JP3639882B2

JP3639882B2 - Control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3639882B2
Application number: JP22072895A
Authority: JP
Inventors: 尚己冨澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2015-08-29
Also published as: JPH0968080A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、機関の空燃比や点火時期を燃焼安定限界に制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、機関の出力変動を検出し、かかる検出結果に基づいて空燃比や点火時期を燃焼安定限界にまで調整することが行われていた。
具体的には、各気筒別に設けた燃焼圧センサに基づいて機関出力変動（全気筒トータルでの燃焼圧の変動率）を演算し、該変動率が所定値（燃焼安定限界）よりも大きくならない範囲で、空燃比をリーン化し、また、点火時期を遅角（リタード）させる構成となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記各気筒毎に設けた燃焼圧センサの出力特性にばらつきがあると、各気筒別に検出される燃焼圧にばらつきが生じるために（図９参照）、たとえ気筒毎には燃焼が安定していても、気筒間における燃焼圧検出値のばらつきを、機関出力変動として誤検出し、実際には燃焼安定限界に達していないのに、空燃比のリーン化，点火時期の遅角が進められなくなってしまう場合があった。
【０００４】
特に、リング状の圧電素子を点火栓の座金として装着し、点火栓の締付け荷重に対する相対圧として燃焼圧を検出する燃焼圧センサを用いる場合には、前記締付け荷重のばらつきによって、センサ間で出力特性に大きなばらつきが生じる惧れがあり、空燃比や点火時期を燃焼安定限界にまで制御することができなくなる可能性があった。
【０００５】
かかる問題点を解消する技術として、本出願人は、各気筒別に検出される燃焼圧に基づいて各気筒毎に燃焼圧変動を算出し、該算出された燃焼圧変動に基づいて各気筒個別に点火時期，空燃比を燃焼安定限界にまで制御する構成を先に提案
【０００６】
した（特願平７−２０２４４１号参照）。
しかしながら、各気筒の燃焼安定限界は、燃料，空気の分配性能や、各気筒毎の部品ばらつき等によって各気筒毎に異なるため、前記各気筒別の制御によって各気筒毎に燃焼安定限界にまで制御された点火時期，空燃比が気筒間でばらつき（図６，７参照）、これによって、気筒間における燃焼圧にばらつきが生じ、機関全体としては許容レベルを越える出力変動を招いてしまう惧れがあった（図８参照）。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃焼圧センサのばらつきに影響されずに各気筒別に燃焼安定限界付近に制御しつつ、機関全体として許容レベルを越える出力変動が発生することを回避できる内燃機関の制御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】
そのため請求項１記載の発明は、図１に示すように構成される。
図１において、燃焼圧検出手段は、機関の各気筒別に燃焼圧を検出し、燃焼圧変動算出手段は、燃焼圧検出手段で検出される各気筒別の燃焼圧に基づいて、各気筒別に燃焼圧変動を算出する。
【０００９】
そして、気筒別燃焼制御手段は、各気筒別に独立に制御される制御対象であって、燃焼安定性に相関する制御対象を、前記燃焼圧変動算出手段で算出される各気筒別の燃焼圧変動に基づいて、各気筒毎に燃焼安定限界になるようにフィードバック制御する。また、フィードバック制限手段は、機関全体における出力変動を検出し、該機関全体における出力変動に基づいて限界値を設定し、前記気筒別燃焼制御手段による前記制御対象のフィードバック制御を各気筒毎に前記限界値内に制限する。
【００１０】
かかる構成によると、全気筒トータルではなく、各気筒別に燃焼圧変動が算出されるから、気筒間で燃焼圧検出値の絶対値にばらつきがあっても、各気筒毎には略正しい燃焼圧変動を算出できる。即ち、各気筒別に検出される燃焼圧の絶対値に誤差があったとしても、燃焼圧の変動を算出して気筒別に制御する構成であるから、絶対値のシフトが影響することがなく、各気筒の燃焼圧変動を正しく検出して、各気筒別に燃焼安定限界に制御することが可能となる。
【００１１】
ここで、気筒間における燃焼安定限界のばらつきによって気筒毎の燃焼圧にばらつきが生じ、これによって機関全体における出力変動が大きくならないように、機関全体における出力変動に基づく限界値によって前記気筒別の燃焼圧変動に基づく各気筒毎のフィードバック制御を制限する。
【００１２】
請求項２記載の発明では、前記フィードバック制限手段が、前記燃焼圧検出手段で検出される各気筒別の燃焼圧に基づいて機関全体における出力変動を検出する構成とした。
【００１３】
かかる構成によると、各気筒別に検出される燃焼圧に基づいて、全気筒トータルでの燃焼圧変動を求め、これによって、機関全体における出力変動が許容値を越えているか否かを判別し、以って、各気筒別の燃焼安定限界制御における限界値を設定する。
請求項３記載の発明では、前記フィードバック制限手段が、機関回転速度の変動に基づいて機関全体における出力変動を検出する構成とした。
【００１４】
かかる構成によると、各気筒別の燃焼圧ばらつきが、機関回転速度の変動を発生させるので、機関回転速度の変動に基づいて機関全体における出力変動を検出し、各気筒別の燃焼安定限界制御における限界値を設定する。
