JPH0339183B2

JPH0339183B2 -

Info

Publication number: JPH0339183B2
Application number: JP58009927A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Aono
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-01-26
Filing date: 1983-01-26
Publication date: 1991-06-13
Also published as: JPS59136543A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の利用分野）本発明は内燃機関の燃焼状態を最適に制御する
装置に関するものである。

（従来技術）内燃機関の燃焼状態を制御する技術としては、
例えば次のようなものが開示されている。

まず特公昭49−17973号は、燃焼室内圧力をイ
オン化電流に変換し、このイオン化電流のピーク
値を検出し、点火時期を調整して、上死点に対す
る最高燃焼圧力点の角度を最適に制御することに
より、内燃機関の出力を最大にしようとするもの
である。

また特会昭49−29209号は、内燃機関の燃焼室
内圧力の尖頭値発生時期を電気的に検出する装置
とクランク軸の回転角基準位置を電気的に検出す
る装置とを備え、燃焼室内圧力の尖頭値の発生位
置をクランク軸の回転角基準位置信号を用いて検
知し、これを最適位置にするように点火位置を変
えるものである。

また特開昭53−56429号は、燃焼室内圧力が予
め決められた或る値以上にならないように点火時
期を制御して排気ガス中の有害成分を低減しよう
としたものである。

また特開昭52−77935号は、燃焼ガスの最高圧
力と予め決められた基準設定圧力との差を検知し
て、最高圧力を基準設定圧力に適合させるように
制御する点火時期制御方法を開示している。

また特開昭52−151432号は、点火時期を進める
に従つて燃焼室内圧力の最大値Pmaxとモータリ
ング圧力Pmとの比Pmax／Pmが大きくなる傾向
があり、MBT（minimum spark advancc for
best torque）では、回転速度、吸入負圧、空燃
比等のパラメータに拘らずPmax／Pmが殆ど一
定である性質を利用して、点火時期をPmax／
Pmが一定となるように制御するものであり、従
来の内燃機関の試験結果に基づいて平均的点火時
期をプログラムした方式の点火時期制御装置と比
較して、大気状態、内燃機関特性のばらつき等の
補正を必要としない点で優れている。

また特開昭53−60431号は、上記の特開昭52−
151432と同様に、Pmax／Pmが所定値となるよ
うに制御する点火時期制御装置において、ノツキ
ングが生じた時点では点火時期を遅らせるように
制御するものである。

また特開昭52−39038号は、燃費率を最小にす
る最適な点火時期は、単に内燃機関の回転速度と
吸気圧の二つのパラメータのみでプログラムする
ことは難しく、かつ内燃機関や点火装置等のばら
つきを考慮すると、点火時期を周期的に変化させ
ることによつてトルク変化を発生させ、点火時期
の変化する位相とトルクの位相関係を判別して両
者の位相関係によつて点火時期を制御することに
より、最小燃費率で内燃機関を動作させようとす
るものである。

しかし上記のごとに従来技術においては、燃焼
室内圧力において、モータリング圧力（ピストン
の上下によつて燃焼室内の気体が圧縮されて生じ
る圧力）と燃焼圧力（混合気の燃焼によつて生じ
る圧力）とを識別していない。そのため圧力波形
の値が変化したとき、圧力センサの指示値が変化
したのか現象そのものが変つたのかを明確に区別
できない。

また燃焼室内圧力を検出する圧力センサの出力
を内燃機関の動作中に較正することが出来なかつ
たので、燃焼室内における物理現象が変化したの
か、圧力センサの温度変化、経時変化による出力
変化かを明確に識別することが出来ない。

従つて従来の装置においては、燃焼に密接な関
係のある燃焼圧力の最大値、燃焼圧力が最大とな
るクランク角、燃焼圧力の立上り勾配、立下がり
勾配、熱発生量および燃焼継続時間等の各パラメ
ータを実時間で正確に検出することが出来なかつ
たので、内燃機関の固体間のばらつきや経時変化
等を有効に補正することが出来ず、また点火時
期、空燃比、EGR量を個別に制御していたので、
燃焼制御において十分な性能を得ることが出来な
いという問題があつた。

（発明の目的）本発明は上記の問題を解決するためになされた
ものであり、前記のごとき燃焼に密接な関係のあ
るパラメータを内燃機関の実働中に検出し、その
値に応じて燃焼を最適に制御する装置を提供する
ことを目的とする。

