JPH05157644A - 内燃機関の出力トルク測定装置 - Google Patents

内燃機関の出力トルク測定装置

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JPH05157644A
JPH05157644A JP32052491A JP32052491A JPH05157644A JP H05157644 A JPH05157644 A JP H05157644A JP 32052491 A JP32052491 A JP 32052491A JP 32052491 A JP32052491 A JP 32052491A JP H05157644 A JPH05157644 A JP H05157644A
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JP
Japan
Prior art keywords
torque
value
pressure sensor
pressure
engine
Prior art date
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Pending
Application number
JP32052491A
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English (en)
Inventor
Masato Sahashi
眞人 佐橋
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は内燃機関の出力トルク測定装置に関
し、燃焼圧力センサ出力により算出されるトルク値を回
転速度に応じて補正することで、波形歪みを補償するこ
とを目的とする。 【構成】 燃焼圧力センサ38は点火栓21の座金の部分に
配置され、燃焼圧力に応じて変化する締付け圧力を検出
する。燃焼圧力をクランク軸の異った位置で計測するこ
とにより図示トルク等の内燃機関の発生トルクTX に応
じた値を演算する(ステップ104)。座金型燃焼圧力セン
サ38の出力波形は回転速度の増大とともに歪みが大きく
なる。機関回転速度の増大に応じて大きくなる補正係数
NEのマップが設けられ、現在の回転数に応じて補正係
数KNEの補間演算が行われ(ステップ106)、補正係数を
掛け算することでトルク値の補正が行われる(ステップ
108)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は点火栓やシリンダヘッ
ドボルト等の座金に設けられ、締付け圧の変化から燃焼
室内圧力を検出し、該圧力からトルクを算出する装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】点火栓やシリンダヘッドボルト等の座金
に設けられ、締付け圧の変化から燃焼室内圧力を検出す
る所謂座金型の燃焼圧力センサが公知である。燃焼室圧
力センサからの燃焼圧力値は内燃機関の発生するトルク
を算出するのに利用される。算出されたトルクは許容ト
ルク変動の範囲内で空燃比を希薄側に制御する所謂リー
ンリミット制御や、最大トルクを得るべき最適点火時期
(MBT)を得る点火時期制御、その他に使用される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】座金型燃焼圧力センサ
によって燃焼圧力を検出する場合、圧力伝達の遅れが問
題となり、エンジン回転速度が早くなるほど実際の燃焼
圧力に比べて検出された圧力の波形に歪みがでる傾向が
ある。このような波形歪みは圧力伝達経路に存在する点
火栓の碍子、ハウジング、ねじ部の弾性系と、点火栓ね
じ部や、点火栓碍子とハウジングとの間等における摩擦
系とに原因するものであり、機関回転速度が大きくなる
程その歪み量は大きくなる。かかる波形歪みにより、圧
力検出値より算出されるトルクの計算誤差が大きくな
り、精密な空燃比制御もしくは点火時期制御が困難とな
る問題がある。
【0004】この発明は座金型燃焼圧力センサにおける
回転速度に依存した検出波形の歪みに係わらず、正確な
トルク値を検出できるようにすることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、図1
において、点火栓21やシリンダヘッドボルト等の座金
に設けられ、締付け圧の変化から燃焼室内圧力を検出す
る圧力センサ38と、該圧力センサ38からの燃焼室圧
力信号に応じて機関の出力トルクに応じた値を算出する
トルク値算出手段Aと、機関の回転速度を検出する回転
速度検出手段Bと、検出される回転速度が高い程、トル
ク値算出手段Aにより算出されたトルク値を大なる値に
補正する補正手段Cとより成る内燃機関の出力トルク測
定装置が提供される。
【0006】
【作用】点火栓21やシリンダヘッドボルト等の座金に
設けられる圧力センサ38は締付け圧の変化から燃焼室
内圧力を検出する。トルク値算出手段Aは該圧力センサ