請求項４記載の発明では、機関の各気筒別に燃料供給手段を備え、前記気筒別燃焼制御手段が、前記制御対象として前記燃料供給手段における燃料供給量を各気筒別に独立に制御して、各気筒の空燃比を各気筒毎の燃焼安定限界にそれぞれ制御する構成であり、前記フィードバック制限手段が、空燃比のリーン化代を前記限界値内に制限する構成とした。
【００１５】
かかる構成によると、各気筒の空燃比をそれぞれの燃焼安定限界にまでリーン化させることが可能となる一方、空燃比の気筒間でのばらつきによって機関出力変動が大きくなることを回避できる。
請求項５記載の発明では、前記気筒別燃焼制御手段が、前記制御対象としての各気筒における点火時期を、各気筒毎の燃焼安定限界にそれぞれ独立に制御する構成であり、前記フィードバック制限手段が、点火時期のリタード代を前記限界値内に制限する構成とした。
【００１６】
かかる構成によると、各気筒の点火時期をそれぞれの燃焼安定限界にまで遅角させて、ＨＣ量の抑制などを図ることが可能となる一方、点火時期の気筒間でのばらつきによって機関出力変動が大きくなることを回避できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
システム構成を示す図２において、内燃機関１には、エアクリーナ２，吸気ダクト３，吸気マニホールド４を介して空気が吸入される。
前記吸気ダクト３には、図示しないアクセルペダルと連動するバタフライ式のスロットル弁５が介装されており、該スロットル弁５によって機関の吸入空気量が調整されるようになっている。
【００１８】
また、前記吸気マニホールド４の各ブランチ部には、各気筒別に電磁式の燃料噴射弁６（燃料供給手段）が設けられており、該燃料噴射弁６から噴射供給される燃料量の電子制御によって所定空燃比の混合気が形成される。ここで、前記各気筒別に設けられる燃料噴射弁６を個別に制御することで、各気筒別に異なる空燃比の混合気を形成させることが可能となっている。
【００１９】
シリンダ内に吸気弁７を介して吸引された混合気は、各気筒毎に設けられる点火栓８による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は排気弁９を介して排出され、排気マニホールド10によって図示しない触媒，マフラーに導かれる。
前記燃料噴射弁６による燃料噴射量，点火栓８の点火時期を制御するコントロールユニット11は、マイクロコンピュータを含んで構成され、熱線式エアフローメータ12からの吸入空気量信号Ｑ，スロットルセンサ13からのスロットル弁開度信号ＴＶＯ，クランク角センサ14からのクランク角信号，水温センサ15からの冷却水温度信号Ｔｗ，筒内圧センサ16からの筒内圧信号Ｐ等が入力される。
【００２０】
前記熱線式エアフローメータ12は、感温抵抗の吸入空気量による抵抗変化に基づいて機関１の吸入空気量を質量流量として直接的に検出するものである。
前記スロットルセンサ13は、スロットル弁５の開度ＴＶＯをポテンショメータによって検出するものである。
前記クランク角センサ14は、単位クランク角毎の単位角度信号と、所定ピストン位置毎の基準角度信号とをそれぞれ出力する。ここで、前記単位角度信号の所定時間内における発生数、又は、前記基準角度信号の発生周期を計測することで機関回転速度Ｎｅを算出可能である。
【００２１】
前記水温センサ15は、機関１のウォータージャケット内の冷却水温度Ｔｗを、機関温度を代表する温度として検出するものである。
前記筒内圧センサ16（燃焼圧検出手段）は、実開昭６３−１７４３２号公報に開示されるような点火栓８の座金として装着されるリング状の圧電素子からなるものであって、点火栓の締付け荷重に対する相対圧として燃焼圧を検出するセンサであり、各気筒の点火栓８毎に装着することで各気筒別に筒内圧Ｐ（燃焼圧）が検出できるようになっている。尚、前記筒内圧センサ16は、上記のように点火栓８の座金として装着されるタイプの他、センサ部を直接燃焼室内に臨ませて筒内圧を絶対圧として検出するタイプのものであっても良い。
【００２２】
前記コントロールユニット11は、機関負荷や機関回転速度等の機関運転条件に基づいて基本点火時期（基本点火進角値）を決定し、点火栓８による点火時期を制御する。
また、コントロールユニット11による前記燃料噴射弁６の噴射量の制御は以下のようにして行なわれる。
【００２３】
前記熱線式エアフローメータ12で検出された吸入空気量Ｑと、クランク角センサ14からの検出信号から算出した機関回転速度Ｎｅとに基づいて目標空燃比に対応する基本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎｅ：Ｋは定数）を算出し、該基本燃料噴射量Ｔｐに冷却水温度Ｔｗなどの運転条件に応じた補正を施して最終的な燃料噴射量Ｔｉを求める。そして、前記燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の駆動パルス信号を前記燃料噴射弁６に所定タイミングで出力する。燃料噴射弁６には、図示しないプレッシャレギュレータで所定圧力に調整された燃料が供給されるようになっており、前記駆動パルス信号のパルス幅に比例する量の燃料を噴射供給して、所定空燃比の混合気を形成させる。
【００２４】
更に、前記コントロールユニット11は、前記基本的な点火時期，空燃比（燃料噴射量）制御に加えて、前記筒内圧センサ16で検出される各気筒の筒内圧に基づいて各気筒別に燃焼圧変動を算出し（燃焼圧変動算出手段）、該算出結果に基づいて燃焼圧変動が許容限界を越えない範囲で点火時期をリタード，空燃比をリーン化させるフィードバック制御を各気筒別に独立して実行するようになっており（気筒別燃焼制御手段）、かかる制御の様子を、図３のフローチャートに従って詳細に説明する。
【００２５】
尚、図３のフローチャートは、＃１気筒における点火時期，空燃比制御について示したものであるが、他の気筒において、この図３のフローチャートに示す制御と全く同様な制御がそれぞれ独立して行われ、各気筒別に点火時期，空燃比（燃料噴射量）が個別に制御されるものとする。
