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JP2717665B2 - 内燃機関の燃焼予測判別装置 - Google Patents

内燃機関の燃焼予測判別装置

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JP2717665B2
JP2717665B2 JP63133036A JP13303688A JP2717665B2 JP 2717665 B2 JP2717665 B2 JP 2717665B2 JP 63133036 A JP63133036 A JP 63133036A JP 13303688 A JP13303688 A JP 13303688A JP 2717665 B2 JP2717665 B2 JP 2717665B2
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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焼状態を一部の気筒内圧力情報
に基づき演算によって予測する内燃機関の燃焼予測判別
装置に関するものである。
（従来の技術） 従来から燃焼状態の判別装置としては、ノックセン
サ、気筒内圧力センサ、イオンギャップセンサ、O2セン
サを利用したものが広く用いられている。
ノッキングによる振動を検知するノックセンサは通
常、内燃機関のシリンダブロックに取り付けられ、ノッ
キング発生に伴う気筒内の圧力振動をブロック壁の振動
として検出するものである。しかし、この種のノックセ
ンサを用いた場合、ノッキングが発生しブロックが振動
した場合に初めてノッキング発生を判別できることにな
るため、燃焼の初期部分からノッキング発生を予測する
ことは不可能である。
また気筒内圧力を検知するセンサによって、ノッキン
グ発生に伴う気筒内圧力の振動を検出するもの（特開昭
61−13126）についても、ノッキングが発生し気筒内圧
力が急激に振動した後に初めてノッキング発生を判別で
きるのであり、ノッキング発生を未然に予測できるもの
ではない。
また気筒内圧力を検知するセンサによって失火を検出
するもの（特開昭62−30932）についても、点火後火炎
が発達していく途中で火炎発達が止まり、やがて失火に
到るような場合、気筒内圧力が正常燃焼のものと似てい
るため、失火の判別が困難になる。
また失火をイオンギャップセンサによって検知する場
合、該センサは燃焼室内に取り付けられ、火花点火後、
火炎が所定の時間後に所定の位置に来たかどうかによっ
て失火を判別するものが一般的である。しかし、イオン
ギャップセンサを用いた場合、火炎が所定の位置まで来
なかった場合に初めて失火であったことが判別できるこ
とになるため、燃焼の初期部分から失火を予測すること
は不可能である。加えて火炎が燃焼室の一部分に偏在す
る場合、センサ取付装置によっては火炎の消滅を検知で
きない場合がある。
また、内燃機関の空燃比を測定するO2センサは、通
常、内燃機関の排気管に取り付けられ、排気ガス中の酸
素濃度を知ることにより燃焼時の空燃比を判別するもの
である。しかし、O2センサを用いた場合、燃焼が終了し
て排気ガスが排気管中へ排出された後に初めて空燃比の
判別が可能になるものであり、またO2センサの応答速度
も遅いために、一サイクルの燃焼終了以前または終了後
ただちに、その燃焼時の空燃比を判別することは不可能
である。加えて、多気筒のエンジンに適用した場合、気
筒別に空燃比を判別することはできない。
（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように、従来の技術は燃焼状態を検知する
センサ自体の応答性及び確実性に問題があるか、または
信号処理方法に問題があるため、一サイクルの燃焼期間
全体にわたって計測し燃焼が終了してからか、または異
常な燃焼が起こってから初めて、そのサイクルの燃焼状
態を判別することができるものである。
従って従来の技術では、サイクル内の燃焼の一部分か
ら該サイクルのその後の燃焼を未然に予測することはで
きないという問題があった。
本発明は上記の問題を解決するものであり、燃焼サイ
