JP3185523B2

JP3185523B2 - 内燃機関の燃焼安定度検出装置

Info

Publication number: JP3185523B2
Application number: JP04106994A
Authority: JP
Inventors: 欣高出口; 伸孝高橋; 一真大蔵; 利夫松村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 2001-07-11
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JPH07247894A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃焼安定度
を検出する装置に関し、特に、機関回転変動に基づいて
燃焼安定度を検出する装置の改良技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関の燃焼安定度検出装置と
しては、特開昭５８−１６０５３０号公報に開示される
内燃機関の燃焼安定度制御装置に用いられるような、機
関の回転変動を人間の体感振動特性に合わせたフィルタ
を介して抽出し、該抽出した回転変動の大きさに基づい
て燃焼安定度を検出するものが一般的である。なお、該
内燃機関の燃焼安定度制御装置は、検出された燃焼安定
度が許容範囲内に収まるように機関吸入混合気の空燃比
をフィードバック制御して、燃焼を安定させ延いては機
関発生トルクの変動（サージ）を低減するようになって
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、機関回転速
度の検出信号には、燃焼の安定度とは無関係なノイズ
（回転変動成分）が混入するため、上記のような装置で
は機関回転変動の検出が不正確となる可能性が高い。前
記ノイズとしては、タイヤのアンバランスやプロペラシ
ャフトの捩じりに起因する振動周波数成分等が逆入力さ
れることが考えられるが、これらノイズは車速（タイ
ヤ、プロペラシャフトの回転速度）に影響されるため車
速が正確に把握できれば予めノイズの発生周波数を予測
することが可能で、通常の時間同期フィルタで当該周波
数成分を除去することは可能である。しかしながら、現
実には、車速の変化に応じてノイズの周波数が変化し同
時に機関回転速度も変化するため、ノイズの周波数変化
や機関回転速度の変化に素早く追従して除去すべき周波
数を変化させなければならず、高精度な検出を行なうこ
とは困難であった（図５参照）。また、除去周波数幅を
広くして対応することも考えられるが、この場合には除
去不要な周波数成分が除去されてしまうために検出精度
が低下することとなる。

【０００４】なお、特開平２−２９１４５９号公報に
は、車両駆動系の固有振動数とタイヤ回転１次振動周波
数とが一致する場合に、タイヤの回転１次振動周波数成
分が機関回転変動に与える影響が大きくなるとして、か
かる場合には誤検出防止のため機関回転変動の検出を中
止して、サージ制御を中止するものが開示されている。
しかしながら、上記の装置では、回転変動の検出を行な
う領域を制限しなければならず、また回転変動の検出に
対するタイヤ回転１次振動の影響は、車両駆動系の固有
振動数とタイヤ回転１次振動周波数とが一致する場合に
最も大きくなるが、一致しないときであっても影響は存
在するのであるから、全領域に亘って高精度に燃焼変動
に起因する回転変動を検出できるものではなかった。

【０００５】本発明は、かかる従来の実情に鑑みなされ
たもので、駆動系振動成分を略完全に除去して燃焼変動
にのみ起因する回転変動を常に高精度に検出して、以っ
て高精度に燃焼安定度を検出することができる内燃機関
の燃焼安定度検出装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の発明は、図１に示すように、車両に搭載され、変速
機構と駆動伝達手段とを介して車両の駆動輪に動力を伝
達する内燃機関の燃焼安定度を検出する内燃機関の燃焼
安定度検出装置であって、機関の所定の回転角度毎に基
準信号を出力する基準信号出力手段Ａと、前記基準信号
の発生時間間隔を計測する時間間隔計測手段Ｂと、変速
機構以降の車両駆動系の所定の回転角度毎に信号を出力
する駆動系回転同期信号出力手段Ｃと、前記駆動系回転
同期信号出力手段Ｃによる信号の発生に同期して起動さ
れ、前記計測された時間間隔のデータまたは該データを
変換して得られた機関回転速度のデータをフィルタ処理
して駆動系振動周波数成分を除去する回転同期フィルタ
手段Ｄと、前記回転同期フィルタ手段Ｄの出力信号に基
づいて燃焼安定度を検出する燃焼安定度検出手段Ｅと、
を備えて構成した。

