JPH09264183A - エンジンの燃焼状態判別方法、エンジンの制御方法及び同装置 - Google Patents

エンジンの燃焼状態判別方法、エンジンの制御方法及び同装置

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JPH09264183A
JPH09264183A JP8078000A JP7800096A JPH09264183A JP H09264183 A JPH09264183 A JP H09264183A JP 8078000 A JP8078000 A JP 8078000A JP 7800096 A JP7800096 A JP 7800096A JP H09264183 A JPH09264183 A JP H09264183A
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state
engine
air
fuel ratio
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Hirobumi Nishimura
博文 西村
Tomomi Watanabe
友巳 渡辺
Junichi Taga
淳一 田賀
Michihiro Imada
道宏 今田
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Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リーンバーン運転時にエンジン回転の角速度
もしくはその変動に基づいて燃焼状態を判別するものに
おいて、角速度の検出及びそれに基づく燃焼状態の判別
を、比較的高速側の領域でも精度良く行うことができる
ようにする。 【解決手段】 燃焼が略終了するクランク角から次気筒
の燃焼開始直付近のクランク角までの範囲内の所定クラ
ンク角区間におけるエンジン回転の角速度を検出する角
速度状態検出手段４１と、この角速度状態検出手段４１
の検出値に基づいて求められる角速度状態の変動に基づ
いて燃焼状態を判別する判別手段４４と、この判別手段
４４による判別結果に応じて燃料噴射量を制御すること
によりエンジンの空燃比を制御する空燃比制御手段４５
とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リーンバーン運転
時などにエンジン回転の角速度状態の検出に基づいて各
気筒の燃焼状態を判別する方法と、この方法を利用した
制御方法及び同装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、エンジンのクランク軸の回転
角速度を検出し、その角速度の変動に基づいて各気筒の
燃焼状態を判別し、その燃焼状態に応じてエンジンの制
御を行う方法及び装置は一般に知られている。例えば特
開平３−１５６４５号公報には、複数の気筒を有するエ
ンジンにおいて、その複数の気筒の各ピストンがそれぞ
れ同一の所定ストローク位置にあるときのクランク軸の
回転角速度を逐次独立して検出する検出手段を設け、こ
の検出手段の検出結果に基づいて各気筒毎の回転角速度
データを算出し、この回転角速度データから各気筒の燃
焼状態を判別し、それに応じて燃料噴射量や点火時期等
を制御するようにした装置が示されている。
【０００３】この装置では、各気筒別に燃焼状態判別の
ための回転角速度データを同等の条件で得ることがで
き、また、比較短い期間（クランク角で２０°程度）の
時間計測に基づいて回転角速度を求め、アイドル時や低
速走行時にも回転角速度の変動を容易に検出することが
できるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記公報に示された装
置は、各気筒についての角速度検出を同等の条件で行っ
ているが、検出期間の設定の仕方によっては、或る気筒
の角速度の検出に他の気筒の燃焼状態が大きく影響し
て、気筒別の角速度と燃焼状態との相関が充分に得られ
ない場合があり、角速度の検出に基づく燃焼状態の判定
を精度よく行うためには改善の余地が残されている。
【０００５】また、アイドル領域以外の運転領域（オフ
アイドル域）で空燃比を理論空燃比よりも大きく設定し
てリーンバーンを行うようにしたエンジンでは、リーン
バーン運転時に、角速度検出に基づいて燃焼状態を調
べ、リーン状態で燃焼が良好に行われているか否かを調
べることが望ましく、この場合、リーン領域内の比較的
高速、高負荷側でも角速度検出に基づく燃焼状態の判別
等を行えるようにすることが望ましい。しかし、上記の
従来装置では角速度検出の期間が比較的短く、エンジン
の高速側では上記期間に対応する時間が極端に短くなる
ため、リーン領域内の中速域や高速域で上記時間の計測
に基づく角速度検出を精度良く行うことが困難になる。
【０００６】本発明は、上記の事情に鑑み、角速度の検
出及びそれに基づく燃焼状態の判別を、比較的高速側の
領域でも精度良く行うことができる方法及び同装置を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、多気筒エンジンにおけるエンジン回転の
角速度状態を検出し、それに基づいて各気筒の燃焼状態
を判別する方法において、上記角速度状態を検出する期
間を、燃焼が略終了するクランク角から次気筒の燃焼開
始時期付近のクランク角までの範囲内の所定クランク角
区間に設定し、この所定クランク角区間の角速度状態も
しくはこれから求められる角速度状態の変動に基づいて
上記燃焼状態を判別するものである。
【０００８】この方法によると、燃焼が略終了するクラ
ンク角から次気筒の燃焼開始時期付近のクランク角まで
の範囲ではその気筒の燃焼状態と角速度変動との相関性
が比較的高いことから、角速度状態の変動に基づく燃焼
状態の判別を精度良く行うことができる。
【０００９】この方法において、好ましくは、角速度状
