JP5854830B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls an internal combustion engine.
車両等に搭載される内燃機関では、その運転状況に応じて燃料噴射を一時的に停止する燃料カットを行うことが知られている(例えば、下記特許文献を参照)。 In an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like, it is known to perform a fuel cut that temporarily stops fuel injection in accordance with its operating condition (see, for example, the following patent document).
通常、アクセルペダルの踏込量が0または0に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あるときに、燃料カット条件が成立したものとして燃料カットを開始する。そして、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの燃料カット終了条件が成立したときに、燃料カットを終了、燃料噴射を再開する。 Normally, when the accelerator pedal depression amount is 0 or less than a threshold value close to 0 and the engine speed is equal to or higher than the fuel cut permission speed, the fuel cut is started assuming that the fuel cut condition is satisfied. Then, when any fuel cut end condition is satisfied, such as when the accelerator pedal depression amount exceeds the threshold value, or the engine speed decreases to the fuel cut return speed, the fuel cut ends and the fuel injection resumes. .
スロットルバルブが大きく開かれている、即ち内燃機関の出力が比較的大きい段階で、急に燃料供給を遮断すると、機関の出力トルク(ひいては、エンジン回転数、車速)がステップ的に低落するトルクショックが発生し、運転者または搭乗者に衝撃を感じさせる。 Torque shock in which the output torque of the engine (and hence the engine speed and the vehicle speed) drops stepwise if the throttle valve is wide open, that is, when the fuel supply is suddenly cut off when the output of the internal combustion engine is relatively large Occurs and makes the driver or passenger feel a shock.
そのようなトルクショックを回避するべく、従来より、燃料カット条件が成立しても即座に燃料噴射を停止はせず、スロットルバルブの開度及び燃料噴射量を絞って機関の出力トルクを逓減させる過渡制御を実行し、しかる後に燃料噴射を停止するようにしている。 Conventionally, in order to avoid such a torque shock, even if the fuel cut condition is satisfied, the fuel injection is not stopped immediately, but the opening torque of the throttle valve and the fuel injection amount are reduced to gradually decrease the engine output torque. Transient control is executed, and then fuel injection is stopped.
燃料カット条件が成立してから実際に燃料噴射を停止するまでの期間においては、燃料噴射及び燃焼が継続する。従って、この期間が長いと、実効燃費の悪化を招いてしまう上、気筒に充填される吸気量及び燃料噴射量が不足して失火が発生し、未燃燃料を含んだガスが排出されるおそれもあった。 In the period from when the fuel cut condition is satisfied to when fuel injection is actually stopped, fuel injection and combustion continue. Therefore, if this period is long, the effective fuel consumption may be deteriorated, and the intake air amount and fuel injection amount charged into the cylinder may be insufficient, causing misfire, and gas containing unburned fuel may be discharged. There was also.
本発明は、トルクショックを回避しつつ、燃料カット条件の成立から燃料噴射の停止までの期間を短縮することを所期の目的としている。 An object of the present invention is to shorten a period from establishment of a fuel cut condition to stop of fuel injection while avoiding a torque shock.
本発明では、所定の燃料カット条件が成立したときに気筒への燃料供給を一時停止する燃料カットを行うものであって、燃料カット条件の成立に伴い、各気筒での燃焼圧がピークとなるタイミングを検出し、燃焼圧のピークが圧縮上死点以前の目標クランク角度に徐々に近づいてゆくよう、各気筒の燃焼機会毎に点火時期を進角させてゆく補正制御を実施し、その後に気筒への燃料供給を停止することを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。 In the present invention, when a predetermined fuel cut condition is satisfied, a fuel cut is performed to temporarily stop fuel supply to the cylinder, and the combustion pressure in each cylinder reaches a peak as the fuel cut condition is satisfied. The timing is detected and correction control is performed to advance the ignition timing at each combustion opportunity so that the combustion pressure peak gradually approaches the target crank angle before the compression top dead center. A control device for an internal combustion engine characterized in that fuel supply to the cylinder is stopped.
