JP2000291479A

JP2000291479A - 内燃機関の燃焼状態判定装置

Info

Publication number: JP2000291479A
Application number: JP11098843A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Kanamaru; 昌宣金丸; Satoshi Watanabe; 智渡辺
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2000-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】始動後の燃焼状態を精度よく判定できる燃焼
状態判定装置の提供。【解決手段】アイドル状態かつ始動後一定時間以内の
時に（ステップ１０１、１０２で肯定判定）点火時期を
固定して（ステップ１０３）から各微小区間の回転数変
化率gdlne を算出して（ステップ１０４）、その値が判
定値KDLNE1より小さいか否かを判定して（ステップ１０
５）、肯定判定されたら燃焼不良発生を示すフラグxned
wnをＯＮにし（ステップ１０６）、さらに燃焼不良発生
気筒を判別し記憶する（ステップ１０７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の燃焼状態
判定装置に関し、特に始動後（この明細書で始動後とは
始動完爆後アイドル定常状態に到るまでの始動直後を意
味する）の燃焼状態を判定する燃焼状態判定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】より良き大気環境のために、自動車も排
気ガスをよりクリーンにするべく開発が続けられてい
る。それにともない始動後の排気ガスの改善が益々重要
になってきており、始動後の燃焼状態をよくすることが
要求されている。そのためには、機関の始動後の燃焼状
態を検知して燃焼が悪ければ燃焼を良くするように制御
することが必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】燃焼状態を検知するも
のとして、例えば、特開平７−２７０１０号公報に記載
の装置があり、始動後のある区間の回転数の変化率を求
めている。ところが、始動後の回転数は、例えば、図８
に示すように変化することもあり得るので、上記公報の
装置のように始動後のある区間の回転数の変化率を求め
るとこのような変化を見逃してしまうことがある。例え
ば、判定区間がＴ１の場合は、燃焼状態不良を検出する
ことができるが、判定区間がＴ２の場合は、燃焼状態不
良を検出することができない。本発明は、上記問題に鑑
み、機関の始動後の燃焼状態を正しく検知することので
きる内燃機関の燃焼状態判定装置を提供することを目的
とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、始動後、アイドル定常状態に到る前の回転数の
立ち上がりピークまでの略全区間にわたる所定区間の回
転数変化特性を検出し、該回転数変化特性を予め定めた
判定値と比較して燃焼状態を判定する内燃機関の燃焼状
態判定装置が提供される。このように構成された内燃機
関の燃焼状態判定装置では、始動後、単一の区間だけで
なく、アイドル定常状態に到る前の回転数の立ち上がり
ピークまでの略全区間にわたる所定区間の回転数変化特
性が予め定めた判定値と比較して燃焼状態が判定され。

【０００５】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の発明において、所定区間内の連続する複数の微小時間
の各々に対して回転数の変化率を検出し、各変化率を予
め定めた判定値と比較して燃焼状態を判定するようにし
た内燃機関の燃焼状態判定装置が提供される。このよう
に構成された内燃機関の燃焼状態判定装置では、始動後
の所定区間内の連続する複数の微小時間の各々に対する
回転数の変化率を予め定めた判定値と比較して燃焼状態
が判定される。

【０００６】請求項３に記載の発明によれば、請求項２
の発明において、回転数の変化率を検出中は、点火時期
を変化させないようにした内燃機関の燃焼状態判定装置
が提供される。このように構成された内燃機関の燃焼状
態判定装置では、始動後の所定区間内の連続する複数の
微小時間の各々に対する回転数の変化率を予め定めた判
定値と比較して燃焼状態が判定されるが、点火時期を変
化させない状態で判定がおこなわれるので誤判定が防止
され精度がよい。

【０００７】請求項４に記載の発明によれば、請求項２
の発明において、燃焼状態不良を発生した気筒を判別し
て記憶する燃焼状態不良気筒判別手段を具備する内燃機
関の燃焼状態判定装置が提供される。このように構成さ
れた内燃機関の燃焼状態判定装置では、始動後の所定区
間内の連続する複数の微小時間の各々に対する回転数の
変化率を予め定めた判定値と比較して燃焼状態が判定さ
れるが、その際に、燃焼状態不良の気筒が判別されて記
憶される。

