JPH0230955A - 内燃機関の出力変動検出装置 - 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〕 本発明は、内燃機関の各気筒間における出力トルク差を
検出する装置に関する。

〔従来の技術〕

エンジンの運転制御のため、各気筒におけるトルク差を
検出することが従来行われている。特開昭５９−５２７
２６号公報には、各気筒間のトルク差を検出する方法と
して、各気筒の爆発行程における回転数変化を比較する
構成が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

通常の電子燃料噴射制御方式のシステムにおいては、エ
ンジン回転数の検出は、コストあるいはセンサの搭載性
等の理由からディストリビュータにおいて行われている
。しかしディストリビュータにより検出される回転数信
号の波形は、第２図に示されるようにノイズ成分Ｎを有
し、このため、気筒間のトルク差の検出精度が不充分に
なるという問題がある。なおこのようなノイズは、ディ
ストリビュータシャフトのギアとカムシャフトのギアと
のバックラッシュ、ディストリビュータのタイミングロ
ータの加工精度のバラツキ、あるいは回転系の捩れ等に
起因すると考えられる。

本発明は、各気筒間のトルクの差を高精度に検出し、エ
ンジンの運転制御の精度を高めることのできる出力変動
検出装置を提供することを目的とする。

〔作　用〕

燃料供給時における上記比と燃料遮断時における上記比
の差異によって、クランク角センサの角度検出誤差が除
去された出力変動が求められる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る内燃機関の出力変動検出装置は、第１図の
発明の構成図に示すような構成を有する。

すなわち本発明は、燃料供給されているか否かを判別す
る手段Ａと、燃料供給時における各気筒の爆発行程の所
要時間を求め、各気筒の所要時間とこの所要時間の全気
筒における平均値との比を算出する第１の比算出手段Ｂ
と、燃料遮断時における各気筒の爆発行程の所要時間を
求め、各気筒の所要時間とこの所要時間の全気筒におけ
る平均値との比を算出する第２の比算出手段Ｃと、燃料
供給時における上記比と燃料遮断時における上記比との
差異に応じて各気筒の出力変動を検出する手段りとを備
えることを特徴としている。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第３図は本発明の一実施例を適用した４気筒エンジンを
示す。エンジン本体１１には、１番〜４番気筒に対応し
て４つの点火プラグ２１　、２２　、２３　。

２４が取り付けられ、またインテークマニホルド１２と
エキゾーストマニホルド１３が連結される。

インテークマニホルド１２の各枝管には燃料噴射弁３１
　、３２　、３３　、３４が設けられる。インテークマ
ニホルド１２の上流側に連結された吸気通路１４内には
スロットル弁１５が設けられ、このスロットル弁１５の
弁軸にはスロットルセンサ１６が連結される。スロット
ルセンサ１６はスロットル弁１５が実質的に全閉状態の
ときオン信号を出力する。ディストリビュータ１７は図
示しないカムシャフトにより回転駆動され、各点火プラ
グ２１　、２２　。

２３、２４に高電圧を供給する。基準位置センサ１８は
、ディストリビュータ１７に取り付けられ、７２０°Ｃ
Ａ　（クランク角）毎に基準位置信号を出力する。また
クランク角センサ１９はディストリビュータ１７に取り
付けられ、３０”ＣＡ（クランク角）毎に信号を出力す
る。

制御回路４１はマイクロコンピュータを備え、後述する
ように、各センサ１６　、１８　、１９からの信号に基
づいて各気筒のトルク差を検出し、各気筒に対する燃料
噴射量を算出する。制御回路４１は、中央演算処理装置
（ＣＰＵ）　４２と、メモリ４３と、入力ポート４４と
、出力ポート４５とを有し、これらはバス４６により連
結される。各センサ１６゜１８　、１９は入力ポート４
４に、また燃料噴射弁３１゜３２　、３３　、３４は出
力ポート４５に接続される。

