JP4799646B2 - Abnormal ignition control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
この発明は、内燃機関で発生するプリイグニッションやポストイグニッションを検出及び抑制する内燃機関の異常着火制御装置に関するものである。 The present invention relates to an abnormal ignition control device for an internal combustion engine that detects and suppresses pre-ignition and post-ignition generated in the internal combustion engine.
エンジンにおいて発生する異常燃焼として、プリイグニッションやポストイグニッションが知られている。これらの異常燃焼の原因は、点火プラグや筒内に溜まったデポジット等が高温になり、これが熱源となって自己着火に至る場合や、圧縮比が高い場合に、圧縮行程で混合気が高温、高圧になって自己着火に至る場合などが考えられている。このうち、正規の火花点火の前に起こるものをプリイグニッション、後に起こるものをポストイグニッションと呼ばれている。これらの異常着火は一般に知られるものであり(例えば、非特許文献1、非特許文献2参照)、これが発生すると、不快な金属音の発生、エンジン出力の変動、極端な場合には、エンジンの破損に至る場合もある。
Pre-ignition and post-ignition are known as abnormal combustion occurring in the engine. The cause of these abnormal combustion is that when the spark plug or the deposit accumulated in the cylinder becomes high temperature and this causes self-ignition as a heat source, or when the compression ratio is high, the mixture gas is high in the compression stroke, There are cases where high pressure leads to self-ignition. Among these, what happens before regular spark ignition is called pre-ignition, and what happens after that is called post-ignition. These abnormal ignitions are generally known (see, for example, Non-Patent
プリイグニッションやポストイグニッションを検出する方法として、筒内圧センサによる検出が提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、自動車用として大量生産するエンジンに筒内圧センサを用いるにはコスト、信頼性、耐久性等の問題から、現在のところ、一般に普及するには至っていない。そこで、他の検出方法として、異常着火に伴うエンジン振動をノックセンサにより検出する方法(例えば、特許文献1、特許文献2参照)やイオン電流の発生状況により検出する方法(例えば、特許文献1、特許文献3参照)、エンジン回転速度の変動から検出する方法(例えば、特許文献3参照)等が提案されている。
As a method for detecting pre-ignition and post-ignition, detection by an in-cylinder pressure sensor has been proposed (for example, see Patent Document 1). However, in order to use an in-cylinder pressure sensor in an engine that is mass-produced for automobiles, it has not been widely used at present because of problems such as cost, reliability, and durability. Therefore, as other detection methods, a method of detecting engine vibration due to abnormal ignition with a knock sensor (for example, see
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。異常着火の検出は、筒内の燃焼状態を直接計測できる筒内圧センサを用いた検出方法が最も正確であることは自明であり、ノックセンサ、イオン電流、エンジン回転速度の変動等で検出した場合の検出性は筒内圧センサによる検出に比べ低下する。また、これら筒内圧センサ以外の方法では運転条件によって異常着火の検出性が異なる場合があり、単独の使用では、すべての運転条件下で十分な検出性が得られない。例えば、低回転高負荷時に発生する圧縮による自己着火において、点火時期をATDC20degCA程度まで遅角した場合には、イオン電流やエンジン回転速度変動では比較的弱いポストイグニッションが検出可能であるが、ノックセンサでは強いプリイグニッションが発生するまで検出できない場合がある。逆に、点火時期をノック限界近傍のATDC5degCA程度まで進角した場合には、ノックセンサでは比較的弱いポストイグニッションが検出可能であるが、イオン電流やエンジン回転速度変動では全く検出できない場合がある。 However, the prior art has the following problems. It is obvious that the detection method using an in-cylinder pressure sensor that can directly measure the in-cylinder combustion state is the most accurate method for detecting abnormal ignition. When detected by a knock sensor, ion current, engine speed fluctuation, etc. This is less detectable than in-cylinder pressure sensors. Further, in methods other than these in-cylinder pressure sensors, the detection of abnormal ignition may differ depending on the operating conditions, and when used alone, sufficient detectability cannot be obtained under all operating conditions. For example, when the ignition timing is retarded to about ATDC 20 deg CA in the self-ignition due to compression that occurs at the time of low rotation and high load, relatively weak post-ignition can be detected by ionic current and engine speed fluctuation. However, it may not be detected until strong pre-ignition occurs. On the contrary, when the ignition timing is advanced to about ATDC 5 degCA near the knock limit, a relatively weak post-ignition can be detected by the knock sensor, but there are cases where it cannot be detected at all by the ionic current or the engine speed fluctuation.
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、異常着火を検出するために複数の検出方法を用いることで、単独の検出方法を用いることより、異常着火の強さを正確に検出することができ、異常着火を抑制することができる内燃機関の異常着火制御装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and by using a plurality of detection methods for detecting abnormal ignition, the intensity of abnormal ignition can be increased by using a single detection method. It is an object of the present invention to obtain an abnormal ignition control device for an internal combustion engine that can accurately detect the above-mentioned and suppress abnormal ignition.
