JPH02259251A - 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、各気筒の筒内圧力値に基づいて図示平均有効
圧力の標準偏差を算出し、これにより燃料噴射パルス幅
を補正することで、内燃機関の運転状態における燃焼変
動を設定目標レベルに制御して燃焼を改善することがで
きる内燃機関の燃焼制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に内燃機関の燃焼制御装置としては、エアフローメ
ータによって吸入空気量を検出し、これに基づいて燃料
噴射量を算出しているが、適切な燃焼制御を行なうこと
が困難である。

そこで、気筒内の筒内圧力値を直接検出して、これを基
に吸入空気量を算出し、適応する燃料噴射量を設定する
方法が提唱されている。ところがこの方式で筒内圧力値
の検出に圧縮圧力センサが用いられる場合には、筒内圧
力を絶対値で検出するとドリフトの問題があり不都合で
あった。

そこで従来、例えば特開昭６１−５５３３６号公報に示
すように、筒内圧力値を点火サイクル毎に検出して、機
関の空燃比をＬＢＴ　（発生トルクを最大にするための
最も薄い空燃比）にするようフィードバック制御するこ
とにより燃焼の改善を図るようにした先行技術が知られ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述した先行技術では、ある定常状態で空燃
比（燃料噴射量）の増減によって最大トルク制御を行な
うことはできるが、燃焼の変動による制御は全く考慮さ
れていないので、最大トルクが得られてもトルク変動が
目標値よりも大きくなる場合が生じると共に、加速時な
どの過渡運転状態における制御ができないので、排気セ
ンサによる空燃比制御では燃料噴射量の制御が不十分と
なる。したがって、過渡運転状態において燃料噴射量を
制御する図示平均有効圧力（Ｉ　ＭＥ　Ｐ）が過少とな
って車両のサージ現象が発生するなどの問題がある。

本発明は、上述した問題点を課題として提案され・たち
ので、気筒の筒内圧センサからの検出信号により常時図
示平均有効圧力を算出し、これに基づいて図示平均有効
圧力の標準偏差またはその変動率を算出して定常運転状
態における燃焼変動を設定目標レベルに制御すると共に
、緩加速運転状態では増量補正することで、車両走行時
のサージレベルを目標値以下に抑えることができるよう
にした内燃機関の燃焼制御装置を提供することを目的と
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明では、気筒内の燃焼圧
力を検出する筒内圧センサと、クランク角を検出するク
ランク角センサと、エンジン回転数を検出するカム角セ
ンサまたはクランク角センサと、吸入空気量を検出する
エアーフローセンサと、スロットル開度を検出するスロ
ットル開度センサと、上記各センサからの出力信号に基
づいてインジェクタからの燃料噴射量を制御するコント
ロールユニットとからなる燃焼制御装置において、上記
コントロールユニットには、上記カム角センサまたはク
ランク角とエアーフローセンサとによって検出されるエ
ンジン回転数と吸入空気量とにより基本燃料噴射量を算
出する基本燃料噴射量算出手段と、基本燃料噴射量とエ
ンジン回転数とで目標図示平均有効圧力標準偏差または
図示平均有効圧力変動率を決定する目標値決定手段と、
上記カム角センサとクランク角センサと筒内圧センサと
によって検出されるエンジン回転数、クランク角および
筒内圧力とにより各クランク角毎の筒内圧力値を算出す
る筒内圧力値算出手段と、上記筒内圧力値算出手段より
図示平均有効圧力を算出する図示平均有効圧力算出手段
と、上記図示平均有効圧力算出手段からの図示平均有効
圧力と、カム角またはクランク角センサからのエンジン
回転数およびスロットル開度センサからの出力変化率に
基づいて運転状態を判定する運転状態判定手段と、上記
図示平均有効圧力算出手段で算出された図示平均有効圧
力の標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、上記運転
状態判定手段からの出力信号により定常運転状態を判定
した時に、上記標準偏差算出手段で算出された図示平均
有効圧力の標準偏差またはその変動率と目標値決定手段
で決定された目標値とを比較補正する補正手段と、上記
運転状態判定手段からの出力信号により緩加速運転状態
を判定した時に、燃料噴射パルス幅を増量補正する増量
補正手段とを有したことを特徴とするものである。

