JP6740915B2 - Internal combustion engine self-ignition timing estimation device - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関の自着火時期推定装置に関する。 The present invention relates to a self-ignition timing estimation device for an internal combustion engine.
筒内に予混合気を形成するための主燃料を噴射し、次いでアシスト燃料を筒内に噴射するとともにアシスト燃料を点火栓により点火し、次いで予混合気が圧縮自着火燃焼する内燃機関が公知である(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、アシスト燃料の燃焼により発生した熱によって予混合気の圧縮自着火が開始される。この場合、特許文献1には明示されていないけれども、アシスト燃料の燃焼中に予混合気の圧縮自着火燃焼が開始されると考えられる。 An internal combustion engine in which a main fuel for forming a premixed mixture is injected into the cylinder, then an assist fuel is injected into the cylinder and the assist fuel is ignited by a spark plug, and then the premixed mixture is combusted by compression ignition is known. (For example, see Patent Document 1). In Patent Document 1, the compression ignition of the premixed gas is started by the heat generated by the combustion of the assist fuel. In this case, although not explicitly disclosed in Patent Document 1, it is considered that the compression ignition combustion of the premixed gas is started during the combustion of the assist fuel.
ところで、燃料消費、排気エミッション、機関振動又は騒音などのために、燃焼を制御する必要がある。燃焼のよりよい制御のために、圧縮自着火燃焼が開始された時期、すなわち自着火時期を正確に知る必要がある。 By the way, it is necessary to control combustion for fuel consumption, exhaust emission, engine vibration or noise. For better control of combustion, it is necessary to know exactly when the compression ignition combustion is started, that is, the ignition timing.
この点、予混合気圧縮自着火燃焼が行われる内燃機関において、自着火時期を推定する技術が公知である(例えば、特許文献2参照)。特許文献2では、筒内ガスが圧縮開始される時点での筒内ガスの状態量が取得され、圧縮による筒内ガスの状態量の変化量が推定され、予混合気の自着火に先立って発生する冷炎の発熱量が推定され、これら筒内ガスの状態量、筒内ガスの状態量の変化量、及び、冷炎の発熱量に基づいて自着火時期が推定される。また、特許文献2では、筒内ガスの状態量は、例えばセンサにより検出される温度、圧力、内部エネルギ等である。筒内ガスの状態量の変化量は、例えば圧縮行程における筒内ガスの状態が断熱変化するとの仮定のもとで推定される。冷炎の発熱量は、燃料噴射量、燃料の性状、吸気中の酸素濃度、筒内ガスの密度に基づいて推定される。
In this regard, a technique for estimating the self-ignition timing in an internal combustion engine in which premixed mixture compression self-ignition combustion is performed is known (see, for example, Patent Document 2). In
しかしながら、特許文献2では、結局のところ、圧縮自着火燃焼が開始する前の状態量のみに基づいて自着火時期が推定される。すなわち、圧縮自着火燃焼が行われたときの状態量が何ら考慮されていない。したがって、自着火時期を正確に推定できないおそれがある。しかも、特許文献1のようにアシスト燃料の燃焼中に圧縮自着火燃焼が開始する場合には、このとき検出される例えば筒内圧は、アシスト燃料の燃焼と予混合気の圧縮自着火燃焼との両方の影響を受ける。したがって、圧縮自着火燃焼が行われたときの状態量をただ単に検出しても、自着火時期を正確に推定することは困難である。
However, in
本発明の一態様によれば、筒内に燃料を供給するように構成されている燃料噴射弁と、燃料を点火するように構成されている点火栓と、筒内に予混合気を形成するための主燃料を前記燃料噴射弁により噴射し、次いで筒内にアシスト燃料を噴射するとともに前記アシスト燃料を前記点火栓により点火し、次いで予混合気が圧縮自着火燃焼するように構成されている点火アシスト自着火燃焼制御部と、筒内圧を検出するように構成されている筒内圧センサと、前記筒内圧に基づいてクランク角に対する熱発生率を算出するように構成されている熱発生率算出部と、前記熱発生率に基づいて自着火時期を推定するように構成されている自着火時期推定部と、を備え、前記自着火時期推定部は、前記熱発生率が最大となるクランク角である最大熱発生率クランク角よりも遅角側に設定されたクランク角範囲において前記熱発生率を直線により近似する近似式を決定し、前記近似式において前記熱発生率がゼロとなるクランク角であるゼロ熱発生率クランク角を決定し、前記最大熱発生率クランク角と前記ゼロ熱発生率クランク角との差を算出し、前記最大熱発生率クランク角から前記差だけ進角したクランク角を前記自着火時期として推定する、ように構成されている、内燃機関の自着火時期推定装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a fuel injection valve configured to supply fuel into the cylinder, a spark plug configured to ignite the fuel, and a premixture formed in the cylinder. The main fuel for injection is injected by the fuel injection valve, the assist fuel is then injected into the cylinder, the assist fuel is ignited by the spark plug, and the premixed mixture is then combusted by compression ignition. Ignition assisted self-ignition combustion control unit, in-cylinder pressure sensor configured to detect in-cylinder pressure, and heat release rate calculation configured to calculate a heat release rate with respect to a crank angle based on the in-cylinder pressure And a self-ignition timing estimation unit configured to estimate the self-ignition timing based on the heat release rate, the self-ignition timing estimation unit is configured to provide a crank angle at which the heat release rate is maximum. In the crank angle range set on the retard side of the maximum heat release rate crank angle, an approximate expression that approximates the heat release rate with a straight line is determined, and the crank angle at which the heat release rate is zero in the approximate expression. The zero heat release rate crank angle is determined, the difference between the maximum heat release rate crank angle and the zero heat release rate crank angle is calculated, and the crank angle is advanced by the difference from the maximum heat release rate crank angle. Is provided as the self-ignition timing, the self-ignition timing estimation device for an internal combustion engine is provided.