態を検出する期間を膨張行程後半、具体的にはクランク
角で上死点後１００°から２００°の範囲内に設定し、
また上記所定クランク角区間を６０°以上とする。
【００１０】このようにすると、膨張行程後半の上死点
後１００°から２００°の範囲は、慣性トルクが大きく
なる期間であって、燃焼状態と角速度変動との相関性が
高く、エンジンの高速域でも比較的高い相関性が得られ
る。また、上記所定クランク角区間を６０°以上に設定
することで、高速域でも角速度検出の時間が充分に確保
される。
【００１１】また上記方法において、角速度状態として
角速度もしくは角速度相当量を検出した後にその検出デ
ータから角速度状態もしくは角速度状態の変動を求める
際に、エンジンの爆発回転次数に相当する周波数成分を
除去すれば、爆発起振による共振の影響が除かれて、燃
焼状態判別の精度が高められる。
【００１２】この場合に、角速度状態の検出データにお
ける同一気筒の今回値と前サイクルの値との偏差で角速
度状態の変動を求めることによりエンジンの爆発回転次
数に相当する周波数成分を除去することができる。
【００１３】上記共振の影響はエンジンの高速側で大き
くなることから、エンジンの爆発回転次数に相当する周
波数成分を除去する処理はエンジンの高速側の領域での
み行うようにしてもよい。
【００１４】また、角速度状態として角速度もしくは角
速度相当量を検出した後にその検出データから角速度状
態もしくは角速度状態の変動を求める際に、エンジン回
転の０．５次よりも低い周波数域成分を除去すれば、車
輪や駆動系のアンバランスに起因した角速度変動の影響
や路面からタイヤに作用する振動の影響等が除かれて、
燃焼状態判別の精度が高められる。
【００１５】上記のような方法による燃焼状態の判別に
基づいて空燃比を制御する方法としては、所定のリーン
運転領域で空燃比を理論空燃比よりも大きい値に設定し
てリーン運転を行うとともに、このリーン運転時に、上
記燃焼状態の判別に基づいて空燃比制御量を補正する。
【００１６】この制御方法によると、リーン運転時に、
上記燃焼状態の判別に基づき、燃焼状態が良好に保たれ
つつ空燃比がリーンに制御される。
【００１７】また、上記制御方法に使用するエンジンの
制御装置は、燃焼が略終了するクランク角から次気筒の
燃焼開始時期付近のクランク角までの範囲内の所定クラ
ンク角区間におけるエンジン回転の角速度もしくは角速
度相当量を検出する角速度状態検出手段と、この角速度
状態検出手段の検出値もしくはこの値に基づいて求めら
れる角速度状態の変動に基づいて燃焼状態を判別する判
別手段と、この判別手段による判別結果に応じてエンジ
ンの空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えている。
【００１８】この装置によると、角速度状態の変動に基
づく燃焼状態の判別と、その判別結果に応じた空燃比の
制御が、精度良く行われる。
【００１９】この装置において、上記空燃比制御手段
が、所定のリーン運転領域で空燃比を理論空燃比よりも
大きくするように空燃比制御量を設定する設定手段と、
上記判別状態による判別に基づいて上記空燃比制御量を
補正する補正手段とを有していると、燃焼状態を良好に
保ちつつ空燃比をリーンにする制御が行われる。
【００２０】上記判別手段は、角速度状態の変動を第１
設定値及びこれより所定量だけ低い第２設定値と比較す
ることにより燃焼状態を判別し、上記空燃比制御量にお
ける補正手段は、角速度状態の変動が上記第１設定値を
越えると空燃比制御量をリッチ方向に補正し、角速度状
態の変動が上記第２設定値より低くなると空燃比制御量
をリーン方向に補正するようになっていると、燃焼状態
が良好に保たれつつ、空燃比がリーン限界付近に制御さ
れる。
【００２１】上記角速度状態検出手段は、膨張行程にお
いてクランク角で上死点後１００°から２００°の範囲
内で６０°以上のクランク角区間におけるエンジン回転
の角速度もしくは角速度相当量を検出するものである
と、この検出に基づく燃焼状態判別の精度が高められ
る。
【００２２】上記角速度状態検出手段による検出データ
の中からエンジンの爆発回転次数に相当する周波数成分
及びエンジン回転の０．５次以下に相当する周波数域成
分を除去したデータを上記判別手段に与える検出データ
処理手段を備えていると、燃焼状態判別の精度が高めら
れる。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明が適用されるエンジンの概
略構造を示しており、このエンジンは、例えば直列４気
筒４サイクルガソリンエンジンであり、４つの気筒を有
するエンジン本体１とこれに対する吸気系及び排気系を
備えている。上記エンジン本体１の各気筒には、ピスト
ン２の上方に燃焼室３が形成され、この燃焼室３に吸気
ポート４及び排気ポート５が開口し、これらのポート
４，５に吸気弁６及び排気弁７が設けられている。ま
た、点火プラグ８が上記燃焼室３に臨むようにエンジン
本体１に取り付けられている。この点火プラグ８は、点
火時期の電子制御が可能なイグナイタ等を含む点火回路
９に接続されている。
【００２４】上記エンジン本体１に取付けられたクラン
ク軸の端部には、外周部所定数箇所に突起１２を有する
被検出用プレート１１が設けられ、この被検出用プレー
ト１１の外周に対応する箇所に電磁ピックアップ等から
なるクランク角センサ１３が配置されている。そして、
クランク軸とともに被検出用プレート１１が回転するエ
ンジン作動中に、上記突起１２がクランク角センサ１３
を通過したときにクランク角センサ１３からパルス信号
が出力されるようになっている。なお、エンジン本体１
には冷却水の温度を検出する水温センサ１４等も装備さ
れている。
【００２５】エンジンの吸気系は、エアクリーナ１５を
介して導入した吸気をエンジン本体１に導く吸気通路１
６を備え、この吸気通路１６は、上流側の共通吸気通路
１７と、その下流に位置するサージタンク１８と、この
