JP2750797B2

JP2750797B2 - エンジンのサージ検出装置及び空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2750797B2
Application number: JP29988292A
Authority: JP
Inventors: 渡邊　　悟
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1992-11-10
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1998-05-13
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JPH06146979A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンのサージ検出装
置及び空燃比制御装置に関し、詳しくは、サージ発生を
応答良く検出し、該検出結果に基づいて空燃比を最適化
する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のエンジンの燃料供給制御装置にお
いては、エンジンに吸入される空気量を検出し、該吸入
空気量に見合った燃料供給量を演算する一方、前記演算
された燃料供給量に応じて燃料噴射弁を駆動制御するこ
とで、エンジンへの燃料供給量を電子制御するものが知
られている。

【０００３】上記電子制御燃料噴射装置では、燃料の霧
化性が悪化する冷機時には、シリンダ内に吸引される燃
料量が減少して空燃比をリーン化させてしまうため、冷
却水温度に応じて燃料供給量を増量補正するよう構成さ
れている（実開昭６２−１６２３６４号公報等参照）。
ところで、前記水温に応じた増量補正の要求は、使用燃
料の性状（主に蒸発のしやすさ）によって異なるが、最
も増量要求の多い燃料（重質燃料）を使用したときでも
空燃比がリーン化しないように、前記水温に応じた燃料
増量割合を余裕を見込んで多めに設定することが一般的
であった。

【０００４】従って、比較的蒸発しやすい燃料（軽質燃
料）を使用したときには、前記水温増量補正が過多とな
って、空燃比をオーバーリッチ化させ、燃費，排気性状
を悪化させる原因となってしまうという問題があった。
そこで、エンジンのサージトルクを燃焼圧に基づいて検
出し、該サージトルクが許容レベル内となる最低の増量
補正割合となるように水温増量補正量を修正する構成の
電子制御燃料供給装置を、本出願人は先に提案した（特
願平４−５８４６号参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方、加速時の燃料増
量補正も、やはり蒸発し難い燃料に適合させているか
ら、軽質燃料を使用したときには、増量過多によって燃
費，排気性状を悪化させることがあった。従って、加速
増量についても、サージ検出に基づいて燃料性状に応じ
た最適レベルに修正させたいという要求があったが、前
記サージ検出の応答性が悪いために、前記加速増量をサ
ージ検出結果に基づいて高精度に修正することができな
いという問題があった。

【０００６】即ち、前記サージトルクの検出において
は、筒内圧センサで検出される燃焼圧に基づいて図示平
均有効圧Ｐｉを演算し、かかる図示平均有効圧Ｐｉの低
周波変動を検出するようにしており、前記低周波変動の
検出には長時間の２乗平均処理が必要であるために、サ
ージ検出の応答性が遅いという欠点があり、加速時のサ
ージ発生を高精度に検出できず、以て、サージ検出に基
づく加速増量の修正が高精度に行えないという問題があ
ったものである。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、高い応答性でサージを検出できる装置を提供する
と共に、かかるサージ検出装置の検出結果を用いて空燃
比を高精度に制御できる装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのため本発明にかかる
エンジンのサージ検出装置は、図１（Ａ）に示すように
構成される。図１（Ａ）において、回転速度検出手段
は、エンジンの回転速度を検出し、周波数分析手段は、
回転速度検出手段で検出されたエンジン回転速度のｎ次
成分を抽出する。

【０００９】そして、サージ発生判定手段は、周波数分
析手段で抽出されたエンジン回転速度のｎ次成分の周波
数エネルギーが所定期間以上所定レベルを下回ったとき
にサージ発生を判定する。一方、本発明にかかるエンジ
ンの空燃比制御装置は、前記サージ検出装置の判定結果
を用いて空燃比を制御するものであり、図１（Ｂ）に示
すように構成される。

【００１０】図１（Ｂ）において、燃焼圧検出手段はエ
ンジンの燃焼圧を検出し、トルク変動演算手段は、前記
検出された燃焼圧に基づいてエンジンの出力トルクの変
動率を示すパラメータを演算する。そして、空燃比制御
手段は、前記エンジンのサージ検出装置（図１（Ａ））
でサージ発生が判定されたときに、トルク変動演算手段
で演算された出力トルクの変動率を示すパラメータに基
づいてエンジン吸入混合気の空燃比を制御する。

【００１１】

【作用】かかる構成のサージ検出装置によると、エンジ
ン回転速度のｎ次成分が抽出され、このｎ次成分の周波
数エネルギーが所定レベルを下回る状態が所定期間以上
継続すると、これをサージ発生に伴う現象であると見做
して、サージの発生を判定する。

