JP7246548B1 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】プレイグニッションの発生と相関がある熱発生率と相関性が強いクランク角躍度を用いて、プレイグニッションの発生判定を行う内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】クランク角センサ１１の出力信号に基づいて、クランク角加速度αｄの時間変化率であるクランク角躍度δｄを算出し、クランク角躍度δｄに基づいて、プレイグニッションの発生を判定するための評価値Ｙｅを算出し、評価値Ｙｅに基づいて、プレイグニッションの発生の有無を判定する内燃機関の制御装置５０。【選択図】図３A control device for an internal combustion engine that determines the occurrence of preignition using a heat release rate that correlates with the occurrence of preignition and a crank angle jerk that has a strong correlation. A crank angle jerk δd, which is a time rate of change of a crank angle acceleration αd, is calculated based on an output signal of a crank angle sensor 11, and occurrence of pre-ignition is determined based on the crank angle jerk δd. A control device 50 for an internal combustion engine that calculates an evaluation value Ye for the engine and determines whether or not pre-ignition occurs based on the evaluation value Ye. [Selection drawing] Fig. 3
Description
本願は、内燃機関の制御装置に関するものである。 The present application relates to a control device for an internal combustion engine.
内燃機関において発生する異常燃焼として、プレイグニッション及びポストイグニッションが知られている。これらの異常燃焼の原因は、点火プラグ又は気筒内に溜まったデポジット等が高温になり、これが熱源となって自己着火に至る場合、又は圧縮比が高い場合に圧縮行程で混合気が高温及び高圧になって自己着火に至る場合などが考えられる。このうち、正規の火花点火時期の前に起こるものがプレイグニッションと呼ばれ、後に起こるものがポストイグニッションと呼ばれている。これらの異常着火は一般に知られるものであり、これが発生すると、不快な金属音の発生、内燃機関の出力変動、極端な場合には、内燃機関の破損に至る場合もある。 Pre-ignition and post-ignition are known as abnormal combustion that occurs in an internal combustion engine. The cause of these abnormal combustion is when the ignition plug or deposits accumulated in the cylinder become hot, and this becomes a heat source and leads to self-ignition, or when the compression ratio is high, the air-fuel mixture becomes hot and high pressure during the compression stroke. It is conceivable that it may lead to self-ignition. Of these, what occurs before the regular spark ignition timing is called pre-ignition, and what occurs after is called post-ignition. These abnormal ignitions are generally known, and when they occur, they can lead to the generation of an unpleasant metallic sound, fluctuations in the output of the internal combustion engine, and, in extreme cases, damage to the internal combustion engine.
プレイグニッションを内燃機関の回転速度の変動幅によって検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。例えば、特定気筒の点火時期を一定角度遅角すると、内燃機関の出力が低下し、内燃機関の回転速度が変動する。このとき、特定気筒にプレイグニッションが生じると、点火時期よりも早く燃焼室内に火炎が生じることにより、内燃機関の回転速度の変動幅が小さくなる。従って、この回転速度の変動幅が所定幅（プレイグニッション検出用の変動幅）よりも小さいか否かを判定することで、プレイグニッションの発生検出を行っている。 A technique for detecting pre-ignition based on the fluctuation range of the rotational speed of an internal combustion engine has been proposed (for example, Patent Document 1). For example, if the ignition timing of a specific cylinder is retarded by a certain angle, the output of the internal combustion engine will decrease and the rotational speed of the internal combustion engine will fluctuate. At this time, if pre-ignition occurs in a specific cylinder, flame is generated in the combustion chamber earlier than the ignition timing, thereby reducing the fluctuation range of the rotational speed of the internal combustion engine. Therefore, the occurrence of pre-ignition is detected by determining whether or not the fluctuation width of the rotation speed is smaller than a predetermined width (fluctuation width for pre-ignition detection).
特許文献１の技術で用いる回転速度の変動幅とは、所定期間におけるクランク角速度の変化量であり、クランク角加速度に相当する値である。しかし、実施の形態で詳述するように、発明者が検討した結果、クランク角加速度を用いた方法では、十分なプレイグニッションの発生検出精度を得られ難い。これは、プレイグニッションの発生と相関がある燃焼による熱発生率と、クランク角加速度との間に十分な相関性がないためである。一方、発明者が検討した結果、熱発生率とクランク角躍度との間の相関性が強く、クランク角躍度によりプレイグニッションの発生判定を行えることを見出した。
The fluctuation width of the rotation speed used in the technique of
そこで、本願は、プレイグニッションの発生と相関がある熱発生率と相関性が強いクランク角躍度を用いて、プレイグニッションの発生判定を行う内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present application is to provide a control apparatus for an internal combustion engine that determines the occurrence of preignition by using the heat release rate, which correlates with the occurrence of preignition, and the crank angular jerk, which has a strong correlation.
本願に係る内燃機関の制御装置は、
クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度を検出し、検出した前記クランク角度の時間変化率であるクランク角速度、前記クランク角速度の時間変化率であるクランク角加速度、及び前記クランク角加速度の時間変化率であるクランク角躍度を算出する角度情報検出部と、
前記クランク角躍度に基づいて、プレイグニッションの発生を判定するための評価値を算出する評価値算出部と、
前記評価値に基づいて、前記プレイグニッションの発生の有無を判定するプレイグニッション判定部と、を備えたものである。
A control device for an internal combustion engine according to the present application includes:
Based on the output signal of the crank angle sensor, the crank angle is detected, and the crank angular speed, which is the time rate of change of the detected crank angle, the crank angular acceleration, which is the time rate of change of the crank angular speed, and the time of the crank angular acceleration. an angle information detection unit that calculates a crank angle jerk that is a rate of change;
an evaluation value calculation unit that calculates an evaluation value for determining occurrence of pre-ignition based on the crank angle jerk;
and a pre-ignition determination unit that determines whether or not the pre-ignition has occurred based on the evaluation value.
本願に係る内燃機関の制御装置によれば、熱発生率に相関があり、クランク角加速度よりも熱発生率に対する影響度合いが大きい、クランク角躍度に基づいて評価値を算出し、評価値に基づいて精度よくプレイグニッションの発生の有無を判定することができる。 According to the control device for an internal combustion engine according to the present application, the evaluation value is calculated based on the crank angular jerk, which is correlated with the heat release rate and has a greater degree of influence on the heat release rate than the crank angular acceleration, and is used as the evaluation value. Based on this, it is possible to accurately determine whether or not pre-ignition has occurred.
１．実施の形態１
実施の形態１に係る内燃機関１の制御装置５０（以下、単に制御装置５０と称す）について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本実施の形態に係る内燃機関１及び制御装置５０の概略構成図であり、図３は、本実施の形態に係る制御装置５０のブロック図である。内燃機関１及び制御装置５０は、車両に搭載され、内燃機関１は、車両（車輪）の駆動力源となる。
1.
