JP2012072691A - Engine control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン制御装置に係り、特に、アイドル回転数の変動を抑制してエンジン回転を安定化させるのに好適なエンジン制御装置に関する。 The present invention relates to an engine control device, and more particularly to an engine control device suitable for stabilizing engine rotation by suppressing fluctuations in idle rotation speed.
近年、アイドル回転数を可能な限り低くして燃費の向上を図ることが行われている。例えば、特許文献1に記載されているアイドル回転数制御装置では、クランク角速度が減少方向に変化していることを検出したときには、エンジンで駆動される発電機の目標出力電圧を低下補正し、クランク角速度が上昇方向に変化していることを検出したときには、発電機の目標出力電圧を上昇補正する。
In recent years, it has been attempted to improve fuel efficiency by reducing the idling speed as low as possible. For example, in the idle speed control device described in
しかしながら、特許文献1に記載された制御装置では、発電機の制御が複雑になるという課題があった。
However, the control device described in
本発明の目的は、発電機の制御を複雑化することなくエンジン回転を安定化させることができるエンジン制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an engine control device that can stabilize engine rotation without complicating control of a generator.
前記目的を達成するために、本発明は、1サイクル毎のエンジン負荷の大きさをするエンジン負荷推定手段と、前記エンジン負荷推定手段によって推定されたエンジン負荷の大きさを、予め設定された上側閾値および下側閾値と比較するエンジン負荷判定手段と、前記エンジン負荷判定手段によってエンジン負荷の大きさが前記上側閾値以上であると判定された場合は、次のサイクルで点火時期を進角させ、前記エンジン負荷判定手段によってエンジン負荷の大きさが前記下側閾値未満であると判定された場合には、次のサイクルで点火時期を遅角させる点火時期制御手段とを具備している点に第1の特徴がある。 In order to achieve the above object, the present invention provides an engine load estimating means for calculating the engine load for each cycle, and an engine load estimated by the engine load estimating means on a preset upper side. When the engine load determining means that compares the threshold value and the lower threshold value and the engine load determining means determines that the magnitude of the engine load is equal to or greater than the upper threshold value, the ignition timing is advanced in the next cycle, And an ignition timing control means for retarding the ignition timing in the next cycle when the engine load determining means determines that the magnitude of the engine load is less than the lower threshold. There is one feature.
また、本発明は、前記エンジン負荷推定手段が、クランク角速度変動量をエンジン負荷の大きさとして推定する手段である点に第2の特徴がある。 Further, the present invention has a second feature in that the engine load estimating means is means for estimating a crank angular speed fluctuation amount as a magnitude of the engine load.
また、本発明は、前記エンジン負荷推定手段が、図示平均有効圧力(IMEP)をエンジン負荷の大きさとして推定する手段である点に第3の特徴がある。 Further, the present invention has a third feature in that the engine load estimating means is means for estimating the indicated mean effective pressure (IMEP) as the magnitude of the engine load.
また、本発明は、前記エンジン負荷推定手段が、エンジンのクランク軸に同期して回転するクランクパルサロータに設けられる複数のリラクタを検出してクランクパルス(CP)を出力するクランクパルス検出部と、エンジンの圧縮上死点(TDC)近傍のクランクパルスに基づいて第1クランク角速度を算出するとともに、エンジンの燃焼下死点近傍のクランクパルスに基づいて第2のクランク角速度を算出する角速度算出部と、前記第2クランク角速度から前記第1クランク角速度を減じてクランク角速度変動量を算出するクランク角速度変動量算出部とを具備している点に第4の特徴がある。 In the present invention, the engine load estimating means detects a plurality of reluctors provided in a crank pulsar rotor that rotates in synchronization with the crankshaft of the engine, and outputs a crank pulse (CP); An angular velocity calculator that calculates a first crank angular velocity based on a crank pulse near the compression top dead center (TDC) of the engine and calculates a second crank angular velocity based on a crank pulse near the combustion bottom dead center of the engine; There is a fourth feature in that a crank angular speed fluctuation amount calculation unit that calculates a crank angular speed fluctuation amount by subtracting the first crank angular speed from the second crank angular speed is provided.
また、本発明は、前記エンジン負荷推定手段が、エンジンのクランク軸に同期して回転するクランクパルサロータに設けられる単数または複数のリラクタを検出してクランクパルスを出力するクランクパルス検出部と、エンジンの圧縮上死点(TDC)近傍のクランクパルスに基づいて第1クランク角速度を算出するとともに、第1クランク角速度を算出するのに使用したのと同じリラクタに関して出力されたクランクパルスに基づいてオーバラップトップ上死点近傍の第2クランク角速度を算出する角速度算出部と、前記第2クランク角速度から前記第1クランク角速度を減じてクランク角速度変動量を算出するクランク角速度変動量算出部とを具備している点に第5の特徴がある。 According to the present invention, the engine load estimating means detects a single or a plurality of relucters provided in a crank pulser rotor that rotates in synchronization with the crankshaft of the engine, and outputs a crank pulse. The first crank angular velocity is calculated based on a crank pulse near the compression top dead center (TDC) of the engine, and is overlapped based on the crank pulse output with respect to the same relaxor used to calculate the first crank angular velocity. An angular velocity calculation unit that calculates a second crank angular velocity near the top top dead center, and a crank angular velocity variation calculation unit that calculates a crank angular velocity variation amount by subtracting the first crank angular velocity from the second crank angular velocity. There is a fifth feature.
また、本発明は、前記点火時期制御手段が、前記上側閾値および下側閾値に応じて、下側閾値と上側閾値との間の領域では基準進角値を設定し、下側閾値未満の領域では前記基準進角値より小さい進角量を設定し、上側閾値以上の領域では前記基準進角値より大きい進角量を設定した点火時期検索テーブルを有しており、前記点火時期検索テーブルにクランク角速度変動量を入力することにより進角量を取得して、点火時期を制御するように構成されている点に第6の特徴がある。 Further, according to the present invention, the ignition timing control means sets a reference advance value in a region between the lower threshold and the upper threshold according to the upper threshold and the lower threshold, and is a region less than the lower threshold. Has an ignition timing search table in which an advance amount smaller than the reference advance value is set, and an advance amount greater than the reference advance value is set in an area above the upper threshold, and the ignition timing search table includes A sixth feature is that the ignition timing is controlled by acquiring the advance amount by inputting the crank angular velocity fluctuation amount.
