JP4803100B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、筒内圧力を検出する筒内圧センサを含む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 including an in-cylinder pressure sensor that detects an in-cylinder pressure.

従来から、比熱比を機関制御用の各種パラメータの設定に用いるにあたり、この比熱比を筒内圧力に基づいて推定する技術が提案されている。例えば特許文献１は、筒内圧力Ｐ及び筒内容積Ｖに基づいて比熱比κを推定し、この比熱比κからＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation, 排気ガス再循環）率を求めて動弁機構を制御する構成を開示しており、また、推定した比熱比から標準状態での比熱比を減じた値が予め定められた閾値を上回った場合に、燃料の重質度が高いと判断して点火時期を遅角させる構成を開示している。また特許文献２は、筒内圧力及び筒内容積に基づいて、断熱変化を仮定した場合に比熱比κに相当する物理量であるポリトロープ指数ｎを算出し、同指数と空燃比との既知の関係から、空燃比を求める構成を開示している。   Conventionally, a technique for estimating the specific heat ratio based on the in-cylinder pressure has been proposed when the specific heat ratio is used for setting various parameters for engine control. For example, Patent Document 1 estimates the specific heat ratio κ based on the in-cylinder pressure P and the in-cylinder volume V, and obtains an EGR (Exhaust Gas Recirculation) rate from the specific heat ratio κ to control the valve mechanism. In addition, when the value obtained by subtracting the specific heat ratio in the standard state from the estimated specific heat ratio exceeds a predetermined threshold value, it is determined that the fuel is high in degree of ignition timing. A configuration for delaying the angle is disclosed. Further, Patent Document 2 calculates a polytropic index n which is a physical quantity corresponding to the specific heat ratio κ when an adiabatic change is assumed based on the in-cylinder pressure and the in-cylinder volume, and a known relationship between the index and the air-fuel ratio. Therefore, a configuration for obtaining the air-fuel ratio is disclosed.

特開２００５−３５１１４５号公報JP 2005-351145 A 特開平３−２３３４９号公報JP-A-3-23349

しかし、比熱比κは混合気の空燃比Ａ／Ｆと相関があり、空燃比Ａ／Ｆが大（リーン）であるほど、比熱比κは大となる傾向がある。このため、特許文献１のように、推定された比熱比κから固定値である標準状態の比熱比を減じた値が大である場合に、点火時期を遅角させるのでは、空燃比が大きい（リーンの）場合には火炎伝播が遅れて燃焼が不安定になる。また、特許文献２では空燃比を算出するにとどまり、算出された空燃比は点火時期の制御に反映されていない。   However, the specific heat ratio κ correlates with the air-fuel ratio A / F of the air-fuel mixture, and the specific heat ratio κ tends to increase as the air-fuel ratio A / F increases. For this reason, as in Patent Document 1, when the value obtained by subtracting the specific heat ratio in the standard state, which is a fixed value, from the estimated specific heat ratio κ is large, if the ignition timing is retarded, the air-fuel ratio is large. In the case of (lean), the flame propagation is delayed and the combustion becomes unstable. In Patent Document 2, only the air-fuel ratio is calculated, and the calculated air-fuel ratio is not reflected in the ignition timing control.

そこで、本発明の目的は、比熱比に基づいて機関を制御するにあたり、空燃比の影響を精度よく反映するための新規な手段を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a novel means for accurately reflecting the influence of the air-fuel ratio when controlling the engine based on the specific heat ratio.

本発明による内燃機関の制御装置は、圧縮行程中の所定の少なくとも２点における筒内圧センサの検出値および前記少なくとも２点における筒内容積に基づいて、筒内に導入されている混合気の比熱比の推定値を算出する比熱比算出手段と、前記比熱比の推定値と、予め定められた基準比熱比との偏差に基づいて、点火時期を補正する点火時期補正手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、前記基準比熱比を、目標空燃比に応じて異なるように設定する基準比熱比設定手段と、前記比熱比の推定値と、前記設定された基準比熱比との偏差に基づいて、燃料噴射弁からの燃料噴射量を補正する噴射量補正手段と、を更に備えたことを特徴とする。 The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention provides the specific heat of the air-fuel mixture introduced into the cylinder based on the detection value of the cylinder pressure sensor at at least two predetermined points during the compression stroke and the cylinder volume at the at least two points. An internal combustion engine comprising: a specific heat ratio calculating means for calculating an estimated value of the ratio; and an ignition timing correcting means for correcting the ignition timing based on a deviation between the estimated value of the specific heat ratio and a predetermined reference specific heat ratio. A control device for an engine, the reference specific heat ratio setting means for setting the reference specific heat ratio to be different according to a target air-fuel ratio, a deviation between the estimated value of the specific heat ratio and the set reference specific heat ratio And an injection amount correcting means for correcting the fuel injection amount from the fuel injection valve .