A control device 50 (hereinafter simply referred to as control device 50) for
１－１．内燃機関１の構成
まず、内燃機関１の構成について説明する。図１に示すように、内燃機関１は、空気と燃料の混合気を燃焼する気筒７を備えている。内燃機関１は、気筒７に空気を供給する吸気管２３と、気筒７で燃焼した排気ガスを排出する排気管１７とを備えている。内燃機関１は、ガソリンエンジンとされている。内燃機関１は、吸気管２３を開閉するスロットルバルブ４を備えている。スロットルバルブ４は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式スロットルバルブとされている。スロットルバルブ４には、スロットルバルブ４の開度に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ１９が設けられている。
1-1. Configuration of
スロットルバルブ４の上流側の吸気管２３には、吸気管２３に吸入される吸入空気量に応じた電気信号を出力するエアフローセンサ３が設けられている。内燃機関１は、排気ガス還流装置２０を備えている。排気ガス還流装置２０は、排気管１７から吸気マニホールド１２に排気ガスを還流するＥＧＲ流路２１と、ＥＧＲ流路２１を開閉するＥＧＲバルブ２２と、を有している。吸気マニホールド１２は、スロットルバルブ４の下流側の吸気管２３の部分である。ＥＧＲバルブ２２は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式ＥＧＲバルブとされている。排気管１７には、排気管１７内の排気ガスの空燃比に応じた電気信号を出力する空燃比センサ１８を備えている。
An
吸気マニホールド１２には、吸気マニホールド１２内の圧力に応じた電気信号を出力するガス圧センサ８が設けられている。吸気マニホールド１２の下流側の部分には、燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。なお、インジェクタ１３は、気筒７内に直接燃料を噴射するように設けられてもよい。内燃機関１には、大気圧に応じた電気信号を出力する大気圧センサ３３が設けられている。内燃機関１には、冷却水温を検出する水温センサ３４が設けられている。
The
気筒７の頂部には、空気と燃料の混合気に点火する点火プラグと、点火プラグに点火エネルギーを供給する点火コイル１６と、が設けられている。また、気筒７の頂部には、吸気管２３から気筒７内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブ１４と、シリンダ内から排気管１７に排出される排気ガス量を調節する排気バルブ１５と、が設けられている。吸気バルブ１４には、そのバルブ開閉タイミングを可変にする吸気可変バルブタイミング機構が設けられている。排気バルブ１５には、そのバルブ開閉タイミングを可変にする排気可変バルブタイミング機構が設けられている。可変バルブタイミング機構１４、１５は、電動アクチュエータを有している。
At the top of the
図２に示すように、内燃機関１は、複数の気筒７（本例では３つ）を備えている。各気筒７内には、ピストン５が備えられている。各気筒７のピストン５は、コンロッド９およびクランク３２を介してクランク軸２に接続されている。クランク軸２は、ピストン５の往復運動によって回転駆動される。各気筒７で発生した燃焼ガス圧は、ピストン５の頂面を押圧し、コンロッド９およびクランク３２を介してクランク軸２を回転駆動する。クランク軸２は、車輪に駆動力を伝達する動力伝達機構に連結されている。動力伝達機構は、変速装置、ディファレンシャルギヤ等から構成される。なお、内燃機関１を備えた車両は、動力伝達機構内にモータージェネレータを備えたハイブリッド車であってもよい。
As shown in FIG. 2, the
内燃機関１は、クランク軸２と一体回転する信号板１０を備えている。信号板１０は、予め定められた複数のクランク角度に複数の歯を設けている。本実施の形態では、信号板１０は、１０度間隔で歯が並べられている。信号板１０の歯には、一部の歯が欠けた欠け歯部分が設けられている。内燃機関１は、エンジンブロック２４に固定され、信号板１０の歯を検出するクランク角センサ１１を備えている。
The
内燃機関１は、クランク軸２とチェーン２８で連結されたカム軸２９を備えている。カム軸２９は、吸気バルブ１４および排気バルブ１５を開閉駆動する。クランク軸２が２回転する間に、カム軸２９は１回転する。内燃機関１は、カム軸２９と一体回転するカム用の信号板３１を備えている。カム用の信号板３１は、予め定められた複数のカム軸角度に複数の歯を設けている。内燃機関１は、エンジンブロック２４に固定され、カム用の信号板３１の歯を検出するカム角センサ３０を備えている。
The
制御装置５０は、クランク角センサ１１およびカム角センサ３０の２種類の出力信号に基づいて、各ピストン５の上死点を基準としたクランク角度を検出すると共に、各気筒７の行程を判別する。なお、内燃機関１は、吸入行程、圧縮行程、燃焼行程、および排気行程の４行程機関とされている。
The
クランク角センサ１１、及びカム角センサ３０は、クランク軸２の回転による、各センサと歯の距離の変化に応じた電気信号を出力する。各角センサ１１、３０の出力信号は、センサと歯の距離が近い場合と、遠い場合とで信号がオンオフする矩形波となる。各角センサ１１、３０には、例えば、電磁ピックアップ式のセンサが用いられる。
The
１－２．制御装置５０の構成
次に、制御装置５０について説明する。
制御装置５０は、内燃機関１を制御対象とする制御装置である。図３に示すように、制御装置５０は、角度情報検出部５１、評価値算出部５２、プレイグニッション判定部５３、回避制御部５４、及び基本制御部５５等の制御部を備えている。制御装置５０の各制御部５１から５５等は、制御装置５０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置５０は、図４に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０にバス等の信号線を介して接続された記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、および演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
1-2. Configuration of
The
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、および各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。
As the
記憶装置９１として、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）等の揮発性及び不揮発性の記憶装置が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
As the
そして、制御装置５０が備える各制御部５１から５５等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、および出力回路９３等の制御装置５０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部５１から５５等が用いるマップデータ、判定閾値等の設定データは、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。また、各制御部５１から５５等が算出したクランク角速度ωｄ、クランク角加速度αｄ、クランク角躍度δｄ、評価値Ｙｅ等の各算出値、及び各検出値等のデータは、ＲＡＭ等の書き換え可能な記憶装置９１に記憶される。
Each function of the
本実施の形態では、入力回路９２には、クランク角センサ１１、カム角センサ３０、水温センサ３４、エアフローセンサ３、スロットル開度センサ１９、ガス圧センサ８、大気圧センサ３３、空燃比センサ１８、およびアクセルポジションセンサ２６等が接続されている。出力回路９３には、スロットルバルブ４（電気モータ）、ＥＧＲバルブ２２（電気モータ）、インジェクタ１３、点火コイル１６、吸気可変バルブタイミング機構１４、及び排気可変バルブタイミング機構１５等が接続されている。なお、制御装置５０には、図示していない各種のセンサ、スイッチ、およびアクチュエータ等が接続されている。制御装置５０は、各種センサの出力信号に基づいて、吸入空気量、吸気マニホールド内の圧力、大気圧、空燃比、およびアクセル開度等の内燃機関１の運転状態を検出する。
In this embodiment, the
基本制御部５５は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出し、インジェクタ１３および点火コイル１６等を駆動制御する。基本制御部５５は、アクセルポジションセンサ２６の出力信号等に基づいて、運転者が要求している内燃機関１の出力トルクを算出し、当該要求出力トルクを実現する吸入空気量となるように、スロットルバルブ４等を制御する。具体的には、基本制御部５５は、目標スロットル開度を算出し、スロットル開度センサ１９の出力信号に基づき検出したスロットル開度が、目標スロットル開度に近づくように、スロットルバルブ４の電気モータを駆動制御する。また、基本制御部５５は、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、ＥＧＲバルブ２２の目標開度を算出し、ＥＧＲバルブ２２の電気モータを駆動制御する。基本制御部５５は、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、吸気バルブの目標開閉タイミング及び排気バルブの目標開閉タイミングを算出し、各目標開閉タイミングに基づいて、吸気及び排気可変バルブタイミング機構１４、１５を駆動制御する。
As basic control, the
１－２－１．角度情報検出部５１
角度情報検出部５１は、クランク角センサ１１の出力信号に基づいて、クランク角度θｄを検出し、検出したクランク角度θｄの時間変化率であるクランク角速度ωｄ、クランク角速度ωｄの時間変化率であるクランク角加速度αｄ、及びクランク角加速度αｄの時間変化率であるクランク角躍度δｄを算出する。クランク角速度ωｄが、回転速度に対応する。
1-2-1.
