JPS59136634A - 内燃機関の燃焼室内圧力識別方法 - Google Patents

内燃機関の燃焼室内圧力識別方法

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JPS59136634A
JPS59136634A JP58009929A JP992983A JPS59136634A JP S59136634 A JPS59136634 A JP S59136634A JP 58009929 A JP58009929 A JP 58009929A JP 992983 A JP992983 A JP 992983A JP S59136634 A JPS59136634 A JP S59136634A
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combustion
combustion chamber
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
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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】 (発明の利用分野) 本発明は内燃機関の燃焼室内圧力をその成分毎に検出、
識別する方法に関するものであり、内燃機関の燃焼状態
を最適に制御するための基礎となる方法に関するもので
ある。
(従来技術) 内燃機関の燃焼状態を制御する技術としては、例えば次
のようなものが開示されている。
まず特公昭49−17973号は、燃焼室内圧力をイオ
ン化電流に変換し、このイオン化電流のピーク値を検出
し、点火時期を調整して、上死点に対する最高燃焼圧力
点の角度を最適に制御することにより、内燃機関の出力
を最大にしようとするものである。
また特公昭49−29209号は、内燃機関の燃焼室内
圧力の尖頭値発生時期を電気的に検出する装置とクラン
ク軸の回転角基準位置を電気的に検出する装置とを備え
、燃焼室内圧力の尖頭値の発生位置をクランク軸の回転
角基準位置信号を用いて検知し、これを最適位置にする
ように点火位置を変えるものである。
また特開昭5:3−56429号は、燃焼室内圧力が予
め決められた成る値以上にならないように点火時期を制
御して排気ガス中の有害成分を低減しようとしたもので
ある。
また特開昭52−77935号は、燃焼カスの最高圧力
と予め決められた基準設定圧力との差を検知して、最高
圧力を基準設定圧力に適合させるように制御する点火時
期制御方法を開示しているまた特開昭52−15143
2号は、点火時期を進めるに従って燃焼室内圧力の最大
値Pmaxとモータリング圧力Pmとの比P m a 
x / P mが大きくなる傾向があり、M B T 
(minimum 5parkadvance for
 best torque)では、回転速度、吸入負圧
、空燃比等のパラメータに拘らずP m a x /P
mが殆ど一定である性質を利用して、点火時期をF m
 a x / P mが一定となるように制御するもの
であり、従来の内燃機関の試験結果に基づいて1[1均
的点火時期をプログラムした方式の点火時期制御装置と
比較して、大気状態、内燃機関特性のばらつき等の補正
を必要としない点で優れているまた特開昭53−604
31号は、上記の特開昭52−151432と同様に、
P m a X/ P mか所定値となるように制御す
る点火時期制御装置において、ノッキングが生じた時点
では点火時期を遅らせるように制御するものである。
また特開昭52−39038号は、燃費率を最小にする
最適な点火時期は、単に内燃機関の回転速度と吸気圧の
二つのパラメータのみでプログラムすることは難しく、
かつ内燃機関や点火装置等のばらつきを考慮すると、点
火時期を周期的に変化させることによってトルク変化を
発生させ、点火時期の変化する位相とトルクの位相関係
を判別してこの両者の位相関係によって点火時期を制御
することにより、最小燃費率で内燃機関を動作させよう
とするものである。
しかし上記のごとき従来技術においては、下記のごとき
問題があった。
すなわち、燃焼において、モータリング圧力(ピストン
の」―下によって燃焼室内の気体が圧縮されて生じる圧
力)と燃焼圧力(混合気の燃焼によって生しる圧力)と
を識別していない。そのため圧力波形の値が変化したと
き、圧力センサの指示値が変化したのか現象そのものが
変ったのかを明確に区別できない。
また燃焼圧力の最大値を明確に検出する方法が考慮され
ていない。
そのため燃焼室内圧力の正確な状態を把握することが出
来ないので、点火時期制御等において十分な性能を得る
ことが出来なかった。
(発明の「I的) 一本発明は−1−記の問題を解決するためになされたも
のであり、モータリング1(:力と燃焼圧力とを明確に
識別、分離する方法、および燃焼圧力の最大値や熱発生
量を1確に検出する方法を提供することを1−1的とす
る。
(発明の概要) に記の目的を達成するため本発明においては、モータリ
ング圧力波形か」−死点前と上死点後とで勾称形になる
ことに着目し、燃焼室内圧力!皮形が双峰性の波形とな
るまで点火時期をyらせることによって−1ニタヒ点前
ではモータリンク圧力だけの波形とし、−4−死点後は
それまでの波形を対称に再現することによってモータリ
ング圧力だけを求め、次にその波形を全体の燃焼室内圧
力から引算することによって燃焼11ミカを求めるよう
に構成している。
また本発明においては、上記のようにして求めた燃焼圧
力から逐次比較や微分値ゼロの点を求めることにより、
燃焼圧力の最大値およびその発生位置を求めるように構
成している。
また本発明においては、!−記のようにして求めた燃焼
圧力を積分することによって熱発生量を求めるように構
成している。
(92明の実施例) 以下実施例に基づいて本発明の詳細な説明する第1図は
本発明を適用する内燃機関制御装置の一例図である。
第1図において、1は内燃機関本体(4気筒の場合を示
す)、2は吸気管、3は排気管である。
吸気管2のスロントル弁4の上流部とド流部とは、バイ
パス管6で連結されており、かつバイパス管6の途中に
は空気量調節器7が設けられている。この空気率−調節
器7は1例えば電磁弁又は電磁弁と負圧弁との組合せで
構成されており、流量制御信号S8に応してバイパス管
6を流れる吸入空気流量を調節する。
また吸入空気層セッサ(例えばエアフローメータ)8は
、内燃機関に吸入される空気量に対応した吸入空気rト
信″+81を出力する。
またスロットルブr4と連動するスロントルセンサ5は
、スロントルゴf4の開度に対応したスロットル信号S
2を出力する。
また各気筒の吸気ポートには、燃料噴射弁9が設けられ
ており、噴射信号S9に対応した量の燃料を噴射する。
一方、排気管3には、排気センサlOが設けられている
この排気センサlOは、排気カス中の酸素濃度に対応し
て動作し、混合気がリンチ(空燃比が理論空燃比より小
)のときは高レベル、リーン(空燃比か理論空燃比より
大)のときは低レベルの空燃比値けS7を出力する。
また排気管3と吸気管2とは、排気還流管11を介して
接続されている。
この排気還流管IIの途中には、還流量調節器12が設
けられており、還流量制御信号SIOに応して排気還流
量を制御する。この還流量調節器12の構造は、前記の
空気量調節器7と同様である。
また点火信号Sllによって制御される点火装y113
は、各気筒4r5に設けられている点火プラグ(図示せ
ず)に高電圧を乍えて点火動作を行なうまたクランク角
センサ14は、内燃機関のクランク軸が単位角度(たと
えば1’)回転する毎に中位角信号S4を出力し、基準
角度(4気筒機関では180°)回転する毎に基準角信
号S5を出力する。
また水温センサ15は、内燃機関の冷却水温1隻に対応
した温度信号S3を出力する。
また圧力センサ16は、燃焼室内圧力に対応した圧力信
S 36を出力する。この圧力センサとしては、例えば
第2図に示すごとく、点火プラグ18と燃焼室壁19と
の間にワンシャの形で圧設された圧゛市素子20を用い
ることが出来る。
また演算装置17は、例えばCPU、RAM。
ROM、Ilo、A/D変換器等からなるマイ′クロコ
ンピユータで構成されており、上記の各センサからの信
号S1〜S7を入力し、各種の演算な行なって上記の各
制御信号S8〜Sllを出力する。
本発明の場合には、主として点火時期の制御に関係の深
い燃焼室内圧力の検出と識別の方法に関するものであり
、単位角信号S4、基準角信号S5、圧力信号S6、点
火信号Sllが関係する次にモータリング圧力波形と燃
焼圧力波形とを識別する方法について説明する。
実際の内燃機関に取付けた圧力センサ16によって検出
される燃焼室内圧力波形は、第3図に示すようになる。
第3図において、A−Dは点火時期を変えたことによる
燃焼室内圧力波形の変化を示し、AからDへゆくに従っ
て次第に点火時期がRくなった状態を示す。またA1.
Bl、C1、Dlはそれぞれ全体の燃焼室内圧力波形を
示し、A2、B2、C2、B2はそれぞれモータリング
圧力波形を示す。また斜線部分が燃焼圧力である第3図
から判るように、燃焼室内圧力波形はモ−クリング圧力
と燃焼圧力とが合成されたものであるから、このままで
はモータリング圧力と燃焼圧力とを分離して求めること
は出来ない。しかしモータリング圧力波形は、その性質
上、」−死点TDCに対して対称であるから、Cまたは
Dのごとき波形にすれば、モータリング圧力と燃焼圧力
とを分離することがUi(能となる。
すなわちCやDの波形においては、波形の立上り時点(
不死点に相当)TOからL死点TDCまでは、モータリ
ング圧力のみであるからこの波形を記憶し、上死点TD
C以降はその記憶した値を上死点TDCに対して対称に
演算すれば、燃焼圧力を除いたモータリング圧力のみが
得られ、その値を全体の燃焼室内圧力から引算すれば、
燃焼圧力が求められる。
以下、第3図のBとCの波形および第4図のフローチャ
ートに基づいて説明する。
第4図において、まずPlで、点火時期を上死点TDC
より七分前の位置たとえば第3図BのT2に設定し、B
のごとき単峰性の燃焼室内圧力波形になるようにする。
次にT2で、α=α+1にする。これは点火時期を前回
の値より一定量だけ遅らせることを意味している。
次にT3で、点火時期をT2+αに設定する。
T2とT3とによって点火時期が一回の演算毎に一定量
ずつ遅れることになる。
次にT4で、各クランク角度毎に燃焼室内圧力をMll
l定し、各クランク角度毎の平均値を求めて記憶する。
なおこの測定は同一運転状態においての値を求める。ま
た測定値の平均を求めるのは、−一回の測定では、ばら
つきがあるため数回の平均値を求めるのである。
次にT5で、前回の測定値(クランク角度がToに近い
方)Pbと今回の測定値Paとを比較する。
Pa≧pbであれば、圧力が上昇していること(圧力波
形の極大値前)を示すから、T2へ戻って」−記の手順
を繰返す。Pa<Pbになれば、少なくとも一つの極大
値があったことを示すからT6へ行く。
T6では、Paの方が引き続き小か否か、すなわち連続
して下降したか否かを判定する。
T6でYESの場合は、第3図Bのごとき単峰性の特性
であることを示すから、再びT2へ戻ってJ−記の手順
を繰返す。
T6でNoの場合は、Plへゆき、小から大への変化が
あったか否か、すなわち極小値があったか否かを判別す
る。
PlでNoの場合は前記と同様にT2へ戻って繰返す。
PlでYESの場合は、第3図のCの波形のごとく、双
峰性の特性であることを示すからT8へゆく。
T8では、極小値の生したクランク角度が−に死点TD
C以後か否かを判別する。
T8でNoの場合すなわち一ヒ死点TDC以前に極小値
が生した場合は、通常ありえない異常状態であるからp
Hへゆき、そのような状態の生じた回数を判定する。
−P11で所定回数(例えば1〜71jI )以ドの場
合は、A111定誤差と考えられるので、T2へ戻る。
所定回数似1:i1i続した場合は、異阜燃焼が生じた
か、または圧力センサ16等に異常が発生したことが考
えられるので、P i 2へいって異常警報を行なう。
一方P8てYESの場合は、第3図のCの波形であるか
ら、T9、PLOで燃焼圧力およびモークリング圧力の
演算を行なう。
以トイ53図のCの波形を用いてに記の演算を説明する
第3図のCにおいて、Toを0、上死点TDCをθ、T
1を20とすれば、モータリング圧力波形は11死−H
z T D Cに勾して対称であるから、1死げ、i、
TDCから等距離にあるクランク角T3とT4のモータ
リング圧力Pmは等しく、T4の圧力Pm (T4)は
、Pm (T4)= Pm f (2θ−T4)となる
。ただしPmfはO〜θまでのクランク角度に対する圧
力の関数を示す。
したかってJ−死点TDCからT1までの各クラ7り角
度について上記と同様の計算を行なえば、すべてのクラ
