JP2005120866A

JP2005120866A - エンジン燃焼制御装置

Info

Publication number: JP2005120866A
Application number: JP2003355013A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Kashiwatani; 呂之柏谷
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】気筒間の燃焼ばらつきを低減させる。
【解決手段】圧縮行程にある気筒を判別する判別信号及びクランク角度を示す角度信号を夫々出力するクランク角センサを用い、判別信号により判別される各気筒ごとに角度信号を監視し、クランク角度が圧縮上死点から所定角度まで変化するのに要した時間ｔ_nを計測すると共に、計測された時間ｔ_nからクランク角度の変化率を示す角速度ω_nを演算する（Ｓ１〜Ｓ１８）。そして、制御目標値たる目標角速度ωが設定されたマップを参照して、エンジン回転速度及び負荷に対応した目標角速度ωを演算した後（Ｓ１９）、各気筒における角速度ω_nが目標角速度ωに近づくように、点火時期，燃料噴射量及び燃料噴射時期のうち少なくとも１つを制御する（Ｓ２０）。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジン燃焼制御装置に関し、特に、気筒間の燃焼ばらつきを低減させる技術に関する。

エンジンにおける燃焼を安定化させる技術として、特開平１０−３３１６８２号公報（特許文献１）に開示されるような燃焼安定化装置が提案されている。かかる燃焼安定化装置は、筒内圧センサにより検出された各気筒の筒内圧力から燃料の着火遅れを示す燃焼パラメータを求め、その燃焼パラメータが設定値に近づくように点火時期などを補正するものである。そして、筒内圧センサとしては、点火プラグとシリンダヘッドとの間に介在される座金形状のもの（以下「座金センサ」という）が用いられる。
特開平１０−３３１６８２号公報

しかしながら、座金センサは、点火プラグに作用する燃焼圧力が変化すると、その軸方向荷重が変化する特性を利用して筒内圧力を検出する構造であるため、点火プラグの交換などで初期荷重が変わってしまうと、筒内圧力の検出精度が低下してしまう。そして、このような筒内圧力に基づいて点火時期などを補正すると、却って燃焼安定性を低下させてしまうおそれがある。また、シリンダヘッダなどに直接取り付ける筒内圧センサもあるが、座金センサに比べて一般的でないことから、コスト上昇を来すことに加え、その取付スペースを確保することが困難であった。さらに、筒内圧センサが必要であることから、部品点数の増加やコスト上昇の懸念もあった。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、エンジンの電子制御に不可欠なクランク角センサからの判別信号及び角度信号を用いて気筒間の燃焼ばらつきを推定し、これをエンジン運転状態に対応した制御目標値に近づけることで、機関振動を抑制しつつ機関出力及び燃費を向上させたエンジン燃焼制御装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明では、圧縮行程にある気筒を判別する判別信号及びクランク角度を示す角度信号を夫々出力するクランク角センサと、該クランク角センサから出力される判別信号により判別される各気筒ごとに前記角度信号を監視し、クランク角度が圧縮上死点から所定角度まで変化するのに要した時間を計測する時間計測手段と、該時間計測手段により計測された時間から、クランク角度の変化率を示す角速度を演算する角速度演算手段と、エンジン運転状態に対応した目標角速度を演算する目標角速度演算手段と、前記角速度演算手段により演算された角速度が前記目標角速度に近づくように、エンジンの燃焼状態を制御する燃焼状態制御手段と、を含んでエンジン燃焼制御装置を構成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、前記燃焼状態制御手段は、点火時期，燃料噴射量及び燃料噴射時期のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、エンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、を備え、前記目標角速度演算手段は、エンジン回転速度及び負荷に対応した目標角速度が設定されたマップを参照して、前記回転速度検出手段及び負荷検出手段により夫々検出されたエンジン回転速度及び負荷に対応した目標角速度を演算することを特徴とする。

請求項４記載の発明では、前記エンジン負荷は、吸入空気流量，燃料噴射量又は吸入負圧のいずれかであることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、クランク角センサから出力された判別信号により判別される各気筒ごとに角度信号が監視され、クランク角度が圧縮上死点から所定角度まで変化するのに要した時間が計測された後、計測された時間からクランク角度の変化率を示す角速度が演算される。そして、演算された角速度がエンジン運転状態に対応した目標角速度に近づくように、エンジンの燃焼状態が制御される。このため、各気筒における燃焼状態を理想的なものに近づけることができ、機関出力及び燃費を向上させることができる。また、各気筒における燃焼状態が理想的なものに近づく結果、気筒間の燃焼ばらつきが低減し、燃焼が安定化すると共に機関振動を低減することができる。