クルの燃焼の一部分の期間の計測を行うだけで、該サイ
クルのその後の燃焼状態を演算によって求め、該サイク
ルの全体の燃焼状態を予測判別することができる内燃機
関の燃焼予測判別装置を得ることを目的としている。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の燃焼予測判別装
置は、第１図に示すように、クランク角を検出し電気的
信号に変換するクランク角検出装置１と、 気筒内圧力を検出しそれに対応した電気的信号に変換
する気筒内圧力検出装置２と、 予測判別する燃焼条件下で得られた燃焼の一部分の期
間におけるクランク角同期の気筒内圧力と、その同じ燃
焼の全期間にわたる燃焼状態を表す出力値を用いて、前
記の気筒内圧力の入力と前記の燃焼状態を表す出力値が
対応するように調整された重み定数と気筒内圧力信号と
を乗算した後加算した出力に対して、非線形変換を施し
出力を得る演算要素を多数組み合わせて構成された演算
装置であって、燃焼状態の予測判別をするに際して、ク
ランク角検出装置からのクランク角信号により、気筒内
圧力検出装置から出力される燃焼圧力波形の一部分を取
り出し入力し、クランク角位置に対応した気筒内圧力信
号と調整された重み定数を乗算した後加算し、非線形変
換して得られた最終出力値の大きさによって燃焼状態を
予測判別する演算処理装置３から構成されている。
（作用） 上記のように構成された本発明の燃焼予測判別装置
は、以下に述べる様に、内燃機関の燃焼状態を予測判別
する。
演算処理装置は、クランク角検出装置と気筒内圧力検
出装置の出力の中から予測判別したい所定の燃焼条件に
見合った、燃焼の一部分の所定のクランク角度の期間、
クランク角同期の気筒内圧力を取り出し、それを予測判
別対象の気筒内圧力とする。この予測判別対象の気体内
圧力を演算処理装置に入力し、クランク角位置に対応し
た調整された重み定数を乗算して加算した後、非線形変
換し、最後に得られた最終出力値の大きさによって、燃
焼状態の一部分により後の燃焼状態を予測判別する。
（効果） 本発明は、以上説明したような作用により、以下に記
載されるような効果を奏する。
本発明は内燃機関のあるサイクルの全体の燃焼状態
を、燃焼サイクルの一部分から未然に予測判別し、その
燃焼状態に応じた出力を得ることができるため、機関の
運転条件の制御を迅速かつ的確に行うことが可能にな
る。
加えて本発明は、各種の燃焼状態の予測判別を気筒内
圧力の検出によって行うことができるので、従来、燃焼
状態を判別するために備えられていた各種の特別なセン
サ、例えばノックセンサ、O2センサ、イオンギャップセ
ンサ、燃焼発光センサ、等を不要とすることができ、エ
ンジン制御システムを簡略化すると共に高度な制御が可
能となる。また、本発明は各種の燃焼状態の予測判別を
行う演算処理装置としてどの様な形式の計算機を使って
も良いが、例えば学習機能を持つものを用いた場合、各
種の燃焼予測判別を全く同じ仕様の演算処理装置を用
い、かつ演算処理調整用の気筒内圧力の重み定数の変更
のみによって行うことができ、演算処理装置の簡略化、
演算処理装置共有によるコストダウン、予測判別用プロ
グラム開発の省略が可能となる。加えて、演算処理装置
を複数設けた場合、故障時に他の演算処理装置で代用す
ることも可能である。
（他の発明の説明） 本発明は基本的構成を変えることなく、予測判別する
燃焼条件に合わせて演算処理装置中の重み定数の値を調
整することによって、各種の燃焼状態を予測判別するこ
とができる。重み定数の調整に関しては、以下の説明で
も述べるように別途実験によって重み定数を変えながら
出力値が適正になるものを探すという方法でも良い。ま
たその後の演算処理に関しても、気筒内圧力の検出後行
っても、気筒内圧力の検出と同時に行っても良い。以下
に本発明の一態様であるその他の発明について説明す
る。
第２発明は、本発明の一態様であって、内燃機関の異
常燃焼を予測判別することを目的としている。
本第２発明の構成は、内燃機関において、クランク角
を検出し電気的信号に変換するクランク角検出装置と、
気筒内圧力を検出しそれに対応した電気的信号に変換す
る気筒内圧力検出装置と、異常燃焼及び正常燃焼の燃焼
条件下で得られた燃焼の一部分の期間におけるクランク
