JP3912032B2 - In-cylinder direct injection engine control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気エミッションの悪化を抑えつつ、プレイグニッションの発生を抑制、回避する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
火花点火式の筒内直接噴射式エンジンにおいては、燃焼騒音や振動を引き起こすプレイグニッションやノッキングが発生することがある。このプレイグニッションとノッキングは、いずれも燃焼に伴う燃焼室内の圧力変動が過剰に大きくなって燃焼騒音や振動を引き起こす現象を指すが、プレイグニッションは、点火プラグによる火花点火実行前に、燃焼室内の混合気が点火プラグ先端部等の熱などによって自然着火(過早点火)する現象であり、ノッキングは、点火後の燃焼過程において燃焼室周辺のエンドガスが自己着火(異常燃焼)する現象である。
【0003】
このような現象は、騒音や振動を伴うだけでなく、出力低下を招いたり、エンジンの損傷を招いたりするおそれがあるため、従来からその発生を回避する技術が提案されている。
例えば、特開平10−231744号公報には、ノッキングが発生し易い低回転高負荷運転領域において、吸気行程中に後の圧縮行程で自己着火しない程度の少量の燃料を噴射し、残りの燃料噴射(すなわち、主たる燃料噴射)を圧縮行程で行うよう制御するものが開示されている。
【0004】
この技術によれば、燃焼室周辺部の混合気を希薄化してノッキングを発生し難くすると共に、主たる燃料噴射から火花点火実行までの時間も短いので、プレイグニッションの発生も回避できると考えられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように圧縮行程噴射は、ノッキング及びプレイグニッションの双方の発生を抑制、回避する効果を有するが、要求噴射燃料量の多い高負荷運転時において、圧縮行程噴射を行うと、未燃HCやスモークの排出量が増加し、排気エミッションが悪化してしまうといった問題がある。
【0006】
本発明は、以上のような従来の問題を解決するためになされたものであり、排気エミッションの悪化を抑えつつ、プレイグニッションの発生を抑制、回避することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項1に係る発明は、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と燃焼室内に形成された混合気に点火する点火プラグとを備えた筒内直接噴射式エンジンの制御装置であって、プレイグニッションの発生を検出又は予測し、プレイグニッションの発生が検出又は予測されたときに、燃料噴射時期を、エンジン運転条件に基づいて設定される基準燃料噴射時期に対して遅角側に設定し、点火時期を、エンジン運転条件に基づいて設定される基準点火時期に対して進角側に設定することを特徴とする。
【0008】
請求項2に係る発明は、前記基準燃料噴射時期が吸気行程に設定されるものであって、プレイグニッションの発生が検出又は予測されたときに、前記燃料噴射時期を圧縮行程前半に設定することを特徴とする。
【0009】
請求項3に係る発明は、前記点火時期を、遅角側に設定された燃料噴射時期におけるノッキング限界点火時期とすることを特徴とする。
請求項4に係る発明は、エンジン本体に発生する振動の振動強度と振動発生時期を検出し、振動強度が所定の許容範囲を超えているとき、かつ、振動発生時期が点火時期よりも進角側にあるときに、プレイグニッションの発生を検出することを特徴とする。
【0010】
請求項5に係る発明は、特定運転領域でのエンジン運転中であって、エンジン冷却水温度が所定温度以上のときに、プレイグニッションの発生を予測することを特徴とする。
請求項6に係る発明は、特定運転領域でのエンジン運転中であって、エンジン冷却水温度が所定温度以上のときに、プレイグニッションの発生を予測することを特徴とする。
【0011】
請求項7に係る発明は、特定運転領域でのエンジン運転中であって、エンジン燃焼室の壁温が所定温度以上のときに、プレイグニッションの発生を予測することを特徴とする。
請求項8に係る発明は、前記特定運転領域が、低回転高負荷領域であることを特徴とする。
【0012】
請求項9に係る発明は、プレイグニッションの発生が検出、予測されないときであって、前記振動強度が所定の許容範囲を超えているときに、点火時期を、エンジン運転条件に基づいて設定される基準点火時期に対して遅角側に設定することを特徴とする。
【0013】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、
燃料噴射時期を、基準燃料噴射時期よりも遅角側に設定することにより、燃料噴射から点火までの時間を短くすることができ、プレイグニッションの発生を回避できる。
【0014】
また、上記制御は、プレイグニッションの発生を検出又は予測したときのみに実行するので、プレイグニッション回避に伴う排気エミッションの悪化を最小限に抑えることができる。さらに、点火時期を基準点火時期よりも進角側に設定することにより、燃料噴射時期を遅角したことに伴うエンジントルクの低下分を補うことができる。
請求項2に係る発明によれば、前記燃料噴射時期を圧縮行程前半に設定することにより、エンジントルクの低下を極力抑えつつ、プレイグニッションの発生を回避できる。
【0015】
請求項3に係る発明によれば、前記点火時期をノッキング限界点火時期とすることで、エンジントルクの低下分を最大限補うことができる。
【0016】
請求項4に係る発明によれば、新たに装置を設けることなく、ノッキングを検出するために従来から用いられている振動センサを利用することでプレイグニッションの発生を検出できる。
請求項5に係る発明によれば、特定運転領域におけるプレイグニッションの発生状況をあらかじめ実験等により求めておくことで、特定運転領域における連続運転時間を検出することにより、プレイグニッションの発生を予測できる。
【0017】
請求項6に係る発明によれば、請求項5に係る発明と同様に、特定運転領域におけるエンジン冷却水温度を検出することにより(水温センサの出力信号により)、プレイグニッションの発生を予測できる。
請求項7に係る発明によれば、請求項5、6に係る発明と同様に、特定運転領域における燃焼室の壁温を検出することにより(壁温センサの出力信号により)、プレイグニッションの発生を予測できる。
【0018】
請求項8に係る発明によれば、前記特定運転領域を、プレイグニッションの発生し易い低回転高負荷領域とすることで、制御負担を軽減しつつ、プレイグニッションの発生を精度よく予測できる。
請求項9に係る発明によれば、プレイグニッションと切り分けてノッキングを検出し、ノッキングを検出したときに、点火時期を基準点火時期よりも遅角側に設定するので、プレイグニッションの発生の抑制、回避に加えて、ノッキングについても排気エミッションの悪化を伴わずに抑制できる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図1に示すシステム図において、エンジンの燃焼室1は、シリンダヘッド2、シリンダブロック3及びピストン4により画成されており、該燃焼室1に接続する吸気ポート5及び排気ポート6がシリンダヘッド2に形成されている。
【0020】
吸気ポート5の燃焼室1側の開口端には、吸気カム9によって開閉駆動される吸気弁7が設けられ、排気ポート5の燃焼室1側の開口端には、排気カム10によって開閉駆動される排気弁8が設けられている。
シリンダヘッド2の吸気ポート5下方には燃焼室1内に燃料を噴射する燃料噴射弁11が設けられており、点火プラグ12は、燃焼室1の略中央部を臨んで配設されている。
【0021】
そして、吸気弁7を介して吸入された空気に対して前記燃料噴射弁11から燃料を噴射して混合気を形成し、該混合気を前記燃焼室1内で圧縮し、点火プラグ11による火花点火によって着火する。
