JPS6011681A - 内燃機関 - 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】 不発明け、内燃機関の燃焼制御装置に関し、特に、燃焼
室ピーク圧のタイミングに基づき、燃焼に関係するエン
ジンパラメータを効果的に制御する手段を含む燃焼制御
装置に関する。

従来この種の装置では一般に、微分回路及びゼロクロス
検出回路を用いて、燃焼圧力波形の導関数を決定し、ピ
ーク圧力時に導関数信号のゼロクロスで決定される様な
信号を発生していた。

しかし、圧力信号波形は、一般に、多数ピーク値が生じ
ており真のピーク値が隠れてし捷う高周波では、ノイス
に影響されるため、この方法で真のピーク値を検出する
のけ困離である。このため従来装置では、実際のピーク
圧力タイミングを検出するに足る圧力波形信号又はその
導関数を平滑にする種々のフィルタ装置を用いる様にな
った。しかし、これらのフィルタは高価で、しかもその
機能を充分果たし難いはかりでなく、圧力信号波形を位
相をシフトさせるため、ピーク圧力の見かけタイミング
にずれが生じる。

発明の要旨 本発明の目的は、シリンダ圧信号波形の位相を大幅にシ
フトさせずに、内燃機関の燃焼ピーク圧力タイミングを
検出する装置を提供することにある。この目的は、燃焼
室の内圧を表わす電圧信号を発生する手段と；電圧信号
の値が最高値を越えてと昇する際にこれを追跡し、信号
値が下降する際に、これを最高値に保持する、第１記憶
手段と；第１記憶手段が電圧信号の追跡を停止する度に
、クランク軸の回転位置を感知する手段と；作動時に前
記感知手段が感知したクランク軸回転位置の各後続値を
順次記憶する第２記憶手段と；′燃焼室のピーク圧が予
想される所定クランク軸回転位置範囲に亘って第２記憶
手段を付勢すると共に、前記範囲の開始時にピーク圧を
検出し得るに充分な所定低値に、第１記憶手段をリセッ
トする手段と；クランク軸の所定回転位置範囲の終りに
、第２記憶手段に記憶された値と、所定基準値とを比較
して、燃焼を妨げるエンジン動作パラメータを、両値間
の差を縮める方向に調整する手段とを含む装置によって
達成される。

本装置は、所定のクランク軸回転位置範囲にある間たけ
作動し、燃焼圧力感知手段から、未渥波信号を受信し、
先のピークより高い、該信号の各後続ピークのタイミン
グを記憶する。クランク軸の所定回転位置範囲の終了時
に残るタイミング値は、その間に記憶された最高ピーク
、従って、実際の燃焼ピーク圧力のクランク軸の角度を
表わす。装置は、反復ピーク追跡後、各クランク軸回転
範囲の始めに、低い値にリセットされるだめ、位相、従
ってピークの見かけタイミングをずらす恐れのある種々
のフィルタを使用せずに、実際の燃焼ピーク圧力の位置
をめられる。次に添付図面を参照して、本発明の詳細及
び利点を説明する。

好ましい実施例の説明 第１図に示す様に、内燃機関１ｏは、点火プラグ１１で
可燃装入物に点火して、ガスを膨張させてピストンに抗
するカを発生させると共に、平常要領で、エンジンクラ
ンク軸（図示せず）を回転させる。複数個の燃焼室（図
示せず）を備えている。点火回路１２は、従来の様に、
配電器１３その他の同様の装置を経由して、適切な点火
プラグ１１に送られる着火パルスを発生する。また点火
回路１２は、例えば、磁気ピックアップ１４及び１５か
ら、夫々入力タイミングパルス及び同期パルスを受信す
る様にプログラム編成されたデジタルコンピュータを含
んでいる。ピックアップ１４及び１５は、複数本のタイ
ミングパルス発生歯１７及び同期パルス発生歯１８によ
って、パルスを発生させる二重歯車１６と協働する。こ
のパルス発生装置及びその動作の詳細については後述す
る。点火回路１２は、これらのパルスから適宜に連続し
て各点火プラグ１１に着火する基準クランク軸位置を決
定する。

点火回路１２ばさらに、ピーク検出器２０から信号を受
信して、最後に着火されたプラグ、又は各点火プラグに
対して別々のスパークタイミングが保持されている場合
は、着火される次の点火プラグの最後の着火に対する、
クランク軸に関係する実際のピーク圧回転場所を決定す
る。この場所又はタイミングと所定の所望タイミングと
を比較して、エラー信号を発生し、これと、一定の基準
クランク軸角とを組合せて、磁気ピックアップ１４から
送られる１個のタイミングパルスに関し、次の火花着火
の実タイミングをめる。点火回路１２けさらに、こうし
てめられたクランク軸角で、火花パルスを発生させると
共に、点火プラグ１１の着火に要する高電圧パルスを発
生させる回路部品を有している。点火回路１２として使
用できる適切装置については、例えば米国特許第４，２
３１．．０９１号（１，９８０年１０月２８日発行（フ
ィリップ、アール。

