JPS59128946A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関し、よシ詳細
には、内燃機関の１サイクル（４サイクル（表門ではク
ランク角で７２０°）中のクランク角速度変動に基づき
空燃比又は点火時期を制御する内燃機関の制御装置に関
する。

（背景技術） 従来の燃焼制御装置としては、例えば特開昭５３−１３
７３４３、同５３−１３７３４４、同５３−１３７３４
５等に例がある。例えば、４Ｊｒ開昭５３−１３７．３
４３に開示された点火時期制御装置は、内燃機関の吸入
空気量Ｑを検出する吸入空気量検出回路と、内燃トψ関
の回転基準位置を検出する回転信号発生器と、内燃機関
の回転速度Ｎを検出する機関速度検出回路と、この機関
速度検出回路によシ検出した機関速度と吸入空気量検出
回路によシ検出しまた吸入空気量と回転信号発生器の回
転基準位置とを入力とし、この機関速度と吸入空気量と
を基本とする所定の小火時朋回転角度決定式の演算をし
て点火時期を決定する演算回路とを備えだ構成である。

一方、空燃比（燃料と空気の混合気）制御装置は、上述
の吸入空気量検出回路、回転信号発生器及び機関速度検
出回路の外に、回転速度Ｎと吸入空気量Ｑから基本燵相
世給磨Ｔ、をＴＰ　＝　ＫＱ／’Ｎ（但しＫは定数）に
よって演算算出する演算回路を有し、このＴ、に対する
補正率αを比例積分制御することにより、実際の空燃比
を所定空燃比にフィードバック制御している。

ここで、回転信号発生器はディストリビュータに白鷺さ
れており、１回転４個の一定角度幅をもつ基準信号と、
１回転７２０個の角度信号とを発生する。前述の点火時
期制御及び空燃比制御においては、これらの２つの信号
を所定期間内の平均値としての機関回転数（ＲＰＭ）の
検出及びクランク角位置検出にのみ使用しておシ、１サ
イクル中の角速度変化の情報は利用していない。後述す
るように、１サイクル中の角速度変化の情報を利用する
ことによって、燃焼の良好不調を知ることができる。従
って、従来の装置では、良好な燃焼を目標とした点火時
期制御及び空燃比制御は実現できないという問題点があ
った。

（発明の目的〕 この発明は、このよう力従来の問題点に着目してなされ
たもので、所定期間（１ザイクル中の膨張工程〕におけ
る角速度の増加分に基づき空燃比あるいは廣火時期を制
御して内燃機関の燃焼を制御することにより、上記問題
点を解決することを目的とする。

（発明の構成及び作用） 以下、この発明を図面に基づいて訝、明する。

第１υ１．１２図及び第３図は、この徒明の一実施例を
示す図であシ、第１図に燃料系統、第２図に空気系統、
第３図に制御系統を示す。

第１図の燃料系統においては、燃料はツユエルタンク１
よシフユエルポンプ２で吸入され、加圧されて圧送され
る。次にフユエルダンノぐ３によりツーエルポンプ２で
生ずる燃料の脈動が減衰され、次いでツユエルフィルタ
４でゴミや水分が敗シ除かれ、プレッンヤレギュレータ
５で一定の燃料圧力に調整された燃料が、４９関６の谷
気筒７の吸気弁８近傍においてインテークマニホールド
９に取シ付けられたインジェクタ（燃料噴射弁）１０か
ら所定の時期に、後述するようにコントロールユニット
２２で（寅ｎ−された所定の＋ｙ！１射州Ｔ（噴射時間
）だけ、１！８射される。余剰燃料はプレッシャレギュ
レータ５からツユエルタンク１に戻される。

図中、１１はシリンダブロック、１２はシリンダブロッ
ク１１の冷却水温度を検出する水温センサ、１３は冷却
水温度が低温の時に機関を始動する際に開いて燃料供給
量を増量するだめのコールドスタートバルブである。

