JP7211244B2 - CONTROL METHOD AND CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Description
本発明は、気筒内の混合気を燃焼させる内燃機関の制御方法および制御装置に関する。 The present invention relates to a control method and control apparatus for an internal combustion engine that burns air-fuel mixture in cylinders.
車両の搭載される内燃機関で生じる音は、前記車両の搭乗者には騒音に感じるため、より小さいことが好ましい。特に、ディーゼルエンジンや後述のSPCCI燃焼を行う部分圧縮着火式エンジンでは、混合気を自着火させるため、気筒の筒内圧のピークが高くなる虞があり、騒音が大きくなる虞がある。このような騒音に関する技術は、例えば、特許文献1に開示されている。 It is preferable that the sound generated by the internal combustion engine mounted on the vehicle is small because the passengers of the vehicle feel that it is noise. In particular, in a diesel engine or a partial compression ignition type engine that performs SPCCI combustion, which will be described later, the air-fuel mixture is self-ignited, so there is a risk that the peak pressure in the cylinder will be high and noise will be increased. A technology related to such noise is disclosed in Patent Document 1, for example.
この特許文献1に開示された燃料噴射制御装置は、高負荷域にある場合に燃料噴射弁により第一噴射と第二噴射とを含む燃料噴射を実行させる装置であって、燃焼状態が所定の許容状態となるように、前記第一噴射および前記第二噴射の少なくとも一方の噴射状態を制御し、前記第一噴射が実行されることで上昇する燃焼室内の圧力の上昇率が所定の許容最大上昇率となるように、前記第一噴射の噴射率を制御する。そして、前記許容最大上昇率は、燃料の燃焼に伴って生じる振動や騒音などを考慮して設定される(特許文献1の[0032]段落)。あるいは、燃焼音が許容最大音量を超えないように、前記第一噴射の噴射率が調整される(特許文献1の[0049]段落)。 The fuel injection control device disclosed in Patent Document 1 is a device for executing fuel injection including first injection and second injection by a fuel injection valve when the load is in a high load range, and the combustion state is a predetermined fuel injection. The injection state of at least one of the first injection and the second injection is controlled so as to achieve an allowable state, and the increase rate of the pressure in the combustion chamber, which rises due to the execution of the first injection, reaches a predetermined allowable maximum. The injection rate of the first injection is controlled so as to increase the rate. The allowable maximum rate of increase is set in consideration of vibration, noise, and the like caused by combustion of fuel (paragraph [0032] of Patent Document 1). Alternatively, the injection rate of the first injection is adjusted so that the combustion noise does not exceed the allowable maximum volume (paragraph [0049] of Patent Document 1).
ところで、騒音となる内燃機関で生じる音(燃焼騒音)を低く抑えるためには、気筒の筒内圧を低く抑えれば良いが、気筒の筒内圧を低く抑えると、熱効率が劣化してしまう。このため、燃焼騒音の上限値、すなわち、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定することが望まれる。 By the way, in order to keep the noise (combustion noise) generated in the internal combustion engine low, it is good to keep the pressure in the cylinder low, but if the pressure in the cylinder is kept low, thermal efficiency deteriorates. Therefore, it is desirable to appropriately set the upper limit of combustion noise, that is, the upper limit of the in-cylinder pressure of the cylinder.
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる内燃機関の制御方法および制御装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an internal combustion engine control method and control device capable of appropriately setting the upper limit value of the in-cylinder pressure of a cylinder.
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる内燃機関の制御方法は、気筒内の混合気を燃焼させる方法であって、前記気筒の筒内圧を測定する筒内圧測定工程と、所定の運転点での1燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定工程で測定される筒内圧に関するヒストグラムを最頻の筒内圧を基準として該最頻の筒内圧よりも低い筒内圧の分布で正規分布すると仮定した場合における第1標準偏差、および、前記ヒストグラムを該最頻の筒内圧よりも高い筒内圧の分布で正規分布すると仮定した場合における第2標準偏差を求める標準偏差処理工程と、前記標準偏差処理工程で求めた第1および第2標準偏差の差分を求める差分処理工程と、前記差分処理工程で求めた差分の絶対値が所定値以上である場合に前記ヒストグラムを非正規分布と判定し、前記第2標準偏差に基づいて、前記所定の運転点における前記気筒の筒内圧の上限値を求める上限値処理工程と、前記所定の運転点において、前記上限値処理工程で求めた上限値以下となるように前記内燃機関を制御する燃焼制御工程とを備える。本発明の一態様にかかる内燃機関の制御装置は、気筒内の混合気を燃焼させる装置であって、前記気筒の筒内圧を測定する筒内圧測定部と、所定の運転点での1燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定工程で測定される筒内圧に関するヒストグラムを最頻の筒内圧を基準として該最頻の筒内圧よりも低い筒内圧の分布で正規分布すると仮定した場合における第1標準偏差、および、前記ヒストグラムを該最頻の筒内圧よりも高い筒内圧の分布で正規分布すると仮定した場合における第2標準偏差を求める標準偏差処理部と、前記標準偏差処理部で求めた第1および第2標準偏差の差分を求める差分処理部と、前記差分処理部で求めた差分の絶対値が所定値以上である場合に前記ヒストグラムを非正規分布と判定し、前記第2標準偏差に基づいて、前記所定の運転点における前記気筒の筒内圧の上限値を求める上限値処理部と、前記所定の運転点において、前記上限値処理部で求めた上限値以下となるように前記内燃機関を制御する燃焼制御部とを備える。好ましくは、これら上述の方法および装置において、前記所定の運転点は、前記内燃機関の出力軸における回転数(回転速度)および負荷(要求トルク)に応じて決まる。 As a result of various studies, the inventors of the present invention have found that the above object can be achieved by the present invention described below. That is, a method of controlling an internal combustion engine according to one aspect of the present invention is a method of combusting an air-fuel mixture in a cylinder, comprising a cylinder pressure measuring step of measuring the cylinder pressure of the cylinder; The first standard deviation when it is assumed that the histogram of the in-cylinder pressure measured in the in-cylinder pressure measurement step in the combustion cycle is normally distributed with the distribution of in-cylinder pressure lower than the most frequent in-cylinder pressure with reference to the most frequent in-cylinder pressure. , a standard deviation processing step of obtaining a second standard deviation when the histogram is assumed to be normally distributed with a distribution of in-cylinder pressure higher than the most frequent in-cylinder pressure, and a standard deviation processing step of obtaining the first and A difference processing step of obtaining a difference of the second standard deviation, and when the absolute value of the difference obtained in the difference processing step is a predetermined value or more, the histogram is determined as a non-normal distribution, and based on the second standard deviation an upper limit value processing step of obtaining an upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder at the predetermined operating point; and controlling the internal combustion engine so that the upper limit value obtained in the upper limit value processing step or less is reached at the predetermined operating point. and a combustion control step. A control device for an internal combustion engine according to one aspect of the present invention is a device for combusting an air-fuel mixture in a cylinder, comprising a cylinder pressure measurement unit for measuring the cylinder pressure of the cylinder, and one combustion cycle at a predetermined operating point. a first standard deviation when it is assumed that the histogram relating to the in-cylinder pressure measured in the in-cylinder pressure measuring step is normally distributed with a distribution of in-cylinder pressure lower than the most frequent in-cylinder pressure with the most frequent in-cylinder pressure as a reference; and a standard deviation processing unit for obtaining a second standard deviation when the histogram is assumed to be normally distributed with a distribution of in-cylinder pressure higher than the most frequent in-cylinder pressure; A difference processing unit that obtains a difference in standard deviations, and if the absolute value of the difference obtained by the difference processing unit is equal to or greater than a predetermined value, the histogram is determined as a non-normal distribution, and based on the second standard deviation, the an upper limit processing unit that determines an upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder at a predetermined operating point; and a control unit. Preferably, in these above methods and apparatus, the predetermined operating point is determined according to the number of revolutions (rotational speed) and load (required torque) on the output shaft of the internal combustion engine.
燃焼騒音は、同一の運転点でも個々の燃焼サイクルでばらつくため、気筒の筒内圧に関するヒストグラムの標準偏差に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を設定する手法が考えられる。前記標準偏差を前記ヒストグラムが正規分布であると考えて求めると、現実(実際)には、前記ヒストグラムが正規分布であるとみなせない非正規分布である場合があり、この場合では、前記標準偏差が適切に求められず、前記標準偏差に基づいて設定された上限値が適切に設定されていない虞がある。上記内燃機関の制御方法および該装置は、前記ヒストグラムを最頻の筒内圧を基準として最頻の筒内圧よりも低圧側の分布で正規分布すると仮定した場合における第1標準偏差と、前記ヒストグラムを前記最頻の筒内圧よりも高圧側の分布で正規分布すると仮定した場合における第2標準偏差との差分を求め、この求めた差分に基づいて前記ヒストグラムが正規分布か非正規分布かを判定し、その判定結果に基づいて、前記気筒の筒内圧の上限値を求める。このため、上記内燃機関の制御方法および該装置は、前記ヒストグラムが非正規分布である場合でも、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる。第2標準偏差が第1標準偏差よりも大きい場合には、第2標準偏差に基づいて気筒の筒内圧の上限値を設定することで、第1標準偏差に基づいて気筒の筒内圧の上限値を設定する場合よりもノッキングによる燃焼騒音の発生を回避して燃焼騒音を抑制するための許容値を適切に設定できる。また、第2標準偏差が第1標準偏差よりも小さい場合には、第2標準偏差に基づいて設定した気筒の筒内圧の上限値と、第1標準偏差に基づいて設定した上限値との差分に応じた熱効率の改善が見込まれる。したがって、上記内燃機関の制御方法および該装置は、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できるため、燃焼騒音を許容値に収めつつ、熱効率を改善できる。 Combustion noise varies in individual combustion cycles even at the same operating point, so a method of setting the upper limit of the in-cylinder pressure of the cylinder based on the standard deviation of a histogram relating to the in-cylinder pressure of the cylinder is conceivable. When the standard deviation is obtained considering that the histogram is a normal distribution, in reality (actually) the histogram may be a non-normal distribution that cannot be regarded as a normal distribution. In this case, the standard deviation is not properly obtained, and the upper limit set based on the standard deviation may not be set appropriately. The control method and apparatus for an internal combustion engine described above provide a first standard deviation when the histogram is assumed to have a normal distribution on the lower pressure side than the most frequent in-cylinder pressure with reference to the most frequent in-cylinder pressure, and the histogram. Finding the difference from the second standard deviation when it is assumed that the distribution on the high pressure side of the most frequent in-cylinder pressure is normal distribution, and determining whether the histogram is a normal distribution or a non-normal distribution based on the obtained difference , the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder is obtained based on the determination result. Therefore, the internal combustion engine control method and apparatus can appropriately set the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder even when the histogram has a non-normal distribution. If the second standard deviation is greater than the first standard deviation, by setting the upper limit of the in-cylinder pressure based on the second standard deviation, the upper limit of the in-cylinder pressure of the cylinder is determined based on the first standard deviation. The permissible value for suppressing combustion noise by avoiding the generation of combustion noise due to knocking can be appropriately set as compared with the case of setting . Further, when the second standard deviation is smaller than the first standard deviation, the difference between the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder set based on the second standard deviation and the upper limit value set based on the first standard deviation It is expected that the thermal efficiency will be improved according to the Therefore, the control method and apparatus for an internal combustion engine can appropriately set the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder, so that the thermal efficiency can be improved while the combustion noise is kept within the allowable value.
