JP6168231B2 - Control device for premixed compression self-ignition internal combustion engine - Google Patents

Control device for premixed compression self-ignition internal combustion engine Download PDF

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Description

本発明は、予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a premixed compression self-ignition internal combustion engine.

近年、気筒内に高温の既燃ガスを導入して混合気を自着火させる予混合圧縮自着火燃焼を燃焼形態として利用する予混合圧縮自着火式内燃機関が提案されている。このような予混合圧縮自着火燃焼は、HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)燃焼と称され、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンの燃焼形態の1つとして利用される。   In recent years, a premixed compression self-ignition internal combustion engine that uses premixed compression self-ignition combustion in which high-temperature burned gas is introduced into a cylinder to self-ignite an air-fuel mixture has been proposed. Such premixed compression self-ignition combustion is called HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) combustion, and is used as one of the combustion forms of a gasoline engine or a diesel engine.

HCCI燃焼は、気筒内の混合気を圧縮し、高温・高圧化することにより、火花点火によらず混合気を自着火させるというものである。HCCI燃焼は、気筒内の各所で同時多発的に自着火する燃焼であり、燃焼期間が短く、より高い熱効率が得られるという利点を有する。   In HCCI combustion, an air-fuel mixture in a cylinder is compressed and heated to a high temperature and pressure, so that the air-fuel mixture is self-ignited regardless of spark ignition. HCCI combustion is combustion in which ignition is performed simultaneously and frequently at various locations in the cylinder, and has the advantage that the combustion period is short and higher thermal efficiency is obtained.

したがって、例えばガソリンエンジンでは、HCCI燃焼が利用されることで主に燃費の向上が期待される。また、ディーゼルエンジンでは、HCCI燃焼が利用されることで主にスートや窒素酸化物の低減が期待される。   Therefore, for example, in a gasoline engine, improvement in fuel efficiency is expected mainly by using HCCI combustion. Further, in diesel engines, reduction of soot and nitrogen oxides is expected mainly by using HCCI combustion.

一方で、HCCI燃焼を利用する予混合圧縮自着火式内燃機関の自着火時期は、筒内温度や筒内圧力、空気量、残留ガス量および燃料量などの種々の筒内状態量によって大きく変化する。したがって、予混合圧縮自着火式内燃機関においては、自着火時期を正確にコントロールしなければ最適な時期に燃焼を行うことができず、ノッキングや失火が発生しやすいという問題があった。ここで、自着火時期を正確にコントロールするためには、HCCI燃焼における正確な自着火時期や燃焼時期を推定する必要がある。   On the other hand, the self-ignition timing of a premixed compression self-ignition internal combustion engine using HCCI combustion varies greatly depending on various in-cylinder state quantities such as in-cylinder temperature, in-cylinder pressure, air amount, residual gas amount, and fuel amount. To do. Therefore, in the premixed compression self-ignition internal combustion engine, there is a problem in that combustion cannot be performed at an optimal time unless the self-ignition timing is accurately controlled, and knocking or misfire is likely to occur. Here, in order to accurately control the self-ignition timing, it is necessary to estimate an accurate self-ignition timing and combustion timing in HCCI combustion.

従来、HCCI燃焼における自着火時期や燃焼時期を推定する予混合圧縮自着火式内燃機関として、特許文献1〜3に記載のものが知られている。   Conventionally, those described in Patent Documents 1 to 3 are known as premixed compression self-ignition internal combustion engines for estimating the self-ignition timing and combustion timing in HCCI combustion.

特許文献1に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関は、残留ガス残量および空気量の調整量の少なくとも一方、先行の行程で噴射された燃料量、平均圧力、先行の行程における燃焼重心の瞬時値および各種調整係数に基づく関係式から燃焼重心を推定するものである。   In the premixed compression self-ignition internal combustion engine described in Patent Document 1, the amount of fuel injected in the preceding stroke, the average pressure, and the combustion center of gravity in the preceding stroke are adjusted. The combustion center of gravity is estimated from the relational expression based on the instantaneous value and various adjustment factors.

特許文献2に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関は、筒内圧力、筒内温度および空燃比等に応じた係数に基づきアレニウス式を用いて着火遅れ期間を推定するものである。   The premixed compression self-ignition internal combustion engine described in Patent Document 2 estimates the ignition delay period using the Arrhenius equation based on coefficients corresponding to the in-cylinder pressure, the in-cylinder temperature, the air-fuel ratio, and the like.

特許文献3に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関は、筒内圧力、活性化エネルギ、筒内絶対温度、気体定数および各種定数に基づきアレニウス式を用いて着火遅れ期間を推定するものである。   The premixed compression self-ignition internal combustion engine described in Patent Document 3 estimates an ignition delay period using an Arrhenius equation based on in-cylinder pressure, activation energy, in-cylinder absolute temperature, gas constant, and various constants. .

特開2009−168027号公報JP 2009-168027 A 特開2006−2637号公報JP 2006-2638 A 特開2008−101591号公報JP 2008-101591 A

しかしながら、HCCI燃焼における自着火時期や燃焼時期は、低温酸化反応および高温酸化反応という化学反応に律速される着火遅れ時間に対して、例えば乱流混合や壁面熱損失による温度分布といった物理的な因子が影響を及ぼすことによって支配される。また、HCCI燃焼における化学反応速度にあっては、筒内圧力以外に、例えば当量比や残留ガス割合などが大きく影響する。   However, in the HCCI combustion, the self-ignition timing and the combustion timing are physical factors such as temperature distribution due to turbulent mixing and wall heat loss, for example, with respect to the ignition delay time controlled by the chemical reaction of low temperature oxidation reaction and high temperature oxidation reaction. Is governed by the influence. In addition, in the chemical reaction rate in HCCI combustion, in addition to the in-cylinder pressure, for example, an equivalence ratio, a residual gas ratio, and the like greatly affect.

ところが、上述の特許文献1〜3に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関にあっては、上述したような物理的な因子や、化学反応速度に影響を与える因子を全て考慮してHCCI燃焼における自着火時期や燃焼時期を推定するものではない。したがって、上述の特許文献1〜3に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関では、HCCI燃焼における自着火時期や燃焼時期の推定精度が必ずしも高いとはいえない。   However, in the premixed compression self-ignition internal combustion engine described in Patent Documents 1 to 3 described above, HCCI combustion is performed in consideration of all the above-described physical factors and factors affecting the chemical reaction rate. It does not estimate the auto-ignition timing or combustion timing in Japan. Therefore, in the premixed compression self-ignition internal combustion engine described in Patent Documents 1 to 3 above, it cannot be said that the estimation accuracy of the self-ignition timing and the combustion timing in HCCI combustion is necessarily high.

そこで、本発明は、従来と比較して、HCCI燃焼における自着火時期や燃焼時期の推定精度を向上させることができる予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide a control device for a premixed compression self-ignition internal combustion engine capable of improving the estimation accuracy of the self-ignition timing and the combustion timing in HCCI combustion as compared with the prior art.

上記課題を解決する本発明に係る制御装置は、筒内の混合気を圧縮することにより自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置において、少なくとも、圧縮上死点前10°CAにおける筒内圧と、当量比と、筒内混合気量に対する、吸気バルブ開弁時の筒内圧及び排気温と該筒内圧及び排気温が検出されたときの燃焼室の容積とに基づき気体の状態方程式を用いて算出した残留ガス量の割合とをアレニウス式の頻度因子とし、該頻度因子と圧縮上死点前10°CAにおける筒内温とをアレニウス式に用いて前記予混合圧縮自着火式内燃機関において筒内噴射した燃料が50%消費された時点を推定し、推定した時点が目標燃焼時期となるように前記予混合圧縮自着火式内燃機関を制御する。   A control device according to the present invention that solves the above-described problems is a control device for a premixed compression self-ignition internal combustion engine that self-ignites and burns by compressing an air-fuel mixture in a cylinder. The gas based on the in-cylinder pressure at CA, the equivalence ratio, the in-cylinder mixture amount, the in-cylinder pressure and the exhaust temperature when the intake valve is opened, and the volume of the combustion chamber when the in-cylinder pressure and the exhaust temperature are detected The ratio of the residual gas amount calculated using the equation of state is the frequency factor of the Arrhenius equation, and the premixed compression self-compression using the frequency factor and the in-cylinder temperature at 10 ° CA before compression top dead center is used in the Arrhenius equation. The time when 50% of the fuel injected in the cylinder in the ignition internal combustion engine is consumed is estimated, and the premixed compression self-ignition internal combustion engine is controlled so that the estimated time becomes the target combustion timing.

本発明は、従来と比較して、HCCI燃焼における自着火時期や燃焼時期の推定精度を向上させることができる予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置を提供することができる。   The present invention can provide a control device for a premixed compression self-ignition internal combustion engine capable of improving the estimation accuracy of the self-ignition timing and combustion timing in HCCI combustion as compared with the prior art.

図1は、本発明の第1の実施の形態に係る制御装置が適用される車両の概略を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a vehicle to which a control device according to a first embodiment of the present invention is applied. 図2は、本発明の第1の実施の形態における燃焼時期推定制御の概略を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an outline of combustion timing estimation control in the first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第1の実施の形態に係るECUによって実行される燃焼時期推定制御および着火時期制御の処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a flow of processing of combustion timing estimation control and ignition timing control executed by the ECU according to the first embodiment of the present invention. 図4は、燃焼時期の推定精度について従来と比較した図であり、(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る制御装置による燃焼時期の推定精度、(b)は、従来の制御装置による燃焼時期の推定精度を示す。FIG. 4 is a diagram comparing the estimation accuracy of the combustion timing with that of the prior art, (a) is the estimation accuracy of the combustion timing by the control device according to the first embodiment of the present invention, and (b) is the conventional accuracy. The estimation accuracy of the combustion timing by the control device is shown. 図5は、本発明の第2の実施の形態に係るECUによって実行される燃焼時期推定制御および着火時期制御の処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a flow of processing of combustion timing estimation control and ignition timing control executed by the ECU according to the second embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第3の実施の形態に係るECUによって実行される燃焼時期推定制御および着火時期制御の処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a flow of processing of combustion timing estimation control and ignition timing control executed by the ECU according to the third embodiment of the present invention.

