JP5760924B2 - In-cylinder pressure estimation device for internal combustion engine - Google Patents

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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

この発明は、内燃機関の筒内圧推定装置に関する。   The present invention relates to an in-cylinder pressure estimating device for an internal combustion engine.

従来、例えば特許文献1に開示されるように、筒内圧センサを備えた内燃機関が知られている。また、本公報には、点火前の所定クランク角における筒内圧や、筒内圧の上昇率が所定値以上の場合に、プレイグニッションが発生したと判断する判断処理が開示されている。   Conventionally, as disclosed in, for example, Patent Literature 1, an internal combustion engine including an in-cylinder pressure sensor is known. Further, this publication discloses determination processing for determining that pre-ignition has occurred when the in-cylinder pressure at a predetermined crank angle before ignition or the rate of increase of the in-cylinder pressure is greater than or equal to a predetermined value.

特開2011−117325号公報JP 2011-117325 A 特開2008−069713号公報JP 2008-069713 A

筒内圧センサにより得られる最大筒内圧及びそのクランク角度は、計測が容易かつ機関の制御に有益な情報が得られることから、重要なパラメータとなっている。例えば、機関の出力(トルク)推定やMBT点火時期制御(最大トルクが発生する点火時期に制御)に用いられる。   The maximum in-cylinder pressure obtained by the in-cylinder pressure sensor and its crank angle are important parameters because they are easy to measure and provide useful information for engine control. For example, it is used for engine output (torque) estimation and MBT ignition timing control (control at the ignition timing at which the maximum torque is generated).

しかし、近年、過給エンジンにおいては、突発的なプレイグニッションにより最大筒内圧が数十MPaに達するため、従来数MPaであった最大レンジ(計測上限値)を大幅に上げる必要に迫られている。しかしながら、最大レンジを大幅に上げれば、検出精度(最小分解能)が悪化し、筒内圧センサを使用する他制御の精度に悪影響を与えるようになってしまう。また、プレイグニッションにより発生する過大筒内圧は定量化が難しく、最大レンジを設定したとしても、それを越える筒内圧が発生するおそれがある。   However, in recent years, in supercharged engines, because the maximum in-cylinder pressure reaches several tens of MPa due to sudden pre-ignition, it is necessary to greatly increase the maximum range (measurement upper limit value) that was several MPa in the past. . However, if the maximum range is significantly increased, the detection accuracy (minimum resolution) deteriorates, and the accuracy of other controls using the in-cylinder pressure sensor is adversely affected. Further, it is difficult to quantify the excessive in-cylinder pressure generated by pre-ignition, and even if the maximum range is set, there is a possibility that an in-cylinder pressure exceeding that will occur.

そこで、最大レンジを必要以上に上げないこととし、プレイグニッション等により筒内圧センサの出力がレンジオーバー(上限張り付き)する場合に、最大筒内圧を推定できる手法が必要となった。   Therefore, the maximum range is not increased more than necessary, and a method is required that can estimate the maximum in-cylinder pressure when the output of the in-cylinder pressure sensor exceeds the range due to pre-ignition or the like.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、筒内圧センサの出力がレンジオーバーする場合であっても、最大筒内圧を精度高く推定することのできる内燃機関の筒内圧推定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and even if the output of the in-cylinder pressure sensor exceeds the range, the in-cylinder pressure of the internal combustion engine that can accurately estimate the maximum in-cylinder pressure. An object is to provide an estimation device.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の筒内圧推定装置であって、
設定された最大レンジ以下の筒内圧を検出可能な筒内圧センサと、
所定のクランク角間隔で前記筒内圧センサにより検出される筒内圧をP、その検出時の筒内容積をV、筒内のガスの比熱比をκとした場合における、クランク角度とPVκ値との関係を算出するPVκ波形算出手段と、
筒内圧が前記最大レンジを超えるレンジオーバーが発生したか否かを判定するレンジオーバー判定手段と、
前記レンジオーバーが発生した場合に、筒内圧が前記最大レンジを超える直前の第1クランク角度と、その後、前記最大レンジを下回った直後の第2クランク角度とを取得するクランク角度取得手段と、
前記関係から前記第1クランク角度及びその直前のPVκ値をそれぞれ取得し、前記最大レンジを越える直前のPVκ値の変化率(以下、第1変化率という。)を算出する手段と、
前記関係から前記第2クランク角度及びその直後のPVκ値をそれぞれ取得し、前記最大レンジを下回った直後のPVκ値の変化率(以下、第2変化率という。)を算出する手段と、
前記関係のうち、前記レンジオーバーが発生している前記第1クランク角度から前記第2クランク角度までのクランク角区間を、前記第1変化率と前記第2変化率とに基づいて直線補間するPVκ波形補間手段と、
直線補間したPVκ値をVκで除算して、前記クランク角区間における筒内圧を算出する筒内圧算出手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an in-cylinder pressure estimating device for an internal combustion engine,
An in-cylinder pressure sensor capable of detecting an in-cylinder pressure below the set maximum range;
Crank angle and PV κ value when the cylinder pressure detected by the cylinder pressure sensor at a predetermined crank angle interval is P, the cylinder volume at the time of detection is V, and the specific heat ratio of gas in the cylinder is κ. PV κ waveform calculating means for calculating the relationship of
A range over determination means for determining whether or not a range over which the in-cylinder pressure exceeds the maximum range has occurred;
A crank angle obtaining means for obtaining a first crank angle immediately before the in-cylinder pressure exceeds the maximum range and a second crank angle immediately after the in-cylinder pressure falls below the maximum range when the range over occurs;
Means for obtaining the first crank angle and the PV κ value immediately before the first crank angle from the relationship, and calculating a rate of change of the PV κ value immediately before exceeding the maximum range (hereinafter referred to as a first rate of change);
Means for obtaining the second crank angle and the PV κ value immediately after the second crank angle from the relationship, and calculating a rate of change of the PV κ value immediately after falling below the maximum range (hereinafter referred to as a second rate of change);
Among the relationships, a PV that linearly interpolates a crank angle section from the first crank angle to the second crank angle where the range over has occurred based on the first change rate and the second change rate. κ waveform interpolation means;
In-cylinder pressure calculating means for calculating the in-cylinder pressure in the crank angle section by dividing the linearly interpolated PV κ value by V κ .

