JP6007841B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、筒内圧センサの検出値を利用して各種エンジン制御を実行する装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine control apparatus, and more particularly to an internal combustion engine control apparatus suitable as an apparatus for executing various engine controls using detection values of a cylinder pressure sensor.
近年、車両に搭載される内燃機関には、燃費低減および排気エミッション低減等を目的として、アイドリング時に内燃機関を自動的に停止させ、その後に運転者が車両を発進させようとする操作を行った際に内燃機関の再始動を行うアイドリングストップ機能を備えたものがある。 In recent years, an internal combustion engine mounted on a vehicle has been operated to automatically stop the internal combustion engine during idling and then start the vehicle for the purpose of reducing fuel consumption and exhaust emissions. Some have an idling stop function for restarting the internal combustion engine.
例えば、特許文献1には、上記アイドリングストップ機能を有する内燃機関の始動制御装置が開示されている。この従来の始動制御装置では、アイドリングストップによる自動停止後に内燃機関を再始動する際に、膨張行程で停止している気筒に対して燃料噴射および点火を行うことで当該気筒において燃焼を発生させ、この燃焼の圧力でクランク軸を回転駆動することでスターターモーターを使用せずに内燃機関を始動する態様の始動手法(以下、「着火始動」と称する)を用いるようにしている。 For example, Patent Document 1 discloses a start control device for an internal combustion engine having the idling stop function. In this conventional start control device, when restarting the internal combustion engine after automatic stop by idling stop, combustion is generated in the cylinder by performing fuel injection and ignition on the cylinder stopped in the expansion stroke, A starting method (hereinafter referred to as “ignition start”) in which the internal combustion engine is started without using a starter motor by rotationally driving the crankshaft with the combustion pressure is used.
ところで、筒内圧を検出するための筒内圧センサを備える内燃機関が知られている。このような筒内圧センサを備える内燃機関によれば、筒内圧センサを用いてクランク角度と対応付けられた(クランク角度と同期した)筒内圧情報を取得することにより、各サイクルで行われる燃焼に対し、各種エンジン制御(燃料噴射制御および点火制御など)に用いるうえで有益な各種の燃焼状態量(例えば、発熱量)を算出することが可能となる。 By the way, an internal combustion engine provided with an in-cylinder pressure sensor for detecting an in-cylinder pressure is known. According to the internal combustion engine including such an in-cylinder pressure sensor, by acquiring in-cylinder pressure information associated with the crank angle (synchronized with the crank angle) using the in-cylinder pressure sensor, the combustion performed in each cycle is performed. On the other hand, it is possible to calculate various combustion state quantities (for example, calorific value) that are useful for various engine controls (fuel injection control, ignition control, etc.).
しかしながら、一般的な構成を有するクランク角センサを用いてクランク角度を検出する場合には、始動直後にクランク軸がある程度回転しないと、クランク角度が確定しない(現在のクランク角度を認識することができない)。したがって、上記着火始動の場合には、膨張行程で停止している気筒に対して燃料噴射を行って内燃機関を始動させるため、始動後からクランク角度が確定するまでのサイクルでは、クランク角度と同期した筒内圧情報を得ることができなくなる。その結果、始動直後においては、筒内圧センサからの筒内圧情報を利用したエンジン制御を実施することができなくなる。 However, when the crank angle is detected using a crank angle sensor having a general configuration, the crank angle cannot be determined unless the crankshaft rotates to some extent immediately after starting (the current crank angle cannot be recognized). ). Therefore, in the case of the ignition start described above, since the internal combustion engine is started by injecting fuel into the cylinders stopped in the expansion stroke, the cycle is synchronized with the crank angle in the cycle from the start to the determination of the crank angle. It becomes impossible to obtain the in-cylinder pressure information. As a result, immediately after start-up, engine control using in-cylinder pressure information from the in-cylinder pressure sensor cannot be performed.
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、着火始動を行う内燃機関において、始動1サイクル目からクランク角度と同期した筒内圧データを得られるようにすることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is an internal combustion engine capable of obtaining in-cylinder pressure data synchronized with a crank angle from the first start cycle in an internal combustion engine that performs ignition start. An object of the present invention is to provide an engine control device.
第1の発明は、内燃機関の制御装置であって、
筒内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁と、筒内圧を検出するための筒内圧センサと、クランク角度を検出するためのクランク角センサとを備え、膨張行程で停止している気筒に対して前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行し、当該燃料噴射に伴う燃焼の圧力によってクランク軸を回転駆動して内燃機関を始動させる着火始動を行う内燃機関の制御装置であって、
膨張行程で停止している気筒のクランク角度である第1クランク角度を取得する第1クランク角度取得手段と、
膨張行程で停止している気筒を始動開始気筒として前記着火始動が行われる場合に、前記筒内圧センサを用いて検出される当該始動開始気筒の筒内圧の時系列データを取得する筒内圧時系列データ取得手段と、
筒内圧の前記時系列データを用いて、前記始動開始気筒における燃焼後に前記始動開始気筒の筒内圧が大気圧に低下した時点である大気圧低下時点を取得する大気圧低下時点取得手段と、
前記始動開始気筒における前記着火始動時の排気弁の開きタイミングのクランク角度である第2クランク角度を取得する第2クランク角度取得手段と、
前記着火始動の開始時点から前記大気圧低下時点に到達するまでの経過時間中のクランク角速度の時系列データを前記クランク角センサを用いて取得するクランク角速度時系列データ取得手段と、
クランク角速度の前記時系列データに基づいて、前記経過時間中のクランク角度の時系列データを取得するクランク角度時系列データ取得手段と、
前記始動開始気筒における前記着火始動の開始時点のクランク角度を前記第1クランク角度とし、かつ、前記大気圧低下時点のクランク角度を前記第2クランク角度としたうえで前記経過時間中の筒内圧の前記時系列データとクランク角度の前記時系列データとを対応付けることによって、クランク角度と同期した筒内圧データを取得する筒内圧データ取得手段と、
を備えることを特徴とする。
A first invention is a control device for an internal combustion engine,
A cylinder having a fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder, an in-cylinder pressure sensor for detecting the in-cylinder pressure, and a crank angle sensor for detecting the crank angle, and being stopped in the expansion stroke A control device for an internal combustion engine that performs an ignition start by executing fuel injection using the fuel injection valve and starting the internal combustion engine by rotationally driving a crankshaft by a combustion pressure accompanying the fuel injection,
First crank angle acquisition means for acquiring a first crank angle that is a crank angle of a cylinder that is stopped in an expansion stroke;
In-cylinder pressure time series that acquires time-series data of the in-cylinder pressure of the start-up cylinder detected by using the in-cylinder pressure sensor when the ignition start is performed with the cylinder stopped in the expansion stroke as the start-up cylinder. Data acquisition means;
Using the time-series data of the in-cylinder pressure, an atmospheric pressure decrease time acquisition means for acquiring an atmospheric pressure decrease time, which is a time when the in-cylinder pressure of the start start cylinder decreases to an atmospheric pressure after combustion in the start start cylinder;
Second crank angle acquisition means for acquiring a second crank angle that is a crank angle of an opening timing of the exhaust valve at the time of starting ignition in the start start cylinder;
Crank angular speed time-series data acquisition means for acquiring time-series data of crank angular speed during an elapsed time from the start time of the ignition start until reaching the atmospheric pressure decrease time point, using the crank angle sensor;
Crank angle time-series data acquisition means for acquiring time-series data of the crank angle during the elapsed time based on the time-series data of the crank angular speed;
The crank angle at the start of the ignition start in the start cylinder is the first crank angle, and the crank angle at the atmospheric pressure drop is the second crank angle. In-cylinder pressure data acquisition means for acquiring in-cylinder pressure data synchronized with the crank angle by associating the time-series data with the time-series data of the crank angle;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記排気弁の開きタイミングの到来時点から前記大気圧低下時点までに要する所定時間で前記経過時間を引くことによって、当該経過時間を補正する経過時間補正手段を更に備えることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The apparatus further comprises elapsed time correction means for correcting the elapsed time by subtracting the elapsed time from a predetermined time required from the time when the exhaust valve opens to the time when the atmospheric pressure decreases.
また、第3の発明は、第1の発明において、
前記第2クランク角度取得手段は、前記排気弁の開きタイミングのクランク角度から前記大気圧低下時点のクランク角度までの所定クランク角度変化量を前記第2クランク角度に加えることによって、当該第2クランク角度を補正することを特徴とする。
The third invention is the first invention, wherein
The second crank angle acquisition means adds a predetermined crank angle change amount from the crank angle at the opening timing of the exhaust valve to the crank angle at the time of the decrease in atmospheric pressure to the second crank angle. It is characterized by correcting.
