JP2007032296A

JP2007032296A - 内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法

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Publication number: JP2007032296A
Application number: JP2005212664A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Nozaki; 雄介野▼崎▲
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】クランク軸の角速度測定部において測定された所望クランク角度の角速度を捩じり振動の影響を殆ど無くすように補正する。
【解決手段】クランク軸を剛体としてモデル化した剛体モデルにより、機関運転状態毎に所望クランク角度において剛体モデルに作用するトルクに基づき剛体モデルの所望クランク角度（ＣＡ１，ＣＡ２，ＣＡ３，ＣＡ４，ＣＡ５，ＣＡ６）における角速度を算出し、算出された機関運転状態毎の剛体モデルの所望クランク角度における角速度と、機関運転状態毎のクランク軸の所望クランク角度における角速度測定部の理論角速度との偏差（ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，ａ６）に基づき、現在の機関運転状態において測定された所望クランク角度における角速度測定部の実角速度を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法に関する。

内燃機関のクランク軸の回転数、すなわち、角速度は、定常時においても、厳密には、各気筒の爆発毎に変化し、各気筒の爆発時の角速度を測定することによって気筒毎の発生トルクを推定することが試みられている。

内燃機関の運転時において、クランク軸には捩じり振動が発生しており、各気筒の爆発時において測定されたクランク軸の角速度は、クランク軸の角速度測定位置における捩じり振動分を含むものとなり、そのままでは各気筒の発生トルクの算出に使用することはできない。

内燃機関の定常時において、燃焼が連続する二つの気筒の圧縮上死点近傍におけるクランク軸の第一角速度を測定すると共に、先に燃焼が行われた気筒の爆発時、すなわち、爆発行程中期におけるクランク軸の第二角速度を測定し、同じになるはずの二つの第一角速度が異なっていれば、これはクランク軸の捩じり振動の影響であるとして、二つの第一角速度の偏差を使用して第二角速度を補正することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。こうして、先に燃焼が行われた気筒の発生トルクは、クランク軸の角速度を、測定された第一角速度から補正された第二角速度へ変化させたとして、補正された第二角速度の二乗と測定された第一角速度の二乗との差に基づき先に燃焼が行われた気筒の発生トルクを推定している。

特開平９−２７３４４４特開昭６１−１１４４０特開２００４−２３５１０６

前述の背景技術において、先に燃焼が行われた気筒の爆発行程中期の補正された第二角速度と圧縮上死点近傍の測定された第一角速度との差は比較的正確なものと考えることができる。しかしながら、実際には、測定された第一角速度もクランク軸の捩じり振動の影響を受けており、結果として、測定された第一角速度だけでなく、補正された第二角速度も、依然として捩じり振動分を含むものとなっている。それにより、これらの二乗の差に基づき推定される各気筒の発生トルクは、それほど正確なものとはならない。こうして、各気筒の発生トルクを比較的正確に推定する等のためには、クランク軸の角速度測定部において測定された所望クランク角度の角速度を捩じり振動の影響を殆ど無くすように補正することが望まれている。

従って、本発明の目的は、クランク軸の角速度測定部において測定された所望クランク角度の角速度を捩じり振動の影響を殆ど無くすように補正することができる内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法を提供することである。

本発明による請求項１に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法は、クランク軸を剛体としてモデル化した剛体モデルにより、機関運転状態毎に所望クランク角度において前記剛体モデルに作用するトルクに基づき前記剛体モデルの前記所望クランク角度における角速度を算出し、算出された機関運転状態毎の前記剛体モデルの前記所望クランク角度における前記角速度と、機関運転状態毎の前記クランク軸の前記所望クランク角度における角速度測定部の理論角速度との偏差に基づき、現在の機関運転状態において測定された前記所望クランク角度における前記角速度測定部の実角速度を補正することを特徴とする。

本発明による請求項２に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法は、請求項１に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、機関運転状態毎に前記所望クランク角度において前記剛体モデルに作用するトルクは、燃料噴射量が正確に制御されている時に、機関運転状態毎に前記所望クランク角度において測定された少なくとも一つの気筒の筒内圧力に基づき決定されることを特徴とする。

本発明による請求項３に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法は、請求項１に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、機関運転状態毎に前記所望クランク角度において前記剛体モデルに作用するトルクは、機関運転状態毎に各気筒に供給される燃料量に基づき推定されることを特徴とする。

