JPH04504605A - ４サイクル機関の動作サイクル検出方法 - 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】 ４サイクル機関の動作サイクル検出方法本発明は、４サイクル機関の気筒のそれ ぞれの動作サイクルを検出する方法に関する。このような機関の４つのサイクル は以下、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程と称する。電子制御過程では 、種々異なる信号毎に、それぞれの気筒の動作サイクルを正確に識別することが 重要である０例えば、個別火花コイルを有する電子点火の場合、ピストンが所定 クランク角度差だけ燃焼行程の上死点前にある時間を正確に検出しなければなら ない。

従来の技術 気筒動作サイクル検出のために特に２つの方法が公知である。一方の方法では点 火分配器からの信号を利用する０点火線路には誘導センサが配置されており、こ のセンサはすべて７２０°毎に信号を送出する。というのは、７２０’毎のクラ ンク角度で点火信号がそれぞれの気筒に出力されるからである。このセンサ信号 の発生には被監視気筒の動作サイクルが正確に配属されている。この１つの気筒 の動作サイクルが既知となれば、他の気筒がそれぞれどの動作サイクルにあるの かを検出できる。

例えば、ＥＰＯＯ５８５６２から公知のような別の方法では、カムシャフトセン サからの信号が使用される。カムシャフトはクランクシャフトの２回転で１回転 だけする。その結果、クランク軸の各７２０’の回転後にそれぞれセンサ信号が 送出される０機関構造に基づき、このセンサ信号の発生には個々の気筒の動作サ イクルが正確に対応付けられている。

自動車電子技術では基本的に、所望の情報量をできるだけ少ないセンサにより得 たいという希望がある。

これ従い、４サイクル機関での動作サイクル検出を、前に述べた点火線路の誘導 センサまたはカムシャフトセンサのような、そのために特別なセンサを必要とし ないように構成することが長い間試みられてきた。

ＷＯ３７１０５９７１から内燃機関の気筒の動作サイクルを検出する方法が公知 である。この方法では、動作サイクルで変形された量、例えば回転数または燃焼 室内の圧力が、回転毎に基準パルスを形成するクランク軸センサの信号と共に基 準とされる。基準パルスと変形された信号の最大値の発生により、気筒数が奇数 の内燃機関の場合、明確な動作サイクル検出を行うことができる。

しかし公知の方法には気筒数が奇数の場合しか使用することができないという欠 点がある。

発明の開示 ４サイクル内燃機関の気筒のそれぞれの動作サイクルを検出するための本発明に よる方法では、少なくとも１つの燃焼経過センナによる信号が検出され、その信 号のレベルから被監視気筒の動作サイクルおよび他の気筒の動作サイクルが検出 される。

燃焼経過センサとして特に２つの形式のセンサが考えられる。すなわち、気筒内 部の圧力を監視する圧力センサと、機関ブロックの衝撃波振動を測定し、所定の クランク軸領域内の過度に大きな信号によりノッキング燃焼を検出するノックセ ンサである。

個々の気筒における燃焼経過を監視し、それにより制御するために、機関がこの ような圧力センサを使用していれば、これらセンサのうちの１つのセンサの信号 を検出するだけで、気筒動作サイクル検出には十分である。

７２０’毎のクランク角度で各センサに特別に高い信号が発生する。すなわち、 シリンダ圧がその最大値に達する。圧力センサの信号レベルは、燃焼過程の間だ け上回るような閾値と比較され、信号レベルがその閾値を上回るとき、被監視気 筒の動作サイクル、ひいては他の気筒のそれぞれのサイクルが検出される。

上に述べたような相応の比較がすべての圧力センサに対して実行されれば、気筒 動作サイクル検出は７２０″毎だけではなく７２０／ｎ’毎のクランク角度で可 能である。ここでｎは４サイクル機関の気筒数である。閾値との比較を１回だけ 行うのではなく、少（とも１つの圧力センナからの信号経過を所定のクランク角 度領域において監視するならば、さらに迅速な気筒動作サイクル検出が可能であ る。信号の経過、すなわち信号レベルの増大と減少の大きさから被監視気筒の動 作サイクルが検出される。

ノックセンサが使用される場合、有利にはセンサの信号はそれぞれ所定のクラン ク角度領域にわたって評価される。この角度領域では、機関にノッキングが発生 していなくても被監視機関が特に大きなノイズを発生することがわかっている。

