JPWO2012035647A1 - Apparatus for estimating heat release rate of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

メイン噴射の噴射時期を決定することで「燃焼場−筒内圧センサ間距離」が取得される燃焼場−筒内圧センサ間距離マップ、エンジン回転数及び燃料噴射圧力により「燃焼速度」が取得される燃焼速度マップ、これら「燃焼場−筒内圧センサ間距離」及び「燃焼速度」により「必要最小フィルタ周波数」が取得される必要最小フィルタ周波数マップをROMに記憶させる。燃焼室内の圧力を検知する筒内圧センサからの筒内圧力データを上記「必要最小フィルタ周波数」によるフィルタリング処理を行って熱発生率波形を推定し、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼開始時期を認識する。By determining the injection timing of the main injection, the “combustion field-in-cylinder pressure sensor distance” is acquired. The “combustion speed” is acquired from the combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map, engine speed, and fuel injection pressure. The required minimum filter frequency map in which the “required minimum filter frequency” is acquired by the combustion speed map, the “distance between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor”, and the “combustion speed” is stored in the ROM. The in-cylinder pressure data from the in-cylinder pressure sensor that detects the pressure in the combustion chamber is filtered by the “minimum required filter frequency” to estimate the heat release rate waveform, and the combustion start timing of the fuel injected in the main injection is calculated. recognize.

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式の内燃機関の熱発生率を推定する装置に係る。特に、本発明は、熱発生率推定精度の向上を図るための対策に関する。   The present invention relates to an apparatus for estimating a heat generation rate of a compression self-ignition internal combustion engine represented by a diesel engine. In particular, the present invention relates to a measure for improving the heat generation rate estimation accuracy.

従来から周知のように、自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジン(以下、単にエンジンと呼ぶ場合もある)では、動力性能、燃焼音、排気エミッション、燃焼安定性、燃料消費率等といった各種の特性や制約が所定の目標範囲内となるように複雑な制御が行われている(例えば下記の特許文献1や特許文献2を参照)。   As is well known in the art, in a diesel engine (hereinafter sometimes simply referred to as an engine) used as an automobile engine or the like, various kinds of power performance, combustion noise, exhaust emission, combustion stability, fuel consumption rate, etc. Complex control is performed so that characteristics and restrictions are within a predetermined target range (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 below).

そして、上記各種の特性や制約が所定の目標範囲内となる燃焼状態を実現するための手段の一つとして、燃焼室内での燃料の着火時期を適正化することが挙げられる。つまり、燃料の着火時期をモニタしておき、その着火時期が適正時期になるように(例えばピストンの圧縮上死点(TDC)で拡散燃焼が開始するように)、制御パラメータ(燃料噴射時期や燃料噴射圧力等)を制御するものである。   As one of means for realizing a combustion state in which the various characteristics and restrictions are within a predetermined target range, it is possible to optimize the ignition timing of the fuel in the combustion chamber. In other words, the fuel ignition timing is monitored, and the control parameters (fuel injection timing, fuel injection timing, etc.) are set so that the ignition timing becomes an appropriate timing (for example, diffusion combustion starts at the compression top dead center (TDC) of the piston). Fuel injection pressure and the like).

一般に、燃焼室内における燃料の着火時期は、混合気の燃焼に伴って変化する熱発生率の変化(熱発生率波形として表される)から求めることが可能である。このため、この燃料の着火時期を高い精度でモニタしていくためには、熱発生率の変化(熱発生率波形)を正確に取得できるようにしておくことが不可欠である。   In general, the ignition timing of the fuel in the combustion chamber can be obtained from a change in the heat generation rate (represented as a heat generation rate waveform) that changes with combustion of the air-fuel mixture. For this reason, in order to monitor the ignition timing of the fuel with high accuracy, it is indispensable to accurately acquire a change in heat generation rate (heat generation rate waveform).

上記熱発生率は、燃焼室内の圧力(以下、「筒内圧力」と呼ぶ場合もある)に相関があるため、この筒内圧力を検出可能な筒内圧センサを備えさせ、検出された筒内圧力の変化に従って熱発生率波形を推定することが可能である。つまり、この筒内圧センサによって取得された筒内圧力データに基づいて熱発生率波形を求め、この熱発生率波形から燃料の着火時期を求めることが可能である。   Since the heat generation rate has a correlation with the pressure in the combustion chamber (hereinafter sometimes referred to as “in-cylinder pressure”), an in-cylinder pressure sensor capable of detecting the in-cylinder pressure is provided, and the detected in-cylinder is detected. It is possible to estimate the heat release rate waveform according to the pressure change. That is, it is possible to obtain the heat generation rate waveform based on the in-cylinder pressure data acquired by this in-cylinder pressure sensor, and to determine the ignition timing of the fuel from this heat generation rate waveform.

尚、このようにして求められた熱発生率波形は、上述した燃料の着火時期を求める場合ばかりでなく、その他、燃焼重心や熱発生率のピーク値や燃焼開始時の熱発生率変化勾配等を求める場合にも適用可能であり利用範囲は広い。   The heat generation rate waveform thus obtained is not only for determining the fuel ignition timing described above, but also for the combustion center of gravity, the peak value of the heat generation rate, the heat generation rate change gradient at the start of combustion, etc. It can be applied to the demands of a wide range of applications.

特開2005−232990号公報JP 2005-232990 A 特開2004−3415号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-3415 再公表特許WO2003/033896号公報Republished patent WO2003 / 033896

しかしながら、上記筒内圧センサによって取得された筒内圧力データには誤差が含まれている。その誤差の原因としては、電気的なノイズの他に、筒内圧力の変化に伴って筒内圧センサと燃焼室との間で発生する気柱振動によるノイズが挙げられる。特に、この気柱振動によるノイズの周波数は、実際に筒内で発生する燃焼圧力波の周波数成分に近いため、上記熱発生率波形を正確に求めるための大きな障害となっている。   However, the in-cylinder pressure data acquired by the in-cylinder pressure sensor includes an error. As a cause of the error, in addition to electrical noise, noise due to air column vibration generated between the in-cylinder pressure sensor and the combustion chamber in accordance with a change in the in-cylinder pressure can be cited. In particular, the frequency of noise due to the air column vibration is close to the frequency component of the combustion pressure wave that is actually generated in the cylinder, which is a major obstacle for accurately obtaining the heat release rate waveform.

このように、筒内圧センサによって取得された筒内圧力データ自体の信頼性が低いために、それに基づいて作成される熱発生率波形も信頼性の低いものとなり、その結果、燃料の着火時期を高い精度で求めることができていないのが現状である。   As described above, since the in-cylinder pressure data acquired by the in-cylinder pressure sensor itself is not reliable, the heat generation rate waveform generated based on the data is also low in reliability. The current situation is that it cannot be obtained with high accuracy.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筒内圧センサによって取得された筒内圧力データに対して適切な処理を行うことで信頼性の高い熱発生率波形を求めることが可能な内燃機関の熱発生率推定装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such points, and the object of the present invention is to provide a reliable heat generation rate by performing appropriate processing on in-cylinder pressure data acquired by an in-cylinder pressure sensor. An object of the present invention is to provide a heat generation rate estimation device for an internal combustion engine capable of obtaining a waveform.

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、筒内圧センサによって取得された筒内圧力データ中に含まれるノイズ成分(除去すべき周波数成分)は、燃焼場から筒内圧センサに亘る距離と、燃焼室内(筒内圧センサが挿入されている空間も含む)での圧力変化率とに相関があるとして、この距離と圧力変化率(燃焼速度と相関がある)とからフィルタリングする周波数帯(必要最小フィルタ周波数:カットオフ周波数)を設定し、これにより、上記ノイズ成分の除去を可能にしている。
-Principle of solving the problem-
The solution principle of the present invention taken to achieve the above object is that the noise component (frequency component to be removed) included in the in-cylinder pressure data acquired by the in-cylinder pressure sensor is determined from the in-cylinder pressure sensor. And the pressure change rate in the combustion chamber (including the space where the in-cylinder pressure sensor is inserted) are correlated, and filtering is performed from this distance and the pressure change rate (correlation with the combustion speed). A frequency band (required minimum filter frequency: cut-off frequency) is set, thereby enabling removal of the noise component.

−解決手段−
具体的に、本発明は、圧縮自着火式内燃機関の燃焼室内に向けて燃料噴射弁から噴射された燃料が燃焼する際の熱発生率を、筒内圧力を検知可能な筒内圧センサの圧力検知信号に基づいて推定する内燃機関の熱発生率推定装置を前提とする。この熱発生率推定装置に対し、燃焼圧力波伝達経路取得手段、燃焼速度取得手段、必要最小フィルタ周波数取得手段を備えさせる。燃焼圧力波伝達経路取得手段は、上記燃焼室の形状と上記燃料噴射弁からの燃料噴射時期とに基づいて「燃焼場と筒内圧センサとの間の燃焼圧力波の伝達経路の長さ」を求める。燃焼速度取得手段は、上記燃焼室内での混合気の燃焼による「燃焼速度」を取得する。必要最小フィルタ周波数取得手段は、上記燃焼圧力伝達経路取得手段により求められた燃焼圧力波の伝達経路の長さと、上記燃焼速度取得手段により求められた燃焼速度とに基づき、上記筒内圧センサにより検知された圧力データに対してフィルタリング処理を行うための「必要最小フィルタ周波数」を求める。
-Solution-
Specifically, the present invention relates to the pressure of the in-cylinder pressure sensor that can detect the in-cylinder pressure, and the heat generation rate when the fuel injected from the fuel injection valve burns into the combustion chamber of the compression ignition type internal combustion engine. A heat release rate estimation device for an internal combustion engine that estimates based on a detection signal is assumed. The heat generation rate estimation device is provided with combustion pressure wave transmission path acquisition means, combustion speed acquisition means, and necessary minimum filter frequency acquisition means. The combustion pressure wave transmission path acquisition means calculates the length of the transmission path of the combustion pressure wave between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor based on the shape of the combustion chamber and the fuel injection timing from the fuel injection valve. Ask. The combustion speed acquisition means acquires a “combustion speed” by combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber. The necessary minimum filter frequency acquisition means is detected by the in-cylinder pressure sensor based on the length of the combustion pressure wave transmission path obtained by the combustion pressure transmission path acquisition means and the combustion speed obtained by the combustion speed acquisition means. The “required minimum filter frequency” for performing the filtering process on the obtained pressure data is obtained.

また、上記燃焼速度取得手段による燃焼速度取得の手法として具体的には、内燃機関の回転速度と、燃料噴射圧力とに基づいて燃焼速度を求めるようにしている。   Further, as a method of acquiring the combustion speed by the combustion speed acquisition means, specifically, the combustion speed is obtained based on the rotation speed of the internal combustion engine and the fuel injection pressure.

