(57)【要約】【課題】コストを抑えつつも制御系への付加を軽減して筒内圧が最大となるタイミングを検出可能な最大筒内圧クランク角検出装置を提供する。【解決手段】エンジン１の気筒２内の筒内圧が最大となるタイミングを検出するにあたり、気筒内の圧力を検出する筒内圧検出手段４からの筒内圧情報Ｓを微分して当該微分出力がゼロクロスするタイミングを検出し、基準クランク角で出力されるパルス信号（ＳＧＴ）の出力時からゼロクロスが検出されるまでの区間Ｌにおけるクランク角パルス数を計測して最大筒内圧タイミングとなるクランク角（θＰｍａｘ）を筒内圧情報処理回路３０で算出する。【選択図】図４
2007107506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの気筒内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、
前記筒内圧検出手段からの筒内圧情報を微分する微分回路と、
前記微分回路からの微分出力がゼロクロスするタイミングを検出するゼロクロス検出回路と、
前記エンジンの圧縮上死点近傍の基準クランク角に達するタイミングを検出する基準タイミングセンサと、
所定のクランク角間隔でパルス信号を出力するクランク角センサと、
前記基準タイミングセンサが前記基準タイミングを検出してから前記ゼロクロス検出回路が前記ゼロクロスを検出するまでの区間を計測する論理ゲート回路と、
前記論理ゲート回路により検出される区間における上記クランク角センサのパルス数を計数するカウンタ回路を有し、
前記基準クランク角と前記カウンタ回路の出力とに基づいてエンジンの気筒内の筒内圧が最大となるクランク角を検出することを特徴とするエンジンの最大筒内圧情報検出装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの最大筒内圧情報検出装置において、
前記筒内圧検出手段からの筒内圧情報をピークホールドして最大筒内圧を検出するピークホールド回路を更に有することを特徴とするエンジンの最大筒内圧情報検出装置。
【請求項３】
請求項２記載のエンジンの最大筒内圧情報検出装置において、
前記エンジンは多気筒であり、角気筒の筒内圧検出手段からの筒内圧情報を合成するマルチプレクサを更に有し、前記ピークホールド回路は前記マルチプレクサからの出力を受けて各気筒の最大筒内圧を順次検出することを特徴とするエンジンの最大筒内圧情報検出装置。
【請求項４】
エンジンに設けられた点火手段の点火時期を制御する装置であって、
請求項１ないし３の何れかに記載の最大筒内圧情報検出装置によって検出された最大筒内圧となるクランク角に応じて基本点火時期を進角または遅角制御することを特徴とする点火時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの筒内圧が最大となる状態に関る情報、特にエンジンの筒内圧が最大となるクランク角の検出装置及びそれを用いた点火時期の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にエンジンの機関効率を考えると、最小進角で良好なトルクが得られるクランク角、所謂ＭＢＴ(ミニマム・アドバンス・フォア・ベストトルク)付近で点火するのが良いとされており、エンジンの状態により点火時期を変えるＭＢＴ制御が既に行われている。すなわち、点火時期が最適（ＭＢＴ）でエンジントルクが最大となっている場合、最大筒内圧力は、所定のクランク角（１５°ＡＴＤＣ）になることが知られているため、この所定のクランク角（１５°ＡＴＤＣ）で筒内圧力が最大になるように点火時期を制御すればよい。
【０００３】