エンジンの排気は、排気弁8を介して燃焼室1から排気ポート6に排出され、図示しない排気浄化触媒を介して大気中へ排出される。
【0022】
エンジンコントロールユニット(ECU)13には、燃焼室1内の圧力変動をエンジンブロックの振動として検出する振動センサ14、クランク軸の回転角位置を検出するクランク角センサ15、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ16、燃焼室1に壁温を検出する壁温センサ17、図示しないアクセル開度センサ等からの信号が入力され、エンジンの回転速度Neは、クランク角センサ15からの出力信号に基づいて算出される。
【0023】
また、ECU13は、これら入力された信号に基づいてエンジンの運転条件を把握し、目標エンジントルクtTの演算、燃料噴射量Tp、燃料噴射時期IT、点火時期ADVの設定等の制御を行う。
なお、本エンジンは、低回転低負荷領域(図2の領域C)においては、圧縮行程時に燃料を燃焼室1内に噴射することにより点火プラグ周辺には燃えやすい混合気を、その周りには燃料のない空気層を形成する成層リーン運転を行い、他の領域、すなわち、中、高回転中、高負荷領域(図2の領域A、B)においては、吸気行程時に燃料を燃焼室1内に噴射することで混合気を均質にする均質ストイキ運転又は均質リッチ運転を行う。
【0024】
また、本エンジンでは、プレイグニッションとノッキングとを切り分けて検出(又は予測)し、特に低回転高負荷領域(図2の領域A)において、プレイグニッションの発生を検出又は予測したときは、燃料噴射時期を遅角側に制御することでプレイグニッションを抑制、回避し、ノッキングを検出したときは、点火時期を遅角側に制御することでノッキングを抑制する。
【0025】
以下、ECU13が行う燃料噴射時期IT制御、点火時期ADV制御について説明する。
まず、燃料噴射時期IT、点火時期ADVの算出について説明する。
図3は、燃料噴射時期IT算出ルーチンを示すフローであり、所定時間毎に実行される。
【0026】
ステップ1(図中S1と記す。以下同様)では、現在のエンジン運転条件(エンジン回転速度Ne、目標エンジントルクtT)が低回転高負荷領域(図2の領域A、以下領域Aという)であるか否かを判断する。領域Aであれば、ステップ2に進む。
ステップ2では、燃料噴射時期フラグfITが2であるか否かを判断する。
【0027】
この燃料噴射時期フラグfITは、領域Aにおける燃料噴射時期の設定を示すものであり、fIT=1であれば燃料噴射時期を第1噴射時期に設定し、fIT=2であれば燃料噴射時期を第2噴射時期に設定する。
ここで、第1噴射時期と第2噴射時期について図4を参照して説明する。
図4は、点火時期をノッキング限界に制御しつつ、燃料噴射時期を変化させたときのエンジントルク特性である。
【0028】
図に示すように、吸気行程中の所定に時期に燃料噴射を行ったときに最大のエンジントルクが得られる。これは、噴射燃料が気化するときの気化潜熱により吸気の温度が下がり、吸気の充填効率が上昇するためであるが、この最大エンジントルクが得られる噴射時期を前記第1噴射時期とする。
なお、燃料噴射時期を遅角側に設定するほどエンジントルクが低下しているが、これは吸気充填効率が低下すること及び噴射燃料と空気との混合が悪化することに起因している。
【0029】
燃料噴射時期を圧縮行程前半まで遅角させると、一旦エンジントルクが回復し、更に遅角させるとその後のエンジントルクは単調に低下する。このように圧縮行程前半でエンジントルクが極大となるのは、噴射燃料と空気との混合が悪化するのに伴い、ノッキング限界点火時期が進角(すなわち、点火時期が進角)することに起因するものであるが、このエンジントルクが極大となる噴射時期を前記第2噴射時期とする。
【0030】
ステップ2に戻って、燃料噴射時期フラグfITが2であれば(fIT=2)、ステップ3に進み、燃料噴射時期ITを圧縮行程前半の第2噴射時期に設定する。具体的には、エンジン運転条件に基づいて、あらかじめ設定された第2噴射時期マップを参照して燃料噴射時期ITに設定値IT2mをセットする。
燃料噴射時期フラグfITが2でなければ(すなわち、fIT=1であれば)、ステップ4に進み、燃料噴射時期ITを吸気行程中の第1噴射時期に設定する。具体的には、エンジン運転条件に基づいて、あらかじめ設定された第1噴射時期マップを参照して燃料噴射時期ITにマップ設定値IT1mをセットする。
【0031】
一方、ステップ1において、現在の運転条件が領域Aでないときは、ステップ5に進み、現在の運転条件が中負荷領域又は中、高回転領域(図2の領域B、以下領域Bという)であるか否かを判断する。
現在の運転条件が領域Bであれば、ステップ6に進み、燃料噴射時期ITを第1噴射時期に設定する。具体的な処理は前記ステップ4における処理と同じであり、エンジン運転条件に基づいて、あらかじめ設定された第1噴射時期マップを参照して燃料噴射時期ITにマップ設定値IT1mをセットする。
【0032】
現在の運転条件が領域Bでなければ(すなわち、図2の領域Cであれば)、ステップ7に進み、燃料噴射時期ITを圧縮行程後半の第3噴射時期に設定する。具体的には、エンジン運転条件に基づいて、あらかじめ設定された第3噴射時期マップを参照して燃料噴射時期ITにマップ設定値IT3mをセットする。なお、圧縮行程後半で燃料噴射が行われると、噴射燃料のほとんどがピストン4の冠面に設けられた凹部内に集中し、燃焼室1内の混合気が成層化される。
【0033】
以上の処理により算出された燃料噴射時期ITは、ECM13内のメモリにストアされ、燃料噴射信号を出力する制御ルーチンで読み出される。
図5は、点火時期ADV算出ルーチンを示すフローであり、所定時間毎に実行される。なお、点火時期ADVは、基準のクランク角(例えば、圧縮上死点)より何度前に点火を実行するかを表す値であり、値が大きいほど点火時期は進角側となる。
【0034】
ステップ11では、現在のエンジン運転条件が低回転高負荷領域(領域A)であるか否かを判断する。現在のエンジン運転条件が領域Aであれば、ステップ12に進み、燃料噴射時期フラグfITが2であるか否かを判断する。
燃料噴射時期フラグfITが2であれば(fIT=2)、ステップ13に進み、第2噴射時期(圧縮行程前半)用の点火時期を設定する。
【0035】
具体的には、エンジン運転条件に基づいて、あらかじめ設定された第2噴射時期用の点火時期マップを参照して点火時期ADVにマップ設定値ADV2mをセットする。ここで、マップ設定値ADV2mは、第2噴射時期におけるノッキング限界点火時期であり、あらかじめ実験等により求めた値がマップ上に記憶させてある。
【0036】
燃料噴射時期フラグfITが2でなければ(すなわち、fIT=1であれば)、ステップ14に進み、第1噴射時期(吸気行程中)用の点火時期を遅角側に制御する。具体的には、エンジンの運転条件に基づいて、あらかじめ設定された第1噴射時期用の点火時期マップを参照してマップ設定値ADV1mを算出し、このマップ設定値ADV1mからノッキング抑制のための遅角補正量RTDを減算したものを点火時期ADVとしてセットする(ADV=ADV1m−RTD)。
【0037】
ここで、マップ設定値ADV1mは、第1噴射時期におけるノッキング限界点火時期であり、ADV2mと同様に、あらかじめ実験等で求めた値がマップ上に記憶させてある。
一方、ステップ11において、現在のエンジン運転条件が領域Aでなければ、ステップ15に進み、現在の運転条件が領域Bであるか否かを判断する。
【0038】
現在の運転条件が領域Bであれば、ステップ16に進み、エンジン運転条件に基づいて、あらかじめ設定された第1噴射時期用の点火時期マップを参照して点火時期ADVにマップ設定値ADV1mをセットする。
現在のエンジン運転条件が領域Bでなければ(すなわち、図2の領域Cであれば)ステップ17に進み、エンジン運転条件に基づいて、あらかじめ設定された第3噴射時期用の点火時期マップを参照して点火時期ADVにマップ設定値ADV3mをセットする。
