JP2559516B2 - 内燃機関の燃焼状態検出装置 - Google Patents
内燃機関の燃焼状態検出装置Info
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- JP2559516B2 JP2559516B2 JP2042458A JP4245890A JP2559516B2 JP 2559516 B2 JP2559516 B2 JP 2559516B2 JP 2042458 A JP2042458 A JP 2042458A JP 4245890 A JP4245890 A JP 4245890A JP 2559516 B2 JP2559516 B2 JP 2559516B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃焼状態を回転速度により検出す
る装置に関する。
る装置に関する。
従来の装置は、特開昭58−51243号記載のように１点
火サイクル内の２点における回転速度の差により燃焼状
態を判定している。また、特開昭62−2281280号記載の
ように回転速度の２乗の差により燃焼状態を判定してい
るものもある。
火サイクル内の２点における回転速度の差により燃焼状
態を判定している。また、特開昭62−2281280号記載の
ように回転速度の２乗の差により燃焼状態を判定してい
るものもある。
上記従来技術は、回転速度変動が燃焼によりエネルギ
ーにのみによつて発生するとしており、ピストン等の往
復動慣性により発生する回転速度変動についての配慮が
されていない。このため特に高速回転時に誤差が大きく
なり、燃焼状態判定を誤つたりする問題があつた。
ーにのみによつて発生するとしており、ピストン等の往
復動慣性により発生する回転速度変動についての配慮が
されていない。このため特に高速回転時に誤差が大きく
なり、燃焼状態判定を誤つたりする問題があつた。
本発明は回転速度変動から正確に燃焼状態を検知する
ための情報処理手順及びそれを実現する装置を提供する
ことを目的とする。
ための情報処理手順及びそれを実現する装置を提供する
ことを目的とする。
上記目的を達成するため、回転速度から往復動慣性等
による速度変動分を補正し、燃焼エネルギーによつて生
じる変動分のみを得られるようにしたものである。
による速度変動分を補正し、燃焼エネルギーによつて生
じる変動分のみを得られるようにしたものである。
内燃機関の点火サイクル内の回転速度変動は、ひとつ
は燃焼により発生するトルクの変動による。更に、現在
の自動車用内燃機関のほとんどがそうであるが、往復動
をするピストンを有する内燃機関では、この往復動慣性
のためにトルク変動が生じ結果的に回転速度変動を生じ
ている。他には吸・排気弁を動かす動弁機構によつても
トルク変動が生じる。また、エアコンのコンプレツサ等
によつてもトルク変動は発生するが、これらは例えばON
/OFFによるステツプ的な変動を除けば、点火サイクル内
の回転速度変動のように短周期での変動は無視できる。
は燃焼により発生するトルクの変動による。更に、現在
の自動車用内燃機関のほとんどがそうであるが、往復動
をするピストンを有する内燃機関では、この往復動慣性
のためにトルク変動が生じ結果的に回転速度変動を生じ
ている。他には吸・排気弁を動かす動弁機構によつても
トルク変動が生じる。また、エアコンのコンプレツサ等
によつてもトルク変動は発生するが、これらは例えばON
/OFFによるステツプ的な変動を除けば、点火サイクル内
の回転速度変動のように短周期での変動は無視できる。
すなわち燃焼状態を検知するためには回転速度変動を
測定し、往復動慣性や動弁機構等の分を除いて燃焼によ
る回転速度変動のみを抽出してやれば後の処理は例えば
前記の公知例の様にすれば良い。本発明では、クランク
角度と回転速度とから正確かつ容易に上記の往復動慣性
等による回転速度変動分を補正できるようにした。
測定し、往復動慣性や動弁機構等の分を除いて燃焼によ
る回転速度変動のみを抽出してやれば後の処理は例えば
前記の公知例の様にすれば良い。本発明では、クランク
角度と回転速度とから正確かつ容易に上記の往復動慣性
等による回転速度変動分を補正できるようにした。
以下、本発明の一実施例を図面により説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す図面である。内燃機
関１のクランク軸７に固定されたリングギヤ４の歯車に
対向したマグネツトピツクアツプ５は、クランク軸７の
１回転につきリングギヤ４の歯車の数だけのパルス信号
を発生する。また、リングギヤ４には突起部4aがあり、
この突起部4aに対向してマグネツトピツクアツプ６より
１回転につき１個のパルス信号が出力される。更にカム
