JP2010174706A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device of an internal combustion engine capable of detecting deterioration of an ignition plug and controlling ignition timing of an internal combustion engine using cylinder internal pressure more accurately. <P>SOLUTION: The control device of the internal combustion engine calculates a combustion rate MFB, that is a ratio of a heat generation amount at each time to a total heat generation amount generated from the start of the combustion to the end thereof, based on cylinder internal pressure detected by a cylinder internal pressure sensor 50 provided in a cylinder 12 of the internal combustion engine, and has an ignition timing control means for controlling ignition timing of the internal combustion engine based on the combustion rate. While performing the ignition timing control, a change ratio of a combustion rate in the vicinity of a crank angle at the time when a combustion rate during the combustion reaches a prescribed value is calculated, and deterioration of an ignition plug 22 provided in the cylinder 12 is determined based on a temporal change of the change ratio of the combustion rate. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、筒内圧センサで検出した燃焼室の圧力を用いて点火時期制御する内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine that controls ignition timing using the pressure in a combustion chamber detected by an in-cylinder pressure sensor.

特許文献1は、内燃機関の筒内圧を検出し、この検出値に基づいて燃焼室内の各時点の燃焼状態を反映する状態量を算出し、この状態量に基づいてトルク変動の判定、又は失火割合の判定の少なくともいずれか1つの判定を行い、判定結果に基づいて点火時期を変更して内燃機関を制御する技術を開示している。   Patent Document 1 detects the in-cylinder pressure of an internal combustion engine, calculates a state quantity reflecting the combustion state at each time point in the combustion chamber based on the detected value, and determines torque fluctuation or misfire based on the state quantity. A technique is disclosed in which at least one of the ratio determinations is performed, and the internal combustion engine is controlled by changing the ignition timing based on the determination result.

また、特許文献2は、内燃機関の各燃焼サイクルにおいて、燃焼室内の筒内圧を検出し、この筒内圧に基づいて、燃焼開始から燃焼終了に至るまでに発生する総熱発生量に対する各時点における熱発生量の割合からなる燃焼割合(MFB)を算出し、所定のクランク角度における燃焼割合が目標値となるように、点火時期等の運転条件を変更する技術を開示している。   Further, Patent Document 2 detects the in-cylinder pressure in the combustion chamber in each combustion cycle of the internal combustion engine, and at each time point with respect to the total heat generation amount generated from the start of combustion to the end of combustion based on this in-cylinder pressure. A technique is disclosed in which a combustion rate (MFB) composed of a rate of heat generation is calculated, and operating conditions such as ignition timing are changed so that the combustion rate at a predetermined crank angle becomes a target value.

上記したような、燃焼行程において精密な点火時期制御を実行するためには、燃焼の安定性に大きく影響を及ぼす点火プラグの性能が重要である。点火プラグの摩耗劣化が進行すると、燃焼を安定するのが難しく、失火を誘発しかねない。   In order to execute precise ignition timing control in the combustion stroke as described above, the performance of the spark plug that greatly affects the stability of combustion is important. As the wear deterioration of the spark plug progresses, it is difficult to stabilize the combustion, which may cause misfire.

このため、精密な点火時期制御等を実現するうえで、点火プラグの劣化をオンボードで検出する技術が重要となる。   For this reason, in order to realize precise ignition timing control or the like, a technique for detecting deterioration of the spark plug on board is important.

特許文献3は、燃焼開始前から燃焼開始後までの所定の期間に定められた計測点において、それぞれ筒内圧Pと、当該筒内圧Pを検出したときの筒内容積Vを所定の指数で累乗した値との積P・Vκを算出し、これらのうちの2点間のP・Vκの差ΔP・Vκを算出し、この積算値が所定値を超えた場合には、失火が発生したと判断する技術を開示している。 Patent Document 3 discloses that the in-cylinder pressure P and the in-cylinder volume V when the in-cylinder pressure P is detected are raised to a predetermined index at measurement points determined in a predetermined period from the start of combustion to after the start of combustion. and to calculate the product P · V kappa and value, calculates a difference [Delta] P · V kappa of P · V kappa between two points of these, when the integrated value exceeds a predetermined value, misfire Disclosed is a technique for determining that it has occurred.

特開2007−285194号公報JP 2007-285194 A 特開2006−220139号公報JP 2006-220139 A 特開2006−70885号公報JP 2006-70885 A

しかしながら、上記したような失火判定技術を用いても、失火の原因が点火プラグの摩耗劣化に起因するものかを特定することができない。   However, even if the misfire determination technique as described above is used, it cannot be specified whether the cause of the misfire is due to wear deterioration of the spark plug.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、点火プラグの劣化を検出可能で、精密な点火時期制御が可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can detect deterioration of a spark plug and can perform precise ignition timing control.

本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の気筒に設けられた筒内圧センサの検出する筒内圧に基づいて、燃焼開始から燃焼終了に至るまでに発生する総熱発生量に対する各時点における熱発生量の割合である燃焼割合を算出し、当該燃焼割合に基づいて前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段を有する内燃機関の制御装置であって、前記点火時期制御手段の実行中に、燃焼行程中における前記燃焼割合が所定値に達するときのクランク角度付近における前記燃焼割合の変化率を算出する変化率算出手段と、前記燃焼割合の変化率の経時的変化に基づいて、前記気筒に設けられた点火プラグの劣化を判断する点火プラグ劣化判断手段とを有することを特徴とする。   The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor provided in the cylinder of the internal combustion engine at each time point with respect to the total heat generation amount generated from the start of combustion to the end of combustion. A control device for an internal combustion engine having an ignition timing control means for calculating a combustion ratio, which is a ratio of a heat generation amount, and controlling an ignition timing of the internal combustion engine based on the combustion ratio, and executing the ignition timing control means Based on the change rate calculation means for calculating the rate of change of the combustion rate near the crank angle when the combustion rate reaches a predetermined value during the combustion stroke, and the change over time of the rate of change of the combustion rate, And a spark plug deterioration determining means for determining deterioration of a spark plug provided in the cylinder.