この制御を行うには、気筒内の圧力を検出することが必要となるので、筒内圧センサを用いて気筒内圧力を検出し、その検出結果に応じて点火時期を制御することになる。例えば、特許文献１では、筒内圧センサによる筒内圧の検知精度を高めるために、クランク角２°毎にプログラムを走らせて筒内圧が最大となるクランク角θＰｍａｘを算出し、この算出したクランク角が所定の目標クランク角と一致するように点火時期を制御することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２４６４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１では、クランク角２°毎にプログラムを走らせて筒内圧情報を処理しながら筒内圧が最大となるクランク角θＰｍａｘを算出しているため、制御系への演算負荷が非常に大きくなるし、検出精度を更に向上させようとすれば筒内圧情報を取り込むクランク角間隔を更に細かくする必要が生じ制御系への演算負荷が更に大きくなる。このため、制御系への演算負荷を抑えようとすると筒内圧情報を取り込むクランク角間隔を大きくせざるを得なくなり、今度は検出制度が低下する問題がある。  
本発明は、コストを抑えつつも制御系への演算付加を軽減して筒内圧が最大となるクランク角を検出可能なエンジンの最大筒内圧情報検出装置及びそれを用いた点火時期装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るエンジンの最大筒内圧情報検出装置は、エンジンの気筒内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、筒内圧検出手段からの筒内圧情報を微分する微分回路と、微分回路からの微分出力がゼロクロスするタイミングを検出するゼロクロス検出回路と、エンジンの圧縮上死点近傍の基準クランク角に達するタイミングを検出する基準タイミングセンサと、所定のクランク角間隔でパルス信号を出力するクランク角センサと、基準タイミングセンサが基準タイミングを検出してからゼロクロス検出回路がゼロクロスを検出するまでの区間を計測する論理ゲート回路と、論理ゲート回路により検出される区間におけるクランク角センサのパルス数を計数するカウンタ回路とを有し、基準クランク角とカウンタ回路の出力とに基づいてエンジンの気筒内の筒内圧が最大となるクランク角を検出することを特徴としている。
【０００７】
本発明に係るエンジンの最大筒内圧情報検出装置では、筒内圧検出手段からの筒内圧情報をピークホールドして最大筒内圧を検出するピークホールド回路を更に有することを特徴としている。
本発明に係るエンジンの最大筒内圧情報検出装置では、エンジンは多気筒であり、角気筒の筒内圧検出手段からの筒内圧情報を合成するマルチプレクサを更に有し、ピークホールド回路はマルチプレクサからの出力を受けて各気筒の最大筒内圧を順次検出することを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る、エンジンに設けられた点火手段の点火時期を制御する装置であって、上記何れかの最大筒内圧情報検出装置によって検出された最大筒内圧となるクランク角に応じて基本点火時期を進角または遅角制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、微分回路、ゼロクロス検出回路、論理ゲート回路、カウンタ回路を有機的に組み合わせることで、エンジンの圧縮上死点近傍の基準クランク角から筒内圧情報の微分出力がゼロクロスするまでの区間におけるクランク角センサのパルス数と基準クランク角とに基づいて筒内圧が最大となるクランク角を算出するので、特別なソフトや大容量の演算制御処理能力の必要がなくなり、コストを抑えながらも制御系への負荷を軽減して最大筒内圧となるクランク角を検出することができる。
【００１０】
本発明によれば、上記エンジンの最大筒内圧情報検出装置によって検出された最大筒内圧となるクランク角に応じて基本点火時期を進角または遅角制御するので、機関トルクを効率よく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１において全体構成を説明する。図１に符合１で示すエンジンの気筒２の上部には、点火プラグ３と筒内圧検出手段としての筒内圧センサ４とが、燃焼室５に臨むように装着されている。本形態において、筒内圧センサ４は吸気バルブ６の近傍に配置されている。筒内圧センサ４は気筒内の燃焼圧力を圧電素子によって電荷に変換し、電荷出力Ｓをチャージアンプ７に出力する。チャージアンプ７は、いわゆる電荷−電圧変換増幅器であり、電荷出力Ｓを信号に変換して電気回路で構成される筒内圧情報処理回路３０に出力する。筒内圧情報処理回路３０は後述するように最大筒内圧や最大筒内圧となるクランク角を算出して制御手段となるエンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」と記す）１０に出力する。なお、電圧信号Ｓは筒内圧センサ４で検知された圧力情報となる。
【００１２】
ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３およびＩ／Ｏポート２４により構成された周知のコンピュータであり、これらはコモンバス２５により互いに接続されている。ＥＣＵ１０は、計測用の図示しないタイマーを備えている。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に予め書き込まれているプログラムに従ってＩ／Ｏポート２４より必要とする外部データを取り込むと共に、ＲＡＭ２３との間でデータの授受を行いながら必要な処理値等を演算処理し、必要に応じて処理したデータをＩ／Ｏポート２４へ出力する。Ｉ／Ｏポート２４には、エアフローセンサ１１によって検出される吸入空気流量Ｑａ、クランク角センサ１２によって検出されるエンジン１のクランク角信号Ｃａなどの各種センサからの信号が入力される。Ｉ／Ｏポート２４からは点火信号Ｓｐを点火プラグ３に出力するとともに、噴射信号Ｓｉを燃料噴射用のインジェクタ１４に出力する。ＲＯＭ２２には、エンジン回転数Ｎｅと負荷情報となる吸入空気流量Ｑａとから図示しない基本点火時期と基本燃料噴射量のデータが記憶されている。つまり、ＥＣＵ１０は、入力される各センサ情報に基づいて点火時期や燃料供給制御を行う機能を備えている。
【００１３】
ＥＣＵ１０には、Ｉ／Ｏポート２４を介して筒内圧情報処理回路３０が接続されている。筒内圧情報処理回路３０は、燃焼室５内の最大筒内圧力（Ｐｍａｘ）と、最大筒内圧力となるクランク角（θＰｍａｘ）を算出するものである。筒内圧情報処理回路３０には、圧力検出センサ４で検出された圧力情報Ｓ（電圧信号Ｓ）と、基準タイミングセンサ８によって検出される基準タイミング信号ＳＧＴと、クランク角センサ１２によって検出されるエンジン１のクランク角信号Ｃａと、リセット信号とが入力される。本形態において、リセット信号にはＥＣＵ１０が出力する噴射信号Ｓｉを用いている。
【００１４】
基準タイミングセンサ８爆発間隔（６気筒エンジンではクランク角で１２０度、４気筒エンジンでは１８０度）毎に各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）前の所定位置、例えばＢＴＤＣ５°で〔Ｈ〕レベルから〔Ｌ〕レベルに立ち下がるパルスとなる基準タイミング信号ＳＧＴを出力する。クランク角センサ１２は、クランク角の単位角度（例えば、１°）毎に（Ｈ）レベルのパルスとなる単位信号Ｃａを出力する。なお、単位信号Ｃａのパルスを計数することにより、エンジン回転数Ｎｅを知ることかでき、この処理はＥＣＵ１０により行われる。
【００１５】