サージタンク１８から各気筒の吸気ポート４に至る気筒
別吸気通路１９とを有している。上記共通吸気通路１７
には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２１及び
吸入空気量調節用のスロットル弁２２が配設され、また
スロットル弁２２をバイパスするＩＳＣ通路２３及びこ
の通路２３を開閉するＩＳＣバルブ２４が具備されてい
る。さらに、吸気温度を検出する吸気温センサ２５、ス
ロットル弁２２の全閉を検出するアイドルスイッチ２
６、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ２
７等が取り付けられている。
【００２６】上記気筒別吸気通路１９の下流端近傍に
は、燃料を噴射供給するインジェクタ２８が装備されて
いる。このインジェクタ２８は、図外の燃料ポンプによ
り燃料通路を介して供給される燃料を吸気ポート４に向
けて噴射するものであり、後記ＥＣＵ４０からの信号
（噴射パルス）に応じて作動し、噴射パルス幅に応じた
時間だけ開弁するようになっている。なお、後記リーン
バーン運転時の燃焼性向上のため、上記気筒別吸気通路
１９の下流側をプライマリ通路（図示せず）とセカンダ
リ通路１９ａとに分岐させ、これらの通路の下流端の２
つの吸気ポート４を燃焼室３に開口させるとともに、そ
のセカンダリ通路１９ａにスワールコントロール弁２９
を設け、リーンバーン運転時等に上記スワールコントロ
ール弁２９を閉じることにより燃焼室３内にスワールを
生成させるようにしておくことが好ましい。
【００２７】一方、エンジンの排気系は、各気筒の排気
ポート５に通じる排気通路３１を備えている。この排気
通路３１には、λＯ2 センサ３２が設けられるととも
に、その下流側に、排気浄化用の触媒装置３３が設けら
れている。上記λＯ2 センサ３２は排気ガス中の酸素濃
度を検出することによって燃焼室３に供給された混合気
の空燃比を検出するもので、理論空燃比で出力が急変す
るようになっている。また、触媒装置３３は、排気ガス
中のＮＯｘ等の有害成分を浄化するもので、好ましく
は、リーン状態でもＮＯｘを浄化する機能を有するもの
が用いられる。
【００２８】４０はエンジン制御用のコントロールユニ
ット（ＥＣＵ）であり、マイクロコンピュータ等で構成
されている。このコントロールユニット４０には、上記
クランク角センサ１３、水温センサ１４、エアフローメ
ータ２１、吸気温センサ２５、アイドルスイッチ２６、
スロットル開度センサ２７、λＯ2 センサ３２等からの
各検出信号が入力されている。また、このＥＣＵ４０か
ら、上記インジェクタ２８に対して燃料噴射を制御する
信号が出力されるとともに、点火回路９に対して点火時
期を制御する信号が出力され、さらにＩＳＣバルブ２４
のアクチュエータ２４ａ及びスワールコントロール弁２
９のアクチュエータ２９ａ等にも制御信号が出力されて
いる。
【００２９】上記コントロールユニット４０は、図２に
示すように、角速度状態検出手段４１、検出データ処理
手段４３、判別手段４４及び空燃比制御手段４５を有し
ている。上記角速度状態検出手段４１は、上記クランク
角センサ１３からの信号に基づいてエンジン回転の角速
度を検出し、つまりクランク角センサ１３からの信号の
時間間隔から角速度を求めるようになっている。この角
速度の検出は、燃焼が略終了するクランク角から次気筒
の燃焼開始時期付近のクランク角までの範囲内（好まし
くは膨張行程後半）において、所定クランク角区間で行
われる。
【００３０】特に好ましい実施形態として、膨張行程の
ＡＴＤＣ１００〜２００°ＣＡの範囲内において６０°
ＣＡ以上の区間で角速度検出が行われるように、クラン
ク角センサ１３によるクランク角検出ポイント等が設定
されている。例えば図３に示すように、各気筒のＡＴＤ
Ｃ１０４°ＣＡとＡＴＤＣ１７４°ＣＡ（ＢＴＤＣ６°
ＣＡ）とが検出されるように被検出プレート１１の突起
１２の配置及びクランク角センサ１３の配置が設定さ
れ、これらの検出ポイント間の７０°ＣＡの区間の角速
度が求められるようになっている。なお、ＡＴＤＣは上
死点後を、ＢＴＤＣは上死点前を、ＣＡはクランク角を
それぞれ意味している。
【００３１】上記検出データ処理手段４３は、角速度状
態検出手段４１により求められた角速度のデータ（角速
度状態検出データ）から角速度の変動を求めるようにな
っている。ここで、燃焼状態の判別にとってノイズとな
る要素を取り除くため、角速度のデータから角速度の変
動を求める際にエンジン回転の０．５次の整数倍の周波
数成分とエンジン回転の０．５次よりも低い周波数域成
分とを除去する処理を行うようになっている。
【００３２】上記判別手段４４は、検出データ処理手段
４３により求められた角速度変動に基づいて燃焼状態の
良否を判別するようになっている。
【００３３】また、空燃比制御手段４５は、エアフロー
メータ２１の出力、エンジン回転数、水温、λＯ2 セン
サ３２の出力等に基づいて上記インジェクタ２８からの
燃料噴射量を制御することにより空燃比を制御するもの
であり、この空燃比制御手段４５には、所定のリーン運
転領域で空燃比を理論空燃比よりも大きくするように空
燃比制御量を設定する設定手段４６と、上記判別手段４
４による判別に基づいて空燃比制御量を補正する補正手
段４７とが含まれ、所定条件下でリーン運転が行われる
ようになっている。すなわち、アイドル運転領域を除く
中速、中負荷までの領域、ないしはアイドル運転領域を
除く全運転領域がリーン運転領域とされ（図４参照）、
エンジン温度が所定値以上の暖機状態にあるときの上記
リーン運転領域では、空燃比が所定のリーン空燃比とな
るように吸入空気量等に応じて基本的な燃料噴射量（空
燃比制御量）が設定されるとともに、上記燃焼状態の判
別に基づき、後に詳述するように空燃比をリーン限界付
近に調整すべく燃料噴射量が補正されるようになってい
る。
【００３４】当実施形態の装置による作用を、図５〜図