【００１２】一方、空燃比制御装置では、前記燃焼圧か
ら出力トルクの変動率を演算し、前記回転速度のｎ次成
分に基づいてサージ発生が判定されたときに、前記変動
率に応じて必要制御量を知って空燃比を制御する。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、エンジン１にはエアクリーナ２か
ら吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホールド
５を介して空気が吸入される。吸気マニホールド５の各
ブランチ部には、各気筒別に燃料噴射弁６が設けられて
いる。この燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開
弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であっ
て、後述するコントロールユニット12からの駆動パルス
信号により通電制御されて開弁し、図示しない燃料ポン
プから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定の
圧力に調整された燃料を、エンジン１に間欠的に噴射供
給する。

【００１４】エンジン１の各燃焼室には点火栓７が設け
られていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼
させる。そして、エンジン１からは、排気マニホールド
８，排気ダクト９，触媒10及びマフラー11を介して排気
が排出される。エンジンへの燃料供給を電子制御するた
めに設けられたコントロールユニット12は、ＣＰＵ，Ｒ
ＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス
等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各
種のセンサからの入力信号を受け、後述の如く演算処理
して、燃料噴射弁６の作動を制御する。

【００１５】前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３
中にエアフローメータ13が設けられていて、エンジン１
の吸入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。また、回転
速度検出手段としてのクランク角センサ14が設けられて
いて、基準角度位置毎（例えばＴＤＣ毎）の基準角度信
号ＲＥＦと、１°又は２°毎の単位角度信号ＰＯＳとを
出力する。ここで、前記基準角度信号ＲＥＦの周期、或
いは、所定時間内における前記単位角度信号ＰＯＳの発
生数を計測することにより、エンジン回転速度Ｎｅを算
出できる。

【００１６】また、エンジン１のウォータジャケットの
冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ15が設けられてい
る。更に、前記各点火栓７には、実開昭６３−１７４３
２号公報に開示されるような点火栓７の座金として装着
されるタイプの筒内圧センサ16が設けられており、燃焼
状態を示す筒内圧（燃焼圧）Ｐを検出できるようになっ
ている。

【００１７】尚、前記燃焼圧検出手段としての筒内圧セ
ンサ16は、上記のように点火栓７の座金として装着され
るタイプの他、センサ部を直接燃焼室内に臨ませて筒内
圧を絶対圧として検出するタイプのものであっても良
い。ここにおいて、前記コントロールユニット12は、図
３のフローチャートに示すようにして、エンジン１にお
けるサージの発生を検出し、サージが許容レベル内とな
る範囲で燃料噴射制御における増量補正量を絞り込む補
正を行う。

【００１８】以下に、図３のフローチャートに表される
コントロールユニット12の制御の様子を、図４に示す制
御機能ブロック図を参照しながら説明する。尚、本実施
例において、周波数分析手段，サージ発生判定手段，ト
ルク変動演算手段，空燃比制御手段としての機能は、前
記図３のフローチャート及び図４の機能ブロック図に示
すようにコントロールユニット12が備えている。

【００１９】図３のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、
前記筒内圧センサ16で検出された筒内圧Ｐに基づいて、
エンジンの１サイクル当たりの図示平均有効圧Ｐｉ（＝
∫ＰｄＶ；Ｖはシリンダ容積）を算出する。また、次の
ステップ２では、エンジン回転速度Ｎｅのｎ次成分の抽
出を行う。ここで、前記ｎ次成分の抽出においては、周
波数分析の手法として一般的なフーリエ変換を用いても
良いが、エンジンのサージによる回転変動を捉えるため
には、対象とする信号の周波数が高くなるにつれて時間
・周波数分解能が向上するウェーブレット変換（「応用
数理」ＶＯＬ．１ＮＯ．３ＳＥＰ．１９９１岩波
書店発行等参照）を用いることが好ましく、また、かか
るウェーブレット変換を本出願人が先に特願平４−４９
７５５号に示した回路構成で高速に処理させるようにす
ると良い。

【００２０】次のステップ３では、前記ステップ２で抽
出されたエンジン回転速度のｎ次成分の周波数エネルギ
ーが、所定レベルを下回った状態が所定時間以上継続し
ているか否かを判別させる。即ち、図５に示すように、
エンジン回転速度の１次成分又は２次成分は、低周波
（０〜20Ｈｚ程度）のサージトルクが発生していない状
態では、所定レベル以上の周波数エネルギーを有する
が、前記低周波のサージトルクが発生すると、周波数エ
ネルギーが所定期間に渡って低下することが実験から確
認された。

【００２１】そこで、対象とするエンジンにおいて、前
記傾向が明瞭に現れるｎ次成分（通常は１次或いは２
次）を予め求めておくと共に、サージトルク発生時に特
徴的に現れる周波数エネルギー低下の傾向を予め知って
おいて、実際に求めたｎ次成分の周波数エネルギーが所
定期間に渡って所定レベル（サージの非発生時には必ず
越える値）以下低下した場合には、それが低周波のサー
ジトルク発生を示すものと判定させる。