本発明の別の態様によれば、筒内に燃料を供給するように構成されている燃料噴射弁と、燃料を点火するように構成されている点火栓と、筒内に予混合気を形成するための主燃料を前記燃料噴射弁により噴射し、次いで筒内にアシスト燃料を噴射するとともに前記アシスト燃料を前記点火栓により点火し、次いで予混合気が圧縮自着火燃焼するように構成されている点火アシスト自着火燃焼制御部と、筒内圧を検出するための筒内圧センサと、前記筒内圧に基づいてクランク角に対する熱発生率を算出するように構成されている熱発生率算出部と、前記熱発生率に基づいて自着火時期を推定するように構成されている自着火時期推定部と、を備え、前記自着火時期推定部は、前記熱発生率が最大となるクランク角である最大熱発生率クランク角を含むように設定されたクランク角範囲において前記熱発生率をWiebe関数により近似する近似式を決定し、前記近似式において前記熱発生率がゼロとなる、前記最大熱発生率クランク角よりも進角側のクランク角を前記自着火時期として推定する、ように構成されている、内燃機関の自着火時期推定装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a fuel injection valve configured to supply fuel into the cylinder, a spark plug configured to ignite the fuel, and a premixture formed in the cylinder. Main fuel for injecting the fuel by the fuel injection valve, then injecting the assist fuel into the cylinder and igniting the assist fuel by the spark plug, and then the premixed mixture is combusted by compression ignition combustion. An ignition assist self-ignition combustion control unit, an in-cylinder pressure sensor for detecting an in-cylinder pressure, and a heat release rate calculation unit configured to calculate a heat release rate for a crank angle based on the in-cylinder pressure, And a self-ignition timing estimation unit configured to estimate the self-ignition timing based on the heat generation rate, wherein the self-ignition timing estimation unit is a crank angle that maximizes the heat generation rate. Heat release rate The maximum heat release rate is determined by determining an approximate expression that approximates the heat release rate with a Wiebe function in a crank angle range set to include a crank angle, and the heat release rate is zero in the approximate expression. There is provided a self-ignition timing estimation device for an internal combustion engine configured to estimate a crank angle on the advance side of a crank angle as the self-ignition timing.
点火アシスト自着火燃焼時に自着火時期をより正確に推定することができる。 The ignition timing can be more accurately estimated during ignition-assisted self-ignition combustion.
図1を参照すると、内燃機関1は、複数、例えば4つの気筒2aを有する機関本体2を備える。気筒2aは吸気枝管3を介してサージタンク4に連結され、サージタンク4は吸気ダクト5を介して排気過給器6のコンプレッサ6cの出口に連結される。コンプレッサ6cの入口は吸気導入管7を介してエアクリーナ8に連結される。吸気導入管7内には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ9が配置される。吸気ダクト5には吸入空気を冷却するための冷却器10と、スロットル弁11とが順次配置される。
Referring to FIG. 1, an internal combustion engine 1 includes an
また、気筒2aは排気マニホルド12を介して排気過給器6のタービン6tの入口に連結される。タービン6tの出口は排気管13を介して触媒14に連結される。タービン6tの上流及び下流はウエストゲート弁15によって互いに連結される。排気管13内には空燃比を検出するための空燃比センサ16が配置される。サージタンク4と排気マニホルド12とは、排気ガス再循環(以下、EGRという。)通路17によって互いに連結される。EGR通路17内には、EGRガス量を制御するためのEGR制御弁18と、EGRガスを冷却するための冷却器19とが配置される。
Further, the
図2は、本発明による実施例の機関本体2を詳細に示している。図2を参照すると、30はシリンダブロック、31はシリンダヘッド、32はピストン、33は燃焼室、34は吸気ポート、35は吸気弁、36は吸気弁35の動弁機構、37は排気ポート、38は排気弁、39は排気弁38の可変動弁機構、40は燃焼室33のほぼ中央に配置された燃料噴射弁、41は燃料噴射弁40に隣接配置された点火栓、42は燃焼室33内に配置された筒内圧センサをそれぞれ示す。本発明による実施例では、燃料としてガソリンが用いられる。なお、筒内圧センサ42は少なくとも1つの気筒2aに設けられる。
FIG. 2 shows the
