JPH0447135B2 - - Google Patents

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JPH0447135B2
JPH0447135B2 JP59122112A JP12211284A JPH0447135B2 JP H0447135 B2 JPH0447135 B2 JP H0447135B2 JP 59122112 A JP59122112 A JP 59122112A JP 12211284 A JP12211284 A JP 12211284A JP H0447135 B2 JPH0447135 B2 JP H0447135B2
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JP
Japan
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engine
value
crank angle
air
load
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JP59122112A
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JPS611845A (ja
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Kuniaki Sawamoto
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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Publication of JPH0447135B2 publication Critical patent/JPH0447135B2/ja
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  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は内燃機関に供給する混合気の空燃比を
制御する装置に関し、特に高負荷条件における空
燃比制御と、排気浄化の要求による空燃比制御と
を運転状態に応じて使い分けて制御する装置に関
するものである。
〔従来技術〕
第２図は、従来の燃料制御装置の一例図であ
る。
第２図において、１はエアクリーナ、２は吸入
空気量を計測するエアフローメータ、３はスロツ
トル弁、４は吸気マニホールド、５はシリンダ、
６は機関の冷却水温を検出する水温センサ、７は
機関のクランク軸の回転角度を検出するクランク
角センサ、８は排気マニホールド、９は排気ガス
成分濃度（例えば酸素濃度）を検出する排気セン
サ、１０は燃料噴射弁、１１は点火プラグ、１２
は制御装置である。
クランク角センサ７は、例えばクランク角の基
準位置毎（４気筒機関では180°毎、６気筒機関で
は120°毎）に基準位置パルスを出力し、また単位
角度毎（例えば2°毎）に単位角パルスを出力す
る。
そして制御装置１２内において、この基準位置
パルスが入力された後の単位角パルスの数を計数
することによつてその時のクランク角を知ること
が出来る。
また、単位角パルスの周波数または周期を計測
することによつて機関の回転速度を知ることも出
来る。
なお、第２図の例においては、デイストリビユ
ータ内にクランク角センサが設けられている場合
を例示している。
制御装置１２は、例えばCPU、RAM、ROM、
入出力インターフエイス等からなるマイクロコン
ピユータで構成され、上記のエアフローメータ２
から与えられる吸入空気量信号S1、水温センサ
６から与えられる水温信号S2、クランク角セン
サ７から与えられるクランク角信号S3、排気セ
ンサ９から与えられる排気信号S4及び図示しな
いバツテリ電圧信号やスロツトル全閉スイツチの
信号等を入力し、それらの信号に応じた演算を行
なつて機関に供給すべき燃料噴射量を算出し、噴
射信号S5を出力する。
この噴射信号S5によつて燃料噴射弁１０が作
動し、機関に所定量の燃料を供給する。
上記の制御装置１２内における燃料噴射量Ti
の演算は、例えば次の式によつて行なわれる（例
えば日産技術解説書1979 ECCS Ｌ系エンジンに
記載）。
Ti＝Tp×（１＋Ft＋KMR／100）×β＋Ts ……(1) 上記の(1)式において、Tpは基本噴射量であり、
例えば吸入空気量をＱ、機関の回転速度をＮ、定
数をＫとした場合に、Tp＝ｋ・Ｑ／Ｎで求めら
れる。
また、Ftは、機関の冷却水温に対応した補正
係数であり、例えば冷却水温度が低いほど大きな
値となる。
また、KMRは、高負荷時における補正係数で
あり、例えば第４図に示すごとく基本噴射量Tp
と回転速度Ｎとに応じた値として予めデータテー
ブルに記憶されていた値からテーブルルツクアツ
プによつて読み出して用いる。
また、Tsは、バツテリ電圧による補正係数で
あり、燃料噴射弁１０を駆動する電圧の変動を補
正するための係数である。
また、βは、排気センサ９からの排気信号S4
に応じた補正係数であり、このβを用いることに
よつて混合気の空燃比を所定の値、例えば理論空
燃比14.8近傍の値にフイードバツク制御すること
が出来る。
ただし、この排気信号S4によるフイードバツ
