JPS62189350A - エンジンの制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエンジンの制御装置に関し、特に混合気の最適
燃焼状態を確保するための点火系、空燃比制御系の改良
に関する。

［従来の技術］ 現代の自動車は高加速性、低燃費、無公害というなかば
相反する技術的課題を背負っている。このようなエンジ
ンの開発は困難であるが、例えば燃費低減等を目的にし
たエンジンとして希薄燃焼エンジンが実現されている。

これはエンジンの定常回転域又は低負荷域においては、
要求エンジン出力が少ない事に注目して、理論空燃比の
混合気よりも希薄（リーン）な混合気を燃焼させて、最
良の燃費を実現するというものである。特に低負荷域で
は、例えばスワール等を生成して混合気の完全燃焼を目
指している。しかしながら、この燃費が最良になるよう
な空燃比は着火ミス等が発生する寸前であるから、この
領域で例えば加速等がなされると、着火ミス又はノッキ
ング等が発生する。同様に、着火ミスはＮＯＸ等の低減
を目的にしたＥＧＲ（排気ガス還流）方式のエンジンに
おいてＥＧＲ量を過大にした場合も発生しよう。

点火系とエンジンの燃焼状態との関係から田発してエン
ジンの燃焼状態を改善しようとする試みとして、特開昭
５６−１４６０８８又は特開昭５ｊ−ｔ４ｓｏ３ａ等が
ある。前者はエンジンの回転速度の変動、エンジン振動
の大きさによってエンジンの不安定状態を検出し、検出
したエンジンの状態に応じて、点火コイルへの通電時間
又はプラズマ発生のための供給エネルギーを変化させる
事によって点火エネルギーを制御するものである。

一方、後者の特開昭５６−１４６０３６は、発生したイ
オンによって火炎の存在を検知するイオンセンサをエン
ジン内に設け、気筒内の燃焼状態を所定時間内にイオン
センサ位置まで火炎が伝播したか否かによって検知し、
このようにして火炎伝播不良を検知すると、補助の点火
プラグによって再燃焼させるか、ＥＧＲ量を制御するか
、燃料量を制御するか、又は点火時期を制御するか等の
制御をしている。

［発明が解決しようとする問題点コ このようにエンジンの不安定な原因には、点火エネルギ
ーの不足による着火ミスによるものと、混合気性状がＡ
薄又はＥＧＲ量の過多等によって生じる火炎伝播ミス等
がある。

従って、特開昭５６−１４６０６８のように、エンジン
の不安定時に点火エネルギーをむやみに増大しても、そ
のエンジン不安定の原因が伝播不良にあると籾は、安定
性を改善で餘ず、むしろ点火プラグが溶融したり、又は
バッテリー、発電機までに負担がかかり、その結果かえ
ってエンジンが不調となり、燃費が低下する。

上記の従来例と丁度逆の立場にあるのが特開昭５６−１
４６０３６である。この従来例は、前述したように火炎
伝播不良によるエンジンの不安定状態を所定時間内にイ
オンセンサ位置まで火炎が伝播したか否かによって検知
するものであるが、イオンセンサ位置まで火炎が届かな
いことが着火ミスによるものなのか、伝播不良によるも
のなのか区別することはできず、従って点火エネルギー
不足といった、少なくとも伝播不良とは異なる原因によ
って発生する着火ミスが発生したときに、伝播ミス発生
時と同様に、特開昭５６−１４６０３６に記されている
補助の点火プラグによる再燃焼、ＥＧＲ量の制御、燃料
量の制御、又は点火時期の制御等を行っても効果がない
ことは明らかである。

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的はエンジンの点火状態を検知解析す
る点火状態検知手段を有し、着火ミスと伝播ミスとを区
別して検知できるようにして、その区別に応じて適正な
対処を行い、エンジンの安定燃焼、燃費の低減を達成し
たエンジンの制御装置を提案するところにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために例えば第１図に示しの空燃比
を制御するための例えば燃料噴射弁等の混合気状態制御
手段１０１と、混合気ｉｏｏに点火するための例えば点
火プラグ等の点火手段１゜２と、点火手段１０２の点火
エネルギーを制御する例えば電気回路と点火コイル等か
らなる点火エネルギー制御手段１０３と、例えば排気ガ
ス通路１０５中に設けられた空燃比センサ１０６及び空
燃比センサ１０６の出力を解析する濃度変化解析手段等
からなる点火状態検出手段１０４とからなる。