本発明に係る内燃機関の異常着火制御装置は、内燃機関で発生する物理量をそれぞれ検出する複数の物理量検出手段と、前記複数の物理量検出手段により検出された複数の物理量に基づき、複数の異常着火判定パラメータをそれぞれ算出する異常着火判定パラメータ算出部と、前記異常着火判定パラメータ算出部により算出された複数の異常着火判定パラメータが、予め設定しておいた異常燃焼判定しきい値を上回った場合には有効であるとそれぞれ判定する有効判定部と、前記有効判定部により有効と判定された異常着火判定パラメータに対してのみ、異常着火判定パラメータと異常着火強度の関係をマップ化したパラメータ−異常着火強度マップに基づいて、異常着火強度をそれぞれ算出する異常着火強度算出部と、前記異常着火強度算出部により異常着火強度が算出されていた場合には、算出された異常着火強度を調停して最終異常着火強度を算出する異常着火強度調停部と、前記異常着火強度調停部により算出された最終異常着火強度に応じて異常着火の回避制御を行う異常着火回避制御部とを備え、前記異常着火強度算出部により算出された異常着火強度は、熱発生率最大値、質量燃焼割合が所定割合となるクランク角度位置のいずれかであるとしたものである。 An abnormal ignition control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a plurality of physical quantity detection means for respectively detecting physical quantities generated in the internal combustion engine, and a plurality of abnormal ignitions based on the plurality of physical quantities detected by the plurality of physical quantity detection means. When the abnormal ignition determination parameter calculation unit for calculating the respective determination parameters and the plurality of abnormal ignition determination parameters calculated by the abnormal ignition determination parameter calculation unit exceed a preset abnormal combustion determination threshold value. Is an effective determination unit that determines that each is effective, and a parameter that maps the relationship between the abnormal ignition determination parameter and the abnormal ignition intensity only for the abnormal ignition determination parameter that is determined to be effective by the effective determination unit-abnormal ignition Based on the intensity map, the abnormal ignition intensity calculation unit for calculating the abnormal ignition intensity, and the abnormal ignition intensity calculation If the abnormal ignition intensity has been calculated by the unit, the abnormal ignition intensity arbitration unit that mediates the calculated abnormal ignition intensity to calculate the final abnormal ignition intensity, and the final abnormality calculated by the abnormal ignition intensity arbitration unit An abnormal ignition avoidance control unit that performs abnormal ignition avoidance control according to the ignition intensity, and the abnormal ignition intensity calculated by the abnormal ignition intensity calculation unit has a maximum value of heat generation rate and a mass combustion ratio of a predetermined ratio. One of the crank angle positions .
本発明に係る内燃機関の異常着火制御装置によれば、異常着火を検出するために複数の検出方法を用いることで、単独の検出方法を用いることより、異常着火の強さを正確に検出することができ、異常着火を抑制することができる。 According to the abnormal ignition control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, by using a plurality of detection methods for detecting abnormal ignition, the intensity of abnormal ignition is accurately detected by using a single detection method. And abnormal ignition can be suppressed.
以下、本発明の内燃機関の異常着火制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。 A preferred embodiment of an abnormal ignition control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る内燃機関の異常着火制御装置について図1から図7までを参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の概略構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
An internal combustion engine abnormal ignition control apparatus according to
図1において、内燃機関10の吸気系の上流に、吸入空気流量を調整するために電子的に制御される電子制御式スロットルバルブ11が設けられている。また、電子制御式スロットルバルブ11の開度を測定するために、スロットル開度センサ5が設けられている。
In FIG. 1, an electronically controlled
さらに、電子制御式スロットルバルブ11の上流には、吸入空気流量を測定するエアフロセンサ4が設けられており、電子制御式スロットルバルブ11の下流の内燃機関10側には、サージタンク16内の圧力を測定するインマニ圧センサ6が設けられている。なお、エアフロセンサ4とインマニ圧センサ6に関しては、両方とも設けてもよいし、いずれか一方のみが設けられていてもよい。
Further, an
サージタンク16の下流の吸気通路には、燃料を噴射するインジェクタ13が設けられている。なお、インジェクタ13は、内燃機関10のシリンダ内に直接噴射できるように設けられてもよい。さらに、内燃機関10の吸気バルブには、電子制御式VVA(Variable Valve Actuation)12が設けられており、吸気バルブの開閉タイミング、作動角、リフト量のうち1つ以上の可変制御が可能であって、これにより、内燃機関10の有効圧縮比を可変することが可能となっている。
An
また、内燃機関10のシリンダ内の混合気に点火するための点火コイル14及び点火プラグ15、内燃機関10の回転速度やクランク角度を検出するためにクランク軸に設けられたプレートのエッジを検出するためのクランク角センサ3、内燃機関10の振動を検出するためのノックセンサ1が設けられている。なお、点火コイル14には、イオン電流を検出するためのイオン電流センサ2が含まれている。
Further, an
図2は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the control device for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention.