The angle
本実施の形態では、図５に示すように、角度情報検出部５１は、クランク角センサ１１の出力信号に基づいてクランク角度θｄを検出すると共にクランク角度θｄを検出した検出時刻Ｔｄを検出する。そして、角度情報検出部５１は、検出したクランク角度θｄである検出角度θｄおよび検出時刻Ｔｄに基づいて、検出角度θｄの間に対応する角度間隔Δθｄおよび時間間隔ΔＴｄを算出する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
例えば、角度情報検出部５１は、クランク角センサ１１の出力信号（矩形波）の立下りエッジ（又は立上りエッジ）を検出した時のクランク角度θｄを判定する。角度情報検出部５１は、公知の方法を用い、クランク角センサ１１およびカム角センサ３０の２種類の出力信号に基づいて、第１気筒♯１のピストン５の上死点を基準としたクランク角度θｄを検出すると共に、各気筒７の行程を判別する。
For example, the
＜クランク角速度ωｄ、クランク角加速度αｄの算出＞
角度情報検出部５１は、各クランク角度θｄ、及び各クランク角度θｄを検出した検出時刻Ｔｄに基づいて、クランク角速度ωｄを算出する。例えば、次式に示すように、角度情報検出部５１は、今回検出したクランク角度θｄ（ｎ）と前回検出したクランク角度θｄ（ｎ－１）との角度間隔Δθｄ（ｎ）と、今回の検出時刻Ｔｄ（ｎ）と前回の検出時刻Ｔｄ（ｎ－１）との時間間隔ΔＴｄ（ｎ）とに基づいて、今回の検出角度のクランク角速度ωｄ（ｎ）を算出する。なお、これ以外にも、公知の各種の方法が用いられもよい。
The
角度情報検出部５１は、クランク角速度ωｄに基づいて、クランク角加速度αｄを算出する。例えば、次式に示すように、角度情報検出部５１は、今回の検出角度で算出したクランク角速度ωｄ（ｎ）と前回の検出角度で算出したクランク角速度ωｄ（ｎ－１）と今回の検出角度の時間間隔ΔＴｄ（ｎ）とに基づいて、今回の検出角度のクランク角加速度αｄ（ｎ）を算出する。なお、これ以外にも、公知の各種の方法が用いられもよい。
角度情報検出部５１は、クランク角加速度αｄに基づいて、クランク角躍度δｄを算出する。例えば、次式に示すように、角度情報検出部５１は、今回の検出角度で算出したクランク角加速度αｄ（ｎ）と前回の検出角度で算出したクランク角加速度αｄ（ｎ－１）と今回の検出角度の時間間隔ΔＴｄ（ｎ）とに基づいて、今回の検出角度のクランク角躍度δｄ（ｎ）を算出する。なお、これ以外にも、公知の各種の方法が用いられもよい。
角度情報検出部５１は、算出したクランク角速度ωｄ、クランク角加速度αｄ、及びクランク角躍度δｄ等の角度情報を、対応するクランク角度θｄと対応付けて、少なくとも、後述する判定角度範囲以上の期間分、ＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶する。
The angle
１－２－２．評価値算出部５２及びプレイグニッション判定部５３
評価値算出部５２は、クランク角躍度δｄに基づいて、プレイグニッションの発生を判定するための評価値Ｙｅを算出する。そして、プレイグニッション判定部５３は、評価値Ｙｅに基づいて、プレイグニッションの発生の有無を判定する。以下で、判定原理について詳細に説明する。
1-2-2. Evaluation
The
プレイグニッションは、点火プラグの火花放電による点火時期よりも前に、自己着火により燃焼が始まる点火である。例えば、点火プラグ又は気筒内に溜まったデポジット等が高温になり、これが熱源となって自己着火が生じ、プレイグニッションが発生する。また、圧縮比が高い場合に、圧縮行程で混合気が高温及び高圧になって自己着火が生じ、プレイグニッションが発生する。 Pre-ignition is ignition in which combustion begins due to self-ignition prior to ignition timing due to spark discharge of an ignition plug. For example, a spark plug or a deposit accumulated in a cylinder becomes hot, which becomes a heat source and self-ignites, resulting in pre-ignition. Further, when the compression ratio is high, the air-fuel mixture becomes high temperature and high pressure in the compression stroke, causing self-ignition and pre-ignition.
＜熱発生率ｄＱ／ｄθによるプレイグニッションの判定＞
クランク角躍度δｄによるプレイグニッションの判定原理について説明する。プレイグニッションの判定には、次式に示すように、燃焼による熱発生率ｄＱ／ｄθを用いることができる。
The principle of determining pre-ignition based on the crank angle jerk δd will be described. For determination of pre-ignition, the heat release rate dQ/dθ due to combustion can be used as shown in the following equation.
ここで、Ｑは、気筒内のガスの燃焼により発生した発生熱であり、θは、クランク角度であり、Ｃｖは気筒内のガスの比熱であり、Ｒは気筒内のガスのガス定数であり、Ｖｃｙｌは、気筒の容積であり、Ｐｃｙｌは、気筒内のガス圧力である。ｄＱ／ｄθは、単位クランク角度当たりの発生熱の変化率（熱発生率）である。ｄＶｃｙｌ／ｄθは、単位クランク角度当たりの気筒容積の変化率である。ｄＰｃｙｌ／ｄθは、単位クランク角度当たりの気筒内ガス圧力の変化率である。 Here, Q is the heat generated by combustion of the gas in the cylinder, θ is the crank angle, Cv is the specific heat of the gas in the cylinder, and R is the gas constant of the gas in the cylinder. , Vcyl is the cylinder volume and Pcyl is the gas pressure in the cylinder. dQ/dθ is the rate of change in heat generation per unit crank angle (heat release rate). dVcyl/dθ is the rate of change in cylinder volume per unit crank angle. dPcyl/dθ is the rate of change of cylinder internal gas pressure per unit crank angle.
図６に、プレイグニッションが発生した時の熱発生率ｄＱ／ｄθの挙動を示す。プレイグニッションが発生すると急激に燃焼が進行するため、熱発生率ｄＱ／ｄθが大きくなる。よって、熱発生率ｄＱ／ｄθが、閾値よりも大きくなった場合に、プレイグニッションが発生したと判定することができる。すなわち、熱発生率ｄＱ／ｄθによりプレイグニッションの発生の有無を判定することができる。 FIG. 6 shows the behavior of the heat release rate dQ/dθ when pre-ignition occurs. When pre-ignition occurs, combustion progresses rapidly, so the heat release rate dQ/dθ increases. Therefore, when the heat generation rate dQ/dθ becomes larger than the threshold value, it can be determined that pre-ignition has occurred. That is, it is possible to determine whether or not pre-ignition has occurred based on the heat generation rate dQ/dθ.
式（４）の右辺第２項の気筒容積Ｖｃｙｌ、及び式（４）の右辺第１項の気筒容積の変化率ｄＶｃｙｌ／ｄθは、式（５）及び式（６）に示すように、クランク角度θに応じて変化する幾何学的な係数である。よって、実質的には、熱発生率ｄＱ／ｄθの式（４）の右辺第１項は、気筒内のガス圧力Ｐｃｙｌに比例して変化し、式（４）の右辺第２項は、気筒内ガス圧力の変化率ｄＰｃｙｌ／ｄθに比例して変化する。
Ｖｃｙｌ０は、吸気弁の閉弁時の気筒の容積である。Ｓｐは、ピストンの頂面の投影面積であり、ｒは、クランク長さであり、Ｌは、コンロッド長さである。なお、三角関数の演算に用いられるクランク角度θには、燃焼気筒の圧縮行程の上死点を０度に設定した角度が用いられる。 Vcyl0 is the volume of the cylinder when the intake valve is closed. Sp is the projected area of the top surface of the piston, r is the crank length, and L is the connecting rod length. It should be noted that the crank angle .theta. used in the calculation of the trigonometric function is the angle obtained by setting the top dead center of the compression stroke of the combustion cylinder to 0 degrees.
＜特許文献１のクランク角加速度αによる判定の問題点＞
上述したように、特許文献１の技術では、クランク角加速度αに基づいて、プレイグニッションの発生判定を行っている。熱発生率ｄＱ／ｄθの式（４）の右辺の第１項は、燃焼気筒のガス圧力Ｐｃｙｌに比例する項であり、クランク角加速度αは、燃焼気筒のガス圧力Ｐｃｙｌに比例する。よって、特許文献１のクランク角加速度αによる判定では、熱発生率ｄＱ／ｄθの式（４）の右辺の第１項しか評価できず、プレイグニッションの発生を精度よく判定し難い。以下で詳細に説明する。
<Problems in Determination by Crank Angular Acceleration α in
As described above, in the technique of
燃焼気筒のガス圧力Ｐｃｙｌにより生じるクランク軸のトルク成分ΔＴｇａｓ（以下、燃焼ガス圧トルクΔＴｇａｓと称す）は、次式で表せる。
ここで、Ｓｐは、ピストンの頂面の投影面積であり、Ｋｃｎｖは、気筒内のガス圧力Ｐｃｙｌによりピストンに生じた力を、クランク軸回りのトルクに変換する変換係数である。式（７）に示すように、燃焼ガス圧トルクΔＴｇａｓは、燃焼気筒のガス圧力Ｐｃｙｌに比例し、比例係数である変換係数Ｋｃｎｖは、クランク角度θに応じて変化する幾何学的な係数である。 Here, Sp is the projected area of the top surface of the piston, and Kcnv is a conversion coefficient for converting the force generated in the piston by the gas pressure Pcyl in the cylinder into torque around the crankshaft. As shown in equation (7), the combustion gas pressure torque ΔTgas is proportional to the combustion cylinder gas pressure Pcyl, and the conversion coefficient Kcnv, which is a proportionality coefficient, is a geometric coefficient that changes according to the crank angle θ. .