以下、図1〜図6を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
(第1の実施の形態)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
(First embodiment)

図1に示すように、本実施の形態に係る車両1は、エンジン2と、吸気管3と、排気管4と、EGR装置5と、制御装置としてのECU10とを含んで構成されている。   As shown in FIG. 1, the vehicle 1 according to the present embodiment includes an engine 2, an intake pipe 3, an exhaust pipe 4, an EGR device 5, and an ECU 10 as a control device.

エンジン2は、例えば直列4気筒のガソリンエンジンで構成されている。また、エンジン2は、シリンダ21内、すなわち燃焼室内に直接燃料を噴射するためのインジェクタ23を備えた、いわゆる直噴エンジンである。なお、エンジン2の気筒数は4気筒に限られない。また、エンジン2は、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンであってもよい。   The engine 2 is composed of, for example, an inline 4-cylinder gasoline engine. The engine 2 is a so-called direct injection engine provided with an injector 23 for injecting fuel directly into the cylinder 21, that is, into the combustion chamber. Note that the number of cylinders of the engine 2 is not limited to four. The engine 2 is not limited to a gasoline engine but may be a diesel engine.

また、本実施の形態に係るエンジン2は、スパークプラグ20によらず、シリンダ21内の混合気を圧縮することにより自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火燃焼(以下、「HCCI燃焼」という)が可能な予混合圧縮自着火式内燃機関である。   In addition, the engine 2 according to the present embodiment does not rely on the spark plug 20 but premixed compression self-ignition combustion (hereinafter referred to as “HCCI combustion”) in which the air-fuel mixture in the cylinder 21 is compressed and burned by compression. Is a premixed compression self-ignition internal combustion engine.

また、エンジン2は、スパークプラグ20からの火花放電により強制的に混合気を着火させるSI(Spark Ignition)燃焼も可能な構成となっている。したがって、エンジン2は、エンジン回転数やエンジン負荷などのエンジン運転状態に応じてHCCI燃焼とSI燃焼とを切り替えることが可能となっている。   Further, the engine 2 is configured to be capable of SI (Spark Ignition) combustion in which the air-fuel mixture is forcibly ignited by spark discharge from the spark plug 20. Therefore, the engine 2 can switch between HCCI combustion and SI combustion according to the engine operating state such as the engine speed and the engine load.

吸気管3の内部には、吸気通路3aが形成されている。吸気通路3a上には、過給機30と、インタクーラ31とが設けられている。過給機30は、ハウジング内を2つのロータが連動して回転することで吸入空気を圧縮して過給する、いわゆる機械式の過給機である。過給機30は、エンジン2を駆動源としている。   An intake passage 3 a is formed inside the intake pipe 3. A supercharger 30 and an intercooler 31 are provided on the intake passage 3a. The supercharger 30 is a so-called mechanical supercharger that compresses and supercharges intake air by two rotors rotating in conjunction with each other in a housing. The supercharger 30 uses the engine 2 as a drive source.

インタクーラ31は、過給機30の吸気方向下流側に設けられ、過給機30によって圧縮された吸入空気を冷却する。これにより、吸入空気の体積効率が高まるとともに、吸入効率が向上する。   The intercooler 31 is provided downstream of the supercharger 30 in the intake direction, and cools the intake air compressed by the supercharger 30. This increases the volumetric efficiency of the intake air and improves the suction efficiency.

排気管4の内部には、排気通路4aが形成されている。排気通路4a上には、触媒40が設けられている。触媒40は、エンジン2から排出された排気ガスを浄化する。   An exhaust passage 4 a is formed inside the exhaust pipe 4. A catalyst 40 is provided on the exhaust passage 4a. The catalyst 40 purifies the exhaust gas discharged from the engine 2.

EGR装置5は、EGR通路50aが内部に形成されたEGR配管50と、EGRバルブ51とを備えている。EGR通路50aは、排気通路4aと吸気通路3aとを連通し、排気通路4aを流れる排気ガスの一部を吸気通路3aに還流させる通路である。   The EGR device 5 includes an EGR pipe 50 in which an EGR passage 50a is formed, and an EGR valve 51. The EGR passage 50a is a passage that connects the exhaust passage 4a and the intake passage 3a and recirculates a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 4a to the intake passage 3a.

EGRバルブ51は、EGR通路50a上に設けられ、吸気通路3aに還流させる排気ガスの量であるEGR量を調節するものである。EGRバルブ51は、ECU10によって開閉制御される。   The EGR valve 51 is provided on the EGR passage 50a and adjusts an EGR amount that is an amount of exhaust gas recirculated to the intake passage 3a. The EGR valve 51 is controlled to open and close by the ECU 10.

ECU10は、例えばCPU、RAM、ROM、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータを含んで構成されており、CPUは、RAMの一時記憶機能を利用するとともにROMに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。ROMには、各種制御定数や各種マップ等が予め記憶されている。   The ECU 10 includes, for example, a microcomputer including a CPU, a RAM, a ROM, an input / output interface, and the like. The CPU uses a temporary storage function of the RAM and performs signal processing according to a program stored in advance in the ROM. . Various control constants and various maps are stored in advance in the ROM.

また、ECU10の入力側には、エアフロセンサ101、吸気温センサ102、吸気圧センサ103、吸気Oセンサ104、筒内圧センサ105、排気温センサ106、リニアA/Fセンサ107、クランク角センサ180、水温センサ181などの各種センサ類が接続されている。 On the input side of the ECU 10, an airflow sensor 101, an intake air temperature sensor 102, an intake air pressure sensor 103, an intake air O 2 sensor 104, an in-cylinder pressure sensor 105, an exhaust gas temperature sensor 106, a linear A / F sensor 107, a crank angle sensor 180. Various sensors such as a water temperature sensor 181 are connected.

エアフロセンサ101は、過給機30よりも吸気方向上流側の吸気通路3a上に設けられ、吸入空気量を検出する。吸気温センサ102は、インタクーラ31よりも吸気方向下流側の吸気通路3a上に設けられ、吸入空気の温度である吸気温度(以下、単に「吸気温」という)を検出する。   The airflow sensor 101 is provided on the intake passage 3a upstream of the supercharger 30 in the intake direction, and detects the intake air amount. The intake air temperature sensor 102 is provided on the intake passage 3a downstream of the intercooler 31 in the intake direction, and detects an intake air temperature (hereinafter simply referred to as “intake air temperature”) that is the temperature of the intake air.

吸気圧センサ103は、インタクーラ31よりも吸気方向下流側の吸気通路3a上に設けられ、吸入空気の圧力である吸気圧を検出する。吸気Oセンサ104は、インタクーラ31よりも吸気方向下流側の吸気通路3a上に設けられ、シリンダ21内に吸入されるガスの酸素濃度を検出する。 The intake pressure sensor 103 is provided on the intake passage 3a downstream of the intercooler 31 in the intake direction, and detects intake pressure that is the pressure of intake air. The intake O 2 sensor 104 is provided on the intake passage 3 a downstream of the intercooler 31 in the intake direction, and detects the oxygen concentration of the gas sucked into the cylinder 21.

筒内圧センサ105は、シリンダ21を形成する図示しないシリンダヘッドに設けられ、シリンダ21内の圧力である筒内圧を検出する。排気温センサ106は、触媒40よりも排気方向上流側の排気通路4a上に設けられ、排気ガスの温度である排気温度(以下、単に「排気温」という)を検出する。   The in-cylinder pressure sensor 105 is provided in a cylinder head (not shown) that forms the cylinder 21 and detects an in-cylinder pressure that is a pressure in the cylinder 21. The exhaust temperature sensor 106 is provided on the exhaust passage 4a upstream of the catalyst 40 in the exhaust direction, and detects an exhaust temperature (hereinafter simply referred to as “exhaust temperature”) that is the temperature of the exhaust gas.

リニアA/Fセンサ107は、触媒40よりも排気方向上流側の排気通路4a上に設けられ、排気ガスの空燃比に比例した線形な出力特性を有するA/Fセンサである。リニアA/Fセンサ107は、シリンダ21内から排出された排気ガス中の酸素濃度に基づき排気ガスの空燃比を検出する。   The linear A / F sensor 107 is an A / F sensor that is provided on the exhaust passage 4a upstream of the catalyst 40 in the exhaust direction and has a linear output characteristic proportional to the air-fuel ratio of the exhaust gas. The linear A / F sensor 107 detects the air-fuel ratio of the exhaust gas based on the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the cylinder 21.

クランク角センサ180は、エンジン2に設けられ、エンジン2のクランクシャフトのクランク角を検出する。水温センサ181は、エンジン2に設けられ、エンジン2の冷却水の温度、すなわち冷却水温を検出する。   The crank angle sensor 180 is provided in the engine 2 and detects the crank angle of the crankshaft of the engine 2. The water temperature sensor 181 is provided in the engine 2 and detects the temperature of the cooling water of the engine 2, that is, the cooling water temperature.

また、ECU10の出力側には、EGRバルブ51やスパークプラグ20、インジェクタ23などの各種機器類が接続されている。ECU10は、上述した各種センサからの入力に基づき前述の各種機器類を制御する。   Various devices such as an EGR valve 51, a spark plug 20, and an injector 23 are connected to the output side of the ECU 10. The ECU 10 controls the various devices described above based on the inputs from the various sensors described above.

例えば、ECU10は、上述した各種センサからの入力に基づき、エンジン2におけるHCCI燃焼の燃焼時期を演算により推定する燃焼時期推定制御を行うようになっている。また、ECU10は、燃焼時期推定制御によって推定された燃焼時期に基づき、エンジン2において最適な時期にHCCI燃焼が行われるよう、インジェクタ23およびスパークプラグ20を制御する着火時期制御を行うようになっている。   For example, the ECU 10 performs combustion timing estimation control for estimating the combustion timing of HCCI combustion in the engine 2 based on the input from the various sensors described above. Further, the ECU 10 performs ignition timing control for controlling the injector 23 and the spark plug 20 so that HCCI combustion is performed at an optimal time in the engine 2 based on the combustion timing estimated by the combustion timing estimation control. Yes.

