JP3293658B2 - 内燃機関の燃焼状態検出装置 - Google Patents

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制御における
内燃機関の燃焼状態検出に関し、特に、従来検出するこ
とが困難であった内燃機関の高回転時における計測誤差
を考慮した燃焼状態検出に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃焼状態検出装置は内燃機関の筒
内圧を測定して、筒内圧が所定の圧力に達しない場合を
燃焼不良と判断していた。しかし、複数の気筒を有する
内燃機関の場合、気筒の数だけ筒内圧計を用意する必要
が有り高価であった。

【０００３】また、他の従来技術として、燃焼不良が生
じたときに内燃機関の発生トルクが低下することを利用
して、回転速度の変化を計測して間接的に燃焼状態を検
出する方法がある。このように回転速度の変化により燃
焼不良を検出する方法として、例えば、特開昭58−5124
3号があげられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】回転速度の変化を計測
して間接的に燃焼状態を検出する方法において、その燃
焼状態の検出可能範囲や検出精度は、回転速度の計測精
度の影響を大きく受ける。

【０００５】しかし、前記特開昭58−51243 号に示され
たものは、回転速度の計測精度についての考慮はされて
おらず、内燃機関の高回転時などの回転速度の計測精度
の影響が大きく出るところでの、燃焼状態検出を行おう
とする場合、回転速度の計測精度はかなり高くなくては
いけないため、結果として高価となる。また、回転速度
の計測精度を下げると、稀頻度の燃焼不良の検出を行う
ことが難しくなる。

【０００６】一方、稀頻度の燃焼不良であってもこれを
検出して、異常であることを運転者に警告したり、燃焼
不良を起こしている気筒に対して燃料供給を中断して未
燃焼ガスの排出を防いだり排気系が高温になるのを防ぐ
といったことが大気汚染防止上、あるいは安全上ますま
す必要となってきているため、誤診断の可能性を低減す
る必要がある。

【０００７】そこで、本発明は、内燃機関の高回転時な
どの回転速度の計測精度の影響が大きく出るところで
の、燃焼状態検出パラメータの変動を抑え、正常運転に
もかかわらず燃焼不良と誤判断する可能性を低減するこ
とを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】回転速度の計測方法とし
て、各気筒に該当する回転速度計測区間を設定し、その
区間内にかかる時間を計測して、その時間を用いて回転
速度を算出するのだが、この方法の計測誤差の発生要因
は、回転速度計測区間の設定位置、及び計測区間幅、ま
た、ディジタル処理で回転速度を算出する場合は、時間
計測時の端数処理等があげられる。

【０００９】燃焼状態を検出する際、誤検出の最も大き
な要因は、回転速度計測区間幅が一定でないため起こる
ものである。

【００１０】前記の課題を解決するために、回転速度計
測区間幅を疑似的に一定幅にして、回転速度を算出する
という手段を施す。

【００１１】回転速度計測区間幅を疑似的に一定幅にす
る方法として、各回転速度計測区間幅に対応する係数を
設け、内燃機関が一定速度で回転している時は各回転速
度計測区間幅と各係数との積が一定になるように各係数
を設定し、計測された時間はその係数との積をとり、そ
の値を計測時間データとして回転速度を求め、燃焼状態
を検出する。

【００１２】

【作用】内燃機関の高回転時に特に悪影響を及ぼす、回
転速度計測区間幅が一定でないために起こる燃焼状態検
出パラメータの変動を抑え、正常運転にもかかわらず燃
焼不良と誤判断する可能性を低減することができる。従
って、運転者への警告がより正確になり、また、より確
実に未燃焼ガスの排出を防いだり排気系が高温になるの
を防いだりすることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の内燃機関の燃焼状態検出装置
を図に示す実施例に基づき説明する。

【００１４】内燃機関はインジェクタ１によって噴射さ
れる燃料と吸入した空気を燃焼室内に混合気として取り
入れる。取り入れられた混合気は、内燃機関の圧縮，爆
発，膨張行程の後、排気され、その排気ガス中の酸素濃
度を知るため、酸素濃度センサ１２を排気管に取り付け
る。また、内燃機関のクランクシャフトには、クランク
角検出用回転板８及び、気筒判別用のレファレンスセン
サ２と、クランクシャフトの回転角速度を計るポジショ
ンセンサ３を取り付ける。クランク角検出用回転板及び
ポジションセンサは例えば内燃機関始動時に使用するス
タータ用のリングギアの波形を磁気式ピックアップで検
出するものを使用しても良い。気筒判別の補助信号とし
て、カム軸にフェイズセンサ４を取り付ける。これらの
信号の一例を図２に示す。

