JPS59136544A - 内燃機関の制御装置 - 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】 （発明の利用分野） 本発明は内燃機関の燃焼状態を最適に制御する装置に関
するものである。

（従来技術） 内燃機関の燃焼状態を制御する技術としては、例えば次
のようなものが開示されている。

まず特公昭４９−１７９７３号は、燃焼室内圧力をイオ
ン化電流に変換し、このイオン化電流のピーク値を検出
し、点火時期を調整して、上死点に対する最高燃焼圧力
点の角度を最適に制御することにより、内燃機関の出力
を最大にしようとするものである。

また特公昭４９−２９２０９号は、内燃機関の燃焼室内
圧力の尖頭値発生時期を電気的に検出する装置とクラン
ク軸の回転角基準位置を電気的に検出する装置とを備え
、燃焼室内圧力の尖頭値の発生位置をクランク軸の回転
角基準位置信号を用いて検知し、これを最適位置にする
ように点火位置を変えるものである。

また特開昭５３−５６４２９号は、燃焼室内圧力が予め
決められた成る値以上にならないように点火時期を制御
して排気ガス中の有害成分を低減しようとしたものであ
る。

また特開昭５２−７７９３５号は、燃焼ガスの最高圧力
と予め決められた基準設定圧力との差を榔知して、最高
圧力を基準設定圧力に適合させるように制御する点火時
期制御方法を開示しているまた特開昭５２−１５１４３
２号は、点火時期を進めるに従って燃焼室内圧力の最大
値Ｐｍａｘとモータリング圧力Ｐｍとの比Ｐ　ｍ　ａ　
ｘ　／　Ｐ　ｍが太きくなる傾向があり、Ｍ　Ｂ　Ｔ　
（ｍｉｎｉｍｕｍ　５ｐａｒｋａｄｖａｎｃｃ　ｆｏｒ
　ｂｅｓｔ　ｔｏｒｑｕｅ）では、回転速度、吸入負圧
、空燃比等のパラメータに拘らずＰｍａｘ／Ｐｍが殆ど
一定である性質を利用して、点火時期をＰ　ｍ　ａ　ｘ
　／　Ｐ　ｍが一定となるように制御するものであり、
従来の内燃機関の試験結果に基づいて平均的点火時期を
プログラムした方式の点火時期制御装置と比較して、大
気状態、内燃機関特性のばらつき等の補正を必要としな
い点で優れているまた特開昭５３−６０４３１号は、上
記の特開昭５２−１５１４３２と同様に、Ｐｍａｘ／ｊ
ｍが所定値となるように制御する点火時期制御装置にお
いて、ノッキングが生じた時点では点火時期を遅らせる
ように制御するものである。

また特開昭５２−３９０３８号は、燃費率を最小にする
最適な点火時期は、単に内燃機関の回転速度と吸気圧の
二つのパラメータのみでプログラムすることは難しく、
かつ内燃機関や点火装置等のばらつきを考慮すると、点
火時期を周期的に変化させることによってトルク変化を
発生させ、点火時期の変化する位相とトルクの位相関係
を判別してこの両者の位相関係によって点火時期を制御
することにより、最小燃費率で内燃機関を動作させよう
とするものである。

しかし上記のごとき従来技術においては、燃焼室内圧力
において、モータリング圧力（ピストンの上下によって
燃焼室内の気体が圧縮されて生じる圧力）と燃焼圧力（
混合気の燃焼によって生じる圧力）とを識別していない
。そのため圧力波形の値が変化したとき、圧力センサの
指示値が変化したのか現象そのものが変ったのかを明確
に区別できない。

また燃焼室内圧力を検出する圧力センサの出力を内燃機
関の動作中に較正することが出来なかったので、燃焼室
内における物理現象が変化したのか、圧力センサの温度
変化、経時変化による出力変化かを明確に識別すること
が出来ない。

従って従来の装置においては、燃焼に密接な関係のある
燃焼圧力の最大値、燃焼圧力が最大となるクランク角、
燃焼圧力の立上り勾配、立下り勾配、熱発生量および燃
焼継続時間等の各パラメータを実時間で正確に検出する
ことが出来なかったので、内燃機関の固体間のばらつき
や経時変化等を有効に補正することが出来ず、また点火
時期、空燃比、ＥＧＲ量を個別に制御していたので、燃
焼制御において十分な性能を得ることが出来ないという
問題があった。

（発明の目的） 本発明は上記の問題を解決するためになされたものであ
り、前記のごとき燃焼に密接な関係のあるパラメータを
内燃機関の実働中に検出し、その値に応じて内燃機関の
個別差や経時変化による設計目標値からのずれを無くす
ように学習制御することにより、燃焼を最適に制御する
装置を提供することを目的とする。

