JP4302843B2 - Internal combustion engine control method - Google Patents

Internal combustion engine control method Download PDF

Info

Publication number
JP4302843B2
JP4302843B2 JP33600599A JP33600599A JP4302843B2 JP 4302843 B2 JP4302843 B2 JP 4302843B2 JP 33600599 A JP33600599 A JP 33600599A JP 33600599 A JP33600599 A JP 33600599A JP 4302843 B2 JP4302843 B2 JP 4302843B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
internal combustion
combustion engine
effective pressure
fuel injection
pressure index
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP33600599A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001152952A (en
Inventor
正好 松井
隆博 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Spark Plug Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP33600599A priority Critical patent/JP4302843B2/en
Publication of JP2001152952A publication Critical patent/JP2001152952A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4302843B2 publication Critical patent/JP4302843B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に設けられた圧電素子により検出された筒内圧に基づいて内燃機関の有効圧指数を算出し、算出した有効圧指数に基づいて内燃機関を制御する内燃機関制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関において、内燃機関の燃焼状態の判定、ノッキングの検出、燃費の向上および排気ガス正常化等を行うための方法として、燃焼室内の圧力(筒内圧)を検出し、この筒内圧に基づいて判断する方法がある。また、筒内圧は内燃機関の動作に応じて変化することから、筒内圧の変化に基づいて、内燃機関の動力源として使用された図示平均有効圧力を算出することが出来る。特に、1燃焼サイクル全体における筒内圧の変化に基づいて図示平均有効圧力を算出することで、内燃機関の燃焼状態が正確に反映された図示平均有効圧力を得ることが出来る。
【0003】
そして、筒内圧を検出する方法としては、例えば、燃焼室に通じる圧力導孔をシリンダヘッドに設けて、圧力導孔に圧力センサを備えることにより、圧力導孔に伝播される燃焼室内の圧力変動を検出する方法がある。しかし、この筒内圧検出方法は、圧力導孔を設けるためにシリンダヘッドを加工する必要があるため、内燃機関の構造が複雑になるとともに、コストが高くなるという問題がある。
【0004】
この問題に対して、圧力センサを点火プラグの取り付け座部分に配置して、点火プラグをシリンダヘッドに締め付けた時の締め付け荷重の変動によって、筒内圧を検出する座型圧力センサが提案されている(特開平6−290853号公報参照)。これにより、シリンダヘッドに圧力導孔を設けるための加工作業が必要なくなり、内燃機関の構造を複雑に加工することなく低コストで筒内圧を検出することが可能になる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、座型圧力センサは、点火プラグの締め付け荷重の変動により筒内圧を検出する構造であるため、吸気弁・排気弁の着座ノイズの影響を受けると、検出した筒内圧の出力信号が実際の圧力変化から大きく離れてしまうという問題がある。そのため、座型圧力センサを用いた場合、吸気弁・排気弁の動作時を含む1燃焼サイクル全体について、筒内圧を正確に検出することは難しく、1燃焼サイクル全体における筒内圧に基づいて算出される内燃機関の図示平均有効圧力を正確に算出することは精度的に困難となる。
【0006】
ここで、吸気弁・排気弁によるノイズの影響を確認するために、内燃機関の運転時における、座型圧力センサの出力信号波形を図2に示す。図2に示す出力信号波形によれば、座型圧力センサでは、吸気弁の閉時(INTAKE VALVE CLOSE)と、排気弁の開時(EXHAUST VALVE OPEN)において、出力信号波形(筒内圧)が変動していることが判る。
【0007】
また、圧力センサを構成する圧電素子は、温度によって出力特性が変化することも知られている。ここで、圧電素子の温度変化に対する特性の変化を図10(a)に示す。図10(a)は、20℃のときの圧力センサの出力電荷を0%として、温度変化による圧力センサの出力電荷の変化率を表しており、横軸を温度とし、縦軸を変化率とする座標平面上に変化率を表す。図10(a)に示す圧力センサの特性から、圧力センサの出力電荷(以下、出力信号ともいう)が温度変化によって変化することが判る。
【0008】
そして、圧力センサを構成する圧電素子には、僅かながら感度に個体差が存在し、出力信号に個体差に起因する若干の誤差があることが判っている。また、圧電素子が出力する電荷が微小であるため、一般に、圧電素子の出力信号は増幅回路によって増幅して用いられる。このため、圧電素子単体としては許容範囲である誤差も、増幅回路によって増幅されてしまうと、この誤差が無視できない値になってしまう。
【0009】
ここで、圧電素子における出力信号の誤差の有無を確認するために行った測定の測定結果を図3(a)に示す。測定は、増幅回路を用いて、同型の2個の座型圧力センサ(センサ1、センサ2)と、燃焼室に通じる圧力導孔に設けた筒内挿通型圧力センサとにより筒内圧を検出し、上死点前と上死点後における筒内圧の積分値の差を算出することで行った。なお、図3(a)では、この積分値の差を有効圧指数と称して記し、筒内挿通型圧力センサを用いて算出した有効圧指数に対する、座型圧力センサを用いて算出した各有効圧指数の関係を示す。図3(a)に示す測定結果から、同型の座型圧力センサであっても、算出した有効圧指数が異なっていることが判る。このことから、圧電素子の感度の個体差による出力信号の誤差が存在することが判る。
【0010】
さらに、座型圧力センサは、点火プラグの締め付け荷重を検出することで筒内圧を検出するため、点火プラグ取り付け時の締め付け荷重が異なると、筒内圧の変化による締め付け荷重の変動に差異が生じてしまう。仮に、トルクレンチなどの締め付け荷重を測定する器具を用いても、座型圧力センサの圧力検出に影響しない程度にまで厳密に締め付け荷重を統一することは現実的に困難である。そのため、座型圧力センサの検出圧力の出力特性は、点火プラグの締め付け荷重の個体差による影響を受けることになる。
【0011】
ここで、締め付けトルクの変化による座型圧力センサの検出圧力の変化率を図10(b)に示す。図10(b)は、締め付けトルクが25N・m である時の座型圧力センサの出力信号を100%として、締め付けトルクを変化させたときの締め付けトルクと出力信号との関係を示している。図10(b)に示すとおり、締め付けトルクが小さくなると変化率が低下し(出力電荷が小さくなり)、締め付けトルクが大きくなると変化率が上昇する(出力電荷が大きくなる)。このことから、締め付けトルクが変化することによって、座型圧力センサの出力信号が変化していることが判る。
【0012】
このように、座型圧力センサは、温度、感度、および締め付けトルクなどの個体差によって出力信号に誤差が含まれることから、精度の高い筒内圧を検出することができない虞がある。このため、座型圧力センサにて検出される筒内圧の変化に基づいて、内燃機関の有効圧指数を正確に算出することは精度的に困難である。
【0013】
また、筒内圧による締め付け荷重の変化は、燃焼ガスが点火プラグを押さえることで発生している。そして、同時に点火プラグの主体金具のネジ部とシリンダヘッドのネジ部との間に存在する空隙に燃焼ガスが入り込むため、実際の筒内圧が低下してもネジ部の空隙に存在する燃焼ガスの流出遅れによって残圧が発生してしまう。
【0014】
ここで、座型圧力センサにより検出した筒内圧に、残圧による影響が存在することを確認するために行った測定の測定結果を図4に示す。測定は、座型圧力センサと、燃焼室に通じる圧力導孔に設けた筒内挿通型圧力センサを用いて、同一燃焼室内の筒内圧を検出することで行った。図4(a)では、横軸をクランク角とし、縦軸を筒内圧とする座標平面上に、座型圧力センサにより検出した筒内圧を実線で、筒内挿通型圧力センサにより検出した筒内圧を点線で記して、測定結果を示す。図4(a)に示す測定結果から、筒内圧のピーク値に達するまでは、各圧力センサとも同じ値の筒内圧を検出しているが、筒内圧のピーク値を経過した後は、筒内挿通型圧力センサの検出する筒内圧よりも座型圧力センサの検出する筒内圧の方が値が大きくなっている。また、図4(b)に、縦軸に座型圧力センサにより検出した筒内圧を、横軸に筒内挿通型圧力センサにより検出した筒内圧を設定し、各圧力センサが検出した筒内圧に関するリサージュ波形を示す。図4(b)の結果からも、筒内挿通型圧力センサの検出する筒内圧よりも座型圧力センサの検出する筒内圧の方が値が大きくなっていることが判る。
【0015】
この測定結果から、上死点(以下、TDCともいう)後においては、座型圧力センサでは筒内挿通型圧力センサの検出する筒内圧よりも高い圧力(残圧)を検出していることが判る。そして、この残圧の影響により、混合気の燃焼後において座型圧力センサが検出する筒内圧は、筒内挿通型圧力センサの検出する筒内圧よりも緩やかに減少することになり、実際の筒内圧を正確に検出することが難しくなる。
【0016】
したがって、座型圧力センサにより検出された筒内圧に基づいて算出する有効圧指数は、吸気弁・排気弁によるノイズ、点火プラグの締め付けトルクや温度などによる個体差、およびネジ部の残圧による影響により、誤差を生じてしまうことがある。そして、このような個体差や残圧の影響による誤差は、実際に座型圧力センサを内燃機関本体に取り付けた時点で決定されるため、例えば、取り付け前に予め座型圧力センサ毎の誤差を測定しておき、補正基準値を設定して補正を行うことは不可能である。また、座型圧力センサを取り付けた時点で誤差を測定し、誤差に応じて設定した補正基準値を用いて誤差を補正することも可能であるが、運転中の内燃機関は常に状態が変化しており、時間経過に伴い、座型圧力センサの出力特性が変化していく虞もあるため、経時変化による誤差を補正することが出来ないという問題がある。
【0017】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、座型圧力センサの検出する筒内圧により精度良く有効圧指数を算出し、算出された有効圧指数に基づいて内燃機関の燃焼状態を最適に制御する内燃機関制御方法を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項1記載の発明は、点火プラグの取り付け座に備えた圧電素子により点火プラグ締め付け荷重の変化を検出することで内燃機関の筒内圧を検出し、この筒内圧に基づいて算出された内燃機関の動力源となる有効圧指数を基に内燃機関を制御する内燃機関制御方法であって、吸気弁が閉じてからクランク角が上死点に達するまでの間に定めた一定期間内における筒内圧を積分することにより上死点前圧力積分値を算出し、クランク角が上死点に達してから排気弁が開くまでの間に定めた一定期間内における筒内圧を積分することにより上死点後圧力積分値を算出し、上死点前圧力積分値の積分期間および上死点後圧力積分値の積分期間は、上死点に関して対称であるとともに、それぞれ同じ長さであり、上死点後圧力積分値と上死点前圧力積分値との差を有効圧指数として算出するとともに、失火運転時を含む全ての運転状態における有効圧指数を算出し、失火運転時に算出される有効圧指数を第2補正基準値として設定し、通常運転時に算出される有効圧指数から、第2補正基準値を引くことで、通常運転時の有効圧指数を補正し、該補正された有効圧指数に基づいて内燃機関を制御すること、を特徴とする内燃機関制御方法である。
【0019】
内燃機関では、燃焼室内で混合気を燃焼させることで発生する圧力により動力を発生させているが、内燃機関の動力源として使用される圧力は、上死点後の燃焼室内の圧力(筒内圧)である。しかし、上死点前に発生する燃焼室内の圧力は上死点後の燃焼室内の圧力を発生させるために使用される。このことから、上死点後の筒内圧の積分値と上死点前の筒内圧の積分値との差が、内燃機関の動力源として実際に使用される圧力であると判断できる。よって、本発明(請求項1)の内燃機関制御方法における有効圧指数の算出方法のように、上死点後圧力積分値と上死点前圧力積分値との差を求めることで、内燃機関の動力源として実際に使用される圧力を算出することができる。本明細書では、この圧力を有効圧指数と定義するものとする。
【0020】
また、点火プラグの取り付け座に備えた圧電素子により検出される筒内圧は、締め付け荷重の変化により検出されることから、吸気弁・排気弁の着座による振動ノイズの影響を受けてしまう。そこで、筒内圧の検出期間を請求項1に記載の内燃機関制御方法における有効圧指数の算出方法のように定めることで、吸気弁・排気弁の着座による振動ノイズの影響を避けて筒内圧を検出することができ、有効圧指数の算出にあたり、着座ノイズによる誤差が生じることがなくなる。
【0021】
ここで、本発明(請求項1)の内燃機関制御方法における有効圧指数の算出方法により有効圧指数として算出した値が、内燃機関の動力源として使用された図示平均有効圧力を示す値に代わる値となることを確認するために行った測定の測定結果を図12に示す。測定は、座型圧力センサを用いて本発明方法における有効圧指数の算出方法で有効圧指数を算出すると共に、筒内挿通型圧力センサを用いて1燃焼サイクル全体における図示平均有効圧力を算出することで行った。なお、図示平均有効圧力は、排気量の異なる内燃機関の燃焼効率を比較する際にも用いられる指標であり、内燃機関の動力源として使用された圧力を正確に反映した値を示す。
【0022】
図12に示す測定結果から、有効圧指数は、図示平均有効圧力に対して比例関係があることが判る。よって、本発明方法における有効圧指数の算出方法により算出した有効圧指数は、内燃機関の動力源として使われた図示平均有効圧力を表す値に代わる値として用いることが可能である。
【0023】
そして、有効圧指数は、内燃機関の燃焼状態に応じて値が変化することから、内燃機関における混合気の燃焼状態を表す指標として用いることができる。よって、この有効圧指数に基づき、燃焼状態が向上するように内燃機関を制御することで、最適な燃焼状態での内燃機関の運転が可能となる。
【0024】
したがって、本発明(請求項1)の内燃機関制御方法によれば、座型圧力センサにより検出した筒内圧に基づいて、吸気弁・排気弁の着座ノイズの影響を受けることなく、内燃機関の有効圧指数を精度良く算出することができ、有効圧指数に基づき内燃機関の燃焼状態を最適に制御することが可能となる。
ところで、座型圧力センサは、点火プラグの締め付け荷重の変化を検出することにより筒内圧を検出している。そして、筒内圧による締め付け荷重の変化は、燃焼ガスが点火プラグを押さえることで発生している。そして、同時に点火プラグの主体金具のネジ部とシリンダヘッドのネジ部との間に存在する空隙に燃焼ガスが入り込むため、実際の筒内圧が低下してもネジ部の空隙に存在する燃焼ガスの流出遅れによって残圧が発生してしまう(図4参照)。この残圧の影響により、混合気の燃焼後における筒内圧の減少が緩やかになり、実際の筒内圧を正確に検出することが難しくなり、有効圧指数に誤差が生じる虞がある。
そこで、本発明(請求項1)の内燃機関制御方法のように、失火運転時を含む全ての運転状態における有効圧指数を算出し、失火運転時に算出される有効圧指数を第2補正基準値として設定し、通常運転時に算出される有効圧指数から、第2補正基準値を引くことで、通常運転時の補正有効圧指数を補正し、この補正された有効圧指数に基づいて内燃機関を制御するとよい。
つまり、内燃機関の失火運転時には、TDC前の圧力積分値とTDC後の圧力積分値は、理想的には同一値になるが、実際に算出される圧力積分値は、前述したような残圧の影響により、TDC後の圧力積分値の方が大きな値を示すことになる。そして、失火運転時の特定のエンジン条件下において算出される有効圧指数は、残圧により生じた筒内圧の増加分を示すこととなるため、このときの有効圧指数を記憶しておき、算出した有効圧指数から差し引くことで、残圧による誤差を補正した有効圧指数を算出することができる。
よって、この有効圧指数に基づき、燃焼状態が向上するように内燃機関を制御することで、最適な燃焼状態での内燃機関の運転が可能となる。したがって、本発明(請求項1)の内燃機関制御方法によれば、座型圧力センサにおける残圧の影響による誤差を補正して、有効圧指数を精度良く算出することができ、有効圧指数に基づき内燃機関の燃焼状態を最適に制御することが可能となる。
【0025】
なお、筒内圧の圧力積分値の算出方法としては、例えば、筒内圧を一定時間毎にあるいは一定クランク角毎に積算することにより圧力積分値を算出する方法を用いてもよい。
また、内燃機関運転時の筒内圧は、上死点前90゜CA(以下、BTDC90゜CAともいう)あたりから上昇を開始し、上死点をわずかに経過したあたりで最大値となり、その後下降を開始して、上死点後90゜CA(以下、ATDC90゜CAともいう)あたりまで下降を続ける、という具合に変化する。また、一般に、吸気弁の閉鎖時期はBTDC90゜CAよりも前であり、排気弁の開放時期はATDC90゜CAよりも後である。
【0026】
このことから、上記の内燃機関制御方法においては、請求項2に記載のように、上死点前圧力積分値を、クランク角が上死点前90゜CAから上死点に達するまでの期間内における筒内圧を積分することにより算出し、上死点後圧力積分値を、クランク角が上死点に達してから上死点後90゜CAに達するまでの期間内における筒内圧を積分することにより算出するとよい。
【0027】
つまり、このように上死点前圧力積分値上死点後圧力積分値を算出することで、混合気の燃焼による筒内圧の変化を確実に検出することができ、かつ、吸気弁・排気弁の着座ノイズの影響を受けることなく筒内圧が検出でき、内燃機関の動力源として使われた有効圧指数を確実に算出することができるのである。
【0028】
また、上死点前圧力積分値上死点後圧力積分値とを算出する期間の長さがそれぞれ異なると、誤った有効圧指数を算出することになってしまう。しかし、本発明(請求項2)では、上死点前90゜CAから上死点までの積分期間と、上死点から上死点後90゜CAまでの積分期間は、TDCに関して対称であり、積分値を算出する期間の長さが同じであるため、有効圧指数を正確に算出することが出来る。
【0029】
よって、この有効圧指数に基づき、燃焼状態が向上するように内燃機関を制御することで、最適な燃焼状態での内燃機関の運転が可能となる。
したがって、本発明(請求項2)の内燃機関制御方法によれば、座型圧力センサにより検出した筒内圧に基づいて、吸気弁・排気弁の着座ノイズの影響を受けることなく、内燃機関の有効圧指数を精度良く算出することができ、有効圧指数に基づき内燃機関の燃焼状態を最適に制御することが可能となる。
【0030】
一方、圧電素子は、検出した圧力に応じて電荷を出力することで筒内圧を検出する仕組みであるが、出力する電荷は微小であることから、実際に使用するにあたっては、例えば、図11に示すような増幅回路61によって出力信号を増幅している。
【0031】
ここで、増幅回路61は、非反転入力端子63aが接地され、反転入力端子63bが抵抗65を介して圧電素子に接続され、出力端子63cと反転入力端子63bが、並列接続された抵抗67およびコンデンサ69により接続され、5Vの電源電圧が供給されているオペアンプ63により構成されている。そして、検出する筒内圧に応じて圧電素子が出力する電荷によって、反転入力端子63bに入力される電位が変動し、この電位の変動をオペアンプ63が増幅して出力端子63cから出力信号として出力している。これにより、圧電素子が、接続したケーブルの浮遊容量による影響を受けることがなくなり、圧電素子の出力信号を正確に検出することが可能になる。
【0032】
しかしながら、圧電素子の出力信号を増幅すると、圧電素子単体としては許容範囲の誤差までもが増幅回路により増幅されてしまうため、筒内圧を正確に検出することが困難となることがある。そして、前述の測定結果を示す図3(a)からも判るとおり、同型の座型圧力センサであっても、算出した有効圧指数が異なっていることから、圧電素子の感度に個体差があると判断できる。
【0033】
しかし、図3(a)に示す測定結果から、同一の座型圧力センサを用いて算出した有効圧指数の算出結果は、筒内挿通型圧力センサを用いて算出した有効圧指数の変化に対して一定の割合で変化しており、座型圧力センサの出力特性は、筒内圧に対して一定の比例関係を有していることが判る。
【0034】
そして、実際に座型圧力センサがTDC前に検出する筒内圧は、座型圧力センサ間で異なっており、これは、図3(a)に示す測定結果からも判るように、座型圧力センサの感度の差から誤差が生じているためである。そして、この誤差の大きさは、各圧力センサの感度に応じて変わることから、TDC前に検出される筒内圧の変化割合の大きさから座型圧力センサの感度を知ることが出来る。
【0035】
そこで、内燃機関制御方法としては、請求項3に記載のように、吸気弁が閉じてから点火時期前までに検出される筒内圧のうち異なる2時点における筒内圧の差を第1補正基準値として設定し、上死点後圧力積分値と上死点前圧力積分値の差として算出される有効圧指数を、更に第1補正基準値によって除することにより補正し、この補正された有効圧指数に基づいて内燃機関を制御するとよい。
【0036】
つまり、吸気弁が閉じてから点火時期前までに検出される異なる2時点の筒内圧の差は、感度の良い圧力センサであれば大きくなり、感度の悪い圧力センサであれば小さくなる。また、感度の良い圧力センサであれば算出される有効圧指数は大きくなり、感度の悪い圧力センサであれば算出される有効圧指数は小さくなる。よって、圧力センサの感度を反映している吸気弁が閉じてから点火時期前までのうち異なる2時点の筒内圧の差によって有効圧指数を除することで、感度の個体差による筒内圧の誤差を補正することができ、有効圧指数を正確に算出することが出来るのである。
【0037】
実際に、本発明(請求項3)の内燃機関制御方法における有効圧指数の算出方法で算出した有効圧指数の算出結果を、図3(b)に示す。具体的には、図3(a)に示す有効圧指数の算出に用いた座型圧力センサにおける、BTDC90゜CAとBTDC20゜CAとの筒内圧の差を用いて、図3(a)に示す有効圧指数を除することで補正を行い、有効圧指数を算出した。
【0038】
感度補正前(図3(a))では、座型圧力センサ毎に異なる値を示していた有効圧指数が、感度補正後(図3(b))ではほぼ同一の値を示しており、感度による誤差を補正できたことが判る。また、座型圧力センサが検出する筒内圧の誤差は、圧電素子の感度以外に、点火プラグの締め付けトルクの違いや測定時の温度の違いによっても生じてしまう。しかし、締め付けトルクや温度等による誤差も、圧電素子の感度の違いによる誤差と同様に、TDC前に検出される筒内圧の大きさとして表れることから、本発明(請求項3)方法における有効圧指数の算出方法を用いることによって、誤差が補正された有効圧指数を得ることが出来る。
【0039】
よって、この有効圧指数に基づき、燃焼状態が向上するように内燃機関を制御することで、最適な燃焼状態での内燃機関の運転が可能となる。したがって、本発明(請求項3)の内燃機関制御方法によれば、圧電素子の感度、締め付けトルクおよび温度変化等の個体差により生じる筒内圧の誤差を補正して、有効圧指数をより正確に算出することができ、有効圧指数に基づき内燃機関の燃焼状態を最適に制御することが可能となる。
【0044】
一方、内燃機関は、例えば、回転数や機関負荷などの運転状態をパラメータとする計算式あるいはマップを用いて制御基準値を求め、点火時期、空燃比などを制御することで運転されている。つまり、点火時期、空燃比等を、運転状態を表す回転数や機関負荷等に基づいて設定している。そのため、回転数や機関負荷等が一定となる安定した運転状態では、同一の制御基準値が設定されて内燃機関が制御されることになる。しかし、内燃機関では、回転数や負荷が変動しない安定した運転状態においても、混合気の燃焼状態は僅かながら変化していることが知られている。このため、安定した運転状態においても、より最適な燃焼状態となるように、点火時期、空燃比等を制御することが望まれる。
【0045】
そこで、内燃機関を制御する内燃機関制御方法としては、請求項4に記載のように、内燃機関の運転状態が安定しているか否かを判断し、少なくとも内燃機関の運転状態が安定している定常運転時には、有効圧指数を算出し、算出された有効圧指数に基づいて、内燃機関を制御するとよい。
【0046】
なお、有効圧指数は、燃焼状態が良くなるほど大きな値を示すことから、内燃機関における混合気の燃焼状態を表す指標として用いることができる。そのため、安定した運転状態における内燃機関を、有効圧指数に基づいて制御することで、より良い燃焼状態での運転を実現することが出来る。
【0047】
そして、内燃機関の定常運転時に算出した有効圧指数に基づき、点火時期を制御する内燃機関制御方法においては、請求項5に記載のように、点火時期を予め定められた点火時期変化量だけ変化させた後に算出される前記有効圧指数が、点火時期を変化させる前に算出された有効圧指数よりも大きくなるときには、次回の点火時期を前記点火時期変化量による変化方向と同じ方向に変化させ、反対に、点火時期を予め定められた点火時期変化量だけ変化させた後に算出される前記有効圧指数が、点火時期を変化させる前に算出された有効圧指数以下であるときには、次回の点火時期を前記点火時期変化量による変化方向とは反対方向に変化させることにより、点火時期を制御するとよい。
【0048】
なお、一般に、点火時期は、進角させた場合に混合気の燃焼状態が良好になることが知られているが、過度に進角させてしまうとノッキングが発生するなどして、燃焼状態が低下してしまう。
ここで、点火時期に対する燃焼状態の変化を確認するために、点火時期を変化させたときの有効圧指数の変化を測定した。その測定結果を図5に示す。測定は、直噴型内燃機関を用いて行い、点火時期の他に燃料噴射時期を変化させたときの有効圧指数を、3段階の空燃比(A/F)について算出した。図5では、縦軸を点火時期とし、横軸を燃料噴射時期とする座標平面上に、各空燃比における有効圧指数の分布を示すことで、測定結果を表している。なお、縦軸は、上死点を0゜CAとして、点火時期の進角(上死点よりも前のクランク角)を正の値、遅角(上死点よりも後のクランク角)を負の値として表している。また、横軸は、上死点を0゜CAとして、上死点よりも前のクランク角を正の値として表している。また、有効圧指数は、130〜160,160〜180,180〜200,200〜210の4段階を、それぞれ異なる模様で記載して分布を示している。
【0049】
図5に示す測定結果から、同一の空燃比における有効圧指数の分布は、点火時期について、上死点(点火時期が0゜CAの時)を基準として判断した場合、点火時期を進角させるに従い有効圧指数が増加していくが、過度に進角させると有効圧指数が低下することが判る。
【0050】
そこで、本発明(請求項5)では、点火時期を単に進角させるのではなく、点火時期を変化させたことによる有効圧指数の変化によって燃焼状態を判断し、その判断結果に基づいて点火時期を設定することで、点火時期を最適に制御するようにしている。
【0051】
例えば、点火時期を進角させた後に算出される有効圧指数が、進角させる前に算出された有効圧指数よりも大きくなる場合には、燃焼状態が良好となったことを表しており、次回の点火時期を進角させることで、次回の点火において更に燃焼状態が良好になる事が期待できる。反対に、点火時期を進角させた後に算出される有効圧指数が、進角させる前に算出された有効圧指数よりも小さくなる場合には、燃焼状態が不良となったことを表しており、次回の点火時期を遅角させることで、次回の点火における燃焼状態を良好にするのである。
【0052】
このようにして、点火時期を制御することにより、安定した運転状態における燃焼状態を良好にすることができ、また、ノッキングの発生や燃焼状態が悪化することを回避することができる。
なお、点火時期を遅角させるように変化させたときの有効圧指数の変化から燃焼状態を判断して内燃機関を制御するに際しては、点火時期の変化後に算出される有効圧指数が変化前の有効圧指数よりも大きくなる場合には、次回の点火時期を更に遅角させることで、燃焼状態をより最適に制御することが可能になる。反対に、点火時期の変化後に算出される有効圧指数が変化前の有効圧指数よりも小さくなる場合には、次回の点火時期を進角させることで、燃焼状態をより最適に制御することが可能になる。
【0053】
したがって、本発明(請求項5)の内燃機関制御方法によれば、内燃機関の運転状態が安定している定常運転時の燃焼状態が、より良好になるように点火時期を制御することができ、内燃機関の燃焼状態をより良好に制御することが可能になる。これにより、内燃機関の効率が最も良い点火時期であるMBT(MinimumSpark Advance for Best Torque )に点火時期を設定することが可能になり、最適な状態で内燃機関を運転することが可能になる。
【0054】
また、図5に示す測定結果から、空燃比(A/F)が大きくなる(燃料噴射量が少なくなる)ほど、高い値を示す有効圧指数の領域が小さくなっており、空燃比が小さい(燃料噴射量が多い)ほど、良好な燃焼状態を実現し易いことが判る。しかし、燃費向上のためには、空燃比は大きく設定する方が良い。
【0055】
そこで、内燃機関の定常運転時に算出した有効圧指数に基づき、空燃比またはEGR量を制御する内燃機関制御方法においては、請求項6に記載のように、燃料噴射量およびEGR量の少なくともいずれか一方を予め定められた量だけ変化させた後に、予め定められた回数だけ算出される有効圧指数の分布の広がりを表す値が、予め定められた判定値以下であるときは、燃料噴射量を減少させる制御、およびEGR量を増加させる制御の少なくともいずれか一方の制御を実行し、反対に、燃料噴射量およびEGR量の少なくともいずれか一方を予め定められた量だけ変化させた後に、予め定められた回数だけ算出される有効圧指数の分布の広がりを表す値が、予め定められた判定値よりも大きくなるときは、燃料噴射量を増加させる制御、およびEGR量を減少させる制御の少なくともいずれか一方の制御を実行することにより、空燃比またはEGR量を制御するとよい。
【0056】
なお、有効圧指数の分布の広がりを表す値が小さいほど、算出された有効圧指数のばらつきが小さく、燃焼状態が安定していることを示し、反対に、この値が大きいほど、有効圧指数のばらつきが大きく、燃焼状態が不安定であることを示すことになる。
【0057】
そこで、有効圧指数の分布の広がりを表す値が小さい時(燃焼状態が安定している時)には、空燃比を高くする(燃料噴射量を減少させる)ことで内燃機関の燃費の向上を図り、また、有効圧指数の分布の広がりを表す値が大きい時(燃焼状態が不安定である時)には、空燃比を低くする(燃料噴射量を増加させる)ことで内燃機関の燃焼状態を安定化させるとよい。
【0058】
ここで、EGR量とは、排気系から吸気系に再循環させる排気ガスの量のことであり、このように排気ガスを燃焼混合気中に混合することで、最高燃焼温度を低下させて、有害物質であるNOx の発生を低減させることができるのである。しかし、その反面、EGR量が多くなると、燃焼状態が不安定になり、内燃機関のドライバビリティ(応答性や円滑性など)を低下させてしまうため、EGR量は、内燃機関の運転状態に応じて制御する必要がある。
【0059】
そこで、有効圧指数の分布の広がりを表す値が小さい時(燃焼状態が安定している時)には、EGR量を多くすることで、排出ガス中の有害物質の発生を減少させることができる。また、有効圧指数の分布の広がりを表す値が大きいとき(燃焼状態が不安定である時)には、EGR量を少なくすることで、内燃機関の燃焼状態を安定化させることができる。
【0060】
そして、有害物質の発生を低減させるためにEGR量を制御するにあたっては、内燃機関のドライバビリティを低下させないよう燃焼状態を安定した状態に維持しつつ、EGR量が最大値(限界値)となるよう制御すること(EGR限界制御)が最も望ましい。
【0061】
よって、有効圧指数の分布の広がりを表す値を予め定められた判定値と比較した結果に基づき、燃料噴射量およびEGR量の少なくともいずれか一方の制御を実行して、空燃比制御またはEGR限界制御することにより、内燃機関の燃焼状態を安定化させることができる。
【0062】
したがって、本発明(請求項6)によれば、有効圧指数の分布の広がりを表す値に基づいて、燃焼状態を判断することで、空燃比を最適な値に制御することができるため、燃費の向上を図ることができ、また、ノッキングの発生を防ぐことが出来る。また、EGR量を最適な値に制御することができるため、排出ガス中の有害物質を減少させることができ、また、内燃機関の燃焼状態を安定化させることが出来る。
【0063】
次に、燃料を燃焼室内に直接噴射して混合気を生成する直噴型内燃機関においては、点火時期、空燃比、EGR量の他に、燃料噴射時期についても、回転数や負荷などの運転状態をパラメータとする計算式あるいはマップを用いて制御基準値を求めて、制御を行っている。
【0064】
そこで、直噴型内燃機関において、内燃機関の定常運転時に算出した有効圧指数に基づき、燃料噴射時期を制御する内燃機関制御方法においては、請求項7に記載のように、燃料噴射時期を予め定められた燃料噴射時期変化量だけ変化させた後に算出される有効圧指数が、燃料噴射時期を変化させる前に算出された有効圧指数よりも大きくなるときには、次回の燃料噴射時期を前記燃料噴射時期変化量による方向と同じ方向に変化させ、反対に燃料噴射時期を予め定められた燃料噴射時期変化量だけ変化させた後に算出される有効圧指数が、燃料噴射時期を変化させる前に算出された有効圧指数以下であるときには、次回の燃料噴射時期を前記燃料噴射時期変化量による方向と反対方向に変化させることにより、燃料噴射時期を制御するとよい。
【0065】
なお、前述の図5に示す測定結果より、直噴型内燃機関では、燃料噴射時期が変化することによって、有効圧指数が変化することが判る。そこで、上述の請求項5において点火時期を制御した場合と同様に、燃料噴射時期を変化させたことによる有効圧指数の変化によって燃焼状態を判断し、その判断結果に基づいて燃料噴射時期を設定することで、燃料噴射時期を最適に制御することが可能になる。
【0066】
例えば、燃料噴射時期を進めた後に算出される有効圧指数が、進める前に算出された有効圧指数よりも大きくなる場合には、燃焼状態が良好となったことを表しており、次回の燃料噴射時期を進めることで、更に燃焼状態が良好になる事が期待できる。反対に、燃料噴射時期を進めた後に算出される有効圧指数が、進める前に算出された有効圧指数よりも小さくなる場合には、燃焼状態が不良となったことを表しており、次回の燃料噴射時期を遅らせることで、燃焼状態が良好になるようにするのである。
【0067】
このようにして、燃料噴射時期を制御することにより、安定した運転状態における燃焼状態を良好にすることができ、また、燃焼状態が悪化することを回避することができる。
なお、燃料噴射時期を遅らせるように変化させたときの有効圧指数の変化から燃焼状態を判断するには、燃料噴射時期の変化後に算出される有効圧指数が変化前の有効圧指数よりも大きくなる場合には、次回の燃料噴射時期を更に遅らせることで、燃焼状態をより最適に制御することが可能になる。反対に、燃料噴射時期の変化後に算出される有効圧指数が変化前の有効圧指数よりも小さくなる場合には、次回の燃料噴射時期を進めることで、燃焼状態をより最適に制御することが可能になる。
【0068】
したがって、本発明(請求項7)の内燃機関制御方法によれば、直噴型内燃機関における、内燃機関の運転状態が安定しているときの燃焼状態がより良好になるように燃料噴射時期を制御することができ、直噴型内燃機関の燃焼状態をより良好に制御することが可能になる。
【0069】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図1は、本発明の内燃機関制御方法が適用された内燃機関の構成を表す説明図である。
【0070】
尚、制御装置(ECU)19、EGRバルブ17、クランク軸47以外の構成は、内燃機関の各気筒毎に設けられるものであるが、図1では図面を見やすくするために1気筒分のみを表している。
図1に示すように、本実施例の内燃機関用点火装置は、混合気を燃焼させるための火花放電を発生するとともに、締め付け荷重の変化から燃焼室31の圧力(筒内圧)検出する圧電素子を備えた圧力センサ内蔵点火プラグ(以下、点火プラグともいう)11と、点火プラグ11に火花放電を発生させるための点火用高電圧を発生するイグナイタ13と、混合気を生成するために燃料を噴射する燃料噴射弁(インジェクタ)15と、排気ポート35の排気ガスを吸気ポート33に循環させるためのEGRバルブ17と、外部からの指令に従い、イグナイタ13、燃料噴射弁15、EGRバルブ17に対して指令信号を出力し、内燃機関1の運転を制御するマイクロコンピュータからなる制御装置(ECU)19とを備えている。なお、本実施例の内燃機関は、直噴型内燃機関であるため、燃料噴射弁15は、燃料を燃焼室内に直接噴射するように備えられている。
【0071】
また、点火プラグ11は、図13に示すような構造であり、主体金具11aの内部に圧力センサ11b(図示省略)を内蔵しており、締め付け荷重の変化を検出することで筒内圧を検出し、出力ケーブル11cから筒内圧に応じた電荷を出力している。そして、圧力センサ11bの出力電荷は微小であるため、例えば、前述した図11に示すような増幅回路61によって増幅された圧力信号が、ECU19に入力される。なお、図1では、増幅回路の図示を省略している。また、点火プラグ11は、イグナイタ13から供給される点火用高電圧を端子部11fで受電し、中心電極11eと外側電極11dとの間に火花放電を発生する。
【0072】
そして、内燃機関1は、気筒(シリンダ)43の内部を往復運動するピストン41が、連接棒45を介してクランク軸47を回転させることで、内燃機関1の外部に動力を伝達している。また、内燃機関1は直噴型であるため、ピストン41が吸気行程で下降するときに、吸気弁37が開くことで燃焼室31に空気を送り込み、ピストン41が圧縮行程で上昇するときに燃料噴射弁15が燃焼室31に燃料を噴射して混合気を生成する。このときの燃料噴射時期および燃料噴射量は、ECU19にて実行される後述の制御処理によって設定される。
【0073】
そして、燃焼工程では、ピストン41が上死点に達する前に点火プラグ11で火花放電を発生させ、混合気を燃焼させることで、燃焼室内の圧力(筒内圧)を上昇させてピストン41を下降させることで、内燃機関の動力を発生する。続いて、ピストン41が排気行程で上昇するときには、排気弁39が開くことで燃焼室31の内部の排気ガスを排気ポート35に排出する。そして、続いて圧縮行程が行われ、次の燃焼サイクルに移行するという処理を繰り返すことにより、内燃機関の運転が行われる。
【0074】
このような内燃機関の運転は、ECU19によって制御されており、以下にECU19で行われる点火時期制御、空燃比制御(燃料噴射量制御)、EGR制御および燃料噴射時期制御について説明する。
なお、制御装置19は、以下に説明する制御処理のために、別途、内燃機関の吸入空気量(吸気管圧力),回転速度,スロットル開度,冷却水温,吸気温等、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理を行っている。
【0075】
まず、本実施例の点火時期制御処理について、図6に示すフローチャートに従って説明する。この点火時期制御処理は、内燃機関の運転が開始されると共に起動され、内燃機関の運転を停止するまで実行される。
図6に示すように、点火時期制御処理が開始されると、まずS110(Sはステップを表す)では、別途実行される運転状態検出処理にて検出されたエンジン回転数およびスロットル開度を測定する。続く、S120では、内燃機関の運転状態が安定した状態であるか(規定条件内であるか)否かを判断しており、具体的には、S110にて測定したエンジン回転数およびスロットル開度の変動が一定範囲内に収束しているか否かを判断している。そして、S120で肯定判定されるとS140に移行し、S120で否定判定されるとS130に移行する。
【0076】
S120に移行した際に、内燃機関の運転状態が変化していると、S120で否定判定され、S130に移行する。S130では、S110で測定されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、予め設定されたマップから点火時期Tigを読込むことで点火時期Tigを設定し、さらに、初期FLGをリセット(RESET)する。なお、初期FLGは、有効圧指数Anの比較を行うための初期値が算出されたことを表す指標である。S130の処理が行われると、S240に移行する。
【0077】
そして、S240では、最後に算出された最新の点火時期Tigにて点火を行い、点火が行われるとS110に移行する。
また、S120に移行した際に、内燃機関の運転状態が安定していると、S120で肯定判定され、S140に移行する。S140では、初期FLGがセット(SET)されているか否かを判断しており、肯定判定されるとS160に移行し、否定判定されるとS150に移行する。このとき、初期FLGがリセットされていると、S140で否定判定され、S150に移行する。
【0078】
S150では、まず、S110で測定されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、予め設定されたマップから点火時期Tigを読込むことで点火時期Tigを設定する。そして、点火プラグ11の圧力センサ11bにて検出された燃焼圧信号が記憶された図示しない記憶部から、クランク角が90°CA(BTDC90゜CA)から270°CA(ATDC90°CA)までの燃焼圧信号(筒内圧)を取込み、取込んだ筒内圧を用いて有効圧指数Anを算出する。
【0079】
ここで、有効圧指数Anの算出には、まず、取り込んだ燃焼圧信号(筒内圧)のうち、クランク角が90゜CA(BTDC90゜CA)から上死点(TDC)まで移動する期間の筒内圧を、クランク角1°CA毎に積算して、上死点前圧力積分値Aを求める。同様に、取り込んだ筒内圧を用いて、クランク角が上死点(TDC)から270゜CA(ATDC90゜CA)までに移動する期間の筒内圧を、クランク角1°CA毎に積算した上死点後圧力積分値Bを求める。また、クランク角が160゜CA(BTDC20゜CA)である時の筒内圧、および90゜CA(BTDC90゜CA)である時の筒内圧の差を求め、第1補正基準値Cとして設定する。
【0080】
なお、筒内圧の積算間隔はクランク角1°CA毎に限ることはなく、積算間隔を短くすれば、筒内圧のデータ数をより多くすることが可能になり、より精度の高い有効圧指数Anを算出することができる。反対に、積算間隔を長くすることで、ECU19の処理負荷を低減することができるが、同時に、積算する筒内圧のデータ数が減少してしまうため、有効圧指数Anの精度が低下してしまう。このため、積算間隔としては、少なくとも有効圧指数Anの算出に必要なデータ数を収集できる程度に長く、また、ECU19の処理負荷が異常に高くならない程度に短くなる範囲内に設定するとよい。
【0081】
さらに、本ステップでは、このときの燃焼サイクルが燃料カット(燃料遮断)であるか否かを判断しており、燃料カットでない場合には、燃料カット時の有効圧指数の値が記憶された第2補正基準値Dの値を取り込む。
そして、有効圧指数Anを、数1に記す計算式に従い、上死点後圧力積分値Bから上死点前圧力積分値Aを差し引いた値を、第1補正基準値Cで除した後、第2補正基準値Dを差し引くことで算出する。
【0082】
【数1】

