JPH0577016B2

JPH0577016B2 -

Info

Publication number: JPH0577016B2
Application number: JP60235814A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kawamura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-10-22
Filing date: 1985-10-22
Publication date: 1993-10-25
Also published as: JPS6295443A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、内燃機関の燃焼圧力を検出して燃焼
状態を把握する燃焼監視装置に関する。

（従来の技術）近時、エンジンにより高い燃料経済性、運転性
が要求される傾向にあり、かかる観点からマイク
ロコンピユータ等を応用して燃焼状態を最適に制
御することが行われる。

燃焼状態を把握する方法の１つとしてシリンダ
内における燃焼ガスの圧力（以下、筒内圧とい
う）を検出する方法があり、そのための手段とし
て従来、例えば第２０図ａ〜ｃに示すようなもの
が知られている。（特公昭41−5154号公報、SAE
テクニルカルペーパ750883号等参照）。

第２０図ａにおいて、１はエンジンのシリンダ
ヘツドを示し、シリンダヘツド１に形成された点
火栓ネジ孔２には点火栓３が螺合される。点火栓
３と取付座面４との間には座金としての圧力セン
サ５が挟み込まれて共締めされる。圧力センサ５
は第２０図ｂ，ｃに示すようにリング型の中心電
極６を中心にしてその両面に２枚のピエゾ圧電素
子７と、さらにその外側に上面電極８と下面電極
９を順次積層して構成され、これらの内外周は絶
縁性のモールド部材１０で一体に固定される。ま
た、中心電極６からはリード線１１がモールド部
材１０を通して取り出される。

このような圧力センサ５は点火栓３の座金とし
て締め付けられているため、シリンダ内の燃焼圧
力が点火栓３に作用すると、その締付力が増減変
化して圧電素子７の発生電荷が変化し筒内圧に応
じた大きさの電荷信号を出力する。したがつて、
エンジンの燃焼圧力を電気的信号として利用し易
い形で取り出すことができる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の筒内圧センサ
にあつては、圧電素子の厚さが薄く、かつ電極に
リード線を半田付けする構造となつているため、
電極同士がシヨートしたりあるいはリード線が離
脱してセンサ出力がゼロとなることがある。

また、センサハーネスとコントロールユニツト
（Ｃ／Ｕ）との間のコネクタがはずれる。あるい
はグランド線とシヨートする、さらにはセンサハ
ーネスとコントロールユニツト間の接触抵抗が増
大するという事態が発生した場合であつても、上
記同様にセンサ出力がゼロあるいはゼロに近くな
ることがある。

かかる場合、燃焼状態の監視を誤り、監視装置
としての信頼性が低下する。その結果、このよう
な監視情報に基づいてエンジンの燃焼状態を制御
すると、燃焼状態の悪化を招く。

（発明の目的）そこで本発明は、センサ出力の低周波振動成分
と高周波振動成分にそれぞれ燃焼エネルギに関連
した特有の正常パターンがあることに着目し、こ
れら各成分の分析からその正常／異常を判別して
センサ出力の異常（オープン又はシヨート状態）
を判定することにより、燃焼状態の監視精度を高
めて、燃焼監視情報としての信頼性を向上させる
ことを目的としている。

（発明の構成）本発明による内燃機関の燃焼監視装置はその基
本概念図を第１図に示すように、エンジンの燃焼
圧力を電気信号に変換して出力する圧力検出手段
ａと、前記圧力検出手段ａの出力から、所定の低
周波信号成分を抽出する第１抽出手段ｂと、前記
圧力検出手段ａの出力から、所定の高周波信号成
分を抽出する第２抽出手段ｃと、前記第１抽出手
段ｂで抽出された低周波信号成分のうち実質上、
上死点における信号のレベルが所定値よりも小さ
いときに当該低周波信号成分の異常を判別する第
１判別手段ｄと、前記第２抽出手段ｃで抽出され
た高周波信号成分のレベルが所定値よりも小さい
ときに当該高周波信号成分の異常を判別する第２
判別手段ｅと、高周波信号成分と低周波信号成分
が共に異常の場合には、前記圧力検出手段ａの出
力信号系がオープンまたはシヨート状態であると
判定する異常判定手段ｆと、を備えたことを特徴
とするものである。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜１９図は本発明の一実施例を示す図であ
り、本発明を点火時期を制御する装置に適用した
例である。

まず、構成を説明する。第２図において、２１
は４気筒エンジンであり、吸入空気は図中矢印で
示すようにエアクリーナ２２より吸気管２３を通
して各気筒に供給され、燃料は噴射信号Siに基づ
きインジエクタ２４により噴射される。各気筒に
は点火プラグ２５が装着されており、点火プラグ
２５にはデイストリビユータ（図示略）を介して
点火コイル２６からの高圧パルスPiが供給され
る。点火コイル２６は点火信号Spに基づいて高
圧パルスPiを発生させて点火プラグ２５に供給
し、気筒内の混合気は高圧パルスPiの放電によつ
て着火、爆発し、排気となつて排気管２７から触
媒コンバータ２８、マフラ２９を順次通して排出
される。

吸入空気の流量Qaはエアフローメータ３０に
より検出され、吸気管２３内の絞弁３１によつて
制御される。絞弁３１の開度Cvはスロツトルス
イツチ３２により検出され、絞弁３１をバイパス
する空気流量はAACバルブ３３により調節され、
これによりアイドル回転数が制御される。

一方、EGR量はEGRバルブ３４により制御さ
れ、EGRバルブ３４の作動はVCMバルブ３５に
よつて制御される。なお、３６はBCバルブ、３
７はチエツクバルブである。

また、エンジン２１のウオータジヤケツトを流
れる冷却水の温度Twは水温センサ３８により検
出され、エンジン２１のクランク角Ca、C₁はク
ランク角センサ３９により検出される。排気中の
酸素濃度は酸素センサ４０により検出され、酸素
センサ４０は理論空燃比でその出力Vsが急変す
る特性をもつもの等が用いられる。

