JP3721676B2 - Torque fluctuation detection device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のトルク変動量を高精度に検出する内燃機関のトルク変動量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のリーンバーンシステム（希薄燃焼方式）は、ＮＯx 、ＣＯの排出を低減するとともに低燃費を達成するので、近年、益々脚光を浴び種々の研究開発が進められている。リーンバーンシステムにおいて、安定な燃焼を維持することは極めて重要であり、このため燃焼トルクを精度よく検出し、空燃比フィードバック制御性能を向上させる技術が提案されている。より具体的には、燃焼トルクを精度よく検出し、燃焼トルクの変動量が目標値となるように燃料噴射量を補正して、機関の空燃比をリーン限界付近になるように空燃比フィードバック制御する技術が提案されている。例えば、特開平２−６７４４６号公報に開示されたリーンバーンシステムは、機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサを備え、吸気行程下死点付近の燃焼圧センサの出力信号を基準圧力値とし、燃焼行程中の燃焼圧センサの出力信号を複数検出し、基準圧力値と複数の検出値との差分に基づき機関の今回燃焼サイクルのトルクを算出し、所定サイクル、例えば１サイクル前の前回燃焼サイクルのトルクからの今回燃焼サイクルのトルクの低下量を機関のトルク変動量として算出し、トルク変動量が所定値より大のときは目標空燃比をリッチ側に制御してトルク変動量を低下させ、トルク変動量が所定値未満のときは目標空燃比をリーン側に制御してトルク変動量を増大させる。つまり、トルク変動量が所定値となるように空燃比を制御する。このリーンバーンシステムによれば、空燃比制御が安定し、ドライバビリティやエミッションが良好となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平２−６７４４６号公報に開示のリーンバーンシステムは、機関の燃焼熱によって燃焼圧センサに用いられるダイアフラムが熱膨張を起こして撓み燃焼圧センサの出力が変化する。この熱によるダイアフラムの変形は、ダイアフラム表面に付着したデポジットの大小や燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきによって変化するため、トルク変動の検出精度が低下するという問題がある。その結果、機関のトルクおよびトルク変動量の算出が不正確となり、ひいては空燃比制御が不安定となるという問題が生じる。
【０００４】
以下に、上記熱によるダイアフラムの変形の要因であるデポジットおよび燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきについて図を参照しつつ説明する。先ず、デポジットに起因する熱によるダイアフラムの変形について説明する。
図１１はデポジットの有無による燃焼圧センサの出力の差異を示す図である。図１１において横軸はクランク角度、縦軸は圧力を示す。燃焼圧センサのダイアフラムにデポジットが付着した場合の燃焼圧センサの出力波形を実線ａで示し、デポジットが付着していない場合の燃焼圧センサの出力波形を破線ｂで示す。デポジットが付着していない場合の方が付着した場合より低い燃焼圧力を示すのは次の理由によるものと考えられる。燃焼によりダイアフラム表面が急激に熱せられるとダイアフラム表面のみが伸びるためダイアフラムは変形し圧力を検出する素子に加わる力が低下し燃焼圧センサの出力が低下する。ダイアフラムにデポジットが付着するとその断熱作用により熱による歪が発生し難くなるので燃焼圧センサの出力低下は抑制される。次に、燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきに起因する熱によるダイアフラムの変形について説明する。
【０００５】
図１２は前回より今回燃焼サイクルの燃焼速度の方が遅くなったときのデポジット有りと無しの各場合における燃焼圧センサ出力の違いを示す図であり、（Ａ）はデポジット無しの燃焼圧センサ出力を示す図であり、（Ｂ）デポジット有りの燃焼圧センサ出力を示す図である。図１２において横軸はクランク角度、縦軸は圧力を示す。前回より今回燃焼サイクルの燃焼速度の方が遅くなったとき、すなわち前回サイクルより今回サイクルの方が燃焼が悪化したときは、熱によるダイアフラムの変形はし難くなり、燃焼圧センサの出力変化は前回サイクルに比して抑制される。したがって、図１２の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、デポジットの有無に関わらず、実線ｃ、ｃ’で示す今回サイクルの出力の方が破線ｄ、ｄ’で示す前回サイクルの出力より燃焼後の出力Ｐ2 〜Ｐ4 が高くなり、デポジットの有る図１２の（Ｂ）の方がデポジットの無い図１２の（Ａ）の方よりデポジット付着による燃焼圧センサの出力変化を大きく抑制する分だけ出力変化分は少なくなる。一方、燃焼中の出力Ｐ1 は、デポジット有無に関わらず、燃焼悪化により低下する。次に、燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきによるトルクやトルク変動量の検出誤差について以下に説明する。
【０００６】
図１３は燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきによるトルクやトルク変動量のデポジット有りと無しの各場合の違いを示す図であり、（Ａ）はトルク変動量の、（Ｂ）は空燃比リッチにおけるトルクの、（Ｃ）は空燃比リーンにおけるトルクの、デポジット有りと無しの各場合の違いをそれぞれ示す図である。図１３の（Ａ）において、横軸は空燃比Ａ／Ｆ、縦軸はトルク変動量ＤＴＲＱを示す。図１３の（Ａ）は機関の運転条件（回転数、負荷）を一定に維持して空燃比を変えたときに、燃焼圧センサの出力Ｐ0 〜Ｐ4 からトルク変動量ＤＴＲＱを算出した結果のグラフを示す。図１３の（Ａ）からＤＴＲＱはリッチ側では破線ｆで示すデポジット無しの方が実線ｅで示すデポジット有りの方より大と計算され、リーン側ではデポジット有りの方がデポジット無しの方より大と計算されることが判る。この理由について図１３の（Ｂ）と（Ｃ）を参照しつつ以下に説明する。
【０００７】
図１３の（Ｂ）と（Ｃ）において、横軸は時間ｔ、縦軸はトルクＰＴＲＱを示す。空燃比リッチのときは、図１３の（Ｂ）に示すように、実線ｇで示すデポジット有りのトルク曲線が得られたとき、デポジット無しのトルクは、燃焼が良好となりトルクが上がった時刻ｔ1 においてトルクが下がったと計算され、逆に燃焼が悪化しトルクが下がった時刻ｔ2 においてトルクが上がったと計算され、結果として破線ｈで示すトルク曲線が得られる。
【０００８】
一方、空燃比リーンのときは、図１３の（Ｃ）に示すように、実線ｉで示すデポジット有りのトルク曲線が得られたとき、デポジット無しのトルクは、燃焼が良好となりトルクが上がった時刻ｔ1 ’において、トルクが上がったと計算され、逆に燃焼が悪化しトルクが下がった時刻ｔ2 ’において、トルクが下がったと計算され、燃焼が最も悪化する時刻ｔ3 において、燃焼圧センサの出力は熱の影響をほとんど受けないので計算されるトルクもデポジット有りとほぼ一致し、結果として破線ｊで示すトルク曲線が得られる。
【０００９】
すなわち、空燃比がリッチな程、熱の影響は大きいので、デポジット無しの方がデポジット有りの方より燃焼圧センサの出力の検出誤差は大きくなり、その結果機関のトルクおよびトルク変動量の計算誤差も大きくなる。一方、空燃比がリーンな程、熱の影響は少ないので、デポジット有無に関わらず燃焼圧センサの出力の検出誤差は小さくなり、その結果機関のトルクおよびトルク変動量の計算誤差も比較的小さくなる。
【００１０】
以上、詳細に説明したように、従来技術によれば、燃焼圧センサの出力はデポジットの大小や燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきによって変化するため、機関のトルクおよびトルク変動量の算出が不正確となり、空燃比制御が不安定となる。それゆえ、本発明はこれらの問題を解決し、燃焼圧を正確に検出することによりトルク変動量の検出精度を向上させ、安定な燃焼を維持して安定な空燃比制御を行う内燃機関のトルク変動量検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決する本発明による第１態様の内燃機関のトルク変動量検出装置は、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサと、複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した燃焼室内の圧力を記憶する記憶手段と、クランク角度をパラメータとする燃焼圧−トルク換算係数と複数のクランク角度に対し機関の燃焼行程中に該燃焼圧センサにより検出した圧力とから該クランク角度毎の該機関の瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段と、該機関の燃焼サイクル毎に該瞬時トルク算出手段により算出した複数の瞬時トルクを加算して該機関のトルクを算出するトルク算出手段と、該トルク算出手段により算出した該機関の所定回数前の燃焼サイクルと今回の燃焼サイクルとから該機関のトルク変動量を算出するトルク変動量算出手段と、を備えた内燃機関のトルク変動量検出装置において、燃焼終了後の前記燃焼室内の圧力と該圧力を検出するクランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数とに基づいて前記トルク算出手段により算出した前記機関のトルクを補正し、該補正したトルクに基づいて該機関のトルク変動量を算出することを特徴とする。
【００１２】
上記第１態様のトルク変動量検出装置は、燃焼圧センサ出力が熱による影響を受けなくなった燃焼終了後の燃焼室内の圧力と該圧力を検出するクランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数とに基づいてトルク算出手段により算出した機関のトルクを補正し、補正したトルクに基づいて機関のトルク変動量を算出するので、燃焼圧センサにより検出される燃焼室内の圧力における熱により影響を受ける成分を補正でき、それゆえ機関のトルクおよびトルク変動量が精度よく検出される。
【００１３】
上記問題を解決する本発明による第２態様の内燃機関のトルク変動量検出装置は、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサと、複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した燃焼室内の圧力を記憶する記憶手段と、クランク角度をパラメータとする燃焼圧−トルク換算係数と複数のクランク角度に対し機関の燃焼行程中に該燃焼圧センサにより検出した圧力とから該クランク角度毎の該機関の瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段と、該機関の燃焼サイクル毎に該瞬時トルク算出手段により算出した複数の瞬時トルクを加算して該機関のトルクを算出するトルク算出手段と、該トルク算出手段により算出した該機関の所定回数前の燃焼サイクルと今回の燃焼サイクルとから該機関のトルク変動量を算出するトルク変動量算出手段と、を備えた内燃機関のトルク変動量検出装置において、前記燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備え、前記検出手段により検出したクランク角度よりも遅角側のクランク角度における燃焼圧−トルク換算係数を機関の運転状態に応じて進角側のクランク角度における燃焼圧−トルク換算係数と比して小さい値に変更し、該変更した燃焼圧−トルク換算係数を用いて該機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を算出することを特徴とする。
【００１４】
上記第２態様のトルク変動量検出装置は、機関の運転状態に応じて複数のクランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数をそれぞれ変更する。より詳しくは、燃焼圧センサにより検出される燃焼行程後半の燃焼室内の圧力は熱により影響を受ける成分を含むので、この成分を減量補正して真の圧力を算出する代わりに圧力検出時のクランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数を通常より小さい値に変更し、具体的には、燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出し、検出し た熱変動の影響が大きくなるクランク角度よりも遅角側のクランク角度における、複数のクランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数を、機関の運転状態に応じて、進角側のクランク角度における燃焼圧−トルク換算係数と比して小さい値にそれぞれ変更し、該変更した燃焼圧−トルク換算係数を用いて該機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を算出するので、正確に燃焼圧センサの熱変動による影響を補正でき、機関のトルクおよびトルク変動量が精度よく検出される。
【００１５】
上記問題を解決する本発明による第３態様の内燃機関のトルク変動量検出装置は、前記燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備え、前記検出手段により検出したクランク角度に基づいて燃焼終了後の前記燃焼室内の圧力を検出するクランク角度を決定し、該クランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した圧力と該クランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数とに基づいて前記トルク算出手段により算出した前記機関のトルクを補正し、該補正したトルクに基づいて該機関のトルク変動量を算出する。
【００１６】
