JP3925090B2 - 内燃機関の筒内圧検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の筒内圧検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の筒内圧を検出するための筒内圧検出手段を備えた内燃機関の筒内圧検出装置が知られている。この種の内燃機関の筒内圧検出装置の例としては、例えば特開平１０−１０３０９１号公報に記載されたものがある。特開平１０−１０３０９１号公報に記載された内燃機関の筒内圧検出装置では、爆発行程時の筒内圧を検出するために、筒内圧検出手段が吸気弁よりも下流側に配置され、筒内に対して曝されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平１０−１０３０９１号公報に記載された内燃機関の筒内圧検出装置のように筒内圧検出手段が吸気弁よりも下流側に配置されて筒内に対して曝されるようになっていると、爆発行程時の筒内圧を検出するのに適するように筒内圧検出手段を設定した場合、例えば吸気行程時のように爆発行程時よりも筒内圧が低い時には、筒内圧検出手段の分解能が不足し、その時の筒内圧を正確に検出することができない。一方で、吸気行程時のように爆発行程時よりも筒内圧が低い時の筒内圧を検出するのに適するように筒内圧検出手段を設定した場合には、爆発行程時に、筒内圧検出手段が筒内圧に耐えられなくなるおそれが生じてしまう。また、筒内圧検出手段を吸気弁よりも下流側ではなく上流側に配置した場合には、筒内圧検出手段が配置されている部分における圧力と筒内圧とが異なってしまうため、筒内圧を正確に検出することができない。
【０００４】
前記問題点に鑑み、本発明は爆発行程時よりも筒内圧が低い時に筒内圧を正確に検出することができると共に、爆発行程時に筒内圧検出手段が筒内圧に耐えられなってしまうのを回避することができる内燃機関の筒内圧検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の筒内圧を検出するための筒内圧検出手段を備えた内燃機関の筒内圧検出装置において、前記筒内圧検出手段は連通路によって筒内とだけ連通し、少なくとも爆発行程時に前記連通路を遮断することを特徴とする内燃機関の筒内圧検出装置が提供される。
【０００６】
請求項１に記載の内燃機関の筒内圧検出装置では、筒内圧検出手段は連通路によって筒内とだけ連通し、少なくとも爆発行程時に前記連通路を遮断するようになっている。そのため、爆発行程時に筒内圧検出手段が筒内に対して曝されることが回避され、例えば爆発行程時よりも筒内圧が低い時の筒内圧を検出するのに適するように筒内圧検出手段を設定した場合であっても、爆発行程時に筒内圧検出手段が筒内圧に耐えられなくなってしまうことがない。また、例えば爆発行程時よりも筒内圧が低い時の筒内圧を検出するのに適するように筒内圧検出手段を設定することにより、そのような時においても筒内圧を正確に検出することができる。つまり、爆発行程時よりも筒内圧が低い時に筒内圧を正確に検出することができると共に、爆発行程時に筒内圧検出手段が筒内圧に耐えられなくなってしまうのを回避することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明によれば、少なくとも爆発行程時に前記連通路を遮断し、吸気行程時に前記連通路を連通させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の筒内圧検出装置が提供される。
【０００８】
