JPH09209814A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置

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JPH09209814A
JPH09209814A JP8019017A JP1901796A JPH09209814A JP H09209814 A JPH09209814 A JP H09209814A JP 8019017 A JP8019017 A JP 8019017A JP 1901796 A JP1901796 A JP 1901796A JP H09209814 A JPH09209814 A JP H09209814A
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average value
control
ignition timing
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JP8019017A
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Hirokazu Shimizu
博和 清水
Kenichi Machida
憲一 町田
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
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Unisia Jecs Corp
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    • F02D41/008Controlling each cylinder individually
    • F02D41/0085Balancing of cylinder outputs, e.g. speed, torque or air-fuel ratio
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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Abstract

(57)【要約】 【課題】気筒間における発生トルクの段差を、簡便かつ
精度良く吸収する。 【解決手段】各気筒毎に筒内圧を検出し、圧縮上死点後
の所定クランク角範囲における筒内圧積分値と、圧縮上
死点前の所定クランク角範囲における筒内圧積分値との
偏差又は比を、各気筒の発生トルクを示すパラメータと
して演算する。そして、前記気筒別の発生トルクと、全
気筒での平均値とを比較し(S22,S24)、平均値より
も発生トルクが小さい気筒については点火時期を進角補
正し(S23)、平均値よりも発生トルクが大きい気筒に
ついては点火時期を遅角補正する(S25)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の制御装置
に関し、詳しくは、気筒間におけるトルク段差の発生を
回避するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、機関の出力変動を検出し、か
かる検出結果に基づいて空燃比や点火時期を燃焼安定限
界にまで調整することが行われていた。具体的には、各
気筒別に設けた筒内圧センサで検出される燃焼圧に基づ
いて出力変動を演算し、該変動率が所定値(燃焼安定限
界)よりも大きくならない範囲で、空燃比をリーン化
し、また、点火時期を遅角(リタード)させる構成とな
っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の出力
変動に基づく空燃比や点火時期の制御を、各気筒個別に
実行すれば、各気筒毎に最大限に空燃比をリーン化し、
また、点火時期をリタードさせることが可能となるが、
リーン限界やリタード限界が気筒毎に大きく異なる場合
には、気筒間で空燃比,点火時期に大きな偏差が生じ、
以て、気筒間におけるトルク段差が発生する惧れがあっ
た。
【0004】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、気筒間におけるトルク段差を、簡便な構成によっ
て精度良く吸収できる制御装置を提供することを目的と
する。
【0005】
【課題を解決するための手段】そのため請求項1記載の
発明は、図1に示すように構成される。図1において、
気筒別発生トルク検出手段は、機関の各気筒別に発生ト
ルクを検出し、平均値演算手段は、前記気筒別の発生ト
ルクの平均値を演算する。ここで、発生トルク制御手段
は、前記気筒別発生トルク検出手段で検出された気筒別
の発生トルクを前記平均値演算手段で演算された平均値
に近づける方向に、気筒別の発生トルクに関わる制御対
象を各気筒個別に制御する。
【0006】かかる構成によると、各気筒における発生