つまり、燃料カット条件の成立に伴い、点火時期を極端に進角化させて圧縮行程中に燃料を爆発燃焼させ、圧縮上死点に向かうピストンを押し返すような圧力を燃焼室内で発生させるようにし、以て内燃機関の出力トルクを速やかに低下させるようにしたのである。 In other words, as the fuel cut condition is established, the ignition timing is extremely advanced to cause the fuel to explode and burn during the compression stroke, and to generate pressure in the combustion chamber that pushes back the piston toward the compression top dead center. Thus, the output torque of the internal combustion engine is quickly reduced.
本発明によれば、トルクショックを回避しつつ、燃料カット条件の成立から燃料噴射の停止までの期間を短縮することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to shorten the period from the establishment of the fuel cut condition to the stop of fuel injection while avoiding the torque shock.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。この火花点火式内燃機関は、筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)と、各気筒1内に燃料を噴射するインジェクタ10と、各気筒1に吸気を供給するための吸気通路3と、各気筒1から排気を排出するための排気通路4と、吸気通路3を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機5と、排気通路4から吸気通路3に向けてEGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスを還流させる外部EGR装置2とを具備している。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. This spark ignition type internal combustion engine is of a direct injection type, and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1) and an
気筒1の燃焼室の天井部には、点火プラグ13を取り付けてある。図2に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ13は、点火コイル12にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル12は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ11とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
A
内燃機関の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0からの点火信号iをイグナイタ11が受けると、まずイグナイタ11が点弧して点火コイル12の一次側に電流が流れ、その直後の点火タイミングでイグナイタ11が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。この高い誘導電圧が点火プラグ13の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電する。
When the igniter 11 receives an ignition signal i from an ECU (Electronic Control Unit) 0 that is a control device for the internal combustion engine, the igniter 11 is first ignited and a current flows to the primary side of the
ECU0は、燃料の爆発燃焼の際に気筒1の燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、このイオン電流を参照して、圧縮行程の後期から膨張行程の後期に至る期間の燃焼室内の燃焼圧力、換言すれば筒内圧を推測する。
The
図2に示しているように、火花点火用の電気回路には、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部14と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部15とを付設してある。バイアス電源部14は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ141と、キャパシタ141の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード142と、電流阻止用のダイオード143、144と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗145とを含む。増幅部15は、オペアンプに代表される電圧増幅器151を含む。
As shown in FIG. 2, the electrical circuit for spark ignition has a bias
点火プラグ13の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ141が充電され、その後キャパシタ141に充電されたバイアス電圧により負荷抵抗145にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることに起因して生じる抵抗145の両端間の電圧は、増幅部15により増幅されてイオン電流信号dとしてECU0に受信される。
During arc discharge between the center electrode and the ground electrode of the
吸気通路3は、外部から空気を取り入れて気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、過給機5のコンプレッサ51、インタクーラ32、電子スロットルバルブ33、サージタンク34、吸気マニホルド35を、上流からこの順序に配置している。
The intake passage 3 takes in air from the outside and guides it to the intake port of the cylinder 1. On the intake passage 3, an
排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42、過給機5の駆動タービン52及び三元触媒41を配置している。加えて、タービン52を迂回する排気バイパス通路43、及びこのバイパス通路43の入口を開閉するバイパスバルブであるウェイストゲートバルブ44を設けてある。ウェイストゲートバルブ44は、アクチュエータに制御信号lを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてDCサーボモータを用いている。
The exhaust passage 4 guides exhaust generated as a result of burning fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of the cylinder 1 to the outside. An
排気ターボ過給機5は、駆動タービン52とコンプレッサ51とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン52を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ51にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒1に送り込む。
The exhaust turbocharger 5 is configured such that the