請求項２に記載の内燃機関の筒内圧検出装置では、筒内圧検出手段と筒内とを連通するための連通路が、少なくとも爆発行程時に遮断され、吸気行程時には連通せしめられる。そのため、例えば爆発行程時よりも筒内圧が低い時の筒内圧を検出するのに適するように筒内圧検出手段を設定した場合において爆発行程時に筒内圧検出手段が筒内圧に耐えられなってしまうのを回避することができると共に、例えば爆発行程時よりも筒内圧が低い時の筒内圧を検出するのに適するように筒内圧検出手段を設定することによって、爆発行程時よりも筒内圧が低い吸気行程時の筒内圧を正確に検出することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、吸気行程時に検出された筒内圧に基づき、筒内に吸入される吸入空気量を算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の筒内圧検出装置が提供される。
【００１０】
請求項３に記載の内燃機関の筒内圧検出装置では、吸気行程時に検出された筒内圧に基づいて筒内に吸入される吸入空気量が算出される。そのため、エアフローメータの出力値に基づいて算出される吸入空気量と筒内に実際に吸入される吸入空気量とが一致しないような機関運転条件下において、エアフローメータの出力値に基づいて吸入空気量を算出する場合よりも正確に筒内に吸入される吸入空気量を算出することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、作用角又はバルブリフト量を変更可能な吸気弁の開弁期間中に筒内に吸入される吸入空気量を筒内圧に基づいて算出することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の筒内圧検出装置が提供される。
【００１２】
請求項４に記載の内燃機関の筒内圧検出装置では、吸気弁の作用角又はバルブリフト量が変更可能な場合にはエアフローメータの出力値に基づいて算出される吸入空気量と筒内に実際に吸入される吸入空気量とが一致しなくなる機関運転条件が多くなることに鑑み、作用角又はバルブリフト量を変更可能な吸気弁の開弁期間中に筒内に吸入される吸入空気量は筒内圧に基づいて算出される。そのため、吸気弁の作用角又はバルブリフト量が変更可能な場合であっても筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１は本発明の内燃機関の筒内圧検出装置の第一の実施形態の概略構成図、図２は図１に示した内燃機関の筒内圧検出装置の詳細図である。図１及び図２において、１は内燃機関、２は吸気弁、３は排気弁、４は吸気弁を開閉させるためのカム、５は排気弁を開閉させるためのカム、６は吸気弁用カム４を担持しているカムシャフト、７は排気弁用カム５を担持しているカムシャフトである。図３は図１に示した吸気弁用カム及びカムシャフトの詳細図である。図３に示すように、本実施形態のカム４のカムプロフィルは、カムシャフト中心軸線の方向に変化している。つまり、本実施形態のカム４は、図３の左端のノーズ高さが右端のノーズ高さよりも大きくなっている。すなわち、本実施形態の吸気弁２のバルブリフト量は、バルブリフタがカム４の左端と接しているときよりも、バルブリフタがカム４の右端と接しているときの方が小さくなる。
【００１５】
図１及び図２の説明に戻り、８は気筒内に形成された燃焼室、９はバルブリフト量を変更するために吸気弁２に対してカム４をカムシャフト中心軸線の方向に移動させるためのバルブリフト量変更装置である。つまり、バルブリフト量変更装置９を作動することにより、カム４の左端（図３）においてカム４とバルブリフタとを接触させたり、カム４の右端（図３）においてカム４とバルブリフタとを接触させたりすることができる。バルブリフト量変更装置９によって吸気弁２のバルブリフト量が変更されると、それに伴って、吸気弁２の開口面積が変更されることになる。本実施形態の吸気弁２では、バルブリフト量が増加されるに従って吸気弁２の開口面積が増加するようになっている。１０はバルブリフト量変更装置９を駆動するためのドライバ、１１は吸気弁２の開弁期間を変更することなく吸気弁の開閉タイミングをシフトさせるための開閉タイミングシフト装置である。つまり、開閉タイミングシフト装置１１を作動することにより、吸気弁２の開閉タイミングを進角側にシフトさせたり、遅角側にシフトさせたりすることができる。１２は開閉タイミングシフト装置１１を作動するための油圧を制御するオイルコントロールバルブである。尚、本実施形態における可変動弁機構には、バルブリフト量変更装置９及び開閉タイミングシフト装置１１の両者が含まれることになる。