角同期の気筒内圧力と、その同じ燃焼の異常燃焼あるい
は正常燃焼の燃焼状態を表す出力値を用いて、前記の気
筒内圧力の入力と前記の燃焼状態を表す出力値が対応す
るように調整された重み定数と気筒内圧力信号とを乗算
した後加算した出力に対して、非線形変換を施し出力を
得る演算要素を多数組み合わせて構成された演算装置で
あって、クランク角検出装置からのクランク角信号によ
り、気筒内圧力検出装置から出力される燃焼圧力波形の
一部分を取り出し入力し、クランク角位置に対応した気
筒内圧力信号と調整された重み定数を乗算した後加算
し、非線形変換して得られた最終出力値の大きさによっ
て異常燃焼を予測判別する演算処理装置とから成ること
を特徴とする内燃機関の燃焼予測判別装置である。
本第２発明は構成上、特に特徴的なのは演算処理調整
用の気筒内圧力として異常燃焼時と正常燃焼時の典型的
な気筒内圧力波形を解析し、これらの圧力波形を使用し
て、異常燃焼の予測判別に必要な演算処理装置内の重み
定数を異常燃焼予測用に調整するか、あるいは別途、実
験によって前記定数を求めるかして、異常燃焼の発生以
前の気筒内圧力の経過からその後異常燃焼が発生するか
否かを予測判別できるように調整された演算処理装置を
用いることである。
つまり本第２発明は、クランク角と同期した気筒内圧
力を異常燃焼発生前の燃焼初期の部分について取り出し
入力し演算することによって、その後発生する異常燃焼
を未然に予測判別し、その燃焼状態に応じた出力を得る
ことができるため、異常燃焼の無い運転を可能にすると
共に、出力・燃費の改善および排気ガスの浄化も同時に
可能になる。
第３発明は、本発明の一態様であって、内燃機関のノ
ッキングを予測判別することを目的としている。
本第３発明の構成は、内燃機関において、クランク角
を検出し電気的信号に変換するクランク角検出装置と、
気筒内圧力を検出しそれに対応した電気的信号に変換す
る気筒内圧力検出装置と、ノッキング及び正常燃焼の燃
焼条件下で得られた燃焼の一部分の期間におけるクラン
ク角同期の気筒内圧力と、その同じ燃焼のノッキングあ
るいは正常燃焼の燃焼状態を表す出力値を用いて、前記
の気筒内圧力の入力と前記の燃焼状態を表す出力値が対
応するように調整された重み定数と気筒内圧力信号とを
乗算した後加算した出力に対して、非線形変換を施し出
力を得る演算要素を多数組み合わせて構成された演算装
置であって、クランク角検出装置からのクランク角信号
により、気筒内圧力検出装置から出力される燃焼圧力波
形の一部分を取り出し入力し、クランク角位置に対応し
た気筒内圧力信号と調整された重み定数を乗算した後加
算し、非線形変換して得られた最終出力値の大きさによ
ってノッキングを予測判別する演算処理装置とから成る
ことを特徴とする内燃機関の燃焼予測判別装置である。
本第３発明は前記の第２発明をさらに具体的にしたも
のの１つであり構成上、特に特徴的なのは演算処理調整
用の気筒内圧力としてノッキング時と正常燃焼時の典型
的な気筒内圧力波形を解析し、これらの圧力波形を使用
して、ノッキングの予測判別に必要な演算処理装置内の
重み定数をノッキング予測用に調整するか、あるいは別
途、実験によって前記定数を求めるかして、ノッキング
の発生以前の気筒内圧力の経過からその後ノッキングが
発生するか否かを予測判別できるように調整された演算
処理装置を用いることである。
第２図にノッキング時と正常燃焼時の気筒内圧力波形
を示す。通常、上死点少し手前で火花点火を行い、上死
点後暫くしてノッキングが発生する。この場合、ノッキ
ング発生前の気筒内圧力波形がノッキングが発生する場
合は、上死点から上死点後10゜にかけて気筒内圧力の上
昇率が高く、その後もノッキング特有の圧力振動を伴っ
た圧力波形となる。
本第３発明は、これを利用して燃焼初期の気筒内圧力
の部分から、その形状の違い、つまり燃焼初期の気筒内
圧力の変化の違いを読み取りノッキングの有無の予測判
別をするものである。
つまり本第３発明は、クランク角と同期した気筒内圧
力をノッキング発生前の燃焼初期の部分について入力し
演算することによって、その後発生するノッキングを未
然に予測判別し、その燃焼状態に応じた出力を得ること
ができる。
このことによってノッキングの無い運転を可能にし、
