JP4640258B2

JP4640258B2 - 内燃機関

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Publication number: JP4640258B2
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Authority: JP
Inventors: 孝小川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2026-05-17
Also published as: JP2007309181A

Description

本発明は、シリンダ内の吸気量の算出手段を備えた内燃機関に関する。

内燃機関のシリンダ内の吸気量を検出する装置として、シリンダ内圧、シリンダ容積、シリンダ内温度、シリンダ内残留ガス率に基づいて吸気量を算出する吸気量検出装置がある（特許文献１を参照）。

また、クランクケース内のブローバイガスを吸気通路に放出するベンチレーション装置を備える内燃機関において、クランクケースの内圧に対応する特性値に基づいて吸気通路における空気の脈動に起因する誤差を補正する吸気量検出装置がある（特許文献２を参照）。さらに、吸気ポート圧力とシリンダ内圧力とに基づいてシリンダ内吸気量を推定する吸気量推定装置がある（特許文献３を参照）。
特開平１１−１６６４４７号公報特開平１０−１０３１４７号公報特開２００４−２７８３５９号公報

シリンダ内の吸気量は、内燃機関の制御において重要なパラメータであるため、従来より、シリンダ内の吸気量を算出する装置を備えた内燃機関がある。ここで、算出された吸気量と、実際に燃焼に使用される吸気量との間に誤差を生じさせる要因として、圧縮行程において燃焼室内からクランクケース側へ漏出する吸気（以下、「漏出吸気」とする）が挙げられる。

しかし、従来の吸気量算出装置では、この漏出吸気量を加味していないため、実際に燃焼に使用される吸気量が正確に得られておらず、結果として、算出された吸気量に基づいた吸気量、燃料噴射量等の精密な制御に問題が残る。

本発明は、上記した問題に鑑み、圧縮行程における漏出吸気量を得、併せて燃焼に使用される正確な吸気量を得ることを課題とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、圧縮行程において吸気の漏出がなかったと仮定した場合の仮定圧縮時内圧を算出し、実際に計測された燃焼室内圧と比較することで、圧縮行程における漏出吸気量の算出を可能にし、併せて燃焼に使用される圧縮吸気量の算出を可能にした。

詳細には、本発明は、内燃機関のシリンダに設けられ、燃焼室内圧を計測する内圧センサと、ピストンが吸気行程の下死点にあるときの燃焼室内圧である吸気時内圧と、ピストンが圧縮行程の上死点にあるときの燃焼室内圧である圧縮時内圧と、を前記内圧センサによって計測する内圧計測手段と、前記吸気時内圧下に置かれている、ピストンが吸気行程の下死点にあるときの燃焼室内の吸気を、ピストンが吸気行程の下死点にあるときの燃焼室容積である吸気時容積から、ピストンが圧縮行程の上死点にあるときの燃焼室容積である圧縮時容積まで断熱圧縮すると仮定した場合の仮定圧縮時内圧を算出する仮定圧縮時内圧算出手段と、前記圧縮時内圧及び前記仮定圧縮時内圧を基に、圧縮行程における燃焼室からの漏出吸気量を算出する漏出吸気量算出手段と、前記漏出吸気量に基づいて、ピスト
ンが圧縮行程の上死点にあるときの燃焼室内の吸気量である圧縮吸気量を算出する圧縮吸気量算出手段と、を備えることを特徴とする内燃機関である。

ここで、内圧計測手段によって計測される圧縮時内圧は、吸気の漏出が発生する場合、その発生後の実際の内圧である。

これに対し、仮定圧縮時内圧算出手段で算出される仮定圧縮時内圧は、吸気行程の下死点から圧縮行程の上死点までピストンが移動する過程で、吸気の漏出が発生しないと仮定した場合の内圧である。

即ち、前記圧縮時内圧と、前記仮定圧縮時内圧との間に生じる差は、圧縮行程においてシリンダ内の吸気の漏出が発生したことに起因する内圧の差である。そこで、漏出吸気量算出手段は、前記圧縮時内圧と、前記仮定圧縮時内圧と、に基づいて、実際に吸気行程の下死点から圧縮行程の上死点までピストンが移動する過程で漏出した吸気の量を算出する。