［作用コ 上記構成の下、点火後、点火状態検出手段１゜４は例え
ば、排気ガス中の酸素濃度等を検出し、この酸素濃度の
平均値、瞬時値、平均値と瞬時値との偏差とを計算して
、これらの値から着火ミス又は伝播ミスとを区別しつつ
検出する。点火状態検出手段１０４の検出結果に応じて
、例えば着火ミスであったならば、点火エネルギー制御
手段１０３は点火エネルギーを増大し、伝播ミスを検出
したのであれば、混合気状態制御手段１０１は例えば燃
料噴射量を増大して、エンジン回転状態ヲ安定に保ち、
低燃費を実現する。

［実施例〕 以下添付図面に従って本発明に係る実施例を更に詳細に
説明する。

第２図は横軸に空燃比（Ａ／Ｆ）を、縦軸に点火時期の
相対的な位相をとり、燃焼が正常である領域１１着火ミ
スが発生する領域２、そして伝播ミスが発生する領域３
を図示したものである。実際のエンジンの回転に伴なう
燃焼は着火ミスしたまま回転したり、伝播ミスし続けて
回転するという事は起こり難く、ある条件下では正常回
転のうちある程度の割り合いで着火ミスが発生したり、
又他の条件では正常回転の何割かの率で伝播ミスが発生
するというものである。従って、着火ミス領域２と正常
回転領域１との境界付近でエンジンが作動すると、排気
中のＨＣ（炭化水素）若しくは０□　（酸素）等の濃度
、又はｐ、（図示平均有効圧力）若しくはＰＭＡＸ（燃
焼室最大圧力）等を測定した場合に、これらの測定値に
大きな変化、即ちピーク状のパルスが現われる。

一方、伝播ミス領域３と正常領域１との境界付近の条件
でエンジンが燃焼回転している場合は、伝播ミスが発生
すると、火炎が途中まで拡がり、その後途切れるために
、上記の測定値の変化としては着火ミス時のようなピー
ク状のパルスは現われないが、全体的に変動が大きなも
のとなる。

第３図（ａ）〜（Ｃ）は上述した測定対象の一例として
排気ガス中の酸素濃度（０２）を選び、第４図に示した
特性の酸素センサ、例えばジルコニアセラミックセンサ
等のりニアセンサを用いて、各燃焼条件での酸素濃度の
変化に対する前記センサの出力変化を表わしたものであ
る。第３図（ａ）は正常燃焼の場合を、同図（ｂ）は着
火ミス発生した場合を、同図（Ｃ）は伝播ミスが発生し
た場合を夫々表わしている。

第３図（ａ）〜（Ｃ）のグラフ形状を比較すると、着火
ミスと伝播ミスとが判別で籾る事がわかる。即ち、第３
図（ｂ）の信号は所々にパルスが存在するのであるから
、全体の振幅（交流）成分の平均をとると、平均値には
パルス成分の寄与は少なく、従って該平均値とパルスの
ピーク値との偏差は大きなものとなり、ノイズに対して
十分に検出可能となる。又、第３図（ｃ）のような波形
に対して交流成分の平均をとると、その平均値と各瞬時
値成分の振幅との偏差は大きくない。従ってこのような
波形形状をしている場合は伝播ミスが発生したものと判
断できる。

以上が本実施例の着火ミスと伝播ミスとの判別の基本原
理である。次に上記原理を適用したエンジンの構成を第
５図に示す。第５図において、エンジン本体１０は、シ
リンダブロック内に摺動自在に挿入されたピストン５に
よって燃焼室１１が画成された往復動型のものとされ、
この燃焼室１１に開口する吸気ボート２３は吸気弁１２
により、また排気ボート２４は排気弁１３により、それ
ぞれ周知のタイミングで開閉される。