他の一態様では、上述の内燃機関の制御方法において、前記内燃機関は、前記気筒内の混合気の一部を花火点火によりSI燃焼させた後に前記気筒内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行される車載用の部分圧縮着火式エンジンであり、前記燃焼制御工程は、前記所定の運転点において、前記上限値処理工程で求めた上限値以下となるように、1燃焼サイクル中に前記気筒に供給される燃料のうち目標の質量割合の燃料が燃焼した時期である目標質量燃焼時期を設定し、前記設定した目標質量燃焼時期に基づいて前記花火点火の点火タイミングを制御する。他の一態様では、上述の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、前記気筒内の混合気の一部を花火点火によりSI燃焼させた後に前記気筒内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行される車載用の部分圧縮着火式エンジンであり、前記燃焼制御部は、前記所定の運転点において、前記上限値処理部で求めた上限値以下となるように、1燃焼サイクル中に前記気筒に供給される燃料のうち目標の質量割合の燃料が燃焼した時期である目標質量燃焼時期を設定し、前記設定した目標質量燃焼時期に基づいて前記花火点火の点火タイミングを制御する。 In another aspect, in the control method for an internal combustion engine described above, the internal combustion engine performs SI combustion of a portion of the air-fuel mixture in the cylinder by pyrotechnic ignition, and then ignites the remaining air-fuel mixture in the cylinder by self-ignition. A vehicle-mounted partial-compression-ignition engine in which CI-combustion partial-combustion-ignition combustion is performed in at least a part of an operating range, and the combustion control step is performed in the upper-limit value processing step at the predetermined operating point. A target mass combustion timing, which is a timing at which a target mass ratio of fuel out of the fuel supplied to the cylinder during one combustion cycle is burned, is set so as to be equal to or less than the upper limit value, and the set target mass combustion timing is set. Control the ignition timing of the firework ignition based on. In another aspect, in the above-described control device for an internal combustion engine, the internal combustion engine performs SI combustion of part of the air-fuel mixture in the cylinder by pyrotechnic ignition, and then ignites the remaining air-fuel mixture in the cylinder by self-ignition. A vehicle-mounted partial-compression-ignition engine in which CI-combustion partial-combustion-ignition combustion is performed in at least a part of an operating range, wherein the combustion control unit determines, at the predetermined operating point, the upper-limit value processing unit A target mass combustion timing, which is a timing at which a target mass ratio of fuel out of the fuel supplied to the cylinder during one combustion cycle is burned, is set so as to be equal to or less than the upper limit value, and the set target mass combustion timing is set. Control the ignition timing of the firework ignition based on.
これによれば、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる、部分圧縮着火式エンジンの制御方法および制御装置が提供できる。 According to this, it is possible to provide a control method and a control device for a partial compression ignition engine that can appropriately set the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder.
他の一態様では、これら上述の内燃機関の制御方法において、前記上限値処理工程は、前記第2標準偏差の3倍に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を求める。他の一態様では、上述の内燃機関の制御装置において、前記上限値処理部は、前記第2標準偏差の3倍に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を求める。 According to another aspect of the above-described internal combustion engine control method, the upper limit value processing step obtains the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder based on three times the second standard deviation. In another aspect, in the above-described control device for an internal combustion engine, the upper limit value processing section obtains the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder based on three times the second standard deviation.
標準偏差σの3倍(3σ)は、一般に、分布の99.73%をカバーできる。このため、上記内燃機関の制御方法および該装置は、前記補正した第1標準偏差の3倍に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を求めるので、前記気筒の筒内圧がばらついても前記気筒の筒内圧を上限値以下に押さえることができる。すなわち、上記内燃機関の制御方法および該装置は、燃焼騒音を許容範囲内に押さえることができる。 Three times the standard deviation σ (3σ) can typically cover 99.73% of the distribution. Therefore, the control method and apparatus for an internal combustion engine obtains the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder based on three times the corrected first standard deviation. In-cylinder pressure can be kept below the upper limit. That is, the internal combustion engine control method and apparatus described above can keep combustion noise within an allowable range.
本発明にかかる内燃機関の制御方法および制御装置は、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる。 The control method and control device for an internal combustion engine according to the present invention can appropriately set the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder.
以下、図面を参照して、本発明の1または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。 One or more embodiments of the invention are described below with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the disclosed embodiments. It should be noted that the configurations denoted by the same reference numerals in each figure indicate the same configurations, and the description thereof will be omitted as appropriate. In the present specification, reference numerals with suffixes omitted are used when referring to generically, and reference numerals with suffixes are used when referring to individual configurations.
(1)エンジンの全体構成
図1は、実施形態における圧縮着火式エンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。図2は、エンジン本体およびピストンを説明するための図である。図2の上段には、エンジン本体の断面図が図示され、図2の下段には、ピストンの平面図が図示されている。図3は、気筒およびその近傍の吸排気系の構造を示す概略平面図である。
(1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a system diagram schematically showing the overall configuration of a compression ignition engine according to an embodiment. FIG. 2 is a diagram for explaining an engine body and a piston. The upper part of FIG. 2 shows a cross-sectional view of the engine body, and the lower part of FIG. 2 shows a plan view of the piston. FIG. 3 is a schematic plan view showing the structure of a cylinder and an intake/exhaust system in the vicinity thereof.
実施形態における圧縮着火式エンジンは、一例として、走行用の動力源として車両に搭載された4サイクルのガソリン直噴エンジンである。この圧縮着火式エンジンは、エンジン本体1と、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路30と、エンジン本体1から排出される排気ガスが流通する排気通路40と、排気通路40を流通する排気ガスの一部を吸気通路30に還流するEGR装置50とを含む。
The compression ignition engine in the embodiment is, for example, a 4-cycle gasoline direct injection engine mounted on a vehicle as a power source for running. This compression ignition engine includes an engine main body 1, an
エンジン本体1は、気筒2が内部に形成されたシリンダブロック3と、気筒2を上から閉塞するようにシリンダブロック3の上面に取り付けられたシリンダヘッド4と、気筒2に往復摺動可能に挿入されたピストン5とを含む。エンジン本体1は、典型的には複数の(例えば4つの)気筒を有する多気筒型であるが、ここでは、簡略化のため、1つの気筒2のみに着目して説明する。
The engine body 1 includes a cylinder block 3 in which a
ピストン5の上方には、燃焼室6が画成される。この燃焼室6には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ15からの噴射によって供給される。この供給された燃料は、燃焼室6で空気と混合されつつ燃焼され、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン5が上下方向に往復運動する。なお、燃焼室6に噴射される燃料は、主成分としてガソリンを含有していれば良く、例えばガソリンに加えてバイオエタノール等の副成分を含有しても良い。ピストン5の下方には、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸7が配設される。クランク軸7は、ピストン5とコネクティングロッド8を介して連結され、ピストン5の往復運動(上下運動)に応じて中心軸回りに回転駆動する。
A
気筒2の幾何学的圧縮比(ピストン5が上死点にあるときの燃焼室6の容積とピストン5が下死点にあるときの燃焼室の容積との比)は、後述するSPCCI燃焼(部分圧縮着火燃焼、Spark Controlled Compression Ignition燃焼)に好適な値として、13以上30以下に設定される。好ましくは、気筒2の幾何学的圧縮比は、オクタン価が91程度のガソリン燃料を使用するレギュラー仕様の場合では14以上17以下に設定され、オクタン価が96程度のガソリン燃料を使用するハイオク仕様の場合では15以上18以下に設定される。
The geometric compression ratio of cylinder 2 (the ratio of the volume of
シリンダブロック3には、クランク軸7の回転角度(クランク角)およびクランク軸7の回転速度(エンジン回転速度)を検出するクランク角センサSN1と、シリンダブロック3およびシリンダヘッド4の内部を流通する冷却水の温度(エンジン水温)を検出する水温センサSN2とが配設される。
In the cylinder block 3, a crank angle sensor SN1 for detecting the rotation angle (crank angle) of the
シリンダヘッド4には、燃焼室6に開口する吸気ポート9および排気ポート10と、吸気ポート9を開閉する吸気弁11と、排気ポート10を開閉する排気弁12とが設けられる。なお、本実施形態におけるエンジンのバルブ形式は、図2に示すように、吸気2バルブ×排気2バルブの4バルブ形式である。より具体的には、吸気ポート9は、第1吸気ポート9Aおよび第2吸気ポート9Bを含み、排気ポート10は、第1排気ポート10Aおよび第2排気ポート10Bを含む。吸気弁11は、第1吸気ポート9Aおよび第2吸気ポート9Bをそれぞれ開閉するように合計2つ備え、排気弁12は、第1排気ポート10Aおよび第2排気ポート10Bをそれぞれ開閉するように合計2つ備える。
The cylinder head 4 is provided with an
図3に示すように、第2吸気ポート9Bには開閉可能なスワール弁18が配設されている。スワール弁18は、第2吸気ポート9Bにのみ配設され、第1吸気ポート9Aには配設されていない。このようなスワール弁18が閉方向に駆動されると、スワール弁18が配設されていない第1吸気ポート9Aから燃焼室6に流入する吸気の割合が増大するため、気筒軸線の回りを旋回する旋回流、つまりスワール流が強化できる。逆に、スワール弁18を開方向に駆動されると前記スワール流が弱化できる。なお、本実施形態の吸気ポート9は、タンブル流(縦渦)を形成可能なタンブルポートである。このため、スワール弁18の閉時に形成されるスワール流は、タンブル流とミックスされた斜めスワール流となる。
As shown in FIG. 3, a
吸気弁11および排気弁12は、シリンダヘッド4に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構13、14により、クランク軸7の回転に連動して開閉駆動される。
The
吸気弁11用の動弁機構13には、吸気弁11の少なくとも開時期を変更可能な吸気VVT13aが内蔵される。同様に、排気弁12用の動弁機構14には、排気弁12の少なくとも閉時期を変更可能な排気VVT14aが内蔵される。これら吸気VVT13aおよび排気VVT14aの制御により、本実施形態では、吸気弁11および排気弁12の双方が排気上死点を跨いで開弁するバルブオーバーラップ期間が調整できる。このバルブオーバーラップ期間の調整により、燃焼室6に残留する既燃ガス(内部EGRガス)の量が調整できる。なお、吸気VVT13a(排気VVT14a)は、吸気弁11(排気弁12)の閉時期(開時期)を固定したまま開時期(閉時期)のみを変更するタイプの可変機構であって良く、吸気弁11(排気弁12)の開時期および閉時期を同時に変更する位相式の可変機構であって良い。
The
シリンダヘッド4には、燃焼室6に燃料(主にガソリン)を噴射するインジェクタ15と、インジェクタ15から燃焼室6に噴射された燃料と燃焼室6に導入された空気との混合気に点火する点火プラグ16とが配設される。シリンダヘッド4には、さらに、燃焼室6の圧力(以下、筒内圧力ともいう)を検出する筒内圧センサSN3が配設される。