【０００７】請求項２に記載の発明は、前記燃焼安定度
検出手段Ｅを、所定時間毎に起動され、前記回転同期フ
ィルタ手段Ｄによってフィルタ処理されたデータをフィ
ルタ処理して、変速機構から車両駆動系を介して駆動輪
に至る車両駆動系の共振周波数成分を抽出する時間同期
フィルタ手段の出力信号に基づいて燃焼安定度を検出す
るように構成した。

【０００８】

【作用】上記の構成を備える請求項１に記載の発明で
は、駆動系回転同期信号出力手段から出力される信号に
同期させて、前記回転同期フィルタ手段を起動する。こ
れにより、時間間隔または機関回転速度のデータに重畳
する駆動系振動周波数成分は、駆動系回転同期信号出力
手段の同期信号の発生周波数により正規化されることに
なるから、換言すれば、駆動系振動周波数成分は、車速
や機関回転速度が変化しても、常にその次数に応じた一
定周波数成分として時間間隔または機関回転速度のデー
タに重畳することになる。よって、内燃機関の燃焼安定
度の検出に誤差を与える駆動系振動周波数成分を、機関
回転速度信号上で容易に特定することができるようにな
る。したがって、前記回転同期フィルタ手段により、該
特定された駆動系振動成分を機関回転速度信号から容易
に略完全に除去することが可能となる。そして、前記燃
焼安定度検出手段では、前記駆動系振動周波数成分が除
去された信号に基づいて、車速変化や変速装置の変速比
の変更に伴う駆動系振動周波数や機関回転速度の変化に
無関系に、常に高精度に燃焼安定度に起因する回転変動
を検出することができるようになるので、以って常に高
精度に内燃機関の燃焼安定度を検出することができる。

【０００９】また、請求項２に記載の発明では、前記燃
焼安定度検出手段を、回転同期フィルタ手段の出力信号
から、車両駆動系の共振周波数成分を抽出する時間同期
フィルタの出力信号に基づいて燃焼安定度を検出するよ
うにしたので、機関の安定化に影響が大きく、しかも、
乗員に不快感を与える車体振動を増大させる周波数成分
に基づいて燃焼安定度を検出することができ、以ってよ
り高精度に燃焼安定度を検出することができるようにな
る。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。図２に示すように、内燃機関のカム軸に同期
して回転するカムタイミングプレート１ａと、電磁式ピ
ックアップセンサ１ｂとから構成されるカム回転センサ
１が設けられる。該カム回転センサ１は、前記カムタイ
ミングプレート１ａに所定カム角毎（例えばカム軸回転
角で９０度毎、これはクランク軸回転角では１８０度毎
に相当する。）に設けられたカム角検出用突起が前記電
磁式ピックアップセンサ１ｂの鉄心の磁界を横切ること
により、所定カム角毎に一周期の交流信号を発生させる
ようになっている。前記交流信号は、内燃機関が４気筒
であれば各気筒のピストン基準位置を検出する基準位置
信号、所謂リファレンス信号となるものである。なお、
６気筒の場合には、カム軸６０度回転毎に設定するよう
にすれば、同様に基準位置信号となる。

【００１１】ここで、カム回転センサ１から所定カム角
毎に出力される一周期の交流信号は、コントロールユニ
ット４へ入力され、パルス信号に変換され、後述するよ
うにして、カム軸が所定角度回転するのに要する時間間
隔が計測され機関回転速度Ｎｅが検出されるようになっ
ている。かかるカム回転センサ１が、本発明にかかる機
関回転同期信号出力手段を構成する。

【００１２】なお、本実施例では、機関回転速度Ｎｅを
検出するのに、カム角センサ１を使用しているが、勿論
クランク軸に同期して所定クランク角毎に交流信号を出
力するクランク角センサを用いても構わない。また、電
磁式ピックアップセンサでなくても、例えばカムタイミ
ングプレート１ａに所定カム角毎にスリットを設け、光
学式ピックアップセンサにより信号を発生させるもので
あっても構わない。

