JPS6336046A - 内燃機関の燃焼状態制御装置 - 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】

（産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関の燃焼圧力を検出して自動車等エン
ジンの燃焼状態を制御する装置に関する。 （従来の技術） 内燃機関の点火時期は機関が最適に運転されるように機
関の状態に応じて決定する必要がある。 そして、一般に機関の燃費効率を考えると最大トルク時
の最小進角、゛いわゆるＭ　Ｂ　Ｔ　（Ｍｉｎｉｍｕｍ
　ａｄ−ｖａｎｃｅ　ｆｏｒ　Ｂｅ５ｔ　Ｔｏｒｑｕｅ
）付近で点火するのが最良と知られており、機関の状態
によりＭＢＴに点火時期を変える必要がある。また、Ｍ
ＢＴ制御に際しては燃焼室内の圧力（以下、筒内圧とい
う）が最大となるクランク角度（以下、燃焼ピーク位置
という）θｐｍａｘを検出する必要がある。 ところで、ある機関状態においては点火時期を進め過ぎ
るとノッキングが発生することが判っており、このノン
キングを生じるノンキング限界の点火時期は、エンジン
状態によってはＭＢＴよりも遅れ側に存在し、点火時期
をＭＢＴまで進めるとノッキングを発生する領域も存在
する。 そこで、気筒毎にノッキングを判定し、遅角補正量を補
正してノンキングの回避を図った制御装置として、例え
ば特公昭５８−１３７４９号公報に記載されているよう
なものが知られている。この装置は、燃焼圧力波形の高
周波成分の大きさからノッキングを判定し、判定結果に
応じて各気筒毎に遅角補正量を演算して点火時期を制御
することにより、燃費やエンジンの出力を低下させるこ
となく、ノッキングの発生を制御するようにしたもので
ある。すなわち、点火時期、空燃比等の影響によって様
々な形状をとる燃焼圧力波形の中から高周波成分の大き
さというある一つの情報のみを利用することにより、ノ
ッキングを判定し点火時期を制御している。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の内燃機関の燃焼状態制
御装置にあっては、燃焼圧力波形の情報をただ一つの情
報（例えば、高周波成分の大きさの情報）で代表し、そ
の一つの情報に基づいて、特に点火時期のみの制御を行
う構成となっていたため、点火時期、空燃比およびＥ（
、Ｒ等の複数の作動パラメータによって決定される燃焼
圧力波形の情報を十分有効に利用しているとは言い難く
、必ずしも適切な燃焼状態制御を行っているとは限らな
かった。なお、上記作動パラメータとは点火時期、空燃
比、ＥＧＲ等によって代表されるようにエンジンの燃焼
状態を操作可能な因子をいう。 これについては後に詳述する。例えば、点火時期だけが
進み過ぎたときの燃焼圧力波形と空燃比だけが過濃（あ
るいは過薄）のときの燃焼圧力波形とは同じようなりラ
ンク角位置にその燃焼ピーク値θｐｍａｘがある。 とごろが、現行技術（すなわち、従来の装置）では燃焼
圧力波形の情報パラメータとして単に一つのパラメータ
（すなわち、θｐｍａｘの位置情報）のみを用いて点火
時期制御を行っていたので、実際には点火時期は正常で
あって空燃比のみが過濃の場合であっても燃焼ピーク値
θｐｍａｘだけのパラメータでは点火時期のみ進み過ぎ
の場合と区別することができない。したがって、不必要
かつ間違った点火時期の補正を行うことがあり、制御精
度の低下からエンジンの運転性や燃費の悪化を招いてい
た。 （発明の目的） そこで、本発明は点火時期、空燃比等の各作動パラメー
タを変化させた場合、それぞれに特有の燃焼圧力波形が
あることに着目し、これらの燃焼圧力波形を基準パラメ
ータとして多次元的に記憶するとともに、その時の燃焼
圧力波形に基づく特徴パラメータを基準パラメータと比
