグである。
さらに、このエンジンEGを制御するために、種々のセンサが設けられている。まず、燃焼室1内の圧力(筒内圧力:燃焼室圧力)を検出する筒内圧センサ17が設けられており、更にクランク角度を検出するクランク角センサ15(このクランク角センサ15はエンジン回転数を検出する回転数センサも兼ねている)が設けられている。
【0021】
また、吸気通路2側には、そのエアクリーナ配設部分に、吸入空気量をカルマン渦情報から検出するエアフローセンサ(吸気量センサ)9,吸入空気温度を検出する吸気温センサ10および大気圧を検出する大気圧センサ11が設けられており、そのスロットル弁配設部分に、スロットル弁の開度を検出するポテンショメータ式のスロットルセンサ12が設けられている。
【0022】
さらに、排気通路3側には、触媒コンバータの上流側部分に、排ガス中の酸素濃度(O2 濃度)を検出する空燃比センサ13(以下、単に「O2 センサ13」ということがある)が設けられている。
なお、その他のセンサとして、エンジン冷却水温を検出する水温センサ14や第1気筒(基準気筒)の上死点を検出するTDCセンサ(気筒判別センサ)16も設けられている。
【0023】
そして、これらのセンサからの検出信号は、電子制御ユニット(ECU)20へ入力されるようになっているが、このECU20はCPU,ROM,RAM,適宜の入出力インタフェースをそなえており、このECU20のCPUに、上記の各センサからの検出信号が入力されると、CPUで所要の演算が施され、この演算結果に基づく燃料噴射量制御信号(燃料量制御信号),点火時期制御信号,EGR制御信号が、それぞれインジェクタ6,点火プラグ18,EGR弁8へ出力されるようになっている。
【0024】
今、燃料噴射制御(空燃比制御)に着目すると、ECU20からは後述の手法で演算された燃料噴射量制御信号がインジェクタ6へ出力されて、この燃料噴射量制御信号により、インジェクタ6が、燃料噴射時間Tinj (=TB ×Kaf×K×(1+Kfb)+Tacc )の間、駆動するようになっている。
ここで、TB は基本駆動時間で、この基本駆動時間TB は、エアフローセンサ9およびクランク角センサ15から得られるエンジン1回転あたりの吸入空気量情報に応じて決定されるものである。
【0025】
Kafは空燃比補正係数で、この空燃比補正係数Kafは、エアフローセンサ9等から得られるエンジン負荷情報に応じて設定されるもので、リーン運転時は、「1」よりも小さい値が設定される。
Kfbはフィードバック補正係数で、このフィードバック補正係数Kfbは後述する燃焼指標Cioに基づいて設定される。
【0026】
Tacc は加減速補正時間で、この加減速補正時間Tacc はスロットルセンサ12から得られるエンジンの加減速状態に応じて設定される時間である。
Kはその他の補正係数で、この補正係数Kとしては、大気圧センサ11で得られる大気圧に応じて設定される大気圧補正係数,吸気温センサ10で得られる吸気温度に応じて設定される吸気温補正係数,水温センサ14で得られるエンジン冷却水温に応じて設定されるエンジン冷態時補正係数等が考えられる。
【0027】
つぎに、本発明で新たに定義した燃焼指標Cioに基づいて、フィードバック補正係数Kfbを求める手法について説明する。
まず、ECU20は、筒内圧センサ17,クランク角センサ15からの信号より、圧縮行程2点、膨張行程1点の合計3点の筒内圧力を計測する。
すなわち、ECU20は、図1に示すように、圧縮行程2点と膨張行程1点の合計3点の筒内圧力を計測する筒内圧検出手段21の機能を有しているが、この筒内圧検出手段21で、具体的には、吸排気弁閉後の内燃機関圧縮行程中の上死点前120°での筒内圧力P(120B)(第1燃焼室内圧力)およびこの筒内圧力P(120B)よりも後の時期ではあるが点火時期よりも前の時期(上死点前60°)における内燃機関圧縮行程中の筒内圧力P(60B)(第2燃焼室内圧力)と、燃焼がほぼ完了した時点の内燃機関膨張行程中の上死点後60°での筒内圧力P(60A)(第3燃焼室内圧力)との3点の筒内圧力を検出するのである。なお、上記の圧縮行程2点と膨張行程1点の合計3点の筒内圧力P(120B),P(60B),P(60A)の計測点を示すと、図1または図7のようになる。
【0028】
また、ECU20は、筒内圧検出手段21で検出された3つの筒内圧力P(120B),P(60B),P(60A)から次の(1)式で定義される燃焼指標Cioを演算する燃焼指標演算手段22の機能を有している。
Cio=
(P(60A)−P(60B))/(P(60B)−P(120B)) ・・(1)
すなわち、燃焼指標Cioは、P(60A)とP(60B)との差と、P(60B)とP(120B)との差との比で定義されることになる。
【0029】
ここで、この燃焼指標Cioの分母(P(60B)−P(120B))は、圧縮圧力変動情報をもつことから、燃焼室1内への空気量(EGR量も含む)の情報を有することになり、燃焼指標Cioの分子(P(60A)−P(60B))は膨張圧力変動情報をもつことから、エンジン出力の情報を有することになり、従って、燃焼指標Cioは、単位空気量当たりのエンジン出力の情報を有することになる。
【0030】
また、ECU20は、燃焼指標演算手段22で求められた燃焼指標Cioと基準燃焼指標(設定値:しきい値)Cios との偏差ΔCiを求める比較手段23の機能を有している。
さらに、ECU20は、比較手段23で得られた偏差ΔCiに対して図1に特性Fで示すような不感帯,重みを付与する変換手段24の機能を有しており、更にこの変換手段24の出力F(ΔCi)を累積する累積手段25の機能を有しており、更に累積手段25の出力にリミッタ処理を施すリミッタ手段26の機能も有しており、このリミッタ手段26の出力に基づいて、フィードバック補正係数Kfbが決定されるようになっている。すなわち、空燃比フィードバック運転中においては、累積手段25の出力が上限値または下限値を超えない間は、累積手段25からの累積出力に応じ、累積手段25の出力が上限値または下限値を超えると、上限値または下限値に応じて、空燃比が調整されるように、フィードバック補正係数Kfbが更新されるのである。
【0031】
なお、空燃比フィードバック運転域(定常運転域)でない場合は、フィードバック補正係数Kfbの更新はされないので、ECU20は、空燃比フィードバック運転域(定常運転域)でないときは、フィードバック補正係数Kfbの更新を停止させる手段(空燃比フィードバック判定ロジック,スイッチ手段27参照)も有している。
【0032】
ところで、本発明者は、燃焼指標Cioが単位空気量当たりのエンジン出力の情報を有することを確かめるために、リーン燃焼限界付近でエンジンを運転したときにエンジン出力(あるいはエンジン失火状態)と上記燃焼指標Cioとの関係を調べてみた。
図8(a)は燃焼に余裕がある場合のクランク角度・燃焼変動特性、図9(a)は燃焼に余裕がある場合の燃焼指標・エンジン出力特性であり、図8(b)はリーン燃焼限界の場合のクランク角度・燃焼変動特性、図9(b)はリーン燃焼限界の場合の燃焼指標・エンジン出力特性であり、図8(c)はリーン燃焼限界を超えた場合のクランク角度・燃焼変動特性、図9(c)はリーン燃焼限界を超えた場合の燃焼指標・エンジン出力特性であるが、これらの特性図から次のようなことがわかる。なお、図8(a)〜(c)には、パラメータ変動の最大値,最小値特性が示されており、即ち全パラメータ変動の包絡特性が示されており、この包絡特性で囲まれる面積の小さい方が燃焼が安定している状況を示していることになる。
