JPS63246444A - 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、自動車等内燃機関の燃焼制御装置に係り、特
に燃焼圧力を検出して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、いわゆるＭ　Ｂ　Ｔ　（
Ｍｉｎｉｍｕｍ　ａｄｖａｎｃｅ　ｆｏｒＢｅｓｔ　Ｔ
ｏｒｑｕｅ）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角度（
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ａｐｍａＸｏ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θ
ｐｍａｘ、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
一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、点火時期がＭＢＴに設定されてい
ても環境変化や個体のバラツキ、経時変化等の影響によ
り空燃比が最大トルク発生空燃比、いわゆるＬ　Ｂ　Ｔ
　（Ｌｅａｎ　Ｌｉｍ１ｔ　ｆｏｒＢｅｓｔ　Ｔｏｒｑ
ｕｅ）からずれてしまうことがあり、最大発生トルクや
運転性が低下するという問題点があった会 （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、エンジンの運転状態に基づい
て筒内圧最大時期の目標値を設定し、筒内圧最大時期が
前記目標値と一致するように基本点火時期を補正すると
ともに、補正後の点火時期が基本点火時期と一致するよ
うに基本燃料供給量を補正することにより、所定の燃焼
速度となるように空燃比を所定値に設定して、環境変化
等の影響があっても点火時期のみならず空燃比を最適値
に制御して発生トルク、運転性および燃費を向上させる
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筒内圧最大時期の目標値
を設定する目標設定手段ｄ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
前記目標値と一致するように補正する点火時期設定手段
ｅ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と一
致するように補正する供給量設定手段ｆと、点火時期設
定手段ｅの出力に基づいて混合気に点火する点火手段ｇ
と、供給量設定手段ｒの出力に基づいて燃料を供給する
供給手段りと、を備えている。 （作用） 本発明では、エンジンの運転状態に基づいて筒内圧最大
時期の目標値が設定され、筒内圧最大時期が前記目標値
と一致するように基本点火時期が補正される。そして、
補正後の点火時期が基本点火時期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、所定の燃焼速度
となるように空燃比が所定値に設定され、環境変化等の
影響があっても点火時期のみならず空燃比も最適値に制
御されて発生トルク、運転性および燃費が向上する。 （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Ｓ、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Ｓ、を電圧信号Ｓ２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ｉＱａはエアフローメータ６によす検出さ
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°テ（Ｈ１］　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Ｃ８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Ｗ（例えば、第１気筒
のＢＴＤＣ８０°）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−ｔはクラン
ク軸が２回転する毎に一度出力される。 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、目
標設定手段、点火時期設定手段および供給量設定手段と
しテノ機能を有し、ＣＰＵＩＩ、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１
３およびＩ１０ポート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。ＣＰＵ１１はＲ
ＯＭ１２に書き込まれているプログラムに従ってＩ１０
ボート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Ｉ１０ボート１４へ出力する。Ｉ１０ボート１
４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ポート１４からは噴射信号Ｓｉ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（点火手段）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。 吸入空気量および機関回転数に基づいて、点火時期、燃
料噴射量を演算し、内燃機関を駆動する際には外部環境
変化および経時変化等の影響によって点火時期あるいは
燃料噴射量が必ずしも最適値ではなくなってしまうこと
がある。そこで、筒内圧最大時期θｐｍａｘを検出し、
このθｐｍａｘが所定の目標値に一致するように点火時
期を設定すればＭＢＴは達成することができる。しかし
ながら、空燃比変動に対しては何の改善も行っていない
ことになる。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。したがって、燃
焼速度を所定値に制御して空燃比を設定することにより
、空燃比変化を改善することが可能となる。 以上のようなことから、本実施例では点火時期を特定θ
ｐ＋ｗａｘ値となるように設定しながら補正後の点火時
期が吸入空気量と回転数によって算出される基本点火時
期に一致するように基本燃料噴射量を補正することによ
り、所定の燃焼速度を得るように制御して空燃比を所定
値に設定している。 第４図は上記基本原理に基づく燃焼制御のプログラムを
示すフローチャートであり、本プログラムは気筒判別セ
ンサ８からの気筒判別信号ＲＥＦ−ｉ毎に割込処理され
る。まず、Ｐ、で筒内圧最大時期θｐ＋ｗａｘ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θｐａｔａｘと圧縮上死点後の
所定の目標値との差を求め、その差が〔＋〕のときはθ