上記第３態様のトルク変動量検出装置は、燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出し、検出したクランク角度に基づいて第１態様のトルク変動量検出装置における燃焼終了後の燃焼室内の圧力を検出するクランク角度を決定し、該クランク角度に対し燃焼圧センサにより検出した圧力と該クランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数とに基づいて機関のトルクを補正し、該補正したトルクに基づいて機関のトルク変動量を算出するので、燃焼圧センサにより検出される燃焼室内の圧力における熱により影響を受ける成分を補正できる。すなわち熱変動の影響を受けないことが第１態様と比してより確実なクランク角度で燃焼圧を検出し、検出した圧力と燃焼圧−トルク換算係数とに基づきトルクを補正するので、機関のトルクおよびトルク変動量が精度よく検出される。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
上記問題を解決する本発明による第４態様の内燃機関のトルク変動量検出装置は、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサと、複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した燃焼室内の圧力を記憶する記憶手段と、クランク角度をパラメータとする燃焼圧−トルク換算係数と複数のクランク角度に対し機関の燃焼行程中に該燃焼圧センサにより検出した圧力とから該クランク角度毎の該機関の瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段と、該機関の燃焼サイクル毎に該瞬時トルク算出手段により算出した複数の瞬時トルクを加算して該機関のトルクを算出するトルク算出手段と、該トルク算出手段により算出した該機関の所定回数前の燃焼サイクルと今回の燃焼サイクルとから該機関のトルク変動量を算出するトルク変動量算出手段と、を備えた内燃機関のトルク変動量検出装置において、前記燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備え、前記機関の燃焼行程中に前記燃焼室内の圧力を検出する複数のクランク角度を該機関の運転状態に応じて前記検出手段により検出したクランク角度より進角側に決定し、該決定した複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した該燃焼室内の圧力に基づいて該機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を算出することを特徴とする。
【００２０】
上記第４態様のトルク変動量検出装置は、燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出し、機関の燃焼行程中に燃焼室内の圧力を検出する複数のクランク角度を機関の運転状態に応じて該検出したクランク角度より進角側に決定する。決定した複数のクランク角度は熱変動の影響が小さく燃焼圧センサは正確な燃焼圧を出力するので、第４態様のトルク変動量検出装置は、当該クランク角度に対し燃焼圧センサにより検出した熱変動の影響が少ない燃焼室内の圧力に基づいて機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を算出することになり、機関のトルクおよびトルク変動量が精度よく検出される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は本発明の一実施態様を示す図である。機関１の吸気通路２には吸気圧センサ３が設けられ吸入空気の絶対圧を検出する。吸気通路２は吸気マニホルド４に接続され、吸気マニホルド４は分岐して各気筒のインテークポートに接続され、吸気通路２は燃焼室５に連通させる。吸気マニホルド４には燃料噴射弁６が配設される。各気筒１の燃焼室５は排気マニホルド７に接続され、排気マニホルド７は排ガスを浄化する触媒コンバータ８を介して排気管９に接続される。
【００２２】
ディストリビュータ１０内には機関１のクランク角度を検出するクランク角センサ１１および１２が設けられ、これらセンサは７２０°ＣＡ（クランク角度）毎の基準パルス信号および５°ＣＡ毎のクランク角パルス信号を電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０内の入出力ポート２１に直接入力する。吸気圧センサ３の出力はＥＣＵ２０内のＡ／Ｄ変換器２２に接続される。気筒１の頂部には燃焼室５内の圧力を検出する燃焼圧センサ１３が埋設されその出力も同様にＡ／Ｄ変換器２２に接続される。また、機関の水温を検出する水温センサ１４が機関のウォータジャケットに埋設されその出力も同様にＡ／Ｄ変換器２２に接続される。Ａ／Ｄ変換器２２は入出力ポート２１に接続されバスライン２３を介してＣＰＵ２４に接続される。
【００２３】
また、シリンダブロックに埋設されるノックセンサ１５は機械的振動を電気的な振幅変動に変換した周知のものであり、例えば圧電素子または電磁素子等から構成され、機関１のノッキングによるシリンダブロックの振動を検出する。ノックセンサ１５の出力信号は、ＥＣＵ２０内のノック検出回路２５へ入力される。ノック検出回路２５は、インピーダンス変換用のバッファとノック固有の周波数帯域（７〜８ＫＨｚ）の信号を通過させるバンドパスフィルタとからなるバッファフィルタ回路、ピークホールド回路およびＡ／Ｄ変換回路からなる。ピークホールド回路はＣＰＵ２４からバスライン２３、入出力ポート２１を介してセット信号（Ｈレベル）を受けてバッファフィルタ回路の出力を取り込み最大振幅をホールドし、ＣＰＵ２４からバスライン２３、入出力ポート２１を介してリセット信号（Ｈレベル）を受けてホールドした最大振幅をリセットする。ピークホールド回路の出力はＡ／Ｄ変換回路によりアナログからデジタルに変換される。Ａ／Ｄ変換回路はＣＰＵ２４からの信号によりＡ／Ｄ変換を開始しＡ／Ｄ変換終了後、入出力ポート２１、バスライン２３を介してＣＰＵ２４へ完了通知を行う。このように、ＣＰＵ２４はノックセンサ１５からの信号を受け次のようなノック制御を行っている。すなわち、バッファフィルタ回路によって必要周波数成分だけ取り出されたノックセンサ１５からの出力信号を受け、点火が終了し燃焼行程に移った後の所定期間中に、ノックセンサ１５からの出力ピーク値が判定基準値を越えた回数をカウントしノックの強度判定を行い、ノック強度に応じて遅角補正を行い、点火時期がノッキング限界となるように、駆動回路２６、イグナイタ２７およびディストリビュータ１０を介して点火プラグ２８へ点火信号を送る。
【００２４】
一方、燃料噴射弁６はＥＣＵ２０内の駆動回路２６に接続され、入出力ポート２１、バスライン２３を介してＣＰＵ２４に接続される。燃料噴射弁６はＣＰＵ２４により処理される燃料噴射制御にしたがって駆動回路２６により開弁され、各気筒１へ向けて燃料を噴射する。燃料噴射量は、機関の水温、クランク角センサ１１の出力信号から算出される回転数および吸気圧センサ３の出力信号から検出される負荷等に応じて算出される基本燃料噴射量ＴＰを、空燃比フィードバックにより機関の空燃比が目標空燃比となるよう補正して供給する燃料噴射量を算出する。本実施例では、燃焼圧センサ１３により検出される気筒内の圧力から機関のトルクを算出し、次いでトルク変動量を算出し、トルク変動量に応じて目標のリーン空燃比となるようにフィードバック補正する。したがって、トルク検出精度がよい程、精度よい空燃比フィードバック制御が達成される。
【００２５】
ＥＣＵ２０は、例えばマイクロプロセッサからなり、ＣＰＵ２４、入出力ポート２１、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ２７、演算制御処理過程に一時的なデータを格納するＲＡＭ２８およびイグニッションスイッチがオフになっても保持すべきデータを格納するバックアップ用のＢ．ＲＡＭ２９を有し、これらは相互にバスライン２３を介して送受信可能に接続される。本発明の各手段は、このＥＣＵ２０により達成される。
【００２６】
次に、燃焼圧センサの構成について以下に概略説明する。
図２は図１に示す燃焼圧センサ１３の断面図である。ハウジングの細径部３１の先端にはダイアフラム３２が設置されており、図１の燃焼室５内に挿入される。ダイアフラム３２にかかる気筒内の圧力はロッド３３を介して圧電素子３４に伝えられ電気信号に変換される。この電気信号はリード線によりハウジングの大径部３５に収納されるアンプ基板３６に導かれ増幅されてＥＣＵ２０のＡ／Ｄ変換器２２に出力される。このダイアフラム３２は直接燃焼室５内に挿入されるためデポジットが付着し易く、デポジットが付着すると、ダイアフラム３２は熱により変形し難くなり、燃焼圧センサ１３の出力変化が抑制される。
【００２７】
また、発明が解決しようとする課題の欄で先に図１２、１３を用いて説明したように、機関の燃焼サイクル毎の燃焼速度が変化したとき、例えば前回サイクルより今回サイクルの方が燃焼速度が遅くなったとき、すなわち燃焼が悪化したとき、ダイアフラム３２は熱により変形し難くなり燃焼圧センサ１３の出力変化が抑制される。このように、燃焼圧が正確に検出されないと、トルクやトルク変動量の検出精度が悪くなり、安定な燃焼を維持できず安定な空燃比制御ができない。本発明は以下に図を参照しつつ説明する各態様によりこの問題を解決する。
【００２８】
図３は本発明の第１態様における燃焼圧センサ出力の検出タイミングを示す図であり、図４は機関のトルク変動量に基づく空燃比フィードバック補正係数算出ルーチンのフローチャートであり、図５は気筒内の圧力記憶ルーチンのフローチャートであり、図６は燃料噴射量ＴＡＵ算出ルーチンのフローチャートである。図３〜図６を相互に参照しつつ以下に本発明の第１態様の制御を説明する。図３において横軸はクランク角度を示し、縦軸は燃焼圧センサ１３による燃焼室内の検出圧力を示す。図５は図４のステップ４０１の圧力記憶処理の詳細を示す。図４と図５に示す各ルーチンは５°ＣＡ毎に割込処理され、図６に示すＴＡＵ算出ルーチンは３０°ＣＡ毎に割込処理される。
【００２９】
先ず、図５に示す処理を実行して気筒内の各クランク角における圧力を検出し記憶する。ステップ５０１では、クランク角センサ１２の入力信号から今回処理周期のクランク角が吸気行程のＢＤＣ（下死点）付近、例えばクランク角度ＢＴＤＣ１７５°ＣＡ付近か否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ５０２へ進み、燃焼圧センサ１３により検出される基準となる気筒内の圧力を読み込み、読み込んだ基準圧力値Ｐ0 をＲＡＭ２８に記憶し、その判別結果がＮＯのときはステップ５０３へ進む。また、この基準圧力値Ｐ0 は燃焼圧センサ１３の温度ドリフトや出力オフセットが吸収されているＢＴＤＣ１７５°ＣＡ付近の複数箇所で読み込み、これらの平均値を基準圧力値Ｐ0 として算出し外乱やノイズに影響されないようにすることもできる。次いでステップ５０３〜５１０では、ステップ５０１、５０２と同様に、順次クランク角度ＡＴＤＣ５°ＣＡ、２０°ＣＡ、３５°ＣＡおよび５０°ＣＡの時に、燃焼圧センサ１３の出力からそれぞれ燃焼圧力値Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 およびＰ4 を読み込み、ＲＡＭ２８に記憶する。ステップ５１１では、今回処理周期のクランク角がクランク角度ＡＴＤＣ８０°ＣＡか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときは、ステップ５１２で燃焼圧センサ１３の出力から燃焼圧力値Ｐ5 を読み込み、ＲＡＭ２８に記憶し、次いで図４のステップ４０２へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ５１２をバイパスしてステップ４０２へ進む。
【００３０】
次に、図４のステップ４０２では、下式（１）に基づき機関の実トルクＰＴＲＱを算出する。
ＰＴＲＱ＝ｋ2 ｛0.5 （P1−P0）＋2.0 （P2−P0）＋3.0 （P3−P0）
＋ 4.0 （P4−P0）− a （P5−P0）｝ …（１）
ここで、ｋ2 は実際のトルクに換算するための係数であり、０．５、２．０、３．０および４．０は、クランクの腕の長さｒ、連接棒の長さｌ、クランク角度θおよびλ＝１／ｒとしたとき下式で与えられる燃焼圧−トルク換算係数ｋi である。
【００３１】
ｋi ＝ｒ（ｓｉｎθ＋ｓｉｎ２θ／２λ） …（２）
クランク角度θにおける瞬時トルクは、ｋi (Pi −P0）で与えられることから上式（１）は下式（３）のように表される。
ＰＴＲＱ＝ｋ2 ｛0.5 CP1 ＋2.0 CP2 ＋3.0 CP3 ＋4.0 CP4 − a CP5｝ …（３）
また、上式（１）、（３）においてａは経年変化によらず一定な熱の影響度合いに係る補正重み係数である。この式（１）、（３）が導き出された理由について以下に説明する。
【００３２】
本発明の第１態様は、燃焼圧センサ１３の出力検出タイミングとして新たにクランク角度ＡＴＤＣ８０°ＣＡの補正用のポイントを設けた点に特徴がある。この燃焼室内の圧力をサンプリングするポイントには、燃焼は終了しているが熱によるダイアフラムの変形の影響は残っている、すなわち燃焼終了直後と推定される略ＡＴＤＣ６０°ＣＡ以降のクランク角度が選択される。このポイントでの熱の影響による出力低下分は、熱の影響を受けなかった場合の本来の燃焼室内の圧力をＣＰ５ａ、熱の影響を受けた場合の燃焼室内の圧力をＣＰ５とすると、下式（４）で表される。
【００３３】
熱の影響による出力低下分 ＝ （ＣＰ５ａ−ＣＰ５） …（４）
この出力低下分は、燃焼室内の圧力を検出した各クランク角度のポイントＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３およびＣＰ４においても同様に比例して出力が低下すると考えられるのでトルク計算式（３）は下式（５）のように表される。
ＰＴＲＱ＝ｋ2 ｛0.5 （CP1 ＋α（CP5a-CP5))＋2.0 (CP2＋β（CP5a-CP5))
＋ 3.0 （CP3 ＋γ（CP5a-CP5))＋4.0 (CP4＋δ（CP5a-CP5))｝
…（５）
ここで、α、β、γ、δは比例係数である。
【００３４】
上式（５）は下式（６）のように表される。
ＰＴＲＱ＝ｋ2 ｛0.5 CP1 ＋2.0 CP2 ＋3.0 CP3 ＋4.0 CP4