【０００８】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
の発明において、所定区間内の連続する複数の微小時間
の各々に対する回転数の変化率を平均して回転数変化平
均値を検出し、回転数変化平均値を予め定めた判定値と
比較して燃焼状態を判定するようにした内燃機関の燃焼
状態判定装置が提供される。このように構成された内燃
機関の燃焼状態判定装置では、始動後の所定区間内の連
続する複数の微小時間の各々に対する回転数の変化率を
平均した回転数変化率平均値を予め定めた判定値と比較
して燃焼状態が判定される。

【０００９】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
の発明において、所定区間内の、予め定めた時点から回
転数が所定値に到達するまでの始動後所定回転数到達時
間を検出し、始動後所定回転数到達時間を予め定めた判
定値と比較して燃焼状態を判定するようにした燃焼状態
判定装置が提供される。このように構成された内燃機関
の燃焼状態判定装置では、始動後の所定区間内の、予め
定めた時点から回転数が所定値に到達するまでの始動後
所定回転数到達時間を予め定めた判定値と比較して燃焼
状態が判定される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明の実
施の形態を説明する。図８は後述の各実施の形態に共通
のハード構成を示す概略図である。図８において、内燃
機関１の吸気通路２には図示しないエアクリーナの下流
側に電子制御スロットル３が設けられている。この電子
制御スロットル３はスロットル弁３ａをスロットルモー
タ３ｂで開閉駆動するものであって、ＥＣＵ（エンジン
・コントロール・ユニット）１０から開度指令値が入力
された時に、スロットルモータ３ａがこの指令値に応答
してスロットル弁３ａを指令開度に追従させる。

【００１１】スロットル弁３ａは実線で示す全閉状態か
ら破線で示す全開状態までの開度に制御される。そして
その開度はスロットル開度センサ４で検出される。この
指令開度は、アクセルペダル１４に取り付けられてアク
セル踏込量を検出するアクセル開度センサ１５からのア
クセルペダルの踏込量信号（アクセル開度信号）に応じ
て決定される。

【００１２】なお、上記の電子スロットル弁３により、
アイドル時の吸気量の制御をおこなうことは充分可能で
あるが、この図のように、スロットル弁３ａをバイパス
するアイドルスピードコントロールバルブ（以下ＩＳＣ
Ｖ）５を設けて、このＩＳＣＶ５によりアイドル時の吸
気量の制御をおこなうことも可能である。

【００１３】吸気通路２のスロットル弁３の上流側には
大気圧センサ１８があり、下流側にはサージタンク６が
ある。このサージタンク６内には吸気の圧力を検出する
圧力センサ７が設けられている。更に、サージタンク６
の下流側には、各気筒毎に燃料供給系から加圧燃料を吸
気ポートへ供給するための燃料噴射弁８が設けられてい
る。また点火はＥＣＵ１０からイグナイタ２７に送られ
る信号にもとづきイグニッションコイル２８により点火
栓２９で放電を発生させておこなわれる。

【００１４】また、内燃機関１のシリンダブロックの冷
却水通路９には、冷却水の温度を検出するための水温セ
ンサ１１が設けられている。水温センサ１１は冷却水の
温度に応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。排気
通路１２には、排気ガス中の３つの有害成分ＨＣ，Ｃ
Ｏ，ＮＯｘを同時に浄化する三元触媒コンバータ（図示
せず）が設けられており、この触媒コンバータの上流側
の排気通路１２には、空燃比センサの一種であるＯ₂セ
ンサ１３が設けられている。Ｏ₂センサ１３は排気ガス
中の酸素成分濃度に応じて電気信号を発生する。各セン
サの信号はＥＣＵ１０に入力される。

【００１５】更に、このＥＣＵ１０には、バッテリ１６
に接続されたイグニッションスイッチ１７からのキー位
置信号（アクセサリ位置、オン位置、スタータ位置）、
クランクシャフトの一端に取り付けられたクランクシャ
フトタイミングプーリと一体型のタイミングロータ２４
に近接して設けられたクランクポジションセンサ２１か
らの上死点信号ＴＤＣや所定角度毎のクランク角信号Ｃ
Ａや、カムポジションセンサ３０からの基準位置信号、
油温センサ２２からの潤滑油の温度が入力される。ま
た、クランクシャフトの他端に設けられたリングギヤ２
３は機関１の始動時にスタータ１９によって回転させら
れる。