ｐｍａｘ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、０．２°）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Ｐ５に進む。 ΔＳ＝ΔＳ’＋Ａ　　　・・・・・・■ΔＳ＝ΔＳ’−
Ａ　　　・・・・・・■但し、ΔＳ′：前開の値 ここで、θｐｍａｘの目標値は吸入空気量Ｑａおよびエ
ンジン回転数Ｎをパラメータとする第５図に示すような
テーブルマツプからルックアップする。 θｐｍａｘの目標値を、例えば１５°ＡＴＤＣとして固
定すると運転領域の全域においてＭＢＴ設定となる。と
ころが、実際にはノックや燃焼音等の発生によりＭＢＴ
制御ができない運転領域が存在する。 そこで、同図に示すように低・中負荷では目標値−１５
”　ＡＴＤＣとして全域ＭＢＴとし、高負荷時には目標
値＝１０〜５°ＡＴＤＣとリタードさせてノックの発生
を回避している。さらに、本発明のようにθｐｍａｘの
目標値を変更することにより、点火時期をθｐｓｅａｘ
検出位置で算出される燃焼速度の変更も可能となり、運
転領域によって空燃比変更が可能となる。 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）とに基づいて基本点火時期ＡＤＶφを演算
し、Ｐ、で次式〇に従って補正点火時期ＡＤＶを演算す
る。 ＡＤＶ冨ＡＤＶφ＋ΔＳ　　・・・・・・■次いで、Ｐ
、で補正点火時期ＡＤＶと基本点火時期ＡＤＶφとを比
較し、〔＋〕の７ときはＰ８で次式■に従って基本燃料
補正量’ｒｐの補正量ΔＴｐを特定値Ｂ（例えば、０．
０１ｍ５）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だけ減
量補正する。また、補正量ΔＴｐが（０）のときは増減
補正は行わず、そのままＰＩ（＋に進む。 ΔＴ＝ΔＴ’＋Ｂ　　　・・・・・・■ΔＴ−ΔＴ’−
Ｂ　　　・・・・・・■但し、ΔＴ′：前回の値 ＰＩＧではエンジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑａとに基づ
いて基本燃料噴射量’ｒｐを演算し、Ｐｔｔで次式〇に
従って基本燃料噴射量’ｒｐを補正する。 ’ｒｐ＝’ｒｐ　’＋ΔＴ　　・・・・・・■但し、Ｔ
ｐ′：前回の値 さらに、Ｐｌ□でこの点火時期ＡＤＶに対応する点火タ
イミングで点火信号Ｓｐを点火手段１７に出力し、ＰＩ
３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Ｓｉをインジェクタ１６に出
力し、今回の処理を終了する。 第６図は筒内圧最大時期θｐｍａｘ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Ｐ、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、ｐｚ＋で筒
内圧Ｓ２を表すアナログ信号をＡ／Ｄ変換し、Ｐｔｔ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
。Ｐｍａｘ　　’≦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、ＰＸ３でこのときのＰを新しいＰ
ｍａｘ　　’とし、そのときのクランク角θをθｐｍａ
ｘ　’とする。　Ｐｍａｘ　’　＞Ｐのときはそのまま
ＰＸ４に進む。ＰＸ３ではクランク角θρｍａｘが０で
あるか（θ＝Ｏ）否かを判別し、θ＝０になると今回の
燃焼工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Ｐｍａｘ　’、θｐｍａｘ　’をそれぞ
れＰｍａｘ　、θｐｍａｘとして筒内圧最大時期θｐｍ
ａＸを得るとともにＰｍａｘ’＝Ｏ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、本実施例では吸入空気量Ｑａおよびエンジ
ン回転数Ｎをパラメータとするテーブルマツプから筒内
圧最大時期θｐｍａｘの目標値がルックアップされる。 この際、ノック発生領域外ではＭＢＴが達成されるよう
に目標値がセットされ、ノックが発生する領域では目標
値が遅角側にセットされる。そして、筒内圧最大時期θ
ｐｎｉａｘがこの目標値と一致するように基本点火時期
ＡＤＶφが補正され、補正後の点火時期ＡＤＶが基本点
火時期ＡＤＶφと一致するように基本燃料供給量Ｔｐが
補正される。したがって、ノックを避けつつ指定空燃比
で運転を行うことが可能となり、出力、運転性ともに向
上する。さらに、暖機等で発熱量を高める要求がある場
合にも、θｐｍａｘを適正値に制御するとともに、空燃
比も適正値とすることができ、性能を一段と向上させる
ことができる。 （効果） 本発明によれば、エンジンの運転状態に基づいて筒内圧
最大時期の目標値を設定し、−筒内圧最大時期が前記目
標値と一致するように基本点火時期を補正するとともに
、補正後の点火時期が基本点火時期と一致するように基
本燃料供給量を補正しているので、所定の燃焼速度とな
るように空燃比を所定値に設定することができ、環境変
化等の影響があっても点火時期のみならず空燃比を最適
値に制御して発生トルク、運転性および燃費を向上させ
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２〜６図は本発明の内
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図はその燃焼制御のプログラ
ムを示すフローチャート、第５図はその筒内圧最大時期
の目標値を示すテーブルマツプ、第６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、目
標設定手段、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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 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筒内圧最大時期の目
   標値を設定する目標設定手段と、 ｅ）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前記目標値と一致するよう
   に補正する点火時期設定手段と、ｆ）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と一致するように補正する供
   給量設定手段と、 ｇ）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、 ｈ）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、 を備えたこを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。