JP2007127004A - State quantity estimation device of internal combustion engine, control device of internal combustion engine, and method of estimating state amount of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、筒内で混合気を燃焼させる内燃機関の状態量を推定する内燃機関の状態量推定装置、内燃機関の制御装置、及び内燃機関の状態量推定方法に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine state quantity estimation device, an internal combustion engine control device, and an internal combustion engine state quantity estimation method that estimate a state quantity of an internal combustion engine that burns an air-fuel mixture in a cylinder.
内燃機関の筒内温度を熱電対等の温度センサにより測定することは、温度センサの耐熱性・耐久性と応答性が不十分であることや、内燃機関に装着することが容易でないために、実用することが困難である。そのため、内燃機関の吸気弁が閉じたときの筒内温度が不明であり、熱発生、エミッション生成、ノックの発生等の燃焼時の挙動を推定することが困難である。内燃機関の燃焼時の挙動を推定するためには、温度センサを用いることなく内燃機関の筒内温度を推定できることが要求される。 Measuring the in-cylinder temperature of an internal combustion engine with a temperature sensor such as a thermocouple is practical because the temperature sensor's heat resistance, durability, and responsiveness are insufficient, and it is not easy to install in an internal combustion engine. Difficult to do. Therefore, the in-cylinder temperature when the intake valve of the internal combustion engine is closed is unknown, and it is difficult to estimate the behavior during combustion such as heat generation, emission generation, knock generation, and the like. In order to estimate the behavior of an internal combustion engine during combustion, it is required that the in-cylinder temperature of the internal combustion engine can be estimated without using a temperature sensor.
内燃機関の筒内ガス状態量を推定する装置としては、下記特許文献１に示すものが開示されている。特許文献１においては、各種物理モデルを組み合わせたシミュレーション結果と筒内相対圧力センサ出力との比較に基づいて、筒内ガス状態量を逆算している。 As an apparatus for estimating an in-cylinder gas state quantity of an internal combustion engine, an apparatus shown in Patent Document 1 below is disclosed. In Patent Document 1, the in-cylinder gas state quantity is calculated backward based on a comparison between a simulation result obtained by combining various physical models and an in-cylinder relative pressure sensor output.
また、ノックの発生を抑止する内燃機関の制御装置としては、下記特許文献２に示すものが開示されている。特許文献２においては、既燃部と未燃部との燃焼室２領域サイクルシミュレーションに自着火モデルを組み合わせて自着火発生時期と自着火による発熱量を予測し、トレースノック点火時期を予測することによって内燃機関の燃焼制御を行っている。 Moreover, what is shown to the following patent document 2 is disclosed as a control apparatus of the internal combustion engine which suppresses generation | occurrence | production of a knock. In Patent Document 2, a self-ignition model and a calorific value due to self-ignition are predicted by combining an auto-ignition model with a combustion chamber two-region cycle simulation of a burned part and an unburned part, and a trace knock ignition timing is predicted. Thus, combustion control of the internal combustion engine is performed.
特許文献１においては、シミュレーションに用いられる各種物理モデルに仮定が多く含まれるため、逆算された筒内ガス状態量の精度を確保することが困難である。特に、筒内ガスからの燃焼室壁面への熱伝達量を推定するモデルには一般性が欠けており、異なる内燃機関ごとに定数適合を行う必要があるため、推定精度を確保することが困難である。 In Patent Literature 1, since various assumptions are included in various physical models used for simulation, it is difficult to ensure the accuracy of the in-cylinder gas state quantity calculated backward. In particular, the model that estimates the amount of heat transfer from the in-cylinder gas to the combustion chamber wall lacks generality, and it is necessary to perform constant adaptation for each different internal combustion engine, making it difficult to ensure estimation accuracy. It is.
また、特許文献２においては、自着火発生時期と自着火による発熱量を予測する際に、熱発生パターンや燃焼室壁面からの伝熱量を仮定する必要がある。自着火発生時期と自着火による発熱量の予測精度を確保することが困難であり、ノックの発生を抑止する燃焼制御を精度よく行うことが困難である。 Further, in Patent Document 2, it is necessary to assume a heat generation pattern and a heat transfer amount from the combustion chamber wall surface when predicting a self-ignition occurrence time and a heat generation amount due to self-ignition. It is difficult to ensure the prediction timing of the self-ignition occurrence time and the amount of heat generated by the self-ignition, and it is difficult to accurately perform the combustion control for suppressing the occurrence of knock.
本発明は、内燃機関の状態量を容易かつ精度よく推定することができる内燃機関の状態量推定装置及び状態量推定方法を提供することを目的とする。また、本発明は、内燃機関の燃焼制御を精度よく行うことができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an internal combustion engine state quantity estimation device and a state quantity estimation method capable of easily and accurately estimating a state quantity of an internal combustion engine. Another object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can accurately control the combustion of the internal combustion engine.
本発明に係る内燃機関の状態量推定装置、内燃機関の制御装置、及び内燃機関の状態量推定方法は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。 The internal combustion engine state quantity estimation device, internal combustion engine control apparatus, and internal combustion engine state quantity estimation method according to the present invention employ the following means in order to achieve the above-described object.
本発明に係る内燃機関の状態量推定装置は、筒内で混合気を燃焼させる内燃機関の状態量を推定する内燃機関の状態量推定装置であって、内燃機関の筒内圧力を取得する筒内圧力取得部と、内燃機関の排気ガスにおける所定成分の濃度を検出する排気濃度検出部と、筒内圧力取得部による取得筒内圧力と排気濃度検出部による所定成分の検出濃度とに基づいて内燃機関の筒内温度を推定する筒内温度推定部と、を備えることを要旨とする。 An internal combustion engine state quantity estimation apparatus according to the present invention is an internal combustion engine state quantity estimation apparatus that estimates an internal combustion engine state quantity for burning an air-fuel mixture in a cylinder, and is a cylinder that acquires an in-cylinder pressure of the internal combustion engine. Based on the internal pressure acquisition unit, the exhaust concentration detection unit that detects the concentration of the predetermined component in the exhaust gas of the internal combustion engine, the acquired in-cylinder pressure by the in-cylinder pressure acquisition unit, and the detected concentration of the predetermined component by the exhaust concentration detection unit And a cylinder temperature estimating unit that estimates the cylinder temperature of the internal combustion engine.
本発明によれば、内燃機関の排気ガスにおける所定成分の濃度の筒内温度依存性を利用して、内燃機関の筒内圧力と排気ガスの所定成分の検出濃度とに基づいて内燃機関の筒内温度を推定することができる。したがって、内燃機関の状態量を容易かつ精度よく推定することができる。 According to the present invention, the cylinder of the internal combustion engine is determined based on the in-cylinder pressure of the internal combustion engine and the detected concentration of the predetermined component of the exhaust gas by utilizing the in-cylinder temperature dependence of the concentration of the predetermined component in the exhaust gas of the internal combustion engine. The internal temperature can be estimated. Therefore, the state quantity of the internal combustion engine can be estimated easily and accurately.
本発明の一態様では、筒内温度推定部は、内燃機関の仮筒内温度を設定するとともに該仮筒内温度を補正する筒内温度補正部と、筒内温度補正部による仮筒内温度と筒内圧力取得部による取得筒内圧力とに基づいて内燃機関の排気ガスにおける所定成分の濃度を推定する排気濃度推定部と、を有し、筒内温度補正部は、排気濃度推定部による所定成分の推定濃度と排気濃度検出部による所定成分の検出濃度との偏差の絶対値が減少するよう仮筒内温度を補正し、筒内温度推定部は、排気濃度推定部による所定成分の推定濃度と排気濃度検出部による所定成分の検出濃度との偏差の絶対値が設定量以下であるときの仮筒内温度を基に内燃機関の筒内温度を推定することが好適である。こうすれば、内燃機関の仮筒内温度及び筒内圧力を基に算出した排気ガスの所定成分の推定濃度を排気ガスの所定成分の検出濃度と比較して、それらの偏差の絶対値が減少するように仮筒内温度を補正することで、内燃機関の筒内温度を容易かつ精度よく推定することができる。この態様では、排気濃度推定部は、内燃機関の筒内圧力及び筒内温度に対して前記所定成分の濃度を関連付ける排気濃度推定モデルを用いて、該所定成分の濃度を推定することが好適である。こうすれば、排気濃度推定モデルを用いて排気ガスの所定成分の推定濃度を容易かつ精度よく算出することができる。また、この態様では、筒内温度補正部は、内燃機関の吸気弁閉時の仮筒内温度を設定するとともに該仮筒内温度を補正することが好適である。こうすれば、吸気弁閉時の筒内温度を容易かつ精度よく推定することができる。 In one aspect of the present invention, the in-cylinder temperature estimating unit sets the temporary in-cylinder temperature of the internal combustion engine and corrects the temporary in-cylinder temperature, and the temporary in-cylinder temperature by the in-cylinder temperature correcting unit. And an exhaust concentration estimating unit that estimates the concentration of a predetermined component in the exhaust gas of the internal combustion engine based on the in-cylinder pressure acquired by the in-cylinder pressure acquiring unit, and the in-cylinder temperature correcting unit is provided by the exhaust concentration estimating unit The temporary in-cylinder temperature is corrected so that the absolute value of the deviation between the estimated concentration of the predetermined component and the detected concentration of the predetermined component by the exhaust concentration detection unit is reduced, and the in-cylinder temperature estimation unit estimates the predetermined component by the exhaust concentration estimation unit. It is preferable to estimate the in-cylinder temperature of the internal combustion engine based on the temporary in-cylinder temperature when the absolute value of the deviation between the concentration and the detected concentration of the predetermined component by the exhaust concentration detection unit is equal to or less than the set amount. In this way, the estimated concentration of the predetermined component of the exhaust gas calculated based on the temperature in the temporary cylinder and the pressure in the cylinder of the internal combustion engine is compared with the detected concentration of the predetermined component of the exhaust gas, and the absolute value of the deviation decreases. In this way, by correcting the temporary in-cylinder temperature, the in-cylinder temperature of the internal combustion engine can be estimated easily and accurately. In this aspect, it is preferable that the exhaust concentration estimation unit estimates the concentration of the predetermined component using an exhaust concentration estimation model that relates the concentration of the predetermined component to the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature of the internal combustion engine. is there. In this way, the estimated concentration of the predetermined component of the exhaust gas can be easily and accurately calculated using the exhaust concentration estimation model. In this aspect, it is preferable that the in-cylinder temperature correction unit sets the temporary in-cylinder temperature when the intake valve of the internal combustion engine is closed and corrects the temporary in-cylinder temperature. In this way, the in-cylinder temperature when the intake valve is closed can be estimated easily and accurately.
本発明の一態様では、前記所定成分の濃度は、窒素酸化物の濃度であることが好適である。こうすれば、内燃機関の排気ガスにおける窒素酸化物濃度の筒内温度依存性を利用して、内燃機関の筒内温度を容易かつ精度よく推定することができる。 In one embodiment of the present invention, it is preferable that the concentration of the predetermined component is a concentration of nitrogen oxides. In this way, the in-cylinder temperature of the internal combustion engine can be estimated easily and accurately using the in-cylinder temperature dependence of the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine.
また、本発明に係る内燃機関の状態量推定装置は、筒内で混合気を燃焼させる内燃機関の状態量を推定する内燃機関の状態量推定装置であって、内燃機関の筒内圧力を取得する筒内圧力取得部と、内燃機関のノックまたは自着火の開始時期を検出する自着火時期検出部と、筒内圧力取得部による取得筒内圧力と自着火時期検出部によるノックまたは自着火の検出開始時期とに基づいて内燃機関の筒内温度を推定する筒内温度推定部と、を備えることを要旨とする。 An internal combustion engine state quantity estimation apparatus according to the present invention is an internal combustion engine state quantity estimation apparatus for estimating an internal combustion engine state quantity for burning an air-fuel mixture in a cylinder, and acquires an in-cylinder pressure of the internal combustion engine. The in-cylinder pressure acquisition unit, the self-ignition timing detection unit that detects the start timing of knocking or self-ignition of the internal combustion engine, and the in-cylinder pressure acquisition unit that acquires the in-cylinder pressure and the self-ignition timing detection unit. The gist of the present invention is to include an in-cylinder temperature estimation unit that estimates the in-cylinder temperature of the internal combustion engine based on the detection start timing.
本発明によれば、内燃機関のノックまたは自着火の開始時期の筒内温度依存性を利用して、内燃機関の筒内圧力とノックまたは自着火の検出開始時期とに基づいて内燃機関の筒内温度を推定することができる。したがって、内燃機関の状態量を容易かつ精度よく推定することができる。 According to the present invention, the cylinder temperature of the internal combustion engine is determined based on the in-cylinder pressure of the internal combustion engine and the detection start timing of the knock or self-ignition using the in-cylinder temperature dependence of the start timing of knock or self-ignition of the internal combustion engine. The internal temperature can be estimated. Therefore, the state quantity of the internal combustion engine can be estimated easily and accurately.
本発明の一態様では、筒内温度推定部は、内燃機関の仮筒内温度を設定するとともに該仮筒内温度を補正する筒内温度補正部と、筒内温度補正部による仮筒内温度と筒内圧力取得部による取得筒内圧力とに基づいて内燃機関のノックまたは自着火の開始時期を推定する自着火時期推定部と、を有し、筒内温度補正部は、自着火時期推定部によるノックまたは自着火の推定開始時期と自着火時期検出部によるノックまたは自着火の検出開始時期との偏差の絶対値が減少するよう仮筒内温度を補正し、筒内温度推定部は、自着火時期推定部によるノックまたは自着火の推定開始時期と自着火時期検出部によるノックまたは自着火の検出開始時期との偏差の絶対値が設定量以下であるときの仮筒内温度を基に内燃機関の筒内温度を推定することが好適である。こうすれば、内燃機関の仮筒内温度及び筒内圧力を基に算出したノックまたは自着火の推定開始時期をノックまたは自着火の検出開始時期と比較して、それらの偏差の絶対値が減少するように仮筒内温度を補正することで、内燃機関の筒内温度を容易かつ精度よく推定することができる。この態様では、自着火時期推定部は、内燃機関の筒内圧力及び筒内温度に対してノックまたは自着火の開始時期を関連付ける自着火時期推定モデルを用いて、ノックまたは自着火の開始時期を推定することが好適である。こうすれば、自着火時期推定モデルを用いてノックまたは自着火の推定開始時期を容易かつ精度よく算出することができる。また、この態様では、筒内温度補正部は、内燃機関の吸気弁閉時の仮筒内温度を設定するとともに該仮筒内温度を補正することが好適である。こうすれば、吸気弁閉時の筒内温度を容易かつ精度よく推定することができる。 In one aspect of the present invention, the in-cylinder temperature estimating unit sets the temporary in-cylinder temperature of the internal combustion engine and corrects the temporary in-cylinder temperature, and the temporary in-cylinder temperature by the in-cylinder temperature correcting unit. And a self-ignition timing estimation unit for estimating the start timing of knocking or self-ignition of the internal combustion engine based on the in-cylinder pressure acquired by the in-cylinder pressure acquisition unit, and the in-cylinder temperature correction unit estimates the self-ignition timing The in-cylinder temperature estimator corrects the temporary in-cylinder temperature so that the absolute value of the deviation between the knock or self-ignition estimation start time by the part and the knock or self-ignition detection start time by the self-ignition time detection part decreases. Based on the in-cylinder temperature when the absolute value of the deviation between the knocking or self-ignition estimation start time by the self-ignition timing estimation unit and the knock or self-ignition detection start time by the self-ignition timing detection unit is less than the set amount It is preferable to estimate the in-cylinder temperature of an internal combustion engine. It is. By doing this, the estimated start timing of knock or self-ignition calculated based on the in-cylinder temperature and the in-cylinder pressure of the internal combustion engine is compared with the detection start timing of knock or self-ignition, and the absolute value of the deviation is reduced. In this way, by correcting the temporary in-cylinder temperature, the in-cylinder temperature of the internal combustion engine can be estimated easily and accurately. In this aspect, the self-ignition timing estimation unit uses the self-ignition timing estimation model that associates the start timing of knock or self-ignition to the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature of the internal combustion engine to determine the start timing of knock or self-ignition. It is preferable to estimate. In this way, it is possible to easily and accurately calculate the estimated start timing of knock or self-ignition using the self-ignition timing estimation model. In this aspect, it is preferable that the in-cylinder temperature correction unit sets the temporary in-cylinder temperature when the intake valve of the internal combustion engine is closed and corrects the temporary in-cylinder temperature. In this way, the in-cylinder temperature when the intake valve is closed can be estimated easily and accurately.