本発明に拠れば、シリンダの漏出吸気の量を正確に得ることが可能となり、併せて、圧縮時の吸気の量を正確に得ることが可能となる。このため、シリンダ毎に正確な圧縮吸気量に基づいた吸気量、燃料噴射量等の制御を行い、内燃機関全体の性能を引き出すことが可能となる。

なお、本発明は、前記内燃機関の吸気通路に設けられ、該内燃機関に供給される供給吸気量を計測するエアフローメータを更に備え、前記圧縮吸気量算出手段は、前記エアフローメータによって計測された供給吸気量をシリンダ数で割ることで算出された平均供給吸気量と、前記漏出吸気量と、に基づいて、前記圧縮吸気量を算出すること、を特徴としてもよい。

本発明は、前記内燃機関の吸気通路に設けられ、該内燃機関に供給される吸気の温度を計測する温度センサと、吸気行程における吸気温度を前記温度センサによって計測する吸気温度計測手段と、圧縮行程における燃焼室からの吸気の漏出がなかったと仮定した場合の吸気が、前記圧縮時内圧下に置かれたと仮定した場合の仮定体積を、前記平均供給吸気量、前記漏出吸気量及び前記圧縮時容積を基に算出する仮定体積算出手段と、前記圧縮時内圧下に置かれた、前記漏出がなかったと仮定した場合の吸気を、前記仮定体積から、前記吸気時容積まで断熱膨張させたと仮定した場合の仮定吸気時内圧を算出する仮定吸気時内圧算出手段と、前記仮定吸気時内圧、前記吸気時容積及び前記吸気温度を基に、シリンダの個別供給吸気量を算出する個別供給吸気量算出手段と、を更に備え、前記圧縮吸気量算出手段は、前記個別供給吸気量算出手段によって算出された個別供給吸気量と、前記漏出吸気量と、に基づいて、前記圧縮吸気量を算出すること、を特徴としてもよい。

圧縮時内圧の方が内圧が高いため、吸気時内圧に比べて内圧センサによる計測誤差が小さい。このことから本発明では、圧縮時内圧に基づいて漏出が発生する前の仮定吸気時内圧を算出し、ここからシリンダの個別供給吸気量を算出することとしている。

仮定体積算出手段は、圧縮行程における燃焼室からの吸気の漏出がなかったと仮定した場合の吸気が、前記圧縮時内圧下に置かれたと仮定した場合の仮定体積を、漏出が発生したときの吸気量と漏出が発生していないときの吸気量に基づいて比例計算するものである。ここで、漏出が発生したときの吸気量は、前記平均供給吸気量と前記漏出吸気量に基づいて算出される。また、漏出が発生していないときの吸気量として、前記平均供給吸気量が使用される。

仮定体積算出手段によって仮定体積が算出された後、仮定吸気時内圧算出手段によって仮定吸気時内圧が算出され、この算出結果を基に個別供給吸気量算出手段によってシリンダの個別供給吸気量が算出される。ここで算出された個別供給吸気量は、計測された圧縮時内圧が反映されており、エアフローメータによる計測値をシリンダ数で割ることで算出された平均供給吸気量よりも正確である。

このため、本発明に拠れば、最終的に算出される圧縮吸気量の正確さが向上する。このため、吸気量、燃料噴射量等をより精密に制御することが可能となる。

なお、本発明において、前記仮定吸気時内圧算出手段は、前記圧縮時内圧下に置かれた、前記漏出がなかったと仮定した場合の吸気を、前記仮定体積から、前記圧縮時容積まで断熱圧縮させたと仮定した場合の燃焼室内圧を算出し、この算出された燃焼室内圧下に置かれた、前記漏出がなかったと仮定した場合の吸気を、前記圧縮時容積から、前記吸気時容積まで断熱膨張させたと仮定した場合の仮定吸気時内圧を算出すること、を特徴としてもよい。

また、本発明は、前記内燃機関のクランク角を計測するクランク角計測手段と、前記クランク角計測手段によって計測された所定のクランク角毎に、対応する燃焼室内圧を前記内圧センサによって計測するクランク角対応内圧計測手段と、前記クランク角対応内圧計測手段によって計測されたクランク角毎の燃焼室内圧のうち、内圧が最高となるときのクランク角である最高内圧クランク角を算出する最高内圧クランク角算出手段と、を更に備え、前記内圧計測手段は、クランク角が前記最高内圧クランク角にあるときを、ピストンが圧縮行程の上死点にあるときとして、前記圧縮時内圧を計測すること、を特徴としてもよい。

