JP2010014065A - Combustion state determination method and device for engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスエンジン、ディーゼルエンジンにおける燃焼状態の判定方法および判定装置に関するものであって、特に、筒内圧力センサが故障してもシリンダ内における失火または筒内圧力の異常低下を判定可能にする発明である。 The present invention relates to a determination method and a determination apparatus for a combustion state in a gas engine and a diesel engine. In particular, even if a cylinder pressure sensor fails, it is possible to determine misfire in a cylinder or abnormal decrease in cylinder pressure. It is an invention to do.
ガスエンジン、ディーゼルエンジンにおいては、安定的な運転のために、燃焼室内における高温部分または堆積未燃カーボン、剥離カーボン等の表面着火による過早着火及び混合気濃度の不均一等による端ガスの自発火、ノッキングの発生を確実に検知して速やかに対応処置を行うとともに、燃焼室内の最大圧力すなわち筒内最大圧力の過大な上昇や異常な低下を確実に検知して、速やかに対応処置を施すことによってエンジンの耐久性、性能の安定性を維持することが要求される。 In gas engines and diesel engines, for stable operation, spontaneous combustion of end gas due to premature ignition due to surface ignition such as high-temperature parts in the combustion chamber or deposited unburned carbon, exfoliated carbon, and non-uniform mixture concentration Reliably detect the occurrence of fire and knocking and take prompt action, and reliably detect excessive increases or abnormal drops in the maximum pressure in the combustion chamber, that is, the maximum in-cylinder pressure, and take immediate action Therefore, it is required to maintain engine durability and performance stability.
このようなエンジンの燃焼室内における燃焼状態を検知、診断する診断装置として、特許文献1(特開2007−170405号公報)等の技術が提案されている。
特許文献1においては、図18に示すように、ガスエンジンの燃焼室内における筒内圧力検出値Pと吸気圧力を含む圧縮始め以前の基準圧力Pbとの差圧ΔP(ΔP=P−Pb)をクランク角に対応させて算出し、各クランク角における前記差圧ΔPと圧縮行程における一または複数の任意点の差圧ΔP0との筒内圧力比ΔP/ΔP0を用いて燃焼室内における筒内圧力状態等の燃焼状態を診断する構成が示されている。その筒内圧力検出値Pとして、筒内最高圧力Pmaxを用いて筒内圧力比ΔPmax/ΔP0、および、燃焼行程におけるP1を用いて筒内圧力比ΔP1/ΔP0によって燃焼状態が適正か否かを判定している。
As a diagnostic apparatus for detecting and diagnosing the combustion state in the combustion chamber of the engine, a technique such as Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-170405) has been proposed.
In
また、筒内圧力センサからの圧力信号を基に失火を判定する技術の例として、特許文献2(特開2006−152895号公報)がある。この特許文献2には、気筒内に設置した圧力センサの出力から燃焼によって生じた圧力成分を抽出して、この成分に基づいて燃焼状態の検出を行う技術が示され、圧力センサの出力から求められる筒内圧力PCとの相関である燃焼パラメータCrを算出して失火を検出する。この燃焼パラメータCrは、所定のレートで求められる筒内圧力の離散値PC(i)と、これと同期する基準信号Fe(i)との積として算出されることが示されている。
Further, as an example of a technique for determining misfire based on a pressure signal from an in-cylinder pressure sensor, there is JP-A-2006-152895.
さらに、特許文献3(特開2008−2329号公報)においては、筒内圧力センサが検出した燃焼室圧力に燃焼室容積を乗算して算出した図示トルク熱量と、燃料供給量に基づいて算出した供給燃料熱量との比率から図示熱効率を求めて、該図示熱効率を予め設定した失火判定値と比較して内燃機関の失火を判定する技術が示されている。 Further, in Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-2329), the calculation is based on the indicated torque heat quantity calculated by multiplying the combustion chamber pressure detected by the in-cylinder pressure sensor by the combustion chamber volume and the fuel supply amount. A technique is shown in which the indicated thermal efficiency is obtained from the ratio to the quantity of heat supplied to the fuel, and the misfire of the internal combustion engine is determined by comparing the indicated thermal efficiency with a preset misfire determination value.
しかし、前記特許文献1、2、3のいずれの技術においても、燃焼状態を判定するには各気筒にそれぞれ少なくとも1本の筒内圧力センサを具備することが必要とされる。
また、前記特許文献1、2、3における燃焼状態の判定手法は、判定対象の気筒の燃焼室内圧力に基づいて、圧力比や燃焼パラメータや熱量等を算出して判定するものであるので、当該筒内圧力センサが破損した気筒、あるいは、筒内圧力センサ自体が異常であると判定された気筒に対しては燃焼状態を把握できず、新しい筒内圧力センサに交換するまで失火状態を検出できず、当該気筒に対する適切な回避運転が迅速に行われないおそれがある。
However, in any of the techniques disclosed in
Further, the determination method of the combustion state in
さらに、各気筒にそれぞれ少なくとも1本の筒内圧力センサを具備することが必要とされるため、V12、V16等の多気筒エンジにおいは筒内圧力センサの数が多く、配線本数が多く、メンテナンスに手間がかかる等、また筒内圧力センサを設けていないエンジンに対してコスト高となる問題も有している。 Furthermore, since it is necessary to provide each cylinder with at least one in-cylinder pressure sensor, a multi-cylinder engine such as V12 or V16 has a large number of in-cylinder pressure sensors, a large number of wires, and maintenance. In addition, there is a problem that the cost is high for an engine not provided with an in-cylinder pressure sensor.
そこで、本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、筒内圧力センサが故障しても、また全気筒に対して筒内圧力センサを設置しなくても、筒内圧力センサが故障した気筒に対し、さらに筒内圧力センサを設置していない気筒に対しても燃焼状態の判定が可能となるエンジンの燃焼状態判定方法および装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such a background, and the in-cylinder pressure sensor can be used even if the in-cylinder pressure sensor fails or no in-cylinder pressure sensor is installed for all the cylinders. It is an object of the present invention to provide an engine combustion state determination method and apparatus capable of determining a combustion state even for a cylinder in which an in-cylinder pressure sensor is not installed with respect to a cylinder having a malfunction.