（発明の概要） 上記の目的を達成するため本発明においては、内燃機関
の燃焼室内圧力を測定し、その値から燃焼圧力の最大値
、燃焼圧力が最大となるクランク角、燃焼圧力の立上り
勾配、立下り勾配、熱発生量および燃焼継続時間の各パ
ラメータのうちの少なくとも−・つを算出し、上記の各
パラメータのうちの少なくとも一つまたは二つ以上の組
合せを基／＄値と比較することにより、内燃機関の個体
間のばらつきや経時変化によって生じる空燃比、点火時
期、ＥＧＲｉの設計目標値からのずれを検出し、上記の
パラメータと基準値との差を無くすように空燃比、点火
時期、ＥＧＲ量の制御目標値（空燃比等を制御するため
の基準値）を書き換える制御、すなわち学習制御を行な
い、その学習した結果に応じて空燃比、点火時期、ＥＧ
Ｒ量の少なくとも一つを制御するように構成している。

（発明の実施例） 以下実施例に基づいて本発明の詳細な説明する第１図は
本発すの内燃機関制御装置の一実施例図である。

第１図において、ｌは内燃機関本体（４気筒の場合を示
す）、２は吸気管、３は排気管である。

吸気管２のスロットル弁４の上流部と下流部とは、バイ
パス管６で連結されており、かつバイパス管６の途中に
は空気量調節器７が設けられている。この空気量調節器
７は、例えば電磁弁又は電磁弁と負圧弁との組合せで構
成されており、流量制御信号Ｓ８に応じてバイパス管６
を流れる吸入空気流量を調節する。

また吸入空気量センサ（例えばエアフローメータ）８は
、内燃機関に吸入される空気量に対応した吸入空気量信
号ＳＬを出力する。

またスロットル弁４と連動するスロットルセンサ５は、
スロットル弁４の開度に対応したスロットル信号Ｓ２を
出力する。

また各気筒の吸気ボートには、燃料噴射弁９が設けられ
ており、噴射信号Ｓ９に対応した量の燃料を噴射する。

一方、排気管３には、排気センサ１０が設けられている
。

この排気センサ１０は、排気ガス中の酸素濃度に対応し
て動作し、混合気がリッチ（空燃比が理論空燃比より小
）のときは高レベル、リーン（空燃比が理論空燃比より
大）のときは低レベルの空燃比信号Ｓ７を出力する。

また排気管３と吸気管２とは、排気還流管１１を介して
接続されている。

この排気還流管１１の途中には、還流量調節器１２が設
けられており、還埠量制御信号Ｓ１０に応じて排気還流
量を制御する。この還流量調節器１２の構造は、前記の
空気量調節器７と同様である。

また点火信号Ｓｌｌによって制御される点火装置１３は
、各気筒毎に設けられている点火プラグ（図示せず）に
高電圧を与えて点火動作を行なうまたクランク角センサ
１４は、内燃機関のクランク軸が単位角度（たとえば１
０）回転する毎に単位角信号Ｓ４を出力し、基準角度（
４気筒機関では１８０’）回転する毎に基準角信号Ｓ５
を出力する。

また水温センサ１５は、内燃機関の冷却水温度に対応し
た温度信号Ｓ３を出力する。

また圧力センサ１６は、燃焼室内圧力に対応した圧力信
号Ｓ６を出力する。この圧力七ン″すとして体、例えば
第２図に示すごとく、点火プラグ１８と燃焼室壁１９と
の間にワッシャの形で圧設された圧電素子２０を用いる
ことが出来る。

また演算装＠１７は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ。

ＲＯＭ、Ｉｌｏ、Ａ／Ｄ変換器等からなるマイクロコン
ピュータで構成されており、−１−記の各センサからの
信号Ｓ１〜Ｓ７を入力し、各種の演算を行なって」二足
の各制御信号３８〜Ｓｌｌを出力する。

次に本発明の制御の基礎となる圧力センサの出力の較正
方法について説明する。

なおこの較正演算は、各種入力信号Ｓｌ〜Ｓ７に応じて
演算装置１７で行なう。

自動車の内燃機関に設置されている圧力センサが動作す
る環境は、−４０°Ｃ程度の極寒か・ら１００°Ｃを越
えるような高温まで〜す、圧力センサは当然この温度範
囲で正常に作動する必要がある。

しかし圧電素子や歪ゲージで構成される圧力センサは、
高温での温度変化が大きく、これを精密に温度補償する
ことは非常に困難であった。

また自動車のように長年月にわたって使用される装置に
おいては、当然、経時変化が生じることが予想されるが
、その分を正確かつ自動車に補正する。ことは極めて困
難であった。

しかし燃焼室内圧力と吸入空気量とは比例関係にあり、
また吸入空気の温度変化範囲は圧力センサのそれに比べ
て大幅に狭いから、吸入空気量にづ 基すいて圧力センサの出力を較正することが出来る。

第３図は吸入空気量（吸入空気量信号ＳＬ力１ら求める
）と圧力センサ１６の出力との関係図である。

第３図において、Ｌｌは燃焼室内圧力（圧力センサ１６
の出力そのもの）、Ｂ２はモータ１ノング′圧力（ピス
トンの上下によって燃焼室内の気体力く圧縮されて生じ
る圧力）を示し、ＬｌとＢ２との差が燃焼圧力（混合気
の燃焼によって生じる圧力）である。

なお燃焼室内圧力の値はピストンの位置すな−わちクラ
ンク角および点火時期、ＥＧＲ量、空燃比に応じて変化
するから、第３図のＬｌの特性Ｌ±、特定のクランク角
および特定の運転状態（こお番する値を示す。

