JP2010209703A - 内燃機関のトルク推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数気筒を有する内燃機関において、気筒毎のトルクを精度よく推定することのできる内燃機関のトルク推定装置を提供する。
【解決手段】筒内圧センサ２４が搭載された搭載気筒（♯１）と該筒内圧センサ２４が搭載されていない非搭載気筒（♯２〜♯４）とを有する内燃機関のトルク推定装置であって、検出された筒内圧Ｐｍおよび角速度ｄθ_ｃ／ｄｔに基づいて、搭載気筒（♯１）の爆発に起因する実測図示トルクＴｉ_１および正味トルクＴｅ_１を算出する（ステップ１００〜１０２）。実測図示トルクＴｉ_１と正味トルクＴｅ_１との差分値（Ｔｆ＋Ｔｍ）を算出する（ステップ１０４）。非搭載気筒（♯ｎ）の正味トルクＴｅ_ｎを算出する（ステップ２０２）。（Ｔｆ＋Ｔｍ）と正味トルクＴｅ_ｎとの和を、非搭載気筒（♯ｎ）の推定図示トルクＴｉ_ｎとして算出する。
【選択図】図３

Description

この発明は、内燃機関のトルク推定装置に関する。

従来、例えば、特開昭６４−３８６２４号公報に開示されているように、内燃機関のトルク変動と回転変動とから燃焼変動を検出する内燃機関の燃焼変動検出装置が提案されている。この装置では、より具体的には、一部の気筒に設置された筒内圧センサの出力信号に基づいて図示トルクが算出される。そして、過去の図示トルクの履歴から算出されたトルク平均値と当該図示トルクとの差をトルク変動として算出し、これを用いて燃焼変動を検出することとしている。

特開昭６４−３８６２４号公報 特開２００７−３２２９６号公報

しかしながら、上記従来の装置では、筒内圧センサの設けられた気筒の燃焼によるトルクを算出することはできるが、他の気筒のトルクを算出することはできない。つまり、上記従来の装置では、内燃機関の気筒毎のトルクの絶対値を算出することができず、改善が望まれていた。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複数気筒を有する内燃機関において、気筒毎のトルクを精度よく推定することのできる内燃機関のトルク推定装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、筒内圧センサが搭載された搭載気筒と該筒内圧センサが搭載されていない非搭載気筒とを有する内燃機関のトルク推定装置であって、
前記筒内圧センサの検出信号に基づいて、前記搭載気筒の燃焼区間の実測図示トルクを算出する実測図示トルク算出手段と、
前記内燃機関のクランク角信号に基づいて、前記搭載気筒の燃焼区間の正味トルクを算出する正味トルク算出手段と、
前記実測図示トルクと前記搭載気筒の正味トルクとの差分値を、フリクショントルクとして算出するフリクショントルク算出手段と、
前記非搭載気筒の燃焼区間の正味トルクを算出する第２の正味トルク算出手段と、
前記フリクショントルクと前記非搭載気筒の正味トルクとの和を、前記非搭載気筒の推定図示トルクとして算出する推定図示トルク算出手段と、
を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、筒内圧センサの検出信号およびクランク角信号に基づいて、搭載気筒の燃焼区間の実測図示トルクと正味トルクとが算出される。そして、算出された実測図示トルクと正味トルクとの差分値がフリクショントルクとして算出される。このフリクショントルクは、何れの気筒の燃焼区間においてもほぼ等しい。このため、本発明によれば、当該フリクショントルクと非搭載気筒の正味トルクと和を演算することにより、非搭載気筒の図示トルクを高い精度で推定することができる。

本発明の実施の形態としてのシステム構成を説明するための概略構成図である。 各気筒の燃焼区間を説明するための図である。 本発明の実施の形態において実行されるルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
［実施の形態の構成］
図１は、本発明の実施の形態としてのシステム構成を説明するための概略構成図である。図１に示すとおり、本実施の形態のシステムは内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、複数気筒（例えば４気筒）を有する火花点火式のエンジンとして構成されている。内燃機関１０の筒内には、その内部を往復運動するピストン１２がそれぞれ設けられている。各ピストン１２は、コンロッドを介してクランク軸１４へ接続されている。そして、各ピストン１２の上下運動が該クランク軸１４の回転運動に変換される仕組みになっている。