軸２に取り付けられたカム角センサ３より、クランク軸
７の２回転につき１回のパルス信号が出力される。これ
らの信号は演算回路８に入力され回転速度及び、クラン
ク角度が計算され、測定される。
関１のクランク軸７に固定されたリングギヤ４の歯車に
対向したマグネツトピツクアツプ５は、クランク軸７の
１回転につきリングギヤ４の歯車の数だけのパルス信号
を発生する。また、リングギヤ４には突起部4aがあり、
この突起部4aに対向してマグネツトピツクアツプ６より
１回転につき１個のパルス信号が出力される。更にカム
軸２に取り付けられたカム角センサ３より、クランク軸
７の２回転につき１回のパルス信号が出力される。これ
らの信号は演算回路８に入力され回転速度及び、クラン
ク角度が計算され、測定される。
なお、本実施例ではリングギヤを利用して回転速度等
を検出しているが、例えばクランク軸に別のセンサを取
り付けて測定するなどの方法もある。
を検出しているが、例えばクランク軸に別のセンサを取
り付けて測定するなどの方法もある。
第２図は演算回路３の構成を示す図である。前述のカ
ム角センサ３の出力3a、マグネツトピツクアツプ５の出
力5a及びマグネツトピツクアツプ６の出力6a、更に、図
示しない空気流量センサ，水温センサ等の出力が入力さ
れる。これらの入力情報に基づき、ROM11に記憶された
プログラムによつて点火・燃料等の制御が行われる。
ム角センサ３の出力3a、マグネツトピツクアツプ５の出
力5a及びマグネツトピツクアツプ６の出力6a、更に、図
示しない空気流量センサ，水温センサ等の出力が入力さ
れる。これらの入力情報に基づき、ROM11に記憶された
プログラムによつて点火・燃料等の制御が行われる。
第３図は内燃機機関１のひとつの気筒について、ピス
トン9,コンロツド10とクランク軸７のクランク部7aの角
度（以下クランク角度θと記す）との関係を示す。本図
の気筒からクランク軸７に伝達される燃焼室12内の圧力
Ｐより発生するトルクtgは圧力Ｐ及びクランク角度θの
関数であり、次式によつて定義できる。
トン9,コンロツド10とクランク軸７のクランク部7aの角
度（以下クランク角度θと記す）との関係を示す。本図
の気筒からクランク軸７に伝達される燃焼室12内の圧力
Ｐより発生するトルクtgは圧力Ｐ及びクランク角度θの
関数であり、次式によつて定義できる。
tg（θ）＝Ｐ・Ａ・sin（φ＋θ）/cosφ …（１） ここで、Ａはピストン９の上面の受圧面積であり、φ
は図示された部分の角度を示し、以下の関係が成立す
る。
は図示された部分の角度を示し、以下の関係が成立す
る。
ここで、Ｒはクランクピン7bの回転半径であり、Ｌは
コンロツド10の軸間距離である。ＫはＫ＝R/Lと定義す
る。
コンロツド10の軸間距離である。ＫはＫ＝R/Lと定義す
る。
同様にピストン９及びコンロツド10の一部等の往復動
部分の慣性により発生するトルクt1はクランク角度θと
回転速度ωの関数であり、次式によつて定義できる。
部分の慣性により発生するトルクt1はクランク角度θと
回転速度ωの関数であり、次式によつて定義できる。
ここで、Ｍは往復動部分の質量である。
従つてひとつの気筒から発生するトルクｔは次式とな
る。
る。
ｔ＝tg＋t1 …（４） ここで４気筒エンジンの場合について添字ｊ（ｊ＝1,
…,4）により第ｊ気筒を表すことにすると次式で成り立
つ。
…,4）により第ｊ気筒を表すことにすると次式で成り立
つ。
ここで次の様に定義する。
（５）式は次式となる。
Ｔ＝Tg＋T1 …（７） ここでクランク軸７の回転速度をωとすると、次式の
関係が成り立つ。
関係が成り立つ。
ここで、Tlは第１図のクラツチ側からの負荷トルクで
あり、Ｉはクランク軸７等の回転系の慣性モーメントで
ある。
あり、Ｉはクランク軸７等の回転系の慣性モーメントで
ある。
（８），（７）式より ここでωｃを次式で定義する。
（６），（３）式を使つて次式のように近似できる。
すなわち、 はθの関数であり とおくと、次式が求まる。
ωｃ≒ωｈ（θ） …（13） また（９），（10）式より次式が求まる。
また、ωｇを次式で定義する。
ωｇ＝ω−ωｃ …（15） （14），（15）式より次式が求まる。
ここで点火サイクル毎の変動の様に短周期の事象をみ
る場合Tlは一定（前述の様なエアコンのコンプレツサ等
による負荷トルクのステツプ的変動については、例えば
エアコンSWの状態が変化した場合に燃焼状態判定を中止
する様にすれば良く、これは容易に実現できる。）と見
なせる。従つてωｇを用いることによつてTgすなわち燃
焼状態のみの情報を得ることができる。ωｇはωとクラ
ンク角度θの関数であるｈ（θ）との積ωｃよりωｇ＝
ω−ωｃとすることによつて求められる。更にｈ（θ）
はθの周期関数であり360゜または720゜分をあらかじめ
