JP2002097996A - 内燃機関の燃焼状態検出装置 - Google Patents
内燃機関の燃焼状態検出装置Info
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- JP2002097996A JP2002097996A JP2000287869A JP2000287869A JP2002097996A JP 2002097996 A JP2002097996 A JP 2002097996A JP 2000287869 A JP2000287869 A JP 2000287869A JP 2000287869 A JP2000287869 A JP 2000287869A JP 2002097996 A JP2002097996 A JP 2002097996A
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- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 より少ない燃焼室内圧力検出値から、機関の
燃焼状態を的確に示す燃焼状態パラメータを得ることが
できる燃焼状態検出装置を提供する。 【解決手段】 機関の圧縮行程の例えば上死点前６０度
における第１の燃焼室内圧力Ｐ２と、膨張行程中におけ
る例えば上死点後６０度における第２の燃焼室内圧力Ｐ
３とを検出し、その圧力比Ｐ３／Ｐ２を算出する。燃焼
状態パラメータＰＲＸ＝Ｐ３／Ｐ２−１で定義し、これ
により機関の燃焼状態を検出する。
燃焼状態を的確に示す燃焼状態パラメータを得ることが
できる燃焼状態検出装置を提供する。 【解決手段】 機関の圧縮行程の例えば上死点前６０度
における第１の燃焼室内圧力Ｐ２と、膨張行程中におけ
る例えば上死点後６０度における第２の燃焼室内圧力Ｐ
３とを検出し、その圧力比Ｐ３／Ｐ２を算出する。燃焼
状態パラメータＰＲＸ＝Ｐ３／Ｐ２−１で定義し、これ
により機関の燃焼状態を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼状
態検出装置に関し、特に内燃機関の燃焼室内の圧力を検
出する筒内圧センサを用いて燃焼状態を検出するものに
関する。
態検出装置に関し、特に内燃機関の燃焼室内の圧力を検
出する筒内圧センサを用いて燃焼状態を検出するものに
関する。
【０００２】
【従来の技術】圧力センサを用いて内燃機関の燃焼室内
の圧力を検出し、その検出圧力値から内燃機関の燃焼状
態を示す燃焼状態パラメータを得る手法が、特開平６−
２４９０４９号公報に示されている。
の圧力を検出し、その検出圧力値から内燃機関の燃焼状
態を示す燃焼状態パラメータを得る手法が、特開平６−
２４９０４９号公報に示されている。
【０００３】この公報に示された手法によれば、内燃機
関の圧縮行程中の上死点前１２０度のクランク角度位置
における燃焼室内圧Ｐ（１２０Ｂ）と、同じく圧縮行程
中の上死点前６０度のクランク角度位置における燃焼室
内圧Ｐ（６０Ｂ）と、膨張行程中の上死点後６０度のク
ランク角度位置における燃焼室内圧Ｐ（６０Ａ）とを検
出し、下記式により燃焼状態パラメータＣｉｏが算出さ
れる。 Ｃｉｏ=(Ｐ(６０Ａ)−Ｐ(６０Ｂ))／(Ｐ(６０Ｂ)−Ｐ
(１２０Ｂ))
関の圧縮行程中の上死点前１２０度のクランク角度位置
における燃焼室内圧Ｐ（１２０Ｂ）と、同じく圧縮行程
中の上死点前６０度のクランク角度位置における燃焼室
内圧Ｐ（６０Ｂ）と、膨張行程中の上死点後６０度のク
ランク角度位置における燃焼室内圧Ｐ（６０Ａ）とを検
出し、下記式により燃焼状態パラメータＣｉｏが算出さ
れる。 Ｃｉｏ=(Ｐ(６０Ａ)−Ｐ(６０Ｂ))／(Ｐ(６０Ｂ)−Ｐ
(１２０Ｂ))
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】筒内圧センサを用いて
検出される燃焼室内圧力のサンプリングは、機関の圧縮
行程及び膨張行程中においてできるだけ多くのクランク
角度位置で行うことにより、燃焼状態をより詳細に検出
することができるが、データ量が多すぎると、必要とす
るメモリ容量が増加したり、圧力検出後の演算量が増加
したりするという問題がある。
検出される燃焼室内圧力のサンプリングは、機関の圧縮
行程及び膨張行程中においてできるだけ多くのクランク
角度位置で行うことにより、燃焼状態をより詳細に検出
することができるが、データ量が多すぎると、必要とす
るメモリ容量が増加したり、圧力検出後の演算量が増加
したりするという問題がある。
【０００５】上記特開平６−２４９０４９号公報に示さ
れた手法では、３つの検出圧力値から燃焼状態パラメー
タが得られるが、より少ない検出圧力値により、機関の
燃焼状態を的確に示す燃焼状態パラメータを得られるこ
とが望ましい。本発明はこの点に着目してなされたもの
であり、より少ない燃焼室内圧力検出値から、機関の燃
焼状態を的確に示す燃焼状態パラメータを得ることがで
きる燃焼状態検出装置を提供することを目的とする。
れた手法では、３つの検出圧力値から燃焼状態パラメー
タが得られるが、より少ない検出圧力値により、機関の
燃焼状態を的確に示す燃焼状態パラメータを得られるこ
とが望ましい。本発明はこの点に着目してなされたもの
であり、より少ない燃焼室内圧力検出値から、機関の燃
焼状態を的確に示す燃焼状態パラメータを得ることがで
きる燃焼状態検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載の発明は、内燃機関の燃焼室内の圧力を
検出する圧力検出手段と、前記機関のクランク軸回転角
度を検出する角度検出手段とを有する内燃機関の燃焼状
態検出装置において、前記機関の圧縮行程中における第
１の燃焼室内圧力と、膨張行程中における第２の燃焼室
内圧力との圧力比を算出する圧力比算出手段と、該圧力