【００１６】
１３はクランクシャフト、１４はオイルパン、１５は燃料噴射弁、１６は吸気弁２のバルブリフト量及び開閉タイミングシフト量を検出するためのセンサ、１７は機関回転数を検出するためのセンサである。１８は気筒内に吸入空気を供給する吸気管内の圧力を検出するための吸気管圧センサ、１９はエアフローメータ、２０は内燃機関冷却水の温度を検出するための冷却水温センサ、２１は気筒内に供給される吸入空気の吸気管内における温度を検出するための吸入空気温センサ、２２はＥＣＵ（電子制御装置）である。５０はシリンダ、５１，５２は吸気管、５３はサージタンク、５４は排気管、５５は点火栓、５６はアクセルペダル開度とは無関係に開度が変更せしめられるスロットル弁である。６０は例えば吸気行程時の筒内圧ような比較的低い筒内圧を検出するために吸気弁２よりも下流側に配置された筒内圧センサ、６１は筒内圧センサ６０と筒内とを連通するための連通路、６２は筒内圧センサ６０と筒内とを連通させたり、連通路６１を遮断したりするために機械的に開閉される連通路開閉弁である。
【００１７】
図４は図１に示したバルブリフト量変更装置等の詳細図である。図４において、３０は吸気弁用カムシャフト６に連結された磁性体、３１は磁性体３０を左側に付勢するためのコイル、３２は磁性体３０を右側に付勢するための圧縮ばねである。コイル３１に対する通電量が増加されるに従って、カム４及びカムシャフト６が左側に移動する量が増加し、吸気弁２のバルブリフト量が減少せしめられることになる。
【００１８】
図５はバルブリフト量変更装置が作動されるのに伴って吸気弁のバルブリフト量が変化する様子を示した図である。図５に示すように、コイル３１に対する通電量が減少されるに従って、吸気弁２のバルブリフト量が増加せしめられる（実線→破線→一点鎖線）。また本実施形態では、バルブリフト量変更装置９が作動されるのに伴って、吸気弁２の開弁期間も変更せしめられる。つまり、吸気弁２の作用角も変更せしめられる。詳細には、吸気弁２のバルブリフト量が増加せしめられるのに伴って、吸気弁２の作用角が増加せしめられる（実線→破線→一点鎖線）。更に本実施形態では、バルブリフト量変更装置９が作動されるのに伴って、吸気弁２のバルブリフト量がピークとなるタイミングも変更せしめられる。詳細には、吸気弁２のバルブリフト量が増加せしめられるのに伴って、吸気弁２のバルブリフト量がピークとなるタイミングが遅角せしめられる（実線→破線→一点鎖線）。
【００１９】
図６は図１に示した開閉タイミングシフト装置等の詳細図である。図６において、４０は吸気弁２の開閉タイミングを進角側にシフトさせるための進角側油路、４１は吸気弁２の開閉タイミングを遅角側にシフトさせるための遅角側油路、４２はオイルポンプである。進角側油路４０内の油圧が増加されるに従い、吸気弁２の開閉タイミングが進角側にシフトせしめられる。つまり、クランクシャフト１３に対するカムシャフト６の回転位相が進角せしめられる。一方、遅角側油路４１の油圧が増加されるに従い、吸気弁２の開閉タイミングが遅角側にシフトせしめられる。つまり、クランクシャフト１３に対するカムシャフト６の回転位相が遅角せしめられる。
【００２０】
図７は開閉タイミングシフト装置が作動されるのに伴って吸気弁の開閉タイミングがシフトする様子を示した図である。図７に示すように、進角側油路４０内の油圧が増加されるに従って吸気弁２の開閉タイミングが進角側にシフトされる（実線→破線→一点鎖線）。このとき、吸気弁２の開弁期間は変更されない、つまり、吸気弁２が開弁している期間の長さは変更されない。
【００２１】
図８は第一の実施形態の変形例の図２と同様の図である。図８において、図２に示した参照番号と同一の参照番号は、図２に示した部品又は部分と同一の部品又は部分を示している。６２’は筒内圧センサ６０と筒内とを連通させたり、連通路６１を遮断したりするために電気的に開閉される連通路開閉弁である。
【００２２】
図９は第一の実施形態及びその変形例の筒内圧検出方法を示したフローチャートである。このルーチンは所定時間間隔で実行される。図９に示すように、このルーチンが開始されると、まずステップ１００において吸気行程であるか否かが判断される。具体的には、例えばシリンダ５０内に空気が吸入されうるように吸気弁２が開弁されているか否かが判断される。あるいは他の実施形態では、代わりに、吸気ＴＤＣ（上死点）から吸気ＢＤＣ（下死点）までの任意のタイミングであるか否かを判断することも可能である。ＹＥＳのときにはステップ１０１に進み、ＮＯのときにはステップ１０２に進む。ステップ１０１では、筒内圧センサ６０によって筒内圧を検出するために筒内圧センサ６０と筒内とを連通させるべく連通路開閉弁６２，６２’が開弁せしめられる。一方、ＮＯのときには、例えば爆発行程時の筒内圧のような比較的高い筒内圧に筒内圧センサ６０が耐えられなくなってしまうのを回避するために連通路６１を遮断すべく連通路開閉弁６２，６２’が閉弁せしめられる。
【００２３】
ステップ１０３では、筒内圧を検出するために予め定められた所定タイミングであるか否かが判断される。第一の実施形態及びその変形例では、例えば１ｍｓ間隔で所定タイミングが設定されている。あるいは他の実施形態では、代わりに３ｍｓ間隔で所定タイミングを設定することも可能であり、また、２２．５°ＣＡ（クランクアングル）間隔で所定タイミングを設定することも可能である。ＹＥＳのときにはステップ１０４に進み、ＮＯのときには筒内圧が検出されることなく、このルーチンを終了する。ステップ１０４では、筒内圧センサ６０によって筒内圧が検出される。
【００２４】
単位時間当たりに筒内に吸入される吸入空気量（質量流量）ｍｃ’は、ステップ１０４において検出された筒内圧Ｐｃと、比熱比κと、ガス定数Ｒと、吸入空気温センサ２１により検出された吸気マニホルド温度Ｔｍと、予め算出されたシリンダ５０の容積Ｖｃと、下記の式（１）とに基づいて算出される。
ｄＰｃ／ｄｔ＝（κＲＴｍ／Ｖｃ）×ｍｃ’・・・・・（１）
【００２５】
次いで単位時間当たりに筒内に吸入される吸入空気量を積分することにより、吸気弁２の開弁期間中に筒内に吸入される吸入空気量を算出することができる。
【００２６】
第一の実施形態及びその変形例によれば、図２に示すように筒内圧センサ６０が吸気弁２よりも下流側に配置され、図９のステップ１０２において筒内圧センサ６０と筒内とを連通するための連通路６１が少なくとも爆発行程時に連通路開閉弁６２，６２’によって遮断される。そのため、爆発行程時に筒内圧センサ６０が筒内に対して曝されることが回避され、例えば爆発行程時よりも筒内圧が低い時の筒内圧を検出するのに適するように筒内圧センサ６０を設定した場合であっても、爆発行程時に筒内圧センサ６０が筒内圧に耐えられなくなってしまうことがない。また、例えば爆発行程時よりも筒内圧が低い吸気行程時の筒内圧を検出するのに適するように筒内圧センサ６０を設定することにより、吸気行程時においてもステップ１０４において筒内圧を正確に検出することができる。つまり、爆発行程時よりも筒内圧が低い吸気行程時に筒内圧を正確に検出することができると共に、爆発行程時に筒内圧センサ６０が筒内圧に耐えられなってしまうのを回避することができる。
【００２７】
つまり第一の実施形態及びその変形例によれば、筒内圧センサ６０と筒内とを連通するための連通路６１が、少なくとも爆発行程時には図９のステップ１０２が実行されることによって遮断され、吸気行程時にはステップ１０１が実行されることによって連通せしめられる。そのため、例えば爆発行程時よりも筒内圧が低い吸気行程時の筒内圧を検出するのに適するように筒内圧センサ６０を設定した場合において爆発行程時に筒内圧センサ６０が筒内圧に耐えられなってしまうのを回避することができると共に、例えば爆発行程時よりも筒内圧が低い吸気行程時の筒内圧を検出するのに適するように筒内圧センサ６０を設定することによって、爆発行程時よりも筒内圧が低い吸気行程時の筒内圧を正確に検出することができる。
