JPH0281942A - 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、内燃機関の燃焼制御装置しこ係り、詳しくは
、図示平均有効圧Ｐｉに基づｌ／Ｘで機関の燃焼状態を
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
、より緻密な制御が可能となってし）る。 このような制御には内燃機関の燃焼状態その他の各種デ
ータが用いられる。 燃焼状態の一つである燃焼圧の図示平均有効圧Ｐｉも出
力トルクを示すものとして重要なデータの一つであり、
図示平均有効圧Ｐｉは例えＧホ点火制御、燃料噴射制御
、アイドルスピードコントロール等を正確に行う上で重
要な制御因子となっている。このようなＰｉはｌ燃焼サ
イクル毎に変化している気筒内燃焼圧力（以下、筒内圧
という）による平均仕事量を表すものであり、次式■で
演算される。 但し、■、二行程容積 Ｐａ：燃焼圧力 このＰｉは具体的にはいわゆるＰ−Ｖ線図において閉曲
線内の面積をを行程容積で割ったものに相当し、この値
が大きい程１燃焼サイクルにおける仕事量が大きくなる
。 このようなＰｉに基づいて燃焼状態を制御する従来の装
置としては、例えば特開昭６１−５５３３６号公報に記
載のものがある。この装置では、所定のクランク毎に筒
内圧を検出し、その値を積分する等して図示平均有効圧
Ｐｉを求め、さらにＰｉをエンジン負荷に相当する基本
噴射量Ｔｐで除した値Ｐ　ｉ　／　Ｔ　ｐが最大となる
ように空燃比を制御している。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の内燃機関の燃焼制？ｉ
ｌ装置にあっては、ＰｉをＴｐで除した値Ｐｉ　／　Ｔ
　ｐが最大となるように空燃比を制御する構成であり、
これは言い換えれば１燃焼サイクル毎にそのときのＰｉ
を算出し、これに基づいて燃焼状態を制御するという構
成であるため、素性的に燃焼安定度の悪い条件ではＰｉ
が自然に変動しているので、それに対応して１サイクル
毎に制御を応答させると、燃焼状態の誤判定がある場合
、例えば平均的には燃焼状態はさほど悪くない状況下で
も、あるサイクルだけＰｉが変動したようなときは、平
均的に見るとあたかも燃焼状態を誤判定したようになり
、却ってトルクが低下し、燃焼性が悪化するという問題
点があった。 また、図示平均有効圧Ｐｉを求めるものとしては、例え
ば特開昭６２−２６５５４８号公報に記載の機関用仕事
量算出装置もある。この装置では、燃焼圧力とクランク
角度とによりエンジンの仕事量としてのＰｉを算出する
もので、クランク軸の回転に同期してシリンダ容積が一
定量変化する毎に信号を発する等容積センサを設け、こ
の等容積センサの信号に従って燃焼圧力をサンプリング
し、Ｐｉを気筒毎に求めている。このような装置の出力
を用いて燃焼状態を制御しても、運転条件の変化に対し
てＰｉが変動した場合の手当がなされておらず、やはり
上記従来装置と同様の不具合がある。 （発明の目的） そこで本発明は、Ｐｉの分散や平均値からのずれを演算
するとともに、運転条件に応じてＰｉの母数を変えるこ
とにより、燃焼状態を誤判定なく検出して燃焼制御を安
定化し、その精度を向上させることを目的としている。 （課題を解決するための手段） 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
の運転状態を検出する運転状態検出手段ａと、エンジン
の燃焼圧力を検出する圧力検出手段すと、エンジンのク
ランク角を検出するクランク角検出手段Ｃと、前記燃焼
圧力とクランク角とに基づいてをサンプリングして図示
平均有効圧を演算する演算手段ｄと、演算手段ｄにより
演算された図示平均有効圧を少な（とも所定回数平均し
、この平均値に基づいてエンジンの燃焼状態を制御する
制御値を演算するとともに、該制御値の演算に際して図
示平均を勤王の平均値の算出に用いる回数をエンジンの
運転状態に応じて変える制御手段ｅと、制御手段ｅの出
力に基づいて燃焼状態に関連するパラメータを操作する
操作手段ｆと、を備えている。 （作用） 本発明では、燃焼圧力とクランク角に基づいてかサンプ
