JP2502385B2 - 内燃機関の燃料量及び点火時期制御方法および装置 - Google Patents

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燃料消費率を向上させるために燃
料量及び点火時期を最適値に制御維持するのに、また正
確に故障診断するのに好適な制御方法および装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

内燃機関は運転条件、例えば燃料供給量、回転数、負
荷、燃料の性状、などが同一の条件で、燃料量及び点火
時期を調整すると発生トルクが変化し、最適の燃料量及
び点火時期において最大トルクを発生する。したがつ
て、それら諸条件の下で、最大トルクを発生するように
燃料量及び点火時期を常に制御すれば、内燃機関の燃料
消費率は改善されることは明らかである。

従来から、内燃機関回転数および負荷に応じて最大出
力を発生する燃料量及び点火時期のマツプデータを設定
し、それらに応じて実際の内燃機関を制御することが提
案されている。しかしながら、上記の最適燃料量及び点
火時期は機差，経年変化，デポジツト，センサやアクチ
ユエータのドリフト，オクタン価の異なる燃料の使用な
どにより変動するため、それらの変動に応じて制御する
ことは極めて難しかつた。

一方、内燃機関の運転中に点火時期を僅かに増減変更
し、その時の内燃機関の速度変化率を検出し、その値か
ら最大の出力を発生する点火時期を予期する方法がエス
・エー・イー・ペーパ（SAE）870083（1982年２月）第4
3ページ〜50ページに述べられている。これは点火進角
に対する内燃機関の出力トルクの変化率に比例して点火
進角を移動させる方法である。

いま、内燃機関の出力トルクをT,回転数をN,点火進角
をθとすると、 である。したがつて、点火進角に対する出力トルクの変
化勾配（ΔT/Δθ）の代わりに、点火進角に対する内燃
機関の回転数の変化勾配（ΔT/Δθ）を求め、その勾配
に比例して点火進角量を移動させるいわゆる山登り法を
適用することにより、最適制御ができるのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

この方法で最適の点火時期値を検出するには、上述の
ように点火時期変化に対する内燃機関回転数の変化勾配
を求めることが必要であるが、公知の装置ではS/N比が
小さく、内燃機関回転数を大きく変化させないと十分な
出力が得られないために、乗り心地が悪くなるという問
題があつた。

本発明の主目的は、内燃機関の正常な運転を何等害す
ることなく燃料量及び点火時期の最適値を検出できる方
法および装置を提案することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の基本的概念は、燃料量及び点火時期をその自
己相関関数がインパルス状であるＭ系列信号のような検
出信号に従つて変化させ、その時の内燃機関回転数の変
化率に基づき燃料量及び点火時期を制御することであ
る。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図から第18図により説明
する。

（実施例１） 本発明の構成例 第１図は、本発明の要部を示す構成図であり、コント
ロールユニツトにより点火プラグ及びインジエクタを駆
動し、空気量センサ，O₂センサ，クランク角センサ，シ
リンダ内圧力センサ，トルクセンサ，振動センサ等を計
測して適宜に機関の運転状態を良好に維持する。

第２図は、本発明の一実施例である。内燃機関回転数
Ｎはクランク角センサ２によつて検出され、内燃機関シ
リンダに吸入される空気量Qaは、空気量センサ４によつ
て検出される構成とし、Ｍ系列信号を燃料噴射時間及び
点火時期に重畳して、Ｍ系列信号と回転数Ｎとの相関関
数の位相積分値から補正信号を生成し、燃料噴射時間及
び点火時期を最適化するものである。

クランク角センサ２は、例えば第10図（Ａ），（Ｂ）
の（イ）および（ロ）に示すように各気筒のTDC（Top d
ead center）の手前110°で発生するレフアレンス信号R
EF、機関が１°回転する毎にパルスを発生する位置信号
POSを制御装置に供給する。割算器６は空気量Qaと内燃
機関回転数Ｎの比、Qa/N＝Ｌを計算し、負荷に応じた信
号を発生する。空燃比補正装置８は負荷Ｌ及び内燃機関
回転数Ｎ、O₂センサの出力A/Fに応じた補正信号を発生
し、負荷Ｌに応じた基準噴射時間信号Tpとともに内燃機
関シリンダに対する燃料噴射時間信号TiBを決定する制
御装置10に与える。制御装置10は負荷Ｌによつて決めら
れた基準噴射時間Tpに空燃比補正装置８で計算された噴
射時間を加算するか、あるいは基準時間に補正係数を掛
けて実際の燃料噴射時間TiBを出力する。

