JP2002097996A - Device for detecting combustion state of internal combustion engine - Google Patents
Device for detecting combustion state of internal combustion engineInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 より少ない燃焼室内圧力検出値から、機関の
燃焼状態を的確に示す燃焼状態パラメータを得ることが
できる燃焼状態検出装置を提供する。
【解決手段】 機関の圧縮行程の例えば上死点前60度
における第1の燃焼室内圧力P2と、膨張行程中におけ
る例えば上死点後60度における第2の燃焼室内圧力P
3とを検出し、その圧力比P3/P2を算出する。燃焼
状態パラメータPRX=P3/P2−1で定義し、これ
により機関の燃焼状態を検出する。
(57) Abstract: Provided is a combustion state detection device capable of obtaining a combustion state parameter accurately indicating a combustion state of an engine from a smaller detected value of a combustion chamber pressure. A first combustion chamber pressure P2 at, for example, 60 degrees before top dead center in a compression stroke of the engine, and a second combustion chamber pressure P at, for example, 60 degrees after top dead center during an expansion stroke.
3 and the pressure ratio P3 / P2 is calculated. The combustion state parameter PRX is defined as PRX = P3 / P2-1, thereby detecting the combustion state of the engine.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼状
態検出装置に関し、特に内燃機関の燃焼室内の圧力を検
出する筒内圧センサを用いて燃焼状態を検出するものに
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for detecting a combustion state of an internal combustion engine, and more particularly to an apparatus for detecting a combustion state using an in-cylinder pressure sensor for detecting a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】圧力センサを用いて内燃機関の燃焼室内
の圧力を検出し、その検出圧力値から内燃機関の燃焼状
態を示す燃焼状態パラメータを得る手法が、特開平6−
249049号公報に示されている。2. Description of the Related Art A method of detecting a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine using a pressure sensor and obtaining a combustion state parameter indicating a combustion state of the internal combustion engine from the detected pressure value is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 6-1994.
No. 2,490,491.
【0003】この公報に示された手法によれば、内燃機
関の圧縮行程中の上死点前120度のクランク角度位置
における燃焼室内圧P(120B)と、同じく圧縮行程
中の上死点前60度のクランク角度位置における燃焼室
内圧P(60B)と、膨張行程中の上死点後60度のク
ランク角度位置における燃焼室内圧P(60A)とを検
出し、下記式により燃焼状態パラメータCioが算出さ
れる。 Cio=(P(60A)−P(60B))/(P(60B)−P
(120B))According to the technique disclosed in this publication, the pressure in the combustion chamber P (120B) at a crank angle position of 120 ° before the top dead center during the compression stroke of the internal combustion engine and the pressure before the top dead center during the compression stroke are also determined. A combustion chamber pressure P (60B) at a crank angle position of 60 degrees and a combustion chamber pressure P (60A) at a crank angle position of 60 degrees after the top dead center during the expansion stroke are detected, and the combustion state parameter Cio is calculated by the following equation. Is calculated. Cio = (P (60A) -P (60B)) / (P (60B) -P
(120B))
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】筒内圧センサを用いて
検出される燃焼室内圧力のサンプリングは、機関の圧縮
行程及び膨張行程中においてできるだけ多くのクランク
角度位置で行うことにより、燃焼状態をより詳細に検出
することができるが、データ量が多すぎると、必要とす
るメモリ容量が増加したり、圧力検出後の演算量が増加
したりするという問題がある。The sampling of the pressure in the combustion chamber, which is detected by using the in-cylinder pressure sensor, is performed at as many crank angle positions as possible during the compression stroke and the expansion stroke of the engine, so that the combustion state can be described in more detail. However, if the data amount is too large, there is a problem that the required memory capacity increases and the amount of calculation after pressure detection increases.