空気系統は第２図に示すように、空気はエアクリーナ１
４から吸い込まれて除塵され、エアフローメータ１５に
よシ吸木空気量Ｑが計量され、スロットルチャンバ１６
においてスロットル、６ルプ１７によシ吸入空気量Ｑが
加減され、インテークマニホールド９において、上述し
だインジェクタｌＯから噴射される燃料と混合され、混
合気が各気筒７に供給される。スロットルチャンバ９１
６には、スロットルバルブ１７が開の時にオフ（ロー９
信号、閉の時にオン（〕・イ）信号を出すスロットルス
イッチ１８が取υ付けられ、１９はスロットルバルブ１
７が閉（すなわち、アイドリング）の時の吸入空気のバ
イパス通路、２０はそのノＺイｉＱス通路１９の空気流
量を調速するアイドルアジャストスクリュー、２１はエ
ンジン始動時およびその後の暖機運転中に浦助的に空気
量を調整するエアレギュレータである。

制御系統は第３図に示すように、エアフロメータ１５、
回転速度検出器２３、その他各鍾情報を入力信号変換回
連″７５２６を介して中央演（資）−処理装置（以下Ｃ
ＰＵと…６ず）２７に入力し、１．゛り関の必要燃料供
給量に対応するフーエルインノエクタ１０の開弁時間Ｔ
１を演算する。ＣＰＵ　２７は］１、ｙ関の和定の気筒
が１回爆発する間（４サイクルエンノンでは７２０°）
に１回の第１の信号を出力する手段２４と、・機関のｐ
、ｊ見間ｌ’ｉ？＋と同し間隔毎（Ｉサイクル６気筒て
ば１２０°１１ｊ　）ｖコ１回ノ！Ａ２　ノ（ｓ−号ヲ
出力する手段２５の信号を受し３て、各インジェクタＱ
ｌ＋１１゜（１０）２　　、（１０）３　　、　（１０
）４　　、（１０）５及び（’０）ｅ　　（６気筒促関
の場合）のインジェクタ、鳴動回路３０〜３５のいずれ
を駆動するか全波ノボのように決定する。尚、回転速度
検出器２３．１ｉｉｌ記第１の信号を出力する手段２４
及び第２のイ菖号を出力する手段２５がクランク角セン
サに該当する。このクランク角センサからの信号に基づ
きクランク角速度を計測する。

このだめの手段としては２種あり、一定時間ケ゛−ト全
あけ、その間に入力される２°・パルスの数を計測する
ケ゛−ト法、及び例えば１２０°・モルスから１、２０
°・ぐルスまでのように、あるパルス間の時間を割る時
間法である。尚、クランク角センサはディストリビュー
タに内蔵されたものではクランク角１２０°周期で回転
するために、特定の気筒が判定できる。

第１の信号が入力される毎にＣＰＵ　２７に設けられた
カウンタをクリアし、第２の信号が入力される毎にカウ
ンタをカウントアツプする。第５図に示すように、カウ
ンタ値は０→１→２→３→４→５→６→０・・を繰シ返
す。

インジェクタ駆動回路３０〜３５はレジスタ、カウンタ
、比較器等から構成され、ＣＰＵ　２７に対してアドレ
スバスを介してアドレスが指定さえしている。インジェ
クタ、駆動回路３０〜３５では、第４図のタイミングチ
ャート、に示すように、ＣＰＵ２７の演算結果に応じて
、レジスタに書き込まれる燃料噴射・やルス幅（開弁時
間）　Ｔｉが転送さ冶、（第４図ａ）、カウンタはレジ
スタへのＴ４の転送からクロック・ぐルスをカウントし
く同図ｂ）、インジェクタ（１０）　１〜（Ｉｆ）６は
カウンタのカウンタ期間中開弁し、レノスタ値とカウン
タ値とが等しくなった時点てインジェクタを閉じる（同
１ンｌｃ）。