図2おいて、ノックセンサ1で測定されたエンジンの振動波形と、クランク角センサ3より出力されるクランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスと、エアフロセンサ4で測定された吸入空気流量と、スロットル開度センサ5で測定された電子制御式スロットルバルブ11の開度と、インマニ圧センサ6で測定されたインマニ圧は、電子制御ユニット(ECU)100Aに入力される。また、上記以外の各種センサからもECU100Aに測定値が入力され、さらに、他のコントローラ(例えば、自動変速機制御、ブレーキ制御、トラクション制御等の制御システム)からの信号も入力される。なお、点火コイル14に含まれるイオン電流センサ2により検出されたイオン電流は、ECU100Aに直接入力するようにしてもいいし、一旦、別体のコントローラに入力して処理を行ったのち、最終結果であるイオン電流の発生位置や終了位置をCAN等の通信によりECU100Aへ送るようにしてもよい。
In FIG. 2, the engine vibration waveform measured by the
ECU100Aでは、アクセル開度やエンジンの運転状態などを基にして目標スロットル開度が算出されて電子制御式スロットルバルブ11を制御する。また、その時の運転状態に応じて、電子制御式VVA12は制御され、目標空燃比を達成するようにインジェクタ13は駆動され、目標点火時期を達成するように点火コイル14への通電が行われる。なお、後述の方法でノックが検出された場合には、目標点火時期を遅角側(リタード側)に設定することでノックの発生を抑制する制御も行われる。さらに、上記以外の各種アクチュエータへの指示値も算出される。
The
図3は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関のノック制御装置の概略構成を示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the knock control device for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention.
図3において、ECU100Aは、各種I/F回路と、マイクロコンピュータ100から構成される。ノック制御用のI/F回路20は、ノックセンサ1の信号出力の高周波成分を除去するためのローパスフィルタ(LPF)21である。また、マイクロコンピュータ100は、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器31、制御プログラムや制御定数を記憶しておくROM領域、プログラムを実行した際の変数を記憶しておくRAM領域等から構成されている。さらに、マイクロコンピュータ100は、フィルタ処理部32と、ピーク値算出部33と、スレッショルド演算部34と、ノック判定部35と、ノック強度算出部36と、リタード量算出部37と、ピーク位置算出部38とが設けられている。
In FIG. 3, the
つぎに、この実施の形態1に係る内燃機関の異常着火制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the abnormal ignition control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
図4は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の異常着火制御装置の構成を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the abnormal ignition control apparatus for the internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention.
図4を参照しながら、プリイグニッション(以下、プリイグと言う)やポストイグニッション等の異常着火の検出及び回避動作を行うプリイグ制御の概要について説明する。 With reference to FIG. 4, an outline of pre-ignition control for detecting and avoiding abnormal ignition such as pre-ignition (hereinafter referred to as pre-ignition) and post-ignition will be described.
図4において、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の異常着火制御装置は、ノックセンサ(物理量検出手段)1と、イオン電流センサ(物理量検出手段)2と、クランク角センサ(物理量検出手段)3と、プリイグ判定パラメータ算出部(異常着火判定パラメータ算出部)40と、有効判定部50と、プリイグ強度算出部(異常着火強度算出部)60と、プリイグ強度調停部(異常着火強度調停部)70と、プリイグ回避制御部(異常着火回避制御部)80とが設けられている。なお、プリイグ判定パラメータ算出部40、有効判定部50、プリイグ強度算出部60、プリイグ強度調停部70及びプリイグ回避制御部80は、マイクロコンピュータ100(ソフトウェア)により実現されている。
4, the abnormal ignition control apparatus for an internal combustion engine according to
まず、ノックセンサ1によるプリイグ判定パラメータの算出方法について詳細に説明する。
First, the calculation method of the pre-ignition determination parameter by the
ノックセンサ1より出力された信号は、前述のノック制御装置に入力され、そこでプリイグ判定パラメータである振動位置41や振動強度42が算出される。なお、このノック制御装置は、ノックセンサ1によるプリイグ判定パラメータを算出するプリイグ判定パラメータ算出部40に相当する。
The signal output from the
マイクロコンピュータ100のA/D変換器31は、A/D変換を実施し、一定の時間間隔(例えば、10μsや20μs等)毎に実行する。なお、このA/D変換は、常時行うようにしてもいいし、ノックが発生する期間(例えば、TDCからATDC50°CA等。以下、ノック検出ウインドウ)のみ行うようにしてもよい。
The A /
次に、フィルタ処理部32は、ノック固有の周波数離散成分を抽出するための周波数解析を行うフィルタ処理を実施する。このフィルタ処理として、例えば、デジタルバンドパスフィルタによるフィルタ処理を用いても良いし、短時間フーリエ変換(STFT)処理により対象周波数のスペクトル解析を行うようにしてもよい。
Next, the
次に、ピーク値算出部33は、前述のノック検出ウインドウ内のノックセンサ波形をフィルタ処理した結果を基にピーク値や積分値を算出する。本実施の形態では以下の説明において振動レベルを表す値としてピーク値を用いるが、これ以外の指標、例えば、振動レベルを表す値として積分値等を用いてもよい。
Next, the peak
次に、ピーク値算出部33により算出されたピーク値は、スレッショルド演算部34のスレッショルド演算において、まず、次の式(1)により、なまし処理を行って平均化される。なお、VBGL(n)はなまし値、VP(n)はピーク値、K1は平均化係数をそれぞれ示す。
Next, the peak value calculated by the peak
VBGL(n)=K1×VBGL(n−1)+(1−K1)×VP(n) (1) VBGL (n) = K1 * VBGL (n-1) + (1-K1) * VP (n) (1)
続いて、スレッショルド演算部34は、次の式(2)により、ノック判別のためのスレッショルド値を得る。なお、VTH(n)はスレッショルド値、Kthはスレッショルド係数、Vofsはスレッショルドオフセットをそれぞれ示す。
Subsequently, the
VTH(n)=VBGL(n)×Kth+Vofs (2) VTH (n) = VBGL (n) × Kth + Vofs (2)
あるいは、ピーク値のばらつきを正規分布と仮定して、次の式(3)により、スレッショルド値を算出しても良い。なお、Vsigma(n)はピ−ク値の標準偏差、Kthはスレッショルド係数(例えば3)をそれぞれ示す。 Alternatively, the threshold value may be calculated by the following equation (3) assuming that the variation in the peak value is a normal distribution. Vsigma (n) represents a standard deviation of peak values, and Kth represents a threshold coefficient (for example, 3).