【0005】上記特開平6−249049号公報に示さ
れた手法では、3つの検出圧力値から燃焼状態パラメー
タが得られるが、より少ない検出圧力値により、機関の
燃焼状態を的確に示す燃焼状態パラメータを得られるこ
とが望ましい。本発明はこの点に着目してなされたもの
であり、より少ない燃焼室内圧力検出値から、機関の燃
焼状態を的確に示す燃焼状態パラメータを得ることがで
きる燃焼状態検出装置を提供することを目的とする。In the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-249049, a combustion state parameter can be obtained from three detected pressure values. However, a combustion state parameter that accurately indicates the combustion state of the engine can be obtained with a smaller detected pressure value. It is desirable to be able to obtain. The present invention has been made in view of this point, and it is an object of the present invention to provide a combustion state detection device that can obtain a combustion state parameter that accurately indicates a combustion state of an engine from a smaller detected value of a combustion chamber pressure. And
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項1に記載の発明は、内燃機関の燃焼室内の圧力を
検出する圧力検出手段と、前記機関のクランク軸回転角
度を検出する角度検出手段とを有する内燃機関の燃焼状
態検出装置において、前記機関の圧縮行程中における第
1の燃焼室内圧力と、膨張行程中における第2の燃焼室
内圧力との圧力比を算出する圧力比算出手段と、該圧力
比により前記機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手
段とを有することを特徴とする。According to one aspect of the present invention, there is provided a pressure detecting means for detecting a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine, and an angle detecting means for detecting a crankshaft rotation angle of the engine. Pressure ratio calculating means for calculating a pressure ratio between a first combustion chamber pressure during a compression stroke of the engine and a second combustion chamber pressure during an expansion stroke of the engine. And combustion state detecting means for detecting a combustion state of the engine based on the pressure ratio.
【0007】この構成によれば、機関の圧縮行程中にお
ける第1の燃焼室内圧力と、膨張行程中における第2の
燃焼室内圧力との圧力比が算出され、該圧力比により機
関の燃焼状態が検出されるので、従来に比べて少ない検
出圧力値に基づいて燃焼状態を示す燃焼状態パラメータ
を得ることができる。第1の燃焼室内圧力に対する第2
の燃焼室内圧力の比(第2の燃焼室内圧力/第1の燃焼
室内圧力)から「1」を減算することにより得られるパ
ラメータ(圧力比−1)は、燃焼による単位重量当たり
の発熱量にほぼ比例するパラメータであり、燃焼状態を
的確に示すパラメータとして使用することができる。According to this configuration, the pressure ratio between the pressure in the first combustion chamber during the compression stroke of the engine and the pressure in the second combustion chamber during the expansion stroke is calculated, and the combustion state of the engine is calculated based on the pressure ratio. Since it is detected, a combustion state parameter indicating the combustion state can be obtained based on a smaller detected pressure value than in the related art. The second for the first combustion chamber pressure
The parameter (pressure ratio -1) obtained by subtracting "1" from the combustion chamber pressure ratio (the second combustion chamber pressure / the first combustion chamber pressure) is the calorific value per unit weight due to combustion. It is a parameter that is approximately proportional and can be used as a parameter that accurately indicates the combustion state.
【0008】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の内燃機関の燃焼状態検出装置において、前記燃焼状態
検出手段は、前記圧力比を用いて前記燃焼により発生す
る熱量を算出する熱量算出手段を備えることを特徴とす
る。この構成によれば、前記圧力比を用いて燃焼により
発生する熱量が算出されるので、機関の燃焼状態をきめ
細かく把握することができる。According to a second aspect of the present invention, in the combustion state detecting device for an internal combustion engine according to the first aspect, the combustion state detecting means calculates the amount of heat generated by the combustion using the pressure ratio. It is characterized by having a calculating means. According to this configuration, since the amount of heat generated by the combustion is calculated using the pressure ratio, the combustion state of the engine can be grasped in detail.
【0009】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の内燃機関の燃焼状態検出装置におて、前記燃焼状態検
出手段は、前記圧力比と所定の圧力比とを比較すること
により、前記機関の失火を検出する失火検出手段を備え
ることを特徴とする。この構成によれば、前記圧力比と
所定の圧力比とを比較することにより、機関の失火が検
出される。この検出は、燃焼による発生熱量に基づくも
のであるため、運転状態の変化や環境条件の変化の影響
を受けにくく、正確な失火検出を行うことができる。According to a third aspect of the present invention, in the combustion state detecting device for an internal combustion engine according to the first aspect, the combustion state detecting means compares the pressure ratio with a predetermined pressure ratio. And a misfire detecting means for detecting misfire of the engine. According to this configuration, the misfire of the engine is detected by comparing the pressure ratio with a predetermined pressure ratio. Since this detection is based on the amount of heat generated by the combustion, it is hardly affected by a change in the operating state or a change in the environmental condition, and accurate misfire detection can be performed.
