JP2006242146A

JP2006242146A - Combustion state detecting device for internal combustion engine

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Publication number: JP2006242146A
Application number: JP2005062079A
Authority: JP
Inventors: Naosuke Akasaki; 修介赤崎; Hideo Uda; 英生右田; Hideyuki Oki; 秀行沖
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-03-07
Also published as: JP4555125B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve combustion state discriminating accuracy, and to accurately obtain effective cylinder pressure to be generated by combustion in cylinders of an internal combustion engine for use in a wide range. <P>SOLUTION: This combustion state detecting device is provided with an in-cylinder pressure detecting means provided in a combustion chamber of an internal combustion engine (engine), a crank angle detecting means for detecting crank angle of the internal combustion engine, and an estimating means for estimating mortoring pressure of the internal combustion engine. The combustion state detecting device is provided with a combustion starting time point detecting means for detecting a time point, in which a difference between the pressure detected by the cylinder pressure detecting means and the motoring pressure estimated by the estimating means exceeds the predetermined value in a period from the compression stroke to the combustion stroke of the engine, as the combustion starting time point. The combustion state detecting means is provided with a composition and condition determining means for computing ignition delay time of the air-fuel mixture on the basis of ignition point in time and combustion starting point in time to determine composition and condition of the fuel comprised in the air-fuel mixture based on the ignition delay time of the air-fuel mixture. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、内燃機関の燃焼状態を検出する技術に関する。 The present invention relates to a technique for detecting a combustion state of an internal combustion engine.

燃料性状によって、点火時期に対する混合気の燃焼開始時点が異なることに着目した技術として、特許文献１には、筒内圧力センサを用い、点火時期と筒内圧との関係から燃料性状を判別することが記載されている。この文献には、最終点火時期から筒内圧力がピークに達するまでの時間に基づいてガソリンへのたとえばアルコールなどの異種燃料の混合割合を算出し、点火時期を補正することが記載されている。
実公平7-10057号 As a technique that pays attention to the fact that the combustion start time of the air-fuel mixture differs with respect to the ignition timing depending on the fuel properties, Patent Document 1 uses a cylinder pressure sensor to determine the fuel properties from the relationship between the ignition timing and the cylinder pressure. Is described. This document describes that the ignition timing is corrected by calculating the mixing ratio of different fuels such as alcohol to gasoline based on the time from the final ignition timing until the in-cylinder pressure reaches a peak.
Reality No.7-10057

上記の従来技術では、点火時期と筒内圧がピークに達する時期とによって燃料性状が判別されるが。しかし、燃料の性状によって、イグニションの点火時点から実際に混合気に着火するまでの時間は異なり、さらに空燃比、筒内温度などに応じて着火時点から筒内圧がピークに達するまでの時間が変動するので、燃料の性状判別の精度は疑わしい。 In the above prior art, the fuel property is determined by the ignition timing and the timing when the in-cylinder pressure reaches a peak. However, the time from ignition timing to actual ignition of the air-fuel mixture varies depending on the nature of the fuel, and the time from the ignition timing to the peak in-cylinder pressure varies depending on the air-fuel ratio, in-cylinder temperature, etc. Therefore, the accuracy of fuel property determination is questionable.

このように、燃料性状判別の精度を向上させる必要性が存在している。また、諸々の用途のために内燃機関の気筒における燃焼により生じる有効筒内圧力を精度よく求める必要性が存在している。 Thus, there is a need to improve the accuracy of fuel property determination. In addition, there is a need for accurately obtaining an effective in-cylinder pressure generated by combustion in a cylinder of an internal combustion engine for various uses.

この発明は、一形態（請求項１）では、燃焼状態検出装置は、内燃機関（エンジン）の燃焼室に設けられた筒内圧力検出手段と、前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、前記内燃機関のモータリング圧力を推定する推定手段と、を備える。この燃焼状態検出装置は、さらに、内燃機関の圧縮行程から燃焼行程に至る期間において、前記筒内圧力検出手段に基づいて検出される圧力と前記推定手段により推定されるモータリング圧力との差が所定値を超える時点を、燃焼開始時点として検出する燃焼開始時点検出手段を備えている。 In one form (claim 1) of the present invention, the combustion state detection device includes an in-cylinder pressure detection means provided in a combustion chamber of the internal combustion engine (engine), and a crank angle detection for detecting a crank angle of the internal combustion engine. Means and estimating means for estimating the motoring pressure of the internal combustion engine. The combustion state detection apparatus further includes a difference between a pressure detected based on the in-cylinder pressure detection means and a motoring pressure estimated by the estimation means during a period from the compression stroke to the combustion stroke of the internal combustion engine. Combustion start time detection means for detecting a time point exceeding the predetermined value as a combustion start time point is provided.

この発明によると、混合気の燃焼開始時点を的確に検出することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately detect the combustion start time of the air-fuel mixture.

この発明の一形態（請求項２）による燃焼状態検出装置は、点火時点と燃焼開始時点に基づいて、混合気の着火遅れ時間を算出し、この着火遅れ時間に基づいて混合気に含まれる燃料の性状を判定する性状判定手段をさらに備える。 A combustion state detection apparatus according to one aspect of the present invention calculates an ignition delay time of an air-fuel mixture based on an ignition timing and a combustion start time, and fuel contained in the air-fuel mixture based on the ignition delay time The apparatus further includes property determining means for determining the property of the item.