また、第4の発明は、第1〜第3の発明の何れか1つにおいて、
前記筒内圧時系列データ取得手段は、前記着火始動の開始時の筒内圧と前記大気圧低下時点の筒内圧との差に基づいて、筒内圧の前記時系列データを補正することを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in any one of 1st-3rd invention,
The in-cylinder pressure time-series data acquiring unit corrects the time-series data of the in-cylinder pressure based on a difference between the in-cylinder pressure at the start of the ignition start and the in-cylinder pressure at the time when the atmospheric pressure decreases. .
また、第5の発明は、第1〜第4の発明の何れか1つにおいて、
前記着火始動の開始時の筒内圧と前記大気圧低下時点の筒内圧との差に基づいて、前記着火始動の開始時の筒内温度を推定する筒内温度推定手段と、
前記着火始動の開始時の筒内温度に基づいて、前記着火始動の開始後の所定サイクルにおける燃料噴射量を補正する噴射量補正手段と、
を更に備えることを特徴とする。
Moreover, 5th invention is based on any one of 1st-4th invention,
An in-cylinder temperature estimating means for estimating an in-cylinder temperature at the start of the ignition start, based on a difference between the in-cylinder pressure at the start of the ignition start and the in-cylinder pressure at the time of the atmospheric pressure decrease;
An injection amount correction means for correcting a fuel injection amount in a predetermined cycle after the start of the ignition start based on the in-cylinder temperature at the start of the ignition start;
Is further provided.
第1の発明によれば、着火始動の開始気筒における燃焼後の大気圧低下時点を筒内圧センサを用いて得られる筒内圧の時系列データから取得するとともに、この大気圧低下時点と排気弁の開きタイミングとを関連付けて利用することにより、着火始動の開始時点から大気圧低下時点に到達するまでの経過時間中の筒内圧の時系列データとクランク角度の前記時系列データとを対応付けて、クランク角度と同期した筒内圧データを始動1サイクル目から取得することが可能となる。 According to the first aspect of the invention, the atmospheric pressure drop time after combustion in the starting cylinder at the start of ignition is obtained from the time-series data of the cylinder pressure obtained using the cylinder pressure sensor, By using the opening timing in association with each other, the time-series data of the in-cylinder pressure during the elapsed time from the start of ignition start to the time of the atmospheric pressure decrease is associated with the time-series data of the crank angle, In-cylinder pressure data synchronized with the crank angle can be acquired from the first cycle of the start.
排気弁が開き始めてから筒内圧が大気圧に低下するまでにはある程度の時間を要する。このため、厳密には、排気弁の開きタイミングの到来時点と大気圧低下時点との間には時間差が生ずる。第2の発明によれば、排気弁の開きタイミングの到来時点から大気圧低下時点までに要する所定時間で上記経過時間を引くことによって当該経過時間を補正するという手法により、上記時間差が解消された状態で大気圧低下時点と排気弁の開きタイミングとを関連付けることができる。これにより、クランク角度と同期した筒内圧データをより精度良く取得できるようになる。 A certain amount of time is required from when the exhaust valve starts to open until the in-cylinder pressure drops to atmospheric pressure. Therefore, strictly speaking, there is a time difference between the time when the exhaust valve opening timing arrives and the time when the atmospheric pressure drops. According to the second invention, the time difference is eliminated by a method of correcting the elapsed time by subtracting the elapsed time from a predetermined time required from the arrival timing of the exhaust valve opening timing to the atmospheric pressure decrease time. In the state, the point of atmospheric pressure drop and the opening timing of the exhaust valve can be correlated. As a result, in-cylinder pressure data synchronized with the crank angle can be acquired with higher accuracy.
上記のように、厳密には、排気弁の開きタイミングの到来時点と大気圧低下時点との間には時間差が生ずる。第3の発明によれば、排気弁の開きタイミングのクランク角度から大気圧低下時点のクランク角度までの所定クランク角度変化量を第2クランク角度に加えることによって当該第2クランク角度を補正するという手法により、上記時間差が解消された状態で大気圧低下時点と排気弁の開きタイミングとを関連付けることができる。このような手法によっても、クランク角度と同期した筒内圧データをより精度良く取得できるようになる。 As described above, strictly speaking, there is a time difference between the time when the exhaust valve opening timing arrives and the time when the atmospheric pressure drops. According to the third aspect of the invention, the second crank angle is corrected by adding a predetermined crank angle change amount from the crank angle at the exhaust valve opening timing to the crank angle at the time when the atmospheric pressure drops to the second crank angle. Thus, it is possible to associate the atmospheric pressure drop time with the opening timing of the exhaust valve in a state where the time difference is eliminated. Even with such a method, the in-cylinder pressure data synchronized with the crank angle can be acquired with higher accuracy.
第4の発明によれば、温度ドリフトの影響が無くなるように筒内圧の時系列データを補正することができる。このため、着火始動時の課題であるセンサへの温度ドリフト影響の発生時においても、筒内圧センサの検出値を用いて各種燃焼状態量の算出および空燃比の推定値の算出を精度良く行えるようになる。 According to the fourth aspect of the invention, it is possible to correct the time series data of the in-cylinder pressure so that the influence of temperature drift is eliminated. For this reason, even when a temperature drift effect on the sensor, which is a problem at the start of ignition, occurs, it is possible to accurately calculate the various combustion state quantities and the estimated value of the air-fuel ratio using the detection value of the in-cylinder pressure sensor. become.
第5の発明によれば、着火始動の開始時の筒内圧と大気圧低下時点の筒内圧との差を利用して始動時の筒内温度を推定し、推定した筒内温度に応じた燃料噴射量の補正を行えるようになる。これにより、始動時の筒内温度の状態によらずに始動時に燃焼悪化を抑制することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the in-cylinder temperature at the start is estimated using the difference between the in-cylinder pressure at the start of the ignition start and the in-cylinder pressure at the time when the atmospheric pressure drops, and the fuel corresponding to the estimated in-cylinder temperature. The injection amount can be corrected. Thereby, it is possible to suppress the deterioration of combustion at the start-up regardless of the state of the in-cylinder temperature at the start-up.
実施の形態1.
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、内燃機関(一例として、火花点火式内燃機関)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。筒内におけるピストン12の頂部側には、燃焼室14が形成されている。燃焼室14には、吸気通路16および排気通路18が連通している。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration of an
The system shown in FIG. 1 includes an internal combustion engine (for example, a spark ignition internal combustion engine) 10. A
吸気通路16の吸気ポートには、当該吸気ポートを開閉する吸気弁20が設けられており、排気通路18の排気ポートには、当該排気ポートを開閉する排気弁22が設けられている。また、吸気通路16には、電子制御式のスロットルバルブ24が設けられている。
The intake port of the
内燃機関10の各気筒には、燃焼室14内(筒内)に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁26、および、混合気に点火するための点火プラグ28が、それぞれ設けられている。更に、各気筒には、筒内圧を検出するための筒内圧センサ30が組み込まれている。筒内圧センサ30の検出値は、大気圧に対する相対圧である。
Each cylinder of the
更に、本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)40を備えている。ECU40の入力部には、上述した筒内圧センサ30に加え、クランク角度およびエンジン回転数(クランク角速度)を検出するためのクランク角センサ42、および吸入空気量を計測するためのエアフローメータ44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。ここでは、クランク角センサ42は、一例として、電磁ピックアップ(MPU)方式のセンサが用いられているものとする。クランク軸46に設けられたタイミングロータ48には、上死点検出用に一部欠歯した信号歯(図1においては、欠歯していない一部の信号歯のみ図示)が設けられている。クランク角センサ42は、所定クランク角度毎のクランク回転信号を検出すると共に、欠歯した箇所により、正確な上死点を検出することができる。また、ECU40の出力部には、上述したスロットルバルブ24、燃料噴射弁26および点火プラグ28等の各種アクチュエータが接続されている。ECU40は、それらのセンサ出力と所定のプログラムとに基づいて上記各種のアクチュエータを駆動することにより、燃料噴射制御および点火制御等の所定のエンジン制御を行うものである。
Furthermore, the system of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 40. In addition to the in-
以上説明した構成を有する内燃機関10は、燃費低減および排気エミッション低減等を目的として、アイドリング時に内燃機関10を自動的に停止させ、その後に運転者が車両を発進させようとする操作を行った際に内燃機関10の再始動を行うアイドリングストップ機能を有している。より具体的には、内燃機関10では、アイドリングストップによる自動停止後に内燃機関10を再始動する際に、膨張行程で停止している気筒に対して燃料噴射および点火を行うことで当該気筒において燃焼を発生させ、この燃焼の圧力でクランク軸46を回転駆動することでスターターモーターを使用せずに内燃機関10を始動(再始動)するという態様の始動手法(以下、「着火始動」と称する)を用いるようにしている。
The
また、上述した構成を有する内燃機関10は、筒内圧センサ30を備えている。このような筒内圧センサ30を備える内燃機関10によれば、筒内圧センサ30を用いてクランク角度と対応付けられた(クランク角度と同期した)筒内圧情報(筒内圧データ)を取得することにより、各サイクルで行われる燃焼に対し、各種エンジン制御(燃料噴射制御および点火制御など)に用いるうえで有益な各種の燃焼状態量(例えば、発熱量)を算出することが可能となる。
The
しかしながら、クランク角センサ42のように一般的な構成を有するクランク角センサを用いてクランク角度を検出する場合には、始動直後にクランク軸46がある程度回転しないと、クランク角度が確定しない(現在のクランク角度を認識することができない)。したがって、上記着火始動の場合には、膨張行程で停止している気筒に対して燃料噴射および点火を行って内燃機関10を始動させるため、始動後からクランク角度が確定するまでのサイクルでは、クランク角度と同期した筒内圧データを得ることができなくなる。その結果、始動直後においては、筒内圧センサ30からの筒内圧データを利用したエンジン制御を実施することができなくなる。そこで、本実施形態では、始動1サイクル目からクランク角度と同期した筒内圧データを得られるようにするために,以下の図2〜図5に示す処理が実行される。
However, when the crank angle is detected using a crank angle sensor having a general configuration such as the
図2は、本発明の実施の形態1において着火始動の1サイクル目からクランク角度と同期した筒内圧データを取得するために実行される処理の概要を説明するための図である。
図2(A)は、着火始動において最初に燃焼が行われる気筒(すなわち、膨張行程で停止している気筒)の筒内圧波形を表したものである。内燃機関10が停止すると、筒内圧は数秒程度で大気圧相当に低下する。図2における時刻T0は、筒内圧が大気圧になっている状態で、膨張行程で停止している気筒を始動開始気筒として着火始動(燃料噴射および点火)が行われたタイミング(燃焼の圧力によってクランク軸46が回転し始めるタイミング)を示している。
FIG. 2 is a diagram for explaining an overview of processing executed to acquire in-cylinder pressure data synchronized with the crank angle from the first cycle of ignition start in the first embodiment of the present invention.