外部EGR装置2は、いわゆる高圧ループEGRを実現するものである。外部EGR通路の入口は、排気通路4におけるタービン52の上流の所定箇所に接続している。外部EGR通路の出口は、吸気通路3におけるスロットルバルブ33の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク34に接続している。外部EGR通路上にも、EGRクーラ21及びEGRバルブ22を設けてある。
The external EGR device 2 realizes a so-called high-pressure loop EGR. The inlet of the external EGR passage is connected to a predetermined location upstream of the
ECU0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
The
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるエンジン回転信号b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ33の開度をアクセル開度(いわば、要求負荷)として検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号c、燃焼室内でのプラズマの生成及び混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号d、吸気通路3(特に、サージタンク34)内の吸気温及び吸気圧(または、過給圧)を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号f等が入力される。
The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, an engine rotation signal b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle and engine speed of the crankshaft, and depression of an accelerator pedal. The accelerator opening signal c output from an accelerator opening sensor that detects the amount or the opening of the
出力インタフェースからは、点火プラグのイグナイタ11に対して点火信号i、EGRバルブ22に対して開度操作信号j、スロットルバルブ33に対して開度操作信号k、ウェイストゲートバルブ44に対して開度操作信号l、インジェクタ10に対して燃料噴射信号m等を出力する。
From the output interface, an ignition signal i for the ignition plug igniter 11, an opening operation signal j for the EGR valve 22, an opening operation signal k for the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、fを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミング、EGR量(または、EGR率)といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、l、mを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the
本実施形態のECU0は、所定の燃料カット条件が成立した場合に、インジェクタ10からの燃料噴射(及び、点火プラグ13による点火)を停止する燃料カットを開始する。燃料カット条件は、例えば、アクセルペダルの踏込量が0または0に近い閾値以下となり、なおかつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上である、等である。
The
そして、燃料カット中に所定の燃料カット終了条件が成立した場合に、インジェクタ10からの燃料噴射(及び、点火)を再開する。燃料カット終了条件は、例えば、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、またはエンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した、等である。
Then, when a predetermined fuel cut end condition is satisfied during the fuel cut, the fuel injection (and ignition) from the
その上で、本実施形態では、燃料カット条件の成立に伴い即座に気筒1への燃料噴射を停止するのではなく、気筒1における点火時期を、当該気筒1における燃焼圧が圧縮上死点の近傍または圧縮上死点以前にピークとなるまで進角させる補正制御を実施し、その後に気筒1への燃料噴射を停止するようにしている。 In addition, in this embodiment, the fuel injection into the cylinder 1 is not stopped immediately when the fuel cut condition is satisfied, but the ignition timing in the cylinder 1 is set to the combustion pressure in the cylinder 1 at the compression top dead center. Correction control for advancing to a peak in the vicinity or before compression top dead center is performed, and then fuel injection into the cylinder 1 is stopped.
一般に、点火時期はいわゆるMBT(Minimum Advance for Best Torque)点か、それよりも遅角したタイミングとされ、図3(図3及び図4では、燃焼圧を破線で描画し、イオン電流の実測値を実線で描画している)に示すように、気筒1の燃焼圧は圧縮上死点後にピークを迎える。 In general, the ignition timing is a so-called MBT (Minimum Advance for Best Torque) point or a timing delayed from that point. In FIG. 3 (FIGS. 3 and 4, the combustion pressure is drawn by a broken line, and the measured value of the ionic current is obtained. Is drawn with a solid line), the combustion pressure of the cylinder 1 reaches its peak after compression top dead center.
これに対し、燃料カット条件の成立から燃料供給の遮断までの過渡期においては、点火時期を徐々に進角化させ、最終的には極端な過進角とする。結果、図4に示すように、気筒1の燃焼圧が圧縮上死点よりも前にピークを迎え、圧縮行程中に圧縮上死点に向かうピストンを下死点に向けて押し返そうとする。即ち、クランクシャフトを逆回転させるようなトルクが発生し、エンジンブレーキ作用を生む。 On the other hand, in the transition period from the establishment of the fuel cut condition to the cutoff of the fuel supply, the ignition timing is gradually advanced, and finally the extreme over-advanced angle is set. As a result, as shown in FIG. 4, the combustion pressure of the cylinder 1 reaches a peak before the compression top dead center, and tries to push the piston toward the compression top dead center toward the bottom dead center during the compression stroke. . That is, a torque that reversely rotates the crankshaft is generated, producing an engine braking action.
