JPH0230956A - 内燃機関の出力変動検出装置 - 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、内燃機関の各気筒間における出力トルク差を
検出する装置に関する。

〔従来の技術および課題〕

エンジンの運転制御のため、各気筒におけるトルク差を
検出することが従来性なわれている。特開昭５８−１７
６４２４号公報あるいは特開昭５９−５２７２６号公報
には、各気筒間のトルク差を検出する方法として、各気
筒の爆発行程の所要時間と全気筒の爆発行程の平均所要
時間との偏差をとり、この偏差が所定の判定値以上か否
かを判別することが開示されている。

ところで、爆発行程の所要時間はエンジンが低回転にな
るほど大きくなる。したがって、各気筒の爆発行程の所
要時間と全気筒の爆発行程の平均所要時間との偏差の絶
対値は低回転になる程大きくなり、上記従来の構成にお
いては、低回転域に適する様判定値をもつと、中・高回
転域でのトルク差が検出できなくなり、又、逆に中・高
回転域に適する様判定値をもつと、低回転域では各気筒
間のトルク差を誤まって判定するおそれが生じる。

本発明は、全てのエンジン回転域において、各気筒間の
トルク差を高精度に検出するとともに、エンジンの運転
制御の精度を高めることのできる出力変動検出装置を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手役〕

本発明に係る出力変動検出装置は、燃料供給時における
各気筒の爆発行程の所要時間を求め、各気筒の所要時間
とこの所要時間の全気筒における平均値との比を算出す
る比算出手役Ａと、上記比に応じて各気筒の出力変動を
検出する手役Ｂとを備えることを特徴としている。

〔作　用〕

各気筒の爆発行程所要時間と全気筒の爆発行程所要時間
の平均値との比をとることにより、全ての回転域におけ
るその比の大きさをほぼ同程度とする。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第２図は本発明の一実施例を適用した４気筒エンジンを
示す。エンジン本体１１には、１番〜４番気筒に対応し
て４つの点火プラグ２１．２２，２３゜２４が取付けら
れ、またインテークマニホルド１２とエキゾーストマニ
ホルド１３が連結される。インテークマニホルド１２の
各枝管には燃料噴射弁３１．３２・３３．３４が設けら
れる。インテークマニホルド１２の上流側に連結された
吸気通路１４内にはスロットル弁１５が設けられ、この
スロットル弁１５の弁軸にはスロットルセンサ１６が連
結される。スロットルセンサ１６はスロットル弁１５が
実質的に全開状態のときオン信号を出力する。

ディストリビュータ１７は図示しないカムシャフトによ
り回転駆動され、点火プラグ２１，２２，２３゜２４に
高電圧を供給する。基準位置センサ１８は、ディストリ
ビュータ１７に取付けられ、７２０°ＣＡ（クランク角
）毎に基準位置信号を出力する。またクランク角センサ
１９はディストリビュータ１７に取付けられ、３０°Ｃ
Ａ　（クランク角）毎に信号を出力する。

制御回路４１はマイクロコンピュータを備え、後述する
ように、各センサ１６，１８．１９からの信号に基いて
各気筒のトルク差を検出し、各気筒に対する燃料噴射量
を算出する。制御回路４１は、中央演算処理装置（ＣＰ
［Ｉ）４２と、メモリ４３と、入力ポート４４と、出力
ポート４５とを有し、これらはバス４６により連結され
る。各センサ１６，１８゜１９は入力ポート４４に、ま
た燃料噴射弁３１　、３２　。

３３・３４は出力ポート４５に接続される。

第３図は、制御回路４１による各気筒間の出力トルク差
を検出するルーチンを示す。このルーチンは一定のクラ
ンク角毎に割込み処理されて実行される。

ステップ１００では、エンジン回転数Ｎわが判定値以上
か否か判別される。エンジン回転数Ｎやはディストリビ
ュータ１７に設けられたクランク角センサ１９の出力信
号から検出される。エンジン回転数Ｎ、が判定値以上の
ときステップ１０８へ進み、判定値よりも小さいときス
テップ１０１以下が実行される。エンジンが高回転域に
ある時、各気筒間の出力トルク差が減少し、かつディス
トリビュータ１７を含む回転系の捩りの影響が大きいた
め、ステップ１０１以下の出力トルク差の検出処理を高
精度に行なうことができない。そこで、この場合、ステ
ップ１０８において積算値ＳＫｉおよびサイクルカウン
タＪ　（これらＳＫｉおよびＪはステップ１１１におい
て計算される）が０にクリアされ、またステップ１１７
において気筒カウンタｌが１にセットされて、このルー
チンを終了する。これに対し、エンジンが低中回転域に
ある時、ステップ１０１以下が実行される。