本発明では、基準比熱比設定手段が目標空燃比に応じて異なるように基準比熱比を設定し、点火時期補正手段は、前記比熱比の推定値と、前記設定された基準比熱比との偏差に基づいて、点火時期を補正する。このように本発明では、点火時期の補正量を決定するための基準比熱比が、車両の状態に基づいて設定される目標空燃比に応じて異なるように算出されるので、比熱比に基づいて機関を制御するにあたり、目標空燃比と現実の空燃比とのずれを好適に補正して、空燃比の影響を制御に精度よく反映することが可能になる。そして、本発明の装置は、前記比熱比の推定値と、前記設定された基準比熱比との偏差に基づいて、燃料噴射弁からの燃料噴射量を補正する噴射量補正手段を更に備えるので、比熱比の偏差として表れる目標空燃比と現実の空燃比とのずれを好適に補正することができる。 In the present invention, the reference specific heat ratio is set so that the reference specific heat ratio setting means differs according to the target air-fuel ratio, and the ignition timing correction means is a deviation between the estimated value of the specific heat ratio and the set reference specific heat ratio. Based on the above, the ignition timing is corrected. Thus, in the present invention, the reference specific heat ratio for determining the correction amount of the ignition timing is calculated so as to differ depending on the target air-fuel ratio set based on the state of the vehicle. In controlling the engine, it is possible to appropriately correct the difference between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio, and to accurately reflect the influence of the air-fuel ratio on the control. The apparatus of the present invention further includes injection amount correction means for correcting the fuel injection amount from the fuel injection valve based on the deviation between the estimated value of the specific heat ratio and the set reference specific heat ratio. A deviation between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio that appears as a deviation in specific heat ratio can be suitably corrected.

前記点火時期補正手段は、前記筒内圧センサによる筒内圧力の検出と同サイクルの点火につき前記点火時期を補正するのが好ましい。この場合には、筒内圧力が検出されたサイクルで点火時期が補正されるので、制御を迅速に収束させることができる。   Preferably, the ignition timing correction means corrects the ignition timing for the same cycle of ignition as the detection of the in-cylinder pressure by the in-cylinder pressure sensor. In this case, since the ignition timing is corrected in the cycle in which the in-cylinder pressure is detected, the control can be quickly converged.

前記点火時期補正手段は、前記比熱比の推定値から、前記設定された基準比熱比を減じた値が大であるほど、点火時期を進角側に補正するのが好ましい。この場合には、比熱比の推定値が基準比熱比からリーン側にかけ離れている場合であっても、火炎伝播の遅れに起因する燃焼の不安定化を抑制できる。   Preferably, the ignition timing correction means corrects the ignition timing to an advance side as the value obtained by subtracting the set reference specific heat ratio from the estimated value of the specific heat ratio is larger. In this case, even if the estimated value of the specific heat ratio is far from the reference specific heat ratio on the lean side, it is possible to suppress instability of combustion due to the delay of flame propagation.

前記燃料噴射弁は燃料を筒内に噴射可能であり、前記噴射量補正手段は、前記筒内圧センサによる筒内圧力の検出と同サイクルの燃料噴射につき前記燃料噴射量を補正するのが好ましい。この場合には、筒内圧力が検出されたサイクルで燃料噴射量が補正されるので、制御を迅速に収束させることができる。   Preferably, the fuel injection valve can inject fuel into the cylinder, and the injection amount correction means corrects the fuel injection amount for fuel injection in the same cycle as the detection of the cylinder pressure by the cylinder pressure sensor. In this case, since the fuel injection amount is corrected in the cycle in which the in-cylinder pressure is detected, the control can be quickly converged.

この場合には更に、前記噴射量補正手段による補正分の燃料を前記燃料噴射弁に噴射させる追加噴射手段を更に備えるのが好ましい。この場合には、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。   In this case, it is preferable to further include additional injection means for causing the fuel injection valve to inject fuel corresponding to the correction amount by the injection amount correction means. In this case, the desired effect of the present invention can be obtained with a simple configuration.

噴射量補正手段を備える場合には、前記噴射量補正手段は、前記筒内圧センサによる筒内圧力の検出よりも後のサイクルの燃料噴射につき前記燃料噴射量を補正してもよい。この場合には、筒内圧力の検出と同サイクルで噴射量を補正する場合に比べて制御の迅速性は劣るが、ポート噴射式の内燃機関についても適用できる点で有利である。ただし、この構成は筒内噴射式の内燃機関についても適用が可能であることはいうまでもない。   When the injection amount correcting means is provided, the injection amount correcting means may correct the fuel injection amount for fuel injection in a cycle after the detection of the in-cylinder pressure by the in-cylinder pressure sensor. In this case, the speed of control is inferior compared with the case where the injection amount is corrected in the same cycle as the detection of the in-cylinder pressure, but it is advantageous in that it can also be applied to a port injection type internal combustion engine. However, it goes without saying that this configuration can also be applied to a direct injection internal combustion engine.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

図１は、本発明による制御装置が適用された第１実施形態の内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、シリンダブロックに形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生するものである。内燃機関１は、ガソリンを燃料とする。内燃機関１は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１は、例えば４気筒エンジンとして構成される。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine of a first embodiment to which a control device according to the present invention is applied. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 generates power by burning a mixture of fuel and air in a combustion chamber 3 formed in a cylinder block and reciprocating a piston 4 in the combustion chamber 3. It is. The internal combustion engine 1 uses gasoline as fuel. The internal combustion engine 1 is preferably configured as a multi-cylinder engine, and the internal combustion engine 1 of the present embodiment is configured as a four-cylinder engine, for example.

