JP6764824B2 - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents
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Description
まず、ステップS61においては、燃焼割合MFB(θ)を算出する。燃焼割合MFB(θ)は、図4及び図4の説明で示した式に基づき計算することができる。燃焼割合MFB(θ)の計算が完了すると、ステップS62に移行する。
ステップS62においては、燃焼期間IG90(或いは、燃焼期間MFB1090)の統計量を算出する。統計量の算出で計算するものは、統計分布及び平均値、最頻値、及び対象とする燃焼期間IG90の複数(所定回数)の燃焼サイクルの履歴である。
ステップS63ではノック強度を算出する。ノック強度の算出は、図5及び図5の説明に示したとおり、筒内圧センサの検出値から高周波成分を取り出し、この高周波成分の絶対値の最大値から定義できる。このようにすることで、筒内圧センサの出力に基づき発生しているノックの強弱を判定する情報が得られる。次にステップS64に進み、ノック予兆フラグの設定を実行する。
ステップS64においては、ノック予兆フラグを設定する。ノック予兆フラグは、次の燃焼サイクルでノック発生の確率が高い場合に「1」(YES)、低い場合に「0」(NO)と設定されるフラグである。
ステップS65においては、ステップS63により検出したノック強度に基づいてノック発生フラグを設定する。ノック発生フラグは、ノック発生時に「1」、ノック未発生であれば「0」に設定されるフラグである。ステップS63で検出されたノック強度が運転条件毎に異なる所定の強度を超える場合に、ノック発生フラグを「1」に設定する。
ステップS81においては、現在の燃焼サイクルでノックが発生したかどうかを判定している。この判定には、ステップS65で設定したノック発生フラグに基づき判定できる。ノック判定フラグが「0」であればステップS82に移行し、ノック判定フラグが「1」であればステップS85に移行する。
ステップS82においては、現在の燃焼サイクルでノックの発生の予兆があるかどうかを判定している。この判定には、ステップS64で設定したノック予兆フラグに基づき判定できる。ノック予兆フラグが「1」であれば、ノックが発生すると予測してステップS83に移行し、ノック予兆フラグが「0」であれば、ノックが発生しないと予測してステップS84に移行する。
ステップS83においては、次の燃焼サイクルでノック発生が予測されているため、点火時期の遅角目標値を設定する。ここでは、運転条件によって決まる基準点火時期から遅角目標値を減算することによって、ノックの発生予兆要因である壁面温度の上昇を抑制することを目的とする点火時期の目標値を設定してエンドに抜ける。尚、遅角目標値は、ノックが発生された時に行う遅角制御のノック遅角目標値よりも小さい値が設定される。この設定方法は、図9で説明する。
ステップS82でノックの発生の予兆がないと判断されているので、ステップS84においては、ECU20のROM20dに記憶している回転/負荷マップ上に設定された、目標点火時期マップから現在の運転条件に該当する条件における点火時期を算出してエンドに抜ける。
ステップS81でノックが発生したと判断されているので、ステップS85においては、ノック発生頻度が高いかどうかの判定を行なう。ノック発生頻度は、現在の運転条件における、ノック発生前の複数(所定回数)の燃焼サイクルでの燃焼期間IG90の算術平均値及び最頻値の関係から決めることができる。ここでは、算術平均値と最頻値の差が所定の範囲内であれば、ノック発生頻度が低いと判定し、最頻値の方が大きく、且つ算術平均値との差が「所定値」より大きければ、ノック発生頻度が高いと判定する。
ステップS85にてノック発生頻度が高いと判定した場合、ノック検出に基づく点火時期の遅角処理を実行する。この場合は、次の燃焼サイクルの点火時期を、ノックが発生しない所定のノック遅角目標値だけ大きく遅角してエンドに抜ける。ノック遅角目標値は、上述の通りノックが予兆された時の遅角目標値よりも大きい値に設定されている。尚、これに続く燃焼サイクルでは、燃焼サイクル毎に点火時期を所定量だけ順次進角させて基準点火時期まで復帰させるようにしている。
ステップS91においては、壁温目標値設定処理を実行する。ここでは、ECU20のROM20dに記憶している運転条件毎の平均壁面温度マップに基づき、現在の運転条件における目標壁面温度Ttar[K]を計算する。平均目標壁面温度マップは、予め定めた運転条件での事前の実験や、シミュレーションにて決定することができる。
ステップS92においては、現在の壁温の推定を実行する。壁温の推定は、冷却水温度Tw[K]、潤滑油温度To[K]、現在の燃焼サイクルの燃焼期間IG90[deg]、現在の燃焼サイクルのノック強度Pk[MPa]、点火時期ADV[degATDC]等の推定パラメータに基づき実行される。つまり、これらの推定パラメータを変数とする以下の関数として、壁温Twall[K]を推定できる。
Twall=f1(Tw、To、IG90、Pk、ADV)
ここで、(1)壁面温度は水温や油温の増加に伴い増加する、(2)壁面温度は燃焼期間が短くなるほど増加する、(3)壁面温度は点火時期が進角するほど増加する、(4)壁面温度は現在の燃焼サイクルのノック強度が大きい程減少する、という関係を用いて、上述の関数は以下のように表すことができる。