【００１５】そして、これらの信号をもとに演算装置５
によって燃焼状態を検出する。演算装置５は、コントロ
ールユニット６の内部に構成しても良い。ここで、燃焼
不良と判断された場合は、内燃機関の運動を制御するコ
ントロールユニット６に燃焼不良であることを告知し、
燃焼不良である気筒の燃料供給を行わないなどの処理を
行うとともに、警告装置７に信号が送られ、表示等の点
灯や、警告音の発生により、運転者に燃焼状態不良を知
らせ、それに対する所定の対応を促す。

【００１６】内燃機関の燃焼状態の検出方法を以下に述
べる。

【００１７】ポジションの間隔を回転するのにかかる時
間を計測し、１ポジションまたは、複数のポジションか
らなる回転速度計測区間にわたる時間Ｔ(s)により、そ
の逆数を使って回転速度Ｎ(1/min)を算出することが出
来る。

【００１８】Ｎ＝Ｋ／Ｔ Ｋ：定数 しかし、クランク角検出用回転板８は、加工上の精度
や、内燃機関の運転時に起きる摩耗等によりピッチエラ
ーとなり、正確に等間隔に信号がでるようにはなってい
ない。そのため、一定速度で回転していても、Ｔは一定
にならない。例えば６気筒の内燃機関ならば、以下のよ
うになる。

【００１９】 Ｔ₁＝ Ｔ₄ ， Ｔ₂＝ Ｔ₅ ， Ｔ₃＝Ｔ₆ Ｔ₁≠ Ｔ₂ ， Ｔ₂≠ Ｔ₃ ， Ｔ₁≠Ｔ₃ そこで、上式に手を加え以下のようにする。

【００２０】 Ｔ＝Ｃ₁Ｔ₁＝Ｃ₂Ｔ₂＝Ｃ₃Ｔ₃＝Ｃ₁Ｔ₄＝Ｃ₂Ｔ₅＝Ｃ₃Ｔ₆ Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃：定数 ここでのＣ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃ は、それぞれの気筒に対する
計測区間のピッチエラーの補正係数であるため、内燃機
関がどのような回転速度で回っていたとしても変化する
ことはない。

【００２１】前述の回転速度Ｎを使用して、例えば次式
に示す燃焼状態パラメータＡによって燃焼状態を検出す
るものとする。

【００２２】[N(cyl-1)-N(cyl)]・N(cyl-1) ＝[K/T(cyl-1)-K/T(cyl)]・[K/T(cyl-1)] ＝K²・[1/T(cyl-1)-1/T(cyl)]/T(cyl-1) ≒K²[T(cyl)-T(cyl-1)]/T(cyl-1)³ ＝Ａ cyl：該当気筒 ここで、N(cyl)は該当気筒の回転速度、N(cyl-1)は前の
気筒の回転速度で、T(cyl)は、該当気筒の回転速度計測
区間をわたる時間、T(cyl-1)は、該当気筒の前の気筒の
回転速度計測区間をわたる時間である。燃焼状態パラメ
ータＡは、正常運転時にはほぼゼロの値となり、燃焼不
良時には絶対値が内燃機関の負荷にほぼ比例するような
値となる。すなわち、燃焼不良の検出に使用するしきい
値を内燃機関にかかる負荷にほぼ比例する値に設定し、
燃焼状態パラメータＡがこのしきい値を超えた場合、燃
焼不良と判断する。

【００２３】これに対して、クランク角検出用回転板の
ピッチエラーによるパラメータＡの変動は、内燃機関に
かかる負荷の影響は受けず、内燃機関の回転速度に比例
した値となる。これらの関係を図３に示す。

【００２４】このように、ピッチエラーによる影響は、
高回転側に大きくでるため、高回転，低負荷時では燃焼
不良であるか、ピッチエラーによるものかの判断が難し
い。そこで、前述のピッチエラー補正係数を考慮したも
のを以下に示す。

【００２５】 [N(cyl-1)-N(cyl)]・N(cyl-1) ＝{K/[C(cyl-1)・T(cyl-1)]-K/[C(cyl)・T(cyl)]}・{K/[C(cyl-1)・T(cyl-1)]} ＝K²・{1/[C(cyl-1)・T(cyl-1)]-1/[C(cyl)・T(cyl)]}/[C(cyl-1)・T(cyl-1)] ≒K²[C(cyl)・T(cyl)-C(cyl-1)・T(cyl-1)]/[C(cyl-1)・T(cyl-1)]³ ＝Ａ′ ここで、C(cyl)は該当気筒に対応するピッチエラー補正
係数、C(cyl-1)は前の気筒に対応するピッチエラー補正
係数である。

【００２６】この、ピッチエラー補正係数Ｃの決定方法
として、内燃機関の運転中に演算装置５によって自動的
に最適値を求める方法をとる。ピッチエラー補正係数Ｃ
の最適値の求め方として、次の方法があげられる。

【００２７】燃焼状態検出が確実に行え、かつ、内燃機
関の回転速度の変動が小さい場合において、計測された
時間とピッチエラー補正係数の積であるＣ・Ｔが最適値
となるようにＣを再設定していく。

