JPH01106957A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、自動車等内燃機関の燃焼制御装置に係り、特
に燃焼圧力を検出して燃焼状態を制御する装置に関する
。 （従来の技術） 近時、内燃機関およびその周辺装置の制御も電子化され
、よシ緻密な制御が可能となっている。 このような制御では、内燃機関の燃焼状態を検出し、こ
の検出結果から燃焼状態を操作可能な点火時期、空燃比
等の作動パラメータ（以下、燃焼作動パラメータという
）が操作される。そして、−般に機関の効率燃費を考え
ると最大トルク時の最小進角〜いわゆるＭ　Ｂ　Ｔ　（
Ｍｉｎｉｍｕｍ　ａｄｖａｎｃｅ　ｆｏｒＢｅｓｔ　Ｔ
ｏｒｑｕｅ　）付近で点火するのが最良と知られており
、機関の状態によりＭＢＴ点火時期を変えるといういわ
ゆるＭＢＴ制御が行われており、例えばそのようなもの
としては特開昭６１−１６２６９号公報に記載の装置が
ある。この装置では、燃焼室内の圧力（以下、筒内圧と
いう）を検出して、その圧力が最大となるクランク角度
（以下、筒内圧最大時期という）θｐｍａｘが機関の発
生トルクを最大にする目標位置ｏｐｍｌＬＸｏにくるよ
うに点火時期をＭＢＴ制御し、燃焼速度に応じた目標位
置θｐｍａｘ６を設定することによシ、エンジンの運転
条件、個体バラツキや使用環境によって燃焼速度にずれ
があっても常に点火時期を最良燃費点に制御して燃費の
向上を図ろうとする。 一方、ある運転状態でエンジンの要求する燃料の量は、
エアフローメータにより検出したエンジンの吸入空気量
を重要なパラメータの一つとしている。従来のこの種の
吸入空気量からエンジンの要求する燃料の量を決定する
内燃機関の燃料供給制御装置としては、例えば特開昭６
１−２２９９５９号公報に記載のものがある。この装置
では、過渡時にスロットルバルブと吸気弁間のコレクタ
ボリュームの影響によシェアフローメータで検出した吸
入空気量が実際にエンジンが要求している吸入空気量よ
りも一時的に極めて大きな値となるいわゆるオーバシュ
ート現象によって空燃比が変動してしまうのを防止する
ため、所定値以上の負荷変動があるとその間は点火時期
制御がら空燃比制御に切換えることにより、空燃比の変
動を抑制して運転性の向上を図っている。 また、特に省燃費の立場から所定条件下の運転領域にお
いて希薄（リーン）空燃比を選択することによシ、エン
ジンの燃費性能の向上を図って省燃費を実現しようとす
るものもある。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の内燃機関の燃焼制御装
置にあっては、点火時期を制御してＭＢＴを実現する構
成となっていたため、点火時期がＭＢＴに設定されてい
ても環境変化や個体のバラツキ、経時変化等の影響によ
り空燃比が最大トルク発生空燃比、いわゆるＬ　Ｂ　Ｔ
　（Ｌｅａｎｓｔ　Ｍｉｘｔｕｒｅｆｏｒ　Ｂｅ５ｔ　
Ｔｏｒｑｕｅ　）からずれてしまうことがあり、最大発
生トルクや運転性が低下するという問題点があった。 （発明の目的） そこで本発明は、燃焼速度と空燃比との間に一定の相関
関係があることに着目し、補正後の点火時期が基本点火
時期と一致するように基本燃料供給量を補正することに
より、所定の燃焼速度となるように空燃比を所定値に設
定して、環境変化等の影響があっても点火時期のみなら
ず空燃比を最適値に制御するとともに、外部環境変化、
個体バラツキ等による空燃比の変動を防止し運転性およ
び燃費を向上させることを目的としている。 （問題点を解決するだめの手段） 本発明による内燃機関の燃焼制御装置は上記目的達成の
ため、その基本概念図を第１図に示すように、エンジン
の筒内圧力を検出する圧力検出手段ａと、エンジンの負
荷および回転数をパラメータとしてエンジンの運転状態
を検出する運転状態検出手段すと、機関の排気酸素濃度