較することにより、エンジンの燃焼状態に応じた補正す
べき作動パラメータを的確に選択して、エンジンが必要
とする燃焼状態制御の補正を精度よく確実に実行するこ
とを目的としている。 （問題点を解決するための手段） 本発明による内燃機関の燃焼状態制御装置は上記目的達
成のため、その基本概念図を第１図に示すように、エン
ジンの筒内圧力を検出する圧力検出手段ａと、エンジン
のクランク角を検出するクランク角検出手段すと、圧力
検出手段ａの出力に基づいて所定クランク角毎に筒内圧
力をサンプリングし、今回の燃焼行程における燃焼圧力
波形を検出する燃焼波形検出手段Ｃと、燃焼波形検出手
段Ｃの出力に基づいて燃焼圧力波形の特徴を多次元的に
表す特徴パラメータを抽出する抽出手段ｄと、エンジン
の燃焼状態を操作可能な点火時期、空燃比等の作動パラ
メータを変化させたときの燃焼圧力波形について、その
基本波形の特徴を多次元的に表す特徴パラメータを該当
する作動パラメータについての基準パラメータとして設
定する基準値設定手段ｅと、抽出手段ｄにより抽出され
た特徴パラメータと基準パラメータとの偏差を多次元的
に求め、この偏差が最小となるような作動パラメータを
選択する選択手段「と、燃焼状態が最適となるように選
択手段ｆにより選択された作動パラメータを補正する補
正手段ｇと、補正手段ｇの出力に基づいて該当する作動
パラメータを操作する操作手段りと、を備えている。 （作用） 本発明では、エンジンの点火時期、空燃比等の作動パラ
メータに対応した特有の燃焼圧力波形が各基準パラメー
タとして多次元的に記憶され、その時の燃焼圧力波形に
基づ（特徴パラメータがその基準パラメータと比較され
る。したがって、補正されるべき作動パラメータが的確
に選択され、エンジンが必要とする燃焼状態の制御が確
実に行ねれる。 （実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。 第２〜７図は本発明の一実施例を示す図である。 まず、構成を説明する。第２図において、■は筒内圧セ
ンサ（圧力検出手段）であり、筒内圧センサ１はエンジ
ンのシリンダヘッドに螺着されている点火プラグの座金
として形成され共線めされている。筒内圧センサ１は気
筒内の燃焼圧力を圧電素子によって電荷に変換し、電荷
出力Ｓ１をチャージアンプ２に出力する。チャージアン
プ２はいわゆる電荷−電圧変換増幅器からなり、センサ
出力Ｓ、を電圧信号Ｓ２に変換してＡ／Ｄ変換器３に出
力する。Ａ／Ｄ変換器３にはさらにクランク角センサ（
クランク角検出手段）４からの出力が入力されており、
クランク角センサ４はエンジンのクランク角を検出し、
例えば６気筒エンジンの場合、クランク角１２０℃毎に
基準信号Ｃ１を、クランク角１°毎に位置信号Ｃ１を出
力する（第３図参照）。Ａ／Ｄ変換器３はアナログ信号
として入力された信号Ｓ２をクランク角度に同期してデ
ィジタル信号に変換し、コントロールユニット５に出力
する。 コントロールユニット５は燃焼波形検出手段、抽出手段
、基準値設定手段、選択手段および補正手段としての機
能を有し、マイクロコンピュータにより構成される。そ
して、コントロールユニット５は内部のメモリに格納さ
れているプログラムに従って筒内圧センサ１や図示しな
いエアフローメータ等のセンサ情報に基づいて燃焼圧力
波形の検出や作動パラメータの選択等を行うとともに、
その選択結果に基づいて適切な燃焼状態の制御を行うた
めの処理値を演算し、その演算結果に応じた噴射信号Ｓ
ｔあるいは点火信号Ｓｐをインジェクタ（操作手段）６
若しくは点火装置（操作手段）７に出力する。点火装置
７は点火コイルや点火プラグ等からなり、点火信号Ｓｐ
に基づき高電圧を発生させて混合気に点火する。 次に、作用を説明する。 第４．５図は燃焼状態制御のプログラムを示すフローチ
ャートであり、本プログラムは所定時間毎に一度実行さ