【0010】前記燃焼状態検出手段は、第1の燃焼室内
圧力に対する第2の燃焼室内圧力の比(第2の燃焼室内
圧力/第1の燃焼室内圧力)から「1」を減算すること
のより得られるパラメータを、燃焼状態を示すパラメー
タとして使用することが望ましい。The combustion state detecting means subtracts "1" from the ratio of the pressure in the second combustion chamber to the pressure in the first combustion chamber (the pressure in the second combustion chamber / the pressure in the first combustion chamber). It is desirable to use the obtained parameter as a parameter indicating the combustion state.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明の一実施形態にかかる
内燃機関(以下単に「エンジン」という)及びその制御
装置の構成を示す図である。例えば4気筒のエンジン1
の吸気管2の途中にはスロットル弁3が配されている。
スロットル弁3にはスロットル弁開度(THA)センサ
4が連結されており、当該スロットル弁3の開度に応じ
た電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロール
ユニット(以下「ECU」という)5に供給する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “engine”) and a control device thereof according to an embodiment of the present invention. For example, a four-cylinder engine 1
In the middle of the intake pipe 2, a throttle valve 3 is arranged.
A throttle valve opening (THA) sensor 4 is connected to the throttle valve 3 and outputs an electric signal corresponding to the opening of the throttle valve 3 to output an electronic control unit for engine control (hereinafter referred to as “ECU”) 5. To supply.
【0012】燃料噴射弁6はエンジン1とスロットル弁
3との間かつ吸気管2の図示しない吸気弁の少し上流側
に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃
料ポンプに接続されていると共にECU5に電気的に接
続されて当該ECU5からの信号により燃料噴射弁6の
開弁時間が制御される。A fuel injection valve 6 is provided for each cylinder between the engine 1 and the throttle valve 3 and slightly upstream of an intake valve (not shown) of the intake pipe 2, and each injection valve is connected to a fuel pump (not shown). The ECU 5 is electrically connected to the ECU 5 and controls a valve opening time of the fuel injection valve 6 based on a signal from the ECU 5.
【0013】一方、スロットル弁3の直ぐ下流には吸気
管内の圧力を検出する吸気管内絶対圧(PBA)センサ
7が設けられており、この絶対圧センサ7により電気信
号に変換された絶対圧信号は前記ECU5に供給され
る。また、その下流には吸気温(TA)センサ8が取付
けられており、吸気温TAを検出して対応する電気信号
を出力してECU5に供給する。On the other hand, immediately downstream of the throttle valve 3, an intake pipe absolute pressure (PBA) sensor 7 for detecting the pressure in the intake pipe is provided. Is supplied to the ECU 5. Further, an intake air temperature (TA) sensor 8 is mounted downstream thereof, detects the intake air temperature TA, outputs a corresponding electric signal, and supplies the electric signal to the ECU 5.
【0014】エンジン1の本体に装着されたエンジン水
温(TW)センサ9はサーミスタ等から成り、エンジン
水温(冷却水温)TWを検出して対応する温度信号を出
力してECU5に供給する。ECU5には、エンジン1
のクランク軸(図示せず)の回転角度を検出する角度検
出手段としてのクランク角度位置センサ10が接続され
ており、クランク軸の回転角度に応じた信号がECU5
に供給される。クランク角度位置センサ10は、エンジ
ン1の特定の気筒の所定クランク角度位置で信号パルス
(以下「CYL信号パルス」という)を出力する気筒判
別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点(TDC)
より所定クランク角度前のクランク角度位置で(4気筒
エンジンではクランク角180度毎に)TDC信号パル
スを出力するTDCセンサ及びTDC信号パルスより短
い一定クランク角周期(例えば30度周期)で1パルス
(以下「CRK信号パルス」という)を発生するCRK
センサから成り、CYL信号パルス、TDC信号パルス
及びCRK信号パルスがECU5に供給される。これら
の信号パルスは、エンジン1の燃焼室内圧力(以下「筒
内圧」という)のサンプルタイミング、燃料噴射時期、
点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数
(エンジン回転速度)NEの検出に使用される。The engine water temperature (TW) sensor 9 mounted on the main body of the engine 1 is composed of a thermistor or the like, detects the engine water temperature (cooling water temperature) TW, outputs a corresponding temperature signal, and supplies it to the ECU 5. The ECU 5 includes the engine 1
A crank angle position sensor 10 as angle detecting means for detecting a rotation angle of a crankshaft (not shown) is connected, and a signal corresponding to the rotation angle of the crankshaft is output from the ECU 5.
Supplied to The crank angle position sensor 10 outputs a signal pulse (hereinafter referred to as a “CYL signal pulse”) at a predetermined crank angle position of a specific cylinder of the engine 1, and a top dead center (TDC) at the start of an intake stroke of each cylinder. )
A TDC sensor that outputs a TDC signal pulse at a crank angle position earlier than a predetermined crank angle (every 180 degrees of a crank angle in a four-cylinder engine) and one pulse at a constant crank angle cycle (for example, a 30-degree cycle) shorter than the TDC signal pulse ( CRK that generates a “CRK signal pulse”)
A CYL signal pulse, a TDC signal pulse and a CRK signal pulse are supplied to the ECU 5. These signal pulses correspond to the sample timing of the pressure in the combustion chamber of the engine 1 (hereinafter referred to as “in-cylinder pressure”), the fuel injection timing,
It is used to control various timings such as ignition timing and to detect the engine speed (engine speed) NE.