【００１６】そして、機関１が稼働を開始すると、ＥＣ
Ｕ１０が通電されてプログラムが起動し、各センサから
の出力を取り込み、スロットル弁３ａを開閉するスロッ
トルモータ３ｂ、ＩＳＣＶ５、燃料噴射弁８、イグナイ
タ２７或いはその他のアクチュエータを制御する。その
ために、ＥＣＵ１０には、各種センサからのアナログ信
号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、各種セン
サからの入力信号や各アクチュエータを駆動する出力信
号が出入りする入出力インタフェース１０１、演算処理
を行うＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３やＲＡＭ１０４等の
メモリや、クロック１０５等が設けられており、これら
はバス１０６で相互に接続されている。

【００１７】ここで、回転数neの検出と気筒判別につい
て説明する。タイミングロータ２４には１０°ＣＡ毎に
信号歯２５が設けられているが、上死点の検出用に２枚
の欠歯部２６があり３４歯となっている。クランクポジ
ションセンサ２１は電磁ピックアップから構成され、１
０°毎のクランク回転信号を出力する。回転数Neは、こ
のクランク角信号の間隔（時間）を計測することにより
得られる。一方、カムポジションセンサ３０はクランク
軸２回転に就き１回転するカム軸に付設され、例えば、
第１気筒の圧縮上死点で基準信号を発生するようにされ
ている。後述の第１の実施の形態でおこなう燃焼状態不
良の気筒の判別は、カムポジションセンサ２７の発した
基準信号からの経過時間を計測することにより行われ
る。以下、上記のようにハード構成される本発明の各実
施の形態の制御について説明する。

【００１８】＜第１の実施の形態＞始動後の予め定めた
区間内の各微小区間の各回転数変化率を予め定めた判定
値と比較して、判定値よりも小さい回転数変化率が発生
した場合に、燃焼不良状態が発生したと判定し、さら
に、燃焼不良状態を発生した気筒を判定するものであ
る。

【００１９】図１がこの第１の実施の形態の制御をおこ
なうフローチャートである。ステップ１０１ではアイド
ル状態か否かの判定をおこなうが、これはスロットル開
度センサ４またはアクセル開度センサ１５からの信号で
おこなう。ステップ１０２では始動後一定時間以内か否
かの判定をおこなうがこれは始動と同時に起動するタイ
マによりおこなう。ステップ１０３では、判定途中で点
火時期saの変更による回転変化を除去するために点火時
期saを固定する、そしてステップ１０４で各微小区間の
回転数変化率gdlne を算出し、ステップ１０５でステッ
プ１０４で算出した微小区間の回転数変化率gdlne を予
め定めた判定値KDLNE1と比較する。

【００２０】ステップ１０５で否定判定された場合は、
そのままリターンし、肯定判定された場合は、ステップ
１０６に進んで燃焼不良が発生したことを示すフラグxn
edwnをONにし、さらに、ステップ１０７で燃焼不良が発
生した気筒を判別して、記憶してからリターンする。こ
の気筒判別は前述したように、カムポジションセンサ２
７の発生した基準信号からの時間（角度）をクランクポ
ジションセンサ２１の信号を基に計測することによって
おこなう。

【００２１】第１の実施の形態では、このようにして始
動後の複数の微小期間の回転数変化率から燃焼状態が判
定されるので、判定が速く、また、燃焼不良が発生した
気筒を判別することもできる。

【００２２】図２は上記の第１の実施の形態の作動を説
明する図であって、（Ａ）は燃焼状態不良（の発生し
た）場合、（Ｂ）は燃焼状態良の場合である。図２の
（Ａ）に示されているように、燃焼状態不良によって回
転数neに落ち込みが発生すると、その区間は回転数変化
率gdlne は負の値となる。一方、図２の（Ｂ）に示され
ているように、燃焼状態良で回転数neに落ち込みが発生
しなければ、回転数変化率gdlne が負の値となることは
ない。

