JP3085382B2 - 内燃機関の燃焼状態制御方法 - Google Patents
内燃機関の燃焼状態制御方法Info
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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検出する新しい方法及
び装置に関すると共に、この装置の為に供するクランク
角センサにも関し、またこの方法装置を用いた内燃機関
の制御方法及び装置にも関連する。
び装置に関すると共に、この装置の為に供するクランク
角センサにも関し、またこの方法装置を用いた内燃機関
の制御方法及び装置にも関連する。
従来の装置は特開昭58−51243号公報に記載のよう
に、前回の点火から今回の点火までの１点火サイクル内
の少なくとも２点以上で内燃機関の回転速度を検出し、
この回転速度の差により前記１点火サイクル内における
回転速度変動値を求め、逐次求められるこの回転速度変
動値を統計的に演算処理して内燃機関の燃焼状態の判別
を行うようになつていた。
に、前回の点火から今回の点火までの１点火サイクル内
の少なくとも２点以上で内燃機関の回転速度を検出し、
この回転速度の差により前記１点火サイクル内における
回転速度変動値を求め、逐次求められるこの回転速度変
動値を統計的に演算処理して内燃機関の燃焼状態の判別
を行うようになつていた。
上記従来技術は、燃焼状態の度合の判定について配慮
されておらず、正常燃焼状態が不整燃焼状態かの判別し
かできないという問題があつた。
されておらず、正常燃焼状態が不整燃焼状態かの判別し
かできないという問題があつた。
本発明はきめ細かい燃焼状態の把握を目的としてお
り、さらに、それを用いてきめ細い制御ができる内燃機
関の制御方法及び装置を提供することを目的とする。
り、さらに、それを用いてきめ細い制御ができる内燃機
関の制御方法及び装置を提供することを目的とする。
また、上記従来技術は統計的演算処理に伴なう不利益
について考慮されておらず、検出精度が悪いという問題
や、処理速度が遅く、タイミング良く燃焼状態を検出で
きないという問題があつた。
について考慮されておらず、検出精度が悪いという問題
や、処理速度が遅く、タイミング良く燃焼状態を検出で
きないという問題があつた。
本発明は検出精度が良くまた処理速度が速いこの種燃
焼状態検出方法及び装置を提供することを目的としてお
り、さらに、それを用いて内燃機関の制御を燃焼状態に
応じて精度よく行なうことを目的としている。
焼状態検出方法及び装置を提供することを目的としてお
り、さらに、それを用いて内燃機関の制御を燃焼状態に
応じて精度よく行なうことを目的としている。
更に本発明はこれらの制御に用いるに好適なクランク
角センサを提供することを目的とする。
角センサを提供することを目的とする。
上記目的は、機関の各気筒の爆発行程での回転変動に
基づいて、不整燃焼を判定，制御する内燃機関の燃焼状
態制御方法において、 クランク角センサからの信号に基づいて、圧縮上死点
（TDC）より所定位置における回転速度Nbotおよび爆圧
下死点より所定位置における回転速度Ntopを計測し、こ
れら回転速度の差より加速度αを求め、今回求めたαと
１つ前のαとの差であるΔαを求め、前記Δαが所定判
定値を超えたときに不整燃焼と判定し、前記不整燃焼の
判定に際し、Δαを前記所定判定値内とするように点火
時期を補正し、前記補正にてΔαが前記所定判定値内と
ならないときは、前記補正に加え燃料噴射量の補正を行
うことを特徴とする内燃機関の燃焼状態制御方法により
達成されるものである。
基づいて、不整燃焼を判定，制御する内燃機関の燃焼状
態制御方法において、 クランク角センサからの信号に基づいて、圧縮上死点
（TDC）より所定位置における回転速度Nbotおよび爆圧
下死点より所定位置における回転速度Ntopを計測し、こ
れら回転速度の差より加速度αを求め、今回求めたαと
１つ前のαとの差であるΔαを求め、前記Δαが所定判
定値を超えたときに不整燃焼と判定し、前記不整燃焼の
判定に際し、Δαを前記所定判定値内とするように点火
時期を補正し、前記補正にてΔαが前記所定判定値内と
ならないときは、前記補正に加え燃料噴射量の補正を行
うことを特徴とする内燃機関の燃焼状態制御方法により
達成されるものである。
まず、本発明を使用する内燃機関の燃料噴射装置のシ
ステムについて、第３図を用いて説明する。空気はエア
クリーナ１の入口部２より入り、吸入空気量を検出する
熱線式空気流量計３、ダクト４、空気流量を制御する絞
弁を有するスロツトルボデイ５を通り、コレクタ６に入
る。ここで、空気は内燃機関７に直通する各吸気管８に
分配され、シリンダ内に吸入される。
ステムについて、第３図を用いて説明する。空気はエア
クリーナ１の入口部２より入り、吸入空気量を検出する
熱線式空気流量計３、ダクト４、空気流量を制御する絞
弁を有するスロツトルボデイ５を通り、コレクタ６に入
る。ここで、空気は内燃機関７に直通する各吸気管８に
分配され、シリンダ内に吸入される。
一方、燃料は燃料タンク９から燃料ポンプ10で吸引，
加圧され燃料ダンパ11、燃料フイルタ12、噴射弁13、燃
圧レギユレータ14が配管されている燃料系に供給され
る。燃料は前記レギユレータ14により一定に調圧され、
吸気管８に設けた噴射弁13から前記吸気管８内に噴射さ
れる。また、前記空気流量計３からは吸入空気量を検出
する信号が出力され、この出力はコントロールユニツト
15に入力される様になつている。デイストリビユータ16
にはクランク角センサが内蔵されており、噴射時期や点
火時期の基準信号及び回転数を検出する信号が出力さ
れ、前記ユニツト15に入力される様になつている。前記
ユニツト15はMPU,ROM,A/D変換器、入出回路を含む演算
装置で構成され、前記空気流量計３の出力信号やデイス
ト16の出力信号等により所定の演算処理を行ない、この