第４図は、制御回路４１による各気筒間の出力トルク差
を検出するルーチンを示す。このルーチンは一定のクラ
ンク角毎に割り込み処理されて実行される。

ステップ１０１では、現在所定の気筒が圧縮上死点（Ｔ
ＤＣ）にあるか否かが判別される。この判別は、従来周
知のように、基準位置センサ１８とクランク角センサ１
９からの出力信号に基づいて行われる。すなわち基準位
置信号は、例えば１番気筒の圧縮ＴＤＣにおいて出力さ
れるようになっており、基準位置信号の検出から１凹”
ＣＡ、３６０°ＣＡ。

５４０°ＣＡ後に、それぞれ３番、４番、２番気筒が圧
縮ＴＤＣにある。現在所定の気筒が圧縮ＴＤＣにない場
合、ステップ１０１の実行によりこのルーチンは直ちに
終了するが、所定の気筒が圧縮ＴＤＣにあればステップ
１０２が実行される。

ステップ１０２では、その気筒の圧縮ＴＤＣ後の１８０
°ＣＡ、すなわち爆発行程における所要時間（７１８０
ｉ）がクランク角センサ１９の出力信号とタイマに基づ
いて算出される。この所要時間（７１８０ｉ）はその気
筒の出力トルクの逆数に比例する。ステップ１０３では
気筒カウンタｉが１だけインクリメントされ、ステップ
１０４では、全気筒についてステップ１０２による所要
時間（Ｔ１８０ｉ）の演算が終了したか否かが判別され
る。全気筒についてステップ１０２の実行が終了してい
ればステップ１０５へ進むが、まだ終了していなければ
直ちにこのルーチンを終了する。本実施例では、エンジ
ンは４気筒を有しているので、ステップ１０４では気筒
カウンタｉが４を越えたか否かを判別してもよい。なお
、気筒カウンタｉの１．２．３．４は、点火順序を示し
、それぞれ１番、３番、４番、２番気筒に対応する。

ステップ１０５では、全気筒の爆発行程の１８０６ＣＡ
における平均所要時間（７１８０ＡＶ）が算出される。

そしてステップ１０６では、各気筒について、その気筒
の１８０°ＣＡ期間の所要時間と全気筒の１８０゜ＣＡ
３ｔｌＩ間の所要時間との比Ｋｉが求められる。すなわ
ちこの比Ｋｉは、その気筒のトルクと全気筒のトルクの
平均値との差異を示す。

ステップ１０７では、現在燃料供給が遮断（燃料カット
）されているか否か判別される。スロットルセンサ１６
によりスロットル弁１５が実質的に全閉状態にあること
が検出され、かつエンジン回転数が所定値を上回ってい
る時、現在燃料カット中であると判断され、これにより
、ステップ１２１以下が実行されるが、それ以外の時は
燃料カット中ではないと判断され、次にステップ１１１
以下が実行される。

ステップ１２１では、各気筒について比Ｋｉが積算され
て積算値５ＫＦＣｉが求められ、またサイクルカウンタ
Ｊｆが１だけインクリメントされる。すなわち積算値５
ＫＦＣｉは、燃料カット中における、各気筒の爆発行程
所要時間と全気筒の爆発行程所要時間の平均との比Ｋｉ
を積算したものである。

燃料カット中における各気筒の積算値５ＫＦＣｉの大小
関係は、各気筒が燃焼状態にないので、クランク角セン
サの角度誤差を意味する。

ステップ１２２ではサイクルカウンタＪｆが５０に達し
たか否か、すなわちステップ１２１において比Ｋｉが５
０サイクル分積算されたか否かが判別される。５０サイ
クル分の積算が終わっていない場合、ステップ１１７へ
進んで気筒カウンタｉが１にセットされてこのルーチン
は終了し、その後再び全ての気筒について比Ｋｉ　　（
ステップ１０６）が求められる。ステップ１２２におい
てサイクルカウンタＪｆが５０になっている場合、ステ
ップ１２３において、積算値５ＫＦＣｉが積算値ＳＫＰ
　ｉに置き換えられ、積算値５ＫＦＣｉとサイクルカウ
ンタＪｆが０にクリアされる。

