JP4900049B2 - In-cylinder pressure sensor output characteristic detection device and output correction device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の所定のシリンダについて筒内圧力(燃焼室の圧力)を検出する筒内圧センサを対象にして、同対象センサの出力特性を検出する筒内圧センサの出力特性検出装置、及び該検出装置により検出された出力特性に基づいて対象センサのセンサ出力を補正する出力補正装置に関する。 The present invention relates to an in-cylinder pressure sensor that detects an in-cylinder pressure (combustion chamber pressure) of a predetermined cylinder of an internal combustion engine, and detects an output characteristic of the in-cylinder sensor. The present invention relates to an output correction device that corrects the sensor output of a target sensor based on output characteristics detected by the detection device.
混合気をシリンダ内(特に燃焼室内)で燃やし、その圧力によってピストンを下降させることにより出力軸(クランク軸)を回転させるレシプロ式のエンジン(内燃機関)では、そのシリンダ内での燃焼圧力が、同シリンダ内における燃焼の状態を直接的に示すパラメータとなる。そして通常、そうした燃焼状態を把握することができれば、例えば着火時期や燃焼温度の推定、さらにはノッキング検出、燃焼圧のピーク位置検出、失火検出などが可能となる。このため近年、各種の方法で検出された燃焼圧力を、例えば燃料噴射時期や空燃比の制御をはじめとする各種のエンジン制御に用いることが検討されている。 In a reciprocating engine (internal combustion engine) in which an air-fuel mixture is burned in a cylinder (particularly in the combustion chamber) and the piston is lowered by the pressure to rotate the output shaft (crankshaft), the combustion pressure in the cylinder is It is a parameter that directly indicates the state of combustion in the cylinder. Usually, if such a combustion state can be grasped, for example, it is possible to estimate the ignition timing and combustion temperature, further detect knocking, detect the peak position of combustion pressure, detect misfire, and the like. For this reason, in recent years, it has been studied to use the combustion pressure detected by various methods for various engine controls including control of fuel injection timing and air-fuel ratio.
ところで、燃焼圧力を検出する方法としては、シリンダ(気筒)に対して筒内圧センサを設け、この筒内圧センサの出力値に基づいてエンジンの筒内圧力、ひいては燃焼時の筒内圧力(燃焼圧力)を検出する方法が検討されている。しかしながら、筒内圧センサの出力として必ずしも常に適正な値が得られるというわけではない。例えば温度変化等の外的要因により出力信号にドリフトが発生して、センサ値に不要なオフセット(バイアス)が重畳したり、あるいは、センサ自体の特性ばらつき(製作公差等に起因)や経年変化により、ゲイン(センシング感度係数)に誤差が生じたりする。そこで従来、例えば特許文献1に記載の技術のように、ゲイン及びオフセットを算出して上記誤差を補償する方法などが提案されている。
By the way, as a method for detecting the combustion pressure, an in-cylinder pressure sensor is provided for the cylinder (cylinder), and the in-cylinder pressure of the engine based on the output value of the in-cylinder pressure sensor, and thus the in-cylinder pressure during combustion (combustion pressure). ) Is being investigated. However, an appropriate value is not always obtained as the output of the in-cylinder pressure sensor. For example, drift may occur in the output signal due to external factors such as temperature changes, and an unnecessary offset (bias) may be superimposed on the sensor value, or the sensor itself may vary in characteristics (due to manufacturing tolerances) or change over time. An error may occur in the gain (sensing sensitivity coefficient). Therefore, conventionally, as in the technique described in
具体的には、特許文献1に記載の装置では、圧縮行程の2点のクランク角度位置(予め設定された固定位置)における筒内圧センサの出力値(センサ値)Sr1,Sr2、及び基準圧力(センサ値補正用の基準値)P1,P2を求め、圧縮行程のポリトロープ変化に基づく連立方程式
P1=A×Sr1+B、P2=A×Sr2+B …(式1)
を解くことによって、ゲイン値A及びオフセット値B(センサ出力特性)を算出し、これら算出されたゲイン値及びオフセット値に基づいてセンサ値を補正している。なお、この装置においては、上記基準圧力P1,P2を、吸気行程における吸気圧センサの出力値等から演算で推定するようにしている。
, The gain value A and the offset value B (sensor output characteristics) are calculated, and the sensor value is corrected based on the calculated gain value and offset value. In this apparatus, the reference pressures P1 and P2 are estimated by calculation from the output value of the intake pressure sensor in the intake stroke.
ところで近年、発明者は、一般に実用化が検討されている高価な筒内圧センサ(一般センサ)よりも、センサ出力と真値との誤差が大きい、より廉価な筒内圧センサ(簡易センサ)について研究を行っている。こうした簡易センサでも、そのセンサ出力を補正することにより、同センサの検出精度を実用化可能な程度まで高めることのできる可能性があるためである。発明者の研究によれば、簡易センサの出力特性は、一般センサのそれに比して直線性やゲインにずれ(誤差)が生じ易い。以下、図11(a)及び(b)を参照して、簡易センサの出力特性について、一般センサの出力特性と対比しながら説明を行う。なお、図11(a)及び(b)にそれぞれ示す圧力特性のうち、実線L50a,L50bにて示されるものは、真値の圧力特性、一点鎖線L51a,L51bにて示されるものは、真値に比して直線性にずれ(誤差)を生じた場合の圧力特性、二点鎖線L52a,L52bにて示されるものは、真値に比して直線性及びゲインにずれ(誤差)を生じた場合の圧力特性である。また、図11(b)のグラフにおける横軸の基準圧力は、前述した基準圧力P1,P2と同様、センサ出力の推定に用いられる基準の圧力値であり、ここでは真値に対応するかたちで設定されている。 By the way, in recent years, the inventor has researched a cheaper in-cylinder pressure sensor (simple sensor) that has a larger error between the sensor output and the true value than an expensive in-cylinder pressure sensor (general sensor) that is generally considered for practical use. It is carried out. This is because even with such a simple sensor, there is a possibility that the detection accuracy of the sensor can be increased to a practical level by correcting the sensor output. According to the inventor's research, the output characteristics of the simple sensor are more likely to shift (error) in linearity and gain than those of the general sensor. Hereinafter, the output characteristics of the simple sensor will be described with reference to FIGS. 11A and 11B while comparing with the output characteristics of the general sensor. Of the pressure characteristics shown in FIGS. 11A and 11B, those indicated by solid lines L50a and L50b are true pressure characteristics, and those indicated by alternate long and short dash lines L51a and L51b are true values. The pressure characteristics in the case where a deviation (error) occurs in the linearity compared to the one shown by the two-dot chain lines L52a and L52b caused a deviation (error) in the linearity and gain compared to the true value. In the case of pressure. In addition, the reference pressure on the horizontal axis in the graph of FIG. 11B is a reference pressure value used for estimating the sensor output in the same manner as the reference pressures P1 and P2 described above. Here, the reference pressure corresponds to the true value. Is set.
すなわち通常、一般センサでは、真値(実線L50a,L50b)に近い出力特性が得られる。これに対し、簡易センサの出力特性では、直線性にずれ(誤差)が生じたり(一点鎖線L51a,L51b)、さらにゲインにもずれ(誤差)が生じたり(二点鎖線L52a,L52b)することが多い。そして、このように直線性だけでなくゲインにもずれ(誤差)が生じた場合には、センサ出力の補正は非常に困難になる。例えば発明者の実験等では、上記特許文献1の装置によっても、実用化可能な程度まで検出精度を高めることはできなかった。
That is, in general sensors, output characteristics close to true values (solid lines L50a, L50b) can be obtained. On the other hand, in the output characteristics of the simple sensor, a deviation (error) occurs in the linearity (one-dot chain lines L51a and L51b), and a deviation (error) also occurs in the gain (two-dot chain lines L52a and L52b). There are many. If a deviation (error) occurs not only in the linearity but also in the gain as described above, it is very difficult to correct the sensor output. For example, in the inventor's experiment and the like, the detection accuracy could not be increased to the extent that it could be put into practical use even with the apparatus of
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、より高い精度で対象センサのセンサ出力特性を検出することのできる筒内圧センサの出力特性検出装置、及びより高い精度で対象センサのセンサ出力を補正することのできる筒内圧センサの出力補正装置を提供することを主たる目的とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an output characteristic detection device for an in-cylinder pressure sensor capable of detecting the sensor output characteristic of the target sensor with higher accuracy, and the sensor output of the target sensor with higher accuracy. The main object of the present invention is to provide an output correction device for an in-cylinder pressure sensor capable of correcting the above.
以下、上記課題を解決するための手段、及び、その作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
第1の発明では、シリンダ内の燃焼室(多気筒の場合は各シリンダの燃焼室)での燃焼によるエネルギーを機械的な運動(例えば回転運動)へ変換するエンジン(内燃機関)に適用され、該エンジンにおける所定のシリンダについて燃焼室の圧力である筒内圧力を検出する筒内圧センサを対象にして同対象センサの出力特性を検出する装置(筒内圧センサの出力特性検出装置)であって、一乃至複数の圧力検出タイミングで筒内圧力を検出するとともに、その検出した一乃至複数の筒内圧力の検出値に基づいて、前記対象センサの出力特性を示すゲイン及びオフセットの少なくとも一方を推定する出力特性推定手段と、所定のパラメータである参照パラメータに基づいて、前記圧力検出タイミングを可変設定するタイミング設定手段と、を備える、ことを特徴とする。 In the first invention, the present invention is applied to an engine (internal combustion engine) that converts energy from combustion in a combustion chamber in a cylinder (combustion chamber of each cylinder in the case of multiple cylinders) into mechanical motion (for example, rotational motion), An apparatus for detecting an output characteristic of an in-cylinder pressure sensor that detects an in-cylinder pressure that is a pressure in a combustion chamber for a predetermined cylinder in the engine (an in-cylinder pressure sensor output characteristic detection apparatus), In-cylinder pressure is detected at one or more pressure detection timings, and at least one of a gain and an offset indicating the output characteristics of the target sensor is estimated based on the detected values of the one or more in-cylinder pressures. Output characteristic estimating means; and timing setting means for variably setting the pressure detection timing based on a reference parameter which is a predetermined parameter. That, characterized in that.
発明者は、上記特許文献1の装置では、センサ出力特性を算出する際に用いる筒内圧力(特許文献1の装置でいえば出力値Sr1,Sr2に相当)の検出タイミング(圧力検出タイミング)が不適切であるがゆえに、センサ出力特性の検出精度、ひいてはセンサ出力の補正精度として十分な精度が得られないと考えた。そして実験等により、最適な圧力検出タイミングが、様々なパラメータによって変わり得ることを見出し、上記装置を発明した。こうした装置であれば、タイミング設定手段を備えることで、所定のパラメータ(参照パラメータ)に基づいて、上記圧力検出タイミングを可変設定することが可能になり、より高い精度で対象センサの出力特性を検出することができるようになる。
The inventor has a detection timing (pressure detection timing) of the in-cylinder pressure (equivalent to the output values Sr1 and Sr2 in the apparatus of Patent Document 1) used in calculating the sensor output characteristics in the device of
第2の発明では、上記第1の発明において、前記参照パラメータが、燃料燃焼の着火時期を予測するパラメータである、ことを特徴とする。 According to a second aspect , in the first aspect , the reference parameter is a parameter for predicting an ignition timing of fuel combustion.