各燃焼室３の吸気ポートは、吸気管（吸気マニホールド）５にそれぞれ接続され、各燃焼室３の排気ポートは、排気管６（排気マニホールド）にそれぞれ接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅが燃焼室３ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉは対応する吸気ポートを開閉し、各排気弁Ｖｅは対応する排気ポートを開閉する。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、可変バルブタイミング機構を含む動弁機構ＶＭによって開閉させられる。更に、内燃機関１は、気筒数に応じた数の点火プラグ７を有し、点火プラグ７は、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。   The intake port of each combustion chamber 3 is connected to an intake pipe (intake manifold) 5, and the exhaust port of each combustion chamber 3 is connected to an exhaust pipe 6 (exhaust manifold). In addition, an intake valve Vi and an exhaust valve Ve are provided for each combustion chamber 3 in the cylinder head of the internal combustion engine 1. Each intake valve Vi opens and closes a corresponding intake port, and each exhaust valve Ve opens and closes a corresponding exhaust port. Each intake valve Vi and each exhaust valve Ve are opened and closed by a valve operating mechanism VM including a variable valve timing mechanism. Further, the internal combustion engine 1 has a number of spark plugs 7 corresponding to the number of cylinders, and the spark plugs 7 are disposed in the cylinder heads so as to face the corresponding combustion chambers 3.

吸気管５は、図１に示されるように、サージタンク８に接続されている。サージタンク８には、給気ラインＬ１が接続されており、給気ラインＬ１は、エアクリーナ９を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気ラインＬ１の中途（サージタンク８とエアクリーナ９との間）には、スロットルバルブ（本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ）１０が組み込まれている。一方、排気管６には、図１に示されるように、例えば三元触媒を含む前段触媒装置１１ａおよび例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置１１ｂが接続されている。   The intake pipe 5 is connected to a surge tank 8 as shown in FIG. An air supply line L1 is connected to the surge tank 8, and the air supply line L1 is connected to an air intake port (not shown) via an air cleaner 9. A throttle valve (in this embodiment, an electronically controlled throttle valve) 10 is incorporated in the middle of the air supply line L1 (between the surge tank 8 and the air cleaner 9). On the other hand, as shown in FIG. 1, for example, a front-stage catalyst device 11 a including a three-way catalyst and a rear-stage catalyst device 11 b including a NOx storage reduction catalyst are connected to the exhaust pipe 6.

更に、内燃機関１は、複数のインジェクタ１２を有し、各インジェクタ１２は、図１に示されるように、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配置されている。また、内燃機関１の各ピストン４は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面に、凹部４ａを有している。そして、内燃機関１では、各燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ１２から各燃焼室３内のピストン４の凹部４ａに向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。   Furthermore, the internal combustion engine 1 has a plurality of injectors 12, and each injector 12 is disposed in the cylinder head so as to face the corresponding combustion chamber 3 as shown in FIG. 1. Each piston 4 of the internal combustion engine 1 is configured as a so-called deep dish top surface type, and has a concave portion 4a on its upper surface. In the internal combustion engine 1, fuel such as gasoline is directly injected from each injector 12 toward the recess 4 a of the piston 4 in each combustion chamber 3 in a state where air is sucked into each combustion chamber 3.

これにより、内燃機関１では、点火プラグ７の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）されるので、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。なお、本実施形態の内燃機関１は、いわゆる直噴エンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明が吸気管（吸気ポート）噴射式の内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。   As a result, in the internal combustion engine 1, the fuel / air mixture layer is formed (stratified) in the vicinity of the spark plug 7 so as to be separated from the surrounding air layer. And stable stratified combustion can be performed. The internal combustion engine 1 of the present embodiment is described as a so-called direct injection engine, but is not limited to this, and the present invention can be applied to an intake pipe (intake port) injection type internal combustion engine. Not too long.

上述の各点火プラグ７、スロットルバルブ１０、各インジェクタ１２および動弁機構ＶＭ等は、内燃機関１の制御装置として機能するＥＣＵ２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および、記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ２０には、図１に示されるように、内燃機関１のクランク角センサ１４及び不図示のアクセルペダルセンサを始めとした各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、動弁機構ＶＭ等を制御する。   Each of the spark plugs 7, the throttle valve 10, the injectors 12, the valve operating mechanism VM, and the like described above are electrically connected to the ECU 20 that functions as a control device for the internal combustion engine 1. The ECU 20 includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port, a storage device, and the like, all not shown. As shown in FIG. 1, the ECU 20 is electrically connected to various sensors including a crank angle sensor 14 of the internal combustion engine 1 and an accelerator pedal sensor (not shown). The ECU 20 uses the various maps stored in the storage device and the spark plug 7, the throttle valve 10, the injector 12, and the valve mechanism VM so that a desired output can be obtained based on detection values of various sensors. Control etc.

また、内燃機関１は、半導体素子、圧電素子、磁歪素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ（筒内圧検出手段）１５を気筒数に応じた数だけ有している。各筒内圧センサ１５は、対応する燃焼室３内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、図示されないＡ／Ｄ変換器等を介してＥＣＵ２０に電気的に接続されている。各筒内圧センサ１５は、燃焼室３内でその受圧面に加わる圧力（筒内圧力）を大気圧に対する相対値として出力するものであり、その受圧面に加わる圧力（筒内圧力）に応じた電圧信号（検出値を示す信号）をＥＣＵ２０に与える。   The internal combustion engine 1 has in-cylinder pressure sensors (in-cylinder pressure detecting means) 15 including semiconductor elements, piezoelectric elements, magnetostrictive elements, optical fiber detecting elements, and the like corresponding to the number of cylinders. Each in-cylinder pressure sensor 15 is disposed on the cylinder head so that the pressure receiving surface faces the corresponding combustion chamber 3, and is electrically connected to the ECU 20 via an A / D converter (not shown). Each in-cylinder pressure sensor 15 outputs the pressure (in-cylinder pressure) applied to the pressure receiving surface in the combustion chamber 3 as a relative value to the atmospheric pressure, and corresponds to the pressure (in-cylinder pressure) applied to the pressure receiving surface. A voltage signal (a signal indicating a detected value) is supplied to the ECU 20.