図３のフローチャートにおいて、まず、ステップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、＃１気筒に設けられた筒内圧センサ16の検出信号をＡ／Ｄ変換して読み込み、該読み込んだ筒内圧を所定の積分区間（例えば圧縮ＴＤＣ〜ＡＴＤＣ100 °）で積分して積分値Ｐｉ（＃１）を得る。
【００２６】
ステップ２では、積分値Ｐｉ（＃１）の最新値と前回値との比ΔＰｉ（＃１）を、＃１気筒における燃焼圧変動率として算出する。
ステップ３では、前記＃１気筒における燃焼圧変動率ΔＰｉ（＃１）と、燃焼安定限界に相当する値として予め設定された所定値とを比較する。
そして、燃焼圧変動率ΔＰｉ（＃１）が前記所定値を越えている場合には、燃焼安定を回復させるべく、ステップ４へ進んで、空燃比のリッチ化させるか、又は、点火時期を進角する。
【００２７】
前記空燃比のリッチ化は、例えば前記基本燃料噴射量Ｔｐの乗算補正項を所定値だけ増大させて、燃料噴射量Ｔｉの増量を図ることで行われる。
また、点火時期の進角は、例えば基本点火時期に対する加算補正項を所定値だけ増大させて、点火進角値を増大させることで行われる。
一方、燃焼圧変動率ΔＰｉ（＃１）が前記所定値未満である場合には、燃焼安定限界を越えることなく、空燃比のリーン化又は点火時期の遅角補正を進めることができる可能性があるので、ステップ５へ進んで、空燃比のリーン化させるか、又は、点火時期を遅角する。
【００２８】
前記空燃比のリーン化は、例えば前記基本燃料噴射量Ｔｐの乗算補正項を所定値だけ減少させて、燃料噴射量Ｔｉの減量を図ることで行われる。
また、点火時期の遅角は、例えば基本点火時期に対する加算補正項を所定値だけ減少させて、点火進角値を減少させることで行われる。
更に、燃焼圧変動率ΔＰｉ（＃１）と前記所定値とが略一致していて、燃焼安定限界付近に点火時期又は空燃比が制御されていると見做されるときには、空燃比，点火時期を修正することなく、ステップ６へ進む。
【００２９】
ステップ６では、全気筒に一律の値として設定される全気筒リミッタ（限界値）を、前記燃焼圧変動率ΔＰｉ（＃１）に基づくリーン化代又はリタード代が上回っているか否かを判別する。
そして、前記燃焼圧変動率ΔＰｉ（＃１）に基づくリーン化代又はリタード代が全気筒リミッタ以上である場合には、ステップ７へ進んでリーン化代又はリタード代を前記全気筒リミッタに制限して、ステップ８へ進む。
【００３０】
ステップ８では、前記燃焼圧変動率ΔＰｉ（＃１）と所定値との比較に基づいて制御される空燃比（燃料噴射量）及び点火時期の修正項を、＃１気筒に対応するデータとして例えば運転条件別に記憶し、該記憶されたデータに基づいて実際の噴射量補正、点火時期補正が行われるようにする。
上記制御によって、＃１気筒における点火時期又は空燃比が、燃焼安定限界付近に精度良く制御されることになる。例えば前記筒内圧センサ16は、点火栓８と共締めされるものであるから、点火栓の締付けトルクのばらつきがセンサ出力に影響することになってしまうが、上記のように積分値Ｐｉの変動率を演算する構成であれば、絶対レベルのシフトが影響しないので、＃１気筒の燃焼圧変動を精度良く検出し、以って、空燃比を最大限にリーン化させ、また、点火時期を最大限に遅角させることができるものである。
【００３１】
同様な制御がその他の気筒においても行われるから、各気筒それぞれで空燃比，点火時期が燃焼安定限界付近に精度良く制御されることになる。
ここで、上記のように各気筒別の燃焼圧変動率ΔＰｉに基づいて各気筒別に空燃比のリーン化又は点火時期のリタード制御を行うと、各気筒の燃焼安定限界のばらつきによって（図６参照）、各気筒毎にリーン化代又はリタード代（図７参照）が異なって、各気筒毎には燃焼圧変動が抑制されるものの各気筒間の燃焼圧にばらつきを生じるようになる場合がある（図８参照）。そして、かかる気筒間での燃焼圧ばらつきが大きい場合には、機関出力変動を招くことになってしまう。そこで、前記ステップ６，７（フィードバック制限手段）において、前記リーン化代，リタード代を全気筒リミッタ内に制限し、全気筒トータルでの燃焼圧変動（機関出力変動）が許容レベルを越えて大きくなることを回避するようにしてある。
【００３２】
前記全気筒リミッタは、図４のフローチャートに従って設定される。
図４のフローチャートにおいて、ステップ11では、各気筒に設けられた筒内圧センサ16の検出信号をＡ／Ｄ変換して読み込み、該読み込んだ筒内圧を所定の積分区間（例えば圧縮ＴＤＣ〜ＡＴＤＣ100 °）でそれぞれ積分して各気筒毎の積分値Ｐｉ（＃１〜＃ｎ）を得る。
【００３３】
ステップ12では、前記各気筒毎の積分値Ｐｉ（＃１〜＃ｎ）の平均値ΣＰｉを算出する。
ステップ13では、前記平均値ΣＰｉの変動率ΔΣＰｉを、今回値ΣＰｉと前回値ΣＰｉ_-1との比として求める（ΔΣＰｉ＝ΣＰｉ／ΣＰｉ_-1）。
ステップ14では、前記変動率ΔΣＰｉと、予め設定された全気筒トータルでの燃焼圧変動（機関出力変動）の許容値としての所定値とを比較する。
【００３４】
そして、前記変動率ΔΣＰｉが所定値を上回って許容レベルを越える燃焼圧変動が全気筒トータルで発生している場合には、ステップ15へ進み、全気筒リミッタを所定値だけ減少させ、リーン化代又はリタード代がより小さく制限されるようにする。
これにより、各気筒の中で燃焼安定限界内で大きくリーン化又はリタードを行うことができる気筒があっても、前記変動率ΔΣＰｉが所定値を上回る場合には、前記リーン化代，リタード代を制限し、これにより、気筒間でリーン化代，リタード代が大きく異なることによる燃焼圧のばらつきを抑制して、全気筒トータルでの燃焼圧変動、即ち、機関出力変動を許容レベル内に抑制できるようにする。
【００３５】
