JP3502206B2 - 内燃機関の図示平均有効圧検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の図示平均
有効圧検出装置に関し、詳しくは、各気筒別に設けられ
る筒内圧検出手段の検出ばらつきによる図示平均有効圧
の検出ばらつきを補正する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、機関の各気筒に設けた筒内圧
センサ（筒内圧検出手段）の検出結果に基づいて各気筒
別に図示平均有効圧（又は図示平均有効圧相当値）Ｐｉ
を算出し、該図示平均有効圧Ｐｉに基づいて失火診断を
行ったり、前記図示平均有効圧Ｐｉの変動に基づいてサ
ージトルクを検出して、空燃比や点火時期を制御するこ
とが行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記筒内圧
センサには、センサ自体に出力ばらつきがあると共に、
特にリング状の圧電素子を点火栓の座金として装着し、
点火栓の締付け荷重に対する相対圧として筒内圧を検出
する構成のセンサを用いる場合には、センサ自体のばら
つきに加えて、前記締付け荷重のばらつきによって、セ
ンサ出力にばらつきを生じる。

【０００４】このため、例えば実際には気筒間で図示平
均有効圧の差がない状態であっても、前記センサ出力の
ばらつきによって、見掛け上は気筒間の図示平均有効圧
に偏差が生じ、サージトルクが誤検出される惧れがあっ
た。また、失火診断などにおいては、筒内圧センサの出
力ばらつきによって、図示平均有効圧の絶対値にばらつ
きを生じると、特に失火の有無による図示平均有効圧の
差が小さい運転条件では、診断精度が悪化してしまうと
いう問題もある。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、筒内圧センサの出力ばらつきがあっても、各気筒
の図示平均有効圧を精度良く検出できるようにすること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、以下に示すように構成される。筒内圧検出手段
は、機関の各気筒それぞれに設けられ、各気筒の筒内圧
を個別に検出する。図示平均有効圧算出手段は、前記筒
内圧検出手段で検出される各気筒別の筒内圧に基づいて
各気筒別に図示平均有効圧に相当する値を算出する。

【０００７】ここで、補正値学習手段は、前記図示平均
有効圧算出手段で算出された各気筒別の値と、機関運転
条件に対応して予め記憶された各気筒共通の基準値とを
比較して、各気筒別の補正値を学習する。また、基準値
補正手段は、前記補正値学習手段における基準値を、機
関の排気還流率に応じて補正する。そして、補正手段
は、前記補正値学習手段で学習された各気筒別の補正値
に基づいて、前記図示平均有効圧算出手段で算出された
各気筒別の値を補正し、該補正された値を最終的な各気
筒別の図示平均有効圧相当値として出力する。

【０００８】かかる構成によると、機関運転条件から推
定される図示平均有効圧と、実際に筒内圧の検出結果に
基づいて算出した図示平均有効圧とが一致しない場合に
は、筒内圧検出手段の出力ばらつきによるものであると
見做し、図示平均有効圧相当値を補正するための補正値
を学習する。従って、気筒間において実際にはない図示
平均有効圧の偏差が見掛け上生じることを回避でき、ま
た、図示平均有効圧の絶対値のずれも補正できる。ま
た、前記補正値学習手段における基準値を、機関の排気
還流率に応じて補正するので、図示平均有効圧は、充填
効率によって変化し、充填効率は排気還流率に応じて変
化するので、排気還流率の違いによる図示平均有効圧の
変化を、筒内圧検出手段における検出ばらつきとして誤
学習してしまうことを回避できる。

【０００９】請求項２記載の発明では、前記筒内圧検出
手段で検出される各気筒別の筒内圧と前記図示平均有効
圧算出手段で算出される各気筒別の図示平均有効圧相当
値との少なくとも一方に基づいて、失火の有無を各気筒
別に判別する失火判別手段と、この失火判別手段によっ
て失火発生が判別されたときに、前記補正値学習手段に
よる補正値の学習を少なくとも失火発生気筒について禁
止する学習禁止手段と、を設ける構成とした。