比により前記機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手
段とを有することを特徴とする。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の燃焼室内の圧力を
検出する圧力検出手段と、前記機関のクランク軸回転角
度を検出する角度検出手段とを有する内燃機関の燃焼状
態検出装置において、前記機関の圧縮行程中における第
１の燃焼室内圧力と、膨張行程中における第２の燃焼室
内圧力との圧力比を算出する圧力比算出手段と、該圧力
比により前記機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手
段とを有することを特徴とする。
【０００７】この構成によれば、機関の圧縮行程中にお
ける第１の燃焼室内圧力と、膨張行程中における第２の
燃焼室内圧力との圧力比が算出され、該圧力比により機
関の燃焼状態が検出されるので、従来に比べて少ない検
出圧力値に基づいて燃焼状態を示す燃焼状態パラメータ
を得ることができる。第１の燃焼室内圧力に対する第２
の燃焼室内圧力の比（第２の燃焼室内圧力／第１の燃焼
室内圧力）から「１」を減算することにより得られるパ
ラメータ（圧力比−１）は、燃焼による単位重量当たり
の発熱量にほぼ比例するパラメータであり、燃焼状態を
的確に示すパラメータとして使用することができる。
ける第１の燃焼室内圧力と、膨張行程中における第２の
燃焼室内圧力との圧力比が算出され、該圧力比により機
関の燃焼状態が検出されるので、従来に比べて少ない検
出圧力値に基づいて燃焼状態を示す燃焼状態パラメータ
を得ることができる。第１の燃焼室内圧力に対する第２
の燃焼室内圧力の比（第２の燃焼室内圧力／第１の燃焼
室内圧力）から「１」を減算することにより得られるパ
ラメータ（圧力比−１）は、燃焼による単位重量当たり
の発熱量にほぼ比例するパラメータであり、燃焼状態を
的確に示すパラメータとして使用することができる。
【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の内燃機関の燃焼状態検出装置において、前記燃焼状態
検出手段は、前記圧力比を用いて前記燃焼により発生す
る熱量を算出する熱量算出手段を備えることを特徴とす
る。この構成によれば、前記圧力比を用いて燃焼により
発生する熱量が算出されるので、機関の燃焼状態をきめ
細かく把握することができる。
の内燃機関の燃焼状態検出装置において、前記燃焼状態
検出手段は、前記圧力比を用いて前記燃焼により発生す
る熱量を算出する熱量算出手段を備えることを特徴とす
る。この構成によれば、前記圧力比を用いて燃焼により
発生する熱量が算出されるので、機関の燃焼状態をきめ
細かく把握することができる。
【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の内燃機関の燃焼状態検出装置におて、前記燃焼状態検
出手段は、前記圧力比と所定の圧力比とを比較すること
により、前記機関の失火を検出する失火検出手段を備え
ることを特徴とする。この構成によれば、前記圧力比と
所定の圧力比とを比較することにより、機関の失火が検
出される。この検出は、燃焼による発生熱量に基づくも
のであるため、運転状態の変化や環境条件の変化の影響
を受けにくく、正確な失火検出を行うことができる。
の内燃機関の燃焼状態検出装置におて、前記燃焼状態検
出手段は、前記圧力比と所定の圧力比とを比較すること
により、前記機関の失火を検出する失火検出手段を備え
ることを特徴とする。この構成によれば、前記圧力比と
所定の圧力比とを比較することにより、機関の失火が検
出される。この検出は、燃焼による発生熱量に基づくも
のであるため、運転状態の変化や環境条件の変化の影響
を受けにくく、正確な失火検出を行うことができる。
【００１０】前記燃焼状態検出手段は、第１の燃焼室内
圧力に対する第２の燃焼室内圧力の比（第２の燃焼室内
圧力／第１の燃焼室内圧力）から「１」を減算すること
のより得られるパラメータを、燃焼状態を示すパラメー
タとして使用することが望ましい。
圧力に対する第２の燃焼室内圧力の比（第２の燃焼室内
圧力／第１の燃焼室内圧力）から「１」を減算すること
のより得られるパラメータを、燃焼状態を示すパラメー
タとして使用することが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる
内燃機関（以下単に「エンジン」という）及びその制御
装置の構成を示す図である。例えば４気筒のエンジン１
の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。
スロットル弁３にはスロットル弁開度（ＴＨＡ）センサ
４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じ
た電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロール
ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
参照して説明する。図１は本発明の一実施形態にかかる
内燃機関（以下単に「エンジン」という）及びその制御
装置の構成を示す図である。例えば４気筒のエンジン１
の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。
スロットル弁３にはスロットル弁開度（ＴＨＡ）センサ
４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じ
た電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロール
ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１２】燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁
３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側
に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃
料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接
続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の
開弁時間が制御される。
３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側
に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃
料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接
続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の
開弁時間が制御される。
【００１３】一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気
管内の圧力を検出する吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ
７が設けられており、この絶対圧センサ７により電気信
号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給され
る。また、その下流には吸気温（ＴＡ)センサ８が取付
けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号
を出力してＥＣＵ５に供給する。
管内の圧力を検出する吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ
７が設けられており、この絶対圧センサ７により電気信
号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給され
る。また、その下流には吸気温（ＴＡ)センサ８が取付
けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号
を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１４】エンジン１の本体に装着されたエンジン水
温（ＴＷ）センサ９はサーミスタ等から成り、エンジン
水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出
力してＥＣＵ５に供給する。ＥＣＵ５には、エンジン１
のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出する角度検
出手段としてのクランク角度位置センサ１０が接続され
ており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５
に供給される。クランク角度位置センサ１０は、エンジ
ン１の特定の気筒の所定クランク角度位置で信号パルス
（以下「ＣＹＬ信号パルス」という）を出力する気筒判
別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）
より所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒
エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣ信号パル
スを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣ信号パルスより短
い一定クランク角周期（例えば３０度周期）で１パルス
（以下「ＣＲＫ信号パルス」という）を発生するＣＲＫ
センサから成り、ＣＹＬ信号パルス、ＴＤＣ信号パルス
及びＣＲＫ信号パルスがＥＣＵ５に供給される。これら
の信号パルスは、エンジン１の燃焼室内圧力（以下「筒
内圧」という）のサンプルタイミング、燃料噴射時期、
点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数
（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
温（ＴＷ）センサ９はサーミスタ等から成り、エンジン
水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出
力してＥＣＵ５に供給する。ＥＣＵ５には、エンジン１
のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出する角度検
出手段としてのクランク角度位置センサ１０が接続され
ており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５
に供給される。クランク角度位置センサ１０は、エンジ
ン１の特定の気筒の所定クランク角度位置で信号パルス
（以下「ＣＹＬ信号パルス」という）を出力する気筒判
別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）
より所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒
エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣ信号パル