ステップ１０１では、現在所定の気筒が圧縮上死点（Ｔ
ＤＣ）にあるか否かが判別される。この判別は、従来周
知のように、基準位置センサ１８とクランク角センサ１
９からの出力信号に基いて行なわれる。すなわち基準位
置信号は、例えば１番気筒の圧縮ＴＤＣにおいて出力さ
れるようになっており、基準位置信号の検出から１８０
°ＣＡ、　　３６０゜ＣＡ、５４０°ＣＡ後に、それぞ
れ３番、４番、２番気筒が圧縮ＴＤＣにある。現在所定
の気筒が圧縮ＴＤＣにない場合、ステップ１０１の実行
によりこのルーチンは直ちに終了するが、所定の気筒が
圧縮ＴＤＣにあればステップ１０２が実行される。

ステップ１０２では、その気筒の圧縮Ｔ　Ｄ　Ｃ後の１
８０°ＣＡ、すなわち爆発行程における所要時間７１８
０ｉがクランク角センサ１９の出力信号とタイマに基い
て算出される。この所要時間Ｔ１８０ｉ　はその気筒の
出力トルクの逆数に比例する。ステップ１０３では気筒
カウンタｉが１だけインクリメントされ、ステップ１０
４では、全気筒についてステップ１０２による所要時間
７１８０ｉの演算が終了したか否かが判別される。全気
筒についてステップ１０２の実行が終了していればステ
ップ１０５へ進むが、まだ終了していなければ直ちにこ
のルーチンを終了する。本実施例では、エンジンは４気
筒を有しているので、ステップ１０４では気筒カウンタ
１が４を越えたか否かを判別してもよい。なお、気筒カ
ウンタ１の１．２，３．４は、点火順序を示し、それぞ
れ１番、３番、４番、２番気筒に対応する。

ステップ１０５では、全気筒の爆発行程の１８０゜ＣＡ
における平均所要時間Ｔ１８０ＡＶが算出される。そし
てステップ１０６では、各気筒について、その気筒の１
８０°ＣＡ期間の所要時間と全気筒の１８０°ＣＡ期間
の所要時間との比に１が求められる。すなわちこの比に
１は、その気筒のトルクと全気筒のトルクの平均値との
比を示す。

ステップ１０７では、現在燃料供給が遮断（燃料カット
）されているか否か判別される。スロットルセンサ１６
により、スロットル弁１５が実質的に全開状態にあるこ
とが検出され、かつエンジン回転数が所定値を上回って
いる時、現在燃料カット中であると判断され、これによ
り、ステップ１２１以下が実行されるが、それ以外の時
は燃料カット中ではないと判断され、次にステップ１１
１以下が実行される。

ステップ１２１では、各気筒について比Ｋｉが積算され
て積算値５ＫＦＣｉが求められ、またサイクルカウンタ
Ｊｆが１だけインクリメントされる。すなわち積算値５
ＫＦＣｉ　は、燃料カット中における、各気筒の爆発行
程所要時間と全気筒の爆発行程所要時間の平均との比Ｋ
ｉを積算したものである。

燃料カット中における各気筒の積算値５ＫＦＣｉ　の大
小関係は、各気筒が燃焼状態にないので、クランク角セ
ンサの角度検出の誤差を意味する。

ステップ１２２ではサイクルカウンタＪｆが５０に達し
たか否か、すなわちステップ１２１において比Ｋｉが５
０サイクル分積算されたか否かが判別される。５０サイ
クル分の積算が終わっていない場合、ステップ１１７へ
進んで気筒カウンタｌが１にセットされてこのルーチン
は終了し、その後再び全ての気筒について比Ｋｉ　　（
ステップ１０６）が求められる。ステップ１２２におい
てサイクルカウンタＪｆが５０になっている場合、ステ
ップ１２３において、積算値５ＫＦＣｉが積算値ＳＫＦ
　ｉに置換えられ、積算値５ＫＦＣｉ　とサイクルカウ
ンタＪｆが０にクリアされる。