トルクの平均値に近づくように、各気筒別に発生トルク
が制御されるから、各気筒の発生トルクが略平均値付近
に制御されることになる。請求項2記載の発明では、前
記気筒別発生トルク検出手段が、各気筒別に筒内圧を検
出し、該検出された気筒別の筒内圧に基づいて発生トル
クに相関するパラメータを各気筒別に演算する構成とし
た。
【0007】かかる構成によると、各気筒別の筒内圧
が、それぞれの気筒における発生トルクに相関するもの
として検出され、該検出された各気筒の筒内圧、具体的
には燃焼圧に基づいて気筒別の発生トルクが検出され
る。請求項3記載の発明では、前記気筒別発生トルク検
出手段が、圧縮上死点前の所定クランク角範囲における
筒内圧の積分値と、圧縮上死点後の所定クランク角範囲
における筒内圧の積分値との偏差又は比を、発生トルク
に相関するパラメータとして各気筒別に演算する構成と
した。
【0008】かかる構成によると、圧縮上死点前の所定
クランク角範囲、即ち、圧縮行程中における筒内圧の積
分値が求められる一方、圧縮上死点後の所定クランク角
範囲、即ち、燃焼行程中における筒内圧の積分値が求め
られ、圧縮行程中の積分値に対して燃焼行程中の積分値
がどれだけ大きいかを、両者の偏差又は比として求め、
これを発生トルクに相関するパラメータとして用いる。
【0009】請求項4記載の発明では、各気筒別に燃料
噴射弁を備え、前記発生トルク制御手段が、前記燃料噴
射弁による噴射量を、発生トルクに関わる制御対象とし
て各気筒個別に補正制御する構成とした。かかる構成に
よると、平均値に対して発生トルクが大きい気筒につい
ては、燃料噴射量の減量補正(空燃比のリーン化)によ
って発生トルクの減少を図り、平均値に対して発生トル
クが小さい気筒については、燃料噴射量の増量補正(空
燃比のリッチ化)によって発生トルクの増大を図り、各
気筒の発生トルクが平均値に近づくようにする。
【0010】請求項5記載の発明では、前記発生トルク
制御手段が、各気筒における点火時期を、発生トルクに
関わる制御対象として各気筒個別に補正制御する構成と
した。かかる構成によると、平均値に対して発生トルク
が大きい気筒については、点火時期の遅角補正によって
発生トルクの減少を図り、平均値に対して発生トルクが
小さい気筒については、点火時期の進角補正によって発
生トルクの増大を図り、各気筒の発生トルクが平均値に
近づくようにする。
【0011】請求項6記載の発明では、前記発生トルク
制御手段が、発生トルクに関わる制御対象を、予め設定
された制御限界範囲内で制御する構成とした。かかる構
成によると、各気筒の発生トルクを平均値に近づけるた
めの制御において、前記燃料噴射量や点火時期などの制
御パラメータは、所定の制御限界範囲内で制御され、各
気筒の発生トルクが平均値に充分に近づいていない状態
であっても、前記限界範囲を越えて制御されることが禁
止される。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。実施形態のシステム構成を示す図2において、内
燃機関1には、エアクリーナ2,吸気ダクト3,吸気マ
ニホールド4を介して空気が吸入される。前記吸気ダク
ト3には、図示しないアクセルペダルと連動するバタフ
ライ式のスロットル弁5が介装されており、該スロット
ル弁5によって機関の吸入空気量が調整されるようにな
っている。
【0013】また、前記吸気マニホールド4の各ブラン
チ部には、各気筒別に電磁式の燃料噴射弁6が設けられ
ており、該燃料噴射弁6から噴射供給される燃料量の電
子制御によって所定空燃比の混合気が形成される。ここ
で、前記各気筒別に設けられる燃料噴射弁6を個別に制
御することで、各気筒別に異なる空燃比の混合気を形成
させることが可能となっている。
【0014】シリンダ内に吸気弁7を介して吸引された
混合気は、各気筒毎に設けられる点火栓8による火花点
火によって着火燃焼し、燃焼排気は排気弁9を介して排
出され、排気マニホールド10によって図示しない触媒,
マフラーに導かれる。前記燃料噴射弁6による燃料噴射
量,点火栓8の点火時期を制御するコントロールユニッ
ト11は、マイクロコンピュータを含んで構成され、熱線
式エアフローメータ12からの吸入空気量信号Q,スロッ
トルセンサ13からのスロットル弁開度信号TVO,クラ
ンク角センサ14からのクランク角信号,水温センサ15か
らの冷却水温度信号Tw,筒内圧センサ16からの筒内圧
信号P等が入力される。
【0015】前記熱線式エアフローメータ12は、感温抵
抗の吸入空気量による抵抗変化に基づいて機関1の吸入
空気量を検出するものである。前記スロットルセンサ13
は、スロットル弁5の開度TVOをポテンショメータに
よって検出するものである。前記クランク角センサ14
は、単位クランク角毎の単位角度信号と、所定ピストン
位置毎の基準角度信号とをそれぞれ出力する。ここで、
前記単位角度信号の所定時間内における発生数、又は、
前記基準角度信号の発生周期を計測することで機関回転
