JP2527798B2 - 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

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JP2527798B2 JP63317524A JP31752488A JP2527798B2 JP 2527798 B2 JP2527798 B2 JP 2527798B2 JP 63317524 A JP63317524 A JP 63317524A JP 31752488 A JP31752488 A JP 31752488A JP 2527798 B2 JP2527798 B2 JP 2527798B2
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Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は、自動車等内燃機関の燃焼状態検出装置に係
り、特に複数気筒における失火等を簡単な構成で精度良
く検出する装置に関する (従来の技術) 近時、エンジンにより高い燃焼経済性、運転性が要求
される傾向にあり、かかる観点からマイクロコンピュー
タ等を応用して燃焼状態を最適に制御することが行われ
る。この燃焼制御に際しては各気筒の燃焼状態を検知す
ることが必要となる。 燃焼状態を把握する方法の一つとしてシリンダ内にお
ける燃焼ガスの圧力(以下、筒内圧という)を検出する
方法があり、そのための手段として従来、例えば実開昭
62−24037号公報に記載のものがある。この装置では圧
電素子からなる筒内圧センサが各気筒の点火プラグの座
金として固定されており、筒内圧センサは気筒内の燃焼
圧力に応じた電荷を出力している。 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来の燃焼状態検出装置に
あっては、気筒毎にセンサを設ける必要がありコストが
かかることに加えて、例えばアイドリング時のように筒
内圧が小さい場合には微妙な筒内圧を精度よく検出する
ことが困難であり、筒内圧が最大となる圧縮上死点近傍
ではノッキングが発生し易くなるため、正確な筒内圧や
回転変動が検出できなかった。また、多気筒エンジンの
隣接気筒の影響を排除する手段がなく、4気筒をこえる
多気筒エンジンにおいては隣接気筒の燃焼状態の影響を
受けて各気筒の燃焼状態の検出精度が損なわれる。さら
に、4気筒エンジンにおいてもエンジン回転計測タイミ
ングを所定のクランク角以外に任意に設定した場合は同
様に隣接気筒の燃焼状態の影響を受けて燃焼状態の検出
精度が損なわれていた。 (発明の目的) そこで本発明は、各気筒の圧縮上死点を主要部分とし
て含む所定クランク角区間で計測された回転変動の変化
を前回の燃焼気筒における燃焼変動に対応するものとし
て検出することにより、各気筒の失火等を精度良く検出
して、複雑な演算処理が不要な内燃機関の燃焼状態検出
装置を提供することを目的としている。 (課題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検出装置は上記目的
達成のため、その基本概念図を第1図に示すように、燃
焼行程にある気筒を判別する信号を出力する気筒判別手
段aと、所定の単位クランク角に対応する信号を出力す
るクランク角検出手段bと、気筒判別圧縮上死点から圧
縮上死点後の所定のクランク角までを計数するカウンタ
と、該カウンタが所定のクランク角まで計数するのに同
期して始動・停止され、前回の所定のクランク角から今
回の所定のクランク角までを計数することにより、エン
ジンの回転周期を計数するタイマと、からなる周期計測
手段cと、周期計測手段cの出力から気筒別に回転周期
の変化を求め、今回計測した回転変動の変化を前回の燃
焼気筒における燃焼変動に対応するものとして、該気筒
の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段dと、を備えて
いる。 (作用) 本発明では、各気筒の圧縮上死点後の所定のクランク
角から今回の圧縮上死点後の所定クランク角区間におけ
るエンジンの回転周期が計測されるとともに、この計測
値から気筒別に回転周期の変化が求められ、今回計測し
た回転変動の変化が前回の燃焼気筒における燃焼変動に
対応したものとしてその気筒の燃焼状態が検出されるの
で、各気筒の失火等が精度良く検出される。 すなわち、今回の気筒に失火が発生すると、次回燃焼
行程となる気筒の回転数が圧縮上死点後の所定のクラン
ク角以後に大きく変動し、その失火の影響が圧縮上死点
後の所定のクランク角から次回の圧縮上死点後の所定の
クランク角までの間の回転数の変化に顕著に現れるの
で、そのときの計測時間の変化からその失火の発生が確
実に検出される。 したがって、その気筒の燃焼行程における回転周期の
計測範囲を圧縮上死点後の所定のクランク角から今回の
圧縮上死点後の所定クランク角までの範囲に設定するこ
とで、失火の発生した気筒を精度良く検出することが可
能になり、その検出速度を向上させて余った演算処理時
間をその他の制御用として有効に活用することができ
る。 また、圧縮上死点から計測が開始されるクランク角を