【００１３】一方、変速装置以降の駆動軸、例えば変速
装置の出力軸、プロペラシャフト、或いはドライブシャ
フト等の回転速度を検出する駆動系回転センサ２が設け
られている。なお、該駆動系回転センサ２は前記カム回
転センサ１と同様の構成であり、本実施例では変速装置
の出力軸に取付けられた出力軸プレート２ａと、電磁式
ピックアップセンサ２ｂとからなる。前記出力軸タイミ
ングプレート２ａには、所定回転角毎（例えば６０度
毎）に交流信号が発生するように突起が設けられてい
る。この信号の発生周波数は、除去したい周波数の２倍
以上とする。これは、２倍未満の場合、理論的にデジタ
ルフィルタ処理で除去することができないからである。
なお、該変速装置の出力軸と一定の回転速度比で回転す
るドライブシャフト等の回転軸に取付けることも可能
で、この場合には、後述するデジタルフィルタの除去周
波数を、減速比（回転速度比）及び信号出力頻度（突起
間角度）に応じて適宜設定すればよい。

【００１４】該駆動系回転センサ２から所定回転角度毎
に出力されるパルス信号は、コントロールユニット４へ
入力され、ここでパルス信号に変化される。なお、かか
る駆動系回転センサ２は所謂車速センサとして用いるこ
とができ、即ち前記パルス信号に基づいて駆動軸が所定
角度回転するのに要する時間を検出して求めた出力軸の
回転速度と、タイヤ半径・デファレンシャルギヤの最終
減速比等に基づいて車速を検出することができる。

【００１５】かかる駆動系回転センサ２が、本発明にか
かる駆動系回転同期信号出力手段を構成する。また、燃
焼安定度を制御するためのアクチュエータとして機能す
る電磁式の燃料噴射弁３が内燃機関の吸気系に設けられ
ている。かかる燃料噴射弁３は、コントロールユニット
４からの駆動信号に基づいて開弁時間が制御され、機関
に噴射供給する燃料量を調量するようになっている。

【００１６】ここで、コントロールユニット４が行なう
デジタルフィルタ処理について図３に示すフローチャー
トに従って説明する。該フローチャートは、駆動系回転
センサ２の出力信号に同期して実行される。なお、説明
の簡単のために、機関回転速度Ｎｅにノイズとして重畳
するものとして、タイヤ回転１次振動周波数成分のみを
考えることにする。その高次成分については、除去周波
数を次数倍することによって同様に説明できるので説明
を省略することにする。また、プロペラシャフト回転１
次振動周波数成分及びその高次成分については、後述す
るデジタルフィルタの除去周波数を、タイヤの１次振動
周波数成分の場合の除去周波数の変速装置のギヤの噛み
合いにより定まる減速比倍に設定することによって同様
に説明できるので説明を省略することにする。

【００１７】ステップ１（図ではＳ１と記してある。以
下、同様。）では、駆動系回転センサ２の出力信号が入
力されると、これと同期して、カム回転センサ１からの
基準位置信号の発生時間間隔Ｔｒｅｆを計測し、以下の
演算式により機関回転速度Ｎｅを演算する。Ｎｅ＝３．０×１０⁷／Ｔｒｅｆただし、この機関回転速度Ｎｅの演算処理は、デジタル
フィルタ処理に関する限り省略して構わない。即ち、最
終的に回転変動を求めることを目的とするのであるか
ら、機関回転速度Ｎｅを求めずとも前記発生時間間隔Ｔ
ｒｅｆによっても回転変動を求めることができるからで
ある。

【００１８】ところで、基準位置信号の発生時間間隔Ｔ
ｒｅｆの計測は、コントロールユニット４内部に備えら
れるフリーランタイマ（ＦＲＴ）によって行なう。コン
トロールユニット４は、基準位置信号を受けて割込処理
を行い、前の基準位置信号入力時からの計測時間と、後
から入力された基準位置信号入力時からの計測時間と、
の差分を求めることで、前記カム軸９０度回転毎の基準
位置信号の発生時間間隔Ｔｒｅｆを検出するようになっ
ている。。