第３図から判るように、一定のクランク角および一定の
運転状態における吸入空気量と燃焼室内圧力とは比例関
係にあるので、吸入空気量を用１．Ｎて燃焼室内圧力の
較正を行なうこと−が出来る。

また後述のごとく、モータリング圧力（±運転状燃焼室
内圧力からモータリング圧力を分離することが出来れば
、上記の較正を確実かつ容易に行なうことが出来る。

なお吸入空気の温度の上限はせいぜし）５０°Ｃ程度で
あり、その温度変化範囲は圧力センサの温度変化範囲に
比べて大幅に狭く、吸入空気量の温度補正は容易である
。

次に第４図は、本発明の演算を示すフローチャートの一
実施例図である。

第４図において、まずＰｌで点火時期、ＥＧＲ量および
空燃比が一定の状態で、特定のクランク角における燃焼
室内圧力を測定して記憶する。

なお後述するごとく、燃焼室内圧力から求めたモータリ
ング圧力を用いるときは１点火時期等ｔ±一定にする必
要はなく、特定のクランク角での値であればよい。

次にＢ２で、吸入空気量を測定して記憶する。

なおこれは吸入空気量に限らずそれと同等の運転変数、
たとえば吸入負圧、スロットル弁開度等でもよい。

次にＢ３で、吸入空気温度を測定（吸気管２に設けた温
度センサたとえばサーミスタ等で測定）し、それによっ
てＢ２で求めた吸入空気量を基準温度の値に補正する。

次にＢ４で、前記第３図に示すごとき比例関係を利用し
て、その形式の内燃機関について予め実験で求めておい
た基準値と、Ｐｌ、Ｂ３で求めた燃焼室内圧力と吸入空
気量の対応関係とを比較する。

Ｂ４で燃焼室内圧力の値が過大側に偏っていた場合には
Ｂ５へ行き、基準値との偏差分だけ圧力センサの値を減
少させる補正をする。

Ｂ４で燃焼室内圧力の値が過小側に偏っていた場合には
Ｂ６へ行き、基準値との偏差分だけ圧力センサの値を増
加させる補正をする。

上記のごとき演算によって圧力センサの出力を内燃機関
の作動中に自動的に較正するこ゛とが出来る。

１記の演算においては、燃焼室内圧力そのものを用いて
較正する方法を示したが、第４図のフローチャートにお
いて、燃焼室内圧力の代りにモータリング圧力を用いて
もよい。

次にモータリング圧力波形と燃焼圧力波形とを識別する
方法について説明する。

実際の内燃機関に取付けた圧力センサ１６によって検出
される燃焼室内圧力波形は、第５図に示すようになる。

第５図において、ＧＡ−ＧＤは点火時期を変えたことに
よる燃焼室内圧力波形の変化を示し、ＧＡからＧＤへゆ
くに従って次第に点火時期が遅くなった状態を示す。ま
たＡｔ、Ｂｌ、Ｃ１，ＤＩはそれぞれ全体の燃焼室内圧
力波形を示し、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｂ２はそれぞれモー
タリング圧力波形を示′す。また斜線部分が燃焼圧力で
ある。

第５図から判るように、燃焼室内圧′力波形はモータリ
ング圧力と燃焼圧力とが合成されたものであるから、こ
のままではモータリング圧力と燃焼圧力とを分離して求
めることは出来ない。しかしモータリング圧力波形は、
その性質上、上死点ＴＤＣに対して対称であるから、Ｇ
ＣまたはＧＤのごとき波形にすれば、モータリング圧力
と燃焼圧力とを分離することが可能となる。

すなわちＧＣやＧＤの波形においては、波形の立上り時
点（下死点に相当）ＴＯから上死点ＴＤＣまでは、モー
タリング圧力のみであるからこの波形を記憶し、上死点
ＴＤＣ以降はその記憶した値を上死点ＴＤＣに対して対
称に演算すれば、燃焼圧力を除いたモータリング圧力の
みが得られ、その値を全体の燃焼室内圧力から引算すれ
ば、燃焼圧力が求められる。

以下、第５図のＧＢとＧＣの波形および第６図（７）７
０−チャートに基づいて説明する。

第６図において、まずＰ７で、点火時期を上死点ＴＤＣ
より十分前の位置たとえば第５図ＧＢのＴ２に設定し、
ＧＢのごとき単峰性の燃焼室内圧力波形になるようにす
る。

次にＰａで、α＝α＋１にする。これは点火時期を前回
の値より一定量だけ遅らせることを意味している。

次にＰ９で、点火時期をＴ２＋αに設定する。。

ＰａとＰ９とによって点火時期がＬ回の演算毎番と一定
量ずつ遅れることになる。

次にＰＩＯで、各クランク角度毎に燃焼室内圧力を測定
し、各クランク角度毎の平均値を求めて記憶する。なお
この測定は同一運転状態におｌ／１ての値を求める。ま
た測定値の平均を求めるのは、−回の測定では、ばらつ
きがあるため数回の平均値を求めるのである。