＋（0.5 α＋2.0 β＋3.0 γ＋4.0 δ）（CP5a-CP5) ｝…（６）
上式（６）において、0.5 CP1 ＋2.0 CP2 ＋3.0 CP3 ＋4.0 CP4 ＝PTRQb および
0.5 α＋2.0 β＋3.0 γ＋4.0 δ＝ a と置き、CP5aが燃焼変動によらず一定とすれば、
トルク変動量ＤＴＲＱは下式（７）で与えられる。
【００３５】
ＤＴＲＱ＝ＰＴＲＱ(i-1) −ＰＴＲＱ(i)
＝ｋ2 ｛( ＰＴＲＱb (i-1) ＋ａ（CP5a-CP5(i-1) ))
−( ＰＴＲＱb (i) ＋ａ（CP5a-CP5(i) ))｝
＝ｋ2 ｛( ＰＴＲＱb (i-1) −ａ CP5 (i-1) )
−( ＰＴＲＱb (i) −ａ CP5 (i) ) ｝…（７）
ここで、ＰＴＲＱ(i-1) は前回燃焼サイクルにおける実トルク、ＰＴＲＱ(i) は今回燃焼サイクルにおける実トルクを示す。このように、ＤＴＲＱを算出するためにはCP5aは不要となり、したがってＰＴＲＱは前式（３）で表される。なお、CP5aは燃焼が終了したポイントの圧力であるので、回転数や負荷が一定であれば燃焼変動によらず一定と考えられる。
【００３６】
再び図４のフローチャートに戻る。ステップ４０３では、上記トルク変動量ＤＴＲＱを上式（７）に基づき算出する。次に、ステップ４０４では、トルク変動量ＤＴＲＱの絶対値が目標値ＴＧＶより大か否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ４０５へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ４０６へ進む。ステップ４０５ではトルク変動量ＤＴＲＱに基づく空燃比補正係数ＫＧＣＰを減量補正し、ステップ４０６ではＫＧＣＰを増量補正して、トルク変動量ＤＴＲＱが目標値ＴＧＶになるように制御する。これにより機関のリーン空燃比制御が達成される。
【００３７】
次に、図６のＴＡＵ算出ルーチンを説明する。ステップ６０１では、機関の回転数と負荷に基づき基本燃料噴射量ＴＰを算出する。ステップ６０２ではステップ４０５または４０６で算出した空燃比補正係数ＫＧＣＰを下式（８）に代入して燃料噴射量ＴＡＵを算出する。
ＴＡＵ＝ＴＰ＊ＫＧＣＰ＊Ｋ … （８）
ここで、Ｋは機関の水温、加速時等に応じて算出されるその他の補正係数である。このように算出された燃料噴射量ＴＡＵは各気筒の燃料噴射時期に対応する各燃料噴射弁から噴射される。
【００３８】
以上説明した本発明の第１態様によれば、機関のトルクＰＴＲＱを上式（３）から、トルク変動量ＤＴＲＱを上式（７）から算出するので高精度にトルク変動量を算出でき、空燃比制御性能が向上する。
次に、本発明の第２態様について説明する。
図７は本発明の第２態様の説明図であり、（Ａ）は熱の影響が大きい場合の燃焼圧センサ出力を示す図であり、（Ｂ）は熱の影響が小さい場合の燃焼圧センサ出力を示す図である。図７において、横軸はクランク角、縦軸は燃焼圧センサ１３により検出した圧力を示す。燃焼圧−トルク換算係数α1 〜α4 は、燃焼室内の圧力をサンプリングして検出する各ポイントで燃焼圧が正しく検出されていれば、先に説明した下式（２）から算出される。
【００３９】
ｋi ＝ｒ（ｓｉｎθ＋ｓｉｎ２θ／２λ） …（２）
しかしながら、燃焼圧センサ１３は燃焼室内の圧力だけでなく熱の影響を受けて出力される。すなわち、燃焼圧センサ出力は圧力成分と熱成分からなる。図７の（Ａ）に示すように、燃焼速度が速く熱の影響が大きい場合では、実線ｌで示す燃焼圧センサ出力の圧力成分は燃焼行程前半のチェックポイントＣＰ1 および燃焼行程中半のチェックポイントＣＰ2 で高く、燃焼行程後半のチェックポイントＣＰ3 、ＣＰ4 では低い。しかるに、破線ｍで示す燃焼圧センサ出力の熱成分は燃焼行程中半のチェックポイントＣＰ2 以降から燃焼行程後半のチェックポイントＣＰ4 まで高い。したがって、熱の影響により誤検出されるチェックポイントＣＰ3 、ＣＰ4 における燃焼圧−トルク換算係数α3 、α4 を低い値に変更すれば、機関のトルクおよびトルク変動量をより正確に算出できる。
【００４０】
図７の（Ｂ）に示すように燃焼速度が遅く熱の影響が小さい場合では、実線ｌ’で示す燃焼圧センサ出力の圧力成分は燃焼行程中のチェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 で高く、破線ｍ’で示す燃焼圧センサ出力の熱成分は燃焼行程中のチェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 で低い。したがって、熱の影響により誤検出される恐れがないので、チェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 における燃焼圧−トルク換算係数α1 〜α4 を変更せずに先に説明した上式（２）から算出した値をそのまま用いても、機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を正確に算出できる。
【００４１】
上述の本発明の第２態様によれば、機関の運転状態、例えば回転数、負荷または点火時期に応じて複数のクランク角度における各燃焼圧−トルク換算係数を変更し、変更した燃焼圧−トルク換算係数をこれら複数のクランク角度毎に燃焼圧センサ１３により検出した燃焼圧力値から基準圧力値を減算した値に乗算して瞬時トルクを算出し、これら瞬時トルクを加算して機関のトルクＰＴＲＱを算出し、前回燃焼サイクルのトルクからの今回燃焼サイクルのトルクの変動量を算出するので、トルクおよびトルク変動量を正確に算出でき、空燃比制御性能が向上する。
【００４２】
次に、本発明の第２〜４態様における検出手段、すなわち燃焼圧センサ出力に基づき燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段について以下に説明する。
図８は本発明の第２〜４態様における検出手段の説明図である。図８において、横軸はクランク角、縦軸は燃焼圧センサ１３により検出した圧力を示し、実線ｐで示す曲線は熱の影響がない場合の燃焼圧センサ出力を示し、破線ｑで示す曲線は熱の影響が大きい場合の燃焼圧センサ出力を示す。本発明の第２〜４態様の検出手段は、以下に記す処理を実行する。上死点ＴＤＣから所定のサンプリング周期、例えば５°ＣＡ毎に燃焼圧センサ出力を検出し、下式（９）が成立開始するチェックポイントＣＰe を燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなり始めたチェックポイントと判定し、その時のクランク角度を記憶する。
【００４３】
（ＣＰn ／ＣＰn-1 ） ＜ （Ｖn-1 ／Ｖn ）k …（９）
ここで、Ｖn は燃焼室の容積を示し、ｋは１．３〜１．４の比熱比を示す。熱力学から、機関の膨張行程におけるＣＰとＶの関係は燃焼が終わり断熱膨張であれば、圧力Ｐと容積Ｖとの間にＰＶk ＝一定の関係が成立する。このとき、冷却損失が有れば内部で熱の発生があっても比熱比ｋは１．３〜１．４より小さく、それゆえ燃焼圧センサ１３が熱の影響を受けなければ上式（９）が成立することはない。上式（９）が成立するのは比熱比ｋが１．４を越え、熱の影響により燃焼圧センサ出力が低下した場合であり、この上式（９）の成立開始のＣＰe 以降では燃焼圧センサ出力は熱の影響を大きく受けることになる。
【００４４】
以上のように、本発明の第２〜４態様によれば、燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなり始めるチェックポイントＣＰe を検出する。
本発明の第３態様は、上記検出手段により検出したチェックポイントＣＰe に相当するクランク角度の直後のクランク角度におけるチェックポイントＣＰ5 で燃焼終了後の燃焼室内の圧力を検出するよう構成する。
【００４５】
本発明の第２態様は、上記検出手段により検出したチェックポイントＣＰe に相当するクランク角度よりも遅角側のクランク角度における燃焼圧−トルク換算係数を機関の運転状態に応じて前述した上式（２）から算出した燃焼圧−トルク換算係数の値より小さい値に変更する。
本発明の第４態様は、上記検出手段により検出したチェックポイントＣＰe に相当するクランク角度より進角側のクランク角度におけるチェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 で燃焼室内の圧力を検出するとともに、機関の運転状態（回転数、負荷および点火時期等）に応じて燃焼圧−トルク換算係数を算出して機関のトルクおよびトルク変動量を算出する。以下に、第４態様の具体例としてノッキングに応じて燃焼圧−トルク換算係数を算出して機関のトルクおよびトルク変動量を算出する例を図９と図１０を参照しつつ説明する。
【００４６】
図９は本発明の第４態様によるトルク算出ルーチンのフローチャートであり、図１０はクランク角度に対応して燃焼圧−トルク換算係数を算出するマップである。図１０において、横軸はクランク角度、縦軸は燃焼圧−トルク換算係数Ｃi を示す。図９に示すトルク算出ルーチンは５°ＣＡ毎に割込処理される。
先ず、ステップ９０１では、上記チェックポイントＣＰe より進角側のチェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 を機関の回転数や負荷に対応して予めＲＯＭ２７に格納したマップ（図示せず）から算出する。チェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 は機関の回転数が低い程進角側に補正し、負荷が高負荷程すなわち燃焼速度が速い程進角側に補正する。これはデポジットによる影響を受け難くするためである。
【００４７】
ステップ９０２では、ノックコントロールシステムＫＣＳにより遅角補正された点火時期に応じて点火時期が早い程チェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 を進角側に補正する。
ステップ９０３では、クランク角度に対応して燃焼圧−トルク換算係数Ｃi （ｉ＝１〜４）を算出する図１０に示すマップから各チェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 に対応する燃焼圧−トルク換算係数Ｃ1 〜Ｃ4 を算出する。
【００４８】
ステップ９０４では上記各チェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 および基準チェックポイントＣＰ0 で燃焼圧センサ１３の出力を読み込み、ＲＡＭ２８に記憶する。ステップ９０５では図４のステップ４０２と同様に、ステップ９０３、９０４で算出した燃焼圧−トルク換算係数および燃焼室内の圧力を下式（１０）に代入して実トルクを算出する。
【００４９】
ＰＴＲＱ＝ｋ2 ｛Ｃ1 （P1−P0）＋Ｃ2 （P2−P0）
＋ Ｃ3 （P3−P0）＋Ｃ4 （P4−P0）｝…（１０）
ステップ９０５で実トルクを算出した後は、図４のステップ４０３〜４０６と同様に、トルク変動量を算出し、空燃比補正係数ＫＧＣＰを算出し、図６の燃料噴射量算出ルーチンにより供給する燃料を補正して空燃比フィードバック制御を行う。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１態様の内燃機関のトルク変動量検出装置によれば、燃焼圧センサが燃焼終了後の熱による影響を受けないクランク角度で燃焼室内の圧力を検出し、燃焼中の熱の影響を受けるクランク角度で検出した圧力を補正するので、機関のトルクおよびトルク変動量を高精度に検出できる。
【００５１】
本発明の第２態様の内燃機関のトルク変動量検出装置によれば、熱による影響を受けるクランク角度で燃焼室内の圧力を検出する場合は、燃焼圧−トルク換算係数を変更して瞬時トルクを算出するので、機関のトルクおよびトルク変動量を高精度に検出できる。
本発明の第２〜第４態様の内燃機関のトルク変動量検出装置によれば、燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響の方が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備えるので、より正確かつ高精度に機関のトルクおよびトルク変動量を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施態様を示す図である。
【図２】 燃焼圧センサの断面図である。
【図３】 本発明の第１態様における燃焼圧センサ出力の検出タイミングを示す図である。
【図４】 機関のトルク変動量に基づく空燃比フィードバック補正係数算出ルーチンのフローチャートである。
【図５】 気筒内の圧力記憶ルーチンのフローチャートである。
【図６】 燃料噴射量算出ルーチンのフローチャートである。
【図７】 本発明の第２態様の説明図であり、（Ａ）は熱の影響が大きい場合の燃焼圧センサ出力を示す図であり、（Ｂ）は熱の影響が小さい場合の燃焼圧センサ出力を示す図である。
【図８】 本発明の第２〜４態様における検出手段の説明図である。
【図９】 本発明の第４態様によるトルク算出ルーチンのフローチャートである。
【図１０】 クランク角度に対応して燃焼圧−トルク換算係数を算出するマップである。
【図１１】 デポジットの有無による燃焼圧センサの出力の差異を示す図である。
【図１２】 前回より今回燃焼サイクルの燃焼速度の方が遅くなったときのデポジット有りと無しの各場合における燃焼圧センサ出力の違いを示す図であり、（Ａ）はデポジット無しの燃焼圧センサ出力を示す図であり、（Ｂ）デポジット有りの燃焼圧センサ出力を示す図である。
【図１３】 燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきによるトルクやトルク変動量のデポジット有りと無しの各場合の違いを示す図であり、（Ａ）はトルク変動量の、（Ｂ）は空燃比リッチにおけるトルクの、（Ｃ）は空燃比リーンにおけるトルクの、デポジット有りと無しの各場合の違いをそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
１…機関（気筒）
６…燃料噴射弁
１１、１２…クランク角センサ
１３…燃焼圧センサ
２０…ＥＣＵ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a torque fluctuation detection device for an internal combustion engine that detects the torque fluctuation of the internal combustion engine with high accuracy.
[0002]
[Prior art]
  The lean burn system of an internal combustion engine (lean combustion system) reduces NOx and CO emissions and achieves low fuel consumption, and in recent years, various research and development have been attracted more and more. In a lean burn system, it is extremely important to maintain stable combustion. For this reason, a technique for accurately detecting combustion torque and improving air-fuel ratio feedback control performance has been proposed. More specifically, the combustion torque is accurately detected, the fuel injection amount is corrected so that the fluctuation amount of the combustion torque becomes the target value, and the air-fuel ratio feedback control is performed so that the air-fuel ratio of the engine is close to the lean limit. Techniques to do this have been proposed. For example, a lean burn system disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-67446 includes a combustion pressure sensor for detecting the pressure in the combustion chamber of an engine, and an output signal of the combustion pressure sensor near the bottom dead center of the intake stroke is used as a reference pressure value. And detecting a plurality of output signals from the combustion pressure sensor during the combustion stroke, calculating the torque of the current combustion cycle of the engine based on the difference between the reference pressure value and the plurality of detected values, The amount of decrease in the current combustion cycle torque from the combustion cycle torque is calculated as the engine torque fluctuation amount. When the torque fluctuation amount is larger than the predetermined value, the target air-fuel ratio is controlled to the rich side to reduce the torque fluctuation amount. When the torque fluctuation amount is less than the predetermined value, the target air-fuel ratio is controlled to the lean side to increase the torque fluctuation amount. That is, the air-fuel ratio is controlled so that the torque fluctuation amount becomes a predetermined value. According to this lean burn system, air-fuel ratio control is stabilized, and drivability and emissions are improved.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
  However, in the lean burn system disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-67446, the diaphragm used in the combustion pressure sensor undergoes thermal expansion due to the combustion heat of the engine, and the output of the deflection combustion pressure sensor changes. The deformation of the diaphragm due to the heat changes depending on the size of the deposit attached to the surface of the diaphragm and the variation in the combustion speed for each combustion cycle, so that there is a problem that the detection accuracy of torque fluctuation is lowered. As a result, the calculation of the engine torque and the torque fluctuation amount becomes inaccurate, resulting in a problem that the air-fuel ratio control becomes unstable.
[0004]
  Hereinafter, deposits, which are causes of the deformation of the diaphragm due to the heat, and variations in combustion speed for each combustion cycle will be described with reference to the drawings. First, the deformation of the diaphragm due to heat caused by the deposit will be described.
  FIG. 11 is a diagram showing a difference in output of the combustion pressure sensor depending on the presence or absence of deposit. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the crank angle, and the vertical axis indicates the pressure. The output waveform of the combustion pressure sensor when deposit is attached to the diaphragm of the combustion pressure sensor is indicated by a solid line a, and the output waveform of the combustion pressure sensor when deposit is not attached is indicated by a broken line b. The reason why the combustion pressure is lower when the deposit is not adhered than when the deposit is adhered is considered to be as follows. When the diaphragm surface is heated suddenly by combustion, only the diaphragm surface is extended, so that the diaphragm is deformed and the force applied to the element for detecting the pressure is reduced, and the output of the combustion pressure sensor is lowered. When deposits adhere to the diaphragm, heat insulation is less likely to cause distortion due to heat, so that a decrease in the output of the combustion pressure sensor is suppressed. Next, the deformation of the diaphragm due to heat caused by the variation in the combustion speed for each combustion cycle will be described.
[0005]
  FIG. 12 is a diagram showing the difference in combustion pressure sensor output in each case with and without deposit when the combustion speed of the current combustion cycle is slower than the previous time, and (A) is the combustion pressure sensor output without deposit. It is a figure which shows (B) It is a figure which shows the combustion pressure sensor output with a deposit. In FIG. 12, the horizontal axis indicates the crank angle, and the vertical axis indicates the pressure. When the combustion speed of the current combustion cycle is slower than the previous time, that is, when the combustion of the current cycle is worse than that of the previous cycle, it is difficult for the diaphragm to be deformed by heat, and the output change of the combustion pressure sensor Suppressed compared to cycle. Therefore, as shown in FIGS. 12A and 12B, the output of the current cycle indicated by solid lines c and c ′ is more than the output of the previous cycle indicated by broken lines d and d ′ regardless of the presence or absence of deposit. Output P after combustion2 ~ PFour In FIG. 12B where there is a deposit, the amount of change in output is reduced by the amount that greatly suppresses the change in output of the combustion pressure sensor due to deposit adhesion in the case of FIG. 12A where there is no deposit. On the other hand, the output P during combustion1 Decreases due to deterioration of combustion regardless of the presence or absence of deposit. Next, detection errors of torque and torque fluctuation amount due to variations in combustion speed for each combustion cycle will be described below.
