JP4618172B2

JP4618172B2 - エンジンの着火時期判定方法及び着火時期判定装置

Info

Publication number: JP4618172B2
Application number: JP2006070898A
Authority: JP
Inventors: 博之窪添
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2026-03-15
Also published as: JP2007247502A

Description

本発明は、エンジンの着火時期を判定するための方法及び装置に関する。

エンジンの着火時期を検出するための装置の構成の一例を図７及び図８に示す。

図７に示すものでは、ディーゼルエンジン（図示せず）に取り付けた加速度センサａにより得られた信号を、ローパスフィルタ乃至はハイパスフィルタ等の周波数弁別フィルタｂに通し、入力した信号から着火に伴う信号成分を弁別する。次いで、弁別後の信号をアンプｃ等に通し、入力した信号の信号振幅を拡大する。次いで、信号振幅拡大後の信号を比較器ｄ等に通し、入力した信号を適当な一定の閾値と比較する閾値比較を行い、タイミング信号を得る。そして、離散処理デバイスｅ内にてタイミング信号に基づいて着火時期を検出している。

図８に示すものでは、信号振幅拡大後の信号をＡ／Ｄポートｆを介して離散処理デバイスｅに取り込み、離散処理デバイスｅ内にて、取り込んだ信号にロジック処理で弁別フィルタを施し（図８の符号ｇ）、弁別後の信号のピーク検出を行い（図８の符号ｈ）、ピーク検出の結果に基づいて着火時期を検出している。

もしくは、信号振幅拡大後の信号をＡ／Ｄポートｆを介して離散処理デバイスｅに取り込み、離散処理デバイスｅ内にて、取り込んだ信号をロジック処理で微積分し（図８の符号ｇ）、微積分後の信号を適当な一定の閾値と比較する閾値比較を行い（図８の符号ｈ）、閾値比較の結果に基づいて着火時期を検出している。

なお、特許文献１では、加速度センサの出力信号をコントローラに入力し、入力した信号をコントローラに予め入力した閾値と比較し、入力した信号が閾値以上であれば、着火による振動発生時期すなわち着火時期であると判断している。

特開平４−２３７８４５号公報

一般に、加速度センサにより観測される振動波形には、着火時期よりもわずかに早期にインジェクタの針弁の着座などにより生じる振動（非希望振動）が存在している。このような非希望振動の発生時期と、着火の際の燃焼により生じる振動（希望振動）の発生時期とが、ほぼ同時期である場合がたびたび見受けられる。

また、エンジン回転数が同一であっても、加速度センサにより観測される希望振動の振動レベル（振幅）が、着火時期により、ピストンの圧縮上死点に対してフォワード側からリタード側に移行するに従い小さくなる傾向がある。

そのため、図７のように加速度センサにより得られた信号を一定の閾値と比較する閾値比較を行う場合、希望振動の振幅が小さくなる傾向があるリタード側では、加速度センサにより観測される振動波形のうち非希望振動の部分などが閾値と交わりやすくなり、着火時期の誤検出が生じやすいという問題がある。

また、実験によれば希望振動の周波数と非希望振動の周波数とが数ｋＨｚ程度しか離れていないことなどから、図７のように加速度センサにより得られた信号を一定の閾値と比較する閾値比較を行うには、加速度センサにより観測される振動波形に含まれる非希望振動の部分などを高次（例えば、七次程度）の周波数弁別フィルタなどで十分に減衰させる必要があるなど、ハード（ハードウェア）の負担が大きくなってしまうという問題がある。

一方、図８のように加速度センサにより得られた信号をＡ／Ｄポートを介して離散処理デバイスに取り込み、取り込んだ信号のピーク検出を行う場合には、ピーク検出は加速度センサにより観測される振動波形の変化が滑らかなところ（振動波形の時間（クランク角度）に対する振幅変化が少ないところ）での処理となる。そのため、振幅方向の解像度の点から、アンプなどで信号振幅を拡大する必要や、高次の周波数弁別フィルタなどで希望振動の基本波成分を抽出する必要があるなど、システムが離散処理デバイス内外で複雑となってしまうという問題がある。

そこで、本発明の目的は、比較的簡単な構成で、ピストンの圧縮上死点に対するリタード側においても着火時期を正確に判定することができるエンジンの着火時期判定方法及び着火時期判定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、エンジンの振動を検出し、検出した振動信号を所定の閾値信号と比較して、着火時期に値が移行するタイミング信号を生成し、生成したタイミング信号に基づいて着火時期を判定するエンジンの着火時期判定方法において、上記閾値信号を、上記エンジンのクランク角度に基づき変動させることを特徴とするエンジンの着火時期判定方法である。