次にｐＨで、前回の測定値（クランク角度がＴＯに近い
方）Ｐｂと今回の測定値Ｐａとを比較する。

Ｐａ≧Ｐｂであれば、圧力が上昇していること（圧力波
形の極大値前）を示すから、Ｐａへ戻って上記の手順を
繰返す。Ｐａ＜Ｐｂになれば、少なくとも一つの極大値
があったことを示すから、Ｔ１２へ行く。

Ｐ　Ｌ、　２では、Ｐａの方が引き続き小か否か、すな
わち連続して下降したか否かを判定する。

Ｔ１２でＹＥＳの場合は、第５図ＧＢのごとき単峰性の
特性であることを示すから、再びＰａへ戻って上記の手
順を繰返す。

Ｔ１２でＮＯの場合は、ＰＬ３へ行き、小から大への変
化があったか否か、すなわち極小値があったか否かを判
別する。

Ｔ１３でＮｏの場合は前記と同様にＰａへ戻って繰返す
。

Ｔ１３でＹＥＳの場合は、第５図のＧＣの波形のごとく
、双峰性の特性であることを示すからＴ１４へ行く。

Ｔ１４では、極小値の生じたクランク角度が上死点ＴＤ
Ｃ以後か否かを判別する。

Ｔ１４でＮＯの場合すなわち上死点ＴＤＣ以前に極小値
が生じた場合は、通常ありえない異常状態であるからＴ
１７八行き、そのような状態の生じた回数を判定する。

Ｔ１７で所定回数（例えば１〜２回）以下の場合は、　
＋１１Ｉ定誤差と考えられるので、Ｐａへ戻る。

所定回数以上連続した場合は、異常燃焼が生じたか、ま
たは圧力センサ１６等に異常が発生したことが考えられ
るので、Ｔ１８へいって異常警報を行なう。

一方Ｐ１４でＹＥＳの場合は、第５図のＧＣの波形であ
るから、Ｔ１５、Ｔ１６で燃焼圧力およびモータリング
圧力の演算を行なう。

以下第５図のＧＣの波形を用いて上記の演算を説明する
。

第５図のＧＣにおいて、ＴｏをＯ１上死点ＴＤＣを０．
ＴＩを２０とすれば、モータリング圧力波形は上死点Ｔ
ＤＣに対して対称であるから、上死点ＴＤＣから等距離
にある。クランク角Ｔ３とＴ４のモータリング圧力Ｐｍ
は等しく、Ｔ４の圧力Ｐｍ（Ｔ４）は、Ｐｍ　（Ｔ４）
＝Ｐｍｆ　（２θ−Ｔ４）となる。ただしＰｍｆはＯ〜
θまでのクランク角度に対する圧力の関数を示す。

したがって上死点ＴＤＣからＴ１までの各クランク角度
について上記と同様の計算を行なえば、すべてのクラン
ク角度におけるモータリング圧力（Ｃ２の波形）を検出
することが出来る。

そしてその求めたモータリング圧力を、各クランク角度
毎に燃焼室内圧力（ＣＩの波形）から引算すれば、燃焼
圧力Ｐｎを求めることが°山菜る。

なお同一運転状態（吸入空気量が同一）では、モータリ
ング圧力波形は同一であるから、一度モータリング圧力
を求めたのちは点火時期を正常な進角値まで進め、その
時の燃焼室内圧力から上記のモータリング圧力を引算す
ることによって、必要な燃焼圧力を求めることが出来る
。

第６図においては、ｌＦ’１５でＰｍ（ｋ）（ｋは各ク
ランク角度を示す変数）を求め、ＰＩ３でＰｎ（ｋ）を
求めている。なおＦ（ｋ）は各クランク角度における燃
焼室内圧力を示す。

上記のようにして分離したモータリング圧力は点火時期
等の他の運転変数に関わらず吸入空気量に比例するから
、この値に基づいて第４図の補正演算を行なえば運転状
態を特定する必要がなくなり、容）易に正確な較正を行
なうことが出来る。

次に燃焼圧力の最大値、燃焼継続時間、熱発生量等を測
定する方法を説明する。

第７図は、燃焼室内圧力波形の一例図であり、た燃焼室
内圧力波形、ＧＦは燃焼圧力波形、ＧＧはＧＦの積分値
を示す。またＧＥにおいて、破線Ｅ１および実線Ｅ２は
それぞれ点火時期を変化させた場合の燃焼室内圧力波形
を示し、Ｅ３はモータリング圧力波形である。またＣＦ
およびＧＧにおいて、破線の波形はＥｌに、実線の波形
はＥ２にそれぞれ対応する。

第７図において、まずＧＥに示すごとき燃焼室内圧力波
形から前記のごとき方法によってモータリング圧力Ｅ３
を分離し、それをＥｌおよびＥ２からそれぞれ引算する
ことにより、ＣＦに示すごとき燃焼圧力波形を得る。

次にＧＦの波形から１周知の逐次比較法（隣合った値を
順次比較してゆくことによってピークを見付ける方法）
や微分値がゼロになる位置を検出することによって燃焼
圧力の最大値ＦＬＩ　、　ＰＩ２およびその発生位置Ｔ
ＤＣ，Ｔ８を求める。

