JPS62203036A - 内燃機関の燃焼状態計測装置 - 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、内燃機関の各種制御用データに供する燃焼状
態を計測する装置に関する。

（従来の技術） 近時、内燃機関およびその周辺装置の制御も電子化され
、より緻密な制御が可能となっている。

このような制御には、内燃機関の燃焼状態その他の各種
データが用いられる。

燃焼状態の一つである燃焼圧の図示平均有効圧Ｐｉも出
力トルクを示すものとして重要なデータの一つであり、
図示平均有効圧Ｐｉは、例えば点火制御、燃料噴射制御
、アイドルスピードコントロール等を正確に行う上で重
要な制御因子となっている。このようなＰｉは１燃焼サ
イクル毎に第５図に示すように変化している気筒内の燃
焼圧力（以下、筒内圧という）による平均仕事量を表す
ものであり、次式■で演算される。

但し、■、、：行程容積 Ｐ：燃焼圧力 このＰｉは、具体的には第６図に示すＰ−■線図におい
て閉曲線内の面積を行程容積で割ったものに相当し、こ
の値が大きい程１燃焼サイクルにおける仕事量が大きく
なる。

このようなＰｉを求める従来の内燃機関の燃焼状態計測
装置としては、例えば、特開昭６０−２２０４６号公報
に記載のものがある。この装置では、所定のクランク角
（５°毎）に筒内圧を検出し、その値に基づき図示平均
有効圧Ｐｉを次式■に従って演算する。

但し、θ：クランク角 Ｐθ：各クランク角における筒内 圧 すなわち、Ｐｉは各クランク角における筒内圧と容積変
化の積を１燃焼サイクルにおけるＯｏ−３６０°の範囲
内でＡ／Ｄ変換して加算し、それを行程容積で割ったも
のとして求められる。これは、筒内圧のピーク値を含む
ＴＤＣ±１８ｏ°の部分に相当する。そして、このＰｉ
を計測することにより燃焼状態を表すパラメータの一つ
として各気筒におけるＩ燃焼サイクル毎の仕事量が分か
るので、この情報を基にエンジン制御が行われ、高い運
転性が確保される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の内燃機関の燃焼状態計
測装置にあっては、所定クランク角範囲（ＴＤＣ±１８
０°）における筒内圧をＡ／Ｄ変換し、これからＰｉを
前記■弐に基づき演算する構成となっていたため、ＴＤ
Ｃ±１８ｏ°を除く部分における筒内圧が演算結果に表
われず、Ｐｉの計測精度が必らずしも十分とはいえない
。Ｐｉは前述の通り全行程（０°−７２０°）における
筒内圧の積算値としての性格を有するからである。

なお、上記は燃焼状態としてＰｉをパラメータとして述
べたものであるが、他のパラメータであっても全行程の
燃焼状態を表すものにあっては同様の不具合が指摘され
る。

（発明の目的） そこで本発明は、運転条件が同一であるｒ＠すＴＤＣ付
近を除き筒内圧の変化波形に大きな差異がないことに着
目し、ＴＤＣ付近の所定区間は実際の筒内圧を検出し、
他の区間は運転条件に応じてその近似値を決定すること
により、全行程における筒内圧の総和を演算してエンジ
ンの燃焼状態に関連するパラメータの計測精度を向上さ
せることを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明による内燃機関の燃焼状態計測装置は上記目的達
成のため、その基本概念図を第１図に示すように、エン
ジンの燃焼圧力を検出する圧力検出手段ａと、エンジン
のクランク角を検出するクランク角検出手段すと、エン
ジンの運転状態を検出する運転状態検出手段Ｃと、所定
クランク角範囲における燃焼圧力をサンプリングするす
、ンプル手段ｄと、所定クランク角範囲ではサンプル手
段ｄの出力に基づき、これ以外の範囲では運転状態検出
手段Ｃの出力に基づいてそのときの燃焼状態に関連する
パラメータを演算する演算手段ｅと、を備えている。