第1の発明によれば、プレイグニッション等が生じた場合であってもクランク角とPVκ値との関係を表すPVκ波形の形状は、正常燃焼時に近い形状(PVκ値そのものは異なる)となることに着目して、レンジオーバーが発生しているクランク角区間を直線補間する。この直線補間によりPVκ波形を精度高く補正できるため、レンジオーバーが発生しているクランク角区間においても最大筒内圧を精度高く推定することが可能となる。 According to the first invention, even when pre-ignition or the like occurs, the shape of the PV κ waveform representing the relationship between the crank angle and the PV κ value is a shape close to that during normal combustion (the PV κ value itself is different) Paying attention to the above, linear interpolation is performed for the crank angle section in which the range is over. Since this PV interpolation can correct the PV κ waveform with high accuracy, the maximum in-cylinder pressure can be estimated with high accuracy even in the crank angle section where the range is over.

本発明の実施の形態1に係るシステム構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the system configuration | structure which concerns on Embodiment 1 of this invention. 正常燃焼時の筒内圧波形(点火TDC基準)を表す図である。It is a figure showing the cylinder pressure waveform (ignition TDC standard) at the time of normal combustion. プレイグニッション等により、最大レンジを越える筒内圧が発生した場合の筒内圧波形(点火TDC基準)を表す図である。It is a figure showing the in-cylinder pressure waveform (ignition TDC reference | standard) when the in-cylinder pressure exceeding a maximum range generate | occur | produces by preignition etc. FIG. 正常燃焼時における筒内圧波形とPVκ波形を示す図である。It is a figure which shows the in-cylinder pressure waveform and PV kappa waveform at the time of normal combustion. プレイグニッション等によりレンジオーバー(上限張り付き)が生じた場合の筒内圧推定処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the in-cylinder pressure estimation process in case a range over (upper limit sticking) arises by pre-ignition etc. FIG. 本発明の実施の形態1において、ECU50が実行する制御ルーチンのフローチャートである。In Embodiment 1 of this invention, it is a flowchart of the control routine which ECU50 performs.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施の形態1.
[実施の形態1のシステム構成]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、内燃機関10を備えている。内燃機関10は、車両等に搭載され、その動力源とされる4サイクルエンジンである。図1に示す内燃機関10は、直列4気筒型であるが、本発明では、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
Embodiment 1 FIG.
[System Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. The system shown in FIG. 1 includes an internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 is a four-cycle engine mounted on a vehicle or the like and used as a power source. Although the internal combustion engine 10 shown in FIG. 1 is an in-line four-cylinder type, in the present invention, the number of cylinders and the cylinder arrangement are not limited thereto.