求めておけば、ωｃを計算するたびにｈ（θ）を計算す
る必要がない。
る場合Tlは一定（前述の様なエアコンのコンプレツサ等
による負荷トルクのステツプ的変動については、例えば
エアコンSWの状態が変化した場合に燃焼状態判定を中止
する様にすれば良く、これは容易に実現できる。）と見
なせる。従つてωｇを用いることによつてTgすなわち燃
焼状態のみの情報を得ることができる。ωｇはωとクラ
ンク角度θの関数であるｈ（θ）との積ωｃよりωｇ＝
ω−ωｃとすることによつて求められる。更にｈ（θ）
はθの周期関数であり360゜または720゜分をあらかじめ
求めておけば、ωｃを計算するたびにｈ（θ）を計算す
る必要がない。
なお（12）式は下式としても良い。
ωｃ≒・ｈ（θ） …（13′） ここには点火サイクル内の特定区間の平均値であ
り、ω／≒１である。
り、ω／≒１である。
以上、往復動慣性についての補正方法について説明し
た。通常はこの往復慣性の影響が大きく、この補正のみ
十分な場合が多い。もし例えば図示しない動弁機構につ
いての補正をする場合 h2（θ） ＝動弁機構によりクランク角θにおいて発生するトルク
…（17） とおいて ωｃ＝ω・h1（θ）＋h2（θ） …（18） の様にすれば以下の手順は同じで良い。この様に一般に
慣性力による変動分の補正係数としてh1（θ）、スプリ
ング等の弾性力による変動分の補正係数としてh2（θ）
を決定しておけば、（18）式によりωｃ更に（15）式に
てωｇを求めることができ、燃焼状態情報を得ることが
できる。
た。通常はこの往復慣性の影響が大きく、この補正のみ
十分な場合が多い。もし例えば図示しない動弁機構につ
いての補正をする場合 h2（θ） ＝動弁機構によりクランク角θにおいて発生するトルク
…（17） とおいて ωｃ＝ω・h1（θ）＋h2（θ） …（18） の様にすれば以下の手順は同じで良い。この様に一般に
慣性力による変動分の補正係数としてh1（θ）、スプリ
ング等の弾性力による変動分の補正係数としてh2（θ）
を決定しておけば、（18）式によりωｃ更に（15）式に
てωｇを求めることができ、燃焼状態情報を得ることが
できる。
第４図は本実施例のブロツク図であり、第５図は各信
号のタイミングを示す図面である。3aは前述の様にカム
角センサ３の出力でありクランク軸７が２回転すること
に１回出力される。6aは同じくマグネツトピツクアツプ
６の図示しない波形成形回路を通した後の出力でありク
ランク軸７が１回転することに１回出力され、更に例え
ば第１気筒のTDCに合せてある。5aはマグネツトピツク
アツプ５の図示しない波形成形回路を通した後の出力で
あり、リングギア４の歯に対応して一定のクランク角度
ごとに出力される。波形13は角度カウンタ15のカウント
を示し、3aと6aとのAND信号によりリセツトされ、5aの
パルス数をカウントした値を示す。このカウント数13に
より、例えば第１気筒の爆発TDCを基準としたクランク
角度を検出することができる。クランク角度θ計算及び
サンプリングタイマ部16では前述のカウント数からクラ
ンク角度θを計算し、更に一定のクランク角度位置と幅
で回転速度を検出するためのタイマ信号14を出力する。
カウンタ19ではこのタイマ信号14が出力されている間の
みクロツク18からの信号をカウントする。このカウント
値から回転速度計算部20で回転速度ωを求める。また、
クランク角度θに基づき、ｈ（θ）テーブル検索部17で
テーブル値ｈ（θ）を検索する。テーブル値は前記ROM1
1に第６図に示す様に記憶しておけば良い。ここで
（ａ）図は例えば（13）式の様に１種類のｈ（θ）を使
う場合の例であり、（ｂ）図は（18）式の様に２種類の
ｈ（θ）を使う場合の例である。なお、ｈ（θ）テーブ
ルは、回転速度ωを検出するクランク角度に対応して記
憶しておけば良い。以上の様にして求まつたω,h（θ）
より、ωc,ωｇ計算部21で前述の様にしてωｇを求め
る。このωｇと対応するクランク角度θより、燃焼状態
判定部21にて燃焼状態を判定する。判定方法について
は、例えば（16）式の様に時間微分するか、他の公知の
方法を使うことができる。
号のタイミングを示す図面である。3aは前述の様にカム
角センサ３の出力でありクランク軸７が２回転すること
に１回出力される。6aは同じくマグネツトピツクアツプ
６の図示しない波形成形回路を通した後の出力でありク
ランク軸７が１回転することに１回出力され、更に例え
ば第１気筒のTDCに合せてある。5aはマグネツトピツク
アツプ５の図示しない波形成形回路を通した後の出力で
あり、リングギア４の歯に対応して一定のクランク角度
ごとに出力される。波形13は角度カウンタ15のカウント
を示し、3aと6aとのAND信号によりリセツトされ、5aの
パルス数をカウントした値を示す。このカウント数13に