【００２８】
更に第一の実施形態及びその変形例によれば、上述したように吸気行程時に検出された筒内圧に基づいて筒内に吸入される吸入空気量が算出される。そのため、エアフローメータ１９の出力値に基づいて算出される吸入空気量と筒内に実際に吸入される吸入空気量とが一致しないような機関運転条件下において、エアフローメータ１９の出力値に基づいて吸入空気量を算出する場合よりも正確に筒内に吸入される吸入空気量を算出することができる。
【００２９】
また第一の実施形態及びその変形例によれば、作用角及びバルブリフト量を変更可能な吸気弁２の開弁期間中に筒内に吸入される吸入空気量が、上述したように筒内圧に基づいて算出される。そのため、第一の実施形態及びその変形例のように吸気弁２の作用角及びバルブリフト量が変更可能な場合であっても筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【００３０】
上述した第一の実施形態及びその変形例では、作用角及びバルブリフト量を変更可能な吸気弁２に対し筒内圧センサ６０、連通路６１及び連通路開閉弁６２，６２’が適用されているが、他の実施形態では、代わりに作用角のみを変更可能な吸気弁や、バルブリフト量のみを変更可能な吸気弁や、位相のみを変更可能な吸気弁や、それらを組み合わせた吸気弁に対し筒内圧センサ６０、連通路６１及び連通路開閉弁６２，６２’を適用することも可能である。
【００３１】
以下、本発明の内燃機関の筒内圧検出装置の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態の構成は、後述する点を除き、図１〜図７に示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。また第二の実施形態の変形例の構成は、後述する点を除き、図８に示した第一の実施形態の変形例の構成とほぼ同様である。従って、第二の実施形態及びその変形例は、第一の実施形態及びその変形例とほぼ同様の効果を奏することができる。
【００３２】
図１０は第二の実施形態及びその変形例の筒内圧検出方法を示したフローチャートである。このルーチンは所定時間間隔で実行される。図１０に示すように、このルーチンが開始されると、まずステップ２００において吸気行程であるか否かが判断される。具体的には、例えばシリンダ５０内に空気が吸入されうるように吸気弁２が開弁されているか否かが判断される。あるいは他の実施形態では、代わりに、吸気ＴＤＣ（上死点）から吸気ＢＤＣ（下死点）までの任意のタイミングであるか否かを判断することも可能である。ＹＥＳのときにはステップ２０１に進み、ＮＯのときにはステップ２０２に進む。ステップ２０１では、筒内圧センサ６０によって筒内圧を検出するために筒内圧センサ６０と筒内とを連通させるべく連通路開閉弁６２，６２’が開弁せしめられる。一方、ＮＯのときには、例えば爆発行程時の筒内圧のような比較的高い筒内圧に筒内圧センサ６０が耐えられなくなってしまうのを回避するために連通路６１を遮断すべく連通路開閉弁６２，６２’が閉弁せしめられる。ステップ２０３では、筒内圧センサ６０によって筒内圧が検出される。
【００３３】
吸気弁２が吸気ＢＤＣよりも前に閉弁するように吸気弁２の閉弁時期が設定されている場合、吸気弁２の開弁期間中に筒内に吸入される吸入空気量（質量流量）ｍｃは、吸気弁２が閉弁する時に図１０のステップ２０３において算出された筒内圧Ｐｃと、実機で事前に概算された係数ａ，ｂと、下記の式（２）とに基づいて算出される。
ｍｃ＝ａ×Ｐｃ＋ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
【００３４】