内燃機関10の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ12が設けられている。なお、本発明は、このような筒内噴射式の内燃機関に限らず、吸気ポート内に燃料をポート噴射するポートインジェクタを備えたポート噴射式の内燃機関や、インジェクタ12とポートインジェクタとを併用する内燃機関にも同様に適用可能である。また、内燃機関10の各気筒には、筒内圧を検出するための筒内圧センサ14や点火プラグ15が設けられている。   Each cylinder of the internal combustion engine 10 is provided with an injector 12 that injects fuel directly into the cylinder. The present invention is not limited to such an in-cylinder injection type internal combustion engine, but a port injection type internal combustion engine having a port injector for port-injecting fuel into an intake port, or a combination of an injector 12 and a port injector. The present invention can be similarly applied to an internal combustion engine. Each cylinder of the internal combustion engine 10 is provided with an in-cylinder pressure sensor 14 and a spark plug 15 for detecting the in-cylinder pressure.

内燃機関10の各気筒には、吸気通路16および排気通路18が接続されている。吸気通路16の下流端には、気筒内と吸気通路16との間を開閉する吸気バルブ20が設けられている。同様に、排気通路18の上流端には、気筒内と排気通路18との間を開閉する排気バルブ22が設けられている。   An intake passage 16 and an exhaust passage 18 are connected to each cylinder of the internal combustion engine 10. An intake valve 20 that opens and closes between the cylinder and the intake passage 16 is provided at the downstream end of the intake passage 16. Similarly, an exhaust valve 22 that opens and closes between the cylinder and the exhaust passage 18 is provided at the upstream end of the exhaust passage 18.

内燃機関10の各気筒から排出される排気ガスは、排気通路18に流入する。内燃機関10は、排気ガスのエネルギーによって過給を行うターボチャージャ24を備えている。ターボチャージャ24は、排気ガスのエネルギーによって回転するタービン24aと、このタービン24aに駆動されて回転するコンプレッサ24bとを有している。タービン24aは、排気通路18の途中に配置されており、コンプレッサ24bは、吸気通路16の途中に配置されている。   Exhaust gas discharged from each cylinder of the internal combustion engine 10 flows into the exhaust passage 18. The internal combustion engine 10 includes a turbocharger 24 that performs supercharging with the energy of exhaust gas. The turbocharger 24 includes a turbine 24a that is rotated by the energy of the exhaust gas, and a compressor 24b that is rotated by being driven by the turbine 24a. The turbine 24 a is arranged in the middle of the exhaust passage 18, and the compressor 24 b is arranged in the middle of the intake passage 16.

タービン24aの下流の排気通路18には、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒26が設けられている。触媒26としては、例えば、三元触媒を用いることができる。   A catalyst 26 that purifies harmful components in the exhaust gas is provided in the exhaust passage 18 downstream of the turbine 24a. As the catalyst 26, for example, a three-way catalyst can be used.

吸気通路16の入口付近には、エアクリーナ28が設けられている。また、エアクリーナ28の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ30が設けられている。エアフローメータ40の下流にはコンプレッサ24bが設けられている。コンプレッサ24bの下流には、インタークーラ32が設けられている。   An air cleaner 28 is provided near the inlet of the intake passage 16. An air flow meter 30 for detecting the intake air amount is provided in the vicinity of the downstream side of the air cleaner 28. A compressor 24 b is provided downstream of the air flow meter 40. An intercooler 32 is provided downstream of the compressor 24b.

エアクリーナ28を通って吸入された新気は、ターボチャージャ24のコンプレッサ24bで圧縮された後、インタークーラ32で冷却される。インタークーラ32の下流には、電子制御式のスロットルバルブ34が設けられている。スロットルバルブ34を通過した新気は、吸気通路16下流部に形成されたサージタンク36に流入される。サージタンク36に流入された新気は、各気筒内に分配されて流入される。   The fresh air sucked through the air cleaner 28 is compressed by the compressor 24 b of the turbocharger 24 and then cooled by the intercooler 32. An electronically controlled throttle valve 34 is provided downstream of the intercooler 32. The fresh air that has passed through the throttle valve 34 flows into a surge tank 36 formed in the downstream portion of the intake passage 16. The fresh air flowing into the surge tank 36 is distributed and flows into each cylinder.