前記吸気ボート２３に連なる吸気通路１４には、その上
流側より順次、エアクリーナ（不図示）、フラップ型の
エアフローメータ１６、スロットル弁１７、バイパス吸
気通路１８、バイパス吸気通路１８を開閉する開閉弁４
、燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）９等が配
設されている。エアフローメータ１６の出力はエアーフ
ローセンサ２１により検出される。前記排気ボート２４
に連なる排気マニホールドには上流側より順次、空燃比
サンサ（０２センサ）６、三元触媒１９が配設されてい
る。この空燃比センサとしての０２センサ１８はいわゆ
るリーンセンサと呼ばれるもので、第４図のように排気
ガス中の酸素能度の変化に応じて連続的に出力特性の変
化するものを用いている。スロットルセンサ８はスロッ
トル弁１７の開角（α）を検知する。

点火プラグ２２は燃焼室１１内の混合気に着火するもの
で、その点火電圧は点火コイル７によって生成される。

点火コイル７にて生成される点火エネルギーはコントロ
ーラ１９から出力される信号Ｅによって制御され、本実
施例では点火コイルへ供給される一次電圧の周波数を制
御して二次出力のエネルギーを制御する。即ち、本実施
例のエネルギー制御は単位時間当りの点火回数（と同時
に電圧も）を制御するものであるが、その他に一次コイ
ルに流す一次電流の値を制御して行う方法も考えられる
。点火エネルギーを上昇すると、第２図の着火ミスライ
ンは右方向に平行し動する形になり、正常燃焼領域１が
増える。

空燃比（Ａ／Ｆ）の制御は本実施例ではインジェクタ９
から噴射される燃料量を噴射時間（τ）制御することに
より行う。

クランク角センサ２０はクランクの回転角を検出するも
ので、この検出されたクランク角（Ｎ）により燃料噴射
１点火等の基本タイミングを得る。またこのクランク角
（Ｎ）より、後述するように、エンジンを回転数を知る
事となる。

第６図はコントローラ１９が第５図に示したエンジン１
０を本実施例の点火状態最適制御を行うための各機能を
ブロック別に示したものである。

第６図に従って説明すると、０２センサ６の出力Ｖはブ
ロック４０で、そのビーク−ビーク値■。

を得る。ブロック４１は各ＶＰを所定の時間分だけ記憶
しておき、その所定時間にわたって平均化を行って、平
均値Ｖ　Ｐａｖを得る。ブロック４３はＶＰとＶ　ａｖ
との偏差Δｖｐを検出する。以上のＶｐ　、Ｖｐ＠ｖ、
ΔｖＰから着火ミス及び伝播ミスが並行して検出される
。本実施例では点火状態の最適化サイクルにおいて、着
火ミスと伝播ミスとを独立して同時に検出するようにし
ている。従って、着火ミスと伝播ミスとが同時に起こる
ような条件下でも最適制御が可能となるようにしている
。

着火ミス検出はブロック４６で行われ、伝播ミス検出は
ブロック４５で行われる。即ち、伝播ミス検出はブロッ
ク４５でＶ　Ｐａｖと所定の基準値４２（後述する定数
ａ）との比較を行い、第２図にて説明したように、Ｖ　
Ｐａｖが前記基準値４２よりも大ならば、伝播ミスと判
断する。伝播ミスが検出されたならば、ブロック４７で
空燃比をリッチにして、次の点火時には伝播ミスが起こ
らないようにする。ブロック４５は伝播ミスを検出する
と同時に、伝播ミスが発生していない時はブロック４８
を作動して、空燃比が現在のエアーフロー量及びエンジ
ン回転数等から帰結される最適の燃料噴射量から換算し
て、もし最適燃料よりも多ければ、ブロック４９に空燃
比をリーン化させる。

一方、伝播ミス検出と並行してブロック４６は偏差ΔＶ
、と所定の基準値４４（後述する定数ｂ）とを比較する
ことにより、着火ミスを検出する。着火ミスが発生する
と第２図に関連して説明したように、偏差ΔｖＰは大せ
くなるので、所定値４４との比較で着火ミスの有無を判
断できる。

