JPH0461293B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は容積形内燃機関における給気通路内圧
力の検出方法および装置に関する。

自動車等に搭載される内燃機関においては、機
関の制御を行なう場合（例えば燃料噴射エンジン
で燃料噴射量を制御する場合）に最も要となる給
気流量情報や回転速度情報に加え、補足的に給気
通路内圧力情報を入力情報として使用することが
行なわれ、また自動車（特に過給機付内燃機感を
備えた自動車）においては、機関給気通路内の圧
力状態を運転席前方のインストルメンタルパネル
に設けられた表示装置で表示することが行なわれ
ている。そしてこの機関の給気通路内の圧力状態
を検出する際に、従来は半導体式、静電容量式や
アネロイド式で代表される圧力センサを使用して
いたが、これらの圧力センサは、単に給気通路内
の圧力状態を知るための装置としては余りにも高
価なものであつた。本発明は、上記に鑑み、この
ような高価な圧力センサを使用せず、機関の制御
を行なう際に必須の入力要素となる運転状態情報
を検出する検出手段の検出結果を流用して安価に
給気通路内の圧力情報を得ることを目的として提
案されたものであり、容積形内燃機関の燃焼室に
給気を導通する給気通路に配設された給気流量検
出手段によつて同給気通路を通過する給気の重量
流量を検出し、上記機関の回転速度検出手段によ
つて機関の回転速度を検出し、上記それぞれの検
出結果に基づいて上記給気通路に介装された絞り
弁の下流側の給気通路内の圧力情報を算出するこ
とを特徴とする容積形内燃機関における給気通路
内圧力の検出方法、および容積形内燃機関の燃焼
室に給気を導通する給気通路、同給気通路に介装
された絞り弁、同絞り弁介装位置上流側の給気通
路に配設されて同給気通路を通過する給気の流量
を検出する給気流量検出手段、上記機関の回転速
度を検出する回転速度検出手段、上記給気流量検
出手段の検出結果と上記回転速度検出手段の検出
結果とに基づいて上記絞り弁介装位置下流側の給
気通路内の圧力情報を算出する算出手段、同算出
手段の算出結果を表示する表示手段を備えたこと
を特徴とする容積形内燃機関における給気通路内
圧力の検出装置を要旨とするものである。

本発明の有効性は次の説明により確認できる。

即ち、絞り弁介装位置下流側給気通路内の圧力
をPiとすると Pi＝Ga・Ｒ・Ti／Vi − で与えられる。但し、Gaは単位時間当りに給気
通路内を通過する給気の重量流量、Ｒはガス定
数、Ｔは給気通路内の給気の絶対温度、Viは単
位時間当りに絞り弁介装位置下流側給気通路内を
通過する給気の体積流量である。なお重量流量
Gaは、機関が排気ガス還流装置（EGR）を備え
たものである場合には、 Ga＝（１＋Ke）・Gr − で与えられる。ここでGrは新気の重量流量、Ke
はEGR率（新気流量に対する排気ガス還流量の
割合）である。（従つて排気ガス還流装置を備え
ていない機関においてはKe＝０である。） また給気の体積流量Viは Vi＝ηv・Ne・Vs − で与えられる。ここでηvは体積効率、Neは機関
の回転速度、Vsは機関の排気量である。従つて
より圧力Piは Pi＝（１＋Ke）・Gr・Ｒ・Ti／ηv・Ne・Vs − で与えられる。ところで一般にEGR率Keは０〜
0.1程度のもので１に比べ小さく従つて１＋Keは
略一定値としても問題がなく、またＲは定数、給
気の絶対温度Tiも略大気温度と等しく300〜330
〓前後なので一定値としても問題がなく、さらに
体積効率ηvは0.8〜0.9の間の一定値として差しつ
かえがなく、さらにまた排気量Vsは各機関につ
いて固定値であるので、従つて圧力Piは Pi＝K₀・Gr／Ne（K₀は定数） − で与えられることになる。このことからわかるよ
うに圧力Piは新気の重量流量Grおよび機関の回
転速度Neを検出することにより、知ることがで
きる。そして新気の重量流量Gr情報は、熱線式
空気流量計等により直接重量流量Grを計測する
ことにより得ることができ、また重量流量Gr情
報は絞り弁上流側の給気通路に給気の体積流量を
測定するカルマン渦流量計等を設け、大気圧状態
における給気の体積流量を計測することによつて
も得ることができる。即ち重量流量Grは体積流
量から Gr＝P₀V₀／RT₀ − により求められる。ここでP₀は大気圧、V₀は大
気圧状態における新気の体積流量、T₀は大気温
度（T₀は略一定とみなすことができる）である。
従つてこの場合圧力Piは Pi＝Ki・V₀／Ne（K₁は定数） − で求められる。

