JPS62248825A - 内燃機関の燃焼制御装置 - 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、内燃機関の燃焼制御装置、特にエンジンの騒
音とＮｏ、排出量の低減およびノッキングの抑制を図っ
た燃焼制御装置に関する。

（従来の技術） 近時、エンジンの出力性能向上を図る観点から、吸入ス
ワールや点火エネルギの増大を図る試みが行われている
。例えば、その１つとして吸入スワールに着目すると、
周知のように、吸入スワールは混合気の希薄化、大量Ｅ
ＧＲに伴う燃焼悪化を改善する有効な手段である。しか
し、一般にスワールを強化すると、高速域における吸入
空気量が低下し出力が低下する。そこで、運転条件に応
じてスワールの制御が行われる。

従来のこの種の吸入スワール制御機能を備えたエンジン
の燃焼制御装置としては、例えば特開昭５８−２８５２
９号公報に記載されたものがある。

この装置はヘリカル形吸気ボートを２分割して主吸入ボ
ートに吸気管負圧で開閉するスワールコントロール弁を
設け、軽負荷時はこのスワールコントロール弁を閉じて
スワール吸入ボートにより強力なスワールを発生させて
燃焼改善を行う。一方、高負荷時にはスワールコントロ
ール弁を開いて十分な吸入空気量を確保し出力の向上を
図る。なお、運転条件の判断は吸入空気量をパラメータ
として行っている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来のエンジンの燃焼制御装
置にあっては、吸入空気量により運転条件を判断してス
ワールコントロール弁を開閉制御する構成となっていた
ため、同一の吸入空気量であっても第８図１こ示すよう
に空燃比によって燃焼速度（図中ではこれを燃焼期間Ｔ
で表す）が変わり、この燃焼速度の変化は第９図に示す
ようにシリンダ内の最大圧力上昇率（ｄｐ／ｄθ）　ｗ
ａｘに影響を与える。これは、燃焼速度の変化により燃
焼騒音が影響を受けることを意味している。例えば同一
吸入空気量という条件下で空燃比がリンチ側に移行した
とき（加速時など）、第８図に示すように燃焼期間Ｔが
短くなって燃焼騒音が大きくなる（第９図参照）。

また、燃焼期間Ｔの変化による影響は騒音に限らず、第
１０図に示すように、ＮＯ，排出量にも及ぶ。したがっ
て、単に吸入空気量に基づいて吸入スワールを制御する
のみでは燃焼騒音およびＮＯ８の排出量の低減を図るこ
とができない。

一方、エンジンの高負荷時にはスワールコントロール弁
を開いてエンジンのトルク向上を図るようになっている
ため、ノッキングの発生し易い状況下にあって、吸入ス
ワールの制御によりノンキングを適切に抑制することが
困難である。

（発明の目的） そこで本発明は、各気筒の燃焼圧力を検出し、検出され
た信号より燃焼騒音成分とノンキング音成分を抽出し、
これらの信号に基づいて吸入スワールの制御を行うこと
により、エンジンのノッキングを優先的に回避しながら
、騒音およびＮＯＸ排出量を低減して、運転性の向上を
図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制御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、圧力検出手段
ａの出力から所定の複数の周波数成分を抽出する抽出手
段すと、抽出手段尤の出力に基づきエンジンのノンキン
グを優先的に回避しつつ、騒音およびＮ　ＯＸ排出量を
低減するように吸入スワールを制御するスワール制御信
号を出力する制御手段Ｃと、スワール制御信号に基づい
て吸入スワールを変えるスワール操作手段ｄと、を備え
ている。

