JP2775814B2

JP2775814B2 - 火花点火内燃エンジンの燃焼判定方法

Info

Publication number: JP2775814B2
Application number: JP1044193A
Authority: JP
Inventors: 哲朗石田; 喜朗団野; 弘光安東; 純竹村; 英一神品
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: JPH02223654A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、火花点火内燃エンジンの筒内の燃焼現象
を直接検出して、迅速且つ正確に燃焼状態の良否を判定
し得る燃焼判定方法に関する。

（従来の技術）火花点火内燃エンジンにおける通常の燃焼は、点火プ
ラグから与えられる火花で混合気の一部が着火され、そ
の火炎が混合気内を伝播することにより進行するが、ノ
ッキングは未燃焼部分の混合気の一部又は全部が圧縮に
よる温度上昇のため、火炎の伝播を待たずに自己着火し
て一時に燃焼することにより起こる。この急激な燃焼に
伴う燃焼室内の圧力の急上昇と圧力波の伝播により、エ
ンジン各部の機械的な振動や点火プラグ、ピストン等の
過熱を生じるため、ノッキングは火花点火内燃エンジン
にとって最も有害な現象の一つであると云うことができ
る。

しかし、この火花点火内燃エンジン（以下、単に「エ
ンジン」と略称する）から最大トルクを引き出す点火時
期は、周知のようにノッキングが発生する条件の近傍に
あることから、エンジンから最大トルクを引き出そうと
すればするほどノッキングを生じる確率が高くなる傾向
を有する。

そこで、従来ではエンジン本体に筒内圧センサや加速
度センサを取り付けてノッキングの発生に伴って生じる
筒内圧の振動やエンジン本体に発生する加速度を検出
し、これにより、運転状態の良否や点火時期の妥当性等
を判定したり、運転中の点火時期の補正を行ってエンジ
ンから最大トルクを引き出しつつノッキングの発生を抑
えるようにしている。

（発明が解決しようとする課題）ところが、ノッキングの発生に伴って生じる筒内圧の
振動やエンジン本体に発生する加速度を筒内圧センサや
加速度センサにて検出する従来の方法では、実際にエン
ジンがノッキングを発生しない限り検出ができないた
め、ノッキング寸前の状態を検出してノッキングを未然
に防止したりノッキングに対する余裕を判定することが
根本的に不可能であった。また、上記筒内圧センサが機
械的な振動に感応して誤検出を起こし易い等の不具合も
あった。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもの
で、筒内の燃焼現象を直接検出して、ノックの発生を未
然に防止したり、ベンチテスト等において異常燃焼等を
迅速かつ正確に判定することが出来る火花点火内燃エン
ジンの燃焼判定方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明者らは火花点火内燃エンジンから最大トルクを
引き出しつつ確実にノッキングを防止し得る方法につい
て研究し、種々の実験を行ったところ、ノッキングの発
生条件近傍において特異な現象を発見した。即ち、ノッ
キング発生近傍においては、ノッキングが発生しないに
もかかわらず燃焼速度が速くなり、熱発生率の変化が第
１図中、破線で示す通常の燃焼の場合よりも一点鎖線で
示すノッキング発生条件近傍では急激になるのである。
この原因は次のように考えられる。

まず、通常の燃焼の化学反応は、第１段階の過酸化物
反応、第２段階の冷炎反応（又はホルムアルデヒド反
応）、第３段階の熱炎反応の各段階を経て行われる。こ
の段階の中で爆発的反応を起こすのは第３段階であり、
第１、第２段階は燃料中の炭化水素がホルムアルデヒド
やOH,HO₂等の高エネルギの遊離基に分解される前駆反応
である。

ここで、ノッキング発生条件近傍においては自己着火
寸前の圧力及び温度になっている燃焼室内の未燃領域で
第１、第２段階の前駆反応が進行しており、高エネルギ
の遊離基が多く、通常よりも化学的に活性化された状態
になっていると考えられる。このため、そこに火炎面が
到達すると、前駆反応に要する遅れなしで直ちに第３段
階の熱炎反応が起こり、火炎速度ひいては熱発生率が高
くなると考えられるのである。