[0006]
  FIG. 13 is a diagram showing the difference between the cases with and without deposit of torque and torque fluctuation amount due to variations in the combustion speed for each combustion cycle, (A) shows the torque fluctuation amount, and (B) shows the rich air-fuel ratio. (C) of the torque is a graph showing the difference between the torque with and without deposit in the air-fuel ratio lean. In FIG. 13A, the horizontal axis indicates the air-fuel ratio A / F, and the vertical axis indicates the torque fluctuation amount DTRQ. FIG. 13A shows the output P of the combustion pressure sensor when the air-fuel ratio is changed while the engine operating conditions (rotation speed, load) are kept constant.0 ~ PFour The graph of the result of having calculated the torque fluctuation amount DTRQ from is shown. From FIG. 13A, DTRQ is calculated to be larger on the rich side without the deposit indicated by the broken line f than on the deposit indicated by the solid line e, and on the lean side the greater with the deposit than with the no deposit. It turns out that it is calculated. The reason for this will be described below with reference to FIGS. 13B and 13C.
[0007]
  In FIGS. 13B and 13C, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents torque PTRQ. When the air-fuel ratio is rich, as shown in FIG. 13B, when the torque curve with deposit shown by the solid line g is obtained, the torque without deposit is the time t when the torque is increased due to good combustion.1 At the time t when the torque is calculated at the time of2 Is calculated that the torque has increased, and as a result, a torque curve indicated by a broken line h is obtained.
[0008]
  On the other hand, when the air-fuel ratio is lean, as shown in FIG. 13 (C), when the torque curve with deposit shown by the solid line i is obtained, the torque without deposit is the time when the torque is increased due to good combustion. t1 ′, It is calculated that the torque has increased, and conversely, the time t when the combustion has deteriorated and the torque has decreased.2 ′, The time t when the torque is calculated and combustion is most deterioratedThree In FIG. 5, the output of the combustion pressure sensor is hardly affected by heat, so that the calculated torque substantially coincides with the deposit, and as a result, a torque curve indicated by a broken line j is obtained.
[0009]
  In other words, the richer the air-fuel ratio, the greater the influence of heat, so the detection error of the output of the combustion pressure sensor becomes larger in the case without deposit than in the case with deposit, and as a result, the calculation error of the engine torque and torque fluctuation amount Also grows. On the other hand, the leaner the air-fuel ratio, the less the influence of heat, so the detection error of the output of the combustion pressure sensor becomes smaller regardless of the presence or absence of deposit, and as a result, the calculation error of the engine torque and torque fluctuation amount becomes relatively small. .
[0010]
  As described above in detail, according to the prior art, the output of the combustion pressure sensor changes depending on the size of the deposit and the variation in the combustion speed for each combustion cycle, so the calculation of the engine torque and the amount of torque fluctuation is inaccurate. Thus, the air-fuel ratio control becomes unstable. Therefore, the present invention solves these problems, improves the detection accuracy of the torque fluctuation amount by accurately detecting the combustion pressure, and maintains the stable combustion and the torque of the internal combustion engine that performs stable air-fuel ratio control. It is an object of the present invention to provide a fluctuation amount detection device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  A torque fluctuation amount detection device for an internal combustion engine according to a first aspect of the present invention that solves the above-described problem is a combustion pressure sensor that detects a pressure in a combustion chamber of the internal combustion engine, and the combustion pressure sensor detects a plurality of crank angles. For each crank angle, a storage means for storing the pressure in the combustion chamber, a combustion pressure-torque conversion coefficient using the crank angle as a parameter, and a pressure detected by the combustion pressure sensor during the combustion stroke of the engine for a plurality of crank angles. Instantaneous torque calculating means for calculating the instantaneous torque of the engine, torque calculating means for calculating the torque of the engine by adding a plurality of instantaneous torques calculated by the instantaneous torque calculating means for each combustion cycle of the engine, The torque variation for calculating the torque fluctuation amount of the engine from the combustion cycle of the engine a predetermined number of times before calculated by the torque calculation means and the current combustion cycle. A torque fluctuation amount detecting device for an internal combustion engine, comprising: a quantity calculating means; and a torque based on a pressure in the combustion chamber after combustion is completed and a combustion pressure-torque conversion coefficient corresponding to a crank angle at which the pressure is detected. The engine torque calculated by the calculation means is corrected, and the torque fluctuation amount of the engine is calculated based on the corrected torque.
[0012]
  The torque fluctuation amount detection apparatus according to the first aspect includes a pressure in the combustion chamber after the combustion at which the output of the combustion pressure sensor is no longer affected by heat, and a combustion pressure-torque conversion coefficient corresponding to a crank angle at which the pressure is detected. Because the engine torque calculated by the torque calculation means is corrected based on the torque and the engine torque fluctuation amount is calculated based on the corrected torque, the component is affected by the heat in the pressure in the combustion chamber detected by the combustion pressure sensor. Therefore, the engine torque and the torque fluctuation amount can be detected with high accuracy.
[0013]
  A torque fluctuation amount detection device for an internal combustion engine according to a second aspect of the present invention that solves the above-described problem is a combustion pressure sensor that detects the pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine, and the combustion pressure sensor detects a plurality of crank angles. For each crank angle, a storage means for storing the pressure in the combustion chamber, a combustion pressure-torque conversion coefficient using the crank angle as a parameter, and a pressure detected by the combustion pressure sensor during the combustion stroke of the engine for a plurality of crank angles. Instantaneous torque calculating means for calculating the instantaneous torque of the engine, torque calculating means for calculating the torque of the engine by adding a plurality of instantaneous torques calculated by the instantaneous torque calculating means for each combustion cycle of the engine, The torque variation for calculating the torque fluctuation amount of the engine from the combustion cycle of the engine a predetermined number of times before calculated by the torque calculation means and the current combustion cycle. And amount calculating means, the torque fluctuation amount detection apparatus for an internal combustion engine having aA detection means for detecting a crank angle at which the influence of the thermal fluctuation becomes larger than the influence of the combustion pressure fluctuation from the output of the combustion pressure sensor, and a combustion pressure at a crank angle that is retarded from the crank angle detected by the detection means− Torque conversion factorDepending on the operating condition of the engineAt the advanced crank angleCombustion pressure-torque conversion factorSmaller thanThe instantaneous torque, torque, and torque fluctuation amount of the engine are calculated using the changed combustion pressure-torque conversion coefficient.
[0014]
  The torque fluctuation amount detection device of the second aspect changes the combustion pressure-torque conversion coefficient corresponding to a plurality of crank angles according to the operating state of the engine. More specifically, since the pressure in the combustion chamber in the latter half of the combustion stroke detected by the combustion pressure sensor includes a component that is affected by heat, the crank at the time of pressure detection is calculated instead of calculating a true pressure by reducing the amount of this component. Change the combustion pressure-torque conversion coefficient corresponding to the angle to a smaller value than usual,Specifically, the crank angle at which the influence of thermal fluctuation becomes larger than the influence of fluctuation of combustion pressure is detected from the output of the combustion pressure sensor and detected. The combustion pressure-torque conversion coefficient corresponding to a plurality of crank angles at a crank angle that is retarded from the crank angle at which the influence of thermal fluctuation becomes large is determined according to the operating state of the engine. Change each to a value smaller than the combustion pressure-torque conversion factor,Since the instantaneous torque, torque and torque fluctuation amount of the engine are calculated using the changed combustion pressure-torque conversion coefficient,Can accurately correct the effects of thermal fluctuations in the combustion pressure sensor,The engine torque and torque fluctuation amount are detected with high accuracy.
[0015]
  According to a third aspect of the present invention for solving the above problems, the torque fluctuation amount detecting device for an internal combustion engine includes a detecting means for detecting a crank angle at which an influence of a thermal fluctuation is larger than an influence of the combustion pressure fluctuation from an output of the combustion pressure sensor. And determining a crank angle for detecting the pressure in the combustion chamber after completion of combustion based on the crank angle detected by the detecting means, and corresponding to the crank angle and the pressure detected by the combustion pressure sensor and the crank angle The engine torque calculated by the torque calculation means is corrected based on the combustion pressure-torque conversion coefficient to be calculated, and the torque fluctuation amount of the engine is calculated based on the corrected torque.
[0016]
  The torque fluctuation amount detection device of the third aspect detects a crank angle at which the influence of the thermal fluctuation becomes larger than the influence of the fluctuation of the combustion pressure from the output of the combustion pressure sensor, and the torque fluctuation of the first aspect based on the detected crank angle. The crank angle for detecting the pressure in the combustion chamber after the end of combustion in the quantity detection device is determined, and based on the pressure detected by the combustion pressure sensor with respect to the crank angle and the combustion pressure-torque conversion coefficient corresponding to the crank angle Since the torque of the engine is corrected and the torque fluctuation amount of the engine is calculated based on the corrected torque, the component affected by the heat in the pressure in the combustion chamber detected by the combustion pressure sensor can be corrected. That is, the combustion pressure is detected at a crank angle that is more reliable than the first mode, and the torque is corrected based on the detected pressure and the combustion pressure-torque conversion coefficient. Torque and torque fluctuation amount are detected with high accuracy.
[0017]
[0018]
[0019]
  According to the present invention to solve the above problemsFourth aspectThe internal combustion engine torque fluctuation detection device includes a combustion pressure sensor for detecting pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine, and storage means for storing the pressure in the combustion chamber detected by the combustion pressure sensor for a plurality of crank angles, Instantaneous torque for calculating the instantaneous torque of the engine for each crank angle from the combustion pressure-torque conversion coefficient with the crank angle as a parameter and the pressure detected by the combustion pressure sensor during the combustion stroke of the engine for a plurality of crank angles A calculation means; a torque calculation means for calculating a torque of the engine by adding a plurality of instantaneous torques calculated by the instantaneous torque calculation means for each combustion cycle of the engine; and a predetermined value of the engine calculated by the torque calculation means. A torque fluctuation amount calculating means for calculating a torque fluctuation amount of the engine from the previous combustion cycle and the current combustion cycle. In the fluctuation amount detecting device, a detecting means for detecting a crank angle at which the influence of the thermal fluctuation becomes larger than the influence of the fluctuation of the combustion pressure is detected from the output of the combustion pressure sensor, and the pressure in the combustion chamber is detected during the combustion stroke of the engine. A plurality of crank angles are determined to be advanced from the crank angle detected by the detecting means in accordance with the operating state of the engine, and the combustion chambers detected by the combustion pressure sensor with respect to the determined crank angles are determined. The instantaneous torque, torque, and torque fluctuation amount of the engine are calculated based on the pressure.