本発明の一態様では、筒内圧力取得部による取得筒内圧力と筒内温度推定部による推定筒内温度とに基づいて内燃機関の筒内混合気量を推定する筒内混合気量推定部を備えることが好適である。こうすれば、内燃機関の筒内混合気量を容易かつ精度よく推定することができる。この態様では、内燃機関の燃料噴射量を取得する燃料噴射量取得部と、内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出部と、燃料噴射量取得部による取得燃料噴射量と空燃比検出部による検出空燃比とに基づいて内燃機関の筒内新気量を推定する筒内新気量推定部と、を備えることが好適である。こうすれば、内燃機関の筒内新気量を容易かつ精度よく推定することができる。さらに、筒内混合気量推定部による推定筒内混合気量と筒内新気量推定部による推定筒内新気量とに基づいて内燃機関の筒内残留ガス量または筒内残留ガス割合を推定する筒内残留ガス推定部を備えることが好適である。こうすれば、内燃機関の筒内残留ガス量または筒内残留ガス割合を容易かつ精度よく推定することができる。 In one aspect of the present invention, an in-cylinder mixture amount estimation unit that estimates an in-cylinder mixture amount of an internal combustion engine based on an in-cylinder pressure acquired by an in-cylinder pressure acquisition unit and an estimated in-cylinder temperature by an in-cylinder temperature estimation unit Is preferably provided. In this way, the in-cylinder mixture amount of the internal combustion engine can be estimated easily and accurately. In this aspect, the fuel injection amount acquisition unit that acquires the fuel injection amount of the internal combustion engine, the air-fuel ratio detection unit that detects the air-fuel ratio of the internal combustion engine, the fuel injection amount acquired by the fuel injection amount acquisition unit, and the air-fuel ratio detection unit It is preferable to include an in-cylinder fresh air amount estimation unit that estimates the in-cylinder fresh air amount of the internal combustion engine based on the detected air-fuel ratio. In this way, the amount of fresh air in the cylinder of the internal combustion engine can be estimated easily and accurately. Further, the in-cylinder residual gas amount or the in-cylinder residual gas ratio of the internal combustion engine is calculated based on the estimated in-cylinder mixture amount by the in-cylinder mixture amount estimation unit and the estimated in-cylinder fresh air amount by the in-cylinder fresh air amount estimation unit. It is preferable to provide an in-cylinder residual gas estimation unit for estimation. In this way, the in-cylinder residual gas amount or the in-cylinder residual gas ratio of the internal combustion engine can be estimated easily and accurately.
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、本発明に係る内燃機関の状態量推定装置を備え、筒内で混合気を点火させて燃焼させる内燃機関の点火時期を制御する内燃機関の制御装置であって、内燃機関のノックまたは自着火を検出する自着火検出部と、自着火検出部によりノックまたは自着火が検出された場合に点火時期を遅角させる点火時期制御部と、を備え、点火時期制御部は、筒内圧力取得部で取得されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内圧力と筒内温度推定部で推定されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内温度とに基づいて点火時期を遅角させる場合の筒内圧力及び筒内温度を予測する遅角時状態量予測部と、遅角時状態量予測部で予測された筒内圧力及び筒内温度に基づいて点火時期を遅角させる場合のノックまたは自着火の発生を予測する遅角時自着火予測部と、を有し、遅角時自着火予測部によるノックまたは自着火の発生の予測結果を基に点火時期の遅角量を決定することを要旨とする。 The control device for an internal combustion engine according to the present invention includes the state quantity estimation device for an internal combustion engine according to the present invention, and controls the ignition timing of the internal combustion engine that ignites and burns the air-fuel mixture in the cylinder. A self-ignition detection unit that detects knock or self-ignition of an internal combustion engine, and an ignition timing control unit that retards the ignition timing when knock or self-ignition is detected by the self-ignition detection unit The ignition timing control unit is configured such that the cylinder pressure when the knock or self-ignition acquired by the cylinder pressure acquisition unit is detected and the cylinder when the knock or self-ignition estimated by the cylinder temperature estimation unit is detected. In-cylinder pressure and in-cylinder predicted by the retarded angle state quantity predicting unit, and in-cylinder pressure and in-cylinder predicted by the retarded angle state quantity predicting unit when the ignition timing is retarded based on the inside temperature No delay when retarding ignition timing based on temperature A retarded angle auto-ignition prediction unit that predicts the occurrence of ignition or self-ignition, and determines the retard amount of the ignition timing based on the prediction result of the occurrence of knock or auto-ignition by the retarded angle auto-ignition prediction unit The gist is to do.
本発明によれば、ノックまたは自着火が検出された場合の筒内圧力及び筒内温度を基に点火時期を遅角させる場合の筒内圧力及び筒内温度を予測し、この予測した点火時期を遅角させる場合の筒内圧力及び筒内温度を基に点火時期を遅角させる場合のノックまたは自着火の発生を予測する。そして、点火時期を遅角させる場合のノックまたは自着火の発生の予測結果を基に点火時期の遅角量を決定することで、必要最小限の点火時期の遅角量で内燃機関のノックの発生を抑止することができる。したがって、内燃機関のノックの発生を抑止する制御を精度よく行うことができ、内燃機関の燃焼制御を精度よく行うことができる。 According to the present invention, the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature when the ignition timing is retarded are predicted based on the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature when knocking or self-ignition is detected. The occurrence of knocking or self-ignition when the ignition timing is retarded is predicted based on the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature when retarding. Then, by determining the amount of retardation of the ignition timing based on the prediction result of the occurrence of knocking or self-ignition when retarding the ignition timing, the knocking amount of the internal combustion engine can be reduced with the minimum amount of retardation of the ignition timing. Occurrence can be suppressed. Therefore, it is possible to accurately control the occurrence of knocking in the internal combustion engine, and to accurately control the combustion of the internal combustion engine.
本発明の一態様では、遅角時状態量予測部は、筒内圧力取得部で取得されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内圧力と筒内温度推定部で推定されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内温度とに基づいてノックまたは自着火が検出された場合の質量燃焼割合を推定し、該推定した質量燃焼割合に基づいて点火時期を遅角させる場合の筒内圧力及び筒内温度を予測することが好適である。こうすれば、ノックまたは自着火が検出された場合の質量燃焼割合を基に点火時期を遅角させる場合の筒内圧力及び筒内温度を容易かつ精度よく予測することができ、点火時期を遅角させる場合のノックまたは自着火の発生を容易かつ精度よく予測することができる。 In one aspect of the present invention, the retarded state quantity predicting unit includes a knock acquired by the in-cylinder pressure acquiring unit or a knock estimated by the in-cylinder pressure and in-cylinder temperature estimating unit when self-ignition is detected or A cylinder for estimating the mass combustion ratio when knocking or self-ignition is detected based on the in-cylinder temperature when self-ignition is detected, and retarding the ignition timing based on the estimated mass combustion ratio It is preferable to predict the internal pressure and the in-cylinder temperature. In this way, it is possible to easily and accurately predict the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature when retarding the ignition timing based on the mass combustion ratio when knocking or self-ignition is detected, and delay the ignition timing. It is possible to easily and accurately predict the occurrence of knocking or self-ignition when cornering.
本発明の一態様では、遅角時自着火予測部は、内燃機関の筒内圧力及び筒内温度に対してノックまたは自着火の開始時期を関連付ける自着火時期推定モデルを用いて、点火時期を遅角させる場合のノックまたは自着火の発生を予測することが好適である。こうすれば、自着火時期推定モデルを用いて点火時期を遅角させる場合のノックまたは自着火の発生を容易かつ精度よく予測することができる。 In one aspect of the present invention, the retarded-time self-ignition prediction unit uses an auto-ignition timing estimation model that associates the start timing of knock or auto-ignition with respect to the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature of the internal combustion engine, to determine the ignition timing. It is preferable to predict the occurrence of knocking or self-ignition when retarding. By so doing, it is possible to easily and accurately predict the occurrence of knocking or self-ignition when the ignition timing is retarded using the self-ignition timing estimation model.
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、本発明に係る内燃機関の状態量推定装置と、筒内で混合気を燃焼させる可変圧縮比型内燃機関の圧縮比を制御する圧縮比制御部と、を備える内燃機関の制御装置であって、圧縮比制御部は、筒内圧力取得部で取得された筒内圧力と筒内温度推定部で推定された筒内温度とに基づいて圧縮比を変化させる場合の筒内圧力及び筒内温度を予測する圧縮比変化時状態量予測部と、圧縮比変化時状態量予測部で予測された筒内圧力及び筒内温度に基づいて圧縮比を変化させる場合のノックまたは自着火の発生を予測する圧縮比変化時自着火予測部と、を有し、圧縮比変化時自着火予測部によるノックまたは自着火の発生の予測結果を基に圧縮比の変化量を決定することを要旨とする。 An internal combustion engine control apparatus according to the present invention includes an internal combustion engine state quantity estimation apparatus according to the present invention and a compression ratio control unit that controls a compression ratio of a variable compression ratio internal combustion engine that burns an air-fuel mixture in a cylinder. The compression ratio control unit is configured to compress the compression ratio based on the in-cylinder pressure acquired by the in-cylinder pressure acquisition unit and the in-cylinder temperature estimated by the in-cylinder temperature estimation unit. The compression ratio change state quantity prediction unit for predicting the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature when changing the compression ratio, and the compression ratio based on the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature predicted by the compression ratio change state quantity prediction unit. A compression ratio change self-ignition prediction unit that predicts the occurrence of knock or self-ignition when changing, and the compression ratio based on the prediction result of the occurrence of knock or self-ignition by the self-ignition prediction unit when the compression ratio changes The gist is to determine the amount of change.
本発明によれば、内燃機関の筒内圧力及び筒内温度を基に圧縮比を変化させる場合の筒内圧力及び筒内温度を予測し、この予測した圧縮比を変化させる場合の筒内圧力及び筒内温度を基に圧縮比を変化させる場合のノックまたは自着火の発生を予測する。そして、圧縮比を変化させる場合のノックまたは自着火の発生の予測結果を基に圧縮比の変化量を決定することで、必要最小限の圧縮比の変化量で火花点火機関のノックの発生を抑止する制御や圧縮自着火機関の自着火時期の制御を精度よく行うことができる。したがって、内燃機関の燃焼制御を精度よく行うことができる。 According to the present invention, the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature when the compression ratio is changed based on the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature of the internal combustion engine are predicted, and the in-cylinder pressure when the predicted compression ratio is changed. In addition, the occurrence of knocking or self-ignition when the compression ratio is changed based on the in-cylinder temperature is predicted. Then, by determining the amount of change in the compression ratio based on the prediction result of the occurrence of knocking or self-ignition when the compression ratio is changed, the occurrence of knocking in the spark ignition engine with the minimum amount of change in the compression ratio is determined. It is possible to accurately control the suppression and the self-ignition timing of the compression self-ignition engine. Therefore, the combustion control of the internal combustion engine can be performed with high accuracy.
本発明の一態様では、圧縮比変化時自着火予測部は、内燃機関の筒内圧力及び筒内温度に対してノックまたは自着火の開始時期を関連付ける自着火時期推定モデルを用いて、圧縮比を変化させる場合のノックまたは自着火の発生を予測することが好適である。こうすれば、自着火時期推定モデルを用いて圧縮比を変化させる場合のノックまたは自着火の発生を容易かつ精度よく予測することができる。 In one aspect of the present invention, the compression ratio change self-ignition prediction unit uses a self-ignition timing estimation model that associates the start timing of knocking or self-ignition with respect to the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature of the internal combustion engine. It is preferable to predict the occurrence of knocking or self-ignition when changing. By so doing, it is possible to easily and accurately predict the occurrence of knocking or self-ignition when the compression ratio is changed using the self-ignition timing estimation model.
本発明の一態様では、可変圧縮比型内燃機関は、筒内で混合気を点火させて燃焼させる火花点火機関であり、内燃機関のノックまたは自着火を検出する自着火検出部をさらに備え、圧縮比制御部は、自着火検出部によりノックまたは自着火が検出された場合に圧縮比を低減させ、圧縮比変化時状態量予測部は、筒内圧力取得部で取得されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内圧力と筒内温度推定部で推定されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内温度とに基づいて圧縮比を低減させる場合の筒内圧力及び筒内温度を予測し、圧縮比変化時自着火予測部は、圧縮比変化時状態量予測部で予測された筒内圧力及び筒内温度に基づいて圧縮比を低減させる場合のノックまたは自着火の発生を予測し、圧縮比制御部は、圧縮比変化時自着火予測部によるノックまたは自着火の発生の予測結果を基に圧縮比の低減量を決定することが好適である。こうすれば、必要最小限の圧縮比の低減量で火花点火機関のノックの発生を抑止する制御を精度よく行うことができる。この態様では、圧縮比変化時状態量予測部は、筒内圧力取得部で取得されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内圧力と筒内温度推定部で推定されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内温度とに基づいてノックまたは自着火が検出された場合の質量燃焼割合を推定し、該推定した質量燃焼割合に基づいて圧縮比を低減させる場合の筒内圧力及び筒内温度を予測することが好適である。こうすれば、ノックまたは自着火が検出された場合の質量燃焼割合を基に圧縮比を低減させる場合の筒内圧力及び筒内温度を容易かつ精度よく予測することができ、圧縮比を低減させる場合のノックまたは自着火の発生を容易かつ精度よく予測することができる。 In one aspect of the present invention, the variable compression ratio internal combustion engine is a spark ignition engine that ignites and burns an air-fuel mixture in a cylinder, and further includes a self-ignition detection unit that detects knock or self-ignition of the internal combustion engine, The compression ratio control unit reduces the compression ratio when knocking or self-ignition is detected by the self-ignition detecting unit, and the state quantity predicting unit at the time of changing the compression ratio is knocked or self-ignited acquired by the in-cylinder pressure acquiring unit. The in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature when the compression ratio is reduced based on the in-cylinder pressure when the in-cylinder is detected and the in-cylinder temperature when the knock or self-ignition estimated by the in-cylinder temperature estimation unit is detected The compression ratio change self-ignition prediction unit determines whether knock or self-ignition occurs when the compression ratio is reduced based on the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature predicted by the compression ratio change state quantity prediction unit. The compression ratio control unit predicts when the compression ratio changes. It is preferable to determine the amount of reduction in the compression ratio based on the prediction result of the knock or auto-ignition of the generator by the ignition prediction unit. In this way, it is possible to accurately perform control for suppressing the occurrence of knocking in the spark ignition engine with a minimum amount of reduction in the compression ratio. In this aspect, the state quantity prediction unit at the time of compression ratio change is the knock or self-ignition estimated by the in-cylinder pressure and in-cylinder temperature estimation unit when the knock or self-ignition acquired by the in-cylinder pressure acquisition unit is detected. The in-cylinder pressure when reducing the compression ratio based on the estimated mass combustion ratio is estimated based on the in-cylinder temperature when the engine is detected and knocking or self-ignition is detected. It is preferable to predict the in-cylinder temperature. In this way, it is possible to easily and accurately predict the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature when reducing the compression ratio based on the mass combustion ratio when knocking or self-ignition is detected, thereby reducing the compression ratio. The occurrence of knocking or self-ignition can be easily and accurately predicted.
本発明の一態様では、可変圧縮比型内燃機関は、筒内で混合気を圧縮することで自着火させて燃焼させる圧縮自着火機関であることが好適である。こうすれば、圧縮自着火機関の自着火時期の制御を精度よく行うことができる。 In one aspect of the present invention, it is preferable that the variable compression ratio internal combustion engine is a compression self-ignition engine that self-ignites and burns by compressing an air-fuel mixture in a cylinder. In this way, it is possible to accurately control the self-ignition timing of the compression self-ignition engine.
また、本発明に係る内燃機関の状態量推定方法は、筒内で混合気を燃焼させる内燃機関の状態量を推定する内燃機関の状態量推定方法であって、内燃機関の筒内圧力を取得する筒内圧力取得ステップと、内燃機関の排気ガスにおける所定成分の濃度を検出する排気濃度検出ステップと、筒内圧力取得ステップによる取得筒内圧力と排気濃度検出ステップによる所定成分の検出濃度とに基づいて内燃機関の筒内温度を推定する筒内温度推定ステップと、を含むことを要旨とする。 An internal combustion engine state quantity estimation method according to the present invention is an internal combustion engine state quantity estimation method for estimating an internal combustion engine state quantity for burning an air-fuel mixture in a cylinder, and acquires an in-cylinder pressure of the internal combustion engine. An in-cylinder pressure acquisition step, an exhaust concentration detection step for detecting the concentration of a predetermined component in the exhaust gas of the internal combustion engine, an acquired in-cylinder pressure in the in-cylinder pressure acquisition step, and a detected concentration of the predetermined component in the exhaust concentration detection step And an in-cylinder temperature estimating step for estimating the in-cylinder temperature of the internal combustion engine based on the above.
また、本発明に係る内燃機関の状態量推定方法は、筒内で混合気を燃焼させる内燃機関の状態量を推定する内燃機関の状態量推定方法であって、内燃機関の筒内圧力を取得する筒内圧力取得ステップと、内燃機関のノックまたは自着火の開始時期を検出する自着火時期検出ステップと、筒内圧力取得ステップによる取得筒内圧力と自着火時期検出ステップによるノックまたは自着火の検出開始時期とに基づいて内燃機関の筒内温度を推定する筒内温度推定ステップと、を含むことを要旨とする。 An internal combustion engine state quantity estimation method according to the present invention is an internal combustion engine state quantity estimation method for estimating an internal combustion engine state quantity for burning an air-fuel mixture in a cylinder, and acquires an in-cylinder pressure of the internal combustion engine. In-cylinder pressure acquisition step, internal combustion engine knock or self-ignition start timing detection step, in-cylinder pressure acquisition step acquired in-cylinder pressure and self-ignition timing detection step knock or self-ignition And an in-cylinder temperature estimation step for estimating the in-cylinder temperature of the internal combustion engine based on the detection start timing.