エンジンの耐久性を向上すると共に、出力・燃費の改善
および排気ガスの浄化も同時に可能となる。
第４発明は、本発明の一態様であって内燃機関の失火
を予測判別することを目的としている。
本第４発明の構成は、内燃機関において、クランク角
を検出し電気的信号に変換するクランク角検出装置と、
気筒内圧力を検出しそれに対応した電気的信号に変換す
る気筒内圧力検出装置と、失火及び正常燃焼の燃焼条件
下で得られた燃焼の一部分の期間におけるクランク角同
期の気筒内圧力と、その同じ燃焼の失火あるいは正常燃
焼の燃焼状態を表す出力値を用いて、前記の気筒内圧力
の入力と前記の燃焼状態を表す出力値が対応するように
調整された重み定数と気筒内圧力信号とを乗算した後加
算した出力に対して、非線形変換を施し出力を得る演算
要素を多数組み合わせて構成された演算装置であって、
クランク角検出装置からのクランク角信号により、気筒
内圧力検出装置から出力される燃焼圧力波形の一部分を
取り出し入力し、クランク角位置に対応した気筒内圧力
信号と調整された重み定数を乗算した後加算し、非線形
変換して得られた最終出力値の大きさによって失火を予
測判別する演算処理装置とから成ることを特徴とする内
燃機関の燃焼予測判別装置である。
本第４発明は前記の第２発明をさらに具体的にしたも
のの１つであり構成上、特に特徴的なのは演算処理調整
用の気筒内圧力として失火時と正常燃焼時の典型的な気
筒内圧力波形を解析し、これらの圧力波形を使用して、
失火の予測判別に必要な演算処理装置内の重み定数を失
火予測用に調整するか、あるいは別途、実験によって前
記定数を求めるかして、失火の発生以前の気筒内圧力の
経過からその後失火が発生するか否かを予測判別できる
ように調整された演算処理装置を用いることである。
第３図に希薄燃焼に伴う失火が発生した場合の気筒内
圧力波形の例を示す。このように混合気が希薄なために
燃焼がかなり進行してから燃焼が不良となる場合におい
ても、燃焼初期の気筒内圧力が失火にいたる場合と正常
燃焼の場合とでは上死点から上死点後10゜にかけての気
筒内圧力波形に違いがあり、失火する場合は気筒内圧力
の上昇率が小さい。
本第４発明はこれを利用して、燃焼初期に対応する気
筒内圧力波形の形状の違いを読み取り、失火の有無を予
測判別するものである。
つまり本第４発明は、クランク角と同期した気筒内圧
力を失火発生前の燃焼初期の部分について入力し演算す
ることによって、その後発生する失火を未然に予測判別
し、その燃焼状態に応じた出力を得ることができる。
このことによって失火の無い運転を可能にすると共
に、出力・燃費の改善および排気ガスの浄化も同時に不
能になる。
第５発明は、本発明の一態様であって、内燃機関の空
燃比を予測判別するものである。
本第５発明の構成は、内燃機関において、クランク角
を検出し電気的信号に変換するクランク角検出装置と、
気筒内圧力を検出しそれに対応した電気的信号に変換す
る気筒内圧力検出装置と、所定の空燃比の燃焼条件下で
得られた燃焼の一部分の期間におけるクランク角同期の
気筒内圧力と、その同じ燃焼の空燃比を表す出力値を用
いて、前記の気筒内圧力の入力と前記の空燃比を表す出
力値が対応するように調整された重み定数と気筒内圧力
信号とを乗算した後加算した出力に対して、非線形変換
を施し出力を得る演算要素を多数組み合わせて構成され
た演算装置であって、クランク角検出装置からのクラン
ク角信号により、気筒内圧力検出装置から出力される燃
焼圧力波形の一部分を取り出し入力し、クランク角位置
に対応した気筒内圧力信号と調整された重み定数を乗算
した後加算し、非線形変換して得られた最終出力値の大
きさによって空燃比を予測判別する演算処理装置とから
成ることを特徴とする内燃機関の燃焼予測判別装置であ
る。
本第５発明の構成上、特に特徴的なのは演算処理調整
用の気筒内圧力として予測判別する空燃比の典型的な気
筒内圧力波形を解析し、これらの圧力波形を使用して、
空燃比の予測判別に必要な演算処理装置内の重み定数を
空燃比予測用に調整するか、あるいは別途、実験によっ
て前記定数を求めるかして、燃焼終了以前の気筒内圧力
の経過からその後の燃焼状態を演算し空燃比を予測判別
できるように調整された演算処理装置を用いることであ
る。
