JPH04109062A - 内燃機関の異常燃焼検出装置および内燃機関のトルク制御装置 - 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、内燃機関の異常燃焼の発生を検出するための
異常燃焼検出装置およびそれを用いて内燃機関の異常燃
焼に起因する振動を低減するためのトルク制御装置に関
する。

［従来の技術］ 内燃機関においては、近年、高出力化を目的として、高
速回転を可能とするＤ　ＯＨＣ（ＤｏｕｂｌｅＯｖｅｒ
　Ｈｅａｄ　Ｃａｍ５ｈａｆｔ）化が図られる傾向にあ
る。

このような内燃機関においては、例えばそのカム形状も
高速回転時に吸気バルブ、排気バルブの開閉タイミング
が合うように決められているなど、高速回転時に良好な
性能を発揮できるように設計、製造されている。このた
め、アイドリング運転時を始めとする低速回転時には、
失火あるいは燃焼の不揃い等により内燃機関の燃焼圧力
が正常時の燃焼圧力に比べて小さくなる異常Ｍ焼が起こ
りやすい。

通常、内燃機関の運転時には、第２図に示すように、各
気筒の燃焼毎に燃焼の周波数に同期したガストルク変動
が内燃機関のクランク軸に発生する（ただし、第２図は
４サイクル４気筒機関を例にとって示している）。この
ようなトルク変動は、内燃機関のクランク軸等の回転軸
や内燃機関にょって即動される各種機器にねしり振動を
発生させ、性能の低下や機器の損傷等を引き起こす。ま
た、車両を駆動するために車両に搭載された内燃機関に
おいては、上記トルク変動の反作用は、内燃機関のマウ
ントから車両にまで伝達されて車両全体を振動させ１乗
員に不快な振動やこもり音を与える。

いま、第３図に示すように、ある気筒が異常燃焼を起す
と、その瞬間に内燃機関が発生するトルクは正常燃焼時
に内燃機関が発生するトルクに比べて大きく落ち込む。

この異常燃焼によって落ち込んだトルクの反作用は、上
記の燃焼の周波数に同期したトルク変動の反作用の場合
と同様、内燃機関さらには車両を振動させる加振トルク
として働く。異常燃焼によるトルクの落ち込み（第３図
に示す点線と実線との差分）は異常燃焼を起こした気筒
のみで発生するので、その形状は単発パルス状に近い。

従って、このトルクの落ち込みの反作用としての加振ト
ルクも、また、第４図に示すようにほぼ単発パルス状に
内燃機関さらには車両を加振することになる。このとき
、内燃機関及び車両は、燃焼の周波数での振動と内燃機
関及び車両の各々の固有振動数での振動とを合せた振動
を行う。この振動のうち、内燃機関及び車両の各々の固
有振動数での振動は、異常燃焼によるトルクの落ち込み
の反作用としての単発パルス状の加振トルクで引き起さ
れるものなので、時間の経過とともに減衰するいわゆる
過度振動の形態を呈する。

Ｆ　Ｒ（Ｆｒｏｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅ−Ｒｅａｒ　Ｄｒｉ
ｖｅ）車等にみられるように、内燃機関が車両に対して
縦方向に置かれている場合、すなわち、内燃機関のクラ
ンク軸の軸方向が車両のロールの主軸の方向に等しい場
合には、上記のような異常燃焼によるトルクの落ち込み
の反作用は、内燃機関のロール振動及び車両のロール振
動を引き起こす加振トルクとして作用する。一般に、内
燃機関本体や車両のロール振動の固有周波数は、それぞ
れ５〜１０ｍ近傍にある。ところが、内燃機関のアイド
リング運転時などの低速回転時における異常燃焼の発生
周波数は、丁度上記のようなロール振動の固有周波数領
域内に存在する。このような時に異常燃焼が発生すると
、内燃機関さらには車両全体は大きくロール振動させら
れ、乗員に著しい不快感を与える。

このため、内燃機関の異常燃焼により発生する内燃機関
や車両の振動を低減する必要がある。

内燃機関に作用する加振トルクを制御する従来技術の一
つとして、例えば特開昭６１−１７１６１２号に記載の
ように、内燃機関が燃焼の周波数で発生するトルク変動
のトルク増大時に同期してクランク軸に逆トルクを発生
させ、トルクの変動成分を低減させるものがある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来技術は、内燃機関の燃焼に同期してク
ランク軸に発生するトルク変動のみにしか対処しておら
ず、不規則に発生する異常燃焼によるトルクの落ち込み
などのトルク変動を原因とする振動の問題に対しては、
充分な考慮がなされているとは言い難かった。

また、従来技術においては、内燃機関が発生するトルク
変動の検出を、内燃機関本体に設けた加速度ピックアッ
プで内燃機関のロール振動加速度を検出することにより
行っていた。この方法によると、本来内燃機関に設置さ
れていない加速度ピンクアンプを新たに設けなくてはな
らなかった。