ステップ１１１では、燃料供給中における各気筒の比Ｋ
ｔが積算されて積算値ＳＫｉが求められ、またサイクル
カウンタＪが１だけインクリメントされる。各気筒の積
算値ＳＫｉの大小関係は、各気筒の出力トルクの差に対
応する。カウンタＪが５０に達するまで、ステップ１１
２からステップ１１７へ進み、気筒カウンタｉが１にセ
ットされてこのルーチンは終了するが、カウンタＪが５
０に達していればステップ１１３が実行される。すなわ
ち、爆発行程が連続する２つの気筒について、燃料供給
中の積算値ＳＫｉ、５Ｋｔ−＋の差分と、燃料カット中
の積算値５ＫＦｊ＋５Ｋｈ−＋の差分とを求め、さらに
これらの差分（ＳＫｉ　　５Ｆｉ−＋）と差分（ＳＫＦ
ｉ　　５ＫＦｔ−ｔ）との変化１１ＤｓＫｉを演算する
。この変化５７　Ｄ　Ｓ　Ｋ　ｉは、その気筒における
トルクの落ち込み量を表す。

この変化量ＤＳＫｉは、ステップ１１４において判定値
以上か否か判別される。変化量ＤＳＫ　ｉが判定値以上
であれば、ステップ１１５において燃料噴射補正係数Ｋ
ＴＡＵｉがβだけ増加され、変化量ＤＳＫｉが判定値よ
りも小さければステップ１１５は実行されず現在の燃料
噴射補正係数ＫＴＡＵｉが維持される。ステップ１１４
．　１１５は全ての気筒について実行され、これにより
、出力トルクが他の気筒に比べて小さい気筒に対し、燃
料噴射量が増加修正される。なお燃料噴射量ＴＡＵｉは ＴＡＵ　ｉ　＝　ＦＡＦ　Ｘ　ＫＴＡ旧Ｘα１ＸＴＰに
より求められ、ここでＦＡＦはフィードバック係数、α
ｉは補正係数、ＴＰは基本噴射量である。

ステップ１１６では積算値ＳＫｉとサイクルカウンタＪ
がＯにクリアされ、またステップ１１７では気筒カウン
タｉが１にセットされる。

しかして本実施例では、まず１サイクル（７２０゜ＣＡ
）毎に各気筒の爆発行程の１８０°ＣＡ期間と全気筒の
平均１８０°ＣＡ期間との比Ｋｉが求められ、そして燃
料供給中あるいは燃料カット中における５０サイクル分
の積算値ＳＫｉ、５ＫＦｉが求められる。

この積算値は５０サイクル毎に更新される。次いで爆発
行程が連続する２つの気筒について積算値ＳＬ、５ＫＨ
−＋の差分（ＳＫｉ−ＳＫ＋−９）と積算値５ＫＦｉ、
５ＫＰＨ−１の差分（ＳＫＦ　１−５ＫＦ□−２）とが
演算され、これらの差分の変化量ＤＳＫｉが判定値以上
であれば、気筒カウンタに対応する気筒の出力トルクが
小さすぎるとして燃料噴射量が増量される。

上述したように、燃料カット中における各気筒の積算値
５ＫＦｉの大小関係は、各気筒が燃焼状態にないので、
クランク角センサの角度誤差を意味する。したがって、
爆発行程で発生したｌ・ルクが各気筒において均一であ
ると、燃料供給中における各気筒の積算値Ｓｋｉの大小
関係は、燃料カット中における各気筒の積算値ＳＫＦ　
ｉの大小関係とほぼ同じになる。