【００１０】かかる構成によると、失火による図示平均
有効圧の低下を、筒内圧検出手段の検出ばらつきによる
ものとして補正値を誤学習することを防止でき、学習精
度を向上させることができる。請求項３記載の発明で
は、前記補正値学習手段が、予め設定された機関運転条
件に限って補正値を学習する構成とした。

【００１１】かかる構成によると、筒内圧，図示平均有
効圧相当値が安定する運転条件で補正値を学習させるこ
とができる一方、例えば前記失火判別において失火の有
無による筒内圧変化が大きく失火を精度良く判別できる
運転条件で補正値を学習させることで、失火による図示
平均有効圧相当値の低下を誤学習してしまうことを確実
に回避できる。

【００１２】請求項４記載の発明では、前記所定の機関
運転条件が、機関負荷と機関回転速度とに基づいて特定
されると共に、前記基準値が機関負荷と機関回転速度と
に応じて設定される構成とした。かかる構成によると、
機関負荷と機関回転速度との組み合わせから図示平均有
効圧を特定できるので、機関負荷と機関回転速度とを特
定することで、正規に得られる図示平均有効圧を精度良
く設定できる。

【００１３】

【００１４】請求項５記載の発明では、前記補正値学習
手段が、基準値と各気筒別の値との比を補正値として学
習する構成とした。かかる構成によると、補正値を図示
平均有効圧相当値の乗算補正項とすることで、各気筒で
算出される図示平均有効圧相当値を基準値に揃えるよう
な補正値が学習されることになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。システム構成を示す図１において、内燃機関１に
は、エアクリーナ２，吸気ダクト３，吸気マニホールド
４を介して空気が吸入される。前記吸気ダクト３には、
図示しないアクセルペダルと連動するバタフライ式のス
ロットル弁５が介装されており、該スロットル弁５によ
って機関の吸入空気量が調整されるようになっている。

【００１６】また、前記吸気マニホールド４の各ブラン
チ部には、各気筒別に電磁式の燃料噴射弁６が設けられ
ており、該燃料噴射弁６から噴射供給される燃料量の電
子制御によって目標空燃比の混合気が形成される。シリ
ンダ内に吸気弁７を介して吸引された混合気は、各気筒
毎に設けられる点火栓８による火花点火によって着火燃
焼し、燃焼排気は排気弁９を介して排出され、排気マニ
ホールド10によって図示しない触媒，マフラーに導かれ
る。

【００１７】前記燃料噴射弁６による燃料噴射量，点火
栓８の点火時期を制御するコントロールユニット11は、
マイクロコンピュータを含んで構成され、熱線式エアフ
ローメータ12からの吸入空気量信号Ｑ，スロットルセン
サ13からのスロットル弁開度信号ＴＶＯ，クランク角セ
ンサ14からのクランク角信号，水温センサ15からの冷却
水温度信号Ｔｗ，筒内圧センサ16からの筒内圧信号Ｐ等
が入力される。

【００１８】前記熱線式エアフローメータ12は、感温抵
抗の吸入空気量による抵抗変化に基づいて機関１の吸入
空気量を質量流量として直接的に検出するものである。
前記スロットルセンサ13は、スロットル弁５の開度ＴＶ
Ｏをポテンショメータによって検出するものである。前
記クランク角センサ14は、単位クランク角毎の単位角度
信号と、所定ピストン位置毎の基準角度信号とをそれぞ
れ出力する。ここで、前記単位角度信号の所定時間内に
おける発生数、又は、前記基準角度信号の発生周期を計
測することで機関回転速度Ｎｅを算出可能である。

【００１９】前記水温センサ15は、機関１のウォーター
ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを、機関温度を代表する
温度として検出するものである。前記筒内圧センサ16
（筒内圧検出手段）は、実開昭６３−１７４３２号公報
に開示されるような点火栓８の座金として装着されるリ
ング状の圧電素子からなるものであって、点火栓の締付
け荷重に対する相対圧として筒内圧を検出するセンサで
あり、各気筒の点火栓８毎に装着することで各気筒別に
筒内圧Ｐ（燃焼圧）が検出できるようになっている。
尚、前記筒内圧センサ16は、上記のように点火栓８の座
金として装着されるタイプの他、センサ部を直接燃焼室
内に臨ませて筒内圧を絶対圧として検出するタイプのも
のであっても良い。