【0033】
まず、燃焼に余裕がある場合は、ほぼ一定のエンジン出力のところに、ある値Cios (この値Cios は上記の「しきい値」に相当する)より大きい値の燃焼指標Cioが集中している。そして、リーン燃焼限界になると、燃焼指標Cioが少し分散しはじめ、リーン燃焼限界を超えると、エンジン出力が低い部分にまで燃焼指標Cioが分散し、しかもエンジン出力が低い部分の燃焼指標Cioはしきい値Cios を下回っていることがわかる。
【0034】
これから、燃焼指標Cioがエンジン出力と強い相関をもっていることがわかり、しかも、燃焼指標Cioがしきい値Cios を下回るようになると、エンジン出力が低下して、リーン燃焼限界を超えたという評価を行なえることがわかる。
また、図10は、種々の運転条件下で、エンジンを運転した場合に、エンジン回転数とエンジン出力と燃焼指標との関係を示したグラフであるが、このグラフからは、燃焼指標はエンジン負荷状態によらずほぼ一定値を示すことがわかるほか、減速時に燃料をカットして、エンジン出力が低下した場合に、これに連動して燃焼指標も低下していることかわかる。
【0035】
すなわち、燃焼指標Cioとエンジン出力とは非常に強い相関があることが実証れたのである。
したがって、リーン燃焼限界付近では、燃焼指標Cioが小さいサイクルが現れ始め、リーン限界に近づくと、累積手段25の出力(偏差の積分情報)が増大してくるが、これに応じて、空燃比をリッチ化するように、フィードバック補正係数Kfbを更新すると、失火率が減り、燃焼指標Cioが再度大きくなって、偏差積分情報の大きさが減少する。
【0036】
このようにして、このECU20は、比較手段23で得られた偏差ΔCiの累積情報に基づき、この累積情報の大きさが減少する方向に、エンジンの燃焼変動調整要素としての空燃比調整要素を制御する制御手段の機能も有することになる。また、上記のような制御を行なうためには、上記の燃焼指標Cioに基づいて、エンジンの燃焼状態も評価するので、このECU20は、上記の燃焼指標Cioにに基づいてエンジンの燃焼状態を評価する評価手段の機能も有していることになる。
【0037】
次に、上記のフィードバック補正係数Kfbの演算を中心にした燃料噴射制御について、更に図3〜図6のフローチャートを用いて説明する。
まず、図3のステップA1において、図4〜図6のようにして読み込んだ3つの筒内圧力P(120B),P(60B),P(60A)をロードする。即ち、筒内圧力P(120B)は上死点前120°のクランク割込み毎に読み込まれ(図4のステップB1)、筒内圧力P(60B)は上死点前60°のクランク割込み毎に読み込まれ(図5のステップC1)、筒内圧力P(60A)は上死点後60°のクランク割込み毎に読み込まれる(図6のステップD1)。
【0038】
その後は、図3のステップA2で、上記(1)式に基づき、燃焼指標Cioを演算し、ステップA3で、偏差ΔCi を求め、空燃比フィードバック許容運転状態であれば、ステップA4のYESルートをとって、ステップA5で、偏差ΔCi の累積情報に基づいてフィードバック補正係数Kfbを求め、その後は基本駆動時間TB やその他の補正係数を演算して、燃料噴射時間Tinj を求めて(ステップA7)、この燃料噴射時間Tinj でインジェクタ6を駆動するのである(ステップA8)。
【0039】
そして、この場合、燃焼指標Cioが所定のしきい値Cios を下回ったときに、その差を積分し、積分値に応じてフィードバック補正係数Kfbを増やして、空燃比をリッチ化するので、リーン燃焼限界に近い状態でエンジンを運転することができる。これにより、燃費の向上およびNOxの低減に大いに寄与するものである。
【0040】
また、上記の燃焼指標Cioを利用することによる利点は次のとおりである。
(1)筒内圧力の計測点が3点と少ないため、燃焼指標Cioを求めるための演算量が少なくて済む。
(2)燃焼指標Cioを求める際に使用する式((1)式)の分母および分子の両方に圧力差分を用いているので、筒内圧力のゼロ点較正用の演算が不要になる。
【0041】
(3)燃焼指標Cioを求めるのに、分母および分子の比を用いているので、筒内圧力のゲイン管理が不要になる。
(4)燃焼指標Cioは単位空気量当たりエンジン出力情報を有しているので、燃焼指標Cioをエンジン負荷によらずほぼ一定の値にすることができる。
なお、空燃比フィードバック許容運転状態でない場合は、ステップA4のNOルートをとって、ステップA6で、フィードバック補正係数Kfbを「1」にし、その後は基本駆動時間TB やその他の補正係数を演算して、燃料噴射時間Tinj を求めて(ステップA7)、この燃料噴射時間Tinj でインジェクタ6を駆動する(ステップA8)。
【0042】
なお、燃料噴射時間Tinj の演算は各気筒毎に行なわれるので、上記の燃料噴射制御は各気筒毎に行なわれる。
このように本実施例では、少ない検出筒内圧力情報を用いて定義される燃焼指標Cioを創設して、この燃焼指標Cioを用いて、エンジンの燃焼状態を簡便に評価できることに着目して、上記の燃焼状態評価手法を利用することにより、エンジンの燃焼変動調整要素としての空燃比調整要素を制御して、エンジンの燃焼状態を制御できるので、簡便にリーン燃焼限界制御を実現することができ、これにより燃費の向上およびNOx低減におおいに寄与するものである。
【0043】
なお、上記燃焼指標Cioを用いて、リッチ燃焼限界を評価して、リッチ燃焼限界制御を行なうことも理論的には可能である。
また、燃焼指標Cioと設定値Cios との偏差ΔCi の累積情報の代わりに、偏差ΔCi そのものを用いて、この偏差ΔCi の大きさが減少する方向に、エンジンを制御するようにしてもよい。
【0044】
さらに、筒内圧力計測点として、上死点前120°,上死点前60°,上死点後60°のほか、エンジンの圧縮行程での異なった2点における第1筒内圧力および第2筒内圧力と、内燃機関膨張行程における第3筒内圧力との3点を計測してもよく、又、燃焼指標を、上記の第3筒内圧力と第1,第2筒内圧力の一方の筒内圧力との差および上記の第1,第2筒内圧力の差との比で定義してもよい。このようにして定義した燃焼指標を用いても、前記の場合と同様にして、エンジンの燃焼状態を評価して、エンジンの燃焼状態の制御が可能である。
【0045】
また、燃焼指標としきい値との比較結果に基づき、空燃比に代えて、又は空燃比に加えて、EGR量を制御してもよい。
【0046】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、内燃機関の圧縮行程での2点と内燃機関膨張行程における1点の合計3点の燃焼室内圧力を検出して、これらの燃焼室内圧力から燃焼指標を演算し、この燃焼指標に基づいて、内燃機関の燃焼状態を評価することが行なわれるので、燃焼指標を求めるための演算量が少なくて済むほか、筒内圧力のゼロ点較正用の演算が不要になり、しかも筒内圧力のゲイン管理も不要にすることができ、これにより簡便にエンジンの燃焼状態を評価できる利点がある。