燃焼ガス圧トルクΔＴｇａｓにより生じたクランク角加速度の成分Δαｇａｓは、次式で表せる。
ここで、Ｉｃｒｋは、クランク軸系の慣性モーメントである。式（７）及び式（８）に示すように、燃焼ガスによるクランク角加速度成分Δαｇａｓは、燃焼ガス圧トルクΔＴｇａｓに比例し、燃焼ガス圧トルクΔＴｇａｓは、燃焼気筒のガス圧力Ｐｃｙｌに比例する。よって、燃焼ガスによるクランク角加速度成分Δαｇａｓは、燃焼気筒のガス圧力Ｐｃｙｌに比例し、クランク角加速度αにより、熱発生率ｄＱ／ｄθの式（４）の右辺の第１項を評価できる。 where Icrk is the moment of inertia of the crankshaft system. As shown in equations (7) and (8), the crank angle acceleration component Δαgas due to the combustion gas is proportional to the combustion gas pressure torque ΔTgas, and the combustion gas pressure torque ΔTgas is proportional to the combustion cylinder gas pressure Pcyl. Therefore, the crank angular acceleration component Δαgas due to the combustion gas is proportional to the gas pressure Pcyl in the combustion cylinder, and the first term on the right side of the heat release rate dQ/dθ in equation (4) can be evaluated from the crank angular acceleration α.
図７に、熱発生率ｄＱ／ｄθとクランク角加速度αとの関係を示す。図７に示すように、プレイグニッションが発生していると判定したい熱発生率ｄＱ／ｄθの領域では、熱発生率ｄＱ／ｄθの増加量に対するクランク角加速度αの増加量が小さくなっている。よって、クランク角加速度αのバラツキも考慮すると、プレイグニッションの発生を精度よく判定し難く、特許文献１のように判定アルゴリズムの複雑化を招く。
FIG. 7 shows the relationship between the heat release rate dQ/dθ and the crank angular acceleration α. As shown in FIG. 7, in the region of the heat release rate dQ/d.theta. where it is desired to determine that pre-ignition has occurred, the amount of increase in the crank angular acceleration .alpha. relative to the amount of increase in the heat release rate dQ/d.theta. is small. Therefore, considering the variation in the crank angular acceleration α, it is difficult to accurately determine the occurrence of pre-ignition, which leads to a complicated determination algorithm as in
また、クランク角加速度αには、燃焼ガスによるクランク角加速度成分Δαｇａｓ以外にも、外部負荷トルク等によるクランク角加速度成分が含まれるため、判定閾値の設定アルゴリズムの複雑化を招く。外部負荷トルクは、内燃機関の外部からクランク軸にかかるトルクである。外部負荷トルクには、車輪に連結される動力伝達機構から内燃機関に伝達される車両の走行抵抗及び摩擦抵抗、並びにクランク軸に連結されるオルタネータ等の補機負荷等が含まれる。 In addition to the crank angular acceleration component Δαgas due to the combustion gas, the crank angular acceleration α also includes a crank angular acceleration component due to external load torque and the like, which complicates the determination threshold value setting algorithm. The external load torque is torque applied to the crankshaft from the outside of the internal combustion engine. The external load torque includes running resistance and frictional resistance of the vehicle transmitted from the power transmission mechanism connected to the wheels to the internal combustion engine, and accessory load such as the alternator connected to the crankshaft.
＜クランク角躍度δによる判定原理＞
上述したように、熱発生率ｄＱ／ｄθの式（４）の右辺の第２項は、単位クランク角度当たりの気筒内ガス圧力の変化率ｄＰｃｙｌ／ｄθに比例する項である。単位クランク角度当たりの気筒内ガス圧力の変化率ｄＰｃｙｌ／ｄθは、次式のように変形でき、気筒内ガス圧力の時間変化率ｄＰｃｙｌ／ｄｔで表現できる。
As described above, the second term on the right side of equation (4) for the heat release rate dQ/dθ is a term proportional to the change rate dPcyl/dθ of the cylinder internal gas pressure per unit crank angle. The change rate dPcyl/dθ of the cylinder internal gas pressure per unit crank angle can be modified as shown in the following equation, and can be expressed by the time change rate dPcyl/dt of the cylinder internal gas pressure.
そして、上述したように、燃焼気筒のガス圧力Ｐｃｙｌは、クランク角加速度αに比例するため、次式に示すように、気筒内ガス圧力の時間変化率ｄＰｃｙｌ／ｄｔは、クランク角躍度δに比例する。したがって、熱発生率ｄＱ／ｄθの式（４）の右辺の第２項は、クランク角躍度δに比例する。
図８に、熱発生率ｄＱ／ｄθとクランク角躍度δとの関係を示す。図８に示すように、プレイグニッションが発生していると判定したい熱発生率ｄＱ／ｄθの領域でも、熱発生率ｄＱ／ｄθの増加量に対するクランク角躍度δの増加量が大きくなっている。よって、クランク角躍度δのバラツキを考慮しても、比較的に容易にプレイグニッションの発生を判定できることがわかる。 FIG. 8 shows the relationship between the heat release rate dQ/dθ and the crank angle jerk δ. As shown in FIG. 8, even in the region of the heat release rate dQ/dθ where it is desired to determine that pre-ignition has occurred, the amount of increase in the crank angle jerk δ with respect to the amount of increase in the heat release rate dQ/dθ is large. . Therefore, it can be seen that the occurrence of pre-ignition can be determined relatively easily even if the variation in the crank angular jerk δ is considered.
また、外部負荷トルクは、通常、行程周期では大きく変動しないため、時間微分により、クランク角躍度δに含まれる外部負荷トルクによる成分は小さくなる。よって、判定閾値の設定アルゴリズムを簡易化できる。 In addition, since the external load torque does not normally fluctuate greatly in the stroke period, the component due to the external load torque included in the crank angle jerk δ is reduced by time differentiation. Therefore, the determination threshold setting algorithm can be simplified.
図９に、熱発生率ｄＱ／ｄθと、熱発生率ｄＱ／ｄθに含まれる式（４）の右辺の第１項の成分（ガス圧力Ｐｃｙｌの成分）及び熱発生率ｄＱ／ｄθに含まれる式（４）の右辺の第２項の成分（ガス圧力の時間変化率ｄＰｃｙｌ／ｄｔの成分）との関係を示す。図９では、同じスケールの縦軸を用いて、右辺の第１項の成分と第２項の成分と示している。図１０は、図９と同じ関係を、右辺の第１項の成分用の縦軸と、右辺の第２項の成分用の縦軸との、スケールの異なる２つの縦軸を用いて表している。 FIG. 9 shows the heat release rate dQ/dθ, the component of the first term on the right side of Equation (4) included in the heat release rate dQ/dθ (component of the gas pressure Pcyl), and the heat release rate dQ/dθ included in the heat release rate dQ/dθ. The relationship with the component of the second term on the right side of equation (4) (the component of the gas pressure time change rate dPcyl/dt) is shown. In FIG. 9, the vertical axis of the same scale is used to indicate the first term component and the second term component on the right side. FIG. 10 shows the same relationship as in FIG. 9 using two vertical axes with different scales, the vertical axis for the first term component on the right side and the vertical axis for the second term component on the right side. there is
図９に示すように、熱発生率ｄＱ／ｄθにおいて、クランク角加速度αに比例する式（４）の右辺の第１項の成分（ガス圧力Ｐｃｙｌの成分）に対して、クランク角躍度δに比例する式（４）の右辺の第２項の成分（ｄＰｃｙｌ／ｄｔの成分）が大きく、影響度合いが大きい。これは、熱発生率ｄＱ／ｄθは、気筒内のガス圧力Ｐｃｙｌによる影響よりも、気筒内のガス圧力の時間変化率ｄＰｃｙｌ／ｄｔによる影響が大きいためである。よって、気筒内のガス圧力の時間変化率ｄＰｃｙｌ／ｄｔに比例するクランク角躍度δにより、熱発生率ｄＱ／ｄθを精度よくモニタできる。 As shown in FIG. 9, at the heat release rate dQ/dθ, the crank angle jerk δ The second term component (dPcyl/dt component) on the right side of equation (4), which is proportional to , is large, and the degree of influence is large. This is because the heat release rate dQ/dθ is more influenced by the time rate of change dPcyl/dt of the gas pressure in the cylinder than by the gas pressure Pcyl in the cylinder. Therefore, the heat generation rate dQ/dθ can be accurately monitored by the crank angle jerk δ that is proportional to the time rate of change dPcyl/dt of the gas pressure in the cylinder.
