JPH01211655A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は内燃機関の燃焼状態を制御する内燃機関の制
御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

内燃機関の燃焼状態を制御する装置として、例えば筒内
圧センサによってノック発生を検出し、点火時期や空燃
比や過給圧等の燃焼制御パラメータをノックが発生しな
い方向へ制御するものがある。例えば公開特許公報（昭
６１−２１５９４２号）には複数気筒の工〉ジンにおい
て気筒毎に筒内圧センサを設置し、これらの筒内圧セン
サの出力信号から各気筒のノック発生を検出し、その検
出信号に応じて点火時期をノックが発生する限界点に制
御することが示されている、 〔発明が解決しようとする課題〕 しかるに上述のような従来の制御装置においては工〉ジ
ンの金気筒のノック振動をエンジンブロック等に設置さ
れた１つの振動センサによって検出する方法に比べて、
直接筒内圧からノック振動を検出するため高感度の検出
が可能になる反面、エンジンの気筒数分の筒内圧センサ
が必要でコストアップを招き、また、センサの信号処理
も複雑になるという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、
複数気筒のエンジンにおいて、最小限の個数のセンサに
よって燃焼状態を高感度に検出し、複数の燃焼制御パラ
メータの制御を効率よく行うことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕〔作用〕上記目的を達成
するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、複数
気筒の内燃機関において、少くとも１つの特定気筒の燃
焼状態を検出し、第１の運転領域では特定気筒の燃焼に
関する第１の燃焼制御パラメータを予め特定気筒以外の
第１燃焼制御パラメータとは異なる値に設定し、上記燃
焼状態検出によって特定気筒に関する第１の燃焼制御パ
ラメータを制御し、この制御量あるいは上記検出量に応
じて他の気筒に関する第１の燃焼制御パラメータを制御
し、また第２の運転領域では第２の燃焼制御パラメータ
を特定気筒について異なる値に設定するとともに制御し
、この制御量あるいは上記検出量に応じて他の気筒に関
する第２の燃焼制御パラメータを制御するものである。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明の一実施例のブロック構成図を示す。第
１図において、（１）は直列に第１気筒から第４気筒ま
での４気筒を配置したエンジンであり、それぞれの気筒
には吸気管に燃料を噴射するインジェクタ（２１）−（
２（イ）が装置され、また、それぞれの気筒の点火プラ
グには点火コイル（３１）〜（３４）が接続されている
。（４）は筒内圧センサであり、特に第１気筒のみに設
置されている。（５）はエンジンのカム軸に取り付けら
れたクランク角センサであり、クランク角度信号と気筒
識別信号とを出力する。

（６）ハ吸入圧カセンサであり、エンジンの吸気マニホ
ールド内の気圧を測定する。（γ）はエアーフローセン
サであり、エンジンの吸入空気量を測定する。

（８）は制御回路であり、破線内にその構成をなすブロ
ック図を示す。（８１）は筒内圧センサ（４）の出力信
号を電圧値に変換するチャージアンプ、（８２）はチャ
ージアンプの出力信号の最大電圧値を点火毎に更新保持
するピークホールド回路、（８３）はチャージアンプ（
８１）を経た筒内圧センサ（４）の出力信号からノック
発生の有無を判別し、ノック発生量に応じた信号を出力
するノック検出回路、（８４）はＡ／Ｄ変換器であり、
ノック検出回路（８３）と吸入圧力センサ（６）とエア
ーフローセンサ（γ）から出力されるアナログ信号をデ
ィジタル信号に変換する。（８５）はマイクロコンピュ
ータであり、内部にＣＰ　Ｕ　（８５１）、ＲＯＭ　（
８５２）、ＲＡ　）ａ　（８５３）　、入出力ポート（
８５４）、出カポ−）　（８５５）を有する。入出力ボ
ート（’８５４）はＡ／Ｄ変換器（８４）とクランク角
センサ（５）に接続され、出カポ−）　（８５５）はイ
ンジェクタ駆動回路（８６）及び点火装置（８７）に接
続される。インジェクタ駆動回路（４５）ハエアーフロ
ーセンザ（７）　（Ｄ　吸入空気量の信号を基にマイク
ロコンピュータ（８５）の演算指令に従ってインジェク
タ（２１１−ｃ！（イ）を駆動し、点火装置（８７）は
さらに点火コイル（３１）〜（３４）に接続され、クラ
ンク角センサ（５）のクランク角度倍信号と気筒識別信
号を基にマイクロコンピュータ（８５）の演算指令によ
って各気筒の点火を行う。