検索信号であるＭ系列信号は、第５図（Ｂ）に示すよ
うなデータ即ち、例えば０と１との２値のみの数値列に
基づいてマイクロコンピユータにより発生され、Ｍ系列
信号成分燃料噴射時間ΔTiMとして基本燃料噴射時間ΔT
iBに重畳される。Ｍ系列信号によつて燃料噴射時間が変
更されたのち、内燃機関回転数Ｎが検出され、順次Ｍ系
列信号と回転数Ｎの相関関数とその移相積分を求め、移
相積分値に応じた最適化燃料噴射時間ΔTiCを基本燃料
噴射時間ΔTiBに重畳し、燃料噴射時間Tiをインジエク
タに与える。インジエクタ18はこの噴射時間Tiの間内燃
機関の気筒に燃料を噴射する。このＭ系列信号は、第３
図（イ）に示すように、振幅a,最小パルス幅Δ，周期Ｎ
Δ（N:最大シーケンスで実施例では15であるが7,31も使
用できる）のパラメータをもち、その自己相関関数は第
３図（ロ）のようにインパルス状である。即ち、第３図
（イ）に示すＭ系列信号を疑似ランダムパルス入力とし
てプロセス（エンジン制御系）に投入し、出力を得た場
合、これらの入出力と入力との相関関数をとると前者は
自己相関関数であり、入力がラムダムであることから第
３図（ロ）の如く自己相関関数がインパルス状となる検
索信号である。

一方制御装置14は内燃機関回転数Ｎ及び負荷Ｌに応じ
て決定される基本点火進角ΔadvBを発生する。Ｍ系列信
号は、Ｍ系列信号成分点火進角ΔθadvMとして基本点火
進角θadvBに重畳される。Ｍ系列信号によつて点火時期
が変更されたのち、内燃機関回転数Ｎが検出され、順次
Ｍ系列信号と回転数Ｎの相関関数とその移相積分を求
め、移相積分値に応じた最適化点火進角ΔθadvCを基本
点火進角θadvBに重畳し、点火時期θigを点火コイルに
与える。

後述するようにドライバに感じられない程度の回転数
変化しか与えない範囲の振幅ａでＭ系列信号（ｔ）を
発生させ、これを燃料噴射時間Tiに重畳する。このＭ系
列信号（ｔ）とこのときの内燃機関の回転数ｙとの相
関関数及び移相積分を計算して出力トルク勾配η
（δ_L）を求める。この出力トルク勾配η（δ_L）の正負
及び大きさに応じて燃料噴射時間の現在値からの増減及
びその大きさを決定するために、出力トルク勾配を積分
して当初の燃料噴射時間に重畳する。

以下同様にしてＭ系列信号の出力トルク勾配の積分値
の重畳を繰返し実施することによつて、燃料噴射時間は
常に最適値に保たれるように制御される。

Ｍ系列信号は微小変化であり、また出力トルク勾配の
積分値は滑らかに変化するので第２図に破線で示すよう
に直接最適化燃料噴射時間ΔTiCとしてＭ系列信号成分
ｗ料噴射時間ΔTiMとともに基本点火進角ΔTiBに重畳し
ても内燃機関回転数の変動も少なく、ドライバの運転感
性を損なうことがない。

また、Ｍ系列信号を所定期間印加し、求めた最適化燃料
噴射時間ΔTiCが大きな値でドライバの運転感性を損な
うことが予想される場合は、第９図に実線で示すように
遅延回路13,17を使用して最適化制御分を分割して２段
階に与えることによつて、回転数の急激な変動を回避で
きる。その場合の詳細な方法は後述する。第２図に示し
た燃料噴射時間最適化Ｍ系列信号処理12,点火時期最適
化Ｍ系列信号処理16,点火時期制御装置14,空燃比補正装
置８は、マイクロコンピユータによつて実行される。

（実施例２） Ｍ系列信号により点火時期を最適化する
一実施例 ここでは、Ｍ系列信号により点火時期を最適化する手
法を説明する。

Ｍ系列信号（ｔ）をプロセス（エンジン制御系）の
入力信号とした場合のインパルス応答ｇ（α）は入力信
号（ｔ）と、その入力に基づく出力ｙ（ｔ）との相互
相関関数φｙ（α）を計算すれば求められる。したが
つて、第１図において （ｔ）＝₀（ｔ）＋₁（ｔ） とすると、（１），（２）式が成立する。（ｔ）は
（ｔ）に比べてその変化が緩やかであるので、直流分と
見なすことができる。（ｔ）はこの入力信号の直流分
による出力である。