前記課題を解決するため、本発明の第1の発明は、筒内圧力センサにより検出された筒内圧力検出値に基づいてシリンダ内の燃焼状態を判定するエンジンの燃焼状態判定方法において、前記筒内圧力検出値から筒内最大圧力データを取得し、該データより予め一の気筒が正常燃焼状態を含む所定の燃焼状態にある時の気筒間における相互相関値を算出し、該算出結果を相互相関図として表示して基準相互相関図を作成しておき、実際の運転時において残りの各気筒の筒内最大圧力データに基づいて気筒間における相互相関値から実相互相関図を作成し、該実相互相関図と前記基準相互相関図とのパターン照合によって前記一の気筒の燃焼状態を判定することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a first aspect of the present invention provides a combustion state determination method for an engine that determines a combustion state in a cylinder based on a detected in-cylinder pressure value detected by an in-cylinder pressure sensor. In-cylinder maximum pressure data is obtained from the detected internal pressure value, and a cross-correlation value between the cylinders when one cylinder is in a predetermined combustion state including a normal combustion state is calculated in advance from the data. A reference cross-correlation diagram is created by displaying as a correlation diagram, and an actual cross-correlation diagram is created from the cross-correlation values between the cylinders based on the in-cylinder maximum pressure data of the remaining cylinders during actual operation. The combustion state of the one cylinder is determined by pattern matching between an actual cross-correlation diagram and the reference cross-correlation diagram.
また、第2の発明は、前記燃焼状態判定方法を実施するための燃焼状態判定装置に係る発明であり、筒内圧力センサにより検出された筒内圧力検出値に基づいてシリンダ内の燃焼状態を判定するエンジンの燃焼状態判定装置において、前記筒内圧力検出値から筒内最大圧力データを取得し、該データより予め一の気筒が正常燃焼状態を含む所定の燃焼状態にある時の気筒間における相互相関値を算出し、該算出結果を相互相関図として表示して基準相互相関図を作成する基準相互相関図作成手段と、実際の運転時において残りの各気筒の筒内最大圧力データに基づいて残りの気筒間における相互相関値から実相互相関図を作成する実相互相関図作成手段と、該実相互相関図作成手段による実相互相関図と前記基準相互相関図作成手段による基準相互相関図とのパターン照合によって前記一の気筒の燃焼状態を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。 The second aspect of the invention relates to a combustion state determination device for carrying out the combustion state determination method, wherein the combustion state in the cylinder is determined based on the in-cylinder pressure detection value detected by the in-cylinder pressure sensor. In the engine combustion state determination device for determining, in-cylinder maximum pressure data is acquired from the in-cylinder pressure detection value, and one cylinder in advance is in a predetermined combustion state including a normal combustion state based on the data. Based on reference cross-correlation diagram creation means for calculating a cross-correlation value, displaying the calculation result as a cross-correlation diagram and creating a reference cross-correlation diagram, and in-cylinder maximum pressure data of each remaining cylinder during actual operation An actual cross-correlation diagram creating means for creating an actual cross-correlation diagram from the cross-correlation values between the remaining cylinders, an actual cross-correlation diagram by the actual cross-correlation diagram creating means, and a basis by the reference cross-correlation diagram creating means By pattern matching between the cross-correlation diagram and further comprising a judging means for judging the combustion state of said one cylinder.
かかる燃焼状態判定方法および装置の発明によれば、筒内圧力センサが故障した気筒に対し、さらに筒内圧力センサを設置していない気筒に対して、他の健全な気筒から得られる筒内圧力情報を統計的に総合評価して判断するため、高い検出精度で、観測できない燃焼状態を把握して判定できる。
その結果、故障したセンサを交換するまでの間でも、エンジンを運転しつつ故障した気筒に対して、異常燃焼に対する回避措置(燃料供給の停止等)を行え、エンジンの安全運転を確保できる。
According to the combustion state determination method and apparatus of the present invention, the in-cylinder pressure obtained from another healthy cylinder with respect to the cylinder in which the in-cylinder pressure sensor has failed and the cylinder without the in-cylinder pressure sensor. Since information is statistically comprehensively evaluated and determined, it is possible to grasp and determine a combustion state that cannot be observed with high detection accuracy.
As a result, it is possible to perform an avoidance measure against abnormal combustion (stopping of fuel supply, etc.) for the failed cylinder while operating the engine until the failed sensor is replaced, and to ensure safe operation of the engine.
すなわち、多気筒エンジンは、1本のクランク軸にピストンが繋がっているため、相互の気筒は干渉しながら作動している。
このため、特定気筒の筒内圧力センサが故障している場合、または筒内圧力センサが設置されていない場合であっても、燃焼異常が生じている場合には、筒内圧力センサが故障していない、または筒内センサが設置されている気筒における筒内圧力に影響を及ぼしている。
従って、筒内圧力センサが故障していない、または筒内センサが設置されている気筒の筒内圧力センサからの圧力情報を、統計処理の手法である相互相関値を用いて処理することによって、筒内圧力センサが故障している、または筒内圧力センサが設置されていない気筒に対しも燃焼状態を判定できる。
That is, since the multi-cylinder engine has a piston connected to one crankshaft, the cylinders operate while interfering with each other.
For this reason, even if the in-cylinder pressure sensor of a specific cylinder has failed or no in-cylinder pressure sensor is installed, the in-cylinder pressure sensor will fail if a combustion abnormality occurs. Or in-cylinder pressure in the cylinder in which the in-cylinder sensor is installed.
Therefore, by processing the pressure information from the in-cylinder pressure sensor of the cylinder in which the in-cylinder pressure sensor is not broken or in which the in-cylinder sensor is installed, using the cross-correlation value which is a statistical processing method, The combustion state can also be determined for a cylinder in which the in-cylinder pressure sensor is broken or in which the in-cylinder pressure sensor is not installed.
