JPH02221662A

JPH02221662A - 燃焼制御マップ作成方法

Info

Publication number: JPH02221662A
Application number: JP1041528A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Ishida; 哲朗石田; Yoshiro Danno; 団野　喜朗; Kazuhide Togaki; 一英栂井; Hiromitsu Ando; 弘光安東; Daisuke Mitsuhayashi; 大介三林
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1990-09-04
Anticipated expiration: 2013-12-02
Also published as: JP2830011B2

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、燃焼制御マツプの作成方法に関し、その自動
化や作成精度の向上などを図ったものである。

〈従来の技術〉近年、ガソリンエンジンなどの火花点火内燃機関には、
省燃費や低公害化の要請を受けて、電子制御化されるも
のが多くなってきている。制御の形態としては、燃料噴
射制御を中心に、点火時期制御やノッキング制御、アイ
ドル回転数制御、ＥＧＲ制御などをＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）で集中的に行
うものが主流となって８す、半導体デバイスの進歩と相
俟って高い信頼性と低コスト化が実現されている。

ところで、上述した容置の制御では、多くの場合、計測
手段からの情報をＲＯＭやＲＡＭ内の燃焼制御マツプ（
以下、マツプ）によって処理して制御量を決定する方式
が採られている。マツプには、濃度補正マツプなどのよ
うに入力値と出力値が１対１に対応する二次元マツプや
、機関回転数と吸気圧から燃料噴射量を求めるマツプな
どのように２種のパラメータに対応する三次元マツプと
がある。

これらのマツプは一般に、実験を行うことにより得られ
る。例えば、点火時期マツプを作成する場合を例にする
と、空燃比の他、機関回転数や吸気圧などを固定した状
態で、徐々に点火時期を進角させてゆき、Ｍ　Ｂ　Ｔ　
（ＭｉｎｉｍｕｍＳｐａｒｋ　Ａｄｖａｎｃｅ　ｆｏｒ
　Ｂｅ５ｔ　Ｔｏｒｑｕｅ）の近傍で且つノッキングに
至らない最適点火時期を求める。次に、空燃比や機関回
転数などのパラメータを変更し、その条件における最適
点火時期を求めろ。す下、この実験を繰り返すことによ
り、種々の運転状態に対応するマツプが得られるのであ
る。

〈発明が解決しようとする課題〉周知のように、機関から最大のトルクを引き出せる点火
時期たるＭＢＴはノッキングの発生する点大時期の近傍
にある。一方、ＭＢＴの検出作業にはシャレダイナモメ
ータなどの大型の測定機器を必要とする他、作業自体も
微妙な値の検出となるため困難なものとなっていた。

そのため、点火時期マツプを作成する場合には、実際の
ＭＢＴを検出するのではなく進角によるノッキングの発
生をまって、そこから所定量ずらした位置を！＆適点火
時期とみなす方法を採っていた。そして、Ａ／Ｆ（空燃
比）マツプなど他の燃焼制御マツプも、点火時期マツプ
と同様の方法で作成されていた。

ノッキングとは燃焼途中における未燃部分の混合気が断
熱圧縮などによる温度上昇のために火炎の伝搬を待たず
に自己着火し、−時的に燃焼する現象であり、この際の
燃焼は急激に起こるために燃焼室内では圧力および温度
が急上昇するとともに衝撃波が発生する。

したがって、マツプ作成時には熟練した計測員が衝撃波
による打音を聴き、ノッキングを判定していた。

ところが、このような聴感に頼る方法を採る場合、−回
毎の測定に時間が掛かるために測定回数を少なくせざる
を得す、詳細なマツプを作成することができなかった。

また、測定員が環境劣悪な動力試験室で作業を行わなけ
ればならず衛生や安全上の問題がある一方で、測定員の
未熟練などに起因する誤測定も多かった。更に、測定の
度にノッキングを発生させる都合上、試験用機関の各部
に機械的振動や歪みなどが生じたり、点火プラグやピス
トンなども過熱して溶損を起こしたりしやすく、機関寿
命も短かかった。

本発明は上記状況に鑑みなされたもので、ノッキングを
発生させないでマツプを作成する方法を提供することに
より試験の自動化や高速化などを可能とし、上記不具合
を解消することを目的とする。

＜ａｍを解決するための手段〉火花点火内燃機関における通常の燃焼の化学反応は、第
１段階の過酸化物反応、第２段階の冷炎反応（又はホル
ムアルデヒド反応）、第３段階の熱炎反応の各段階を経
て行われろ。

