JPH03124970A - 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、内燃機関の燃焼制御装置に係り、詳しくは自
動車等内燃機関のノッキングを抑制しつつ運転性を高め
る燃焼制御装置に関する。

（従来の技術） 内燃機関の点火時期は燃焼状態を制御する上で最も重要
なものの１つであり、特に機関が最適に運転されるよう
に機関の状態に応じて決定する必要がある。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ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ　ａｄｖａｎｃｅ　
ｆｏｒ　Ｂｅ５ｔ　Ｔｏｒｑｕｅ）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に点火時
期を変える必要がある。

ところが、ある機関状態においては点火時期を進めてい
くとノッキングが生じ、安定な機関運転を行うことがで
きない。例えば、過渡運転時にはノッキングが発生しや
すい。

そこで、ノッキングの回避を図った制御装置として、例
えば特開昭５８−１３５３６５号公報に記載されている
ようなものが知られている。この装置では、エンジンの
シリンダブロックにノックセンサを取り付け、該ノック
センサによりシリンダブロックの高周波振動を検出する
とともに、この振動を信号処理してノッキングの有無や
ノック強度を判定し、この判定結果に基づいて点火時期
を制御しノッキングを回避するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 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、ノッキングによるシリンダブロックから
の高周波振動によりノッキングの有無やノッキング強度
を判定し、点火時期を決定するという制御方法、すなわ
ちノッキング現象をシリンダブロック振動に変換し、点
火時期を遅らす等の制御により点火時期を決定する構成
となっていたため、ノッキング検出センサの取り付は位
置によりノッキング強度判定が異なったり、あるいはノ
ッキング検出時期が遅れるという不具合が生じ、その結
果、点火時期が不適切となって制御精度が低下するとい
う問題点があった。

以上は燃焼状態として点火時期を制御した場合の問題点
であるが、これに限らず、ノック情報を検出して燃焼状
態を制御する場合（例えば、スワール、空燃比の制御）
には同様の不具合がある。

一方、シリンダブロックの振動によりノックを検出する
タイプとは別にシリンダ内の燃焼時に発生する物理量（
イオン、光、温度など）からノックの有無を検出するも
のも提案されている（特開昭６１−２５０３６６号公報
参照）。このものは、シリンダ内の相異なる空間の燃焼
状態を個別に′ｆ３ｉ数のセンサで検出し、この検出信
号を処理することで、最大圧力対応角度やノッキングな
どの異常燃焼の検知を可能としている。したがって、こ
のような技術を用いて点火時期を制御することも考えら
れる。

しかしながら、この装置はあくまでも複数のセンサを用
いて燃焼時に発生する複数の物理量の比較、進行方向及
び通過時点の検出を行うことにより、シリンダ内の異常
燃焼等を判定するものであり、前記従来例と同様にセン
サの取り付は位置によりノッキング強度判定が異なった
り、ノッキング検出時期が遅れることがある他、検出の
ための構成も複雑になるという欠点がある。

（発明の目的） そこで本発明は、燃焼室内の光強度の時間変化からノッ
キングを判定することにより、簡単な構成でノッキング
の判定時間および精度を高め燃焼制御の精度を向上させ
ることを目的としている。

（課題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
の運転状態を検出する運転状態検出手段ａと、エンジン
の燃焼室内で発生する光を検出する光検出手段すと、光
検出手段すの出力に基づいて燃焼光の立ち上がりから最
大燃焼光までの時間を演算し、該演算結果に基づいてノ
ッキングを判定するノック判定手段Ｃと、エンジンの運
転状態に基づいて燃焼状態を制御する基本制御値を設定
する基本値設定手段ｄと、前記基本制御値をノック判定
手段Ｃの出力に基づき補正してエンジンの燃焼状態を制
御する制御値を演算する制御手段ｅと、制御手段ｅの出
力に基づいてエンジンの燃焼状態に関連するパラメータ
を操作する燃焼匿作手段ｆと、を備えている。

（作用） 本発明では、エンジンの燃焼室内で発生する光が検出さ
れ１．、この燃焼光の立ち上がりから最大燃焼光までの
時間が演算され、さらに該演算結果からノッキングの判
定が行われ、その判定結果に基づいて燃焼状態が制御さ
れる。