ク制御を行なつている場合には、常に混合気の空
燃比が一定の値となるように制御されるので、上
記の冷却水温による補正や高負荷による補正が無
意味になつてしまう。
そのため、この排気信号S4によるフイードバ
ツク制御は、水温による補正係数Ftや高負荷に
おける補正係数KMRが０の場合にのみ行なわれ
る。
上記の各補正の演算とセンサ類との関係を示す
と第３図のようにある。
一方、内燃機関の点火時期制御装置としては、
例えば公開特許公報昭和57年第59061号に示され
ているようなものがある。
上記のごとき電子式の点火時期制御装置におい
ては、例えば第５図に示すごとき機関の回転速度
Ｎと基本噴射量Tpとに応じた最適点火進角値を、
予めデータテーブルとして記憶しておき、その時
の回転速度と基本噴射量とに応じた値をテーブル
ルツクアツプによつて読み出して、その値に点火
時期を制御するように構成されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のように従来の燃料制御装置においては、
排気センサの信号に応じたフイードバツク制御は
行なつているが、高負荷条件による補正は基本噴
射量と回転速度、すなわち吸入空気量と回転速度
とによつて決定されるような構成となつており、
その補正は全くオープンループ制御で行なわれて
いる。
そのため、エアフローメータや燃料噴射弁等の
バラツキや経時変化等によつて高負荷時の空燃比
が最適空燃比（LBT…Leanest Mixture for
Best Torque、なおこの値は、発生トルクを最
大にするための空燃比であり、前記の排気センサ
信号による空燃比のフイードバツクの値とは異な
つた値となつている）からはずれてトルクが低下
したり安定性が悪化したりする恐れがある。
本発明は、上記のごとき従来技術の問題点を解
決することを目的とする。
〔問題点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においては、
機関の負荷が所定範囲内か否かを判別し、範囲外
の場合には、機関のシリンダ内圧力を検出し、そ
の値から機関の空燃比をLBTとするようにフイ
ードバツク制御し、また、負荷が範囲内の場合に
は、排気センサの信号に基づいて空燃比を排気浄
化上必要とされる値とするようにフイードバツク
制御することにより、高負荷時にはLBT点で機
関を動作させ、中低負荷時には排気浄化を有効に
行なうように構成している。
また、少なくとも負荷が上記範囲外の高負荷域
（Pmbt／Pt、Pm／Pt又はPi／Ptを最大とするよ
うに空燃比をフイードバツク制御する機関運転
域）では、１回の点火サイクル内におけるシリン
ダ内圧力の最大値が生じるクランク角を当該機関
に固有の所定クランク角に一致させるように点火
時期をフイードバツク制御する構成とすることに
より、Pmbt／Pt等を最大とするように精度良く
空燃比制御を実施することが出来、そのため高負
荷時には常に最高のトルクが得られる。
以下、まず、LBT及びMBTを実現するための
原理について説明する。
第６図は、クランク角とシリンダ内圧力の関係
図であり、また第７図は、空燃比と発生トルクと
の関係図であり、一定回転速度（例えば
2000rpm）でスロツトル弁全開の条件における値
を示している。
第６図から判るように、シリンダ内圧力は圧縮
上死点（TDC）から10°〜20°後、すなわち
ATDC10°〜20°における最大となる。
またその最大値は、空燃比Ａ／Ｆに応じて変化
し、Ａ／Ｆが13付近で最大なる。
また第７図から判るように、機関の発生トルク
もこの空燃比が13付近の時に最大とない、これを
LBTと呼んでいる。
従つて、シリンダ内圧力を最大にするようにフ
イードバツク制御すれば高負荷時における空燃比
を常に最適空燃比LBTに制御することができる。
また第８図は、点火時期を変化させた場合にお
けるシリンダ内圧力とクランク角との関係図であ
り、一低回転速度（例えば2000rpm）でストツト
ル弁全開の条件における値を示している。
第８図から判るように、シリンダ内圧力のカー
ブは、点火時期に応じて変化する。
そして、シリンダ内圧力が最大となる時のクラ
ンク角θmが上死点後の所定角度（例えば10°〜
20°）になるように点火時期を制御した場合に最
もトルクが大きくなる。
この時の点火時期をMBTと呼んでいる。
第９図は、上記のシリンダ内圧力最大となるク
ランク角θmと点火時期との関係を示す図である。
第９図から判るように、θmと点火時期とはほ
ぼ直線的な対応関係にあり、点火時期を制御する
ことによつてθmの値を任意の値にすることが出
来る。
従つて、点火時期を制御してθmの値をMBTに
対応した点（例えば、上死点後15°）の値にする
ように制御すれば発生トルクを最大にすることが
出来る。
第１０図は、点火時期と発生トルクとの関係を
示す図である。
第１０図から判るように、点火時期をMBT点
（例えばBTDC20°）に制御した場合に発生トルク
が最大となることが判る。
上記のごとき空燃比の制御と点火時期の制御と
を総合すると、発生トルクを最大とする条件とし
て第１１図に示すごとき特性が得られる。
第１１図において、×印がLMBT点すなわち
LBTとMBTとをともに実現している点である。
上記の説明から判るように、内燃機関を
LMBT点で作動させるためには、機関のシリン