【0039】
以上の処理で算出された点火時期ADVは、ECM13内のメモリにストアされ、点火信号を出力する制御ルーチンで読み出されて使用される。
次に、上記ルーチンで用いた燃料噴射時期フラグfITと遅角補正量RTDについて説明する。
図6は、燃料噴射時期フラグfIT設定、補正遅角量RTD算出ルーチンを示すフローであり、所定のタイミングで実行される。なお、本ルーチンの実行間隔は、最短で1燃焼サイクル毎(例えば、4気筒エンジンであればクランク角で180°毎)であり、複数燃焼サイクル毎に実行するようにしてもよい。
【0040】
ステップ101では、現在のエンジン運転条件が低回転高負荷領域(領域A)にあるか否かを判断する。
現在のエンジン運転条件が領域Aであれば、ステップ102に進み、燃料噴射時期フラグfITが2であるか否かを判断する。
燃料噴射時期フラグfITが2であれば(fIT=2)、本ルーチンはそのまま終了する。
【0041】
燃料噴射時期フラグfITが2でなければ(すなわち、fIT=1であれば)、ステップ103に進む。
なお、エンジン運転条件が領域Aでない場合は、燃料噴射時期フラグfITが1に設定されているので(前回の本ルーチン実行時のステップ110において設定されているので)、エンジン運転条件が領域A以外から領域Aに移行してきた当初は、燃料噴射時期フラグfITが1に設定されている。
【0042】
ステップ103では、プレイグニッションフラグfPIGを設定する。
このプレイグニッションフラグfPIGは、プレイグニッションが発生している状況(fPIG=2)、発生する可能性が高い状況(fPIG=1)、発生する可能性が低い状況(fPIG=0)を示すものであり、後述する図7の制御フローを実行することにより設定される。
【0043】
ステップ104では、プレイグニッションフラグfPIGが0より大きいか否かを判断する。
プレイグニッションフラグfPIGが0より大きいときは、プレイグニッション回避制御が必要であると判断し、ステップ105に進み、燃料噴射時期フラグfITを2に設定(変更)する。
【0044】
プレイグニッションfPIGが0であれば、ステップ106に進む。
ステップ106では、ノッキング強度KNOが所定の第1閾値KNOthAより大きいか否かを判断する。
このノッキング強度KNOは、振動センサ14からの出力信号に基づいて1燃焼毎に算出される値であり、直前の燃焼時に発生したエンジンブロック振動の強度、あるいは直前の燃焼を含めた過去複数燃焼分のエンジンブロック振動の平均強度を表している。
【0045】
また、第1閾値KNOthAは、算出した現在のノッキング強度KNOが制御による抑制を必要とするほど強いか否かを示す値であり、実験等によりあらかじめ求めた値である。
なお、ノッキング強度KNOの算出は1燃焼毎に算出されるので、今回参照するノッキング強度KNOは、前回の本ルーチン実行時に行ったノッキング抑制制御の結果が反映された値になっている。
【0046】
ノッキング強度KNOが第1閾値KNOthAよりも大きいときは、ステップ107に進み、点火時期の遅角補正量RTDを増大する(遅角側に更新する)処理を行う。具体的には、現在設定されている遅角補正量RTDに所定値(本ルーチンにおいては、クランク角度で2°)を加算し、更新後の遅角補正量RTD(+1)を算出する。
【0047】
なお、エンジン運転条件が領域Aでない場合は、点火時期の遅角補正量RTDは0に設定されているので(前回の本ルーチン実行時のステップ110において設定されているので)、エンジン運転条件が領域A以外から領域Aに移行してきた当初は、遅角補正量RTDが0に設定されている。
一方、ノッキング強度KNOが第1閾値以下であれば、ステップ108に進み、ノッキング強度KNOが所定の第2閾値KNOthBよりも小さいか否かを判断する。
【0048】
なお、第2閾値KNOthBは、前記第1閾値KNOthAよりも小さく(ノッキング弱側に)設定される値である。
ノッキング強度KNOが第2閾値よりも小さいときは、ステップ109に進み、点火時期の遅角補正量RTDを減少する(進角側に更新する)処理を行う。具体的には、現在設定されている遅角補正量RTDから所定値(本ルーチンにおいては、クランク角度で1°)を減算し、更新後の遅角補正量RTD(+1)を算出する。
【0049】
ノッキング強度KNOが第2閾値KNOthB以上のとき、すなわち、ノッキング強度KNOが前記第1閾値KNOthAと第2閾値KNOthBとの間にあるときは、遅角補正量RTDの更新を行わずに本ルーチンを終了する。
なお、ステップ101において、現在のエンジン運転条件が領域Aでないときは、ステップ110に進み、遅角補正量RTDを0に設定すると共に、燃料噴射時期フラグfITを1に設定する。
【0050】
次に、上記制御フローのステップ103における処理を説明する。
図7は、ステップ103における処理、すなわち、プレイグニッションフラグfPIGの設定を示すフローである。
ステップ201では、図6に示すルーチンを前回実行したときのエンジン運転条件(前回のエンジン運転条件)が低回転高負荷領域(領域A)以外の領域であったか否か、すなわち、今回の本ルーチンの実行が、エンジン運転条件が領域Aに移行した直後であるか否かを判断する。
【0051】
前回のエンジン運転条件が領域A以外であったとき(エンジン運転条件が領域Aに移行した直後であるとき)は、ステップ202に進み、領域Aにおける運転継続時間を計測するためタイマー値Tを0にリセットし(T=0)、ステップ204に進む。
前回のエンジン運転条件が領域Aであったとき(エンジン運転条件が領域Aに移行した直後でないとき、すなわち、前回から引き続き領域Aで運転中のとき)は、ステップ203に進み、前回のタイマー値T(-1)に所定のきざみ量ΔTを加算して新たなタイマー値T(=T(-1)+ΔT)を算出し、ステップ204に進む。
【0052】
ステップ204では、ノッキング強度KNOが前記第1閾値KNOthAよりも大きいか否かを判断する。
本ステップにおける判断処理は、図6のステップ106で行う処理と同じである。すなわち、ノッキング強度KNOは、燃焼時に発生したエンジンブロック振動の強度を示すパラメータであるので、プレイグニッションが発生したときもその値が大きくなるので、プレイグニッションの発生の検出にも利用できる。
【0053】
ノッキング強度KNOが第1閾値KNOthAよりも大きいときは、ステップ205に進み、エンジンブロックの振動発生時期θKNOが点火時期ADVよりも大きいか(すなわち、進角側にあるか)否かを判断する。
振動発生時期θKNOは、ノッキング強度を算出する際に合わせて算出されるものであり、エンジンブロック振動が大きくなり始めた時点のクランク角(点火時期ADVと同じ基準クランク角より何度前か)を示している。
【0054】
振動発生時期θKNOが点火時期ADVよりも大きいとき(進角側にあるとき)は、ステップ206に進み、プレイグニッションフラグfPIG=2(プレイグニッション発生)とする。
すなわち、エンジンブロック振動が大きく、かつ、その発生時期θKNOが点火時期ADVよりも前である場合に、プレイグニッションが発生したと見なし、プレイグニッションの発生を検出する。
【0055】
ステップ204において、ノッキング強度KNOが第1閾値KNOthA以下のとき、又は、ステップ205において、振動発生時期θKNOが点火時期ADVよりも小さいとき(遅角側にあるとき)は、ステップ207に進み、タイマー値Tが所定の閾値Tthより大きいか否かを判断する。
タイマー値Tが閾値Tthよりも大きいときは、ステップ208に進み、プレイグニッションフラグfPIG=1(プレイグニッション発生可能性大)とする。すなわち、現時点においてプレイグニッションの発生が検出されていなくても、領域Aにおける運転時間が前記閾値Tthよりも長くなったときは、次サイクル以降にプレイグニッションが発生すると予測して事前にプレイグニッションの回避制御を実施する。
【0056】
なお、前記閾値Tthは、例えば領域Aにおいてプレイグニッションが発生する直前までの連続運転時間であり、あらかじめ実験等により求めておく。