したがって、ノッキング現象そのものからの信号をもと
に燃焼状態が判定されることとなり、簡単な構成でノッ
キングの判定時間および精度が高まり、燃焼制御■の精
度が向上する。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜６図は本発明に係る内燃機関の燃焼制ｉ’ｉｌｌ
装置の第１実施例を示す図であり、エンジンの燃焼状態
として点火時期を制御する例である。

まず、構成を説明する。第２図において、■はエンジン
であり、吸入空気は吸気ポートの吸気弁２を介して各気
筒に供給され、燃料は噴射信号に基づきインジェクタ（
図示路）により噴射される。

各気筒には点火プラグ３が装着されており、気筒内の混
合気は点火プラグ３の放電作用によって着火、爆発し、
排気となって外部に排出される。

なお、点火プラグ３は高圧パルスを発生ずる点火ユニッ
ト４からの信号により放電し、点火ユニット４を含む点
火プラグ３は燃焼操作手段５に相当する。また、図中、
６はシリンダヘッド、７はシリンダブロック、８はピス
トン、９は燃焼室、１０はシリンダヘットガスケラＩ・
である。

シリンダへッドガスケノト１０には光ファイバ１１が挟
み込まれており、光ファイバ１１の一方の端面ば燃焼室
９に臨み、他方の端部は光−電変換器１２に接続されて
いる。そして、燃焼室９内の燃焼光は光ファイバ１１を
通して光−電変換器１２に導かれ、光−電変換器１２に
より電気信号に変換される。なお、光信号の検出精度を
向上させるために光−電変換器１２の前段にバンドパス
フィルタを使用するようにすれば、低温時の燃焼悪化状
態においても使用可能になる。上記光ファイバ１１およ
び光−電変換器１２は光検出手段１３を構成する。

エンジン１の回転数Ｎは回転数センサ１４により検出さ
れ、吸入空気ｆｆ１Ｑａはエアフローメータ１５により
検出される。また、冷却水の水温Ｔｗは水温センサ１６
により検出され、燃焼室９の燃焼光は光検出手段１３に
より検出される。上記回転数センサ１４、エアフローメ
ータ１５および水温センサ１６は運転状態検出手段１７
を構成しており、運転状態検出手段１７および光検出手
段１３からの信号はコントロールユニット１８に入力さ
れる。コントロールユニット８はノック判定手段、基本
値設定手段および制御手段としての機能を存し、主にマ
イクロコンピュータにより構成される。コントロールユ
ニット１８は入力された各信号に基づいてノック判定や
エンジンの燃焼制御に必要な処理値を演算処理し、必要
に応じて点火信号を点火ユニット４に出力する。

次に、作用を説明する。

第３図は点火時期制御のプログラムを示すフローチャー
トであり、本プログラムは所定時間毎に一度実行される
。まず、Ｐ、で冷却水温Ｔｗ、エンジン回転数Ｎおよび
吸入空気量Ｑａを読み込み、これらの値に基づいて基本
点火時期■、。をルックアンプし、これを読み込む。次
いで、Ｐ２で第４図に示すマツプからそのときの運転条
件に応じた燃焼期間の基準値ＣＮをルックアンプして読
み込む。

ここで、燃焼期間とは、第５図に示すように燃焼の立ち
上がり（光信号の立ち上がりクランクＣ３に対応）から
最大燃焼光（光信号の最大値のクランク角ＣＫに対応）
となるまでの期間に相当し、運転条件により異なるもの
である。すなわち、般に正常燃焼している場合は、第５
図の破線に示すように燃焼光強度はゆるやかな上昇を描
くが、ノッキング等の異常燃焼の場合第５図の実線で示
すように光強度が急速に立ち上がるという特異な性質が
ある。言い換えれば、燃焼光の立ち上がりから最大燃焼
光になるまでの時間はノッキングと強い相関がある。ノ
ッキングは未燃ガスが一瞬に燃焼する現象であるので、
燃焼光の光量も一瞬に増加するからである。また、ノッ
キングによって発生する燃焼光の種々の性質の中で最も
早くノッキングの有無を判断できるのもこの信号（燃焼
光のことで、光信号に対応）である。何故なら、第６図
（ａ）に示すようにノック圧力による光強度振動は燃焼
波形のピークの後に現れるが、燃焼光の立ち上がりはこ
れよりも前に現れるからであり、以上の理由から燃焼光
の光量はノック有無の判断に対し非常に重要な因子とな
る。