９に基づいて次に説明する。
【００３５】図５は直列４気筒４サイクルガソリンエン
ジンにおいてトルク及び角速度の変化を、横軸をクラン
ク角として示したものである。この図に示すように、第
４気筒、第２気筒、第１気筒、第３気筒の順に燃焼が行
われ、その燃焼によりガス圧トルク（二点鎖線）が変化
するとともに、ピストンの移動によって慣性トルクが変
化し、各気筒で正常に燃焼が行われているときのガス圧
トルクと慣性トルクとの合成トルクは太い実線で示すよ
うになる。そして、この合成トルクと角速度を維持する
ために必要なトルクとの差に応じて角速度が変化し、正
常燃焼時は角速度の変化が実線Ａのようになる。一方、
第１気筒に失火が生じた場合、第１気筒での燃焼による
トルク上昇分が減少し、角速度の変化は破線Ｂのように
なる。
【００３６】つまり、正常燃焼時には、点火後の燃焼圧
上昇に伴って角速度が上昇し、燃焼終了に伴い角速度が
低下する。これに対し、失火時には、燃焼行程での角速
度上昇が少なくなるが、燃焼行程初期では正常燃焼時で
も角速度は比較的低いのでこれとの差は小さく、行程半
ばから、燃焼圧低下に伴う角速度低下が顕著になって、
正常燃焼時との差が増大する。また、失火した気筒の次
の気筒（例えば第１気筒で失火した場合の第３気筒）で
は、前気筒の失火の影響が残って膨張行程の前半には角
速度が低いレベルにあるが、角速度の低下とともに角速
度を維持するために必要なトルクも低下して、同一トル
ク下で角加速度が上昇することから、行程が進むにつれ
て次第に正常時の角速度に近づく。
【００３７】また、図６は、燃焼圧と角速度変動との相
関関係を表すものであって、横軸は１つの気筒の圧縮上
死点を０°ＣＡとしたクランク角を表し、縦軸は相関係
数を表している。ここで、相関係数とは、当該気筒の燃
焼状態（燃焼圧）が角速度に及ぼす影響の度合を示すも
のであり、この値が正であれば、当該気筒の燃焼圧の変
動（失火による燃焼圧低下）と角速度変動（角速度低
下）との相関が高いことを意味し、またこの値が負であ
れば、当該気筒よりも前気筒の燃焼圧変動の方が角速度
変動に大きく影響することを意味する。
【００３８】図５及び図６から明らかなように、点火後
に主燃焼期間（ＴＤＣ〜ＡＴＤＣ２０°ＣＡ程度）と燃
焼によるトルク上昇が角速度に反映されるまでの遅れ期
間（２０°ＣＡ程度）とが経過するまでは、前気筒の燃
焼状態の方が角速度変動に大きく影響し、これらの期間
が経過した時期（燃焼が略終了する時期に相当）から、
次気筒の燃焼開始時期付近までの期間では、当該気筒の
燃焼圧の変動と角速度変動とに相関性が得られる。
【００３９】従って、燃焼が略終了するクランク角（Ａ
ＴＤＣ４０°ＣＡ程度）から次気筒の燃焼開始時期付近
のクランク角（ＡＴＤＣ２００°ＣＡ程度）までの範囲
内で角速度を検出してその変動を調べれば、燃焼状態の
判別を充分に精度良く行うことが可能となる。
【００４０】また、この範囲のうちで、ガス圧トルクの
低下から慣性トルクの上昇に移るトルク変曲点（ＡＴＤ
Ｃ９０°ＣＡ程度）の付近では上記相関係数が低くな
り、トルク変曲点より後の、慣性トルクが大きくなる期
間Ｘ（ＡＴＤＣ１００°ＣＡ〜ＡＴＤＣ２００°ＣＡ）
において、それまでの燃焼状態の影響が角速度に大きく
表れることにより上記相関係数が高くなり。とくに、上
記慣性トルクが大きくなるエンジン高速側ほど、このよ
うな傾向が顕著になる。
【００４１】従って、膨張行程後半のＡＴＤＣ１００°
ＣＡ〜ＡＴＤＣ２００°ＣＡの範囲Ｘ内で角速度を検出
してその変動を調べれば、燃焼状態判別の精度が高めら
れる。とくに、当実施形態の装置は、空燃比が理論空燃
比よりも大きくされるリーンバーン運転時に燃焼状態を
判別するものであって、中速域ないし高速域にまでわた
るリーン運転領域で燃焼状態の判別を行うが、角速度の
検出を上記範囲Ｘ内とすれば慣性トルクが大きい中速域
ないし高速域での燃焼状態の判別に有利となる。さら
に、角速度検出区間を６０°ＣＡ以上としておくことに
より、中速域ないし高速域でも角速度検出時間（クラン
ク角センサ１３からの信号の時間間隔）を充分に確保
し、角速度検出時間が短くなりすぎて検出困難になると
いった事態を防止することができる。
【００４２】このような設定のもとで、クランク角セン
サ１３からの信号の時間間隔の計測に基づいて角速度が
検出され、この角速度の検出データに基づいて角速度の
変動が求められるが、この際、上記検出データ処理手段
４３により、検出データの中から燃焼状態の判別にとっ
てノイズとなる信号が除去される。
【００４３】すなわち、燃焼状態の変動以外で角速度変
動を生じるノイズ的要素として、爆発を加振源とした共
振の影響による角速度変動、車輪や駆動系のアンバラン
スに起因して車輪回転に伴って生じる角速度変動、路面
からタイヤに作用する振動の影響による角速度変動等が
ある。そして、図７に示すように、上記共振の影響によ
る爆発回転次数成分のノイズはエンジン回転の０．５次
及びその整数倍の周波数で生じ、また、上記アンバラン
スに起因した車輪回転に伴うノイズや路面の影響による
ノイズはエンジン回転の０．５次よりも低い低周波数域
内で生じる。
【００４４】そこで、検出データ処理手段４３は、先ず
角速度の検出データからエンジン回転の０．５次及びそ
の整数倍の周波数の信号を除去する処理を行う。具体的
には、同一気筒の今回値と前サイクルでの値との偏差を
求め、つまり４気筒エンジンでは今回の角速度検出値ω
[i]と４回前の角速度検出値ω[i-4]との偏差ｄωを求め
ることにより、図８に示すようにエンジン回転の０．５
次及びその整数倍の周波数成分を除いた角速度変動のデ
ータが得られる。なお、例えば今回、前回、前々回の各
角速度ω[i]，ω[i-1]，ω[i-2]から
【００４５】
【数１】 ｄωａ＝（ω[i-2]+ω[i-1]+ω[i]）／３−ω[i-1] というように角速度変動ｄωａを演算し、この角速度変
動の今回値と前サイクルでの値との偏差を求めるように