スを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣ信号パルスより短
い一定クランク角周期（例えば３０度周期）で１パルス
（以下「ＣＲＫ信号パルス」という）を発生するＣＲＫ
センサから成り、ＣＹＬ信号パルス、ＴＤＣ信号パルス
及びＣＲＫ信号パルスがＥＣＵ５に供給される。これら
の信号パルスは、エンジン１の燃焼室内圧力（以下「筒
内圧」という）のサンプルタイミング、燃料噴射時期、
点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数
（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００１５】排気管１２には、排気中のＮＯｘ、ＨＣ、
ＣＯの浄化を行う三元触媒１６が設けられ、三元触媒１
６の上流位置には、空燃比センサとしての酸素濃度セン
サ１４が装着されている。このＯ２センサ１４は排気中
の酸素濃度（空燃比）に応じた電気信号を出力し、ＥＣ
Ｕ５に供給する。
ＣＯの浄化を行う三元触媒１６が設けられ、三元触媒１
６の上流位置には、空燃比センサとしての酸素濃度セン
サ１４が装着されている。このＯ２センサ１４は排気中
の酸素濃度（空燃比）に応じた電気信号を出力し、ＥＣ
Ｕ５に供給する。
【００１６】吸気管２のスロットル弁３の下流側と、排
気管１２の三元触媒１６の上流側との間には、排気還流
通路２１が設けられており、排気還流通路２１の途中に
は排気還流量を制御する排気還流弁（以下「ＥＧＲ弁」
という）２２が設けられている。ＥＧＲ弁２２は、ソレ
ノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はＥＣＵ５に
より制御される。ＥＧＲ弁２２には、その弁開度（弁リ
フト量）ＬＡＣＴを検出するリフトセンサ２３が設けら
れており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。排気
還流通路２１及びＥＧＲ弁２２より、排気還流機構が構
成される。
気管１２の三元触媒１６の上流側との間には、排気還流
通路２１が設けられており、排気還流通路２１の途中に
は排気還流量を制御する排気還流弁（以下「ＥＧＲ弁」
という）２２が設けられている。ＥＧＲ弁２２は、ソレ
ノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はＥＣＵ５に
より制御される。ＥＧＲ弁２２には、その弁開度（弁リ
フト量）ＬＡＣＴを検出するリフトセンサ２３が設けら
れており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。排気
還流通路２１及びＥＧＲ弁２２より、排気還流機構が構
成される。
【００１７】ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波
形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナロ
グ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する
入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」とい
う）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算
結果等を記憶するメモリ、燃料噴射弁６などに駆動信号
を供給する出力回路等から構成される。
形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナロ
グ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する
入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」とい
う）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算
結果等を記憶するメモリ、燃料噴射弁６などに駆動信号
を供給する出力回路等から構成される。
【００１８】ＥＣＵ５は、各種エンジンパラメータ信号
に基づいてエンジン運転状態を判別し、エンジン回転数
ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されるＥＧ
Ｒ弁２２の弁開度指令値ＬＣＭＤと、リフトセンサ２３
によって検出される実弁開度ＬＡＣＴとの偏差を零にす
るようにＥＧＲ弁２２のソレノイドに制御信号を供給す
る。またＥＣＵ５は、エンジン運転状態に応じて燃料噴
射弁６の開弁時間としての燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出
し、エンジン運転状態に応じた最適の空燃比となるよう
に燃料供給量制御を行う。
に基づいてエンジン運転状態を判別し、エンジン回転数
ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されるＥＧ
Ｒ弁２２の弁開度指令値ＬＣＭＤと、リフトセンサ２３
によって検出される実弁開度ＬＡＣＴとの偏差を零にす
るようにＥＧＲ弁２２のソレノイドに制御信号を供給す
る。またＥＣＵ５は、エンジン運転状態に応じて燃料噴
射弁６の開弁時間としての燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出
し、エンジン運転状態に応じた最適の空燃比となるよう
に燃料供給量制御を行う。
【００１９】図２に示すようにエンジン１の各気筒（＃
１〜＃４気筒）にはそれぞれ燃焼室内の圧力を検出する
圧力検出手段としての筒内圧センサ３１〜３４が設けら
れており、これらのセンサの出力信号は、それぞれ図示
しないチャージアンプを経てマルチプレクサ３５を介し