検出する手段Ｃと、圧力検出手段ａの出力に基づいて筒
内圧力が最大となるときのクランク角を筒内圧最大時期
として検出する最大時期検出手段ｄと、エンジンの運転
状態に基づいて筒内圧最大時期の目標値を設定する目標
設定手段ｅと、エンジンの運転状態に基づいて基本点火
時期を設定し、エンジンが所定の運転状態の酸素濃度を
検出する手段Ｃの出力に基づいた補正量で基本点火時期
を補正するとともに、これを筒内圧最大時期が前記目標
値と一致するように補正する点火時期設定手段ｆと、エ
ンジンの運転状態に基づいて基本燃料供給量を設定し、
これを補正された点火時期が基本点火時期と一致するよ
うに補正する供給量設定手段ｇと、点火時期設定手段ｆ
の出力に基づいて混合気に点火する点火手段りと、供給
量設定手段ｇの出力に基づいて燃料を供給する供給手段
ｌと、を備えている。 （作用） 本発明では、エンジンの運転状態に基づいて筒内圧最大
時期の目標値が設定され、筒内圧最大時期が前記目標値
と一致するように基本点火時期が補正される。そして、
エンジンが所定の運転状態の酸素濃度に応じて基本点火
時期が補正され、補正後の点火時期が基本点火時期と一
致するように基本燃料供給量が補正される。したがって
、所定の燃焼速度となるように空燃比が所定値に設定さ
れ、環境変化等の影響があっても点火時期のみならず空
燃比も最適値に制御され、発生トルク、運転性および燃
費が向上する。 （実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。 第２〜８図は本発明の一実施例を示す図である。 まず、構成を説明する。第２図において、１は筒内圧セ
ンサ（圧力検出手段）であり、筒内圧センサ１はエンジ
ンのシリンダヘッドに螺着されている点火プラグ２の座
金として形成され共締めされている。筒内圧センサ１は
気筒内の燃焼圧力を圧電素子によって電荷に変換し、電
荷出力Ｓ□をチャージアンプ３に出力する。チャージア
ンプ３はいわゆる電荷−電圧変換増幅器からなり、セン
サ出力Ｓ１を電圧信号Ｓ、に変換してＡ／Ｄ変換器４に
出力する。Ａ／Ｄ変換器４はアナログ信号として入力さ
れた信号Ｓ、をクランク角度に同期してディジタル信号
に変換し、コントロールユニット５に出力する。 吸入空気の流量Ｑａはエアフローメータ６により検出さ
れ、エンジンのクランク角Ｃａはクランク角センサ７に
より検出される。クランク角センサ７は爆発間隔（６気
筒エンジンではクランク角で１２０’、４気筒エンジン
では１８０°）毎に各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）前の
所定位置、例えばＢＴＤＣ７０゜で〔Ｈ〕レベルのパル
スとなる基準信号Ｃａを出力するとともに、クランク角
の単位角度（例えば、２°）毎に〔Ｈ〕レベルのパルス
となる単位信号ＣＩを出力する。なお、信号Ｃａのパル
スを計数することによう、エンジン回転数Ｎを知ること
ができ、この処理は後述のコントロールユニット５によ
シ行われる。さらに、気筒判別センサ８は特定の気筒（
例えば、第１気筒）を判別するもので、特定気筒の圧縮
上死点前の所定クランク角位置（例えば、第１気筒のＢ
ＴＤＣ８０°）で気筒判別信号ＲＥＦ−ｉを出力する。 したがって、この気筒判別信号ＲＥＦ−１はクランク軸
が２回転する毎に一度出力される。 上記エアフローメータ６およびクランク角センサ７は運
転状態検出手段９を構成し、１０は排気の酸素濃度を検
出するＯｔセンサである。運転状態検出手段９，０．セ
ンサｌＯ１および気筒判別センサ８からの信号はコント
ロールユニット５に入力され、コントロールユニット５
はこれらのセンサ情報に基づいて点火時期制御や燃料供
給制御を行う。コントロールユニット５は最大時期検出
手段、目標設定手段、点火時期設定手段および供給量設
定手段としての機能を有し、ＣＰＵＩＩ、ＲＯＭ１２、
