JPH0710061Y2

JPH0710061Y2 - 筒内圧信号の異常判定装置

Info

Publication number: JPH0710061Y2
Application number: JP10498588U
Authority: JP
Inventors: 達哉関戸
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-08-09
Filing date: 1988-08-09
Publication date: 1995-03-08
Anticipated expiration: 2003-08-09
Also published as: JPH0226769U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）この考案は、筒内圧信号の異常判定装置、特に筒内圧信
号に基づいてエンジンの失火や部分燃焼が生じているか
どうかの異常を判定するものに関する。

（従来の技術）近時、エンジンのノッキングを生じない領域では、筒内
圧が最大となるクランク角位置（Θ_ptax）がエンジンの
発生トルクを最大にする一定位置（Θ_０）にくるように
点火時期を制御（いわゆるMBT制御）することが行なわ
れている（特開昭59−39974号公報参照）。

これを第９図で説明すると、１は点火プラグの座金状に
形成される筒内圧センサで、筒内圧センサ１は筒内圧を
圧電素子によって電荷に変換し、そのセンサ出力S₁をチ
ャージアンプ２に出力する。チャージアンプ２はいわゆ
る電荷−電圧変換増幅器からなり、センサ出力S₁を電圧
信号S₂に変換してサンプリング回路３に出力する。

クランク角センサ４からの信号Ref,Posも入力されるサ
ンプリング回路３は所定のクランク角毎（たとえば２°
毎）に所定のクランク角区間（圧縮上死点からATDC50°
程度まで）にわたって、筒内圧を表す電圧信号S₂をサン
プリングし、サンプリング信号S₃を筒内圧最大クランク
角検出回路５に出力する。

検出回路５では、サンプリング信号S₃とクランク角信号
Ref,Posに基づいて筒内圧が最大となるクランク角位置
（Θ_pmax）を検出する。

このΘ_pmaxを検出情報として点火時期のMBT制御を行う
装置では、Θ_pmaxが圧縮上死点後の一定位置Θ_０（たと
えばATDC10°〜20°）と一致するように、両者の偏差
（Θ_pmax−Θ_０）に基づく補正量（Ｍ）が算出され、そ
の補正量Ｍにて基本点火時期が修正制御される。

なお、クランク角センサ４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
に各気筒の所定位置でハイレベルとなるパルス信号（Re
f）を出力するとともに、クランク角の単位角度毎（た
とえば１°毎）にハイレベルとなるパルス信号（Pos）
を出力する。

（考案が解決しようとする課題）ところで、こうした装置ではサンプリング区間が圧縮上
死点より所定のクランク角位置（ATDC50°程度）までと
なっている。この区間に限定するのは、正常に燃焼が行
なわれるとすれば、必ずこの区間にΘ_pmaxが存在し、こ
の区間を外れては存在しないはずだからである。

このため、正常に燃焼が行なわれない場合にはΘ_pmaxを
正確に検出できないことがある。たとえば、点火時期を
進角（あるいは遅角）しすぎたり、あるいは低負荷等で
燃焼が正常に行なわれがたい運転域において失火または
部分燃焼が生じた場合には、単なる圧縮圧力のピーク位
置がΘ_pmaxとして検出される。

特に、点火時期を遅角しすぎて失火した場合と、点火時
期を進角しすぎてΘ_pmaxが圧縮上死点近傍にきた場合と
では、いずれもΘ_pmaxは圧縮上死点近傍にあるとして検
出されるが、前者の場合は本来、点火時期を進角補正す
べきところであるのに、後者と誤って遅角補正されてし
まう。つまり、遅角しすぎて失火した気筒についてのΘ
_pmaxは誤検出であるといえ、誤検出した情報に基づいて
エンジンの燃焼を制御すれば、運転性や燃費の悪化を招
くのである。

一方、失火の判定を行うようにした装置としては、実願
昭60−181263号公報に記載のものがある。しかし、この
装置は筒内圧のピーク値と圧縮上死点位置での筒内圧と
の大小比較に基づいて失火を生じたかどうかを判定する
構成であるため、ノイズにより筒内圧のピーク値に誤差
が生ずると誤った判定をすることがあり、失火の判定が
万全に行なわれるとはいいがたい。

また、特開昭61−128133号公報の燃焼状態検出装置によ
れば、点火時期からΘ_pmaxまでの期間を測定し、この値
がたとえば前回までの平均値に比べて小さすぎるような
場合には、燃焼圧力によるものでないつまり失火を生じ
ていると判断して、今回検出したΘ_pmaxの代わりにメモ
リに記憶している前回までのΘ_pmaxを保持するものが構
成されるが、Θ_pmaxが圧縮上死点近傍に生じた場合に、
その原因が点火時期の進角のしすぎによるのか、遅角し
すぎて失火を生じたことにあるのかの判定までは行って
いない。