てＡ／Ｄ変換部３６に供給される。マルチプレクサ３５
は、筒内圧センサ３１〜３４の出力信号を、クランク角
１８０度毎に切り換えて、各気筒の圧縮行程及び膨張行
程における筒内圧を示す信号を、Ａ／Ｄ変換部３６に供
給する。Ａ／Ｄ変換部３６は、入力信号を所定のタイミ
ングでサンプリングし、そのサンプル値をディジタル信
号に変換してＥＣＵ５に供給する。
１〜＃４気筒）にはそれぞれ燃焼室内の圧力を検出する
圧力検出手段としての筒内圧センサ３１〜３４が設けら
れており、これらのセンサの出力信号は、それぞれ図示
しないチャージアンプを経てマルチプレクサ３５を介し
てＡ／Ｄ変換部３６に供給される。マルチプレクサ３５
は、筒内圧センサ３１〜３４の出力信号を、クランク角
１８０度毎に切り換えて、各気筒の圧縮行程及び膨張行
程における筒内圧を示す信号を、Ａ／Ｄ変換部３６に供
給する。Ａ／Ｄ変換部３６は、入力信号を所定のタイミ
ングでサンプリングし、そのサンプル値をディジタル信
号に変換してＥＣＵ５に供給する。
【００２０】図３は、筒内圧ＰＣＹＬの推移を示す図で
あり、実線Ｌ１が通常燃焼時の特性を示し、破線Ｌ２が
失火時の特性を示す。本実施形態では、上死点前６０度
のクランク角度位置及び上死点後６０度のクランク角度
位置にて、筒内圧ＰＣＹＬをサンプリングし、それぞれ
の検出圧をＰ２，Ｐ３とする。そして、検出圧Ｐ３の検
出圧Ｐ２に対する圧力比ＰＲ＝Ｐ３／Ｐ２から「１」を
減算して得られるパラメータを、エンジン１の燃焼状態
を示す燃焼状態パラメータＰＲＸ（＝ＰＲ−１）として
採用する。
あり、実線Ｌ１が通常燃焼時の特性を示し、破線Ｌ２が
失火時の特性を示す。本実施形態では、上死点前６０度
のクランク角度位置及び上死点後６０度のクランク角度
位置にて、筒内圧ＰＣＹＬをサンプリングし、それぞれ
の検出圧をＰ２，Ｐ３とする。そして、検出圧Ｐ３の検
出圧Ｐ２に対する圧力比ＰＲ＝Ｐ３／Ｐ２から「１」を
減算して得られるパラメータを、エンジン１の燃焼状態
を示す燃焼状態パラメータＰＲＸ（＝ＰＲ−１）として
採用する。
【００２１】以下にその理由を説明する。エンジン１の
燃焼による発熱量Ｑは、下記式（１）で与えられる。 ここで、ηhは燃焼効率、Ｂは供給燃料量、Ｈｕは燃料
の低発熱量、Ｇは動作ガス重量、λは空気過剰率、Ｇａ
ｔｈは理論空気重量である。
燃焼による発熱量Ｑは、下記式（１）で与えられる。 ここで、ηhは燃焼効率、Ｂは供給燃料量、Ｈｕは燃料
の低発熱量、Ｇは動作ガス重量、λは空気過剰率、Ｇａ
ｔｈは理論空気重量である。
【００２２】また定容比熱をＣｖ、理想サイクルにおけ
る上死点の燃焼前後の圧力、温度をそれぞれＰ２’，Ｐ
３’，Ｔ２’，Ｔ３’とすると、発熱量Ｑは、下記式
（２）で与えられる。 Ｑ＝Ｇ×Ｃｖ×（Ｔ３’−Ｔ２’） （２） 式（２）は、以下のように変形できる。 Ｑ＝Ｇ×Ｃｖ×Ｔ２’×（Ｔ３’／Ｔ２’−１） ＝Ｇ×Ｃｖ×Ｔ２’×（Ｐ３’／Ｐ２’−１） ＝Ｐ２’×Ｖ２’×（Ｐ３’／Ｐ２’−１）／（κ−１） （３） ここでＶ２’は、上死点における燃焼室容積、κは混合
気の比熱比である。比熱比κは、定圧比熱Ｃｐ／定容比
熱Ｃｖで定義され、実際のエンジンでは、κ＝１．３で
ほぼ一定となることが実験的に確認されている。
る上死点の燃焼前後の圧力、温度をそれぞれＰ２’，Ｐ
３’，Ｔ２’，Ｔ３’とすると、発熱量Ｑは、下記式
（２）で与えられる。 Ｑ＝Ｇ×Ｃｖ×（Ｔ３’−Ｔ２’） （２） 式（２）は、以下のように変形できる。 Ｑ＝Ｇ×Ｃｖ×Ｔ２’×（Ｔ３’／Ｔ２’−１） ＝Ｇ×Ｃｖ×Ｔ２’×（Ｐ３’／Ｐ２’−１） ＝Ｐ２’×Ｖ２’×（Ｐ３’／Ｐ２’−１）／（κ−１） （３） ここでＶ２’は、上死点における燃焼室容積、κは混合
気の比熱比である。比熱比κは、定圧比熱Ｃｐ／定容比
熱Ｃｖで定義され、実際のエンジンでは、κ＝１．３で
ほぼ一定となることが実験的に確認されている。
【００２３】式（１）及び（３）より、単位重量当たり
の発熱量ｑは、下記式（４）で与えられる。 ｑ＝ηh×Ｈｕ／（１＋λ×Ｇａｔｈ） ＝（Ｐ２’／Ｇ）×Ｖ２’×（Ｐ３’／Ｐ２’−１）／（κ−１） ＝Ｒ×Ｔ２’×（Ｐ３’／Ｐ２’−１）／（κ−１） ＝Ｒ×Ｔ１×ε(κ-1)×（Ｐ３’／Ｐ２’−１）／（κ−１） ここで、Ｐ３’／Ｐ２’はＰ３／Ｐ２に略等しいので、 ｑ≒Ｒ×Ｔ１×ε(κ-1)×（Ｐ３／Ｐ２−１）／（κ−１） （４） ここで、Ｒはガス定数、εは圧縮比、Ｔ１は圧縮行程開
始時の筒内温度であり、また（Ｐ３／Ｐ２−１）は、燃
焼状態パラメータＰＲＸである。このように、燃焼状態
パラメータＰＲＸは、単位重量当たりの発熱量ｑに応じ
た（温度Ｔ１が一定であれば、発熱量ｑに比例する）指
標であり、燃焼状態を的確に示すパラメータであること
がわかる。
の発熱量ｑは、下記式（４）で与えられる。 ｑ＝ηh×Ｈｕ／（１＋λ×Ｇａｔｈ） ＝（Ｐ２’／Ｇ）×Ｖ２’×（Ｐ３’／Ｐ２’−１）／（κ−１） ＝Ｒ×Ｔ２’×（Ｐ３’／Ｐ２’−１）／（κ−１） ＝Ｒ×Ｔ１×ε(κ-1)×（Ｐ３’／Ｐ２’−１）／（κ−１） ここで、Ｐ３’／Ｐ２’はＰ３／Ｐ２に略等しいので、 ｑ≒Ｒ×Ｔ１×ε(κ-1)×（Ｐ３／Ｐ２−１）／（κ−１） （４） ここで、Ｒはガス定数、εは圧縮比、Ｔ１は圧縮行程開
始時の筒内温度であり、また（Ｐ３／Ｐ２−１）は、燃
焼状態パラメータＰＲＸである。このように、燃焼状態
パラメータＰＲＸは、単位重量当たりの発熱量ｑに応じ
た（温度Ｔ１が一定であれば、発熱量ｑに比例する）指
標であり、燃焼状態を的確に示すパラメータであること
がわかる。
【００２４】以上のように本実施形態では、圧縮行程に
おける上死点前６０度の筒内圧Ｐ２と、膨張行程におけ
る上死点後６０度の筒内圧Ｐ３との圧力比ＰＲ（＝Ｐ３
／Ｐ２）を用いて得られる燃焼状態パラメータＲＰＸ
（＝ＰＲ−１）により、エンジン１の燃焼状態を検出す
るようにしたので、少ない検出圧力値で燃焼状態を的確