ステップ１１１では、燃料供給中における各気筒の比Ｋ
ｉが積算されて積算値ＳＫｉが求められ、またサイクル
カウンタＪが１だけインクリメントされる。各気筒の積
算値ＳＫｉの大小関係は、各気筒の出力トルクの差に対
応する。カウンタＪが５０に達する前、ステップ１１２
からステップ１１７へ進み、気筒カウンタｌが１にセッ
トされてこのルーチンは終了するが、カウンタＪが５０
に達していればステップ１１３が実行される。すなわち
、爆発行程が連続する２つの気筒について、燃料供給中
の積算値ＳＫ＋、　ＳＫ＋−＋の差分と、燃料カット中
の積算値ＳＫＦ　１．　ＳＫＦ　＋　−＋の差分とを求
め、さらにこれらの差分（ＳＫ＋　　５Ｋｔ−υと差分
（ＳＫＦ！　　ｓＫＦ、−、）との変化量ＤＳＫ　ｉを
演算する。この変化量ＤＳＫｉは、その気筒におけるト
ルクの落込み量を表わす。

この変化量ＤＳＫ　ｉは、ステップ１１４において判定
値以上か否か判別される。変化量ＤＳＫ　ｉが判定値以
上であれば、ステップ１１５において燃料噴射補正係数
ＫＴＡＵｉがβだけ増加され、変化量ＤＳＫｉが判定値
よりも小さければステップ１１５　は実行されず現在の
燃料噴射補正係数ＫＴＡ［Ｊｉが維持される。ステップ
１１４．１１５は全ての気筒について実行され、これに
より、出力トルクが他の気筒に比べて小さい気筒に対し
、燃料噴射量が増加修正される。なお燃料噴射量ＴＡ旧
は ＴＡＵｉ＝　ＦＡＦＸＫＴＡＵｉ　ｘαｉ　ｘＴＰによ
り求められ、ここでＦＡＦはフィードバック係数、αｉ
は補正係数、ＴＰは基本噴射量である。

ステップ１１６では積算値ＳＫｉとサイクルカウンタＪ
が０にクリアされ、またステップ１１７では気筒カウン
タＩが１にセットされる。

しかして本実施例では、まず１サイクル（７２０゜ＣＡ
）毎に各気筒の爆発行程の１８０°口Ａ期間と全気筒の
平均１８０”　ＣＡ期間との比に１が求められ、そして
燃料供給中あるいは燃料カット中における５０サイクル
分の積算値ＳＫｉ、　ＳＫＦ＋　が求められる。

この積算値は５０サイクル毎に更新される。次いで爆発
行程が連続する２つの気筒について積算値ＳＫＬ　ＳＫ
＋−＋　の差分（ＳＫｉ−３Ｋ＋−＋）と積算値５ＫＦ
ｉ。

５ＫＦ１−、の差分（ＳＫＦｉ　−５ＫＦｉ−１）とが
演算され、これらの差分の変化量Ｄ　Ｓ　Ｋ　ｉが判定
値以上であれば、気筒カウンタｌに対応する気筒の出力
トルクが小さずぎるとして燃料噴射量が増量される。

上述したように、燃料カット中における各気筒の積算値
ＳＫＦ　ｉの大小関係は、各気筒が燃焼状態にないので
、クランク角センサの角度検出の誤差を意味するつした
がって、爆発行程で発生したトルクが各気筒において均
一であると、燃料供給中における各気筒の積算値ＳＫｉ
の大小関係は、燃料カット中における各気筒の積算値５
ＫＦｉの大小関係とほぼ同じになる。

