JP2018159321A - Device for controlling internal combustion engine - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce concerns about a decline in engine output power and deterioration in fuel economy due to erroneous detection of knocking.SOLUTION: Fuel is supplied to a combustion chamber 16 of an internal combustion engine 12 by a variable valve timing mechanism. ECU 50 adjusts ignition timing for the supplied fuel to avoid knocking. However, ECU 50 estimates valve seating timing based on the number of revolution of an engine 12 and controls adjustment of ignition timing in part of a period containing the estimated valve seating timing.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、エンジンの燃焼室に供給された燃料の点火時期をノッキング回避のために調整する、内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to a control device for an internal combustion engine that adjusts the ignition timing of fuel supplied to a combustion chamber of the engine to avoid knocking.

ノッキングが発生すると、燃焼室内が共鳴して気筒が振動する。気筒はまた、別の振動源に起因して振動することもある。このため、特許文献１では、ノッキングが発生すると思われる時期に限定してノッキングを検出し、或いは気筒の振動周波数を分析してノッキングを検出するようにしていた。   When knocking occurs, the combustion chamber resonates and the cylinder vibrates. The cylinder may also vibrate due to another source of vibration. For this reason, in Patent Document 1, knocking is detected only at a time when knocking is likely to occur, or knocking is detected by analyzing the vibration frequency of the cylinder.

特開平３−４７４４９号公報JP-A-3-47449

特許文献１の技術では、エンジンの制御状態が変化すると、ノッキングの検出が困難になる。また、過渡状態においてバルブタイミングを変更するエンジンでは、ノッキングの検出時期にバルブが着座する場合があるところ、バルブ着座に起因する振動がノッキングと誤判定されるおそれがある。   In the technique of Patent Document 1, it is difficult to detect knocking when the control state of the engine changes. In addition, in an engine that changes the valve timing in a transient state, the valve may be seated at the knocking detection timing, and vibration due to the valve seating may be erroneously determined as knocking.

それゆえに、この発明の主たる目的は、ノッキングが誤検出される懸念を軽減することができる、内燃機関の制御装置を提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can alleviate the concern that knocking may be erroneously detected.

この発明の内燃機関の制御装置は、可変バルブタイミング機構によって内燃機関の燃焼室に供給された燃料の点火時期をノッキング回避のために調整する制御装置であって、内燃機関の回転数に基づいてバルブ着座タイミングを推定する推定手段、および推定手段によって推定されたバルブ着座タイミングを含む一部の期間に点火時期の調整を制限する制限手段を備える。   An internal combustion engine control apparatus according to the present invention is a control apparatus that adjusts the ignition timing of fuel supplied to a combustion chamber of an internal combustion engine by a variable valve timing mechanism to avoid knocking, and is based on the rotational speed of the internal combustion engine. An estimation unit that estimates the valve seating timing, and a limiting unit that limits the adjustment of the ignition timing during a part of the period including the valve seating timing estimated by the estimation unit.

点火時期はノッキング回避のために調整されるところ、このような調整動作は、内燃機関の回転数に基づいて推定されたバルブの着座タイミングを含む一部の期間に制限される。したがって、バルブの着座による振動がノッキングと誤検出されても、これによって点火時期が調整されることはなく、ノッキングの誤検出に起因して出力が低下する懸念を軽減することができる。   Although the ignition timing is adjusted to avoid knocking, such an adjustment operation is limited to a part of the period including the valve seating timing estimated based on the rotational speed of the internal combustion engine. Therefore, even if the vibration due to the seating of the valve is erroneously detected as knocking, the ignition timing is not adjusted by this, and the concern that the output decreases due to the erroneous detection of knocking can be reduced.

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。   The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.

この実施例の車両の要部構成の一部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a part of principal part structure of the vehicle of this Example. この実施例の車両の要部構成の他の一部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other part of principal part structure of the vehicle of this Example. （Ａ）はエンジン負荷の変化の一例を示す波形図であり、（Ｂ）はバルブ着座タイミングの変化の一例を示す波形図である。(A) is a waveform diagram showing an example of a change in engine load, and (B) is a waveform diagram showing an example of a change in valve seating timing. 図１に示すＥＣＵの動作の一部を示すフロー図である。It is a flowchart which shows a part of operation | movement of ECU shown in FIG.