演算結果である出力信号により前記噴射弁13を作動さ
せ、必要な量の燃料が各吸気管８内に噴射される様にな
つている。また、点火時期はイグニツシヨンコイル17の
パワートランジスタに信号を送ることで制御する様にな
つている。
加圧され燃料ダンパ11、燃料フイルタ12、噴射弁13、燃
圧レギユレータ14が配管されている燃料系に供給され
る。燃料は前記レギユレータ14により一定に調圧され、
吸気管８に設けた噴射弁13から前記吸気管８内に噴射さ
れる。また、前記空気流量計３からは吸入空気量を検出
する信号が出力され、この出力はコントロールユニツト
15に入力される様になつている。デイストリビユータ16
にはクランク角センサが内蔵されており、噴射時期や点
火時期の基準信号及び回転数を検出する信号が出力さ
れ、前記ユニツト15に入力される様になつている。前記
ユニツト15はMPU,ROM,A/D変換器、入出回路を含む演算
装置で構成され、前記空気流量計３の出力信号やデイス
ト16の出力信号等により所定の演算処理を行ない、この
演算結果である出力信号により前記噴射弁13を作動さ
せ、必要な量の燃料が各吸気管８内に噴射される様にな
つている。また、点火時期はイグニツシヨンコイル17の
パワートランジスタに信号を送ることで制御する様にな
つている。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。エ
ンジンの回転数は、図に示すとおり変化している。これ
は、爆発行程によつて加速され、それ以外の行程では減
速されるからである。従来はこの回転数の最大となる付
近のNtopにおいて区間時間を測定し、瞬間速度を求めて
前回との差をとりΔＮとしていた。しかし、不整燃焼に
よる状態変化は、回転トルク変動に直接現れてくるもの
である。そこで、速度変化ΔＮによつて判別するよりも
加速度によつた方が正しく判別することができる。
ンジンの回転数は、図に示すとおり変化している。これ
は、爆発行程によつて加速され、それ以外の行程では減
速されるからである。従来はこの回転数の最大となる付
近のNtopにおいて区間時間を測定し、瞬間速度を求めて
前回との差をとりΔＮとしていた。しかし、不整燃焼に
よる状態変化は、回転トルク変動に直接現れてくるもの
である。そこで、速度変化ΔＮによつて判別するよりも
加速度によつた方が正しく判別することができる。
加速度の求め方は、エンジンの爆発行程中のエンジン
回転加速度が最大となる付近をはさむように瞬間速度を
計測する。この値をNbot,NtopとしてNtopとNbotの差を
αとする。このαを加速度として扱う。また、前気筒分
のαとの差を求めこれをΔαとする。
回転加速度が最大となる付近をはさむように瞬間速度を
計測する。この値をNbot,NtopとしてNtopとNbotの差を
αとする。このαを加速度として扱う。また、前気筒分
のαとの差を求めこれをΔαとする。
ΔＮによる判別では、大きな不整燃焼は確実に判定で
きるが、小さな不整燃焼も判定できるようにすると、外
部負荷による全体のレベルの低下まで不整燃焼として扱
つてしまう。（第２図）そこで、この方法で判定を正確
にするためには、回転数の平均値を常に求め、その値に
対する判定値を変化させる必要がある。
きるが、小さな不整燃焼も判定できるようにすると、外
部負荷による全体のレベルの低下まで不整燃焼として扱
つてしまう。（第２図）そこで、この方法で判定を正確
にするためには、回転数の平均値を常に求め、その値に
対する判定値を変化させる必要がある。
αによる判別でも同様で、外部負荷が与えられると、
全体のレベルが低下してしまい、判定値を変化させなく
てはならない。
全体のレベルが低下してしまい、判定値を変化させなく
てはならない。
次にΔαによる判別であるが、第２図に示すとおり、
外部からの影響を受けずに不整燃焼を判定することがで
きる。これは、外部負荷により回転数自体は低下する
が、爆発行程の及ぼす加速度は燃焼状態によつてのみ変
化するからである。そしてαでは全体のレベルが低下し
てしまうところを前気筒との差をとりΔαとすること
で、平均化という効果を生みだし、不整燃焼時のみ確実
に判定することができる。
外部からの影響を受けずに不整燃焼を判定することがで
きる。これは、外部負荷により回転数自体は低下する
が、爆発行程の及ぼす加速度は燃焼状態によつてのみ変
化するからである。そしてαでは全体のレベルが低下し
てしまうところを前気筒との差をとりΔαとすること
で、平均化という効果を生みだし、不整燃焼時のみ確実
に判定することができる。
またΔαではその算出方法（第１図中の式参照）よ
り、不整燃焼による検出値の低下の直後に大きく検出値
が＋側にはね上がる。この現象を用いて判断すればより
正確に判定することが可能である。
り、不整燃焼による検出値の低下の直後に大きく検出値
が＋側にはね上がる。この現象を用いて判断すればより
正確に判定することが可能である。
第４図にフローチヤートを示す。クランク角センサ
（第３図中デイストリビユータ16に含まれる）による信
号から、加速度が最大となつている爆発行程の前後で回
転数Nbot,Ntopを計測し、 を求める。このΔαの値を比較値Ｃと比較し、どのよう
な制御を行うか判断する。Ｃは値の異なる複数の比較値
であつてよい。）この判断は、コントロールユニツト15
（第３図）で行う。もしくは、直接アクチユエータに信
号を送り、アクチユエータ自身で判断する。制御Ａ〜Ｃ
の例として点火時期制御があげられる。本方法を点火時
期制御に用いると、制御Ａでは、不整燃焼と見なして点
火時期を早め、Ｂでは遅くさせる。そしてＣでは何もし
ない。
（第３図中デイストリビユータ16に含まれる）による信
号から、加速度が最大となつている爆発行程の前後で回
転数Nbot,Ntopを計測し、 を求める。このΔαの値を比較値Ｃと比較し、どのよう
な制御を行うか判断する。Ｃは値の異なる複数の比較値
であつてよい。）この判断は、コントロールユニツト15
