JP7393368B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents
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Description
内燃機関制御装置は、着火時刻推定部と、クランク角情報取得部と、回転変動取得部と、ジェット強度推定部と、を備えている。
着火時刻推定部は、ノックセンサが検出したノックセンサ信号に基づいて、副燃焼室から噴射されたジェットによる主燃焼室の混合気の着火時刻を推定する。クランク角情報取得部は、クランク角センサが検出したクランク角情報を取得する。回転変動取得部は、クランク角情報に基づいて、着火時刻よりも後に発生する回転数変化量を算出する。ジェット強度推定部は、回転変動取得部が算出した回転数変化量と着火時刻推定部が推定した着火時刻に基づいて、着火時刻より後に発生する回転数変化率を算出し、ジェット強度を推定する。
まず、第1の実施の形態例(以下、「本例」という)にかかる内燃機関制御装置の構成例について説明する。
まず、図1及び図2を参照して内燃機関の構成例について説明する。
図1は、本例の内燃機関のシステム構成を示す概略構成図である。図2は、内燃機関のシリンダ周りの構成を示す概略構成図である。
次に、図3を参照して内燃機関制御装置20の構成例について説明する。
図3は、内燃機関制御装置20の構成を示すブロック図である。
次に、図4を参照して内燃機関制御装置20におけるジェット強度の推定処理の構成例について説明する。
図4は、内燃機関制御装置20におけるジェット強度の推定処理の構成を示すブロック図である。
次に、図5Aから図5Cを参照して、ジェット強度の実例と、ジェット強度の違いによる燃料消費量及び熱損失量について説明する。
図5Aは、ジェット強度の違いによる副室8の圧力と主燃焼室14aの圧力との差(圧力差)を示すもので、縦軸に圧力差[MPa]、横軸にクランク角度を示している。図5Bは、ジェット強度の違いと燃焼消費率の関係を示す図、図5Cはジェット強度の違いと主燃焼室14aの壁面への熱損失量の関係を示す図である。図5Bにおける縦軸は熱消費率ISFC[g/kWh]を示す、図5Cにおける縦軸は熱損失量[W]を示している。そして、図5B及び図5Cにおける横軸はジェット強度を示している。
次に、燃焼1サイクル当たりの副室及び主燃焼室の圧力、圧力差、回転数及び振動(加速度)の変化について図6を参照して説明する。図6(a)は副室8の圧力、図6(b)は主燃焼室14aの圧力、図6(c)は圧力差、図6(d)は回転数、図6(e)は加速度、すなわちノックセンサの出力値を示している。なお、図6(a)及び図6(b)に示すデータは、測定した波形を直接プロットしている。そして、図6(c)に示すデータは、図6(a)及び図6(b)に示すデータの差分をとったデータに対して、フィルタ処理を行い、ノイズ軽減処理を行ったデータである。
次に、図7を算出して従来の回転数変化率dωの推定方法と、本例の回転数変化率dωの推定方法について説明する。
図7は、回転数変化率dωの推定方法を示すイメージ図である。図7における横軸は時刻、縦軸はエンジンの回転数(角速度ω)を示している。そして、図7に示す黒丸は、クランク角センサ49の検出信号を(クランク角センサ信号)示している。そして、クラン角センサ信号は、歯の間隔ごとに出力値が更新される離散値である。そのため、歯と歯の間におけるエンジンの回転数は、その前後区間におけるエンジンの回転数を線形補間して算出されるため、図7に示す実線A1、A2のような折れ線グラフとなる。そして、実線A1は、本例の推定方法を示し、実線A2は従来の推定方法を示している。また、図7に示す点線は、実際の回転数挙動を示している。
図8(a)は、ノックセンサ47の出力値(ノックセンサ信号)を示す波形であり、図8(b)はノックセンサ信号に対してフィルタ処理を行ったフィルタ出力値を示す波形である。図8(c)は、フィルタ出力値の絶対値を示す図である。
次に、上述した回転数変化率Δωを用いたジェット強度の推定方法について説明する。