【００２０】前記コントロールユニット11は、機関負荷
や機関回転速度等の機関運転条件に基づいて基本点火時
期（基本点火進角値）を決定し、点火栓８による点火時
期を制御する。また、コントロールユニット11による前
記燃料噴射弁６の噴射量の制御は以下のようにして行な
われる。

【００２１】前記熱線式エアフローメータ12で検出され
た吸入空気量Ｑと、クランク角センサ14からの検出信号
から算出した機関回転速度Ｎｅとに基づいて目標空燃比
に対応する基本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎｅ：Ｋは
定数）を算出し、該基本燃料噴射量Ｔｐに冷却水温度Ｔ
ｗなどの運転条件に応じた補正を施して最終的な燃料噴
射量Ｔｉを求める。そして、前記燃料噴射量Ｔｉに相当
するパルス幅の駆動パルス信号を前記燃料噴射弁６に所
定タイミングで出力する。燃料噴射弁６には、図示しな
いプレッシャレギュレータで所定圧力に調整された燃料
が供給されるようになっており、前記駆動パルス信号の
パルス幅に比例する量の燃料を噴射供給して、目標空燃
比の混合気を形成させる。

【００２２】更に、前記コントロールユニット11は、前
記筒内圧センサ16からの検出信号に基づいて各気筒別に
図示平均有効圧相当値Ｐｉを算出し、該図示平均有効圧
相当値Ｐｉに基づいて燃焼状態（失火，サージトルク
等）の検出を行って、点火時期や燃料噴射制御に補正を
加える。具体的には、各気筒毎に筒内圧Ｐを所定の積分
区間で積分して該積分値を図示平均有効圧相当値Ｐｉと
する。そして、前記図示平均有効圧相当値Ｐｉと機関負
荷と機関回転速度とに基づいて設定される失火判定レベ
ルとを比較して失火の有無を判別し、失火発生率が所定
値以上である気筒に対しては燃料噴射を停止させたり、
失火発生を運転者に警告したりする。また、前記図示平
均有効圧相当値Ｐｉの変動に基づいてサージトルクを検
出し、サージトルクが許容レベルを越えない範囲で、空
燃比をリーン化したり、点火時期をリタードしたりす
る。尚、図示平均有効圧相当値Ｐｉに基づく制御を上記
に限定するものではない。

【００２３】ところで、前記筒内圧センサ16には、セン
サ自体のばらつき及び締付け荷重のばらつきによる出力
ばらつきがある。このため、各気筒の図示平均有効圧相
当値Ｐｉの精度が悪化し、例えば実際には各気筒が同等
の図示平均有効圧であるのに、前記ばらつきによって気
筒間に見掛け上の図示平均有効圧の段差が生じ、サージ
トルクが誤検出されてしまう惧れ等がある。

【００２４】そこで、コントロールユニット11は、図２
及び図３のフローチャートに示すようにして、気筒毎に
図示平均有効圧相当値Ｐｉを補正するための補正値を学
習し、該学習された補正値に従って気筒別に前記Ｐｉを
補正設定するようになっている。尚、本実施形態におい
て、図示平均有効圧算出手段，補正値学習手段，補正手
段，失火判別手段，学習禁止手段，基準値補正手段とし
ての機能は、前記図２及び図３のフローチャートに示す
ように、コントロールユニット11がソフトウェア的に備
えている。

【００２５】図２のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、
筒内圧センサ16の出力に基づいて各気筒別に図示平均有
効圧相当値Ｐｉを演算する。ステップ２では、前記Ｐｉ
の補正値ＫＢＬ＃１〜ＫＢＬ＃４を学習させる領域とし
て予め設定された学習領域内であるか否かを判別する。

【００２６】前記学習領域としては、失火の有無による
筒内圧（図示平均有効圧）の変化が大きく、筒内圧セン
サ16にある程度の出力ばらつきがあっても、失火の有無
を確実に判定できる領域とすることが好ましく、ここで
は、機関負荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転
速度Ｎｅとに基づいて前記学習領域を特定するものと
し、かつ、学習領域を比較的高負荷低回転側に設定して
ある。

【００２７】ステップ２で学習領域内であると判別され
ると、ステップ３へ進んで、各気筒における失火の有無
を、前記Ｐｉに基づいて判定する。前記Ｐｉに基づく失
火の判定は、予め機関負荷と回転速度とに応じて設定さ
れる基準値と各気筒のＰｉとを比較して行える。また、
筒内圧センサ16によって所定のクランク角タイミングで
検出される筒内圧や最大筒内圧等で失火を判定させる構
成としても良い。

【００２８】ステップ３で失火の発生が判定された場合
には、前記Ｐｉに失火影響が含まれ、前記Ｐｉの値から
筒内圧センサ16の出力ばらつきを抽出することができな
いので、学習を行うことなく本ルーチンを終了させる。
一方、ステップ３でいずれの気筒においても失火発生が
なかったと判別された場合には、ステップ４へ進み、予
め基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転速度Ｎｅとによって複
数に区分される運転領域毎に前記Ｐｉの基準値Ｐｉｓを
記憶してあるマップを参照し、現在の基本燃料噴射量Ｔ
ｐと機関回転速度Ｎｅとに対応する各気筒共通の基準値
Ｐｉｓを求める。

【００２９】前記基準値Ｐｉｓは、筒内圧センサ16に出
力ばらつきがないとした場合に、当該運転条件で得られ
るＰｉを求めてマップに記憶させたものである。次のス
テップ５では、機関が排気還流装置を備える場合に、そ
のときの排気還流率（ＥＧＲ率）に応じて前記基準値Ｐ
ｉｓを補正するための補正値Ｋ_EGR を設定する。

【００３０】これは、排気還流による充填効率の変化に
よって図示平均有効圧が変動するためであり、排気還流
率が高いときほど、前記基準値Ｐｉｓをより小さく補正
するようにしてある。尚、排気還流率は、機関負荷と機
関回転速度とから推定することができる。ステップ６で
は、下式に従って前記Ｐｉの各気筒別の補正値ＫＢＬ＃
１〜ＫＢＬ＃４（４気筒の場合）を学習する。

【００３１】ＫＢＬ＃１＝Ｐｉｓ／Ｐｉ＃１ ＫＢＬ＃２＝Ｐｉｓ／Ｐｉ＃２ ＫＢＬ＃３＝Ｐｉｓ／Ｐｉ＃３ ＫＢＬ＃４＝Ｐｉｓ／Ｐｉ＃４ 即ち、前記補正値ＫＢＬ＃１〜ＫＢＬ＃４は、各筒内圧
センサ16の出力に基づいて算出された前記Ｐｉを、前記
基準値Ｐｉｓに一致させるような乗算補正項として機能
することになる。

【００３２】前記補正値ＫＢＬ＃１〜ＫＢＬ＃４による
補正は、図３のフローチャートに従って行われる。図３
のフローチャートにおいて、まず、ステップ11では、各
筒内圧センサ16の出力に基づいて各気筒毎の図示平均有
効圧相当値Ｐｉ＃１〜Ｐｉ＃４を演算する。

【００３３】そして、次のステップ12では、前記補正値
ＫＢＬ＃１〜ＫＢＬ＃４を、図示平均有効圧相当値Ｐｉ
＃１〜Ｐｉ＃４それぞれに乗算して、その結果を最終的
な各気筒の図示平均有効圧相当値Ｐｉ＃１〜Ｐｉ＃４と
して出力する。前記補正後のＰｉは、サージトルクの検
出や失火の検出などに用いられ、以て、サージトルクの
検出を高精度に行え、また、失火の有無による燃焼圧の
偏差が小さい運転条件であっても、前記Ｐｉに基づいて
精度良く失火の有無を判定できることになる。

