JPH0318652A - 内燃機関の気筒別燃焼制御装置 - 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８！１閃のアイドル運転時の点火時期と
燃料供給量を気筒毎に制御するようにした燃焼制御装置
に関する． （従米の技術） 多気筒内燃機関のアイドル運転時の燃焼状態は点火時期
と空燃比によって大きく左右されるが、従来の制御装置
では、回転数や負荷に基づいて全２′Ｃｆｉ２Ｉの点火
時期及び燃料供給量を一律に制御しており、すなわち点
火時期と燃料供給量の決定にあたってス簡間の燃焼状態
の不揃いなどは考慮されていないので、アイドル時の安
定性や燃費の，αでは改善する余地が大きかった。

これに対して、特開昭５９−６８５６５号公報には、各
ス簡毎に検出した図示平均有効圧Ｐｉ　に基づいて点火
時期を補正することにより内燃機関の安定性を改善する
ようにした点火時期制御方法が開示されている。この点
火時Ｍ　ｕＩ　ｍｌ方法においては、第一に各気筒毎に
検出したＰｉのサイクル間変動量が許容範囲Ｓ１を超え
ないように点火時期を補正するという制御を各気筒毎に
行い、これにより各気筒についてサイクル毎の燃焼状態
を安定させるようにしている。また、第二には全気筒の
Ｐｉのうち最大のものと最小のものとの差によ９Ｐ；の
気的間ａ差を代表させ、このス＃Ｉ間格差が許容範囲Ｓ
２を超えたときは各気筒のＰｉがその全λ筒の平均値に
一致するように点火時期を補正し、これにより気筒間で
の燃焼格差を縮小するようにしている． （発明が解決しようとする課！！ｌｉ）しかしながら、
一般にアイドル運転時には残留ガスが多いことが主因で
燃焼が不安定になりがちであり、しかも燃料供給装置や
吸排気弁開閉タイミングの誤差、さらには吸気系統の分
配特性により空燃比のス筒間格差が生じるので、実際に
は上述のような点火時期制御によってはＭＢＴまで点火
時期を進めることができず、従って燃費や安定性を充分
に改善するまでには至らなかった．本発明は二のような
従米技術の問題点に着目してなされたもので、多％筒内
燃Ｗ１関のアイドル運転時の安定性と燃費を改善するこ
とを目的としている． （ｇ．Ｂを解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明では、第１図に示した
ように、機関運転状態に応じて気筒別にアイドル運転時
の点火時期と燃料供給量を決定する手段１１を備えた内
燃機関の制御ｆｉ置において、各気筒の筒内圧を検出す
る手段１２と、機関クランク角を検出する手段１３と、
前記各検出手段からの出力に基づき、圧縮上死点前後の
所定クランク角区間での気筒毎の圧力積算値Ｐｉ（ｊ）
を演算する手段１４と、所定サイクルにわたる前記圧力
積算値の気筒毎の平均値Ｐ　ｉ（ｊ）を演算する手ｒｉ
１５と、同じく分散値σ２Ｐｉ（ｊ）を演算する手段１
６と、同じく金気筒の平均値Ｐｉ　を演算する手段１７
と、前記気箇別平均値Ｐｉ（ｊ）が金気筒の平均値Ｐｉ
　を基準とする所定の目標値に収束するように燃料補正
量Γｊを演算する手段１８と、全気筒の気筒別平均値Ｐ
　ｉ（ｊ）が前記目標値内に収束しているときに前記分
散値σ２Ｐｉ（ｊ）が所定目標値内に収束するように、
各気筒の点火時期補正量，ｌｊｊを演算する手段１つと
を備えた．なお、前記において添字（ｊ）は多ス筒内１
＃１８！関のｊ番目の気筒の値であることを示している
。