第５図（ａ）〜（ｅ）は、各気筒における混合気の空燃
比を均一にした場合と、１つの気筒における混合気の空
燃比を他の気筒のものよりも大きくした場合とについて
、各気筒の積算値ＳＫｉが燃料カット時における積算値
５ＫＦｉに対してどのような関係にあるかを調査した結
果である。第５図（ａ）に示されるように、各気筒の空
燃比Ａ／Ｆ　（実線Ａ）、すなわち出力トルクがほぼ均
一の場合、燃料供給時の積算値５Ｋｉ（実線Ｓ）と燃料
カット時の積算値５ＫＦｉ　（破線Ｃ）とは各気筒にお
いてほぼ−致し、したがって変化量ＤＳＫｉ　（実線Ｄ
）は各気筒において一定の値をとる。これに対し、１つ
の気筒、例えば２番気筒の空燃比を大きくすなわち出力
トルクを小さくした場合、第５図（ｂ）に示されるよう
に、燃料供給時の積算値５Ｋｉ（実線Ｓ）と燃料カット
時の積算値５ＫＦｉ　（破線Ｃ）とは各気筒において異
なる。すなわち、２番気筒の積算値ＳＫｉが積算値ＳＫ
Ｆ　ｉよりも大きくなるとともに、他の気筒における積
算値ＳＫｉが変化しており、この結果、２番気筒の変化
１ｉＤｓＫｉだけが他の気筒の変化ＩＤ５Ｋｉよりも明
らかに大きくなっている。同様に、１番、３番、４番気
筒の空燃比を大きくすると、それぞれ第５図（ｃ）、（
ｄ）、（ｅ）に示されるようにその気筒の変化量ＤＳＫ
ｉが大きくなる。しかして第５図（ａ）〜（ｅ）により
、変化量ＤＳＫｉが所定の判定値よりも大きい気筒は出
力トルクが小さすぎ、したがってこの気筒について燃料
噴射量を増量させれば各気筒の出力トルクが均一化され
ることが理解される。

以上のように本実施例は、基準位置センサ１８により得
られる７２０”　ＣＡ毎のパルス信号と、クランク角セ
ンサ１９により得られる３０°ＣＡ毎のパルス信号と、
スロットルセンサ１６のスロットル全閉信号とから、燃
料供給時と燃料カット時における各気筒の爆発行程の所
要時間を求め、各気筒の出力トルク差を検出するもので
ある。したがって通常のエンジンの構成がそのまま適用
でき、特別にセンサ等を付加する必要がない。また、燃
料カット時における爆発行程所要時間を求めることによ
り、クランク角センサの角度誤差が除去されているので
、エンジン固有のバラツキに関係なく、各気筒間の出力
トルク差を高精度に検出することができる。

このように本実施例によれば、各気筒間の出力トルク差
の検出精度が向上するため、各気筒の空燃比を高精度に
均一化させることが可能となる。

この結果、アイドル運転をより、安定化させることがで
き、アイドル回転数を低下させて燃費を改善することが
できる。また、リーンバーン制御システムの場合、各気
筒間の出力トルク差が少なくなるために、エンジン全体
としてのトルク変動が小さくなり、空燃比をさらにリー
ンとすることができ、このため、燃費を向上させＮＯｘ
の排出量を減少させることができる。さらに、ストイキ
制御システムにおいて各気筒の燃料噴射量を独立に制御
した場合、各気筒の空燃比が均一化されるために、三元
触媒の浄化率を向上させることが可能となり、排気エミ
ッションをさらに改善することができる。

なお、各気筒の出力トルクを調整するには、上記実施例
のように必ずしも燃料噴射量を制御する必要はなく、各
気筒毎に点火時期を制御するようにしてもよい。

さて上記実施例において、爆発行程における所要時間（
Ｔ１８０ｉ）は、ディストリビュータ１７に設けられた
クランク角センサ１９により求められている。このセン
サ１９の角度信号には上記従来の技術の項において記載
されたようにノイズ成分が含まれており、上記実施例に
おいては、燃料カット時における爆発行程所要時間を用
いてこのノイズ成分による誤差を減少させている。しか
し、この燃料カット時における爆発行程所要時間にもノ
イズ成分の影響があり、したがって上記実施例によって
も、なお各気筒間の出力トルク差の精度の改良には一定
の制限がある。

