JPH04321752A - 内燃機関の燃焼状態監視装置 - Google Patents

内燃機関の燃焼状態監視装置

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JPH04321752A
JPH04321752A JP11670591A JP11670591A JPH04321752A JP H04321752 A JPH04321752 A JP H04321752A JP 11670591 A JP11670591 A JP 11670591A JP 11670591 A JP11670591 A JP 11670591A JP H04321752 A JPH04321752 A JP H04321752A
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Yasuo Ito
康生 伊藤
Hideji Yoshida
秀治 吉田
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシリンダ内圧を検出し内
燃機関の失火等の燃焼状態を検出する内燃機関の燃焼状
態監視装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、内燃機関のスパークプラグの
座金の位置に圧力センサを挿入してスパークプラグを締
め付け、シリンダ内圧を検出して失火等の燃焼状態を検
出するものがある。従来のこの種の装置は、特公昭60
−8372号に提案されているように、各気筒に配設し
た圧力センサの出力を上死点前後の所定角度で積分し、
その積分値の差を予め設定した設定値と比較することに
より失火を検出するものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置は上死点前後の内圧の積分値の差のみに着目し
ている。圧力センサには製品誤差や温度特性による数十
%の感度のばらつきが避けられないため、積分値の差の
みでは厳密な失火の判断が困難になると共に、失火の程
度が判別できないという問題点があった。また、圧力セ
ンサの出力の積分値の差は気筒の仕事量を意味するが、
気筒の仕事量は無負荷時と高負荷時とでは数十倍以上の
差が生ずる。このため、積分値の差のみで比較し無負荷
時に確実に失火を検出するように設定値を設定すると、
高負荷時には噴射燃料の例えば数%程度の燃焼状態でも
失火とは検出されないことになり、逆に、高負荷時に確
実に失火を検出するようにすると、無負荷時ないしは低
負荷時には全く失火を検出できなくなってしまうという
問題点があった。このように、従来の装置は殆ど完全失
火のみを検出するものであり、触媒等に悪影響を及ぼし
実用上発生しやすい不完全燃焼は実質上検出できないも
のであった。本発明は上記の問題点を解決するためなさ
れたものであり、その目的とするところは、失火の程度
が確実に判別でき、触媒の劣化や排気ガス(エミッショ
ン)の悪化に対処することが容易になる内燃機関の燃焼
状態監視装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、気筒のシリンダ内圧をその圧力値に応
じた電気信号に変換し検出する圧力センサと、内燃機関
のクランク角を検出するクランク角センサと、所定の上
死点前のクランク角から圧縮上死点までのシリンダ内圧
の第1の積分値(S1)を求める第1の積分手段と、圧
縮上死点から所定の上死点後のクランク角までのシリン
ダ内圧の第2の積分値(S2)を求める第2の積分手段
と、前記第1の積分値(S1)と第2の積分値(S2)
との差からから当該気筒の仕事量(S2−S1)を求め
る仕事量算出手段と、前記仕事量を第1の積分値で正規
化〔(S2−S1)/S1〕する手段と、前記正規化さ
れた仕事量(S2−S1)/S1と燃料噴射量の相関値
F(Q)とを比較して失火レベルを検出する手段と、を
備えることを特徴とする内燃機関の燃焼状態監視装置が
提供される。ここで、燃料噴射量の相関値F(Q)とは
、吸入空気量、スロットルポジション、水温、酸素濃度
等から算出される燃料噴射量に対応する値である。比較
の方法には、除算比較〔(S2−S1)/S1〕/F(
Q)を行う第1の比較と、減算比較(S2−S1)/S
1−F(Q)を行う第2の比較がある。
【0005】
【作用】上記の構成によれば、仕事量を第1の積分値で
正規化〔(S2−S1)/S1〕しているため、圧力セ