上記構成において、前記点火プラグ劣化判断手段は、前記燃焼割合の変化率の経時的変化、及び、前記燃焼割合を算出する際に用いられる前記気筒内で発生する熱量を反映する状態量の燃焼終了時付近における値に基づいて、前記気筒に設けられた点火プラグの劣化を判断する、構成を採用できる。   In the above-described configuration, the ignition plug deterioration determining means is configured to end the combustion of the state quantity reflecting the change over time in the change rate of the combustion ratio and the amount of heat generated in the cylinder used when calculating the combustion ratio. A configuration in which deterioration of a spark plug provided in the cylinder is determined based on a value near the hour can be adopted.

上記構成において、前記点火プラグ劣化判断手段は、前記状態量の燃焼終了時付近における値に基づいて、前記気筒に設けられた点火プラグが劣化していないと判断した場合には、前記筒内圧センサの高圧領域における感度が異常であると判断する、構成を採用できる。   In the above configuration, when the spark plug deterioration determining means determines that the spark plug provided in the cylinder has not deteriorated based on the value of the state quantity near the end of combustion, the in-cylinder pressure sensor It is possible to adopt a configuration in which it is determined that the sensitivity in the high pressure region is abnormal.

本発明によれば、点火プラグの劣化を検出できて、筒内圧を用いた内燃機関の点火時期制御をより精密に実行可能となる。   According to the present invention, the deterioration of the spark plug can be detected, and the ignition timing control of the internal combustion engine using the in-cylinder pressure can be executed more precisely.

本発明の一実施形態に係る制御装置が適用された内燃機関の一例を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating an example of an internal combustion engine to which a control device according to an embodiment of the present invention is applied. 積値PVκと、燃焼室内における熱発生量との相関例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of a correlation with product value PV (kappa) and the amount of heat generation in a combustion chamber. 積値PVκに基づいて求められる燃焼割合と、熱発生率に基づいて求められる燃焼割合との相関例を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation example of the combustion rate calculated | required based on product value PV ( kappa) , and the combustion rate calculated | required based on a heat release rate. 燃焼割合MFBに対する点火プラグの劣化の影響を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the influence of deterioration of a spark plug with respect to the combustion rate MFB. 点火プラグが正常時と劣化時の「燃焼速度」の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of "burning speed" when a spark plug is normal and it deteriorates. 「燃焼速度」の算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of "burning speed." ECUによる点火プラグ劣化検出処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the ignition plug deterioration detection process by ECU. 「燃焼速度」の経時的変化を示すグラフである。It is a graph which shows a time-dependent change of "burning speed." 筒内圧センサの高圧領域における感度低下を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the sensitivity fall in the high pressure area | region of a cylinder pressure sensor. 筒内圧センサの正常時と異常時とにおける燃焼行程付近における筒内圧センサの出力の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the output of the in-cylinder pressure sensor in the vicinity of the combustion stroke when the in-cylinder pressure sensor is normal and abnormal. 筒内圧センサの正常時と異常時とにおける燃焼割合MFBの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the combustion ratio MFB in the normal time of a cylinder pressure sensor, and the time of abnormality. 筒内圧センサの正常時と異常時とにおける「燃焼速度」の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the "combustion speed" in the normal time of a cylinder pressure sensor, and the time of abnormality. 点火プラグの正常時と劣化時におけるPVκの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of PV (kappa) at the time of normal and deterioration of a spark plug. 筒内圧センサの正常時と劣化時におけるPVκの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of PV (kappa) at the time of normal and deterioration of a cylinder pressure sensor. ECUによる点火プラグ劣化検出処理の他の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other example of the spark plug deterioration detection process by ECU.

以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1の実施形態
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関の一例を示す概略構成図である。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an internal combustion engine to which a control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied.

この内燃機関は、本体10に形成された気筒12の燃焼室14で燃料および空気の混合気を燃焼させ、気筒12でピストン16を往復移動させることにより動力を発生するものである。   This internal combustion engine generates power by burning a mixture of fuel and air in a combustion chamber 14 of a cylinder 12 formed in a main body 10 and reciprocating a piston 16 in the cylinder 12.

内燃機関のシリンダヘッドに形成されると共に各燃焼室14に臨む吸気ポートは、吸気管(吸気マニホールド含む)18にそれぞれ接続されている。また、シリンダヘッドに形成されると共に各燃焼室14に臨む排気ポートは、排気管(排気マニホールドを含む)20にそれぞれ接続されている。また、シリンダヘッドには、吸気弁Viおよび排気弁Veが設けられている。各吸気弁Viは、対応する吸気ポートを開閉し、各排気弁Veは、対応する排気ポートを開閉する。各吸気弁Viおよび各排気弁Veは、可変動弁機構、例えば、可変バルブタイミング機能を有する動弁機構(図示省略)によって動作させられる。   An intake port formed in the cylinder head of the internal combustion engine and facing each combustion chamber 14 is connected to an intake pipe (including an intake manifold) 18. Further, the exhaust ports formed in the cylinder head and facing each combustion chamber 14 are connected to an exhaust pipe (including an exhaust manifold) 20 respectively. The cylinder head is provided with an intake valve Vi and an exhaust valve Ve. Each intake valve Vi opens and closes a corresponding intake port, and each exhaust valve Ve opens and closes a corresponding exhaust port. Each intake valve Vi and each exhaust valve Ve are operated by a variable valve mechanism, for example, a valve mechanism (not shown) having a variable valve timing function.