ｘ（ｔ）＝（ｔ）＋（ｔ） ……（１） ｙ（ｔ）＝（ｔ）＋（ｔ） ……（２） ここで入力信号である探索信号（ｔ）の振幅が十分
に小さければ、その振幅内での内燃機関の燃焼効率特性
（燃料量及び点火時期に対する出力トルク特性）を線形
とみなせるため、探索信号（ｔ）と、この（ｔ）に
対応する出力成分（ｔ）との関係、すなわち点火時期
と内燃機関回転数との関係は、インパルス応答ｇ（α）
を用いて（３）〜（５）式で表わされる。

ＮΔ:M系列信号の一周期 Δ:M系列信号の最小パルス数 N:M系列信号のシーケンス数 さらに探索信号（ｔ）と出力信号（ｔ）との相互
相関関数φ（α）は（６）式のように表わされる。

ここでφ（α）はＭ系列信号の自己相関関数で、 で与えられる。

一方、Ｍ系列信号である探索信号（ｔ）はあらゆる
周波数成分を含んでいるので、そのパワースペクトル密
度関数φ（ω）は一定であるから φ（ω）＝Φ（Ｏ） である。その結果、（６）式中の自己相関関数 φ（α−τ）は、デルタ関数δを用いて（８）式で
表わせる。

φ（α−τ）＝φ（Ｏ）・δ（α−τ） ……（８） したがつて、（６）式に示された相互相関関数φ
（α）は次のように変形される。

上式から明らかなように、インパルス応答ｇ（α）は
（ｔ）と（ｔ）の相互相関関数φ（α）を用い
（10）式で与えられる。

ｇ（α）＝φ（α）／Φ（Ｏ） ……（10） ここで、Φ（Ｏ）は自己相関関数φの積分値
に相当し、 Φ（Ｏ）＝（Ｎ＋１）Δ・a²/N＝Ｚ（一定） ……（11） a:M系列信号の振幅 で与えられる。相互相関関数φ（α）は（２）式か
ら次式のようになる。

したがつて ｇ（α）＝｛φｙ（α）−φ（α）｝/Z ……（13） となる。ここで（13）式の第２項φ（α）は、Ｍ系
列信号（ｔ）と、出力の直流分（ｔ）との相互相関
関数である。第一項のφｙ（α）はＭ系列信号入力
（ｔ）と出力ｙ（ｔ）との相互相関関数である。ｙ
（ｔ）はＭ系列信号（ｔ）の影響による変動成分と、
ｘ（ｔ）による直流成分とからなつているが、その成分
を分離して検出するのは難しく、直接に求められるのは
次式に示す相互相関関数φｙである。

ここでφ（α）の値は、αの値を（ｔ）の影響
が無くなるまで十分大きくとれば、φｙ（α）の値と
一致する。したがつて、φ（α）をφｙ（α）の
区間α₁，α₂における平均値ｇ（α）で近似することが
できる。

ここでα₁，α₂はバイアス補正項で、Ｎ・Δに近い値
を選ぶ。

さらに、区間α_S−α_Lにおけるインデシヤル応答γ
（α_L）は（15）式で与えられる。

α_SはＭ系列信号の擬似白色性によるインパルス応答
の立上りのずれを考慮した積分開始時刻である。α_Lは
インパルス応答を積分するときの積分区間の終了時刻
で、インパルス応答の特性に合わせて予め設定してお
く。このインデシヤル応答γ（α_L）が点火時期を探索
信号によつて単位量だけ変化させた時の内燃機関回転数
の変化に相当し、出力トルク勾配と呼ぶ。

第２図に示す本発明の実施例では、上述した出力トル
ク勾配γ（α_L）を積分制御すなわち最適化制御分を積
算して、点火時期信号θigに重畳させる方法により円滑
に最適点火時期に到達させている。

（実施例３） マイクロコンピユータを使用した本発明
の実施例 第４図（Ａ）は前記（実施例２）で示した点火時期を
最適化する実施例をマイクロコンピユータを利用して遂
行する場合の処理フローを説明する図である。基本点火
進角ルーチン401で内燃機関回転数Ｎ、負荷Ｌに対して
予め設定された基本点火進角θadvBを求める。次に最適
化制御ルーチン402のフラグオンの条件でＭ系列点火進
角設定ルーチン403を起動し、さらに点火進角ルーチン4
04で（16）式に従つて点火進角θigを求め、 θig＝θadvB＋ΔθadvM＋ΔθadvC ……（16） θig:点火進角 θadvB:基本点火進角 ΔθadvM:M系列信号成分点火進角 ΔθadvC:最適化信号成分点火進角 点火コイル通電開始時期ルーチン405で点火コイルに
印加する処理を実施する。