次に、図2を参照して、ECU10によって実行される燃焼時期推定制御および着火時期制御について説明する。   Next, the combustion timing estimation control and the ignition timing control executed by the ECU 10 will be described with reference to FIG.

図2に示すように、ECU10は、クランク角センサ180から入力される検知結果に基づきエンジン回転数Neを算出する。また、ECU10は、アクセル開度センサから入力されるアクセル開度に基づきエンジン負荷を算出する。   As shown in FIG. 2, the ECU 10 calculates the engine speed Ne based on the detection result input from the crank angle sensor 180. Further, the ECU 10 calculates the engine load based on the accelerator opening inputted from the accelerator opening sensor.

ECU10は、エンジン回転数Neとエンジン負荷とエアフロセンサ101で検出された吸入空気量とに基づき、基本燃料噴射量を算出する。また、ECU10は、基本燃料噴射量と吸入空気量とに基づき、エンジン2に吸入される混合気の空燃比と理論空燃比との比率である当量比φを算出する。   The ECU 10 calculates a basic fuel injection amount based on the engine speed Ne, the engine load, and the intake air amount detected by the airflow sensor 101. Further, the ECU 10 calculates an equivalence ratio φ that is a ratio between the air-fuel ratio of the air-fuel mixture sucked into the engine 2 and the stoichiometric air-fuel ratio based on the basic fuel injection amount and the intake air amount.

ECU10は、吸入空気量と吸気Oセンサ104で検出された酸素濃度とリニアA/Fセンサ107で検出された実際の空燃比に基づき求められる当量比とから、EGR装置5によって吸気側に還流される排気ガスの量(以下、外部EGRガス量という)を算出する。 The ECU 10 uses the EGR device 5 to return to the intake side based on the intake air amount, the oxygen concentration detected by the intake O 2 sensor 104, and the equivalent ratio determined based on the actual air-fuel ratio detected by the linear A / F sensor 107. The amount of exhaust gas (hereinafter referred to as external EGR gas amount) is calculated.

ここで、空気中の酸素(O)、窒素(N)および二酸化炭素(CO)などの割合は、空気の組成であるため既知である。このため、エアフロセンサ101で検出される吸入空気量における酸素濃度等も既知である。したがって、ECU10は、リニアA/Fセンサ107で検出された酸素濃度の排気ガスを含む吸入空気の酸素濃度を吸気Oセンサ104で検出することによって、外部EGRガス量を検出することができる。 Here, the ratio of oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), and the like in the air is known because it is the composition of air. For this reason, the oxygen concentration in the intake air amount detected by the airflow sensor 101 is also known. Therefore, the ECU 10 can detect the external EGR gas amount by detecting the oxygen concentration of the intake air including the exhaust gas having the oxygen concentration detected by the linear A / F sensor 107 by the intake O 2 sensor 104.

ECU10は、吸気バルブの開弁時に、筒内圧センサ105および排気温センサ106によって検出された筒内圧および排気温と、該筒内圧および排気温が検出されたときの燃焼室の容積とに基づき、気体の状態方程式を用いて残留ガス量として残留ガスの質量を算出する。気体の状態方程式は、筒内圧を「P」、燃焼室の容積を「V」、残留ガスの質量を「m」、残留ガスのガス定数を「R」、筒内温に略一致する排気温を「T」としたとき、「PV=mRT」で表される。   The ECU 10 is based on the in-cylinder pressure and the exhaust temperature detected by the in-cylinder pressure sensor 105 and the exhaust temperature sensor 106 when the intake valve is opened, and the volume of the combustion chamber when the in-cylinder pressure and the exhaust temperature are detected. The mass of the residual gas is calculated as the residual gas amount using the gas equation of state. The equation of state of the gas is that the in-cylinder pressure is “P”, the combustion chamber volume is “V”, the residual gas mass is “m”, the residual gas constant is “R”, and the exhaust gas temperature substantially matches the in-cylinder temperature. Is represented by “PV = mRT”.

ECU10は、外部EGRガス量と残留ガス量とに基づき残留ガス割合Xrgを算出する。具体的には、ECU10は、外部EGRガス量と残留ガス量と吸入空気量と基本燃料噴射量の合計である筒内混合気量に対する残留ガス量の割合である残留ガス割合Xrgを算出する。 The ECU 10 calculates a residual gas ratio X rg based on the external EGR gas amount and the residual gas amount. Specifically, the ECU 10 calculates a residual gas ratio X rg that is a ratio of the residual gas amount to the in-cylinder mixture amount that is the sum of the external EGR gas amount, the residual gas amount, the intake air amount, and the basic fuel injection amount. .

ECU10は、外部EGRガス量、吸入空気量、基本燃料噴射量、残留ガス量および筒内圧に基づき、筒内圧Pcyl_10BTDCを算出する。ここで、「cyl」は、筒内であること、「10BTDC」は、圧縮上死点前10°CAのタイミングであることを示す。 The ECU 10 calculates the in-cylinder pressure P cyl — 10BTDC based on the external EGR gas amount, the intake air amount, the basic fuel injection amount, the residual gas amount, and the in-cylinder pressure. Here, “cyl” indicates that the cylinder is in the cylinder, and “10BTDC” indicates that the timing is 10 ° CA before compression top dead center.

具体的には、ECU10は、筒内圧センサ105を用いて筒内圧を検出する場合、次のように筒内圧Pcyl_10BTDCを算出する。すなわち、ECU10は、例えばポリトロープ変化を仮定し、吸気バルブの閉弁時の筒内圧Pcyl_ivcと燃焼室の容積Vcyl_ivcと圧縮上死点前10°CAにおける燃焼室の容積Vcyl_10BTDCとを用いて下記式(1)に基づき、筒内圧Pcyl_10BTDCを算出する。ここで、「ivc」は、吸気バルブの閉弁時を示す。また、下記式(1)における「n」は、ポリトロープ指数である。
また、ECU10は、筒内温Tcyl_10BTDCも上述の筒内圧Pcyl_10BTDCと同様に、下記式(2)に基づき、算出することができる。
Specifically, when the in-cylinder pressure is detected using the in-cylinder pressure sensor 105, the ECU 10 calculates the in-cylinder pressure P cyl — 10BTDC as follows. That, ECU 10, for example assuming a polytropic change, by using the volume V Cyl_10BTDC the combustion chamber in the cylinder pressure P Cyl_ivc the combustion chamber volume V Cyl_ivc the compression top dead center 10 ° CA during closing of the intake valve In-cylinder pressure P cyl — 10BTDC is calculated based on the following formula (1). Here, “ivc” indicates when the intake valve is closed. Further, “n” in the following formula (1) is a polytropic index.
Further, the ECU 10 can also calculate the in-cylinder temperature T cyl — 10BTDC based on the following equation (2), similarly to the above-mentioned in-cylinder pressure P cyl — 10BTDC .

ここで、上記式(2)における筒内温Tcyl_ivcは、吸気バルブの閉弁時の筒内圧Pcyl_ivcと、燃焼室の容積Vcyl_ivcと、筒内混合気の質量mと、混合気のガス定数Rを用いて気体の状態方程式「Pcyl_ivccyl_ivc=mRT」からECU10によって求められる。 Here, the in-cylinder temperature T cyl_ivc in the above equation (2) is the in-cylinder pressure P cyl_ivc when the intake valve is closed, the volume V cyl_ivc of the combustion chamber, the mass m of the in-cylinder mixture, and the gas of the mixture Using the constant R, the ECU 10 obtains the gas state equation “P cyl_ivc V cyl_ivc = mRT”.

混合気のガス定数Rは、外部EGRガスや残留ガス、吸入空気と燃料との混合気などの各ガスの質量割合であるモル分率から気体の平均分子量を算出し、算出した気体の平均分子量で一般ガス定数(R=8.3144621(75)JK−1mol−1)を除算することで得られる。なお、筒内温Tcyl_ivcは、エネルギ保存の法則を用いて求めてもよい。 The gas constant R of the air-fuel mixture is calculated by calculating the average molecular weight of the gas from the molar fraction that is the mass ratio of each gas such as external EGR gas, residual gas, and air-fuel mixture of intake air and fuel. By dividing the general gas constant (R = 8.3144621 (75) JK −1 mol −1 ). The in-cylinder temperature T cyl_ivc may be obtained using the law of energy conservation.

また、筒内圧センサ105を用いない場合には、ECU10は、上述の筒内圧Pcyl_ivcおよび筒内温Tcyl_ivcを、次式(3)、(4)を用いてそれぞれ算出することも可能である。 When the in-cylinder pressure sensor 105 is not used, the ECU 10 can also calculate the in-cylinder pressure P cyl_ivc and the in-cylinder temperature T cyl_ivc using the following equations (3) and (4), respectively. .

ここで、上記式(3)におけるMairは、エアフロセンサ101で検出された吸入空気量、Pin_ivcは、吸気バルブの閉弁時の吸気圧である。また、上記式(4)におけるTin_ivoは、吸気バルブの開弁時の吸気温、Tex_ivoは、吸気バルブの開弁時の排気温、Twaterは、水温センサ181で検出された冷却水温である。 Here, M air in the above equation (3) is the amount of intake air detected by the airflow sensor 101, and P in_ivc is the intake pressure when the intake valve is closed. In addition, T in_ivo in the above equation (4) is the intake air temperature when the intake valve is opened, T ex_ivo is the exhaust temperature when the intake valve is opened, and T water is the cooling water temperature detected by the water temperature sensor 181. is there.

また、上記式(3)における指数J、Kは、エンジン2の仕様等による個体差を考慮して予め実験的に求めた値をもとに重回帰分析によって求めた値である。さらに、上記式(3)および式(4)における係数I、L、N、Qは、指数J、Kと同様、エンジン2の仕様等による個体差を考慮して予め実験的に求めた値をもとに重回帰分析によって求めた値である。   In addition, the indexes J and K in the above equation (3) are values obtained by multiple regression analysis based on values obtained experimentally in advance in consideration of individual differences due to the specifications of the engine 2 and the like. Further, the coefficients I, L, N, and Q in the above formulas (3) and (4) are values obtained experimentally in advance in consideration of individual differences due to the specifications of the engine 2 and the like, similar to the indices J and K. This is the value obtained by multiple regression analysis.