更に、内燃機関１は、サージタンク８内の吸入空気の圧力（吸気圧）を絶対圧力として検出する吸気圧センサ１６を有している。吸気圧センサ１６も、図示されないＡ／Ｄ変換器等を介してＥＣＵ２０に電気的に接続されており、検出したサージタンク８内の吸入空気の絶対圧力を示す信号をＥＣＵ２０に与える。なお、クランク角センサ１４、吸気圧センサ１６の検出値は、微小時間おきにＥＣＵ２０に順次与えられ、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。また、各筒内圧センサ１５の検出値（筒内圧力）は、吸気圧センサ１６の検出値に基づいて絶対圧補正された上で、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。   Furthermore, the internal combustion engine 1 has an intake pressure sensor 16 that detects the pressure (intake pressure) of intake air in the surge tank 8 as an absolute pressure. The intake pressure sensor 16 is also electrically connected to the ECU 20 via an A / D converter (not shown) or the like, and gives a signal indicating the detected absolute pressure of the intake air in the surge tank 8 to the ECU 20. The detected values of the crank angle sensor 14 and the intake pressure sensor 16 are sequentially given to the ECU 20 every minute time, and are stored and held in a predetermined storage area (buffer) of the ECU 20 by a predetermined amount. Further, the detection value (in-cylinder pressure) of each in-cylinder pressure sensor 15 is subjected to absolute pressure correction based on the detection value of the intake pressure sensor 16, and then stored and held in a predetermined storage area (buffer) of the ECU 20 by a predetermined amount. Is done.

ＥＣＵ２０のＲＯＭには、図２に示されるように予め作成された目標空燃比‐比熱比マップが格納されている。同マップは、目標空燃比Ａ／Ｆを入力変数とし、その値に対応して比熱比κ０を読み出すことができるように構成されている。図２に明らかなように同マップでは、基準比熱比κ０は目標空燃比Ａ／Ｆに応じて異なるように、且つ、目標空燃比Ａ／Ｆが大であるほど基準比熱比κ０が大となるように設定されている。またＥＣＵ２０のＲＯＭには更に、車両の運転状態（例えばアクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数）に基づいて目標空燃比を算出するためのプログラム、及びクランク角から対応する筒内容積を算出するためのマップを含む各種の関数およびプログラムが格納されている。   The ROM of the ECU 20 stores a target air-fuel ratio-specific heat ratio map created in advance as shown in FIG. The map is configured such that the target air-fuel ratio A / F is an input variable, and the specific heat ratio κ0 can be read in accordance with the value. As is apparent from FIG. 2, in the map, the reference specific heat ratio κ0 varies depending on the target air-fuel ratio A / F, and the larger the target air-fuel ratio A / F, the larger the reference specific heat ratio κ0. Is set to Further, the ROM of the ECU 20 further includes a program for calculating the target air-fuel ratio based on the driving state of the vehicle (for example, the amount of depression of the accelerator pedal and the engine speed), and a corresponding in-cylinder volume from the crank angle. Stores various functions and programs, including the maps.

次に、図３を参照しながら、上述の内燃機関１において点火時期と燃料噴射量とを補正する手順について説明する。内燃機関１を始動させるように不図示のイグニッションキーが操作されると、ＥＣＵ２０によって図３に示される点火時期・噴射量補正処理が、各気筒の燃焼サイクルごとに繰返し実行される。   Next, a procedure for correcting the ignition timing and the fuel injection amount in the internal combustion engine 1 will be described with reference to FIG. When an ignition key (not shown) is operated so as to start the internal combustion engine 1, the ignition timing / injection amount correction process shown in FIG. 3 is repeatedly executed by the ECU 20 for each combustion cycle of each cylinder.

図３において、ＥＣＵ２０は、まず、インジェクタ１２による燃料噴射を実行する（Ｓ１０)。ここでの燃料噴射量は、アクセルペダルセンサによって検出されるアクセルペダルの踏込み量と、クランク角センサ１４によって検出されるエンジン回転数とに基づいて算出される。次にＥＣＵ２０は、動弁機構ＶＭにより吸気弁Ｖｉの閉動作を実行する（Ｓ２０）。なお、ここでの燃料噴射すなわち主噴射は、吸気弁Ｖｉの閉弁後かつ筒内圧Ｐの検出前に行われてもよい（圧縮行程噴射）。   In FIG. 3, the ECU 20 first performs fuel injection by the injector 12 (S10). The fuel injection amount here is calculated based on the accelerator pedal depression amount detected by the accelerator pedal sensor and the engine speed detected by the crank angle sensor 14. Next, the ECU 20 performs the closing operation of the intake valve Vi by the valve mechanism VM (S20). Here, the fuel injection, that is, the main injection may be performed after the intake valve Vi is closed and before the in-cylinder pressure P is detected (compression stroke injection).

吸気弁Ｖｉが完全に閉じられると、ＥＣＵ２０は気筒ごとに、予め定められた複数のクランク角において、筒内圧センサ１５の検出値である筒内圧Ｐを取得し（Ｓ３０）、所定の記憶領域に格納する。本実施形態では、圧縮行程中の２点であるクランク角θ１，θ２において、筒内圧Ｐ１，Ｐ２が検出される。   When the intake valve Vi is completely closed, the ECU 20 acquires the in-cylinder pressure P detected by the in-cylinder pressure sensor 15 at a plurality of predetermined crank angles for each cylinder (S30), and stores it in a predetermined storage area. Store. In the present embodiment, in-cylinder pressures P1 and P2 are detected at crank angles θ1 and θ2 that are two points during the compression stroke.

