JP5949787B2 - 内燃機関の燃焼状態検出装置 - Google Patents
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Description
クランク角度を取得するクランク角度取得手段と、
筒内圧力を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサにより検出される筒内圧力に対して絶対圧補正を施した後の筒内圧力と前記クランク角度取得手段により取得されるクランク角度とを用いて、燃焼期間を介在するクランク角期間として想定されたクランク角期間であって吸気弁の閉じ時期よりも遅角側かつ排気弁の開き時期よりも進角側に位置するクランク角期間を対象として、クランク角度同期での筒内の発熱量のデータである算出発熱量データを算出する発熱量算出手段と、
を備える往復動型の内燃機関の燃焼状態検出装置であって、
圧縮行程中のクランク角度を第1クランク角度とし、膨張行程中のクランク角度であって前記第1クランク角度での筒内容積と同じ筒内容積が得られるクランク角度を第2クランク角度とし、前記第1クランク角度での発熱量として前記発熱量算出手段により算出される算出発熱量を第1算出発熱量とし、前記第2クランク角度での発熱量として前記発熱量算出手段により算出される算出発熱量を第2算出発熱量とし、前記第1算出発熱量と前記第2算出発熱量との差分を発熱量変化量とした場合に、前記第1クランク角度が燃焼開始点よりも進角側に位置し、かつ、前記第2クランク角度が燃焼終了点よりも遅角側に位置するという条件を満たす一対の前記第1クランク角度および前記第2クランク角度に関する前記発熱量変化量を最大実発熱量として推定する最大実発熱量推定手段を備えることを特徴とする。
前記クランク角期間を対象として、クランク角度同期での前記発熱量変化量のデータである発熱量変化量データを算出する発熱量変化量算出手段をさらに備え、
前記最大実発熱量推定手段は、前記発熱量変化量データの最大値を用いて最大実発熱量を推定することを特徴とする。
前記クランク角期間を対象として、クランク角度同期での前記発熱量変化量のデータである発熱量変化量データを算出する発熱量変化量算出手段をさらに備え、
前記発熱量変化量算出手段は、発熱量変化量を前記第2算出発熱量から前記第1算出発熱量を引いて得られる値として算出し、かつ、前記算出発熱量データを用いて発熱量変化量データを前記第2クランク角度に関連付けて取得するものであって、
燃焼開始点が圧縮上死点よりも進角側のクランク角度となり燃焼終了点が圧縮上死点よりも遅角側のクランク角度となる通常燃焼時に、燃焼質量割合が所定割合となる時のクランク角度である所定割合燃焼点を取得する第1の燃焼点取得手段をさらに備え、
前記第1の燃焼点取得手段は、前記発熱量変化量データにおいて発熱量変化量が最大値に到達する時の発熱量変化量最大クランク角度を燃焼終了点とみなし、かつ、圧縮上死点を間に介して当該発熱量変化量最大クランク角度の反対側に位置するクランク角度であって前記発熱量変化量最大クランク角度での筒内容積と同じ筒内容積が得られるクランク角度を燃焼開始点とみなして得られるみなし燃焼期間中の前記算出発熱量データに基づいて、前記通常燃焼時の前記所定割合燃焼点を取得することを特徴とする。
前記第1の燃焼点取得手段は、前記算出発熱量データに基づく圧縮上死点付近の算出発熱量もしくは前記発熱量変化量データに基づく圧縮上死点付近の発熱量変化量の変化率が所定値よりも大きい場合に、前記通常燃焼時であると判断することを特徴とする。
前記クランク角期間を対象として、クランク角度同期での前記発熱量変化量のデータである発熱量変化量データを算出する発熱量変化量算出手段をさらに備え、
前記発熱量変化量算出手段は、発熱量変化量を前記第2算出発熱量から前記第1算出発熱量を引いて得られる値として算出し、かつ、前記算出発熱量データを用いて発熱量変化量データを前記第2クランク角度に関連付けて取得するものであって、
燃焼開始点が圧縮上死点と同じか圧縮上死点よりも遅角側のクランク角度となる遅角燃焼時に、燃焼質量割合が所定割合となる時のクランク角度である所定割合燃焼点を取得する第2の燃焼点取得手段をさらに備え、