速度Neを算出可能である。
【0016】前記水温センサ15は、機関1のウォーター
ジャケット内の冷却水温度Twを検出するものである。
前記筒内圧センサ16は、実開昭63−17432号公報
に開示されるような点火栓8の座金として装着されるリ
ング状の圧電素子からなるものであって、点火栓の締付
け荷重に対する相対圧として燃焼圧を検出するセンサで
あり、各気筒の点火栓8毎に装着することで各気筒別に
筒内圧Pが検出できるようになっている。尚、前記筒内
圧センサ16は、上記のように点火栓8の座金として装着
されるタイプの他、センサ部を直接燃焼室内に臨ませて
筒内圧を絶対圧として検出するタイプのものであっても
良い。
【0017】前記コントロールユニット11は、機関負荷
や機関回転速度等の機関運転条件に基づいて基本点火時
期(基本点火進角値)を決定し、点火栓8による点火時
期を制御する。また、コントロールユニット11による前
記燃料噴射弁6の噴射量の制御は以下のようにして行な
われる。
【0018】前記熱線式エアフローメータ12で検出され
た吸入空気量Qと、クランク角センサ14からの検出信号
から算出した機関回転速度Neとに基づいて目標空燃比
に対応する基本燃料噴射量Tp(Tp=K×Q/Ne:
Kは定数)を算出し、該基本燃料噴射量Tpに冷却水温
度Twなどの運転条件に応じた補正を施して最終的な燃
料噴射量Tiを求める。そして、前記燃料噴射量Tiに
相当するパルス幅の駆動パルス信号を前記燃料噴射弁6
に所定タイミングで出力する。燃料噴射弁6には、図示
しないプレッシャレギュレータで所定圧力に調整された
燃料が供給されるようになっており、前記駆動パルス信
号のパルス幅に比例する量の燃料を噴射供給して、所定
空燃比の混合気を形成させる。
【0019】更に、前記コントロールユニット11は、前
記基本的な点火時期制御に加えて、前記筒内圧センサ16
で検出される各気筒の筒内圧に基づいて、気筒間のトル
ク段差を吸収するための点火時期補正制御を、図3及び
図4のフローチャートに基づいて行う。図3のフローチ
ャートにおいて、ステップ1(図中ではS1としてあ
る。以下同様)では、筒内圧,クランク角,機関負荷,
機関回転などの検出結果を読み込む。
【0020】ステップ2では、所定の制御条件が成立し
ているか否かを判別する。前記制御条件としては、定常
又はアイドル運転時であって、各気筒で失火がない状態
とすることが好ましい。前記失火がない状態は、例えば
前記筒内圧センサ16で検出される燃焼圧と運転条件(機
関負荷,機関回転)に応じたスライスレベルとの比較に
基づいて判別できる。
【0021】制御条件が成立している場合には、ステッ
プ3へ進み、気筒別の筒内圧の検出結果に基づいて発生
トルクに相関するパラメータを気筒別に演算する。この
部分が気筒別発生トルク検出手段に相当する。前記パラ
メータは、図5に示すように、圧縮上死点前の120 °C
A間における筒内圧の積分値と、圧縮上死点後の120 °
CA間における筒内圧の積分値とをそれぞれ求め、発生
トルク=TDC後の圧力積分値−TDC前の圧力積分値
として求めるか、或いは、発生トルク=TDC後の圧力
積分値/TDC前の圧力積分値として求める。
【0022】尚、筒内圧を積分するクランク角範囲を前
記圧縮上死点前後の120 °CAに限定するものでないこ
とは明らかである。また、前述のように、TDC前後の
圧力積分値を用いて気筒別の発生トルクを検出する代わ
りに、圧縮上死点後の積分値を発生トルク相当値として
も良い。但し、前述のように、TDC前後の圧力積分値
を用いて気筒別の発生トルクを検出させる構成の方が、
発生トルクを高精度に検出できる。
【0023】発生トルクに相関するパラメータを、前述
のように筒内圧に基づいて各気筒別に演算すると、ステ
ップ4では、前記各気筒別の発生トルクの平均値を演算
する。この部分が平均値演算手段に相当する。そして、
ステップ5〜8では、各気筒(#1〜#4気筒)におけ
る点火時期(ADV)補正値を、前記平均値と気筒別の
発生トルクとに基づいてそれぞれ個別に演算する。この
ステップ5〜9の部分が発生トルク制御手段に相当す
る。
【0024】前記気筒別に行われる点火時期補正値の演
算については、図4のフローチャートに詳細に示してあ
る。図4のフローチャートにおいて、ステップ21では、
気筒別の点火時期補正値が、予め設定された下限〜上限
の範囲内であるか否かを判別し、前記限界範囲内にない
場合には、本ルーチンをそのまま終了させる。従って、
点火時期が限界範囲を大きく越えて修正されることが回
避され、以て、運転性や排気性状の悪化を未然に防止で
きる。
【0025】一方、ステップ21で点火時期補正値が限界
範囲内であることが判別されると、ステップ22へ進み、
気筒別に算出される発生トルクが、平均値−不感帯分よ
りも小さいか否かを判別する。そして、平均値−不感帯
分よりも当該気筒の発生トルクが小さい場合には、ステ
ップ23へ進み、当該気筒における点火時期補正値(進角