さらに、気筒内の燃焼圧力（筒内圧）は筒内圧
センサ４１により検出され、筒内圧センサ４１は
従来例と同様に圧電素子により構成され点火プラ
グ２５の座金としてモールド成形される。筒内圧
センサ４１は点火プラグ２５を介して圧電素子に
作用する筒内圧を検出し、この筒内圧に対応する
電荷値を有する電荷信号S₁₁を出力する。なお、
筒内圧センサ４１を気筒毎に配設される。

その他に、燃料温度Tfは燃温センサ４２によ
り検出され、アクセルペダルの踏角量Ａc.c.ｃはア
クセルセンサ４３により検出される。トランスミ
ツシヨン４４のニユートラル位置Ncはニユート
ラルスイツチ４５により検出され、車速Ssは車
速センサ４６により検出される。なお、４７はキ
ヤニスタ、４８はフユエルポンプである。

上記センサ群３０，３２，３８，３９，４０，
４１，４２，４３，４４，４６からの信号はコン
トロールユニツト５０に入力されており、コント
ロールユニツト５０はこれらのセンサ情報に基づ
いて筒内圧の算出や筒内圧信号系の異常の有無判
断等を行うとともに、その結果に応じて燃焼状態
を最適に制御する。

なお、燃焼制御についてはEGR制御等各種の
ものがあるが、ここではノツキング制御に限定し
て説明する。

第３図は点火時期制御に関連する部分の全体的
ブロツク図である。第３図において、コントロー
ルユニツト５０はチヤージアンプ５１ａ〜５１
ｄ、マルチプレクサ（MPX）５２、高周波振動
検出回路５３、低周波振動検出回路５４、マイク
ロコンピユータ５５により構成される。

各気筒に配設された筒内圧センサ４１ａ〜４１
ｄからの電荷出力S₁₁〜S₁₄はそれぞれチヤージア
ンプ５１ａ〜５１ｄに入力される。チヤージアン
プ５１ａは第４図にその詳細を示すようにオペア
ンプOP₁、OP₂、抵抗R₁〜R₈、コンデンサC₁およ
びダイオードD₁〜D₃からなるいわゆる電荷−電
圧変換増幅器を構成し、電荷出力S₁₁を電圧信号
S₂₁に変換してマルチプレクサ５２に出力する。
なお、その他のチヤージアンプ５１ｂ〜５１ｄに
ついても同様であり、それぞれ電圧信号S₂₂〜S₂₄
を出力する。上記筒内圧センサ４１ａ〜４１ｄお
よびチヤージアンプ５１ａ〜５１ｄは圧力検出手
段５６を構成する。

一方、コントロールユニツト５０にはさらにク
ランク角センサ３９からの信号が入力されてお
り、クランク角センサ３９は各気筒の圧縮上死点
前（BTDC）70°で基準信号Caを出力するととも
に、クランク角の１度（又は２度）毎に位置信号
C₁を出力する。なお、その基準信号Caの内、第
１気筒に対応する基準信号については、他の気筒
に対応する基準信号よりもパルス幅を広くしてい
る。また、その位置信号C₁は、その他の例えば
0.1度等の角度毎に出力するようにしてもよく、
細かくする程制御精度が向上する。

マルチプレクサ５２はマイクロコンピユータ５
５からの選択信号Scに基づいてチヤージアンプ
５１ａ〜５１ｄの出力信号S₂₁〜S₂₄を気筒毎に択
一的に切り換え、信号S_2oとして高周波振動検出
回路５３および低周波振動検出回路５４に出力す
る。高周波振動検出回路５３は第５図に示すよう
に、バンドパスフイルタ６０、増幅回路６１、整
流回路６２および積分器６３より構成される。バ
ンドパスフイルタ６０はマルチプレクサ５２から
の信号S_2oのうちノツキング振動に対応する周波
数帯（例えば、６〜15kHz）の信号成分のみを所
定の高周波信号成分として抽出し、この抽出した
信号成分を信号S₄として増幅回路６１に出力す
る。増幅回路６１は第６図に詳細を示すように、
オペアンプOP₃、抵抗R₁₀〜R₁₄およびコンデンサ
C₂からなり、バンドパスフイルタ６０からの抽
出信号S₄を増幅し信号S₅として整流回路６２に出
力する。整流回路６２は同図に示すようにオペア
ンプOP₄、抵抗R₁₅〜R₁₈、コンデンサC₃およびダ
イオードD₄，D₅からなり、増幅回路６１からの
信号S₅を半波整流し信号S₆として積分器６３に出
力する。

積分器は同図に示すようにオペアンプOP₅、抵
抗R₁₉〜R₂₂、コンデンサC₄、ツエナダイオード
ZDからなる積分回路と、抵抗R₂₃およびトランジ
スタQ₁からなるリセツト回路とからなる。そし
て、そのリセツト回路のトランジスタQ₁に入力
されるマイクロコンピユータ５５からのセツト／
リセツト信号S_SRでタイミングをとられて、整流
回路６２からの信号S₆を積分回路で積分し積分信
号S₇として出力する。

なお、この積分器６３はマイクロコンピユータ
５５からのセツト／リセツト信号S_SRがハイレベ
ル〔Ｈ〕のときに、トランジスタQ₁がオフ状態
になつて積分可能状態になり、そのセツト／リセ
ツト信号S_SRがローレベル〔Ｌ〕のときに、トラ
ンジスタQ₁がオン状態になつてコンデンサC₄の
両端がシヨートされて積分停止状態になる。

一方、低周波振動検出回路５４は第７図に示す
ように、ローパスフイルタ（LPF）６４および
増幅回路６５により構成される。ローパスフイル
タ６４はマルチプレクサ５２からの信号S₂nのう
ち所定の低周波数帯（例えば、1kHz以下）の信
号成分、すなわち所定の低周波信号成分のみを通
過させ信号S₈として増幅回路６５に出力し、増幅
回路６５は信号S₈を増幅し信号S₉としてマイクロ
コンピユータ５５に出力する。