因みに、燃料カット条件が成立するような車両の減速中は、内燃機関に対する要求負荷がもとより小さいことから、点火時期を進角してもノッキングを引き起こすおそれはない。 Incidentally, while the vehicle is decelerating such that the fuel cut condition is satisfied, the required load on the internal combustion engine is smaller than before, so there is no possibility of causing knocking even if the ignition timing is advanced.
上述の点火時期の進角補正制御において、本実施形態のECU0は、イオン電流信号dを参照して各気筒1での燃焼圧がピークとなるタイミングを検出し、そのピークが圧縮上死点以前の目標クランク角度近傍に徐々に近づいてゆくよう、各気筒1の燃焼機会毎に点火時期を操作するフィードバック制御を実施する。点火時期を即座に目標クランク角度近傍とするのではなく、目標クランク角度に向かって徐々に進角化させるのは、大きなトルクショックを発生させないようにするためである。
In the ignition timing advance correction control described above, the
図3及び図4に、イオン電流(図中実線で示す)及び気筒1内の燃焼圧力(図中破線で示す)及びのそれぞれの推移を例示している。正常燃焼の場合において、イオン電流は点火のための放電中は検出することができない。正常燃焼の場合のイオン電流は、火花点火の終了後、化学反応により、圧縮上死点の手前で減少した後、熱解離によって再び増加する。また、燃焼圧がピークを迎えるのとほぼ同時にイオン電流も極大となる。従って、イオン電流の極大値を計測することで、燃焼圧がピークとなるタイミングを検出することが可能である。 FIG. 3 and FIG. 4 exemplify transitions of the ion current (shown by a solid line in the figure) and the combustion pressure in the cylinder 1 (shown by a broken line in the figure). In the case of normal combustion, the ionic current cannot be detected during the discharge for ignition. In the case of normal combustion, the ionic current decreases by a chemical reaction before the compression top dead center after the end of spark ignition, and then increases again by thermal dissociation. In addition, the ionic current reaches a maximum almost simultaneously with the peak of the combustion pressure. Therefore, by measuring the maximum value of the ionic current, it is possible to detect the timing at which the combustion pressure reaches a peak.
ECU0は、イオン電流を基に検知した各気筒1毎の燃焼圧のピークのタイミングと、目標クランク角度との偏差を演算し、この偏差を縮小するためのフィードバック補正(進角補正または遅角補正)量を当該気筒1の点火時期に加味して、各気筒1における次回の燃焼の際の点火時期とする。各気筒1別の点火時期制御により、各気筒1における点火時期は互いに相異なる可能性があるが、各気筒1における燃焼圧のピークは目標クランク角度近傍に向かって徐々に進角化し、最終的に目標クランク角度近傍に揃うこととなる。
The
最終的な目標クランク角度は、燃料カット条件の成立時または成立直前の機関の出力トルクの多寡に応じて設定することができる。その場合、燃料カット条件の成立時または成立直前の出力トルクが大きいほど、目標クランク角度をより進角側に設定する。 The final target crank angle can be set according to the amount of output torque of the engine when the fuel cut condition is satisfied or just before the fuel cut condition is satisfied. In this case, the target crank angle is set to a more advanced side as the output torque at the time when the fuel cut condition is satisfied or just before the fuel cut condition is larger.