この段階の中で爆発的反応を起すのは第３段階であり、
第１．第２段階は燃利巾の炭化水素がホルムアルデヒド
やＯＨ，ＨＯ２Ｊの高エネルギの遊離基に分解される前
駆反応である。

ＭＢＴすなわちノッキング発生条件近傍においては、自
己着火寸前の圧力及び温度になっている燃焼室内の未燃
領域で第１．第２段階の前駆反応が進行しており、高エ
ネルギの遊離基が多く、通常よしも化学的に活性化され
た状態になっている。どのため、そこに火炎面が到達す
ると、前駆反応に要する遅れなしで直ちに第３段階の熱
炎反応が起こり、火炎速度ひいては熱発生率が高くなる
のである。

一方、熱発生率が高（なる状態では燃焼反応が急激に進
行しているため、当然のことながら、燃焼に関する物理
量すなわち燃焼物理量も通常時に比べて変化する。例え
ば、燃焼物理量の一つである燃焼室の内圧（以下、筒内
圧）は燃焼に従い増加するが、その増加率は熱発生率が
高くなるほど大きくなる。また、その他の燃焼物理量と
して、燃料が燃焼する際の火災から得られる燃焼光強度
などがあるが、これらも熱発生率に伴って変化する。従
って、これらの燃焼物理量の変化状況から熱発生率ある
いは熱発生率と相関関係にある物理上の変化状況を演算
することが可能となり、その変化状況を観察すれば、機
関がノッキング発生条件の近傍にあるか否かを知ること
ができるのである。

上記知見に基づき、本発明では前述の課題を解決するた
めに、火花点火内燃機関の燃焼制御マツプを作成する方
法であって、当該火花点火内燃機関の燃焼室内の燃焼に
伴って変化する燃焼物理量から熱発生率や熱発生率と相
関関係にある物理量の変化状況を演算し、この変化状況
に基づいてノッキング寸前の状態を検知し、その際の運
転条件を燃焼制御マツプのパラメータとして用いろこと
を特徴とする燃焼制御マツプ作成方法を提案するもので
ある。

く作　　　用〉運転条件を適宜変化させながら試験用機関を運転させ、
同時にセンサなどによって燃焼物理量を検出する。そし
て、この検出信号を演算装置に送って熱発生率あるいは
これと相関関係にある物理量の変化状況を算出し、その
変化状況と予め記憶されていたノッキング寸前の変化状
況とを比較し、その比較結果に応じて運転条件に所定社
の補正を加えたものをパラメータとして記憶する。この
作業を想定される種々の運転条件で行い、得られた各パ
ラメータを用いて燃焼制御マツプを作成する。

く実　施　例〉本発明の一実施例を図面に基づき具体的に説明する。

第１図には、燃焼物理量たる筒内圧を用いて、燃焼制御
マツプの一つである点火時期マツプを作成する点火時期
マツプ作成装置の概略構成を示しである。また、第２図
にはクランク角と熱発生率の関係を示しである。そして
、第３図には本実施例における制御フローチャートを、
第４図には係る点火時期マツプ作成装置により作成され
た点火時期マツプの一例をそれぞれ示しである。

第１図に示すように、本実施例の点火時期マツプ作成装
置は、試験用の４サイクル４９Ｆ％筒火花点火内燃機関
（以下、エンジン）１と、このエンジン１の運転状態を
制御する運転コントローラ２、および運転により得られ
たデータを演算処理してマツプを作成する演算装置３と
から主要部が構成されている。

エンジン１の各９ｃ筒の燃焼室４には点火プラグ５のほ
か筒内圧検出手段たる筒内圧センサ６が取り付けられて
いる。筒内圧センサ６は圧電素子を組み込んだもので、
気筒内の圧力を電荷に変換して出力する。また、フライ
ホイール７にはクランク角センサ８がＩＩＪ１ｆ！して
設けられ、吸！！９と排気ｗ１０にはそれぞれ吸気圧を
検出するための吸気圧センサ１１と排気中の酸素濃度を
検出するための０２センサ１２とが取り付けられている
。そして、クランクシャフト１３にはエンジン１に負荷
を与えたり、出力や軸トルクなどを計測するためのダイ
ナモメータ１４が接続している。