（第３図）で行う。もしくは、直接アクチユエータに信
号を送り、アクチユエータ自身で判断する。制御Ａ〜Ｃ
の例として点火時期制御があげられる。本方法を点火時
期制御に用いると、制御Ａでは、不整燃焼と見なして点
火時期を早め、Ｂでは遅くさせる。そしてＣでは何もし
ない。
以上のように、この検出法で不整燃焼を検出できる
が、単に検出するだけでなく、どの気筒に起こつたのか
も判定できる。第２図では仮に４気筒のエンジンとして
気筒＃をつけているが、この場合＃２が不整燃焼してい
ることを、クランク角センサのTDC信号から判断する。
クランク角センサは気筒＃がわかるようにTDC信号のス
リツトの大きさが変えてあるからである。
が、単に検出するだけでなく、どの気筒に起こつたのか
も判定できる。第２図では仮に４気筒のエンジンとして
気筒＃をつけているが、この場合＃２が不整燃焼してい
ることを、クランク角センサのTDC信号から判断する。
クランク角センサは気筒＃がわかるようにTDC信号のス
リツトの大きさが変えてあるからである。
また第５図に直接エンジンの加速度を見る方法を示
す。
す。
エンジンに、ロール方向の加速度を測ることができる
ように加速度ピツクアツプをつけ、その値を観測する
と、図に示す様になつている。正常な時には山が鋭いの
だが、不整燃焼時には山は低く先端が丸くなる。これを
利用して、山の鋭さを計測することで不整燃焼を判定す
ることができる。この方法はΔαのように計算で求めた
ものではなく、直接エンジンのトルク変動を加速度の変
動として観ることができるので最も正確である。
ように加速度ピツクアツプをつけ、その値を観測する
と、図に示す様になつている。正常な時には山が鋭いの
だが、不整燃焼時には山は低く先端が丸くなる。これを
利用して、山の鋭さを計測することで不整燃焼を判定す
ることができる。この方法はΔαのように計算で求めた
ものではなく、直接エンジンのトルク変動を加速度の変
動として観ることができるので最も正確である。
そして、ΔＮ法，Δα法、加速度計法を組み合わせて
判断することで、ほぼ完全に燃焼状態を判定することが
できる。
判断することで、ほぼ完全に燃焼状態を判定することが
できる。
また、Δα法を行うにあたり、クランク角センサから
の信号を使うとしているが、クランク角センサはカムシ
ヤフトに取り付けられていることが多く、歯車のバツク
ラツシユなどによる誤差を含んでおり、正確なクランク
角を知ることができない。そこで、クランクシヤフトに
直接しているフライホイールのリングギヤに電磁ピツク
アツプをつけ、信号を作ることにより、正確にクランク
角を知ることができる。これによつて誤差の少ない信号
を得ることができるので、より正確に加速度、加速度α
差を求めることができる。
の信号を使うとしているが、クランク角センサはカムシ
ヤフトに取り付けられていることが多く、歯車のバツク
ラツシユなどによる誤差を含んでおり、正確なクランク
角を知ることができない。そこで、クランクシヤフトに
直接しているフライホイールのリングギヤに電磁ピツク
アツプをつけ、信号を作ることにより、正確にクランク
角を知ることができる。これによつて誤差の少ない信号
を得ることができるので、より正確に加速度、加速度α
差を求めることができる。
第６図，第７図にNbot,Ntopの計測位置の実施例を示
す。実験によれば、TDC後55゜を中心としてその前後20
゜の幅で速度を計測してNbot,Ntopとし、これらの値か
ら加速度α、加速度の差Δαを求めて燃焼状態を判定す
ると、ほぼ誤判定がないことがわかつた。ただし速度計
測幅を20゜としているが、この幅については検討を行つ
ていない。
す。実験によれば、TDC後55゜を中心としてその前後20
゜の幅で速度を計測してNbot,Ntopとし、これらの値か
ら加速度α、加速度の差Δαを求めて燃焼状態を判定す
ると、ほぼ誤判定がないことがわかつた。ただし速度計
測幅を20゜としているが、この幅については検討を行つ
ていない。
次に本発明を内蔵機関の点火時期制御に用いた例を第
2,8図を用いて説明する。
2,8図を用いて説明する。
本発明では内燃機関の燃焼状態を気筒別に常時検出し
ている。気筒別の判断は、爆発行程の加速度αで行つて
いるので、その差Δαが燃焼状態の判定基準となる。
ている。気筒別の判断は、爆発行程の加速度αで行つて
いるので、その差Δαが燃焼状態の判定基準となる。
第２図のΔαの検出値のa,bを見ると、不整燃焼の起
こつた時にはΔαの値がマイナスに大きくふれ、直後に
はプラスに大きく出る。c,dではエンジン回転が復帰し
ようとしているところなので、Ｃでプラスにふれてもｄ
では０の値を示している。
こつた時にはΔαの値がマイナスに大きくふれ、直後に
はプラスに大きく出る。c,dではエンジン回転が復帰し
ようとしているところなので、Ｃでプラスにふれてもｄ
では０の値を示している。
このようにΔαでは、不整燃焼の時には必ず、次の気
筒の値も大きくふれる。
筒の値も大きくふれる。
そこで第８図のフローチヤートを用いて説明すると次
のとおりとなる。回転Δαの値は第２図参照。
のとおりとなる。回転Δαの値は第２図参照。
まず、＃２のΔαを検出する。これが負の値なので、
前の気筒のΔαを調べる。すると＃４は正常だつたので
Δαは０である。何の制御も行わずに次の＃１のΔαを
検出。この値は正の値である。そこで、フローチヤート
に従い直前気筒つまり＃２の燃焼を弱くする方向に制御
を行う。
前の気筒のΔαを調べる。すると＃４は正常だつたので
Δαは０である。何の制御も行わずに次の＃１のΔαを
検出。この値は正の値である。そこで、フローチヤート
に従い直前気筒つまり＃２の燃焼を弱くする方向に制御
を行う。
この制御には表１に示すものが考えられる。
また本実施例では回転変動幅によつて燃焼状態を次の
表２の如くランク付けした。
表２の如くランク付けした。
そして、この度合に応じて表１の進角、遅角値及び燃
料の増減割合を変えた。