ここで、筒内圧センサ（４）は例えばリング状の圧電タ
イプの筒内圧センサを用いることができる。

この筒内圧センサ（４）は第２図に示すようにエンジン
（１）の燃焼気筒の土壁をなすシリンダヘッド（９）と
点火プラグα句との間に装着される。筒内圧センサ（４
）の出力信号は第３図に示すように燃焼室内の圧力を示
し、そこからは燃焼状態にかかわる圧力の絶対値やその
変動、そしてノック発生による圧力振動等を検知するこ
とができ、燃焼状態検出器として用いられている。

圧電タイプの筒内圧センサからは筒内圧信号が電荷量と
して出力されるため、チャージアンプ（８１）で電圧値
に変換される。そして、ピークホールド回路（８２）は
筒内圧力信号における燃焼最大圧力点（第３図のＡ点）
におけるチャージアンプ（８１）の出力電圧をホールド
する。このホールド電圧はマイクロコンピュータ（８５
）で演算される所定クランク角度信号によって点火サイ
クル毎にリセツトされる。

また、ノック検出回路（８３）は第４図に示すように、
バンドパスフィルタ（８３１Ｌ／イズレベル検出器（８
３２）　、比較器（８３３）　、積分器（８３４）で構
成される。まず筒内圧センサ（４）の出力信号はチャー
ジアンプ（８１）によって電圧値に変換され、ノくンド
パスフィルタ（８３１）によってノックによる圧力振動
成分を抽出し、さらにバンドパスフィルタ（８３１）の
出力信号に含まれるノック以外のノイズ成分を除去する
ためのスレッショルド電圧をノイズレベル検出器（８３
２）で発生させ、比較器（８３３）によってバンドパス
フィルタ（８３１）の出力信号とノイズレベル検出器（
８３２）のスレッショルド電圧とを比較し、ノックによ
る圧力振動成分のみを検出する。そして、積分器（８３
４）によって比較器（８３３）の出力信号を積分する。

その故、ノック検出回路（８３）はノックの発生量に応
じ庭電圧を出力する。

次に上記実施例の制御動作を説明する。第５図はマイク
ロコンピュータ（８５）のＲＯＭ　（８５２）に記憶さ
れた制御プログラムを表わすフローチャートである。ま
ず、キースイッチによって制御回路（８）Ｋ電源が投入
されるとステップ（１０１）よりスタートし、ステップ
（１０２）が実行される。このステップ（１０２）では
入出力ポートを入力モードあるいは出力モードに設定し
、さらにＲｐ、　Ｍ　（４３３）のデータをクリアした
後、必要なデータを初期設定する。

ＲＡ　Ｍ　（８５３）は第５図の制御プログラムにおけ
る計算データを一時的に記憶するためのものである。

ステップ（１０３）ではクランク角センサ（５）のクラ
ンク角度信号からエンジン（１）の回転数Ｎを計算し、
吸気圧力センサ（６）の出力値からエンジン（１）の負
荷りを、またエアーフローセンサ（））の出力値から吸
入空気量Ａを計算する。そして、ステップ（１０４）は
ＲＯＭ　（８５２）に記憶されている回転数と負荷によ
る基本点火時期のマツプからステップ（１０３）で計算
された回転数Ｎと負荷りに対応する基本点火時期データ
θＢを、また、基本燃料噴射量のマツプから吸入空気量
Ａに対応する基本燃料噴射量ＱＢを読み出す。ステップ
（１０５）では負荷りから燃焼パラメータの制御を行う
運転領域か否かを判定し、負荷りが所定値Ｌｌと５２０
間にある場合には非制御領域と判定しステップ（１０６
）に進み、燃料噴射量ＱをＱＢとして、また点火時期θ
をθＢとしてステップ（１０７）で燃料噴射量及び点火
時期を設定し、インジェクタ駆動回路（８６）及び点火
装置（８７）にそれぞれ燃料噴射時間及び点火時期の指
令を送る。その後、ステップ（１０３）に戻り、ルーチ
ンの実行を繰り返す。

ところで、前述したステップ（１０５）で制御領域（負
荷りがＬ１以上または５２未満）と判定された場合には
ステップ（１０８）に移行する。ステップｑ０８）では
制御領域が高負荷側か否かを判定する。負荷りが所定値
Ｌ２未満の軽負荷領域と判定された場合には後述するス
テップ（１２０）に移行する。また、負荷りが所定値５
１以上の高負荷領域と判定された場合にはステップ（１
０９）に進む。ステップ（１０９）ではクランク角セン
サ（５）の気筒識別信号から現在点火時期演算の対象と
なる気筒を識別する。そして、ステップ（１１０）でス
テップ（：＋０９）で識別された気筒が第１気筒か否か
を判定し、第１気筒でない場合には後述するステップ（
１１６）に移行する。