In the cylinder head 4, an
図2に示すように、ピストン5の冠面には、その中央部を含む比較的広い領域をシリンダヘッド4とは反対側(下方)に凹陥させたキャビティ20が形成される。キャビティ20の中心部には、相対的に上方に隆起したほぼ円錐状の隆起部20aが形成され、この隆起部20aを挟んだ径方向の両側がそれぞれ断面お椀状の凹部が形成されている。言い換えると、キャビティ20は、隆起部20aを囲むように形成された平面視ドーナツ状の凹部である。ピストン5の冠面のうちキャビティ20よりも径方向外側の領域は、円環状の平坦面からなるスキッシュ部21となっている。
As shown in FIG. 2 , a
インジェクタ15は、その先端部に複数の噴孔を持つ多噴孔型のインジェクタであり、当該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射できる(図2中のFは各噴孔から噴射された燃料の噴霧を表している)。インジェクタ15は、その先端部がピストン5の冠面の中心部(隆起部20a)と対向するように配設される。
The
点火プラグ16は、インジェクタ15に対し吸気側に幾分ずれた位置に配設される。点火プラグ16の先端部(電極部)は、キャビティ20と平面視で重複する位置に設定される。
The
図1に示すように、吸気通路30は、所定の部材で形成され、吸気ポート9と連通するようにシリンダヘッド4の一側面に接続される。吸気通路30の上流端から取り込まれた空気(新気)は、吸気通路30および吸気ポート9を通じて燃焼室6に導入される。吸気通路30には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ31、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁32、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機33、過給機33により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ35、および、サージタンク36が配設される。吸気通路30には、吸気の流量を検出するエアフローセンサSN4、吸気の温度を検出する吸気温センサSN5、および、吸気の圧力を検出する吸気圧センサSN6が配設される。より具体的には、エアフローセンサSN4は、吸気通路30におけるエアクリーナ31とスロットル弁32との間の部分に配設され、当該部分を通過する吸気の流量を検出する。吸気温センサSN5および吸気圧センサSN6は、サージタンク36に設けられ、当該サージタンク36内における吸気の温度およびその圧力を検出する。
As shown in FIG. 1 , the
過給機33は、エンジン本体1と機械的に連係された機械式の過給機(スーパーチャージャ)である。過給機33の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式および遠心式等の公知の過給機のいずれかが過給機33として用いられる。過給機33とエンジン本体1との間には、締結と解放とを電気的に切り替えできる電磁クラッチ34が介設される。電磁クラッチ34が締結されると、エンジン本体1から過給機33に駆動力が伝達され、過給機33による過給が実施される。一方、電磁クラッチ34が解放されると、上記駆動力の伝達が遮断され、過給機33による過給が停止される。
The
吸気通路30には、過給機33をバイパスするためのバイパス通路38が設けられる。バイパス通路38は、所定の部材で形成され、サージタンク36と後述するEGR通路51とを互いに接続する。バイパス通路38には開閉可能なバイパス弁39が配設される。
A
排気通路40は、所定の部材で形成され、排気ポート10と連通するようにシリンダヘッド4の他側面に接続される。燃焼室6で生成された既燃ガス(排気ガス)は、排気ポート10および排気通路40を通じて外部に排出される。排気通路40には触媒コンバータ41が配設される。触媒コンバータ41には、排気通路40を流通する排気ガス中に含まれる有害成分(HC、CO、NOx)を浄化するための三元触媒41aと、排気ガス中に含まれる粒子状物質(PM)を捕集するためのGPF(ガソリン・パティキュレート・フィルタ)41bとが内蔵される。なお、触媒コンバータ41の下流側に、三元触媒やNOx触媒等の適宜の触媒を内蔵した別の触媒コンバータが追加されても良い。
The exhaust passage 40 is formed of a predetermined member and connected to the other side surface of the cylinder head 4 so as to communicate with the
EGR装置50は、排気通路40と吸気通路30とを接続するEGR通路51と、EGR通路51に配設されたEGRクーラ52およびEGR弁53とを含む。EGR通路51は、所定の部材で形成され、排気通路40における触媒コンバータ41よりも下流側の部分と、吸気通路30におけるスロットル弁32と過給機33との間の部分とを互いに接続する。EGRクーラ52は、EGR通路51を通じて排気通路40から吸気通路30に還流される排気ガス(外部EGRガス)を熱交換により冷却する。EGR弁53は、EGRクーラ52よりも下流側(吸気通路30に近い側)のEGR通路51に開閉可能に設けられ、EGR通路51を流通する排気ガスの流量を調整する。EGR通路51には、EGR弁53の上流側の圧力と下流側の圧力との差を検出するための差圧センサSN7が配設される。
The
(2)制御系
図4は、エンジンの制御系を示すブロック図である。図5は、エンジンの運転領域を燃焼形態の相違により区分けしたマップ図である。図5の横軸は、回転速度であり、その縦軸は、負荷(要求トルク)である。図6は、SPCCI燃焼時の熱発生率の波形を示すグラフである。図6の横軸は、クランク角であり、その縦軸は、熱発生率である。
(2) Control System FIG. 4 is a block diagram showing the control system of the engine. FIG. 5 is a map diagram in which the operating regions of the engine are divided according to the difference in combustion mode. The horizontal axis in FIG. 5 is the rotational speed, and the vertical axis is the load (required torque). FIG. 6 is a graph showing the waveform of the heat release rate during SPCCI combustion. The horizontal axis in FIG. 6 is the crank angle, and the vertical axis is the heat release rate.
図4に示す制御処理部100は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)およびその周辺回路等を備えて構成される。
The
制御処理部100には、各種センサによる検出信号が入力される。例えば、制御処理部100は、クランク角センサSN1、水温センサSN2、筒内圧センサSN3、エアフローセンサSN4、吸気温センサSN5、吸気圧センサSN6および差圧センサSN7と電気的に接続され、これらのセンサによって検出された情報(クランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、筒内圧力、吸気流量、吸気温、吸気圧、EGR弁53の前後差圧等)が制御処理部100に逐次入力される。
Detection signals from various sensors are input to the
そして、本実施形態では、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサSN8と、車両の走行速度(以下、車速という)を検出する車速センサSN9とが備えられている。これらアクセルセンサSN8および車速センサSN9も制御処理部100に電気的に接続され、これらアクセルセンサSN8および車速センサSN9それぞれによる各検出信号も制御処理部100に逐次入力される。
In this embodiment, the vehicle is provided with an accelerator sensor SN8 for detecting the opening of an accelerator pedal operated by the driver who drives the vehicle, and a vehicle speed sensor SN9 for detecting the running speed of the vehicle (hereinafter referred to as vehicle speed). and are provided. The accelerator sensor SN8 and the vehicle speed sensor SN9 are also electrically connected to the
制御処理部100は、上記各センサからの入力信号に基づいて、エンジンの運転領域に応じた種々の判定処理や演算処理等を実行しつつエンジンの各部を当該各部の機能に応じて制御する。すなわち、制御処理部100は、吸気VVT13a、排気VVT14a、インジェクタ15、点火プラグ16、スワール弁18、スロットル弁32、電磁クラッチ34、バイパス弁39およびEGR弁53等と電気的に接続され、上記判定処理や演算処理の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。
The
前記エンジンの運転領域は、図5に示すように、回転速度および負荷(要求トルク)に応じた燃焼形態の相違によって4つの第1ないし第4運転領域A1~A4に大別される。第1運転領域A1は、回転速度および負荷の双方が相対的に低い低速・低負荷の領域である。この第1運転領域A1に属する各運転点では、制御処理部100は、過給機33による過給を停止した状態(自然吸気の状態)で混合気をストイキメトリーなSPCCI燃焼させるように、エンジンの各部を制御する。第2運転領域A2は、回転速度が相対的に低くかつ負荷が相対的に高い低速・高負荷の領域である。この第2運転領域A2に属する各運転点では、制御処理部100は、過給機33により過給した状態で混合気をSPCCI燃焼させるように、エンジンの各部を制御する。第4運転領域A4は、回転速度が相対的に高い高速領域である。この第4運転領域A4に属する各運転点では、制御処理部100は、過給機33により過給した状態で混合気を、典型的なSI燃焼させるように、エンジンの各部を制御する。第3運転領域A3は、第1運転領域A1内に含まれる、回転速度および負荷の双方が相対的に中程度の中速・中負荷の領域である。この第3運転領域A3に属する各運転点では、制御処理部100は、過給機33により過給した状態で混合気をリーンバーンなSPCCI燃焼させるように、エンジンの各部を制御する。
As shown in FIG. 5, the operating range of the engine is roughly divided into four first to fourth operating ranges A1 to A4 depending on the combustion mode depending on the rotational speed and load (required torque). The first operating region A1 is a low-speed/low-load region in which both the rotational speed and load are relatively low. At each operating point belonging to the first operating region A1, the
前記SPCCI燃焼は、SI燃焼とCI燃焼とをミックスした燃焼形態である。より詳しくは、まず、SI燃焼は、点火プラグ16を用いた火花点火により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる形態である。CI燃焼は、ピストン5の圧縮により高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる形態である。これらSI燃焼とCI燃焼とをミックスしたSPCCI燃焼は、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室6内の混合気の一部をSI燃焼させ、当該SI燃焼の後に(SI燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により)燃焼室6内の残りの混合気を自着火によりCI燃焼させる、という燃焼形態である。
The SPCCI combustion is a combustion mode in which SI combustion and CI combustion are mixed. More specifically, first, SI combustion ignites the air-fuel mixture by spark ignition using the
SPCCI燃焼は、SI燃焼時の熱発生よりもCI燃焼時の熱発生の方が急峻になるという性質を持つ。例えば、SPCCI燃焼による熱発生率の波形は、図6に示すように、SI燃焼に対応する燃焼初期の立ち上がりの傾きが、その後のCI燃焼に対応して生じる立ち上がりの傾きよりも小さくなる。SPCCI燃焼時の熱発生率の波形は、SI燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが小さい第1熱発生率部と、CI燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが大きい第2熱発生部とを、この順で連続して備える。このような熱発生率の傾向に対応して、SPCCI燃焼では、SI燃焼時に生じる燃焼室6内の圧力上昇率(dp/dθ)がCI燃焼時のそれよりも小さくなる。SI燃焼によって、燃焼室6内の温度および圧力が高まると、これに伴い未燃混合気が自着火し、CI燃焼が開始される。この自着火のタイミング(つまりCI燃焼が開始するタイミング)で、熱発生率の波形の傾きが小から大へと変化する。このため、SPCCI燃焼における熱発生率の波形は、CI燃焼が開始するタイミングで現れる変曲点(図6のX)を有している。
SPCCI combustion has the property that heat release during CI combustion is steeper than heat release during SI combustion. For example, in the waveform of the heat release rate due to SPCCI combustion, as shown in FIG. 6, the rising slope at the beginning of combustion corresponding to SI combustion is smaller than the rising slope corresponding to subsequent CI combustion. The waveform of the heat release rate during SPCCI combustion consists of a first heat release rate portion formed by SI combustion with a relatively small rising slope and a second heat release rate portion formed by CI combustion with a relatively large rising slope. and a generator in succession in this order. Corresponding to such a tendency of the heat release rate, in SPCCI combustion, the pressure rise rate (dp/dθ) in the
CI燃焼の開始後、SI燃焼とCI燃焼とが並行して行われる。CI燃焼は、SI燃焼よりも混合気の燃焼速度が速いため、熱発生率は、相対的に大きくなる。ここで、CI燃焼は、圧縮上死点の後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが過大になることはない。すなわち、圧縮上死点を過ぎるとピストン5の下降によりモータリング圧力が低下するので、このことが熱発生率の上昇を抑制する結果、CI燃焼時のdp/dθが過大にならない。このように、SPCCI燃焼では、SI燃焼の後にCI燃焼が行われるという性質上、燃焼騒音の指標となるdp/dθが過大になり難く、単純なCI燃焼(全ての燃料をCI燃焼させた場合)に比べて燃焼騒音が抑制できる。
After the start of CI combustion, SI combustion and CI combustion are performed in parallel. In CI combustion, the combustion speed of the air-fuel mixture is faster than in SI combustion, so the heat release rate is relatively large. Here, since CI combustion is performed after compression top dead center, the slope of the heat release rate waveform does not become excessive. That is, after the compression top dead center, the
CI燃焼の終了に伴いSPCCI燃焼も終了する。CI燃焼は、SI燃焼に比べて燃焼速度が速いので、SPCCI燃焼では、単純なSI燃焼(全ての燃料をSI燃焼させた場合)に比べて燃焼終了時期を早めることができる。言い換えると、SPCCI燃焼では、燃焼終了時期を膨張行程内において圧縮上死点に近づけることができる。これにより、SPCCI燃焼では、単純なSI燃焼に比べて燃費性能を向上させることができる。 SPCCI combustion also ends with the end of CI combustion. Since CI combustion has a faster combustion speed than SI combustion, SPCCI combustion can advance the end of combustion compared to simple SI combustion (when all fuel is SI-burned). In other words, in SPCCI combustion, the end of combustion can be brought closer to compression top dead center in the expansion stroke. As a result, SPCCI combustion can improve fuel efficiency compared to simple SI combustion.