【００１９】ステップ２では、機関回転速度Ｎｅ信号或
いはＴｒｅｆ信号から、内燃機関の燃焼安定度に無関係
な直流成分を除去する。該直流成分は、一般的によく知
られているバタワース型２次ハイ・パス・フィルタを用
いることにより除去することができる。ステップ３で
は、ステップ２により直流成分が除去された機関回転速
度Ｎｅ信号或いは前記Ｔｒｅｆ信号から、内燃機関の燃
焼安定度とは無関係なタイヤ回転１次振動周波数成分を
除去する。タイヤ回転１次振動成分は、タイヤ１回転に
つき１回の周期で現れるものであるから、駆動系回転セ
ンサ２の周波数で正規化された周波数上では、換言すれ
ば、タイヤの回転に同期して出力される駆動系回転セン
サ２の出力信号間において検出した機関回転速度Ｎｅ信
号或いは前記Ｔｒｅｆ信号には、車速が変化してタイヤ
回転１次振動周波数が変化しても、タイヤ回転１次振動
成分は常に固定周波数成分として重畳することになる。
本実施例では、駆動系回転センサ２の出力信号は変速装
置の出力軸が６０度回転する毎に発生するから、最終減
速比をＮとした場合、車速や変速装置の変速比が変化し
てタイヤ回転１次振動周波数や機関回転速度の変化に無
関系に、タイヤ回転１次振動成分は１／６／Ｎ（＝６０
／３６０／Ｎ）の一定周波数で重畳することになるので
ある。

【００２０】このように、駆動系回転センサ２の出力信
号に同期して機関回転速度Ｎｅ或いは前記Ｔｒｅｆを検
出するようにすれば、機関回転速度Ｎｅ等とは無関係
に、機関回転速度Ｎｅ信号或いは前記Ｔｒｅｆ信号に対
して、タイヤ回転１次振動周波数を１／６／Ｎの一定周
波数で重畳する成分として極めて容易に特定できるの
で、これを除去することが容易にできるようになるので
ある。

【００２１】したがって、ステップ４において、以下の
２次バンド・リジェクト・フィルタを実行することによ
って、機関回転速度及び変速比に拘わらず、問題となる
タイヤ回転１次振動周波数成分を高精度に除去すること
ができる。Ｈ(z^-1) ＝( α− 2αβ z^-1＋α z^-2) ／(1− 2αβz
^-1＋(2α−１)z^-2) ０＜α＜１，０≦β≦１ここで、αは概ね除去周波数帯域幅を決定する定数であ
り、βは除去周波数に対応して定まる定数である。な
お、z ^-nは、ｎ回前の計測値を意味する。

【００２２】上記のステップ３，ステップ４が、本発明
にかかる回転同期フィルタ手段を構成する。このよう
に、本実施例では、コントロールユニット４によるデジ
タルフィルタ処理を、駆動系回転センサ２の出力信号に
同期して実行するので、車速や変速比の変化に伴って機
関回転速度Ｎｅに重畳するタイヤ回転１次振動周波数が
変化しても、常に高精度にタイヤ回転１次振動周波数成
分を特定して略完全に除去することが可能となる。

【００２３】ここで、本実施例におけるデジタルフィル
タ処理の実行結果を、デジタルフィルタ処理前の状態と
比較して、図４に示す。図中、ａ）はタイヤ回転１次振
動周波数成分を含んだ機関回転速度の周波数特性を、
ｂ）はタイヤ回転１次振動周波数成分除去後デジタルフ
ィルタ出力の周波数特性を示している。なお、縦軸はゲ
イン（単位ｄＢ）である。

【００２４】ところで、燃焼安定度検出手段は前記コン
トロールユニット４に備えられ、後述するバンドパスフ
ィルタを介して前記デジタルフィルタ処理後の出力信号
を入力して、以下のようにして燃焼安定度を検出する。
すなわち、内燃機関の燃焼不安定化の影響は、駆動系共
振周波数付近の成分に最も大きく現れる。そこで、駆動
系の共振周波数は、概ねギヤ比によって決定されるた
め、全ての取りうるギヤ比に対する共振周波数を全て、
或いは各ギヤ比に応じてパラメータを切り換えて駆動系
の共振周波数付近（或いは所定幅の周波数帯）の成分
を、前記デジタルフィルタ処理後の出力信号から、バン
ドパスフィルタ（時間同期デジタルフィルタ）を介して
抽出する。このようにして抽出されたバンドパスフィル
タの出力波形は、内燃機関の燃焼が不安定化するに従っ
て振幅が増大するから、所望の検出速度と検出精度によ
って設定される時間の出力波形の振幅平均相当を内燃機
関の燃焼安定度の指標とし、予め設定してある１つ以上
の比較値と比較することによって、内燃機関の燃焼安定
度を検出することができるものである。なお、図４で
は、タイヤ回転１次振動周波数成分を除去したため、こ
の部分が凹んでいるため前記指標が真の燃焼安定度に対
して小さな値となり、結果的にタイヤ回転１次振動周波
数成分を除去しても、小さい側で検出精度が低下するよ
うに見えるが、実際には、縦軸は対数表示であるため、
除去前のタイヤ回転１次振動周波数成分の大きさに比較
して、該凹み部分は指数関数的に小さな値となるから、
検出精度が低下するようなことはない。したがって、タ
イヤ回転１次振動周波数成分を除去することで大幅に燃
焼安定度の検出精度を向上させることができる。