第４図は空燃比を変えて運転した時の気筒内圧力の例
を示す。本第５発明は、第４図に示すように気筒内圧力
波形の形状が空燃比が小さい場合は、燃焼初期（この場
合上死点後10゜〜20゜）の気筒内圧力が高く逆に燃焼後
期（この場合上死点後40゜以降）の気筒内圧力が低いの
に対し、空燃比が大きい場合は、燃焼初期の気筒内圧力
が低く逆に燃焼後期の気筒内圧力が高くなる。このこと
を利用して、気筒内圧力波形の形状の違いを読み取り、
空燃比の予測を判別するものである。
つまり本第５発明は、クランク角と同期した気筒内圧
力を燃焼終了以前の部分について入力し演算することに
よって、その後の燃焼状態を演算し空燃比を未然に予測
判別し、その空燃比に応じた出力を得ることができるた
め、空燃比制御を迅速に行うことが可能となると共に、
制御精度が向上するため、出力、燃費の改善及び排気ガ
スの浄化が可能になる。
加えて、多気筒のエンジンの空燃比制御に適用した場
合、気筒別の空燃比を予測判別できるため、空燃比の制
御精度が格段に向上する。
なお、本第５発明は、気筒内圧力を燃焼終了後の部分
まで入力し演算しても、空燃比を判別することができる
ことは言うまでもない。
第６発明は、本発明の一態様であって、内燃機関の点
火時期制御あるいは噴射時期制御のための予測判別を行
うことを目的としている。
本第６発明の構成は、内燃機関において、クランク角
を検出し電気的信号に変換するクランク角検出装置と、
気筒内圧力を検出しそれに対応した電気的信号に変換す
る気筒内圧力検出装置と、所定の点火時期あるいは噴射
時期の燃焼条件下で得られた燃焼の一部分の期間におけ
るクランク角同期の気筒内圧力と、その同じ燃焼の点火
時期あるいは噴射時期を表す出力値を用いて、前記の気
筒内圧力の入力と前記の点火時期あるいは噴射時期を表
す出力値が対応するように調整された重み定数と気筒内
圧力信号とを乗算した後加算した出力に対して、非線形
変換を施し出力を得る演算要素を多数組み合わせて構成
された演算装置であって、クランク角検出装置からのク
ランク角信号により、気筒内圧力検出装置から出力され
る燃焼圧力波形の一部分を取り出し入力し、クランク角
位置に対応した気筒内圧力信号と調整された重み定数を
乗算した後加算し、非線形変換して得られた最終出力値
の大きさによって点火時期あるいは噴射時期を予測判別
する演算処理装置とから成ることを特徴とする内燃機関
の燃焼予測判別装置である。
本第６発明の構成上、特に特徴的なのは演算処理調整
用の気筒内圧力として最大トルクを発生する点火時期あ
るいは燃料噴射時期と、それより点火時期あるいは燃料
噴射時期が進み側である場合と遅れ側である場合のそれ
ぞれの典型的な気筒内圧力波形を解析し、これらの圧力
波形を使用して、点火時期あるいは燃料噴射時期の予測
判別に必要な演算処理装置内の重み定数を点火時期ある
いは噴射時期予測用に調整するか、あるいは別途、実験
によって前記定数を求めるかして、燃焼終了以前の気筒
内圧力の経過からその後の燃焼状態を演算し点火時期あ
るいは燃料噴射時期を予測判別できるように調整された
演算処理装置を用いることである。
本第６発明は、気筒内圧力波形の形状が点火時期ある
いは燃料噴射時期が進み側である場合は、燃焼初期の気
筒内圧力が高く逆に燃焼後期の気筒内圧力が低いのに対
し、遅れ側である場合は、燃焼初期の気筒内圧力が低
く、逆に燃焼後期の気筒内圧力が高い。この様な気筒内
圧力波形の特徴を利用して、気筒内圧力の経過からその
形状の違いを読み取り、最大トルクを発生する点火時期
あるいは燃料噴射時期であるか否かを予測判別するもの
である。
つまり本第６発明は、点火時期あるいは噴射時期が最
大トルクを発生できるものとなっているか否かを燃焼終
了前に予測判別することができるため、その後の制御に
時間的余裕を与えることができ、点火時期あるいは燃料
噴射時期の制御を迅速かつ精度良く行うことができるた
め、出力、燃費の改善及び排気ガスの浄化が実現され
る。
なお本第６発明は、気筒内圧力を燃焼終了後の部分ま
で入力し演算しても、点火時期あるいは燃料噴射時期を
判別することができることは言うまでもない。
（実施例） 以下、本発明の実施例を説明する。
第１実施例の燃焼予測判別装置は、第３発明に属し、
ノッキング時と正常燃焼時の典型的な気筒内圧力によ