FIG. 2A shows an in-cylinder pressure waveform of a cylinder in which combustion is first performed at the start of ignition (that is, a cylinder stopped in the expansion stroke). When the
先ず、着火始動の開始時点T0のクランク角度(すなわち、膨張行程で停止している気筒のクランク角度)である第1クランク角度CA1は、自動停止時にクランク角センサ42を用いて取得される。図2(A)に示すように、本実施形態では、始動1サイクル目に筒内圧(相対値)を所定時間毎に取得することによって、始動開始気筒での始動1サイクル目の筒内圧の時系列データが取得される。
First, the first crank angle CA1, which is the crank angle at the ignition start start time T0 (that is, the crank angle of the cylinder stopped in the expansion stroke), is acquired using the
次に、取得した筒内圧の時系列データを用いて、始動開始気筒における燃焼後に筒内圧が大気圧(相当)に低下した大気圧低下時点T1が取得される。膨張行程において燃焼が行われた後には、排気弁22が開くことによって筒内圧が大気圧に低下する。そこで、図2に示す手法では、図2(A)に示すように、筒内圧の時系列データにおいて筒内圧が大気圧に低下した時点T1をもって、排気弁22の開きタイミング(EVO)が到来したと判断するようにした。そして、排気弁22の開きタイミングのクランク角度が第2クランク角度CA2として取得される。排気弁22の開きタイミングとなるクランク角度は、ECU40に予め制御値として記憶されているため、当該制御値を用いて第2クランク角度CA2を取得することができる。
Next, using the acquired time-series data of the in-cylinder pressure, an atmospheric pressure decrease time point T1 at which the in-cylinder pressure has decreased to atmospheric pressure (equivalent) after combustion in the start-start cylinder is acquired. After the combustion is performed in the expansion stroke, the in-cylinder pressure is reduced to the atmospheric pressure by opening the
次に、着火始動の開始時点T0から大気圧低下時点T1に到達するまでの経過時間(T1−T0)が算出される。また、当該経過時間(T1−T0)中のエンジン回転数(クランク角速度)の時系列データが図2(B)に示すように取得される。より具体的には、MPU方式のクランク角センサ42は、センサの特性上、規定のエンジン回転数以下では、クランク角度を検出することができず、規定のエンジン回転数よりも高くなることで、クランク角度のデータが取得可能となる。そこで、規定のエンジン回転数以下のエンジン回転数は、図2(B)に示すように、データを取得可能となった所定タイミングにおけるエンジン回転数と始動開始時点T0のエンジン回転数(すなわち、ゼロ)との間での直線補間によって算出される。本実施形態のクランク角センサ42のようにMPU方式のセンサを用いている場合には、このような手法によって上記経過時間(T1−T0)中のエンジン回転数(クランク角速度)の時系列データを取得することができる。次いで、このエンジン回転数の時系列データに基づいて、図2(C)に示す関係、すなわち、当該経過時間(T1−T0)中のクランク角度CAの時系列データが取得される。
Next, an elapsed time (T1-T0) from the ignition start start time T0 to the atmospheric pressure decrease time T1 is calculated. Further, time-series data of the engine speed (crank angular speed) during the elapsed time (T1-T0) is acquired as shown in FIG. More specifically, the MPU-type crank
最後に、始動開始気筒における着火始動の開始時点T0のクランク角度を第1クランク角度CA1とし、かつ、大気圧低下時点T1のクランク角度を第2クランク角度CA2としたうえで、図2(A)に示す筒内圧の時系列データと図2(C)に示すクランク角度の時系列データを対応付ける処理が実行される。これにより、筒内圧の時系列データに対してクランク角度情報を付与することができる、すなわち、クランク角度と同期した筒内圧データを取得することができる。このような手法によれば、着火始動の1サイクル目からクランク角度と同期した筒内圧情報を得ることが可能となる。その結果、着火始動の1サイクル目から(すなわち、圧縮行程の情報がない1サイクル目から)、筒内圧を利用して各種の燃焼状態量を算出することができる。これにより、筒内圧センサの利用による各種エンジン制御を早期に行えるようになる。
Finally, the crank angle at the ignition start start time T0 in the start start cylinder is set to the first crank angle CA1, and the crank angle at the atmospheric pressure decrease time T1 is set to the second crank angle CA2. A process for associating the time-series data of the in-cylinder pressure shown in FIG. 2 with the time-series data of the crank angle shown in FIG. Thereby, crank angle information can be given to the time-series data of in-cylinder pressure, that is, in-cylinder pressure data synchronized with the crank angle can be acquired. According to such a method, in-cylinder pressure information synchronized with the crank angle can be obtained from the first cycle of ignition start. As a result, the first cycle of the ignition starting (i.e., the information of the compression stroke is not the first cycle), using a cylinder pressure Ru can be calculated combustion state quantity of each species. As a result, various engine controls can be performed at an early stage by using the in- cylinder pressure sensor.