ダ内圧力を検出し、その値から機関の空燃比を
LBTとするようにフイードバツク制御し、また、
シリンダ内圧力が最大となるクランク角を検出
し、そのクランク角を上死点後の所定角度とする
ように点火時期をフイードバツク制御すれば良
い。
なお、上記のMBT点を実現するための所定の
クランク角度θmは、機関の連桿比に応じて定ま
る値であり、その機関に固有の値であつて一般に
上死点後10°〜20°の範囲内の値、例えば上死点後
15°の値である。
なお、連桿比とは、コネクテイングロツドの長
さとクランクシヤフトの回転半径（ストロークの
１／２）との比であり、コネクテイングロツドの
長さをＬ、クランクシヤフトの回転半径をｒとし
た場合に、連桿比λ＝Ｌ／ｒである。
次に、第１図は、本発明の機能を示すブロツク
図である。
まず、第１図Ａにおいて、５１はシリンダ内圧
力を検出する検圧手段であり、例えば、後記第１
２図の圧力センサ１３である。
また、排気検出手段５２は、機関の排気ガス成
分濃度（例えば酸素濃度）を検出するものであ
り、例えば前記第２図の排気センサ９である。
また、５３はクランク角を検出するクランク角
検出手段であり、例えば、前記第２図のクランク
角センサ７である。
また、５４は機関の負荷を検出する負荷検出手
段であり、例えば前記第２図のエアフローメータ
２である。
次に、判別手段５６は、機関の負荷が所定範囲
内か否かを判別する手段であり、例えば前記第４
図のごときデータテーブルに記憶しておいた値か
ら、その時の基本噴射量Tpと回転速度Ｎとに対
応した値が０の場合は範囲内（中低負荷域）、０
で無い場合は範囲外（高負荷域）と判定する。
また、演算手段５５は、判別手段５６が範囲外
と判定した場合は、検圧手段５１とクランク角検
出手段５３との信号から１回の点火サイクル内に
おける第１の所定クランク角でのシリンダ内圧力
Pmbtと、第２の所定クランク角でのシリンダ内
圧力Ptとを検出し、両者の比Pmbt／Ptを算出
し、その比Pmbt／Ptを最大とするように空燃比
を制御する制御信号を出力する。
なお、上記Pmbtは、最適点火時期MBTで点
火した場合に最大圧力を生じると予想される当該
機関に固有の所定クランク角（ATDC10°〜20°の
値）でのシリンダ内圧力であり、また、正規化に
用いるPtは、燃焼による圧力が混入する前、す
なわち圧縮上死点以前（例えば上死点）でのシリ
ンダ内圧力である。
また、演算手段５５は、判別手段５６が範囲内
と判定した場合は、排気検出手段５２の信号に基
づいた制御信号を出力する。この制御信号は、例
えば空燃比を理論空燃比14.8近傍の値とするよう
にフイードバツク制御するものである。
上記の判別手段５６と演算手段５５とは、例え
ばマイクロコンピユータで構成することが出来
る。
次に、混合気調量手段５７は、上記の演算手段
５５から与えられる制御信号に応じて機関に供給
する混合気を制御するものである。
この混合気調量手段５７は、例えば、前記第２
図の燃料噴射弁１０や電気信号によつて空燃比を
調整することの出来る気化器（例えば、公開特許
公報昭和51年第132326号）を用いることが出来
る。
また、点火時期制御手段６０は、検圧手段５１
とクランク角検出手段５３との信号から、１回の
点火サイクル内におけるシリンダ内圧力の最大値
Pmが生じるクランク角θmを算出し、当該機関と
運転条件に対応した最大トルクを生じる点火時期
で点火した場合にシリンダ内圧力の最大値が生じ
る当該機関に固有の所定クランク角θmbtと上記
θmとを比較し、θmがθmbtより大きい場合には
点火時期を所定値だけ進角させ、θmがθmbtより
小さい場合には点火時期を所定値だけ遅角させる
ことにより、θmをθmbtにほぼ一致させるように
点火時期をフイードバツク制御する点火制御信号
を出力する。そして点火手段６１は上記点火制御
信号に応じて点火を行なう。これによつていわゆ
るMBT制御を行なう。上記のMBT制御は必ず
しも常時行なわなければならないものではない
が、少なくとも負荷が前記所定範囲外の高負荷域
の場合は上記のMBT制御を行なうように構成す
る。上記の負荷状態の判別は判別手段５６の判別
結果を用いればよい。なお、この点火時期制御手
段６０および点火手段６１の部分は、下記第１図
ＢおよびＣにおいても同じである。
次に、第１図Ｂにおいて、演算手段５８は、判
別手段５６が範囲外と判定した場合は、検圧手段
５１とクランク角検出手段５３との信号から１回
の点火サイクル内におけるシリンダ内圧力の最大
値Pmと所定クランク角でのシリンダ内圧力Ptと
を検出し、両者の比Pm／Ptを算出し、その比
Pm／Ptを最大とするように空燃比を制御する制
御信号を出力する。
また、演算手段５８は、判別手段５６が範囲内
と判定した場合は、排気検出手段５２の信号に基
づいた制御信号を出力する。その他の部分は、上
記Ａと同様である。
次に、第１図Ｃにおいて、演算手段５９は、判
別手段５６が範囲外と判定した場合は、検圧手段
５１とクランク角検出手段５３との信号から１回
の点火サイクル内における図示平均有効圧力Piを
算出し、所定クランク角でのシリンダ内圧力Pt
を検出し、両者の比Pi／Ptを算出し、その比
Pi／Ptを最大とするように空燃比を制御する制
御信号を出力する。
また、演算手段５８は、判別手段５６が範囲内
と判定した場合は、排気検出手段５２の信号に基