VTH(n)=VBGL(n)+Kth×Vsigma(n) (3) VTH (n) = VBGL (n) + Kth × Vsigma (n) (3)
次に、ノック判定部35は、ピーク値とスレッショルド値とを比較してノック発生有無を判定する。
Next, the
続いて、ノック強度算出部36は、ノック発生有りと判定された場合に、次の式(4)により、ノックの強さに応じた信号であるノック強度VK(n)を算出する。なお、ノック無し時はVK(n)=0である。
Subsequently, when it is determined that knock has occurred, the knock
VK(n)=VP(n)−VTH(n) (4) VK (n) = VP (n) −VTH (n) (4)
次に、リタード量算出部37は、次の式(5)により、1点火毎のノック強度に応じたリタード量を算出する。なお、ΔθR(n)は1点火毎のリタード量、Kgはリタード量反映係数をそれぞれ示す。
Next, the retard
ΔθR(n)=VK(n)/VTH(n)×Kg (5) ΔθR (n) = VK (n) / VTH (n) × Kg (5)
このリタード量を用いて、図示しない点火時期制御装置により点火時期制御が実行される。 Using this retard amount, ignition timing control is executed by an ignition timing control device (not shown).
また、ピーク位置算出部38は、前述のノック検出ウインドウ内のノックセンサ波形をフィルタ処理した結果を基にピーク位置を算出する。本実施の形態では以下の説明において振動位置を表す値としてピーク位置を用いるが、これ以外の指標、例えば、振動位置を表す値として振動の立ち上がり位置等を用いてもよい。
The peak
ピーク位置算出部38で算出されたピーク位置が、プリイグ検出用の振動位置41としてメモリ(RAM)に格納され、更に、ノック強度算出部36で算出されたノック強度が、プリイグ検出用の振動強度42としてメモリ(RAM)に格納される。このようにして、ノックセンサ1の出力値から、プリイグ判定パラメータである振動位置41や振動強度42が算出される。
The peak position calculated by the peak
次に、イオン電流センサ2によるプリイグ判定パラメータの算出方法について説明する。
Next, a method for calculating the pre-ignition determination parameter by the ion
イオン電流センサ2とは、例えば、特許文献3にあるように、燃焼時に発生するイオンを点火プラグ15に所定のバイアス電圧を印加しておくことで電流として検出するセンサであり、このイオン電流により燃焼状態を検知することができる。具体的には、燃焼していないときにはイオンはほとんど存在しないので、イオン電流値は略ゼロであるが、燃焼が始まり、燃焼が激しくなり筒内温度が高くなるにつれて、燃焼や熱電離により発生するイオンが増えるため、イオン電流値は大きくなる。その後、燃焼が終了して筒内温度が低下してくるとイオン電流値も減少し、排気行程に至るまでにはほぼゼロとなる。
The ion
イオン電流センサ2によりイオン電流の発生位置43を算出するには、例えば、ECU100Aのマイクロコンピュータ100において、所定クランク角度毎にイオン電流値のA/D変換処理を行い、マイクロコンピュータ100内のプリイグ判定パラメータ算出部40において、イオン電流値が所定値を上回った時点のクランク角度をイオン電流発生位置とすればよい。このようにして、イオン電流センサ2の出力値から、プリイグ判定パラメータである発生位置43が算出される。
In order to calculate the ion
次に、クランク角センサ3によるプリイグ判定パラメータの算出方法について説明する。
Next, a calculation method of the pre-ignition determination parameter by the
クランク角センサ3では、前述のように、クランク角度を検出するためにクランク軸に設けられたプレートのエッジを検出するが、そのエッジは6度毎や10度毎の所定間隔(クランク位置特定のための欠け歯部を除く)に刻まれており、そのエッジ検出に同期して発生するパルス信号をECU100A内のマイクロコンピュータ100内のプリイグ判定パラメータ算出部40に入力することで、エッジ間(所定クランク角間隔)ΔCAの周期Δtを計測することができる。
As described above, the
そこで、所定クランク角間隔ΔCAと周期Δtを用いれば角速度ωを、次の式(6)により、算出することができる。 Therefore, if the predetermined crank angle interval ΔCA and the period Δt are used, the angular velocity ω can be calculated by the following equation (6).
ω(n)=ΔCA(n)/Δt(n) (6) ω (n) = ΔCA (n) / Δt (n) (6)
更に、角速度ωと周期Δtより、角加速度αを、次の式(7)により、算出することができる。 Further, the angular acceleration α can be calculated from the angular velocity ω and the period Δt by the following equation (7).
α(n)={ω(n)−ω(n−1)}/Δt(n) (7) α (n) = {ω (n) −ω (n−1)} / Δt (n) (7)
これにより所定クランク角度位置における所定クランク角間隔のクランク角加速度が算出できる。これを踏まえ、プリイグ判定パラメータ算出部40は、正常燃焼時と異常燃焼時でクランク角加速度の差が顕著なクランク角度位置を予め確認しておき、そのクランク角度位置でのクランク角加速度を求めることで、プリイグ判定パラメータである角加速度44を算出する。更に、前述のエッジ毎(例えば、6度毎や10度毎)にクランク角加速度を求めておき、1行程間の最大値及び最大位置を求めることで、プリイグ判定パラメータである角加速度最大値45や角加速度最大位置46が算出される。
Thereby, the crank angular acceleration at a predetermined crank angle interval at the predetermined crank angle position can be calculated. Based on this, the pre-ignition determination
続いて、各センサより算出された各プリイグ判定パラメータに対して行われる、有効判定及び異常着火強度(以下、プリイグ強度と言う)の算出処理について、図4及び図5を参照しながら説明する。 Next, the calculation process of the validity determination and the abnormal ignition intensity (hereinafter referred to as the pre-ignition intensity) performed for each pre-ignition determination parameter calculated by each sensor will be described with reference to FIGS.
まず、図4の破線部(40、50、60)を参照しながら有効判定及びプリイグ強度算出処理についての概要を説明する。 First, an outline of the validity determination and pre-ig intensity calculation processing will be described with reference to the broken line portions (40, 50, 60) in FIG.
プリイグ判定パラメータ算出部40は、前述の通り各センサの検出値より各プリイグ判定パラメータを算出する。続く、有効判定部50は、各プリイグ判定パラメータに対して、後述する各異常燃焼判定しきい値との比較を行い、それぞれのプリイグ判定パラメータにより異常着火と判定されたかどうかを判定する。ここで、無効である(異常着火ではない)と判定されたプリイグ判定パラメータに対してはプリイグ強度には無効となる初期値を代入して、この処理を終了する。有効である(異常着火である)と判定されたプリイグ判定パラメータは、続く、プリイグ強度算出部60によりプリイグ強度の算出を行い、この処理を終了する。このようにして各プリイグ判定パラメータに対するプリイグ強度の算出が行われる。
As described above, the pre-ignition determination
ここで、各プリイグ判定パラメータに対するプリイグ強度の算出の考え方について説明する。 Here, the concept of calculating the preig intensity for each preig determination parameter will be described.
まず、各プリイグ判定パラメータを強度系のパラメータと位置系のパラメータに分けると、強度系には振動強度42、角加速度44、角加速度最大値45が、位置系には振動位置41、イオン電流の発生位置43、角加速度最大位置46が割り振られる。また、プリイグ強度の指標としては、筒内圧より算出できる熱発生率の最大値や質量燃焼割合の10%位置(質量燃焼割合が10%となるクランク角度位置)が考えられ、熱発生率最大値は強度系のパラメータであり、質量燃焼割合10%位置は位置系のパラメータである。ここで、これらの強度系パラメータと位置系パラメータの関係を図5にまとめた。
First, when each pre-ignition determination parameter is divided into an intensity system parameter and a position system parameter, the intensity system has
図5は、これまで我々が行ったエンジン(内燃機関)評価結果の概略イメージを表したものである。図5(a)及び(c)に示すように、プリイグ強度として熱発生率最大値を考えた場合、強度系パラメータ(振動強度42、角加速度44、角加速度最大値45)とは略比例した関係があり、位置系パラメータ(振動位置41、イオン電流の発生位置43、角加速度最大位置46)とは略反比例の関係があることがわかる。
FIG. 5 shows a schematic image of the evaluation results of the engine (internal combustion engine) performed so far. As shown in FIGS. 5A and 5C, when the maximum heat generation rate is considered as the pre-ignition intensity, the intensity system parameters (
また、図5(b)及び(d)に示すように、プリイグ強度として質量燃焼割合10%位置を考えた場合、強度系パラメータ(振動強度42、角加速度44、角加速度最大値45)とは略反比例した関係があり、位置系パラメータ(振動位置41、イオン電流の発生位置43、角加速度最大位置46)とは略比例の関係があることがわかる。
Further, as shown in FIGS. 5B and 5D, when the
このような関係を予め筒内圧センサを備えたエンジンにより測定しておき、これをマップにしておくことで、各プリイグ判定パラメータからプリイグ強度(熱発生率最大値又は質量燃焼割合10%位置)の算出を容易に行うことができる。
Such a relationship is measured in advance by an engine equipped with an in-cylinder pressure sensor, and this is used as a map so that the pre-ignition intensity (heat generation rate maximum value or
以上を踏まえ、有効判定及びプリイグ強度算出の具体的な演算方法について説明する。 Based on the above, a specific calculation method for validity determination and pre-ig intensity calculation will be described.
事前に必要な準備としては、前述のように、各プリイグ判定パラメータとプリイグ強度(熱発生率最大値又は質量燃焼割合10%位置)についての関係を予め筒内圧センサを備えたエンジンにより測定しておき、それをマップ化しておく必要がある。すなわち、プリイグ判定パラメータとプリイグ強度の関係をマップ化したパラメータ−プリイグ強度マップを予め設定する。さらに、上記のパラメータ−プリイグ強度マップから、プリイグ判定パラメータの有効判定を行うための異常燃焼判定しきい値も設定しておく。
As preparations required in advance, as described above, the relationship between each pre-ig determination parameter and the pre-ig intensity (maximum value of heat generation rate or
図4の有効判定部50では、有効判定を行うが、強度系パラメータ(振動強度42、角加速度44、角加速度最大値45)に対する有効判定52、54、55では、正常燃焼時より異常燃焼時の方が大きくなる傾向があるため、前述の通り予め設定しておいた異常燃焼判定しきい値を上回った場合(大きい場合)に有効であると判定する。
The
また、位置系パラメータ(振動位置41、イオン電流の発生位置43、角加速度最大位置46)に対する有効判定51、53、56では、正常燃焼時より異常燃焼時の方が早くなる傾向があるため、予め設定しておいた異常燃焼判定しきい値より早い場合(上回った場合)に有効であると判定する。但し、振動位置41に対する有効判定51では、正常燃焼時における微小振動時でも振動位置のみが早く発生する可能性があるため、振動強度42が所定値以上であることも有効判定条件に加えておく必要がある。このようにすることで、各プリイグ判定パラメータが有効であるか無効であるかの判定を行うことができる。
In the
次に、プリイグ強度算出部60(61−66)では、有効判定部50で有効と判定されたプリイグ判定パラメータに対してのみ、上記のパラメータ−プリイグ強度マップによるマッピングを行ってプリイグ強度を算出する。有効判定部50で無効と判定されたプリイグ判定パラメータに対しては、プリイグ強度が熱発生率最大値の場合はゼロを、質量燃焼割合10%位置の場合にはATDC180度といった無効値を代入する。以上により、各プリイグ判定パラメータから各プリイグ強度を算出することができる。
Next, the pre-ig intensity calculation unit 60 (61-66) calculates the pre-ig intensity by performing mapping using the parameter-pre-ig intensity map only for the pre-ig determination parameter determined to be effective by the
続いて、図4のプリイグ強度調停部70について、図6を参照しながら説明する。図6は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の異常着火制御装置のプリイグ強度調停部の動作を示すフローチャートである。
Next, the pre-ig
まず、ステップ71において、プリイグ強度調停部70は、プリイグ強度算出の有無を確認する。ここでは、各プリイグ判定パラメータに対する有効判定の有無を確認してもよいし、プリイグ強度が無効値以外であるかどうかを確認してもよい。ここでプリイグ強度の算出が全く行われていない(全てのプリイグ判定パラメータが無効である)ことが確認された場合には、今回の燃焼が正常燃焼であったと考えられるので、以下の制御は何も行わずにこのルーチンを終了する。
First, in
次に、ステップ72において、いずれかのプリイグ判定パラメータが有効と判定されていた場合には、プリイグ強度の調停を行う。この調停方法としては、有効判定されたプリイグ強度の平均値を算出する方法や、最大値を算出する方法が考えられ、このような演算により調停されたプリイグ強度が、ステップ73で最終プリイグ強度としてメモリ(RAM)に格納される。
Next, in
別の調停方法としては、前述の通り、各プリイグ判定パラメータは運転条件に応じて精度が変化するため、運転条件に応じた重み付け平均値を算出するようにしてもよい。具体的には、点火時期がノック限界に近い進角時にはノックセンサ1による検出精度が良好であるので、各センサより算出したプリイグ強度に対し、例えば、
ノックセンサ1:イオン電流センサ2:クランク角センサ3=3:1:1
の割合で重み付けして平均化する。
As another arbitration method, as described above, since the accuracy of each pre-ignition determination parameter varies depending on the operating condition, a weighted average value corresponding to the operating condition may be calculated. Specifically, since the detection accuracy by the
Knock sensor 1: Ion current sensor 2:
Weighted by the ratio of and averaged.
逆に、遅角時にはイオン電流センサ2やクランク角センサ3による検出精度が良好であるので、例えば、
ノックセンサ1:イオン電流センサ2:クランク角センサ3=1:2:2
の割合で重み付けして平均化する。
On the other hand, since the detection accuracy by the ion
Knock sensor 1: Ion current sensor 2:
Weighted by the ratio of and averaged.
また、全てのセンサで検出精度が同等である点火時期においては、
ノックセンサ1:イオン電流センサ2:クランク角センサ3=1:1:1
として、重み付けを行わないようにすればよい。
Also, at the ignition timing where detection accuracy is the same for all sensors,
Knock sensor 1: Ion current sensor 2:
As a result, weighting may not be performed.
以上により算出された最終プリイグ強度を用いて、後述するプリイグ回避制御が実行される。 Preig avoidance control, which will be described later, is executed using the final preig intensity calculated as described above.
次に、図4のプリイグ回避制御部80について、図7を参照しながら説明する。図7は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関の異常着火制御装置のプリイグ回避制御部の動作を示すフローチャートである。
Next, the pre-ignition
異常着火が発生した場合、これを抑制するには内燃機関10の筒内の温度を低下させることが有効である。そこで、筒内温度を低下させるための方法としては、吸気量の減少や有効圧縮比の低下による圧縮行程時の筒内温度の低減や、燃料の増量や燃料噴射タイミングの遅角による筒内冷却が有効である。更に、数行程間燃料カットすることで強制的に筒内を掃気して筒内の温度を低下させることも有効である。これらの方法を組み合わせて使用することで、異常着火の強さに応じた回避制御を行うことができる。
When abnormal ignition occurs, it is effective to reduce the temperature in the cylinder of the
つまり、弱い異常着火であれば、即座にエンジンにダメージを与えるわけではないため、急なトルクダウンを起こさないように抑制制御を行えばよいが、強い異常着火であれば、即座に抑制しなければ不快な振動や金属音が発生したり、最悪の場合はエンジンの破損に至る可能性がある。そこで、ここでは実施の形態として、異常着火の強弱を判定する所定値を予め設定しておき、弱い異常着火と判定された場合には、吸気量による抑制制御のみを実行することで急なトルクダウンを発生させずに異常着火を抑制し、強い異常着火と判定された場合には、吸気量と燃料による抑制制御を実行して、エンジンにダメージを与えないよう即座に抑制する場合について説明する。 In other words, if the engine is weakly ignited, it will not damage the engine immediately, so suppression control should be done to prevent sudden torque reduction. If this happens, unpleasant vibrations and metal sounds may occur, and in the worst case, the engine may be damaged. Therefore, here, as an embodiment, a predetermined value for determining the strength of abnormal ignition is set in advance, and when it is determined that the engine is weakly abnormal ignition, only the suppression control based on the intake air amount is executed, thereby making a sudden torque. An explanation will be given of a case in which abnormal ignition is suppressed without causing a down, and when it is determined that there is strong abnormal ignition, the suppression control is executed by the intake air amount and fuel and immediately suppressed so as not to damage the engine. .
まず、ステップ81において、プリイグ回避制御部80は、最終プリイグ強度が所定値よりも大きいかどうかの判定を行う。この所定値以下であれば弱い異常着火であるので、ステップ84へ移行するが、所定値よりも大きい場合であれば次のステップ82へ移行する。
First, in
ステップ82において、所定値よりも大きい場合であれば強い異常着火であると考えられるので、燃料噴射量の増量又はカットや、燃料噴射タイミングの遅角を行って早急にプリイグを抑制するために、目標噴射量や目標噴射時期の算出を行う。これらの値は、予めプリイグ強度に対しどの程度噴射量や噴射時期を変化させることで異常着火を抑制できるかを適合し、それをプリイグ強度に対するマップとして持っておくか、プリイグ強度を基に演算するようにしておけばよい。
In
ステップ83において、このようにして算出された目標噴射量や目標噴射時期により、インジェクタ13の駆動が行われる。
In
ステップ84において、吸気量の減少や有効圧縮比の低下を行うために、目標吸気量や目標有効圧縮比の算出を行う。これも燃料による抑制制御同様、予めプリイグ強度に対しどの程度吸気量や有効圧縮比を変化させることで異常着火を抑制できるかを適合し、それをプリイグ強度に対するマップとして持っておくか、プリイグ強度を基に演算するようにしておけばよい。
In
ステップ85において、このようにして算出された目標吸気量や目標有効圧縮比を実現するよう、電子制御式スロットルバルブ11や電子制御式VVA12の駆動を行うことで、異常着火を回避することが可能となる。
In
本実施の形態により、複数の検出方法を用いることで、単独の検出方法を用いることより、異常着火の強度を正確に検出し、その強度に応じて異常着火を抑制するための制御を行う異常着火制御装置を得られるという優れた効果がある。 According to the present embodiment, by using a plurality of detection methods, an abnormality that accurately detects the intensity of abnormal ignition and performs control for suppressing abnormal ignition according to the intensity by using a single detection method. There is an excellent effect that an ignition control device can be obtained.
