JP3333570B2 - 燃焼ラフネス値の検出装置及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，内燃機関の気筒内にお
ける混合気の燃焼状態を示す燃焼ラフネス値の検出装置
と，その検出装置を用いた内燃機関の制御装置とに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の気筒内における混合気の燃焼
状態を示すパラメータである燃焼ラフネス値を燃焼セン
サや燃焼光センサによって検出する燃焼ラフネス値検出
部と，空燃比や点火時期をコントロールするエンジンコ
ントロールユニットとで構成され，エンジンコントロー
ルユニット中のＲＯＭに記憶された燃料噴射量，点火時
期等の設定値に対し，燃焼が悪化した場合，燃焼ラフネ
ス値検出部の信号によりこれらを補正するようにした制
御装置が従来より知られている（特開昭６２−３８８５
３号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，燃焼圧
センサや燃焼光センサは１個でも高価な上に各気筒毎に
装着する必要があり，検出回路を含めた装置全体のコス
トが非常に高価になるため，特殊な用途の機関は別とし
て一般の乗用車用には採用できなかった。

【０００４】また，実走行での頻度の高いクルーズ走行
時やアイドル運転時は，機関負荷が低く燃焼圧や燃焼光
は微弱であるため，燃焼圧センサや燃焼光センサでは燃
焼ラフネス値を正確に検出することができなかった。特
に，高回転低負荷領域では制御に使用できるほど信頼性
のある検出結果は全く得ることはできなかった。

【０００５】また，実際の点火時期を検出し，点火時期
制御装置の指令値との比較を行ったり，機関にとって最
適な点火時期制御を行ったりする場合には，燃焼圧セン
サでは点火時期の計測ができないため，燃焼圧センサと
燃焼光センサの両方を持たなくてはならない。

【０００６】また，燃焼光センサは石英ガラスオプティ
カルファイバーを使用しても耐久性が低く，耐久劣化に
よって出力が低下したり，カーボンや燃焼生成物が付着
することで出力が低下するため，初期性能は良くても長
期の使用を考えると，機関制御用センサとしては採用で
きない。

【０００７】また，燃焼圧センサや燃焼光センサを燃焼
室に設けると，吸気バルブや排気バルブの設計に制約を
受けるだけでなく，前記センサを燃焼室に挿入するため
の導入管の装備によって燃焼室の冷却性が低下する問題
がある。

【０００８】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で，内燃機関の燃焼ラフネス値を比較的簡便な装置で正
確に検出することが可能な燃焼ラフネス値の検出装置
と，その検出装置を用いた内燃機関の制御装置とを提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，請求項１に記載された燃焼ラフネス値の検出装置
は，内燃機関の各気筒の点火プラグの点火時期を決定し
て，第１の点火指令信号と，この第１の点火指令信号に
より混合気が着火して気筒内圧が最大になる時期の近傍
に出力タイミングが設定された第２の点火指令信号とを
各気筒の燃焼サイクル毎に発生する信号発生手段と，前
記各点火指令信号に基づいて点火プラグを放電させるた
めの高電圧を発生する点火手段と，この点火手段が高電
圧を発生する時の電圧値を検出する電圧値検出手段と，
前記各点火指令信号発生後の前記電圧値検出手段の検出
電圧値が，その検出電圧値のピーク値に基づいて設定さ
れる基準電圧値を越える期間を，各気筒の燃焼サイクル
毎に計測する期間計測手段と，前記各点火指令信号に対
応して前記期間計測手段が計測した２つの前記期間の少
なくとも一方についての，連続する複数の燃焼サイクル
の計測値の標準偏差，又は該標準偏差を該複数の燃焼サ
イクルの計測値の算術平均値で除算した値に基づいて燃
焼ラフネス値を検出する燃焼ラフネス値検出手段とを備
えたことを特徴とする。

【００１０】また請求項２に記載された内燃機関の制御
装置は，前述の請求項１の燃焼ラフネス値の検出装置を
備えた内燃機関において，前記検出した燃焼ラフネス値
に基づいて，内燃機関の燃焼状態に影響を及ぼす制御因
子を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。

【００１１】

【実施例】以下，参考例及び本発明の実施例を図面を参
照して説明する。

【００１２】図１は，第１参考例に係る内燃機関（以下
単に「エンジン」という）及びその制御装置の全体構成
図であり，例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中
にはスロットル弁３が設けられている。スロットル弁３
にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されて
おり，当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出
力してエンジン制御用電子コントロールユニット（以下
「ＥＣＵ」という）５に供給する。

【００１３】燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁
３との間且つ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側
に各気筒毎に設けられており，各燃料噴射弁６は図示し
ない燃料ポンプに接続されるとともに，ＥＣＵ５に電気
的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射
の開弁時間が制御される。

【００１４】エンジン１の各気筒の点火プラグ１６はデ
ィストリビュータ１５を介してＥＣＵ５に電気的に接続
されており，ＥＣＵ５により点火時期θＩＧが制御され
る。ディストリビュータ１５と点火プラグ１６とを接続
する接続線の途中には，その接続線と静電的に結合され
た（接続線と数ｐＦのコンデンサを形成する）点火電圧
センサ１７が設けられており，その検出信号はＥＣＵ５
に供給される。

【００１５】一方，スロットル弁３の直ぐ下流には吸気
管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ７が設けられており，この
絶対圧センサ７により電気信号に変換された絶対圧信号
は前記ＥＣＵ５に供給される。また，その下流には吸気
温（ＴＡ）センサ８が取付けられており，吸気温ＴＡを
検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給す
る。

