JP2508632B2 - 内燃機関用仕事量算出装置 - Google Patents

内燃機関用仕事量算出装置

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JP2508632B2 JP61109145A JP10914586A JP2508632B2 JP 2508632 B2 JP2508632 B2 JP 2508632B2 JP 61109145 A JP61109145 A JP 61109145A JP 10914586 A JP10914586 A JP 10914586A JP 2508632 B2 JP2508632 B2 JP 2508632B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃焼圧とクランク角度とより内燃機関の仕事
量を算出する内燃機関用仕事量算出装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、MBT(minimum spark advance for best torqu
e)フィードバック制御等において、燃焼圧を検出し、
この燃焼圧がより大きくなる様、点火時期、空燃比、排
ガス再循環(EGR)量等を制御する装置が提案されてい
る(例えは、特開昭59−136544号公報)。
燃焼圧を検出する場合、単に瞬間的な出力を生む最大
燃焼圧よりも、出力トルクを発生する図示平均有効圧Pi
に基づいて行った方が、より正確な制御が行なえること
から、図示平均有効圧Piに基づく制御が行われている。
第4図の指圧線図において、面積S1(出力として作用
する)と面積S2(ポンプ仕事として作用する)の差を行
程容積Vhで除した値、即ちPi=(S1−S2)/Vhで表わさ
れる。実際にPiを求める場合、 により逐次計算で演算する。ここで、θはクランク角
度、Pθは各θでの燃焼圧、ΔVθは各θでの容積変化
分である。
しかし、上式中ΔVθの演算が非常に複雑で、相当高
速な演算機能を持っていても、演算に時間がかかり、高
速回転時や過渡時に対応できない問題点があった。勿
論、コストもアップしてしまう。
すなわち、各θでの行程容積Vθは、第5図より、θ
の関係となり、 で表わせる。つまり、上記ΔVθは、前回のVθと今回
Vθとの差である。
この様に、ΔVθは、三角関数・平方根の複雑な計算
を必要とするのである。
以上の問題に対し、ΔVθの演算を大幅に簡略化する
ために、等容積変化毎の信号を出力する、等容積センサ
が提案されている(例えば、特開昭59−51160号公
報)。
これは、例えば図6に示す如く、クランク軸に取付け
られたスリット円板に等容積変化する毎に信号を出力す
る様な間隔にスリットを設けた等容積センサであり、こ
れにより、信号が出力される毎に、燃焼圧Pθをサンプ
リングする方式である。
この方式でPiを求める場合は、前述した と書き改めることができる。演算が複雑であったΔVθ
が定数ΔVに変換され、計算時間が大幅に短縮できるこ
とは明らかである。上式の括弧内は、爆発・吸入行程の
和から、排気・圧縮行程の和を差し引いたものであり、
総て和・減算で求めることができる。
以上、等容積センサ方式は、図示平均有効圧Piを、簡
単な計算で高速に行うことができ、かつ、コスト安とい
うメリットがある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、この方式においても、次の2つの問題
点が指摘されている。
まず第1の問題点は、図示平均有効圧Piの制御パラメ
ータに対する感度が鈍いことである。例えばPiが最大
(即ち出力トルクが最大)になる様に点火時期を制御す
る場合、制御量に対するPiの変化量が小さいため、より
木目細かい制御が出来ない。確かに、前述した如く、図
示平均有効圧Piは理論的にPi=(S1−S2)/Vhで表わさ
れるが、上記制御量に対して反応する領域は、せいぜい
第4図に示すθからθの間である。即ち、それ以外
の変化しない領域が、図示平均有効圧Piの感度を鈍らせ
ているのである。
第2の問題点は、例えば4サイクル4気筒エンジンを
考えると、等容積センサが最低2個必要となることであ
る。即ち、第1、第4気筒用が1つと、それから相対的
に180°CAずれている第3、第2気筒用が1つの、計2
個の等容積センサが必要となり、コスト高を招く。
但し、等容積センサをカム軸あるいはディストリビュ
ータ回転軸等に設置すれば、センサは1個で済む。とこ
ろが、カム軸やディストリビュータ回転軸は、クランク
軸に対して、ギヤのバックラッシュ等が存在し、燃焼圧
による制御には向いていない。
そこで本発明は図示平均有効圧Piの制御パラメータに
対する感度を改善し、かつ1個の等容積センサを用いる
のみで、略図示平均有効圧を演算することができるよう
にしたものである。
〔問題点を解決するための手段〕
そのため本発明は、内燃機関の燃焼圧を各気筒毎に検