アイドル運転のようにエンジンの低回転数域では、燃焼時期の変動に起因して、1サイクル中の負荷の最大値(例えば、ω2で代表される)と最小値(例えば、ω1で代表される)との差(つまり負荷を代表する最大値ω2と最小値ω1との差Δω)がサイクル毎に交互に大小大小と変化する事象が観察される。この事象に鑑み、第1の特徴を有する本発明では、現サイクルで検出されたエンジン負荷が大きい場合は、次のサイクルでは、点火時期を進角制御する。一方、エンジン負荷が小さい場合は、次のサイクルでは、点火時期を遅角制御する。これにより、いずれの場合にも、次のサイクルでの負荷を代表する値は適当な値に収められる。このような、進角・遅角制御によって、燃焼時期変動が緩和され、その結果、エンジンの出力変動が抑制されるので、アイドル回転速度を低く設定することが可能となる。また、希薄な空燃比での運転が可能になるので、エンジンの燃料消費や排出ガスを低減させることができる。 In a low engine speed range such as idling, due to fluctuations in the combustion timing, the maximum load value (for example, represented by ω2) and the minimum value (for example, ω1) in one cycle. ) (That is, the difference Δω between the maximum value ω2 representing the load and the minimum value ω1) alternately changes in every cycle. In view of this phenomenon, in the present invention having the first feature, when the engine load detected in the current cycle is large, the ignition timing is advanced in the next cycle. On the other hand, when the engine load is small, the ignition timing is retarded in the next cycle. Thereby, in any case, the value representative of the load in the next cycle is set to an appropriate value. By such advance / retard angle control, fluctuations in the combustion timing are mitigated, and as a result, engine output fluctuations are suppressed, so that the idle rotation speed can be set low. Further, since it is possible to operate with a lean air-fuel ratio, it is possible to reduce engine fuel consumption and exhaust gas.
第2の特徴を有する本発明によれば、クランク角速度変動量に基づいてエンジン負荷の大きさを代表させて点火時期の制御を行えるので、容易にアイドル回転速度を低下させることができる。 According to the present invention having the second feature, since the ignition timing can be controlled by representing the magnitude of the engine load on the basis of the crank angular speed fluctuation amount, the idle rotation speed can be easily reduced.
第3の特徴を有する本発明によれば、図示平均有効圧力(IMEP)に基づいてエンジン負荷の大きさを代表させて点火時期制御を行えるので容易にアイドル回転速度を低下させることができる。 According to the present invention having the third feature, since the ignition timing control can be performed by representing the magnitude of the engine load based on the indicated mean effective pressure (IMEP), the idle rotation speed can be easily reduced.
第4の特徴を有する本発明によれば、クランクパルス検出部(クランクアングルセンサ)の出力によって、容易にエンジン負荷を推定して、アイドル回転速度を低下させることができる。 According to the present invention having the fourth feature, it is possible to easily estimate the engine load and reduce the idle rotation speed based on the output of the crank pulse detector (crank angle sensor).
第5の特徴を有する本発明によれば、第1および第2クランク角速度が、互いに共通のリラクタを検知して出力されるクランクパルスに基づいて検出されるので、リラクタの幅のバラツキによる検出精度低下を防止することができる。 According to the present invention having the fifth feature, since the first and second crank angular velocities are detected based on the crank pulse output by detecting the common reluctator, the detection accuracy due to variations in the width of the reluctor A decrease can be prevented.
第6の特徴を有する本発明によれば、現サイクルのクランク角速度変動量(Δω)を点火時期検索テーブルに入力することによって、容易に次のサイクルでクランク角速度変動量Δωを抑制することができる進角量を取得することができる。 According to the present invention having the sixth feature, the crank angular velocity fluctuation amount Δω can be easily suppressed in the next cycle by inputting the crank angular velocity fluctuation amount (Δω) of the current cycle into the ignition timing search table. The advance amount can be acquired.
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置のシステム構成を示すブロック図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of an engine control apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1を参照して、4サイクル単気筒エンジン5のシリンダ10の上部には、シリンダヘッド8が取り付けられる。エンジン5は、可変バルブタイミング(VVT:Variable Valve Timing)機構を有することができる。VVT機構は、ECU50の駆動指令に基づいて図示しない制御モータを動かし、これにより、吸気バルブIVおよび排気バルブEVのバルブタイミングを変更する。バルブタイミングの変更に伴って、バルブリフト量も変化する。VVT機構によるバルブタイミングの可変状態は、制御モータの回転角等を検知するセンサ19によってECU50に伝達される。
With reference to FIG. 1, a
エンジン5のクランク軸1には、該クランク軸1と同期回転するクランクパルサロータ2が取り付けられている。クランクパルサロータ2は、クランク軸1と同期回転するロータ3に1箇所の歯欠け部Hを除いて、30度間隔で配置される計11個のリラクタ4を有する。磁気ピックアップ式のパルス発生器PCはリラクタ4を検出する毎にパルス信号を検知してECU50に入力する。
A
吸気管11の一端部には、吸気を濾過するエアクリーナボックス16が取り付けられる。エアクリーナボックス16の内部には、吸気温度センサ17および大気圧センサ18が設けられる。また、吸気管11には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ15、スロットルバルブ13の回転角度を検知するスロットルバルブ開度センサ14、吸気圧力を検知する吸気圧センサ20が取り付けられる。燃焼室の上部には点火装置9が設けられ、スロットルバルブ13の下流側の吸気管11には燃料噴射弁12が配設される。排気管6には、酸素濃度センサ7が取り付けられる。点火装置9には、例えば、圧電素子タイプの筒内圧センサを設けることができる。
An
ECU50は、回転変動制御部41を備える。回転変動制御部41は、燃焼・膨張行程(以下、「燃焼行程」という)におけるクランク角速度変動量Δωとそのクランク角速度変動量Δωの大小を判定する上側閾値Hと下側閾値Lとを入力されて、点火時期を基準進角量から進角または遅角させる指令を点火時期制御部39に入力し、点火時期制御部39は入力された指令に従って決定された点火時期で点火装置9に点火信号を供給する。
The ECU 50 includes a rotation
これら回転変動制御部41および点火時期制御部39は、マイクロコンピュータのプログラムによって実現でき、ECU50は、そのプログラムを実行するマイクロコンピュータを有する。このように、ECU50はクランク角速度変動量Δωに基づいて点火時期を制御し、エンジンの回転変動を抑制する制御を行う機能を有する。
The rotation
次に、クランク角速度の変動について図2を参照して説明する。図2は、1サイクルにおけるクランクパルス信号とクランク角速度ωの変動との関係を示したタイムチャートである。エンジンのサイクルは、圧縮、燃焼、排気、および吸気の4行程からなる。各行程は、前記パルス発生器PCから出力されるクランクパルスに基づいて判断される。 Next, fluctuations in the crank angular speed will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a time chart showing the relationship between the crank pulse signal and the fluctuation of the crank angular speed ω in one cycle. The engine cycle consists of four strokes: compression, combustion, exhaust, and intake. Each stroke is determined based on a crank pulse output from the pulse generator PC.