[0020]
  the aboveFourth aspectThe torque fluctuation amount detecting device detects a crank angle at which the influence of thermal fluctuation is larger than the influence of fluctuation of combustion pressure from the output of the combustion pressure sensor, and detects a pressure in the combustion chamber during the combustion stroke of the engine. Is determined to be an advance side from the detected crank angle in accordance with the operating state of the engine. The determined crank angles are less affected by thermal fluctuations and the combustion pressure sensor outputs accurate combustion pressures.Fourth aspectThe torque fluctuation amount detection device of the engine calculates the instantaneous torque, torque, and torque fluctuation amount of the engine based on the pressure in the combustion chamber that is less affected by the thermal fluctuation detected by the combustion pressure sensor with respect to the crank angle. The torque and the torque fluctuation amount are accurately detected.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. An intake pressure sensor 3 is provided in the intake passage 2 of the engine 1 to detect the absolute pressure of intake air. The intake passage 2 is connected to an intake manifold 4, the intake manifold 4 is branched and connected to the intake port of each cylinder, and the intake passage 2 is connected to the combustion chamber 5. A fuel injection valve 6 is disposed in the intake manifold 4. The combustion chamber 5 of each cylinder 1 is connected to an exhaust manifold 7, and the exhaust manifold 7 is connected to an exhaust pipe 9 via a catalytic converter 8 that purifies exhaust gas.
[0022]
  Crank angle sensors 11 and 12 for detecting the crank angle of the engine 1 are provided in the distributor 10, and these sensors electronically output a reference pulse signal for every 720 ° CA (crank angle) and a crank angle pulse signal for every 5 ° CA. Input directly to the input / output port 21 in the control unit (ECU) 20. The output of the intake pressure sensor 3 is connected to an A / D converter 22 in the ECU 20. A combustion pressure sensor 13 for detecting the pressure in the combustion chamber 5 is embedded at the top of the cylinder 1, and its output is also connected to the A / D converter 22. Further, a water temperature sensor 14 for detecting the water temperature of the engine is embedded in the water jacket of the engine, and its output is also connected to the A / D converter 22 in the same manner. The A / D converter 22 is connected to the input / output port 21 and is connected to the CPU 24 via the bus line 23.
[0023]
  The knock sensor 15 embedded in the cylinder block is a well-known sensor that converts mechanical vibrations into electrical amplitude fluctuations. The knock sensor 15 is composed of, for example, a piezoelectric element or an electromagnetic element. Is detected. The output signal of knock sensor 15 is input to knock detection circuit 25 in ECU 20. The knock detection circuit 25 includes a buffer filter circuit, a peak hold circuit, and an A / D conversion circuit including an impedance conversion buffer and a band-pass filter that passes a signal in a frequency band (7 to 8 KHz) unique to knock. The peak hold circuit receives a set signal (H level) from the CPU 24 via the bus line 23 and the input / output port 21 and takes the output of the buffer filter circuit to hold the maximum amplitude. Via the reset signal (H level), the maximum amplitude held is reset. The output of the peak hold circuit is converted from analog to digital by the A / D conversion circuit. The A / D conversion circuit starts A / D conversion according to a signal from the CPU 24, and after completion of the A / D conversion, notifies the CPU 24 of completion through the input / output port 21 and the bus line 23. Thus, the CPU 24 receives the signal from the knock sensor 15 and performs the following knock control. That is, the output peak value from the knock sensor 15 is determined during a predetermined period after receiving the output signal from the knock sensor 15 extracted by the buffer filter circuit only from the required frequency component, and after the ignition is finished and the combustion stroke is started. The number of times the value is exceeded is counted, knock strength is determined, retard angle correction is performed according to the knock strength, and the ignition plug is connected via the drive circuit 26, igniter 27, and distributor 10 so that the ignition timing becomes the knock limit. An ignition signal is sent to 28.
[0024]
  On the other hand, the fuel injection valve 6 is connected to a drive circuit 26 in the ECU 20 and is connected to the CPU 24 via the input / output port 21 and the bus line 23. The fuel injection valve 6 is opened by the drive circuit 26 in accordance with the fuel injection control processed by the CPU 24 and injects fuel toward each cylinder 1. The fuel injection amount is obtained by calculating the basic fuel injection amount TP calculated according to the engine water temperature, the rotational speed calculated from the output signal of the crank angle sensor 11, the load detected from the output signal of the intake pressure sensor 3, etc. A fuel injection amount to be supplied is calculated by correcting the air-fuel ratio of the engine to the target air-fuel ratio by the fuel-fuel ratio feedback. In this embodiment, the engine torque is calculated from the pressure in the cylinder detected by the combustion pressure sensor 13, then the torque fluctuation amount is calculated, and feedback correction is performed so that the target lean air-fuel ratio is obtained according to the torque fluctuation amount. To do. Therefore, the better the torque detection accuracy, the more accurate air-fuel ratio feedback control is achieved.
[0025]
  The ECU 20 is composed of, for example, a microprocessor. The CPU 24, the input / output port 21, the ROM 27 for storing various control programs, the RAM 28 for storing temporary data in the arithmetic control process, and the data to be retained even when the ignition switch is turned off. For backup B. The RAM 29 is connected to each other via a bus line 23 so that transmission / reception is possible. Each means of the present invention is achieved by the ECU 20.
[0026]
  Next, the configuration of the combustion pressure sensor will be outlined below.
  FIG. 2 is a cross-sectional view of the combustion pressure sensor 13 shown in FIG. A diaphragm 32 is installed at the tip of the small diameter portion 31 of the housing and is inserted into the combustion chamber 5 of FIG. The pressure in the cylinder applied to the diaphragm 32 is transmitted to the piezoelectric element 34 through the rod 33 and converted into an electric signal. This electric signal is guided to the amplifier board 36 accommodated in the large-diameter portion 35 of the housing by a lead wire, amplified, and output to the A / D converter 22 of the ECU 20. Since this diaphragm 32 is inserted directly into the combustion chamber 5, deposits are likely to adhere. When deposits are deposited, the diaphragm 32 is not easily deformed by heat, and the output change of the combustion pressure sensor 13 is suppressed.
[0027]
  Also, as described above with reference to FIGS. 12 and 13 in the column of the problem to be solved by the invention, when the combustion speed for each combustion cycle of the engine changes, for example, the current cycle is faster than the previous cycle. When the engine speed becomes slow, that is, when the combustion deteriorates, the diaphragm 32 is hardly deformed by heat, and the output change of the combustion pressure sensor 13 is suppressed. Thus, unless the combustion pressure is accurately detected, the detection accuracy of the torque and the torque fluctuation amount deteriorates, so that stable combustion cannot be maintained and stable air-fuel ratio control cannot be performed. The present invention solves this problem by each aspect described below with reference to the drawings.
[0028]
  FIG. 3 is a diagram showing the detection timing of the combustion pressure sensor output in the first aspect of the present invention, FIG. 4 is a flowchart of an air-fuel ratio feedback correction coefficient calculation routine based on the torque fluctuation amount of the engine, and FIG. FIG. 6 is a flowchart of a fuel injection amount TAU calculation routine. The control of the first aspect of the present invention will be described below with reference to FIGS. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the crank angle, and the vertical axis indicates the detected pressure in the combustion chamber by the combustion pressure sensor 13. FIG. 5 shows details of the pressure storing process in step 401 of FIG. The routines shown in FIGS. 4 and 5 are interrupted every 5 ° CA, and the TAU calculation routine shown in FIG. 6 is interrupted every 30 ° CA.
[0029]
  First, the process shown in FIG. 5 is executed to detect and store the pressure at each crank angle in the cylinder. In step 501, it is determined from the input signal of the crank angle sensor 12 whether or not the crank angle of the current processing cycle is near the BDC (bottom dead center) of the intake stroke, for example, near the crank angle BTDC 175 ° CA. When this is the case, the routine proceeds to step 502 where the pressure in the cylinder that is the reference detected by the combustion pressure sensor 13 is read and the read reference pressure value P is read.0 Is stored in the RAM 28. If the determination result is NO, the process proceeds to step 503. Further, this reference pressure value P0 Is read at a plurality of locations near BTDC 175 ° CA where the temperature drift and output offset of the combustion pressure sensor 13 are absorbed, and the average value thereof is read as the reference pressure value P0 Can be calculated so that it is not affected by disturbance or noise. Next, in Steps 503 to 510, as in Steps 501 and 502, the combustion pressure value P is respectively determined from the output of the combustion pressure sensor 13 when the crank angle ATDC is 5 ° CA, 20 ° CA, 35 ° CA, and 50 ° CA.1 , P2 , PThree And PFour Is stored in the RAM 28. In step 511, it is determined whether or not the crank angle of the current processing cycle is the crank angle ATDC 80 ° CA. If the determination result is YES, in step 512, the combustion pressure value P is determined from the output of the combustion pressure sensor 13.Five Is stored in the RAM 28, and the process proceeds to step 402 in FIG. 4. If the determination result is NO, the process skips step 512 and proceeds to step 402.
[0030]
  Next, in step 402 of FIG. 4, the actual torque PTRQ of the engine is calculated based on the following equation (1).
  PTRQ = k2 {0.5 (P1−P0) +2.0 (P2−P0) +3.0 (PThree−P0)
              + 4.0 (PFour−P0) − A (PFive−P0)}… (1)
  Where k2 Is a coefficient for converting into an actual torque, and 0.5, 2.0, 3.0 and 4.0 are the length r of the crank arm, the length l of the connecting rod, the crank angle θ and λ, respectively. = Combustion pressure-torque conversion coefficient k given by the following equation when 1 / ri It is.
[0031]
  ki = R (sin θ + sin 2θ / 2λ) (2)
  The instantaneous torque at the crank angle θ is ki (Pi −P0) Is given by the following equation (3).
  PTRQ = k2 {0.5 CP1 +2.0 CP2 +3.0 CPThree +4.0 CPFour − A CPFive} (3)
  In the above equations (1) and (3), a is a correction weighting coefficient relating to a constant degree of influence of heat regardless of aging. The reason why the equations (1) and (3) are derived will be described below.
[0032]
  The first aspect of the present invention is characterized in that a point for correcting the crank angle ATDC 80 ° CA is newly provided as the output detection timing of the combustion pressure sensor 13. At the point at which the pressure in the combustion chamber is sampled, the crank angle after approximately ATDC 60 ° CA, which is estimated to be immediately after the end of combustion, that is, the influence of the deformation of the diaphragm due to the heat has been selected is selected. The The output reduction due to the influence of heat at this point is expressed by the following equation, where CP5a is the original pressure in the combustion chamber when not affected by heat, and CP5 is the pressure inside the combustion chamber when affected by heat. It is represented by (4).
[0033]
  Output decrease due to heat = (CP5a-CP5) (4)
  This output decrease is considered to decrease in proportion in the same way at the points CP1, CP2, CP3 and CP4 of the respective crank angles at which the pressure in the combustion chamber is detected. Therefore, the torque calculation formula (3) is expressed by the following formula (5 ).
  PTRQ = k2 {0.5 (CP1 + Α (CP5a-CP5)) + 2.0 (CP2+ Β (CP5a-CP5))
              +3.0 (CPThree + Γ (CP5a-CP5)) + 4.0 (CPFour+ Δ (CP5a-CP5))}
    ... (5)
  Here, α, β, γ, and δ are proportional coefficients.
[0034]
  The above equation (5) is expressed as the following equation (6).
