JP4140926B2 - 内燃機関の不規則燃焼検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の不規則燃焼検出方法に関するものであり、とりわけ、エンジンに回転連結されたターゲットの予め定められた角度位置を隔てる時間差の測定を用いるもので、このターゲットの幾何形状公差に左右されないような方法に関するものである。
従来の技術によって、とりわけ、本説明の一部を成す本出願人提出のフランス特許出願明細書第2 689 934号によって、それぞれのシリンダについての瞬間的角速度の変化を表す重要パラメータを計算するエンジンの周期異常検出方法が知られている。このパラメータは、対象となるシリンダの燃焼段階の予め定められた瞬間を中心とするサンプリング幅内において、エンジンに回転連結されたターゲットの予め定められた角度位置を隔てる時間差の線形結合によって得られる。次に、この重要パラメータを、基準エンジン上で実験によって得られマッピング・テーブルに記憶された欠陥限界値と比較し、これに基づいて燃焼異常を表す情報を引き出す。しかしながら、この方法は、時間差測定の基礎となるターゲットの精度に左右されるという欠点を有している。すなわち、この重要パラメータの計算は、対象となるエンジンのターゲットに対して実施される測定に基づいて行われ、その結果が基準エンジンについて得られた欠陥限界と比較されるからである。この結果、例えば、大量生産機械加工の公差やエンジンへの上記のターゲットの取り付け公差（偏心、振れ等）によるターゲットの幾何形状差によって、欠陥の誤検出や実際の欠陥の非検出の原因となりうる変化がもたらされる場合がある。
ここで提起される問題は、従って、このような方法が、同一シリーズ中の様々なエンジンのターゲットと、欠陥限界を定めるために使用された基準エンジンとの間に存在しうる変化の影響を、可能な限り受けないようにするということである。
特許出願明細書WO 93/07497号により、ターゲットの公差の電子的補正方法も知られている。この方法においては、エンジンが車両によって駆動される領域を、最大の動作正規性を提供する可能性が最も大きい領域であるとみなしている。この条件において、ターゲットのそれぞれの歯の時間を測定し、角加速度に応じてこの時間を補正し、これに基づいて、基準として採用された最初の歯の時間に対する比を得る。次に、この比から、フィルタリングの後、最初の歯に基づいたそれぞれの歯の時間の補正係数を得る。次に、この係数は、その後に行われる時間測定の補正のために、例えば、回転速度の計算時あるいはエンジンの動作の正規性の計算時に用いられる。この方法は、欠陥限界を定めるために用いられた基準エンジンとの関連なしに、対象となるシステムに固有の補正を提案しているという欠点を有している。更に、得られる補正係数は、最初の歯の製作精度に左右され、相対的にしか利用することができない。また、こうした方法は、数十個の歯を含む場合のあるターゲットに適用した場合には、すぐに、極めて重いものとなり、資源を消費するものとなり、また、エンジン制御用コンピュータ内で実施するのは困難となると思われる。更に、奇数のシリンダを有するエンジンには不適となる場合がある。
更に、特許明細GB 2 249 839号によって、不規則燃焼検出方法が知られており、この方法においては、ピストンとシリンダの摩擦を免れるために、「燃料遮断」条件で測定された連続する３つのシリンダ間の速度変化の測定値に応じて、欠陥検出限界値を変化させる。しかしながら、このような方法が信頼性を有するためには、こうした条件において回転数の全体を事前に調べておいて、欠陥限界テーブルを更新するようにしなければならないが、これは実際には不可能であり、特に、最大負荷条件に相当する高回転数あるいは燃料供給を遮断するとエンジンが停止してしまう可能性があるアイドリングのような低回転数については不可能である。