【００２５】そして、このようにして精度よく検出され
た燃焼安定度に基づく内燃機関の燃焼安定度制御は、内
燃機関に供給する混合気の空燃比を燃料噴射弁３からの
燃料噴射量を調整することによって行なうことができ
る。つまり、燃焼安定度が悪い場合には燃料噴射量を増
大させて燃焼の安定化を図り、この逆の場合には燃焼安
定度が所定内に収まる範囲で燃費・排気特性を改善すべ
く燃料噴射量を低減するような制御を行なうことができ
る。勿論、機関吸気系に排気の一部を導く排気還流（Ｅ
ＧＲ）装置等を備えた内燃機関において、排気還流制御
中にあっては、その排気還流量を増減補正することで燃
焼安定度を所定範囲内に制御する場合にも本実施例にお
ける燃焼安定度検出装置が適用できるのは自明である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、機関回転速度信号中に含まれ内燃機関の
燃焼安定度とは無関係なタイヤ或いはプロペラシャフト
等の駆動系の振動周波数成分を略完全に除去することが
できるので、該駆動系の振動成分が除去された機関回転
速度信号に基づき燃焼変動にのみ起因する回転変動を常
に高精度に検出することができるようになるため、以っ
て内燃機関の燃焼安定度を常に高精度に検出することが
できる。

【００２７】請求項２に記載の発明では、さらに、車両
駆動系の共振周波数成分を機関の燃焼安定度に相関する
周波数成分として抽出することにより、機関の安定化に
影響が大きい周波数成分を抽出することができるので、
より一層燃焼安定度の検出精度を向上させることがで
き、延いては安定度検出に基づく安定化制御性能を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるブロック図

【図２】本発明にかかる一実施例の全体構成図

【図３】同上実施例における回転同期フィルタ処理を説
明するフローチャート

【図４】同上実施例における回転同期フィルタ処理の実
行結果を示す図

【図５】従来の時間同期フィルタ処理における問題点を
説明する図

【符号の説明】

１カム回転センサ２出力軸回転センサ３燃料噴射弁４コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松村利夫神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (56)参考文献特開平６−193499（ＪＰ，Ａ) 特開平５−26721（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−201884（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 395

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両に搭載され、変速機構と駆動伝達手段
とを介して車両の駆動輪に動力を伝達する内燃機関の燃
焼安定度を検出する内燃機関の燃焼安定度検出装置であ
って、機関の所定の回転角度毎に基準信号を出力する基準信号
出力手段と、前記基準信号の発生時間間隔を計測する時間間隔計測手
段と、変速機構以降の車両駆動系の所定の回転角度毎に信号を
出力する駆動系回転同期信号出力手段と、前記駆動系回転同期信号出力手段による信号の発生に同
期して起動され、前記計測された時間間隔のデータまた
は該データを変換して得られた機関回転速度のデータを
フィルタ処理して駆動系振動周波数成分を除去する回転
同期フィルタ手段と、前記回転同期フィルタ手段の出力信号に基づいて燃焼安
定度を検出する燃焼安定度検出手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼安定度検出装
置。
【請求項２】前記燃焼安定度検出手段は、所定時間毎に
起動され、前記回転同期フィルタ手段によってフィルタ
処理されたデータをフィルタ処理して、変速機構から車
両駆動系を介して駆動輪に至る車両駆動系の共振周波数
成分を抽出する時間同期フィルタ手段の出力信号に基づ
いて燃焼安定度を検出することを特徴とする請求項１に
記載の内燃機関の燃焼安定度検出装置。