またＧＦの波形が０以上になったクランク角度Ｔ５およ
びＴ６から０に戻ったクランク角度Ｔ７およびＴ９まで
の時間で１およびτ２が燃焼継続時間である。クランク
角度を時間に変換するにはヤ その時の内燃機関の回転速度から単位クランク角度（例
えば１’）回転する時間を計算し、その値にＴ５〜Ｔ７
またはＴ６〜Ｔ９のクランク角度１１】を乗算すればよ
い。またＧＧの波形は、ＧＦの波形を積分したものであ
り、その最大値Ｇ１．Ｇ２はそれぞれ熱発生量を示す。

したがってＴ７またはＴ９における　ＧＧの値を求めれ
ば、それぞれの熱発生量を得ることが出来る。

またＧＦの波形から燃焼圧力波形の立上りと立下りの勾
配（平均斜度）を求めることが出来る。

」−記の燃焼室内圧力およびそれから求められる燃焼圧
力の最大値、そのクランク角、立上り勾配、立下り勾配
、燃焼継続時間、熱発生量は、同一の運転状態であって
も、ＥＧＲ量、空燃比、点火時期等を変えることによっ
て変化し、その値によってＮＯｘの排出量、発生トルク
、燃費率等が大幅に変化する。したがって前記の方法で
圧力センサの出力を較正して燃焼圧力の最大値等を正確
に知ることにより、温度変化や経時変化に影響されるこ
となく、燃焼状態を適確に制御することが可能になる。

次にＥＧＲ量、空燃比、点火時期と燃焼室内圧力との関
係を詳細に説明する。

第８図は、一定の運転状態でＥＧＲ量、空燃比、点火時
期を変えたときの燃焼室内圧力波形の変化を示す。

まずＧＨはＥＧＲ量を変えたときの波形であり、初め燃
焼室内圧力がＨｌの状態からＥＧＲ量を増加すると燃焼
室内圧力がＨ２のように変化する。またＨ３はモータリ
ング圧力波形である。

ＧＨから判るように、ＥＧＲ量を増加すると燃焼が低速
になり、燃焼室内圧力の最大値はＨＬＩからＨｌ２へ低
下する。

この変化を更に明確にするため、Ｇ）Ｉの波形から燃焼
圧力のみを分離した波形をＧＨ’に示す。

ＧＨ’において、ＨｌｌはＧＨのＨｌに対応し、Ｈｌ２
はＨ２に対応する。

ＧＨ’の波形から明確に判るように、ＥＧＲ景を増加す
ると、燃焼圧力の最大値がＨＰＩＩがらＨＰ１２に低下
し、かつ最大値の生じるクランク角がＴＤＣからＴＩＯ
へと大幅にずれる。

上記のような特性は、ＧＨの燃焼室内圧力波形からは判
らず、ＧＨ’のように燃焼圧力のみを分離して初めて明
確になる。

次にＧＪは、空燃比を変えたときの燃焼室内圧力波形の
変化を示し、Ｊｌ、Ｊ２は燃焼室内圧力波形、Ｊ３はモ
ータリング圧力であり、ＧＪ’は燃焼圧力波形を示す。

一定の運転条件下では、空燃比が理論空燃比（Ａ／Ｆ＝
　１４．８）付近で燃焼圧力が最大となり、空燃比がこ
の点より過濃でも稀薄でも燃焼圧力は小さくなる傾向を
示す。

また空燃比を変えても、燃焼圧力が最大となるクランク
角はほとんど変化しない。

次にＧＫおよびＧＫ“は、点火時期を変えたときの燃焼
室内圧力と燃焼圧力の変化を示し、Ｋｌとに２は燃焼室
内圧力波形、Ｋ３はモータリング圧力波形である。

点火時期を変えると、燃焼室内圧力が最大値となるクラ
ンク角はＴＤＣからＴｌｌに大きく変化する。また燃焼
圧力の最大値は同一値のＫＬＩＩであったとしても、燃
焼室内圧力の最大値はＫＬｌとＫｌ２のごとく大幅に異
なる。

次に燃焼圧力波形と点火時期、ＥＧＲ：ｌ、空燃比の関
係を更に詳細に検討するため、燃焼圧力から求められる
燃焼圧力最大値Ａ、燃焼圧力が最大値となるクランク角
Ｂ、立上り、立下り勾配Ｃ１熱発生量Ｄ、燃焼継続時間
Ｅの各パラメータと点火時期、ＥＧＲｉ、空燃比の関係
を第９図に示す。第９５図において、「大」は影響が大
きいことを示し、「小」は影響が小さいことを示す。

第９図から次のようなことが判る。

（１）ＥＧＲ量を変えると、燃焼圧力最大値は大きく影
響される。そしてＥＧＲ量を増加すると燃焼圧力最大値
は小さくなる。したがって燃焼圧力最大値を知れば、例
えば第１０図に示すごとき簡単な関数関係からＥＧＲ量
、ＮＯｘ量、トルク、燃費率を求めることが出来る。