本発明による請求項４に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法は、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、機関運転状態毎の前記所望クランク角度における前記理論角速度は、燃料噴射量が正確に制御されている時に、機関運転状態毎に測定された前記所望クランク角度における前記角速度測定部の角速度であることを特徴とする。

本発明による請求項５に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法は、請求項１に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、機関運転状態毎の前記所望クランク角度における前記理論角速度は、前記角速度測定部及び各気筒連結部のそれぞれの慣性モーメントと、前記角速度測定部及び前記各気筒連結部のそれぞれの間の捩じり剛性とを、少なくとも使用してクランク軸をモデル化した弾性体モデルにより、機関運転状態毎に前記所望クランク角度において前記各気筒連結部に作用するトルクに基づき算出され、前記剛体モデルの慣性モーメントは、前記弾性体モデルの前記慣性モーメントの総和とされ、機関運転状態毎の前記所望クランク角度において前記剛体モデルに作用するトルクは、機関運転状態毎に前記所望クランク角度において前記弾性体モデルの前記各気筒連結部に作用するトルクの総和とされることを特徴とする。

本発明による請求項６に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法は、請求項５に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、機関運転状態毎に前記所望クランク角度において前記弾性体モデルの前記各気筒連結部に作用するトルクは、燃料噴射量が正確に制御されている時に、機関運転状態毎に前記所望クランク角度において測定された少なくとも一つの気筒の筒内圧力に基づき決定されることを特徴とする。

本発明による請求項７に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法は、請求項５に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、機関運転状態毎に前記所望クランク角度において前記弾性体モデルの前記各気筒連結部に作用するトルクは、機関運転状態毎に各気筒に供給される燃料量に基づき推定されることを特徴とする。

本発明により請求項８に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法は、請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、前記所望クランク角度は、各気筒の圧縮上死点近傍のクランク角度と、各気筒の爆発行程中期のクランク角度とであり、各気筒の発生トルクは、各気筒の爆発行程中期の前記クランク角度における前記角速度測定部の前記実角速度を、対応する前記偏差により補正した値の二乗と、各気筒の圧縮上死点近傍の前記クランク角度における前記角速度測定部の実角速度を、対応する前記偏差により補正した値の二乗との差に基づき推定されることを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法によれば、クランク軸の剛体モデルにより算出された機関運転状態毎の所望クランク角度における角速度は、捩じり振動分が全く含まれない角速度であり、このような機関運転状態毎の所望クランク角度における角速度と、機関運転状態毎のクランク軸の所望クランク角度における角速度測定部の理論角速度との偏差は、機関運転状態毎の所望クランク角度における角速度測定部の捩じり振動分となるために、現在の機関運転状態において測定された所望クランク角度における角速度測定部の実角速度を捩じり振動分である偏差により補正することによって、測定された実角速度から捩じり振動の影響を殆ど無くすことができる。

本発明による請求項２に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法によれば、請求項１に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、機関運転状態毎に所望クランク角度において剛体モデルに作用するトルクは、燃料噴射量が正確に制御されている時に、機関運転状態毎に所望クランク角度において測定された少なくとも一つの気筒の筒内圧力に基づき決定されるようになっており、比較的正確に設定可能であるために、剛体モデルを使用して機関運転状態毎の所望クランク角度における捩じり振動分が全く含まれない角速度を良好に算出することができる。

本発明による請求項３に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法によれば、請求項１に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、機関運転状態毎に所望クランク角度において剛体モデルに作用するトルクは、機関運転状態毎に各気筒に供給される燃料量に基づき推定されるようになっており、筒内圧力を測定することなく比較的正確に設定可能であるために、剛体モデルを使用して機関運転状態毎の所望クランク角度における捩じり振動分が全く含まれない角速度を容易に算出することができる。

本発明による請求項４に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法によれば、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、機関運転状態毎の所望クランク角度における理論角速度は、燃料噴射量が正確に制御されている時に機関運転状態毎に測定された所望クランク角度における角速度測定部の捩じり振動分を含む理論的な角速度であり、剛体モデルにより算出された捩じり振動分が含まれない角速度との偏差は、機関運転状態毎の所望クランク角度における比較的正確な捩じり振動分とすることができる。