に把握することができる。
おける上死点前６０度の筒内圧Ｐ２と、膨張行程におけ
る上死点後６０度の筒内圧Ｐ３との圧力比ＰＲ（＝Ｐ３
／Ｐ２）を用いて得られる燃焼状態パラメータＲＰＸ
（＝ＰＲ−１）により、エンジン１の燃焼状態を検出す
るようにしたので、少ない検出圧力値で燃焼状態を的確
に把握することができる。
【００２５】また圧縮行程開始筒内温度Ｔ１は、吸気温
ＴＡを、エンジン回転数ＮＥ、排気還流量（ＥＧＲ量）
及びエンジン水温ＴＷに応じて補正することにより、求
めることができる。より具体的には、１）エンジン回転
数ＮＥに応じて図４（ａ）に示すＫＮＥテーブルを検索
し、補正係数ＫＮＥを算出し、２）ＥＧＲ量（ＥＧＲ弁
２２のリフト量）に応じて同図（ｂ）に示すＫＥＧＲテ
ーブルを検索し、補正係数ＫＥＧＲを算出し、３）エン
ジン水温ＴＷに応じて同図（ｃ）に示すＫＴＷテーブル
を検索して補正係数ＫＴＷを算出し、これらの補正係数
を下記式（５）に適用して、圧縮行程開始筒内温度Ｔ１
を算出する。 Ｔ１＝ＴＡ×ＫＮＥ×ＫＥＧＲ×ＫＴＷ （５） このようにして算出した温度Ｔ１及び筒内圧検出値Ｐ
２，Ｐ３を前記式（４）に適用して、エンジン１の燃焼
による発熱量ｑを算出することができる。
ＴＡを、エンジン回転数ＮＥ、排気還流量（ＥＧＲ量）
及びエンジン水温ＴＷに応じて補正することにより、求
めることができる。より具体的には、１）エンジン回転
数ＮＥに応じて図４（ａ）に示すＫＮＥテーブルを検索
し、補正係数ＫＮＥを算出し、２）ＥＧＲ量（ＥＧＲ弁
２２のリフト量）に応じて同図（ｂ）に示すＫＥＧＲテ
ーブルを検索し、補正係数ＫＥＧＲを算出し、３）エン
ジン水温ＴＷに応じて同図（ｃ）に示すＫＴＷテーブル
を検索して補正係数ＫＴＷを算出し、これらの補正係数
を下記式（５）に適用して、圧縮行程開始筒内温度Ｔ１
を算出する。 Ｔ１＝ＴＡ×ＫＮＥ×ＫＥＧＲ×ＫＴＷ （５） このようにして算出した温度Ｔ１及び筒内圧検出値Ｐ
２，Ｐ３を前記式（４）に適用して、エンジン１の燃焼
による発熱量ｑを算出することができる。
【００２６】図５は、エンジン回転数ＮＥを変化させた
ときの、燃焼状態パラメータＰＲＸの実測値の平均値を
示す。同図の一点鎖線Ｌ３は、正常燃焼時の特性を示
し、破線Ｌ４は、失火時の特性を示す。この図から明ら
かなように、閾値ＰＲＸＴＨを例えば１の近傍に設定す
れば、エンジン回転数の全範囲で、ＰＲＸ＜ＰＲＸＴＨ
であるとき失火発生と判定することができる。すなわ
ち、燃焼状態パラメータＰＲＸを使用することにより、
エンジン回転数ＮＥの広い範囲に亘って正確な失火判定
を行うことができる。
ときの、燃焼状態パラメータＰＲＸの実測値の平均値を
示す。同図の一点鎖線Ｌ３は、正常燃焼時の特性を示
し、破線Ｌ４は、失火時の特性を示す。この図から明ら
かなように、閾値ＰＲＸＴＨを例えば１の近傍に設定す
れば、エンジン回転数の全範囲で、ＰＲＸ＜ＰＲＸＴＨ
であるとき失火発生と判定することができる。すなわ
ち、燃焼状態パラメータＰＲＸを使用することにより、
エンジン回転数ＮＥの広い範囲に亘って正確な失火判定
を行うことができる。
【００２７】本実施形態では、ＥＣＵ５が圧力比算出手
段、燃焼状態検出手段、熱量算出手段及び失火検出手段
を構成する。また、圧縮行程における筒内圧Ｐ２が第１
の燃焼室内圧力に対応し、膨張行程における筒内圧Ｐ３
が第２の燃焼室内圧力に対応する。
段、燃焼状態検出手段、熱量算出手段及び失火検出手段
を構成する。また、圧縮行程における筒内圧Ｐ２が第１
の燃焼室内圧力に対応し、膨張行程における筒内圧Ｐ３
が第２の燃焼室内圧力に対応する。
【００２８】なお本発明は上述した実施形態に限るもの
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した
実施形態では、圧力比ＰＲ＝Ｐ３／Ｐ２から「１」を減
算して得られる燃焼状態パラメータＰＲＸを用いたが、
圧力比ＰＲそのものを、燃焼状態パラメータとして使用
してもよい。その場合の失火判定用所定圧力比は、例え
ば「２」とすればよい。
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した
実施形態では、圧力比ＰＲ＝Ｐ３／Ｐ２から「１」を減
算して得られる燃焼状態パラメータＰＲＸを用いたが、
圧力比ＰＲそのものを、燃焼状態パラメータとして使用
してもよい。その場合の失火判定用所定圧力比は、例え
ば「２」とすればよい。
【００２９】また筒内圧のサンプリングは、上死点が中
心となる２つタイミング、すなわち圧縮行程中の上死点
前ＳＡ度と、膨張行程中の上死点後ＳＡ度（０＜ＳＡ＜
９０度）のタイミングで実行することが望ましいが、他
のタイミングでサンプリングした検出圧を用いることも
可能である。すなわち、例えば上死点前ＳＢ度のタイミ
ングでサンプリングした圧力値をＰ２Ｂとすると、下記
式（６）により、圧力値Ｐ２Ｂを、上死点前ＳＡ度の圧
力値Ｐ２に換算することができる。 Ｐ２＝Ｐ２Ｂ×（Ｖ２Ｂ／Ｖ２）n （６）
心となる２つタイミング、すなわち圧縮行程中の上死点
前ＳＡ度と、膨張行程中の上死点後ＳＡ度（０＜ＳＡ＜
９０度）のタイミングで実行することが望ましいが、他
のタイミングでサンプリングした検出圧を用いることも
可能である。すなわち、例えば上死点前ＳＢ度のタイミ
ングでサンプリングした圧力値をＰ２Ｂとすると、下記
式（６）により、圧力値Ｐ２Ｂを、上死点前ＳＡ度の圧
力値Ｐ２に換算することができる。 Ｐ２＝Ｐ２Ｂ×（Ｖ２Ｂ／Ｖ２）n （６）
【００３０】ただし、Ｖ２は上死点前ＳＡ度における燃
焼室容積、Ｖ２Ｂは上死点前ＳＢ度における燃焼室容
積、ｎはポリトロープ指数（１．３〜１．４程度であ
る）。なお、式（６）による換算が可能であるのは、サ
ンプルタイミング（ＳＢ度）がポリトロープ変化の範囲
内、すなわちＰ×Ｖnがほぼ一定となる範囲内にあるこ