【0047】
また、本発明によれば、上記の燃焼状態評価手法を利用することにより、エンジンの燃焼変動調整要素を制御することより、エンジンの燃焼状態を制御できるので、例えば簡便にリーン燃焼限界制御を実現することができ、これにより燃費の向上およびNOx低減におおいに寄与する利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す制御ブロック図である。
【図2】本装置を装備するエンジンシステムの概略構成図である。
【図3】本発明の一実施例の制御要領を説明するフローチャートである。
【図4】本発明の一実施例の制御要領を説明するフローチャートである。
【図5】本発明の一実施例の制御要領を説明するフローチャートである。
【図6】本発明の一実施例の制御要領を説明するフローチャートである。
【図7】燃焼指標の算出に用いる圧力計測点を説明する図である。
【図8】リーン限界近傍での燃焼変動とクランク角度との関係を説明する図である。
【図9】リーン限界近傍での燃焼指標とエンジン出力との相関を説明する図である。
【図10】燃焼指標,エンジン出力およびエンジン回転数の関係を説明する図である。
【図11】空燃比と燃焼変動,NOx量との関係を説明する図である。
【符号の説明】
1 燃焼室
2 吸気通路
2a サージタンク
3 排気通路
4 吸気弁
5 排気弁
6 インジェクタ
7 EGR通路
8 EGR弁
9 エアフローセンサ
10 吸気温センサ
11 大気圧センサ
12 スロットルセンサ
13 O2 センサ
14 水温センサ
15 クランク角センサ
16 TDCセンサ
17 筒内圧センサ
18 点火プラグ
20 ECU
21 筒内圧検出手段
22 燃焼指標演算手段
23 比較手段
24 変換手段
25 累積手段
26 リミッタ手段
27 スイッチ手段[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for evaluating a combustion state including a lean combustion limit of an internal combustion engine (engine), an apparatus for carrying out the method, and a combustion state control device for an internal combustion engine using such a combustion state evaluation method.
[0002]
[Prior art]
In general, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is leaned (lean) and lean burned, the amount of NOx generated in this lean combustion region is as shown in FIG. It is known to drop significantly. Therefore, from the viewpoint of NOx reduction, it is effective to operate the engine with the set air-fuel ratio further on the lean limit side.
[0003]
Accordingly, various lean burn engines that perform lean combustion by making the air-fuel ratio leaner as described above have been proposed with the aim of achieving both improved fuel consumption and reduced NOx.
In such a lean burn engine, air-fuel ratio feedback control is generally performed using a linear air-fuel ratio sensor (LAFS).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described lean burn engine, the target air-fuel ratio is set to be about 1 to 2 richer than the lean limit in consideration of engine and sensor variations or environmental factors. There is room for further improvement in terms of reduction and NOx reduction.
[0005]
By the way, as a method for knowing the lean limit, it is only necessary to detect engine output torque fluctuations and cylinder misfire conditions. For example, as the former example, in-cylinder pressures corresponding to five different crank angles (combustion chamber) Pressure), and the engine output torque fluctuation is obtained from these in-cylinder pressures (see Japanese Patent Laid-Open No. 2-67446). In the latter case, two in-cylinder pressures during the compression stroke are used. The pressure sensor offset component is obtained from the pressure component, and the explosion stroke pressure information is obtained from the offset component and the in-cylinder pressure during the explosion stroke. When the explosion stroke pressure information is equal to or less than a predetermined value, it is determined that the cylinder is misfired. (See Japanese Patent Laid-Open No. 4-104033).