（作用） 本発明では、ＴＤＣ±９０°の区間は実際の筒内圧を検
出して、他の区間では運転条件に応じてその近似値が予
測して決定され、これらに基づき全行程における筒内圧
の総和が演算される。このとき、上記他の区間において
は運転条件が同一である限り筒内圧の変化波形に大きな
差異がないことから、燃焼状態に関連するパラメータＰ
ＺＯ値を精度良く検出することができる。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜５図は本発明の一実施例を示す図である。

まず、構成を説明する。第２図において、■ａ〜１ｄは
筒内圧センサ（圧力検出手段）であり、筒内圧センサｌ
ａ〜１ｄは気筒毎（本実施例では４気筒）に配設される
。筒内圧センサ１ａ〜ｌｄは気筒内の燃焼圧力を圧電素
子により電荷に変換して電荷出力Ｓ、を出力しており、
電荷出力Ｓ。

は同じく気筒毎に配設されたチャージアンプ２ａ〜２ｄ
により電圧信号に変換されてマルチプレクサ（ＭＰＸ）
３に入力される。マルチプレクサ３は切換信号Ｓｃに基
づいてチャージアンプ２ａ〜２ｄからの信号を気筒別に
択一的に切換え、信号Ｓｚｉ　（ｉ　＝　１〜４、気筒
番号）としてローパスフィルタ（ＬＰ’Ｆ）４に出力す
る。

ローパスフィルタ４は信号Ｓ２□のうちノッキング振動
や点火ノイズ等のようにＰＺの演算に不用で、誤計測の
原因となる高周波域の成分を取り除き、所定周波数以下
の低周波成分のみを通過させ信号Ｓ３．としてコントロ
ールユニット５に出力する。コントロールユニット５に
はさらにクランク角センサ（クランク角検出手段）６お
よび吸入空気量センサ（運転状態検出手段）７からの信
号が入力される。

クランク角センサ６は爆発間隔（４気筒エンジンでは１
８０°）毎に各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）前の所定位
置で（Ｈ）レベルのパルスとなる基準位置信号ＲＥＦを
出力するとともに、クランク角の単位角度（例えば、１
°）毎に（Ｈ）レベルのパルスとなる単位信号ＰＯ８を
出力する。なお、信号ＲＥＦのパルスを計数することに
より、エンジン回転数Ｎｅを知ることができる。一方、
吸入空気量センサ７は、例えばエアフローメータからな
り、エンジンの運転状態を表すパラメータの一つとして
吸入空気量Ｑａを検出する。

コントロールユニット５はサンプル手段および演算手段
としての機能を有し、ＣＰＵＩＩ、ＲＯＭ２Ｓ、ＲＡＭ
１３、Ａ／Ｄ変換器１４およびＩ１０インターフェース
１５により構成される。ＣＰＵＩＩはＲＯＭ１２に書き
込まれているプログラムに従って工１０インターフェー
ス１５より必要とする外部データを取り込んだり、また
ＲＡＭ１３との間でデータの授受を行ったりしながら燃
焼状態に関連するパラメータｐｚの算出に必要な処理値
を演算処理し、必要に応じて処理したデータをＩ１０イ
ンターフェース１５に出力する。Ｉ１０インターフェー
ス１５にはローパスフィルタ４、クランク角センサ６お
よび吸入空気量センサ７からの各信号が入力されるとと
もに、Ｉ１０インターフェース１５からは前記切換信号
Ｓｃが出力される。

Ａ／Ｄ変換器１４はＣＰＵＩＩの命令に従って、■１０
インターフェース１５に人力された外部信号をＡ／Ｄ変
換する。また、ＲＯＭ１２はＣＰ　Ｕｌｌにおける演算
プログラムを格納し、ＲＡＭ１３は演算に使用するデー
タをマツプ等の形で記憶している。

なお、ＣＰ　Ｕｌｌにより演算されたＰＺはＩ１０イン
ターフェース１５を介して外部に出力され、各種エンジ
ン制御のデータに用いられる。

次に作用を説明するが、最初に本発明の基本原理を述べ
る。

一般に、筒内圧の変化は前述の第５図のように示される
。この場合、運転条件により筒内圧のピーク位置はずれ
るが、ＴＤＣ付近を除くと筒内圧の変化態様はそのとき
の運転条件により略−収約に決まる。すなわち、筒内圧
波形に大きな差異がない。これは、ＴＤＣ付近以外の筒
内圧を予測できることを意味する。