本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)50を更に備えている。ECU50の入力部には、上述した筒内圧センサ14、エアフローメータ30の他、クランク角度を検出するためのクランク角度センサ52等の内燃機関10の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。ECU50は、各気筒の筒内圧センサ14の出力を所定間隔でサンプリング、パラメータを算出する。ECU50は、クランク角度から、エンジン回転数や、ピストンの位置によって決まる筒内容積Vを算出する。   The system of this embodiment further includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. In addition to the in-cylinder pressure sensor 14 and the air flow meter 30 described above, various sensors for detecting the operating state of the internal combustion engine 10 such as a crank angle sensor 52 for detecting the crank angle are connected to the input portion of the ECU 50. Yes. The ECU 50 samples the output of the in-cylinder pressure sensor 14 of each cylinder at predetermined intervals and calculates parameters. The ECU 50 calculates the in-cylinder volume V determined by the engine speed and the piston position from the crank angle.

また、ECU50の出力部には、上述したインジェクタ12、点火プラグ15、スロットルバルブ34等の内燃機関10の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ECU50は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関10の運転状態を制御する。   Further, various actuators for controlling the operating state of the internal combustion engine 10 such as the injector 12, the spark plug 15, and the throttle valve 34 are connected to the output portion of the ECU 50. The ECU 50 controls the operating state of the internal combustion engine 10 by operating various actuators according to a predetermined program based on the outputs of the various sensors described above.

図2は、正常燃焼時の筒内圧波形(点火TDC基準)を表す図である。筒内圧は筒内圧センサ14のセンサ出力値に応じて算出される。正常燃焼時の最大筒内圧は数MPaであるところ、筒内圧センサ14の最大レンジはそれ以上に設定されているため、正常燃焼時における最大筒内圧及びそのクランク角度を測定することができる。なお、最大レンジは、検出精度(最小分解能)の悪化防止の観点から、異常燃焼時に発生する過大筒内圧を検出できる程高くは設定されていない。   FIG. 2 is a diagram illustrating an in-cylinder pressure waveform (ignition TDC reference) during normal combustion. The in-cylinder pressure is calculated according to the sensor output value of the in-cylinder pressure sensor 14. Since the maximum in-cylinder pressure at the time of normal combustion is several MPa, the maximum range of the in-cylinder pressure sensor 14 is set to be higher than that, so the maximum in-cylinder pressure at normal combustion and its crank angle can be measured. Note that the maximum range is not set high enough to detect an excessive in-cylinder pressure generated during abnormal combustion from the viewpoint of preventing deterioration in detection accuracy (minimum resolution).

図3は、プレイグニッション等により、最大レンジを越える筒内圧が発生した場合の筒内圧波形(点火TDC基準)を表す図である。図3の縦軸は、図2と異なり数十MPaである。上述のような過給エンジンにおいては、突発的なプレイグニッション等の発生により最大筒内圧が数十MPaに達することがある。最大レンジを越える筒内圧が発生した場合には、センサ出力値が最大レンジに張り付くため、レンジオーバーが発生しているクランク角区間の筒内圧を直接測定することはできない。よって、このクランク角区間に生じる最大筒内圧を直接測定することはできない。そこで、本実施形態のシステムでは、センサ出力値がレンジオーバーする場合であっても、最大筒内圧を精度高く推定することとした。   FIG. 3 is a diagram showing an in-cylinder pressure waveform (ignition TDC reference) when an in-cylinder pressure exceeding the maximum range is generated by pre-ignition or the like. The vertical axis in FIG. 3 is tens of MPa unlike FIG. In the supercharged engine as described above, the maximum in-cylinder pressure may reach several tens of MPa due to sudden occurrence of pre-ignition or the like. When an in-cylinder pressure exceeding the maximum range is generated, the sensor output value sticks to the maximum range, and therefore the in-cylinder pressure in the crank angle section where the range over has occurred cannot be directly measured. Therefore, the maximum in-cylinder pressure generated in the crank angle section cannot be directly measured. Therefore, in the system of the present embodiment, the maximum in-cylinder pressure is estimated with high accuracy even when the sensor output value exceeds the range.