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
「全体構成」
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の状態量推定装置を備える内燃機関の制御装置の構成の概略を示す図である。内燃機関（エンジン）１０は、ピストン−クランク機構を用いた周知の構成で実現可能であり、火花点火機関として構成されている。吸気行程では、吸気弁が開いており吸気ガスが筒内に吸入される。圧縮行程では、吸気弁が閉じており筒内の吸気ガスがピストンにより圧縮される。そして、筒内の吸気ガス（混合気）が点火プラグにより点火されることで燃焼する。膨張行程では、燃焼後の筒内ガスが膨張することでクランク軸に動力を発生させる。排気行程では、排気弁が開いており燃焼後の筒内ガスが排気ガスとして排出される。ただし、後述するように、内燃機関１０を、筒内で混合気を圧縮することで自着火させて燃焼させる圧縮自着火機関により構成することもできる。
"overall structure"
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a control device for an internal combustion engine including an internal combustion engine state quantity estimation device according to an embodiment of the present invention. The internal combustion engine (engine) 10 can be realized with a known configuration using a piston-crank mechanism, and is configured as a spark ignition engine. In the intake stroke, the intake valve is open and intake gas is drawn into the cylinder. In the compression stroke, the intake valve is closed and the intake gas in the cylinder is compressed by the piston. Then, the intake gas (air mixture) in the cylinder is burned by being ignited by a spark plug. In the expansion stroke, in-cylinder gas after combustion expands to generate power in the crankshaft. In the exhaust stroke, the exhaust valve is open, and the in-cylinder gas after combustion is discharged as exhaust gas. However, as will be described later, the
本実施形態では、内燃機関１０の各種状態量（筒内ガス状態量）を推定するために、クランク角センサ１２、筒内圧力センサ１４、ＮＯｘセンサ１６、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ１８、及びノックセンサ２０が設けられている。クランク角センサ１２は、内燃機関１０のクランク角度θを検出する。筒内圧力センサ１４は、内燃機関１０の筒内圧力（筒内ガス圧力）ｐを検出する。ＮＯｘセンサ１６は、内燃機関１０の排気ガス（筒内で燃焼により発生し且つ排気弁開時に筒内より排出されるガス）中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度ζを検出する。空燃比（Ａ／Ｆ）センサ１８は、内燃機関１０の筒内ガス（混合気）の空燃比Ａ／Ｆを検出する。ノックセンサ２０は、内燃機関１０の筒内ガス（混合気）の燃焼時におけるノックまたは自着火の発生及びその開始時期を検出する。ただし、ノックセンサ２０の代わりに筒内圧力センサ１４を用いて内燃機関１０のノックまたは自着火の発生及びその開始時期を検出することも可能である。
In the present embodiment, in order to estimate various state quantities (in-cylinder gas state quantities) of the
電子制御装置４２は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭと、一時的にデータを記憶するＲＡＭと、入出力ポートと、を備える。この電子制御装置４２には、クランク角センサ１２で検出されたクランク角度θを示す信号、筒内圧力センサ１４で検出された筒内ガス圧力ｐを示す信号、ＮＯｘセンサ１６で検出されたＮＯｘ濃度ζを示す信号、空燃比センサ１８で検出された空燃比Ａ／Ｆを示す信号、及びノックセンサ２０で検出されたノックまたは自着火の発生状態を示す信号等が入力ポートを介して入力されている。一方、電子制御装置４２からは、内燃機関１０の燃料噴射量（燃料噴射弁の開弁時間）を制御するための燃料噴射制御信号、及び内燃機関１０の点火時期を制御するための点火時期制御信号等が出力ポートを介して出力されている。
The
電子制御装置４２は、例えば図１に示す機能ブロック図により構成することができる。電子制御装置４２は、以下に説明する筒内温度推定部５２、筒内混合気量推定部５４、筒内新気量推定部５６、筒内残留ガス推定部５８、及び点火時期制御部６０を備えている。
The
筒内温度推定部５２は、内燃機関１０の筒内温度（筒内ガス温度）Ｔを推定する。ここでの筒内ガス温度Ｔを推定する方法の詳細については後述する。筒内混合気量推定部５４は、クランク角センサ１２による検出クランク角度θ、筒内圧力センサ１４による筒内ガスの検出圧力ｐ、及び筒内温度推定部５２による筒内ガスの推定温度Ｔに基づいて、内燃機関１０の筒内混合気量Ｎを推定する。ここでの筒内混合気量Ｎ（モル数）については、吸気弁閉時から排気弁開時までにおける同一タイミングで検出または推定されたクランク角度θと筒内ガス圧力ｐと筒内ガス温度Ｔを用いて、以下の（１）式で算出することができる。ただし、（１）式において、Ｒは普遍ガス定数である。ｖは内燃機関１０の燃焼室容積であり、クランク角度θから算出することができる。
The in-cylinder
Ｎ＝ｐ×ｖ／（Ｒ×Ｔ） （１） N = p × v / (R × T) (1)
筒内新気量推定部５６は、燃料噴射量及び空燃比センサ１８による検出空燃比Ａ／Ｆに基づいて、内燃機関１０の筒内新気量（空気量＋燃料量）Ｎｆを推定する。ここでの筒内新気量Ｎｆ（モル数）については、以下の（２）式で算出することができる。ただし、（２）式において、Ｍｆは燃料蒸気の平均分子量、Ｍａは空気の平均分子量である。Ｇｆは燃料噴射量（質量）であり、電子制御装置４２において例えば燃料噴射制御信号（燃料噴射弁の開弁時間）から算出（取得）することができる。
The in-cylinder fresh air
Ｎｆ＝Ｇｆ／Ｍｆ＋Ｇｆ×（Ａ／Ｆ）／Ｍａ （２） Nf = Gf / Mf + Gf × (A / F) / Ma (2)
筒内残留ガス推定部５８は、筒内混合気量推定部５４による筒内混合気の推定量Ｎ及び筒内新気量推定部５６による筒内新気の推定量Ｎｆに基づいて、内燃機関１０の筒内残留ガス割合Ｎｒ／Ｎを推定する。ここでの筒内残留ガス割合Ｎｒ／Ｎについては、以下の（３）式で算出することができる。また、筒内残留ガス推定部５８は、筒内混合気の推定量Ｎ及び筒内新気の推定量Ｎｆに基づいて、内燃機関１０の筒内残留ガス量Ｎｒを推定することもできる。その場合の筒内残留ガス量Ｎｒ（モル数）は、以下の（４）式で表される。
The in-cylinder residual
Ｎｒ／Ｎ＝１−Ｎｆ／Ｎ （３）
Ｎｒ＝Ｎ−Ｎｆ （４）
Nr / N = 1−Nf / N (3)
Nr = N−Nf (4)
点火時期制御部６０は、点火時期制御信号により内燃機関１０の点火時期を制御する。ここでの点火時期制御部６０は、ノックセンサ２０（あるいは筒内圧力センサ１４）からの信号に基づきノック（自着火）が発生したと判定した場合は、点火時期を遅角させることでノック（自着火）の発生を抑止する。ここでの点火時期制御の詳細については後述する。
The ignition
「筒内温度推定部の構成」
次に、筒内温度推定部５２のより具体的な構成例について図２を用いて説明する。筒内温度推定部５２は、筒内圧力センサ１４による筒内ガスの検出圧力ｐの履歴及びＮＯｘセンサ１６によるＮＯｘの検出濃度ζに基づいて内燃機関１０の筒内温度（筒内ガス温度）Ｔを推定する。そして、筒内温度推定部５２は、図２に示すように、以下に説明する筒内温度補正部６２、ＮＯｘ濃度推定部６４、及びＮＯｘ濃度比較部６６を備えている。
“Configuration of in-cylinder temperature estimation unit”
Next, a more specific configuration example of the in-cylinder
筒内温度補正部６２は、内燃機関１０の仮筒内温度を設定してＮＯｘ濃度推定部６４へ出力するとともにこの仮筒内温度を補正する。ここでは、内燃機関１０の吸気弁閉時（吸気弁が閉じたとき）の仮筒内温度ＴIVCが設定されるとともにこの仮筒内温度ＴIVCが補正される。ＮＯｘ濃度推定部６４は、筒内温度補正部６２による吸気弁閉時の仮筒内温度ＴIVC及び筒内圧力センサ１４による筒内ガスの検出圧力ｐの履歴に基づいて、内燃機関１０の排気ガス（筒内で燃焼により発生し且つ排気弁開時に筒内より排出されるガス）中に含まれるＮＯｘの濃度ζ0を推定する。ここでは、内燃機関１０の筒内圧力ｐ及び筒内温度Ｔに対してＮＯｘの濃度ζを関連付けるＮＯｘ濃度推定モデルを用いて、ＮＯｘ濃度ζ0が推定される。このＮＯｘ濃度推定モデルの詳細については後述する。
The in-cylinder
ＮＯｘ濃度比較部６６は、ＮＯｘ濃度推定部６４によるＮＯｘの推定濃度ζ0とＮＯｘセンサ１６によるＮＯｘの検出濃度ζとを比較し、それらの偏差Δζを筒内温度補正部６２へ出力する。筒内温度補正部６２は、ＮＯｘ濃度推定部６４によるＮＯｘの推定濃度ζ0とＮＯｘセンサ１６によるＮＯｘの検出濃度ζとの偏差Δζの絶対値が減少するように、ＮＯｘ濃度推定部６４へ出力する吸気弁閉時の仮筒内温度ＴIVCを補正し、且つＮＯｘ推定濃度ζ0とＮＯｘ検出濃度ζとの偏差Δζの絶対値が設定量以下になるまで仮筒内温度ＴIVCの補正を繰り返して行う。例えば筒内温度補正部６２は、ＮＯｘの検出濃度ζの方がＮＯｘの推定濃度ζ0より高い場合は仮筒内温度ＴIVCを高く補正し、ＮＯｘの検出濃度ζの方がＮＯｘの推定濃度ζ0より低い場合は仮筒内温度ＴIVCを低く補正する。ここでは以下の（５）、（６）式に従って吸気弁閉時の仮筒内温度ＴIVCを補正することができる。
The NOx
ただし、（５）、（６）式において、ＴIVC newは補正後の吸気弁閉時の筒内混合気温度の値、ＴIVC oldは補正前の吸気弁閉時の筒内混合気温度の値、ΔＴIVCは補正量、ΔζはＮＯｘの推定濃度ζ0とＮＯｘの検出濃度ζとの偏差である。また、∂ζ／∂ＴIVCは、吸気弁閉時の筒内混合気温度に対するＮＯｘ濃度の感度であり、実験的または解析的に求めることができる。図３に、吸気弁閉時の筒内混合気温度に対するＮＯｘ濃度の感度の一例を示す。ただし、図３において、Ａ／Ｆは空燃比、ＫＬはエンジン負荷である。 In the equations (5) and (6), T IVC new is the value of the in-cylinder mixture temperature when the intake valve is closed after correction, and T IVC old is the in-cylinder mixture temperature when the intake valve is closed before correction. The value, ΔT IVC is the correction amount, and Δζ is the deviation between the estimated NOx concentration ζ 0 and the detected NOx concentration ζ. Further, ∂ζ / ∂T IVC is the sensitivity of the NOx concentration to the in-cylinder mixture temperature when the intake valve is closed, and can be obtained experimentally or analytically. FIG. 3 shows an example of the sensitivity of the NOx concentration with respect to the in-cylinder mixture temperature when the intake valve is closed. In FIG. 3, A / F is the air-fuel ratio, and KL is the engine load.
そして、筒内温度推定部５２は、ＮＯｘ濃度推定部６４によるＮＯｘの推定濃度ζ0とＮＯｘセンサ１６によるＮＯｘの検出濃度ζとの偏差Δζの絶対値が設定量以下であるときの仮筒内温度ＴIVCを、吸気弁閉時（吸気弁が閉じたとき）の推定筒内温度とする。
Then, the in-cylinder
次に、ＮＯｘ濃度推定部６４においてＮＯｘ濃度ζ0の推定に用いられるＮＯｘ濃度推定モデルの一例について説明する。
Next, an example of a NOx concentration estimation model used in the NOx
本実施形態では、以下の３反応１〜３によってＮＯの生成と消滅が記述される、いわゆる拡大Zeldovich機構が用いられる。 In this embodiment, a so-called extended Zeldovich mechanism is used, in which NO generation and elimination are described by the following three reactions 1 to 3.
このモデルでは、いわゆるpromptＮＯや燃料中に含まれるＮ及びＮ2Ｏ機構を無視し、且つＮＯｘをＮＯのみから成ると考え、以下の常微分方程式を用いてＮＯｘ濃度の計算を行う。 In this model, so-called promptNO and N and N 2 O mechanisms contained in the fuel are ignored, and NOx is considered to be composed only of NO, and the NOx concentration is calculated using the following ordinary differential equation.
ただし、（７）〜（１０）式において、［ＮＯ］は、ＮＯのモル濃度（mol/cm3）、つまりＮＯｘ濃度ζ0を表す。また、［Ｘ］は化学種Ｘのモル濃度（mol/cm3）、Ｒ1〜Ｒ3はそれぞれ各反応１〜３の速度（mol/s/cm3）、ｋ1〜ｋ3はそれぞれ各反応１〜３の速度定数、添字ｅは化学平衡値を表す。 However, in the equations (7) to (10), [NO] represents the molar concentration of NO (mol / cm 3 ), that is, the NOx concentration ζ 0 . [X] is the molar concentration (mol / cm 3 ) of chemical species X, R 1 to R 3 are the rates of each reaction 1 to 3 (mol / s / cm 3 ), and k 1 to k 3 are each The rate constants of Reactions 1 to 3, the subscript e represents the chemical equilibrium value.
各化学種の平衡値［Ｘ］eについては、既知の一般的な化学平衡計算手法を用いて、筒内圧力ｐと既燃部の各元素（本実施形態ではＨ，Ｏ，Ｃ，Ｎ）の原子数を与えて計算することができる。既燃部の各元素の原子数は、質量燃焼割合ｘを用いた以下の（１１）〜（１４）式で表される。 For the equilibrium value [X] e of each chemical species, the in-cylinder pressure p and each element of the burned part (H, O, C, N in this embodiment) are used by using a known general chemical equilibrium calculation method. Can be calculated by giving the number of atoms. The number of atoms of each element in the burned part is expressed by the following formulas (11) to (14) using the mass combustion ratio x.
ただし、（１１）〜（１４）式において、ＮHは既燃部に含まれる水素原子の数、ＮH,IVCは吸気弁閉時の混合気に含まれる水素原子の数、ＮOは既燃部に含まれる酸素原子の数、ＮO,IVCは吸気弁閉時の混合気に含まれる酸素原子の数、ＮCは既燃部に含まれる炭素原子の数、ＮC,IVCは吸気弁閉時の混合気に含まれる炭素原子の数、ＮNは既燃部に含まれる窒素原子の数、ＮN,IVCは吸気弁閉時の混合気に含まれる窒素原子の数である。ここで、空燃比Ａ／Ｆから未燃混合気の組成を決定することができ、この未燃混合気の組成と未燃混合気の全モル数から未燃混合気に含まれる各原子のモル数を決定することができる。そのため、筒内残留ガスを考慮する場合は、空燃比Ａ／Ｆ、筒内新気量Ｎｆ、及び筒内残留ガス割合Ｎｒ／Ｎから、吸気弁閉時の混合気に含まれる各原子のモル数を決定することができる。 In the equations (11) to (14), N H is the number of hydrogen atoms contained in the burned part, N H and IVC are the number of hydrogen atoms contained in the air-fuel mixture when the intake valve is closed, and N O is the existing number. The number of oxygen atoms contained in the combustion part, N O, IVC is the number of oxygen atoms contained in the air-fuel mixture when the intake valve is closed, N C is the number of carbon atoms contained in the burned part, and N C, IVC is the intake air The number of carbon atoms contained in the air-fuel mixture when the valve is closed, N N is the number of nitrogen atoms contained in the burned portion, and N N and IVC are the number of nitrogen atoms contained in the air-fuel mixture when the intake valve is closed. Here, the composition of the unburned mixture can be determined from the air-fuel ratio A / F, and the moles of each atom contained in the unburned mixture from the composition of the unburned mixture and the total number of moles of the unburned mixture. The number can be determined. Therefore, when considering the in-cylinder residual gas, the moles of each atom contained in the air-fuel mixture when the intake valve is closed are calculated from the air-fuel ratio A / F, the in-cylinder fresh air amount Nf, and the in-cylinder residual gas ratio Nr / N. The number can be determined.
質量燃焼割合ｘは、以下の（１５）〜（２５）式で表される。 The mass combustion ratio x is expressed by the following formulas (15) to (25).
ただし、（１５）〜（２５）式において、ＹRは筒内混合気の質量、γPは燃焼生成物の比熱比、γCは未燃混合気の比熱比、γRは燃焼反応物の比熱比、ｖSは燃焼室容積（クランク角度θから算出）、ｖSiは点火時期における燃焼室容積、ｐは筒内圧力、ｐSiは点火時期における筒内圧力、ｐaは大気圧、ｑwは燃焼室壁面からの熱損失、ρSiは点火時の筒内混合気密度、Ｑは燃焼による熱発生量、Ｍjは化学種ｊの分子量、Ｘu,jは燃焼前の既燃部に含まれる化学種ｊのモル数、Ｘb,jは既燃部に含まれる化学種ｊのモル数である。また、αC＝１−１／γC、αR＝１−１／γRである。 However, in the equations (15) to (25), Y R is the mass of the in-cylinder mixture, γ P is the specific heat ratio of the combustion products, γ C is the specific heat ratio of the unburned mixture, and γ R is the combustion reactant. specific heat ratio, v S is (calculated from the crank angle theta) combustion chamber volume, v Si combustion chamber volume at the ignition timing, p is the cylinder pressure, p Si-cylinder pressure at the ignition timing, p a is the atmospheric pressure, q w is the heat loss from the combustion chamber wall, ρ Si is the in-cylinder mixture density at the time of ignition, Q is the amount of heat generated by combustion, M j is the molecular weight of chemical species j, X u, j is the burned part before combustion The number of moles of the chemical species j contained in X, X b, j is the number of moles of the chemical species j contained in the burned part. Further, α C = 1-1 / γ C and α R = 1-1 / γ R.