そこで、Ｇを燃焼ガス量、Ａを仕事の熱当量、Ｐを燃
焼室内圧（筒内圧）、dVを燃焼室容積変化量とした時、
熱発生量dQは dQ＝Ｇ・du＋Ａ・Ｐ・dV ……（１）となる。（１）式中でduは内部エネルギ増分であり、Cv
を定容比熱、dTを温度変化量、Ｒを気体定数、κを比熱
比としたとき、である。（２）式及び気体の状態方程式Ｐ・Ｖ＝Ｇ・Ｒ・Ｔを（１）式に代入してとなる。θをクランク角位相とすると、熱発生率となる。ここで、圧縮上死点（θ＝０゜）から圧縮上死
点後50゜（θ＝50゜）までのクランク角位相である燃焼
行程では、であるから、（４）式はと近似できる。つまり、熱発生率は燃焼室内圧の１階微
分で近似できることが判る。

本発明は、斯かる知見に基づき完成されたもので、上
述の目的を達成するために本発明に依れば、内燃エンジ
ンの燃焼室内の燃焼に伴って変化する筒内圧を検出し、
検出した筒内圧から筒内圧変化率を演算し、該演算した
筒内圧変化率により燃焼状態の良否を判定するととも
に、内燃エンジンの運転状態を検出し、検出された運転
状態に応じて前記筒内圧変化率による燃焼状態の良否の
判定が不能であるかどうかを判定し、筒内圧変化率によ
る燃焼状態の良否の判定が不能と判定された場合には筒
内圧の信号の高周波数成分により燃焼状態の良否を判定
することを特徴とする火花点火式内燃エンジンの燃焼判
定方法が提供される。

内燃エンジンの運転状態は、例えば、エンジン回転数
であって、検出されたエンジン回転数が所定値を超えた
場合に前記筒内圧変化率による燃焼状態の良否の判定が
不能であると判定するようにしてもよい。

また、本発明の別の態様では、内燃エンジンの燃焼室
内の燃焼に伴って変化する筒内圧を検出し、検出した筒
内圧から筒内圧変化率を演算し、該演算した筒内圧変化
率により燃焼状態の良否を判定するとともに、前記筒内
圧の信号の高周波数成分により燃焼状態の良否を判定
し、筒内圧変化率による燃焼状態の良否の判定における
異常燃焼状態の検出率と筒内圧の信号の高周波数成分に
よる燃焼状態の良否の判定における異常燃焼状態の検出
率を比較し、前記検出率が高いほうの方法により燃焼状
態の良否の判定を行うことを特徴とする火花点火式内燃
エンジンの燃焼判定方法が提供される。

（作用）ノッキング等の異常燃焼が発生しそうになると、正常
燃焼時と比べて、熱発生率の立下り方に大きな変化が見
られる。

これは、ノッキングを起こし易い状態では前駆反応に
より燃焼後半の熱発生率が高くなり、その結果として燃
焼末期の残存未燃分が減少して燃焼期間が短くなるとい
う現象に起因する。

従って、上述した熱発生率と比例関係にある筒内圧変
化率の立下り状況を、立下り時間や立下りの傾き量によ
り検出し、この立下り状況に応じて燃焼状態の良否が判
定される。

そして、エンジンの運転状態によっては、特にエンジ
ンの高速運転時には、筒内圧変化率による燃焼状態の判
定が不能になる場合があり、斯かる場合には、検出した
筒内圧信号の高周波成分に応じて燃焼状態の良否を判定
することにより、エンジンの全運転領域に亘って燃焼状
態の監視が可能になる。

（実施例）以下本発明による火花点火内燃エンジンの燃焼判定方
法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第２図、第３図（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の
実施例を示し、第２図及び第３図（ａ）は、本発明方法
を実施する燃焼判定装置の概略構成を示すブロック図で
あり、第３図（ｂ）は、この燃焼判定装置により実行さ
れる燃焼判定手順示すフローチャートである。

本発明に係る燃焼判定装置は、異常燃焼を検出するた
めに、図示しない火花点火内燃エンジンの各気筒に取り
付けられ、それぞれの燃焼室に臨んで、筒内圧Ｐを検出
する筒内圧検出手段10を備えており、この筒内圧検出手
段10により検出された筒内圧検出信号は、ローパスフィ
ルタ12を介して予感型燃焼判定手段14（14A,14B,14C,14
D）に、又バンドパス（ハイパス）フィルタ16を介して
バックアップ燃焼判定手段18にそれぞれ供給される。

爆発行程におけるクランク角度（CA）の変化に伴って
検出される各気筒の筒内圧Ｐは、第２図中（ａ）のグラ
フに示すように、高周波成分が重畳されており、これを
ローパスフィルタ12を通過させることにより、第２図中
グラフ（ｂ）に示すように、高周波成分が排除された信
号となる。

