JP3325057B2 - Lean combustion detector for internal combustion engine - Google Patents
Lean combustion detector for internal combustion engineInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の希薄燃焼検
出装置に関し、特に、過渡時における内燃機関の燃焼状
態の検知を行う内燃機関の希薄燃焼検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for detecting a lean burn of an internal combustion engine, and more particularly to a device for detecting a lean burn of an internal combustion engine in a transient state.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、例えば特開昭６０−１３９３８号
公報に記載されているように、内燃機関の各爆発行程に
ともなって周期的に発生する燃焼変動量を検出する燃料
変動量検出手段を備え、（１）機関の回転速度変動量、
（２）トルクの変動量、（３）機関の筒内圧変動量、に
関する各々の燃焼変動量について、２つの気筒の爆発行
程間における変化量を求めて、その変動量の標準偏差を
計算して燃焼指標とした内燃機関の希薄燃焼検出装置が
知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-13938, a fuel fluctuation amount detecting means for detecting a combustion fluctuation amount periodically generated with each explosion stroke of an internal combustion engine is provided. (1) engine speed fluctuation amount,
For each combustion fluctuation amount relating to (2) the fluctuation amount of the torque and (3) the fluctuation amount of the in-cylinder pressure of the engine, the fluctuation amount between the explosion strokes of the two cylinders is obtained, and the standard deviation of the fluctuation amount is calculated. 2. Description of the Related Art A lean burn detection device for an internal combustion engine, which is used as a combustion index, is known.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この技
術の場合、内燃機関の過渡状態、例えば緩加速において
は、トルク変動が起きるので標準偏差が変化し、そのた
めマップが変化する。したがって、過渡・定常を判断す
る場合には、燃焼指標の判断条件も複雑になり、しかも
定数整合時に困難を極めるものであった。また、運転者
の意志により、内燃機関が運転状態を変更した場合で
も、燃焼変動量として捕らえられてしまい燃焼が悪化し
たと判断される。そのため、内燃機関の過渡状態におい
ては、燃焼指標の判断を中止しなければならなかった。
そして、たとえ判断を中止するとしても、高精度の絞り
弁開度センサを正確に設置する必要があり、そのため、
システムが大規模化しコストアップにつながるという問
題点があった。さらに、例えば、車両が通常走行から悪
路走行に変わったときなどに起因する外乱に対しても影
響を受け易いという問題点があった。However, in the case of this technique, in a transient state of the internal combustion engine, for example, in a gentle acceleration, a torque fluctuation occurs, so that the standard deviation changes, so that the map changes. Therefore, when judging the transient / steady state, the conditions for judging the combustion index become complicated, and it is extremely difficult to match the constants. Further, even when the operating state of the internal combustion engine changes according to the driver's intention, it is determined that the combustion has been degraded because it is captured as a combustion fluctuation amount. Therefore, in the transient state of the internal combustion engine, the determination of the combustion index has to be stopped.
And even if the judgment is stopped, it is necessary to accurately install a high-precision throttle valve opening sensor.
There is a problem that the system becomes large-scale and leads to an increase in cost. Further, for example, there is a problem that the vehicle is susceptible to disturbance due to, for example, a case where the vehicle changes from a normal running to a rough road running.
【０００４】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、高精度のセンサ等を新た
に設置することなく、しかも、内燃機関の過渡時におい
てもその影響を受けずに燃焼指標を検出でき、かつ、初
期の定数整合も簡単に行える、燃料検出装置を提供する
ことである。[0004] The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to eliminate the necessity of newly installing a high-accuracy sensor or the like, and to reduce the influence even during a transition of the internal combustion engine. An object of the present invention is to provide a fuel detection device capable of detecting a combustion index without receiving the same and easily performing initial constant matching.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係わる内燃機関の希薄燃焼検出装置は、基
本的には、内燃機関の出力軸の回転数を検出する手段
と、前記出力軸の回転数から回転変動を検出する手段
と、前記出力軸の回転変動の時系列変数から固有周波数
列を検出する手段と、前記固有周波数列の値から内燃機
関の燃焼状態の指標を取得する手段と、前記内燃機関の
燃焼状態の指標をもとに内燃機関の燃焼の支配的要因を
制御する手段とを備え、前記固有周波数列は、内燃機関
の回転軸の回転数に応じて、列数を可変とすることを特
徴としている。In order to achieve the above object, a lean burn detection apparatus for an internal combustion engine according to the present invention basically comprises a means for detecting a rotation speed of an output shaft of an internal combustion engine, Means for detecting rotational fluctuations from the rotational speed of the shaft, means for detecting a natural frequency sequence from a time-series variable of the rotational fluctuations of the output shaft, and obtaining an index of a combustion state of the internal combustion engine from the value of the natural frequency sequence. Means, and means for controlling a dominant factor of combustion of the internal combustion engine based on an index of the combustion state of the internal combustion engine, wherein the natural frequency sequence is a sequence according to the number of rotations of the rotating shaft of the internal combustion engine. It is characterized in that the number is variable.
【０００６】[0006]
【作用】出力軸の回転変動の時系列変数から特定の周波
数成分のみが分離される。特定の周波数成分を含んだ時
系列は周波数解析され、内燃機関の回転数から燃焼指標
に必要な周波数スペクトル列を検索し、固有スペクトル
の積算が行われる。この積算値と回転数を入力とし、燃
焼指標を計算する。そして、内燃機関の出力軸の過渡時
の回転変動列を捕らえ、その回転変動列を周波数解析を
行い、回転変動の周波数のスペクトルが重なった周波数
（過渡周波数）帯以外の固有周波数帯域特徴周波数を分
離し、燃焼状態の指標とする。この燃焼状態の指標をも
とに、内燃機関の燃焼の支配的要因の制御がなされる。According to the present invention, only a specific frequency component is separated from the time-series variable of the rotation fluctuation of the output shaft. A time series including a specific frequency component is subjected to frequency analysis, a frequency spectrum sequence necessary for a combustion index is searched from the rotation speed of the internal combustion engine, and integration of a unique spectrum is performed. The combustion index is calculated using the integrated value and the rotation speed as inputs. Then, a sequence of rotation fluctuations of the output shaft of the internal combustion engine at the time of transition is captured, and the rotation fluctuation sequence is subjected to frequency analysis, and a characteristic frequency band characteristic frequency other than a frequency (transient frequency) band in which the spectrum of the frequency of the rotation fluctuation is overlapped is obtained. Separated and used as an indicator of the combustion state. Control of the dominant factor of combustion of the internal combustion engine is performed based on the index of the combustion state.