〔作　　　用〕

このような構成では、筒内圧センサにより検出された筒
内圧力値に基づいて常時図示平均有効圧力を算出し、定
常運転状態では、図示平均有効圧力の標準偏差またはそ
の変動率を目標値と比較して燃料噴射パルス幅を補正す
る。また、緩加速運転状態では、所定の増量補正を行な
う。

従って、定常運転での燃焼変動を設定目標レベルに制御
することができ、緩加速運転時では図示平均有効圧力の
低下が防止されるため、車両のサージを抑えて快適な運
転性を得ることができる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明
する。

第２図は本発明の実施例を示す概略構成図である。図に
おいて、符号ｌはエンジン本体であり、そのシリンダヘ
ッド２の燃焼室２ａには、吸気ボート３および排気ボー
ト４がそれぞれ連通されている。上記吸気ボート３と排
気ボート４の開口部には、それぞれ所定のタイミングで
開閉動作する吸気バルブ３ａと排気バルブ４ａとが設置
されている。

上記吸気ボート３の上流側にはスロットル弁５を有する
吸気系Ｂが設けてあり、スロットル弁５の下流にはコレ
クタチャンバ７が設けられている。

モして°上記コレクタチャンバ７の下流側吸気マニホー
ルド８には、エンジン本体１の各吸気ボート３近傍に位
置してインジェクタ９が設けられている。

また、上記スロットル弁５にはスロットル開度センサｌ
Ｏが、エンジン本体■のクランクロータｌａにはエンジ
ンのクランク角を検出するクランク角センサ１１が、カ
ムシャフト１２のカムロータ１２ａには気筒判別および
エンジン回転数を検出するカム角センサ１３が、エアク
リーナ１４の下流側に取付けたエアーフローメータ１５
にはエアーフローセンサ１６が、さらに上記エンジン本
体ｌのシリンダヘッド２には各気筒内に臨んで圧電型の
筒内圧センサ１７が設置されている。

そして上記スロットル開度センサ１０．　　クランク角
センサ１１．カム角センサ１３．エアーフローセンサ１
６からの検出信号および筒内圧センサ１７より増幅回路
１８を介して増幅された信号は、それぞれコントロール
ユニット２０に人力される。

上記コントロールユニット２０では、第１図に示すよう
にエアフロセンサ１６で検出された吸入空気ｆｆ１Ｑと
、カム角センサ１３によって検出された気筒判別信号お
よびエンジン回転数Ｎｅとが入力して基本燃料噴射ｆｆ
ｔＴｐを算出する基本燃料噴射量算出手段２１を有し、
上記基本燃料噴射量算出手段２１からの基本燃料噴射量
Ｔｐは、実際の燃料噴射量ＴＩを決定する燃料噴射パル
ス幅決定手段２２に出力される。また、ここで上記基本
燃料噴射量算出手段２１からの基本燃料噴射量Ｔｐの信
号とカム角センサ１３にて検出されたエンジン回転数Ｎ
ｅとの信号が目標値決定手段２３に入力され、図示平均
有効圧力ＰＩの目標標準偏差σｐｔ、または標準偏差σ
ｐｔと、図示平均有効圧力Ｐ１の平均値Ｐ１ｇとの比σ
ｐｉ／Ｐ１ｓ＋ｌこより表わされる図示平均有効圧力Ｐ
ｌの目標変動率がマツプから求められる。

また、上記カム角センサ１３によって検出されたエンジ
ン回転数Ｎｅと、クランク角センサ１１によって検出さ
れたクランク角θと、各気筒の筒内圧センサ１７によっ
て検出された筒内圧力Ｐとの信号によって各クランク角
毎の筒内圧力値Ｐθを算出する筒内圧力値算出手段２４
を有し、上記筒内圧力値算出手段２４にて算出された筒
内圧力値Ｐθの信号は、始動時および暖機運転時以外の
定常運転時に常時筒内圧力の図示平均有効圧力Ｐｌを算
出する図示平均有効圧力算出手段２５に入力される。

