JPH0631562B2 - エンジン制御装置 - Google Patents

エンジン制御装置

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JPH0631562B2
JPH0631562B2 JP58243028A JP24302883A JPH0631562B2 JP H0631562 B2 JPH0631562 B2 JP H0631562B2 JP 58243028 A JP58243028 A JP 58243028A JP 24302883 A JP24302883 A JP 24302883A JP H0631562 B2 JPH0631562 B2 JP H0631562B2
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ignition
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多気筒エンジンにおいて、各シリンダのトル
ク寄与を最大限発揮するようにしたエンジンの制御装置
に関する。
例えば６気筒のエンジンにおいて、あるシリンダは、エ
ンジントルク（出力）に対してプラス側に寄与し又ある
シリンダはマイナス側に働くことがある。
このように多気筒内燃機関の全シリンダが同一の仕事量
を発生するとは限らないことは周知である。すなわち、
平均的には、あるシリンダは他のシリンダより大きな仕
事をする。シリンダの発生仕事量に、このようなばらつ
きが生じる原因の１つは、各シリンダに燃料及び空気が
不均一に配給されることである。空気及び燃料を各シリ
ンダに均等に配給し得る吸気マニホールドを設計するこ
との困難性が知られているシングルポイント燃料噴射装
置を用いたエンジンやキャプレター付きエンジンの場合
には、特にこのことが当てはまる。燃料の均等な配給を
実現する問題は、シリンダに取付けられたインジェクタ
の許容差の故にマルチプルポイント燃料噴射装置付きエ
ンジンにおいても、多少とも存在するものである。更
に、部品の加工精度及びシリンダ毎の作動のばらつきは
個々のシリンダの仕事量における変化の一因となる。
そこで従来においては、上記の各シリンダの仕事量のバ
ラツキを軽減してエンジン効率を向上するためにいろい
ろなことが試みられている。
即ち、エンジンの全シリンダの平均トルク（又は仕事）
を基準としてシリンダの相対燃焼効率を求めるやり方と
か、シリンダ毎の燃焼効率の変化量を基準として、エン
ジンを診断したりエンジンを制御したりすることが行な
われている。
例えば或るシリンダの燃焼効率が終始一貫して低けれ
ば、そのことは欠陥部品（例えばスパークプラグや燃料
噴射器など）が存在する可能性があると診断され、又或
る時間にわたって測定された個々のシリンダの燃焼効率
出力は、空気及び燃料をシリンダに均等に配給すること
について、空気／燃料配送システムの有効性を評価する
手段として役立てられる。更に、シリンダの相対燃焼効
率の測定は、例えばシリンダ毎の点火又は噴射タイミン
グなどの制御設定値を最適化することによりエンジンの
全体としての効率を向上させるうえで有益である場合が
ある。
このように多気筒内燃機関のシリンダの性能、燃焼効
率、圧縮バランス等を監視する技術及びシステムは公知
である。例えば、米国特許4,292,670号、同第4,277,830
号，同第4,197,767号、同第4,055,998号、同第4,015,46
7号、及び同第4,015,466号に開示されたシステム及び技
術がある。多気筒内燃機関のシリンダの個々の性能を測
定するために様々の技術及びシステムが用いられた。こ
れら様々の技術は、多気筒内燃機関の運転及び制御に関
する様々の方法及び原理の実行可能性を包含し、そして
実用化されている。
例えば上記米国特許第 4197767号では、エンジンのある
運転状態において一つのシリンダに対する有効トルクＴ
を求め、他のシリンダに対してはこの有効トルクの平均
トルクＴavg を基準にして燃料供給の適正を判定するよ
うにしている。すなわち、実際に測定した各シリンダの
トルクが上記平均トルクＴavg を基準にして決められる
限度範囲内にあるかどうかを判断し、限度範囲内にある
時にはそのシリンダの燃料分配補償は不要とし、限度範
囲を越えた時には燃料分配を修正するようにして各シリ
ンダにより発生するトルクがほぼ同じであるように個々
のシリンダに供給される燃料の量を修正するようにして
いる。
このように各シリンダで発生しているトルクが平均トル
クＴavg を基準にして決められる限度範囲内にあるかど
うかを判断し、各シリンダにより発生するトルクがほぼ
同じになるように個々のシリンダに供給される燃料の量
を修正するようにしているので、厳密な意味において、
あるシリンダはエンジン全体のトルク発生に寄与してい
るがあるシリンダはエンジン全体のトルク発生に対して
寄与せずにマイナス側に働いているシリンダが必ず存在
することになる。
したがって、エンジン全体のトルク発生に対して寄与せ
ずにマイナス側に働いているシリンダはエンジンの出力
を低下させる原因になっているという不具合があり、こ
の点で更に改良すべき問題がある。
本発明は、上記従来の多気筒内燃機関の監視システムよ
りも更に各シリンダのトルク寄与に直接的に関係する各
シリンダの点火に対する性能指数を多気筒内燃機関の監
視基準とすることによって、各個のシリンダを個別に監
視し、各個のシリンダのトルク寄与を最大限に発揮する
ようにエンジンの制御を行なわんとするものである。
上記制御を行うために本発明によるエンジン制御装置
は、エンジンのクランク軸が回転する角度Δθを検出す
る手段Ｂと、該手段から出力されるΔθを用いてクラン
ク軸がΔθ度回転するのに要する時間Ｔi を測定する手
段Ａと、シリンダのパワーストローク開始の上死点の基
準信号を発信する手段Ｃと、上記クランク軸がΔθ度回
転するのに要する時間Ｔi を測定する手段Ａからの信号
と上記シリンダのパワーストローク開始の上死点の基準
信号を発信する手段Ｃからの信号により各点火に対する
性能指数IPを求めるに必要な測定データを濾波して各点
火に対する性能指数IPを計算し出力するマイクロプロセ
ッサとから成ることを特徴とする。
又、第２の発明は、上記第１の発明をすべて包含し、更
に点火タイミング手段と点火コイルドライバ及びスパー
ク配電装置とを付加して、各シリンダの点火進角を適切
なものにするように制御するものであり、又第３の発明
は、上記第１の発明をすべて包含し、更に燃料パラメー
タと燃料配給手段を付加して、各シリンダの燃料噴射タ
イミングを制御するようにしたものである。
以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。
先ず本発明の基本的な考え方について説明する。
定常状態で作動しているエンジンの場合、平均回転数は
一定に保たれる。しかし、各シリンダのパワーストロー
ク中にクランク軸にエネルギーが加えられる結果、クラ
ンク軸の瞬時回転数は平均回転数を中心として周期的に
変動する。理想エンジンの場合は、全シリンダが同一の
挙動をなして同一のトルクを発生する。この場合、周期
的回転数変動は規則的であり、４ストロークＮシリンダ
エンジンの場合には、第１図に示されているように720/
N度毎に反復される。現実のエンジンではシリンダの全
てが同一のトルクを発生するのではなく、回転数の変動
は不規則になる。試験台上のエンジンから採取したクラ
ンク軸角度に対する濾波した瞬時回転数のグラフを第２
図に示す。この回転数グラフに含まれる情報は、該エン
ジンのシリンダの相対トルクレベルを定めるために用い
ることが出来る。
如何なる時点においても、エンジンの正味トルクは、個
々のシリンダのトルクに関わる因子の和である。しか
し、クランク軸回転の特定の部分では１シリンダにおけ
る発生されたトルクにより正味トルクを近似し得ること
を示すことが出来る。すなわち、クランク軸回転のその
部分では、残りのＮ−１個のシリンダの寄与は無視し得
ると見倣すことが出来る。この考えをエンジンデータに
適用すると、１シリンダの上死点（TDC）から次に点火
されるシリンダのTDCへのクランク軸回転を用いること
によってエンジン性能を最も良く制御し得ることが示さ
れる。例えば、第２図では、点火順序において第１番の
シリンダは、“TDC1”として示したクランク角でパワー
ストローク開始前にTDCに到達する。次に点火されるシ
リンダは720/N度後にTDC2でTDCに到達する。TDC1からTD
C2までのクランク軸回転期間においては、エンジンの発
生する正味トルクは、第１番目のシリンダにより発生さ
れるトルクにほぼ等しいと近似することが出来る。換言