とが必要である。
焼室容積、Ｖ２Ｂは上死点前ＳＢ度における燃焼室容
積、ｎはポリトロープ指数（１．３〜１．４程度であ
る）。なお、式（６）による換算が可能であるのは、サ
ンプルタイミング（ＳＢ度）がポリトロープ変化の範囲
内、すなわちＰ×Ｖnがほぼ一定となる範囲内にあるこ
とが必要である。
【００３１】また上述した実施形態では、圧縮行程開始
筒内温度Ｔ１は式（５）により求めたが、さらにエンジ
ン負荷（吸気管内絶対圧ＰＢＡ）に応じた補正係数を算
出し、これを上記補正係数ＫＮＥ，ＫＥＧＲ及びＫＴＷ
とともに、吸気温ＴＡに乗算することのより求めるよう
にしてもよい。
筒内温度Ｔ１は式（５）により求めたが、さらにエンジ
ン負荷（吸気管内絶対圧ＰＢＡ）に応じた補正係数を算
出し、これを上記補正係数ＫＮＥ，ＫＥＧＲ及びＫＴＷ
とともに、吸気温ＴＡに乗算することのより求めるよう
にしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載の発
明によれば、機関の圧縮行程中における第１の燃焼室内
圧力と、膨張行程中における第２の燃焼室内圧力との比
が算出され、該圧力比により機関の燃焼状態が検出され
る。前記圧力比は燃焼により発生する熱量を示す指標で
あるので、従来に比べて少ない検出圧力値に基づいて燃
焼状態を示す燃焼状態パラメータを得ることができる。
明によれば、機関の圧縮行程中における第１の燃焼室内
圧力と、膨張行程中における第２の燃焼室内圧力との比
が算出され、該圧力比により機関の燃焼状態が検出され
る。前記圧力比は燃焼により発生する熱量を示す指標で
あるので、従来に比べて少ない検出圧力値に基づいて燃
焼状態を示す燃焼状態パラメータを得ることができる。
【００３３】請求項２に記載の発明によれば、前記圧力
比を用いて燃焼により発生する熱量が算出されるので、
機関の燃焼状態をきめ細かく把握することができる。請
求項３に記載の発明によれば、前記圧力比と所定の圧力
比とを比較することにより、機関の失火が検出される。
この検出は、燃焼による発生熱量に基づくものであるた
め、運転状態の変化や環境条件の変化の影響を受けにく
く、正確な失火検出を行うことができる。
比を用いて燃焼により発生する熱量が算出されるので、
機関の燃焼状態をきめ細かく把握することができる。請
求項３に記載の発明によれば、前記圧力比と所定の圧力
比とを比較することにより、機関の失火が検出される。
この検出は、燃焼による発生熱量に基づくものであるた
め、運転状態の変化や環境条件の変化の影響を受けにく
く、正確な失火検出を行うことができる。
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその
制御装置の構成を示す図である。
制御装置の構成を示す図である。
【図２】筒内圧センサ及びその出力信号処理回路の配置
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図３】クランク軸の回転角度に対する筒内圧の変化特
性を示す図である。
性を示す図である。
【図４】圧縮行程開始時の筒内温度（Ｔ１）の算出に使
用するテーブルを示す図である。
用するテーブルを示す図である。
【図５】燃焼状態パラメータ（ＰＲＸ）のエンジン回転
数に対する変化特性を示す図である。
数に対する変化特性を示す図である。
１ 内燃機関 ５ 電子コントロールユニット（圧力比算出手段、熱量
算出手段、失火検出手段） ３１，３２，３３，３４ 筒内圧センサ（圧力検出手
段）
算出手段、失火検出手段） ３１，３２，３３，３４ 筒内圧センサ（圧力検出手
段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G019 CD09 DC06 GA16 3G084 BA15 BA17 BA20 BA23 DA13 FA00 FA01 FA10 FA11 FA20 FA21 FA24 FA29 FA33 FA38
Claims (3)
- 【請求項１】 内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する圧
力検出手段と、前記機関のクランク軸回転角度を検出す
る角度検出手段とを有する内燃機関の燃焼状態検出装置
において、 前記機関の圧縮行程中における第１の燃焼室内圧力と、
膨張行程中における第２の燃焼室内圧力との圧力比を算
出する圧力比算出手段と、 該圧力比により前記機関の燃焼状態を検出する燃焼状態
検出手段とを有することを特徴とする内燃機関の燃焼状
態検出装置。 - 【請求項２】 前記燃焼状態検出手段は、前記圧力比を
用いて燃焼により発生する熱量を算出する熱量算出手段
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の
燃焼状態検出装置。 - 【請求項３】 前記燃焼状態検出手段は、前記圧力比と
所定の圧力比とを比較することにより、前記機関の失火
を検出する失火検出手段を備えることを特徴とする請求
項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000287869A JP2002097996A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 内燃機関の燃焼状態検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000287869A JP2002097996A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 内燃機関の燃焼状態検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002097996A true JP2002097996A (ja) | 2002-04-05 |