この特定事項により、上記筒内圧力の変化が筒内圧センサと燃焼室との間で振動することに起因する気柱振動等の周波数(ノイズの原因である周波数)を効果的に除去可能な「必要最小フィルタ周波数」を求めることが可能となる。つまり、この「必要最小フィルタ周波数」よりも高周波数側の圧力データを排除することで(ローパスフィルタ)、燃焼室内での燃焼に起因する燃焼圧力波を効率的に抽出することができ、熱発生率の変化を正確に推定可能となる。その結果、燃焼室内での燃料の着火時期の認識等を正確に行うことが可能になる。   By this specific matter, it is possible to effectively remove the frequency (frequency that is the cause of noise) such as air column vibration caused by the change in the in-cylinder pressure vibrating between the in-cylinder pressure sensor and the combustion chamber. It is possible to obtain the “required minimum filter frequency”. In other words, by eliminating the pressure data on the higher frequency side than this “necessary minimum filter frequency” (low-pass filter), it is possible to efficiently extract the combustion pressure wave resulting from the combustion in the combustion chamber and generate heat. The rate change can be estimated accurately. As a result, it is possible to accurately recognize the ignition timing of the fuel in the combustion chamber.

上記筒内圧センサの配設構造としては、シリンダヘッドに形成された筒内圧センサ装着孔に、センサアダプタを介して筒内圧センサは保持されており、このセンサアダプタには、上記筒内圧センサ装着孔の内部空間と筒内圧センサの先端に設けられたセンシング部との間を連通する圧力導入孔が形成されている。   As the arrangement structure of the in-cylinder pressure sensor, the in-cylinder pressure sensor is held in the in-cylinder pressure sensor mounting hole formed in the cylinder head via the sensor adapter. A pressure introduction hole is formed to communicate between the internal space of the cylinder and a sensing portion provided at the tip of the in-cylinder pressure sensor.

このような筒内圧センサの配設構造の場合、特に上記筒内圧センサ装着孔から圧力導入孔に亘る空間で発生する気柱振動が上記ノイズの発生原因となる。このような気柱振動に起因するノイズが発生しやすい構造に対しても本発明によれば「必要最小フィルタ周波数」によるフィルタリング処理により、燃焼室内での燃焼に起因する燃焼圧力波を効率的に抽出することが可能となる。   In the case of such an in-cylinder pressure sensor arrangement structure, air column vibration generated in a space extending from the in-cylinder pressure sensor mounting hole to the pressure introduction hole causes the noise. According to the present invention, even for a structure in which noise due to air column vibration is likely to occur, according to the present invention, the combustion pressure wave caused by the combustion in the combustion chamber is efficiently reduced by the filtering process using the “required minimum filter frequency”. It becomes possible to extract.

より具体的な構成として、上記燃焼圧力波伝達経路取得手段は、燃料噴射弁の燃料噴射時期から燃焼圧力波の伝達経路の長さを求める燃焼場−筒内圧センサ間距離マップより「燃焼場と筒内圧センサとの間の燃焼圧力波の伝達経路の長さ」を取得し、上記燃焼速度取得手段は、内燃機関の回転速度及び燃料噴射圧力から燃焼速度を求める燃焼速度マップより「燃焼速度」を取得し、上記必要最小フィルタ周波数算出手段は、上記燃焼場−筒内圧センサ間距離マップから取得された燃焼圧力波の伝達経路の長さと、上記燃焼速度マップから取得された燃焼速度とから、上記筒内圧センサにより検知された圧力データに対してフィルタリング処理を行う必要最小フィルタ周波数を求める必要最小フィルタ周波数マップより必要最小フィルタ周波数を取得する構成となっている。   As a more specific configuration, the combustion pressure wave transmission path acquisition means is configured to calculate the length of the combustion pressure wave transmission path from the fuel injection timing of the fuel injection valve based on a combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map. The length of the transmission path of the combustion pressure wave between the in-cylinder pressure sensor ”is acquired, and the combustion speed acquisition means obtains the“ combustion speed ”from the combustion speed map for determining the combustion speed from the rotational speed of the internal combustion engine and the fuel injection pressure. The necessary minimum filter frequency calculation means is calculated from the length of the combustion pressure wave transmission path acquired from the combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map and the combustion speed acquired from the combustion speed map. Necessary minimum filter frequency from the necessary minimum filter frequency map for obtaining the necessary minimum filter frequency for filtering the pressure data detected by the in-cylinder pressure sensor And it has a configuration to get.

本発明では、「燃焼場と筒内圧センサとの間の燃焼圧力波の伝達経路の長さ」と「燃焼速度」とに基づき「必要最小フィルタ周波数」を求め、この「必要最小フィルタ周波数」によってフィルタリング処理された圧力データから熱発生率を推定するようにしている。このため、燃焼室内での燃焼に起因する燃焼圧力波を効率的に抽出することができ、熱発生率の変化を正確に推定可能となる。   In the present invention, the “required minimum filter frequency” is obtained based on “the length of the transmission path of the combustion pressure wave between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor” and the “combustion speed”. The heat generation rate is estimated from the filtered pressure data. For this reason, the combustion pressure wave resulting from the combustion in the combustion chamber can be extracted efficiently, and the change in the heat generation rate can be accurately estimated.

図1は、実施形態に係るディーゼルエンジン及びその制御系の概略構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a diesel engine and a control system thereof according to the embodiment. 図2は、ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control system such as an ECU. 図3は、筒内圧センサの取り付け部分を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a mounting portion of the in-cylinder pressure sensor. 図4は、熱発生率算出システムの概略を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing an outline of a heat generation rate calculation system. 図5は、燃焼場−筒内圧センサ間距離マップの一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map. 図6は、燃焼速度マップの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a combustion speed map. 図7は、必要最小フィルタ周波数マップの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a necessary minimum filter frequency map. 図8は、筒内圧力データに対して本発明に係るデータ処理を行うことにより得られた熱発生率波形の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of a heat release rate waveform obtained by performing data processing according to the present invention on in-cylinder pressure data. 図9は従来の手法で得られた熱発生率波形の例を示し、図9(a)はフィルタ無しで得られた熱発生率波形であり、図9(b)はフィルタ量が適正量よりも小さい場合に得られた熱発生率波形であり、図9(c)はフィルタ量が適正量よりも大きい場合に得られた熱発生率波形である。FIG. 9 shows an example of a heat generation rate waveform obtained by a conventional method, FIG. 9A shows a heat generation rate waveform obtained without a filter, and FIG. 9 is a heat release rate waveform obtained when the filter amount is small, and FIG. 9C is a heat release rate waveform obtained when the filter amount is larger than the appropriate amount.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(圧縮自着火式内燃機関)に本発明に係る熱発生率推定装置を適用した場合について説明する。また、本実施形態では、エンジンの性能実験装置での実験によって後述する各種マップを作成し、これらをECUのROMに記憶させておき、このROMから各種マップ値を読み出して演算処理を実行することによって熱発生率波形を求め、拡散燃焼の開始時期の適正化を図るようにした場合について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the heat release rate estimation device according to the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (for example, in-line 4-cylinder) diesel engine (compression self-ignition internal combustion engine) mounted on an automobile. explain. In the present embodiment, various maps, which will be described later, are created by experiments with an engine performance experiment device, stored in the ROM of the ECU, and various map values are read from the ROM to execute arithmetic processing. The case where the heat release rate waveform is obtained by the above and the start timing of diffusion combustion is optimized will be described.

上記各種マップの作成動作、及び、各種マップ値の演算処理による熱発生率波形の作成動作について説明する前に、本発明が適用されるディーゼルエンジンの概略構成について説明する。   Before describing the operation of creating the various maps and the operation of creating the heat release rate waveform by the calculation processing of the various map values, a schematic configuration of a diesel engine to which the present invention is applied will be described.

−エンジンの構成−
図1は、本実施形態に係るエンジン1及びその制御系統の概略構成を示す図である。
-Engine configuration-
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine 1 and its control system according to the present embodiment.

このディーゼルエンジン1は、シリンダブロック2に形成されたシリンダ21内にピストン22が収容され、シリンダ21内を往復動するピストン22の運動が、コネクティングロッド23を介してクランクシャフト3の回転運動として伝達されるようになっている。   In this diesel engine 1, a piston 22 is housed in a cylinder 21 formed in a cylinder block 2, and the movement of the piston 22 that reciprocates in the cylinder 21 is transmitted as a rotational movement of the crankshaft 3 through a connecting rod 23. It has come to be.

シリンダブロック2の上端面には、ピストン22の上側に燃焼室4を形成するシリンダヘッド5が固定されている。具体的に、上記燃焼室4は、シリンダブロック2の上部にガスケット24を介して取り付けられたシリンダヘッド5の下面と、シリンダ21の内壁面と、ピストン22の頂面25とにより区画形成されている。そして、ピストン22の頂面25の略中央部には、キャビティ(凹陥部)26が凹設されており、このキャビティ26も燃焼室4の一部を構成している。   A cylinder head 5 that forms a combustion chamber 4 above the piston 22 is fixed to the upper end surface of the cylinder block 2. Specifically, the combustion chamber 4 is defined by a lower surface of the cylinder head 5 attached to the upper portion of the cylinder block 2 via a gasket 24, an inner wall surface of the cylinder 21, and a top surface 25 of the piston 22. Yes. A cavity (concave portion) 26 is formed in a substantially central portion of the top surface 25 of the piston 22, and the cavity 26 also constitutes a part of the combustion chamber 4.

尚、このキャビティ26の形状としては、その中央部分(シリンダ中心線P上)では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。つまり、ピストン22が圧縮上死点近傍にある際、このキャビティ26によって形成される燃焼室4としては、中央部分では比較的容積の小さい狭小空間とされ、外周側に向かって次第に空間が拡大される(拡大空間とされる)構成となっている。   As for the shape of the cavity 26, the concave dimension is small in the central portion (on the cylinder center line P), and the concave dimension is increased toward the outer peripheral side. That is, when the piston 22 is in the vicinity of the compression top dead center, the combustion chamber 4 formed by the cavity 26 is a narrow space having a relatively small volume at the center portion, and the space is gradually enlarged toward the outer peripheral side. It is configured to be (expanded space).

上記ピストン22は、上記コネクティングロッド23の小端部27がピストンピン28により連結されており、このコネクティングロッド23の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフト3に連結されている。これにより、シリンダ21内でのピストン22の往復移動がコネクティングロッド23を介してクランクシャフト3に伝達され、このクランクシャフト3が回転することでエンジン出力が得られるようになっている。   The piston 22 is connected to a small end portion 27 of the connecting rod 23 by a piston pin 28, and a large end portion of the connecting rod 23 is connected to a crankshaft 3 serving as an engine output shaft. As a result, the reciprocating movement of the piston 22 in the cylinder 21 is transmitted to the crankshaft 3 via the connecting rod 23, and the engine output is obtained by rotating the crankshaft 3.

上記シリンダヘッド5には、燃焼室4に開口する吸気ポート51及び排気ポート52が形成されている。   The cylinder head 5 is formed with an intake port 51 and an exhaust port 52 that open to the combustion chamber 4.

吸気ポート51及び排気ポート52は、それぞれカム(図示せず)によって駆動される吸気バルブ53及び排気バルブ54により開閉される。   The intake port 51 and the exhaust port 52 are opened and closed by an intake valve 53 and an exhaust valve 54 driven by cams (not shown), respectively.