そこで本発明の他の実施例として１、第６図に示すよう
に、第４図のフローチャートにおけるステップ１２３の
代わりに、後述するように、“′１／１６なまし計算”
により積算値５ＫＦｉを求めるステップ２２３が設けら
れる。すなわちステップ２２３では、前回までの積算値
５ＫＦｉに１５を乗じたものに、今回の積算値５ＫＦＣ
ｉを加算し、これを１６で割って、平均化した積算値Ｓ
ＫＦ　ｉが求められる。しだがって、第４図のステップ
１２３のように今回の積算値５ＫＦＣ４がそのまま累積
されるのではなく、今回の積算値５ＫＦＣｉの１／１６
が新しく求められる積算値に影響することとなり、いわ
ゆるなましが行われる。なおその他の処理は、第４図の
フローチャートと全く同じである。

しかしてこの実施例によれば、クランク角センサ１９の
出力信号にノイズ成分が含まれていても、このノイズ成
分は直接積算値ＳＫＦ　ｉに影響がしなくなる。すなわ
ち燃料カント中における各気筒間の積算値５ＫＦＣｉの
バラツキの影響が小さくなり、気筒間の補正量のバラツ
キを低減させることができる。なお積算値ＳＫＦ　ｉは
、エンジンキースイッチがオフ状態の時にも制御回路４
１内に記憶される必要があり、このため不揮発性メモリ
に格納される。

第７図は、第４図および第６図の各出力変動検出ルーチ
ンにおける積算値５ＫＦＣｉのバラツキの大きさを示す
。この第７図から理解されるように、積算値５ＫＦＣｉ
は、なまし処理を行わない場合（第４図）、符号Ｐで示
すように大きいが、なまし処理を行うことにより（第６
図）、符号Ｑで示すように小さくなる。

以上のように本実施例は、積算値５ＫＦｉを単に累積に
より求めるのではなく、前回までの積算値を考慮して比
（Ｋｉ　＝Ｔ１８０ｉ／Ｔ１８０ＡＶ）の平均化を行い
、このようにして求めた積算値ＳＫＦ　ｉと、燃料供給
時の比Ｋｉの積算値ＳＫｉとを用いて、各気筒間の出力
変動を検出するものである。したがって、第４図のルー
チンを実施する場合に比べ、クランク角センサ１９の出
力信号に含まれるノイズ成分の影響が大幅に減少され、
気筒間の出力変動の検出精度が向上する。

なお、ステップ２２３における積算値５ＫＦｉの計算方
法としては、前回の積算値５ＫＦｉを加味したものであ
ればどんな方法でもよく、例えば前回の積算値５ＫＦｉ
と今回の積算値５ＫＦＣ４の相加平均を新しい積算値Ｓ
ＫＦ　ｉとするようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、各気筒の出力トルク差が
高精度に検出され、びいてはエンジンの運転制御の精度
を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の構成図、 第２図はエンジン回転数の時間的変化を示すグラフ、 第３図は本発明の一実施例を適用したエンジンを示す図
、 第４図は出力変動検出ルーチンのフローチャート、 第５図（ａ）〜（ｅ）は各気筒の空燃比Ａ／Ｆ、積算値
ＳＫｉ、５ＫＦｉおよび変化量ＤＳＫ　ｉを示す図、第
６図は本発明の他の実施例における出力変動検出ルーチ
ンのフローチャート、 第７図は積算値５ＫＦＣｉの変動量を示すグラフである
。 １６・・・スロットルセンサ、 １８・・・基準位置センサ、 １９・・・クランク角センサ。 第 図 クランク角 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．燃料供給されているか否かを判別する手段と、燃料
   供給時における各気筒の爆発行程の所要時間を求め、各
   気筒の所要時間とこの所要時間の全気筒における平均値
   との比を算出する第１の比算出手段と、燃料遮断時にお
   ける各気筒の爆発行程の所要時間を求め、各気筒の所要
   時間とこの所要時間の全気筒における平均値との比を算
   出する第２の比算出手段と、燃料供給時における上記比
   と燃料遮断時における上記比との差異に応じて各気筒の
   出力変動を検出する手段とを備えることを特徴とする内
   燃機関の出力変動検出装置。