（作用） 本発明では、各気筒の燃焼圧力が検出され、検出された
信号より燃焼騒音成分とノッキング音成分が抽出される
。そして、これらの信号に基づいて吸入スワールの制御
が行われる。したがって、エンジンのノッキングが優先
的に回避されながら、騒音およびＮＯＸ排出量が低減さ
れて、運転性の向上が図られる。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜６図は本発明の第１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、１はエンジン
であり、吸入空気はエアクリーナ２より吸気管３を通し
て各気筒に供給され、燃料はインジェクタ４により噴射
される。気筒内で燃焼した排気は排気管５を通して触媒
コンバータ６に導入され、触媒コンバータ６内で排気中
の有害成分（Ｃｏ、ＨＣ，ＮＯＸ　）を三元触媒により
清浄化して排出される。吸入空気の流量Ｑａはエアフロ
ーメータ７により検出され、絞弁８によって制御される
。

また、各気筒の吸気ボート近傍は第３図に詳細を示すよ
うに、主吸入ボート９ａおよびスワール吸入ボー）９ｂ
に分割され、主吸入ボート９ａにはスワールコントロー
ル弁ｌＯが配設される。スワールコントロール弁１０は
ロッド１１を介してサーボダイアフラム１２に連結され
ており、サーボダイアフラム１２にはデユーティ電磁弁
１３から所定の制御負圧が導かれる。デユーティ電磁弁
１３はデユーティ値りを有するスワール制御信号Ｓｃに
基づいて定圧負圧源（例えば、真空ポンプ）１４がら供
給される負圧を大気に漏らす（リークする）ことによっ
てサーボダイアフラム１２に供給する制御負圧を連続的
に変える。サーボダイアフラム１２は制御負圧に応動し
ロッド１１を介してスワールコントロール弁１０の開度
を調整する。

上記主吸入ポー）９ａ、スワール吸入ボート９ｂ１スワ
ールコントロール弁１０．ロッド１１、サーボダイアフ
ラム１２、デユーティ電磁弁１３および定圧負圧源１４
は全体としてスワール操作手段１５を構成する。スワー
ル操作手段１５はスワール制御信号Ｓｃのデユーティ値
りが小さいときデユーティ電磁弁１３によりサーボダイ
アフラム１２に供給する負圧の大気へのリーク量を小さ
くしてスワールコントロール弁ｌＯを閉方向に制御し、
吸入スワールの強度を大きくする。一方、デユーティ値
りが大きいときは上記リーク量を大きくしてスワールコ
ントロール弁ｌＯを開方向に制御し、吸入スワールの強
度を小さくする。なお、Ｄ＝０％のときはスワールコン
トロール弁１０が全閉となって吸入スワールの強度が最
大、Ｄ＝１００％のときは全開となって吸入スワールが
解除される。

エンジンｌのクランク角Ｃａはクランク角センサ１６に
より検出され、１８０°信号Ｃａのパルスを計数するこ
とによりエンジン回転数Ｎが算出される。また、気筒内
の燃焼圧力（以下、筒内圧という）Ｐａは圧力センサ（
圧力検出手段）　１７により検出され、圧力センサ１７
は圧電素子により構成され、点火プラグ１８の座金とし
てモールド成形されている。圧力センサ１７は点火プラ
グ１８を介して圧電素子に作用する筒内圧Ｐａを検出し
、この筒内圧Ｐａに対応する電圧値を有するアナログ信
号を算出する。なお、圧力センサ１７は各気筒毎に配設
される。上記クランク角センサ１６および圧力センサ１
７からの信号はコントロールユニット２５に入力されて
おり、コントロールユニット２５はこれらのセンサ情報
に基づいて燃焼制御を行う。

第４図はスワールコントロール弁１０の制御系統を示す
ブロック図である。第４図において、１７ａ〜１７ｆは
エンジンｌの各気筒毎に配設された圧力センサであり、
各気筒毎に筒内圧Ｐａを入力切換手段（例えば、マルチ
プレフサ）１９に出力する。