また、ECU10は、燃焼反応パラメータおよび燃料状態パラメータを頻度因子としてアレニウス式に用いてエンジン2の燃焼時期CA50を推定する。本実施の形態では、燃料が50%消費された時点のクランク角CA50を燃焼時期CA50として取り扱う。   Further, the ECU 10 estimates the combustion timing CA50 of the engine 2 using the combustion reaction parameter and the fuel state parameter as frequency factors in the Arrhenius equation. In the present embodiment, the crank angle CA50 at the time when 50% of the fuel is consumed is handled as the combustion timing CA50.

ここで、エンジン2のような予混合圧縮自着火式内燃機関の燃焼時期は、低温酸化反応および高温酸化反応という化学反応に律速される着火遅れ時間に対して、乱流混合や壁面熱損失による温度分布といった物理的な因子が影響を及ぼすことによって支配される。このため、正確な燃焼時期を推定するためには、前述したような物理的な因子や化学反応速度に影響を与える因子などを考慮する必要がある。   Here, the combustion timing of the premixed compression self-ignition internal combustion engine such as the engine 2 is due to turbulent mixing and wall heat loss with respect to the ignition delay time limited by the chemical reaction of the low temperature oxidation reaction and the high temperature oxidation reaction. It is governed by the influence of physical factors such as temperature distribution. For this reason, in order to estimate the exact combustion timing, it is necessary to consider the physical factors as described above and factors that influence the chemical reaction rate.

そこで、本実施の形態では、燃焼時期の推定精度を向上させるために、ある温度における化学反応の速度を定義するアレニウス式に上述の各燃焼反応パラメータおよび各燃料状態パラメータを頻度因子として用いることとした。   Therefore, in the present embodiment, in order to improve the estimation accuracy of the combustion timing, the above-mentioned combustion reaction parameters and fuel state parameters are used as frequency factors in the Arrhenius equation that defines the speed of the chemical reaction at a certain temperature. did.

上述の燃焼反応パラメータとしては、筒内圧に基づく圧力状態値として上記式(1)で算出した筒内圧Pcyl_10BTDC、シリンダ21内の既燃ガス量に基づく既燃ガス状態値としての残留ガス割合Xrg、および基本燃料噴射量と吸入空気量とに基づき算出した当量比φが含まれる。ここで、本実施の形態の当量比φは、シリンダ21内の燃料量と空気量との状態に基づく燃料割合値に相当する。なお、燃料割合値は、空気過剰率を表す当量比φの逆数であってもよい。 As the above-described combustion reaction parameters, the cylinder pressure P cyl — 10BTDC calculated by the above equation (1) as the pressure state value based on the cylinder pressure, the residual gas ratio X as the burned gas state value based on the amount of burned gas in the cylinder 21 rg , and the equivalence ratio φ calculated based on the basic fuel injection amount and the intake air amount are included. Here, the equivalence ratio φ of the present embodiment corresponds to a fuel ratio value based on the state of the fuel amount in the cylinder 21 and the air amount. The fuel ratio value may be the reciprocal of the equivalent ratio φ representing the excess air ratio.

また、上述の燃料状態パラメータとしては、シリンダ21内の燃料の混合状態を推定する混合推定値としてのエンジン回転数Neの逆数、燃料の噴射終了時期EoI、およびシリンダ21内の壁面と燃料との熱の授受による熱損失を推定する熱損失推定値としての排気温Texと吸気温Tinとの偏差(Tex−Tin)が含まれる。なお、混合推定値は、エンジン回転数Neであってもよい。 In addition, as the above-described fuel state parameters, the reciprocal of the engine speed Ne as a mixed estimated value for estimating the mixed state of the fuel in the cylinder 21, the fuel injection end timing EoI, and the wall surface in the cylinder 21 and the fuel A deviation (T ex −T in ) between the exhaust temperature T ex and the intake air temperature T in as a heat loss estimation value for estimating heat loss due to heat transfer is included. The mixture estimated value may be the engine speed Ne.

具体的には、ECU10は、上述の各燃焼反応パラメータ、各燃料状態パラメータおよび上記式(2)で算出した筒内温Tcyl_10BTDCに基づき、次式(5)を用いて燃焼時期CA50を算出する。 Specifically, the ECU 10 calculates the combustion timing CA50 using the following equation (5) based on the above-described combustion reaction parameters, each fuel state parameter, and the in-cylinder temperature T cyl — 10BTDC calculated by the above equation (2). .

ここで、上記式(5)におけるRは、混合気のガス定数、Aは、エンジン2の仕様等による個体差を考慮して予め実験的に求めた値をもとに重回帰分析によって求めた係数である。   Here, R in the above equation (5) is a gas constant of the air-fuel mixture, and A is obtained by multiple regression analysis based on a value obtained experimentally in advance considering individual differences due to the specifications of the engine 2 and the like. It is a coefficient.

また、上記式(5)において、各燃焼反応パラメータおよび各燃料状態パラメータには、予め定められたB〜D、F〜Hの指数がそれぞれ付されている。これら指数B〜D、F〜Hは、係数Aと同様、エンジン2の仕様等による個体差を考慮して予め実験的に求めた値をもとに重回帰分析によって求めた値である。   Further, in the above equation (5), predetermined indices B to D and F to H are assigned to the combustion reaction parameters and the fuel state parameters, respectively. Like the coefficient A, these indices B to D and F to H are values obtained by multiple regression analysis based on values obtained experimentally in advance in consideration of individual differences due to the specifications of the engine 2 and the like.

また、ECU10は、目標燃焼時期マップから得られる目標燃焼時期と上記式(5)を用いて算出した燃焼時期CA50とを比較し、その比較結果に基づき、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期および点火回数をそれぞれ決定する。目標燃焼時期マップは、例えばエンジン回転数Neをパラメータに目標燃焼時期を決定するマップであり、エンジン回転数Neと燃焼時期との関係を予め実験的に求めてECU10のROMに記憶したものである。   Further, the ECU 10 compares the target combustion timing obtained from the target combustion timing map with the combustion timing CA50 calculated using the above equation (5), and based on the comparison result, the fuel injection amount, the fuel injection timing, and the ignition timing. And the number of times of ignition are determined. The target combustion time map is a map for determining the target combustion time using, for example, the engine speed Ne as a parameter, and the relationship between the engine speed Ne and the combustion time is experimentally obtained in advance and stored in the ROM of the ECU 10. .

なお、目標燃焼時期は、クランク角で表され、燃焼時期CA50と同様、燃料が50%消費された時点の目標のクランク角CA50である。したがって、以下においては、目標のクランク角CA50を目標燃焼時期CA50として取り扱うものとする。   The target combustion timing is represented by a crank angle, and is the target crank angle CA50 at the time when 50% of the fuel is consumed, as in the combustion timing CA50. Therefore, in the following, the target crank angle CA50 will be treated as the target combustion timing CA50.

具体的には、ECU10は、燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致するか否かに応じて、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期および点火回数をそれぞれ決定する。ここで、燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致するとは、完全に一致する場合のほか、例えば燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に対して所定の閾値以内の範囲にあることを含む。なお、所定の閾値は、エンジン2の仕様等によって任意に定められるが、例えば±1°CAである。   Specifically, the ECU 10 determines the fuel injection amount, the fuel injection timing, the ignition timing, and the number of ignitions depending on whether or not the combustion timing CA50 matches the target combustion timing CA50. Here, the fact that the combustion timing CA50 coincides with the target combustion timing CA50 includes, for example, that the combustion timing CA50 is within a predetermined threshold with respect to the target combustion timing CA50, in addition to the case where the combustion timing CA50 completely coincides. The predetermined threshold is arbitrarily determined according to the specifications of the engine 2 or the like, but is ± 1 ° CA, for example.

ECU10は、例えば燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致する場合には、予め定められた噴射量マップ、噴射時期マップ、点火時期マップおよび点火回数マップ等によって決定される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期および点火回数で燃料噴射および点火を行うよう、インジェクタ23およびスパークプラグ20の駆動を制御する。   For example, when the combustion timing CA50 coincides with the target combustion timing CA50, the ECU 10 determines the fuel injection amount, the fuel injection timing determined by a predetermined injection amount map, injection timing map, ignition timing map, ignition frequency map, and the like. The drive of the injector 23 and the spark plug 20 is controlled so that fuel injection and ignition are performed at the ignition timing and the number of ignitions.

一方、ECU10は、燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致しない場合には、燃料噴射量の増量または減量や点火時期の進角あるいは遅角などによって燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期および点火回数の補正を行う。この場合、ECU10は、補正後の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期および点火回数で燃料噴射および点火を行うよう、インジェクタ23およびスパークプラグ20の駆動を制御する。   On the other hand, when the combustion timing CA50 does not coincide with the target combustion timing CA50, the ECU 10 determines the fuel injection amount, the fuel injection timing, the ignition timing, and the ignition timing by increasing or decreasing the fuel injection amount, the advance or retard of the ignition timing, and the like. The number of times is corrected. In this case, the ECU 10 controls the drive of the injector 23 and the spark plug 20 so as to perform fuel injection and ignition with the corrected fuel injection amount, fuel injection timing, ignition timing, and number of ignitions.

次に、図3を参照して、ECU10によって実行される燃焼時期推定制御および着火時期制御の処理の流れについて説明する。この燃焼時期推定制御および着火時期制御は、ECU10によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。   Next, with reference to FIG. 3, the flow of processing of combustion timing estimation control and ignition timing control executed by the ECU 10 will be described. This combustion timing estimation control and ignition timing control are repeatedly executed by the ECU 10 at predetermined time intervals.