Family
ID=18771546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000287869A Pending JP2002097996A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 内燃機関の燃焼状態検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002097996A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005008051A1 (ja) * | 2003-07-17 | 2005-01-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 内燃機関の制御装置および制御方法 |
| US7210456B2 (en) | 2003-08-06 | 2007-05-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for internal combustion engine and method for determining misfire in internal combustion engine |
| JP2007126998A (ja) * | 2005-11-01 | 2007-05-24 | Toyota Motor Corp | 筒内熱発生のシミュレーション方法およびシミュレーション装置 |
| JP2007170345A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の燃焼異常検出装置 |
| JP2010285935A (ja) * | 2009-06-11 | 2010-12-24 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気導入制御装置 |
| JP2011017343A (ja) * | 2006-12-20 | 2011-01-27 | Delphi Technologies Holding Sarl | 内燃エンジンの燃焼制御 |
| DE112022000672T5 (de) | 2021-04-12 | 2024-01-25 | Hitachi Astemo, Ltd. | Verbrennungsmotor-steuervorrichtung |
-
2000
- 2000-09-22 JP JP2000287869A patent/JP2002097996A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005008051A1 (ja) * | 2003-07-17 | 2005-01-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 内燃機関の制御装置および制御方法 |
| US7347185B2 (en) | 2003-07-17 | 2008-03-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Unit and method for controlling internal combustion engines |
| US7210456B2 (en) | 2003-08-06 | 2007-05-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for internal combustion engine and method for determining misfire in internal combustion engine |
| JP2007126998A (ja) * | 2005-11-01 | 2007-05-24 | Toyota Motor Corp | 筒内熱発生のシミュレーション方法およびシミュレーション装置 |
| JP2007170345A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-07-05 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の燃焼異常検出装置 |
| JP4581993B2 (ja) * | 2005-12-26 | 2010-11-17 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の燃焼異常検出装置 |
| JP2011017343A (ja) * | 2006-12-20 | 2011-01-27 | Delphi Technologies Holding Sarl | 内燃エンジンの燃焼制御 |
| JP2010285935A (ja) * | 2009-06-11 | 2010-12-24 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気導入制御装置 |
| DE112022000672T5 (de) | 2021-04-12 | 2024-01-25 | Hitachi Astemo, Ltd. | Verbrennungsmotor-steuervorrichtung |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050530 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050607 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051206 |