入力切換手段１９はクランク角センサー６の出力（クラ
ンク角Ｃａ）に応じて圧力センサー７３〜１７ｆの各出
力を切換え（フィルタ）２０に出力する。フィルタ２０
は筒内圧信号からエンジンの騒音およびノッキングに対
応する周波数成分を抽出し、強度判定手段２１に出力す
る。強度判定手段２１はクランク角センサー６、エアフ
ローメータ７からの信号である回転数Ｎ、吸入空気量Ｑ
ａを受けて、所定の周波数成分に応じたノッキングの許
容強度を演算し、これをフィルタ２０の出力と比較する
。そして、その比較結果に基づきスワール制御信号Ｓｃ
をスワール操作手段１５に出力し、スワールコントロー
ル弁１０が操作される。コントロールユニット２５のが
かる機能はマイクロコンピュータにより実現される。

すなわち、コントロールユニット２５は抽出手段および
制御手段としての機能を有し、ＣＵＰ３１゜ＲＯＭ３２
、ＲＡＭ３３およびＩ１０ボート３４により構成される
。ＣＵＰ３１はＲＯＭ３２に書き込まれているプログラ
ムに従ってＩ１０ボート３４より必要とする外部データ
を取り込んだり、またＲＡＭ３３との間でデータの授受
を行ったりしながら上記各制御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ポート３４
へ出力する。Ｉ１０ボート３４にはクランク角センサ１
６および圧力センサ１７からの信号が入力されるととも
に、Ｉ１０ボート３４からは前記スワール制御信号Ｓｃ
が出力される。ＲＯＭ３２はＣＰ　Ｕ３１における演算
プログラムを格納しており、ＲＡＭ３３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。

次に、作用を説明する。

近時、実用燃費の向上と排気エミッションの低減とを両
立させるため、定常時には希薄空燃比で、加速領域の一
部または全部には理論空燃比で運転する試みが行われる
。ところが、このような空燃比制御を吸入スワールを制
御するエンジンに適用した場合、燃費向上の面では相応
の効果が得られるものの吸入スワール本来の特長である
燃焼速度を速めるという観点から騒音やＮ　Ｏｘ排出量
も同時に増大するという面に難点が生ずる。従来は前者
に重点がおかれており、後者の対策が不十分である。ま
た、ノッキングの発生し易い絞弁全開の状況下にあって
はスワールコントロール弁は全開であり、吸入スワール
制御によるノッキングの回避は行われない。

そこで、本実施例においては、圧力センサ１７の出力か
らエンジンの騒音およびノッキングの周波数成分を抽出
して、この出力に基づいてスワールコントロール弁１０
の開閉を精密にフィードバンク制御する。これにより、
吸入スワールの制御の特長を生かしつつ、空燃比の変化
に伴う燃焼速度の増大を抑制してエンジンの騒音および
ＮＯＸ排出排出 量１低減し、また、ノンキングを優先的に回避している
。

第５図はＲＯＭ３２に書き込まれている吸入スワール制
御のプログラムを示すフローチャートであり、図中Ｐ、
〜Ｐ、はフローチャートの各ステップを示している。本
プログラムは所定時間毎に一度実行される。

まず、ＰＩでクランク角センサ１６の出力に基づいてエ
ンジンの回転数Ｎを算出するとともに、このＮとエアフ
ローメータ７の出力である吸入空気量Ｑａから基本燃料
噴射量’ｒｐを演算してＰ２に進む。Ｐ２では圧力セン
サ１７の出力である筒内圧ｐａからエンジンの騒音およ
びノッキングの周波数成分出力Ｓｎ、Ｓｋを抽出する。

Ｐ３、Ｐ４では回転数Ｎおよび基本燃料噴射量’ｒｐか
らそれぞれエンジン騒音許容値Ｓ　／　Ｌ　ｎ、ノッキ
ング音許容値Ｓ／Ｌｋをルックアップする。

次いで、Ｐ５でＳｋとＳ／Ｌｋとを比較し、Ｓｋ≦Ｓ／
Ｌｋのときはノッキングが発生していないと判断し、Ｐ
６でＳｎとＳ　／　Ｌ　ｎと比較する。

Ｓ　ｎ　＞　Ｓ　／　Ｌ　ｎのときはエンジンの騒音が
発生していると判断して、Ｐ、で吸入スワールの強度を
制御しているスワール信号Ｓｃのデユーティ値Ｄｎを次
式■に従って演算する。