料の増減割合を変えた。
第９図は本発明の一実施例になる内燃機関の制御装置
の構成を表す。
の構成を表す。
従来のエンジンコントロールシステムと同様の構成で
充分であり、特別に付加するものはない。つまり、低コ
ストで実現できる。
充分であり、特別に付加するものはない。つまり、低コ
ストで実現できる。
第10図に機能ブロツク図を示す。
本実施例では、燃焼状態の変化をエンジンクランクシ
ヤフトの回転角加速度の変化から見る。そこで、燃焼状
態の変化が最もよく現れる爆発行程での加速度を計測し
なくてはならない。
ヤフトの回転角加速度の変化から見る。そこで、燃焼状
態の変化が最もよく現れる爆発行程での加速度を計測し
なくてはならない。
まず、回転数計測区間パルス発生部で爆発行程を示す
パルスを発生する。
パルスを発生する。
この方法としては、第11図のように、Ref信号、Pos信
号から合成するものと、後述するクランク角センサに予
めスリツトを刻んでおくものなどがある。
号から合成するものと、後述するクランク角センサに予
めスリツトを刻んでおくものなどがある。
次に、パルス幅計測部で発生させたパルスの区間時間
を計測する。この方法はc/u内部のカウンタを使用した
り、外部カウンタを用いることなどが考えられる。
を計測する。この方法はc/u内部のカウンタを使用した
り、外部カウンタを用いることなどが考えられる。
そして演算部で計測時間から回転速度に変換し、加速
度、加速度の差を求める。
度、加速度の差を求める。
以上の値から制御する。
第12図に本発明の燃焼状態検出方法の実施例を示すフ
ローチヤートである。
ローチヤートである。
第４図で求めたものを用いて、不整燃焼を判別してい
る。
る。
このΔαの値は不整燃焼した気筒で判定値を超え、次
の気筒が正常であれば、次の気筒の値は、異常気筒とは
符号が逆の値を出すことが特徴である。そこで、Δαが
異常判定値を超えた時に、直前の気筒のΔαを調べ、そ
の気筒が逆の符号で判定値を超えていれば、直前気筒が
不整燃焼していたことがわかる。
の気筒が正常であれば、次の気筒の値は、異常気筒とは
符号が逆の値を出すことが特徴である。そこで、Δαが
異常判定値を超えた時に、直前の気筒のΔαを調べ、そ
の気筒が逆の符号で判定値を超えていれば、直前気筒が
不整燃焼していたことがわかる。
そこで、直前気筒の燃焼を正常にするように点火時期
を変化させたり、点火時期だけでは制御しきれないとき
には燃料噴射量も変化する。
を変化させたり、点火時期だけでは制御しきれないとき
には燃料噴射量も変化する。
加速度α′の求め方は次のとおりである。エンジンの
爆発行程中に回転加速度が最大となるクランク角を中心
として、その前後で瞬間速度を計測する。中心より前の
値を 後の値を として、 の差を加速度α（ｎ）とする。この方法で求められるα
は、本来加速度が意味する速度を時間で微分した値とは
違い、凝似加速度である。しかし、エンジン回転速度が
安定しているエンジン状態（例えばアイドリング）で
は、速度計測区間の間の時間の違いはほとんどなく、加
速度の値への影響はないと考えても問題ない。そこで、
エンジン回転数が一定している時には有効であるといえ
る。
爆発行程中に回転加速度が最大となるクランク角を中心
として、その前後で瞬間速度を計測する。中心より前の
値を 後の値を として、 の差を加速度α（ｎ）とする。この方法で求められるα
は、本来加速度が意味する速度を時間で微分した値とは
違い、凝似加速度である。しかし、エンジン回転速度が
安定しているエンジン状態（例えばアイドリング）で
は、速度計測区間の間の時間の違いはほとんどなく、加
速度の値への影響はないと考えても問題ない。そこで、
エンジン回転数が一定している時には有効であるといえ
る。
ところが、エンジン回転速度の変動が大きい時、（例
えば、自動車での加速・減速時）には、速度計測区間の
間の時間の違いが大きくなる。すると、加速度の定義に
おける時間頃も計測し考慮に入れることが必要となつて
くる。
えば、自動車での加速・減速時）には、速度計測区間の
間の時間の違いが大きくなる。すると、加速度の定義に
おける時間頃も計測し考慮に入れることが必要となつて
くる。
そこで第13図に示す求め方で加速度を求める。
まず、 の差αを求める。このときに速度計測区間の時間ｔ
（ｎ）を計測しておき、αをｔ（ｎ）で割ることによ
り、本来の加速度といえるα（ｎ）を求める。このα′
（ｎ）を用いることにより、回転速度が変動することに
よつて生じる時間項の影響を受けることなく、正確に爆
発行程の加速度を求めることができる。
（ｎ）を計測しておき、αをｔ（ｎ）で割ることによ
り、本来の加速度といえるα（ｎ）を求める。このα′
（ｎ）を用いることにより、回転速度が変動することに
よつて生じる時間項の影響を受けることなく、正確に爆
発行程の加速度を求めることができる。
また、速度計測区間の間の時間ｔの計測方法を第14図
に示す。回転速度 は速度計測区間の平均速度である。この２つの速度から
α′（ｎ）を求めるときに、dNをdtで割る必要がある。
このdtは、 を求めた区間の中心と中心を計測した時間t1あることが
望ましが、ここに限定するものではない。また、実際に
は、t1′,t1″のように、速度計測区間の始まり、終わ
りから終わりまでで計測しても、この速度計測区間は微
少区間のために、支障を期すことはない。
に示す。回転速度 は速度計測区間の平均速度である。この２つの速度から
α′（ｎ）を求めるときに、dNをdtで割る必要がある。
このdtは、 を求めた区間の中心と中心を計測した時間t1あることが
望ましが、ここに限定するものではない。また、実際に
は、t1′,t1″のように、速度計測区間の始まり、終わ
りから終わりまでで計測しても、この速度計測区間は微
少区間のために、支障を期すことはない。
以下、本発明の一実施例のクランク角センサを第14図
〜第19図を用いて説明する。
〜第19図を用いて説明する。