また、第４図（ｂ）はＭ系列信号によつて燃料噴射時
間を最適化する場合の説明図であつて、基本燃料噴射時
間ルーチン411で内燃機関回転数Ｎ、負荷Ｌに対して予
め設定された基本燃料噴射時間TiBを求める。次に最適
化制御ルーチン412のフラグオンの条件でＭ系列燃料噴
射時間設定ルーチン413を起動し、さらに燃料噴射時間
ルーチン414で（16′）式に従つて燃料噴射時間点火進
角Tiを求める。

Ti＝TiB＋ΔTiM＋ΔTiC ……（16′） Ti:燃料噴射時間 TiB:基本燃料噴射時間 ΔTiM:M系列信号成分燃料噴射時間 ΔTiC:最適化信号成分燃料噴射時間 第５図（Ａ）はＭ系列信号成分点火進角設定ルーチン
403を詳細に示す図で、このルーチンでは予め設定され
たＭ系列信号ｘ（ｔ）データからビツトデータを順次読
み出してＭ系列信号を発生させる。初回にカウンタMCNT
を零にし、以降Ｍ系列信号ビツトデータ検索を行ない、
（17）式に従つてＭ系列信号成分点火進角ΔθadvMを発
生させる。

次にカウンタMCNT（17′）式に従つて更新する。

ここで、N:M系列信号のシーケンス数。

第６図は、最適化制御ルーチンを示す。まずデータ入
力601でＭ系列信号（ｔ）及び内燃機関回転数ｙを同
期してサンプリングし、マイクロコンピユータに入力
し、記憶する。Ｍ系列信号の１周期分のサンプリングを
実施したときに（12），（13′）式に従つて切互相関関
数φ（α）を計算し、引き続いて（14），（15）式
に従つて、出力トルク勾配γ（α_L）を計算する。ここ
で、ｍは後述するように整数である。

つぎに第７図に示すように（18），（19）式に従つて
最適化信号成分を求める。

ΔθadvC＝ΔθadvC＋（１−β）ｋ・γ（α_L） ……（18） ΔTiC＝ΔTiC＋（１−ε）ｈ・η（δ_L） ……（19） ここで k,h:積分制御ゲインで出力トルク勾配と最適点火時期
との関係を示す係数で、内燃機関に応じて設定する。

β，ε：位相を遅らせて出力する割合を示し、0.5〜
0.7に設定される。

である。

さらに位相を遅らせて出力するためには、第７図に示
すようにマイマをセツトして独立した処理ルーチンであ
る第２制御ルーチンを起動する。第２制御ルーチンで
は、第８図に示すようにタイマを読み込み、位相遅れ時
間ＬθあるいはＬ_Tだけ経過していれば（18′），（1
9′）式を実行し、 ΔθadvC＝ΔθadvC＋β・ｋ・γ（α_L） ……（18′） ΔTiC＝ΔTiC＋ε・ｈ・η（δ_L） ……（19′） そうでない場合には第２制御ルーチンを再起動する。
したがつて、例えば最適化信号成分点火進角ΔθadvC
は、第９図に示すように２段階に出力されるので、急激
な点火時期の変化が抑制される。

（実施例４） 最適化ルーチンのタイミングの一例 第10図はそれぞれの計算ルーチンが作動するタイミン
グを示す。第10図（Ａ）は、点火時期最適化の場合であ
り、同図（Ｂ）は燃料噴射時間最適化の場合である。

第10図（Ａ）の（イ）に示すように各気筒ごとに生成
されるレフアレンス信号REFのタイミングで点火時期設
定ルーチンを起動し、この計算結果に応じて点火コイル
電流を制御して、点火時期を予め定めて点火パルスを発
生させる。点火コイル電流の通流時間はバツテリの出力
電圧、内燃機関の回転数などによつて決定され、通流開
始時刻Tsは点火進角設定ルーチンによつて算出された値
に調整される。例えば第10図（Ａ）の（ハ）のようなＭ
系列信号が与えられ、点火進角が±Ａ変更された時は、
通流開始時間Tstが±Ａ変更され、その結果同図（ホ）
のように点火時期Tfが調整されるのである。

また、燃料噴射時間設定の場合はREF信号に同期して
第10図（Ｂ）の（リ）のような±ＢのＭ系列信号が入力
され、燃料噴射時間設定ルーチン（ヌ）が起動されて、
同図（ル）のように燃料噴射時間Tiが調整される。