発明者は、実験等により、前記圧力検出タイミングの最適値が、着火時期に特に大きな影響を受けることを確認した。この点、上記第2の発明では、前記タイミング設定手段により、来る(次の)燃焼における着火時期に基づいて前記圧力検出タイミングを可変設定することが可能になる。このため、こうした装置によれば、前記圧力検出タイミングをより適切なタイミングに設定することができるようになる。なお、着火時期の制御は、エンジン運転条件(燃焼条件)に係るパラメータの可変設定に基づいて行うことが有効である。ここで、上記燃焼条件に係るパラメータとしては、例えば点火時期(進角側ほど着火が早い)可変(火花点火式)、噴射時期(進角側ほど着火が早い)可変(圧縮着火式の直噴)、筒内圧力(大ほど着火が早い)可変、筒内温度(高温ほど着火が早い)可変、混合気のガス成分(可燃性のガスであるほど着火が早い)可変、混合気の混合度合(混合度合が十分な値に近いほど着火が早い)、さらには着火補助装置(グロープラグ等)による着火補助量、パイロット噴射の実行の有無やパイロット噴射量(大ほど着火が早い)、等々のパラメータを用いることができる。 The inventor has confirmed through experiments and the like that the optimum value of the pressure detection timing is particularly affected by the ignition timing. In this regard, in the second aspect of the invention , the timing setting means can variably set the pressure detection timing based on the ignition timing in the coming (next) combustion. For this reason, according to such an apparatus, the pressure detection timing can be set at a more appropriate timing. It is effective to control the ignition timing based on a variable setting of parameters relating to engine operating conditions (combustion conditions). Here, the parameters relating to the combustion condition include, for example, ignition timing (ignition is quicker toward the advance side) variable (spark ignition type), injection timing (ignition is quicker toward the advance side), variable (compression ignition type direct injection) ), In-cylinder pressure (larger ignition is faster) variable, in-cylinder temperature (higher temperature is faster ignition) variable, gas mixture component (flammable gas is faster ignition) variable, mixture degree of mixture (The closer the mixing degree is to a sufficient value, the faster the ignition is), and further, the auxiliary ignition amount by the ignition auxiliary device (glow plug, etc.), the presence or absence of the pilot injection and the pilot injection amount (larger the faster the ignition), etc. Parameters can be used.
またこの場合、第3の発明のように、前記燃焼室での燃焼の開始タイミングに相当する着火時期が、目標着火時期に制御されており、前記燃料燃焼の着火時期を予測するパラメータが目標着火時期である、構成とすることが有効である。 In this case, as in the third aspect of the invention, the ignition timing corresponding to the combustion start timing in the combustion chamber is controlled to the target ignition timing, and the parameter for predicting the fuel combustion ignition timing is the target ignition timing. It is effective to have a composition that is time.
こうした構成であれば、前記タイミング設定手段により、これから制御しようとする着火時期の目標値である目標着火時期に基づいて前記圧力検出タイミングを可変設定することが可能になり、前記圧力検出タイミングをより適切なタイミングに設定することができるようになる。なお、着火時期を高い精度で制御する上では、上記目標着火時期を、エンジン運転条件を決める際に参照するパラメータ(例えばエンジン回転速度や燃料噴射量)などに基づいて可変設定することが有効である。 With such a configuration, the timing setting means can variably set the pressure detection timing based on the target ignition timing which is a target value of the ignition timing to be controlled from now on. It becomes possible to set at an appropriate timing. In order to control the ignition timing with high accuracy, it is effective to variably set the target ignition timing based on parameters (for example, engine speed and fuel injection amount) that are referred to when determining engine operating conditions. is there.
一方、第4の発明では、上記第2の発明において、前記燃焼室での燃焼状態に基づいて着火時期を予測する着火時期予測手段をさらに備え、前記燃料燃焼の着火時期を予測するパラメータが、前記着火時期予測手段により予測された着火時期(着火時期の予測値)である、ことを特徴とする。 On the other hand, in a fourth invention according to the second invention , the apparatus further comprises ignition timing prediction means for predicting an ignition timing based on a combustion state in the combustion chamber, and the parameter for predicting the ignition timing of the fuel combustion comprises: It is an ignition timing (predicted value of ignition timing) predicted by the ignition timing prediction means.
前述した制御目標値(目標着火時期)、すなわちアクチュエータに対する指令値から推測するよりも、その時々の燃焼状態(例えば筒内圧力等として検出)をセンサ等により検出した方が、より正確な着火時期を得ることができる場合がある。したがって、用途等によっては、第3の発明よりも、上記第4の発明の方が有益な場合があり得る。特に、現状における演算処理の速度は将来、格段に向上されることが予想され、それに伴い予測の精度も高まることが予想される。このため、第4の発明は、将来的に、ますます重要になり得るものである。 Rather than inferring from the control target value (target ignition timing) described above, that is, a command value for the actuator, it is more accurate to detect the combustion state at that time (for example, detected as in-cylinder pressure) by a sensor or the like. You may be able to get Therefore, the fourth invention may be more beneficial than the third invention depending on the application and the like. In particular, it is expected that the current processing speed will be significantly improved in the future, and the prediction accuracy is expected to increase accordingly. For this reason, the fourth invention may become more and more important in the future.
第5の発明では、上記第2〜4のいずれかの発明において、前記エンジンが、前記燃焼によるエネルギーに基づいて出力軸を回転させつつ、該出力軸の回転に応じて前記燃焼室の容積を変化させることにより同燃焼室にて燃料と空気との混合気の圧縮を行うとともに、該圧縮を利用して燃料を燃焼させるものであり、前記圧力検出タイミングが、前記出力軸の回転角度位置で定められるとともに、同圧力検出タイミングには、前記混合気の圧縮行程にあって前記燃焼室の容積が最も小さくなる出力軸角度である基準角度(レシプロエンジンではTDC(上死点))よりも進角(早い)側に相当する第1タイミングと、同じく圧縮行程にあって該第1タイミングよりも進角側に相当する第2タイミングとが含まれる、ことを特徴とする。 According to a fifth invention, in any one of the second to fourth inventions , the engine rotates the output shaft based on the energy from the combustion, and the volume of the combustion chamber is increased according to the rotation of the output shaft. The mixture of the fuel and air is compressed in the combustion chamber by changing, and the fuel is combusted using the compression, and the pressure detection timing is determined by the rotation angle position of the output shaft. In addition, the pressure detection timing is advanced from a reference angle (TDC (top dead center) in a reciprocating engine), which is an output shaft angle in the compression stroke of the air-fuel mixture, which minimizes the volume of the combustion chamber. A first timing corresponding to the angle (early) side and a second timing corresponding to the advance side of the first timing in the same compression stroke are included.
前述したように、ポリトロープ変化を示す圧縮行程における2点(少なくとも2点)の出力軸回転角度位置での筒内圧センサのセンサ出力に基づいて(例えば上記(式1)により)、センサ出力特性を高い精度で推定することが可能になる。したがって、上記第2〜4のいずれかの発明は、このような構成について適用して特に有益である。なお、上記(式1)に限られず、他の式(又はマップ)を用いてセンサ出力特性を推定することも可能である。 As described above, based on the sensor output of the in-cylinder pressure sensor at the output shaft rotation angle positions at two points (at least two points) in the compression stroke indicating the polytropic change (for example, according to (Expression 1) above), the sensor output characteristics are It is possible to estimate with high accuracy. Therefore, any one of the second to fourth inventions is particularly useful when applied to such a configuration. Note that the sensor output characteristics can be estimated using another formula (or map) without being limited to the above (formula 1).
第6の発明では、第5の発明において、1燃焼サイクル中における最先の噴射についての着火時期が前記基準角度に比して遅いか否かを判断する判断手段をさらに備える構成であって、前記タイミング設定手段が、前記判断手段の判断結果に応じて前記第1タイミングの設定位置を変更するものである、ことを特徴とする。 According to a sixth invention, in the fifth invention , there is further provided a judging means for judging whether or not the ignition timing for the earliest injection in one combustion cycle is later than the reference angle, The timing setting unit changes the setting position of the first timing in accordance with a determination result of the determination unit.
発明者の実験等により、上記第5の発明については、1燃焼サイクル中における最先の噴射(例えばメイン噴射だけの単段噴射であればメイン噴射、パイロット噴射・メイン噴射の2段噴射であればパイロット噴射)についての着火時期に応じた(適した)位置(タイミング)に対して前記第1タイミングを設定することで、上記センサ出力特性をより正確に推定し得ることが確認された。したがって、上記第5の発明は、上記第6の発明の構成とすることで、より有益な装置となる。 According to the inventors' experiments and the like, the fifth aspect of the invention is the earliest injection in one combustion cycle (for example, if it is a single-stage injection with only a main injection, it may be a main injection or a pilot injection / main injection two-stage injection). It was confirmed that the sensor output characteristic can be estimated more accurately by setting the first timing with respect to the (suitable) position (timing) corresponding to the ignition timing for pilot injection. Therefore, the fifth invention is a more useful device by adopting the configuration of the sixth invention .
具体的には、上記センサ出力特性をより正確に推定する上では、前記第1タイミングについてはこれを、筒内圧力のポリトロープ変化を示す範囲で、なるべく遅いタイミングに設定することが好ましい。 Specifically, in order to estimate the sensor output characteristic more accurately, it is preferable that the first timing is set as late as possible within a range showing a polytropic change in the in-cylinder pressure.
したがって、例えば第7の発明のように、上記第6の発明において、前記タイミング設定手段についてはこれを、前記判断手段により前記1燃焼サイクル中における最先の噴射についての着火時期が前記基準角度よりも遅い旨判断された場合に、前記第1タイミングを、前記基準角度の進角側近傍に設定するものとすることが有効である。 Therefore, for example, as in the seventh invention, in the sixth invention , the timing setting means is set so that the judgment means sets the ignition timing for the earliest injection in the one combustion cycle from the reference angle. It is effective to set the first timing in the vicinity of the advance side of the reference angle when it is determined that the time is late.
着火時期が前記基準角度よりも遅い場合には、前記混合気の圧縮行程の全域において上記ポリトロープ変化が得られるものの、圧縮行程を外れる前記基準角度後には、ポリトロープ変化が乱れるようになる。この点、上記第7の発明では、着火時期が前記基準角度よりも遅い場合には、前記第1タイミングが前記基準角度の進角側近傍、いわば筒内圧力がポリトロープ変化を示す範囲にあってその遅角側境界付近に設定され、上記センサ出力特性をより正確に推定することができるようになる。 When the ignition timing is later than the reference angle, the polytropic change is obtained throughout the compression stroke of the air-fuel mixture, but after the reference angle is out of the compression stroke, the polytropic change is disturbed. In this regard, in the seventh aspect, when the ignition timing is later than the reference angle, the first timing is in the vicinity of the advance angle side of the reference angle, that is, the in-cylinder pressure is in a range showing a polytropic change. It is set in the vicinity of the retard angle side boundary, and the sensor output characteristic can be estimated more accurately.