モルフ））に示されている。

ピーク検出器２０け、１個以１−．の燃ノ暁室圧センサ
２２から信号を受信する。前記センサについては燃焼圧
に感応する周知の型で構成できるが、特に、圧縮される
クォーツ圧力リングを備えるヘッドボルトから成る型、
又はヘッドボルト自体が、これに固定されてこれと共に
たわむ圧電素子を含む型で構成できる。

ヘッドボルトセンサの場合は、囲気筒エンジンのタイミ
ングに対して、２個のセンサで充分である。センサ２２
からの信号は結合され、増幅器２３で増幅されて、ピー
ク検出器２０に入力される。

第２図は、ピーク検出器２０の回路図である。センサ入
力は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）入力を有する演
算増幅器（ｏｐアンプ）２５の反転入力端に印加される
。ＯＰアンプ２５には、コンデンサ２６が負帰環路に配
設されており、入来信号に対して緩衝増幅器の役目をす
る様になっている。ＯＰアンプ２５の出力は、ＦＥＴ入
力を有する比較器２７の非反転入力端に供給される。比
較器２７の反転入力端は、コンデンサ２８の一側（他１
１１１１はアースされている）に接続されている。コン
デンサ２Ｂの一側（アースされていない）はさらに、Ｆ
ＥＴ２９（比較器２７の出力端に接続されたゲート及び
ｏｐアンプ２５の出力端に接続されたソースを有する）
のドレインに接続されている。ＦＥＴ２９は、通電時は
ＯＰアンプ２５でコンデンサ２８を充電し、非通電時は
充電できない様にするゲートの役目をする。ゲートは、
ＯＰアンプ２５の電圧出力がコンデンサ２８の電圧を越
えると通電し、コンデンサ２８の電圧がＯＰアンプ２５
の電圧出力を越えると通電しない様に、比較器２７で制
御されている。そのため、センサ２２からの入力が、コ
ンデンサ２８の先の電圧を越えると、比較器２７はゲー
ト２９を導通状態にすることにより、コンデンサ２８の
電圧がセンサの増加電圧出力に追従できる様にする。セ
ンサ２２の電圧出力がピークに達して低下し始めると比
較器２７はゲート２９を導通させ、コンデンサ２８がそ
のピーク電圧を保持できる様にする。ケート２９は、Ｏ
Ｐアンプ２５の電圧出力がコンデンサ２８の蓄積電圧を
越えるまで、導通しない。

比較器２７の出力端は、ＦＥＴ３０（アースされたソー
ス及び抵抗器３１を介して正の電源電圧＋Ｖに接続され
たドレインを有する）のゲートに接続されている。その
ためＦＥＴ３０が導通するとＦＥＴ２９も導通するが、
分離された回路がコンデンサ２８の電荷又は電圧を損な
わない様に制御する。ＦＥＴ３０のドレインは、下向エ
ツジ又はステップを呈する場合は常に、燃焼ピーク圧タ
イミングを示す、ピーク出力信号を出す。該信号は、点
火回路１２に送られる。

コンデンサ２８の非アース側は、ＦＥＴ３２（アースさ
れたソース及び点火回路１２から作動可能信号を受信す
るゲートを有する）のドレインに接続されている。この
エネーブル信号はアクティブロー（ａｃｔｉｖｅ　ｌｏ
ｗ）であり、クランク軸回転角が、例えば、ピーク燃・
暁圧力が予測される、上死点後のゼロ乃至６０・等の所
定範囲にある間だけ発生する。ちなみに正確な範囲は、
本装置が適用される異なる型のエンジンの特性及びその
他の設計基準に応じて変化する設計基準であることは勿
論である。このエネーブル信号がアクティブローである
間Ｕ、ＦＥＴ２８の制御下でコンデンサ２８を充電でき
るが、インアクティブハイ（ｉｎａｃｔｉｖｅ　ｈｉｇ
ｈ　）になると、ＦＥＴ３２が導通してコンデンサ２８
を地電位まで放電させることにより、次のピーク圧の検
出に備えてこれをリセットする。

この様に、第２図回路の作動においては、回路Ｎ：、Ｆ
ＥＴ３２の通電（Ｊ−死点直前の）、及びコンデンサ２
８の放電で始まる。に死点では、ＦＥＴ３２は非通電状
態であり、コンデンサ２８ｄ１先の電圧を越えるセンサ
入力から得られる各連続り外波形で充電される。