図3に示すように、ECU10は、まずクランク角センサ180から入力される検出結果に基づき、燃焼時期推定制御および着火時期制御で行われる各種演算、各種センサでの計測のタイミングであるか否かを判定する(ステップS1)。ECU10は、各種演算、各種センサでの計測のタイミングでないと判定した場合には、再度ステップS1の処理を繰り返す。   As shown in FIG. 3, the ECU 10 first determines based on the detection result input from the crank angle sensor 180 whether or not it is timing of various calculations performed by the combustion timing estimation control and ignition timing control, and measurement by various sensors. Is determined (step S1). If the ECU 10 determines that it is not the timing of various calculations and measurements by various sensors, it repeats the process of step S1 again.

一方、ECU10は、各種演算、各種センサでの計測のタイミングであると判定した場合には、エンジン回転数Neやアクセル開度などのエンジン運転状態を検出する(ステップS2)。   On the other hand, when it is determined that it is the timing of various calculations and measurement by various sensors, the ECU 10 detects the engine operating state such as the engine speed Ne and the accelerator opening (step S2).

次いで、ECU10は、例えば吸入空気量、吸気温Tin、排気温Tex、冷却水温Twaterなどの燃焼時期推定制御および着火時期制御で用いられる各種センサ値を検出する(ステップS3)。 Next, the ECU 10 detects various sensor values used in the combustion timing estimation control and the ignition timing control such as the intake air amount, the intake air temperature T in , the exhaust gas temperature T ex , and the cooling water temperature T water (step S3).

その後、ECU10は、エンジン回転数Ne、エンジン負荷および吸入空気量に基づき基本燃料噴射量を算出する(ステップS4)。次いで、ECU10は、上記式(5)を用いて燃焼時期CA50を算出する(ステップS5)。   Thereafter, the ECU 10 calculates a basic fuel injection amount based on the engine speed Ne, the engine load, and the intake air amount (step S4). Next, the ECU 10 calculates the combustion timing CA50 using the above equation (5) (step S5).

次いで、ECU10は、燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致するか否かを判定する(ステップS6)。なお、上述した通り、燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致するか否かは、燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に完全に一致するか否か、あるいは燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に対して所定の閾値以内の範囲にあるか否かによって判定される。   Next, the ECU 10 determines whether or not the combustion timing CA50 coincides with the target combustion timing CA50 (step S6). As described above, whether or not the combustion timing CA50 matches the target combustion timing CA50 depends on whether or not the combustion timing CA50 completely matches the target combustion timing CA50, or whether the combustion timing CA50 matches the target combustion timing CA50. The determination is made based on whether or not it is within a predetermined threshold.

ECU10は、燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致すると判定した場合には、本処理を終了する。この場合、ECU10は、予め定められた噴射量マップ、噴射時期マップ、点火時期マップおよび点火回数マップ等によって決定される燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期および点火回数で燃料噴射および点火を行うよう、インジェクタ23およびスパークプラグ20の駆動を制御する。   If the ECU 10 determines that the combustion timing CA50 coincides with the target combustion timing CA50, the ECU 10 ends this process. In this case, the ECU 10 performs fuel injection and ignition with a fuel injection amount, a fuel injection timing, an ignition timing, and an ignition frequency determined by a predetermined injection amount map, injection timing map, ignition timing map, ignition frequency map, and the like. Thus, the drive of the injector 23 and the spark plug 20 is controlled.

一方、ECU10は、燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致しないと判定した場合には、燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50よりも大きいか否か、つまり目標燃焼時期CA50に対して燃焼時期CA50が遅角しているか否かを判定する(ステップS7)。   On the other hand, if the ECU 10 determines that the combustion timing CA50 does not coincide with the target combustion timing CA50, whether or not the combustion timing CA50 is greater than the target combustion timing CA50, that is, the combustion timing CA50 is equal to the target combustion timing CA50. It is determined whether or not the angle is retarded (step S7).

ECU10は、目標燃焼時期CA50に対して燃焼時期CA50が遅角していると判定した場合には、燃焼時期CA50の進角補正を行う(ステップS8)。具体的には、ECU10は、燃焼時期CA50を進角させるように、例えば燃料噴射量の増量、点火時期の進角などによって燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期および点火回数の補正を行う。これにより、燃焼時期CA50が進角側に補正される。   If the ECU 10 determines that the combustion timing CA50 is retarded with respect to the target combustion timing CA50, the ECU 10 corrects the advance of the combustion timing CA50 (step S8). Specifically, the ECU 10 corrects the fuel injection amount, the fuel injection timing, the ignition timing, and the number of ignitions, for example, by increasing the fuel injection amount, the advance angle of the ignition timing, etc. so as to advance the combustion timing CA50. Thereby, the combustion timing CA50 is corrected to the advance side.

一方、ECU10は、目標燃焼時期CA50に対して燃焼時期CA50が遅角していない、すなわち進角していると判定した場合には、燃焼時期CA50の遅角補正を行う(ステップS9)。具体的には、ECU10は、燃焼時期CA50を遅角させるように、例えば燃料噴射量の減量、点火時期の遅角などによって燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期および点火回数の補正を行う。これにより、燃焼時期CA50が遅角側に補正される。   On the other hand, when the ECU 10 determines that the combustion timing CA50 is not retarded, that is, advanced, with respect to the target combustion timing CA50, the ECU 10 corrects the retardation of the combustion timing CA50 (step S9). Specifically, the ECU 10 corrects the fuel injection amount, the fuel injection timing, the ignition timing, and the number of ignitions, for example, by reducing the fuel injection amount, retarding the ignition timing, etc. so as to retard the combustion timing CA50. As a result, the combustion timing CA50 is corrected to the retard side.

なお、ステップS8およびステップS9で用いられる燃料噴射量や点火時期などの補正値は、予め実験的に求められた値であり、例えば燃料噴射量や点火時期などの補正マップとしてECU10のROMに記憶されている。   The correction values such as the fuel injection amount and ignition timing used in steps S8 and S9 are values obtained experimentally in advance, and are stored in the ROM of the ECU 10 as a correction map such as the fuel injection amount and ignition timing, for example. Has been.

次いで、ECU10は、ステップS8およびステップS9で燃焼時期CA50が補正された後、再度ステップS5で補正後の燃焼時期CA50を算出し、補正後の燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致するか否かを判定する。このように、本実施の形態では、補正後の燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致するまで、補正後の燃焼時期CA50が補正される。   Next, after the combustion timing CA50 is corrected in step S8 and step S9, the ECU 10 calculates the corrected combustion timing CA50 again in step S5, and whether or not the corrected combustion timing CA50 matches the target combustion timing CA50. Determine whether. Thus, in the present embodiment, the corrected combustion timing CA50 is corrected until the corrected combustion timing CA50 matches the target combustion timing CA50.

次に、図4を参照して、本実施の形態に係る制御装置における燃焼時期CA50の推定精度について説明する。図4は、本実施の形態の制御装置において上記式(5)を用いて推定した燃焼時期CA50の推定精度と、従来のアレニウス式を用いて推定した燃焼時期CA50の推定精度との比較を示したものである。   Next, the estimation accuracy of the combustion timing CA50 in the control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a comparison between the estimation accuracy of the combustion timing CA50 estimated using the above equation (5) and the estimation accuracy of the combustion timing CA50 estimated using the conventional Arrhenius equation in the control device of the present embodiment. It is a thing.

図4(a)において、図中、「CA50 Calculated deg.ATDC」で示す横軸は、上記式(5)を用いて推定した燃焼時期CA50、図中、「CA50 Measured deg.ATDC」で示す縦軸は、実際に測定された燃焼時期CA50を示している。   In FIG. 4A, the horizontal axis indicated by “CA50 Calculated deg. ATDC” in the figure is the combustion timing CA50 estimated using the above equation (5), and the vertical axis indicated by “CA50 Measured deg. ATDC” in the figure. The axis indicates the combustion timing CA50 actually measured.

また、図4(b)において、図中、「CA50 Calculated deg.ATDC」で示す横軸は、従来のアレニウス式を用いて推定した燃焼時期CA50、図中、「CA50 Measured deg.ATDC」で示す縦軸は、実際に測定された燃焼時期CA50を示している。なお、これら燃焼時期CA50は、いずれも上死点後となる。   4B, the horizontal axis indicated by “CA50 Calculated deg. ATDC” in the figure indicates the combustion timing CA50 estimated by using the conventional Arrhenius equation, and “CA50 Measured deg. ATDC” in the figure. The vertical axis represents the actually measured combustion time CA50. These combustion times CA50 are all after top dead center.

また、図4(a)、(b)は、それぞれ推定した燃焼時期CA50と実際に測定された燃焼時期CA50との相関を表すグラフであり、グラフ中の各プロットが図中に示す実線(傾きが「1」の一次関数)に近似するほど、推定した燃焼時期CA50と実際に測定された燃焼時期CA50との相関が高い、つまり燃焼時期CA50の推定精度が高いことを示している。   4 (a) and 4 (b) are graphs showing the correlation between the estimated combustion timing CA50 and the actually measured combustion timing CA50, respectively, and each plot in the graph is a solid line (slope) shown in the figure. Indicates that the correlation between the estimated combustion timing CA50 and the actually measured combustion timing CA50 is higher, that is, the estimation accuracy of the combustion timing CA50 is higher.

また、こうした相関の程度は、決定係数Rで表すことができ、決定係数Rが「1」に近いほど、推定した燃焼時期CA50と実際に測定された燃焼時期CA50との相関が高いことを示している。したがって、燃焼時期CA50の推定精度は、決定係数Rが「1」に近いほど高い。 The degree of such correlation may be represented by coefficient of determination R 2, coefficient of determination closer R 2 is "1", higher correlation with actual measured combustion timing and the estimated combustion timing CA50 CA50 Is shown. Therefore, the estimation accuracy of combustion timing CA50 is the coefficient of determination R 2 is higher the closer to "1".