レフアレンス信号REFは各気筒のTDC（top dead cente
r）の手前110°で発生する。従つて、６気筒の場合には
120°毎に発生し、１回転に３パルス（２回転で１サイ
クルであるからREF信号は１サイクルに６回発生する）
を発生する。この第10図（イ）では第１〜第３番目の気
筒のレフアレンス信号R₁〜R₃のみ記載している。このRE
F信号の周期Trefは回転数が大きくなるにつれて小さく
なる。これは、検索信号の周期とエンジンの行程（時
間）との間で物理的な応答が顕在化するために必要な時
間を確保するためである。例えば、Ｍ系列信号の周期が
物理系の応答速度より速い場合にはＭ系列の各１単位に
対する出力が発生しないうちに次の１単位が入力され、
入出力間に明確な相関が得られないためである。また、
前記と逆の場合も同じことが云える。

レフアレンス信号REFと同期して起動される点火時期
設定ルーチンとは独立して、REF信号を1/m（m:整数）に
分割した最適化制御タイミングで最適化制御ルーチンを
起動する。第10図（Ａ）の（ト），（チ）はｍ＝５の場
合を示す。最適化制御ルーチンが起動するタイミング周
期Tref/mは、REF信号に比例するから、最適化制御タイ
ミングの発生する間隔を計測することによつて、内燃機
関の回転数が検出される。検出される回転数は、一つの
最適化制御タイミングパルスが発生してから次のタイミ
ングパルスが発生するまでは（たとえば区間Ｔ）同じで
あるから、最適化制御ルーチンは区間Ｔのどこで起動し
ても良い。整数ｍは１〜５が選択できるが、ｍを大きく
しても低速時の場合は検出される回転数がほとんど同じ
であり、マイクロコンピユータの負担を大きくするに過
ぎない。実用的には１または２が適当である。

上述のように点火進角設定ルーチンと最適化制御ルー
チンとを独立して制御すると、両者は必ずしも同期しな
くてもよく、また互いの処理に優先順位を付けることが
できる。その結果、最適化制御ルーチンは時間ベースで
処理したり、処理時間に余裕がない場合に点火進角設定
ルーチンを優先的に処理して燃焼制御を確実にすること
ができる。また第14図に示すようにＭ系列信号の周期Tr
ef・Ｎ毎に出力トルク勾配を求める計測期間、点火時期
を最適値に操作する制御出力期間に処理を分散して実行
することもできる。また出力トルク勾配を求める期間と
点火時期を操作する期間を分けることにより、Ｍ系列信
号による回転数変化分に最適制御のための点火時期操作
による回転数変化とが重畳することが無くなるので、出
力トルク勾配を精度良く計測できる。

Ｍ系列信号の最小パルス幅Δは内燃機関の燃焼工程の
整数倍に設定される。例えば６気筒の場合はレフアレン
ス信号REFは120°毎、すなわち２回転の間に６個発生す
る最小パルス幅ΔをこのREF信号の周期Trefの整数倍に
設定する。例えば第10図（ハ）に示すようなＭ系列信号
があたえられたとき、最小パルス幅Δを燃焼工程と同じ
に設定した場合には第11図（イ）、最小パルス幅Δを燃
焼工程の６倍に設定した場合には、第11図（ロ）のよう
になる。最小パルス幅Δを燃焼工程の気筒数倍に設定し
たときには、全ての気筒に同じ点火時期信号が与えられ
る。最小パルス幅Δが燃焼工程より小さいと複数の点火
時期指令が同時に一つの気筒に与えられたり、Ｍ系列信
号が乱れを生ずるおそれがある。この最小パルス幅Δは
回転数が大きくなるに従い短くされる。

（実施例５） Ｍ系列信号を使用した最適化制御の他の
実施例 第12図は本発明の他の実施例を示すもので、以下に説
明する逐次計算法に従うものである。

インデシヤル応答β（α_L）の計算式において、相互
相関関数の計算する場合の時間積分と上記の位相αによ
る積分を入れ替えて（20）式に変形する。

ここでＸ（ｔ）は（21）式で表わされるように信号
（ｔ）の部分積分に応じた関数で、（ｔ）のみで決ま
りプラント（内燃機関制御系）の応答信号ｙ（ｔ）に無
関係である。

（12）式より 以上を整理して、インデシヤル応答γ（α_L）は （24）式で与えられるＸ（ｔ）は、探索信号ｘ（ｔ）
を部分的に積分した値に応じた関数でこれを相関信号と
呼ぶ。この相関信号Ｘ（ｔ）は予め初期値Ｘ（０）を求
めておき、各時点では変化分を計算すればデータとして
記憶しておく必要が無くなる。今サンプリング周期をTs
とすると次式で求められる。