吸気ポート51には、外気を吸入するための吸気管6が接続され、吸気バルブ53が吸気ポート51を開く吸入行程の際に、ピストン22がシリンダ21内を降下して筒内負圧が生じると、吸気管6より吸入された外気が吸気ポート51を通って筒内へ流入する。   The intake port 51 is connected to an intake pipe 6 for sucking outside air. During the intake stroke in which the intake valve 53 opens the intake port 51, the piston 22 descends in the cylinder 21 to generate a negative pressure in the cylinder. Then, the outside air sucked from the intake pipe 6 flows into the cylinder through the intake port 51.

また、排気ポート52には、燃焼ガスを排出するための排気管7が接続され、排気バルブ54が排気ポート52を開く排気行程の際に、ピストン22の上昇により燃焼室4(筒内)から押し出された燃焼ガスが、排気ポート52を通って排気管7へ排出される。   Further, the exhaust port 52 is connected to an exhaust pipe 7 for discharging combustion gas, and the exhaust valve 54 rises from the combustion chamber 4 (inside the cylinder) due to the piston 22 rising during the exhaust stroke in which the exhaust port 52 opens the exhaust port 52. The pushed combustion gas is discharged to the exhaust pipe 7 through the exhaust port 52.

燃料供給系には、高圧燃料を蓄圧するコモンレール8と、このコモンレール8に高圧燃料を圧送する燃料供給ポンプ(図示せず)と、コモンレール8に蓄圧された高圧燃料を燃焼室4に噴射する各気筒毎のインジェクタ81とを有し、電子制御ユニット(以下、ECU100と呼ぶ)により制御される。   The fuel supply system includes a common rail 8 that accumulates high-pressure fuel, a fuel supply pump (not shown) that pumps high-pressure fuel to the common rail 8, and each of the high-pressure fuel accumulated in the common rail 8 that is injected into the combustion chamber 4. Each cylinder has an injector 81 and is controlled by an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU 100).

コモンレール8は、燃料供給ポンプより供給された高圧燃料を所定の目標レール圧で貯留すると共に、その貯留された高圧燃料が、燃料配管82を介してインジェクタ81に供給される。コモンレール8の目標レール圧は、ECU100により設定される。具体的には、アクセル開度(機関負荷)とエンジン回転数等からエンジン1の運転状態を検出し、その運転状態に適した目標レール圧が設定される。   The common rail 8 stores the high-pressure fuel supplied from the fuel supply pump at a predetermined target rail pressure, and the stored high-pressure fuel is supplied to the injector 81 via the fuel pipe 82. The target rail pressure of the common rail 8 is set by the ECU 100. Specifically, the operating state of the engine 1 is detected from the accelerator opening (engine load) and the engine speed, and a target rail pressure suitable for the operating state is set.

インジェクタ81は、シリンダ中心線Pに沿う起立姿勢で燃焼室4の略中央上部に配設されており、上記コモンレール8から導入される燃料を燃焼室4に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。   The injector 81 is disposed substantially vertically above the center of the combustion chamber 4 in a standing posture along the cylinder center line P, and injects fuel introduced from the common rail 8 toward the combustion chamber 4 at a predetermined timing. It has become.

−ECU−
上記ECU100は、図2に示すように、CPU101、ROM102、RAM103及びバックアップRAM104などを備えている。ROM102は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU101は、ROM102に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。RAM103は、CPU101での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップRAM104は、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
-ECU-
As shown in FIG. 2, the ECU 100 includes a CPU 101, a ROM 102, a RAM 103, a backup RAM 104, and the like. The ROM 102 stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like. The CPU 101 executes various arithmetic processes based on various control programs and maps stored in the ROM 102. The RAM 103 is a memory that temporarily stores calculation results in the CPU 101, data input from each sensor, and the like. The backup RAM 104 is a non-volatile memory that stores data to be saved when the engine 1 is stopped, for example.

以上のCPU101、ROM102、RAM103及びバックアップRAM104は、バス107を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース105及び出力インターフェース106と接続されている。   The CPU 101, the ROM 102, the RAM 103, and the backup RAM 104 are connected to each other via the bus 107, and are connected to the input interface 105 and the output interface 106.

入力インターフェース105には、クランクポジションセンサ90、レール圧センサ91、スロットル開度センサ92、エアフローメータ93、A/Fセンサ94、水温センサ95、アクセル開度センサ96、吸気圧センサ97、吸気温センサ98、筒内圧センサ99等が接続されている。   The input interface 105 includes a crank position sensor 90, a rail pressure sensor 91, a throttle opening sensor 92, an air flow meter 93, an A / F sensor 94, a water temperature sensor 95, an accelerator opening sensor 96, an intake pressure sensor 97, an intake air temperature sensor. 98, an in-cylinder pressure sensor 99 and the like are connected.

上記クランクポジションセンサ90は、所定のクランク角(例えば10°)毎にパルス信号を出力する。このクランクポジションセンサ90によるクランク角の検出手法の一例としては、クランクシャフト3と回転一体のロータ(NEロータ)90a(図1参照)の外周面の10°おきに外歯を形成しておき、この外歯と対面して電磁ピックアップで成る上記クランクポジションセンサ90を配置する。そして、クランクシャフト3の回転に伴って外歯がクランクポジションセンサ90の近傍を通過した際に、このクランクポジションセンサ90が出力パルスを発生するようになっている。   The crank position sensor 90 outputs a pulse signal at every predetermined crank angle (for example, 10 °). As an example of a method of detecting the crank angle by the crank position sensor 90, external teeth are formed every 10 ° on the outer peripheral surface of a rotor (NE rotor) 90a (see FIG. 1) integrally rotated with the crankshaft 3, The crank position sensor 90 made of an electromagnetic pickup is disposed to face the external teeth. When the external teeth pass in the vicinity of the crank position sensor 90 as the crankshaft 3 rotates, the crank position sensor 90 generates an output pulse.

レール圧センサ91はコモンレール8内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ92は吸気管6に設けられた図示しないスロットルバルブ(ディーゼルスロットル)の開度を検出する。エアフローメータ93は吸気管6内のスロットルバルブ上流において吸入空気の流量(吸入空気量)に応じた検出信号を出力する。A/Fセンサ94は排気管7に設けられた図示しない触媒の下流側において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。水温センサ95はエンジン1の冷却水温に応じた検出信号を出力する。アクセル開度センサ96はアクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ97は吸気管6に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ98は吸気管6に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。筒内圧センサ99は、各気筒毎にシリンダヘッド5に取り付けられ、各気筒の気筒内圧力をそれぞれ検出して、ECU100に出力する。   The rail pressure sensor 91 outputs a detection signal corresponding to the fuel pressure stored in the common rail 8. The throttle opening sensor 92 detects the opening of a throttle valve (diesel throttle) (not shown) provided in the intake pipe 6. The air flow meter 93 outputs a detection signal corresponding to the flow rate (intake air amount) of the intake air upstream of the throttle valve in the intake pipe 6. The A / F sensor 94 outputs a detection signal that continuously changes in accordance with the oxygen concentration in the exhaust gas on the downstream side of a catalyst (not shown) provided in the exhaust pipe 7. The water temperature sensor 95 outputs a detection signal corresponding to the cooling water temperature of the engine 1. The accelerator opening sensor 96 outputs a detection signal corresponding to the depression amount of the accelerator pedal. The intake pressure sensor 97 is disposed in the intake pipe 6 and outputs a detection signal corresponding to the intake air pressure. The intake air temperature sensor 98 is disposed in the intake pipe 6 and outputs a detection signal corresponding to the temperature of the intake air. The in-cylinder pressure sensor 99 is attached to the cylinder head 5 for each cylinder, detects the in-cylinder pressure of each cylinder, and outputs it to the ECU 100.

一方、出力インターフェース106には、上記インジェクタ81、スロットルバルブ57、図示しないEGR装置に備えられたEGRバルブ58等が接続されている。   On the other hand, the injector 81, the throttle valve 57, the EGR valve 58 provided in the EGR device (not shown), and the like are connected to the output interface 106.

図3は、上記筒内圧センサ99の取り付け部分を示す断面図である。この筒内圧センサ99は、上記シリンダヘッド5に形成された筒内圧センサ装着孔55に、センサアダプタ56を介して保持されている。具体的には、上記筒内圧センサ装着孔55は断面円形の貫通孔で形成されている。また、上記センサアダプタ56は、外径寸法が上記筒内圧センサ装着孔55の内径寸法に一致する略円筒形状で成り、その中心部には上記筒内圧センサ99が装着されるセンサ挿入孔56aが形成されている。このセンサアダプタ56の先端部には、上記筒内圧センサ装着孔55の内部空間と上記センサ挿入孔56aとの間を連通する複数の(図3に示すものでは2個)の圧力導入孔56b,56bが形成されている。そして、上記センサ挿入孔56aに筒内圧センサ99が挿入され、この筒内圧センサ99の先端に設けられたセンシング部(受圧部)99aが上記圧力導入孔56b,56bに臨んでいる。このため、燃焼室4内で発生した燃焼圧は、燃焼室4内から筒内圧センサ装着孔55及び圧力導入孔56b,56bを経て筒内圧センサ99のセンシング部99aに達し、このセンシング部99aによって検出されるようになっている。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing a portion where the in-cylinder pressure sensor 99 is attached. The in-cylinder pressure sensor 99 is held in the in-cylinder pressure sensor mounting hole 55 formed in the cylinder head 5 via a sensor adapter 56. Specifically, the in-cylinder pressure sensor mounting hole 55 is formed as a through hole having a circular cross section. The sensor adapter 56 has a substantially cylindrical shape whose outer diameter matches the inner diameter of the in-cylinder pressure sensor mounting hole 55, and a sensor insertion hole 56 a in which the in-cylinder pressure sensor 99 is mounted at the center. Is formed. At the tip of the sensor adapter 56, a plurality of (two in FIG. 3) pressure introduction holes 56b communicating between the internal space of the in-cylinder pressure sensor mounting hole 55 and the sensor insertion hole 56a, 56b is formed. An in-cylinder pressure sensor 99 is inserted into the sensor insertion hole 56a, and a sensing part (pressure receiving part) 99a provided at the tip of the in-cylinder pressure sensor 99 faces the pressure introduction holes 56b and 56b. For this reason, the combustion pressure generated in the combustion chamber 4 reaches the sensing unit 99a of the in-cylinder pressure sensor 99 from the combustion chamber 4 through the in-cylinder pressure sensor mounting hole 55 and the pressure introduction holes 56b and 56b. It is to be detected.

尚、このセンシング部99aによって検出された圧力の情報(圧力データ)には、筒内圧力の変化に伴って燃焼室4と筒内圧センサ99との間で発生する気柱振動によるノイズが含まれている。このノイズの除去については後述する。   The pressure information (pressure data) detected by the sensing unit 99a includes noise due to air column vibration generated between the combustion chamber 4 and the in-cylinder pressure sensor 99 as the in-cylinder pressure changes. ing. This noise removal will be described later.

上記ECU100は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。例えば、ECU100は、インジェクタ81の燃料噴射制御として、パイロット噴射(副噴射)とメイン噴射(主噴射)とを実行する。   The ECU 100 executes various controls of the engine 1 based on the outputs of the various sensors described above. For example, the ECU 100 executes pilot injection (sub-injection) and main injection (main injection) as fuel injection control of the injector 81.