タイマー値Tが閾値Tth以下であるときは、ステップ209に進み、水温センサ16からの出力信号に基づくエンジン冷却水温度TWが所定の閾値TWthよりも高いか否かを判断する。
【0057】
エンジン冷却水温度TWが閾値TWthよりも高いときは、ステップ210に進み、プレイグニッションフラグfPIG=1(プレイグニッション発生可能性大)とする。
すなわち、領域Aにおいてエンジン冷却水温度TWが前記閾値TWthよりも高くなったときも、次サイクル以降にプレイグニッションが発生すると予測して事前にプレイグニッションの回避制御を実施する。
【0058】
エンジン冷却水温度TWが閾値TWth以下であるときは、ステップ211に進み、壁温センサ17からの出力信号に基づく燃焼室1の壁温TCが所定の閾値TCthよりも高いか否かを判断する。
壁温TCが閾値TCthよりも高いときは、ステップ212に進み、プレイグニッションフラグfPIG=1(プレイグニッション発生可能性大)とする。
【0059】
すなわち、領域Aにおいて壁温TCが前記閾値TCthよりも高くなったときも、次サイクル以降にプレイグニッションが発生すると予測して事前にプレイグニッションの回避制御を実施する。
なお、前記閾値TWth、TCthは、領域Aにおいて、プレイグニッションの発生が開始する直前の温度であり、あらかじめ実験により求める。
【0060】
壁温TCが前記閾値TCth以下であるときは、プレイグニッションフラグfPIG=0(プレイグニッション発生可能性小、すなわち、プレイグニッション回避制御不要)とする。
以上説明したように、本発明によれば、プレイグニッションとノッキングを切り分けて、プレイグニッションの発生を検出又は予測したときのみ、燃料噴射時期を遅角してプレイグニッション回避制御を実行するので、排気エミッションの悪化を最小限に抑制できる。
【0061】
また、ノッキングの発生を検出したときは、点火時期を遅角してノッキング抑制制御を実行するので、排気エミッションの悪化を伴わずにノッキングを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示すシステム図。
【図2】エンジンの運転領域(エンジン回転速度―目標エンジントルク)を示す図。
【図3】燃料噴射時期IT算出ルーチンを示すフローチャート。
【図4】燃料噴射時期を変化させたときのエンジントルク特性(点火時期はノッキング限界点火時期)。
【図5】点火時期ADV算出ルーチンを示すフローチャート。
【図6】燃料噴射時期フラグfIT、点火時期の補正遅角量RTD算出ルーチンを示すフローチャート。
【図7】プレイグニッションフラグfPIGの設定処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
1 燃焼室
2 シリンダヘッド
3 シリンダブロック
11 燃料噴射弁
12 点火プラグ
13 エンジンコントロールユニット(ECU)
14 振動センサ
15 クランク角センサ
16 水温センサ
17 壁温センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for suppressing and avoiding the occurrence of pre-ignition while suppressing deterioration of exhaust emission.
[0002]
[Prior art]
In a spark ignition type in-cylinder direct injection engine, preignition and knocking that cause combustion noise and vibration may occur. Both pre-ignition and knocking are phenomena in which the pressure fluctuation in the combustion chamber due to combustion becomes excessively large and causes combustion noise and vibration.Pre-ignition is a phenomenon in the combustion chamber before spark ignition by the spark plug. The air-fuel mixture spontaneously ignites (premature ignition) due to the heat of the spark plug tip or the like, and knocking is a phenomenon in which end gas around the combustion chamber self-ignites (abnormal combustion) in the combustion process after ignition.
[0003]
Such a phenomenon is not only accompanied by noise and vibration, but also may cause a decrease in output or damage to the engine. Therefore, techniques for avoiding such occurrence have been proposed.
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-231744, in a low-rotation and high-load operation region where knocking is likely to occur, a small amount of fuel that does not self-ignite in the subsequent compression stroke is injected during the intake stroke, and the remaining fuel injection What controls (that is, main fuel injection) to perform by a compression stroke is disclosed.
[0004]
According to this technique, the air-fuel mixture around the combustion chamber is diluted to make it difficult for knocking to occur, and since the time from the main fuel injection to the execution of spark ignition is short, the occurrence of pre-ignition can be avoided.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the compression stroke injection has an effect of suppressing and avoiding both knocking and pre-ignition. However, when the compression stroke injection is performed during a high load operation with a large amount of required injection fuel, unburned HC and smoke There is a problem that exhaust emissions increase and exhaust emissions deteriorate.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to suppress and avoid the occurrence of pre-ignition while suppressing deterioration of exhaust emission.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the invention according to