  PTRQ = k2 {0.5 CP1 +2.0 CP2 +3.0 CPThree +4.0 CPFour
              + (0.5 α + 2.0 β + 3.0 γ + 4.0 δ) (CP5a-CP5)} (6)
  In the above equation (6), 0.5 CP1 +2.0 CP2 +3.0 CPThree +4.0 CPFour = PTRQb and
If 0.5 α + 2.0 β + 3.0 γ + 4.0 δ = a and CP5a is constant regardless of combustion fluctuations,
The torque fluctuation amount DTRQ is given by the following equation (7).
[0035]
  DTRQ = PTRQ(i-1) -PTRQ(i)
          = K2 {(PTRQb(i-1) + A (CP5a-CP5(i-1) ))
                − (PTRQb(i)   + A (CP5a-CP5(i)   ))}
          = K2 {(PTRQb(i-1) -A CP5(i-1) )
                − (PTRQb(i)   -A CP5(i)   } ... (7)
  Where PTRQ(i-1) Is the actual torque in the previous combustion cycle, PTRQ(i) Indicates the actual torque in the combustion cycle. Thus, CP5a is not necessary for calculating DTRQ, and therefore PTRQ is expressed by the previous equation (3). Note that since CP5a is the pressure at the point where combustion is completed, if the rotation speed and load are constant, it is considered constant regardless of combustion fluctuations.
[0036]
  Returning again to the flowchart of FIG. In step 403, the torque fluctuation amount DTRQ is calculated based on the above equation (7). Next, in step 404, it is determined whether or not the absolute value of the torque fluctuation amount DTRQ is larger than the target value TGV. If the determination result is YES, the process proceeds to step 405, and if the determination result is NO, step 406 is performed. Proceed to In step 405, the air-fuel ratio correction coefficient KGCP based on the torque fluctuation amount DTRQ is corrected to decrease, and in step 406, KGCP is increased and corrected so that the torque fluctuation amount DTRQ becomes the target value TGV. Thereby, the lean air-fuel ratio control of the engine is achieved.
[0037]
  Next, the TAU calculation routine of FIG. 6 will be described. In step 601, a basic fuel injection amount TP is calculated based on the engine speed and load. In step 602, the fuel injection amount TAU is calculated by substituting the air-fuel ratio correction coefficient KGCP calculated in step 405 or 406 into the following equation (8).
  TAU = TP * KGCP * K (8)
  Here, K is another correction coefficient calculated in accordance with the engine water temperature, acceleration, and the like. The fuel injection amount TAU calculated in this way is injected from each fuel injection valve corresponding to the fuel injection timing of each cylinder.
[0038]
  According to the first aspect of the present invention described above, the torque fluctuation amount DTRQ of the engine is calculated from the above equation (3) and the torque fluctuation amount DTRQ is calculated from the above equation (7). Fuel ratio control performance is improved.
  Next, the second aspect of the present invention will be described.
  7A and 7B are explanatory diagrams of the second aspect of the present invention, in which FIG. 7A is a diagram showing a combustion pressure sensor output when the influence of heat is large, and FIG. 7B is a combustion pressure sensor when the influence of heat is small. It is a figure which shows an output. In FIG. 7, the horizontal axis represents the crank angle, and the vertical axis represents the pressure detected by the combustion pressure sensor 13. Combustion pressure-torque conversion coefficient α1 ~ ΑFour Is the pressure in the combustion chamberTheIf the combustion pressure is correctly detected at each point detected by sampling, it is calculated from the above equation (2).
[0039]
  ki = R (sin θ + sin 2θ / 2λ) (2)
  However, the combustion pressure sensor 13 is output under the influence of heat as well as the pressure in the combustion chamber. That is, the combustion pressure sensor output consists of a pressure component and a heat component. As shown in FIG. 7A, when the combustion speed is high and the influence of heat is large, the pressure component of the combustion pressure sensor output indicated by the solid line l is the check point CP in the first half of the combustion stroke.1 And checkpoint CP in the middle of the combustion stroke2 Checkpoint CP in the second half of the combustion strokeThree , CPFour So low. However, the thermal component of the combustion pressure sensor output indicated by the broken line m is the check point CP in the middle of the combustion stroke.2 After that, checkpoint CP in the second half of the combustion strokeFour Up to. Therefore, checkpoint CP that is erroneously detected due to the influence of heatThree , CPFour Combustion pressure-torque conversion coefficient αThree , ΑFour If the value is changed to a low value, the engine torque and the torque fluctuation amount can be calculated more accurately.
[0040]
  As shown in FIG. 7B, when the combustion speed is slow and the influence of heat is small, the pressure component of the combustion pressure sensor output indicated by the solid line l 'is the check point CP during the combustion stroke.1 ~ CPFour The thermal component of the combustion pressure sensor output indicated by the broken line m 'is a check point CP during the combustion stroke.1 ~ CPFour It is low. Therefore, since there is no possibility of erroneous detection due to the influence of heat, checkpoint CP1 ~ CPFour Combustion pressure-torque conversion coefficient α1 ~ ΑFour Even if the value calculated from the above-described equation (2) is used as it is without changing the engine, the instantaneous torque, torque, and torque fluctuation amount of the engine can be accurately calculated.
[0041]
  According to the second aspect of the present invention described above, each combustion pressure-torque conversion coefficient at a plurality of crank angles is changed in accordance with the engine operating state, for example, the rotational speed, load, or ignition timing, and the changed combustion pressure-torque is changed. The instantaneous torque is calculated by multiplying the conversion coefficient by a value obtained by subtracting the reference pressure value from the combustion pressure value detected by the combustion pressure sensor 13 for each of the plurality of crank angles, and the instantaneous torque is added to calculate the engine torque PTRQ. Since the torque fluctuation amount of the current combustion cycle from the previous combustion cycle torque is calculated, the torque and the torque fluctuation amount can be accurately calculated, and the air-fuel ratio control performance is improved.
[0042]
  Next, the present inventionSecond to fourth aspectsThe detecting means for detecting the crank angle at which the influence of the thermal fluctuation becomes larger than the influence of the fluctuation of the combustion pressure based on the output of the combustion pressure sensor will be described below.
  FIG. 8 illustrates the present invention.Second to fourth aspectsIt is explanatory drawing of the detection means in. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the crank angle, the vertical axis indicates the pressure detected by the combustion pressure sensor 13, the curve indicated by the solid line p indicates the combustion pressure sensor output when there is no influence of heat, and the curve indicated by the broken line q is The combustion pressure sensor output when the influence of heat is great is shown. Of the present inventionSecond to fourth aspectsThe detecting means executes the processing described below. Check point CP at which the combustion pressure sensor output is detected from the top dead center TDC at a predetermined sampling period, for example, every 5 ° CA, and the following equation (9) starts to be established.e Is determined as a check point at which the influence of thermal fluctuation has started to become larger than the influence of fluctuation of combustion pressure, and the crank angle at that time is stored.
[0043]
  (CPn / CPn-1 ) <(Vn-1 / Vn )k ... (9)
  Where Vn Indicates the volume of the combustion chamber, and k indicates a specific heat ratio of 1.3 to 1.4. From the thermodynamics, the relationship between CP and V in the expansion stroke of the engine is PV between the pressure P and the volume V if combustion ends and adiabatic expansion.k = A certain relationship is established. At this time, if there is a cooling loss, the specific heat ratio k is smaller than 1.3 to 1.4 even if heat is generated inside. Therefore, if the combustion pressure sensor 13 is not affected by heat, the above equation (9 ) Is never true. The above equation (9) is established when the specific heat ratio k exceeds 1.4 and the output of the combustion pressure sensor is lowered due to the influence of heat.e Thereafter, the combustion pressure sensor output is greatly affected by heat.
[0044]
  As described above, the present inventionSecond to fourth aspectsAccording to the check point CP, the influence of the thermal fluctuation starts to become larger than the influence of the combustion pressure fluctuation.e Is detected.
  The third aspect of the present invention is the checkpoint CP detected by the detecting means.e Checkpoint CP at the crank angle immediately after the crank angle corresponding toFive Thus, the pressure in the combustion chamber after the end of combustion is detected.
[0045]
  Of the present inventionSecond aspectIs the checkpoint CP detected by the detecting meanse Is set to a value smaller than the value of the combustion pressure-torque conversion coefficient calculated from the above equation (2) according to the operating state of the engine. change.
  Of the present inventionFourth aspectIs the checkpoint CP detected by the detecting meanse Checkpoint CP at a crank angle that is more advanced than the crank angle equivalent to1 ~ CPFour In addition to detecting the pressure in the combustion chamber, the engine pressure and torque fluctuation amount are calculated by calculating the combustion pressure-torque conversion coefficient according to the engine operating state (rotation speed, load, ignition timing, etc.). less than,Fourth aspectAs a specific example of this, an example in which the combustion pressure-torque conversion coefficient is calculated in accordance with knocking to calculate the engine torque and the torque fluctuation amount will be described with reference to FIGS.
[0046]
  FIG. 9 shows the present invention.Fourth aspectFIG. 10 is a map for calculating the combustion pressure-torque conversion coefficient corresponding to the crank angle. In FIG. 10, the horizontal axis represents the crank angle, and the vertical axis represents the combustion pressure-torque conversion coefficient C.i Indicates. The torque calculation routine shown in FIG. 9 is interrupted every 5 ° CA.
  First, at step 901, the checkpoint CPe More advance checkpoint CP1 ~ CPFour Is calculated from a map (not shown) stored in the ROM 27 in advance corresponding to the engine speed and load. Checkpoint CP1 ~ CPFour Is corrected to the advance side as the engine speed is lower, and is corrected to the advance side as the load is higher, that is, the combustion speed is higher. This is to make it less susceptible to deposits.
[0047]
  In step 902, the earlier the ignition timing according to the ignition timing corrected by the knock control system KCS, the checkpoint CP1 ~ CPFour Correct to the advance side.
  In step 903, the combustion pressure-torque conversion coefficient C corresponding to the crank angle.i Each checkpoint CP is calculated from the map shown in FIG. 10 for calculating (i = 1 to 4).1 ~ CPFour Combustion pressure-torque conversion coefficient C corresponding to1 ~ CFour Is calculated.
[0048]
  In step 904, each of the above checkpoints CP1 ~ CPFour And standard checkpoint CP0 Then, the output of the combustion pressure sensor 13 is read and stored in the RAM 28. In step 905, as in step 402 of FIG. 4, the actual torque is calculated by substituting the combustion pressure-torque conversion coefficient calculated in steps 903 and 904 and the pressure in the combustion chamber into the following equation (10).
[0049]
  PTRQ = k2 {C1 (P1−P0) + C2 (P2−P0)
              + CThree (PThree−P0) + CFour (PFour−P0)} ... (10)
  After the actual torque is calculated in step 905, the amount of torque fluctuation is calculated, the air-fuel ratio correction coefficient KGCP is calculated, and the fuel supplied by the fuel injection amount calculation routine in FIG. 6 is the same as in steps 403 to 406 in FIG. Is corrected to perform air-fuel ratio feedback control.