ＣＰＵ　２７は第２の信号が入力さ九るごとに、カウン
タの値に基づき、次表のようにインジェクタを選択する
。

このように開開１することにょシ、第５図に示すように
各気筒別々のタイミングで燃料を噴射する。

尚、＊は点火時期、斜１Ｍ部分は噴射時期、一点鎖線部
分は吸入工程を示す。

次に作用を説明する。

エンノンのクランク角速度はたとえば単気筒エンノンの
場合、第６図のように膨張行程で加速され犬となり、排
気行程ではフリクションでやや低下し、吸入行程ではポ
ンピングロス（吸気側の負圧の高い所から吸い込む）の
ため更に落ち、圧縮行程では圧縮仕事のため大幅に低下
し、圧縮上死点で最低となる。この平均速度が一般的に
は回転数（速度）と呼はれる。

このｌサイクル中の変動は、無負荷の場合はフライホイ
ルを含めたエンジン全体のＩ、（慣用モーメント）への
エネルギー授受となり、走行中は車速かエンノン２回転
の間はほぼ一定であるとみなぜるので、■、エネルギー
の授受に加えてフ０ロベランヤフト等の１駆動軸のねじ
れ振動としてねじれエネルギーの授受の形で現れる。

エンノンが多気筒となると、たとえば４気筒が完全に同
一の状態でクランク軸１８ｏ０ずっ゛位相がずれて回転
していると、その変動の周期は１８ｏ。

となる。同様に６気筒の場合は１２ｏ０．８気筒の場合
は９０°となυ、変動周期が短かくなって高周波となシ
、また位相のズした波も重ね合わさるため振幅も小さく
なシ、　Ｂｙには振動レベルが小さくなるので高級車は
ど多気筒化するのは周知のとおシである。

第７図に２気筒の場合を示す。クランク軸で３６０°毎
に圧縮上死点がくるだめ、３６０°周期の角速度変動が
観測される。

第８図に４気筒の場合を示す。４以上の気筒を持つ場合
は、圧縮行程にある気筒がある時には必ず他の気筒が膨
張行程にあるため、大きなかつ周期性を持った角速度変
動は現れないのが好適である。

ここで、発生トルクの大小はＴＤＣ近くのクランク角速
度ωの最低値と、膨張行程におけるωの最大値との差Δ
ωに比例する。空燃比Ａ／Ｆ又は点火時期ＡＤＶを少し
変化させると、Δωも変什する。第９図及び第１０図に
おいて、もしΔωが大となったならば更にその方向に空
燃比又は点火時期を変化させ（矢印４０．４１又は４３
．４４）、もしΔωが小となるようであれば空燃比又は
点火時期を逆方向に変化させ、常にΔωを最大、すなわ
ちレレク最大の空燃比（ＬＢＴ点）又は点火時ＪＩＪＪ
　（ＭＢＴ点）に制御することができる。尚、ΔＯＪの
値がほぼ横ばいの時は、空燃比であればＬＢＴ点、点火
時期であればＭＢＴ点の方向にそれぞれ制御する（矢印
４２又は４５）。

この発明は、このような原理に基づく。この場合、各気
筒毎に独立して空燃比又は点火時期を制御することがで
きる場合には、各気筒毎に最適値に制御するが、全気筒
同時に燃料噴射を行なう場合には、全気筒の平均直が最
適値になるように制御する。

第１１図は第１図〜第３図に示す装置の制御動作を示す
フローチャートである。機関が１回帰発する（４サイク
ル機関でクランク角７２０°）毎に実行を開始しくステ
ップ５０）、ステップ５１に進む。ステップ５１で、ク
ランク角センサからの信号に基づき、ＣＰＵ２７は過去
７２０°間のクランク角速度の最大値ωｍａｘと最小値
”ｍｉｎを求め、この差Δω。（＝ＯＪｍａＸ−ωｍ１
ｎ）を計鏝−する・次にステップ５２で、前回割算され
たクランク角１８０°間のクランク角速度の最大値と最
小値との差Δω−１と、今回値Δω。との差（絶対直）
を求め、予め定められた所定値δと比較する。１Δω０
−Δω−１１くδの時はステップ５３に進み、空燃比が
保持されるように制御される。１Δω。−Δω−＋ｌ＞
δのときはステップ５４に進む。ステップ５４で、今回
値Δω。と前回値Δω−１との大小関係を判定する。Δ
ω０〉Δ０Ｊ−１の時はステップ５５に進み、空燃比が
薄くなるように（リーン化）、制御される。Δω。〈Δ
ω−１の時はステップ５６に進み、空燃比が濃くなるよ
うに（リッチ化）制御される。