次にＥＣＵ２０は、取得した筒内圧Ｐ１，Ｐ２、及びそれらの検出時点における筒内容積Ｖ１，Ｖ２に基づいて、次の数式（１）により比熱比κが算出される。比熱比κは、図４における圧縮行程（点ａ〜点ｂ）におけるｌｏｇＶ‐ｌｏｇＰ曲線の傾きとして算出される。筒内容積Ｖ１，Ｖ２は、筒内圧Ｐ１，Ｐ２の取得時点のクランク角θ１，θ２から、上述したマップによって一義的に算出することができる。   Next, the ECU 20 calculates the specific heat ratio κ by the following formula (1) based on the acquired in-cylinder pressures P1 and P2 and the in-cylinder volumes V1 and V2 at the time of detection. The specific heat ratio κ is calculated as the slope of the log V-log P curve in the compression stroke (point a to point b) in FIG. The in-cylinder volumes V1 and V2 can be uniquely calculated from the crank angles θ1 and θ2 at the time when the in-cylinder pressures P1 and P2 are acquired using the map described above.

Figure 0004803100
Figure 0004803100

次にＥＣＵ２０は、算出された比熱比κから、目標空燃比に基づいて算出される基準比熱比κ０を減算して、偏差Δκを算出する（Ｓ５０）。目標空燃比は、上述のとおりアクセルペダルの踏み込み量及びエンジン回転数に基づいて算出され、この目標空燃比によって上述の目標空燃比‐比熱比マップ（図２）を検索することにより、基準比熱比κ０が算出される。図２に明らかなように、基準比熱比κ０は目標空燃比に応じて異なるように設定される。また、図２に示されるように、推定される比熱比κは同マップ上の基準比熱比κ０とは多くの場合一致せず、両者は偏差Δκを有することになる。   Next, the ECU 20 calculates the deviation Δκ by subtracting the reference specific heat ratio κ0 calculated based on the target air-fuel ratio from the calculated specific heat ratio κ (S50). The target air-fuel ratio is calculated based on the accelerator pedal depression amount and the engine speed as described above, and by searching the above-described target air-fuel ratio-specific heat ratio map (FIG. 2) based on the target air-fuel ratio, the reference specific heat ratio is calculated. κ0 is calculated. As is apparent from FIG. 2, the reference specific heat ratio κ0 is set differently depending on the target air-fuel ratio. In addition, as shown in FIG. 2, the estimated specific heat ratio κ does not often coincide with the reference specific heat ratio κ0 on the map, and both have a deviation Δκ.

次に、このようにして算出された偏差Δκが、正の微小な値である所定値αを下回るかが判断され（Ｓ６０）、否定すなわち偏差Δκが正であってある程度の大きさを有する場合には、インジェクタ１２による追加噴射が行われる（Ｓ９０）。この追加噴射は、先にステップＳ１０で行われた燃料噴射（主噴射）に追加して圧縮行程中に筒内で行われる燃料噴射である。追加噴射の燃料噴射量τａは、次の数式（２）によって算出される。ここでＫｆは予め定められた比例ゲインであって、正の値である。したがって追加噴射の燃料噴射量τａは偏差Δκに比例し、偏差Δκが大であるほど燃料噴射量τａは大きい値となる。   Next, it is determined whether or not the deviation Δκ calculated in this way falls below a predetermined positive value α (S60). If negative, that is, the deviation Δκ is positive and has a certain amount of magnitude. The additional injection by the injector 12 is performed (S90). This additional injection is fuel injection performed in the cylinder during the compression stroke in addition to the fuel injection (main injection) performed in step S10. The fuel injection amount τa of the additional injection is calculated by the following formula (2). Here, Kf is a predetermined proportional gain and is a positive value. Therefore, the fuel injection amount τa of the additional injection is proportional to the deviation Δκ, and the larger the deviation Δκ, the larger the fuel injection amount τa.

Figure 0004803100
Figure 0004803100

次にＥＣＵ２０は、点火時期の補正を行う（Ｓ７０）。この点火時期の補正は、次の数式（３）に従い、車両の運転状態に基づいて定められる点火時期ＳＡ［°ＢＴＤＣ］に、偏差Δκと比例ゲインＫｓとの積を加算することによって行われる。比例ゲインＫｓは予め定められた正の値である。したがって点火時期ＳＡの補正量は偏差Δκに比例し、偏差Δκが大であるほど進角量は大きい値となる。また、この点火時期の補正は、筒内圧センサ１５による筒内圧力の検出と同サイクルの点火タイミングにつき行われる。   Next, the ECU 20 corrects the ignition timing (S70). The correction of the ignition timing is performed by adding the product of the deviation Δκ and the proportional gain Ks to the ignition timing SA [° BTDC] determined based on the driving state of the vehicle according to the following equation (3). The proportional gain Ks is a predetermined positive value. Therefore, the correction amount of the ignition timing SA is proportional to the deviation Δκ, and the larger the deviation Δκ, the larger the advance amount. The correction of the ignition timing is performed for the ignition timing in the same cycle as the detection of the in-cylinder pressure by the in-cylinder pressure sensor 15.

