JPS62265548A - 内燃機関用仕事量算出装置 - 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〕 本発明は燃焼圧とクランク角度とより内燃機関の仕事量
を算出する内燃機関用仕事量算出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来−Ｍ　Ｂ　Ｔ　（ｍｉｎｉｍｕｍ　５ｐａｒｋ　ａ
ｄｖａｎｃｅ　ｆｏｒｂｅｓｔ　ｔｏｒｑｕｅ　）フィ
ードバック制御等において、燃焼圧を検出し、この燃焼
圧がより大きくなる様、点火時期・空燃比・排ガス再循
環（ＥＧＲ）ｆｉｔ等゛を制御する装置が提案されてい
る（例えば、特開昭５９−１３６５４４号公報）。

燃焼圧を検出、する場合、単に瞬間的な出力を生む最大
燃焼圧よりも、出力トルクを発生する図示平均有効圧Ｐ
ｉに基づいて行った方が、より正確な制御が行なえるこ
とから、図示平均有効圧Ｐｉに基づく制御が行われてい
る。

第４図の指圧線図において、面積Ｓ、（出力として作用
する）と面積Ｓ２　　（ポンプ仕事として作用する）の
差を行程容積ｖｈで除した値、即ちＰｉ　＝　（ＳＩ　
　　Ｓｚ　）　／　Ｖ　ｈで表わされる。実際に■θに
より逐次計算で演算する。ここで、θはクランク角度、
Ｐθは各θでの燃焼圧、ΔＶθは各θでの容積変化分で
ある。

しかし、上式中Δ■θの演算が非常に複雑で、相当高速
な演算機能を持っていても、演算に時間がかかり、高速
回転時や過渡時に対応できない問題点があった。勿論、
コストもアンプしてしまう。

すなわち、各θでの行程容積Ｖθは、第５図より、θの
関数となり、 Ｖθ＝Ｓ　（（！十ｒ−！ｔ２−ｒ２ｓ　ｉｎ”θ−ｒ
ｃｏｓθ）＋ＶＯで表わせる。つまり、上記Δ■θは、
前回の■θと今回■θとの差である。

この様に、Δ■θは、三角関数・平方根の複雑な計算を
必要とするのである。

以上の問題に対し、Δ■θの演算を大幅に簡略化するた
めに、等容積変化毎の信号を出力する、等容積センサが
提案されている（例えば、特開昭５９−５１１６０号公
報）。

これは、例えば図６に示す如く、クランク軸に取付けら
れたスリット円板に等容積変化する毎に信号を出力する
様な間隔にスリットを設けた等容積センサであり、これ
により、信号が出力される毎に、燃焼圧Ｐθをサンプリ
ングする方式である。

この方式でＰｉを求める場合は、前述したであったΔＶ
θが定数Δ■に変換され、計算時間が大幅に短縮できる
ことは明らかである。上式の括弧内は、爆発・吸入行程
の和から、排気・圧縮行程の和を差し引いたものであり
、総て和・減算で求めることができる。

以上、等容積センサ方式は、図示平均有効圧Ｐｉを、簡
単な計算で高速に行うことができ、かつ、コスト安とい
うメリットがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この方式においても、次の２つの問題点
が指摘されている。

まず第１の問題点は、図示平均有効圧Ｐｉの制御パラメ
ータに対する感度が鈍いことである。例えばＰｉｌｉ＜
Ｒ大（即ち出力トルクが最大）になる様に点火時期を制
御する場合、制御量に対するＰｉの変化量が小さいため
、より木目細かい制御が出来ない。確かに、前述した如
く、図示平均有効圧Ｐｉは理論的にＰ　ｉ　＝（ＳＩ　
　３２　）　／Ｖｈで表わされるが、上記制御量に対し
て反応する領域は、せいぜい第４図に示すθ、からθ、
の間である。即ち、それ以外の変化しない領域が、図示
平均有効圧Ｐｉの感度を鈍らせているのである。

第２の問題点は、例えば４サイクル４気筒エンジンを考
えると、等容積センサが最低２個必要となることである
。即ち、第１、第４気筒用が１つと、それから相対的に
１８０’ＣＡずれている第３、第２気筒用が１つの、計
２個の等容積センサが必要となり、コスト高を招く。

但し、等容積センサをカム軸あるいはディストリビュー
タ回転軸等に設置すれば、センサは１個で済む。ところ
が、カム軸やディストリビュータ回転軸は、クランク軸
に対して、ギヤのバンクラッシュ等が存在し、燃焼圧に
よる制御には向いていない。

そこで本発明は図示平均有効圧Ｐｉの制御パラメータに
対する感度を改善し、かつ１個の等容、積センサを用い
るのみで、略図示平均有効圧を演算することができるよ
うにしたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

蔓のため本発明は、内ＰＩ機関の燃焼圧を各気筒毎に検
出する燃焼圧センサと、（７２０°／気筒数）のクラン
ク角度範囲以内で圧縮行程及び爆発行程においてクラン
ク軸の回転に同期してシリンダ容積が一定量変化する毎
に信号を発生する等容積センサと、前記燃焼圧センサに
より検出した各気筒の燃焼圧を等容積センサの信号に従
ってサンプリングし、燃焼圧の略図示平均有効圧を気筒
毎に求める平均有効圧演算手段とを備えることを特徴と
する内燃機関用仕事量算出装置を提供するものである。