適宜変化させることにより、設定点火時期、EGR率、ま
たはエンジンの回転速度等の条件変化によって異なる燃
焼期間(爆発期間)に応じて最も精度の良い期間でエン
ジンの回転周期を計測することができる上に、気筒数に
応じても最適な計測開始期間を設定することで、精度の
良い期間でエンジンの回転周期を計測することができ
る。 したがって、該クランク角区間における回転周期の変
化を求めるだけで各気筒の失火等を検出することが可能
となり、複雑な演算処理が不要となる。 (実施例) 第2〜5図は本発明に係る内燃機関の燃焼状態検出装
置の一実施例を示す図であり、本実施例では本発明を4
気筒エンジンに適用したものである。 まず、構成を説明する。第2図はその全体構成を示す
図であり、この図において、1はクランク角センサであ
り、クランク角センサ(クランク角検出手段)1は爆発
間隔(180°CA)毎に各気筒の圧縮上死点(TDC)前の所
定位置、例えばBTDC70°で〔H〕レベルのパルスとなる
基準信号REFを出力するとともに、クランク角の単位角
度(例えば、1°)毎に〔H〕レベルのパルスとなる単
位信号POSをコントロールユニット2に出力する。ま
た、3はカウンタであり、カウンタ3はクランク角セン
サ1の基準信号REFがコントロールユニット2に入力さ
れた後、上死点位置から単位信号POSを360°/n(n:気筒
数)だけカウントし、そのカウント値ををコントロール
ユニット2に出力する。タイマA4およびタイマB5は自己
診断スイッチ6およびクランク角センサ1の出力に応じ
て始動・停止を繰り返し、その間の経過時間をコントロ
ールユニット2に出力する。エアフローメータ7は吸入
空気の流量Qaを検出し、水温センサ8はウォータジャケ
ットを流れる冷却水の温度Twを検出する。また、絞弁開
度センサ9は絞弁の開度TVOを検出する。これら各セン
サからの出力はコントロールユニット2に入力される。
タイマA4は周期計測手段としての機能を有し、コントロ
ールユニット2は燃焼状態検出手段としての機能を有
し、CPU10、ROM11およびI/Oポート13により構成され
る。CPU10はROM11に書き込まれているプログラムに従っ
てI/Oポート13より必要とする外部データを取り込んだ
り、またRAM12との間でデータの授受を行ったりしなが
ら燃焼状態検出に必要な処理値等を演算処理し必要に応
じて処理したデータをI/Oポート13に出力する。ROM11は
CPU10を制御するプログラムを格納しており、RAM12は演
算に使用するデータを一時的に記憶する。I/Oポート13
には上記クランク角センサ1、エアフローメータ7、水
温センサ8および絞弁開度センサ9からの各信号やカウ
ンタ3、タイマA4、タイマB5および自己診断スイッチ6
からの各情報が入力されるとともに、I/Oポート13から
は噴射信号Siおよび点火信号Spをそれぞれインジェクタ
14a〜14dおよび点火装置15に出力する。点火装置15は点
火コイルや点火プラグ等から構成され、点火信号Spに基
づいて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。 アイドリング時の機関回転数はその目標値が予め設定
されており、この目標値を含む所定範囲内となるように
各気筒の燃焼状態が制御されている。すなわち、アイド
リング時の各気筒の燃焼状態は略一定に制御されるの
で、このとき燃焼状態と密接に相関する所定クランク角
区間毎の経過時間(回転周期)を計測すれば、そのクラ
ンク角区間に燃焼行程にある気筒の燃焼状態を検出する
ことができる。 そこで本実施例では、失火による影響が顕著に現れる
クランク角区間(各気筒の圧縮上死点TDCを中心とする
所定のクランク角区間)に着目し、このクランク角区間
における経過時間(回転周期)を計測することによっ
て、演算処理をすることなくその失火気筒を検出する検
出精度と検出速度を向上させるようにしている。 第3図は燃焼状態を検出するプログラムを示すフロー
チャートであり、本プログラムはエンジン回転に同期し
て実行される。 ステップP1〜P5の処理によって各気筒における失火の
発生が検出されるが、ステップP1〜P5の処理について第
4図に示すクランク角センサ1、カウンタ3およびタイ
マA4から出力される信号波形と第5図に示す回転数の変
化と計測時間の対応図を参照しながら説明する。 ステップP1ではクランク角センサ1からの気筒判別信
号(第4図(a))とクランク角信号(第4図(b))
に基づいてそのとき燃焼行程にある気筒の上死点からの
クランク角を測定し、P2でこのクランク角が360°/nATD
C(本実施例では4気筒なのでn=4となる)となった
か否かを判別する。P2におけるクランク角の計数はカウ
ンタ3によって行われており、このカウンタ3はクラン
ク角センサ1の気筒判別信号が出力されるとカウントが
開始され、クランク角信号に従ってカウントアップして
いき、90°ATDCとなったところでカウントを停止する。
そして、カウンタ3からそのカウント値に相当する信号
がコントロールユニット2に出力された後で
〔0〕にリ
セットされる(第4図(c))。次いで、P3で前回の90
°ATDCから今回の90°ATDCまでの経過時間をタイマA4に