本発明の目的は、このような問題点を解決し、高価なセ
ンサー等を設ける必要なく内燃機関の異常燃焼を検出で
きる内燃＃！開の異常燃焼検出装置を提供すること、更
に、これを用いて内燃機関の異常燃焼に伴うトルク変動
を原因として発生する振動を低減させることが可能な内
燃機関のトルク制御装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明による内燃機関の異常燃焼検出装置は、内燃機関
の回転軸の角加速度を検出する検出手段と、検出された
角加速度の値から内燃機関の異常燃焼を判定する判定手
段とによって内燃機関の異常燃焼を検出するものである
。

また１本発明による内燃機関のトルク制御装置は、内燃
機関からのトルクの吸収が可能でありかつ内燃機関と一
体的に取り付けられた発電機と、前記発電機が吸収する
トルクを制御する制御手段と、上記の内燃機関の異常燃
焼検出装置とを備え、前記制御手段は、異常燃焼検出装
置が異常燃焼を検出したことに応じて、内燃機関の異常
燃焼を原因として発生する内燃機関の振動が小さくなる
ように前記発電機が内燃機関から吸収するトルクの大き
さを単発パルス状に変化させる制御をすることを特徴と
するものであり、以て、内燃機関の異常燃焼を原因とし
て発生する内燃機関の振動、さらには内燃機関を設置し
ている車両の振動を小さくするようにしたものである。

［作　　　用コ 本発明によれば、内燃機関の異常燃焼を内燃機関の回転
軸の角加速度から誤りなく検出でき、また、内燃機関の
異常燃焼に伴うトルク変動を原因として発生する内燃機
関の振動、さらには内燃機関を設置している車両の振動
を、発電機の吸収トルクが励起する逆相の振動によって
相殺、低減させることができる。

［実　施　例コ 本発明の実施例を第１図に示す。

本実施例は、車両を駆動するために車両に搭載された内
燃機関に本発明を適用したものである。

第１図において、内燃機関１は、マウント２に支持され
た状態で車両３に搭載されている。その搭載方向は、内
燃機関１のクランク軸の軸方向が車両３のロール振動の
主軸の方向と等しい、いわゆる縦置きの状態である。こ
のような搭載状態下で異常燃焼が発生すると、異常燃焼
による加振トルクは内燃機関１のロール振動及び車両３
全体のロール振動を引き起こす。一般に、車両３のロー
ル振動の固有周波数（車両３のロール慣性とサスペンシ
ョンやタイヤなどのはね定数から決まる）は、５〜１０
Ｈｚ近傍にある。ところが、内燃機関ｌのアイドリング
運転時などの低速回転時における異常燃焼の発生周波数
は、丁度上記のようなロール振動の固有周波数領域内に
存在するため、このようなときに異常燃焼が発生すると
内燃機関１及び車両３全体は大きくロール振動させられ
、乗員に著しい不快感を与える。

内燃機関１には、発電機４と、内燃機関１の回転軸であ
るクランク軸の回転角度を回転角度パルスとして出力す
るクランク角センサー５（通常、カムシャフトあるいは
デイストリビューターに内蔵される。第１図ではカムシ
ャフト内蔵の場合を想定）と、が内燃機関１に取り付け
られている。

本発明によるトルク制御装置は、クランク角センサー５
；クランク角センサー５から出力されるクランク軸の回
転角度パルスを用いて角加速度を検出する角加速度検出
部６と、角加速度検出部６で検出された角加速度の値か
ら内燃機関の異常燃焼を判定する判定部７とによって構
成される内燃機関１の異常燃焼検出部８：異常燃焼検出
部８が内燃機関１の異常燃焼を検出した場合には、前記
発電機４が吸収するトルク（以下、吸収トルクと略称す
る）の大きさを制御する制御部９；及び、発電機４の発
電電力を消費する電気負荷１ｏを備えている。

発電機４は、ブラケット１１で内燃機関１に一体的に取
り付けられており、ベルト１２を介して内燃機関１によ
って駆動される。発電機４の吸収トルクの大きさは、発
電機４の発電量の大きさに伴って変化する。すなわち、
発電量が大きくなると吸収トルクの大きさも増大し、逆
に、発電量が小さくなると吸収トルクの大きさも減少す
る。ここでいう吸収トルクとは、内燃機関１から見ると
、発電機４を駆動するために費やされる回転負荷トルク
と言うことができ、この回転トルクは、ベルト１２を介
して内燃機関１と発電機４の間を伝達される。また、発
電機４は、ブラケット１１で内燃機関１に一体的に取り
付けられているので、この吸収トルクの反作用は、ブラ
ケット１１を介して内燃機関１と発電機４の間を伝達さ
れる。つまり、発電機４の吸収トルクを制御すれば、内
燃機関１のクランク軸に作用する回転トルクのみならず
、吸収トルクの反作用によって、内燃機関本体をロール
振動させるトルクをも制御できることになる。

クランク角センサー５は、クランク軸の回転に同期して
、各気筒の上死点位置を検出するＴＤＣ（Ｔｏｐ　Ｄｅ
ａｄ　Ｃｅｎｔｅｒ）パルスと、クランク軸か細かい一
定角度回転したのを検出する分割パルスの２種類の回転
角度パルスを出力する。

異常燃焼検出部８内の角加速度検出部６は、ＴＤＣパル
スと分割パルスを用いてクランク軸の回転角度を検出す
ると同時に１分割パルスを用いてクランク軸の各回転角
度における角加速度を検出する。

すなわち、分割パルスはクランク軸が細かい一定角度だ
け回転するたびに出力されるので。

ＴＤＣパルスを基準として、ＴＤＣパルス発生後に出力
される分割パルスの数をカウントすることによってクラ
ンク軸の回転角度を検出することができる。クランク軸
の角加速度の検出は、以下に記す２通りの方法により行
う。

１つは、分割パルスの発生周期の逆数からクランク軸の
角速度を算出し、さらに角速度を時間微分あるいは時間
差分することによってクランク軸の角加速度を検出する
方法である。第５図は、クランク角センサー５から出力
される分割パルス列の一例を示す図である。第２図に示
したように、内燃機関が発生するトルクは各気筒の燃焼
に同期して変動するため、クランク軸の瞬時ごとの角速
度も変動し、その結果クランク角センサー５の分割パル
スは周波数変調を受けた形（幅変調も同時に受けるか、
この事は利用しない）で出力される。

いま、クランク軸がΔθ回転するたびに分割パルスか出
力されるものとすると、クランク軸の角速度ωは分割パ
ルスの発生周期Ｔの逆数からω：Δθ／Ｔとして算出す
ることができる。さらに、クランク軸の角加速度αは、
角速度ωの時間微分あるいは時間差分であるので、角速
度の変化よりα＝ｄω／ｄ　Ｔ＝（ω２−ω□）／（Ｔ
、、＋Ｔ、）／２と算出できる。なお、内燃機関１の回
転速度（クランク軸の角速度の平均）が一定であると見
做せる場合には、角加速度αは角速度の差ω２−ω１に
ほぼ比例するため、簡単のために、角速度の差ω２−ω
１を角加速度αの代わりに用いて後述する異常燃焼の検
出及びトルクの制御を行うことも可能である。

もう１つの方法は、第６図に示すように角加速度検出部
６を周波数／電圧変換器（Ｆ／Ｖ変換器）１３と微分器
１４とから構成するものである。Ｆ／■変換器１３は、
クランク角センサー５から出力された分割パルス列の周
波数つまりクランク軸の角速度を電圧に変換し、微分器
１４は、　Ｆ／Ｖ変換器１３から出力された角速度を表
わす電圧信号を時間微分した電圧信号すなわち角加速度
を表わす電圧信号を出力する。

以上に記したいずれかの方法を用いることによって、ク
ランク軸の角加速度を検出することができる。

一方、異常燃焼検出部８内の判定部７は、上述の方法に
よって角加速度検出部６が検出した角加速度の値から異
常燃焼を検出する。この異常燃焼検出の具体的な方法を
以下に記す。

第７図は、異常燃焼が発生せずに正常な燃焼をした場合
の内燃機関１のクランク軸の角加速度の一例を示す図で
ある。クランク軸の角加速度は。

第２図に示したクランク軸周りのガストルクをクランク
軸の回転慣性モーメントで除したものであるから、クラ
ンク軸の角加速度波形はガストルク波形とほぼ相似形を
なしている。４サイクル機関の１燃焼サイクルすなわち
圧縮−膨張一排気一吸気一の４行程はクランク軸の回転
角度に換算して７２０度に相当する。例えば内燃機関１
が４気筒機関の場合、クランク軸の回転角度で７２０度
のうちに４回の燃焼が起きるので、７２０度／４＝１８
０度の角度間隔でほぼ等しい角加速度が現われる。従っ
て、内燃機関１が４サイクル機関の場合には７２０°を
気筒数で除した角度ごと（内燃機関１が２サイクル機関
の場合には３６０°を気筒数で除した角度ごと）のクラ
ンク軸の回転角度（以下、検出角度という）で角加速度
を検出すれば、各気筒ごとにほぼ値の等しい角加速度を
検出できる。

第８図は、１つの気筒が異常燃焼を起こした場合の内燃
機関１のクランク軸の角加速度を示す図に、正常な燃焼
をした場合である第７図に示した角加速度の波形を点線
で重ねて記入した図である。

図から明らかなように、１８０°ごとの検出角度で角加
速度を検出すれば、異常燃焼か発生した気筒の角加速度
は正常な燃焼をした気筒の角加速度に比べて小さな値と
なる。従って、１８ｏ°ごとにに検出されたクランク軸
の角加速度の値を比較することによって、内燃機関１の
異常燃焼を検出することができる。

第９図は、判定部７内の異常燃焼検出ロジックを示す流
れ図である。第９図に示す検出ロジックは、正常燃焼時
に検出角度で発生するクランク軸の角加速度に基づいて
予め閾値となる角加速度の値αＳを設定しておき（第１
０図参照）、角加速度検出部６において検出された角加
速度の値αが閾値αＳより大きければ正常燃焼であると
判定して次の検出角度における角加速度の検出に移行し
。

逆に、検出された角加速度の値αが閾値αＳより小さけ
れば異常燃焼であると判定して発電機４のトルク制御に
移行するものである。なお、よりきめ細かな検出が必要
な場合には、内燃機関１にかかっている負荷、内燃機関
１の回転速度、あるいは冷却水の温度等を始めとする内
燃機関１の運転状態を考慮しながら、閾値の大きさを可
変に設定するような検出ロジックを構成すれば良い。

一般に、内燃機関１の各気筒への点火は各気筒の上死点
の前で行われる。従って、燃焼が正常に行われている限
りにおいては、上死点に対応するクランク軸の回転角度
におけるクランク軸の角加速度の値は第７図に示したよ
うに正の値となる。

ところが、異常燃焼が発生すると、上死点を過ぎても角
加速度がなかなか大きくならず、上死点に対応するクラ
ンク軸の回転角度におけるクランク軸の角加速度の値は
第８図に示したように負の値となる。つまり、角加速度
の検出角度を各気筒の上死点に対応するクランク軸の回
転角度に等しくなるように設定しておけば、第９図に示
すように検出ロジック内の閾値αＳをαＳ＝Ｏとするこ
とができる。すなわち、検出された角加速度αと閾値α
Ｓの比較は、検出された角加速度αの符号を見るだけで
良く、閾値αＳとの大小を比較する必要がなくなるため
、検出ロジックを実現するためのソフトウェアあるいは
ロジック回路が煩雑になるのを避けることができる（第
１１図参照）。

また、第２図及び第３図かられかるように、ガストルク
の正の部分は、はぼ上死点から立ち上がり始める。よっ
て、異常燃焼時のトルクの落ち込みの反作用として内Ｍ
機関１を回転方向に振動させる加振トルクも、第４図に
示したようにほぼ上死点から大きくなり始める。つまり
、クランク角センサー５から出力されるＴＤＣパルスに
よって上死点を検出し、また１分割パルスから角加速度
を求めることによって異常燃焼を検出すれば、異常燃焼
の検出のみならず加振トルクの発生時点をも同時に検出
できることになる。

ここで１本発明において異常燃焼の判定のためにクラン
ク軸の角速度ではなく角加速度を用いる理由を述べてお
く。

第１２図は、異常燃焼が発生したときのクランク軸の角
速度の変化の一例を示す図である。図からも明らかなよ
うに、異常燃焼が発生すると、その際のトルクの落ち込
みによって角速度は一時的に低下する。従って、上述し
た角加速度の検出と同様に、内燃機関１の各気筒の検出
角度において角速度を検出し、角速度の低下の程度から
異常燃焼を判定できるのではないか、と考えられる。こ
の角速度の変化を用いた異常燃焼の検出方法は、内燃機
関１にかかる負荷が一定の場合や負荷の変動がゆるやか
な場合にはそのまま使うことができる。しかし、内燃機
関１にかかる負荷が急激に変動する場合、例えば、ニア
コンディショナーを作動させた場合やパワーステアリン
グ車において急激に操舵した場合などにおいては、内燃
機関１にかかる負荷が急激に増大するので、異常燃焼が
発生しなくても角速度は低下する。つまり、角速度の低
下の程度から異常燃焼を判定する方法を採っていると、
内燃機関１にかかる負荷の変動を異常燃焼であると誤っ
て判定してしまう。

これに対して、角加速度を用いて異常燃焼の判定をする
方法では、角加速度によって内燃機関１が発生するガス
トルクそのものを検出しているのて、内燃機関１が正常
に燃焼していれば角加速度の値から正常燃焼であると判
定され、負荷の急激な変動による角速度の変化を異常燃
焼であると誤って判定することはない。

つまり、本発明による内燃機関の異常燃焼検出手段は、
内燃機関にかかる負荷という外乱の影響が異常燃焼の検
出に及びにくい検出手段である。

第１３図は、第９図に示したものとは異なる２番目の実
施形態としての判定部７内の異常燃焼検出ロジックを示
す流れ図である。第１３図に示す検出ロジックは、新し
く得られた角加速度の値αと１つ前の検出角度における
角加速度の値α　とを比較して、これら２つの値の差（
角加速度の落ち込み）α　−αが予め設定されている閾
値ΔαＳ（ΔαＳは正の数）より小さければ正常燃焼で
あると判定して次の検出角度における角加速度の検出に
移行し、逆に、角加速度の落ち込みα′−αが閾値Δα
Ｓより大きければ異常燃焼であると判定して発電機４の
トルク制御に移行するものである（第１４図参照）。な
お、よりきめ細かな検出が必要な場合には、内燃機関１
にかかっている負荷、内燃機関１の回転速度、あるいは
冷却水の温度等を始めとする内燃機関１の運転状態を考
慮しながら、閾値ΔαＳの大きさを可変に設定するよう
な検出ロジックを構成すれば良いのは第９図に示した検
出ロジックの場合と同様である。

第１５図は、第９図及び第１３図に示したものとは異な
る３番目の実施形態としての判定部７内の異常燃焼検出
ロジックを示す流れ図である。第１５図に示す検出ロジ
ックは、新しく得られた角加速度の値αと１つ前の検出
角度における角加速度の値α′とを比較して、２つの値
の比α／αが予め設定されている閾値γＳより大きけれ
ば正常燃焼であると判定して次の検出角度における角加
速度の検出に移行し、逆に、角加速度の比α／α′が閾
値γＳより小さければ異常燃焼であると判定して発電機
４のトルク制御に移行するものである。なお、よりきめ
細かな検出が必要な場合には、内燃機関１にかかってい
る負荷、内燃機関１の回転速度、あるいは冷却水の温度
等を始めとする内燃機関１の運転状態を考慮しながら、
閾値γＳの大きさを可変に設定するような検出ロジック
を構成すれば良いのは第９図及び第１３回に示した検出
ロジックの場合と同様である。

第１３図及び第１５図に夫々示した検出ロジックにおい
て、新しく得られた角加速度の値αと比較する対象とし
て１つ前の検出角度における角加速度の値α′を用いて
いた。通常の場合には、これらの検出ロジックで異常燃
焼の検出を充分に行うことができる。しかし、もし何等
かの外乱により角加速度の検出値と実際の値の間に誤差
が生している場合には、新しく得られた角加速度の値α
が誤差分を含んでいるのみならず、比較する対象である
１つ前の検出角度における角加速度の値α′までもが誤
差分を含んでいる。このため、１回毎に検出される角加
速度が含む誤差は大きくなくても、異常燃焼の判定に用
いるα−α′やα／α′には誤差が重畳されて含まれる
ため、異常燃焼の誤検出や検出ミスが起こりゃすくなっ
てしまう。異常燃焼の検出を確実に行うためには、角加
速度の検出に含まれる誤差の重畳が少なくなるようにす
る必要がある。なお、角加速度の検出値と実際の値の間
に誤差を生しさせる外乱のうちで大きなものとして、例
えば、クランク角センサーの製作精度、あるいはクラン
ク軸の回転をクランク角センサーに伝える伝達系のねじ
り振動などが考えられる。

そこで、以下に述べる実施例では、角加速度の検出に含
まれる誤差の重畳を少なくするために、新しく得られた
角加速度の値αと比較する対象の角加速度α′として、
１つ前の検出角度における角加速度の値ではなく、過去
複数回の検出角度における角加速度の平均値を用いる方
法を採る。このような平均化処理は、角加速度の検出値
を低域フィルターに通して外乱による変動成分を除去す
る、という考え方にほぼ等しい。

過去ｎ回の検出角度にわたる角加速度の重み付は移動平
均の値α′は。

α′＝ΣＡ０・αｉ ｉ＝１ と表わされる（第１６図参照）。

このような平均化処理は、例えば第１７図に示すような
線形の非巡回型デジタルフィルターを使用することによ
り行うことができる。ここで、Ａ１は重み付は係数であ
り Ａ工＝Ａ２＝φ　・　譬　−＝Ａ、＝ ならば上式は単純平均を求める式となる。

重み付は係数の値は、異常燃焼の発生頻度や内燃機関の
角加速度の応答性などを考慮して最適な値に設定するこ
とが可能である。例えば、異常燃焼の発生頻度が高い、
あるいは内燃機関の角加速度の応答性が良いなどの如き
、時間の影響が平均値に大きく現れる場合には、新しい
角加速度（第１６図及び上式においては添字がｎに近い
角加速度）の重み付は係数はど大きな値にする、などで
ある。

もちろん、上述の角加速度の重み付は移動平均値α′は
、マイクロコンピュータ−などによって直接演算して求
めることが可能であることは言うまでもない。

またここで、異常燃焼の発生頻度が高い場合には、過去
ｎ回の検出角度にわたる重み付は移動平均の算出に用い
る角加速度の値に異常燃焼を起こしたときのものを含ん
でしまう可能性がある。このとき、上式に従って算出し
た重み付は移動平均の値α′は、正常燃焼時の角加速度
を必ずしも反映したものであるとは言えない。このよう
な場合には１判定部７が異常燃焼であると判定したとき
の角加速度は重み付は移動平均の算出に用いず、異常燃
焼時の角加速度を除いたｎ個の値から角加速度の重み付
は移動平均を求めるようにすれば、算出された値α′を
正常燃焼時の角加速度を正確に反映したものとすること
ができる。

以上は、角加速度の検出に含まれる誤差の重畳を少なく
するために採用される方法であるが、角加速度の検出に
含まれる誤差を直接小さくする方法を以下に記す。

前述の通り、角加速度の検出値と実際の値の間に誤差を
生じさせる外乱のうちの大きなものとして、クランク軸
の回転をクランク角センサーに伝える伝達系のねじり振
動がある。一般に、カムシャフト内蔵のクランク角セン
サーではクランク軸の回転は細いシャフトによって伝達
され、また、デイストリビューター内蔵のクランク角セ
ンサーではクランク軸の回転はベルトによって伝達され
る。前述のねじり振動は、これら伝達系のねじり剛性が
小さいために顕著に現れるものである。

第１８図は、クランク角センサーの代わりに分割パルス
を発生させる装置の構成を示した図である。本装置は、
内燃機関のフライホイール１５の外周のリングギア１６
と、リングギア１６に正対する位置に設けられてた電磁
ピックアップ１７とによって構成され、電磁ピックアッ
プ１７の正面をリングギア１６の歯が通過するたびに電
磁ピックアップ１７が出力する歯の形状に対応する電圧
波形を分割パルスとして使用するものである。フライホ
イール１５はクランク軸１８に直接取り付けられている
ため、前述の伝達系に比べてそのねじり剛性が大きく、
ねじり振動による影響が角加速度の検出に誤差となって
現れることが少ない。

また、フライホイール１５の外周のリングギア１６は、
内燃機関１の始動時にスターター（図示せず）によって
クランキングされる際に用いられるために従来より装備
されている。従って、本装置は、電磁ピックアップ１７
を新たに設けることのみで構成することが可能である。

なお、本装置は、その構成上、分割パルスしか出力する
ことができない。そのため、角加速度αの検出角度を決
定するためには、クランク角センサー５のＴＤＣパルス
を用いる。クランク角センサー５が出力するＴＤＣパル
スはねじり振動の影響を受けているが、ＴＤＣパルスは
角加速度の検出には直接用いられず、角加速度を検出す
べきクランク軸の回転角度を求めるためにのみ用いられ
るので、ＴＤＣパルスとしてクランク角センサー５の出
力パルスを使用しても大きな差し障りはない。もちろん
、角加速度の検出角度をも非常に正確にしたい場合には
、第１９図に構成を示すように、フライホイール１５の
外周に従来のリングギ７１６に加えてＴＤＣパルス発生
発生面車１９と電磁ピックアップ２０を設ければ良い。

このようにして、得られた分割パルスおよびＴＤＣパル
スを用いて、クランク軸の角加速度の検出さらには異常
燃焼の発生の検出を行う処理プロセスは、先述したとこ
ろと同様に実施できる。

第２０図は、第１図に全体構成図を示した内燃機関のト
ルク制御装置のうち１発電機４の吸収トルクの大きさを
制御する制御回路の構成図である。

発電機４は、内燃機関１によりベルト１２を介して回転
駆動されて回転磁界を発生する界磁コイル１３と、磁界
が回転することによって生じる磁界の強さの変化から３
相の交流起電力を励起する静止した電機子コイル１４と
、この３相交流起電力を直流電力に変換するための、例
えばダイオード群からなる整流子１５と、から構成され
る。整流子１５の出力端子には、上記発電機４の発電電
力を消費する電気抵抗１６や発電電力を貯蔵するための
蓄電池１７などの電気負荷１０が接続されている。制御
部９は、蓄電池１７から界磁コイル１３に供給される電
流の大きさを制御する電流調整器１８と、発電機４と電
気負荷１０の間に設けられた電圧調整器１９と、角加速
度検出部６が検出した異常燃焼の発生後の経過時間を測
定するタイマー２０と、から構成される。発電機４の発
電電力は、界磁コイル１３か発生する回転磁界の強さ、
すなわち界磁コイル１３に流れる電流の増減に伴って増
減する。前述したように、発電機４の吸収トルクの大き
さは発電電力の大きさによって変化するので、吸収トル
クを大きくしたい場合には制御部９内の電流調整器１８
により界磁コイル１３に流れる電流値を大きくし、逆に
、吸収トルクを小さくしたい場合には界磁コイル１３に
流れる電流値を小さくしてやればよい。制御部９内の電
圧調整器１９は、電気負荷１０にかかる電圧の大きさを
一定に保つための装置である。いま、発電機４の吸収ト
ルクを大きくするために界磁コイル１３に流す電流を増
やしたとする。すると、界磁コイル１３が発生する回転
磁界が強くなり、電機子コイル１４に励起される起電圧
ひいては電気負荷１０にかかる整流子１５の出力端子電
圧は上昇する。このような印加電圧の変動を防ぐ働きを
電圧調整器１９か担っている。もちろん、電気負荷１０
か印加電圧の変動を許容する種類のものであれば、電圧
調整器１９を特に設ける必要はない。

第２１図は、異常燃焼により内燃機関１に作用する加振
トルクの波形（これは単発パルス状である）の−例と、
この加振トルクによって発生する内燃機関１及び車両３
のロール振動加速度の応答波形を示す図である。また、
第２２図は、本発明に基づくトルク制御を行い、異常燃
焼による加振トルクの発生から内燃機関１のロール振動
の固有周期の１／２の時間の経過後に、発電機４の吸収
トルクを単発パルス状に大きくなるように制御したとき
の加振トルク及び吸収トルクの波形と、このときに発生
する内燃機関１及び車両３のロール振動加速度の応答波
形を示す図である。

第２２図を見ると明らかなように、異常燃焼の発生から
内燃機関１のロール振動の固有周期の１／２の時間の経
過後に、発電機４の吸収トルクが単発パルス状に大きく
なるように制御すれば、異常燃焼によって発生する内燃
機関１のロール振動と吸収トルクの変化によって発生す
る内燃機関１のロール振動とが互いに打消し合い、内燃
機関１のロール振動のみならず内燃機関１を設置してい
る車両３のロール振動までをも速やかに低減することが
できる。

従って、制御部９が、制御部９内のタイマー２０で異常
燃焼発生後の経過時間を測定し、経過時間が内燃機関１
のロール振動の固有周期のＪ／２の時間になったときに
電流整流器１８によって発電機４の吸収トルクを単発パ
ルス的に大きくするように制御すれば、上述の通り、内
燃機関１のロール振動及び車両３のロール振動を速やか
に低減し、来貢の乗心地の向上を図ることができる。

［発明の効果］ 本発明の内燃機関の異常燃焼検出装置によれば、内燃機
関の異常燃焼を内燃機関の回転軸の角加速度から誤りな
く検出できる。また本発明の内燃機関のトルク制御装置
によれば、内燃機関の異常燃焼に伴うトルク変動を原因
として発生する内燃機関の振動、さらには内燃機関を設
置している車両の振動を、回転機械の吸収トルクが励起
する逆相の振動によって相殺、低減させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の全体構成図、第２図は内燃機
関が発生するガストルク波形の一例を示す図、第３図は
異常燃焼が発生した場合に内燃機関が発生するガストル
ク波形の一例を示す図、第４図は異常燃焼により内燃機
関に作用する加振トルクを示す図、第５図はクランク角
センサーが出力する分割パルス列の一例を示す図、第６
図は異常燃焼検出部の一構成図、第７図は正常燃焼の場
合のクランク軸の角加速度の一例を示す図、第８図は１
つの気筒が異常燃焼を起こした場合のクランク軸の角加
速度を示す図、第９図は異常燃焼検出ロジックを示す流
れ図、第１０図は第９図の理解を助けるための参照図、
第１１図は異常燃焼判定のための閾値をＯとした場合の
異常燃焼検出ロジックを示す流れ図、第１２図は異常燃
焼が発生したときのクランク軸の角速度の変化の一例を
示す図、第１３図は２番目の異常燃焼検出ロジックを示
す流九図、第１４図は第１３図の理解を助けるための参
照図、第１５図は３番目の異常燃焼検出ロジックを示す
流れ図、第１６図は角加速度の平均化処理の説明図、第
１７図は平均化処理を行う非巡回型デジタルフィルター
の構成図、第１８図はクランク角センサーの代わりに分
割パルスを発生させる装置の構成図、第１９図はクラン
ク角センサーの代わりに分割パルスを発生させる装置の
２番目の構成図、第２０図はトルク制御回路の構成図、
第２１図は異常燃焼によって発生する加振トルク波形と
内燃機関及び車両のロール振動波形の一例を示す図、第
２２図は異常燃焼に対してトルク制御を行った場合のト
ルク波形とロール振動波形を示す図である。 １・・内燃機関　　　　２・・マウント３・・・車両　
　　　　　４・・・発電機５・・・クランク角センサー ６・・・角加速度検出部 ８・・異常燃焼検出部 １３・・・Ｆ／Ｖ変換部 １５・・・フライホイール ７・・判定部 ９・・・制御部 １４・・・微分器 １６・・・リングギア １７．２０・・・電磁ピックアップ １８・・・クランク軸　　１９・・・歯車ヌ 第１図 （他１名） 第 図 機 異常燃焼 第 図 第 図 第 図 （クランク軸回転角度） 第 図 第 図 第 図 第 図 （クランク軸回転角度） 第 図 第 図 第 図 第 図 異常ＷＡ焼 第 図 第 図 第 図 第 図 し 日 ■ 乗算器 遅延素子（クランク軸回転角度１８０’）加算器 第 図 異常燃焼発生

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関の回転軸の角加速度を検出する検出手段と
   、検出された角加速度の値から内燃機関の異常燃焼を判
   定する判定手段とによって構成されたことを特徴とする
   内燃機関の異常燃焼検出装置。 ２　前記角加速度検出手段は、前記内燃機関の回転軸の
   回転角度パルスのパルス周期の逆数から回転軸の角速度
   を算出し、そらにこの角速度を時間微分あるいは時間差
   分することによって回転軸の角加速度を検出することを
   特徴とする請求項１に記載の内燃機関の異常燃焼検出装
   置。 ３　前記角加速度検出手段は、前記回転軸の回転角度パ
   ルスの周波数を電圧に変換する周波数／電圧変換器と、
   該周波数／電圧変換器の出力電圧を微分する微分器とか
   らなることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の異
   常燃焼検出装置。 ４　前記回転軸の回転角度パルスは内燃機関のクランク
   角センサーから出力される請求項２又は３に記載の内燃
   機関の異常燃焼検出装置。 ５　回転軸の回転角度パルスは内燃機関のフライホイー
   ルのリングギアと正対する位置に設けられた電磁ピック
   アップから出力される請求項２又は３に記載の内燃機関
   の異常燃焼検出装置。 ６　前記異常燃焼判定手段は、内燃機関が４サイクル機
   関の場合には７２０゜を気筒数で除した角度ごとに設定
   された回転軸の回転角度を角加速度の検出角度とし、ま
   た、内燃機関が２サイクル機関の場合には３６０゜を気
   筒数で除した角度ごとに設定された回転軸の回転角度を
   角加速度の検出角度とし、前記検出角度における角加速
   度の値から内燃機関の異常燃焼を判定することを特徴と
   する請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関の異
   常燃焼検出装置。 ７　前記異常燃焼判定手段は、前記検出角度における回
   転軸の角加速度の値が予め設定された値よりも小さい場
   合には、内燃機関が異常燃焼をしたと判定することを特
   徴とする請求項６に記載の内燃機関の異常燃焼検出装置
   。 ８　前記異常燃焼判定手段は、内燃機関の各気筒の上死
   点に対応する回転軸の回転角度を前記検出角度とし、該
   検出角度における回転軸の角加速度の値が負の場合には
   、内燃機関が異常燃焼をしたと判定することを特徴とす
   る請求項６に記載の内燃機関の異常燃焼検出装置。 ９　前記異常燃焼判定手段は、前記検出角度における回
   転軸の角加速度の値と１つ前の検出角度における角加速
   度の値との差が予め設定された値よりも大きい場合には
   、内燃機関が異常燃焼をしたと判定することを特徴とす
   る請求項６に記載の内燃機関の異常燃焼検出装置。 １０　前記異常燃焼判定手段は、前記検出角度における
   回転軸の角加速度の値と１つ前の検出角度における角加
   速度の値との比が予め設定された値よりも小さい場合に
   は、内燃機関が異常燃焼をしたと判定することを特徴と
   する請求項６に記載の内燃機関の異常燃焼検出装置。 １１　前記異常燃焼判定手段は、前記検出角度における
   回転軸の角加速度の値と過去複数回の検出角度における
   角加速度の平均値との差が予め設定された値よりも大き
   い場合には、内燃機関が異常燃焼をしたと判定すること
   を特徴とする請求項６に記載の内燃機関の異常燃焼検出
   装置。 １２　前記異常燃焼判定手段は、前記検出角度における
   回転軸の角加速度の値と過去複数回の検出角度における
   角加速度の平均値との比が予め設定された値よりも小さ
   い場合には、内燃機関が異常燃焼をしたと判定すること
   を特徴とする請求項６に記載の内燃機関の異常燃焼検出
   装置。 １３　前記異常燃焼判定手段は、過去複数回の検出角度
   における角加速度の平均値の算出の際に、平均値の算出
   に供される角加速度の中に予め設定された値よりも小さ
   い値のものが含まれる場合には、そのような値のものを
   除いた上で過去複数回の検出角度における角加速度の値
   の平均値を算出することを特徴とする請求項１１又は１
   ２に記載の内燃機関の異常燃焼検出装置。 １４　内燃機関からのトルクの吸収が可能でありかつ内
   燃機関と一体的に取り付けられた発電機と、前記発電機
   が吸収するトルクを制御する制御手段と、請求項１ない
   し１３のいずれかに記載の内燃機関の異常燃焼検出装置
   とを備え、前記制御手段は、異常燃焼検出装置が異常燃
   焼を検出したことに応じて、内燃機関の異常燃焼を原因
   として発生する内燃機関の振動が小さくなるように前記
   発電機が内燃機関から吸収するトルクの大きさを単発パ
   ルス状に変化させる制御をすることを特徴とする内燃機
   関のトルク制御装置。