次に、図3および図4を参照して、排気弁22が開き始めてから筒内圧が大気圧に低下するまでに要する所定時間(以下、「圧力低下所要時間」と称する)を考慮することによって、第2クランク角度CA2が得られる時点と大気圧低下時点T1との時間差を補正し、これにより、クランク角度と同期した筒内圧データをより正確に取得可能な手法について説明する。図3および図4は、上記圧力低下所要時間を考慮したクランク角度同期の筒内圧データの取得手法を説明するために用いる図である。
Next, referring to FIG. 3 and FIG. 4, by considering a predetermined time (hereinafter referred to as “required pressure drop time”) required for the in-cylinder pressure to drop to atmospheric pressure after the
排気弁22の開きタイミングEVOは、より具体的には、排気弁22が開き始めるタイミングである。このタイミングにおけるクランク角度は、上述したようにECU40の制御値から取得可能であるため、ここでは、特に、「EVOecu」と称する。排気弁22が開き始めてからバルブリフト量が最大となるまでにはある程度の時間がかかる。したがって、厳密には、クランク角度EVOecu(制御値)が到来する時点T_EVOecuと、大気圧低下時点T1(筒内圧センサ30を用いて検知した時点であるので、以下、T1に代え、「T_EVOcps」と称する場合がある)との間には、時間差(上記圧力低下所要時間がこれに相当)が生ずる。上述した図2に示す手法は、これらの時点T_EVOecu、T_EVOcpsを同一とみなして行う手法であるといえる。しかしながら、クランク角度と同期した筒内圧データをより正確に取得するためには、図3および図4を参照して以下に説明する手法を用いることが好ましい。尚、燃焼ガスは燃焼室14から排気通路18に音速で排出されるため、排気弁22のバルブリフト量が最大となった場合には、筒内圧が大気圧にまで低下するのに要する時間は1/1000秒以下となる。このため、ECU40の制御周期(数ミリ秒オーダー)に対する当該時間の影響は無視することができる。すなわち、排気弁22が開き始めてから筒内圧が大気圧に低下するまでの圧力低下所要時間を考慮するうえでは、上述したように、排気弁22が開き始めてからバルブリフト量が最大となるまでの時間を考慮すればよいといえる。
More specifically, the opening timing EVO of the
ここに示す手法では、排気弁22の開きタイミングEVOの到来時点T_EVOecuから大気圧低下時点T_EVOcpsまでに要する時間(圧力低下所要時間Tmap)を事前にマップ値としてECU40に記憶しておく。そして、この圧力低下所要時間Tmapを補正値として利用して、大気圧低下時点T_EVOcpsから圧力低下所要時間Tmapを引いて得られる値が、排気弁22の開きタイミングEVOの到来時点T_EVOecuとして取得される。これにより、第2クランク角度CA2の取得時点であるT_EVOecuと大気圧低下時点T_EVOcpsとの時間差を解消することができるので、クランク角度と同期した筒内圧データをより正確に取得できるようになる。
In the method shown here, the time (pressure reduction required time Tmap) required from the arrival time T_EVOecu of the opening timing EVO of the
上記の圧力低下所要時間Tmapを用いる補正は、より具体的には、次のような手順で行うことができる。すなわち、図3(A)に示すように、最大筒内圧Pmaxから所定時間αを経過した後の筒内圧の時系列データを用いて、所定時間ΔT(ECU40の制御周期)での筒内圧の変化量ΔPが所定の閾値を超えたか否かが所定時間ΔT毎に判定される。筒内圧の変化量ΔPは、最大筒内圧Pmaxの経過後において筒内圧が減少していく期間中には、図3(B)に示すようにマイナスの値となり、その後に大気圧相当に低下することによってゼロに近づく(それまでに対して値が大きくなる)。上記閾値は、このような変化量ΔPの変化を捉えることのできる値に設定されている。筒内圧の変化量ΔPが上記閾値を超えた場合には、大気圧低下時点T_EVOcpsが到来したと判定される。また、上述したように、圧力低下所要時間Tmapは事前に取得されたうえでマップ値(例えば、着火始動の開始時のクランク角度との関係で圧力低下所要時間Tmapを規定したマップ)としてECU40に記憶されている。
More specifically, the correction using the pressure drop required time Tmap can be performed by the following procedure. That is, as shown in FIG. 3A, the change in the in-cylinder pressure at the predetermined time ΔT (control cycle of the ECU 40) using the time-series data of the in-cylinder pressure after the predetermined time α has elapsed from the maximum in-cylinder pressure Pmax. It is determined every predetermined time ΔT whether or not the amount ΔP exceeds a predetermined threshold. The change amount ΔP of the in-cylinder pressure becomes a negative value as shown in FIG. 3B during the period in which the in-cylinder pressure decreases after the maximum in-cylinder pressure Pmax elapses, and then decreases to the atmospheric pressure. As a result, the value approaches zero (the value becomes larger than before). The threshold value is set to a value that can capture such a change in the change amount ΔP. When the change amount ΔP of the in-cylinder pressure exceeds the threshold value, it is determined that the atmospheric pressure drop time T_EVOcps has arrived. In addition, as described above, the pressure drop required time Tmap is acquired in advance and then mapped to the
また、後述の補正のために、例えば、クランク停止位置(自動停止時のクランク角度)から上死点(TDC)までの角速度(ΔCA/ΔT)も取得しておく。尚、筒内圧の変化量ΔPを算出する期間は、最大筒内圧Pmaxからではなく、自動停止時のクランク角度位置に応じた経過時間βであってもよい。また、上記の経過時間α、β、ΔTは、燃焼速度の影響を受けるため、油温、水温、吸気温もしくは最大筒内圧Pmaxによる補正項を持たせるようにしてもよい。或いは、別の補正手法として、上記の角速度(ΔCA/ΔT)を事前に取得した値と比較し、その比較結果に応じた圧力低下所要時間Tmapの補正を行うようにしてもよい。これらの補正を行うことで、着火始動の1サイクル目の燃焼状態や環境条件等を考慮して、圧力低下所要時間Tmapの補正をより精度良く行えるようになる。 In addition, for correction described later, for example, the angular velocity (ΔCA / ΔT) from the crank stop position (crank angle at the time of automatic stop) to the top dead center (TDC) is also acquired. The period for calculating the change amount ΔP of the in-cylinder pressure may not be the maximum in-cylinder pressure Pmax but the elapsed time β corresponding to the crank angle position at the time of automatic stop. Further, since the elapsed times α, β, and ΔT are affected by the combustion speed, a correction term based on the oil temperature, the water temperature, the intake air temperature, or the maximum in-cylinder pressure Pmax may be provided. Alternatively, as another correction method, the angular velocity (ΔCA / ΔT) may be compared with a previously acquired value, and the pressure drop required time Tmap may be corrected according to the comparison result. By performing these corrections, the pressure drop required time Tmap can be corrected with higher accuracy in consideration of the combustion state in the first cycle of ignition start, the environmental conditions, and the like.
図4を参照して、圧力低下所要時間Tmapについての上述した補正手法を改めて整理して説明する。
既述したように、排気弁22の開きタイミング(開き始めるタイミング)でのクランク角度(ここでは、第2クランク角度CA2として用いる)CA_EVOecuは、ECU40の制御値として既知である。また、大気圧低下時点T_EVOcps(T1)は、筒内圧センサ30を利用して取得した筒内圧の時系列データを用いて取得することができる。
With reference to FIG. 4, the above-described correction method for the pressure drop required time Tmap will be described again.
As described above, the crank angle (here, used as the second crank angle CA2) CA_EVOecu at the opening timing (timing to start opening) of the
これに対し、図4に示すように、排気弁22の開きタイミングのクランク角度CA_EVOecuに対応する時点T_EVOecuは不明である。そこで、上述した手法では、大気圧低下時点T_EVOcpsから圧力低下所要時間Tmapを引くことによって、排気弁22の開きタイミングEVOecuの到来時点T_EVOecuを取得している。これにより、既述したように、第2クランク角度CA2の取得時点であるT_EVOecuと大気圧低下時点T_EVOcpsとの時間差を解消することができるので、クランク角度と同期した筒内圧データをより正確に取得できるようになる。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the time point T_EVOecu corresponding to the crank angle CA_EVOecu at the opening timing of the
着火始動の開始後の何秒後に排気弁22の開きタイミングEVOecuが到来するかは、燃焼状態および内燃機関の状態(例えば、フリクション)に関する所定のパラメータに応じて変化する。そこで、上記パラメータの影響を反映したマップを備えるようにすることで、排気弁22の開きタイミングEVOecuが到来する時点T_EVOecuを取得することも可能ではある。しかしながら、このような手法では、上記時点T_EVOecuを十分な精度で取得することは難しい。これに対し、本実施形態の手法では、筒内圧センサ30による筒内圧の実測データを利用して大気圧低下時点T_EVOcpsを取得しているため、排気弁22の開きタイミングの到来時点を精度良く取得できるようになる。そして、上述した圧力低下所要時間の補正、更には、燃焼状態や環境条件等を考慮した補正をも行うことにより、クランク角度と同期した筒内圧データをより正確に取得できるようになる。
How many seconds after the start of ignition start, the opening timing EVOecu of the
また、図4に示すように、大気圧低下時点T_EVOcpsのクランク角度CA_EVOcpsも不明である。そこで、上述した手法に代え、次のような手法を用いて、上記時間差(圧力低下所要時間)を考慮した補正を行うようにしてもよい。すなわち、排気弁22が開き始めてから筒内圧が大気圧に到達するまでに変化するクランク角度の変化量であるクランク角度変化量CAmapを事前に取得しておき、マップ値(例えば、着火始動の開始時のクランク角度との関係でクランク角度変化量CAmapを規定したマップ)としてもよい。そして、既知の排気弁22の開きタイミングのクランク角度CA_EVOecuに対して、クランク角度変化量CAmapを加えることによって、大気圧低下時点T_EVOcpsのクランク角度CA_EVOcpsを取得してもよい。そして、取得したクランク角度CA_EVOcpsを第2クランク角度CA2として用いるようにしてもよい。このことは、上記クランク角度変化量CAmapを用いて、第2クランク角度CA2の算出に際し、上記時間差(圧力低下所要時間)を考慮した補正がなされることに相当するといえる。