[0006]
However, in the former example (refer to Japanese Patent Laid-Open No. 2-67446), many (five points) in-cylinder pressures must be detected, and calculation for zero point calibration of the detected in-cylinder pressure is required. There is a problem of becoming.
In the latter example (see Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4-104033), it is only necessary to detect a small in-cylinder pressure, but the calculation for zero point calibration and the gain of the detected in-cylinder pressure are detected. There is a problem that management is necessary.
[0007]
The present invention has been devised in view of such problems. A combustion index defined by using a small amount of detected in-cylinder pressure is created, and the combustion state of the internal combustion engine can be simplified using this combustion index. An object of the present invention is to provide a combustion state evaluation method and apparatus for an internal combustion engine that can be evaluated.
In addition, the present invention provides a combustion state control for an internal combustion engine that can control the combustion state of the internal combustion engine by controlling the combustion fluctuation adjusting element of the internal combustion engine using the above-described combustion state evaluation method.Method andAn object is to provide an apparatus.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the combustion state evaluation method for an internal combustion engine of the present invention(Claim 1)Consists of the following steps:
(1)Can operate near the lean burn limitDetecting a combustion chamber pressure at three points, ie, a first combustion chamber pressure and a second combustion chamber pressure at two different points in the compression stroke of the internal combustion engine, and a third combustion chamber pressure in the internal combustion engine expansion stroke;
(2) Combustion index defined by the ratio between the difference between the third combustion chamber pressure and one of the first and second combustion chamber pressures and the difference between the first and second combustion chamber pressures. The step of calculating
(3) This combustion indexWhen is below the specified value, Internal combustion engineIs over the lean burn limitStep to evaluate.
[0009]
Also, the combustion state evaluation apparatus for an internal combustion engine of the present invention(Claim 2)IsAn internal combustion engine that can be operated near the lean combustion limit.After intake and exhaust valves are closedPressureThe first combustion chamber pressure during the compression stroke and the second combustion chamber pressure during the compression stroke of the internal combustion engine at a timing after the first combustion chamber pressure but before the ignition timing, and combustion is almost completed In-cylinder pressure detection means for detecting three pressures in the combustion chamber and the third combustion chamber pressure during the expansion stroke of the internal combustion engine at the time, and the third combustion chamber pressure and the second combustion detected by the in-cylinder pressure detection means Combustion index calculating means for calculating a combustion index defined by the ratio between the difference from the indoor pressure and the difference between the first and second combustion chamber pressures, and the combustion index calculated by the combustion index calculating meansWhen is below the specified value,TheInternal combustion engineIs over the lean burn limitIt is characterized by comprising evaluation means for evaluating.
[0010]
Furthermore, the combustion state control device for an internal combustion engine of the present invention(Claim 3)At least,Can operate near the lean burn limitIn-cylinder pressure detecting means for detecting three combustion chamber pressures, ie, a first combustion chamber pressure and a second combustion chamber pressure at two different points in the compression stroke of the internal combustion engine, and a third combustion chamber pressure in the internal combustion engine expansion stroke. And the difference between the third combustion chamber pressure detected by the in-cylinder pressure detecting means and the pressure in one combustion chamber of the first and second combustion chamber pressures, and the difference between the first and second combustion chamber pressures. Combustion index calculating means for calculating a combustion index defined by the ratio of the above, comparison means for comparing the combustion index calculated by the combustion index calculating means with a set value, and the comparing meansDeviation between the combustion index obtained in
[0011]
Further, the combustion state control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention (Claim 4) includes at least the first combustion chamber pressure and the second combustion at two different points in the compression stroke of the internal combustion engine that can be operated near the lean combustion limit. In-cylinder pressure detecting means for detecting three pressures in the combustion chamber, that is, the indoor pressure and the third combustion chamber pressure in the expansion stroke of the internal combustion engine, and the third combustion chamber pressure and the first pressure detected by the in-cylinder pressure detecting means , Combustion index calculation means for calculating a combustion index defined by the ratio of the difference between the pressure in the second combustion chamber and the pressure in one combustion chamber and the difference between the pressures in the first and second combustion chambers, and the calculation of the combustion index A comparison means for comparing the combustion index calculated by the means with a set value;Based on the accumulated information of the deviation between the combustion index and the set value obtained by the comparing means, the combustion fluctuation adjusting element of the internal combustion engine is controlled in a direction to decrease the magnitude of the accumulated information.It is characterized by comprising control means.
The control means preferably has a function of a conversion means for giving a dead zone and a weight to a deviation between the combustion index obtained by the comparison means and the set value (Claim 5).
[0012]
Further, as the combustion fluctuation adjusting element, for example, an air-fuel ratio adjusting element of an internal combustion engine can be considered.(Claim 6).
Further, the combustion state control method for an internal combustion engine according to the present invention (Claim 7) provides the first combustion chamber pressure and the second combustion chamber pressure at two different points in the compression stroke of the internal combustion engine that can be operated near the lean combustion limit. And the third combustion chamber pressure in the expansion stroke of the internal combustion engine are detected, and then the difference between the third combustion chamber pressure and one of the first and second combustion chamber pressures is detected. And calculating a combustion index defined by a ratio of the difference between the first and second combustion chamber pressures, comparing the combustion index with a set value, and based on a deviation between the combustion index and the set value, It is characterized in that the combustion fluctuation adjusting element of the internal combustion engine is controlled in a direction in which the magnitude of the deviation decreases.
Also, the combustion state control method for an internal combustion engine according to the present invention (Claim 8) provides the first combustion chamber pressure and the second combustion chamber pressure at two different points in the compression stroke of the internal combustion engine that can be operated near the lean combustion limit. And the third combustion chamber pressure in the expansion stroke of the internal combustion engine are detected, and then the difference between the third combustion chamber pressure and one of the first and second combustion chamber pressures is detected. And calculating a combustion index defined by a ratio of the difference between the first and second combustion chamber pressures, comparing the combustion index with a set value, and accumulating a deviation between the combustion index and the set value. Based on the information, the combustion fluctuation adjusting element of the internal combustion engine is controlled in a direction in which the size of the accumulated information decreases.