補正値)に所定の補正値1を加算することで、点火時期
の進角補正を図り、平均値に近づく方向に発生トルクが
増大変化するようにする。
【0026】一方、平均値−不感帯分よりも当該気筒の
発生トルクが大きい場合には、ステップ22からステップ
24へ進み、気筒別に算出される発生トルクが、平均値+
不感帯分よりも大きいか否かを判別する。そして、平均
値+不感帯分よりも当該気筒の発生トルクが大きい場合
には、ステップ25へ進み、当該気筒における点火時期補
正値(進角補正値)から所定の補正値2を減算すること
で、点火時期の遅角補正を図り、平均値に近づく方向に
発生トルクが減少変化するようにする。
【0027】また、ステップ24で、平均値+不感帯分よ
りも当該気筒の発生トルクが小さいと判別されたときに
は、平均値±不感帯分の範囲内に発生トルクが含まれて
いることになり、この場合は、点火時期補正値を修正す
ることなく、本ルーチンをそのまま終了させる。上記点
火時期補正値の修正制御をステップ5〜ステップ8にお
いて各気筒別に実行させて、各気筒個別に点火時期補正
値を設定させると、ステップ9では、前記補正値に基づ
いて気筒別に点火時期を補正して、点火栓8による点火
時期を制御する。
【0028】このようにすれば、各気筒の発生トルクを
全て平均値±不感帯分の範囲内に収束させることができ
る。ここで、各気筒別に発生トルクの変動率を演算し、
該変動率が目標限界値に近づくように、各気筒別に点火
時期又は/及び空燃比(燃料噴射量)をフィードバック
補正した上で、前述の気筒間の発生トルク段差を縮小す
るための点火時期補正を実行すれば、気筒間におけるト
ルク段差の発生を抑制した上で、各気筒の点火時期を極
力遅角補正し、また、空燃比をリーン化させることが可
能となる。
【0029】即ち、各気筒別に発生トルクの変動率を演
算し、該変動率が目標限界値に近づくように、各気筒別
に点火時期又は/及び空燃比(燃料噴射量)をフィード
バック補正すれば、各気筒の燃焼安定限界にまで、点火
時期を遅角し、空燃比をリーン化できるが、各気筒に燃
焼安定限界のばらつきがあると、気筒間で点火時期,空
燃比のばらつきを生じ、これによって、気筒間に発生ト
ルク段差が生じることになってしまう。
【0030】ここで、前述の発生トルクの平均値に各気
筒の発生トルクを近づける点火時期補正制御を実行すれ
ば、全気筒の平均的な発生トルクに揃えることができる
から、気筒間のトルク段差による機関全体での出力変動
を抑制しつつ、燃焼限界制御を最大限に進めることがで
きる。尚、気筒間でのトルク段差を吸収するための点火
時期補正によって燃焼安定限界を越えることがないよう
に、前記トルク段差を吸収するための点火時期補正の限
界範囲、不感帯幅、及び、前記トルク変動率に基づくフ
ィードバック制御の目標限界値を適宜設定することが好
ましい。
【0031】気筒間のトルク段差の吸収は、前記点火時
期補正の他に、燃料噴射量(空燃比)の補正によって行
うことも可能であり、かかる噴射量の補正制御を図6及
び図7のフローチャートに示す。図6のフローチャート
において、ステップ31〜ステップ34の部分(気筒別発生
トルク検出手段,平均値演算手段)は、前記図3のフロ
ーチャートのステップ1〜ステップ4と全く同様の処理
が行われる。また、ステップ35〜ステップ38の部分は、
前記図3のフローチャートのステップ5〜ステップ8に
おける点火時期補正量の演算を、噴射量補正値の演算に
置き換えてあり、ステップ39では、前記気筒別に演算さ
れる噴射量の補正値に従って各気筒別に噴射量を補正設
定する。前記ステップ35〜38の部分が発生トルク制御手
段に相当する。
【0032】尚、前記噴射量の補正値は、基本噴射量T
pに対する乗算補正項とする。前記ステップ35〜ステッ
プ38における気筒別の噴射量補正値の演算は、図7のフ
ローチャートに詳細に示される。図7のフローチャート
において、ステップ41では、気筒別の噴射量補正値が、
予め設定された下限〜上限の範囲内であるか否かを判別
し、前記限界範囲内にない場合には、本ルーチンをその
まま終了させる。
【0033】一方、ステップ41で噴射量補正値が限界範
囲内であることが判別されると、ステップ42へ進み、気
筒別に算出される発生トルクが、平均値−不感帯分より
も小さいか否かを判別する。そして、平均値−不感帯分
よりも当該気筒の発生トルクが小さい場合には、ステッ
プ43へ進み、当該気筒における噴射量補正値に所定の補
正値1を加算することで、噴射量の増量補正(空燃比の
リッチ化)を図り、平均値に近づく方向に発生トルクが
増大変化するようにする。
【0034】一方、平均値−不感帯分よりも当該気筒の
発生トルクが大きい場合には、ステップ42からステップ
44へ進み、気筒別に算出される発生トルクが、平均値+
不感帯分よりも大きいか否かを判別する。そして、平均
値+不感帯分よりも当該気筒の発生トルクが大きい場合
には、ステップ45へ進み、当該気筒における噴射量補正
値から所定の補正値2を減算することで、噴射量の減量