このようなSPCCI燃焼を実行するために、一例として、第2運転領域A2では、より具体的には、制御処理部100は、エンジンの各部を次のように制御する。なお、以下の説明では、燃料噴射や火花点火の時期を特定する用語として、~行程の「前期」「中期」「後期」と言う用語や、~行程の「前半」「後半」と言う用語が適宜に用いられる。これらは、以下のように定義される。吸気行程や圧縮行程等の任意の行程を3等分した場合では、各期間は、前から順に「前期」「中期」「後期」と定義される。このため、例えば圧縮行程の(i)前期、(ii)中期、(iii)後期は、それぞれ、(i)圧縮上死点前(BTDC)180~120°CA、(ii)BTDC120~60°CA、(iii)BTDC60~0°CAの各範囲である。同様に、吸気行程や圧縮行程等の任意の行程を2等分した場合では、各期間は、前から順に「前半」「後半」と定義される。このため、例えば、吸気行程の(iv)前半、(v)後半は、それぞれ、(iv)BTDC360~270°CA、(v)BTDC270~180°CAの各範囲である。
In order to execute such SPCCI combustion, as an example, in the second operating region A2, more specifically, the
この第2運転領域A2では、点火プラグ16は、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に1回の火花点火を実行する。そして、この火花点火をきっかけにSPCCI燃焼が開始され、燃焼室6内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼(SI燃焼)し、その他の混合気が自着火により燃焼(CI燃焼)する。
In the second operating region A2, the
インジェクタ15は、吸気行程中に少なくとも1回の燃料噴射を実行する。例えば、インジェクタ15は、1サイクル中に噴射すべき燃料の全量を供給する1回の燃料噴射を吸気行程中に実行する。なお、吸気行程中に2回に分けて燃料が噴射されても良い。
The
スロットル弁32の開度は、理論空燃比相当の空気量が吸気通路30を通じて燃焼室6に導入されるような開度、つまり、燃焼室6内の空気(新気)と燃料との重量比である空燃比(A/F)が理論空燃比(14.7)に略一致するような開度に設定される。一方、後述するように、第2運転領域A2では、EGR弁53が開弁されて外部EGRガスが燃焼室6に導入される。このため、第2運転領域A2では、燃焼室6内の全ガスと燃料との重量比であるガス空燃比(G/F)は、理論空燃比(14.7)よりも大きくなる。このように、本実施形態では、第2運転領域A2での運転時に、ガス空燃比(G/F)が理論空燃比よりも大きくかつ空燃比(A/F)が理論空燃比に略一致する環境(以下、これをG/Fリーン環境という)を形成しつつ混合気をSPCCI燃焼させる制御が実行される。
The opening of the
過給機33は、ON状態とされる。過給機33がON状態とされて吸気が過給されているとき、バイパス弁39の開度は、サージタンク36内の圧力(過給圧)が目標圧力に一致するように制御される。
The
吸気VVT13aおよび排気VVT14aは、内部EGRが実質的に停止されるようなタイミングで吸気弁11および排気弁12を駆動する。
The
EGR弁53は、第2運転領域A2でのSPCCI燃焼に適した量の外部EGRガスが燃焼室6に導入されるように適宜の開度まで開弁される。このときのEGR弁53の開度は、所望のSPCCI燃焼の波形(後述する目標SI率および目標θci)を得るのに適した筒内温度が実現されるように調整される。
The
スワール弁18の開度は、理論空燃比相当の空気量よりも多くの空気が吸気通路30を通じて燃焼室6に導入されるような開度に設定される。あるいは、スワール弁18の開度は、これよりも大きい所定の中間開度に設定される。
The opening of the
これに対し、他の一例として、典型的なSI燃焼が行われる第4運転領域A4では、より具体的には、制御処理部100は、エンジンの各部を次のように制御する。
On the other hand, as another example, in the fourth operating region A4 where typical SI combustion is performed, more specifically, the
点火プラグ16は、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に1回の火花点火を実行する。そして、この火花点火をきっかけにSI燃焼が開始され、燃焼室6内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。
The
インジェクタ15は、少なくとも吸気行程と重複する所定の期間にわたって噴射を噴射する。例えば、インジェクタ15は、吸気行程から圧縮行程にかけた一連の期間にわたって燃料を噴射する。
The
過給機33は、ON状態とされ、過給機33による過給が行われる。このときの過給圧は、バイパス弁39によって調整される。
The
スロットル弁32およびEGR弁53は、燃焼室6内の空燃比(A/F)が理論空燃比もしくはこれよりもややリッチな値となるように、それぞれの開度が制御される。
The opening degrees of the
スワール弁18は、全開とされる。これにより、第1吸気ポート9Aだけでなく第2吸気ポート9Bが完全に開放されて、エンジンの充填効率が高められる。
The
(3)SI率について
上述したように、本実施形態では、SI燃焼とCI燃焼とをミックスしたSPCCI燃焼は、第1ないし第3運転領域A1~A3で実行されるが、このSPCCI燃焼では、SI燃焼とCI燃焼との比率を運転条件に応じてコントロールすることが重要である。
(3) SI rate As described above, in the present embodiment, SPCCI combustion in which SI combustion and CI combustion are mixed is executed in the first to third operating regions A1 to A3. It is important to control the ratio of SI combustion and CI combustion according to operating conditions.
本実施形態では、上記比率として、SPCCI燃焼(SI燃焼およびCI燃焼)による全熱発生量に対するSI燃焼による熱発生量の割合であるSI率が用いられる。図6は、このSI率を説明するための図であり、SPCCI燃焼が起きた場合におけるクランク角の変化に対する熱発生率(J/deg)の変化を示している。図6の波形における変曲点Xは、燃焼形態がSI燃焼からCI燃焼に切り替わるときに現れる変曲点である。この変曲点Xに対応するクランク角θciは、CI燃焼の開始時期と定義できる。このクランク角θci(CI燃焼の開始時期)よりも進角側に位置する熱発生率の波形の面積R1は、SI燃焼による熱発生量とされ、θciよりも遅角側に位置する熱発生率の波形の面積R2は、CI燃焼による熱発生率とされる。これにより、(SI燃焼による熱発生量)/(SPCCI燃焼による熱発生量)で定義される上記SI率は、上記各面積R1,R2を用いることによって、R1/(R1+R2)と表せる(SI率=R1/(R1+R2))。 In the present embodiment, the SI rate, which is the ratio of the amount of heat release due to SI combustion to the total amount of heat release due to SPCCI combustion (SI combustion and CI combustion), is used as the ratio. FIG. 6 is a diagram for explaining this SI rate, and shows changes in heat release rate (J/deg) with respect to changes in crank angle when SPCCI combustion occurs. An inflection point X in the waveform of FIG. 6 is an inflection point that appears when the combustion mode is switched from SI combustion to CI combustion. The crank angle θci corresponding to this inflection point X can be defined as the start timing of CI combustion. The area R1 of the heat release rate waveform positioned on the advance side of the crank angle θci (CI combustion start timing) is regarded as the amount of heat release due to SI combustion, and the heat release rate positioned on the retard side of θci. The area R2 of the waveform is the heat release rate due to CI combustion. As a result, the SI rate defined by (amount of heat release due to SI combustion)/(amount of heat release due to SPCCI combustion) can be expressed as R1/(R1+R2) by using the areas R1 and R2 (SI rate =R1/(R1+R2)).
SI率は、1サイクル中に燃焼室6に噴射される燃料の半分の質量(50%質量分)が燃焼した時期である燃焼重心と相関がある。例えば、SI率が小さいほど、混合気が自着火により同時多発的に燃焼するCI燃焼の割合が増えるので、平均的な燃焼速度が速くなり、燃焼重心が進角して圧縮上死点に近づく。このことは、熱効率の向上につながる一方で、燃焼騒音の増大を招くことになる。逆に、SI率が高い(CI燃焼の割合が小さい)ほど、平均的な燃焼速度が遅くなるので、燃焼重心が遅角して圧縮上死点から遠ざかる。このことは、燃焼騒音の抑制につながる一方で、熱効率の低下を招くことになる。本実施形態では、このようなSI率と燃焼重心との相関性を考慮して、燃焼騒音を許容レベル以下に抑えつつ高い熱効率が得られる最適な燃焼重心が目標燃焼重心として予め定められるとともに、この目標燃焼重心に対応する最適なSI率が目標SI率として予め定められている。
The SI rate correlates with the combustion center of gravity, which is the timing at which half the mass (50% mass) of the fuel injected into the
ここで、目標燃焼重心は、エンジンの運転条件(回転速度/負荷)に応じて変化する。例えば、熱発生量の多い高負荷条件のとき、燃料の噴射量が多く燃焼室6内でのトータルの熱発生量が大きい(言い換えると燃焼騒音が大きくなり易い)ため、熱発生量の少ない低負荷条件のときと比べて、燃焼騒音を抑えるべく燃焼重心を圧縮上死点から大きく遅角させる必要がある。逆に、低負荷条件のとき、高負荷条件のときに比べて、熱発生量が小さく燃焼騒音が大きくなり難いので、熱効率を高めるべく燃焼重心を進角側に設定することが望ましい。このことから、目標燃焼重心は、総じて、負荷が高いほど遅角側に(言い換えると負荷が低いほど進角側に)設定される。また、単位時間あたりのクランク角の進行量がエンジン回転速度に応じて変化することから、騒音および熱効率を考慮した最適な燃焼重心は、回転速度によっても変化する。このため、目標燃焼重心は、負荷だけでなく回転速度によっても可変的に設定される。
Here, the target combustion center of gravity changes according to the operating conditions (rotational speed/load) of the engine. For example, under high load conditions where a large amount of heat is generated, the amount of fuel injected is large and the total amount of heat generated in the
このように、SPCCI燃焼における目標燃焼重心は、エンジンの回転速度および負荷に応じて変化するので、これに合わせて、目標SI率も回転速度および負荷に応じて可変的に設定される。例えば、上述したように、目標燃焼重心は、負荷が高いほど遅角側に存在するので、これに合わせて、目標SI率は、負荷が高いほど大きくなるように(言い換えると負荷が高いほどCI燃焼の割合が減少するように)設定される。 In this way, the target combustion center of gravity in SPCCI combustion changes according to the rotational speed and load of the engine, and accordingly, the target SI ratio is also variably set according to the rotational speed and load. For example, as described above, the higher the load, the more the target combustion center of gravity is on the retarded side. set so that the rate of combustion is reduced).