[0008]
According to a second aspect of the present invention, the reference fuel injection timing is set to the intake stroke, and when the occurrence of pre-ignition is detected or predicted, the fuel injection timing is set to the first half of the compression stroke. FeaturesAnd
[0009]
Claim3The invention according to claim is characterized in that the ignition timing is set to a knocking limit ignition timing at a fuel injection timing set on the retard side.
Claim4The invention according to the invention detects the vibration intensity and the vibration generation timing of the vibration generated in the engine body, and the vibration generation timing is more advanced than the ignition timing when the vibration intensity exceeds a predetermined allowable range. Sometimes, occurrence of pre-ignition is detected.
[0010]
Claim5The invention according to the invention is characterized in that the occurrence of pre-ignition is predicted when the engine is operating in a specific operation region and the engine coolant temperature is equal to or higher than a predetermined temperature.
Claim6The invention according to the invention is characterized in that the occurrence of pre-ignition is predicted when the engine is operating in a specific operation region and the engine coolant temperature is equal to or higher than a predetermined temperature.
[0011]
Claim7The invention according to the invention is characterized in that the occurrence of pre-ignition is predicted when the engine is operating in a specific operation region and the wall temperature of the engine combustion chamber is equal to or higher than a predetermined temperature.
Claim8The invention according to claim is characterized in that the specific operation region is a low rotation high load region.
[0012]
Claim9In the invention according to the present invention, when the occurrence of pre-ignition is not detected or predicted, and when the vibration intensity exceeds a predetermined allowable range, the ignition timing is set based on engine operating conditions. Is set on the retard side.
[0013]
【The invention's effect】
According to the invention of
By setting the fuel injection timing to the retard side with respect to the reference fuel injection timing, the time from fuel injection to ignition can be shortened, and the occurrence of pre-ignition can be avoided.
[0014]
Further, since the above control is executed only when the occurrence of pre-ignition is detected or predicted, it is possible to minimize the deterioration of exhaust emission accompanying the pre-ignition avoidance.Furthermore, by setting the ignition timing to an advance side with respect to the reference ignition timing, it is possible to compensate for the decrease in engine torque associated with the retarded fuel injection timing.
According to the invention of
[0015]
According to the invention of claim 3The aboveBy making the ignition timing the knocking limit ignition timing, it is possible to compensate for the decrease in the engine torque as much as possible.
[0016]
Claim4According to the invention according to the present invention, it is possible to detect the occurrence of pre-ignition by using a vibration sensor conventionally used for detecting knocking without newly providing a device.