図１に示すとおり、クランク軸１４には、該クランク軸１４の回転位置を検知するためのクランク角センサ２２が配置されている。また、♯１気筒のシリンダヘッドには、筒内圧力Ｐｍを検出するための筒内圧センサ（ＣＰＳ）２４が組み込まれている。以下、該筒内圧センサ２４が組み込まれている気筒（♯１）を「搭載気筒」と称し、該筒内圧センサ２４が組み込まれていない気筒（♯２〜♯４）を「非搭載気筒」と称することとする。

本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)２０を備えている。ＥＣＵ２０の入力部には、上述したクランク角センサ２２や筒内圧センサ２４等の各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ２０の出力部には、スロットルバルブ、点火プラグ、燃料噴射弁等の各種アクチュエータ（何れも図示せず）が接続されている。ＥＣＵ２０は、入力された各種の情報に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御する。

［実施の形態の動作］
次に、図１および図２を参照して、内燃機関１０の各気筒の図示トルクを推定する方法を具体的に説明する。図２は、各気筒の燃焼区間を説明するための図である。この図に示すとおり、本実施の形態の内燃機関１０は♯１→♯３→♯４→♯２の順に燃焼する。各気筒の燃焼区間をクランク角区間で示すと、それぞれ０〜１８０°ＣＡ、１８０〜２７０°ＣＡ、２７０〜５４０°ＣＡ、５４０〜７２０°ＣＡで表される。尚、内燃機関１０の燃焼は♯１から始まり、且つ、補機類のＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、♯１気筒の燃焼前、すなわち０°ＣＡのタイミングで行われることとする。これにより、後述する補機類の駆動損失トルクＴｍが、燃焼サイクル（０〜７２０°ＣＡ）の間でほぼ一定と仮定することができる。

図１に示すとおり、♯１には筒内圧センサ２４が搭載されている。したがって、搭載気筒♯１の燃焼区間の図示トルクＴｉ１は、次式（１）で表すことができる。
Ｔｉ＝Ｐｍ（θ）・Ｖ（θ） ・・・（１）

ここで、Ｐｍ（θ）はクランク角θにおける筒内圧、Ｖ（θ）はクランク角θにおけるシリンダ容積を、それぞれ示している。したがって、♯１の燃焼区間の図示トルクＴｉ_１は、上式（１）の右辺を♯１の燃焼区間で積分することで算出することができる。

また、各気筒の燃焼時の正味トルクＴｅは、次式（２）で表される。
Ｔｅ＝Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２ ・・・（２）

上式（２）において、Ｊ_ｃは混合気の燃焼によって駆動される駆動部材の慣性モーメント（イナーシャ）であり、内燃機関１０のハード構成に基づいて決定される定数である。また、ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２はクランク軸１４の角加速度である。したがって、♯１の燃焼区間の正味トルクＴｅ_１は、クランク角信号に基づいて算出された♯１の燃焼区間の角速度ｄθ_ｃ１／ｄｔを、上式（２）に代入することで算出することができる。

ここで、内燃機関１０に作用するトルクとしては、上述した正味トルクの他に、ピストンとシリンダ内壁との摩擦など各勘合部の機械的な摩擦損失に起因するトルクＴｆと、種々の補機類の駆動損失に起因するトルクＴｍとが存在する。したがって、これらのトルクの間には、以下の関係が成立する。
Ｔｉ＝Ｔｅ＋Ｔｆ＋Ｔｍ ・・・（３）

上述したとおり、♯１の燃焼区間は、図示トルクＴｉ_１を実測することができる。このため、算出された図示トルクＴｉ_１および正味トルクＴｅ_１を上式（３）に代入することで、（Ｔｆ＋Ｔｍ）を算出することができる。

ここで、上述したとおり、補機類のＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、０°ＣＡのタイミングで行われるため、補機類の駆動損失トルクＴｍは燃焼サイクル（０〜７２０°ＣＡ）を通してほぼ一定となる。また、摩擦によるトルクＴｆに関しても、通常の運転状態であれば、燃焼サイクルを通して一定と仮定することができる。したがって、これらのトルクの和
（Ｔｆ＋Ｔｍ）は、燃焼サイクル（０〜７２０°ＣＡ）を通してほぼ一定となる。

非搭載気筒♯ｎ（ｎは２〜４）の正味トルクＴｅ_ｎは、上式（２）を用いて算出することができる。したがって、非搭載気筒♯ｎの図示トルクＴｉ_ｎは、上式（３）を用いて高い精度で推定することができる。