【0015】排気管12には、排気中のNOx、HC、
COの浄化を行う三元触媒16が設けられ、三元触媒1
6の上流位置には、空燃比センサとしての酸素濃度セン
サ14が装着されている。このO2センサ14は排気中
の酸素濃度(空燃比)に応じた電気信号を出力し、EC
U5に供給する。In the exhaust pipe 12, NOx, HC,
A three-way catalyst 16 for purifying CO is provided.
An oxygen concentration sensor 14 as an air-fuel ratio sensor is mounted at an upstream position of the sensor 6. The O2 sensor 14 outputs an electric signal corresponding to the oxygen concentration (air-fuel ratio) in the exhaust gas,
Supply to U5.
【0016】吸気管2のスロットル弁3の下流側と、排
気管12の三元触媒16の上流側との間には、排気還流
通路21が設けられており、排気還流通路21の途中に
は排気還流量を制御する排気還流弁(以下「EGR弁」
という)22が設けられている。EGR弁22は、ソレ
ノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はECU5に
より制御される。EGR弁22には、その弁開度(弁リ
フト量)LACTを検出するリフトセンサ23が設けら
れており、その検出信号はECU5に供給される。排気
還流通路21及びEGR弁22より、排気還流機構が構
成される。An exhaust gas recirculation passage 21 is provided between the intake pipe 2 downstream of the throttle valve 3 and the exhaust pipe 12 upstream of the three-way catalyst 16. An exhaust gas recirculation valve that controls the amount of exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as an “EGR valve”)
22) are provided. The EGR valve 22 is an electromagnetic valve having a solenoid, and its valve opening is controlled by the ECU 5. The EGR valve 22 is provided with a lift sensor 23 for detecting the valve opening (valve lift amount) LACT, and the detection signal is supplied to the ECU 5. The exhaust gas recirculation passage 21 and the EGR valve 22 constitute an exhaust gas recirculation mechanism.
【0017】ECU5は、各種センサからの入力信号波
形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナロ
グ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する
入力回路、中央演算処理ユニット(以下「CPU」とい
う)、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算
結果等を記憶するメモリ、燃料噴射弁6などに駆動信号
を供給する出力回路等から構成される。The ECU 5 has an input circuit having a function of shaping input signal waveforms from various sensors, correcting a voltage level to a predetermined level, and converting an analog signal value to a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter referred to as a central processing unit). A CPU that stores various arithmetic programs executed by the CPU, arithmetic results, and the like, an output circuit that supplies a drive signal to the fuel injection valve 6 and the like.
【0018】ECU5は、各種エンジンパラメータ信号
に基づいてエンジン運転状態を判別し、エンジン回転数
NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定されるEG
R弁22の弁開度指令値LCMDと、リフトセンサ23
によって検出される実弁開度LACTとの偏差を零にす
るようにEGR弁22のソレノイドに制御信号を供給す
る。またECU5は、エンジン運転状態に応じて燃料噴
射弁6の開弁時間としての燃料噴射時間TOUTを算出
し、エンジン運転状態に応じた最適の空燃比となるよう
に燃料供給量制御を行う。The ECU 5 determines an engine operating state based on various engine parameter signals, and sets EG which is set according to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA.
The valve opening command value LCMD of the R valve 22 and the lift sensor 23
The control signal is supplied to the solenoid of the EGR valve 22 so as to make the deviation from the actual valve opening LACT detected by the control routine to zero. Further, the ECU 5 calculates the fuel injection time TOUT as the valve opening time of the fuel injection valve 6 according to the engine operating state, and controls the fuel supply amount so as to obtain an optimum air-fuel ratio according to the engine operating state.