上記ローパスフイルタ６４および増幅回路６５
は第１抽出手段としての機能を有し、バンドパス
フイルタ６０および増幅回路６１は第２抽出手段
としての機能を有する。

再び第３図において、マイクロコンピユータ５
５は整流回路６２および積分器６３と共に第１判
別手段、第２判別手段および異常判定手段として
の機能を有し、CPU７０、ROM７１、RAM７
２、不揮発性メモリ（NVM）７３およびＩ／Ｏ
ポート７４により構成される。CPU７０はROM
７１に書き込まれているプログラムに従つてＩ／
Ｏポート７４より必要とする外部データを取り込
んだり、また、RAM７２、NVM７３との間で
データの授受を行つたりしながらセンサの異常判
定やノツク制御に必要な処理値を演算処理し、必
要に応じて処理したデータをＩ／Ｏポート７４に
出力する。Ｉ／Ｏポート７４にはクランク角セン
サ３９、高周波振動検出回路５３および低周波振
動検出回路５４からの信号が入力されるととも
に、Ｉ／Ｏポート７４からは選択信号Sc、セツ
ト／リセツト信号S_SRおよび点火信号Spが出力さ
れる。

セツト／リセツト信号S_SRは圧縮上死点前40度
（BTDC40°）で〔Ｈ〕レベルとなり、圧縮上死点
（ATDC）で〔Ｌ〕レベルとなるとともに、さら
にATDC5°で再び〔Ｈ〕レベルとなつた後
ATDC45°で〔Ｌ〕レベルとなる。

点火信号Spは点火手段７５に入力されており、
点火手段７５は前記点火プラグ２５ａ〜２５ｄ、
点火コイル２６、電源７６、デイストリビユータ
７７およびパワートランジスタQ₂により構成さ
れる。点火手段７５は点火信号Spに基づきパワ
ートランジスタQ₂をON／OFF制御して点火コイ
ル２６の２次側に高電圧Piを発生させるととも
に、この高電圧Piをデイストリビユータ７７によ
り分配して点火プラグ２５ａ〜２５ｄに供給して
混合気に点火する。なお、この点火時期の制御
（パワートランジスタQ₂のON／OFF制御）は、
Ｉ／Ｏポート７４の内部に設けた図示しない進角
値（ADV）レジスタに決定した点火時期に相当
する値（進角値）をセツトし、これ等のレジスタ
の値と位置信号C₁をカウントするカウント値と
を比較して、一致した時点でパワートランジスタ
Q₂をON状態又はOFF状態にする。

次に作用を説明するが、最初に本実施例におけ
るノツキングの検出原理について述べる。

一般に、ノツキングによる筒内圧振動が現われ
るのは筒内圧が最大となるクランク角度θpmax
以降であり、上死点後（ATDC）である。した
がつて、筒内圧振動（燃焼室内圧力振動）の検出
結果を整流積分した場合、上死点後の整流積分値
はノツキングの程度に応じた値になり、ノツキン
グの程度が大きい程大きな値になる。すなわち、
上死点後の整流積分値はノツク時の振動エネルギ
に関連した値になる。そして、一般に人間の聴感
によるノツキングレベルの判定は、定常的に発生
している背景雑音による音圧レベルとノツキング
振動による音圧レベルとの相対的な強度差によつ
て行なわれていると考えられる。

そこで、上死点後の整流積分値と上死点後の整
流積分値の平均値との差をとることにより、人間
の官能評価に合致したノツキングレベルを検出で
きる。

次に、このようなノツキング検出をするための
コントロールユニツト５０による高周波振動検出
回路５３の積分器６３の積分動作の制御について
第８図（以下ここでは「同図」と称す）を参照し
て説明する。

まず、４気筒機関においては、第１気筒＃１〜
第４気筒＃４を＃１−＃３−＃４−＃２−＃１の
順序で点火制御する。

このとき、クランク角センサ３９からは、同図
イに示すように各気筒の上死点（TDC）前70度
で基準信号Caが出力され、前述したように第１
気筒についての基準信号Caのパルス幅は他の気
筒についての基準信号よりもパルス幅が広い。

又、このクランク角センサ３９からは、同図ロ
に示すようにクランク角1°（又は2°）毎に位置信
号C₁が出力される。

一方、筒内圧センサ４１およびチヤージアンプ
５１が正常なときには、チヤージアンプ５１から
は、同図ハに示すような検出信号S₂₁が出力され、
他のチヤージアンプ５１ａ〜５１ｄからも同様な
検出信号S₂₂〜S₂₄が出力されるので、マルチプレ
クサ５２からは、同図ニに示すような検出信号S₂
が出力される。それによつて、このマルチプレク
サ５２からの検出信号S₂から第１信号処理回路５
３のバンドパスフイルタ６０で所定周波数の信号
のみを抽出して、増幅回路６１で増幅したとき、
この増幅回路６１からは同図ホに示すような検出
信号S₅が出力され、これを整流回路６２で半波整
流することによつて同図ヘに示すような検出信号
S₆が積分器６３に入力される。

そこで、マイクロコンピユータ５５はクランク
角センサ３９からの基準信号Caが入力された時
点から内部カウンタを起動して位置信号C₁のカ
ウントを開始する。そして、マイクロコンピユー
タ５５は同図チに示すように、例えば第１気筒に
ついてATDC5°になつた時点t₁で、セツト／リセ
ツト信号S_SRを〔Ｈ〕にして積分器６３の積分動
作を開始させ、ATDC45°になつた時点t₂でセツ
ト／リセツト信号S_SRを〔Ｌ〕にして積分動作を
停止させる。それによつて、積分器６３から出力
される積分信号S₇は時点t₁〜t₂の間では、例えば
同図トに示すようになり、時点t₁〜t₂の間の積分
動作によつてノツク時振動エネルギに相関する積
分値が得られる。