このように、上述したシステムによれば、各気筒の図示トルクをそれぞれ算出することができるので、これらの値を最適点火時期制御やＡ／Ｆ制御に利用することで、更なる出力向上や燃費向上を図ることができる。また、各気筒の燃焼状態を直接計測できるので、失火やノック等の適合作業をオンボードで行うことにより、作業の更なる効率化を図ることができる。

［実施の形態の具体的処理］
次に、図３を参照して、本実施の形態の具体的処理について説明する。図４は、ＥＣＵ２０が各気筒の図示トルクを推定するルーチンを示すフローチャートである。

図３に示すルーチンでは、先ず、搭載気筒♯１の筒内圧Ｐｍおよび角速度ｄθ_ｃ／ｄｔが検出される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、♯１の燃焼区間における筒内圧センサ２４の検出信号およびクランク角センサ２２のクランク角信号が読み込まれる。次に、♯１の燃焼区間の図示トルクＴｉ_１および正味トルクＴｅ_１がそれぞれ算出される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００において検出された筒内圧Ｐｍおよび角速度ｄθ_ｃ／ｄｔが上式（１）（２）に代入される。

次に、（Ｔｆ＋Ｔｍ）が算出される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２において算出された図示トルクＴｉ_１および正味トルクＴｅ_１が、上式（３）に代入される。

♯１の燃焼区間が終了すると、次に筒内圧センサ２４が搭載されていない非搭載気筒♯２〜♯４の燃焼区間が順に開始される。非搭載気筒の燃焼区間が開始されると、本ルーチンはステップ２００に移行する。ここでは、具体的には、先ず、クランク角信号に基づいて、♯ｎ気筒（例えば♯３）の角速度ｄθ_ｃｎ／ｄｔが検出される（ステップ２００）。次に、♯ｎの燃焼区間の正味トルクＴｅ_ｎが算出される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ２００で検出された角速度ｄθ_ｃｎ／ｄｔを上式（２）に代入することにより算出される。

次に、（Ｔｆ＋Ｔｍ）が読み込まれる（ステップ２０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０４において算出された今回の燃焼サイクルにおける（Ｔｆ＋Ｔｍ）が読み込まれる。次に、♯ｎの燃焼区間の図示トルクＴｉ_ｎが算出される（ステップ２０６）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０２において算出された正味トルクＴｅ_ｎと上記ステップ２０４において読み込まれた（Ｔｆ＋Ｔｍ）とが上式（３）に代入されて、♯ｎの燃焼区間の図示トルクＴｉ_ｎが算出される。

非搭載気筒の燃焼区間では、上記ステップ２００〜２０６の処理が気筒毎にそれぞれ実行される。これにより、各気筒の燃焼区間の図示トルクＴｉ_３、Ｔｉ_４、Ｔｉ_２がそれぞれ算出される。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、筒内圧センサ２４が搭載された搭載気筒（♯１）の図示トルクＴｉ_１だけでなく、該筒内圧センサ２４が搭載されていない非搭載気筒（♯２〜♯４）の図示トルクＴｉ_２〜Ｔｉ_４に関しても、高い精度で推定することができる。

尚、上述した実施の形態においては、（Ｔｆ＋Ｔｍ）が前記第１の発明の「フリクショントルク」に相当しているとともに、ＥＣＵ２０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「実測図示トルク算出手段」および「正味トルク算出手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「実測図示トルク算出手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「フリクショントルク算出手段」が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「第２の正味トルク算出手段」が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「推定図示トルク算出手段」が、それぞれ実現されている。

１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ クランク軸
２０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
２２ クランク角センサ
２４ 筒内圧センサ

Claims (1)

1. 筒内圧センサが搭載された搭載気筒と該筒内圧センサが搭載されていない非搭載気筒とを有する内燃機関のトルク推定装置であって、
   前記筒内圧センサの検出信号に基づいて、前記搭載気筒の燃焼区間の実測図示トルクを算出する実測図示トルク算出手段と、
   前記内燃機関のクランク角信号に基づいて、前記搭載気筒の燃焼区間の正味トルクを算出する正味トルク算出手段と、
   前記実測図示トルクと前記搭載気筒の正味トルクとの差分値を、フリクショントルクとして算出するフリクショントルク算出手段と、
   前記非搭載気筒の燃焼区間の正味トルクを算出する第２の正味トルク算出手段と、
   前記フリクショントルクと前記非搭載気筒の正味トルクとの和を、前記非搭載気筒の推定図示トルクとして算出する推定図示トルク算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のトルク推定装置。

Images