より、例えば第１気筒の爆発TDCを基準としたクランク
角度を検出することができる。クランク角度θ計算及び
サンプリングタイマ部16では前述のカウント数からクラ
ンク角度θを計算し、更に一定のクランク角度位置と幅
で回転速度を検出するためのタイマ信号14を出力する。
カウンタ19ではこのタイマ信号14が出力されている間の
みクロツク18からの信号をカウントする。このカウント
値から回転速度計算部20で回転速度ωを求める。また、
クランク角度θに基づき、ｈ（θ）テーブル検索部17で
テーブル値ｈ（θ）を検索する。テーブル値は前記ROM1
1に第６図に示す様に記憶しておけば良い。ここで
（ａ）図は例えば（13）式の様に１種類のｈ（θ）を使
う場合の例であり、（ｂ）図は（18）式の様に２種類の
ｈ（θ）を使う場合の例である。なお、ｈ（θ）テーブ
ルは、回転速度ωを検出するクランク角度に対応して記
憶しておけば良い。以上の様にして求まつたω,h（θ）
より、ωc,ωｇ計算部21で前述の様にしてωｇを求め
る。このωｇと対応するクランク角度θより、燃焼状態
判定部21にて燃焼状態を判定する。判定方法について
は、例えば（16）式の様に時間微分するか、他の公知の
方法を使うことができる。
第７図は４気筒内燃機関の場合の回転速度データの例
である。θ＝０゜は第１気筒の爆発TDCに合せてある。
また運転条件としては、往復動慣性の影響の大きい高回
転の場合である。例として、１点火サイクル内の最適，
最低回転速度を検出するためATDC90゜,180゜，…にて回
転速度を検出する場合、従来の場合、最高回転速度＝
ω′Ｈ、最低回転速度＝ω′Ｌと大小関係が逆転する場
合がある。本発明により求めたωｇを見ると、θ≒０゜
から加速し、θ≒90゜で最高回転速度となり、次の点火
サイクルの始まるθ≒180゜で再び最高回転速度とな
り、燃焼情報を抽出できていることが判る。この場合最
高，最低回転速度はωH,ωＬとなり逆転はない。
である。θ＝０゜は第１気筒の爆発TDCに合せてある。
また運転条件としては、往復動慣性の影響の大きい高回
転の場合である。例として、１点火サイクル内の最適，
最低回転速度を検出するためATDC90゜,180゜，…にて回
転速度を検出する場合、従来の場合、最高回転速度＝
ω′Ｈ、最低回転速度＝ω′Ｌと大小関係が逆転する場
合がある。本発明により求めたωｇを見ると、θ≒０゜
から加速し、θ≒90゜で最高回転速度となり、次の点火
サイクルの始まるθ≒180゜で再び最高回転速度とな
り、燃焼情報を抽出できていることが判る。この場合最
高，最低回転速度はωH,ωＬとなり逆転はない。
本発明によれば、簡単な手法で回転速度検出値から燃
焼情報を抽出できる。これにより従来例えば低回転でし
か判定できるなかつた燃焼状態判定法であつても全回転
速度域での判定が可能になる。また、燃焼状態を定量的
に検出することも可能となる。このことは燃焼状態判定
の精度を高めることであり、例えばリーンバーンや、故
障診断等に適用すれば、燃ピ低減，排気ガス浄化等にも
つながるものである。
焼情報を抽出できる。これにより従来例えば低回転でし
か判定できるなかつた燃焼状態判定法であつても全回転
速度域での判定が可能になる。また、燃焼状態を定量的
に検出することも可能となる。このことは燃焼状態判定
の精度を高めることであり、例えばリーンバーンや、故
障診断等に適用すれば、燃ピ低減，排気ガス浄化等にも
つながるものである。
第１図は本発明の一実施例をそなえた内燃機関を示す図
面、第２図は演算回路の構成例を示す図面、第３図は内
燃機関のピストン，クランク軸等の関係を示す図面、第
４図は実施例のブロツク図、第５図は各種信号のタイミ
ングを示す図面、第６図は補正のための係数のテーブル
を説明する図面、第７図は本発明の効果を説明するため
の回転速度データの例を示す図面である。 １……内燃機関、４……リングギア、７……クランク
軸、９……ピストン、17……ｈ（θ）テーブル検索部、
21……ωc,ωｇ計算部。
面、第２図は演算回路の構成例を示す図面、第３図は内
燃機関のピストン，クランク軸等の関係を示す図面、第
４図は実施例のブロツク図、第５図は各種信号のタイミ
ングを示す図面、第６図は補正のための係数のテーブル
を説明する図面、第７図は本発明の効果を説明するため
の回転速度データの例を示す図面である。 １……内燃機関、４……リングギア、７……クランク
軸、９……ピストン、17……ｈ（θ）テーブル検索部、
21……ωc,ωｇ計算部。
Claims (1)
- 【請求項１】内燃機関の回転速度を用いて燃焼状態を検
出する内燃機関の燃焼状態検出装置において、前記内燃
機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回