本発明による請求項５に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法によれば、請求項１に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、機関運転状態毎の所望クランク角度における理論角速度は、角速度測定部及び各気筒連結部のそれぞれの慣性モーメントと、角速度測定部及び各気筒連結部のそれぞれの間の捩じり剛性とを、少なくとも使用してクランク軸をモデル化した弾性体モデルにより、機関運転状態毎に所望クランク角度において各気筒連結部に作用するトルクに基づき算出され、剛体モデルの慣性モーメントは、弾性体モデルの慣性モーメントの総和とされ、機関運転状態毎の所望クランク角度において剛体モデルに作用するトルクは、機関運転状態毎に所望クランク角度において弾性体モデルの各気筒連結部に作用するトルクの総和とされているために、剛体モデルと弾性体モデルとが整合されており、それぞれにより算出される機関運転状態毎の所望クランク角度における捩じり振動分を含まない角速度と捩じり振動分を含む理論角速度との偏差は、機関運転状態毎の所望クランク角度における比較的正確な捩じり振動分とすることができる。

本発明による請求項６に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法によれば、請求項５に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、機関運転状態毎に所望クランク角度において弾性体モデルの各気筒連結部に作用するトルクは、燃料噴射量が正確に制御されている時に、機関運転状態毎に所望クランク角度において測定された少なくとも一つの気筒の筒内圧力に基づき決定されるようになっており、比較的正確に設定可能であるために、弾性体モデルを使用して機関運転状態毎の所望クランク角度における捩じり振動分を含む理論角速度を良好に算出することができる。

本発明による請求項７に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法によれば、請求項５に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、機関運転状態毎に所望クランク角度において弾性体モデルの各気筒連結部に作用するトルクは、機関運転状態毎に各気筒に供給される燃料量に基づき推定されるようになっており、筒内圧力を測定することなく比較的正確に設定可能であるために、弾性体モデルを使用して機関運転状態毎の所望クランク角度における捩じり振動分を含む理論角速度を容易に算出することができる。

本発明により請求項８に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法によれば、請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法において、所望クランク角度は、各気筒の圧縮上死点近傍のクランク角度と、各気筒の爆発行程中期のクランク角度とであり、各気筒の発生トルクは、各気筒の爆発行程中期のクランク角度における角速度測定部の実角速度を、対応する偏差により補正した値の二乗と、各気筒の圧縮上死点近傍のクランク角度における角速度測定部の実角速度を、対応する偏差により補正した値の二乗との差に基づき推定されるようになっており、それぞれの補正された値が、測定された実角速度から捩じり振動の影響を殆ど無くものであるために、各気筒の発生トルクを比較的正確に推定することができる。

図１の実線は、定常運転時における一般的なクランク角センサにより検出されたクランク軸の角速度のクランク角度毎の変化の一例を示す図である。クランク角センサは、クランク軸に配置されたクランク角プレートにより角速度を検出するものであり、すなわち、クランク角センサにより検出されるクランク軸の角速度は、角速度測定部としてのクランク角プレートの位置でのクランク軸の角速度となる。

定常運転時であっても、図１の実線により示されるように、各気筒の爆発行程毎にクランク軸の角速度は変化する。それにより、クランク角度毎の角速度の平均値が定常角速度となり、すなわち、定常回転数となる。

図１は４気筒内燃機関の場合を示しており、角速度の極小値は、一般的に、各気筒が上死点又は下死点となる１８０°毎のクランク角度ＣＡ１，ＣＡ３，ＣＡ５の時となる。また、角速度の極大値は、一般的に、各気筒が爆発行程中期（圧縮上死点後約９０°クランク角度）となる１８０°毎のクランク角度ＣＡ２，ＣＡ４，ＣＡ６の時となる。

こうして、例えば、クランク角度ＣＡ２において爆発行程中の気筒の発生トルクは、クランク軸の角速度をクランク角度ＣＡ１の時の角速度ω１からクランク角度ＣＡ２の時の角速度ω２へ高めたこととなり、この場合の運動エネルギの変化に基づいて、ω２²−ω１²に比例するとして推定することができる。同様に、クランク角度ＣＡ４において爆発行程中の気筒の発生トルクは、クランク軸の角速度をクランク角度ＣＡ３の時の角速度ω３からクランク角度ＣＡ４の時の角速度ω４へ高めたこととなり、この場合の運動エネルギの変化に基づいて、ω４²−ω３²に比例するとして推定することができる。このようして、各気筒の発生トルクが正確に推定されれば、各気筒へ供給されている燃料量のばらつき等が正確に検出され、各気筒の燃料噴射制御に適当な補正を実施することができる。