この判定に際して、まず、前記筒内圧力センサから筒内最大圧力データを取得し、該データより予め一の気筒が正常燃焼状態を含む所定の燃焼状態にある時の気筒間における相互相関値を算出し、該算出結果を相互相関図として表示して基準相互相関図を作成しておく。そして、実際の運転において筒内圧力センサが故障、または設置していない気筒以外の他の各気筒の筒内最大圧力データに基づいて残りの気筒間における相互相関値から実相互相関図作成し、該実相互相関図と前記基準相互相関図とのパターン照合、即ちパターンマッチングによって前記一の気筒の燃焼状態を判定する。 In this determination, first, in-cylinder maximum pressure data is acquired from the in-cylinder pressure sensor, and a cross-correlation value between the cylinders when one cylinder is in a predetermined combustion state including a normal combustion state is calculated in advance from the data. Then, the calculation result is displayed as a cross-correlation diagram to create a reference cross-correlation diagram. Then, in actual operation, the in-cylinder pressure sensor is broken, or an actual cross-correlation diagram is created from the cross-correlation values between the remaining cylinders based on the in-cylinder maximum pressure data of each cylinder other than the cylinder not installed, The combustion state of the one cylinder is determined by pattern matching between the actual cross-correlation diagram and the reference cross-correlation diagram, that is, pattern matching.
燃焼制御によって故障していない気筒の筒内最大圧力Pmaxは、ほぼ一定に保たれるが、失火している気筒が存在すると、着火順序がその前後の気筒に対する影響が最も大きく、着火順序が最も離れている気筒に対してはほとんど影響を及ぼさない。
従って、Pmaxに対する各気筒間の影響度を相互相関値で調べることによって、どの気筒が失火しているかを間接的に特定できる。
The in-cylinder maximum pressure P max of a cylinder that has not failed due to combustion control is kept substantially constant. However, if there is a misfired cylinder, the ignition order has the greatest effect on the preceding and succeeding cylinders, and the ignition order is It has little effect on the farthest cylinders.
Therefore, it is possible to indirectly identify which cylinder is misfiring by examining the degree of influence between each cylinder with respect to P max using the cross-correlation value.
前記の相互相関値は、統計方法の相互相関値を用いる。
直近Nサイクルの気筒Kxのデータ列をX、気筒Kyのデータ列をYとすると、その相互相関値ρx、yは、ρx、y=Cov(X,Y)/(σx×σy)で表すことができ、ここで、σx、σyは、気筒Kxのデータ列X、気筒Kyのデータ列Yの標準偏差であり、Cov(X,Y)=Σ(Xj−μx)×(Yj−μy)は、XとYの共分散である。
As the cross-correlation value, a cross-correlation value of a statistical method is used.
Assuming that the data sequence of the cylinder Kx in the most recent N cycle is X and the data sequence of the cylinder Ky is Y, the cross-correlation values ρ x and y are ρ x, y = Cov (X, Y) / (σ x × σ y ), Where σ x and σ y are standard deviations of the data string X of the cylinder Kx and the data string Y of the cylinder Ky, and Cov (X, Y) = Σ (X j −μ x ) × (Y j −μ y ) is the covariance of X and Y.
相互相関図は、次のようにして作成する。
式(1)によって算出した相互相関値ρx、yを、縦軸および横軸に気筒番号を着火順にとった座標上の気筒番号に対応する交点にプロットし、プロットした相互相関値の等相互相関値を結んで描かれる線図によって相互相関図を作成する。
このようにして作成した正常時の基準となる基準相互相関図の例を図10、11に示す。そして、この基準相互相関図のパターンと実際の運転時に得られる実相互相関図のパターンとを照合し、即ちパターンマッチングすることによって筒内圧力センサ38が故障、または設置されていない気筒の燃焼状態を判定する。
The cross-correlation diagram is created as follows.
The cross-correlation values ρ x and y calculated by the equation (1) are plotted at the intersections corresponding to the cylinder numbers on the coordinates with the cylinder numbers on the vertical axis and the horizontal axis in the firing order, and A cross-correlation diagram is created by a diagram drawn by connecting correlation values.
10 and 11 show examples of reference cross-correlation diagrams that are created in this way and serve as normal references. Then, the reference cross-correlation diagram pattern and the actual cross-correlation diagram pattern obtained during actual operation are collated, that is, by pattern matching, the in-
かかる方法発明において、好ましくは、前記燃焼状態が失火または圧縮圧力の低下状態であり、前記実相互相関図のパターンが特定気筒の失火または圧縮圧力低下時の前記基準相互相関図のパターンと合致した場合に、該特定気筒が失火または圧縮圧力低下状態と判定するとよく、また、前記実相互相関図のパターンが正常時の前記基準相互相関図のパターンと合致した場合に、正常状態と判定するとよい。 In this method invention, preferably, the combustion state is a misfire or a decrease in compression pressure, and the pattern of the actual cross-correlation diagram matches the pattern of the reference cross-correlation diagram at the time of misfire or a decrease in compression pressure of a specific cylinder. In this case, it may be determined that the specific cylinder is misfired or the compression pressure is reduced, and when the actual cross-correlation diagram pattern matches the reference cross-correlation diagram pattern at normal time, the normal cylinder state may be determined. .
また、かかる装置発明において、好ましくは、前記燃焼状態が失火または圧縮圧力の低下状態であり、前記燃焼状態判定手段は前記実相互相関図のパターンが特定気筒の失火または圧縮圧力低下時の前記基準相互相関図のパターンと合致した場合に、該特定気筒が失火または圧縮圧力低下状態と判定するとよく、また、前記燃焼状態判定手段は前記実相互相関図のパターンが正常時の前記基準相互相関図のパターンと合致した場合に、正常状態と判定するとよい。 In the apparatus invention, it is preferable that the combustion state is a misfire or a decrease in compression pressure, and the combustion state determination means uses the reference when the pattern of the actual cross-correlation diagram is a misfire or a decrease in compression pressure of a specific cylinder. When the pattern of the cross-correlation diagram matches, the specific cylinder may be determined to be in a misfire or a reduced compression pressure state, and the combustion state determination means may determine the reference cross-correlation diagram when the actual cross-correlation diagram pattern is normal. If the pattern matches, it is good to determine that the state is normal.