しても、エンジン回転の０．５次及びその整数倍の成分
を除去することができる。
【００４６】さらに検出データ処理手段４３は、エンジ
ン回転の０．５次よりも低い周波数域成分を除去するノ
イズ処理を行う。具体的には、ハイパスフィルター（例
えばＦＩＲ型の回転同期のデジタルフィルター）として
の演算処理により、図９に示すように０．５次よりも低
い周波数域成分が充分に低減される。
【００４７】このような検出データ処理手段４３の処理
により、０．５次及びその整数倍の周波数成分と０．５
次よりも低い周波数域成分とが除去されて、燃焼状態の
変動に応じた角速度変動を示すデータが精度良く求めら
れる。
【００４８】そして、この角速度変動のデータに基づい
て上記判別手段４４により燃焼状態が判別されるととも
に、上記空燃比制御手段４５により、燃焼状態の判別結
果に応じ、インジェクタ２８からの燃料噴射量が制御さ
れることにより空燃比が制御される。このような燃焼状
態の判別及びそれに応じた空燃比の制御がリーン運転時
に行われることにより、空燃比がリーン限界付近に制御
されつつ燃焼状態が良好に保たれる。
【００４９】図１０〜図１２は上記空燃比制御手段によ
る空燃比制御の一例を示している。なお、当実施形態の
装置では、空燃比を検出する手段としては高価なリニア
Ｏ2センサ（リーン空燃比の検出も可能なセンサ）を用
いずに比較的安価なλＯ2 センサ３２のみを設け、エン
ジン温度が所定温度以下のときやアイドル運転領域では
λＯ2 センサ３２の出力に基づくフィードバック制御に
より理論空燃比に制御する一方、エンジン温度が所定温
度以上の暖機状態のときの上記リーン運転領域では、基
本的にオープン制御で所定のリーン空燃比が得られるよ
うにしている。そして、エアフローメータ２１のばらつ
き、インジェクタ２８のばらつき、エンジンの個体差等
に起因した空燃比のずれを是正するため、エンジン温度
が所定温度以下のときのフィードバック制御中に学習値
Ｃlrnpを求めて、上記暖機時の上記リーン運転領域での
制御に上記学習値Ｃlrnpを反映させるようにし、また、
このような制御に加え、上記燃焼状態の判別に応じた制
御を行うことにより、空燃比をリーン限界に近づけるよ
うにしている。このような制御を次に具体的に説明す
る。
【００５０】図１０のフローチャートに示すメインルー
チンがスタートすると、先ずエンジン水温、λＯ2 セン
サ出力、エアフローメータ出力、エンジン回転数等が読
込まれる（ステップＳ１）。次に、エンジン水温Ｔw が
半暖機状態に相当する基準値Ｔw0（例えば５０°Ｃ）以
上か否かが判定される（ステップＳ２）。そして、エン
ジン水温Ｔw が基準値Ｔw0以上になれば、学習条件成立
か否かが判定される（ステップＳ３）。この場合、例え
ばアイドル領域以外で、かつ、λＯ2 センサ出力に基づ
くフィードバック制御が行われるような場合に学習条件
成立とされ、学習制御（ステップＳ４）に移行する。
【００５１】この学習制御においては、図１１に示すよ
うに、燃料噴射量ＴI が、吸入空気量及びエンジン回転
数から求められる基本噴射量ＴI0と、空燃比補正係数Ｃ
af(ここでは理論空燃比とすべくＣaf＝１)と、後に詳述
する体積効率補正係数Ｃｖｅと、λＯ２ センサ出力に
応じたフィードバック補正値Ｃfbと、学習補正値Ｃlrnp
(未学習時はＣlrnp＝０)とから、
【００５２】
【数２】ＴI＝Ｃaf・ＴI0・Ｃve＋Ｃfb＋Ｃlrnp と演算され、この噴射量ＴI で燃料噴射が行われる（ス
テップＳ４０１）。また、所定サンプル時期にフィード
バック補正値Ｃfbがサンプリングされ（ステップＳ４０
２，Ｓ４０３）、所定サンプル数（例えば１６）となっ
たときにその所定数のフィードバック補正値Ｃfbの平均
値から学習補正値Ｃlrnpの演算され、メモリに記憶され
る（ステップＳ４０４，Ｓ４０５）。なお、所定サンプ
ル数に達する前でも、最小有効数（例えば４）以上とな
ったときには、その平均値に基づいて暫定的な学習補正
値Ｃlrnpが求められる（ステップＳ４０６，Ｓ４０
７）。
【００５３】このようにしてエンジンが暖機状態になる
前に学習制御が行われるが、この場合に水温が学習補正
値Ｃlrnpに影響を及ぼし、図１３に示すように水温が著
しく低いとき学習補正値は暖機状態やこれに近い水温で
の学習補正値から大きくずれ、精度の悪いものとなる。
このため、前述のステップＳ２での判定に基づき、水温
Ｔw が基準値Ｔw0よりも低ければ学習を行わず、基準値
Ｔw0よりも高いとき、つまり暖機状態に比較的近い半暖
機状態となったときに学習を行うようにする。さらに望
ましくは、予め調べた図１３に示すような傾向に基づ
き、学習時の水温に応じて学習値を補正するようにして
おけばよい。
【００５４】図１０のステップＳ４に続くステップＳ５
では、リーンバーン開始条件成立か否かが判定され、こ
の判定では、水温が暖機状態に相当する所定温度（例え
ば６０°Ｃ）以上で、かつ、運転状態がリーン運転領域
にある場合にリーンバーン開始条件成立とされる。リー
ンバーン開始条件成立と判定されたときには、さらにス
テップＳ６で、例えば上記学習制御によって少なくとも
暫定的な学習補正値Ｃlrnpが求められたか否かにより、
学習済みか否かが判定される。そして、ステップＳ５，
Ｓ６のいずれかで判定がＮＯのときはステップＳ４に戻
る。
【００５５】ステップＳ５，Ｓ６の判定がともにＹＥＳ
となったときには、所定リーン空燃比とするための燃料
噴射量ＴI1が
【００５６】
【数３】ＴI1＝Ｃaf・ＴI0・Ｃve＋Ｃfb＋Ｃlrnp と演算される（ステップＳ７）。ここで、所定リーン空
燃比が得られるように空燃比補正係数Ｃafは１よりも小
さい所定値とされ、フィードバック補正値Ｃfbは０とさ
れる。学習補正値Ｃlrnpとしては、上記学習制御（ステ
ップＳ４）で求められてメモリに記憶されている値が読
み出される。このように学習制御により求められた学習
補正値Ｃlrnpがリーンバーン運転時の燃料制御量の演算