上記図示平均有効圧力算出手段２５で算出された図示平
均有効圧力Ｐ１の信号は、図示平均有効圧力記憶手段２
６へ入力して記憶される。一方、スロットル開度センサ
１０によって検出されたスロットル開度の信号は、スロ
ットル開度変化率算出手段２７に入力してスロットル開
度変化率ｄα／ｄｔが算出され、スロットル開度変化率
ｄα／ｄｔと、エアーフローセンサ１６によって検出さ
れた吸入空気量Ｑと、カム角センサ１３によって検出さ
れたエンジン回転数Ｎｅと、図示平均有効圧力算出手段
２５にて算゛出された図示平均有効圧力Ｐ１とが入力さ
れるエンジンの運転状態判定手段２８を有し、この運転
状態判定手段２８では、定常運転状態か過渡的運転状態
の緩加速、急加速および減速運転状態が判定される。

すなわち、吸入空気量Ｑの変化率ＩΔＱ１　エンジン回
転数Ｎｅの変化率１ΔＮｅｌ、スロットル開度の変化率
１ｄα／ｄｔｌがそれぞれ１ΔＱ≦ＡＩ、１ΔＮｅ　ｌ
≦Ａ２　、　　ｌ　ｄａ　／ｄｔ　ｌ≦Ａ３のとき、定
常運転状態と判定されるものであり、Ａ１．Ａ２．Ａ３
は一定値である。

上記運転状態判定手段２８によって定常運転状態と判定
されると、標準偏差算出手段２９に信号が入力され、こ
こで図示平均有効圧力記憶手段２６からの出力信号と共
に図示平均有効圧力ｐｔの標準偏差σｐｔまたは図示平
均有効圧力ｐｔの標準偏差σｐｔと図示平均有効圧力Ｐ
１の平均値ＰＩｍとの比σｐ１／ＰＩａ＋から図示平均
有効圧力Ｐｉの変動率が算出され、補正量決定手段８０
に信号が出力される。

上記補正量決定手段３０では、目標値決定手段２３によ
り決定された図示平均有効圧力Ｐ１の標準偏差σｐｌ、
または図示平均有効圧力Ｐｉの変動率の目標値と、標準
偏差算出手段２９によって算出された図示平均有効圧力
Ｐ１の変動率σｐｉ／Ｐｆｍとにより補正量βが決定さ
れる。

すなわち定常運転状態の判定がなされた直後の最新の図
示平均有効圧力Ｐｌのたとえば、メモリ値２００サイク
ルから、平均値ＰｉｓはＰｉｍ−ΣＰＩ／より算出され
、予め目標値決定手段２３に設定された標準偏差σｐｔ
の目標値と比較され、補正量決定手段３０で補正量βが
決定される。この場合、上記補正量決定手段３０による
補正量βは、図示平均有効圧力ｐｔの標準偏差σｐｔ、
または図示平均有効圧力ｐｔの変動率σｐｉ／Ｐ１ｍが
目標値より大きい場合は燃料の増量を行ない、小さい場
合は減量する。

そして燃料噴射パルス幅決定手段２２において燃料噴射
パルス幅Ｔ１は、補正手段３１の各種補正量の合計値γ
、電源電圧をパラメータとするインジェクタ９の開閉弁
遅れ補正項Ｔｓとによる補正量と、補正量決定手段３０
からの補正信号βとを取込んで、７ｌ−Ｔｐ（１＋β＋
７）＋Ｔｓにて補正され、駆動部３５よりインジェクタ
９に燃料噴射パルス幅Ｔｉの信号が出力される。