そこで本発明では、かかる点に着目し、ＰＺの検出精度
を考慮して実際に筒内圧を検出するプライマリ部分と、
運転条件によって予測できるセカンダリ部分とに区分し
、これらの総和を求めることで、ＰＺの検出精度を極め
て高いものとしている。

具体的には、プライマリ部分をＢＴＤＣ９０°からＡＴ
ＤＣ９０°までに設定し、セカンダリ部分をこれ以外と
する。そして、次式■に従ってＰＺを演算する。

０式において、プライマリ部分は筒内圧の検出結果に基
づき、セカンダリ部分は運転条件によって定まる筒内圧
（以下、予測筒内圧という）Ｂ（Ｒ，Ｑ）に基づいてそ
のときの行程におけるＰＺを演算する。予測筒内圧Ｂ　
（Ｒ，Ｑ＞は前述の第６図に示したｐ−ｖ線図における
膨張行程の後半から圧縮行程にかけての図示有効圧部分
に相当するもので、その描く軌跡は吸入空気量、スロッ
トル開度、エンジン回転数等の運転条件が同じであれば
略一定の値であることが１１１認されている。

したがって、実験等を通じて運転条件に対する予測筒内
圧Ｂ　（Ｒ，Ｑ）のデータテーブルを予め作成しておき
、後にｐｚ算出の過程で運転条件に応じて該当する最適
値をルックアンプすれば、この部分における十分な近偵
値が得られる。

なお、プライマリ部分は本実施例のように４気筒エンジ
ンであればＢＴＤＣ９０°からＡＴＤＣ９０゜に設定さ
れるが、６気筒エンジンのときはＢＴＤＣ６０’からＡ
ＴＤＣ６０”に設定すれば、１気筒分のｐｚを演算する
システムの速度を４気筒の場合と同様にすることができ
る。

第３図は、上記基本原理に基づ（燃焼状態に関連するパ
ラメータＰＺ算出のプログラムを示すフローチャートで
あり、本プログラムはＢ　Ｔ　Ｄ　Ｃ９０”の基準信号
ＲＥＦが入力されると、その実行が開始される。

まず、Ｐｌでローパスフィルタ４の出力Ｓ３□により表
わされる筒内圧をＡ／Ｄ変換してディジタル値Ｐθ　と
し、Ｐ２でクランク角センサ６の出力ＲＥＦ、ＰＯ３に
基づき所定気筒のクランク角をカウントしてサンプル容
積ΔＶを求める。サンプル容積Δ■とは、この容積毎に
筒内圧をサンプリングするというタイミングに相当する
ものであり、所定のテーブルマツプからルックアンプし
て求める。これは演算で求めることもできるが、かなり
複雑であるため本実施例ではルックアップ方式で算出し
、装置の複雑化を避けている。

次いで、Ｐ、で今回のＰＸを次式■に従って演算する。

ｐｘ＝ｐｘ　’　＋ｐθ　×ΔＶ　・・・・・・■但し
、ＰＸ：ＰＺを求めるための今回の演算途中経過データ ＰＸ’：前回の演算途中経過データ Ｐ４ではクランク角θがＡＴＤＣ９０°になったか否か
を判別し、θ＜ＡＴＤＣ９０’のときはＰ。

で前記出力Ｓ３□の次回のＡ／Ｄ変換タイミングを待つ
。

一方、θ＝ＡＴＤＣ９０°になるとＰ６で予測筒内圧Ｂ
　（Ｒ，Ｑ）を求める。これは、クランク角センサ６の
出力ＲＥＦに基づいて演算されたエンジン回転数Ｎｅお
よび吸入空気量センサ７の出力である吸入空気量Ｑａを
パラメータとしてそのときの運転条件を判別し、この運
転条件に基づき所定のテーフ゛ルマソブから８亥当する
Ｂ　（Ｒ，Ｑ）の最適値をルックアンプすることにより
求める。