前記第2の燃焼点取得手段は、前記発熱量変化量データにおいて発熱量変化量がゼロから増加に転じる時のクランク角度を燃焼開始点とみなし、かつ、前記発熱量変化量データにおいて発熱量変化量が最大値に到達する時の発熱量変化量最大クランク角度を燃焼終了点とみなし、前記発熱量変化量データにおいて発熱量変化量が当該発熱量変化量の最大値に対して前記所定割合となる時の特定第2クランク角度を前記遅角燃焼時の前記所定割合燃焼点として取得することを特徴とする。
圧縮上死点を間に介して前記特定第2クランク角度の反対側に位置するクランク角度であって前記特定第2クランク角度での筒内容積と同じ筒内容積が得られる特定第1クランク角度を取得する特定第1クランク角度取得手段をさらに備え、
前記第2の燃焼点取得手段は、前記算出発熱量データに基づく圧縮上死点付近の算出発熱量もしくは前記発熱量変化量データに基づく圧縮上死点付近の発熱量変化量の変化率が所定値以下となる場合であって、前記算出発熱量データに基づく前記特定第2クランク角度での算出発熱量の変化率が、前記算出発熱量データに基づく前記特定第1クランク角度での算出発熱量の変化率よりも大きい場合に、前記遅角燃焼時であると判断することを特徴とする。
前記クランク角期間を対象として、クランク角度同期での前記発熱量変化量のデータである発熱量変化量データを算出する発熱量変化量算出手段をさらに備え、
前記発熱量変化量算出手段は、発熱量変化量を前記第2算出発熱量から前記第1算出発熱量を引いて得られる値として算出し、かつ、発熱量変化量データを前記第2クランク角度に関連付けて取得するものであって、
燃焼終了点が圧縮上死点と同じか圧縮上死点よりも進角側のクランク角度となる進角燃焼時に、燃焼質量割合が所定割合となる時のクランク角度である所定割合燃焼点を取得する第3の燃焼点取得手段をさらに備え、
前記第3の燃焼点取得手段は、
前記発熱量変化量データにおいて発熱量変化量がゼロから増加に転じる時のクランク角度を燃焼終了点とみなし、かつ、前記発熱量変化量データにおいて発熱量変化量が最大値に到達する時の発熱量変化量最大クランク角度を燃焼開始点とみなし、発熱量変化量の最大値との発熱量変化量の差の絶対値が当該発熱量変化量の最大値に対して前記所定割合となる時の特定第2クランク角度を取得する特定第2クランク角度取得手段と、
圧縮上死点を間に介して前記特定第2クランク角度の反対側に位置するクランク角度であって前記特定第2クランク角度での筒内容積と同じ筒内容積が得られる特定第1クランク角度を取得する特定第1クランク角度取得手段と、
を含み、
前記第3の燃焼点取得手段は、前記特定第1クランク角度を前記進角燃焼時の前記所定割合燃焼点として取得することを特徴とする。
前記第3の燃焼点取得手段は、前記算出発熱量データに基づく圧縮上死点付近の算出発熱量もしくは前記発熱量変化量データに基づく圧縮上死点付近の発熱量変化量の変化率が所定値以下となる場合であって、前記算出発熱量データに基づく前記特定第2クランク角度での算出発熱量の変化率よりも、前記算出発熱量データに基づく前記特定第1クランク角度での算出発熱量の変化率の方が大きい場合に、前記進角燃焼時であると判断することを特徴とする。
前記所定割合燃焼点が所定の第1判定値よりも進角している場合に、プレイグニッションが発生したと判定するプレイグニッション判定手段をさらに備えることを特徴とする。
前記実発熱量推定手段により推定された最大実発熱量が所定の第2判定値よりも小さい場合に、失火が発生したと判定する失火判定手段をさらに備えることを特徴とする。
[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における内燃機関10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、一例として、火花点火式の内燃機関10を備えている。内燃機関10の筒内には、ピストン12が設けられている。ピストン12は、コンロッド14を介してクランク軸16に連結されている。すなわち、本実施形態の内燃機関10は、ピストン・クランク機構を備える往復動型の内燃機関である。筒内におけるピストン12の頂部側には、燃焼室18が形成されている。燃焼室18には、吸気通路20および排気通路22が連通している。
以下に説明する本実施形態の燃焼状態の検出手法は、後述の図3(A)等に示すように、圧縮上死点(以下、単に「TDC」と称する場合がある)よりも遅角側のタイミングにおいて燃焼が始まる(発熱量Qがゼロから増加に転じる)燃焼形態(以下、このように通常燃焼時(後に定義)よりも遅角したタイミングで行われる燃焼を「遅角燃焼」と称する)での燃焼状態の検出を扱ったものである。より詳細に説明すると、本実施形態の検出手法は、圧縮上死点が燃焼開始点とちょうど一致するケースにも適用することができるので、圧縮上死点以後に燃焼が開始されるケースを適用対象としているといえる。