内燃機関は、気筒数に応じた数の点火プラグ22及び燃料直噴インジェクタ36を有し、点火プラグ22及び燃料直噴インジェクタ36は、対応する燃焼室14内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。点火プラグ22は、後述する電子制御ユニット(ECU)100からの制御指令に応じて、燃料および空気の混合気燃料直噴インジェクタ36は、ECU100からの制御指令に応じて、燃焼室14内にガソリン等の燃料を直接噴射する。   The internal combustion engine includes spark plugs 22 and direct fuel injectors 36 corresponding to the number of cylinders, and the spark plugs 22 and direct fuel injectors 36 are disposed in the cylinder head so as to face the corresponding combustion chambers 14. Has been. The spark plug 22 is in response to a control command from an electronic control unit (ECU) 100, which will be described later, and the fuel / air mixture fuel direct injection injector 36 is charged with gasoline in the combustion chamber 14 in response to a control command from the ECU 100. Etc. Fuel is directly injected.

なお、本実施形態の内燃機関は、いわゆる直噴式内燃機関であるが、これに限定されるわけではなく、いわゆるポート噴射式のガソリンエンジンにも本発明は適用可能である。   The internal combustion engine of the present embodiment is a so-called direct injection internal combustion engine, but is not limited to this, and the present invention can also be applied to a so-called port injection type gasoline engine.

吸気管18は、サージタンク24に接続されている。サージタンク24には、エアフローメータ30が組み込まれているとともに、給気ライン(吸気管)が接続されており、給気ラインは、エアクリーナ26を介して、図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気ラインの中途(サージタンク24とエアクリーナ26との間)には、スロットルバルブ(本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ)28が設けられている。一方、排気管20には、触媒装置が設けられ、三元触媒を含む前段触媒装置32およびNOx吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置34が設けられている。   The intake pipe 18 is connected to the surge tank 24. An air flow meter 30 is incorporated in the surge tank 24, and an air supply line (intake pipe) is connected to the surge tank 24. The air supply line is connected to an air intake port (not shown) via an air cleaner 26. . A throttle valve (in this embodiment, an electronically controlled throttle valve) 28 is provided midway in the air supply line (between the surge tank 24 and the air cleaner 26). On the other hand, the exhaust pipe 20 is provided with a catalyst device, and is provided with a front-stage catalyst device 32 including a three-way catalyst and a rear-stage catalyst device 34 including a NOx storage reduction catalyst.

内燃機関の各気筒12には、筒内圧センサ50が設けられている。筒内圧センサ50は、例えば、半導体素子、圧電素子、光ファイバ検出素子等で構成され、燃焼室14内の圧力(筒内圧)に応じた電気信号を発生させ、これをECU100へ出力する。筒内圧センサ50の設置位置は、図1の位置に限定されるわけではなく、筒内圧を検出可能な位置であればよい。   Each cylinder 12 of the internal combustion engine is provided with an in-cylinder pressure sensor 50. The in-cylinder pressure sensor 50 includes, for example, a semiconductor element, a piezoelectric element, an optical fiber detection element, and the like, generates an electrical signal corresponding to the pressure in the combustion chamber 14 (in-cylinder pressure), and outputs this to the ECU 100. The installation position of the in-cylinder pressure sensor 50 is not limited to the position shown in FIG.

本体10のクランクケース部分には、クランク角度を検出するためのクランク角度センサ42が設けられている。   A crank angle sensor 42 for detecting a crank angle is provided in the crankcase portion of the main body 10.

本体10の気筒12を画定する壁面に、ノッキングの発生を検出するためのノックセンサ40が設けられている。   A knock sensor 40 for detecting the occurrence of knocking is provided on the wall surface defining the cylinder 12 of the main body 10.

ECU100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、EEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)等のバックアップ用メモリ、A/D変換器やバッファ等を含む入力インターフェース回路、駆動回路等を含む出力インターフェース回路を含むハードウエアと所要のソフトウエアで構成される。このECU100には、エアフローメータ30、ノックセンサ40、クランク角度センサ42及び筒内圧センサ50からの信号が入力され、これらの信号に基づいて、点火プラグ22、スロットルバルブ28、燃料直噴インジェクタ36に制御指令を与え、点火時期制御、燃料噴射制御、空燃比制御等を実行可能となっている。   The ECU 100 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a backup memory such as an EEPROM (Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory), an A / D converter, a buffer, and the like. It comprises hardware including an output interface circuit including an input interface circuit, a drive circuit, etc., and necessary software. The ECU 100 receives signals from the air flow meter 30, knock sensor 40, crank angle sensor 42, and in-cylinder pressure sensor 50, and based on these signals, the spark plug 22, the throttle valve 28, and the direct fuel injector 36 are supplied to the ECU 100. By giving a control command, ignition timing control, fuel injection control, air-fuel ratio control, etc. can be executed.

また、内燃機関10は、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ50を、気筒数に応じた数だけ有している。各筒内圧センサ50は、対応する燃焼室14に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、かつECU38に電気的に接続されている。各筒内圧センサ50は、対応する燃焼室14における筒内圧力(相対圧力)を検出するように、検出値に対応するセンサ出力信号をECU38に与える。各筒内圧センサ50からのセンサ出力信号は、所定時間(所定クランク角度)おきにECU38に順次与えられ、例えば絶対圧力値である検出値に変換された上でECU38の所定の記憶領域(バッファ)に所定量ずつ格納保持される。なお、筒内圧検出手段は、検知部としての筒内圧センサ50と演算部としてのECU38の一部とを含んで構成される。   Further, the internal combustion engine 10 has a number of in-cylinder pressure sensors 50 including semiconductor elements, piezoelectric elements, optical fiber detection elements, and the like corresponding to the number of cylinders. Each in-cylinder pressure sensor 50 is disposed on the cylinder head so that the pressure receiving surface faces the corresponding combustion chamber 14, and is electrically connected to the ECU 38. Each in-cylinder pressure sensor 50 gives a sensor output signal corresponding to the detected value to the ECU 38 so as to detect the in-cylinder pressure (relative pressure) in the corresponding combustion chamber 14. Sensor output signals from the in-cylinder pressure sensors 50 are sequentially given to the ECU 38 at predetermined time intervals (predetermined crank angles) and converted into detection values that are absolute pressure values, for example, and then a predetermined storage area (buffer) of the ECU 38. Is stored and held by a predetermined amount. The in-cylinder pressure detection means includes an in-cylinder pressure sensor 50 as a detection unit and a part of the ECU 38 as a calculation unit.