そして、本実施形態では、上記のように設定される目標燃焼重心および目標SI率が実現されるように、点火プラグ16による点火時期、燃料の噴射量/噴射時期、および筒内状態量といった制御量の目標値が、それぞれ運転条件(回転速度と負荷との組合せで定義される運転点)に応じて予め定められている。なお、前記筒内状態量は、例えば、燃焼室6内の温度やEGR率等である。EGR率には、燃焼室6内の全ガスに対する外部EGRガス(EGR通路51を通じて燃焼室6に還流される排気ガス)の割合である外部EGR率と、燃焼室6内の全ガスに対する内部EGRガス(燃焼室6に残留する既燃ガス)の割合である内部EGR率とが含まれる。
In this embodiment, the ignition timing by the
例えば、点火プラグ16による点火時期(火花点火の時期)が進角されるほど、多くの燃料がSI燃焼により燃焼することになり、SI率が高くなる。また例えば、燃料の噴射時期が進角されるほど、多くの燃料がCI燃焼により燃焼することになり、SI率が低くなる。あるいは、燃焼室6の温度が高くなるほど、多くの燃料がCI燃焼により燃焼することになり、SI率が低くなる。さらに、SI率の変化は、燃焼重心の変化を伴うので、これらの各制御量(点火時期、噴射時期、筒内温度等)の変化は、燃焼重心を調整する要素となる。
For example, the more the ignition timing (spark ignition timing) by the
上記傾向に基づいて、本実施形態では、点火時期、燃料の噴射量/噴射時期および筒内状態量(温度、EGR率等)の各目標値が、上述した目標燃焼重心および目標SI率を実現可能な組合せになるように運転条件ごとに予め定められている。SPCCI燃焼によるエンジンの稼働の場合、制御処理部100は、これら制御量の各目標値に基づいて、インジェクタ15、点火プラグ16、EGR弁53、吸・排気VVT13a、14a等を制御する。例えば、制御処理部100は、点火時期の目標値に基づいて点火プラグ16を制御するとともに、燃料の噴射量/噴射時期の目標値に基づいてインジェクタ15を制御する。制御処理部100は、燃焼室6の温度およびEGR率の各目標値に基づいてEGR弁53および吸・排気VVT13a,14aを制御し、EGR通路51を通じた排気ガス(外部EGRガス)の還流量や内部EGRによる既燃ガス(内部EGRガス)の残留量を調整する。
Based on the above trends, in the present embodiment, each target value of ignition timing, fuel injection amount/injection timing, and in-cylinder state quantity (temperature, EGR rate, etc.) realizes the above-described target combustion center of gravity and target SI rate. It is predetermined for each operating condition so that possible combinations can be obtained. When the engine is operated by SPCCI combustion, the
なお、目標燃焼重心および目標SI率がエンジンの運転条件ごとに予め定められている本実施形態では、これら目標燃焼重心および目標SI率に適合する燃焼が行われた場合のCI燃焼の開始時期θciもおのずと定まっていることになる。以下の説明では、このように目標燃焼重心および目標SI率に基づき定まっているCI燃焼の開始時期は、「標準θci」と呼称する。この標準θciは、後述するフローチャート(図7の処理S4)において目標θciを決定するときの基準となる。 In this embodiment, in which the target center of gravity of combustion and the target SI rate are predetermined for each operating condition of the engine, the CI combustion start timing θci is naturally determined. In the following description, the CI combustion start timing determined based on the target combustion center of gravity and the target SI ratio is referred to as "standard θci". This standard θci serves as a reference for determining the target θci in a flowchart (process S4 in FIG. 7) to be described later.
(4)燃焼騒音指標値に基づいたSPCCI燃焼時の制御
図7は、SPCCI燃焼時での制御処理部によって実行される制御を示すフローチャートである。このフローチャートに示す制御がスタートすると、制御処理部100は、まず、クランク角センサSN1により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサSN8の検出値(アクセル開度)やエアフローセンサSN4の検出値(吸気流量)等から特定されるエンジン負荷とに基づいて、インジェクタ15からの燃料の噴射量および噴射時期を決定する(S1)。なお、上述から理解されるように、この決定される燃料の噴射量/噴射時期は、前記目標燃焼重心および目標SI率を実現するための噴射量/噴射時期である。
(4) Control During SPCCI Combustion Based on Combustion Noise Index Value FIG. 7 is a flow chart showing control executed by the control processor during SPCCI combustion. When the control shown in this flowchart starts, the
次に、制御処理部100は、現時点の運転条件下で燃焼騒音に関して許容できる、筒内圧の上限値である基準値W(図9)を決定する(S2)。より具体的には、制御処理部100は、アクセルセンサSN8の検出値(アクセル開度)等から特定されるエンジン負荷と、車速センサSN9により検出される車速と、図9に示されるマップM1とに基づいて、基準値Wを特定する。
Next, the
図9のマップM1は、基準値Wを車速/エンジン負荷ごとに規定したマップであり、制御処理部100に予め記憶されている。このマップM1は、エンジン負荷を所定の低負荷に固定したまま車速を変化させたときの基準値W1を規定した第1の特性Q1と、エンジン負荷を所定の高負荷に固定したまま車速を変化させたときの基準値W2を規定した第2の特性Q2とを含む。低負荷用の第1の特性Q1に規定される基準値W1よりも、高負荷用の第2の特性Q2に規定される基準値W2の方が大きくなるように設定される。第1の特性Q1(および第2の特性Q2)は、いずれも、車速が高くなるほど基準値W1(W2)が大きくなる右上がりの傾向を有している。高負荷用の第2の特性Q2は、車速に対する基準値W2の変化率(波形の傾き)がいずれの車速においても概ね同じとなる正比例に近い特性を有している。これに対し、低負荷用の第1の特性Q1は、車速が所定値V0未満の領域(低車速域)での基準値W1の変化率が、所定値V0以上の領域(高車速域)での基準値W1の変化率よりも大きくなる非線形な特性を有している。
A map M1 in FIG. 9 defines the reference value W for each vehicle speed/engine load, and is stored in the
前記処理S2では、制御処理部100は、上記各センサSN8、SN9の検出値等から特定される現時点の車速およびエンジン負荷(現運転条件)を上記図9のマップM1に照合することにより、現運転条件に対応する基準値Wを特定する。より詳しくは、制御処理部100は、低負荷用の第1の特性Q1上の値から現時点の車速に対応する基準値W1を特定するとともに、高負荷用の第2の特性Q2上の値から現時点の車速に対応する基準値W2を特定し、さらに、これら2つの基準値W1、W2を用いた線形補間により、現運転条件に対応する基準値Wを特定する。例えば、現時点のエンジン負荷が第1の特性Q1に対応する負荷と第2の特性Q2に対応する負荷との中間値であった場合には、基準値W1と基準値W2との中間値が、現運転条件に対応する基準値Wとして特定される。また、現時点のエンジン負荷が第1の特性Q1に対応する負荷よりも低い(もしくは第2の特性Q2に対応する負荷よりも高い)場合には、基準値W1よりも低い値(基準値W2よりも高い値)が、現運転条件に対応する基準値Wとして特定される。
In the process S2, the
上述した各特性Q1、Q2の特徴より、基準値Wは、車速/エンジン負荷が高いほど大きい値に設定される。すなわち、基準値Wは、車速およびエンジン負荷のいずれが高くなっても大きくなる値であり、車速およびエンジン負荷がともに低い条件のときが最も小さく、車速およびエンジン負荷がともに高い条件のときが最も大きくなる。これは、低車速・低負荷の条件であるほど小さな燃焼騒音でも感知され易い(逆に言えば高車速・高負荷の条件であるほど大きな燃焼騒音でも感知され難い)からである。 Based on the characteristics of the characteristics Q1 and Q2 described above, the reference value W is set to a larger value as the vehicle speed/engine load increases. That is, the reference value W is a value that increases regardless of whether the vehicle speed or the engine load increases. growing. This is because the lower the vehicle speed and lower the load, the easier it is to perceive even a small combustion noise (conversely, the higher the vehicle speed and a higher load, the less perceptible even a large combustion noise is).
図7に戻って、次に、制御処理部100は、前記処理S2で特定された現運転条件に対応する基準値Wから、気筒の筒内圧に関するヒストグラムの標準偏差σに基づく余裕代yを差し引いた値を、最終基準値Wx(=W-y)として決定する(S3)。この気筒の筒内圧に関するヒストグラムの標準偏差σの演算手法は、後述する。前記余裕代yは、1σであっても良いが(y=1σ)、分布の99.73%をカバーできる観点から、好ましくは、3σである(y=3σ)。このように標準偏差を考慮して最終基準値Wxを決定するのは、燃焼サイクルごとの燃焼騒音のばらつきが大きいにもかかわらず同一の基準値Wを採用したとすると、基準値Wを超えるような大きな騒音の燃焼が偶発的に起きる可能性が高くなるからである。
Returning to FIG. 7, next, the
次に、制御処理部100は、目標とするCI燃焼の開始時期である目標θciを決定する。この目標θciは、SI燃焼からCI燃焼に切り替わるクランク角(図6に示したクランク角θci)の目標値であり、最終基準値Wx以下に抑えることを目的に決定される。
Next, the
図8は、図7に示す処理S4の詳細を示すサブルーチンである。このサブルーチンに示す制御がスタートすると、制御処理部100は、まず、クランク角センサSN1により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサSN8の検出値等から特定されるエンジン負荷と、前記処理S3で決定された最終基準値Wxと、図10に示されるマップM2とに基づいて、最終基準値Wx以下に抑え得る限界のCI燃焼の開始時期であるθci限界を決定する。より具体的には、制御処理部100は、前記処理S3で決定された最終基準値Wxを図10のマップM2に照合することにより、当該最終基準値Wxに一致するようなθciを、前記θci限界として特定する。
FIG. 8 is a subroutine showing details of the process S4 shown in FIG. When the control shown in this subroutine starts, the
図10のマップM2は、θci(CI燃焼の開始時期)と最終基準値Wxとの標準的な関係を規定したマップであり、制御処理部100に予め記憶されている。より具体的には、マップM2は、エンジン回転速度を一定(N1)としかつエンジン負荷を種々変化させた場合に得られる最終基準値Wxの標準的な特性を規定しており、横軸は、θciを、縦軸は、最終基準値Wxをそれぞれ表している。なお、図10では便宜上、低負荷、中負荷、高負荷の3種類の負荷のみを示しているが、これら3種類の負荷以外における特性も上記マップM2には含まれている。また、上記マップM2は、エンジン回転速度を一定(N1)とした場合のマップであるが、これとは異なる種々のエンジン回転速度に対し作成されたマップも、上記マップM2と同様にそれぞれ制御処理部100に記憶されている。なお、エンジン回転速度/負荷がマップM2に規定されていない値である場合には、例えば線形補間により最終基準値Wxが求められる。
A map M2 in FIG. 10 defines a standard relationship between θci (CI combustion start timing) and final reference value Wx, and is stored in
次に、制御処理部100は、前記処理S21で決定されたθci限界が、予め定められた標準θciよりも遅角側であるか否かを判定する(S22)。この判定の結果、θci限界が標準θciよりも遅角側である場合(YES)には、制御処理部100は、θci限界を目標θciとして決定し(S23)、本サブルーチンを終了する。一方、前記判定の結果、θci限界が標準θciよりも遅角側でない場合(NO、すなわちθci限界と標準θciとが同一であるかもしくはθci限界が標準θciよりも進角側である場合)には、制御処理部100は、標準θciを目標θciとして決定し(S24)、本サブルーチンを終了する。
Next, the
図7に戻って、次に、制御処理部100は、クランク角センサSN1の検出値に基づいて、予め定められた特定クランク角が到来したか否かを判定する(S5)。この特定クランク角は、点火プラグ16による点火時期を決定するタイミングとして予め定められたものであり、例えば圧縮上死点前60°CA程度に定められている。この判定の結果、特定クランク角が到来した場合(YES)には、制御処理部100は、次に、処理S6を実行し、一方、前記判定の結果、特定クランク角が到来していない場合(NO)には、制御処理部100は、処理を処理S5に戻す。すなわち、特定クランク角が到来するまで、この処理S5が繰り返し実行される。
Returning to FIG. 7, next, the
前記処理S6では、制御処理部100は、前記処理S4で決定された目標θciを実現するための点火時期を決定する。ここで、本実施形態では、エンジンの運転条件ごとに、目標燃焼重心および目標SI率と、これら目標燃焼重心および目標SI率に対応する標準θciと、標準θciを実現するための点火時期、燃料の噴射量/噴射時期、および筒内状態量(温度、EGR率等)の各目標値が予め定められているので、制御処理部100は、これらの各目標値を基準に点火時期を決定することができる。例えば、標準θciと目標θciとのずれ量と、上記特定クランク角時点での筒内状態量とに基づいて、目標θciを実現するための点火時期が決定される。
In the process S6, the
すなわち、標準θciと目標θciとのずれ量が大きいほど、標準θciに対応して定められた点火時期の当初の目標値(以下、デフォルト点火時期という)から大きくずらした時期を点火時期として決定する必要がある。また、上記特定クランク角時点での筒内状態量がその目標値から大きくずれているほど、やはりデフォルト点火時期から大きくずらした時期を点火時期として決定する必要がある。一方、本実施形態では、燃料の噴射量/噴射時期として当初の目標値がそのまま採用されるので、これら燃料の噴射量/噴射時期のずれ量は、考慮しなくてよい。前記処理S6では、制御処理部100は、以上のような事情に基づき予め用意された所定の演算式を用いて、標準θciと目標θciとのずれ量と、筒内状態量の目標値に対するずれ量とから、点火プラグ16による点火時期を決定する。筒内状態量つまり燃焼室6の温度やEGR率等は、例えば吸気温センサSN5、吸気圧センサSN6、差圧センサSN7等の検出値から予測することができる。
That is, the greater the amount of deviation between the standard θci and the target θci, the greater the deviation from the initial target value (hereinafter referred to as default ignition timing) of the ignition timing determined corresponding to the standard θci is determined as the ignition timing. There is a need. Further, the greater the deviation of the in-cylinder state quantity from the target value at the specific crank angle time, the greater the deviation from the default ignition timing must be set as the ignition timing. On the other hand, in the present embodiment, the initial target values for the fuel injection amount/injection timing are used as they are, so the amount of deviation in the fuel injection amount/injection timing need not be taken into consideration. In the process S6, the
次に、制御処理部100は、前記処理S6で決定された点火時期にて点火プラグ16を点火し、この点火をきっかけに混合気をSPCCI燃焼させる(S7)。
Next, the
このような動作がSPCCI燃焼での各燃焼サイクルごとに実施される。 Such operations are performed for each combustion cycle in SPCCI combustion.