Twall=(Kw×Tw)+(Ko×To)−KIG90×(IG90−IG90ref)+KADV×(ADV−ADVref)−KPk(Pk−Pkref)
ここで、Kw、Ko、KIG90、KADV、KPkは正の値であり、運転条件、内燃機関によって変化する係数である。また、「IG90ref」は基準の燃焼期間[deg]、「ADVref」は基準の点火時期[degATDC]、「Pkref」は基準のノック強度[MPa]であり、これらは運転条件毎にマップとして整理され、ROM20dに格納されている。これにより現在の壁面温度Twallを推定できる。
ステップS93においては、ステップS92で推定した壁面温度Twallを、ステップS91で求めた目標壁面温度Ttarに近づけるように、図8のステップS83で設定される点火時期の遅角目標値を求める演算を実行する。
ADVret=f2(Twall、Ttar)
そして、壁面温度Twallが高く、目標壁面温度Ttarとの差が大きい程、点火遅角量を増加する必要が有る関係から、上述の関数は以下のように表すことができる。
ADVret=F1(Twall−Ttar)
ここで、F1は正の係数であり、遅角目標値ADVretは現在の燃焼サイクルの壁面温度Twallと目標壁面温度Ttarとの差が大きい程大きく設定される。このため、壁面温度Twallを大きく下げることができるので、壁面温度Twallを効率的に目標壁面温度Ttarへと素早く収束させることができる。
ステップS111においては、筒内圧力の最大位置(クランク角)を検出する。図12は、筒内圧力の最大位置を説明するものであり、図12にあるように筒内圧力の最大位置とは、現在の燃焼サイクルにおける筒内圧力の最大値が位置するクランク角を指すものである。
ステップS112においては、筒内圧力の最大位置の統計量を算出する。統計量の算出で計算するものは、統計分布及び平均値、最頻値、及び対象とする筒内圧力の最大位置の複数の燃焼サイクルの履歴である。筒内圧力の最大位置においても、ノックが発生しない、又は、ノック発生頻度が低い運転条件においては、図7Aと同様に、各筒内圧力の最大位置の発生頻度は正規分布に近く、平均値と最頻値が概ね一致する。一方、ノックの頻度が高い運転条件では、図7Bと同様に、平均値に比べて最頻値が進角側に移行している。統計量の算出が終了するとステップS113に移行する。
ステップS113においてはノック強度の算出を実行するが、ステップS113はステップS63と同じ処理であるので、説明は省略する。ノック強度が求まるとステップS114に移行する。
ステップS114では、ノック予兆フラグの設定を実行する。ノック予兆フラグは、次の燃焼サイクルでノック発生の確率が高い場合に「1」、低い場合に「0」と設定されるフラグである。
ステップS115においては、ステップS113により検出したノック強度に基づいてノック発生フラグを設定する。ステップS113はステップS63と同じ処理であるので、説明は省略する。
Twall=g1(Tw、To、θpmax、Pk、ADV)
ここで、(1)壁面温度は水温や油温の増加に伴い増加する、(2)壁面温度は筒内圧力の最大位置が進角するほど増加する、(3)壁面温度は点火時期(degATDC)が進角するほど増加する、(4)壁面温度は現在の燃焼サイクルのノック強度が大きい程減少する、との関係を用いて、上述の関数は以下のように表すことができる。
Twall=(Kw×Tw)+(Ko×To)−Kθp×(θpmax−θpmaxref)+KADV×(ADV−ADVref)−KPk(Pk−Pkref)
ここで、Kw、Ko、Kθp、KADV、KPkは正の値であり、運転条件、内燃機関によって変化する係数である。尚、「θpmaxref」は基準の筒内圧力の最大位置あり、これらは運転条件毎にマップとして整理され、ROM20dに格納されている。これにより現在の壁面温度Twallを推定できる。
ADVret=f2(Twall、Ttar)
そして、壁面温度Twallが高く、目標壁面温度Ttarとの差が大きい程、点火遅角量を増加する必要が有る関係から、上述の関数は以下のように表すことができる。ADVret=F1(Twall−Ttar)
ここで、F1は正の係数であり、遅角目標値ADVretは現在の燃焼サイクルの壁面温度Twallと目標壁面温度Ttarとの差が大きい程大きく設定されるので、壁面温度Twallを大きく下げることができる。このため、壁面温度Twallを効率的に目標壁面温度Ttarへと素早く収束させることができる。尚、係数F1を変更することで、現在の燃焼サイクルにおける壁面温度に応じて目標壁面温度に近づける速度を変えることも可能である。
Claims (19)
- 内燃機関の燃焼室の燃焼圧力を検出する筒内圧センサからの筒内圧情報に基づきノックの発生状況を判定して点火時期を制御する点火時期制御手段と、点火時期制御手段からの点火制御信号に基づき前記燃焼室に設けられた点火プラグに駆動出力信号を送る点火出力手段とを備えた内燃機関の点火制御装置において、
前記点火時期制御手段は、
前記筒内圧センサの前記筒内圧情報に基づき統計処理して算出した冷却損失の変化と相関をもつ因子に基づいてノックの発生を予測してノック予兆情報を求めるノック発生予測部と、
前記ノック発生予測部で求められたノック予兆情報に基づき点火時期を補正するノック制御部と