Claim5According to the invention according to the above, the occurrence of pre-ignition can be predicted by detecting the continuous operation time in the specific operation region by obtaining the pre-ignition occurrence state in the specific operation region in advance through experiments or the like.
[0017]
Claim6According to the invention according to claim5Similarly to the invention according to the above, the occurrence of pre-ignition can be predicted by detecting the engine coolant temperature in the specific operation region (by the output signal of the water temperature sensor).
Claim7According to the invention according to claim5, 6Similarly to the invention according to the above, by detecting the wall temperature of the combustion chamber in the specific operation region (by the output signal of the wall temperature sensor), the occurrence of pre-ignition can be predicted.
[0018]
Claim8According to the invention according to the present invention, the specific operation region is a low-rotation and high-load region in which pre-ignition is likely to occur, thereby reducing the control burden and generating pre-ignition.AccuratePredictable.
Claim9According to the invention according to the present invention, knocking is detected separately from pre-ignition, and when knocking is detected, the ignition timing is set to the retard side with respect to the reference ignition timing, so in addition to suppressing and avoiding the occurrence of pre-ignition. Thus, knocking can also be suppressed without deteriorating exhaust emissions.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the system diagram shown in FIG. 1, the
[0020]
An intake valve 7 that is driven to open and close by an intake cam 9 is provided at the opening end of the
A
[0021]
Then, fuel is injected from the
Exhaust gas from the engine is discharged from the
[0022]
The engine control unit (ECU) 13 includes a
[0023]
Further, the
In this engine, in a low rotation and low load region (region C in FIG. 2), a fuel mixture is easily burned around the spark plug by injecting fuel into the
[0024]
Further, in this engine, pre-ignition and knocking are separately detected (or predicted), and particularly when the occurrence of pre-ignition is detected or predicted in the low rotation high load region (region A in FIG. 2), fuel injection By controlling the timing to the retard side, preignition is suppressed and avoided, and when knocking is detected, knocking is suppressed by controlling the ignition timing to the retard side.
[0025]
Hereinafter, fuel injection timing IT control and ignition timing ADV control performed by the
First, calculation of the fuel injection timing IT and the ignition timing ADV will be described.
FIG. 3 is a flow showing a fuel injection timing IT calculation routine, which is executed at predetermined time intervals.
[0026]
In step 1 (denoted as S1 in the figure, the same applies hereinafter), the current engine operating conditions (engine speed Ne, target engine torque tT) are in the low rotation high load region (region A in FIG. Determine whether or not. If it is area A, the process proceeds to step 2.
In
[0027]
This fuel injection timing flag fIT indicates the setting of the fuel injection timing in the region A. If fIT = 1, the fuel injection timing is set to the first injection timing, and if fIT = 2, the fuel injection timing is set. Set to the second injection timing.
Here, the first injection timing and the second injection timing will be described with reference to FIG.
FIG. 4 shows engine torque characteristics when the fuel injection timing is changed while controlling the ignition timing to the knocking limit.
[0028]
As shown in the figure, the maximum engine torque can be obtained when fuel injection is performed at a predetermined time during the intake stroke. This is because the temperature of the intake air decreases due to the latent heat of vaporization when the injected fuel is vaporized, and the charging efficiency of the intake air increases. The injection timing at which this maximum engine torque is obtained is defined as the first injection timing.
Note that the engine torque decreases as the fuel injection timing is set to the retard side, and this is due to a decrease in intake charging efficiency and a deterioration in mixing of injected fuel and air.
[0029]
When the fuel injection timing is retarded to the first half of the compression stroke, the engine torque is once recovered, and when further retarded, the engine torque thereafter monotonously decreases. The engine torque is maximized in the first half of the compression stroke in this way because the knocking limit ignition timing is advanced (that is, the ignition timing is advanced) as the mixing of the injected fuel and air deteriorates. However, the injection timing at which the engine torque becomes maximum is set as the second injection timing.
[0030]
Returning to step 2, if the fuel injection timing flag fIT is 2 (fIT = 2), the routine proceeds to step 3 where the fuel injection timing IT is set to the second injection timing in the first half of the compression stroke. Specifically, the set value IT2m is set to the fuel injection timing IT with reference to a preset second injection timing map based on the engine operating conditions.
If the fuel injection timing flag fIT is not 2 (that is, if fIT = 1), the routine proceeds to step 4 where the fuel injection timing IT is set to the first injection timing during the intake stroke. Specifically, the map set value IT1m is set to the fuel injection timing IT with reference to a preset first injection timing map based on the engine operating conditions.
[0031]
On the other hand, when the current operating condition is not the region A in
If the current operating condition is region B, the process proceeds to step 6 and the fuel injection timing IT is set to the first injection timing. The specific process is the same as the process in
[0032]
If the current operating condition is not the region B (that is, the region C in FIG. 2), the process proceeds to step 7, and the fuel injection timing IT is set to the third injection timing in the latter half of the compression stroke. Specifically, the map set value IT3m is set to the fuel injection timing IT with reference to a preset third injection timing map based on the engine operating conditions. When fuel injection is performed in the latter half of the compression stroke, most of the injected fuel is concentrated in the recess provided on the crown surface of the
[0033]
The fuel injection timing IT calculated by the above processing is stored in a memory in the
FIG. 5 is a flowchart showing an ignition timing ADV calculation routine, which is executed every predetermined time. The ignition timing ADV is a value indicating how many times ignition is performed before a reference crank angle (for example, compression top dead center), and the ignition timing is advanced when the value is larger.
[0034]
In
If the fuel injection timing flag fIT is 2 (fIT = 2), the routine proceeds to step 13 where the ignition timing for the second injection timing (first half of the compression stroke) is set.
[0035]
Specifically, the map set value ADV2m is set to the ignition timing ADV with reference to a preset ignition timing map for the second injection timing based on the engine operating conditions. Here, the map setting value ADV2m is the knocking limit ignition timing at the second injection timing, and a value obtained in advance through experiments or the like is stored on the map.