燃焼室壁面からの熱損失ｑwについては、以下のようにして算出することができる。まず（１５）式で熱損失を０とおいた以下の（２６）式から、その左辺ｘpの最大値ｘpmaxを算出する。次に、以下の（２７）、（２８）式を用いて熱損失ｑwを算出する。 The heat loss q w from the combustion chamber wall surface can be calculated as follows. First, the maximum value x pmax of the left side x p is calculated from the following equation (26) where the heat loss is set to 0 in equation (15). Next, the following (27), to calculate the heat loss q w using (28).
燃焼による熱発生量Ｑは、以下の（２９）式で表される。 The heat generation amount Q due to combustion is expressed by the following equation (29).
ただし、（２９）式において、ｍは既燃部及び燃焼前の混合気に含まれる化学種の総数、Ｍjは化学種ｊの分子量、ｕj(Ｔ)は化学種ｊの比内部エネルギー（筒内温度Ｔの関数）、Ｔuは燃焼前の既燃部の温度、Ｔbは既燃部の温度、Ｘu,jは燃焼前の既燃部に含まれる化学種ｊのモル数、Ｘb,jは既燃部に含まれる化学種ｊのモル数、ｐuは燃焼前の既燃部の圧力、ｖuは燃焼前の既燃部の比体積、γuは燃焼前の既燃部の比熱比、ｐbは既燃部の圧力、ｖbは既燃部の比体積、γbは既燃部の比熱比である。 However, in the equation (29), m is the total number of chemical species contained in the burned part and the mixture before combustion, M j is the molecular weight of chemical species j, and u j (T) is the specific internal energy of chemical species j ( A function of the in-cylinder temperature T), T u is the temperature of the burned part before combustion, T b is the temperature of the burned part, X u, j is the number of moles of the chemical species j contained in the burned part before combustion, X b, j is the number of moles of chemical species j contained in the burned part, p u is the pressure of the burned part before combustion, v u is the specific volume of the burned part before combustion, and γ u is the burned part before burning. The specific heat ratio of the burned part, p b is the pressure of the burned part, v b is the specific volume of the burned part, and γ b is the specific heat ratio of the burned part.
また、点火時期前または点火時期の筒内混合気温度Ｔは、以下の（３０）式で表される。 Further, the in-cylinder mixture temperature T before or at the ignition timing is expressed by the following equation (30).
ただし、（３０）式において、ＴIVCは吸気弁閉時の筒内混合気温度、ｖIVCは吸気弁閉時の燃焼室容積、ｖは点火時期前または点火時期の燃焼室容積である。κはポリトロープ指数であり、筒内圧力ｐと燃焼室容積ｖの履歴から算出することができる。 In the equation (30), T IVC is the in-cylinder mixture temperature when the intake valve is closed, v IVC is the combustion chamber volume when the intake valve is closed, and v is the combustion chamber volume before or at the ignition timing. κ is a polytropic index, which can be calculated from the history of in-cylinder pressure p and combustion chamber volume v.
そして、点火時期後の未燃部温度Ｔは、以下の（３１）式で表される。 And the unburned part temperature T after ignition timing is represented by the following (31) Formula.
ただし、（３１）式において、Ｔignは点火時期における筒内混合気温度、ｐignは点火時期における筒内圧力（＝ｐSi）、ｐは点火時期後の筒内圧力、γは点火時期後の未燃部の比熱比である。 In the equation (31), T ign is the in-cylinder mixture temperature at the ignition timing, p ign is the in-cylinder pressure at the ignition timing (= p Si ), p is the in-cylinder pressure after the ignition timing, and γ is after the ignition timing. The specific heat ratio of the unburned part.
そして、点火時期後の既燃部温度Ｔについては、筒内圧力ｐと吸気弁閉時の筒内混合気温度ＴIVCを基に、以上の（１１）〜（３１）式及び状態方程式を連立させた上で、既知の一般的な化学平衡計算を行うことで算出することができる。例えば点火時期後の仮既燃部温度Ｔ0を設定して質量燃焼割合ｘを（１５）〜（２９）式及び状態方程式を用いて算出し、筒内圧力ｐと質量燃焼割合ｘを基に化学平衡計算を行って点火時期後の既燃部温度Ｔを算出する。そして、設定した仮既燃部温度Ｔ0と化学平衡計算により算出された既燃部温度Ｔとの偏差の絶対値が減少するように仮既燃部温度Ｔ0を補正しながら、化学平衡計算による既燃部温度Ｔの算出を繰り返して行う。そして、設定した仮既燃部温度Ｔ0と化学平衡計算により算出される既燃部温度Ｔとの偏差の絶対値が設定量以下であるときの仮既燃部温度Ｔ0を、点火時期後の既燃部温度Ｔとすることができる。ただし、最初に質量燃焼割合ｘを算出する際には、（２９）式において既燃部の化学種のモル数が必要である。このときは、混合気が完全燃焼した場合のモル数を与えて、質量燃焼割合ｘを算出する。あるいは、質量燃焼割合ｘ＝１を仮定した上で、化学平衡計算を実施して既燃部の化学種のモル数を決定する。点火時期後の既燃部温度Ｔが求まれば、（７）〜（２９）式と状態方程式と既知の一般的な化学平衡計算手法を用いて、ＮＯのモル濃度［ＮＯ］（mol/cm3）、つまりＮＯｘ推定濃度ζ0を算出することができる。以上のように、ＮＯｘ濃度推定部６４は、混合気の燃焼時の筒内圧力ｐの履歴と吸気弁閉時の筒内混合気温度ＴIVCを基に、（７）〜（３１）式と状態方程式と既知の一般的な化学平衡計算手法を用いて、ＮＯｘ推定濃度ζ0を算出することができる。
For the burned part temperature T after the ignition timing, the above equations (11) to (31) and the state equation are simultaneous based on the in-cylinder pressure p and the in-cylinder mixture temperature T IVC when the intake valve is closed. Then, it can be calculated by performing a known general chemical equilibrium calculation. For example, the temporary burned part temperature T 0 after the ignition timing is set, the mass combustion ratio x is calculated using the equations (15) to (29) and the state equation, and based on the in-cylinder pressure p and the mass combustion ratio x A chemical equilibrium calculation is performed to calculate the burned part temperature T after the ignition timing. Then, while correcting the Karisunde燃部temperature T 0 as the absolute value decreases the deviation between the previously燃部temperature T calculated by the temporary already燃部temperature T 0 and the chemical equilibrium calculation set, chemical equilibrium calculations The burned part temperature T is repeatedly calculated. Then, the temporary already燃部temperature T 0 when the absolute value of the deviation between the previously燃部temperature T calculated by the temporary already燃部temperature T 0 and the chemical equilibrium calculation set is less than a set amount, ignition timing The burned part temperature T can be obtained. However, when calculating the mass combustion ratio x for the first time, the number of moles of the chemical species in the burned part is required in the equation (29). At this time, the mass combustion ratio x is calculated by giving the number of moles when the air-fuel mixture burns completely. Alternatively, assuming the mass combustion ratio x = 1, the chemical equilibrium calculation is performed to determine the number of moles of the chemical species in the burned part. If the burned part temperature T after the ignition timing is obtained, the molar concentration of NO [NO] (mol / cm) using the equations (7) to (29), the equation of state, and a known general chemical equilibrium calculation method. 3 ) That is, the NOx estimated concentration ζ 0 can be calculated. As described above, the
そして、筒内温度推定部５２は、ＮＯｘ推定濃度ζ0とＮＯｘ検出濃度ζとの偏差Δζの絶対値が設定量以下であるときの仮筒内温度（吸気弁閉時の推定筒内温度）ＴIVCを基に、吸気弁閉時期後から点火時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内温度、点火時期後の筒内未燃部温度、及び点火時期後から排気弁開時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内既燃部温度を推定することができる。吸気弁閉時期後から点火時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内温度については、前述の（３０）式を用いて算出することができる。点火時期後の筒内未燃部温度については、前述の（３１）式を用いて算出することができる。点火時期後から排気弁開時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内既燃部温度については、前述したように、（１１）〜（３１）式及び状態方程式を連立させた上で、既知の一般的な化学平衡計算を行うことで算出することができる。
Then, the in-cylinder
内燃機関１０から排出されるＮＯｘ濃度は、筒内でＮＯｘが生成される化学反応機構が筒内温度（既燃混合気温度）Ｔに極めて敏感であるため、本実施形態では、検出したＮＯｘ濃度ζを基に筒内温度（未燃混合気温度及び既燃混合気温度）Ｔを推定することが可能である。より具体的には、少なくとも混合気の燃焼時における筒内圧力ｐの履歴と設定した吸気弁閉時の筒内ガス温度ＴIVCとを基にＮＯｘ推定濃度ζ0を算出し、この算出したＮＯｘ推定濃度ζ0をＮＯｘ検出濃度ζと比較する。そして、ＮＯｘ推定濃度ζ0とＮＯｘ検出濃度ζとの偏差Δζの絶対値が設定量以下になるように吸気弁閉時の筒内ガス温度ＴIVCを補正することで、吸気弁閉時の筒内ガス温度ＴIVCを推定することができる。そして、この推定した吸気弁閉時の筒内ガス温度ＴIVCを基に、吸気弁閉時期後から点火時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内温度、点火時期後の筒内未燃部温度、及び点火時期後から排気弁開時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内既燃部温度を推定することができる。このように、本実施形態によれば、ＮＯｘ濃度ζの筒内ガス温度Ｔに対する依存性を利用して、筒内ガス温度Ｔを容易かつ精度よく推定することができる。
The NOx concentration discharged from the
「筒内温度推定部の他の構成」
次に、筒内温度推定部５２の他の構成例について図４を用いて説明する。この構成例では、筒内温度推定部５２は、筒内圧力センサ１４による筒内ガスの検出圧力ｐの履歴及びノックセンサ２０（あるいは筒内圧力センサ１４）によるノックまたは自着火の検出開始時期θに基づいて内燃機関１０の筒内温度（筒内ガス温度）Ｔを推定する。そして、筒内温度推定部５２は、図４に示すように、以下に説明する筒内温度補正部６２、自着火時期推定部７４、及び自着火時期比較部７６を備えている。
“Other configuration of in-cylinder temperature estimation unit”
Next, another configuration example of the in-cylinder
筒内温度補正部６２は、内燃機関１０の仮筒内温度を設定して自着火時期推定部７４へ出力するとともにこの仮筒内温度を補正する。ここでは、内燃機関１０の吸気弁閉時（吸気弁が閉じたとき）の仮筒内温度ＴIVCが設定されるとともにこの仮筒内温度ＴIVCが補正される。自着火時期推定部７４は、筒内温度補正部６２による吸気弁閉時の仮筒内温度ＴIVC及び筒内圧力センサ１４による筒内ガスの検出圧力ｐの履歴に基づいて、内燃機関１０の自着火の開始時期θ0を推定する。ここでは、内燃機関１０の筒内圧力ｐ及び筒内温度Ｔに対して自着火の開始時期θを関連付ける自着火時期推定モデルを用いて、自着火の開始時期θ0が推定される。この自着火時期推定モデルの詳細については後述する。
The in-cylinder
自着火時期比較部７６は、自着火時期推定部７４による自着火の推定開始時期θ0とノックセンサ２０（あるいは筒内圧力センサ１４）による自着火の検出開始時期θとを比較し、それらの偏差Δθを筒内温度補正部６２へ出力する。筒内温度補正部６２は、自着火時期推定部７４による自着火の推定開始時期θ0とノックセンサ２０（あるいは筒内圧力センサ１４）による自着火の検出開始時期θとの偏差Δθの絶対値が減少するように、自着火時期推定部７４へ出力する吸気弁閉時の仮筒内温度ＴIVCを補正し、且つ自着火の推定開始時期θ0と検出開始時期θとの偏差Δθの絶対値が設定量以下になるまで仮筒内温度ＴIVCの補正を繰り返して行う。例えば自着火の検出開始時期θの方が推定開始時期θ0より早い場合は仮筒内温度ＴIVCを高く補正し、自着火の検出開始時期θの方が推定開始時期θ0より遅い場合は仮筒内温度ＴIVCを低く補正する。ただし、逆の場合もあり得るため、偏差Δθの絶対値が減少するように仮筒内温度ＴIVCを補正する方向を決定する。また、ここでは、前述の（６）式でζ及びΔζをθ及びΔθにそれぞれ置き換えた式に従って吸気弁閉時の仮筒内温度ＴIVCを補正することができる。
The self-ignition
そして、筒内温度推定部５２は、自着火時期推定部７４による自着火の推定開始時期θ0とノックセンサ２０（あるいは筒内圧力センサ１４）による自着火の検出開始時期θとの偏差Δθの絶対値が設定量以下であるときの仮筒内温度ＴIVCを、吸気弁閉時（吸気弁が閉じたとき）の推定筒内温度とする。
The in-cylinder
次に、自着火時期推定部７４において自着火の開始時期θ0の推定に用いられる自着火時期推定モデルの例について説明する。
Next, an example of the self-ignition timing estimation model used in the self-ignition
本実施形態では、自着火時期推定部７４は、Livengood-Wu積分式を用いて自着火の開始時期θ0を推定することができる。Livengood-Wu積分式は、以下の（３２）、（３３）式で表され、自着火時期推定部７４は、例えば（３２）式の積分値Ｗｕが１となる時刻（クランク角度）を自着火開始時期θ0と判定することができる。
In the present embodiment, the self-ignition
ただし、（３２）、（３３）式において、ｔは時刻、Ｔは筒内温度、ｐは筒内圧力、φは筒内混合気の当量比（空燃比Ａ／Ｆから算出）である。積分開始時刻０は、自着火に関わる反応が進行していないとみなせる時刻、例えば吸気弁閉時期とすることができる。点火時期前または点火時期の筒内温度（混合気温度）Ｔについては、前述の（３０）式を用いて算出することができ、点火時期後の筒内温度（未燃部温度）Ｔについては、前述の（３１）式を用いて算出することができる。
In the equations (32) and (33), t is time, T is the in-cylinder temperature, p is the in-cylinder pressure, and φ is the equivalent ratio of the in-cylinder mixture (calculated from the air-fuel ratio A / F). The integration start
（３３）式の関数ｆは、例えば以下の（３４）式で表すことができる。 The function f in the equation (33) can be expressed by the following equation (34), for example.
（３４）式において、通常、Ａ，α，β，Ｅは定数とするが、積分区間または変数Ｔ，ｐ，φの値に応じて変化させることもできる。また、関数ｆとして他の形も採り得ることができる。さらに、関数ｆの変数としてＴ，ｐ，φ以外のものを挙げることもでき、例えば残留ガス割合Ｎｒ／Ｎを用いることもできる。 In the equation (34), A, α, β, and E are usually constants, but can be changed according to the integration interval or the values of the variables T, p, and φ. Also, other forms can be used as the function f. Furthermore, the variable of the function f can include other than T, p, and φ. For example, the residual gas ratio Nr / N can be used.
また、本実施形態では、自着火時期推定部７４は、未燃部で起きる化学反応を模擬するモデルを用いることによっても、自着火の開始時期θ0を推定することができる。ここでの未燃部で起きる化学反応を模擬するモデルは、以下の（３５）式で表される。
In the present embodiment, the self-ignition
ただし、（３５）式において、Ｘjは化学種ｊのモル数、Ｖは未燃部の体積、ｔは時刻、ｂrjは反応ｒの生成物ｊの量論係数、ａrjは反応ｒの反応物ｊの量論係数、ｋfrは反応ｒの正方向反応速度定数（筒内未燃部温度Ｔの関数とすることが可能）、ｋbrは反応ｒの逆方向反応速度定数（筒内未燃部温度Ｔの関数とすることが可能）である。Ｃjは化学種ｊのモル濃度であり、以下の（３６）、（３７）式で表される。 Where X j is the number of moles of chemical species j, V is the volume of the unburned part, t is the time, b rj is the stoichiometric coefficient of product j of reaction r, and a rj is the reaction r The stoichiometric coefficient of reactant j, k fr is the forward reaction rate constant of reaction r (can be a function of in-cylinder unburned zone temperature T), and k br is the reverse reaction rate constant of reaction r (in-cylinder It can be a function of the unburned zone temperature T). C j is the molar concentration of the chemical species j and is represented by the following formulas (36) and (37).
ただし、（３６）、（３７）式において、Ｘjは化学種ｊの未燃部におけるモル数、Ｖは未燃部の体積、Ｎは未燃部のモル数、Ｒは普遍ガス定数、Ｔは未燃部の温度、ｐは未燃部の圧力である。 However, in the equations (36) and (37), X j is the number of moles of the chemical species j in the unburned part, V is the volume of the unburned part, N is the number of moles of the unburned part, R is the universal gas constant, T Is the temperature of the unburned part, and p is the pressure of the unburned part.