[0050]
【The invention's effect】
  As described above, according to the torque fluctuation detection device for an internal combustion engine of the first aspect of the present invention, the combustion pressure sensor detects the pressure in the combustion chamber at a crank angle that is not affected by the heat after completion of combustion, Since the pressure detected at the crank angle affected by the heat during combustion is corrected, the engine torque and the torque fluctuation amount can be detected with high accuracy.
[0051]
  According to the torque fluctuation detection device for an internal combustion engine of the second aspect of the present invention, when detecting the pressure in the combustion chamber at the crank angle affected by heat, the instantaneous torque is calculated by changing the combustion pressure-torque conversion coefficient. Since the calculation is performed, the engine torque and the torque fluctuation amount can be detected with high accuracy.
  Of the present inventionSecond to fourth aspectsIn the internal combustion engine torque fluctuation detection device of the present invention, the detection means for detecting the crank angle at which the influence of the thermal fluctuation becomes larger than the influence of the fluctuation of the combustion pressure is provided. The amount of variation can be detected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a combustion pressure sensor.
FIG. 3 is a diagram showing a detection timing of a combustion pressure sensor output in the first aspect of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart of an air-fuel ratio feedback correction coefficient calculation routine based on an engine torque fluctuation amount.
FIG. 5 is a flowchart of a cylinder pressure storage routine.
FIG. 6 is a flowchart of a fuel injection amount calculation routine.
7A and 7B are explanatory diagrams of a second aspect of the present invention, in which FIG. 7A is a diagram showing a combustion pressure sensor output when the influence of heat is large, and FIG. 7B is a combustion pressure when the influence of heat is small; It is a figure which shows a sensor output.
[Fig. 8] of the present inventionSecond to fourth aspectsIt is explanatory drawing of the detection means in.
FIG. 9 shows the present invention.Fourth aspect5 is a flowchart of a torque calculation routine according to FIG.
FIG. 10 is a map for calculating a combustion pressure-torque conversion coefficient corresponding to a crank angle.
FIG. 11 is a diagram showing a difference in output of the combustion pressure sensor depending on the presence or absence of deposit.
FIG. 12 is a diagram showing a difference in combustion pressure sensor output in each case with and without deposit when the combustion speed of the current combustion cycle becomes slower than the previous time, and (A) is a combustion pressure sensor without deposit It is a figure which shows an output, (B) It is a figure which shows the combustion pressure sensor output with a deposit.
FIGS. 13A and 13B are diagrams showing differences between the cases with and without deposit of torque and torque fluctuation amount due to variations in combustion speed for each combustion cycle, where FIG. 13A shows torque fluctuation amount, and FIG. 13B shows air-fuel ratio rich. (C) is a diagram showing the difference in torque in the air-fuel ratio lean, with and without deposit, respectively.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine (cylinder)
6 ... Fuel injection valve
11, 12 ... Crank angle sensor
13 ... Combustion pressure sensor
20 ... ECU

Claims (4)

内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサと、複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した燃焼室内の圧力を記憶する記憶手段と、クランク角度をパラメータとする燃焼圧−トルク換算係数と複数のクランク角度に対し機関の燃焼行程中に該燃焼圧センサにより検出した圧力とから該クランク角度毎の該機関の瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段と、該機関の燃焼サイクル毎に該瞬時トルク算出手段により算出した複数の瞬時トルクを加算して該機関のトルクを算出するトルク算出手段と、該トルク算出手段により算出した該機関の所定回数前の燃焼サイクルと今回の燃焼サイクルとから該機関のトルク変動量を算出するトルク変動量算出手段と、を備えた内燃機関のトルク変動量検出装置において、
燃焼終了後の前記燃焼室内の圧力と該圧力を検出するクランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数とに基づいて前記トルク算出手段により算出した前記機関のトルクを補正し、該補正したトルクに基づいて該機関のトルク変動量を算出することを特徴とする内燃機関のトルク変動量検出装置。Combustion pressure sensor for detecting the pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine, storage means for storing the pressure in the combustion chamber detected by the combustion pressure sensor for a plurality of crank angles, and combustion pressure-torque conversion using the crank angle as a parameter Instantaneous torque calculating means for calculating the instantaneous torque of the engine for each crank angle from the coefficient and the pressure detected by the combustion pressure sensor during the combustion stroke of the engine for a plurality of crank angles, and for each combustion cycle of the engine A torque calculating means for calculating a torque of the engine by adding a plurality of instantaneous torques calculated by the instantaneous torque calculating means, a combustion cycle of the engine a predetermined number of times before calculated by the torque calculating means, and a current combustion cycle; A torque fluctuation amount detecting means for calculating the torque fluctuation amount of the engine from the torque fluctuation amount detecting means of the internal combustion engine,
The engine torque calculated by the torque calculating means is corrected based on the pressure in the combustion chamber after completion of combustion and the combustion pressure-torque conversion coefficient corresponding to the crank angle for detecting the pressure, and the corrected torque is obtained. A torque fluctuation amount detection device for an internal combustion engine, characterized in that a torque fluctuation amount of the engine is calculated based on the calculation result. 内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサと、複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した燃焼室内の圧力を記憶する記憶手段と、クランク角度をパラメータとする燃焼圧−トルク換算係数と複数のクランク角度に対し機関の燃焼行程中に該燃焼圧センサにより検出した圧力とから該クランク角度毎の該機関の瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段と、該機関の燃焼サイクル毎に該瞬時トルク算出手段により算出した複数の瞬時トルクを加算して該機関のトルクを算出するトルク算出手段と、該トルク算出手段により算出した該機関の所定回数前の燃焼サイクルと今回の燃焼サイクルとから該機関のトルク変動量を算出するトルク変動量算出手段と、を備えた内燃機関のトルク変動量検出装置において、
前記燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備え、
前記検出手段により検出したクランク角度よりも遅角側のクランク角度における燃焼圧−トルク換算係数を機関の運転状態に応じて進角側のクランク角度における燃焼圧−トルク換算係数と比して小さい値に変更し、該変更した燃焼圧−トルク換算係数を用いて該機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を算出することを特徴とする内燃機関のトルク変動量検出装置。Combustion pressure sensor for detecting the pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine, storage means for storing the pressure in the combustion chamber detected by the combustion pressure sensor for a plurality of crank angles, and combustion pressure-torque conversion using the crank angle as a parameter Instantaneous torque calculating means for calculating the instantaneous torque of the engine for each crank angle from the coefficient and the pressure detected by the combustion pressure sensor during the combustion stroke of the engine for a plurality of crank angles, and for each combustion cycle of the engine A torque calculating means for calculating a torque of the engine by adding a plurality of instantaneous torques calculated by the instantaneous torque calculating means, a combustion cycle of the engine a predetermined number of times before calculated by the torque calculating means, and a current combustion cycle; A torque fluctuation amount detecting means for calculating the torque fluctuation amount of the engine from the torque fluctuation amount detecting means of the internal combustion engine,
Detecting means for detecting a crank angle at which the influence of thermal fluctuation becomes larger than the influence of fluctuation of combustion pressure from the output of the combustion pressure sensor;
A value that is smaller than the combustion pressure-torque conversion coefficient at the crank angle that is retarded from the crank angle detected by the detecting means , as compared with the combustion pressure-torque conversion coefficient at the crank angle that is advanced , according to the operating state of the engine. It was changed to the modified combustion pressure - instantaneous torque, the torque and the torque fluctuation amount detection device for an internal combustion engine and calculates the amount of torque fluctuation of the engine with the torque conversion factor. 前記燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備え、
前記検出手段により検出したクランク角度に基づいて燃焼終了後の前記燃焼室内の圧力を検出するクランク角度を決定し、該クランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した圧力と該クランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数とに基づいて前記トルク算出手段により算出した前記機関のトルクを補正し、該補正したトルクに基づいて該機関のトルク変動量を算出する請求項１に記載の内燃機関のトルク変動量検出装置。Detecting means for detecting a crank angle at which the influence of thermal fluctuation becomes larger than the influence of fluctuation of combustion pressure from the output of the combustion pressure sensor;
A crank angle for detecting the pressure in the combustion chamber after completion of combustion is determined based on the crank angle detected by the detecting means, and the pressure detected by the combustion pressure sensor with respect to the crank angle and the combustion corresponding to the crank angle 2. The torque of the internal combustion engine according to claim 1, wherein the torque of the engine calculated by the torque calculation unit is corrected based on a pressure-torque conversion coefficient, and a torque fluctuation amount of the engine is calculated based on the corrected torque. Fluctuation detection device. 内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサと、複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した燃焼室内の圧力を記憶する記憶手段と、クランク角度をパラメータとする燃焼圧−トルク換算係数と複数のクランク角度に対し機関の燃焼行程中に該燃焼圧センサにより検出した圧力とから該クランク角度毎の該機関の瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段と、該機関の燃焼サイクル毎に該瞬時トルク算出手段により算出した複数の瞬時トルクを加算して該機関のトルクを算出するトルク算出手段と、該トルク算出手段により算出した該機関の所定回数前の燃焼サイクルと今回の燃焼サイクルとから該機関のトルク変動量を算出するトルク変動量算出手段と、を備えた内燃機関のトルク変動量検出装置において、
前記燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備え、
前記機関の燃焼行程中に前記燃焼室内の圧力を検出する複数のクランク角度を該機関の運転状態に応じて前記検出手段により検出したクランク角度より進角側に決定し、該決定した複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した該燃焼室内の圧力に基づいて該機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を算出することを特徴とする内燃機関のトルク変動量検出装置。Combustion pressure sensor for detecting the pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine, storage means for storing the pressure in the combustion chamber detected by the combustion pressure sensor for a plurality of crank angles, and combustion pressure-torque conversion using the crank angle as a parameter Instantaneous torque calculating means for calculating the instantaneous torque of the engine for each crank angle from the coefficient and the pressure detected by the combustion pressure sensor during the combustion stroke of the engine for a plurality of crank angles, and for each combustion cycle of the engine A torque calculating means for calculating a torque of the engine by adding a plurality of instantaneous torques calculated by the instantaneous torque calculating means, a combustion cycle of the engine a predetermined number of times before calculated by the torque calculating means, and a current combustion cycle; A torque fluctuation amount detecting means for calculating the torque fluctuation amount of the engine from the torque fluctuation amount detecting means of the internal combustion engine,
Detecting means for detecting a crank angle at which the influence of thermal fluctuation becomes larger than the influence of fluctuation of combustion pressure from the output of the combustion pressure sensor;
A plurality of crank angles for detecting the pressure in the combustion chamber during the combustion stroke of the engine are determined to be advanced from the crank angle detected by the detecting means according to the operating state of the engine, and the determined plurality of cranks A torque fluctuation detection device for an internal combustion engine, which calculates an instantaneous torque, a torque, and a torque fluctuation amount of the engine based on a pressure in the combustion chamber detected by the combustion pressure sensor with respect to an angle.
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