上記パイロット噴射は、インジェクタ81からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する動作である。また、このパイロット噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作であって、副噴射とも呼ばれる。また、本実施形態におけるパイロット噴射は、上述したメイン噴射による初期燃焼速度を抑制する機能ばかりでなく、気筒内温度を高める予熱機能をも有するものとなっている。つまり、このパイロット噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、メイン噴射が開始されるまでの間に圧縮ガス温度(気筒内温度)を十分に高めて燃料の自着火温度に到達させるようにし、これによってメイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保するようにしている。   The pilot injection is an operation for injecting a small amount of fuel in advance prior to the main injection from the injector 81. The pilot injection is an injection operation for suppressing the ignition delay of fuel due to the main injection and leading to stable diffusion combustion, and is also referred to as sub-injection. Further, the pilot injection in the present embodiment has not only a function of suppressing the initial combustion speed by the main injection described above but also a preheating function of increasing the in-cylinder temperature. That is, after the pilot injection is performed, the fuel injection is temporarily interrupted, and the compressed gas temperature (in-cylinder temperature) is sufficiently increased until the main injection is started to reach the fuel self-ignition temperature. This ensures good ignitability of the fuel injected in the main injection.

上記メイン噴射は、エンジン1のトルク発生のための噴射動作(トルク発生用燃料の供給動作)である。このメイン噴射での噴射量は、基本的には、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、エンジン回転数(クランクポジションセンサ90の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数)が高いほど、また、アクセル操作量(アクセル開度センサ96により検出されるアクセルペダルの踏み込み量)が大きいほど(アクセル開度が大きいほど)エンジン1のトルク要求値としては高く得られ、それに応じてメイン噴射での燃料噴射量としても多く設定されることになる。   The main injection is an injection operation (torque generation fuel supply operation) for generating torque of the engine 1. The injection amount in the main injection is basically determined so as to obtain the required torque according to the operation state such as the engine speed, the accelerator operation amount, the coolant temperature, the intake air temperature, and the like. For example, the higher the engine speed (the engine speed calculated based on the detection value of the crank position sensor 90), the greater the accelerator operation amount (the accelerator pedal depression amount detected by the accelerator opening sensor 96). As the accelerator opening becomes larger, the required torque value of the engine 1 is higher, and accordingly, the fuel injection amount in the main injection is also set higher.

尚、上述したパイロット噴射及びメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。このアフタ噴射は、排気ガス温度を上昇させるための噴射動作である。また、ポスト噴射は、排気系に燃料を直接的に導入して上記触媒の昇温を図るための噴射動作である。   In addition to the pilot injection and main injection described above, after injection and post injection are performed as necessary. This after-injection is an injection operation for increasing the exhaust gas temperature. Further, the post-injection is an injection operation for directly introducing fuel into the exhaust system to increase the temperature of the catalyst.

上記インジェクタ81から噴射される燃料の圧力制御は、コモンレール8に蓄圧される燃料圧力を制御するもので、レール圧センサ91によって検出される実レール圧が目標レール圧と一致するように、燃料供給ポンプの吐出量(ポンプ吐出量)をフィードバック制御する。   The pressure control of the fuel injected from the injector 81 controls the fuel pressure accumulated in the common rail 8 and supplies the fuel so that the actual rail pressure detected by the rail pressure sensor 91 matches the target rail pressure. The pump discharge amount (pump discharge amount) is feedback controlled.

具体的には、コモンレール内圧として、一般に、コモンレール8からインジェクタ81へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷(機関負荷)が高くなるほど、及び、エンジン回転数(機関回転数)が高くなるほど高いものとされる。即ち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室4内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ81から燃焼室4内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ81からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ81からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて設定される。尚、この目標レール圧は例えば上記ROM102に記憶された燃圧設定マップに従って設定される。つまり、この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ81の開弁期間(噴射率波形)が制御され、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になる。   Specifically, the target value of the fuel pressure supplied from the common rail 8 to the injector 81, that is, the target rail pressure, as the common rail internal pressure is generally increased as the engine load (engine load) increases. The higher the number, the higher. That is, when the engine load is high, the amount of air sucked into the combustion chamber 4 is large, so that a large amount of fuel must be injected from the injector 81 into the combustion chamber 4. The pressure needs to be high. Also, when the engine speed is high, the injection period is short, so the amount of fuel injected per unit time must be increased, and therefore the injection pressure from the injector 81 must be increased. . Thus, the target rail pressure is generally set based on the engine load and the engine speed. The target rail pressure is set according to a fuel pressure setting map stored in the ROM 102, for example. That is, by determining the fuel pressure according to this fuel pressure setting map, the valve opening period (injection rate waveform) of the injector 81 is controlled, and the fuel injection amount during the valve opening period can be defined.

また、インジェクタ81の噴射量制御は、インジェクタ81より噴射される噴射量及び噴射時期を制御するもので、エンジン1の運転状態に応じた最適な噴射量及び噴射時期を演算し、その演算結果に従ってインジェクタ81の電磁弁を駆動する。   The injection amount control of the injector 81 controls the injection amount and the injection timing injected from the injector 81, calculates the optimal injection amount and injection timing according to the operating state of the engine 1, and according to the calculation result. The solenoid valve of the injector 81 is driven.

−熱発生率推定動作−
次に、本実施形態の特徴とする動作である熱発生率推定動作について説明する。この熱発生率推定動作は、燃焼室4内での熱発生率(クランクシャフト3の単位回転角度当たりの熱発生量)の変化を算出することにより熱発生率波形を生成し、それに基づいて例えばメイン噴射で噴射された燃料の燃焼開始時期(拡散燃焼の開始時期)の推定などに役立てるものである。より具体的には、燃焼室4内での燃焼に伴う熱発生率は、筒内圧力に相関があるため、このことを利用し、上記筒内圧センサ99によって検出された筒内圧力から熱発生率を推定するようにしている。
-Heat release rate estimation operation-
Next, the heat generation rate estimation operation, which is an operation characteristic of the present embodiment, will be described. This heat generation rate estimation operation generates a heat generation rate waveform by calculating a change in the heat generation rate (heat generation amount per unit rotation angle of the crankshaft 3) in the combustion chamber 4, and based on this, for example, This is useful for estimating the combustion start time (diffuse combustion start time) of the fuel injected in the main injection. More specifically, since the heat generation rate associated with the combustion in the combustion chamber 4 is correlated with the in-cylinder pressure, this is used to generate heat from the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 99. The rate is estimated.

この熱発生率推定動作の概略について説明する。図4は、本実施形態に係る熱発生率算出システムの概略を示すブロック図である。この図4に示すように、先ず、上記筒内圧センサ99からの生圧力データを取得する。この生圧力データは、所定時間毎(例えば数msec毎)またはクランクシャフト3の所定回転角度毎(例えば0.2°CA毎)に筒内圧センサ99によって検出された筒内圧力データである。   An outline of the heat generation rate estimation operation will be described. FIG. 4 is a block diagram showing an outline of the heat generation rate calculation system according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, first, raw pressure data from the in-cylinder pressure sensor 99 is acquired. This raw pressure data is in-cylinder pressure data detected by the in-cylinder pressure sensor 99 every predetermined time (for example, every several msec) or every predetermined rotation angle of the crankshaft 3 (for example, every 0.2 ° CA).

そして、この生圧力データをFFT(Fast Fourier Transform;高速フーリエ変換)によって周波数解析を行い、各周波数帯毎の筒内圧スペクトルを得る。その後、本発明の特徴であるフィルタ(このフィルタの詳細については後述する)によって、上記ノイズの原因である周波数帯を排除して熱発生率推定に必要なバンド(周波数帯)のみを抽出し、これをIFFT(Inverse Fast Fourier Transform;逆高速フーリエ変換)によって、フィルタリングされた筒内圧力データ(フィルタ後圧力データ)を演算する。そして、このフィルタ後圧力データにより、熱発生率を算出するようにしている。   The raw pressure data is subjected to frequency analysis by FFT (Fast Fourier Transform) to obtain an in-cylinder pressure spectrum for each frequency band. After that, by the filter that is a feature of the present invention (details of this filter will be described later), only the band (frequency band) necessary for heat generation rate estimation is extracted by eliminating the frequency band causing the noise, This is subjected to IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) to calculate filtered in-cylinder pressure data (filtered pressure data). The heat generation rate is calculated from the post-filter pressure data.

具体的には、後述する各種マップは、エンジンの性能実験装置での実験によって取得された各種データから作成されて、上記ECU100のROM102に記憶されている。   Specifically, various maps, which will be described later, are created from various data acquired through experiments with an engine performance experiment device and stored in the ROM 102 of the ECU 100.

以下、上記フィルタによって熱発生率推定に必要なバンドのみを抽出するための必要最小フィルタ周波数を設定した必要最小フィルタ周波数マップを含む各種マップの作成手順について説明する。各種マップの作成手順としては、(1)燃焼場−筒内圧センサ間距離マップの作成、(2)燃焼速度マップの作成、(3)必要最小フィルタ周波数マップの作成の順で行われる。   Hereinafter, a procedure for creating various maps including a necessary minimum filter frequency map in which a necessary minimum filter frequency for extracting only a band necessary for heat generation rate estimation by the above filter is set will be described. The various maps are created in the order of (1) creation of a combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map, (2) creation of a combustion speed map, and (3) creation of a necessary minimum filter frequency map.

(燃焼場−筒内圧センサ間距離マップの作成)
燃焼場−筒内圧センサ間距離マップは、上記メイン噴射の噴射時期と、そのメイン噴射で噴射された燃料が拡散燃焼する際の燃焼場の中心(代表される燃焼場の着火位置:例えば図1における点X)と上記筒内圧センサ99のセンシング部99aとの距離(燃焼場と筒内圧センサ99との間の燃焼圧力波の伝達経路の長さ:以下、「燃焼場−筒内圧センサ間距離」と呼ぶ場合もある)との相関を表すものである。この燃焼場−筒内圧センサ間距離は、燃焼室4内での燃焼に伴って発生した燃焼圧力波が、燃焼室4、筒内圧センサ装着孔55及び圧力導入孔56bを経て筒内圧センサ99のセンシング部99aに達するまでの経路であるため、燃焼室4の形状によって長さが異なることになる。つまり、この燃焼場−筒内圧センサ間距離は、燃焼室4の形状(筒内圧センサ装着孔55及び圧力導入孔56bも含む)とインジェクタ81の燃料噴射時期とに基づいて規定されることになる。
(Creation of distance map between combustion field and in-cylinder pressure sensor)
The distance map between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor shows the injection timing of the main injection and the center of the combustion field when the fuel injected by the main injection is diffusely burned (ignition position of the representative combustion field: for example, FIG. The distance between the point X) and the sensing part 99a of the in-cylinder pressure sensor 99 (the length of the combustion pressure wave transmission path between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor 99: hereinafter, “the distance between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor”) It may also be referred to as “)”. The distance between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor is such that the combustion pressure wave generated by the combustion in the combustion chamber 4 passes through the combustion chamber 4, the in-cylinder pressure sensor mounting hole 55, and the pressure introduction hole 56b. Since the route reaches the sensing unit 99a, the length varies depending on the shape of the combustion chamber 4. That is, the distance between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor is defined based on the shape of the combustion chamber 4 (including the in-cylinder pressure sensor mounting hole 55 and the pressure introduction hole 56b) and the fuel injection timing of the injector 81. .