An internal combustion engine combustion state control device according to the present invention (Claim 9) includes a combustion state evaluation device for an internal combustion engine according to
[0013]
[Action]
Combustion state evaluation method for internal combustion engine of the present invention described above(Claim 1)First of all,Can operate near the lean burn limitThe pressure in the combustion chamber at three points, that is, the pressure in the first combustion chamber and the pressure in the second combustion chamber at two different points in the compression stroke of the internal combustion engine and the pressure in the third combustion chamber in the expansion stroke of the internal combustion engine is detected. Calculating a combustion index defined by the ratio between the difference between the third combustion chamber pressure and one of the first and second combustion chamber pressures and the difference between the first and second combustion chamber pressures; This combustion indicatorWhen is below the specified value, Internal combustion engineIs over the lean burn limitevaluate.
[0014]
Also, the combustion state evaluation apparatus for an internal combustion engine of the present invention(Claim 2)In the cylinder pressure detection means,An internal combustion engine that can be operated near the lean combustion limit.The first combustion chamber pressure and the second combustion chamber pressure during the compression stroke are detected, and the third combustion chamber pressure during the internal combustion engine expansion stroke is detected. Next, the combustion index defined by the ratio between the difference between the third combustion chamber pressure and the second combustion chamber pressure detected by the in-cylinder pressure detecting means and the difference between the first and second combustion chamber pressures is burned. Combustion index calculated by the index calculation means and then calculated by the combustion index calculation means by the evaluation meansWhen is below the specified value, Internal combustion engineIs over the lean burn limitevaluate.
[0015]
Furthermore, the combustion state control device for an internal combustion engine of the present invention(Claim 3)In the cylinder pressure detection means,Can operate near the lean burn limitThe pressure in the combustion chamber at three points of the pressure in the first combustion chamber and the pressure in the second combustion chamber at two different points in the compression stroke of the internal combustion engine and the pressure in the third combustion chamber in the expansion stroke of the internal combustion engine is detected. The difference between the pressure in the third combustion chamber detected by the cylinder pressure detection means and the pressure in one combustion chamber of the first and second combustion chambers and the pressure in the first and second combustion chambers are detected by the index calculation means. The combustion index defined by the ratio to the difference is calculated, and the comparison means compares the combustion index calculated by the combustion index calculation means with the set value, and then the control means compares the combustion index.Deviation between the combustion index obtained in
[0016]
In the combustion state control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention (Claim 4), the in-cylinder pressure detection means detects the first combustion chamber pressure at two different points in the compression stroke of the internal combustion engine that can be operated near the lean combustion limit. And the third combustion chamber pressure of the second combustion chamber pressure and the third combustion chamber pressure in the expansion stroke of the internal combustion engine are detected, and then the third in-cylinder pressure detecting means detects the third pressure detected by the in-cylinder pressure detecting means. A combustion index defined by a ratio between the difference between the pressure in the combustion chamber and the pressure in one of the first and second combustion chambers and the difference between the pressures in the first and second combustion chambers is calculated. Then, after comparing the combustion index calculated by the combustion index calculating means with the set value, the control means determines the magnitude of the accumulated information based on the accumulated information of the deviation between the combustion index and the set value obtained by the comparing means. In the direction of decreasing It is performed to control the fluctuation adjustment element.
The control means functions as a conversion means for giving a dead zone and a weight to the deviation between the combustion index obtained by the comparison means and the set value.
The combustion fluctuation adjusting element is preferably an air-fuel ratio adjusting element of the internal combustion engine.
In the combustion state control method for an internal combustion engine according to the present invention (Claim 7), first, the first combustion chamber pressure and the second combustion at two different points in the compression stroke of the internal combustion engine that can be operated near the lean combustion limit. After detecting the three combustion chamber pressures of the indoor pressure and the third combustion chamber pressure in the expansion stroke of the internal combustion engine, the above-mentioned third combustion chamber pressure and one of the first and second combustion chamber pressures are And the combustion index defined by the ratio of the difference between the first and second combustion chamber pressures, the combustion index is compared with the set value, and the deviation is determined based on the deviation between the combustion index and the set value. The combustion fluctuation adjusting element of the internal combustion engine is controlled in a direction in which the magnitude of the engine decreases.
In the combustion state control method for an internal combustion engine according to the present invention (Claim 8), first, the first combustion chamber pressure and the second combustion at two different points in the compression stroke of the internal combustion engine that can be operated near the lean combustion limit. After detecting the three combustion chamber pressures of the indoor pressure and the third combustion chamber pressure in the expansion stroke of the internal combustion engine, the above-mentioned third combustion chamber pressure and one of the first and second combustion chamber pressures are And the combustion index defined by the ratio of the difference between the first and second combustion chamber pressures described above, and the combustion index is compared with the set value to obtain the accumulated information of the deviation between the combustion index and the set value. Based on this, the combustion fluctuation adjusting element of the internal combustion engine is controlled in a direction in which the size of the accumulated information decreases.
Further, in the combustion state control device for an internal combustion engine according to the present invention (Claim 9), the control means performs the combustion of the internal combustion engine based on the evaluation result of the evaluation means in the combustion state evaluation device for the internal combustion engine according to
[0017]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1 to 10 show an engine combustion state control device using an engine combustion state evaluation method as one embodiment of the present invention. Is a control block diagram, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an engine system equipped with this apparatus, FIGS. 3 to 6 are flowcharts for explaining the control procedure, and FIG. 7 is a pressure measurement point used for calculation of a combustion index. FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the combustion fluctuation near the lean limit and the crank angle, FIG. 9 is a diagram for explaining the correlation between the combustion index near the lean limit and the engine output, and FIG. 10 is the combustion It is a figure explaining the relationship between a parameter | index, an engine output, and an engine speed.
[0018]
Now, the engine system having this apparatus is as shown in FIG. 2. In FIG. 2, the engine (internal combustion engine) EG has an
[0019]
Further, the
[0020]
Further, an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 7 is interposed between the
Further, various sensors are provided to control the engine EG. First, an in-cylinder pressure sensor 17 for detecting a pressure in the combustion chamber 1 (in-cylinder pressure: combustion chamber pressure) is provided, and a
[0021]
On the
[0022]
Furthermore, on the exhaust passage 3 side, the oxygen concentration (O2Air-fuel ratio sensor 13 (hereinafter simply referred to as “O”)2Sensor 13 ”).