この形態によると、燃料の性状を精度よく判定することができる。 According to this embodiment, it is possible to accurately determine the properties of the fuel.

さらに、この発明の一形態（請求項３）による燃焼状態検出装置では、燃料の性状を判定する手段は、着火遅れ時間をしきい値と比較して燃料の性状を判定し、このしきい値は、内燃機関の始動時とその他の時期とで異なる値をとる。こうすることにより、的確に燃料の性状を判定することができる。 Further, in the combustion state detection apparatus according to one aspect of the present invention (claim 3), the means for determining the fuel property determines the fuel property by comparing the ignition delay time with a threshold value, and this threshold value is determined. Takes different values at the start of the internal combustion engine and at other times. By doing so, it is possible to accurately determine the properties of the fuel.

また、この発明のもう一つの形態（請求項４）による装置は、クランク角度に基づいて、内燃機関の燃焼室の容積を算出する容積算出手段を備える。この装置は、さらに、筒内圧力検出手段の出力を所定クランク角度ごとにサンプリングして得られる筒内圧力と、所定クランク角度ごとにモータリング圧力推定手段によって推定されるモータリング圧力との差を求め、この差と、容積算出手段により算出される容積とに基づいて、燃焼により発生する有効筒内圧力を算出する手段を備える。 An apparatus according to another aspect of the present invention (Claim 4) includes volume calculation means for calculating the volume of the combustion chamber of the internal combustion engine based on the crank angle. This device further calculates the difference between the in-cylinder pressure obtained by sampling the output of the in-cylinder pressure detecting means at every predetermined crank angle and the motoring pressure estimated by the motoring pressure estimating means at every predetermined crank angle. A means for calculating an effective in-cylinder pressure generated by combustion based on the difference obtained and the volume calculated by the volume calculation means is provided.

この形態によると、エンジンの気筒において燃焼によって生じる有効圧力を精度よく求めることができる。 According to this embodiment, the effective pressure generated by combustion in the cylinder of the engine can be obtained with high accuracy.

内燃機関の燃焼行程は、ガソリンエンジンでは点火後であり、ディーゼルエンジンでは燃料噴射後である。 The combustion stroke of an internal combustion engine is after ignition in a gasoline engine and after fuel injection in a diesel engine.

次に図面を参照して、この発明の実施例を説明する。図１は、この発明の燃焼状態検出装置の全体的構成を示すブロック図である。電子制御ユニット１０は、中央演算装置（CPU）を備えたコンピュータである。電子制御ユニットは、コンピュータ・プログラムを格納する読取専用メモリ（ROM）およびプロセサに作業領域を提供し、データおよびプログラムを一時記憶するランダムアクセス・メモリ（RAM）を備えている。入出力インタフェイス１１は、エンジンの各部から検出信号を受け取って、A/D（アナログ・ディジタル）変換を行って次の段階に渡す。また、入出力インタフェイス１１は、CPUの演算結果に基づく制御信号をエンジンの各部に送る。図１では、電子制御ユニットをこの発明に関連する機能を示す機能ブロックで示している。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the combustion state detection apparatus of the present invention. The electronic control unit 10 is a computer provided with a central processing unit (CPU). The electronic control unit includes a read only memory (ROM) that stores computer programs and a random access memory (RAM) that provides a work area for the processor and temporarily stores data and programs. The input / output interface 11 receives detection signals from various parts of the engine, performs A / D (analog / digital) conversion, and passes them to the next stage. Further, the input / output interface 11 sends a control signal based on the calculation result of the CPU to each part of the engine. In FIG. 1, the electronic control unit is shown by functional blocks showing functions related to the present invention.

最初に図２を参照して、この発明で行う失火判定の原理を説明する。図２は、クランク角度-180度から180度の領域における気筒の燃焼室の圧力を示しており、およそクランク角度-180度から０度の範囲が圧縮行程であり、０度から180度までが膨張（燃焼）行程である。曲線１は、エンジンの１つの気筒のモータリング圧力（失火時の圧力）の推移を示し、曲線３は、同じ気筒において正常な燃焼が行われたときの筒内圧力の推移を示す。クランク角０度が上死点であり、モータリング圧力は上死点でピークとなり、燃焼時の筒内圧力（曲線３）は、上死点を過ぎた点火時点付近でピークとなる。 First, the principle of misfire determination performed in the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the pressure in the combustion chamber of the cylinder in the range of the crank angle from -180 degrees to 180 degrees. The range of the crank angle from -180 degrees to 0 degrees is the compression stroke, and from 0 degrees to 180 degrees. Expansion (combustion) stroke. Curve 1 shows the transition of the motoring pressure (pressure at the time of misfire) of one cylinder of the engine, and curve 3 shows the transition of the in-cylinder pressure when normal combustion is performed in the same cylinder. The crank angle of 0 degrees is the top dead center, the motoring pressure peaks at the top dead center, and the in-cylinder pressure during combustion (curve 3) peaks near the ignition time after the top dead center.