を備えていることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記ノック発生予測部は、冷却損失の変化と相関をもつ因子として、前記燃焼室の壁面温度の変化に基づいてノックを予測して前記ノック予兆情報を求める
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 内燃機関の燃焼室の燃焼圧力を検出する筒内圧センサからの筒内圧情報に基づきノックの発生状況を判定して点火時期を制御する点火時期制御手段と、点火時期制御手段からの点火制御信号に基づき前記燃焼室に設けられた点火プラグに駆動出力信号を送る点火出力手段とを備えた内燃機関の点火制御装置において、
前記点火時期制御手段は、
前記筒内圧センサの前記筒内圧情報に基づき算出した冷却損失の変化と相関をもつ因子に基づいてノックの発生を予測してノック予兆情報を求めるノック発生予測部と、
前記ノック発生予測部で求められたノック予兆情報に基づき点火時期を補正するノック制御部とを備えていると共に、
前記ノック発生予測部は、冷却損失の変化と相関をもつ因子として、特定の燃焼状態に到達する時期の変化に基づいてノックを予測して前記ノック予兆情報を求める
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項3に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記ノック発生予測部によって求められる特定の燃焼状態に到達する時期は、前記筒内圧センサにより検出した特定燃焼割合点の到達時期に基づいて求められる
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項3に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記ノック発生予測部によって求められる特定の燃焼状態に到達する時期は、前記筒内圧センサにより検出した筒内圧が最大値に到達した時期に基づいて求められる
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 内燃機関の燃焼室の燃焼圧力を検出する筒内圧センサからの筒内圧情報に基づきノックの発生状況を判定して点火時期を制御する点火時期制御手段と、点火時期制御手段からの点火制御信号に基づき前記燃焼室に設けられた点火プラグに駆動出力信号を送る点火出力手段とを備えた内燃機関の点火制御装置において、
前記点火時期制御手段は、
前記筒内圧センサの前記筒内圧情報に基づき算出した冷却損失の変化と相関をもつ因子に基づいてノックの発生を予測してノック予兆情報を求めるノック発生予測部と、
前記ノック発生予測部で求められたノック予兆情報に基づき点火時期を補正するノック制御部とを備えていると共に、
前記ノック発生予測部は、冷却損失の変化と相関をもつ因子として、特定の燃焼状態に到達するまでの燃焼期間の変化に基づいてノックを予測して前記ノック予兆情報を求めることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項6に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記ノック発生予測部によって求められる前記燃焼期間は、前記点火プラグによる点火開始時期から特定燃焼割合点までの到達時期の期間である
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項6に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記ノック発生予測部によって求められる前記燃焼期間は、第1の特定燃焼割合点に到達した第1到達時期から第2の特定燃焼割合点に到達した第2到達時期までの期間である
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項4又は請求項5に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記ノック発生予測部は、
特定の燃焼状態に到達する時期が複数の燃焼サイクルに亘って連続して進角側に変化した場合に前記ノック予兆情報を発生し、
前記ノック制御部は、前記ノック予兆情報に基づいて次の燃焼サイクルで点火時期を遅角させた制御信号を発生する
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項4又は請求項5に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記ノック発生予測部は、
前記特定の燃焼状態に到達する時期が複数の燃焼サイクルに亘って連続して進角側に変化した場合で、且つ現在の燃焼サイクルの点火開始時期で定まる所定の時期から前記特定の燃焼状態に到達する時期までの燃焼期間が設定値以下になった場合に前記ノック予兆情報を発生し、
前記ノック制御部は、前記ノック予兆情報に基づいて次の燃焼サイクルで点火時期を遅角させた制御信号を発生する
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項4又は請求項5に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記ノック発生予測部は、
