JPS63198751A - 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】 本発明は燃焼制御装置に係す、特に自動車用エンジン（
圧縮点火機関、火花点火機関）の気筒内燃焼を良好に保
つ燃焼制御装置に関する。

現在、広く用いられているマイクロプロセッサ′Ｉｒ、
厄用したエンジン電子制御装置はメモリ内に内蔵した制
御マツプにより最適な空燃比、点火進角を実現すべく操
作量を決定している。しかし、各操作量は吸入空気流量
計、エンジン回転数計等の各センサよりの出力１直をも
とにしており、これらのセンサの劣化は空燃比、点火進
角の最適制御値よりのずれを引き起こす原因となってい
た。また、圧縮比の変化等エンジンの劣化も燃焼状態全
最適なところから外す要因となっていた。これらエンジ
ン各要素の劣化に帰因する燃焼状態の劣化に対しては多
くの構造・方法が考えられているがいずれも部分的な処
置にとまっていた。

本発明の目的は、吸入空気ｆＬ′！Ｉｋ計、エンジン回
転数計等の劣化、圧縮比の変化等に二るエンジン特性の
変化に対して、気筒内の燃焼の状態を計測して、良好な
状態に保持することができる燃焼制御装置を提供するこ
とにある。

本発明は、気筒に！！７付けた圧力ピックアップ、クラ
ンク軸に取り付け±クランク角センサ等（より検出され
たシリンダ内の圧力の図示平均有効圧力を検出し、回転
速度センサと噴射期間とから検出される４ブイクル（ｌ
＄１．気、圧縮、爆発、排気）当９の燃料重量との比を
一つの変数としてこの比の（皿を空燃比あるいは点火時
期を制御して所定値に保持することにより、エンジン特
性を良好な状態に保持しようというものである。

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図には本発明に係る燃焼制御装置の一実施例が示さ
れている。

図において、１は燃料タンク、２はメタノール含有率セ
ンサ、３は筒内噴射制御装置、４は噴射弁、５は絞り弁
、６Ｆｉ絞り弁アクチユエータ、７はエアフローセンサ
、８はエンジン制御用マイクロコン、９はアクセルペダ
ル、１０は点火制御回路、１１は点火栓及び圧力ピック
アップ、１２は圧力信号処理回路、１３はピストン、１
４は酸素ｆＩｋ１ｊＬセンサ、１５は酸化触媒、１６は
アクセルペダル位置センサ、１７はクランク角センサで
ある。

燃料タンク１に入れである燃料はメタノール含有率セン
サ２によりその組成を検出し、エンジン制御用マイクロ
コン８へそのデータを送る。また、筒内噴射制御装置３
は噴射弁４へ送る燃料の圧力をエンジン制御用マイクロ
コン８からの信号によって一定に保持するためのもので
ある６また、噴射弁４Ｆｉ筒内へ噴射する燃料の流量Ｑ
ｆを調整するためのもので、噴射弁４への駆動パルス幅
によって、七〇ｉｔが調節される。また、絞り弁５は絞
炒弁アクチュエータ６によってその開度が調節烙れる。

この綬抄弁アクチュエータ６はパルスモークによるフィ
ードバック回路で駆動され、エンジン制御用マイクロコ
ア８によって絞り弁５の開度が指定される。また、エア
７は−センサ７は例えば熱線の冷却現象を利用したセン
サもしくは可動板を吸入空気によって開閉させ、その開
度を電気信号に変換するタイプのセンサであり、その開
直によって吸入空気量が測定される。また、酸素濃度上
ンナ１４＃ｉ排気中の酸素濃度を検出し、これに対応し
た電気信号を発生する。また、圧力ピックアップは点火
栓１１に付帯する形で実装されて２す、筒内の圧力を検
出し、この圧力を電気信号に変換して外部に出力するも
のである。ｔた、圧力ピックアップ１１によって検出さ
れた筒内圧力信号は圧力信号処理回路１２に入力され、
この圧力信号処理回路１２において図示平均有効圧Ｐｊ
が計算され、図示平均有効圧Ｐｉに対応する電気信号が
発生される。また、本発明においてはアクセルペダル９
の動きｆｔ直接絞り弁５には伝えず、アクセルペダル位
置センサ１６によってその位置′ｊｔ′＃１気信号に変
換しエンジン制御用マイクロコン８へ送る。点火制御回
路１０はエンジン制御用マイクロスフ８の出力結果をも
とにエンジンのクランク軸に取り付けたクランク角セン
サ１７よりのパルス信号を計数して、点火時期を決定し
、パワートランジスタおよびイグニッションコイルによ
るパワー回路で高圧パルスに変換して点火プラグ１１へ
送る。また、酸化触媒１５は排気中の不完全燃焼弁を酸
化してＨｌＯ，Ｃｏ、に変える。

