JP3563435B2

JP3563435B2 - 気筒別燃焼制御方法

Info

Publication number: JP3563435B2
Application number: JP08947294A
Authority: JP
Inventors: 隆弘飯田; 守人浅野; 定夫高木; 俊夫山本
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 1994-04-27
Filing date: 1994-04-27
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2019-09-08
Also published as: JPH07293306A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主として自動車用の多気筒エンジンにおいて発生する気筒間の燃焼ばらつきを改善する気筒別燃焼制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、燃料噴射式の多気筒エンジンでは、燃料噴射弁の公差やインテークマニホルドからの吸入空気量の差、さらには残留混合気量の違いや点火時期のずれなどにより、各気筒毎に微妙に燃焼具合が異なることがある。通常、燃焼のばらつきは、どのような原因により発生しているのか判定し難い場合が多い。そして、燃焼のばらつきにより、エンジンの安定性が低下し、振動を発生したり、エンジン回転の収束性を悪化させたりすることがある。
【０００３】
このような気筒間の燃焼のばらつきを解消するために、例えば、特開平５−１８２９７号公報に記載の内燃機関の希薄燃焼制御装置のように、イオン電流が機関の正常燃焼範囲を越えるレベルの時、及びその範囲を下回るレベルの時に、イオン電流を検出した気筒の目標空燃比をリッチ側に移行させて、気筒毎にばらつく空燃比をそれぞれ安定運転できる限界に近付くように制御するものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃焼のばらつきは、常に空燃比が各気筒毎にばらついていることにより発生しているとは限っておらず、上記公報のように空燃比を検出して、気筒の目標空燃比を移行させて空燃比を制御するのみでは解消しない場合もある。つまり、ばらつきを発生させる原因は、上記したように種々の事柄が考えられ、それらが単独であるいはいくつかが組み合わさって発生しているのかどうか、検出しにくい場合があり、単に空燃比のみを制御してもばらつきを抑制できない場合もあり得る。
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本願の請求項１に係る発明の気筒別燃焼制御方法は、多気筒のエンジンのそれぞれの燃焼室内に点火毎にイオン電流を流し、流れたイオン電流の最大値と積分値とを各気筒毎に計測し、計測した最大値と積分値とに基づいて各気筒が略同一のトルクとなるようにその気筒の燃料噴射量を補正することを特徴とするものである。
【０００６】
また、本願の請求項２に係る発明の気筒別燃焼制御方法は、多気筒のエンジンのそれぞれの燃焼室内に点火毎にイオン電流を流し、流れたイオン電流の最大値と積分値と最大値の発生した位置とを各気筒毎に計測し、計測した最大値と積分値と最大値の発生した位置とに基づいて各気筒が略同一のトルクとなるようにその気筒の燃料噴射量と点火時期とを補正することを特徴とするものである。
【０００７】
本願の請求項２に係る発明において、最大値の発生した位置とは、イオン電流が流れて最大値を記録した時点を意味し、代表的には、イオン電流が流れて後、基準となる時刻から計測した時間で表すことが好ましい。
【０００８】
また、本願におけるイオン電流の最大値と積分値と最大値の発生した位置とは、個々のものを計測して得られた値をそのまま採用するものであってもよいが、測定ミスや特異な結果の採用を防止するために、計測により得られた値の平均値（移動平均値等）を採用することが好ましい。
【０００９】
【作用】
本願の請求項１に係る発明であれば、気筒毎に計測したイオン電流の最大値と積分値とから、各気筒毎の燃焼状態を判断することができる。すなわち、イオン電流の最大値は、空燃比と略反比例して変化するもので、またその積分値はトルクと比例して変化するので、各気筒毎に計測した最大値及び積分値に基づいて燃料噴射量を補正すれば、各気筒の燃焼のばらつきを修正して安定した燃焼を得ることができる。
【００１０】
また、本願の請求項２に係る発明であれば、上記したイオン電流の最大値及び積分値に加え、最大値の発生した位置とから、より詳細に各気筒毎の燃焼状態を判断することができる。すなわち、イオン電流の最大値の発生した位置についても、上記した積分値とほぼ同傾向に、点火時期に略比例して変化するもので（図４に示す）、各気筒毎に計測した最大値、積分値及び最大値の発生した位置とに基づいて燃料噴射量及び点火時期を補正すれば、空燃比のずれ及び点火時期のずれの要因に対しても各気筒の燃焼のばらつきを修正して安定した燃焼を得ることができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に概略的に示したエンジン１００は自動車用の４気筒のもので、その吸気系１には図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられている。サージタンク３に連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、この燃料噴射弁５を、電子制御装置６により後述する基本噴射量ＴＰに基づいて開成制御するようにしている。そして、燃焼室１０の天井部分に対応する位置には、スパークプラグ１８が取り付けてある。また排気系２０には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ_２センサ２１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒２２の上流の位置に取り付けられている。エンジン１００は、この実施例のように４気筒に限定されるものではなく、６気筒や１２気筒のものであってもよい。