転速度の補正係数がクランク角度に対応してそれぞれ記
憶されている記憶手段と、前記回転速度検出によって検
出された回転速度とその回転速度を検出したクランク角
度に対応する前記記録手段に記憶された補正係数とから
回転速度補正量を求める手段と、その求められた回転速
度補正量と検出された回転速度とから補正回転速度を求
める手段と、その求められた補正回転速度から前記内燃
機関の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段とを備えた
ことを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2042458A JP2559516B2 (ja) | 1990-02-26 | 1990-02-26 | 内燃機関の燃焼状態検出装置 |
| DE69004410T DE69004410T2 (de) | 1990-01-08 | 1990-12-13 | Methode und Gerät um den Verbrennungszustand in einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine zu detektieren. |
| EP90313577A EP0437057B1 (en) | 1990-01-08 | 1990-12-13 | Method and apparatus for detecting combustion conditions in a multicylinder internal combustion engine |
| US07/638,452 US5241480A (en) | 1990-01-08 | 1991-01-04 | Method and apparatus for detecting combustion conditions in multicylinder internal combustion engine based upon engine speed evaluation |
| KR1019910000170A KR0154985B1 (ko) | 1990-01-08 | 1991-01-08 | 다기통 내연기관의 연료상태 검출방법 및 그 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2042458A JP2559516B2 (ja) | 1990-02-26 | 1990-02-26 | 内燃機関の燃焼状態検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03246346A JPH03246346A (ja) | 1991-11-01 |
| JP2559516B2 true JP2559516B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=12636629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2042458A Expired - Fee Related JP2559516B2 (ja) | 1990-01-08 | 1990-02-26 | 内燃機関の燃焼状態検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2559516B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3479090B2 (ja) * | 1992-06-03 | 2003-12-15 | 株式会社日立製作所 | 多気筒エンジンの燃焼状態診断装置 |
| JP4866944B2 (ja) * | 2009-08-05 | 2012-02-01 | 三井造船株式会社 | レシプロエンジン回転数算出装置及びレシプロエンジン制御装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60337A (ja) * | 1983-06-16 | 1985-01-05 | Nippon Soken Inc | 内燃機関の出力変動測定方法 |
-
1990
- 1990-02-26 JP JP2042458A patent/JP2559516B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03246346A (ja) | 1991-11-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080905 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |