JPH034922Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はエンジン出力の検出装置、特に無負荷
時のトルクを各気筒毎に検出して記憶し、これを
負荷時のトルクから減じることによつて真のエン
ジンの軸トルクを検出するようにしたエンジン出
力検出装置に関するものである。

近年、エネルギー事情の悪化や排ガス規制の強
化にあいまつて車両用のエンジンにおいても、燃
料をより効率的に燃焼させると共に排ガスをより
クリーンにする燃焼方法や装置の研究が盛んに行
われ、またそう言つた方法、装置が市場に提供さ
れつつある。

またこれらの方法や、装置においてその性能を
充分に発揮するためにはエンジンの出力状態（軸
トルクや出力）をできるだけ正確に検出し、その
検出結果に沿つて緻密な制御を行う必要があつ
た。しかしながら従来のエンジンの出力状態、例
えば代表的な軸トルクを検出する方法において
は、プロペラシヤフトのエンジン側とデフアレン
シヤルギヤ側に隔設した２つのひずみ計の出力信
号よりエンジンの軸トルクを計算すると言つた方
法等が採用されているが、車両に装備するには高
コストであつたり、スペース上無理があつたり、
また各気筒毎の出力状態のチエツクや、エンジン
潤滑油の温度（エンジン温度）やエンジン回転数
によつて変化するフリクシヨン（摩擦）を考慮に
入れる事ができずデータの正確さに欠けると言つ
た問題があつた。

本考案の目的は、これらの問題を解決し、より
正確なエンジンの出力状態を検出するエンジン出
力検出装置を提供することにある。

かかる目的は、 多気筒エンジンの各気筒に設けられ、各気筒内
の圧力を検出する燃焼圧センサＭ１と、 クランク軸の回転に同期してクランク角信号を
発するクランク角センサＭ２と、 該クランク角センサＭ２の所定信号をサンプリ
ングタイミングとして取り込まれる前記燃焼圧セ
ンサＭ１の信号に基づいて図示平均有効圧を算出
するPiメータＭ３と、 該PiメータＭ３にて算出された図示平均有効圧
に基づき各気筒の図示トルクを算出する図示トル
ク演算手段Ｍ４と、 を備えたエンジン出力検出装置であつて、 エンジン回転数を検出する回転数センサＭ５
と、 エンジン油温を検出する油温センサＭ６と、 前記多気筒エンジンの負荷運転時、無負荷運転
時を判定する無負荷運転／負荷運転時判定手段Ｍ
７と、 該無負荷運転／負荷運転時判定手段Ｍ７にて無
負荷運転時と判定されたとき、前記図示トルク演
算手段Ｍ４にて演算される図示トルクを、前記回
転数センサＭ５及び油温センサＭ６の検出結果か
ら得られるエンジン回転数及びエンジン油温に対
応する摩擦トルクとして、前記エンジン回転数及
びエンジン油温を引数とするマツプ上に記憶する
摩擦トルク記憶手段Ｍ８と、 前記無負荷運転／負荷運転時判定手段Ｍ７にて
負荷運転時と判定されたとき、前記図示トルク演
算手段Ｍ４にて演算される図示トルクから、前記
回転数センサＭ５及び油温センサＭ６の検出結果
から得られるエンジン回転数及びエンジン油温を
引数として前記マツプから読み出された摩擦トル
クを減算し、その減算結果をエンジンの軸トルク
を示す値として来める軸トルク演算手段Ｍ９と、 該軸トルク演算手段Ｍ９により求められたエン
ジンの軸トルクを外部に出力する軸トルク出力手
段Ｍ１０と、 を備えたことを特徴とするエンジン出力検出装
置によつて達成される。

以上のように構成された本考案のエンジン出力
検出装置においては、PiメータＭ３が、クランク
角センサＭ２の所定信号をサンプリングタイミン
グとして取り込まれる燃焼圧センサＭ１からの信
号に基づき図示平均有効圧を算出し、図示トルク
演算手段Ｍ４が、この算出された図示平均有効圧
に基づき図示トルクを算出する。また無負荷運
転／負荷運転時判定手段Ｍ７が、エンジンの負荷
運転時、無負荷運転時を判定し、無負荷運転／負
荷運転時判定手段Ｍ７にてエンジンの無負荷運転
時が判定されたときは、摩擦トルク記憶手段Ｍ８
が、図示トルク演算手段Ｍ４にて演算される図示
トルクを、その時の回転数センサＭ５及び油温セ
ンサＭ６の検出結果から得られるエンジン回転数
及びエンジン油温に対応する摩擦トルクとして、
エンジン回転数とエンジン油温を引数とするマツ
プ上に記憶する。一方、無負荷運転／負荷運転時
判定手段Ｍ７にてエンジンの負荷運転時が判定さ
れたときには、軸トルク演算手段Ｍ９が、図示ト
ルク演算手段Ｍ４にて演算される図示トルクか
ら、回転数センサＭ５及び油温センサＭ６の検出
結果から得られるその時のエンジン回転数及びエ
ンジン油温を引数として上記マツプから読み出さ
れた摩擦トルクを減算することにより、エンジン
の軸トルクを示す値を求め、軸トルク出力手段Ｍ
１０が、その算出結果（即ち、軸トルク）を外部
に出力する。

つまり、エンジンの無負荷運転時に図示トルク
演算手段Ｍ４にて算出される図示トルクは、エン
ジンの摩擦トルクに相当し、エンジンの負荷運転
時に図示トルク演算手段Ｍ４にて算出される図示
トルクは、エンジンの摩擦トルクと軸トルクとを
加算したものに相当するため、本考案のエンジン
出力検出装置においては、エンジン無負荷運転時
に図示トルク演算手段にて算出される図示トルク
を、エンジン回転数及びエンジン油温を引数とす
るマツプ上にエンジンの摩擦トルクとして記憶す
ることにより、摩擦トルクをエンジンの運転条件
に対応して記憶しておき、エンジンの負荷運転時
には、現在のエンジンの運転条件下で生ずる摩擦
トルクを、エンジン回転数及びエンジン油温を引
数としてマツプから読み出し、この値を図示トル
ク演算手段Ｍ４にて算出される図示トルクから減
じることで、エンジン負荷運転時の真の軸トルク
を算出するようにしているのである。

以下に本考案を、実施例を挙げて図面と共に説
明する。

まず第１図は本考案の第一実施例を表わすエン
ジン及びエンジン出力検出装置の概略を表わす模
式図である。同図において４気筒４サイクルエン
ジン１のクランクシヤフトには回転円板２が取り
付けられ、該円板の外周には所定の間隔でマグネ
ツトが埋設され、ピックアツプコイルからなるク
ランク角センサ３は回転数センサとしての機能を
併せ持ち、回転円板２の回転によつて、クランク
角に対応したパルス信号を出力し、これによつて
クランク角が検出できるようになされ、また各気
筒には例えば点火プラグと一体化された燃焼圧セ
ンサ４が取り付けられ、該燃焼圧センサ４の出力
によつて各気筒毎に燃焼圧が検出できるようにな
され、これら信号は入力インピーダンスの高いア
ンプ５で増幅されて前記クランク角センサ３の信
号と共に図示平均有効圧（Pi）の検出用のPiメー
タ６に入力し、該Piメータ６の出力は、図示トル
ク演算手段、無負荷運転／負荷運転時判定手段、
摩擦トルク記憶手段、及び軸トルク演算手段とし
ての演算処理回路７に接続され、更に演算処理回
路７にはエンジン回転数演算器８を介してのクラ
ンク角センサ３の信号を、油温センサ９の信号が
入力され、また演算処理回路７の出力側には外部
装置への軸トルク出力手段であるインターフエー
ス回路１０が接続されている。

次に、第２図は前記演算処理回路７の詳細を示
すブロツク図で、各種の演算処理を行うマイクロ
プロセツサ（CPU）１１、ランダムアクセスメ
モリ（RAM）１２、特性データや制御プログラ
ムが予め格納されたリードオンリメモリ
（ROM）１３、検出データが記憶されキースイ
ツチをオフしても記憶が保持されるようバツテリ
にてバックアツプされたバツクアツプRAM１
４、入力ポート１５及び出力ポート１６から構成
されている。