一方、吸気弁２が吸気ＢＤＣよりも後に閉弁するように吸気弁２の閉弁時期が設定されている場合、吸気弁２の開弁期間中に筒内に吸入される吸入空気量（質量流量）ｍｃは、吸気ＢＤＣのタイミングで図１０のステップ２０３において算出された筒内圧Ｐｃと、上述した係数ａ，ｂと、上述した式（２）とに基づいて算出される。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１及び２に記載の発明によれば、爆発行程時に筒内圧検出手段が筒内に対して曝されることが回避され、例えば爆発行程時よりも筒内圧が低い時の筒内圧を検出するのに適するように筒内圧検出手段を設定した場合であっても、爆発行程時に筒内圧検出手段が筒内圧に耐えられなくなってしまうことがない。また、例えば爆発行程時よりも筒内圧が低い時の筒内圧を検出するのに適するように筒内圧検出手段を設定することにより、そのような時においても筒内圧を正確に検出することができる。つまり、爆発行程時よりも筒内圧が低い時に筒内圧を正確に検出することができると共に、爆発行程時に筒内圧検出手段が筒内圧に耐えられなくなってしまうのを回避することができる。
【００３６】
請求項３に記載の発明によれば、エアフローメータの出力値に基づいて算出される吸入空気量と筒内に実際に吸入される吸入空気量とが一致しないような機関運転条件下において、エアフローメータの出力値に基づいて吸入空気量を算出する場合よりも正確に筒内に吸入される吸入空気量を算出することができる。
【００３７】
請求項４に記載の発明によれば、吸気弁の作用角又はバルブリフト量が変更可能な場合であっても筒内に吸入される吸入空気量を正確に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の筒内圧検出装置の第一の実施形態の概略構成図である。
【図２】図１に示した内燃機関の筒内圧検出装置の詳細図である。
【図３】図１に示した吸気弁用カム及びカムシャフトの詳細図である。
【図４】図１に示したバルブリフト量変更装置等の詳細図である。
【図５】バルブリフト量変更装置が作動されるのに伴って吸気弁のバルブリフト量が変化する様子を示した図である。
【図６】図１に示した開閉タイミングシフト装置等の詳細図である。
【図７】開閉タイミングシフト装置が作動されるのに伴って吸気弁の開閉タイミングがシフトする様子を示した図である。
【図８】第一の実施形態の変形例の図２と同様の図である。
【図９】第一の実施形態及びその変形例の筒内圧検出方法を示したフローチャートである。
【図１０】第二の実施形態及びその変形例の筒内圧検出方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…吸気弁
３…排気弁
４，５…カム
６，７…カムシャフト
８…気筒内の燃焼室
９…バルブリフト量変更装置
１１…開閉タイミングシフト装置
１８…吸気管圧センサ
１９…エアフローメータ
５６…スロットル弁
６０…筒内圧センサ
６１…連通路
６２…連通路開閉弁

Claims (4)

1. 内燃機関の筒内圧を検出するための筒内圧検出手段を備えた内燃機関の筒内圧検出装置において、前記筒内圧検出手段は連通路によって筒内とだけ連通し、少なくとも爆発行程時に前記連通路を遮断することを特徴とする内燃機関の筒内圧検出装置。
2. 少なくとも爆発行程時に前記連通路を遮断し、吸気行程時に前記連通路を連通させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の筒内圧検出装置。
3. 吸気行程時に検出された筒内圧に基づき、筒内に吸入される吸入空気量を算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の筒内圧検出装置。
4. 作用角又はバルブリフト量を変更可能な吸気弁の開弁期間中に筒内に吸入される吸入空気量を筒内圧に基づいて算出することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の筒内圧検出装置。

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