一般に、エンジンには第２図、第３図、第４図に示す出
力傾向がある。即ち、絞抄弁５″を全開にしエンジン回
転数をさまざまに変化憾せていった場合には第２図に示
す如くあるエンジン回転数（約２８０Ｏｒｌ）ｍ）で最
高トルクに達し、それ以上速度金玉げれば減少する方向
に変化する。また、エンジン回転数（及び吸入負圧）を
一定にして更に空燃死金一定にして点火進角を変化させ
てゆくと第３図（人）に示す如くある点火進角位置を中
心にしてその値より大きくしても小さくしてもトルクが
減少する。ま九、気筒内圧力の最高値の点火進角に対す
る変化も第３図図示（Ｂ）の如くなり、前記トルク値の
最大を与える点火進角とは多少ずれた点で最高愼が示さ
れる。また絞り弁開度及びエンジン回転数を一定にして
空燃比を変化させていった場合トルクの特性が第４図に
示されている。即ち、空燃比を変化させて行くと、ある
空燃比の値を中心にして、その前後でトルクが減少する
。また圧庵比とトルクの関係は第５図に示す如くなる。

即ち、エンジンの圧縮比を上昇ちせれは出力トルクも上
昇する。逆にエンジンが劣化して圧縮比が減少してくれ
ば圧力も出々くなる。

以上一般的に知られているエンジンの出力性能！を示し
たがエンジンの出力トルクはエンジン回転数、空燃比、
圧縮比等の要因に二って変化し、これらの関係から燃焼
の度合いを示す蝙数を捜し出すことはｉめて回避であり
、多くの試みがなされ　５ている。その中でＤ−Ｌ、　
３ｔｉｖｅｎｄｅｒ　；　Ｅｎｇｉｎｅ八ｉｒ　Ｃへｎ
ｔｒｏｔ−Ｂａｓｉａ　ｏｆ　ａ　ｖｅｈｉｃｕｊａｒ
　ｓｙｓｔｅｍｓＣｏｎｔｒｏＬＨｉｅｒａｒｃｈｙ　
：　ＳＡＥ、　７８０３４６．　ＰＬ−Ｐ３６（１９７
８）もしく　ｄＪ、　Ｐ、　８０ｔｔａｎ　ａｎｄ　Ｋ
、　Ｂ、　Ｓｅｎ。

ｏｒ；ｐｅｔｒｏｊ　１ｎｊｅｃＬｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒ
ｏｔｆｏｒ　ＬＯＷ［ｘｈｏｕｓｔ　加１ａｓｉｏｎｓ
Ｊ、ｕｃａｓ　ＥｎｇｉｎｅａｒｉｎｇＫｅｖｌｅｗ、
　６．２　（Ｌ　９７３−１１　）には、４ナイクルエ
ンジンにおける４ｆイクル（ｒ＄ｃ人、圧縮、爆発、排
気）当りの燃料ｉｔと出力トルクの間に第６図に示すよ
うな関係かあることが示されている。

この第３図に示す姐き関係は各運転状態において空燃比
、点火進角を変化させた場合の最大トルクを与える各範
囲のうち空燃比は最も大きく、点火進角は最も小さくな
る点におけるデータをプロットして得た関係である。現
在、使用しているエンジン電子制御装置では一般にトル
クが最大になるように調整されていないが、前記の関係
を石川する本実施例におけるエンジン電子制御装置では
トルクが最大になるようＡＴＬ記＋Ｂ’１＠マツプが調
整されている。このトルクが最大になるよう調整したエ
ンジン制御装置を装着したエンジンにおいて第７図図示
人に示される軸平均有効圧（もしくは図示平均有効圧）
と第７図図示ＢＫ示される４サイクル当りの燃料重量の
比を求めると第７図図示Ｃに示す如くエンジン回転数、
軸トルクが変化しても、はぼ一定な値を保つ。