1 ノックセンサ、2 イオン電流センサ、3 クランク角センサ、10 内燃機関、11 電子制御式スロットルバルブ、12 電子制御式VVA、13 インジェクタ、31 A/D変換器、32 フィルタ処理部、33 ピーク値算出部、34 スレッショルド演算部、35 ノック判定部、36 ノック強度算出部、37 リタード量算出部、38 ピーク位置算出部、40 プリイグ判定パラメータ算出部、50 有効判定部、60 プリイグ強度算出部、70 プリイグ強度調停部、80 プリイグ回避制御部、100 マイクロコンピュータ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記複数の物理量検出手段により検出された複数の物理量に基づき、複数の異常着火判定パラメータをそれぞれ算出する異常着火判定パラメータ算出部と、
前記異常着火判定パラメータ算出部により算出された複数の異常着火判定パラメータが、予め設定しておいた異常燃焼判定しきい値を上回った場合には有効であるとそれぞれ判定する有効判定部と、
前記有効判定部により有効と判定された異常着火判定パラメータに対してのみ、異常着火判定パラメータと異常着火強度の関係をマップ化したパラメータ−異常着火強度マップに基づいて、異常着火強度をそれぞれ算出する異常着火強度算出部と、
前記異常着火強度算出部により異常着火強度が算出されていた場合には、算出された異常着火強度を調停して最終異常着火強度を算出する異常着火強度調停部と、
前記異常着火強度調停部により算出された最終異常着火強度に応じて異常着火の回避制御を行う異常着火回避制御部と
を備え、
前記異常着火強度算出部により算出された異常着火強度は、熱発生率最大値、質量燃焼割合が所定割合となるクランク角度位置のいずれかである
ことを特徴とする内燃機関の異常着火制御装置。 A plurality of physical quantity detection means for respectively detecting physical quantities generated in the internal combustion engine;
An abnormal ignition determination parameter calculation unit for calculating a plurality of abnormal ignition determination parameters, respectively, based on the plurality of physical quantities detected by the plurality of physical quantity detection means;
An effective determination unit that determines that each of the plurality of abnormal ignition determination parameters calculated by the abnormal ignition determination parameter calculation unit is effective when it exceeds a preset abnormal combustion determination threshold;
Only for the abnormal ignition determination parameter determined to be valid by the effective determination unit, the abnormal ignition intensity is calculated based on the parameter-abnormal ignition intensity map in which the relationship between the abnormal ignition determination parameter and the abnormal ignition intensity is mapped. An abnormal ignition intensity calculation unit;
When the abnormal ignition intensity has been calculated by the abnormal ignition intensity calculation unit, an abnormal ignition intensity arbitration unit that calculates the final abnormal ignition intensity by adjusting the calculated abnormal ignition intensity;
An abnormal ignition avoidance control unit that performs abnormal ignition avoidance control according to the final abnormal ignition intensity calculated by the abnormal ignition intensity arbitration unit , and
The abnormal ignition control apparatus for an internal combustion engine, wherein the abnormal ignition intensity calculated by the abnormal ignition intensity calculating unit is either a maximum value of heat generation rate or a crank angle position at which a mass combustion ratio becomes a predetermined ratio .
ことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の異常着火制御装置。 The abnormal ignition control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the plurality of physical quantity detection means are at least two of a knock sensor, an ion current sensor, and a crank angle sensor.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の異常着火制御装置。 The final abnormal ignition intensity calculated by mediation by the abnormal ignition intensity arbitration unit is one of an average value, a maximum value, and a weighted average value according to operating conditions of the abnormal ignition intensity. Or the abnormal ignition control apparatus of the internal combustion engine of 2 .
前記最終異常着火強度が、予め設定しておいた異常着火の強弱を判定する所定値よりも大きい場合は、目標噴射量及び目標噴射時期を算出してインジェクタを駆動するとともに、目標吸気量及び目標有効圧縮比を算出して電子制御式スロットルバルブ及び電子制御式VVAを駆動し、
前記最終異常着火強度が、前記所定値以下の場合には、目標吸気量及び目標有効圧縮比を算出して電子制御式スロットルバルブ及び電子制御式VVAを駆動する
ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の内燃機関の異常着火制御装置。 The abnormal ignition avoidance control unit is
When the final abnormal ignition intensity is larger than a predetermined value for determining the level of abnormal ignition set in advance, the target injection amount and the target injection timing are calculated to drive the injector, and the target intake air amount and the target Calculate the effective compression ratio and drive the electronically controlled throttle valve and electronically controlled VVA,
The electronically controlled throttle valve and the electronically controlled VVA are driven by calculating a target intake air amount and a target effective compression ratio when the final abnormal ignition intensity is equal to or less than the predetermined value. The abnormal ignition control device for an internal combustion engine according to claim 3 .
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