Figure 0004302843
【0083】
なお、このときの燃焼サイクルが燃料遮断である場合には、数1において第2補正基準値Dを差し引くことをせず、上死点後圧力積分値Bから上死点前圧力積分値Aを差し引いた値を第1補正基準値Cで除して得られる値を有効圧指数Anとして算出するとともに、この有効圧指数Anを第2補正基準値Dに代入して記憶する。
【0084】
さらに、S150では、算出した有効圧指数Anの値を、前回の有効圧指数An-1に代入し、また、点火時期Tigを予め定められた進角量Taだけ進めた値に更新し、そして、初期FLGをセット(SET)する。こうしてS150の処理が行われると、S240に移行する。
【0085】
そして、S240では、最後に算出された点火時期Tigにて点火を行い、点火が行われるとS110に移行する。
また、S140に移行した際に、初期FLGがセットされていると、S140で肯定判定され、S160に移行する。S160では、まず、点火プラグ11の圧力センサ11bにて検出された燃焼圧信号が記憶された図示しない記憶部から、クランク角が90°CA(BTDC90゜CA)から270°CA(ATDC90°CA)までの燃焼圧信号(筒内圧)を取込み、取込んだ筒内圧を用いて有効圧指数Anを算出する。なお、有効圧指数Anの算出方法は、S150の処理における算出方法と同様である。
【0086】
続くS170では、最新(n回目)の有効圧指数Anが、前回(n−1回目)の有効圧指数An-1よりも大きいか否かを判断しており、肯定判定されるとS180に移行し、否定判定されるとS210に移行する。
S170に移行した際に、最新の有効圧指数Anが前回の有効圧指数An-1よりも大きい場合、S170で肯定判定され、S180に移行する。S180では、最新の有効圧指数Anの値を前回の有効圧指数An-1に代入し、点火時期Tigを予め定められた進角量Taだけ進めた値に更新する。
【0087】
続くS190では、S180で更新した点火時期Tigの値が、点火時期の進角限界値として予め定められた進角リミット点火時期TLaよりも大きいか否かを判断しており、肯定判定されるとS200に移行し、否定判定されるとS240に移行する。このとき、点火時期Tigが進角リミット点火時期TLaよりも大きい場合、S190で肯定判定されてS200に移行し、S200では、進角リミット点火時期TLaの値を点火時期Tigに代入する。これにより、点火時期が過度に進角してしまい、内燃機関の運転状態が不安定になることを防いでいる。S200の処理が行われると、S240に移行する。
【0088】
S190に移行した際に、点火時期Tigが進角リミット点火時期TLa以下である場合、S190で否定判定されてS240に移行し、S240では、最後に算出された点火時期Tigにて点火を行い、点火が行われるとS110に移行する。
【0089】
また、S170に移行した際に、最新の有効圧指数Anが前回の有効圧指数An-1以下である場合、S170で否定判定され、S210に移行する。S210では、最新の有効圧指数Anの値を前回の有効圧指数An-1に代入し、点火時期Tigを予め定められた遅角量Trだけ遅らせた値に更新する。
【0090】
続くS220では、S210で更新した点火時期Tigの値が、点火時期の遅角限界値として予め定められた遅角リミット点火時期TLrよりも小さいか否かを判断しており、肯定判定されるとS230に移行し、否定判定されるとS240に移行する。このとき、点火時期Tigが遅角リミット点火時期TLrよりも小さい場合、S220で肯定判定され、S230に移行し、S230では、遅角リミット点火時期TLrの値を点火時期Tigに代入する。これにより、点火時期が過度に遅角してしまい、内燃機関の運転状態が不安定になることを防いでいる。S230の処理が行われると、S240に移行する。
【0091】
S220に移行した際に、点火時期Tigが遅角リミット点火時期TLr以上である場合、S220で否定判定され、S240に移行し、S240では、最後に算出された点火時期Tigにて点火を行い、点火が行われるとS110に移行する。
【0092】
このように、本点火時期制御処理では、S240で点火を行うと、S110に移行し、上述の処理を繰り返し実行することで、有効圧指数Anに基づいて点火時期Tigを更新して、点火時期Tigを制御している。
以上説明したように、本点火時期制御処理では、運転状態が変化しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて点火時期Tigを制御している。そして、運転状態が安定しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて設定された点火時期Tigを初期値として、点火時期Tigを変化させたことによる有効圧指数Anの変動に基づいて、内燃機関の燃焼状態を判断し、点火時期Tigを制御している。
【0093】
つまり、S150にて点火時期Tigを進角させた後に、S160で算出される有効圧指数Anが、進角させる前に算出された有効圧指数An-1よりも大きくなる場合(S170で肯定判定される場合)には、燃焼状態が良好となったと判断できる。このため、続くS180にて次回の点火時期Tigを更に進角させることで、次回の点火における燃焼状態を更に良好になるようにしている。
【0094】
反対に、S150にて点火時期Tigを進角させた後に、S160で算出される有効圧指数Anが、進角させる前に算出された有効圧指数An-1以下になる場合(S170で否定判定される場合)には、燃焼状態が不良となったと判断できる。このため、続くS210にて次回の点火時期Tigを遅角させることで、次回の点火において燃焼状態が良好になるようにしている。
【0095】
そして、内燃機関の運転状態が安定している状態が続く間、S110、S120、S140、S160からS240の各ステップが繰り返し実行されて、点火時期Tigが有効圧指数Anに基づいて最適な値に制御される。これにより、内燃機関の効率が最も良い点火時期であるMBT(Minimum Spark Advance for Best Torque )に点火時期を設定して、内燃機関を運転することが可能になる。
【0096】
なお、本実施例では、進角量Taおよび遅角量Trは、予め設定された固定値としているが、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。また、遅角量Trを進角量Taよりも大きい値に設定することで、不安定な燃焼状態からの回避を迅速に行うことが可能になる。また、進角リミット点火時期TLaおよび遅角リミット点火時期TLrについても、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。
【0097】
また、数1において第2補正基準値Dを差し引くことをせず有効圧指数Anを算出し、この有効圧指数Anを第2補正基準値Dに代入して記憶する処理は、燃料カット(燃料遮断)時に限ることはなく、失火運転時において筒内圧の残圧が検出可能な特定のエンジン条件下となる時に行うようにしてもよい。
【0098】
次に、本実施例の空燃比制御処理について、図7に示すフローチャートに従って説明する。この空燃比制御処理は、内燃機関の運転が開始されると共に起動され、内燃機関の運転を停止するまで実行される。また、空燃比は混合気を形成する燃料と空気との比率を表していることから、本実施例の内燃機関では、空燃比制御は燃料噴射量を制御することで行っている。
【0099】
図7に示すように、空燃比制御処理が開始されると、まずS310(Sはステップを表す)では、別途実行される運転状態検出処理にて検出されたエンジン回転数およびスロットル開度を測定する。続く、S320では、内燃機関の運転状態が安定した状態であるか(規定条件内であるか)否かを判断しており、具体的には、S310にて測定したエンジン回転数およびスロットル開度の変動が一定範囲内に収束しているか否かを判断している。そして、S320で肯定判定されるとS340に移行し、S320で否定判定されるとS330に移行する。
【0100】
S320に移行した際に、内燃機関の運転状態が変化していると、S320で否定判定され、S330に移行する。S330では、S310で測定されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、予め設定されたマップから燃料噴射量Finを読込むことで燃料噴射量Finを設定し、さらに、初期FLGをリセット(RESET)し、初期S算出カウンタSPCNTをクリアする。なお、初期FLGは、有効圧指数Anの比較を行うための初期値が算出されたことを表す指標であり、初期S算出カウンタSPCNTは、有効圧指数Anの標準偏差および平均を算出するための、データ数をカウントするためのカウンタである。S330の処理が行われると、S460に移行する。
【0101】
そして、S460では、最後に算出された最新の燃料噴射量Finにて燃料噴射を行い、燃料噴射が行われるとS310に移行する。
また、S320に移行した際に、内燃機関の運転状態が安定していると、S320で肯定判定され、S340に移行する。S340では、初期FLGがセット(SET)されているか否かを判断しており、肯定判定されるとS380に移行し、否定判定されるとS350に移行する。このとき、初期FLGがリセットされていると、S340で否定判定され、S350に移行する。
【0102】
S350では、まず、S310で測定されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、予め設定されたマップから燃料噴射量Finを読込むことで燃料噴射量Finを設定する。そして、点火プラグ11の圧力センサ11bにて検出された燃焼圧信号が記憶された図示しない記憶部から、クランク角が90°CA(BTDC90゜CA)から270°CA(ATDC90°CA)までの燃焼圧信号(筒内圧)を取込み、取込んだ筒内圧を用いて有効圧指数Anを算出する。なお、有効圧指数Anの算出方法は、前述の点火時期制御処理のS150での処理における算出方法と同様である。
【0103】
そして、本空燃比制御処理が実行される間に算出された、最新の初期S算出回数N個の有効圧指数Anにおける標準偏差および平均を算出し、標準偏差を平均で除することで得られる値を偏差/平均Sに設定する。このとき、標準偏差の算出には数2の計算式を用い、平均の算出には数3の計算式を用いる。
【0104】
【数2】
Figure 0004302843
【0105】
【数3】
Figure 0004302843
【0106】
なお、有効圧指数Anの個数が、初期S算出回数Nに満たない場合には、標準偏差および平均の算出は行わない。
さらに、S350では、初期S算出カウンタSPCNTを1加算(インクリメント)して、初期S算出カウンタSPCNTを更新する。
【0107】
続くS360では、初期S算出カウンタSPCNTが、初期S算出回数N以上であるか否かを判断しており、肯定判定されるとS370に移行し、否定判定されるとS460に移行する。このとき、初期S算出カウンタSPCNTが、初期S算出回数Nよりも小さい場合、S360で否定判定され、S460に移行する。そして、S460では、最後に算出された燃料噴射量Finにて燃料噴射を行い、燃料噴射が行われるとS310に移行する。
【0108】
また、S360に移行した際に、初期S算出カウンタSPCNTが、初期S算出回数N以上である場合、S360で肯定判定され、S370に移行する。そして、S370では、初期FLGをセットする。
S370の処理が行われるか、あるいは、S340にて肯定判定されると、S380に移行し、S380では、まず、点火プラグ11の圧力センサ11bにて検出された燃焼圧信号が記憶された図示しない記憶部から、クランク角が90°CA(BTDC90゜CA)から270°CA(ATDC90°CA)までの燃焼圧信号(筒内圧)を取込み、取込んだ筒内圧を用いてS350での処理と同様の計算方法で有効圧指数Anを算出する。そして、S350で算出した場合と同様に、本空燃比制御処理が実行される間に算出された、最新の初期S算出回数N個の有効圧指数Anにおける標準偏差および平均を算出し、標準偏差を平均で除することで得られる値を偏差/平均Sに設定する。
【0109】
続くS390では、S380で算出した偏差/平均Sが、空燃比の希薄限界として予め設定されたリーンリミット判定値LL以下であるか否かを判定しており、肯定判定されるとS400に移行し、否定判定されるとS430に移行する。このとき、偏差/平均Sがリーンリミット判定値LL以下である場合、S390で肯定判定され、S400に移行する。S400では、燃料噴射量Finを予め定められた燃料減量量Faだけ減量した値に更新する。
【0110】
続くS410では、S400で更新した燃料噴射量Finの値が、燃料噴射量の希薄限界値として予め定められた噴射燃料減量リミットFLaよりも小さいか否かを判断しており、肯定判定されるとS420に移行し、否定判定されるとS460に移行する。このとき、燃料噴射量Finが噴射燃料減量リミットFLaよりも小さい場合、S410で肯定判定されてS420に移行し、S420では、噴射燃料減量リミットFLaの値を燃料噴射量Finに代入する。これにより、燃料噴射量が過度に減量されてしまい、内燃機関の運転状態が不安定になることを防いでいる。S420の処理が行われると、S460に移行する。
【0111】
また、S410に移行した際に、燃料噴射量Finが噴射燃料減量リミットFLa以上である場合、S410で否定判定されてS460に移行し、S460では、最後に算出された燃料噴射量Finにて燃料噴射を行い、燃料噴射が行われるとS310に移行する。
【0112】
また、S390に移行した際に、偏差/平均Sがリーンリミット判定値LLよりも大きい場合、S390で否定判定され、S430に移行する。S430では、燃料噴射量Finを予め定められた燃料増量量Fbだけ増量した値に更新する。
【0113】
続くS440では、S430で更新した燃料噴射量Finの値が、燃料噴射量の増量限界値として予め定められた噴射燃料増量リミットFLbよりも大きいか否かを判断しており、肯定判定されるとS450に移行し、否定判定されるとS460に移行する。このとき、燃料噴射量Finが噴射燃料増量リミットFLbよりも大きい場合、S440で肯定判定されてS450に移行し、S450では、噴射燃料増量リミットFLbの値を燃料噴射量Finに代入する。これにより、燃料噴射量が過度に増量されてしまい、内燃機関の運転状態が不安定になることを防いでいる。S450の処理が行われると、S460に移行する。
【0114】
また、S440に移行した際に、燃料噴射量Finが噴射燃料増量リミットFLb以下である場合、S440で否定判定されてS460に移行し、S460では、最後に算出された燃料噴射量Finにて燃料噴射を行い、燃料噴射が行われるとS310に移行する。
【0115】
このように、本空燃比制御処理では、S460で燃料噴射を行うと、S310に移行し、上述の処理を繰り返し実行することで、有効圧指数Anの標準偏差および平均から算出される偏差/平均Sの値に基づいて燃料噴射量Finを更新して、燃料噴射量Finを制御している。
【0116】
なお、有効圧指数Anの標準偏差は、算出した有効圧指数Anの分布の広がりを表す尺度であり、この値が小さいほど、算出した有効圧指数Anのばらつきが小さく、燃焼状態が安定していることを示し、反対に、この値が大きいほど、算出した有効圧指数Anのばらつきが大きく、燃焼状態が不安定であることを示すことになる。
【0117】
また、有効圧指数Anの標準偏差を有効圧指数Anの平均で除することで正規化した偏差/平均Sと判定値とを比較して内燃機関の燃焼状態を判定することで、運転状態に応じて判定値を更新する必要がなくなり、判定値として定数の値を用いることができる。
【0118】
以上説明したように、本空燃比制御処理では、運転状態が変化しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて燃料噴射量Finを制御している。そして、運転状態が安定しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて設定された燃料噴射量Finを初期値として、燃料噴射量Finを変化させたことによる有効圧指数Anの標準偏差の値に基づいて、内燃機関の燃焼状態を判断し、燃料噴射量Finを制御している。
【0119】
つまり、S380にて算出された偏差/平均Sがリーンリミット判定値LL以下であるとき(S390で肯定判定される時)には、燃焼状態が安定していると判断できる。このため、続くS400で次回の燃料噴射量Finを減量させる(空燃比を高くする)ことで、内燃機関の燃費の向上を図るようにしている。
【0120】
また、S380にて算出された偏差/平均Sがリーンリミット判定値LLよりも大きいとき(S390で否定判定される時)には、燃焼状態が不安定であると判断できる。このため、続くS430で次回の燃料噴射量Finを増量させる(空燃比を低くする)ことで、内燃機関の燃料状態を安定化させている。
【0121】
そして、内燃機関の運転状態が安定している状態が続く間、S310、S320、S340、S380からS460までの各ステップが繰り返し実行されて、燃料噴射量Finが有効圧指数Anの標準偏差に基づいて最適な値に制御される。これにより、最も薄い混合気となる空燃比(リーンリミット)での内燃機関の運転が可能になる。
【0122】
なお、有効圧指数Anの平均の算出には、数4の計算式を用いてもよい。
【0123】
【数4】
Figure 0004302843
【0124】
平均値を算出する際に、数3の計算式での算出には、n個分のデータ(有効圧指数An)を記憶しておく必要があるが、数4の計算式では、前回までの平均値と有効圧指数Anの2個のデータで平均を算出することが出来るため、メモリ容量の節約が可能になる。
【0125】
なお、本実施例では、燃料減量量Faおよび燃料増量量Fbは、予め設定された固定値としているが、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。また、燃料増量量Fbを燃料減量量Faよりも大きい値に設定することで、不安定な燃焼状態からの回避を迅速に行うことが可能になる。また、噴射燃料減量リミットFLaおよび噴射燃料増量リミットFLbについても、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。
【0126】
次に、本実施例のEGR量制御処理について、図8に示すフローチャートに従って説明する。このEGR量制御処理は、内燃機関の運転が開始されると共に起動され、内燃機関の運転を停止するまで実行される。
また、EGR量制御処理は、空燃比制御処理と基本的な制御処理の流れは同様であることから、処理内容が同一のステップについては同一ステップ番号を付してフローチャートを表し、空燃比制御処理と異なる部分を中心に、EGR量制御処理について以下に説明する。
【0127】
まず、空燃比制御処理において燃料噴射量Finを読み込んでいたS330、S350に対応する、EGR量制御処理のS530、S550では、S310で測定されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、予め設定されたマップからEGR量Egrを読込むことでEGR量Egrを設定している。また、S530の処理が行われると、S660に移行する。
【0128】
そして、S390に対応するS590では、S380で算出した偏差/平均Sが、EGR量増量限界として予め設定されたEGR量リミット判定値EL以下であるか否かを判定しており、肯定判定されるとS600に移行し、否定判定されるとS630に移行する。なお、空燃比制御処理におけるS400からS460が、EGR量制御処理におけるS600からS660に対応する。
【0129】
S590に移行したとき、偏差/平均SがEGR量リミット判定値EL以下である場合、S590で肯定判定され、S600に移行する。S600では、EGR量Egrを予め定められたEGR増量量Eaだけ増量した値に更新する。
続くS610では、S600で更新したEGR量Egrの値が、EGR量Egrの増量限界値として予め定められたEGR量増量リミットELaよりも大きいか否かを判断しており、肯定判定されるとS620に移行し、否定判定されるとS660に移行する。このとき、EGR量EgrがEGR量増量リミットELaより大きい場合、S610で肯定判定され、S620に移行し、S620では、EGR量増量リミットELaの値をEGR量Egrに代入する。S620の処理が行われると、S660に移行する。
【0130】
また、S610に移行した際に、EGR量EgrがEGR量増量リミットELa以下である場合、S610で否定判定され、S660に移行し、S660では、最後に算出されたEGR量EgrにてEGR制御動作を行い、EGR制御動作が行われるとS310に移行する。
【0131】
また、S590に移行したとき、偏差/平均SがEGR量リミット判定値ELよりも大きい場合、S590で否定判定され、S630に移行する。S630では、EGR量Egrを予め定められたEGR減量量Ebだけ減量した値に更新する。
【0132】
続くS640では、S630で更新したEGR量Egrの値が、EGR量Egrの減量限界値として予め定められたEGR量減量リミットELbよりも小さいか否かを判断しており、肯定判定されるとS650に移行し、否定判定されるとS660に移行する。このとき、EGR量EgrがEGR量減量リミットELbより小さい場合、S640で肯定判定され、S650に移行し、S650では、EGR量減量リミットELbの値をEGR量Egrに代入する。S650の処理が行われると、S660に移行する。
【0133】
また、S640に移行した際に、EGR量EgrがEGR量減量リミットELb以上である場合、S640で否定判定され、S660に移行し、S660では、最後に算出されたEGR量EgrにてEGR制御動作を行い、EGR制御動作が行われるとS310に移行する。
【0134】
このように、本EGR量制御処理では、S660でEGR制御動作を行うと、S310に移行し、上述の処理を繰り返し実行することで、有効圧指数Anの標準偏差および平均から算出される偏差/平均Sの値に基づいてEGR量Egrを更新して、EGR量Egrを制御している。
【0135】
以上説明したように、本EGR量制御処理では、運転状態が変化しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいてEGR量Egrを制御している。そして、運転状態が安定しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて設定されたEGR量Egrを初期値として、EGR量Egrを変化させたことによる有効圧指数Anの標準偏差の値に基づいて、内燃機関の燃焼状態を判断し、EGR量Egrを制御している。
【0136】
つまり、S380にて算出された偏差/平均SがEGR量リミット判定値EL以下であるとき(S590で肯定判定される時)には、燃焼状態が安定していると判断できる。このため、続くS600で次回のEGR量Egrを増量させることで、排出ガス中の有害物質を更に減少させるようにしている。
【0137】
また、S380にて算出された偏差/平均SがEGR量リミット判定値ELよりも大きいとき(S590で否定判定される時)には、燃焼状態が不安定であることを表しており、S630で次回のEGR量Egrを減量させることで、内燃機関の燃料状態を安定化させている。
【0138】
そして、内燃機関の運転状態が安定している状態が続く間、S310、S320、S340、S380、S590からS660までの各ステップが繰り返し実行されて、EGR量Egrが有効圧指数Anの標準偏差に基づいて最適な値に制御される。これにより、燃焼状態を低下させることなく、有害物質の発生を抑えた状態での内燃機関の運転が可能になる。
【0139】
なお、本実施例では、EGR増量量EaおよびEGR減量量Ebは、予め設定された固定値としているが、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。また、EGR量増量リミットELaおよびEGR量減量リミットELbについても、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。
【0140】
次に、本実施例の燃料噴射時期制御処理について、図9に示すフローチャートに従って説明する。この燃料噴射時期制御処理は、内燃機関の運転が開始されると共に起動され、内燃機関の運転を停止するまで実行される。
また、燃料噴射時期制御処理は、点火時期制御処理と基本的な制御処理の流れ方法は同様であることから、処理内容が同一のステップについては同一ステップ番号を付してフローチャートを表し、点火時期制御処理と異なる部分を中心に、燃料噴射時期制御について以下に説明する。
【0141】
まず、点火時期制御処理において点火時期Tigを読み込んでいたS130、S150に対応する、燃料噴射時期制御処理のS730、S750では、S110で測定されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、予め設定されたマップから燃料噴射時期Tinを読込むことで燃料噴射時期Tinを設定している。そして、S750では、燃料噴射時期Tinを予め定められた進角量Tiaだけ進めた値に更新する。
【0142】
また、点火時期制御におけるS180からS240が、燃料噴射時期制御におけるS780からS840に対応しており、S170に移行した際に、最新の有効圧指数Anが前回の有効圧指数An-1よりも大きい場合、S170で肯定判定され、S780に移行する。S780では、最新の有効圧指数Anの値を前回の有効圧指数An-1に代入し、燃料噴射時期Tinを予め定められた進角量Tiaだけ進めた値に更新する。
【0143】
続くS790では、S780で更新した燃料噴射時期Tinの値が、燃料噴射時期の進角限界値として予め定められた噴射時期進角リミットTLiaよりも大きいか否かを判断しており、肯定判定されるとS800に移行し、否定判定されるとS840に移行する。このとき、燃料噴射時期Tinが噴射時期進角リミットTLiaよりも大きい場合、S790で肯定判定され、S800に移行し、S800では、噴射時期進角リミットTLiaの値を燃料噴射時期Tinに代入する。S800の処理が行われると、S840に移行する。
【0144】
そして、S790に移行した際に、燃料噴射時期Tinが噴射時期進角リミットTLia以下である場合、S790で否定判定されてS840に移行し、S840では、最後に算出された燃料噴射時期Tinにて燃料噴射を行い、燃料噴射点火が行われるとS110に移行する。
【0145】
また、S170に移行した際に、最新の有効圧指数Anが前回の有効圧指数An-1以下である場合、S170で否定判定され、S810に移行する。S810では、最新の有効圧指数Anの値を前回の有効圧指数An-1に代入し、燃料噴射時期Tinを予め定められた遅角量Tirだけ遅らせた値に更新する。
【0146】
続くS820では、S810で更新した燃料噴射時期Tinの値が、燃料噴射時期の遅角限界値として予め定められた噴射時期遅角リミットTLirよりも小さいか否かを判断しており、肯定判定されるとS830に移行し、否定判定されるとS840に移行する。このとき、燃料噴射時期Tinが噴射時期遅角リミットTLirよりも小さい場合、S820で肯定判定されてS830に移行し、S830では、噴射時期遅角リミットTLirの値を燃料噴射時期Tinに代入する。S830の処理が行われると、S840に移行する。
【0147】
そして、S820に移行した際に、燃料噴射時期Tinが噴射時期遅角リミットTLir以上である場合、S820で否定判定されてS840に移行し、S840では、最後に算出された燃料噴射時期Tinにて燃料噴射を行い、燃料噴射が行われるとS110に移行する。
【0148】
このように、本燃料噴射時期制御処理では、S840で点火を行うと、S110に移行し、上述の処理を繰り返し実行することで、有効圧指数Anに基づいて燃料噴射時期Tinを更新して、燃料噴射時期Tinを制御している。
以上説明したように、本燃料噴射時期制御処理では、運転状態が変化しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて燃料噴射時期Tinを制御している。そして、運転状態が安定しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて設定された燃料噴射時期Tinを初期値として、燃料噴射時期Tinを変化させたことによる有効圧指数Anの変動に基づいて、内燃機関の燃焼状態を判断し、燃料噴射時期Tinを制御している。
【0149】
つまり、S750にて燃料噴射時期Tinを進めた後に、S160で算出される有効圧指数Anが、進める前に算出された有効圧指数An-1よりも大きくなる場合(S170で肯定判定される場合)には、燃焼状態が良好となったと判断できる。このため、続くS780にて次回の燃料噴射時期Tinを進めることで、次回の燃焼における燃焼状態が更に良好になるようにしている。
【0150】
反対に、S750にて燃料噴射時期Tinを進めた後に、S160で算出される有効圧指数Anが、進める前に算出された有効圧指数An-1以下になる場合(S170で否定判定される場合)には、燃焼状態が不良となったと判断できる。このため、続くS810にて次回の燃料噴射時期Tinを遅らせることで、次回の燃焼において燃焼状態が良好になるようにしている。
【0151】
そして、内燃機関の運転状態が安定している状態が続く間、S110、S120、S140、S160、S170、S780からS840の各ステップが繰り返し実行されて、燃料噴射時期Tinが有効圧指数Anに基づいて最適な値に制御される。これにより、燃料噴射時期を、内燃機関の効率が最も良い燃料噴射時期に設定して、内燃機関を運転することが可能になる。
【0152】
なお、本実施例では、進角量Tiaおよび遅角量Tirは、予め設定された固定値としているが、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。また、噴射時期進角リミットTLiaおよび噴射時期遅角リミットTLirについても、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。
【0153】
以上説明したように、本実施例の内燃機関では、有効圧指数の算出に用いる筒内圧を、圧力センサ内蔵型点火プラグによって検出しているが、上死点前90゜CAから上死点後90゜CAまでの期間における筒内圧を用いているため、吸気弁・排気弁の着座ノイズの影響を受けることなく、有効圧指数を正確に算出することができる。そして、圧力センサ内蔵型点火プラグにおける、感度、締め付けトルクおよび温度などの個体差によって生じる筒内圧の誤差を補正して有効圧指数を算出している。さらに、圧力センサ内蔵型点火プラグが検出する筒内圧における残圧の影響による誤差を補正して有効圧指数を算出している。これらのことから、本実施例の内燃機関では、精度良く有効圧指数を算出することができる。
【0154】
よって、本実施例の内燃機関は、このように精度良く算出された有効圧指数に基づいて、点火時期、空燃比(燃料噴射量)、EGR量および燃料噴射時期を制御しており、内燃機関の燃焼状態を最適に制御することが可能になる。これにより、燃焼効率を向上させることができ、燃費の向上や有害物質の低減などを図ることもできる。
【0155】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
本実施例では、有効圧指数を算出するための筒内圧積分値を、クランク角1°CA毎に積算することで算出しているが、例えば、圧電素子の出力した電荷をコンデンサに蓄積し、蓄積された電荷の容量によって筒内圧積分値を算出する方法を用いてもよい。
【0156】
また、筒内圧を検出する圧力センサとしては、点火プラグとは別体に備えられ、点火プラグと内燃機関本体との間にガスケットと共に挟持されることで、締め付け荷重の変化を検出する形式のものを用いてもよい。
さらに、本実施例は、直噴型内燃機関であるが、吸気管内に燃料を噴射する方式の内燃機関において、本発明の制御方法を用いることにより、点火時期、空燃比、EGR量を制御することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例の内燃機関の構成を表す説明図である。
【図2】 座型圧力センサにより検出した筒内圧の波形を示す説明図である。
【図3】 座型圧力センサを用いて算出した感度補正前および感度補正後の有効圧指数を示すグラフである。
【図4】 座型圧力センサおよび筒内挿通型圧力センサにより検出した筒内圧の波形を示す説明図である。
【図5】 有効圧指数を測定した結果を表す説明図である。
【図6】 制御装置による点火時期制御処理を表すフローチャートである。
【図7】 制御装置による空燃比制御処理を表すフローチャートである。
【図8】 制御装置によるEGR量制御処理を表すフローチャートである。
【図9】 制御装置による燃料噴射時期制御処理を表すフローチャートである。
【図10】 温度変化および点火プラグの締め付けトルクの変化に対する圧電素子の出力特性を示すグラフである。
【図11】 増幅回路の構成を表す説明図である。
【図12】 座型圧力センサを用いて算出した有効圧指数と、筒内挿通型圧力センサを用いて算出した図示平均有効圧力との関係を示すグラフである。
【図13】 圧力センサ内蔵プラグの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
1…内燃機関、11…点火プラグ、11a…主体金具、11b…圧力センサ、11c…出力ケーブル、11d…外側電極、11e…中心電極、11f…端子部、13…イグナイタ、15…燃料噴射弁、17…EGRバルブ、19…制御装置(ECU)、31…燃焼室、61…増幅回路、63…オペアンプ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine control method for calculating an effective pressure index of an internal combustion engine based on an in-cylinder pressure detected by a piezoelectric element provided in the internal combustion engine and controlling the internal combustion engine based on the calculated effective pressure index.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine, as a method for determining the combustion state of the internal combustion engine, detecting knocking, improving fuel consumption and normalizing exhaust gas, etc., the pressure (in-cylinder pressure) in the combustion chamber is detected, and based on this in-cylinder pressure. There is a way to judge. Further, since the in-cylinder pressure changes according to the operation of the internal combustion engine, the indicated mean effective pressure used as a power source for the internal combustion engine can be calculated based on the change in the in-cylinder pressure. In particular, by calculating the indicated mean effective pressure based on the change in the in-cylinder pressure over the entire combustion cycle, it is possible to obtain the indicated mean effective pressure that accurately reflects the combustion state of the internal combustion engine.
[0003]
As a method for detecting the in-cylinder pressure, for example, a pressure guide hole communicating with the combustion chamber is provided in the cylinder head, and a pressure sensor is provided in the pressure guide hole. There is a way to detect. However, this in-cylinder pressure detection method has a problem that the structure of the internal combustion engine is complicated and the cost is increased because it is necessary to process the cylinder head in order to provide the pressure guide hole.
[0004]
In order to solve this problem, a seat-type pressure sensor has been proposed that detects the in-cylinder pressure based on fluctuations in the tightening load when the pressure sensor is disposed in the mounting seat portion of the spark plug and the spark plug is tightened to the cylinder head. (See JP-A-6-290853). This eliminates the need for a machining operation for providing the pressure guide hole in the cylinder head, and allows the in-cylinder pressure to be detected at a low cost without complicated machining of the structure of the internal combustion engine.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the seat-type pressure sensor has a structure that detects the in-cylinder pressure due to fluctuations in the tightening load of the spark plug. There is a problem that it is far from the pressure change. For this reason, when a seat-type pressure sensor is used, it is difficult to accurately detect the in-cylinder pressure for one combustion cycle including when the intake valve and the exhaust valve are operated, and the pressure is calculated based on the in-cylinder pressure in the entire one combustion cycle. It is difficult to accurately calculate the indicated mean effective pressure of the internal combustion engine.
[0006]
Here, in order to confirm the influence of noise caused by the intake and exhaust valves, the output signal waveform of the seat-type pressure sensor during operation of the internal combustion engine is shown in FIG. According to the output signal waveform shown in Fig. 2, in the seat pressure sensor, the output signal waveform (in-cylinder pressure) fluctuates when the intake valve is closed (INTAKE VALVE CLOSE) and when the exhaust valve is opened (EXHAUST VALVE OPEN). You can see that
[0007]
It is also known that the output characteristics of the piezoelectric element constituting the pressure sensor change depending on the temperature. Here, the change of the characteristic with respect to the temperature change of a piezoelectric element is shown to Fig.10 (a). FIG. 10A shows the change rate of the output charge of the pressure sensor due to temperature change with the output charge of the pressure sensor at 20 ° C. being 0%, the horizontal axis is the temperature, and the vertical axis is the change rate. The rate of change is expressed on the coordinate plane. From the characteristics of the pressure sensor shown in FIG. 10A, it can be seen that the output charge of the pressure sensor (hereinafter also referred to as an output signal) changes with temperature changes.
[0008]
And it has been found that there is a slight individual difference in sensitivity among the piezoelectric elements constituting the pressure sensor, and the output signal has a slight error due to the individual difference. In addition, since the electric charge output from the piezoelectric element is very small, the output signal of the piezoelectric element is generally used after being amplified by an amplifier circuit. For this reason, an error that is in an allowable range as a single piezoelectric element is amplified by the amplifier circuit, and this error becomes a value that cannot be ignored.
[0009]
Here, FIG. 3A shows the measurement result of the measurement performed to confirm the presence or absence of an error in the output signal in the piezoelectric element. In the measurement, an in-cylinder pressure is detected by using two amplifying circuits and two seat-type pressure sensors (sensor 1 and sensor 2) of the same type and an in-cylinder insertion type pressure sensor provided in a pressure guide hole leading to the combustion chamber. This was done by calculating the difference in the integrated value of the in-cylinder pressure before and after top dead center. In FIG. 3A, the difference between the integral values is referred to as an effective pressure index, and each effective value calculated using a seat-type pressure sensor with respect to the effective pressure index calculated using an in-cylinder insertion type pressure sensor. The relationship of the pressure index is shown. From the measurement results shown in FIG. 3 (a), it can be seen that the calculated effective pressure index is different even for the seat-type pressure sensor of the same type. From this, it can be seen that there is an error in the output signal due to individual differences in sensitivity of the piezoelectric elements.
[0010]
Furthermore, since the seat-type pressure sensor detects the in-cylinder pressure by detecting the tightening load of the spark plug, if the tightening load when the spark plug is attached differs, the variation in the tightening load due to the change in the in-cylinder pressure occurs. End up. Even if an instrument for measuring the tightening load such as a torque wrench is used, it is practically difficult to unify the tightening load strictly to such an extent that the pressure detection of the seat-type pressure sensor is not affected. Therefore, the output characteristic of the detected pressure of the seat-type pressure sensor is affected by individual differences in the tightening load of the spark plug.
[0011]
Here, the rate of change of the detected pressure of the seat-type pressure sensor due to the change of the tightening torque is shown in FIG. FIG. 10B shows the relationship between the tightening torque and the output signal when the tightening torque is changed with the output signal of the seat-type pressure sensor being 100% when the tightening torque is 25 N · m. As shown in FIG. 10B, the rate of change decreases (output charge decreases) when the tightening torque decreases, and the rate of change increases (output charge increases) when the tightening torque increases. From this, it can be seen that the output signal of the seat-type pressure sensor changes as the tightening torque changes.
[0012]
As described above, the seat-type pressure sensor includes an error in the output signal due to individual differences such as temperature, sensitivity, and tightening torque. Therefore, there is a possibility that the cylinder pressure with high accuracy cannot be detected. For this reason, it is difficult to accurately calculate the effective pressure index of the internal combustion engine based on the change in the in-cylinder pressure detected by the seat-type pressure sensor.
[0013]
Further, the change in the tightening load due to the in-cylinder pressure is caused by the combustion gas holding the spark plug. At the same time, the combustion gas enters the gap existing between the threaded portion of the spark plug metal shell and the cylinder head threaded portion. Therefore, even if the actual in-cylinder pressure decreases, Residual pressure is generated due to the delay in outflow.
[0014]
Here, FIG. 4 shows the measurement results of measurements performed to confirm that the in-cylinder pressure detected by the seat-type pressure sensor is affected by the residual pressure. The measurement was performed by detecting the in-cylinder pressure in the same combustion chamber using a seat-type pressure sensor and a cylinder insertion type pressure sensor provided in a pressure guide hole leading to the combustion chamber. In FIG. 4 (a), the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor is indicated by a solid line on the coordinate plane with the abscissa as the crank angle and the ordinate as the in-cylinder pressure. Is marked with a dotted line to show the measurement results. From the measurement results shown in FIG. 4A, each pressure sensor detects the same in-cylinder pressure until the in-cylinder pressure peak value is reached, but after the in-cylinder pressure peak value has elapsed, The value of the in-cylinder pressure detected by the seat-type pressure sensor is larger than the in-cylinder pressure detected by the insertion type pressure sensor. Further, in FIG. 4B, the in-cylinder pressure detected by the seat pressure sensor is set on the vertical axis and the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor is set on the horizontal axis, and the in-cylinder pressure detected by each pressure sensor is set. A Lissajous waveform is shown. 4B also shows that the in-cylinder pressure detected by the seat-type pressure sensor has a larger value than the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder insertion type pressure sensor.
[0015]
From this measurement result, after the top dead center (hereinafter also referred to as TDC), the seat pressure sensor detects a pressure (residual pressure) higher than the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor. I understand. Due to the residual pressure, the in-cylinder pressure detected by the seat-type pressure sensor after combustion of the air-fuel mixture is gradually reduced from the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder insertion type pressure sensor. It becomes difficult to accurately detect the internal pressure.
[0016]
Therefore, the effective pressure index calculated based on the in-cylinder pressure detected by the seat-type pressure sensor is affected by noise caused by intake and exhaust valves, individual differences due to the tightening torque and temperature of the spark plug, and the residual pressure of the screw part. May cause an error. Such errors due to individual differences and residual pressure are determined when the seat-type pressure sensor is actually attached to the internal combustion engine body. It is impossible to perform correction by measuring and setting a correction reference value. It is also possible to measure the error when the seat-type pressure sensor is installed and correct the error using a correction reference value set according to the error. However, the operating internal combustion engine always changes its state. Since the output characteristics of the seat-type pressure sensor may change over time, there is a problem that errors due to changes over time cannot be corrected.
[0017]
The present invention has been made in view of these problems, and calculates an effective pressure index with high accuracy from the in-cylinder pressure detected by the seat-type pressure sensor, and optimizes the combustion state of the internal combustion engine based on the calculated effective pressure index. It is an object of the present invention to provide an internal combustion engine control method for controlling.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve this object, the invention according to claim 1 detects the in-cylinder pressure of the internal combustion engine by detecting a change in the ignition plug tightening load by a piezoelectric element provided on a mounting seat of the ignition plug. An internal combustion engine control method for controlling an internal combustion engine based on an effective pressure index that is a power source of the internal combustion engine calculated based on an internal pressure, from when the intake valve is closed until the crank angle reaches top dead center The pressure integrated value before top dead center is calculated by integrating the in-cylinder pressure within a certain period of time, and the cylinder within a certain period of time defined between the crank angle reaching top dead center and the exhaust valve opening is calculated. Calculate the integrated pressure value after top dead center by integrating the internal pressure,The integration period of the pressure integration value before the top dead center and the integration period of the pressure integration value after the top dead center are symmetric with respect to the top dead center, and have the same length.Calculates the difference between the post-top dead center pressure integrated value and the pre-top dead center pressure integrated value as an effective pressure index, calculates the effective pressure index in all operating states including misfire operation, and calculates during misfire operation The effective pressure index is set as the second correction reference value, and the effective pressure index during normal operation is corrected by subtracting the second correction reference value from the effective pressure index calculated during normal operation. An internal combustion engine control method comprising controlling an internal combustion engine based on a pressure index.
[0019]
In an internal combustion engine, power is generated by the pressure generated by burning the air-fuel mixture in the combustion chamber. The pressure used as the power source of the internal combustion engine is the pressure in the combustion chamber after top dead center (cylinder pressure). ). However, the pressure in the combustion chamber generated before top dead center is used to generate the pressure in the combustion chamber after top dead center. From this, it can be determined that the difference between the integrated value of the in-cylinder pressure after the top dead center and the integrated value of the in-cylinder pressure before the top dead center is the pressure actually used as the power source of the internal combustion engine. Therefore, as in the method for calculating the effective pressure index in the internal combustion engine control method of the present invention (Claim 1), the internal combustion engine is obtained by obtaining the difference between the post-top dead center pressure integrated value and the pre-top dead center pressure integrated value. It is possible to calculate the pressure actually used as the power source of the. In this specification, this pressure is defined as an effective pressure index.
[0020]
Further, since the in-cylinder pressure detected by the piezoelectric element provided on the seat for attaching the spark plug is detected by a change in tightening load, it is affected by vibration noise caused by the seating of the intake valve and the exhaust valve. Therefore, by determining the in-cylinder pressure detection period as in the method for calculating the effective pressure index in the internal combustion engine control method according to claim 1, the in-cylinder pressure is reduced while avoiding the influence of vibration noise caused by the seating of the intake valve and the exhaust valve. It can be detected, and no error due to seating noise occurs in calculating the effective pressure index.
[0021]
Here, the value calculated as the effective pressure index by the method for calculating the effective pressure index in the internal combustion engine control method of the present invention (Claim 1) replaces the value indicating the indicated mean effective pressure used as the power source of the internal combustion engine. The measurement result of the measurement performed in order to confirm that it becomes a value is shown in FIG. In the measurement, an effective pressure index is calculated by a method of calculating an effective pressure index in the method of the present invention using a seat-type pressure sensor, and an indicated mean effective pressure in one entire combustion cycle is calculated using an in-cylinder insertion type pressure sensor. I went there. The indicated mean effective pressure is an index that is also used when comparing the combustion efficiencies of internal combustion engines with different displacements, and shows a value that accurately reflects the pressure used as the power source of the internal combustion engine.
[0022]
From the measurement results shown in FIG. 12, it can be seen that the effective pressure index is proportional to the indicated mean effective pressure. Therefore, the effective pressure index calculated by the effective pressure index calculation method in the method of the present invention can be used as a value instead of the value representing the indicated mean effective pressure used as the power source of the internal combustion engine.
[0023]
Since the effective pressure index changes depending on the combustion state of the internal combustion engine, it can be used as an index representing the combustion state of the air-fuel mixture in the internal combustion engine. Therefore, the internal combustion engine can be operated in an optimal combustion state by controlling the internal combustion engine based on the effective pressure index so that the combustion state is improved.
[0024]
  Therefore, according to the internal combustion engine control method of the present invention (Claim 1), the internal combustion engine is effective without being affected by the seating noise of the intake valve and the exhaust valve based on the in-cylinder pressure detected by the seat-type pressure sensor. The pressure index can be calculated with high accuracy, and the combustion state of the internal combustion engine can be optimally controlled based on the effective pressure index.
Incidentally, the seat-type pressure sensor detects the in-cylinder pressure by detecting a change in the tightening load of the spark plug. The change in tightening load due to the in-cylinder pressure is generated by the combustion gas holding the spark plug. At the same time, the combustion gas enters the gap existing between the threaded portion of the spark plug metal shell and the cylinder head threaded portion. Therefore, even if the actual in-cylinder pressure decreases, Residual pressure is generated by the outflow delay (see FIG. 4). Due to this residual pressure, the decrease in the cylinder pressure after combustion of the air-fuel mixture becomes gradual, it becomes difficult to accurately detect the actual cylinder pressure, and an error may occur in the effective pressure index.
Therefore, as in the internal combustion engine control method of the present invention (Claim 1), the effective pressure index in all operating states including the misfire operation is calculated, and the effective pressure index calculated in the misfire operation is the second correction reference value. By subtracting the second correction reference value from the effective pressure index calculated during normal operation, the corrected effective pressure index during normal operation is corrected, and the internal combustion engine is corrected based on the corrected effective pressure index. It is good to control.
That is, during misfire operation of the internal combustion engine, the integrated pressure value before TDC and the integrated pressure value after TDC are ideally the same value, but the actually calculated pressure integrated value is the residual pressure as described above. As a result, the pressure integrated value after TDC shows a larger value. The effective pressure index calculated under specific engine conditions during misfire operation indicates an increase in the in-cylinder pressure caused by the residual pressure. Therefore, the effective pressure index at this time is stored and calculated. By subtracting from the effective pressure index, an effective pressure index in which an error due to the residual pressure is corrected can be calculated.
Therefore, the internal combustion engine can be operated in an optimal combustion state by controlling the internal combustion engine based on the effective pressure index so that the combustion state is improved. Therefore, according to the internal combustion engine control method of the present invention (Claim 1), an error due to the influence of the residual pressure in the seat pressure sensor can be corrected, and the effective pressure index can be calculated with high accuracy. Based on this, it becomes possible to optimally control the combustion state of the internal combustion engine.
[0025]
As a method for calculating the integrated pressure value of the in-cylinder pressure, for example, a method of calculating the integrated pressure value by integrating the in-cylinder pressure every predetermined time or every constant crank angle may be used.
The in-cylinder pressure during operation of the internal combustion engine starts to increase around 90 ° CA before top dead center (hereinafter also referred to as BTDC 90 ° CA), reaches its maximum value after a slight passage of top dead center, and then decreases. And then continues to descend to about 90 ° CA (hereinafter also referred to as ATDC 90 ° CA) after top dead center. In general, the closing timing of the intake valve is before BTDC 90 ° CA, and the opening timing of the exhaust valve is after ATDC 90 ° CA.
[0026]
  Therefore, in the above internal combustion engine control method, as described in claim 2,Integrated pressure value before top dead centerIs calculated by integrating the in-cylinder pressure within the period from 90 ° CA before the top dead center to the top dead center,Integrated pressure value after top dead centerBy integrating the in-cylinder pressure in the period from when the crank angle reaches top dead center until it reaches 90 ° CA after top dead center.It is good to calculate.
[0027]
  That is, like thisIntegrated pressure value before top dead centerWhenIntegrated pressure value after top dead centerTherefore, it is possible to reliably detect changes in the in-cylinder pressure due to the combustion of the air-fuel mixture, and to detect the in-cylinder pressure without being affected by the seating noise of the intake and exhaust valves. The effective pressure index used as a source can be reliably calculated.
[0028]
  Also,Integrated pressure value before top dead centerWhenIntegrated pressure value after top dead centerIf the lengths of the periods for calculating are different from each other, an erroneous effective pressure index is calculated. However, in the present invention (Claim 2), the integration period from 90 ° CA before top dead center to top dead center and the integration period from top dead center to 90 ° CA after top dead center are symmetrical with respect to TDC. Since the length of the period for calculating the integral value is the same, the effective pressure index can be accurately calculated.
[0029]
Therefore, the internal combustion engine can be operated in an optimal combustion state by controlling the internal combustion engine based on the effective pressure index so that the combustion state is improved.
Therefore, according to the internal combustion engine control method of the present invention (Claim 2), the internal combustion engine is effective without being affected by the seating noise of the intake valve and the exhaust valve based on the in-cylinder pressure detected by the seat-type pressure sensor. The pressure index can be calculated with high accuracy, and the combustion state of the internal combustion engine can be optimally controlled based on the effective pressure index.
[0030]
On the other hand, the piezoelectric element is a mechanism for detecting the in-cylinder pressure by outputting a charge according to the detected pressure. However, since the output charge is very small, in actual use, for example, FIG. The output signal is amplified by an amplifier circuit 61 as shown.
[0031]
Here, in the amplifier circuit 61, the non-inverting input terminal 63a is grounded, the inverting input terminal 63b is connected to the piezoelectric element through the resistor 65, and the output terminal 63c and the inverting input terminal 63b are connected in parallel to the resistor 67 and The operational amplifier 63 is connected by a capacitor 69 and supplied with a power supply voltage of 5V. The potential input to the inverting input terminal 63b fluctuates due to the charge output from the piezoelectric element in accordance with the in-cylinder pressure to be detected. The operational amplifier 63 amplifies the potential fluctuation and outputs it as an output signal from the output terminal 63c. ing. Thereby, the piezoelectric element is not affected by the stray capacitance of the connected cable, and the output signal of the piezoelectric element can be accurately detected.
[0032]
However, if the output signal of the piezoelectric element is amplified, even an error within an allowable range for the piezoelectric element alone is amplified by the amplifier circuit, and it may be difficult to accurately detect the in-cylinder pressure. As can be seen from FIG. 3 (a) showing the above measurement results, the calculated effective pressure index is different even in the same type of seat-type pressure sensor, and there is an individual difference in the sensitivity of the piezoelectric element. It can be judged.
[0033]
However, from the measurement results shown in FIG. 3A, the calculation result of the effective pressure index calculated using the same seat-type pressure sensor is the same as the change of the effective pressure index calculated using the in-cylinder insertion type pressure sensor. It can be seen that the output characteristics of the seat-type pressure sensor have a certain proportional relationship with the in-cylinder pressure.
[0034]
In-cylinder pressure actually detected by the seat-type pressure sensor before the TDC is different among the seat-type pressure sensors, and as can be seen from the measurement result shown in FIG. This is because an error is caused by the difference in sensitivity. Since the magnitude of this error changes according to the sensitivity of each pressure sensor, the sensitivity of the seat-type pressure sensor can be known from the magnitude of the change rate of the in-cylinder pressure detected before TDC.
[0035]
Therefore, as a control method for the internal combustion engine, as described in claim 3, the difference between the in-cylinder pressures at two different time points among the in-cylinder pressures detected after the intake valve is closed and before the ignition timing is calculated as a first correction reference value. The effective pressure index calculated as the difference between the post-top dead center pressure integrated value and the pre-top dead center pressure integrated value is further divided by the first correction reference value, and the corrected effective pressure is corrected. The internal combustion engine may be controlled based on the index.
[0036]
That is, the difference in the in-cylinder pressure at two different time points detected from when the intake valve is closed to before the ignition timing is large if the pressure sensor is sensitive, and small if the pressure sensor is not sensitive. If the pressure sensor has a high sensitivity, the calculated effective pressure index increases. If the pressure sensor has a low sensitivity, the calculated effective pressure index decreases. Therefore, by dividing the effective pressure index by the difference in in-cylinder pressure at two different points in time from when the intake valve reflecting the sensitivity of the pressure sensor is closed until before the ignition timing, an error in in-cylinder pressure due to individual differences in sensitivity Therefore, the effective pressure index can be accurately calculated.
[0037]
Actually, the calculation result of the effective pressure index calculated by the effective pressure index calculation method in the internal combustion engine control method of the present invention (Claim 3) is shown in FIG. Specifically, the difference in in-cylinder pressure between BTDC 90 ° CA and BTDC 20 ° CA in the seat-type pressure sensor used for calculating the effective pressure index shown in FIG. 3A is shown in FIG. Correction was made by dividing the effective pressure index, and the effective pressure index was calculated.
[0038]
Before the sensitivity correction (FIG. 3 (a)), the effective pressure index, which showed different values for each seat-type pressure sensor, showed almost the same value after the sensitivity correction (FIG. 3 (b)). It can be seen that the error due to was successfully corrected. In addition, the in-cylinder pressure error detected by the seat-type pressure sensor is caused not only by the sensitivity of the piezoelectric element but also by the difference in the tightening torque of the spark plug and the difference in temperature at the time of measurement. However, the error due to the tightening torque, temperature, etc. also appears as the magnitude of the in-cylinder pressure detected before TDC, similarly to the error due to the difference in the sensitivity of the piezoelectric element. Therefore, the effective pressure in the method of the present invention (Claim 3) By using the index calculation method, an effective pressure index with an error corrected can be obtained.