次に、ECU100による点火時期制御の一例について図2及び図3を参照して説明する。   Next, an example of ignition timing control by the ECU 100 will be described with reference to FIGS.

ここでは、クランク角度がθであるタイミングに筒内圧センサ50により検出あるいは推定される筒内圧力をP(θ)とし、クランク角度がθであるタイミング(当該筒内圧力P(θ)の検出時あるいは推定時)の筒内容積をV(θ)とし、比熱比をκとする。そして筒内圧力P(θ)と、筒内容積V(θ)を比熱比(所定の指数)κで累乗した値V(θ)との積値P(θ)・Vκ(θ)(以下、適宜「PVκ」と記す)に着目して、燃焼割合が算出される。このPVκが、気筒内で発生する熱量を反映する状態量である。   Here, the cylinder pressure detected or estimated by the cylinder pressure sensor 50 at the timing when the crank angle is θ is P (θ), and the timing when the crank angle is θ (when the cylinder pressure P (θ) is detected). Alternatively, the in-cylinder volume at the time of estimation is V (θ), and the specific heat ratio is κ. A product value P (θ) · Vκ (θ) (hereinafter, referred to as a value V (θ) obtained by raising the in-cylinder pressure P (θ) and the in-cylinder volume V (θ) to a power of a specific heat ratio (predetermined index) κ. The combustion ratio is calculated by paying attention to “PVκ” as appropriate. This PVκ is a state quantity that reflects the amount of heat generated in the cylinder.

クランク角度に対する内燃機関の燃焼室における熱発生量Qの変化パターンと、クランク角度に対する積値PVκの変化パターンとは、例えば、特許文献2にも開示されているように、図2に示すような相関を有することが知られている。図2において、実線は、所定のモデル気筒において所定の微小クランク角度おきに検出された筒内圧力と、当該筒内圧力の検出時における筒内容積を所定の比熱比κで累乗した値との積値PVκをプロットしたものである。また、図2において、破線は、上記モデル気筒における熱発生量Qを次の(1)式に基づき、   The change pattern of the heat generation amount Q in the combustion chamber of the internal combustion engine with respect to the crank angle and the change pattern of the product value PVκ with respect to the crank angle are, for example, as shown in FIG. It is known to have a correlation. In FIG. 2, the solid line shows the in-cylinder pressure detected at predetermined minute crank angles in a predetermined model cylinder, and the value obtained by raising the in-cylinder volume at the time of detection of the in-cylinder pressure by a predetermined specific heat ratio κ. The product value PVκ is plotted. In FIG. 2, the broken line indicates the heat generation amount Q in the model cylinder based on the following equation (1):

Figure 2010174706
Figure 2010174706

として算出・プロットしたものである。なお、何れの場合も、簡単のために、κ=1.32とした。また、図2において、−360°、0°および360°は上死点(ピストンが上死点に位置するとき)に、−180°および180°は下死点(ピストンが下死点に位置するとき)に対応する。 As calculated and plotted. In either case, for simplicity, κ = 1.32. In FIG. 2, −360 °, 0 ° and 360 ° are top dead centers (when the piston is located at the top dead center), and −180 ° and 180 ° are bottom dead centers (the piston is located at the bottom dead center). Corresponding to).

Figure 2010174706
Figure 2010174706

図2に示される結果からわかるように、クランク角度に対する熱発生量Qの変化パターンと、クランク角度に対する積値PVκの変化パターンとは、概ね一致(相似)する。特に、筒内の混合気の燃焼開始(ガソリンエンジンでは火花点火時、ディーゼルエンジンでは圧縮着火時)の前後(例えば、図2における約−180°から約135°までの範囲)では、図2の両パターンは極めて良好に一致することが理解される。   As can be seen from the results shown in FIG. 2, the change pattern of the heat generation amount Q with respect to the crank angle and the change pattern of the product value PVκ with respect to the crank angle substantially coincide (similar). In particular, before and after the start of combustion of the air-fuel mixture in the cylinder (at the time of spark ignition for a gasoline engine, and at the time of compression ignition for a diesel engine) (for example, a range from about -180 ° to about 135 ° in FIG. 2), FIG. It is understood that both patterns match very well.

燃焼室における熱発生量Qと積値PVκとの相関を利用して、筒内圧センサ50によって検出される筒内圧力と、当該筒内圧力の検出時における筒内容積との積値PVκに基づいて、ある2点間におけるトータルの熱発生量に対する当該2点間の所定のタイミングまでの熱発生量の比(熱発生量比)である燃焼割合MFBが求められる(測定される)。ここで、積値PVκに基づいて燃焼室における燃焼割合を算出すれば、高負荷な演算処理を要することなく燃焼室における燃焼割合を精度よく得ることができる。すなわち、図3に示すように、積値PVκに基づいて求められる燃焼割合(同図における実線参照)は、熱発生率に基づいて求められる燃焼割合(同図における破線参照)とほぼ一致する。   Based on the product value PVκ of the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 50 and the in-cylinder volume at the time of detection of the in-cylinder pressure, using the correlation between the heat generation amount Q in the combustion chamber and the product value PVκ. Thus, a combustion ratio MFB that is a ratio of the heat generation amount between the two points up to a predetermined timing (heat generation amount ratio) with respect to the total heat generation amount between the two points is obtained (measured). Here, if the combustion ratio in the combustion chamber is calculated based on the product value PVκ, the combustion ratio in the combustion chamber can be accurately obtained without requiring high-load calculation processing. That is, as shown in FIG. 3, the combustion rate obtained based on the product value PVκ (see the solid line in the figure) substantially matches the combustion rate obtained based on the heat generation rate (see the broken line in the figure).