As other sensors, a water temperature sensor 14 for detecting the engine coolant temperature and a TDC sensor (cylinder discrimination sensor) 16 for detecting the top dead center of the first cylinder (reference cylinder) are also provided.
[0023]
Detection signals from these sensors are input to an electronic control unit (ECU) 20, which includes a CPU, ROM, RAM, and appropriate input / output interfaces. When a detection signal from each of the above-described sensors is input to the CPU, a required calculation is performed by the CPU, and a fuel injection amount control signal (fuel amount control signal), an ignition timing control signal, EGR based on the calculation result Control signals are output to the injector 6,
[0024]
Now, paying attention to fuel injection control (air-fuel ratio control), the
Where TBIs the basic drive time, and this basic drive time TBIs determined according to the intake air amount information per one rotation of the engine obtained from the air flow sensor 9 and the
[0025]
Kaf is an air-fuel ratio correction coefficient, and this air-fuel ratio correction coefficient Kaf is set according to engine load information obtained from the airflow sensor 9 or the like, and is set to a value smaller than “1” during lean operation. The
Kfb is a feedback correction coefficient, and this feedback correction coefficient Kfb is set based on a combustion index Cio described later.
[0026]
Tacc is an acceleration / deceleration correction time, and this acceleration / deceleration correction time Tacc is a time set according to the acceleration / deceleration state of the engine obtained from the throttle sensor 12.
K is another correction coefficient, and the correction coefficient K is set according to the atmospheric pressure correction coefficient set according to the atmospheric pressure obtained by the atmospheric pressure sensor 11 and the intake air temperature obtained by the intake air temperature sensor 10. An intake air temperature correction coefficient, an engine cold correction coefficient set according to the engine coolant temperature obtained by the water temperature sensor 14, and the like are conceivable.
[0027]
Next, a method for obtaining the feedback correction coefficient Kfb based on the combustion index Cio newly defined in the present invention will be described.
First, the
That is, as shown in FIG. 1, the
[0028]
Further, the
Cio =
(P (60A) -P (60B)) / (P (60B) -P (120B)) (1)
That is, the combustion index Cio is defined by the ratio of the difference between P (60A) and P (60B) and the difference between P (60B) and P (120B).
[0029]
Here, since the denominator (P (60B) -P (120B)) of the combustion index Cio has information on the compression pressure fluctuation, it has information on the amount of air into the combustion chamber 1 (including the EGR amount). Since the numerator (P (60A) -P (60B)) of the combustion index Cio has the expansion pressure fluctuation information, it has the engine output information. Therefore, the combustion index Cio is per unit air quantity. It will have the information of the engine output of.
[0030]
Further, the
Further, the
[0031]
Note that the feedback correction coefficient Kfb is not updated when it is not in the air-fuel ratio feedback operation region (steady operation region), so the
[0032]
By the way, in order to confirm that the combustion index Cio has information on the engine output per unit air amount, the inventor operates the engine output (or engine misfire state) and the above combustion when the engine is operated near the lean combustion limit. I examined the relationship with the index Cio.
FIG. 8A shows the crank angle / combustion fluctuation characteristics when there is a margin for combustion, FIG. 9A shows the combustion index / engine output characteristics when there is a margin for combustion, and FIG. 8B shows the lean combustion. Crank angle / combustion fluctuation characteristics in the case of the limit, FIG. 9 (b) is a combustion index / engine output characteristic in the case of the lean combustion limit, and FIG. 8 (c) is a crank angle / combustion in the case of exceeding the lean combustion limit. The fluctuation characteristics, FIG. 9C, are the combustion index / engine output characteristics when the lean combustion limit is exceeded, and the following can be understood from these characteristic charts. 8A to 8C show the maximum value and minimum value characteristics of parameter fluctuation, that is, the envelope characteristics of all parameter fluctuations, and the area surrounded by the envelope characteristics. The smaller one indicates a situation where combustion is stable.
[0033]
First, when there is a margin in combustion, a combustion index Cio having a value larger than a certain value Cios (this value Cios corresponds to the above "threshold value") is concentrated at a substantially constant engine output. . When the lean combustion limit is reached, the combustion index Cio begins to disperse slightly, and when the lean combustion limit is exceeded, the combustion index Cio disperses to a portion where the engine output is low, and the combustion index Cio of the portion where the engine output is low It can be seen that it is below the threshold value Cios.
[0034]
From this, it can be seen that the combustion index Cio has a strong correlation with the engine output, and when the combustion index Cio falls below the threshold value Cios, it can be evaluated that the engine output has decreased and has exceeded the lean combustion limit. I understand that
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the engine speed, the engine output, and the combustion index when the engine is operated under various operating conditions. From this graph, the combustion index indicates the engine load. It can be seen that it shows a substantially constant value regardless of the state, and it can be seen that when the fuel is cut during deceleration and the engine output decreases, the combustion index also decreases in conjunction with this.
[0035]
That is, it has been proved that the combustion index Cio and the engine output have a very strong correlation.
Therefore, in the vicinity of the lean combustion limit, a cycle with a small combustion index Cio begins to appear, and when the lean limit is approached, the output of the accumulating means 25 (integral information of the deviation) increases. When the feedback correction coefficient Kfb is updated so as to be rich, the misfire rate decreases, the combustion index Cio increases again, and the magnitude of the deviation integral information decreases.
[0036]
In this way, the
[0037]
Next, fuel injection control centering on the calculation of the feedback correction coefficient Kfb will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
First, in step A1 of FIG. 3, the three in-cylinder pressures P (120B), P (60B), and P (60A) read as shown in FIGS. 4 to 6 are loaded. That is, the in-cylinder pressure P (120B) is read every 120 ° crank interruption before top dead center (step B1 in FIG. 4), and the in-cylinder pressure P (60B) is obtained every 60 ° crank interruption before top dead center. The in-cylinder pressure P (60A) is read every 60 ° crank interruption after top dead center (step D1 in FIG. 6).