【０００７】[0007]
【実施例】以下に添付の図を参照して本発明に係わる一
実施例を詳細に説明する。図１は本発明のシステムの全
体の構成図である。図１において、内燃機関１００の吸
気系には、内燃機関１００の吸入する空気量を調整する
吸気管絞り弁の開度を検出する絞り弁開度センサ１０３
が設けられている。絞り弁開度センサ１０３の上流に
は、吸入する空気量の質量流量を計測する熱式空気流量
計１０２が設けられている。また、給気管には、熱式空
気流量計１０２に検出されないバイパス通路を通る空気
流量を制御することによりアイドル時の回転数を制御す
るアイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）バルブ１０
４が設けられている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of the system of the present invention. In FIG. 1, a throttle valve opening sensor 103 for detecting an opening of an intake pipe throttle valve for adjusting an amount of air taken in by the internal combustion engine 100 is provided in an intake system of the internal combustion engine 100.
Is provided. Upstream of the throttle valve opening sensor 103, a thermal air flow meter 102 that measures the mass flow rate of the amount of air to be taken in is provided. In addition, an idle speed control (ISC) valve 10 that controls the number of revolutions at the time of idling by controlling the air flow rate through a bypass passage that is not detected by the thermal air flow meter 102 is provided in the air supply pipe.
4 are provided.
【０００８】内燃機関１００の各気筒に接続する各吸気
ポートには、内燃機関の要求する燃料量を供給する燃料
噴射弁１０５が設けられている。また、燃焼室上端に
は、内燃機関１００の燃料に点火する点火栓１０６が配
設されている。そして、内燃機関１００の出力軸と同円
心上には、ディスクプレートの周囲に歯が等間隔に刻設
されたリングギア１０９が取り付けられ、このリングギ
ア１０９の歯の通過を検出する磁気式検出器１１０が設
けられている。Each intake port connected to each cylinder of the internal combustion engine 100 is provided with a fuel injection valve 105 for supplying a fuel amount required by the internal combustion engine. An ignition plug 106 for igniting fuel of the internal combustion engine 100 is provided at the upper end of the combustion chamber. A ring gear 109 is mounted on the concentric circle with the output shaft of the internal combustion engine 100. The ring gear 109 has teeth formed at regular intervals around a disk plate, and detects the passage of the teeth of the ring gear 109. A detector 110 is provided.
【０００９】内燃機関１００の排気系には、排気ガス中
の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１０７が排気管に
設置されている。さらに、前述の各センサからの信号か
ら内燃機関１００の運転状態が検出され、これらの信号
により予め定められた手順で内燃機関の要求する燃料量
を計算するとともに、前記燃料噴射弁等を駆動する内燃
機関制御装置１０８が設けられている。In the exhaust system of the internal combustion engine 100, an oxygen concentration sensor 107 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is provided in an exhaust pipe. Further, the operation state of the internal combustion engine 100 is detected from the signals from the above-described sensors, and the amount of fuel required by the internal combustion engine is calculated in a predetermined procedure based on these signals, and the fuel injection valve and the like are driven. An internal combustion engine control device 108 is provided.
【００１０】図２は、内燃機関制御装置１０８の内部回
路ブロックを示す。内部回路ブロックは、各種センサか
らの信号を入力、又小信号をアクチュエータ駆動の大信
号に変換するドライバ回路２００、入出力信号をデジタ
ル演算処理を行えるようアナログ−デジタル信号変換す
る入出力回路（インターフェイス回路）２０１、デジタ
ル演算処理を行うマイクロコンピュータ、若しくは、そ
れに準ずる演算回路を保有する演算回路２０２（ＣＰ
Ｕ）、演算回路２０２の演算処理に用いる定数、変数、
並びにプログラムを格納するための不揮発性のＲＯＭ２
０３及び揮発性のＲＡＭ２０４の２種類のメモリ、並び
に揮発性のＲＡＭ２０４の内容を保持するバックアップ
回路２０５から成る。なお、本図示例では、酸素濃度セ
ンサ、スロットル開度センサ、クランク角度センサ、熱
式空気流量計からの各信号が入力され、点火信号、ＩＳ
Ｃバルブ制御信号、燃料噴射弁駆動信号が出力されてい
る。FIG. 2 shows an internal circuit block of the internal combustion engine control device 108. The internal circuit block includes a driver circuit 200 for inputting signals from various sensors and converting a small signal into a large signal for driving the actuator, and an input / output circuit (interface) for converting an input / output signal into an analog-digital signal so as to perform digital arithmetic processing. Circuit) 201, a microcomputer for performing digital arithmetic processing, or an arithmetic circuit 202 (CP
U), constants, variables used in the arithmetic processing of the arithmetic circuit 202,
ROM 2 for storing programs
3 and a volatile RAM 204, and a backup circuit 205 that holds the contents of the volatile RAM 204. In the illustrated example, signals from an oxygen concentration sensor, a throttle opening sensor, a crank angle sensor, and a thermal air flow meter are input, and an ignition signal, IS
A C valve control signal and a fuel injection valve drive signal are output.