[0036]
If the fuel injection timing flag fIT is not 2 (that is, if fIT = 1), the routine proceeds to step 14, where the ignition timing for the first injection timing (during the intake stroke) is controlled to the retard side. Specifically, a map set value ADV1m is calculated based on the engine operating conditions with reference to a preset ignition timing map for the first injection timing, and a delay for suppressing knocking is calculated from the map set value ADV1m. A value obtained by subtracting the angle correction amount RTD is set as the ignition timing ADV (ADV = ADV1m−RTD).
[0037]
Here, the map set value ADV1m is the knocking limit ignition timing at the first injection timing, and a value obtained by an experiment or the like in advance is stored on the map in the same manner as ADV2m.
On the other hand, if the current engine operating condition is not region A in
[0038]
If the current operating condition is the region B, the process proceeds to step 16 and the map set value ADV1m is set to the ignition timing ADV with reference to a preset ignition timing map for the first injection timing based on the engine operating condition. To do.
If the current engine operating condition is not the area B (that is, if it is the area C in FIG. 2), the process proceeds to step 17, and a preset ignition timing map for the third injection timing is referred to based on the engine operating condition. Then, the map set value ADV3m is set to the ignition timing ADV.
[0039]
The ignition timing ADV calculated by the above processing is stored in a memory in the
Next, the fuel injection timing flag fIT and the retardation correction amount RTD used in the above routine will be described.
FIG. 6 is a flowchart showing a routine for setting the fuel injection timing flag fIT and the corrected retardation amount RTD, which is executed at a predetermined timing. The execution interval of this routine is the shortest every combustion cycle (for example, in the case of a four-cylinder engine, the crank angle is 180 °), and may be executed every plural combustion cycles.
[0040]
In step 101, it is determined whether or not the current engine operating condition is in a low rotation high load region (region A).
If the current engine operating condition is region A, the process proceeds to step 102 to determine whether or not the fuel injection timing flag fIT is 2.
If the fuel injection timing flag fIT is 2 (fIT = 2), this routine ends as it is.
[0041]
If the fuel injection timing flag fIT is not 2 (that is, if fIT = 1), the routine proceeds to step 103.
If the engine operating condition is not in region A, the fuel injection timing flag fIT is set to 1 (since it was set in
[0042]
In
The pre-ignition flag fPIG indicates a situation where pre-ignition has occurred (fPIG = 2), a situation where the possibility of occurrence is high (fPIG = 1), and a situation where the possibility of occurrence is low (fPIG = 0). Yes, it is set by executing the control flow of FIG.
[0043]
In
When the pre-ignition flag fPIG is greater than 0, it is determined that pre-ignition avoidance control is necessary, and the routine proceeds to step 105 where the fuel injection timing flag fIT is set (changed) to 2.
[0044]
If the pre-ignition fPIG is 0, the process proceeds to step 106.
In
This knocking intensity KNO is a value calculated for each combustion based on the output signal from the
[0045]
The first threshold value KNOthA is a value indicating whether or not the calculated current knocking strength KNO is strong enough to require suppression by control, and is a value obtained in advance through experiments or the like.
Since the knocking strength KNO is calculated for each combustion, the knocking strength KNO referred to this time is a value reflecting the result of the knocking suppression control performed during the previous execution of this routine.
[0046]
When the knocking strength KNO is larger than the first threshold value KNOthA, the routine proceeds to step 107, where a process for increasing the ignition timing retard correction amount RTD (updating to the retard side) is performed. Specifically, a predetermined value (2 ° in the crank angle in this routine) is added to the currently set retardation correction amount RTD to calculate the updated retardation correction amount RTD (+1).
[0047]
When the engine operating condition is not in the region A, the ignition timing retardation correction amount RTD is set to 0 (since it was set in
On the other hand, if knocking strength KNO is equal to or smaller than the first threshold value, the routine proceeds to step 108, where it is determined whether knocking strength KNO is smaller than a predetermined second threshold value KNOthB.
[0048]
The second threshold value KNOthB is a value set smaller than the first threshold value KNOthA (to the knocking weak side).
When the knocking strength KNO is smaller than the second threshold value, the routine proceeds to step 109, where the ignition timing retardation correction amount RTD is reduced (updated to the advance side). Specifically, a predetermined value (1 ° in crank angle in this routine) is subtracted from the currently set retardation correction amount RTD to calculate the updated retardation correction amount RTD (+1).
[0049]
When the knocking strength KNO is greater than or equal to the second threshold value KNOthB, that is, when the knocking strength KNO is between the first threshold value KNOthA and the second threshold value KNOthB, this routine is performed without updating the retardation correction amount RTD. finish.
In step 101, when the current engine operating condition is not in the region A, the process proceeds to step 110 where the retard correction amount RTD is set to 0 and the fuel injection timing flag fIT is set to 1.
[0050]
Next, the process in
FIG. 7 is a flowchart showing the processing in
In
[0051]
When the previous engine operating condition is other than the region A (when the engine operating condition is immediately after shifting to the region A), the process proceeds to step 202, and the timer value T is set to 0 in order to measure the operation continuation time in the region A. (T = 0) and the process proceeds to step 204.
When the previous engine operating condition is area A (when the engine operating condition is not immediately after shifting to area A, that is, when operating in area A continuously from the previous time), the routine proceeds to step 203 and the previous timer value A predetermined timer amount T is added to T (−1) to calculate a new timer value T (= T (−1) + ΔT), and the process proceeds to step 204.
[0052]
In step 204, it is determined whether or not the knocking strength KNO is larger than the first threshold value KNOthA.
The determination process in this step is the same as the process performed in
[0053]
When the knocking strength KNO is greater than the first threshold value KNOthA, the routine proceeds to step 205, where it is determined whether or not the engine block vibration generation timing θKNO is greater than the ignition timing ADV (that is, on the advance side).
The vibration generation timing θKNO is calculated in accordance with the calculation of the knocking strength. The crank angle at the time when the engine block vibration starts to increase (how many times before the same reference crank angle as the ignition timing ADV) is calculated. Show.
[0054]
When the vibration generation timing θKNO is larger than the ignition timing ADV (when it is on the advance side), the routine proceeds to step 206, where the pre-ignition flag fPIG = 2 (pre-ignition occurs).