図5は、この燃焼場−筒内圧センサ間距離マップの一例を示している。この燃焼場−筒内圧センサ間距離マップに従えば、メイン噴射の噴射時期を決定することで、上記「燃焼場−筒内圧センサ間距離」が取得できることになる。この燃焼場−筒内圧センサ間距離マップは、上述した如く実験(またはシミュレーション)によって作成されたものであり、メイン噴射で燃料が噴射された時点から化学的時間遅れをもって燃焼が開始された時点での燃焼場の中心(図1における点X)と上記筒内圧センサ99のセンシング部99aとの距離(例えばこれら両者間の最短距離)として求められる。つまり、燃焼場からの圧力波(燃焼圧力波)が筒内圧センサ99のセンシング部99aに達するまでの圧力伝播経路の長さが求まることになる。   FIG. 5 shows an example of the distance map between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor. According to the combustion field-cylinder pressure sensor distance map, the "combustion field-cylinder pressure sensor distance" can be acquired by determining the injection timing of the main injection. This combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map is created by experiment (or simulation) as described above, and when combustion is started with a chemical time delay from the time when fuel is injected in the main injection. The distance between the center of the combustion field (point X in FIG. 1) and the sensing part 99a of the in-cylinder pressure sensor 99 (for example, the shortest distance between them). That is, the length of the pressure propagation path until the pressure wave (combustion pressure wave) from the combustion field reaches the sensing unit 99a of the in-cylinder pressure sensor 99 is obtained.

尚、燃料の噴射時期が、この燃焼場−筒内圧センサ間距離マップ上に示されている値同士の間の値である場合には、所定の補間計算によって「燃焼場−筒内圧センサ間距離」が算出されることになる。   When the fuel injection timing is a value between the values shown on the combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map, the "combustion field-in-cylinder pressure sensor distance" is determined by a predetermined interpolation calculation. "Is calculated.

(燃焼速度マップの作成)
燃焼速度マップは、エンジン回転数及び燃料噴射圧力をパラメータとして燃焼室4内での燃焼速度を求めるためのマップである。
(Create combustion speed map)
The combustion speed map is a map for obtaining the combustion speed in the combustion chamber 4 using the engine speed and the fuel injection pressure as parameters.

図6は、この燃焼速度マップの一例を示している。この燃焼速度マップに従えば、上記クランクポジションセンサ90の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数、及び、レール圧センサ91によって検出されたコモンレール8の内部圧力(燃料噴射圧力に相当)から燃焼室4内での燃焼速度が求められることになる。この燃焼速度マップも、上述した如く実験(またはシミュレーション)によって作成されたものであり、エンジン回転数が高いほど、また、燃料噴射圧力が高いほど燃焼速度も高い値として得られるマップとなっている。   FIG. 6 shows an example of this combustion speed map. According to this combustion speed map, combustion is performed from the engine speed calculated based on the detection value of the crank position sensor 90 and the internal pressure of the common rail 8 (corresponding to the fuel injection pressure) detected by the rail pressure sensor 91. The combustion speed in the chamber 4 is required. This combustion speed map is also created by experiment (or simulation) as described above, and is a map obtained with a higher combustion speed as the engine speed is higher and the fuel injection pressure is higher. .

尚、エンジン回転数及び燃料噴射圧力が、この燃焼速度マップ上に示されている値同士の間の値である場合には、所定の補間計算によって燃焼速度が算出されることになる。   When the engine speed and the fuel injection pressure are values between values shown on the combustion speed map, the combustion speed is calculated by a predetermined interpolation calculation.

(必要最小フィルタ周波数マップの作成)
必要最小フィルタ周波数マップは、上記燃焼場−筒内圧センサ間距離マップによって取得された「燃焼場−筒内圧センサ間距離」と、上記燃焼速度マップによって取得された「燃焼速度」とをパラメータとして、上記筒内圧センサ99から取得された筒内圧力データに対してフィルタリングを行う「必要最小フィルタ周波数」を求めるためのマップである。これは、筒内圧センサ99によって取得された筒内圧力データ中に含まれるノイズ成分(除去すべき周波数成分)は、燃焼場から筒内圧センサ99に亘る距離と、燃焼室4内での燃焼速度とに相関があるとして、この距離と燃焼速度とからフィルタリングする周波数帯を規定し、これにより、上記ノイズ成分を除去するための「必要最小フィルタ周波数」を求めるためのマップとして作成されている。つまり、この「必要最小フィルタ周波数」よりも高周波数側の圧力データを排除することで、燃焼室4内での燃焼に起因する燃焼圧力波を効率的に抽出することを可能にするものである。
(Create minimum filter frequency map)
The necessary minimum filter frequency map uses the “combustion field-in-cylinder pressure sensor distance” acquired by the combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map and the “combustion speed” acquired by the combustion speed map as parameters. 7 is a map for obtaining a “necessary minimum filter frequency” for performing filtering on in-cylinder pressure data acquired from the in-cylinder pressure sensor 99; This is because the noise component (frequency component to be removed) included in the in-cylinder pressure data acquired by the in-cylinder pressure sensor 99 is the distance from the combustion field to the in-cylinder pressure sensor 99 and the combustion speed in the combustion chamber 4. Is defined as a map for obtaining a “required minimum filter frequency” for removing the noise component by defining a frequency band to be filtered from the distance and the combustion speed. That is, by eliminating pressure data on a higher frequency side than the “necessary minimum filter frequency”, it is possible to efficiently extract a combustion pressure wave resulting from combustion in the combustion chamber 4. .

図7は、この必要最小フィルタ周波数マップの一例を示している。この必要最小フィルタ周波数マップに従えば、上記「燃焼場−筒内圧センサ間距離」及び「燃焼速度」に基づいて上記「必要最小フィルタ周波数」が求められることになる。この必要最小フィルタ周波数マップも、上述した如く実験(またはシミュレーション)によって作成されたものであり、「燃焼場−筒内圧センサ間距離」が長いほど、また、「燃焼速度」が高いほど、「必要最小フィルタ周波数」としては高周波数に設定されることになる。   FIG. 7 shows an example of the necessary minimum filter frequency map. According to the necessary minimum filter frequency map, the “required minimum filter frequency” is obtained based on the “distance between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor” and the “combustion speed”. This necessary minimum filter frequency map is also created by experiment (or simulation) as described above. The longer the “distance between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor” and the higher the “combustion speed”, the “necessary The “minimum filter frequency” is set to a high frequency.

尚、「燃焼場−筒内圧センサ間距離」及び「燃焼速度」が、この必要最小フィルタ周波数マップ上に示されている値同士の間の値である場合には、所定の補間計算によって「必要最小フィルタ周波数」が算出されることになる。   In addition, when the “distance between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor” and the “combustion speed” are values between the values shown on the necessary minimum filter frequency map, the “necessary” is calculated by a predetermined interpolation calculation. The “minimum filter frequency” is calculated.

以下、具体的な熱発生率推定動作について説明する。図4を用いて既に説明したように、先ず、燃焼行程を迎えている気筒での生圧力データの取得動作を行う。つまり、上記筒内圧センサ99による筒内圧力の検出動作を行う。この生圧力データの取得期間(サンプリング期間)としては、例えばクランクシャフト3の回転角度で、ピストン22の圧縮上死点前30°(BTDC30°CA)からピストン22の圧縮上死点後50°(ATDC50°CA)の期間として設定される。これら値はこれに限定されるものではなく任意に設定可能である。尚、この期間は、上記クランクポジションセンサ90からの検出信号に基づいて認識される。また、生圧力データの検出タイミングの間隔(サンプリングタイミング)としては、クランクシャフト3の回転角度で例えば0.2°CA毎または所定時間毎(例えば数msec毎)に設定されている。これら値はこれに限定されるものではなく、上記ECU100の演算処理能力に応じて適宜設定される。   Hereinafter, a specific heat generation rate estimation operation will be described. As already described with reference to FIG. 4, first, raw pressure data acquisition operation is performed in the cylinder that is in the combustion stroke. That is, the in-cylinder pressure is detected by the in-cylinder pressure sensor 99. The raw pressure data acquisition period (sampling period) is, for example, the rotation angle of the crankshaft 3 and 30 ° before the compression top dead center of the piston 22 (BTDC 30 ° CA) to 50 ° after the compression top dead center of the piston 22 ( ATDC 50 ° CA). These values are not limited to this, and can be set arbitrarily. This period is recognized based on the detection signal from the crank position sensor 90. Further, the interval (sampling timing) of the detection timing of the raw pressure data is set, for example, every 0.2 ° CA or every predetermined time (for example, every several msec) as the rotation angle of the crankshaft 3. These values are not limited to this, and are appropriately set according to the arithmetic processing capability of the ECU 100.

そして、上記期間中に検出された複数の筒内圧力データをFFTによって周波数解析を行い、各周波数帯毎の筒内圧スペクトルを得る。   A plurality of in-cylinder pressure data detected during the period is subjected to frequency analysis by FFT to obtain an in-cylinder pressure spectrum for each frequency band.

一方、現在の燃料噴射時期を上記燃焼場−筒内圧センサ間距離マップに当て嵌めることで上記「燃焼場−筒内圧センサ間距離」を取得する(燃焼圧力波伝達経路取得手段による燃焼場と筒内圧センサとの間の燃焼圧力波の伝達経路の長さの取得)と共に、現在のエンジン回転数及び燃料噴射圧力を上記燃焼速度マップに当て嵌めることで上記「燃焼速度」を取得する(燃焼速度取得手段による燃焼速度の取得)。そして、これら「燃焼場−筒内圧センサ間距離」及び「燃焼速度」を上記必要最小フィルタ周波数マップに当て嵌めることで上記「必要最小フィルタ周波数」を得て(必要最小フィルタ周波数取得手段による必要最小フィルタ周波数の取得)、上記FFTによって解析された周波数のうち、この「必要最小フィルタ周波数」により規定された周波数帯(必要最小フィルタ周波数よりも低周波数側)のみを抽出する。   On the other hand, by applying the current fuel injection timing to the combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map, the "combustion field-in-cylinder pressure sensor distance" is acquired (combustion field and cylinder by the combustion pressure wave transmission path acquisition means). Along with the acquisition of the length of the transmission path of the combustion pressure wave between the internal pressure sensor and the current engine speed and the fuel injection pressure are applied to the combustion speed map, the “combustion speed” is acquired (combustion speed). Acquisition of combustion speed by acquisition means). Then, the “required minimum filter frequency” is obtained by fitting these “combustion field-in-cylinder pressure sensor distance” and “combustion speed” to the required minimum filter frequency map (required minimum filter frequency acquisition means required minimum). (Acquisition of filter frequency), among the frequencies analyzed by the FFT, only the frequency band defined by the “required minimum filter frequency” (lower frequency side than the minimum required filter frequency) is extracted.