筒内圧センサの出力は、一般的に、出力値に含まれるオフセットずれを解消するための絶対圧補正がなされた後の値が使用される。そのような絶対圧補正を行う手法としては、例えば、次の(1)式を利用した手法が知られている。この手法は、断熱過程とみなした圧縮行程(より具体的には、吸気弁24が閉じてから燃焼が開始するまでの期間)において成立するポアソンの関係式(PVκ=一定)を利用して、断熱圧縮行程中の2点の筒内圧力Pと筒内容積Vとを比熱比κとともに用いて絶対圧補正値ΔPを算出するというものである。
図2(A)は、絶対圧補正が正しく行われた場合の筒内圧データを用いて算出された複数サイクルでの発熱量Qのデータを表したものである。ここで、筒内の発熱量Qは、次の(2)式にしたがって算出することができる。
図3(A)は、遅角燃焼時の発熱量Qの波形を示している。この波形は、絶対圧補正が正しく行われた時、すなわち、絶対圧補正後の筒内圧力Pにずれ量epが残っていない時のものである。
図4は、クランク角度θに対する、算出発熱量Q、発熱量変化量ΔQおよびずれ量eQのそれぞれの関係を表した図である。図5は、算出発熱量Qのずれ量eQの波形を表した図である。
絶対圧補正後の筒内圧力Pにずれ量epが含まれている際の算出発熱量Qのずれ量eQは、上記(2)式中の筒内圧力P、P0に(P+ep)、(P0+ep)を代入することによって得られた式からずれ量epの項のみを取り出すことによって、次の(3)式のように表すことできる。
図4(C)に示すずれ量eQを含む算出発熱量Qの波形は、図4(A)中に実線で示すものとなり、この波形と同図中に破線で示す波形との差がずれ量eQ分に相当する。図4(C)および図5に例示したように、ずれ量eQは、TDCに対して左右対称となる。したがって、TDCよりも進角側の第1クランク角度θ1(k)での算出発熱量Qを第1算出発熱量Q1(k)とし、TDCよりも遅角側のクランク角度であって第1クランク角度θ1(k)での筒内容積V1と同じ筒内容積V2が得られる第2クランク角度θ2(k)での算出発熱量Qを第2算出発熱量Q2(k)とした場合、第1算出発熱量Q1(k)と第2算出発熱量Q2(k)との差分(より具体的には、第2算出発熱量Q2(k)から第1算出発熱量Q1(k)を引いて得られる値)である発熱量変化量ΔQ(k)は、算出発熱量Q1(k)、Q2(k)でのそれぞれのずれ量eQ分が相殺されたものとなる。すなわち、発熱量変化量ΔQ(k)は、筒内圧力Pのずれ量ep(絶対圧補正の誤差分)の影響を受けなくなる。次に、このことを、(4)、(5)式を参照して、計算式上においても明らかにする。なお、添字kが付記された値は、圧縮上死点を基準(ゼロ)として第2クランク角度θ2を所定クランク角度間隔Dずつ遅角させながら、かつ第1クランク角度θ1を所定クランク角度間隔Dずつ進角させながら逐次算出される発熱量変化量ΔQのk番目の値であることを示し、添字kが付記されない値は、取得タイミングにより区別されない一般的な値を示すものとする。
上述したように、本実施形態において算出される発熱量変化量ΔQは、TDCよりも進角側の第1クランク角度θ1(k)での第1算出発熱量Q1(k)と、TDCよりも遅角側のクランク角度であって第1クランク角度θ1(k)での筒内容積V1と同じ筒内容積V2が得られる第2クランク角度θ2(k)での第2算出発熱量Q2(k)との差分(Q2(k)−Q1(k))として算出される。この算出手法によれば、発熱量変化量ΔQの算出に用いられる第1算出発熱量Q1の値がゼロとなる場合であれば、(4)式より、第2算出発熱量Q2の値が発熱量変化量ΔQと等しくなる。そのような場合であれば、発熱量変化量ΔQの値を、最終的な実発熱量Qtの推定値として用いることが可能となる。
さらに、上記のようにして得られるクランク角度同期での発熱量変化量ΔQのデータを利用することで、筒内圧力Pのずれ量ep(絶対圧補正の誤差分)の影響を受けずに、MFBが所定割合αとなる時のクランク角度CAα(例えば、燃焼重心位置であるCA50)を正確に取得できるようになる。より具体的には、ΔQがゼロから増加に転じる点を燃焼開始点(CA0)とみなし、ΔQが最大値ΔQmaxに到達する点を燃焼終了点(CA100)とみなす。その結果、任意のクランク角度θにおけるMFBは、ΔQ(θCA100)であるΔQmaxと任意のΔQとを用いて、次の(6)式にしたがって算出することができる。したがって、(6)式を利用して、MFBが任意の割合となる時のCAαを算出することができる。なお、(6)式のように式を簡素化できる理由は、ΔQCA0(=ずれ量eQを含まないQ2CAO)がゼロになるためである。