(5)気筒の筒内圧に関するヒストグラムの標準偏差の演算
気筒の筒内圧に関するヒストグラムの標準偏差等を処理するために、制御処理部100には、制御処理プログラムおよび前記制御プログラムを実行する上で必要な種々の所定のデータが予め記憶されている。この制御処理プログラムは、エンジンの各部を当該各部の機能に応じて制御する制御プログラム、所定の運転点での1燃焼サイクルにおいて筒内圧センサSN3で測定される筒内圧に関するヒストグラムを最頻の筒内圧を基準として該最頻の筒内圧よりも低い筒内圧の分布で正規分布すると仮定した場合における第1標準偏差、および、前記ヒストグラムを該最頻の筒内圧よりも高い筒内圧の分布で正規分布すると仮定した場合における第2標準偏差を求める標準偏差処理プログラム、前記標準偏差処理プログラムで求めた第1および第2標準偏差の差分を求める差分処理プログラム、前記差分処理プログラムで求めた差分の絶対値が所定値以上である場合に前記ヒストグラムを非正規分布と判定し、前記第2標準偏差に基づいて、前記所定の運転点における前記気筒の筒内圧の上限値を求める上限値処理プログラム、および、前記所定の運転点において、前記上限値処理プログラムで求めた上限値以下となるように前記内燃機関を制御する燃焼制御プログラム等を含む。前記所定のデータは、上述の運転条件ごとに予め定められた各関係、上述のマップM1、M2および前回の燃焼サイクルまでの標準偏差等を含む。そして、制御処理部100には、前記制御処理プログラムの実行により、図4に示すように、制御部101、標準偏差処理部102、差分処理部103、上限値処理部104および燃焼制御部105が機能的に構成される。さらに、制御処理部100には、各運転点ごとに対応付けて、前記前回の燃焼サイクルまでの各標準偏差を記憶する標準偏差記憶部106が機能的に構成されている。
(5) Calculation of Standard Deviation of Histogram of Cylinder Pressure In order to process the standard deviation of the histogram of cylinder pressure, the
制御部101は、エンジンの各部を当該各部の機能に応じて制御し、エンジンの全体制御を司るものである。
The
標準偏差処理部102は、所定の運転点での1燃焼サイクルにおいて筒内圧センサSN3で測定される筒内圧に関するヒストグラムを最頻の筒内圧を基準として該最頻の筒内圧よりも低い筒内圧の分布で正規分布すると仮定した場合における第1標準偏差、および、前記ヒストグラムを該最頻の筒内圧よりも高い筒内圧の分布で正規分布すると仮定した場合における第2標準偏差を求めるものである。より具体的には、標準偏差処理部102は、次のように今回の燃焼サイクルでの第1および第2標準偏差を求める。
Standard
図11は、一例として、所定の1つの運転点での筒内圧のヒストグラムを示す図である。図11の横軸は、筒内圧であり、その縦軸は、頻度である。図12は、関数F(a)のグラフである。図12の横軸は、aであり、その縦軸は、F(a)である。図13は、一例として、ノッキングおよび失火における筒内圧の各ヒストグラムを示す図である。図13Aは、ノッキングが生じた場合における筒内圧のヒストグラムを示し、図13Bは、失火が生じた場合における筒内圧のヒストグラムを示す。図13Aおよび図13Bの各横軸は、筒内圧であり、各縦軸は、頻度である。 FIG. 11 is a diagram showing, as an example, a histogram of in-cylinder pressure at one predetermined operating point. The horizontal axis in FIG. 11 is the in-cylinder pressure, and the vertical axis is the frequency. FIG. 12 is a graph of the function F(a). The horizontal axis of FIG. 12 is a, and its vertical axis is F(a). FIG. 13 is a diagram showing, as an example, histograms of in-cylinder pressures for knocking and misfiring. FIG. 13A shows a histogram of in-cylinder pressure when knocking occurs, and FIG. 13B shows a histogram of in-cylinder pressure when misfire occurs. Each horizontal axis in FIGS. 13A and 13B is the in-cylinder pressure, and each vertical axis is frequency.
筒内圧のヒストグラムは、例えば、図11に示すように、最頻の筒内圧mに対し、非対称となっている。このような筒内圧のヒストグラムを、破線αで示すように、正規分布とみなすことは、難しい。なお、図示を省略するが、筒内圧のヒストグラムは、正規分布となる場合もある。そこで、本実施形態では、この非正規分布の筒内圧のヒストグラムは、最頻の筒内圧mで、筒内圧が最頻の筒内圧m以下である-側ヒストグラム(x≦m)と、筒内圧が最頻の筒内圧mを超えている+側ヒストグラム(m<x)とに、2個に分割され、前記-側ヒストグラムおよび前記+側ヒストグラムは、それぞれ、実線β-、β+で示すように、正規分布とみなされ、前記非正規分布の筒内圧のヒストグラムは、これら実線β-、β+から成る実線βで表すことにする。これにより、筒内圧のヒストグラムは、筒内圧をxとし、前記-側ヒストグラムの標準偏差をs-とし、前記+側ヒストグラムの標準偏差をs+とすると、次式1で表すことができる。なお、式1は、s-=s+である場合、正規分布となるため、式1は、非正規分布だけでなく、正規分布も含む。 For example, as shown in FIG. 11, the in-cylinder pressure histogram is asymmetric with respect to the most frequent in-cylinder pressure m. It is difficult to regard such a histogram of in-cylinder pressure as a normal distribution, as indicated by the dashed line α. Although illustration is omitted, the histogram of the in-cylinder pressure may have a normal distribution. Therefore, in this embodiment, the histogram of the in-cylinder pressure of this non-normal distribution is the most frequent in-cylinder pressure m and the in-cylinder pressure is less than the most frequent in-cylinder pressure m (− side histogram (x≦m), and the in-cylinder pressure exceeds the most frequent in - cylinder pressure m (m< x ). In addition, the distribution is regarded as a normal distribution, and the histogram of the non-normal distribution of the in-cylinder pressure is represented by a solid line β consisting of these solid lines β − and β + . As a result, the cylinder internal pressure histogram can be expressed by the following equation 1, where x is the cylinder internal pressure, s - is the standard deviation of the - side histogram, and s + is the standard deviation of the + side histogram. Note that Equation 1 becomes a normal distribution when s − =s + , so Equation 1 includes not only non-normal distributions but also normal distributions.
各筒内圧は、或る確率で発生するので、筒内圧のヒストグラムは、確率分布と見ることができる。確率論では、期待値は、1次のモーメントで表すことができ、分散σ2(=s2、s-
2、s+
2)は、1次のモーメントと2次のモーメントで表すことができる。モーメントは、データの分布の仕方を示すものである。前記式1の1次ないし3次の各モーメントE[x]、E[x2]、E[x3]は、それぞれ、次式2ないし式4となる。なお、式2ないし式4の中で、√は、2/πのみにかかる。
Since each in-cylinder pressure occurs with a certain probability, the histogram of in-cylinder pressure can be viewed as a probability distribution. In probability theory, the expected value can be expressed by the first moment, and the variance σ 2 (=s 2 , s − 2 , s + 2 ) can be expressed by the first and second moments . Moments indicate how the data is distributed. The first to third moments E[x], E[x 2 ], and E[x 3 ] in Equation 1 are given by
そこで、y=x、x2、x3としてE[y]をE[y-
n]で近似して逐次推定することにより、前記式2ないし式4の連立方程式を解くことによって、m、s-、s+を求めることができる。ここで、E[y-
n]は、次式5で定義される。
Therefore, by successively estimating E[y] by approximating E[y − n ] with y=x, x 2 , x 3 , and solving the simultaneous equations of the
しかしながら、実際(現実)の筒内圧のヒストグラムは、厳密には式1で表せないので、前記式2ないし式4の連立方程式の解は、存在しない場合が有り得、非線形の連立方程式の解を求める情報処理は、煩雑となる。そこで、1次ないし3次の各モーメントE[x]、E[x2]、E[x3]で、次式6、7のように、M2、M3が定義される。
Strictly speaking, however, the histogram of the actual in-cylinder pressure cannot be represented by Equation 1. Therefore, the solutions of the simultaneous equations of
さらに、s-、s+が、a、s0でs-=(1-a)s0、s+=(1+a)s0と定義されると、M2、M3は、次式8のように、aの関数F(a)で表すことができる。 Furthermore, when s − and s + are defined as s − =(1−a)s 0 and s + =(1+a)s 0 with a and s 0 , M 2 and M 3 are given by the following equation 8: can be represented by a function F(a) of a.