リングされて図示平均有効圧が演算されるとともに、該
図示平均有効圧を少なくとも所定回数平均し、この平均
値に基づいてエンジンの燃焼状態を制御する制御値が演
算される。このとき、該制御値の演算に際して図示平均
有効圧の平均値の算出に用いる回数がエンジンの運転状
態に応じて変えられる。 したがって、燃焼状態が誤判定なく検出され、燃焼制御
の安定および制御精度の向上が図られる。 （実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。 第２〜７図は本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置の第
１実施例を示す図である。まず、構成を説明する。第２
図は内燃機関の燃焼制御装置の全体構成図である。この
図において、１はエンジンであり、吸入空気は図中矢印
で示すようにエアクノーナ２から吸気管３を通して各気
筒に供給される。燃料は同じく矢印で示すようにツユエ
ルタンク４からツユエルポンプ５に吸入されて圧送され
、ツユエルダンパー６により燃料の脈動が抑えられ、ツ
ユエルフィルタ７でゴミや水を濾過された後、インジェ
クタ（操作手段）８やコールドスタートバルブ９に流れ
て行き、インジェクタ８からインテークマニホールドの
各気筒ごとに噴射される。 このとき、プレッシャレギュレータ１０はツユエルポン
プ５からプレッシャレギュレータ１０までの燃圧を一定
値に調整する。一方、冷却水温度Ｔｗが低いときは始動
時のみコールドスタートバルブ９から燃料がインテーク
マニホールド内に噴射される。各気筒には点火プラグ１
１が装着されており、点火プラグ１１にはディストリビ
ュータ１２を介してイグニッションコイル１３からの高
圧パルスが供給される。点火プラグ１１、ディストリビ
ュータ１２およびイグニッションコイル１３は混合気に
点火する点火手段１４を構成しており、点火手段１４は
点火信号に基づいて高圧パルスを発生して放電させる。 そして、気筒内の混合気は高圧パルスの放電によって着
火、爆発し、排気管１５を通して外部に排出される。 吸入空気の流量Ｑａはエアフローメータ２０により検出
され、吸気管３内の絞弁２１によって制御され。エンジ
ン１のクランク角はディストリビュータ１２に内蔵され
たクランク角センサ（クランク角検出手段）２２により
検出され、クランク角センサ２２は爆発間隔（６気筒エ
ンジンでは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を出力
する。なお、基準信号のパルスを計数することにより、
エンジンの回転数Ｎを知ることができる。 ウォータジャケットを流れる冷却水の温度Ｔｗは水温セ
ンサ２３により検出され、シリンダ内の燃焼圧力Ｐａは
圧力センサ（圧力検出手段）２４により検出される。圧
力センサ２４は圧電素子を座金状に成形したもので、点
火プラグ１１の座金の代わりに用いられており、シリン
ダ内圧力の変化を電気信号として取り出すものである。 第３図は上述の圧力センサ２４の一例を示し、（Ａ）は
正面を示し、（Ｂ）は断面を示す。第３図において、２
４ａは、リング状の圧電素子、２４ｂはリング状のマイ
ナス電極、２４Ｃはプラス電極である。また、第４図は
、上述の圧力センサ２４の取り付は状態を示し、圧力セ
ンサ２４は本図に示すように、シリンダヘッド２５に点
火プラグ１１によって締付けら比で取付けられている。 この圧力センサ２４はシリンダ内圧力に比例した出力を
発生する。 上記エアフローメータ２０および水温センサ２３は運転
状態検出手段２６を構成しており、運転状態検出手段２
６、クランク角センサ２２および圧力センサ２４からの
信号はコントロールユニット３０に入力される。コント
ロールユニット３０は演算手段および制御手段としての
機能を有し、主にマイクロコンピュータにより構成され
る。 第５図はコントロールユニット３０の構成の一例を示す
。同図において、エアフローメータ２０、水温センサ２
３、圧力センサ２４のそれぞれの信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４