【００１１】図３は、信号処理専用集積回路（ＤＳＰ：
Digital Signal Processor）を装備した内燃機関制御装
置１０８の内部回路ブロック図の実施例である。入出力
ドライバ回路３００から、回転変動を周波数解析するた
めの専用の信号処理専用集積回路３０１へ入力されてい
る。そして、外部制御装置とのデータ通信用に双方向の
（ＤＰ：Dual Port）ＲＡＭ３０２が装備されており、
周波数解析の結果は外部制御装置に出力されるようにな
っており、内燃機関の燃焼の支配的要因、例えば、内燃
機関の点火時期、内燃機関の供給燃料量、内燃機関の供
給燃料量計算に計量されない空気量制御、すなわちＩＳ
Ｃバルブ等を制御する。なお、演算装置、メモリ等は、
前記図２のものと同一であるので、ここでは重複する説
明は省略する。図２の図示例では、演算回路（ＣＰＵ）
２０２が全て演算処理を行うのに対し、本実施例では、
周波数解析のみを行い、その結果を外部に出力する点で
相違する。FIG. 3 shows an integrated circuit dedicated to signal processing (DSP:
FIG. 2 is an embodiment of an internal circuit block diagram of an internal combustion engine control device 108 equipped with a digital signal processor. The signal is input from the input / output driver circuit 300 to a dedicated signal processing integrated circuit 301 for frequency analysis of rotation fluctuation. A bidirectional (DP: Dual Port) RAM 302 is provided for data communication with an external control device.
The result of the frequency analysis is output to an external control device, and is used to calculate the dominant factors of combustion of the internal combustion engine, such as the ignition timing of the internal combustion engine, the fuel supply amount of the internal combustion engine, and the fuel supply amount of the internal combustion engine. Unmetered air flow control, ie IS
Control the C valve and the like. The arithmetic unit, memory, etc.
Since it is the same as that of FIG. 2, the duplicate description is omitted here. In the example shown in FIG. 2, an arithmetic circuit (CPU)
202 performs all arithmetic processing, whereas in this embodiment,
The difference is that only frequency analysis is performed and the result is output to the outside.
【００１２】図４は、本発明に係わる希薄燃焼（リーン
バーン）制御ロジック全体の構成の一実施例である。図
４において、ブロック４００では空気流量計で検出され
た内燃機関の吸入空気量と、内燃機関の回転数から基本
燃料量を計算する。同時にブロック４０１で燃料量補正
係数を検索し、ブロック４０２で基本燃料量を補正す
る。ブロック４０３は、目標とする希薄空燃比の希薄燃
焼係数を検索する。ここで検索された希薄燃焼係数はブ
ロック４０４の希薄燃焼限界で補正され、補正された係
数は、ブロック４０５の希薄燃焼学習係数で学習領域に
学習される。ブロック４０３、４０５の係数は、ブロッ
ク４０６の希薄燃焼係数補正で補正される。ブロック４
０７は酸素濃度センサによる空燃比フィードバックブロ
ックであり、ここで計算された係数は、ブロック４０８
で、内燃機関の回転数とブロック４００で計算された基
本燃料量で空燃比補正係数として学習され、ブロック４
０９で空燃比補正が行われる。なお、ブロック４０６の
希薄燃焼係数とブロック４０８の空燃比補正係数は、ブ
ロック４０９で内燃機関の状態で切り替えられる。FIG. 4 shows an embodiment of the entire structure of the lean burn control logic according to the present invention. In FIG. 4, a block 400 calculates a basic fuel amount from the intake air amount of the internal combustion engine detected by the air flow meter and the rotation speed of the internal combustion engine. At the same time, a fuel amount correction coefficient is searched in block 401, and the basic fuel amount is corrected in block 402. Block 403 retrieves the lean burn coefficient for the target lean air-fuel ratio. The lean burn coefficient searched here is corrected by the lean burn limit of the block 404, and the corrected coefficient is learned in the learning region by the lean burn learning coefficient of the block 405. The coefficients in blocks 403 and 405 are corrected by the lean burn coefficient correction in block 406. Block 4
Reference numeral 07 denotes an air-fuel ratio feedback block based on an oxygen concentration sensor.
Then, the air-fuel ratio correction coefficient is learned from the rotational speed of the internal combustion engine and the basic fuel amount calculated in block 400, and
At 09, the air-fuel ratio correction is performed. The lean combustion coefficient in block 406 and the air-fuel ratio correction coefficient in block 408 are switched in block 409 depending on the state of the internal combustion engine.
【００１３】図５は、実際の内燃機関の定常時の回転変
動を示している。本実施例の内燃機関は４気筒であり、
下図の拡大図では、出力軸７２０°回転間では、４つの
山ができている。図６は、リングギアの歯を検出する磁
気式検出機の内部処理ブロック図を示す。FIG. 5 shows an actual rotation fluctuation of the internal combustion engine in a steady state. The internal combustion engine of this embodiment has four cylinders,
In the enlarged view of the figure below, four peaks are formed during the rotation of the output shaft 720 °. FIG. 6 is a block diagram showing the internal processing of the magnetic detector for detecting the teeth of the ring gear.
【００１４】図６において、ブロック６００は、磁気式
検出器の出力を正規化する波形成形回路である。波形成
形されるとブロック６０１のカウンタでカウントされ
る。このカウンタの値は、比較器６０３によりブロック
６０２の閾値の値と比較される。閾値の値を超えるとカ
ウンタはリセットされ、ブロック６０４のフリーランタ
イマの値がブロック６０５のラッチ回路でラッチされ、
制御装置のバスに出力される。In FIG. 6, a block 600 is a waveform shaping circuit for normalizing the output of the magnetic detector. When the waveform is formed, it is counted by the counter of the block 601. The value of this counter is compared with the threshold value of the block 602 by the comparator 603. When the threshold value is exceeded, the counter is reset, and the value of the free-run timer of block 604 is latched by the latch circuit of block 605,
Output to the control device bus.