ここではカムが弁皿に衝突するとき、弁がその弁慶に衝突するときまたはピスト ンが切り替わるときに発生するノイズが取扱われる。

上に述べた３つのノイズの種類はすべて、排気行程終了と吸気行程開始との間で ピストンが上死点付近にあるときに発生する。この種のノイズは、機関ブロック の異なる位置に配置された２つのセンサにより各個別の気筒毎にそれぞれ異なる 強度で検出される。従いどの気筒かもノイズが発生しているのかがそれぞれ既知 となる。所定の気筒のノイズが閾値を上回ると、この気筒が丁度特に強いノイズ を発生するクランク角度領域を通過していることがわかる。これによりこの気筒 の動作サイクルないしガス交換サイクルが既知となる。

さらに各気筒に固有のノックセンサを配属し、気筒の出力信号が閾値を上回ると きその気筒および他の気筒の動作サイクルを識別することができる。

図面 以下、本発明を図面に示された実施例に基づき説明する。

図１は、４つの気筒と気筒毎にそれぞれ１つの圧力センサとクランク角度センサ を有する機関ブロックの模式図である。

図２は、動作サイクル検出のために燃焼経過センサの信号が使用される方法ステ ップを説明するためのフローチャートである。ここで燃焼経過センサは圧力セン サである。

図３は、図１に相応するが、４つの圧力センサではなく２つのノックセンサを有 する機関ブロックの模式図４は、ノックセンサからの信号を評価するための回路 のブロック回路図である。

図５は、気筒の動作クロックを識別するためにノックセンサの信号を使用する方 法を説明するためのフローチャートである。

図６は、各気筒にそれぞれ１つのノックセンサとクランク軸センサを有する４気 筒機関ブロックの模式図である。付加的にノックセンサと制御装置との間の接続 が示されている。

図７は、燃焼経過センサとしてノックセンサを有する図２に相応の方法経過を説 明するためのフローチャートである。

実施例の説明 まず、図１．３．４による装置は公知であることを述べておく。これらの装置は 新しい付加的な形式で用いられ、そのために図２と図５の例でフローチャートが 用いられる。

図１の機関ブロック１０の模式図には４つのシリンダＺｌ−２４が円として示さ れている。各気筒には圧力センサが設けられている。これらセンサは５ｌ−８４ で示されている。これらセンサは信号５ｔ−５−４を送出する。各信号はそれぞ れの気筒のほぼ上死点付近で最大値に達する。いつそれぞれのクランク角度に達 したかは、クランク角度センサにより検出可能である。

図２に示された方法では、ステップｓ１にてクランク角度が２つの所定の値の一 方に達したかどうかが達するまで検査される。２つの所定の値は次のようなりラ ンク角度値である。すなわち、この角度値では気筒のうちのそれぞれ２つ１例え ば点火順序Ｚｌ−Ｚ３−２４−２２の場合、シリンダＺ１と２３に対して最大燃 焼圧力に達するような角度値である。引続くステップｓ２では、４つの信号Ｓ− １〜Ｓ４が検出され、引続くステップで４つの信号のどれが所定の閾値を上回っ たかが検査される。閾値を越える信号は、所属の気筒が燃焼行程にあることを指 示する。これにより他の気筒の動作サイクルも検出される。

図２の方法は、容易に種々の形式に適用できる。ステップＳ２では４つの信号す べてを検出する必要はなく、クランク角度に基づき閾値を上回る可能性のある２ つの信号を検出するだけで十分である。これは例えば信号Ｓ２と８３である。こ れにより２つの信号を、閾値の上回りについて検査することができる。しかし、 １つの信号、例えば信号Ｓ２だけを検査するだけでも十分である。この信号が閾 値を上回ると、気ｆｌＺ２が燃焼行程にあることが検出される。閾値以下に留ま れば、気筒Ｚ３が燃焼行程にあることが検出される。

今まで述べた変形実施例は１８０°毎の動作サイクル検出を可能にする。測定値 が唯１つの所定のクランク角度でだけ検出されるならば、動作サイクル検出は３ ６０６毎のクランク角度で可能である。唯１つの圧力センサからの信号しか用い られないならば、検出の可能性は７２０°毎に得られる。

図２により示された実施例では、圧力センサＳ１〜Ｓ４の信号が１つの閾値と比 較されるだけである。その代わりに、信号の少なくとも１つの経過がそれぞれ所 定のクランク角度領域にわたって評価されるようにすれば、動作サイクルの検出 は１８０°より少ないクランク軸回転後に既に可能である。