再び図1を参照すると、電子制御ユニット50はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス51によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)52、RAM(ランダムアクセスメモリ)53、CPU(マイクロプロセッサ)54、入力ポート55及び出力ポート56を具備する。エアフローメータ9、空燃比センサ16、及び、筒内圧センサ42の出力電圧はそれぞれ対応するA/D変換器57を介して入力ポート55に入力される。更に、アクセルペダル59にはアクセルペダル59の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ60が接続され、負荷センサ60の出力電圧は対応するAD変換器57を介して入力ポート55に入力される。更に、クランクシャフトが例えば30度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ61が入力ポート55に接続される。CPU54ではクランク角センサ61からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート56はそれぞれ対応する駆動回路58を介して、気筒2aの可変動弁機構39、燃料噴射弁40及び点火栓41、スロットル弁11のアクチュエータ、ウエストゲート弁15、及び、EGR制御弁18にそれぞれ接続される。
Referring again to FIG. 1, the
図3は本発明による実施例における電子制御ユニット50の機能を示すブロック図を示している。図3を参照すると、本発明による実施例の電子制御ユニット50は、燃焼選択部50a、火花点火(SI)燃焼制御部50b、圧縮自着火(CI)燃焼制御部50c、及び、点火アシスト自着火(SACI)燃焼制御部50dを備える。
FIG. 3 shows a block diagram showing the functions of the
燃焼選択部50aは、複数の燃焼のなかから実行すべき燃焼を選択するように構成されている。本発明による実施例では、図4に示されるように、例えば機関トルクTQ及び機関回転数NEにより定まる機関運転領域に、火花点火(SI)燃焼領域RSI、圧縮自着火(CI)燃焼領域RCI、及び、点火アシスト自着火(SACI)燃焼領域RSACIがそれぞれ画定されている。図4に示される例では、CI燃焼領域RCIは機関トルクTQが比較的低くかつ機関回転数Neが比較的低い領域に画定される。SACI燃料領域RSACIはCI燃焼領域RCIに隣接しつつCI燃焼領域RCIよりも高トルク側に画定される。SI燃焼領域RSIはそれ以外の領域に画定される。なお、図4においてWOTは全負荷を表している。
The
機関トルクTQ及び機関回転数Neにより定まる機関運転状態がSI燃焼領域RSI内に属するときには、燃焼選択部50aは火花点火(SI)燃焼を選択する。SI燃焼制御部50bは、SI燃焼が選択されたときに、燃料噴射弁40及び点火栓41等を制御してSI燃焼を実行し制御するように構成されている。具体的には、吸気行程に燃料噴射が行われ、それにより燃焼室33内にほぼ均質な予混合気が形成される。この予混合気は次いで点火栓41によって点火され、火炎伝播燃焼される。なお、本発明による実施例では、SI燃焼時の空燃比はほぼ理論空燃比に設定される。
When the engine operating state determined by the engine torque TQ and the engine speed Ne falls within the SI combustion region RSI, the
機関運転状態がCI燃焼領域RCI内に属するときには、燃焼選択部50aは圧縮自着火(CI)燃焼を選択する。CI燃焼が選択されたときには、CI燃焼制御部50cは、CI燃焼が選択されたときに、燃料噴射弁40等を制御してCI燃焼を実行し制御するように構成されている。具体的には、吸気行程又は圧縮行程に燃料噴射が行われ、それにより燃焼室33内にほぼ均質な予混合気が形成される。この予混合気は次いで、ピストン32の上昇に伴い圧縮され、それにより自着火し、燃焼する。この場合、燃焼室33内の多数の位置における予混合気の温度がほぼ同時に自己着火温度に到達し、当該多数の位置において燃焼がほぼ一斉に開始されると考えられている。このように、CI燃焼では、点火栓41による点火作用が行われない。なお、本発明による実施例では、CI燃焼時の空燃比は理論空燃比よりもリーンに設定される。
When the engine operating state belongs to the CI combustion region RCI, the
機関運転状態がSACI燃焼領域RSACI内に属するときには、燃焼選択部50aは点火アシスト自着火(SACI)燃焼を選択する。SACI燃焼制御部50dは、SACI燃焼が選択されたときに、燃料噴射弁40及び点火栓41等を制御してSACI燃焼を実行し制御するように構成されている。具体的には、吸気行程又は圧縮行程に主燃料が噴射され、それにより燃焼室33内にほぼ均質な予混合気が形成される。次いで、例えば圧縮行程末期に比較的少量のアシスト燃料が噴射される。次いで、アシスト燃料が点火栓41により点火され、火炎伝播燃焼する。次いで、予混合気が圧縮自着火燃焼する。この場合、アシスト燃料の燃焼により生ずる熱によって、予混合気の圧縮自着火燃焼が確実にかつ容易に引き起こされる。図5にはSACI燃焼時の燃料噴射作用及び点火作用の一例が示される。図5に示される例では、FMで示されるように圧縮行程中期に主燃料が噴射され、FAで示されるように圧縮行程末期にアシスト燃料が噴射される。次いで、SPで示されるように点火栓41によりアシスト燃料が点火される。なお、本発明による実施例では、SACI燃焼時の空燃比は理論空燃比よりもリーンに設定される。
When the engine operating state belongs to the SACI combustion region RSACI, the
SACI燃焼では、アシスト燃料の火炎伝播燃焼を制御することにより圧縮自着火燃焼の制御が可能となる。すなわち、例えば、アシスト燃料の量及び噴射時期、及び、点火時期などの少なくとも1つを制御することにより、圧縮自着火燃焼の自着火時期を容易に制御することができる。また、例えば火炎伝播燃焼による発熱量と圧縮自着火燃焼による発熱量との割合を制御することにより、圧縮自着火燃焼による騒音を低下又は制御することができる。 In SACI combustion, compression ignition combustion can be controlled by controlling flame propagation combustion of assist fuel. That is, for example, by controlling at least one of the amount and injection timing of the assist fuel and the ignition timing, the self-ignition timing of the compression self-ignition combustion can be easily controlled. Further, for example, by controlling the ratio of the calorific value due to flame propagation combustion to the calorific value due to compression self-ignition combustion, noise due to compression self-ignition combustion can be reduced or controlled.