[0038]
Thereafter, in step A2 of FIG. 3, the combustion index Cio is calculated based on the above equation (1), the deviation ΔCi is obtained in step A3, and if the air-fuel ratio feedback allowable operation state is established, the YES route of step A4 is followed. In step A5, the feedback correction coefficient Kfb is obtained based on the accumulated information of the deviation ΔCi, and thereafter the basic drive time TBAnd other correction factors to calculate the fuel injection time Tinj(Step A7), this fuel injection time TinjThus, the injector 6 is driven (step A8).
[0039]
In this case, when the combustion index Cio falls below the predetermined threshold value Cios, the difference is integrated, and the feedback correction coefficient Kfb is increased according to the integrated value to enrich the air-fuel ratio. The engine can be operated in a state close to the limit. This greatly contributes to improvement of fuel consumption and reduction of NOx.
[0040]
Moreover, the advantage by utilizing said combustion parameter | index Cio is as follows.
(1) Since the in-cylinder pressure measurement points are as few as three, the amount of calculation for obtaining the combustion index Cio is small.
(2) Since the pressure difference is used for both the denominator and the numerator of the equation (Equation (1)) used when obtaining the combustion index Cio, the calculation for zero point calibration of the in-cylinder pressure becomes unnecessary.
[0041]
(3) Since the ratio of denominator and numerator is used to obtain the combustion index Cio, gain management of the in-cylinder pressure becomes unnecessary.
(4) Since the combustion index Cio has engine output information per unit air amount, the combustion index Cio can be set to a substantially constant value regardless of the engine load.
When the air-fuel ratio feedback allowable operation state is not established, the NO route of step A4 is taken, the feedback correction coefficient Kfb is set to “1” in step A6, and thereafter the basic drive time TBAnd other correction factors to calculate the fuel injection time Tinj(Step A7), this fuel injection time TinjThen, the injector 6 is driven (step A8).
[0042]
Fuel injection time TinjSince this calculation is performed for each cylinder, the above fuel injection control is performed for each cylinder.
Thus, in this embodiment, focusing on the fact that a combustion index Cio defined using a small amount of detected in-cylinder pressure information is created, and the combustion state of the engine can be easily evaluated using this combustion index Cio, By using the combustion state evaluation method described above, it is possible to control the air-fuel ratio adjustment element as the engine combustion fluctuation adjustment element and control the combustion state of the engine, so that it is possible to easily realize lean combustion limit control. This contributes greatly to improving fuel efficiency and reducing NOx.
[0043]
It is theoretically possible to perform rich combustion limit control by evaluating the rich combustion limit using the combustion index Cio.
Further, the engine may be controlled in a direction in which the magnitude of the deviation ΔCi decreases by using the deviation ΔCi itself instead of the accumulated information of the deviation ΔCi between the combustion index Cio and the set value Cios.
[0044]
Further, as cylinder pressure measurement points, the first cylinder pressure and the first cylinder pressure at two different points in the compression stroke of the engine, in addition to 120 ° before top dead center, 60 ° before top dead center, 60 ° after top dead center, Three points of the two cylinder pressures and the third cylinder pressure in the expansion stroke of the internal combustion engine may be measured, and the combustion index is calculated based on the third cylinder pressure and the first and second cylinder pressures. You may define with ratio with the difference with one in-cylinder pressure, and the difference of said 1st, 2nd in-cylinder pressure. Even if the combustion index defined in this way is used, the combustion state of the engine can be evaluated and the combustion state of the engine can be controlled in the same manner as described above.
[0045]
Further, based on the comparison result between the combustion index and the threshold value, the EGR amount may be controlled instead of or in addition to the air-fuel ratio.
[0046]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the combustion chamber pressure at a total of three points, that is, two points in the compression stroke of the internal combustion engine and one point in the expansion stroke of the internal combustion engine is detected, and combustion is performed from these combustion chamber pressures. Since the index is calculated and the combustion state of the internal combustion engine is evaluated based on this combustion index, the calculation amount for obtaining the combustion index is small, and the calculation for calibration of the zero point of the in-cylinder pressure is performed. And the gain management of the in-cylinder pressure can be made unnecessary, and this has the advantage that the combustion state of the engine can be easily evaluated.
[0047]
In addition, according to the present invention, the combustion state of the engine can be controlled by controlling the combustion fluctuation adjustment factor of the engine by using the above-described combustion state evaluation method, so that, for example, the lean combustion limit control is easily realized. This has the advantage of greatly contributing to improved fuel consumption and reduced NOx.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a control block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an engine system equipped with the present apparatus.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a control procedure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a control procedure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a control procedure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a control procedure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining pressure measurement points used for calculation of a combustion index.
FIG. 8 is a diagram for explaining a relationship between combustion fluctuations near a lean limit and a crank angle.
FIG. 9 is a diagram for explaining a correlation between a combustion index near the lean limit and an engine output.
FIG. 10 is a diagram for explaining a relationship among a combustion index, an engine output, and an engine speed.
FIG. 11 is a diagram for explaining the relationship between the air-fuel ratio, combustion fluctuation, and NOx amount.
[Explanation of symbols]
1 Combustion chamber
2 Air intake passage
2a Surge tank
3 Exhaust passage
4 Intake valve
5 Exhaust valve
6 Injector
7 EGR passage
8 EGR valve
9 Air flow sensor
10 Intake air temperature sensor
11 Atmospheric pressure sensor
12 Throttle sensor
13 O2Sensor
14 Water temperature sensor
15 Crank angle sensor
16 TDC sensor
17 In-cylinder pressure sensor
18 Spark plug
20 ECU
21 In-cylinder pressure detection means
22 Combustion index calculation means
23 Comparison means
24 Conversion means
25 Cumulative means
26 Limiter means
27 Switch means
Claims (9)
上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、
この燃焼指標が所定値を下回ったときに、該内燃機関がリーン燃焼限界を超えたと評価する
ことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態評価方法。The three combustion chambers of the first combustion chamber pressure and the second combustion chamber pressure at two different points in the compression stroke of the internal combustion engine that can be operated near the lean combustion limit and the third combustion chamber pressure in the expansion stroke of the internal combustion engine After detecting pressure,
A combustion index defined by a ratio between the difference between the pressure in the third combustion chamber and the pressure in one of the first and second combustion chambers and the difference between the pressures in the first and second combustion chambers is calculated. ,
When the combustion index falls below a predetermined value, and evaluates with the internal combustion engine exceeds a lean combustion limit, the combustion state evaluation method for an internal combustion engine.