なお、図3において、実線は、上述のモデル気筒においてクランク角度=θとなるタイミングにおける燃焼割合を、次の(2)式に従うと共に、検出した筒内圧力P(θ)に基づいて算出し、プロットしたものである。ただし、簡単のために、κ=1.32とした。また、図3において、破線は、上述のモデル気筒においてクランク角度=θとなるタイミングにおける燃焼割合を、上記(1)式および次の(3)式に従うと共に、検出した筒内圧力P(θ)に基づいて算出し、プロットしたものである。この場合も、簡単のために、κ=1.32とした。   In FIG. 3, the solid line represents the combustion ratio at the timing when the crank angle = θ in the model cylinder described above, according to the following equation (2) and based on the detected in-cylinder pressure P (θ), It is a plot. However, for simplicity, κ = 1.32. In FIG. 3, the broken line indicates the in-cylinder pressure P (θ) in accordance with the above equation (1) and the following equation (3) and the combustion ratio at the timing when the crank angle = θ in the above model cylinder. Calculated based on the above and plotted. Also in this case, for simplicity, κ = 1.32.

Figure 2010174706
Figure 2010174706

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なお、ここでは、圧縮上死点前120°((2)式では単に−120°)および圧縮上死点後120°((2)式では単に120°)の2つのタイミングを採用した例を用いて、PVκに着目した燃焼割合の算出を説明した。しかしながら、それらは、他のタイミングであってもよく、点火ノイズの影響を排除するように例えば圧縮上死点前60°、および、全ての燃焼形態をカバーできるように例えば圧縮上死点後60°であり得る。   Here, an example in which two timings of 120 ° before compression top dead center (simply −120 ° in equation (2)) and 120 ° after compression top dead center (simply 120 ° in equation (2)) are adopted. The calculation of the combustion ratio focused on PVκ was explained. However, they may be at other timings, such as 60 ° before compression top dead center to eliminate the effects of ignition noise, and 60 ° after compression top dead center to cover all combustion modes. Can be °.

ECU100は、上記した燃焼割合MFBをサンプリング時間毎に算出し、これを用いて、内燃機関の燃焼室における混合気の火花点火時期を大きなトルクが得られると共にノッキングが発生しない最適なタイミング(MBT:Minimum advance for Best Torque)に設定するための点火プラグ22の点火時期制御を実行する。具体的には、ECU100は、所定クランク角度(例えば、10度)における燃焼割合MFBが目標値(例えば、50%)となるように、点火プラグ22の点火時期を制御する。以下、この点火時期制御をMBT制御と呼ぶ。   The ECU 100 calculates the above-described combustion ratio MFB at every sampling time, and uses this to calculate the spark ignition timing of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine at an optimal timing (MBT: Ignition timing control of the spark plug 22 for setting to “Minimum advance for Best Torque” is executed. Specifically, the ECU 100 controls the ignition timing of the spark plug 22 so that the combustion ratio MFB at a predetermined crank angle (for example, 10 degrees) becomes a target value (for example, 50%). Hereinafter, this ignition timing control is referred to as MBT control.

次に、本実施形態に係る点火プラグの劣化検出原理について図4ないし図7を参照して説明する。   Next, the deterioration detection principle of the spark plug according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

ここで、図4は、燃焼割合MFBに対する点火プラグの劣化の影響を説明するための図であり、図5は、点火プラグの正常時と劣化時の燃焼割合の変化率(燃焼速度)の一例を示すグラフであり、及び、図6は、燃焼割合の変化率(燃焼速度)の算出方法を説明するための図である。   Here, FIG. 4 is a diagram for explaining the influence of the deterioration of the spark plug on the combustion ratio MFB, and FIG. 5 is an example of the change rate (burning rate) of the combustion ratio when the spark plug is normal and when the spark plug is deteriorated. FIG. 6 is a diagram for explaining a method for calculating the rate of change of the combustion ratio (combustion speed).

図4に示すように、点火プラグ22が正常な場合(1)と、電極摩耗などにより点火特性が劣化している場合(2)とを比較すると、燃焼行程中の燃焼割合MFBの立ち上がりの勾配が正常な場合(1)よりも劣化している場合(2)のほうが小さくなるのがわかる。なお、図4において、クランク角度θcは、燃焼割合MFBの値が50%となる燃焼重心Gにおけるクランク角度である。   As shown in FIG. 4, when the ignition plug 22 is normal (1) and the ignition characteristic is deteriorated due to electrode wear or the like (2), the rising gradient of the combustion ratio MFB during the combustion stroke is compared. It can be seen that the case (2) becomes smaller than the case (1) where the deterioration is normal. In FIG. 4, the crank angle θc is a crank angle at the combustion center of gravity G at which the value of the combustion ratio MFB is 50%.

図5は、図4に示す、点火プラグ22が正常な場合(1)と、劣化している場合(2)の燃焼割合MFBをそれぞれθで微分した値、すなわち、燃焼割合MFBの変化率である。以下、燃焼割合MFBの変化率を「燃焼速度」と呼ぶ。例えば、クランク角度θc付近における燃焼速度CSは、図6に示す式(A)により算出される。   FIG. 5 shows a value obtained by differentiating the combustion rate MFB with respect to θ when the spark plug 22 is normal (1) and when it is deteriorated (2) shown in FIG. 4, that is, a change rate of the combustion rate MFB. is there. Hereinafter, the rate of change of the combustion rate MFB is referred to as “burning rate”. For example, the combustion speed CS near the crank angle θc is calculated by the equation (A) shown in FIG.