【００３４】尚、上記では、いずれかの気筒で失火発生
が判定されたときには、全気筒についての学習を禁止す
る構成としたが、失火気筒についてのみ学習を禁止する
構成としても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によると、筒内圧検出手段の出力ばらつきによる図示
平均有効圧相当の誤差を、機関運転条件から推定される
図示平均有効圧に基づいて検出して補正値を学習するの
で、気筒間において実際にはない図示平均有効圧の偏差
が見掛け上生じることを回避でき、また、図示平均有効
圧の絶対値のずれも補正できると共に、排気還流率の違
いによる図示平均有効圧の変化を、筒内圧検出手段の出
力ばらつきとして誤学習してしまうことを回避できると
いう効果がある。

【００３６】請求項２記載の発明によると、失火による
図示平均有効圧の低下が、筒内圧検出手段の検出ばらつ
きとして誤学習されることを防止でき、以て、補正値の
学習精度を向上させることができるという効果がある。
請求項３記載の発明によると、運転条件を限定して学習
させることで、図示平均有効圧の誤差を精度良く検出で
き、また、失火の影響を確実に排除でき、以て、補正値
を高精度に学習させることができるという効果がある。

【００３７】請求項４記載の発明によると、筒内圧検出
手段に出力ばらつきがない場合の図示平均有効圧を精度
良く設定でき、以て、補正値の学習精度を向上させるこ
とができるという効果がある。

【００３８】請求項５記載の発明によると、補正値を図
示平均有効圧相当値の乗算補正項とすることで、各気筒
で算出される図示平均有効圧相当値が基準値に一致する
ように補正され、筒内圧検出手段の出力ばらつきによる
誤差が排除されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態における機関のシステム構成図。

【図２】実施の形態における補正値学習の様子を示すフ
ローチャート。

【図３】実施の形態における図示平均有効圧の補正の様
子を示すフローチャート。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ４ 吸気マニホールド ５ スロットル弁 ６ 燃料噴射弁 ８ 点火栓 10 排気マニホールド 11 コントロールユニット 12 熱線式エアフローメータ 13 スロットルセンサ 14 クランク角センサ 15 水温センサ 16 筒内圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 45/00 368 G01M 15/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の各気筒それぞれに設けられ、各気筒
   の筒内圧を個別に検出する筒内圧検出手段と、 前記筒内圧検出手段で検出される各気筒別の筒内圧に基
   づいて各気筒別に図示平均有効圧に相当する値を算出す
   る図示平均有効圧算出手段と、 前記図示平均有効圧算出手段で算出された各気筒別の値
   と、機関運転条件に対応して予め記憶された各気筒共通
   の基準値とを比較して、各気筒別の補正値を学習する補
   正値学習手段と、前記補正値学習手段における基準値を、機関の排気還流
   率に応じて補正する基準値補正手段と、 前記 補正値学習手段で学習された各気筒別の補正値に基
   づいて、前記図示平均有効圧算出手段で算出された各気
   筒別の値を補正し、該補正された値を最終的な各気筒別
   の図示平均有効圧相当値として出力する補正手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の図示平
   均有効圧検出装置。
2. 【請求項２】前記筒内圧検出手段で検出される各気筒別
   の筒内圧と前記図示平均有効圧算出手段で算出される各
   気筒別の図示平均有効圧相当値との少なくとも一方に基
   づいて、失火の有無を各気筒別に判別する失火判別手段
   と、 該失火判別手段によって失火発生が判別されたときに、
   前記補正値学習手段による補正値の学習を少なくとも失
   火発生気筒について禁止する学習禁止手段と、 を設けたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の図
   示平均有効圧検出装置。
3. 【請求項３】前記補正値学習手段が、予め設定された機
   関運転条件に限って補正値を学習することを特徴とする
   請求項１又は２記載の内燃機関の図示平均有効圧検出装
   置。
4. 【請求項４】前記所定の機関運転条件が、機関負荷と機
   関回転速度とに基づいて特定されると共に、前記基準値
   が機関負荷と機関回転速度とに応じて設定されることを
   特徴とする請求項３記載の内燃機関の図示平均有効圧検
   出装置。
5. 【請求項５】前記補正値学習手段が、基準値と各気筒別
   の値との比を補正値として学習することを特徴とする請
   求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の図示平均
   有効圧検出装置。