づいた制御信号を出力する。その他の部分は、上
記Ａと同様である。
なお、図示平均有効圧力Piは、各クランク角毎
のシリンダ内圧力をＰ、クランク角が所定角度
（例えば2°）変化する毎の行程容積の変化分を
ΔV、行程容積をＶとした場合に、 Pi＝Σ（Ｐ×ΔV）／Ｖで求められる。
上記のＡにおいては、機関の負荷が所定範囲外
すなわち高負荷時には、第１の所定クランク角
（例えばATDC15°）でのシリンダ内圧力Pmbtを
第２の所定クランク角（例えばTDC）でのシリ
ンダ内圧力Ptで正規化した値に応じて空燃比を
制御し、またＢにおいては、シリンダ内圧力の最
大値Pmを所定クランク角（例えばTDC）でのシ
リンダ内圧力Ptで正規化した値に応じて空燃比
を制御し、またＣにおいては、図示平均有効圧力
Piを所定クランク角（例えばTDC）でのシリン
ダ内圧力Ptで正規化した値に応じて空燃比を制
御するように構成しているので、空燃比を常に
LBT点に制御することが可能となる。
また、機関の負荷が所定範囲内の場合には、排
気検出手段の信号に応じて空燃比をフイードバツ
ク制御するように構成しているので、排気浄化性
能も満足させることが出来る。
〔発明の実施例〕
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。
第１２図は、本発明の一実施例図である。
第１２図において、１３はシリンダ内圧力を検
出する圧力センサである。
この圧力センサ１３は、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。
また、制御装置１５は、例えばマイクロコンピ
ユータで構成されており、エアフローメータ２か
ら与えられる吸入空気量信号S1、水温センサ６
から与えられる水温信号S2、クランク角センサ
７から与えられるクランク角信号S3、排気セン
サ９から与えられる排気信号S4及び圧力センサ
１３から与えられる圧力信号S6等を入力し、所
定の演算を行なつて噴射信号S5と点火信号S7と
を出力し、それによつて燃料噴射弁１０と点火装
置１６とを制御する。
なお点火装置１６は、制御装置１５から点火信
号S7が与えられたとき高電圧を発生し、それを
点火プラグ１１に送つて点火を行なうものであ
り、例えば、パワートランジスタ・スイツチング
回路と点火コイルとからなる装置を用いることが
できる。
その他、第２図と同符号は同一物を示す。
次に、第１３図は、圧力センサ１３の一例図で
あり、Ａは正面図、Ｂは断面図を示す。
第１３図において、１３Ａはリング状の圧電素
子、１３Ｂはリング状のマイナス電極、１３Ｃは
プラス電極である。
また、第１４図は、上記の圧力センサ１３の取
付け図であり、シリンダヘツド１４に点火プラグ
１１によつて締付けられて取付られている。
次に、制御装置１５内における演算について説
明する。
第１５図は、本発明の制御系の一実施例を示す
ブロツク図である。
第１５図において、エアフローメータ２、水温
センサ６、排気センサ９、圧力センサ１３のそれ
ぞれの信号とバツテリ１７の電圧信号とが制御装
置１５内のマルチプレクサ１８に与えられる。
また、クランク角センサ７の信号は、ラツチ回
路１９に与えられ、このラツチ回路１９の出力に
よつてマルチプレクサ１８を切換え上記の各信号
を選択的にAD変換器２０へ送る。
AD変換器２０でデイジタル信号に変換された
各信号及びクランク角センサ７の信号は、CPU
２１に送られ、後記のフローチヤートに示すごと
き演算が行なわれ、その演算結果として算出され
た噴射信号（前記の制御信号に相当）が出力回路
２３で電力増幅された後、燃料噴射弁１０へ送ら
れる。また、演算結果として算出された点火時期
制御信号が出力回路２４で点火信号に変換された
後、点火装置１６へ送られる。
なお、２２はメモリであり、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（KMRのデータテーブル等）を予め記憶し
ているROM等から構成されている。
次に、演算内容について詳細に説明する。
第１６図は、制御装置１５内における演算の一
実施例を示すフローチヤートである。
まず、第１６図Ａにおいて、P1では、クラン
ク角センサの信号から機関の回転速度Ｎを読み込
む。
次に、P2では、エアフローメータの信号から
吸入空気量Ｑを読み込む。
次に、P3では、基本噴射量Tp＝Ｋ・Ｑ／Ｎを
演算する。
次に、P4では、上記の求めたＮとTpとに応じ
て前記第５図のごときデータテーブルから点火進
角値ADVをテーブルルツクアツプする。
次に、P5では、上記の求めたＮとTpとに応じ
て前記第４図のごときデータテーブルから高負荷
補正値KMRをテーブルルツクアツプする。
次に、P6では、圧力センサの信号からその時
のシリンダ内圧力Poを測定して記憶する。
次に、P7では、その時のクランク角が圧縮上
死点（TDC）か否かを判定する。
P7でNOの場合には、直ちにP10へ行く。
P7でYESの場合には、P8へ行き、TDCにおけ
るシリンダ内圧力Ptを測定して記憶する。
次に、P9では、上記の測定したPtをシリンダ
内圧力の最大値Pmの初期値とする。
また、この時のクランク角θを０とする。
次に、P10では、今回のシリンダ内圧力Poが前
回までのシリンダ内圧力の最大値Pmより大か否
かを判定する。
P10でNOの場合には、直ちにP12へ行く。
P10でYESの場合には、P11へ行き、今回のシ
リンダ内圧力Poを新たな最大値Pmとして記憶す
る。
また、その時クランク角、すなわち最大値に相
当するクランク角θmをｎとする。
次に、P12では、その時のクランク角が
ATDC15°か否かを判定し、YESの場合にはP13
でATDC15°におけるシリンダ内圧力Pmbtを測定
して記憶する。
このP12におけるATDC15°とは、前記したご
とく機関の連桿比によつて定まる値であり、シリ
ンダ内圧力が最大値になると思われるクランク角
である。
次に、P14では、クランク角がATDC90°より
大か否かを判定する。
P14でYESの場合には、爆発サイクル内でシリ
ンダ内圧力の最大値が発生する区間は終了してい
るので、第１６図ＢのP15へ行く。
P14でNOの場合には、再びP1に戻り上記の手
順を繰り返す。
次に、第１６図Ｂにおいて、P15では、上記の
最大値PmbtとTDCにおけるシリンダ内圧力Ptと
の比を演算して記憶する。
なお、第１６図のフローチヤートの全体の演算
は、１点火サイクル毎に１回繰り返されるもので
あり、P15の（Pmbt／Pt）oの添字ｎは、今回の
演算における値であることを示している。
次に、P16では、前記のP5で読み込んだKMR
が０か否かを判別する。
KMR＝０の場合は、負荷が所定範囲内の中低
負荷域にあることを示すから、排気センサの信号
による空燃比制御を行なう。
まずP17で排気センサの出力を読み込む。
次に、P18では、排気センサの出力からその時
の空燃比を判別する。この方法としては、例えば
排気センサの出力を所定の基準値と比較し、基準
値より大の場合は混合気がリツチ（空燃比が目標
より小）、小の場合は混合気がリーン（空燃比が
目標より大）と判定する。
P18でリツチの場合は、P19に行き、空燃比補
正係数αをα＝α−Δαにする。
P18でリーンの場合は、P20に行き、空燃比補
正係数αをα＝α＋Δαにする。
すなわち空燃比が目標値（例えば理論空燃比）
よりもリツチな場合には、リーン化するために空
燃比補正係数をΔαだけ減算し、逆にリーンの場
合には、リツチ化するためにΔαだけ加算してや
る。
一方、P16でNOの場合は、その時の負荷が所
定範囲外の高負荷域にあることを示すからLBT
制御を行なう。
まずP21では、前記P15の今回の点火サイクル
の演算における値と（Pmbt／Pt）o-1すなわち前
回の点火サイクルの演算における値との大きさを
比較する。P21で今回の演算における値の方が大
きかつた場合にはP22へ行き、リツチフラグが１
か否かを判断する。
このリツチフラグは、空燃比をリツチ化すなわ
ち濃くしている場合には１であり、リーン化すな
わち薄くしている場合には０である。
P22でYESの場合には、P24へ行き、空燃比補
正係数αをα＝α＋Δαとする。
すなわち、空燃比をリツチ化している状態にお
いてPmbt／Ptの値が増加している場合には、更
に空燃比をリツチの方向に変化させるようにす
る。
P22でNOの場合にはP23に行き、αをα＝α−
Δαとする。
すなわち、空燃比をリーン化しているときに
Pmbt／Ptが増加している場合には空燃比を更に
リーン化するように制御する。
一方、P21でNOの場合にはP25に行き、リツチ
フラグが１か否かを判定する。
P25でYESの場合には、P26へ行き、リツチフ
ラグを０にした後、P27でα＝α−Δαとする。
すなわち空燃比をリツチ化している時に
Pmbt／Ptが減少している場合には、空燃比をリ
ーン化する必要があるので、P26でリツチフラグ
を０にした後、P27でαを一定量Δαだけ減少さ
せる。
P25でNOの場合には、P28へ行き、リツチフラ
グを１にした後、P29でα＝α＋Δαにする。
すなわち空燃比をリーン化している時に
Pmbt／Ptが減少している時には空燃比をリツチ
化する必要があるのでリツチフラグを１にした
後、αをΔαだけ増加させるように制御する。
次に、P30では、上記のようにして演算した空
燃比補正係数αを用いて、燃料噴射量Ti＝Tp・
α＋Tsを演算して出力する。
なお、Tpは前記のP3で求めた値を用い、ま
た、Tsは別に読み込んだバツテリ電圧から算出
する。
次に、P31では、前記P11で求めておいたシリ
ンダ内圧力が最大値Pmとなる時のクランク角θm
が15°より大か否かを判定する。
この15°という値は、前記のMBTを実現するた
めの値であり、前記のごとくATDC10°〜20°の範
囲においてその機関の連桿比によつて定まる値で
ある。
この実施例の場合には、一例として15°に設定
している。
P13でNOの場合には、シリンダ内圧力が最大
となるクランク角がATDC15°よりも小、すなわ
ち点火進角がMBTよりも進んでいることを示す
から、P32へ行き、点火進角ADVからΔAを減じ
た値を新たな点火進角とする。
P31でYESの場合には、シリンダ内圧力が最大
となるクランク角θmがATDC15°よりも大、すな
わち点火進角がMBTよりも遅れていることを示
すからP33へ行き、ADVにΔAを加えたものを新
たな点火進角ADVとする。
上記のように第１６図の演算においては、負荷
が所定範囲内の中低負荷域にある時には、排気セ
ンサの信号に応じて空燃比を所定値に制御し、ま
た負荷が所定範囲外の高負荷域にある時には、シ