これによって、筒内圧力センサが故障した気筒に対し、さらに筒内圧力センサを設置していない気筒に対しても、燃焼状態が失火または圧縮圧力低下にあることを、他の健全な気筒から得られる筒内圧力情報を基に確実かつ迅速に判定できる。 As a result, it is possible to obtain from other healthy cylinders that the combustion state is misfiring or that the compression pressure is reduced even for a cylinder in which the in-cylinder pressure sensor has failed, and even for a cylinder in which the in-cylinder pressure sensor is not installed. Can be determined reliably and quickly based on the in-cylinder pressure information.
また、失火または圧縮圧力の低下状態等の異常燃焼だけでなく、前記のパターンマッチングによって燃焼状態が正常状態にあることも確認できるため、筒内圧力センサ自体の故障判定に対する信頼性を高めることができる。すなわち、筒内圧力センサ自体が故障と判定されていても、前記パターンによる照合から正常状態と判定されれば、引き続いて該センサからの信号を有効なものとして失火の判定およびエンジン制御を続けることができる。 In addition, not only abnormal combustion such as misfire or reduced compression pressure, but also the fact that the combustion state is in a normal state can be confirmed by the above pattern matching, so that the reliability of the in-cylinder pressure sensor itself for failure determination can be improved. it can. That is, even if it is determined that the in-cylinder pressure sensor itself is out of order, if it is determined that the normal state is obtained from the comparison based on the pattern, the determination of misfire and engine control are continued with the signal from the sensor being valid. Can do.
また、かかる装置発明において、好ましくは、前記筒内圧力センサが着火順序1つ置きに設置されるとよく、また、エンジンがV型多気筒エンジンからなり、前記筒内圧力センサが片バンクにだけ設置されるとよい。 In the apparatus invention, preferably, the in-cylinder pressure sensor is installed every other ignition order, and the engine is a V-type multi-cylinder engine, and the in-cylinder pressure sensor is provided only in one bank. It should be installed.
これによって、使用する筒内圧力センサが半分で済みコストダウン、および配線等のスペースが不要になり、エンジン回りのスペースの有効利用及び装置のコンパクト化が図れる。さらには、使用部品数が減るのでエンジン全体の信頼性が向上する。 As a result, only half the in-cylinder pressure sensor is used, the cost is reduced, and a space such as wiring is not required, so that the space around the engine can be effectively used and the apparatus can be made compact. Furthermore, since the number of parts used is reduced, the reliability of the entire engine is improved.
本発明によれば、筒内圧力センサが故障しても、また全気筒に対して筒内圧力センサを設置しなくても、筒内圧力センサが故障した気筒に対し、さらに筒内圧力センサを設置していない気筒に対しても燃焼状態の判定が可能となるエンジンの燃焼状態判定方法および装置を提供できる。 According to the present invention, even if the in-cylinder pressure sensor fails or no in-cylinder pressure sensor is installed for all the cylinders, the in-cylinder pressure sensor is further applied to the cylinder in which the in-cylinder pressure sensor has failed. It is possible to provide an engine combustion state determination method and apparatus capable of determining a combustion state even for cylinders that are not installed.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Only.
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係るエンジン2の燃焼状態判定装置4の全体構成を示す構成図である。
図1において、エンジン2は、ガスエンジンの例を示し多シリンダで12〜18シリンダV型の4サイクルガスエンジンである。なお、エンジンについてはガスエンジンには限らない。
シリンダ6内に往復摺動自在に嵌合されたピストン8、該ピストン8の往復動を、コネクチングロッド10を介して回転に変換するクランク軸12を備えている。
また、前記エンジン2は、ピストン8の上面とシリンダ6の内面との間に区画形成される燃焼室14、該燃焼室14に接続される給気ポート16及び給気管18、該給気ポート16を開閉する給気弁20を備え、さらに前記燃焼室14に接続される排気ポート22、該排気ポート22を開閉する排気弁24を備えて構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing the overall configuration of a combustion
In FIG. 1, an
A
The
前記給気管18の途中にはガスミキサー26が設置され、燃料ガス管28からガス量調整弁30を通して供給された燃料ガスと図示しない過給機から供給された圧縮空気(過給機を備えない場合は無過給空気)とを該ガスミキサー26で混合し、この予混合ガスを前記給気ポート16及び給気弁20を通して燃焼室14に供給するようになっている。
また、着火装置32は、図示しない副室内に軽油等のパイロット燃料34を噴射ノズル36により噴射して着火燃焼させ、この燃焼火炎を前記燃焼室14に噴出するパイロット噴射装置で構成されている。
A
The ignition device 32 includes a pilot injection device that injects a
各気筒K(1〜12)の燃焼室14には、図2に示すように筒内圧力センサ38が設置されている。図2は、V12気筒の場合を示しエンジンの平面視図である。
燃焼状態判定装置4には、各筒内圧力センサ38により検出された筒内圧力検出値、およびクランク角センサ40によって検出されたエンジン2のクランク角の検出値が入力される。
An in-
The combustion
該燃焼状態判定装置4は、筒内圧力検出値から筒内最大圧力データPmaxを取得し、該データより予め一の気筒が正常燃焼状態を含む所定の燃焼状態にある時の気筒間における相互相関値を算出する相互相関値算出手段42と、算出結果を相互相関図として表示して基準相互相関図を作成する基準相互相関図作成手段44とを備えている。
The combustion
さらに、実際の運転時において他の残りの各気筒の筒内最大圧力データに基づいて残りの気筒間における相互相関値を前記相互相関値算出手段42と同様の手法によって算出し、該算出結果から実相互相関図を作成する実相互相関図作成手段46、および、実相互相関図作成手段46による実相互相関図と基準相互相関図作成手段44による基準相互相関図とのパターンを照合して前記一の気筒の燃焼状態を判定する判定手段48を備えている。 Further, the cross-correlation value between the remaining cylinders is calculated by the same method as the cross-correlation value calculating means 42 based on the in-cylinder maximum pressure data of the other remaining cylinders during actual operation, and the calculated result is used. The actual cross-correlation diagram creating means 46 for creating the actual cross-correlation diagram, and the pattern of the actual cross-correlation diagram by the actual cross-correlation diagram creating means 46 and the reference cross-correlation diagram by the reference cross-correlation diagram creating means 44 are collated. A judging means 48 for judging the combustion state of one cylinder is provided.