第１２図に別の動作例を示す。同図は運転条件に応じた
適正値Δω８を予め定めておき今回値Δω。

との比を求め、この結果と所定値との関係がら空燃比を
制御する。機関が１回帰発する（４サイクル機関でクラ
ンク角７２０°）毎に実行を開始しくステラｆ６０）、
ステップ６１に進む。ステップ６１で、機関回転数と吸
入矩気量又は吸気管圧等に基づく運転条件を求め、予め
設定さ牙ｔだ運転条件と角速度差Δω８との関係（テー
ブル）力・らΔω８を求める（テーブルルックアップテ
ップ６２に進み、クランク角センサカ為らのイ言号に基
づきＣＰＵ　２　７で過去７２０°間のクランク角速度
の最大値と最小値を求め、この差Δωを言１゛算する。

次にステ、ッｆ６３でΔω。とΔω８との比（ΔｌΔω
８）を求め所定値δｌと比較する。（ｄω７ΔωＢ）〉
δ１の時はステップ６４に進み、空燃比力玉薄くなるよ
うに（リーン化）制御される。（Δω０／Δω１（δｌ
の時にはステ、ノブ６５に進む。ステップ６５で、Δω
／Δω８を別に設定された所定値δ２と比較する。

（Δω／Δω，）〈δ２の時は空燃比が濃くなるように
（リッチ仕）制御される（ステップ６６）。

（Δω／Δωｓ）〉δ２の時は空燃比が保」寺されるよ
う制御される（ステラｆ６７）。

上記の説明は空燃比制御の場合であった力；、点火時期
制御の場合でもリッチをパ進み″に、ＩＪ−ンを°゛遅
れ′に対応させることにより、全く同様に制御すること
ができる。

次に、空燃比の具体的な制御例について第１３図を用い
て説明する。同Ｉン１は４ザイクル枦１関の、１暴合で
あり、同図（、）は上死点；　（ｂ）はクランク角速度
、（Ｃ）はクランク角１８０°間のΔω及び（ｄ）は空
燃比制御の様子を示す。

時刻ｔ１で空燃比をややリッチにしだとする。

時刻ｔ２で測定されたΔω２は時刻１．のΔωｌよシ大
きいため、リッチ化すなわちΔωを冒犬と判断し、時刻
ｔ２では更にリッチ化する。時刻ｔ３でΔω３はΔω２
より小さいため、リッチ化しすぎと判断し、ややリーン
とする。時刻ｔ４で、Δω４〉Δω３のため更にリーン
化する。時刻１５．１６は時刻ｔ４と同様である。時刻
ｔ７でΔωは横ばい、すなわち１Δω７−Δω６１＜δ
となったので、トルクは横ｖｊ、いと判断し空燃比をや
やリーン化する。時刻ｔ８ではΔω８がΔω７よ）大き
いためリッチ什し、時刻ｔ９では再度Δω９が小さくな
ったため時刻ｔ８でリッチ化しすぎと判断してリーン化
し、時刻ｔｌｏでは時刻ｔ８と同じくリッチ化する。