圧縮時内圧を計測するタイミングとして、クランク角に基づいて計測を行う方法が考えられるが、クランク角と上死点の関係は、製造時の誤差や、経年変化による誤差によって、ずれが発生する場合がある。本発明では、燃焼室内圧が最高となるタイミングをピストンが上死点にあるタイミングとして使用することで、上記した製造誤差又は経年誤差に拘らず、正確にピストンが上死点にあるときの燃焼室内圧である圧縮時内圧を計測し、この計測結果に基づいて漏出吸気量や圧縮吸気量を算出することとしたものである。

なお、算出された上死点のタイミングに基づいて更に下死点のタイミングを算出し、ピストンが下死点にあるときの燃焼室内圧である吸気時内圧を計測してもよい。

本発明に拠れば、計測される圧縮時内圧及び吸気時内圧の精度が向上するため、結果として算出される漏出吸気量及び圧縮吸気量の正確さが向上する。このため、吸気量、燃料噴射量等をより精密に制御することが可能となる。

本発明によって、圧縮行程における漏出吸気量を得、併せて燃焼に使用される正確な吸気量を得ることが可能となる。

本発明に係る内燃機関の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

はじめに、図１及び図２を用いて本実施例における内燃機関の構成を説明する。

図１は、本発明の内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表す図である。

内燃機関１は、４つのシリンダ２（以下、各シリンダを図１の左側から＃１、＃２、＃３、＃４の識別番号で表す）を有しており、車両駆動用のエンジンである。そして、各シリンダ２の吸気ポート３（以下、各吸気ポートをシリンダの識別番号と同様に、＃１、＃２、＃３、＃４で表す）に燃料を噴射する燃料噴射弁４（以下、各燃料噴射弁をシリンダの識別番号と同様に、＃１、＃２、＃３、＃４で表す）を備えている。また、各シリンダ２には、吸気の点火を行う点火プラグ５（以下、各点火プラグをシリンダの識別番号と同様に、＃１、＃２、＃３、＃４で表す）が設けられている。

次に、内燃機関１には吸気枝管６が接続されており、吸気枝管６の各枝管は、吸気ポート３を介してシリンダ２の燃焼室２７と連通している。更に、吸気枝管６は吸気管７に接続され、吸気管７の途中には、吸気管７を流れる吸入空気の流量を調整する吸気絞り弁８が設けられている。そして、吸気絞り弁８はアクチュエータ９によって駆動されることで、その開度が調整される。また、吸気管７の開口端には、エアフローメータ９３が設けられている。

一方、内燃機関１には排気枝管１０が接続され、排気枝管１０の各枝管が排気ポート１１を介してシリンダ２の燃焼室２７と連通している。更に、排気枝管１０は、排気管１２と接続され、この排気管１２は、下流にてマフラー（図示略）に接続されている。排気管１２の途中には、内燃機関１から排出される排気中のＮＯｘを吸蔵、還元して排気中のＮＯｘ浄化を行うＮＯｘ触媒１３が設けられている。

図２は、図１に示した内燃機関１の各シリンダ２の概略構成を表す図である。シリンダブロック２０の下部には、クランクケース２１が設けられている。クランクケース２１には、クランクシャフト２２が収納され、クランクシャフト２２の角度を検出するクランクポジションセンサ９１が設置されている。そして、内燃機関１のクランクシャフト２２にコンロッド２３を介して連結されたピストン２４が、シリンダ２内で往復運動を行う。

シリンダブロック２０の上部には、シリンダヘッド２５が設けられている。シリンダブロック２０のシリンダ内壁２６と、ピストン２４の上面と、シリンダヘッド２５の下面とは、燃焼室２７を形成しており、燃焼室２７の容積は、ピストン２４の上下に伴って変化する。また、シリンダヘッド２５には、吸気温度センサ９４及び内圧センサ９５が設けられている。

また、内燃機関１には、内燃機関の各構成要素を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）９０が併設されている（図１及び図２を参照）。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求等に応じて各構成要素を制御する。