以上の燃料噴射パルス幅の補正は、定常運転状態の判定
がなされている限り常時実施されており、いわゆるフィ
ードバック制御が行なわれている。

また、上記運転状態判定手段２８によって緩加速と判定
された場合は、緩加速判定直前の図示平均有効圧力Ｐｉ
ｎと、その１つ前の図示平均有効圧力Ｐ　１ｎ−１とが
比較され、Ｐｉｎ−Ｐｌｎ−１≦０と判定されると、増
量補正ΔＴ１を決定する増量補正決定手段３２を有し、
増量補正決定手段３２にて決定された増量補正ΔＴｉの
信号が燃料噴射パルス幅決定手段２２に入力すると、燃
料噴射パルス幅Ｔｌは、ＴＩ−Ｔ１ｎ＋ΔＴ１で増量補
正し、その出力信号が駆動部３５を介してインジェクタ
９に出力される。

ここで上記Ｐｉｎは、運転状態判定手段２８においてＰ
ｌｎ−Ｐｉｎ−１≦０の判定がなされた直前の燃料噴射
パルス幅であり、このときの燃料増量措置は、緩加速運
転状態の判定が続いている間は比較値Ｐｌｎ−Ｐ１ｎ−
１の値が正または一定値以上になるまで繰返し実施され
ることになる。

また、上記運転状態判定手段２８にて急加速運転状態と
判定された場合は、割込み噴射決定手段３３（非同期）
に信号が出力され、駆動部３５に非同期割込み信号が出
力されてインジェクタ９より燃料増量を行なう。

さらに、上記運転状態判定手段２８にて減速運転状態と
判定された場合は、燃料カット決定手段３４に信号が出
力され、駆動部３５を介してインジェクタ９への燃料カ
ットが実施される。

次に、第３図のフローチャートを参照して、コントロー
ルユニット２０における動作を具体的に説明する。

先ず、ステップ５１０１で、エアーフローセンサ１６゜
カム角センサ１３．クランク角センサ１１．筒内圧セン
サ１７およびスロットル開度センサｌＯにて検出された
。吸入空気量Ｑ、エンジン回転数Ｎｅ、クランク角θ、
筒内圧力Ｐおよびスロットル開度αの読込みがなされ、
ステップ５１０２で、スロットル開度の変化率ｄα／ｄ
ｔが、ｄα／ｄｔ≧０か否かを判定し、ｄα／ｄｔ≦０
の場合にはステップ５１０５に進む。ステップ５１０５
では、エンジン回転数Ｎｅを所定回転数Ｎ１と比較し、
Ｎｅ≦Ｎ１の時には定常運転状態と判断してステップ３
１０７へ進む。ステップ５１０７では、基本燃料噴射ｆ
ｆｉ算出手段２１からの基本燃料噴射ｆｆ１Ｔｐと、補
正手段３１からの補正量γ。

Ｔｓと、補正量決定手段３０からの補正量βとの信号が
燃料噴射パルス幅決定手段２２へ入力し、燃料噴射パル
ス幅ＴＩが、ＴＩ−Ｔｐ（１＋β＋γ）＋Ｔｓによって
決定される。

また、ステップ５１０５でＮｅ≧Ｎ１の時には、減速運
転状態と判断してステップ３１０６へ進む。ステップ８
１０Ｂでは、燃料カット決定手段３４からの燃料カット
の信号が駆動部３５へ入力されることにより燃料カット
が行なわれる。

ステップ５１０２でスロットル開度変化率ｄα／ｄｔが
ｄα／ｄｔ≧０であれば、ステップ８１０３へ進み、ス
テップ８１０３でスロットル開度変化率ｄα／ｄｔと所
定変化率数にとが比較され、ｄα／ｄｔ＞Ｋの時は急加
速運転状態と判定し、ステップ３１０４へ進む。

ステップ５１０４では割込み噴射決定手段３１からの信
号を駆動部３５へ出力し、非同期割込み噴射を行なう。

また、ステップ５１０３でｄα／ｄｔ＜　Ｋであれば、
緩加速運転状態と判定してステップｓｔｏｇへ進む。

ステップ８１０８では、緩加速運転と判定された直前の
平均有効圧力Ｐｉｎと、その１つ前の図示平均有効圧力
値Ｐ　１ｎ−１とからＰ　ｉｎ　−Ｐ　１ｎ−１＞　０
か否かが判定され、Ｐ　ｉｎ　−Ｐ　Ｉｎ−Ｌ＞　Ｏの
時はステップ５１０７へ進む。ステップ５１０７では、
ノンフィードバックモードに入って通常の燃料噴射が行
なわれる。