図１および図２を参照して、この実施例の車両１０は、４ストローク型のエンジン（内燃機関）１２を動力源として備える。気筒１４に設けられた燃焼室１６には、吸気バルブ１８を介して吸気管３２が接続され、排気バルブ２０を介して排気管３４が接続される。なお、図１では単一の気筒１４しか示していないが、エンジン１２は複数の気筒１４を有する。吸気管３２は、吸気バルブ１８の上流の位置で各気筒１４に分岐する。   Referring to FIGS. 1 and 2, a vehicle 10 of this embodiment includes a 4-stroke engine (internal combustion engine) 12 as a power source. An intake pipe 32 is connected to the combustion chamber 16 provided in the cylinder 14 via an intake valve 18, and an exhaust pipe 34 is connected via an exhaust valve 20. Although only a single cylinder 14 is shown in FIG. 1, the engine 12 has a plurality of cylinders 14. The intake pipe 32 branches to each cylinder 14 at a position upstream of the intake valve 18.

吸気管３２には、バルブモータ４０によって開度が調整される単一のスロットルバルブ３６と、吸気管３２に燃料を噴射するべく各気筒１４に割り当てられた燃料噴射装置３８とが設けられる。スロットルバルブ３６よりも下流でかつ燃料噴射装置３８よりも上流の位置（吸気管３２の分岐位置）には、空気流量を平準化するためのサージタンク４２が設けられる。なお、吸気管３２の圧力は、吸気管圧力センサ４６によって検知される。   The intake pipe 32 is provided with a single throttle valve 36 whose opening degree is adjusted by a valve motor 40 and a fuel injection device 38 assigned to each cylinder 14 to inject fuel into the intake pipe 32. A surge tank 42 for leveling the air flow rate is provided at a position downstream of the throttle valve 36 and upstream of the fuel injection device 38 (a branch position of the intake pipe 32). The pressure in the intake pipe 32 is detected by the intake pipe pressure sensor 46.

イグニッションキー（図示せず）によってＩＧオン操作が行われると、ＥＣＵ５０は、エンジン１２を始動するべく図２に示すリレー６０をオンする。バッテリ６２の電力はオン状態のリレー６０を介してスタータ６４に供給され、スタータ６４はバッテリ６２の電力によってクランキングを実行する。これによって、エンジン１２が始動する。   When an IG on operation is performed by an ignition key (not shown), the ECU 50 turns on the relay 60 shown in FIG. 2 to start the engine 12. The electric power of the battery 62 is supplied to the starter 64 via the relay 60 in the on state, and the starter 64 performs cranking with the electric power of the battery 62. As a result, the engine 12 is started.

アイドル状態では、スロットルバルブ３６は、アイドル状態を維持できる開度を示すように、バルブモータ４０によって調整される。吸入空気量は、スロットルバルブ３６によって規定され、燃料噴射装置３８の燃料噴射量は、理論空燃比（＝１４．６）を示す混合気が生成されるように調整される。   In the idle state, the throttle valve 36 is adjusted by the valve motor 40 so as to indicate an opening degree at which the idle state can be maintained. The intake air amount is defined by the throttle valve 36, and the fuel injection amount of the fuel injection device 38 is adjusted so that an air-fuel mixture showing the stoichiometric air-fuel ratio (= 14.6) is generated.

この状態からアクセルペダル（図示せず）が踏み込まれると、ＥＣＵ５０は、バルブモータ４０を駆動する。スロットルバルブ３６はバルブモータ４０によって開かれ、これによって、理論空燃比を保ちつつ吸入空気量および燃料噴射装置３８の燃料噴射量が増大する。   When an accelerator pedal (not shown) is depressed from this state, the ECU 50 drives the valve motor 40. The throttle valve 36 is opened by the valve motor 40, whereby the intake air amount and the fuel injection amount of the fuel injection device 38 increase while maintaining the theoretical air-fuel ratio.

混合気は、吸気バルブ１８が開かれたときに燃焼室１６に供給される。供給された混合気は、コンロッド２４を介してクランクシャフト２６と結合されたピストン２２が上死点に達する直前に、点火プラグ３０によって点火される。これによって、混合気が燃焼され、爆発が生じる。混合気を燃焼した後の空気つまり燃焼ガスは、排気バルブ２０が開かれたときに燃焼室１６から排出され、排気管３４を介して車両１０の外部に排気される。   The air-fuel mixture is supplied to the combustion chamber 16 when the intake valve 18 is opened. The supplied air-fuel mixture is ignited by the spark plug 30 immediately before the piston 22 connected to the crankshaft 26 via the connecting rod 24 reaches the top dead center. As a result, the air-fuel mixture is burned and an explosion occurs. Air after combustion of the air-fuel mixture, that is, combustion gas, is discharged from the combustion chamber 16 when the exhaust valve 20 is opened, and is exhausted to the outside of the vehicle 10 through the exhaust pipe 34.