特定の燃焼状態に到達する時期が複数の燃焼サイクルに亘って連続して進角側に変化した場合で、且つ現在の燃焼サイクルの特定の燃焼状態に到達する時期が設定値以下になった場合で、更に僅かな燃料の自着火に起因する圧力振動、又は低温酸化反応に起因する弱い圧力振動を検出した場合に前記ノック予兆情報を発生し、
前記ノック制御部は、前記ノック予兆情報に基づいて次の燃焼サイクルで点火時期を遅角させた制御信号を発生する
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項7又は請求項8に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記ノック発生予測部は、前記燃焼期間が複数の燃焼サイクルに亘って連続して短縮方向に移行した場合に前記ノック予兆情報を発生し、
前記ノック制御部は、前記ノック予兆情報に基づいて次の燃焼サイクルで点火時期を遅角させた制御信号を発生する
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項7又は請求項8に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記ノック発生予測部は、前記燃焼期間が複数の燃焼サイクルに亘って連続して短縮方向に移行し、且つ現在の燃焼サイクルで前記燃焼期間が設定値以下になった場合に前記ノック予兆情報を発生し、
前記ノック制御部は、前記ノック予兆情報に基づいて次の燃焼サイクルで点火時期を遅角させた制御信号を発生する
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項7又は請求項8に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記ノック発生予測部は、前記燃焼期間が複数の燃焼サイクルに亘って連続して短縮方向に移行し、且つ現在の燃焼サイクルで前記燃焼期間が設定値以下になった場合で、更に僅かな燃料の自着火に起因する圧力振動、又は低温酸化反応に起因する弱い圧力振動を検出した場合に前記ノック予兆情報を発生し、
前記ノック制御部は、前記ノック予兆情報に基づいて次の燃焼サイクルで点火時期を遅角させた制御信号を発生する
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 内燃機関の燃焼室の燃焼圧力を検出する筒内圧センサからの筒内圧情報に基づきノックの発生状況を判定して点火時期を制御する点火時期制御手段と、点火時期制御手段からの点火制御信号に基づき前記燃焼室に設けられた点火プラグに駆動出力信号を送る点火出力手段とを備えた内燃機関の点火制御装置において、
前記点火時期制御手段は、
前記筒内圧センサの前記筒内圧情報に基づき算出した冷却損失の変化と相関をもつ因子に基づいてノックの発生を予測してノック予兆情報を求めるノック発生予測部と、
前記ノック発生予測部で求められたノック予兆情報に基づき点火時期を補正するノック制御部とを備えていると共に、
前記ノック発生予測部は、前記筒内圧センサによってノックの発生を検出するノック検出部と、前記筒内圧センサにより検出した特定燃焼割点の到達時期、又は点火開始時期で定まる所定の時期から特定燃焼状態に到達する時期までの燃焼期間を算出する燃焼状態算出部とを備え、
前記ノック制御部は、
前記ノック検出部によりノック発生を検出した場合に、ノック発生前の所定回数の燃焼サイクルにおける前記燃焼状態算出部により検出される燃焼期間、又は特定燃焼割合点の到達時期の最頻値と平均値の差が所定の値より小さい場合は、次の燃焼サイクルでの点火時期を基準点火時期に維持し、
前記最頻値と前記平均値の差が所定の値より大きい場合に、ノックが発生した次の燃焼サイクルで点火時期を遅角する
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項9又は請求項12に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記ノック制御部は、
前記内燃機関の運転状態によって定まる前記燃焼室の目標壁面温度を求める目標壁面温度推定手段と、
前記燃焼室の実際の壁面温度を推定する壁面温度推定手段と、
前記実際の壁面温度を前記目標壁面温度に制御する壁面温度制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項16に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記壁面温度推定手段は、冷却水温、油温、点火時期、ノックの有無の少なくとも一つの情報に基づき壁面温度を推定する
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項16に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記壁面温度制御手段は、点火時期を制御して壁面温度を調整することを
特徴とする内燃機関の点火制御装置。 - 請求項16に記載の内燃機関の点火制御装置において、
前記壁面温度制御手段は、前記燃焼室の壁面温度を上昇させる場合は点火時期を進角し、前記燃焼室の壁面温度を下降させる場合は点火時期を遅角する
ことを特徴とする内燃機関の点火制御装置。
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