＜評価値Ｙｅの算出及び判定処理＞
そこで、評価値算出部５２は、クランク角躍度δｄに基づいて、プレイグニッションの発生を判定するための評価値Ｙｅを算出する。そして、プレイグニッション判定部５３は、評価値Ｙｅに基づいて、プレイグニッションの発生の有無を判定する。
<Calculation and determination processing of evaluation value Ye>
Therefore, the evaluation
この構成よれば、熱発生率ｄＱ／ｄθに相関があり、クランク角加速度αよりも熱発生率ｄＱ／ｄθに対する影響度合いが大きい、クランク角躍度δｄに基づいて評価値Ｙｅを算出し、評価値Ｙｅに基づいて精度よくプレイグニッションの発生の有無を判定することができる。 According to this configuration, the evaluation value Ye is calculated based on the crank angle jerk δd, which has a correlation with the heat release rate dQ/dθ and has a greater degree of influence on the heat release rate dQ/dθ than the crank angle acceleration α. Based on the value Ye, it is possible to accurately determine whether or not pre-ignition has occurred.
プレイグニッション判定部５３は、１回の燃焼サイクルにおいて、評価値Ｙｅが、判定閾値を上回った場合に、当該燃焼サイクルにおいて、プレイグニッションが発生したと判定し、評価値Ｙｅが、判定閾値を上回らなかった場合に、当該燃焼サイクルにおいて、プレイグニッションが発生していないと判定する。
If the evaluation value Ye exceeds the determination threshold value in one combustion cycle, the
＜判定角度範囲のピーク値による判定＞
本実施の形態では、図１１に示すように、評価値算出部５２は、１回の燃焼サイクルの燃焼期間に対応して設定されたクランク角度の範囲である判定角度範囲における、クランク角躍度δｄのピーク値δｄｐｅａｋを判定し、クランク角躍度δｄとしてクランク角躍度のピーク値δｄｐｅａｋに基づいて、評価値Ｙｅを算出する。判定角度範囲のピーク値は、判定角度範囲の最大値である。プレイグニッション判定部５３は、ピーク値δｄｐｅａｋに基づいて算出された評価値Ｙｅが判定閾値を上回った場合に、プレイグニッションが発生したと判定し、評価値Ｙｅが判定閾値を上回らなかった場合に、プレイグニッションが発生していないと判定する。
<Judgment by Peak Value in Judgment Angle Range>
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the evaluation
プレイグニッションの発生による燃焼は急激に進行するため、プレイグニッションの発生による熱発生率ｄＱ／ｄθの急上昇は、プレイグニッションの発生直後に生じる。この構成によれば、クランク角躍度のピーク値δｄｐｅａｋにより、プレイグニッションの発生直後に発生した熱発生率ｄＱ／ｄθの急上昇に対応する評価値Ｙｅを算出することができ、プレイグニッションの発生を精度よく行うことができる。 Since combustion proceeds rapidly due to the occurrence of preignition, the rapid increase in the heat release rate dQ/dθ due to the occurrence of preignition occurs immediately after the occurrence of preignition. According to this configuration, it is possible to calculate the evaluation value Ye corresponding to the rapid increase in the heat release rate dQ/dθ that occurs immediately after the occurrence of preignition from the peak value δdpeak of the crank angle jerk. It can be done with precision.
判定角度範囲は、プレイグニッション発生の可能性が高くなる角度範囲に予め設定される。判定角度範囲は、例えば、圧縮行程の上死点から、上死点後６０度までの角度範囲に設定される。或いは、評価値算出部５２は、クランク角速度ω及び気筒内の吸入ガス量等の運転状態と判定角度範囲との関係が設定されたマップデータを参照して、現在の運転状態に対応する判定角度範囲を設定してもよい。また、判定角度範囲は、１回の燃焼サイクルの全範囲に設定されてもよい。
The determination angle range is set in advance to an angle range in which the possibility of occurrence of pre-ignition increases. The determination angle range is set, for example, to an angle range from the top dead center of the compression stroke to 60 degrees after the top dead center. Alternatively, the evaluation
＜重み係数Ｗδ＞
式（４）の右辺第１項を省略し、式（４）の右辺第２項のｄＰｃｙｌ／ｄθに、式（９）及び式（１０）を代入すると次式を得る。
By omitting the first term on the right side of Equation (4) and substituting Equations (9) and (10) for dPcyl/dθ in the second term on the right side of Equation (4), the following equation is obtained.
ここで、気筒容積Ｖｃｙｌ（θ）及び変換係数Ｋｃｎｖ（θ）は、クランク角度θに応じて変化する幾何学的な係数である。よって、あるクランク角速度ωにおいて、熱発生率ｄＱ／ｄθの相当値を精度よく算出するためには、クランク角躍度δｄに、クランク角躍度δｄが算出されたクランク角度θｄに応じて変化させた重み係数を乗算すればよい。 Here, the cylinder volume Vcyl(θ) and the conversion coefficient Kcnv(θ) are geometric coefficients that change according to the crank angle θ. Therefore, in order to accurately calculate the equivalent value of the heat release rate dQ/dθ at a certain crank angular velocity ω, the crank angle jerk δd is changed according to the calculated crank angle θd. multiplied by the weighting factor.
本実施の形態では、評価値算出部５２は、クランク角躍度のピーク値δｄｐｅａｋに、角躍度用の重み係数Ｗδを乗算した値に基づいて、評価値Ｙｅを算出する。評価値算出部５２は、クランク角躍度のピーク値δｄｐｅａｋが算出されたクランク角度θｄであるピーク値角度θｄｐｅａｋに基づいて、角躍度用の重み係数Ｗδを変化させる。
In the present embodiment, the
例えば、次式に示すように、評価値算出部５２は、クランク角躍度のピーク値δｄｐｅａｋに角躍度用の重み係数Ｗδを乗算した値を、評価値Ｙｅとして演算し、ピーク値角度θｄｐｅａｋに基づいて角躍度用の重み係数Ｗδを変化させる。評価値算出部５２は、図１２に示すようなクランク角度θｄと角躍度用の重み係数Ｗδとの関係が予め設定された角躍度用の重み係数設定マップデータＭＡＰｗδを参照し、ピーク値角度θｄｐｅａｋに対応する角躍度用の重み係数Ｗδを算出する。
例えば、角躍度用の重み係数設定マップデータＭＡＰｗδは、式（１１）、式（５）、式（７）の気筒容積Ｖｃｙｌ（θ）及び変換係数Ｋｃｎｖ（θ）等を用いて、Ｖｃｙｌ（θ）／Ｋｃｎｖ（θ）の相当値に設定される。 For example, the weighting factor setting map data MAPwδ for the angular jerk is obtained by using the cylinder volume Vcyl(θ) and the conversion coefficient Kcnv(θ) of Equations (11), (5), and (7), Vcyl( θ)/Kcnv(θ).