この発明では、圧縮行程において上死点に達する前の期間、たとえば図２に”a”で示す期間において、筒内圧力検出手段（図１の筒内圧力センサ１２）の検出出力を補正する補正式のパラメータを同定する。黒色のドット５は、筒内圧力センサ１２による検出出力を示す。筒内圧力センサ１２は、エンジンの燃焼室という過酷な環境に置かれており、温度の影響、経年変化などによって特性が変化する。この発明では、筒内圧力センサ１２の検出出力がほぼモータリング圧力の曲線１上にくるよう、検出出力を補正する。こうして補正された検出出力を白色のドット７で示す。 In the present invention, the correction for correcting the detection output of the in-cylinder pressure detecting means (in-cylinder pressure sensor 12 in FIG. 1) in the period before reaching the top dead center in the compression stroke, for example, the period indicated by “a” in FIG. Identify the parameters of the formula. A black dot 5 indicates a detection output by the in-cylinder pressure sensor 12. The in-cylinder pressure sensor 12 is placed in a harsh environment such as an engine combustion chamber, and its characteristics change due to the influence of temperature, aging, and the like. In the present invention, the detection output is corrected so that the detection output of the in-cylinder pressure sensor 12 is substantially on the curve 1 of the motoring pressure. The detection output corrected in this way is indicated by white dots 7.

検出出力の補正は、筒内圧力センサの検出出力PS(θ)に、補正式 PS = PS(θ)k₁ + C₁ を適用することによって行われる。k₁は補正係数であり、C₁ は定数である。この補正式の２つのパラメータk₁およびC₁は、圧縮行程の、たとえば図２に”a”で示す期間において、モータリング圧力の推定値PMと、筒内圧力センサの検出出力を上述の補正式によって補正した値PSとの差(PM - PS)の二乗が最小になるよう、最小二乗法により演算して算出される。 The detection output is corrected by applying the correction expression PS = PS (θ) k ₁ + C ₁ to the detection output PS (θ) of the in-cylinder pressure sensor. k ₁ is a correction coefficient, and C ₁ is a constant. The two parameters k ₁ and C ₁ of this correction formula are the above-described correction of the estimated value PM of the motoring pressure and the detection output of the in-cylinder pressure sensor during the compression stroke, for example, the period indicated by “a” in FIG. It is calculated by the least square method so that the square of the difference from the value PS corrected by the equation (PM-PS) is minimized.

次いで、燃焼（膨張）行程において混合気の燃焼開始後、たとえば図２に”b”で示す期間において、筒内圧力センサ１２の出力を補正して得られる検出出力７（白色のドット）と、状態方程式で算出されるモータリング圧力PM（曲線１）との関係に基づいて、燃焼状態、たとえば、失火が生じたかどうかを判定する。一実施例では、PS/PMが予め定めたしきい値より小さいとき、失火が生じたと判定する。 Next, after the start of combustion of the air-fuel mixture in the combustion (expansion) stroke, for example, in a period indicated by “b” in FIG. 2, a detection output 7 (white dot) obtained by correcting the output of the in-cylinder pressure sensor 12, Based on the relationship with the motoring pressure PM (curve 1) calculated by the state equation, it is determined whether or not a combustion state, for example, misfire has occurred. In one embodiment, it is determined that a misfire has occurred when PS / PM is less than a predetermined threshold.

再び図１を参照すると、筒内圧力センサ１２は、圧電素子であり、エンジンの各気筒（シリンダ）の点火プラグ付近に設けられている。圧力センサ１２は、気筒内の圧力に応じた電荷信号を出力する。この信号をチャージアンプ３１により電圧信号に変換して出力し、ローパスフィルタ３３を介して入出力インタフェイス１１に出力する。入出力インタフェイス１１は、圧力センサ１２からの信号をサンプリング部１３に送る。サンプリング部１３は、この信号を所定の周期、たとえば１０kHz分の１の周期でサンプリングし、サンプル値をセンサ出力検出部１５に渡す。 Referring to FIG. 1 again, the in-cylinder pressure sensor 12 is a piezoelectric element and is provided in the vicinity of a spark plug of each cylinder (cylinder) of the engine. The pressure sensor 12 outputs a charge signal corresponding to the pressure in the cylinder. This signal is converted into a voltage signal by the charge amplifier 31 and outputted, and then outputted to the input / output interface 11 through the low-pass filter 33. The input / output interface 11 sends a signal from the pressure sensor 12 to the sampling unit 13. The sampling unit 13 samples this signal at a predetermined period, for example, a period of 1/10 kHz, and passes the sample value to the sensor output detection unit 15.

センサ出力補正部１７は、上述の補正式 PS = PS(θ)k₁ + C₁ に従って、センサ出力PS(θ)を補正する。センサ出力補正部１７は、クランク角１５度ごとに補正されたセンサ出力値PSを失火判定部２７に渡す。 The sensor output correction unit 17 corrects the sensor output PS (θ) according to the above-described correction formula PS = PS (θ) k ₁ + C ₁ . The sensor output correction unit 17 passes the sensor output value PS corrected for each crank angle of 15 degrees to the misfire determination unit 27.