まず第15図を用いて、本発明の概要を説明する。内燃
機関、特に４サイクルエンジンでは、各筒毎に吸気，圧
縮，燃焼，排気の工程をくり返しておりエンジン全体と
しては、クランク角720度を気筒数で割つた角度（４気
筒エンジンの場合180度）毎に燃焼が起つている。しか
し、その燃焼も圧力変動があるためクランク軸に発生す
る回転角速度は図に示す様に変動している。又その回転
角加速度は図の下側に示す様に変動しており、そのピー
ク位置は、回転角速度が落ち込んでから最大となる位置
の中間にある。そこで、気筒別に回転角加速度を検知す
ることで、各気筒の燃焼状態を検知できるという事実に
基づいて、その回転角速度を検出する方法を検討した結
果、回転角加速度のピークを中心とした両側の２点の角
速度を求め、その２つの角速度の差を取つたり、更にそ
の値を２点間の時間で割つたりする処理を行うことで、
回転角速度をよく検知でき、気筒別の燃焼状態が把握で
きることがわかつた。
機関、特に４サイクルエンジンでは、各筒毎に吸気，圧
縮，燃焼，排気の工程をくり返しておりエンジン全体と
しては、クランク角720度を気筒数で割つた角度（４気
筒エンジンの場合180度）毎に燃焼が起つている。しか
し、その燃焼も圧力変動があるためクランク軸に発生す
る回転角速度は図に示す様に変動している。又その回転
角加速度は図の下側に示す様に変動しており、そのピー
ク位置は、回転角速度が落ち込んでから最大となる位置
の中間にある。そこで、気筒別に回転角加速度を検知す
ることで、各気筒の燃焼状態を検知できるという事実に
基づいて、その回転角速度を検出する方法を検討した結
果、回転角加速度のピークを中心とした両側の２点の角
速度を求め、その２つの角速度の差を取つたり、更にそ
の値を２点間の時間で割つたりする処理を行うことで、
回転角速度をよく検知でき、気筒別の燃焼状態が把握で
きることがわかつた。
本実施例では、その気筒別の燃焼状態を把握するため
の２点の角速度検出用のクランク角信号を発生させるこ
とを目的として、従来の１度読取用の角度信号（Pos）
や気筒毎に発生する気筒判別信号Refとは別に第３の出
力として第15図に示す様な区間パルスを発生させるクラ
ンク角センサを提供するものである。第15図には、角速
度検出点を区間信号として表している。そして角速度は
区間信号のパルス幅を計測することで求めることができ
るのであるが、パルス幅計測するシステム側の処理回路
の制約から区間信号パルスを常に角速度の高くなる方
（Uper信号）と常に角速度の低くなる方（Lower信号）
に分けて、別々の信号線に乗せるものと、２つの区間パ
ルスを１本の信号線に乗せるものの２通りが考えられ
る。また、この区間パルスはLoWer信号、Uper信号共に
同じクランク角幅でなくてはならない。このパルス幅を
大きくとると色々な誤差が小さくなる傾向にあるので、
センサの取付場所等で誤差の大きくなる場合にはパルス
幅をクランク角で20度程まで上げる必要がある。
の２点の角速度検出用のクランク角信号を発生させるこ
とを目的として、従来の１度読取用の角度信号（Pos）
や気筒毎に発生する気筒判別信号Refとは別に第３の出
力として第15図に示す様な区間パルスを発生させるクラ
ンク角センサを提供するものである。第15図には、角速
度検出点を区間信号として表している。そして角速度は
区間信号のパルス幅を計測することで求めることができ
るのであるが、パルス幅計測するシステム側の処理回路
の制約から区間信号パルスを常に角速度の高くなる方
（Uper信号）と常に角速度の低くなる方（Lower信号）
に分けて、別々の信号線に乗せるものと、２つの区間パ
ルスを１本の信号線に乗せるものの２通りが考えられ
る。また、この区間パルスはLoWer信号、Uper信号共に
同じクランク角幅でなくてはならない。このパルス幅を
大きくとると色々な誤差が小さくなる傾向にあるので、
センサの取付場所等で誤差の大きくなる場合にはパルス
幅をクランク角で20度程まで上げる必要がある。
第16図では、センサから発生した区間信号がどの様な
システムで信号処理されるかを示している。
システムで信号処理されるかを示している。
（ａ）の区間信号を１本の信号線に出力した場合で
は、２通りの処理法があり、１つは区間パルスがパルス
幅計測用タイマーモジユールに入力される毎にその計測
値をメモリに収納させる方法であり、もう１つは、２つ
の区間パルスを検波回路を通して分離してから別ポート
でパルス幅計測用タイマーモジユールに入力させる方法
である。
は、２通りの処理法があり、１つは区間パルスがパルス
幅計測用タイマーモジユールに入力される毎にその計測
値をメモリに収納させる方法であり、もう１つは、２つ
の区間パルスを検波回路を通して分離してから別ポート
でパルス幅計測用タイマーモジユールに入力させる方法
である。
（ｂ）の区間信号分離形の処理回路は２つの区間パル
スを直接、別ポートでパルス幅計測用タイマーモジユー
ルに入力させることができるので簡単な形となる。
スを直接、別ポートでパルス幅計測用タイマーモジユー
ルに入力させることができるので簡単な形となる。
区間パルスの出力位置については、角加速度のピーク
位置がATDC50〜60度に来るので、その点をはさむ様に、
LoWer側をATDC30〜50度とし、Uper側を60〜80度の区間
パルスとすればよい。但し、LoWer側とUper側を近づけ
る程感度が良くなるが、隔した場合の限界は、LoWer側
がATDC10〜30度で、Uper側をATDC80〜100度とした場合
である。この位置は丁度LoWer側が角速度最小となる位
置で、Uper側が角速度最大となる位置である。
位置がATDC50〜60度に来るので、その点をはさむ様に、
LoWer側をATDC30〜50度とし、Uper側を60〜80度の区間
パルスとすればよい。但し、LoWer側とUper側を近づけ
る程感度が良くなるが、隔した場合の限界は、LoWer側