リンダ内圧力が最大値になると思われるクランク
角における値Pmbtを圧縮上死点におけるシリン
ダ内圧力Ptで正規化した値が最大となるように
空燃比を制御している。
またシリンダ内圧力が最大となるクランク角が
上死点後の所定角度となるように点火時期を制御
している。
上記のように制御することにより、中低負荷域
では排気浄化に適した所定の空燃比に制御するこ
とができ、また高負荷域おいては空燃比をLBT
に制御することが出来る。また点火時期もMBT
に制御することが出来る。従つて、上記の制御に
より、前記第１１図に示すLMBT点に一致させ
るように制御することが出来る。
なお、上記の制御において、排気センサ出力に
応じて空燃比制御を行なう経路（負荷が範囲内の
中低負荷域の場合）で点火時期の制御を行なわな
い場合は、第１６図ＢのP19，P20から直接にエ
ンドへ行くようにすればよい。
次に、第１７図は、本発明の演算の第２の実施
例を示すフローチヤートである。
まず、第１７図Ａにおいて、P1からP14までは
前記第１６図のP1からP14までと同様である。
ただ、P12とP13とが削除されている点が異な
る。
次に、第１７図ＢのP34において、前記P11で
求めた最大値PmとTDCにおけるシリンダ内圧力
Ptとの比を演算して記憶する。
またP35では、今回の点火サイクルの演算にお
ける値と（Pm／Pt）o-1すなわち前回の点火サイ
クルの演算における値との大きさを比較する。
それ以降のP16〜P33の演算は、前記第１６図
と同様である。
上記のように第１７図の演算においては、負荷
が所定範囲内の中低負荷域にある時には、排気セ
ンサの信号に応じて空燃比を所定値に制御し、ま
た負荷が所定範囲外の高負荷域にある時には、シ
リンダ内圧力の実際の最大値を求め、その値を圧
縮上死点におけるシリンダ内圧力Ptで正規化し
た値が最大となるように空燃比を制御している。
またシリンダ内圧力が最大となるクランク角が
上死点後の所定角度となるように点火時期を制御
している。
なお、上記の制御において、排気センサ出力に
応じて空燃比制御を行なう経路（負荷が範囲内の
中低負荷域の場合）で点火時期の制御を行なわな
い場合は、第１７図ＢのP19，P20から直接にエ
ンドへ行くようにすればよい。
次に、第１８図は、本発明の第３の演算を示す
実施例のフローチヤートである。
まず、第１８図Ａにおいて、P1〜P11までは前
記第１６図と同様である。
但し、P6とP7との間にP36とP37とが挿入され
ている点が異なる。
すなわち、P36では、クランク角度が所定角度
（例えば2°）変化する毎の行程容積の変化分ΔVを
算出する。
次に、P37では、図示平均有効圧力Piを演算す
る。
この図示平均有効圧力Piは、１サイクル中に燃
焼ガスがピストンにする仕事を行程容積で割つた
値であり、各クランク角におけるシリンダ内圧力
をＰ、クランク角が単位角度（例えば2°）変化す
る毎の行程容積の変化分をΔV、行程容積をＶと
した場合に、Pi＝Σ（Ｐ×ΔV）／Ｖで求められ
る。
また、Pio＝Pio-1＋ΔV・Poの式を用いて近似
計算することも出来る。
なお、上式において、Pioは今回の演算におけ
るPiの値、Pio-1は前回（クランク角で2°前）の
演算におけるPiの値、Poは今回の演算における
Ｐの値である。
次にP7からP11までの演算を行なつた後、P38
では、その時のクランク角が排気上死点か否かを
判定する。
P38でNOの場合には、まだ燃焼サイクルが終
了していないことを示すのでP1に戻り、再び上
記の手順を繰り返す。
P38でYESの場合には、１回の燃焼サイクルが
終了しているので、第１８図ＢのP39へ行く。
P39では、図示平均有効圧力PiとTDCにおける
シリンダ内圧力Ptとの比を演算して記憶する。
またP40では、今回の点火サイクルの演算にお
ける値と前回の点火サイクルの演算における値と
の大小を比較する。それ以後のP16〜P33の演算
は、前記第１６図の場合と同様である。
上記のように第１８図の演算においては、負荷
が所定範囲内の中低負荷域にある時には、排気セ
ンサの信号に応じて空燃比を所定値に制御し、ま
た負荷が所定範囲外の高負荷域にある時には、図
示平均有効圧力Piを機関の負荷を代表する圧縮上
死点におけるシリンダ内圧力Ptで正規化した値
が最大となるように空燃比を補正するように制御
するので、最適空燃比LBT条件を正確に実現す
ることが出来る。
また、シリンダ内圧力が最大となるクランク角
θmが上死点後の所定位置に来るように点火時期
をフイードバツク制御するので、常にMBT点に
点火時期を制御することが出来る。
なお、上記の制御において、排気センサ出力に
応じて空燃比制御を行なう経路（負荷が範囲内の
中低負荷域の場合）で点火時期の制御を行なわな
い場合は、第１８図ＢのP19，P20から直接にエ
ンドへ行くようにすればよい。
なお、第１２図の実施例においては、シリンダ
を１個のみ表示しているが、多気筒機関の場合に
は、各気筒に取り付けた圧力センサの信号に応じ
て各気筒毎に燃料噴射量を補正して制御すること
が可能である。
また、圧力センサは、各気筒毎に取り付けてシ
リンダ内圧力を測定するが、燃料噴射は全気筒同
一噴射での補正も可能である。
また、いくつかの気筒の内の１個にのみ圧力セ
ンサを設け、その圧力センサの出力によつて全気
筒同一の噴射量の補正も可能である。