着火ミスのあったことを検出すると、ブロック５１は点
火エネルギーを増大する。ブロック４６は着火ミスを検
出しなかった時は、ブロック５０を作動して、点火エネ
ルギーの最適値を算出する。

もし、点火エネルギーが最適値よりも大きかったならば
、ブロック５２を作動して、点火エネルギーを減少させ
る。これは着火ミスが発生しない範囲内で常に点火エネ
ルギーを最適化してエネルギー制御を最小化するためで
あると共に、点火コイル７、点火プラグ２２の負担を少
なくするためである。

以上が本実施例の概略である。第６図のブロック図はア
ナログ電子回路又はデジタル電子回路のいずれでも実現
可能である。アナログ回路で構成するとぎは、例えばブ
ロック４０はＡＤコンバータ、ブロック４１はアナログ
メモリと積分回路の組合せ、ブロック４３はオペアンプ
、ブロック４５．４６等はコンパレータ素子等で構成で
きる。

そこで、以下に説明する更に具体的な実施例は主にデジ
タル信号処理技術を用いた実施例である。

即ち、主にコントローラ１９にデジタルのマイクロプロ
セサ等を用いたものである。

第７図はコントローラ１９の詳細なブロック図である。

コントローラ１９内の各構成要素はバス３１で結合され
ており、ＣＰＵ２５はマイクロプロセサで、コントロー
ラ１９内で必要とされる論理演算及び論理判断を行うも
のであり、それらの制御はＲＯＭ２６内に格納された第
９図の如きフローチャートに示されたプログラムに従っ
て行われる。ＲＡＭ２７はエンジン制御上必要とされる
種々の中間データを一時的に記憶するメモリであり、カ
ウンタ２８はエンジンのクランク角センサ２０からのパ
ルスをカウントして、エンジン回φ云数（Ｎ、□）及び
エンジンの基本タイミングを得るものであり、更に例え
ばエンジンの一回転毎にインタラブド制御部２９をして
、ＣＰＬＪ２５に割り込みをかけさせる働きもする。タ
イマ３ｏはプログラム可能なタイマで、周期的なパルス
をカウントして、設定したカウント値に達するとインタ
ラブド制御部２９をしてＣＰＵ２５にタイマインタラブ
ドをかけさせる。Ａ／　Ｄコンバータ３２は第６図のブ
ロック４０に相当するもので、エアーフローセンサ２１
．スロットルセンサ８及び０２センサ６の出力をデジタ
ル値に変換するものである。ｏ２センサ６からの出力は
所定の周期毎にＡ／Ｄコンバータ３２によりデジタル値
Ｖに変換され、そのときのビーク−ピーク値ＶＰがＲＡ
Ｍ２７に格納される。第６図のブロック４４に相当する
ＶＰの平均値ＶＰａｖの算出はＣＰＵ２５によりなされ
る。又、出力インターフェース３３はＣＰＵ２５の指令
により、点火コイル７、シャツタ弁４及び各気筒のイン
ジェクタ９を所定量だけドライブするドライバ回路３４
〜３６を駆動する。

第８図はＲＡＭ２７の構成を示す。図中、６”１は前述
した０２センサ６の、出力のデジタル値である。６２は
Ｖのビーク−ピーク値ｖＰであり、６０は所定期間の間
のＶ、の各瞬時値Ｖｐ（ｉ）（ここで、ｉ　＝　１．２
．３　＝・）を格納する。６３は前記Ｖｐ（ｉ）ノ平均
値Ｖｐａ−テあり、６４はＶＰ、ｖ６３と瞬時値ＶＰ６
２との偏差ΔｖＰ　（６４）である。その他の定数ａ　
（６５）、ｂ　（６６）、ｋ　＋　　（６７）、ｋｇ（
６８）、ｋｓ（６９）、ｋｎ（７０）、τ。（７２）。

Ｅ、（７４）はエンジンの燃焼状態を判断するための基
準となる定数で、第６図のブロック４２．ブロック４４
等に相当し、ＲＯＭ２６に格納されていたものが、エン
ジンがスタートするときにＲＡＭ２７に啓されたもので
ある。τ＋＜７１　）、Ｅ　＋（７３）は夫々各瞬間に
おける燃料噴射制御のための第９図は本実施例に係る点
火状態最適制御のための制御手順を説明するフローチャ
ートである。