なお、別の実施例(図示しない)では、吸気ポート34内に燃料を噴射するように構成された別の燃料噴射弁が設けられ、各燃焼において吸気行程に燃料を噴射すべきときにはこの別の燃料噴射弁が用いられる。
In another embodiment (not shown), another fuel injection valve configured to inject fuel into the
本発明による実施例では、SACI燃焼制御部50dは、例えば実際の自着火時期が目標自着火時期になるように機関制御パラメータを制御するように構成されている。図6は、SACI燃焼制御部50dの一例を示すブロック図である。図6に示される例ではSACI燃焼制御部50dは、目標自着火時期算出部60a、パラメータ算出部60b、熱発生率算出部60c、自着火時期推定部60d、筒内状態推定部60e、自着火時期予測部60f、及び、補正量算出部60gを備える。
In the embodiment according to the present invention, the SACI
目標自着火時期算出部60aは、例えば機関運転状態、目標トルク、及び目標効率に基づいて目標自着火時期tigtを算出するように構成されている。一例では、目標自着火時期tigtは機関運転状態、目標トルク、及び目標効率の関数としてマップの形であらかじめROM52内に記憶されている。
The target self-ignition
パラメータ算出部60bは、自着火時期を目標自着火時期tigtにするのに必要な機関制御パラメータを算出するように構成されている。機関制御パラメータには、アシスト燃料の噴射時期及び噴射量、並びに、点火時期が含まれる。
The
熱発生率算出部60cは、筒内圧センサ42により検出された筒内圧に基づいてクランク角CAに対する熱発生率ROHRを算出するように構成されている。この場合の熱発生率ROHRは、例えば、熱発生量をQ、クランク角をCA、総熱発生量をQTでそれぞれ表したときに、(dQ/dCA)/QT(例えば、1/deg.CA)で表される。
The heat release
自着火時期推定部60dは熱発生率ROHRに基づいて実際の自着火時期を推定するように構成されている。すなわち、自着火時期推定部60dでは実自着火時期tigaが算出される。
The self-ignition
筒内状態推定部60eは、例えば機関運転状態、目標トルク、及び目標効率と、第2の偏差dt2とに基づいて筒内状態を推定するように構成されている。筒内状態は、例えば、吸気弁35の閉弁時期から自着火時期までの筒内圧、筒内温度、EGR率(=EGRガス量/筒内ガス量)などの少なくとも1つにより表される。一例では、筒内状態はモデルを用いて算出される。
The in-cylinder
自着火時期予測部60fは、推定された筒内状態と第2の偏差dt2とに基づいて自着火時期を予測するように構成されている。すなわち、自着火時期予測部60fでは、予測自着火時期tigpが算出される。一例では、予測自着火時期tigpはモデルを用いて算出される。この場合、例えば、推定された筒内状態のもとでSACI燃焼が行われたと仮定したときの筒内圧が予測され、この筒内圧から自着火時期が予測される。
The self-ignition
補正量算出部60gは、第1の偏差dt1と第2の偏差dt2とに基づいて機関制御パラメータの補正量を算出するように構成されている。補正量は、例えば、第1の偏差dt1及び第2の偏差dt2をゼロにするのに必要な値である。
The correction
第1の偏差dt1は、目標自着火時期tigtと予測自着火時期tigpとの差(=tigt−tigp)である。第2の偏差dt2は、目標自着火時期tigtと実自着火時期tigaとの差(=tigt−tiga)である。機関本体2では、パラメータ算出部60bにより算出された機関制御パラメータを、補正量算出部60gにより算出された補正量により補正した結果を用いて、燃焼制御が行われる。
The first deviation dt1 is the difference (=tight-tigp) between the target autoignition timing tigt and the predicted autoignition timing tigp. The second deviation dt2 is a difference (=tig-tiga) between the target self-ignition timing tigt and the actual self-ignition timing tiga. In the
図7には、筒内圧センサ42により検出された実際の筒内圧の一例が実線PCaでもって示されており、自着火時期予測部60fにより予測された筒内圧の一例が破線PCpでもって示されている。図7に示されるように、目標自着火時期tigtと予測自着火時期tigpとの差である第1の偏差dt1が比較的大きいけれども、目標自着火時期tigtと実自着火時期tigaとの差である第2の偏差dt2は比較的小さい。すなわち、補正量算出部60gにより算出された補正量によって、実自着火時期tigaが目標自着火時期tigtに近づけられていることがわかる。なお、図7において、IVCは吸気弁35の閉弁時期を、BDCは圧縮下死点を、TDCは圧縮上死点を、それぞれ示している。
In FIG. 7, an example of an actual in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 42 is shown by a solid line PCa, and an example of an in-cylinder pressure predicted by the self-ignition
このように本発明による実施例では、目標自着火時期tigtと予測自着火時期tigpとの差である第1の偏差dt1を用いて機関制御パラメータの補正量が算出されるので、フィードフォワード制御を行っていると考えることができる。同時に、目標自着火時期tigtと実自着火時期tigaとの差である第2の偏差dt2を用いて機関制御パラメータの補正量が算出されるので、フィードバック制御を行っていると考えることができる。更に、第2の偏差dt2を用いて筒内状態及び予測自着火時期tigpがそれぞれ算出されるので、筒内状態及び予測自着火時期tigpをそれぞれ算出するモデルの誤差が学習により低減される。したがって、機関制御をより精度高く行うことができる。 