一方において、燃焼室容積計算部１９は、クランク角θに応じた気筒の燃焼室の容積V_cを次の数式により計算する。

On the other hand, the combustion chamber volume calculation unit 19 calculates the cylinder combustion chamber volume V _c according to the crank angle θ using the following equation.

上の式で、mは、図３の関係から計算される、ピストン8の上死点からの変位を示す。rをクランク半径、l（エル）をコンロッド長とすると、λ=l/r である。V_deadは、ピストンが上死点にあるときの燃焼室の容積、A_pstnは、ピストンの断面積である。 In the above equation, m represents the displacement from the top dead center of the piston 8 calculated from the relationship of FIG. λ = l / r where r is the crank radius and l is the connecting rod length. V _dead is the volume of the combustion chamber when the piston is at top dead center, and _Apstn is the cross-sectional area of the piston.

一般に燃焼室の状態方程式は、次の（３）式で表されることが知られている。

In general, it is known that the state equation of the combustion chamber is expressed by the following equation (3).

(3)式で、Gは、例えばエアフローメータ、またはエンジン回転数および吸気圧に基づいて得られる吸入空気量、Rは気体定数、Tは、例えば吸気温度センサ、またはエンジン水温などの運転状態に基づいて得られる吸気温度である。ｋは補正係数、Cは定数である。 In Equation (3), G is, for example, an air flow meter or intake air amount obtained based on the engine speed and intake pressure, R is a gas constant, and T is an operating state such as an intake air temperature sensor or engine water temperature, for example. This is the intake air temperature obtained based on this. k is a correction coefficient, and C is a constant.

この発明の第１の実施形態では、燃焼室の気体状態方程式に基づくモータリング圧力推定値として、たとえばセンサ取り付け部の温度変化等の影響を受けない水晶圧電式の圧力センサを用いて燃焼室の圧力を実測し、この実測値を（３）式と対応させることにより算出されたｋの値ｋ₀およびＣの値Ｃ₀を求め、これを（３）式に代入して得られる次の（４）式を用いてモータリング圧力を推定する。

In the first embodiment of the present invention, as a motoring pressure estimation value based on the gas state equation of the combustion chamber, for example, a quartz piezoelectric pressure sensor that is not affected by a temperature change or the like of the sensor mounting portion is used. The pressure is measured, and the k value k ₀ and the C value C ₀ calculated by associating the measured value with the equation (3) are obtained, and these are substituted into the equation (3) to obtain the following ( 4) Estimate the motoring pressure using the equation.

モータリング圧力推定部２０は、基本モータリング圧力計算部２１およびモータリング圧力補正部２２から構成される。基本モータリング圧力計算部２１が（３）式の中の基本項目である基本モータリング圧力GRT/Vを計算する。モータリング圧力補正部２２は、上述のようにして予め求められているパラメータk₀およびC₀を用いて、基本モータリング圧力を補正する。このパラメータk₀およびC₀は、吸気管圧力またはエンジン回転するなどエンジンの負荷状態を表すパラメータに従って参照することができるテーブルとして用意されている。 The motoring pressure estimation unit 20 includes a basic motoring pressure calculation unit 21 and a motoring pressure correction unit 22. The basic motoring pressure calculator 21 calculates a basic motoring pressure GRT / V, which is a basic item in the equation (3). The motoring pressure correction unit 22 corrects the basic motoring pressure using the parameters k ₀ and C ₀ obtained in advance as described above. The parameters k ₀ and C ₀ are prepared as a table that can be referred to according to a parameter representing an engine load state such as intake pipe pressure or engine rotation.

パラメータ同定部２３は、圧縮行程においてモータリング圧力推定部２０が算出するモータリング圧力推定値PMとセンサ出力補正部１７が出力する筒内圧力センサ１２に基づく筒内圧力PSとの誤差(PM-PS)が最小になるよう、最小二乗法によりセンサ出力を補正する補正式のパラメータk₁およびC₁を同定する。センサ出力検出部１５は、たとえば10kHz分の１の周期で圧力センサの出力をサンプリングし、クランク角度に同期したタイミングでサンプル値の平均値をセンサ出力値PD(θ)として、パラメータ同定部２３に渡す。パラメータ同定部２３は、気筒の圧縮行程において補正式のパラメータを同定する演算を実行する。モータリング圧力補正部から得られるクランク角度に応じたモータリング圧力推定値PM(θ)と、同じクランク角度におけるセンサ出力値PD(θ)に補正式PS = PD(θ)k₁ + C₁ を適用した値PSとの差の二乗、すなわち（PM(θ) - PD(θ)k₁ - C₁）² が最小になる k₁ および C₁を既知の最小二乗法により求める。 The parameter identification unit 23 calculates an error (PM−) between the estimated motoring pressure value PM calculated by the motoring pressure estimation unit 20 in the compression stroke and the in-cylinder pressure PS based on the in-cylinder pressure sensor 12 output from the sensor output correction unit 17. The parameters k ₁ and C ₁ of the correction formula for correcting the sensor output by the least square method are identified so that (PS) is minimized. The sensor output detection unit 15 samples the output of the pressure sensor at a period of, for example, 1/10 kHz, and sets the average value of the sample values as the sensor output value PD (θ) at the timing synchronized with the crank angle. hand over. The parameter identification unit 23 executes a calculation for identifying parameters of the correction formula in the compression stroke of the cylinder. The correction formula PS = PD (θ) k ₁ + C ₁ is applied to the estimated motoring pressure value PM (θ) corresponding to the crank angle obtained from the motoring pressure correction unit and the sensor output value PD (θ) at the same crank angle. The square of the difference from the applied value PS, that is, k ₁ and C _{1 at} which (PM (θ) −PD (θ) k ₁ −C ₁ ) ² is minimized is obtained by a known least square method.

