JPH09133042A

JPH09133042A - 内燃機関の筒内圧検出装置

Info

Publication number: JPH09133042A
Application number: JP29148595A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Machida; 憲一町田; Hirokazu Shimizu; 博和清水
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】気筒間における筒内圧検出値のばらつきを高精
度に補正する。【解決手段】圧縮行程中の所定クランク角タイミングで
検出された各気筒別の筒内圧について（Ｓ２）、平均値
Ｐ_AVEを算出する（Ｓ３）。そして、前記平均値Ｐ_AVE
の基になった各気筒別の筒内圧を平均値Ｐ_AVEに対応さ
せてマップに記憶する（Ｓ４）。同様に、燃料カット中
の燃焼行程における所定クランク角タイミングで検出さ
れた筒内圧についても、平均値Ｐ_AVEと各検出値との相
関をマップに記憶させる。ここで、筒内圧が増大変化時
である場合には圧縮行程中に学習したマップを参照し、
筒内圧が減少変化時である場合には燃料カット時の燃焼
行程中に学習したマップを参照し、センサ検出値を対応
する平均値Ｐ_AVEに変換して出力する。

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筒内圧検
出装置に関し、詳しくは、各気筒毎に設けられる筒内圧
検出手段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、前記点火栓の座金として装着される筒内圧セ
ンサにあっては、増圧側と減圧側とでヒステリシスをも
つ特性を有するため（図８参照）、前記センサ出力のば
らつきを高精度に学習して増圧側と減圧側との双方で本
来の筒内圧を得ることが困難であるという問題があっ
た。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、各気筒毎に設けられる筒内圧検出手段の出力ばら
つきを精度良く補正し得る筒内圧検出装置を提供するこ
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、図１に示すように構成される。図１において、
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。平均値算出手段は、
非燃焼状態の所定クランク角タイミングにおいて前記筒
内圧検出手段でそれぞれ検出された各気筒別の筒内圧の
平均値を算出する。

【０００７】ここで、ばらつき学習手段は、平均値算出
手段で算出された平均値に基づいて、該平均値に対する
前記筒内圧検出手段による検出ばらつきを各気筒別に学
習する。そして、補正手段は、ばらつき学習手段による
学習結果に基づいて前記筒内圧検出手段による各気筒別
の検出結果をそれぞれに補正し、該補正結果を最終的に
筒内圧検出値として出力する。

【０００８】かかる構成によると、非燃焼状態において
は、各気筒間における充填効率のばらつきなどがないも
のとすると、同じクランク角タイミングで検出される筒
内圧は同じであるはずであるから、気筒間における検出
値のばらつきは検出手段の出力ばらつきを示すことにな
る。そこで、同じクランク角タイミングで検出された筒
内圧の平均値を基準値とし、本来であればかかる基準値
と同じ検出結果が各筒内圧検出手段から出力されるべき
であったものとして、各気筒別にばらつき学習を行う。
そして、前記学習結果に基づいて気筒別に筒内圧を補正
して、気筒間で燃焼影響による偏差ではないセンサばら
つきによる筒内圧偏差が生じることを回避する。

【０００９】請求項２記載の発明では、前記平均値算出
手段が、圧縮上死点前の圧縮行程中における所定クラン
ク角タイミングにおいて平均値を算出する構成とした。
かかる構成によると、筒内圧が増大変化するときの筒内
圧検出手段のばらつきを学習することができる。請求項
３記載の発明では、前記平均値算出手段が、燃料カット
中における圧縮上死点後の燃焼行程における所定クラン
ク角タイミングにおいて平均値を算出する構成とした。

【００１０】かかる構成によると、通常は燃焼影響を受
ける所定クランク角タイミングにおいて、筒内圧が減少
変化するときの筒内圧検出手段のばらつきを学習するこ
とができる。請求項４記載の発明では、前記ばらつき学
習手段が、筒内圧の増大変化時における学習と、筒内圧
の減少変化時における学習とを個別に行い、前記補正手
段が、前記筒内圧検出手段により検出される筒内圧の増
大変化，減少変化の別によって、前記ばらつき学習手段
による学習結果を使い分けて補正を行う構成とした。

【００１１】かかる構成によると、筒内圧検出手段が、
筒内圧の増大変化時と減少変化時とで出力特性にヒステ
リシスをもつ場合であっても、ばらつき学習を精度良く
行えると共に、補正時の筒内圧変化の方向に基づいて学
習結果を使い分けることで、高精度に補正が行える。請
求項５記載の発明では、前記ばらつき学習手段が、非燃
焼時の最大筒内圧を越える領域のばらつきを補間により
推定して学習する構成とした。

【００１２】かかる構成によると、直接的に学習できな
い高圧力側のばらつきを推定して、燃焼時の検出圧力
を、筒内圧検出手段の検出ばらつきに応じて補正できる
ことになる。