（３５）〜（３７）式と以下の（３８）式と状態方程式とを連立させて各時刻（クランク角度）の未燃部組成を算出することができる。なお、筒内残留ガスを考慮する場合は、吸気弁閉時の混合気組成（初期組成）については、空燃比Ａ／Ｆ、筒内新気量Ｎｆ、筒内残留ガス割合Ｎｒ／Ｎ、及び残留ガス組成から決定することができ、残留ガス組成については、実験的または解析的に予め求めた経験値を与えることで決定することができる。あるいは、後述する（３９）、（４０）式を用いて算出可能な前サイクルの排気弁開時の筒内既燃部組成を与えることによっても残留ガス組成を決定することができる。 The unburned part composition at each time (crank angle) can be calculated by simultaneously combining the expressions (35) to (37), the following expression (38), and the state equation. When considering the in-cylinder residual gas, the air-fuel ratio A / F, the in-cylinder fresh air amount Nf, the in-cylinder residual gas ratio Nr / N, and the air-fuel mixture composition (initial composition) when the intake valve is closed The residual gas composition can be determined, and the residual gas composition can be determined by giving experimental values obtained experimentally or analytically in advance. Alternatively, the residual gas composition can also be determined by giving the in-cylinder burned part composition when the exhaust valve is opened in the previous cycle, which can be calculated using equations (39) and (40) described later.
ただし、（３８）式において、ｍは未燃部の混合気に含まれる化学種の総数、Ｍjは化学種ｊの分子量、ｈj(Ｔ)は化学種ｊの比エンタルピー（筒内温度Ｔの関数）、Ｔoldは計算における１サンプル時間刻み前の未燃部の温度、Ｔnewは計算における１サンプル時間刻み後の未燃部の温度、Ｘold,jは計算における１サンプル時間刻み前の未燃部に含まれる化学種ｊのモル数、Ｘnew,jは計算における１サンプル時間刻み後の未燃部に含まれる化学種ｊのモル数、ｖoldは計算における１サンプル時間刻み前の未燃部の比体積、ｖnewは計算における１サンプル時間刻み後の未燃部の比体積、ｐoldは計算における１サンプル時間刻み前の未燃部の圧力、ｐnewは計算における１サンプル時間刻み後の未燃部の圧力である。 In Equation (38), m is the total number of chemical species included in the mixture in the unburned part, M j is the molecular weight of chemical species j, and h j (T) is the specific enthalpy (in-cylinder temperature T of chemical species j). ), T old is the temperature of the unburned part before one sample time step in the calculation, T new is the temperature of the unburned part after one sample time step in the calculation, and X old, j is one sample time step before the calculation. The number of moles of the chemical species j contained in the unburned part of X, X new, j is the number of moles of the chemical species j contained in the unburned part after one sample time increment in the calculation, and v old is before the one sample time increment in the calculation. Specific volume of unburned part, v new is the specific volume of unburned part after one sample time in calculation, p old is the pressure of unburned part before one sample time in calculation, p new is one sample in calculation This is the pressure of the unburned part after time.
そして、この算出した各時刻（クランク角度）の未燃部組成を基に前述の（２９）式を用いて未燃部の熱発生量Ｑを算出することができる。自着火時期推定部７４は、例えばこの算出した未燃部の熱発生量Ｑがある閾値を超えた時刻（クランク角度）を自着火開始時期θ0と判定することができる。
Based on the calculated unburned part composition at each time (crank angle), the heat generation amount Q of the unburned part can be calculated using the above-described equation (29). The self-ignition
また、（３５）〜（３８）式と状態方程式を連立させて各時刻（クランク角度）の未燃部組成を算出する際には、各時刻（クランク角度）の筒内温度Ｔも算出することができる。自着火時期推定部７４は、この算出した筒内温度Ｔがある閾値を超えた時刻（クランク角度）を自着火開始時期θ0と判定することもできる。また、自着火時期推定部７４は、（３５）式を用いて算出されたある化学種の濃度、例えばＯＨラジカルの濃度がある閾値を超えた時刻（クランク角度）を自着火開始時期θ0と判定することもできる。
Further, when calculating the unburned part composition at each time (crank angle) by combining the equations (35) to (38) and the equation of state, also calculate the in-cylinder temperature T at each time (crank angle). Can do. The self-ignition
そして、筒内温度推定部５２は、自着火の推定開始時期θ0と検出開始時期θとの偏差Δθの絶対値が設定量以下であるときの仮筒内温度（吸気弁閉時の推定筒内温度）ＴIVCを基に、吸気弁閉時期後から点火時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内温度、点火時期後の筒内未燃部温度、及び点火時期後から排気弁開時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内既燃部温度を推定することができる。吸気弁閉時期後から点火時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内温度については、前述の（３０）式を用いて算出することができる。点火時期後の筒内未燃部温度については、前述の（３１）式を用いて算出することができる。点火時期後から排気弁開時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内既燃部温度については、前述したように、（１１）〜（３１）式及び状態方程式を連立させた上で、既知の一般的な化学平衡計算を行うことで算出することができる。
Then, the in-cylinder
以上の説明では、自着火の開始時期の代わりにノックの開始時期を用いて筒内温度Ｔを推定することもできる。ノックの開始時期を用いる場合も自着火の開始時期を用いる場合と同様に考えることができ、以上の説明で自着火の開始時期をノックの開始時期に置き換えた場合を考えればよい。 In the above description, the in-cylinder temperature T can be estimated using the knock start time instead of the self-ignition start time. The case of using the knock start time can be considered in the same manner as the case of using the self-ignition start time, and the case where the self-ignition start time is replaced with the knock start time in the above description may be considered.
内燃機関１０のノックの原因は筒内未燃部の自着火であるが、自着火の開始時期（ノックの開始時期）は筒内温度Ｔ（未燃混合気の温度履歴）に極めて敏感であるため、本実施形態では、検出した自着火の開始時期（ノックの開始時期）θを基に筒内温度（未燃混合気温度）Ｔを推定することが可能である。より具体的には、少なくとも点火時期後における筒内圧力ｐの履歴と設定した吸気弁閉時の筒内ガス温度ＴIVCとを基に自着火の推定開始時期（ノックの推定開始時期）θ0を算出し、この算出した自着火の推定開始時期（ノックの推定開始時期）θ0を自着火の検出開始時期（ノックの検出開始時期）θと比較する。そして、自着火の推定開始時期（ノックの推定開始時期）θ0と自着火の検出開始時期（ノックの検出開始時期）θとの偏差Δθの絶対値が設定量以下になるように吸気弁閉時の筒内ガス温度ＴIVCを補正することで、吸気弁閉時の筒内ガス温度ＴIVCを推定することができる。そして、この推定した吸気弁閉時の筒内ガス温度ＴIVCを基に、吸気弁閉時期後から点火時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内温度、点火時期後の筒内未燃部温度、及び点火時期後から排気弁開時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内既燃部温度を推定することができる。このように、本実施形態によれば、自着火の開始時期（ノックの開始時期）θの筒内ガス温度Ｔに対する依存性を利用して、筒内ガス温度Ｔを容易かつ精度よく推定することができる。
The cause of knocking in the
なお、特許文献１の方法では、各種物理モデルを組み合わせたシミュレーションを行う必要があるため、処理が煩雑であり、計算時間も長くなる。一方、本実施形態による筒内温度Ｔの推定方法は、特許文献１の方法と比較して、処理が簡便であり、計算時間も短縮することができる。また、特許文献２では、燃焼予測計算に用いる温度や圧力の初期値を求める手段が不明であるが、本実施形態による筒内温度Ｔの推定方法では、筒内温度Ｔの推定の際に用いる温度や圧力の初期値を与える方法が明確である。 In the method of Patent Document 1, since it is necessary to perform a simulation combining various physical models, the processing is complicated and the calculation time is long. On the other hand, the method for estimating the in-cylinder temperature T according to the present embodiment is simpler in processing and shorter in calculation time than the method of Patent Document 1. Further, in Patent Document 2, the means for obtaining the initial values of the temperature and pressure used for the combustion prediction calculation is unknown, but in the method for estimating the in-cylinder temperature T according to the present embodiment, it is used when the in-cylinder temperature T is estimated. It is clear how to give initial values for temperature and pressure.
そして、本実施形態では、推定した筒内温度Ｔを基に、筒内混合気量Ｎを容易かつ精度よく推定することができる。さらに、推定した筒内混合気量Ｎを基に、筒内残留ガス割合Ｎｒ／Ｎ（あるいは筒内残留ガス量Ｎｒ）を容易かつ精度よく推定することができる。 In this embodiment, the in-cylinder mixture amount N can be estimated easily and accurately based on the estimated in-cylinder temperature T. Further, the cylinder residual gas ratio Nr / N (or cylinder residual gas amount Nr) can be estimated easily and accurately based on the estimated cylinder air-fuel mixture amount N.
そして、本実施形態では、電子制御装置４２は、筒内温度推定部５２で推定された筒内温度Ｔを基に、熱発生、ノックの発生、エミッション生成等の燃焼時の挙動を各種計算モデルを用いて予測することもでき、エンジンシステム全体の挙動を予測することが可能となる。また、エンジン試験結果と予測結果を突き合わせることで、各種計算モデルに含まれる定数の値を決定することや、各種計算モデルの開発も可能となる。さらに、各種計算モデルを用いたエンジン制御が可能となる。すなわち、各種計算モデルを制御ロジックに組み込んで利用したり、予測結果を制御マップ化してエンジン制御に利用することが可能となる。このように、本実施形態では、エンジン制御に必要な各種計算モデルの開発及び定数適合が極めて容易になるとともに、それらの各種計算モデルを利用することで、従来、制御マップの作成に必要とされた試験の省略が可能となり、いわゆるエンジン適合に関わる大幅な工数削減と期間短縮を実現することができる。また、本実施形態に係る装置を車載することで、エンジン制御に必要な各種状態量を推定することができる。
In the present embodiment, the
なお、熱発生については、前述したように、（２９）式を用いて予測することが可能である。ノック（自着火）の開始時期については、前述したように、（３２）〜（３４）式（Livengood-Wu積分式）を用いて予測することも可能であるし、（３５）〜（３８）式及び状態方程式を用いて予測することも可能である。ＮＯｘ濃度については、前述したように、（７）〜（３１）式と状態方程式と既知の一般的な化学平衡計算手法を用いて予測することが可能である。 As described above, the heat generation can be predicted using the equation (29). As described above, the start timing of knock (self-ignition) can be predicted using the equations (32) to (34) (Livengood-Wu integral equation), and (35) to (38). It is also possible to make predictions using equations and equations of state. As described above, the NOx concentration can be predicted using the equations (7) to (31), the equation of state, and a known general chemical equilibrium calculation method.
また、ＣＯ濃度については、既燃部の全モル数ＸM及びＣＯ分子のモル数ＸCOを変化させる反応のみを考慮して、以下の（３９）、（４０）式を用いてＸM及びＸCOの時間変化を算出することで予測が可能である。 As for CO concentrations, taking into account only the reaction that changes the number of moles X CO of total moles X M and CO molecules already燃部, X M and using the following (39), (40) below it is possible to predict by calculating the time variation of the X CO.
ただし、（３９）、（４０）式の右辺に現れる化学種ｊのモル濃度Ｃjは、（３９）、（４０）式の拘束のもとで既燃部のＧｉｂｂｓの自由エネルギーが最小となるように決定される。なお、ｔは時刻、Ｖは既燃部の体積、ｂrM,jは反応ｒＭの生成物ｊの量論係数、ａrM,jは反応ｒＭの反応物ｊの量論係数、ｋfrMは反応ｒＭの正方向反応速度定数（筒内温度Ｔの関数とすることが可能）、ｋbrMは反応ｒＭの逆方向反応速度定数（筒内温度Ｔの関数とすることが可能）、ｂrCO,jは反応ｒＣＯの生成物ｊの量論係数、ａrCO,jは反応ｒＣＯの反応物ｊの量論係数、ｋfrCOは反応ｒＣＯの正方向反応速度定数（筒内温度Ｔの関数とすることが可能）、ｋbrCOは反応ｒＣＯの逆方向反応速度定数（筒内温度Ｔの関数とすることが可能）である。また、反応ｒＭは既燃部の全モル数ＸMを変化させる反応、反応ｒＣＯは既燃部のＣＯ分子のモル数ＸCOを変化させる反応である。 However, the molar concentration C j of the chemical species j appearing on the right side of the equations (39) and (40) minimizes the Gibbs free energy of the burned part under the constraints of the equations (39) and (40). To be determined. Where t is the time, V is the volume of the burned part , b rM, j is the stoichiometric coefficient of product j of reaction rM, a rM, j is the stoichiometric coefficient of reactant j of reaction rM, and k frM is the reaction rM forward reaction rate constant (can be a function of in-cylinder temperature T), k brM is reverse reaction rate constant of reaction rM (can be a function of in-cylinder temperature T), b rCO, j Is the stoichiometric coefficient of the product j of the reaction rCO, a rCO, j is the stoichiometric coefficient of the reactant j of the reaction rCO, k frCO is the forward reaction rate constant of the reaction rCO (which can be a function of the in-cylinder temperature T) K brCO is the reverse reaction rate constant of the reaction rCO (can be a function of the in-cylinder temperature T). Reaction rM is a reaction that changes the total number of moles X M of the burned part, and reaction rCO is a reaction that changes the number of moles X CO of the CO molecules in the burned part.
また、ＴＨＣ（Total HydroCarbon）濃度については、燃焼室壁面に沿って形成される消炎層とピストンクレビス内に残る燃料（炭化水素）量を評価することで予測が可能である。燃焼室壁面に沿って形成される消炎層に残る燃料（炭化水素）量Ｘfuel,quenchについては、以下の（４１）、（４２）式を用いて評価可能である。 The THC (Total HydroCarbon) concentration can be predicted by evaluating the amount of fuel (hydrocarbon) remaining in the flame extinguishing layer and piston clevis formed along the wall surface of the combustion chamber. The amount of fuel (hydrocarbon) X fuel, quench remaining in the extinguishing layer formed along the wall surface of the combustion chamber can be evaluated using the following equations (41) and (42).
ただし、（４１）、（４２）式において、Ｓは燃焼室内部の表面積（ピストンクレビス部を除く）、ｄは消炎層の厚み、Ｃfuelは消炎層内の燃料濃度、ＰｅはＰｅｃｌｅｔ数、κuは未燃混合気の熱伝導率、ｓlは未燃混合気の層流燃焼速度、Ｔevoは排気弁開時の既燃部温度、Ｔwは燃焼室壁面の温度、ｕbは既燃部の比内部エネルギー、ｕuは消炎層の比内部エネルギー、ρuは消炎層の密度である。 However, in the formulas (41) and (42), S is the surface area inside the combustion chamber (excluding the piston clevis part), d is the thickness of the extinguishing layer, C fuel is the fuel concentration in the extinguishing layer, Pe is the number of Peclet, κ u is the thermal conductivity of the unburned mixture gas, s l is laminar burning velocity of the unburned air-fuel mixture, T evo is already燃部temperature during opening the exhaust valve, T w is the temperature of the combustion chamber wall surface, u b is already The specific internal energy of the burning part, u u is the specific internal energy of the extinguishing layer, and ρ u is the density of the extinguishing layer.
ピストンクレビス内に残る燃料（炭化水素）量Ｘfuel,creviceについては、以下の（４３）式を用いて評価可能である。 The amount of fuel (hydrocarbon) X fuel, crevice remaining in the piston clevis can be evaluated using the following equation (43).
Ｘfuel,crevice＝Ｖcrev×Ｃfuel （４３） X fuel, crevice = V crev × C fuel (43)
ただし、（４３）式において、Ｖcrevはピストンクレビスの容積、Ｃfuelはクレビス内の燃料濃度である。 In the equation (43), V crev is the volume of the piston clevis, and C fuel is the fuel concentration in the clevis.
なお、ピストンクレビスから流出する未燃混合気の筒内における酸化については、以下の（４４）式を用いて評価可能である。 The oxidation of the unburned mixture flowing out from the piston clevis in the cylinder can be evaluated using the following equation (44).
ただし、（４４）式において、［ＴＨＣ］は既燃部のＴＨＣ濃度、Ｔbは既燃部の温度、［Ｏ2］は既燃部の酸素分子濃度である。 However, in the equation (44), [THC] is the THC concentration of the burned part, T b is the temperature of the burned part, and [O 2 ] is the oxygen molecule concentration of the burned part.
また、排気浄化触媒の排気浄化率や暖機性能については、以下の（４５）〜（４８）式を用いて予測することが可能である。 Further, the exhaust purification rate and warm-up performance of the exhaust purification catalyst can be predicted using the following equations (45) to (48).