[0039]
Therefore, the internal combustion engine can be operated in an optimal combustion state by controlling the internal combustion engine based on the effective pressure index so that the combustion state is improved. Therefore, according to the internal combustion engine control method of the present invention (Claim 3), the error of the in-cylinder pressure caused by individual differences such as the sensitivity of the piezoelectric element, the tightening torque and the temperature change is corrected, and the effective pressure index is more accurately determined. And the combustion state of the internal combustion engine can be optimally controlled based on the effective pressure index.
[0044]
On the other hand, an internal combustion engine is operated by obtaining a control reference value by using a calculation formula or a map using operating conditions such as the rotational speed and engine load as parameters and controlling ignition timing, air-fuel ratio, and the like. That is, the ignition timing, the air-fuel ratio, and the like are set based on the rotational speed representing the operating state, the engine load, and the like. For this reason, in a stable operating state where the rotational speed, engine load, etc. are constant, the same control reference value is set and the internal combustion engine is controlled. However, it is known that in the internal combustion engine, the combustion state of the air-fuel mixture slightly changes even in a stable operating state where the rotation speed and load do not vary. For this reason, it is desired to control the ignition timing, the air-fuel ratio, and the like so that a more optimal combustion state is obtained even in a stable operation state.
[0045]
  Therefore, as an internal combustion engine control method for controlling the internal combustion engine,Claim 4Thus, it is determined whether or not the operating state of the internal combustion engine is stable, and at least during steady operation where the operating state of the internal combustion engine is stable, the effective pressure index is calculated, and based on the calculated effective pressure index Thus, the internal combustion engine may be controlled.
[0046]
Since the effective pressure index shows a larger value as the combustion state becomes better, it can be used as an index representing the combustion state of the air-fuel mixture in the internal combustion engine. Therefore, by controlling the internal combustion engine in a stable operation state based on the effective pressure index, it is possible to realize an operation in a better combustion state.
[0047]
  In the internal combustion engine control method for controlling the ignition timing based on the effective pressure index calculated during the steady operation of the internal combustion engine,Claim 5When the effective pressure index calculated after changing the ignition timing by a predetermined ignition timing change amount becomes larger than the effective pressure index calculated before changing the ignition timing, the next time The effective pressure index calculated after changing the ignition timing in the same direction as the change due to the ignition timing change amount and changing the ignition timing by a predetermined ignition timing change amount changes the ignition timing. When it is less than or equal to the effective pressure index calculated before the ignition timing, the ignition timing may be controlled by changing the next ignition timing in a direction opposite to the direction of change due to the ignition timing change amount.
[0048]
In general, it is known that the combustion state of the air-fuel mixture becomes better when the ignition timing is advanced. However, if the ignition timing is excessively advanced, knocking occurs and the combustion state is It will decline.
Here, in order to confirm the change in the combustion state with respect to the ignition timing, the change in the effective pressure index when the ignition timing was changed was measured. The measurement results are shown in FIG. The measurement was performed using a direct injection internal combustion engine, and the effective pressure index when the fuel injection timing was changed in addition to the ignition timing was calculated for three stages of air-fuel ratios (A / F). In FIG. 5, the measurement results are shown by showing the distribution of the effective pressure index at each air-fuel ratio on the coordinate plane with the vertical axis as the ignition timing and the horizontal axis as the fuel injection timing. The vertical axis shows the ignition timing advance angle (crank angle before top dead center) as a positive value and retard angle (crank angle after top dead center), where top dead center is 0 ° CA. Expressed as a negative value. The horizontal axis represents the top dead center as 0 ° CA and the crank angle before the top dead center as a positive value. In addition, the effective pressure index has a distribution showing four stages of 130 to 160, 160 to 180, 180 to 200, and 200 to 210 with different patterns.
[0049]
From the measurement results shown in FIG. 5, the effective pressure index distribution at the same air-fuel ratio is advanced when the ignition timing is determined based on the top dead center (when the ignition timing is 0 ° CA). The effective pressure index increases as the value increases, but it can be seen that the effective pressure index decreases if the angle is excessively advanced.
[0050]
  Therefore,The present invention (Claim 5)Then, rather than simply advancing the ignition timing, the combustion state is determined based on the change in the effective pressure index due to the change in the ignition timing, and the ignition timing is set based on the determination result. It is designed to be optimally controlled.
[0051]
For example, if the effective pressure index calculated after the ignition timing is advanced is larger than the effective pressure index calculated before the ignition timing, it indicates that the combustion state is good. By advancing the next ignition timing, it can be expected that the combustion state will be further improved in the next ignition. On the other hand, if the effective pressure index calculated after the ignition timing is advanced is smaller than the effective pressure index calculated before the ignition timing, this indicates that the combustion state is poor. By retarding the next ignition timing, the combustion state at the next ignition is improved.
[0052]
In this way, by controlling the ignition timing, it is possible to improve the combustion state in a stable operation state, and it is possible to avoid the occurrence of knocking and the deterioration of the combustion state.
When controlling the internal combustion engine by determining the combustion state from the change in the effective pressure index when the ignition timing is changed to retard, the effective pressure index calculated after the change in the ignition timing is When it becomes larger than the effective pressure index, the combustion state can be more optimally controlled by further retarding the next ignition timing. On the other hand, if the effective pressure index calculated after the ignition timing changes is smaller than the effective pressure index before the change, the combustion state can be controlled more optimally by advancing the next ignition timing. It becomes possible.
[0053]
  Therefore,The present invention (Claim 5)According to this internal combustion engine control method, the ignition timing can be controlled so that the combustion state during steady operation where the operation state of the internal combustion engine is stable becomes better, and the combustion state of the internal combustion engine is improved. It becomes possible to control. As a result, the ignition timing can be set to MBT (Minimum Spark Advance for Best Torque), which is the ignition timing with the best efficiency of the internal combustion engine, and the internal combustion engine can be operated in an optimum state.
[0054]
Further, from the measurement results shown in FIG. 5, the greater the air-fuel ratio (A / F) (the smaller the fuel injection amount), the smaller the effective pressure index region indicating a higher value, and the smaller the air-fuel ratio ( It can be seen that the more the fuel injection amount), the easier it is to realize a good combustion state. However, in order to improve fuel efficiency, it is better to set the air-fuel ratio larger.
[0055]
  Therefore, in the internal combustion engine control method for controlling the air-fuel ratio or the EGR amount based on the effective pressure index calculated during the steady operation of the internal combustion engine,Claim 6As described above, after changing at least one of the fuel injection amount and the EGR amount by a predetermined amount, a value representing the spread of the effective pressure index distribution calculated a predetermined number of times is determined in advance. If it is equal to or less than the determined value, at least one of control for decreasing the fuel injection amount and control for increasing the EGR amount is executed, and conversely, at least one of the fuel injection amount and the EGR amount When the value representing the spread of the distribution of the effective pressure index calculated by a predetermined number of times after changing the predetermined amount by a predetermined amount becomes larger than a predetermined determination value, the fuel injection amount is The air-fuel ratio or the EGR amount may be controlled by executing at least one of the control for increasing and the control for decreasing the EGR amount.
[0056]
It should be noted that the smaller the value representing the spread of the effective pressure index distribution, the smaller the variation in the calculated effective pressure index and the more stable the combustion state, and vice versa. This indicates that the combustion state is unstable.
[0057]
Therefore, when the value representing the spread of the effective pressure index distribution is small (when the combustion state is stable), the fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved by increasing the air-fuel ratio (decreasing the fuel injection amount). When the value representing the spread of the effective pressure index distribution is large (when the combustion state is unstable), the combustion state of the internal combustion engine can be reduced by lowering the air-fuel ratio (increasing the fuel injection amount). Should be stabilized.
[0058]
Here, the EGR amount is the amount of exhaust gas that is recirculated from the exhaust system to the intake system. Thus, by mixing the exhaust gas into the combustion mixture, the maximum combustion temperature is lowered, The generation of NOx, which is a harmful substance, can be reduced. However, if the EGR amount increases, the combustion state becomes unstable and the drivability (responsiveness, smoothness, etc.) of the internal combustion engine decreases, so the EGR amount depends on the operating state of the internal combustion engine. Need to be controlled.
[0059]
Therefore, when the value representing the spread of the effective pressure index distribution is small (when the combustion state is stable), the generation of harmful substances in the exhaust gas can be reduced by increasing the EGR amount. . When the value representing the spread of the effective pressure index distribution is large (when the combustion state is unstable), the combustion state of the internal combustion engine can be stabilized by decreasing the EGR amount.
[0060]
When controlling the EGR amount in order to reduce the generation of harmful substances, the EGR amount becomes the maximum value (limit value) while maintaining the combustion state in a stable state so as not to reduce the drivability of the internal combustion engine. Control (EGR limit control) is most desirable.
[0061]
Therefore, based on the result of comparing the value representing the spread of the effective pressure index distribution with a predetermined determination value, control of at least one of the fuel injection amount and the EGR amount is executed, and the air-fuel ratio control or the EGR limit By controlling, the combustion state of the internal combustion engine can be stabilized.
[0062]
  Therefore,The present invention (Claim 6)Therefore, by determining the combustion state based on the value representing the spread of the distribution of the effective pressure index, the air-fuel ratio can be controlled to an optimum value, so that the fuel consumption can be improved. , Knocking can be prevented. Further, since the EGR amount can be controlled to an optimal value, harmful substances in the exhaust gas can be reduced, and the combustion state of the internal combustion engine can be stabilized.
[0063]
Next, in a direct-injection internal combustion engine that directly injects fuel into the combustion chamber to generate an air-fuel mixture, in addition to the ignition timing, air-fuel ratio, and EGR amount, the fuel injection timing is also operated at the rotational speed and load. Control is performed by obtaining a control reference value using a calculation formula or map using the state as a parameter.
[0064]
  Therefore, in a direct injection internal combustion engine, an internal combustion engine control method for controlling fuel injection timing based on an effective pressure index calculated during steady operation of the internal combustion engine,Claim 7When the effective pressure index calculated after changing the fuel injection timing by a predetermined fuel injection timing change amount becomes larger than the effective pressure index calculated before changing the fuel injection timing, The effective pressure index calculated after the next fuel injection timing is changed in the same direction as the fuel injection timing change amount, and the fuel injection timing is changed by a predetermined fuel injection timing change amount is When the fuel pressure is equal to or less than the effective pressure index calculated before the injection timing is changed, the fuel injection timing may be controlled by changing the next fuel injection timing in a direction opposite to the direction of the fuel injection timing change amount.
[0065]
  From the measurement results shown in FIG. 5, it can be seen that in the direct injection internal combustion engine, the effective pressure index changes as the fuel injection timing changes. Therefore,Claim 5 aboveAs in the case where the ignition timing is controlled in step 1, the combustion state is determined based on the change in the effective pressure index due to the change in the fuel injection timing, and the fuel injection timing is set based on the determination result. Can be optimally controlled.
[0066]
For example, if the effective pressure index calculated after the fuel injection timing is advanced is greater than the effective pressure index calculated before the fuel injection timing, this indicates that the combustion state is good and the next fuel It can be expected that the combustion state is further improved by advancing the injection timing. On the other hand, if the effective pressure index calculated after the fuel injection timing is advanced is smaller than the effective pressure index calculated before the fuel injection timing, it indicates that the combustion state has become defective. By delaying the fuel injection timing, the combustion state is improved.
[0067]
In this way, by controlling the fuel injection timing, it is possible to improve the combustion state in a stable operation state, and it is possible to avoid the deterioration of the combustion state.
In order to determine the combustion state from the change in the effective pressure index when the fuel injection timing is changed to be delayed, the effective pressure index calculated after the change in the fuel injection timing is larger than the effective pressure index before the change. In this case, the combustion state can be more optimally controlled by further delaying the next fuel injection timing. On the other hand, if the effective pressure index calculated after the change in fuel injection timing is smaller than the effective pressure index before the change, the combustion state can be controlled more optimally by advancing the next fuel injection timing. It becomes possible.
[0068]
  Therefore,The present invention (Claim 7)According to the internal combustion engine control method, the direct injection type internal combustion engine can control the fuel injection timing so that the combustion state when the operation state of the internal combustion engine is stable becomes better. It becomes possible to better control the combustion state of the internal combustion engine.
[0069]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of an internal combustion engine to which an internal combustion engine control method of the present invention is applied.
[0070]
The configuration other than the control unit (ECU) 19, the EGR valve 17, and the crankshaft 47 is provided for each cylinder of the internal combustion engine. In FIG. 1, only one cylinder is shown to make the drawing easier to see. ing.
As shown in FIG. 1, the ignition device for an internal combustion engine of the present embodiment generates a spark discharge for burning an air-fuel mixture and detects a pressure (in-cylinder pressure) in a combustion chamber 31 from a change in tightening load. A pressure sensor built-in spark plug (hereinafter also referred to as a spark plug) 11, an igniter 13 for generating a high voltage for ignition for generating a spark discharge in the spark plug 11, and fuel for generating an air-fuel mixture A fuel injection valve (injector) 15 for injection, an EGR valve 17 for circulating the exhaust gas of the exhaust port 35 to the intake port 33, and the igniter 13, the fuel injection valve 15, and the EGR valve 17 according to a command from the outside And a control device (ECU) 19 composed of a microcomputer that outputs a command signal and controls the operation of the internal combustion engine 1. Since the internal combustion engine of the present embodiment is a direct injection internal combustion engine, the fuel injection valve 15 is provided so as to inject fuel directly into the combustion chamber.
[0071]
Further, the spark plug 11 has a structure as shown in FIG. 13, and a pressure sensor 11b (not shown) is built in the metal shell 11a to detect the in-cylinder pressure by detecting a change in tightening load. The electric charge according to the in-cylinder pressure is output from the output cable 11c. Since the output charge of the pressure sensor 11b is very small, for example, the pressure signal amplified by the amplification circuit 61 as shown in FIG. In FIG. 1, the amplification circuit is not shown. The spark plug 11 receives the ignition high voltage supplied from the igniter 13 at the terminal portion 11f, and generates a spark discharge between the center electrode 11e and the outer electrode 11d.
[0072]
The internal combustion engine 1 transmits power to the outside of the internal combustion engine 1 by the piston 41 reciprocating in the cylinder 43 rotating the crankshaft 47 via the connecting rod 45. Further, since the internal combustion engine 1 is a direct injection type, when the piston 41 descends in the intake stroke, the intake valve 37 opens to send air into the combustion chamber 31 and fuel when the piston 41 rises in the compression stroke. The injection valve 15 injects fuel into the combustion chamber 31 to generate an air-fuel mixture. The fuel injection timing and the fuel injection amount at this time are set by a control process described later executed by the ECU 19.
[0073]
In the combustion process, before the piston 41 reaches top dead center, a spark discharge is generated by the spark plug 11 and the air-fuel mixture is combusted to increase the pressure in the combustion chamber (in-cylinder pressure) and lower the piston 41. As a result, the power of the internal combustion engine is generated. Subsequently, when the piston 41 rises in the exhaust stroke, the exhaust valve 39 is opened, and the exhaust gas inside the combustion chamber 31 is discharged to the exhaust port 35. Subsequently, the internal combustion engine is operated by repeating the process of performing the compression stroke and shifting to the next combustion cycle.
[0074]
Such operation of the internal combustion engine is controlled by the ECU 19, and the ignition timing control, air-fuel ratio control (fuel injection amount control), EGR control and fuel injection timing control performed by the ECU 19 will be described below.
Note that the control device 19 separately operates the engine operating states such as the intake air amount (intake pipe pressure), the rotational speed, the throttle opening, the cooling water temperature, and the intake air temperature of the internal combustion engine for the control process described below. An operation state detection process is performed to detect.
[0075]
First, the ignition timing control process of the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. This ignition timing control process is started when the operation of the internal combustion engine is started, and is executed until the operation of the internal combustion engine is stopped.