図３〜図５の実施例では、圧力センサではなくノックセンサにより動作する。

図３には、直列に配置された４つのシリンダＺｌ〜Ｚ４を有するシリンダブロッ クｌＯが示されている。

気筒Ｚｌと２２との間では、ＭｌのノックセンサＳＫ１が機関ブロック１０に配 置されており、一方気筒Ｚ３と２４との間には第２のノックセンサが配置されて いる。第１のノックセンサＳＫＩと第１の気筒Ｚ１との間の機関長手方向距離は ａにより示されている。気ＮＺ４までの距離は従い５ａである。気ＮＺ２までに は同様に距離ａがあり、気筒Ｚ３までの距離は３ａである１点火順序Ｚｌ−Ｚ３ −Ｚ４−Ｚ２の場合、気筒Ｚ１と２４のピストンはクランク角度ｏ″の際に上死 点に存在する０次いで気ｆ［Ｚ２と２４のピストンがクランク角度１８０″′の 際に上死点に達する。しかし上死点にある２つの気筒は異なる動作サイクルを経 過している。そのため、クランク角度を知るだけでは、動作サイクルを検出する のに不十分である。

各気筒が上死点領域で排気過程がら吸気過程へ移行する際に特に大きなノイズを 形成する機関が存在すると仮定する。すなわち、開放弁のタペットにカムが衝突 すること、上死点通過の際にピストンが切り替わること、および排気弁の皿がそ の弁座に衝突することによりノイズが形成される。このサイクル時間を以下、交 差行程と称する。気筒Ｚｌがその交差行程を通過すると、その際に形成されたノ イズは、気筒Ｚ４がら相応のノイズが送出されるときよりも第１のノックセンサ ＳＫＩによって格段に強く検出される。音波強度はノックセンサから気筒までの 距離の二乗で減衰する。

その結果、相互の強度比はほぼ２５：ｌである。気筒Ｚ２と２３からの信号に対 しては、比はほぼ９：ｌである。従って、気筒Ｚ１とＺ４のピストンがそれぞれ 上死点にあるクランク角度における信号を検出すると、特に確実な動作サイクル 検出が可能である０強いノイズがノックセンサＳＫＩにより測定されると、これ は気ｆ［Ｚｌが交差行程を経過中であることのサインである。その他の場合には 気１［Ｚ４が交差行程中にある。

クランク角度を検出するためにクランク角度センサ１１がまた設けられている。

既に説明したように、特に強い機関ノイズは通常所定のクランク角度領域内で発 生する。従）て、ノックセンサからの信号を唯１つの所定のクランク角度の際に のみそれぞれ検出するのではな（、積分信号を用いることが推奨される。ノック センサの信号を積分するためには、通常図４に示された回路が用いられる。この 回路によれば、２つのノックセンサＳＫＩとＳＫ２からの信号は選択的にスイッ チ１２を介して増幅器１３、後続の帯域フィルタ１４、整流器１５およびアナロ グ積分器１６に送出される。スイッチ１２はクランク軸センサ１１からの信号に より切り換えられる。信号は各切換と共に積分器をリセットする。積分器１６の 出力側にはそのリセット後のそれぞれの時間で、どのノックセンサが丁度接続さ れているかによって、積分信号ＳＩ−または３１　Ｓ２が発生する。

図３またはＩ！１４の装置を用いて実施可能な方法が図５のフローチャートに示 されている。ステップｓ５゜１では、クランク角度が気筒Ｚｌと２４の上死点後 の所定の値を有しているか否かが検査される。所定の値を有している場合、ステ ップｓ５，２で第１のノックセンサＳＫＩの積分値Ｓｒ　Ｓｌが検出される。検 出された値は閾値Ｓ　ＴＨと比較される（ステップｓ５゜３）、閾値を上回って いれば、これは気＊Ｚ１が吸気行程にあることを示す、その他の場合には、気筒 Ｚ４が吸気行程にある。

図５に示された方法では、第１のノックセンサＳＫ１からの信号のみが使用され る０図４に示されているように、第２のノックセンサＳＫ２からの信号５Ｉ−８ ２も使用することができる。この信号は、測定結果をさらに確実にするために使 用することができる。動作サイクル検出のための条件として、１つのノックセン サからの信号が閾値を上回るだけでは十分でなく、付加的条件も満たされなけれ ばならない、すなわち、他のノックセンサの信号は閾値の下側に留まるという条 件を満たさなければならない。２つの信号が閾値を上回るか、または２つが閾値 の下側に留まれば、検出は失敗したことになる。