Further, as shown in FIG. 4, the crank angle CA_EVOcps at the atmospheric pressure drop time T_EVOcps is also unknown. Therefore, instead of the above-described method, the following method may be used to perform correction in consideration of the above time difference (required pressure drop time). That is, a crank angle change amount CAmap, which is a change amount of the crank angle that changes from when the
図3を参照して上述した手法では、大気圧低下時点T_EVOcpsから圧力低下所要時間Tmapを引いて排気弁22の開きタイミングEVOecuの到来時点T_EVOecuを取得することによって、排気弁22の開きタイミングのクランク角度CA_EVOecuと、このクランク角度に対応する時点T_EVOecuとを上記時間差を解消しつつ得ることができる。これに対し、ここに説明する手法によって大気圧低下時点T_EVOcpsと当該時点でのクランク角度CA_EVOcpsとを取得することによっても、上記時間差の解消を図ることができる。
In the method described above with reference to FIG. 3, the opening timing crank of the
次に、図5を参照して、本発明の実施の形態1においてECU40が実行する具体的な処理について説明する。
図5は、クランク角度と同期した筒内圧データを取得するために本実施の形態1においてECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、アイドリングストップ機能による自動停止中の内燃機関10が着火始動による再始動を行う際に起動されるものとする。
Next, with reference to FIG. 5, a specific process executed by
FIG. 5 is a flowchart showing a routine executed by the
図5に示すルーチンでは、先ず、直近の自動停止時に取得しておいたクランク角度が、着火始動時の(自動停止状態での)第1クランク角度CA1として取得される(ステップ100)。次いで、筒内圧センサ30の出力信号を所定時間(ECU40の制御周期)毎にAD変換して筒内圧を取得することにより、時間同期の筒内圧波形(A)(筒内圧の時系列データ)が取得される(ステップ102)。
In the routine shown in FIG. 5, first, the crank angle acquired at the time of the most recent automatic stop is acquired as the first crank angle CA1 at the time of ignition start (in the automatic stop state) (step 100). Next, the output signal of the in-
次に、筒内圧波形(A)中の所定時間α(最大筒内圧Pmaxからの所定時間)もしくは所定時間β(着火始動の開始時点からの所定時間)経過後の筒内圧データを用いて、筒内圧の変化量ΔPが算出される(ステップ104)。次いで、筒内圧の変化量ΔPが所定の閾値よりも大きくなった時点(すなわち、大気圧低下時点T_EVOcps)が算出される(ステップ106)。 Next, the cylinder pressure data after the predetermined time α (predetermined time from the maximum in-cylinder pressure Pmax) or the predetermined time β (predetermined time from the start of ignition start) in the in-cylinder pressure waveform (A) is used. A change amount ΔP of the internal pressure is calculated (step 104). Next, a time point at which the change amount ΔP of the in-cylinder pressure becomes larger than a predetermined threshold (that is, an atmospheric pressure drop time point T_EVOcps) is calculated (step 106).
次に、所定のマップを参照して、着火始動の開始時の第1クランク角度CA1に応じた圧力低下所要時間Tmapが取得される(ステップ108)。次いで、大気圧低下時点T_EVOcpsから圧力低下所要時間Tmapを引くことによって得られる値が、排気弁22の開きタイミングEVOの到来時点T_EVOecuとして取得される(ステップ110)。 Next, referring to a predetermined map, a pressure drop required time Tmap corresponding to the first crank angle CA1 at the start of ignition start is acquired (step 108). Next, a value obtained by subtracting the pressure decrease required time Tmap from the atmospheric pressure decrease time T_EVOcps is acquired as the arrival time T_EVOecu of the opening timing EVO of the exhaust valve 22 (step 110).
次に、ECU40の制御値を利用して、排気弁22の開きタイミングのクランク角度CA_EVOecuが第2クランク角度CA2として取得される(ステップ112)。次いで、始動開始時点T0から大気圧低下時点T_EVOcpsまでの経過時間(T_EVOcps−T0)中のエンジン回転数(クランク角速度)の時系列データとして、クランク角センサ42を用いて、単位時間当たりのエンジン回転数の上昇量(B)が算出される(ステップ114)。一例としては、大気圧低下時点T_EVOcpsにおけるエンジン回転数と着火始動の開始時点T0のエンジン回転数(すなわち、ゼロ)との間で、エンジン回転数の上昇量(B)が算出される。
Next, using the control value of the
次に、上記経過時間(T_EVOcps−T0)に対するクランク角度データ(C)(時系列データ)が算出される(ステップ116)。次いで、始動開始気筒における着火始動の開始時点T0のクランク角度を第1クランク角度CA1とし、かつ、大気圧低下時点T1のクランク角度を第2クランク角度CA2としたうえで、筒内圧波形(A)とクランク角度変化情報(C)とを対応付けることにより、着火始動の1サイクル目においてクランク角度と同期した筒内圧データが算出される(ステップ118)。 Next, crank angle data (C) (time series data) with respect to the elapsed time (T_EVOcps−T0) is calculated (step 116). Next, the crank angle at the ignition start start time T0 in the start start cylinder is set to the first crank angle CA1, the crank angle at the atmospheric pressure decrease time T1 is set to the second crank angle CA2, and the in-cylinder pressure waveform (A) And cylinder angle change information (C) are associated with each other, in-cylinder pressure data synchronized with the crank angle is calculated in the first cycle of ignition start (step 118).
次いで、ステップ118において取得した筒内圧データの絶対圧補正が実行される(ステップ120)。筒内圧センサ30の検出値(出力値)は相対圧であるため、ここでは、これを絶対圧化する補正(絶対圧補正)が行われる。このような絶対圧補正としては、任意の公知の手法(例えば、ポアソンの関係式(PVκ=一定)を利用したもの)を用いることができる。
Next, absolute pressure correction is performed on the in-cylinder pressure data acquired in step 118 (step 120). Since the detected value (output value) of the in-
次に、クランク角度と同期した絶対圧補正後の筒内圧データを用いて、各種燃焼状態量(例えば、発熱量)が算出される(ステップ122)。次いで、算出された各種燃焼状態量を用いたCPS制御(筒内圧センサを利用した各種エンジン制御)が実行される(ステップ124)。 Next, using the in-cylinder pressure data after absolute pressure correction synchronized with the crank angle, various combustion state quantities (for example, heat generation amount) are calculated (step 122). Next, CPS control (various engine control using an in-cylinder pressure sensor) using the calculated various combustion state quantities is executed (step 124).
次に、図6乃至図8を参照して、上述した手法によって取得したクランク角度同期の筒内圧データを利用した着火始動時の空燃比の推定手法について説明する。
図6は、空燃比(A/F)と空燃比相関値(KL/(Q/低位発熱量))との関係を表した図である。
Next, a method for estimating the air-fuel ratio at the start of ignition using the crank angle-synchronized in-cylinder pressure data acquired by the above-described method will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the air-fuel ratio (A / F) and the air-fuel ratio correlation value (KL / (Q / low heating value)).
図6に示すように、空燃比は、発熱量Q(筒内圧センサ30を用いて計測した筒内圧に基づいて算出可能)を使用燃料の低位発熱量で除した値で空気量KLを割ることによって得られる値(KL/(Q/低位発熱量))と相関を有している。尚、筒内圧センサ30の検出値を利用して算出した発熱量Qには、冷却損失および未燃損失の影響は考慮されていない。
As shown in FIG. 6, the air-fuel ratio is obtained by dividing the air amount KL by the value obtained by dividing the calorific value Q (which can be calculated based on the in-cylinder pressure measured using the in-cylinder pressure sensor 30) by the lower calorific value of the fuel used. There is a correlation with the value (KL / (Q / low heating value)) obtained by. The calorific value Q calculated using the detection value of the in-
内燃機関10の通常運転中であれば、空気量KLはエアフローメータ44を用いて計測される吸入空気量に基づいて取得することができる。通常運転中に限らず、着火始動による再始動の開始時からエンジン回転数が立ち上がるまでの燃焼を良好に保つうえでも、筒内の空燃比を最適にコントロールすることは重要である。しかしながら、着火始動は内燃機関10が完全に停止している状態から開始されるため、着火始動直後ではエアフローメータ44を用いて空気量KLを取得することができない。このように、エアフローメータ44を利用する手法では、着火始動時の空燃比を推定することができない。また、既述した本実施形態の特別な手法を用いて始動1サイクル目におけるクランク角度同期の筒内圧データを取得することができないと、空燃比の推定に用いる発熱量Qを算出することもできない。
If the
図7は、着火始動の1サイクル目における空気量KLの取得手法を説明するための図である。
既述したように、着火始動時には、膨張行程で停止している気筒が初爆気筒として選択される。膨張行程で停止している気筒では、吸気弁20および排気弁22が共に閉じており、筒内には、図7(B)に示すように、自動停止時のクランク角度(第1クランク角度CA1)の位置に応じた筒内容積分の空気量が入っている。また、自動停止時には、筒内圧は停止後数秒で大気圧に低下するため、自動停止中の筒内は、図7(A)に示すように大気圧で維持されている。このため、着火始動の1サイクル目において燃焼で使用される空気量は、自動停止時の第1クランク角度CA1の位置に応じた筒内容積分の空気量となる。
FIG. 7 is a diagram for explaining a method for acquiring the air amount KL in the first cycle of the ignition start.