れる。第４図において、Ｐｌでクランク角センサ４から
の基準信号Ｃ４が入力されるとカウンタＣＮＴを

〔０〕
にセットする。また、多気筒エンジンの場合、この基準
信号Ｃｉに基づいて複数の筒内圧信号のマルチプレクサ
を切換える。 また、第５図において、まずＰｌ＋で筒内圧センサ１の
出力をクランク角度に同期してＡ／Ｄ変換し、その変換
値Ｘｉをメモリにストアする。例えば、本実施例では第
６図に示すように上死点（ＴＤＣ）前後の所定圧間内に
該当するクランク角θ、〜θ、の筒内圧Ａ／Ｄ変換値を
Ｘ１〜Ｘ１１として図示しないＲＡＭにストアする。こ
こで、Ａ／Ｄ変換する区間はＴＤＣ前後各々９０°あれ
ば十分であるが、例えば６気筒エンジンのようにＡ／Ｄ
変換器３が一つで６気筒分の処理をするためにＴＤＣ＠
後６０°しか扱えないものでもよい。 次いで、Ｐ、□でクランク角度位置信号ＣＩに基づきＡ
／Ｄ変換が開始されるとサンプリング毎にカウンタＣＮ
Ｔに〔１〕を加算し、Ｐｌｆｆでそのカウント数をチエ
ツクする。カウンタＣＮＴが〔１１〕になると所定のＡ
／Ｄ変換値（Ｘ　Ｉ−Ｘ　＋　１）が全て揃ったと判断
し、ＰＩ４で筒内圧力最大時期（燃焼ピーク位置）θｐ
ｍａｘと燃焼圧力波形の重心ＭＥＡＮを演算して燃焼パ
ラメータを検出する。 一方、カウンタＣＮＴが〔１１〕でないときはそのまま
処理を終了する。なお、燃焼ピーク位置θｐｍａｘ算出
の詳細については従来周知であり、例えば上記Ａ／Ｄ変
換値Ｘ、〜Ｘ、のうちから筒内圧の最大値となるＰｍａ
ｘを求め、このＰｍａｘに対応するクランク角を燃焼ピ
ーク位置θｐｍａｘ　（第６図に示すように本実施例で
はθｐｎ＋ａｘはθ８に等しい）として検出する方法等
がある。また、重心ＭＥＡＮは次式■に従って演算する
。 このように、燃焼ピーク位置θｐｍａｘと重心ＭＥＡＮ
とで示されるパラメータがそのときのエンジンの点火時
期、空燃比等の作動パラメータに対応する燃焼パラメー
タとして検出される。 ＰＩ３では上記Ｐ１４で検出した燃焼パラメータと第７
図（ｂ）に示す基準パラメータＡ、Ｂ、Ｃ１Ｄとの距離
（偏差）を演算し、そのときの燃焼パラメータに最も近
い基準パラメータを検知することにより、補正処理を行
うべき作動パラメータを適切に選択する。すなわち、作
動パラメータ（空燃比、点火時期、ＥＧＲ等）を変えた
ときの燃焼圧力波形とその基準パラメータを第７図に示
すと、同図（ａ）においてＡは最適な作動パラメータの
場合、Ｂは点火時期だけが進み過ぎた場合、Ｃは点火時
期だけが遅れ過ぎた場合、Ｄは空燃比だけが濃すぎある
いは薄すぎた場合である。例えば第７図（ｂ）に示すよ
うにＵ、（・印）の燃焼圧力特徴バラメーが得られたと
すると、Ａ−Ｄの基準パラメータのうちＢに最も近いの
で、点火時期が進角ぎみであると判断し点火時期を遅ら
せる様に修正する。一方、Ｕ２が得られた場合にはＤの
基準パラメータに最も近いので、点火時期は適正でも空
燃比がずれていると判断し、図示しない０□センサ等に
よりリンチかリーンかを判別して空燃比を補正する。 さらに、ＰＩ３ではＰＩ５で選択した補正を行うべきパ
ラメータの補正値を演算し、今回の処理を終了する。例
えば、上記Ｂの場合は点火時期が進角ぎみであるから、
図示しない他のルーチンで点火時期の遅角制御を行う。 このように、本実施例ではエンジンの点火時期、空燃比
、ＥＧＲ等の作動パラメータに対応した燃焼圧力波形を
燃焼ピーク値θｐｍａｘと燃焼圧力波形の重心ＭＥＡＮ
との二元パラメータからなる基準パラメータとして設定
し、その時の燃焼圧力波形に基づく特徴パラメータと基
準パラメータとの距離（偏差）を演算して補正されるべ
き作動パラメータを的確に判断しているので、エンジン
が必要とする燃焼状態の制御を精度よく確実に実行でき
、運転性や燃費を一層向上させることができる。 例えば、従来のように燃焼状態制御（点火時期制御や空