ここで、図4(a)に示すグラフにおける決定係数Rは、「0.9675」であり、図4(b)に示すグラフにおける決定係数R=0.698よりも「1」に近い値である。したがって、図4(a)、(b)からも明らかなように、上記式(5)を用いて推定した燃焼時期CA50の推定精度のほうが従来のアレニウス式を用いて推定した燃焼時期CA50の推定精度よりも高いことが分かる。 Here, the determination coefficient R 2 in the graph shown in FIG. 4A is “0.9675”, which is closer to “1” than the determination coefficient R 2 = 0.698 in the graph shown in FIG. Value. Therefore, as is apparent from FIGS. 4A and 4B, the estimation accuracy of the combustion timing CA50 estimated using the above equation (5) is estimated using the conventional Arrhenius equation. It can be seen that it is higher than the accuracy.

よって、本実施の形態に係る制御装置は、従来のアレニウス式を用いて燃焼時期CA50を推定する制御装置と比較して、燃焼時期CA50の推定精度が高いといえる。   Therefore, it can be said that the control device according to the present embodiment has higher estimation accuracy of the combustion timing CA50 than the control device that estimates the combustion timing CA50 using the conventional Arrhenius equation.

以上のように、本実施の形態に係る制御装置は、燃焼時期CA50の変化に影響のある燃焼反応パラメータおよび燃料状態パラメータを、燃焼時期CA50を推定するためのアレニウス式に用いて演算を行うので、従来と比較して正確な燃焼時期CA50を推定することができる。   As described above, the control device according to the present embodiment performs the calculation using the combustion reaction parameter and the fuel state parameter that affect the change of the combustion timing CA50 in the Arrhenius equation for estimating the combustion timing CA50. Thus, it is possible to estimate the combustion timing CA50 that is more accurate than in the past.

本実施の形態に係る制御装置は、複数の燃焼反応パラメータおよび複数の燃料状態パラメータをアレニウス式に用いて演算を行うため、エンジン2の運転状態が変化する場合であっても、正確に燃焼時期CA50を推定することができる。   Since the control device according to the present embodiment performs calculations using a plurality of combustion reaction parameters and a plurality of fuel state parameters in the Arrhenius equation, the combustion timing can be accurately determined even when the operating state of the engine 2 changes. CA50 can be estimated.

このように、本実施の形態に係る制御装置は、従来と比較して、HCCI燃焼における自着火時期や燃焼時期CA50の推定精度を向上させることができる。   As described above, the control device according to the present embodiment can improve the estimation accuracy of the self-ignition timing and the combustion timing CA50 in HCCI combustion, as compared with the related art.

また、本実施の形態に係る制御装置は、各燃焼反応パラメータおよび各燃料状態パラメータのそれぞれに予め定められた指数が付されているので、より正確に燃焼時期CA50を推定することができる。   Further, the control device according to the present embodiment can estimate combustion timing CA50 more accurately because a predetermined index is assigned to each combustion reaction parameter and each fuel condition parameter.

例えば、各燃焼反応パラメータおよび各燃料状態パラメータのそれぞれに付される指数を予め実験的に求めておけば、エンジン2の仕様による個体差を吸収でき、高い精度で燃焼時期CA50を推定することができる。   For example, if an index assigned to each combustion reaction parameter and each fuel condition parameter is experimentally obtained in advance, individual differences due to the specifications of the engine 2 can be absorbed, and the combustion timing CA50 can be estimated with high accuracy. it can.

また、本実施の形態に係る制御装置は、既燃ガス状態値として、残留ガス割合Xrgを用いる。残留ガスは、窒素酸化物や部分酸化した燃料などを含み、新気すなわち吸入空気に対して熱力学的な物性値である比熱比や温度が異なる。 Further, the control device according to the present embodiment uses the residual gas ratio X rg as the burned gas state value. The residual gas includes nitrogen oxides, partially oxidized fuel, and the like, and has different specific heat ratios and temperatures that are thermodynamic properties of fresh air, that is, intake air.

このため、残留ガス量は、シリンダ21内の温度上昇や燃焼の科学的な特性を変え、燃焼時期CA50に影響をもたらす。したがって、本実施の形態に係る制御装置は、残留ガス割合Xrgをアレニウス式の演算に用いるので、燃焼時期CA50の推定精度を向上させることができる。 For this reason, the residual gas amount changes the temperature rise in the cylinder 21 and the scientific characteristics of combustion, and affects the combustion timing CA50. Therefore, since the control apparatus according to the present embodiment uses the residual gas ratio X rg for the calculation of the Arrhenius equation, it is possible to improve the estimation accuracy of the combustion timing CA50.

また、本実施の形態に係る制御装置は、混合推定値として、エンジン回転数Neを用いる。ここで、燃料の混合状態は、燃焼の速度に影響を及ぼすことが知られており、エンジン回転数Neに依存してその混合度合が変化する。   Further, the control device according to the present embodiment uses the engine speed Ne as the mixture estimated value. Here, it is known that the fuel mixing state affects the combustion speed, and the mixing degree changes depending on the engine speed Ne.

したがって、本実施の形態に係る制御装置は、燃料の混合状態を推定可能なエンジン回転数Neをアレニウス式の演算に用いるので、燃焼時期CA50の推定精度を向上させることができる。   Therefore, the control device according to the present embodiment uses the engine speed Ne that can estimate the fuel mixture state for the calculation of the Arrhenius equation, so that the estimation accuracy of the combustion timing CA50 can be improved.

さらに、本実施の形態に係る制御装置は、熱損失推定値として、排気温Texと吸気温Tinとの偏差を用いる。ここで、排気温Texと吸気温Tinとの偏差は、シリンダ21内にできるガス温度の分布と相関がある。また、シリンダ21内にできるガス温度の分布は、燃焼時期CA50に影響を与えることが知られている。 Furthermore, the control device according to the present embodiment uses a deviation between the exhaust temperature T ex and the intake air temperature T in as the estimated heat loss. Here, the deviation between the exhaust gas temperature T ex and the intake air temperature T in correlates with the distribution of the gas temperature generated in the cylinder 21. Further, it is known that the distribution of gas temperature generated in the cylinder 21 affects the combustion timing CA50.

したがって、本実施の形態に係る制御装置は、シリンダ21内にできるガス温度の分布の影響を考慮するべく、排気温Texと吸気温Tinとの偏差をアレニウス式の演算に用いるので、燃焼時期CA50の推定精度を向上させることができる。 Therefore, the control device according to the present embodiment uses the deviation between the exhaust gas temperature T ex and the intake air temperature T in for the calculation of the Arrhenius equation in order to consider the influence of the distribution of the gas temperature generated in the cylinder 21. The estimation accuracy of the time CA50 can be improved.

なお、本実施の形態においては、式(5)による燃焼時期CA50の推定にあたって燃焼反応パラメータおよび燃料状態パラメータの全てを用いたが、これに限らず、例えばエンジン2としてシリンダ21内の温度分布や当量比分布が比較的少ないエンジンを用いる場合には、式(5)からシリンダ21内の温度分布や当量比分布の影響を排除した下記式(6)〜式(8)を燃焼時期CA50の推定に用いてもよい。   In the present embodiment, all of the combustion reaction parameters and the fuel state parameters are used for estimating the combustion timing CA50 according to the equation (5). However, the present invention is not limited to this. When an engine having a relatively small equivalence ratio distribution is used, the following equation (6) to equation (8) in which the influence of the temperature distribution in the cylinder 21 and the equivalence ratio distribution is excluded from the equation (5) is used to estimate the combustion timing CA50. You may use for.

また、エンジン2として乱流混合などの影響が小さいエンジンを用いる場合には、式(5)からエンジン回転数Neに係る項を省略した下記式(9)を燃焼時期CA50の推定に用いてもよい。   Further, when an engine having a small influence such as turbulent mixing is used as the engine 2, the following equation (9) in which the term related to the engine speed Ne is omitted from the equation (5) may be used for estimating the combustion timing CA50. Good.

なお、上記に掲げた式(6)〜(9)は、エンジン2の仕様などに応じて式(5)における燃焼反応パラメータおよび燃料状態パラメータが変更される一例であって、これに限定されるものではない。   Expressions (6) to (9) listed above are examples in which the combustion reaction parameter and the fuel state parameter in Expression (5) are changed according to the specifications of the engine 2 and the like, and are limited to this. It is not a thing.

例えば、本実施の形態に係る制御装置は、式(5)において、筒内圧Pcyl_10BTDC、残留ガス割合Xrg、および当量比φのうち少なくとも2つの燃焼反応パラメータを用いることとしてもよい。 For example, the control device according to the present embodiment may use at least two combustion reaction parameters among the in-cylinder pressure P cyl — 10BTDC , the residual gas ratio X rg , and the equivalent ratio φ in Expression (5).

また、本実施の形態に係る制御装置は、式(5)において、筒内圧Pcyl_10BTDC、残留ガス割合Xrg、および当量比φのうち少なくとも1つの燃焼反応パラメータと、エンジン回転数Ne、噴射終了時期EoI、および偏差(Tex−Tin)のうち少なくとも1つの燃料状態パラメータを用いることとしてもよい。 Further, the control device according to the present embodiment, in equation (5), at least one combustion reaction parameter among the in-cylinder pressure P cyl — 10BTDC , the residual gas ratio X rg , and the equivalence ratio φ, the engine speed Ne, and the injection end timing EOI, and may be used at least one fuel state parameter of the deviation (T ex -T in).

また、本実施の形態に係る制御装置は、燃焼時期CA50の進角補正および遅角補正を行うにあたって点火時期および点火回数の補正を行っているが、例えばこれら点火時期および点火回数の補正を行わず、燃料噴射量や燃料噴射時期の補正のみを行う構成であってもよい。   In addition, the control device according to the present embodiment corrects the ignition timing and the number of times of ignition when performing the advance angle correction and the retard angle correction of the combustion timing CA50. Instead, the configuration may be such that only the fuel injection amount and the fuel injection timing are corrected.

(第2の実施の形態)
次に、図5を用いて、本発明の第2の実施の形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施の形態は、上述した第1の実施の形態とは、燃焼時期推定制御および着火時期制御の一部処理が異なるが、他の構成および処理内容は第1の実施の形態と同様である。したがって、以下においては、第1の実施の形態と同一の構成および処理内容については説明を省略し、第1の実施の形態と異なる箇所のみ説明する。   This embodiment differs from the first embodiment described above in part of the combustion timing estimation control and the ignition timing control, but the other configurations and processing contents are the same as those of the first embodiment. . Therefore, in the following, description of the same configuration and processing contents as those of the first embodiment will be omitted, and only portions different from those of the first embodiment will be described.