M2、M3は、上述のように、逐次推定で求められるE[y](y=x、x2、x3)から、式6、7を用いて逐次推定できるから、関数F(a)の値は、M3/(M2)(3/2)から求めることができる。関数F(a)の値が求められると、前記式8からaの値を求めることができる。実際には、関数F(a)は、図12に示すように、単調増加関数であるので、関数F(a)の値とaの値とを互いに対応付けたルックアップテーブルを予め用意して前記所定のデータの1つとして制御処理部100に記憶しておくことにより、標準偏差処理部102は、逐次推定のM3/(M2)(3/2)で求めた関数F(a)の値から、前記ルックアップテーブルを参照することにより、aの値を求めることができる。
As described above, M 2 and M 3 can be successively estimated from E[y] (y=x, x 2 , x 3 ) obtained by successive
ここで、逐次推定のM3/(M2)(3/2)で求めた関数F(a)の値は、±1の範囲を超える場合が有り得、また、3σ(=3s、3s-、3s+)を推定する目的に合わない程、非対称な分布に計算結果が成ってしまう可能性もある。このため、aの値は、所定の数値範囲に制限される。すなわち、関数F(a)の値が第1所定値以上では、前記aの数値範囲の上限値にクリップされ、関数F(a)の値が第2所定値以下では、前記aの数値範囲の下限値にクリップされる。このaの数値範囲は、複数のサンプルから予め適宜に設定され、例えば、±0.7、±0.75、±0.8等に設定され、前記第1所定値は、前記aの数値範囲の上限値におけるF(a)の値であり、前記第2所定値は、前記aの数値範囲の下限値におけるF(a)の値である。 Here, the value of the function F(a) obtained by the sequential estimation M 3 /(M 2 ) (3/2) may exceed the range of ±1, and 3σ (=3s, 3s − , 3s + ). Therefore, the value of a is limited to a predetermined numerical range. That is, when the value of the function F(a) is the first predetermined value or more, it is clipped to the upper limit value of the numerical range of a. Clipped to the lower limit. The numerical range of a is appropriately set in advance from a plurality of samples, for example, set to ±0.7, ±0.75, ±0.8, etc. The first predetermined value is the numerical range of a and the second predetermined value is the value of F(a) at the lower limit of the numerical range of a.
一方、M2は、前記式6から、a、s0を用いて次式9のように表すことができ、M2は、前記式6により、逐次推定で求められるE[x]、E[x2]から、逐次推定できる。したがって、標準偏差処理部102は、逐次推定で求められるM2と上述のように求めたaとから、この式9によりs0を求めることができる。したがって、このように求めたa、s0から、標準偏差処理部102は、s-=(1-a)s0、s+=(1+a)s0によってs-、s+を求めることができる。
On the other hand, M 2 can be expressed as in the
さらに、s-、s+が求まると、標準偏差処理部102は、前記式2から、mを求めることができる。
Further, when s − and s + are obtained, standard
このように標準偏差処理部102は、m、s-、s+を求めることができる。例えば、図11に示すように、最頻の筒内圧mが中央より高圧側に寄ったヒストグラムでは、このように求めた標準偏差s+の3s+は、正規分布とみなして求めた標準偏差sの3sよりも、図11から分かるように、より適正である。上述の処理S3では、最終基準値Wxは、基準値から標準偏差(好ましくは標準偏差の3倍)を減算することによって求められたが、正規分布とみなして求めた標準偏差sと非正規分布の場合を考慮して求めた標準偏差s+との差分だけ、余裕代を大きく取り過ぎていたことが分かる。したがって、本実施形態では、これ応じた熱効率の改善が期待できる。
Thus, the standard
ここで、前記式1は、上述したように、ヒストグラムが非正規分布である場合(s-≠s+)を表すだけでなく、ヒストグラムが正規分布である場合(s-=s+)を表す。前記-側ヒストグラムの標準偏差s-および前記+側ヒストグラムの標準偏差s+が、それぞれ、第1および第2標準偏差に相当する。したがって、標準偏差処理部102は、上述のように、1次ないし3次の各モーメントE[x]、E[x2]、E[x3]を逐次推定してm、s-、s+を求めることにより、前記第1および第2標準偏差それぞれを求めることができる。
Here, as described above, Equation 1 represents not only the case where the histogram has a non-normal distribution (s − ≠s + ), but also the case where the histogram has a normal distribution (s − =s + ). . The standard deviation s − of the negative histogram and the standard deviation s 2 + of the positive histogram correspond to the first and second standard deviations, respectively. Therefore, as described above, the standard
そして、標準偏差処理部102は、今回の運転点に対応付けられて標準偏差記憶部106に記憶されている前回の燃焼サイクルまでの標準偏差s-の分散と、上述のように求めた今回の燃焼サイクルの標準偏差s-の分散との平均を求め、この求めた平均の分散から最終的な今回の燃焼サイクルでの標準偏差s-を求める。次回の燃焼サイクルの際に前回の燃焼サイクルまでの標準偏差s-として用いるために、標準偏差処理部102は、この求めた最終的な今回の燃焼サイクルでの標準偏差s-を今回の運転点に対応付けて標準偏差記憶部106に記憶する。同様に、標準偏差処理部102は、今回の運転点に対応付けられて標準偏差記憶部106に記憶されている前回の燃焼サイクルまでの標準偏差s+の分散と、上述のように求めた今回の燃焼サイクルの標準偏差s+の分散との平均を求め、この求めた平均の分散から最終的な今回の燃焼サイクルでの標準偏差s+を求め、この求めた標準偏差s+を今回の運転点に対応付けて標準偏差記憶部106に記憶する。
Then, the standard
差分処理部103は、標準偏差処理部102で求めた第1および第2標準偏差の差分を求めるものである。本実施形態では、差分処理部103は、標準偏差処理部102で求めた第1および第2標準偏差s-、s+の差分△s(=|s--s+|)を求める。
The
上限値処理部104は、差分処理部103で求めた差分△sに基づいて、前記所定の運転点における前記気筒の筒内圧の上限値を求めるものである。より具体的には、筒内圧のヒストグラムは、例えば筒内温が比較的高い場合、ノッキングが生じることにより、図13Aに示すように、最頻の筒内圧mよりも高圧側の裾が伸びたプロファイルを持つ非正規分布となる。また例えば筒内温が比較的低い場合、失火が生じることにより、筒内圧のヒストグラムは、図13Bに示すように、最頻の筒内圧mよりも低圧側の裾が伸びたプロファイルを持つ非正規分布となる。このため、本実施形態では、筒内圧の上限値を求めるため、前記-側ヒストグラムの標準偏差s-と前記+側ヒストグラムの標準偏差s+とが比較され、前記差分△sが所定値以上である場合に前記ヒストグラムが非正規分布であると判定され、第2標準偏差s+に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値が設定される。前記差分△sが0ではない場合のみ前記ヒストグラムが非正規分布であるとみなしても良いが、現実には、前記ヒストグラムが最頻の筒内圧を基準に完全に左右対称な正規分布とは成らないので、前記所定値として0より大きな値が設定され、前記差分△sが前記所定値未満である場合に前記ヒストグラムが正規分布であるとみなされて良い。そして、前記差分△sが前記所定値未満である場合に前記ヒストグラムが正規分布であると判定される。正規分布と判定された場合には、第1および第2標準偏差s-、s+のうちのいずれかに基づいて前記気筒の筒内圧の上限値が設定されても良いが、前記所定値が0より大きな値に設定している場合には、第1および第2標準偏差s-、s+の平均値が求められ、この平均値に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値が設定されても良い。
The upper
上述のように求めた標準偏差s+をそのまま用いて、これに基づく余裕代yが求められても良いが、上述のように、非正規分布のヒストグラムを、正規分布の-側ヒストグラムと+側ヒストグラムから成るとみなすことで、ノッキングが起き易いのか失火が起き易いのかを判断することにも利用できる。 The standard deviation s + obtained as described above may be used as it is to obtain the allowance y based thereon. By assuming that it consists of a histogram, it can also be used to determine whether knocking or misfire is likely to occur.
燃焼制御部105は、前記所定の運転点において、上限値処理部104で求めた上限値以下となるように内燃機関(本実施形態では部分圧縮着火式エンジン)を制御するものである。本実施形態では、燃焼制御部105は、上述の処理S1、処理S2、処理S4、処理S5、処理S6および処理S7の各処理を実行する。
The
図14は、標準偏差を求める処理を示すフローチャートである。図15は、一例として、実施形態の効果を説明するための図である。図15の横軸は、燃焼サイクルであり、その縦軸は、筒内圧である。 FIG. 14 is a flow chart showing the process of obtaining the standard deviation. FIG. 15 is a diagram for explaining the effect of the embodiment as an example. The horizontal axis in FIG. 15 is the combustion cycle, and the vertical axis is the in-cylinder pressure.
このような各機能ブロックを備えた制御処理部100は、各燃焼サイクルごとに、筒内圧の標準偏差の演算に関し、次のように動作する。
The
図14において、まず、制御処理部100は、標準偏差処理部102によって、今回の運転点と筒内圧とを取得する(S41)。より具体的には、標準偏差処理部102は、クランク角センサSN1の検出信号からエンジン回転速度を求め、アクセルセンサSN8の検出信号(アクセル開度)やエアフローセンサSN4の検出信号(吸気流量)等からエンジン負荷を求め、今回の運転点を求め、筒内圧センサSN3の検出信号(筒内圧)を取得する。この取得の工程S41は、例えば、圧縮上死点を0度とした場合におけるクランク角が所定の角度、例えば180度になったタイミングで実行される。
In FIG. 14, first, the
次に、制御処理部100は、標準偏差処理部102によって、第1および第2標準偏差それぞれを求める(S42)。より具体的には、上述のように、標準偏差処理部102は、E[y]をE[y-
n]で近似して逐次推定することにより、第1ないし第3の各モーメントE[x]、E[x2]、E[x3]を求め、これらから前記式6、7を用いてM2、M3を求め、M3/(M2)(3/2)から関数F(a)の値を求め、この求めた関数F(a)の値から前記ルックアップテーブルに基づいてaを求め、M2、aからs0を求め、a、s0から標準偏差s-、s+を求める。そして、標準偏差処理部102は、今回の運転点に対応付けられて標準偏差記憶部106に記憶されている前回の燃焼サイクルまでの標準偏差s-、s+の各分散と、上述のように求めた今回の燃焼サイクルの標準偏差s-、s+の各分散との各平均を求め、この求めた平均の各分散から最終的な今回の燃焼サイクルでの標準偏差s-、s+を求め、この求めた各標準偏差s-、s+を今回の運転点に対応付けて標準偏差記憶部106に記憶する。
Next, the
次に、制御処理部100は、差分処理部103によって、処理S42で標準偏差処理部102によって求めた各標準偏差s-、s+の差分△s(=s--s+)を第1および第2標準偏差の差分として求める(S43)。
Next, the
そして、制御処理部100は、処理S43で差分処理部103によって求めた差分△sに基づいて筒内圧のヒストグラムが正規分布であるか非正規分布であるか判定し、今回の本処理を終了する(S44)。そして、この判定結果に基づいて上述のように前記気筒の筒内圧の上限値を設定する。
Then, the
一例として、筒内圧の実データから、上述の手法により求めた標準偏差s-、s+の3s-、3s+が図15に示されている。図15には、前記筒内圧の実データが、正規分布とみなして求めた標準偏差sの3sも示されている。標準偏差s+の3s+の方が標準偏差sの3sより適切であることが、図15から分かる。 As an example, FIG. 15 shows 3s − and 3s + of the standard deviations s − and s + obtained from the actual data of the in-cylinder pressure by the method described above. FIG. 15 also shows 3s of the standard deviation s obtained by regarding the actual data of the in-cylinder pressure as a normal distribution. It can be seen from FIG. 15 that 3s + of standard deviation s + is better than 3s of standard deviation s.