Ｘ（ｔ）−Ｘ（ｔ−Ts）＝Ts〔（Ts＋Δ）−（ｔ＋
Δ−（ｐ＋１）Ts）−k₂｛ｘ（ｔ−α₁）−ｘ（ｔ−α₁
−（ｑ＋１）Ts）｝〕 ……（28） ここで （28）式の時間積分は移動平均により近似すれば、積
分演算に要するデータ記憶容量は極めて少量ですむ。

第12図は（20）式に従つて構成した実施例を示す。本
実施例は、Ｍ系列信号と同期して（28）式に従つて予め
計算し記憶された相関信号Ｕ（ｔ）121及びＸ（ｔ）122
を逐次発生し、内燃機関の出力回転数ｙと乗算した結果
をＭ系列信号の周期で時間積分123,124して出力トルク
勾配η（δ_L）及びγ（α_L）を求めるものである。

第13図（Ａ），（Ｂ）はマイクロコンピユータで実施
した場合の点火時期及び燃料噴射時間のそれぞれの最適
化制御プログラムの構成例を示す。データ入力131ある
いは135で内燃機関回転数ｙをサンプリングし、Ｍ系列
信号の発生と同期して相関信号Ｘ及びＵを発生し、（3
0）式に従つて出力トルク勾配γ（α_L）あるいはη（δ
_L）を算出132,136する。

γ（α_L）＝γ（α_L）＋Ｘ・ｙ ……（30） η（δ_L）＝η（δ_L）＋Ｕ・ｙ ……（31） Ｍ系列信号（もしくは相関信号）の１周期分だけ上記
の処理を実施する場合は、（18），（19）式に従つて最
適化信号成分点火進角ΔθadvCあるいはΔTiCを求め
る。つぎに出力トルク勾配γ（α_L）あるいはη（δ_L）
をリセツトして次周期の計算に備える。

本実施例では逐次に相関関数を計算するので、Ｍ系列
信号ｘ（ｔ）と内燃機関回転数ｙとをＭ系列信号の１周
期に亘り記憶する必要がないので、メモリ容量が大幅に
削減できる。さらに位相αによる積分を予め実施してし
まうことになるので、リアルタイムでは時間積分のみで
良く演算時間も大幅に短縮できる。

（実施例６） 本発明の効果を示す実施例 第14図は本発明を６気筒内燃機関に適用したときのシ
ミユレーシヨン結果を示す。Ｍ系列信号に従つて点火時
期に気筒別で±１°の操作入力を重畳させ、検出した内
燃機関回転数との相関関数をＭ系列信号の周期毎に計算
して得られた出力トルク勾配を積分して点火時期信号に
順次重畳させた結果、点火時期は初期値TDC前20°から
約４秒後にはTDC前28°（最適値）に移動した。このと
きの車両の前後加速度は±0.03G以内であり、ドライバ
に感じられない範囲であつた。

第15図（Ａ）は、Ｍ系列信号を連続して点火信号に重
畳し、トルク勾配γ（α_L）を実車試験によつて求めた
例を示す。Ｍ系列信号を第15図（イ）のように±２度変
化させると、回転速度は同図（ロ）に示すように約±30
rpm変化する。このＭ系列信号を約600msec重畳すると、
トルク勾配γ（α_L）として約6.5rpm/度が得られる。な
お、トルク勾配は第２図の実施例で説明したように、
（13′）式でＭ系列信号（ｔ）と出力ｙ（ｔ）との相
互相関関数を計算し、その相互相関関数を使つて（1
4），（15）式によつて求めたものである。

第15図（Ｂ）は同様に実車試験結果を示したもので、
Ｍ系列信号を620msec間重畳してトルク勾配を計測し、
約10°点火時期を修正している。制御周期である6sec経
過後再びＭ系列信号を印加し同様に計測制御したが、点
火時期が最適値近傍のためトルク勾配値が小さく、点火
時期修正には至っていない。すなわち、回転速度は第15
図（ヘ）の如く山登り特性を示し、最適点火時期へ変更
することができた。

以上述べたように本発明によれば自動車の速度変化が
少なくても、エンジン制御系における点火時期制御が可
能となる。

第16図は、Ｍ系列信号を連続して燃料噴射時間に重畳
し、トルク勾配η（α_L）を実車試験によつて求めた例
を示す。本実験ではクランク角24°毎に投入したＭ系列
信号及び機関回転数を計測している。実験条件は第10図
において、Ｎ＝31,Δ2Tref,m＝５である。また、機関回
転数を2000rpm定速とし、このときの燃料噴射時間は約4
msecであつた。連続投入したＭ系列信号（イ）により機
関回転数（ロ）が変化する。Ｍ系列信号は、±0.4msec
で燃料噴射時間に加算する。このとき、Ｍ系列信号と機
関回転数の相互相関関数は（ハ）のように求められ、こ
れを積分してトルク勾配として1200rpm/msecを得た。こ
れは、燃料噴射時間を1msec延長すれば機関回転数が120
0rpm増加することを示している。