38からの燃焼室圧力信号に応じて機関の出力トルクに
応じた値を算出する。回転速度検出手段Bは機関の回転
速度を検出する。
【0007】補正手段Cは、回転速度検出手段Bが検出
する回転速度が高い程、トルク値算出手段により算出さ
れたトルク値を大なる値に補正する。
【0008】
【実施例】第2図において、10はシリンダブロック、
12はピストン、14はコネクテイングロッド、16は
クランク軸、18はシリンダヘッド、20は燃焼室、2
1は点火栓、22は吸気弁、24は吸気ポート、26は
排気弁、28は排気ポート、30は吸気管、32はスロ
ットル弁、34はエアーフローメータである。燃料イン
ジェクタ36は吸気ポート24に近い吸気管30に設置
される。圧電型の燃焼圧力センサ38が点火栓21の座
金内に配置され、シリンダボア内の圧力を知ることがで
きる。燃焼圧力センサ38は検出した燃焼圧力より周知
の手法で機関が発生するトルクに相当する値を知るため
設けられる。図3に示すように燃料圧力センサ38は点
火栓21をシリンダヘッド18のねじ孔18−1にねじ
込むことによって取りつける際のボルト部21−1の座
金としても機能する。燃料圧力の変化によってボルト部
21−1の締付け圧力が変化し、センサ38は締付け圧
力の変化に応じた信号を発生し、これにより燃焼圧を知
ることができる。尚、40はシール用のガスケットであ
る。
【0009】図2でクランク角センサ41,42はクラ
ンク軸16に連結されるデイストリビュータの分配軸
(図示しない)等のクランク軸16と運動して回転する
回転軸44の回転に応じたパルス信号を発生するため設
けられる。第1のクランク角センサ41は、基準位置確
認用であってエンジンの一サイクルに相当するクランク
角度、即ち720 °CA毎のパルス信号を発生する。一方、
第2のクランク角度センサ42は、例えばクランク角度
で1°毎のパルス信号を発生し、燃料噴射割り込み処理
や、燃焼圧力によるトルク相当値としての図示トルクの
算出を実行するための割り込み処理の開始信号となり、
またそのパルス間隔により機関回転数NEを知ることが
できる。
【0010】制御回路50はマイクロコンピユータ・シ
ステムとして構成され、この発明による空燃比制御を実
行するためのものである。制御回路50はマイクロプロ
セシングユニット(MPU) 52と、メモリ54と、入力ポ
ート56と、出力ポート58と、これらを接続するバス
60とを基本的な構成要素とするものである。入力ポー
ト56は各センサに接続され、運転条件信号が入力され
る。即ち、エアーフローメータ34からは吸入空気量Q
に応じた信号が入力される。圧力センサ38からは燃焼
圧力に応じた信号が入力される。またクランク角センサ
41,42よりクランク角度に応じたパルス信号が入力
される。MPU52はメモリ54に格納されるプログラ
ム及びデータに従って演算を実行し、燃料噴射信号が形
成される。出力ポート58は燃料インジェクタ36に接
続され、燃料噴射信号が印加される。
【0011】燃焼圧力センサ38の出力値は図示トルク
の算出のために使用される。図示トルクとは図4に示す
燃焼圧力曲線の有効面積であり、簡略化すると、TDC か
ら90°CAの範囲にある〜の複数点の燃焼圧力に夫々
の重み係数を掛算した合計値として代用することができ
る。即ち、図示トルクの代用値Tx は、 Tx =K1×α0 ×P1+K2×α0 ×P2+K3×α0 ×P3+K4×α0 ×P4 によって表される。ここに、K1, K2, K3及びK4は重み係
数であり、α0 は燃焼圧力センサ38の感度である。図
示トルクとその代用値Tx との間には図5のような直線
関係があり、図示トルクにより機関が発生するトルクそ
のものを知ることができる。
【0012】ところが、座金型燃焼圧力センサ38によ
って燃焼圧力を検出する場合、圧力伝達の遅れが問題と
なり、エンジン回転速度が早くなるほど実際の燃焼圧力
に比べて検出された圧力の波形に歪みがでる傾向があ
る。かかる歪みは圧力伝達経路に存在する点火栓21の
碍子、ハウジング、ねじ部の弾性系と、点火栓ねじ部
や、点火栓碍子とハウジングとの間等における摩擦系と
に原因するものであり、機関回転速度が大きくなる程そ
の歪み量は大きくなる。図6はこれを示しており、 (イ) は機関回転速度が1000rpm、(ロ) は機関回転
速度が3000rpm、 (ハ) は機関回転速度が5000rpmの場合の実際の燃
焼圧力(破線)と、座金型燃焼圧力センサ38の出力値
(実線)を示す。図7は実際の発生トルクと、座金型燃
焼圧力センサ38の出力値より算出した図示トルク(ト
ルク代用値)との関係を示し、機関回転速度が大きいほ
どトルクの誤差は大きくなる。この実施例では算出され
る図示トルク値に機関回転速度の増大に応じて増大する
補正係数K NE(図8参照)を掛け算することによって図
7の特性を補償し、回転速度間での誤差が現れないよう
にしたものである。
【0013】図9〜図12は図示トルクを利用して空燃
比を希薄限界内で制御するリーンリミット制御に、この
発明の燃焼圧力センサ38の出力補正を取り入れた実施