ここで、点火プラグ５、燃料噴射弁４および吸気絞り弁８を駆動するアクチュエータ９は、ＥＣＵ９０からの制御信号によって動作を行う。更に、ＥＣＵ９０は、それぞれクランクポジションセンサ９１、アクセル開度センサ９２、エアフローメータ９３、吸気温度センサ９４、内圧センサ９５と電気的に接続され、各センサからの出力された信号に基づいて内燃機関１のクランクシャフト２２の回転角および機関回転速度、アクセル開度、吸気量、吸気温度、燃焼室内圧を計測する。

上述した内燃機関１においては、空燃比が低くなることによって発生するスモークの防止や、シリンダの内圧に対する強度を考慮した、吸気量、燃料噴射量等の制御が必要となる。このとき、シリンダ毎の漏出吸気量や圧縮吸気量が不明であると、特定のシリンダに合わせて全てのシリンダの吸気量、燃料噴射量等を一律に制御することとなり、結果とし
て内燃機関全体の性能を特定のシリンダに合わせて制限することとなってしまう。

このため、本実施例では、以下に示す処理を行うことによって、シリンダ毎に漏出吸気量及び圧縮吸気量を算出し、シリンダ毎の吸気量、燃料噴射量等の制御に反映出来るようにする。

図３は、本実施例における圧縮吸気量算出処理の流れの概略を示したフローチャートである。本フローチャートに示された処理は、プログラムをＥＣＵ９０が解釈及び実行することで行われ、所定時間毎に実行される。また、以下の各処理の処理単位及び処理順序は、本実施例に示されている処理単位、処理順序に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。また、本フローチャートに示された処理は、シリンダ＃１からシリンダ＃４までのシリンダ毎に実行される処理である。

なお、本処理中に使用される吸気時容積Ｖ１及び圧縮時容積Ｖ２は、予めＲＡＭ又はＲＯＭに保存されている。但し、予め算出することとしたのは本実施例における一例であり、本処理が行われる度に吸気時容積Ｖ１及び圧縮時容積Ｖ２を算出することとしてもよい。

Ｓ１０１では、吸気温度Ｔ１が計測される。ＥＣＵ９０は、吸気温度センサ９４から出力された吸気温度の計測値の入力を受け付け、吸気温度Ｔ１としてＲＡＭに保存する。その後、処理はＳ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、平均供給吸気量Ｍａが算出される。ＥＣＵ９０は、エアフローメータ９３より出力された計測値の入力を受け付け、吸気行程がシリンダ＃１からシリンダ＃４まで一巡する間の内燃機関１全体における供給吸気量Ｇａをシリンダ数（本実施例では４）で割った値を、平均供給吸気量ＭａとしてＲＡＭに保存する。平均供給吸気量Ｍａはシリンダ＃１から＃４までの全てのシリンダについて同一の値となる。その後、処理はＳ１０３へ進む。

Ｓ１０３では、吸気時内圧Ｐ１が計測される。ＥＣＵ９０は、内圧センサ９５から出力された内圧の計測値の入力を受け付け、このうち、ピストン２４が吸気行程の下死点にあるときに計測された計測値を、吸気時内圧Ｐ１として保存する。その後、処理はＳ１０４へ進む。

Ｓ１０４では、圧縮時内圧Ｐ２が計測される。ＥＣＵ９０は、内圧センサ９５から出力された内圧の計測値の入力を受け付け、このうち、ピストン２４が圧縮行程の上死点にあるときに計測された計測値を、圧縮時内圧Ｐ２としてＲＡＭに保存する。その後、処理はＳ１０５へ進む。

Ｓ１０５では、吸気時内圧Ｐ１下に置かれている、ピストン２４が吸気行程の下死点にあるときの燃焼室２７内の吸気を、前記吸気時容積Ｖ１から前記圧縮時容積Ｖ２まで断熱圧縮すると仮定した場合の仮定圧縮時内圧Ｐ２ｔが算出される。ＥＣＵ９０は、仮定圧縮時内圧Ｐ２ｔを、以下の式を用いて算出し、ＲＡＭに保存する。このとき、ｋは比熱比である。
Ｐ２ｔ・Ｖ２^k ＝Ｐ１・Ｖ１^k
即ち、ここで算出された仮定圧縮時内圧Ｐ２ｔは、吸気行程の下死点から圧縮行程の上死点までピストン２４が移動する過程で、吸気の漏出が発生しないと仮定した場合の圧力とみなされる。その後、処理はＳ１０６へ進む。