ＲＡＭ１３およびＩ１０ボート１４により構成され、こ
れらはコモンバス１５によシ互いに接続される。 ＣＰＵＩＩはＲＯＭＩ２に書き込まれているプログラム
に従ってＩ１０ボート１４よυ必要とする外部データを
取り込んだり、またＲＡＭ１３との間でデータの授受を
行ったりしながら必要な処理値等を演算処理し、必要に
応じて処理したデータを工１０ボート１４へ出力する。 Ｉ１０ポート１４にはセンサ群６．７．８．１０からの
信号が入力されるとともに、Ｉ１０ボート１４からは噴
射信号Ｓｉあるいは点火信号Ｓｐをインジェクタ（供給
手段）１６若しくは点火装置１７に出力する。点火装置
（点火手段）１７は点火コイル２や点火プラグ等からな
り、点火信号Ｓｐに基づき高電圧を発生させて混合気に
点火する。また、ＲＯＭ１２はＣＰＵＩＩにおける演算
プログラムを格納しており、ＲＡＭ１３は演算に使用す
るデータをマツプ等の形で記憶する。なお、ＲＡＭ１３
の一部は、例えば不揮発性メモリにより構成され、その
記憶内容（学習値等）をエンジン停止後も保持する。 次に、作用を説明するが、最初に本発明の基本原理につ
いて説明する。 吸入空気量および機関回転数に基づいて、点火時期、燃
料噴射量を演算し、内燃機関を駆動する際には外部環境
変化および経時変化等の影響によって点火時期あるいは
燃料噴射量が必ずしも最適値ではなくなってしまうこと
がある。そこで、筒内圧最大時期θｐｍａｘを検出し、
とのθｐｍａｘが所定の目標値に一致するように点火時
期を設定すればＭＢＴは達成することができる。しかし
ながら、空燃比変動に対しては何の改善も行っていない
ことになる。ところで、燃焼速度と空燃比との関係は第
３図のように示され、実際の燃焼に用いられる範囲（燃
焼範囲）では空燃比がリーン化するに従って燃焼速度が
低下する略−様の右下がり傾向がある。したがって、燃
焼速度を所定値に制御して空燃比を設定することによシ
、空燃比変化を改善することが可能となる。このとき、
設定（目標）空燃比をリーン側に設定するようにすれば
、特に燃費性能を向上させることが可能になる。 以上のようなことから、本実施例では点火時期を特定ｏ
ｐｍａｘ値となるように設定しながら補正後の点火時期
が吸入空気量と回転数によって算出される基本点火時期
に一致するように基本燃料噴射量を補正することにより
、所定の燃焼速度を得るように制御して空燃比を所定値
に設定している。 また、所定の運転状態時はＯ，センサ１０により酸素濃
度を検出しこの値に応じて基本点火時期を補正すること
により運転条件に応じた空燃比と燃焼速度の最適化を図
ることができる。 第４図は上記基本原理に基づく燃焼制御のプログラムを
示すフローチャートであり、本プログラムは気筒判別セ
ンサ８からの気筒判別信号ＲＥＦ−ｉ毎に割込処理され
る。まず、Ｐｌで筒内圧最大時期θｐｍａｘを検出する
。θｐｍａｘの検出については後述のプログラムで詳述
する。次いで、Ｐ２でθｐｍａｘと圧縮上死点後の所定
の目標値との差を求め、その差が〔十〕のときはθｐｍ
ａｘが遅れ側にあると判断しＰ、で次式■に従って補正
値ｉＢを特定値Ａ〔例えば、０．２＠：ｌだけ増量補正
し、〔−〕のときはθｐｍａｘが進み側にあると判断し
Ｐ４で次式〇に従って補正値ΔＳを特定値Ａだけ減量補
正する。また、差が

〔０〕のときは増減補正は行わず、
そのままＰ、に進む。 ΔＳ＝ΔＳ＋Ａ　　・・・・・・■ ΔＳ＝ΔＳ−Ａ　　・・・・・・■ 但し、ｌＳ：前回の値 ここで、θｐｍａｘの目標値は吸入空気量Ｑａおよびエ
ンジン回転数Ｎをパラメータとするテーブルマツプから
ルックアップする。θｐｍａｘの目標値を、例えば１５
°ＡＴＤＣとして固定すると運転領域の全域においてＭ
ＢＴ設定となる。ところが、実際にはノックや燃焼音等
の発生によりＭＢＴ制御ができない運転領域が存在する
。そこで、実施例はθｐｍａｘの目標値を運転状態に基