【0019】図2に示すようにエンジン1の各気筒(#
1〜#4気筒)にはそれぞれ燃焼室内の圧力を検出する
圧力検出手段としての筒内圧センサ31〜34が設けら
れており、これらのセンサの出力信号は、それぞれ図示
しないチャージアンプを経てマルチプレクサ35を介し
てA/D変換部36に供給される。マルチプレクサ35
は、筒内圧センサ31〜34の出力信号を、クランク角
180度毎に切り換えて、各気筒の圧縮行程及び膨張行
程における筒内圧を示す信号を、A/D変換部36に供
給する。A/D変換部36は、入力信号を所定のタイミ
ングでサンプリングし、そのサンプル値をディジタル信
号に変換してECU5に供給する。As shown in FIG. 2, each cylinder (#
Cylinders 1 to 4) are provided with in-cylinder pressure sensors 31 to 34 as pressure detecting means for detecting the pressure in the combustion chamber, respectively, and output signals of these sensors are output to a multiplexer 35 via a charge amplifier (not shown). Is supplied to the A / D converter 36 via the. Multiplexer 35
Switches the output signals of the in-cylinder pressure sensors 31 to 34 every 180 degrees of the crank angle, and supplies the signals indicating the in-cylinder pressure in the compression stroke and the expansion stroke of each cylinder to the A / D converter 36. The A / D converter 36 samples the input signal at a predetermined timing, converts the sampled value into a digital signal, and supplies the digital signal to the ECU 5.
【0020】図3は、筒内圧PCYLの推移を示す図で
あり、実線L1が通常燃焼時の特性を示し、破線L2が
失火時の特性を示す。本実施形態では、上死点前60度
のクランク角度位置及び上死点後60度のクランク角度
位置にて、筒内圧PCYLをサンプリングし、それぞれ
の検出圧をP2,P3とする。そして、検出圧P3の検
出圧P2に対する圧力比PR=P3/P2から「1」を
減算して得られるパラメータを、エンジン1の燃焼状態
を示す燃焼状態パラメータPRX(=PR−1)として
採用する。FIG. 3 is a graph showing the transition of the in-cylinder pressure PCYL. The solid line L1 shows the characteristic during normal combustion, and the broken line L2 shows the characteristic during misfire. In the present embodiment, the in-cylinder pressure PCYL is sampled at a crank angle position of 60 degrees before the top dead center and at a crank angle position of 60 degrees after the top dead center, and the detected pressures are P2 and P3. Then, a parameter obtained by subtracting "1" from the pressure ratio PR = P3 / P2 of the detected pressure P3 to the detected pressure P2 is adopted as a combustion state parameter PRX (= PR-1) indicating the combustion state of the engine 1. .
【0021】以下にその理由を説明する。エンジン1の
燃焼による発熱量Qは、下記式(1)で与えられる。 ここで、ηhは燃焼効率、Bは供給燃料量、Huは燃料
の低発熱量、Gは動作ガス重量、λは空気過剰率、Ga
thは理論空気重量である。The reason will be described below. The heat value Q due to the combustion of the engine 1 is given by the following equation (1). Here, ηh is the combustion efficiency, B is the supplied fuel amount, Hu is the low calorific value of the fuel, G is the operating gas weight, λ is the excess air ratio, Ga
th is the theoretical air weight.
【0022】また定容比熱をCv、理想サイクルにおけ
る上死点の燃焼前後の圧力、温度をそれぞれP2’,P
3’,T2’,T3’とすると、発熱量Qは、下記式
(2)で与えられる。 Q=G×Cv×(T3’−T2’) (2) 式(2)は、以下のように変形できる。 Q=G×Cv×T2’×(T3’/T2’−1) =G×Cv×T2’×(P3’/P2’−1) =P2’×V2’×(P3’/P2’−1)/(κ−1) (3) ここでV2’は、上死点における燃焼室容積、κは混合
気の比熱比である。比熱比κは、定圧比熱Cp/定容比
熱Cvで定義され、実際のエンジンでは、κ=1.3で
ほぼ一定となることが実験的に確認されている。The constant volume specific heat is Cv, and the pressure and temperature before and after combustion at the top dead center in an ideal cycle are P2 'and P2, respectively.
Assuming 3 ′, T2 ′ and T3 ′, the calorific value Q is given by the following equation (2). Q = G × Cv × (T3′−T2 ′) (2) Equation (2) can be modified as follows. Q = G × Cv × T2 ′ × (T3 ′ / T2′−1) = G × Cv × T2 ′ × (P3 ′ / P2′−1) = P2 ′ × V2 ′ × (P3 ′ / P2′−1) ) / (Κ-1) (3) where V2 ′ is the combustion chamber volume at the top dead center, and κ is the specific heat ratio of the air-fuel mixture. The specific heat ratio κ is defined as constant pressure specific heat Cp / constant volume specific heat Cv, and it has been experimentally confirmed that in an actual engine, κ is approximately constant at κ = 1.3.