（２）ＥＧＲ量を大きくすると燃焼圧力が最大・値とな
るクランク角が遅れるので、実際の内燃機関で燃焼圧力
が最大値となるクランク角を検出すれば、ＥＧＲ量、Ｎ
Ｏｘ量、トルク、燃費率を求めることが出来る。

（３）同様に立上り、立下り勾配、燃焼継続時間、熱発
生量からもＥ　Ｇ　ＲｒＪｒ、、　Ｎ　ＯＸ量、トルク
、燃費率を求めることが出来る。また上記の燃焼圧力最
大値、クランク角、ケ上り、立下り勾配、燃焼継続時間
、熱発生量の二つ以上のものを組合せたものから求めれ
ば、更に正確になる。

（４）空燃比を変えることによって燃焼圧カ最大イ１６
、立上り、立下り勾配、熱発生量、燃焼継続時間は大き
な影響を受ける。しかし常用の空燃比範囲では、燃焼圧
力が最大値となるクランク角に対しては、空燃比の影響
は少ない。

したがって燃焼圧力最大値、立上り、立下り勾配、燃焼
継続時間、熱発生量を検出することによって空燃比、Ｎ
　Ｏｘ　証、トルク、燃費率の変化を知ることが出来る
。

（５）点火時期を変えることによって燃焼圧力最大値、
燃焼圧力が最大値となるクランク角は大きく変るので、
これらから点火時期、ＮＯｘ量、トルク、燃費率を求め
ることが出来る。

第１１図は、」二足の各パラメータＡ−Ｅをトルク、Ｎ
Ｏｘ量、燃費率について整理したものである。

第１１図から判るように、各パラメータＡ−Ｅの少なく
とも一つまたは二つ以上の組合せからトルク、Ｎ　Ｏｘ
　量、燃費率の変化を知ることが出来る。

次に第１２図は、一定の運転条件でＥＧＲ量、空燃比、
点火時期を変えたときの特性をＮＯｘ量、トルク、燃費
率について示したものであり、ＧＭはＥ　Ｇ　Ｒ量、Ｇ
Ｎは空燃比、ＧＱは点火時期を変えたときの変化を示す
。なお縦軸はＮＯｘの排出量、トルクの大きさ、燃費率
を表わす。

第１２図の特性は成る運転点における特性であり、他の
運転点では異なった値となる。すなわち内燃機関を運転
するということは、これらの特性−Ｌの点を時間的に連
ねることである。

第１２図において、たとえば点火時期をＴ１７に設定し
たとしても、それだけではＮＯｘ量、トルク、燃費率は
一義的には決らず、ＥＧＲ量、空燃比を例えばＴ１２、
Ｔ１５と決める事によって初めてその運転点におけるＮ
Ｏｘ量、トルク、燃費率が決まる。

内燃機関を運転するのは運転条件によって異なる第１２
図のような特性を積重ねることであり、第１２図の特性
でも、内燃機関を動作させる設定条件はＴ１２〜Ｔ１８
以外にも無数にある。

これらの設定条件を定めるためには、第１２図の特性か
らその運転点での動作平均値を知り、ＮＯｘ量、トルク
、燃費率を基準として決める方法が従来性なわれていた
。

しかし従来は、前記のごとく燃焼圧力波形を実時間で知
ることが困難であったため、その形式の内燃機関の完成
時に各種の試験を行なって第１２図に相当する特性を調
べて設定条件を決め、一旦決めた後は修正しない方法を
用いている。そのため内燃機関の固体間のばらつきや経
時変化等は無視しており、それらを適確に補正すること
が出来なかったので、燃焼を最適に制御することが出来
ず、それが燃費性能や運転性能を低下させる原因となっ
ていた。

しかし本発明においては、前記のごとく燃焼圧力波形を
実時間で正確に知る２ことが出来、またそれに基づいた
Ａ−ＨのパラメータからＮＯｘ量、トルク、燃費率を知
ることが出来るので、個体間のばらつきや経時変化を正
確に補正することが出来る。

例えば、第１２図のＧＭにおいて、実線で示すＮＯｘ量
Ｍｌ、トルクＭ２、燃費率Ｍ３のごとき初期値が、破線
で示すＭｌｌ、Ｍ２１．Ｍ３１のように変化した場合、
その変化を直ちに知ることが出来るので、即時補正する
ことが出来る。たとえばトルクを基準に補正するとすれ
ば、ＥＧＲ量をＴ１４からＴ１３に変えるようにすれば
よい。