一方、バンドパスフィルタ16は、筒内の異常燃焼固有
の周波数のみを通過させるフィルタである。即ち、例え
ばノックによって発生する振動は燃焼室内の気柱振動で
あって、エンジン機種毎にその固有の周波数を有する。
そこで、バンドパスフィルタ16の通過させる周波数帯域
は、エンジンの機種及び検出したい燃焼現象に応じて適
宜値（例えば、6KHz）に設定される。

このバンドパスフィルタ16を通過させた筒内圧信号
は、第２図中グラフ（ｃ）に示すように、高周波成分の
みを有している。バックアップ燃焼判定手段18によるノ
ック等の異常燃焼は従来公知の方法により実行され、例
えば、高周波サンプリング信号の発生毎に筒内圧信号の
電圧レベルを読み込み、この電圧レベルが基準値を超え
た回数をカウントし、カウント値により異常燃焼の発生
頻度が検出される。そして、異常燃焼の発生頻度が所定
判別値を超えたとき、異常燃焼が発生していると判定す
るものである。

尚、予感型燃焼判定手段14の燃焼状態判定方法につい
ては後述する。また、上述のローパスフィルタ12及びバ
ンドパスフィルタ16は、周波数分析により低周波成分及
び高周波成分をそれぞれ分離するようにしてもよく、こ
の場合の周波数分析装置としては、オンボードのノッキ
ング制御等で実時間性が要求される場合は、フーリェ級
数形フィルタが、また、ベンチテストの測定機器等で実
時間性が重要でない場合は、直接FFT法を用いたフィル
タかスプライン関数法を用いたフィルタが有効である。

第１の実施例においては、予感型燃焼判定手段14（14
A,14B,14C,14D）により燃焼状態の良否を判定し、予感
型燃焼判定手段14による燃焼状態の判定が不能になった
とき、この不能状態をエンジン運転状態、例えばエンジ
ン回転数により検出してバックアップ燃焼判定手段18に
切り替え、該バックアップ燃焼判定手段18により燃焼状
態の良否を判定するものである。

より具体的には、クランク角検出手段11がエンジン回
転数Neを検出し、検出したエンジン回転数Neが所定判別
値Nx（例えば、4000rpm）より低いとき、クランク角検
出手段11から切替手段15に供給された切替信号により、
切替手段15は予感型燃焼判定手段14側に切り替えられ
る。エンジン回転数Neが所定判別値Nxより低い領域で
は、自己着火等の異常燃焼を予測または検知する予感型
燃焼判定手段14の感度が良好域であり、このとき、予感
型燃焼判定手段14により判定された燃焼判定信号が切替
手段15を介して記録手段ないしは制御手段20に供給され
て、記録ないしはノック制御等が実行される。

一方、クランク角検出手段11により検出したエンジン
回転数Neが所定判別値Nxより高いとき、予感型燃焼判定
手段14の感度不良ないしは判定不能と判定し、クランク
角検出手段11から切替手段15に供給された切替信号によ
り、切替手段15はバックアップ燃焼判定手段18側に切り
替えられる。このとき、バックアップ燃焼判定手段18に
より判定された燃焼判定信号が切替手段15を介して記録
手段ないしは制御手段20に供給される。

第４図（ａ）及び（ｂ）は、本発明の火花点火内燃エ
ンジンの燃焼判定方法の第２の実施例を示し、第４図
（ａ）は、本発明方法を実施する燃焼判定装置の概略構
成を示すブロック図であり、第４図（ｂ）は、この燃焼
判定装置により実行される燃焼判定手順示すフローチャ
ートである。

第２の実施例においては、予感型燃焼判定手段14（14
A,14B,14C,14D）による燃焼状態の判定が不能であるか
否かを以下のようにして求められる。即ち、予感型燃焼
判定手段14による異常燃焼検出率αと、バックアップ燃
焼判定手段18による異常燃焼検出率βとをそれぞれ演算
しておき、これらの比率β／αが所定判別値Ａを超えた
とき、バックアップ燃焼判定手段18に切り替え、該バッ
クアップ燃焼判定手段18により燃焼状態の良否を判定す
るものである。