図7は、本発明の実施の形態1における遅角燃焼時の燃焼状態の検出手法を実現するために、ECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、各気筒において燃焼終了後の所定タイミングにて、サイクル毎に繰り返し実行されるものとする。また、本ルーチンは、発熱量変化量ΔQを利用して取得する実発熱量Qtの例として、最大実発熱量Qtmaxを示し、発熱量変化量ΔQを利用して取得するCAαの例として、CA50を示している。
発熱量変化量ΔQを利用して各種燃焼解析値を算出することで、筒内圧力Pのずれ量epの影響を受けずに燃焼解析を行うことができる。ここでは、そのような発熱量変化量ΔQの具体な利用例として、プレイグニッション発生の検出と失火検出とについて説明する。
また、上述した実施の形態1においては、ECU40が上記ステップ104の処理を実行することにより前記第2および第5の発明における「発熱量変化量算出手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態1においては、CAαが前記第5の発明における「所定割合燃焼点」に、ΔQが最大値ΔQmaxに到達する時の第2クランク角度であるθ2CA100が前記第5の発明における「発熱量変化量最大クランク角度」に、MFBが50%となる時の50%燃焼点θ2CA50が前記第5の発明における「特定第2クランク角度」に、それぞれ相当している。そして、ECU40が上記ステップ108の処理を実行することにより前記第3の発明における「第2の燃焼点取得手段」が実現されている。
さらに、上述した実施の形態1においては、ECU40が上記図8に示すルーチンの一連の処理を実行することにより前記第9の発明における「プレイグニッション判定手段」が実現されており、ECU40が上記図9に示すルーチンの一連の処理を実行することにより前記第10の発明における「失火判定手段」が実現されている。
次に、図10〜図12を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU40に図7に示すルーチンに代えて後述の図12に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
以下に説明する本実施形態の燃焼状態の検出手法は、通常燃焼時を対象としたものである。通常燃焼時には、後述の図10(A)に示すように、燃焼に伴う筒内の発熱は、圧縮上死点よりも少し進角側のタイミングで始まり、圧縮上死点後8°CA程度で50%燃焼点(CA50)が到来する。本明細書中においては、上述の遅角燃焼時と後述の進角燃焼時とに対して燃焼形態を明確に区別するために、ここでいう通常燃焼時とは、圧縮上死点を跨いで燃焼が行われるケース、すなわち、圧縮上死点よりも進角側のタイミングで燃焼(発熱)が開始し、燃焼終了点が圧縮上死点よりも遅角側のタイミングとなるケースを指しているものとする。
本実施形態の対象となる通常燃焼時では、圧縮上死点よりも進角側のクランク角期間に燃焼期間の一部が存在する。このような場合には、以下に説明する理由により、実施の形態1にて説明した遅角燃焼時と同じように発熱量変化量ΔQを扱うことは好ましくない。
図10および図11に示すように、通常燃焼時の発熱量変化量ΔQの波形自体は、CA50がTDCよりも遅角側のタイミングとなるケースであっても、あるいはCA50がTDCよりも進角側のタイミングとなるケースであっても、同じようなものとなる。そのうえで、発熱量変化量ΔQから得られる情報としては、これら2つのケースには次のような違いがある。すなわち、図10のケースでは、点ZにおいてΔQの値に生じる変化は、点ZでのΔQの算出に用いられる第2クランク角度θ2Zにて算出発熱量Qが最大値に到達したことに起因するものであるといえる。つまり、図10のケースでは、点ZでのΔQは、CA100での変化を捉えたものであるといえる。したがって、第2クランク角度θ2ZがCA100であると判断することができる。