ここで、本発明の燃焼状態判定の手法の原理について説明する。
多気筒エンジンは、1本のクランク軸12にピストン8が繋がっているため、相互の気筒は干渉しながら作動している。
このため、特定気筒の筒内圧力センサ38が故障している場合、または筒内圧力センサ38が設置されていない場合であっても、該気筒において燃焼異常が生じた場合には、他の筒内圧力センサ38が故障していない、または筒内センサ38が設置されている気筒Kにおける筒内圧力に影響を及ぼしている。従って、筒内圧力センサ38が故障していない、または筒内センサ38が設置されている気筒Kの筒内圧力センサ38からの圧力情報を、統計処理の手法である相互相関値を用いて処理することによって、筒内圧力センサ38が故障している場合、または筒内圧力センサ38が設置されていない場合であっても、それら気筒Kにおける燃焼状態を判定できる。
Here, the principle of the combustion state determination method of the present invention will be described.
In the multi-cylinder engine, since the
For this reason, even when the in-
すなわち、燃焼制御によって故障していない気筒の筒内最大圧力Pmaxは、ほぼ一定に保たれるが、失火している気筒が存在すると、着火順序がその前後の気筒に対する影響が最も大きく、着火順序が最も離れている気筒に対してはほとんど影響を及ぼさない。
従って、Pmaxに対する各気筒間の影響度を、相互相関値を用いて定量的に表して調べることによって、どの気筒が失火しているかを間接的に特定できる。
That is, the in-cylinder maximum pressure P max of a cylinder that has not failed due to the combustion control is kept substantially constant, but if there is a misfired cylinder, the ignition sequence has the greatest effect on the cylinders before and after that, and the ignition It has little effect on the most distant cylinders.
Therefore, it is possible to indirectly identify which cylinder is misfiring by quantitatively expressing the degree of influence between each cylinder with respect to Pmax by using a cross-correlation value.
図3は、特定の一気筒(気筒1)の筒内圧力波形の時間的推移、および次に着火する気筒(気筒2)に対する筒内圧力波形の時間的推移を示す。筒内最大圧力を一定にする燃焼制御によってP1maxは、一定に保持され、毎サイクル毎同じ波形が示されるが、エンジンの僅かな回転むら等の影響によって筒内最大圧力が多少上下した波形となって表れる。また、次の着火気筒2に対しても同様の波形が得られることを示している。
FIG. 3 shows the temporal transition of the in-cylinder pressure waveform of a specific cylinder (cylinder 1) and the temporal transition of the in-cylinder pressure waveform for the cylinder to be ignited next (cylinder 2). P1 max is kept constant by combustion control to keep the in-cylinder maximum pressure constant, and the same waveform is shown every cycle. However, the maximum in-cylinder pressure is slightly increased and decreased due to slight engine rotation unevenness and the like. It appears. Further, it is shown that a similar waveform can be obtained for the
また、図4は、エンジンの全気筒が正常燃焼状態で作動している時の筒内圧力波形を、クランク角を横軸にとり記載したものであり、n気筒の多気筒エンジンの気筒1か気筒nまでの1サイクル間の状態を着火順序に示す。
この図3、4のようにエンジンが、一定速度、一定負荷で動作している時には、全気筒の筒内圧力波形は燃焼のバラツキの範囲ないでほぼ同じ形状となる。
図5は、この正常燃焼状態の場合における、着火順序が隣接した筒内圧力波形の変動に対する傾向を示した図である。隣接した筒内圧波形のみに影響度が大きく、Pmaxの上昇、下降の傾向が似てくるが、着火順序が離れるに従い、影響度が薄れ、最も離れた気筒hでは最も影響が薄れている。
FIG. 4 shows the in-cylinder pressure waveform when all the cylinders of the engine are operating in a normal combustion state, with the crank angle as the horizontal axis, and the
When the engine is operating at a constant speed and a constant load as shown in FIGS. 3 and 4, the in-cylinder pressure waveforms of all the cylinders have substantially the same shape without a range of combustion variations.
FIG. 5 is a diagram showing a tendency with respect to fluctuations in the in-cylinder pressure waveform in which the ignition order is adjacent in the normal combustion state. The degree of influence is large only in the adjacent in-cylinder pressure waveform, and the tendency of increase and decrease in P max is similar. However, the degree of influence decreases as the ignition order goes away, and the influence is reduced most in the farthest cylinder h.
次に、図6、7、8は、例えば、気筒2が失火した場合の全気筒の筒内圧力波形を、図3、4、5に対応して示した図である。
失火していない各気筒の筒内最大圧力は、最大圧力を一定にする燃焼制御によって、ほぼ一定に保たれている。しかし、失火した気筒2においては、筒内最大圧力の低下が生じる。さらに、エンジンの僅かな回転むら等の影響によって、毎サイクルの筒内最高圧力が僅かに変化する。この回転むらによって生じる僅かな変化に対して、失火している気筒の筒内圧力が下がると着火順序が隣接した気筒が最も影響を受けて、Pmaxは、通常よりも下がり、失火している気筒の筒内圧力が上がると着火順序が隣接した気筒が最も影響を受けて、Pmaxは、通常よりも上がり、他の気筒よりも影響が顕著に現れることが示されている。すなわち、気筒2に対して着火順序が隣接する気筒の圧力変動の傾向は、失火した気筒2の圧力変動と同傾向になり、着火順序が最も離れた気筒hにおいては気筒2の圧力変動のとは関連せず影響が最も薄れている。
Next, FIGS. 6, 7, and 8 are diagrams corresponding to FIGS. 3, 4, and 5, for example, in-cylinder pressure waveforms of all cylinders when the
The in-cylinder maximum pressure of each cylinder that has not misfired is kept substantially constant by combustion control that keeps the maximum pressure constant. However, in the
そこで、他気筒との定量的な相対比較を実現するために、統計手法の相互相関値を用いる。
直近Nサイクルの気筒Kxのデータ列をX、気筒Kyのデータ列をYとすると、その相互相関値ρx、yは式(1)で表される。
ρx、y=Cov(X,Y)/(σx×σy) …(1)
ここで、σx、σy=気筒Kxのデータ列X、気筒Kyのデータ列Yの標準偏差。
Cov(X,Y)=Σ(Xj−μx)×(Yj−μy)…XとYの共分散
として表すことができる。
Therefore, in order to realize a quantitative relative comparison with other cylinders, the cross-correlation value of the statistical method is used.