As shown in FIG. 6, when the ignition timing control process is started, first, in S110 (S represents a step), the engine speed and the throttle opening detected in the operation state detection process that is separately executed are measured. To do. Subsequently, in S120, it is determined whether or not the operating state of the internal combustion engine is in a stable state (within specified conditions). Specifically, the engine speed and the throttle opening measured in S110 are determined. It is determined whether or not the fluctuation of the value converges within a certain range. If a positive determination is made in S120, the process proceeds to S140. If a negative determination is made in S120, the process proceeds to S130.
[0076]
If the operating state of the internal combustion engine has changed when the process proceeds to S120, a negative determination is made in S120, and the process proceeds to S130. In S130, based on the engine speed and throttle opening measured in S110, the ignition timing Tig is set by reading the ignition timing Tig from a preset map, and the initial FLG is reset (RESET). . The initial FLG is an index representing that an initial value for comparing the effective pressure index An is calculated. When the process of S130 is performed, the process proceeds to S240.
[0077]
In S240, ignition is performed at the latest ignition timing Tig calculated last, and when ignition is performed, the process proceeds to S110.
If the operation state of the internal combustion engine is stable when the process proceeds to S120, an affirmative determination is made in S120, and the process proceeds to S140. In S140, it is determined whether or not the initial FLG is set (SET). If an affirmative determination is made, the process proceeds to S160, and if a negative determination is made, the process proceeds to S150. At this time, if the initial FLG is reset, a negative determination is made in S140, and the flow proceeds to S150.
[0078]
In S150, first, the ignition timing Tig is set by reading the ignition timing Tig from a preset map based on the engine speed and the throttle opening measured in S110. Then, from a storage unit (not shown) in which the combustion pressure signal detected by the pressure sensor 11b of the spark plug 11 is stored, combustion is performed from 90 ° CA (BTDC 90 ° CA) to 270 ° CA (ATDC 90 ° CA). A pressure signal (in-cylinder pressure) is taken in, and an effective pressure index An is calculated using the taken in-cylinder pressure.
[0079]
Here, in calculating the effective pressure index An, first, of the captured combustion pressure signal (in-cylinder pressure), the cylinder during which the crank angle moves from 90 ° CA (BTDC 90 ° CA) to top dead center (TDC). The internal pressure is integrated at every crank angle of 1 ° CA to obtain the pressure integrated value A before top dead center. Similarly, using the taken in-cylinder pressure, the in-cylinder pressure during the period in which the crank angle moves from top dead center (TDC) to 270 ° CA (ATDC 90 ° CA) is accumulated for each crank angle 1 ° CA. The post-point pressure integral value B is obtained. Further, the difference between the in-cylinder pressure when the crank angle is 160 ° CA (BTDC 20 ° CA) and the in-cylinder pressure when the crank angle is 90 ° CA (BTDC 90 ° CA) is obtained and set as the first correction reference value C.
[0080]
Note that the in-cylinder pressure integration interval is not limited to each crank angle of 1 ° CA. If the integration interval is shortened, the number of in-cylinder pressure data can be increased, and the effective pressure index An with higher accuracy can be obtained. Can be calculated. On the contrary, by increasing the integration interval, the processing load on the ECU 19 can be reduced, but at the same time, the number of in-cylinder pressure data to be integrated is reduced, so the accuracy of the effective pressure index An is reduced. . For this reason, the integration interval may be set to be long enough to collect at least the number of data necessary for calculating the effective pressure index An, and within a range where the processing load on the ECU 19 does not become abnormally high.
[0081]
Further, in this step, it is determined whether or not the combustion cycle at this time is a fuel cut (fuel cut-off). If not, the effective pressure index value at the time of the fuel cut is stored. 2 Take in the value of the correction reference value D.
Then, after the effective pressure index An is subtracted by the first correction reference value C, the value obtained by subtracting the pre-top dead center pressure integrated value A from the post-top dead center pressure integrated value B in accordance with the calculation formula shown in Equation 1, Calculation is performed by subtracting the second correction reference value D.
[0082]
[Expression 1]
Figure 0004302843
[0083]
If the combustion cycle at this time is a fuel cutoff, the second correction reference value D is not subtracted in Equation 1, and the pre-top dead center pressure integrated value A is calculated from the post-top dead center pressure integrated value B. A value obtained by dividing the subtracted value by the first correction reference value C is calculated as an effective pressure index An, and the effective pressure index An is substituted for the second correction reference value D and stored.
[0084]
In S150, the calculated effective pressure index An is substituted into the previous effective pressure index An-1, and the ignition timing Tig is updated to a value advanced by a predetermined advance amount Ta. The initial FLG is set (SET). When the process of S150 is thus performed, the process proceeds to S240.
[0085]
In S240, ignition is performed at the ignition timing Tig calculated last, and when ignition is performed, the process proceeds to S110.
If the initial FLG is set when the process proceeds to S140, a positive determination is made in S140, and the process proceeds to S160. In S160, first, the crank angle is changed from 90 ° CA (BTDC 90 ° CA) to 270 ° CA (ATDC 90 ° CA) from a storage unit (not shown) in which the combustion pressure signal detected by the pressure sensor 11b of the spark plug 11 is stored. The combustion pressure signal (cylinder pressure) is taken in, and the effective pressure index An is calculated using the taken in-cylinder pressure. The calculation method of the effective pressure index An is the same as the calculation method in the process of S150.
[0086]
In subsequent S170, it is determined whether or not the latest (n-th) effective pressure index An is larger than the previous (n-1) effective pressure index An-1, and if an affirmative determination is made, the process proceeds to S180. If a negative determination is made, the process proceeds to S210.
If the latest effective pressure index An is larger than the previous effective pressure index An-1 when the process proceeds to S170, an affirmative determination is made in S170, and the process proceeds to S180. In S180, the latest effective pressure index An is substituted for the previous effective pressure index An-1, and the ignition timing Tig is updated to a value advanced by a predetermined advance amount Ta.
[0087]
In subsequent S190, it is determined whether or not the value of the ignition timing Tig updated in S180 is larger than the advance limit ignition timing TLa that is set in advance as the advance limit value of the ignition timing. The process proceeds to S200, and if a negative determination is made, the process proceeds to S240. At this time, if the ignition timing Tig is greater than the advance limit ignition timing TLa, an affirmative determination is made in S190 and the routine proceeds to S200. In S200, the value of the advance limit ignition timing TLa is substituted into the ignition timing Tig. This prevents the ignition timing from being advanced excessively and the operating state of the internal combustion engine from becoming unstable. When the process of S200 is performed, the process proceeds to S240.
[0088]
If the ignition timing Tig is less than or equal to the advance limit ignition timing TLa when the process proceeds to S190, a negative determination is made in S190 and the process proceeds to S240. In S240, ignition is performed at the last calculated ignition timing Tig, When ignition is performed, the process proceeds to S110.
[0089]
If the latest effective pressure index An is equal to or less than the previous effective pressure index An-1 when the process proceeds to S170, a negative determination is made in S170, and the process proceeds to S210. In S210, the value of the latest effective pressure index An is substituted into the previous effective pressure index An-1, and the ignition timing Tig is updated to a value delayed by a predetermined delay amount Tr.
[0090]
In subsequent S220, it is determined whether or not the value of the ignition timing Tig updated in S210 is smaller than a retard limit ignition timing TLr that is set in advance as a retard limit value of the ignition timing. The process proceeds to S230, and if a negative determination is made, the process proceeds to S240. At this time, if the ignition timing Tig is smaller than the retard limit ignition timing TLr, an affirmative determination is made in S220, and the routine proceeds to S230. In S230, the value of the retard limit ignition timing TLr is substituted into the ignition timing Tig. This prevents the ignition timing from being retarded excessively and the operating state of the internal combustion engine from becoming unstable. When the process of S230 is performed, the process proceeds to S240.
[0091]
When the process proceeds to S220, if the ignition timing Tig is equal to or greater than the retard limit ignition timing TLr, a negative determination is made in S220, and the process proceeds to S240. In S240, ignition is performed at the last calculated ignition timing Tig, When ignition is performed, the process proceeds to S110.
[0092]
As described above, in the ignition timing control process, when ignition is performed in S240, the process proceeds to S110, and by repeatedly executing the above-described process, the ignition timing Tig is updated based on the effective pressure index An. Tig is controlled.
As described above, in the ignition timing control process, when the operating state changes, the ignition timing Tig is controlled based on the engine speed and the throttle opening. When the operating state is stable, the ignition timing Tig set based on the engine speed and the throttle opening is set as the initial value, and the effective pressure index An is changed by changing the ignition timing Tig. The combustion state of the internal combustion engine is determined, and the ignition timing Tig is controlled.
[0093]
That is, after the ignition timing Tig is advanced in S150, the effective pressure index An calculated in S160 is larger than the effective pressure index An-1 calculated before the advance (Yes in S170). In the case where the combustion state is good). For this reason, the next ignition timing Tig is further advanced in S180, so that the combustion state in the next ignition is further improved.
[0094]
On the contrary, after the ignition timing Tig is advanced in S150, the effective pressure index An calculated in S160 is equal to or less than the effective pressure index An-1 calculated before the advance (negative determination in S170). In the case where the combustion state is poor. For this reason, in the subsequent S210, the next ignition timing Tig is retarded so that the combustion state becomes good in the next ignition.
[0095]
Then, while the operating state of the internal combustion engine continues to be stable, the steps S110, S120, S140, S160 to S240 are repeatedly executed, and the ignition timing Tig is set to an optimum value based on the effective pressure index An. Be controlled. As a result, the internal combustion engine can be operated by setting the ignition timing to MBT (Minimum Spark Advance for Best Torque), which is the ignition timing with the best efficiency of the internal combustion engine.
[0096]
In the present embodiment, the advance amount Ta and the retard amount Tr are fixed values set in advance, but may be variable values set according to the driving state, for example. Further, by setting the retard amount Tr to a value larger than the advance amount Ta, it is possible to quickly avoid an unstable combustion state. Further, the advance limit ignition timing TLa and the retard limit ignition timing TLr may also be variable values set according to the operating state, for example.
[0097]
Further, the process of calculating the effective pressure index An without subtracting the second correction reference value D in Equation 1, and substituting the effective pressure index An into the second correction reference value D and storing it is the fuel cut (fuel This is not limited to when the engine is shut off, and may be performed under certain engine conditions in which the residual pressure of the in-cylinder pressure can be detected during misfire operation.
[0098]
Next, the air-fuel ratio control process of this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. This air-fuel ratio control process is started when the operation of the internal combustion engine is started, and is executed until the operation of the internal combustion engine is stopped. In addition, since the air-fuel ratio represents the ratio of fuel and air forming the air-fuel mixture, in the internal combustion engine of this embodiment, air-fuel ratio control is performed by controlling the fuel injection amount.
[0099]
As shown in FIG. 7, when the air-fuel ratio control process is started, first, in S310 (S represents a step), the engine speed and the throttle opening detected in the operation state detection process executed separately are measured. To do. Subsequently, in S320, it is determined whether or not the operating state of the internal combustion engine is stable (within specified conditions). Specifically, the engine speed and throttle opening measured in S310 are determined. It is determined whether or not the fluctuation of the value converges within a certain range. If a positive determination is made in S320, the process proceeds to S340, and if a negative determination is made in S320, the process proceeds to S330.
[0100]
If the operating state of the internal combustion engine has changed when the process proceeds to S320, a negative determination is made in S320, and the process proceeds to S330. In S330, based on the engine speed and throttle opening measured in S310, the fuel injection amount Fin is set by reading the fuel injection amount Fin from a preset map, and the initial FLG is reset (RESET). The initial S calculation counter SPCNT is cleared. The initial FLG is an index indicating that the initial value for comparing the effective pressure index An is calculated, and the initial S calculation counter SPCNT is used to calculate the standard deviation and average of the effective pressure index An. This is a counter for counting the number of data. When the process of S330 is performed, the process proceeds to S460.
[0101]
In S460, fuel injection is performed with the latest fuel injection amount Fin calculated last, and when fuel injection is performed, the process proceeds to S310.
If the operation state of the internal combustion engine is stable when the process proceeds to S320, an affirmative determination is made in S320, and the process proceeds to S340. In S340, it is determined whether or not the initial FLG is set (SET). If an affirmative determination is made, the process proceeds to S380, and if a negative determination is made, the process proceeds to S350. At this time, if the initial FLG is reset, a negative determination is made in S340, and the flow proceeds to S350.
[0102]
In S350, first, the fuel injection amount Fin is set by reading the fuel injection amount Fin from a preset map based on the engine speed and the throttle opening measured in S310. Then, from a storage unit (not shown) in which the combustion pressure signal detected by the pressure sensor 11b of the spark plug 11 is stored, combustion is performed from 90 ° CA (BTDC 90 ° CA) to 270 ° CA (ATDC 90 ° CA). A pressure signal (in-cylinder pressure) is taken in, and an effective pressure index An is calculated using the taken in-cylinder pressure. The calculation method of the effective pressure index An is the same as the calculation method in the process in S150 of the ignition timing control process described above.
[0103]
Then, it is obtained by calculating the standard deviation and the average of the N effective pressure indexes An calculated in the latest initial S calculation times calculated during the execution of the air-fuel ratio control process, and dividing the standard deviation by the average. Set the value to Deviation / Average S. At this time, Formula 2 is used for calculating the standard deviation, and Formula 3 is used for calculating the average.
[0104]
[Expression 2]
Figure 0004302843
[0105]
[Equation 3]
Figure 0004302843
[0106]
When the number of effective pressure indexes An is less than the initial S calculation number N, standard deviation and average are not calculated.
Further, in S350, the initial S calculation counter SPCNT is incremented by 1 and the initial S calculation counter SPCNT is updated.
[0107]
In subsequent S360, it is determined whether or not the initial S calculation counter SPCNT is equal to or greater than the initial S calculation count N. If an affirmative determination is made, the process proceeds to S370, and if a negative determination is made, the process proceeds to S460. At this time, if the initial S calculation counter SPCNT is smaller than the initial S calculation count N, a negative determination is made in S360, and the process proceeds to S460. In S460, fuel injection is performed with the fuel injection amount Fin calculated last, and when fuel injection is performed, the process proceeds to S310.
[0108]
If the initial S calculation counter SPCNT is equal to or greater than the initial S calculation count N when the process proceeds to S360, an affirmative determination is made in S360 and the process proceeds to S370. In S370, the initial FLG is set.
If the process of S370 is performed or an affirmative determination is made in S340, the process proceeds to S380, and in S380, first, the combustion pressure signal detected by the pressure sensor 11b of the spark plug 11 is stored (not shown). A combustion pressure signal (in-cylinder pressure) with a crank angle of 90 ° CA (BTDC 90 ° CA) to 270 ° CA (ATDC 90 ° CA) is taken from the storage unit, and the same processing as in S350 is performed using the taken in-cylinder pressure. The effective pressure index An is calculated by the following calculation method. Then, as in the case of the calculation in S350, the standard deviation and average of the N effective pressure indexes An of the latest initial S calculation times calculated during the execution of the air-fuel ratio control process are calculated, and the standard deviation is calculated. The value obtained by dividing by the average is set to the deviation / average S.
[0109]
In subsequent S390, it is determined whether or not the deviation / average S calculated in S380 is equal to or less than a lean limit determination value LL set in advance as a lean limit of the air-fuel ratio. If an affirmative determination is made, the process proceeds to S400. If a negative determination is made, the process proceeds to S430. At this time, when the deviation / average S is equal to or less than the lean limit determination value LL, an affirmative determination is made in S390, and the process proceeds to S400. In S400, the fuel injection amount Fin is updated to a value reduced by a predetermined fuel reduction amount Fa.
[0110]
In subsequent S410, it is determined whether or not the value of the fuel injection amount Fin updated in S400 is smaller than an injection fuel reduction limit FLa that is predetermined as a lean limit value of the fuel injection amount. The process proceeds to S420, and if a negative determination is made, the process proceeds to S460. At this time, if the fuel injection amount Fin is smaller than the injected fuel reduction limit FLa, an affirmative determination is made in S410 and the routine proceeds to S420. In S420, the value of the injected fuel reduction limit FLa is substituted into the fuel injection amount Fin. This prevents the fuel injection amount from being excessively reduced and the operating state of the internal combustion engine from becoming unstable. When the process of S420 is performed, the process proceeds to S460.
[0111]
If the fuel injection amount Fin is equal to or greater than the injected fuel reduction limit FLa when the process proceeds to S410, a negative determination is made in S410 and the process proceeds to S460. In S460, the fuel is calculated with the fuel injection amount Fin calculated last. When the fuel injection is performed, the process proceeds to S310.
[0112]
If the deviation / average S is larger than the lean limit determination value LL when the process proceeds to S390, a negative determination is made in S390, and the process proceeds to S430. In S430, the fuel injection amount Fin is updated to a value increased by a predetermined fuel increase amount Fb.
[0113]
In subsequent S440, it is determined whether or not the value of the fuel injection amount Fin updated in S430 is larger than the injection fuel increase limit FLb that is predetermined as the increase limit value of the fuel injection amount. The process proceeds to S450, and if a negative determination is made, the process proceeds to S460. At this time, if the fuel injection amount Fin is larger than the injected fuel increase limit FLb, an affirmative determination is made in S440 and the process proceeds to S450. In S450, the value of the injected fuel increase limit FLb is substituted for the fuel injection amount Fin. This prevents the fuel injection amount from being excessively increased and the operating state of the internal combustion engine from becoming unstable. When the process of S450 is performed, the process proceeds to S460.
[0114]
If the fuel injection amount Fin is equal to or less than the injected fuel increase limit FLb when the process proceeds to S440, a negative determination is made in S440 and the process proceeds to S460. In S460, the fuel is calculated at the last calculated fuel injection amount Fin. When the fuel injection is performed, the process proceeds to S310.