或いは、次式に示すように、評価値算出部５２は、判定角度範囲の各クランク角度θｄで算出されたクランク角躍度δｄ（θｄ）に対して、クランク角躍度δｄが算出された各クランク角度θｄに対応する角躍度用の重み係数Ｗδ（θｄ）を乗算して、各クランク角度θｄの評価値Ｙｅ（θｄ）を算出してもよい。この場合は、評価値算出部５２は、重み係数設定マップデータＭＡＰｗδを参照し、各クランク角度θｄに対応する角躍度用の重み係数Ｗδ（θｄ）を算出する。そして、プレイグニッション判定部５３は、判定角度範囲の各クランク角度θｄの評価値Ｙｅ（θｄ）に基づいて、プレイグニッションの発生の有無を判定してもよい。例えば、プレイグニッション判定部５３は、判定角度範囲において、いずれかのクランク角度θｄの評価値Ｙｅが判定閾値を上回った場合に、当該燃焼サイクルにおいて、プレイグニッションが発生したと判定し、いずれのクランク角度θｄの評価値Ｙｅも、判定閾値を上回らなかった場合に、当該燃焼サイクルにおいて、プレイグニッションが発生していないと判定する。なお、判定角度範囲における評価値Ｙｅのピーク値を用いて判定してもよい。
また、評価値算出部５２は、クランク角速度ωが増加するに従って、角躍度用の重み係数Ｗδを減少させてもよい。例えば、次式に示すように、評価値算出部５２は、式（１２）の第２式又は式（１３）の第２式を用い、ピーク値角度θｄｐｅａｋ又はクランク角度θｄに基づいて算出された仮の重み係数を、クランク角速度ωで除算した値を、最終的な角躍度用の重み係数Ｗδとして算出してもよい。なお、クランク角速度ωに正反比例していなくてもよく、クランク角速度ωが増加するに従って、角躍度用の重み係数Ｗδが減少していればよい。
この構成によれば、クランク角速度ωが変化しても、判定閾値を変化させる必要なく、判定精度を維持できる。なお、クランク角速度ωが増加するに従って、角躍度用の重み係数Ｗδを減少させない場合は、クランク角速度ωが増加するに従って、判定閾値を減少させることにより、同様に判定精度を維持できる。 According to this configuration, even if the crank angular velocity ω changes, the judgment accuracy can be maintained without changing the judgment threshold value. If the angular jerk weighting factor Wδ is not decreased as the crank angular speed ω increases, the determination threshold is decreased as the crank angular speed ω increases, thereby similarly maintaining the determination accuracy.
また、評価値算出部５２は、内燃機関の冷却水温に基づいて、角躍度用の重み係数Ｗδを変化させてもよい。冷却水温が低いと内燃機関の各部の摩擦係数が増加するため、熱発生率ｄＱ／ｄθに対するクランク角躍度δｄの挙動が変化する。よって、冷却水温に基づいて角躍度用の重み係数Ｗδを変化させることで、判定精度を維持できる。
Further, the evaluation
評価値算出部５２は、水温センサ３４の出力信号に基づいて冷却水温を検出する。例えば、評価値算出部５２は、クランク角度θｄ及び冷却水温と角躍度用の重み係数Ｗδとの関係が予め設定された角躍度用の重み係数設定マップデータＭＡＰｗδを参照し、ピーク値角度θｄｐｅａｋ又はクランク角度θｄ、及び現在の冷却水温に対応する角躍度用の重み係数Ｗδを算出してもよい。或いは、評価値算出部５２は、クランク角度に基づいて算出された角躍度用の重み係数Ｗδに水温補正係数を乗算した値を、最終的な角躍度用の重み係数Ｗδとして設定してもよい。例えば、評価値算出部５２は、冷却水温が低くなるに従って、水温補正係数を減少させる。
The
プレイグニッション判定部５３は、クランク角速度ω及び気筒内の吸入気体量などの内燃機関の運転状態に応じて判定閾値を変化させてもよい。例えば、プレイグニッション判定部５３は、クランク角速度ω及び気筒内の吸入気体量などの運転状態と判定閾値との関係が予め設定された判定閾値マップデータを参照し、現在の運転状態に対応する判定閾値を算出してもよい。運転状態に冷却水温が含まれてもよい。
The
プレイグニッション判定部５３は、評価値Ｙｅが判定閾値Ｔｈを上回った場合に、評価値Ｙｅが判定閾値Ｔｈを上回った上回り量（＝Ｙｅ－Ｔｈ）に基づいて、プレイグニッションの発生強度を判定してもよい。上回り量が増加するに従って、発生強度が増加される。
When the evaluation value Ye exceeds the determination threshold value Th, the
１－２－３．回避制御部５４
回避制御部５４は、プレイグニッション判定部５３によりプレイグニッションが発生したと判定された場合は、プレイグニッションの発生を抑制するように、内燃機関の制御パラメータを変化させ、内燃機関を制御する。変化対象の制御パラメータには、燃料噴射量、気筒内の吸入気体量、点火時期、ＥＧＲ量、及び可変バルブタイミング機構の制御量の一つ以上が含まれる。
1-2-3.
When the
例えば、変化対象の制御パラメータに燃焼噴射量が含まれる場合は、回避制御部５４は、プレイグニッションが発生したと判定された場合は、燃焼噴射量を基準の噴射量よりもリッチ化させ（増加させ）、燃料冷却により、プレイグニッションの発生を抑制する。変化対象の制御パラメータに気筒内の吸入気体量が含まれる場合は、回避制御部５４は、プレイグニッションが発生したと判定された場合は、気筒内の吸入気体量を基準の吸入気体量よりも減少させ、上死点付近の圧縮気体の温度低下により、プレイグニッションの発生を抑制する。例えば、スロットルバルブ４を閉じ側に制御する。変化対象の制御パラメータに点火時期が含まれる場合は、回避制御部５４は、プレイグニッションが発生したと判定された場合は、点火時期を基準の点火時期よりも遅角側に変化させ、燃焼温度の低下により、プレイグニッションの発生を抑制する。
For example, when the control parameter to be changed includes the fuel injection amount, the
変化対象の制御パラメータにＥＧＲ量が含まれる場合は、回避制御部５４は、プレイグニッションが発生したと判定された場合は、ＥＧＲ量を基準のＥＧＲ量よりも増加させ、混合気の着火性の低下及び燃焼温度の低下により、プレイグニッションの発生を抑制する。例えば、ＥＧＲバルブ２２を開き側に制御する。変化対象の制御パラメータに可変バルブタイミング機構の制御量が含まれる場合は、回避制御部５４は、プレイグニッションが発生したと判定された場合は、可変バルブタイミング機構の制御量を基準の制御量よりもプレイグニッションの発生を抑制する側に変化させ、プレイグニッションの発生を抑制する。可変バルブタイミング機構の制御量は、排気弁の可変バルブタイミング機構を制御する場合は排気バルブの開閉タイミングになり、吸気弁の可変バルブタイミング機構を制御する場合は吸気バルブの開閉タイミングになる。例えば、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とのオバーラップ期間が増加するように、制御量を変化させ、内部ＥＧＲ量を増加させ、混合気の着火性の低下及び燃焼温度の低下により、プレイグニッションの発生を抑制する。
When the EGR amount is included in the control parameter to be changed, the
回避制御部５４は、プレイグニッションが発生したと判定された場合は、変化対象の制御パラメータについて、基本制御部５５が算出した基準の制御パラメータを変化させ、変化させた制御パラメータを、基本制御部５５に伝達し、基本制御部５５の制御に反映させる。回避制御部５４は、プレイグニッションが発生したと判定された場合は、変化対象の制御パラメータを、プレイグニッションの発生を抑制する側に次第に変化させ、プレイグニッションが発生していないと判定された場合は、変化対象の制御パラメータを、抑制する側とは反対側に次第に戻す。また、回避制御部５４は、プレイグニッションの発生強度が増加するに従って、プレイグニッションの発生を抑制する側への変化対象の制御パラメータの変化量を増加させてもよい。気筒ごとに、変化対象の制御パラメータを変化させることができる場合は、プレイグニッションが発生した気筒の変化対象の制御パラメータが変化されてもよい。
When it is determined that pre-ignition has occurred, the
＜処理全体の概略フローチャート＞
本実施の形態に係る制御装置５０の概略的な処理の手順（内燃機関の制御方法）について、図１３に示すフローチャートに基づいて説明する。図１３のフローチャートの処理は、演算処理装置９０が記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行することにより、例えば、クランク角度θｄを検出する毎、又は所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
<Outline flow chart of the entire process>
A schematic processing procedure (internal combustion engine control method) of the
ステップＳ０１で、上述したように、角度情報検出部５１は、クランク角センサ１１の出力信号に基づいて、クランク角度θｄを検出し、検出したクランク角度θｄの時間変化率であるクランク角速度ωｄ、クランク角速度ωｄの時間変化率であるクランク角加速度αｄ、及びクランク角加速度αｄの時間変化率であるクランク角躍度δｄを算出する。
In step S01, as described above, the angle
ステップＳ０２で、上述したように、評価値算出部５２は、クランク角躍度δｄに基づいて、プレイグニッションの発生を判定するための評価値Ｙｅを算出する。
In step S02, as described above, the
ステップＳ０３、上述したように、プレイグニッション判定部５３は、評価値Ｙｅに基づいて、プレイグニッションの発生の有無を判定する。
In step S03, as described above, the
ステップＳ０４で、上述したように、回避制御部５４は、プレイグニッション判定部５３によりプレイグニッションが発生したと判定された場合は、プレイグニッションの発生を抑制するように、内燃機関の制御パラメータを変化させ、内燃機関を制御する。
In step S04, as described above, when the
２．実施の形態２
実施の形態２に係る制御装置５０について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る制御装置５０の基本的な構成は実施の形態１と同様である。本実施の形態では、評価値算出部５２の処理の一部が実施の形態１と異なる。
2.