がATDC10〜30度で、Uper側をATDC80〜100度とした場合
である。この位置は丁度LoWer側が角速度最小となる位
置で、Uper側が角速度最大となる位置である。
次に第17図から第19図を用いて、具体的なクランク角
信号発生機構について述べる。
信号発生機構について述べる。
まず第17図は、クランク軸に同期して720度で１回転
する円板31に区間パルスに相当するスリツト33を設け、
その区間をホトインタラプト37で検出することで区間パ
ルス信号を出すものである。動作としては、ホトインタ
ラプタの検出部を円板でさえぎる時出力OFFでスリツト
部でONとなる。この場合、 （ａ）の区間信号を１本の信号線に乗せるには、２つの
区間パルスを発生させるスリット位置を全周を等間隔で
刻んでいる角度計測用スリツトやクランク角720度を気
筒数で割つた角度毎に刻んでいる気筒判別用スリツトと
は別に同一円板上の円心円上に設ける必要がある。
する円板31に区間パルスに相当するスリツト33を設け、
その区間をホトインタラプト37で検出することで区間パ
ルス信号を出すものである。動作としては、ホトインタ
ラプタの検出部を円板でさえぎる時出力OFFでスリツト
部でONとなる。この場合、 （ａ）の区間信号を１本の信号線に乗せるには、２つの
区間パルスを発生させるスリット位置を全周を等間隔で
刻んでいる角度計測用スリツトやクランク角720度を気
筒数で割つた角度毎に刻んでいる気筒判別用スリツトと
は別に同一円板上の円心円上に設ける必要がある。
（ｂ）の区間信号を分離して出す場合では、区間パルス
発生用スリツトを同一円板上の円心円上に２重に設ける
ことになり、区間発生側のホトインタラプタ32も全部で
４対必要となる。
発生用スリツトを同一円板上の円心円上に２重に設ける
ことになり、区間発生側のホトインタラプタ32も全部で
４対必要となる。
この場合、区間計測誤差の要因としては、スリツトの
加工精度と円板がギヤ又はチエーンでクランク軸に連結
して回転するために発生するガタの２つが考えられる。
従つて誤差を小さくさせるためには区間パルス幅を20度
程度まで拡げる必要がある。
加工精度と円板がギヤ又はチエーンでクランク軸に連結
して回転するために発生するガタの２つが考えられる。
従つて誤差を小さくさせるためには区間パルス幅を20度
程度まで拡げる必要がある。
次に第18図を用いてクランク軸に同期して回転する磁
性体のリングギヤ34に区間パルスに相当する突起部35を
設け、その区間をエンジン側に固定された電磁ピツクア
ツプ37で検出しパルス信号を出すものについて説明す
る。動作としては、電磁ピツクアツプの検出部に磁性体
の突起が近ずくと出力はONとなり、離れると出力OFFと
なる。この場合では、（ａ）区間信号を１本の信号線に
乗せるには、２つの区間パルスを発生させる磁性体の歯
車５の取付位置を全周を等間隔に刻んでいる角度信号用
歯車やクランク角720度を気筒数で割つた角度毎に刻ん
である気筒判別用歯車とは別に、平行して設ける必要が
ある。
性体のリングギヤ34に区間パルスに相当する突起部35を
設け、その区間をエンジン側に固定された電磁ピツクア
ツプ37で検出しパルス信号を出すものについて説明す
る。動作としては、電磁ピツクアツプの検出部に磁性体
の突起が近ずくと出力はONとなり、離れると出力OFFと
なる。この場合では、（ａ）区間信号を１本の信号線に
乗せるには、２つの区間パルスを発生させる磁性体の歯
車５の取付位置を全周を等間隔に刻んでいる角度信号用
歯車やクランク角720度を気筒数で割つた角度毎に刻ん
である気筒判別用歯車とは別に、平行して設ける必要が
ある。
（ｂ）の区間信号を分離して出す場合では、Uper側の
区間とLoWer側の区間を別々にピツクアツプで検出する
必要があるので別々の歯車を設けることになる。
区間とLoWer側の区間を別々にピツクアツプで検出する
必要があるので別々の歯車を設けることになる。
電磁ピツクアツプで磁性体の突起を検出する場合、パ
ルス波形の立上り立下りがなまるため、ピツクアツプ後
の信号は何らかの形の波形成形回路38を入れる必要があ
る。
ルス波形の立上り立下りがなまるため、ピツクアツプ後
の信号は何らかの形の波形成形回路38を入れる必要があ
る。
また、この様なリングギヤをクランク軸上に設ける様
にすればガタなどの誤差要因が消えるため区間パルス幅
は比較的小さくても精度が良くなる。
にすればガタなどの誤差要因が消えるため区間パルス幅
は比較的小さくても精度が良くなる。
第19図には、従来の角度計測用信号Posと気筒判別信
号Refから信号処理で区間パルスを出すものの一例が示
してある。その動作としては、クランク角720度を気筒
数で割つた角度毎に発生するRef信号をトリガーとして
４つのカウンター39に入力し、２度程度の間隔で発生す
るPos信号をカウンターのクロツクとして入力させる。
そして、ある所定の角度が来たらカウンターからパルス
が発生する様にしておく。この場合、２つの区間パルス
を出すためには、４つのカウンターが独立して信号の出
す位置指定できる必要がある。本実施例では４つのプリ
ンセツタブルダウンカウンターを用いた。次にこの４つ
の信号の処理では、（ａ）の区間信号を１本の信号線に
乗せる場合、区間パルスの立上り位置にくる信号はフリ
ツプフロツプ11のセツト入力と接続された２入力ORゲー
ト10aに入る。又、区間パルスの立下り位置にくる信号
はフリツプフロツプ11のリセツト入力と接続された２入
力ORゲート10bに入る様に構成する。
号Refから信号処理で区間パルスを出すものの一例が示
してある。その動作としては、クランク角720度を気筒
数で割つた角度毎に発生するRef信号をトリガーとして
４つのカウンター39に入力し、２度程度の間隔で発生す
るPos信号をカウンターのクロツクとして入力させる。
そして、ある所定の角度が来たらカウンターからパルス
が発生する様にしておく。この場合、２つの区間パルス