PMの離散値をy(i)で表し、筒内圧力センサから得られる筒内圧力PDのサンプル値（離散値）をx(i)で表すと、P’^T=[p’(0),p’(1), …,p’(n)] 、P^T=[p(0), p(1), …,p(n)]、X(i)^T=[x(0), x(1), …,x(n)]と表される。誤差（P’-P）の離散値の二乗の和は、次の式（５）で表される。サンプル値は、10kHz分の１の周期でとられ、iの値は、たとえば100までの値であり、たとえば10としてもよい。

When the discrete value of PM is represented by y (i) and the sample value (discrete value) of the in-cylinder pressure PD obtained from the in-cylinder pressure sensor is represented by x (i), P ′ ^T = [p ′ (0), p '(1),…, p' (n)], P ^T = [p (0), p (1),…, p (n)], X (i) ^T = [x (0), x (1), ..., x (n)]. The sum of the squares of the discrete values of the error (P′−P) is expressed by the following equation (5). The sample value is taken at a period of 1/10 kHz, and the value of i is a value up to 100, for example, and may be 10.

このFの値を最小にするkおよびCを求めるには、F(k,C)のkおよびCに関する偏微分が０となるkおよびCを求めればよい。これを数式で表すと、次のようになる。

In order to obtain k and C that minimize the value of F, it is only necessary to obtain k and C at which the partial differentiation of F (k, C) with respect to k and C is zero. This can be expressed as follows:

式(6)および(7)の右辺を整理すると、次のようになる。

The right side of equations (6) and (7) can be summarized as follows.

これを行列で表現すると、次のようになる。

This can be expressed as a matrix as follows.

この式を逆行列を使って変形すると、次のようになる。

When this equation is transformed using an inverse matrix, it becomes as follows.

ここで、右辺の逆行列は、次の式で表される。

Here, the inverse matrix on the right side is expressed by the following equation.

補正部１７は、こうして同定されたパラメータを用いてセンサ出力PD（θ）を補正する。補正された所定クランク角（たとえば15度）ごとのセンサ出力PS（θ）が燃焼圧力検出部４１に渡される。補正部１７を省略し、センサ出力検出部１５が出力する所定クランク角度ごとの出力PD（θ）をそのままセンサ出力PS（θ）として使用してもよい。 The correction unit 17 corrects the sensor output PD (θ) using the parameters thus identified. The corrected sensor output PS (θ) for each predetermined crank angle (for example, 15 degrees) is passed to the combustion pressure detector 41. The correction unit 17 may be omitted, and the output PD (θ) for each predetermined crank angle output by the sensor output detection unit 15 may be used as it is as the sensor output PS (θ).

燃焼圧力検出部４１は、エンジンの気筒において混合気が燃焼する際の純粋に燃焼によって生じる圧力PC（θ）を算出する。図２を参照すると、筒内圧力センサ１２の出力に基づいて検出される圧力PS（θ）（曲線３）は、燃焼がないときの気筒圧力であるモータリング圧力PM（θ）に、燃焼によって生じる圧力PC（θ）を加算したものになっている。したがって、PC（θ）= PS（θ）- PM（θ）の演算式によりPC（θ）を算出することができる。 The combustion pressure detection unit 41 calculates a pressure PC (θ) generated by pure combustion when the air-fuel mixture burns in the cylinder of the engine. Referring to FIG. 2, the pressure PS (θ) (curve 3) detected based on the output of the in-cylinder pressure sensor 12 is changed to the motoring pressure PM (θ), which is the cylinder pressure when there is no combustion, by combustion. The resulting pressure PC (θ) is added. Therefore, it is possible to calculate PC (θ) by an arithmetic expression of PC (θ) = PS (θ) −PM (θ).

図４を参照すると、燃焼開始時点検出部４３は、吸入空気圧力PBをパラメータとするテーブルから燃焼開始ポイントを判定するための判定値DP_Cを検索し（S101）、上記のようにして算出された燃焼圧力PC（θ）(S103)がこの判定値を超えると（S105）、着火フラグを１にセットする(S105)。混合気の燃焼開始時点付近では、算出される燃焼圧力PC（θ）が振動するので、最初にPC（θ）が判定値を超えたときのクランク角度を着火時点として用いることにし、この角度をθ_DLY_bsで表す(S111)。 Referring to FIG. 4, the combustion start time point detection unit 43 searches the determination value DP_C for determining the combustion start point from a table using the intake air pressure PB as a parameter (S101), and is calculated as described above. When the combustion pressure PC (θ) (S103) exceeds this judgment value (S105), the ignition flag is set to 1 (S105). Since the calculated combustion pressure PC (θ) oscillates near the combustion start time of the air-fuel mixture, the crank angle when PC (θ) exceeds the judgment value is used as the ignition time, and this angle is This is represented by θ_DLY_bs (S111).