一方、図11のケースでは、点ZにおいてΔQの値に生じる変化は、点ZでのΔQの算出に用いられる第1クランク角度θ1Zにおいて算出発熱量Qがゼロから増加に転じたことに起因するものであるといえる。つまり、図11のケースでは、点ZでのΔQは、CA0での変化を捉えたものであるといえる。したがって、点Zでの第2クランク角度θ2Zの対となる第1クランク角度θ1Z、すなわち、θ2Zに対してTDCを挟んで等距離にある(筒内容積Vが同じとなる)θ1ZがCA0であると判断することができる。以上のように、上記2つのケースを想定すると、ΔQの変曲点となる点Zは、CA100もしくはCA0のうちのTDCから遠い方のクランク角度θの影響が反映される点であるといえる。
通常燃焼時においても、発熱量変化量ΔQのデータの算出期間は、燃焼開始点よりも進角側かつ圧縮行程中(ただし、吸気弁24の閉弁後)のクランク角度を第1クランク角度θ1として用い、かつ、燃焼終了点よりも遅角側かつ膨張行程中(ただし、排気弁26の開弁前)のクランク角度を第2クランク角度θ2として用いるという条件を満たす期間とされる。これにより、遅角燃焼時と同様に、ΔQの最大値ΔQmaxを最大実発熱量Qtmaxとして推定することができる。このため、本実施形態においても、最大実発熱量Qtmaxの推定値は、ΔQの最大値ΔQmaxを用いて取得される。また、ΔQの最大値ΔQmaxにα/100を乗ずることで、最大実発熱量Qtmaxに限らず、MFBがα(%)となる時の実発熱量Qtの推定値を算出することができる。
そのうえで、本実施形態では、所定燃焼質量割合αとなる時のクランク角度CAαは、次のような手法を用いて取得することとした。すなわち、ΔQのデータにおいてΔQがΔQmaxに到達する時の発熱量変化量最大クランク角度である第2クランク角度θ2Zを燃焼終了点とみなし、かつ、圧縮上死点を間に介してθ2Zの反対側に位置するクランク角度であってθ2Zでの筒内容積V2Zと同じ筒内容積V1Zが得られる第1クランク角度θ1Zを燃焼開始点とみなして得られるクランク角期間(θ2Z−θ1Z)が燃焼期間としてみなされる。そして、ΔQのデータではなく、上記のようにΔQmaxを利用して特定したみなし燃焼期間(θ2Z−θ1Z)内の算出発熱量Qのデータを用いてCAαが取得される。
図12は、本発明の実施の形態2における通常燃焼時の燃焼状態の検出手法を実現するために、ECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。なお、図12において、実施の形態1における図7に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。また、本ルーチンにおいても、発熱量変化量ΔQを利用して取得する実発熱量Qtの例として、最大実発熱量Qtmaxを示し、発熱量変化量ΔQを利用して取得するCAαの例として、CA50を示している。また、ここでは省略するが、実施の形態1と同様に、本ルーチンと連動して、図8および9に示すルーチンによるプレイグニッション発生の検出および失火検出などを実行するようにしてもよい。
次に、図13および図14を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU40に図7に示すルーチンに代えて後述の図14に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
(進角燃焼時のΔQの波形の特徴)
図13は、進角燃焼時の算出発熱量Qおよび発熱量変化量ΔQのそれぞれとクランク角度θとの関係を表した図である。なお、図13においても、算出発熱量Qの波形として、便宜上、ずれ量eQが表されていないものを使用しており、また、発熱量変化量ΔQのデータは、実施の形態1および2と同様に、第2クランク角度θ2と関連付けられている。
進角燃焼時においても、発熱量変化量ΔQのデータの算出期間は、燃焼開始点よりも進角側かつ圧縮行程中(ただし、吸気弁24の閉弁後)のクランク角度を第1クランク角度θ1として用い、かつ、燃焼終了点よりも遅角側かつ膨張行程中(ただし、排気弁26の開弁前)のクランク角度を第2クランク角度θ2として用いるという条件を満たす期間とされる。これにより、遅角燃焼時などと同様に、ΔQの最大値ΔQmaxを最大実発熱量Qtmaxとして推定することができる。このため、本実施形態においても、最大実発熱量Qtmaxの推定値は、ΔQの最大値ΔQmaxを用いて取得される。また、ΔQの最大値ΔQmaxにα/100を乗ずることで、最大実発熱量Qtmaxに限らず、MFBがα(%)となる時の実発熱量Qtの推定値を算出することができる。