ここで、前記Piメータ６の出力である図示平均
有効圧Piは第３図の指圧線図で示すようにエンジ
ン１サイクルにおいて、排気行程から吸気行程に
至る間の気筒内圧力を示す線で囲まれた部分（Ｓ
２）はエンジン出力に対して負の出力であり、圧
縮行程から爆発行程に至る間の気筒内圧力を示す
線で囲まれた部分（Ｓ１）はエンジン出力に対し
ての正の出力であり、エンジン１サイクル間の平
均的な圧力は図示平均有効圧Pi＝S₁−S₂／Vh
（Vhは行程容積）で表わされ、クランク角と気筒
毎の燃焼圧とによつてPiメータ６が演算処理して
出力するようになされている。

Piメータによる図示平均有効圧の演算は以下の
ように行われる。即ちクランク角センサ３より出
力されるパルス信号を （Ｄ：気筒直径、ｒ：クランク半径、λ：コン
ロツド、クランク半径比、α：クランク角） 上記(1)式で表わされる等容積変化毎（例えば−
サイクル720゜分の行程容積を100分割する。）に出
力される信号とし、この信号のタイミングをサン
プリングのタイミングとして燃焼圧センサの出力
信号を取り込み、取り込まれた信号を、第３図の
指圧線図から明らかな如く、 Pi＝△Ｖ／Vh｛180° 〓 Ｌ＝0°Pα−360° 〓 Ｌ＝180°Pα＋540° 〓 Ｌ＝360°Pα−720° 〓 Ｌ＝540°Pα｝ …(2) 上記(2)式で示すように、それぞれの気筒の一サ
イクル中の四つの行程毎、即ち爆発行程、排気行
程、吸気行程及び圧縮行程毎に積算し、積算した
値を加減することにより図示平均有効圧Piを算出
することができる。

以上の様に構成された本実施例の作用は、以下
の通りである。

無負荷、即ち、クラツチの接続が解かれ、エン
ジンに負荷が加えられていない状態でエンジン１
が回転された場合、燃焼圧センサ４にて検出され
た燃焼圧信号はアンプ５によつて増幅され、クラ
ンク角信号と共にPiメータ６に送られ無負荷時の
図示平均有効圧Piが算出され、演算処理回路７に
送られる。

演算処理回路７では、無負荷時の図示平均有効
圧Piより次式に沿つて図示トルクTiを求める。

Ti＝Pi・Vh／400π（Kg・ｍ） …(3) ［但しPi：図示平均有効圧（Kg／cm²）、Vh：行
程容積（cm³）］ (3)式で求められたTiは無負荷時のトルクであ
りエンジン出力として負荷を駆動することのない
トルクである。よつてこの無負荷時のトルクTi
まそのまま摩擦トルクTfとされ、その時のエン
ジン回転数Ne、エンジン油温Toに対応する摩擦
トルクTfとして、例えば第４図に示す如きデー
タマツプに各気筒毎に記憶される。尚、このデー
タマツプはバツクアツプRAM１４に格納されて
いる。

またバツクアツプRAM１４内に記憶された各
エンジン回転数Ne、エンジン油温Toに対応する
摩擦トルクTfは、例えば1000Km走行毎等の所定
のインターバルをおいて常に記憶が更新され、エ
ンジン１各部の摩擦等に合せて最新の摩擦トルク
Tfが記憶されている。

そして、クラツチが接続されて負荷が加せられ
た状態において、前述無負荷時の場合と同様にPi
メータ６より出力される図示平均有効圧Piより(3)
式に沿つて図示トルクTiを求める。

この時の図示トルクTiには摩擦トルクTfと負
荷を実際に駆動する軸トルクTeに含まれている
ことから、図示トルクTi検出時に演算処理回路
７に入力されたエンジン回転数Neとエンジン油
温ToとからバツクアツプRAM１４内に記憶され
ている摩擦トルクTfを検索し、前記図示トルク
Tiより実際に出力として負荷を駆動する軸トル
クTeを次式(4)によつて求める。

Te＝Ti−Tf （Kg・ｍ） …(4) この結果、(4)で求められた各気筒毎の軸トルク
Teが真の軸トルクTeを示す値としてインターフ
エース１０を介して外部装置等に出力され、軸ト
ルクTeを示す信号を受けた外部装置等、例えば
点火時期制御装置はこの信号を基に点火時期の制
御を行う。

次に本実施例の装置を作動する制御プログラム
について説明する。

第５図は「摩擦トルク読込」ルーチン、第６図
は「出力検出」ルーチンを示すフローチヤートで
ある。ここでステツプ２１と３１は無負荷運転／
負荷運転時判定手段であり、ステツプ２２〜２７
が摩擦トルク記憶手段、ステツプ３２〜３６が軸
トルク演算手段である。

まず「摩擦トルク読込」ルーチンは、車両生産
直後に初めてエンジンを始動した時と、その後例
えば走行1000Km毎の図示していないトリツプメー
タの信号等によつて一定のインターバルにて実行
処理されるものである。

本ルーチンの処理が開始されると、ステツプ２
１において図示していないクラツチが接続されて
いるか否かが判定されクラツチが接続されている
と判定されたならば摩擦トルクの検出が行えない
ことから本ルーチンの処理を終える。

一方、クラツチが接続されていないと判定され
れたならば、次ステツプ２２の処理に移行する。

ステツプ２２においては、エンジン回転数演算
器８にて算出されたエンジン回転数Neと、油温
センサ９にて検出されたエンジン油温Toとが読
み込まれ、ステツプ２３に移行する。

ステツプ２３においてはPiメータ６より各気筒
毎の図示平均有効圧Piが読み込まれ、ステツプ２
４に示す処理に移る。

ステツプ２４においては各気筒毎に摩擦トルク
Tfが前述(3)式に基づいて算出され、ステツプ２
５の処理に移行する。

ステツプ２５においては今回の処理が車両生産
後初めて行われる処理であるか否かが判定され、
初めての処理であると判定されたならば、ステツ
プ２６の処理に移行し、一方初めての処理でない
と判定されたならばステツプ２７で示す処理に移
る。

前ステツプ２５で初めての処理であると判定さ
れた場合に実行されるステツプ２６においては、
バツクアツプRAM１４内の摩擦トルクTfの初期
値を格納する所定のエリアに記憶し本ルーチンの
処理を終える。

一方、ステツプ２５で初めての処理ではないと
判定された場合に実行されるステツプ２７におい
ては、前ステツプ２６の場合とは別のエリアに今
回算出された摩擦トルクTfが記憶され、本ルー
チンの処理を終え、以後の本ルーチンの処理では
逐次、当該エリアの記憶内容が更新される。

この様に本ルーチンの処理によつて初期の摩擦
トルクTfと共に一定のインターバルをおいて逐
次摩擦トルクTfの記憶更新が行われる。また摩
擦トルクTfの初期値は別個のエリアに記憶され
ることから更新によつて消されることはなく、エ
ンジン１を構成する部品の摩擦度を判断する値
や、トルブル発生を判断する値等として適宜利用
される。

次に第６図に示す「出力検出」ルーチンについ
て説明する。

本ルーチンは例えばクランク角センサ３の信号
等に基づいて実行開始される。

まずステツプ３１においては、クラツチの接続
状態が判定され、クラツチが接続されていないと
判定されたならばそのまま本ルーチンの処理を終
える。

一方、ステツプ３１においてクラツチが接続さ
れていると判断されたならば、ステツプ３２の処
理に移行する。

ステツプ３２においてはエンジン回転数演算器
８よりエンジン回転数Ne、油温センサ９よりエ
ンジン油温Toが読み込まれ次ステツプ３３に移
行する。

ステツプ３３においてはPiメータ６より各気筒
毎の図示平気有効圧Piが読み込まれ、次のステツ
プ３４に移行する。

ステツプ３４においては、図示平均有効圧Piよ
り各気筒毎の図示トルクTiが算出され、次のス
テツプ３５に示す処理に移る。

ステツプ３５においては第４図に示す如き、バ
ツクアツプRAM１４内の所定のエリアに記憶さ
れたデータマツプより、エンジン回転数Neとエ
ンジン油温Toに対応する摩擦トルクTfが検索さ
れ、前ステツプ３４にて算出された図示トルク
Tiより前述(4)式に基づいて各気筒毎の軸トルク
Teが算出され、次ステツプ３６の処理に移行す
る。

続くステツプ３６においては各気筒毎の軸トル
クTeを表わす信号を出力ポート１６よりインタ
ーフエース１０に対して出力し、本ルーチンの処
理を終了する。

以上の処理によつて、エンジン回転数Neやエ
ンジン油温Toによつて異なる摩擦トルクTfを取
り除いた、実際に負荷を駆動する軸トルクTeを
求めることが可能となり、この軸トルクTeを基
に点火時期等を制御すれば制御を緻密かつ正確に
行うことが可能となり、燃費率の向上や排ガス中
の有害成分発生をより低く抑制できる。

以上述べた実施例では図示平均有効圧よりトル
クを求めているがトルクの代りに出力を求めても
よい。その場合エンジンの軸出力Poは以下(5)式
の関係にある。

Po＝Te・Ne／716.2 （PS） …(5) 以上述べたように本考案のエンジン出力検出装
置は、各気筒の無負荷時の図示平均有効圧より摩
擦トルクを求め、その時点のエンジン回転数、エ
ンジン油温と共に記憶し、負荷時の図示平均有効
圧より求めた図示トルクよりその時点のエンジン
回転数、エンジン油温に対応する前記摩擦トルク
を減算し、その結果を各気筒の軸トルクとして外
部に出力するよう構成されている。

この為本考案によれば、エンジン各気筒の真の
軸トルクをリアルタイムに求めることができ、こ
の求められた結果を外部、例えばエンジンの制御
装置等に出力することによりエンジンを緻密に制
御することが可能となる。また各エンジン固有の
摩擦トルクを記憶するので、正確な軸トルクを検
出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を説明するものでエ
ンジン及びエンジン出力検出装置の概略を示す模
式図、第２図は演算処理回路を示すブロツク図、
第３図は指圧線図、第４図はデータマツプ、第５
図及び第６図は制御プログラムを表わすフローチ
ヤート、第７図は本考案の基本的な構成を示す基
本構成図である。 Ｍ１……燃焼圧センサ、Ｍ２……クランク角セ
ンサ、Ｍ３……Piメータ、Ｍ４……図示トルク演
算手段、Ｍ５……回転数センサ、Ｍ６……油温セ
ンサ、Ｍ７……無負荷運転／負荷運転時判定手
段、Ｍ８……摩擦トルク記憶手段、Ｍ９……軸ト
ルク演算手段、Ｍ１０……軸トルク出力手段、１
……エンジン、４……燃焼圧センサ、６……Piメ
ータ、７……演算処理回路、９……油温センサ、
１１……CPU、１４……バツクアツプRAM。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 多気筒エンジンの各気筒に設けられ、各気筒内
   の圧力を検出する燃焼圧センサと、 クランク軸の回転に同期してクランク角信号を
   発するクランク角センサと、 該クランク角センサの所定信号をサンプリング
   タイミングとして取り込まれる前記燃焼圧センサ
   からの信号に基づいて図示平均有効圧を算出する
   Piメータと、 該Piメータにて算出された図示平均有効圧に基
   づき各気筒の図示トルクを算出する図示トルク演
   算手段と、 を備えたエンジン出力検出装置であつて、 エンジン回転数を検出する回転数センサと、 エンジン油温を検出する油温センサと、 前記多気筒エンジンの負荷運転時、無負荷運転
   時を判定する無負荷運転／負荷運転時判定手段
   と、 該無負荷運転／負荷運転時判定手段にて無負荷
   運転時と判定されたとき、前記図示トルク演算手
   段にて演算される図示トルクを、前記回転数セン
   サ及び油温センサの検出結果から得られるエンジ
   ン回転数及びエンジン油温に対応する摩擦トルク
   として、前記エンジン回転数及びエンジン油温を
   引数とするマツプ上に記憶する摩擦トルク記憶手
   段と、 前記無負荷運転／負荷運転時判定手段にて負荷
   運転時と判定されたとき、前記図示トルク演算手
   段にて演算される図示トルクから、前記回転数セ
   ンサ及び油温センサの検出結果から得られるエン
   ジン回転数及びエンジン油温を引数として前記マ
   ツプから読み出された摩擦トルクを減算し、その
   減算結果をエンジンの軸トルクを示す値として求
   める軸トルク演算手段と、 該軸トルク演算手段により求められたエンジン
   の軸トルクを外部に出力する軸トルク出力手段
   と、 を備えたことを特徴とするエンジン出力検出装
   置。