That is, when the engine block vibration is large and the generation timing θKNO is before the ignition timing ADV, it is considered that pre-ignition has occurred, and the occurrence of pre-ignition is detected.
[0055]
When the knocking strength KNO is less than or equal to the first threshold value KNOthA at step 204, or when the vibration generation timing θKNO is smaller than the ignition timing ADV (when it is on the retard side) at step 205, the routine proceeds to step 207, where the timer It is determined whether or not the value T is greater than a predetermined threshold value Tth.
When the timer value T is larger than the threshold value Tth, the routine proceeds to step 208, where the pre-ignition flag fPIG = 1 (high possibility of occurrence of pre-ignition) is set. That is, even if the occurrence of pre-ignition is not detected at the present time, when the operation time in the region A becomes longer than the threshold value Tth, it is predicted that the pre-ignition will occur after the next cycle and the pre-ignition is performed in advance. Implement avoidance control.
[0056]
The threshold value Tth is, for example, a continuous operation time immediately before the occurrence of pre-ignition in the region A, and is obtained beforehand through experiments or the like.
When the timer value T is equal to or smaller than the threshold value Tth, the routine proceeds to step 209, where it is determined whether or not the engine coolant temperature TW based on the output signal from the
[0057]
When the engine coolant temperature TW is higher than the threshold value TWth, the routine proceeds to step 210, where the pre-ignition flag fPIG = 1 (high possibility of occurrence of pre-ignition) is set.
That is, even when the engine coolant temperature TW becomes higher than the threshold value TWth in the region A, preignition avoidance control is performed in advance by predicting that preignition will occur after the next cycle.
[0058]
When the engine coolant temperature TW is equal to or lower than the threshold TWth, the routine proceeds to step 211, where it is determined whether or not the wall temperature TC of the
When the wall temperature TC is higher than the threshold value TCth, the routine proceeds to step 212, where the pre-ignition flag fPIG = 1 (high possibility of occurrence of pre-ignition) is set.
[0059]
That is, even when the wall temperature TC is higher than the threshold value TCth in the region A, preignition avoidance control is performed in advance by predicting that preignition will occur after the next cycle.
The threshold values TWth and TCth are temperatures immediately before the occurrence of pre-ignition in the region A, and are obtained in advance by experiments.
[0060]
When the wall temperature TC is equal to or lower than the threshold value TCth, the pre-ignition flag fPIG = 0 (small possibility of occurrence of pre-ignition, that is, pre-ignition avoidance control is not required).
As described above, according to the present invention, the pre-ignition avoidance control is executed by retarding the fuel injection timing only when the pre-ignition and the knocking are separated and the occurrence of the pre-ignition is detected or predicted. Deterioration of emissions can be minimized.
[0061]
Further, when the occurrence of knocking is detected, the ignition timing is retarded and knocking suppression control is executed, so that knocking can be suppressed without deteriorating exhaust emissions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an engine operating region (engine rotation speed−target engine torque).
FIG. 3 is a flowchart showing a fuel injection timing IT calculation routine.
FIG. 4 shows engine torque characteristics when the fuel injection timing is changed (ignition timing is knocking limit ignition timing).
FIG. 5 is a flowchart showing an ignition timing ADV calculation routine.
FIG. 6 is a flowchart showing a routine for calculating a fuel injection timing flag fIT and an ignition timing correction delay amount RTD.
FIG. 7 is a flowchart showing processing for setting a pre-ignition flag fPIG.
[Explanation of symbols]
1 Combustion chamber
2 Cylinder head
3 Cylinder block
11 Fuel injection valve
12 Spark plug
13 Engine control unit (ECU)
14 Vibration sensor
15 Crank angle sensor
16 Water temperature sensor
17 Wall temperature sensor
Claims (9)
プレイグニッションの発生を検出又は予測し、
プレイグニッションの発生が検出又は予測されたときに、燃料噴射時期を、エンジン運転条件に基づいて設定される基準燃料噴射時期に対して遅角側に設定し、点火時期を、エンジン運転条件に基づいて設定される基準点火時期に対して進角側に設定することを特徴とする筒内直接噴射式エンジンの制御装置。A control device for an in-cylinder direct injection engine comprising a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder and an ignition plug for igniting an air-fuel mixture formed in a combustion chamber,
Detect or predict the occurrence of pre-ignition,
When the occurrence of pre-ignition is detected or predicted, the fuel injection timing is set to the retard side with respect to the reference fuel injection timing set based on the engine operating conditions, and the ignition timing is set based on the engine operating conditions. And a control device for a direct injection type in-cylinder engine, which is set to an advance side with respect to a reference ignition timing set by
プレイグニッションの発生が検出又は予測されたときに、前記燃料噴射時期を圧縮行程前半に設定することを特徴とする請求項1記載の筒内直接噴射式エンジンの制御装置。The reference fuel injection timing is set to the intake stroke;
2. The direct injection engine control device according to claim 1, wherein when the occurrence of pre-ignition is detected or predicted, the fuel injection timing is set to the first half of the compression stroke.
振動強度が所定の許容範囲を超えているとき、かつ、振動発生時期が点火時期よりも進角側にあるときに、プレイグニッションの発生を検出することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の筒内直接噴射式エンジンの制御装置。 Detect the vibration strength and vibration generation time of the vibration generated in the engine body,
When the vibration intensity exceeds the predetermined allowable range, and, when the vibration occurrence timing is on the advance side of the ignition timing, claims 1 to 3, characterized in that detecting the occurrence of preignition The control apparatus for a direct injection type in-cylinder engine according to any one of the above.
前記振動強度が所定の許容範囲を超えているときに、点火時期を、エンジン運転条件に基づいて設定される基準点火時期に対して遅角側に設定することを特徴とする請求項4から請求項8のいずれか1つに記載の筒内直接噴射式エンジンの制御装置。 When the occurrence of pre-ignition is not detected or predicted,
Billing when the vibration intensity exceeds a predetermined allowable range, the ignition timing, claim 4, characterized in that setting the retard side with respect to the reference ignition timing that is set based on an engine operating condition Item 9. The direct-injection direct-injection engine control device according to any one of items 8 to 9 .
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