【００１５】図７は、図６の内部処理ブロック図のタイ
ミングチャートを示す。（ａ）は磁気式検出器の出力、
（ｂ）は正規化された磁気式検出器出力、（ｃ）はカウ
ンタ出力、（ｄ）はフリーランタイマ出力、（ｅ）はフ
リーランタイマ出力のラッチされた値である。図８は燃
焼指標計算のブロック図である。燃焼指標は、空燃比に
代替して表されるもので、内燃機関内での燃焼のむらを
示す指標である。FIG. 7 is a timing chart of the internal processing block diagram of FIG. (A) is the output of the magnetic detector,
(B) is a normalized magnetic detector output, (c) is a counter output, (d) is a free-run timer output, and (e) is a latched value of the free-run timer output. FIG. 8 is a block diagram of the calculation of the combustion index. The combustion index is an index representing the unevenness of combustion in the internal combustion engine, which is expressed in place of the air-fuel ratio.
【００１６】図８において、ブロック８００はスイッチ
であり、内燃機関出力軸回転角度７２０°信号ごとに連
結され、回転変動時系列が導入される。導入された回転
変動時系列は、ブロック８０１でバンドパスフィルタを
施され、特定の周波数成分のみが分離される。特定の周
波数成分を含んだ時系列は、ブロック８０２で周波数解
析され、時間領域から、周波数領域に変換される。ブロ
ック８０３では、内燃機関の回転数から、燃焼指標に必
要な周波数スペクトル列を検索し、ブロック８０４で検
索された固有スペクトルの積算を行う。この積算値と回
転数を入力とし、ブロック８０５で燃焼指標を計算す
る。In FIG. 8, a block 800 is a switch, which is connected for each signal of the internal combustion engine output shaft rotation angle 720 ° to introduce a rotation fluctuation time series. The introduced rotation fluctuation time series is subjected to a band-pass filter in block 801 to separate only a specific frequency component. A time series including a specific frequency component is subjected to frequency analysis in block 802, and is converted from the time domain to the frequency domain. In block 803, a frequency spectrum sequence necessary for the combustion index is searched from the rotation speed of the internal combustion engine, and the eigen spectrum found in block 804 is integrated. Using the integrated value and the number of revolutions as inputs, a combustion index is calculated in block 805.
【００１７】図９は、図８に示したブロック８０５の燃
焼指標の計算に係わる一実施例である。図９において、
ブロック９００はスイッチであり、一定出力軸回転角ご
とに、磁気式検出器の出力を入力している。この出力
は、ブロック９０１でバンドパスフィルタを介してブロ
ック９０２の積分器に入力される。この積分器は、一定
出力軸回転角をブロック９０３の分周回路で分周された
信号でリセットされる。積算値は、比較器９０５で閾値
と比較され燃料指標を出力する。閾値はブロック９０４
で、出力軸回転数と基本燃料量で検索される。FIG. 9 is an embodiment relating to the calculation of the combustion index of the block 805 shown in FIG. In FIG.
Block 900 is a switch, and inputs the output of the magnetic detector at every constant output shaft rotation angle. This output is input to the integrator of block 902 via the band pass filter in block 901. This integrator is reset by a signal obtained by dividing the constant output shaft rotation angle by the frequency dividing circuit of the block 903. The integrated value is compared with a threshold value by the comparator 905 to output a fuel index. Threshold is block 904
The search is performed using the output shaft speed and the basic fuel amount.
【００１８】図１０は内燃機関の燃焼状態と、特徴のあ
る固有周波数成分のスペクトル密度を示している。図か
らわかるように、内燃機関の燃焼が悪化すると、燃焼特
有周波数（以下固有周波数という）帯のスペクトルは大
きくなっている。図１１は、内燃機関の定常時と過渡時
におけるそれぞれの固有周波数のスペクトルを示す。内
燃機関定常時は、燃焼状態を表す固有周波数のスペクト
ル（例えば、１０Ｈz〜２０Ｈzの周波数帯）は、他の周
波数帯の影響を受けていないが、過渡時には、固有周波
数帯に内燃機関の回転変動の周波数（例えば、１０Ｈz
〜１５Ｈz）のスペクトルは重なるようになる。従っ
て、過渡時には、内燃機関の回転変動の周波数のスペク
トルが重なった周波数（過渡周波数）帯以外の固有周波
数帯域（１０Ｈz〜２０Ｈz）においては、いかなる場合
においても回転変動の周波数の影響を受けずに燃焼を検
出することができる。この場合、燃焼指標は、固有周波
数帯域の限定された領域で表される。なお、第１次高調
波は内燃機関の回転数の周波数である。FIG. 10 shows the combustion state of the internal combustion engine and the spectral density of a characteristic natural frequency component. As can be seen, when the combustion of the internal combustion engine deteriorates, the spectrum in the combustion specific frequency (hereinafter referred to as the natural frequency) band increases. FIG. 11 shows the spectrum of each natural frequency of the internal combustion engine at the time of steady state and at the time of transition. When the internal combustion engine is in a steady state, the spectrum of the natural frequency representing the combustion state (for example, a frequency band of 10 Hz to 20 Hz) is not affected by other frequency bands. Frequency (for example, 10 Hz
１５15 Hz) overlap. Therefore, in the transient state, in any natural frequency band (10 Hz to 20 Hz) other than the frequency (transient frequency) band in which the spectrum of the frequency of the rotation fluctuation of the internal combustion engine overlaps, the frequency of the rotation fluctuation is not affected in any case. Combustion can be detected. In this case, the combustion index is represented by a limited area of the natural frequency band. The first harmonic is the frequency of the rotation speed of the internal combustion engine.