を出すためには、４つのカウンターが独立して信号の出
す位置指定できる必要がある。本実施例では４つのプリ
ンセツタブルダウンカウンターを用いた。次にこの４つ
の信号の処理では、（ａ）の区間信号を１本の信号線に
乗せる場合、区間パルスの立上り位置にくる信号はフリ
ツプフロツプ11のセツト入力と接続された２入力ORゲー
ト10aに入る。又、区間パルスの立下り位置にくる信号
はフリツプフロツプ11のリセツト入力と接続された２入
力ORゲート10bに入る様に構成する。
（ｂ）の区間信号を分離する場合には、２つのフリツ
プフロツプに別々にセツト入力とリセツト入力が入る様
に構成する。
プフロツプに別々にセツト入力とリセツト入力が入る様
に構成する。
以上のロジツク回路は、コントロールユニツト側に設
けても良いが、誤動作などの防止を考えるとクランク角
センサ側に設けた方が信号線が短くとれるので好まし
い。
けても良いが、誤動作などの防止を考えるとクランク角
センサ側に設けた方が信号線が短くとれるので好まし
い。
第１図は本発明の定義を説明する為の波形図、第２図は
本発明の一実施例を説明する為の特性図、第３図は内燃
機関の構造説明図、第４図は本発明の一制御フローチヤ
ート、第５図は本発明の一実施例、第６図は本発明の一
実施例の動作説明の為の波形図、第７図は本発明の一実
施例の原理を説明する為の図面、第８図は本発明の他の
実施例のフローチヤート、第９図は本発明の一実施例に
なる内燃機関の制御装置の全体図、第10図は機能ブロツ
ク図、第11図は回転数計測区間パルス発生部の一例を示
す図面、第12図は燃焼状態検出と、それに基づく内燃機
関の制御フローチヤート、第13図はα，Δαを求める方
法の説明図、第14図は加速度α′を求める方法の説明
図、第15図は、本発明のクランク角センサの条件を説明
する為の概要説明図、第16図（ａ），（ｂ）図は、本発
明のクランク角センサの出力の処理システム説明図、第
17図（ａ），（ｂ）図は、本発明のクランク角センサの
一実施例を示す図面で、スリツト板とホトインタラプタ
を使用した例の説明図、第18図（ａ），（ｂ）図は、本
発明のクランク角センサの他の実施例でリングギヤと電
極ピツクアツプを使用した例の説明図、第19図（ａ），
（ｂ）図は、本発明の一実施例になる信号処理部の説明
図である。 ３……空気流量計、13……噴射弁、15……コントロール
ユニツト、16……デイストリビユータ、17……イグニツ
シヨンコイル。
本発明の一実施例を説明する為の特性図、第３図は内燃
機関の構造説明図、第４図は本発明の一制御フローチヤ
ート、第５図は本発明の一実施例、第６図は本発明の一
実施例の動作説明の為の波形図、第７図は本発明の一実
施例の原理を説明する為の図面、第８図は本発明の他の
実施例のフローチヤート、第９図は本発明の一実施例に
なる内燃機関の制御装置の全体図、第10図は機能ブロツ
ク図、第11図は回転数計測区間パルス発生部の一例を示
す図面、第12図は燃焼状態検出と、それに基づく内燃機
関の制御フローチヤート、第13図はα，Δαを求める方
法の説明図、第14図は加速度α′を求める方法の説明
図、第15図は、本発明のクランク角センサの条件を説明
する為の概要説明図、第16図（ａ），（ｂ）図は、本発
明のクランク角センサの出力の処理システム説明図、第
17図（ａ），（ｂ）図は、本発明のクランク角センサの
一実施例を示す図面で、スリツト板とホトインタラプタ
を使用した例の説明図、第18図（ａ），（ｂ）図は、本
発明のクランク角センサの他の実施例でリングギヤと電
極ピツクアツプを使用した例の説明図、第19図（ａ），
（ｂ）図は、本発明の一実施例になる信号処理部の説明
図である。 ３……空気流量計、13……噴射弁、15……コントロール
ユニツト、16……デイストリビユータ、17……イグニツ
シヨンコイル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永野 正美 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社日立製作所佐和工場内 (72)発明者 門向 裕三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−258955（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−265434（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−255546（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−267343（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−5736（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−64252（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−227534（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−122144（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−91429（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−87307（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−193767（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−45781（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−69532（