なお、この実施例では、吸気バルブ１８および排気バルブ２０は、可変バルブタイミング機構を構成する。したがって、吸気バルブ１８および排気バルブ２０の開閉タイミングは、エンジン１２の負荷が変動する過渡状態において適応的に調整される。   In this embodiment, the intake valve 18 and the exhaust valve 20 constitute a variable valve timing mechanism. Therefore, the opening / closing timing of the intake valve 18 and the exhaust valve 20 is adaptively adjusted in a transient state in which the load of the engine 12 fluctuates.

ピストン２２は、混合気の爆発によって上下動し、これによってクランクシャフト２６が回転する。クランクシャフト２６にはフライホイール２８が装着され、クランクシャフト２６の回転数つまりエンジン１２の回転数のぶれはフライホイール２８によって抑制される。また、エンジン１２の回転数は、エンジン回転センサ４４によって検知される。   The piston 22 moves up and down by the explosion of the air-fuel mixture, whereby the crankshaft 26 rotates. A flywheel 28 is attached to the crankshaft 26, and fluctuations in the rotational speed of the crankshaft 26, that is, the rotational speed of the engine 12 are suppressed by the flywheel 28. Further, the rotation speed of the engine 12 is detected by the engine rotation sensor 44.

クランクシャフト２６の回転力は、図２に示すトルクコンバータ５２および無段変速機５４を介して、ドライブシャフト（図示せず）に伝達される。これによって、車両１０が前進または後進する。クランクシャフト２６の回転力はまた、ベルト５６を介してオルタネータ５８の回転軸５８ｓに伝達される。回転軸５８ｓの回転力は電力に変換され、変換された電力はバッテリ６２に蓄えられる。   The rotational force of the crankshaft 26 is transmitted to a drive shaft (not shown) via the torque converter 52 and the continuously variable transmission 54 shown in FIG. As a result, the vehicle 10 moves forward or backward. The rotational force of the crankshaft 26 is also transmitted to the rotating shaft 58s of the alternator 58 via the belt 56. The rotational force of the rotating shaft 58 s is converted into electric power, and the converted electric power is stored in the battery 62.

ノッキングが発生すると、燃焼室１６の内部が共鳴して気筒１４が振動する。ただし、エンジン１２の出力や燃費は、ノッキングが発生する時期の近傍に点火プラグ３０の点火時期を設定することで改善される。   When knocking occurs, the inside of the combustion chamber 16 resonates and the cylinder 14 vibrates. However, the output and fuel consumption of the engine 12 are improved by setting the ignition timing of the spark plug 30 near the timing at which knocking occurs.

そこで、この実施例では、気筒１４の振動周波数を検知するノッキングセンサ４８が気筒１４に設けられる。また、ＥＣＵ５０は、ノッキングが発生すると思われる時期に限定して気筒１４の振動周波数を分析し、分析結果から導き出されたノッキング発生時期の近傍に点火プラグ３０の点火時期を設定するノッキング制御を実行する。   Therefore, in this embodiment, a knocking sensor 48 that detects the vibration frequency of the cylinder 14 is provided in the cylinder 14. Further, the ECU 50 analyzes the vibration frequency of the cylinder 14 only at a time when knocking is expected to occur, and executes knocking control for setting the ignition timing of the spark plug 30 in the vicinity of the knocking generation time derived from the analysis result. To do.

ただし、気筒１４は、吸気バルブ１８または排気バルブ２０が着座するときにも振動する。また、可変バルブタイミング機構を採用する場合、着座によって気筒１４が振動する時期は、エンジン１２に掛かる負荷に応じて異なる。   However, the cylinder 14 also vibrates when the intake valve 18 or the exhaust valve 20 is seated. When the variable valve timing mechanism is employed, the timing at which the cylinder 14 vibrates due to the seating varies depending on the load applied to the engine 12.

したがって、ノッキングが発生すると思われる時期に吸気バルブ１８または排気バルブ２０が着座すると、着座に起因する振動がノッキングと誤検出されるおそれがある。このようなノッキングの誤検出は、点火時期の誤設定ひいてはエンジン１２の出力や燃費の低下を引き起こす。   Therefore, if the intake valve 18 or the exhaust valve 20 is seated at a time when knocking is likely to occur, vibration due to the seating may be erroneously detected as knocking. Such a false detection of knocking causes an incorrect setting of the ignition timing, which in turn causes a reduction in the output of the engine 12 and fuel consumption.