As described above, at the start of ignition, the cylinder that is stopped in the expansion stroke is selected as the first explosion cylinder. In the cylinder stopped in the expansion stroke, both the
各種燃焼状態量を算出するために、ECU40には、図7(C)のように示されるクランク角度に応じた筒内圧容積のデータが所定クランク角度毎にマップ値として記憶されている。このため、自動停止時の第1クランク角度CA1が分かると、上記マップ値を参照することで、筒内容積を取得することができる。
In order to calculate various combustion state quantities, the
また、始動1サイクル目から空燃比を精度良く推定するためには、始動1サイクル目の筒内空気量KLの推定とともに、噴射された燃料量を推定する必要がある。噴射された燃料量の推定は、例えば、次の(1)式を用いて行うことができる。
燃料量=発熱量Q/低位発熱量+γ ・・・(1)
ただし、上記(1)式において、γは、冷却損失および未燃損失を考慮するための補正項であり、ここでは、事前に取得しておき、ECU40に記憶された値であるものとする。
In order to accurately estimate the air-fuel ratio from the first start cycle, it is necessary to estimate the injected fuel amount together with the in-cylinder air amount KL in the first start cycle. The amount of injected fuel can be estimated using, for example, the following equation (1).
Fuel amount = Calorific value Q / Lower calorific value + γ (1)
However, in the above equation (1), γ is a correction term for taking into account the cooling loss and the unburned loss. Here, it is assumed that γ is a value acquired in advance and stored in the
既述した本実施形態の手法によれば、着火始動時の1サイクル目からクランク角度と同期した筒内圧データを取得することができるため、始動1サイクル目から発熱量Qを算出することが可能となる。このため、上記(1)式を利用して始動1サイクル目に噴射された燃料量を算出することができる。したがって、着火始動の1サイクル目において燃焼に使用される空気量を(1)式で算出した燃料量で除することにより、始動1サイクル目の空燃比を推定することが可能となる。 According to the method of the present embodiment described above, since the in-cylinder pressure data synchronized with the crank angle can be acquired from the first cycle at the start of ignition, the calorific value Q can be calculated from the first cycle. It becomes. Therefore, the amount of fuel injected in the first start cycle can be calculated using the above equation (1). Therefore, the air-fuel ratio in the first start cycle can be estimated by dividing the amount of air used for combustion in the first cycle of ignition start by the fuel amount calculated by the equation (1).
図8は、着火始動の1サイクル目における空燃比(A/F)を取得するために本実施の形態1においてECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、自動停止中の内燃機関10が着火始動による再始動を行う際に起動されるものとする。
FIG. 8 is a flowchart showing a routine executed by the
図8に示すルーチンでは、先ず、膨張行程で停止している気筒が特定される(ステップ200)。この特定は、自動停止時に取得しておいたクランク停止位置(第1クランク角度CA1)に基づいて行われる。次いで、停止時の第1クランク角度CA1が取得される(ステップ202)。 In the routine shown in FIG. 8, first, a cylinder stopped in the expansion stroke is specified (step 200). This specification is performed based on the crank stop position (first crank angle CA1) acquired at the time of automatic stop. Next, the first crank angle CA1 at the time of stop is acquired (step 202).
次に、着火始動の開始気筒(膨張行程で停止している気筒)の筒内容積が、ECU40に記憶されている停止時のクランク角度(CA1)に応じたマップ値を利用して算出される(ステップ204)。次いで、算出された筒内容積に基づいて、始動1サイクル目に上記開始気筒の筒内に充填されている空気量KLが取得される(ステップ206)。
Next, the in-cylinder volume of the start cylinder for ignition start (cylinder stopped in the expansion stroke) is calculated using a map value corresponding to the crank angle (CA1) at the time of stop stored in the
次に、着火始動の開始気筒に対して燃料噴射と点火とを行うことにより、着火始動が実行される(ステップ208)。次いで、上述した図5に示すルーチンの処理に従って、クランク角度が確定されたうえで、クランク角度と同期した筒内圧データが取得される(ステップ212)。また、本ステップ212では、既述したように、筒内圧の絶対圧補正も行われる。
Next, ignition start is executed by performing fuel injection and ignition for the start cylinder of ignition start (step 208). Next, after the crank angle is determined according to the processing of the routine shown in FIG. 5 described above, in-cylinder pressure data synchronized with the crank angle is acquired (step 212). In
次に、クランク角度と同期した筒内圧データに基づいて始動1サイクル目の燃焼時の発熱量Qが取得される(ステップ212)。次いで、上記(1)式に従って始動1サイクル目に噴射された燃料量が算出される(ステップ214)。次いで、取得した空気量KLと燃料量とを用いて、始動1サイクル目の空燃比(A/F)が算出される(ステップ216)。算出された空燃比は、内燃機関10の各種制御(燃料噴射制御など)に反映される(ステップ218)。 Next, based on the in-cylinder pressure data synchronized with the crank angle, the calorific value Q at the time of combustion in the first start cycle is acquired (step 212). Next, the amount of fuel injected in the first start cycle is calculated according to the above equation (1) (step 214). Next, using the acquired air amount KL and fuel amount, the air-fuel ratio (A / F) at the first start cycle is calculated (step 216). The calculated air-fuel ratio is reflected in various controls (such as fuel injection control) of the internal combustion engine 10 (step 218).
尚、上述した実施の形態1においては、ECU40が上記ステップ100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クランク角度取得手段」が、ECU40が上記ステップ102の処理を実行することにより前記第1の発明における「筒内圧時系列データ取得手段」が、ECU40が上記ステップ104および106の処理を実行することにより前記第1の発明における「大気圧低下時点取得手段」が、ECU40が上記ステップ112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クランク角度取得手段」が、ECU40が上記ステップ114の処理を実行することにより前記第1の発明における「クランク角速度時系列データ取得手段」が、ECU40が上記ステップ116の処理を実行することにより前記第1の発明における「クランク角度時系列データ取得手段」が、ECU40が上記ステップ118の処理を実行することにより前記第1の発明における「筒内圧データ取得手段」が、それぞれ実現されている。
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108および110の処理を実行することにより前記第2の発明における「経過時間補正手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the
Further, in the first embodiment described above, the “elapsed time correction means” in the second aspect of the present invention is realized by the
実施の形態2.
次に、図9および図10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5に示すルーチンとともに後述の図10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。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 and FIG.
The system of the present embodiment can be realized by causing the
図9は、本発明の実施の形態2における筒内圧波形の温度ドリフト影響の補正手法を説明するための図である。
筒内圧センサ30の出力値には、筒内温度の変化に伴うダイアフラム(受圧部)の熱変形(膨張・収縮)により、オフセット変化(温度ドリフト)が生じ得る。センサ出力への温度ドリフトの影響は、始動時(再始動時を含む)において大きくなる。これは、停止状態にあった内燃機関10において燃焼が行われることによって、筒内圧センサ30のダイアフラムが大きな温度変化にさらされるためである。
FIG. 9 is a diagram for explaining a method for correcting the effect of temperature drift of the in-cylinder pressure waveform in the second embodiment of the present invention.