より具体的には、切替手段15には予感型燃焼判定手段
14及びバックアップ燃焼判定手段18の双方から常に燃焼
判定信号が供給されている。一方、予感型燃焼判定手段
14の燃焼判定信号は異常燃焼検出率α演算手段24にも供
給されており、この演算手段24は、一定時間内ないしは
エンジンが一定回数回転する期間内に、予感型燃焼判定
手段14により異常燃焼を何回検出したかをカウントして
異常燃焼検出率αを演算するものである。そして、演算
結果の異常燃焼検出率αは比較手段22に供給される。
又、バックアップ燃焼判定手段18の燃焼判定信号も別の
異常燃焼検出率演算手段26に供給されており、この演算
手段26も、一定時間内ないしは一定回数回転する期間内
に、バックアップ燃焼判定手段18により異常燃焼を何回
検出したかをカウントして異常燃焼検出率βを演算して
いる。そして、演算結果の異常燃焼検出率βは比較手段
22に供給される。

比較手段22は、各異常燃焼検出率演算手段24及び26か
ら供給される２つの異常燃焼検出率α及びβからこれら
の比率β／αと所定基準値Ａとを比較し、比率β／αが
所定基準値Ａより小さいとき、予感型燃焼判定手段14に
よる燃焼状態の判定感度が良好であると判定して切替手
段15に切替信号を供給し、切替手段15を予感型燃焼判定
手段14側に切り替える。このとき、予感型燃焼判定手段
14により判定された燃焼判定信号が切替手段15を介して
記録手段ないしは制御手段20に供給される。

一方、比率β／αが所定基準値Ａより大きいとき、予
感型燃焼判定手段14の感度不良ないしは判定不能と判定
し、比較手段22から切替手段15に供給された切替信号に
より切替手段15はバックアップ燃焼判定手段18側に切り
替えら、バックアップ燃焼判定手段18により判定された
燃焼判定信号が切替手段15を介して記録手段ないしは制
御手段20に供給される。

燃焼判定信号は、例えば火花点火内燃エンジンのノッ
クコントロールシステム、最適運転パラメータ設定装置
等によるノック等の制御、異常燃焼測定装置等の記録手
段に使用され、これらの装置は、燃焼判定信号の供給に
よりこれを記録ないしはノック制御等を実行する。ノッ
クコントロールシステムとして点火時期を制御する点火
時期制御装置、エンジンに供給する燃料噴射量を制御す
る空燃比制御装置、過給機を備えるエンジンにおいては
ウエストゲート弁の開閉を制御する過給圧制御装置、排
気還流装置を備えるエンジンにおいてはEGR弁の開閉を
制御する排気還流量（EGR量）制御装置等であってもよ
い。

なお、予感型燃焼判定手段14の燃焼状態判定不能領域
の検出には、上述のエンジン回転数や異常燃焼検出率比
の他にも種々のパラメータが考えられ、例えば、エンジ
ン回転数と吸気負圧とによりエンジンがどの運転領域で
運転されているかを検出し、エンジンが所定の運転領域
に突入したとき、バックアップ燃焼判定手段18に切り替
えるようにしてもよい。

次に、予感型燃焼判定手段14により、筒内圧変化率の
立下り領域における変化状況に応じて燃焼状態の良否を
判定する方法を説明する。

第１図は、異常燃焼を判定する第１の方法を説明する
グラフであり、第１図に火花点火内燃機関の筒内圧変化
率（dP/dθ）ないしは熱発生率（dQ/dθ）とクランク角
θとの関係について示す。同図に破線で示した、充分ノ
ッキングしない状態の時における筒内圧変化率（熱発生
率）に比べ、同図に一点鎖線で示した、ノッキングして
いないが、ノッキング寸前の状態の時又は同図に実線で
示した、ノッキングしている状態の時における筒内圧変
化率は、その立下り方においてそれぞれ大きく変化して
いる。従って、この筒内圧変化率の最大値から燃焼完了
までの筒内圧変化率の立下がり領域において筒内圧変化
率の変化する割合いをある基準によって判別すれば、例
えばノッキング寸前の状態の時であるかどうかのノック
余裕度を判別することができ、点火時期や空燃比、過給
圧、EGR量等の運転条件セッティングの妥当性を判定す
ることができる。

そこで、第１の判定方法では筒内圧変化率の立下がり
領域、即ち、筒内圧変化率の最大値から燃焼完了までの
クランク角度を検出領域における立下がり時間｜θ₁₀₀
−θ₀|をノック余裕度として検出し、この検出値を基準
値ないしは目標ノック余裕度（これは内燃機関の種類に
よって異なる）と比較することで判定するようにした。