【００２３】＜第２の実施の形態＞始動後の予め定めた
区間内の各微小区間の回転数変化率を平均した始動後回
転数変化率平均値を予め定めた目標値（ＥＣＵ１０内に
記憶）との比を、予め定めた判定値と比較して燃焼状態
を判定するものである。

【００２４】図３がこの第２の実施の形態の制御をおこ
なうフローチャートである。ステップ２０１、２０２
は、第１の実施の形態のステップ１０１、１０２と同じ
であり、それぞれ否定判定された場合は何もせずにリタ
ーンする。ステップ２０１、２０２で否定判定された場
合はなにもせずリターンし、ステップ２０１、２０２の
両方で肯定判定された場合に、ステップ２０３で各微小
区間の回転数変化率を算出し、さらにステップ２０４で
始動後回転数変化率平均値実際値gdlnesm を算出する。
ここで、始動後回転数変化率平均値実際値gdlnesm は予
め定めた区間内の各微小区間の回転数変化率を平均した
ものであるが、平均とは単純平均だけでなく、判断に適
するような各種重み付け平均を含むものである。

【００２５】次いで、ステップ２０５では始動後回転数
変化率平均値の目標値tdlnesm をマップから読み込み、
ステップ２０６で、始動後回転数変化率平均値実際値gd
lnesm と始動後回転数変化率平均値目標値tdlnesm との
比 rdlnesm = gdlnesm ／tdlnesm を算出する。ステッ
プ２０７では、ステップ２０６でもとめた比 rdlnesmが
予め定めた判定値KRDLNESM1 よりも小さいか否かを判定
し、否定判定された場合は、そのままリターンし、肯定
判定された場合は、始動後回転数変化率平均値実際値gd
lnesm が始動後回転数変化率平均値目標値tdlnesm と大
きく異なっているということを意味していることから、
燃焼不良が発生したことを示すフラグxnedwnをONにして
からリターンする。

【００２６】第２の実施の形態では、上記のようにして
始動後の複数の微小期間の回転数変化率の平均値から燃
焼状態が判定されるので、精度良く燃焼状態を判定する
ことができる。なお、この第２の実施の形態においても
第１の実施の形態と同様に点火時期を固定した方が誤判
定の可能性が減少するので好ましい。

【００２７】図４はこの第２の実施の形態の制御の考え
方を説明する図である。（Ａ）は燃焼状態不良（の発生
した）場合、（Ｂ）は燃焼状態良の場合である。図４の
（Ａ）に示されているように、燃焼状態不良によって回
転数neに落ち込みが発生すると、回転数変化率gdlne に
負の値が含まれるので平均値gdlnesm の値は小さくな
り、その目標値tdlnesm との比が判定値KDLNESM1を下回
るが、一方、図４の（Ｂ）に示されているように、燃焼
状態良で回転数neに落ち込みが発生しまなければ、回転
数変化率gdlne に負の値が含まれないので平均値gdlnes
m の値は小さくならず、その目標値tdlnesm との比が判
定値KDLNESM1を下回らない。なお、回転数変化率gdlne
は第１の実施の形態と同じ微小区間で算出しているが、
判別に差し支えない程度に粗くすることは可能である。

【００２８】＜第３の実施の形態＞始動後に予め定めた
所定回転数に到達する時間を検出し、予め定めた判定値
と比較して、予め定めた判定値よりも大きければ、燃焼
不良状態が発生したと判定するものである。図５がこの
第３の実施の形態の制御をおこなうフローチャートであ
ある。ステップ３０１、３０２は第１の実施の形態のス
テップ１０１、１０２と同じであり、それぞれ否定判定
された場合は何もせずにリターンする。

【００２９】ステップ３０３では所定回転数NE1 に到達
するまでの今回の到達時間実際値gtrps を算出し、ステ
ップ３０４では、ステップ３０３でもとめた所定回転数
到達時間実際値gtrps が回転数到達時間判定値KTRPS1よ
りも大きいか否かを判定し、肯定判定された場合は燃焼
不良があったものとしてステップ３０５で燃焼不良が発
生したことを示すフラグxnedwnをONにしてリターンす
る。なお、所定回転数到達時間実際値gtrps の計測の起
点は、始動後のある時点ではなくてスタータをONにした
時点でもよい。燃焼不良が発生するれば必ず所定回転数
到達時間は長くなるので、上記の様に作用する第３の実
施の形態は精度よく燃焼不良の発生を検出することがで
きる。