ンサの感度が相殺されて圧力センサの感度によらず当該
気筒で燃焼された燃料量に比例した相対値を得ることが
できる。この正規化された仕事量β=(S2−S1)/
S1と燃料噴射量の相関値F(Q)とを比較することに
より、未燃焼ガスの排出量が判定でき、失火レベルを検
出することができる。
【0006】たとえば、3000rpmで無負荷時の燃
料噴射量をq、3000rpmで全負荷時の燃料噴射量
を20qとする。燃焼された燃料噴射量と正規化された
仕事量βとは略比例関係にあるといわれている。それ故
、図2に示すように、全開時にはS1=A,S2=21
Aとすると正規化された仕事量β=20となる。同様に
無負荷時にはS1=A,S2=2Aとすると正規化され
た仕事量β=1となる。また、失火時にはS1=S2=
Aから正規化された仕事量β=0となる。
【0007】そこで、例えば、正規化された仕事量βと
燃料噴射量の相関値F(Q)との比較において、両者の
比β/F(Q)が0.5以下の時に失火と判定する基準
にすると、無負荷時であればF(Q)=1となるからβ
/1=0.5からβ=0.5以下のときに失火と判定し
、0.5q以上の未燃焼ガスを発生したときに失火と判
定する。一方、全開時であればF(Q)=20となるか
らβ/20=0.5からβ=10以下のときに失火と判
定し、10q以上の未燃焼ガスを発生したときに失火と
判定することになる。また、正規化された仕事量βと燃
料噴射量の相関値F(Q)との差β−F(Q)が0.7
以下の時に失火と判定する基準にすると、無負荷時であ
ればF(Q)=1となるからβ−1=−0.7からβ=
0.3以下のときに失火と判定し、0.7q以上の未燃
焼ガスを発生したときに失火と判定する。一方、全開時
であればF(Q)=20となるからβ−20=−0.7
からβ=19.3以下のときに失火と判定し、0.7q
以上の未燃焼ガスを発生したときに失火と判定すること
になる。
【0008】これに対して、従来方法により、仕事量S
2−S1=0.5以下のときに失火とする基準にすると
、燃焼波形としては燃料噴射量が0.5qのときの波形
と同じときに失火と判定され、無負荷時であれば0.5
qの未燃焼ガスを発生し、全開時には19.5qの未燃
焼ガスを発生することにならないと失火と判定されなか
った。仮に、全開時の50%失火を失火と判定する基準
にすると、S2−S1=9が基準になり、無負荷時ない
しは低負荷時には正常燃焼していても失火と判定されて
しまうこととなる。
【0009】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照し説明す
る。図1は燃焼状態監視装置を示すブロック図である。 内燃機関1の各スパークプラグ2には圧力センサ3が取
り付けられている。この圧力センサ3はスパークプラグ
2とシリンダブロックとの間に座金の代わりに取り付け
られる圧電式のセンサであり、各シリンダの内部圧力に
比例した電荷Qを発生する。各気筒の圧力センサ3の出
力はチャージアンプ(電荷−電圧増幅器)4に入力され
る。チャージアンプ4はオペアンプ41、零点ドリフト
を防ぐ帰還抵抗42、及び帰還容量43で構成され、各
圧力センサ3から出力された電荷Qを、V=Q/Cの関
係で電圧Vに変換して増幅する。クランク角センサ5は
クランク軸の回転角を光学的に検出し、その回転角に応
じたクランク角信号Kを送出する。チャージアンプ4の
出力が入力するアナログスイッチ回路6では、クランク
角信号Kに基づき、各気筒の燃焼状態における上死点前
60°から上死点まで、また、アナログスイッチ回路7
では上死点から上死点後60°までの圧力信号をそれぞ
れの積分回路8、9に入力させる。
【0010】燃焼状態判定回路(ECU)10の判定原
理について図2を参照し説明する。図2は内燃機関の正
常燃焼時と失火時とにおけるシリンダ内圧出力波形のモ
デル図である。正常燃焼時にはシリンダ内圧は上死点付
近から急上昇する波形を示す。これに対して完全失火時
には上死点(TDC)を最大圧とし上死点を中心とした
略対称な波形を示す。上死点前の所定クランク角度αか
ら上死点までのシリンダ内圧の積分値をS1と、上死点
から上死点後の所定クランク角度αまでの積分値をS2
とする。第1の演算処理手段11では正規化された仕事
量β=(S2−S1)/S1を算出する。第2の演算処
理手段12では、吸入空気量センサ52、スロットルポ
ジションセンサ53、水温センサ54、酸素センサ55