即ち、第１の判定方法は第５図に示す装置及び手段や
第６図に示すフローチャートに従って実施される。

先ず、クランク角検出手段11よりクランク角θが検出
され、筒内圧検出手段10により筒内圧Ｐが検出される。
そして、筒内圧検出手段10から出力さる筒内圧信号はロ
ーパスフィルタ12で高周波成分がフィルタリングされ、
予感型燃焼判定手段14に供給される。

予感型燃焼判定手段14は筒内圧変化率演算手段140、
立下り時間演算手段141、判別手段142等から構成され
る。筒内圧変化率演算手段140は、前述した（５）式に
基づいて、熱発生率と一対一の関係にある筒内圧変化率
dP/dθを演算する。

引き続き、立下り時間演算手段141により、予め検出
された、筒内圧変化率が最大値を示すクランク角θ₁₀₀
と燃焼完了のクランク角θ_０とに基づいて立下り時間｜
θ₁₀₀−θ₀|を演算する。

なお、この際、この判定方法がベンチテストの測定機
器等において実施される場合には、ノッキングによって
発生する大きなピークはカットすることが望ましい。こ
れは、ノッキング発生時の筒内圧変化状態から単純にピ
ークを採るとノッキングによるピークが最大値となるこ
とが多く、この判定方法で検出したい最大値は正常燃焼
時のピークであることに因る。上記カット法としては、
正常燃焼時の筒内圧変化率の波形パターンを記憶してこ
れから大きくはずれる部分はカットする、パターンマッ
チング法や、ノッキングによるピークは正常燃焼時に発
生するピークの後に必ず発生することから、燃焼の１サ
イクル中に二つ発生するピークのうち後から発生するピ
ークを無視する方法が有効である。但し、ノッキングに
よるピークを筒内圧変化率の最大値と誤判定しても、立
下り時間や傾き量等で判定する結果はノッキングを起こ
しやすい状況の判定になるので、特にノッキングによる
ピークを判別しなくても良い。

このようにして、算出された立下り時間｜θ₁₀₀−θ₀
|を判別手段142が例えば基準値と比較して目標ノック余
裕に対して進み側の値（基準値より小）であるか否かを
判別し、その判定結果に応じて異常燃焼の判定信号を出
力する。オンボードのノッキング制御の場合は各種ノッ
ク制御装置へ、またベンチテストの測定機器の場合は表
示手段や記録手段へそれぞれ出力する。

例えばオンボードのノッキング制御の場合、算出され
た立下り時間｜θ₁₀₀−θ₀|が、基準値より大きくてノ
ッキングを生じる可能性がない正常燃焼状態（ノック余
裕大の状態）の時は判別手段142から進角信号（正常判
定信号）が出力され、徐々に点火時期を進めて最大トル
クを引き出す運転制御が継続され、反対に、基準値より
小さくてノッキングを起こしているか又はノッキングを
起こしやすい異常燃焼状態（ノック余裕小の状態）の時
は遅角信号（異常判定信号）がノック制御装置へ送られ
る。

この各種ノック制御装置として、電子点火時期制御装
置が使用される場合には、上記信号により点火時期を遅
角させることによりノッキングを回避する。また、EGR
装置の電子制御EGRバルブが使用さる場合には平均開弁
時間（デューティ比）を増大しEGR量を増量させ、さら
に、過給機のウエストゲートバルブが使用される場合に
はこれを開いて過給圧を逃がすようにすれば良い。

なお、算出された立下り時間｜θ₁₀₀−θ₀|に基づく
燃焼状態の判定方法としては、上述した基準値との比較
の他に、筒内圧変化の最大値に対する比や燃焼状態の安
定した筒内圧変化率の立上り領域でのあるクランク角θ
_N1からあるクランク角θ_N2までの時間｜θ_N1−θ_N2|に
対する比で判定しても良い。また、筒内圧変化率の最大
値や燃焼状態の安定した領域での基準時間｜θ_N1−θ_N2
|は、複数のデータを処理して求めた平均値としても良
い。さらに、上記比率の判定レベルは運転条件によって
変る、マップ化された値でも良い。

次に第７図及び第８図を参照して第２の判定方法を説
明する。

この方法は、筒内圧変化率の最大値直後と燃焼完了直
前との比較的筒内圧変化率の変化が少ない部分をカット
オフして、例えば筒内圧変化の最大値の90％の値を示す
クランク角θ₉₀から最大値の10％の値を示すクランク角
θ₁₀までを検出領域として設定し、その立下り時間｜θ
₉₀−θ₁₀|を検出して、測定精度の向上を図った例であ
る。