補正(空燃比のリーン化)を図り、平均値に近づく方向
に発生トルクが減少変化するようにする。
【0035】また、ステップ44で、平均値+不感帯分よ
りも当該気筒の発生トルクが小さいと判別されたときに
は、平均値±不感帯分の範囲内に発生トルクが含まれて
いることになり、この場合は、噴射量補正値を修正する
ことなく、本ルーチンをそのまま終了させる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によると、各気筒の発生トルクを全気筒の平均値付近
に制御することができ、以て、気筒間におけるトルク段
差を、簡便かつ精度良く吸収させることができるという
効果がある。請求項2記載の発明によると、各気筒別の
筒内圧に基づいて、気筒別の発生トルクを簡便に検出で
きるという効果がある。
【0037】請求項3記載の発明によると、筒内圧に基
づいて気筒別の発生トルクを高精度に検出できるという
効果がある。請求項4記載の発明によると、各気筒別の
燃料噴射量の増減修正によって、気筒間のトルク段差を
吸収することができるという効果がある。請求項5記載
の発明によると、各気筒別の点火時期の遅角・進角修正
によって、気筒間のトルク段差を吸収することができる
という効果がある。
【0038】請求項6記載の発明によると、気筒間のト
ルク段差を吸収するための点火時期,噴射量等の補正制
御において、運転性や排気性状の悪化を招くような補正
を未然に防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1記載の発明にかかる装置の構成ブロッ
ク図。
【図2】実施の形態における機関のシステム構成図。
【図3】気筒間トルク段差を吸収するための点火時期補
正を示すフローチャート。
【図4】点火時期補正値の設定を示すフローチャート。
【図5】筒内圧に基づく発生トルクパラメータの演算の
様子を示す線図。
【図6】気筒間トルク段差を吸収するための噴射量補正
を示すフローチャート。
【図7】噴射量補正値の設定を示すフローチャート。
【符号の説明】
1 内燃機関 4 吸気マニホールド 5 スロットル弁 6 燃料噴射弁 8 点火栓 10 排気マニホールド 11 コントロールユニット 12 熱線式エアフローメータ 13 スロットルセンサ 14 クランク角センサ 15 水温センサ 16 筒内圧センサ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機関の各気筒別に発生トルクを検出する気
    筒別発生トルク検出手段と、 該気筒別発生トルク検出手段で検出された気筒別の発生
    トルクの平均値を演算する平均値演算手段と、 前記気筒別発生トルク検出手段で検出された気筒別の発
    生トルクを前記平均値演算手段で演算された平均値に近
    づける方向に、気筒別の発生トルクに関わる制御対象を
    各気筒個別に制御する発生トルク制御手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の制御装
    置。
  2. 【請求項2】前記気筒別発生トルク検出手段が、各気筒
    別に筒内圧を検出し、該検出された気筒別の筒内圧に基
    づいて発生トルクに相関するパラメータを各気筒別に演
    算することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御
    装置。
  3. 【請求項3】前記気筒別発生トルク検出手段が、圧縮上
    死点前の所定クランク角範囲における筒内圧の積分値
    と、圧縮上死点後の所定クランク角範囲における筒内圧
    の積分値との偏差又は比を、発生トルクに相関するパラ
    メータとして各気筒別に演算することを特徴とする請求
    項2記載の内燃機関の制御装置。
  4. 【請求項4】各気筒別に燃料噴射弁を備え、前記発生ト
    ルク制御手段が、前記燃料噴射弁による噴射量を、発生
    トルクに関わる制御対象として各気筒個別に補正制御す
    ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載
    の内燃機関の制御装置。
  5. 【請求項5】前記発生トルク制御手段が、各気筒におけ
    る点火時期を、発生トルクに関わる制御対象として各気
    筒個別に補正制御することを特徴とする請求項1〜3の
    いずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
  6. 【請求項6】前記発生トルク制御手段が、発生トルクに
    関わる制御対象を、予め設定された制御限界範囲内で制
    御することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに
    記載の内燃機関の制御装置。
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