【００３０】図６はこの第３の実施の形態の制御の考え
方を説明する図である。（Ａ）は燃焼状態不良（の発生
した）場合、（Ｂ）は燃焼状態良の場合である。図６の
（Ａ）に示されているように、燃焼状態不良によって回
転数neに落ち込みが発生すると、予め定めた回転数NE1
に達するまでの時間gtrps が長くなり、判定KTRPS1を上
回るが、一方、図４の（Ｂ）に示されているように、燃
焼状態良で回転数neに落ち込みが発生しなければ、予め
定めた回転数NE1 に達するまでの時間gtrps は判定KTRP
S1を上回ることはない。

【００３１】なお、各実施の形態のフローチャートの第
２番目のステップでおこなっている始動後一定時間以内
か否かの判定のかわりに、アイドル定常状態に移行する
前の回転数のピークを過ぎたかどうかで判定してもよ
い。

【００３２】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、始動
後、単一の区間だけでなく、アイドル定常状態に到る前
の回転数の立ち上がりピークまでの略全区間にわたる所
定区間の回転数変化特性が予め定めた判定値と比較して
燃焼状態が判定されるので、燃焼不良による回転数変化
が該区間内のどこで発生しても検出することができる。
また、始動後の早い時期に燃焼不良状態を発見すること
ができ、それに基づき早い時期から燃焼不良状態を解消
する対策（補正）を実行することが可能で、結果的に排
気ガスの不良状態を短期間にとどめて大気環境の改善に
寄与することができる。特に、請求項３のようにすれ
ば、点火時期変更による誤判定を防止でき精度が向上す
る。特に、請求項４のようにすれば、燃焼不良を発生し
た気筒が特定することができるので、必要最小限の対策
をおこなうことができ、不必要な対策による排気ガスの
悪化、ドライバビリティの悪化が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の制御のフローチャートであ
る。

【図２】第１の実施の形態の制御を説明する図であり、
（Ａ）は燃焼状態不良の場合、（Ｂ）は燃焼状態良の場
合を示している。

【図３】第２の実施の形態のフローチャートである。

【図４】第２の実施の形態の制御を説明する図であり、
（Ａ）は燃焼状態不良の場合、（Ｂ）は燃焼状態良の場
合を示している。

【図５】第３の実施の形態の制御のフローチャートであ
る。

【図６】第３の実施の形態の制御を説明する図であり、
（Ａ）は燃焼状態不良の場合、（Ｂ）は燃焼状態良の場
合を示している。

【図７】各実施の形態に共通のハード構成を概略的に示
す図である。

【図８】従来技術の燃焼状態判定を説明する図である。

【符号の説明】

３…電子スロットル５…ＩＳＣＶ１０…ＥＣＵ２１…クランクポジションセンサ３０…カムポジションセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】始動後、アイドル定常状態に到る前の回
転数の立ち上がりピークまでの略全区間にわたる所定区
間の回転数変化特性を検出し、該回転数変化特性を予め
定めた判定値と比較して燃焼状態を判定することを特徴
とする内燃機関の燃焼状態判定装置。
【請求項２】所定区間内の連続する複数の微小時間の
各々に対して回転数の変化率を検出し、各変化率を予め
定めた判定値と比較して燃焼状態を判定することを特徴
とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。
【請求項３】回転数の変化率を検出中は、点火時期を
変化させないことを特徴とする請求項２に記載の内燃機
関の燃焼状態判定装置。
【請求項４】燃焼状態不良を発生した気筒を判別して
記憶する燃焼状態不良気筒判別手段を具備することを特
徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃焼状態判定装
置。
【請求項５】所定区間内の連続する複数の微小時間の
各々に対する回転数の変化率を平均して回転数変化率平
均値を検出し、回転数変化率平均値を予め定めた判定値
と比較して燃焼状態を判定することを特徴とする請求項
１に記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。
【請求項６】所定区間内の予め定めた時点から回転数
が所定値に到達するまでの始動後所定回転数到達時間を
検出し、始動後所定回転数到達時間を予め定めた判定値
と比較して燃焼状態を判定することを特徴とする請求項
１に記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。