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−78550（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−51243（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−198447（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−69075（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−83344（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−10254（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−61954（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 F02P 5/15
Claims (1)
- 【請求項１】機関の各気筒の爆発行程での回転変動に基
づいて、不整燃焼を判定，制御する内燃機関の燃焼状態
制御方法において、 クランク角センサからの信号に基づいて、圧縮上死点
（TDC）より所定位置における回転速度Nbotおよび爆圧
下死点より所定位置における回転速度Ntopを計測し、こ
れら回転速度の差より加速度αを求め、今回求めたαと
１つ前のαとの差であるΔαを求め、前記Δαが所定判
定値を超えたときに不整燃焼と判定し、前記不整燃焼の
判定に際し、Δαを前記所定判定値内とするように点火
時期を補正し、前記補正にてΔαが前記所定判定値内と
ならないときは、前記補正に加え燃料噴射量の補正を行
うことを特徴とする内燃機関の燃焼状態制御方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01217364A JP3085382B2 (ja) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | 内燃機関の燃焼状態制御方法 |
| US07/568,086 US5086741A (en) | 1989-08-25 | 1990-08-16 | Method and apparatus for detecting and controlling combustion condition in an internal combustion engine |
| DE69005259T DE69005259T2 (de) | 1989-08-25 | 1990-08-23 | Methode und Gerät, um den Verbrennungszustand in einer Brennkraftmaschine zu Detektieren, und solche Methode und Gerät benutzende Methode und Gerät zur Steuerung einer Verbrennungsmaschine. |
| EP90116160A EP0424630B1 (en) | 1989-08-25 | 1990-08-23 | Method and apparatus for detecting combustion condition in an internal combustion engine and method and apparatus for controlling an internal combustion engine by using the above method and apparatus |
| KR1019900013100A KR0173780B1 (ko) | 1989-08-25 | 1990-08-24 | 내연기관의 연소상태검출방법과 장치 및 그것을 사용한 내연기관의 제어방법과 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01217364A JP3085382B2 (ja) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | 内燃機関の燃焼状態制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0381544A JPH0381544A (ja) | 1991-04-05 |
| JP3085382B2 true JP3085382B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=16703020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01217364A Expired - Fee Related JP3085382B2 (ja) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | 内燃機関の燃焼状態制御方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5086741A (ja) |
| EP (1) | EP0424630B1 (ja) |
| JP (1) | JP3085382B2 (ja) |
| KR (1) | KR0173780B1 (ja) |
| DE (1) | DE69005259T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105784377A (zh) * | 2016-03-28 | 2016-07-20 | 中国船舶工业系统工程研究院 | 基于瞬时转速的柴油机工作均衡性故障诊断方法及装置 |
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