JPH08135482A

JPH08135482A - 内燃機関の燃焼状態制御装置

Info

Publication number: JPH08135482A
Application number: JP6275139A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Suzuki; 敬介鈴木; Nobutaka Takahashi; 伸孝高橋
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1996-05-28
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: JP3579933B2

Abstract

(57)【要約】【目的】圧力検出していない気筒でのノッキングを確
実に回避する。【構成】機関の運転状態を検出する手段５１と、特定
気筒の筒内圧力を検出する手段５２と、筒内圧力検出手
段５２の出力に基づいて燃焼安定度を判定する手段５３
と、燃焼安定度判定手段５３の出力に基づいて燃焼安定
限界付近に燃焼状態を制御する手段５４と、筒内圧力検
出手段５２の出力から筒内圧力が最大となるクランク角
度を検出する手段５５と、筒内最大圧力クランク角度が
所定の目標値と一致するように点火時期を補正する手段
５６と、運転状態検出手段５１の出力または筒内圧力検
出手段５２の出力に基づいて所定の運転条件においてノ
ッキングを回避するように点火時期補正手段５６に対し
て変更を加える点火時期補正変更手段５７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車等の内燃機関の燃
焼状態制御装置に関し、とくに燃焼圧力を検出しながら
燃焼状態を制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気組成（とくにＮＯｘ）や
燃費を改善するために、空燃比のリーン限界近くで機関
を運転するリーンバーン方式が知られている。リーン限
界付近で機関を運転する場合、理論空燃比付近での運転
に比較して、運転状態の変動により安定性が瞬時に損な
われやすく、このため実際の燃焼状態と相関性の強い燃
焼圧力を圧力センサで検出しながら、燃焼状態が安定限
界よりも悪化したときには、直ちに空燃比をリーン限界
からリッチ側に補正することにより、機関の安定性を維
持するようにしている。

【０００３】例えば、特開昭６０−２４９６４４号や特
開昭６２−２５８１５０号公報によれば、他の気筒より
もいくらか空燃比の大きい（リーン）特定の気筒に燃焼
圧力センサを取付けておき、この気筒の燃焼状態が所定
の安定限界に収まるように全気筒の燃料をリーン限界付
近にフィードバック制御し、燃費の改善と共にＮＯｘの
低減を図ることが開示されている。

【０００４】この場合、空燃比の最もリーン、換言する
と安定性の最も悪化しがちな特定の気筒の燃焼圧力を検
出して制御しているため、一つの圧力センサであるにも
かかわらず、圧力センサの無い気筒での安定性も損なう
ことなく、全気筒について安定限界での運転制御を可能
としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、リーンバー
ンであっても、低速高負荷時など運転条件によってはノ
ッキングを発生することがある。しかし、圧力センサを
装着している気筒は、空燃比が最もリーンで、他の気筒
に比較してノッキングの発生頻度がそれだけ低く、した
がってこの圧力センサの出力から他の気筒を含めてノッ
キングを検出する場合、精度のよい判定ができず、とく
に圧力センサの無い気筒でノッキングにより耐久性が損
なわれるという問題があった。

【０００６】また、このリーンバーンエンジンでは、燃
焼圧力を検出しながら燃料の供給量を制御することによ
り、安定限界付近での運転を可能としているが、燃料の
制御だけでは運転状態の変動によって燃焼が大幅に不安
定化することがある。そこで燃焼が最良となるように、
筒内最大圧力が得られるクランク角度が目標値と一致す
るように点火時期をフィードバック制御し、リーンバー
ンでの燃焼の安定性を高めることが考えられるが、この
ように点火時期をぎりぎりまで進角側に制御すると、燃
費が良好となる反面、運転状態が変化したときなどたち
まちノッキングを起こす可能性も高い。

【０００７】本発明はこのような問題を解決することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで第１の発明は、図
１に示すように、機関の運転状態を検出する運転状態検
出手段５１と、機関の特定気筒の筒内圧力を検出する筒
内圧力検出手段５２と、前記筒内圧力検出手段５２の出
力に基づいて燃焼安定度を判定する燃焼安定度判定手段
５３と、前記燃焼安定度判定手段５３の出力に基づいて
燃焼安定限界付近に燃焼状態を制御する燃焼状態制御手
段５４と、前記筒内圧力検出手段５２の出力に基づいて
筒内圧力が最大となるクランク角度を検出する筒内最大
圧力クランク角度検出手段５５と、筒内最大圧力クラン
ク角度が所定の目標値と一致するように点火時期を補正
する点火時期補正手段５６と、前記運転状態検出手段５
１の出力または筒内圧力検出手段５２の出力に基づいて
所定の運転条件においてノッキングを回避するように前
記点火時期補正手段５６に対して変更を加える点火時期
補正変更手段５７とを備える。

【０００９】第２の発明は、第１の発明において前記筒
内圧力検出手段５２が、最も燃焼条件の悪い気筒の筒内
圧力を検出する。

【００１０】第３の発明は、第２の発明において前記筒
内圧力検出手段５２が、他の気筒よりも空燃比の大きい
気筒の筒内圧力を検出する。

【００１１】第４の発明は、第２の発明において前記筒
内圧力検出手段５２が、他の気筒よりも排気還流量の大
きい気筒の筒内圧力を検出する。

【００１２】第５の発明は、第１の発明において前記燃
焼安定度判定手段５３が、前記筒内圧力検出手段５２の
出力に基づき、所定のクランク角度範囲における図示平
均有効圧力相当量から燃焼安定度を判定する。

【００１３】第６の発明は、第１の発明において前記燃
焼状態制御手段５４が、前記燃焼安定度判定手段５３の
出力に基づいて安定限界付近のリーン空燃比となるよう
に燃料供給量を制御する。

【００１４】第７の発明は、第１の発明において前記燃
焼状態制御手段５４が、前記燃焼安定度判定手段５３の
出力に基づいて安定限界付近に排気還流量を制御する。

【００１５】第８の発明は、第１の発明において前記運
転状態検出手段５１が、機関の負荷、あるいは冷却水
温、あるいは吸気温度、あるいは吸気湿度、もしくはこ
れらの組み合わせによりノッキング発生の可能性が高い
運転条件にあることを検出する。

【００１６】第９の発明は、第１から第８の発明におい
て前記点火時期補正変更手段５７が、前記運転状態検出
手段５１の出力がノッキングの発生の可能性が高いこと
を検出するか、または前記筒内圧力検出手段５２の出力
から特定気筒のノッキングの発生を検出したときに、前
記点火時期補正手段５６の筒内最大圧力クランク角度の
目標値を所定量だけ遅角させる。

【００１７】第１０の発明は、第１から第８の発明にお
いて前記点火時期補正変更手段５７が、前記運転状態検
出手段５１の出力がノッキングの発生の可能性が高いこ
とを検出するか、または前記筒内圧力検出手段５２の出
力から特定気筒のノッキングの発生を検出したときに、
前記点火時期補正手段５６の点火時期補正を中止させ、
かつ点火時期補正値を所定量遅角した値に固定する。

【００１８】第１１の発明は、第１から第８の発明にお
いて前記点火時期補正変更手段５７が、前記運転状態検
出手段５１の出力がノッキングの発生の可能性が高いこ
とを検出しているにもかかわらず、前記筒内圧力検出手
段５２の出力が特定気筒のノッキングの発生を検出して
いないときは、特定気筒以外の点火時期補正値を所定量
遅角した値に固定する。

【００１９】第１２の発明は、第９から第１１の発明に
おいて前記点火時期補正変更手段５７が、点火時期補正
手段５６に対して変更を行う条件の終了後も、所定の時
間だけ変更を継続する。

【００２０】

【作用】第１の発明では、筒内圧力検出手段の出力に基
づいて燃焼状態の安定度が判定され、燃焼安定度が安定
限界付近を維持するように、燃焼状態制御手段により例
えば燃料の供給量がリーン空燃比に制御される。これと
同時に、筒内圧力が最大となるクランク角度が、機関の
燃焼が最も効率よく行われる目標値に一致するように点
火時期が補正され、これらにより、機関の安定限界付近
での燃焼を最良に保ち、燃費の改善とＮＯｘの低減を図
る。

【００２１】また、ノッキングの発生しやすい運転状態
が検出されるか、または筒内圧力検出手段の出力からノ
ッキングの発生を検出すると、即座に点火時期補正変更
手段によりノッキングを回避するように点火時期の修正
が行われ、特定気筒でのみ筒内圧力を検出しているにも
かかわらず、他の気筒についても確実にノッキングを防
ぐことができる。

【００２２】第２の発明では、筒内圧力検出手段を最も
燃焼条件の悪い気筒に設け、これを基準にして他の気筒
の燃焼を制御することにより、筒内圧力検出手段をもた
ない気筒の燃焼が安定限界を越えて悪化することを防止
できる。

【００２３】第３の発明では、空燃比の最も大きい（希
薄な）気筒の筒内圧力を検出しているので、これを基準
にして他の気筒の燃焼を制御することにより、筒内圧力
検出手段をもたない気筒の燃焼が安定限界を越えて悪化
することがない。

【００２４】第４の発明では、他の気筒よりも排気還流
量の大きい気筒の筒内圧力を検出しているので、上記と
同じく、これを基準にして他の気筒の燃焼を制御するこ
とにより、筒内圧力検出手段をもたない気筒の燃焼が安
定限界を越えて悪化することがない。

【００２５】第５の発明では、所定のクランク角度範囲
における図示平均有効圧力相当量に基づいて、燃焼の安
定度を簡単かつ確実に判定することができる。

【００２６】第６の発明では、燃焼状態制御手段が燃料
の供給量を安定限界付近に制御することにより、リーン
燃焼により燃費の改善と共にＮＯｘの低減が図れる。

【００２７】第７の発明では、燃焼状態制御手段が安定
限界付近に排気還流量を制御することにより、運転性を
損なうことなく、ＮＯｘの大幅な低減が図れる。

【００２８】第８の発明では、運転状態検出手段は、機
関の負荷、あるいは冷却水温、あるいは吸気温度、ある
いは吸気湿度、もしくはこれらの組み合わせにより、ノ
ッキング発生の可能性を確実に予知することができる。

【００２９】第９の発明では、ノッキングの発生の可能
性が高い運転状態か、または特定気筒のノッキングの発
生を検出したときに、点火時期補正手段の筒内最大圧ク
ランク角度の目標値を所定量だけ遅角させるので、これ
に応じて全ての気筒の点火時期が相対的に遅れ、ノッキ
ングを確実に回避できる。

【００３０】第１０の発明では、ノッキングの発生の可
能性が高い運転状態か、または特定気筒のノッキングの
発生を検出したときに、点火時期補正手段の点火時期補
正を中止させ、かつ点火時期補正値をノッキングを回避
する所定量だけ遅角した値に固定するので、確実にノッ
キングを防止できる。

【００３１】第１１の発明では、ノッキングの発生の可
能性が高い運転状態にもかかわらず、特定気筒でノッキ
ングが検出されないときは、ノッキングを起こしにくい
特定気筒だけは点火時期の補正制御を継続し、ノッキン
グの可能性の高い他の気筒については、点火時期補正値
を所定量遅角し、ノッキングを未然に防止する。

【００３２】第１２の発明では、ノッキングを回避する
ために点火時期の変更を行い、その条件が解除されてか
らも、しばらくはノッキングが発生しやすい状態にある
と仮定し、所定の時間だけ変更を継続するので、ノッキ
ングの再発を回避できる。

【００３３】

【実施例】図２は本発明の実施例を示すもので、図中１
は４サイクル４気筒の希薄燃焼エンジン、２は吸気マニ
ホールド、３は排気マニホールド、４は吸気絞弁を示
す。吸気マニホールド２の各吸気ブランチには各気筒＃
１〜＃４に燃料を噴射供給するインジェクタ５が設けら
れ、各インジェクタ５はマイクロコンピュータを内蔵し
たコントロールユニット６からの噴射パルス信号に応じ
て燃料噴射量が制御される。また、各気筒＃１〜＃４に
装着した点火プラグ７は同じくコントロールユニット６
からの点火信号により点火時期が制御される。

【００３４】各気筒の吸気ブランチにはスワールコント
ロールバルブ８が設けられ、運転状態に応じて気筒内で
吸気スワールを発生させる。この場合、第１気筒＃１で
は、スワールコントロールバルブ８の切欠８ａが他の気
筒よりもわずかに大きく形成され、その気筒の吸気スワ
ールを弱くすると共に、吸入空気量を多くして空燃比を
リーンにする。この第１気筒＃１の燃焼状態を検出する
ため、燃焼圧力（筒内圧力）を測定する筒内圧力センサ
１２が点火プラグ７の座金部に装着される。

【００３５】コントロールユニット６には、運転状態を
検出するために、エンジンカム軸の回転を検出するクラ
ンク角度センサ１１からの基準クランク角度信号（例え
ば圧縮上死点前１１０°毎）と単位クランク角度信号が
入力し、さらには図示しないが、吸入空気量信号、エン
ジン冷却水温信号、吸気温度信号さらには吸気湿度信号
が入力する。また、前記第１気筒＃１の燃焼圧力を検出
する筒内圧力センサ１２からの信号もコントロールユニ
ット６に入力する。

【００３６】コントロールユニット６はこれらの信号に
基づいて、安定度を検出しながら空燃比をリーン限界付
近に制御し、かつ点火時期を目標値にフィートバック制
御し、安定なリーン燃焼を維持しつつ、燃費の改善とＮ
Ｏｘの低減を図ると共に、ノッキングの発生を確実に回
避する。

【００３７】ここで、コントロールユニット６で実行さ
れる制御動作について説明する。

【００３８】まず、図３は、エンジンの燃焼状態を判定
するために、圧力センサ１２の出力に基づいて第１気筒
＃１の図示平均有効圧力相当量Ｓ_-Ｐｉを計算するルー
チンで、第１気筒＃１の吸気下死点毎に、クランク角度
で３６０°の区間（圧縮、膨張行程区間）実行される。

【００３９】ステップＳ１でカウンタＣと積分値Ｐをク
リアし、ステップＳ２で圧力センサの出力からそのとき
の筒内圧力Ｐｃｙｌを読み込む。ステップＳ３では、カ
ウンタＣの値から、そのときのクランク角度における容
積変化率ｄＶ（Ｃ）をマップから読みだし、ステップＳ
４で、前記筒内圧力Ｐｃｙｌと容積変化率ｄＶ（Ｃ）と
の積ｄＰを、ｄＰ＝Ｐｃｙｌ×ｄＶ（Ｃ）として計算す
る。

【００４０】ステップＳ５で前回の積分値ＰにこのｄＰ
を加えたものを新しい積分値Ｐとして、ステップＳ６で
カウンタＣを１だけインクリメントする。

【００４１】ステップＳ７ではカウンタＣの値がクラン
ク角度３６０°に相当する７２に達したかどうかを判断
し、Ｃ＞７２でないときは、ステップＳ８でクランク角
度で５［°ＣＡ］進むのを待ち、ステップＳ２へ戻る。

【００４２】これに対して、ステップＳ７が成立したと
きには、ステップＳ９に移り、積分値Ｐと行程容積Ｖｓ
とから、図示平均有効圧力相当量Ｓ_-Ｐｉ＝Ｐ／Ｖｓと
して計算する。

【００４３】図４はこのように計算した図示平均有効圧
力相当量Ｓ_-Ｐｉに基づいて、燃料の噴射量を制御する
ための燃料制御係数ＬＬＣＤＭＬを計算するルーチン
で、一定時間（例えば１０［ｍｓ］）毎に実行される。

【００４４】ステップＳ１１で、最新のＳ_-ＰｉをＦｉ
ｌ_-ｉｎに代入し、ステップＳ１２でこのＦｉｌ_-ｉｎを
入力として所定周波数域のデジタル・バンドパスフィル
タ（例えば３〜７［Ｈｚ］）を計算する。ステップＳ１
３でバンドパスフィルタの出力を２乗し、ステップＳ１
４ではこれを入力として所定の時定数（例えば６
［ｓ］）のローパスフィルタを計算し、バンドパスフィ
ルタで抽出した成分の強さをＦｉｌ_-ｏｕｔとして計算
する。

【００４５】ステップＳ１５で、このＦｉｌ_-ｏｕｔを
空燃比の目標スライスレベル（Ｓ／Ｌ）と比較し、燃料
制御係数ＬＬＣＤＭＬの補正値ｄＬＬＣを、ｄＬＬＣ＝
ｄＬＬＣ＋Ｇ×（Ｆｉｌ_-ｏｕｔ−Ｓ／Ｌ）として計算
する。ただし、Ｇは積分をする際のゲインである。ステ
ップＳ１６では、このように計算した補正値ｄＬＬＣ
と、１００［％］を意味する定数ＬＬＣ₁₀₀とから、Ｌ
ＬＣＤＭＬ＝ＬＬＣ₁₀₀＋ｄＬＬＣ［％］として燃料制
御係数を計算する。

【００４６】図５はこのように計算したＬＬＣＤＭＬに
基づいて燃料インジェクタ５の燃料噴射パルス幅Ｔｉを
計算するルーチンで、一定時間（例えば１０［ｍｓ］）
毎に実行される。

【００４７】すなわち、ステップＳ２１で、そのときの
エンジン吸入空気量と回転数から計算した負荷を表すパ
ラメータに補正を行ったＴｅと、ＬＬＣＤＭＬを掛け、
これに無効パルス幅Ｔｓを加えたものを、燃料噴射パル
ス幅Ｔｉ＝Ｔｅ×ＬＬＣＤＭＬ＋Ｔｓとして算出する。

【００４８】このようにして、燃焼安定限界付近を維持
するリーン空燃比となるように燃料噴射パルス幅（噴射
量）が演算され、これに基づいて各インジェクタ５から
各気筒に燃料が噴射供給される。

【００４９】次に図６はノッキングを回避しつつ点火時
期を最適に制御するために、運転状態を検出したフラグ
を設定するルーチンで、バックグランドジョブとして実
行される。

【００５０】まず、ステップＳ３１で負荷が所定値Ｔｆ
よりも大きいかどうかを判定し、ステップＳ３２で冷却
水温が所定値Ｔｒよりも高温かどうかを判定し、ステッ
プＳ３３で吸気温が所定値Ｔｋよりも高温かどうかを判
定し、ステップＳ３４で吸気湿度が所定値Ｔｓよりも低
いかどうかを判定する。

【００５１】ステップＳ３１〜ステップＳ３４までのい
ずれも成立しないときは、ノッキングの発生の可能性が
少ない運転状態にあるとして、ステップＳ３５でフラグ
ＦＭＢＴ＝０とし、これに対していずれか一つでも成立
するときは、ノッキングの可能性が高いものとして、ス
テップＳ３６に移行し、フラグＦＭＢＴ＝１にして点火
時期制御の目標値に変更を加えるものとする。

【００５２】図７は点火時期を設定するためのルーチン
で、回転角のＲｅｆ信号に同期して実行される。

【００５３】まず、ステップＳ４１でＭＢＴ特性に設定
された点火時期のマップ値Ａｄｖｍａｐ（図８参照）
を、エンジン負荷（燃料噴射パルス幅Ｔｐ）と回転数Ｎ
を基に読み込み、ステップＳ４２ではフラグＦＭＢＴ＝
１かどうかを判定する。

【００５４】フラグＦＭＢＴ＝１でないとき、つまりノ
ッキングの可能性の低いときは、ステップＳ４３で筒内
圧力センサの出力から実際にノッキングが発生している
かどうかを判定し、発生していない場合には、ステップ
Ｓ４４で点火時期を設定するための目標値Ｔａｒｇとし
て、前回の値であるθｔａｒｇｅｔを代入する。なお、
この点火時期の目標値は、最良の燃焼状態を得るため
に、燃焼圧力が最大となるときのクランク角度の目標値
に基づいて設定される。

【００５５】これに対して、フラグＦＭＢＴ＝１のと
き、またはノッキングの発生を検出したときにはステッ
プＳ４５に移り、Ｔａｒｇ＝θｔａｒｇｅｔ＋ｄθとし
て、目標値をｄθだけリタード側に設定する。なお、こ
のｄθは、図９のマップから負荷Ｔｐと回転数Ｎに基づ
いて算出するか、あるいは、後述するように、図１０に
示した筒内圧力波形における全気筒のθｐｍａｘが入る
クランク角度の幅（角度範囲）としてもよい。

【００５６】そして、ステップＳ４６では、第１気筒＃
１の検出された実際に筒内圧力が最大となるクランク角
度θｐｍａｘと、前記目標値Ｔａｒｇを基にして点火時
期の補正値ｄＡｄｖを、ｄＡｄｖ＝ｄＡｄｖ＋Ｋ×（θ
ｐｍａｘ−Ｔａｒｇ）として計算する。ただし、Ｋは積
分する際のゲインを表す。

【００５７】ステップＳ４７ではステップＳ４１で読み
込んだマップ値Ａｄｖｍａｐにこの補正値ｄＡｄｖを加
えて、点火時期Ａｄｖを求める。

【００５８】このようにして、運転状態に応じて設定し
た点火時期を補正し、ノッキングの可能性の高いとき、
またはノッキングを検出したときは所定値だけ目標値を
リタードさせる。

【００５９】なお、ステップＳ４３でフラグＦＭＢＴ＝
１でないにもかかわらずノッキングの発生が検出された
ときは、かなり運転状態が悪いことが予測されるので、
フラグＦＭＢＴ＝１のときよりもｄθを大きな値として
点火時期を大きくリタードさせてもよい。

【００６０】次に作用について説明する。

【００６１】図１３にも示すように、空燃比をリーン化
していくと、ＮＯｘは減少していくが、逆にサージトル
クが大きくなっていく。ＮＯｘの排出量が所定の上限値
以下となり、しかもサージトルクもサージ上限よりも低
くなる、矢印で示す運転範囲が、良好な運転が可能なリ
ーン領域となる。しかし、燃費を最良にするには、サー
ジ限界に最も近い図中の斜線領域で運転する必要があ
る。

【００６２】サージ限界付近で運転するときは、運転状
態の変動によって、たちまちサージトルクが上限を越
し、運転性が急激に悪化する。この場合、第１気筒＃１
のスワールコントロールバルブ８の切欠８ａを他の気筒
よりも大きくし、スワールを弱く、かつ空燃比をリーン
にすることにより、図１０にも示すように、相対的に第
１気筒＃１の燃焼が他の気筒よりも遅くなる。このとき
の各気筒の図示平均有効圧力は、図１１のようになり、
第１気筒＃１では燃焼変動が他の気筒よりも大きくな
る。

【００６３】この第１気筒＃１の燃焼安定度とエンジン
サージトルクとの関係は図１２に示す特性となり、燃焼
安定度がよいほどエンジンのサージトルクは小さくな
る。

【００６４】したがって、このエンジンでは、サージト
ルクは第１気筒＃１の燃焼安定度に大きく依存すること
になる。そこで、この第１気筒＃１の燃焼状態を筒内圧
力センサ１２により監視し、燃焼安定度が所定の範囲に
収まるように全部の気筒の燃料噴射量を制御すれば、常
にエンジン全体としてのサージトルクを所定値近傍に制
御できる。

【００６５】一方、基本的な点火時期については、マッ
チングにより求めた、各運転条件においてトルクが最大
で燃費が最良となるＭＢＴ（ミニマムアドバンスフォ
アベストトルク）特性にマップ値を設定してある。運転
環境の変化や経時変化によりＭＢＴを達成する点火時期
がマップ値と相違する場合、マップ値どうりの点火時期
に設定すると、図１５の点線で示すように、筒内圧力の
最大値となるクランク角度が目標値から大きくずれる
（遅れる）ことになり、トルクも低下する。

【００６６】点火時期がＭＢＴでないときは、図１４に
も示すように、空燃比をリーン側へ変化させたときのサ
ージトルクの立ち上がりが、ＭＢＴのときに比較して早
くなり、リーン限界での空燃比が小さくなる。このとき
に運転性が良好となる運転範囲は矢印で示すように非常
に狭くなり、仮にサージ限界に制御したとしても、ＭＢ
Ｔのときに比べると燃費が悪化する。

【００６７】そこで、図１５に示すように、第１気筒＃
１の最大圧力となるクランク角度θｐｍａｘが、目標値
θｔａｒｇｅｔとなるように、ＭＢＴ特性に設定した点
火時期をフィードバック制御するのである。同一運転条
件のときにトルクを最大にできる筒内圧力が最大値とな
るクランク角度θｔａｒｇｅｔはエンジンに固有で、運
転条件ではほとんど変化しないことが分かっている。

【００６８】しかし、図１２のように、第１気筒＃１の
燃焼安定度から全体的なエンジンサージトルクの限界を
検出しており、筒内圧力センサ１２はスワールコントロ
ールバルブ８により最も燃焼を悪くした第１気筒＃１に
装着していることから、ＭＢＴ点火時期制御を行った場
合、筒内圧力センサ１２を装着していない気筒にとって
は、図１５のように点火時期が過剰に進角された状態に
なる。このため、運転条件によってはこれらの気筒でノ
ッキングを発生し、エンジンの耐久性や運転性が悪化す
る恐れがでる。

【００６９】一般的にエンジンの運転条件、すなわち負
荷、冷却水温、吸気温、吸気湿度とノッキングとの間に
は、図１６から図１９に示すような関係があり、高負
荷、高冷却水温、高吸気温、低吸気湿度の場合にノッキ
ングの発生頻度が高くなる。

【００７０】しかし、図６、図７のようにして、これら
の検出値をそれぞれ所定値と比較し、いずれかでも所定
値を越えているノッキングの発生しやすい条件では、点
火時期制御の目標とする目標値θｔａｒｇｅｔ（筒内圧
力が最大となるクランク角度の目標値）を所定量ｄθだ
けリタード側に補正するため、ノッキングを確実に回避
することができる。また、この条件以外でも、第１気筒
＃１の筒内圧力センサ１２の出力からノッキングが検出
された場合には、同じように目標値θｔａｒｇｅｔをリ
タード側に変更し、ノッキングを回避することができ
る。

【００７１】次に図２０に示す他の実施例を説明する。
この実施例はノッキングの回避にあたり、目標値θｔａ
ｒｇｅｔをリタード側に補正する代わりに、点火時期制
御を中止して点火時期補正値を所定のリタード側の値に
固定するようにしたものである。

【００７２】図において、ステップＳ５１〜５７のう
ち、ステップＳ５５を除くと、図７と同一である。つま
り、ステップＳ５２、５３でフラグＦＭＢＴ＝１または
ノッキングの発生を検出したら、ステップＳ５５に移
り、点火時期補正値Ａｄｖを、Ａｄｖ＝Ａｄｖｍａｐ−
Ｒｅｔとして、点火時期を筒内最大圧力が発生するクラ
ンク角度の目標値θｔａｒｇｅｔに近づける制御を中止
し、点火時期補正値Ａｄｖをマップ値から所定量だけリ
タードさせて固定する。

【００７３】このようにして、ノッキングの発生する可
能性の高い領域、あるいは実際にノッキングを検出した
ときに点火時期を所定量だけリタードさせることによ
り、ノッキングによるエンジンの耐久性の低下等を回避
する。

【００７４】図２１の実施例は、ノッキングの発生の可
能性の高い運転領域であっても、筒内圧力センサ１２を
装着した気筒でノッキングが検出されないときは、他の
気筒の点火時期は所定量だけリタードさせるが、その気
筒だけ点火時期制御を継続させるようにしたのものであ
る。

【００７５】ステップＳ６２でフラグＦＭＢＴ＝１では
なく、またステップＳ６４でノッキングの発生が無いと
きは、図７と同じように、ステップＳ６５から、ステッ
プＳ６８、ステップＳ７０で、各気筒の点火時期を筒内
最大圧力が発生するクランク角度の目標値に制御し、ま
た、フラグＦＭＢＴ＝１かもしくはノッキングの発生を
検出したときは、ステップＳ６６で目標値θｔａｒｇｅ
ｔを遅角側に修正し、ノッキングを回避する。

【００７６】しかし、フラグＦＭＢＴ＝１だが、ノッキ
ングが発生していないときは、ステップＳ６３からステ
ップＳ６７に移り、目標値Ｔａｒｇ＝θｔａｒｇｅｔと
してステップＳ６９で、第１気筒＃１の点火時期は、ｄ
Ａｄｖ（１）＝ｄＡｄｖ（１）＋Ｋ×（θｐｍａｘ−Ｔ
ａｒｇ）として、点火時期を筒内最大圧力となる目標値
に一致させる制御を継続するが、他の気筒＃２〜＃４に
ついては、ステップＳ７１において、Ａｄｖ（ｉ＝２〜
４）＝Ａｄｖｍａｐ−Ｒｅｔとして、点火時期補正値を
マップ値から所定量だけリタードした値に固定する。

【００７７】このようにして筒内圧力センサ装着気筒で
ノッキングの発生が無いときは、ノッキングの可能性の
高い運転条件（ＦＭＢＴ＝１）でも、その特定気筒につ
いては、点火時期のフィードバック制御を持続し、燃費
の改善を図ると共に、他の気筒ではノッキングの発生を
確実に回避させるのである。

【００７８】以上の各実施例においては、ノッキングの
発生しやすい運転条件またはノッキングを検出したとき
に限り、点火時期制御の目標値をリタード側に設定した
り、点火時期補正値をリタード側に固定したりしたが、
これらの条件が解除されても、しばらくはノッキングが
発生しやいすい状態が続くものと想定し、解除後も所定
の時間は、点火時期を上記リタード側への設定、あるい
は固定してもよい。この場合には、ノッキング回避制御
の安定性が改善される。

【００７９】また、空燃比をリーン限界に制御する代わ
りに、燃費の良い所定の空燃比に設定し、エンジン燃焼
安定度が安定限界付近となるように排気還流量を制御
し、ＮＯｘの低減を図ることもできる。

【００８０】

【発明の効果】第１の発明によれば、筒内圧力検出手段
の出力に基づいて特定気筒での燃焼状態の安定度が判定
され、この燃焼安定度が常に安定限界付近を維持するよ
うに燃料の供給量等が制御され、同時に筒内圧力が最大
となるクランク角度が、機関の燃焼が最も効率よく行わ
れる目標値に一致するように点火時期が制御され、これ
らにより機関の安定限界付近での燃焼を最良に保ちつ
つ、燃費の改善とＮＯｘの低減を図る一方、ノッキング
の発生しやすい運転状態が検出されるか、または特定気
筒でのノッキングの発生を検出すると、即座にノッキン
グを回避するように点火時期の修正が行われ、このため
特定気筒でのみ筒内圧力を検出しているにもかかわら
ず、他の気筒についても確実にノッキングを防ぐことが
でき、機関の耐久性を向上させられる。

【００８１】第２の発明によれば、筒内圧力検出手段を
最も燃焼条件の悪い気筒に設け、これを基準にして他の
気筒の燃焼を制御するので、他の気筒の燃焼が安定限界
を越えて悪化することが確実に防止できる。

【００８２】第３の発明によれば、空燃比の最も大きい
（希薄な）気筒の筒内圧力を検出し、これを基準にして
他の気筒の燃焼を制御するので、他の気筒の燃焼が安定
限界を越えて悪化することがない。

【００８３】第４の発明によれば、他の気筒よりも排気
還流量の大きい気筒の筒内圧力を検出しているので、上
記と同じく、筒内圧力検出手段をもたない気筒の燃焼が
安定限界を越えて悪化することがない。

【００８４】第５の発明によれば、所定のクランク角度
範囲における図示平均有効圧力相当量に基づいて、燃焼
の安定度を簡単かつ確実に判定することができる。

【００８５】第６の発明によれば、燃料の供給量を安定
限界付近にリーン制御することで、リーン燃焼により燃
費の改善と共にＮＯｘの低減が図れる。

【００８６】第７の発明によれば、安定限界付近に排気
還流量を制御することにより、運転性を損なうことな
く、ＮＯｘの大幅な低減が図れる。

【００８７】第８の発明によれば、機関の負荷、あるい
は冷却水温、あるいは吸気温度、あるいは吸気湿度、も
しくはこれらの組み合わせにより、ノッキング発生の可
能性を確実に予知することができる。

【００８８】第９の発明によれば、ノッキングの発生の
可能性が高い運転状態か、または特定気筒でのノッキン
グの発生を検出したときに、筒内最大圧クランク角度の
目標値を所定量だけ遅角させるので、これに応じて全て
の気筒の点火時期が相対的に遅れ、ノッキングを確実に
回避できる。

【００８９】第１０の発明によれば、ノッキングの発生
の可能性が高い運転状態か、または特定気筒のノッキン
グの発生を検出したときに、点火時期補正手段の点火時
期補正を中止させ、かつ点火時期補正値をノッキングを
回避する所定量だけ遅角した値に固定するので、確実に
ノッキングを防止できる。

【００９０】第１１の発明によれば、ノッキングの発生
の可能性が高い運転状態にもかかわらず、特定気筒でノ
ッキングが検出されないときは、ノッキングを起こしに
くい特定気筒だけは点火時期の補正制御を継続して燃費
を改善し、ノッキングの可能性の高い他の気筒について
は、点火時期補正値を所定量遅角し、ノッキングを未然
に防止する。

【００９１】第１２の発明によれば、ノッキングを回避
するために点火時期の変更を行い、その条件が解除され
てからも、しばらくはノッキングが発生しやすい状態に
あると仮定して所定の時間だけ変更を継続するので、ノ
ッキングの再発を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す構成図である。

【図２】本発明の実施例を示す概略構成図である。

【図３】第１の実施例の制御動作を示すフローチャート
である。

【図４】同じく制御動作を示すフローチャートである。

【図５】同じく制御動作を示すフローチャートである。

【図６】同じく制御動作を示すフローチャートである。

【図７】同じく制御動作を示すフローチャートである。

【図８】点火時期の基本制御特性（ＭＢＴ）を負荷と回
転数に応じて示す特性図である。

【図９】点火時期制御の目標値のリタード特性を負荷と
回転数に応じて示す特性図である。

【図１０】４気筒エンジンの各気筒の筒内圧力の変化状
態を示す説明図である。

【図１１】４気筒エンジンの各気筒の図示平均有効圧力
を示す説明図である。

【図１２】エンジンのサージトルクと第１気筒の燃焼安
定度との関係を示す特性図である。

【図１３】リーン燃焼エンジンの燃費、排気特性を示す
特性図である。

【図１４】点火時期を相違させた場合のリーン燃焼エン
ジンの燃費、排気特性を示す特性図である。

【図１５】点火時期の制御状態を筒内圧力との関係で示
す説明図である。

【図１６】負荷とノッキング発生頻度の関係を示す特性
図である。

【図１７】冷却水温とノッキング発生頻度の関係を示す
特性図である。

【図１８】吸気温とノッキング発生頻度との関係を示す
特性図である。

【図１９】吸気湿度とノッキング発生頻度との関係を示
す特性図である。

【図２０】第２の実施例の制御動作を示すフローチャー
トである。

【図２１】第３の実施例の制御動作を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１エンジン５燃料シンジェクタ６コントロールユニット７点火プラグ１２筒内圧力センサ５１運転状態検出手段５２筒内圧力検出手段５３燃焼安定度判定手段５４燃焼状態制御手段５５筒内最大圧力クランク角度検出手段５６点火時期補正手段５７点火時期補正変更手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 43/00 ＥＮ 45/00 ３０１Ｇ３６８ＳＦ０２Ｐ 5/152 5/153 5/15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の運転状態を検出する運転状態検出
手段と、機関の特定気筒の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段
と、前記筒内圧力検出手段の出力に基づいて燃焼安定度を判
定する燃焼安定度判定手段と、前記燃焼安定度判定手段の出力に基づいて燃焼安定限界
付近に燃焼状態を制御する燃焼状態制御手段と、前記筒内圧力検出手段の出力に基づいて筒内圧力が最大
となるクランク角度を検出する筒内最大圧力クランク角
度検出手段と、筒内最大圧力クランク角度が所定の目標値と一致するよ
うに点火時期を補正する点火時期補正手段と、前記運転状態検出手段の出力または筒内圧力検出手段の
出力に基づいて所定の運転条件においてノッキングを回
避するように前記点火時期補正手段に対して変更を加え
る点火時期補正変更手段とを備えることを特徴とする内
燃機関の燃焼状態制御装置。
【請求項２】前記筒内圧力検出手段が、最も燃焼条件
の悪い気筒の筒内圧力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燃焼状態制御装置。
【請求項３】前記筒内圧力検出手段が、他の気筒より
も空燃比の大きい気筒の筒内圧力を検出することを特徴
とする請求項２に記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。
【請求項４】前記筒内圧力検出手段が、他の気筒より
も排気還流量の大きい気筒の筒内圧力を検出することを
特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃焼状態制御装
置。
【請求項５】前記燃焼安定度判定手段が、前記筒内圧
力検出手段の出力に基づき、所定のクランク角度範囲に
おける図示平均有効圧力相当量から燃焼安定度を判定す
ることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼状
態制御装置。
【請求項６】前記燃焼状態制御手段が、前記燃焼安定
度判定手段の出力に基づいて安定限界付近のリーン空燃
比となるように燃料供給量を制御することを特徴とする
請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。
【請求項７】前記燃焼状態制御手段が、前記燃焼安定
度判定手段の出力に基づいて安定限界付近に排気還流量
を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関
の燃焼状態制御装置。
【請求項８】前記運転状態検出手段が、機関の負荷、
あるいは冷却水温、あるいは吸気温度、あるいは吸気湿
度、もしくはこれらの組み合わせによりノッキング発生
の可能性が高い運転条件にあること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燃焼状態制御装
置。
【請求項９】前記点火時期補正変更手段が、前記運転
状態検出手段の出力がノッキングの発生の可能性が高い
ことを検出するか、または前記筒内圧力検出手段の出力
から特定気筒のノッキングの発生を検出したときに、前
記点火時期補正手段の筒内最大圧力クランク角度の目標
値を所定量だけ遅角させることを特徴とする請求項１か
ら８のいずれか一つに記載の内燃機関の燃焼状態制御装
置。
【請求項１０】前記点火時期補正変更手段が、前記運
転状態検出手段の出力がノッキングの発生の可能性が高
いことを検出するか、または前記筒内圧力検出手段の出
力から特定気筒のノッキングの発生を検出したときに、
前記点火時期補正手段の点火時期補正を中止させ、かつ
点火時期補正値を所定量遅角した値に固定することを特
徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の内燃機
関の燃焼状態制御装置。
【請求項１１】前記点火時期補正変更手段が、前記運
転状態検出手段の出力がノッキングの発生の可能性が高
いことを検出しているにもかかわらず、前記筒内圧力検
出手段の出力が特定気筒のノッキングの発生を検出して
いないときは、特定気筒以外の点火時期補正値を所定量
遅角した値に固定することを特徴とする請求項１から８
のいずれか一つに記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。
【請求項１２】前記点火時期補正変更手段が、点火時
期補正手段に対して変更を行う条件の終了後も、所定の
時間だけ変更を継続することを特徴とする請求項９から
１１のいずれか一つに記載の内燃機関の燃焼状態制御装
置。