この考案はこのような従来の課題に着目してなされたも
ので、Θ_pmaxが圧縮上死点近傍に生じた原因が点火時期
の進角のしすぎによるのか、それとも遅角しすぎて失火
を生じたことにあるのかを、Θ_pmaxとそのときに設定さ
れている点火時期とを比較することにより判定するよう
にした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）この考案は、第１図に示すように、点火時期を設定する
手段11と、設定された点火時期（Ｄ）に合わせて点火を
行う手段12と、エンジンのクランク角を検出するセンサ
13と、エンジンの筒内圧を検出するセンサ14と、この筒
内圧センサ14の検出値を所定のクランク角毎（たとえば
２°毎）にサンプリングする手段15と、サンプリング手
段15にて得られるデータより筒内圧が最大となるクラン
ク角位置（Θ_pmax）を検出する手段16と、この筒内圧最
大クランク角位置Θ_pmaxが圧縮上死点近傍にある場合に
筒内圧最大クランク角位置Θ_pmaxと前記点火時期設定手
段11にて設定された点火時期Ｄとを比較することによ
り、点火時期の進角のしすぎか、それとも遅角のしすぎ
で失火を生じているのかを判定する手段17とを設けた。

（作用） Θ_pmaxが圧縮上死点近傍に現れるのは、点火時期を進角
しすぎた場合に限らず、遅角しすぎて失火した場合にも
生ずる。ただし、前者の場合と後者の場合とでは、Θ
_pmaxと点火時期との相対位置が前者において近接し、後
者においてそれよりも離れる。

このため、本考案にてΘ_pmaxと点火時期が比較される
と、両者がはっきりと区別される。つまり、燃焼圧力に
よらない場合にまで、燃焼圧力を生じたかのように誤判
断することが避けられる。

（実施例）第２図はΘ_pmaxを検出情報としていわゆるMBT制御を行
う装置にこの考案を適用した一実施例のブロック図で、
第９図と同じ部分には同一の符号を付してあり、その部
分の説明は省略する。なお、サンプリング回路３による
サンプリング区間は圧縮上死点からATDC30°程度までと
している。

第２図において、22は点火時期設定回路で、この回路22
では運転状態（たとえばエンジン回転数とエンジン負荷
としての吸入空気流量）に応じて基本点火時期（Ｎ）を
テーブルルックアップあるいは計算にて求めるととも
に、このＮを後述する補正量（Ｍ）にて補正して最終点
火時期Ｄ（＝Ｎ＋Ｍ）を設定する。このＤは点火時期記
憶回路23に出力してメモリにセーブしておく。

さらに、このＤに対応するタイミングで点火信号Spを点
火手段24に出力する。点火手段24は点火コイル24Aや点
火プラグ24B等からなり、点火信号Spに基づき高電圧を
発生させて混合気に点火する。

検出回路５からのΘ_pmaxと記憶回路23のメモリ値（つま
り点火時期）Ｄ′とを入力する判定回路25では、Θ_pmax
が圧縮上死点近傍にある場合に、それが点火時期の進角
のしすぎによるものか、それとも点火時期を遅角しすぎ
て失火した結果によるものなのかを判定し、その判定信
号Shを補正量演算回路26に出力する。

補正量演算回路26では今回検出されたΘ_pmaxおよび信号
Shに基づいて次回のΘ_pmaxがエンジンの発生トルクを最
大にする一定位置（Θ_０）にくるように補正量Ｍを演算
し、これを点火時期設定回路22に出力する。

第２図に示したサンプリング回路3,点火時期設定回路2
2,点火時期記憶回路23、判定回路25、補正量演算回路26
はハードウエアでも構成できるが、マイクロコンピュー
タからなるコントロールユニット21を用いれば、各回路
は以下に示すプログラムによってその機能を実現するこ
とができる。

次に、第３図ないし第８図に基づいてこの実施例の作用
を説明する。

第３図は筒内圧のサンプリングを行うプログラムで第１
図の手段15の機能に相当する。まず、P₁で筒内圧を表す
電圧信号（筒内圧波形に相当）S₂をA/D変換してそのA/D
変換値（図では単に「A/D値」で表す。第４図において
同じ）をメモリにセーブする。この場合、サンプリング
区間は圧縮上死点から開始するようにしてあり、最初の
筒内圧のA/D変換値は圧縮上死点位置におけるものとな
る。P₂では圧縮上死点以降、クランク角で２°毎のA/D
変換処理を開始し、そのA/D変換値をそのときのクラン
ク角に対応させて対（ペア）でメモリにセーブする。そ
して、この処理を本ルーチンの実行毎に所定角度Θ_END
（ATDC30°）まで繰り返す。つまり、Θ_ENDはサンプリ
ング区間の終期を定める。これにより、燃焼状態に応じ
て変化する筒内圧波形がサンプリング区間において２°
毎にA/D変換されていく。

第４図はΘ_pmaxを検出するプログラムで、第１図の手段
16の機能に相当する。まず、P₁₁で筒内圧のA/D変換値を
読み込み、P₁₂でそのときのクランク角が圧縮上死点
（図では「TDC」で表す。第５図において同じ）かどう
かの判断を行い、圧縮上死点のときにはP₁₃で筒内圧の
最大値（P_max）を代入するメモリ（P_maxメモリ）の値を
零とする処理を行う。これは初期化であり、圧縮上死点
を過ぎるとP₁₃の処理は行わない。なお、クランク角の
検出は、たとえば信号Posのパルスを圧縮上死点以後カ
ウントすることにより行う。

P₁₄では今回の筒内圧のA/D変換値を前回までにP_maxメモ
リに代入されている値と比較し、筒内圧のA/D変換値が
メモリ値以上であるときはP₁₅で今回のA/D変換値をP_max
メモリに代入するとともに、P₁₆でそのA/D変換値に対応
するクランク角をΘ_pmaxメモリに代入する。つまり、P
_maxメモリでは順次大きな値で更新されていくのであ
り、これにてP_maxが求められ、かつP_maxに対応してΘ
_pmaxメモリに代入されている値がΘ_pmaxを与える。

一方、ステップP₁₄で筒内圧のA/D変換値がP_maxメモリの
値に満たないとき燃焼のピークを過ぎて筒内圧が下降し
ていると判断し、P₁₅，P₁₆をジャンプしてP₁₇に進む。

P₁₇では信号P_osのカウント値（CP）を前述の所定角度
（ATDC30°）に相当する数値（たとえば30）と比較し、
CPがその数値30以下であるときはP₁₈で筒内圧のA/D変換
値の読み込み処理の継続を指令して今回のルーチンを終
了する。そして、CPがその数値30を越えると、P₁₉でATD
C30°のクランク角による割込みをかけて本プログラム
の終了（すなわち、マスクする）を指令し、次の点火時
期とΘ_pmaxとを比較するプログラムに移行する。

第５図は点火時期とΘ_pmaxとを比較するプログラムで、
第１図の手段17の機能に相当する。P₃₁でΘ_pmaxが圧縮
上死点近傍にあるかどうかを判定する。これは、点火時
期を進角しすぎてΘ_pmaxが圧縮上死点近傍にきた場合の
外、遅角しすぎて失火を生じた場合にもΘ_pmaxが圧縮上
死点近傍にくるからである。後者の場合には、失火して
いなければΘ_pmaxが圧縮上死点近傍にくるはずがない、
つまり燃焼圧力に基づくものではないので、後者の場合
をも進角のしすぎであるとすることは誤った判断とな
る。したがって、Θ_pmaxが圧縮上死点近傍に存在すると
きは、P₃₄へと進んで両者を区別し、誤った判断をしな
いようにしなればならない。

なお、P₃₂で例外処理を行うかどうかの判定フラグ（IF
0）をセットする（IFO＝１とする）のは、後述する点火
時期制御に必要となるからで、IF0＝１にて例外処理を
行うことが指示される。この逆に、IF0＝０は通常のMBT
制御を指示することになり、したがってP₃₁でΘ_pmaxが
圧縮上死点近傍にないときはP₃₃で判定フラグIF0をリセ
ットする（IF0＝０とする）。

ここで、筒内圧の燃焼波形（すなわち筒内圧センサの出
力波形）に着目すると、点火時期を遅角しすぎて失火し
た場合には、第６図に示すように、筒内圧のピークが圧
縮上死点近傍に現れ、したがってΘ_pmaxとそのときに設
定した点火時期Ｄ（あるいはメモリに代入してある点火
時期Ｄ′）とが近接する。これに対して、点火時期を進
角しすぎても、第７図に示すように、筒内圧のピークが
圧縮上死点近傍に現れるが、この場合にはΘ_pmaxと点火
時期Ｄとは失火した場合よりも離れている。

そこで、エンジンの燃焼速度等より予め定めたマージン
量（Ａ）を用意し、P₃₄でΘ_pmaxとＤ′＋Ａを比較させ
れば、Θ_pmaxがＤ′＋Ａを越えない場合に遅角しすぎて
失火していると判断されるので、P₃₆で判定フラグ（IF
1）をリセットしてルーチンを終了する。この逆に、Θ
_pmaxがＤ′＋Ａ以上であるときは、進角のしすぎである
と判断してP₃₅で判定フラグIF1をセットする。ここに、
IF1＝０は遅角しすぎて失火したことを、IF1＝１は進角
しすぎであること意味することになり、IF1の値にて両
者が区別される。つまり、燃焼圧力によらない場合にま
で、燃焼圧力を生じたかのように誤判断せずとも済むこ
とになるのである。言い替えると、Θ_pmaxを検出情報と
する場合の情報が正確なものとなり、Θ_pmaxの検出精度
が向上する。

第８図は第５図で導入した判定フラグ（IF0とIF1）を用
いて点火時期補正量を演算するプログラムである。ま
ず、P₄₁でIF0＝０のときはP₄₂で通常のMBT制御を行う。
すなわち、Θ_pmaxの検出情報に基づいて次回のΘ_pmaxが
エンジンの発生トルクを最大にする一定位置（Θ_０）に
くるように、その偏差とフィードバック定数を用いてフ
ィードバック量を算出し、これをＭメモリに代入してル
ーチンを終了する。つまり、Ｍメモリの値がMBT補正量
（Ｍ）を与える。なお、図示しないプログラムでは、こ
のＭで基本点火時期Ｎを補正することにより最終的な点
火時期Ｄ（＝Ｎ＋Ｍ）が設定される。

一方、P₄₁でIF0＝１の場合は例外処理を行う場合である
として次に進む。P₄₃でIF1＝１のときは進角のしすぎで
あるから、P₄₄でＭメモリに予め定めた遅角量（KRTD）
を代入する。これにて、進角しすぎた気筒では燃焼が遅
らされることになって、燃焼圧力のピークが圧縮上死点
以降へとずれる。これに対してP₄₃でIF1＝０のときは遅
角しすぎて失火しているのであるからP₄₅でＭメモリに
予め定めた進角量（KADV）を代入する。これにて、失火
した気筒では早めに燃焼が始まり、失火からの速やかな
回復が図られる。

つまり、従来例によれば、点火時期を遅角しすぎて失火
した場合も、点火時期を進角しすぎてΘ_pmaxが圧縮上死
点にきた場合と同じに扱われるので、MBT制御を行う
と、さらに遅角されることになって、ますます燃焼状態
を悪くすることがあったのであるが、この例によれば、
判定フラグの値により遅角しすぎて失火した場合が進角
しすぎてΘ_pmaxが圧縮上死点にきた場合と明確に区別さ
れるので、失火した場合への適切な処理が可能となり、
運転性や燃費が向上するのである。

（考案の効果）この考案は筒内圧最大クランク角位置が圧縮上死点近傍
にある場合に筒内圧最大クランク角位置と点火時期設定
手段にて設定された点火時期とを比較することにより、
点火時期の進角のしすぎか、それとも遅角のしすぎで失
火を生じているのかを判定する手段を設けたので、遅角
しすぎて失火した場合にまで、進角しすぎてΘ_pmaxが圧
縮上死点にきた場合と混同されることがなく、筒内圧最
大クランク角位置の検出精度を向上することができるば
かりか、これを検出情報としてMBT制御を行えば、失火
した場合への適切な処理が行なわれて、運転性や燃費が
向上する

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案のクレーム対応図、第２図はこの考案
を点火時期のMBT制御に適用した場合の一実施例のブロ
ック図、第３図ないし第５図と第８図は第２図の実施例
と同様な装置をマイクロコンピュータで実現する場合の
制御動作を説明するための流れ図、第６図と第７図はそ
れぞれ遅角しすぎて失火した場合と、進角のしすぎによ
りΘ_pmaxが圧縮上死点近傍にきた場合の筒内圧波形図、
第９図は従来例のブロック図である。１…筒内圧センサ、２…チャージアンプ、３…サンプリ
ング回路、４…クランク角センサ、５…筒内圧最大クラ
ンク角検出回路、11…点火時期設定手段、12…点火手
段、13…クランク角センサ、14…筒内圧センサ、15…サ
ンプリング手段、16…筒内圧最大クランク角検出手段、
17…判定手段、21…コントロールユニット、22…点火時
期設定回路、23…点火時期記憶回路、24…点火装置、25
…判定回路、26…補正量演算回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】点火時期を設定する手段と、設定された点
火時期に合わせて点火を行う手段と、エンジンのクラン
ク角を検出するセンサと、エンジンの筒内圧を検出する
センサと、この筒内圧センサの検出値を所定のクランク
角毎にサンプリングする手段と、サンプリング手段にて
得られるデータより筒内圧が最大となるクランク角位置
を検出する手段と、この筒内圧最大クランク角位置が圧
縮上死点近傍にある場合に筒内圧最大クランク角位置と
前記点火時期設定手段にて設定された点火時期とを比較
することにより、点火時期の進角のしすぎか、それとも
遅角のしすぎで失火を生じているのかを判定する手段と
を設けたことを特徴とする筒内圧信号の異常判定装置。