出する燃焼圧センサと、(720°/気筒数)のクランク
角度範囲以内でかつ各気筒の圧縮行程及び爆発行程内の
特定の範囲のみにおいてクランク軸の回転に同期してシ
リンダ容積が一定量変化する毎に信号を発生する等容積
センサと、前記燃焼圧センサにより検出した各気筒の燃
焼圧を等容積センサの信号に従ってサンプリングし、燃
焼圧の略図示平均有効圧を気筒毎に求める平均有効圧演
算手段とを備え、前記等容積センサは、シリンダ容積の
一定変化量が2種以上上記クランク角度範囲内に設定さ
れ、クランク軸の回転に同期してシリンダ容積が各一定
変化量変化する毎に信号を発生する多段階等容積センサ
よりなることを特徴とする内燃機関用仕事量算出装置を
提供するものである。
〔作用〕
これにより、(720°/気筒数)のクランク角度範囲
以内でかつ各気筒の圧縮行程及び爆発行程内の特定の範
囲のみにおいてクランク軸の回転に同期してシリンダ容
積が一定量変化する毎に等容積センサにより信号を発生
し、この等容積センサの信号に従って燃焼圧センサによ
り検出した各気筒の燃焼圧をサンリングして、平均有効
圧演算手段により燃焼圧の略図示平均有効圧を気筒毎に
求める。
〔実施例〕
以下本発明を図に示す実施例について説明する。第1
図はエンジン及び点火時期制御装置の概略構成図であ
り、1は4サイクル4気筒エンジン、2はそのクランク
軸、3はクランク軸2に固定されたスリット板、4はス
リット板3の回転によってシリンダ容積の一定量変化
(等容積変化)毎の信号を出力する光電式の等容積セン
サであり、スリット板3の両側に対向して配置した発光
素子4Aと重厚素子4Bとを有している。
そして、5はイグナイタ6、点火コイル7を介して出
力される高圧点火信号を各気筒の点火プラグに分配する
ディストリビュータ、8は各気筒毎に取付けられる点火
プラグに一体化し組込まれた燃焼圧センサ、9は制御回
路である。
そして、制御回路9は、マイクロコンピュータ10、等容
積センサ4より出力される 信号を増幅する増幅回路11
および燃焼圧センサ8のアナログ出力をディジタル出力
に変換するA/D変換回路12により構成される。
また、マイクロコンピュータ10は第2図に示すよう
に、2つの入力ポート13、14と、出力ポート15と、入・
出力データの演算処理を行うCPU16と、入出力データや
演算結果等を一時的に記憶するROM17と、制御プログラ
ムが格納されているROM18等とによって構成されてい
る。
以下、略図示平均有効圧を平均有効圧Pmとする。第4
図において、上死点(TDC)前のθからTDC後のθ
範囲の平均有効圧Pmを求めれば、制御パラメータを変化
させない時Pmが安定しており、かつ制御パラメータを微
少変化させた時Pmが感度良く反応するものとする。但し
この範囲は、4サイクル4気筒エンジンでは180°CA以
内、4サイクル6気筒エンジンでは120°CA以内でなけ
ればならない。
θからθの間で、等容積変化毎に信号を出力する
等容積センサ4のスリット板3の基本構成の一例を3図
に示す。これは4サイクル4気筒エンジンの例であり、
等容積変化毎に形成された第1、第4気筒用のθから
θまでのスリット3Aと、同じく等容積変化毎に形成さ
れた第3、第2気筒用のθからθまでのスリット3B
とは、スリット板3の円周上点対称の関係で形成してあ
る。
この等容積センサにより信号が出力される毎に燃焼圧
Pθをサンプリングする。平均有効圧Pmは前述した方法
と同様に、 から容易に求まる(第7図参照)。ここで、Vh′は、TD
Cからθまでの行程容積である。また、実際の制御に
おいては、 の値を用いても、何ら差し支えない。
第8図に、平均有効圧Pmを求めるフローチャートの基
本構成の一例を示す。図示しないが、カム軸等に取付け
られた気筒判別用センサよりの出力信号により、ステッ
プ101において気筒判別を行った後に、ステップ102に進
んで、カウンタN、Pm1、Pm2がクリアされてステップ10
3に進む。このステップ103では等容積センサ4よりの信
号が入力される毎に、燃焼圧センサ8より、燃焼圧Pθ
がサンプリングされる。同時に、ステップ104にてカウ
ンタNがインクリメントされる。その後、ステップ105
に進んでカウンタNのカウント値がTDCを越えたか否か
を判別する。第7図の例だと、N=4でTDCを越えるの
で、N<4の場合はステップ106に進んでPm1に、N≧4
の場合はステップ107に進んでPm2に、それぞれ燃焼圧P
θが加算される。次にステップ108に進んでカウンタN
のカウント値がθを越えたか否かを判別する。第7図
の基本構成例では、N=13でθ=θとなり、サンプリ
ング区間が終了する。最後に、ステップ109に進んでPm1
とPm2より、平均有効圧Pm=Pm2−Pm1が演算され、本ル
ーチンは終了する。
第9図に、平均有効圧Pmが最大、即ち、出力トルクが
最大となる様に、点火時期を制御する場合のフローチャ
ートの基本構成の一例を示す。ステップ201にて気筒判
別を行った後にステップ202に進んで第8図のフローチ