【００２８】再設定の方法として、例えば、図４のよう
に前後の気筒のＣ・Ｔと比較してそれによってＣを加減
する方法がある。ここで、加減値であるｐは定数にして
も良いし、Ｃや内燃機関の回転速度Ｎｅ，内燃機関にか
かる負荷Ｔｐなどの値によって変化する値にしても良
い。

【００２９】燃焼状態検出が確実に行える範囲の検出方
法としては、内燃機関の制御用のパラメータを利用し、
例えば、内燃機関の回転速度Ｎｅや、内燃機関にかかる
負荷Ｔｐによって、別に定めた範囲内にあれば確実に燃
焼状態を検出することが出来る範囲であるとする。この
燃焼状態検出が確実に行える範囲の設定はＣ・Ｔの変動
が、燃焼不良によるものかピッチエラーによるものかを
判別しやすいため必要である。

【００３０】内燃機関の回転速度の変動が小さいという
必要性は、前述の燃焼状態検出が確実に行える範囲の設
定の必要性と同様に、ピッチエラー補正係数Ｃの更新中
はピッチエラー以外による回転変動の要因を極力減らす
ためである。内燃機関の回転速度の変動が大きい点は、
例えば、低回転などでの燃焼不安定時や、失火時、急加
減速時などがあげられる。これらの検出方法としては、
前述の燃焼状態パラメータや、内燃機関の制御パラメー
タを利用し、別に定めた範囲内にあるかを確認すれば良
い。

【００３１】また、全気筒とも燃焼していない場合、例
えば、故意に全気筒の燃料供給を中止した場合などにお
いては、内燃機関の燃焼によるトルク変動は、全気筒と
も０と成るため、Ｃ・Ｔの変動は、内燃機関にかかる負
荷の変動か、ピッチエラーによるものかの、いずれかで
あるため、この間にＣ・Ｔの更新を行う方法もある。ま
た、ピッチエラー補正係数Ｃの再設定を行う範囲の検出
は、内燃機関の機構上の要因以外の影響による内燃機関
の回転速度変動が少ないときの検出のみを行い、内燃機
関の燃焼安定域及び、燃焼状態検出が確実に行える範囲
の検出は、あえて行わず、前述のピッチエラー補正係数
Ｃの加減値ｐを拡大利用することにより省略することが
できる。ｐの拡大利用方法として、ｐに燃焼状態係数Ｋ
ｐを乗じた値をピッチエラー補正係数Ｃの加減値とする
方法がある。燃焼状態が良好かつ燃焼状態検出が確実に
行える範囲では、Ｋｐを大きくし、燃焼状態が不安定、
もしくは燃焼状態検出が困難と思える範囲では、Ｋｐを
小さくするなどの処理をする。そのため、燃焼状態係数
Ｋｐを内燃機関の回転速度Ｎｅおよび、内燃機関にかか
る負荷Ｔｐの関数にする方法があげられる。演算装置で
燃焼状態係数Ｋｐを求める際は、内燃機関の回転速度Ｎ
ｅ及び内燃機関にかかる負荷Ｔｐで計算式を作り、それ
に基づきＫｐを求める方法、または、あらかじめ、内燃
機関の回転速度Ｎｅや、内燃機関にかかる負荷Ｔｐなど
を格子とするテーブルもしくはマップを作成しておき、
そこから、Ｋｐを検索するという方法などがあげられ
る。燃焼状態係数Ｋｐを算出もしくは検索した後、前述
のピッチエラー補正係数Ｃの加減値ｐの算出を行う。

【００３２】以上述べた方法で、６気筒の内燃機関につ
いてピッチエラーの補正を行う燃焼状態検出のフローチ
ャートを図５に示し、以下、図５のフローチャートは燃
焼状態の診断を行う気筒毎すなわち１２０°毎に行われ
るものとし、説明する。

【００３３】ピッチエラー補正係数Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ
₃ は、内燃機関が運転を停止した場合も内容が保存され
るようにしておき、その初期設定値を１.０ とする。補
正係数を決める際の、該当する気筒の回転計測区間に渡
る計測時間をｔ_(n) 、該当する気筒の前の気筒の回転計
測区間に渡る計測時間をｔ_(n-1) 、該当する気筒の次の
気筒の回転計測区間に渡る計測時間をｔ_(n+1) および、
該当する気筒の補正後の時間をＴ_(n)、該当する気筒の
前の気筒の補正後の時間をＴ_(n-1)、該当する気筒の次
の気筒の補正後の時間をＴ_(n+1)とする。該当気筒番号
をcylとし、点火順に、１，２，３，４，５，６，１，
…と変化するものとする。