に反映されることにより、リーンバーン運転時の空燃比
制御がリニアＯ2 センサによらずに行われながら、イン
ジェクタ２８のばらつき等による誤差分が学習により是
正されて、精度良く制御が行われる。
【００５７】また、上記演算式中の体積効率補正係数Ｃ
veは、エアフローメータ出力に基づく見掛け上の体積効
率と真の体積効率とのずれ、つまりエアフローメータ出
力の算出値と実際にエンジンに吸入される値とのずれを
修正するものである。そして、このようなずれはエンジ
ンの特性に関係し、運転領域によって変化するものであ
ることから、上記体積効率補正係数Ｃveは、予め、運転
領域毎に実験データに基づいて設定され、マップとして
メモリに記憶されており、このマップから、そのときの
運転状態に応じた体積効率補正係数Ｃveが求められる。
【００５８】この体積効率補正係数Ｃveによる運転状態
に応じた補正は、上記ステップＳ４での学習制御時の燃
料噴射量の演算においても行われる。そして、運転領域
によって変化する誤差分が体積効率補正係数Ｃveで吸収
されることにより、運転領域に拘らない燃料系誤差分の
みを学習で是正することが可能となり、運転領域が変わ
っても学習値は殆ど変化しない。従って、上記学習制御
において学習値を運転領域毎に求める必要はなく、一部
の運転領域で求めた学習値を、リーンバーン時のステッ
プＳ７の演算の際に各運転領域で反映させるようにする
ことができる。
【００５９】上記ステップＳ７に続いてステップＳ８で
は、燃焼状態の判別に応じた制御であるラフネス制御が
行われる。
【００６０】このラフネス制御においては、図１２に示
すように、クランク角信号が入力され（ステップＳ１
１）、クランク角信号の時間間隔の計測に基づいて所定
クランク角区間（当実施形態では７０°ＣＡの間）の周
期が算出され（ステップＳ１２）、それに基づいて角速
度ωが算出される（ステップＳ１３）。次に、気筒判別
が行われ（ステップＳ１４）、それに基づいてステップ
Ｓ１５以下の処理が気筒別に行われる。この気筒別の処
理としては、先ず同一気筒の角速度の今回値ω[i]と前
サイクルの値ω[i-4]との偏差ｄω[i]が算出され（ステ
ップＳ１５）、続いて上記偏差ｄω[i]から低周波成分
を除去するハイパスフィルター処理が行われる（ステッ
プＳ１６）。これらステップＳ１５，Ｓ１６の処理によ
り、エンジン回転の０．５次及びその整数倍の周波数成
分と０．５次よりも低い周波数域成分とを除去した角速
度変動データが得られる。
【００６１】続いてリーン運転領域か否かが判定され
（ステップＳ１７）、リーン運転領域にある場合、ステ
ップＳ１８〜Ｓ２１でラフネス（角速度変動）に応じた
空燃比制御が行われる。すなわち、ラフネスの許容限界
に相当する第１設定値が定められて、ラフネスが第１設
定値を超えたか否かが判定され（ステップＳ１８，Ｓ１
９）、第１設定値以下であれば、これより所定量だけ低
い第２設定値が定められて、ラフネスが第２設定値より
も低くなったか否かが判定される（ステップＳ２０，Ｓ
２１）。上記第１設定値及び第２設定値は予め運転状態
に対応づけたマップとして記憶され、このマップからそ
のときの運転状態に応じた値が求められる。そして、ラ
フネスが第１設定値と第２設定値との間の不感帯にある
場合は、ラフネスに応じた燃料補正量がホールドされる
（ステップＳ２２）。一方、ラフネスが第１設定値を超
えると、燃料噴射量がリッチ方向（燃料増量方向）に補
正され（ステップＳ２３）、ラフネスが第２設定値より
も低くなると、燃料噴射量がリーン方向（燃料減量方
向）に補正される（ステップＳ２４）。
【００６２】なお、図１２に示す例では、ラフネスに応
じた空燃比制御に加えて点火時期も制御されるようにな
っており、燃料噴射量がリッチ方向に補正されたときは
それに応じて点火時期がリタード（遅角）され（ステッ
プＳ２５）、燃料噴射量がリーン方向に補正されたとき
はそれに応じて点火時期がアドバンス（進角）される
（ステップＳ２６）。
【００６３】上記のような図１２に示すラフネス制御に
よると、ラフネスが第２設定値と第１設定値との間の不
感帯域にあるときは、ラフネスに応じた燃料補正量がホ
ールドされることにより空燃比が一定に保たれるが、第
２設定値よりも低くなると燃料噴射量がリーン方向に補
正されることにより、空燃比がリーン限界に近付けられ
る。一方、ラフネス第１設定値を超えたとき、つまり燃
焼状態が許容限界を超えて悪化したときは、燃料噴射量
がリッチ方向に補正されることにより、燃焼状態が改善
される。
【００６４】従って、燃焼状態が良好に保たれつつ、空
燃比がリーン限界付近になるように制御される。そし
て、各気筒別にこのような制御が行われることにより、
燃焼状態が悪化しない範囲でできるかぎり空燃比がリー
ンとされる。これにより、燃費が改善されるとともに、
空燃比のリーン化によりＮＯｘが低減され、エミッショ
ンも大幅に改善されることとなる。
【００６５】また、このような制御に加えて上記のよう
に点火時期が制御されると、ラフネス制御により空燃比
が変化しても、それに応じて最適な点火時期が得られる
ように制御されるため、エミッション改善等の効果がさ
らに高められる。つまり、空燃比と点火時期、ラフネス
及びＮＯｘ排出量との間には図１４に示すような関係が
あって、最適点火時期は空燃比がリーンになる程進めら
れる。そして、リーンバーン運転時には、所定リーン空
燃比(α0)が得られるように基本的な燃料噴射量（ステ
ップＳ７で演算される噴射量）が定められるとともに、
上記ラフネス制御によって空燃比がリッチ側（α1側）
もしくはリーン側（α2側）変動するので、点火時期を
所定リーン空燃比に応じた値に設定しておくだけでは、
空燃比がリッチ側にずれたとき点火時期が最適時期より
進み側となってＮＯｘ排出量の増加を招き、空燃比がリ
ーン側にずれたとき点火時期が最適時期より遅れ側とな
って燃焼性の悪化を招く。そこで、図１２中に示すよう