以上説明したように、本実施形態は、前記ヒストグラムを最頻の筒内圧を基準として最頻の筒内圧よりも低圧側の分布で正規分布すると仮定した場合における第1標準偏差と、前記ヒストグラムを前記最頻の筒内圧よりも高圧側の分布で正規分布すると仮定した場合における第2標準偏差との差分を求め、この求めた差分に基づいて前記ヒストグラムが正規分布か非正規分布かを判定し、その判定結果に基づいて、前記気筒の筒内圧の上限値(最終基準値Wx)を求める。このため、本実施形態は、前記ヒストグラムが非正規分布である場合でも、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる。第2標準偏差が第1標準偏差よりも大きい場合には、第2標準偏差に基づいて気筒の筒内圧の上限値を設定することで、第1標準偏差に基づいて気筒の筒内圧の上限値を設定する場合よりもノッキングによる燃焼騒音の発生を回避して燃焼騒音を抑制するための許容値を適切に設定できる。また、第2標準偏差が第1標準偏差よりも小さい場合には、第2標準偏差に基づいて設定した気筒の筒内圧の上限値と、第1標準偏差に基づいて設定した上限値との差分に応じた熱効率の改善が見込まれる。したがって、本実施形態は、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できるため、燃焼騒音を許容値に収めつつ、熱効率を改善できる。 As described above, in the present embodiment, the first standard deviation and the histogram when it is assumed that the histogram is normally distributed on the lower pressure side than the most frequent in-cylinder pressure with the most frequent in-cylinder pressure as a reference. Finding the difference from the second standard deviation when it is assumed that the distribution on the high pressure side of the most frequent in-cylinder pressure is normal distribution, and determining whether the histogram is a normal distribution or a non-normal distribution based on the obtained difference , the upper limit value (final reference value Wx) of the in-cylinder pressure of the cylinder is obtained based on the determination result. Therefore, the present embodiment can appropriately set the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder even when the histogram has a non-normal distribution. If the second standard deviation is greater than the first standard deviation, by setting the upper limit of the in-cylinder pressure based on the second standard deviation, the upper limit of the in-cylinder pressure of the cylinder is determined based on the first standard deviation. The permissible value for suppressing combustion noise by avoiding the generation of combustion noise due to knocking can be appropriately set as compared with the case of setting . Further, when the second standard deviation is smaller than the first standard deviation, the difference between the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder set based on the second standard deviation and the upper limit value set based on the first standard deviation It is expected that the thermal efficiency will be improved according to the Therefore, the present embodiment can appropriately set the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder, so that the thermal efficiency can be improved while keeping the combustion noise within the allowable value.
本実施形態によれば、内燃機関が一例として部分圧縮着火式エンジンであるので、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる、部分圧縮着火式エンジンの制御方法および制御装置が提供できる。 According to the present embodiment, since the internal combustion engine is, for example, a partial compression ignition engine, it is possible to provide a control method and a control device for a partial compression ignition engine that can appropriately set the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder.
前記第2標準偏差σの3倍に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値が求められる場合(y=3σ)、このような実施形態は、前記気筒の筒内圧がばらついても前記気筒の筒内圧を上限値以下に押さえることができる。すなわち、このような実施形態は、燃焼騒音を許容範囲内に押さえることができる。 When the upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder is obtained based on three times the second standard deviation σ (y=3σ), in this embodiment, even if the in-cylinder pressure of the cylinder varies, The internal pressure can be suppressed below the upper limit. That is, such an embodiment can keep combustion noise within an acceptable range.
なお、上述の実施形態では、内燃機関が部分圧縮着火式エンジンであったが、これに限定されるものではなく、他の型式のエンジンであっても良い。例えば、内燃機関は、ディーゼルエンジンであっても良く、前記ディーゼルエンジンによる燃焼騒音を許容範囲内に収めるために、筒内圧の上限値の決定に、上述の各処理が利用されても良い。 In the above-described embodiment, the internal combustion engine is a partial compression ignition engine, but it is not limited to this, and other types of engines may be used. For example, the internal combustion engine may be a diesel engine, and each of the processes described above may be used to determine the upper limit of the in-cylinder pressure in order to keep the combustion noise of the diesel engine within an allowable range.
また、上述の実施形態では、1燃焼サイクル中に燃焼室6に噴射される燃料の半分の質量(50%質量分)が燃焼した時期である燃焼重心が用いられてが、これに限定されるものではなく、適宜に変更できる。すなわち、1燃焼サイクル中に前記気筒に供給される燃料のうち目標の質量割合(例えば40%質量や60%質量等)の燃料が燃焼した時期である目標質量燃焼時期が用いられても良い。
Further, in the above-described embodiment, the combustion center of gravity, which is the timing at which half the mass (50% mass) of the fuel injected into the
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。 Although the present invention has been adequately and fully described above through embodiments with reference to the drawings in order to express the present invention, modifications and/or improvements to the above-described embodiments can easily be made by those skilled in the art. It should be recognized that it is possible. Therefore, to the extent that modifications or improvements made by those skilled in the art do not depart from the scope of the claims set forth in the claims, such modifications or improvements do not fall within the scope of the claims. is interpreted to be subsumed by
SN3 筒内圧センサ
100 制御処理部
101 制御部
102 標準偏差処理部
103 差分処理部
104 上限値処理部
105 燃焼制御部
106 標準偏差記憶部
SN3 In-
Claims (6)
前記気筒の筒内圧を測定する筒内圧測定工程と、
所定の運転点での1燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定工程で測定される筒内圧に関するヒストグラムを最頻の筒内圧を基準として該最頻の筒内圧よりも低い筒内圧の分布で正規分布すると仮定した場合における第1標準偏差、および、前記ヒストグラムを該最頻の筒内圧よりも高い筒内圧の分布で正規分布すると仮定した場合における第2標準偏差を求める標準偏差処理工程と、
前記標準偏差処理工程で求めた第1および第2標準偏差の差分を求める差分処理工程と、
前記差分処理工程で求めた差分の絶対値が所定値以上である場合に前記ヒストグラムを非正規分布と判定し、前記第2標準偏差に基づいて、前記所定の運転点における前記気筒の筒内圧の上限値を求める上限値処理工程と、
前記所定の運転点において、前記上限値処理工程で求めた上限値以下となるように前記内燃機関を制御する燃焼制御工程とを備える、
内燃機関の制御方法。 A control method for an internal combustion engine that burns an air-fuel mixture in a cylinder,
an in-cylinder pressure measuring step of measuring the in-cylinder pressure of the cylinder;
It is assumed that the histogram of the in-cylinder pressure measured in the in-cylinder pressure measurement step in one combustion cycle at a predetermined operating point is normally distributed with the distribution of in-cylinder pressure lower than the most frequent in-cylinder pressure as a reference. A standard deviation processing step of obtaining a first standard deviation in the case where the cylinder pressure is higher than the most frequent cylinder pressure and a second standard deviation in the case where the histogram is assumed to be normally distributed with a cylinder pressure higher than the most frequent cylinder pressure;
A difference processing step of obtaining a difference between the first and second standard deviations obtained in the standard deviation processing step;
When the absolute value of the difference obtained in the difference processing step is equal to or greater than a predetermined value, the histogram is determined to be non-normal distribution, and based on the second standard deviation, the in-cylinder pressure of the cylinder at the predetermined operating point is calculated. an upper limit processing step of obtaining the upper limit;
a combustion control step of controlling the internal combustion engine so that the upper limit value obtained in the upper limit value processing step or less is reached at the predetermined operating point;
A control method for an internal combustion engine.
前記燃焼制御工程は、前記所定の運転点において、前記上限値処理工程で求めた上限値以下となるように、1燃焼サイクル中に前記気筒に供給される燃料のうち目標の質量割合の燃料が燃焼した時期である目標質量燃焼時期を設定し、前記設定した目標質量燃焼時期に基づいて前記花火点火の点火タイミングを制御する、
請求項1に記載の内燃機関の制御方法。 In the internal combustion engine, partial compression ignition combustion in which part of the air-fuel mixture in the cylinder undergoes SI combustion by pyrotechnic ignition and then the remaining air-fuel mixture in the cylinder undergoes CI combustion by self-ignition is performed in at least a part of the operating range. It is an automotive partial compression ignition engine that runs
In the combustion control step, at the predetermined operating point, a target mass ratio of fuel out of the fuel supplied to the cylinder during one combustion cycle is equal to or lower than the upper limit value obtained in the upper limit value processing step. setting a target mass combustion timing that is the timing of combustion, and controlling the ignition timing of the fireworks ignition based on the set target mass combustion timing;
A control method for an internal combustion engine according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の内燃機関の制御方法。 The upper limit value processing step obtains an upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder based on three times the second standard deviation.
The control method for an internal combustion engine according to claim 1 or 2.
前記気筒の筒内圧を測定する筒内圧測定部と、
所定の運転点での1燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定工程で測定される筒内圧に関するヒストグラムを最頻の筒内圧を基準として該最頻の筒内圧よりも低い筒内圧の分布で正規分布すると仮定した場合における第1標準偏差、および、前記ヒストグラムを該最頻の筒内圧よりも高い筒内圧の分布で正規分布すると仮定した場合における第2標準偏差を求める標準偏差処理部と、
前記標準偏差処理部で求めた第1および第2標準偏差の差分を求める差分処理部と、
前記差分処理部で求めた差分の絶対値が所定値以上である場合に前記ヒストグラムを非正規分布と判定し、前記第2標準偏差に基づいて、前記所定の運転点における前記気筒の筒内圧の上限値を求める上限値処理部と、
前記所定の運転点において、前記上限値処理部で求めた上限値以下となるように前記内燃機関を制御する燃焼制御部とを備える、
内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine that burns an air-fuel mixture in a cylinder,
an in-cylinder pressure measurement unit that measures the in-cylinder pressure of the cylinder;
It is assumed that the histogram of the in-cylinder pressure measured in the in-cylinder pressure measurement step in one combustion cycle at a predetermined operating point is normally distributed with the distribution of in-cylinder pressure lower than the most frequent in-cylinder pressure as a reference. a standard deviation processing unit that obtains a first standard deviation in the case where the cylinder pressure is higher than the most frequent in-cylinder pressure, and a second standard deviation in the case that the histogram is assumed to be normally distributed with a cylinder pressure higher than the most frequent in-cylinder pressure;
A difference processing unit for obtaining the difference between the first and second standard deviations obtained by the standard deviation processing unit;
When the absolute value of the difference obtained by the difference processing unit is equal to or greater than a predetermined value, the histogram is determined to be non-normal distribution, and based on the second standard deviation, the in-cylinder pressure of the cylinder at the predetermined operating point is calculated. an upper limit processing unit that obtains the upper limit;
a combustion control unit that controls the internal combustion engine so that the upper limit value obtained by the upper limit value processing unit or less is reached at the predetermined operating point;
A control device for an internal combustion engine.
前記燃焼制御部は、前記所定の運転点において、前記上限値処理部で求めた上限値以下となるように、1燃焼サイクル中に前記気筒に供給される燃料のうち目標の質量割合の燃料が燃焼した時期である目標質量燃焼時期を設定し、前記設定した目標質量燃焼時期に基づいて前記花火点火の点火タイミングを制御する、
請求項4に記載の内燃機関の制御装置。 In the internal combustion engine, partial compression ignition combustion in which part of the air-fuel mixture in the cylinder undergoes SI combustion by pyrotechnic ignition and then the remaining air-fuel mixture in the cylinder undergoes CI combustion by self-ignition is performed in at least a part of the operating range. It is an automotive partial compression ignition engine that runs
The combustion control unit controls a target mass ratio of fuel in the fuel supplied to the cylinder during one combustion cycle so that the upper limit value obtained by the upper limit processing unit is equal to or lower than the upper limit value obtained by the upper limit value processing unit at the predetermined operating point. setting a target mass combustion timing that is the timing of combustion, and controlling the ignition timing of the fireworks ignition based on the set target mass combustion timing;
The control device for an internal combustion engine according to claim 4.
請求項4または請求項5に記載の内燃機関の制御装置。
The upper limit value processing unit obtains an upper limit value of the in-cylinder pressure of the cylinder based on three times the second standard deviation,
6. The control device for an internal combustion engine according to claim 4 or 5.
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