筒内圧情報処理回路３０は、図２，３に示すように、ピークホールド回路３１、微分回路３２、ゼロ点検出回路３３、論理ゲート３４、カウンタ回路３５を備えている。ピークホールド回路３１は、筒内圧検出センサ４で検出された気筒内の圧力情報Ｓとリセット信号となる噴射信号Ｓｉが入力されることで、圧力情報Ｓをリセット信号が入力されるまで保持して最大筒内圧力（Ｐｍａｘ）を検出し、リセット信号が入力されると、保持した値をリセットする。微分回路３２は、筒内圧検出センサ４で検出された圧力情報（筒内圧信号）Ｓが入力されることで、この筒内圧信号を微分演算する。ゼロ点検出回路３３は、微分回路３２からの微分出力が入力されることで、この微分出力がゼロとなるゼロクロスタイミングを検出する。論理ゲート３４には、ＳＧＴ信号とゼロクロスタイミング信号とクランク角信号Ｃａが入力され、図４に斜線で示す区間Ｌだけを抽出する。本形態において、論理ゲート３４は、図２に示すようにＮＯＲ回路で構成されている。カウンタ回路３５には、論理ゲート３４で抽出された区間Ｌ信号におけるクランク角信号Ｃａとリセット信号が入力され、クランク角信号Ｃａを区間Ｌ分だけカウントする。つまり、基準クランク角（ＢＴＤＣ５°）から最大筒内圧力（Ｐｍａｘ）となるまでのクランク角信号Ｃａのパルス数だけをカウントするとともに、リセット信号が入力されると、カウントをリセットする。
これにより、基準クランク角と最大筒内圧力になったクランク角のクランク角度差を算出することができ、この角度差と基準クランク角とに基づいて最大筒内圧力になったクランク角を算出することができる。
【００１６】
次に、最大筒内圧情報を用いた点火時期制御についての基本的な原理について説明する。吸入空気流量Ｑａおよびエンジン回転数Ｎｅに基づいて、点火時期や燃料噴射量がＥＣＵ１０で演算されるが、このとき筒内圧が最大筒内圧（Ｐｍａｘ）となる時期（クランク角θＰｍａｘ）が所定の目標値θ１（１５°ＡＴＤＣ）に一致するように点火時期を調整すればＭＢＴは達成することかできる。
【００１７】
すなわち、エンジン１が始動すると、エアフローセンサ１１、クランク角センサ１２及び筒内圧検出センサ４からの信号を取り込み、クランク角信号Ｃａからエンジン回転数Ｎｅを求める。そして吸入空気流量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅから基本点火時期をＥＣＵ１０が演算処理する。筒内圧検出センサ４からの圧力情報Ｓはピークホールド回路３１と微分回路３２に入力され、ピークホールド回路３１で最大筒内圧力（Ｐｍａｘ）を検出し、微分回路３２で微分演算し、ゼロ点検出回路３３で最大筒内圧タイミングと見なすゼロクロスタイミングを検出する。そして、論理ゲート３４で基準クランク角タイミングであるＳＧＴ信号の立ち下がりからゼロクロスタイミングまでの区間Ｌ（図４参照）だけを抽出し、カウンタ回路３５で１度毎のクランク角信号Ｃａをカウントすることで、最大筒内圧タイミングとなるクランク角（θＰｍａｘ）を算出する。
【００１８】
算出された最大筒内圧力（Ｐｍａｘ）と最大筒内圧タイミングとなるクランク角（θＰｍａｘ）は、ＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０では、ＲＯＭ２２に予め記憶された圧縮上死点後の所定の目標値θ１とθＰｍａｘとを比較する。本形態において目標値θ１は、１５°ＡＴＤＣとしている。そして、目標値θ１＝θＰｍａｘの場合には、ＭＢＴとなる点火時期であるので基本点火時期を補正しないで点火プラグ３から火花が飛ぶように点火信号Ｓｐを出力する。
【００１９】
一方、目標値θ１＝θＰｍａｘの条件を満たしていない場合には、目標値θ１とθＰｍａｘとの差を判断する。そして、θＰｍａｘが目標値θ１よりも遅角している場合には基本点火時期を進角補正し、進角補正したタイミングで点火プラグ３から火花が飛ぶように点火信号Ｓｐを出力する。目標値θ１＜θＰｍａｘでない場合、すなわちθＰｍａｘが目標値θ１よりも進角している場合には基本点火時期を遅角補正し、遅角補正したタイミングで点火プラグ３から火花が飛ぶように点火信号Ｓｐを出力する。
【００２０】
このように、筒内圧検出センサ３で検出された筒内圧情報Ｓを微分して当該微分出力がゼロクロスするタイミングを検出し、圧縮上死点前５度で出力されるパルス信号（ＳＧＴ）の出力時からゼロクロスパルスが検出されるまでの区間Ｌにおけるクランク信号のパルス数を計測して最大筒内圧タイミングとなるクランク角（θＰｍａｘ）を算出するので、特別なソフトや大容量の演算制御処理能力の高必要がなくなり、コストを抑えながらも制御系への負荷を軽減して最大筒内圧となるタイミングを検出することができる。