第４図（ａ）　−（ｅ）は、各気筒における混合気の空
燃比を均一にした場合と、１つの気筒における混合気の
空燃比を他の気筒のものよりも大きくした場合とについ
て、各気筒の積算値ＳＫｉが燃料カット時における積算
値５ＫＦｉに対してどのような関係にあるかを調査した
結果である。第４図（ａ）に示されるように、各気筒の
空燃比Ａ／Ｆ”（実線Ａ）、すなわち出力トルクがほぼ
均一の場合、燃料供給時の積算値５Ｋｉ（実線Ｓ）と燃
料カント時の積算値５ＫＦｉ　（破線Ｃ）とは各気筒に
おいてほぼ一致し、したがって変化量ＤＳＫ＋　（実線
Ｄ）は各気筒において一定の値をとる。これに対し、１
つの気筒、例えば２番気筒の空燃比を大きくすなわち出
力トルクを小さくした場合、第４図（１））に示される
ように、燃料供給時の積算１直Ｓ　Ｋ　ｌ（実線Ｓ）と
燃料カット時の積算値５ＫＦｉ　（破線Ｃ）とは各気筒
において異なる。すなわち、２番気筒の積算値ＳＫｉが
積算値ＳＫＦ　ｉよりも大きくなると七もに、他の気筒
における積算値ＳＫｉが変化しており、この結果、２番
気筒の変化量ＤＳＫｉだけが他の気筒の変化ＩＤ５Ｋｉ
よりも明らかに大きくなっている。同様に、１番、３番
、４番気筒の空燃比を大きくすると、それぞれ第４図（
Ｃ）；　　（ｄ）。

（ｅ）に示されるようにその気筒の変化量ＤＳＫｉが大
きくなる。しかして第４図（ａ）〜（ｅ）により、変化
量ＤＳＫ　ｉが所定の判定値よりも大きい気筒は出力ト
ルクが小さすぎ、したがってこの気筒についてｒＱ　ｆ
４噴射量を増量させれば各気筒の出力トルクが均一化さ
れることが理解される。

各気筒の爆発行程の所要時間と全気筒の爆発行程の平均
所要時間との偏差をとり、この偏差が所定の判定値以上
か否かを判別するようにすると、この偏差はエンジン回
転数に応じて変化するため、判定１直を回転数毎に変え
なければならない。しかし上記実施例においては各気筒
の所要時間を全気筒の平均所要時間との比Ｋ】が用いら
れており、この比に１はエンジン回転数に拘らず一定の
ため、全ての回転数域において判定値は１つでよい。

また本実施例は、ディス）　ＩＪピユータの回転軸を含
む回転系の捩りの影響が大きい、エンジンの高回転域に
おいて、各気筒の出力トルク差を検出しないように構成
されている。したがって出力トルク差の誤検出が防止さ
れる。

さらに本実施例は、基準位置センサ１８により得られる
７２０°ＣＡ毎のパルス信号と、クランク角センサ１９
により得られる３０°ＣＡ毎のパルス信号と、スロット
ルセンサ１Ｇのスロットル全閉信号とから、燃料供給時
と燃料カット時における各気筒の爆発行程の所要時間を
求め、各気筒の出力トルク差を検出するものである。す
なわち、従来設けられているセンサによりトルク差が検
出されるので、通常のエンジンの構成がそのまま適用で
き、したがって特別にセンサ等を付加する必要がない。

さらに本実施例によれば、燃料カット時における爆発行
程所要時間を求めることにより、クランク角センサの角
度検出誤差が除去されるので、エンジン固有のバラツキ
に関係なく、各気筒間の出力トルク差を高精度に検出す
ることができる。

このように本実施例によれば、各気筒間の出力トルク差
の検出精度が向上するため、各気筒の空燃比を高精度に
均一化させることが可能となる。

この結果、アイドル運転をより、安定化させることがで
き、アイドル回転数を低下させて燃費を改善することが
できる。また、リーンバーン制御システムの場合、各気
筒間の出力トルク差が少なくなるために、エンジン全体
としてのトルク変動が小さくなり、空燃比をさらにリー
ンにすることができ、このため、燃費を向上させＮＯＸ
の排出量を減少させることができる。さらに、ストイキ
制御システムにおいて各気筒の燃料噴射量を独立に制御
した場合、各気筒の空燃比が均一化されるために、三元
触媒の浄化率を向上させることが可能となり、排気エミ
ッションをさらに改善することができる。

なお、各気筒の出力トルクを調整するには、上記実施例
のように必ずしも燃料噴射量を制御する必要はなく、各
気筒毎に点火時期を制御するようにしてもよい。

クランク角センサ１９の角度検出の誤差が小さく、燃料
カット中における各気筒の比に１の積算値ＳＫＦ　ｉが
各気筒について実質的に均一である場合、第３図の結合
ルーチンにおいて積算値ＳＫＦ　ｉを考慮する必要がな
く積算値ＳＫｉのみを考慮すればよい。すなわち、他の
実施例として、ステップ１０７゜１．２Ｌ　１２２．１
２３．１１３を実行せず、ステップ１１４において積算
値ＳＫｉが判定値以上か否かを判別するように変更する
とともに、燃料カット中は第３図に示された全てのステ
ップをスキップするようにしてもよい。第５図（ａ）、
　　（ｂ）はこの実施例における積算値ＳＫｉを示す。