[実施の形態1における特徴的構成]
本実施形態における筒内圧推定処理について図4〜図6を用いて説明する。図4は、正常燃焼時における筒内圧波形とPVκ波形を示す図である。図4(A)は、正常燃焼時の点火TDC付近におけるクランク角度と筒内圧との関係を示す筒内圧波形を表している。図4(B)は、筒内圧をP、その検出クランク角度における筒内容積をV、筒内のガスの比熱比κとした場合におけるクランク角度とPVκ値との関係を示すPVκ波形を表している。図4(B)に示すPVκ波形は、図4(A)の筒内圧波形にVκを乗じて算出される。PVκ値は発熱量の指標として用いられ、熱発生量(発熱量)≒PVκの関係を有する。
[Characteristic Configuration in Embodiment 1]
In-cylinder pressure estimation processing according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram showing an in-cylinder pressure waveform and a PV κ waveform during normal combustion. FIG. 4A shows an in-cylinder pressure waveform showing the relationship between the crank angle and the in-cylinder pressure in the vicinity of the ignition TDC during normal combustion. FIG. 4B shows a PV κ waveform showing the relationship between the crank angle and the PV κ value when the cylinder pressure is P, the cylinder volume at the detected crank angle is V, and the specific heat ratio κ of the gas in the cylinder. Represents. The PV κ waveform shown in FIG. 4B is calculated by multiplying the in-cylinder pressure waveform of FIG. 4A by V κ . The PV κ value is used as an index of the heat generation amount, and has a relationship of heat generation amount (heat generation amount) ≈PV κ .

図5は、プレイグニッション等によりレンジオーバー(上限張り付き)が生じた場合における筒内圧推定処理を説明するための図である。図5(A)は、点火TDC付近の筒内圧波形を表している。図5(B)は、図5(A)の筒内圧波形にVκを乗じたPVκ波形を表している。図5(A)に示すように、センサ出力値が最大レンジ(計測上限値)に張り付く上限張り付きが発生すると、そのクランク角区間b−cにおける筒内圧を直接測定できなくなる。 FIG. 5 is a diagram for explaining in-cylinder pressure estimation processing in the case where a range over (upper limit sticking) occurs due to pre-ignition or the like. FIG. 5A shows an in-cylinder pressure waveform near the ignition TDC. FIG. 5B shows a PV κ waveform obtained by multiplying the in-cylinder pressure waveform of FIG. 5A by V κ . As shown in FIG. 5A, when an upper limit sticking occurs in which the sensor output value sticks to the maximum range (measurement upper limit value), the in-cylinder pressure in the crank angle section bc cannot be directly measured.

しかしながら、プレイグニッションが生じた場合であっても、PVκ波形の形状は、正常燃焼時に近い形状(図4(B)、ただしPVκ値そのものは異なる。)となることが分かった。そこで、本実施形態のシステムでは、PVκ波形のクランク角区間b−cを、その区間前後のPVκ値の変化率を用いて直線補間することとする(図5(B))。 However, it was found that even when pre-ignition occurs, the shape of the PV κ waveform is close to that during normal combustion (FIG. 4B, but the PV κ value itself is different). Therefore, in the system of the present embodiment, the crank angle section bc of the PV κ waveform is linearly interpolated using the rate of change of the PV κ value before and after that section (FIG. 5B).

この直線補間について具体的に説明する。まず、筒内圧が最大レンジを超える直前に筒内圧を検出したクランク角度bと、その後、最大レンジを下回った直後に筒内圧を検出したクランク角度cとを取得する(図5(A))。そして、クランク角度bとその直前に筒内圧を検出したクランク角度aとにおけるPVκ値をそれぞれ取得する。この2点におけるクランク角とPVκ値とから、最大レンジを越える直前のPVκ値の変化率を傾きとする2点を通る直線60を算出する(図5(B))。 This linear interpolation will be specifically described. First, the crank angle b at which the in-cylinder pressure is detected immediately before the in-cylinder pressure exceeds the maximum range, and the crank angle c at which the in-cylinder pressure is detected immediately after falling below the maximum range are acquired (FIG. 5A). Then, the PV κ values at the crank angle b and the crank angle a at which the in-cylinder pressure is detected immediately before are obtained. From the crank angle and the PV κ value at these two points, a straight line 60 passing through the two points with the change rate of the PV κ value immediately before exceeding the maximum range as an inclination is calculated (FIG. 5B).

同様に、クランク角度cとその直後に筒内圧を検出したクランク角度dとにおけるPVκ値をそれぞれ取得する。この2点におけるクランク角とPVκ値とから、最大レンジを下回った直後のPVκ値の変化率を傾きとする2点を通る直線62を算出する(図5(B))。そして、図5(B)に示すように、直線60と直線62とでPVκ波形のクランク角区間b−cを直線補間する。 Similarly, PV kappa values at the crank angle c and the crank angle d at which the in-cylinder pressure is detected immediately after that are obtained. From the crank angle and the PV κ value at these two points, a straight line 62 passing through the two points with the change rate of the PV κ value immediately below the maximum range as an inclination is calculated (FIG. 5B). Then, as shown in FIG. 5B, the crank angle section bc of the PV κ waveform is linearly interpolated with the straight line 60 and the straight line 62.