上記、ステップ！３１０８でＰｉｎ−Ｐｌｎ−１≦０の
場合は、ステップ５１０９へ進む。ステップ５１０９で
は、増量補正決定手段３２からの増量補正ΔＴ１の信号
が燃料噴射パルス幅決定手段２２へ入力し、判定が下っ
た直前の燃料噴射パルス幅Ｔｉｎに増量補正ΔＴ１を加
算したＴＩ−Ｔｉｎ＋ΔＴ１により燃料増量が実施され
る。

上記ステップ５１０９による燃料増量措置は、ステップ
５１０８でＰｉｎ−Ｐｌｎ−１≦０の緩加速運転状態が
続く限り、ステップ５１０９でのＰｌｎ−ＰＩｎ−１が
正または一定値以上になるまで繰返し実施される。

次に、第５図のフローチャートを参照して、筒内圧セン
サ１７にて検出された筒内圧力値Ｐに基づいて図示平均
有効圧力Ｐｌの算出について具体的に説明する。

先ず、ステップ５２０１で、クランク角センサ１１によ
り吸気行程の上死点時におけるクランク角を基準角度θ
えとして読込み、ステップ５２０２に進んでエンジンの
筒内圧センサ１７で検出された信号により筒内圧力値算
出手段２４にて算出された筒内圧力値Ｐθを読込む。

次にステップ８２０８で、クランク角センサ１１により
クランク角θ−θＲ＋２　（ｋ＋１）を読込み、ステッ
プ５２０４に進んでクランク角度の差異からΔＶの計算
を行なう。

ここでステップ５２０３では、クランク角が２回転でカ
ム角センサ１３のパルスが１回発生することから、クラ
ンク角度を例えば２度毎にサンプリングし、第４図に示
す行程容積Ｖと筒内圧力Ｐとの関係から、ステップ５２
０４でクランク角２度毎のシリンダ内容積の変化量ΔＶ
を算出するものであり、上記ステップ５２０４で算出さ
れたシリンダ内容積の変化量ΔＶにより、ステップ５２
０５で図示平均有効圧力Ｐｌが、Ｐｉ＋Δ■φＰθより
求められる。

一方、ステップ８２０６では、カウントが行なわれて（
エンジンキースイッチＯＮでに−０にリセットされる）
、ステップ５２０７に進んでｋが３６０か否かが判定さ
れる。

上記ステップ５２０７でに−３６０の場合は、ステップ
８２０８に進んで、図示平均有効圧力算出手段２５にて
図示平均有効圧力Ｐ１が算出される。ここで算出された
図示平均有効圧力ｐｔがステップ５２０９で図示平均有
効圧力記憶手段２Ｂに順次ストアされると共に、その数
が例えば２００を超えると、最も古いデータが消去され
て、その代りに最新の図示平・均有効圧力Ｐ１がストア
されていく。

また、ステップ５２０７でｋが３６０でない場合にはス
テップ５２０２へ戻る。

さらに、上記ステップ５２０９で図示平均有効圧力Ｐ１
が図示平均有効圧力記憶手段２６に記憶されると、ステ
ップ５２１０へ進んで図示平均有効圧力ｐｔおよびに値
がリセットされ、再びステップ５２０２に戻って繰返し
図示平均有効圧力ｐｔが算出され、ステップ５２０９で
ストアされる。