An offset change (temperature drift) may occur in the output value of the in-
図9(上述の図2等も同様)は、着火始動の1サイクル目において上述の温度ドリフトが発生している筒内圧波形を表したものである。すなわち、本来であれば図9(B)に示すように筒内圧が大気圧相当の値となるはずである排気弁22の開きタイミングEVO後のタイミングにおける筒内圧は、温度ドリフトの発生によって、始動1サイクル目の燃焼による温度変化にさらされる前(始動開始前)の筒内圧に対して乖離している。
FIG. 9 (the same applies to the above-described FIG. 2 and the like) shows the in-cylinder pressure waveform in which the above-described temperature drift occurs in the first cycle of the ignition start. Specifically, as shown in FIG. 9B, the in-cylinder pressure at the timing after the opening timing EVO of the
そこで、本実施形態では、始動開始時の筒内圧P(0)と排気弁22の開きタイミングEVOにおけるP(EVO)との差が所定の閾値Aよりも大きい場合には、筒内圧が温度ドリフト影響を受けていると判断し、この場合には、当該差の大きさに応じた補正量を用いて、図9(C)に示すように温度ドリフトに起因する筒内圧のずれを補正するようにした。
Therefore, in this embodiment, when the difference between the in-cylinder pressure P (0) at the start of the start and the P (EVO) at the opening timing EVO of the
図10は、筒内圧波形への温度ドリフト影響の補正を実現するために本実施の形態2においてECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、上述した図5に示すルーチンにおけるステップ102の処理によって始動1サイクル目における筒内圧波形(A)(筒内圧の時系列データ)が取得された時点で起動されるものとする。
FIG. 10 is a flowchart showing a routine executed by the
図10に示すルーチンでは、先ず、始動1サイクル目における筒内圧の時系列データが取得される(ステップ300)。次いで、取得した筒内圧データを利用して、始動開始時の筒内圧P(0)が算出される(ステップ302)とともに、排気弁22の開きタイミングEVOにおける筒内圧P(EVO)が算出される(ステップ304)。尚、筒内圧P(EVO)としては、大気圧低下時点T_EVOcpsにおける値が用いられる。
In the routine shown in FIG. 10, first, the time-series data of the in-cylinder pressure in the first start cycle is acquired (step 300). Next, using the acquired in-cylinder pressure data, the in-cylinder pressure P (0) at the start of starting is calculated (step 302), and the in-cylinder pressure P (EVO) at the opening timing EVO of the
次に、筒内圧P(0)と筒内圧P(EVO)との差が所定の閾値Aよりも大きいか否かが判定される(ステップ306)。本ステップ306における閾値Aは、始動1サイクル目の筒内圧が温度ドリフトの影響を受けているか否かを判定するための閾値として予め設定された値である。
Next, it is determined whether or not the difference between the in-cylinder pressure P (0) and the in-cylinder pressure P (EVO) is greater than a predetermined threshold A (step 306). The threshold value A in
上記ステップ306の判定が成立する場合、つまり、筒内圧が温度ドリフトの影響を受けていると判断できる場合には、以下の(2)式に従って温度ドリフト補正量δが算出される(ステップ308)。
δ=(P(EVO)−P(0))/Δt ・・・(2)
ただし、上記(2)式におけるΔtは、始動開始時点T0から大気圧低下時点T1(T_EVOcps)までの経過時間に相当する。
If the determination in
δ = (P (EVO) −P (0)) / Δt (2)
However, Δt in the above equation (2) corresponds to the elapsed time from the start start time T0 to the atmospheric pressure decrease time T1 (T_EVOcps).
次に、算出された温度ドリフト補正量δを用いて、筒内圧波形(A)の温度ドリフト補正が実施される(ステップ310)。tを始動開始からの経過時間とすると、時間同期で取得した筒内圧Pについての、ある時間tにおける温度ドリフト補正後の筒内圧は、1次関数で近似する場合には、以下の(3)式に従って算出することができる。
補正後の筒内圧=P(t)+δt ・・・(3)
Next, the temperature drift correction of the in-cylinder pressure waveform (A) is performed using the calculated temperature drift correction amount δ (step 310). Assuming that t is the elapsed time from the start of startup, the cylinder pressure after temperature drift correction at a certain time t with respect to the cylinder pressure P acquired in time synchronization is approximated by a linear function (3) It can be calculated according to the formula.
In-cylinder pressure after correction = P (t) + δt (3)
尚、本実施形態では、以上説明した図10に示すルーチンによる温度ドリフト影響の補正後の筒内圧の時系列データが図5に示すルーチンにおけるステップ104以降の処理において使用されるものとする。 In the present embodiment, it is assumed that the time series data of the in-cylinder pressure after the correction of the temperature drift influence by the routine shown in FIG. 10 described above is used in the processing after step 104 in the routine shown in FIG.
以上説明した本実施形態の処理によれば、温度ドリフトが発生している場合に、大気圧(P(0))と排気弁22の開きタイミングにおける筒内圧(P(EVO))との差圧をゼロとするための温度ドリフト補正量δを用いて、筒内圧が補正される。これにより、始動時に筒内圧センサ30の出力値に対する温度ドリフト影響を補正できるようになる。その結果、着火始動時の課題であるセンサへの温度ドリフト影響の発生時においても、筒内圧センサ30の検出値を用いて各種燃焼状態量の算出および空燃比の推定値の算出を精度良く行えるようになる。
According to the processing of the present embodiment described above, when a temperature drift occurs, the differential pressure between the atmospheric pressure (P (0)) and the in-cylinder pressure (P (EVO)) at the opening timing of the
実施の形態3.
次に、図11および図12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5に示すルーチンとともに後述の図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。
Embodiment 3 FIG.
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. 11 and FIG.
The system of the present embodiment can be realized by causing the
図11は、本発明の実施の形態3における筒内圧波形の温度ドリフト量δを利用した燃料噴射量の補正手法を説明するための図である。
始動時(再始動時を含む)においてエンジン回転数が立ち上がるまでのサイクル中の空燃比が適切に制御されていないと、燃焼が悪化し、場合によっては失火が発生し得る。自動停止が行われる場合には、停止時間に応じて筒内温度が変化する。より具体的には、停止時間が長いほど、筒内温度がより低下する。始動時に燃焼の悪化を防止するためには、始動時の筒内温度に応じた燃料噴射量の補正を行うことが必要とされ、燃料噴射量の補正量が不足した場合には、燃焼が悪化し、場合によっては失火が発生してしまう。
FIG. 11 is a diagram for explaining a fuel injection amount correction method using the temperature drift amount δ of the in-cylinder pressure waveform in the third embodiment of the present invention.
If the air-fuel ratio in the cycle until the engine speed rises at the start (including restart) is not properly controlled, combustion deteriorates and in some cases misfires may occur. When automatic stop is performed, the in-cylinder temperature changes according to the stop time. More specifically, the longer the stop time, the lower the in-cylinder temperature. In order to prevent the deterioration of combustion at the time of starting, it is necessary to correct the fuel injection amount according to the in-cylinder temperature at the time of starting, and when the correction amount of the fuel injection amount is insufficient, the combustion deteriorates In some cases, however, misfire occurs.
そこで、本実施形態では、始動1サイクル目の筒内圧データにおける筒内圧の温度ドリフト量に応じて始動時(燃焼開始前)の筒内温度を推定するようにした。そして、推定した筒内温度に応じた量での燃料噴射量の補正を始動時に行うようにした。 Therefore, in this embodiment, the in-cylinder temperature at the start (before the start of combustion) is estimated according to the temperature drift amount of the in-cylinder pressure in the in-cylinder pressure data in the first cycle of the start. Then, the fuel injection amount is corrected by an amount corresponding to the estimated in-cylinder temperature at the start.
具体的には、本実施形態では、上記温度ドリフト量として、上述した実施の形態2において算出される温度ドリフト補正量δを用いるようにした。温度ドリフト量δは、燃焼前後における筒内圧センサ30のダイアフラムの温度差の影響を受ける。より詳細に説明すると、上記温度差が大きいほど、つまり、燃焼開始前の筒内温度が低いほど、温度ドリフト量δは大きくなる。このため、本実施形態では、図11(A)に示す関係を用いて、温度ドリフト量が大きいほど、燃焼開始前(始動開始時)の筒内温度をより低い値として推定するようにした。
Specifically, in this embodiment, the temperature drift correction amount δ calculated in the second embodiment is used as the temperature drift amount. The temperature drift amount δ is affected by the temperature difference of the diaphragm of the in-
そのうえで、本実施形態では、燃焼開始前の筒内温度の推定値に応じて、燃料噴射量の補正量を決定するようにした。より具体的には、一例として、図11(B)に示すように、燃焼開始前の筒内温度が高いほど多くなるように、燃料噴射量の補正量が設定されている。 In addition, in this embodiment, the correction amount of the fuel injection amount is determined according to the estimated value of the in-cylinder temperature before the start of combustion. More specifically, as an example, as shown in FIG. 11 (B), the correction amount of the fuel injection amount is set so as to increase as the in-cylinder temperature before the start of combustion increases.