ところで本発明のように機関の複数の基本的な
運転状態情報（本発明の場合給気流量情報と回転
速度情報）を用いて安価に機関絞り弁下流側の給
気通路内の圧力情報を得る方法はほかにも考えら
れる。即ち、機関にトルクセンサおよび回転速度
センサを設け、機関の出力トルク情報と回転速度
情報とに基いて上記圧力情報を得たり、あるい
は、機関に絞り弁開度センサおよび回転速度セン
サを設け、絞り弁の開度情報と回転速度情報とに
基いて上記圧力情報を得ることも可能である。し
かしながら出力トルク情報と回転速度情報とに基
いて圧力情報を得る場合には、上記トルクセンサ
が現段階では未だ実用化のめどがついておらず、
またたえて実用化されたとしてもトルクセンサ自
体が比較的高価となることが予想される。他方絞
り弁の開度情報と回転速度情報とに基いて圧力情
報を得る場合には、過給機付機関の例を第１図に
示すが、圧力情報Ｐと絞り弁開度情報θとの関数
関係が回転速度情報Ｎに応じて第１図に示す如く
変化するので（換言すれば圧力情報Ｐと回転速度
情報Ｎとの関数関係が絞り弁開度情報θに応じて
変化するので）、θとＮの単純な算術計算により
Ｐを求めることが困難であり、従つて、この際は
ＮをパラメタとしたθとＰとの関係又はθをパラ
メタとしたＮとＰとの関係を予め実験的手法によ
り求め、この求めた結果からθ、ＮのＰに関する
２次元マツプを作成し、このマツプをコンピユー
タのメモリ内に記載させておく必要がある。この
ため、絞り弁開度情報と回転速度情報から絞り弁
下流側給気通路内の圧力情報を得る際には、マツ
プ作成のため実験に用いた機関本体と、実際に市
場に出まわる大量生産品との製造誤差が、圧力情
報の精度に大きく影響を及ぼすことになり、圧力
情報が信頼性の低いものとなつており、また、機
関制御用コンピユータのメモリを多く使用するこ
とになりコンピユータが高価なものとなるという
欠点がある。

これに対し本発明によれば、既存の空気流量計
および回転速度センサを使用することで絞り弁下
流側給気通路内の圧力情報を得ることができ、し
かも、得られる圧力情報は、上述した式や式
からわかるように給気の流量情報と回転数情報と
の単純な算術計算により求めることができ、式
や式における係数K₀、K₁も同機種の機関であ
れば略等しいものとなつているので、大量生産さ
れた機関そのものに多少の製作誤差があろうと、
空気流量計や回転速度センサに検出誤差の少ない
ものを使用すれば、誤差の少ない圧力情報を得る
ことができ、またコンピユータのメモリの使用量
も少なくてすみ、安価なコンピユータの使用が可
能となるものである。