【００１３】
電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されており、その入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力を検出するための吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａ、エンジン１００の回転状態を検出するためのカムポジションセンサ１４から出力される気筒判別信号Ｇ１とクランク角度基準位置信号Ｇ２とエンジン回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１５から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６からのＬＬ信号ｄ、エンジンの冷却水温を検出するための水温センサ１７からの水温信号ｅ、上記した空燃比センサ２１からの電流信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆが、またスパークプラグ１８に対してイグニッションパルスｇが出力されるようになっている。なお、図示しないが、電子制御装置６には、アナロク信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が内蔵されている。
【００１４】
またスパークプラグ１８には、高圧ダイオード２３を介してイオン電流を測定するためのバイアス用電源２４及びイオン電流測定用回路２５が接続されている。このバイアス用電源２４を含むイオン電流測定用回路２５それ自体は、当該分野で知られている種々のものが使用できる。このバイアス用電源２４及びイオン電流測定用回路２５は、各気筒に対応して、すなわち気筒数と同数（この実施例では４回路）が設けられ、それぞれ独立して動作するものである。
【００１５】
電子制御装置６には、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａとカムポジションセンサ１４から出力される回転数信号ｂとをおもな情報とし、エンジン状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間ＴＰを補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間Ｔを決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。また、このプログラムでは、多気筒のエンジン１００のそれぞれの燃焼室１０内に点火毎にイオン電流を流し、流れたイオン電流の最大値と積分値と最大値の発生した位置とを各気筒毎に計測し、計測した最大値と積分値と最大値の発生した位置とに基づいて各気筒が略同一のトルクとなるようにその気筒の燃料噴射量と点火時期とを補正するようにプログラムされており、具体的には、計測した各気筒毎の最大値と積分値と最大値の発生した位置に対するそれぞれの基準となる基準最大値と基準積分値と基準位置とを演算し、気筒毎に計測した最大値と基準最大値とを、気筒毎に計測した積分値と基準積分値とを、さらに計測した最大値の発生した位置と基準位置とをそれぞれ比較し、比較により得られた結果に基づいてその気筒の燃料噴射量と点火時期とを補正するようにプログラムされている。
【００１６】
この気筒別燃焼制御プログラムの概要は図２に示すようなものである。
【００１７】
イオン電流は、点火直後にバイアス用電源２４からスパークプラグ１８にバイアス電圧を印加すると、図３に示すように、正常燃焼の場合、イオン電流は急激に流れた後、上死点ＴＤＣ手前で減少した後再び増加し、燃焼圧が最大となるクランク角近傍でイオン電流の値が最大となるピーク値になるようにして、燃焼室１０内に流れる。このような挙動を示すイオン電流を各気筒とも点火毎に計測し、その最大値であるピーク値と、積分値と、最大値が発生した位置であるピーク位置とを求める。この実施例では、気筒毎のピーク値、積分値及びピーク位置はそれぞれ、その平均値を演算して求めるもので、計測した値（サンプル値）をそのまま採用するものではない。
【００１８】
イオン電流は、エンジン回転数ＮＥに応じて設定されるＡ／Ｄ変換周期（クランク角に基づく単位）で上死点ＴＤＣからＡ／Ｄ変換を開始してアナログ電流値をディジタルデータである変換値とし、得られた変換値を上死点ＴＤＣから順に昇順となるデータ番号ＤＴｎを付して記憶装置８のＲＡＭに記憶する。記憶された変換値は、その都度その時点の最大値と比較されて、最大値となった変換値に最大値のフラグを付して別に記憶する。Ａ／Ｄ変換は、上死点ＴＤＣから所定の時間、例えばクランク角に換算して３０°ＣＡだけ行うようにする。
【００１９】
検出された変換値の内、フラグの付されたデータ番号ＤＴｐを検出し、その変換値を今回のピーク値のサンプル値ＡＩＯＮＰＫとする。また、このピーク値のサンプル値ＡＩＯＮＰＫのデータ番号ＤＴｐに変換周期を乗ずることにより、サンプル値ＡＩＯＮＰＫのピーク位置のサンプル値ＦＩＯＮＰＯを計測する。さらに、Ａ／Ｄ変換した全ての変換値を合計して、積分値のサンプル値ＦＩＯＮＩＲを演算する。
【００２０】
以上のようにして、各気筒の点火毎に、ピーク値、積分値及びピーク位置のそれぞれのサンプル値ＡＩＯＮＰＫ、ＦＩＯＮＩＲ及びＦＩＯＮＰＫを計測し、次に説明する処理により点火時期及び基本噴射量ＴＰを制御する。
【００２１】
図２において、ステップＳ１では、気筒の判別を行い、ｋ気筒であればステップＳ２に進み、そうでない場合はステップＳ６に移行する。ステップＳ２では、上記したそれぞれのサンプル値ＡＩＯＮＰＫ、ＦＩＯＮＩＲ及びＦＩＯＮＰＫより、今回の気筒別イオンピーク値（以下、ピーク値と記す）ＡＩＯＮＰＫＡＶｋ、気筒別イオン積分値（以下、積分値と記す）ＦＩＯＮＩＲＡＶｋ及び気筒別イオンピーク位置（以下、ピーク位置と記す）ＦＩＯＮＰＯＡＶｋを計算し、その結果を記憶装置８に記憶する。ピーク値ＡＩＯＮＰＫＡＶｋ、積分値ＦＩＯＮＩＲＡＶｋ及びピーク位置ＦＩＯＮＰＯＡＶｋの演算式は、下記のとおりである。なお、以下に記載する式において、ｎは気筒数で、この実施例の場合には４である。
【００２２】
【数１】