第８図に示す予感型燃焼判定手段14Aによれば、立下
り時間｜θ₉₀−θ₁₀|演算手段141Aにおいて、筒内圧変
化率の最大値とその時のクランク角θ₁₀₀とを検出する
ことに加えて、筒内圧変化率の最大値の90％の値と10％
の値とを算出するとともにその時の各クランク角θ₉₀,
θ₁₀を検出して、筒内圧変化率の最大値を示すクランク
角θ₁₀₀以後の上記立下り時間｜θ₉₀−θ₁₀|を演算す
る。その他の構成及び作用は第１の判定方法を実施する
第５図の予感型燃焼判定手段14と同様である。

次に、第９図及び第10図に基づいて第３の判定方法を
説明する。

これは、第２の判定方法と同様の見地から、筒内圧変
化率の立下り方の傾向をより顕著に出すために、立下り
領域後半の時間、例えば筒内圧変化率の最大値の50％の
値を示すクランク角θ₅₀から燃焼完了のクランク角θ_０
までを検出領域として設定し、その立下り時間｜θ₅₀−
θ₀|を検出するようにした例である。

この第３の判定方法を実施する予感型燃焼判定手段14
Bによれば、立下り時間｜θ₅₀−θ₀|演算手段141Bにお
いて、筒内圧変化率の最大値とその時のクランク角θ
₁₀₀とを検出することに加えて、筒内圧変化の最大値の5
0％の値を算出するとともにその時のクランク角θ₅₀と
燃焼完了のクランク角θ_０とを検出して、筒内圧変化率
の最大値を示すクランク角θ₁₀₀以後の上記立下り時間
｜θ₅₀−θ₀|を演算する。その他の構成及び作用は第１
の判定方法を実施する第５図の予感型燃焼判定手段14と
同様である。

第11図及び第12図は第４の判定方法を説明するもの
で、第３の判定方法における筒内圧変化率の立下り方の
傾向をさらに顕著に出すために、燃焼完了付近をカット
オフして、例えば筒内圧変化率の最大値の50％の値を示
すクランク角θ₅₀から10％の値を示すクランク角θ₁₀ま
でを検出領域として設定し、その立下り時間｜θ₅₀−θ
₁₀|を検出するようにした例である。

この第４の判定方法を実施する予感型燃焼判定手段14
Cによれば、立下り時間｜θ₅₀−θ₁₀|演算手段141Cにお
いて、筒内圧変化率の最大値とその時のクランク角θ
₁₀₀とを検出することに加えて、最大値の50％及び10％
の筒内圧変化率のそれぞれの値を演算するとともにその
時の各クランク角θ₅₀,θ₁₀を検出して、筒内圧変化率
の最大値を示すクランク角θ₁₀₀以後の上記立下り時間
｜θ₅₀−θ₁₀|を演算する。その他の構成及び作用は第
１の判定方法を実施する第５図の予感型燃焼判定手段14
と同様である。

なお、これまで立下り時間を｜θ_ａ−θ_b|の形でクラ
ンク角度期間を演算したが、これに代えて絶対時間（m
s,etc）を用いて判定してもよい。いずれの場合も判定
値は回転数等条件ごとに変えることが望ましい。

次に、第13図（ａ），（ｂ）、及び第14図を参照し
て、第５の判定方法について説明する。

これは、筒内圧変化率の立下り領域における負の最大
傾き量を、筒内圧変化率の変化率、即ち筒内圧の二階微
分（d²P/dθ^２）により検出して、この検出値を前述し
たような基準値と比較するなどして判定するようにした
例である。なお、この判定方法では上記検出値の判定を
筒内圧の二階微分の正の最大値に対する比でも行うこと
かできる。

具体的には、第５の判定方法を実施する予感型燃焼判
定手段14Dの筒内圧二階微分演算手段143において、先ず
筒内圧変化率の変化率（d²P/dθ^２）を求める（第13図
参照）。