[0115]
As described above, in the present air-fuel ratio control process, when fuel injection is performed in S460, the process proceeds to S310, and the above-described process is repeatedly executed, whereby the deviation / average calculated from the standard deviation and average of the effective pressure index An is calculated. The fuel injection amount Fin is controlled by updating the fuel injection amount Fin based on the value of S.
[0116]
The standard deviation of the effective pressure index An is a scale representing the spread of the distribution of the calculated effective pressure index An, and the smaller this value, the smaller the variation in the calculated effective pressure index An and the more stable the combustion state. On the contrary, the larger the value, the greater the variation in the calculated effective pressure index An, indicating that the combustion state is unstable.
[0117]
Further, by dividing the standard deviation of the effective pressure index An by the average of the effective pressure index An and comparing the normalized deviation / average S with the determination value, the combustion state of the internal combustion engine is determined, so that the operating state is obtained. Accordingly, it is not necessary to update the determination value, and a constant value can be used as the determination value.
[0118]
As described above, in this air-fuel ratio control process, when the operating state changes, the fuel injection amount Fin is controlled based on the engine speed and the throttle opening. When the operating state is stable, the standard deviation of the effective pressure index An due to the change of the fuel injection amount Fin with the fuel injection amount Fin set based on the engine speed and the throttle opening as an initial value. Based on this value, the combustion state of the internal combustion engine is determined, and the fuel injection amount Fin is controlled.
[0119]
That is, when the deviation / average S calculated in S380 is equal to or less than the lean limit determination value LL (when an affirmative determination is made in S390), it can be determined that the combustion state is stable. For this reason, in the subsequent S400, the fuel consumption of the internal combustion engine is improved by reducing the next fuel injection amount Fin (increasing the air-fuel ratio).
[0120]
Further, when the deviation / average S calculated in S380 is larger than the lean limit determination value LL (when a negative determination is made in S390), it can be determined that the combustion state is unstable. For this reason, the fuel state of the internal combustion engine is stabilized by increasing the next fuel injection amount Fin (lowering the air-fuel ratio) in the subsequent S430.
[0121]
Then, while the operation state of the internal combustion engine is stable, the steps from S310, S320, S340, S380 to S460 are repeatedly executed, and the fuel injection amount Fin is based on the standard deviation of the effective pressure index An. Is controlled to the optimum value. As a result, the internal combustion engine can be operated at an air-fuel ratio (lean limit) that provides the thinnest air-fuel mixture.
[0122]
In addition, you may use the formula of several 4 for calculation of the average of the effective pressure index | exponent An.
[0123]
[Expression 4]
Figure 0004302843
[0124]
When calculating the average value, it is necessary to store n pieces of data (effective pressure index An) in order to calculate with the formula (3). Since the average can be calculated from the two data of the average value and the effective pressure index An, the memory capacity can be saved.
[0125]
In this embodiment, the fuel decrease amount Fa and the fuel increase amount Fb are fixed values set in advance, but may be variable values set according to the operating state, for example. Moreover, by setting the fuel increase amount Fb to a value larger than the fuel decrease amount Fa, it is possible to quickly avoid the unstable combustion state. Also, the injected fuel reduction limit FLa and the injected fuel increase limit FLb may be variable values set according to the operating state, for example.
[0126]
Next, the EGR amount control process of this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The EGR amount control process is started and started until the operation of the internal combustion engine is started and stopped.
In addition, since the EGR amount control process has the same basic control process flow as the air-fuel ratio control process, steps having the same process contents are denoted by the same step numbers and are represented by flowcharts. The EGR amount control process will be described below with a focus on the different parts.
[0127]
First, in S530 and S550 of the EGR amount control processing corresponding to S330 and S350 in which the fuel injection amount Fin was read in the air-fuel ratio control processing, it is preset based on the engine speed and throttle opening measured in S310. The EGR amount Egr is set by reading the EGR amount Egr from the mapped map. When the process of S530 is performed, the process proceeds to S660.
[0128]
In S590 corresponding to S390, it is determined whether or not the deviation / average S calculated in S380 is equal to or less than the EGR amount limit determination value EL set in advance as the EGR amount increase limit. If the determination is negative, the process proceeds to S630. Note that S400 to S460 in the air-fuel ratio control process correspond to S600 to S660 in the EGR amount control process.
[0129]
When the process proceeds to S590, if the deviation / average S is equal to or less than the EGR amount limit determination value EL, an affirmative determination is made in S590, and the process proceeds to S600. In S600, the EGR amount Egr is updated to a value increased by a predetermined EGR increase amount Ea.
In subsequent S610, it is determined whether or not the value of the EGR amount Egr updated in S600 is larger than an EGR amount increase limit ELa that is predetermined as an increase limit value of the EGR amount Egr. If the determination is negative, the process proceeds to S660. At this time, if the EGR amount Egr is larger than the EGR amount increase limit ELa, an affirmative determination is made in S610, and the process proceeds to S620. In S620, the value of the EGR amount increase limit ELa is substituted for the EGR amount Egr. When the process of S620 is performed, the process proceeds to S660.
[0130]
If the EGR amount Egr is equal to or less than the EGR amount increase limit ELa when the process proceeds to S610, a negative determination is made in S610, the process proceeds to S660, and in S660, the EGR control operation is performed with the last calculated EGR amount Egr. When the EGR control operation is performed, the process proceeds to S310.
[0131]
If the deviation / average S is larger than the EGR amount limit determination value EL when the process proceeds to S590, a negative determination is made in S590, and the process proceeds to S630. In S630, the EGR amount Egr is updated to a value reduced by a predetermined EGR reduction amount Eb.
[0132]
In the subsequent S640, it is determined whether or not the value of the EGR amount Egr updated in S630 is smaller than the EGR amount reduction limit ELb set in advance as the reduction limit value of the EGR amount Egr. If the determination is negative, the process proceeds to S660. At this time, if the EGR amount Egr is smaller than the EGR amount decrease limit ELb, an affirmative determination is made in S640, and the process proceeds to S650. In S650, the value of the EGR amount decrease limit ELb is substituted into the EGR amount Egr. When the process of S650 is performed, the process proceeds to S660.
[0133]
If the EGR amount Egr is equal to or greater than the EGR amount reduction limit ELb when the process proceeds to S640, a negative determination is made in S640, the process proceeds to S660, and in S660, the EGR control operation is performed with the last calculated EGR amount Egr. When the EGR control operation is performed, the process proceeds to S310.
[0134]
As described above, in the present EGR amount control process, when the EGR control operation is performed in S660, the process proceeds to S310, and the above-described process is repeatedly executed, whereby the deviation / calculated from the standard deviation and the average of the effective pressure index An. Based on the average S value, the EGR amount Egr is updated to control the EGR amount Egr.
[0135]
As described above, in the present EGR amount control process, when the operating state changes, the EGR amount Egr is controlled based on the engine speed and the throttle opening. When the operating state is stable, the standard deviation value of the effective pressure index An obtained by changing the EGR amount Egr with the EGR amount Egr set based on the engine speed and the throttle opening as an initial value. Based on this, the combustion state of the internal combustion engine is determined, and the EGR amount Egr is controlled.
[0136]
That is, when the deviation / average S calculated in S380 is equal to or less than the EGR amount limit determination value EL (when an affirmative determination is made in S590), it can be determined that the combustion state is stable. For this reason, in the subsequent S600, the next EGR amount Egr is increased to further reduce the harmful substances in the exhaust gas.
[0137]
Further, when the deviation / average S calculated in S380 is larger than the EGR amount limit determination value EL (when a negative determination is made in S590), this indicates that the combustion state is unstable, and in S630 The fuel state of the internal combustion engine is stabilized by reducing the next EGR amount Egr.
[0138]
Then, while the operating state of the internal combustion engine continues to be stable, the steps from S310, S320, S340, S380, S590 to S660 are repeatedly executed, and the EGR amount Egr becomes the standard deviation of the effective pressure index An. Based on this, the optimum value is controlled. As a result, the internal combustion engine can be operated in a state where generation of harmful substances is suppressed without reducing the combustion state.
[0139]
In the present embodiment, the EGR increase amount Ea and the EGR decrease amount Eb are fixed values set in advance, but may be variable values set according to the operating state, for example. Also, the EGR amount increase limit ELa and the EGR amount decrease limit ELb may be variable values set according to the operating state, for example.
[0140]
Next, the fuel injection timing control process of the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. This fuel injection timing control process is started and started until the operation of the internal combustion engine is started and stopped.
In addition, since the fuel injection timing control process and the basic control process flow method are the same as the ignition timing control process, steps having the same processing contents are denoted by the same step numbers and are represented by flowcharts. The fuel injection timing control will be described below with a focus on differences from the control process.
[0141]
First, in S730 and S750 of the fuel injection timing control process corresponding to S130 and S150 in which the ignition timing Tig was read in the ignition timing control process, it is set in advance based on the engine speed and the throttle opening measured in S110. The fuel injection timing Tin is set by reading the fuel injection timing Tin from the mapped map. In S750, the fuel injection timing Tin is updated to a value advanced by a predetermined advance amount Tia.
[0142]
Further, S180 to S240 in the ignition timing control correspond to S780 to S840 in the fuel injection timing control, and when the process proceeds to S170, the latest effective pressure index An is larger than the previous effective pressure index An-1. In this case, an affirmative determination is made in S170, and the flow proceeds to S780. In S780, the value of the latest effective pressure index An is substituted into the previous effective pressure index An-1, and the fuel injection timing Tin is updated to a value advanced by a predetermined advance amount Tia.
[0143]
In subsequent S790, it is determined whether or not the value of the fuel injection timing Tin updated in S780 is larger than an injection timing advance limit TLia that is predetermined as the advance limit value of the fuel injection timing. Then, the process proceeds to S800, and if a negative determination is made, the process proceeds to S840. At this time, if the fuel injection timing Tin is larger than the injection timing advance limit TLia, an affirmative determination is made in S790, and the process proceeds to S800. In S800, the value of the injection timing advance limit TLia is substituted for the fuel injection timing Tin. When the process of S800 is performed, the process proceeds to S840.
[0144]
If the fuel injection timing Tin is equal to or less than the injection timing advance limit TLia when the process proceeds to S790, a negative determination is made in S790 and the process proceeds to S840. In S840, the fuel injection timing Tin calculated last is used. When fuel injection is performed and fuel injection ignition is performed, the process proceeds to S110.
[0145]
If the latest effective pressure index An is less than or equal to the previous effective pressure index An-1 when the process proceeds to S170, a negative determination is made in S170, and the process proceeds to S810. In S810, the value of the latest effective pressure index An is substituted into the previous effective pressure index An-1, and the fuel injection timing Tin is updated to a value delayed by a predetermined retardation amount Tir.
[0146]
In the subsequent S820, it is determined whether or not the value of the fuel injection timing Tin updated in S810 is smaller than an injection timing delay limit TLir set in advance as a delay limit value of the fuel injection timing, and an affirmative determination is made. Then, the process proceeds to S830, and if a negative determination is made, the process proceeds to S840. At this time, if the fuel injection timing Tin is smaller than the injection timing retardation limit TLir, an affirmative determination is made in S820 and the routine proceeds to S830. In S830, the value of the injection timing retardation limit TLir is substituted for the fuel injection timing Tin. When the process of S830 is performed, the process proceeds to S840.
[0147]
If the fuel injection timing Tin is greater than or equal to the injection timing retard limit TLir when the routine proceeds to S820, a negative determination is made in S820 and the routine proceeds to S840. In S840, the fuel injection timing Tin calculated at the end is used. When the fuel is injected and the fuel is injected, the process proceeds to S110.
[0148]
Thus, in this fuel injection timing control process, when ignition is performed in S840, the process proceeds to S110, and the above process is repeated to update the fuel injection timing Tin based on the effective pressure index An, The fuel injection timing Tin is controlled.
As described above, in the fuel injection timing control process, when the operating state changes, the fuel injection timing Tin is controlled based on the engine speed and the throttle opening. When the operating state is stable, the fuel injection timing Tin set based on the engine speed and the throttle opening is set as an initial value, and the fluctuation of the effective pressure index An due to the change of the fuel injection timing Tin is caused. Based on this, the combustion state of the internal combustion engine is determined, and the fuel injection timing Tin is controlled.
[0149]
That is, after the fuel injection timing Tin is advanced in S750, the effective pressure index An calculated in S160 is larger than the effective pressure index An-1 calculated before the advance (when affirmative determination is made in S170). ), It can be determined that the combustion state is good. For this reason, the next fuel injection timing Tin is advanced in the subsequent S780, so that the combustion state in the next combustion is further improved.
[0150]
On the contrary, after the fuel injection timing Tin is advanced in S750, the effective pressure index An calculated in S160 is equal to or less than the effective pressure index An-1 calculated before the advance (a negative determination is made in S170). ), It can be determined that the combustion state is poor. For this reason, by delaying the next fuel injection timing Tin in subsequent S810, the combustion state is improved in the next combustion.
[0151]
Then, while the operation state of the internal combustion engine remains stable, the steps S110, S120, S140, S160, S170, S780 to S840 are repeatedly executed, and the fuel injection timing Tin is based on the effective pressure index An. Is controlled to the optimum value. Thus, the internal combustion engine can be operated by setting the fuel injection timing to the fuel injection timing at which the internal combustion engine has the highest efficiency.
[0152]
In the present embodiment, the advance amount Tia and the retard amount Tir are fixed values set in advance, but may be variable values set in accordance with the operating state, for example. Also, the injection timing advance limit TLia and the injection timing retard limit TLir may be variable values set according to the operating state, for example.
[0153]
As described above, in the internal combustion engine of the present embodiment, the in-cylinder pressure used for calculating the effective pressure index is detected by the pressure sensor built-in type spark plug, but from 90 ° CA before top dead center to after top dead center. Since the in-cylinder pressure during the period up to 90 ° CA is used, the effective pressure index can be accurately calculated without being affected by the seating noise of the intake and exhaust valves. The effective pressure index is calculated by correcting the in-cylinder pressure error caused by individual differences such as sensitivity, tightening torque, and temperature in the pressure sensor built-in type spark plug. Further, the effective pressure index is calculated by correcting the error due to the residual pressure in the in-cylinder pressure detected by the pressure sensor built-in type spark plug. From these things, in the internal combustion engine of the present embodiment, the effective pressure index can be calculated with high accuracy.
[0154]
Therefore, the internal combustion engine of the present embodiment controls the ignition timing, the air-fuel ratio (fuel injection amount), the EGR amount, and the fuel injection timing based on the effective pressure index calculated with high accuracy in this way. It is possible to optimally control the combustion state. Thereby, combustion efficiency can be improved, fuel consumption can be improved, and harmful substances can be reduced.
[0155]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example, A various aspect can be taken.
In this embodiment, the in-cylinder pressure integral value for calculating the effective pressure index is calculated by accumulating every crank angle of 1 ° CA. For example, the charge output from the piezoelectric element is accumulated in the capacitor, A method of calculating the in-cylinder pressure integral value based on the accumulated charge capacity may be used.
[0156]
In addition, the pressure sensor for detecting the in-cylinder pressure is provided separately from the spark plug, and is used to detect a change in tightening load by being sandwiched with a gasket between the spark plug and the internal combustion engine body. May be used.
Further, the present embodiment is a direct injection type internal combustion engine. In an internal combustion engine that injects fuel into an intake pipe, the ignition timing, air-fuel ratio, and EGR amount are controlled by using the control method of the present invention. It is also possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a configuration of an internal combustion engine according to an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a waveform of in-cylinder pressure detected by a seat-type pressure sensor.
FIG. 3 is a graph showing an effective pressure index before and after sensitivity correction calculated using a seat-type pressure sensor.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a waveform of in-cylinder pressure detected by a seat-type pressure sensor and an in-cylinder insertion type pressure sensor.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a result of measuring an effective pressure index.
FIG. 6 is a flowchart showing an ignition timing control process by a control device.
FIG. 7 is a flowchart showing air-fuel ratio control processing by the control device.
FIG. 8 is a flowchart showing an EGR amount control process by a control device.
FIG. 9 is a flowchart showing a fuel injection timing control process by the control device.
FIG. 10 is a graph showing output characteristics of a piezoelectric element with respect to temperature change and change in ignition plug tightening torque.
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a configuration of an amplifier circuit.
FIG. 12 is a graph showing a relationship between an effective pressure index calculated using a seat-type pressure sensor and an indicated mean effective pressure calculated using a cylinder insertion type pressure sensor.
FIG. 13 is an explanatory view showing a configuration of a plug with a built-in pressure sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 11 ... Spark plug, 11a ... Metal fitting, 11b ... Pressure sensor, 11c ... Output cable, 11d ... Outer electrode, 11e ... Center electrode, 11f ... Terminal part, 13 ... Igniter, 15 ... Fuel injection valve, DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... EGR valve, 19 ... Control apparatus (ECU), 31 ... Combustion chamber, 61 ... Amplifier circuit, 63 ... Operational amplifier.