り、演算回路内の重み定数を調整し、ノッキングの発生
以前の気筒内圧力の経過からその後ノッキングが発生す
るか否かを予測判別できるように調整された演算処理装
置を用いて、燃焼初期の気筒内圧力からノッキングの発
生を予測する点に特徴がある。以下第５図ないし第10図
を用いて詳細に説明する。
本第１実施例の構成は、第５図に示す様なものであ
り、クランク角度検出装置６と、気筒内圧力検出装置７
を使って、点火信号８を始点として、その後20゜クラン
ク角度分の気筒内圧力を１゜クランク角度毎にサンプリ
ングし、演算処理装置８へ入力し演算して、その後の燃
焼を演算によって予測する。ノッキング発生が予測され
た場合はノッキング抑制装置９（例えば圧縮比を低下さ
せたり、燃焼室内へ水や空気を噴射したり、燃焼室端部
へ設けた補助点火栓で点火する等の方法が考えられ
る。）を作動させる。演算処理装置８は第６図のような
構成の神経回路網型計算機である。本第１実施例では、
入力層の素子のみ入力値ｘを出力値Ｙとは、Ｙ＝ｘとい
う関係とし、中間層、出力層では、第７図（ａ）に示す
演算を施した。第７図（ａ）の演算は、入力をｘ、結合
の重み定数をｗ、入力数をｎ、出力をＹ、しきい値をθ
とすると、 によって出力Ｙを計算している。中間出力Ｘは気筒内圧
力波形の形状の特徴の情報を抽出したものであり、出力
Ｙは中間出力Ｘの情報を最終的な出力値に収束させやす
い形に加工したものである。出力ＹとＸの関係は第７図
（ｂ）に示すように非線形となる。
結合の重み定数ｗは、演算処理調整用の気筒内圧力と
してノッキング時と正常燃焼時の典型的な気筒内圧力に
よって、次の様な方法で調整する。
第８図はその演算処理調整のフローチャートである。
まず、P1で予測判別しようとするノッキング時と正常
燃焼時の典型的な気筒内圧力波形を数種類（１番目から
ｎ番目までのｎ個）用意する。更に、１番目からｎ番目
までの気筒内圧力波形の中のＣ番目の気筒内圧力波形を
入力したときに要求する出力状態（D1c）（例えばノッ
キング時のサイクルは１、正常燃焼時のサイクルは０）
をそれぞれの場合に合わせて決める。
次に、P2ではP1で用意したデータを入力する。この場
合、重み定数は乱数で与える。
P3では、P2で得られた結果（Y1c）とP1での要求出力
（D1c）とを比較する。そして、エラー（Ｅ）として、
次の量を算出する。
次に、P4にてこのＥの大きさが、十分小さければ、調
整終了とする。その時の重み定数が、実際の予測判別に
使用する重み定数となる。もし、P4にてＥの大きさがま
だ大きい場合には、P5にて各重み定数のエラーへの影響
度を算出する。この算出方法は、まず、 ここでは特定の１つの波形を入力し、かつｊ＝１とし
て計算を進める。
ｉ番目の素子と、ｊ番目の素子間の結合の重み定数
（wij）と寄与率は、 さらに、中間層の出力yiが、エラー（Ｅ）に与える寄
与率は、 総和ｊは、出力yiが次の層に結合しているすべてに対
して考える。
出力層と中間層間は、上記の方法で寄与率が出てくる
が、それ以前の結合には∂E/∂wijと∂E/∂yiを繰り返
し計算し、寄与率を算出する。
P6にて、P5で得られた∂E/∂wijを用いて重みを変化
させる。変化量は、 ここで、ε、αは係数Δｗ（ｔ−１）は１ステップ前
の変化量である。重み定数はｗ＝ｗ＋Δｗで変化させ
る。この時、ｗが０に近くなった場合には結合がなくな
ったと考え、その結合を切り離してもよい。
すべての重みを変化させた後、先のP1のデータを使
い、P7にて再び計算をする。
P3からP7までの計算を繰り返し、エラーＥを小さくし
最適の重み定数を求める。
以上の方法で、結合の重み定数を調整した後、その重
み定数を使ってノッキングを予測判別する。
予測判別するに際しては、第６図に示すようにクラン
ク角検出装置からのクランク角信号により、気筒内圧力
検出装置から出力される燃焼圧力波形の一部分を取り出
し、演算処理装置に入力する。入力された燃焼圧力は、
入力層の素子では特別な変換をされることなく、そのま
ま次の中間層の素子へ入力される。中間層では、各入力
層からの入力に重み定数を乗算し、それを加算した後非
線形変換し、第７図（ａ）の入力ｘが複数の場合に相当
する演算を行う。この非線形変換は、例えば第７図