従って、本発明は、容易に実施でき、対象となるエンジンのシリンダ数に関係なく適合し、基準エンジンのターゲットと、同一シリーズの様々なエンジンのターゲットとの間に存在しうる偏差および公差の影響を受けにくい不規則燃焼検出方法を提案することを目的としている。
本発明のこれらの目的、ならびに、本説明中でこれから明らかになる他の目的は、それぞれのシリンダについて、クランクシャフトと連動するターゲットの予め定められた角度位置を隔てる時間偏差の線形結合に基づいて重要パラメータを計算し、このパラメータを、基準エンジン上で実験によって得た欠陥限界と比較する内燃機関不規則燃焼検出方法によって達成される。本発明に基づく方法においては、
[ａ]対象となるシリンダについて、重要パラメータの現在値を計算する。
[ｂ]エンジンが、無燃焼動作領域にあるかどうか、そして、少なくとも、予め定められた回転数を中心とする回転数範囲内にあるかどうかを確認し、これに該当する場合には：
[ｃ]対象となるシリンダについて、計算された現在値と基準エンジン上でほぼ同じ条件で得た重要パラメータの基準値から、予め定められた回転数に依存しない基準エンジンに対する重要パラメータ補正係数を計算する。
本発明の１つの重要な特徴に基づき、重要パラメータの値と上記の欠陥限界値を比較する前に、これらの重要パラメータの値を補正係数を用いて補正する。
本発明の他の１つの特徴に基づき、ステップ[ａ]、[ｂ]、[ｃ]を周期的に繰り返し、前のサイクルで得た係数値のデジタル・フィルタリングによって補正係数を得る。
好都合にも、それぞれのサイクルで得られる補正係数値は、前のサイクルで得た係数に対するこの補正計数値の偏差が予め定められた最大値よりも小さい場合にのみ最終補正係数の計算において考慮される。
同様に、補正係数は、行われたサイクル数が予め定められた値を超える場合にしか重要パラメータ値の補正に用いられない。
本発明のもう１つの有利な特徴に基づき、減速時の噴射遮断状態の出現によってステップ[ｂ]のエンジンの無燃焼動作領域を定める。
本発明に基づく方法のその他の特徴および長所は、以下の説明を読み、添付図を検討することにより明らかになる。図１は、本発明に基づく方法のフローチャートである。
本説明中においては、今後、所与のシリンダ内燃焼時のエンジンの瞬間的速度変化を表す重要パラメータ（Σ）の計算を説明したフランス特許出願明細書第2 689 934号は既知のものとみなす。この重要パラメータを計算するために、それぞれのシリンダについて、基準位置を中心とするサンプリングウィンドーを定義し、角度的に基準位置の両側に分布する時間差測定値の線形結合を行う。
次に、図１を参照すると、本発明に基づく方法の１つの例が示されている。ステップ10においては、対象となるシリンダについて、重要パラメータΣの現在値の計算が既に行われており、回転数測定等の内燃機関の既知の制御システム内で通常用いられている測定が、回転周期Tに基づいて既に得られているとみなす。ステップ20においては、重要パラメータおよび回転周期について得られた値、ならびに、本方法における前実施サイクル時に計算された補正係数Kg（n）ならびに行われたサイクル数nがメモリーから引き出される。対象となるシリンダに対して本方法を最初に実施する際には、上記の最後の２つのパラメータはゼロの初期値を有する。ステップ30で、回転周期Tを、例えば毎分2,000±50回転に相当する所与の周期T_０を中心とする幅2ΔTの周期範囲と比較することによって、エンジンが予め定められた回転数付近を中心とする回転数範囲内にあるかどうかを確認する。このテスト結果が肯定的なものであれば、ステップ40で、エンジンが無燃焼動作領域にあるかどうかを確認する。