A
本実施の形態では、評価値算出部５２は、クランク角躍度δｄ、及びクランク角加速度αｄに基づいて、評価値Ｙｅを算出する。
In the present embodiment, the
図９及び図１０に示したように、熱発生率ｄＱ／ｄθにおいて、クランク角躍度δに比例する式（４）の右辺の第２項の成分（ｄＰｃｙｌ／ｄｔの成分）に比べて、クランク角加速度αに比例する式（４）の右辺の第１項の成分（ガス圧力Ｐｃｙｌの成分）は小さく、影響度合いが小さい。しかし、式（４）の右辺の第２項の成分に加えて、式（４）の右辺の第１項の成分も考慮することにより、熱発生率ｄＱ／ｄθに相関する評価値Ｙｅの算出精度を更に向上することができる。 As shown in FIGS. 9 and 10, at the heat release rate dQ/dθ, compared to the second term component (dPcyl/dt component) on the right side of Equation (4), which is proportional to the crank angular jerk δ, The component of the first term (the component of the gas pressure Pcyl) on the right side of the equation (4), which is proportional to the crank angular acceleration α, is small and has a small degree of influence. However, in addition to the component of the second term on the right side of Equation (4), by considering the component of the first term on the right side of Equation (4), the evaluation value Ye that correlates with the heat release rate dQ/dθ can be calculated. Accuracy can be further improved.
＜判定角度範囲のピーク値による判定＞
本実施の形態では、図１４に示すように、評価値算出部５２は、燃焼期間に対応して設定されたクランク角度の範囲である判定角度範囲における、クランク角躍度δｄのピーク値δｄｐｅａｋを判定し、クランク角躍度のピーク値δｄｐｅａｋが算出されたクランク角度であるピーク値角度θｄｐｅａｋで算出されたクランク角加速度αｄｐｅａｋを判定する。そして、評価値算出部５２は、クランク角躍度のピーク値δｄｐｅａｋ及びピーク値角度θｄｐｅａｋのクランク角加速度αｄｐｅａｋに基づいて、評価値Ｙｅを算出する。
<Judgment by Peak Value in Judgment Angle Range>
In the present embodiment, as shown in FIG. 14, the evaluation
この構成によれば、プレイグニッションの発生の影響が出やすいクランク角躍度のピーク値δｄｐｅａｋのピーク値角度θｄｐｅａｋにより、プレイグニッションが発生した可能性が高い角度を判定し、ピーク値角度θｄｐｅａｋのクランク角加速度αｄｐｅａｋを、評価値Ｙｅの算出に用いることで、プレイグニッションの判定精度を向上することができる。 According to this configuration, the angle at which preignition is highly likely to occur is determined from the peak value angle θdpeak of the peak value δdpeak of the crank angle jerk that is likely to be affected by the occurrence of preignition. By using the angular acceleration αdpeak to calculate the evaluation value Ye, it is possible to improve the pre-ignition determination accuracy.
＜重み係数Ｗδ、Ｗα＞
式（４）の右辺第１項を省略せずに、式（４）の右辺第１項のＰｃｙｌに、式（８）を変形した式を代入し、式（４）の右辺第２項のｄＰｃｙｌ／ｄθに、式（９）及び式（１０）を代入すると次式を得る。
Without omitting the first term on the right side of formula (4), the modified formula of formula (8) is substituted for Pcyl in the first term on the right side of formula (4), and the second term on the right side of formula (4) is Substituting equations (9) and (10) into dPcyl/dθ yields the following equation.
ここで、右辺第２項のｄＶｃｙｌ（θ）／ｄθ、及び変換係数Ｋｃｎｖ（θ）は、クランク角度θに応じて変化する幾何学的な係数である。よって、熱発生率ｄＱ／ｄθの相当値を精度よく算出するためには、クランク角躍度δｄと同様に、クランク角加速度αｄに、クランク角加速度αｄが算出されたクランク角度θｄに応じて変化させた重み係数を乗算すればよい。 Here, dVcyl(θ)/dθ and the conversion coefficient Kcnv(θ) in the second term on the right side are geometric coefficients that change according to the crank angle θ. Therefore, in order to accurately calculate the equivalent value of the heat release rate dQ/dθ, similarly to the crank angle jerk δd, it is necessary to change the crank angle acceleration αd according to the calculated crank angle θd. is multiplied by the weighting factor.
本実施の形態では、評価値算出部５２は、クランク角躍度のピーク値δｄｐｅａｋに、角躍度用の重み係数Ｗδを乗算した値と、ピーク値角度θｄｐｅａｋのクランク角加速度αｄｐｅａｋに角加速度用の重み係数Ｗαを乗算した値と、を加算した値に基づいて、評価値Ｙｅを算出する。評価値算出部５２は、ピーク値角度θｄｐｅａｋに基づいて、角躍度用の重み係数Ｗδ及び角加速度用の重み係数Ｗαを変化させる。
In the present embodiment, the
例えば、次式に示すように、評価値算出部５２は、クランク角躍度のピーク値δｄｐｅａｋに角躍度用の重み係数Ｗδを乗算した値と、ピーク値角度θｄｐｅａｋのクランク角加速度αｄｐｅａｋに角加速度用の重み係数Ｗαを乗算した値と、を加算した値を、評価値Ｙｅとして演算し、ピーク値角度θｄｐｅａｋに基づいて角躍度用の重み係数Ｗδ及び角加速度用の重み係数Ｗαを変化させる。評価値算出部５２は、図１５に示すようなクランク角度θｄと角加速度用の重み係数Ｗαとの関係が予め設定された角加速度用の重み係数設定マップデータＭＡＰｗαを参照し、ピーク値角度θｄｐｅａｋに対応する角加速度用の重み係数Ｗαを算出する。角躍度用の重み係数Ｗδの算出は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
例えば、角加速度用の重み係数設定マップデータＭＡＰｗαは、式（１５）、式（６）、式（７）のｄＶｃｙｌ（θ）／ｄθ及び変換係数Ｋｃｎｖ（θ）等を用いて、ｄＶｃｙｌ（θ）／ｄθ／Ｋｃｎｖ（θ）の相当値に設定される。 For example, the weighting factor setting map data MAPwα for angular acceleration is obtained by using dVcyl(θ)/dθ and the conversion coefficient Kcnv(θ) in Equations (15), (6), and (7), etc., using dVcyl(θ )/dθ/Kcnv(θ).