また、例えば第8の発明のように、上記第6又は7の発明において、前記タイミング設定手段についてはこれを、前記判断手段により前記1燃焼サイクル中における最先の噴射についての着火時期が前記基準角度よりも早い旨判断された場合に、前記第1タイミングを着火時期の進角側近傍に設定するものとすることが有効である。 Further, for example, as in the eighth invention, in the sixth or seventh invention , the timing setting means is used, and the judgment means uses the ignition timing for the earliest injection in the one combustion cycle as the reference. When it is determined that the angle is earlier than the angle, it is effective to set the first timing near the advance side of the ignition timing.
着火時期が前記基準角度よりも早い場合には、前記混合気の圧縮行程にあっても、着火後には、その着火に伴う圧力変化によりポリトロープ変化が乱れるようになる。この点、上記第8の発明では、着火時期が前記基準角度よりも早い場合には、前記第1タイミングが着火時期の進角側近傍、いわば筒内圧力がポリトロープ変化を示す範囲にあってその遅角側境界付近に設定され、上記センサ出力特性をより正確に推定することができるようになる。 When the ignition timing is earlier than the reference angle, even in the compression stroke of the air-fuel mixture, after the ignition, the polytropic change is disturbed due to the pressure change accompanying the ignition. In this regard, in the eighth aspect of the invention , when the ignition timing is earlier than the reference angle, the first timing is in the vicinity of the advance side of the ignition timing, that is, the in-cylinder pressure is within a range showing a polytropic change. It is set near the retard side boundary, and the sensor output characteristic can be estimated more accurately.
ところで、上記第5〜8のいずれかの発明に関しては、上記第1及び第2タイミングでの筒内圧力の検出値に基づいてオフセットを推定する場合において採用しても、その推定精度を高めることが可能である。しかし、ゲインの推定精度を高める場合において採用した場合の方が、その推定精度の向上度合はより大きい。したがって、第9の発明のように、前記出力特性推定手段が、前記第1タイミングでの筒内圧力と前記第2タイミングでの筒内圧力とに基づいて、前記対象センサのゲインを推定するものである構成とすることがより有益である。 By the way, regarding any one of the fifth to eighth inventions , even if the offset is estimated based on the detected values of the in-cylinder pressure at the first and second timings, the estimation accuracy is improved. Is possible. However, the degree of improvement in the estimation accuracy is greater when it is adopted when increasing the accuracy of gain estimation. Accordingly, as in the ninth aspect , the output characteristic estimating means estimates the gain of the target sensor based on the in-cylinder pressure at the first timing and the in-cylinder pressure at the second timing. It is more beneficial to have a configuration of
上記筒内圧センサの出力特性検出装置によれば、対象センサの出力特性、ひいては同センサの出力誤差を得ることができる。そして、こうして得られる出力誤差によれば、より高い精度で対象センサの出力特性を補正(校正)することが可能になる。したがって、こうした装置を用いることで、例えば第10の発明のように、
「上記筒内圧センサの出力特性検出装置における前記出力特性推定手段により推定された対象センサの出力特性に基づいて、該対象センサのセンサ出力に対して補正を施す補正手段を備える筒内圧センサの出力補正装置」
などを実現することが可能になる。
According to the output characteristic sensing device above SL-cylinder pressure sensor, the output characteristics of the object sensor, it is possible to obtain an output error thus the sensor. Then, according to the output error obtained in this way, it becomes possible to correct (calibrate) the output characteristics of the target sensor with higher accuracy. Therefore, by using such a device, for example, as in the tenth invention,
Based on the output characteristics of the object sensor estimated by the output characteristic estimating means in the output characteristic sensing device "up Symbol cylinder pressure sensor, cylinder pressure sensor comprising a correction means for performing correction to the sensor output of the target sensor Output correction device "
Etc. can be realized.
以下、図1〜図10を参照して、本発明に係る筒内圧センサの出力特性検出装置及び出力補正装置を具体化した一実施形態について説明する。なお、本実施形態のシステムは、コモンレール式の燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンを制御対象にするエンジン制御システムである。本実施形態の検出装置及び補正装置は、いずれもこのシステムに搭載され、同システムでは、これらの装置により、制御対象とするエンジンの各シリンダにそれぞれ設けられて燃焼室の圧力(筒内圧力)を検出する筒内圧センサの各々を対象にして、それら各センサの出力特性を検出する。そして、その検出した出力特性に基づいて各センサの出力を補正する。 Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 10, an embodiment embodying an output characteristic detecting device and an output correcting device for an in-cylinder pressure sensor according to the present invention will be described. The system of the present embodiment is an engine control system that controls a diesel engine equipped with a common rail fuel injection device. Both the detection device and the correction device of the present embodiment are mounted in this system, and in this system, the pressure of the combustion chamber (cylinder pressure) is provided in each cylinder of the engine to be controlled by these devices. For each of the in-cylinder pressure sensors that detect the above, the output characteristics of each sensor are detected. Then, the output of each sensor is corrected based on the detected output characteristics.
まず図1を参照して、本実施形態に係るエンジン制御システムの概略構成について説明する。図中の信号線は配線レイアウトに相当する。なお、このシステムの制御対象とするエンジン(図中のエンジン10)としては、4輪自動車(例えばAT車)に搭載される多気筒(例えば直列4気筒)エンジンを想定している。ただし、この図1においては、説明の便宜上、1つのシリンダ(図中のシリンダ20)のみを図示している。このエンジン10は、4ストローク(4×ピストン行程)のレシプロ式ディーゼルエンジン(内燃機関)である。すなわちこのエンジン10では、吸排気弁21,22のカム軸(図示略)に設けられた気筒判別センサ(電磁ピックアップ)にてその時の対象シリンダが逐次判別され、例えば図中のシリンダ20をシリンダ#1とする4つのシリンダ#1〜#4について、それぞれ吸入・圧縮・燃焼・排気の4行程による1燃焼サイクルが「720°CA」周期で、詳しくは例えば各シリンダ間で「180°CA」ずらして、シリンダ#1,#3,#4,#2の順に逐次実行される。これら4つのシリンダ#1〜#4の構成は基本的には同様の構成となっているため、ここでは1つのシリンダ20に注目して、当該システムについての説明を行う。
First, a schematic configuration of an engine control system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The signal lines in the figure correspond to the wiring layout. As an engine to be controlled by this system (
同図1に示されるように、このシステムは、シリンダ20内での燃焼を通じて生成したトルクにより出力軸であるクランク軸10a(図示部分はクランク軸に装着されたパルサ歯車)を回転させるエンジン10を制御対象として、該エンジン10を制御するための各種センサ及びECU(電子制御ユニット)70等を有して構築されている。以下、制御対象のエンジン10をはじめとするこのシステムを構成する各要素について詳述する。
As shown in FIG. 1, this system includes an
ここで制御対象とされるエンジン10(ディーゼルエンジン)は、基本的には、シリンダブロック20aとシリンダヘッド20bとによりシリンダ(気筒)20が形成されて構成されている。シリンダブロック20aには、冷却水がエンジン10内を循環するための冷却水路(ウォータジャケット)21aと、同水路21a内の冷却水の温度(冷却水温)を検出する水温センサ21bと、が設けられており、その冷却水によりエンジン10が冷却されている。また、シリンダ20内には、ピストン20cが収容され、そのピストン20cの往復動により、エンジン10の出力軸であるクランク軸10aが回転するようになっている。なお、クランク軸10aの外周側には、所定クランク角毎に(例えば30°CA周期で)クランク角信号を出力するクランク角センサ10b(例えば電磁ピックアップ)が配設され、同クランク軸10a(エンジン出力軸)の回転角度位置や回転速度(エンジン回転速度)等が検出可能とされている。
The engine 10 (diesel engine) to be controlled here basically includes a
シリンダブロック20a上端面に固定されるシリンダヘッド20bと、シリンダ20内のピストン20c冠面との間には、燃焼室20dが形成されている。シリンダヘッド20bには、燃焼室20dに開口する吸気ポート(吸気口)11と排気ポート(排気口)12とが例えば1つのシリンダに対して2つずつ(計4ポート)形成されている。そして、これら吸気ポート11及び排気ポート12が、それぞれ図示しないカム(詳しくはクランク軸10aと連動するカム軸に取り付けられたカム)によって駆動される吸気弁(吸気バルブ)21と排気弁(排気バルブ)22とにより開閉されるようになっている。さらに、これら各ポートを通じてシリンダ20内の燃焼室20dと車外(外気)とを連通可能にすべく、吸気ポート11には、シリンダ20に外気(新気)を吸入するための吸気管30(吸気通路)が接続され、排気ポート12には、各シリンダから燃焼ガス(排気)を排出するための排気管40(排気通路)が接続されている。
A
エンジン10の吸気系を構成する吸気管30には、最上流部のエアクリーナ(図示略)を通じて空気中の異物が除去されつつ新気が吸入され、エアクリーナの下流側には、その新気の流量(新気量)を電気信号として検出するエアフロメータ31(例えばホットワイヤ式エアフロメータ)が設けられている。また、このエアフロメータ31の近傍には、吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ32が設けられている。さらに、これらエアフロメータ31及び吸気圧センサ32よりも下流側には、過給用の吸気コンプレッサ50a(詳しくは後述)と、DCモータ等のアクチュエータによって電子的に開度調節される電子制御式のスロットル弁33(吸気絞り弁)と、このスロットル弁33の開度(スロットル弁開度)や動き(開度変動)を検出するためのスロットル開度センサ33aとが設けられている。
Fresh air is sucked into the
他方、エンジン10の排気系を構成する排気管40には、過給用の排気タービン50b(詳しくは後述)と、排気浄化装置としての酸化触媒44及びDPF(Diesel Particulate Filter)45とが配設されている。また、同DPF45の上流及び下流側近傍には、それぞれ排気温度センサ43a,43bが設けられている。これらセンサ43a,43bは、例えば再生処理時においてDPF45の中心温度を求めるためなどに用いられる。
On the other hand, the exhaust pipe 40 constituting the exhaust system of the
ここで、上記DPF45は、排気中のPM(Particulate Matter、粒子状物質)を捕集する連続再生式のPM除去用フィルタであり、例えば出力トルクを主に生成するための燃料噴射であるメイン噴射後のポスト噴射等で捕集PMを繰り返し燃焼除去する(再生処理に相当)ことにより継続的に使用することができるものである。また、同DPF45は、例えばコーディエライト等の耐熱性セラミックにより、図示しない白金系の酸化触媒を担持しており、PM成分の1つである可溶性有機成分(SOF)と共に、HCやCOを除去することができるようになっている。
Here, the
また、このDPF45を備える排気管40には、DPF45入口付近の圧力とDPF45出口付近の圧力との差圧を検出する差圧センサ46がさらに設けられている。この差圧センサ46により検出される差圧は、上記DPF45による圧力損失に相当し、上記PM捕集によるDPF45の目詰まりの度合を示すものとなる。このため、この差圧を参照することにより、上記DPF45にて捕集されたPMの量(PM捕集量)を検出することが可能になる。
The exhaust pipe 40 provided with the
さらに上記酸化触媒44の上流側近傍には、リニア検出式の酸素濃度センサであるA/Fセンサ42が設けられている。そして、このセンサ42の出力は、例えばEGR制御などに用いられる。
Further, an A /