該筒内圧検出手段で検出された上記の第3燃焼室内圧力と第2燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算する燃焼指標演算手段と、
該燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標が所定値を下回ったときに、該内燃機関がリーン燃焼限界を超えたと評価する評価手段と
をそなえて構成されたことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態評価装置。In time there is before the ignition timing at timing later than the first combustion chamber pressure and the first combustion chamber pressure during the compression stroke of the intake and exhaust valves after engaging of the internal combustion engine which can be operated in the lean combustion limit near In-cylinder pressure detecting means for detecting three pressures in the combustion chamber, that is, a pressure in the second combustion chamber during the compression stroke of the internal combustion engine and a pressure in the third combustion chamber during the expansion stroke of the internal combustion engine at the time when combustion is substantially completed;
A combustion index defined by a ratio between the difference between the third combustion chamber pressure and the second combustion chamber pressure detected by the in-cylinder pressure detecting means and the difference between the first and second combustion chamber pressures is calculated. Combustion index calculation means;
When combustion index calculated by the combustion index computing means falls below a predetermined value, characterized in that the internal combustion engine is constructed to include an evaluation means for evaluating that exceeds the lean combustion limit, the internal combustion engine Combustion state evaluation device.
該筒内圧検出手段で検出された上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算する燃焼指標演算手段と、
該燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標と設定値とを比較する比較手段と、
該比較手段で得られた該燃焼指標と該設定値との偏差に基づいて、該偏差の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する制御手段と
をそなえて構成されたことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態制御装置。At least three points of the first combustion chamber pressure and the second combustion chamber pressure at two different points in the compression stroke of the internal combustion engine that can be operated near the lean combustion limit, and the third combustion chamber pressure in the expansion stroke of the internal combustion engine. In-cylinder pressure detecting means for detecting the pressure in the combustion chamber;
A ratio between the difference between the third combustion chamber pressure detected by the in-cylinder pressure detecting means and the pressure in one combustion chamber between the first and second combustion chamber pressures and the difference between the first and second combustion chamber pressures. Combustion index calculation means for calculating a combustion index defined by
A comparison means for comparing the combustion index calculated by the combustion index calculation means with a set value;
Control means for controlling a combustion fluctuation adjusting element of the internal combustion engine in a direction in which the magnitude of the deviation decreases based on a deviation between the combustion index obtained by the comparison means and the set value. A combustion state control device for an internal combustion engine, characterized by comprising:
該筒内圧検出手段で検出された上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算する燃焼指標演算手段と、
該燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標と設定値とを比較する比較手段と、
該比較手段で得られた該燃焼指標と該設定値との偏差の累積情報に基づき、該累積情報の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する制御手段と
をそなえて構成されたことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態制御装置。 At least three points of the first combustion chamber pressure and the second combustion chamber pressure at two different points in the compression stroke of the internal combustion engine that can be operated near the lean combustion limit, and the third combustion chamber pressure in the expansion stroke of the internal combustion engine. In-cylinder pressure detecting means for detecting the pressure in the combustion chamber;
A ratio between the difference between the third combustion chamber pressure detected by the in-cylinder pressure detecting means and the pressure in one combustion chamber between the first and second combustion chamber pressures and the difference between the first and second combustion chamber pressures. Combustion index calculation means for calculating a combustion index defined by
A comparison means for comparing the combustion index calculated by the combustion index calculation means with a set value;
Control means for controlling a combustion fluctuation adjusting element of the internal combustion engine in a direction in which the magnitude of the cumulative information decreases based on cumulative information of deviation between the combustion index and the set value obtained by the comparison means; /> characterized in that it is configured to include a internal combustion engine combustion state control device.
ことを特徴とする、請求項3又は4記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。Control means, characterized <br/> has a function of converting means for imparting the dead zone, the weights to the deviation between the obtained combustion indicator and setting value in said comparing means, according to claim 3 Or the combustion state control apparatus of the internal combustion engine of 4.
ことを特徴とする、請求項3〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。The combustion state control device for an internal combustion engine according to any one of claims 3 to 5, wherein the combustion fluctuation adjustment element is an air-fuel ratio adjustment element of the internal combustion engine.
上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、A combustion index defined by a ratio between the difference between the pressure in the third combustion chamber and the pressure in one of the first and second combustion chambers and the pressure in the first and second combustion chambers is calculated. ,
該燃焼指標と設定値とを比較し、Compare the combustion index with a set value,
該該燃焼指標と該設定値との偏差に基づき、該偏差の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御するBased on the deviation between the combustion index and the set value, the combustion fluctuation adjusting element of the internal combustion engine is controlled in a direction in which the magnitude of the deviation decreases.
ことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態制御方法。A combustion state control method for an internal combustion engine.
上記の第3燃焼室内圧力と第1,第2燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第1,第2燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、A combustion index defined by a ratio between the difference between the pressure in the third combustion chamber and the pressure in one of the first and second combustion chambers and the pressure in the first and second combustion chambers is calculated. ,
該燃焼指標と設定値とを比較し、Compare the combustion index with a set value,
該該燃焼指標と該設定値との偏差の累積情報に基づき、該累積情報の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御するBased on the accumulated information of deviation between the combustion index and the set value, the combustion fluctuation adjustment element of the internal combustion engine is controlled in a direction in which the magnitude of the accumulated information decreases.
ことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態制御方法。A combustion state control method for an internal combustion engine.
該燃焼状態評価装置における該評価手段での評価結果に基づき、該内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する制御手段とControl means for controlling a combustion fluctuation adjusting element of the internal combustion engine based on an evaluation result of the evaluation means in the combustion state evaluation device;
をそなえて構成されたことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態制御装置。A combustion state control device for an internal combustion engine, characterized by comprising:
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