As described above, in the embodiment according to the present invention, since the correction amount of the engine control parameter is calculated using the first deviation dt1 which is the difference between the target autoignition timing tigt and the predicted autoignition timing tigp, the feedforward control is performed. You can think you are going. At the same time, since the correction amount of the engine control parameter is calculated using the second deviation dt2 which is the difference between the target self-ignition timing tigt and the actual self-ignition timing tiga, it can be considered that feedback control is performed. Further, since the in-cylinder state and the predicted auto-ignition timing tigp are calculated using the second deviation dt2, the error of the model for calculating the in-cylinder state and the predicted auto-ignition timing tigp is reduced by learning. Therefore, the engine control can be performed with higher accuracy.
さて、上述の自着火時期制御をより精度高く行うためには、実自着火時期tigaをより正確に算出又は推定することが必要である。この点、筒内圧に基づいてクランク角に対する熱発生率を算出し、この熱発生率に基づいて自着火時期を推定する技術が知られている。しかしながら、SACI燃焼の場合には、この技術により自着火時期を正確に推定するのは困難である。これは次の理由による。 Now, in order to perform the above-mentioned self-ignition timing control with higher accuracy, it is necessary to more accurately calculate or estimate the actual self-ignition timing tiga. In this respect, a technique is known in which a heat release rate for a crank angle is calculated based on the in-cylinder pressure, and the self-ignition timing is estimated based on this heat release rate. However, in the case of SACI combustion, it is difficult to accurately estimate the self-ignition timing by this technique. This is for the following reason.
図8には、SACI燃焼時における、筒内圧センサ42により検出された筒内圧に基づいて算出された熱発生率ROHRの一例が実線Raでもって示されており、火炎伝播燃焼による熱発生率成分の一例が破線Rfpでもって示されており、圧縮自着火燃焼による熱発生率成分の一例が一点鎖線Rciでもって示されている。このように、SACI燃焼では、大まかに言うと、まず火炎伝播燃焼が開始され、火炎伝播燃焼の途中で圧縮自着火燃焼が開始される。したがって、筒内圧センサ42の検出結果に基づく熱発生率Raは、火炎伝播燃焼による熱発生率成分Rfpと圧縮自着火燃焼による熱発生率成分Rciを足し合わせたものに相当する。言い換えると、筒内圧センサ42は、火炎伝播燃焼による熱発生率成分Rfpと圧縮自着火燃焼による熱発生率成分Rciを足し合わせたものしか検出できない。したがって、圧縮自着火燃焼の開始時期、すなわち自着火時期CAigを正確に特定するのが困難である。 In FIG. 8, an example of the heat release rate ROHR calculated based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 42 during SACI combustion is shown by a solid line Ra, and the heat release rate component due to flame propagation combustion is shown. Is indicated by a broken line Rfp, and an example of a heat release rate component by compression self-ignition combustion is indicated by a one-dot chain line Rci. As described above, in the SACI combustion, roughly speaking, the flame propagation combustion is first started, and the compression self-ignition combustion is started in the middle of the flame propagation combustion. Therefore, the heat release rate Ra based on the detection result of the in-cylinder pressure sensor 42 corresponds to the sum of the heat release rate component Rfp due to flame propagation combustion and the heat release rate component Rci due to compression self-ignition combustion. In other words, the in-cylinder pressure sensor 42 can detect only the sum of the heat release rate component Rfp due to flame propagation combustion and the heat release rate component Rci due to compression self-ignition combustion. Therefore, it is difficult to accurately specify the start time of the compression ignition combustion, that is, the auto ignition timing CAig.