ECU0は、気筒1での燃焼圧のピークが目標クランク角度近傍へと到達した後、または、ECU0にて恒常的に反復演算している機関の出力トルクが所定の大きさまで低下した後に、インジェクタ10からの燃料噴射を完全に停止する。
The
本実施形態では、所定の燃料カット条件が成立したときに気筒1への燃料供給を一時停止する燃料カットを行うものであって、燃料カット条件の成立に伴い、各気筒1での燃焼圧がピークとなるタイミングを検出し、燃焼圧のピークが圧縮上死点以前の目標クランク角度に徐々に近づいてゆくよう、各気筒1の燃焼機会毎に点火時期を進角させてゆく補正制御を実施し、その後に気筒1への燃料供給を停止することを特徴とする内燃機関の制御装置0を構成した。
In the present embodiment, when a predetermined fuel cut condition is satisfied, a fuel cut is performed in which the fuel supply to the cylinder 1 is temporarily stopped. As the fuel cut condition is satisfied , the combustion pressure in each cylinder 1 is increased. Detects the timing of the peak, and performs correction control to advance the ignition timing at each combustion opportunity of each cylinder 1 so that the peak of the combustion pressure gradually approaches the target crank angle before the compression top dead center Then, the
本実施形態によれば、トルクショックを回避しながら、図5(図5では、本実施形態による機関の出力トルクの推移を実線で描画し、従来の制御手法による機関の出力トルクの推移を破線で描画している)に示すように、従来の制御手法と比較して、燃料カット条件の成立の後、より速やかに機関の出力トルクを低下させることが可能である。燃料カット条件の成立から実際に燃料供給を遮断するまでの期間が短くなることから、実効燃費の向上に資する上、吸気量及び燃料噴射量の過度の削減による失火の発生も防止することができる。 According to the present embodiment, while avoiding a torque shock, FIG. 5 (in FIG. 5, the transition of the output torque of the engine according to the present embodiment is drawn by a solid line, and the transition of the output torque of the engine by the conventional control method is indicated by a broken line. The engine output torque can be reduced more rapidly after the fuel cut condition is established, as compared to the conventional control method. Since the period from when the fuel cut condition is satisfied to when the fuel supply is actually cut off is shortened, it contributes to the improvement of the effective fuel consumption and can also prevent the occurrence of misfire due to excessive reduction of the intake air amount and the fuel injection amount. .
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、燃料カット条件の成立に伴い、気筒1の燃焼圧が圧縮上死点よりも前にピークを迎えるよう点火時期を進角化させるようにしていたが、燃焼圧が圧縮上死点後であって圧縮上死点の近傍においてピークを迎えるように点火時期を進角化させるようにしてもよい。要するに、燃焼行程において筒内圧力がクランクシャフトを正回転させるようにピストンを押すエネルギよりも、圧縮行程において筒内圧力がクランクシャフトを逆回転させるようにピストンを押すエネルギの方が大きく、両者の総和として負の回転運動エネルギが気筒1からクランクシャフトに与えられるようなタイミングとなるまで、点火時期を進角させればよい。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. In the above embodiment, the ignition timing is advanced so that the combustion pressure of the cylinder 1 reaches a peak before the compression top dead center with the establishment of the fuel cut condition. The ignition timing may be advanced so as to reach a peak in the vicinity of the compression top dead center after the point. In short, the energy that pushes the piston so that the in-cylinder pressure reversely rotates the crankshaft in the compression stroke is larger than the energy that pushes the piston so that the in-cylinder pressure rotates the crankshaft in the combustion stroke. The ignition timing may be advanced until the timing at which negative rotational kinetic energy is given from the cylinder 1 to the crankshaft as a sum total.
上記実施形態では、ECU0がイオン電流を参照して気筒1の燃焼室内での燃焼圧のピークを感知していたが、気筒1に筒内圧センサを組み込んである場合には、筒内圧センサを介して直接に燃焼圧を計測し、そのピークを感知することができる。
In the above embodiment, the
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Other specific configurations of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両に搭載される内燃機関の制御に利用できる。 The present invention can be used to control an internal combustion engine mounted on a vehicle.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
13…点火プラグ
0 ... Control unit (ECU)
1 ...
Claims (1)
燃料カット条件の成立に伴い、各気筒での燃焼圧がピークとなるタイミングを検出し、燃焼圧のピークが圧縮上死点以前の目標クランク角度に徐々に近づいてゆくよう、各気筒の燃焼機会毎に点火時期を進角させてゆく補正制御を実施し、その後に気筒への燃料供給を停止することを特徴とする内燃機関の制御装置。 A fuel cut for temporarily stopping fuel supply to the cylinder when a predetermined fuel cut condition is satisfied,
Combustion opportunities in each cylinder are detected so that the timing at which the combustion pressure in each cylinder reaches its peak is detected as the fuel cut condition is established, and the combustion pressure peak gradually approaches the target crank angle before compression top dead center. A control apparatus for an internal combustion engine, wherein correction control for advancing the ignition timing every time is performed, and thereafter fuel supply to the cylinder is stopped.
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