進角燃焼時には、発熱量変化量ΔQ(k)を差分(Q2(k)−Q1(k))として算出し、かつ、θ2(k)と関連付けられた状態でΔQ(k)のデータを得ている場合には、図13(B)を参照して上述したように、ΔQのデータ上において各CAαに対応する第2クランク角度θ2CAαは、各CAαの真の値に対応する第1クランク角度θ1CAαとはTDCを基準として反転した位置に存在している。そこで、本実施形態では、任意のMFBでのCAαの取得に関して次のような手法を利用する。
図14は、本発明の実施の形態3における進角燃焼時の燃焼状態の検出手法を実現するために、ECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。なお、図14において、実施の形態1における図7に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。また、本ルーチンにおいても、実発熱量Qtの取得例としてQtmaxを示し、CAαの取得例としてCA50を示している。また、ここでは省略するが、実施の形態1などと同様に、本ルーチンと連動して、図8および9に示すルーチンによるプレイグニッション発生の検出および失火検出などを実行するようにしてもよい。
次に、図15を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU40に図7に示すルーチンに代えて後述の図15に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
実施の形態1〜3において上述したように、発熱量変化量ΔQを利用した最大実発熱量Qtmaxを始めとする実発熱量Qtの取得に関しては、燃焼形態を問わずに同じ手法を用いることができる。しかしながら、燃焼形態が遅角燃焼、通常燃焼および進角燃焼(異常燃焼)の何れであるかに応じて、発熱量変化量ΔQを利用したCAαの検出手法に差異がある。
そこで、本実施形態では、内燃機関10の運転中に、以下に説明する手法によって、発熱量変化量ΔQと算出発熱量Qとを用いてサイクル毎に燃焼形態を判別するようにした。そして、判別された燃焼形態に適した検出手法でCA50を取得することとした。なお、ここでは、CA50の取得手法を例示するが、本実施形態の手法は、CA50以外の任意のCAαに対して適用可能である。
図15は、本発明の実施の形態4における進角燃焼時の燃焼状態の検出手法を実現するために、ECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。なお、図15において、実施の形態1〜3における図7、12、14に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
ところで、上述した実施の形態1〜4においては、燃焼期間を含むクランク角期間として事前に想定したクランク角期間を対象とした発熱量変化量ΔQのデータを算出し、その最大値ΔQmaxを最大実発熱量Qtmaxとして取得することとしている。これにより、発熱量変化量ΔQのデータの算出をし終えた段階、すなわち、燃焼開始点CA0および燃焼終了点CA100をまだ正確に把握できていない段階において、発熱量変化量ΔQのデータ(波形)を利用して最大実発熱量Qtmaxを取得できるようになる。しかしながら、本発明における最大実発熱量の算出手法は、必ずしも、発熱量変化量のデータの最大値を見つけることを利用するものに限られない。すなわち、燃焼開始点CA0よりも進角側の第1クランク角度θ1と、燃焼終了点CA100よりも遅角側のクランク角度であって当該第1クランク角度θ1と対となる第2クランク角度θ2とを事前に把握しておき、これらの一対のクランク角度θ1、θ2に対応する発熱量変化量ΔQを最大実発熱量Qtmaxとして取得してもよい。
12 ピストン
13 ピストンピン
14 コンロッド
16 クランク軸
18 燃焼室
20 吸気通路
22 排気通路
24 吸気弁
26 排気弁
28 スロットルバルブ
30 燃料噴射弁
32 点火プラグ
34 筒内圧センサ
40 ECU(Electronic Control Unit)
42 クランク角センサ
44 エアフローメータ
Claims (10)
- クランク角度を取得するクランク角度取得手段と、