上述した数4により、ごく短い時間の間では、θの項は定数とみなされるため、主燃焼室14aの筒内圧Pcombと、回転数変化率Δωには、下記数9に示すような比例関係が成り立つ。なお、数9に示すτはトルクである。
図9は、従来のジェット強度の推定結果と本例のジェット強度の推定結果の精度を示すグラフである。図9に各グラフの横軸は、回転数変化率dωを示している。また、図9における各グラフの縦軸は、副燃焼室と主燃焼室14aの圧力差、すなわちジェット強度を示している。そして、圧力差の最大値を、点火時期を0deg.ATC、3deg.ATC、6deg.ATCと変化させて、連続する5サイクルを平均化してプロットしたものである。
次に、上述した構成を有する内燃機関制御装置20におけるジェット強度の補正制御の動作例を図10から図12を参照して説明する。
図10は、ジェット強度の補正制御動作を示すフローチャートである。
図11Aは、ジェット強度の増減処理の一例を示すグラフであり、横軸はジェット強度、縦軸は点火時期を示している。
図11Aに示すように、ジェット強度I_jetが強くなるほど、点火時期出力部109は、点火時期を遅角方向に補正する。点火時期を遅角することにより、燃焼重心が遅れるため、副室8内の燃焼温度が低下する。これにより、ジェット強度I_jetを低減させることができる。
図11Bに示すように、内燃機関制御装置20は、ジェット強度I_jetに応じてEGR率目標値を制御する。すなわち、ジェット強度I_jetが強いほど、EGR率目標値が高くなるように補正する。EGR率を増加させることにより、混合気の希釈率が高まる。その結果、副室8内の燃焼温度が低下し、ジェット強度I_jetを低減させることができる。
図12Aに示すように、内燃機関制御装置20は、ジェット強度I_jetに応じてA/F目標値を制御する。すなわち、ジェット強度I_jetが強いほど、A/F目標値が高くなるように補正する。A/Fを増加させることにより、混合気の希釈率が高まる。その結果、副室8内の燃焼温度が低下し、ジェット強度I_jetを低減させることができる。
図12Bに示すように、内燃機関制御装置20は、ジェット強度I_jetに応じて点火エネルギを制御する。すなわち、ジェット強度I_jetが強いほど、点火エネルギが低くなるように補正する。点火エネルギを低下させることにより、着火遅れ時期が増加して、点火時期を遅角した際と同様に、燃焼重心が遅れて、副室8内の燃焼温度が低下する。その結果、ジェット強度I_jetを低減させることができる。
次に、図13から図15を参照して第2の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置について説明する。
図13は、第2の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置のジェット強度の推定処理の構成を示すブロック図である。図14は、エンジン運転条件ごとのジェット強度推定時のノックセンサ振幅信頼率を示すマップである。図15は、第2の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置の第2ジェット強度推定部によるジェット強度の推定方法を示す図である。なお、第1の実施の形態例に内燃機関制御装置20と共通する部分には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
ここで、第1ジェット強度推定部207Aでは、上述したように、ノックセンサ信号をジェットによる着火時刻の推定のみに使用し、ノックセンサ信号の振幅情報は使用していない。しかしながら、ノックセンサ信号の振幅情報にも、着火時の振動が含まれている。そのため、エンジンの機械振動が比較的少ない低回転時や、エンジンの回転変動が少なく、クランク角センサ49の回転変動(回転変化量Δω)の検知精度が悪化する低負荷時などでは、ノックセンサ信号の振幅情報をジェット強度の推定に用いることができる。
次に、第3の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置について図16を参照して説明する。
図16は、ジェット強度と初期燃焼機関の相関関係を示すグラフである。横軸は主燃焼室14aの筒内圧に基づいた燃焼解析装置により求めた初期燃焼機関(点火時期-MFB02)を示している。また、縦軸はジェット強度(副燃焼室と主燃焼室の差圧の最大値)を示している。
次に、第4の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置について図17を参照して説明する。
図17は、燃焼1サイクルにおける主燃焼室14aの筒内圧及びトルクの変動を示す図である。縦軸にトルク[Nm]と筒内圧[MPa]を示し、横軸に燃焼1サイクルのクランク軸48の回転角度を示している。
次に、図18から図19を参照して第5の実施の形態例にかかる内燃機関制御装置について説明する。
図19は、燃焼タイミングの検出を説明するための第1の制御タイムチャートである。図19の上から順に、点火信号、放電2次電流の変化が示される。また、図8の横軸は時間を表す。
次に、図20を参照して内燃機関の変形例について説明する。
図20は、変形例にかかる内燃機関の副室周りの構成を拡大して示す概略構成図である。
Claims (8)
- ピストンに面する主燃焼室と、前記主燃焼室に連通する副燃焼室と、前記副燃焼室の内部に取り付けられる点火プラグと、前記ピストンに連結されるクランク軸と、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサと、前記主燃焼室を形成するシリンダと、前記シリンダの振動を検出するノックセンサと、を備えた内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、
前記ノックセンサが検出したノックセンサ信号に基づいて、前記副燃焼室から噴射されたジェットによる前記主燃焼室の混合気の着火時刻を推定する着火時刻推定部と、
前記クランク角センサが検出したクランク角情報を取得するクランク角情報取得部と、
前記クランク角情報に基づいて、前記着火時刻よりも後に発生する回転数変化量を算出する回転変動取得部と、
前記回転変動取得部が算出した前記回転数変化量と前記着火時刻推定部が推定した前記着火時刻に基づいて、前記着火時刻より後に発生する回転数変化率を算出し、ジェット強度を推定するジェット強度推定部と、
を備えた内燃機関制御装置。 - 前記着火時刻推定部は、前記ノックセンサ信号に対してフィルタ処理を行い、フィルタ処理を行ったフィルタ出力値から前記着火時刻を推定する
請求項1に記載の内燃機関制御装置。 - ピストン機構に基づいて、前記着火時刻推定部が推定した前記着火時刻を補正する着火時刻補正部をさらに備え、
前記ジェット強度推定部は、前記着火時刻補正部が補正した着火時刻と、前記回転数変化量に基づいて、前記回転数変化率を算出し、前記ジェット強度を推定する
請求項1に記載の内燃機関制御装置。 - 前記回転数変化量と前記着火時刻に基づいて、前記回転数変化率を算出し、第1ジェット強度を推定する第1ジェット強度推定部と、
前記ノックセンサ信号に基づいて、第2ジェット強度を推定する第2ジェット強度推定部と、
備えた請求項1に記載の内燃機関制御装置。 - 前記第1ジェット強度と前記第2ジェット強度のうち指標として用いるジェット強度を選択するジェット強度選択部を
さらに備えた請求項4に記載の内燃機関制御装置。 - 前記ジェット強度推定部は、前記回転数変化率から前記主燃焼室の筒内圧を推定し、前記筒内圧から前記ジェット強度を推定する
請求項1に記載の内燃機関制御装置。 - 前記ジェット強度推定部は、
前記点火プラグの点火動作を制御するに点火コイルの信号に基づいて、ジェット終了時刻を検出し、
前記回転数変化率は、前記着火時刻から前記ジェット終了時刻の間の前記回転数変化量に基づいて、前記回転数変化率を算出する
請求項1に記載の内燃機関制御装置。 - 前記ジェット強度推定部が推定した前記ジェット強度に基づいて、点火時期、燃料噴射量、点火エネルギ及びEGRバルブ開度のうち少なくとの一つ以上のパラメータを補正する
請求項1に記載の内燃機関制御装置。
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