次いで、Ｐ７でＰＺを次式０式に従って演算する。

ＰＺ＝　−（ＰＸ＋Ｂ　（Ｒ，Ｑ））　　・・・・・・
■■。

これにより、今回のＰＺが求められたので、次いでＰ８
でマルチプレクサ３に切換信号Ｓｃを出力して、次の気
筒に移行するとともに、Ｐ、でＰＸをクリアし、Ｐ、。

で前記出力ＳＺ＋の次回のＡ／Ｄ変換タイミングを待つ
。

このように、４気筒エンジンの各気筒のＴＤＣを中心と
するＢＴＤＣ９０°〜ＡＴＤＣ９０°の範囲においでは
筒内圧に基づき、それ以外の範囲では予測筒内圧Ｂ　（
Ｒ，Ｑ）をルックアップすることにより、気筒別にＰＺ
が算出される。このＰＺの算出に際しては前記基本原理
で述べたように従来と異なりすべての行程における有効
圧の総和として求めているため、ＰＺの検出精度を格段
と向上させることができる。

また、本実施例では筒内圧のサンプリングとこのＡ／Ｄ
変換区間が従来のそれ（ＢＴＤＣ１８０゜〜ＡＴＤＣ１
８０°）よりも狭い（ＢＴＤＣ９０”〜ＡＴＤＣ１８０
°）ため、Ａ／Ｄ変換に要するデバイスのシステムを小
規模とすることができる。

さらに、本実施例では筒内圧検出区間がＴＤＣ付近に限
定されているため、例えば第４図に示すように種々の原
因により検出した筒内圧にバイアスが生じた場合に、こ
れに基づくＰＺの精度低下を防止できる。

すなわち、真の筒内圧Ｐθ　に対してＰ、なる一定のバ
イアス成分が存在すると、前記０式における第１項は次
のように変形される。

Σ（Ｐθ　＋ｐｎ）　　・ΔＶ ＝ΣＰθ　ΔＶ＋ΣＰＩ、Δ■ ＝ΣＰθ　Δｖ＋ｐｔｌΣΔ■　・・・・・・■但し、
ＰＤ＝ｃｏｎｓｔ この０式により積算される区間がＴＤＣを中心として左
右対称に存在すれば、ΣΔＶ＝Ｏとなり０式の第２項は
Ｏとなる。これは、バイアスによる影響が排除されるこ
とを意味し、ＰＺの検出精度の低下が防止される。

（効果） 本発明によれば、ＴＤＣ付近の所定区間は実際の筒内圧
を検出し、他の区間は運転条件に応じてその近似値を予
測して決定しているので、全行程における筒内圧の総和
を正確に求めることができ、エンジンの燃焼状態に関連
するパラメータの計測精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜４図は本発明の一
実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第３
図はその燃焼状態に関連するパラメータ算出のプログラ
ムを示すフローチャート、第４図はその作用を説明する
ために筒内圧の変化を示す図、第５．６図は従来の内燃
機関の燃焼状態計測装置における作用を説明するための
図であり、第５図はその筒内圧の変化を示す図、第６図
はその燃焼室容積と燃焼圧力との関係を示す図である。 １ａ〜１ｄ・・・・・・筒内圧センサ（圧力検出手段）
、５・・・・・・コントロールユニット（サンプル手段
、演算手段）、 ６・・・・・・クランク角センサ（クランク角検出手段
）、７・・・・・・吸入空気量センサ（運転状態検出手
段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの燃焼圧力を検出する圧力検出手段と、 ｂ）エンジンのクランク角を検出するクランク角検出手
   段と、 ｃ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 ｄ）所定クランク角範囲における燃焼圧力をサンプリン
   グするサンプル手段と、 ｅ）所定クランク角範囲ではサンプル手段の出力に基づ
   き、これ以外の範囲では運転状態検出手段の出力に基づ
   いてそのときの燃焼状態に関連するパラメータを演算す
   る演算手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼状態計測装置
   。