比較器２７の出力は、その非反転入力がセンサ入力波形
に追従するに従って、高低に交互に切換＋１１、ＦＥＴ
３０から一連の出力信号が出される様になる。真のピー
ク燃焼圧力が発生すると、比較器２１１ｊ：、その後低
出力を保ち、第２図の回路からピーク出力信号が出され
なくなる。エネーブル信号は、上死点後の６０°で再度
高くなり、コンデンサ２８を放電する。別の回路部品を
加えることにより、コンデンサ２８のアース中に、ＦＥ
Ｔ３０が発するスプリアス信号を抑制するか、又はエネ
ーブル信号がアクティブローである場合を除いて、ピー
ク検出器２０からの入力を否定する様に、点火回路１２
をプログラム編成できる。

従って、ピーク検出器２０の出力は、一連のパルスとし
て点火回路１２に入力し、その後縁は、ピーク検出器２
０が検出するピーク時に発生し、最後の後縁は真のピー
ク燃燈圧力時を表わす。点火回路１２は各後縁の発生時
又は最後の後縁を予知できないため、各後縁とその実際
のクランク軸角タイミングを表わす数とを関連づけて、
少くとも次の後縁を受信するまで、その数を記憶してお
く必要がある。第３図は、点火回路１２がプログラム化
デジタルコンピュータを含むと仮定した場合の、ピーク
検出器２０に関係する一部プログラムのフローチャート
であるが、このフローチャートを説明する前に、二重歯
車１ｏ及び磁気ピックアップ１４．１５から送られるパ
ルスの詳細を説明する。

第１図のエンジンは、本実施例では、クランク軸が各２
気筒又は燃焼室に対して完全に１回転する、四気筒エン
ジンである。二重歯車１６には、磁気ピックアップ１４
と関連する、６本の等間両１７が設けられているため２
本の隣接歯１７間のクランク角は６０°であり、各歯は
２本おきに、エンジン１０の特定気筒又は燃焼室の上死
点で、所定クランク角になる。しかし歯１７からたけで
は歯１７と絶対クランク軸位置との適切な同期を決定で
きないため、磁気ピックアップ１５と関連する別の２本
の歯１８が、１８０°離間配設されている。これらの歯
は上死点に関連する基準歯１７が、磁気ピックアップ１
４を通過してタイミングパルスを出す直前に、同期パル
スを出す。このため磁気ピックアップ１４から出される
タイミングパルスは、２つおきに磁気ピックアップ１５
から出される先行同期パルスによって独自に識別され、
タイミングパルスと絶対クランク軸位置とを適切に同期
させることができる。

点火回路１２に内蔵されるコンピュータは、一定時間毎
に高精度のクロック信号を発生する実時間クロックを保
持している。本システムの目的からして、エンジン１０
の全作動速度において、エンジン速度は、６０°のクラ
ンり角で、２不の隣接歯１７間の精度範囲内で一定にな
ると思われる。そうでない場合（・寸、クランク角を小
さくして、ｐ＃１７の数をふやせば良い訳であるが、歯
１７の数は重要ではない。実際、二重歯中１６の代りに
、間隔を狭くして歯数を多くした歯付けずみ車を用いる
ことは容易であり、この２１易合は適切な同期パルスが
得られる限り、フローチャートを適宜に修正すれは良い
。

第３図に示すフローチャートの一般的目標は、第１タイ
ミンクパルスの実時間クロックを第２レジスタに、検出
されたピークの実時間クロックを第２レジスタに、及び
次の後続タイミングパルスのリアルタイムクロックを第
３レジスタに記憶させることである。検出されたピーク
の実クランク軸角は、弔−アルコリスムでめられる。ピ
ックアップ１５からの同期パルスを検出して、本システ
ムと実際のクランク軸回転位１６とを対応付けすると共
に、回路２のエネーブル信号を、適切なりランク４ｑｈ
回転位置で歩進させる。

第３図のフローチャートは、ステップ４０からスタート
し、４１でエネーブル信号を非アクテイブハイにセット
すると共に、ピークフラッグをリセ゛ン卜する。４２で
、ｌ司Ｒ月パルスの受信の有無を決定するが、これは各
入力同期パルスに、プログラムでモニタされる制御レジ
スタにビット又はフラッグをセットさせることによって
達成できる。同様の方法により、タイミングパルスをト
レースできる。

プログラムニ１、ネジステムの所望精度内で、同期パル
ス及びタイミングパルスの発生と同時にこれらを検出す
る十分なくり直し速度で走る。

同期パルスが発生ずると、リセットするためにスタート
４０に戻るが、発生しない場合は、タイミングパルス発
生の有無を決定するためステップ４３に進む。タイミン
グパルスが発生すると、ステップ４４に進み、ピークフ
ラッグのセットの有無を決定する。ピークフラッグがセ
ットされると、実時間クロック値を読出し、これをレジ
スタＣＬ　１に記憶して、作動可能信号をアクティブロ
ーにセットする（ステップ４５）。こうして、第１タイ
ミングパルスの時間がレジスタＣＬＩに記憶されたこと
になる。