等からの信号に基づき、燃料噴射量の相関値F(Q)を
算出し、正規化された仕事量βと比較する。比較の方法
には、除算比較β/F(Q)を行う第1の比較と、減算
比較β−F(Q)を行う第2の比較がある。その結果の
積算値または頻度が予め定められた所定値を下回る場合
は燃焼異常と判断し、表示回路13の失火した気筒に該
当するLEDを点灯させる。
【0011】このため、本実施例は失火の程度が確実に
判別でき、未燃焼ガスの排出量も予測することができる
という利点がある。それゆえ、触媒の劣化やエミッショ
ンの悪化に対処することが容易になる。
【0012】上記のように本実施例では1つの圧力セン
サ3について説明したが、4つのあ圧力センサ3それぞ
れに同様の回路を設ければ4気筒全てについて検出でき
る。また4つの圧力センサ3を並列に1つのチャージア
ンプ4に接続し、チャージアンプ4の出力をアナログス
イッチ回路で切り換えるようにしてもよい。
【0013】前記実施例ではアナログスイッチ回路6、
7により上死点の前後を60°毎の等間隔でシリンダ圧
を検出するようにしたが、これらのクランク角は内燃機
関の気筒数に応じて適当に選択すればよく、また、上死
点の前後で検出角度を変えてもよい。また、任意のクラ
ンク角領域における圧力状態を検出するようにすること
もできる。
【0014】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を有し正規化され
た仕事量(S2−S1)/S1と燃料噴射量の相関値F
(Q)とを比較するものであるから、圧力センサの出力
特性や温度特性のばらつきの影響をなくし、各運転条件
における失火のレベルや失火の重み付けを行うことが容
易になり、触媒の劣化やエミッションの悪化への対処が
容易になるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】  燃焼状態監視装置を示すブロック図、
【図
2】  正常燃焼時と失火時とにおけるシリンダ内圧出
力の波形図
【符号の説明】
1..内燃機関、 2..スパークプラグ、 3..圧力センサ、 4..チャージアンプ、 5..クランク角センサ、 6、7..アナログスイッチ回路、 8、9..積分回路(第1及び第2の積分手段)、10
..ECU、 11..第1の演算処理手段(仕事量算出手段及び正規
化手段)、 12..第2の演算処理手段(失火レベルを検出する手
段)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  気筒のシリンダ内圧をその圧力値に応
    じた電気信号に変換し検出する圧力センサと、内燃機関
    のクランク角を検出するクランク角センサと、所定の上
    死点前のクランク角から圧縮上死点までのシリンダ内圧
    の第1の積分値(S1)を求める第1の積分手段と、圧
    縮上死点から所定の上死点後のクランク角までのシリン
    ダ内圧の第2の積分値(S2)を求める第2の積分手段
    と、前記第1の積分値(S1)と第2の積分値(S2)
    との差から当該気筒の仕事量(S2−S1)を求める仕
    事量算出手段と、前記仕事量を第1の積分値で正規化〔
    (S2−S1)/S1〕する手段と、前記正規化された
    仕事量(S2−S1)/S1と燃料噴射量の相関値F(
    Q)とを比較して失火レベルを検出する手段と、を備え
    ることを特徴とする内燃機関の燃焼状態監視装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6776032B2 (en) 2001-05-02 2004-08-17 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Misfire deciding method and misfire deciding system for internal combustion engines
JP2007127015A (ja) * 2005-11-02 2007-05-24 Denso Corp 車両の定速走行制御装置
JP2009002241A (ja) * 2007-06-21 2009-01-08 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置

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