図5において、CS0は点火プラグ22が正常である燃焼速度CSの初期値であり、CSnはnトリップ走行後の点火プラグ22が劣化した状態のける燃焼速度CSである。これらを比べると、点火プラグ22が劣化すると、燃焼速度CSの値が低下することが分かる。 In FIG. 5, CS 0 is an initial value of the combustion speed CS at which the spark plug 22 is normal, and CS n is a combustion speed CS at which the spark plug 22 has deteriorated after n-trip travel. Comparing these, it can be seen that when the spark plug 22 deteriorates, the value of the combustion rate CS decreases.

本発明では、点火プラグ22が劣化すると、燃焼行程中における燃焼割合MFBが所定値(例えば50%)に達するときのクランク角度θc付近における燃焼割合MFBの変化率である燃焼速度CSの値の経時的変化に基づいて、点火プラグ22の劣化を判断する。   In the present invention, when the spark plug 22 is deteriorated, the combustion rate MFB is a rate of change of the combustion rate MFB in the vicinity of the crank angle θc when the combustion rate MFB during the combustion stroke reaches a predetermined value (for example, 50%). The deterioration of the spark plug 22 is determined on the basis of the change.

燃焼速度CSの値の経時的変化とは、例えば、所定期間、あるいは、所定距離(例えば、1万キロメータ)のトリップ毎にクランク角度θc付近における燃焼速度CSの値を算出し、初期値CS0に対して、現在の燃焼速度CSの値がどれだけ変化したかを意味する。 The time-dependent change in the value of the combustion speed CS is, for example, that the value of the combustion speed CS in the vicinity of the crank angle θc is calculated every trip for a predetermined period or a predetermined distance (for example, 10,000 kilometers), and the initial value CS 0 is calculated. In contrast, it means how much the value of the current combustion rate CS has changed.

したがって、例えば、初期値CS0に対して、あるいは、前回算出した燃焼速度CSに対して、現在の燃焼速度CSの値がどれだけ低下したかに基づいて、点火プラグ22が劣化しているかを判断することができる。これが、本発明における点火プラグの劣化検出原理である。 Therefore, for example, based on how much the value of the current combustion speed CS has decreased with respect to the initial value CS 0 or the previously calculated combustion speed CS, it is determined whether or not the spark plug 22 has deteriorated. Judgment can be made. This is the ignition plug deterioration detection principle in the present invention.

次に、ECU100による、点火プラグ22の劣化検出処理の一例について図7に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図7に示す点火プラグ22の劣化検出ルーチン1は、例えば、所定時間毎に実行される。   Next, an example of the deterioration detection process of the spark plug 22 by the ECU 100 will be described with reference to a flowchart shown in FIG. Note that the deterioration detection routine 1 of the spark plug 22 shown in FIG. 7 is executed, for example, every predetermined time.

次いで、現在のトリップ距離Tが所定距離nに達したかを判断する(ステップS1)。なお、nは、例えば、0,1,2,3...[万Km]のように設定される。   Next, it is determined whether the current trip distance T has reached a predetermined distance n (step S1). Note that n is, for example, 0, 1, 2, 3,. . . It is set as [10,000 km].

次いで、MBT制御をオンして燃焼割合MFBに基く点火時期制御を実行し(ステップS2)、可変動弁機構のバルブオーバラップをゼロにし(ステップS3)、排気ガスの一部を吸気系に再循環させるEGRシステムのEGRバルブを閉じる(ステップS4)。なお、ステップS3及びS4の処理は、燃焼速度CSを算出するために、燃焼が緩慢とならない運転条件において、MBT制御を実施するためである。   Next, the MBT control is turned on, ignition timing control based on the combustion ratio MFB is executed (step S2), the valve overlap of the variable valve mechanism is made zero (step S3), and a part of the exhaust gas is reintroduced into the intake system. The EGR valve of the EGR system to be circulated is closed (step S4). Note that the processing in steps S3 and S4 is for performing MBT control under operating conditions where combustion does not slow down in order to calculate the combustion rate CS.

次いで、燃焼速度CSnを算出する(ステップS5)。燃焼速度CSnは図6で説明した(A)式から計算される。なお、初期値CS0は、最初にこの処理ルーチンが実行されたときに算出され、記憶保存される。 Next, the combustion rate CS n is calculated (step S5). The combustion rate CS n is calculated from the equation (A) described with reference to FIG. The initial value CS 0 is calculated and stored when the processing routine is first executed.

次いで、燃焼速度CSnと初期値CS0との比(CSn/CS0)が、所定値α以下かを判断する(ステップS6)。すなわち、図8に示すように、点火プラグ22が正常であるときには、比(CSn/CS0)は1に近いが、点火プラグ22の劣化が進むと低下していく。そして、比(CSn/CS0)が所定値α(0から1の所定値)を下回ると、点火プラグ22が劣化したと判断する(ステップS7)。比(CSn/CS0)が所定値αよりも大きい場合には、点火プラグ22が劣化していないと判断して、処理を終了する。 Next, it is determined whether the ratio (CS n / CS 0 ) between the combustion speed CS n and the initial value CS 0 is equal to or less than a predetermined value α (step S6). That is, as shown in FIG. 8, when the spark plug 22 is normal, the ratio (CS n / CS 0 ) is close to 1, but decreases as the spark plug 22 deteriorates. When the ratio (CS n / CS 0 ) falls below a predetermined value α (a predetermined value from 0 to 1), it is determined that the spark plug 22 has deteriorated (step S7). If the ratio (CS n / CS 0 ) is greater than the predetermined value α, it is determined that the spark plug 22 has not deteriorated, and the process is terminated.

第2の実施形態
MBT制御に用いる筒内圧センサ50は、例えば、図9に示すように、筒内圧が比較的低い領域では、感度が低下しにくいが、筒内圧が高くなるほど感度が経時劣化等により低下していく傾向がある。高圧領域でセンサ感度が低下すると、燃焼行程において精密な点火時期制御を実行することが困難になる。
The in- cylinder pressure sensor 50 used for the second embodiment MBT control, for example, as shown in FIG. 9, is less susceptible to lowering of sensitivity in a region where the in-cylinder pressure is relatively low, but the sensitivity deteriorates over time as the in-cylinder pressure increases. There is a tendency to decrease. If the sensor sensitivity decreases in the high pressure region, it becomes difficult to perform precise ignition timing control in the combustion stroke.