づいて変更することにより、点火時期とθｐｍａｘ検出
位置で算出される燃焼速度の変更が可能となり、運転領
域によって空燃比、変更が可能となる。Ｐ、ではエンジ
ン回転数Ｎと吸入空気量Ｑａ（エンジン負荷に相当）と
に基づいて、基本点火時期ＡＤＶφを演算し、Ｐ６で次
式■に従って補正点火時期ＡＤＶを演算する。 Ａ　Ｄ　Ｖ　＝　ＡＤＶφ＋ΔＳ　・・・・・・■Ｐ、
で流入空気量Ｑａと流入空気量特定値Ｑａｌｉｍｉｔを
比較しＱａが小さければ後述する（第６図）排気酸素濃
度検出手段による燃料噴射量補正値ΔＴ１をΔＴに代入
していわゆる空燃比フィードバック制御を実行し、基本
点火時期と補正点火時期の差ＣＬを学習補正値Ｃに更新
しく　Ｐｓ）　Ｐｒｓに進み、Ｑａが大きければ算出Ａ
ＤＶに学習補正値Ｃを加算する。 （Ｐ、） 次いで、Ｐ、。で補正点火時期ＡＤＶと基本点火時期Ａ
ＤＶφとを比較し、〔＋〕のときはｐＨで次式〇に従っ
て基本燃料補正量Ｔｐの補正量ΔＴｐを特定値Ｂ（例え
ば、０．０１ｍ５　）だけ増量補正し、〔−〕のときは
Ｐ□で次式〇に従って燃料噴射量補正量ΔＴｐを特定値
Ｂだけ減量補正する。また、補正量ΔＴｐが〔ＯＩのと
きは増減補正は行わず、そのままｐＨｌに進む。 ΔＴ＝ΔＴ　＋Ｂ　　・・・・・・■ ΔＴ＝ΔＴ　−Ｂ　　・・・・・・■ 但し、ΔＴ′：　　前回の値 Ｐｔ４ではエンジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑａとに基づ
いて基本燃料噴射量Ｔｐを演算し、ｐＨ＋で次式■に従
って基本燃料噴射量Ｔｐを補正する。 ’ｒｐ　＝　Ｔｐ＋ΔＴ　・・・・・・■但し、Ｔｐ′
：前回の値 さらに、Ｐｔ８でこの点火時期ＡＤＶに対応する点火タ
イミングで点火信号Ｓｐを点火手段１７に出力し％　Ｐ
ｌｙでＴｐをＩ１０ボート１４の出力レジスタにストア
して、所定クランク角度でこのＴｐに対応する燃料噴射
パルス幅を有する噴射信号Ｓｌをインジェクタ１６に出
力し、今回の処理を終了する。 第５図は筒内圧最大時期θｐｍａｘを検出するプログラ
ムを示すフローチャートであり、この処理は前記第４図
で述べたステップのＰ、に相当する。本プログラムはク
ランク角で２°毎に一度実行され、気筒判別信号出力時
がθ＝０とされる。まず、Ｐｔ。 で筒内圧Ｓ、を表すアナログ信号をＡ／Ｄ変換し、ｐｔ
ｔでこのＡ／Ｄ変換後の筒内圧（以下、単に筒内圧と呼
ぶ）Ｐを前回までの筒内圧最大値Ｐｍａｘと比較する。 Ｐｍａｘ≦Ｐのときは未だ燃焼圧力が最大になっていな
いと判断し、ｐｔｓでこのときのＰを新しいＰｒｎａｘ
とし、そのときのクランク角θをθｐｍａｘ　　とする
。この処理を所定クランク角から所定クランク角（例え
ば、５０°ＢＴＤＣから５０’ＡＴＤＣ）まで繰り返す
。Ｐｍａｘ’　）　ＰのときはＰｔ４でクランク角θｐ
ｍａｘがＯであるか（θ＝０）否かを判別し、θ＝０に
なると今回の燃焼工程における筒内圧最大時期の検出が
終わったと判断してｐｔａでＰｍａｘ−θｐｍａｘ　を
それぞれＰｍａｘ−θｐｍａｘとして筒内圧最大時期θ
ｐｍａｘ　　を得るとともにＰｍａｘ’＝Ｏとして次回
の処理に備え今回の処理を終了する。一方、θ≠Ｏのと
きはθ＝Ｏになるまで上記各ステップを繰り返す。 このように、全運転領域でＭＢＴを達成するように筒内
圧最大時期θｐｍａｘの目標値が設定され、θｐｍａｘ
が目標値と一致するように基本点火時期ＡＤＶφが補正
される。そして、補正後の点火時期ＡＤＶが基本点火時
期ＡＤＶφと一致するように基本燃料供給量Ｔｐが補正
される。 この際、点火時期と燃焼速度の対応関係は外部環境変化
により必ずしも一定とはならないそこで所定運転領域（
例えば特定流入空気量以下の軽負荷領域で第８図にしめ
す。）で排気酸素濃度検出手段（例えば第７図に示すＡ
／Ｆと出力電圧特性をもつ。）によりＡ／Ｆを検出しＡ
／Ｆの制御を行い、補正点火時期と基本点火時期との差