一方、このシステムの燃料供給系においては、燃料供給方式として筒内噴射式を採用している。すなわち、シリンダ20内において燃焼室20dには、図示しないコモンレール(蓄圧配管)から供給された高圧燃料(例えば噴射圧力「1000気圧」以上の軽油)を、同燃焼室20d内へ直接的に噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁としてのインジェクタ15が、さらに設けられている。そして、エンジン10においては、こうしたインジェクタの開弁駆動により各シリンダに対して所要の量の燃料が随時噴射供給されている。すなわち、エンジン10の運転時には、吸気弁21の開動作により吸入空気が吸気管30からシリンダ20の燃焼室20d内へ導入され、これがインジェクタ15から噴射供給された燃料と混ざり、混合気の状態でシリンダ20内のピストン20cにより圧縮されて着火(自己着火)、燃焼し、排気弁22の開動作により燃焼後の排気が排気管40へ排出されることになる。
On the other hand, in the fuel supply system of this system, the in-cylinder injection method is adopted as the fuel supply method. That is, high-pressure fuel (for example, light oil having an injection pressure of “1000 atm” or higher) supplied from a common rail (pressure accumulation pipe) (not shown) is directly supplied to the
また燃焼室20dには、同燃焼室20d内に位置する検出部(燃焼室20d内に差し込まれたプローブの先端部)にてシリンダ20内の圧力(筒内圧力)を測定してその測定値に対応した検出信号(電気信号)を出力する筒内圧センサ18が、例えば着火補助装置としてのグロープラグと一体にして設けられている(詳しくはシリンダヘッド20bに固定されている)。そしてこれにより、シリンダ20内における燃焼状態の把握、すなわち着火時期や燃焼温度の推定、さらにはノッキング検出、燃焼圧のピーク位置検出、失火検出等が可能とされている。なお、この筒内圧センサ18は、前述した簡易センサに相当するものである。また、上記インジェクタ15と同様、この筒内圧センサ18も、エンジン10の各シリンダ(4つ全て)の各燃焼室に対して、それぞれ設けられている。
Further, in the
さらに、このシステムにおいて、吸気管30と排気管40との間にはターボチャージャが配設されている。このターボチャージャは、いわゆる可変ノズル式のターボチャージャであり、吸気管30の中途に設けられた吸気コンプレッサ50aと、排気管40の中途に設けられた排気タービン50bとを有し、これらコンプレッサ50a及びタービン50bが、図示しないシャフトにて連結されている。すなわち、排気管40を流れる排気によって排気タービン50bが回転し、その回転力がシャフトを介して吸気コンプレッサ50aへ伝達され、この吸気コンプレッサ50aにより、吸気管30内を流れる空気が圧縮されて過給が行われる。またここで、排気タービン50bは、周知の弁機構からなる可変ノズル機構50cを備え、この可変ノズル機構50cの開閉動作に応じて排気流路の面積が変化することで、同タービン50bにぶつかる排気の流速、ひいては同タービン50bの回転速度も変化するようになっている。このターボチャージャでは、こうした可変ノズル機構50cに対する指令値に基づき、排気タービン50bの回転速度を制御して、このタービン50bの回転に応じた吸気コンプレッサ50aの回転による過給量を可変制御する(ノズルを絞るほど過給量は多くなる)ことができるようになっている。そしてこの過給により、各シリンダに対する吸入空気の充填効率が高められることになる。なお、必要に応じて、吸入空気を冷却するインタクーラ等も、吸気管30に対して設けられる。
Further, in this system, a turbocharger is disposed between the
またさらに、排気の一部をEGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスとして吸気系に還流させるためのEGR装置も、同じく吸気管30と排気管40との間に配設されている。このEGR装置は、基本的には、吸気管30と排気管40とを連通するように設けられたEGR配管60aと、吸気管30のスロットル弁33よりも排気下流側に設けられた電磁弁等からなるEGR弁60bと、によって構成されている。そして、EGR弁60bのバルブ開度により、EGR配管60aの通路面積、ひいてはEGR率(排気全体に対してシリンダに戻されるEGRガスの占める割合)が調節可能とされている。ちなみに、この調整は、上記A/Fセンサ42の出力に基づいて行われ、例えばEGR弁60bが全閉された状態では、EGR配管60aが遮断され、EGR量は「0」となる。また必要に応じて、EGRガスを冷却するEGRクーラ等も、EGR配管60aに対して設けられる。このEGR装置では、こうした構成に基づき、EGR配管60aを通じて排気の一部を吸気系に再循環することにより燃焼温度を下げてNOxの発生を低減している。
Furthermore, an EGR device for returning a part of the exhaust gas to the intake system as EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas is also disposed between the
さらに、上記エンジン10を動力に利用して走行する図示しない車両(例えば4輪乗用車又はトラック等)には、上記各センサの他にも、車両制御のための各種のセンサが設けられている。例えば運転者の要求トルクを車両側に知らせるための運転操作部に相当するアクセルペダルには、同ペダルの状態(変位量)に応じた電気信号を出力するアクセルセンサ71が、運転者によるアクセルペダルの操作量(踏み込み量)を検出するために設けられている。
Further, a vehicle (not shown) (for example, a four-wheel passenger car or a truck) that travels using the
こうしたシステムの中で、本実施形態の検出装置及び補正装置として機能するとともに、電子制御ユニットとして主体的にエンジン制御を行う部分がECU70である。このECU70(エンジン制御用ECU)は、周知のマイクロコンピュータ(図示略)を備えて構成され、上記各種センサの検出信号に基づいてエンジン10の運転状態やユーザの要求を把握し、それに応じて上記スロットル弁33やインジェクタ15等の各種アクチュエータを操作することにより、その時々の状況に応じた最適な態様で上記エンジン10に係る各種の制御を行っている。例えばエンジン10の定常運転時には、上記各センサの検出信号に基づいて、各種の燃焼条件(例えば噴射時期や燃料噴射量等)を算出するとともに、各種アクチュエータを操作することで、上記各シリンダ内(燃焼室)での燃料燃焼を通じて生成される図示トルク(生成トルク)、ひいては実際に出力軸(クランク軸10a)へ出力される軸トルク(出力トルク)を制御する。なお本実施形態の制御システムでも、周知のディーゼルエンジン用システムと同様、定常運転時には、新気量増大やポンピングロス低減等の目的で、同エンジン10の吸気通路(吸気管30)に設けられた吸気絞り弁(スロットル弁33)が略全開状態に保持される。したがって、定常運転時の燃焼制御(特にトルク調整に係る燃焼制御)としては燃料噴射量のコントロールが主となっている。
In such a system, the
またここで、ECU70に搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うCPU(基本処理装置)、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのRAM(Random Access Memory)、プログラムメモリとしてのROM(読み出し専用記憶装置)、データ保存用メモリとしてのEEPROM(電気的に書換可能な不揮発性メモリ)やバックアップRAM(ECUの主電源停止後も車載バッテリ等のバックアップ電源により常時給電されているメモリ)、さらにはA/D変換器やクロック発生回路等の信号処理装置、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、記憶装置、信号処理装置、通信装置、及び電源回路等によって構成されている。そして、ROMには、当該センサの出力特性検出及び出力補正に係るプログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ(例えばEEPROM)には、エンジン10の設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。
Here, the microcomputer mounted on the
ところで、本実施形態の装置も、前述した特許文献1に記載の装置と同様、所定の圧力検出タイミングで、筒内圧力(特許文献1の装置でいえば出力値Sr1,Sr2に相当)を検出するとともに、その検出した筒内圧力の検出値に基づいて、筒内圧センサ18(対象センサ)の出力特性を示すゲイン及びオフセットを推定するものである。そして、その検出した出力特性に基づいて、上記筒内圧センサ18の出力補正を行うようにしている。ただし本実施形態では、所定のパラメータ(参照パラメータ)、詳しくは燃料燃焼の着火時期を予測するパラメータに基づいて、上記圧力検出タイミングの1つを可変設定するようにしている。
By the way, the apparatus of this embodiment also detects the in-cylinder pressure (corresponding to the output values Sr1 and Sr2 in the case of the apparatus of Patent Document 1) at a predetermined pressure detection timing, similarly to the apparatus described in
次に、図2〜図10を併せ参照して、本実施形態に係る筒内圧センサ18の出力補正の一態様について説明する。なお、ここでは一例として、同センサ18の出力を燃料噴射時期の補正に適用した場合について説明する。
Next, an aspect of output correction of the in-
図2は、その燃料噴射時期補正の処理手順を示すフローチャートである。なお、この一連の処理は、基本的には、ECU70でROMに記憶されたプログラムが実行されることにより、エンジン10の各シリンダについてそれぞれ1燃焼サイクルにつき1回の頻度で順に実行される。また、この処理において用いられる各種パラメータの値は、例えば上記ECU70に搭載されたRAMやEEPROM、あるいはバックアップRAM等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for correcting the fuel injection timing. Note that this series of processing is basically executed in order at a frequency of once per combustion cycle for each cylinder of the
同図2に示されるように、この制御においては、まず、ステップS1で、筒内圧センサ18の出力特性の算出に用いるクランク角度θ1,θ2(圧力検出タイミング)を設定する。この設定に際しては、角度θ1を固定値(例えば圧縮行程初期に設定)として、角度θ2を可変値として設定するようにしている。図3に、この角度θ2の設定手順をフローチャートとして示す。以下、この図3を参照して、この角度θ2の設定に係る一連の処理について説明する。
As shown in FIG. 2, in this control, first, in step S1, crank angles θ1, θ2 (pressure detection timing) used for calculating the output characteristics of the in-
同図3に示されるように、この角度θ2の設定に際しては、まず、ステップS101で、所定のパラメータ、例えばその時のエンジン回転速度(クランク角センサ10bによる実測値)及び燃料噴射量(別ルーチンで設定される上記インジェクタ15の通電時間)を取り込む。次いで、ステップS102で、このステップS101で取り込んだエンジン回転速度及び燃料噴射量に基づいて、1燃焼サイクル中における最先の噴射に係る目標着火時期θignを設定する。なお、この目標着火時期θignは、これから制御しようとする着火時期の目標値、すなわち燃料燃焼の着火時期を予測するパラメータに相当し、例えば所定のマップを参照することにより、上記各パラメータに応じた最適な時期が設定される。また、この時期θignの単位はATDC(上死点後)であり、TDC(上死点)よりも進角側は「負」の符号を、遅角側は「正」の符号をとる。
As shown in FIG. 3, when setting this angle θ2, first, in step S101, predetermined parameters, for example, the engine speed at that time (actually measured value by the
次に、ステップS103で、DPF45(図1)の再生条件(例えば排気温度センサ43a,43bによるDPF45の中心温度、及び差圧センサ46による差圧が、所定値よりも大きいことなどを成立要件とする条件)が成立しているか否かを判断する。そして、このステップS103でDPF45の再生条件が成立している旨判断された場合には、続くステップS103aにおいて、先のステップS102で設定した目標着火時期θignを、DPF再生用に予め用意された特定値Yへ変更する(θign=Y)。他方、上記ステップS103でDPF45の再生条件が成立していない旨判断された場合には、こうした変更は行わず、先のステップS102で設定した目標着火時期θignのままとする。
Next, in step S103, the regeneration condition (for example, the center temperature of the
本実施形態では、燃焼室20dでの燃焼の開始タイミングに相当する着火時期を、上記のように設定された目標着火時期θignに対して制御している。すなわち、目標着火時期θignにより一意的に定められるタイミングにおいて、1燃焼サイクル中における最先の噴射が(例えばメイン噴射だけの単段噴射であればメイン噴射が、パイロット噴射・メイン噴射の2段噴射であればパイロット噴射が)行われることになる。
In the present embodiment, the ignition timing corresponding to the combustion start timing in the
続くステップS104では、目標着火時期θignが、TDCに相当する値「0」よりも大きいか否かを判断する。そして、目標着火時期θignが「0」よりも大きい旨判断された場合には、着火時期がTDCよりも遅いとして、続くステップS104aで、角度θ2を、圧縮行程にあってTDC(「0」)の進角側近傍、すなわちTDCよりも所定角度(ここでは固定値、ただし可変値でも可)前(負側)に設定する。他方、目標着火時期θignが「0」よりも大きくない旨判断された場合には、着火時期がTDCよりも遅くないとして、続くステップS104bで、角度θ2を、圧縮行程にあって上記目標着火時期θign(着火時期に相当)の進角側近傍、すなわち目標着火時期θignよりも所定角度(ここでは固定値、ただし可変値でも可)前(負側)に設定する。 In a succeeding step S104, it is determined whether or not the target ignition timing θign is larger than a value “0” corresponding to TDC. If it is determined that the target ignition timing θign is greater than “0”, it is determined that the ignition timing is later than TDC, and in step S104a, the angle θ2 is set to TDC (“0”) in the compression stroke. Near the advance side, that is, a predetermined angle (in this case, a fixed value, but may be a variable value) before TDC (negative side). On the other hand, if it is determined that the target ignition timing θign is not greater than “0”, it is determined that the ignition timing is not later than TDC, and in step S104b, the angle θ2 is set to the target ignition timing in the compression stroke. It is set near the advance side of θign (corresponding to the ignition timing), that is, a predetermined angle (a fixed value here, but can be a variable value) (negative side) before the target ignition timing θign.