筒内圧センサ50の高圧領域でセンサ感度が低下すると、例えば、図10に示すように、燃焼行程における筒内圧のピーク値が低下してしまう。このような高圧領域における感度の低下が発生すると、燃焼割合MFBは、図11に示すように、燃焼重心G付近における勾配が小さくなる。それによって、クランク角度θcにおける燃焼速度は、図12に示すように、正常時(1)のCS0から感度異常時(2)のCSnに低下する。すなわち、筒内圧センサ50の高圧領域でセンサ感度が低下したときの燃焼割合MFB及び燃焼速度CSは、点火プラグ22が劣化した場合と、同様の傾向をもつ。このため、上記した点火プラグの劣化検出手法を用いた場合、筒内圧センサ50の高圧領域でセンサ感度が異常の場合に、点火プラグ22が正常であるにもかかわらず、点火プラグ22が劣化していると誤って判断される可能性がある。 When the sensor sensitivity decreases in the high pressure region of the in-cylinder pressure sensor 50, for example, as shown in FIG. 10, the peak value of the in-cylinder pressure in the combustion stroke is decreased. When such a decrease in sensitivity occurs in the high pressure region, the combustion ratio MFB has a small gradient near the combustion center of gravity G, as shown in FIG. Accordingly, as shown in FIG. 12, the combustion speed at the crank angle θc decreases from CS 0 at normal time (1) to CS n at abnormal sensitivity (2). That is, the combustion ratio MFB and the combustion speed CS when the sensor sensitivity is reduced in the high pressure region of the in-cylinder pressure sensor 50 have the same tendency as when the spark plug 22 is deteriorated. Therefore, when the above-described spark plug deterioration detection method is used, when the sensor sensitivity is abnormal in the high pressure region of the in-cylinder pressure sensor 50, the spark plug 22 is deteriorated even though the spark plug 22 is normal. May be mistakenly determined to be.

ここで、本実施形態では、筒内圧センサ50の高圧領域で感度が異常である場合と、点火プラグ22が劣化している場合とを、燃焼割合MFBの計算終了点付近、すなわち、燃焼行程における燃焼終了時付近のPVκの値に基づいて、区別する。 Here, in the present embodiment, the case where the sensitivity is abnormal in the high pressure region of the in-cylinder pressure sensor 50 and the case where the spark plug 22 is deteriorated are near the calculation end point of the combustion ratio MFB, that is, in the combustion stroke. A distinction is made based on the value of PV κ near the end of combustion.

ここで、図13は点火プラグ22の正常時と劣化時におけるPVκの一例を示すグラフであり、図14は筒内圧センサの正常時と劣化時におけるPVκの一例を示すグラフである。 Here, FIG. 13 is a graph showing an example of a PV kappa during degradation and normal of the spark plug 22, FIG. 14 is a graph showing an example of a PV kappa during degradation and normal in-cylinder pressure sensor.

図13において、燃焼割合MFBの計算終了点付近、すなわち、燃焼行程における燃焼終了時付近のPVκは、劣化時(2)のほうが正常時(1)よりも大きな値をとることがわかる。これは、点火プラグ22の劣化が生じると、筒内における燃焼が緩慢となり、燃焼時間が長くなるので、筒内で発生する累積熱量(ΔPVκ)は相対的に大きくなるからである。 In FIG. 13, it can be seen that PV κ near the calculation end point of the combustion ratio MFB, that is, near the end of combustion in the combustion stroke, takes a larger value at the time of deterioration (2) than at the time of normal (1). This is because when the ignition plug 22 is deteriorated, the combustion in the cylinder becomes slow and the combustion time becomes long, so that the accumulated heat amount (ΔPV κ ) generated in the cylinder becomes relatively large.

一方、図14において、燃焼割合MFBの計算終了点付近、すなわち、燃焼行程における燃焼終了時付近のPVκは、筒内圧センサ50が正常時(1)と高圧領域で感度異常が発生している場合(2)とで、ほぼ同じちとなる。筒内圧センサ50の感度異常が存在したとしても、燃焼時間が長くなることはないからである。 On the other hand, in FIG. 14, in the vicinity of the calculation end point of the combustion ratio MFB, that is, PV κ near the end of combustion in the combustion stroke, a sensitivity abnormality occurs in the high pressure region when the in-cylinder pressure sensor 50 is normal (1). In case (2), it is almost the same. This is because even if there is an abnormality in the sensitivity of the in-cylinder pressure sensor 50, the combustion time does not increase.

本実施形態では、図13及び図14に示した特性の違いを利用して、筒内圧センサ50の高圧領域で感度が異常である場合と、点火プラグ22が劣化している場合とを区別する。   In the present embodiment, the case where the sensitivity is abnormal in the high pressure region of the in-cylinder pressure sensor 50 is distinguished from the case where the spark plug 22 is deteriorated by utilizing the difference in characteristics shown in FIGS. 13 and 14. .

以下に、この原理を利用した点火プラグ劣化検出処理について、図15に示すフローチャートを参照して説明する。   Hereinafter, spark plug deterioration detection processing using this principle will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

図15において、ステップS11〜S16の処理は、図7のフローチャートで説明したステップS1〜S6における処理と同様であるので、説明を省略する。   In FIG. 15, the processing in steps S11 to S16 is the same as the processing in steps S1 to S6 described in the flowchart of FIG.

ステップS17においては、上記した(2)式の分母において用いられる、燃焼開始から燃焼終了までに発生した熱量に相当するΔPVκ nを取得する。 In step S17, ΔPV κ n corresponding to the amount of heat generated from the start of combustion to the end of combustion, which is used in the denominator of equation (2), is acquired.