即ち、前述した（４）式より熱発生率の変化率は以下
の通りとなる。

ここで、燃焼行程（上死点〜上死点後50゜）ではであるから、上式は次のように近似できる。

つまり、熱発生率の変化率は筒内圧の２階微分で近似
でき、この筒内圧の２段微分値を燃焼状態の判定に用い
る。

より具体的には、第15図に示すように、筒内圧変化率
演算手段140は、クランク角検出手段11により、十分に
短いサンプリング周期となるように設定された所定微小
クランク角度の回転を検出する毎に、筒内圧検出手段10
より検出された筒内圧Ｐをサンプリングして、これを今
回サンプリング時の筒内圧P_iとする。次で、筒内圧変化
率演算手段140は、メモリ144から前回サンプリング時の
筒内圧P_i-1を読み出し、P_i-1と今回時の筒内圧P_iの両者
から単位角度当りの変化率を演算してdP_i/dθとする。
そして、今回時の筒内圧P_i及びその変化率dP_i/dθをメ
モリ144に記憶させる。この後、筒内圧２階微分演算手
段143がメモリ144から前回の１階微分値dP_i-1/dθを読
み出し、dP_i-1/dθと今回時のdP_i/dθの両者から単位角
度当りの変化率を演算して二階微分値d²P_i/dθ^２とす
る。d²P_i/dθ^２はメモリ144に記憶される。

そして、筒内圧変化率の最大値とその時のクランク角
θ₁₀₀とを検出するとともに燃焼完了のクランク角θ_０
を検出した後、筒内圧変化の立下り領域内で筒内圧二階
微分値の最小値を検出する。求めた最小値の絶対値を判
別手段142により基準値と比較して燃焼状態の良否が判
定される。

その他の構成及び作用は第１の判定方法を実施する第
５図の予感型燃焼判定手段14と同様である。

なお、上記実施例にて、筒内圧の二段微分演算手段14
3において、上述した筒内圧変化率の立下り領域内の二
階微分のみを演算すれば、演算時間を短縮できて好適で
ある。この場合、筒内圧の二階微分の最小値を上述の検
出領域から外れている最大値と比較できないことは言う
迄もない。

第16図は第６の判定方法を説明するためのグラフであ
り、第５の判定方法をさらに発展させたもので、筒内圧
の二階微分値の検出領域を筒内圧変化率の立下り領域の
後半に限定して演算速度を高めた例である。

これによれば、第14図の筒内圧二階微分演算手段143
において、筒内圧変化率の最大値とその時のクランク角
θ₁₀₀とを検出することに加えて、筒内圧変化率の最大
値の50％（又はこの近傍）の筒内圧変化率の値を算出す
るとともに、該50％の筒内圧変化率を示すクランク角θ
₅₀と燃焼完了を示すクランク角θ_０とを検出できるよう
にしておく。そして、クランク角θ₅₀が検出された時点
からクランク角θ_０が検出される時点までの領域、即
ち、筒内圧変化の立下り領域の後半の検出領域内の筒内
圧の二階微分値を演算してその最小値を検出する。その
他の構成及び作用は第５の判定方法を実施する第14図の
予感型燃焼判定手段14Dと同様である。