この図示平均有効圧Ｐｉは次に述べる如きプログラムに
よって処理される。図示平均有効圧Ｐｉを計算処理する
ためにはピストン位置Ｘに対する筒内圧Ｐの関係（Ｐ−
Ｘ線図）を知る必要がある。

しかし、ピストン位Ｉｔｘを直接測定するのは難しいの
で、比較的容易なりランク角θの測定からピストン位置
Ｘを計算するのが一般的である０部ち、第３図に示すよ
うにピストン、コネクティングロッド、クランク軸が配
置されているとピストン位置Ｘとクランク角θとの間に
は ｘ＝４ｃｃｓ６＋４”　　Ａｓ１ｍ＆＋４）”　−１，
＋１．　　−−（１）なる関係がある。図示平均有効圧
Ｐｉをｐ　−Ｘ線図より求める場合には Ｐｉ＝（／ＰｄＸ）／Ｉｓ　　　　　　−−（２）但し
ｘＳ：行程長さ なる関係式によって求めるが、前記したようにピストン
位［Ｘの直接測定を避けているので、筒内圧Ｐのクラン
ク角Ｏに対する関係から求める必要がある。

伐）式は ることによって求められる。即ち、 式）ニク（３）式を使って図示平均有効率Ｐ１を求める
ことができる。２サイクルもしくは４サイクルエンジン
においてシリンダ内圧Ｐとクランク角θとの関係は第９
図のように示される。第９図において左側から排気サイ
クル、吸気サイクル、圧縮サイクル、爆発サイクルであ
る。筒内圧Ｐはサイクル毎にばらつきがあるので図示平
均有効圧Ｐ１を計算する場合には何サイクルかの平均を
求める必要がある。また、（１）式に具体的な数値を代
入してＸ−θ線図と描くと第１０図に示す如くなる。

ると第１１図に示す如くなる。本実施例においてはデー
タを離散的に処理するので（３）式を差分形にすると となる。

いま、本実施例による図示平均有効圧測定回路の主要部
をブロック図の形で示すと第１２図に示す如く罠なる。

即ち、複数の入力端子２７を有するマルチプレフナ１８
にはサンプルアンドホ・−ルド１９を介して人／Ｄコン
バータ２０が接続されている。このＡ／Ｄコンバータ２
０にはＩ１０変換器２２が接続式れている。このＩ１０
変換器２２とマルチプレクサ１８にはチャンネルアドレ
スレジスタ２１が接続されている。！た、工１０変換器
２２にはマイクロプロセッサ２３が接続されており、こ
のマイクロプロセッサ２３にはＶＯ変換器２４及びプロ
グラムまたはデータメモリ２６が接続されている。また
、Ｉ１０変換器２４ＶＣｉｉキーボード２５が接続され
ている。このように構成される図示平均有効圧測定回路
において筒内圧信号及びクランク角パルスは第１２図左
側から取り込まれ、マイクロプロセッサ２３で処理され
る。即ち、筒内圧信号をマイクロプロセッサ２３が取り
込む場合は、まず、マイクロプロセッサ２３かチャンネ
ルアドレスレジスタ２１ヘデータセレクト信号を送出す
る。このデータセレクト信号によってチャンネルアドレ
スレジスタ２１よリマルチプレクサ１８にセレクト信号
を送出し、このセレクト信号によってマルチプレクサ１
８はセレクト信号によって入力端子２７に接続されてい
るアナログ信号のいずれかを選択し、選択信号をサンプ
ルアンドホールド１９へ送出する。このサンプルアンド
ホールド１９は選択信号を一時保持式せておくだめのも
のであり、サンプルアンドホールド１９の出力は人／Ｄ
コンバータ２０によ少ディジタル信号に変換されＩ１０
変換器２２を介してマイクロプロセッサ２３に取り込ま
れる。