に点火時期が補正されることにより、このような傾向が
是正される。
【００６６】なお、本発明の方法及び装置は上記実施形
態に限定されるものではなく、種々変更可能である。
【００６７】例えば、角速度状態検出手段４１は、角速
度の代りに回転周期等の角速度相当量を検出するもので
あってもよい。
【００６８】また、図１２に示すラフネス制御の具体例
では、角速度データに基づき角速度変動を求める場合
に、エンジン回転の０．５次及びその整数倍の成分を除
去する処理（ステップＳ１５）及び０．５次より低周波
数成分を除去する処理を常に行っているが、爆発起振に
よる共振の影響はエンジンの高速側で大きくなることか
ら、エンジン回転の０．５次及びその整数倍の成分を除
去する処理は高速側の領域でのみ行うようにしてもよ
い。
【００６９】また、図１０及び図１１に示す制御の具体
例では、半暖機時の学習制御（ステップＳ４）によって
求められた学習値を、リーンバーン運転時に種々の運転
領域での燃料制御に反映させているが、アイドル運転領
域付近の低吸入空気量領域では他の領域と比べて学習値
が大きく変わり易く、この低吸入空気量領域で求めた学
習値を他の領域に反映させることは好ましくない。そこ
で、図４中に破線で示す範囲内の低吸入空気量領域では
学習してもこれを他の領域に反映させないようにするこ
とが好ましい。
【００７０】
【発明の効果】以上のように本発明は、エンジン回転の
角速度状態を検出する期間を、燃焼が略終了するクラン
ク角から次気筒の燃焼開始時期付近のクランク角までの
範囲内の所定クランク角区間に設定し、この所定クラン
ク角区間の角速度状態またはこれから求められる角速度
状態の変動に基づいて上記燃焼状態を判別するようにし
ているため、燃焼状態と角速度変動との相関性が比較的
高い期間に角速度状態を検出し、それに基づいて燃焼状
態の判別を精度良く行うことができる。
【００７１】とくに、膨張行程後半の、クランク角で上
死点後１００°から２００°の範囲内で、６０°以上の
クランク角区間において角速度状態を検出することによ
り、燃焼状態の判別を精度を高め、とくに高速側の領域
でも高精度に燃焼状態を判別することができる。
【００７２】また、角速度状態検出データから角速度状
態もしくはその変動の変動を求める際に、エンジンの爆
発回転次数に相当する周波数成分を除去し、さらにエン
ジン回転の０．５次よりも低い周波数域成分を除去すれ
ば、ノイズ的要素による影響を除去して、角速度状態も
しくはその変動に基づく燃焼状態の判別の精度をさらに
高めることができる。
【００７３】また、所定のリーン運転領域で空燃比を理
論空燃比よりも大きい値に設定してリーン運転を行う場
合に、上記のような方法による燃焼状態の判別に基づい
てリーン運転中の空燃比を制御すれば、このリーン運転
時の燃焼状態を良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による制御装置を備えたエ
ンジンの概略図である。
【図２】コントロールユニットの機能ブロック図であ
る。
【図３】クランク角検出のための被検出プレート及びク
ランク角センサを示す図である。
【図４】空燃比制御の領域設定を示すマップである。
【図５】４気筒４サイクルエンジンの各気筒の行程とト
ルク及び角速度の変化を示す説明図である。
【図６】燃焼圧と角速度変動との相関関係を示す説明図
である。
【図７】ノイズ的要素による角速度変動を示す図であ
る。
【図８】角速度のデータからエンジン回転の０．５次及
びその整数倍の成分を除去する処理を行った後のデータ
を示す図である。
【図９】上記データから０．５次より低周波数域の成分
を除去するハイパスフィルターとしての処理を行った後
のデータを示す図である。
【図１０】空燃比制御のメインルーチンを示すフローチ
ャートである。
【図１１】学習制御のルーチンを示すフローチャートで
ある。
【図１２】ラフネス制御のルーチンを示すフローチャー
トである。
【図１３】水温が学習値に及ぼす影響を示す特性図であ
る。
【図１４】空燃比と点火時期、ラフネス及びＮＯｘ排出
量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体 １３ クランク角センサ ２８ インジェクタ ４０ コントロールユニット ４１ 角速度状態検出手段 ４３ 検出データ処理手段 ４４ 判別手段 ４５ 空燃比制御手段 ４６ 設定手段 ４７ 補正手段
フロントページの続き (72)発明者 今田 道宏 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多気筒エンジンにおけるエンジン回転の
    角速度状態を検出し、それに基づいて各気筒の燃焼状態
    を判別する方法において、上記角速度状態を検出する期
    間を、燃焼が略終了するクランク角から次気筒の燃焼開
    始時期付近のクランク角までの範囲内の所定クランク角
    区間に設定し、この所定クランク角区間の角速度状態も
    しくはそれから求められる角速度状態の変動に基づいて
    上記燃焼状態を判別することを特徴とするエンジンの燃
    焼状態判別方法。
  2. 【請求項２】 角速度状態を検出する期間を膨張行程後
    半に設定したことを特徴とする請求項１記載のエンジン
    の燃焼状態判別方法。
  3. 【請求項３】 角速度状態を検出する期間をクランク角
    で上死点後１００°から２００°の範囲内に設定したこ
    とを特徴とする請求項２記載のエンジンの燃焼状態判別
    方法。
  4. 【請求項４】 上記所定クランク角区間を６０°以上に
    設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
    載のエンジンの燃焼状態判別方法。
  5. 【請求項５】 角速度もしくは角速度相当量を検出し、
    その検出データから角速度状態もしくは角速度状態の変