請求項２記載の発明によれば、エンジンの燃焼状態は、点火時期，燃料噴射量及び燃料噴射時期のうち少なくとも１つを介して制御されるため、燃焼制御に係る制御負荷の増大を極力抑制することができる。
請求項３記載の発明によれば、目標角速度は、エンジン回転速度及び負荷に対応したマップを参照して演算されるため、マップを任意かつ適切に設定することで、機関出力，燃費，排気性状などを最適化することができる。

請求項４記載の発明によれば、エンジン負荷として吸入空気流量，燃料噴射量又は吸入負圧のいずれかが用いられるので、一般的なエンジン制御のための各種パラメータの流用が可能となり、新たなセンサの追加に伴うコスト上昇を防止することができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
本発明に係るエンジン燃焼制御装置を示す図１において、コンピュータを内蔵した制御装置１０には、クランク角センサ１２，回転速度センサ１４（回転速度検出手段）及び負荷センサ１６（負荷検出手段）からの各種信号が入力される。クランク角センサ１２は、圧縮行程にある気筒を判別する判別信号（REF信号）と、クランク角度を示す角度信号（POS信号）と、を同時に出力するものである。回転速度センサ１４及び負荷センサ１６は、夫々、エンジン運転状態としてのエンジン回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑを検出するものである。エンジン負荷Ｑとしては、吸入空気流量，燃料噴射量又は吸入負圧のいずれかが用いられる。そして、制御装置１０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶された制御プログラムにより、点火装置１８及び燃料噴射装置２０を夫々制御する。なお、制御装置１０及びその制御プログラムにより、時間計測手段，角速度演算手段，目標角速度演算手段及び燃焼状態制御手段が夫々実現される。

ここで、クランク角センサ１２からの判別信号及び角度信号を用いて、６気筒のエンジンにおける気筒間の燃焼ばらつきを低減する原理について説明する。クランク角センサ１２は、図２に示すように、圧縮行程にある気筒＃１〜＃６を判別する判別信号、及び、クランク角度を示す角度信号を夫々出力する。このため、クランク角センサ１２から出力される判別信号を参照することで、圧縮行程にある気筒、換言すると、これから混合気に点火が行われる気筒を判別することができる。そして、判別信号により判別された各気筒ごとに、クランク角センサ１２から出力される角度信号を監視し、クランク角度が圧縮上死点（TDC；Top Dead Center）から所定角度（例えば５０°）まで変化するのに要した時間ｔ_n（ｎ＝１〜６）を計測する。その後、次式を用いて、計測された時間ｔ_nから、クランク角度の変化率を示す角速度ω_nを演算する。

ω_n＝π／ｔ_n［rad/s］
角速度ω_nは、点火時期，燃料噴射量及び燃料噴射時期などで制御され得る燃焼状態と密接な関連があると考えられる。一方、エンジン運転状態に対応した理想的な燃焼状態があり、これと密接な関連がある目標角速度ωが考えられる。そこで、角速度ω_nが目標角速度ωに近づくように、点火時期，燃料噴射量及び燃料噴射時期の少なくとも１つを制御することで、各気筒における燃焼状態が理想的なものに近づき、気筒間の燃焼ばらつきを低減しつつ、機関出力及び燃費を向上させることができる。また、気筒間の燃焼ばらつきが低減する結果、クランク軸の回転が滑らかになるので、機関振動も低減することができる。

かかる原理は、制御装置１０において、エンジン始動後所定時間ごとに繰り返し実行される図３に示すフローチャートにより具現化される。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、クランク角センサ１２から判別信号を読み込む。
ステップ２では、判別信号が第１気筒を示しているか否か、換言すると、第１気筒が圧縮行程にあるか否かが判定される。そして、判別信号が第１気筒を示していればステップ３へと進む一方（Ｙｅｓ）、判別信号が第１気筒を示していなければステップ５へと進む（Ｎｏ）。