１つの所定の閾値でのみ測定すれば、気筒動作サイクル検出は３６０’毎に可能 である。これに対して、２つのノックセンサの少なくとも１つの測定値を１８０ ０毎に検出すれば、動作サイクル検出は１８０°毎に可能である。その場合特に 気＊Ｚ２と２３２との信号を区別しなければならない。これらの信号はその強度 において、気筒Ｚ１とＺ４の信号よりも相互に僅かしか異なっていない。そのた めこの検出が障害に対して脆弱である。

ノックセンサの信号評価のすべての場合に対して次のことが強く推奨される。す なわち、動作サイクルを場合により発生するノック信号によって間違えないよう にするため、ノッキングの発生し得る角度領域ではなく他の角度領域で発生する 機関ノイズを評価するのである。

ノッキング識別のためには、図４の回路のスイッチが従来通り次のように操作さ れる。すなわち、丁度ノッキングの発生し得る気筒に一番近いノックセンサによ りそれぞれの信号が検出されるように操作するのである０点火順序がＺ　１−Ｚ ３−Ｚ４−Ｚ２の場合、切り替え順序は５ＫＩ−３Ｋ２−８ＫＩ−３Ｋ２である 。

機関の始動時で気筒動作サイクル検出を可能な限り迅速、確実かつ間単に実行す べき場合、上記の切り替え順序から離れ、気筒動作サイクル検出がうまく行われ るまで、２つのノックセンサのうちの１つのみを繰返し接続することが推奨され る。従って１図５に基づき説明した方法ステップから出発するのが有利である。

図６には１機関ブロックが図１に相応して示されている。ここでは４つの気＠Ｚ ｌ〜Ｚ４にそれぞれ１つのノックセンサ３１’　〜Ｓ４’　が配属されている。

ノックセンサＳｌ’　−３４’　は信号ｓ　ｓｌ°〜ｓｓ４°を送出する。これ らの信号はそれぞれの気筒に対応する二とができ、所属する気筒が上死点領域に おいて排気行程から吸気行程へ移行する際、特に強いノイズを形成するときに最 大値となる。

図２の方法ステップに相応して図７に示された方法では（従って詳細には説明し ない）、所定の閾値を上回ることからそれぞれの気筒の存在する動作サイクルが 識別される。圧力センサ信号の評価に基づく図２の方法とは異なり、ノックセン サ信号の評価の際には閾値を上回ることから当該の気筒が吸気行程にあることが 識別される。

図６に示された装置では１７により評価回路の構成が示されている。この評価回 路は通常図１または図４の装置に対するのと同様に使用することができる。

評価回路１７はマルチプレクサ１８並びにマイクロプロセッサ１９を有しており 、マイクロプロセッサは例えば図示しない制御装置の構成素子である。

ノックセンサＳｌ’〜３４’はそれぞれ１つの線路を介してマルチプレクサ１８ と接続されているか、またはこれを介して別の線路により、マイクロプロセッサ １９のＡ／Ｄ変換器ＡＤＣと接続されている。しかしノックセンサは直接４つの ＡＤＣを介してマイクロプロセッサ１９と接続することもできる。

前者の場合処理はマルチプレクサ動作で行われ、後者の場合信号はパラレル動作 で処理される。マルチプレクサ１８の制御はマイクロプロセッサ１９により線路 ２０を介して行われる。

通常のノッキング識別のために装置２１が設けられており、この装置でノッキン グ識別が通常のように行われる。

図３の装置に相応してノッキング信号評価の説明の際に述べた方法ステップ、例 えば信号の積分、積分値と閾値との比較は、勿論図６の装置によっても実現され る。

実施例は４気Ｗｉ４サイクル機関の動作サイクル検出に関するものである。４気 筒以上のシリンダを有する機関の場合も、本発明の方法は相応に経過する。６気 筒以上の機関の場合、シリンダノイズは非常に確実に個々の気筒に配属される。

というのは、この種の機関は通常２つ以上のシリンダバンクを有しており、各バ ンクでは常にそれぞれ１つのピストンのみが上死点に存在しているからである。

説明した方法は、燃焼経過センサをどのように付加的利用に用いることができる かを開示する。すなわち、気筒のそれぞれの動作サイクル知識である０個々のセ ンサからの信号が多数用いられれば用いられるほど、迅速および／または確実に 動作サイクル識別を行なうことができる。これは例えば機関の始動の際に有利で ある。

Ｆｉｇ、　２ Ｆｉｇ、　３ ＣＸ１　ｃｓつ 要　約　書 センサ信号を処理して、４サイクル機関の気筒のそれぞれの動作サイクルを検出 する方法であって、少なくとも１つの燃焼経過センサのセンサ信号を、所定のク ランク軸角度の際に検出し、該信号のレベルから当該気筒の動作サイクルおよび 他の気筒の動作サイクルを推定する検出方法において、例えばノックセンサの信 号を利用する。この信号は、機械的動作ノイズに基づき、シリンダピストンの運 動の所定のクランク軸角度領域内で高められた信号レベルとなる。従って、この ような高められた信号レベルを知ることにより、被監視気筒の動作サイクルを推 定することができる。

国際調査報告 一−−鴫−−−幽−−−−−、−１９０丁１ｎｆ　Ｑ（／Ｉ’ｌｌ’１ｆ１５０ 国際調査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．センサ信号を処理して、４サイクル機関の気筒のそれぞれの動作サイクルを 検出する方法であって、少なくとも１つの燃焼経過センサのセンサ信号を、所定 のクランク軸角度の際に検出し、該信号のレベルから当該気筒の動作サイクルお よび他の気筒の動作サイクルを検出する方法において、 少なくとも１つの燃焼経過センサは気筒に配属された圧力センサであり、センサ 信号を閾値と比較し、センサ信号が閾値を上回るとき、当該気筒が燃焼行程にあ ることを検出することを特徴とする動作サイクルの検出方法。
2. ２．所定のクランク軸角度は、気筒のピストンがそれぞれ、最大気筒圧の発生す る位置にあるようなクランク軸角度である請求項１記載の方法。
3. ３．各気筒毎に１つの圧力センサが設けられており、各圧力センサの出力信号を 閾値と比較する請求項１または２記載の方法。
4. ４．圧力センサの信号経過を動作サイクル検出のために評価する請求項１から３ までのいずれか１記載の方法。
5. ５．センサ信号を処理して、４サイクル機関の気筒のそれぞれの動作サイクルを 検出する方法であって、少なくとも１つの燃焼経過センサのセンサ信号を、所定 のクランク軸角度の際に検出し、該信号のレベルから当該気筒の動作サイクルお よび他の気筒の動作サイクルを検出する方法において、 少なくとも１つの燃焼経過センサは気筒に配属されたノックセンサであり、各気 筒に１つのノックセンサが配属されており、センサ信号を閾値と比較し、センサ 信号が閾値を上回るとき、当該気筒が吸気行程にあることを検出することを特徴 とする検出方法。
6. ６．センサ信号を処理して、４サイクル機関の気筒のそれぞれの動作サイクルを 検出する方法であって、少なくとも１つの燃焼経過センサのセンサ信号を、所定 のクランク軸角度の際に検出し、該信号のレベルから当該気筒の動作サイクルお よび他の気筒の動作サイクルを検出する方法において、 燃焼経過センサとして少なくとも２つの衝撃波センサが設けられており、該衝撃 波センサは次のように機関ブロックに配置されている、すなわち、該センサが個 々の気筒から発生した衝撃波を異な鋼る強度で受信するように配置されており、 それにより少なくとも２つのセンサ信号と各気筒を対応付けすることができ、信 号を閾値と比較し、センサ信号が閾値を上回るとき、当該気筒が吸気行程にある ことを検出することを特徴とする検出方法。
7. ７．所定のクランク軸角度は、それぞれの気筒がその上死点付近にあるようなク ランク軸角度にわたって延在している請求項５または６記載の方法。
8. ８．ノックセンサの信号を積分加算し、該積分値を閾値と比較する請求項５から ７までのいずれか１記載の検出方法。
9. ９．ノックセンサの信号が閾値を上回るとき、および他のノックセンサの信号が 閾値を上回らないとき動作サイクル検出を行う請求項５から８までのいずれか１ 記載の検出方法。
10. １０．ノッキングが発生し得るような気筒に一番近い衝撃波センサのセンサ信号 のみを検出し、順次連続する積分値を評価する請求項９記載の検出方法。
11. １１．個々のセンサの信号を評価回路に供給し、マルチプレクサ動作では線路を 介して供給するか、またはパラレル動作では複数の線路を介して供給する請求項 １から１０までのいずれか１記載の検出方法。