Ｓ１０６では、漏出吸気量Ｍｂが算出される。ＥＣＵ９０は、圧縮時内圧Ｐ２及び仮定
圧縮時内圧Ｐ２ｔを基に、実際に吸気行程の下死点から圧縮行程の上死点までピストン２４が移動する過程で漏出した吸気の量Ｍｂを、以下の式を用いて算出する。ここで、燃焼室２７内の吸気の温度として、Ｓ１０１で計測された吸気温度Ｔ１を使用する。Ｒは気体定数である。
Ｍｂ＝（Ｐ２ｔ−Ｐ２）・Ｖ／（Ｒ・Ｔ１）
なお、ＥＣＵ９０は、ＲＡＭ又はＲＯＭ上に予め用意された以下の関係を示したマップを参照することで、漏出吸気量Ｍｂを算出してもよい。
Ｍｂ＝ｆ（Ｐ２，Ｐ２ｔ）
算出された漏出吸気量ＭｂはＲＡＭに保存され、その後、処理はＳ１０７へ進む。

Ｓ１０７では、圧縮吸気量Ｍａｃが算出される。ＥＣＵ９０は、以下の式を用いて、圧縮時に燃焼室２７に残っている吸気の量である圧縮吸気量Ｍａｃを算出し、算出結果をＲＡＭに保存する。
Ｍａｃ＝Ｍａ−Ｍｂ
その後本フローチャートに示された処理は完了する。

本実施例に拠れば、シリンダ毎の圧縮時の吸気の量を正確に得ることが出来る。このため、シリンダ毎に正確な圧縮吸気量に基づいた吸気量、燃料噴射量等の制御を行い、内燃機関全体の性能を引き出すことが出来る。

例えば、空燃比が低くなることによって発生するスモークを防止するためには、従来、最も漏出吸気量の多いシリンダに合わせるように余裕を持たせて燃料噴射量を制限する必要があったが、本実施例に拠れば、漏出吸気量の多いシリンダについてのみ燃料噴射量を減らすことで、特定のシリンダに合わせて全体の性能を制限することなく、全シリンダについて限界まで性能を引き出すことが出来る。また、シリンダの内圧に対する強度についても、従来は製造誤差や経年誤差を見込んで燃焼室内圧を調整する必要があったが、本実施例に拠れば、各シリンダについて内圧を計測し、吸気量を算出しているため、シリンダごとに吸気量、燃料噴射量等を制御して、燃焼室内圧を調整することが可能となり、全シリンダについて限界まで性能を引き出すことが出来る。

なお、本実施例では、Ｍａｃに基づいて制御される対象の例として吸気量及び燃料噴射量を挙げたが、吸気量は内燃機関１に係る制御全般に影響を及ぼすパラメータであるため、その他の処理についても、算出された圧縮吸気量Ｍａｃに基づいた制御を行うこととしてもよい。

実施例１においては、圧縮吸気量Ｍａｃの算出に、エアフローメータ９３によって計測された内燃機関１全体についての計測値Ｇａをシリンダ数で割った平均供給吸気量Ｍａが使用される。これに加え、本実施例では、実施例１と同様の構成において、圧縮時内圧Ｐ２と漏出吸気量Ｍｂに基づいて、さらにシリンダ毎に計測された燃焼室内圧等が反映された個別供給吸気量Ｍを算出することで、より正確な圧縮吸気量Ｍａｃを算出することとしてもよい。

図４は、本実施例における圧縮吸気量算出処理の流れの概略を示したフローチャートである。本フローチャートに示された処理は、プログラムをＥＣＵ９０が解釈及び実行することで行われ、所定時間毎に実行される。また、以下の各処理の処理単位及び処理順序は、本実施例に示されている処理単位、処理順序に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。また、本フローチャートに示された処理は、シリンダ＃１からシリンダ＃４までのシリンダ毎に実行される処理である。