ただし、（４５）〜（４８）式において、ρgは排気浄化触媒を流れるガスの密度、ｖgは排気浄化触媒を流れるガスの速度、Ｃp、gは排気浄化触媒を流れるガスの定圧比熱、Ｔgは排気浄化触媒を流れるガスの温度、ｚは排気浄化触媒を流れるガスの速度に平行な座標、Ｓgeoは排気浄化触媒の単位体積当たりの幾何学的表面積、ｈzは座標ｚに垂直な方向の熱伝達率、Ｔwは排気浄化触媒の温度、σは排気浄化触媒の開口率、ρwは排気浄化触媒の密度、Ｃp、wは排気浄化触媒の比熱、λw、rは排気浄化触媒の半径方向の実効的な熱伝導率、ｒは排気浄化触媒の半径方向、λw、zは排気浄化触媒の軸方向（ガス流れ方向）の実効的な熱伝導率、Ｑchemは化学反応による熱発生量、Ｃg、iは排気浄化触媒を流れるガスに含まれる化学種ｉの濃度、ｈD,iは化学種ｉの拡散係数、Ｃw、iは触媒表面ないし触媒細孔表面の化学種ｉの濃度、Ｓcatは排気浄化触媒の単位体積当たりの触媒表面積、Ｒiは化学種ｉの単位表面積当たりの生成速度、Ｍは排気浄化触媒を流れるガスの平均分子量、ｘg、iは排気浄化触媒を流れるガスに含まれる化学種ｉのモル分率、ｘw、iは触媒表面ないし触媒細孔表面の化学種ｉのモル分率である。 However, (45) to (48) below, [rho g is the density of the gas flowing through the exhaust purification catalyst, v g is the velocity of the gas flowing through the exhaust purification catalyst, C p, g is the specific heat at constant pressure of the gas flowing through the exhaust gas purifying catalyst , T g is the temperature of the gas flowing through the exhaust purification catalyst, z is a coordinate parallel to the velocity of the gas flowing through the exhaust purification catalyst, S geo is the geometric surface area per unit volume of the exhaust purification catalyst, and h z is the coordinate z Heat transfer coefficient in the vertical direction, T w is the temperature of the exhaust purification catalyst, σ is the opening ratio of the exhaust purification catalyst, ρ w is the density of the exhaust purification catalyst, C p , w are the specific heat of the exhaust purification catalyst, λ w , r Is the effective thermal conductivity in the radial direction of the exhaust purification catalyst, r is the radial direction of the exhaust purification catalyst, λ w , z is the effective thermal conductivity in the axial direction (gas flow direction) of the exhaust purification catalyst, Q chem heat production by chemical reactions, C g, i are dark species i contained in the gas flowing through the exhaust gas purifying catalyst , H D, i is the diffusion coefficient of species i, C w, i is the concentration of the chemical species i on the catalyst surface or the catalyst pore surfaces, S cat catalyst surface area per unit volume of the exhaust gas purifying catalyst, R i is the chemical Production rate per unit surface area of species i, M is the average molecular weight of the gas flowing through the exhaust purification catalyst, x g , i is the molar fraction of chemical species i contained in the gas flowing through the exhaust purification catalyst, x w , i is the catalyst The mole fraction of the chemical species i on the surface or the surface of the catalyst pores.
「点火時期制御」
次に、点火時期制御部６０で行われる点火時期制御の詳細について説明する。
"Ignition timing control"
Next, details of the ignition timing control performed by the ignition
前述したように、点火時期制御部６０は、ノックセンサ２０（あるいは筒内圧力センサ１４）によりノック（自着火）が検出された場合に、点火時期を遅角させることでノック（自着火）の発生を抑止する。以下、ノック（自着火）が検出された場合に点火時期の遅角量を決定する処理を、図５のフローチャートに従って説明する。
As described above, when the knock sensor 20 (or in-cylinder pressure sensor 14) detects a knock (self-ignition), the ignition
まずステップＳ１０１においては、ノック（自着火）が検出されたノックサイクルでの筒内温度Ｔ1の履歴が筒内温度推定部５２にて推定される。前述したように、吸気弁閉時期後から点火時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内温度Ｔ1については、（３０）式を用いて算出することができ、点火時期後の筒内未燃部温度Ｔ1については、（３１）式を用いて算出することができる。そして、点火時期後から排気弁開時期に至る任意の時刻（クランク角度）の筒内既燃部温度Ｔ1については、（１１）〜（３１）式及び状態方程式を連立させた上で、既知の一般的な化学平衡計算を行うことで算出することができる。
First, in step S101, the in-cylinder temperature T 1 history in the knock cycle in which knock (self-ignition) has been detected is estimated by the in-cylinder
次に、ステップＳ１０２においては、筒内圧力センサ１４で検出されたノックサイクルでの筒内圧力ｐ1の履歴とステップＳ１０１（筒内温度推定部５２）で推定されたノックサイクルでの筒内温度Ｔ1の履歴とに基づいて、ノックサイクルでの質量燃焼割合の履歴が推定される。ここでは、前述の（１５）〜（２９）式及び状態方程式を用いてノックサイクルでの質量燃焼割合の履歴を算出することができる。さらに、（１５）〜（２９）式及び状態方程式を用いてノックサイクルでの熱発生量の履歴も算出することができる。ステップＳ１０３においては、ノックサイクルでの圧縮行程のポリトロープ指数κが推定される。ここでは、ノックサイクルにおける吸気弁閉時期から点火時期までの筒内圧力ｐ1及び燃焼室容積ｖの履歴に基づいて、圧縮行程のポリトロープ指数κを算出することができる。 Next, in step S102, in-cylinder temperature at the knock cycle estimated in the history and the step S101 of the in-cylinder pressure p 1 at the detected knock cycles cylinder pressure sensor 14 (in-cylinder temperature estimation portion 52) based on the history of T 1, the mass combustion rate history knocking cycle is estimated. Here, the history of the mass combustion ratio in the knock cycle can be calculated using the equations (15) to (29) and the state equation described above. Furthermore, the history of the heat generation amount in the knock cycle can also be calculated using the equations (15) to (29) and the state equation. In step S103, the polytropic index κ of the compression stroke in the knock cycle is estimated. Here, the polytropic index κ of the compression stroke can be calculated based on the history of the in-cylinder pressure p 1 and the combustion chamber volume v from the intake valve closing timing to the ignition timing in the knock cycle.
次に、ステップＳ１０４においては、点火時期を遅角させる遅角サイクルにおける点火時期の遅角量が設定される。ここでは、点火時期が前回から予め決められた分遅角されるように遅角量が設定される。ステップＳ１０５においては、遅角サイクルにおける吸気弁閉時期から遅角前の点火時期（ノックサイクルの点火時期に対応するクランク角度）までの筒内温度Ｔ2が予測される。ここでは、遅角サイクルにおける吸気弁閉時期から遅角前の点火時期までの筒内温度Ｔ2が、ノックサイクルにおける吸気弁閉時期から点火時期までの筒内温度Ｔ1に等しいものと予測する。 Next, in step S104, a retard amount of the ignition timing in the retard cycle for retarding the ignition timing is set. Here, the retard amount is set so that the ignition timing is retarded by a predetermined amount from the previous time. In step S105, in-cylinder temperature T 2 to retard the previous ignition timing from the intake valve closing timing in the retarding cycle (crank angle corresponding to the ignition timing of the knock cycle) is predicted. Here, it is predicted that the in-cylinder temperature T 2 from the intake valve closing timing in the retard cycle to the ignition timing before the retard is equal to the in-cylinder temperature T 1 from the intake valve close timing to the ignition timing in the knock cycle. .
ステップＳ１０６においては、遅角サイクルにおける点火時期（遅角後の点火時期）までの筒内圧力ｐ2及び筒内温度Ｔ2が予測される。ここでは、遅角前の点火時期（ノックサイクルの点火時期に対応するクランク角度）から遅角後の点火時期までの筒内圧力ｐ2が、ノックサイクルにおける吸気弁閉時期から点火時期までの筒内圧力ｐ1、ステップＳ１０３で算出されたノックサイクルでの圧縮行程のポリトロープ指数κ、及び燃焼室容積ｖに基づいて予測される。そして、遅角前の点火時期から遅角後の点火時期までの筒内温度Ｔ2が、ステップＳ１０５で予測された遅角サイクルにおける吸気弁閉時期から遅角前の点火時期までの筒内温度Ｔ2（ノックサイクルにおける吸気弁閉時期から点火時期までの筒内温度Ｔ1）、ステップＳ１０３で算出されたノックサイクルでの圧縮行程のポリトロープ指数κ、及び燃焼室容積ｖに基づいて予測される。 In step S106, the cylinder pressure p 2 and the in-cylinder temperature T 2 to the ignition timing in the retarding cycle (ignition timing after retard) is predicted. Here, the in-cylinder pressure p 2 from the ignition timing before the retard (crank angle corresponding to the ignition timing of the knock cycle) to the ignition timing after the retard is the cylinder pressure from the intake valve closing timing to the ignition timing in the knock cycle. Predicted based on the internal pressure p 1 , the polytropic index κ of the compression stroke in the knock cycle calculated in step S103, and the combustion chamber volume v. The in-cylinder temperature T 2 from the ignition timing before retarding to the ignition timing after retarding is the in-cylinder temperature from the intake valve closing timing to the ignition timing before retarding in the retarding cycle predicted in step S105. Predicted based on T 2 (cylinder temperature T 1 from the intake valve closing timing to ignition timing in the knock cycle), the polytropic index κ of the compression stroke in the knock cycle calculated in step S103, and the combustion chamber volume v .
ステップＳ１０７においては、遅角サイクルにおける点火時期（遅角後の点火時期）後の筒内圧力ｐ2及び筒内温度Ｔ2が予測される。ここでは、ステップＳ１０２で算出されたノックサイクルでの質量燃焼割合及び熱発生量の履歴を点火時期の遅角分遅らせ、その履歴を遅角サイクルでの質量燃焼割合及び熱発生量の推定履歴として用いる。そして、この推定した遅角サイクルでの質量燃焼割合及び熱発生量の履歴と、ステップＳ１０６で予測された遅角サイクルにおける点火時期（遅角後の点火時期）の筒内圧力ｐ2とを基に、（１５）〜（２５）式を用いて遅角サイクルにおける点火時期後の筒内圧力ｐ2を算出する。さらに、この遅角サイクルにおける点火時期後の筒内圧力ｐ2と、ステップＳ１０６で予測された筒内圧力ｐ2及び筒内温度Ｔ2とを基に、遅角サイクルにおける点火時期後の筒内温度Ｔ2を算出する。 In step S107, retarded (ignition timing after retarding) the ignition timing in the cycle within the cylinder after the pressure p 2 and the in-cylinder temperature T 2 is predicted. Here, the history of the mass combustion ratio and heat generation amount in the knock cycle calculated in step S102 is delayed by the retardation of the ignition timing, and the history is used as the estimation history of the mass combustion ratio and heat generation amount in the delay cycle. Use. Then, based on the estimated history of mass combustion ratio and heat generation amount in the retard cycle, and the in-cylinder pressure p 2 of the ignition timing (ignition timing after retard) in the retard cycle predicted in step S106. In addition, the in-cylinder pressure p 2 after the ignition timing in the retard cycle is calculated using the equations (15) to (25). Further, based on the in-cylinder pressure p 2 after the ignition timing in this retarded cycle and the in-cylinder pressure p 2 and the in-cylinder temperature T 2 predicted in step S106, the in-cylinder after the ignition timing in the retarded cycle is determined. A temperature T 2 is calculated.
ステップＳ１０８においては、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７で予測された遅角サイクルにおける筒内圧力ｐ2及び筒内温度Ｔ2の履歴に基づいて遅角サイクルにおける自着火（ノック）の発生が予測される。ここでは、内燃機関１０の筒内圧力及び筒内温度に対して自着火の開始時期を関連付ける自着火時期推定モデルを用いて、遅角サイクルにおける自着火の開始時期が予測される。例えば、（３２）〜（３４）式（Livengood-Wu積分式）を用いて、遅角サイクルにおける自着火の開始時期を予測することができる。また、（３５）〜（３８）式及び状態方程式を用いても、遅角サイクルにおける自着火の開始時期を予測することができる。
In step S108, the occurrence of self-ignition in the retard cycle (knock) based on the cylinder history of the pressure p 2 and the in-cylinder temperature T 2 in the predicted retarded cycle in step S105~S107 are predicted. Here, the self-ignition start timing in the retard cycle is predicted using a self-ignition timing estimation model that associates the self-ignition start time with the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature of the
ステップＳ１０９においては、ステップＳ１０８で予測された遅角サイクルにおける自着火の予測開始時期とノックサイクルにおける自着火の検出開始時期との差が、現在設定している点火時期の遅角量より大きいか否かが判定される。ステップＳ１０９の判定結果がＮＯの場合は、現在設定している遅角量では自着火（ノック）が発生すると判定し、ステップＳ１０４に戻る。そして、ステップＳ１０４で設定する遅角量をさらに増大させて（点火時期をさらに遅角させて）ステップＳ１０５〜Ｓ１０９の処理をステップＳ１０９の判定結果がＹＥＳになるまで繰り返す。一方、ステップＳ１０９の判定結果がＹＥＳの場合は、現在設定している遅角量で自着火（ノック）が発生しないと判定し、現在設定している遅角量で次のサイクルの点火時期を制御する。 In step S109, is the difference between the autoignition prediction start timing in the retard cycle predicted in step S108 and the autoignition detection start timing in the knock cycle larger than the retard amount of the currently set ignition timing? It is determined whether or not. If the determination result in step S109 is NO, it is determined that self-ignition (knock) occurs at the currently set retardation amount, and the process returns to step S104. Then, the retard amount set in step S104 is further increased (ignition timing is further retarded), and the processing in steps S105 to S109 is repeated until the determination result in step S109 becomes YES. On the other hand, if the determination result in step S109 is YES, it is determined that self-ignition (knock) does not occur with the currently set retard amount, and the ignition timing of the next cycle is determined with the currently set retard amount. Control.
以上説明したように、本実施形態では、ノック（自着火）が検出されたノックサイクルでの筒内圧力ｐ1及び筒内温度Ｔ1の履歴を基に点火時期を遅角させる遅角サイクルにおける筒内圧力ｐ2及び筒内温度Ｔ2の履歴を予測し、この予測した遅角サイクルにおける筒内圧力ｐ2及び筒内温度Ｔ2の履歴を基に遅角サイクルにおける自着火（ノック）の開始時期を予測する。そして、この予測した遅角サイクルにおける自着火（ノック）の開始時期を基に点火時期の遅角量を決定することで、必要最小限の遅角量で自着火（ノック）の発生を抑止することができる。したがって、内燃機関１０のノックの発生を抑止するための点火時期制御をより精度よく行うことができ、内燃機関１０の燃焼制御をより精度よく行うことができる。
As described above, in the present embodiment, in the retard cycle in which the ignition timing is retarded based on the history of the in-cylinder pressure p 1 and the in-cylinder temperature T 1 in the knock cycle in which knock (self-ignition) is detected. The history of the in-cylinder pressure p 2 and the in-cylinder temperature T 2 is predicted, and based on the predicted history of the in-cylinder pressure p 2 and the in-cylinder temperature T 2 , self-ignition (knock) in the retard cycle is predicted. Predict the start time. Then, by determining the retard amount of the ignition timing based on the predicted start timing of self-ignition (knock) in the predicted retard cycle, the occurrence of self-ignition (knock) is suppressed with the minimum required retard amount. be able to. Therefore, the ignition timing control for suppressing the occurrence of knocking in the
そして、本実施形態では、ノック（自着火）が検出されたノックサイクルでの質量燃焼割合の履歴を用いて、遅角サイクルにおける筒内圧力ｐ2及び筒内温度Ｔ2の履歴を予測することで、遅角サイクルにおける筒内圧力ｐ2及び筒内温度Ｔ2の履歴を容易かつ精度よく予測することができる。したがって、遅角サイクルにおける自着火（ノック）の開始時期を容易かつ精度よく予測することができる。 In the present embodiment, the history of the in-cylinder pressure p 2 and the in-cylinder temperature T 2 in the retard cycle is predicted using the history of the mass combustion ratio in the knock cycle in which knock (self-ignition) has been detected. Thus, the history of the in-cylinder pressure p 2 and the in-cylinder temperature T 2 in the retard cycle can be predicted easily and accurately. Therefore, the start timing of self-ignition (knock) in the retard cycle can be easily and accurately predicted.
次に、本実施形態の他の構成例について説明する。 Next, another configuration example of this embodiment will be described.
「圧縮比制御１」
以上の説明では、内燃機関１０の点火時期を遅角させることで内燃機関１０のノック（自着火）の発生を抑止するものとした。ただし、内燃機関１０が可変圧縮比型エンジンである場合は、内燃機関１０の圧縮比を低減させることによっても、内燃機関１０のノック（自着火）の発生を抑止することができる。この例では、電子制御装置４２は、ノックセンサ２０（あるいは筒内圧力センサ１４）によりノック（自着火）が検出された場合に、内燃機関１０の圧縮比を低減させることでノック（自着火）の発生を抑止する圧縮比制御部を有する。ここでの内燃機関１０の圧縮比を変化させるための具体的な機構については、例えば吸気弁閉時期を変化させる可変バルブタイミング機構等の周知の機構で実現可能であるため詳細な説明を省略する。以下、ノック（自着火）が検出された場合に圧縮比の低減量を決定する処理を、図６のフローチャートに従って説明する。
"Compression ratio control 1"
In the above description, the occurrence of knocking (self-ignition) of the
ステップＳ２０１〜Ｓ２０３については、図５のフローチャートのＳ１０１〜Ｓ１０３と同様である。ステップＳ２０４においては、圧縮比を低減させる圧縮比低減サイクルにおける圧縮比の低減量が設定される。ここでは、圧縮比が前回から予め決められた分低減されるように低減量が設定される。ステップＳ２０５においては、ノックサイクルにおける吸気弁閉時期から点火時期までの筒内温度Ｔ1及び筒内圧力ｐ1に基づいて、圧縮比低減サイクルにおける吸気弁閉時期から点火時期までの筒内温度Ｔ2及び筒内圧力ｐ2が予測される。ここでは、圧縮比低減サイクルとノックサイクルとで吸気弁閉時の筒内温度及び筒内圧力が等しいものと予測して、圧縮比低減サイクルにおける吸気弁閉時期から点火時期までの筒内温度Ｔ2及び筒内圧力ｐ2が以下の（４９）、（５０）式でそれぞれ算出される。 Steps S201 to S203 are the same as S101 to S103 in the flowchart of FIG. In step S204, a reduction amount of the compression ratio in the compression ratio reduction cycle for reducing the compression ratio is set. Here, the reduction amount is set so that the compression ratio is reduced by a predetermined amount from the previous time. In step S205, based on the in-cylinder temperature T 1 from the intake valve closing timing to the ignition timing in the knock cycle and the in-cylinder pressure p 1 , the in-cylinder temperature T from the intake valve closing timing to the ignition timing in the compression ratio reduction cycle. 2 and in-cylinder pressure p 2 are predicted. Here, it is predicted that the in-cylinder temperature and the in-cylinder pressure when the intake valve is closed are the same in the compression ratio reduction cycle and the knock cycle, and the in-cylinder temperature T from the intake valve closing timing to the ignition timing in the compression ratio reduction cycle. 2 and in-cylinder pressure p 2 are calculated by the following equations (49) and (50), respectively.
