JPS63243435A - 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、内燃機関の燃焼圧力を検出して自動車等エン
ジンの燃焼状態を制御する装置に関する。 （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。 このような制御では、内燃機関の燃焼状態を検出し、こ
の検出結果から燃焼状態を操作可能な点火時期、空燃比
等の作動パラメータ（以下、燃焼作動パラメータという
）が操作される。そして、一般に機関の効率燃費を考え
ると最大トルク時の最小進角５．いわゆるＭＢＴに（Ｍ
ｉｎｉｍｕｍ　ａｄｖａｎｃｅ　ｆｏｒＢｅｓｔ　Ｔｏ
ｒｑｕｅ）付近で点火するのが最良と知られており、機
関の状態によりＭＢＴ点火時期を変えるといういわゆる
ＭＢＴ制御が行われており、例えばそのようなものとし
ては特開昭６１−１６２６９号公報に記載の装置がある
。この装置では、燃焼室内の圧力（以下、筒内圧という
）を検出して、その圧力が最大となるクランク＾度（以
下、筒内圧最大時期という）θｐｍａｘが機関の発生ト
ルクを最大にする目標位置θｐｍａｘｏにくるように点
火時期をＭＢＴ制御し、燃焼速度に応じた目標位置θｐ
Ｈ１ａＸｏを設定することにより、エンジンの運転条件
、個体バラツキや使用環境によって燃焼速度にずれがあ
っても常に点火時期を最良燃費点に制御して燃費の向上
を図ろうとする。 一方、ある運転状態でエンジンの要求する燃料の量は、
エアフローメータにより検出したエンジンの吸入空気量
を重要なパラメータの一つとしている。従来のこの種の
吸入空気量からエンジンの要求する燃料の量を決定する
内燃機関の燃料制御装置としては、例えば特開昭６１−
２２９９５９号公報に記載のものがある。この装置では
、過渡時にスロットルバルブと吸気弁間のコレクタボリ
ュームの影響によりエアフローメータで検出した吸入空
気量が実際にエンジンが要求している吸入空気量よりも
−・・時的に極めて大きな値となるいわゆるオーバシュ
ート現象によって空燃比が変動してしまうのを防止する
ため、所定値以上の負荷変動があるとその間は点火時期
制御がら空燃比制御に切換えることにより、空燃比の変
動を抑制して運転性の向上を図っている。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の内燃機関の燃焼制御装
置にあ、っては、点火時期を制御してＭＢＴを実現する
構成となっていたため、点火時期をＭＢＴに制御しても
空燃比の変動による燃焼速度変動を回避することがてき
ないという問題点がある。すなわち、実際の運転条件で
は点火時期の不適合による影響よりも空燃比の変動によ
る燃焼状態悪化の方が多く、単に点火時期をＭＢＴ制御
するのみでは最大トルク発生、燃焼音の低減、燃費の向
上の点で必ずしも十分とは言えなかった。 （発明の目的） そこで本発明は、燃焼速度と空燃比との間に一定の相関
関係があることに着目し、筒内圧最大時期が所定の目標
値と一致するように基本燃料供給量を補正することによ
り、空燃比により燃焼速度を制御して、ＭＢＴを達成し
ながら機関燃焼音の低減あるいは発生トルクや運転性を
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） 第１の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（Ａ）に示すように
、エンジンの筒内圧力を検出する圧力検出手段ａと、エ
ンジンの負荷および回転数をパラメータとしてエンジン
の運転状態をヰ★出する運転状態検出手段すと、圧力検
出手段ａの出力に基づいて筒内圧力が最大となるときの
クランク角を筒内圧最大時期として検出する最大時期検
出手段Ｃと、エンジンの運転状態に基づいて基本燃料供
給量を設定し、これを筒内圧最大時期が所定の目標値に