Ｉ１０変換器２４及びキーボード２５はマイクロプロセ
ッサ２３４Ｃ接続されているプロ゛グラムまたはデータ
メモリ２６＆ＣｆＸ算プログラムを書き込んだり、マイ
クロプロセッサ２３を始動、停止きせるためのものであ
る。

次に本実施例の図示平均有効圧の演算処理手順を説明す
る。この演算処理手順は第１３図に示されるフローチャ
ートによって行われる。第１３図に示される演算プログ
ラムはクランク角パルスｌパルス毎に始動する。このク
ランク角パルスは第１２図に示すマイクロプロセッサ２
３の割込み端子に入力するように構成されている。本実
施例では例えばクランク角１度毎に１パルス出力するよ
うなりランク角センサを用いている。このクランク角セ
ン？からの割込信号によってまずステップ２８において
取り込みサイクル数の初期セットを行う。このステップ
２８において初期セットが行われるとステップ２９にお
いて圧力データ取り込＋を行う。このステップ２９にお
いて圧力データの取り込みが行われるとステップ３０に
おいて格納するアドレスｔ−Ｘ出し、ステップ３１にお
いて圧力データを格納する。ステップ３１において圧力
データの格納が行われるとステップ３２において格納ア
ドレスを更新する。このステップ３２１’ｃおいて格納
アドレス更新が行われるとステップ３３において７２０
度分データをセットしたか否かを判定し、セットしてい
ない場合にはステップ２９に戻妙、セットした場合には
ステップ３４において取り込みサイクル数を更新する。

このステップ３４において取り込みサイクル数の更新か
行われるとステップ３５において１０サイクル分データ
をセットしたか否かを判定し１０サイクル分データをセ
ットしていない場合にはステップ２９に戻り、１０サイ
クル分データをセットしたと判定した場合には第１３図
（Ｂ）のステップ３６に移る。ステップ３６において格
納アドレス初期セットを行う。格納アドレス初期セット
がステップ３６において行われると、ステップ３７にお
いて取り込みアドレスを初期セットする。次にステップ
３８において圧力データの取り込み、ステップ３９にお
いて前の圧力データにステップ３８において取り込んだ
圧力データを加え、ステップ４０において取り込みアド
レスを更新する。ステップ４Ｇにおいて取り込みアトＶ
ス更駈が行われるとステップ４１において１０サイクル
分加算したか否かを判定し、１０サイクル分加算してい
ないと判定した場合にはステップ３８に戻る。またステ
ップ４１において１０サイクル分加算したと判定した場
合にはステップ４２Ｋｂいてテーブルアドレス計算を行
う。ステップ４２においてアドレスが計算されるとステ
ップ４３において所定テーブル参照が行われ、ステップ
４４において（総圧力データ）÷１０×（テーブル（ｉ
）なる計算を行う。

このステップ４４において計算が行われると、ステップ
４５においてデータがセット嘔れ、ステップ４６におい
て格納アドレスが更新される。ステップ４６において格
納アドレスが更新されると、ステップ４７において７２
　Ｑｆ分データを処理し丸かどうかを判定し処理してい
ないと判定した場合にはステップ３７に戻る。またステ
ップ４７において７２０度分データを処理したと判定し
た場合にＦｉ第１３図（Ｃ）のステップ４８に移る。Ｃ
のステップ４８においては取り込みアドレスを初期セッ
トし、ステップ４９において計算データの取り込みを行
う。このステップ４９において計算データの取り込みが
行われるとステップ５０において前のデータにその計算
データを加える。ステップ５０において前のデータに加
算されるとステップ５１においで取り込みアドレスが更
新される。