例えば、減速時の噴射遮断状態（FCO）の存在を確認することを選択することができるであろう。このような状態は、エンジンの制御分野ではよく知られているが、エンジンのシリンダへの燃料供給の停止を特徴とし、この結果、シリンダ内で燃焼が行われなくなる。この状態は、対象となるシリンダ内での燃焼に関連するいかなる変化も重要パラメータΣの現在値の計算に入らないようにすることができるため、特に有利である。これにより、最大の動作規則性を得るために車両によってエンジンが駆動されることを推奨している従来の技術のいくつかの短所を防止することができる。すなわち、こうした場合にも、不規則燃焼によってエンジンの回転速度変化が生じる場合があるからである。こうして、ステップ30とステップ40で行われるテストの組み合わせにより、ほぼ一定で、主として、時間差測定の基礎となるターゲットの幾何形状に依存するΣの値を得ることができる。
ステップ40で行ったテストの結果が肯定的なものである場合には、ステップ50において、基準エンジンに対するパラメータΣの補正係数Kg（n+1）の計算を行う。このために、適切な記憶手段から、基準値Σ_ｒｅｆを引き出し、この基準値と既に得たパラメータΣの現在値を比較する。基準値Σ_ｒｅｆは、例えば、同じ式に基づいて、周期T_０に相当する予め定められた回転数について基準エンジンの重要パラメータΣを計算することによって得た定数である。この同じエンジンを、調整試験時に不規則燃焼の診断のために用いられる欠陥限界値Σ_{ｓｅｕｉｌ}を定めるために使用する。例えば、この基準エンジンを、毎分2,000回転の安定回転数で電動機によって駆動して、パラメータΣを何度も測定し、平均値を出し、この平均値を、そのシリーズのすべてのエンジン用の基準値Σ_ｒｅｆとして記憶する。ステップ50における補正係数Kg（n+1）は、単に、基準値Σ_ｒｅｆとパラメータΣの現在値との差を求め、また、この差をエンジンの回転周期の値で割ることによって、或る瞬間に同次であるこの差を無次元の係数にすることによって得ることができる。従って、補正係数を決定した予め定められた回転数に従属しない補正係数を得ることができ、この補正係数は、この方法のステップ120〜140に関連して後ほど見るように、観察対象のシリンダについて、基準エンジンのターゲットと対象となるエンジンのターゲットの間の幾何形状差の補正に用いることができる。しかしながら、この補正を更に精密にするために、補正係数のデジタル・フィルタリングを行う。ステップ60では、行われたサイクル数nが最初の限界値n_１を超えていることを確認する。超えている場合には、ステップ70で、計算した補正係数Kg（n+1）と前のサイクルで定められた補正係数Kg（n）の偏差が、予め定められた最大値ΔKg_ｍａｘ以下であることを確認して、Kg（n+1）の異常瞬間値を排除する。この確認は、本方法の初期のいくつかの実施サイクルにおいては意義を有さないため、ステップ60のテスト結果が否定的なものである場合には、この確認は省略する。ステップ70のテストで、係数値Kg（n+1）が矛盾していないことが判明した場合には、下記の式を用いて、デジタル・フィルタリングをステップ80で行う。
Kg（n+1）=a.Kg（n+1）+（1-a）.Kg（n）
この式において、aは、前のいくつかの係数に基づいて得られる最終補正係数の影響に加重するための０から１の範囲内のフィルタリング係数である。ステップ90では、サイクル数nの値を増やすことにより、行われたサイクルを有効にし、前のステップで得た補正係数の値をKg（n）の形で記憶して、その後のサイクルで使用する。ステップ70のテストにより、係数Kg（n+1）の異常値が示された場合には、デジタル・フィルタリングは行われず、そのサイクルは有効化されず、サイクル数および補正係数Kg（n）の値は不変のままとなる。