ステップ３では、クランク角センサ１２から出力される角度信号を監視し、クランク角度が圧縮上死点から所定角度まで変化するのに要した時間ｔ₁を計測する。
ステップ４では、ω₁＝π／ｔ₁を用い、計測された時間ｔ₁に基づいて、クランク角度の変化率を示す角速度ω₁を演算する。
ステップ５では、判別信号が第４気筒を示しているか否か、換言すると、第４気筒が圧縮行程にあるか否かが判定される。そして、判別信号が第４気筒を示していればステップ６へと進む一方（Ｙｅｓ）、判別信号が第４気筒を示していなければステップ８へと進む（Ｎｏ）。

ステップ６では、クランク角センサ１２から出力される角度信号を監視し、クランク角度が圧縮上死点から所定角度まで変化するのに要した時間ｔ₄を計測する。
ステップ７では、ω₄＝π／ｔ₄を用い、計測された時間ｔ₄に基づいて、クランク角度の変化率を示す角速度ω₄を演算する。
以下、ステップ８〜ステップ１８において、同様な処理を経て、判別信号により判別される第２，６，３又は５気筒の角速度ω₂，ω₆，ω₃又はω₅を演算する。なお、ステップ１，２，３，５，６，８，９，１１，１２，１４，１５及び１７の処理が時間計測手段に、ステップ４，７，１０，１３，１６及び１８の処理が角速度演算手段に夫々該当する。

ステップ１９では、制御目標値たる目標角速度ωが設定されたマップを参照して、エンジン運転状態、即ち、回転速度センサ１４及び負荷センサ１６により夫々検出された回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑに対応した目標角速度ωを演算する。なお、ステップ１９の処理が、目標角速度演算手段に該当する。
ステップ２０では、角速度ω_nが目標角速度ωに近づくように、エンジンの燃焼状態を制御する。ここで、エンジンの燃焼状態を制御するためには、点火装置１８及び燃料噴射装置２０により、点火時期，燃料噴射量及び燃料噴射時期の少なくとも１つを制御すればよい。なお、ステップ２０の処理が、燃焼状態制御手段に該当する。

かかる制御によれば、各気筒において、クランク角度が圧縮上死点から所定角度まで変化したときの角速度ω_nが目標角速度ωに近づくように、エンジンの燃焼状態が制御される。このため、各気筒における燃焼状態を理想的なものに近づけることができ、機関出力及び燃費を向上させることができる。また、各気筒における燃焼状態が理想的なものに近づく結果、気筒間の燃焼ばらつきが低減し、燃焼が安定化すると共に機関振動を低減することができる。

なお、上記実施形態では、６気筒のエンジンに本発明を適用した例を示したが、本発明は、任意かつ複数気筒のエンジンに適用可能であることは言うまでもない。

本発明に係るエンジン燃焼制御装置の構成図気筒間の燃焼ばらつきを低減する原理の説明図上記原理を具現化する制御内容を示すフローチャート

符号の説明

１０制御装置
１２クランク角センサ
１４回転速度センサ
１６負荷センサ
１８点火装置
２０燃料噴射装置

Claims

圧縮行程にある気筒を判別する判別信号及びクランク角度を示す角度信号を夫々出力するクランク角センサと、
該クランク角センサから出力される判別信号により判別される各気筒ごとに前記角度信号を監視し、クランク角度が圧縮上死点から所定角度まで変化するのに要した時間を計測する時間計測手段と、
該時間計測手段により計測された時間から、クランク角度の変化率を示す角速度を演算する角速度演算手段と、
エンジン運転状態に対応した目標角速度を演算する目標角速度演算手段と、
前記角速度演算手段により演算された角速度が前記目標角速度に近づくように、エンジンの燃焼状態を制御する燃焼状態制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするエンジン燃焼制御装置。
前記燃焼状態制御手段は、点火時期，燃料噴射量及び燃料噴射時期のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１記載のエンジン燃焼制御装置。
エンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、
エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、
を備え、
前記目標角速度演算手段は、エンジン回転速度及び負荷に対応した目標角速度が設定されたマップを参照して、前記回転速度検出手段及び負荷検出手段により夫々検出されたエンジン回転速度及び負荷に対応した目標角速度を演算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジン燃焼制御装置。
前記エンジン負荷は、吸入空気流量，燃料噴射量又は吸入負圧のいずれかであることを特徴とする請求項３記載のエンジン燃焼制御装置。