なお、本実施例において、エンジン回転数をカム角セン
サから検出しているが、クランク角または点火コイルの
パルスによって検出してもよいことは勿論である。

以上のように本発明による燃焼制御は、定常運転状態に
おける燃焼変動が、筒内圧力Ｐθから算出された図示平
均有効圧力ＰＩの標準偏差σｐｔを目標値と比較して燃
料噴射パルス幅ＴＩを補正制御することで、設定レベル
に制御され、緩加速運転の場合は、その判定が下った直
前の図示平均有効圧力の平均値Ｐ１ｎとその１つ前の図
示平均有効圧力の平均値Ｐ　１ｎ−１との関係から、燃
料増量措置が適正に行なわれるために、良好な燃焼状態
が得られると共に、図示平均有効圧力の影響による車両
サージ現象が低減される。。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、筒内圧センサに
よって検出された筒内圧力値に基づき、常時図示平均有
効圧力を算出し、これに基づいて算出された図示平均有
効圧力の標準偏差または図示平均有効圧力の変動率を目
標値と比較補正して燃料噴射パルス幅を決定し、燃焼制
御を行なうので、定常運転状態における車両サージの原
因である図示平均有効圧力の変動を設定目標レベルに制
御することができるため、車両サージを一定値以内に抑
え、円滑な運転性を得ることができる。

さらに、緩加速運転状態においても、燃料噴射パルス幅
を増量補正するので、図示平均有効圧力の低下が防止さ
れるため燃焼の改善が図られ、車両の実走行時のサージ
レベルを目標値以下に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による内燃機関の燃焼制御装置を示すコ
ントロールユニットの機能ブロック図、第２図は本発明
の、一実施例を示す概略構成図、第３図はフローチャー
ト図、第４図は行程容積と筒内圧力のインジケータ線図
、第５図は図示平均有効圧力の算出を示すフローチャー
ト図である。 ｌＯ・・・スロットル開度センサ、ｌｌ・・・クランク
角センサ、１３・・・カム角センサ、１６・・・エアー
フローセンサ、１７・・・筒内圧センサ、２０・・・コ
ントロールユニット、２１・・・基本燃料噴射量算出手
段、２２・・・燃料噴射パルス幅決定手段、２３・・・
目標値決定手段、２４・・・筒内圧力値算出手段、２５
・・・図示平均有効圧力算出手段、２７・・・スロット
ル開度変化率算出手段、２８・・・運転状態判定手段、
２９・・・標準偏差算出手段、３０・・・補正量決定手
段、３２・・・増量補正決定手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 気筒内の燃焼圧力を検出する筒内圧センサと、クランク
   角を検出するクランク角センサと、エンジン回転数を検
   出するカム角センサまたはクランク角センサと、吸入空
   気量を検出するエアーフローセンサと、スロットル開度
   を検出するスロットル開度センサと、上記各センサから
   の出力信号に基づいてインジェクタからの燃料噴射量を
   制御するコントロールユニットとからなる燃焼制御装置
   において、 上記コントロールユニットには、 上記カム角センサまたはクランク角とエアーフローセン
   サとによって検出されるエンジン回転数と吸入空気量と
   により基本燃料噴射量を算出する基本燃料噴射量算出手
   段と、 基本燃料噴射量とエンジン回転数とで目標図示平均有効
   圧力標準偏差または図示平均有効圧力変動率を決定する
   目標値決定手段と、 上記カム角センサとクランク角センサと筒内圧センサと
   によって検出されるエンジン回転数、クランク角および
   筒内圧力とにより各クランク角毎の筒内圧力値を算出す
   る筒内圧力値算出手段と、上記筒内圧力値算出手段より
   図示平均有効圧力を算出する図示平均有効圧力算出手段
   と、 上記図示平均有効圧力算出手段からの図示平均有効圧力
   と、カム角またはクランク角センサからのエンジン回転
   数およびスロットル開度センサからの出力変化率に基づ
   いて運転状態を判定する運転状態判定手段と、 上記図示平均有効圧力算出手段で算出された図示平均有
   効圧力の標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、 上記運転状態判定手段からの出力信号により定常運転状
   態を判定した時に、上記標準偏差算出手段で算出された
   図示平均有効圧力の標準偏差またはその変動率と目標値
   決定手段で決定された目標値とを比較補正する補正手段
   と、 上記運転状態判定手段からの出力信号により緩加速運転
   状態を判定した時に、燃料噴射パルス幅を増量補正する
   増量補正手段とを有したことを特徴とする内燃機関の燃
   焼制御装置。