一方、燃焼時間をノッキング制御に使用した場合に問題
となるのは、第６図（ｂ）に示すように燃焼光による出
力の変化信号が数通りあって、その態様が異なるという
事実であり、例えば単にある一つのスライスレベルでの
み燃焼時間を求めてノックの有無を判断するは非常に難
しいということである。したがって、本発明のように立
ち上がりから最大燃焼光までの時間を演算し、これを比
較することでノックの判断を正確なものとしている。な
お、光信号の立ち上がりクランク角Ｃ５は一定のスライ
スレベル以上になったときとしているが、光ファイバ１
１の取り付けによっては光量のグランドレベルが変化す
る場合も考えられるので、立ち上がりの傾きで判断する
ようにしても好ましい。

したがって、以上の理論から本実施例では光信号の立ち
上がりクランク角から光強度のピークのクランク角まで
のクランクの回転角度の大小により、ノックの有無が判
断できる。そのために光信号の立ち上がりクランク角を
Ｃ５、実測する光信号最大値のクランク角をＣえとして
、前述の燃焼期間の基準値ＣＨと比較することで、ノッ
クの有無を判定処理している。なお、運転条件は第４図
にはエンジン回転数とトルクで示しているが、実質的に
はエンジン回転数とエアフローメータ１５からの吸入空
気量でマツプ化している。

以上の原理に基づきＰ３では光信号の立し上がりクラン
ク角Ｃ３および最大値のクランク角ＣＫを読み込み、Ｐ
４で ＣＫ−Ｃ，５０Ｍ　・・・・・・■ が成立しているか否かを判別する。０式が成立している
ときは第５図に示す関係から燃焼光の立も上がりが急で
ノックが発生していると判断し、Ｐ５で点火時期をリタ
ード側に制御するためのリタードｌＩ□を次式の関数に
従って演算する。

１、、＝ｆ　（Ｃ，−Ｃ，、Ｎ、Ｑａ、Ｔｗ）・・・・
・・■ すなわち、リタードＮ　Ｉ　Ｒｌはノック強度（ＣＫＣ
８）のみならず、そのときの運転条件（Ｎ、　　Ｑａ、
Ｔｗ）に応じて最適に演算する。次いで、Ｐ６で最終点
火時期Ｉ、を次式に従って演算し、これに対応するタイ
ミングで混合気に点火する。

１９＝１．。−１１１１・・・・・・■一方、Ｐ４でＮ
ｏであるときはＰ、で次式に従って進角量■□を演算す
る。

Ｉｎ＋＝ｆ　（ＣＫ　　Ｃ５、Ｎ、Ｑａ、Ｔｗ）・・・
・・・■ 次いで、Ｐ、で次式に従って最終点火時ＭＩｑを演算し
て今回のルーチンを終了する。

１、＝１．。＋ＩＡＩ　　・・・・・・■但し、Ｉ９≦
ｌ　ＨＩＴ なお、Ｉ９はＩＭＩＴ　　（ＭＢＴ進角値）を超えるこ
とはなく、ノックを抑制しつつも点火時期を進めるがＭ
ＢＴ制御の原則を維持する。

このように、本実施例では燃焼室９内の光強度の時間変
化からノッキングを判定しているので、簡単な構成でノ
ッキングの判定を速やかに行うことができる（判定時間
の短縮）とともに、判定精度を高めることができ、点火
時期制御の精度を向上させることができる。また、振動
ノッキングセンサが不要になるという効果もある。

次に、第７図は本発明の第２実施例を示す図であり、本
実施例は燃焼光検出のための光ファイバを点火プラグ内
蔵型とし、かつ制御手法として光信号の強度も制ｉｌｌ
因子に加えたものである。

すなわち、ノッキング現象は未燃混合気が一時期にＣ−
度に）燃焼するため、その時期（クランク角）の光信号
は非常に強くなる。したがって、燃焼光のピークの立ち
上がり時間の判定の前後の何れかに正常燃焼時の光信号
ピーク値ＩＰＮ（マツプ値として予め設定）と、光ファ
イバからの測定値ＩＰＫの比較を入れることにより、よ
りきめ細かい制御が可能となる。