請求項２の発明は、上記閾値信号を、その絶対値がピストンの圧縮上死点に対してフォワード側からリタード側へ進むに従い小さくなるように設定する請求項１記載のエンジンの着火時期判定方法である。

請求項３の発明は、上記閾値信号が、上記エンジンのクランク角度を変数とする一次式で表される請求項１又は２記載のエンジンの着火時期判定方法である。

請求項４の発明は、上記閾値信号が、上記エンジンのクランク角度を変数とする曲線で表される請求項１又は２記載のエンジンの着火時期判定方法である。

請求項５の発明は、エンジンの振動を検出するための振動検出手段と、該振動検出手段により検出した振動信号を所定の閾値信号と比較して、着火時期に値が移行するタイミング信号を生成する比較手段と、該比較手段により生成したタイミング信号に基づいて着火時期を判定する判定手段とを備えたエンジンの着火時期判定装置において、上記閾値信号を、上記エンジンのクランク角度に基づき変動させることを特徴とするエンジンの着火時期判定装置である。

本発明によれば、着火の際の燃焼により生じる振動の特性に着目して、着火時期を判定するための閾値をエンジンのクランク角度に応じて変動させることで、比較的簡単な構成で、ピストンの圧縮上死点に対するリタード側においても着火時期を正確に判定することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係る着火時期判定装置を備えたエンジンの概略図である。図２は、着火時期判定装置の概略図である。

図１中、１がシリンダブロックとシリンダヘッドとから主に構成されるディーゼルエンジン（以下、エンジンという）である。エンジン１内には燃焼室が形成され、燃焼室内（シリンダ内）にインジェクタから燃料が直接噴射される。

エンジン１には、エンジン１を制御するためのエンジン制御ユニット２（以下、ＥＣＵという）が設けられる。ＥＣＵ２は各種センサ類から実際のエンジン運転状態を検出し、このエンジン運転状態に基づいてインジェクタ等を制御する。前記センサ類としては、エンジン１の回転速度を検出するエンジン回転センサ（図示せず）や、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ（図示せず）等が含まれ、これらセンサからの検出信号がＥＣＵ２に入力される。

本実施形態の着火時期判定装置を、図２により説明する。

本実施形態の着火時期判定装置は、エンジン１の振動を検出するための振動検出手段と、該振動検出手段により検出した振動信号を所定の閾値信号と比較して、着火時期（着火タイミング）に値が移行するタイミング信号（着火時期信号）を生成する比較手段と、該比較手段により生成したタイミング信号に基づいて着火時期を判定する判定手段とを備える。

本実施形態では、振動検出手段は、エンジン１表面（シリンダブロック或いはシリンダヘッドの表面）に取り付けられた加速度センサ３（図１参照）からなる。

燃焼室内に燃料を噴射すべくインジェクタを駆動すると、インジェクタの駆動に起因する振動が発生し、その振動がエンジン１のシリンダブロック及びシリンダヘッドへと伝播する。また、噴射された燃料が燃焼室内で着火すると、燃焼室内の着火による急激な圧力上昇などに起因する振動（圧力波）が発生し、その振動が燃焼室内での着火時の共鳴振動分そのものも含め、エンジン１のシリンダブロック及びシリンダヘッドへと伝播する。

インジェクタの駆動に起因する振動と着火に起因する振動とを含むエンジン１の振動が、加速度センサ３により振動信号Ｖａ（図３（ａ）参照）として検出される。

実験によれば、加速度センサ３により検出される振動の発生時の変移方向は、エンジン回転数や燃料噴射量などに関係なく、毎回同じ方向（プラス方向或いはマイナス方向）から始まっていることが分かった。また、加速度センサ３により検出される振動波形は、着火時付近から振動が始まり徐々に減衰してゆくいくつかの振動波形の合成波となっていることが分かった。

加速度センサ３により検出された駆動信号Ｖａが、ＥＣＵ２に設けられたプリフィルタ４に入力される。本実施形態では、プリフィルタ４として、低次（本実施形態では、一次）の周波数弁別フィルタ（本実施形態では、ローパスフィルタ）を用いている。周波数弁別フィルタ４により、駆動信号Ｖａに含まれるひげ状の波形や電気的な高周波ノイズなどの不要振動成分が減衰される。周波数弁別フィルタ４を通過した振動信号Ｖｂ（図３（ｂ）参照）が、ＥＣＵ２に設けられた比較器５に入力される。