【００１６】エンジン１の本体に装着されたエンジン水
温（ＴＷ）センサ９はサーミスタ等から成り，エンジン
水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出
力してＥＣＵ５に供給する。エンジン回転数（ＮＥ）セ
ンサ１０及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１１はエンジン
１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲に取付け
られている。エンジン回転数センサ１０はエンジン１の
クランク軸の１８０度回転毎に所定のクランク角度位置
でパルス（以下「ＴＤＣ信号パルス」という）を出力
し，気筒判別センサ１１は特定の気筒の所定のクランク
角度位置で信号パルスを出力するものであり，これらの
各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。

【００１７】三元触媒１４はエンジン１の排気管１３に
配置されており，排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の
成分の浄化を行う。排気ガス濃度検出器としての酸素濃
度センサ１２は排気管１３の三元触媒１４の上流側に装
着されており，排気ガス中の酸素濃度を検出してその検
出値に応じた信号を出力しＥＣＵ５に供給する。酸素濃
度センサ１２は，酸素濃度に比例した信号を出力するリ
ニア型のものである。

【００１８】ＥＣＵ５には更に，バッテリ電圧ＶＢを検
出するバッテリ電圧センサ３１，エンジン１が搭載され
た車両の左右の駆動輪の回転速度ＷＦＬ，ＷＦＲを検出
する駆動輪速度センサ３３，３４及び左右の従動輪の回
転速度ＷＲＬ，ＷＲＲを検出する従動輪速度センサ３
５，３６が接続されており，これらのセンサの検出信号
がＥＣＵ５に供給される。

【００１９】ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形
を整形し，電圧レベルを所定レベルに修正し，アナログ
信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入
力回路５ａ，中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」とい
う）５ｂ，ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム
及び演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ，前記燃料噴射
弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成され
る。

【００２０】ＣＰＵ５ｂは上述の各種エンジンパラメー
タ信号に基づいて，燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵ
Ｔ及び点火プラグ１６の点火時期θＩＧを，次式
（１），（２）により算出する。

【００２１】 ＴＯＵＴｎ＝ＴＩ×ＫＤＲｎ×ＫＬＡＦ×Ｋ１＋Ｋ２ ……（１） θＩＧｎ＝θＩＧＭＡＰ＋θＩＧＤＲｎ＋θＩＧＣＲ ……（２） ここで，添字ｎは各気筒に対応して演算される（例えば
４気筒の場合，ＴＯＵＴ₁ 〜ＴＯＵＴ₄ ，θＩＧ₁ 〜θ
ＩＧ₄ が算出される）パラメータであることを示してい
る。

【００２２】ＴＩ及びθＩＧＭＡＰは，それぞれ基本燃
料噴射時間及び基本点火時期であり，エンジン回転数Ｎ
Ｅと吸気管内絶対圧ＰＢＡとに応じて設定されたマップ
として記憶手段５ｃに記憶されている。

【００２３】ＫＤＲｎ及びθＩＧＤＲｎは，それぞれ後
述するようにして算出される各気筒毎の燃焼ラフネス値
に応じて算出されるラフネス補正係数及び補正変数であ
る。

【００２４】ＫＬＡＦは，酸素濃度センサ１２の検出値
及びエンジン運転状態に応じて設定される目標空燃比に
基づいて算出される空燃比フィードバック係数である。

【００２５】Ｋ１，Ｋ３及びθＩＧＣＲは，それぞれ各
種エンジン運転パラメータ信号に応じて算出される他の
補正係数又は補正変数である。

【００２６】ＣＰＵ５ｂは，更に駆動輪速度ＷＦＬ，Ｗ
ＦＲと従動輪速度ＷＲＬ，ＷＲＲとに基づくトラクショ
ン制御を行う。このトラクション制御は，駆動輪の過剰
スリップ状態を検出したときには，空燃比のリーン化及
び燃料供給遮断（フュエルカット）によってエンジンの
出力トルクを低減するものである。

【００２７】ＣＰＵ５ｂは上述のようにして算出した結
果に基づいて，燃料噴射弁６及び点火プラグ１６を駆動
する信号を，出力回路５ｄを介して出力する。

【００２８】尚，本参考例においては，ＥＣＵ５は信号
発生手段，期間計測手段，燃焼ラフネス値検出手段及び
制御手段を構成する。

【００２９】図２は，図１の制御装置における燃焼ラフ
ネス値の検出に係る部分の構成を示す図であり，電源電
圧ＶＢが供給される電源端子Ｔ１は一次側コイル４７と
２次側コイル４８とから成る点火コイル（点火手段）４
９に接続されている。一次側コイル４７と２次側コイル
４８とは互いにその一端で接続され，一次側コイル４７
の他端はトランジスタ４６のコレクタに接続され，トラ
ンジスタ４６のベースは駆動回路５１を介してＣＰＵ５
ｂに接続され，そのエミッタは接地されている。トラン
ジスタ４６のベースには，ＣＰＵ５ｂより点火指令信号
Ａが供給される。また，２次側コイル４８の他端は，デ
ィストリビュータ１５を介して点火プラグ１６の中心電
極１６ａに接続されている。点火プラグ１６の接地電極
１６ｂは接地されている。

【００３０】点火電圧センサ１７は，入力回路４１を介
してピークホールド回路４２及び比較器４４の非反転入
力に接続されている。ピークホールド回路４２の出力
は，比較レベル設定回路４３を介して比較器４４の反転
入力に接続されている。また，ピークホールド回路４２
のリセット入力には，ＣＰＵ５ｂが接続されており，Ｃ
ＰＵ５ｂから適切なタイミングでピークホールド値をリ
セットするリセット信号が供給される。比較器４４の出
力は，ＣＰＵ５ｂに入力される。また，二次側コイル４
８とディストリビュータ１５との間にダイオード５０が
介装されている。