なお、マイクロコンピユータ５５は第２気筒〜
第４気筒についても同様なタイミングで積分器６
３の積分動作を制御するで、積分器６３から出力
される積分信号S₇は全体として同図トに示すよう
になる。

そこで、マイクロコンピユータ５５は各
ADTC45°における積分信号S₇をＡ／Ｄ変換して、
このＡ／Ｄ変換値をノツク時の振動エネルギに相
関した量（以下、振動相関量という）Ｋとして
RAM７２の所定アドレスに格納する。

次に、MBT制御を行うために必要な燃焼ピー
ク位置θpmax（燃焼室内圧力が最大となつたとき
のクランク角をいう。以下、同様）を求めるプロ
グラムについて第９図を参照して説明する。

第９図に示すプログラムはクランク角センサ３
９からの位置信号C₁に同期して2°CA毎に一度に
実行される。

まず、P₁で第１０図イに示すように変化して
いる圧力信号S₂₁（１気筒相当の信号を示す）から
高周波成分をカツトした信号S₉（第１０図ロ参照）
のＡ／Ｄ変換を開始させるタイミングであるか否
かを判別し、開始タイミングでないときは直ちに
図示しないメインルーチンにリターンし、開始タ
イミングのときはP₂に進む。

ここに、P₁の判別処理は具体的には次のよう
にして処理される。

すなわち、Ｉ／Ｏポート７４はクランク角セン
サ３９からの位置信号C₁（2°信号）（第１０図ハ参
照）を内部のカウンタによつてアツプカウントし
ており、このカウンタは第１気筒に対応するパル
ス幅の広い基準信号Caから作つた図示しない気
筒判別信号が入力する毎にカウント値がリセツト
される。そして、このカウンタのカウント値を
P₁の実行毎に読み込み、その読込値が各気筒の
燃焼行程のクランク角範囲に対応するカウント値
の各区間０〜90、90〜180、180〜270、270〜360
毎にθpmax検出用として予め定めたｘ、ｘ＋90、
ｘ＋180、ｘ＋270と一致する毎に第１のフラグを
立てる。第１のフラグは後述するθpmaxが算出
された時点でリセツトされるよにしておいて、こ
の第１のフラグが立つている間のみP₂に処理を
進めるようにする。

P₂ではｘ＋90×ｎ（ｎ＝０、１、２、３）を基
準としたクランク角を検出するために、クランク
角カウンタ（ソフトカウンタ）を〔＋１〕（2°CA
に対応）だけアツプカウントする。次いで、P₃
でＩ／Ｏポート７４のＡ／Ｄ変換器を起動してそ
のときの圧力信号S₉（第８図リ参照）をＡ／Ｄ変
換するとともに、このＡ／Ｄ変換値を例えば数
10μsec後に読み込む。P₄では圧力信号S₉のＡ／
Ｄ変換値の前回と今回における差値ΔPを次式
に従つて演算する。

ΔP＝AD1−ADφ …… 但し、 AD1：今回のＡ／Ｄ変換値 ADφ：前回のＡ／Ｄ変換値（最初はφ）次いで、P₅で差値ΔPを基準値ΔP₀と比較する。
基準値ΔP₀は圧力信号S₉の信号レベルが最大にな
つたと判断するための値であり、予め所定値に設
定される。ΔP≧ΔP₀のときは圧力信号S₉の信号
レベルが最大になつていないと判断し、P₆で今
回のＡ／Ｄ変換値AD1を旧値ADφとしてリター
ンする。一方、ΔP＜ΔP₀のときは圧力信号S₉の
信号レベルが最大になつたと判断し、P₇でその
ときのクランク角カウンタのカウント値αと前述
のｘとから燃焼ピーク位置θpmaxを次式に従
つて演算する（第１０図ハ参照）。

θpmax＝２（α＋ｘ）−70 …… なお、θpmaxは上死点を基準としたクランク
角で表される。そして、θpmaxの演算が終わる
と、前述した第１のフラグをリセツトするととも
に、クランク角カウンタのカウント値をリセツト
する。次いで、P₈で次回のＡ／Ｄ変換のため
ADφをゼロにクリアしてリターンする。

以上のような処理を遂次行うことによつて燃焼
ピーク位置θpmaxが求められる。

次に、点火時期制御について第１１図に示すプ
ログラムを参照して説明する。本プログラムは
θpmaxが演算される毎に一度実行される。

まず、P₁₁でエンジン回転数Ｎと吸入空気量Qa
をパラメータとする第１２図に示すようなテーブ
ルマツプから基本点火時期ADVφをルツクアツ
プする。このテーブルマツプはエンジン回転数Ｎ
とエンジン負荷（吸入空気量Qaをデータとする
他、例えば絞弁開度や吸気管内圧等の負荷センサ
出力に基づくデータでもよい）の関数として与え
てあり、低負荷域では略MBTの条件に設定さ
れ、高負荷域ではノツキングレベルに応じて設定
される。但し、このテーブルマツプは機関個々の
バラツキ、経時変化、環境変化（湿度変化、燃料
オクタン変化等）などを考慮せずに、例えばこれ
らのバラツキの中央値でマツチングした値により
作成され、後述のMBT制御によりこれらの変動
要因を吸収してデータとしての精度を維持してい
る。

次いで、P₁₂で本ルーチンの実行により
NVM73に学習記憶された点火時期補正量の学習
値ADV1（＋、−の符号付データ）を、上記同様に
ＮとQaをパラメータとするテーブルマツプから
ルツクアツプする。P₁₃では高周波振動検出回路
５３からの積分信号S₇をＡ／Ｄ変換しノツクレベ
ルデータKVとして取り込み、P₁₄でこのKVを所
定のスライスレベルKVφと比較する。KVφは、
例えば極めて軽微で実用上全く問題のないノツク
レベルに対応した値に設定される。KV＜KVφの
ときはノツクが発生していないと判断し、P₁₅で
燃焼ピーク位置θpmaxが発生トルクを最大とす
る所定位置にくるように上記学習値ADV1を併用
して点火時期のMBT制御を行い、P₁₆で点火信
号Spを出力する。なお、MBT制御の詳細につい
ては従来周知であり、例えば特開昭58−82074号
公報に記載されているのでここでは省略する。