次に、ステップ30および40で行われるテストの一方の結果が否定的なものであった場合の本方法の展開を検討する。この場合には、補正係数の計算の有効条件は確認されず、不規則燃焼の検出が行われる。これを行うために、前のサイクル時に計算されステップ20でメモリーから引き出された補正係数Kg（n）を用いてステップ10で計算された重要パラメータΣの現在値を補正する。この補正係数は、係数の有効な計算が得られたサイクル数nが予め定められた値n_２よりも大きい場合（これは、ステップ100のテストで確認される）にのみ有効とみなされ、このテストの結果が否定的なものである場合には、ステップ130に飛び、重要パラメータΣのいかなる補正も行われない。サイクル数nが十分な場合には、ステップ110で、補正値の絶対値を予め定められた最大値Kg_ｍａｘと比較することにより、補正係数Kg（n）の信憑性を確認する。このテストの結果が肯定的なものである場合には、ステップ120に移動し、式Σ=Σ＋Kg（n）×Tによって重要パラメータΣの値の補正を行う。この式中の、Tは、Σの計算時のエンジンの回転周期である。
次に、ステップ130、また、場合によっては140に進み、ここで、例えばフランス特許出願明細書第2 689 934号によって知られているように、重要パラメータΣを欠陥限界値Σ_{ｓｅｕｉｌ}と比較することによって、不規則燃焼の検出を行う。
ここで、重要パラメータΣの計算時のエンジンの回転数（ならびに、回転周期）がどのようなものであっても、シリンダ毎に唯一の補正係数によって、当該不規則燃焼検出方法がこの差の影響を受けないようにすることができることがわかる。当該補正係数は、なんらかの予め定められた回転数で得られたものであるが、対象となるエンジンのターゲットと基準エンジンのターゲットの間の幾何形状差にのみ依存する。
ステップ110のテストの確認が行われない場合には、補正係数Kg（n）は、無効とみなされ、重要パラメータの補正には用いられない。更に、説明した例の場合のように、この補正係数は、装置の障害、例えば公差外のターゲットを示すものとみなすことができる。この場合には、エラー信号が生成され、不規則燃焼検出の様々なステップは実施されない。
説明した方法は、エンジンのそれぞれのシリンダに次々と用いられ、この結果、各シリンダにそれぞれ関連付けられた補正係数と実施サイクル数とを定めることができる。しかしながら、エンジンのシリンダ数が偶数で、４サイクルの場合のように、これらのシリンダのうちの２つ以上がターゲットの同じ角度位置に関連付けられている場合には、関連付けられたシリンダのグループ毎に唯一の補正係数のみを計算すればよく、有利となる。
また、本発明に基づく方法は例えば、対象となるシリンダの各上死点で、周期的に繰り返される場合について説明されているが、本発明の範囲を逸脱することなく、１回あるいは制限された回数だけしか補正係数の計算を行わないことも可能であろうし、更には、例えばステップ30の前に適切なテストを導入して、周期的にのみ、これが可能となるようにすることもできるであろう。

Claims (5)

1. クランクシャフトと連動する、複数の歯を含むターゲットの幾何学状公差の影響を受けない内燃機関の不規則燃焼検出方法であって、
   それぞれのシリンダについて、前記ターゲットの予め定められた角度位置の間の時間間隔（ΔT）を測定し、前記測定された複数の時間間隔（ΔＴ）同士の線形結合によってパラメータが形成され、そのパラメータに基づいた不規則燃焼検出方法において、
   [ａ]予め、基準となるエンジンに対するパラメータ（Σｒｅｆ）および前記基準となるエンジンの不規則燃焼を判定する欠陥限界値（Σｓｅｕｉｌ）を定め、かつ前記基準となるエンジンに対するパラメータ（Σｒｅｆ）および前記欠陥限界値（Σｓｅｕｉｌ）を記憶手段に記憶するステップと、