すれば、特定のシリンダのパワーストロークの最初の72
0/N度の間は、正味エンジントルクはそのシリンダの発
生するトルクにほぼ等しいと近似し得るのである。
TDC1とTDC2との間ではクランク軸回転速度の変動は１サ
イクル経過する。理想エンジンでは、連続するサイクル
中の同一点では瞬時回転数は同一である（すなわち、S1
＝S2＝……＝ＳN）。連続するTDCにおける瞬時回転数
の、第３図に示した変動差は、該期間でのエンジン加速
度の尺度である。Sjをｊ番目の上死点における瞬時クラ
ンク軸回転速度とし、ΔSjを連続する上死点間における
速度変化としてΔSjを ΔSj＝Ｓj+1 −Sj ……(1) と定義すれば、上死点j,j+1間の加速jは となる。エンジン加速度はエンジントルクに比例するか
ら、ΔSjが正ならばTDCj，TDCj+1 間の期間の正味トル
クは正であり、ΔSjが負ならば正味トルクは負である。
若し各ΔSjがTDCjからそのパワーストロークを開始する
シリンダにより発生されるトルクに関連づけられれば、
エンジンの各シリンダの相対的トルク寄与を計算するこ
とが可能である。
定常状態では、適当なエンジン回転数にわたって測定し
た平均エンジントルク及び負荷トルクはゼロでなければ
ならない。すなわち、所望の回転速度を維持するために
必要な、エンジンにおける燃焼過程により発生されたト
ルクは、負荷トルクと釣り合うのである。この場合、連
続する上死点間における速度変化ΔSjの和はゼロに接近
する。ｋ番目のシリンダの連続する数回の点火の間の平
均ΔSjとして を定義すると、一般に、 であるが ｋ＝１，……，Ｎのとき であることが見出される。すなわち、幾つかのシリンダ
は平均トルク以上のトルクを発生し、他は平均以下のト
ルクを発生するのである。
が正の大きな値であれば、当該シリンダは平均以上のト
ルクを発生しているのであり、 が負の大きな値であれば、平均以下のトルクを発生して
いることを示す。点火順序で、上死点に達する連続する
シリンダの間のこの瞬時エンジン回転数変化は、相対燃
焼効率尺度（判断基礎データ）を決定する基礎をなす。
このようにクランク軸回転の特定の部分では、一つのシ
リンダによって発生されたトルクにより正味トルクを近
似し得るという基本的な考えにより導き出された の値の正負によって、そのシリンダのトルク寄与が判別
されるのである。
次に、上記基本的な考えを、いかにして実際のエンジン
の性能制御に適用するかについて説明する。
本発明の実施例では、燃焼効率尺度を計算するために必
要な情報は、クランク軸の連続する固定角度回転間の時
間間隔Tiを測定することによって導出される。このよう
にして計算された燃焼効率尺度は、上記ΔSkと同様の情
報を供給する。各シリンダの燃焼効率尺度を定式化する
には次の４つの段階、すなわち、 (1) クランク軸時間間隔Tiの測定、 (2) これら測定のオンラインディジタル濾波、 (3) 各点火に対する性能指数（IP）の計算、 (4) 連続する点火にわたる各シリンダに対するIPの平
均化、 が必要である。
（第１段階：Ｔｉを測定してＣｉと の関係を導く） 燃焼効率尺度を計算するための基礎はクランク軸時間間
隔データTiの測定である。このTiは、エンジンのクラン
ク軸に取付けられた多歯歯車と、固定した磁性ピックア
ップと、ディジタル電子回路によって、クランク軸の所
定角度回転中に生ずる高周波クロックのサイクルを数え
ることにより求められる。即ちクロックの測定されたカ
ウントは、クランク軸が該既知の角度を回転するのに要
する時間に正比例することから、該所定回転角にわたっ
て測定されたカウントと、該回転の時間間隔と、エンジ
ン回転数との間の関係は、 で表わされる。ここで、Ciは高周波クロックの測定され
たカウント（counts）、ｆCLKはクロック周波数（H
z）、Ｔiはクランク軸がΔθ度回転するのに要する時間
(秒)、 は対応する回転角度にわたる平均エンジン回転数（RP
M）、Δθはクランク軸が回転する角度（度）である。
添字ｉはｉ番目のデータ点との関連を示す。
時間間隔Tiを(4)，(5)式から消去すれば、所定回転角に
わたって測定されたカウント数Ciがその時間間隔中の平
均エンジン回転数に逆比例することが解る。すなわち、 である。従って、連続する既知角度回転中のカウントを
測定するとともに上の等式を についてCiの項で解くと、クランク軸角度対瞬時エンジ
ン回転数の近似カーブを再現することが出来る。Δθの
値が小さければ、このカーブは第２図に示したクランク
軸角度対瞬時回転数のカーブに近付く。
試験台に取付けたエンジンから採取した、連続測定カウ
ントのプロットを第３図に示す。この場合、Δθは６度
でｆCLKは５MHzである。信号に重なった高周波ノイズは
測定誤差の結果であり、最も顕著には連続するΔθの変
動である。これらの変動は該多歯歯車上の歯の間隔の不
正確であることの結果である。そのような誤差は精度の
高い歯車を用いることによって減少させることが出来
る。ノイズを減らす他の手段は、データを濾波すること
である。本明細書に記載したシステムは、ノイズを減ら
すためにオンラインの非再帰的（non-recursive）ディ
ジタル濾波技術を用いる。第４図は、その濾波処理後
の、第３図に示したものと同一のデータのプロットであ
る。該フィルタは首尾よくノイズを除去し、一方、通常
のエンジン回転数変動のゆらぎは減少しなかった。
各シリンダの相対的トルク寄与を測定するための本発明
の基本的な考え(2)式は、シリンダの上死点にほぼ対応
するクランク軸角度における瞬時回転数のみを必要とし
た。従って、完全なクランク軸角度対回転数のカーブを
考慮する必要はない。同様に、クランク軸データに基づ
く燃焼効率の計算のためにも、完全なカーブは不要であ
る。
（第２段階） Ciをｉ番目に未濾波データ点、 をｉ番目の濾波済みデータ点と定義する。該制御システ
ムに用いられた非再帰的濾波法は、９個の未濾波データ
点を用いて１個の濾波済みデータ点を計算する。所望の
点の両側の４個ずつの未濾波データ点に加えてその未濾
波データ点自体が用いられる。すなわち、 ここで、Qjをｊ番目の上死点に一致する未濾波データ点
と定義するとともに第１番目の上死点(ｊ＝１)がｍ番目
のデータ点に対応すると仮定すれば、 となる。ただし、ntは該多歯歯車の歯の数であり、Ｎは
エンジンのシリンダの数である。
をQjに対応する濾波済みデータ点と定義すると、 従って、Qjは第４図に示した((1)(2)式における)Sjに逆
に関連づけられる。
（第３段階） 各シリンダの性能指数は、連続する上死点における濾波
済みデータ点に基づいて計算される。
従って、 となる。負のIPjは、TDCjからTDCj+1 までのカウントの
増分に対応する。これは、連続するTDC間の期間のエン
ジンの回転数が減少したことを表わすとともに、正味ト
ルクが負であることを表わす。正のIPjはエンジン回転
数の増大及び正の正味トルクを表わす。IPjの大きさは
所定クランク軸回転中の回転数変化の尺度であるが、こ
れは加速度及び正味トルクに比例する。この関係を確立
するため を記しておく(5)式。ここで、 は上死点の周りのΔθ度のクランク軸回転中の平均エン
ジン回転数である。Δθが小さいときは、 である。ただしSjはｊ番目の上死点における瞬時エンジ
ン回転数である。斯くして、 となる。ここで、÷ jは連続する上死点間の正味エンジ
ン加速度であり、tj及びｔj+1 はそれぞれｉ番目とj+1
番目の上死点に到達する時間である。TDCjとTDCj+1間の
経過時間をΔtjと定義すれば、 Δtj＝ｔj+1−tj ……(13) となり となる。しかしながら、第(6)式より である。ここで、K1はクロック周波数と歯間の間隔から
求められる値である。この等式を解いて の項で表わし、先の(14)式に代入し(10)式で整理する
と、 が得られる、そしてエンジン加速度はエンジントルクに
比例するから と示すことが出来る。ここで、Ｔqは正味トルクであ
る。最後の二次（(16)(17)）は、斯くして、当該時間中
のIPjと正味トルクとの間の所望の関係を表わす。
IPjは、各シリンダの点火中に発生されるトルクの尺度
である。負のIPjは燃焼が“不充分”である（平均トル
ク発生に至らない）ことを表わし、一方、正のIPjは燃
焼が“良好”である(平均トルクを上回るトルクを発生
する)ことを表わす。
（第４段階） 所定のシリンダの発生するトルクは、該シリンダ内の燃
焼状態が変化するので、サイクル毎に変化する。所定の
シリンダの発生する相対トルクの正確な尺度を得るに
は、連続する数度の点火にわたってIPjを平均せねばな
らない。
シリンダの燃焼効率尺度は と定義される。ここで、IPkは点火順序でｋ番目のシリ
ンダの燃焼効率尺度、IPikはｉ番目の点火時のｋ番目の