燃料量を増加すれば機関回転数が増大することは通常
運転では当然である。しかし、通常運転以外の状況例え
ば始動暖機時では混合気を非常に濃くすることが通例で
あり、これが既定値に従つて燃料噴射時間を決定する適
応性のない制御方式であるため、プラグがくすぶるなど
異常燃焼を誘発することが多い。このような場合に本発
明を適用すれば、始動暖機に必要とされる機関回転数を
得るに必要十分な燃料噴射時間を求めることが可能とな
り、点火プラグのくすぶりなど燃焼状態を悪化させる要
因を排除することができる。

第17図は、６気筒エンジンにおいて気筒別に燃料噴射
時間と点火時期にＭ系列信号を投入する構成を示してい
る。エンジン170の制御系の構成としては、基本的に燃
料噴射時間制御171と点火時期制御172を有しており、そ
れぞれ別個のＭ系列信号発生器を有する173,174。Ｍ系
列信号はそれぞれの気筒の独立に投入され、第１気筒の
燃料噴射時間＃1Injから第６気筒の＃6Inj及び第１気筒
の点火時期＃1Advから第６気筒の＃6Advに重畳される。
これらの入力信号とエンジン回転数との相互相関関数も
燃料噴射時間と点火時期のそれぞれについて気筒別に計
算175,176する。

第17図のように構成すれば特定の気筒についてのイン
ジエクタ，点火コイル，点火パワートランジスタ，点火
プラグ，等の劣化、故障に起因する異常燃焼、トルク減
少を検出できる。即ち、エンジンあるいはその補機類の
異常、例えば点火プラグ、燃料噴射弁あるいはそれらの
駆動系に異常が生じると、Ｍ系列信号が重畳されても実
際には点火進角あるいは燃料噴射量には変化が現れず、
機関回転数も変化をしないので、相関関数を算出しても
トルク勾配は得られず、異常として認識できる。

第18図は本発明を使用して失火を検出する例を示すシ
ミユレーシヨンの結果である。正常な燃焼では第18図
（イ）のような相互相関関数が求められるのに対し、第
１気筒に失火が発生すると同図（ロ）のように相互相関
関数に顕著な差異が現れ、これをもつて失火検出が可能
となるのである。

また、エンジン回転数のみならず、シリンダ内圧力セ
ンサ，O₂センサ，振動センサの出力とＭ系列信号と相互
相関関数を求めることによつても、上記のような異常燃
焼を検出できることは特に例を挙げないが明らかであ
る。

〔発明の効果〕

このように、本発明により機関の運転性を向上するだ
けでなく、部品の故障を検出し、故障部位を特定するこ
とを可能とできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の原理図、第
３図はＭ系列信号の説明図、第４図〜第８図はプログラ
ム構成図、第９図はＭ系列信号の重畳例を説明する図、
第10図はプログラムの動作タイミング図、第11図はＭ系
列信号のエンジンへの分配状況を説明する図、第12図は
本発明の他の実施例を示す図、第13図はそのプログラム
構成図、第14図はシミユレーシヨン結果を示す図、第15
図〜第16図は実際の試験結果を示すグラフ、第17図は本
発明の他の実施例を示す構成図、第18図はシミユレーシ
ヨン結果を示す図である。 ２……クランク角センサ、４……空気量センサ、５……
O₂センサ、12……燃料噴射時間最適化処理装置、16……
点火時期最適化処理装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ａ Ｌ