燃焼時期推定制御および着火時期制御において、第1の実施の形態では、ECU10は、図3のステップS8およびステップS9でそれぞれ進角補正、遅角補正を行った後の燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致するまで、燃焼時期CA50の補正を繰り返し行っていた。   In the combustion timing estimation control and ignition timing control, in the first embodiment, the ECU 10 determines that the combustion timing CA50 after the advance angle correction and the retard angle correction in steps S8 and S9 in FIG. The combustion timing CA50 was repeatedly corrected until it coincided with CA50.

これに対して、本実施の形態に係るECU10は、燃焼時期CA50の補正を繰り返すことなく、ステップS18およびステップS19において燃焼時期CA50の補正を1回のみ行うこととした。   On the other hand, ECU 10 according to the present embodiment performs correction of combustion timing CA50 only once in steps S18 and S19 without repeating correction of combustion timing CA50.

具体的には、図5に示すように、本実施の形態に係るECU10は、ステップS18で燃焼時期CA50の進角補正を行った後、本処理を終了する。また、本実施の形態に係るECU10は、ステップS19で燃焼時期CA50の遅角補正を行った後、本処理を終了する。   Specifically, as shown in FIG. 5, the ECU 10 according to the present embodiment corrects the advance angle of the combustion timing CA50 in step S18, and then ends this process. Further, the ECU 10 according to the present embodiment ends the present process after correcting the retard of the combustion timing CA50 in step S19.

また、ステップS18において、ECU10は、例えば、燃焼時期CA50と目標燃焼時期CA50の偏差と、燃料噴射量の増量量および点火時期の進角量などとの関係が規定された補正マップを参照することによって、1回の処理で燃焼時期CA50の進角補正を行うことができる。前述の補正マップは、予め実験的に求めてECU10のROMに記憶されている。   In step S18, for example, the ECU 10 refers to a correction map in which the relationship between the deviation between the combustion timing CA50 and the target combustion timing CA50, the fuel injection amount increase amount, the ignition timing advance amount, and the like is defined. Thus, the advance angle correction of the combustion timing CA50 can be performed in one process. The aforementioned correction map is experimentally obtained in advance and stored in the ROM of the ECU 10.

また、ステップS19についても、ECU10は、ステップS18と同様に、燃焼時期CA50と目標燃焼時期CA50の偏差と、燃料噴射量の減量量および点火時期の遅角量などとの関係が規定された補正マップを参照することによって、1回の処理で燃焼時期CA50の遅角補正を行うことができる。   Also in step S19, as in step S18, the ECU 10 is a correction in which the relationship between the deviation between the combustion timing CA50 and the target combustion timing CA50, the fuel injection amount reduction amount, the ignition timing retardation amount, and the like is defined. By referring to the map, the retard correction of the combustion timing CA50 can be performed in one process.

なお、図5のステップS11〜ステップS19の各ステップの内容は、第1の実施の形態における図3のステップS1〜ステップS9の各ステップの内容と同一であるため、本実施の形態では、その説明を省略する。   In addition, since the content of each step of FIG.5 S11-step S19 is the same as the content of each step of FIG.3 S1 in FIG. 3 in 1st Embodiment, in this Embodiment, Description is omitted.

以上のように、本実施の形態に係る制御装置は、第1の実施の形態における作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。すなわち、本実施の形態に係る制御装置は、ステップS18およびステップS19において燃焼時期CA50の補正を1回のみ行う構成としたので、燃焼時期CA50の補正を繰り返すことがなく、ECU10の処理負担を軽減することができる。   As described above, the control device according to the present embodiment has the following operational effects in addition to the operational effects of the first embodiment. That is, since the control device according to the present embodiment is configured to correct the combustion timing CA50 only once in steps S18 and S19, the correction of the combustion timing CA50 is not repeated and the processing load on the ECU 10 is reduced. can do.

(第3の実施の形態)
次に、図6を用いて、本発明の第3の実施の形態について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

上述した第1の実施の形態では、燃焼時期CA50が最適なタイミングとなるよう、燃料噴射量の増量または減量や点火時期の進角あるいは遅角などによって燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期および点火回数の補正を行った。   In the first embodiment described above, the fuel injection amount, the fuel injection timing, the ignition timing, and the fuel injection amount are increased or decreased and the ignition timing is advanced or retarded so that the combustion timing CA50 becomes the optimal timing. The number of ignitions was corrected.

しかし、こうした補正を行って燃焼時期CA50を最適なタイミングとした場合、燃焼期間が短くなり、ノイズやエンジン強度に問題が生じるおそれがある。このように燃焼期間が短くなるのは、例えば筒内圧の圧力上昇率dP/dCAが増大するためである。   However, when such correction is performed to set the combustion timing CA50 to an optimal timing, the combustion period is shortened, which may cause a problem in noise and engine strength. The combustion period is shortened in this way because, for example, the pressure increase rate dP / dCA of the in-cylinder pressure increases.

そこで、本実施の形態では、ECU10は、上述した第1の実施の形態の燃焼時期CA50の推定方法と同様の方法で、燃焼期間CA10−CA90や最大筒内圧力Pmax、圧力上昇率dP/dCAを推定する。燃焼期間CA10−CA90は、シリンダ21内の燃焼が10%消費された時点から90%消費される時点までの時間すなわちクランク角である。   Therefore, in the present embodiment, the ECU 10 performs the combustion period CA10-CA90, the maximum in-cylinder pressure Pmax, and the pressure increase rate dP / dCA in the same manner as the estimation method of the combustion timing CA50 of the first embodiment described above. Is estimated. Combustion period CA10-CA90 is the time from when 10% of combustion in cylinder 21 is consumed to the time when 90% is consumed, that is, the crank angle.

また、ECU10は、推定した圧力上昇率dP/dCAに基づき、燃料噴射量の減量や点火時期の遅角を行う。これにより、筒内圧が低減され、圧力上昇率dP/dCAの増大が抑制される。   Further, the ECU 10 reduces the fuel injection amount and retards the ignition timing based on the estimated pressure increase rate dP / dCA. Thereby, the in-cylinder pressure is reduced and an increase in the pressure increase rate dP / dCA is suppressed.

ここで、図6を参照して、本実施の形態に係る燃焼時期推定制御および着火時期制御について説明する。なお、図6におけるステップS21〜ステップS25までの各処理は、第1の実施の形態で示した図3におけるステップS1〜ステップS5と同様である。したがって、以下においては、第1の実施の形態と異なる処理についてのみ説明する。   Here, with reference to FIG. 6, the combustion timing estimation control and the ignition timing control according to the present embodiment will be described. Each process from step S21 to step S25 in FIG. 6 is the same as step S1 to step S5 in FIG. 3 shown in the first embodiment. Therefore, in the following, only processing different from that of the first embodiment will be described.

図6に示すように、ECU10は、ステップS25において算出した燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致するか否かを判定する(ステップS26)。燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致するか否かは、第1の実施の形態と同様に判断される。   As shown in FIG. 6, the ECU 10 determines whether or not the combustion timing CA50 calculated in step S25 matches the target combustion timing CA50 (step S26). Whether the combustion timing CA50 matches the target combustion timing CA50 is determined in the same manner as in the first embodiment.

ECU10は、燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致すると判定した場合には、ステップS28に処理を移す。一方、ECU10は、燃焼時期CA50が目標燃焼時期CA50に一致しないと判定した場合には、燃焼時期CA50の補正を行って(ステップS27)、ステップS25に処理を戻す。   If the ECU 10 determines that the combustion timing CA50 coincides with the target combustion timing CA50, the ECU 10 moves the process to step S28. On the other hand, when it is determined that the combustion timing CA50 does not coincide with the target combustion timing CA50, the ECU 10 corrects the combustion timing CA50 (step S27) and returns the process to step S25.

燃焼時期CA50の補正として、ECU10は、例えば燃料噴射量の増量や減量、点火時期の進角または遅角などを行う。これにより、燃焼時期CA50が進角側または遅角側に補正される。   As a correction of the combustion timing CA50, the ECU 10 increases or decreases the fuel injection amount, advances or retards the ignition timing, for example. Thereby, the combustion timing CA50 is corrected to the advance side or the retard side.

ステップS28において、ECU10は、圧力上昇率dP/dCAを算出する。次いで、ECU10は、ステップS28で算出した圧力上昇率dP/dCAが目標圧力上昇率より小さいか否かを判定する(ステップS29)。ここで、目標圧力上昇率は、燃焼期間が短くなることを抑制可能な圧力上昇率であって、予め実験的に求められマップとしてECU10のROMに記憶されている。   In step S28, the ECU 10 calculates the pressure increase rate dP / dCA. Next, the ECU 10 determines whether or not the pressure increase rate dP / dCA calculated in step S28 is smaller than the target pressure increase rate (step S29). Here, the target pressure increase rate is a pressure increase rate that can suppress the combustion period from being shortened, and is experimentally obtained in advance and stored in the ROM of the ECU 10 as a map.

ECU10は、圧力上昇率dP/dCAが目標圧力上昇率より小さいと判定した場合には、本処理を終了する。一方、ECU10は、圧力上昇率dP/dCAが目標圧力上昇率より小さくない、つまり目標圧力上昇率以上であると判定した場合には、筒内圧低減制御を行って(ステップS30)、ステップS28に処理を戻す。   When the ECU 10 determines that the pressure increase rate dP / dCA is smaller than the target pressure increase rate, the ECU 10 ends this process. On the other hand, when the ECU 10 determines that the pressure increase rate dP / dCA is not smaller than the target pressure increase rate, that is, equal to or higher than the target pressure increase rate, the ECU 10 performs in-cylinder pressure reduction control (step S30), and proceeds to step S28. Return processing.