一致するように補正する供給量設定手段ｄと、供給量設
定手段ｄの出力に基づいて燃料を供給する供給手段ｅと
、を備えている。 また、第２の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（Ｂ）に示す
ように、エンジンの筒内圧力を検出する圧力検出手段ａ
と、エンジンの負荷および回転数をパラメータとしてエ
ンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段すと、圧
力検出手段ａの出力に基づいて筒内圧力が最大となると
きのクランク角を筒内圧最大時期として検出する最大時
期検出手段Ｃと、エンジンの運転状態に基づいて基本点
火時期を設定し、これを筒内圧最大時期が所定の目標値
に一致するように補正する点火時期設定手段ｄと、エン
ジンの運転状態に基づいて基本燃料供給量を設定し、こ
れを補正された点火時期が基本点火時期に一致するよう
に補正する供給量設定手段ｅと、点火時期設定手段ｄの
出力に基づいて混合気に点火する点火手段ｆと、供給量
設定手段ｅの出力に基づいて燃料を供給する供給手段ｇ
と、を備えてい本。 （作用） 第１の発明では、筒内圧センサにより筒内圧力が最大と
なるクランク角が筒内圧最大時期とじて検出され、この
筒内圧最大時期が所定の目標値と一致するように基本燃
料供給量が補正される。したがって、空燃比により燃焼
速度が制御され、ＭＢＴを達成しつつ機関燃焼音の低減
あるいは発生トルクや運転性が向上する。 また、第２発明では、筒内圧最大時期が所定の目標値に
一致するように基本点火時期が補正され、この補正後の
点火時期が基本点火時期に一致するように基本燃料供給
量が補正される。したがって、常に最適点火時期で機関
を運転することができ、燃焼音低減、発生トルクや運転
性がより一層向上する。 （実施例） 以下、第１の発明および第２の発明を図面に基づいて説
明する。 第２〜５図は第１の発明に係る内燃機関の燃料供給制御
装置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、１は筒内圧セ
ンサ（圧力検出手段）であり、筒内圧センサ１はエンジ
ンのシリンダヘッドに螺着されている点火プラグ２の座
金として形成され共線めされている。筒内圧センサ１は
気筒内の燃焼圧力を圧電素子によって電荷に変換し、電
荷出力ＳＩをチャージアンプ３に出力する。チャージア
ンプ３はいわゆる電荷−電圧変換増幅器からなり、セン
サ出力ＳＩを電圧信号Ｓｔに変換してＡ／Ｄ変換器４に
出力する。Ａ／Ｄ変換器４はアナログ信号として入力さ
れた信号Ｓ２をクランク角度に同期してディジタル信号
に変換し、コントロールユニット５に出力する。 吸入空気の流量Ｑａはエアフローメータ６により検出さ
れ、エンジンのクランク角Ｃａはクランク角センサ７に
より検出される。クランク角センサ７は爆発間隔（６気
筒エンジンではクランク角で１２０°、４気筒エンジン
では１８０°）毎に各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）前の
所定位置、例えばＢＴＤＣ７０°で（Ｈ）レベルのパル
スとなる基準信号Ｃａを出力するとともに、クランク角
の単位角度（例えば、２°）毎に（Ｈ）レベルのパルス
となる単位信号Ｃ１を出力する。なお、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を知ること
ができ、この処理は後述のコントロールユニット５によ
り行われる。さらに、気筒判別センサ８は特定の気筒（
例えば、第１気筒）を判別するもので、特定気筒の圧縮
上死点前の所定クランク角位置（例えば、第１気筒のＢ
ＴＤＣ８０°）で気筒判別信号ＲＥＦ−ｉを出力する。 したがって、この気筒判別信号ＲＥＦ−ｉはクランク軸
が２回転する毎に一度実行される。 上記エアフローメータ６およびクランク角センサ７は運