次いで、ΔPVκの初期値ΔPVκ とΔPVκ nとの比(ΔPVκ n/ΔPVκ )が所定値βよりも大きいかを判断する(ステップS18)。所定値βは、1よりも大きい値であり、適宜設定される。 Then, the ratio of the initial value Pv kappa 0 and Pv kappa n of ΔPV κ (ΔPV κ n / ΔPV κ 0) is determined greater than the predetermined value beta (Step S18). The predetermined value β is a value larger than 1 and is set as appropriate.

点火プラグ22が劣化している場合には、ΔPVκ nの値が初期値ΔPVκ よりも大きくなるので、比(ΔPVκ n/ΔPVκ )は1よりも大きくなり、所定値βを超えると、点火プラグ22の劣化と判断される(ステップS19)。 When the spark plug 22 is deteriorated, the value of ΔPV κ n is larger than the initial value ΔPV κ 0 , so the ratio (ΔPV κ n / ΔPV κ 0 ) is larger than 1, and the predetermined value β is set. If exceeded, it is determined that the spark plug 22 has deteriorated (step S19).

一方、筒内圧センサ50の高圧領域の感度異常の場合には、ΔPVκ nの値は初期値ΔPVκ とほぼ同じ値となり、比(ΔPVκ n/ΔPVκ )は1の近傍の値をとり、所定値βよりも小さい値であるので、筒内圧センサ50の高圧領域の感度異常と判断される(ステップS20)。 On the other hand, when the sensitivity in the high pressure region of the in-cylinder pressure sensor 50 is abnormal, the value of ΔPV κ n is substantially the same as the initial value ΔPV κ 0, and the ratio (ΔPV κ n / ΔPV κ 0 ) is a value in the vicinity of 1. Since the value is smaller than the predetermined value β, it is determined that the sensitivity in the high pressure region of the in-cylinder pressure sensor 50 is abnormal (step S20).

本実施形態では、ステップS16において、点火プラグ22が劣化しているかを判断し、さらに、ステップS18において点火プラグ22の劣化と筒内圧センサ50の高圧領域の感度異常とを区別するので、点火プラグ22の劣化検出をより正確に実行できる。加えて、筒内圧センサ50の高圧領域の感度異常を検出できる。   In this embodiment, in step S16, it is determined whether or not the spark plug 22 has deteriorated. Further, in step S18, the deterioration of the spark plug 22 and the sensitivity abnormality in the high pressure region of the in-cylinder pressure sensor 50 are distinguished. 22 deterioration detection can be performed more accurately. In addition, an abnormality in sensitivity in the high pressure region of the in-cylinder pressure sensor 50 can be detected.

10…本体
12…気筒
14…燃焼室
16…ピストン
18…吸気管
20…排気管
Vi…吸気弁
Ve…排気弁
22…点火プラグ
24…サージタンク
36…燃料直噴インジェクタ
50…筒内圧センサ
100…電子制御ユニット(ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Main body 12 ... Cylinder 14 ... Combustion chamber 16 ... Piston 18 ... Intake pipe 20 ... Exhaust pipe Vi ... Intake valve Ve ... Exhaust valve 22 ... Spark plug 24 ... Surge tank 36 ... Direct fuel injection injector 50 ... In-cylinder pressure sensor 100 ... Electronic control unit (ECU)

Claims (3)

内燃機関の気筒に設けられた筒内圧センサの検出する筒内圧に基づいて、燃焼開始から燃焼終了に至るまでに発生する総熱発生量に対する各時点における熱発生量の割合である燃焼割合を算出し、当該燃焼割合に基づいて前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段を有する内燃機関の制御装置であって、
前記点火時期制御手段の実行中に、燃焼行程中における前記燃焼割合が所定値に達するときのクランク角度付近における前記燃焼割合の変化率を算出する変化率算出手段と、
前記燃焼割合の変化率の経時的変化に基づいて、前記気筒に設けられた点火プラグの劣化を判断する点火プラグ劣化判断手段と
を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
Based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor provided in the cylinder of the internal combustion engine, the combustion ratio that is the ratio of the heat generation amount at each time point to the total heat generation amount generated from the start of combustion to the end of combustion is calculated. An internal combustion engine control device having ignition timing control means for controlling the ignition timing of the internal combustion engine based on the combustion ratio,
A change rate calculating means for calculating a change rate of the combustion ratio in the vicinity of a crank angle when the combustion ratio reaches a predetermined value during a combustion stroke during execution of the ignition timing control means;
A control device for an internal combustion engine, comprising: an ignition plug deterioration determination unit that determines deterioration of an ignition plug provided in the cylinder based on a change with time of the change rate of the combustion ratio.
前記点火プラグ劣化判断手段は、前記燃焼割合の変化率の経時的変化、及び、
前記燃焼割合を算出する際に用いられる前記気筒内で発生する熱量を反映する状態量の燃焼終了時付近における値に基づいて、前記気筒に設けられた点火プラグの劣化を判断する、ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
The spark plug deterioration determining means includes a change with time in the change rate of the combustion rate, and
Deterioration of a spark plug provided in the cylinder is determined based on a value in the vicinity of the end of combustion of a state quantity reflecting the amount of heat generated in the cylinder used when calculating the combustion ratio. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1.
前記点火プラグ劣化判断手段は、前記状態量の燃焼終了時付近における値に基づいて、前記気筒に設けられた点火プラグが劣化していないと判断した場合には、前記筒内圧センサの高圧領域における感度が異常であると判断する、ことを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の制御装置。   When the spark plug deterioration determining means determines that the spark plug provided in the cylinder has not deteriorated based on the value of the state quantity in the vicinity of the end of combustion, the spark plug deterioration determining means The control device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the sensitivity is determined to be abnormal.
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