筒内圧低減制御としては、例えば燃焼時期CA50を遅角させたり、燃料噴射量を減量する制御を行う。これにより、筒内圧が低減される。   As in-cylinder pressure reduction control, for example, control is performed to retard the combustion timing CA50 or reduce the fuel injection amount. Thereby, the in-cylinder pressure is reduced.

また、HCCI燃焼における自着火と火花点火式エンジンにおけるノッキングとは、同一の現象である。したがって、上述の各実施の形態で説明した燃焼時期の推定手法は、火花点火式エンジンのノッキング制御にも利用可能である。例えば、こうしたノッキング制御では、燃焼時期に代えてノッキングの有無が推定される。また、燃焼時期の推定手法は、ノッキング制御だけでなく、例えば過給時に発生するプレイグニッションの制御にも利用可能である。この場合、燃焼時期に代えてプレイグニッションの発生有無が推定される。   In addition, self-ignition in HCCI combustion and knocking in a spark ignition engine are the same phenomenon. Therefore, the combustion timing estimation method described in each of the above-described embodiments can be used for knocking control of a spark ignition engine. For example, in such knocking control, the presence or absence of knocking is estimated instead of the combustion timing. Further, the combustion timing estimation method can be used not only for knocking control but also for controlling preignition that occurs during supercharging, for example. In this case, the presence / absence of pre-ignition is estimated instead of the combustion timing.

上述の通り、本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。   Although the embodiments of the present invention have been disclosed as described above, it is obvious that those skilled in the art can make changes without departing from the scope of the present invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.

1 車両
2 エンジン(予混合圧縮自着火式内燃機関)
5 EGR装置
10 ECU
20 スパークプラグ
21 シリンダ
23 インジェクタ
30 過給機
101 エアフロセンサ
102 吸気温センサ
103 吸気圧センサ
104 吸気Oセンサ
105 筒内圧センサ
106 排気温センサ
107 リニアA/Fセンサ
180 クランク角センサ
181 水温センサ
1 vehicle 2 engine (premixed compression self-ignition internal combustion engine)
5 EGR device 10 ECU
20 Spark plug 21 Cylinder 23 Injector 30 Supercharger 101 Airflow sensor 102 Intake air temperature sensor 103 Intake air pressure sensor 104 Intake air O 2 sensor 105 In-cylinder pressure sensor 106 Exhaust air temperature sensor 107 Linear A / F sensor 180 Crank angle sensor 181 Water temperature sensor

Claims (7)

筒内の混合気を圧縮することにより自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置において、
少なくとも、圧縮上死点前10°CAにおける筒内圧と、当量比と、筒内混合気量に対する、吸気バルブ開弁時の筒内圧及び排気温と該筒内圧及び排気温が検出されたときの燃焼室の容積とに基づき気体の状態方程式を用いて算出した残留ガス量の割合とをアレニウス式の頻度因子とし、該頻度因子と圧縮上死点前10°CAにおける筒内温とをアレニウス式に用いて前記予混合圧縮自着火式内燃機関において筒内噴射した燃料が50%消費された時点を推定し、推定した時点が目標燃焼時期となるように前記予混合圧縮自着火式内燃機関を制御することを特徴とする予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置。
In a control device for a premixed compression self-ignition internal combustion engine that self-ignites and burns by compressing an air-fuel mixture in a cylinder,
At least when the in-cylinder pressure and the exhaust temperature and the in-cylinder pressure and the exhaust temperature at the time of opening the intake valve with respect to the in-cylinder pressure at 10 ° CA before compression top dead center, the equivalence ratio, and the in-cylinder mixture amount are detected. The ratio of the residual gas amount calculated using the gas equation of state based on the volume of the combustion chamber is the frequency factor of the Arrhenius equation, and the frequency factor and the in-cylinder temperature at 10 ° CA before compression top dead center are the Arrhenius equation. The premixed compression self-ignition internal combustion engine is used for estimating the time when 50% of the fuel injected in the cylinder in the premixed compression self-ignition internal combustion engine is consumed, and the premixed compression self-ignition internal combustion engine is set so that the estimated time becomes the target combustion timing. A control device for a premixed compression self-ignition internal combustion engine, characterized by controlling.
前記アレニウス式の頻度因子として用いられる前記筒内圧、前記当量比および前記残留ガス量の割合のそれぞれには、予め定められた指数が付されていることを特徴とする請求項1に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置。   2. The preliminary index according to claim 1, wherein a predetermined index is assigned to each of the in-cylinder pressure, the equivalence ratio, and the ratio of the residual gas amount used as the frequency factor of the Arrhenius equation. A control device for a mixed compression self-ignition internal combustion engine. 筒内の混合気を圧縮することにより自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置において、
前記予混合圧縮自着火式内燃機関の回転数と、筒内噴射される燃料の噴射終了時期と、前記筒内の壁面と前記燃料との熱の授受による熱損失を推定する熱損失推定値と、圧縮上死点前10°CAにおける筒内圧と、当量比と、筒内混合気量に対する、吸気バルブ開弁時の筒内圧及び排気温と該筒内圧及び排気温が検出されたときの燃焼室の容積とに基づき気体の状態方程式を用いて算出した残留ガス量の割合とをアレニウス式の頻度因子とし、該頻度因子と圧縮上死点前10°CAにおける筒内温とをアレニウス式に用いて前記予混合圧縮自着火式内燃機関において筒内噴射した燃料が50%消費された時点を推定し、推定した時点が目標燃焼時期となるように前記予混合圧縮自着火式内燃機関を制御することを特徴とする予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置。
In a control device for a premixed compression self-ignition internal combustion engine that self-ignites and burns by compressing an air-fuel mixture in a cylinder,
The number of revolutions of the premixed compression self-ignition internal combustion engine, the end timing of fuel injected into the cylinder, the heat loss estimated value for estimating the heat loss due to the transfer of heat between the wall surface in the cylinder and the fuel, In-cylinder pressure at 10 ° CA before compression top dead center, equivalent ratio, and in-cylinder pressure and exhaust temperature when the intake valve is opened, and combustion when the in-cylinder pressure and exhaust temperature are detected The ratio of the amount of residual gas calculated using the equation of state of the gas based on the volume of the chamber is used as the frequency factor of the Arrhenius equation, and the frequency factor and the in-cylinder temperature at 10 ° CA before compression top dead center are expressed in the Arrhenius equation. The premixed compression self-ignition internal combustion engine is used to estimate when 50% of the fuel injected in the cylinder is consumed, and the premixed compression self-ignition internal combustion engine is controlled so that the estimated time becomes the target combustion timing. Premixed compression self-ignition type characterized by Control device for internal combustion engine.
前記アレニウス式の頻度因子として用いられる前記予混合圧縮自着火式内燃機関の回転数、前記噴射終了時期、前記熱損失推定値、前記筒内圧、前記当量比および前記残留ガス量の割合のそれぞれには、予め定められた指数が付されていることを特徴とする請求項3に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置。   For each of the rotational speed of the premixed compression auto-ignition internal combustion engine used as the Arrhenius type frequency factor, the injection end timing, the heat loss estimated value, the in-cylinder pressure, the equivalent ratio, and the ratio of the residual gas amount 4. The control device for a premixed compression self-ignition internal combustion engine according to claim 3, wherein a predetermined index is assigned. 筒内の混合気を圧縮することにより自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置において、
少なくとも、圧縮上死点前10°CAにおける筒内圧と、当量比と、筒内混合気量に対する、吸気バルブ開弁時の筒内圧及び排気温と該筒内圧及び排気温が検出されたときの燃焼室の容積とに基づき気体の状態方程式を用いて算出した残留ガス量の割合と、前記筒内の壁面と燃料との熱の授受による熱損失を推定する熱損失推定値とをアレニウス式の頻度因子とし、該頻度因子と圧縮上死点前10°CAにおける筒内温とをアレニウス式に用いて前記予混合圧縮自着火式内燃機関において筒内噴射した燃料が50%消費された時点を推定し、推定した時点が目標燃焼時期となるように前記予混合圧縮自着火式内燃機関を制御することを特徴とする予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置。
In a control device for a premixed compression self-ignition internal combustion engine that self-ignites and burns by compressing an air-fuel mixture in a cylinder,
At least when the in-cylinder pressure and the exhaust temperature and the in-cylinder pressure and the exhaust temperature at the time of opening the intake valve with respect to the in-cylinder pressure at 10 ° CA before compression top dead center, the equivalence ratio, and the in-cylinder mixture amount are detected. The ratio of the residual gas amount calculated using the gas equation of state based on the volume of the combustion chamber and the heat loss estimated value for estimating the heat loss due to heat transfer between the wall surface in the cylinder and the fuel are expressed by the Arrhenius equation. The time when 50% of the fuel injected in the cylinder in the premixed compression self-ignition internal combustion engine is consumed by using the Arrhenius equation using the frequency factor and the cylinder temperature at 10 ° CA before compression top dead center as the frequency factor. A control device for a premixed compression self-ignition internal combustion engine, wherein the premixed compression self-ignition internal combustion engine is controlled so that the estimated combustion timing is a target combustion timing.
前記熱損失推定値は、排気温と吸気温との偏差であることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置。   The control device for a premixed compression self-ignition internal combustion engine according to any one of claims 3 to 5, wherein the estimated heat loss value is a deviation between an exhaust gas temperature and an intake air temperature. 前記予混合圧縮自着火式内燃機関において筒内噴射した燃料が50%消費された時点を推定し、推定した時点が目標燃焼時期となるように前記予混合圧縮自着火式内燃機関を制御した後に、筒内圧の圧力上昇率が目標圧力上昇率以上であれば、筒内圧を低減させるように、前記予混合圧縮自着火式内燃機関を制御する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置。   After estimating 50% of the fuel injected in-cylinder in the premixed compression self-ignition internal combustion engine and controlling the premixed compression self-ignition internal combustion engine so that the estimated time becomes the target combustion timing The premixed compression self-ignition internal combustion engine is controlled to reduce the in-cylinder pressure if the rate of increase in the in-cylinder pressure is equal to or higher than the target pressure increase rate. The control device of the premixed compression self-ignition internal combustion engine described.
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