転状態検出手段９を構成しており、運転状態検出手段９
および気筒判別センサ８からの信号はコントロールユニ
ット５に入力される。コントロールユニット５はこれら
のセンサ情報に基づいて点火時期制御や燃料供給制御を
行う。コントロールユニット５・は最大時期検出手段お
よび供給量設定手段としての機能を有し、ＣＰＵＩＩ、
ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３およびＩ１０ボート１４により
構成され、これらはコモンバス１５により互いに接続さ
れる。ＣＰ　ＵｌｌはＲＯＭ１２に書き込まれているプ
ログラムに従ってＩ１０ボー）１４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必要な処理値等を演算処理し
、必要に応じて処理したデータを１１０ボート１４へ出
力する。Ｉ１０ボート１４にはセンサ群６．７．８から
の信号が入力されるとともに、Ｉ１０ボート１４からは
噴射信号Ｓｔあるいは点火信号Ｓｐをインジェクタ（供
給手段）１６若しくは点火装置１７に出力する。点火装
置１７は点火コイル２や点火プラグ等からなり、点火信
号Ｓｐに基づき高電圧を発生させて混合気に点火する。 また、ＲＯＭ１２はＣＰＵＩＩにおける演算プログラム
を格納しており、ＲＡＭ１３は演算に使用するデータを
マツプ等の形で記憶する。なお、ＲＡＭ１３の一部は、
例えば不揮発性メモリにより構成され、その記憶内容（
学習値等）をエンジン停止後も保持する。 次に、作用を説明するが、最初に本発明の基本原理につ
いて説明する。 一般に、筒内圧最大時期θｐｍａｘが所定の目標値（例
えば、１５”　ＡＴＤＣ）になるよう点゛火時期を制御
すればそのときの空燃比におけるＭＢＴを達成すること
ができる。ところが、実際の運転条件においては点火時
期の不適合よりも空燃比の不適合による燃焼状態悪化が
多く、点火時期がＭＢＴに設定されていても環境変化等
の影響により空燃比が最大トルク発生空燃比、いわゆる
Ｌ　Ｂ　Ｔ　（ＬｅａｎＬｉｍｉｔ　ｆｏｒ　Ｂｅ５ｔ
　Ｔｏｒｑｕｅ）からずれてしまうことがあり、最大発
生トルクが減少するという問題点がある。ところで、燃
焼速度と空燃比との関係は第３図のように示され、実際
の燃焼に用いられる範囲（燃焼範囲）では空燃比がリー
ン化するに従って燃焼速度が低下する略一様の右下がり
傾向がある。すなわち、空燃比を変えることにより燃焼
速度を制御することが可能であり、燃焼速度を検出して
空燃比を補正するようにすれば任意の燃焼速度を得るこ
とが可能になる。この際、エンジン負荷と回転数によっ
て決定される基本点火時期において筒内圧最大時期θｐ
ｍａｘが目標値に一致するように燃料供給量を設定すれ
ばＭＢＴを達成しつつ、同時に指定燃焼速度を得ること
ができる。 以上のようなことから、本実施例では燃焼速度を運転条
件に応じて各種設定（点火時期を各種補正することによ
る）することにより、例えば、エンジンが最高燃焼速度
になるように空燃比を設定して最高トルクを発生させる
、あるいは低速度の燃焼速度を実現して燃焼音の低減や
空燃比のリーン化による燃料消費率の向上を図る等機関
の特性を任意に設定することができる。 第４図は上記基本原理に基づく燃料供給量演算のプログ
ラムを示すフローチャートであり、本プログラムは所定
期間毎に一度実行される。まず、Ｐ、で筒内圧最大時期
θｐｍａｘを検出する。θｐｍａｘの検出については後
述のプログラムで詳述する。 次いで、Ｐｇでθｐ＋ｍａｘと圧縮上死点後の所定の目
標値（例えば、１５°ＡＴＤＣ）との差を求め、その差
が〔＋〕のときはθｐ＋ｗａｘが遅れ側にあると判断し
Ｐ、で次式■に従って補正値ΔＳを特定値Ａ（例えば、
１°）だけ増量補正し、〔−〕のときはθｐｍａｘが進
み側にあると判断しＰ４で次式■に従って補正値ΔＳを
特定値Ａだけ減量補正する。 また、差が（０）のときは増減補正は行わず、そのまま