【００３４】まず、回転速度計測区間に渡る時間を計測
しｔ_(n+1) とする。また、以前に計測した時間のうち最
も新しいものをｔ_(n)、次に新しいものをｔ_(n-1)とし、
それぞれに該当する気筒に対応する補正係数との積をと
り、Ｔ_(n+1),Ｔ_(n),Ｔ_(n-1)とする。

【００３５】Ｔ_(n+1)とＴ_(n)を用いて、燃焼状態パラメ
ータＡ′_(n+1)を計算する。

【００３６】Ａ′_(n+1)＝[Ｔ_(n+1)-Ｔ_(n)]/Ｔ_(n) ³ 前回に計算した燃焼状態パラメータＡ′_(n) が、しきい
値１より大きい場合は燃焼不良とみなし燃焼不良時処理
を行う。燃焼状態パラメータＡ′_(n) が、しきい値１以
下の場合、燃焼は正常とみなす。

【００３７】正常燃焼とみなした場合、燃焼状態パラメ
ータＡ′_(n+1) および前気筒に対応する燃焼状態パラメ
ータＡ′_(n) の絶対値と、しきい値２とを比較する。こ
のとき、燃焼状態パラメータＡ′_(n)とＡ′_(n+1)の絶対
値が、共にしきい値２より小さい場合は、さらに、内燃
機関の制御パラメータの回転速度Ｎｅとしきい値３およ
びしきい値４とを比較し、Ｎｅがしきい値３以上でか
つ、しきい値４未満ならば、内燃機関の燃焼は安定して
いるものとみなし、ピッチエラー補正係数Ｃの再設定を
行う。ピッチエラー補正係数Ｃの再設定方法は前述した
ように、次式によりＴ′_(n)を設定しＴ_(n)と比較する。

【００３８】Ｔ′_(n)＝[Ｔ_(n+1)＋Ｔ_(n-1)］／２ Ｔ_(n)がＴ′_(n)より小さい場合、該当する気筒に対応す
るピッチエラー補正係数Ｃにｐを加え、その前後の気筒
に対応するピッチエラー補正係数Ｃにそれぞれｐ／２を
減ずる。

【００３９】また、Ｔ_(n)がＴ′_(n)より大きい場合、該
当する気筒に対応するピッチエラー補正係数Ｃにｐを減
じ、その前後の気筒に対応するピッチエラー補正係数Ｃ
にそれぞれｐ／２を加える。

【００４０】このフローチャートの最後に次にまたこの
フローチャートの部分が呼び出されるときのために、下
記のように変数ｔの再配置を行う。

【００４１】ｔ_(n-1)←ｔ_(n) ｔ_(n) ←ｔ_(n+1) 以上の方法では、ピッチエラー補正係数Ｃの再設定を行
うために、ピッチエラー補正係数Ｃを用いて計算を行っ
た燃焼状態パラメータを用いて燃焼状態を判断し、その
結果を用いて、ピッチエラー補正係数Ｃの再設定が行え
る範囲かを判断する必要があった。

【００４２】ここで、ピッチエラー補正係数Ｃの再設定
を行うために行う燃焼状態の確認に、燃焼状態パラメー
タを用いず、他の手段によって確認するという方法もあ
げられる。

【００４３】その手段として、例えば、内燃機関の排気
管に取り付けた酸素濃度センサの出力信号によって判断
することができる。

【００４４】内燃機関の燃焼不良が発生した場合、燃焼
に使われるべき酸素が、燃焼に使われないため、内燃機
関の排気ガス中の酸素濃度があがる。言い替えれば、酸
素濃度センサの出力が、理論空燃比時より低い場合（内
燃機関の排気ガスの空燃比が、理論空燃比より小さい場
合）は、燃焼不良はしていない。

【００４５】酸素濃度センサによって燃焼状態を判断す
る場合、内燃機関の燃焼状態は判断できるが、どの気筒
が燃焼不良を起しているのかの識別が困難である。

【００４６】しかし、ここでは、ピッチエラー補正係数
Ｃの再設定を行うために行う燃焼状態の確認に、酸素濃
度センサの出力信号を用いるため、燃焼不良気筒の識別
は、行えなくても良い。

【００４７】以上述べた方法で、６気筒の内燃機関につ
いてピッチエラーの補正を行う燃焼状態検出のフローチ
ャートを図６に示し、以下、図６のフローチャートは燃
焼状態の診断を行う気筒毎すなわち１２０°毎に行われ
るものし、説明する。