一方、エンジン１のクランク角度を検出するためのクランク角検出手段としてのクランク角センサ６により検出されたクランク角信号が、ＥＣＵ２に設けられた離散処理（デジタル処理）デバイス７に入力される。離散処理デバイス７は、入力されたクランク角信号に基づいて、着火時期を検出する所定のクランク角度Ａ１−Ａ２の期間（ウィンドウ期間）、ＨもしくはＬであるウィンドウ信号を生成する（図２の符号８）。離散処理デバイス７は、ウィンドウ信号が生成されているウィンドウ期間中、クランク角信号に基づいて所定の閾値信号Ｖｔを生成する。

詳しくは、離散処理デバイス７は、閾値信号Ｖｔをクランク角信号に基づき変動させる。

本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、閾値信号Ｖｔは、その絶対値がピストンの圧縮上死点ＴＤＣに対してフォワード側からリタード側へ進むに従って小さくなるように設定される。

また、閾値信号Ｖｔは、クランク角度を変数とする一次式で表される。詳しくは、閾値信号Ｖｔは、ウィンドウ期間のリタード側の端（クランク角度＝Ａ２）にてゼロクロスし、一定の傾き（方向係数）を有する一次式で表される。

本実施形態では、離散処理デバイス７は、ウィンドウ期間中、積分などを行い、閾値信号Ｖｔを生成する。

なお、クランク角度に対応する閾値を離散処理デバイス７にマップ或いは数式などの形式で記憶させておき、離散処理デバイス７が、ウィンドウ期間中、クランク角度をマップ或いは数式に入力して、クランク角度に対応する閾値を得ることで、閾値信号Ｖｔを生成するようにしても良い。

生成された閾値信号Ｖｔ（図３（ｂ）参照）が、比較器５に入力される。

本実施形態では、比較手段は、比較器５からなる。

比較器５は、振動信号Ｖｂを閾値信号Ｖｔと比較して、タイミング信号（着火時期信号）Ｖｃ（図３（ｃ）参照）を生成する。

詳しくは、振動信号Ｖｂが閾値信号Ｖｔ以下であるとき、比較器５の出力がＨとされ、振動信号Ｖｂが閾値信号Ｖｔより大きいとき、比較器５の出力がＬとされる。したがって、比較器５は、出力がＨレベルであると離散処理デバイス７に信号を出力し、出力がＬレベルであると離散処理デバイス７に信号を出力するのを抑止する。このようにして、比較器５は、二値化され、着火時期に値がＬからＨへと移行するタイミング信号Ｖｃを生成する。

本実施形態では、判定手段は、離散処理デバイス７からなる。

離散処理デバイス７は、タイミング信号Ｖｃに基づいて着火時期Ｔ（図３（ｃ）参照）を判定する。

本実施形態では、離散処理デバイス７は、ウィンドウ期間中最初にタイミング信号ＶｃがＬからＨに移行したときのクランク角度を、着火時期Ｔと判定する。

ここで、加速度センサ３により観測される着火に起因する振動は、インジェクタに起因する振動よりも後に（リタード側に）存在している。（つまり、インジェクタの駆動に起因する振動は、着火に起因する振動よりも前に（フォワード側に）存在している。）
また、エンジン回転数が同一であっても、加速度センサ３により観測される着火に起因する振動の振幅は、着火時期Ｔにより、ピストンの圧縮上死点ＴＤＣに対してフォワード側からリタード側に移行するに従い小さくなる傾向がある。

これら着火に起因する振動の特性に着目し、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、閾値信号Ｖｔを、その絶対値がピストンの圧縮上死点ＴＤＣに対してフォワード側からリタード側へ進むに従い小さくなるように設定している。

このように閾値信号Ｖｔを設定することで、着火に起因する振動よりも前に存在するインジェクタに起因する振動に対しては閾値が高い状態となる。したがって、インジェクタに起因する振動が閾値と交わらないため、着火時期Ｔの誤検出を避け、着火時期Ｔを正確に検出することができる。

また、着火に起因する振動の振幅がインジェクタに起因する振動の振幅よりも小さいような、ピストンの圧縮上死点ＴＤＣ近傍や圧縮上死点ＴＤＣに対するリタード側でも、着火に起因する振動よりも前に存在するインジェクタに起因する振動に対しては閾値が高い状態となる。したがって、インジェクタに起因する振動が閾値と交わらないため、着火時期Ｔの誤検出を避け、着火時期Ｔを正確に検出することができる。