Ｔ2＝Ｔ1×（ｖ1／ｖ2×ｖIVC2／ｖIVC1）κ-1 （４９）
ｐ2＝ｐ1×（ｖ1／ｖ2×ｖIVC2／ｖIVC1）κ （５０）
T 2 = T 1 × (v 1 / v 2 × v IVC 2 / v IVC 1 ) κ −1 (49)
p 2 = p 1 × (v 1 / v 2 × v IVC 2 / v IVC 1 ) κ (50)
ただし、（４９）、（５０）式において、Ｔ2は圧縮比低減サイクルにおけるあるクランク角度での筒内温度、Ｔ1はノックサイクルにおけるＴ2と同じクランク角度での筒内温度、ｐ2は圧縮比低減サイクルにおけるＴ2と同じクランク角度での筒内圧力、ｐ1はノックサイクルにおけるＴ2と同じクランク角度での筒内圧力、ｖ2は圧縮比低減サイクルにおけるＴ2と同じクランク角度での燃焼室容積、ｖ1はノックサイクルにおけるＴ2と同じクランク角度での燃焼室容積、ｖIVC2は圧縮比低減サイクルにおける吸気弁閉時の燃焼室容積、ｖIVC1はノックサイクルにおける吸気弁閉時の燃焼室容積、κはポリトロープ指数である。 In the equations (49) and (50), T 2 is the in-cylinder temperature at a certain crank angle in the compression ratio reduction cycle, T 1 is the in-cylinder temperature at the same crank angle as T 2 in the knock cycle, and p 2 is In-cylinder pressure at the same crank angle as T 2 in the compression ratio reduction cycle, p 1 is in-cylinder pressure at the same crank angle as T 2 in the knock cycle, and v 2 is the same crank angle as T 2 in the compression ratio reduction cycle. , V 1 is the combustion chamber volume at the same crank angle as T 2 in the knock cycle, v IVC2 is the combustion chamber volume when the intake valve is closed in the compression ratio reduction cycle, and v IVC1 is when the intake valve is closed in the knock cycle. The combustion chamber volume, κ, is the polytropic index.
ステップＳ２０６においては、圧縮比低減サイクルにおける点火時期後の筒内圧力ｐ2及び筒内温度Ｔ2が予測される。ここでは、Ｓ２０２で算出されたノックサイクルでの質量燃焼割合及び熱発生量の履歴を圧縮比低減サイクルでの質量燃焼割合及び熱発生量の推定履歴として用いる。そして、この推定した圧縮比低減サイクルでの質量燃焼割合及び熱発生量の履歴と、ステップＳ２０５で予測された圧縮比低減サイクルにおける点火時期の筒内圧力ｐ2とを基に、（１５）〜（２５）式を用いて圧縮比低減サイクルにおける点火時期後の筒内圧力ｐ2を算出する。さらに、この圧縮比低減サイクルにおける点火時期後の筒内圧力ｐ2と、ステップＳ２０５で予測された筒内圧力ｐ2及び筒内温度Ｔ2とを基に、圧縮比低減サイクルにおける点火時期後の筒内温度Ｔ2を算出する。 In step S206, the cylinder pressure p 2 and the in-cylinder temperature T 2 of the ignition timing in the compression ratio reduction cycle is predicted. Here, the history of mass combustion ratio and heat generation amount in the knock cycle calculated in S202 is used as the estimation history of mass combustion ratio and heat generation amount in the compression ratio reduction cycle. Then, based on the estimated history of the mass combustion ratio and heat generation amount in the compression ratio reduction cycle and the in-cylinder pressure p 2 at the ignition timing in the compression ratio reduction cycle predicted in step S205, (15) to The in-cylinder pressure p 2 after the ignition timing in the compression ratio reduction cycle is calculated using equation (25). Further, based on the in-cylinder pressure p 2 after the ignition timing in the compression ratio reduction cycle, the in-cylinder pressure p 2 and the in-cylinder temperature T 2 predicted in step S205, the after-ignition timing in the compression ratio reduction cycle is determined. An in-cylinder temperature T 2 is calculated.
ステップＳ２０７においては、ステップＳ２０５，Ｓ２０６で予測された圧縮比低減サイクルにおける筒内圧力ｐ2及び筒内温度Ｔ2に基づいて圧縮比低減サイクルにおける自着火（ノック）の発生が予測される。ここでは、内燃機関１０の筒内圧力及び筒内温度に対して自着火の開始時期を関連付ける自着火時期推定モデルを用いて、圧縮比低減サイクルにおける自着火の開始時期が予測される。例えば、（３２）〜（３４）式（Livengood-Wu積分式）を用いて、圧縮比低減サイクルにおける自着火の開始時期を予測することができる。また、（３５）〜（３８）式及び状態方程式を用いても、圧縮比低減サイクルにおける自着火の開始時期を予測することができる。
In step S207, the occurrence of self-ignition (knocking) is predicted at the compression ratio reduction cycle based on the cylinder pressure p 2 and the in-cylinder temperature T 2 in the predicted compression ratio decrease cycle in step S205, S206. Here, the start timing of self-ignition in the compression ratio reduction cycle is predicted using a self-ignition timing estimation model that associates the start timing of self-ignition with the in-cylinder pressure and in-cylinder temperature of the
ステップＳ２０８においては、ステップＳ２０７で予測された圧縮比低減サイクルにおける自着火の予測開始時期がノックサイクルにおける自着火の検出開始時期より遅いか否か（あるいは所定角度以上遅いか否か）が判定される。ステップＳ２０８の判定結果がＮＯの場合は、現在設定している圧縮比の低減量では自着火（ノック）が発生すると判定し、ステップＳ２０４に戻る。そして、ステップＳ２０４で設定する圧縮比の低減量をさらに増大させて（圧縮比をさらに低減させて）ステップＳ２０５〜Ｓ２０８の処理をステップＳ２０８の判定結果がＹＥＳになるまで繰り返す。一方、ステップＳ２０８の判定結果がＹＥＳの場合は、現在設定している圧縮比の低減量で自着火（ノック）が発生しないと判定し、現在設定している圧縮比の低減量で次のサイクルの圧縮比を制御する。 In step S208, it is determined whether or not the prediction start timing of self-ignition in the compression ratio reduction cycle predicted in step S207 is later than the detection start timing of self-ignition in the knock cycle (or whether or not it is later than a predetermined angle). The If the determination result in step S208 is NO, it is determined that self-ignition (knock) occurs at the currently set amount of reduction of the compression ratio, and the process returns to step S204. Then, the amount of reduction of the compression ratio set in step S204 is further increased (the compression ratio is further reduced), and the processes in steps S205 to S208 are repeated until the determination result in step S208 becomes YES. On the other hand, if the determination result in step S208 is YES, it is determined that self-ignition (knock) does not occur with the currently set compression ratio reduction amount, and the next cycle is performed with the currently set compression ratio reduction amount. Control the compression ratio.
内燃機関１０の圧縮比を制御する構成例においては、ノック（自着火）が検出されたノックサイクルでの筒内圧力ｐ1及び筒内温度Ｔ1の履歴を基に圧縮比を低減させる圧縮比低減サイクルにおける筒内圧力ｐ2及び筒内温度Ｔ2の履歴を予測し、この予測した圧縮比低減サイクルにおける筒内圧力ｐ2及び筒内温度Ｔ2の履歴を基に圧縮比低減サイクルにおける自着火（ノック）の開始時期を予測する。そして、この予測した圧縮比低減サイクルにおける自着火（ノック）の開始時期を基に圧縮比低減サイクルにおける圧縮比の低減量を決定することで、必要最小限の圧縮比低減量で自着火（ノック）の発生を抑止することができる。したがって、内燃機関１０のノックの発生を抑止するための圧縮比制御をより精度よく行うことができ、内燃機関１０の燃焼制御をより精度よく行うことができる。
In the configuration example for controlling the compression ratio of the
「圧縮比制御２」
以上の説明では、内燃機関１０が筒内の混合気を点火させて燃焼させる火花点火機関であるものとした。ただし、本実施形態では、内燃機関１０が筒内の混合気を圧縮することで自着火させて燃焼させる圧縮自着火機関であってもよい。さらに、内燃機関１０が可変圧縮比型エンジンである場合は、内燃機関１０の圧縮比を制御することで筒内混合気の自着火時期を制御することができる。この例では、電子制御装置４２は、点火時期制御部６０の代わりに、内燃機関１０の圧縮比を変化（増減）させることで筒内混合気の自着火時期を変化させる圧縮比制御部を有する。以下、筒内混合気の自着火時期を制御するために圧縮比の変化量（増減量）を決定する処理を、図７のフローチャートに従って説明する。
"Compression ratio control 2"
In the above description, the
まずステップＳ３０１においては、ステップＳ１０１，Ｓ２０１と同様の方法で、筒内温度Ｔ1の履歴が筒内温度推定部５２にて推定される。ステップＳ３０２においては、ステップＳ１０３，Ｓ２０３と同様の方法で、圧縮行程のポリトロープ指数κが推定される。ステップＳ３０３においては、圧縮比を増減（変化）させる圧縮比増減サイクルにおける圧縮比の増減量（変化量）が設定される。ここでは、例えば筒内圧力センサ１４により検出された自着火開始時期と所望の自着火開始時期との偏差に基づいて、圧縮比の増減量が設定される。
First, in step S301, the in-cylinder temperature T 1 history is estimated by the in-cylinder
ステップＳ３０４においては、ステップＳ３０１（筒内温度推定部５２）で推定された筒内温度Ｔ1の履歴と筒内圧力センサ１４で検出された筒内圧力ｐ1の履歴とに基づいて、圧縮比増減サイクルにおける吸気弁閉時期後の筒内温度Ｔ2及び筒内圧力ｐ2が予測される。ここでは、圧縮比を増減させる前後で吸気弁閉時の筒内温度及び筒内圧力が等しいものと予測し、ステップＳ２０５と同様に（４９）、（５０）式を利用して圧縮比増減サイクルにおける筒内温度Ｔ2及び筒内圧力ｐ2を算出することができる。
In step S304, on the basis of the detected cylinder history of the pressure p 1 in the history-
ステップＳ３０５においては、ステップＳ３０４で予測された圧縮比増減サイクルにおける吸気弁閉時期後の筒内温度Ｔ2及び筒内圧力ｐ2に基づいて圧縮比増減サイクルにおける自着火の開始時期が予測される。ここでは、内燃機関１０の筒内圧力及び筒内温度に対して自着火の開始時期を関連付ける自着火時期推定モデルを用いて、圧縮比増減サイクルにおける自着火の開始時期が予測される。例えば、（３２）〜（３４）式（Livengood-Wu積分式）を用いて、圧縮比増減サイクルにおける自着火の開始時期を予測することができる。また、（３５）〜（３８）式及び状態方程式を用いても、圧縮比増減サイクルにおける自着火の開始時期を予測することができる。
In step S305, the start timing of ignition is predicted at the compression ratio increase or decrease cycle based on cylinder temperature T 2 and the cylinder pressure p 2 after the intake valve closing timing in the predicted compression ratio increase and decrease cycle in step S304 . Here, the self-ignition start timing in the compression ratio increase / decrease cycle is predicted using a self-ignition timing estimation model that associates the self-ignition start time with the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature of the
ステップＳ３０６においては、ステップＳ３０５で予測された圧縮比増減サイクルにおける自着火の予測開始時期と所望の自着火開始時期との偏差の絶対値が設定量以下であるか否かが判定される。ステップＳ３０６の判定結果がＮＯの場合は、ステップＳ３０３に戻り、設定する圧縮比の増減量をさらに変化させてステップＳ３０４〜Ｓ３０６の処理をステップＳ３０６の判定結果がＹＥＳになるまで繰り返す。一方、ステップＳ３０６の判定結果がＹＥＳの場合は、現在設定している圧縮比の増減量で次のサイクルの圧縮比を制御する。 In step S306, it is determined whether or not the absolute value of the deviation between the self-ignition prediction start time and the desired self-ignition start time in the compression ratio increase / decrease cycle predicted in step S305 is equal to or less than the set amount. If the determination result in step S306 is NO, the process returns to step S303, the amount of increase / decrease in the compression ratio to be set is further changed, and the processes in steps S304 to S306 are repeated until the determination result in step S306 becomes YES. On the other hand, if the decision result in the step S306 is YES, the compression ratio of the next cycle is controlled by the increase / decrease amount of the currently set compression ratio.
この構成例によれば、必要最小限の圧縮比増減量で内燃機関１０の自着火時期の制御をより精度よく行うことができ、内燃機関１０の燃焼制御をより精度よく行うことができる。
According to this configuration example, the self-ignition timing of the
以上の本実施形態の説明では、内燃機関１０の筒内圧力ｐを筒内圧力センサ１４により検出するものとした。ただし、本実施形態では、筒内温度補正部６２による吸気弁閉時の筒内温度ＴIVCと予め仮定された質量燃焼割合及び熱発生量の履歴とを基に筒内圧力ｐを推定することもできる。
In the above description of the present embodiment, the in-cylinder pressure p of the
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.
１０ 内燃機関、１２ クランク角センサ、１４ 筒内圧力センサ、１６ ＮＯｘセンサ、１８ 空燃比センサ、２０ ノックセンサ、４２ 電子制御装置、５２ 筒内温度推定部、５４ 筒内混合気量推定部、５６ 筒内新気量推定部、５８ 筒内残留ガス推定部、６０ 点火時期制御部、６２ 筒内温度補正部、６４ ＮＯｘ濃度推定部、６６ ＮＯｘ濃度比較部、７４ 自着火時期推定部、７６ 自着火時期比較部。
DESCRIPTION OF
Claims (22)
内燃機関の筒内圧力を取得する筒内圧力取得部と、
内燃機関の排気ガスにおける所定成分の濃度を検出する排気濃度検出部と、
筒内圧力取得部による取得筒内圧力と排気濃度検出部による所定成分の検出濃度とに基づいて内燃機関の筒内温度を推定する筒内温度推定部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の状態量推定装置。 A state quantity estimation device for an internal combustion engine that estimates a state quantity of an internal combustion engine that burns an air-fuel mixture in a cylinder,
An in-cylinder pressure acquisition unit for acquiring an in-cylinder pressure of the internal combustion engine;
An exhaust concentration detector for detecting the concentration of a predetermined component in the exhaust gas of the internal combustion engine;
An in-cylinder temperature estimation unit that estimates the in-cylinder temperature of the internal combustion engine based on the in-cylinder pressure acquired by the in-cylinder pressure acquisition unit and the detected concentration of the predetermined component by the exhaust concentration detection unit;
A state quantity estimating device for an internal combustion engine, comprising:
筒内温度推定部は、
内燃機関の仮筒内温度を設定するとともに該仮筒内温度を補正する筒内温度補正部と、
筒内温度補正部による仮筒内温度と筒内圧力取得部による取得筒内圧力とに基づいて内燃機関の排気ガスにおける所定成分の濃度を推定する排気濃度推定部と、
を有し、
筒内温度補正部は、排気濃度推定部による所定成分の推定濃度と排気濃度検出部による所定成分の検出濃度との偏差の絶対値が減少するよう仮筒内温度を補正し、
筒内温度推定部は、排気濃度推定部による所定成分の推定濃度と排気濃度検出部による所定成分の検出濃度との偏差の絶対値が設定量以下であるときの仮筒内温度を基に内燃機関の筒内温度を推定することを特徴とする内燃機関の状態量推定装置。 An internal combustion engine state quantity estimating apparatus according to claim 1,
The in-cylinder temperature estimation unit
An in-cylinder temperature correction unit that sets the temperature in the temporary cylinder of the internal combustion engine and corrects the temperature in the temporary cylinder;
An exhaust concentration estimating unit that estimates the concentration of a predetermined component in the exhaust gas of the internal combustion engine based on the temporary in-cylinder temperature by the in-cylinder temperature correcting unit and the in-cylinder pressure acquired by the in-cylinder pressure acquiring unit;
Have
The in-cylinder temperature correcting unit corrects the temporary in-cylinder temperature so that the absolute value of the deviation between the estimated concentration of the predetermined component by the exhaust concentration estimating unit and the detected concentration of the predetermined component by the exhaust concentration detecting unit decreases,
The in-cylinder temperature estimation unit performs internal combustion based on the temporary in-cylinder temperature when the absolute value of the deviation between the estimated concentration of the predetermined component by the exhaust concentration estimation unit and the detected concentration of the predetermined component by the exhaust concentration detection unit is equal to or less than a set amount. An internal combustion engine state quantity estimation device for estimating an in-cylinder temperature of an engine.