シリンダのIPであり、ＭはIP値を平均するべき連続する
点火の回数である。
個々のシリンダの性能指数IPはまたオンラインのラフネ
ス（roughness）測定の基礎を形成する。エンジンのラ
フネスは、それぞれのシリンダで発生されるトルクが不
均等であって、しかも同一のシリンダで発生されるトル
クがサイクル毎に変動することの結果である。性能指数
は各シリンダ点火中の相対トルク発生に関する情報を含
んでいる。ラフネス指数 は と定義される。ここで、｜IPik｜はｉ番目のエンジンサ
イクル中のｋ番目のシリンダIPの絶対値である。
定常状態では、整数のエンジンサイクルにわたる個々の
性能指数（IP）の代数和はゼロに収束してゆく。しかし
ながら、個々のシリンダのIPはゼロ以外の値を有する。
IPの大きさは、個々のシリンダの発生するトルクの平均
値に対する偏差の尺度である。１エンジンサイクルにわ
たるIPの絶対値の和は、そのサイクル中のシリンダから
シリンダへのトルク偏差の指標である。ラフネス指数の
大きな値は、大きなエンジンラフネスを増大する結果と
なるシリンダ毎のトルク発生量の大きな偏差を表わす。
従って、 の値はエンジンラフネスの数量を定める尺度である。ラ
フネス指数は、閉ループアイドルモード制御システム等
のフィードバック制御システムに用いることが出来る
し、またエンジン制御方法を評価する手段とすることも
できる。
このようにクランク軸Tiの測定により各点火に対する性
能指数IPが計算される。
そしてこのIPの値により、次のように判定される。
IPj＜０のとき、連続するTDC間の期間のエンジン回転数 減少（正味トルク負） IPj＞０のとき、連続するTDC間の期間のエンジン回転数 増大（正味トルク負） エンジン回転加速度は正味トルクTqに比例するとい
う性質を利用して導かれる(16),(17)式より、IPとTqと
の関係より、 IPj＜０のとき、燃焼不十分（平均トルク発生に至らな
い） IPj＞０のとき、燃焼良好（平均トルクを上回るトルク
発生） IPを平均化したラフネス指数を求めることにより(1
9)式ラフネス指数 の大きさは、シリンダ毎のトルク発生量の偏差を表わ
す。
このようにIPは、エンジンの各種判断の基準データとし
て使用される。
次にエンジン制御装置について詳細に説明する。第５図
において、エンジン制御装置は、クランク軸が回転する
角度Δθを検出する手段Ｂ、この手段Ｂから出力される
Δθを用いて、クランク軸がΔθ度回転するのに要する
時間Tiを測定する手段Ａ、シリンダのパワーストローク
開始の上死点の基準信号を発信する手段Ｃ及び、上記手
段Ａと手段Ｃとからの信号により、各点火に対する性能
指数IPを求めるに必要な測定データを濾波してIPを計算
し出力するマイクロプロセッサから成る。
上記エンジン制御装置において、本実施例に示す手段Ａ
は、クロック４２からディジタルインタバルタイマ４４
にクロック周波数ｆCLK(Hz)を発信するものであり、手
段Ｂは、クランク軸３０に多歯歯車２４を取り付け、磁
性ピックアップ２０及びトリガー回路３４によりクラン
ク軸３０の所定角度位置で信号を発信し回転角Δθを測
定するようになっており、手段Ｃは、ディストリビュー
タ３６に取り付けられた歯車２６、磁性ピックアップ２
２及びトリガー回路４０によりエンジン３２の各シリン
ダにおけるパワーストローク開始の上死点への基準信号
を発生するものである。
そして、手段Ｂで測定されるΔθの間のクロック周波数
ｆCLKをカウントしてCiを計測する。
このｆCLK，Ciにより、(4)式を用いてTiが求められる。
このTiにより、クロックカウント数Ciと対応するクラン
ク軸の回転角Δθにおける平均エンジン回転数 との関係が求められる(6)式。
マイクロプロセッサ５０においては、手段ＡからのCiデ
ータと手段Ｃからの基準信号とにより、Ciを濾波してシ
リンダの上死点に一致するクロックカウント数 を求め(9)式、IPjを計算する(10)式。
又このマイクロプロセッサ５０は、上記Ciと との関係からエンジンの正味トルクTqと関連したIPを出
力することも可能であり(16)，(17)式、又、IPをシリン
ダの点火回数（手段Ｃからの信号）で平均化し、ラフネ
ス指数 と関連したIPを出力することも可能である(19)式。
以下更に詳しく説明する。第５図において１対の磁性ピ
ックアップ２０，２２が回転する多歯歯車２４，２６の
近傍に配設されている。一方の歯車は多気筒内燃機関３
２のクランク軸３０に取付けられている。歯車は磁性ピ
ックアップ２０及びトリガ回路３４と協働して、クラン
ク軸３０の所定角度位置で信号を発生する。第２の歯車
２６はエンジン３２のディストリビュータシャフト３６
に取付けられている。歯車２６、磁性ピックアップ２
２、及びトリガ回路４０は、エンジン３２の各シリンダ
におけるパワーストロークの開始の上死点への基準信号
を発生するために用いられている。
クロック４２はディジタルインタパルタイマ(DIT)44へ5
MHzのパルスを供給する。ＤＩＴ４４は１４の並列出力d
0，d1，d2……d12，d13，及びcount出力を有する。
countはプログラマプルインタラプトマスク(PIM)46の入
力に接続されている。トリガ回路３４，４０はそれぞれ
磁性ピックアップ２０，２２の出力信号波形を整える。
クロック４２及びDIT44は、クランク軸３０の連続する
所定角度回転中に経過する時間を測定する。DIT44及びP
IM４６は信号を発生してこれをマイクロプロセッサ５０
に伝送する。マイクロプロセッサ５０はその他の電子回
路からデータを受信し、相対燃焼率尺度を測定するのに
必要な濾波及び計算を行なう。
このシステムの動作を以下に説明する。歯車２４の各歯
が固定磁性ピックアップ２０の近傍を通過するとき、電
圧Ｖmagが発生する。Ｖmagが或る基準電圧ＶREFを越え
ると、トリガ電圧trigが低レベル(０ボルト)になる。
低レベルのtrig信号がDIT44に供給されると、DIT44の
１６ビットアップカウンタの内容がDIT44の出力端の１
６ピットラッチ５６に並列にロードされる。低レベル
trig信号により、DIT44の該アップカウンタ５４がクリ
アされるとともに高周波クロックパルスＶCLKの計数が
再開される。更に、低レベルtrig信号は、DIT44からP
IM４６へのcountラインを低レベルに変化させて、デ
ータが処理待ち状態であることを示す。そして、trig
が低レベルになると、マイクロプロセッサ５０からのRE
SETラインの状態と内部信号とに依存して、PIM４６は、
DRラインを低レベルにすることによってマイクロプロ
セッサ５０に“データ待機”信号を送るか、あるいは
DRを高レベルに維持することによってマイクロプロセッ
サ５０から“データ待機”信号を遮断する。
低レベルDR信号を受信すると、マイクロプロセッサ５
０はラッチ５６の１４個の下位ピットd0〜d13の内容を
読取る。この１４ピット数は多歯歯車２４の連続する２
つの歯が磁性ピックアップ２０の近傍を通過する間の時
間に比例する。ラッチ５６の内容が読取られた後、マイ
クロプロセッサ５０はRESラインを双安定化し、デー
タが読取られたことを確認する。これによりDRライン
が高レベルになる。マイクロプロセッサ５０により読取
られたデータはディジタル濾波法を用いて濾波される。
濾波されたデータは、後述するように、各シリンダの燃
焼効率尺度（IPk）を計算するために用いられる。
ディストリピュータの近傍に配設された第二の磁性ピッ
クアップ２２は、エィストリピュータシャフト３６に接
続された部品２６の各突出部が通過するとき電圧Ｖdist
を発生する。この部品２６はエンジン３２の各シリンダ
につき１個突出部を有するとともに、対応するシリンダ
がTDCに達すると同時にトリガ回路の出力TDCが高レベ
ルから低レベルに遷移するように位置決めされている。
ＶTDCラインは約６０マイクロ秒の間低レベルに留ま
り、その後高レベルに復帰する。TDC信号は、上死点
に標識を付すとともに、マイクロプロセッサ５０内のク
ロックと関連してエンジン３２回転数を測定するため、
マイクロプロセッサ５０により用いられる。
DIT44の略回路図が第６図に示されている。この回路の
３基本部分はタイミング回路５２、アップカウンタ５
４、及びラッチ５６である。DIT４４のタイミングチャ
ートは第７図に示されている。
trig信号はタイミング回路５２への入力である。回路
５２の出力はＶclr，Ｖlatch，及びcountである。
trig信号の立下り５７（第７図）でタイミング回路５２
はＶlatchライン上に持続時間約７５ナノ秒のパルス５
８（第７図）を発生する。Ｖlatch信号の立上り６０
（第７図）でアップカウンタ５４の内容が１６ビットの
ラッチ５６に並列にロードされ、ラッチ５６の出力d0，