Figure 0004803100
Figure 0004803100

このようにして補正された点火時期ＳＡに従って、ＥＣＵ２０の点火指令出力により、点火プラグ７によって点火が行われて（Ｓ８０）本ルーチンを抜ける。以上の処理の結果、本実施形態では、比熱比の推定値κと、目標空燃比に応じて設定された基準比熱比κ０との偏差Δκに基づいて、点火時期ＳＡ及び燃料噴射量がそれぞれ補正される。その結果とくに点火時期ＳＡは、図５に示されるように、空燃比Ａ／Ｆが大きい場合ほど進角されることになる。   In accordance with the ignition timing SA corrected in this way, ignition is performed by the spark plug 7 in accordance with an ignition command output from the ECU 20 (S80), and this routine is exited. As a result of the above processing, in this embodiment, the ignition timing SA and the fuel injection amount are corrected based on the deviation Δκ between the estimated value κ of the specific heat ratio and the reference specific heat ratio κ0 set according to the target air-fuel ratio. Is done. As a result, in particular, the ignition timing SA is advanced as the air-fuel ratio A / F increases as shown in FIG.

以上のとおり、本実施形態では、目標空燃比Ａ／Ｆに応じて異なるように基準比熱比κ０を設定（Ｓ５０・図２）すると共に、比熱比の推定値κと、設定された基準比熱比κ０との偏差Δκに基づいて、点火時期ＳＡを補正する（Ｓ７０）。このように本実施形態では、点火時期ＳＡの補正量を決定するための基準比熱比κ０が、目標空燃比Ａ／Ｆに応じて異なるように算出される（図２）ので、比熱比に基づいて機関を制御するにあたり、空燃比の影響を精度よく反映することが可能になる。   As described above, in the present embodiment, the reference specific heat ratio κ0 is set to be different depending on the target air-fuel ratio A / F (S50, FIG. 2), and the estimated specific heat ratio κ and the set reference specific heat ratio are set. Based on the deviation Δκ from κ0, the ignition timing SA is corrected (S70). As described above, in this embodiment, the reference specific heat ratio κ0 for determining the correction amount of the ignition timing SA is calculated so as to differ depending on the target air-fuel ratio A / F (FIG. 2). Thus, when the engine is controlled, it is possible to accurately reflect the influence of the air-fuel ratio.

また本実施形態では、筒内圧センサ１５による筒内圧力の検出と同サイクルの点火タイミングにつき点火時期ＳＡを補正するので（Ｓ７０）、制御を迅速に収束させることができる。   In this embodiment, since the ignition timing SA is corrected for the ignition timing in the same cycle as the detection of the in-cylinder pressure by the in-cylinder pressure sensor 15 (S70), the control can be quickly converged.

また本実施形態では、点火時期補正（Ｓ７０）において、比熱比の推定値κから基準比熱比κ０を減じた値が大であるほど、点火時期を進角側に補正するので、比熱比の推定値κが基準比熱比κ０からリーン側にかけ離れている場合であっても、火炎伝播の遅れに起因する燃焼の不安定化を抑制できる。   Further, in the present embodiment, in the ignition timing correction (S70), the ignition timing is corrected to the advance side as the value obtained by subtracting the reference specific heat ratio κ0 from the estimated value κ of the specific heat ratio is larger, so the specific heat ratio is estimated. Even when the value κ is far from the reference specific heat ratio κ0 toward the lean side, instability of combustion due to the delay of flame propagation can be suppressed.

また本実施形態では、比熱比の推定値κと、設定された基準比熱比κ０との偏差Δκに基づいて、燃料噴射量を補正するので（Ｓ６０）、比熱比の偏差Δκとして表れる目標空燃比と現実の空燃比とのずれ（燃料と空気との混合の不均質に起因するものを含む）を、好適に補正することができる。   In this embodiment, since the fuel injection amount is corrected based on the deviation Δκ between the estimated value κ of the specific heat ratio and the set reference specific heat ratio κ0 (S60), the target air-fuel ratio that appears as the deviation Δκ of the specific heat ratio And the actual air-fuel ratio (including those caused by inhomogeneous mixing of fuel and air) can be suitably corrected.

また本実施形態では、燃料噴射を行うインジェクタ１２が燃料を筒内に噴射可能であり、且つ噴射量補正（Ｓ６０）が、筒内圧センサ１５による筒内圧力の検出と同サイクルの燃料噴射につき行われるので、制御を迅速に収束させることができる。   Further, in the present embodiment, the injector 12 that performs fuel injection can inject fuel into the cylinder, and the injection amount correction (S60) is performed for fuel injection in the same cycle as the detection of the cylinder pressure by the cylinder pressure sensor 15. Therefore, the control can be quickly converged.

また本実施形態では更に、補正分の燃料（噴射量τａ）をインジェクタ１２に噴射させる追加噴射を実行することとしたので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。   Further, in the present embodiment, since the additional injection for injecting the corrected amount of fuel (injection amount τa) to the injector 12 is executed, the expected effect of the present invention can be obtained with a simple configuration.

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図６に示される第２実施形態は、ポート噴射式の内燃機関１０１について本発明を適用したものである。第２実施形態は、噴射量の補正を、筒内圧センサ１５による筒内圧力の検出よりも後のサイクルの燃料噴射につき実行する。第２実施形態におけるインジェクタ１１２は、燃焼室外である吸気ポートに設置されている。なお第２実施形態は、残余の機械的構成が上記第１実施形態と同様であり、制御において異なるのみであるため、同一符号を付して詳細の説明を省略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment shown in FIG. 6, the present invention is applied to a port injection type internal combustion engine 101. In the second embodiment, the injection amount is corrected for fuel injection in a cycle after the detection of the in-cylinder pressure by the in-cylinder pressure sensor 15. The injector 112 in the second embodiment is installed in an intake port outside the combustion chamber. In the second embodiment, the remaining mechanical configuration is the same as that of the first embodiment, and only the control is different. Therefore, the same reference numerals are given and detailed description is omitted.