本実施形態では、こうしてエンジン10の各シリンダについてそれぞれ1燃焼サイクルごとに角度θ2が逐次設定される。以下、図4及び図5を参照して、この角度θ2の設定態様、特に角度θ2の設定位置についてさらに説明する。
In the present embodiment, the angle θ2 is sequentially set for each cylinder of the
図4(a)は、着火時期がTDCよりも早い場合の圧力特性を示すグラフである。このグラフにおいて、実線L11aは、着火された場合の圧力特性を、破線L11bは、着火していない場合の圧力特性を、それぞれ示している。 FIG. 4A is a graph showing pressure characteristics when the ignition timing is earlier than TDC. In this graph, a solid line L11a indicates a pressure characteristic when the ignition is performed, and a broken line L11b indicates a pressure characteristic when the ignition is not performed.
同図4(a)に示されるように、着火時期がTDCよりも早い場合には、圧縮行程にあっても、着火後には、その着火に伴う圧力変化によりポリトロープ変化が乱れるようになる。この点、先の図3のステップS104bでは、この図4(a)に示す場合において、同図に示されるように、角度θ2が、圧縮行程にあって着火時期よりも所定角度前(着火時期の進角側近傍)、いわばポリトロープ変化領域にあってその遅角側境界付近に設定されることになる。 As shown in FIG. 4 (a), when the ignition timing is earlier than TDC, even in the compression stroke, after ignition, the change in polytropy is disturbed by the pressure change associated with the ignition. In this regard, in step S104b of FIG. 3, in the case shown in FIG. 4A, as shown in FIG. 4, the angle θ2 is in the compression stroke and is a predetermined angle before the ignition timing (ignition timing). In other words, it is in the polytropic change region and is set near the retard side boundary.
一方、図4(b)は、着火時期がTDCよりも遅い場合の圧力特性を示すグラフである。このグラフにおいて、実線L12aは、着火された場合の圧力特性を、破線L12bは、着火していない場合の圧力特性を、それぞれ示している。 On the other hand, FIG. 4B is a graph showing pressure characteristics when the ignition timing is later than TDC. In this graph, a solid line L12a indicates a pressure characteristic when ignition is performed, and a broken line L12b indicates a pressure characteristic when ignition is not performed.
同図4(b)に示されるように、着火時期がTDCよりも遅い場合には、圧縮行程の全域においてポリトロープ変化が得られるものの、圧縮行程を外れるTDC後には、ポリトロープ変化が乱れるようになる。この点、先の図3のステップS104aでは、この図4(b)に示す場合において、同図に示されるように、角度θ2が、圧縮行程にあってTDCよりも所定角度前(TDCの進角側近傍)、いわばポリトロープ変化領域にあってその遅角側境界付近に設定されることになる。 As shown in FIG. 4B, when the ignition timing is later than the TDC, a polytropic change can be obtained in the entire compression stroke, but after a TDC that deviates from the compression stroke, the polytropic change becomes disturbed. . In this regard, in step S104a in FIG. 3, in the case shown in FIG. 4B, as shown in FIG. 4, the angle θ2 is in the compression stroke and is a predetermined angle before TDC (advance of TDC). In the vicinity of the corner side), in other words, in the polytropic change region, it is set near the retard side boundary.
次に、図5(a)及び(b)は、メイン噴射Mnだけによる単段噴射の場合とパイロット噴射Pt・メイン噴射Mnによる2段噴射の場合とのそれぞれについて、上記角度θ2の設定態様を示すグラフである。 Next, FIGS. 5A and 5B show how the angle θ2 is set for each of the single-stage injection using only the main injection Mn and the two-stage injection using the pilot injection Pt and the main injection Mn. It is a graph to show.
まず、例えばメイン噴射Mnだけによる単段噴射において、当該メイン噴射Mnに係る着火時期がTDCよりも遅い場合には、図5(a)に示されるように、圧縮行程にあってTDCよりも所定角度前に対して、上記角度θ2が設定される(図4(b))。これに対し、パイロット噴射Pt・メイン噴射Mnによる2段噴射において、「1燃焼サイクル中における最先の噴射」に相当するパイロット噴射Ptに係る着火時期がTDCよりも早い場合には、当該メイン噴射Mnに係る着火時期がTDCよりも遅くても、図5(b)に示されるように、圧縮行程にあって当該パイロット噴射Ptに係る着火時期よりも所定角度前に対して、上記角度θ2が設定される(図4(a))。 First, for example, in the single-stage injection using only the main injection Mn, when the ignition timing related to the main injection Mn is later than the TDC, as shown in FIG. The angle θ2 is set with respect to the previous angle (FIG. 4B). On the other hand, in the two-stage injection by the pilot injection Pt and the main injection Mn, when the ignition timing related to the pilot injection Pt corresponding to “the first injection in one combustion cycle” is earlier than the TDC, the main injection Even if the ignition timing related to Mn is later than TDC, as shown in FIG. 5 (b), the angle θ2 is in the compression stroke with respect to a predetermined angle before the ignition timing related to the pilot injection Pt. It is set (FIG. 4 (a)).
このように、TDCよりも早い時期に着火する噴射があれば、その噴射のうち、最も早い噴射(1燃焼サイクル中における最先の噴射)係る着火時期を基準にして、上記角度θ2の設定が行われることになる。 Thus, if there is an injection that ignites at a time earlier than TDC, the angle θ2 is set based on the ignition timing of the earliest injection (the earliest injection in one combustion cycle) of the injections. Will be done.
先の図2のステップS1では、以上のような処理を通じて、上記筒内圧センサ18の出力特性の算出に用いるクランク角度θ1,θ2が設定される。そして、続くステップS2,S3では、その設定した角度θ1,θ2に基づいて、上記筒内圧センサ18の出力特性(オフセット及びゲイン)を算出する。以下、図6〜図9を併せ参照して、これらステップS2,S3の処理についてより詳細に説明する。ここでは、図6及び図7を参照して、ステップS2のオフセットに係る処理について説明した後、図8及び図9を参照して、ステップS3のゲインに係る処理について説明する。
In step S1 of FIG. 2, the crank angles θ1 and θ2 used for calculation of the output characteristics of the in-
図6は、オフセットの算出及び異常判定に係る処理の処理手順を示すフローチャート、図7は、その処理態様を示すグラフである。なお、図7(a)は、真の圧力(実際の筒内圧力)と筒内圧センサ18の出力との関係を示すグラフである。この図7(a)においては、オフセットが重畳していない状態での出力特性(基準特性)を実線にて、また所定のオフセットが重畳している状態での出力特性(2種類)を破線にて、それぞれ示している。また、図7(b)は、クランク角度と筒内圧力との関係を示すグラフである。この図7(b)においては、筒内圧センサ18の出力特性を実線にて、また真の圧力の特性を破線にて、それぞれ示している。図7(b)において、クランク角度θ1〜θ2の期間は、エンジン10の運転期間にあってポリトロープ変化を示す圧縮行程に相当し、この期間にあっては、燃焼室20d内の圧力と温度との関係が、等温変化と断熱変化との中間的な変化になり、物理特性が安定する。
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of processing relating to offset calculation and abnormality determination, and FIG. 7 is a graph showing the processing mode. FIG. 7A is a graph showing the relationship between the true pressure (actual in-cylinder pressure) and the output of the in-
図6に示されるように、この一連の処理においては、まず、ステップS11で、クランク角度θ1(図7(b))における筒内圧センサ18のセンサ値Ps1を取り込む。次に、ステップS12で、上記データ保存用メモリ(ECU70に搭載)から、このクランク角度θ1のクランク角度位置に対応するシリンダ容積(燃焼室20dの容積)V1を読み出す。そして、さらに続くステップS13,S14では、クランク角度θ1の場合と同様に、今度はクランク角度θ2(図7(b))について、筒内圧センサ18のセンサ値Ps2を取り込み、上記データ保存用メモリから、同角度θ2のクランク角度位置に対応するシリンダ容積V2を読み出す。
As shown in FIG. 6, in this series of processes, first, in step S11, the sensor value Ps1 of the in-
続くステップS15では、データ保存用メモリ(ECU70に搭載)から、クランク角度θ1〜θ2の期間に対応するポリトロープ指数nを読み出す。ポリトロープ指数は、例えば筒内圧力(または吸気圧力)とエンジン回転速度とに基づいて求められるものであり、例えばそれら筒内圧力とエンジン回転速度とを座標軸にしてマップ化されて記憶されている。 In subsequent step S15, the polytropic index n corresponding to the period of the crank angles θ1 to θ2 is read from the data storage memory (mounted on the ECU 70). The polytropic index is obtained based on, for example, the in-cylinder pressure (or intake pressure) and the engine rotation speed, and is mapped and stored using the in-cylinder pressure and the engine rotation speed as coordinate axes, for example.