そこで、この実施例では、ノッキング制御の前段階の処理として、図４に示すフロー図に従うノッキング制御前処理をＥＣＵ５０に実行させるようにしている。ここで、ノッキング制御前処理を実行する周期は、点火プラグ３０を点火させる周期に合わせられる。また、図４に示すフロー図に対応する制御プログラムは、メモリ５０ｍｍに記憶される。   In this embodiment, therefore, the ECU 50 is caused to execute the knocking control pre-processing according to the flowchart shown in FIG. Here, the cycle for executing the knocking control pre-processing is matched with the cycle for igniting the spark plug 30. A control program corresponding to the flowchart shown in FIG. 4 is stored in the memory 50 mm.

さらに、ノッキング制御前処理は、エンジン１２の負荷が図３（Ａ）に示すように変化した場合に、可変バルブタイミング機構の応答特性が図３（Ｂ）に示すように遅れることに着目し、この遅れ時間を利用して吸気バルブ１８および排気バルブ２０の各々の着座タイミング（以下、単に「バルブ着座タイミング」と言う。）を推定しようとするものである。   Further, the knocking control pre-processing focuses on the fact that the response characteristic of the variable valve timing mechanism is delayed as shown in FIG. 3B when the load of the engine 12 changes as shown in FIG. This delay time is used to estimate the seating timing of each of the intake valve 18 and the exhaust valve 20 (hereinafter simply referred to as “valve seating timing”).

図４を参照して、ステップＳ１では、吸気管圧力センサ４６を通して吸気管３２の圧力を検出する。ステップＳ３では、ステップＳ１で検出された圧力に基づいてエンジン１２の負荷の変化量を算出する。ステップＳ５では、算出された変化量が閾値ＴＨｘを上回るか否かを判別し、判別結果がＮＯであれば今回のノッキング制御前処理を速やかに終了する一方、判別結果がＹＥＳであればステップＳ７〜Ｓ１１で以下の処理を実行してから今回のノッキング制御前処理を終了する。   Referring to FIG. 4, in step S <b> 1, the pressure in intake pipe 32 is detected through intake pipe pressure sensor 46. In step S3, the load change amount of the engine 12 is calculated based on the pressure detected in step S1. In step S5, it is determined whether or not the calculated change amount exceeds the threshold value THx. If the determination result is NO, the current knocking control pre-processing is immediately terminated. If the determination result is YES, step S7 is performed. After executing the following processing in S11, the current knocking control preprocessing is terminated.

ステップＳ７では、エンジン回転センサ４４を通してエンジン１２の回転数を検出する。ステップＳ９では、ステップＳ７で検出された回転数に基づいてバルブ着座タイミングを推定する。   In step S <b> 7, the rotational speed of the engine 12 is detected through the engine rotation sensor 44. In step S9, the valve seating timing is estimated based on the rotational speed detected in step S7.

ステップＳ１１では、ステップＳ９で検出されたバルブ着座タイミングに基づいてノックセンサ４８の検知結果を無視する期間を設定する。設定される期間は、推定されたバルブ着座タイミングを含む一部の期間である。この結果、点火プラグ３０の点火時期は、推定されたバルブ着座タイミングを含む一部の期間に制限される。   In step S11, a period for ignoring the detection result of the knock sensor 48 is set based on the valve seating timing detected in step S9. The set period is a part of the period including the estimated valve seating timing. As a result, the ignition timing of the spark plug 30 is limited to a part of the period including the estimated valve seating timing.

図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、バルブ着座タイミングは、次の要領で推定される。なお、図３（Ｂ）に示す“α”は変化前の負荷に適したバルブ着座タイミングであり、“β”は変化後の負荷に適したバルブ着座タイミングである。また、バルブ着座タイミングは、位相で表現される。   With reference to FIGS. 3A and 3B, the valve seating timing is estimated in the following manner. Note that “α” shown in FIG. 3B is a valve seating timing suitable for the load before the change, and “β” is a valve seating timing suitable for the load after the change. Further, the valve seating timing is expressed by a phase.