Ｄｎ＝Ｄｎ　’＋ΔＤ　・旧・・■ 但し、Ｄｎ’：前回の値 ΔＤ　：修正値 Ｐ７で演算されたデユーティ値Ｄｎに基づいて、Ｐ、で
スワールコントロール弁１０が作動する。すなわち、吸
入スワールの強度を小さくして騒音を低減するためスワ
ールコントロール弁１０が開かれる。

一方、Ｐ、でＳｋ＞ＳＬｋのときはノッキングが発生し
ていると判断して、Ｐｓで吸入スワール信号Ｓｃのデユ
ーティ値Ｄｎを次式〇に従って演算する。

Ｄｎ＝Ｄｎ　’−ΔＤ　・・・・・・■但し、Ｄｎ’：
前回の値 ΔＤ：修正値 Ｐｓで演算されたデユーティ値Ｄｎに基づいてＰ９でス
ワールコントロール弁１０が作動する。すなわち、吸入
スワールの強度を大きくしてノンキングを抑制するため
、スワールコントロール弁１０が閉じられる。

また、ＰｂでＳｎ≦Ｓ　／　Ｌ　ｎのときはエンジンの
騒音、ノッキングいずれも発生していないと判断して、
Ｐ、からＰ、に進み、吸入スワールの強度を大きくして
燃焼速度を増大し燃費を向上させるためスワールコント
ロール弁ｌＯが閉じられる。

第６図は前述の吸入スワール制御動作を筒内圧の変化に
従って示すタイ入チャートであ墨。

第６図（Ａ）に示すように、圧力センサ１７によって検
出される爆発行程の筒内圧は時間の経過とともに１１１
〜（８）のような波形をもつ。この波形の（１）、（２
）においては燃焼速度が小さいので、これらに対応して
（Ｂ）に示すエンジン騒音周波数成分Ｓｎは小さく、ま
た、波形（３）、（６）および（７）においては燃焼速
度が大きいのでこれらに対応するＳｎは許容値Ｓ　／　
Ｌ　ｎを超える。一方、第６図（Ａ）の波形（４）、（
５）および（８）においては、ノッキングが発生してお
り、これらに対応する（Ｂ）のＳｎばＳ／Ｌｎより大き
く、かつ、第６図（Ｃ）のこれらに対応するノッキング
周波数成分Ｓｋは許容値Ｓ／Ｌｋを超える。なお、第６
図（Ｂ）、（Ｃ）中の破線はそれぞれエンジンの騒音周
波数成分およびノンキング周波数成分の許容値Ｓ／Ｌｎ
、Ｓ／Ｌｋを示す。

したがって、第６図（Ｄ）に示すように、波形＋１１、
（２）ではエンジン騒音が小さいので、これに対応して
吸入スワール信号Ｓｃのデユーティ値りも小さく　、＋
４１、（５）および（８）ではエンジン騒音が大きいに
もかかわらず、ノンキングが発生しているためデユーテ
ィ値を小さくしている。また１、波形（３）、（６）お
よび（７）ではエンジン騒音が大きいのでデユーティ値
を大きくしている。第６図（Ｅ）は（Ｄ）に示すデユー
ティ値に対応するスワールコントロール弁１０の開度を
示すものであり、デユーティ値が大きくなれば開度は小
となり、逆にデユーティ値が小さくなれば開度は太き（
なって、吸入スワールの強度を制御する。

このように本実施例の燃焼制御装置においては、圧力セ
ンサ１７の出力からエンジンの騒音およびノッキングの
周波数成分を抽出し、これらの信号と、別途にエンジン
の吸入空気量Ｑａ、回転数Ｎから演算される許容値とを
比較する。その判定結果に基づき吸入スワールの制御が
適切に行われる。したがって、エンジンのノンキングが
優先的に回避されつつ、騒音およびＮＯＸ排出量を低減
することができる。