また、本実施形態では、始動1サイクル目の燃焼状態を判定し、燃焼状態が良好であると判断された場合には、現在の燃料噴射量の補正量を学習値に反映させるようにした。一方、始動1サイクル目の燃焼状態が良好でない場合には、次サイクル以降(今回の始動時においてエンジン回転数が所定値に立ち上がるまでのサイクル中)に、更には次回の始動時等に燃料噴射量を上記補正量を用いて補正するようにした。尚、上述した実施の形態1および2の手法によって始動1サイクル目の各種燃焼状態量の取得が可能であるため、取得した燃焼状態量に応じて、燃料噴射量のみならず、燃料噴射後から点火までのタイミングを変更するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, the combustion state in the first start cycle is determined, and when it is determined that the combustion state is good, the current correction amount of the fuel injection amount is reflected in the learned value. On the other hand, if the combustion state in the first start cycle is not good, the fuel is injected after the next cycle (during the cycle until the engine speed rises to a predetermined value at the current start), and at the next start, etc. The amount was corrected using the correction amount. In addition, since it is possible to acquire various combustion state quantities in the first cycle of starting by the above-described methods of the first and second embodiments, not only the fuel injection quantity but also after the fuel injection depending on the acquired combustion state quantity. You may make it change the timing to ignition.
図12は、筒内圧の温度ドリフト量δを利用した始動時の燃料噴射量の補正を実現するために本実施の形態3においてECU40が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、上述した図5に示すルーチンにおけるステップ102の処理によって筒内圧波形(A)(筒内圧の時系列データ)が取得された時点で起動されるものとする。
FIG. 12 is a flowchart showing a routine executed by the
図12に示すルーチンでは、先ず、上記ステップ308と同様の処理によって、温度ドリフト量δが算出される(ステップ400)。次いで、算出された温度ドリフト量δに基づいて、始動時(始動1サイクル目の燃焼開始前)の筒内温度が算出される(ステップ402)。ECU40は、上記図11(A)に示すように温度ドリフト量δと始動時の筒内温度との関係を定めたマップを記憶しており、本ステップ402では、そのようなマップを参照して始動時の筒内温度が算出される。
In the routine shown in FIG. 12, first, the temperature drift amount δ is calculated by the same processing as in step 308 (step 400). Next, based on the calculated temperature drift amount δ, the in-cylinder temperature at the start (before the start of combustion in the first start cycle) is calculated (step 402). As shown in FIG. 11A, the
次に、算出された始動時の筒内温度に基づいて、燃料噴射量の補正量が算出される(ステップ404)。ECU40は、上記図11(B)に示すように始動時の筒内温度と燃料噴射量の補正量との関係を定めたマップを記憶しており、本ステップ404では、そのようなマップを参照して燃料噴射量の補正量が算出される。
Next, a correction amount for the fuel injection amount is calculated based on the calculated in-cylinder temperature at the start (step 404). As shown in FIG. 11B, the
次に、始動1サイクル目の燃焼状態が良好であったか否かが判定される(ステップ406)。燃焼状態の判定は、例えば、筒内圧センサ30を利用して取得可能な各種燃焼状態量を指標として行うことができる。
Next, it is determined whether or not the combustion state in the first start cycle is good (step 406). The determination of the combustion state can be performed using, for example, various combustion state quantities that can be acquired using the in-
上記ステップ406において始動1サイクル目の燃焼状態が良好であると判定された場合には、今回の始動時に算出された燃料噴射量の補正量が学習値に反映される(ステップ408)。この場合には、次サイクル以降(今回の始動時においてエンジン回転数が所定値に立ち上がるまでのサイクル中)、および次回の始動時の1サイクル目の燃料噴射量が、今回更新された学習値を用いて補正される(ステップ410)。
If it is determined in
一方、上記ステップ406において始動1サイクル目の燃焼状態が良好でないと判定された場合には、今回の始動時における次サイクル以降のサイクルでの燃料噴射量が上記ステップ404において算出された補正量を用いて補正される(ステップ412)。
On the other hand, when it is determined in
以上説明した本実施形態の処理によれば、筒内圧センサ30の出力の温度ドリフト量を利用して推定した始動時の筒内温度に応じた燃料噴射量の補正を行えるようになる。これにより、始動時の筒内温度の状態によらずに、始動時に燃焼悪化を抑制することができる。
According to the processing of the present embodiment described above, it is possible to correct the fuel injection amount according to the in-cylinder temperature at start-up estimated using the temperature drift amount of the output of the in-
尚、上述した実施の形態3においては、ECU40が上記ステップ400および402の処理を実行することにより前記第5の発明における「筒内温度推定手段」が実現されており、ECU40が上記ステップ404の処理を実行することにより前記第5の発明における「噴射量補正手段」が実現されている。
In the third embodiment described above, the “in-cylinder temperature estimating means” according to the fifth aspect of the present invention is realized by the
10 内燃機関
12 ピストン
14 燃焼室
16 吸気通路
18 排気通路
20 吸気弁
22 排気弁
24 スロットルバルブ
26 燃料噴射弁
28 点火プラグ
30 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
46 クランク軸
48 タイミングロータ
DESCRIPTION OF
42
Claims (5)
膨張行程で停止している気筒のクランク角度である第1クランク角度を取得する第1クランク角度取得手段と、
膨張行程で停止している気筒を始動開始気筒として前記着火始動が行われる場合に、前記筒内圧センサを用いて検出される当該始動開始気筒の筒内圧の時系列データを取得する筒内圧時系列データ取得手段と、
筒内圧の前記時系列データを用いて、前記始動開始気筒における燃焼後に前記始動開始気筒の筒内圧が大気圧に低下した時点である大気圧低下時点を取得する大気圧低下時点取得手段と、
前記始動開始気筒における前記着火始動時の排気弁の開きタイミングのクランク角度である第2クランク角度を取得する第2クランク角度取得手段と、
前記着火始動の開始時点から前記大気圧低下時点に到達するまでの経過時間中のクランク角速度の時系列データを前記クランク角センサを用いて取得するクランク角速度時系列データ取得手段と、
クランク角速度の前記時系列データに基づいて、前記経過時間中のクランク角度の時系列データを取得するクランク角度時系列データ取得手段と、
前記始動開始気筒における前記着火始動の開始時点のクランク角度を前記第1クランク角度とし、かつ、前記大気圧低下時点のクランク角度を前記第2クランク角度としたうえで前記経過時間中の筒内圧の前記時系列データとクランク角度の前記時系列データとを対応付けることによって、クランク角度と同期した筒内圧データを取得する筒内圧データ取得手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A cylinder having a fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder, an in-cylinder pressure sensor for detecting the in-cylinder pressure, and a crank angle sensor for detecting the crank angle, and being stopped in the expansion stroke A control device for an internal combustion engine that performs an ignition start by executing fuel injection using the fuel injection valve and starting the internal combustion engine by rotationally driving a crankshaft by a combustion pressure accompanying the fuel injection,
First crank angle acquisition means for acquiring a first crank angle that is a crank angle of a cylinder that is stopped in an expansion stroke;
In-cylinder pressure time series that acquires time-series data of the in-cylinder pressure of the start-up cylinder detected by using the in-cylinder pressure sensor when the ignition start is performed with the cylinder stopped in the expansion stroke as the start-up cylinder. Data acquisition means;
Using the time-series data of the in-cylinder pressure, an atmospheric pressure decrease time acquisition means for acquiring an atmospheric pressure decrease time, which is a time when the in-cylinder pressure of the start start cylinder decreases to an atmospheric pressure after combustion in the start start cylinder;
Second crank angle acquisition means for acquiring a second crank angle that is a crank angle of an opening timing of the exhaust valve at the time of starting ignition in the start start cylinder;
Crank angular speed time-series data acquisition means for acquiring time-series data of crank angular speed during an elapsed time from the start time of the ignition start until reaching the atmospheric pressure decrease time point, using the crank angle sensor;
Crank angle time-series data acquisition means for acquiring time-series data of the crank angle during the elapsed time based on the time-series data of the crank angular speed;
The crank angle at the start of the ignition start in the start cylinder is the first crank angle, and the crank angle at the atmospheric pressure drop is the second crank angle. In-cylinder pressure data acquisition means for acquiring in-cylinder pressure data synchronized with the crank angle by associating the time-series data with the time-series data of the crank angle;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記着火始動の開始時の筒内温度に基づいて、前記着火始動の開始後の所定サイクルにおける燃料噴射量を補正する噴射量補正手段と、
を更に備え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制御装置。 An in-cylinder temperature estimating means for estimating an in-cylinder temperature at the start of the ignition start, based on a difference between the in-cylinder pressure at the start of the ignition start and the in-cylinder pressure at the time of the atmospheric pressure decrease;
An injection amount correction means for correcting a fuel injection amount in a predetermined cycle after the start of the ignition start based on the in-cylinder temperature at the start of the ignition start;
The control device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising:
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