JPH0681945B2 - 内燃機関の筒内圧最大時期検出装置 - Google Patents

内燃機関の筒内圧最大時期検出装置

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JPH0681945B2
JPH0681945B2 JP23045885A JP23045885A JPH0681945B2 JP H0681945 B2 JPH0681945 B2 JP H0681945B2 JP 23045885 A JP23045885 A JP 23045885A JP 23045885 A JP23045885 A JP 23045885A JP H0681945 B2 JPH0681945 B2 JP H0681945B2
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cylinder pressure
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、自動車等内燃機関の燃焼室内の圧力が最大と
なるクランク角位置を検出する装置に関する。
(従来の技術) 近時、エンジンのノッキングの発生を防止するために点
火時期を制御(いわゆる、ノック制御)すると同時に、
最大トルクを得るために点火時期を制御(以下、MBT制
御という)することが行われている。
MBT制御に際しては燃焼室内の圧力(以下、筒内圧とい
う)が最大となるクランク角度(以下、燃焼ピーク位置
という)θpmaxを検出する必要があり、従来のこの種の
検出を行うものとしては、例えば特開昭59−39974号公
報に記載の点火時期制御装置がある。
この装置では筒内圧センサにより筒内圧を検出するとと
もに、燃焼ピーク位置θpmaxを求めるためにセンサから
の筒内圧信号を電圧に変換し、それを所定角度毎にA/D
変換してその変換値の最大となったときのクランク角を
θpmaxとしている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の装置にあっては、セン
サ出力のディジタル処理とその結果に基づくθpmaxの検
出を行うに際してθpmaxの精度を確保するために数多く
の筒内圧サンプルを得る必要から高速のA/D変換器およ
びCPUが不可欠となっていたため、コストの高いデバイ
スになるとともに、エンジンの電子制御に一般的に使用
される従来のコントロールユニットではθpmaxの検出が
困難であった。
(発明の目的) そこで本発明は、筒内圧をそのときの運転条件によって
与えられる所定値と比較し、その大小関係が反転したと
きの複数のクランク角の値からθpmaxを検出することに
より、θpmaxの検出に必要なシステムの構成を簡単なも
のとして、高性能のデバイスを用いることなく従来のコ
ントロールユニットの構成部品レベルで十分にθpmax
検出可能な低コストの内燃機関の筒内圧最大時期検出装
置を提供することを目的としている。
(発明の構成) 本発明による内燃機関の筒内圧最大時期検出装置はその
基本概念図を第1図に示すように、エンジンの燃焼圧力
を検出する圧力検出手段aと、エンジンの運転状態を検
出する運転状態検出手段bと、運転状態に応じて燃焼ピ
ーク位置判別のための比較基準値を設定する基準値設定
手段cと、燃焼圧力と比較基準値を比較する比較手段d
と、比較手段の出力から燃焼圧力と比較基準値の大小関
係が変化したときのクランク角を演算するとともに、そ
のときの燃焼圧力の変化方向を検出し、かつ、これら各
値の組み合せから設定されるクランク角区間のうち、所
定角度以下のクランク角区間を除くクランク角区間に基
づいて燃焼ピーク位置を算出するピーク位置演算手段e
と、とを備えており、燃焼ピーク位置θpmaxの検出に必
要なシステムの構成を簡単なものとするものである。
(実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第2〜8図は本発明の一実施例を示す図であり、本発明
を点火時期制御装置に適用した例である。
まず、構成を説明する。第2図において、1は筒内圧セ
ンサ(圧力検出手段)であり、筒内圧センサ1は気筒内
の燃焼圧力を圧電素子によって電荷に変換し、電荷出力
S1を出力する。筒内圧センサ1は具体的には第3図
(A)、(B)にその詳細を示すように、シリンダヘッ
ド2に螺着されて点火プラグ3の座金として形成され、
シリンダヘッド2の外側凹所に点火プラグ3の締付け部
3aによって押し付けられて固定される。
センサ出力S1はチヤージアンプ4に入力されており、チ
ヤージアンプ4は第4図にその詳細を示すようにオペア