すなわち、クランクパルスに基づいてリラクタ4の歯欠け部Hが検知されると、そこから所定数のクランクパルスを検出したときがクランクパルサロータ2の基準位置として決定され、クランク軸の1回転がリラクタ4の配置に応じて11個のクランクステージに分割される。その後、吸気管11に生じる吸気圧変動等に基づいた周知の手法により行程判別が確定すると、ステージの表裏判定(クランク軸が1サイクル中の1回転目および2回転目のいずれであるかの判定)がなされ、エンジン5の1サイクル(720度)が22個のサイクルステージに分割される。
That is, when the tooth missing portion H of the
クランク角速度ωは、平均エンジン回転速度NeA(平均角速度)が変動しない場合でも、シリンダ内圧の変動によってエンジンの1サイクル、すなわち、圧縮、燃焼、排気、および吸気の4行程によって周期的に変動する。 Even when the average engine speed NeA (average angular speed) does not fluctuate, the crank angular speed ω fluctuates periodically by one cycle of the engine, that is, four strokes of compression, combustion, exhaust, and intake, due to fluctuations in the cylinder internal pressure.
具体的には、圧縮行程では、シリンダ内圧の上昇による圧縮抵抗に起因してクランク角速度ωの減少が生じ、クランク角速度ωは圧縮上死点TDCの近傍で最小値ω1にまで低下する。一方、燃焼行程では、燃焼によるシリンダ内圧の上昇によってクランク回転エネルギーが発生し、これに起因してクランク角速度ωは増加に転ずる。燃焼行程の終了時(クランク角180度;BDC)近傍では、クランク角速度ωは最大値ω1となる。その後、エンジン内の機械的な摩擦抵抗、排気行程における既燃ガスの排出抵抗、吸気行程における吸入抵抗等のポンプ仕事によりクランク角度ωは低下を続けて、再び圧縮行程に至る。
Specifically, in the compression stroke, the crank angular speed ω decreases due to the compression resistance due to the increase in the cylinder internal pressure, and the crank angular speed ω decreases to the minimum value ω1 in the vicinity of the compression top dead center TDC. On the other hand, in the combustion stroke, crank rotational energy is generated by an increase in cylinder internal pressure due to combustion, and as a result, the crank angular velocity ω starts to increase. In the vicinity of the end of the combustion stroke (crank
このようなクランク角速度ωの変動によれば、圧縮上死点TDCの近傍で検知される第1クランク角速度ω1は、平均エンジン回転速度NeAより小さくなる。一方、燃焼下死点BDCの近傍で検知される第2クランク角速度ω2は、平均エンジン回転速度NeAより大きくなる。第1クランク角速度ω1および第2クランク角速度ω2の差は、エンジン5に対する負荷を代表するクランク角速度変動量Δωである。
According to such variation of the crank angular speed ω, the first crank angular speed ω1 detected in the vicinity of the compression top dead center TDC is smaller than the average engine rotational speed NeA. On the other hand, the second crank angular speed ω2 detected in the vicinity of the combustion bottom dead center BDC is higher than the average engine speed NeA. The difference between the first crank angular speed ω <b> 1 and the second crank angular speed ω <b> 2 is a crank angular speed fluctuation amount Δω that represents a load on the
図3はサイクル毎の燃焼時期の変動例を示す図であり、図4はサイクル毎のクランク角に応じた質量燃焼割合を示す図である。アイドル運転では、吸気の乱流強度が小さくて混合気の形成が不十分であるため、シリンダ内の残留ガスの影響を受けやすい。したがって、通常の負荷運転と比べて燃焼は安定せず、点火時期が一定であっても、燃焼始め時期(例えば、質量燃焼割合が10%の時期)や燃焼時間(例えば、質量燃焼割合が10%〜90%の期間)はサイクル毎に変動する。 FIG. 3 is a diagram showing a variation example of the combustion timing for each cycle, and FIG. 4 is a diagram showing a mass combustion ratio according to the crank angle for each cycle. In idle operation, since the turbulent intensity of the intake air is small and the mixture is not sufficiently formed, it is easily affected by residual gas in the cylinder. Therefore, combustion is not stable as compared with normal load operation, and even when the ignition timing is constant, the combustion start time (for example, the time when the mass combustion ratio is 10%) and the combustion time (for example, the mass combustion ratio is 10%). % To 90%) varies from cycle to cycle.
図3において、縦軸は燃焼時間に対応するクランク角度(圧縮上死点TDCを基準としたクランク角度)ATDCであり、横軸はサイクルである。燃焼時間をサイクル毎に棒グラフの長さで示している。棒グラフの下端が燃焼始め時期であり、上端が燃焼終了時期である。図3に示すように、燃焼始め時期は、1サイクル毎に早くなったり遅くなったりしているし、燃焼時間も1サイクル毎に長くなったり、短くなったりしている。 In FIG. 3, the vertical axis represents the crank angle corresponding to the combustion time (crank angle based on the compression top dead center TDC) ATDC, and the horizontal axis represents the cycle. The combustion time is shown by the length of the bar graph for each cycle. The lower end of the bar graph is the combustion start time, and the upper end is the combustion end time. As shown in FIG. 3, the combustion start time is earlier or later every cycle, and the combustion time is longer or shorter every cycle.
これを、別の観点から示した図4を参照してみると、曲線aで示すサイクルのように、着火時期が早い(TDC前10度で着火した)場合、燃焼はATDC90度より前で終了する(質量燃料割合が90%に達する)。一方、曲線fで示すサイクルのように、着火時期が遅い(ATDC後10度で着火した)場合、燃焼はATDC180度になっても終了しない(質量燃料割合が90%に達しない)。つまり、サイクルa、b、…、fの順で着火つまり燃焼始め時期が遅くなり、燃焼終了も遅くなる。 Referring to FIG. 4 showing this from another viewpoint, when the ignition timing is early (ignited at 10 degrees before TDC) as in the cycle indicated by curve a, combustion ends before 90 degrees ATDC. (Mass fuel ratio reaches 90%). On the other hand, when the ignition timing is late (ignited at 10 degrees after ATDC) as in the cycle indicated by curve f, combustion does not end even when ATDC reaches 180 degrees (the mass fuel ratio does not reach 90%). That is, the ignition, that is, the start of combustion is delayed in the order of cycles a, b,..., F, and the end of combustion is also delayed.
このような、燃焼始め時期や燃焼時期の変動は、エンジン回転数がより低回転であったり、空燃比を希薄にしたりすることにより顕著になる。そして、燃焼時間等の変動は、次に説明する燃焼時間とガス交換との関係に従い、大きく規則的になる傾向がある。 Such fluctuations in the combustion start timing and the combustion timing become conspicuous when the engine speed is lower or the air-fuel ratio is made lean. The fluctuation of the combustion time or the like tends to become large and regular according to the relationship between the combustion time and gas exchange described below.
図5は、連続する2サイクルの燃焼時期とガス交換の関係を示す図である。図5において、アイドル運転時のあるサイクルにおいて、内部EGR率(排気ガス再循環率)が低いと(ブロックB1)、着火時期が速くなる傾向がある(ブロックB2)。これはシリンダ内の不活性ガスが少ないため、火炎伝播を阻害しないためと考えられる。そして、早い着火時期に対応して実効膨張比は高くなる(ブロックB3)。実効膨張比が高いと、排気圧力や排気温度が低くなり(ブロックB4)、これに伴って排気慣性効果も低くなるので(ブロックB5)、結果として残留ガスが多くなる(ブロックB6)。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the combustion timing of two consecutive cycles and gas exchange. In FIG. 5, if the internal EGR rate (exhaust gas recirculation rate) is low (block B1) in a certain cycle during idle operation, the ignition timing tends to be accelerated (block B2). This is presumably because the amount of inert gas in the cylinder is small and does not hinder flame propagation. Then, the effective expansion ratio becomes higher corresponding to the earlier ignition timing (block B3). When the effective expansion ratio is high, the exhaust pressure and the exhaust temperature are lowered (block B4), and the exhaust inertia effect is also lowered accordingly (block B5). As a result, the residual gas is increased (block B6).
残留ガスが多くなると、次のサイクルでは、内部EGR率が低くなり(ブロックB7)、着火時期が遅くなる(ブロックB8)。そして、遅い着火時期に対応して実効膨張比は低くなる(ブロックB9)。実効膨張比が高いと、排気圧力や排気温度が高くなり(ブロックB10)、これに伴って排気慣性効果も高くなるので(ブロックB11)、結果として残留ガスが少なくなる(ブロックB12)。 When the residual gas increases, in the next cycle, the internal EGR rate decreases (block B7), and the ignition timing is delayed (block B8). Then, the effective expansion ratio becomes low corresponding to the late ignition timing (block B9). When the effective expansion ratio is high, the exhaust pressure and the exhaust temperature increase (block B10), and the exhaust inertia effect increases accordingly (block B11). As a result, the residual gas decreases (block B12).
上記連関は、繰り返されるので、着火時期が早いサイクルと着火時期が遅いサイクルが交互に現れることになる。そして、着火時期の変動に応じて、図3に示したように燃焼時間も1サイクル毎に変動し、図4で示したような現象となる。 Since the above association is repeated, a cycle with an early ignition timing and a cycle with a late ignition timing appear alternately. And according to the fluctuation | variation of ignition timing, as shown in FIG. 3, a combustion time also fluctuates for every cycle, and becomes a phenomenon as shown in FIG.
図6は、図示平均有効圧力IMEPと質量燃焼割合MBFが50%となる時期(MBF50%)との相関性を示す図である。図6に示すように、図示平均有効圧力IMEPが高くなるほど、MBF50%は早くなる。つまり、着火時期が早くなっていると考えられる。
FIG. 6 is a diagram showing the correlation between the indicated mean effective pressure IMEP and the time when the mass combustion ratio MBF reaches 50% (
図6に示す相関性によれば、図5のブロックB2に示した早い着火時期は、高い図示平均有効圧力IMEPに対応し、図5のブロックB8に示した遅い着火時期は、低い図示平均有効圧力IMEPに対応する。したがって、サイクル毎の着火時期や着火時間の変動を抑えてエンジン回転を安定化させるためには、サイクル毎の図示平均有効圧力IMEPを安定化させることが望ましいことが分かる。 According to the correlation shown in FIG. 6, the early ignition timing shown in block B2 of FIG. 5 corresponds to a high indicated average effective pressure IMEP, and the late ignition timing shown in block B8 of FIG. Corresponds to pressure IMEP. Therefore, it can be seen that it is desirable to stabilize the indicated mean effective pressure IMEP for each cycle in order to stabilize engine rotation while suppressing fluctuations in the ignition timing and ignition time for each cycle.