一方、前記変動率ΔΣＰｉが所定値を下回っていて、全気筒トータルの燃焼圧変動が低い場合には、各気筒別のリーン化代又はリタード代を拡大しても、全気筒トータルでの燃焼圧変動を許容レベル内に抑制できる可能性があるので、ステップ16へ進んで、前記全気筒リミッタを所定値だけ増大させ、リーン化又はリタードをより進められるようにする。
【００３６】
これにより、燃焼安定限界内で大きくリーン化又はリタードを行うことができる気筒において、前記全気筒リミッタによってリーン化，リタードが無用に制限されてしまうことを回避できる。
更に、前記変動率ΔΣＰｉと所定値とが略一致する場合には、前記全気筒リミッタを増減修正することなく、本ルーチンを終了させる。
【００３７】
前記全気筒リミッタは、前記図４のフローチャートに示すように、各気筒別に検出された燃焼圧に基づいて設定しても良いが、全気筒トータルとしての燃焼圧変動、即ち、機関出力変動を検出できれば良いから、図５のフローチャートに示すように、機関回転速度の変動率に基づいて設定する構成としても良い。
図５のフローチャートにおいて、ステップ21では、クランク角センサ14からの検出信号に基づいて機関回転速度Ｎｅを検出する。
【００３８】
ステップ22では、機関回転速度Ｎｅの今回値と前回値（Ｎｅ_-1）との比に基づいて、機関回転速度Ｎｅの変動率ΔＮｅ（＝Ｎｅ／Ｎｅ_-1）を算出する。
ステップ23では、前記変動率ΔＮｅと、予め設定された機関出力変動の許容値に相当する所定値とを比較する。
そして、前記変動率ΔΣＰｉを用いる場合と同様に、前記変動率ΔＮｅが所定値を上回って許容レベルを越える燃焼圧変動が全気筒トータルで発生している場合には、ステップ24へ進み、全気筒リミッタを所定値だけ減少させ、リーン化代又はリタード代がより小さく制限されるようにする。
【００３９】
一方、前記変動率ΔＮｅが所定値を下回っていて、全気筒トータルの燃焼圧変動が低い場合には、各気筒別のリーン化代又はリタード代を拡大しても、全気筒トータルでの燃焼圧変動を許容レベル内に抑制できる可能性があるので、ステップ25へ進んで、前記全気筒リミッタを所定値だけ増大させ、リーン化又はリタードをより進められるようにする。
【００４０】
尚、前記積分値Ｐｉの代わりに、所定クランク角位置における筒内圧（燃焼圧）を検出させる構成としても良いが、積分値Ｐｉを用いることで、ノイズ影響の少ない燃焼圧検出が可能となる。
また、前記全気筒リミッタ（限界値）は、上記のように機関出力変動を示すΔΣＰｉやΔＮｅに基づいて設定するのが好ましいが、予め固定値として与える構成であっても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によると、各気筒別に検出される燃焼圧の絶対値に誤差があっても、各気筒の燃焼圧変動を正しく検出して、各気筒別に燃焼安定限界に制御することができると共に、該気筒別制御の結果、気筒間で大きな燃焼圧ばらつきが発生することを回避して、機関全体の出力変動を許容レベル内に抑制できるという効果がある。
【００４２】
請求項２記載の発明によると、各気筒別に検出される燃焼圧に基づいて全気筒トータルでの燃焼圧変動を求めて、これによって、各気筒別の燃焼安定限界制御における限界値を適正に設定することができるという効果がある。
【００４３】
請求項３記載の発明によると、機関回転速度の変動に基づいて機関出力変動を検出し、各気筒別の燃焼安定限界制御における限界値を適正に設定することができるという効果がある。
請求項４記載の発明によると、各気筒の空燃比をそれぞれの燃焼安定限界にまでリーン化させることが可能となる一方、空燃比の気筒間でのばらつきによって機関出力変動が大きくなることを確実に回避できるという効果がある。
【００４４】
請求項５記載の発明によると、各気筒の点火時期をそれぞれの燃焼安定限界にまで遅角させて、ＨＣ量の抑制などを図ることが可能となる一方、点火時期の気筒間でのばらつきによって機関出力変動が大きくなることを確実に回避できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明にかかる装置の構成ブロック図。
【図２】実施の形態における機関のシステム構成図。
【図３】実施の形態における空燃比，点火時期のフィードバック制御の様子を示すフローチャート。
【図４】気筒別フィードバック制御におけるリミッタの設定制御を示すフローチャート。
【図５】気筒別フィードバック制御におけるリミッタの設定制御を示すフローチャート。
【図６】気筒間における燃焼安定限界における点火時期のばらつきを示す線図。
【図７】気筒別の燃焼安定限界制御の結果としての点火時期ばらつきを示す線図。
【図８】気筒間の燃焼圧ばらつきによる全気筒トータルでの燃焼圧変動の様子を示す線図。
【図９】燃焼圧検出のばらつきの様子を示す図。
【符号の説明】
１内燃機関
４吸気マニホールド
５スロットル弁
６燃料噴射弁
８点火栓
10 排気マニホールド
11 コントロールユニット
12 熱線式エアフローメータ
13 スロットルセンサ
14 クランク角センサ
15 水温センサ
16 筒内圧センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to a technique for controlling an air-fuel ratio and ignition timing of an engine to a combustion stability limit.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, engine output fluctuations are detected, and the air-fuel ratio and ignition timing are adjusted to the combustion stability limit based on the detection results.