図１の着火遅れ算出部４５は、点火プラグに点火したクランク角度IG （θ）から着火時点θ_DLY_bsを引き算して着火遅れD_θ_DLY(n)を算出する（図４、S113）。この着火遅れが予め定めた最大値より大きいときは（S115）、最大値を平均値算出のためのパラメータD_θ_DLY_IG(n)に設定する(S123)。着火遅れD_θ_DLY(n)が予め定めた最小値より小さいときは（S117）、最小値をパラメータD_θ_DLY_IG(n)に設定する(S121)。着火遅れD_θ_DLY_(n)が最大値と最小値の間にあるときは、これをパラメータD_θ_DLY_IG(n)に設定する(S119)。このパラメータD_θ_DLY_IG(n)の16個の移動平均を平均着火遅れθ_DLY_avとする(S125)。 The ignition delay calculation unit 45 in FIG. 1 calculates the ignition delay D_θ_DLY (n) by subtracting the ignition time θ_DLY_bs from the crank angle IG (θ) ignited on the spark plug (FIG. 4, S113). When the ignition delay is larger than a predetermined maximum value (S115), the maximum value is set as a parameter D_θ_DLY_IG (n) for calculating an average value (S123). When the ignition delay D_θ_DLY (n) is smaller than a predetermined minimum value (S117), the minimum value is set in the parameter D_θ_DLY_IG (n) (S121). When the ignition delay D_θ_DLY_ (n) is between the maximum value and the minimum value, this is set in the parameter D_θ_DLY_IG (n) (S119). The 16 moving averages of the parameter D_θ_DLY_IG (n) are set as the average ignition delay θ_DLY_av (S125).

図７のフローチャートを参照しながら、図１の燃料性状判定部４７の機能を説明する。エンジン水温が所定の範囲にあることなど、ガソリンの性状を判定するための条件が成立しているかどうかを判定し(S181)、成立していれば、エンジン始動直後のファイアモードにあるかどうかを判定する（S183）。ファイアモードにあれば、エンジン水温をパラメータとするマップを検索してガソリン性状判定のための基準値θ_DLY_rfを求める(S189)。ファイアモードでなければ、エンジン回転数NEおよび吸気管圧力をパラメータとするマップを検索してガソリン性状判定のための基準値θ_DLY_rfを求める（S191）。 The function of the fuel property determination unit 47 of FIG. 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. It is determined whether the conditions for determining the gasoline properties, such as the engine water temperature being within the specified range, are satisfied (S181) .If the conditions are satisfied, it is determined whether the engine is in the fire mode immediately after engine startup. Determine (S183). If in the fire mode, a map using the engine water temperature as a parameter is searched to obtain a reference value θ_DLY_rf for gasoline property determination (S189). If it is not the fire mode, a map using the engine speed NE and the intake pipe pressure as parameters is searched to obtain a reference value θ_DLY_rf for determining the gasoline property (S191).

平均着火遅れ算出部４５が算出した気筒ごとの平均着火遅れ角度θ_DLY_avを全気筒について平均して、着火遅れ角度の平均値θ_DLY_allを算出する(S193)。この値は、クランク角度による遅れを表しているので、これを時間に換算するため、係数CRME/15を掛けて着火遅れ時間θ_DLYを算出する(S195)。 The average ignition delay angle θ_DLY_av for each cylinder calculated by the average ignition delay calculation unit 45 is averaged for all cylinders to calculate an average value θ_DLY_all of the ignition delay angles (S193). Since this value represents the delay due to the crank angle, in order to convert this into time, the ignition delay time θ_DLY is calculated by multiplying by the coefficient CRME / 15 (S195).

着火遅れ時間θ_DLYが所定の回数にわたって判定基準値θ_DLY_rfを超えるとき、揮発性の高いガソリン（たとえば超Aガソリンと呼ばれるガソリン）であると判定し、フラグを１にセットする(S205)。このため、ステップS197で着火遅れ時間が判定基準値を超えないとき、カウンタに所定値をセットする（S201）。S197で着火遅れ時間が判定基準値を超えるたびにカウントが減らされ（S199）、０に達すると、超Aガスフラグが１にセットされる。 When the ignition delay time θ_DLY exceeds the determination reference value θ_DLY_rf for a predetermined number of times, it is determined that the gasoline is highly volatile (for example, gasoline called super A gasoline), and the flag is set to 1 (S205). For this reason, when the ignition delay time does not exceed the determination reference value in step S197, a predetermined value is set in the counter (S201). Every time the ignition delay time exceeds the judgment reference value in S197, the count is decreased (S199), and when it reaches 0, the super A gas flag is set to 1.