……d13……に出現する。Ｖlatch信号の立下り６２（第
７図）で、持続時間７５ナノ秒の正パルス６４がＶclr
ライン上に出現し、アップカウンタ５４をゼロにリセッ
トさせる。パルス６４の終るときＶclrラインが低レベ
ルになると計数が再開される。Ｖlatchパルスの立下り
６２でもcountラインは第７図の６６で低レベルとな
って約８．８マイクロ秒の間低レベルに留まる。
PIM４６は、２つの機能すなわち、燃焼効率尺度の計算
に不要なデータをマイクロプロセッサ５０からマスクす
る機能と、データがマイクロプロセッサに読取られてし
まうまでデータ待機ラインDRを低レベルに保つ機能と
を有する。ここに記載した制御システムでは、６０個の
歯を有する歯車２４が用いられている。従って、６気筒
４ストロークエンジン３２の場合、各エンジン点火につ
き２０個のデータ点が測定される（１回転当り６０の歯
が、１回転に点火される３個のシリンダに分けられ
る。）。燃焼効率尺度を計算するため１点火当り９デー
タ点がマイクロプロセッサ５０に用いられるので、各点
火について不要の１１データ点がDIT４４の出力d0……d
13に順次ラッチされる。PIM４６は不要なデータ点に対
応するデータ待機信号DRがマイクロプロセッサ５０に
送られるのを阻止して、マイクロプロセッサ５０が不都
合な割込みを被ることなくプログラムを実行し続けるこ
とを可能ならしめる。
新たなデータが点DIT44は出力d0…d13にラッチされる
と、DIT44は持続時間約８．８マイクロ秒の低パルスを
Ｖcountライン上に発生する。DIT46はこれら信号の中の
幾つかをマイクロプロセッサ５０からマスタし、他を
DRラインを介して送る。マイクロプロセッサ５０に送ら
れるべきデータ点がラッチ５６で利用可能になると、DI
T46からのDRラインcountパルスの立下り７０で低レ
ベルとなる。DRラインは、マイクロプロセッサ５０が
データ点を読取って、RESラインを双安定化すること
により該データ点が読取られたことを確認するまで、低
レベルに留まる。
第８図にPIM46の概略を示す、PIM46の入力はcount，
RES，及びＲＥＳＥＴである。出力はDRである。PIM
46のマスク動作中、▲▼ラインは高レベル
に保たれ、count信号がSET-RESETフリップフロップ７
４のＳ入力に送られるのを阻止する。このことにより、
DRラインが高レベルに保たれる。▲▼ライ
ンは、マイクロプロセッサ５０（第５図）からのRESET
ラインが高レベルになるか、又はfinラインが低レベ
ルになると、能動（低レベル）となる。▲
▼ラインが低レベルになるとcount信号がフリップフ
ロップ７４に送られる。Ｓ入力に低レベル信号を受信す
ると、フリップフロップ７４の出力DRは低レベルとな
り、マイクロプロセッサ５０によってＲ入力RESが能
動低レベルにされるまで、低レベルに留まる。
マイクロプロセッサ５０からマスクされたデータ点の数
を記録するため、４ビット２進カウンタ７６がPIM46に
用いられている。RESETラインが高レベルであるときは
このカウンタは不能であって出力q0〜q3はゼロに保たれ
る。一旦RESETラインが低レベルになると、カウンタ７
６は動作可能となる。４ビット２進比較回路７８の出力
finは、１組のスイッチ（図示せず）を介して入力さ
れる４ビット２進ワードC0〜C3に２進カウンタ７６の出
力q0〜q3が一致するときは常に低レベルである。この２
進ワードC0〜C3は、RESETラインの高レベルから低レベ
ルへの遷移に続いてマイクロプロセッサ５０からマスク
されるデータ点の数を設定する、RESETラインがはじめ
に低レベルにされていれば２進カウンタ７６の出力はゼ
ロであり、C0〜C3の全てがゼロではないならば、比較回
路７８の出力finは高レベルである。このことにより
count信号がアンドゲート８０を介してカウンタ７６
の入力に送られることが可能となる。２進カウンタ７６
の内容はcountラインが高レベルから低レベルに遷移
する毎に１づつ増大する。カウンタ７６の出力９０〜９
３がC0〜C3により設定された値に一致すると、finラ
インが低レベルとなる。このことにより、▲
▼ラインが能動になり、次のcountパルスのフリッ
プフロップ７４への伝送が可能となる。同時に、RESET
ラインからの高レベル信号によりカウンタ７６がクリア
されるまで、finラインの低レベル状態とfinに接続
されたANDゲート８０入力とによりそれ以上のcountパ
ルスはカウンタ７６の入力から阻止される。
第５図に戻って説明する。エンジン３２の制御プログラ
ムの始動時に、マイクロプロセッサ５０はRESETライン
を活動させて、PIM46を介するcountパルスを伝送を可
能ならしめる。TDCをTDCへ参照信号として用いて、マ
イクロプロセッサ５０はデータ取込動作をクランク軸３
０位置に同調させる。これはTDCパルスに続くDRパ
ルスの数を数えることによってなされる。適当数のDR
パルスを受信した後、マイクロプロセッア５０は各DR
パルス毎にDIT44の出力d0〜d13からのデータの読取りを
開始する。９データ点を読取ると、マイクロプロセッサ
５０は次の１１データ点をマスクするためRESETライン
を低レベルにする。このことは第９図のタイミングチャ
ートに示されている。次の１１個のcountパルスはPIM
46によってマイクロプロセッサ５０からマスクされる。
RESETラインの高レベル−低レベル遷移の後の１２番目
のcountパルスでfinは低レベルになってDRライン
をイネーブルする。すなわち、１２番目のcountパル
スはDRラインを介してマイクロプロセッサ５０に送ら
れる。最初のDRパルスを受信すると、マイクロプロセ
ッサ５０はRESETラインを高レベルにして、更に９デー
タ点が読取られてしまうまでRESETラインを高れべるに
保つ。RESETラインはその後低レベルにされてマスク動
作を再開させる。この過程はプログラムが実行されてい
る間反復される。
次に、燃焼効率に基づくエンジンの制御を説明する。
多気筒内燃機関の各シリンダに空気と燃料との一様な混
合気を配給するという問題は良く知られている。気化器
付きエンジン及びシングルポイント燃料噴射装置付きエ
ンジンの場合、空気と燃料との混合気をシリンダに等し
く分配し得る吸気マニホールドを設計するのは困難であ
る。マルチポイント燃料噴射装置においても（火花点火
エンジンでも圧縮点火エンジンでも）、例えば噴射器の
許容範囲偏差などの故に、シリンダに配給される燃料の
量には偏差がある。
空気／燃料混合気を効率良く燃焼させるための、火花点
火エンジンにおける最適点火タイミング及びディーゼル
エンジンにおける最適噴射タイミングは、とりわけ、燃
料の質量と、シリンダ内での空気の燃料に対する比との
関数である。ここに記載した制御システムは、各シリン
ダのタイミングを独立に調節してシリンダへの空気及び
燃料の不均一性を補償するものである。該タイミング
は、各シリンダにおける混合気の最も効率的な燃焼を目
指して設定される。
エンジンのクランク軸の回転数に関する情報は、各シリ
ダの相対燃焼効率尺度を計算するために用いられる。こ
の燃焼効率尺度は、個々のシリンダに対するタイミング
を調節するための基礎として用いられる。シリンダへ送
られる可燃混合気の成分比はエンジンの運転条件ととも
に変動するので、この制御システムは最適の燃焼のため
タイミング調節を継続して行なう。
火花点火エンジンに設けられたエンジン制御装置のブロ
ック図を第１０図に示す。Ｄはエンジン制御装置であ
る。時間の関数としてのエンジン８４のクランク軸位置
QCRは、エンジン８４の各シリンダの相対燃焼効率尺度
（IPk）を導出するため燃焼効率尺度計算システム８６
に用いられる。エンジン回転数計算システム８８は、時
間の関数としてのクランク軸位置θCRを用いて、平均エ
ンジン回転数を計算し、上死点参照信号θTDCを発生
し、点火順序においてシリンダ位置CYLkを割出す。点火
タイミングシステム９０は、システム８６からの燃焼効
率尺度IPk及びシステム８８からの平均エンジン回転数
に基づいて各シリンダの最適点火進角を決定する。シ
リンダ指標CYLk，平均エンジン回転数、及び上死点参
照信号θTDCは、点火コイルドライバ及びスパーク配電
システム９２へ点火信号 が送出される時期を調整して、エンジン８４の各シリダ
の適切な点火進角を保証するために用いられる。クロッ
ク９４は、システム８６，８８の時間依存関数としての
クロックパルスを発生する。
次に圧縮点火ペンジンにエンジン制御装置を設けたもの
を第１１図に示す。Ｅはエンジン制御装置である。この
実施例では、各シリンダCYLkの燃料噴射タイミングFPk
が被制御変数である。時間の関数としてのエンジン９８