（発明の効果）以上詳述したように本発明の火花点火内燃エンジンの
燃焼判定方法に依れば、燃焼室内の燃焼に伴なって変化
する筒内圧を検出し、検出した筒内圧から筒内圧変化率
を演算し、演算した筒内圧変化率により燃焼状態の良否
を判定するので、ノック等のエンジンに耐久性や強度に
悪影響を及ぼすような異常燃焼が発生する前に、これら
の異常燃焼を予測ないしは検出することができ、燃焼状
態を監視しながらエンジンの最高出力を取り出せること
が出来る。また、筒内圧変化率による燃焼状態の判定不
能時には、検出した筒内圧信号の高周波成分に応じて燃
焼状態が検出されるので、この筒内圧変化率による燃焼
状態の判定不能運転領域でも、少なくとも従来の検出方
法によりノック等の異常燃焼が検出できる。更に、検出
した筒内圧の高周波成分から燃焼状態を検出するので、
加速度センサ（Ｇセンサ）等の特別なセンサを別途準備
しなくても済み、この燃焼判定方法を、点火時期制御装
置や過給圧制御装置等によるノック制御に適用した場
合、最小のコスト増でノック制御装置が実現できるとい
う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の火花点火内燃エンジンの燃焼判定方
法による燃焼状態の良否を判定する第１の態様を示し、
クランク角と筒内圧変化率との関係を示すグラフ、第２
図及び第３図は、本発明の第１の実施例を示し、第２図
及び第３図（ａ）は、本発明方法を実施する燃焼判定装
置の概略構成を示すブロック図、第３図（ｂ）は、第２
図及び第３図（ａ）に示す燃焼判定装置の予感型燃焼判
定手段による燃焼判定と、バックアップ燃焼判定手段に
よる燃焼判定の切替手順を示すフローチャート、第４図
（ａ）及び第４図（ｂ）は、本発明の第２の実施例を示
し、第４図（ａ）は、本発明方法を実施する燃焼判定装
置の概略構成を示すブロック図、第４図（ｂ）は、第第
４図（ａ）に示す燃焼判定装置の予感型燃焼判定手段に
よる燃焼判定と、バックアップ燃焼判定手段による燃焼
判定の切替手順を示すフローチャート、第５図は、第１
図に示す燃焼状態の良否を判定する第１の態様を実施す
る予感型燃焼判定手段の構成を示すブロック図、第６図
は同第１の態様による燃焼状態判定手順のフローチャー
ト、第７図は、燃焼状態の良否を判定する第２の態様を
示し、クランク角と筒内圧変化率との関係を示すグラ
フ、第８図は、同第２の態様を実施する予感型燃焼判定
手段の構成を示すブロック図、第９図は、燃焼状態の良
否を判定する第３の態様を示し、クランク角と筒内圧変
化率との関係を示すグラフ、第10図は、同第３の態様を
実施する予感型燃焼判定手段の構成を示すブロック図、
第11図は、燃焼状態の良否を判定する第４の態様を示
し、クランク角と筒内圧変化率との関係を示すグラフ、
第12図は、同第４の態様を実施する予感型燃焼判定手段
の構成を示すブロック図、第13図は、燃焼状態の良否を
判定する第５の態様を示し、クランク角と筒内圧変化率
との関係及び、クランク角に対する筒内圧の２階微分値
の変化を示すグラフ、第14図は、同第５の態様を実施す
る予感型燃焼判定手段の構成を示すブロック図、第15図
は、同第５の態様による燃焼状態判定手順のフローチャ
ート、第16図は、燃焼状態の良否を判定する第６の態様
を示し、クランク角と筒内圧変化率との関係及び、クラ
ンク角に対する筒内圧の２階微分値の変化を示すグラフ
である。 10……筒内圧検出手段、12……ローパスフィルタ、14,1
4A,14B,14C,14D……予感型燃焼判定手段、15……切替手
段、16……バンド（ハイ）パスフィルタ、18……バック
アップ燃焼判定手段、20……記録手段ないしは制御手
段、22……比較手段、24……異常燃焼検出率α演算手
段、26……異常燃焼検出率β演算手段、140……筒内圧
変化率演算手段、141,141A,141B,141C……立下り時間演
算手段、143……筒内圧二階微分演算手段、142……判別
手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹村純東京都港区芝５丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者神品英一東京都港区芝５丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (56)参考文献特開昭62−195464（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−95441（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 395

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃エンジンの燃焼室内の燃焼に伴って変
化する筒内圧を検出し、検出した筒内圧から筒内圧変化
率を演算し、該演算した筒内圧変化率により燃焼状態の
良否を判定するとともに、前記内燃エンジンの運転状態
を検出し、検出された運転状態に応じて前記筒内圧変化
率による燃焼状態の良否の判定が不能であるかどうかを
判定し、前記筒内圧変化率による燃焼状態の良否の判定
が不能と判定された場合には前記筒内圧の信号の高周波
数成分により燃焼状態の良否を判定することを特徴とす
る火花点火内燃エンジンの燃焼判定方法。
【請求項２】前記内燃エンジンの運転状態がエンジン回
転数であって、検出されたエンジン回転数が所定値を超
えた場合に前記筒内圧変化率による燃焼状態の良否の判
定が不能であると判定することを特徴とする請求項１記
載の火花点火内燃エンジンの燃焼判定方法。
【請求項３】内燃エンジンの燃焼室内の燃焼に伴って変
化する筒内圧を検出し、検出した筒内圧から筒内圧変化
率を演算し、該演算した筒内圧変化率により燃焼状態の
良否を判定するとともに、前記筒内圧の信号の高周波数
成分により燃焼状態の良否を判定し、前記筒内圧変化率
による燃焼状態の良否の判定における異常燃焼状態の検
出率と前記筒内圧の信号の高周波数成分による燃焼状態
の良否の判定における異常燃焼状態の検出率を比較し、
前記検出率が高いほうの方法により燃焼状態の良否の判
定を行うことを特徴とする火花点火内燃エンジンの燃焼
判定方法。