Claims (7)

点火プラグの取り付け座に備えた圧電素子により点火プラグ締め付け荷重の変化を検出することで内燃機関の筒内圧を検出し、該筒内圧に基づいて算出された内燃機関の動力源となる有効圧指数を基に内燃機関を制御する内燃機関制御方法であって、
吸気弁が閉じてからクランク角が上死点に達するまでの間に定めた一定期間内における前記筒内圧を積分することにより上死点前圧力積分値を算出し、
クランク角が前記上死点に達してから排気弁が開くまでの間に定めた一定期間内における前記筒内圧を積分することにより上死点後圧力積分値を算出し、
前記上死点前圧力積分値の積分期間および前記上死点後圧力積分値の積分期間は、上死点に関して対称であるとともに、それぞれ同じ長さであり、
前記上死点後圧力積分値と前記上死点前圧力積分値との差を有効圧指数として算出するとともに、
失火運転時を含む全ての運転状態における有効圧指数を算出し、
前記失火運転時に算出される有効圧指数を第2補正基準値として設定し、
前記通常運転時に算出される有効圧指数から、前記第2補正基準値を引くことで、前記通常運転時の有効圧指数を補正し、
該補正された有効圧指数に基づいて内燃機関を制御すること、
を特徴とする内燃機関制御方法。
An in-cylinder pressure of the internal combustion engine is detected by detecting a change in the ignition plug tightening load by a piezoelectric element provided on a mounting seat of the ignition plug, and an effective pressure index that is a power source of the internal combustion engine calculated based on the in-cylinder pressure An internal combustion engine control method for controlling an internal combustion engine based on
By calculating the in-cylinder pressure before the top dead center by integrating the in-cylinder pressure within a predetermined period between the time when the intake valve is closed and the crank angle reaches the top dead center,
Calculate the post-top dead center pressure integrated value by integrating the in-cylinder pressure within a predetermined period between the crank angle reaching the top dead center and the exhaust valve opening.
The integration period of the pressure integration value before the top dead center and the integration period of the pressure integration value after the top dead center are symmetric with respect to the top dead center and have the same length.
While calculating the difference between the pressure integrated value after the top dead center and the pressure integrated value before the top dead center as an effective pressure index,
Calculate the effective pressure index in all operating states, including during misfire operation,
An effective pressure index calculated during the misfire operation is set as a second correction reference value,
By subtracting the second correction reference value from the effective pressure index calculated during the normal operation, the effective pressure index during the normal operation is corrected,
Controlling the internal combustion engine based on the corrected effective pressure index;
An internal combustion engine control method.
前記上死点前圧力積分値を、クランク角が上死点前90゜CAから前記上死点に達するまでの期間内における前記筒内圧を積分することにより算出し、
前記上死点後圧力積分値を、クランク角が前記上死点に達してから上死点後90゜CAに達するまでの期間内における前記筒内圧を積分することにより算出すること、
を特徴とする請求項1に記載の内燃機関制御方法。
The pressure integrated value before the top dead center is calculated by integrating the in-cylinder pressure within a period until the crank angle reaches the top dead center from 90 ° CA before the top dead center,
Calculating the integrated pressure value after the top dead center by integrating the in-cylinder pressure in a period from when the crank angle reaches the top dead center until it reaches 90 ° CA after the top dead center;
The internal combustion engine control method according to claim 1.
吸気弁が閉じてから点火時期前までに検出される前記筒内圧のうち異なる2時点における前記筒内圧の差を第1補正基準値として設定し、
前記上死点後圧力積分値と前記上死点前圧力積分値の差として算出される前記有効圧指数を、更に前記第1補正基準値によって除することにより補正し、該補正された有効圧指数に基づいて内燃機関を制御すること、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関制御方法。
A difference between the in-cylinder pressures at two different time points among the in-cylinder pressures detected from when the intake valve is closed to before the ignition timing is set as a first correction reference value;
The effective pressure index calculated as the difference between the pressure integrated value after the top dead center and the pressure integrated value before the top dead center is further corrected by dividing by the first correction reference value, and the corrected effective pressure is corrected. Controlling the internal combustion engine based on the index,
The internal combustion engine control method according to claim 1 or 2, characterized by the above.
内燃機関の運転状態が安定しているか否かを判断し、
少なくとも内燃機関の運転状態が安定している定常運転時には、前記有効圧指数を算出し、該算出された有効圧指数に基づいて、内燃機関を制御すること、
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の内燃機関制御方法。
Determine whether the operating state of the internal combustion engine is stable,
At least during steady operation in which the operating state of the internal combustion engine is stable, calculating the effective pressure index, and controlling the internal combustion engine based on the calculated effective pressure index;
The internal combustion engine control method according to any one of claims 1 to 3, wherein:
内燃機関の定常運転時に算出した前記有効圧指数に基づき、点火時期を制御する内燃機関制御方法であって、
点火時期を予め定められた点火時期変化量だけ変化させた後に算出される前記有効圧指数が、点火時期を変化させる前に算出された有効圧指数よりも大きくなるときには、次回の点火時期を前記点火時期変化量による変化方向と同じ方向に変化させ、
反対に、点火時期を予め定められた点火時期変化量だけ変化させた後に算出される前記有効圧指数が、点火時期を変化させる前に算出された有効圧指数以下であるときには、次回の点火時期を前記点火時期変化量による変化方向とは反対方向に変化させることにより、点火時期を制御すること、
を特徴とする請求項4に記載の内燃機関制御方法。
An internal combustion engine control method for controlling ignition timing based on the effective pressure index calculated during steady operation of the internal combustion engine,
When the effective pressure index calculated after changing the ignition timing by a predetermined ignition timing change amount is larger than the effective pressure index calculated before changing the ignition timing, the next ignition timing is Change it in the same direction as the amount of ignition timing change,
On the contrary, when the effective pressure index calculated after changing the ignition timing by a predetermined ignition timing change amount is less than or equal to the effective pressure index calculated before changing the ignition timing, the next ignition timing To control the ignition timing by changing in a direction opposite to the direction of change due to the ignition timing change amount,
The internal combustion engine control method according to claim 4.
内燃機関の定常運転時に算出した前記有効圧指数に基づき、空燃比またはEGR量を制御する内燃機関制御方法であって、
燃料噴射量およびEGR量の少なくともいずれか一方を予め定められた量だけ変化させた後に、予め定められた回数だけ算出される有効圧指数の分布の広がりを表す値が、予め定められた判定値以下であるときは、燃料噴射量を減少させる制御、およびEGR量を増加させる制御の少なくともいずれか一方の制御を実行し、
反対に、燃料噴射量およびEGR量の少なくともいずれか一方を予め定められた量だけ変化させた後に、予め定められた回数だけ算出される有効圧指数の分布の広がりを表す値が、予め定められた判定値よりも大きくなるときは、燃料噴射量を増加させる制御、およびEGR量を減少させる制御の少なくともいずれか一方の制御を実行することにより、空燃比またはEGR量を制御すること、
を特徴とする請求項4または請求項5に記載の内燃機関制御方法。
An internal combustion engine control method for controlling an air-fuel ratio or an EGR amount based on the effective pressure index calculated during steady operation of the internal combustion engine,
A value representing the spread of the effective pressure index distribution calculated a predetermined number of times after changing at least one of the fuel injection amount and the EGR amount by a predetermined amount is a predetermined determination value. When it is below, at least one of the control to decrease the fuel injection amount and the control to increase the EGR amount is executed,
On the contrary, after changing at least one of the fuel injection amount and the EGR amount by a predetermined amount, a value representing the spread of the effective pressure index distribution calculated a predetermined number of times is determined in advance. The control value for increasing the fuel injection amount and the control for decreasing the EGR amount are executed, thereby controlling the air-fuel ratio or the EGR amount,
6. The internal combustion engine control method according to claim 4 or 5, wherein:
直噴型の内燃機関の定常運転時に算出した前記有効圧指数に基づき、燃料噴射時期を制御する内燃機関制御方法であって、
燃料噴射時期を予め定められた燃料噴射時期変化量だけ変化させた後に算出される有効圧指数が、燃料噴射時期を変化させる前に算出された有効圧指数よりも大きくなるときには、次回の燃料噴射時期を前記燃料噴射時期変化量による方向と同じ方向に変化させ、
反対に燃料噴射時期を予め定められた燃料噴射時期変化量だけ変化させた後に算出される有効圧指数が、燃料噴射時期を変化させる前に算出された有効圧指数以下であるときには、次回の燃料噴射時期を前記燃料噴射時期変化量による方向と反対方向に変化させることにより、燃料噴射時期を制御すること、
を特徴とする請求項4から請求項6のいずれかに記載の内燃機関制御方法。
An internal combustion engine control method for controlling fuel injection timing based on the effective pressure index calculated during steady operation of a direct injection internal combustion engine,
When the effective pressure index calculated after changing the fuel injection timing by a predetermined amount of fuel injection timing change is greater than the effective pressure index calculated before changing the fuel injection timing, the next fuel injection Change the timing in the same direction as the fuel injection timing change amount,
Conversely, when the effective pressure index calculated after changing the fuel injection timing by a predetermined amount of change in the fuel injection timing is less than or equal to the effective pressure index calculated before changing the fuel injection timing, the next fuel Controlling the fuel injection timing by changing the injection timing in a direction opposite to the direction of the fuel injection timing change amount;
The internal combustion engine control method according to any one of claims 4 to 6, wherein:
JP33600599A 1999-11-26 1999-11-26 Internal combustion engine control method Expired - Fee Related JP4302843B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33600599A JP4302843B2 (en) 1999-11-26 1999-11-26 Internal combustion engine control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33600599A JP4302843B2 (en) 1999-11-26 1999-11-26 Internal combustion engine control method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001152952A JP2001152952A (en) 2001-06-05
JP4302843B2 true JP4302843B2 (en) 2009-07-29