続くステップS16では、上記各ステップにおいて取得した各パラメータに基づき、上記2点のクランク角度位置(クランク角度θ1,θ2)の圧力比κを、
κ=(V1/V2)^n …(式2)
の関係式から算出する。ちなみに、この(式2)は、ポリトロープ変化中において、「P1・V1^n=P2・V2^n」(この式中、P1、P2は、それぞれV1、V2における圧力)が成り立つことから求められる。
In the subsequent step S16, the pressure ratio κ between the two crank angle positions (crank angles θ1, θ2) is calculated based on the parameters acquired in the above steps.
κ = (V1 / V2) ^ n (Expression 2)
It is calculated from the relational expression. By the way, this (Equation 2) is obtained from the fact that “P1 · V1 ^ n = P2 · V2 ^ n” (where P1 and P2 are the pressures at V1 and V2 respectively) holds during the polytropy change. .
そして、続くステップS17では、同じく上記各ステップにおいて取得した各パラメータ、詳しくはクランク角度θ1,θ2における筒内圧センサ18のセンサ値Ps1,Ps2(ステップS11,S13)、及び圧力比κ(ステップS16)に基づいて、オフセット値Offset0を、
Offset0=(κ・Ps1−Ps2)/(κ−1) …(式3)
の関係式から算出する。すなわちこの処理をもって、筒内圧センサ18の出力に係るオフセット値(バイアス量)が算出されたことになる。なお、図7(a)中に破線で示されるように、オフセットが含まれる場合は、基準値としての本来のセンサ出力(実線)に対して正側または負側に出力特性がシフトすることになる。
In the subsequent step S17, the parameters obtained in the above steps, more specifically, the sensor values Ps1 and Ps2 of the in-
Offset0 = (κ · Ps1−Ps2) / (κ−1) (Expression 3)
It is calculated from the relational expression. That is, with this process, the offset value (bias amount) related to the output of the in-
次に、この算出されたオフセット値Offset0について、その異常の有無を判定する。すなわち、まず、ステップS18で、許容範囲を定める下限値及び上限値として、それぞれ規定値m1,m2を設定する。そして、続くステップS19において、その規定値m1,m2に基づき、すなわち「m1<Offset0<m2」の関係式を満足するか否かに基づき、オフセット値Offset0の異常の有無を判定する。なお、規定値m1,m2は、例えば燃焼室20dの体積等のエンジン設計データ、もしくは実験値等に基づいて決定される。
Next, it is determined whether or not there is an abnormality in the calculated offset value Offset0. That is, first, in step S18, prescribed values m1 and m2 are set as a lower limit value and an upper limit value that define an allowable range, respectively. In the subsequent step S19, based on the prescribed values m1 and m2, that is, whether or not the relational expression “m1 <Offset0 <m2” is satisfied, the presence / absence of an abnormality in the offset value Offset0 is determined. The prescribed values m1 and m2 are determined based on engine design data such as the volume of the
このステップS19の異常判定においては、例えば図7(a)に破線で示されるように、オフセットが存在する場合でも、それが同図中に一点鎖線で示される許容範囲(規定値m1よりも大きくて且つ規定値m2未満)に収まるものであれば、正常である旨の判定がなされる。そして、このステップS19でオフセット値Offset0が正常である旨判定された場合には、この図6の一連の処理を終了して、図2のステップS3へ移行する。 In the abnormality determination in step S19, for example, as shown by a broken line in FIG. 7A, even when there is an offset, it is larger than the allowable range (specified value m1) indicated by a one-dot chain line in FIG. If it falls within the specified value m 2), it is determined that it is normal. If it is determined in step S19 that the offset value Offset0 is normal, the series of processes in FIG. 6 is terminated, and the process proceeds to step S3 in FIG.
他方、オフセット値Offset0が許容範囲に収まらない場合には、ステップS19で、オフセット値Offset0が異常である旨の判定がなされる。そして、ステップS191において、オフセット異常時用に予め設定されたフェイルセーフ処理が実行された後、この図6の一連の処理は終了する。その後、ステップS191のフェイルセーフ処理で制御の中断が指示されない場合に限り、正常時と同様、図2のステップS3へ移行する。本実施形態においては、ステップS191のフェイルセーフ処理として、オフセット信号のドリフト量を補正するとともに、筒内圧センサに異常がある旨を運転者に知らせるべく、例えば警告灯(図示略)を点灯させるようにする。すなわち、フェイルセーフ処理を実行した後も、図6のフローチャートに係る制御は継続され、同図6の一連の処理の終了後は、図2のステップS3へ移行されることになる。 On the other hand, if the offset value Offset0 does not fall within the allowable range, it is determined in step S19 that the offset value Offset0 is abnormal. In step S191, after a fail-safe process set in advance for an offset abnormality is executed, the series of processes in FIG. 6 ends. Thereafter, the process proceeds to step S3 in FIG. 2 as in the normal state only when the interruption of control is not instructed in the fail-safe process in step S191. In the present embodiment, as a fail-safe process in step S191, for example, a warning light (not shown) is lit to correct the offset signal drift amount and notify the driver that there is an abnormality in the in-cylinder pressure sensor. To. That is, even after the fail safe process is executed, the control according to the flowchart of FIG. 6 is continued, and after the series of processes of FIG. 6 ends, the process proceeds to step S3 of FIG.
続けて、ゲインに係る処理について説明する。図8は、ゲインの算出及び異常判定に係る処理の処理手順を示すフローチャート、図9は、その処理態様を示すグラフである。なお、図9(a)は、真の圧力(実際の筒内圧力)と筒内圧センサ18の出力との関係を示すグラフである。この図9(a)においては、ゲインに誤差が含まれない場合の出力特性(基準特性)を実線で、ゲインに誤差が含まれる場合の出力特性(2種類)を破線で示している。また、図9(b)は、クランク角度と筒内圧力との関係を示すグラフである。この図9(b)においては、筒内圧センサ18の出力特性を実線で、基準圧力(センサ値補正用の基準値)の特性を破線で示している。そして、この図9(b)においても、図7(b)と同様、クランク角度θ1〜θ2の期間は、ポリトロープ変化を示す圧縮行程に相当する。
Next, processing related to gain will be described. FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of processing relating to gain calculation and abnormality determination, and FIG. 9 is a graph showing the processing mode. FIG. 9A is a graph showing the relationship between the true pressure (actual in-cylinder pressure) and the output of the in-
図8に示されるように、この一連の処理においては、まず、ステップS21で、吸気弁21の開弁時期を入力し、続くステップS22で、この入力値に基づき、吸気圧センサ32のセンサ値の取り込み時期を決定する(例えば閉弁の5°CA前など)。さらに続くステップS23では、その取り込み時期に基づき、クランク角度θ1,θ2(図9(b))について吸気圧センサ32のセンサ値を取り込み、次のステップS24では、その取り込んだセンサ値に対応する基準圧力Pk1,Pk2の圧力差「Pk2−Pk1」(図9(b))を、データ保存用メモリ(ECU70に搭載)から読み出す。次いで、ステップS25,S26で、クランク角度θ1,θ2における筒内圧センサ18のセンサ値Ps1,Ps2を、それぞれ取り込む。
As shown in FIG. 8, in this series of processing, first, the valve opening timing of the
そして、続くステップS27では、上記各ステップにおいて取得した各パラメータ、詳しくは基準圧力差「Pk2−Pk1」(ステップS24)、及びクランク角度θ1,θ2における筒内圧センサ18のセンサ値Ps1,Ps2(ステップS25,S26)に基づいて、ゲイン値Gain0を、
Gain0=(Ps2−Ps1)/(Pk2−Pk1) …(式4)
の関係式から算出する。すなわちこの処理をもって、筒内圧センサ18の出力に係るゲイン値(センシング感度係数)が算出されたことになる。なお、図9(a)中に破線で示されるように、ゲインに誤差が含まれる場合は、基準値としての本来のセンサ出力(実線)に対して正側(傾き大)または負側(傾き小)に出力特性がシフトすることになる。
In the following step S27, the parameters acquired in the above steps, specifically, the reference pressure difference “Pk2−Pk1” (step S24), and the sensor values Ps1 and Ps2 of the in-
Gain0 = (Ps2-Ps1) / (Pk2-Pk1) (Formula 4)
It is calculated from the relational expression. That is, with this processing, the gain value (sensing sensitivity coefficient) related to the output of the in-
次に、この算出されたゲイン値Gain0について、その異常の有無を判定する。すなわち、まず、ステップS28で、許容範囲を定める下限値及び上限値として、それぞれ規定値n1,n2を設定する。そして、続くステップS29において、その規定値n1,n2に基づき、すなわち「n1<Gain0<n2」の関係式を満足するか否かに基づき、ゲイン値Gain0の異常の有無を判定する。なお、規定値n1,n2は、例えば燃焼室20dの体積等のエンジン設計データ、もしくは実験値等に基づいて決定される。
Next, it is determined whether or not there is an abnormality in the calculated gain value Gain0. That is, first, in step S28, prescribed values n1 and n2 are set as a lower limit value and an upper limit value that define an allowable range, respectively. Then, in the following step S29, whether or not there is an abnormality in the gain value Gain0 is determined based on the prescribed values n1 and n2, that is, based on whether or not the relational expression “n1 <Gain0 <n2” is satisfied. The prescribed values n1 and n2 are determined based on engine design data such as the volume of the
このステップS29の異常判定においては、例えば図9(a)に破線で示されるように、ゲインに誤差が含まれる場合でも、それが同図中に一点鎖線で示される許容範囲(規定値n1よりも大きくて且つ規定値n2未満)に収まるものであれば、正常である旨の判定がなされる。そして、このステップS29でゲイン値Gain0が正常である旨の判定がなされた場合には、この図8の一連の処理を終了して、図2のステップS4へ移行する。 In the abnormality determination in step S29, for example, as shown by a broken line in FIG. 9A, even if an error is included in the gain, this is indicated by an allowable range indicated by a one-dot chain line in FIG. If it is larger and less than the specified value n2), it is determined that it is normal. If it is determined in step S29 that the gain value Gain0 is normal, the series of processes in FIG. 8 is terminated, and the process proceeds to step S4 in FIG.