【００４８】ピッチエラー補正係数Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ
₃ は、内燃機関が運転を停止した場合も内容が保存され
るようにしておき、その初期設定値を１.０ とする。こ
の内燃機関が燃焼行程を行ってから、その燃焼時に発生
した排気ガスが排気管に取り付けた酸素濃度センサの位
置まで達する間に、各気筒において行われた燃焼行程の
回数の和をｍとする。補正係数を決める際の、該当する
気筒の回転計測区間に渡る計測時間をｔ_(n) 、該当する
気筒の前の気筒の回転計測区間に渡る計測時間をｔ
_(n-1)、該当する気筒の次の気筒の回転計測区間に渡る
計測時間をｔ_(n+1)および、該当する気筒の補正後の時
間をＴ_(n) 、該当する気筒の前の気筒の補正後の時間を
Ｔ_(n-1)、該当する気筒の次の気筒の補正後の時間をＴ
_(n+1)とする。該当気筒番号をcyl とし、点火順に、
１，２，３，４，５，６，１，…と変化するものとす
る。

【００４９】まず、回転速度計測区間に渡る時間を計測
しｔdataとする。また、以前に計測した時間のうち最も
新しいものをｔdata(1)、次に新しいものをｔdata(2)、
……Ｘ回前に計測したものをｔdata(X) とする。ここ
で、酸素濃度センサの出力信号を見た場合、この酸素濃
度センサの出力信号は、ｍ行程前に燃焼工程を終えた排
気ガスであるため、現時点でこの酸素濃度センサの出力
によって燃焼状態が判断できる回転計測区間に渡る計測
時間はｔdata(m）である。このｔdata(m）をｔ_(n+1) と
する。また、それより以前に計測した時間のうち最も新
しいものｔdata(m+1)をｔ_(n)、次に新しいものｔdata(m
+2)をｔ_(n-1)とし、それぞれに該当する気筒に対応する
補正係数との積をとり、Ｔ_(n+1)，Ｔ_(n)，Ｔ_(n-1) とす
る。

【００５０】次に酸素濃度センサの出力信号を検出す
る。酸素濃度センサの出力が、理論空燃比時より酸素濃
度が低いと示したとき（リッチ時）、この時は、燃焼不
良は起していない。排気ガスの流速はたえず変化してお
り、正確に燃焼行程から、その時に発生した排気ガスの
酸素濃度を検出するために設けた酸素濃度センサの位置
まで、排気ガスが達する遅れ時間を算出することが困難
なため、この状態（リッチ時）が、Ｌ行程以上継続され
たときに、内燃機関の燃焼状態は安定していると判断す
る。このＬ行程以上の継続の確認方法として、例えばカ
ウンタを設置し、そのカウンタの初期値をＬとして、リ
ッチ時にそのカウンタを１ずつ減じていく。また、酸素
濃度が理論空燃比より高い（リーン時）場合、カウンタ
値をＬに再設定する。そして、そのカウンタ値が０以下
となったとき、Ｌ行程以上の間リッチであったというこ
とが確認できる。

【００５１】排気ガス中の酸素濃度が低い状態がＬ行程
以上継続された場合、内燃機関にかかる負荷の急変があ
るかを確認する。この確認方法として、前述の燃焼状態
パラメータを用いる方法もあるが、ここでは、直接また
は間接的にその負荷を各種センサによって検出する方法
を述べる。まず、内燃機関にかかる負荷の急変時として
考えられるのは、例えば、内燃機関の運転中における、
クラッチの断続、オートマチック車のロックアップ時、
ブレーキの作動及び、内燃機関を搭載した車輌の悪路走
行時や、内燃機関の発生トルクを路面に伝達すべきタイ
アのスリップ、及び、そのスリップ後に急に路面とのグ
リップを回復したときなどがあげられる。これらを検知
する方法として、クラッチの断続や、ロックアップ時、
ブレーキの作動時などは、内燃機関の制御装置のミッシ
ョン系の制御パラメータを用いる方法や、クラッチや、
ブレーキペダルに設置したセンサの出力を見る方法、ま
たは、ブレーキの作動の確認として、ブレーキ装置にか
かる油圧の変化をモニタする方法や、ブレーキランプに
かかる電圧や電流などをモニタする方法などがあげられ
る。車輌の悪路走行時の検知方法としては、車輌に設置
した、加速度センサの出力を利用する方法がある。車輌
が悪路を走行した場合、加速度センサの出力値は、車輌
の振動をモニタした形で出力信号を発生する。この出力
信号があらかじめ設定されたしきい値を超えた場合、悪
路走行を行っていると判断する。又、タイアが路面から
スリップしたとき、及び、スリップ後グリップした時な
どの判断は、例えば、駆動輪と従動輪に設置した回転速
度センサの出力信号を比較することによって判断でき
る。

【００５２】排気ガス中の酸素濃度が低い状態がＬ行程
以上継続され、かつ、内燃機関にかかる負荷の急変がな
いと判断した場合、ピッチエラー補正係数Ｃの更新を行
う。ピッチエラー補正係数Ｃの再設定方法は前述したよ
うに、次式によりＴ′_(n) を設定しＴ_(n)と比較する。