のクランク軸位置θCRは、エンジン９８の各シリンダの
相対燃焼効率尺度（IPk）を導出するため燃焼効率尺度
計算システム100によって用いられる。エンジン回転数
計算システム102は、時間の関数としてのクランク軸位
置θCRを用いて、平均エンジン回転数を計算し、上死
点参照信号θTDCを発生し、点火順序におけるシリンダ
位置CYLkを割出す。燃料パラメータ（この場合は噴射タ
イミング）システム104は、燃焼効率尺度IPk及び平均エ
ンジン回転数に基づいてエンジン９８の各シリンダの
最適燃料噴射タイミングを決定する。シリンダ指標CY
Lk、平均エンジン回転数、及び上死点参照信号θTDC
は、燃料噴射信号 が燃料配給システム106に送出される時期を調整して各
シリンダの最適燃料噴射タイミングを保証するために用
いられる。
制御される燃料システムパラメータFPkは噴射される燃
料の量（例えばインジェクタノズル開放時間や、あるい
は燃料システム圧力調整によって制御される）、又は燃
料噴射タイミング及び噴射される燃料の量の何らかの組
合せであっても良いということに留意するべきである。
本発明のエンジン制御装置を用いる他の制御方法は、無
負荷（アイドル）運転中のエンジンの消費する燃料はエ
ンジン回転数に比例し、回転数が低いほど消費燃料が少
ない、という事実を利用している。しかしながら、エン
ジン回転数を下げるに従ってエンジンの動作が粗くなっ
てゆく傾向がある。最適のエンジン無負荷回転数は、ラ
フネス（粗さ）が許容される最低の回転数である。この
回転数はエンジン運転条件及び環境条件の双方とともに
変化する。本実施例のアイドル回転数制御システムは上
記システムに基づいている。
アイドルモード制御システムが第１２図に示されてい
る。Ｆはエンジン制御装置である。該アイドルモード制
御システムは、如何なるエンジン運転条件及び環境条件
の組合せのもとにおいても予定の望ましいエンジンラフ
ネスレベルRdに一致する最低エンジン回転数を維持しよ
うとするものである。回転数は、制御及び動力回路（ス
ロットルアクチュエータ）を介してスロットルを操作す
ることによって制御される。
時間の関数としてのクランク軸位置θCRは、エンジンの
各シリンダの各点火の性能指数(IPik)を導出するため相
対トルク計算システムによって用いられる。ラフネス尺
度計算システムが各エンジンサイクルのラフネス指数 を導出するためにIPikを用いる。このラフネス指数は次
いで測定エンジンラフネスRmを発生するため濾波され
る。回転数設定点計算システムは該測定エンジンラフネ
スを予定のラフネス設定点Rdと比較し、RdとRmとの誤差
を減少させるため回転数設定点Sdを調整する。
エンジン回転数計算システムは、時間の関数としてのク
ランク軸位置を用いて、平均エンジン回転数を計算
し、上死点参照信号θTDCを発生し、シリンダを点火順
序において割出す。回転数制御システムは平均エンジン
回転数を濾波して測定エンジン回転数Smを決定する。測
定エンジン回転数及び回転数設定点が比較される。スロ
ットル活動信号UTHSは測定エンジン回転数及び回転数設
定点の間の誤差を減少させるように決定される。スロッ
トルアクチュエータは電子信号を回転制御ユニットから
現実のスロットルの運動φTHに変換する。
点火タイミングシステムは、平均エンジン回転数、上
死点参照信号θTDC、及びシリンダ指標CYLkを用いて、
エンジンの各シリンダの適切な点火進角を保証するた
め、信号VSAkが点火コイルドライブ及びスパーク配電シ
ステムに送られる時期を調整する。
更に、エンジンが停止しそうになった場合には、ラフネ
ス測定システムはスロットルアクチュエータ信号を発生
して緊急スロットル動作を開始させることが出来る。こ
の緊急スロットル動作信号は、個々のシリンダの性能指
数に基づいており、測定エンジン回転数値Smより遥かに
早く回転数の急激な低下を表わす。
所望のラフネス設定点Rdは、緊急動作が必要とされる頻
度に基づいて変更れる。緊急動作が頻繁に必要となると
いうことはエンジンが停止する点に極めて近い領域で作
動していることを表わす。この状態はラフネス設定点が
高過ぎる値に設定されていることを示唆する。従って、
緊急動作の起される頻度が或る限界値を越えると、ラフ
ネス設定点が低下される。この特性によって、該アイド
ルモード（制御システム）はエンジンと、それが用いら
れている環境とに適応する。この特性を付加すれば該制
御システムは予定の較正への依存を免れることが出来
る。
本発明のエンジン制御装置を用いれば他の制御システム
の実施例及び方法が可能である。例えば、改良されたノ
ック制御システムは、各シリンダの点火タイミングを独
立に制御する方式を用いる。ノッキングを起しているエ
ンジンに対する通常の調整動作は、ノックレベルが許容
限界内に収まるまで全シリンダの点火タイミングを遅ら
せることである。点火タイミングを遅らせるとエンジン
の出力が低下する。一般に、全てのシリンダが同時にノ
ッキングを起すのではない。検出されるノックはシリン
ダの中の１つだけが原因である可能性もある。本発明の
制御システムを用いればノッキングを起しているシリン
ダが識別される。そしてそれらシリンダのみの点火タイ
ミングが遅延されるので、出力の損失は全シリンダの点
火タイミングが遅延された場合より少ない。
他の例と同様に、点火タイミングを遅らせると一般にエ
ミッションレベルは低下する。しかし、また、点火タイ
ミングを遅らせるとエンジン性能及び燃料効率が低下す
る。これらの現象の最善の折衷案では、点火タイミング
が個々のシリンダについて選択的に遅延される。
先の実験によって、エンジントルクを殆んど低下させず
に幾つかのシリンダの点火タイミングを遅延させること
が出来るのに、同一の運転条件下で他のシリンダの点火
タイミングを遅らせるとエンジンの出力がかなり低下す
るということが示された。各シリンダの燃焼効率を上記
の如くに監視することによって、個々のシリンダに対す
る点火タイミング遅延の効果が測定される。次いで各シ
リンダの点火タイミングが、エンジン運転効率を不都合
に低下させることなく遅延される。
ここに記載した制御システムは更にリーン限界制御の分
野にも応用されるものである。政府の基準に含まれる排
ガスの３成分(CO,HC,NOX)の全ての放出レベルは、エン
ジンへの空気／燃料混合気が薄くなるほど減少する。エ
ンジン制御の希薄燃焼方式は、充分なエンジン性能を維
持しつつ空気／燃料混合気を出来る限り希薄にすること
によって、この事実を利用するものである。このことに
よって燃費効率も向上する。空気／燃料混合気を希薄
（リーン）にしてゆくと、エンジンの不点火が始まる点
（リーン限界）に達してエンジン性能が低下するととも
に未燃焼炭化水素が急激に増加する。混合気をリーン限
界より更に希薄にするとエンジンは停止する。
ここに記載した制御システムは、混合比を絶えずリーン
限界より僅かに濃くしておくことにより、希薄燃焼方式
を採用することが出来る。この構成では、燃焼効率尺度
を計算して不点火の開始を検出するためにこれを用いつ
つ、混合比を絶えず希薄化する。エンジンの運転条件が
変化するにつれて該制御システムは新たなリーン限界を
探求し続ける。
他の応用例では、エンジンに用いられている燃料がその
エンジンの特性に大きな影響を及ぼすことが知られてい
る。燃費効率、エミッションレベル、及び性能の見地か
ら最適の運転のための点火タイミング、空燃比、噴射タ
イミングなどの制御パラメータは、使用される燃料の性
質に依存する。火花点火エンジンの場合、ここに記載し
た制御システムは点火タイミングを、使用された燃料に
最適の値に調整する。圧縮点火エンジンの場合には、燃
料噴射タイミング及び噴射される燃料の量を調節する。
斯くして、精製処理の結果生ずる一般グレード燃料の性
質における通常のばらつきを補償する手段が講じられて
いる。
ここに記載した制御技術は、エンジンを改造することな
く様々の品質の燃料を一定のエンジンで燃焼させること
が可能となるように、拡張させることが出来るものであ
るこれにより、性能を低下させずに或る範囲の燃料を用
いてエンジンを作動させることが可能となる。従って、
乗物の運転手は、その地域で利用出来るものの中から、
例えば無鉛ガソリンや、アルコール含有量を変えたガサ
ホール（gasahol）などを自由に選ぶことが出来る。使
用された燃料に拘らず、該制御システムは点火タイミン
グを最適値に調整する。
また、燃焼効率尺度はオンライン式エンジン診断のため
の手段として用いられる。燃焼効率尺度は各シリンダの
性能を他のシリンダとの比較において表示するものであ
る。或るシリンダの性能があらゆる作動条件下で一貫し
て低いということは、例えば、そのシリンダの点火プラ
グが発火しないこと（火花点火エンジンの場合）を示