他方、ゲイン値Gain0が許容範囲に収まらない場合には、ステップS29で、ゲイン値Gain0が異常である旨判定される。そして、ステップS291において、ゲイン異常時用に予め設定されたフェイルセーフ処理が実行された後、この図8の一連の処理は終了する。その後、ステップS291のフェイルセーフ処理で制御の中断が指示されない場合に限り、正常時と同様、図2のステップS4へ移行する。本実施形態においては、ステップS291のフェイルセーフ処理として、筒内圧センサ18の出力を用いた燃料噴射時期制御に係るフィードバック制御をオープンループ制御へ切り替え、同センサ28のセンサ値の代替値として所定の規定値を設定することにより退避走行を行うようにしている。すなわち、このフェイルセーフ処理により図8のフローチャートに係る制御は一旦中断され、退避走行の制御に移ることになる。なお、ここで代替値として用いる規定値は、様々な状況を想定してその全般に対応することのできるものを選んで設定することが望ましい。
On the other hand, if the gain value Gain0 does not fall within the allowable range, it is determined in step S29 that the gain value Gain0 is abnormal. In step S291, after a fail-safe process set in advance for gain abnormality is executed, the series of processes in FIG. 8 ends. After that, only when the interruption of control is not instructed in the fail-safe process in step S291, the process proceeds to step S4 in FIG. In the present embodiment, as the fail safe process in step S291, the feedback control related to the fuel injection timing control using the output of the in-
このように、上記図6及び図8の処理によって、筒内圧センサ18の出力特性(ゲイン及びオフセット)が算出される。そしてこの際、同センサ18の出力特性はいずれも、先の図3の処理により適切なタイミングに設定された角度θ2に基づいて算出される。これにより、本実施形態では、筒内圧センサ18の出力特性が高い精度で推定されることになる。図10は、固定された角度θ1に対し、角度θ2として各異なる角度(角度θ2a〜θ2c)が設定された場合の、ゲインの算出態様をそれぞれ示すグラフである。なお、図10のグラフにおける横軸の基準圧力は、センサ出力の推定に用いられる上記基準圧力Pk1,Pk2に相当するものであり、真値に対応するかたちで設定されている。また、この図10中、実線L0,L2にて示されるものは、それぞれ真値の圧力特性(実線L0)、及び筒内圧センサ18の出力特性(実線L2)である。ちなみに、この図10の例では、着火時期がTDCよりも遅い場合を想定している。すなわち、圧縮行程の全域において上記ポリトロープ変化が得られる。
As described above, the output characteristics (gain and offset) of the in-
同図10に示されるように、角度θ2がTDCに近いほど(ただし圧縮行程内)、上記図8の処理により得られるゲイン(破線L2a〜L2c)は、より正確に上記筒内圧センサ18の出力特性(実線L2)を示すようになる。すなわち、この図10に示す各ゲイン(破線L2a〜L2c)に関しては、角度θ2aにより算出されるゲイン(破線L2a)よりも、角度θ2b(>角度θ2a)により算出されるゲイン(破線L2b)の方が、また、このゲイン(破線L2b)よりも、TDC近傍の角度θ2c(>角度θ2b)により算出されるゲイン(破線L2c)の方が、より正確に上記筒内圧センサ18の出力特性(実線L2)を示すことになる。この点、上述のように本実施形態では、先の図3のステップS104aの処理により、角度θ2が、TDCの進角側近傍(例えば角度θ2c)に設定される。このため、筒内圧センサ18のゲインを高い精度で推定することができる。
As shown in FIG. 10, as the angle θ2 is closer to TDC (in the compression stroke), the gain (broken lines L2a to L2c) obtained by the processing of FIG. 8 is more accurately output from the in-
また、着火時期がTDCよりも早い場合には、先の図3のステップS104bの処理により、角度θ2が、着火時期の進角側近傍に設定される。すなわち、この場合も、角度θ2が、ポリトロープ変化領域にあってその遅角側境界付近に設定されることになり、上述と同様、筒内圧センサ18のゲインを高い精度で推定することができる。さらにオフセットを算出(推定)する場合も、このゲインの場合に準ずるかたちで、その推定精度が高められる。
When the ignition timing is earlier than TDC, the angle θ2 is set in the vicinity of the advance side of the ignition timing by the processing in step S104b of FIG. That is, also in this case, the angle θ2 is set in the polytropic change region and in the vicinity of the retard side boundary, and the gain of the in-
先の図2のステップS2,S3では、以上のような処理を通じて、筒内圧センサ18のゲイン及びオフセットの値が算出される。続くステップS4においては、これらステップS2,S3で算出されたゲイン値及びオフセット値に基づいて筒内圧力を補正(直線性ずれやゲインずれ等の補償に相当)する。さらに、続くステップS5においては、そのステップS4で補正された筒内圧力に基づいて着火時期を算出する(演算処理)。そして、続くステップS6においては、このステップS5の演算結果に基づいて、エンジン10の各シリンダにおける燃料噴射時期を補正する。詳しくは、ステップS5で算出された今回燃焼(今回の燃焼サイクル)での着火時期に基づいてその着火時期の誤差を求めるとともに、その誤差分を補償すべく、次回燃焼(次の燃焼サイクル)での燃料噴射時期に係る補正係数を更新する。そして、このステップS6の処理をもって、図2の一連の処理は終了する。
In steps S2 and S3 of FIG. 2, the gain and offset values of the in-
このように、本実施形態では、上記図2の一連の処理を繰り返し実行することで、筒内圧センサ18のセンサ出力の補正を行いながら、その補正後のセンサ出力に基づいて、燃料噴射時期、ひいては着火時期を、所望の目標値へ制御するようにしている。そしてこの際、先の図3の処理により角度θ2が適切なタイミングに設定されることで、上述のように、同センサ18の出力特性(ゲイン及びオフセット)がより高い精度で算出されることになる(図10参照)。また、こうして同センサ18の出力特性が高い精度で算出されることで、この出力特性に基づく出力補正についてもこれが、高い精度で行われることになる。
As described above, in the present embodiment, by repeating the series of processes in FIG. 2 described above, while correcting the sensor output of the in-
以上説明したように、本実施形態に係る筒内圧センサの出力特性検出装置及び出力補正装置によれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。 As described above, according to the output characteristic detection device and the output correction device for the in-cylinder pressure sensor according to the present embodiment, the following excellent effects can be obtained.
(1)各シリンダ内の燃焼室での燃焼によるエネルギーを機械的な運動(回転運動)へ変換するエンジン10(内燃機関)に適用され、該エンジン10における所定のシリンダ(4つ全て)について燃焼室の圧力である筒内圧力を検出する筒内圧センサ18を対象にして同センサ18の出力特性を検出する。こうした筒内圧センサの出力特性検出装置として、2つの圧力検出タイミング(角度θ1,θ2に相当)で筒内圧力を検出するとともに、その検出した2つの筒内圧力の検出値(センサ値Ps1,Ps2)に基づいて、筒内圧センサ18の出力特性を示すゲイン及びオフセットを推定するプログラム(出力特性推定手段、図2のステップS2,S3)と、燃料燃焼の着火時期を予測する目標着火時期θign(参照パラメータ)に基づいて、角度θ2(圧力検出タイミング)を可変設定するプログラム(タイミング設定手段、図2のステップS1)と、を備える構成とした。こうすることで、目標着火時期θignに基づいて、角度θ2を可変設定することが可能になり、より高い精度で筒内圧センサ18の出力特性を検出することができるようになる。
(1) Applied to an engine 10 (internal combustion engine) that converts energy generated by combustion in a combustion chamber in each cylinder into mechanical motion (rotational motion), and combustion is performed for predetermined cylinders (all four) in the
(2)燃料燃焼の着火時期を予測する目標着火時期θignに基づいて上記角度θ2を可変設定するようにしたことで、同角度θ2を着火時期に応じた適切なタイミングに設定することができる。 (2) Since the angle θ2 is variably set based on the target ignition timing θign for predicting the ignition timing of fuel combustion, the angle θ2 can be set to an appropriate timing according to the ignition timing.
(3)着火時期の制御を、エンジン運転条件(燃焼条件)に係るパラメータ、詳しくは噴射時期の可変設定に基づいて行うようにした。こうすることで、着火時期を所望の目標値に対して容易且つ的確に制御することが可能になる。 (3) The ignition timing is controlled based on parameters relating to engine operating conditions (combustion conditions), more specifically, variable setting of the injection timing. By doing so, it becomes possible to easily and accurately control the ignition timing with respect to a desired target value.
(4)エンジン10を、燃焼室20dでの燃料燃焼によるエネルギーに基づいて出力軸(クランク軸10a)を回転させつつ、該出力軸の回転に応じて燃焼室20dの容積を変化させることにより同燃焼室20dにて燃料と空気との混合気の圧縮を行うとともに、該圧縮を利用して燃料を燃焼させるものとした。さらに上記センサ値Ps1,Ps2の検出タイミングについてはこれを、出力軸の回転角度位置で定められるものとし、これらの検出タイミング(圧力検出タイミング)として、圧縮行程にあって燃焼室20dの容積が最も小さくなる出力軸角度である基準角度(TDC)よりも進角(早い)側に相当する角度θ1(第2タイミング)と、同じく圧縮行程にあって該角度θ1よりも進角側に相当する角度θ2(第1タイミング)とを採用した。そして、上記(式3)及び(式4)を用いることにより、上記角度θ1,θ2に基づいてセンサ出力特性(ゲイン及びオフセット)を推定するようにした。こうすることで、センサ出力特性を高い精度で推定することが可能になる。
(4) The
(5)1燃焼サイクル中における最先の噴射についての着火時期がTDC(基準角度)に比して遅いか否かを判断するプログラム(判断手段、図3のステップS104)をさらに備える構成とした。そして、図3のステップS104a,S104bにおいては、ステップS104での判断結果に応じて上記角度θ2の設定位置を変更するようにした。より詳しくは、ステップS104aにおいては、ステップS104にて着火時期がTDCよりも遅い旨判断された場合に、上記角度θ2を、TDCの進角側近傍に設定するようにした。また、ステップS104bにおいては、ステップS104にて着火時期がTDCよりも遅くない(早い)旨判断された場合に、上記角度θ2を着火時期の進角側近傍に設定するようにした。こうすることで、着火時期がTDCよりも遅い場合には、上記角度θ2がTDCの進角側近傍、いわば筒内圧力がポリトロープ変化を示す範囲にあってその遅角側境界付近に設定され、上記センサ出力特性をより正確に推定することができるようになる。また、着火時期がTDCよりも早い場合にも、上記角度θ2が着火時期の進角側近傍、いわば筒内圧力がポリトロープ変化を示す範囲にあってその遅角側境界付近に設定され、上記センサ出力特性をより正確に推定することができるようになる。 (5) The program further includes a program (determination means, step S104 in FIG. 3) for determining whether or not the ignition timing for the earliest injection in one combustion cycle is later than TDC (reference angle). . In steps S104a and S104b in FIG. 3, the setting position of the angle θ2 is changed according to the determination result in step S104. More specifically, in step S104a, when it is determined in step S104 that the ignition timing is later than TDC, the angle θ2 is set near the advance side of TDC. In step S104b, when it is determined in step S104 that the ignition timing is not later (earlier) than TDC, the angle θ2 is set in the vicinity of the advance side of the ignition timing. In this way, when the ignition timing is later than TDC, the angle θ2 is set in the vicinity of the advance side of TDC, in other words, in the range where the in-cylinder pressure shows a polytropic change, and in the vicinity of the retard side boundary, The sensor output characteristic can be estimated more accurately. Further, even when the ignition timing is earlier than TDC, the angle θ2 is set in the vicinity of the advance side of the ignition timing, that is, in the range where the in-cylinder pressure exhibits a polytropic change, and is set in the vicinity of the retard side boundary. The output characteristic can be estimated more accurately.