ここで、図示平均有効圧力IMEPとクランク角速度変動量Δωとの相関に着目する。図7は、クランク角速度変動量Δωと図示平均有効圧力IMEPとの対応関係を示す図である。図7に示すように、図示平均有効圧力IMEPが高くなると角速度変動量Δωは大きくなる。つまり、両者は線形の相関を有する。したがって、図示平均有効圧力IMEPに代わるクランク角速度変動量Δωに従って、サイクル毎の燃焼始め時期や燃焼時期を制御すれば良いことが分かる。 Here, attention is focused on the correlation between the indicated mean effective pressure IMEP and the crank angular speed fluctuation amount Δω. FIG. 7 is a diagram showing a correspondence relationship between the crank angular velocity fluctuation amount Δω and the indicated mean effective pressure IMEP. As shown in FIG. 7, when the indicated mean effective pressure IMEP increases, the angular velocity fluctuation amount Δω increases. That is, both have a linear correlation. Therefore, it is understood that the combustion start timing and the combustion timing for each cycle may be controlled in accordance with the crank angular speed fluctuation amount Δω instead of the indicated mean effective pressure IMEP.
図8は、クランク角速度変動量Δωのサイクル変動を示すグラフである。上述のとおり、クランク角速度変動量Δωと図示平均有効圧力IMEPとは互いに線形の相関があるので、図示平均有効圧力IMEPの変動と同様、クランク角速度変動量Δωもサイクル毎に大小に変更する。図8から理解できるように、クランク角速度変動量Δωは、あるサイクルで小さいと、次のサイクルでは大きくなり、また、その次のサイクルでは小さくなるというふうに、交互に変化する。特に、クランク角速度変動量Δωが上側閾値Hおよび下側閾値Lで挟まれた許容領域から逸脱するようなときは、クランク角速度変動量Δωは、ほとんど例外なく、交互に大小に変化する。 FIG. 8 is a graph showing the cycle fluctuation of the crank angular speed fluctuation amount Δω. As described above, since the crank angular speed fluctuation amount Δω and the indicated mean effective pressure IMEP have a linear correlation with each other, the crank angular speed change amount Δω is also changed to be larger or smaller for each cycle, similarly to the fluctuation of the indicated mean effective pressure IMEP. As can be understood from FIG. 8, the crank angular velocity fluctuation amount Δω alternately changes such that if it is small in a certain cycle, it increases in the next cycle and decreases in the next cycle. In particular, when the crank angular speed fluctuation amount Δω deviates from the allowable region sandwiched between the upper threshold value H and the lower threshold value L, the crank angular speed fluctuation amount Δω changes with a large and small value with almost no exception.
そこで、本実施形態では、ECU50の機能によって、このようなクランク角速度変動量Δωの変動を抑制する。すなわち、クランク角速度変動量Δωに上側閾値Hおよび下側閾値Lを設定し、クランク角速度変動量Δωが上側閾値H以上もしくは下側閾値L未満であるサイクルを検出する。そして、このようなサイクルが検出されたならば、その次のサイクルでは、クランク角速度変動量Δωが上側閾値Hおよび下側閾値Lで挟まれた許容領域内に収束するようにエンジンの点火時期を調整する。
Therefore, in the present embodiment, such a variation in the crank angular velocity variation Δω is suppressed by the function of the
例えば、あるサイクルにおいて、図8の符号Aで示すようにクランク角速度変動量Δωが下側閾値Lより小さいことを検出したならば、上述の規則性から、次のサイクルでは符号Bで示すようにクランク角速度変動量Δωが上側閾値Hより大きくなることが予想される。そこで、次のサイクルでは、点火時期の進角量を基準進角量より小さくする。つまり遅角させる。そうすることにより、クランク角速度変動量Δωは、符号Baで示すように上側閾値Hと下側閾値Lとの間の許容領域内に収まる。 For example, if it is detected that the crank angular speed fluctuation amount Δω is smaller than the lower threshold L in a certain cycle as indicated by reference symbol A in FIG. 8, as indicated by reference symbol B in the next cycle due to the above regularity. It is expected that the crank angular speed fluctuation amount Δω is larger than the upper threshold value H. Therefore, in the next cycle, the advance amount of the ignition timing is made smaller than the reference advance amount. In other words, retard. By doing so, the crank angular velocity fluctuation amount Δω falls within the allowable region between the upper threshold value H and the lower threshold value L as indicated by reference symbol Ba.
一方、あるサイクルにおいて符号Cで示すようにクランク角速度変動量Δωが上側閾値Hより大きいことを検出したならば、上述の規則性から、次のサイクルでは符号Dで示すようにクランク角速度変動量Δωが下側閾値Lより小さくなることが予想される。そこで、次のサイクルでは、点火時期を基準進角量より大きくする。つまり進角させる。そうすることにより、クランク角速度変動量Δωは、符号Daで示すように上側閾値Hと下側閾値Lとの間の許容領域内に収まる。 On the other hand, if it is detected that the crank angular speed fluctuation amount Δω is larger than the upper threshold value H as shown by the symbol C in a certain cycle, the crank angular speed fluctuation amount Δω is shown in the next cycle as shown by the symbol D because of the regularity described above. Is expected to be smaller than the lower threshold L. Therefore, in the next cycle, the ignition timing is made larger than the reference advance amount. In other words, it is advanced. By doing so, the crank angular speed fluctuation amount Δω falls within the allowable region between the upper threshold value H and the lower threshold value L as indicated by the symbol Da.