次にステップ４６に進み、ピークパルス発生の有無を決
定する。″ノー〃の場合は判断点４２に戻す、神々のフ
ラッグを調べ直す。

判断点４３で、タイミングパルスの不在を決定すると、
直かにステップ４６に進み、ピークパルスをめる。ピー
クパルスが検出されると、リアルタイムクロック値を読
出しこれをレジスタＰＫに記憶しくステップ４７）、ピ
ークフラッグをセット（ステップ４８）してから、ステ
ップ４２に戻る。

この様に、同期パルスが検出されるとシステムはレジス
タＰＫでゼロに等しくリセットされ、ピークフラッグを
リセットする。先ずタイミングパルスをめ、これを１個
検出してから、その実時間クロック値をレジスタＣＬ１
に記憶する。次に検出されるパルスはピークパルスであ
り、その実時間クロック値をレジスタＰＫに記憶して、
ピークフラッグをセットする。ピークフラッグをセット
した状態で、次のタイミングパルスを検出すると、ピー
ク圧力の場所の決定に要する全情報を得たことになり、
ステップ４４から４９に進み、タイミングパルスの実時
間クロック値を読出し、これをレジスタＣＬ２に記憶し
て、作動可能信号をインアクティブハイにセットする。

次に、以下に示す要領で、ＬＰＰエラーを計算する。即
ち先ずステップ５０で、式％式％ （式中、ＰＫｌＣＬｌ及びＣＬ２け、同一名称のレジス
タに記憶された実時間数であり、ＲＥＦはタイミングパ
ルスに関する所定の一定クランク軸角である）によって
、ピーク燃焼圧場所をめる。次にこのＬＰＰ値を、所望
のＬＰＰ値と比較し、ステップ５１で実Ｌ　Ｐ　Ｐ値と
所５Ｌｐｐ値との表示差をめ、正の比例整数修正回数Ｅ
ＲＲを計算し、これをスパークアドバンスタイミング数
に加算（ステップ５２）してから、スタートに戻る。従
来の様に、正常なスパークタイミングをプログラム編成
すれば、このスパークアドバンスタイミング値でめられ
る様な適切時に、適切な点火プラグ１１を付勢できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、ピーク燃焼圧の場所によって、スパークタイ
ミングをめる、不発明によるエンジンの概略的ブロック
線図； 第２図は、第１図に示す装置のピーク検出器の回路部品
の一部を示す回路図； 第３図は、第１図の点火回路１２の動作を説明するコン
ピュータのフローチャート図である。 〈主要部分の符号の説明〉 １０・・・内燃機関、１１・・・燃焼室、１２・・・点
火回路、１４．１５・・・磁気ピックアップ、１７・・
タイミングパルス発生歯、２２・・・燃焼室圧センサ、
２３・・・増幅器、２７・・比較器、２８・・・コンデ
ンサ、２９．３０．３２・・・ＦＥＴ０ （１９）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転クランク軸、燃焼室、及び燃焼室内の燃焼を開始す
   る手段を有する内燃機関であって、前記内燃機関は燃焼
   室内の連続圧力ピークを感知し、前記連続圧力ピークよ
   り高い周波数でノイズ発振して、実際のピーク燃焼圧を
   区別できる複数の小ピークを形成する連続電圧アナログ
   信号を発生する手段と；前記信号が先の最高値を越えて
   上昇する際にこれを追跡し、一方低下する際にその最高
   値を保持する第１記憶手段とを含む内燃機関において、
   前記内燃機関は前記第１記憶手段が電圧アナログ信号の
   追跡を停止する度に、クランク軸の回転位置を感知する
   ことにより、前記ピークより高い各ピーク場所を検出す
   る手段と；付勢時に、前記検出する手段が感知した、ク
   ランク軸の各後続回転位置値を表わす数を（１）Ｉ；Ｃ
   １ 順次記憶する第２記憶手段と；ピーク燃焼室圧が予測さ
   れる、所定クランク軸回転位置範囲に亘って前記第２記
   憶手段を付勢すると共に、前記所定クランク軸位置範囲
   の始めに、前記第１記憶手段をピーク燃焼圧力を検出す
   るに充分な低い所定値にリセットする手段と；前記所定
   クランク軸回転位置範囲の終りに、前記第２記憶手段に
   記憶された値と、所定基準値とを比較して、燃焼、を妨
   げるエンジン動作パラメータを、前記両値間の大差を縮
   める方向に調整する手段とを含み、高周波ノイズピーク
   の存在でピーク燃焼室圧の場所を感知することにより、
   閉ループ制御の所定クランク軸回転位置で、ピーク燃焼
   室圧を出せる様に、燃焼を制御することを特徴とする内
   燃機関。 （２）