（ｂ）に示すような関数で与えられる。出力層では各中
間層からの入力に重み定数を乗算し、それらを加算した
後非線形変換し、最終的な出力値を得る。この出力値
は、正常燃焼の場合はある値以下であるが、ノッキング
時は大きな値となる。つまり、この出力値がある値以上
になるばノッキングが発生すると予測判別して、別に設
けた補助点火栓の作動制御回路へ、補助点火をさせる信
号を送り、燃焼室端部へ設けた補助点火栓によって点火
し、ノッキングによって瞬時に燃焼してしまうはずの混
合気を徐々に燃焼させることによってノッキングの発生
を未然に防止する。
ノッキングを予測判別した例を第９図と第10図に示
す。第９図は、ノッキングと予測判別した気筒内圧力波
形であり、第10図は正常燃焼と予測した波形である。第
９図の場合には、ノッキングが発生しているが、第10図
の場合には、ノッキングは全く発生していない。この例
の点火時期は、上死点前10゜であり、両方の場合とも演
算処理装置４に入力したのは、上始点前10゜から上始点
後10゜までの気筒内圧力である。ノッキングは、上死点
後20〜30゜の点で生じるので、上死点後10゜の点ではま
だノッキングは発生していない。それにもかかわらず、
本第１実施例によれば、ノッキングを未然に予測判別す
ることができる。
第２実施例の燃焼予測判別装置は、第４発明に属し、
失火時と正常燃焼時の典型的な気筒内圧力により、調整
された演算処理装置を用いて、燃焼初期の気筒内圧力か
ら失火の発生を予測判別する点に特徴がある。以下、第
11図を用いて詳細に説明する。
本第２実施例は、第11図に示すように、入力部の演算
素子を20素子とした。火花点火あるいは燃料噴射を始点
として、その後１゜毎に20゜クランク角度分の気筒内圧
力を随時入力する。重みの調整方法及び演算処理方法
は、第１実施例と同じである。演算処理調整用に使用す
る気筒内圧力は、失火時と正常燃焼時のものである。演
算処理装置の出力は、失火の場合１、正常燃焼の場合０
となるようにする。
火花点火後あるいは燃料噴射後、随時気筒内圧力を入
力し演算処理する。演算処理終了時における最終的な出
力値は、正常燃焼の場合はある値以下のままだが、失火
時は出力値が大きな値となる。この出力値が、ある値以
上になれば失火であると予測判別し、別に設けた点火装
置で再点火することによって失火を未然に防止する。
第３実施例の燃焼予測判別装置は、ある空燃比に典型
的な気筒内圧力により調整された演算処理装置を用い
て、気筒内圧力から空燃比を予測判別する点に特徴があ
る。
以下、第12図を用いて詳細に説明する。
本第３実施例は、第12図に示すように入力部の演算素
子を64素子とし入力する気筒内圧力の情報量を多くし、
出力素子は予測判別する空燃比の範囲に応じて４素子と
した。入力は、火花点火を始点としてその後１゜毎に64
゜クランク角度分を入力し、空燃比の予測判別の精度を
増した。出力は、予測判別対象のサイクルの空燃比に合
致した出力素子のみが反応するようにした。重みの調整
方法及び演算処理方法は第１実施例と同じ方法である。
演算処理調整用に使用する気筒内圧力は、出力素子の各
々に対応した空燃比の典型的な気筒内圧力を用いた。
予測判別対象の気筒内圧力を入力した後、各出力層の
出力値を調べることにより、燃焼終了前に空燃比を予測
判別する。
この予測判別の出力を、別に設けた空燃比制御装置に
入力することによって迅速にかつ精度よく空燃比を制御
することができる。
第４実施例の燃焼予測判別装置は、最大トルクを発生
する点火時期あるいは燃料噴射時期とそれより点火時期
あるいは燃料噴射時期が進み側である場合と遅れ側であ
る場合のそれぞれの典型的な気筒内圧力により、調整さ
れた演算処理装置を用いて、気筒内圧力から点火時期あ
るいは燃料噴射時期が最大トルクを発生できるものとな
っているか否かを燃焼終了前に予測判別できる点に特徴
がある。
本第４実施例は、第13図に示すように、入力部の演算
素子を64素子とし、出力部を３素子とする。火花点火あ
るいは燃料噴射を始点として、その後１゜毎に64゜クラ
ンク角度分の気筒内圧力を随時入力する。重みの調整方
法及び演算処理方法は第１実施例と同じである。演算処
理装置調整用に使用する気筒内圧力は、最大トルクを発