図9は図2の要部拡大図である。図9に示すように、クランク角速度ωは、圧縮上死点TDC近傍で最小値(第1角速度ω1)になり、燃焼下死点BDC近傍で最大値(第2角速度ω2)になる。第1角速度ω1は、圧縮上死点TDC近傍で第1加速度ω1(最小値)を跨ぐ連続する2つのクランクパルスP1およびP2の間隔(時間)τ1をリラクタ間隔θで除した値として検出される。また、第2角速度ω2は、燃焼下死点BDC近傍で第2加速度ω2(最大値)を跨ぐ連続する2つのクランクパルスP3およびP4の間隔(時間)τ2をリラクタ間隔θで除した値として検出される。エンジン回転速度NeAはクランク2回転の角速度ωの平均値である。そして、エンジン回転速度NeAに対する第1角速度ω1と第2角速度ω2との差がクランク角速度変動量Δωである。 FIG. 9 is an enlarged view of a main part of FIG. As shown in FIG. 9, the crank angular velocity ω has a minimum value (first angular velocity ω1) in the vicinity of the compression top dead center TDC, and a maximum value (second angular velocity ω2) in the vicinity of the combustion bottom dead center BDC. The first angular velocity ω1 is detected as a value obtained by dividing the interval (time) τ1 between two continuous crank pulses P1 and P2 straddling the first acceleration ω1 (minimum value) in the vicinity of the compression top dead center TDC by the retractor interval θ. . The second angular velocity ω2 is detected as a value obtained by dividing the interval (time) τ2 between two crank pulses P3 and P4 that straddle the second acceleration ω2 (maximum value) in the vicinity of the combustion bottom dead center BDC by the reluctator interval θ. Is done. The engine speed NeA is an average value of the angular speed ω of two crank rotations. The difference between the first angular speed ω1 and the second angular speed ω2 with respect to the engine rotational speed NeA is the crank angular speed fluctuation amount Δω.
図10は、本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置の要部機能を示すブロック図である。図10において、クランクパルス検出部31は、パルス発生器PCによってリラクタ4の通過を検知してクランクパルスCPを出力する。パルス間隔検出部32は、カウンタで構成され、クランクパルスCPが入力される毎に、連続する2つのクロックパルス間のクロックパルスCKの数を計数し、パルス間隔τとして出力する。
FIG. 10 is a block diagram showing the main functions of the engine control apparatus according to one embodiment of the present invention. In FIG. 10, the
基準位置検出部33はパルス間隔τが広くなる位置、つまりリラクタ4の歯欠け部Hを検出し、その検出時点からの所定のクランクパルスCPの数に基づいて基準位置を検出する。上死点及び下死点判別部34は、基準位置の検出時から予め設定したTDC、およびBDC検出用のクランクパルスCPをそれぞれ計数した時点で、TDC検出信号、およびBDC検出信号を角速度算出部35に入力する。
The reference
角速度算出部35は、TDC検出信号及びBDC検出信号のそれぞれが入力されると、クランクパルス間隔τを、それぞれTDCクランクパルス間隔τ1及びBDCクランクパルス間隔τ2として読み込む。そして、該TDCクランクパルス間隔τ1及びBDCクランクパルス間隔τ2とリラクタ間隔θとを使用して第1角速度ω1及び第2角速度ω2をそれぞれ算出し、クランク角速度変動量算出部36に入力する。
When each of the TDC detection signal and the BDC detection signal is input, the angular
クランク角速度変動量算出部(エンジン負荷推定手段)36は、第1角速度ω1及び第2角速度ω2からクランク角速度変動量Δω(Δω=ω2−ω1)を算出し、クランク角速度変動量判定部37に入力する。
A crank angular speed fluctuation amount calculation unit (engine load estimation means) 36 calculates a crank angular speed fluctuation amount Δω (Δω = ω2−ω1) from the first angular speed ω1 and the second angular speed ω2 and inputs the crank angular speed fluctuation
クランク角速度変動量判定部(エンジン負荷判定手段)37は、入力されたクランク角速度変動量Δωと、閾値設定部40に予め設定されている上側閾値Hと下側閾値Lとを比較してクランク角速度変動量Δωが上側閾値H以上(変動量大)であるか、下側閾値L未満(変動量小)であるかを判定して、その判定結果を点火時期決定部38に入力する。
The crank angular speed fluctuation amount determination unit (engine load determination means) 37 compares the input crank angular speed fluctuation amount Δω with the upper threshold value H and the lower threshold value L preset in the
点火時期決定部38は、変動量大の判定結果が入力されれば、次のサイクルではクランク角速度変動量Δωが小となることが予想されるので、点火時期の進角量を大きくする(進角信号を出力する)。一方、点火時期決定部38は、変動量小の判定結果が入力されれば、次のサイクルではクランク角速度変動量Δωは大となることが予想されるので、点火時期の進角量を小さくする(遅角信号を出力する)。
If the determination result of the large fluctuation amount is input, the ignition
進角信号および遅角信号は点火時期制御部39に入力され、点火時期制御部39は、進角信号及び遅角信号に基づいて点火装置9の点火時期を、基準進角量から進角または遅角させる。なお、進角量及び遅角量は予め設定しておく。
The advance angle signal and the retard angle signal are input to the ignition
クランク角速度変動量判定部37および点火時期決定部38は、点火時期検索テーブルとして実現できる。図11は、点火時期検索テーブルの一例を示す図である。点火時期検索テーブル42は、横軸に現サイクルのクランク角速度変動量Δωを、上側閾値Hおよび下側閾値Lとともに示し、縦軸には次のサイクルの点火時期(進角量)θigを示す。この点火時期検索テーブルを使用し、クランク角速度変動量Δωを使って進角量θigを検索する。点火時期検索テーブルはクランク角速度変動量Δωに応じて閾値H、Lを境にして3段階の進角量を設定してある。すなわち、現サイクルのクランク角速度変動量Δωが下側閾値Lと上側閾値Hとの間にあるときは、次のサイクルの進角量θigとしては基準進角量θigSが選択される。そして、現サイクルのクランク角速度変動量Δωが下側閾値L未満では、小さい進角量θigLが、次のサイクルの進角量θigとして選択され、現サイクルのクランク角速度変動量Δωが上側閾値H以上では、大きい進角量θigHが選択される。
The crank angular velocity fluctuation
図12は、回転変動制御部41の要部処理を示すフローチャートである。図10のステップS1では、クランク角速度変化量判定部37にクランク角速度変動量Δωを読み込む。ステップS2では、クランク角速度変動量判定部37において、クランク角速度変動量Δωが上側閾値H以上であるか否かを判定する。この判定が肯定ならば、ステップS3に進んで、次のサイクルの点火時期θigとして大きい進角量θigHを選択する(進角制御)。ステップS2が否定ならばステップS4に進む。ステップS4では、クランク角速度変動量判定部37において、クランク角速度変動量Δωが下側閾値L未満であるか否かを判定する。
FIG. 12 is a flowchart showing the main processing of the rotation
ステップS4が肯定ならば、ステップS5に進んで次のサイクルの点火時期θigとして小さい進角量θigLを選択する。ステップS4が否定ならばステップS6に進む。ステップS6では、次のサイクルの点火時期θigとして基準進角量θigSを選択する(遅角制御)。 If step S4 is affirmative, the process proceeds to step S5 to select a small advance amount θigL as the ignition timing θig of the next cycle. If step S4 is negative, the process proceeds to step S6. In step S6, the reference advance amount θigS is selected as the ignition timing θig of the next cycle (retard angle control).