【0023】式(1)及び(3)より、単位重量当たり
の発熱量qは、下記式(4)で与えられる。 q=ηh×Hu/(1+λ×Gath) =(P2’/G)×V2’×(P3’/P2’−1)/(κ−1) =R×T2’×(P3’/P2’−1)/(κ−1) =R×T1×ε(κ-1)×(P3’/P2’−1)/(κ−1) ここで、P3’/P2’はP3/P2に略等しいので、 q≒R×T1×ε(κ-1)×(P3/P2−1)/(κ−1) (4) ここで、Rはガス定数、εは圧縮比、T1は圧縮行程開
始時の筒内温度であり、また(P3/P2−1)は、燃
焼状態パラメータPRXである。このように、燃焼状態
パラメータPRXは、単位重量当たりの発熱量qに応じ
た(温度T1が一定であれば、発熱量qに比例する)指
標であり、燃焼状態を的確に示すパラメータであること
がわかる。From the equations (1) and (3), the calorific value q per unit weight is given by the following equation (4). q = ηh × Hu / (1 + λ × Gath) = (P2 ′ / G) × V2 ′ × (P3 ′ / P2′−1) / (κ−1) = R × T2 ′ × (P3 ′ / P2′− 1) / (κ−1) = R × T1 × ε (κ−1) × (P3 ′ / P2′−1) / (κ−1) Here, P3 ′ / P2 ′ is substantially equal to P3 / P2. Therefore, q ≒ R × T1 × ε (κ-1) × (P3 / P2-1) / (κ-1) (4) where R is the gas constant, ε is the compression ratio, and T1 is the start of the compression stroke. , And (P3 / P2-1) is a combustion state parameter PRX. As described above, the combustion state parameter PRX is an index corresponding to the calorific value q per unit weight (proportional to the calorific value q if the temperature T1 is constant), and is a parameter that accurately indicates the combustion state. I understand.
【0024】以上のように本実施形態では、圧縮行程に
おける上死点前60度の筒内圧P2と、膨張行程におけ
る上死点後60度の筒内圧P3との圧力比PR(=P3
/P2)を用いて得られる燃焼状態パラメータRPX
(=PR−1)により、エンジン1の燃焼状態を検出す
るようにしたので、少ない検出圧力値で燃焼状態を的確
に把握することができる。As described above, in the present embodiment, the pressure ratio PR (= P3) between the in-cylinder pressure P2 at 60 degrees before the top dead center in the compression stroke and the in-cylinder pressure P3 at 60 degrees after the top dead center in the expansion stroke.
/ P2) Combustion state parameter RPX obtained using
Since the combustion state of the engine 1 is detected by (= PR-1), the combustion state can be accurately grasped with a small detected pressure value.
【0025】また圧縮行程開始筒内温度T1は、吸気温
TAを、エンジン回転数NE、排気還流量(EGR量)
及びエンジン水温TWに応じて補正することにより、求
めることができる。より具体的には、1)エンジン回転
数NEに応じて図4(a)に示すKNEテーブルを検索
し、補正係数KNEを算出し、2)EGR量(EGR弁
22のリフト量)に応じて同図(b)に示すKEGRテ
ーブルを検索し、補正係数KEGRを算出し、3)エン
ジン水温TWに応じて同図(c)に示すKTWテーブル
を検索して補正係数KTWを算出し、これらの補正係数
を下記式(5)に適用して、圧縮行程開始筒内温度T1
を算出する。 T1=TA×KNE×KEGR×KTW (5) このようにして算出した温度T1及び筒内圧検出値P
2,P3を前記式(4)に適用して、エンジン1の燃焼
による発熱量qを算出することができる。The compression stroke start in-cylinder temperature T1 is obtained by changing the intake air temperature TA, the engine speed NE, and the exhaust gas recirculation amount (EGR amount).
And by correcting according to the engine coolant temperature TW. More specifically, 1) a KNE table shown in FIG. 4A is searched according to the engine speed NE to calculate a correction coefficient KNE, and 2) an EGR amount (a lift amount of the EGR valve 22). The KEGR table shown in FIG. 3B is searched to calculate the correction coefficient KEGR. 3) The KTW table shown in FIG. 3C is searched according to the engine coolant temperature TW to calculate the correction coefficient KTW. Applying the correction coefficient to the following equation (5), the compression stroke starting cylinder temperature T1
Is calculated. T1 = TA × KNE × KEGR × KTW (5) The temperature T1 and the in-cylinder pressure detection value P thus calculated
By applying P2 and P3 to the above equation (4), the heat value q due to combustion of the engine 1 can be calculated.