しかしながら、クランク角センサにより測定されるクランク軸の角速度は、クランク軸が捩じり振動を発生しているために、クランク軸の角速度測定部での捩じり振動分を含むものとなる。それにより、測定されたクランク軸の角速度は、図１に点線で示すように、捩じり振動分を無くすように補正されなければ、各気筒の発生トルクの推定に使用することができない。

図１に示す例では、捩じり振動が無い時の角速度（点線）に対して、クランク角度ＣＡ１の測定角速度は偏差ａ１だけ低くなっており、クランク角度ＣＡ２の測定角速度は偏差ａ２だけ低くなっており、クランク角度ＣＡ３の測定角速度は偏差ａ３だけ高くなっており、クランク角度ＣＡ４の測定角速度は偏差ａ４だけ高くなっており、クランク角度ＣＡ５の測定角速度は偏差ａ５だけ低くなっており、クランク角度ＣＡ６の測定角速度は偏差ａ６だけ高くなっている。

ここで、例えば、捩じり振動が無い時の角速度に対して、測定角速度が低くなる場合の偏差をプラス値とし、測定角速度が高くなる場合の偏差をマイナス値とすれば、各気筒の発生トルクの推定に使用する角速度は、偏差分を加えることにより、捩じり振動分を無くすように補正することができる。

各クランク角度における偏差は、機関回転数及び機関負荷により定まる機関運転状態毎に一定と考えることができる。本実施形態では、機関運転状態毎に所望クランク角度の偏差を予め算出してマップ化しておき、実際の車両運転中に、現在の機関運転状態の所望クランク角度において測定された角速度測定部の角速度を、対応する偏差によって補正して捩じり振動の影響を無くすことにより、各気筒の発生トルクの推定等に利用可能としている。

機関運転状態毎の各クランク角度の偏差を算出するために、先ずは、図２に示すように、クランク軸を各部の実際の配置に合わせて弾性体としてモデル化する。図２において、１はトーショナルダンパであり、その慣性モーメントをＩｄとしている。トーショナルダンパは、クランク軸ではないが、クランク軸に連結されてクランク軸の捩じり振動に影響を与えるために一緒にモデル化している。２はクランク軸の前端であり、その慣性モーメントをＩ１とし、３はクランク軸の角速度測定部としてのクランク角プレートであり、その慣性モーメントをＩ２としている。また、４は＃１気筒連結部であり、これに連結される＃１気筒のピストンまでを含むその慣性モーメントをＩ３とし、５は＃２気筒連結部であり、これに連結される＃２気筒のピストンまでを含むその慣性モーメントをＩ４とし、６は＃３気筒連結部であり、これに連結される＃３気筒のピストンまでを含むその慣性モーメントをＩ５とし、７は＃４気筒連結部であり、これに連結される＃４気筒のピストンまでを含むその慣性モーメントをＩ６とし、８はフライホイールであり、その慣性モーメントをＩ７としている。

また、トーショナルダンパ１とクランク軸の前端２との間の捩じり剛性をＫｄとし、クランク軸と前端２とクランク角プレート３との間の捩じり剛性をＫ１とし、クランク角プレート３と＃１気筒連結部４との間の捩じり剛性をＫ２とし、＃１気筒連結部４と＃２気筒連結部５との間の捩じり剛性をＫ３とし、＃２気筒連結部５と＃３気筒連結部６との間の捩じり剛性をＫ４とし、＃３気筒連結部６と＃４気筒連結部７との間の捩じり剛性をＫ５とし、＃４気筒連結部７とフライホイール８との間の捩じり剛性をＫ６としている。また、トーショナルダンパ１の粘性減衰係数をＣｄとし、各気筒の粘性減衰係数をＣｅとしている。クランク軸の前端２及びクランク角プレート３の粘性減衰係数は無視している。