（｛乍用　） アイドル運転時の安定性は、各気筒のサイクル間の燃焼
の不揃い、っまりＰ　ｉ（ｊ）の分散値σ２Ｐｉ（ｊ）
を小さくするほど改善され、燃費は点火時期を進めるほ
ど改善される。ところが、既述したような気筒間の空燃
比格差に原因して、一般に点火時期を進角させるはどσ
”Ｐｉ（ｊ）が悪化し、ｆｉ閏の安定性が損なわれるこ
とになる。

これに対して本発明では、まず気筒毎の燃焼状態を揃え
るために、各ス簡の圧力積算値の平均値Ｐｉ（ｊ）が金
気筒の平均値Ｐｉの付近に収束するように燃料補正量Γ
ｊが決定され、これによりａｊｃ＃Ｊ毎に空燃比が補正
される。次に、このようにして全気筒の燃焼状態が揃っ
たところで初めて、分散値σ’Ｐｉ（ｊ）が所定の基準
値付近に収束するように点火時期補正ｆｌ．ｌｊが決定
され、当該基準値に収束する限度内において点火時期が
進められる．即ち、点火時期は常に空燃比及び燃焼状態
が安定した条件下で補正されるのであり、従って燃焼の
気筒毎の不揃いとス筒間格差を共に許容限度内に抑えつ
つ、最大限に点火時期を進められる。

（Ｊ施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいで説明する． ｍ　２　ｆｆｌ　ｌ：　ｔ｛い−’（、３０ｉ！フント
ローノレユニットであり、第１図における燃料供給量・
点火時期決定手段１１、圧力積算値演算手段１４、ス簡
別平均値演算手段１５と、同分散値演算手段１６、全気
筒平均値演算子段１７、燃料補正量演算手段１８、点火
時期補正量演算子段１９の各手段を、入出力装置３１、
ＲＯＭ３　２、ＲＡＭ３３、ＣＰＵ３４等からなるマイ
クロコンピュータ上にｖｔ威している． ２６と２７はそれぞれ内燃機関の運転状態代表信号とし
ての機関回転数と吸入空気量を検出するためのクランク
角センサと空気量センサであり、クランク角センサ２６
は回転数のみならず、筒内圧力のサンプリング区間を検
出するためのクランク角検出手段１３（第１図）として
ｌ５＋１能する．２３、２４、３５は弟１図の筒内圧検
出手段１２にあたるものであり、２３は点火栓２２によ
って締め付けられる座金状の圧電素子、２４はその出力
を増幅するアンプ、３５はアンプ２４の出力電圧をＡ／
Ｄｇｉ換してコントロールユニット３Ｇに供給するＡ／
Ｄ変換器である．この場合、点火栓２２に作用する筒内
圧の大小に応じた圧電素子２３に対する締付圧力の初期
値からの変化に基づいて筒内圧が測定される． ３６は点火栓２２に取り付けられた気筒別点火用の点火
コイルであり、コントロールユニット３０からの点火信
号をうけて点火栓２２に放電電流を供給する． また、２５はコントロールユニット３０からの信号に応
動して機関の吸入ボート部３７に燃料を噴射供給する電
磁燃料噴射弁である。この燃料噴射弁２５には、図示し
ない燃料系統を介して吸入ボート部３７どの相対圧力が
一定となるように燃料が圧送されており、入力する信号
のパルス幅に比例してその燃料噴射量が調整されるよう
になっている． なお、図では圧電素子２３、点火コイル３６、燃料噴射
弁２５などは１ス筒分のみ示してあるが、これらは多気
筒内燃ｍ関の気筒数分だけ設けられており、従って個々
の気筒毎に独立して点火時期及び燃料噴射量を制御する
ことができる．このような気筒別点火または噴射量制御
は、基本的にはコントロールユニット３０がクランク角
センサ２６からの回転数信号と空気量センサ２７からの
空気量信号に基づいて決定した基本点火時期または基本
燃料噴射量を基準として、これに後述するようにして決
定した点火時期補正１ｔ７Ｊｊと噴射量補正ｊｌΓｊを
使用して、 ■点火時期　＝基本点火時期　＋Ｊｊ ■燃料噴射量＝基本燃料噴射量Ｘｒ３ という濱算式に基づいて決定される．ただし、最終的に
は冷却水温度等他のパラメーダによる補正も施されるが
、二のような補正については周知事項に属するので説明
を省略する． なお、この場合基本点火時期または基本燃料噴射量は六
筒毎に定める必要は無く、全気前一律であっても差し支
えない。また、基本点火時期または基本燃料噴射量は、
例えば回転数と空％ｆｉとの関係から基本点火時期また
は基本燃料噴射量を付与するように予め構威されたメモ
リを検索することにより求められる．また、アイドル運
転状態の検出は、機関の吸気絞り弁に連動するアイドル
スイッチを設けるなど、周知の手法により容易に行うこ
とができる。