Specifically, the engine output fluctuation (fluctuation ratio of combustion pressure in all cylinders) is calculated based on the combustion pressure sensor provided for each cylinder, and the fluctuation ratio does not become larger than a predetermined value (combustion stability limit). In the range, the air-fuel ratio is made lean, and the ignition timing is retarded (retarded).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, if the output characteristic of the combustion pressure sensor provided for each cylinder varies, the combustion pressure detected for each cylinder varies (see FIG. 9), so that the combustion is stabilized even for each cylinder. However, the variation in the detected value of the combustion pressure between cylinders is erroneously detected as engine output fluctuation, and although the combustion stability limit is not actually reached, the air-fuel ratio is made leaner and the ignition timing is retarded. In some cases, it disappeared.
[0004]
Especially when a ring-shaped piezoelectric element is attached as a washer for a spark plug and a combustion pressure sensor is used to detect the combustion pressure as a relative pressure with respect to the tightening load of the spark plug, the output is output between the sensors due to variations in the tightening load. There is a possibility that the characteristics vary greatly, and there is a possibility that the air-fuel ratio and the ignition timing cannot be controlled to the combustion stability limit.
[0005]
As a technique for solving such a problem, the present applicant calculates the combustion pressure fluctuation for each cylinder based on the combustion pressure detected for each cylinder, and individually for each cylinder based on the calculated combustion pressure fluctuation. Proposed first to control the ignition timing and air-fuel ratio to the combustion stability limit [0006]
(See Japanese Patent Application No. 7-202441 ).
However, because the combustion stability limit of each cylinder differs for each cylinder due to fuel and air distribution performance, component variations for each cylinder, etc., control up to the combustion stability limit for each cylinder by the control for each cylinder. The ignition timing and the air-fuel ratio thus varied among the cylinders (see FIGS. 6 and 7), which may cause variations in the combustion pressure between the cylinders, resulting in an output fluctuation exceeding the allowable level for the entire engine. (See FIG. 8).
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to cause output fluctuations exceeding an allowable level as a whole engine while controlling the combustion pressure near the combustion stability limit for each cylinder without being affected by variations in the combustion pressure sensor. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can be avoided.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the invention described in claim 1 is configured as shown in FIG.
In FIG. 1, the combustion pressure detecting means detects the combustion pressure for each cylinder of the engine, and the combustion pressure fluctuation calculating means combusts for each cylinder based on the combustion pressure for each cylinder detected by the combustion pressure detecting means. Calculate pressure fluctuation.
[0009]
The cylinder-by-cylinder combustion control means is a control object that is controlled independently for each cylinder, and the control object that correlates with the combustion stability is determined as the combustion pressure fluctuation for each cylinder calculated by the combustion pressure fluctuation calculating means. Based on the above, feedback control is performed so that the combustion stability limit is reached for each cylinder. Further, the feedback limiting means detects the output fluctuation in the entire engine, sets a limit value based on the output fluctuation in the entire engine, and performs the feedback control of the control object by the cylinder-specific combustion control means for each cylinder. Limit within limits .
[0010]
According to such a configuration, the combustion pressure fluctuation is calculated for each cylinder, not the total of all cylinders. Therefore, even if the absolute value of the combustion pressure detection value varies among cylinders, the combustion pressure fluctuation is substantially correct for each cylinder. Can be calculated. That is, even if there is an error in the absolute value of the combustion pressure detected for each cylinder, since the configuration is such that the fluctuation of the combustion pressure is calculated and controlled for each cylinder, the shift of the absolute value is not affected. It becomes possible to correctly detect the combustion pressure fluctuation of the cylinder and control it to the combustion stability limit for each cylinder.
[0011]
Here, in order to prevent variations in the combustion pressure for each cylinder due to variations in the combustion stability limit between the cylinders, and thereby to avoid an increase in output fluctuations in the entire engine , the combustion for each cylinder depends on the limit value based on the output fluctuations in the entire engine. Limit feedback control for each cylinder based on pressure fluctuations.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, the feedback limiting means detects the output fluctuation in the entire engine based on the combustion pressure for each cylinder detected by the combustion pressure detecting means.
[0013]
According to such a configuration, the combustion pressure fluctuation in all cylinders is obtained based on the combustion pressure detected for each cylinder, thereby determining whether or not the output fluctuation in the entire engine exceeds the allowable value. Thus, the limit value in the combustion stability limit control for each cylinder is set.
According to a third aspect of the present invention, the feedback limiting means detects the output fluctuation in the entire engine based on the fluctuation of the engine rotation speed.
[0014]
According to such a configuration, the variation in the combustion pressure for each cylinder generates a fluctuation in the engine rotation speed. Therefore, the output fluctuation in the entire engine is detected based on the fluctuation in the engine rotation speed, and in the combustion stability limit control for each cylinder. Set the limit value.
According to a fourth aspect of the present invention, a fuel supply means is provided for each cylinder of the engine, and the combustion control means for each cylinder controls the fuel supply amount in the fuel supply means independently for each cylinder as the control object, and the air-fuel ratio of the cylinders configured to respectively control the combustion stability limit of each cylinder, the feedback limiting means, has a structure that limits the lean cost of the air-fuel ratio within the limits.
[0015]
According to such a configuration, the air-fuel ratio of each cylinder can be made lean to the respective combustion stability limit, while an increase in engine output fluctuation due to variations in the air-fuel ratio among the cylinders can be avoided.
According to a fifth aspect of the present invention, the combustion control means for each cylinder controls the ignition timing in each cylinder as the control target independently to the combustion stability limit for each cylinder, and the feedback restriction means and configured to restrict the retard allowance of ignition timing in the limits.
[0016]
According to such a configuration, it is possible to retard the ignition timing of each cylinder to the respective combustion stability limit to suppress the amount of HC, etc., while engine output fluctuations due to variations in the ignition timing among the cylinders. It can avoid becoming large.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
In FIG. 2 showing the system configuration, air is sucked into the internal combustion engine 1 through an air cleaner 2, an intake duct 3, and an intake manifold 4.
The intake duct 3 is provided with a butterfly throttle valve 5 that is linked to an accelerator pedal (not shown), and the intake air amount of the engine is adjusted by the throttle valve 5.