このようなクランク軸の弾性体モデルにおいて、各気筒連結部４，５，６，７にそれぞれトルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４が作用する場合には、以下の関係式が成立する。
Ｉｄ・θｄ”＋Ｃｄ（θｄ’−θ１’）＋Ｋｄ（θｄ−θ１）＝０
Ｉ１・θ１”＋Ｃｄ（θ１’−θｄ’）＋Ｋｄ（θ１−θｄ）＋Ｋ１（θ１−θ２）＝０
Ｉ２・θ２”＋Ｋ１（θ２−θ１）＋Ｋ２（θ２−θ３）＝０
Ｉ３・θ３”＋Ｃｅ・θ３’＋Ｋ２（θ３−θ２）＋Ｋ３（θ３−θ４）＝Ｔ１
Ｉ４・θ４”＋Ｃｅ・θ４’＋Ｋ３（θ４−θ３）＋Ｋ４（θ４−θ５）＝Ｔ２
Ｉ５・θ５”＋Ｃｅ・θ５’＋Ｋ４（θ５−θ４）＋Ｋ５（θ５−θ６）＝Ｔ３
Ｉ６・θ６”＋Ｃｅ・θ６’＋Ｋ５（θ６−θ５）＋Ｋ６（θ６−θ７）＝Ｔ４
Ｉ７・θ７”＋Ｋ６（θ７−θ８）＝０
ここで、θｄはトーショナルダンパ１の回転角であり、θｄ’はトーショナルダンパ１の角速度であり、θｄ”はトーショナルダンパ１の角加速度である。また、θ１はクランク軸の前端２の回転角であり、θ１’はクランク軸の前端２の角速度であり、θ１”はクランク軸の前端２の角加速度である。また、θ２はクランク角プレート３の回転角であり、θ２’はクランク角プレート３の角速度であり、θ２”はクランク角プレート３の角加速度である。また、θ３は＃１気筒連結部４の回転角であり、θ３’は＃１気筒連結部４の角速度であり、θ３”は＃１気筒連結部４の角加速度である。また、θ４は＃２気筒連結部５の回転角であり、θ４’は＃２気筒連結部５の角速度であり、θ４”は＃２気筒連結部５の角加速度である。また、θ５は＃３気筒連結部６の回転角であり、θ５’は＃３気筒連結部６の角速度であり、θ５”は＃３気筒連結部６の角加速度である。また、θ６は＃４気筒連結部７の回転角であり、θ６’は＃４気筒連結部７の角速度であり、θ６”は＃４気筒連結部７の角加速度である。また、θ７はフライホイール８の回転角であり、θ７’はフライホイール８の角速度であり、θ７”はフライホイール８の角加速度である。

こうして、前述の関係式において、機関運転状態毎の所望クランク角度における各気筒連結部に作用するトルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を代入することにより、クランク角プレート３の角速度θ２’を算出することができる。この際には、クランク角プレート３の角加速度θ２”の数値積分として算出することが好ましい。ここで、各トルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、各定常機関運転状態において、各気筒へ所望量の燃料が供給されている時の所望クランク角度の瞬間における各気筒の発生トルクであり、各気筒連結部に作用している慣性力も考慮される。すなわち、４気筒内燃機関の場合には、一般的に、特定気筒が上死点である時には、他の気筒も上死点又は下死点となっており、この時には、全気筒は全く爆発力を発生しないが、各機関運転状態において、この時にもクランク軸は慣性力によって回転しており、この慣性力も各気筒の発生トルクに含めて考えるのである。

このようにして、クランク軸の弾性体モデルにより算出された機関運転状態毎の所望クランク角度におけるクランク角プレート３の角速度θ２’は、各機関運転状態において各気筒へ所望量の燃料が確実に供給された時の捩じり振動分を含む理論的な角速度となる。

次いで、図３に示すように、クランク軸を剛体としてモデル化する。図３において、９は、図２におけるクランク軸の前端２と、クランク角プレート３と、＃１気筒連結部４と、＃２気筒連結部５と、＃３気筒連結部６と、＃４気筒連結部７と、フライホイール８とを合わせた全体部であり、その慣性モーメントＩは、Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６＋Ｉ７となる。そして、粘性減衰係数として、各気筒連結部の粘性減衰係数Ｃｅの４倍が作用するとする。また、剛体モデルであるために、捩じり剛性は考える必要はない。

このようなクランク軸の剛体モデルにおいて、全体部９にトルクＴが作用する場合には、以下の関係式が成立する。
Ｉ・θ”＋４Ｃｅ・θ’＝Ｔ
ここで、θ’は全体部９の角速度であり、θ”は全体部９の角加速度である。

こうして、この関係式において、機関運転状態毎の所望クランク角度における全体部９に作用するトルクＴを代入することにより、全体部９の角速度θ’を算出することができる。この際には、全体部９の角加速度θ”の数値積分として算出することが好ましい。ここで、全体部９に作用するトルクＴは、各定常機関運転状態において、各気筒へ所望量の燃料が供給されている時の所望クランク角度の瞬間における各気筒の発生トルクの合計であり、すなわち、前述の弾性体モデルの所望クランク角度の瞬間における各気筒の発生トルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の合計とすることができる。