Assuming that the data string of the cylinder Kx of the most recent N cycles is X and the data string of the cylinder Ky is Y, the cross-correlation values ρ x, y are expressed by the equation (1).
ρ x, y = Cov (X, Y) / (σ x × σ y ) (1)
Here, σ x , σ y = standard deviation of the data string X of the cylinder Kx and the data string Y of the cylinder Ky.
Cov (X, Y) = Σ (X j −μ x ) × (Y j −μ y )... Covariance of X and Y.
正常燃焼時の気筒Kxと気筒Kyの全気筒の相互組合せに対して、相互相関値ρx、yを算出す。全気筒の相互組合せは、例えばV16気筒の場合には、256通りの組合せがある。
それぞれの組合せに対して算出して、例えば、図9に示す相互相関値表としてまとめて表にすることができる。そして、それぞれの相互相関値ρx、yを、縦軸および横軸に気筒番号を着火順にとった座標上の気筒番号に対応する交点にプロットし、プロットした相互相関値の等相互相関値を結んで描かれる線図によって相互相関図を作成する。
A cross-correlation value ρ x, y is calculated for the mutual combination of all the cylinders Kx and Ky during normal combustion. For example, in the case of the V16 cylinder, there are 256 combinations of all cylinders.
For example, the cross-correlation value table shown in FIG. Then, the respective cross-correlation values ρ x, y are plotted at the intersections corresponding to the cylinder numbers on the coordinates where the cylinder numbers are taken in the firing order on the vertical and horizontal axes, and the equal cross-correlation values of the plotted cross-correlation values are A cross-correlation diagram is created by a diagram drawn by connection.
このようにして作成した相互相関図の例を図10、11に示す。
図10は、全気筒が正常燃焼している場合の相互相関図の結果を示す。縦軸および横軸それぞれに気筒番号を着火順にとった番号を示し、正常燃焼時には着火順序が隣接する気筒にのみ強い相関関係がある。同一の気筒同士の組合せ部分は、相互相関値が最も強くなり1となり、直線状に最も強い相互相関値が示されている。
Examples of cross-correlation diagrams created in this way are shown in FIGS.
FIG. 10 shows the results of a cross-correlation diagram when all cylinders are normally burning. The vertical axis and the horizontal axis indicate cylinder numbers in order of ignition, and there is a strong correlation only with the cylinders whose ignition order is adjacent during normal combustion. The cross-correlation value of the combination part of the same cylinder is the strongest and becomes 1, and the strongest cross-correlation value is shown linearly.
図11は、例えば気筒4が失火した場合の全気筒の相互相関図を示している。相互相関値が弱い領域が、気筒11と気筒11との交点から四方に十字状に広がっていることが特徴的パターンとなっている。これは気筒4から最も着火順序が離れた付近の気筒において弱い影響状態の現れである。
また、図12は、気筒4の筒内圧力センサ38が故障により使用不可となった、即ち、気筒4の筒内圧力センサ38の情報が使用できないことを想定した上で、気筒4が失火した状態における相互相関図を示す。
気筒4が使用不可の状態であっても、気筒4が失火している場合には、図12でも気筒4が失火している場合に特徴的なパターンである気筒11と気筒11との交点から四方に十字状に相互相関値が弱い領域が広がっているパターンが現われている。
FIG. 11 shows a cross-correlation diagram of all cylinders when the
12 assumes that the
Even if the
従って、筒内圧力センサ38が故障と判定された時には、気筒4の圧力情報を得ることができなくなるため、図12のような相互相関図しか得られないが、この図12からでも気筒4の失火の特徴的なパターンを識別できる。
失火するとバランスが崩れて、気筒間の相互作用の影響力が強くなるが(図10に比べて図11、図12の気筒4の失火状態の相互相関値が全体に強い、全体に黒くなっている)、失火した気筒4から最も着火順序が離れた気筒が他の気筒に比べて弱いという特徴的な傾向は明確に把握できる。
Accordingly, when it is determined that the in-
When misfire occurs, the balance is lost, and the influence of the interaction between the cylinders becomes stronger (the cross-correlation value of the misfire state of the
なお、筒内圧力センサ38の故障判定は、燃焼前の特定クランク角における圧力P0(図2参照)における差圧ΔP0=(P0−Pb)の所定サイクル間における標準偏差が許容範囲内にあるか否かによって判定している。
It should be noted that the failure determination of the in-
以上のように、予め、各気筒が失火した時の相互相関図を基準相互相関図として設定しておき、実際の運転時において、筒内圧力センサが異常と判定された場合には、予め取得していた基準相互相関図のパターンとのパターンマッチングによって失火の発生の有無を判定できる。
なお、パターンマッチングの手法としては、特別な手法を用いるものではなくマハラノビスタグチ法によるパターン認識よって行うことができる。
As described above, a cross-correlation diagram when each cylinder misfires is set as a reference cross-correlation diagram in advance, and is acquired in advance when the in-cylinder pressure sensor is determined to be abnormal during actual operation. Whether or not misfire has occurred can be determined by pattern matching with the pattern of the reference cross-correlation diagram.