OP1、OP2、抵抗R1〜R8、コンデンサC1およびダイオード
D1〜D3からなるいわゆる電荷−電圧変換増幅器を構成
し、センサ圧力S1を電圧信号S2に変換してコンパレータ
5に出力する。コンパレータ5は電圧信号S2をD/A変換
器6からの比較基準値(スライスレベル)SLと比較し
てその大小関係を判別し、判別信号Shをコントロールユ
ニット7に出力する。D/A変換器6はコントロールユニ
ットからディジタル値として出力されたスライスレベル
SLDをアナログ値にD/A変換してコンパレータ5に出力す
る。コンパレータ5およびD/A変換器6は比較手段8を
構成している。
コントロールユニット7にはさらに運転状態検出手段9
からの信号が入力されており、運転状態検出手段9はク
ランク角センサ10およびエアフローメータ11により構成
される。クランク角センサ10は爆発間隔(6気筒エンジ
ンではクランク角で120゜、4気筒エンジンでは180゜)
毎に各気筒の圧縮上死点(TDC)の前の所定位置、例え
ばBTDC70゜で〔H〕レベルのパルスとなる基準位置信号
Caを出力するとともに、クランク角の単位角度(例え
ば、2゜)毎に〔H〕レベルのパルスとなる単位信号C1
を出力する。なお、信号Caのパルスを計数することによ
りエンジン回転数を知ることができる。また、エアフロ
ーメータ11はエンジンの吸入空気量Qaを検出してアナロ
グ信号Saを出力する。
コントロールユニット7は基準値設定手段およびピーク
位置演算手段としての機能を有し、CPU21、ROM22、RAM2
3、A/D変換器24およびI/Oポート25により構成される。C
PU21はROM22に書き込まれているプログラムに従ってI/O
ポート25より必要とする外部データを取り込んだり、ま
たRAM23との間でデータの授受を行ったりしながらθ
pmax検出および点火時期制御に必要な処理値を演算処理
し、必要に応じて処理したデータをI/Oポート25に出力
する。I/Oポート25には運転状態検出手段9およびコン
パレータ5からの信号が入力されるとともに、I/Oポー
ト25からはディジタル値のスライスレベル信号SLおよ
び点火信号Spが出力される。A/D変換器24はCPU21の命令
に従ってI/Oポート25に入力された外部信号をA/D変換す
る。また、ROM22はCPU21における演算プログラムを格納
し、RAM23は演算に使用するデータをマップ等の形で記
憶している。
点火信号Spは点火手段26に入力されており、点火手段26
は点火コイルやディストリビュータ、点火プラグ等から
なり、点火信号Spに基づいて高電圧を発生させて混合気
に点火する。
次に作用を説明するが、最初に本発明の基本原理につい
て述べる。
第5図(a)は標準的な筒内圧波形を示す。この筒内圧
が最大Pmaxとなったときのクランク角θpmaxをエンジ
ンの発生トルクを最大にする所定位置(ATDC10゜〜15
゜)にくるように点火時期をMBT制御すると、燃焼効率
が向上し、特にトルク特性の改善により燃費と運転性能
の向上が達成される。このような利点をもつMBT制御を
実行するためθpmaxの検出が必要となっている。第5図
(b)はこのθpmaxの検出を行うために筒内圧波形をデ
ィジタル処理するという従来の検出方法を示している。
ところで、Pmaxは運転条件により大きく変動するが、ピ
ーク値であるから圧力の上昇時と下降時の2つの間に存
在することは明らかである。そこで、所定レベル以上に
圧力が上昇して下降するピーク波形をなるべく狭い部分
で捉えるために、筒内圧を所定のレベルSLでスライスす
る。そうすれば、スライスされた2つの値の間にピーク
値Pmaxが求められる。
スライスレベルSLはPmaxが運転条件により大きく変動す
ることを考慮し、エンジン回転数や吸入空気量等をパラ
メータとして運転条件に応じて決定する。その大きさと
してはPmaxより小さく、検出開始時の筒内圧より大きい
値を選択する。さらに、このスライスレベルSLと筒内圧
とを比較し、その大小関係が変化したときのクランク角
および変化の方向(大→小又は小→大)を記憶してお
く。例えば、第5図(a)の波形をスライスした場合、
同図(c)に示すように○印および×印で表す時点でク
ランク角および変化の方向が次の第1表で示すように求
められる。
そして、このATDC7゜と23゜という2つの値からθpmax
の位置を計算する。計算法の一例としては2角度の平均
をとる方法がある。
しかし、一般には筒内圧波形は第5図(a)に示すよう
なきれいな波形とはならず、種々の要因によりノイズが
重畳したりあるいは燃焼状態が悪くピークが2ケ所現れ
たりする。第6図(a)はその一例を示している。最初
と最後のピークはノイズであり、2番目のピークはモー
タリングにより、3番目のピークは燃焼により生じたも
のである。点火時期が遅いときにはこのような波形を生
ずる。この場合のスライス態様としては第6図(b)の
ように示され、変化の順序に従い次のようになる。
これらの8つのデータのうち筒内圧の変化方向が(小→
大)、(大→小)となるように対(ペア)を作ると上述
のように(イ)〜(ニ)の4区間となり、これらの各区
間をクランク角で表すとそれぞれ〔−16、−16〕、〔−
3、6〕、〔15、50〕、〔53、54〕となる。なお、TDC
前は負の角度で表される。
以上4つのペアのうち、燃焼圧力がピークθpmaxの存在
する区間を探す。まず、区間の幅が所定角度以下、例え
ば2゜以下の場合にはこれをノイズと判定し、そのデー
タを候補から取り除く。通常この操作で候補は2つ以下
に絞り込まれる。但し、絞り込みの結果、候補数が1と
なる場合には、その候補区間を燃焼ピーク位置θpmax
存在区間として決定するが、候補数が2となる場合、例
えば、上記の例のように、区間(イ)と区間(ニ)が所
定角度以下(2゜以下)となり、これらを除く区間
(ロ)と区間(ハ)の2つが候補となる場合には、後に
出現する方の区間、すなわち区間(ハ)を燃焼ピーク位
置θpmaxの存在区間として決定する。その理由は前述し
たように、一般に先のピークはモータリングによって生
じるものだからである。このような処埋により第6図
(a)に示す例においては、ATDC15゜とATDC50゜の間に
筒内圧のピークが存在すると判定し、15゜と50゜という
2つの値からピークの位置θpmaxを演算する。このよう
にして筒内圧を高速でディジタル処理することなく、比
較処理等の単純な演算でθpmaxを検出することが可能と
なる。
次に、上記基本原理に基づくMBT制御を第7図に示すプ
ログラムに従って説明する。
本プログラムはクランク角センサ10の基準位置信号Caの
〔H〕パルスを検出すると、単位信号C1の〔H〕パルス
のカウントを開始し、所定回数カウントしクランク角θ
が所定の値(例えば、θ=BTDC20゜)となった所でスタ
ートする。
まず、P1でエンジン回転数や吸入空気量をパルスとして
そのときの運転条件に応じてスライスレベルSLD(ディ
ジタル値)を決定し、D/A変換器6に出力する。このた
め、SLDはD/A変換器6によってアナログ値SLAに変換さ
れてコンパレータ5に入力され、コンパレータ5により
電圧信号S2がスライスレベルSLAと比較されて、その大
小関係に応じた比較信号Shが出力される。P2ではクラン
ク角θを検出終了値θDend(例えばθend=ATDC60
゜)と比較し、θ<θDendのときはP3に進み、θ≧θDe
ndになるとp5に進む。
P3では比較信号Shに変化が生じたか否かを判別し、変化
があればP4でそのときのクランク角θとその変化の状態
をRAM23に記憶する。一方、変化がないときはP2にリタ
ーンする。したがって、BTDC20゜からATDC60゜迄の区
間、コントロールユニット7によりコンパレータ5の出
力Shが監視され、筒内圧がスライスレベルSLAを横切る
際のクランク角θとその変化方向が記憶される。
次いで、P5でRAM23にストアされたデータのうち、燃焼
による筒内圧のピークを含む区間を前述した基本原理に
従って判別し、θpmaxの検出を行う。ピークを含む区間
を判別したときは、次のようにしてθpmaxを算出する。
(I)その区間では筒内圧波形は略対称形をしているこ
とから、区間の中央をθpmaxとする。
(II)あるいは、筒内圧が増加するときの方が減少する
ときよりも傾きがやや急であるため、その区間を所定の
比に内分する点をθpmaxとする。例えば、両方向の傾き
からθpmaxを実験により求めた場合、内分点ある機種エ
ンジンでは4:5が好ましいという結果を得ている。
なお、エンジンが失火した場合、上記のような方法では
モータリングによるピークを燃焼ピーク位置と誤認する
おそれがあるが、このような場合には点火時期とθpmax
との関係から失火の判定が可能である。そして、この場
合は、MBT制御を行う情報として失火のときのθpmax
使用しないこととする。
このように、筒内圧の数点を比較判別、ディジタル処理
することを容易にθpmaxの検出を行うことができる。
このような信号処理は従来のように筒内圧の変化を連続
的に逐一ディジタル処理する方法とは異なり、従来のコ
ントロールユニットの構成部品レベルで十分に対処する
ことが可能で高速のA/D変換器は不要である。
なお、同じ回路構成でコンパレータ5の出力Shの変化を
トリガとしてCPU21に割り込みをかけて同様のプログラ
ムを実行するようにしてもよい。そのようにすれば、θ
pmaxの検出区間中でもCPU21は他のプログラムを実行す
ることができ、CPU21の負担が軽くなる。
次いで、P6でθpmaxの検出情報に基づいてMBT制御を行
う。MBT制御の一例としては、次のようなことを行う。
最新の所定回数のθpmaxの平均値を演算するとともに、
それを目標値と比較し、その結果に応じて点火時期修正
量mを演算する。次いで、前回の点火時期補正量M′を
今回の修正量mとの和(M′+m)を今回の点火時期補
正量M(M=M′+m)とする。また、エンジン回転数
や吸入空気量などからなる運転条件より、例えば第8図
に示すデータテーブルから基本点火時期(図中では進角
値で表す)Nを求め、このNと上記Mより最終点火時期
(N+M)を決定してそのタイミングになると点火信号
Spを出力して点火手段26により混合気に点火する。これ
により、発生トルクを最も大きくするように点火時期が
制御される。その結果、エンジンの燃焼効率を高めてト
ルク特性の改善を図ることができ、燃費と運転性能の向
上を達成することができる。
(効果) 本発明によれば、θpmaxの検出に必要なシステムの構成
を簡単なものとすることができ、従来のコントロールユ
ニットの構成部品レベルで容易にかつ低コストでθpmax
の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本概念図、第2〜8図は本発明の一
実施例を示す図であり、第2図はそのブロック構成図、
第3図(A)はその筒内圧センサの取付状態を示す断面
図、第3図(B)はその筒内圧センサのみの平面図、第
4図はそのチャージアンプの詳細な回路図、第5図
(a)〜(c)はその作用を説明するための第1のタイ
ミングチャート、第6図(a)、(b)はその作用を説
明するための第2のタイミングチャート、第7図はその
MBT制御のプログラムを示すフローチャート、第8図は
その基本点火時期の特性を示す図である。 1……筒内圧センサ(圧力検出手段)、 7……コントロールユニット(基準値設定手段、ピーク
位置演算手段)、 8……比較手段、 9……運転状態検出手段。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a)エンジンの燃焼圧力を検出する圧力検
    出手段と、 b)エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段
    と、 c)運転状態に応じて燃焼ピーク位置判別のための比較
    基準値を設定する基準値設定手段と、 d)燃焼圧力と比較基準値を比較する比較手段と、 e)比較手段の出力から燃焼圧力と比較基準値の大小関
    係が変化したときのクランク角を演算するとともに、そ
    のときの燃焼圧力の変化方向を検出し、かつ、これら各
    値の組み合せから設定されるクランク角区間のうち、所
    定角度以下のクランク角区間を除くクランク角区間に基
    づいて燃焼ピーク位置を算出するピーク位置演算手段
    と、 とを備えたことを特徴とする内燃機関の筒内圧最大時期
    検出装置。
  2. 【請求項2】a)エンジンの燃焼圧力を検出する圧力検
    出手段と、 b)エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段
    と、 c)運転状態に応じて燃焼ピーク位置判別のための比較
    基準値を設定する基準値設定手段と、 d)燃焼圧力と比較基準値を比較する比較手段と、 e)比較手段の出力から燃焼圧力と比較基準値の大小関
    係が変化したときのクランク角を演算するとともに、そ
    のときの燃焼圧力の変化方向を検出し、かつ、これら各
    値の組み合せから設定されるクランク角区間のうち所定
    角度以下のクランク角区間を除く残りのクランク角区間
    が2つの場合には、後に出現する方のクランク角区間に
    基づいて燃焼ピーク位置を算出するピーク位置演算手段
    と、とを備えたことを特徴とする内燃機関の筒内圧最大
    時期検出装置。
JP23045885A 1985-10-15 1985-10-15 内燃機関の筒内圧最大時期検出装置 Expired - Lifetime JPH0681945B2 (ja)

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JPS6291661A JPS6291661A (ja) 1987-04-27
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