[0018]
Each branch portion of the intake manifold 4 is provided with an electromagnetic fuel injection valve 6 (fuel supply means) for each cylinder, and electronic control of the amount of fuel supplied from the fuel injection valve 6 is performed. A mixture with a predetermined air-fuel ratio is formed. Here, by individually controlling the fuel injection valves 6 provided for the respective cylinders, it is possible to form air-fuel mixtures having different air-fuel ratios for the respective cylinders.
[0019]
The air-fuel mixture sucked into the cylinder through the intake valve 7 is ignited and burned by spark ignition by the spark plug 8 provided for each cylinder, and the combustion exhaust is discharged through the exhaust valve 9 and is shown by the exhaust manifold 10. Not led to the catalyst, muffler.
A control unit 11 for controlling the fuel injection amount by the fuel injection valve 6 and the ignition timing of the spark plug 8 includes a microcomputer. The control unit 11 controls the intake air amount signal Q from the hot-wire air flow meter 12 and the throttle sensor 13. The throttle valve opening signal TVO, the crank angle signal from the crank angle sensor 14, the coolant temperature signal Tw from the water temperature sensor 15, the cylinder pressure signal P from the cylinder pressure sensor 16, and the like are input.
[0020]
The hot-wire air flow meter 12 directly detects the intake air amount of the engine 1 as a mass flow rate based on the resistance change due to the intake air amount of the temperature sensitive resistance.
The throttle sensor 13 detects the opening degree TVO of the throttle valve 5 with a potentiometer.
The crank angle sensor 14 outputs a unit angle signal for each unit crank angle and a reference angle signal for each predetermined piston position. Here, the engine rotational speed Ne can be calculated by measuring the number of occurrences of the unit angle signal within a predetermined time or the generation period of the reference angle signal.
[0021]
The water temperature sensor 15 detects the cooling water temperature Tw in the water jacket of the engine 1 as a temperature representative of the engine temperature.
The in-cylinder pressure sensor 16 (combustion pressure detecting means) is composed of a ring-shaped piezoelectric element mounted as a washer of the spark plug 8 as disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-17432. This is a sensor for detecting the combustion pressure as a relative pressure with respect to the tightening load, and it is possible to detect the in-cylinder pressure P (combustion pressure) for each cylinder by mounting it for each spark plug 8 of each cylinder. The in-cylinder pressure sensor 16 is of a type that detects the in-cylinder pressure as an absolute pressure by directing the sensor portion directly into the combustion chamber, in addition to the type that is mounted as the washer of the spark plug 8 as described above. Also good.
[0022]
The control unit 11 determines a basic ignition timing (basic ignition advance value) based on engine operating conditions such as engine load and engine speed, and controls the ignition timing by the spark plug 8.
Further, the control of the injection amount of the fuel injection valve 6 by the control unit 11 is performed as follows.
[0023]
The basic fuel injection amount Tp (= K ×) corresponding to the target air-fuel ratio based on the intake air amount Q detected by the hot-wire air flow meter 12 and the engine speed Ne calculated from the detection signal from the crank angle sensor 14. Q / Ne: K is a constant), and the basic fuel injection amount Tp is corrected according to operating conditions such as the coolant temperature Tw to obtain the final fuel injection amount Ti. Then, a drive pulse signal having a pulse width corresponding to the fuel injection amount Ti is output to the fuel injection valve 6 at a predetermined timing. Fuel that is adjusted to a predetermined pressure by a pressure regulator (not shown) is supplied to the fuel injection valve 6, and an amount of fuel that is proportional to the pulse width of the drive pulse signal is injected and supplied. An air-fuel mixture with a fuel ratio is formed.
[0024]
In addition to the basic ignition timing and air-fuel ratio (fuel injection amount) control, the control unit 11 varies the combustion pressure for each cylinder based on the in-cylinder pressure of each cylinder detected by the in-cylinder pressure sensor 16. (Combustion pressure fluctuation calculation means) is calculated, and feedback control for retarding the ignition timing and making the air-fuel ratio lean is performed independently for each cylinder within a range in which the combustion pressure fluctuation does not exceed the allowable limit. The state of such control will be described in detail according to the flowchart of FIG.
[0025]
The flowchart in FIG. 3 shows the ignition timing and air-fuel ratio control in the # 1 cylinder. In the other cylinders, the same control as that shown in the flowchart in FIG. 3 is performed independently. It is assumed that the ignition timing and the air-fuel ratio (fuel injection amount) are individually controlled for each cylinder.
In the flowchart of FIG. 3, first, in step 1 (indicated by S1 in the figure, the same applies hereinafter), the detection signal of the in-cylinder pressure sensor 16 provided in the # 1 cylinder is A / D converted and read. The integrated value Pi (# 1) is obtained by integrating the internal pressure in a predetermined integration interval (for example, compression TDC to ATDC 100 °).
[0026]
In step 2, the ratio ΔPi (# 1) between the latest value of the integrated value Pi (# 1) and the previous value is calculated as the combustion pressure fluctuation rate in the # 1 cylinder.
In step 3, the combustion pressure fluctuation rate ΔPi (# 1) in the # 1 cylinder is compared with a predetermined value set in advance as a value corresponding to the combustion stability limit.
If the combustion pressure fluctuation rate ΔPi (# 1) exceeds the predetermined value, the process proceeds to step 4 to recover the combustion stability, or the air-fuel ratio is enriched or the ignition timing is advanced. Horn.
[0027]
The enrichment of the air-fuel ratio is performed, for example, by increasing the multiplication correction term of the basic fuel injection amount Tp by a predetermined value to increase the fuel injection amount Ti.
The advance of the ignition timing is performed, for example, by increasing the ignition advance value by increasing the addition correction term for the basic ignition timing by a predetermined value.