ステップＳ２で先ず０２センサ６の出力ＶをＡ／ｐコン
バータ３２によりデジタル値に変換してＲＡＭ２７に格
納すると共に、ステップＳ４でピーク値ｖＰを計算して
ＲＡＭ２７の格納領域６２゜６０に格納する。格納領域
６０はこのようにして所定時間にわたったｖＰの常に最
新のデータが保存されることになる。ステップＳ６では
格納領域６０内のデータからＶ　Ｐａｖを演算する。次
にステップＳ８で、Ｖ□９とａ　（６５）との大小関係
を調べる。前述したように、Ｖ　Ｐａｖがａより大であ
るときは、酸素濃度の変化が大きいということであるか
ら伝播ミスと判断する。伝播ミスと判断された場合はス
テップＳ１０へ進み、前回の燃料噴射時間τト、に所定
の増分ｋｌを加えて次回の燃料噴射時間τ１とし、空燃
比をリッチにする。もし、ステップＳ８での判断が伝播
ミスを検出しなかったならば、ステップＳ１２へ進み、
前述した１うＬ−窃轡トヒ８−吊滴イヒすスた。ｌ？　
Ｌ−、エンジン同齢数及びエアフロー量（Ｑ、）から決
定される基本燃料噴射時間τ０と前回の燃料噴射時間で
１−１（格納領域７１のτ区と同じ）との大小関係を調
べて、ステップＳ１４で燃料噴射時間を最適化する。ス
テップＳＩＯ及びステップＳ１４では新たなτ直を格納
領域７１に格納する。

ステップＳＩＯで空燃比をリッチにした後、又ハステッ
フＳ　１４で逆に空燃比をリーンにした後に、ステップ
Ｓ１６に進む。即ち、着火ミス検出と伝播ミス検出とは
実質的に並行して行われるのである。ステップＳ１６で
はｖＰとｖｐＨｖとの偏差ΔＶ、を求める。この偏差Δ
ｖｐが所定の定数すよりも大きいときはステップＳ１８
で着火ミスと判断できるから、ステップＳ２０に進み点
火エネルギーＥ、を所定の増分に３だけ増大する。もし
ステップＳ１８で着火ミスを検出しなかったときは、ス
テップＳ２２で前回の点火エネルギーＥ１−１が所定の
基本点火エネルギーＥ０よりも大きいかを調べる。もし
、前回の点火エネルギーＥ　ｉ−１が所定の基本点火エ
ネルギーＥ０よりも大であるときは、前述したように、
点火エネルギーを所定分（ｋ４）だけ減少させる。

以上説明した実施例によれば、実質的に一系統の排気ガ
スの空燃比センサ（０２センサ）とその出力の濃度変化
解析系により、着火ミスと伝播ミスとを判別しつつ検出
し、それらに適したように、着火ミスのときは点火エネ
ルギーが不足なのであるから、点火エネルギーを増大し
、伝播ミスの時は空燃比を増大するようにすることによ
り、最適点火状態を維持でき、エンジンの安定燃焼。

燃費等の改善に寄与する。

尚、本実施例中、点火エネルギー制御手段として点火コ
イルの一次電圧の周波数を制御するようにしたが、前述
したように電流を制御するようにしてもよい。又、点火
状態を検知するセンサとして０２センサを用いたが、Ｈ
Ｃセンサ等も用いることも可能である。又更に、イオン
センサをエンジン燃焼室内に２つ設け、所定時間内に２
つのイオンセンサともイオン電流を検出しなかったとき
は、着火ミスと判断し、２つのイオンセンサのイオン電
流検知に所定時間以上の開きがあったときは伝播ミスと
判断するようにしても、同様の効果は得られる。又、混
合気を制御する方法として、ＥＧＲを備えたエンジンで
は、ＥＧＲｉを制御して、混合気の燃焼性を制御しても
よい。