【００１９】図１２は、内燃機関の回転変動のサンプリ
ング方法の一例を示すものである。周波数解析は、出力
軸４回転間の回転変動列で行うが、燃焼指標を速やかに
判断するために４回転間の回転変動列を１８０°毎に周
波数解析を行うようにしている。すなわち、４回転間の
回転変動の周波数解析を１８０°づつ位相をずらせて周
波数解析を行うものである。FIG. 12 shows an example of a method for sampling the rotation fluctuation of the internal combustion engine. The frequency analysis is performed on the rotation fluctuation train between the four rotations of the output shaft. In order to quickly determine the combustion index, the frequency fluctuation analysis is performed on the rotation fluctuation train between the four rotations every 180 °. That is, the frequency analysis of the rotation fluctuation during four rotations is performed by shifting the phase by 180 °.
【００２０】図１３は、出力軸の回転数が変わったとき
の周波数解析のスペクトル位置を示している。本実施例
では、回転変動列を出力軸の角度同期でサンプルしてい
るため、回転数が変わったときは、同じ列のスペクトル
であっても、周波数の横軸が変化し、その時点の周波数
は異なったものとなる。従って、内燃機関の回転に対し
て角度サンプルでサンプルしているので、回転数が変化
するとスペクトルの個数が変化し、そのため燃焼指標の
積算するスペクトル列を換える必要がある。FIG. 13 shows a spectrum position in frequency analysis when the rotation speed of the output shaft changes. In the present embodiment, since the rotation fluctuation sequence is sampled by synchronizing the angle of the output shaft, when the rotation speed changes, the horizontal axis of the frequency changes even for the spectrum of the same column, and the frequency at that time changes. Will be different. Therefore, since the angle is sampled with respect to the rotation of the internal combustion engine, the number of spectra changes when the rotation speed changes, and therefore, it is necessary to change the spectrum sequence in which the combustion index is integrated.
【００２１】図１４は、周波数解析のスペクトルに、回
転変動要因以外のもの、例えば、坂道とか凸凹道とかの
外乱が重なった場合を示す。この場合は、式１に従って
補正をする。FIG. 14 shows a case where a disturbance other than a rotation fluctuation factor, for example, a disturbance such as a hill or a bumpy road overlaps the spectrum of the frequency analysis. In this case, the correction is performed according to Equation 1.
【００２２】[0022]
【式１】 (Equation 1)
【００２３】図１５は、図１４のスペクトル補正の制御
ブロックの１例を示している。スペクトル補正係数は、
回転数Ｎをもとに関数ｇのテーブル検索により行われ
る。図１５で得られた補正値を順にプロットしていく
と、図１４の点線で示した曲線が得られる。図１６は、
前述の方式に基づいて計算された、燃焼指標と空燃比の
関係を示している。空燃比を希薄側へ移行すると、燃焼
が不安定となり、これと同時に燃焼指標も大きくなって
いく。周波数解析のスペクトル計算の一例（フーリエ変
換）を式２に示す。なお、積算開始列は、出力軸の回転
数の関数となっている。FIG. 15 shows an example of a control block for spectrum correction of FIG. The spectral correction factor is
This is performed by searching the table of the function g based on the rotation speed N. When the correction values obtained in FIG. 15 are sequentially plotted, a curve indicated by a dotted line in FIG. 14 is obtained. FIG.
9 shows a relationship between a combustion index and an air-fuel ratio calculated based on the above-described method. When the air-fuel ratio shifts to the lean side, combustion becomes unstable, and at the same time, the combustion index increases. An example of the spectrum calculation (Fourier transform) of the frequency analysis is shown in Expression 2. Note that the integration start column is a function of the rotation speed of the output shaft.
【００２４】[0024]
【式２】 (Equation 2)
【００２５】図１７は、実際に車両走行中での内燃機関
の回転数、空燃比、燃焼指標の関係を示す。なお、燃焼
指標は、図４のブロック４０４の希薄燃焼限界検出とし
て、燃料制御している。従って、空燃比を希薄（リー
ン）側へ移行していくと、回転数が不安定となり、この
ため燃焼指標が大きくなる。燃焼指標が或る閾値を超え
ると、空燃比を濃化（リッチ）側へ戻すように制御して
いる。FIG. 17 shows the relationship among the number of revolutions of the internal combustion engine, the air-fuel ratio, and the combustion index during actual running of the vehicle. The combustion index is fuel-controlled as the detection of lean burn limit in block 404 in FIG. Therefore, when the air-fuel ratio shifts to the lean side, the rotational speed becomes unstable, and the combustion index increases. When the combustion index exceeds a certain threshold, the air-fuel ratio is controlled to return to the rich side.
【００２６】図１８は、本実施例の制御装置の燃料制御
のジェネラルフローチャートである。図１８において、
まず、熱式空気流量計からの吸入空気量、出力軸（エン
ジン）回転数、酸素濃度センサ出力をそれぞれ読み込む
（ステップ１８００、１８０１、１８０２）。これらの
パラメータをもとに、基本燃料量を計算する（ステップ
１８０３）。次に、ステップ１８０４で、理論空燃比領
域かどうかを判断し、理論空燃比領域であれば、酸素濃
度センサの出力にもとづき空燃比フィードバックを開始
し、第１の燃料量を計算する（ステップ１８０５、１８
０６）。理論空燃比領域外であれば、目標空燃比を検索
して希薄燃焼限界である燃焼指標を計算する（ステップ
１８０７、１８０８）。その後に希薄燃焼係数を検索し
希薄燃焼補正係数を計算し、第２の燃料噴射量を計算す
る（ステップ１８０９、１８１０、１８１１）。このよ
うに計算された噴射量は、ステップ１８１２で該燃料噴
射手段にセットされる。FIG. 18 is a general flowchart of the fuel control of the control device of the present embodiment. In FIG.