運転コントローラ２は点火ドライバなどを介して点火プ
ラグ５を駆動する他、図示しない燃料噴射弁やスロット
ル弁などを駆動して噴射量や吸気量などの制御を行う。

以上の各センサやダイナモメータ１４により計測された
測定値と運転コントローラ２の制御数値はすべて演算装
置３に入力する≧演算装置３内では、筒内圧センサ６か
らの信号がクランク角センサ８からの信号と共に熱発生
パターン演算ユニット１５に入力し、処理が行われた後
ＲＡＭ１６に入力する。また、クランク角センサ８から
の信号はエンジン回転数演算ユニット１７を介して、０
２センサ１２からの信号はアンプ１８により増幅されて
、それぞれＲＡＭ１６に入力する。そして、その他のセ
ンサや機器からの信号はそのままＲＡＭ１６に入力する
。尚、演算装置３には上述の各センサや機器のほか大気
圧や大９に温などの大気条件を検出する図示しない検出
手段が接続し、その検出手段からの信号もＲＡＭ１６に
入力する。

演算値Ｍ３内には更にデータバンク１９と最適点火時期
演算ユニット２０およびマツプ作成ユニット２１が設け
られている。熱発生パターン演算ユニット１５からＲＡ
Ｍ１６に入力したデータは最適点火時期演算ユニット２
０を経由してデータバンク１９に入力する。

また、ＲＡＭ１６内の他の各種の信号（データ）も整理
されてデータバンク１９に入力する。マツプ作成ユニッ
ト２１ではデータバンク１９内の各データを用いて点火
時期マツプが作成される。

以下、第３図のフローチャートに基づき本実施例の作用
を述べる。

運転コントローラ２に起動されて、エンジン１が回転を
始めると、演算装置３では試験に先立ち、試験開始時の
エンジン回転数Ｎ６を最低回転数（アイドリング）に、
負荷りを無負荷に、空燃比Ａ／Ｆを最高リッチに、点火
時期Ｓを最大リタード値にそれぞれ設定し、コントロラ
ー２に入力する。

次いで、クランク角センサ８により実際のエンジン回転
数ＮＩ！が、スロットルポジシアンセンサ、吸気圧セン
サ等の出力により実際の負荷りが、０２センサ１２によ
り実際の空燃比Ａ／Ｆが、それぞれ計測され、演算装置
内で前記設定値と比較される。そして、計測値と設定値
間に相違があった場合には、その相違がな（なるように
設定値に対する補正量を算出し、運転コントローラ２に
入力する。

設定値と計測値とが等しくなったら、ｉ＝１とし、クラ
ンク角センサによりクランク角θを、筒内圧センサ６に
より各気筒の筒内圧Ｐをそれぞれ検出する。そして、熱
発生パターン演算ユニット１５により、クランク角θＱと筒内圧Ｐを用いて熱発生率子ｒを以下の手順で演算す
る。

まず下記の通り、熱発生量ｄＱおよび内部エネルギ増分
ｄｕを求める各演算式と状態方程式とを用いて演算を行
う。

ｄＱ＝Ｇ　−ｄ　ｕ＋Ａ　−Ｐ　−ｄＶ　　　−（１）
ｄｕ＝ｃｖ−ｄＴ＝”’−ｄＴ　　　−（２１に−１ＰＶ＝Ｇ−Ｒ−Ｔ　　　　　　　・＋３１但し、Ｇは燃
焼ガス量、Ａは仕事の熱当量、Ｒは気体定数、Ｃｖは定容比熱、ｋは比熱の比、Ｔは絶対温度である。

（１１＃　（２１、（３１式より −Ａ−ＲｄＱ＝　　　　　　　ｄＴ＋Ａ−Ｐ・ｄＶ従って、熱発
生率（ｄＱ／ｄθ）は以下の通りである。

尚、この際、燃焼行程（上死点〜上死点後のように近似
してもよい。

つまり、熱発生率を筒内圧の変化率で近似できるのであ
る。

なお、上述したように熱発生率を演算する際には、ノッ
キング等による高周波振動成分をフィルタでカットする
ことが望ましい。つまり、指圧線図にはいつでも高周波
の振動成分が重畳しており、この振動成分をカットする
ことにより、熱発生率の変化状態が第１図に示したよう
に単純化されるのである。そのため、本実施例では直接
ＦＦＴ法やスプライン関数法を用いたローパスフィルタ
２２が用いられている。

次に、熱発生パターン演算ユニット１５では、得られた
熱発生率−ｄＱ（あるいは筒内圧ｄ　θ ｄＰ　　　　　　　　　　　　　　　ｄＱの変化率−・
・以下、熱発生率ａｅで代表さｄ　θ ｄＱせる）から、熱発生率ｄａの立下がりに要する時間、す
なわちその最大値から燃焼完了への移行時間を演算する
。この移行時間としては実時間ではなく、最大値におけ
るクランク角θ１゜。と燃焼完了時におけるクランク角
θ。の差１θ１゜。−〇。１を用いる。