上記の説明は、ＥＧＲ量について行なったが、空燃比、
点火時期についても同様のことが行なえる一ヒ記の説明
を基にして次に本発明の制御について説明する。

第１３図は、第１図の演算装置１７の動作を機能別の要
素で示したものであり、第１図と同符号は同一物を示す
。

第１３図において、２１は各種の入力信号Ｓ１〜Ｓ７（
主として圧力信号３６）からそれぞれの運転状態におけ
る燃焼室内圧力を測定し、その値から燃焼圧力の最大値
、燃焼圧力が最大となるクランク角、燃焼圧力の立−ヒ
リ勾配、立下り勾配、熱発生量および燃焼継続時間すな
わち前記の各パラメータＡ−Ｅのうちの少なくとも一つ
を算出するパラメータ演算手段、２２は］二足の各パラ
メータのうちの少なくとも一つまたは二つ以上の組合せ
をメモリ２３（例えばＲＯＭ）に予め記憶させておいた
基準値と比較することによって所定の運転状態における
内燃機関の空燃比、点火時期、およびＥ　Ｇ　Ｒ賃の設
計目標値（例えば空燃比の場合は理論空燃比、点火時期
やＥＧＲ量の場合は回転速度や吸入空気量によって定ま
る値）からのずれ、すなわち個体間のばらつきや経時変
化によるずれを検出し、上記のパラメータと基準値との
差を無くすようにメモリ２４（例えばＲＡＭ）に記憶し
である空燃比、点火時期、およびＥＧＲ量の制御目標値
（例えば空燃比を理論空燃比に一致させるように制御す
るための基準値）を書き換える学習手段、２５は上記の
学習した結果に応じて空燃比、点火時期、ＥＧＲ量の少
なくとも一つを制御する信号３９〜Ｓｌｌを出力する制
御信号出力手段である。

上記の信号８９〜３１１によって第１図の燃料噴射弁９
、還流量調節器１２、点火装置１３を制御することによ
り、空燃比、ＥＧＲ量、点火時期を設計目標値に一致さ
せるように制御することが出来る。

次に第１４図は、本発明の演算を示すフローチャートの
一実施例図であり、空燃比を学習制御する場合を示す。

なお点火時期やＥＧＲ量を制御する場合も全く同様に行
なうことが出来る。

第１４図において、まずＰＩ３で各入力信号５ｌ−Ｓ７
に基づいて内燃機関の各種運転変数すなわち回転速度、
吸入空気量および燃焼室内圧力を測定する。

なおこのとき前記第４図の方法を用いて測定値を較正し
ておけば、より精密な制御が出来る。

次にＰ２Ｏで、上記の燃焼室内圧力から、前記第６図の
フローチャートに示す方法によって燃焼圧力を演算する
。すなわちＰ２Ｏには第６図のフローチャートが入る。

次にＰ２１で、前記第７図等で説明した方法によって各
パラメータすなわち燃焼圧力最大値Ａ、燃焼圧力が最大
値となるクランク角Ｂ、立上り、立下り勾配Ｃ１熱発生
量Ｄ、燃焼継続時間Ｅを求める。

次にＰ２２で、前記の第１１．１２図で説明した方法に
より、上記の各パラメータを基準値（設ス１基準値）と
比較し、その偏差が所定値より大きいか否かを判定する
。こうすることによって空燃比が設計時の目標値たとえ
ば理論空燃比より大か小か、すなわち全体として過濃側
に偏っているか稀薄側に偏っているかを検出することが
出来るＰ２２で偏差が大きい時は、内燃機関の特性がば
らつきや経年変化で設計時の特性から変化していること
が考えられるので、学習演算する必要がある。そのため
、まずＰ２３へ行き、そのときの運転状態が加減速時で
あるか否かを判定する。

Ｐ２”３でＹＥＳの場合すなわち加減速時には、空燃比
等の運転変数が急変するため学習演算には不適当なので
Ｐ２４へ行き、空燃比の制御目標値を所定の値に固定し
て学習演算を中断し、ＰＩ３へ戻る。

Ｐ２３でＮｏの場合には、学習演算を行なう。

まずＰ２５で、点火時期とＥ　Ｇ　ＲＭを所定値に固定
する。これは空燃比の学習演算のときに、は、点火時期
とＥＧＲ：ｉ％とを固定しないと空燃比の変化を正確に
判別することが出来ないためであり、点火時期やＥＧＲ
量を学習演算するときも同様に他の二つのパラメータを
固定する。

次にＰ２６で空燃比の制御目標値を所定値（少量）だけ
変化させたのちＰＩ３へ戻る。

すなわち学習演算は、一定の運転状態で空燃比を少しず
つ変えることによってそのときのパラメータＡ−Ｅと基
準値との偏差を調べ、その偏差が所定値以下になったと
きの制御目標値を新たな制御目標値として書き換えるも
のである。

例えば、空燃比の設計目標値が理論空燃比であった場合
、各パラメータと基準値を比較した結果空燃比が全体と
して理論空燃比より過濃側に偏っていることが判った場
合には、制御目標値を本来の目標値すなわち理論空燃比
より稀薄側の値に移動させれば、実際の空燃比は全体と
して稀薄側にずれるので、本来の設計目標値である理論
空燃比に一致させることが出来る。

上記のようにしてＰ２６で制御目標値を変えたことによ
って特性が変化し、Ｐ２２の比較結果において偏差が所
定値より小になった場合はＰ２７へ行く。

Ｐ２７では、偏差が所定値より小になった測定回数が所
定回数以上か否かを判定する。これは測定回数が少ない
と、ノイズ等による誤差が大きくなるので、それを避け
るため安定した測定値が得られるまで、測定を繰返すた
めである。この回数は内燃機関の型式によって異なり、
その内燃機関の型式毎に実験によって定める。