ャートで求めたPm(i)を各気筒毎に読み込む。その
後、ステップ203に進んで今回求めたPm(i)と前回求
めたP′m(i)とを各気筒毎に比較する。今回の方が
大きければ、ステップ204に進んでその気筒の点火時期
を所定量αだけ直角させる。一方、今回の方が小さけれ
ば、ステップ205に進んでその気筒の点火時期を所定量
βだけ遅角させる。これにより、出力トルクが最大とな
る様な最適な点火時期(MBT)にフィードバック制御で
きる。
ここで、上記αとβは同じ値でも良い。
また、本実施例は、気筒別に平均有効圧を求め、気筒
別に点火時期を制御するものであるが、点火時期・空燃
比・EGR量等の2つ以上により制御するものでも良い。
逆に、代表気筒のみの平均有効圧によって、全気筒の点
火時期や空燃比を一律に制御するようにしてもよい。
以上の構成を応用した本発明の実施例を以下説明す
る。燃焼圧のサンプリング区間θ〜θの中でも、特
に燃焼圧の変化率の大きい区間に、上述した等容積変化
ΔVより、更に小さい等容積変化ΔV′を発生させる多
段階等容積センサにしたことを特徴とするものである。
第10図の例では、TDCからθの区間において、それ
以外の等容積変化ΔVの半分の等容積変化ΔV′に細分
化し、平均有効圧Pmは、 から求まる。等容積センサとしては、第11図に示す如
く、第1、第4気筒用及び第3、第2気筒用にそれぞれ
破線で示す4つの追加スリット3A1、3B1が追加されたも
のとなる。これにより、θからTDC及びθからθ
までは、ΔVの等容積変化毎に信号に出力し、TDCから
θまでは、ΔV′の等容積変化毎に信号を出力するこ
とになる。
故に、燃焼圧の変化率の大きいTDCからθまでの区
間をより精度良くサンプリングすることが可能となる。
第12図に上記本発明実施例における平均有効圧Pmを求
めるフローチャートの一例を示す。
〔発明の効果〕
以上説明した如く、本発明は、等容積センサ信号の出
力範囲、即ち、燃焼圧のサンプリング区間を、圧縮行程
から爆発行程の範中に、(720°/気筒数)CA以内の特
定の範囲のみ設定することを特徴とする。
これにより、平均有効圧Pmは制御パラメータに対し
て、感度良くかつ安定したものにできる。しかも、一個
のクランク軸に取付けられた等容積センサで、気筒別に
燃焼圧をサンプリングすることが可能となり、気筒別に
各種パラメータを制御することも容易である。
さらに、等容積センサとして、シリンダ容積の一定変
化量が2種以上クランク角度範囲内に設定され、クラン
ク軸の回転に同期してシリンダ容積が各一定変化量変化
する毎に信号を発生する多段階等容量センサを用いるこ
とにより、燃焼圧の変化率が大きい区間をより精度よく
サンプリングすることができるという優れた効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置を適用する点火時期制御装置の一実
施例を示す概略構成図、第2図は第1図図示装置におけ
る制御回路をより詳細に示すブロック図、第3図は第1
図図示装置に用いられるスリット板の基本構成を示す平
面図、第4図は一般の内燃機関の指圧線図、第5図は一
般の内燃機関における行程容積を説明するための模式構
成図、第6図は従来装置におけるスリット板を示す平面
図、第7図は本発明装置の基本構成例の作動説明に供す
る指圧線図、第8図および第9図は第2図図示回路にお
けるマイクロコンピュータの基本的作動説明に供するフ
ローチャート、第10図は本発明装置の一実施例の作動説
明に供する指圧線図、第11図は本発明装置の一実施例に
おけるスリット板を示す平面図、第12図は上記基本構成
を応用した本発明の一実施例におけるフローチャートで
ある。 1…内燃機関,2…クランク軸,3…スリット板,3A…第
1、4気筒用スリット,3B…第3、2気筒用スリット、3
A1、3B1…追加スリット,4…等容積センサ,9…平均有効
圧演算手段を構成する制御回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の燃焼圧を各気筒毎に検出する燃
    焼圧センサと、 (720°/気筒数)のクランク角度範囲以内でかつ各気
    筒の圧縮行程及び爆発行程内の特定の範囲のみにおいて
    クランク軸の回転に同期してシリンダ容積が一定量変化
    する毎に信号を発生する等容積センサと、 前記燃焼圧センサにより検出した各気筒の燃焼圧を等容
    積センサの信号に従ってサンプリングし、燃焼圧の略図
    示平均有効圧を気筒毎に求める平均有効圧演算手段とを
    備え、 前記等容積センサは、シリンダ容積の一定変化量が2種
    以上上記クランク角度範囲内に設定され、クランク軸の
    回転に同期してシリンダ容積が各一定変化量変化する毎
    に信号を発生する多段階等容量センサよりなることを特
    徴とする内燃機関用仕事量算出装置。
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