【００５３】Ｔ′_(n)＝[Ｔ_(n+1)＋Ｔ_(n-1)］／２ Ｔ_(n)がＴ′_(n)より小さい場合、該当する気筒に対応す
るピッチエラー補正係数Ｃにｐを加え、その前後の気筒
に対応するピッチエラー補正係数Ｃにそれぞれｐ／２を
減ずる。

【００５４】また、Ｔ_(n)がＴ′_(n)より大きい場合、該
当する気筒に対応するピッチエラー補正係数Ｃにｐを減
じ、その前後の気筒に対応するピッチエラー補正係数Ｃ
にそれぞれｐ／２を加える。

【００５５】ピッチエラー補正係数Ｃの更新が終ると、
更新されたピッチエラー補正係数Ｃを用いて、ｔdata、
及び、ｔdata(1) のピッチエラー補正をかける。そし
て、ピッチエラー補正後のそれぞれの値をＴdata，Ｔda
ta(1) とする。

【００５６】ＴdataとＴdata(1)を用いて、燃焼状態パ
ラメータＡ′を計算する。

【００５７】Ａ′＝[Ｔdata−Ｔdata(1)]/Ｔdata(1)³ 計算した燃焼状態パラメータＡ′が、しきい値より大き
い場合は燃焼不良とみなし燃焼不良時処理を行う。燃焼
状態パラメータＡ′が、しきい値以下の場合、燃焼は正
常とみなす。

【００５８】これらの方法で、燃焼状態を検出するパラ
メータを算出することにより、 （Ｃ₁＋Ｃ₂＋Ｃ₃）／３＝１.０ となるため、回転速度計測区間幅は過剰補正をかけるこ
となくピッチエラー補正がかけられる。

【００５９】上述のような手法を用いて、ピッチエラー
補正係数を求めてもよいが、ここでの仮定は、内燃機関
が正常に回転しているときはトルク変動は無い、すなわ
ち内燃機関の回転速度は一定であるというものである。
しかし、実際は図７に示すように、内燃機関の回転速度
はたえず変化している。そのため、前述の手法によって
ピッチエラー補正係数を求めると、各回転速度，負荷に
よってピッチエラー補正係数が微妙に変わることにな
る。

【００６０】ここで、図８を用いて、内燃機関の正常運
転時における回転速度変動について簡単に述べておく。

【００６１】内燃機関の回転速度の変動は、内燃機関の
トルク変動による影響であり、内燃機関のトルク変動
は、ピストンに働くガス力Ｆｇと往復慣性力Ｆｉの和が
ピストンから連接棒を経てクランク腕に垂直な分力と腕
長さｒの積で与えられる。

【００６２】ピストンに働くガス力Ｆｇは、以下の式で
表される。

【００６３】Ｆｇ＝（π／４）ｄ²ｐ つまり、ピストンの断面積とピストンにかかるガス圧の
積である。ここで、ピストンの断面積は、定数であるた
め、ガス力はガス圧にのみ影響を受けることになる。こ
こでガス圧は、混合気の爆発，膨張によって得られるも
のであるため、内燃機関に供給した燃料量に影響され
る。つまり、内燃機関にかかる負荷によるものであるこ
とがわかる。

【００６４】往復慣性力Ｆｉは、以下の式で表される。

【００６５】Ｆｉ＝−ｍ／ｇ・α ＝−ｍ／ｇ・ω²ｒ（cosθ＋（cos2θ）／λ） つまり、往復慣性力Ｆｉは回転角速度ωの自乗に比例す
る。

【００６６】これらのことにより、内燃機関の回転変動
は、負荷による影響を受けるガス力と、回転速度による
影響を受ける往復慣性力の影響を考慮すればよいことに
なる。

【００６７】この単一気筒内のトルク変動による回転速
度変動の影響について、図９を基に述べる。

【００６８】往復慣性力がガス力に比べ小さいとき、回
転速度変動は凸型となり、そのため、計測する時間デー
タは、凹型となる。

【００６９】この時に、計測区間が広がったときには、
計測すべき計測区間の平均時間データに対して、実際に
計測した平均時間データは、大きなものとなる。そのた
め、単一気筒内のトルク変動による回転速度変動の影響
を考慮しない場合、過剰補正が係り、計測区間幅を求め
たい幅よりも小さくすることになる。

【００７０】またこの時に、計測区間が狭まったときに
は、計測すべき計測区間の平均時間データに対して、実
際に計測した平均時間データは、小さなものとなる。そ
のため、単一気筒内のトルク変動による回転速度変動の
影響を考慮しない場合、過剰補正が係り、計測区間幅を
求めたい幅よりも大きくすることになる。

【００７１】往復慣性力がガス力に比べ大きいとき、回
転速度変動は凹型となり、そのため、計測する時間デー
タは、凸型となる。

【００７２】この時に、計測区間が広がったときには、
計測すべき計測区間の平均時間データに対して、実際に
計測した平均時間データは、小さなものとなる。そのた
め、単一気筒内のトルク変動による回転速度変動の影響
を考慮しない場合、補正不足となり、計測区間幅を求め
たい幅よりも大きくすることになる。