【００３１】図３は，入力回路４１，ピークホールド回
路４２及び比較レベル設定回路４３の具体的な構成を示
す回路図であり，同図において入力端子Ｔ２は，抵抗４
１５を介して演算増幅器（以下「オペアンプ」という）
４１６の非反転入力に接続されている。また入力端子Ｔ
２は，コンデンサ４１１と抵抗４１２とダイオード４１
４とを並列に接続した回路を介してアースに接続される
とともに，ダイオード４１３を介して電源ラインＶＢＳ
に接続されている。コンデンサ４１１は，例えば１０⁴
ｐＦ程度のものを使用し，前記点火電圧センサ１７によ
って検出される電圧を数千分の１に分圧する働きをす
る。また抵抗４１２は例えば５００ＫΩ程度のものを使
用する。ダイオード４１３及び４１４は，オペアンプ４
１６の入力電圧がほぼ０〜ＶＢＳの範囲内に入るように
するために設けられている。オペアンプ４１６の反転入
力はその出力と接続されており，オペアンプ４１６はバ
ッファアンプ（インピーダンス変換回路）として動作す
る。

【００３２】入力回路４１のオペアンプ４１６の出力
は，比較器４４の非反転入力及びオペアンプ４２１の非
反転入力に接続されている。オペアンプ４２１の出力は
ダイオード４２２を介してオペアンプ４２７の非反転入
力に接続され，オペアンプ４２１及び４２７の反転入力
はいずれもオペアンプ４２７の出力に接続されている。
従って，これらのオペアンプもバッファアンプとして動
作する。

【００３３】オペアンプ４２７の非反転入力は抵抗４２
３及びコンデンサ４２６を介して接地され，抵抗４２３
とコンデンサ４２６の接続点は，抵抗４２４を介してト
ランジスタ４２５のコレクタに接続されている。トラン
ジスタ４２５のエミッタは接地され，ベースにはリセッ
ト時高レベルとなるリセット信号がＣＰＵ５ｂより入力
される。

【００３４】オペアンプ４２７の出力は，比較レベル設
定回路４３を構成する抵抗４３１及び４３２を介して接
地され，抵抗４３１と４３２の接続点が比較器４４の反
転入力に接続されている。

【００３５】図３の回路によれば，検出された点火電圧
Ｖ（オペアンプ４１６の出力）のピーク値がピークホー
ルド回路４２によって保持され，そのピークホールド値
が比較レベル設定回路４３により，値１より小さい所定
数倍（例えば１／３倍）され，比較レベルＶＣＯＭＰと
して比較器４４に供給される。従って，端子Ｔ４にはＶ
＞ＶＣＯＭＰが成立するとき高レベルとなるパルス信号
（比較判定パルス）が出力される。

【００３６】以上のように構成される回路４１〜４４の
動作を図４を用いて説明する。同図（ｂ），（ｃ）にお
いて実線は燃料混合気の正常燃焼時の特性を示し，破線
は燃焼ラフネス値が最大となる燃料系の原因に係る失火
（以下「ＦＩ失火」という）時の特性を示す。同図
（ａ）は点火指令信号Ａを示す。

【００３７】同図（ｂ）は，検出した点火電圧（入力回
路４１の出力電圧）Ｖ（Ｂ，Ｂ′）及び比較レベルＶＣ
ＯＭＰ（Ｃ，Ｃ′）の推移を示している。この図を用い
て，まず，正常燃焼時の点火電圧特性（実線で示す特
性）について説明する。

【００３８】点火指令信号Ａ発生時刻ｔ０の直後におい
ては点火電圧は燃料混合気（点火プラグの放電ギャップ
間）の絶縁を破壊する値まで上昇し，絶縁破壊後は，絶
縁破壊前の容量放電状態（数百アンペア程度の電流によ
る非常に短い時間の放電状態）から放電電圧が略一定の
誘導放電状態へと移行する（数十ミリアンペア程度の電
流により，数ミリ秒程度の放電期間）。誘導放電電圧
は，時刻ｔ０以降の圧縮行程に伴う気筒内の圧力が上昇
することにより上昇する。これは，圧力が高くなると誘
導放電に必要な電圧も高くなるためである。誘導放電の
最後の段階においては点火コイルの誘導エネルギーの減
少により誘導放電を維持するための電圧よりも点火プラ
グ電極間の電圧が低くなり，誘導放電は消失して容量放
電状態（後期の容量放電状態）へ移行する。容量放電状
態においては点火プラグ電極間の電圧は燃料混合気の絶
縁を再度破壊するため上昇するが，点火コイル４９の残
余のエネルギーが少なく電圧上昇はわずかである。これ
は，燃焼が発生した場合は，プラグギャップ間の電気抵
抗が低いためであり，燃焼時の燃料混合気がイオン化し
ていることに起因する。

【００３９】なお，ダイオード５０と点火プラグ１６と
の間の浮遊容量に蓄えられた電荷（電極間で放電しきれ
ずに残った電荷）は，ダイオード５０があるため，点火
コイル４９側へは放電されないが，点火プラグ１６の電
極近傍に存在するイオンによって中和されるため，容量
放電終了時の点火電圧Ｖは速やかに減少する。

【００４０】次に，燃料混合気が燃料供給系の異常等に
よりリーン状態やカット状態となりＦＩ失火が発生した
とき（燃焼が発生しなかったとき）の点火電圧特性（破
線で示す特性）について説明する。点火指令信号Ａの発
生時刻ｔ０の直後においては点火電圧Ｖは点火プラグ電
極間の燃料混合気の絶縁を破壊する値まで上昇するが，
このときの絶縁破壊電圧の値は，燃料混合気の占める空
気の割合が正常時よりも多く含まれており，燃料混合気
の絶縁耐力が大きくなり，また，燃焼が発生していない
ため，燃料混合気がイオン化しておらず，プラグギャッ
プ間の電気抵抗が高くなることから，正常燃焼時の電圧
値よりも高くなる。この後，正常燃焼時と同様に誘導放
電状態へ移行するが，放電抵抗も正常燃焼時よりも大き
いことにより正常燃焼時よりも速く容量放電状態へ移行
する。誘導放電の最後の段階で発生する容量放電（後期
の容量放電）の値は，燃料混合気の絶縁破壊電圧が正常
燃焼時よりも大きいことにより，正常燃焼時に比べて非
常に大きくなる。