これに対して、インジェクタに起因する振動よりも後に存在する着火に起因する振動に対しては閾値が下がっていることとなり、着火に起因する振動がより小さな閾値で交わることになる。そのため、着火に起因する振動の振幅が小さい場合であっても、着火に起因する振動が閾値と交わることとなり、着火時期Ｔを正確に検出することができる。

また、本実施形態では、図８のものよりも低次の周波数弁別フィルタ４を用い、図８のようにＡ／Ｄポートなどを用いておらず、離散処理デバイス７内外での処理負担を上げることなく着火時期Ｔを正確に検出することが可能である。

ところで、本実施形態により得られる着火時期Ｔは、実際の着火時期に対しては多少ずれるが、これは振動波形のどの部分を判定対象としているかの結果である。判定した着火時期Ｔに、所定のオフセット値を加減算することで、実際の着火時期とほぼ一致する実着火時期を得ることができる。オフセット値は、実験データより算出し、離散処理デバイス７にマップなどの形式で予め記憶させておくと良い。

以上、本実施形態の着火時期判定装置によれば、着火の際の燃焼により生じる振動の特性に着目して、閾値信号Ｖｔをエンジン１のクランク角度に応じて変動させるようにしたため、比較的簡単な構成で、ピストンの圧縮上死点ＴＤＣに対するリタード側においても着火時期Ｔを正確に得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、図４（ｂ）に示すように、閾値信号Ｖｔが、図３（ｂ）に示したものを振幅方向に平行移動したものであっても良い。

また、図５（ｂ）に示すように、閾値信号Ｖｔが、クランク角度を変数とする曲線（エンベロープ曲線）で表されても良い。詳しくは、閾値信号Ｖｔが、ウィンドウ期間のリタード側の端（クランク角度＝Ａ２）にてゼロクロスし、着火時に加速度センサ３により得られる振動振幅の着火時期に対する変化カーブに比例した振幅変化を有する曲線で表される。

さらに、図６（ｂ）に示すように、閾値信号Ｖｔが、図５（ｂ）に示したものを振幅方向に平行移動したものであっても良い。

本発明の一実施形態に係る着火時期判定装置を備えたエンジンの概略図である。着火時期判定装置の概略図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、振動信号、ローパスフィルタ後振動信号、及び、二値化後パルスの信号波形を示すグラフである。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、振動信号、ローパスフィルタ後振動信号、及び、二値化後パルスの信号波形を示すグラフである。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、振動信号、ローパスフィルタ後振動信号、及び、二値化後パルスの信号波形を示すグラフである。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、振動信号、ローパスフィルタ後振動信号、及び、二値化後パルスの信号波形を示すグラフである。従来の着火時期検出装置の概略図である。従来の着火時期検出装置の概略図である。

符号の説明

１エンジン
３加速度センサ（振動検出手段）
５比較器（比較手段）
７離散処理デバイス（判定手段）
Ｔ着火時期
ＴＤＣ圧縮上死点
Ｖａ振動信号
Ｖｃタイミング信号
Ｖｔ閾値信号

Claims

エンジンの振動を検出し、検出した振動信号を所定の閾値信号と比較して、着火時期に値が移行するタイミング信号を生成し、生成したタイミング信号に基づいて着火時期を判定するエンジンの着火時期判定方法において、上記閾値信号を、上記エンジンのクランク角度に基づき変動させることを特徴とするエンジンの着火時期判定方法。
上記閾値信号を、その絶対値がピストンの圧縮上死点に対してフォワード側からリタード側へ進むに従い小さくなるように設定する請求項１記載のエンジンの着火時期判定方法。
上記閾値信号が、上記エンジンのクランク角度を変数とする一次式で表される請求項１又は２記載のエンジンの着火時期判定方法。
上記閾値信号が、上記エンジンのクランク角度を変数とする曲線で表される請求項１又は２記載のエンジンの着火時期判定方法。
エンジンの振動を検出するための振動検出手段と、該振動検出手段により検出した振動信号を所定の閾値信号と比較して、着火時期に値が移行するタイミング信号を生成する比較手段と、該比較手段により生成したタイミング信号に基づいて着火時期を判定する判定手段とを備えたエンジンの着火時期判定装置において、上記閾値信号を、上記エンジンのクランク角度に基づき変動させることを特徴とするエンジンの着火時期判定装置。