以下本発明の実施例について図面を用いて詳細
に説明する。

第２図において図示しない自動車に搭載された
火花点火型多気筒４行程サイクル往復動内燃機関
の複数の燃焼室２にはそれぞれ排気ポート４およ
び給気ポート６が連通され、ポート４，６にはそ
れぞれポペツト弁８，１０が介装されている。ポ
ペツト弁８，１０はそれぞれロツカアーム１２，
１４を介しカム軸１６のカムに接続されている。
カム軸１６は、図示しないクランク軸に駆動され
て回動し、ポペツト弁８，１０を開閉せしめると
ともに、その一端付近においてデイストリビユー
タ１８のロータ軸を回動せしめるようになつてい
る。排気ポート４は図示しない排気マニホルド、
排気管を介し外気に連通され、他方給気ポート６
は排気マニホルド２０、給気管２２、エアクリー
ナ２４を介し外気に連通されている。各給気ポー
ト６に通じる給気マニホルド２０の各分岐管に
は、それぞれ電磁式燃料噴射弁２３が配設されて
いる。給気管２２には図示しないアクセルペダル
に接続される絞り弁２６が介装され、またエアク
リーナ２４のエレメント２５下流側には、同エア
クリーナ２４の外気取入口２８から給気管２２、
給気マニホルド２０、給気ポート６を介し燃焼室
２に供給される給気の体積流量を検出する空気流
量計３０が設けられている。この空気流量計３０
はカルマン渦流量計であつて、給気の流通方向に
対してほぼ直角に配設された三角柱３０ａと、こ
の三角柱３０ａの配設位置より下流側において給
気略の側壁に互いに対向して設けられた超音波発
生器３０ｂと超音波受信器３０ｃとで構成され、
三角柱３０ａの下流側において発生するカルマン
渦の数を超音波を用いて計測することにより給気
の体積流量を検出するようになつており、この検
出結果はコンピユータ３２に入力されるようにな
つている。コンピユータ３２には、またデイスト
リビユータ１８で発生されるイグニツシヨンパル
ス信号が入力されるようになつており、コンピユ
ータ３２ではイグニツシヨンパルス信号の発生時
間間隔を図示しないタイマにより計測することで
機関回転速度情報を得ている。即ち本実施例で
は、デイストリビユータ１８およびコンピユータ
のタイマが機関回転速度の検出装置として作動し
ている。さらにコンピユータ３２には、給気管２
２の絞り弁介装位置上流側において同管２２内を
通過する給気の温度を検出する給気温度センサ３
４の検出情報および機関の冷却水温度を検出する
水温センサ３６の検出情報が入力されるようにな
つている。そしてコンピユータ３２は、空気流量
計３０からの空気流量情報に基いて設定される燃
料噴射量制御用基本信号を、他の運転状態情報即
ち、機関回転速度情報、給気温度情報、冷却水温
情報に基き補正して燃料噴射量制御信号を形成
し、これを電磁弁駆動信号として電磁式燃料噴射
弁２３に送出し、またコンピユータ３２は空気流
量計３０からの空気量情報とデイストリビユータ
１８からの機関回転速度情報とを上述の式に基
き演算して絞り弁２６介装位置下流側の給気管２
２内又は給気マニホルド２０内の圧力情報を算出
し、この算出結果をＤ／Ａ変換したのち増巾器３
８を介して自動車車室内の運転席前方のインスト
ルメンタルパネル４０に設けられた給気圧力表示
装置４２に送出するようになつている。ところで
上記式における係数K₁は定数として予めコン
ピユータ３２のメモリに記憶されている。また給
気圧力表示装置４２はコンピユータ３２から送出
される圧力情報に基いて駆動される指針４４を備
えており、運転者はこの指針の位置により給気管
内の圧力状態を知ることができる。

上記構成によれば、空気量流計３０からの空気
流量情報とデイストリビユータ１８からの機関回
転速度情報に基いて算出された給気管内圧力情報
が給気圧力表示装置４２において表示されるの
で、安価なシステムで誤差の少ない給気管圧力を
運転者に知らしめることができるという効果を奏
する。上記実施例において、コンピユータ３２か
ら給気圧力表示装置４２に圧力情報を送出する際
は、該圧力情報を給気圧力表示装置４２側で要求
する入力形態（例えばアナログ電流値、アナログ
電圧値、デユーテイ制御された断続的な電流値
等）にコンピユータ３２において変換したのちに
同コンピユータ３２から出力すればよい。