次に図５を参照しながら、図１の有効筒内圧算出部の機能を説明する。有効筒内圧は、純粋に燃焼によって発生する圧力を意味する。ステップS131のサブルーチンは、図４のフローチャートに示した着火遅れ時間算出のプロセスである。この実施例では、着火から所定の期間にわたってサンプル燃焼圧力と燃焼室容積の増分との積を積分し、これを燃焼室容積の増分の和で割って、有効筒内圧IMEPを求める。燃焼圧力と燃焼室容積の増分との積は、燃焼が行う仕事に相当する。これを積分することにより、燃焼が行う仕事の総和を算出し、仕事により増大した燃焼室容積の合計で割ることにより、有効筒内圧IMEPを求める。 Next, the function of the effective in-cylinder pressure calculation unit in FIG. 1 will be described with reference to FIG. The effective in-cylinder pressure means a pressure generated purely by combustion. The subroutine of step S131 is an ignition delay time calculation process shown in the flowchart of FIG. In this embodiment, the product of the sample combustion pressure and the increase in the combustion chamber volume is integrated over a predetermined period from the ignition, and this is divided by the sum of the increase in the combustion chamber volume to obtain the effective in-cylinder pressure IMEP. The product of the combustion pressure and the combustion chamber volume increment corresponds to the work performed by the combustion. By integrating this, the total sum of work performed by combustion is calculated, and the effective in-cylinder pressure IMEP is obtained by dividing by the sum of the combustion chamber volumes increased by work.

図４のステップS111で求められた着火開始の一番若いクランク角度θ_DLY_bsを積分の開始点として設定する（S133）。積分終了点として、予め経験的に求められた燃焼終了のクランク角度、たとえば480度を設定する(S135)。 The youngest crank angle θ_DLY_bs of the ignition start obtained in step S111 of FIG. 4 is set as an integration start point (S133). As an integration end point, a crank angle at the end of combustion, for example, 480 degrees, which is empirically obtained in advance, is set (S135).

図１の燃焼室容積計算部１９による演算により、燃焼圧力のサンプリング点のクランク角度ごとに燃焼室の容積を求め、燃焼室容積Vの増分ΔVを求める(S137)。ステップS139に示す演算式により、１つの燃焼サイクルにおける有効筒内圧IMEP_bsを求める。この値が予め定めた最大値を超えるときは、有効筒内圧の推定値IMEP_htとしてこの最大値をセットし（S141、S149）、予め定めた最小値より小さいときは、この最小値をIMEP_htとしてセットする(S143、S145)。IMEP_bsが最大値と最小値の間にあるときは、IMEP_bsをIMEP_htとしてセットする(S147)。 The combustion chamber volume calculation unit 19 shown in FIG. 1 calculates the combustion chamber volume for each crank angle of the combustion pressure sampling point, and calculates the combustion chamber volume V increment ΔV (S137). The effective in-cylinder pressure IMEP_bs in one combustion cycle is obtained by the arithmetic expression shown in step S139. When this value exceeds the predetermined maximum value, this maximum value is set as the estimated in-cylinder pressure value IMEP_ht (S141, S149). When this value is smaller than the predetermined minimum value, this minimum value is set as IMEP_ht. (S143, S145). When IMEP_bs is between the maximum value and the minimum value, IMEP_bs is set as IMEP_ht (S147).

こうして得られたIMEP_htをパラメータとしてテーブルを検索して１つの燃焼サイクルにおけるIMEP(n)を求める（S151）。このテーブルは、１サイクルにわたる有効筒内圧の挙動を示すものであり、圧縮行程から燃焼行程で行ったサンプリングに基づいて算出されたIMEP_htに基づいてこのテーブルを参照して対応するIMEP(n)を求める。 The table is searched using IMEP_ht thus obtained as a parameter to obtain IMEP (n) in one combustion cycle (S151). This table shows the behavior of the effective in-cylinder pressure over one cycle, and the corresponding IMEP (n) is referred to by referring to this table based on IMEP_ht calculated based on the sampling performed from the compression stroke to the combustion stroke. Ask.

図６は、エンジンの出力を算出するプロセスを表すフローチャートである。エンジン負荷を表すエンジン回転数NEおよび吸気管圧力をパラメータとするマップを検索して、エンジンの出力損失分のうちポンピングロス(pumping loss)Pmp_bsを得る（S161）。出力損失の代表的なものは、上記のポンピングおよび摩擦や補機によるメカニカルロスである。予め定めた補正手法にしたがって、大気圧に応じてポンピングロスPmp_bsを補正してPmpを算出する（S163）。 FIG. 6 is a flowchart showing a process for calculating the output of the engine. A map having the engine speed NE representing the engine load and the intake pipe pressure as parameters is searched to obtain a pumping loss Pmp_bs of the engine output loss (S161). Typical output loss is the above-mentioned pumping, friction, and mechanical loss due to auxiliary equipment. According to a predetermined correction method, Pmp is calculated by correcting the pumping loss Pmp_bs according to the atmospheric pressure (S163).

気筒ごとの有効筒内圧IMEPにPmpを加算して、気筒ごとの平均有効圧力Pmiを算出する(S165)。また、気筒ごとの有効筒内圧之所定サイクルにわたる平均値IMEP_avにPmpを加算して図に示す平均有効圧力Pmi_avを算出する（S167）。この値にステップS169およびS171に示すエンジン出力の計算式を適用して、気筒ごとの出力KWi_av(KW)を算出する。 Pmp is added to the effective in-cylinder pressure IMEP for each cylinder to calculate the average effective pressure Pmi for each cylinder (S165). Further, the average effective pressure Pmi_av shown in the figure is calculated by adding Pmp to the average value IMEP_av over a predetermined cycle of the effective in-cylinder pressure for each cylinder (S167). By applying the engine output calculation formula shown in steps S169 and S171 to this value, the output KWi_av (KW) for each cylinder is calculated.