また、これまでの説明では、混合気調量装置と
して燃料噴射弁を用いた場合のみを説明したが、
気化器を用いた場合においても同様に制御するこ
とが可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したごとく本発明においては、負荷が
所定範囲内の中低負荷域にある時には、排気セン
サの信号に応じて空燃比を所定値に制御し、また
少なくとも負荷が所定範囲外の高負荷域にある時
には、１回の点火サイクル内におけるシリンダ内
圧力の最大値が生じるクランク角を当該機関に固
有の所定クランク角に一致させるように点火時期
をフイードバツク制御し、かつシリンダ内圧力の
最大値や図示平均有効圧力を圧縮上死点以前の所
定クランク角におけるシリンダ内圧力で正規化し
た値が最大となるように空燃比をフイードバツク
制御するように構成しているので、部品のバラツ
キや経時変化等があつても高負荷時には常に最適
空燃比LBTを実現することが出来、最高のトル
クを得ることが出来ると共に、中低負荷時には良
好な排気浄化性能を実現することが出来る。
従つて、トルク不足になつたり、あるいは排気
浄化性能が低下したりする恐れがなくなる等の優
れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の機能を示すブロツク図、第２
図は従来の燃料制御装置の一例図、第３図は第２
図の装置における演算内容とセンサ類との関係
図、第４図は高負荷補正係数の特性図、第５図は
点火進角特性図、第６図はクランク角とシリンダ
内圧力の特性図、第７図は空燃比とトルクとの特
性図、第８図は点火時期を変えた場合におけるシ
リンダ内圧力とクランク角との特性図、第９図は
シリンダ内圧力が最大となるクランク角と点火時
期との特性図、第１０図は点火時期と出力トルク
との特性図、第１１図は空燃比と点火時期とに応
じたトルク特性図、第１２図は本発明の一実施例
図、第１３図は本発明に用いる圧力センサの一例
図、第１４図は圧力センサの取付け図、第１５図
は本発明の制御系の一実施例を示すブロツク図、
第１６図〜第１８図はそれぞれ本発明の演算を示
すフローチヤートの実施例図である。 符号の説明、１……エアクリーナ、２……エア
フローメータ、３……スロツトル弁、４……吸気
マニホールド、５……シリンダ、６……水温セン
サ、７……クランク角センサ、８……排気マニホ
ールド、９……排気センサ、１０……燃料噴射
弁、１１……点火プラグ、１２……制御装置、１
３……圧力センサ、１３Ａ……圧電素子、１３Ｂ
……マイナス電極、１３Ｃ……プラス電極、１４
……シリンダヘツド、１５……制御装置、１６…
…点火装置、１７……バツテリ、１８……マルチ
プレクサ、１９……ラツチ回路、２０……AD変
換器、２１……CPU、２２……メモリ、２３，
２４……出力回路、５１……検圧手段、５２……
排気検出手段、５３……クランク角検出手段、５
４……負荷検出手段、５５……演算手段、５６…
…判別手段、５７……混合気調量手段、５８……
演算手段、５９……演算手段。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダ内圧力を検出する検圧手段と、 クランク角を検出するクランク角検出手段と、 機関の排気ガス成分濃度を検出する排気検出手
    段と、 機関の負荷を検出する負荷検出手段と、 機関の負荷が所定範囲内の中低負荷域か所定範
    囲外の高負荷域かを判別する判別手段と、 上記各手段の信号を入力して周期的に演算を行
    ない、機関の負荷が所定範囲外の場合には、上記
    検圧手段とクランク角検出手段との信号から、１
    回の点火サイクル内における最適点火時期MBT
    で点火した場合に最大圧力を生じると予想される
    当該機関に固有の所定クランク角でのシリンダ内
    圧力Pmbtと圧縮上死点以前の所定クランク角で
    のシリンダ内圧力Ptとを検出し、両者の比
    Pmbt／Ptを算出し、前回の演算における
    Pmbt／Ptと今回の演算におけるPmbt／Ptとを
    比較し、今回の値が前回の値よりも大きい場合は
    空燃比を前回と同方向に変化させ、今回の値が前
    回の値より小さい場合は空燃比を前回と逆方向に
    変化させることにより、上記Pmbt／Ptを最大と
    するように空燃比をフイードバツク制御する制御
    信号を出力し、機関の負荷が所定範囲内の場合に
    は、上記排気検出手段の検出結果に基づいて空燃
    比を所定値に制御する制御信号を出力する演算手
    段と、 上記の制御信号に応じた混合気を機関に供給す
    る混合気調量手段と、 機関の負荷が少なくとも前記所定範囲外の場合
    には、上記検出手段とクランク角検出手段の信号
    から、１回の点火サイクル内におけるシリンダ内
    圧力の最大値Pmが生じるクランク角θmを算出
    し、当該機関と運転条件に対応した最大トルクを
    生じる点火時期で点火した場合にシリンダ内圧力
    の最大値が生じる当該機関に固有の所定クランク
    角θmbtと上記θmとを比較し、θmがθmbtより大
    きい場合には点火時期を所定値だけ進角させ、
    θmがθmbtより小さい場合には点火時期を所定値
    だけ遅角させることにより、θmをθmbtにほぼ一