つづいて、エンジンの出力トルクＴを検出する。

そして、その時のエンジン回転数Ｎｌ！、負荷Ｌ１空燃
比Ａ／Ｆ、点火時期Ｓ１移行時間θ１゜。−θ。１、ト
ルクＴをＲＡＭに記憶するとともに、１＝１００かどう
かを判定する。

ｉが１００に満たない場合ｉ　−ｉ　＋　１として再び
エンジン回転数Ｎ１、負荷Ｌ１空燃比Ａ／Ｆ１点火時期
Ｓ、移行時期１　θ１゜。−θ。

トルクＴを算出もしくは検出し、ＲＡＭに記憶する。

そして、ｉ　−１００となったら、ＩＮＡＭに記憶され
た１００回のデータのうち許容変動範囲外のものを削除
する。具体的には１００回のデータのうち、回転数Ｎ６
、負荷Ｌ１空燃比Ａ／Ｆ、点火時期Ｓのいずれかの値が
設定値と極端に差のあるデータを削除するようにする。

次に、前述の移行時間１　θ、。。−〇。１と後述する
絶対設定値とを比較し、以下に示す方法でノッキング状
態か否かの判定を行う。

即ち、第２図に示すように、ノッキング寸前の状態での
熱発生率（実線で示す）は、それ以前の状態（破線で示
す）に比べ立下り方が太き（変化し、移行時間１　θ１
゜。−〇。１が短くなっている。したがって、ノッキン
グ寸前の移行時間１　θ１゜。−〇。１を絶対設定値と
すれば、ノッキング状態か否かの判定ができるのである
。

次に、移行時間１　θ１゜。−〇。１が絶対設定値より
も小さくなる確率Ａ１を算出し、これを許容値Ａ。と比
較する。ここで、Ａｏはノック余裕度の判定基準値で、
Ａ、　＜　Ａｏであれば十分ノックしない状態であると
判定し、Ａ、　＞　Ａｏの場合はノックに対する余裕が
ないと判定するものである。

Ａ１＜　Ａｏの場合は、ＭＢＴの判定を行う。

即ち、前回のデータ取り込み時のトルクＴの平均値Ｔ。

−１と、今回のデータ取り込み時のトルクＴの平均値Ｔ
。とを比較し、比較結果がＴ、≧Ｔｎ−，からＴ、、＜
Ｔ。４に変わったときの前回の点火時期をＭＢＴとする
。

Ｔ、≧Ｔ、、となった場合は、今回の移行時間１　θ、
。。−〇。１の平均値Ｂ、と基準値Ｂ０の偏差を求める
。ここで、基準値Ｂ０は点火時期Ｓをざらに進角可能か
否かを判定するものであり、前述の移行時間１　θ、。

。−〇。１が絶対設定値よりも小さくなる確率Ａ、によ
ろノック余裕度の判定に比べ、より精度の高い進角限界
を判定するものである。そして、Ｂ、と８０の偏差ｂ１
が許容値す。以上であれば点火時期ＳをｄＸ’進角し、
再び前述の１００回のデータ取り込みを行う。

一方、Ｂ、とＢ。の偏差す、が許容値ｂ０以下であれば
、その時の運転パラメータが最適値であると判断し、そ
れぞれの値をＭＡＰデータとしてＲＡＭに記憶する。即
ち、ＭＢＴよりも先に進角限界がぎた場合は、その時点
で進角を中断する。

また、前述の最大トルクの判定でＴ、、＜Ｔ、、−１と
なった場合は、ＭＢＴを過ぎてなお進行角してしまたも
のと判断し、点火時期ＳをｄＸ’遅角して、各運転パラ
メータをＭＡＰデータとしてＲＡＭに記憶する。

以上のようにして、エンジン回転数Ｎ、が最低回転数（
アイドリング）、負荷りが無負荷、空燃比Ａ／Ｆが最高
リッチであるときの最適点火時Ｈｓが求められたら、つ
づいて、エンジン回転数Ｎ６を最低回転数（アイドリン
グ）に、負荷りを無負荷にそれぞれ固定したまま、空燃
比Ａ／Ｆ’ｅＲ高リッチよりｄＹずつリーン化して、そ
れぞれＡ／Ｆ値における最適点火時期Ｓを求める。

そして、最高リッチからリーン限界値までのそれぞれの
Ａ／Ｆ値に対する最適点火時期Ｓが求められたら、次に
、負荷りの値を変更してデータの取ゆ込みを行う。即ち
、エンジン回転数ＮＥを最低回転数（アイドリング）に
、負荷りを無負荷よりｄＬだけ増大させた値にそれぞれ
固定し、全てのＡ／Ｆ値に対する最適点火時期Ｓを求め
る。