筒内圧力を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサにより検出される筒内圧力に対して絶対圧補正を施した後の筒内圧力と前記クランク角度取得手段により取得されるクランク角度とを用いて、燃焼期間を介在するクランク角期間として想定されたクランク角期間であって吸気弁の閉じ時期よりも遅角側かつ排気弁の開き時期よりも進角側に位置するクランク角期間を対象として、クランク角度同期での筒内の発熱量のデータである算出発熱量データを算出する発熱量算出手段と、
を備える往復動型の内燃機関の燃焼状態検出装置であって、
圧縮行程中のクランク角度を第1クランク角度とし、膨張行程中のクランク角度であって前記第1クランク角度での筒内容積と同じ筒内容積が得られるクランク角度を第2クランク角度とし、前記第1クランク角度での発熱量として前記発熱量算出手段により算出される算出発熱量を第1算出発熱量とし、前記第2クランク角度での発熱量として前記発熱量算出手段により算出される算出発熱量を第2算出発熱量とし、前記第1算出発熱量と前記第2算出発熱量との差分を発熱量変化量とした場合に、前記第1クランク角度が燃焼開始点よりも進角側に位置し、かつ、前記第2クランク角度が燃焼終了点よりも遅角側に位置するという条件を満たす一対の前記第1クランク角度および前記第2クランク角度に関する前記発熱量変化量を最大実発熱量として推定する最大実発熱量推定手段を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。 - 前記クランク角期間を対象として、クランク角度同期での前記発熱量変化量のデータである発熱量変化量データを算出する発熱量変化量算出手段をさらに備え、
前記最大実発熱量推定手段は、前記発熱量変化量データの最大値を用いて最大実発熱量を推定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。 - 前記クランク角期間を対象として、クランク角度同期での前記発熱量変化量のデータである発熱量変化量データを算出する発熱量変化量算出手段をさらに備え、
前記発熱量変化量算出手段は、発熱量変化量を前記第2算出発熱量から前記第1算出発熱量を引いて得られる値として算出し、かつ、前記算出発熱量データを用いて発熱量変化量データを前記第2クランク角度に関連付けて取得するものであって、
燃焼開始点が圧縮上死点よりも進角側のクランク角度となり燃焼終了点が圧縮上死点よりも遅角側のクランク角度となる通常燃焼時に、燃焼質量割合が所定割合となる時のクランク角度である所定割合燃焼点を取得する第1の燃焼点取得手段をさらに備え、
前記第1の燃焼点取得手段は、前記発熱量変化量データにおいて発熱量変化量が最大値に到達する時の発熱量変化量最大クランク角度を燃焼終了点とみなし、かつ、圧縮上死点を間に介して当該発熱量変化量最大クランク角度の反対側に位置するクランク角度であって前記発熱量変化量最大クランク角度での筒内容積と同じ筒内容積が得られる特定第1クランク角度を燃焼開始点とみなして得られるみなし燃焼期間中の前記算出発熱量データに基づいて、前記通常燃焼時の前記所定割合燃焼点を取得することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。 - 前記第1の燃焼点取得手段は、前記算出発熱量データに基づく圧縮上死点付近の算出発熱量もしくは前記発熱量変化量データに基づく圧縮上死点付近の発熱量変化量の変化率が所定値よりも大きい場合に、前記通常燃焼時であると判断することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
- 前記クランク角期間を対象として、クランク角度同期での前記発熱量変化量のデータである発熱量変化量データを算出する発熱量変化量算出手段をさらに備え、
前記発熱量変化量算出手段は、発熱量変化量を前記第2算出発熱量から前記第1算出発熱量を引いて得られる値として算出し、かつ、前記算出発熱量データを用いて発熱量変化量データを前記第2クランク角度に関連付けて取得するものであって、
燃焼開始点が圧縮上死点と同じか圧縮上死点よりも遅角側のクランク角度となる遅角燃焼時に、燃焼質量割合が所定割合となる時のクランク角度である所定割合燃焼点を取得する第2の燃焼点取得手段をさらに備え、