次に、上記構戊においてアイドル運転時の気筒毎の点火
時期補正ｆＡＡｊと噴射量補正量ｒＪ（それぞれ＃ｊ気
筒の点火時ｗＩＭ正量と噴射ｆｆｉ捕正量）を算出する
ための動作内容の一例につき、第３図に示した流れ図に
沿って説明する． この補正動作では、まずステップ３１でアイドル運転が
継続中であるか否かが判定される。負荷がかかった運転
状態からアイドル運転に移行した当初は、ステップ３２
にて前回アイドル運転時のａｊとΓｊの記憶学習値が読
み込まれると共に、各気筒の燃焼が安定化された状態で
あるか否かを示すｒ、フラグがリセットされる．なお、
初期状態では全気筒についてｉｉはゼロ、Γｊは１、即
ち無補正状態である． 次に、ステップ３３では各五簡別に圧力積算値Ｐｉ（ｊ
）を検出し、各気筒につきその所定サイクルの間の平均
値Ｐｉ（ｊ）と、分散値σ２Ｐｉ（ｊ）を演算すると共
に、圧力積算値の全気筒平均値Ｐｉを演算する．圧力積
算値Ｐｉ（ｊ）は、例えばｔＩＳ４図Ａに示したように
圧縮上死点前後各６０゜ＣＡ（クランク角、以下同様．
）の区間について、４’　ＣＡ毎に筒内圧Ｐ（θｉ）を
検出し、各クランク角度毎のＰ（θｉ）に、第４図Ｂに
示したような重み係数Ｗｉを木じたものの総和として露
出する。

すなわち、θｉ＝ＴＤｃ±６０’　ＣＡについて、Ｐ　
ｉ（ｊ）”ΣＰ（θｉ）・Ｗｉとして求められる。平均
値「百刀はその所定サイクルの間の加重平均であり、そ
の１／１６の加重計算によりσ２Ｐｉ（ｊ）が求められ
る。なお、圧力積算値としては、前記Ｐ　ｉ（ｊ）をサ
ンプリング数で除して求めた平均有効圧相当値を適用す
るようにしてもよい。

次のステップ３４〜ステップ３６では、ｒ７ラグの状態
を参照して、圧力積算値のｉｎ別平均値Ｐｉ（ｊ）に対
する目標値Ｐｉ±αの変動許容分ａを決定する。Ｆ７ラ
グは、後述する燃料量補正処理の結果として式筒別平均
値Ｐ　ｉ（ｊ）が目標値の許容範囲内に収まっているか
否かを示すもので、補正の当初またはＰ　ｉ（ｊ）が許
容範囲外に在る間はＦ７ラグ＝０であり、このときａ＝
ε／２に設定される。これに対して、燃料量補正により
Ｐ　ｉ（ｊ）が許容範囲内に入るとＦ７ラグ＝１となり
、これに伴いａ＝εに設定される。即ち、燃料量補正に
よりに接近するときには、その許容分αを小さくする一
方で、目標値内に収まったときには許容分αを拡大して
ヒステリシス特性を設定しているのであり、これにより
制御の安定性を確保している。

このようにして許容変動分ａが設定されたのち、ステ，
プ３７〜４１において燃料量補正処理が行なわれる。ま
ず、ステップ３７では平均値Ｐ　ｉ（ｊ）が目標値Ｐｉ
＋ｆｆ（上限値）よりも大であるか否かを判定する．平
均値Ｐ　ｉ（ｊ）は機関の出力を代表しているから、前
記条件が真であればその気筒の出力が比較的過大である
ことを意味しており、従ってこの場合はステップ３８に
進んで、そのス簡の燃料供給量が減少するように燃料補
正量Γｊを減算すると共に、他の気筒の補正量Γｊを加
算する．これに対して、ステップ３７で条件が偽のとき
、ーα（下限値）よりも小であるか否かが特定され、条
件が真であればその気筒の出力が比較的過小であること
を意味しているから、ステップ４０にてそのス簡の燃料
供給量が増大するように燃料補正ｉＬΓｊを加算すると
共に、他のス筒の補正ＪｌΓｊを減算する。

ここで、例えば６ス筒磯関の場合には、ある気筒につい
ての袖正量Ｆｊを５単位だけ増加または滅少しだときに
は、残りの５ス筒の補正量Γｊの減少または増加補正量
はその１／５の１単位として、機関全体としての燃料供
給量りまり空燃比を一定に保つようにするのが好ましい
．これにより、燃焼安定化のために各気筒の燃料供給量
が全体的に増加または減少してしまう現象を防止して、
補正制御に伴う燃費や燃焼の悪化を回避することができ
る。なお、このようにする代わりに、例えばＦｊの変域
を限定し、増加方向で上限を越えたら減少方向に、減少
方向で下限を越えたら増加方向にという兵今に補正する
ようにしてもよい。

次に、このような燃料量補正を各気筒について施した結
果として、全部のス筒についての平均値かをステップ４
１にてｔｌＩ定し、条件が偽であればその時点での燃料
補正量Ｆｊと点火時期補正量」ｊを保持したまま、当初
のステップ３１に戻る。換言するならば、全ｉｆｉｌｌ
について前記条件が或立するまで、上述した燃料量補正
処理が繰り返される。

これに対して、ステップ４１での条件が戊立した場合つ
まり全ス簡についての平均値Ｐ　ｉ（ｊ）が目標値Ｐ；
±ａ内に収まったときには、これは燃焼の気前間格差が
なくなったことを意味するので、犬のステップ４２に進
んでこの条件が或立したことを示すｒ７ラグをセットし
たのち、ステップ４３以下の，ｆ７．火時期補正処理に
移行する．すなわち、まずステップ４３ではステップ３
３で求めた分散値σ２Ｐｉ（ｊ）をその比較上限値β＋
」βと比較し、σ２Ｐ　ｉ（ｊ）が上限値を超えでいる
ときには、これはその７Ｃｍの圧力積算値がサイクル毎
に大きく変動していることを示しており、この場合には
点火時期を遅れ側に補正する必要があるので、ステップ
４４にてそのス筒の点火時期補正ｆｆｉ，ｊｊを滅ヰす
る。これに対して、σ２Ｐｉ（ｊ）が上限値よりも小さ
い場合はステップ４５に進み、比較下限値β−一βと比
較する。この比較において、σ２Ｐｉ（ｊ）が下限値よ
りも小さい場合には、これはその気筒のサイクル毎の圧
力積算値の変動が非常に少なくて点火時期を進める余地
が大きいことを示しているから、ステップ４６へと進ん
で７ｊｊを加算する。なお、この場合７エイルセイ７の
ｔこめに一ｊに上下限値が設けられ、点火時期が一定値
以上には進退しないように設定されている。

このようにして、ステップ４３〜ステップ４６の処理に
より、各気筒のσ”Ｐｉ（ｊ）、つまＱ圧力積算値のサ
イクル間変動量が許容限界内に収まる限りにおいて点火
時期が進められる。

上述のようにして決定された各気筒毎の燃料補正１ｒ”
ｊと点火時期補正量一ｊは、ステップ４７にて記憶され
る．アイドル運転からいちど脱したのち再びアイドル運
転に戻ってきた場合には、前記記憶学習値により直ちに
適切な燃料供給量及Ｖ点火時期による制御が開始される
。

アイドル運転時には上述の処理の繰り返しにより気鏑毎
の点火時期補正量ａｊが設定されるのであり、こうして
設定された補正ＩＪｊを基本点火時期に加算して得られ
たタイミングで各ＸＩの点火コイル３６（第２図）に点
火信号が出力され、これにより各気筒毎に最適でかつス
簡間でバランスのとれた安定性の高いアイドル運転状態
が得られる。特に、この補正量演算処理では、燃料量補
正処理に上りス筒間の燃焼格差をなくしたうえで点火時
期を補正するので、各ス筒についての点火時期を充分に
進めることができ、従って機関のアイドル安定性を高め
つつ燃費を最大限に改善することができるのである。

（発明の効果） 以上の通り本発明によれば、各ス簡の圧力積算値の平均
値Ｐｉ（ｊ）が全′Ｘ筒の平均値Ｐｉの付近に収束する
ように燃料補正ｊｉΓｊを決定し、これにより気筒間の
燃焼格差を解消したうえで、分散値σ’Ｐｉ（ｊ）が所
定の基準値付近に収束するように各気筒毎に点火時期補
正１ｋＡｊを決定するようにしたので、燃焼の気筒毎の
不揃いと気筒間格差とを共に許容限度内に抑えつつ、最
大限に点火時期を進めることができ、即ちアイドル安定
性を確保しながら確実に燃費を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念的ｖＩ！戊を示すブロック図であ
る．第２図は本発明の一実施例の概略構威図、第３図は
その制御内容の一例を示す流れ図、第４図Ａは圧力Ｍｔ
算値のサンプリング区間を説明するための簡内圧力線図
、第４図Ｂはサンプリングした筒内圧に対する重み係数
の特性をクランクアングルとの関係において示した特性
線図である６１１・・・燃料供給量・点火時期決定手段
、１２・・・筒内圧検出手段、１３・・・クランク角検
出手段、１４・・・圧力積算値演算手段、１５・・・気
筒別平均値演算手段、１６・・・分飲値演作手段、１７
・・・全気筒平均値演算手段、１８・・・燃料補正量演
算手段、１９・・・点火時期補正量演算手段、２２・・
・点火栓、２３・・・圧電素子、２４・・・アンプ、２
５・・・電磁燃料噴射弁、２６・・・クランク角センサ
、２７・・・空気量センサ、３０・・・フントロールユ
ニツ｝．３４・・・Ａ／Ｄ変換器、３Ｇ・・・点火フイ
ル． 第４図Ａ 第４図Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関運転状態に応じて気筒別にアイドル運転時の点火時
   期と燃料供給量を決定する手段を備えた内燃機関の制御
   装置において、各気筒の筒内圧を検出する手段と、機関
   クランク角を検出する手段と、前記各検出手段からの出
   力に基づき、圧縮上死点前後の所定クランク角区間での
   気筒毎の圧力積算値Ｐｉ（ｊ）を演算する手段と、所定
   サイクルにわたる前記圧力積算値の気筒毎の平均値＠Ｐ
   ｉ（ｊ）＠を演算する手段と、同じく分散値σ＾２Ｐｉ
   （ｊ）を演算する手段と、同じく全気筒の平均値■を演
   算する手段と、前記気筒別平均値＠Ｐｉ（ｊ）＠が全気
   筒平均値＠Ｐｉ＠を基準とする所定の目標値に収束する
   ように燃料補正量Γｊを演算する手段と、全気筒の気筒
   別平均値＠Ｐｉ（ｊ）＠が前記目標値内に収束している
   ときに前記分散値σ＾２Ｐｉ（ｊ）が所定目標値内に収
   束するように、各気筒の点火時期補正量Δｊを演算する
   手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の気筒別燃焼
   制御装置。