その後は負荷りを最大負荷までｄＬずつ増大していき、
それぞれの負荷値について、Ａ／Ｆ値を最高リッチから
リーン限界値まで変化させて、最高点火時期Ｓを求めて
行く。そして、エンジン回転数Ｎｌ！の最低回転数につ
いて、負荷りとＡ／Ｆ値の全ての組み合わせに対する最
適点火時ＭＳが得られたら、今度はエンジン回転数を変
更してデータの取り込みを行う。

即ち、エンジン回転数を最低回転数から最大回転数まで
ｄＮｌ！ずつ増大させていき、それぞれの回転数につい
て負荷りとＡ／Ｆ値を変化させ、全ての設定値に対する
Ｒａ点火時期を求める。

以上のようにして、エンジン回転数Ｎ６、負荷し、空燃
比Ａ／Ｆについて、それぞれの初期値から限界値までの
全ての組み合わせに対する最適点火時期Ｓが求まり、得
られたデータはＲＡＭ１６からデータバンク１９に入力
される。

次に、データバンク１９内のデータは第６図に示す測定
データ群に編集される。そして、最後にマツプ作成ユニ
ット２１によりエンジンを搭載する車両の種類（燃費重
視か出力重視か等）に応じて最適点火時期及び空燃比の
組合せが抽出・整理され、これらの最適点火時期データ
から第４図に示すような点火時期マツプが作成される。

以上で実施例の説明を終えるが、本発明はこの実施例に
限るものではなく、例えば、ノ゛ッキング発生条件近傍
にあるか否かの判定において、熱発生率の最大値に対し
て５０％の熱発生率を示すクランク角θ６゜から１０％
の熱発生率を示すクランク角θ、。までの範囲など他の
領域を用いても良いし、燃焼物理量として筒内圧に代え
て前述した燃焼光強度などを用いるようにしても良い。

また、本発明は点火時期や空燃比マツプの作成のみに用
いられるものではなく、第７図、第８図にそれぞれ示す
ＥＧＲ率、過給圧などの測定データ群から、それぞれの
マツプを作成する燃焼制御マツプ作成装置に適用しても
良い。

〈発明の効果〉本発明の燃焼ｆＩｊｌＪＩｊ！ａマツプ作成方法によれ
ば、燃焼物理量の変化からノッキング寸前の状態を検知
し、その際の運転条件を燃焼制御マツプのパラメータと
して用いろようにしたため、従来は作業員の８！感に頼
っていた燃焼制御マツプの作成が自動化され、詳細かつ
正確な燃焼制御マツプが短時間で作成可能となる。また
、燃焼制御マツプの作成においてノッキングを発生させ
る必要がなくなるため、試験用機関の寿命が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の燃焼制御マツプ作成方法の一実施例
に係る点火時期マツプ作成装置を示す概略構成図である
。また、第２図はクランク角と熱発生率の関係を示すグ
ラフである。そして、第３図は本実施例の点火時期マツ
プ作成装置の制御フローチャートであり、第４図は本実
施例に係る点火時期マツプ作成装置により作成された点
火時期マツプである。更に、第５図〜第８図は点火時期
マツプ、空燃比マツプ、　ＥＧＲ率マツプ、過給圧マツ
プを作成するためのそれぞれデータ群である。図中、１はエンジン、２は運転コントローラ、３は演算装置、６は筒内圧センサ、８Ｃよりランク角センサ、１１は吸気圧センサ、１２はへセンサ、１４はダイナモメータ、１５は熱発生パターン演算装置、１６はＲＡＭ。１７はエンジン回転数演算ユニット、１９はデータバンク、２０はＪ［Ｉ点火時期演算ユニット、２１はマツプ作成ユニットである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）火花点火内燃機関の燃焼制御マップを作成する方
法であって、当該火花点火内燃機関の燃焼室内の燃焼に
伴って変化する燃焼物理量から熱発生率の変化状況を演
算し、この熱発生率の変化状況に基づいてノッキング寸
前の状態を検知し、その際の運転条件を燃焼制御マップ
のパラメータとして用いることを特徴とする燃焼制御マ
ップ作成方法。
（２）火花点火内燃機関の燃焼制御マップを作成する方
法であって、当該火花点火内燃機関の燃焼室内の燃焼に
伴って変化する燃焼物理量から熱発生率と相関関係にあ
る物理量の変化状況を演算し、この物理量の変化状況に
基づいてノッキング寸前の状態を検知し、その際の運転
条件を燃焼制御マップのパラメータとして用いることを
特徴とする燃焼制御マップ作成方法。