第２実施形態の内燃機関１０１において、点火時期と燃料噴射量とを補正する手順について説明する。図７に示される点火時期・噴射量補正処理は、ＥＣＵ１２０によって各気筒の燃焼サイクルごとに繰返し実行される。   A procedure for correcting the ignition timing and the fuel injection amount in the internal combustion engine 101 of the second embodiment will be described. The ignition timing / injection amount correction process shown in FIG. 7 is repeatedly executed by the ECU 120 for each combustion cycle of each cylinder.

図７の処理ルーチンの初期状態においては、偏差Δκは０に初期化されている。このため、初期状態の最初のサイクルでは、ステップＳ１００の処理は実質的にスキップされ、ここでの噴射量補正処理は行われない。   In the initial state of the processing routine of FIG. 7, the deviation Δκ is initialized to zero. For this reason, in the first cycle of the initial state, the process of step S100 is substantially skipped, and the injection amount correction process here is not performed.

ステップＳ１１０からＳ１５０までの処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ１１０からＳ５０までと同様である。すなわちＥＣＵ１２０は、燃料噴射を行い（Ｓ１１０）、吸気弁Ｖｉが閉じた後に（Ｓ１３０）、２点での筒内圧Ｐを計測し（Ｓ１３０）、比熱比κを算出し（Ｓ１４０）、偏差Δκを算出する（Ｓ１５０）。   The processing from step S110 to S150 is the same as that from step S110 to S50 in the first embodiment. That is, the ECU 120 performs fuel injection (S110), and after the intake valve Vi is closed (S130), measures the in-cylinder pressure P at two points (S130), calculates the specific heat ratio κ (S140), and calculates the deviation Δκ. Calculate (S150).

そしてＥＣＵ１２０は、算出された偏差ΔκをＥＣＵ１２０の不揮発性メモリに記憶する（Ｓ１５５）。この記憶された偏差Δκは、次の燃焼サイクルにおける燃料噴射量の補正（Ｓ１００）において用いられることになる。   The ECU 120 stores the calculated deviation Δκ in the nonvolatile memory of the ECU 120 (S155). The stored deviation Δκ is used in the correction of the fuel injection amount in the next combustion cycle (S100).

続くステップＳ１７０及びＳ１８０の処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ７０及びＳ８０の処理と同様である。   The subsequent steps S170 and S180 are the same as the steps S70 and S80 in the first embodiment.

次の燃焼サイクルにおいては、まずＥＣＵ１２０は、前サイクルで記憶されている偏差Δκを用いて、次の数式（４）に従い、燃料噴射量の補正を実行する（Ｓ１００）。ここでＫｆは予め定められた比例ゲインであって、正の値である。   In the next combustion cycle, first, the ECU 120 uses the deviation Δκ stored in the previous cycle to correct the fuel injection amount according to the following formula (4) (S100). Here, Kf is a predetermined proportional gain and is a positive value.

Figure 0004803100
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このようにして補正された燃料噴射量τに従って、ステップＳ１１０の燃料噴射が実行される。   The fuel injection in step S110 is executed according to the fuel injection amount τ corrected in this way.

以上の処理の結果、本実施形態では、比熱比の推定値κと、目標空燃比に応じて設定された基準比熱比κ０との偏差Δκに基づいて、点火時期ＳＡ及び燃料噴射量がそれぞれ補正されることになる。   As a result of the above processing, in this embodiment, the ignition timing SA and the fuel injection amount are corrected based on the deviation Δκ between the estimated value κ of the specific heat ratio and the reference specific heat ratio κ0 set according to the target air-fuel ratio. Will be.

以上のとおり、本実施形態では、筒内圧センサ１５による筒内圧Ｐの検出よりも後のサイクルの燃料噴射につき、燃料噴射量τを補正するので、筒内圧Ｐの検出と同サイクルで噴射量を補正する場合に比べて制御の迅速性は劣るが、ポート噴射式の内燃機関１０１について本発明を適用できる点で有利である。なお、本実施形態のように筒内圧Ｐの検出よりも後のサイクルの燃料噴射につき、燃料噴射量τを補正する構成は、図１に示されるような筒内噴射式の内燃機関についても適用が可能であることはいうまでもない。   As described above, in the present embodiment, the fuel injection amount τ is corrected for the fuel injection in the cycle after the detection of the in-cylinder pressure P by the in-cylinder pressure sensor 15, so the injection amount is set in the same cycle as the detection of the in-cylinder pressure P. Although the speed of control is inferior compared with the case of correcting, it is advantageous in that the present invention can be applied to the port injection type internal combustion engine 101. The configuration for correcting the fuel injection amount τ for the fuel injection in the cycle after the detection of the in-cylinder pressure P as in the present embodiment is also applied to the in-cylinder injection type internal combustion engine as shown in FIG. Needless to say, this is possible.

なお、上記各実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。例えば、上記各実施形態では比例ゲインＫｆ，Ｋｓを固定値としたが、これらの値を車両の運転状態や燃料の性状に応じて、マップや関数等の手段により可変してもい。   In the above embodiments, the present invention has been described with a certain degree of concreteness, but various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims. It must be understood that it is possible. That is, the present invention includes modifications and changes that fall within the scope and spirit of the appended claims and their equivalents. For example, in the above embodiments, the proportional gains Kf and Ks are fixed values, but these values may be changed by means of a map or a function according to the driving state of the vehicle and the properties of the fuel.