その後、この抽出された周波数帯の筒内圧力データをIFFTによって、フィルタリングされた筒内圧力データ(フィルタ後圧力データ)として取得する。そして、このフィルタ後圧力データにより、各クランク角度毎の熱発生率を算出し、これにより、燃焼室4内での実行された燃焼の熱発生率波形を作成する。   Thereafter, the in-cylinder pressure data in the extracted frequency band is acquired as filtered in-cylinder pressure data (filtered pressure data) by IFFT. Then, a heat generation rate for each crank angle is calculated from the post-filter pressure data, thereby creating a heat generation rate waveform of the combustion performed in the combustion chamber 4.

図8は、このようにして得られた熱発生率波形の一例を示す図である。この図8に示すように、殆どノイズを含むことなく、且つ燃焼室4内での燃焼状態を略正確に反映した熱発生率波形が得られている。そのことは、パイロット噴射及びメイン噴射の開始初期時に吸熱反応による熱発生率の減少が現れていることにより検証できる。この熱発生率波形により、燃焼室4内での実行されたメイン噴射での燃焼(拡散燃焼)の開始時期(熱発生率が負から正に移行した時点)は図中のタイミングTmであると推定される。尚、この熱発生率波形では、パイロット噴射での燃焼(予混合燃焼)の開始時期(熱発生率が負から正に移行した時点)も推定することが可能であり、その燃焼開始時期は図中のタイミングTpである。   FIG. 8 is a diagram showing an example of the heat release rate waveform obtained in this way. As shown in FIG. 8, a heat generation rate waveform that almost contains noise and reflects the combustion state in the combustion chamber 4 substantially accurately is obtained. This can be verified by the fact that a decrease in the heat generation rate due to the endothermic reaction appears at the start of pilot injection and main injection. With this heat generation rate waveform, the start timing of the combustion (diffusion combustion) in the main injection performed in the combustion chamber 4 (when the heat generation rate shifts from negative to positive) is the timing Tm in the figure. Presumed. In addition, with this heat generation rate waveform, it is also possible to estimate the start timing of combustion (premixed combustion) in pilot injection (when the heat generation rate has shifted from negative to positive). It is the inside timing Tp.

図9は、従来の手法で得られた熱発生率波形の例を示し、図9(a)はフィルタ無しで得られた熱発生率波形であり、図9(b)はフィルタ量が適正量よりも小さい場合に得られた熱発生率波形であり、図9(c)はフィルタ量が適正量よりも大きい場合に得られた熱発生率波形である。   FIG. 9 shows an example of a heat generation rate waveform obtained by a conventional method, FIG. 9A shows a heat generation rate waveform obtained without a filter, and FIG. 9B shows an appropriate amount of filter. FIG. 9C shows a heat generation rate waveform obtained when the filter amount is larger than the appropriate amount.

図9(a)に示す熱発生率波形では、筒内圧力の変化に伴って筒内圧センサ99と燃焼室4との間で発生する気柱振動によるノイズが多く、熱発生率の変化を認識することが不可能となっている。   In the heat generation rate waveform shown in FIG. 9A, there is a lot of noise due to air column vibration generated between the in-cylinder pressure sensor 99 and the combustion chamber 4 with the change in the in-cylinder pressure, and the change in the heat generation rate is recognized. It is impossible to do.

図9(b)に示す熱発生率波形では、上記ノイズ成分が残っており、熱発生率の変化(特に、燃焼開始時期)を正確認識することが困難である。   In the heat generation rate waveform shown in FIG. 9B, the noise component remains, and it is difficult to accurately recognize the change in the heat generation rate (particularly, the combustion start timing).

図9(c)に示す熱発生率波形では、上記ノイズ成分は残っていないが、燃焼に起因する燃焼圧力波の一部(熱発生率波形に反映させるべき周波数帯の燃焼圧力波)がフィルタリングによって除去されているため、燃焼状態を正確に反映した熱発生率波形が得られていない。そのことは、パイロット噴射及びメイン噴射の開始初期時に吸熱反応による熱発生率の減少が殆ど現れていないことにより確認できる。   In the heat generation rate waveform shown in FIG. 9C, the noise component does not remain, but a part of the combustion pressure wave caused by combustion (combustion pressure wave in the frequency band to be reflected in the heat generation rate waveform) is filtered. Therefore, a heat release rate waveform that accurately reflects the combustion state is not obtained. This can be confirmed by almost no decrease in the heat generation rate due to the endothermic reaction at the initial start of the pilot injection and the main injection.

以上説明したように、本実施形態では、筒内圧力の変化に伴って筒内圧センサ99と燃焼室4との間で発生する気柱振動等の周波数(ノイズの原因となる周波数)を効果的に除去可能な「必要最小フィルタ周波数」を求めることが可能であり、この「必要最小フィルタ周波数」によってフィルタリング処理された圧力データに基づいて熱発生率波形を求めることが可能となる。このため、燃焼室4内での燃焼に起因する燃焼圧力波を効率的に抽出することができ、熱発生率の変化を正確に推定可能となって、燃焼室4内での燃料の着火時期の認識を正確に行うことが可能になる。   As described above, in the present embodiment, the frequency (frequency that causes noise) such as air column vibration generated between the in-cylinder pressure sensor 99 and the combustion chamber 4 in accordance with the change in the in-cylinder pressure is effective. It is possible to obtain the “required minimum filter frequency” that can be removed by the process, and to obtain the heat release rate waveform based on the pressure data filtered by this “required minimum filter frequency”. For this reason, the combustion pressure wave resulting from the combustion in the combustion chamber 4 can be extracted efficiently, the change in the heat generation rate can be accurately estimated, and the ignition timing of the fuel in the combustion chamber 4 Can be accurately recognized.

なお、このようにして燃料の着火時期が認識された際に、その着火時期が目標着火時期よりも遅角している場合には、インジェクタ81からの燃料噴射タイミングを進角側に補正したり、目標レール圧を高くするように補正したりすることで着火時期が目標着火時期に近付くような制御が実行される。逆に、認識された着火時期が目標着火時期よりも進角している場合には、インジェクタ81からの燃料噴射タイミングを遅角側に補正したり、目標レール圧を低くするように補正したりすることで着火時期が目標着火時期に近付くような制御が実行されることになる。   When the ignition timing of the fuel is recognized in this way and the ignition timing is delayed from the target ignition timing, the fuel injection timing from the injector 81 is corrected to the advance side. Then, control is performed such that the ignition timing approaches the target ignition timing by correcting the target rail pressure to be high. Conversely, when the recognized ignition timing is advanced from the target ignition timing, the fuel injection timing from the injector 81 is corrected to the retard side, or the target rail pressure is corrected to be lowered. As a result, control is performed so that the ignition timing approaches the target ignition timing.

−他の実施形態−
以上説明した実施形態は自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジン1に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車以外に搭載されるディーゼルエンジンにも適用可能である。また、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンに対しても本発明は適用可能である。
-Other embodiments-
In the embodiment described above, the case where the present invention is applied to the common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder diesel engine 1 mounted on an automobile has been described. The present invention is not limited to this, and can also be applied to a diesel engine mounted other than an automobile. Further, the present invention is applicable not only to diesel engines but also to gasoline engines.

また、上記実施形態では、筒内圧センサ99の配設構造として、圧力導入孔56bを有するセンサアダプタ56を介して筒内圧センサ99をシリンダヘッド5に支持するようにしていた。筒内圧センサ99の配設構造はこれに限定されるものではなく、シリンダヘッド5に形成された筒内圧センサ装着孔55にアダプタを介することなく筒内圧センサを挿入して支持するようにしてもよい。   In the above embodiment, the cylinder pressure sensor 99 is supported by the cylinder head 5 through the sensor adapter 56 having the pressure introducing hole 56 b as the arrangement structure of the cylinder pressure sensor 99. The arrangement structure of the in-cylinder pressure sensor 99 is not limited to this, and the in-cylinder pressure sensor may be inserted into and supported by the in-cylinder pressure sensor mounting hole 55 formed in the cylinder head 5 without using an adapter. Good.

また、本発明に係る熱発生率推定装置は、パイロット噴射やメイン噴射での熱発生率の推定には限定されず、上記アフタ噴射やポスト噴射での熱発生率の推定にも適用することが可能である。   In addition, the heat generation rate estimation device according to the present invention is not limited to the estimation of the heat generation rate in pilot injection or main injection, but can be applied to the estimation of the heat generation rate in the above-mentioned after injection or post injection. Is possible.

また、上記実施形態において求められた熱発生率波形は、燃料の着火時期を求める場合ばかりでなく、その他、燃焼重心や熱発生率のピーク値や燃焼開始時の熱発生率変化勾配等を求める場合にも適用可能であり、その用途は特に限定されるものではない。   In addition, the heat generation rate waveform obtained in the above embodiment obtains not only the fuel ignition timing, but also the combustion center of gravity, the peak value of the heat generation rate, the heat generation rate change gradient at the start of combustion, etc. The present invention is applicable to any case, and its use is not particularly limited.

更に、上述した実施形態では、エンジンの性能実験装置での実験によって各種マップ(燃焼場−筒内圧センサ間距離マップ、燃焼速度マップ、必要最小フィルタ周波数マップ)を作成し、これらをECU100のROM102に記憶させておき、実機上でのエンジン運転状態において、ROM102から各種マップ値を読み出して演算処理を実行することによって熱発生率波形を求めるようにしていた。本発明はこれに限らず、上記燃料噴射時期、燃料噴射圧力、エンジン回転数から必要最小フィルタ周波数を演算により求め、それに基づいたフィルタリング処理によって熱発生率波形を求めるようにしてもよい。つまり、予めマップを作成しておくことなく、実機上での演算処理によって熱発生率波形を求めるものである。   Further, in the above-described embodiment, various maps (combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map, combustion speed map, necessary minimum filter frequency map) are created by experiments in the engine performance experiment apparatus, and these are stored in the ROM 102 of the ECU 100. The heat generation rate waveform is obtained by reading out various map values from the ROM 102 and executing arithmetic processing in the engine operating state on the actual machine. The present invention is not limited to this, and the required minimum filter frequency may be obtained by calculation from the fuel injection timing, fuel injection pressure, and engine speed, and the heat release rate waveform may be obtained by a filtering process based on it. That is, the heat release rate waveform is obtained by calculation processing on an actual machine without creating a map in advance.

本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおいて、燃焼の着火時期を正確に認識できる熱発生率波形を取得するための熱発生率推定に適用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to heat generation rate estimation for obtaining a heat generation rate waveform that can accurately recognize the ignition timing of combustion in a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder diesel engine mounted on an automobile.