もし各気筒のトルクが均一であれば、第５図（ａ）に示
されるように各気筒の積算値ＳＫｉは均一になるが、１
つの気筒（第５図（ｂ）では１番気筒）のトルクが相対
的に小さいと、第５図（ｂ）に示されるようにその気筒
の積算値ＳＫｉが他の気筒よりも大きくなる。したがっ
て、各気筒間のトルク差を検出するためには、上述した
ように積算値ＳＫｉが判定値以上か否かを判別するだけ
でよい。

この実施例によっても第３図のルーチンによる上記実施
例の場合と同様な結果が得られる。

さて上記各実施例において、もし各気筒の爆発行程の所
要時間とその全気筒平均値との比を求めるサイクルの途
中で例えば点火時期が大きく変化すると、各気筒間の燃
焼状態が均一であっても各気筒間のトルク差が過大であ
ると判定され、これによりトルクが小さいと誤判定され
た気筒の燃料噴射量が増加せしめられるおそれがある。

そこで本発明のさらに他の実施例として、第６図に示す
ように、ステップ１０４と１０５の間にステップ１３１
〜１３４が設けられ、点火時期の変化量が大きい時は上
記比を求めるステップ１０５〜１０８．１１１〜１１７
゜１２１〜１２３が実行されない。

すなわち、ステップ１０４において、全気筒についてス
テップ１０２による所要時間Ｔ１８０ｉ　の演算が終了
したと判定されると、ステップ１３１　において現在の
点火時期データがＩＧに格納される。ステップ１３２で
は、現在の点火時期データＴＧと前回、）点火時期デー
タｒｃ、の差の絶対値１１６−ＩＧ。

が所定値に以上か否かが判別される。この絶対値＋Ｇ−
ＩＧＯｌが所定値に以上である時、連続する２サイクル
間において点火時期が大きく変化したことを意味し、し
たがって、上述したようにこの状態で上記比を判定する
と、実際の気筒間トルク差を正確に判定できない。そこ
でこの場合、上記比を求めるステップは全て飛ばされ、
ステップ１３３において現在の点火時期データＩＧがＩ
Ｃ，に更新された後、直ちにこのルーチンは終了する。

一方、ステップ１３２において絶対値ＩＩＧ−ＩＧ。

所定値により小さい時、ステップ１３４において現在の
点火時期データＩＧがＩＧｏに更新された後、ステップ
１０５以下が実行され、各気筒の爆発行程の所要時間と
その全気筒平均値との比が求められて、各気筒間のトル
ク調整が行われる。

その他のステップは第３図と同様であり、その説明を省
略する。

しかしてこの実施例によれば、負荷が変化して点火時期
が大きく変化し、これにより各気筒間のトルク差が大き
くなるような場合、各気筒間のトルク差を判定すること
がなくなる。したがって、このような過渡時における気
筒間トルク差の誤判定が防止され、エンジンの運転制御
の精度がさらに高められる。

１７・・・ディストリビュータ、 １８・・・基準位置センサ、 １９・・・クランク角センサ。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、各気筒の出力トルク差が
高精度に検出され、ひいてはエンジンの運転制御の精度
を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の構成図、 第２図は本発明の一実施例を適用したエンジンを示す図
、 第３図は出力変動検出ルーチンのフローチャート、 第４図（ａ・）〜（ｅ）は各気筒の空燃比Ａ／Ｆ、積算
値ＳＫｉ、　５ＫＦｉおよび変化量ＤＳＫｉを示す図、
第５図（ａ）、　　（ｂ）は積算値ＳＫｉの各気筒間の
差を示す図、 第６図は本発明の別実施例としての出力変動検出のフロ
ーチャート（部分）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．燃料供給時における各気筒の爆発行程の所要時間を
   求め、各気筒の所要時間とこの所要時間の全気筒におけ
   る平均値との比を算出する比算出手役と、上記比に応じ
   て各気筒の出力変動を検出する手役とを備えることを特
   徴とする内燃機関の出力変動検出装置。