First, the intake air amount, the output shaft (engine) rotation speed, and the oxygen concentration sensor output from the thermal air flow meter are read (steps 1800, 1801, 1802). A basic fuel amount is calculated based on these parameters (step 1803). Next, at step 1804, it is determined whether or not the stoichiometric air-fuel ratio is within the stoichiometric air-fuel ratio range. If the stoichiometric air-fuel ratio is within the range, the air-fuel ratio feedback is started based on the output of the oxygen concentration sensor to calculate the first fuel amount (step 1805). , 18
06). If it is outside the stoichiometric air-fuel ratio range, the target air-fuel ratio is searched to calculate a combustion index which is a lean burn limit (steps 1807 and 1808). Thereafter, the lean burn coefficient is searched for, the lean burn correction coefficient is calculated, and the second fuel injection amount is calculated (steps 1809, 1810, 1811). The injection amount calculated in this way is set to the fuel injection means in step 1812.
【００２７】図１９は、出力軸の回転同期回転変動列サ
ンプルのジェネラルフローチャートを示す。まず、始動
直後かどうか判断し、始動直後であれば、カウンタ、フ
リーランタイマ等を初期化する。その後にカウンタをイ
ンクリメントする（ステップ１９００、１９０１、１９
０２）。次に、カウンタが閾値以上かどうかを判断し、
閾値以上になっていればフリーランタイマの値をラッチ
し、その値をＣＰＵ（演算装置）ヘ送る。その後、フリ
ーランタイマ、及びカウンタをリセットする（ステップ
１９０３、１９０４、１９０５、１９０６、１９０
７）。なお、ＲＴＩ（Return To Interrupt）は割り込
みがあったところから元に戻る記号である。FIG. 19 shows a general flow chart of a rotation synchronous rotation fluctuation sequence sample of the output shaft. First, it is determined whether or not it is immediately after starting, and if it is immediately after starting, a counter, a free-run timer, and the like are initialized. Thereafter, the counter is incremented (steps 1900, 1901, 19).
02). Next, determine whether the counter is above the threshold,
If it is equal to or greater than the threshold value, the value of the free-run timer is latched and the value is sent to the CPU (arithmetic unit). Thereafter, the free-run timer and the counter are reset (steps 1903, 1904, 1905, 1906, 190
7). Note that RTI (Return To Interrupt) is a symbol that returns from where an interrupt occurred.
【００２８】図２０は、出力軸２回転間の回転変動をも
とにした、燃料指標計算のジェネラルフローチャートを
示す。７２０°信号が入力されると、回転数時系列を入
力し、その列にフィルタリング処理を施し周波数解析を
行う（ステップ２０００、２００１、２００２、２００
３）。その後に、平均出力軸（エンジン）回転数を計算
し、この回転数をもとにスペクトル列を計算し、固有ス
ペクトルを分離する（ステップ２００４、２００５、２
００６）。その後に、スペクトルを積算し、燃焼指標を
計算する（ステップ２００７、２００８）。FIG. 20 is a general flowchart of the fuel index calculation based on the rotation fluctuation between two rotations of the output shaft. When a 720 ° signal is input, a time series of the number of rotations is input, and a filtering process is performed on the sequence to perform frequency analysis (steps 2000, 2001, 2002, and 200).
3). Thereafter, the average output shaft (engine) rotation speed is calculated, a spectrum train is calculated based on the rotation speed, and the eigen spectrum is separated (steps 2004, 2005, 2).
006). After that, the spectra are integrated and the combustion index is calculated (steps 2007 and 2008).
【００２９】第２１図は、出力軸４回転の回転変動列
を、１８０°ＣＡ（Crank Angle）毎に周波数解析し燃
焼指標を計算するジェネラルフローチャートを示す。１
８０°ＣＡ信号が入力されると、過去４回転分の回転変
動列を入力する（ステップ２１００、２１０１）。その
後の処理は、前記２０と同様であるので、重複する説明
は省略する。FIG. 21 is a general flowchart for calculating a combustion index by frequency-analyzing a rotation fluctuation sequence of four rotations of the output shaft at every 180 ° CA (Crank Angle). 1
When the 80 ° CA signal is input, a rotation fluctuation sequence for the past four rotations is input (steps 2100 and 2101). Subsequent processes are the same as those in the above-mentioned 20, and thus duplicate description will be omitted.
【００３０】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設
計変更を行うことが可能である。たとえば、図２、図３
の実施例では、デジタル演算装置で構成されているが、
アナログ演算装置で構成することも可能であることはい
うまでもない。Although the embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above embodiments, and various design changes can be made without departing from the present invention described in the appended claims. It is possible to do. For example, FIGS. 2 and 3
In the embodiment of the present invention, a digital arithmetic device is used,
Needless to say, it can be constituted by an analog arithmetic unit.
【００３１】また、内燃機関の出力軸の回転数を検出す
る手段は、内燃機関の出力軸から回転伝達手段を介した
軸上に円盤を設置し、その円盤上に等角度ごとに施され
たスリットと、光学式検出器から構成してもよいし、そ
の円盤上に等角度ごとに施されたスリットと光学式検出
器から構成してもよい。あるいは、同円盤の周囲に等角
度ごとに並べられたギアとギア列から一定間隔をおいて
設置された磁気式検出器から構成することも可能であ
る。The means for detecting the number of revolutions of the output shaft of the internal combustion engine is such that a disk is installed on the shaft from the output shaft of the internal combustion engine via rotation transmission means, and the disk is provided at equal angles on the disk. It may be constituted by a slit and an optical detector, or may be constituted by a slit and an optical detector provided at equal angles on the disk. Alternatively, it may be constituted by gears arranged at equal angles around the same disk and a magnetic detector arranged at a fixed interval from the gear train.