(6)図2のステップS2,S3においては、角度θ1での筒内圧力(センサ値Ps1)と角度θ2での筒内圧力(センサ値Ps2)とに基づいて、筒内圧センサ18のゲイン及びオフセットを推定するようにした。これにより、これら出力特性の両方について、その推定精度を高めることができる。そしてこの際、特にゲインの推定精度を高める場合について、その推定精度の向上度合が大きい。
(6) In steps S2 and S3 in FIG. 2, the gain of the in-
(7)対象のセンサ(筒内圧センサ18)を、簡易センサとした。これにより、低コスト化などを図ることが可能になる。 (7) The target sensor (cylinder pressure sensor 18) was a simple sensor. This makes it possible to reduce costs.
(8)図2のステップS2,S3により推定された筒内圧センサ18の出力特性に基づいて、該センサ18の性能劣化の度合(例えば経年変化による性能劣化)を検出するプログラム(図6のステップS18以降、図8のステップS28以降)を備える構成とした。こうすることで、筒内圧センサ18の異常の有無などを的確に検出することができる。
(8) A program for detecting the degree of performance deterioration of the sensor 18 (for example, performance deterioration due to secular change) based on the output characteristics of the in-
(9)さらに、筒内圧センサの出力補正装置としては、図2のステップS2,S3により推定された筒内圧センサ18の出力特性に基づいて、該センサ18のセンサ出力に対して補正を施すプログラム(補正手段、図2のステップS4)を備える構成とした。こうすることで、より高い精度で筒内圧センサ18の出力特性を補正(校正)することが可能になる。
(9) Further, as the output correction device for the in-cylinder pressure sensor, a program for correcting the sensor output of the in-
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。 The above embodiment may be modified as follows.
・上記実施形態では、目標着火時期θign(参照パラメータ)に基づいて上記角度θ2を可変設定するようにした。しかしこれに限られず、燃焼室20dでの燃焼状態(例えば着火直前の筒内圧力波形)に基づいて着火時期を予測するプログラム(着火時期予測手段、例えば図示しない別ルーチンで予測を逐次実行)をさらに備える構成とし、このプログラムにより予測された着火時期(着火時期の予測値)に基づいて上記角度θ2を可変設定するようにしてもよい。こうした場合も、前記(2)の効果に準ずる効果を得ることができる。
In the above embodiment, the angle θ2 is variably set based on the target ignition timing θign (reference parameter). However, the present invention is not limited to this, and a program for predicting the ignition timing based on the combustion state in the
・上記実施形態では、角度θ1を固定値としたが、角度θ2と共に、この角度θ1についてもこれを、可変設定するようにしてもよい。なお、この角度θ1は、例えば筒内圧力がポリトロープ変化を示す範囲にあってその進角側境界付近(圧縮行程初期)に設定することが好ましい。したがってこの場合は、燃料燃焼の着火時期を予測するパラメータに限らず、任意のもの(例えばエンジンの状態や運転条件等)を、参照パラメータとして用いることが好ましい。 In the above embodiment, the angle θ1 is a fixed value. However, this angle θ1 may be variably set together with the angle θ2. The angle θ1 is preferably set in the vicinity of the advance side boundary (in the initial stage of the compression stroke), for example, in a range where the in-cylinder pressure shows a polytropic change. Therefore, in this case, it is preferable to use not only a parameter for predicting the ignition timing of fuel combustion but also an arbitrary one (for example, engine state, operating condition, etc.) as a reference parameter.
・上記図2のステップS1〜S4にて測定された時々の出力特性や出力誤差(補正係数)をエンジン運転条件等に関連付けて、所定の記憶装置に保存するプログラムを備える構成とすることも有効である。こうした構成であれば、筒内圧力の出力特性の算出をその都度行わずとも上記記憶装置に保存しておいた筒内圧力を用いることが可能になる。なお、ここで用いる記憶装置としては、例えばEEPROMやバックアップRAM等の不揮発に保存可能な記憶装置が有効である。こうした構成であれば、例えばエンジン10が停止され(例えばイグニッションスイッチがオフされ)、当該装置(ECU70)に対する給電が遮断された後も、データ(各タイミングでの筒内圧力等)が不揮発に保持されるようになり、次回エンジン始動時も、前回エンジン始動時のデータに基づいて上記補正等を行うことができるようになる。
-It is also effective to include a program that stores the output characteristics and output errors (correction coefficients) measured at steps S1 to S4 in FIG. 2 in a predetermined storage device in association with engine operating conditions. It is. With such a configuration, the in-cylinder pressure stored in the storage device can be used without calculating the output characteristic of the in-cylinder pressure each time. As a storage device used here, a storage device that can be stored in a nonvolatile manner such as an EEPROM or a backup RAM is effective. With such a configuration, for example, even after the
・上記図2のステップS1〜S4にて測定された時々の出力特性や出力誤差(補正係数)は、燃料噴射制御には用いずに、例えばデータ蓄積によるデータ解析や、故障診断等だけに用いるようにしてもよい。 The output characteristics and output errors (correction coefficients) from time to time measured in steps S1 to S4 in FIG. 2 are not used for fuel injection control, but are used only for data analysis by data accumulation, fault diagnosis, etc. You may do it.
・上記実施形態では、基準圧力(センサ値補正用の基準値)として、吸気時の吸気ポート圧力を用いるようにしたが、これに限られることなく、例えば燃焼室の体積等のエンジン設計データや、空燃比、機関冷却水温等のエンジン制御の条件、等々に基づいて基準圧力を算出するようにしてもよい。 In the above embodiment, the intake port pressure during intake is used as the reference pressure (reference value for sensor value correction). However, the present invention is not limited to this. For example, engine design data such as the volume of the combustion chamber, The reference pressure may be calculated based on engine control conditions such as air-fuel ratio and engine coolant temperature.
・上記実施形態では、一例として燃料噴射時期制御について言及したが、筒内圧センサ18の用途は、これに限られることはない。筒内圧センサ18は、例えば空燃比の制御などに用いても有益である。そしてこの場合も、基本的には上記実施形態と同様の形態により本発明を適用することができる。
In the above embodiment, the fuel injection timing control is mentioned as an example, but the usage of the in-
・対象とする筒内圧センサ18は、廉価な筒内圧センサ(簡易センサ)に限られず、高価な筒内圧センサ(一般センサ)であってもよい。
The target
・その他、制御対象とするエンジンの種類やシステム構成も、用途等に応じて適宜に変更可能である。例えば圧縮着火式のディーゼルエンジンに限られず火花点火式のガソリンエンジン等にも本発明は適用可能であり、またレシプロエンジンに限られずロータリーエンジン等にも本発明は適用可能である。そして、上記実施形態についてこうした構成の変更を行う場合には、上述した各種の処理(プログラム)についても、その細部を、実際の構成に応じて適宜最適なかたちに変更(設計変更)することが好ましい。 In addition, the type and system configuration of the engine to be controlled can be changed as appropriate according to the application. For example, the present invention can be applied not only to a compression ignition type diesel engine but also to a spark ignition type gasoline engine and the like, and is not limited to a reciprocating engine and can be applied to a rotary engine and the like. When such a configuration change is made for the above-described embodiment, the details of the various processes (programs) described above may be changed (design change) as appropriate in accordance with the actual configuration. preferable.
・上記実施形態及び変形例では、各種のソフトウェア(プログラム)を用いることを想定したが、専用回路等のハードウェアで同様の機能を実現するようにしてもよい。 In the embodiment and the modification, it is assumed that various kinds of software (programs) are used. However, similar functions may be realized by hardware such as a dedicated circuit.
10…エンジン、15…インジェクタ、18…筒内圧センサ、20…シリンダ(気筒)、20d…燃焼室、32…吸気圧センサ、45…DPF(Diesel Particulate Filter)、46…差圧センサ、70…ECU(電子制御ユニット)。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記エンジンにおける所定のシリンダについて燃焼室の圧力である筒内圧力を検出する筒内圧センサを対象にして同対象センサの出力特性を検出する装置であって、
前記エンジンの圧縮行程において前記燃焼室の容積が最も小さくなる圧縮上死点よりも進角側の第1タイミングと該第1タイミングよりも進角側の第2タイミングとを含む複数の圧力検出タイミングで筒内圧力を検出するとともに、その検出した複数の筒内圧力の検出値に基づいて、前記対象センサの出力特性を示すゲイン及びオフセットの少なくとも一方を推定する出力特性推定手段と、
前記燃焼室での燃料の着火時期を予測する所定のパラメータに基づいて、前記圧力検出タイミングを可変設定するタイミング設定手段と、
を備え、
前記燃料噴射手段は、1燃焼サイクルでの最先の噴射についての着火時期が前記圧縮上死点よりも遅い燃料噴射である第1燃料噴射を実施する一方、1燃焼サイクルでの最先の噴射についての着火時期が前記圧縮上死点よりも早い燃料噴射である第2燃料噴射を実施するものであり、
前記タイミング設定手段は、前記第1燃料噴射が実施される場合に、前記圧縮上死点の直前タイミングを前記第1タイミングとして設定し、前記第2燃料噴射が実施される場合に、前記最先の噴射についての着火時期の直前タイミングを前記第1タイミングとして設定するものであることを特徴とする筒内圧センサの出力特性検出装置。 A fuel injection means for injecting fuel into a combustion chamber in a cylinder; and applied to an engine that converts energy from combustion of the fuel in the combustion chamber into mechanical motion,
An apparatus for detecting an output characteristic of a target cylinder sensor for a cylinder pressure sensor that detects a cylinder pressure that is a pressure in a combustion chamber for a predetermined cylinder in the engine,
A plurality of pressure detection timings including a first timing on the advance side with respect to the compression top dead center at which the volume of the combustion chamber becomes the smallest in the compression stroke of the engine and a second timing on the advance side with respect to the first timing. Output characteristic estimation means for detecting the in-cylinder pressure and estimating at least one of a gain and an offset indicating the output characteristic of the target sensor based on the detected values of the plurality of in-cylinder pressures detected,
Timing setting means for variably setting the pressure detection timing based on a predetermined parameter for predicting the ignition timing of the fuel in the combustion chamber;
With
The fuel injection means performs the first fuel injection in which the ignition timing of the earliest injection in one combustion cycle is fuel injection slower than the compression top dead center, while the earliest injection in one combustion cycle The second fuel injection, which is a fuel injection whose ignition timing is earlier than the compression top dead center,
The timing setting means sets the timing immediately before the compression top dead center as the first timing when the first fuel injection is performed, and the first timing when the second fuel injection is performed. An output characteristic detection device for an in-cylinder pressure sensor, wherein the timing immediately before the ignition timing for the injection is set as the first timing.
前記所定のパラメータは、目標着火時期である請求項1に記載の筒内圧センサの出力特性検出装置。 The ignition timing corresponding to the start timing of combustion in the combustion chamber is controlled to the target ignition timing,
The in-cylinder pressure sensor output characteristic detection device according to claim 1, wherein the predetermined parameter is a target ignition timing.
前記所定のパラメータは、前記着火時期予測手段により予測された着火時期である請求項1に記載の筒内圧センサの出力特性検出装置。 Further comprising ignition timing prediction means for predicting the ignition timing based on the combustion state in the combustion chamber,
The in-cylinder pressure sensor output characteristic detection device according to claim 1, wherein the predetermined parameter is an ignition timing predicted by the ignition timing prediction means.
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