また上記実施例では、給気流量検出手段として
カルマン渦流量計を用い、略大気圧である絞り弁
上流側の給気通路内の給気の体積流量を検出する
ように構成したが、機関の燃焼室２に供給される
給気の流量を検出する際は熱線式空気流量計等を
給気通路内（即ち給気管２２内や給気マニホルド
２０内）に配設し、給気の重量流量を検出するよ
うに構成してもよい。

さらに上記実施例では、給気の流量情報と機関
回転速度情報とに基いて絞り弁介装位置下流側給
気通路内の圧力を算出し、該算出結果を運転席前
方のインストルメンタルパネルに設けられた給気
圧力表示装置４２に表示させるものを示したが、
本発明によつて得られる給気通路内圧力情報は機
関の制御情報として使用することもできる。即ち
例えば機関の運転状態に応じてコンピユータが点
火進角（遅角）量を算出し、この算出した点火進
角量に基いて点火時期を設定する所謂電子制御点
火進角調整装置を備えた機関においては、点火進
角量の基本量を設定する際に本発明によつて得ら
れる給気通路内圧力情報を使用すると有効であ
り、また機関のノツキング状態を検出するノツク
センサを備えたものにおいては、同センサの作動
させるべき運転状態を判別する際に本発明によつ
て得られる給気通路内圧力情報を使用すると有効
である。

ところで上記の如く本発明による給気通路内圧
力情報を機関制御用情報として使用する場合にお
いて、同圧力情報として特に厳密な正確さが要求
される場合は、上述の説明では、定数として扱つ
たEGR率Ke、体積効率ηv、給気温度Ti等のうち
正確さの程度に応じて修正を必要とされるものを
変数として扱い、この変数として扱う付加情報を
測定あるいは他の機関運転状態からの推定によつ
て求め、給気流量情報と機関回転速度情報とから
得られた圧力情報を上記付加情報に基いて修正す
ればよい。

本発明は実施例で示したような往復運動を行な
うピストンを備えた内燃機関のほか回転運動を行
なうピストンを備えた容積形内燃機関にも適用さ
れることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は機関回転速度をパラメタとした場合の
絞り弁開度と同絞り弁介装位置下流側給気通路内
の圧力との関係の一例を示すグラフ、第２図は本
発明の一実施例を示す概略説明図である。 ２……燃焼室、６……給気ポート、１８……デ
イストリビユータ、２０……給気マニホルド、２
２……給気管、２４……エアクリーナ、３０……
空気流量計、３２……コンピユータ、４２……吸
気圧力表示装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 容積形内燃機関の燃焼室に給気を導通する給
   気通路に配設された給気流量検出手段によつて同
   給気通路を通過する給気の重量流量を検出し、上
   記機関の回転速度検出手段によつて機関の回転速
   度を検出し、上記それぞれの検出結果に基づいて
   上記給気通路に介装された絞り弁の下流側の給気
   通路内の圧力情報を算出することを特徴とする容
   積形内燃機関における給気通路内圧力の検出方
   法。 ２ 上記給気流量検出手段が上記絞り弁の介装位
   置上流側に配設されたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載された容積形内燃機関におけ
   る給気通路内圧力の検出方法。 ３ 容積形内燃機関の燃焼室に給気を導通する給
   気通路、同給気通路に介装された絞り弁、同絞り
   弁介装位置上流側の給気通路に配設されて同給気
   通路を通過する給気の流量を検出する給気流量検
   出手段、上記機関の回転速度を検出する回転速度
   検出手段、上記給気流量検出手段の検出結果と上
   記回転速度検出手段の検出結果とに基づいて上記
   絞り弁介装位置下流側の給気通路内の圧力情報を
   算出する算出手段、同算出手段の算出結果を表示
   する表示手段を備えたことを特徴とする容積形内
   燃機関における給気通路内圧力の検出装置。