す。同様に、圧縮点火エンジンの場合、燃焼効率尺度が
一貫して平均以下であるシリンダは、燃料噴射器が充分
に作動していないことを示す。
燃焼効率尺度は、エンジン用の空気／燃料配給システム
の設計を評価するにも用いることが出来る。最適の運転
のために、空気／燃料配給システムは空気及び燃料をシ
リンダに均等に配分するべきである。空気及び燃料の配
分が不均一であれば、シリンダの発生するトルクが不均
等となる。燃焼効率尺度は各シリンダの相対トルク発生
レベルを表わすから、シリンダ毎の燃焼効率尺度の偏差
は該配分状態の尺度として有用である。
火花点火エンジンにエンジン制御装置を設けた場合を第
１２図に示す。Ｆはエンジン制御装置である。この実施
例では、時間の関数としてのエンジン110のクランク軸
位置ＱCRは、エンジン110の各シリンダの相対燃焼効率
尺度(IPik)を導出するため燃焼効率尺度計算システム11
2に用いられる。エンジン回転数計算システム114は、時
間の関数としてのクランク軸位置QCRを用いて、平均エ
ンジン回転数を計算し、上死点参照信号QTDCを発生
し、点火順序におけるシリンダ位置CYLkを割出す。点火
タイミングシステム116は、エンジン回転数計算システ
ム114からのクランク軸位置信号、上死点参照信号、及
び点火順序におけるシリンダ位置信号に基づいて、各シ
リンダの最適点火進角を決定する。点火タイミングシス
テム116は、エンジン110の各シリンダの適切な点火進角
を保証する点火コイルドライバ及びスパーク配電システ
ム118にこの情報を供給する。クロック120は、システム
112，114の時間依存機能のためのクロックパルスを発生
する。
本発明のラフネス尺度計算システム122は、性能指数IP
ikを用いてラフネス指数を導出する。ラフネス指数は濾
波されて、尺度Rmすなわちエンジンラフネス測定値とな
る。更に、エンジンラフネス尺度計算システム122は、
個々のシリンダの性能指数に基づいて緊急スロットル制
御信号UTHEを発生する。信号UTHEは、エンジン110が停
止するのを防止するために緊急スロットル作動が必要で
あることを本質的に直接的に表示するものである。信号
Rmは回転数設定点計算システム124に送られる、システ
ム124において、ラウネス測定値は、絶えず更新される
所望のラフネス設定点信号Rdと比較される。回転数設定
点計算システム124からの所望の回転数出力信号Sdは、
エンジン回転数制御比較回路126に供給されて、この126
により、エンジン回転数計算システム114によって発生
された平均エンジン回転数信号と比較される。非緊急
スロットル制御信号ＵTHSが回転数制御比較回路126によ
って供給される。信号UTHSは、該システムのスロットル
アクチュエータ130にフィードバックされるスロットル
アクチュエータ信号UTHを発生させるため、加算回路128
においてラフネス尺度計算システム122から供給される
緊急スロットル制御信号UTHEと加算される。スロットル
アクチュエータ130から供給されるスロットル位置信号
φTHはエンジン110のスロットルの位置を制御する。
第１３図はプログラム制御フローチャートの一般化され
た形を示す。プログラムを始動して全変数が初期化され
た後、プログラムはバックグランドルーチンに入る。本
発明に従って構成されたエンジン性能制御システム用バ
ックグランドルーチンが第14ａ図に示されている。この
ルーチンにおいて、プログラムはフィルタサブルーチン
に行くべき旨の割込みを待つ。エンジンが該エンジ性能
制御システムの制御の下にあるときは、プログラムは該
フィルタサブルーチン又はその関連サブルーチンにあ
る。本発明に従って構成されたエンジン性能監視システ
ム用バックグランドルーチンが第14図に示されている。
このルーチンにおいて、プログラムは、基本的には或る
データをCRT又はスクリーンに出力するべき旨の指令で
ある入力のための指令キーボードを連続的に走査する。
そのような指令信号が現われると、所用のデータがスク
リーンに出力され、バックグランドルーチンは走査モー
ドに復帰する。
第14ａ図又は第14ｍ図からの割込みは、プログラムを、
第14ｂ図にそのフローチャートが示されているフィルタ
サブルーチンFILTSUBに入らせる。６０歯歯車がそのク
ランク軸に接続された６気筒４ストロークエンジンに関
して説明したように、各燃焼過程について、上死点を中
心とする９データ点がエンジン性能計算に用いられる。
フィルタサブルーチンにおいて、データは先ず読取ら
れ、そしてフィルタ係数が乗ぜられる。次いで、判断ブ
ロックにおいて、プログラムは、最後に読取られたデー
タ点が現に進行中の燃焼過程中に読取られるべき最後の
（９番目の）データ点であるか否か判定する。若し否で
あれば、データ点カウンタの内容が増加されるとともに
プログラムは基に戻って次のデータ点を待つ。最後に読
取られたデータ点が９番目のデータ点であれば、カウン
タはクリアされ、上死点を中心とする９データ点は性能
指数を計算するために用いられる。これは第１３図の一
般的フローチャートに記した性能指数サブルーチンによ
ってなされる。
第１２図のエンジンラフネス制御システムがこのプログ
ラムによって運転されるときは、性能指数サブルーチン
は第14ｃ〜14ｄ図に示す通りである。性能指数計算が上
記した如くにしてなされた後、性能指数サブルーチン
は、性能指数を許容不可能のエンジンラフネスレベルRU
FEMGと比較する判断ブロックに到達する。シリンダ性能
指数がRUFEMGより大きくなければ緊急カウンタEMGCNTの
内容が増分される。EMGCNTは、緊急スロットル制御動作
を要するラフネスレベルRUFEMGより代数的に小ない性能
指数を有する、点火順序において連続するシリンダの数
である。次の判断ブロックでEMGCNTは緊急計数限界EMGL
IMと比較される。EMGLIMは、緊急スロットル制御動作を
発動させるのに必要な連続した『悪い』シリンダ点火の
回数である。EMGCNTがEMGLIM限界に達すると、緊急フラ
グEMGFLGが立てられ、累積緊急カウンタEMGSUMの内容が
増分され、スロットル制御出力ＵTHINがEMGTHに等しく
設定され、その後、第14ｊ〜14ｌ図に示されたスロット
ルアクチュエータ制御サブルーチンを介してスロットル
アクチュエータに制御信号が出力される。
次いでEMGCNTがゼロにセットされ、シリンダの性能指数
が記憶されるとともにその絶対値が様々のシリンダの性
能指数の絶対値の和に加算される。次の判断ブロックに
おいて、プログラムは、その性能指数が記憶された最後
のシリンダが点火順序において最後のシリンダであった
か否か問合わせる。若し否であれば、該サブルーチンは
元に戻って次のシリンダについてデータ収集及び性能指
数計算のプロセスを開始する。その性能指数が計算され
た最後のシリンダが点火順序において最後のシリンダで
あったならば、カウンタOPCNTの内容が増加される。次
の判断ブロックでOPCNTはOPCYCと比較される。OPCNTがO
PCYCに等しくなければ、プログラムは元に戻って、次の
シリンダの性能指数に関するデータを受信する。OPCNT
がOPCYCに等しければ、プログラムは第１３図、第14ｅ
〜14ｇ図に示された閉ループ制御サブルーチンを実行す
る。
ここで、EMGCNTをEMGLIMと比較する第14ｃ図の判断ブロ
ックに戻る。若しEMGCNTがEMGLIMより小さければ、シリ
ンダの性能指数が記憶されるとともにその絶対値が性能
指数の絶対値の和に加算される（第14ｄ図）。次にプロ
グラムは、先の場合と同様に、CYLINDER＝６？判断ブロ
ックで如まる性能指数サブルーチンの部分に復帰する。
ここで第14ｃ図に示した性能指数とRUFEMGとの比較に戻
る。若し性能指数がRUFEMGより大であればEMGCNTはゼロ
にセットされ、シリンダの性能指数が記憶されるととも
にその絶対値が性能指数の絶対値の和に加算される。次
いで、先の場合と同様に、性能指数サブルーチンは性能
指数サブルーチンの『CYLINDER＝６？』の部分に入る。
閉ループ制御プログラムルーチンは第１３図に示されて
おり、更に第14ｅ，14ｆ，14ｇ図に詳細に示されてい
る。プログラムはこのルーチンに入って、平均回転数及
びラフネス指数を計算し、次いで濾波する。平均回転数
計算及び濾波サブルーチンSPCFは、平均エンジン回転数
を計算して濾波するために用いられる。ラフネス指数計
算及び濾波サブルーチンRCFはラフネス指数を計算して
濾波するのに用いられる。その際ラフネスループカウン
タの内容が増加される。緊急フラグEMGFLGがクリアされ
ると、プログラムはこのCOUNTERの計数内容をRUFCNTと
比較する。
EMGFLGがクリアされてCOUNTERがRUFCNTより小さい場合