【００３２】さらに、内燃機関の回転数変動を検出する
手段は、一定時間内の出力軸の回転角度の時系列変数で
あってもよいし、また、固有周波数列は、内燃機関の吸
入する空気量に応じて列数を可変とすることも可能であ
る。Further, the means for detecting the change in the rotational speed of the internal combustion engine may be a time-series variable of the rotation angle of the output shaft within a certain period of time, and the natural frequency sequence may be the air intake air of the internal combustion engine. It is also possible to make the number of columns variable according to the amount.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明による内燃機関の希薄燃焼検出装置によれば、内燃機
関の過渡時においても、その影響を受けることなく燃焼
状態を検知することができるので、燃焼状態検出の複雑
な禁止領域を設定する手間を省くことができる。また、
燃焼状態検出制御用の過渡判断ロジック、センサ等を新
たに設置することもなく、簡素なシステムが実現でき
る。さらに、内燃機関の出力軸回転数回転間において、
燃焼状態を判断できるので、適切な燃料制御、点火制
御、若しくは、燃焼に影響を与える要因の制御を行うこ
とができる。As will be understood from the above description, according to the lean burn detection system for an internal combustion engine according to the present invention, it is possible to detect the combustion state without being affected even during the transition of the internal combustion engine. Therefore, it is possible to save the trouble of setting a complicated prohibited area for detecting the combustion state. Also,
A simple system can be realized without newly installing transient determination logic, sensors, and the like for combustion state detection control. Further, during the rotation speed of the output shaft of the internal combustion engine,
Since the combustion state can be determined, appropriate fuel control, ignition control, or control of factors affecting combustion can be performed.
【図１】 本発明の内燃機関回りの構成を示す説明図で
ある。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration around an internal combustion engine of the present invention.
【図２】 本発明の実施例の内燃機関制御装置の内部ブ
ロック図である。FIG. 2 is an internal block diagram of the internal combustion engine control device according to the embodiment of the present invention.
【図３】 本発明の実施例の内燃機関制御装置の内部ブ
ロック図の他の例である。FIG. 3 is another example of an internal block diagram of the internal combustion engine control device according to the embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の実施例の制御ブロック図である。FIG. 4 is a control block diagram of the embodiment of the present invention.
【図５】 本発明の内燃機関の出力軸の回転変動の１例
である。FIG. 5 is an example of rotation fluctuation of an output shaft of an internal combustion engine according to the present invention.
【図６】 本発明の制御装置の回転変動計測の制御ブロ
ックの１例である。FIG. 6 is an example of a control block for rotation fluctuation measurement of the control device of the present invention.
【図７】 本発明の制御装置の回転変動計測のタイミン
グチャートである。FIG. 7 is a timing chart of rotation fluctuation measurement of the control device of the present invention.
【図８】 本発明の制御装置の周波数解析を用いた燃焼
指標計算のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of a combustion index calculation using frequency analysis of the control device of the present invention.
【図９】 本発明の制御装置の燃焼指標計算の他のブロ
ック図である。FIG. 9 is another block diagram of a combustion index calculation of the control device of the present invention.
【図１０】 回転変動周波数成分と、内燃機関の燃焼度
合いの関係の図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a rotation fluctuation frequency component and a degree of combustion of an internal combustion engine.
【図１１】 内燃機関の過渡時と定常時の周波数成分の
図である。FIG. 11 is a diagram of frequency components of the internal combustion engine during transient and steady states.
【図１２】 本発明の制御装置の回転変動サンプリング
の１例である。FIG. 12 is an example of rotation fluctuation sampling of the control device of the present invention.
【図１３】 内燃機関の回転数が変わったときの周波数
成分のスペクトル列の変化の１例の図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a change in a spectrum sequence of frequency components when the rotational speed of the internal combustion engine changes.
【図１４】 回転変動周波数成分に外乱の影響が重なっ
た１例である。FIG. 14 is an example in which the influence of disturbance overlaps the rotation fluctuation frequency component.
【図１５】 回転変動周波数成分の外乱補償ロジックの
１例である。FIG. 15 is an example of disturbance compensation logic of a rotation fluctuation frequency component.
【図１６】 本発明の制御装置の空燃比と燃焼指標の関
係の図である。FIG. 16 is a diagram showing a relationship between an air-fuel ratio and a combustion index of the control device of the present invention.
【図１７】 本発明の内燃機関の回転数と空燃比、及び
燃焼指標の関係の図である。FIG. 17 is a diagram showing the relationship among the rotation speed, the air-fuel ratio, and the combustion index of the internal combustion engine of the present invention.
【図１８】 本発明の制御装置の燃料制御のジェネラル
フローチャートの１例である。FIG. 18 is an example of a general flowchart of fuel control of the control device of the present invention.
【図１９】 本発明の制御装置の回転変動取り込みのジ
ェネラルフローチャートである。FIG. 19 is a general flowchart of rotation fluctuation capture of the control device of the present invention.
【図２０】 本発明の制御装置の燃焼指標の計算のジェ
ネラルフローチャートの１例である。FIG. 20 is an example of a general flowchart for calculating a combustion index by the control device of the present invention.
【図２１】 本発明の制御装置の燃焼指標の計算のジェ
ネラルフローチャートの他の例である。FIG. 21 is another example of a general flowchart for calculating a combustion index by the control device of the present invention.