〔作用〕

これにより、（７２０＠／気気散数のクランク角度範囲
以内で圧縮行程及び爆発行程においてクランク軸の回転
に同期してシリンダ容積が一定量変化する毎に等容積セ
ンサにより信号を発生し、この等容積センサの信号に従
って燃焼圧センサにより検出した各気筒の燃焼圧をサン
プリングして、平均有効圧演算手段により燃焼圧の略図
示平均有効圧を気筒毎に求める。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図はエンジン及び点火時期制御装置の概略構成図で
あり、１は４サイクル４気筒エンジン、２はそのクラン
ク軸、３はクランク軸２に固定されたスリット板、４は
スリット板３の回転によってシリンダ容積の一定量変化
（等容積変化）毎の信号を出力する光電式の等容積セン
サであり、スリット板３の両側に対向して配置した発光
素子４Ａと受光素子４Ｂとを有している。

そして、５はイグナイタ６、点火コイル７を介して出力
される高圧点火信号を各気筒の点火プラグに分配するデ
ィストリビュータ、８は各気筒毎に取付けられる点火プ
ラグに一体化し組込まれた燃焼圧センサ、９は制御回路
である。

そして、制御回路９は、マイクロコンピュータ１０、等
容積センサ４より出力される信号を増幅する増幅回路１
．１および燃焼圧センサ８のアナログ出力をディジタル
出力に変換するＡ／Ｄ／換回路１２により構成される。

また、マイクロコンピュータ１０は第２図に示すように
、２つの入力ポート１３．１４と、出力ポート１５と、
入・・出力データの演算処理を行うＣＰＵ１６と、入出
力データや演算結果等を一時的に記憶するＲＯＭ１７と
、制御プログラムが格納されているＲＯＭ１８等とによ
って構成されている。

以下、略図示平均有効圧を平均有効圧Ｐｍとする。第４
図において、上死点（ＴＤＣ）前のθ。

からＴＤＣ後のθ、の範囲の平均有効圧Ｐｍを求めれば
、制御パラメータを変化させない時Ｐｍが安定しており
、かつ制御パラメータを微少変化させた時Ｐｍが感度良
く反応するものとする。但しこの範囲は、４サイクル４
気筒エンジンでは１８０°ＣＡ以内、４サイクル６気筒
エンジンでは１２０＠ＣＡ以内でなければならない。

θ３から０６の間で、等容積変化毎に信号を出力する等
容積センサ４のスリット板３の一例を３図に示す。これ
は４サイクル４気筒エンジンの例であり、等容積変化毎
に形成された第１、第４気筒用のθ３からθＥまでのス
リット３Ａと、同じく等斉積変化毎に形成された第３、
第２気筒用のθ、からθ、までのスリット３Ｂとは、ス
リット板３の円周上点対称の関係で形成しである。

この等容積センサにより信号が出力される毎に燃焼圧Ｐ
θをサンプリングする。平均有効圧Ｐｍは前述した方法
と同様に、 求まる（第７図参照）。ここで、■ｈ′は、ＴＤＣから
θ、までの行程容積である。また、実際のいても、何ら
差し支えない。

第８図に、平均有効圧Ｐｍを求めるフローチャートの一
例を示す。図示しないが、カム軸等に取付けられた気筒
判別用センサよりの出力信号により、ステップ１０１に
おいて気筒判別を行った後に、ステ？プ１０２に進んで
、カウンタＮ％　Ｐｍ、。

Ｐｍ、がクリアされてステップ１０３に進む。このステ
ップ１０３では等容積センサ４よりの信号が入力される
毎に、燃焼圧センサ８より、燃焼圧Ｐθがサンプリング
される。同時に、ステップ１０４にてカウンタＮがイン
クリメントされる。その後、ステップ１０５に進んでカ
ウンタＮのカウント値がＴＤＣを越えたか否かを判別す
る。第７図の例だと、Ｎ＝４でＴＤＣを越えるので、Ｎ
く４の場合はステップ１０６に進んでＰｍｌに、Ｎ２２
の場合はステ・ノブ１０７に進んでＰｍ２に、それぞれ
燃焼圧Ｐθが加算される。次にステップ１０Ｂに進んで
カウンタＮのカウント値がθ、を越えたか否かを判別す
る。第７図の例では、Ｎ＝１３でθ＝θ４となり、サン
プリング区間が終了する。最後に、ステップ１０９に進
んでＰｍ、とＰｍ２より、平均有効圧Ｐｍ＝Ｐｍｚ−Ｐ
ｍ、が演算され、本ルーチンは終了する。