【0026】図5は、エンジン回転数NEを変化させた
ときの、燃焼状態パラメータPRXの実測値の平均値を
示す。同図の一点鎖線L3は、正常燃焼時の特性を示
し、破線L4は、失火時の特性を示す。この図から明ら
かなように、閾値PRXTHを例えば1の近傍に設定す
れば、エンジン回転数の全範囲で、PRX<PRXTH
であるとき失火発生と判定することができる。すなわ
ち、燃焼状態パラメータPRXを使用することにより、
エンジン回転数NEの広い範囲に亘って正確な失火判定
を行うことができる。FIG. 5 shows the average of the measured values of the combustion state parameter PRX when the engine speed NE is changed. The dashed-dotted line L3 in the figure shows the characteristics during normal combustion, and the broken line L4 shows the characteristics during misfire. As is apparent from this figure, if the threshold value PRXTH is set to, for example, around 1, PRX <PRXTH over the entire range of the engine speed.
When it is determined that misfire has occurred. That is, by using the combustion state parameter PRX,
Accurate misfire determination can be performed over a wide range of the engine speed NE.
【0027】本実施形態では、ECU5が圧力比算出手
段、燃焼状態検出手段、熱量算出手段及び失火検出手段
を構成する。また、圧縮行程における筒内圧P2が第1
の燃焼室内圧力に対応し、膨張行程における筒内圧P3
が第2の燃焼室内圧力に対応する。In this embodiment, the ECU 5 constitutes a pressure ratio calculating means, a combustion state detecting means, a calorific value calculating means and a misfire detecting means. Further, the in-cylinder pressure P2 during the compression stroke is the first pressure.
, The in-cylinder pressure P3 during the expansion stroke
Corresponds to the pressure in the second combustion chamber.
【0028】なお本発明は上述した実施形態に限るもの
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した
実施形態では、圧力比PR=P3/P2から「1」を減
算して得られる燃焼状態パラメータPRXを用いたが、
圧力比PRそのものを、燃焼状態パラメータとして使用
してもよい。その場合の失火判定用所定圧力比は、例え
ば「2」とすればよい。The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, the combustion state parameter PRX obtained by subtracting “1” from the pressure ratio PR = P3 / P2 is used.
The pressure ratio PR itself may be used as the combustion state parameter. In this case, the predetermined pressure ratio for misfire determination may be, for example, “2”.
【0029】また筒内圧のサンプリングは、上死点が中
心となる2つタイミング、すなわち圧縮行程中の上死点
前SA度と、膨張行程中の上死点後SA度(0<SA<
90度)のタイミングで実行することが望ましいが、他
のタイミングでサンプリングした検出圧を用いることも
可能である。すなわち、例えば上死点前SB度のタイミ
ングでサンプリングした圧力値をP2Bとすると、下記
式(6)により、圧力値P2Bを、上死点前SA度の圧
力値P2に換算することができる。 P2=P2B×(V2B/V2)n (6)The sampling of the in-cylinder pressure is performed at two timings centered on the top dead center, namely, SA before the top dead center during the compression stroke and SA after the top dead center during the expansion stroke (0 <SA <
(90 degrees), but it is also possible to use a detection pressure sampled at another timing. That is, assuming that the pressure value sampled at the timing of the SB degree before top dead center is P2B, the pressure value P2B can be converted into the pressure value P2 of the SA degree before top dead center by the following equation (6). P2 = P2B × (V2B / V2) n (6)
【0030】ただし、V2は上死点前SA度における燃
焼室容積、V2Bは上死点前SB度における燃焼室容
積、nはポリトロープ指数(1.3〜1.4程度であ
る)。なお、式(6)による換算が可能であるのは、サ
ンプルタイミング(SB度)がポリトロープ変化の範囲
内、すなわちP×Vnがほぼ一定となる範囲内にあるこ
とが必要である。Here, V2 is the volume of the combustion chamber at SA degree before top dead center, V2B is the volume of the combustion chamber at SB degree before top dead center, and n is the polytropic index (about 1.3 to 1.4). Incidentally, it is possible in terms according to equation (6), the sample timing (SB degree) in the range of polytropic change, i.e. it is necessary to be within a range where the P × V n becomes substantially constant.