１００：内燃機関、１０２：熱式空気流量計、１０３：
絞り弁開度センサ、１０５：燃料噴射弁、１０６：点火
栓、１０７：酸素濃度センサ、１０９：リングギア、１
１０：磁気式検出器、２００：ドライバ回路、２０１：
入出力回路、２０２：演算回路、２０３：ＲＯＭ，２０
４：ＲＡＭ，２０５：バックアップ回路、３０１：信号
処理専用集積回路100: internal combustion engine, 102: thermal air flow meter, 103:
Throttle valve opening sensor, 105: fuel injection valve, 106: spark plug, 107: oxygen concentration sensor, 109: ring gear, 1
10: magnetic detector, 200: driver circuit, 201:
I / O circuit, 202: arithmetic circuit, 203: ROM, 20
4: RAM, 205: backup circuit, 301: integrated circuit dedicated to signal processing
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−19344（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 45/00 368 F02D 45/00 362 F02D 41/04 330 F02P 5/15 (56) References JP-A-4-19344 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F02D 45/00 368 F02D 45/00 362 F02D 41/04 330 F02P 5/15
Claims (8)
段と、 前記出力軸の回転数から回転変動を検出する手段と、 前記出力軸の回転変動の時系列変数から固有周波数列を
検出する手段と、 前記固有周波数列の値から内燃機関の燃焼状態の指標を
取得する手段と、 前記内燃機関の燃焼状態の指標をもとに内燃機関の燃焼
の支配的要因を制御する手段とを備え、 前記固有周波数列は、内燃機関の回転軸の回転数に応じ
て、列数を可変とすることを特徴とする内燃機関の希薄
燃焼検出装置。1. A means for detecting a rotation speed of an output shaft of an internal combustion engine; a means for detecting rotation fluctuation from the rotation speed of the output shaft; and a natural frequency sequence detected from a time-series variable of the rotation fluctuation of the output shaft. Means for acquiring an index of the combustion state of the internal combustion engine from the value of the natural frequency sequence, and means for controlling a dominant factor of combustion of the internal combustion engine based on the index of the combustion state of the internal combustion engine. The lean combustion detection device for an internal combustion engine, wherein the natural frequency sequence is variable in number according to the rotation speed of a rotating shaft of the internal combustion engine.
段と、 前記出力軸の回転数から回転変動を検出する手段と、 前記出力軸の回転変動の時系列変数から固有周波数列を
検出する手段と、 前記固有周波数列の値から内燃機関の燃焼状態の指標を
取得する手段と、 前記内燃機関の燃焼状態の指標をもとに内燃機関の燃焼
の支配的要因を制御する手段とを備え、 前記固有周波数列は、内燃機関の吸入する空気量に応じ
て、列数を可変とすることを特徴とする内燃機関の希薄
燃焼検出装置。2. A means for detecting a rotation speed of an output shaft of an internal combustion engine; a means for detecting rotation fluctuation from the rotation speed of the output shaft; and a natural frequency sequence detected from a time-series variable of the rotation fluctuation of the output shaft. Means for acquiring an index of the combustion state of the internal combustion engine from the value of the natural frequency sequence, and means for controlling a dominant factor of combustion of the internal combustion engine based on the index of the combustion state of the internal combustion engine. The lean combustion detection device for an internal combustion engine, wherein the number of the natural frequency sequences is variable according to the amount of air taken into the internal combustion engine.
段と、 前記出力軸の回転数から回転変動を検出する手段と、 前記出力軸の回転変動の時系列変数から固有周波数列を
検出する手段と、 前記固有周波数列の値から内燃機関の燃焼状態の指標を
取得する手段と、 前記内燃機関の燃焼状態の指標をもとに内燃機関の燃焼
の支配的要因を制御する手段とを備え、 前記燃焼状態の指標を取得する手段は、前記固有周波数
列のスペクトルの積算値であることを特徴とする内燃機
関の希薄燃焼検出装置。3. A means for detecting the rotation speed of the output shaft of the internal combustion engine; a means for detecting rotation fluctuation from the rotation speed of the output shaft; and detecting a natural frequency sequence from a time-series variable of the rotation fluctuation of the output shaft. Means for acquiring an index of the combustion state of the internal combustion engine from the value of the natural frequency sequence, and means for controlling a dominant factor of combustion of the internal combustion engine based on the index of the combustion state of the internal combustion engine. The lean combustion detection device for an internal combustion engine, wherein the means for acquiring the index of the combustion state is an integrated value of the spectrum of the natural frequency sequence.
段は、出力軸の一定回転角度を回転するときの所要時間
の時系列変数であることを特徴とする請求項１乃至３の
いずれか一項に記載の内燃機関の希薄燃焼検出装置。4. A method according to claim 1, wherein said means for detecting a change in the rotation speed of the internal combustion engine is a time-series variable of a required time when the output shaft rotates at a fixed rotation angle. The lean burn detection device for an internal combustion engine according to claim 1.
段は、一定時間内の出力軸の回転角度の時系列変数であ
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記
載の内燃機関の希薄燃焼検出装置。5. The method according to claim 1, wherein the means for detecting a change in the rotation speed of the internal combustion engine is a time-series variable of a rotation angle of an output shaft within a predetermined time. Lean combustion detection device for an internal combustion engine.
火時期であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
か一項に記載の内燃機関の希薄燃焼検出装置。6. The lean combustion detection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the dominant factor of the combustion is an ignition timing of the internal combustion engine.
給燃料量であることを特徴とする請求項１乃至３のいず
れか一項に記載の内燃機関の希薄燃焼検出装置。7. The lean combustion detection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the dominant factor of the combustion is a fuel amount supplied to the internal combustion engine.
給燃料量計算に計量されない空気量制御であることを特
徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機
関の希薄燃焼検出装置。8. The lean internal combustion engine according to claim 1, wherein the dominant factor of the combustion is an air amount control that is not measured in a calculation of a supplied fuel amount of the internal combustion engine. Combustion detector.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP31002492A JP3325057B2 (en) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | Lean combustion detector for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
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| JPH06159130A JPH06159130A (en) | 1994-06-07 |
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|---|---|---|---|---|
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1992
- 1992-11-19 JP JP31002492A patent/JP3325057B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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