また、上記実施形態ではガソリン燃料を使用する車両の内燃機関に本発明を適用した例について説明したが、本発明は他の種類の燃料を用いる内燃機関、ガソリンとアルコールとの混合燃料など複数種類の燃料を使用可能な内燃機関、あるいは各種内燃機関を駆動源として含むハイブリッド車についても適用可能である。   In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to an internal combustion engine of a vehicle that uses gasoline fuel has been described. However, the present invention is not limited to an internal combustion engine that uses other types of fuel, and a mixture of gasoline and alcohol. The present invention is also applicable to an internal combustion engine that can use any of these fuels or a hybrid vehicle that includes various internal combustion engines as a drive source.

本発明の第１実施形態の制御装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating an internal combustion engine to which a control device according to a first embodiment of the present invention is applied. 目標空燃比‐比熱比マップの構成例を示すグラフである。It is a graph which shows the structural example of a target air fuel ratio-specific heat ratio map. 第１実施形態における点火時期・噴射量補正処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the ignition timing and injection amount correction process in 1st Embodiment. 燃焼サイクルにおける筒内圧Ｐと筒内容積Ｖとの関係を示すｌｏｇＰ‐ｌｏｇＶグラフである。3 is a log P-log V graph showing the relationship between in-cylinder pressure P and in-cylinder volume V in a combustion cycle. 第１実施形態によって補正された点火時期ＳＡと空燃比Ａ／Ｆの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between ignition timing SA and air-fuel ratio A / F which were correct | amended by 1st Embodiment. 第２実施形態の制御装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the internal combustion engine to which the control apparatus of 2nd Embodiment was applied. 第２実施形態における点火時期・噴射量補正処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the ignition timing and injection amount correction process in 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ 内燃機関
３ 燃焼室
１４ クランク角センサ
１５ 筒内圧センサ
１６ 吸気圧センサ
２０ ＥＣＵ
Ｖｅ 排気弁
Ｖｉ 吸気弁
ＶＭ 動弁機構 1 Internal combustion engine 3 Combustion chamber 14 Crank angle sensor 15 In-cylinder pressure sensor 16 Intake pressure sensor 20 ECU
Ve Exhaust valve Vi Intake valve VM Valve mechanism

Claims (6)

圧縮行程中の所定の少なくとも２点における筒内圧センサの検出値および前記少なくとも２点における筒内容積に基づいて、筒内に導入されている混合気の比熱比の推定値を算出する比熱比算出手段と、
前記比熱比の推定値と、予め定められた基準比熱比との偏差に基づいて、点火時期を補正する点火時期補正手段と、
を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記基準比熱比を、目標空燃比に応じて異なるように設定する基準比熱比設定手段と、
前記比熱比の推定値と、前記設定された基準比熱比との偏差に基づいて、燃料噴射弁からの燃料噴射量を補正する噴射量補正手段と、
を更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 Specific heat ratio calculation for calculating an estimated value of the specific heat ratio of the air-fuel mixture introduced into the cylinder based on the detected value of the cylinder pressure sensor at at least two predetermined points during the compression stroke and the cylinder volume at the at least two points Means,
Ignition timing correction means for correcting the ignition timing based on a deviation between the estimated value of the specific heat ratio and a predetermined reference specific heat ratio;
An internal combustion engine control device comprising:
A reference specific heat ratio setting means for setting the reference specific heat ratio differently according to a target air-fuel ratio ;
Injection amount correction means for correcting the fuel injection amount from the fuel injection valve based on the deviation between the estimated value of the specific heat ratio and the set reference specific heat ratio;
A control device for an internal combustion engine, further comprising: 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記点火時期補正手段は、前記筒内圧センサによる筒内圧力の検出と同サイクルの点火につき前記点火時期を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to claim 1,
The control device for an internal combustion engine, wherein the ignition timing correction means corrects the ignition timing for ignition in the same cycle as the detection of the cylinder pressure by the cylinder pressure sensor. 請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記点火時期補正手段は、前記比熱比の推定値から、前記設定された基準比熱比を減じた値が大であるほど、点火時期を進角側に補正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 1 or 2,
The ignition timing correcting means corrects the ignition timing to an advance side as the value obtained by subtracting the set reference specific heat ratio from the estimated value of the specific heat ratio is larger. apparatus. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記燃料噴射弁は燃料を筒内に噴射可能であり、
前記噴射量補正手段は、前記筒内圧センサによる筒内圧力の検出と同サイクルの燃料噴射につき前記燃料噴射量を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to claim 1 ,
The fuel injection valve is capable of injecting fuel into a cylinder;
The control device for an internal combustion engine, wherein the injection amount correction means corrects the fuel injection amount for fuel injection in the same cycle as the detection of the in-cylinder pressure by the in-cylinder pressure sensor. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記噴射量補正手段による補正分の燃料を前記燃料噴射弁に噴射させる追加噴射手段を更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to claim 4 ,
The control apparatus for an internal combustion engine, further comprising additional injection means for injecting the fuel corrected by the injection amount correction means into the fuel injection valve. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記噴射量補正手段は、前記筒内圧センサによる筒内圧力の検出よりも後のサイクルの燃料噴射につき前記燃料噴射量を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine according to claim 1 ,
The control apparatus for an internal combustion engine, wherein the injection amount correction means corrects the fuel injection amount for fuel injection in a cycle after the detection of the in-cylinder pressure by the in-cylinder pressure sensor.
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