【００７３】またこの時に、計測区間が狭まったときに
は、計測すべき計測区間の平均時間データに対して、実
際に計測した平均時間データは、大きなものとなる。そ
のため、単一気筒内のトルク変動による回転速度変動の
影響を考慮しない場合、補正不足となり、計測区間幅を
求めたい幅よりも小さくすることになる。

【００７４】つまり、往復慣性力がガス力に比べ小さい
とき、過剰補正を欠けないように補正を行い、往復慣性
力がガス力に比べ大きいとき、補正不足とならぬように
補正を行う。

【００７５】単一気筒内のトルク変動による回転速度変
動の影響を考慮した補正方法として、次式のように補正
係数を掛ける方法がある。

【００７６】Ｔ＝（Ｋ・Ｃ）・ｔ Ｔ：補正後の時間データ Ｋ：トルク変動補正係数 Ｃ：ピッチエラー補正係数 ｔ：計測時間データ ここで、トルク変動補正係数Ｋは、前述の通り、内燃機
関の回転速度Ｎｅ、及び、内燃機関にかかる負荷Ｔｐに
よって定まる。そのため、トルク変動補正係数ＫはＮｅ
及びＴｐを格子軸にマップ検索してもよいし、あらかじ
め、ＮｅとＴｐによる演算式を作成し、その演算式を用
いて計算してもよい。

【００７７】この手法を用いて、６気筒の内燃機関につ
いてピッチエラーの補正を行う燃焼状態検出のフローチ
ャートを図１０に示し、以下、図１０のフローチャート
は燃焼状態の診断を行う気筒毎すなわち１２０°毎に行
われるものし、説明する。

【００７８】ピッチエラー補正係数Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ
₃ は、内燃機関が運転を停止した場合も内容が保存され
るようにしておき、その初期設定値を１.０ とする。補
正係数を決める際の、該当する気筒の回転計測区間に渡
る計測時間をｔ_(n) 、該当する気筒の前の気筒の回転計
測区間に渡る計測時間をｔ_(n-1) 、該当する気筒の次の
気筒の回転計測区間に渡る計測時間をｔ_(n+1) および、
該当する気筒の補正後の時間をＴ_(n)、該当する気筒の
前の気筒の補正後の時間をＴ_(n-1)、該当する気筒の次
の気筒の補正後の時間をＴ_(n+1)とする。該当気筒番号
をcylとし、点火順に、１，２，３，４，５，６，１，
…と変化するものとする。

【００７９】まず、内燃機関の回転速度Ｎｅ及び、内燃
機関にかかる負荷Ｔｐによりマップ検索を行い、トルク
変動補正係数Ｋを求める。そして、回転速度計測区間に
渡る時間を計測しｔ_(n+1) とする。また、以前に計測し
た時間のうち最も新しいものをｔ_(n)、次に新しいもの
をｔ_(n-1)とし、それぞれに該当する気筒に対応する補
正係数及び、トルク変動補正係数Ｋとの積をとり、Ｔ
_(n+1)，Ｔ_(n)，Ｔ_(n-1) とする。

【００８０】Ｔ_(n+1)とＴ_(n)を用いて、燃焼状態パラメ
ータＡ′_(n+1)を計算する。

【００８１】Ａ′_(n+1)＝[Ｔ_(n+1)-Ｔ_(n)]/Ｔ_(n) ³ 前回に計算した燃焼状態パラメータＡ′_(n) が、しきい
値１より大きい場合は燃焼不良とみなし燃焼不良時処理
を行う。燃焼状態パラメータＡ′_(n) が、しきい値１以
下の場合、燃焼は正常とみなす。

【００８２】正常燃焼とみなした場合、燃焼状態パラメ
ータＡ′_(n+1) および前気筒に対応する燃焼状態パラメ
ータＡ′_(n) の絶対値と、しきい値２とを比較する。こ
のとき、燃焼状態パラメータＡ′_(n)とＡ′_(n+1)の絶対
値が、共にしきい値２より小さい場合は、さらに、内燃
機関の制御パラメータの回転速度Ｎｅとしきい値３およ
びしきい値４とを比較し、Ｎｅがしきい値３以上でか
つ、しきい値４未満ならば、内燃機関の燃焼は安定して
いるものとみなし、ピッチエラー補正係数Ｃの再設定を
行う。ピッチエラー補正係数Ｃの再設定方法は前述した
ように、次式によりＴ′_(n)を設定しＴ_(n)と比較する。

【００８３】Ｔ′_(n)＝[Ｔ_(n+1)＋Ｔ_(n-1)］／２ Ｔ_(n)がＴ′_(n)より小さい場合、該当する気筒に対応す
るピッチエラー補正係数Ｃにｐを加え、その前後の気筒
に対応するピッチエラー補正係数Ｃにそれぞれｐ／２を
減ずる。