このように、本実施形態では、着火時期に起因する図示平均有効圧力IMEPの変動を、図示平均有効圧力IMEPと相関性を有するクランク角速度変動量Δωの変動によって推定するとともに、図示平均有効圧力IMEPの、大小を繰り返す変動の規則性に鑑みて、次のサイクルでの図示平均有効圧力IMEPの変動が小さくなるように点火時期を調整するようにした。 As described above, in the present embodiment, the fluctuation of the indicated mean effective pressure IMEP caused by the ignition timing is estimated by the fluctuation of the crank angular speed fluctuation amount Δω correlated with the indicated mean effective pressure IMEP, and the indicated mean effective pressure IMEP In view of the regularity of the fluctuation that repeats the magnitude, the ignition timing is adjusted so that the fluctuation of the indicated mean effective pressure IMEP in the next cycle becomes small.
図13は、本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置によって制御されたクランク角速度変動量Δωの一例を示す図である。この例のように、クランク角速度変動量Δωが上側閾値H及び下側閾値Lとに挟まれた許容領域から逸脱したサイクルが検出されると、次のサイクルでは、クランク角速度変動量Δωを抑制するように点火時期が調整されるので、ほとんどのサイクルでクランク角速度変動量Δωが許容領域に収まり、エンジン回転は安定する。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the crank angular speed fluctuation amount Δω controlled by the engine control apparatus according to the embodiment of the present invention. When a cycle in which the crank angular speed fluctuation amount Δω deviates from the allowable region sandwiched between the upper threshold value H and the lower threshold value L is detected as in this example, the crank angular speed fluctuation amount Δω is suppressed in the next cycle. Since the ignition timing is adjusted in this way, the crank angular speed fluctuation amount Δω is within the allowable range in most cycles, and the engine rotation is stabilized.
本発明の第2の実施形態を説明する。図14は第2の実施形態を説明するための、1サイクルにおけるクランクパルス信号とクランク角速度ωの変動との関係を示したタイムチャートである。 A second embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is a time chart illustrating the relationship between the crank pulse signal and the fluctuation of the crank angular velocity ω in one cycle for explaining the second embodiment.
上述の、第1の実施形態では、第1のクランク角速度ω1および第2のクランク角速度ω2が、異なるリラクタ4を検知することによって検出されるので、リラクタ4の幅のバラツキによって検出精度が低下する可能性がある。そこで、圧縮上死点TDC近傍のクランク角速度ω1を検出したのと同じリラクタでオーバラップ上死点のクランク角速度ωを検出し、これを第2のクランク角速度ω2としてクランク角速度変動量Δω「Δω=ω2−ω1」を算出する。
In the first embodiment described above, the first crank angular speed ω1 and the second crank angular speed ω2 are detected by detecting the
このように第2クランク角速度ω2を検出する手法でも、エンジン負荷との相関関係があるので、第1の実施形態と同様にエンジン負荷の推定手段として利用できる。なお、第2の実施形態では、第1の実施形態と同様、多数のリラクタ4を有するロータ3を使用して、同一のリラクタによるクランクパルスに基づいて第1および第2のクランク角速度ω1、ω2を検出してもよいし、単一のリラクタ有するロータを使用して、この単一のリラクタによるクランクパルスに基づいて第1および第2のクランク角速度ω1、ω2を検出してもよい。
As described above, the method of detecting the second crank angular velocity ω2 also has a correlation with the engine load, and can be used as an engine load estimating means as in the first embodiment. In the second embodiment, as in the first embodiment, the
なお、本実施形態では、クランク角速度変動量Δωに基づいてエンジン負荷を推定し、この負荷に応じて点火時期を制御した。しかし、本願発明は、これに限らず、変形が可能である。例えば、クランク角速度変動量Δωと線形の相関を有する図示平均有効圧力IMEPに基づいてエンジン負荷を推定してもよい。そして、クランク角速度変動量Δωに基づく場合と同様、図示平均有効圧力IMEP用の上側閾値および下側閾値を用いて、現サイクルの図示平均有効圧力IMEPを判定し、この判定結果に従って点火時期の進角・遅角制御を行ってもよい。図示平均有効圧力IMEPの算出方法は周知である。まず、点火装置9に取り付けられた筒内圧センサによって燃焼室内の圧力である筒内圧を検知する。そして、検知した筒内圧と燃焼室の容積の変化率との積を、エンジン5のピストンの上死点から下死点にわたって積分した値から、下死点から上死点にわたって積分した値を減算することによって図示平均有効圧力IMEPは算出できる。図示平均有効圧力IMEPの算出に関しては、本出願人の出願に係る特開平2006−52647号公報に記載の方法を使用できる。
In the present embodiment, the engine load is estimated based on the crank angular speed fluctuation amount Δω, and the ignition timing is controlled in accordance with this load. However, the present invention is not limited to this, and can be modified. For example, the engine load may be estimated based on the indicated mean effective pressure IMEP having a linear correlation with the crank angular speed fluctuation amount Δω. Then, as in the case based on the crank angular velocity fluctuation amount Δω, the indicated average effective pressure IMEP of the current cycle is determined using the upper threshold and lower threshold for the indicated average effective pressure IMEP, and the ignition timing advance is determined according to this determination result. Angle / retard angle control may be performed. The calculation method of the indicated mean effective pressure IMEP is well known. First, an in-cylinder pressure that is a pressure in the combustion chamber is detected by an in-cylinder pressure sensor attached to the
1…クランク軸、 2…クランクパルサロータ、 4…リラクタ、 9…点火装置、 31…クランクパルス検出部、 32…パルス間隔検出部、 35…角速度算出部、 36…クランク角速度変動量算出部、 37…クランク角速度変動量判定部、 38…点火時期決定部、 39…点火時期制御部、 40…閾値設定部、 41…回転変動制御部、 42…点火時期検索テーブル、 PC…パルス検出器
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記エンジン負荷推定手段(36)によって推定されたエンジン負荷の大きさを、予め設定された上側閾値(H)および下側閾値(L)と比較するエンジン負荷判定手段(37)と、
前記エンジン負荷判定手段(37)によってエンジン負荷の大きさが前記上側閾値(H)以上であると判定された場合は、次のサイクルで点火時期を進角させ、前記エンジン負荷判定手段(36)によってエンジン負荷の大きさが前記下側閾値未満であると判定された場合には、次のサイクルで点火時期を遅角させる点火時期制御手段(38,39)とを具備していることを特徴とするエンジン制御装置。 Engine load estimating means (36) for detecting the magnitude of the engine load for each cycle;
Engine load determination means (37) for comparing the magnitude of the engine load estimated by the engine load estimation means (36) with preset upper threshold value (H) and lower threshold value (L);
When the engine load determining means (37) determines that the magnitude of the engine load is greater than or equal to the upper threshold (H), the ignition timing is advanced in the next cycle, and the engine load determining means (36) When it is determined that the magnitude of the engine load is less than the lower threshold, ignition timing control means (38, 39) for retarding the ignition timing in the next cycle is provided. Engine control device.