そこで本発明による実施例の自着火時期推定部60dでは、次のようにしてSACI燃焼時における自着火時期が推定される。
Therefore, the self-ignition
すなわち、本発明による実施例では、図9に示されるように、熱発生率ROHRが最大となるクランク角CAである最大熱発生率クランク角CAmaxが算出される。なお、この場合のクランク角CAに対する熱発生率ROHRは上述したように、熱発生率算出部60cにより算出されたものである。次いで、最大熱発生率クランク角CAmaxよりも遅角側においてクランク角範囲RCAが設定される。このクランク角範囲RCAは例えば、機関運転状態の関数としてあらかじめ求められており、マップの形でROM52内にあらかじめ記憶されている。
That is, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 9, the maximum heat release rate crank angle CAmax, which is the crank angle CA that maximizes the heat release rate ROHR, is calculated. The heat release rate ROHR with respect to the crank angle CA in this case is calculated by the heat release
次いで、クランク角範囲RCAにおいて熱発生率ROHRを直線により近似する近似式APLが決定される。次いで、近似式APLにおいて熱発生率ROHRがゼロとなるクランク角CAであるゼロ熱発生率クランク角CA0が決定される。言い換えると、近似式APLと、ROHR=0の直線との交点がゼロ熱発生率クランク角CA0とされる。 Next, an approximate expression APL that approximates the heat release rate ROHR by a straight line in the crank angle range RCA is determined. Next, the zero heat release rate crank angle CA0, which is the crank angle CA at which the heat release rate ROHR becomes zero in the approximate expression APL, is determined. In other words, the intersection of the approximate expression APL and the straight line of ROHR=0 is set to the zero heat release rate crank angle CA0.
次いで、最大熱発生率クランク角CAmaxとゼロ熱発生率クランク角CA0との差dif(=CA0−CAmax)が算出される。次いで、最大熱発生率クランク角CAmaxから差difだけ進角したクランク角(=CAmax−dif)が自着火時期CAigとして推定される。 Next, the difference dif (=CA0-CAmax) between the maximum heat release rate crank angle CAmax and the zero heat release rate crank angle CA0 is calculated. Then, the crank angle (=CAmax-dif) advanced from the maximum heat release rate crank angle CAmax by the difference dif is estimated as the self-ignition timing CAig.
圧縮自着火燃焼が単独で行われたときの熱発生率ROHRを表す曲線は、CA=CAmaxの直線に関し比較的高い左右対称性を有する。したがって、上述のように推定されるクランク角CAigは自着火時期を正確に表している。 The curve representing the heat release rate ROHR when compression self-ignition combustion is performed alone has a relatively high left-right symmetry with respect to the straight line CA=CAmax. Therefore, the crank angle CAig estimated as described above accurately represents the self-ignition timing.
しかも、図8からわかるように、最大熱発生率クランク角CAmaxよりも遅角側においては、最大熱発生率クランク角CAmaxよりも進角側におけるよりも、筒内圧センサ42の出力に基づく熱発生率ROHRに対する火炎伝播燃焼の影響が小さい。言い換えると、最大熱発生率クランク角CAmaxよりも遅角側においては、最大熱発生率クランク角CAmaxよりも進角側におけるよりも、筒内圧センサ42の出力に基づく熱発生率ROHRは圧縮自着火燃焼をよりよく表している。本発明による実施例では、上述したように最大熱発生率クランク角CAmaxよりも遅角側にクランク角範囲RCAが設定されるので、自着火時期CAigをより精度高く推定することができる。 Moreover, as can be seen from FIG. 8, the heat generation based on the output of the in-cylinder pressure sensor 42 is more retarded than the maximum heat generation rate crank angle CAmax and more advanced than the maximum heat generation rate crank angle CAmax. The effect of flame propagation combustion on the rate ROHR is small. In other words, on the retard side of the maximum heat release rate crank angle CAmax, the heat release rate ROHR based on the output of the in-cylinder pressure sensor 42 is on compression ignition rather than on the advance side of the maximum heat release rate crank angle CAmax. Better represents combustion. In the embodiment according to the present invention, as described above, the crank angle range RCA is set on the retard side of the maximum heat release rate crank angle CAmax, so that the self-ignition timing CAig can be estimated with higher accuracy.