【数２】

【数３】

ステップＳ３では、基準最大値である全気筒のピーク平均値ＡＩＯＮＰＫＡＶ、基準積分値である積分平均値ＦＩＯＮＩＲＡＶ及び基準位置であるピーク平均位置ＦＩＯＮＰＯＡＶを、下式により計算する。なお、ピーク平均値ＡＩＯＮＰＫＡＶ、積分平均値ＦＩＯＮＩＲＡＶ及びピーク平均位置ＦＩＯＮＰＯＡＶの初期値は、テストにて得た適合値とする。
【００２３】
【数４】

【数５】

【数６】

ステップＳ４では、ピーク平均値ＡＩＯＮＰＫＡＶとピーク値ＡＩＯＮＰＫＡＶｋ、積分平均値ＦＩＯＮＩＲＡＶと積分値ＦＩＯＮＩＲＡＶｋ及びピーク平均位置ＦＩＯＮＰＯＡＶと及びピーク位置ＦＩＯＮＰＯＡＶｋとの差である、ピーク差分ＤＡＩＯＮＰＫ、積分差分ＤＦＩＯＮＩＲ及びピーク位置差分ＤＦＩＯＮＰＯを演算し、得られたピーク差分ＤＡＩＯＮＰＫからピーク値補正係数ＣＡＩＯＮＰＫを、積分差分ＤＦＩＯＮＩＲから積分補正係数ＣＦＩＯＮＩＲを、ピーク位置差分ＤＦＩＯＮＰＯからピーク位置補正係数ＣＦＩＯＮＰＯをそれぞれ決定する。
【００２４】
ピーク値補正係数ＣＡＩＯＮＰＫ、積分補正係数ＣＦＩＯＮＩＲ及びピーク位置補正係数ＣＦＩＯＮＰＯは、それぞれ１次元マップに設定されており、補間計算により求めるものである。ピーク値補正係数ＣＡＩＯＮＰＫは、ピーク値差分ＤＡＩＯＮＰＫが０の場合は０に、正の値の場合には基本噴射時間ＴＰを増加する値に、また負の値の場合には減じる値に設定され、積分補正係数ＣＦＩＯＮＩＲは、積分差分ＤＦＩＯＮＩＲが０の場合は０に、正の値の場合には基本噴射時間ＴＰを減じる値に、また負の値の場合には増加する値に設定され、ピーク位置補正係数ＣＦＩＯＮＰＯは、ピーク位置差分ＤＦＩＯＮＰＫが０の場合は０に、正の値の場合には最終点火時期ＡＥＳＡを進角する値に、また負の値の場合には遅角する値に設定されている。
【００２５】
ステップＳ５では、得られたピーク位置補正係数ＣＦＩＯＮＰＯにより最終点火時期ＡＥＳＡを補正し、かつ得られた積分補正係数ＣＦＩＯＮＩＲ及びピーク値補正係数ＣＡＩＯＮＰＫにより基本噴射時間ＴＰを補正する。
【００２６】
ＡＥＳＡ＝ＡＥＳＡ＋ＣＦＩＯＮＰＯ …（７）
ＴＰ＝ＴＰ＋ＣＦＩＯＮＩＲ＋ＣＡＩＯＮＰＫ …（８）
ステップＳ６では、ｋ気筒の次の気筒（ｋ＋１）か否かを判定し、次の気筒である場合は、上記したステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４及びステップＳ５に相当する手順を実行し、そうでない場合はステップＳ６に相当するステップを実行する。以下、それぞれの気筒が判別されるまでこれを繰り返す。
【００２７】
このような構成において、カムポジションセンサ１４から出力される気筒判別信号Ｇ１によりｋ気筒が判別された場合、制御は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５と進み、得られたピーク値補正係数ＣＡＩＯＮＰＫ、積分補正係数ＣＦＩＯＮＩＲ及びピーク位置補正係数ＣＦＩＯＮＰＯにより最終点火時期ＥＡＳＡ及び基本噴射時間ＴＰを補正して、ｋ気筒のトルクを他の気筒に合致するように制御する。このような制御を各気筒毎に実行することにより、それぞれの気筒は、最終点火時期ＥＡＳＡと基本噴射時間ＴＰ言い換えれば燃料噴射量（空燃比）が同時に補正されて、気筒間のトルクの差が是正され、燃焼のばらつきが抑制される。したがって、各気筒の燃焼に差がなくなり、全体の安定性を向上させることができる。