このステップ５１において取り込みアドレスが更新にれ
るとステップ５２において７２０度分データを処理し喪
か否かが判定され、７２０１を分データが処理されてい
ないと判定した場合１ｃはステップ４９に戻り、７２ｏ
度分データを処理したと判定した場合にはステップ５３
において総和データ÷ＸＳなる計算が行われ、ステップ
５４において最終データの出力がなされる。このように
、＠１３図（Ａ）においてはステップ２８〜３５は例え
ば１０サイクル分の圧カデータｐＨ−取抄込んでプログ
ラムまたはデータメモリ９へ格納する処理が、また、第
１３図ＣＢ）においてステップ３７〜４１は例えば】０
サイクル分の圧力データＰの平均処理が、また、第１３
図（Ｂ）のステップ４２参照によって求め乗算し格納す
る処理が、更Ｋまた第１３図（Ｃ）のステップ４８〜５
２は圧カブ総和を行程長さｘｓで割って図示平均有効圧
Ｐｉを求め、外部に出力する処理がそれぞれ示されてい
る。以上示したプログラムにＬり図示平均有効圧ｐｉＪ
！を比較的短い時間内に求めることが可能である。

本実施では、第６図、第７図に示した様にＧ　ｆ　／Ｎ
に対する平均有効圧Ｐｉの関係からΔＰｉ／Δ（Ｇｆ／
Ｎ）なる偏数を第１４図に示す如く求めて２き、このΔ
Ｐｉ／Δ（Ｇｆ／Ｎ）なる（［を高い値に保持するよう
燃料量（空燃比）もしくは点火進角を制御する。こうす
ることによって、第７図に示したようにＧｆ／Ｎ４’Ｐ
ｉが変動してもΔＰｉ／Δ（Ｇｆ／Ｎ）に常に直線上に
乗り運転状態が変化する場合においても最適な出力トル
クが得られることになる。、Ｇｆは燃圧を一定とした場
合の噴射弁４０開弁時間幅から求める。ｌ！Ｊｊ射弁の
開弁時間幅とＱｆの関係の一例が第１５図に示でれてい
る。以上示し九如く制御回路から発せられる開弁時間幅
を監視することで燃料重量１ｔＧｆを求めることができ
る。

図示平均有効圧Ｐｉは圧力ピックアップからの信号のあ
る一定の時間平均値、及びＧｆＶｉ開弁時間幅Δｔに対
応した値から求められる。このΔＰｉ／′Δ（Ｇｆ／Ｎ
）とあらかじめ制御回路（マイクロコンピュータ）に記
憶し九標準のΔＰｉ／Δ（Ｇｆ／Ｎ）の値を比較して偏
差分疋は空燃比もしくは点火進角を補正することになる
。標準の−Ｐｉ／Δ（Ｇｆ／Ｎ）僅はエンジンの種類に
より一義的に決まっている。

実際のエンジンでは第１７図に示した如くエンジンの運
転状況にもよるが毎回の燃焼圧力波形は変化する。これ
は気筒内での燃料の種化状態、燃料の分布状態及び点火
時期または噴射時期によって燃焼状況が変化するためで
ある。特にエンジンの回転数が低い領域、もしくは空気
量が小さい運転領域では気筒内の空気密度が小烙いため
、点火プラグに点火しても実際に燃料に着火するまでの
時間遅れが存在する。従って第１６図に示したように単
位時間当りの空気ｔに対する石火遅れ時間は低空気量程
多く且つばらつきも大きくなる。従って、従来のように
着火遅れ時間だけを検出して点火時期あるいは噴射時期
をａｔ制御していたのでは上述したように燃焼は確率的
なものでおるため真の燃焼制御はできなかった。本実施
例のように燃焼に関する主要７アクタをあらかじめ記憶
１−ておき、この記憶した値と現実の運転状況を比較し
、記憶し九値とのずれを検出して点火時期をフィードバ
ック制御するようにしている。即ち、単位時間当りの空
気量（エンジン回転数）に対する着火遅れ時間を第１６
図に示すような実線人で示したような直接Ｋｔｉｔき換
えて着火遅れ時間の実測値とを対比して、この比の（Ｉ
ｎもって点火時期あるいは噴射時期を制御するようにし
ている。この着火遅れ時間の検出法としては第１図を部
分的に拡大した第１８図に示しｆｃように、気筒内の燃
焼圧力を圧力ピックアップ１１で検出し、圧力信号を制
御回路８て処理演算し、微分（Ｉｔを算出する。微分値
は第１９図に示すように圧力ビークの位置で（ト）から
（へ）に変化する。あらかじめ上死点検出器１７によっ
てピストン１３の上死点を検出しておき、この上死点で
前述の圧力信号の微分値で算出され良信号の間の時間（
クランク角でもよい）を取り出す。この値を３０人とし
、先に記憶されている値ΔθｆＣ（＝Ａ−Ｇａ＋Ｂ）Ａ
、Ｂは定数］の比ＫＫ＝ΔθＡ／Δθｆ　　　　　　　
　　−（５）を制御回路８で計算し、（５）式のＫで点
火時期もしくは噴射時期を修正する。