1 エンジン(内燃機関)
4 燃焼室
5 シリンダヘッド
55 筒内圧センサ装着孔
56 センサアダプタ
56a センサ挿入孔
56b 圧力導入孔
81 インジェクタ(燃料噴射弁)
90 クランクポジションセンサ
91 レール圧センサ
99 筒内圧センサ
99a センシング部
100 ECU
1 engine (internal combustion engine)
4 Combustion chamber 5 Cylinder head 55 Cylinder pressure sensor mounting hole 56 Sensor adapter 56a Sensor insertion hole 56b Pressure introduction hole 81 Injector (fuel injection valve)
90 Crank position sensor 91 Rail pressure sensor 99 In-cylinder pressure sensor 99a Sensing unit 100 ECU

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、筒内圧センサによって取得された筒内圧力データ中に含まれるノイズ成分(除去すべき周波数成分)は、燃焼場から筒内圧センサに亘る距離と、燃焼室内(筒内圧センサが挿入されている空間も含む)での圧力変化率とに相関があるとして、この距離と圧力変化率(燃焼速度と相関がある)とからフィルタリングする周波数帯(カットオフ周波数)を設定し、これにより、上記ノイズ成分の除去を可能にしている。
-Principle of solving the problem-
The solution principle of the present invention taken to achieve the above object is that the noise component (frequency component to be removed) included in the in-cylinder pressure data acquired by the in-cylinder pressure sensor is determined from the in-cylinder pressure sensor. And the pressure change rate in the combustion chamber (including the space where the in-cylinder pressure sensor is inserted) are correlated, and filtering is performed from this distance and the pressure change rate (correlation with the combustion speed). set the frequency band (cutoff frequency), thereby, enabling the removal of the noise component.

−解決手段−
具体的に、本発明は、圧縮自着火式内燃機関の燃焼室内に向けて燃料噴射弁から噴射された燃料が燃焼する際の熱発生率を、筒内圧力を検知可能な筒内圧センサの圧力検知信号に基づいて推定する内燃機関の熱発生率推定装置を前提とする。この熱発生率推定装置に対し、燃焼圧力波伝達経路取得手段、燃焼速度取得手段、カットオフ周波数を求める手段を備えさせる。燃焼圧力波伝達経路取得手段は、シリンダヘッドの下面、シリンダの内壁面、ピストンの頂面、このピストンの頂面に凹設された凹陥部により区画形成された空間およびその空間と上記筒内圧センサのセンシング部との間の空間の形状と上記燃料噴射弁からの燃料噴射時期とに基づいて、「燃料が燃焼する際における上記燃焼室内の中心位置における燃料の着火位置と上記筒内圧センサのセンシング部との間の最短距離である燃焼圧力波の伝達経路の長さ」を求める。燃焼速度取得手段は、上記燃焼室内での燃料の燃焼による「燃焼速度」を取得する。カットオフ周波数を求める手段は、上記燃焼圧力伝達経路取得手段により求められた燃焼圧力波の伝達経路の長さと、上記燃焼速度取得手段により求められた燃焼速度とに基づき、上記筒内圧センサにより検知された圧力データに対してフィルタリング処理によって排除する高周波数側の圧力データの下限周波数であるカットオフ周波数を求める。
-Solution-
Specifically, the present invention relates to the pressure of the in-cylinder pressure sensor that can detect the in-cylinder pressure, and the heat generation rate when the fuel injected from the fuel injection valve burns into the combustion chamber of the compression ignition type internal combustion engine. A heat release rate estimation device for an internal combustion engine that estimates based on a detection signal is assumed. The heat generation rate estimation device includes a combustion pressure wave transmission path acquisition unit, a combustion speed acquisition unit, and a unit for obtaining a cutoff frequency . The combustion pressure wave transmission path acquisition means includes: a cylinder head lower surface, a cylinder inner wall surface, a piston top surface, a space defined by a recess formed in the piston top surface, and the space and the in-cylinder pressure sensor the shape of the space between the sensing portion of, based on the fuel injection timing from the fuel injection valve, "fuel ignition position and the cylinder pressure sensor of the fuel in the central position of the combustion chamber at the time of combustion The length of the combustion pressure wave transmission path, which is the shortest distance to the sensing unit, is obtained . The combustion speed acquisition means acquires a “combustion speed” by the combustion of fuel in the combustion chamber. The means for obtaining the cut-off frequency is detected by the in-cylinder pressure sensor based on the length of the combustion pressure wave transmission path obtained by the combustion pressure transmission path obtaining means and the combustion speed obtained by the combustion speed obtaining means. A cut-off frequency, which is a lower limit frequency of the pressure data on the high frequency side to be excluded by filtering processing, is obtained for the obtained pressure data .

この特定事項により、上記筒内圧力の変化が筒内圧センサと燃焼室との間で振動することに起因する気柱振動等の周波数(ノイズの原因である周波数)を効果的に除去可能な「カットオフ周波数」を求めることが可能となる。つまり、この「カットオフ周波数」よりも高周波数側の圧力データを排除することで(ローパスフィルタ)、燃焼室内での燃焼に起因する燃焼圧力波を効率的に抽出することができ、熱発生率の変化を正確に推定可能となる。その結果、燃焼室内での燃料の着火時期の認識等を正確に行うことが可能になる。 By this specific matter, it is possible to effectively remove the frequency (frequency that is the cause of noise) such as air column vibration caused by the change in the in-cylinder pressure vibrating between the in-cylinder pressure sensor and the combustion chamber. It is possible to obtain the “ cutoff frequency ”. In other words, by eliminating pressure data on the higher frequency side than this “ cut-off frequency ” (low-pass filter), it is possible to efficiently extract the combustion pressure wave caused by combustion in the combustion chamber, and the heat generation rate It is possible to accurately estimate the change in. As a result, it is possible to accurately recognize the ignition timing of the fuel in the combustion chamber.

より具体的な構成として、上記燃焼圧力波伝達経路取得手段は、燃料噴射弁の燃料噴射時期から燃焼圧力波の伝達経路の長さを求める燃焼場−筒内圧センサ間距離マップにより「燃焼圧力波の伝達経路の長さ」を取得し、上記燃焼速度取得手段は、内燃機関の回転速度及び燃料噴射圧力から燃焼速度を求める燃焼速度マップより「燃焼速度」を取得し、上記カットオフ周波数を求める手段は、上記燃焼場−筒内圧センサ間距離マップから取得された燃焼圧力波の伝達経路の長さと、上記燃焼速度マップから取得された燃焼速度とから、上記筒内圧センサにより検知された圧力データに対してフィルタリング処理によって排除する高周波数側の圧力データの下限周波数であるカットオフ周波数を求めるカットオフ周波数マップによりカットオフ周波数を取得する構成となっている。 As a more specific configuration, the combustion pressure wave transmission path acquisition means, combustion field determine the length of the combustion pressure wave transmission path from the fuel injection timing of the fuel injection valve - "combustion pressure by the cylinder pressure sensor distance map get the length "of the wave of the transmission path, the combustion speed acquiring means acquires a more" burn rate "in burning rate map for determining the combustion rate from the rotational speed and the fuel injection pressure of an internal combustion engine, the cut-off frequency means for determining, said combustion field - the length of the cylinder pressure sensor distance map obtained from the combustion pressure wave transmission path, from an acquisition combustion rate from the combustion speed map, which is detected by the cylinder pressure sensor cutoff by the cutoff frequency map for determining the cut-off frequency is a lower limit frequency of the pressure data of the high-frequency side to eliminate by filtering the pressure data And it has a configuration to get the frequency.

本発明では、「燃焼圧力波の伝達経路の長さ」と「燃焼速度」とに基づき「カットオフ周波数」を求め、この「カットオフ周波数」によってフィルタリング処理された圧力データから熱発生率を推定するようにしている。このため、燃焼室内での燃焼に起因する燃焼圧力波を効率的に抽出することができ、熱発生率の変化を正確に推定可能となる。 In the present invention, based on the "length of the transmission path of the combustion pressure wave" and "burn rate" seek "cutoff frequency", the heat generation rate from the filtering pressure data by the "cut-off frequency" I try to estimate. For this reason, the combustion pressure wave resulting from the combustion in the combustion chamber can be extracted efficiently, and the change in the heat generation rate can be accurately estimated.

図1は、実施形態に係るディーゼルエンジン及びその制御系の概略構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a diesel engine and a control system thereof according to the embodiment. 図2は、ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control system such as an ECU. 図3は、筒内圧センサの取り付け部分を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a mounting portion of the in-cylinder pressure sensor. 図4は、熱発生率算出システムの概略を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing an outline of a heat generation rate calculation system. 図5は、燃焼場−筒内圧センサ間距離マップの一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map. 図6は、燃焼速度マップの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a combustion speed map. 図7は、カットオフ周波数マップの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a cutoff frequency map. 図8は、筒内圧力データに対して本発明に係るデータ処理を行うことにより得られた熱発生率波形の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of a heat release rate waveform obtained by performing data processing according to the present invention on in-cylinder pressure data. 図9は従来の手法で得られた熱発生率波形の例を示し、図9(a)はフィルタ無しで得られた熱発生率波形であり、図9(b)はフィルタ量が適正量よりも小さい場合に得られた熱発生率波形であり、図9(c)はフィルタ量が適正量よりも大きい場合に得られた熱発生率波形である。FIG. 9 shows an example of a heat generation rate waveform obtained by a conventional method, FIG. 9A shows a heat generation rate waveform obtained without a filter, and FIG. FIG. 9C shows the heat generation rate waveform obtained when the filter amount is larger than the appropriate amount.

以下、上記フィルタによって熱発生率推定に必要なバンドのみを抽出するためのカットオフ周波数を設定したカットオフ周波数マップを含む各種マップの作成手順について説明する。各種マップの作成手順としては、(1)燃焼場−筒内圧センサ間距離マップの作成、(2)燃焼速度マップの作成、(3)カットオフ周波数マップの作成の順で行われる。 Hereinafter, various maps creation procedures described comprising a cut-off frequency map configured only cut-off frequency for extracting the band required for heat generation rate estimated by the filter. The various maps are created in the order of (1) creation of a combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map, (2) creation of a combustion speed map, and (3) creation of a cutoff frequency map.

カットオフ周波数マップの作成)
カットオフ周波数マップは、上記燃焼場−筒内圧センサ間距離マップによって取得された「燃焼場−筒内圧センサ間距離」と、上記燃焼速度マップによって取得された「燃焼速度」とをパラメータとして、上記筒内圧センサ99から取得された筒内圧力データに対してフィルタリングを行う「カットオフ周波数」を求めるためのマップである。これは、筒内圧センサ99によって取得された筒内圧力データ中に含まれるノイズ成分(除去すべき周波数成分)は、燃焼場から筒内圧センサ99に亘る距離と、燃焼室4内での燃焼速度とに相関があるとして、この距離と燃焼速度とからフィルタリングする周波数帯を規定し、これにより、上記ノイズ成分を除去するための「カットオフ周波数」を求めるためのマップとして作成されている。つまり、この「カットオフ周波数」よりも高周波数側の圧力データを排除することで、燃焼室4内での燃焼に起因する燃焼圧力波を効率的に抽出することを可能にするものである。
(Creation of cutoff frequency map)
The cutoff frequency map uses the “combustion field-in-cylinder pressure sensor distance” acquired by the combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map and the “combustion speed” acquired by the combustion speed map as parameters. 7 is a map for obtaining a “ cut-off frequency ” for performing filtering on in-cylinder pressure data acquired from the in-cylinder pressure sensor 99; This is because the noise component (frequency component to be removed) included in the in-cylinder pressure data acquired by the in-cylinder pressure sensor 99 is the distance from the combustion field to the in-cylinder pressure sensor 99 and the combustion speed in the combustion chamber 4. Is defined as a map for obtaining a “ cut-off frequency ” for removing the noise component by defining a frequency band to be filtered from the distance and the combustion speed. In other words, by eliminating the pressure data on the higher frequency side than the “ cut-off frequency ”, it is possible to efficiently extract the combustion pressure wave caused by the combustion in the combustion chamber 4.