第９図に、平均有効圧Ｐｍが最大、即ち、出力トルクが
最大となる様に、点火時朋を制御する場合のフローチャ
ートの一例を示す。ステップ２゜ｌにて気筒判別を行っ
た後にステップ２０２に進んで第８図のフローチャート
で求めたＰｍ　（ｉ）を各気筒毎に読み込む。その後、
ステップ２０３に進んで今回求めたＰｍ　（ｉ）と前回
求めたＰ’ｍ（ｉ）とを各気筒毎に比較する。今回の方
が大きければ、ステップ２０４に進んでその気筒の点火
時朋を所定量αだけ直角させる。一方、今回の方が小さ
ければ、ステップ２０５に進んでその気筒の点火時期を
所定量βだけ遅角させる。これにより、出力トルクが最
大となる様な最適な点火時期（ＭＢＴ）にフィードハッ
ク制御できる。

ここで、上記αとβは同じ値でも良い。

また、本実施例は、気筒別に平均有効圧を求め、気筒別
に点火時期を制御するものであるが、点火時期・空燃比
・ＥＧＲ量等の２つ以上により制御コ■するものでも良
い。逆に、代表気筒のみの平均有効圧によって、全気筒
の点火時期や空燃比を一律に制御するようにしてもよい
。

本発明の他の実施例を以下説明する。燃焼圧のサンプリ
ング区間θ、〜θ１の中でも、特に燃焼圧の変化率の大
きい区間に、上述した等容積変化ΔＶより、更に小さい
等容積変化Δ■′を発生させる多段階等容積センサにし
たことを特徴とするものである。

第１０図の例では、ＴＤＣから０９の区間において、そ
れ以外の等容積変化Δ■の半分の等容積変化Δ■′に細
分化し、平均有効圧Ｐｍは、では、第１１図に示す如く
、第１、第４気筒用及び第３、第２気筒用にそれぞれ破
線で示す４つの追加スリン）３Ａ、　、３Ｂ、が追加さ
れたものとなる。これにより、θ、からＴＤＣ及びθ９
からθ、までは、Δ■の等容積変化毎に信号を出力し、
ＴＤＣから０９までは、Δ■′の等容積変化毎に信号を
出力することになる。

故に、燃焼圧の変化率の大きいＴＤＣからθ、までの区
間をより精度良くサンプリングすることが可能となる。

第１２図に上記他の実施例における平均有効圧Ｐｍを求
めるフローチャートの一例を示す。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明は、等容積センサ信号の出力
範囲、即ち、燃焼圧のサンプリング区°間を、圧縮行程
から爆発行程のｚＨ中に、（７２０°／気筒数）ＣＡ以
内で設定することを特徴とする。

これにより、平均有効圧Ｐｍは制御パラメータに対して
、感度良くかつ安定したものにできる。

しかも、−個のクランク軸に取付けられた等容積センサ
で、気筒別に燃焼圧をサンプリングすることが可能とな
り、気筒別に各種パラメータを制御することも容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を適用する点火時間制？′ｌｌｌ装
置の一実施例を示す概略構成図、第２図は第１図図示装
置における制御回路をより詳細に示すブロック図、第３
図は第１図図示装置に用いられろスリット板を示す平面
図、第４図は一般の内燃機関の指圧線図、第５図は一般
の内燃機関における行程容積を説明するための模式構成
図、第６図は従来装置におけるスリット、仮を示す平面
図、第７図は本発明装置の一実施例の作動説明に供する
指圧線図、第８図および第９図は第２図図示回路におけ
るマイクロコンビエータの作動説明に供するフローチャ
ート、第１０図は本発明装置の他の実施例の作動説明に
供する指圧線図、第１１図は本発明装置の他の実施例に
おけるスリット板を示す平面図、第１２図は上記他の実
施例におけるフローチャートである。 ｌ・・・内燃機関、２・・・クランク軸、３・・・スリ
ット板、３Ａ・・・第１．４気筒用スリツト、３Ｂ・・
・第３．２気筒用スリツト、３Ａ１．３Ｂ１・・・追加
スリット　４・・・等容積センサ、９・・・平均有効圧
演算手段を構成する制御回路。 代理人弁理士　岡　部　　　　隆 第１図 第　　２　　　図　　　　　　　　　　　　　　　　　
フイ２ト″Ｉｃ″−−タ井’１２ＴＤｃ 第３図 第　４　図 第　５　図 第　６　図 第１０図 第　８　図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の燃焼圧を各気筒毎に検出する燃焼圧セ
   ンサと、（７２０°／気筒数）のクランク角度範囲以内
   で圧縮行程及び爆発行程においてクランク軸の回転に同
   期してシリンダ容積が一定量変化する毎に信号を発生す
   る等容積センサと、前記燃焼圧センサにより検出した各
   気筒の燃焼圧を等容積センサの信号に従ってサンプリン
   グし、燃焼圧の略図示平均有効圧を気筒毎に求める平均
   有効圧演算手段とを備えることを特徴とする内燃機関用
   仕事量算出装置。
2. （２）前記等容積センサは、シリンダ容積の一定変化量
   が２種以上上記クランク角度範囲内に設定され、クラン
   ク軸の回転に同期してシリンダ容積が各一定変化量変化
   する毎に信号を発生する多段階等容積センサよりなるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の内燃機関
   用仕事量算出装置。