また、第１気筒の場合にはステップ（１１１）に進み、
ここで第１気筒の基本点火時期をステップ（１０４）で
読み出されたθＢに所定の遅角量θＲを加えた新たなθ
Ｂに再設定する。つまり、第１気筒の基本点火時期を他
の気筒の基本点火時期よりも所定値だけ遅角側に設定す
ることにより、ノックの発生しやすい条件にする。次に
、ステップ（ｕ３）では、第１気筒の所定クランク角度
毎にサンプリングしＲＡ　Ｍ　（８５３）　Ｋスト了し
たノック検出回路（４１）の出力データからノックが発
生したか否かを判定し、ノック有と判定された場合には
ステップ（１１４）に進み、後述するタイマカウンタを
クリアする。さらにステップ（１１５）に進み、点火時
期の遅角制御量θＲを所定角度Δθだけ加算更新する。

そして、ステップ（１１６）では基本点火時期θＢから
遅角制御量θＲを減じた最終的な点火時期の計算が行わ
れ、ステップ（１０７）で点火時期が設定される。その
結果、第１気筒の点火時期が遅角制御され、ノックの発
生が抑制される。一方、ステップ（１１３）においてノ
ック無と判定された場合にはステップ（１１７）に移行
する。ステップ（１１７）ではタイマカウンタの計数値
Ｍが所定の計数値Ｍ１以上か否かを判定する。ここでタ
イマカウンタはＯＰ　Ｕ　（８５１）を動作させるクロ
ックパルスをＣＰＵが計数し、その計数データをＲＡ　
Ｍ　（８５３）にストアし、そのデータを遂時更新して
なるものである。計数値ＭがＭ１未満の場合ステップ（
１１６）に移行する。また、計数値ＭがＭ１以上の場合
、ステップ（１１８）に進み、タイマカウンタの計数値
、つまりＲＡ　Ｍ　（８５３）のデータＭをクリアする
。さらに、ステップ（１１９）に進み、遅角制御量θＲ
を所定角度Δθだけ減算更新する。すなわち、タイマカ
ウンタがＭｌだけ計数する期間にノックが発生しない場
合には遅角制御量□θＲをΔθだけ進角側に復帰させる
。

このように、第１気筒の基本点火時期が００だけ遅角側
に設定されることによって、第１気筒にノックが発生し
やすくなる。そして、第１気筒に設置された筒内圧セン
サ（４）によってノックが検出され、上記制御プログラ
ムによって第１気筒の点火時期がノック限界に遅角制御
される。一方、第１気筒以外の気筒の点火時期は第１気
筒のノック検出によって得られた遅角制御量θＲだけ遅
角制御されるため常にノックの発生しない状態となる。

一方、前述したステップ（１０Ｂ）において、制御領域
が軽負荷領域と判定された場合にはステップ（１２０）
に進む。ステップ（、１２０）ではステップ００９）と
同様にクランク角センサ（５）の気筒識別信号から現在
燃料噴射量演算の対象となる気筒を識別する。

そして、ステップ（１２１ンでステップ（１２０）で識
別された気筒が第１気筒か否かを判定し、第１気筒でな
い場合には後述するステップ（１２７）に移行する。ま
た第１気筒の場合にはステップ（１２２）に進み、ここ
で第、１気筒の基本燃料噴射量をステップ（１０４）に
読み出されたＱＢに所定の増量分ＱＲを減じた新たな拳
に再設定する。こうして、第１気筒の基本燃料噴射量Ｑ
Ｂが所定値Ｑａだけ減じられ、空燃比が希薄側に移行す
るため、基本燃料噴射量ＱＢを比較的希薄側に設定して
希薄燃焼を行う場合には燃焼が不安定になりやすい条件
になっている。それ故、軽負荷の制御領域では燃焼制御
パラメータの中の空燃比っまり燃料噴射量を増量制御す
ることによって希薄燃焼における燃焼安定化制御を行う
。そこで、ステップ（１２３）では、第１気筒の所定ク
ランク角度毎にサンプリングしＲＡ　Ｍ　（８５３）に
ストアしたピークホールド回路（８２）の出力データ、
つまり筒内圧力最大値ＰｍａＸを所定期間毎に集計し、
それらのデータの分散値σＰｍａｘを計算する。ここで
、分散値σＰｍａｘは燃焼安定性の度合を示す。つまり
、空燃比が希薄になり過ぎると燃焼速度が遅くなり、筒
内圧力最大値Ｐｍａｘは遅れ側に移行し、その値も小さ
くなる。そして、サイクル毎の燃焼変動が大きくなる不
整燃焼状態が起こるため筒内圧力最大値Ｐｍａｘの分散
度が安定燃焼時に比べて大きくなるものである。そこで
、ステップ（１２４）によってＰｍａｘの分散値σＰｍ
ａｘが所定値α以上か否かを見ることによって燃焼が不
安定が否かを判定する。σＰｍａｘがα以上と判定され
た場合、つまり不安定燃焼と判定された場合にはステッ
プ（１２５）に進み、タイマカウンタをクリアする。こ
のタイマカウンタは前述したタイマカウンタを利用する
ことができる。そして、ステップ（１２６）に進み、燃
料噴射量の増量ＱＲを所定量ΔＱだけ加算更新する。そ
して、ステップ（１２７）では基本燃料噴射量ＱＢに増
量分ＱＲを加えた最終的な燃料噴射量の計算が行われ、
ステップ（１０７）でインジェクタの燃料噴射時間が設
定される。その結果、第１気筒の燃料噴射量が増量され
、空燃比が濃くなる方向へ補正制御されるため、燃焼が
安定する。一方、ステップ（’１２４）において、σＰ
ｍａｘがα未満と判定された場合、つまり安定燃焼と判
定された場合にはステップ（１２８）に移行するる。ス
テップｏ２８）ではタイマカウンタの計数値期が所定の
計数値Ｍｚ以上か否かを判定する。計数値ＭがＭ２未満
の場合ステップ（１２７）に移行する。また、計数値Ｍ
がＭ２以上の場合、ステップ（１２９）　Ｋ進み、タイ
マカウンタの計数値Ｍをクリアする。さらに、ステップ
（１３０）に進み、燃料噴射量の増量ＱＲを所定量ΔＱ
だけ減算更新する。すなわち、タイマカウンタが１市だ
け計数する期間に燃焼が不安定にならなければ増量分Ｑ
ＲをΔＱだけ希薄側に復帰させる。