ンク角度におけるモータリング圧力(C2の波形)を検
出することが出来る。
そしてその求めたモータリング圧力を、各クランク角度
4jjに燃焼室内圧力(CIの波形)から引算すれは、
燃焼圧力Pnを求めることが出来る。
なお同一運転状態(負荷および回転速度が同一)では、
モータリンク圧力波形は同一・であるから、一度モータ
リング圧力を求めたのちは点火時期を正常な進角値まで
進め、その時の燃焼室内圧力から−1−記のモータリン
グ圧力を引算することによって、必要な燃焼圧力を求め
ることが出来る。
第4図においては、F9でPm(k)(kは各クランク
角度を示す変数)を求め、PIOでPn(k)を求めて
いる。なおP (k)は各クランク角度における燃焼室
内圧力を示す。
次に燃焼圧力の最高値、燃焼lB続続開間熱発生がを測
定する方法を説明する。
第51♂は、燃焼室内圧力波形の一例I図であり、Eは
モータリング圧力と燃焼圧力との合成された溶焼室内圧
力波形、Fは燃焼圧力波形、GはFの積分値を示す。ま
たEにおいて、破線Elおよび実線E2はそれぞれ点火
時期を変化させた場合の燃焼室内圧力波形を示し、F3
はモータリンク圧力波形である。またFおよびGにおい
て、破線の波形はElに、実線の波形はF2にそれぞれ
対応する。
第5図において、まずEに示すごとき燃焼室内圧力波形
から前記のごとき方法によってモータリング圧力E3を
分離し、それをElおよびF2からそれぞれ引算するこ
とにより、Fに示すごとき燃焼圧力波形を得る。
次にFの波形から、周知の逐次比較法(隣合った値を順
次比較してゆくことによってピークを見付ける方法)や
微分値がゼロになる位置を検出することによって燃焼圧
力の最大値F1、F2およびその発生位置TDC,T8
を求める。
またFの波形が0以上になったクランク角度T5および
T6からOに戻ったクランク角度T7およびT9までの
時間でlおよびτ2が燃焼継続時間である。クランク角
度を時間に変換するには、その時の内燃機関の回転速度
から単位クランク角度(例えばl’)回転する時間を計
算し、その値にT5〜T7またはT6〜T9のクランク
角度lrを乗算すればよい。
またGの波形は、Fの波形を積分したものであり、その
最大11αG1、G2はそれぞれ熱発生量を示す。した
かってT7またはT9におけるGの値を求めれば、それ
ぞれの熱発生量を得ることが出来る。
上記の燃焼圧力の最大値、燃焼継続時間、熱発生量は、
同一の運転状態であっても、EGR量、空燃比、点火時
期等を変えることによって変化し、その値によってNO
xの排出量、発生トルク、燃費率等が大幅に変化する。
したがって上記の燃焼圧力の最大値等を正確に知ること
によって燃焼状態を適確に制御することが可能になる。
(発明の効果) 以」−説明したことく本発明によれば、モータリング圧
力波形が上死点ボ1と上死点後とで対称形に娑ることに
着目′し、燃焼室内圧力波形が双峰性の波形となるまで
点火時期を遅らせることによってに死点前ではモータリ
ング圧力だけの波形とし、」二死点後はそれまでの波形
を対称に再現することによってモータリング圧力だけを
求め、次にその波形を全体の燃焼室内圧力波形から引算
する゛ことによって燃焼圧力を求めるように構成してい
るので、モータリング圧力と燃焼圧力とをjE faに
識別して検出することが出来、またその値から、内燃機
関の燃焼状y魚に重要な関係をもつ燃焼圧力の最大(l
Q、燃焼継続時間、熱発生量等を正確に求めることが出
来る。したがって本発明の方法で上記の諸量を求めるこ
とにより、内燃機関の燃焼状態を適切かつ有効に制御す
ることが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用する内燃機関制御装置の一例図、
第2図は燃焼室内圧力を検出する圧力センサの一例図、
第3図は燃焼室内圧力波形の一例図、第4図は本発明の
演算を示すフローチャートσ−実施例図、第5図は本発