【００１３】

【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２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。

【００１４】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
子制御によって所定空燃比の混合気が形成される。ここ
で、前記各気筒別に設けられる燃料噴射弁６を個別に制
御することで、各気筒別に異なる空燃比の混合気を形成
させることが可能となっている。

【００１５】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。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。

【００１６】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。

【００１７】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燃焼圧
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。

【００１８】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。

【００１９】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、所定空燃
比の混合気を形成させる。

【００２０】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燃焼状態の
検出を行い、該検出結果に基づいて燃料噴射量や点火時
期の補正制御を行うが、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
ばらつきがあり、該ばらつきによって特に気筒間におけ
る燃焼圧ばらつき（サージトルク）を誤検出する惧れが
ある。そこで、図３〜図５のフローチャートに示すよう
にして、前記出力ばらつきを学習し、該学習結果に基づ
いて検出値を補正するようにしてある。

【００２１】尚、前記コントロールユニット11は、前記
図３〜図５のフローチャートに示すように、平均値算出
手段，ばらつき学習手段，補正手段としての機能を有す
る。図３のフローチャートにおいて、ステップ１（図中
ではＳ１としてある。以下同様）では、各筒内圧センサ
16で検出される気筒別の筒内圧Ｐ＃１〜Ｐ＃４（４気筒
の場合）をサンプリングする。

【００２２】ステップ２では、圧縮上死点前の圧縮行程
中に予め設定された所定のクランク角タイミングである
か否かを判別する。尚、前記所定のクランク角タイミン
グは、図６に示すように、圧縮行程中に一定間隔で複数
設定されている。ステップ２で、所定のクランク角タイ
ミングであることが判別されると、ステップ３へ進み、
同じクランク角タイミングでサンプリングされた各気筒
別の筒内圧検出値Ｐ＃１〜Ｐ＃４の平均値Ｐ_AVEを算出
する。

【００２３】Ｐ_AVE＝（Ｐ＃１＋Ｐ＃２＋Ｐ＃３＋Ｐ＃４）／４次のステップ４では、平均値Ｐ_AVEの基になった各気筒
の筒内圧を、平均値Ｐ _AVEに対応させて記憶させる。即
ち、筒内圧センサ16の検出結果から平均値Ｐ_AVEを参照
できることになり、前記平均値Ｐ_AVEの基になった筒内
圧は、非燃焼状態でサンプリングされた値であるから気
筒毎の燃焼ばらつきの影響を受けず、筒内圧センサ16の
出力ばらつきによってばらつくことになる。従って、参
照された平均値Ｐ_AVEと検出値との偏差は当該センサの
出力ばらつきを示し、検出結果を対応する平均値Ｐ_AVE
に読み替えれば、筒内圧センサ16の出力ばらつき分を排
除した筒内圧データを得られることになる。換言すれ
ば、筒内圧に対する検出出力の特性を平均値に統一させ
る補正がなされることになる。

【００２４】また、圧縮行程中のクランク角タイミング
に限定してばらつき学習をさせることで、筒内圧の増大
変化時のばらつき特性のみを学習させることができ、筒
内圧の増大方向と減少方向で出力にヒステリシスをもつ
場合に、該ヒステリシスによってばらつき学習の精度が
低下することを回避できる。図４のフローチャートは、
筒内圧の減少変化時の出力ばらつきを学習させるための
ものであり、ステップ12で燃料カット中の圧縮上死点後
の燃焼行程における所定クランク角タイミングであるか
否かを判別し（図７参照）、燃料カット中の燃焼行程に
おいて平均値Ｐ_AVEを演算させる点のみが、前記図３の
フローチャートと異なる。

【００２５】ここで、ステップ12以外の各ステップ11，
13，14については、図３のフローチャートにおけるＳ
１，３，４と同様な処理を行うので、説明を省略する。
燃料カット中の非燃焼状態を条件とするのは、気筒間の
燃焼ばらつきの影響を排除して、筒内圧センサ16の出力
ばらつきのみを学習させるためであり、かかる学習によ
って筒内圧の減少変化時における筒内圧センサ16の出力
ばらつきの特性を学習させることができる。

【００２６】図５のフローチャートは、前述のように、
非燃焼状態において筒内圧の増大変化時と減少変化時と
に分けて行われたばらつき学習の結果に基づいて、筒内
圧検出値を補正する様子を示すものである。ステップ21
では、筒内圧センサ16による検出結果を読み込み、ステ
ップ22では、筒内圧検出時における筒内圧の変化方向が
増大方向であるか減少方向であるか否かを判別する。