従って本実施例によれば、あらかじめ空気ｔなどの運転
条件による着火遅れの値を′Ｍ１＠回路８の中の記憶回
路（図示されていない）ＩＣ記憶せしめておけばいかな
る運転状態においても常に最適な燃焼を維持することが
できる。

なお、着火遅れの検出手段としては他に火炎によって生
ずる１オンを利用したイオン電導度を利用する方法が従
来エリよく知られている。この方法は点火プラグ１１に
常に１〜５ｋＶの電圧を加えておき、点火プラグに点火
後周囲の混合気に人文が着火すると、火炎により混合気
が活性化しイオン化するため、底流が流れ一時的に電圧
が降下する。この降下するまでの時間を測定すれば着火
遅れ時間が解る。また単位時間当り空気量の１１１１足
には前述の熱線式エアフロメータの信号もしくは筒内の
圧力ピックアップ信号から算出することができる。

以上説明したように本発明によれば、常に気筒内の燃焼
の状態を良好な状態に保持することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す全体構成図、第２図は全
開時のエンジン回転数に対する軸平均有効圧力との関係
を示す図、第３図はエンジン回転数・空燃比を一定にし
た場合の点火進角と軸平均有効圧力及び燃焼最高圧力の
関係を示した図、第４図は絞り弁開朋を一定にして空燃
比を変化させていった場曾のトルクの変化を示した図、
第５図は圧縮比に対する平均有効圧力の関係を示す図、
第６凶は４サイクル当りの燃料重量と軸平均有効圧力の
関係を示した図、第７図はΔ（Ｇｆ／Ｎ）・ΔＰ　ｎＭ
ｘ・ΔＰ　ＢＭＩ／Δ（Ｇｆ／Ｎ）　　の時間変化の様
子を示した図、第８図はクランク軸・コネクティングロ
ッド−ピストン・シリンダの位置関係を示した図、第９
図は筒内圧力の時間変化の様子を示し死因、第１０図は
ピストン位置Ｘとクランク角θのす図、第１２図は図示
平均有効圧を計算する圧力信号処理回路の構成ブロック
図、第１３図は図示平均有効圧を計算するプログラムの
フローチャート、第１４図はΔｐｉ　　及びＡ（Ｇｆ／
Ｎ）ｊ：りからΔＰｉ／Δ（Ｇｆ／Ｎ）を計算する部分
のブロック図、第１５図は噴射弁の吐出特性を示す図、
第１６図は単位時間当り空気量と着火遅れ時間の関係を
示す図、第１７図は着火遅れ時間の測定の方法を説明す
るための図、第１８図は着火遅れ時間を測定する部分の
拡大構成図、第１９図は着火遅れ時間の測定の方法を説
明するだめの図である。 １１・・・圧力ピックアップ、１２・−圧力信号処理回
路、１５・・・酸化触媒、１６・−・アクセルペタル位
置センサ、１７・・−クランク角センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、気筒に取り付けた圧力ピックアップ、クランク軸に
   取り付けたクランク角センサ等からの検出値に基づいて
   図示平均有効圧力を算出する第１の手段と、エンジン回
   転速度センサと燃料噴射期間とからの検出値に基づき４
   サイクル当りの燃料量を算出する第２の手段と、前記第
   １の手段の検出値と第２の手段の検出値を比較しこの比
   を所定値に保持する第３の手段とを備えたことを特徴と
   する燃焼制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の発明において、上記第
   ３の手段の保持は、空燃比あるいは点火進角を増減させ
   ることによつて行うことを特徴とする燃焼制御装置。