Family

ID=18294718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33600599A Expired - Fee Related JP4302843B2 (en) 1999-11-26 1999-11-26 Internal combustion engine control method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4302843B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4281445B2 (en) * 2003-07-08 2009-06-17 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine and control method for internal combustion engine
US7117725B2 (en) * 2004-03-12 2006-10-10 Honda Motor Co., Ltd. In-cylinder pressure detecting apparatus
JP2013053554A (en) * 2011-09-05 2013-03-21 Honda Motor Co Ltd Control device for internal-combustion engine
JP6866660B2 (en) * 2017-02-01 2021-04-28 スズキ株式会社 Internal combustion engine control device
JP6872162B2 (en) * 2017-02-01 2021-05-19 スズキ株式会社 Internal combustion engine control device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001152952A (en) 2001-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3116826B2 (en) Preignition detection device
US7401591B2 (en) Control system for internal combustion engine
US4328779A (en) Feedback type ignition timing control system for internal combustion engines
US7392788B2 (en) Device and method for controlling ignition timing of internal combustion engine
US7588015B2 (en) Device and method for controlling ignition timing of internal combustion engine
US7363142B2 (en) Device and method for controlling ignition timing of internal combustion engine
RU2605484C1 (en) System of internal combustion engine
US4543934A (en) Air/fuel ratio control system for internal combustion engine and method therefor
US20080289603A1 (en) Engine Control System, Vehicle Having the Same, Method for Calculating Fuel Center of Gravity, and Method for Controlling Engine
JP2002535551A (en) Device for suppressing engine knock of an internal combustion engine
US8005607B2 (en) Device and method for controlling ignition timing of internal combustion engine
CN107250516B (en) Control device for internal combustion engine
US20150159569A1 (en) Method and apparatus for detecting combustion phase of engine by angular acceleration signal and combustion data of single cylinder
JPH02196153A (en) Ignition timing controller for engine
JPWO2013069157A1 (en) In-cylinder pressure sensor abnormality diagnosis device and in-cylinder pressure sensor sensitivity correction device including the same
JP4747977B2 (en) In-cylinder pressure sensor calibration device
JP4302843B2 (en) Internal combustion engine control method
JP5257777B2 (en) Control device for internal combustion engine
Zhu et al. MBT timing detection and its closed-loop control using in-cylinder ionization signal
JP2008002323A (en) Knock control unit for internal combustion engine
JP2010174705A (en) Control device for internal combustion engine
JP2011157852A (en) Control device of internal combustion engine
JP2002364450A (en) Pressure detecting method using piezoelectric type sensor
JP4243600B2 (en) Combustion state determination device for internal combustion engine
JP4345723B2 (en) Method for estimating the indicated mean effective pressure of an internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060302

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080422

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080424

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080620

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080819

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081016

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20081216

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090213

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20090226

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090407

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090423

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120501

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120501

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120501

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130501

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130501

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140501

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees