JPH0450632A - 内燃機関の筒内圧検出装置 - 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］ この発明は、自動車等に用いられる内燃機関の筒内圧検
出装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、例えば失火検出を行う場合等は筒内圧を検出して
判定しているが、このために第５図に示すものがあった
。

図において１は＃１〜＃４の気筒２〜５を有するエンジ
ン、６〜９は各気筒２〜５の圧力を検出する圧力センサ
であり、シリンダ内の圧力変化に対応して電荷を発生す
る圧電素子や、圧力を半導体ダイヤプラムに導き、抵抗
値の変化として検出する半導体圧力センサを用いること
ができる。１０はエンジン１のクランク軸に接続され、
例えばクランク角の基準位置毎に（４気筒機関では１８
０度毎、６気筒機関では１２０度毎）に基準パルスを出
力し、また単位角度毎（例えば１度毎）に単位角パルス
を出力し、圧力検出のタイミングを決定するクランク角
センサである。

このクランク角センサ１０の構成を第６図に示す０図に
おいて３０はディスクであり、回転軸はエンジンｌのク
ランク軸と接続され、エンジン２回転に１回の割合で回
転するように構成されている。３１および３２はスリッ
トであり、３１は基準角度信号用、３２は単位角度信号
用であり、ディスク３０の異なる円周上に配置されてい
る。３３は発光素子、３４は受光素子であり、ディスク
３０のスリット３１および３２のスリット上下に各々独
立して挟み込むように配置され、ディスク３０が回転す
ると、発光素子３３の発する光がスリットにより断続さ
れ、受光素子３４に受光され、基準角度パルスおよび単
位角度パルスが出力されるように構成されている。

また、１）は圧力センサ６〜９およびクランク角センサ
１０の信号を受け、筒内圧を計測する筒内圧計測部であ
り、圧力センサ６〜９の出力を電圧値に変換するインタ
ーフェイス１２〜１５と、クランク角センサ１０の出力
が入力されるタイミングインターフェイス１６と、Ａ／
Ｄ変換器２７およびメモリ２８を有するシングルチップ
マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する）２６
と、インターフェイス１２〜１５の出力を選択して切換
え、Ａ／Ｄ変化器に伝達するマルチプレクサ２９より構
成されている。

このような構成において、圧力センサ６〜９の出力はイ
ンターフェイス１２〜１５を介してマルチプレクサ２９
に入力され、ここで信号が選択されてマイコン２６に入
力される。第７図は４ストロークサイクル４気筒エンジ
ンのクランク角に対する各気筒２〜５の圧力変化と各部
の波形を示している。同図（ａ）の区間（イ）において
実線はエンジン１の第１気筒＃１の圧力波形であり、Ｂ
ＤＣは下死点、ＴＤＣは上死点である。また、破線は第
３気筒＃３、−点鎖線は第２気筒＃２、二点鎖線は第４
気筒＃４の各圧力波形である。図に示すように、４気筒
エンジンにおいて、各気筒の燃焼サイクルはクランク角
１８０度の位相差をもっている。なお、＃２、＃３、＃
４の圧力波形は圧縮と爆発の工程のみを記入し、吸入、
排気の工程は記載を省略している。

クランク角センサ１０は第６図（ｂ）〜（ｆ）に示すよ
うに、１８０度間隔で気筒識別信号を出力するとともに
、１度閏隔のクランク角信号を出力し、これらの信号は
インターフェイス１６を介してマイコン２６に出力され
る。これに応じてマルチプレクサ２９によって選択され
た圧力信号はＡ／Ｄ変換器２７によって所定クランク角
毎にＡ／Ｄ変換され、メモリ２８に記憶され、また、マ
イコン２６によって所定の演算が行われ、その結果に基
づいてここに図示しない燃料噴射弁の噴射時間や、点火
装置の点火時期にフィードバックされ、エンジン制御に
用いられる。

このような装置においては、検出した筒内圧情報を演算
処理し、利用するために、周期的に繰り返されるエンジ
ンの燃焼サイクル中の特定のクランク位置を検出し、こ
の位置を基準として処理を行う必要がある。また、気筒
識別信号はここに図示しない点火手段に利用されるため
、第７図（ａ＞（ｂ）に示すように１８０度の位相差を
有する＃１から＃４の各気筒の点火タイミングに対応し
て基準角度（１８０度）毎にオン−オフするように構成
されるのが一般的であり、この信号すなわち、各気筒に
ついてデユーティ比が同一でかつ、周期も同一な信号を
このまま燃焼サイクル中（７２０度）の特定位置の検出
に用いることはできず、この目的を達成するために気筒
識別手段が必要になる。

次に特定気筒の識別方法について説明する。第７図（ｂ
）に示すように、気筒識別信号はクランク角の基準位置
、すなわち１８０度毎に出力されるが、同図＜ａ）に示
す第１気筒＃１の爆発工程区間の基準パルスの周期は１
８０度で、他の吸入、圧縮および排気の工程と同一であ
るが、オン−オフの比はオン周期が短く、設定されてい
る。これは前述のクランク角センサ１０の基準角度スリ
ット３２のスリットの長さを変更することで実現されて
いる。これに基づいてマイコン２６は気筒識別信号のオ
ン周期内の単位角度パルス数を計測することで、爆発工
程位置であることを特定することができる。

次に気筒識別の具体的な方法を第８図のフローチャート
によって説明する。第８図はメインルーチンであり、プ
ログラムの起動後にこのルーチンの処理が実行される。

ここでクランク角センサ１０の角度信号はインターフェ
イス１６を介してマイコン２６に伝達され、メインルー
チン処理中に割り込み信号として与えられ、第７図（ｂ
）に示した気筒識別信号の立ち上がりに同期してメモリ
２８内の気筒識別フラグがセットされ、また立ち下がり
に同期して同フラグはクリアされる。または、同図（ｆ
）に示した単位角信号の立ち上がりに同期してメモリ２
８内に設けられた後述するクランクパルス計数カウンタ
のカウントアツプが実行される。この処理が終了すると
元のメインルーチンが再び実行される。

第８図において、プログラムが起動されると、ステップ
１００において初期設定が実行される。

すなわち、クランクパルス計数カウンタ（このカウンタ
は図には現れないが、記号をＣＡとする）は零にクリア
され、メモリ２８内に設けられた気筒識別判定状態フラ
グは判定終了状態にセットされ、気筒識別信号はオフ状
態にクリアされる。次にステップ１０１に移り、気筒識
別信号の状態を判定する。ここではステップ１００によ
ってオフとなっているなめ、ステップ１０２に移る。ス
テップ１０２では判定状態フラグは同様にステップ１０
０によってセットされているため、ステップ１０３に移
る。ここでは計数カウンタＣＡを零にクリアする。

ステップ１０３の処理が終了するとフローはステップ１
０１に戻り再度、気筒識別信号を判定するが、気筒識別
信号は前述のように、エンジンが回転し、所定角度進行
しないと変化しないため、変化が発生するまでステップ
１０１．１０２．１０３のループが繰り返される。そし
て気筒識別信号がオフからオンに切り換わり、気筒識別
フラグが割り込み処理によってセットされると、ステッ
プ１０１からステップ１０４に移る。

ステップ１０４ではステップ１０２で参照する判定終了
状態フラグをクリアし、判定終了を解除する。次いでス
テップ１０５に移り、単位角度パルスを計測する。ここ
での処理は実際には前述した単位角度信号の割り込み発
生毎にカウンタＣＡがインクリメントされる。なお、カ
ウンタＣＡは気筒識別信号のオフ期間中はステップ１０
１〜１０３のループにより、ＣＡ＝０となっているため
、気筒識別信号がオンになった時点からの値が計数され
る。　次に気筒識別信号かオフになると、ステップ１０
１から１０２に移る。ここではステップ１０４によって
判定終了が解除されているため、ステップ１０６に移る
。ステップ１０６ではカウンタＣＡの値を所定値と判定
するが、この値は第７図（ａ）に示すように、＃１の爆
発工程中の基準パルスのオン期間は他の工程よりも短く
設定されており、この期間に対応して決定されている。

したがって、気筒識別信号のオン期間のカウント値Ｃ，
Ａを比較することで、前記の区間を特定することができ
る９すなわち、所定値以下であれば、ステップ１−０７
に移り、＃１爆発工程であることを識別し、そうでなけ
ればステップ１０８に移り、判定終了状態フラグをセッ
トし、次の判定に備え、ステップ１０３でカウンタＣＡ
を零にクリアする。

次にステップ１０１に移るが、気筒識別信号がオフの状
態であれば、ステップ１０２に移る。ここでは判定は終
了しているため、以後は気筒識別信号がオフの機関はス
テップ１０１〜１０３のループ縁り返される。このよう
にして気筒識別信号の状態に応じてオンの機関は単位角
度パルスが計測され、オフではこのパルス数を判定して
クランク角の特定位置を判定する。

［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装置は、クランク角の特
定位置、例えば爆発のＴＤＣを検出する際に、気筒識別
信号の立ち上がりから単位角度パルスを計数することが
必要であり、その立ち下がり時までカウントする必要が
あるので、計数に要する期間の検出遅れがあり、また検
出するためのソフトウェアが複雑で、プログラム長が長
くなる。

また第７図（ｃ）に示すように基準角度信号と燃料ある
いは点火を制御する際に利用するとき等分に設定できな
い（オン−オフ比の設定自由度が少ない）などの課題が
ある。

［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するために第１発明は、特定気筒
の筒内圧が所定値以上になったことを検出する手段と、
クランク角が所定値になったことを検出する手段を設け
たものである。

第２発明は筒内圧の所定値をエンジン回転数とエンジン
負荷にしたがって変更するようにしたものである。

［作用］ 特定気筒の筒内気圧が測定され、またクランク角も検出
されるので、その両方の情報から、エンジン燃焼サイク
ル中の特定クランク位置が判定でき、これに基づいて各
種制御タイミングの抽出が可能になる。

［実施例］ 第１図はこの発明の構成要素を示すブロック図であり、
Ｍｌはエンジン、Ｍ２はクランク角を検出するクランク
角検出手段であり、クランク角の基準位置毎および単位
角度毎にパルスを出力するようになっている。Ｍ３は特
定気筒のシリンダ内の圧力を検出する圧力検出手段であ
り、この例では第１気筒の圧力を検出している。Ｍ５は
エンジンの負荷を検出する負荷検出手段であり、図示し
ない機間の吸入空気量を計測するエアフローメータまた
は、吸気管圧力を検出する吸気管圧センサ、または吸入
空気を調節するスロットル弁の開度を検出するスロット
ロル弁開度センサを用いることができる。Ｍ６は回転数
検出手段であり、クランク角検出手段Ｍ２の信号から所
定クランク角管の周期を計測し、エンジンの回転数を検
出するようになっている。またＭ４は気筒識別手段であ
り、負荷検出手段Ｍ５および回転数検出手段Ｍ６の信号
からエンジンの運転状態を検出して、クランク角検出手
段Ｍ２および圧力検出手段Ｍ３の信号から所定クランク
角毎の圧力を計測し、運転状態に対応して特定のクラン
ク位置を検出するようになっている。

次にこの装置の動作を説明するが、従来装置と同一部分
は同記号を用いる。第２図はこの発明の詳細な説明する
ためのフローチャートであり、第３図（ｆ）に示すクラ
ンク角センサ１０の単位角度信号の立ち上がりに同期し
て発生する割り込み処理のサブルーチンであり、単位角
度信号毎に割り込みが起動され５筒内圧のＡ／Ｄ変換と
、気筒識別を実行する。

まず、単位角度信号の立ち上がり時点においてステップ
Ｓ１でＡ／Ｄ変換器２８をスタートさせ、次いでステッ
プＳ２で第３図（ａ）に−点鎖線で示す圧力判定用の所
定値「Ａ」を読み出す。そしてステップＳ３に移り、Ａ
／Ｄ変換が終了するのを待機し、終了した時点でステッ
プＳ４に移る９なお、Ａ／Ｄ変換の終了時点は筒内圧の
測定が十分に可能なタイミング以後で、かつ次の単位パ
ルス信号の立ち上がり時点前である。

ここではステップＳ２で読み出した圧力の判定値と、Ａ
／Ｄ変換結果を比較する。このステップＳ４の判定結果
を第３図（ｄ）に気筒判定信号として示す。なお。この
結果は同図（ａ）に実線で示した第１気筒の筒内圧Ｐと
一点鎖線で示した判定値Ａとの比較結果であり、判定値
より筒内圧が低いときはオフ、逆のときはオンとしてい
る。このように筒内圧を測定し、所定値と比較すること
で、所定幅の気筒判定信号を得ることができる９ステツ
プＳ４において筒内圧が所定値以上のときはステップＳ
５に移り、前述ｌ−た気筒識別信号の状態を判定する。

この信号がオンであれば、ステップＳ６に移り、第３図
に示す判定信号をオンとし、＃］、気筒の爆発のＴＤＣ
であることを検出する。またオフであれば、ステップＳ
４で示した圧力が所定値以下の場合と同様に、第３図（
ｅ）に示す判定信号をオフとして、サブルーチン処理を
終了しテ、次の単位角パルスの割り込み発生を待機する
。

第３図（ｅ）における判定後の気筒判定識別信号のうち
、実際に必要なのはこの信号の立ち上がりタイミングで
ある。このタイミングは図示しない自動車の制御系にお
いて、燃料噴者特等の各種制御の開始点として用いられ
る。なお、この図は判定対象である気筒識別信号は同図
（ｃ）に示す基準角度（１８０度）に対するオン−オフ
比が特定区間においても同一の比率の信号を用いた結果
を示している。

次に第２の発明について説明する。エンジンの燃焼圧力
波形は運転条件に対応して変化するものであり、その−
例を第３図に区間（ロ）で示す。

図において実線は高負荷時の圧力波形であり、破線は低
負荷時の圧力波形である。ここで実線に対応する圧力判
定値は前述の一点鎖線で良く、所定のクランク位置を訂
正に検出できるが、低負荷時の圧力波形に対応する破線
の場合には同図（ｄ）に破線で示すように、気筒判定信
号が所望の検出位置よりも遅れてしまい、判定後の気筒
識別信号も同図（ｅ）に破線で示すように前記（ｄ）に
ともなって遅を生ずる。これを回避するためには区間（
ロ）の（ａ＞に２点鎖線で示すように、圧力判定値を下
げれば良く、この処理によって高負荷時と同様の気筒判
定信号を得ることができる。

したがって運転条件が異なる場合は圧力判定値を運転条
件に応じて変化させることが必要である。

そこで本願は第４図に示す運転条件に対応する失火判定
マツプをマイコン２６のメモリ２８に予め記憶させてお
き、運転条件に応じてこれを読み出し、判定するように
構成している。同図の横軸は回転数ＮでありＮｌ、Ｎ２
．Ｎ３と区分されている。この回転数はクランク角セン
サ１０の出力から所定クランク角管の周期を計測し、検
出される。

また、縦軸はエンジンの負荷を示すパラメータであり、
ここに図示しない吸入空気量を計測するエアフローメー
タの吸入空気量Ｑを用いており、Ｑｌ、Ｑ２．Ｑ３と区
分されている。これらの区分ゾーン分けをし、それぞれ
のゾーンに対応して判定値をメモリＰア、ｑを割り当て
る。ここでｎ、ｑはそれぞれの横軸と縦軸の区分番号を
示している。

特定のクランク位置検出に用いるフローチャートは第２
図を用いる。第２図の動作はステップＳ２の処理内容以
外は同一である。

このステップＳ２では判定を行う時点での回転数Ｎと吸
入空気量Ｑに対応して予め定められた圧力判定値を第３
図からテーブルルックアップする。

ここで、読み出された判定値はステップＳ４で用いられ
る。このようにして第３図の区間（ロ）に例示したよう
に運転条件が変化する場合においても、特定のクランク
位置を精度良くかつ、検出遅れを最小にして検出できる
。

また、この例では第４図の縦軸に吸入空気量を用いたが
、吸入空気を良折するスロットル弁の開度または吸気管
圧力を用いても良い。また、ここに図示しない混合気の
点火手段の点火時期に応じて圧力判定値を変化させても
良い。更に、クランク角検出手段の気筒識別信号は１８
０度毎にパルスを出力するように構成したが、所望のク
ランク角位置で出力させるようにししても良く。またオ
ン−オフ比を変えても良い。更に、回転数検出手段は、
点火手段の点火コイル点火周期計測しても良く。同様の
効果を奏する。更に圧力判定はプログラム処理によるソ
フトウェア処理によっているが気筒圧力と圧力判定値を
電圧で与え、ハードウェアによる比較器を用いても良い
。専用の気筒識別を２重系としてフェイルセイフ手段と
して用いても良い。

［発明の効果１ 以上説明したようにこの発明は、特定気筒の筒内圧が所
定値以上になり、かつ所定のクランク角のとき特定気筒
の判定信号を出力するように１．なので、従来のように
判定のための遅時間がなくなり、基準角度信号も全ての
気筒について同一にすることができるので、燃料あるい
は点火を制置する際に基準角度信号が利用でき、構成が
簡単にできるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を一実施例示す構成図、第２図
は気筒判定信号を発生させる動作を示すフローチャート
、第３図は各気筒の筒内圧と気筒判定信号との関係を示
す各部波形図、第４図はエンジン回転数と吸入空気量に
応じて気筒圧力を判定する基準値が書き込まれたグラフ
、第５図は従来装置の一例を示す高製図構成図、第６図
は基準角度信号および単位角度信号を発生するセンサの
斜視図、第７図は第５図において筒内圧を判定するとき
の動作を説明するための各部波形図、第８図は第５図の
装置において筒内圧を判定する動作を説明するためのフ
ローチャートである。 Ｍｌ・・・・エンジン、Ｍ２・・・・クランク角検出手
段、Ｍ３・・・・圧力検出手段、Ｍ４・・・・気筒識別
手段、Ｍ５・・・・負荷検出手段、Ｍ６・・・・回転数
検出手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンのシリンダ内圧力を検出する圧力検出手
   段と、 特定気筒のクランク角を検出するクランク角検出手段と
   、 前記圧力検出手段と前記クランク角検出手段の信号に基
   づきエンジンの燃焼サイクル中の特定のクランク位置を
   検出する気筒識別手段を備えたことを特徴とする内燃機
   関の筒内圧検出装置。
2. （２）請求項１において、エンジンの負荷を検出する負
   荷検出手段と、 回転数を検出する回転数検出手段を備え、 気筒識別手段の判定値は前記負荷検出手段と前記回転数
   検出手段の信号に応じて定めることを特徴とする内燃機
   関の筒内圧検出装置。