【００２８】
なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではない。すなわち、上記実施例においては、最終点火時期ＥＡＳＡと基本噴射時間ＴＰとを補正するものを説明したが、基本噴射時間ＴＰつまり空燃比を単独で補正するものであってもよい。この場合、上記実施例において、ステップＳ２においてピーク位置ＦＩＯＮＰＯＡＶｋの計算を削除し、ステップＳ３においてピーク平均位置ＦＩＯＮＰＯＡＶの計算を削除し、ステップＳ４においてピーク位置差分ＤＦＩＯＮＰＯの計算を削除してピーク位置補正係数ＣＦＩＯＮＰＯを決めず、かつステップＳ５において最終点火時期ＥＡＳＡの演算を行わないフローチャートとすればよい。この他の実施例の場合、基本噴射時間ＴＰのみを補正するものであるが、ピーク値ＡＩＯＮＰＫＡＶｋと積分値ＦＩＯＮＩＲＡＶｋとから実質的に空燃比とトルクとを検出し、全気筒に対するずれを演算して増減補正を行っているので、ずれがある場合に単に増量補正するものに比較して、その時の燃焼状態に対応した補正を行うことができ、空燃比を悪化させることなく燃焼のずれを制御することができる。
【００２９】
その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本願の請求項１及び請求項２に係る発明は、以上に詳述したように、イオン電流の特性（最大値、積分値及び最大値の発生する位置）を計測して、それぞれの気筒毎に全体に対する燃焼状態を把握し、その結果に基づいて燃料噴射量、燃料噴射量及び点火時期を補正するので、それぞれの気筒を略同一のトルクを発生する燃焼状態に制御することができ、その結果、振動の発生やエンジン回転の収束性の悪化を防止し、安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略構成説明図。
【図２】同実施例の制御手順を示すフローチャート。
【図３】同実施例の燃焼圧とイオン電流とのクランク角に対する変化を示すグラフ。
【図４】本発明の作用を説明するためのイオン電流の最大値と空燃比、最大値の発生する位置と点火時期及び積分値とトルクのそれぞれの関係を概略的に示すグラフ。
【符号の説明】
５…燃料噴射弁
６…電子制御装置
７…中央演算処理装置
８…記憶装置
９…入力インターフェース
１０…燃焼室
１１…出力インターフェース
２４…バイアス用電源
２５…イオン電流測定用回路

Claims

多気筒のエンジンのそれぞれの燃焼室内に点火毎にイオン電流を流し、
流れたイオン電流の最大値と積分値とを各気筒毎に計測し、
計測した最大値と積分値とに基づいて各気筒が略同一のトルクとなるようにその気筒の燃料噴射量を補正することを特徴とする気筒別燃焼制御方法。
多気筒のエンジンのそれぞれの燃焼室内に点火毎にイオン電流を流し、
流れたイオン電流の最大値と積分値と最大値の発生した位置とを各気筒毎に計測し、
計測した最大値と積分値と最大値の発生した位置とに基づいて各気筒が略同一のトルクとなるようにその気筒の燃料噴射量と点火時期とを補正することを特徴とする気筒別燃焼制御方法。