このようにして、クランク軸の剛体モデルにより算出された機関運転状態毎の所望クランク角度における全体部の角速度θ’は、各機関運転状態において各気筒へ所望量の燃料が確実に供給された時の捩じり振動分を全く含まないクランク角プレートの角速度とすることができる。

それにより、剛体モデルにより算出された機関運転状態毎の所望クランク角度におけるクランク角プレートの角速度と、弾性体モデルにより算出された機関運転状態毎の所望クランク角度におけるクランク角プレートの理論角速度との偏差を、機関運転状態毎の所望クランク角度の偏差としてマップ化することができ、例えば、所望クランク角度として、各気筒の圧縮上死点近傍のクランク角度と、各気筒の爆発行程中期のクランク角度とが選択されていれば、現在の機関運転状態において、各気筒の圧縮上死点近傍のクランク角度及び爆発行程中期のクランク角度において測定されたクランク角プレート位置でのそれぞれの角速度を、それぞれに対応する偏差によって補正することにより、測定されたそれぞれの角速度から捩じり振動の影響を無くすことができ、こうして補正された角速度は、各気筒の発生トルクの推定に利用することができる。

ところで、弾性体モデルにおいて、各部の慣性モーメント、捩じり剛性、及び粘性減衰係数は、実機において検証することが好ましい。例えば、幾つかの定常機関運転状態において、クランク角度毎のクランク角プレートの角速度を測定すると共に、クランク角度毎の各気筒の筒内圧力を測定する。次いで、クランク角度毎の各気筒の筒内圧力に基づき、クランク角度毎の各気筒連結部に作用するトルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を算出し、これらクランク角度毎の各トルクを前述の関係式に代入して算出されるクランク角度毎のクランク角プレートの角速度が、測定されたクランク角度毎の角速度と一致するように、各部の慣性モーメント、捩じり剛性、及び、粘性減衰係数を調整するのである。

こうして調整された各部の慣性モーメント、捩じり剛性、及び、粘性減衰係数が使用された関係式によれば、他の定常機関運転状態においても正確なクランク角度毎のクランク角プレートの角速度を算出することができる。また、こうして調整された各部の慣性モーメント及び粘性減衰係数を使用する剛体モデルにより算出される各機関運転状態のクランク角度毎のクランク角プレートの角速度も信頼性が高いものとなる。

特に、慣性モーメント及び粘性減衰係数と作用トルクとを整合させた弾性体モデルと剛体モデルとにより算出された各機関運転状態のクランク角度毎のクランク角プレートにおける二つの角速度は、同様の誤差が含まれてそれぞれの絶対値の信頼性が仮に低くなっても、二つの角速度の偏差であれば、誤差が相殺されるために、高い信頼性を有するものとなる。

ところで、弾性体モデル及び剛体モデルにおいて、各機関運転状態における各クランク角度で各気筒連結部及び全体部（全気筒連結部と考えることができる）に作用するトルクは、所望量の燃料が確実に各気筒に供給されている時に各気筒の筒内圧センサによって各気筒の筒内圧力を実測して決定することが好ましい。しかしながら、少なくとも一気筒に筒内圧センサが設けられていれば、この気筒の筒内圧を少なくとも７２０°のクランク角度範囲において監視することにより、このクランク角度範囲の他気筒の筒内圧力は、それぞれ、１８０°、３６０°、５４０°クランク角度ずれた筒内圧力となっているはずであり、容易に推定することができる。

このような筒内圧力の測定は、試作機において実施しておくことが好ましいが、新車の初走行から所定期間の間のように各機関運転状態において所望量の燃料が確実に各気筒内へ供給されている時に、少なくとも一つの気筒に配置された筒内圧センサにより測定するようにしても良い。この場合においては、各機関運転状態の所望クランク角度における少なくとも一つの気筒の筒内圧力が測定された時に、弾性体モデル及び剛体モデルによる算出が実現され、前述の偏差のマップ化が可能となる。

また、各機関運転状態における各クランク角度で各気筒連結部に作用するトルクは、機関運転状態毎に各気筒へ供給される燃料量に基づき推定するようにしても良く、筒内圧力が測定されない機関運転状態においてだけ、各気筒へ供給される燃料量に基づき推定するようにしても良い。