このようにして、ある外部要因でΔωが減少する時はり
、チ・リーンをくシかえして良好な燃焼となるように制
御する。

点火時刻制御の場合は、第１３図（ｄ）の空燃比をパ点
火時期″に、リッチを″進み″に、リーンを″遅れ″に
置き換えれば、全く同様に制御可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば所定期間におけ
るクランク角速度を検出し、この期間内の増加分Δωに
基づき点火時期あるいは空燃比を制御して内燃機関の燃
焼を制御することとしたため、（ル関を安定かつ良好な
燃焼状態に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による一実施例の燃料系統を示す図、
第２図はこの発明による一実施例の空気系統を示す図、
第３図はこの発明による制御系統を示す図、第４図はイ
ンノエクタ駆動回路の主要部品のタイミング図、第５図
は点火時期、燃料噴射時期及び吸入工程との関係を示す
図、第６図は２気筒機関のクランク角度とクランク角速
度との関係を示す図１、第７図は４気筒侵関のクランク
角度とクランク角速度との関係を示す図、第８図は６気
筒機関のクランク角とクランク角速度との関係を示す図
、第９１スは空燃比と所定期間内のクランク角速度増加
分Δωとの関係を示す図、第１０は点火時期と所定期間
内のクランク角速度増加分Δωとの関係を示す図、第１
１図はこの発明にょる一実施例の動作を示すフローチャ
ート、第１２図は別の動作を示すフローチャート、第１
３図はこの発明による一実施例を用込て空燃比が制御さ
れる様子を示しだタイミング図である。 １５・・エアフロメータ、２３・・・回転速度検出器、
２４・・・第１の信号を出力する手段、２５・・・第２
の信号を出力する手段、２７・・・中央処理装置、２８
・・・ＲＯＭ　、　２９・・・ＲＡＭ　、　３０　、３
１　、３２　、３３　。 ３４．３５・・・インノエクタ駆動回路、（］Ｉ＋　　
、（＋０２　。 αＯａ　　、（ＩｃＬ　　、（］Ｏｓ　　、（］０６・
・・イン・ソエクタ。 第７図 至 ン ７ノ １、ろ図 クラ７７肉塵 基７図 ７ラン７山鷹１ Ｌ（５１１ｊＪ ｊ″１ｆ″　　　　　　　　　　　　　クランク印１良
基ｑＩ２１ Ｊ−７４；に＋　　　　　　　　　　　　　　、、、、
、１．　　　　　　　　　　　　　９−＋　３′１り基
１０図 纂１／口 手続補正書（方式） 昭和５８年４月２７日 特許庁長官　若　杉　相　大　　殿 ■、事件の表示 昭和！１８年　特Ｓ′［願第目４６号 ２、発明の名称 内燃機関の燃焼制御装置 ３　補正をする者 事件との関係　　！特許出願人 名　称　（３９９）日産自動車株式会社７゜補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （Ｊ、）　　少なくとも、１つの制御入力情報として内
   燃機関から検出されたクランク角度信号を用いた内燃機
   関の燃焼制御装置において、前記クランク角度信号に基
   づき所定期間内のクランク角速度の最大値ωｍａｘと最
   小値ωｍｉｎを検出して前記所定期間内の増加分Δωｏ
   （−（〜□−（Ｉ）ｍ　ｉ−を求め、Δω０の絶対値が
   所定値δ以下の時は空燃比あるいは点火時期が保持され
   るように制御し、Δω。の絶対値が所定値６以上の時は
   、前記Δω０と前回の所定期間の増加分Δω−１とを比
   較し、Δω。〉Δω−１の時は空燃比が薄くなるように
   あるいは点火時期が遅れるように制御し、Δω０〈Δω
   −１の時は空燃比が濃くなるようにあるいは点火時期が
   進むように制御することによシ内燃機関の燃焼を制御す
   ること金判徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 （２）少なくとも１つの制御入力情報として内燃機関か
   ら検出されたクランク角度信号を用いた内燃機関のカＩ
   ；焼制御装置において、前記クランク角度信号に基づき
   所定期間のクランク角速度の最大値ωｍａｘと最小値ω
   。＋ｊｎを検出して前記所定期間内増加分Δωｏ（＝Δ
   ωｍａｘ−Δωｍ１０）を求め、該Δω。と予め運転条
   件によシ設定された増加分Δω。との比Δω０／Δω８
   が所定値δ１以上の時は空燃比が薄くなるようにあるい
   は点火時期が遅れるように制＠１し、Δω０／Δω８が
   所定値δｌ以下の時は、前記Δω。／Δω８と所定値δ
   ２とを比較し、Δω／Δω８が所定値δ２以下の時は空
   燃比が濃くなるようにあるいは点火時期が進むように制
   御し、Δω０／Δω８が所定値２２以上の時は空燃比あ
   るいは点火時期が保持されるように制御することによシ
   内燃機関の燃焼を制御することを特徴ζする内燃機関の
   燃焼制御装置。