As a pattern matching method, a special method is not used, but pattern matching can be performed by Mahalanobis Taguchi method.
次に、図13に示す制御フローチャートを参照して燃焼状態判定装置4における制御について説明する。なお、失火状態の判定について説明する。
先ず、ステップS1で制御を開始すると、ステップS2で判定対象の気筒Kを気筒1に設定する。そしてステップ3で気筒1が筒内圧力センサ38のセンサ異常と判定されたかを判断する。このセンサ異常は前記したようにΔP0の標準偏差の変動幅から判定する。そしてセンサ異常でない場合には、ステップS4で気筒1の筒内圧力センサ38を用いて、失火判定を実施し、ステップS5で失火判定結果が失火状態であるか否か判定し、失火状態の場合にはステップS6で燃焼制御は行わずにそのまま進み、失火状態でない場合にはステップS7で燃焼制御を実施する。そして、ステップS8で次の気筒番号の気筒を判定対象とし、ステップS9で気筒番号KがエンジンのN気筒数に達したか、すなわち全気筒のチェックは終了したかを判断し、全気筒終了していればステップS10で判定を終了する。
Next, control in the combustion
First, when control is started in step S1, the cylinder K to be determined is set to
さらに、ステップS3で、気筒1の筒内圧力センサが異常と判定された場合には、ステップと11に進み、気筒1を除くN−1気筒の過去mサイクル分の筒内圧力信号から相互相関値を算出し、実相互相関図を作成する。
次にステップ12では、この実相互相関図を予め作成した気筒1が失火状態にあるときの基準相互相関図とパターンの照合を行う。
Further, if it is determined in step S3 that the in-cylinder pressure sensor of
Next, in
そして、ステップS13で、照合の結果、相互相関図の特徴的な部分、すなわち、前記したように相互相関値の弱い領域の発生パターンが同じように現れる場合には、気筒1は失火状態にあると判定してステップS6に進み燃焼制御は行わない。また、ステップS13で相互相関図の特徴的な部分が相違する場合には失火状態にはないと判定して、ステップS7に進み燃焼制御を実施する。その後はステップS8で次の気筒番号の気筒を判定対象とし、ステップS9で気筒番号KがエンジンのN気筒数に達したかを判断し、達していればステップS10で判定を終了する。
In step S13, if the characteristic pattern of the cross-correlation diagram, that is, the occurrence pattern of the weak cross-correlation region as described above appears in the same manner as a result of the collation, the
図13に示す制御フローチャートの点線で囲んだ部分が、燃焼状態判定装置4における基準相互相関図作成手段44、実相互相関図作成手段46、および判定手段48によって実行されるように構成されている。
13 is configured to be executed by the reference cross-correlation
以上の第1実施形態によれば、筒内圧力センサ38が故障した気筒に対し、他の健全な気筒から得られる筒内圧力情報から、相互相関値を算出し、該算出結果から相互相関図を作成し、該相互相関図を基準となる基準相互相関図と、パターンマッチングによって評価して判定するため、高い検出精度で、直接観測できない燃焼状態を把握して判定できる。
その結果、故障した筒内圧力センサを交換するまでの間でも、エンジンを運転しつつ故障した気筒に対して、異常燃焼に対する回避措置(燃料供給の停止等)を行えて、エンジンの安全運転を確保できる。
According to the first embodiment described above, for the cylinder in which the in-
As a result, even before the failed in-cylinder pressure sensor is replaced, the engine can be operated while avoiding abnormal combustion (stopping fuel supply, etc.) for the failed cylinder, and the engine can be operated safely. It can be secured.
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。
前記第1実施形態では、筒内圧力センサ38が異常と判定された場合に、該異常な筒内圧力センサ38を用いずに失火状態を判定する手法について説明したが、第2実施形態では、多気筒エンジン全気筒に筒内圧力センサを設置せずに、順序で、1つおきに設置して、その設置していない気筒に対して、第1実施形態で説明した手法を用いて、燃焼状態を判定するものである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
In the first embodiment, the method for determining the misfire state without using the abnormal in-
図14には、図2に対応したV12気筒のエンジンの平面視図を示し、燃焼状態判定装置4には、右側の片バンク、例えば奇数番号の気筒(1、3、5、…)にだけ筒内圧力センサ38が設置され、該各筒内圧力センサ38により検出された筒内圧力検出値、およびクランク角センサ40によって検出されたエンジン2のクランク角の検出値が入力されている。
FIG. 14 shows a plan view of a V12 cylinder engine corresponding to FIG. 2, and the combustion
燃焼状態判定装置4においては、基準相互相関図作成手段44によって、V16エンジンの片バンクだけに筒内圧力センサ38を設置した場合の正常運転時の基準相互相関図をあらかじめ作成する。この正常運転時の基準相互相関図の例を図15に示す。また、この状態で、例えば気筒4が失火状態にある場合の基準相互相関図を図16に示す。
In the combustion
図16の基準相互相関図から分かるように、第1実施形態の全気筒に筒内圧力センサを設置して、気筒4を失火状態にした場合と同様のパターンを認識できる。すなわち、気筒4が失火している場合には、気筒4から最も離れた着火気筒付近である気筒11と気筒11との交点から四方に十字状態に相互相関値が弱い領域が広がっているパターンが現われている。
As can be seen from the reference cross-correlation diagram of FIG. 16, it is possible to recognize the same pattern as in the case where in-cylinder pressure sensors are installed in all the cylinders of the first embodiment and the
従って、図15と図16に示すように、基準相互相関図のパターンを正常燃焼時と失火状態時とで明らかに有意差をもって区別できるため、さらに、特定の気筒の失火状態のパターンも全気筒に筒内圧力センサを設置した場合と同様の特徴的なパターンとして判別できるため、片バンクだけにしか筒内圧力センサを設置しない場合でも、特定気筒の失火状態を判定可能である。 Accordingly, as shown in FIGS. 15 and 16, the pattern of the reference cross-correlation diagram can be clearly distinguished with a significant difference between the normal combustion and the misfire state. Since it can be determined as a characteristic pattern similar to the case where the in-cylinder pressure sensor is installed in the cylinder, the misfire state of the specific cylinder can be determined even when the in-cylinder pressure sensor is installed only in one bank.