次に、第７図は本発明の第２実施例を示す図である。

本実施例の構成は第１実施例と同一であり、ＲＯＭに書
き込まれたプログラムのみが異なる。すなわち、第７図
は吸入スワール制御のプログラムを示すフローチャート
であり、図中Ｐ、〜ＰＺ６はフローチャートの各ステッ
プを示している。本プログラムは所定時間毎に一度実行
される。

まず、ｐｔ＋でクランク角センサ１６の出力に基づいて
エンジンの回転数Ｎを算出するとともに、このＮとエア
フローメータ７の出力である吸入空気量Ｑａとから基本
燃料噴射量Ｔｐを演算してＰ１□に進む。Ｐｉｔでは圧
力センサ１７の出力である筒内圧Ｐａからエンジンの騒
音およびノッキングの周波数の成分出力Ｓｎ、Ｓｋを抽
出する。ＰＩ３では回転数Ｎおよび基本燃料噴射量’ｒ
ｐからそれぞれエンジン騒音許容値Ｓ　／　Ｌ　ｎ、ノ
ッキング音許容値Ｓ／Ｌｋをルックアップして、ＰＩ３
に進む。Ｐ、４で同様に回転数Ｎおよび基本燃料噴射量
’ｒｐから基本点火時期ＡＤＶｓをルックアップする。

次いで、ＰｏでＳｋをＳ／Ｌｋと比較し、Ｓｋ＞Ｓ／Ｌ
ｋのときは、ノッキングが発生していると判断して、Ｐ
Ｉ３で次式〇に従って点火時期を遅角側に補正する遅角
補正量Ａ　Ｄ　Ｖ　Ｈを演算する。

Ａ　Ｄ　Ｖ　Ｈ＝　Ａ　Ｄ　Ｖ　Ｈ’＋ΔＡ　・・・・
・・■但し、ＡＤＶＨ’　：前回の値 ΔＡ：修正量 次いで、Ｐｉｔで遅角補正量Ａ　Ｄ　Ｖ　ｏを遅角限界
値Ｈｍａｘと比較し、ＡＤＶＨ≦Ｈｍａｘのときけ点火
時期が遅角側の限界値を超えておらず運転性の低下はな
いと判断してｐ＋＋＋で次式■に従って最終点火時期Ａ
ＤＶを演算し、ＡＤＶに対応するタイミングで点火信号
を出力して混合気に点火する。

Ａ　Ｄ　Ｖ　＝　Ａ　Ｄ　Ｖ　ｓ　　Ａ　Ｄ　Ｖ　ｎ　
　”’　・・・■一方、ＡＤＶＨ＞Ｈｍａｘのときは点
火時期が遅角例の限界値を超えており、運転性の低下が
あると判断して、ＰＩ３で最終点火時期ＡＤＶを次式〇
に従って演算するとともに、ｐｇｈで吸入スワールの強
度を制御しているスワール制御信号Ｓｃの最終デユーテ
ィ値Ｄｎを第１実施例に示した弐〇に従って演算する。

ＡＤＶ＝ＡＤＶｓ　−Ｈｔｔｒａｘ　　・・・・・・■
ｐｚａで演算されたデユーティ値Ｄｎに基づいてスワー
ルコントロール弁１０が作動する。すなわち、点火時期
の必要以上の遅角補正を避けつつ、吸入スワールの強度
を大きくしてノッキングを抑制するためスワールコント
ロール弁１０が閉じられる。