Ｐ、に進む。 ΔＳ＝ΔＳ’＋Ａ　　　・・・・・・■ΔＳ＝ΔＳ’−
Ａ　　　・・・・・・■但し、ΔＳ′：前回の値 Ｐ、ではエンジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑａ（エンジン
負荷に相当）とに基づいて基本燃料噴射量’ｒｐを演算
し、Ｐ６で次式〇に従って基本燃料噴射１ｔＴｐを補正
する。 ’ｒｐ＝’ｒｐ’＋ΔＳ　　・・・・・・■但し、Ｔｐ
’：前回の値 次いで、Ｐ、で’ｒｐをＩ１０ポート１４の出力レジス
タにストアして、所定クランク角度でこのＴｐに対応す
る燃料噴射パルス幅を有する噴射信号Ｓｔをインジェク
タ１６に出力し、今回の処理を終了する。 第５図は筒内圧最大時期θｐｌＩＩａｘを検出するプロ
グラムを示すフローチャートであり、この処理は前記第
４図で述べたステップのＰｌに相当する。 本プログラムはクランク角で２°毎に一度実行され、気
筒判別信号出力時がθ−０とされる。まず、Ｐ、で筒内
圧Ｓｔを表すアナログ信号をＡ／Ｄ変換し、ｐｔｌでこ
のＡ／Ｄ変換後の筒内圧（以下、単に筒内圧と呼ぶ）Ｐ
を前回までの筒内圧最大値Ｐｍａｘ　’と比較する。Ｐ
ｍａｘ　　’≦Ｐのときは未だ燃焼圧力が最大になって
いないと判断し、ｐｔｌでこのときのＰを新しいＰｍａ
ｘ　　’とし、そのときのクランク角θをθｐｍａｘ　
’とする＊　Ｐｍａｘ　’　＞ｐのときはそのままＰｔ
４に進む。Ｐｒａではクランク角θＰｍａｘが０である
か（θ＝０か）否かを判別し、θ＝Ｏになると今回の燃
焼行程における筒内圧最大時期の検出が終わったと判断
してｐｕｓでＰ　ｗａｘ′、θｐｍａｘ　’をそれぞれ
Ｐｍａｘｓθｐｍａｘ　’として筒内圧最大時期θＰｍ
ａｘを得るとともにＰｍａｘ’＝０として次回の処理に
備え今回の処理を終了する。 一方、θ≠のときはθ＝０になるまで上記各ステップを
繰り返す。 このように、本実施例では筒内圧最大時期θｐｍａｘが
検出され、この筒内圧最大時期θｐｍａｘが所定の目標
値と一致するように基本燃料噴射ＩＴｐが補正される。 したがって、空燃比によって燃焼速度を制御することが
でき、ＭＢＴを達成しながら機関燃焼音、発生トルク、
運転トルク等を任意に設定することができる。 第６は第２の発明に係る内燃機関の燃焼制御装置の一実
施例を示す図である。まず、構成を説明する６本実施例
では第１の発明の一実施例の構成においてコントロール
ユニット５に点火時期設定手段としての機能が追加され
る点のみが第１の発明の一実施例と異なるためハード的
構成を省略する。 本実施例の説明にあたり、第１の発明の一実施例と同一
処理を行うステップには同一番号を付してその説明を省
略し、異なるステップには○印で囲むステップ番号を付
してその内容を説明する。 第６図は燃焼制御のプログラムを示すフローチャートで
あり、第１の発明の一実施例の第４図に相当する。同図
においてｐｚ＋でエンジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑａと
に基づいて基本点火時期ＡＤＶφを演算し、Ｐ２ｔで次
式■に従って最終点火時期ＡＤＶを演算する。 ＡＤＶ＝ＡＤＶφ＋ΔＳ　　・・・・・・■Ｐ０では補
正量ΔＳの正負を判別し、ΔＳが〔＋〕のときはＰｔ４
で次式■に従って基本燃料噴射量’ｒｐの補正量ΔＴｐ
を特定値Ｂだけ増量補正し、〔−〕のときはＰ□で次式
■に従って燃料噴射量補正量Δ’ｒｐを特定値Ｂだけ：
＄ｊ、■補正する。 また、補正量ΔＴｐが

〔０〕のときは増減補正は行わず
、そのままＰ！６に進む。 ΔＴ＝ΔＴ’＋Ｂ　　　・・・・・・■ΔＴ＝ΔＴ’−
Ｂ　　　・・・・・・■但し、ΔＴ′：前回の値 Ｐ！、では次式■に従って基本燃料噴射１ｔＴｐを補正
し、ｐｚｔで点火時期ＡＤＶに対応する点火タイミング
で点火信号Ｓｐを点火装置（点火手段）１７に出力する
。 ’ｒｐ＝’ｒｐ’＋ΔＴ　　・・・・・・■但し、Ｔｐ