そして、直線補間したクランク角区間b−cのPVκ値をVκで除算することにより、図5(C)に示すようなクランク角区間b−cにおける筒内圧波形を得ることができる。このような手法によれば、レンジオーバーが発生したクランク角区間b−cにおいて生じる最大筒内圧を推定することが可能となる。 Then, the in-cylinder pressure waveform in the crank angle section bc as shown in FIG. 5C can be obtained by dividing the PV κ value of the crank angle section bc subjected to linear interpolation by V κ . According to such a method, it is possible to estimate the maximum in-cylinder pressure generated in the crank angle section bc where the range over has occurred.

図6は、上述の筒内圧推定処理を実現するために、ECU50が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図6に示すルーチンでは、まず、ステップS100において、筒内圧センサ14のセンサ出力値が所定クランク角毎(例えば数度毎)に検出され、センサ出力値に応じた筒内圧が算出される。少なくとも点火TDC付近のセンサ出力値が含まれる。   FIG. 6 is a flowchart of a control routine executed by the ECU 50 in order to realize the above-described in-cylinder pressure estimation process. In the routine shown in FIG. 6, first, in step S100, the sensor output value of the in-cylinder pressure sensor 14 is detected every predetermined crank angle (for example, every several degrees), and the in-cylinder pressure corresponding to the sensor output value is calculated. At least the sensor output value near the ignition TDC is included.

ステップS110において、レンジオーバーが発生したか否かが判定される。例えば、センサ出力値が最大レンジに達しているクランク角区間がある場合には、レンジオーバーが発生したと判定する。レンジオーバーが発生していないと判定された場合には、本ルーチンの処理が終了される。   In step S110, it is determined whether or not a range over has occurred. For example, when there is a crank angle section in which the sensor output value reaches the maximum range, it is determined that a range over has occurred. If it is determined that no range over has occurred, the processing of this routine is terminated.

一方、レンジオーバーが発生したと判定された場合には、ステップS120において、レンジオーバー前後のクランク角度を取得する。具体的には、センサ出力値が前記最大レンジを超える直前の第1クランク角度と、その後、前記最大レンジを下回った直後の第2クランク角度とを取得する。具体的には、第1クランク角度は、図5(A)のクランク角度bであり、第2クランク角度は、図5(A)のクランク角度cである。   On the other hand, if it is determined that a range over has occurred, crank angles before and after the range over are acquired in step S120. Specifically, the first crank angle immediately before the sensor output value exceeds the maximum range and the second crank angle immediately after the sensor output value falls below the maximum range are acquired. Specifically, the first crank angle is the crank angle b in FIG. 5A, and the second crank angle is the crank angle c in FIG.

ステップS130において、ステップS100において所定クランク角度毎に検出した筒内圧から、検出クランク角毎のPVκ値が算出される。クランク角度とPVκ値とは、図5(B)のPVκ波形で表されるような関係を有する。ここで、図5(B)のクランク角区間b−cにおけるPVκ値は、センサ出力値の上限張り付きが発生しているため正確ではない(図5(B)の線58)。一方、クランク角区間b−c以外の区間におけるPVκ値は正確である。 In step S130, the PV κ value for each detected crank angle is calculated from the in-cylinder pressure detected for each predetermined crank angle in step S100. The crank angle and the PV κ value have a relationship represented by the PV κ waveform in FIG. Here, the PV κ value in the crank angle section bc in FIG. 5B is not accurate because the upper limit of the sensor output value has occurred (line 58 in FIG. 5B). On the other hand, the PV κ value in the section other than the crank angle section bc is accurate.

ステップS140において、最大レンジを超える直前のPVκ値の変化率(傾き)を算出する。具体的には、まず、第1クランク角度(図5(B)のクランク角度b)とその直前に筒内圧を検出したクランク角度(図5(B)のクランク角度a)とにおけるPVκ値をそれぞれ取得する。この2点におけるクランク角度とPVκ値とに基づいて、PVκ値の変化率を傾きとし、この2点を通る直線(図5(B)の直線60)を算出する。 In step S140, the change rate (slope) of the PV κ value immediately before exceeding the maximum range is calculated. Specifically, first, the PV κ value at the first crank angle (crank angle b in FIG. 5B) and the crank angle (crank angle a in FIG. 5B) at which the in-cylinder pressure was detected just before that is calculated. Get each. Based on the crank angle and the PV κ value at these two points, the change rate of the PV κ value is set as an inclination, and a straight line passing through these two points (straight line 60 in FIG. 5B) is calculated.