生する点火時期あるいは燃料噴射時期と、それより点火
時期あるいは燃料噴射時期が進み側である場合と遅れ側
である場合のものである。
予測判別対象の気筒内圧力を入力した後、各出力素子
の出力値を調べることにより、燃焼終了前に最大トルク
を与える点火時期あるいは噴射時期であるか、あるいは
それより進み側であるか遅れ側であるかを予測判別す
る。
この予測判別の出力を、別に設けた点火時期あるいは
噴射時期の制御装置に入力し迅速にかつ精度良く点火時
期あるいは噴射時期を制御することができる。
以上の第１ないし第４実施例は、すべて演算処理装置
内の演算回路が神経回路網型計算機で構成されている
が、これに限らず、ノイマン型計算機で記憶装置を備え
ているものを使って神経回路網型計算機と同様な機能を
持たせても良い。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の全体構成を示すブロック図、第２図は
ノッキング時と正常燃焼時の気筒内圧力、第３図は失火
時と正常燃焼時の気筒内圧力、第４図は空燃比変化によ
る気筒内圧力の変化を示す。第５図は本発明の一実施例
であるノッキング予測判別装置のブロック図、第６図
は、第５図の実施例に用いた演算処理装置の構成図、第
７図（ａ）、（ｂ）は、第５図の実施例に用いた演算処
理装置の素子の特性、第８図は、第５図の実施例に用い
た演算処理装置の調整方法のフローチャート、第９図
は、第５図の実施例を用いてノッキングと予測判別した
サイクルの気筒内圧力、第10図は、第５図の実施例を用
いて正常燃焼と予測判別したサイクルの気筒内圧力、第
11図は、本発明の一実施例である失火予測判別装置に用
いた演算処理装置の構成図、第12図は、本発明の一実施
例である空燃比予測判別装置に用いた演算処理装置の構
成図、第13図は、本発明の一実施例である最適点火時期
及び最適噴射時期の予測判別装置に用いた演算処理装置
の構成図である。 １……クランク角度検出装置 ２……気筒内圧力検出装置、 ３……演算処理装置、４……記憶装置、 ５……エンジン制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−13126（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−30932（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−239339（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−63749（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−285641（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−39449（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関において、クランク角を検出し電
    気的信号に変換するクランク角検出装置と、 気筒内圧力を検出しそれに対応した電気的信号に変換す
    る気筒内圧力検出装置と、 予測判別する燃焼条件下で得られた燃焼の一部分の期間
    におけるクランク角同期の気筒内圧力と、その同じ燃焼
    の全期間にわたる燃焼状態を表す出力値を用いて、前記
    の気筒内圧力の入力と前記の燃焼状態を表す出力値が対
    応するように調整された重み定数と気筒内圧力信号とを
    乗算した後加算した出力に対して、非線形変換を施し出
    力を得る演算要素を多数組み合わせて構成された演算装
    置であって、 クランク角検出装置からのクランク角信号により、気筒
    内圧力検出装置から出力される燃焼圧力波形の一部分を
    取り出し入力し、クランク角位置に対応した気筒内圧力
    信号と調整された重み定数を乗算した後加算し、非線形
    変換して得られた最終出力値の大きさによって燃焼状態
    を予測判別する演算処理装置 とから成ることを特徴とする内燃機関の燃焼予測判別装
    置。
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