によりＡ／Ｆと燃焼速度の対応を学習する。第６図で排
気酸素濃度検出手段（以下０２センサーと記す）による
Ａ／Ｆ設定ルーチンを説明する。下記ルーチンはバック
グラウンドジョブとして行われる。 まずＰｔ６で０２センサー出力値を検出し、Ｐ７．で出
力電圧しきい値Ｖｓを比較して出力値が小さければｐｔ
ａへ進みΔＴＬから特定値ＢＬを減じて、出力値が大き
ければｐｔｏに進みΔＴＬに特定値ＢＬを加算し等しけ
ればΔＴＬの変更は行わない。ｐｓｏで基本点火時期補
正学習値ｃＬを補正点火時期ＡＤＶから基本点火時期Ａ
ＤＶφをひいたものとして演算する。 以上の学習値を用いて、他の運転領域での基本点火時期
を補正して運転条件に応じた空燃比と燃焼速度の最適化
を常に図ることができる。 （効果） 本発明によれば、エンジンの運転状態に基づいて筒内圧
最大時期を目標値を設定し、筒内圧最大時期が前記目標
値と一致するように基本点火時期を補正するとともに、
エンジンが所定の運転状態の排気酸素濃度だ応じて基本
点火時期を補正し、補正後の点火時期が基本点火時期と
一致するように基本燃料供給量を補正しているので、所
定の燃焼速度となるように空燃比を所定値に設定するこ
とができ、環境変化等の影響があっても点火時期のみな
らず空燃比を最適値に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

＠１図は本発明の基本概念図、第２〜８図は本発明の一
実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第３
図はその燃焼速度と空燃比との関係を示す特性図、第４
図はその燃焼制御のプログラムを示すフローチャート、
第５図はその筒内圧最大時期を検出するプログラムを示
すフローチャ−ト、第６図は、その基本点火時期補正学
習値を算出するフローチャート、第７図はそのＯ，セン
サの出力特性を示す図、第８図はその特定運転領域を示
す図である。 １・・・筒内圧センサ（圧力検出手段）、５・・・コン
トロールユニット（最大時期検出手段、目標設定手段、
点火時期設定手段、供給量設定手段）、９・・・運転状
態検出手段、１０・・・酸素濃度検出手段、１６・・・
インジェクタ（供給手段）、１７・・・点火装置（点火
手段）。 特許出願人　日産自動車株式会社 第４図 ５ＴＡＲＴ ｐ　　　ｅ、、、、ａ、検出 ら・２゜ａｘ−ＩＪ　　”− ？ Ｐ　ΔＳ：ΔＳ＋ＡｏＰ１．ΔＳ；Δｃ；−Ａ第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの筒内圧力を検出する圧力検出手段と、 ｂ）エンジンの負荷および回転数をパラメータとしてエ
   ンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、 ｃ）機関の排気酸素濃度を検出する手段と、ｄ）圧力検
   出手段の出力に基づいて筒内圧力が最大となるときのク
   ランク角を筒内圧最大時期として検出する最大時期検出
   手段と、 ｅ）エンジンの運転状態に基づいて筒内圧最大時期の目
   標値を設定する目標設定手段と、 ｆ）エンジンの運転状態に基づいて基本点火時期を設定
   し、エンジンが所定の運転状態の酸素濃度検出手段の出
   力に基づいた補正量で基本点火時期を補正するとともに
   、該基本点火時期を筒内圧最大時期が前記目標値と一致
   するように補正する点火時期設定手段と、 ｇ）エンジンの運転状態に基づいて基本燃料供給量を設
   定し、これを補正された点火時期が基本点火時期と一致
   するように補正する供給量設定手段と、 ｈ）点火時期設定手段の出力に基づいて混合気に点火す
   る点火手段と、 ｉ）供給量設定手段の出力に基づいて燃料を供給する供
   給手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。