    動を求める際に、エンジンの爆発回転次数に相当する周
    波数成分を除去することを特徴とする請求項１〜４のい
    ずれかに記載のエンジンの燃焼状態判別方法。
  6. 【請求項６】 多気筒エンジンにおけるエンジン回転の
    角速度状態を検出し、それに基づいて各気筒の燃焼状態
    を判別する方法において、角速度もしくは角速度相当量
    を検出し、その検出データから角速度状態もしくは角速
    度状態の変動を求める際に、エンジンの爆発回転次数に
    相当する周波数成分を除去することを特徴とするエンジ
    ンの燃焼状態判別方法。
  7. 【請求項７】 角速度状態の検出データにおける同一気
    筒の今回値と前サイクルの値との偏差で角速度状態の変
    動を求めることによりエンジンの爆発回転次数に相当す
    る周波数成分を除去することを特徴とする請求項５また
    は６記載のエンジンの燃焼状態判別方法。
  8. 【請求項８】 エンジンの爆発回転次数に相当する周波
    数成分を除去する処理をエンジンの高速域で行うことを
    特徴とする請求項５〜７記載のエンジンの燃焼状態判別
    方法。
  9. 【請求項９】 角速度状態として角速度もしくは角速度
    相当量を検出し、その検出データから角速度状態もしく
    は角速度状態の変動を求める際に、エンジン回転の０．
    ５次よりも低い周波数域成分を除去することを特徴とす
    る請求項１〜８のいずれかに記載のエンジンの燃焼状態
    判別方法。
  10. 【請求項１０】 多気筒エンジンにおけるエンジン回転
    の角速度状態を検出し、それに基づいて各気筒の燃焼状
    態を判別する方法において、角速度状態として角速度も
    しくは角速度相当量を検出し、その検出データから角速
    度状態もしくは角速度状態の変動を求める際に、エンジ
    ン回転の０．５次よりも低い周波数域成分を除去するこ
    とを特徴とするエンジンの燃焼状態判別方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれかに記載の方
    法による燃焼状態の判別に基づいて空燃比を制御する方
    法であって、所定のリーン運転領域で空燃比を理論空燃
    比よりも大きい値に設定してリーン運転を行うととも
    に、このリーン運転時に、上記燃焼状態の判別に基づい
    て空燃比制御量を補正することを特徴とするエンジンの
    制御方法。
  12. 【請求項１２】 燃焼が略終了するクランク角から次気
    筒の燃焼開始時期付近のクランク角までの範囲内の所定
    クランク角区間におけるエンジン回転の角速度もしくは
    角速度相当量を検出する角速度状態検出手段と、この角
    速度状態検出手段の検出値もしくはこの値から求められ
    る角速度状態の変動に基づいて燃焼状態を判別する判別
    手段と、この判別手段による判別結果に応じてエンジン
    の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えたことを特
    徴とするエンジンの制御装置。
  13. 【請求項１３】エンジン回転の角速度もしくは角速度相
    当量を検出する角速度状態検出手段と、この角速度状態
    検出手段の検出値もしくはこの値から求められる角速度
    状態の変動に基づいて燃焼状態を判別する判別手段と、
    上記角速度状態検出手段による検出データの中からエン
    ジンの爆発回転次数に相当する周波数成分及びエンジン
    回転の０．５次以下に相当する周波数域成分を除去した
    データを上記判別手段に与える検出データ処理手段と、
    上記判別手段による判別結果に応じてエンジンの空燃比
    を制御する空燃比制御手段とを備えたことを特徴とする
    エンジンの制御装置。
  14. 【請求項１４】 上記空燃比制御手段は、所定のリーン
    運転領域で空燃比を理論空燃比よりも大きくするように
    空燃比制御量を設定する設定手段と、上記判別手段によ
    る判別に基づいて上記空燃比制御量を補正する補正手段
    とを有することを特徴とする請求項１２または１３記載
    のエンジンの制御装置。
  15. 【請求項１５】 上記判別手段は、角速度状態もしくは
    その変動を第１設定値及びこれより所定量だけ低い第２
    設定値と比較することにより燃焼状態を判別し、上記補
    正手段は、上記角速度もしくは角速度状態の変動が上記
    第１設定値を越えると空燃比制御量をリッチ方向に補正
    し、角速度状態もしくは角速度状態の変動が上記第２設
    定値より低くなると空燃比制御量をリーン方向に補正す
    るようになっていることを特徴とする請求項１４記載の
    エンジンの制御装置。
  16. 【請求項１６】 上記角速度状態検出手段は、膨張行程
    においてクランク角で上死点後１００°から２００°の
    範囲内で６０°以上のクランク角区間におけるエンジン
    回転の角速度もしくは角速度相当量を検出するものであ
    ることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載
    のエンジンの制御装置。
JP8078000A 1996-03-29 1996-03-29 エンジンの燃焼状態判別方法、エンジンの制御方法及び同装置 Pending JPH09264183A (ja)

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JP8078000A JPH09264183A (ja) 1996-03-29 1996-03-29 エンジンの燃焼状態判別方法、エンジンの制御方法及び同装置
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