Ｓ２０１からＳ２０６までの処理は、実施例１におけるＳ１０１からＳ１０６までの処理と同様である。その後、処理はＳ２０７へ進む。

Ｓ２０７では、圧縮行程における燃焼室２７からの吸気の漏出がなかったと仮定した場合の仮定吸気Ａｍｉｘが、前記圧縮時内圧Ｐ２下に置かれたと仮定した場合の仮定体積Ｖ２ｂが算出される。ＥＣＵ９０は、仮定体積Ｖ２ｂを、平均供給吸気量Ｍａ、漏出吸気量Ｍｂ及び圧縮時容積Ｖ２を基に、以下の式を用いて算出する。
Ｖ２ｂ＝Ｖ２｛Ｍａ／（Ｍａ−Ｍｂ）｝
この式は、同一内圧下において吸気量を変更した場合の体積を、漏出が発生したときの吸気量（Ｍａ−Ｍｂ）と漏出が発生していないときの吸気量Ｍａに基づいて比例計算するものである。ＥＣＵ９０は算出された仮定体積Ｖ２ｂをＲＡＭに保存し、その後、処理はＳ２０８へ進む。

Ｓ２０８では、圧縮時内圧Ｐ２下に置かれた仮定吸気Ａｍｉｘを、仮定体積Ｖ２ｂから、吸気時容積Ｖ１まで断熱膨張させたと仮定した場合の仮定吸気時内圧Ｐ１ｃが算出される。ＥＣＵ９０は、仮定吸気時内圧Ｐ１ｃを、以下の式を用いて算出する。ここで、ｋは比熱比である。
Ｐ１ｃ・Ｖ１^k ＝Ｐ２・Ｖ２ｂ^k
なお、本処理において、圧縮時内圧Ｐ２に基づいて算出することとしているのは、圧縮時内圧の方が内圧が高いため、吸気時内圧に比べて内圧センサ９５による計測誤差が小さいためである。ＥＣＵ９０は算出された仮定吸気時内圧Ｐ１ｃをＲＡＭに保存し、その後、処理はＳ２０９へ進む。

なお、本処理において、ＥＣＵ９０は、仮定吸気時内圧Ｐ１ｃを、以下の２ステップを用いて算出することとしてもよい。即ち、ＥＣＵ９０は、第一ステップとして、圧縮時内圧Ｐ２下に置かれた仮定吸気Ａｍｉｘを、仮定体積Ｖ２ｂから、圧縮時容積Ｖ２まで断熱圧縮させたと仮定した場合の燃焼室内圧Ｐ２ｃを、以下の式を用いて算出する。
Ｐ２ｃ・Ｖ２^k ＝Ｐ２・Ｖ２ｂ^k
次にＥＣＵ９０は、第二ステップとして、この算出された燃焼室内圧Ｐ２ｃ下に置かれた仮定吸気Ａｍｉｘを、圧縮時容積Ｖ２から、吸気時容積Ｖ１まで断熱膨張させたと仮定した場合の仮定吸気時内圧Ｐ１ｃを、以下の式を用いて算出する。
Ｐ１ｃ・Ｖ１^k ＝Ｐ２ｃ・Ｖ２^k

Ｓ２０９では、シリンダ毎に計測された燃焼室内圧等が反映されたシリンダ毎の供給吸気量である個別供給吸気量Ｍが算出される。ＥＣＵ９０は、以下の式を用いて、個別供給吸気量Ｍを算出する。ここで、燃焼室２７内の吸気の温度として、Ｓ２０１で計測された吸気温度Ｔ１を使用する。Ｒは気体定数である。
Ｍ＝（Ｐ１ｃ・Ｖ１）／（Ｒ・Ｔ１）
ＥＣＵ９０は算出された個別供給吸気量ＭをＲＡＭに保存し、その後、処理はＳ２１０へ進む。

Ｓ２１０では、圧縮吸気量Ｍａｃが算出される。ＥＣＵ９０は、以下の式を用いて圧縮吸気量Ｍａｃを算出し、算出結果をＲＡＭに保存する。
Ｍａｃ＝Ｍ−Ｍｂ
このＭａｃの値が、圧縮時に燃焼室２７にある吸気の量である。その後本フローチャートに示された処理は完了する。

本実施例に拠れば、シリンダ毎に算出される圧縮吸気量Ｍａｃの正確さが向上する。このため、吸気量、燃料噴射量等をより精密に制御することが出来る。

実施例１又は実施例２と同様の構成において、さらに上下死点タイミング算出処理を行い、この算出された上死点タイミングを、燃焼室内圧を計測するタイミングに反映することによって、より正確なタイミングで計測した燃焼室内圧を得ることとしてもよい。

図５は、本実施例における上下死点タイミング算出処理の流れの概略を示したフローチャートであり、先述したＳ１０３、Ｓ１０４、Ｓ２０３及びＳ２０４における燃焼室内圧の計測処理（図３及び図４を参照）において燃焼室内圧を計測するための上死点タイミングを予め算出するための処理である。