そのため、本実施例ではＰ、を経ると、次いで、Ｐ、で
ＣＮに加えて上記ピーク値ＩＰＮを読み込み（第５図参
照）、Ｐ＋ｚでＣ３，ＣＫの他にさらに上記測定値ＩＰ
Ｋを読み込む（第５図参照）。次いで、Ｐ４で第１実施
例と同様の判別を行い、ＹＥＳのときはＰｌ、で Ｔ、に≧に、　　中Ｉ　ＰＨ，８，”、■但し、Ｋｏ　
：定数 が成立しているか否かを判別する。成立していないとき
はノックの程度が小さいと判断してＰｌに戻り、成立し
ているときはＰｌ４で次式に従ってリタード量ＩＮ□を
演算する。

ｒｉｚ＝ｆ　　（Ｃｘ　　Ｃｓ、Ｉｐｘ、Ｎ　、Ｑａ、
Ｔｗ）・・・・・・■ 次いで、ＰＩ５で次式に従って最終点火時期を演算する
。

Ｉ、−１，。−ＩＲＺ　　・・・・・・■一方、Ｐ４で
ＮＯのときはＰ　１６で次式に従って進角値ＩＡ２を演
算する。

Ｌｚ−ｆ　　（Ｃｘ　　Ｃｓ　、Ｎ　、Ｑａ、Ｔｗ）・
・・・・・■ 次いで、ｐａｔで次式に従って最終点火時３Ｕ１１１　
ｑを演算する。

！、＝Ｉ、。＋ＩＡｚ　　・・・・・・［相］但し、１
．≦Ｉ　ＭＢＴ したがって、本実施例ではＩＰＫおよびＩＰＮを判定要
求に加えている分だけ、第１実施例以上によりきめ細か
（点火時期制御を行うことができる。

なお、ＩＰＫ出力は光フアイバ異常の判断に使用するこ
とも可能である。

また、上記各実施例では燃焼状態を制御するパラメータ
として点火時期を操作しているが、これに限らず、他の
パラメータ例えば空燃比、吸入スワール等を操作するよ
うにしてもよい。

（効果） 本発明によれば、簡単な構成でノッキングの判定時間お
よび精度を高めることができ、エンジンの燃焼制御の精
度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図は本発明に係
る内燃機関の燃焼制御装置の第１実施例を示す図であり
、第２図はその全体構成図、第３図はその点火時期制御
のプログラムを示すフローチャート、第４図はその燃焼
期間の基卓値ＣＨのマツプを示す図、第５図はその燃焼
光の変化を示す図、第６図（ａ）（ｂ）はそのノッキン
グに伴う燃焼光の変化状態を説明する図、第７図は本発
明に係る内燃機関の燃焼制御装置の第２実施例を示す点
火時期制御のプログラムを示すフローチャートである。 ■・・・・・・エンジン、 ２・・・・・・吸気弁、 ３・・・・・・点火プラグ、 ４・・・・・・点火ユニット、 ５・・・・・・燃焼操作手段、 ６・・・・・・シリンダヘンド、 ７・・・・・・シリンダブロック、 ８・・・・・・ピストン、 ９・・・・・・燃焼室、 １０・・・・・・シリンダへッドガスケノト、１１・・
・・・・光ファイバ、 １２・・・・・・光−電変換器、 １３・・・・・・光検出手段、 １４・・・・・・回転数センサ、 １５・・・・・・エアフローメータ、 １６・・・・・・水温センサ、 １７・・・・・・運転状態検出手段、 １８・・・・・・コントロールユニット（ノック判定手
段、基本値設定手段、制御手段）。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 ｂ）エンジンの燃焼室内で発生する光を検出する光検出
   手段と、 ｃ）光検出手段の出力に基づいて燃焼光の立ち上がりか
   ら最大燃焼光までの時間を演算し、該演算結果に基づい
   てノッキングを判定するノック判定手段と、 ｄ）エンジンの運転状態に基づいて燃焼状態を制御する
   基本制御値を設定する基本値設定手段と、 ｅ）前記基本制御値をノック判定手段の出力に基づき補
   正してエンジンの燃焼状態を制御する制御値を演算する
   制御手段と、 ｆ）制御手段の出力に基づいてエンジンの燃焼状態に関
   連するパラメータを操作する燃焼操作手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。