   [ｂ]検査対象のエンジンの各シリンダの前記時間間隔（ΔＴ）を測定し、前記基準となるエンジンに対するパラメータ（Σｒｅｆ）を形成した線形結合と同じ線形結合を用いて、前記各時間間隔（ΔＴ）から検査対象のエンジンに対するパラメータ（Σ）を形成するステップ（１０）と、
   [ｃ]算出を繰り返すことにより精度を高める補正係数の、サイクルｎ回目の補正係数（Ｋｇ（ｎ））およびサイクル数ｎを、前記記憶手段から取り出すステップ（２０）と、
   [ｄ]前記ステップ[ｂ]のときの検査対象のエンジンが、減速時の噴射遮断状態（ＦＣＯ）の存在によって規定するエンジンの無燃焼動作領域であったか否かを判定し、前記検査対象のエンジンが無燃焼動作領域にある場合には下記ステップ[ｅ]に進み、無燃焼動作領域にない場合には下記ステップ[ｇ]に進むステップ（４０）と、
   [ｅ]前記記憶手段から取り出した前記基準となるエンジンに対するパラメータ（Σｒｅｆ）と、前記ステップ[ｂ]で形成した検査対象のエンジンに対するパラメータ（Σ）との差から、サイクルｎ＋１回目の補正係数（Ｋｇ（ｎ＋１））を算出するステップ（５０）と、
   [ｆ]前記ｎ＋１回目の補正係数（Ｋｇ（ｎ＋１））と前記ｎ回目の補正係数（Ｋｇ（ｎ））とを用いて算出した補正係数を、改めてｎ＋１回目の補正係数（Ｋｇ（ｎ＋１））と定め、前記記憶手段に前記改めてｎ＋１回目の補正係数とした補正係数（Ｋｇ（ｎ＋１））とサイクル数ｎ＋１（ｎ＝ｎ＋１）とを記憶し、その後でステップ[ｂ]に戻るステップ（８０、９０）と、
   [ｇ]ステップ[ｂ]で形成した検査対象のエンジンのパラメータ（Σ）を、前記ステップ[ｃ]で取り出した補正係数（Ｋｇ（ｎ））を用いて補正するステップ（１２０）と、
   [ｈ]ステップ[ｇ]で補正された検査対象エンジンのパラメータ（Σ）と、ステップ[ｂ]で取り出した前記欠陥限界値（Σｓｅｕｉｌ）とを比較するステップ（１３０）と、
   [ｉ]前記補正された検査対象エンジンのパラメータ（Σ）が前記欠陥限界値（Σｓｅｕｉｌ）より大きい場合は、不規則燃焼であると判定するステップ（１４０）と、
   を有することを特徴とする不規則燃焼検出方法。
2. 前記ステップ[ｅ]において、前記ｎ＋１回目の補正係数（Ｋｇ（ｎ＋１））が、
   前記基準となるエンジンに対するパラメータ（Σｒｅｆ）と前記検査対象のエンジンに対するパラメータ（Σ）との差を、
   前記ステップ[ｂ]において各シリンダの時間間隔（ΔＴ）を測定したときの、エンジンのクランクシャフトの回転周期時間（Ｔ）で、除することで算出される（５０）、請求項１記載の不規則燃焼検出方法。
3. 前記ステップ[ｇ]において、前記補正係数（ＫＧ（ｎ））に、前記ステップ[ｂ]において各シリンダの時間間隔（ΔＴ）を測定したときの、エンジンのクランクシャフトの回転周期時間（Ｔ）を乗算したものを、
   前記検査対象のエンジンのパラメータ（Σ）に加算して補正する（１２０）、請求項１記載の不規則燃焼検出方法。
4. 前記ステップ[ｆ]において、前記ｎ＋１回目の補正係数Ｋｇ _n+1 （Ｋｇ（ｎ＋１））と前記ｎ回目の補正係数Ｋｇ _n （Ｋｇ（ｎ））とを用いて算出した補正係数が、ａ＊Ｋｇ _n+1 ＋（１−ａ）＊Ｋｇ _n である、ただし、０≦ａ≦１である、請求項１記載の不規則燃焼検出方法。
5. 前記サイクル数ｎが予め定められたサイクル数（ｎ２）より大のときのみ、前記ステップ[ｇ]において前記パラメータ（Σ）の補正を実施し、前記サイクル数ｎが予め定められたサイクル数（ｎ２）より小のときはステップ[ｇ]において前記パラメータ（Σ）の補正をしないで前記ステップ[ｈ]に移行する、請求項１記載の不規則燃焼検出方法。

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