【００８４】また、Ｔ_(n)がＴ′_(n)より大きい場合、該
当する気筒に対応するピッチエラー補正係数Ｃにｐを減
じ、その前後の気筒に対応するピッチエラー補正係数Ｃ
にそれぞれｐ／２を加える。

【００８５】このフローチャートの最後に次にまたこの
フローチャートの部分が呼び出されるときのために、下
記のように変数ｔの再配置を行う。

【００８６】ｔ_(n-1)←ｔ_(n) ｔ_(n) ←ｔ_(n+1) この方法を用いることにより、ピッチエラーに対する補
正はより確実となり、広範囲の燃焼状態検出が可能とな
る。

【００８７】これらの方法により演算を行った例を図１
１に示す。この実施例では、高回転，低負荷時の燃焼状
態の検出を行った。ピッチエラーを考慮しない場合（ピ
ッチエラー補正係数Ｃ＝１.０）、Signal／Noise比は、
約２.５ となったが、ピッチエラー補正を行った場合、
Ｓ／Ｎ比は、約５.０ となり、ピッチエラー補正の効果
が得られた。

【００８８】またこれらの方法によると、パラメータ計
算時にディジタルフィルタなどを必要としないため、大
量のＲＡＭを必要とせず、また、マイコンにかかる計算
負荷も小さくできる。そのうえ、ディジタルフィルタに
よって、パラメータ波形を必要以上になまされることも
無くなるため、燃焼不良の検出効率も上がる。

【００８９】また、このピッチエラー補正係数をモニタ
し、あらかじめ設定しておいたしきい値を越えるような
値が代入された場合、クランク角検出用回転板が、異常
であると判断できる。そのような場合は、運転者になん
らかの形で警告することにより、早期修理が行え、内燃
機関の燃焼状態検出の信頼性が上がる。

【００９０】

【発明の効果】本発明によれば、内燃機関において高回
転時に特に悪影響を及ぼす、回転速度計測区間幅が一定
でないために起こる燃焼状態検出パラメータの変動を抑
え、正常運転にもかかわらず燃焼不良と誤判断する可能
性を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の主な構成を示す図である。

【図２】各信号のタイミングチャートである。

【図３】燃焼状態パラメータＡの変動値を示す図であ
る。

【図４】ピッチエラー補正係数Ｃの再設定方法を示す図
である。

【図５】本発明の主な流れを示すフローチャートであ
る。

【図６】酸素濃度センサを用いた本発明の主な流れを示
すフローチャートである。

【図７】正常燃焼時における回転速度変動を示す図であ
る。

【図８】ガス力及び慣性力の説明図である。

【図９】過剰補正と補正不足の説明図である。

【図１０】正常燃焼時における回転速度変動を考慮した
本発明の主な流れを示すフローチャートである。

【図１１】実施結果例を示す図である。

【符号の説明】

１…インジェクタ、２…レファレンスセンサ、３…ポジ
ションセンサ、４…フェイズセンサ、５…演算装置、６
…コントロールユニット、７…警告装置、８…クランク
角検出用回転板、９…吸気マニホルド、１０…排気マニ
ホルド、１１…点火プラグ、１２…酸素濃度センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高久 豊 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社 日立製作所 自動車機器事業部内 (56)参考文献 特開 平４−279767（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−9635（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−51243（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−300039（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−178754（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−106148（ＪＰ，Ｕ) 国際公開93／25810（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 45/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の各気筒毎の燃焼行程に対応して
   内燃機関の回転速度に関する情報を検出する第１の手段
   と、前記第１の手段によって検出された情報によって各
   気筒毎の燃焼に対応する燃焼状態パラメータを求める第
   ２の手段とを有し、前記第２の手段によって燃焼状態パ
   ラメータを求める際、前記第１の手段によって求められ
   た情報と各気筒毎の回転速度計測区間幅に対応して該回
   転速度計測区間幅を一定に補正する係数とを用い、前記
   補正係数を更新する補正係数更新手段を有し、前記補正
   係数の更新は、前記内燃機関の燃焼が安定していると
   き、又は前記内燃機関の燃焼がされていないときに行う
   ことを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記第２の手段によっ
   て求められた燃焼状態パラメータによって、前記内燃機
   関の燃焼が安定しているか否かを判別する燃焼状態判別
   手段を有することを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出
   装置。
3. 【請求項３】請求項２において、前記内燃機関の燃焼状
   態の安定を判別する手段は、排気管に取り付けた酸素濃
   度センサの信号に基づいて判別することを特徴とする内
   燃機関の燃焼状態検出装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記内燃機関の発生ト
   ルクと慣性力による回転速度の変動の少なくともいずれ
   か一方を用いて前記補正係数を補正する手段を有するこ
   とを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。