【００２７】そして、例えば増大変化時であれば、ステ
ップ23へ進み、図３のフローチャートに基づいて学習さ
れた平均値Ｐ_AVEと各センサによる検出結果との相対関
係を参照し、当該検出結果に対応する平均値_AVEを求
め、該平均値_AVEを最終的な検出結果として出力する。
一方、減少変化時であれば、ステップ24へ進み、図４の
フローチャートに基づいて学習された平均値Ｐ_AVEと各
センサによる検出結果との相対関係を参照し、当該検出
結果に対応する平均値_AVEを求め、該平均値_AVEを最終
的な検出結果として出力する。

【００２８】前記筒内圧の最終的な検出結果は、筒内圧
センサ16の出力ばらつきの影響を排除した値であるか
ら、例えば気筒間で筒内圧若しくは該筒内圧に基づく図
示平均有効圧を比較してサージトルクの発生を検出する
ときに、センサばらつきをサージトルクとして誤検出す
ることを防止できる。尚、ばらつき学習は、非燃焼時に
限定して行われ、非燃焼時の最大圧を越える圧力の学習
を直接的に行えないので、非燃焼時に学習した結果に基
づいて直線補間によって圧力の高い側におけるばらつき
特性を学習させるようにすると良い。

【００２９】また、上記では、平均値Ｐ_AVEと各センサ
による検出結果との相対関係をマップに記憶させるよう
にしたが、平均値Ｐ_AVEに対して各センサの検出結果が
一定量のシフトを有する場合には、当該シフト量を各セ
ンサ毎に学習させるようにしても良いし、平均値Ｐ_AVE
に対する比率として各センサのばらつきを学習させるよ
うにしても良い。但し、この場合にも、筒内圧の増大変
化時と減少変化時とで分けて学習・補正を行わせること
が好ましい。

【００３０】

【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、筒内圧検出手段のばらつきによる気筒毎の
検出結果のばらつきを補正でき、気筒間で燃焼影響によ
る偏差ではないセンサばらつきによる筒内圧偏差が誤検
出されることを防止できるという効果がある。

【００３１】請求項２記載の発明によると、筒内圧が圧
縮行程で増大変化するときの筒内圧検出手段のばらつき
を学習できるという効果がある。請求項３記載の発明に
よると、通常は燃焼影響を受ける燃焼行程中の所定クラ
ンク角タイミングにおいて、筒内圧が減少変化するとき
の筒内圧検出手段のばらつきを学習することができると
いう効果がある。

【００３２】請求項４記載の発明によると、筒内圧の増
大変化時と減少変化時とで筒内圧検出手段の出力特性が
ヒステリシスをもつ場合であっても、ばらつき学習を精
度良く行えると共に、高精度に補正が行えるという効果
がある。請求項５記載の発明によると、非燃焼状態では
直接的に学習できない燃焼時に発生する高圧力側のばら
つきを推定して、筒内圧検出手段の検出ばらつきを全領
域について補正できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明にかかる装置の構成ブロック
図。

【図２】実施の形態における機関のシステム構成図。

【図３】筒内圧増大変化時のばらつき学習を示すフロー
チャート。

【図４】筒内圧減少変化時のばらつき学習を示すフロー
チャート。

【図５】ばらつきの補正制御を示すフローチャート。

【図６】圧縮行程中の筒内圧サンプリングタイミングを
示す線図。

【図７】燃料カット時の燃焼行程中の筒内圧サンプリン
グタイミングを示す線図。

【図８】筒内圧センサのヒステリシス特性を示す線図。

【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

Claims

【特許請求の範囲】

【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、非燃焼状態の所定クランク角タイミングにおいて前記筒
内圧検出手段でそれぞれ検出された各気筒別の筒内圧の
平均値を算出する平均値算出手段と、該平均値算出手段で算出された平均値に基づいて、該平
均値に対する前記筒内圧検出手段による検出ばらつきを
各気筒別に学習するばらつき学習手段と、該ばらつき学習手段による学習結果に基づいて前記筒内
圧検出手段による各気筒別の検出結果をそれぞれに補正
し、該補正結果を最終的に筒内圧検出値として出力する
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筒内圧
検出装置。
【請求項２】前記平均値算出手段が、圧縮上死点前の圧
縮行程中における所定クランク角タイミングにおいて平
均値を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機
関の筒内圧検出装置。
【請求項３】前記平均値算出手段が、燃料カット中にお
ける圧縮上死点後の燃焼行程における所定クランク角タ
イミングにおいて平均値を算出することを特徴とする請
求項１記載の内燃機関の筒内圧検出装置。
【請求項４】前記ばらつき学習手段が、筒内圧の増大変
化時における学習と、筒内圧の減少変化時における学習
とを個別に行い、前記補正手段が、前記筒内圧検出手段
により検出される筒内圧の増大変化，減少変化の別によ
って、前記ばらつき学習手段による学習結果を使い分け
て補正を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか
１つに記載の内燃機関の筒内圧検出装置。
【請求項５】前記ばらつき学習手段が、非燃焼状態の最
大筒内圧を越える領域のばらつきを補間により推定して
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筒内圧検出装置。