ステップS150において、最大レンジを下回った直後のPVκ値の変化率(傾き)を算出する。具体的には、まず、第2クランク角度(図5(B)のクランク角度c)とその直後に筒内圧を検出したクランク角度(図5(B)のクランク角度d)とにおけるPVκ値をそれぞれ取得する。この2点におけるクランク角度とPVκ値とに基づいて、PVκ値の変化率を傾きとし、この2点を通る直線(図5(B)の直線62)を算出する。 In step S150, the rate of change (slope) of the PV κ value immediately after falling below the maximum range is calculated. Specifically, first, PV κ values at the second crank angle (crank angle c in FIG. 5B) and the crank angle (crank angle d in FIG. 5B) at which the in-cylinder pressure is detected immediately thereafter are calculated. Get each. Based on the crank angle and the PV κ value at these two points, the change rate of the PV κ value is assumed to be a slope, and a straight line passing through these two points (straight line 62 in FIG. 5B) is calculated.

ステップS160において、レンジオーバー前後の傾きを有する2直線により、センサ出力の上限張り付きが生じたクランク角区間のPVκ波形を直線補間する。具体的には、図5(B)に示すように、直線60、62により、上限張り付きが生じたクランク角区間を直線補間する。 In step S160, the PV κ waveform in the crank angle section in which the upper limit of the sensor output is stuck is linearly interpolated by two straight lines having slopes before and after the range over. Specifically, as shown in FIG. 5B, the crank angle section where the upper limit sticking occurs is linearly interpolated by the straight lines 60 and 62.

ステップS170において、直線補間により補正されたPVκ値をVκで除算して、上限張り付きが生じたクランク角区間における筒内圧を算出する。ステップS180において、当該クランク角区間における最大筒内圧及びそのクランク角を算出する。その後、本ルーチンの処理が終了される。 In step S170, the PV κ value corrected by linear interpolation is divided by V κ to calculate the in-cylinder pressure in the crank angle section where the upper limit sticking occurs. In step S180, the maximum in-cylinder pressure and the crank angle in the crank angle section are calculated. Thereafter, the processing of this routine is terminated.

以上説明したように、図6に示すルーチンによれば、上限張り付きが生じるクランク角区間のPVκ波形を直線補間することができる。この直線補間によりPVκ波形を精度高く補間できるため、レンジオーバーが発生した場合であっても、最大筒内圧を精度高く算出することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、最大レンジを必要以上に高くせず検出精度を維持したまま、プレイグニッションが生じた場合であっても、精度高く最大筒内圧及びそのクランク角度を推定することができる。そのため、筒内圧センサ出力を用いる各種制御を好適に実現することができ、内燃機関やセンサの耐久性の確保や、燃費やエミッションの向上を図ることができる。 As described above, according to the routine shown in FIG. 6, it is possible to linearly interpolate the PV κ waveform in the crank angle section where the upper limit sticking occurs. Since the PV κ waveform can be accurately interpolated by this linear interpolation, the maximum in-cylinder pressure can be calculated with high accuracy even when a range over occurs. For this reason, according to the system of the present embodiment, the maximum in-cylinder pressure and its crank angle are accurately estimated even when pre-ignition occurs while maintaining the detection accuracy without increasing the maximum range more than necessary. can do. Therefore, various controls using the in-cylinder pressure sensor output can be suitably realized, and durability of the internal combustion engine and sensor can be ensured, and fuel consumption and emission can be improved.

尚、上述した実施の形態1においては、筒内圧センサ14が前記第1の発明における「筒内圧センサ」に相当している。また、ここでは、ECU50が、上記ステップS110の処理を実行することにより前記第1の発明における「レンジオーバー判定手段」が、上記ステップS120の処理を実行することにより前記第1の発明における「クランク角度取得手段」が、上記ステップS130の処理を実行することにより前記第1の発明における「PVκ波形算出手段」が、上記ステップS140の処理を実行することにより前記第1の発明における「第1変化率を算出する手段」が、上記ステップS150の処理を実行することにより前記第1の発明における「第2変化率を算出する手段」が、上記ステップS160の処理を実行することにより前記第1の発明における「PVκ波形算出手段」が、上記ステップS170の処理を実行することにより前記第1の発明における「筒内圧算出手段」が、それぞれ実現されている。 In the first embodiment described above, the in-cylinder pressure sensor 14 corresponds to the “in-cylinder pressure sensor” according to the first aspect of the present invention. Here, the ECU 50 executes the process of step S110, so that the “range over determination means” in the first aspect of the invention executes the process of step S120, and the “crank” in the first aspect of the invention. When the “angle obtaining means” executes the process of step S130, the “PV κ waveform calculating means” in the first invention executes the process of step S140, thereby “first” in the first invention. The “means for calculating the rate of change” executes the process of step S150, so that the “means of calculating the second rate of change” in the first invention executes the process of step S160. of "PV kappa waveform calculation means" in the invention, the first by executing the processing of step S170 A "cylinder pressure calculating means" in the invention, are realized respectively.