排気濃度推定部は、内燃機関の筒内圧力及び筒内温度に対して前記所定成分の濃度を関連付ける排気濃度推定モデルを用いて、該所定成分の濃度を推定することを特徴とする内燃機関の状態量推定装置。 An internal combustion engine state quantity estimating apparatus according to claim 2,
The exhaust gas concentration estimation unit estimates the concentration of the predetermined component using an exhaust gas concentration estimation model that relates the concentration of the predetermined component to the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature of the internal combustion engine. State quantity estimation device.
筒内温度補正部は、内燃機関の吸気弁閉時の仮筒内温度を設定するとともに該仮筒内温度を補正することを特徴とする内燃機関の状態量推定装置。 An internal combustion engine state quantity estimation apparatus according to claim 2 or 3,
The in-cylinder temperature correction unit sets the temporary in-cylinder temperature when the intake valve of the internal combustion engine is closed, and corrects the temporary in-cylinder temperature.
前記所定成分の濃度は、窒素酸化物の濃度であることを特徴とする内燃機関の状態量推定装置。 An internal combustion engine state quantity estimation device according to any one of claims 1 to 4,
The internal combustion engine state quantity estimating apparatus, wherein the concentration of the predetermined component is a concentration of nitrogen oxides.
内燃機関の筒内圧力を取得する筒内圧力取得部と、
内燃機関のノックまたは自着火の開始時期を検出する自着火時期検出部と、
筒内圧力取得部による取得筒内圧力と自着火時期検出部によるノックまたは自着火の検出開始時期とに基づいて内燃機関の筒内温度を推定する筒内温度推定部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の状態量推定装置。 A state quantity estimation device for an internal combustion engine that estimates a state quantity of an internal combustion engine that burns an air-fuel mixture in a cylinder,
An in-cylinder pressure acquisition unit for acquiring an in-cylinder pressure of the internal combustion engine;
A self-ignition timing detection unit for detecting the start timing of knocking or self-ignition of the internal combustion engine;
An in-cylinder temperature estimation unit that estimates the in-cylinder temperature of the internal combustion engine based on the in-cylinder pressure acquired by the in-cylinder pressure acquisition unit and the knock or self-ignition detection start timing by the self-ignition timing detection unit;
A state quantity estimating device for an internal combustion engine, comprising:
筒内温度推定部は、
内燃機関の仮筒内温度を設定するとともに該仮筒内温度を補正する筒内温度補正部と、
筒内温度補正部による仮筒内温度と筒内圧力取得部による取得筒内圧力とに基づいて内燃機関のノックまたは自着火の開始時期を推定する自着火時期推定部と、
を有し、
筒内温度補正部は、自着火時期推定部によるノックまたは自着火の推定開始時期と自着火時期検出部によるノックまたは自着火の検出開始時期との偏差の絶対値が減少するよう仮筒内温度を補正し、
筒内温度推定部は、自着火時期推定部によるノックまたは自着火の推定開始時期と自着火時期検出部によるノックまたは自着火の検出開始時期との偏差の絶対値が設定量以下であるときの仮筒内温度を基に内燃機関の筒内温度を推定することを特徴とする内燃機関の状態量推定装置。 An internal combustion engine state quantity estimating apparatus according to claim 6,
The in-cylinder temperature estimation unit
An in-cylinder temperature correction unit that sets the temperature in the temporary cylinder of the internal combustion engine and corrects the temperature in the temporary cylinder;
A self-ignition timing estimation unit that estimates the start timing of knocking or self-ignition of the internal combustion engine based on the in-cylinder temperature by the in-cylinder temperature correction unit and the in-cylinder pressure acquired by the in-cylinder pressure acquisition unit;
Have
The in-cylinder temperature correction unit adjusts the temporary in-cylinder temperature so that the absolute value of the deviation between the knock or self-ignition estimation start time by the self-ignition timing estimation unit and the knock or self-ignition detection start time by the self-ignition timing detection unit decreases. To correct
The in-cylinder temperature estimation unit is used when the absolute value of the deviation between the knock or self-ignition estimation start time by the self-ignition timing estimation unit and the knock or self-ignition detection start time by the self-ignition timing detection unit is less than the set amount. An internal-combustion-engine state quantity estimation device that estimates an in-cylinder temperature of an internal combustion engine based on a temporary in-cylinder temperature.
自着火時期推定部は、内燃機関の筒内圧力及び筒内温度に対してノックまたは自着火の開始時期を関連付ける自着火時期推定モデルを用いて、ノックまたは自着火の開始時期を推定することを特徴とする内燃機関の状態量推定装置。 An internal combustion engine state quantity estimating apparatus according to claim 7,
The self-ignition timing estimation unit estimates the start time of knock or self-ignition using a self-ignition timing estimation model that associates the start time of knock or self-ignition with the in-cylinder pressure and in-cylinder temperature of the internal combustion engine. An internal combustion engine state quantity estimation device.
筒内温度補正部は、内燃機関の吸気弁閉時の仮筒内温度を設定するとともに該仮筒内温度を補正することを特徴とする内燃機関の状態量推定装置。 An internal combustion engine state quantity estimating apparatus according to claim 7 or 8,
The in-cylinder temperature correction unit sets the temporary in-cylinder temperature when the intake valve of the internal combustion engine is closed, and corrects the temporary in-cylinder temperature.
筒内圧力取得部による取得筒内圧力と筒内温度推定部による推定筒内温度とに基づいて内燃機関の筒内混合気量を推定する筒内混合気量推定部を備えることを特徴とする内燃機関の状態量推定装置。 An internal combustion engine state quantity estimation device according to any one of claims 1 to 9,
An in-cylinder mixture amount estimation unit that estimates an in-cylinder mixture amount of an internal combustion engine based on an in-cylinder pressure acquired by an in-cylinder pressure acquisition unit and an estimated in-cylinder temperature by an in-cylinder temperature estimation unit is provided. A state quantity estimating device for an internal combustion engine.
内燃機関の燃料噴射量を取得する燃料噴射量取得部と、
内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出部と、
燃料噴射量取得部による取得燃料噴射量と空燃比検出部による検出空燃比とに基づいて内燃機関の筒内新気量を推定する筒内新気量推定部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の状態量推定装置。 An internal combustion engine state quantity estimating apparatus according to claim 10,
A fuel injection amount acquisition unit for acquiring the fuel injection amount of the internal combustion engine;
An air-fuel ratio detector for detecting the air-fuel ratio of the internal combustion engine;
An in-cylinder fresh air amount estimation unit that estimates the in-cylinder fresh air amount of the internal combustion engine based on the fuel injection amount acquired by the fuel injection amount acquisition unit and the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detection unit;
A state quantity estimating device for an internal combustion engine, comprising:
筒内混合気量推定部による推定筒内混合気量と筒内新気量推定部による推定筒内新気量とに基づいて内燃機関の筒内残留ガス量または筒内残留ガス割合を推定する筒内残留ガス推定部を備えることを特徴とする内燃機関の状態量推定装置。 The state quantity estimation apparatus for an internal combustion engine according to claim 11,
The in-cylinder residual gas amount or the in-cylinder residual gas ratio of the internal combustion engine is estimated based on the estimated in-cylinder mixture amount by the in-cylinder mixture amount estimation unit and the estimated in-cylinder fresh air amount by the in-cylinder fresh air amount estimation unit. A state quantity estimation device for an internal combustion engine, comprising a cylinder residual gas estimation unit.
内燃機関のノックまたは自着火を検出する自着火検出部と、
自着火検出部によりノックまたは自着火が検出された場合に点火時期を遅角させる点火時期制御部と、
を備え、
点火時期制御部は、
筒内圧力取得部で取得されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内圧力と筒内温度推定部で推定されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内温度とに基づいて点火時期を遅角させる場合の筒内圧力及び筒内温度を予測する遅角時状態量予測部と、
遅角時状態量予測部で予測された筒内圧力及び筒内温度に基づいて点火時期を遅角させる場合のノックまたは自着火の発生を予測する遅角時自着火予測部と、
を有し、
遅角時自着火予測部によるノックまたは自着火の発生の予測結果を基に点火時期の遅角量を決定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 An internal combustion engine control apparatus comprising the internal combustion engine state quantity estimation device according to any one of claims 1 to 12, and controlling an ignition timing of an internal combustion engine that ignites and burns an air-fuel mixture in a cylinder.
A self-ignition detecting unit for detecting knock or self-ignition of the internal combustion engine;
An ignition timing control unit that retards the ignition timing when knocking or self-ignition is detected by the self-ignition detection unit;
With
The ignition timing control unit
Ignition based on in-cylinder pressure when knock or self-ignition acquired by in-cylinder pressure acquisition unit is detected and in-cylinder temperature when knock or self-ignition estimated by in-cylinder temperature estimation unit is detected A retarded state quantity predicting unit for predicting the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature when retarding the timing;
A retarded auto-ignition predicting unit for predicting the occurrence of knock or self-ignition when retarding the ignition timing based on the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature predicted by the retarded state quantity predicting unit;
Have
A control apparatus for an internal combustion engine, wherein a retard amount of an ignition timing is determined based on a prediction result of occurrence of knocking or self-ignition by a retarded self-ignition prediction unit.
遅角時状態量予測部は、
筒内圧力取得部で取得されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内圧力と筒内温度推定部で推定されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内温度とに基づいてノックまたは自着火が検出された場合の質量燃焼割合を推定し、
該推定した質量燃焼割合に基づいて点火時期を遅角させる場合の筒内圧力及び筒内温度を予測することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 13,
The retarded state quantity prediction unit
Knock based on the in-cylinder pressure when the in-cylinder pressure acquisition unit detects knocking or self-ignition and the in-cylinder temperature when the in-cylinder temperature estimation unit detects knocking or self-ignition Or estimate the mass combustion rate when auto-ignition is detected,
A control apparatus for an internal combustion engine, which predicts an in-cylinder pressure and an in-cylinder temperature when retarding an ignition timing based on the estimated mass combustion ratio.
遅角時自着火予測部は、内燃機関の筒内圧力及び筒内温度に対してノックまたは自着火の開始時期を関連付ける自着火時期推定モデルを用いて、点火時期を遅角させる場合のノックまたは自着火の発生を予測することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 13 or 14,
The retarded angle self-ignition prediction unit uses a self-ignition timing estimation model that associates the start timing of knock or self-ignition with respect to the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature of the internal combustion engine. A control apparatus for an internal combustion engine that predicts the occurrence of self-ignition.
圧縮比制御部は、
筒内圧力取得部で取得された筒内圧力と筒内温度推定部で推定された筒内温度とに基づいて圧縮比を変化させる場合の筒内圧力及び筒内温度を予測する圧縮比変化時状態量予測部と、
圧縮比変化時状態量予測部で予測された筒内圧力及び筒内温度に基づいて圧縮比を変化させる場合のノックまたは自着火の発生を予測する圧縮比変化時自着火予測部と、
を有し、
圧縮比変化時自着火予測部によるノックまたは自着火の発生の予測結果を基に圧縮比の変化量を決定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 An internal combustion engine comprising: the state quantity estimation device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 12; and a compression ratio control unit that controls a compression ratio of a variable compression ratio internal combustion engine that burns an air-fuel mixture in a cylinder. An engine control device,
The compression ratio control unit
When the compression ratio changes to predict the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature when changing the compression ratio based on the in-cylinder pressure acquired by the in-cylinder pressure acquisition unit and the in-cylinder temperature estimated by the in-cylinder temperature estimation unit A state quantity prediction unit;
A compression ratio change auto-ignition prediction unit that predicts the occurrence of knocking or self-ignition when the compression ratio is changed based on the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature predicted by the state quantity prediction unit at the time of compression ratio change;
Have
A control apparatus for an internal combustion engine, characterized in that a change amount of a compression ratio is determined based on a prediction result of occurrence of knocking or self-ignition by a self-ignition prediction unit when a compression ratio changes.
圧縮比変化時自着火予測部は、内燃機関の筒内圧力及び筒内温度に対してノックまたは自着火の開始時期を関連付ける自着火時期推定モデルを用いて、圧縮比を変化させる場合のノックまたは自着火の発生を予測することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 16,
The compression ratio change self-ignition prediction unit uses a self-ignition timing estimation model that associates the start timing of knock or self-ignition with the in-cylinder pressure and in-cylinder temperature of the internal combustion engine. A control apparatus for an internal combustion engine that predicts the occurrence of self-ignition.
可変圧縮比型内燃機関は、筒内で混合気を点火させて燃焼させる火花点火機関であり、
内燃機関のノックまたは自着火を検出する自着火検出部をさらに備え、
圧縮比制御部は、自着火検出部によりノックまたは自着火が検出された場合に圧縮比を低減させ、
圧縮比変化時状態量予測部は、筒内圧力取得部で取得されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内圧力と筒内温度推定部で推定されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内温度とに基づいて圧縮比を低減させる場合の筒内圧力及び筒内温度を予測し、
圧縮比変化時自着火予測部は、圧縮比変化時状態量予測部で予測された筒内圧力及び筒内温度に基づいて圧縮比を低減させる場合のノックまたは自着火の発生を予測し、
圧縮比制御部は、圧縮比変化時自着火予測部によるノックまたは自着火の発生の予測結果を基に圧縮比の低減量を決定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 16 or 17,
The variable compression ratio internal combustion engine is a spark ignition engine that ignites and burns an air-fuel mixture in a cylinder,
A self-ignition detecting unit for detecting knock or self-ignition of the internal combustion engine;
The compression ratio control unit reduces the compression ratio when knocking or self-ignition is detected by the self-ignition detection unit,
When the compression ratio change state quantity prediction unit detects the knock or self-ignition acquired by the in-cylinder pressure acquisition unit, the knock or self-ignition estimated by the in-cylinder pressure and in-cylinder temperature estimation unit is detected. Predicting the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature when reducing the compression ratio based on the in-cylinder temperature.
The compression ratio change self-ignition prediction unit predicts the occurrence of knock or self-ignition when the compression ratio is reduced based on the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature predicted by the compression ratio change state quantity prediction unit,
The compression ratio control unit determines a reduction amount of the compression ratio based on a prediction result of occurrence of knock or self-ignition by the self-ignition prediction unit when the compression ratio changes.
圧縮比変化時状態量予測部は、
筒内圧力取得部で取得されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内圧力と筒内温度推定部で推定されたノックまたは自着火が検出された場合の筒内温度とに基づいてノックまたは自着火が検出された場合の質量燃焼割合を推定し、
該推定した質量燃焼割合に基づいて圧縮比を低減させる場合の筒内圧力及び筒内温度を予測することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 18,
The state quantity prediction unit when the compression ratio changes
Knock based on the in-cylinder pressure when the in-cylinder pressure acquisition unit detects knocking or self-ignition and the in-cylinder temperature when the in-cylinder temperature estimation unit detects knocking or self-ignition Or estimate the mass combustion rate when auto-ignition is detected,
A control apparatus for an internal combustion engine, which predicts an in-cylinder pressure and an in-cylinder temperature when the compression ratio is reduced based on the estimated mass combustion ratio.
可変圧縮比型内燃機関は、筒内で混合気を圧縮することで自着火させて燃焼させる圧縮自着火機関であることを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 16 or 17,
The variable compression ratio type internal combustion engine is a compression self-ignition engine which is a compression self-ignition engine which self-ignites and burns by compressing an air-fuel mixture in a cylinder.
内燃機関の筒内圧力を取得する筒内圧力取得ステップと、
内燃機関の排気ガスにおける所定成分の濃度を検出する排気濃度検出ステップと、
筒内圧力取得ステップによる取得筒内圧力と排気濃度検出ステップによる所定成分の検出濃度とに基づいて内燃機関の筒内温度を推定する筒内温度推定ステップと、
を含むことを特徴とする内燃機関の状態量推定方法。 An internal combustion engine state quantity estimation method for estimating an internal combustion engine state quantity for burning an air-fuel mixture in a cylinder,
An in-cylinder pressure obtaining step for obtaining an in-cylinder pressure of the internal combustion engine;
An exhaust concentration detecting step for detecting a concentration of a predetermined component in the exhaust gas of the internal combustion engine;
An in-cylinder temperature estimating step for estimating the in-cylinder temperature of the internal combustion engine based on the acquired in-cylinder pressure in the in-cylinder pressure acquisition step and the detected concentration of the predetermined component in the exhaust concentration detection step;
An internal combustion engine state quantity estimation method comprising:
内燃機関の筒内圧力を取得する筒内圧力取得ステップと、
内燃機関のノックまたは自着火の開始時期を検出する自着火時期検出ステップと、
筒内圧力取得ステップによる取得筒内圧力と自着火時期検出ステップによるノックまたは自着火の検出開始時期とに基づいて内燃機関の筒内温度を推定する筒内温度推定ステップと、
を含むことを特徴とする内燃機関の状態量推定方法。
An internal combustion engine state quantity estimation method for estimating an internal combustion engine state quantity for burning an air-fuel mixture in a cylinder,
An in-cylinder pressure obtaining step for obtaining an in-cylinder pressure of the internal combustion engine;
A self-ignition timing detection step for detecting the start timing of knocking or self-ignition of the internal combustion engine;
An in-cylinder temperature estimation step for estimating the in-cylinder temperature of the internal combustion engine based on the in-cylinder pressure acquired by the in-cylinder pressure acquisition step and the knock or self-ignition detection start timing by the self-ignition timing detection step;
An internal combustion engine state quantity estimation method comprising:
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