′：前回の値 このように、本実施例では筒内圧最大時期θｐｍａｘが
所定の目標値に一致するように基本点火時期ＡＤＶφが
補正され、この補正後の点火時期ＡＤＶが基本点火時期
ＡＤＶφに一致するように基本燃料供給ｆｆ１Ｔｐが補
正される。したがって、常に最適点火時期で機関を運転
しなから空燃比を制御して任意の燃焼速度に制御するこ
とがき、機関燃焼音、発生トルク、運転性を任意に設定
することができる。 （効果） 第１の発明によれば、筒内圧センサにより筒内圧力が最
大となるクランク角を筒内圧最大時期として検出し、こ
の筒内圧最大時期が所定の目標値と一致するように基本
燃料供給量を補正しているので、空燃比により燃焼速度
を制御してＭＢＴを達成しつつ、機関燃焼音の低減ある
いは発生トルクや運転性を向上させることができる。 また、第２発明によれば、筒内圧最大時期が所定の目標
値に一致するように基本点火時期を補正し、この補正後
の点火時期が基本点火時期に一致するように基本燃料供
給量を補正しているので、常に最適点火時期で機関を運
転することができ、燃焼音低減、発生トルクや運転性を
より一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は第１の発明の基本概念図、第１図（Ｂ）
は第２の発明の基本概念図、第２〜５図は第１の発明に
係る内燃機関の燃焼制御装置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図はその燃焼速度と空
燃比との関係を示す特性図、第４図はその燃料供給量演
算のプログラムを示すフローチャート、第５図はその筒
内圧最大時期を検出するプログラムを示すフローチャー
ト、第６図は第２の発明に係る内燃機関の燃焼制御装置
の一実施例を示すその燃焼制御のプログラムを示すフロ
ーチャートである。 １・・・・・・筒内圧センサ（圧力検出手段）、５・・
・・・・コントロールユニット（最大時期検出手段、点
火時期設定手段、供給量設定 手段）、 ９・・・・・・運転状態検出手段、 １６・・・・・・インジェクタ（供給手段）、１７・・
・・・・点火装置（点火手段）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ａ）エンジンの筒内圧力を検出する圧力検出手段
   と、 ｂ）エンジンの負荷および回転数をパラメータとしてエ
   ンジンの運転状態を検出する運 転状態検出手段と、 ｃ）圧力検出手段の出力に基づいて筒内圧力が最大とな
   るときのクランク角を筒内圧最 大時期として検出する最大時期検出手段と、ｄ）エンジ
   ンの運転状態に基づいて基本燃料供給量を設定し、これ
   を筒内圧最大時期が 所定の目標値に一致するように補正する供 給量設定手段と、 ｅ）供給量設定手段の出力に基づいて燃料を供給する供
   給手段と、 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）ａ）エンジンの筒内圧力を検出する圧力検出手段
   と、 ｂ）エンジンの負荷および回転数をパラメータとしてエ
   ンジンの運転状態を検出する運 転状態検出手段と、 ｃ）圧力検出手段の出力に基づいて筒内圧力が最大とな
   るときのクランク角を筒内圧最 大時期として検出する最大時期検出手段と、ｄ）エンジ
   ンの運転状態に基づいて基本点火時期を設定し、これを
   筒内圧最大時期が所 定の目標値に一致するように補正する点火 時期設定手段と、 ｅ）エンジンの運転状態に基づいて基本燃料供給量を設
   定し、これを補正された点火時 期が基本点火時期に一致するように補正す る供給量設定手段と、 ｆ）点火時期設定手段の出力に基づいて混合気に点火す
   る点火手段と、 ｇ）供給量設定手段の出力に基づいて燃料を供給する供
   給手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。