【００４１】このとき，点火プラグ１６の電極近傍にほ
とんどイオンが存在しないため，ダイオード５０と点火
プラグ１６との間に蓄えられた電荷は，イオンによって
中和されず，またダイオード５０によって点火コイル４
９へ逆流することもできないためそのまま保持され，気
筒内圧力が低下して放電要求電圧がこの電荷により印加
されている電圧と等しくなった時に，点火プラグ１６の
電極において放電される（図４（ｂ），時刻ｔ５）。従
って，容量放電終了後も，比較的長時間（正常燃焼時に
比べて）にわたり，点火電圧Ｖは高電圧状態が継続する
のである。

【００４２】図４（ｂ）の曲線Ｃ，Ｃ′は，点火電圧Ｖ
のピークホールド値から得られる比較レベルＶＣＯＭＰ
の推移を示しており，時刻ｔ２〜ｔ３間でリセットされ
ている。従って，時刻ｔ２以前は，前回点火された気筒
の比較レベルＶＣＯＭＰを示している。また，図４
（ｃ）は比較器４４の出力（以下「比較判定パルス」と
いう）を示しており，図４（ｂ）及び（ｃ）から明らか
なように，燃焼時においては時刻ｔ２〜ｔ４間でＶ＞Ｖ
ＣＯＭＰとなり，失火時においては時刻ｔ１〜ｔ５間で
Ｖ＞ＶＣＯＭＰとなり，その間比較器４４の出力は高レ
ベルとなる。そして，前記比較判定パルスの幅，即ち比
較判定パルス幅ＴＰに基づいて燃焼ラフネス値ＲＮを決
定することができる。

【００４３】図５に示すように，燃焼ラフネスＣｐｉ
を，気筒内圧から求めた図示平均有効圧ＰｉのＮ回の燃
焼サイクルの算術平均値に対する図示平均有効圧Ｐｉの
Ｎ回の燃焼サイクルの標準偏差の比率（即ちＰｉの変動
率）として定義すると，エンジン１に供給する混合気の
空燃比Ａ／Ｆと前記燃焼ラフネスＣｐｉとの関係は，図
６（ａ）のようになる。また，空燃比Ａ／Ｆと次式
（３）で定義される比較判定パルス幅ＴＰのＮ回の燃焼
サイクルの標準偏差σ_TPとの関係は，図６（ｂ）のよう
になる。

【００４４】

【数１】図６（ａ），（ｂ）において，Ａ／Ｆ＞ＡＦＨ
の領域ではＰｉの変動率（燃焼ラフネスＣｐｉ）が大き
くて燃焼状態が悪化することを示しており，Ａ／Ｆ＜Ａ
ＦＨの領域ではドライバビリティに問題のない燃焼状態
が得られることを示している。

【００４５】図６（ａ），（ｂ）から燃焼ラフネスＣｐ
ｉと，比較判定パルス幅ＴＰのＮ回の燃焼サイクルの標
準偏差σ_TPとの関係を導くと，Ａ／Ｆ＝ＡＦ０（例えば
１４．７）の領域からＡＦ＝ＡＦＨを通ってそれ以上の
領域まで，図６（ｃ）に示す所定の関係が得られる。従
って，比較判定パルス幅ＴＰから算出した前記標準偏差
σ_TPを以て燃焼ラフネス値ＲＮを定義すれば，この燃焼
ラフネス値ＲＮを燃焼ラフネスＣｐｉの状態を表す適切
なパラメータとすることができる。

【００４６】尚，本参考例では燃焼ラフネス値ＲＮを比
較判定パルス幅ＴＰのＮ回の燃焼サイクルの標準偏差σ
_TPで定義しているが，燃焼ラフネス値ＲＮを前記標準偏
差σ_TPを比較判定パルス幅ＴＰのＮ回の燃焼サイクルの
算術平均値ＴＰ_AVで除算した値として，次式（４）で定
義することができる。

【００４７】ＲＮ＝σ_TP／ＴＰ_AV ……（４） 而して，点火電圧センサ１７の検出電圧に基づいて，燃
焼ラフネス値ＲＮを検出することにより，以下のような
効果を奏する。

【００４８】点火電圧センサ１７は，点火プラグに接続
される高圧コードに導電体を巻いたり，添わせたりする
ことで実現できるため，燃焼圧センサや燃焼光センサと
比べて構造が簡単でかつ取り付けが容易である。従っ
て，しかも低コストで実現でき，一般の乗用車やオート
バイに採用可能である。

【００４９】また，点火電圧センサは，燃焼圧センサ等
のようにスパークプラグのプラグ座や燃焼室に取り付け
る必要が無いため，吸気バルブや排気バルブの設計自由
度や燃焼室の冷却性に影響を及ぼすことがなく，しかも
使用条件が厳しくないために耐久性，信頼性の面でもは
るかに優れた燃焼ラフネス値センサを実現することがで
きる。

【００５０】図７は，比較判定パルス幅ＴＰの計測を行
うプログラムのフローチャートであり，本プログラムは
ＣＰＵ５ｂにおいて一定時間毎に実行される。

【００５１】ステップＳ４１では，まずモニタ条件が成
立しているか否かを判別する。ここで，モニタ条件は，
エンジンが失火判定を実行すべき運転状態にあるとき成
立する条件であり，後述する図８のプログラムによって
判断される。この条件が成立していない（ステップＳ４
１の答が否定（ＮＯ））ときには，直ちに本プログラム
を終了する。

【００５２】ステップＳ４１の答が肯定（Ｙｅｓ），即
ちモニタ条件が成立しているときには，ＩＧフラグ（Ｆ
ｌａｇＩＧ）が「１」であるか否かを判別する（ステッ
プＳ４２）。このＩＧフラグは，点火時期を演算するプ
ログラムにおいて点火指令信号Ａの発生とともに「１」
に設定されるフラグである。ステップＳ４２の答が否定
（Ｎｏ），即ちＩＧフラグが「０」のときには，リセッ
トタイマの計測値ｔＲを値０として（ステップＳ４３）
本プログラムを終了する。ステップＳ４２の答が肯定
（Ｙｅｓ），即ちＩＧフラグが「１」のときには，リセ
ットタイマの計測値ｔＲが所定時間ｔＲＥＳＥＴより小
さいか否かを判別する（ステップＳ４４）。ＩＧフラグ
が「０」から「１」となった直後は，この答が肯定（Ｙ
ｅｓ）となり，比較判定パルス，即ち比較器４４の出力
パルスが有るか否かを判別する（ステップＳ４７）。こ
の答が否定（Ｎｏ）であれば直ちに本プログラムを終了
し，肯定（Ｙｅｓ）であれば，カウンタのカウント値Ｃ
Ｐを値１だけインクリメントし（ステップＳ４８），本
プログラムを終了する。

【００５３】前記ステップＳ４４の答が否定（Ｎｏ），
即ちｔＲ＞ｔＲＥＳＥＴとなったときには，カウンタの
カウント値ＣＰ値及びＩＧフラグを値０にリセットし
（ステップＳ４５，Ｓ４６），本プログラムを終了す
る。

【００５４】本プログラムによれば，比較判定パルス幅
ＴＰに比例するカウント値ＣＰを得ることができる。

【００５５】図８は，前記モニタ条件の判定を行うプロ
グラムのフローチャートである。

【００５６】ステップＳ２１〜Ｓ２５では，検出したエ
ンジン運転パラメータ値が所定範囲内にあるか否かを判
別する。即ち，エンジン回転数ＮＥが下限値ＮＥＬ（例
えば５００ｒｐｍ）と上限値ＮＥＨ（例えば６，５００
ｒｐｍ）の間にあるか否か（ステップＳ２１），吸気管
内絶対圧ＰＢＡが下限値ＰＢＡＬ（例えば２６０mmHg）
と上限値ＰＢＡＨ（例えば７６０mmHg）の間にあるか否
か（ステップＳ２２）。エンジン水温ＴＷが下限値ＴＷ
Ｌ（例えば４０℃）と上限値ＴＷＨ（例えば１１０℃）
の間にあるか否か（ステップＳ２３），吸気温ＴＡが下
限値ＴＡＬ（例えば０℃）と上限値ＴＡＨ（例えば８０
℃）の間にあるか否か（ステップＳ２４）及びバッテリ
電圧ＶＢが下限値ＶＢＬ（例えば１０Ｖ）より高いか否
か（ステップＳ２５）を判別し，これらの判別結果のい
ずれかが否定（Ｎｏ）のときには，モニタ条件不成立と
判定する（ステップＳ３２）。エンジンが通常用の運転
状態にあれば，エンジン回転数ＮＥ，吸気管内絶対圧Ｐ
ＢＡ，エンジン水温ＴＷ及び吸気温ＴＡは，上記上下限
値の範囲内にあること，及びバッテリ電圧ＶＢが低い場
合には点火電圧が低下し，正確な判定ができないことを
考慮したものである。

【００５７】ステップＳ２１〜２５の答が全て肯定（Ｙ
ｅｓ）のときには，酸素濃度センサの検出値に基づかな
いオープンループの空燃比リーン制御実行中（例えばエ
ンジンの減速時にこのような制御が実行される）である
か否か（ステップＳ２６）及びトラクション制御実行中
であるか否か（ステップＳ２７）を判別する。これらの
判別の結果，いずれかの答が肯定（Ｙｅｓ）のときに
は，モニタ条件不成立と判別する（ステップＳ３２）。
これらの制御実行中は，燃焼が不安定で，後述する燃焼
ラフネス値制御が困難であることを考慮したものであ
る。

【００５８】ステップＳ２６，Ｓ２７の答がともに否定
（Ｎｏ）のときには，更にフュエルカット中か否かを判
別し（ステップＳ２８），その答が肯定（Ｙｅｓ），即
ちフュエルカット中のときには，タイマＴＭＡＦＣに所
定時間（例えば１秒）をセットしてスタートさせ（ステ
ップＳ２９），モニタ条件不成立と判定する（ステップ
Ｓ３２）。ステップＳ２８の答が否定（Ｎｏ），即ちフ
ュエルカット中でないときには，前記タイマＴＭＡＦＣ
のカウント値が値０か否かを判別する（ステップＳ３
０）。この答が否定（Ｎｏ），即ちフュエルカット終了
後所定時間経過前は，モニタ条件不成立と判定し（ステ
ップＳ３２），ステップＳ３０の答が肯定（Ｙｅｓ），
即ちフュエルカット終了後所定時間経過したときにはモ
ニタ条件成立と判定する（ステップＳ３１）。

【００５９】ステップＳ２９，Ｓ３０は，フュエルカッ
ト終了後直後も燃焼が不安定となることを考慮したもの
である。

【００６０】図８のプログラムによれば，エンジン運転
パラメータ値（ＮＥ，ＰＢＡ，ＴＷ，ＴＡ，ＶＢ）が所
定範囲ないとき，空燃比リーン制御若しくはトラクショ
ン制御実行中のとき，フュエルカット中又はフュエルカ
ット終了後所定時間内はモニタ条件不成立と判定され，
上記以外のときモニタ条件成立と判定される。

【００６１】図９は，比較判定パルス幅ＴＰを表わすカ
ウント値ＣＰに応じて燃焼ラフネス値ＲＮの制御を行う
プログラムのフローチャートであり，本プログラムはＴ
ＤＣ信号パルスの発生毎にこれと同期して実行される。

【００６２】ステップＳ１では，モニタ条件が成立して
いるか否かを判別し，その答が否定（Ｎｏ）のときに
は，前記式（１），（２）に適用するラフネス補正係数
ＫＤＲｎを値１．０に設定するとともに，ラフネス補正
変数θＩＧＤＲｎを値０に設定して（ステップＳ４），
本プログラムを終了する。即ち，モニタ条件不成立のと
きは，カウント値ＣＰに応じたラフネス制御は行わな
い。

【００６３】ステップＳ１の答が肯定（Ｙｅｓ）のとき
には，検出したエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧
ＰＢＡに応じて，例えば図１０に示すように，ＮＥ値及
びＰＢＡ値に応じて設定されたＡ／Ｆマップを検索し，
必要に応じて補間演算を行うことにより，目標空燃比Ａ
ＦＲＥＦを算出する（ステップＳ２）。

【００６４】続くステップＳ３では，目標空燃比ＡＦＲ
ＥＦがＡ／Ｆ＝１４．７以上か否か，即ちＡ／Ｆ＝１
４．７又はそれよりリーン側にあるか否かを判別し，そ
の答が否定（Ｎｏ），即ちＡ／Ｆ＝１４．７よりリッチ
側にあるときには，前記ステップＳ４に進む。ステップ
Ｓ３の答が肯定（Ｙｅｓ）のときには，目標空燃比ＡＦ
ＲＥＦに応じてσ_TPＲＥＦテーブルを検索することによ
り，目標ラフネス値ＲＲＥＦに対応する前記標準偏差σ
_TPの目標値σ_TPＲＥＦを算出する。σ_TPＲＥＦテーブル
は，例えば図１１に示すように，空燃比Ａ／Ｆに応じて
設定されており，このテーブルの設定値は，図６（ｂ）
に示す空燃比Ａ／Ｆと標準偏差σ_TPとの関係に基づいて
決定されている。

【００６５】続くステップＳ６〜Ｓ１２では，本プログ
ラム実行直前に点火が終了した気筒が，＃１〜＃４のど
の気筒かを判別し，直前に点火が終了した気筒の標準偏
差σ_TPｎ（ｎは各気筒に対応した値であることを示す）
を読み込む。

【００６６】続くステップＳ１３，Ｓ１４では，次式
（５）により目標値σ_TPＲＥＦと標準偏差σ_TPｎとの偏
差ＤＲを算出するとともに，偏差ＤＲに応じてラフネス
補正係数ＫＤＲｎ及びラフネス補正変数θＩＧＤＲｎを
算出して，本プログラムを終了する。

【００６７】ＤＲ＝σ_TPＲＥＦ−σ_TPｎ ……（５） ラフネス補正係数ＫＤＲｎは，例えば図１２（ａ）に示
すように，ＤＲ＝０のとき値１．０（無補正値）に設定
され，ＤＲ＜０のときには，ＫＤＲｎ＞１．０，ＤＲ＞
０のときにはＫＤＲｎ＜１．０となるように（ＤＲ値が
増加するとＫＤＲｎ値が減少するように）設定される。

【００６８】また，ラフネス補正変数θＩＧＤＲｎは，
例えば図１２（ｂ）に示すように，ＤＲ＝０のとき値０
（無補正値）に設定され，ＤＲ＜０のときには，θＩＧ
ＤＲｎ＜０，ＤＲ＞０のときにはθＩＧＤＲｎ＞０とな
るよう（ＤＲ値が増加するとθＩＧＤＲｎ値も増加する
ように）に設定される。従って，検出した燃焼ラフネス
値ＲＮ（σ_TP）が目標ラフネスＲＲＥＦ（σ_TPＲＥＦ）
より大きいときには，燃料供給量が増加されるとともに
点火時期が遅角される一方，検出した燃焼ラフネスＲが
目標ラフネスより小さいときには燃料供給量が低減され
るとともに点火時期が進角される。

【００６９】図９のプログラムによれば，目標空燃比Ａ
ＦＰＥＦが１４．７近傍及びそれよりリーン側に設定さ
れているときには，検出した燃焼ラフネス値ＲＮ（標準
偏差σ_TP）が目標ラフネスＲＲＥＦ（目標値σ_TPＲＥ
Ｆ）に一致するように，燃料供給量（ＴＯＵＴ）及び点
火時期θＩＧが制御される。

【００７０】これにより，ドライバビリティを悪化させ
ることのない最大限の範囲で空燃比のリーン制御を行う
ことができ，従来の若干余裕度を持たせたリーン制御に
比べて燃費及び排ガス特性の向上を図ることができる。

【００７１】また，実際の走行で頻度の高いクルーズ走
行やアイドリング運転時のような低負荷運転時であって
も，燃焼ラフネス値を確実に検出できるので，このよう
な運転状態におけるラフネス値制御の精度が向上し，あ
らゆる運転条件下で良好な燃費，排ガス特性及びドライ
バビリティを確保することができる。

【００７２】更に，各気筒独立して制御することができ
るので，気筒間のばらつきを低減し，エンジン全体の振
動低減，アイドリング等における回転変動の低減，ノッ
キングの低減及び燃費の低減を図ることができる。な
お，ノッキングの低減は，エンジン出力の向上にもつな
がる。

【００７３】次に第２参考例を説明する。

【００７４】本参考例における内燃エンジン及びその制
御装置の全体構成（図示せず）は，図１に示すものと略
同一であり，リニア型の酸素濃度センサ１２が設けられ
ていない点のみ異なる。本参考例は，図６（ｂ）に示す
ように，空燃比Ａ／ＦがＡＦ０近傍よりリーン側の範囲
にある場合には，標準偏差σ_TPと空燃比Ａ／Ｆとが略比
例的に対応する点に着目し，標準偏差σ_TPに応じて混合
気の空燃比を目標空燃比に制御するものである。

【００７５】したがって，本参考例では，燃料噴射時間
ＴＯＵＴｎは，前記式（１）に代えて下記式（６）によ
り算出する。

【００７６】 ＴＯＵＴｎ＝ＴＩ×ＫＤＡＦｎ×Ｋ１＋Ｋ２ ……（６） ここで，ＫＤＡＦｎは前記式（１）におけるＫＬＡＦに
代わる空燃比補正係数であり，図１３のプログラムによ
り算出される。本プログラムは，ＴＤＣ信号パルスの発
生毎にこれと同期して実行される。

【００７７】図１３において，ステップＳ１〜Ｓ３，Ｓ
６〜Ｓ１２は，前述した図９のプログラムの対応する各
ステップと同一である。

【００７８】ステップＳ１又はＳ３の答えが否定（Ｎ
ｏ），即ちモニタ条件不成立のとき又は目標空燃比ＡＦ
ＲＥＦが１４．７よりリッチ側のときには，ＫＤＡＦｎ
値を値１．０（無補正値）として（ステップＳ１５），
本プログラムを終了する。

【００７９】ステップＳ１６では，カウント値ＣＰに応
じて気筒毎の実空燃比ＡＦＡＣＴｎを算出する。この実
空燃比ＡＦＡＣＴｎの算出は，前述した図６（ｂ）の関
係をテーブルとして設定したものを用いて行う。

【００８０】続くステップＳ１７では次式（７）により
空燃比補正係数ＫＤＡＦｎを算出し，本プログラムを終
了する。

【００８１】 ＫＤＡＦｎ＝ＡＦＡＣＴｎ／ＡＦＲＥＦ ……（７） ここで，ＡＦＲＥＦはステップＳ２で算出される目標空
燃比である。

【００８２】式（７）により，ＡＦＡＣＴｎ＝ＡＦＲＥ
ＦのときはＫＤＡＦｎ＝１．０となり，ＡＦＡＣＴ＞Ａ
ＦＲＥＦ（実空燃比リーン）のときにはＫＤＡＦｎ＞
１．０となり，ＡＦＡＣＴｎ＜ＡＦＲＥＦ（実空燃比リ
ッチ）のときＫＤＡＦｎ＜１．０となる。したがって，
実空燃比ＡＦＡＣＴｎが目標空燃比ＡＦＲＥＦに一致す
るように燃料供給量が制御される。

【００８３】上記第２参考例によれば，構造が簡単で取
り付け容易な点火電圧センサを使用することにより，構
造が複雑で高価なリニア型の酸素濃度センサを使用する
ことなく，理論空燃比近傍及びそれよりリーン側の目標
空燃比の空燃比フィードバック制御を行うことができ，
制御装置のコスト低減，信頼性の向上を図ることができ
る。

【００８４】次に本発明の実施例を，前記参考例と異な
る部分についてのみ説明する。

【００８５】図１４に示すように，この実施例では，個
々の気筒の各燃焼サイクル毎に時刻ｔ₀ において出力さ
れる第１の点火指令信号Ａ₁ に続いて，時刻ｔ₁ におい
て第２の点火指令信号Ａ₂ が連続して出力される。第２
の点火指令信号Ａ₂ の出力タイミングは，第１の点火指
令信号Ａ₁ により混合気が着火して気筒内圧が最大にな
る時期の近傍に設定されており，これによりエンジン１
の出力に最も影響を与える時期における気筒内の燃焼状
態の検出が図られる。

【００８６】比較レベル設定回路４２は，第１の点火指
令信号Ａ₁ の直後に検出された点火電圧のピーク値Ｖｍ
₁ をＫ倍（０＜Ｋ＜１）することにより比較レベルＶｃ
₁ として出力し，また第２の点火指令信号Ａ₂ の直後に
検出された点火電圧のピーク値Ｖｍ₂ を前記Ｋ倍するこ
とにより比較レベルＶｃ₂ として出力する。このとき，
前記Ｋの値はエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧Ｐ
ＢＡをパラメータとしてマップから検索される。

【００８７】燃焼ラフネス値ＲＮは，第１の点火指令信
号Ａ₁ に対応する比較判定パルス幅ＴＰ₁ 及び第２の点
火指令信号Ａ₂ に対応する比較判定パルス幅ＴＰ₂ に基
づいて次式から算出される。

【００８８】 ＲＮ＝α₁ ×σ_TP1 ＋α₂ ×σ_TP2 ……（８） ここでσ_TP1 及びσ_TP2 は，それぞれ前記ＴＰ₁ 及びＴ
Ｐ₂ のＮ回の燃焼サイクルにおける標準偏差であり，α
₁ 及びα₂ は定数である。α₁ 及びα₂ の一方は０であ
っても良く，α₁ ＝１であり且つα₂ ＝０である場合が
前述の第１参考例に相当する。

【００８９】而して，２個の点火指令信号Ａ₁ ，Ａ₂ に
対応して検出された２個の比較判定パルス幅ＴＰ₁ ，Ｔ
Ｐ₂ を用いることにより，燃焼ラフネス値ＲＮを一層精
密に検出することができる。