【００２１】
図５、図６に本発明の別な実施形態を示す。この形態ではＥＣＵ１０に対して筒内圧情報処理回路４０が接続されている。筒内圧情報処理回路４０は、基本的には筒内圧情報処理回路３０と同様の構成であるので、相違点についてのみ説明する。筒内圧情報処理回路４０の特徴は、マルチプレクサ５０と論理ゲート５１を備えて点にある。すなわち、この形態では各気筒２に設けた筒内圧検出センサ３からそれぞれ出力される筒内圧信号（圧力情報Ｓ）と、各気筒に対応する抽出信号とをマルチプレクサ５０に入力し、どの気筒からも筒内圧信号（圧力情報Ｓ）が入らない期間を設けるようにしている。論理ゲート５１にも抽出信号が入力され、この筒内圧信号（圧力情報Ｓ）が入らない期間を抽出して各気筒に対するリセット信号としている。マルチプレクサ５０は、入力された筒内圧信号（圧力情報Ｓ）を合成し、ピークホールド回路３１に入力している。また、微分回路３２にも合成された筒内圧信号（圧力情報Ｓ）が入力される。
【００２２】
このような構成の点火制御回路４０においては、吸入空気流量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅから基本点火時期がＥＣＵ１０で演算処理され、各気筒の筒内圧検出センサ４からの圧力情報Ｓがマルチプレクサ５０を介してピークホールド回路３１と微分回路３２に合成された値として入力され、ピークホールド回路３１で各気筒の最大筒内圧力（Ｐｍａｘ）を検出し、微分回路３２でそれぞれの気筒の値を微分演算し、ゼロ点検出回路３３で最大筒内圧と見なす各気筒のゼロクロス位置を検出する。そして、論理ゲート３４を用いて圧縮上死点前５度で出力されるパルス信号であるＳＧＴ信号の立ち下がりからゼロクロス位置までの区間Ｌ１（図６の斜線領域）だけを抽出し、カウンタ回路３５で１度毎のクランク角信号Ｃａをカウントすることで、各気筒の最大筒内圧タイミングとなるクランク角（θＰｍａｘ）を算出することができる。
【００２３】
このように複数の気筒から筒内圧信号（圧力情報Ｓ）を受ける場合、マルチプレクサ５０を設けることで、ピークホールド回路や微分回路より下流の回路を共用しながら各気筒の最大筒内圧力（Ｐｍａｘ）や各気筒の最大筒内圧タイミングとなるクランク角（θＰｍａｘ）を正確に検出することができ、より効果的にコストを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態であるエンジンの最大筒内圧情報検出装置及びそれを用いた点火時期制御装置が実現されるためのエンジンシステムの構成図である。
【図２】本発明による気筒の最大筒内圧力と最大筒内圧タイミングとなるクランク角を検出するロジックを説明する概念図である。
【図３】点火制御回路の一構成例を示すブロック図である。
【図４】図３に示す筒内圧情報処理回路による最大筒内圧力と最大筒内圧タイミングとなるクランク角を検出する制御の概念を示すタイミングチャートである。
【図５】筒内圧情報処理回路の別な構成例を示すブロック図である。
【図６】図５に示す筒内圧情報処理回路による最大筒内圧力と最大筒内圧タイミングとなるクランク角を検出する制御の概念を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００２５】
１    エンジン
２    気筒内
４    筒内圧検出手段
Ｓ    筒内圧情報
３０，４０    筒内圧情報処理回路
３１    ピークホールド回路
５０    マルチプレクサ
Ｌ、Ｌ１    区間
Ｐｍａｘ    最大筒内圧
θＰｍａｘ  最大筒内圧タイミングとなるクランク角
【図１】
2007107506.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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