前記第2の燃焼点取得手段は、前記発熱量変化量データにおいて発熱量変化量がゼロから増加に転じる時のクランク角度を燃焼開始点とみなし、かつ、前記発熱量変化量データにおいて発熱量変化量が最大値に到達する時の発熱量変化量最大クランク角度を燃焼終了点とみなし、前記発熱量変化量データにおいて発熱量変化量が当該発熱量変化量の最大値に対して前記所定割合となる時の特定第2クランク角度を前記遅角燃焼時の前記所定割合燃焼点として取得することを特徴とする請求項1〜4の何れか1つに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。 - 圧縮上死点を間に介して前記特定第2クランク角度の反対側に位置するクランク角度であって前記特定第2クランク角度での筒内容積と同じ筒内容積が得られる特定第1クランク角度を取得する特定第1クランク角度取得手段をさらに備え、
前記第2の燃焼点取得手段は、前記算出発熱量データに基づく圧縮上死点付近の算出発熱量もしくは前記発熱量変化量データに基づく圧縮上死点付近の発熱量変化量の変化率が所定値以下となる場合であって、前記算出発熱量データに基づく前記特定第2クランク角度での算出発熱量の変化率が、前記算出発熱量データに基づく前記特定第1クランク角度での算出発熱量の変化率よりも大きい場合に、前記遅角燃焼時であると判断することを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。 - 前記クランク角期間を対象として、クランク角度同期での前記発熱量変化量のデータである発熱量変化量データを算出する発熱量変化量算出手段をさらに備え、
前記発熱量変化量算出手段は、発熱量変化量を前記第2算出発熱量から前記第1算出発熱量を引いて得られる値として算出し、かつ、発熱量変化量データを前記第2クランク角度に関連付けて取得するものであって、
燃焼終了点が圧縮上死点と同じか圧縮上死点よりも進角側のクランク角度となる進角燃焼時に、燃焼質量割合が所定割合となる時のクランク角度である所定割合燃焼点を取得する第3の燃焼点取得手段をさらに備え、
前記第3の燃焼点取得手段は、
前記発熱量変化量データにおいて発熱量変化量がゼロから増加に転じる時のクランク角度を燃焼終了点とみなし、かつ、前記発熱量変化量データにおいて発熱量変化量が最大値に到達する時の発熱量変化量最大クランク角度を燃焼開始点とみなし、発熱量変化量の最大値との発熱量変化量の差の絶対値が当該発熱量変化量の最大値に対して前記所定割合となる時の特定第2クランク角度を取得する特定第2クランク角度取得手段と、
圧縮上死点を間に介して前記特定第2クランク角度の反対側に位置するクランク角度であって前記特定第2クランク角度での筒内容積と同じ筒内容積が得られる特定第1クランク角度を取得する特定第1クランク角度取得手段と、
を含み、
前記第3の燃焼点取得手段は、前記特定第1クランク角度を前記進角燃焼時の前記所定割合燃焼点として取得することを特徴とする請求項1〜6の何れか1つに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。 - 前記第3の燃焼点取得手段は、前記算出発熱量データに基づく圧縮上死点付近の算出発熱量もしくは前記発熱量変化量データに基づく圧縮上死点付近の発熱量変化量の変化率が所定値以下となる場合であって、前記算出発熱量データに基づく前記特定第2クランク角度での算出発熱量の変化率よりも、前記算出発熱量データに基づく前記特定第1クランク角度での算出発熱量の変化率の方が大きい場合に、前記進角燃焼時であると判断することを特徴とする請求項7に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
- 前記所定割合燃焼点が所定の第1判定値よりも進角している場合に、プレイグニッションが発生したと判定するプレイグニッション判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項3〜8の何れか1つに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
- 前記実発熱量推定手段により推定された最大実発熱量が所定の第2判定値よりも小さい場合に、失火が発生したと判定する失火判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
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