一方、KV≧KVφのときはノツクが発生してい
ると判断し、P₁₇でノツクを抑制するように点火
時期のノツク制御を行い、P₁₆に進む。以上、本
発明が適用されるシステムの入力信号処理と制御
の概略について説明した。

次に、筒内圧信号系の異常判別原理とその態様
につき別表を参照して説明する。

筒内圧信号系の異常モードは別表に示すように
〜の４種類に区分され、その内容は次の通り
である。

モード燃焼ガスが点火栓ネジ孔から筒内圧センサ４１
の方へ抜け出る場合である。この場合、燃焼ガス
は点火栓ネジ孔を減衰しながら通過するため、低
周波振動成分の圧力（ガス抜けによる圧力）が筒
内圧センサ４１の圧電素子に印加される形となつ
て、点火プラグ２５による圧電素子への力のかか
り方に対して逆方向の力が作用することになる。
そのため、低周波振動成分を相殺することとなつ
て、低周波の筒内圧信号S₉の値が通常より小さく
なる。

一方、上記逆方向の力も点火プラグ２５の圧電
素子への高周波振動成分には影響を与えないた
め、その大きさは変わらない。

モード筒内圧信号系（センサ信号系）の電気抵抗が増
大したような場合、例えばセンサ信号線のコネク
タ部における接触抵抗の増大がある場合である。

チヤージアンプ５１の入力部を筒内圧センサ４
１の圧電素子４１Ｘも含めて図示すると、第１３
図に示すようになる。ここに、圧電素子４１Ｘの
静電容量をC₀、ハーネス部の抵抗をR₀とすると、
C₀とR₀で一種のRCフイルタが構成される。この
RCフイルタの減衰率ATTは次式で表される。

ATT＝｜１／１＋jω（R₀＋R₁）・C₀｜ …… したがつて、コネクタ部の接触抵抗のために抵
抗R₀の値が増大すると、高周波振動成分ほど減
衰率ATTが大きくなる。そのため、低周波振動
は正常であつても、高周波振動成分が異常に小さ
くなつてノツキングの検出が困難になる。

モード失火の場合である。失火すると高周波振動成分
が検出されなくなるのは当然であるが、それだけ
ではモードとの区別が難しい。一方、失火する
と燃焼による筒内圧の増大がないため、低周波振
動波形がTDCを軸として対称な形となる。した
がつて、モードとの区別は筒内圧波形の対称判
断によつて可能となる。

モード筒内圧信号系のオープン又はシヨートの場合で
ある。したがつて、高周波振動成分も低周波振動
成分も出なくなる。

なお、別表には上記各モード〜の場合の整
備点検内容および修理内容も併せて示す。

次に、上記原理に基づく低周波振動成分の異常
判別について第１４図に示すプログラムを参照し
て説明する。本プログラムはクランク角センサ３
９からの信号C₁に同期して2゜CA毎に一度実行さ
れる。

本プログラムでは低周波信号S₉を処理するた
め、前述の第９図に示したルーチンと同一処理を
行うステツプを包含しながらフローが流れる。し
たがつて、以下の説明中、第９図のものと同一処
理内容のステツプには○印で囲む同一番号を付し
て、その処理説明を省略する。

P₁〜P₃を経ると、P₂₁〜P₃₀からなるステツプで
筒内圧の低周波波形を等間隔に分析する処理を行
う。すなわち、p₂₁〜P₂₅の各ステツプでクランク
角カウンタのカウント値CTが第１５図に示すよ
うに、TDCを中心として等間隔を設定されたそ
れぞれのクランク角CA1〜CA5と等しいか否かを
判別する。判別の結果、YES命令に従うときは
P₂₆〜P₃₀の各ステツプでそれぞれ該当するクラン
ク角CA1〜CA5における筒内圧（圧力信号S₉）の
Ａ／Ｄ変換値をPA₁〜PA₅としてRAM７２にス
トアする。

次いで、P₄〜P₆のステツプ処理に移行する。
P₅でΔP＜ΔP₀のときは圧力信号S₉のレベルが最
大になつたと判断して、P₃₁でフラグFPMAXが
立つているか否かを判別する。フラグFPMAXは
燃焼ピーク位置θpmaxの演算が終了したとき立
てられるものである。FPMAX＝０のときはP₇
でθpmaxを演算するとともに、P₃₂でフラグ
FPMAXを立ててリターンする。また、FPMAX
＝１のときは既にθpmaxが求められているため、
P₃₃でθpmaxを求めるためにクランク角をカウン
トしているカウンタ（以下、θ_Pカウンタという）
のカウント値θTをTDC後の前記所定クランク角
CA5と比較する。このような比較を行うのは、
θpmaxの演算後もクランク角がCA5になる迄2゜毎
のＡ／Ｄ変換処理を継続して第１のフラグFG1を
クリアするためである。θT＞CA5のときはP₃₄で
カウント値θTがCA5以上であるか否かを判別す
る。θT≧CA5のときはP₃₅で第１のフラグFG1を
クリアしてリターンする。また、P₃₃、P₃₄でθT
＜CA5のときはそのままリターンする。

一方、上記ステツプP₅からP₆へと進んだとき
は、圧力信号S₉のレベルが最大になつていないと
判断されるため、P₃₆でフラグFPMAXをクリア
してリターンする。

また、上記ステツプP₁でＡ／Ｄ変換の開始タ
イミングでないと判断したときは、P₃₇以降のス
テツプに分岐して低周波振動成分の異常判別を行
う。

まず、P₃₇でTDCにおける筒内圧のＡ／Ｄ変換
値PA₃を異常判別のための基準値P_TDCと比較す
る。ここに、P_TDCは吸入空気量Qaと回転数Ｎを
パラメータとして（すなわち、P_TDC＝f_uoc（Qa、
Ｎ）なる関数形式で表わされる）、バツクグラン
ドジヨブ（BGJ）によりテーブルルツクアツプ
されるもので、正常時におけるTDCのときの筒
内圧である。

PA₃＜P_TDCのときは前述の異常モード、に
該当すると判断し、P₃₈で異常フラグFLOWを立
てるとともに、これをNVM73にストアしてリタ
ーンする。また、PA₃≧P_TDCのときは圧力信号S₉
は正常であるが、先火の場合も想定されるので
P₃₉以降のステツプでこれを判定する。すなわち、
P₃₉で異常フラグFLOWをクリアし、P₄₀で対称差
値ΔP_fを次式に従つて演算する。

ΔP_f＝（PA₅−PA₁）＋（PA₄−PA₂） …… 対称差値ΔP_fはTDCに関して対称的な２組のク
ランク角における筒内圧の差を表しており、失火
時には筒内圧が単なるモータリング波形となるの
で、ゼロに近い値となる。

そこで、P₄₁で対称差値ΔP_fを上記ゼロに近い
基準値ΔP_f0と比較し、ΔP_f≧ΔP_f0のときは正常燃
焼と判断してP₄₂で失火フラグFMISSをクリアし
てリターンする。また、ΔP_f＜ΔP_f0のときは失火
と判断してP₄₃で失火フラグFMISSを立てるとと
もに、これをNVM73にストアしてリターンす
る。なお、低負荷のときは圧力信号S₉のレベルが
失火時のレベルに近づくので、上記基準値P_f0の
値はバツクグランドジヨブで予めゼロに設定され
る。

次に、高周波振動成分の異常判定方法について
説明する。

ノツキングの検出原理で述べたように、上死点
後の整流積分値S₇から導かれる振動相関量ＫとＫ
の平均値との差KV（KV＝Ｋ−₁、但し、K₁
は非ノツク時におけるＫの平均値）はノツキング
レベルを表すパラメータとなる。しかし、Ｋその
ものでは高周波振動の異常判定に困難を伴うこと
がある。例えば、高周波振動が異常である場合、
一般的にＫの値が小さくなる傾向を示す。このと
き、仮りにセンサの入力信号系がオープンであれ
ば電気ノイズのみが積分されることとなり、Ｋの
絶対値では異状判定が難しい。

そこで、Ｋの変化率を表す分散値σ(K)を次式
に従つて求め、 σ(K)＝（Ｋ＋）² …… この分散値σ(K)に基づいて異状判定を行なう。
なお、σ(K)は単純に（Ｋ−）²とするのではな
く、（Ｋ−）²の移動平均をとるようにする。そ
して、（Ｋ−）²の小さい状態が継続すると、σ
(K)はは小さくなり続けてセンサの入力信号系がオ
ープンであるときの（Ｋ−）²に近づく。したが
つて、σ(K)は小さいという状態が長く続いたとき
高周波振動の異状と判定する。これは、正常な場
合でもノツキング現象が確率的に発生するので、
（Ｋ−）²の絶対値のみでは異状判定が難しいと
いうことを考慮したためである。

次に、高周波振動成分の異状判定を第１６図に
示すプログラムを参照して説明する。本プログラ
ムは前記セツト／リセツト信号S_SRが〔Ｌ〕レベ
ルとなる積分終了タイミング（第８図チt₂参照）
の2゜CA前の割込みによつて実行される。

まず、P₅₁で積分信号S₇をＡ／Ｄ変換し、これ
を振動相関量ＫとしてRAM７２にストアする。
P₅₂では振動相関量Ｋの平均値（移動平均値）Ｋ
を次式に従つて演算する。

＝ｎ−１／ｎ×（前回の）＋１／ｎ（今回のＫ） …… 但し、ｎは定数であり、ｎ＝16程度次いで、P₅₃で今回の（Ｋ−）²を演算し、P₅₄
で前回の分散値σ′(K)と今回の（Ｋ−）²を比較す
る。σ′(K)≧（Ｋ−）²のときは高周波振動が小さ
くなつており異常の可能性もあると判断して、
P₅₅で今回のσ(K)を次式に従つて演算し、いわ
ゆる（Ｋ−）²の移動平均値を求める。

今回の σ(K)＝ｍ−１／ｍ×σ′(K) ＋１／ｍ×（Ｋ−）² …… 但し、ｍは定数であり、ｍ＝16程度一方、σ′(K)＜（Ｋ−）²のときは高周波振動が
正常であると判断して、P₅₆で今回のσ(K)として
（Ｋ−）²を採用する。P₅₇では分散値のスライス
レベルσ_pを回転数Ｎをパラメータとして（すなわ
ち、σ_p＝f_uoc(N)）ルツクアツプし、P₅₈で今回の分
散値σ(K)をスライスレベルσ_pと比較するσ(K)≦σ_p
のときはP₅₉でフラグFCAUTを立てる。フラグ
FCAUTは異常の可能性があるので注意を要する
という意味のものである。そして、このフラグ
FCAUTがセツトされた状態がどの程度継続する
かによつて、実際に高周波振動が異常であるとの
判定を下す。この継続時間はエンジンの運転領域
によつて異なり、本実施例ではこれを第１７図に
示すように基本噴射量Tpと回転数Ｎに応じて２
つの領域、に区分している。また、この継続
時間は点火回数の大きさで判断する。

フラグFCAUTRがセツトされると、まず、
P₆₀で領域の条件下においてFCAUT＝１とい
う状態（以下、CAUTION状態という）が連続
して255点火以上連続したか否かを判別する。255
点火以上連続しているときは前述した判定原理か
ら高周波振動の異常を判断し、P₆₁で異常フラグ
FHIGHを立てるとともに、同フラグFHIGHの
bit−１を〔１〕としてリターンする。

また、255点火以上連続していないときはP₆₂に
進み、P₆₂で領域の条件下においてCAUTION
状態が連続して20点火以上連続したか否かを判別
する。20点火以上連続しているときはP₆₃で異常
フラグFHIGHを立てるとともに、同フラグ
FHIGHのbit−０を〔１〕としてリターンし、連
続していないときはP₆₄に進む。P₆₄では領域の
条件下において20点火以上経過したが
CAUTION状態が連続ではないとしても一応継
続しているか否かを判別し、CAUTION状態が
途切れながらも継続しているときはP₆₅で異常フ
ラグFHIGHを立てるとともに、同フラグ
FHIGHのbit−０およびbit−１を共に〔１〕と
してリターンする。また、CAUTION状態が継
続していないときはP₆₆で異常フラグFHIGHを
リセツトするとともに、同フラグFHIGHのbit−
０およびbit−１を共にクリアしてリターンする。
これにより、異常フラグFHIGHがセツトされた
とき、そのbitはその異常態様に応じてそれぞれ
次にようになる。

P₆₁→０｜１ P₆₃→１｜０ P₆₅→１｜１ P₆₆→０｜０（正常）そして、上記異常の態様はNVM73に記憶さ
れ、故障診断に利用される。

一方、上記ステツプP₅₈でσ(K)＞σ_pのときは異
常の可能性が薄いと判断してP₆₄にジヤンプする。
このようにして、高周波振動の異常の有無が適切
に判定される。

次に、異常モードの態様判定を第１８図に示す
プログラムを参照して説明する。

まず、P₇₁で異常フラグFHIGHのbitを判別す
る。bitが０｜０のときはP₇₂で異常フラグFLOW
を判別し、FLOW＝１のときはP₇₃でモードを
表示する。また、FLOW＝０のときはP₇₄でモー
ド〜の表示を解除する。

bitが０｜１、１｜０、１｜１のときはP₇₅で同
様に異常フラグFLOWを判別し、FLOW＝１の
ときはP₇₆でモードを表示する。また、FLOW
＝０のときはP₇₇で失火フラグFMISSを判別す
る。FMISS＝１のときはP₇₈でモードを表示
し、FMISS＝０のときはP₇₉でモードを表示す
る。

このように、前述の別表に示した異常判定原理
から各フラグFHIGH、FLOW、FMISSを適切に
判別してモード〜の各異常状態が的確に判定
される。なお、本プログラムはバツクグランドジ
ヨブによつて処理するようにしてもよい。

以上の各プログラムによりエンジンの燃焼状態
が常に適切に監視される。したがつて、例えば、
従来例で指摘したようなセンサ信号系のオープン
又はシヨート状態あるいは同信号系の接触抵抗の
増大に対しても、直ちにその異常がモード、
をもつて表示されるとともに、この異常状態に対
して詳細を後述するように点火時期制御への悪影
響が回避される。なお、モード、による異常
判定により上述のようなセンサ信号系のオープン
又はシヨート状態等の判断のみならず、第１抽出
手段あるいは第２抽出手段の機能が異常であると
いう判断も行うことができる。

その結果、燃焼監視情報としての信頼性を高め
ることができ、かかる情報を用いた燃焼制御の悪
影響を防止することができる。

また、本実施例ではモード、の異常判定の
他に、モード、の各異常状態をも適切に判定
することができる。

次に、上述の燃焼監視情報に基づく点火時期制
御について第１９図に示すプログラムを参照して
説明する。

最初に点火時期制御を行うにあたつての基本的
な考え方を次に示す。

(A) MBT制御は、検出したθpmaxが次回に所定
の範囲内となるように点火時期を制御する。

(B) ノツキング制御は、ノツキングと判定されれ
ば点火時期を所定速度で遅角され、非ノツクと
判定されれば進角させる。

(C) 異常モードのときは、MBT制御を停止
し、予め定められたベーステーブルの点火時期
を与える。なお、ノツキング制御は正常時と同
様に行う。

(D) 異常モードのときは、MBT制御は正常通
りに行うが、ノツキング制御を停止する。そし
て、ノツキングが発生しやすい予め決められた
領域で予め定められたテーブルデータに従つて
点火時期を制御する。

(E) 異常モードおよびのときは、MBT制御
およびノツキング制御を共に停止し、予め定め
られたテーブルデータに従つて点火時期を制御
する。

上記の基本的な考えの基に第１９図に示すプロ
グラムが実行される。本プログラムでは入力信号
処理と制御の概略を示した第１１図のルーチンと
同一処理を行うステツプを包含しながらフローが
流れる。したがつて、以下の説明中、第１１図の
ものと同一処理内容のステツプは○印で囲む同一
番号を付して、その処理説明を省略する。

P₁₁を経ると、P₈₂でモード、であるか否か
を判別する。モード、であるときはノツキン
グ振動に関する情報が得られないと判断して、
P₈₂でノツキングが発生しやすい領域における点
火時期のリタード（遅角）量DADVφをテーブル
ルツクアツプし、P₈₃で次式に従つて最終的な
点火時期ADVを演算してP₁₆に進む。

ADV＝ADVφ−DADVφ …… はDADVφ＝f_uoc（Tp、Ｎ）で与えられる。した
がつて、モード、のときはMBT制御および
ノツキング制御も共に停止されて、テーブルデー
タのみに基づいて点火時期が制御されることとな
り、燃焼監視情報の質の低下に伴う燃焼悪化を防
ぐことができる。

一方、P₈₁でモード、でないときはP₁₂、
P₁₃を経てP₁₄に進む。P₁₄でKV＜KVφのときは
P₈₄でモードであるか否かを判別する。モード
のときはP₈₅で最終点火時期ADVを基本点火時
期ADVφと置いてP₁₆に進む。したがつて、モー
ドのときはMBT制御が停止される。また、モ
ードでないときはP₈₆でモードであるか否か
を判別する。モードのときはP₈₂にジヤンプし
てモード、の状態と同様の点火時期制御を実
行する。モードでないとき、すなわち、モード
〜の何れにも該当しないときはP₈₇以降の
MBT制御に移行する。

P₈₇では今回の燃焼ピーク位置θpmaxが所定値
θ_M1とθ_M2の間にあるか否かを判別する。θpmax＜
θ_M1のときは点火時期を進角しすぎであると判断
して、P₈₈でMBT制御のフイードバツク補正量
FBを所定量ｂだけ小さくする（FB←FB−ｂと
する）。θ_M2＜θpmaxのときは遅角しすぎであると
判断して、P₈₉でフラグFCAUTを判別する。そ
して、FCAUT＝０のときのみP₉₀でフイードバ
ツク補正量FBを所定量ａだけ大きくする（FB←
FB＋ａとする）。FCAUT＝１のときはP₉₁で次
式に従つて最終点火時期ADVを演算した後、
P₁₆に進む。

ADV＝ADVφ＋ADV1＋FB …… 一方、P₈₇でθ_M1≦θpmax＜θ_M2のときは点火時
期の補正程度が良好であると判断して、P₉₂で学
習テーブルをフイードバツク補正量FBの値で書
き換えるとともに、P₉₃で該補正量FBをFB＝０
としてP₉₁に進む。このように、P₈₇〜P₉₃の各ス
テツプ処理によりいわゆるMBT制御が実行され
る。この場合、モード〜の状態が除外されて
燃焼監視情報が高品質であるため、MBT制御の
実効を図りエンジンの運転性を格段と向上させる
ことができる。

一方、上記各ステツプP₁₄でKV≧KVφのとき
はノツクが発生していると判断されるので、P₉₄
でフイードバツク補正量FBを所定量ｃだけ小さ
くして点火時期を遅角補正しノツキング抑制処理
を実行する。次いで、P₉₅で学習条件であるか否
かを判別する。ここに、学習条件は、例えば過渡
状態でないとき等エンジンの運転状態に急変せず
テーブルデータの学習を行うのに適したとき成立
する。学習条件でないときはそのままP₉₁に進み、
学習条件であるときはP₉₆で学習テーブルのデー
タ（ADV1）を書き換えた後、P₉₇でフイードバ
ツク補正量FBをFB＝０としてP₉₁に進む。

なお、上述した各モード〜の判定と点火時
期制御は何れも気筒別に実行、処理される。した
がつて、整備点検や修理内容も気筒別に行うこと
ができ、整備性を著しく向上させることができ
る。

（効果）本発明によれば、燃焼状態を監視しつつ筒内圧
信号の低周波振動成分および高周波振動成分の分
析からその正常／異常を判別してセンサ出力の異
常（オープン又はシヨート状態あるいは接触抵抗
の増大等）を適切に判定することができ、燃焼状
態の監視精度を高めて、燃焼監視情報としての信
頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜１９図は
本発明の一実施例を示す図であり、第２図はその
全体構成図、第３図はそのコントロールユニツト
を含む要部のブロツク構成図、第４図はそのチヤ
ージアンプの回路図、第５図はその高周波振動検
出回路の詳細なブロツク構成図、第６図はその増
幅回路６１、整流回路６２および積分器６３の回
路図、第７図はその低周波振動検出回路の詳細な
ブロツク構成図、第８図はその作用を説明するた
めのタイムチヤート、第９図はそのθpmax検出
のプログラムを示すフローチヤート、第１０図は
その信号処理波形を示す波形図、第１１図はその
点火時期制御の概略を示すフローチヤート、第１
２図はその基本点火時期の特性を示す図、第１３
図はその筒内圧信号の入力系の等価回路を示す
図、第１４図はその低周波振動成分の異常判定プ
ログラムを示すフローチヤート、第１５図はその
波形処理の方法を示す波形図、第１６図はその高
周波振動成分の異常判定プログラムを示すフロー
チヤート、第１７図はそのエンジンの運転領域を
示す図、第１８図はその異常モードの態様判定の
プログラムを示すフローチヤート、第１９図はそ
の点火時期制御の詳細なプログラムを示すフロー
チヤート、第２０図は従来の圧力センサを示す図
であり、第２０図ａはその圧力センサの取付状態
を示す断面図、第２０図ｂはその圧力センサの断
面図、第２０図ｃはその圧力センサの平面図であ
る。２１……エンジン、｛５５……マイクロコンピ
ユータ、６２……整流回路、６３……積分器｝
（第１判別手段、第２判別手段、異常判定手段）、
５６……圧力検出手段、｛６０……バンドパスフ
イルタ、６１……増幅回路｝第２抽出手段、｛６
４……ローパスフイルタ、６５……増幅回路｝第
１抽出手段。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１ (a) エンジンの燃焼圧力を電気信号に変換し
て出力する圧力検出手段と、 (b) 前記圧力検出手段の出力から、所定の低周波
信号成分を抽出する第１抽出手段と、 (c) 前記圧力検出手段の出力から、所定の高周波
信号成分を抽出する第２抽出手段と、 (d) 前記第１抽出手段で抽出された低周波信号成
分のうち実質上、上死点における信号のレベル
が所定値よりも小さいときに当該低周波信号成
分の異常を判別する第１判別手段と、 (e) 前記第２抽出手段で抽出された高周波信号成
分のレベルが所定値よりも小さいときに当該高
周波信号成分の異常を判別する第２判別手段
と、 (f) 高周波信号成分と低周波信号成分が共に異常
の場合には、前記圧力検出手段の出力信号系が
オープンまたはシヨート状態であると判定する
異常判定手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼監視装
置。