【００２２】ここで、前記図示平均有効圧Ｐｉの変動の
周波数解析によって低周波のサージトルク発生を検知さ
せるには図５に示すように長時間を要するが、比較的高
い周波数となる前記ｎ次成分の周波数エネルギーはサー
ジトルク発生の初期に低下し、然も、周波数エネルギー
の低下確認に要する時間（前記エネルギー低下を判定す
る所定期間）も僅かであるから、サージ発生の初期に応
答良く検知させることが可能である。

【００２３】ステップ３で、エンジン回転速度の１次成
分又は２次成分の周波数エネルギーが所定期間に渡って
低下したことが検出されると、これに基づいて低周波サ
ージトルクの発生を判定し、次のステップ４へ進む。ス
テップ４では、前記サージ判定をトリガーとして、図示
平均有効圧Ｐｉの変動平均を所定期間内で演算し、これ
をエンジン出力トルクの変動率を示すパラメータとす
る。

【００２４】そして、ステップ５では、前記演算された
トルク変動率に基づいて、燃料噴射量Ｔｉの増量補正率
を設定する。ここで、トルク変動が大きい場合には、そ
のときの使用燃料に対応して要求される増量補正レベル
に対して実際の増量が不足しているために、空燃比がリ
ーン化し、以て、低周波のサージトルクが発生している
ものと見做し、より高い増量補正率を設定させる。

【００２５】一方、トルク変動率が低下した場合には、
必要充分な増量補正によって空燃比のリーン化は解消さ
れたものと見做し、増量補正率を減少させ、無駄な増量
補正が施されることを回避する。従って、燃料性状が重
質と軽質との間で変化し、該燃料性状の変化に対応して
要求される増量補正率が変化した場合に、増量補正の不
足により空燃比がリーン化してサージが発生することを
回避でき、また、増量補正の過多によって燃費や排気性
状が悪化することを回避できる。更に、サージトルクの
発生が、前述のようにエンジン回転速度のｎ次成分に基
づいて応答良く検出されるから、加速運転中にサージが
発生したときに、かかるサージを解消するための空燃比
制御を速やかに実行させることができ、加速時の空燃比
制御性が向上する。

【００２６】ステップ６では、吸入空気流量Ｑとエンジ
ン回転速度Ｎｅとに基づいて基本燃料噴射量（基本噴射
パルス幅）Ｔｐを演算すると共に、上記ステップ５で設
定された増量補正率に基づいて補正設定された水温増量
補正係数や加速増量補正係数等に基づいて前記基本燃料
噴射量Ｔｐを補正することで、最終的な燃料噴射量（噴
射パルス幅）Ｔｉを演算する。

【００２７】コントロールユニット12は、所定の噴射タ
イミングにおいて、前記燃料噴射量Ｔｉに相当するパル
ス幅の駆動パルス信号を燃料噴射弁６に与えることで、
燃料噴射弁６を所定時間だけ開弁制御し、開弁時間に見
合った量の燃料を燃料噴射弁６から噴射供給させる。
尚、上記ステップ５におけるトルク変動率に基づく増量
補正率の設定は、各気筒毎に筒内圧センサ16を設けて、
各気筒毎に個別に行わせても良いし、代表気筒における
トルク変動率から各気筒一律の増量補正率を設定させる
ようにしても良い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、エ
ンジン回転速度のｎ次成分の周波数エネルギーに基づい
てサージ発生を判定させるようにしたので、応答良くサ
ージ発生を検出させることができる一方、かかる高い応
答のサージ検出に基づいて空燃比を制御することで、過
渡時の空燃比制御性を向上させることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】サージ検出に基づく増量補正制御を示すフロー
チャート。

【図４】サージ検出に基づく増量補正の制御機能を示す
ブロック図。

【図５】回転速度のｎ次成分のサージ発生時における特
性を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１エンジン６燃料噴射弁 12 コントロールユニット 13 エアフローメータ 14 クランク角センサ 15 水温センサ 16 筒内圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/22 F02D 41/14 F02D 45/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの回転速度を検出する回転速度検
出手段と、該回転速度検出手段で検出されたエンジン回転速度のｎ
次成分を抽出する周波数分析手段と、該周波数分析手段で抽出されたエンジン回転速度のｎ次
成分の周波数エネルギーが所定期間以上所定レベルを下
回ったときに、サージ発生を判定するサージ発生判定手
段と、を含んで構成されたエンジンのサージ検出装置。
【請求項２】エンジンの燃焼圧を検出する燃焼圧検出手
段と、該燃焼圧検出手段で検出された燃焼圧に基づいてエンジ
ンの出力トルクの変動率を示すパラメータを演算するト
ルク変動演算手段と、請求項１記載のエンジンのサージ検出装置でサージ発生
が判定されたときに、前記トルク変動演算手段で演算さ
れた出力トルクの変動率を示すパラメータに基づいてエ
ンジン吸入混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段
と、を含んで構成されたエンジンの空燃比制御装置。