は、プログラムは第14ｇ図に行って、アイドル回転数設
定点Sdマイナス濾波済みエンジン平均回転数Smに等しい
回転雛抑ESを計算する。次に、プログラムは、スロット
ルアクチュエータへの制御出力、すなわち制御出力U
THINを決定する。この制御出力は、スロットルアクチュ
エータ制御装置が動かすよう指令されたステップモータ
の制御ステップ数である。該制御信号は次いでスロット
ルアクチュエータに出力される。次いで緊急フラグEMGF
LGがクリアされ、該システムは性能指数制御サブルーチ
ン（IPSUB）に復帰する。
若しCOUNTERがRUFCNTより小さくなければ、該カウンタ
はクリアされる。ここで特に第14ｆ図を参照すると、閉
ループ制御プログラムサブルーチンは判断ブロック『IS
EMGSUM＜SUMLIM？』から継続している。若し答えが否
ならば、ラフネス設定点Rd（第１２図）又はRUFMAX（第
14ｆ図）が低減される。RuFMAXの新たな値が次いで記憶
される。EMGSUMがSUMLIMより少ないとき、又はRUFMAXの
新たな値が記憶された後、EMGSUMは０にリセットされ
る。次いで、新たな回転数設定点Ｓｄが計算される。第
14ｇ図を参照すると、ＳｄがSdulより小さいか否か判定
される。Sdulはアイドル回転数設定点上限である。これ
は許容し得る最高のアイドル回転数設定点である。Sdが
Sdulより小さくなければ、SdはSdulに等しくセットされ
る。次いでプログラムはSd−Smに等しくセットされた回
転数誤差ESを計算する。次に、プログラムは制御出力U
THIN、すなわちスロットルアクチュエータへの制御出力
を決定する。該制御信号はスロットルアクチュエータに
出力される。次いで緊急フラグEMGがクリアされ、シス
テムは性能指数制御サブルーチンに復帰する。
SdがSdulより小さければ、プログラムは判断ブロック
『Sd−Sdll？』に行く。Sdllはアイドル回転数設定点下
限である。すなわち、許容可能な最低のアイドル回転数
設定点である。SdがSdulより大きければ、プログラムは
回転数誤差ESの計算に進み、先に説明したようにして進
行する。SdがSdllより大きくなければ、SdはSdllに等し
くセットされる。次いでプログラムは回転数誤差ESの計
算に進んで先に説明したようにして進行する。
第14ｅ図に戻って、緊急フラグEMGFLGがクリアでなけれ
ば、第14ｇ図に示されているようにプログラムはEMGFLG
をクリアして第１３図に示された性能指数サブルーチン
に復帰する。
ラフネス計算及び濾波サブルーチン（RCF）が第14ｈ図
に示されている、このサブルーチンでは回転数ループ更
新間隔OPCYC中に性能指数の絶対値の和が得られる。次
に、性能指数の絶対値の和が０にリセットされ、ラフネ
ス指数Ｒが既述の如くに計算される。ラフネス指数は記
憶され、濾波され、そして濾波済みラフネス指数が記憶
され、そしてプログラムはRCFサブルーチンからCLCPサ
ブルーチン（第１３図）に復帰する。
平均エンジン回転数計算及び濾波サブルーチンSPCFが第
14ｉ図に示されている。このサブルーチンでは、OPCYC
エンジンサイクル又はOPCYC回転数ループ更新間隔中の
クロックカウントの総数が読取られ、OPCYCクロックカ
ウントが０にリセットされる。次いでエンジンサイクル
当りの平均クロックカウント数が計算される。次いでこ
のサブルーチンは、そのサイクル当りクロックカウント
を、等価な平均エンジン回転数（rpm）に変換する。次
いで、この平均エンジン回転数は濾波されて記憶され、
そして該プログラムはSPCFサブルーチンからCLCPサブル
ーチンに復帰する（第１３図）。
スロットルアクチュエータ制御サブルーチンTACが第14
ｊ〜14ｌ図に示されている。このサブルーチンでは、ス
ロットルアクチュエータ制御回路の出力アドレスが先ず
セットされる。次いで、スロットル開／スロットル閉フ
ラグが開にセットされる。次いで該サブルーチンは所望
の数の制御ステップＵTHINを読込む、これはスロットル
アクチュエータへの制御出力、すなわち、スロットルア
クチュエータ制御回路が動かすよう指令されたステップ
モータの制御ステップ数である。このサブルーチンの最
初の判断ブロックＵTHINは０と比較される。第14ｊ図に
示されているように、若しＵTHINが０に等しければ、ス
ロットルアクチュエータ制御回路に送られる制御ステッ
プの数が記憶されるとともにプログラムはTACサブルー
チンからCLCPサブルーチンに復帰する。若しＵTHINが０
に等しくなければ、TACサブルーチンは次の判断ブロッ
ク『ＵTHIN＞０？』に到達する。若しＵTHINが０より大
きければ、第14ｋ図に最も良く示されているように、ス
ロットルアクチュエータイネーブルラインが高レベルに
ストローブ（strobe）される。スロットル開／スロット
ル閉信号がスロットルアクチュエータ制御回路に送られ
る。次の判断ブロックで、ＵTHINの絶対値が最大許容ス
ロットルコマンドＵTHMANと比較される。ＵTHINの絶対
値がＵTHMANより小さくなければ、ＵTHINはＵTHMANに等
しくセットされる。ＵTHINの絶対値がＵTHMANより小さ
ければ、第14ｌ図に示されているようにこのサブルーチ
ンが接続する。制御ステップ出力がスロットルアクチュ
エータ制御回路に送られる。スロットルの運動を開始さ
せるべくスロットルアクチュエータ制御イネーブルライ
ンが低レベルにストロープされる。スロットルアクチュ
エータ制御回路に送られる制御ステップ数が記憶され、
プログラムはTACサブルーチンからCLCPサブルーチンへ
復帰する。
第14ｊ図に戻って、若しＵTHINが０より大きくなけれ
ば、スロットル開／スロットル閉フラグは閉にセットさ
れる（第14ｋ図）。次いでＵTHINの絶対値が計算され、
スロットルアクチュエータイネーブルラインが高レベル
にストローブされる。スロットル開／スロットル閉信号
がスロットルアクチュエータ制御回路に送られる。次い
で該サブルーチンが継続してＵTHINの絶対値とＵTHMAX
との比較及びTACサブルーチンの残部が既述の場合と同
様に行なわれる。
第13，14ａ〜14ｌ図の変数を以下に掲げる。
ES 回転数誤差。回転数設定点から濾波済みエンジ
ン回転数を減じて得られる値。
EMGCNT 緊急カウンタ。RUFEMGより代数的に小さなＩＰ
を有する。点火順序で連続するシリンダの数。
EMGFLG 緊急フラグ。緊急スロットル制御動作がIPSUB
で開始されるとフラグはFFFF16にセットされる。フラグ
が立つと、閉ループサブルーチンは（CLCP）如何なるス
ロットル動作も開始させない。CLCPが終了するとフラグ
は000016にリセットされる。
EMGLIM 緊急カウント限界。緊急スロットル制御動作を
開始させるに要する連続した『悪い』シリンダ点火の回
数。
EMGSUM 累積緊急カウンタ。終了したラフネスループ更
新間隔中に起こされた緊急制御動作の数。
EMGTH 緊急スロットル運動。スロットルアクチュエー
タが緊急時に開くように指令されたステップモータの制
御ステップの数。
ＩＰ 性能指数。１つのシリンダの１回の点火に１
つのＩＰ。
OPCYC 回転数ループ更新間隔。回転数ループはOPCYCエ
ンジンサイクル毎に１回更新される。
RUFCNT ラフネスループカウンタ限界。ラフネスループ
は各RUFCNT＊OPCYCエンジンサイクルに１回更新され
る。
RUFEMG 緊急ラフネスレベル。大きな負の値。RUFEMGよ
り小さなシリンダＩＰは緊急カンウンタの内容を増加さ
せる。
RUFMAX ラフネス設定点。
Ｓｄ アイドル回転数設定点。
Sdll アイドル回転数設定点下限。最低の許容回転数
設定点。
Sdul アイドル回転数設定点。最高の許容回転数設定
点。
Ｓｍ 濾波済み平均エンジン回転数。
SUMLIM 累積緊急カウントの限界。若し１つのラフネス
ループ更新間隔（RUFCNT＊OPCYCエンジンサイクル）中
にSUMLIMより多く緊急制御動作が起こされると、ラフネ
ス設定点が下げられる。
UTHIN スロットルアクチュエータへの制御出力。ス
ロットルアクチュエータ制御回路が動かすように指令さ
れたステップモータの制御ステップの数。
UTHMAX 最大許容スロットルコマンド。スロットルアク
チュエータが１方向に動くように指令され得る制御ステ
ップの最大数。
以上詳述した通り本発明によれば、各シリンダの点火に
対する性能指数ＩＰを基準としてエンジン制御をするよ
うにしたので、多気筒内燃機関の各個別のシリンダのト
ルク寄与が判断することができる。
これにより、火花点火式内燃機関にあっては、各個別の
シリダンの点火タイミングがエンジン全体のトルクに対
してプラス側にトルクが発生するように制御することが