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の回転数及び負荷に応じて演算処
   理を実行し、演算処理結果に基づいて生成した燃料量及
   び点火時期信号によって燃料量及び点火時期を調整する
   マイクロコンピュータを備えた内燃機関の燃料量及び点
   火時期制御方法において、自己相関関数がインパルス状
   である検索信号を、前記燃料量及び点火時期信号に重畳
   して前記燃料量及び点火時期を増減操作することにより
   内燃機関の回転数あるいは運転状態を変化させ、回転セ
   ンサによって検出した内燃機関の回転数もしくは運転状
   態検出センサによって検出した運転状態と前記検索信号
   との相互相関関数を演算し、該相互相関関数を用いて毎
   回の燃焼の正常性もしくは異常性を判定する内燃機関の
   燃料量及び点火時期制御方法。
2. 【請求項２】前記相互相関信号を用いてインパルス応答
   を求め、このインパルス応答を積分してインデシャル応
   答を求め、このインデシャル応答から生成した信号を前
   記補正信号とする特許請求の範囲第１項に記載された内
   燃機関燃料量及び点火時期制御方法。
3. 【請求項３】内燃機関の回転数及び負荷に応じて演算処
   理を実行し、演算処理結果に基づいて生成した燃料量及
   び点火時期信号によって燃料量及び点火時期を調整する
   マイクロコンピュータを備えた内燃機関の燃料量及び点
   火時期制御方法において、自己相関関数がインパルス状
   である検索信号を、前記燃料量及び点火時期信号に重畳
   して燃料量及び点火時期を増減操作することにより内燃
   機関の回転数あるいは運転状態を変化させ、前記マイク
   ロコンピュータのメモリに記憶された前記検索信号を部
   分積分した関数である相関信号を前記検索信号と同期し
   て読み出し、前記相関信号と回転センサによって検出し
   た内燃機関の回転数もしくは運転状態検出センサによっ
   て検出した運転状態との相互相関関数から、毎回の燃焼
   の正常性もしくは異常性を判定する内燃機関の燃料量及
   び点火時期制御方法。
4. 【請求項４】前記燃焼の正常性もしくは異常性の判定に
   基づいて、前記相関信号と回転センサによって検出した
   内燃機関の回転数もしくは運転状態検出センサによって
   検出した運転状態との前記相互相関関数から燃料量及び
   点火時期を所定量変化させた場合に相当する出力トルク
   勾配を求め、前記出力トルク勾配に基づいて更に補正信
   号を生成し、この補正信号によって前記燃料量及び点火
   時期を修正する内燃機関の燃料量及び点火時期制御方
   法。
5. 【請求項５】前記検索信号が２値の大きさを持つＭ系列
   信号である特許請求の範囲第１項ないし第４項の内燃機
   関の燃料量及び点火時期制御方法。
6. 【請求項６】内燃機関の回転数及び負荷に応じて演算処
   理を実行し、前記演算処理結果に基づいて生成した燃料
   量及び点火時期信号によって燃料量及び点火時期を調整
   するマイクロコンピュータを備えた内燃機関の燃料量及
   び点火時期制御方法において、大きさが２値、最小パル
   ス幅が内燃機関の燃焼工程の整数倍、その自己相関関数
   がインパルス状である検索信号を、前記燃料量及び点火
   時期信号に重畳して燃料量及び点火時期を増減操作する
   ことにより内燃機関の回転数あるいは運転状態を変化さ
   せ、検出された前記内燃機関回転数もしくは運転状態検
   出センサによって検出した運転状態の燃料量及び点火時
   期に対する変化割合応じて毎回の燃焼の正常性もしくは
   異常性を判定する内燃機関の燃料量及び点火時期制御方
   法。
7. 【請求項７】前記検索信号の最小パルス幅が内燃機関の
   回転数の増大とともに短縮する特許請求の範囲第６項の
   内燃機関の燃料量及び点火時期制御方法。
8. 【請求項８】内燃機関の回転数Ｎを検出する装置と、内
   燃機関に供給される空気量Qaを測定する空気量センサ
   と、前記機関に燃料を供給するインジェクタと、点火装
   置と、前記インジェクタ及び点火装置に制御信号を供給
   するマイクロコンピュータを備え、上記以外に必要に応
   じて機関の出力トルクを検出するトルクセンサ、排気中
   の空燃比を測定する理論空燃比用酸素センサあるいは希
   薄燃焼用酸素センサ、シリンダ内圧を測定する圧力セン
   サ、内燃機関の振動を検出する振動センサ、等の運転状
   態検出センサを備え、前記マイクロコンピュータは、前
   記空気量センサと回転数検出装置の出力の比である内燃
   機関負荷量Ｌ＝Qa/Nに依存する燃料噴射時間信号Tiを生
   成し、前記内燃機関負荷量Ｌと回転数Ｎに依存する基本
   燃料量及び点火時期信号を生成し、自己相関関数がイン
   パルス状である検索信号を前記基本燃料量及び点火時期
   信号に重畳した後、燃料量及び点火時期に対する前記回
   転数の変化勾配を求め、その変化勾配に応じて毎回の燃
   焼の正常性もしくは部品の故障を判定する内燃機関の燃
   料量及び点火時期制御装置。
9. 【請求項９】前記検索信号を所定の周期で前記基本燃料
   量及び点火時期信号に重畳する特許請求の範囲第８項の
   内燃機関の燃料量及び点火時期制御装置。
10. 【請求項１０】前記所定周期は内燃機関の回転速度の上
    昇とともに減少する特許請求の範囲第８項の内燃機関の
    燃料量及び点火時期制御装置。