JPH03246346A - 内燃機関の燃焼状態検出装置 - 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燃焼状態を回転速度により検出する
装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭５８−５１２４３号記載のように
１点火サイクル内の２点における回転速度の差により燃
焼状態を判定している。また、特開昭６２−２２８１２
８号記載のように回転速度の２乗の差により燃焼状態を
判定しているものもある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、回転速度変動が燃焼によりエネルギー
にのみによって発生するとしており、ピストン等の往復
動慣性により発生する回転速度変動についての配慮がさ
れていない。このため特に高速回転時に誤差が大きくな
り、燃焼状態判定を誤ったりする問題があった。

本発明は回転速度変動から正確に燃焼状態を検知するた
めの情報処理手順及びそれを実現する装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、回転速度から往復動慣性等に
よる速度変動分を補正し、燃焼エネルギーによって生じ
る変動分のみを得られるようにしたものである。

〔作用〕

内燃機関の点火サイクル内の回転速度変動は。

ひとつは燃焼により発生するトルクの変動による。

更に、現在の自動車用内燃機関のほとんどがそうである
が、往復動をするピストンを有する内燃機関では、この
往復動慣性のためにトルク変動が生じ結果的に回転速度
変動を生じている。他には吸・排気弁を動かす動弁機構
によってもトルク変動が生じる。また、エアコンのコン
プレッサ等によってもトルク変動は発生するが、これら
は例えば０Ｎ１０ＦＦによるステップ的な変動を除けば
、点火サイクル内の回転速度変動のように短周期での変
動は無視できる。

すなわち燃焼状態を検知するためには回転速度変動を測
定し、往復動慣性や動弁機構等の分を除いて燃焼による
回転速度変動のみを抽出してやれば後の処理は例えば前
記の公知例の様にすれば良い。本発明では、クランク角
度と回転速度とから正確かつ容易に上記の往復動慣性等
による回転速度変動分を補正できるようにした。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す図面である。

内燃機関１のクランク軸７に固定されたリングギヤ４の
歯車に対向したマグネットピックアップ５は、クランク
軸７の１回転につきリングギア４の歯車の数だけのパル
ス信号を発生する。また、リングギア４には突起部４ａ
があり、この突起部４ａに対向してマグネットピックア
ップ６より１回転につき１個のパルス信号が出力される
。更にカム軸２に取り付けられたカム角センサ３より、
クランク軸７の２回転につき１回のパルス信号が出力さ
れる。これらの信号は演算回路８に入力され回転速度及
び、クランク角度が計算され、測定される。

なお、本実施例ではリングギアを利用して回転速度等を
検出しているが、例えばクランク軸に別のセンサを取り
付けて測定するなどの方法もある。

第２図は演算回路３の構成を示す図である。前述のカム
角センサ３の出力３ａ、マグネットピンクアップ５の出
力５ａ及びマグネットピックアップ６の出力６ａ、更に
、図示しない空気流量センサ、水温センサ等の出力が入
力される。これらの入力情報に基づき、ＲＯＭＩＩに記
憶されたプログラムによって点火・燃料等の制御が行わ
れる。

第３図は内燃機機関１のひとつの気筒について、ピスト
ン９．コンロッド１０とクランク軸７のクランク部７ａ
の角度（以下クランク角度θと記す）との関係を示す。

本図の気筒からクランク軸７に伝達される燃焼室１２内
の圧力Ｐより発生するトルクｔｇは圧力Ｐ及びクランク
角度θの関数であり、次式によって定義できる。

１ｇ（θ）＝ｐ−Ａ−ｓｉｎ（φ十〇）／ｃｏｓφ　・
（１）ここで、Ａはピストン９の上面の受圧面積であり
、φは図示された部分の角度を示し、以下の関係が成立
する。

ｓｉｎφ＝−ｓｉｎθ＝Ｋｓｉｎθ　　　　　　　　　
＝−（２）ここで、Ｒはクランクピン７ｂの回転半径で
あり、Ｌはコンロッド１０の軸間距離である。Ｋはに＝
Ｒ／Ｌと定義する。

同様にピストン９及びコンロッド１０の一部等の往復動
部分の慣性により発生するトルク１１はクランク角度θ
と回転速度ωの関数であり、次式によって定義できる。

・・・（３） ここで、Ｍは往復動部分の質量である。

従ってひとつの気筒から発生するトルクｔは次式となる
。

ｔ＝ｔｆ＋ｔｌ　　　　　　　　　　　　　　・・・（
４）ここで４気筒エンジンの場合について添字ｊ（ｊ＝
１＋・・・、４）により第ｊ気筒を表すことにすると次
式で成り立つ。

ここで次の様に定義する。

（５） 式は次式となる。

Ｔ　”　Ｔｚ＋　Ｔ　ｔ ・・・（７） ここでクランク軸７の回転速度をωとすると、次式の関
係が成り立つ。

ここで、 １区 は第１図のクラッチ側からの負荷 トルクであり。

■はクランク軸７等の回転系の慣 性モーメントである。

（８）。

（７）式より ここでω。

を次式で定義する。

（６）。

（３）式を使って次式のように近似できる。

・・・（１１） とおくと、 次式が求まる。

ωＣ″：ωｈ（θ） ・・・（１３） また（９）。

（１０）式より次式が求まる。

また。

を次式で定義する。

ωｇ＝　ω　−ωＣ ・・・（１５） （１４）、　（１５）式より次式が求まる。

ここで点火サイクル毎の変動の様に短周期の事象をみる
場合Ｔｍは一定（前述の様なエアコンのコンプレッサ等
による負荷トルクのステップ的変動については、例えば
エアコンＳＷの状態が変化した場合に燃焼状態判定を中
止する様にすれば良く、これは容易に実現できる。）と
見なせる。従ってωｇを用いることによってＴｔすなわ
ち燃焼状態のみの情報を得ることができる。ω１はωと
クランク角度θの関数であるｈ（θ）との積ωＣよりω
ｇ＝ω−ωＣとすることによって求められる。

更にｈ（θ）はθの周期関数であり３６０°または７２
０°分をあらかじめ求めておけば、ωＣを計算するたび
にｈ（θ）を計算する必要がない。

なお（１２）式は下式としても良い。

ωＣ＃ω・ｈ（θ）　　　　　　　　　・・・（１３’
　）ここにωは点火サイクル内の特定区間の平均値であ
り、ω／ω弁１である。

以上、往復動慣性についての補正方法について説明した
。通常はこの往復慣性の影響が大きく。

この補正のみ十分な場合が多い。もし例えば図示しない
動弁機構についての補正をする場合・・・（１２’　　
） ｈｚ（θ）＝動弁機構によりクランク角θにおいて発生
するトルク　　　　　・・・（１７）とおいて （＋）ｃ＝（＋３”ｈｉ（θ）＋ｈｚ（Ｏ）　　　　　
　　　−（１８）の様にすれば以下の手順は同じで良い
。この様に一般に慣性力による変動分の補正係数として
ｈｘ（θ）、スプリング等の弾性力１こよる変動分の補
正係数としてｂｚ（θ）を決定しておけば、（１８）式
によりωＣ更に（１５）式にてωｇを求めることができ
、燃焼状態情報を得ることができる。

第４図は本実施例のブロック図であり、第５図は各信号
のタイミングを示す図面である。３ａは前述の様にカム
角センサ３の出力でありクランク軸７が２回転すること
に１回出力される。６ａは同じくマグネットピックアッ
プ６の図示しない波形成形回路を通した後の出力であり
クランク軸７が１回転することに１回出力され、更に例
えば第１気筒のＴＤＣに合せである。５ａはマグネット
ピックアップ５の図示しない波形成形回路を通した後の
出力であり、リングギア４の歯に対応して一定のクラン
ク角度ごとに出力される。波形１３は角度カウンタ１５
のカウントを示し、３ａと６ａとのＡＮＤ信号によりリ
セットされ、５ａのパルス数をカウントした値を示す。

このカウント数１３により、例えば第１気筒の爆発ＴＤ
Ｃを基準としたクランク角度を検出することができる。

クランク角度θ計算及びサンプリングタイマ部１６では
前述のカウント数からクランク角度θを計算し、更に一
定のクランク角度位置と幅で回転速度を検出するための
タイマ信号１４を出力する。

カウンタ１９ではこのタイマ信号１４が出力されている
間のみクロック１８からの信号をカウントする。このカ
ウント値から回転速度計算部２０で回転速度ωを求める
。また、クランク角度０に基づき、ｈ（θ）テーブル検
索部１７でテーブル値ｈ（θ）を検索する。テーブル値
は前記ＲＯＭＩＩに第６図に示す様に記憶しておけば良
い。ここで（ａ）図は例えば（１３）式の様に１種類の
ｈ（θ）を使う場合の例であり、（ｂ）図は（１８）式
の様に２種類のｈ（θ）を使う場合の例である。なお、
ｈ（θ）テーブルは、回転速度ωを検出するクランク角
度に対応して記憶しておけば良い。以上の様にして求ま
ったω、ｈ（θ）より、ωＣ２ωｇ計算部２１で前述の
様にしてωｇを求める。このωｇと対応するクランク角
度θより、燃焼状態判定部２１にて燃焼状態を判定する
。判定方法については、例えば（１６）式の様に時間微
分するか、他の公知の方法を使うことができる。

第７図は４気筒内燃機関の場合の回転速度データの例で
ある。θ＝０°は第１気筒の爆発ＴＤＣに合せである。

また運転条件としては、往復動慣性の影響の大きい高回
転の場合である。例として、１点火サイクル内の最適、
最低回転速度を検出するためＡＴＤＣ９０＠、１８０’
　　・・・にて回転速度を検出する場合、従来の場合、
最高回転速度＝ω′Ｈ１最低回転速度＝ω′Ｌと大小関
係が逆転する場合がある０本発明により求めたωｇを見
ると、θ押Ｏ０から加速し、θ″：９０°で最高回転速
度となり、次の点火サイクルの始まるθ幻１８０゜で再
び最高回転速度となり、燃焼情報を抽出できていること
が判る。この場合最高、最低回転速度はωＨ９ωＬとな
り逆転はない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、簡単な手法で回転速度データから燃焼
情報を抽出できる。これにより従来例えば低回転でしか
判定できるなかった燃焼状態判定法であっても全回転速
度域での判定が可能になる。

また、燃焼状態を定量的に検出することも可能となる。

このことは燃焼状態判定の精度を高めることであり、例
えばリーンバーンや、故障診断等に適用すれば、燃ピ低
減、排気ガス浄化等にもつながるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例をそなえた内燃機関を示す図
面、第２図は演算回路の構成例を示す図面、第３図は内
燃機関のピストン、クランク軸等の関係を示す図面、第
４図は実施例のブロック図、第５図は各種信号のタイミ
ングを示す図面、第６図は補正のための係数のテーブル
を説明する図面、第７図は本発明の詳細な説明するため
の回転速度データの例を示す図面である。 １・・・内燃機関、４・・・リングギア、７・・・クラ
ンク軸、９・・・ピストン、１７・・・ｈ（０）テーブ
ル検索部、第 １ 図 ４　・　・リングギア 第 図 第 図 ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と
   、この回転速度に対する回転速度補正量を求める手段と
   、さらに回転速度補正量から補正回転速度を求める回転
   速度補正手段と、この補正回転速度より内燃機関の燃焼
   状態を判定する燃焼状態判定手段とよりなる内燃機関の
   燃焼状態検出装置。 ２、前記燃焼状態判定手段はエンジンの失火状態を判定
   することを特徴とする特許請求範囲第１項記載の内燃機
   関の燃焼状態検出装置。 ３、前記回転速度補正手段は、係数を記憶する記憶手段
   と、前記回転速度の検出されたクランク角度に対応して
   前記記憶手段に記憶された係数と前記回転速度より回転
   速度補正量、更に補正回転速度を演算する演算手段とよ
   り成ることを特徴とする特許請求第１〜２項記載の内燃
   機関の燃焼状態検出装置。