図7は、このカットオフ周波数マップの一例を示している。このカットオフ周波数マップに従えば、上記「燃焼場−筒内圧センサ間距離」及び「燃焼速度」に基づいて上記「カットオフ周波数」が求められることになる。このカットオフ周波数マップも、上述した如く実験(またはシミュレーション)によって作成されたものであり、「燃焼場−筒内圧センサ間距離」が長いほど、また、「燃焼速度」が高いほど、「カットオフ周波数」としては高周波数に設定されることになる。 FIG. 7 shows an example of this cutoff frequency map. According to this cutoff frequency map, the “ cutoff frequency ” is obtained based on the “distance between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor” and the “combustion speed”. This cut-off frequency map also, have been prepared by the above-described as experimental (or simulated), - as "Combustion cylinder pressure sensor distance" is long, also as "burn rate" is high, "cut-offFrequency ” is set to a high frequency.

尚、「燃焼場−筒内圧センサ間距離」及び「燃焼速度」が、このカットオフ周波数マップ上に示されている値同士の間の値である場合には、所定の補間計算によって「カットオフ周波数」が算出されることになる。 Incidentally, "Combustion - cylinder pressure sensor distance" and "burn rate" is, in the case of values between the values between which are shown in the cut-off frequency map on the "cut-off by the predetermined interpolation calculation Thefrequency ” is calculated.

一方、現在の燃料噴射時期を上記燃焼場−筒内圧センサ間距離マップに当て嵌めることで上記「燃焼場−筒内圧センサ間距離」を取得する(燃焼圧力波伝達経路取得手段による燃焼圧力波の伝達経路の長さの取得)と共に、現在のエンジン回転数及び燃料噴射圧力を上記燃焼速度マップに当て嵌めることで上記「燃焼速度」を取得する(燃焼速度取得手段による燃焼速度の取得)。そして、これら「燃焼場−筒内圧センサ間距離」及び「燃焼速度」を上記カットオフ周波数マップに当て嵌めることで上記「カットオフ周波数」を得て(カットオフ周波数を求める手段によるカットオフ周波数の取得)、上記FFTによって解析された周波数のうち、この「カットオフ周波数」により規定された周波数帯(カットオフ周波数よりも低周波数側)のみを抽出する。 On the other hand, the combustion field of timing current fuel injection - cylinder pressure sensor distance map to fit it in the "Combustion - cylinder pressure sensor distance" to get (by that combustion in the combustion pressure wave transmission path acquisition means (Acquisition of length of pressure wave transmission path) and acquisition of the "combustion speed" by applying the current engine speed and fuel injection pressure to the combustion speed map (acquisition of combustion speed by the combustion speed acquisition means) ). Then, by applying these “combustion field-in-cylinder pressure sensor distance” and “combustion speed” to the cut-off frequency map, the “ cut-off frequency ” is obtained (the cut-off frequency of the cut-off frequency by means for obtaining the cut-off frequency ). Acquisition), only the frequency band (lower frequency side than the cutoff frequency) defined by the “ cutoff frequency ” is extracted from the frequencies analyzed by the FFT.

以上説明したように、本実施形態では、筒内圧力の変化に伴って筒内圧センサ99と燃焼室4との間で発生する気柱振動等の周波数(ノイズの原因となる周波数)を効果的に除去可能な「カットオフ周波数」を求めることが可能であり、この「カットオフ周波数」によってフィルタリング処理された圧力データに基づいて熱発生率波形を求めることが可能となる。このため、燃焼室4内での燃焼に起因する燃焼圧力波を効率的に抽出することができ、熱発生率の変化を正確に推定可能となって、燃焼室4内での燃料の着火時期の認識を正確に行うことが可能になる。 As described above, in the present embodiment, the frequency (frequency that causes noise) such as air column vibration generated between the in-cylinder pressure sensor 99 and the combustion chamber 4 in accordance with the change in the in-cylinder pressure is effective. It is possible to obtain a “ cut-off frequency ” that can be removed, and it is possible to obtain a heat release rate waveform based on the pressure data filtered by this “ cut-off frequency ”. For this reason, the combustion pressure wave resulting from the combustion in the combustion chamber 4 can be extracted efficiently, the change in the heat generation rate can be accurately estimated, and the ignition timing of the fuel in the combustion chamber 4 Can be accurately recognized.

更に、上述した実施形態では、エンジンの性能実験装置での実験によって各種マップ(燃焼場−筒内圧センサ間距離マップ、燃焼速度マップ、カットオフ周波数マップ)を作成し、これらをECU100のROM102に記憶させておき、実機上でのエンジン運転状態において、ROM102から各種マップ値を読み出して演算処理を実行することによって熱発生率波形を求めるようにしていた。本発明はこれに限らず、上記燃料噴射時期、燃料噴射圧力、エンジン回転数からカットオフ周波数を演算により求め、それに基づいたフィルタリング処理によって熱発生率波形を求めるようにしてもよい。つまり、予めマップを作成しておくことなく、実機上での演算処理によって熱発生率波形を求めるものである。 Furthermore, in the above-described embodiment, various maps (combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map, combustion speed map, cutoff frequency map) are created by experiments in the engine performance experiment apparatus, and these are stored in the ROM 102 of the ECU 100. In addition, in the engine operating state on the actual machine, various map values are read from the ROM 102 and the calculation process is executed to obtain the heat release rate waveform. The present invention is not limited to this, and the cut-off frequency may be obtained by calculation from the fuel injection timing, fuel injection pressure, and engine speed, and the heat release rate waveform may be obtained by filtering processing based on the cut-off frequency . That is, the heat release rate waveform is obtained by calculation processing on an actual machine without creating a map in advance.

Claims (4)

圧縮自着火式内燃機関の燃焼室内に向けて燃料噴射弁から噴射された燃料が燃焼する際の熱発生率を、筒内圧力を検知可能な筒内圧センサの圧力検知信号に基づいて推定する内燃機関の熱発生率推定装置において、
上記燃焼室の形状と上記燃料噴射弁からの燃料噴射時期とに基づいて「燃焼場と筒内圧センサとの間の燃焼圧力波の伝達経路の長さ」を求める燃焼圧力波伝達経路取得手段と、
上記燃焼室内での混合気の燃焼による「燃焼速度」を求める燃焼速度取得手段と、
上記燃焼圧力波伝達経路取得手段により求められた燃焼圧力波の伝達経路の長さと、上記燃焼速度取得手段により求められた燃焼速度とに基づき、上記筒内圧センサにより検知された圧力データに対してフィルタリング処理を行うための「必要最小フィルタ周波数」を求める必要最小フィルタ周波数取得手段とが設けられていることを特徴とする内燃機関の熱発生率推定装置。
An internal combustion engine that estimates a heat generation rate when fuel injected from a fuel injection valve burns into a combustion chamber of a compression self-ignition internal combustion engine based on a pressure detection signal of an in-cylinder pressure sensor capable of detecting the in-cylinder pressure. In an engine heat release rate estimation device,
Combustion pressure wave transmission path acquisition means for obtaining “the length of the combustion pressure wave transmission path between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor” based on the shape of the combustion chamber and the fuel injection timing from the fuel injection valve; ,
Combustion speed acquisition means for obtaining a "combustion speed" by combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber;
For the pressure data detected by the in-cylinder pressure sensor based on the length of the combustion pressure wave transmission path obtained by the combustion pressure wave transmission path obtaining means and the combustion speed obtained by the combustion speed obtaining means. An apparatus for estimating a heat release rate of an internal combustion engine, comprising: a necessary minimum filter frequency obtaining means for obtaining a “required minimum filter frequency” for performing a filtering process.
請求項1記載の内燃機関の熱発生率推定装置において、
上記燃焼速度取得手段は、内燃機関の回転速度と、燃料噴射圧力とに基づいて燃焼速度を求めるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の熱発生率推定装置。
In the internal combustion engine heat release rate estimation apparatus according to claim 1,
An internal combustion engine heat release rate estimation device, wherein the combustion speed acquisition means is configured to obtain a combustion speed based on a rotational speed of the internal combustion engine and a fuel injection pressure.
請求項1または2記載の内燃機関の熱発生率推定装置において、
上記筒内圧センサは、シリンダヘッドに形成された筒内圧センサ装着孔に、センサアダプタを介して保持されており、このセンサアダプタには、上記筒内圧センサ装着孔の内部空間と筒内圧センサの先端に設けられたセンシング部との間を連通する圧力導入孔が形成されていることを特徴とする内燃機関の熱発生率推定装置。
The heat release rate estimation device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The in-cylinder pressure sensor is held in a cylinder pressure sensor mounting hole formed in the cylinder head via a sensor adapter, and the sensor adapter includes an internal space of the cylinder pressure sensor mounting hole and a tip of the cylinder pressure sensor. A heat release rate estimation device for an internal combustion engine, characterized in that a pressure introduction hole is formed to communicate with a sensing unit provided in the internal combustion engine.
請求項1、2または3記載の内燃機関の熱発生率推定装置において、
上記燃焼圧力波伝達経路取得手段は、燃料噴射弁の燃料噴射時期から燃焼圧力波の伝達経路の長さを求める燃焼場−筒内圧センサ間距離マップより「燃焼場と筒内圧センサとの間の燃焼圧力波の伝達経路の長さ」を取得し、
上記燃焼速度取得手段は、内燃機関の回転速度及び燃料噴射圧力から燃焼速度を求める燃焼速度マップより「燃焼速度」を取得し、
上記必要最小フィルタ周波数取得手段は、上記燃焼場−筒内圧センサ間距離マップから取得された燃焼圧力波の伝達経路の長さと、上記燃焼速度マップから取得された燃焼速度とから、上記筒内圧センサにより検知された圧力データに対してフィルタリング処理を行う必要最小フィルタ周波数を求める必要最小フィルタ周波数マップより必要最小フィルタ周波数を取得するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の熱発生率推定装置。
The heat generation rate estimation device for an internal combustion engine according to claim 1, 2, or 3,
The combustion pressure wave transmission path acquisition means is configured to calculate the length of the combustion pressure wave transmission path from the fuel injection timing of the fuel injection valve based on a distance map between the combustion field and the in-cylinder pressure sensor. Get the length of the combustion pressure wave transmission path,
The combustion speed acquisition means acquires a "combustion speed" from a combustion speed map for obtaining a combustion speed from the rotational speed of the internal combustion engine and the fuel injection pressure,
The necessary minimum filter frequency acquisition means includes the in-cylinder pressure sensor based on the length of the combustion pressure wave transmission path acquired from the combustion field-in-cylinder pressure sensor distance map and the combustion speed acquired from the combustion speed map. A heat release rate estimation device for an internal combustion engine, characterized in that a required minimum filter frequency is obtained from a required minimum filter frequency map for obtaining a required minimum filter frequency for performing filtering processing on pressure data detected by .
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