10 内燃機関
12 インジェクタ
14 筒内圧センサ
15 点火プラグ
16 吸気通路
18 排気通路
20 吸気バルブ
22 排気バルブ
24 ターボチャージャ
24a タービン
24b コンプレッサ
26 触媒
30 エアフローメータ
34 スロットルバルブ
36 サージタンク
40 エアフローメータ
52 クランク角度センサ
a、b、c、d クランク角度
P 筒内圧
V 筒内容積
κ 比熱比
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 12 Injector 14 In-cylinder pressure sensor 15 Spark plug 16 Intake passage 18 Exhaust passage 20 Intake valve 22 Exhaust valve 24 Turbocharger 24a Turbine 24b Compressor 26 Catalyst 30 Air flow meter 34 Throttle valve 36 Surge tank 40 Air flow meter 52 Crank angle sensor a , B, c, d Crank angle P In-cylinder pressure V In-cylinder volume κ Specific heat ratio

Claims (1)

設定された最大レンジ以下の筒内圧を検出可能な筒内圧センサと、
所定のクランク角間隔で前記筒内圧センサにより検出される筒内圧をP、その検出時の筒内容積をV、筒内のガスの比熱比をκとした場合における、クランク角度とPVκ値との関係を算出するPVκ波形算出手段と、
筒内圧が前記最大レンジを超えるレンジオーバーが発生したか否かを判定するレンジオーバー判定手段と、
前記レンジオーバーが発生した場合に、筒内圧が前記最大レンジを超える直前の第1クランク角度と、その後、前記最大レンジを下回った直後の第2クランク角度とを取得するクランク角度取得手段と、
前記関係から前記第1クランク角度及びその直前のPVκ値をそれぞれ取得し、前記最大レンジを越える直前のPVκ値の変化率(以下、第1変化率という。)を算出する手段と、
前記関係から前記第2クランク角度及びその直後のPVκ値をそれぞれ取得し、前記最大レンジを下回った直後のPVκ値の変化率(以下、第2変化率という。)を算出する手段と、
前記関係のうち、前記レンジオーバーが発生している前記第1クランク角度から前記第2クランク角度までのクランク角区間を、前記第1変化率と前記第2変化率とに基づいて直線補間するPVκ波形補間手段と、
直線補間したPVκ値をVκで除算して、前記クランク角区間における筒内圧を算出する筒内圧算出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の筒内圧推定装置。
An in-cylinder pressure sensor capable of detecting an in-cylinder pressure below the set maximum range;
Crank angle and PV κ value when the cylinder pressure detected by the cylinder pressure sensor at a predetermined crank angle interval is P, the cylinder volume at the time of detection is V, and the specific heat ratio of gas in the cylinder is κ. PV κ waveform calculating means for calculating the relationship of
A range over determination means for determining whether or not a range over which the in-cylinder pressure exceeds the maximum range has occurred;
A crank angle obtaining means for obtaining a first crank angle immediately before the in-cylinder pressure exceeds the maximum range and a second crank angle immediately after the in-cylinder pressure falls below the maximum range when the range over occurs;
Means for obtaining the first crank angle and the PV κ value immediately before the first crank angle from the relationship, and calculating a rate of change of the PV κ value immediately before exceeding the maximum range (hereinafter referred to as a first rate of change);
Means for obtaining the second crank angle and the PV κ value immediately after the second crank angle from the relationship, and calculating a rate of change of the PV κ value immediately after falling below the maximum range (hereinafter referred to as a second rate of change);
Among the relationships, a PV that linearly interpolates a crank angle section from the first crank angle to the second crank angle where the range over has occurred based on the first change rate and the second change rate. κ waveform interpolation means;
In-cylinder pressure calculating means for calculating the in-cylinder pressure in the crank angle section by dividing the linearly interpolated PV κ value by V κ ;
An in-cylinder pressure estimating device for an internal combustion engine, comprising:
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