明を説明するための燃焼室内圧力波形の一例図である。 符号の説明 1・・・内燃機関本体 2・・・吸気管 3・・・tIl気管 4・伊・スロトツル弁 5・1スロツトルセンサ 6・・・バイパス管 7・・・空気量調節器 8・φ・吸入空気量センサ 9・や・燃料噴射弁 10・・・排気センサ 11・・・排気還流管 12・・・還流量調節器 13・・・点火装置 14・・・クランク角センサ 15・l水温センサ 16・Φ・圧力センサ 17・・・演算装置 18・◆會点火プラグ 19・・・燃焼室壁 20・・Φ圧電素子 代理人弁理士 中村純之助 第1図 7 −20( 第2図 OT30T4  261 1   Dll To    TDCTi 手続補正書(帥) 特許庁長官  若杉和夫 殿 1、事件の表示   昭和58年特許願第9929号2
、発明の名称   内燃機関の燃焼室内圧力識別方法3
、補正をする者 事件との関係  特許出願人 名 称   (399)  日産自動車株式会社4、代
理人 住 所  (〒100)東京都千代田区丸の内−丁目5
番1号面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、燃焼室内圧力を検出し、燃焼室内圧力波形が双峰性
    の波形となるまで点火時期を遅らせることによって上死
    点前ではモータリング圧力だけの波形にすると共に各ク
    ランク角毎にその値を記憶し、上死点後はそれまでのモ
    ータリング圧力の波形を上死点に対して対称に再現する
    ことによって全範囲におけるモータリング圧力を求め、
    次にそのモータリング圧力の値を各クランク角毎に燃焼
    室内圧力から引算することによって燃焼圧力を求めるこ
    とを特徴とする内燃機関の燃焼室内圧力識別方法。 2、−1−記のようにして求めた燃焼圧力の波形から各
    クランク角毎の値を逐次比較するか又は微分値がセロに
    なる点の値を求めることにより、燃焼圧力の最大値及び
    その発生位置を検出することを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の内燃機関の燃焼室内圧力識別方法。 3、上記のようにして求めた燃焼圧力の値を積分するこ
    とによって熱発生量を検出することを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の内燃機関の燃焼室内圧力識別方法
JP58009929A 1983-01-26 1983-01-26 内燃機関の燃焼室内圧力識別方法 Granted JPS59136634A (ja)

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JP58009929A JPS59136634A (ja) 1983-01-26 1983-01-26 内燃機関の燃焼室内圧力識別方法
DE8484100676T DE3482201D1 (de) 1983-01-26 1984-01-23 Verfahren zur unterscheidung des verbrennungsdruckes fuer eine brennkraftmaschine.
EP84100676A EP0115807B1 (en) 1983-01-26 1984-01-23 Method for discriminating motor/combustion pressures in an i.c.e. combustion chamber
US06/573,762 US4538454A (en) 1983-01-26 1984-01-25 Method for discriminating motor/combustion pressures in an I.C.E. combustion chamber

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