On the other hand, if the combustion pressure fluctuation rate ΔPi (# 1) is less than the predetermined value, there is a possibility that the air-fuel ratio can be made leaner or the ignition timing retarded can be corrected without exceeding the combustion stability limit. Therefore, the routine proceeds to step 5 where the air-fuel ratio is made lean or the ignition timing is retarded.
[0028]
The leaning of the air-fuel ratio is performed by, for example, reducing the fuel injection amount Ti by reducing the multiplication correction term of the basic fuel injection amount Tp by a predetermined value.
Further, the ignition timing is retarded by, for example, decreasing the ignition advance value by decreasing the addition correction term for the basic ignition timing by a predetermined value.
Further, when the combustion pressure fluctuation rate ΔPi (# 1) substantially coincides with the predetermined value and it is considered that the ignition timing or the air-fuel ratio is controlled near the combustion stability limit, the air-fuel ratio, the ignition timing The process proceeds to step 6 without correcting.
[0029]
In step 6, it is determined whether the all cylinder limiter (limit value) set as a uniform value for all cylinders exceeds the leaning allowance or the retard allowance based on the combustion pressure fluctuation rate ΔPi (# 1). .
If the leaning allowance or retard allowance based on the combustion pressure fluctuation rate ΔPi (# 1) is equal to or greater than the all cylinder limiter, the routine proceeds to step 7 where the lean allowance or retard allowance is limited to the all cylinder limiter. Then, go to Step 8.
[0030]
In step 8, the air-fuel ratio (fuel injection amount) and the ignition timing correction term controlled based on the comparison between the combustion pressure fluctuation rate ΔPi (# 1) and a predetermined value are used as data corresponding to the # 1 cylinder, for example. It is stored for each operating condition, and actual injection amount correction and ignition timing correction are performed based on the stored data.
By the above control, the ignition timing or the air-fuel ratio in the # 1 cylinder is accurately controlled near the combustion stability limit. For example, since the in-cylinder pressure sensor 16 is fastened together with the spark plug 8, variations in the tightening torque of the spark plug will affect the sensor output, but the fluctuation of the integrated value Pi as described above. If the ratio is calculated, the absolute level shift is not affected, so the combustion pressure fluctuation of the # 1 cylinder is accurately detected, so that the air-fuel ratio is made lean to the maximum, and the ignition timing is set. It can be retarded as much as possible.
[0031]
Since the same control is performed in the other cylinders, the air-fuel ratio and the ignition timing are accurately controlled near the combustion stability limit in each cylinder.
Here, when the air-fuel ratio leaning or the ignition timing retard control is performed for each cylinder based on the combustion pressure fluctuation rate ΔPi for each cylinder as described above, due to variations in the combustion stability limit of each cylinder (see FIG. 6). ) The leaning allowance or the retard allowance (see FIG. 7) differs for each cylinder, and although the combustion pressure fluctuation is suppressed for each cylinder, the combustion pressure between the cylinders may vary. (See FIG. 8). And when the combustion pressure dispersion | variation between such cylinders is large, an engine output fluctuation will be caused. Therefore, in steps 6 and 7 (feedback limiting means), the leaning allowance and retarding allowance are restricted within the all cylinder limiter, and the combustion pressure fluctuation (engine output fluctuation) in all cylinders exceeds the allowable level. It is trying to avoid becoming.
[0032]
The all cylinder limiter is set according to the flowchart of FIG.
In the flowchart of FIG. 4, in step 11, the detection signal of the in-cylinder pressure sensor 16 provided in each cylinder is A / D converted and read, and the read in-cylinder pressure is read in a predetermined integration interval (for example, compression TDC to ATDC 100 °). Are integrated to obtain integrated values Pi (# 1 to #n) for each cylinder.
[0033]
In step 12, an average value ΣPi of the integral values Pi (# 1 to #n) for each cylinder is calculated.
In step 13, the fluctuation rate ΔΣPi of the average value ΣPi is obtained as a ratio between the current value ΣPi and the previous value ΣPi ₋₁ (ΔΣPi = ΣPi / ΣPi ₋₁ ).
In step 14, the fluctuation rate ΔΣPi is compared with a predetermined value as an allowable value of the combustion pressure fluctuation (engine output fluctuation) for all cylinders set in advance.
[0034]
When the fluctuation rate ΔΣPi exceeds the predetermined value and the combustion pressure fluctuation exceeding the permissible level is generated in all cylinders, the process proceeds to step 15 where the all cylinder limiter is decreased by the predetermined value and the leaning allowance is increased. Alternatively, the retard amount is limited to be smaller.
Thereby, even if there is a cylinder that can be largely leaned or retarded within the combustion stability limit in each cylinder, if the variation rate ΔΣPi exceeds a predetermined value, the leaning allowance and the retard allowance are set. By limiting this, it is possible to suppress variations in combustion pressure due to large differences in the leaning allowance and retarding allowance between cylinders, and to suppress combustion pressure fluctuations in all cylinders, that is, engine output fluctuations within an allowable level. Like that.
[0035]
On the other hand, when the fluctuation rate ΔΣPi is below a predetermined value and the combustion pressure fluctuation of all cylinders is low, the combustion pressure of all cylinders can be increased even if the leaning allowance or the retarding allowance for each cylinder is increased. Since there is a possibility that the fluctuation can be suppressed within an allowable level, the routine proceeds to step 16, where the all-cylinder limiter is increased by a predetermined value so that leaning or retarding can be further advanced.
[0036]
Accordingly, it is possible to avoid that leaning and retarding are unnecessarily restricted by the all-cylinder limiter in a cylinder that can be largely leaned or retarded within the combustion stability limit.
Further, when the fluctuation rate ΔΣPi and the predetermined value substantially coincide with each other, this routine is terminated without correcting the increase / decrease of the all cylinder limiter.
[0037]
The all-cylinder limiter may be set based on the combustion pressure detected for each cylinder as shown in the flowchart of FIG. 4, but it detects the combustion pressure fluctuation as a total of all cylinders, that is, the engine output fluctuation. As long as it is possible, as shown in the flowchart of FIG.