本処理は、上死点のクランク角を、燃焼室内圧に基づいて決定する処理であるため、燃焼による内圧の変化を排除するために燃焼状態ではないときに計測することが好ましい。また、内燃機関が高回転であるときに計測したほうが、ブローバイガスや漏出吸気の影響が小さく、精度の高い計測結果が得られる。このことから、本実施例において、本フローチャートに示された処理は、ＥＣＵ９０が内燃機関１の減速状態を検出したときに実行される。また、本フローチャートに示された処理は、シリンダ＃１からシリンダ＃４までのシリンダ毎に実行される処理である。

Ｓ３０１では、所定のクランク角について対応する燃焼室内圧が計測される。ＥＣＵ９０は、クランクポジションセンサ９１から出力された信号に基づいてクランク角を計測し、このクランク角に対応する燃焼室内圧を、内圧センサ９５から出力された信号に基づいて計測する。この処理は、所定のクランク角ごとに行われ、ＥＣＵ９０は、計測した複数のクランク角及びこれに対応する燃焼室内圧をＲＡＭに記録する。その後、処理はＳ３０２へ進む。

Ｓ３０２では、Ｓ３０１で計測されたクランク角毎の燃焼室内圧のうち、内圧が最高となるときの最高内圧クランク角ＣＡａが算出される。ＥＣＵ９０は、最高内圧クランク角ＣＡａを抽出し、ＲＡＭに保存する。その後、処理はＳ３０３へ進む。

Ｓ３０３では、ピストンが圧縮行程の上死点にくるタイミングである上死点タイミングＤｔが算出される。ＥＣＵ９０は、最高内圧クランク角ＣＡａに基づいて、上死点タイミングＤｔを算出し、算出内容をＲＡＭに保存する。その後、処理はＳ３０４へ進む。

Ｓ３０４では、ピストンが吸気行程の下死点にくるタイミングである下死点タイミングＤｂが算出される。ＥＣＵ９０は、Ｓ３０３において算出された上死点タイミングＤｔに基づいて下死点タイミングＤｂを算出し、算出内容をＲＡＭに保存する。その後本フローチャートに示された処理は終了する。

上下死点タイミング算出処理が行われた後に実行される圧縮吸気量算出処理においては、圧縮時内圧Ｐ２の計測のタイミングは、算出された上死点タイミングＤｔに基づいて決定される（図３のＳ１０４又は図４のＳ２０４を参照）。算出された上死点タイミングＤｔに基づいて計測を行うことによって、ＥＣＵ９０は、正確にピストン２４が上死点にあるときの燃焼室内圧を計測することが出来る。

同様に、上下死点タイミング算出処理が行われた後に実行される圧縮吸気量算出処理においては、吸気時内圧Ｐ１の計測のタイミングは、算出された下死点タイミングＤｂに基づいて決定される（図３のＳ１０３又は図４のＳ２０３を参照）。算出された下死点タイミングＤｂに基づいて計測を行うことによって、ＥＣＵ９０は、正確にピストン２４が下死点にあるときの燃焼室内圧を計測することが出来る。

本実施例に拠れば、シリンダ毎に計測される圧縮時内圧Ｐ２及び吸気時内圧Ｐ１の精度が向上するため、結果としてシリンダ毎に算出される圧縮吸気量Ｍａｃの正確さが向上する。このため、吸気量、燃料噴射量等をより精密に制御することが出来る。

また、上下死点タイミング算出処理で算出した上死点タイミングＤｔ及び下死点タイミングＤｂは、燃焼室２７の内圧を計測するタイミングの補正以外にも、燃料噴射時期の補正等、各シリンダに係る制御時期の補正に利用出来る。燃料噴射時期の補正をシリンダ毎に行うことで、一部の漏出吸気量の多いシリンダに合わせて内燃機関１全体の性能を制限する必要がなくなり、性能を限界まで引き出したまま、ＮＯｘの排出量等を低減し、さらにスモーク発生の防止、燃費の向上等の効果が得られる。

本発明の内燃機関およびその制御系統の概略構成を表す図である。本発明の内燃機関の各シリンダの概略構成を表す図である。実施例１における圧縮吸気量算出処理の流れの概略を示したフローチャートである。実施例２における圧縮吸気量算出処理の流れの概略を示したフローチャートである。実施例３における上下死点タイミング算出処理の流れの概略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シリンダ
３吸気ポート
４燃料噴射弁
５点火プラグ
８吸気絞り弁
２０シリンダブロック
２１クランクケース
２２クランクシャフト
２４ピストン
２５シリンダヘッド
９０電子制御ユニット（ＥＣＵ）
９１クランクポジションセンサ
９３エアフローメータ
９４吸気温度センサ
９５内圧センサ

Claims

内燃機関のシリンダに設けられ、燃焼室内圧を計測する内圧センサと、
ピストンが吸気行程の下死点にあるときの燃焼室内圧である吸気時内圧と、ピストンが圧縮行程の上死点にあるときの燃焼室内圧である圧縮時内圧と、を前記内圧センサによって計測する内圧計測手段と、
前記吸気時内圧下に置かれている、ピストンが吸気行程の下死点にあるときの燃焼室内の吸気を、ピストンが吸気行程の下死点にあるときの燃焼室容積である吸気時容積から、ピストンが圧縮行程の上死点にあるときの燃焼室容積である圧縮時容積まで断熱圧縮すると仮定した場合の仮定圧縮時内圧を算出する仮定圧縮時内圧算出手段と、
前記圧縮時内圧及び前記仮定圧縮時内圧を基に、圧縮行程における燃焼室からの漏出吸気量を算出する漏出吸気量算出手段と、
前記漏出吸気量に基づいて、ピストンが圧縮行程の上死点にあるときの燃焼室内の吸気量である圧縮吸気量を算出する圧縮吸気量算出手段と、
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、該内燃機関に供給される供給吸気量を計測するエアフローメータと、を備え、
前記圧縮吸気量算出手段は、前記エアフローメータによって計測された供給吸気量をシリンダ数で割ることで算出された平均供給吸気量と、前記漏出吸気量と、に基づいて、前記圧縮吸気量を算出する内燃機関であって、
前記内燃機関は、
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、該内燃機関に供給される吸気の温度を計測する温度センサと、
吸気行程における吸気温度を前記温度センサによって計測する吸気温度計測手段と、
圧縮行程における燃焼室からの吸気の漏出がなかったと仮定した場合の吸気が、前記圧縮時内圧下に置かれたと仮定した場合の仮定体積を、前記平均供給吸気量、前記漏出吸気量及び前記圧縮時容積を基に算出する仮定体積算出手段と、
前記圧縮時内圧下に置かれた、前記漏出がなかったと仮定した場合の吸気を、前記仮定体積から、前記吸気時容積まで断熱膨張させたと仮定した場合の仮定吸気時内圧を算出する仮定吸気時内圧算出手段と、
前記仮定吸気時内圧、前記吸気時容積及び前記吸気温度を基に、シリンダの個別供給吸気量を算出する個別供給吸気量算出手段と、
を更に備え、
前記圧縮吸気量算出手段は、前記個別供給吸気量算出手段によって算出された個別供給吸気量と、前記漏出吸気量と、に基づいて、前記圧縮吸気量を算出すること、
を特徴とする内燃機関。
前記仮定吸気時内圧算出手段は、
前記圧縮時内圧下に置かれた、前記漏出がなかったと仮定した場合の吸気を、前記仮定体積から、前記圧縮時容積まで断熱圧縮させたと仮定した場合の燃焼室内圧を算出し、
この算出された燃焼室内圧下に置かれた、前記漏出がなかったと仮定した場合の吸気を、前記圧縮時容積から、前記吸気時容積まで断熱膨張させたと仮定した場合の仮定吸気時内圧を算出すること、
を特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
前記内燃機関のクランク角を計測するクランク角計測手段と、
前記クランク角計測手段によって計測された所定のクランク角毎に、対応する燃焼室内圧を前記内圧センサによって計測するクランク角対応内圧計測手段と、
前記クランク角対応内圧計測手段によって計測されたクランク角毎の燃焼室内圧のうち、内圧が最高となるときのクランク角である最高内圧クランク角を算出する最高内圧クランク角算出手段と、
を更に備え、
前記内圧計測手段は、クランク角が前記最高内圧クランク角にあるときを、ピストンが圧縮行程の上死点にあるときとして、前記圧縮時内圧を計測すること、
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。