とバッテリ３１の電圧信号■８とがコントロールユニッ
ト３０内のマルチプレクサ３２に与えられる。また、ク
ランク角センサ２２の信号Ｓ３はラッチ回路３３に与え
られ、ラッチ回路３３の出力によってマルチプレクサ３
２の入力を切り換え、その信号を選択的に変換器３４へ
送る。そして、変換器３４でデジタル信号に変換された
各信号およびクランク角センサ２２の信号は入力回路３
５を通じてＣＰＯ３６に送られ、後述のフローチャート
に示すような演算処理が行われ、その演算結果として算
出された噴射信号Ｓ５が出力回路３７で電力増幅された
後、インジェクタ８へ送られる。なお、３８はメモリで
あり、ＣＰＵ３６の演算途中のデータ等を一時的に記憶
するＲＡＭと、演算手順や各種データを予め記憶してい
るＲＯＭ等から構成される。 次に、作用を説明する。 第６図は燃焼制御のプログラムを示すフローチャートで
あり、本プログラムは所定時間毎に一度実行される。な
お、本制御は図示平均有効圧Ｐｉの分散値に基づいて空
燃比を希薄限界にコントロールする例である。 まず、Ｐｌでエンジン回転数Ｎおよび吸入空気量Ｑａを
読み込み、Ｐ２で次式■に従って基本噴射量’ｒｐを演
算する。 但し、Ｋ：定数 次いで、Ｐ３でクランク角センサ２２の出力から現在の
クランク角を読み込み、Ｐ４でこのクランク角から行程
容積変化率ΔＶ（無次元数）を演算する。Ｐ、では圧力
センサ２４の出力からシリンダ内圧Ｐａを測定、記憶し
、Ｐ６で次式■に従って図示平均有効圧Ｐｉを演算する
。 Ｐｉ＝Ｐｉ＋ΔＶ　−Ｐ　ａ　・−・・−・■なお、Ｐ
ｉの演算は上式■のように行程容積変化率ΔＶを求め、
このΔ■を用いて行ってもよいが、これに限らず、例え
ばシリンダ容積が一定量変化する毎（クランク角毎とは
異なる）に信号を発し、これに基づいて演算してもよく
、あるいは所定のクランク角毎に燃焼圧力をサンプリン
グして演算を行うようにしてもよい。 次いで、Ｐ７で現在のクランク角を排気上死点と比較し
、排気上死点でないときはＰ３に戻り、排気上死点であ
るときは４す・イクル終了（１燃焼サイクル終了）と判
断し、Ｐ８でこの時点のＰｉを最新図示平均有効圧Ｐｉ
ｎとして演算、記憶する。次いで、Ｐ、で平均値を求め
るために、まずＰｉの累積和を次式■に従って演算する
。 ΣＰｉｎ←ΣＰｉｎ＋Ｐｉｎ・・・・・・■次いで、Ｐ
ｌ。でエンジン１の運転条件としてエンジン回転数Ｎと
基本噴射量Ｔｐをパラメータとし、第７図に示すような
マツプから平均値の母数Ｘをルックアップする。母数Ｘ
はＰｉの平均値を求めるために必要とする算出個数のこ
とである。 ここで、Ｐｉの演算は終了したので、ｐＨでＰｉｎ＝Ｑ
とする。次いで、Ｐ１□でＰｉ累積和のカウンタｎをイ
ンクリメントし、ｐＨでこれを母数Ｘと比較する。ｎ＜
Ｘのときはｐｚ＋に進み、いままで通りの空燃比補正係
数αを用いて最終噴射量Ｔｉを決定する。一方、ｎ＝Ｘ
のときは累積和を求める個数になったと判断し、Ｐｌ４
でＰｉ累積和のカウンタを

〔０〕とし、Ｐｌ５でＰｉの
平均値Ｐｉを次式〇に従って演算する。 次いで、Ｐｌ６でＰｉの標準偏差σＰｉを次式０次いで
、Ｐｌ７でＮ、Ｔｐより運転条件に応じた最適の比較値
Ｓ／Ｌを求める。これは、例えばルックアップによりＳ
／Ｉ−のマツプから求める。ＰＩｌｌではＰｉの標準偏
差σＰｉを平均値Ｐｉで除した値σＰ　ｉ　／　Ｐ　ｉ
を比較値Ｓ／Ｌと比較する。ＹＥＳ分岐に従うときはＰ
ｉ変動が大きすぎて燃焼状態が不安定であると判断し、
Ｐｌ９で次式■に従って空燃比補正係数αをΔαだけ増
加させ空燃比をリッチ化する補正を行ってＰＨＩに進む
。 α←α＋Δα　・・・・・・■ Ｐａｌでは次式■に従って最終噴射量Ｔｉを演算し、所
定の噴射タイミングで燃料をインジェクタ８から噴射す
る。 Ｔｉ←’ｌ’　ｐ　Ｘα＋Ｔｓ　　・・・・・・■但し
、Ｔｓ：噴射無効補正分 一方、ＰＩｌｌでＮｏ分岐に従うときはＰｉ変動が小さ
すぎると判断し、Ｐ２゜で次式■に従って空燃比補正係
数αをΔαだけ減少させ空燃比をリーン化する補正を行
ってＰａｌに進む。 α←α−Δα　・・・・・・■ 以上のプログラムの実行により、エンジン１の燃焼状態
として空燃比が所定の希薄限界にコントロールされる。 この場合、本実施例ではＰｉの分散値からの偏差に基づ
くとともに、Ｐｉの算出個数を運転条件に応じて変えて
いるので、燃焼安定度の悪い条件下でＰｉが自然に変動
しているような場合であっても、燃焼状態を誤判定なく
検出して燃焼制御の安定性および制御精度を向上させる
ことができる。 次に、第８図は本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置の
第２実施例を示す図であり、本実施例はＰｉの移動平均
値からのずれを検出して空燃比をリーン限界に制御する
例である。本実施例の説明に当たり、第６図のプログラ
ムと同一処理を行うステ・２プには同一番号を符してそ
の説明を省略し、異なるステップには３１番以降の番号
を符してその内容を説明する。 ステップＰ８を経ると、次いでＰｉｌｌでＮとＴｐをパ
ラメータとするマツプからＰｉの移動平均値の母数Ｘを
ルックアンプし、Ｐ３Ｚで次式〇に従ってＰｉのＸ個の
移動平均値Ｐｔを演算する。 ２／＼、 差ΔＰｉは移動平均値Ｐｉからのずれに相当する。次い
で、ＰＩ７を経て、Ｐ２４で差ΔＰｉを比較値Ｓ　／　
Ｌと比較し、その後第１実施例と同様の処理を行う。 したがって、第２実施例にあってはＰｉの移動平均値か
らのずれ（ΔＰｉ）を検出して空燃比を制御していると
いう違いはあるが、第１実施例と同様の効果を得ること
ができる。 なお、上記各実施例ではエンジンの燃焼状態として空燃
比を制御しているが、燃焼状態を操作するパラメータと
しては空燃比に限らず、例えば点火時期、ＥＧＲ、アイ
ドル空気量等を操作してもよい。 また、運転条件としては、上記各実施例の例に限らず、
例えばアイドルスイッチ位置、冷却水温等でもよい。さ
らに、制御の態様として、例えばアンドルスイッチがＯ
Ｎのとき（絞弁全開時）のみにＰｉの検出データから各
気筒の噴射量又は点火時期等のパラメータを気筒別に制
御するようにてもよい。 （効果） 本発明によれば、運転条件に応じてＰｉの母数を変えて
いるので、燃焼状態を誤判定なく検出することができ、
燃焼制御の安定化および制御精度の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜７図は本発明に係
る内燃機関の燃焼制御装置の第１実施例を示す図であり
、第２図はその全体構成図、第３図（Ａ）はその圧力セ
ンサの平面図、第３図（Ｂ）はその圧力センサの第３図
（Ａ）におけるＸ−Ｘ矢視断面図、第４図はその圧力セ
ンサを点火プラグに取付けた状態を示す一部断面図、第
５図はそのコントロールユニットのブロック図、第６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
７図はその母数Ｘの特性を示す図、第８図は本発明に係
る内燃機関の燃焼制御装置の第２実施例の燃焼制御のプ
ログラムを示すフローチャートである。 １・・・・・・エンジン、 ８・・・・・・インジェクタ（操作手段）、１４・・・
・・・点火手段、 ２２・・・・・・クランク角センサ（クランク角検出手
段）２４・・・・・・圧力センサ（圧力検出手段）、２
６・・・・・・運転状態径手段、 ３０・・・・・・コントロールユニット（演算手段、制
御手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 ｂ）エンジンの燃焼圧力を検出する圧力検出手段と、 ｃ）エンジンのクランク角を検出するクランク角検出手
   段と、 ｄ）前記燃焼圧力とクランク角とに基づいて図示平均有
   効圧を演算する演算手段と、 ｅ）演算手段により演算された図示平均有効圧を少なく
   とも所定回数平均し、この平均値に基づいてエンジンの
   燃焼状態を制御する制御値を演算するとともに、該制御
   値の演算に際して図示平均有効圧の平均値の算出に用い
   る回数をエンジンの運転状態に応じて変える制御手段と
   、 ｆ）制御手段の出力に基づいて燃焼状態に関連するパラ
   メータを操作する操作手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。