このように、第１気筒の基本燃料噴射量がＱｃだけ希薄
側に設定されることによって、第１気筒の燃焼が不安定
になりやすくなる。そして、第１気筒に設置された筒内
圧センサ（４）によって検出される筒内圧力最大値の分
散度から燃焼の安定性が判定され、上記制御プログラム
によって第１気筒の燃料噴射量が安定燃焼限界に制御さ
れる。

なお、上記実施例においては、燃焼制御としてノック制
御と燃焼安定化制御を例にあげたが、筒内圧センサ（４
）の出力信号から得られる情報、例えば最大筒内圧力値
、最大筒内圧力点のクランク角度、図示平均有効圧力等
を用いて、点火時期や燃料噴射量のみならずＥＧＲ率や
過給圧等の燃焼制御ハラメータを本発明による制御プロ
セスで制御することもできる。

さらに、上記実施例においては第１気筒にのみ筒内圧セ
ンサを設置したが、必要に応じて他の気筒に複数の筒内
圧センサを設けてもよい。この場合、複数のチャージア
ンプ（８１）の後にアナログマルチプレクサを設けるこ
とによって複数気筒の筒内圧力信号を入力することがで
きる。そして、第５図の制御プロクラムにおいては、ス
テップ（１０９）を筒内圧センサ設置気筒か否かの判定
に置換すればよい。

また、筒内圧センサを設置しない気油の点火時期制御燃
料噴射量制御は、筒内圧センサ設置気筒の制御量に従う
ことなく、ノック検出回路（８３）やピークホールド回
路（８２）の出力データあるいは上記制御量から独自に
演算した制御量によって制御してもよい。この場合、第
５図の制御プログラムについては、ステップ（１１０）
又は（１２１）からステップ（１１６）又は（１２７）
への分岐において、第２の制御量及び点火時期や燃料噴
射量の演算を行うステップを設け、ステップ（ｉ０７）
に進めればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、複数気筒のエン
ジンの燃焼を制御する場合に、気筒数分のセンサを用い
ることなく、必要最小限のセンサによって複数の燃焼制
御パラメータに関する金気筒の制御を効率よく行うこと
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック構成図、第２
図は筒内圧センサのエンジン取付図、第３図は筒内圧セ
ンサの出力波形図、第４図はノック検出回路（４１）の
ブロック構成図、第５図は一実施例における制御プログ
ラムを示すフローチャートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　複数の燃焼気筒を有する内燃機関において、少
   くとも１つの特定気筒の燃焼状態を検出する燃焼状態検
   出手段、この特定気筒の燃焼に関する所定の燃焼制御パ
   ラメータを予め上記特定気筒以外の気筒に関するパラメ
   ータとは異なる値に設定する制御パラメータ設定手段、
   上記燃焼状態検出手段に応じて上記特定気筒に関する上
   記所定燃焼制御パラメータを制御するとともに、上記特
   定気筒における上記燃焼状態検出量あるいは上記制御量
   に応じて特定気筒以外の気筒に関する上記所定燃焼制御
   パラメータを制御する制御手段、上記内燃機関の第１の
   運転領域では上記所定燃焼制御パラメータとして第１の
   燃焼制御パラメータを用い第２の運転領域では第２の燃
   焼制御パラメータを用いるように燃焼制御パラメータを
   選択する制御パラメータ選択手段とを備えた内燃機関の
   制御装置。