予め定めた計算手法により、メカニカルロスKWmを、運転状態、たとえばエンジン回転数NEに基づいて求める（S173）。これにKWi_avを加算して軸馬力KWeを求める（S177）。 The mechanical loss KWm is obtained based on the operating state, for example, the engine speed NE by a predetermined calculation method (S173). KWi_av is added to this to determine the axial horsepower KWe (S177).

以上にこの発明を具体的な実施例について説明したが、この発明はこのような実施例に限定されるものでなく、また、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのいずれに対しても使用することができる。 Although the present invention has been described with respect to specific embodiments, the present invention is not limited to such embodiments, and can be used for both gasoline engines and diesel engines.

この発明の第１の実施形態の機能ブロック図。The functional block diagram of 1st Embodiment of this invention. モータリング圧力曲線および点火を生じたときの圧力曲線を表す図。The figure showing a motoring pressure curve and a pressure curve when ignition was produced. ピストン位置を計算するための概念図。The conceptual diagram for calculating a piston position. 着火遅れ時間算出のメインフローを示すフローチャート。The flowchart which shows the main flow of ignition delay time calculation. 有効筒内圧算出の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of effective cylinder pressure calculation. エンジン出力算出の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of engine output calculation. ガソリン性状判定の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of gasoline property determination.

符号の説明Explanation of symbols

１０電子制御ユニット（ECU）
１２筒内圧力センサ
１５センサ出力検出部
１９燃焼室（シリンダ）容積計算部
２０モータリング圧力推定部
４１燃焼圧力算出部
４７燃料性状判定部
５１出力算出部
10 Electronic control unit (ECU)
12 In-cylinder pressure sensor 15 Sensor output detector 19 Combustion chamber (cylinder) volume calculator 20 Motoring pressure estimator 41 Combustion pressure calculator 47 Fuel property determiner 51 Output calculator

Claims

内燃機関の燃焼室に設けられた筒内圧力検出手段と、
前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、
前記内燃機関のモータリング圧力を推定する推定手段と、
を備えた内燃機関の燃焼状態検出装置であって、
内燃機関の圧縮行程から燃焼行程に至る期間において、前記筒内圧力検出手段に基づいて検出される圧力と前記推定手段により推定されるモータリング圧力との差が所定値を超える時点を、燃焼開始時点として検出する燃焼開始時点検出手段を備えた、燃焼状態検出装置。 In-cylinder pressure detection means provided in the combustion chamber of the internal combustion engine;
Crank angle detecting means for detecting a crank angle of the internal combustion engine;
Estimating means for estimating the motoring pressure of the internal combustion engine;
A combustion state detection device for an internal combustion engine comprising:
During the period from the compression stroke to the combustion stroke of the internal combustion engine, combustion starts when the difference between the pressure detected by the in-cylinder pressure detection means and the motoring pressure estimated by the estimation means exceeds a predetermined value. A combustion state detection device comprising combustion start time detection means for detecting as a time.

点火時点と前記燃焼開始時点に基づいて、前記混合気の着火遅れ時間を算出し、該着火遅れ時間に基づいて該混合気に含まれる燃料の性状を判定する性状判定手段を備える、請求項１に記載の燃焼状態検出装置。 2. A property determining means for calculating an ignition delay time of the air-fuel mixture based on the ignition time and the combustion start time, and determining a property of fuel contained in the air-fuel mixture based on the ignition delay time. The combustion state detection apparatus as described in.

前記性状判定手段は、前記着火遅れ時間をしきい値と比較して前記燃料の性状を判定し、該しきい値は、前記内燃機関の始動時とその他の時期とで異なる値をとる、請求項２に記載の燃焼状態検出装置。 The property determination means determines the property of the fuel by comparing the ignition delay time with a threshold value, and the threshold value takes different values when the internal combustion engine is started and at other times. Item 3. The combustion state detection device according to Item 2.

前記燃焼開始点から所定クランク角度までの区間における、前記筒内圧力検出手段の出力と、前記推定手段により推定されるモータリング圧力との差分を積分する積分手段と、
該積分の値に基づいて燃焼により発生する有効筒内圧力を算出する有効筒内圧力算出手段と、
運転状態に基づいて前記内燃機関の出力損失を算出する出力損失算出手段と、
前記有効筒内圧力と前記出力損失に基づいて、前記内燃機関の出力を算出する出力算出手段と、
を備える、請求項１に記載の燃焼状態検出装置。 Integrating means for integrating the difference between the output of the in-cylinder pressure detecting means and the motoring pressure estimated by the estimating means in a section from the combustion start point to a predetermined crank angle;
An effective in-cylinder pressure calculating means for calculating an effective in-cylinder pressure generated by combustion based on the integral value;
An output loss calculating means for calculating an output loss of the internal combustion engine based on an operating state;
Output calculating means for calculating the output of the internal combustion engine based on the effective in-cylinder pressure and the output loss;
The combustion state detection device according to claim 1, comprising: