JPH08312426A - 火花点火式エンジンの出力計測方法および制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼室内の燃焼圧力を計測して軸トルクある
いはＰＭＩを算出するに当たり、簡単にかつ正確に演算
を実施するとともに、この軸トルクあるいはＰＭＩを用
いたフィードバック制御をより適切に実施することによ
り、出力変動しやすいＥＧＲを行う場合において空燃比
の高い希薄燃焼を行う場合であっても出力変動を小さく
抑えることができるトルク計測方法を提供する。 【構成】 排気行程の終了後から圧縮行程の初期までの
間のクランク角（ａ０）と、上死点近傍でかつ上死点前
のクランク角（ａ１）と、上死点または上死点近傍でか
つ上死点後のクランク角（ａ２〜ａ５）とにおける燃焼
室圧力を検出し、これらの燃焼室圧力データに基づいて
軸トルクを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関（エンジン）の
運転状態を制御するための演算の基になる図示平均有効
圧力あるいは軸トルク算出方法に関するものである。本
発明は、自動車やモータサイクルのエンジンおよび船外
機等の船舶用エンジンその他の内燃機関に対し適用可能
であり、２サイクルおよび４サイクルのガソリンエンジ
ンに対し適用可能であり、また、燃料噴射式エンジンお
よび気化器を用いたエンジンに対しても適用可能であ
る。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの燃費や排気ガス対策のために
燃料の希薄化やＥＧＲ（排気ガス再循環）を行う場合、
燃焼の悪化が伴う。このとき燃焼は不安定となってばら
つき、出力変動が大きくなって運転性（ドライブアビリ
ティ）の低下となる。これに対処するため、エンジンの
軸トルクあるいはこれに対応したＰＭＩ（図示平均有効
圧力）を算出しこれに基づいて空燃比やＥＧＲ量等を制
御する技術が知られている。このような従来技術に係る
トルク変動制御装置が特開平４−２１４９４７号公報に
開示されている。この公報記載の制御装置においては、
所定の検出タイミングで各気筒の燃焼圧力を検出し、こ
の検出値に基づいて軸トルクを算出している。この場
合、クランク角度検出信号に基づき、気筒ごとにクラン
ク角が次のタイミングのとき、即ち（１）ＢＴＤＣ１５
５ＣＡ（上死点前１５５度クランク角）、（２）ＡＴＤ
Ｃ５度ＣＡ（上死点後５度クランク角）、（３）ＡＴＤ
Ｃ２０度ＣＡ、（４）ＡＴＤＣ３５度ＣＡ、（５）ＡＴ
ＤＣ５０度ＣＡ、の５つのクランク角における燃焼圧力
センサーの検出値に基づいて軸トルクを算出している。
この場合、（１）のＢＴＤＣ１５５度ＣＡの燃焼圧信号
はばらつき吸収のための基準値としているため、実質的
には（２）〜（５）の４つのクランク角度に基づいて気
筒ごとの軸トルクを算出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各サイ
クルにおける燃焼はＢＴＤＣ（上死点前）から開始され
ており、この燃焼圧力はピストンに対し負の仕事をす
る。このため、前記公報記載のように実質上ＡＴＤＣ
（上死点後）のみの燃焼圧力から軸トルクを算出すると
実際発生しているトルク値より大きな算出値となる問題
がある。また、上死点前における燃焼状態は、上死点後
における燃焼室内の圧力変化が仮に一定としても、点火
式エンジンでは点火タイミング、燃料量、空燃比等によ
り変化し、また圧縮着火式のディーゼルエンジンでは燃
料噴射のタイミング、燃料噴射量、噴射圧力、空燃比等
により変化する。このため、上死点後の燃焼圧のみから
軸トルクを算出すると、種々の燃焼状態による上死点前
における負の仕事量の変化を捕えることができないの
で、正確な軸トルクを算出することができない。例え
ば、ＥＧＲを行う場合、空燃比が高い希薄燃焼を行う場
合では燃焼がサイクルごとにばらつき易く、上死点前に
おける負の仕事量もばらつき易い。従って、このような
軸トルクに基づいてエンジンの駆動制御を行うと、種々
の燃焼状態に対応して適正な点火時期に制御することや
適正な空燃比に制御することが困難になる。特に、ＥＧ
Ｒを行う場合には、希薄燃焼式の燃焼がサイクルごとに
ばらつき出力変動が大きくなる。

【０００４】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなさ
れたものであって、燃焼室内の燃焼圧力を計測して軸ト
ルクあるいはＰＭＩを算出するに当たり、簡単にかつ正
確に演算を実施可能とすることを目的とする。さらに、
この軸トルクあるいはＰＭＩ計測方法を用いたフィード
バック制御を実施することにより、例えば、出力変動し
やすいＥＧＲを行う場合において空燃比の高い希薄燃焼
を行う場合であっても出力変動を小さく抑えることがで
きるエンジンの制御方法の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明では、排気行程の終了後から圧
縮行程の初期までの間のクランク角と、該クランク角以
降且つ火花点火以降でかつ上死点前のクランク角と、圧
縮工程から膨張工程にかけての上死点または上死点近傍
でかつ上死点後のクランク角とにおける燃焼室圧力を検
出し、これらの燃焼室圧力データに基づいて図示平均有
効圧力あるいは軸トルクを算出するエンジンの出力計測
方法を提供する。

【０００６】さらに本発明では、請求項１の方法で算出
した前記図示平均有効圧力あるいは軸トルクに基づいて
エンジンの運転状態を制御することを特徴とする火花点
火式エンジンの制御方法を提供する。

【０００７】好ましい実施例においては、前記図示平均
有効圧力あるいは軸トルクの算出を燃焼の１サイクルご
とに行い、前のサイクルにおける算出結果との差を求
め、この差に基づいて運転状態を制御することを特徴と
している。

【０００８】

【作用】ＰＭＩ算出のために、排気行程の終了後から圧
縮行程の初期までの間のクランク角と、圧縮工程中の上
死点近傍でかつ上死点前のクランク角と、圧縮工程から
膨張工程にかけての上死点近傍でかつ上死点後のクラン
ク角とにおける燃焼室圧力が検出される。この場合、排
気行程の終了後から圧縮行程の初期までの間のクランク
角とは、燃焼室内の圧力が最も低下して大気圧に近づい
た状態の範囲内でのクランク角であり、例えば下死点ま
たはその近傍である。即ち、４サイクルエンジンでは、
爆発後の下死点からの排気行程により燃焼室内の燃焼ガ
スが排出され上死点に近づくに従って燃焼室内の圧力が
低下し大気圧に近づく。上死点後の吸入行程では新気導
入のため大気圧に近い状態が維持され、下死点後の圧縮
行程から徐々に圧力が高められる。このような燃焼室内
の圧力が最も低下して大気圧に近づいた範囲の内１点で
の燃焼室内の圧力が検出される。一方、２サイクルエン
ジンでは、爆発後ピストンが下がるとともに圧力が低下
し排気口が開くとこれに従って燃焼室内の圧力がさらに
低下し、掃気口が開くとクランク室から新気が導入され
るため大気圧に近づく。排気口が開いた状態で下死点か
らピストンが上昇し掃気口が閉じ続いて排気口が閉じる
と、圧縮が始り圧力が徐々に高まる。即ち、請求項にい
う排気行程の終了後から圧縮行程の初期までの間とは、
排気口が開いて排気開始後に排気口が開いた状態で掃気
口が開いて吸気が開始されてから、排気口が閉じて圧縮
が開始されるまでの間をいう。

【０００９】圧縮後上死点前に火花点火が行われる。こ
の上死点前に燃焼室内の圧力が検出される。さらに上死
点またはその後に好ましくは複数の点で燃焼室内の圧力
が検出される。

【００１０】このような排気行程の終了後から圧縮行程
の初期までの間のクランク角と、上死点近傍でかつ上死
点前のクランク角と、上死点近傍でかつ上死点後のクラ
ンク角とを含む燃焼１サイクル中の複数ｎ点（例えば６
点）のクランク角度における燃焼室圧力を検出し一次近
似式よりＰＭＩを演算する。この近似式は ＰＭＩ＝C+C1*(P1-P0)+C2*(P2-P0)+・・・+Cn*(Pn-P0) で表される。上式から分かるように、ＰＭＩは圧力デー
タＰ１〜Ｐｎに対しＣ１〜Ｃｎのあらかじめ設定されて
いる定数を掛けたものとあらけじめ設定されている定数
Ｃを加えたもので表される。ここでＰ０は大気圧レベル
の点（前述のように例えばＢＤＣ近傍のクランク角度）
の燃焼室圧力であり、センサーのドリフト等によるオフ
セット出力を補正するためにＰ１〜Ｐｎの各圧力値から
引いてある。またＰ１は、上死点近傍でかつ上死点前の
クランク角における燃焼室圧力、Ｐ２〜Ｐｎは上死点近
傍でかつ上死点後のクランク角における燃焼室圧力であ
る。このような簡単な一次近似式による演算により短時
間で正確に実際の値とほぼ同じ値が算出される。従っ
て、このようなＰＭＩを用いてエンジンの点火時期や空
燃比を制御することにより、応答性が高められ、希薄燃
焼のＥＧＲ制御を行う場合等に的確に運転状態に追従し
て出力変動を抑えることができる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明が適用される複数気筒の火花点
火式４サイクルエンジンの構成図である。このエンジン
はクランクケース２とその上部のシリンダ本体３とシリ
ンダヘッド４とにより構成される。シリンダ本体３内に
はピストン７が連接棒８を介して摺動可能に装着され、
連接棒８はクランク軸９に連結される。クランク軸９に
は所定の歯数を有するリングギヤ１０が装着され、この
リングギヤの回転位置を検出してクランク角及びエンジ
ン回転数を計測するためのエンジン回転数センサーを兼
ねるクランク角センサー１１が備る。シリンダヘッド４
とピストン７との間には燃焼室１３が形成される。この
燃焼室１３内の燃焼圧力を検出するための燃焼室圧セン
サー５がシリンダヘッド側に設けられる。シリンダヘッ
ド４およびシリンダ本体３の適当な位置に冷却水ジャケ
ット６が形成される。燃焼室１３には排気通路１５およ
び吸気通路１６が連通しその開口部に排気弁１７および
吸気弁１８がそれぞれ設けられる。排気通路１５の途中
には排気ガス浄化用三元触媒等の触媒２３が設けられ端
部にはマフラ２４が設けられる。排気通路１５には酸素
濃度センサー（Ｏ2センサー）２５および排気管温度セ
ンサー１２０が設けられそれぞれ制御装置１２に連結さ
れる。

【００１２】シリンダヘッド４には温度センサー２６が
装着され燃焼室１３の温度情報が制御装置１２に送られ
る。また、触媒２３には制御装置１２に連結された触媒
温度センサー１５０が設けられる。制御装置１２にはさ
らにエンジンのキイスイッチ４３が接続されエンジン駆
動制御の開始情報を得る。

【００１３】一方、吸気管１６は吸気分配管２８を介し
て各気筒に連結される。吸気分配管２８には吸気管圧力
センサー３２が装着され吸気管圧力情報が制御装置１２
に送られる。この吸気分配管２８と排気通路１５とを連
結してＥＧＲ管１５２が設けられる。このＥＧＲ管１５
２上に制御装置１２に連結されたＥＧＲ調整弁１５１が
設けられる。吸気分配管２８には吸気通路３３を介して
エアクリーナー３５が接続される。このエアクリーナー
３５には吸入空気温度センサー３６が設けられ、吸入空
気温度情報が制御装置１２に送られる。吸気管３３の途
中にはスロットル弁２９が装着された吸気量調整器３０
が配置される。スロットル弁２９にはスロットル開度セ
ンサー３１が設けられ、このスロットル開度センサー３
１は制御装置１２に連結される。この吸気量調整器３０
部分の吸気通路３３にはスロットル弁迂回通路３７が設
けられ、この迂回通路３７上に迂回通路開度調整弁３８
が設けられる。迂回通路開度調整弁３８は制御装置１２
に連結される。吸気通路３３内には、熱線式吸入空気量
センサー３４が設けられ、吸入空気量情報が制御装置１
２に送られる。

【００１４】吸気通路１６の吸気弁１８の上流側に各気
筒の吸気ポートごとにインジェクター１０５が設けられ
る。インジェクター１０５は制御装置１２に連結され、
運転状態に応じて演算された最適噴射量の制御信号が送
られる。各インジェクター１０５には各気筒に連結する
燃料管１０１ａを介して燃料が送られる。燃料管１０１
ａは燃料分配管１０４から分岐し、この燃料分配管１０
４には燃料タンク１００から燃料供給管１０１を通して
フィルタ１０２を介し燃料ポンプ１０３により燃料が送
られる。インジェクター１０５から噴射されなかった燃
料は燃料戻り管１０７を通して燃料タンク１００に回収
される。燃料戻り管１０７上にはレギュレータ１０６が
設けられ、燃料噴射圧力を一定に保つ。

【００１５】図２は上記４サイクルエンジンの燃焼１サ
イクルの燃焼室圧力のグラフである。横軸はクランク角
度、縦軸は燃焼圧力を示す。本実施例では、クランク角
度が図示したａ０〜ａ５の６点における燃焼圧力Ｐ０〜
Ｐ５を検出してこれらの圧力値に基づいてＰＭＩ（図示
平均有効圧力）および燃焼割合を算出する。ａ０は吸入
から圧縮に移る下死点位置（ＢＤＣ）であり、ほぼ大気
圧に近い状態である。ａ１はＳにおいて火花点火後、上
死点（ＴＤＣ）に達する前のクランク角である。ａ２〜
ａ５の４点は上死点後の爆発行程におけるクランク角で
ある。これら各点の圧力データに基づいて後述のように
ＰＭＩおよび燃焼割合が算出される。

【００１６】図３は、本発明に係る軸トルクおよび燃焼
割合の演算処理を含むエンジンの各種運転状態の制御を
行うメインルーチンのフローチャートである。以下各ス
テップを説明する。

【００１７】ステップＳ１：エンジン運転中にエンジン
停止のためのメインスイッチがＯＦＦされたかを判断
し、ＹＥＳならば直ちに点火装置を失火させ、同時に燃
料噴射を停止する。ＮＯならば次のステップＳ２に進
む。

【００１８】ステップＳ２：各センサーより図中に示し
た情報を読取りそのデータを各メモリに記憶させる。運
転者が望むいわゆるエンジン負荷はアクセル位置あるい
はスロットル開度として把握できる。このスロットル開
度とエンジン回転数が決れば、定常運転時の場合吸入空
気量が決るので吸入空気量を直接検知してエンジン負荷
とみなすことができる。また、吸気管負圧はエンジン回
転数が決れば、スロットル開度と一定の関係があるの
で、吸気管負圧を検知してエンジン負荷とみなすことが
できる。

【００１９】ステップＳ３：エンジン負荷であるアクセ
ル位置あるいはスロットル開度（いわゆるエンジン負荷
情報である吸入空気量、吸気管負圧でもよい）とエンジ
ン回転数の２つの変数に対応する点火時期データ、空燃
比あるいは燃料噴射量データ、燃料噴射開始時期デー
タ、ＥＧＲ調整弁開度データがメモリに３次元マップと
して記憶されており、エンジン負荷情報とスロットル開
度情報とにより点火時期と燃料噴射量を直接マップか
ら、それぞれを制御量基本値として算出する。空燃比デ
ータを３次元マップとして持つ場合は、検知される吸入
空気量と空燃比データから燃料噴射量を算出する。

【００２０】目標燃焼割合も、いわゆるエンジン負荷と
エンジン回転数を変数とする３次元マップとして記憶さ
れており、目標燃焼割合もマップから算出される。

【００２１】後述の２サイクルエンジン（図５、図６）
においては、排気通路弁もエンジン負荷とエンジン回転
数の２つを変数としてメモリに３次元マップとして記憶
されており、エンジン負荷情報とエンジン回転数情報に
基づきマップから算出する。また排気タイミング（圧縮
比）可変弁開度はエンジン回転数を変数としてメモリに
２次元マップとして記憶されており、エンジン回転数情
報に基づきマップから算出する。

【００２２】ステップＳ４：吸入空気温度が高いと空気
密度が低くなるので、実質的空気流量が減る。このため
燃焼室での空燃比が低くなる。このため燃料噴射量を減
らすための補正量を算出する。あるいは燃焼が遅れ気味
となるので、僅かに点火時期を進角させるための補正値
を算出する。

【００２３】また、以下のように図示平均有効圧の変動
補正を行う。変動値サブルーチン（図４）中のΔＰｍｉ
の値から、変動量が所定量より大きい場合、燃料噴射量
を増量あるいはＥＧＲ量を減量するための補正値を各々
算出する。これは燃料噴射量を増量する程あるいはＥＧ
Ｒ量を減量する程出力変動が低下するからである。しか
し、燃料噴射量を増量したりＥＧＲ量を減量すると燃費
が悪くなるので、図示平均有効圧の絶対値によるフィー
ドバック制御を行ってもよい。この図示平均有効圧絶対
値補正は以下のようにして行う。

【００２４】燃焼室内圧情報から図示平均有効圧力を算
出し、メモリに記憶するとともに、１つ前のメインルー
チンの中で記憶された図示平均有効圧力と比較し、増加
しているようならば図示平均有効圧力補正における点火
時期、燃料噴射量あるいはＥＧＲ調整弁開度の各補正値
は、メモリ中のその前の補正値に対し、メモリ中のその
前の増あるいは減情報に基づき、所定値微増あるいは所
定値微減したものとして得る。この結果をメモリ中の値
と置き換える。

【００２５】一方、１つ前のメインルーチンの中で記憶
された図示平均有効圧力より減少しているようであれ
ば、メモリ中のその前の増あるいは減情報を反転した減
あるいは増情報に基づき、所定値微減あるいは所定値微
増したものとして得る。この結果をメモリ中の値と置き
換える。

【００２６】また、変化していないならば、点火時期、
燃料噴射量あるいはＥＧＲ調整弁開度の各補正量は、メ
モリ中のその前の補正値のままとする。

【００２７】なお、メモリ中のその前の増あるいは減情
報はエンジンスタート時に増あるいは減の一方を入力し
ておく。同様に、メモリ中の図示平均有効圧力はエンジ
ンスタート時は０としておく。

【００２８】続いて燃焼割合について説明する。クラン
ク角がＴＤＣとなるまでの燃焼割合が例えば２５％〜３
０％のときに燃焼が安定する。即ち、燃焼室内圧力デー
タから算出された燃焼割合と上記ステップＳ３で算出さ
れる目標燃焼割合とを比較し、この差に基づき点火時
期、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ＥＧＲ調整弁開
度、２サイクルエンジンでは排気タイミング可変弁、あ
るいは圧縮比可変弁、排気通路弁等の制御量補正値を設
定する。

【００２９】目標燃焼割合より燃焼割合が小さい程、点
火時期を進角させ、燃料噴射タイミングを進角させ、燃
料噴射量を増加させ、排気タイミングを進角させ、排気
通路弁開度を小さくするように制御量補正を行う。

【００３０】一方、目標燃焼割合より燃焼割合が大きい
程、それぞれ逆方向の制御量補正を行う。

【００３１】排気管内壁温度が低い場合、排気ガスの温
度も低くなる。壁温度が低くなると圧力波の伝播速度が
遅くなり、排気管脈動を利用したエンジンの出力向上が
図れなくなるので、温度が所定温度より低い程、点火時
期を遅角させて、あるいは空燃比が所定以下（１７〜１
８以下）の場合には、空燃比を上げるように補正値を設
定する。これらにより排気ガス温度を上げることができ
る。温度が所定温度より高い場合には、高い程逆に点火
進角させあるいは空燃比を下げるように補正値を設定す
る。空燃比の補正値から燃料噴射量の補正値を算出する
か、補助空気通路開度の設定値を算出する。

【００３２】２サイクルエンジンでは、温度が所定温度
より低い程排気タイミング弁を排気タイミングが進角す
るように補正値を設定する。温度が所定温度より高い
程、排気タイミングを遅角するように補正値を設定す
る。これにより、排気脈動反射波が一致させるべきタイ
ミングをずらすことができるのみでなく、排気ガス温度
も所定温度に合わせるように変化させられる。

【００３３】次に、酸素濃度情報から燃焼室での空燃比
を求め、メモリ中の空燃比（目標空燃比）より高い場
合、燃料噴射量を増量する補正値を算出する。

【００３４】一方、メモリ中の空燃比（目標空燃比）よ
り低い場合、燃料噴射量を減量するか、補助空気通路開
度を大きくする。

【００３５】触媒温度が所定温度（触媒最活性温度）よ
り低い場合、排気ガス温度を上げる補正を行う。これは
排気壁温の場合と同様に、点火時期、燃料噴射量の補正
値の算出を行うか、場合によっては補助空気通路開度の
設定を行う。あるいはＥＧＲ循環量を増加させるべくＥ
ＧＲ調整弁開度を増加させる補正値を算出する。

【００３６】ステップＳ５：上記ステップＳ３およびＳ
４で求めた基本値と補正値により点火時期、空燃比およ
び噴射開始時期についての制御量を算出する。

【００３７】ステップＳ６：上記ステップＳ３で求めた
燃料噴射開始時期の制御量とステップＳ５で求めた燃料
噴射量の制御量から燃料噴射終了時期を求める。

【００３８】ステップＳ７：以下に示すエンジンの以上
運転状態があるかどうかを判別する。即ち、（イ）ステ
ップＳ２で検知したエンジン回転数情報から過回転がな
いか？（ロ）ステップＳ２で検知したエンジン温度情報
からオーバーヒートがないか？（ハ）ステップＳ２で検
知したノック情報からノッキングがないか？（ニ）ステ
ップＳ２で検知したオイル残量情報からオイルエンプテ
ィがないか？を判別する。異常がある場合にはステップ
Ｓ８に進み、異常がないときにはステップＳ９に進む。

【００３９】ステップＳ８：いずれかの異常がある場合
には、所定の時間だけ点火時期の制御量を０とする。こ
れにより、ある割合で失火するのでエンジン回転数が低
下する。

【００４０】ステップＳ９：異常なしの場合には、図４
のサブルーチンで制御される毎回転サイクルごとの点火
制御および燃料噴射制御のため、制御量の演算結果をメ
モリに入れる。

【００４１】ステップＳ１０：制御量に基づきＥＧＲ調
整弁開度を設定する。

【００４２】図４はエンジンの各気筒における燃焼サイ
クルごとに、メインルーチンに割込んであるいは独立に
行われるサブルーチンのフローチャートである。ステッ
プＳ１１において、基準クランク角信号を取込み、以降
これを基準としてリングギヤの歯を検出してクランク角
を取り込み続ける。一方クランク軸に装着したリングギ
ヤの歯の通過時の正負のパルスを検知し、これに基づい
てエンジン回転数を算出してこれをメモリに格納する。
このメモリヤのデータはメインルーチンにて利用され
る。次にクランク角センサー１１から読み取るクランク
角が前述の６点のクランク角度（図２のａ０〜ａ５）と
一致するごとに燃焼圧データを取込みこのデータをメモ
リに格納する（ステップＳ１２）。続いて、ステップＳ
１３において、メモリ中の制御量（メインルーチンのス
テップＳ９）に基づき、点火プラグおよびインジェクタ
を駆動して、クランク角センサー１１から読み取るクラ
ンク角に基づき所定のタイミングで点火し、同様所定の
タイミングで燃料噴射を開始し、同様所定のタイミング
で燃料噴射を終了する。次にステップＳ１４において、
メモリ中の燃焼圧データから図示平均有効圧ＰＭＩNを
算出しさらに燃焼割合ｑXおよび熱発生量ＱXを算出し、
各算出結果をメモリに格納する。

【００４３】さらに前回のサイクルで演算した図示平均
有効圧ＰＭＩN-1のデータを読み出し、今回のＰＭＩNと
の差を求める。この差ΔＰＭＩ＝ＰＭＩN−ＰＭＩN-1を
メモリに格納するとともに、前回のデータＰＭＩN-1を
消去する。

【００４４】ＰＭＩの算出は、前述のように燃焼１サイ
クル中の６点（ａ０〜Ａ５）のクランク角度における燃
焼室圧力（Ｐ０〜Ｐ５）を検出し一次近似式よりＰＭＩ
を演算する。この近似式は ＰＭＩ＝C+C1*(P1-P0)+C2*(P2-P0)+・・・+C5*(P5-P0) で表される。上式から分かるように、ＰＭＩは圧力デー
タＰ１〜Ｐ５に対しＣ１〜Ｃ５のあらかじめ設定された
定数を掛けたものとあらかじめ設定された定数Ｃを加え
たもので表される。Ｐ０（ＢＤＣでの圧力データ）は前
述のようにドリフト等センサーのオフセット出力補正用
であり、クランク角のサンプリング角度はエンジン機種
により異なりまたサンプル数は要求精度により異なる。
ＴＤＣ前かつ点火時期付近の圧力（Ｐ１）をサンプル
し、計算に用いることによりＰＭＩの計算精度を高める
ことができる。この計算において、ＢＴＤＣでのサンプ
ル（Ｐ１）への係数の符号はマイナスであり、ＡＴＤＣ
でのサンプル（Ｐ２〜Ｐ５）への係数の符号はプラスで
ある。マイナスは負の仕事を示し、プラスは正の仕事を
示す。

【００４５】本実施例としてはａ0＝ＢＤＣ，ａ1=ＢＴ
ＤＣ１５゜，ａ2＝ＴＤＣ，ａ3＝ＡＴＤＣ１５゜，ａ3
＝ＡＴＤＣ４５゜，ａ4＝ＡＴＤＣ７５゜，ａ5＝ＡＴＤ
Ｃ１０５゜とする。低負荷へ全負荷及び低速〜高速の全
運転域において固定する。

【００４６】点火時期は負荷の変化に応じ、低負荷１０
゜、中負荷２５゜、全負荷５゜と変化させる。これによ
り点火よりａ１が先行してしまう低負荷域、全負荷域で
は前記一次近似式においてｃ1＊（ｐ1−ｐ0）の項を削
除してＰＭＩを算出する。

【００４７】この場合はａ3＝ＡＴＤＣ１５゜までの燃
焼割合を算出する。

【００４８】あるいはａ1’＝ＢＴＤＣ３゜に設定し、
ｃ〜ｃ5の換りにｃ’〜ｃ5’の定数を使ってＰＭＩを算
出しても良い。この場合全負荷域に渡ってＴＤＣまでの
燃焼割合を算出する。

【００４９】ドリフト等によるオフセット出力補正用の
圧力検出点ａ0を除けば、ＢＴＤＬにおいて一つの圧力
検出点であるａ1のみにより正確なＰＭＩを得ることが
できる。

【００５０】なお、ＢＴＤＣにおける検出点は２〜３点
でも良い。これにより、より正確に負の仕事を算出でき
結果としてより正確にＰＭＩを算出できる。且つ検出点
が多くない分クランク角検出用のリングギヤの歯のピッ
チを必要以上に小さくする必要がなくなり安価且つ精度
の高いクランク角検出が可能となる。

【００５１】なお、さらに負荷を低負荷、中負荷、全負
荷に、エンジン回転数を低速、中速、高速に区分けし各
々の組合せによりａ0N〜ａ5N，ｃ0N〜ｃ5NにつきＮ＝１
〜９の９種類のデータに基づきＰＭＩを計測算出するよ
うにしても良い。

【００５２】また、前述のように前回のサイクルのＰＭ
Ｉとの差ΔＰＭＩを求め、この差が運転パラメータによ
って設定される目標値付近になるように燃料噴射量、点
火時期ＥＧＲ量を制御する。燃料を減量またはＥＧＲ量
を増加させることにより、燃費や排ガスの向上が見込ま
れるが、一方で燃焼が不安定になり、出力変動が大きく
なって運転性の悪化を招く。従来の制御では、空燃比や
ＥＧＲ量を予め設定した値に制御して出力変動を抑えて
いた。しかし、空燃比やＥＧＲ量が燃焼に与える影響は
使用環境により異なり、設定にはかなりの安全率を確保
する必要があった。本発明では、出力と等価なＰＭＩの
変動を監視することにより、空燃比やＥＧＲを出力変動
の許容値限界まで操作することができるようになる。こ
の場合、限界値に制御するために限界に達するに必要な
操作量を把握していなければならない。そこで本発明で
は、ΔＰＭＩ変動の限界値を常に振動するように操作対
象を操作する。

【００５３】以上のように、本実施例では上死点前の圧
力値にマイナス係数をかけ、上死点前の仕事を負の仕事
として扱っている。これにより、吸気量の変化や燃焼が
速く上死点前に燃焼が行われる場合でも対応ができ、幅
広い運転域でＰＭＩ予測が可能となる。なお軸トルクは
ＰＭＩ、エンジン回転数及びピストン径その他のエンジ
ン部品の寸法及び気筒数から算出される。

【００５４】図５は本発明が適用される２サイクルエン
ジンの構成図である。図１の４サイクルエンジンと同様
に、クランク軸２４１に連接棒２４６が連結されその先
端のピストンとシリンダヘッドとの間に燃焼室２４８が
形成される。クランク軸に装着されたリングギヤのマー
クを検出して基準信号およびクランク角度を検出するた
めのエンジン回転数センサー２６７およびクランク角検
出センサー２５８がクランクケースに備る。またクラン
クケースにはクランク室圧センサー２１０が備る。この
クランク室には吸気マニホルドからリード弁２２８を介
して混合気が送られる。吸気マニホルドには気化器のス
ロットル弁２０４を介してエアクリーナ２３１から混合
気が送られる。吸気マニホルドに連通するスロットル弁
下流側の吸気通路に吸気管圧センサー２１１が装着され
る。スロットル弁２０４はスロットルプーリ２０３を介
してワイヤ２０５で連結されたグリップ２０６により操
作される。グリップ２０６はステアリングハンドル２０
７の端部に装着され、その根元部にアクセル位置センサ
ー２０２が設けられる。２１２はスロットル開度センサ
ーである。

【００５５】シリンダには掃気ポート２２９が開口しピ
ストンの所定位置で掃気通路２５２を介して燃焼室とク
ランク室とを連通させる。またシリンダには排気ポート
２５４が開口し排気通路２５３が連通する。排気ポート
近傍の排気通路壁に排気タイミング可変弁２６４が装着
される。この可変弁２６４はサーボモータ等からなるア
クチュエータ２６５により駆動され排気ポートの開口部
位置を変更し排気のタイミングが調整される。この排気
通路２５３を構成する排気管には排気管圧センサー２１
３および排気管温度センサー２２３が設けられる。ま
た、排気通路には排気通路弁２８１が備り、サーボモー
タ等からなるアクチュエータ２８２により駆動される。
排気通路弁２８１は、低速域で絞られ吹き抜けを防止し
て回転の安定性を図るものである。

【００５６】シリンダヘッドにはノックセンサー２０１
が取付けられ、また燃焼室内に臨んで点火プラグおよび
燃焼室圧力センサー２００が装着される。点火プラグは
点火制御装置２５６に連結される。また、シリンダ側壁
にはインジェクタ２０８が装着される。インジェクタ２
０８には燃料デリバリ管２０９を介して燃料が送られ
る。

【００５７】またシリンダブロックにはシリンダボアの
排気ポート開口部よりシリンダヘッド寄りの部分および
排気ポートの途中部分に連通孔２７８により連通する燃
焼ガス室２７９が形成されている。この連通孔は、爆発
行程において吹き抜けガスをほとんど含まない燃焼ガス
が上記燃焼ガス室に導入されるように設定されている。
この燃焼ガス室内には燃焼ガス中の酸素濃度を検出する
Ｏ2センサ２７７が取付けられている。なお、燃焼ガス
室への導入部、排気ポートへの排出部には不図示の逆止
弁が配置され、それぞれ逆方向の流れを阻止する。

【００５８】このようなエンジンはＣＰＵ２７１を有す
る制御装置２５７により駆動制御される。この制御装置
２５７の入力側には、前述の燃焼室圧力センサー２０
０、ノックセンサー２０１、アクセル位置センサー２０
２、クランク室圧センサー２１０、吸気管圧センサー２
１１、スロットル開度センサー２１２、排気管圧センサ
ー２１３、クランク角検出センサー２５８、エンジン回
転数センサー２６７、およびＯ2センサ２７７が接続さ
れる。また制御装置２５７の出力側には、インジェクタ
２０８、排気タイミング調整弁用のアクチュエータ２６
５、排気弁用のアクチュエータ２８２およびオイル供給
装置（図示しない）等が連結される。

【００５９】図６は、上記２サイクルエンジンの軸トル
ク計測のための燃焼圧データ検出点を示すための、前述
の４サイクルエンジンと（図２）と同様の、燃焼室圧力
のグラフである。前述のように、６点のクランク角度に
おいて燃焼室圧力データがサンプリングされる。図中Ａ
の範囲内は排気ポートが開口しているクランク角領域で
あり、Ｂの範囲内は掃気ポートが開口しているクランク
角領域である。各クランク角度（ａ０〜ａ５）の採り方
および計算方法は前述の４サイクルエンジンと実質上同
じである。但し、ａ0を４サイクルの場合より遅らせ例
えばＢＴＤＣ１３５゜、ａ5を４サイクルの場合より進
め例えばＡＴＤＣ９０゜等にするとより良い。本発明の
各実施例は吸気通路において気化器より燃料を供給する
エンジンにおいても採用可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、上死
点前の点火時期付近のエンジンの燃焼室圧力を含む圧力
データからＰＭＩを算出しており正確なＰＭＩが得られ
る。さらに、これに基づいて燃料噴射や点火時期、ＥＧ
Ｒを制御しているため、簡単で短時間に正確な制御量を
算出することができ、応答性が向上し、出力変動が起こ
り易いＥＧＲを行う場合であっても、空燃比の高い希薄
燃焼においてエンジンの出力変動を抑え、燃焼状態や運
転状態に応じて適切な点火時期制御および空燃比制御を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用される４サイクルエンジンの構
成図である。

【図２】 図１のエンジンの燃焼室圧力のグラフであ
る。

【図３】 本発明に係るエンジン制御のメインルーチン
のフローチャートである。

【図４】 本発明に係るエンジン制御のサブルーチンの
フローチャートである。

【図５】 本発明が適用される２サイクルエンジンの構
成図である。

【図６】 図５のエンジンの燃焼室圧力のグラフであ
る。

【符号の説明】

２：クランク室 ３：シリンダ本体 ４：シリンダヘッド ７：ピストン ９：クランク軸 ２５：Ｏ2センサ ３１：スロットル開度センサー ３２：吸気管圧センサー ３４：吸入空気量センサー １５０：触媒温度センサー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気行程の終了後から圧縮行程の初期ま
   での間のクランク角と、該クランク角以降且つ火花点火
   以降でかつ上死点前のクランク角と、圧縮工程から膨張
   工程にかけての上死点または上死点近傍でかつ上死点後
   のクランク角とにおける燃焼室圧力を検出し、これらの
   燃焼室圧力データに基づいて図示平均有効圧力あるいは
   軸トルクを算出するエンジンの出力計測方法。
2. 【請求項２】 請求項１の方法で算出した前記図示平均
   有効圧力あるいは軸トルクに基づいてエンジンの運転状
   態を制御することを特徴とする火花点火式エンジンの制
   御方法。
3. 【請求項３】 前記図示平均有効圧力あるいは軸トルク
   の算出を燃焼の１サイクルごとに行い、前のサイクルに
   おける算出結果との差を求め、この差に基づいて運転状
   態を制御することを特徴とする請求項２に記載の火花点
   火式エンジンの制御方法。