一方、上記ステップＰＩＳでＳｋ≦Ｓ／Ｌｋのときには
ノンキングが発生していないと判断し、Ｐ２゜で遅角補
正量ＡＤＶ、を次式■に従って演算した後にｐｇ＋に進
む。

Ａ　Ｄ　ＶＨ−Ａ　Ｄ　ＶＨ’−ΔＡ　・・・・・・■
Ｐ＋＋では演算された遅角補正量Ａ　Ｄ　Ｖ　Ｈを〔０
〕と比較し、Ａ　Ｄ　Ｖ　Ｈ＜　０のときはｐｚｇで最
終点火時期ＡＤＶの補正は行わず、基本点火時期ＡＤＶ
、とじて、ｐｚｚに進む。ｐｉ３ではＳｎとＳ／Ｌｎと
を比較して、Ｓ　ｎ　＞　Ｓ　／　Ｌ　ｎのときはエン
ジンの騒音が発生していると判断して、Ｐｗ４でスワー
ル信号ＳＣのデユーティ最終値Ｄｎを第１実施例に示し
た式■に従って演算する。このデユーティ値に基づいて
スワールコントロール弁１０が作動する。すなわち、吸
入スワール強度を小さくして騒音を低減するためスワー
ルコントロール弁１０が開かれる。

一方、ＰＩ３でＳｎ≦Ｓ　／　Ｌ　ｎのときはエンジン
の騒音が発生していないと判断して、ｐｚｉに進み、最
終デユーティ値Ｄｎを演算し、これに基づいてスワール
コントロール弁１０が閉じられる。すなわち、吸入スワ
ールの強度を大きくして燃焼速度を増大する。

マタ、Ｐ２＋でＡＤＶ、＞Ｑのときは前述の式■に従っ
て最終点火時期ＡＤＶを演算し、ＡＤＶに対応する点火
信号を出力して混合気に点火する。

このように、本実施例においては、ノッキングが発生す
ると、まず点火時期を遅角させ、限界遅角値となっても
さらにノッキングが発生する場合にはスワールコントロ
ール弁１０を閉じて燃焼速度を増大させてノッキングを
回避する。また、騒音が発生したときにも、スワールコ
ントロール弁１０を適切に制御するので、第１実施例と
同様の効果を得ることができる。

なお、以上の実施例では一つの気筒についての吸入スワ
ール制御を説明したが、他の気筒についても各気筒毎に
吸入スワール制御が行われている。

（効果） 本発明によれば、各気筒の燃焼圧力を検出し、検出信号
より燃焼騒音成分とノッキング音成分を抽出して、その
抽出結果に基づいて吸入スワールの制御を行っているの
で、エンジンのノッキングを優先的に回避しつつ騒音お
よびＮＯＸ排出量を低減することができ、運転性の向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜６図は本発明の第
１実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第
３図はその吸入ボート近傍の吸気管を模式的に示す図、
第４図はそのスワールコントロール弁の制御系統を示す
ブロック図、第５図はその吸入スワール制御のプログラ
ムを示すフローチャート、第６図はその吸入スワール制
御の作用を説明するためのタイミングチャート、第７図
は本発明の第２実施例を示すその吸入スワール制御のプ
ログラムを示すフローチャート、第８図は燃焼速度特性
図、第９図は最大圧力上昇率特性図、第１０図はＮＯＸ
排出量特性図である。 １・・・・・・エンジン、 １５・・・・・・スワール操作手段、 １７・・・・・・圧力センサ（圧力検出手段）、２０・
・・・・・フィルタ（抽出手段）、２５・・・・・・コ
ントロールユニット（ＩＩＩ　ｍ　手段）。 第１図 匣 ハ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ａ）エンジンの燃焼圧力を検出する圧力検出手段
   と、 ｂ）圧力検出手段の出力から所定の複数の周波数成分を
   抽出する抽出手段と、 ｃ）抽出手段の出力に基づきエンジンのノッキングを優
   先的に回避しつつ、騒音およびＮＯｘ排出量を低減する
   ように吸入スワールを制御するスワール制御信号を出力
   する制御手段と、 ｄ）スワール制御信号に基づいて吸入スワールを変える
   スワール操作手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
2. （２）前記抽出手段が所定の複数の周波数成分のうち、
   一方をエンジンのノッキング周波数に対応させ、他方を
   エンジンの騒音周波数に対応させた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制御装置。