前述した実施形態において、各機関運転状態の所望クランク角度におけるクランク角プレートの理論角速度は、弾性体モデルによって算出するようにしたが、各機関運転状態において所望量の燃料が確実に各気筒へ供給されている時に、試作機又は実機において所望クランク角度のクランク角プレートの角速度を測定するようにしても良い。

前述した実施形態は４気筒内燃機関に関するものであるが、もちろん、これは本発明を限定するものではなく、他の気筒数の内燃機関においても、前述同様な考え方に基づき、弾性体モデル及び剛体モデルを設定することができる。また、実際のクランク軸において、角速度測定部であるクランク角プレートの位置がフライホイール近傍であれば、これに合わせて、弾性体モデルを設定することとなる。この場合には、算出される各機関運転状態の所望クランク角度における角速度測定部の角速度は、実際と同様に、クランク軸の捩じり振動の影響が小さく、機関運転状態毎の所望クランク角度において設定される各偏差も小さな値となる。

クランク軸の角速度測定部におけるクランク角度毎の角速度を示す図である。クランク軸の弾性体モデルを示す図である。クランク軸の剛体モデルを示す図である。

符号の説明

１トーショナルダンパ
２クランク軸の前端
３クランク角プレート
４＃１気筒連結部
５＃２気筒連結部
６＃３気筒連結部
７＃４気筒連結部
８フライホイール
９全体部

Claims

クランク軸を剛体としてモデル化した剛体モデルにより、機関運転状態毎に所望クランク角度において前記剛体モデルに作用するトルクに基づき前記剛体モデルの前記所望クランク角度における角速度を算出し、算出された機関運転状態毎の前記剛体モデルの前記所望クランク角度における前記角速度と、機関運転状態毎の前記クランク軸の前記所望クランク角度における角速度測定部の理論角速度との偏差に基づき、現在の機関運転状態において測定された前記所望クランク角度における前記角速度測定部の実角速度を補正することを特徴とする内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法。
機関運転状態毎に前記所望クランク角度において前記剛体モデルに作用するトルクは、燃料噴射量が正確に制御されている時に、機関運転状態毎に前記所望クランク角度において測定された少なくとも一つの気筒の筒内圧力に基づき決定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法。
機関運転状態毎に前記所望クランク角度において前記剛体モデルに作用するトルクは、機関運転状態毎に各気筒に供給される燃料量に基づき推定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法。
機関運転状態毎の前記所望クランク角度における前記理論角速度は、燃料噴射量が正確に制御されている時に、機関運転状態毎に測定された前記所望クランク角度における前記角速度測定部の角速度であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法。
機関運転状態毎の前記所望クランク角度における前記理論角速度は、前記角速度測定部及び各気筒連結部のそれぞれの慣性モーメントと、前記角速度測定部及び前記各気筒連結部のそれぞれの間の捩じり剛性とを、少なくとも使用してクランク軸をモデル化した弾性体モデルにより、機関運転状態毎に前記所望クランク角度において前記各気筒連結部に作用するトルクに基づき算出され、前記剛体モデルの慣性モーメントは、前記弾性体モデルの前記慣性モーメントの総和とされ、機関運転状態毎の前記所望クランク角度において前記剛体モデルに作用するトルクは、機関運転状態毎に前記所望クランク角度において前記弾性体モデルの前記各気筒連結部に作用するトルクの総和とされることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法。
機関運転状態毎に前記所望クランク角度において前記弾性体モデルの前記各気筒連結部に作用するトルクは、燃料噴射量が正確に制御されている時に、機関運転状態毎に前記所望クランク角度において測定された少なくとも一つの気筒の筒内圧力に基づき決定されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法。
機関運転状態毎に前記所望クランク角度において前記弾性体モデルの前記各気筒連結部に作用するトルクは、機関運転状態毎に各気筒に供給される燃料量に基づき推定されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法。
前記所望クランク角度は、各気筒の圧縮上死点近傍のクランク角度と、各気筒の爆発行程中期のクランク角度とであり、各気筒の発生トルクは、各気筒の爆発行程中期の前記クランク角度における前記角速度測定部の前記実角速度を、対応する前記偏差により補正した値の二乗と、各気筒の圧縮上死点近傍の前記クランク角度における前記角速度測定部の実角速度を、対応する前記偏差により補正した値の二乗との差に基づき推定されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関のクランク軸角速度の捩じり振動補正方法。