燃比制御等）のパラメータとしてθρｍａｘのみを用い
ていると第７図（ｂ）のＵｚ　　（”印）のような燃焼
状態の場合、実際には点火時期は正常であって空燃比の
方が過濃（過薄）の場合（例えば、Ｄの場合）であって
も点火時期の進みすぎ（例えば、Ｂ）と判断してしまう
。その結果、不必要かつ間違った作動パラメータを選択
し、かつその補正を行ってしまう可能性があり、運転性
や燃費が悪化することがある。本実施例では、このよう
な不具合を有効に防止して精度の高い燃焼状態制御を行
うことができる。 なお、本実施例では基準パラメータおよび特徴パラメー
タに燃焼圧力に基づく燃焼ピーク値θｐｍａｘと燃焼圧
力波形の重心ＭＥＡＮとを用いているが、本発明はこれ
に限るものではない。要は燃焼状態から複数の情報を適
切に検知できればよいので、例えば図示平均有効圧力Ｐ
ｉを用いる態様あるいは筒内圧最大値Ｐ　ｍａｘを用い
る態様更にはエンジンの発生トルクや回転変動から燃焼
状態を検出してこれをパラメータとして使用する態様で
もよいことは勿論である。 また、本実施例では特徴パラメータを二次元で説明した
が、この他に図示平均を勤王Ｐｉや筒内圧最大値Ｐｍａ
ｘ等を使用して多次元化することも勿論可能であり、こ
の場合には更に細かな情報を扱うことができ極めて精度
のよい燃焼状態制御を行うことができる。 （効果） 本発明によれば、エンジンの点火時期、空燃比等の作動
パラメータに対応した燃焼圧力波形をそれぞれの基準パ
ラメータとして多次元的に記憶し、その基準パラメータ
とその時の燃焼圧力波形に基づく特徴パラメータとを適
切に比較しているので、補正するべき作動パラメータを
的確に選択することができ、燃焼状態制御の補正を精度
よく確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜７図は本発明の一
実施例を示す図であり、第２図はその回路構成図、第３
図はその筒内圧センサの信号波形を示す波形図、第４図
および第５図はその燃焼状態制御のプログラムを示す各
フローチャート、第６図はその作用を説明するための筒
内圧の変化を示す図、第７図はその効果を説明するため
の図である。 １・・・・・・筒内圧センサ（圧力検出手段）、４・・
・・・・クランク角センサ（クランク角検出手段）、 ５・・・・・・コントロールユニット（燃！波形１手段
、抽出手段、基準値設定手段、選 択手段、補正手段）、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの筒内圧力を検出する圧力検出手段と、 ｂ）エンジンのクランク角を検出するクランク角検出手
   段と、 ｃ）圧力検出手段の出力に基づいて所定クランク角毎に
   筒内圧力をサンプリングし、今回の燃焼行程における燃
   焼圧力波形を検出する燃焼波形検出手段と、 ｄ）燃焼波形検出手段の出力に基づいて燃焼圧力波形の
   特徴を多次元的に表す特徴パラメータを抽出する抽出手
   段と、 ｅ）エンジンの燃焼状態を操作可能な点火時期、空燃比
   等の作動パラメータを変化させたときの燃焼圧力波形に
   ついて、その基本波形の特徴を多次元的に表す特徴パラ
   メータを該当する作動パラメータについての基準パラメ
   ータとして設定する基準値設定手段と、 ｆ）抽出手段により抽出された特徴パラメータと基準パ
   ラメータとの偏差を多次元的に求め、この偏差が最小と
   なるような作動パラメータを選択する選択手段と、 ｇ）燃焼状態が最適となるように選択手段により選択さ
   れた作動パラメータを補正する補正手段と、 ｈ）補正手段の出力に基づいて該当する作動パラメータ
   を操作する操作手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼状態制御装置
   。