Ｐ２７でＮｏの場合はＰＩ３へ戻り、更に測定を繰返す
。

Ｐ２７でＹＥＳになるとＰ２８へ行き、空燃比の制御目
標値を学習演算した結果の値に書き換える。上記のよう
にして、空燃比の制御目標値を書き換えてやることによ
り、実際の空燃比を本来の設計時における目標値に一致
させるように制御することが出来る。

なお点火時期やＥＧＲ量についても上記と同様に学習制
御することが出来る。

上記のように学習制御することにより、点火時期、ＥＧ
Ｒ量、空燃比を設計時の目標値に一致させることが出来
るので、個体間のばらつきすなわち個別差や経時変化に
影響されることなく常に最適な制御を行なうことが出来
る。

（発明の効果） 以上説明したごとく本発明によれば、燃焼室内圧力から
燃焼圧力を求め、更にその値から内燃機関の燃焼状態に
重要な関係をもつ燃焼圧力最大値、燃焼圧力か最大値と
なるクランク角、立上り、マｌ下り勾配、熱発生量、燃
焼継続時間を求め、それらの値と基準値とを比較してそ
の差を検出することによって本来の目標値からの点火時
期、ＥＧＲ量、空燃比のずれを検出し、上記の差を無く
すように学習制御するように構成したことにより、個別
差や経時変化にかかわりなく内燃機関の燃焼状態を適切
かつ有効に制御することが可能になり、したかって燃費
性能、運転性能、排気浄化性能を向上させることが出来
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内燃機関制御装置の一実施例図、第２
図は燃焼室内圧力を検出する圧力センサの一例図、第３
図は吸入空気量と燃焼室内圧力との関係図、第４図は較
正方法の演算を示すフローチャートの一例図、第５図は
燃焼室内圧力波形の一例５図、第６図はモータリング圧
力と燃焼圧力とを分離する演算のフローチャート、第７
図は燃焼圧力の測定を説明するための波形図、第８図は
点火時期、ＥＧＲ量、空燃比を変化させたときの燃焼圧
力波形の変化を示す波形図、第９図は各パラメータＡ−
Ｅと点火時期、ＥＧＲ量、空燃比の関係図、第１０図は
燃焼圧力最大値とＥＧＲ量との関係図、第１１図は各パ
ラメータＡ−ＥとＮＯｘ量、トルク、燃費率との関係図
、第１２図はＮＯｘ量、トルク、燃費率と点火時期、Ｅ
ＧＲ量、空燃比との関係図、第１３図は本発明の演算装
置の一実施例図、第１４図は本発明の演算を示すフロー
チャートの一実施例図である。 符号の説明 １・・・内燃機関本体 ２・・・吸気管 ３・・・排気管 ４・φ・スロトッル弁 ５・・・スロットルセンサ ６・φＯバイパス管 ７争・・空気量調節器 ８・・・吸入空気量センサ ９・・・燃料噴射弁 １０・Φ・排気センサ １１・・・排気還流管 １２・・・還流量調節器 １３・・・点火装置 １４１１會・クランク角センサ １５・拳・水温センサ １６・・中圧カセンサ １７・・・演算装置 １８・・会点火プラグ １９・・・燃焼室壁 ２０・・・圧電素子 ２１・・・パラメータ演算手段 ２２・・・学習手緩 ２３・・・メモリ ２４−　争Φメモリ ２５・・・制御信号出力手段 オ　２　図 オ　３　図 ノｊ＼ （イさ、に荷）　　　　　　　　　哄ゝ１′乳量　　　
　　　　　　　　　　　８（お岬わ 第４図 ＯＴ３ｅＴ４　２θ １　　　１　　　１ １　　　　１　　　　１ 曙 １Ｕ（ ３７９図 十１０図 ′１゛、。８．ψ大 第１１図 パラメータ ノぐラメータ ノマラメータ オ′１２図 遅東−臭丈Ｉ］与期−Ｌη 手続補正書（白側 特許庁長官　　若杉和夫　殿 １、事件の表示　　　昭和５８年特許願第９９２８号２
、発明の名称　　　線機間の制御装置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４、代
理人 住　所　　（〒１００）東京都千代田区丸の内−丁目５
番１号５、補正の対象　　　明細書の発明の詳細な説明
の欄および図面。 ６、補正の内容　　１．明細書第１６頁第５行目乃至第
９行目を下記のごとく補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の燃焼室内圧力を測定する手段と、その値から
   燃焼圧力の最大値、燃焼圧力が最大となるクランク角、
   燃焼圧力の立上り勾配、立下り勾配、熱発生量および燃
   焼継続時間の各パラメータのうちの少なくとも一つを算
   出する手段と、上記の各パラメータのうちの少なくとも
   一つまたは二つ以上の組合せを基準値と比較して両者の
   差を検出し、上記の差を無くすように内燃機関の空燃比
   、点火時期およびＥＧＲ量のうちの少なくとも一つのも
   のの制御目標値を書き換える学習手段と、上記の学習し
   た結果に応じて空燃比、点火時期、ＥＧＲ量の少なくと
   も一つを制御する手段とを備えたことを特徴とする照温
   装置。