【００９０】図１５は，上述のＫ（＝Ｖｃ₁ ／Ｖｍ₁ ＝
Ｖｃ₂ ／Ｖｍ₂ ）の値によって実際の燃焼変動と前記式
（８）によって算出した燃焼ラフネス値ＲＮ（σ_TP）と
の相関がどのように変化するかを示すものである。同図
から明らかなように，Ｋの値が小さいほど実際の燃焼変
動と燃焼ラフネス値ＲＮとの相関が大きくなり，正確な
燃焼ラフネス値ＲＮを得ることができる。一方，失火を
検出するにはＫ＝１／３程度が適切とされている。従っ
て，前述のようにエンジン１の運転状態に基づいてＫの
値を変化させることにより，種々の目的に即した燃焼ラ
フネス値ＲＮを得ることができる。

【００９１】以上，本発明の実施例を詳述したが，本発
明は前記実施例に限定されるものでなく，種々の設計変
更を行うことができる。

【００９２】

【発明の効果】以上のように，請求項１に記載された発
明によれば，第１の点火指令信号と，この第１の点火指
令信号により混合気が着火して気筒内圧が最大になる時
期の近傍に出力タイミングが設定された第２の点火指令
信号とを各気筒の燃焼サイクル毎に発生する信号発生手
段と，各点火指令信号に基づいて点火プラグを放電させ
るための高電圧を発生する点火手段と，この点火手段が
高電圧を発生する時の電圧値を検出する電圧値検出手段
と，各点火指令信号発生後の電圧値検出手段の検出電圧
値が，その検出電圧値のピーク値に基づいて設定される
基準電圧値を越える期間を，各気筒の燃焼サイクル毎に
計測する期間計測手段とを備え，各点火指令信号に対応
して期間計測手段が計測した２つの期間の少なくとも一
方についての，連続する複数の燃焼サイクルの計測値の
標準偏差，又は該標準偏差を該複数の燃焼サイクルの計
測値の算術平均値で除算した値に基づいて燃焼ラフネス
値が検出されるので，燃焼圧センサや燃焼光センサとい
った高価で信頼性の低いセンサを使用することなく，燃
焼ラフネス値を高い検出精度で精密に検出することがで
きる。

【００９３】また請求項２に記載された発明によれば，
検出した燃焼ラフネス値に応じて内燃機関の制御因子が
制御されるので，例えばドライバビリティを悪化させる
ことのない最大限の範囲で空燃比のリーン制御を行うこ
とができ，若干の余裕を持たせたリーン制御に比べて燃
費及び排気ガス特性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関及びその制御装置の構成図

【図２】燃焼ラフネス値を検出するための回路構成を示
す図

【図３】図２の回路の具体的な構成を示す回路図

【図４】点火電圧の推移を示すタイムチャート

【図５】燃焼ラフネス値を求める手法の説明図

【図６】空燃比と燃焼ラフネス値との関係を示すグラフ

【図７】比較判定パルス幅の計測を行うプログラムのフ
ローチャート

【図８】モニタ条件の判定を行うプログラムのフローチ
ャート

【図９】ラフネス補正係数及びラフネス補正変数を算出
するプログラムのフローチャート

【図１０】目標空燃比を算出するためのマップ

【図１１】比較判定パルス幅の標準偏差の目標値を算出
するためのマップ

【図１２】ラフネス補正係数及びラフネス補正変数を設
定するためのマップ

【図１３】空燃比補正係数を算出するプログラムのフロ
ーチャート

【図１４】２回通電時における点火電圧の推移を示すタ
イムチャート

【図１５】比較判定パルス幅の標準偏差と燃焼変動との
相関を示すグラフ

【符号の説明】

１ エンジン（内燃機関） ５ 電子コントロールユニット １５ ディストリビュータ １６ 点火プラグ １７ 点火電圧センサ ４７ 一次側コイル ４８ 二次側コイル ４９ 点火コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｐ 17/12 Ｆ０２Ｐ 17/00 Ｅ (72)発明者 金広 正毅 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 審査官 所村 陽一 (56)参考文献 特表 平２−503814（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02P 5/152 F02D 41/04 330 F02D 45/00 362 F02D 45/00 368 F02P 5/153 F02P 17/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の各気筒の点火プラグの点火時
   期を決定して，第１の点火指令信号と，この第１の点火
   指令信号により混合気が着火して気筒内圧が最大になる
   時期の近傍に出力タイミングが設定された第２の点火指
   令信号とを各気筒の燃焼サイクル毎に発生する信号発生
   手段と， 前記各点火指令信号に基づいて点火プラグを放電させる
   ための高電圧を発生する点火手段と， この点火手段が高電圧を発生する時の電圧値を検出する
   電圧値検出手段と， 前記各点火指令信号発生後の前記電圧値検出手段の検出
   電圧値が，その検出電圧値のピーク値に基づいて設定さ
   れる基準電圧値を越える期間を，各気筒の燃焼サイクル
   毎に計測する期間計測手段と，前記各点火指令信号に対応して前記 期間計測手段が計測
   した２つの前記期間の少なくとも一方についての，連続
   する複数の燃焼サイクルの計測値の標準偏差，又は該標
   準偏差を該複数の燃焼サイクルの計測値の算術平均値で
   除算した値に基づいて燃焼ラフネス値を検出する燃焼ラ
   フネス値検出手段とを備えたことを特徴とする，燃焼ラ
   フネス値の検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃焼ラフネス値の検出装
   置を備えた内燃機関において， 前記検出した燃焼ラフネス値に基づいて，内燃機関の燃
   焼状態に影響を及ぼす制御因子を制御する制御手段を備
   えたことを特徴とする，内燃機関の制御装置。