又、制御部のＣＰＵはデジタルコンピュータ又はアナロ
グコンピュータのいずれにも適用可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のエンジンの制御装置によれ
ば、エンジンの点火状態を検知解析する点火状態検知手
段を有することにより着火ミスと伝播ミスとを区別して
検知でき、その区別に応じて夫々点火エネルギー増大、
空燃比のリッチ化等の適正な対処を行い、エンジンの安
定燃焼、燃費の低減を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例の基本構成図、第２図は空
燃比２点火時期位相に対するエンジ〜ｒ　／ｌ−１、ｉ
秒、購・！キ能九雪呂ロ悶士２廟第３図（ａ）〜（Ｃ）
は点火状態検知のセンサとして酸素センサを用いたとき
の、各燃焼状態に対するセンサの出力図、 第４図は酸素センサの出力特性図、 第５図は実施例のエンジン及びその制御装置の構成図、 第６図は一実実例の機能ブロック図、 第７図はコントローラの回路ブロック図、第８図は実施
例の制御に用いられる種々の制御用データがＲＡＭ内に
格納される様子を説明する図、 第９図は実施例に係る制御を説明するフローヂャートで
ある。 図中、 １・・・正常燃焼領域、２・・・着火ミス領域、３・・
・伝播ミス領域、４・・・開閉弁、６・・・Ａ／Ｆセン
サ（０２センサ）、７・・・点火コイル、９・・・イン
ジェクタ（燃料噴射弁）、１０・・・エンジン、１８・
・・バイパス吸気通路、１６・・・エアーフローメータ
、１７・・・スロットル弁、２１・・・エアーフローセ
ンサ、８・・・スロットルセンサ、２５・・・ＣＰＵ、
２Ｂ・・・ＲＯＭ、２７・・・ＲＡＭ、３２・・・Ａ／
Ｄコンバータ、１００・・・混合気、１０１・・・混合
気状態制御手段、１０２・・・点火手段、１０３・・・
点火エネルギー制御手段、１０４・・・点火状態検出手
段、１０５・・・排気ガス通路、１０６・・・空燃比セ
ンサである。 第２図 リーン　　　　　　リ／＋ 第３図 （０）　　　−一ψＶＩＡＩＶ〜〜−ｍ−明−−−工学
（Ｃ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　イＦ−洛ミス
境４図 第８図 第９図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）混合気の状態を制御する混合気状態制御手段と、
   前記混合気に点火する点火手段と、該点火手段の点火エ
   ネルギーを制御する点火エネルギー制御手段と、前記点
   火手段による点火後に、点火状態が着火ミスであつたか
   又は着火はしたが燃焼が拡がらなかつた伝播ミスであつ
   たかを検出する点火状態検出手段とを有し、該点火状態
   検出手段が着火ミスを検出すると前記点火エネルギー制
   御手段が点火エネルギーを増大し、前記点火状態検出手
   段が伝播ミスを検出すると前記混合気状態制御手段が混
   合気の燃焼性が良好となる方向に制御する事を特徴とす
   るエンジンの制御装置。
2. （２）点火状態検出手段は、 排気中の酸素濃度を検出して電気信号に変換する酸素セ
   ンサと、前記電気信号の瞬時値を記憶する記憶手段と、
   前記瞬時値を所定の時間にわたつて平均化した平均値を
   算出する平均化手段と、前記瞬時値中のピーク値を検出
   し該ピーク値と平均値との偏差を検出する偏差検出手段
   と、前記平均値と第１の基準値との大小関係から伝播ミ
   スを検出する伝播ミス検出手段と、前記偏差と第２の基
   準値との大小関係から着火ミスを検出する着火ミス検出
   手段とからなる事を特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のエンジンの制御装置。
3. （３）点火手段は電気火花により点火を行い、点火エネ
   ルギー制御手段による点火エネルギーの制御は、点火手
   段に供給する電流値を制御するか又は通電時間を制御す
   ることにより行う事を特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項いずれかに記載のエンジンの制御装置。
4. （４）混合気状態制御手段は燃料供給量を制御し、混合
   気の空燃比を調整するようにした事を特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項のいずれかに記載のエンジン
   の制御装置。