よって計測し、そのタイマ値Ti(i:1、2、3、4)を
コントロールユニット2に出力する。次いで、P4でタイ
マA4の90°ATDCに同期してタイマA4をリセットする。タ
イマA4はカウンタ3の90°ATDCのタイミングに同期して
始動・停止が繰り返される(第4図(d))。次いで、
P5でタイマA4を再び始動して今回のルーチンを終了す
る。一方、P2で360°/nATDCでないときはステップP1
戻る。 上記ステップP1〜P5処理のように各気筒の燃焼行程に
おける経過時間の計測範囲を前回の90°ATDCから今回の
90°ATDCまでと設定することによって、ある気筒に失火
が発生したときの燃焼変動が確実に検出されるようにな
る。具体的には第5図に示すように3番気筒に失火が発
生したとすると、次回燃焼行程となる4番気筒の回転数
が大きく変動し、その失火の影響が90°ATDCから次の90
°ATDCまでの区間の回転数の変化に顕著に現れて、その
ときの計測時間の変化からその失火発生が確実に検出さ
れる。 したがって、各気筒の失火等を検出する場合、機関の
慣性力の影響でその失火が発生した気筒よりも次回燃焼
行程となる気筒の回転変動が大きくなるということに基
づき、各気筒の燃焼工程における回転周期の計測範囲を
前回の圧縮上死点後の所定のクランク角から今回の圧縮
上死点後の所定のクランク角区間とすることによって、
そのクランク角区間の経過時間を計測するだけで失火が
発生した気筒を確実に検出することができる。その結
果、複雑な演算処理を行わずに各気筒の失火発生を精度
良く検出することが可能になるばかりでなく、その検出
速度を向上させることができ、余った演算処理時間をそ
の他の制御用として有効に活用することができる。ま
た、圧縮上死点から計測が開始されるクランク角を適宜
変化させることにより、設定点火時期、EGR率、または
エンジンの回転速度等の条件変化によって異なる燃焼期
間に応じて最も精度の良い期間でエンジンの回転周期を
計測することができる上に、気筒数に応じても最適な計
測開始期間を設定することで、精度の良い期間でエンジ
ンの回転周期を計測することができる。 (発明の効果) 本発明によれば、各気筒の圧縮上死点後の所定のクラ
ンク角から今回の圧縮上死点後の所定クランク角までの
回転変動を求め、今回の回転変動の変化が前回の燃焼気
筒における燃焼変動に対応するものとして検出している
ので、失火の発生した気筒を精度良く検出することがで
き、その検出速度を向上させて余った演算処理時間をそ
の他の制御用として有効に活用することができる。 また、圧縮上死点から計測が開始されるクランク角を
適宜変化させることにより、設定点火時期、EGR率、ま
たはエンジンの回転速度等の条件変化によって異なる燃
焼期間(爆発期間)に応じて最も精度の良い期間でエン
ジンの回転周期を計測することができる上に、気筒数に
応じても最適な計測開始期間を設定することで、精度の
良い期間でエンジンの回転周期を計測することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本概念図、第2〜5図は本発明に係
る内燃機関の燃焼状態検出装置の一実施例を示す図であ
り、第2図はその全体構成図、第3図はその燃焼状態を
検出するプログラムを示すフローチャート、第4図はそ
の各部の信号波形図、第5図はそのエンジンの回転数の
変化と計測時間との関係を示す図である。 1……クランク角センサ(クランク角検出手段)、2…
…コントロールユニット(燃焼状態検出手段)、3……
カウンタ(周期計測手段)、4……タイマA(周期計測
手段)、6……自己診断スイッチ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a)燃焼行程にある気筒を判別する信号を
    出力する気筒判別手段と、 b)所定の単位クランク角に対応する信号を出力するク
    ランク角検出手段と、 c)圧縮上死点から圧縮上死点後の所定のクランク角ま
    でを計数するカウンタと、該カウンタが所定のクランク
    角まで計数するのに同期して始動・停止され、前回の所
    定のクランク角から今回の所定のクランク角までを計数
    することにより、エンジンの回転周期を計数するタイマ
    と、からなる周期計測手段と、 d)周期計測手段の出力から気筒別に回転周期の変化を
    求め、今回計測した回転変動の変化を前回の燃焼気筒に
    おける燃焼変動に対応するものとして、該気筒の燃焼状
    態を検出する燃焼状態検出手段と、を備えたことを特徴
    とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
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JP2893300B2 (ja) * 1991-07-19 1999-05-17 トヨタ自動車株式会社 多気筒内燃機関の失火検出装置
JP4916867B2 (ja) * 2006-12-18 2012-04-18 富士重工業株式会社 ディーゼルエンジンの停止制御装置
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