【0031】また上述した実施形態では、圧縮行程開始
筒内温度T1は式(5)により求めたが、さらにエンジ
ン負荷(吸気管内絶対圧PBA)に応じた補正係数を算
出し、これを上記補正係数KNE,KEGR及びKTW
とともに、吸気温TAに乗算することのより求めるよう
にしてもよい。In the above-described embodiment, the compression stroke start cylinder temperature T1 is obtained by the equation (5). However, a correction coefficient corresponding to the engine load (intake pipe absolute pressure PBA) is further calculated, and this is corrected by the above correction. Coefficients KNE, KEGR and KTW
At the same time, it may be obtained by multiplying the intake air temperature TA.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上詳述したように請求項1に記載の発
明によれば、機関の圧縮行程中における第1の燃焼室内
圧力と、膨張行程中における第2の燃焼室内圧力との比
が算出され、該圧力比により機関の燃焼状態が検出され
る。前記圧力比は燃焼により発生する熱量を示す指標で
あるので、従来に比べて少ない検出圧力値に基づいて燃
焼状態を示す燃焼状態パラメータを得ることができる。As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, the ratio of the pressure of the first combustion chamber during the compression stroke of the engine to the pressure of the second combustion chamber during the expansion stroke is determined. The combustion state of the engine is calculated based on the calculated pressure ratio. Since the pressure ratio is an index indicating the amount of heat generated by combustion, a combustion state parameter indicating a combustion state can be obtained based on a smaller detected pressure value than in the related art.
【0033】請求項2に記載の発明によれば、前記圧力
比を用いて燃焼により発生する熱量が算出されるので、
機関の燃焼状態をきめ細かく把握することができる。請
求項3に記載の発明によれば、前記圧力比と所定の圧力
比とを比較することにより、機関の失火が検出される。
この検出は、燃焼による発生熱量に基づくものであるた
め、運転状態の変化や環境条件の変化の影響を受けにく
く、正確な失火検出を行うことができる。According to the second aspect of the present invention, the amount of heat generated by combustion is calculated using the pressure ratio.
The combustion state of the engine can be grasped in detail. According to the third aspect of the present invention, the misfire of the engine is detected by comparing the pressure ratio with a predetermined pressure ratio.
Since this detection is based on the amount of heat generated by the combustion, it is hardly affected by a change in the operating state or a change in the environmental condition, and accurate misfire detection can be performed.
【図1】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその
制御装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and a control device thereof according to an embodiment of the present invention.
【図2】筒内圧センサ及びその出力信号処理回路の配置
を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an arrangement of an in-cylinder pressure sensor and an output signal processing circuit thereof.
【図3】クランク軸の回転角度に対する筒内圧の変化特
性を示す図である。FIG. 3 is a graph showing a change characteristic of an in-cylinder pressure with respect to a rotation angle of a crankshaft.
【図4】圧縮行程開始時の筒内温度(T1)の算出に使
用するテーブルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a table used for calculating an in-cylinder temperature (T1) at the start of a compression stroke.
【図5】燃焼状態パラメータ(PRX)のエンジン回転
数に対する変化特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a change characteristic of a combustion state parameter (PRX) with respect to an engine speed.
1 内燃機関 5 電子コントロールユニット(圧力比算出手段、熱量
算出手段、失火検出手段) 31,32,33,34 筒内圧センサ(圧力検出手
段)Reference Signs List 1 internal combustion engine 5 electronic control unit (pressure ratio calculating means, calorific value calculating means, misfire detecting means) 31, 32, 33, 34 in-cylinder pressure sensor (pressure detecting means)
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Claims (3)
力検出手段と、前記機関のクランク軸回転角度を検出す
る角度検出手段とを有する内燃機関の燃焼状態検出装置
において、 前記機関の圧縮行程中における第1の燃焼室内圧力と、
膨張行程中における第2の燃焼室内圧力との圧力比を算
出する圧力比算出手段と、 該圧力比により前記機関の燃焼状態を検出する燃焼状態
検出手段とを有することを特徴とする内燃機関の燃焼状
態検出装置。1. A combustion state detecting device for an internal combustion engine, comprising: pressure detecting means for detecting a pressure in a combustion chamber of the internal combustion engine; and angle detecting means for detecting a crankshaft rotation angle of the engine. A first pressure in the first combustion chamber,
A pressure ratio calculating means for calculating a pressure ratio with the pressure in the second combustion chamber during an expansion stroke; and a combustion state detecting means for detecting a combustion state of the engine based on the pressure ratio. Combustion state detector.
用いて燃焼により発生する熱量を算出する熱量算出手段
を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の
燃焼状態検出装置。2. The combustion state detecting device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said combustion state detecting means includes a calorific value calculating means for calculating the amount of heat generated by combustion using said pressure ratio.
所定の圧力比とを比較することにより、前記機関の失火
を検出する失火検出手段を備えることを特徴とする請求
項1に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein the combustion state detecting means includes misfire detecting means for detecting misfire of the engine by comparing the pressure ratio with a predetermined pressure ratio. A combustion state detection device for an internal combustion engine.
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- 2000-09-22 JP JP2000287869A patent/JP2002097996A/en active Pending
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