或いは、次式に示すように、評価値算出部５２は、判定角度範囲の各クランク角度θｄで算出されたクランク角躍度δｄ（θｄ）に対して、クランク角躍度δｄが算出された各クランク角度θｄに対応する角躍度用の重み係数Ｗδ（θｄ）を乗算した値と、判定角度範囲の各クランク角度θｄで算出されたクランク角加速度αｄ（θｄ）に対して、クランク角加速度αｄが算出された各クランク角度θｄに対応する角加速度用の重み係数Ｗα（θｄ）を乗算した値と、を加算した値に基づいて、各クランク角度θｄの評価値Ｙｅ（θｄ）を算出してもよい。この場合は、評価値算出部５２は、角躍度用の重み係数設定マップデータＭＡＰｗδを参照し、各クランク角度θｄに対応する角躍度用の重み係数Ｗδ（θｄ）を算出し、角加速度用の重み係数設定マップデータＭＡＰｗαを参照し、各クランク角度θｄに対応する角加速度用の重み係数Ｗα（θｄ）を算出する。そして、プレイグニッション判定部５３は、判定角度範囲の各クランク角度θｄの評価値Ｙｅ（θｄ）に基づいて、プレイグニッションの発生の有無を判定してもよい。例えば、プレイグニッション判定部５３は、判定角度範囲において、いずれかのクランク角度θｄの評価値Ｙｅが判定閾値を上回った場合に、当該燃焼サイクルにおいて、プレイグニッションが発生したと判定し、いずれのクランク角度θｄの評価値Ｙｅも、判定閾値を上回らなかった場合に、当該燃焼サイクルにおいて、プレイグニッションが発生していないと判定する。なお、判定角度範囲における評価値Ｙｅのピーク値を用いて判定してもよい。
また、実施の形態１と同様に、評価値算出部５２は、クランク角速度ωが増加するに従って、角躍度用の重み係数Ｗδを減少させてもよい。実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
Further, similarly to the first embodiment, the evaluation
また、評価値算出部５２は、内燃機関の冷却水温に基づいて、角躍度用の重み係数Ｗδ及び角加速度用の重み係数Ｗαを変化させてもよい。冷却水温が低いと内燃機関の各部の摩擦係数が増加するため、熱発生率ｄＱ／ｄθに対するクランク角躍度δｄ及びクランク角加速度αｄの挙動が変化する。よって、冷却水温に基づいて角躍度用の重み係数Ｗδ及び角加速度用の重み係数Ｗαを変化させることで、判定精度を維持できる。
Further, the evaluation
評価値算出部５２は、水温センサ３４の出力信号に基づいて冷却水温を検出する。例えば、評価値算出部５２は、クランク角度θｄ及び冷却水温と角加速度用の重み係数Ｗαとの関係が予め設定された角加速度用の重み係数設定マップデータＭＡＰｗαを参照し、ピーク値角度θｄｐｅａｋ又はクランク角度θｄ、及び現在の冷却水温に対応する角加速度用の重み係数Ｗαを算出してもよい。或いは、評価値算出部５２は、クランク角度に基づいて算出された角加速度用の重み係数Ｗαに水温補正係数を乗算した値を、最終的な角加速度用の重み係数Ｗαとして設定してもよい。例えば、評価値算出部５２は、冷却水温が低くなるに従って、水温補正係数を減少させる。なお、冷却水温に応じた角躍度用の重み係数Ｗδの設定は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
The
＜その他の実施の形態＞
（１）上記の各実施の形態においては、角度情報検出部５１は、クランク角センサ１１の出力信号が用いる場合を例に説明した。しかし、リンクギヤの歯などを検出する他のクランク角センサが設けられ、角度情報検出部５１は他のクランク角センサの出力信号を用いてもよい。
<Other embodiments>
(1) In each of the above embodiments, the angle
（２）上記の各実施の形態においては、気筒数が３つの３気筒エンジンが用いられる場合を例に説明した。しかし、任意の気筒数（例えば、１気筒、２気筒、４気筒、６気筒）のエンジンが用いられてもよい。 (2) In each of the above-described embodiments, a case where a three-cylinder engine having three cylinders is used has been described as an example. However, an engine with any number of cylinders (eg, 1 cylinder, 2 cylinders, 4 cylinders, 6 cylinders) may be used.
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 While this application describes various exemplary embodiments and examples, various features, aspects, and functions described in one or more embodiments may not apply to particular embodiments. can be applied to the embodiments singly or in various combinations. Accordingly, numerous variations not illustrated are envisioned within the scope of the technology disclosed herein. For example, modification, addition or omission of at least one component, extraction of at least one component, and combination with components of other embodiments shall be included.
１ 内燃機関、１１ クランク角センサ、５０ 内燃機関の制御装置、５１ 角度情報検出部、５２ 評価値算出部、５３ プレイグニッション判定部、Ｗα 角加速度用の重み係数、Ｗδ 角躍度用の重み係数、Ｙｅ 評価値、αｄ クランク角加速度、δｄ クランク角躍度、δｄｐｅａｋ クランク角躍度のピーク値、θｄ クランク角度、θｄｐｅａｋ ピーク値角度、ωｄ クランク角速度
1
Claims (12)
前記クランク角躍度に基づいて、プレイグニッションの発生を判定するための評価値を算出する評価値算出部と、
前記評価値に基づいて、前記プレイグニッションの発生の有無を判定するプレイグニッション判定部と、を備えた内燃機関の制御装置。 Based on the output signal of the crank angle sensor, the crank angle is detected, and the crank angular speed, which is the time rate of change of the detected crank angle, the crank angular acceleration, which is the time rate of change of the crank angular speed, and the time of the crank angular acceleration. an angle information detection unit that calculates a crank angle jerk that is a rate of change;
an evaluation value calculation unit that calculates an evaluation value for determining occurrence of pre-ignition based on the crank angle jerk;
A control device for an internal combustion engine, comprising: a pre-ignition determination unit that determines whether or not the pre-ignition has occurred based on the evaluation value.
前記クランク角躍度のピーク値が算出された前記クランク角度であるピーク値角度に基づいて、前記角躍度用の重み係数を変化させる請求項２に記載の内燃機関の制御装置。 The evaluation value calculation unit calculates the evaluation value based on a value obtained by multiplying the peak value of the crank angular jerk by a weighting factor for the angular jerk,
3. The control device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the weighting factor for the angular jerk is changed based on a peak value angle which is the crank angle at which the peak value of the crank angular jerk is calculated.
各前記クランク角躍度が算出された前記クランク角度に基づいて、各前記クランク角躍度に乗算される前記角躍度用の重み係数を変化させる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。 The evaluation value calculation unit calculates the evaluation value based on a value obtained by multiplying the crank angular jerk by a weighting factor for the angular jerk,
2. A control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a weighting factor for said angular jerk multiplied by each said crank angle jerk is changed based on said crank angle from which said crank angle jerk was calculated.
前記クランク角躍度のピーク値及び前記ピーク値角度のクランク角加速度に基づいて、前記評価値を算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。 The evaluation value calculation unit determines a peak value of the crank angle jerk in a determination angle range that is a range of crank angles set corresponding to the combustion period, and calculates the peak value of the crank angle jerk. determining the crank angular acceleration calculated at the peak value angle which is the crank angle obtained by
2. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said evaluation value is calculated based on a peak value of said crank angle jerk and a crank angle acceleration of said peak value angle.
前記角躍度用の重み係数、及び前記角加速度用の重み係数を、前記ピーク値角度に基づいて変化させる請求項８に記載の内燃機関の制御装置。 The evaluation value calculation unit calculates a value obtained by multiplying the peak value of the crank angular jerk by a weighting factor for angular jerk, a value obtained by multiplying the crank angular acceleration of the peak value angle by a weighting factor for angular acceleration, Calculate the evaluation value based on the value obtained by adding the
9. The control device for an internal combustion engine according to claim 8, wherein the weighting factor for angular jerk and the weighting factor for angular acceleration are changed based on the peak value angle.
各前記クランク角躍度及び各前記クランク角加速度が算出された前記クランク角度に基づいて、各前記クランク角躍度に乗算される前記角躍度用の重み係数、及び各前記クランク角加速度に乗算される前記角加速度用の重み係数を変化させる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。 The evaluation value calculation unit calculates the value based on a value obtained by adding a value obtained by multiplying the crank angular jerk by a weighting factor for angular jerk and a value obtained by multiplying the crank angular acceleration by a weighting factor for angular acceleration. , calculating the evaluation value,
Based on the crank angle from which each crank angular jerk and each crank angular acceleration are calculated, each crank angular jerk is multiplied by a weighting factor for the angular jerk and each crank angular acceleration is multiplied. 2. A control system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a weighting factor for said angular acceleration applied is varied.
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