In the flowchart of FIG. 5, in step 21, the engine speed Ne is detected based on the detection signal from the crank angle sensor 14.
[0038]
In step 22, the fluctuation rate ΔNe (= Ne / Ne ₋₁ ) of the engine rotation speed Ne is calculated based on the ratio between the current value of the engine rotation speed Ne and the previous value (Ne ₋₁ ).
In step 23, the fluctuation rate ΔNe is compared with a predetermined value corresponding to a preset allowable value of engine output fluctuation.
As in the case of using the fluctuation rate ΔΣPi, when the fluctuation rate ΔNe exceeds the predetermined value and the combustion pressure fluctuation exceeding the allowable level is generated in all cylinders, the process proceeds to step 24, where all cylinders The limiter is decreased by a predetermined value so that the leaning allowance or the retard allowance is limited to a smaller value.
[0039]
On the other hand, when the fluctuation rate ΔNe is below a predetermined value and the combustion pressure fluctuation of all cylinders is low, the combustion pressure of all cylinders is increased even if the leaning allowance or the retarding allowance for each cylinder is increased. Since there is a possibility that the fluctuation can be suppressed within an allowable level, the routine proceeds to step 25 where the all-cylinder limiter is increased by a predetermined value so that leaning or retarding can be further advanced.
[0040]
It should be noted that, instead of the integrated value Pi, a configuration in which the in-cylinder pressure (combustion pressure) at a predetermined crank angle position may be detected. However, by using the integrated value Pi, it is possible to detect the combustion pressure with little noise influence.
The all-cylinder limiter (limit value) is preferably set based on ΔΣPi and ΔNe indicating engine output fluctuation as described above, but may be configured to be given as a fixed value in advance.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, even if there is an error in the absolute value of the combustion pressure detected for each cylinder, the combustion pressure fluctuation of each cylinder is correctly detected, and the combustion stability for each cylinder is stabilized. In addition to being able to be controlled to the limit, as a result of the cylinder-by-cylinder control, it is possible to avoid the occurrence of large variations in combustion pressure between cylinders and to suppress the output fluctuation of the entire engine within an allowable level.
[0042]
According to the second aspect of the present invention , the combustion pressure fluctuation in all cylinders is obtained based on the combustion pressure detected for each cylinder , and accordingly, the limit value in the combustion stability limit control for each cylinder is appropriately set. There is an effect that can be done.
[0043]
According to the third aspect of the present invention, there is an effect that the engine output fluctuation is detected based on the fluctuation of the engine rotation speed, and the limit value in the combustion stability limit control for each cylinder can be set appropriately.
According to the invention described in claim 4, it is possible to make the air-fuel ratio of each cylinder lean to the respective combustion stability limit, while ensuring that the engine output fluctuation increases due to the variation of the air-fuel ratio among the cylinders. There is an effect that can be avoided.
[0044]
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to retard the ignition timing of each cylinder to the respective combustion stability limit to suppress the amount of HC and the like. There is an effect that it is possible to reliably avoid an increase in engine output fluctuation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an apparatus according to the invention as set forth in claim 1;
FIG. 2 is a system configuration diagram of the engine in the embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing a state of feedback control of air-fuel ratio and ignition timing in the embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing limiter setting control in cylinder-by-cylinder feedback control;
FIG. 5 is a flowchart showing limiter setting control in cylinder-by-cylinder feedback control;
FIG. 6 is a diagram showing variation in ignition timing at a combustion stability limit between cylinders.
FIG. 7 is a diagram showing variations in ignition timing as a result of cylinder-by-cylinder combustion stability limit control.
FIG. 8 is a diagram showing how combustion pressure fluctuates in all cylinders due to variations in combustion pressure between cylinders.
FIG. 9 is a diagram showing a variation in combustion pressure detection.
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine 4 Intake manifold 5 Throttle valve 6 Fuel injection valve 8 Spark plug
10 Exhaust manifold
11 Control unit
12 Hot-wire air flow meter
13 Throttle sensor
14 Crank angle sensor
15 Water temperature sensor
16 In-cylinder pressure sensor

Claims

Combustion pressure detecting means for detecting the combustion pressure for each cylinder of the engine;
Combustion pressure fluctuation calculating means for calculating the combustion pressure fluctuation for each cylinder based on the combustion pressure for each cylinder detected by the combustion pressure detecting means;
A control object that is controlled independently for each cylinder and correlates with combustion stability is burned for each cylinder based on the combustion pressure fluctuation for each cylinder calculated by the combustion pressure fluctuation calculating means. Combustion control means for each cylinder that performs feedback control so as to reach the stability limit;
Feedback that detects output fluctuation in the entire engine, sets a limit value based on the output fluctuation in the entire engine, and limits the feedback control of the controlled object by the cylinder-specific combustion control means within the limit value for each cylinder Limiting means,
A control device for an internal combustion engine, comprising:

The feedback limiting means, the control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the detecting the output variation in the entire engine based on the cylinder of the combustion pressure detected by the combustion pressure detecting means.

Control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said feedback limiting means, and detecting an output fluctuation in the entire engine based on variation in the engine speed.

Fuel supply means is provided for each cylinder of the engine, and the cylinder-by-cylinder combustion control means controls the fuel supply amount in the fuel supply means independently for each cylinder as the control target, and sets the air-fuel ratio of each cylinder for each cylinder. combustion is configured to control each of the stability limit, the feedback limiting means, a lean cost of the air-fuel ratio according to any one of claims 1 to 3, characterized in that to limit within the limits Control device for internal combustion engine.

The cylinder combustion control means, the ignition timing in each cylinder as the control object, a configuration of controlling each independently combustion stability limit of each cylinder, the feedback limiting means, said retard allowance of ignition timing The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 , wherein the control device is limited to a limit value.