でき、また、圧縮点火式内燃機関にあっては各個別のシ
リンダ燃料噴射タイミングがエンジン全体のトルクに対
してプラス側にトルクが発生するように制御することが
できる。
このようにシリンダ一つ一つについて制御することによ
り、各シリンダのトルク寄与を最大限発揮することがで
きるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第１図は理想エンジン１分当りのエンジン回転数（rp
m）対クランク軸角度(度)のグラフ、 第２図は現実のエンジンの、濾波済みエンジン回転数
（rpm）対クランク軸角度(度)のグラフであり、上死点
に参照符Ｓ1……Ｓ7が付されている。 第３図はエンジンのクランク軸の連続する６゜の回転間
隔中に測定された５MHzクロックの連続するカウントを
示すグラフ、 第４図は第３図に類似したグラフで、ノイズを除去する
ためのオンライン式、非再帰的ディジタル濾波を示す。 第５図は本発明に係わる、多気筒点火内燃機関シリンダ
の相対燃焼効率を決定するエンジン制御装置のブロック
図、 第６図は第５図の１部拡大ブロック図、 第７図は第６図に示す回路のタイミング図、 第８図は第５図に示す回路の他の部分ブロック図、 第９図は第８図に示す回路のタイミング図、 第１０図は本発明による多気筒内燃機関の個個のシリン
ダの性能を制御するシステムブロック図、 第１１図は本発明による多気筒内燃機関の個個のシリン
ダの性能を制御するシステムブロック図、 第１２図は本発明により多気筒内燃機関のアイドル回転
数を制御するシステムブロック図、 第１３図は本発明に係るシステムのプログラムフローチ
ャート図、 第14ａ〜14ｍ図は第１３図の詳細な部分を示すフローチ
ャート図。 図中符号 ２０，２２……磁性ピックアップ ２４，２６……歯車、３０……クランク軸 ４２，９４，１２０……クロック ３２，８４，９８……エンジン ４４……インタバルタイマ ５０……マイクロプロセッサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・ポ−ル・ミヘル アメリカ合衆国47905インデイアナ・ラフ アイエツト905テイムバ−・トレイル900 (56)参考文献 特開 昭54−147327（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−59138（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンのクランク軸が回転する角度Δθ
    を検出する手段Ｂと、該手段から出力されるΔθを用い
    てクランク軸がΔθ度回転するのに要する時間Tiを測定
    する手段Ａと、シリンダのパワーストローク開始の上死
    点の基準信号を発信する手段Ｃと、上記クランク軸がΔ
    θ度回転するのに要する時間Tiを測定する手段Ａからの
    信号と上記シリンダのパワーストローク開始の上死点の
    基準信号を発信する手段Ｃからの信号により上死点にお
    けるシリンダ間の瞬時エンジン回転数変化から求められ
    る各点火時期に対する性能指数IPを求めるに必要な測定
    データを濾波して各点火に対する上記性能指数IPを計算
    し出力するマイクロプロセッサとから成るエンジン制御
    装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のエンジンのク
    ランク軸が回転する角度Δθを検出する手段において、
    クランク軸に多歯歯車を取り付け、該多歯歯車の回転位
    置に応じて信号を発生させる磁性ピックアップを設けた
    ことを特徴とするエンジン制御装置。
  3. 【請求項３】エンジンのクランク軸が回転する角度Δθ
    を検出する手段Ｂと、該手段から出力されるΔθを用い
    てクランク軸がΔθ度回転するのに要する時間Tiを測定
    する手段Ａと、シリンダのパワーストローク開始の上死
    点の基準信号を発信する手段Ｃと、上記クランク軸がΔ
    θ度回転するのに要する時間Tiを測定する手段Ａからの
    信号と上記シリンダのパワーストローク開始の上死点の
    基準信号を発信する手段Ｃからの信号により上死点にお
    けるシリンダ間の瞬時エンジン回転数変化から求められ
    る各点火時期に対する性能指数IPを求めるに必要な測定
    データを濾波して各点火に対する上記性能指数IPを計算
    し出力するマイクロプロセッサと、前記手段Ｂで検出し
    たΔθおよび手段Ａからの測定データによってマイクロ
    プロセッサでΔθに対応する平均エンジン回転数Ｓを計
    算しこのＳと前記IPに基ずいて各シリンダの最適点火進
    角を決定する点火タイミング手段と、該点火タイミング
    手段から発信される点火信号の送出時期を調整してエン
    ジンの各シリンダの適切な点火進角を保証する点火コイ
    ルドライバおよびスパーク配電装置とから成るエンジン
    制御装置。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項の手段Ａにおいて、
    クロックパルスを発生するクロックと、手段Ｂから出力
    されるΔθに対して前記クロックパルスをカウントする
    ディジタルインタパルタイマとから成ることを特徴とす
    るエンジン制御装置。
  5. 【請求項５】エンジンのクランク軸が回転する角度Δθ
    を検出する手段Ｂと、該手段から出力されるΔθを用い
    てクランク軸がΔθ度回転するのに要する時間Tiを測定
    する手段Ａと、シリンダのパワーストローク開始の上死
    点の基準信号を発信する手段Ｃと、上記クランク軸がΔ
    θ度回転するのに要する時間Tiを測定する手段Ａからの
    信号と上記シリンダのパワーストローク開始の上死点の
    基準信号を発信する手段Ｃからの信号により上死点にお
    けるシリンダ間の瞬時エンジン回転数変化から求められ
    る各点火時期に対する性能指数IPを求めるに必要な測定
    データを濾波して各点火に対する上記性能指数IPを計算
    し出力するマイクロプロセッサと、前記手段Ｂで検出し
    たΔθおよび手段Ａからの測定データによってマイクロ
    プロセッサでΔθに対応する平均エンジン回転数Ｓを計
    算しこのＳと前記IPに基ずいて各シリンダの最適燃料噴
    射タイミングを決定する燃料パラメータと、該燃料パラ
    メータからの燃料噴射信号が送出される時期を調節して
    各シリンダの最適燃料噴射タイミングを保証する燃料配
    給手段とから成るエンジン制御装置。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第５項の手段Ａにおいて、
    クロックパルスを発生するクロックと、手段Ｂから出力
    されるΔθに対応して前記クロックパルスをカウントす
    るディジタルインタバルタイマとから成ることを特徴と
    するエンジン制御装置。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第５項の燃料パラメータカ
    ラ送出される燃料噴射信号が各シリンダに計量供給され
    るべき燃料量であることを特徴とするエンジン制御装
    置。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第５項の燃料パラメータか
    ら送出される燃料噴射信号が各シリンダの作動サイクル
    中に燃料がシリンダに計量供給される時点であることを
    特徴とするエンジン制御装置。
JP58243028A 1982-12-22 1983-12-22 エンジン制御装置 Expired - Lifetime JPH0631562B2 (ja)

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US452372 1982-12-22
US06/452,372 US4532592A (en) 1982-12-22 1982-12-22 Engine-performance monitor and control system

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JPS59170443A JPS59170443A (ja) 1984-09-26
JPH0631562B2 true JPH0631562B2 (ja) 1994-04-27

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