これを踏まえて、可変バルブタイミング機構の作動速度（＝１秒当たりのクランクシャフト２６の回転角度）をＡｄｅｇ／ｓｅｃとし、エンジン１２の１分当たりの回転数をＢｒｐｍとすると、クランクシャフト２６が２回転するために必要な時間は数式１で表現され、クランクシャフト２６が２回転する間にバルブ着座タイミングが変化する位相の大きさは数式２で表現される。
［数式１］
Ｔ＝６０×２／Ｂ
Ｔ：クランクシャフト２６が２回転するために必要な時間（秒）
［数式２］
θｓ＝Ａ×６０×２／Ｂ
θｓ：クランクシャフト２６が２回転する間にバルブ着座タイミングが変化する位相の大きさ（角度） Based on this, assuming that the operating speed of the variable valve timing mechanism (= the rotation angle of the crankshaft 26 per second) is Adeg / sec and the rotational speed per minute of the engine 12 is Brpm, the crankshaft 26 is 2 The time required for rotation is expressed by Equation 1, and the magnitude of the phase at which the valve seating timing changes while the crankshaft 26 rotates twice is expressed by Equation 2.
[Formula 1]
T = 60 × 2 / B
T: Time required for the crankshaft 26 to rotate twice (seconds)
[Formula 2]
θs = A × 60 × 2 / B
θs: the magnitude (angle) of the phase at which the valve seating timing changes while the crankshaft 26 rotates twice

この結果、クランクシャフト２６が２回転した後のバルブ着座タイミングは、“θｓ≦β−α”が成立することを条件として、数式３で表現される。
［数式３］
Ｚ＝α＋θｓ
Ｚ：バルブ着座タイミング As a result, the valve seating timing after the crankshaft 26 has rotated twice is expressed by Equation 3 on the condition that “θs ≦ β−α” is satisfied.
[Formula 3]
Z = α + θs
Z: Valve seating timing

以上の説明から分かるように、燃料は、可変バルブタイミング機構によって内燃機関１２の燃焼室１６に供給される。また、供給された燃料の点火時期は、ノッキング回避のためにＥＣＵ５０によって調整される。ただし、ＥＣＵ５０は、エンジン１２の回転数に基づいてバルブ着座タイミングを推定し(S9)、推定されたバルブ着座タイミングを含む一部の期間に点火時期の調整を制限する(S11)。   As can be understood from the above description, the fuel is supplied to the combustion chamber 16 of the internal combustion engine 12 by the variable valve timing mechanism. Further, the ignition timing of the supplied fuel is adjusted by the ECU 50 to avoid knocking. However, the ECU 50 estimates the valve seating timing based on the number of revolutions of the engine 12 (S9), and restricts the adjustment of the ignition timing during a part of the period including the estimated valve seating timing (S11).

したがって、バルブの着座による振動がノッキングと誤検出されても、これによって点火時期が調整されることはない。この結果、ノッキングの誤検出に起因してエンジン１２の出力や燃費が低下する懸念を軽減することができる。   Therefore, even if the vibration due to the seating of the valve is erroneously detected as knocking, the ignition timing is not adjusted by this. As a result, it is possible to reduce the concern that the output of the engine 12 and the fuel consumption will decrease due to erroneous detection of knocking.

なお、この実施例では、バブル着座タイミングを推定するか否かをエンジン１２に掛かる負荷の変化量に基づいて判断するようにしている。しかし、バブル着座タイミングを推定するか否かは、スロットルバルブの開度の変化量や吸入空気量の変化量に基づいて判断するようにしてもよい。   In this embodiment, whether to estimate the bubble seating timing is determined based on the amount of change in the load applied to the engine 12. However, whether to estimate the bubble seating timing may be determined based on the amount of change in the opening of the throttle valve or the amount of change in the intake air amount.

１０ …車両
１２ …エンジン
１６ …燃焼室
１８ …吸気バルブ
２０ …排気バルブ
３０ …点火プラグ
５０ …ＥＣＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Vehicle 12 ... Engine 16 ... Combustion chamber 18 ... Intake valve 20 ... Exhaust valve 30 ... Spark plug 50 ... ECU

Claims (1)

可変バルブタイミング機構によって内燃機関の燃焼室に供給された燃料の点火時期をノッキング回避のために調整する制御装置であって、
前記内燃機関の回転数に基づいてバルブ着座タイミングを推定する推定手段、および
前記推定手段によって推定されたバルブ着座タイミングを含む一部の期間に前記点火時期の調整を制限する制限手段を備える、制御装置。 A control device for adjusting the ignition timing of fuel supplied to a combustion chamber of an internal combustion engine by a variable valve timing mechanism to avoid knocking,
Control comprising: estimation means for estimating valve seating timing based on the number of revolutions of the internal combustion engine; and restriction means for restricting adjustment of the ignition timing during a partial period including the valve seating timing estimated by the estimation means apparatus.

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