    致させるように点火時期をフイードバツク制御す
    る点火制御信号を出力する点火時期制御手段と、 上記点火制御信号に応じて点火を行なう点火手
    段と、 を備えた内燃機関の制御装置。 ２ 上記判別手段は、機関の吸入空気量に対応し
    た値と回転速度に対応した値とに応じて予めデー
    タテーブルに記憶しておいた値から、その時の負
    荷が所定範囲内の中低負荷域か所定範囲外の高負
    荷域かを判別するものであることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の制御装
    置。 ３ シリンダ内圧力を検出する検圧手段と、 クランク角を検出するクランク角検出手段と、 機関の排気ガス成分濃度を検出する排気検出手
    段と、 機関の負荷を検出する負荷検出手段と、 機関の負荷が所定範囲内の中低負荷域か所定範
    囲外の高負荷域かを判別する判別手段と、 上記各手段の信号を入力して周期的に演算を行
    ない、機関の負荷が所定範囲外の場合には、上記
    検圧手段とクランク角検出手段との信号から１回
    の点火サイクル内におけるシリンダ内圧力の最大
    値Pmと圧縮上死点以前の所定クランク角でのシ
    リンダ内圧力Ptとを検出し、両者の比Pm／Ptを
    算出し、前回の演算におけるPm／Ptと今回の演
    算におけるPm／Ptとを比較し、今回の値が前回
    の値よりも大きい場合は空燃比を前回と同方向に
    変化させ、今回の値が前回の値より小さい場合は
    空燃比を前回と逆方向に変化させることにより、
    上記Pm／Ptを最大とするように空燃比をフイー
    ドバツク制御する制御信号を出力し、機関の負荷
    が所定範囲内の場合には、上記排気検出手段の検
    出結果に基づいて空燃比を所定値に制御する制御
    信号を出力する演算手段と、 上記の制御信号に応じた混合気を機関に供給す
    る混合気調量手段と、 機関の負荷が少なくとも前記所定範囲外の場合
    には、上記検圧手段とクランク角検出手段の信号
    から、１回の点火サイクル内におけるシリンダ内
    圧力の最大値Pmが生じるクランク角θmを算出
    し、当該機関と運転条件に対応した最大トルクを
    生じる点火時期で点火した場合にシリンダ内圧力
    の最大値が生じる当該機関に固有の所定クランク
    角θmbtと上記θmとを比較し、θmがθmbtより大
    きい場合には点火時期を所定値だけ進角させ、
    θmがθmbtより小さい場合には点火時期を所定値
    だけ遅角させることにより、θmをθmbtにほぼ一
    致させるように点火時期をフイードバツク制御す
    る点火制御信号を出力する点火時期制御手段と、 上記点火制御信号に応じて点火を行なう点火手
    段と、 を備えた内燃機関の制御装置。 ４ シリンダ内圧力を検出する検圧手段と、 クランク角を検出するクランク角検出手段と、 機関の排気ガス成分濃度を検出する排気検出手
    段と、 機関の負荷を検出する負荷検出手段と、 機関の負荷が所定範囲内の中低負荷域か所定範
    囲外の高負荷域かを判別する判別手段と、 上記各手段の信号を入力して周期的に演算を行
    ない、機関の負荷が所定範囲外の場合には、上記
    検圧手段とクランク角検出手段との信号から１回
    の点火サイクル内における図示平均有効圧力Piを
    算出し、圧縮上死点以前の所定クランク角でのシ
    リンダ内圧力Ptを検出し、両者の比Pi／Ptを算
    出し、前回の演算におけるPi／Ptと今回の演算
    におけるPi／Ptとを比較し、今回の値が前回の
    値よりも大きい場合は空燃比を前回と同方向に変
    化させ、今回の値が前回の値より小さい場合は空
    燃比を前回と逆方向に変化させることにより、上
    記Pi／Ptを最大とするように空燃比をフイード
    バツク制御する制御信号を出力し、機関の負荷が
    所定範囲内の場合には、上記排気検出手段の検出
    結果に基づいて空燃比を所定値に制御する制御信
    号を出力する演算手段と、 上記の制御信号に応じた混合気を機関に供給す
    る混合気調量手段と、 機関の負荷が少なくとも前記所定範囲外の場合
    には、上記検圧手段とクランク角検出手段の信号
    から、１回の点火サイクル内におけるシリンダ内
    圧力の最大値Pmが生じるクランク角θmを算出
    し、当該機関と運転条件に対応した最大トルクを
    生じる点火時期で点火した場合にシリンダ内圧力
    の最大値が生じる当該機関に固有の所定クランク
    角θmbtと上記θmとを比較し、θmがθmbtより大
    きい場合には点火時期を所定値だけ進角させ、
    θmがθmbtより小さい場合には点火時期を所定値
    だけ遅角させることにより、θmをθmbtにほぼ一
    致させるように点火時期をフイードバツク制御す
    る点火制御信号を出力する点火時期制御手段と、 上記点火制御信号に応じて点火を行なう点火手
    段と、 を備えた内燃機関の制御装置。
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