図10は本発明による実施例の自着火時期推定ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。図10を参照すると、ステップ100では、最大熱発生率クランク角CAmaxが算出される。続くステップ101では、クランク角範囲RCAが設定される。続くステップ102では、近似式APLが決定される。続くステップ103では、ゼロ熱発生率クランク角CA0が算出される。続くステップ104では、差difが算出される。続くステップ105では、自着火時期CAigが算出される。
FIG. 10 shows the self-ignition timing estimation routine of the embodiment according to the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined set time. Referring to FIG. 10, in
次に、本発明による別の実施例を説明する。本発明による別の実施例では、次のようにしてSACI燃焼時における自着火時期が推定される。 Next, another embodiment according to the present invention will be described. In another embodiment according to the present invention, the self-ignition timing during SACI combustion is estimated as follows.
すなわち、本発明による別の実施例では、図11に示されるように、熱発生率ROHRが最大となるクランク角CAである最大熱発生率クランク角CAmaxが算出される。次いで、最大熱発生率クランク角CAmaxを含むようにクランク角範囲RCAが設定される。このクランク角範囲RCAは例えば、機関運転状態の関数としてあらかじめ求められており、マップの形でROM52内にあらかじめ記憶されている。別の設定例(図示しない)では、クランク角範囲RCAは、最大熱発生率クランク角CAmax±一定値の範囲とされる。更に別の設定例(図示しない)では、クランク角範囲RCAは、熱発生率ROHRがしきい値よりも大きくなるクランク角範囲に設定される。この場合、しきい値は例えば、熱発生率ROHRの最大値Rmaxに係数r(<1.0)を乗算することにより設定される(Rmax・r)。係数rの一例は0.8である。なお、火炎伝播燃焼が支配的でないクランク角範囲を設定するのがより好ましい。
That is, in another embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 11, the maximum heat release rate crank angle CAmax, which is the crank angle CA that maximizes the heat release rate ROHR, is calculated. Next, the crank angle range RCA is set so as to include the maximum heat release rate crank angle CAmax. This crank angle range RCA is, for example, previously obtained as a function of the engine operating state, and is stored in advance in the
次いで、クランク角範囲RCAにおいて熱発生率ROHRをWiebe関数により近似する近似式APWが決定される。Wiebe関数は例えば次式(1)で表される。なお、式(1)において、aは定数(例えば6.9)、CApは燃焼期間、mは形状パラメータ、をそれぞれ表している。
ROHR
=(dQ/dCA)/QT
=a/CAp・(m+1)・{(CA−CAig)/CAp}^m
・exp[−a・{(CA−CAig)/CAp}^(m+1)] …(1)
Next, an approximate expression APW that approximates the heat release rate ROHR by the Wiebe function in the crank angle range RCA is determined. The Wiebe function is represented by the following equation (1), for example. In the formula (1), a represents a constant (for example, 6.9), CAp represents a combustion period, and m represents a shape parameter.
ROHR
=(dQ/dCA)/QT
=a/CAp·(m+1)·{(CA-CAig)/CAp}^m
.Exp[-a.{(CA-CAig)/CAp}^(m+1)] (1)
図11からわかるように、近似式APWには、熱発生率ROHRがゼロとなるクランク角CAが2つある。本発明による別の実施例では、近似式APWにおいて熱発生率がゼロとなる2つのクランク角CAのうち、最大熱発生率クランク角CAmaxよりも進角側のクランク角CAigが自着火時期として推定される。 As can be seen from FIG. 11, the approximate expression APW has two crank angles CA at which the heat release rate ROHR becomes zero. In another embodiment according to the present invention, of the two crank angles CA at which the heat release rate is zero in the approximate expression APW, the crank angle CAig on the advance side of the maximum heat release rate crank angle CAmax is estimated as the self-ignition timing. To be done.
Wiebe関数は熱発生率をより高い精度で近似することができる。したがって、上述のように推定されるクランク角CAigは自着火時期を正確に表している。 The Wiebe function can approximate the heat release rate with higher accuracy. Therefore, the crank angle CAig estimated as described above accurately represents the self-ignition timing.