これによって、使用する筒内圧力センサ38が半分で済みコストダウン、および配線等のスペースが不要になり、エンジン回りのスペースの有効利用及び装置のコンパクト化が図れる。さらには、使用部品数が減るのでエンジン全体の信頼性が向上する。
As a result, the
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。
前記第1実施形態、第2実施形態は、失火燃焼状態のような圧縮圧力低下時の判定手法について説明したが、第3実施形態は、筒内が正常燃焼状態にあることを判定して筒内圧力センサの異常判定の信頼性を高めるものである。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
In the first embodiment and the second embodiment, the determination method when the compression pressure is reduced as in the misfire combustion state has been described. In the third embodiment, it is determined that the inside of the cylinder is in the normal combustion state and the cylinder is This improves the reliability of the abnormality determination of the internal pressure sensor.
図10、図15で示す正常状態の基準相互相関図のパターンを基に、図17のように、図13のフローチャートのステップS12で、基準相互相関図との照合を行い、ステップS20によって、正常状態のパターンと判定された場合には、ステップS4に戻って、筒内圧力センサ38の出力値によって失火状態を判定するようにしてもよい。
このように基準相互相関図と実相互相関図との照合によって燃焼状態が正常状態の場合も判定することによって、筒内圧力センサ38の異常判定の信頼性を高めることができる。
そして、引き続いて筒内圧力センサ38からの信号を有効なものとして失火の判定およびエンジン制御を続けることができる。
Based on the normal reference cross-correlation diagram patterns shown in FIGS. 10 and 15, as shown in FIG. 17, the reference cross-correlation diagram is collated in step S <b> 12 of the flowchart of FIG. 13. If the state pattern is determined, the process may return to step S4 to determine the misfire state based on the output value of the in-
As described above, the determination of the abnormality of the in-
Subsequently, the misfire determination and the engine control can be continued by making the signal from the in-
本発明によれば、筒内圧力センサが故障しても、また全気筒に対して筒内圧力センサを設置しなくても、筒内圧力センサが故障した気筒に対し、さらに筒内圧力センサを設置していない気筒に対しても燃焼状態の判定が可能となるので、ガスエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関の燃焼状態判定方法および判定装置への適用に際して有益である。 According to the present invention, even if the in-cylinder pressure sensor fails or no in-cylinder pressure sensor is installed for all the cylinders, the in-cylinder pressure sensor is further applied to the cylinder in which the in-cylinder pressure sensor has failed. Since it is possible to determine the combustion state even for cylinders that are not installed, it is useful when applied to a combustion state determination method and determination device for an internal combustion engine such as a gas engine or a diesel engine.
2 エンジン
4 燃焼状態判定装置
6 シリンダ
12 クランク軸
38 筒内圧力センサ
40 クランク角センサ
42 相互相関値算出手段
44 基準相互相関図作成手段
46 実相互相関図作成手段
48 判定手段
2
Claims (10)
前記筒内圧力検出値から筒内最大圧力データを取得し、該データより予め一の気筒が正常燃焼状態を含む所定の燃焼状態にある時の気筒間における相互相関値を算出し、該算出結果を相互相関図として表示して基準相互相関図を作成しておき、実際の運転時において残りの各気筒の筒内最大圧力データに基づいて気筒間における相互相関値から実相互相関図を作成し、該実相互相関図と前記基準相互相関図とのパターン照合によって前記一の気筒の燃焼状態を判定することを特徴とするエンジンの燃焼状態判定方法。 In the engine combustion state determination method for determining the combustion state in the cylinder based on the in-cylinder pressure detection value detected by the in-cylinder pressure sensor,
In-cylinder maximum pressure data is acquired from the in-cylinder pressure detection value, and a cross-correlation value between cylinders when one cylinder is in a predetermined combustion state including a normal combustion state is calculated in advance from the data, and the calculation result Is created as a cross-correlation diagram and a reference cross-correlation diagram is created, and an actual cross-correlation diagram is created from the cross-correlation values between the cylinders based on the in-cylinder maximum pressure data of the remaining cylinders during actual operation. An engine combustion state determination method comprising: determining a combustion state of the one cylinder by pattern matching between the actual cross-correlation diagram and the reference cross-correlation diagram.
前記筒内圧力検出値から筒内最大圧力データを取得し、該データより予め一の気筒が正常燃焼状態を含む所定の燃焼状態にある時の気筒間における相互相関値を算出し、該算出結果を相互相関図として表示して基準相互相関図を作成する基準相互相関図作成手段と、
実際の運転時において残りの各気筒の筒内最大圧力データに基づいて残りの気筒間における相互相関値から実相互相関図を作成する実相互相関図作成手段と、
該実相互相関図作成手段による実相互相関図と前記基準相互相関図作成手段による基準相互相関図とのパターン照合によって前記一の気筒の燃焼状態を判定する判定手段とを備えたことを特徴とするエンジンの燃焼状態判定装置。 In a combustion state determination device for an engine that determines a combustion state in a cylinder based on an in-cylinder pressure detection value detected by an in-cylinder pressure sensor,
In-cylinder maximum pressure data is acquired from the in-cylinder pressure detection value, and a cross-correlation value between cylinders when one cylinder is in a predetermined combustion state including a normal combustion state is calculated in advance from the data, and the calculation result A reference cross-correlation diagram creating means for creating a reference cross-correlation diagram by displaying as a cross-correlation diagram;
Real cross-correlation diagram creating means for creating a real cross-correlation diagram from cross-correlation values between the remaining cylinders based on the in-cylinder maximum pressure data of the remaining cylinders during actual operation;
And determining means for determining the combustion state of the one cylinder by pattern matching between the actual cross-correlation diagram by the actual cross-correlation diagram creating means and the reference cross-correlation diagram by the reference cross-correlation diagram creating means. An engine combustion state determination device.
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Cited By (3)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20110906 |