エンジン(5)のクランク軸(1)に同期して回転するクランクパルサロータ(2)に設けられる複数のリラクタ(4)を検出してクランクパルス(CP)を出力するクランクパルス検出部(31)と、
エンジンの圧縮上死点(TDC)近傍のクランクパルスに基づいて第1クランク角速度(ω1)を算出するとともに、エンジンの燃焼下死点(BDC)近傍のクランクパルスに基づいて第2のクランク角速度(ω2)を算出する角速度算出部(35)と、
前記第2クランク角速度(ω2)から前記第1クランク角速度(ω1)を減じてクランク角速度変動量(Δω)を算出するクランク角速度変動量算出部(36)とを具備していることを特徴とする請求項2記載のエンジン制御装置。 The engine load estimating means (36)
A crank pulse detector (31) for detecting a plurality of reluctors (4) provided on a crank pulser rotor (2) rotating in synchronization with the crankshaft (1) of the engine (5) and outputting a crank pulse (CP) When,
The first crank angular speed (ω1) is calculated based on the crank pulse near the compression top dead center (TDC) of the engine, and the second crank angular speed (ω1) is calculated based on the crank pulse near the combustion bottom dead center (BDC) of the engine. angular velocity calculation unit (35) for calculating ω2);
A crank angular speed fluctuation amount calculating section (36) for calculating a crank angular speed fluctuation amount (Δω) by subtracting the first crank angular speed (ω1) from the second crank angular speed (ω2). The engine control apparatus according to claim 2.
エンジン(5)のクランク軸(1)に同期して回転するクランクパルサロータ(2)に設けられる単数または複数のリラクタ(4)を検出してクランクパルス(CP)を出力するクランクパルス検出部(31)と、
エンジンの圧縮上死点(TDC)近傍のクランクパルスに基づいて第1クランク角速度(ω1)を算出するとともに、第1クランク角速度(ω1)を算出するのに使用したのと同じリラクタ(4)に関して出力されたクランクパルス(CP)に基づいてオーバラップトップ上死点近傍の第2クランク角速度を算出する角速度算出部(35)と、
前記第2クランク角速度(ω2)から前記第1クランク角速度(ω1)を減じてクランク角速度変動量(Δω)を算出するクランク角速度変動量算出部(36)とを具備していることを特徴とする請求項2記載のエンジン制御装置。 The engine load estimating means (36)
A crank pulse detector (1) that detects one or a plurality of reluctors (4) provided in a crank pulser rotor (2) that rotates in synchronization with the crankshaft (1) of the engine (5) and outputs a crank pulse (CP). 31) and
The first crank angular speed (ω1) is calculated based on the crank pulse near the compression top dead center (TDC) of the engine, and the same reluctor (4) used to calculate the first crank angular speed (ω1). An angular velocity calculator (35) for calculating a second crank angular velocity in the vicinity of the top dead center of the overlap top based on the output crank pulse (CP);
A crank angular speed fluctuation amount calculating section (36) for calculating a crank angular speed fluctuation amount (Δω) by subtracting the first crank angular speed (ω1) from the second crank angular speed (ω2). The engine control apparatus according to claim 2.
前記上側閾値(H)および下側閾値(L)に応じて、下側閾値(L)と上側閾値(H)との間の領域では基準進角値(θigS)を設定し、下側閾値(L)未満の領域では前記基準進角値(θigS)より小さい進角量(θigL)を設定し、上側閾値(H)以上の領域では前記基準進角値(θigS)より大きい進角量(θigH)を設定した点火時期検索テーブル(42)を有しており、
前記点火時期検索テーブル(42)にクランク角速度変動量(Δω)を入力することにより進角量を取得して、点火時期を制御するように構成されていることを特徴とする請求項1記載のエンジン制御装置。 The ignition timing control means (38, 39)
In accordance with the upper threshold value (H) and the lower threshold value (L), a reference advance value (θigS) is set in a region between the lower threshold value (L) and the upper threshold value (H). L), an advance amount (θigL) smaller than the reference advance value (θigS) is set, and an advance amount (θigH) greater than the reference advance value (θigS) is set in the region above the upper threshold (H). ) Is set to the ignition timing search table (42),
The ignition timing is controlled by obtaining an advance amount by inputting a crank angular velocity fluctuation amount (Δω) into the ignition timing search table (42). Engine control device.
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