（発明の概要）第１５図は本発明の機能を示すブロツク図であ
る。

第１５図において、１０１は内燃機関の燃焼室
内圧力を測定する第１の手段であり、例えば後記
第１図の圧力センサ１６である。また第２手段１
０２は、上記第１の手段で求めた燃焼室内圧力波
形が双峰性の波形となるまで点火時期を遅らせる
ことによつて上死点前ではモータリング圧力だけ
の波形にすると共に各クランク角毎にその値を記
憶し、上死点後はそれまでのモータリング圧力の
波形を上死点に対して対称に再現することによつ
て全範囲におけるモータリング圧力波形を求めて
記憶し、次にそのモータリング圧力の値を各クラ
ンク角毎に燃焼室内圧力から引算することによつ
て燃焼圧力を求める手段であり、例えば、後記第
１図の演算手段１７さらに詳しくは第１３図のパ
ラメータ演算手段２１に相当し、その演算内容は
例えば第６図のフローチヤートに示されている。
また、第３の手段１０３は、上記第２の手段１０
２で求めた燃焼圧力から、燃焼圧力の最大値、燃
焼圧力が最大となるクランク角、燃焼圧力の立上
り勾配、立下がり勾配、一回の燃焼における熱発
生量および燃焼継続時間の各パラメータのうちの
少なくとも一つを算出する手段であり、これも第
１３図のパラメータ演算手段２１に相当する。ま
た第４の手段１０４は、上記の各パラメータのう
ちの少なくとも一つまたは二つの以上の組合わせ
を基準の値と比較することによつて所定の運転状
態における内燃機関の出力トルク、NOxの排出
量および燃費率の基準値からの偏りを検出する手
段であり、例えば後記第１図の演算手段１７さら
に詳しくは第１３図の比較手段２２とメモリ２３
とに相対する。また第５の手段１０５は、上記の
偏りを無くすように空燃比、点火時期、EGR量
の少なくとも一つを制御する手段であり、例えば
後記第１図の演算手段１７さらに詳しくは第１３
図の制御信号出力手段２４と第１図の燃焼噴射弁
９、還流量調節器１２、点火装置１３等に相当す
る。

上記のごとく、本発明においては、従来のごと
き燃焼圧力とモータリング圧力との合成された燃
焼室内圧力ではなく、燃焼状態を直接的に示す燃
焼圧力のみを抽出し、その値から得られた上記の
パラメータに基づいて上記のごとき制御を行うの
で、トルク、NOx、燃費率を設計時の基準値に
一致させることが出来、経時変化等に影響される
ことなく、内燃機関の燃焼状態を常に適切かつ有
効に制御することが出来る。

（発明の実施例）以下実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。

第１図は本発明の内燃機関制御装置の一実施例
図である。

第１図において、１は内燃機関本体（４気筒の
場合を示す）、２は吸気管、３は排気管である。

吸気管２のスロツトル弁４の上流部と下流部と
は、バイパス管６で連結されており、かつバイパ
ス管６の途中には空気量調節器７が設けられてい
る。この空気量調節器７は、例えば電磁弁又は電
磁弁と負圧弁との組合せで構成されており、流量
制御信号Ｓ８に応じてバイパス管６を流れる吸入
空気流量を調節する。

また吸入空気量センサ（例えばエアフローメー
タ）８は、内燃機関に吸入される空気量に対応し
た吸入空気量信号Ｓ１を出力する。

またスロツトル弁４と連動するスロツトルセン
サ５は、スロツトル弁４の開度に対応したスロツ
トル信号Ｓ２を出力する。

また各気筒の吸気ポートには、燃料噴射弁９が
設けられており、噴射信号Ｓ９に対応した量の燃
料を噴射する。

一方、排気管３には、排気センサ１０が設けら
れている。

この排気センサ１０は、排気ガス中の酸素濃度
に対応して動作し、混合気がリツチ（空燃比が理
論空燃比より小）のときは高レベル、リーン（空
燃比が理論空燃比より大）のときは低レベルの空
燃比信号Ｓ７を出力する。

また排気管３と吸気管２とは、排気還流管１１
を介して接続されている。

この排気還流管１１の途中には、還流量調節器
１２が設けられており、還流量制御信号Ｓ１０に
応じて排気還流量を制御する。この還流量調節器
１２の構造は、前記の空気量調節器７と同様であ
る。

また点火信号Ｓ１１によつて制御される点火装
置１３は、各気筒毎に設けられている点火プラグ
（図示せず）に高電圧を与えて点火動作を行なう。

またクランク角センサ１４は、内燃機関のクラ
ンク軸が単位角度（たとえば1°）回転する毎に単
位角信号Ｓ４を出力し、基準角度（４気筒機関で
は180°）回転する毎に基準角信号Ｓ５を出力す
る。

また水温センサ１５は、内燃機関の冷却水温度
に対応した温度信号Ｓ３を出力する。

また圧力センサ１６は、燃焼室内圧力に対応し
た圧力信号Ｓ６を出力する。この圧力センサとし
ては、例えば第２図に示すごとく、点火プラグ１
８と燃焼室壁１９との間にワツシヤの形で圧設さ
れた圧電素子２０を用いることが出来る。

また演算装置１７は、例えばCPU、RAM、
ROM、Ｉ／Ｏ、Ａ／Ｄ変換器等からなるマイク
ロコンピユータで構成されており、上記の各セン
サからの信号Ｓ１〜Ｓ７を入力し、各種の演算を
行なつて上記の各制御信号Ｓ８〜Ｓ１１を出力す
る。

次に本発明の制御の基礎となる圧力センサの出
力の較正方法について説明する。

なおこの較正演算は、各種入力信号Ｓ１〜Ｓ７
に応じて演算装置１７で行なう。

自動車の内燃機関に設置されている圧力センサ
が動作する環境は、−40℃程度の極寒から100℃を
越えるような高温まであり、圧力センサは当然こ
の温度範囲で正常に作動する必要がある。

しかし圧電素子や歪ゲージで構成される圧力セ
ンサは、高温での温度変化が大きく、これを精密
に温度補償することは非常に困難であつた。

また自動車のように長年月にわたつて使用され
る装置においては、当然、経時変化が生じること
が予想されるが、その分を正確かつ自動的に補正
することは極めて困難であつた。

しかし燃焼室内圧力と吸入空気量とは比例関係
にあり、また吸入空気の温度変化範囲は圧力セン
サのそれに比べて大幅に狭いから、吸入空気量に
基づいて圧力センサの出力を較正することが出来
る。

第３図は吸入空気量（吸入空気量信号Ｓ１から
求める）と圧力センサ１６の出力との関係図であ
る。

第３図において、L1は燃焼室内圧力（圧力セ
ンサ１６の出力そのもの）、L2はモータリング圧
力（ピストンの上下によつて燃焼室内の気体が圧
縮されて生じる圧力）を示し、L1とL2との差が
燃焼圧力（混合気の燃焼によつて生じる圧力）で
ある。

なお燃焼室内圧力の値はピストンの位置すなわ
ちクランク角および点火時期、EGR量、空燃比
に応じて変化するから、第３図のL1の特性は、
特定のクランク角および特定の運転状態における
値を示す。

第３図から判るように、一定のクランク角およ
び一定の運転状態における吸入空気量と燃焼室内
圧力とは比例関係にあるので、吸入空気量を用い
て燃焼室内圧力の較正を行なうことが出来る。

また後述のごとく、モータリング圧力は運転状
態に関わらず吸入空気量と比例関係にあるから、
燃焼室内圧力からモータリング圧力を分離するこ
とが出来れば、上記の較正を確実かつ容易に行な
うことが出来る。

なお吸入空気の温度の上限はせいぜい50℃程度
であり、その温度変化範囲は圧力センサの温度変
化範囲に比べて大幅に狭く、吸入空気量の温度補
正は容易である。

次に第４図は、本発明の演算を示すフローチヤ
ートの一実施例図である。

第４図において、まずP1で点火時期、EGR量
および空燃比が一定の状態で、特定のクランク角
における燃焼室内圧力を測定して記憶する。

なお後述するごとく、燃焼室内圧力から求めた
モータリング圧力を用いるときは、点火時期等は
一定にする必要はなく、特定のクランク角での値
であればよい。

次にP2で、吸入空気量を測定して記憶する。

なおこれは吸入空気量に限らずそれと同等の運
転変数、たとえば吸入負圧、スロツトル弁開度等
でもよい。

次にP3で、吸入空気温度を測定（吸気管２に
設けた温度センサたとえばサーミスタ等で測定）
し、それによつてP2で求めた吸入空気量を基準
温度の値に補正する。

次にP4で、前記第３図に示すごとき比例関係
を利用して、その形式の内燃機関について予め実
験を求めておいた基準値と、P1、P3で求めた燃
焼室内圧力と吸入空気量の対応関係とを比較す
る。

P4で燃焼室内圧力の値が過大側に偏つていた
場合にはP5へ行き、基準値との偏差分だけ圧力
センサの値を減少させる補正をする。

P4で燃焼室内圧力の値が過小側に偏つていた
場合にはP6へ行き、基準値との偏差分だけ圧力
センサの値を増加させる補正をする。

上記のごとき演算によつて圧力センサの出力を
内燃機関の作動中に自動的に較正することが出来
る。

上記の演算においては、燃焼室内圧力そのもの
を用いて較正する方法を示したが、第４図のフロ
ーチヤートにおいて、燃焼室内圧力の代りにモー
タリング圧力を用いてもよい。

次にモータリング圧力波形と燃焼圧力波形とを
識別する方法について説明する。

実際の内燃機関に取付けた圧力センサ１６によ
つて検出される燃焼室内圧力波形は、第５図に示
すようになる。第５図において、GA〜GDは点
火時期を変えたことによる燃焼室内圧力波形の変
化を示し、GAからGDへゆくに従つて次第に点
火時期が遅くなつた状態を示す。またA1、B1、
C1、D1はそれぞれ全体の燃焼室内圧力波形を示
し、A2、B2、C2、D2はそれぞれモータリング
圧力波形を示す。また斜線部分が燃焼圧力であ
る。

第５図から判るように、燃焼室内圧力波形はモ
ータリング圧力と燃焼圧力とが合成されたもので
あるから、このままではモータリング圧力と燃焼
圧力とを分離して求めることは出来ない。しかし
モータリング圧力波形は、その性質上、上死点
TDCに対して対称であるから、GCまたはGDの
ごとき波形にすれば、モータリング圧力と燃焼圧
力とを分離することが可能となる。

すなわちGCやGDの波形においては、波形の立
上り時点（下死点に相当）T0から上死点TDCま
では、モータリング圧力のみであるからこの波形
を記憶し、上死点TDC以降はその記憶した値を
上死点TDCに対して対称に演算すれば、燃焼圧
力を除いたモータリング圧力のみが得られ、その
値の全体の燃焼室内圧力から引算すれば、燃焼圧
力が求められる。

以下、第５図のGBとGCの波形および第６図の
フローチヤートに基づいて説明する。

第６図において、まずP7で、点火時期を上死
点TDCより十分前の位置たとえば第５図GBの
T2に設定し、GBのごとき単峰性の燃焼室内圧力
波形になるようにする。

次にP8で、α＝α＋１にする。これは点火時
期を前回の値より一定量だけ遅らせることを意味
している。

次にP9で、点火時期をT2＋αに設定する。P8
とP9とによつて点火時期が一回の演算毎に一定
量ずつ遅れることになる。

次にP10で、各クランク角度毎に燃焼室内圧力
を測定して記憶する。なおこの測定は同一運転状
態においての値を求める。

次にP11で、前回の測定値（クランク角度がT0
に近い方）Pbと今回の測定値Paとを比較する。

Pa≧Pbであれば、圧力が上昇していること
（圧力波形の極大値前）を示すから、P8へ戻つて
上記の手順を繰返す。Pa＜Pbになれば、少なく
とも一つの極大値があつたことを示すから、P12
へ行く。

P12では、Paの方が引き続き小か否か、すなわ
ち連続して下降したか否かを判定する。

P12でYESの場合は、第５図GBのごとき単峰
性の特性であることを示すから、再びP8へ戻つ
て上記の手順を繰返す。

P12でNOの場合は、P13へ行き、小から大への
変化があつたか否か、すなわち極小値があつたか
否かを判別する。

P13でNOの場合は前記と同様にP8へ戻つて繰
返す。

P13でYESの場合は、第５図のGCの波形のご
とく、双峰性の特性であることを示すからP14へ
行く。

P14では、極小値の生じたクランク角度が上死
点TDC以後か否かを判別する。

P14でNOの場合すなわち上死点TDC以前に極
小値が生じた場合は、通常ありえない異常状態で
あるからP17へ行き、そのような状態の生じた回
数を判定する。

P17で所定回数（例えば１〜２回）以下の場合
は、測定誤差と考えられるので、P8へ戻る。

所定回数以上連続した場合は、以上燃焼が生じ
たか、または圧力センサ１６等に異常が発生した
ことが考えられるので、P18へいつて異常警報を
行なう。

一方P14でYESの場合は、第５図のGCの波形
であるから、P15、P16で燃焼圧力およびモータ
リング圧力の演算を行なう。

以下第５図のGCの波形を用いて上記の演算を
説明する。

第５図のGCにおいて、T0を０、上死点TDC
をθ、T1を2θとすれば、モータリング圧力波形
は上死点TDCに対して対称であるから、上死点
TDCから等距離にあるクランク角T3とT4のモー
タリング圧力Pmは等しく、T4の圧力Pm（T4）
は、Pm（T4）＝Pmf（2θ−T4）となる。なおPmf
は０〜θまでのクランク角度に対する圧力の関数
を示す。

したがつて上死点TDCからT1までの各クラン
ク角度について上記と同様の計算を行なえば、す
べてクランク角度におけるモータリング圧力
（C2の波形）を検出すことが出来る。

そしてその求めたモータリング圧力を、各クラ
ンク角度毎に燃焼室内圧力（C1の波形）から引
算すれば、燃焼圧力Pnを求めることが出来る。

なお同一運転状態（吸入空気量が同一）では、
モータリング圧力波形は同一であるから、一度モ
ータリング圧力を求めたのちは点火時期を正常な
進角値まで進め、その時の燃焼室内圧力から上記
のモータリング圧力を引算することによつて、必
要な燃焼圧力を求めることが出来る。

第６図においては、P15でPm(K)（ｋは各クラ
ンク角度を示す変数）を求め、P16でPn(K)を求め
ている。なおＰ(K)は各クランク角度における燃焼
室内圧力を示す。

上記のようにして分離したモータリング圧力は
点火時期等の他の運転変数に関わらず吸入空気量
に比例するから、この値に基づいて第４図の補正
演算を行なえば運転状態を特定する必要がなくな
り、容易に正確に較正を行なうことが出来る。

次に燃焼圧力の最大値、燃焼継続時間、熱発生
量等を測定する方法を説明する。

第７図は、燃焼室内圧力波形の一例図であり、
GEはモータリング圧力と燃焼圧力との合成され
た燃焼室内圧力波形、GFは燃焼圧力波形、GGは
GFの積分値を示す。またGEにおいて、破線Ｅ１
および実線E2はそれぞれ点火時期を変化させた
場合の燃焼室内圧力波形を示し、Ｅ３はモータリ
ング圧力波形である。またGFおよびGGにおい
て、破線の波形はＥ１に、実線の波形はＥ２にそ
れぞれ対応する。

第７図において、まずGEに示すごとき燃焼室
内圧力波形から前記のごとき方法によつてモータ
リング圧力Ｅ３を分離し、それをＥ１およびＥ２
からそれぞれ引算することにより、GFに示すご
とき燃焼圧力波形を得る。

次にGFの波形から、周知の逐次比較法（隣合
つた値を順次比較してゆくことによつてピークを
見付ける方法）や微分値がゼロになる位置を検出
することによつて燃焼圧力の最大値FL1、FL2お
よびその発生位置TDC、T8を求める。

またGFの波形が０以上になつたクランク角度
T5およびT6から０に戻つたクランク角度T7およ
びT9までの時間τ1およびτ2が燃焼継続時間であ
る。クランク角度を時間に変換するには、その時
の内燃機関の回転速度から単位クランク角度（例
えば1°）回転する時間を計算し、その値にT5〜
T7またはT6〜T9のクランク角度巾を乗算すれば
よい。

またGGの波形は、GFの波形を積分したもので
あり、その最大値G1、G2はそれぞれ熱発生量を
示す。したがつてT7またはT9におけるGGの値
を求めれば、それぞれの熱発生量を得ることが出
来る。

またGFの波形から燃焼圧力波形の立上りと立
下りの勾配（平均斜度）を求めることが出来る。

上記の燃焼室内圧力およびそれから求められる
燃焼圧力の最大値、そのクランク角、立上り勾
配、立下り勾配、燃焼継続時間、熱発生量は、同
一の運転状態であつても、EGR量、空燃比、点
火時期等を変えることによつて変化し、その値に
よつてNOxの排出量、発生トルク、燃費率等が
大幅に変化する。したがつて前記の方法で圧力セ
ンサの出力を較正して燃焼圧力の最大値等を正確
に知ることにより、温度変化や経時変化に影響さ
れることなく、燃焼状態を適確に制御することが
可能になる。

次にEGR量、空燃比、点火時期と燃焼室内圧
力との関係を詳細に説明する。

第８図は、一定の運転状態でEGR量、空燃比、
点火時期を変えたときの燃焼室内圧力波形の変化
を示す。

まずGHはEGR量を変えたときの波形であり、
初め燃焼室内圧力がH1の状態からEGR量を増加
すると燃焼室内圧力がH2のように変化する。ま
たH3はモータリング圧力波形である。

GHから判るように、EGR量を増加すると燃焼
が低速になり、燃焼室内圧力の最大値はHL1か
らHL2へ低下する。

この変化を更に明確にするため、GHの波形か
ら燃焼圧力のみを分離した波形をGH′に示す。

GH′において、H11はGHのH1に対応し、H12
はH2に対応する。

GH′の波形から明確に判るように、EGR量を
増加すると、燃焼圧力の最大値がHP11から
HP12に低下し、かつ最大値に生じるクランク角
がTDCからT10へと大幅にずれる。

上記のような特性は、GHの燃焼室内圧力波形
からは判らず、GH′のように燃焼圧力のみを分離
して初めて明確になる。

次にGJは、空燃比を変えたときの燃焼室内圧
力波形の変化を示し、J1、J2は燃焼室内圧力波
形、J3はモータリング圧力であり、GJ′は燃焼圧
力波形を示す。

一定の運転条件下では、空燃比が理論空燃比
（Ａ／Ｆ＝14.8）付近で燃焼圧力が最大となり、
空燃比がこの点より過濃でも稀薄でも燃焼圧力は
小さくなる傾向を示す。

また空燃比を変えても、燃焼圧力が最大となる
クランク角はほとんど変化しない。

次にGKおよびGK′は、点火時期を変えたとき
の燃焼室内圧力と燃焼圧力の変化を示し、K1と
K2は燃焼室内圧力波形、K3はモータリング圧力
波形である。

点火時期を変えると、燃焼室内圧力が最大値と
なるクランク角はTDCからT11に大きく変化す
る。また燃焼圧力の最大値は同一値のKL11であ
つたとしても、燃焼室内圧力の最大値はKL1と
KL2のごとく大幅に異なる。

次に燃焼圧力波形と点火時期、EGR量、空燃
比の関係を更に詳細に検討するため、燃焼圧力か
ら求められる燃焼圧力最大値Ａ、燃焼圧力が最大
値となるクランク角Ｂ、立上り、立下り勾配Ｃ、
熱発生量Ｄ、燃焼継続時間Ｅの各パラメータと点
火時期、EGR量、空燃比の関係を第９図に示す。
第９図において、「大」は影響が大きいことを示
し、「小」は影響が小さいことを示す。

第９図から次のようなことが判る。

(1) EGR量を変えると、燃焼圧力最大値は大き
く影響される。そしてEGR量を増加すると燃
焼圧力最大値は小さくなる。したがつて燃焼圧
力最大値を知れば、例えば第１０図に示すごと
き簡単な関数関係からEGR量、NOx、トルク、
燃費率を求めることが出来る。

(2) EGR量を大きくすると燃焼圧力が最大値と
なるクランク角が遅れるので、実際の内燃機関
で燃焼圧力が最大値となるクランク角を検出す
れば、EGR量、NOx量、トルク、燃費率を求
めることが出来る。

(3) 同様に立上り、立下り勾配、燃焼継続時間、
熱発生量からもEGR量、NOx量、トルク、燃
費率を求めることが出来る。また上記の燃焼圧
力最大値、クランク角、立上り、立下り勾配、
燃焼継続時間、熱発生量の二つ以上のものを組
合せたものから求めれば、更に正確になる。

(4) 空燃比を変えることによつて燃焼圧力最大
値、立上り、立下り勾配、熱発生量、燃焼継続
時間は大きな影響を受ける。しかし常用の空燃
比範囲では、燃焼圧力が最大値となるクランク
角に対しては、空燃比の影響は少ない。

したがつて燃焼圧力最大値、立上り、立下り
勾配、燃焼継続時間、熱発生量を検出すること
によつて空燃比、NOx量、トルク、燃費率の
変化を知ることが出来る。

(5) 点火時期を変えることによつて燃焼圧力最大
値、燃焼圧力が最大値となるクランク角は大き
く変るので、これらから点火時期、NOx量、
トルク、燃費率を求めることが出来る。

第１１図は、上記の各パラメータＡ〜Ｅをト
ルク、NOx量、燃費率について整理したもの
である。

第１１図から判るように、各パラメータＡ〜
Ｅの少なくとも一つまたは二つ以上の組合せか
らトルク、NOx量、燃費率の変化を知ること
が出来る。

次に第１２図は、一定の運転条件でEGR量、
空燃比、点火時期を変えたときの特性をNOx量、
トルク、燃費率について示したものであり、GM
はEGR量、GNは空燃比、GQは点火時期を変え
たときの変化を示す。なお縦軸はNOxの排出量、
トルクの大きさ、燃費率を表わす。

第１２図の特性は或る運転点における特性であ
り、他の運転点では異なつた値となる。すなわち
内燃機関を運転するということは、これらの特性
上の点を時間的に連ねることである。

第１２図において、たとえば点火時期をT17に
設定したとしても、それだけではNOx量、トル
ク、燃費率は一義的には決らず、EGR量、空燃
比を例えばT12、T15と決める事によつて初めて
その運転点におけるNOx量、トルク、燃費率が
決まる。

内燃機関を運転するのは運転条件によつて異な
る第１２図のような特性を積重ねることであり、
第１２図の特性でも、内燃機関を動作させる設定
条件はT12〜T18以外にも無数にある。

これらの設定条件を定めるためには、第１２図
の特性からその運転点での動作平均値を知り、
NOx量、トルク、燃費率を基準として決める方
法が従来行なわれていた。

しかし従来は、前記のごとく燃焼圧力波形を実
時間で知ることが困難であつたため、その形式の
内燃機関の完成時に各種の試験を行なつて第１２
図に相当する特性を調べて設定条件を決め、一旦
決めた後は修正しない方法を用いている。そのた
め内燃機関の固体間のばらつきや経時変化等は無
視しており、それらを適確に補正することが出来
なかつたので、燃焼を最適に制御することが出来
ず、それが燃費性能や運転性能を低下させる原因
となつていた。

しかし本発明においては、前記のごとく燃焼圧
力波形を実時間で正確に知ることが出来、またそ
れに基づいたＡ〜ＥのパラメータからNOx量、
トルク、燃費率を知ることが出来るので、経時変
化を正確に補正することが出来る。

例えば、第１２図のGMにおいて、実線で示す
NOx量M1、トルクM2、燃費率M3のごとき初期
値が、破線で示すM11、M21、M31のように変化
した場合、その変化を直ちに知ることが出来るの
で、即時補正することが出来る。たとえばトルク
を基準に補正するとすれば、EGR量をT14から
T13に変えるようにすればよい。上記の説明は、
EGR量について行なつたが、空燃比、点火時期
についても同様のことが行なえる。

上記の説明を基にして次に本発明の制御につい
て説明する。

第１３図は、第１図の演算装置１７の動作を機
能別の要素で示したものであり、第１図と同符号
は同一物を示す。

第１３図において、２１は各種の入力信号Ｓ１
〜Ｓ７（主として圧力信号Ｓ６）からそれぞれの
運転状態における燃焼室内圧力を測定し、その値
から燃焼圧力の最大値、燃焼圧力が最大となるク
ランク角、燃焼圧力の立上り勾配、立下り勾配、
熱発生量および燃焼継続時間すなわち前記の各パ
ラメータＡ〜Ｅのうちの少なくとも一つを算出す
るパラメータ演算手段、２２は上記の各パラメー
タのうちの少なくとも一つまたは二つ以上の組合
せをメモリ２３（例えばROM）に予め記憶させ
ておいた基準の値（例えば設計基準値）と比較す
ることによつて所定の運転状態における内燃機関
の出力トルク、NOxの排出量および燃費率の基
準値からの偏りを検出する比較手段、２４は上記
の偏りを無くすように空燃比、点火時期、EGR
量の少なくとも一つを制御する信号Ｓ９〜Ｓ１１
を出力する制御信号出力手段である。

上記の信号Ｓ９〜Ｓ１１によつて第１図の燃料
噴射弁９、還流量調整器１２、点火装置１３を制
御することにより、空燃比、EGR量、点火時期
を調節してNOx量、トルク、燃費率を設計基準
値に一致させるように制御することが出来る。

次に第１４図は、本発明の演算を示すフローチ
ヤートの一実施例図である。

第１４図において、まずP19で圧力信号Ｓ６等
に基づいて燃焼室内圧力を測定する。

なおこのとき前記第４図の方法を用いて測定値
を較正しておけば、より精密な制御が出来る。

次にP20で、上記の燃焼室内圧力から、前記第
６図のフローチヤートに示す方法によつて燃焼圧
力を演算する。すなわちP20には第６図のフロー
チヤートが入る。

次にP21で、前記第７図等で説明した方法によ
つて各パラメータすなわち燃焼圧力最大値Ａ、燃
焼圧力が最大値となるクランク角Ｂ、立上り、立
下り勾配Ｃ、熱発生量Ｄ、燃焼継続時間Ｅを求め
る。

次にP22で、前記の第１１，１２図で説明した
方法により、上記の各パラメータを基準値と比較
することによつてNOx量、トルク、燃費率の基
準値（例えば第１２図GMの実線の特性）からの
偏りを演算する。

次にP23で、前記第１２図で説明した方法によ
り、上記の偏りを無くすようにする。例えば第１
２図のGMにおいて、トルクを合せるためEGR量
をT14からT13へ減少させるように還流量制御信
号Ｓ１０の値を変化させてやる。

上記のようにすることにより、NOx量、トル
ク、燃費率を設計時の基準値に一致させることが
出来るので、経時変化に影響されることなく常に
最適の制御を行なうことが出来る。

（発明の効果）以上説明したごとく本発明によれば、燃焼室内
圧力から燃焼圧力を求め、更にその値から内燃機
関の燃焼状態に重要な関係をもつ燃焼圧力最大
値、燃焼圧力が最大値となるクランク角、立上
り、立下り勾配、熱発生量、燃焼継続時間を求
め、それらの値と基準値との偏りを無くすように
点火時期、EGR量、空燃比を制御するように構
成したことにより、トルク、NOx、燃費率を設
計時の基準値に一致させることが出来るので、経
時変化等に影響されることなく、内燃機関の燃焼
状態を常に適切かつ有効に制御することが可能に
なり、したがつて燃費性能、運転性能、排気浄化
性能を向上させることが出来るという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内燃機関制御装置の一実施例
図、第２図は燃焼室内圧力を検出する圧力センサ
の一例図、第３図は吸入空気量と燃焼室内圧力と
の関係図、第４図は較正方法の演算を示すフロー
チヤートの一例図、第５図は燃焼室内圧力波形の
一例図、第６図はモータリング圧力と燃焼圧力と
を分離する演算のフローチヤート、第７図は燃焼
圧力の測定を説明するための波形図、第８図は点
火時期、EGR量、空燃比を変化させたときの燃
焼圧力波形の変化を示す波形図、第９図は各パラ
メータＡ〜Ｅと点火時期、EGR量、空燃比の関
係図、第１０図は燃焼圧力最大値とEGR量との
関係図、第１１図は各パラメータＡ〜ＥとNOx
量、トルク、燃費率との関係図、第１２図は
NOx量、トルク、燃費率と点火時期、EGR量、
空燃比との関係図、第１３図は本発明の演算装置
の一実施例図、第１４図は本発明の演算を示すフ
ローチヤートの一実施例図、第１５図は本発明の
機能を示すブロツク図である。符号の説明、１……内燃機関本体、２……吸気
管、３……排気管、４……スロトツル弁、５……
スロツトルセンサ、６……バイパス管、７……空
気量調節器、８……吸入空気量センサ、９……燃
料噴射弁、１０……排気センサ、１１……排気還
流管、１２……還流量調節器、１３……点火装
置、１４……クランク角センサ、１５……水温セ
ンサ、１６……圧力センサ、１７……演算装置、
１８……点火プラグ、１９……燃焼室壁、２０…
…圧電素子、２１……パラメータ演算手段、２２
……比較手段、２３……メモリ、２４……制御信
号出力手段。

Claims

【特許請求の範囲】１内燃機関の燃焼室内圧力を測定する第１の手
段と、上記第１の手段で求めた燃焼室内圧力波形が双
峰性の波形となるまで点火時期を遅らせることに
よつて上死点前ではモータリング圧力だけの波形
にすると共に各クランク角毎にその値を記憶し、
上死点後はそれまでのモータリング圧力の波形を
上死点に対して対称に再現することによつて全範
囲におけるモータリング圧力波形を求めて記憶
し、次にそのモータリング圧力の値を各クランク
角毎に燃焼室内圧力から引算することによつて燃
焼圧力を求める第２の手段と、上記第２の手段で求めた燃焼圧力から燃焼圧力
の最大値、燃焼圧力が最大となるクランク角、燃
焼圧力の立上り勾配、立下がり勾配、一回の燃焼
における熱発生量および燃焼継続時間の各パラメ
ータのうちの少なくとも一つを算出する第３の手
段と、上記の各パラメータのうちの少なくとも一つま
たは二つの以上の組合わせを基準の値と比較する
ことによつて所定の運転状態における内燃機関の
出力トルク、NOxの排出量および燃費率の基準
値からの偏りを検出する第４の手段と、上記の偏りを無くすように空燃比、点火時期、
EGR量の少なくとも一つを制御する第５の手段
と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装
置。