図12は本発明による別の実施例の自着火時期推定ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。図12を参照すると、ステップ200では、最大熱発生率クランク角CAmaxが算出される。続くステップ201では、クランク角範囲RCAが設定される。続くステップ202では、近似式APWが決定される。続くステップ203では、自着火時期CAigが算出される。
FIG. 12 shows an autoignition timing estimation routine according to another embodiment of the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined set time. Referring to FIG. 12, in
1 内燃機関
40 燃料噴射弁
41 点火栓
42 筒内圧センサ
50 電子制御ユニット
50d 点火アシスト自着火燃焼制御部
60c 熱発生率算出部
60d 自着火時期推定部
1
Claims (2)
燃料を点火するように構成されている点火栓と、
筒内に予混合気を形成するための主燃料を前記燃料噴射弁により噴射し、次いで筒内にアシスト燃料を噴射するとともに前記アシスト燃料を前記点火栓により点火し、次いで予混合気が圧縮自着火燃焼するように構成されている点火アシスト自着火燃焼制御部と、
筒内圧を検出するように構成されている筒内圧センサと、
前記筒内圧に基づいてクランク角に対する熱発生率を算出するように構成されている熱発生率算出部と、
前記熱発生率に基づいて自着火時期を推定するように構成されている自着火時期推定部と、
を備え、
前記自着火時期推定部は、
前記熱発生率が最大となるクランク角である最大熱発生率クランク角よりも遅角側に設定されたクランク角範囲において前記熱発生率を直線により近似する近似式を決定し、
前記近似式において前記熱発生率がゼロとなるクランク角であるゼロ熱発生率クランク角を決定し、
前記最大熱発生率クランク角と前記ゼロ熱発生率クランク角との差を算出し、
前記最大熱発生率クランク角から前記差だけ進角したクランク角を前記自着火時期として推定する、
ように構成されている、内燃機関の自着火時期推定装置。 A fuel injection valve configured to supply fuel into the cylinder;
A spark plug configured to ignite fuel,
The main fuel for forming the premixed mixture in the cylinder is injected by the fuel injection valve, then the assist fuel is injected in the cylinder and the assist fuel is ignited by the spark plug, and then the premixed mixture is compressed. An ignition assist self-ignition combustion control unit configured to perform ignition combustion,
An in-cylinder pressure sensor configured to detect the in-cylinder pressure,
A heat release rate calculation unit configured to calculate a heat release rate for a crank angle based on the in-cylinder pressure;
An autoignition timing estimation unit configured to estimate the autoignition timing based on the heat release rate,
Equipped with
The self-ignition timing estimation unit,
The heat generation rate is a crank angle that is the maximum crank angle is determined to determine an approximate expression that approximates the heat generation rate by a straight line in the crank angle range set to the retard side of the crank angle,
The zero heat release rate crank angle, which is the crank angle at which the heat release rate is zero in the approximate expression, is determined,
Calculate the difference between the maximum heat release rate crank angle and the zero heat release rate crank angle,
Estimating the crank angle advanced by the difference from the maximum heat release rate crank angle as the self-ignition timing,
A self-ignition timing estimation device for an internal combustion engine configured as described above.
燃料を点火するように構成されている点火栓と、
筒内に予混合気を形成するための主燃料を前記燃料噴射弁により噴射し、次いで筒内にアシスト燃料を噴射するとともに前記アシスト燃料を前記点火栓により点火し、次いで予混合気が圧縮自着火燃焼するように構成されている点火アシスト自着火燃焼制御部と、
筒内圧を検出するための筒内圧センサと、
前記筒内圧に基づいてクランク角に対する熱発生率を算出するように構成されている熱発生率算出部と、
前記熱発生率に基づいて自着火時期を推定するように構成されている自着火時期推定部と、
を備え、
前記自着火時期推定部は、
前記熱発生率が最大となるクランク角である最大熱発生率クランク角を含むように設定されたクランク角範囲において前記熱発生率をWiebe関数により近似する近似式を決定し、
前記近似式において前記熱発生率がゼロとなる、前記最大熱発生率クランク角よりも進角側のクランク角を前記自着火時期として推定する、
ように構成されている、内燃機関の自着火時期推定装置。 A fuel injection valve configured to supply fuel into the cylinder;
A spark plug configured to ignite fuel,
The main fuel for forming the premixed mixture in the cylinder is injected by the fuel injection valve, then the assist fuel is injected in the cylinder and the assist fuel is ignited by the spark plug, and then the premixed mixture is compressed. An ignition assist self-ignition combustion control unit configured to perform ignition combustion,
An in-cylinder pressure sensor for detecting the in-cylinder pressure,
A heat release rate calculator configured to calculate a heat release rate for a crank angle based on the in-cylinder pressure;
An autoignition timing estimation unit configured to estimate the autoignition timing based on the heat release rate,
Equipped with
The self-ignition timing estimation unit,
Determining an approximate expression approximating the heat release rate by a Wiebe function in a crank angle range set so as to include the maximum heat release rate crank angle, which is the crank angle at which the heat release rate becomes maximum;
In the approximation formula, the heat release rate becomes zero, and the crank angle on the advance side of the maximum heat release rate crank angle is estimated as the self-ignition timing.
A self-ignition timing estimation device for an internal combustion engine configured as described above.
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