例を説明する制御フローチャートである。図9及び図1
0は図示トルク算出ルーチンを示す。このルーチンはク
ランク角度センサ42からの1°CAのクランク角度毎の
信号の到来毎に実行される。ステップ80では現在のク
ランク角度が圧縮上死点TDCを幾分過ぎた図4のに
あるか否か判別される。Yesのときはステップ82に
進み、そのときの圧力センサ38の出力がシリンダ内圧
力P1 として入力され、ステップ84では前述代用図示
トルク算出式における第1項T1 が、 T1 =α0 ×K1×P1 によって算出される。同様にステップ86−90では代
用図示トルク算出式における第2項T2 が、 T2 =α0 ×K2×P2 によって算出される。ステップ92−96では代用図示
トルク算出式における第3項T3 が、 T3 =α0 ×K3×P3 によって算出される。ステップ98−102 では代用図示
トルク算出式における第4項T4 が、 T4 =α0 ×K4×P4 によって算出される。
【0014】図10においてフローチャートのステップ
104 では図示トルク代用値Tx が Tx =T1 +T2 +T3 +T4 によって算出される。フローチャートのステップ106 で
はステップ104 で算出される図示トルクの演算値に掛け
算される補正因子であるKNE(図8参照)が算出され
る。KNEは図7に示すような回転数により変化する図示
トルクの誤差の修正因子であり、機関回転数の増大に応
じて増大する補正係数をステップ104 で算出される図示
トルクに掛け算することで、図示トルクの機関回転速度
に応じた誤差を補償するものである。メモリ内には図8
に準じた機関回転数NEの値と補正係数KNEの値とがテ
ーブルとして格納してあり、実測される機関回転速度に
おける補正係数KNEの値が補間演算によって算出される
ことになる。ステップ108 ではステップ104 で算出され
る図示トルクTx にステップ106 で算出される補正係数
NEを掛け算したものが図示トルクTx とされる。この
ような補正演算の結果算出される図示トルクは機関回転
速度によって変化する誤差を補償し、正確なトルク代用
値を知ることができる。
【0015】図11、図12はこの発明が応用されるリ
ーンリミット式の空燃比制御ルーチンを示す。このリー
ンリミット型の空燃比制御はエンジンの燃焼変動をトル
ク−吸入空気量の比の変化としてとらえ、その比の大小
に応じて燃料噴射量を増減し、トルク変動が起こらない
範囲で空燃比をリーン側に制御しようとするものであ
る。図11は燃料噴射ルーチンを示し、フローチャート
のステップ120 では、基本燃料噴射量Tpが、 Tp=k×Ga によって算出される。kは定数であり、Gaは周知のよ
うにエアーフローメータ34による吸入空気量Qをエン
ジン回転数で補正した後の実吸入空気量を示す。フロー
チャートのステップ122 では最終噴射量γが、 γ=Tp+γa +γb によって算出される。ここにγa は目標トルクと実トル
クとの差に応じた補正量、γb はトルク変動に応じた補
正量である。フローチャートのステップ124 では算出さ
れたγに応じた時間だけ燃料噴射が実行されるようにそ
の気筒のインジェクタ36に燃料噴射信号が供給され
る。この燃料噴射信号の形成の仕方自体は周知であるの
で、その説明は省略する。
【0016】図12は燃料噴射量の補正ルーチンを示
す。フローチャートのステップ126 では、図示トルク代
用値の、実吸入空気量に対する比をTx /Gaとしたと
き Tx /Ga<TG が成立するか否か判別される。ここにTGは目標の図示
トルク代用値の、実吸入空気量に対する比の目標値であ
り、点火時期がMBT 付近であれば空燃比を所定範囲とす
る一定値がある。Tx /Ga<TGのときはトルクが目
標値に達していないとみてフローチャートのステップ12
8 に進み、燃料増量γa をインクリメントし、Tx /G
a≧TGのときはトルクが目標値に達しているとみてフ
ローチャートのステップ130 に進み、燃料増量γa =0
に固定され、トルクによる燃料増量は行われない。
【0017】フローチャートのステップ132 では図示ト
ルク代用値の、実吸入空気量に対する比の変化率Δ(T
x /Ga)が基準値ΔTGより大きいか否か判別され
る。ここにΔTGは許容トルク変動の限界値である。ト
ルク変動が限界値以下となると、即ちΔ(Tx /Ga)
>ΔTGのときはフローチャートのステップ134 に進
み、燃料増量γb がインクリメントされ、トルク変動が
許容限界内の場合、即ちΔ(Tx /Ga)≦ΔTGのと
きはフローチャートのステップ136 に進み、燃料増量γ
b がデクリメントされる。このようにして、空燃比はト
ルク変動が限界内でリーン側に制御される。
【0018】この発明の圧力センサ38の出力の機関回
転速度に応じた補正をリーンリミット制御に応用した場
合機関の発生するトルクを全機関回転速度範囲に渡って
正確に知ることができ、燃焼変動を正確に知り、希薄空
燃比運転を理想的に行うことができる。
【0019】
【発明の効果】この発明によれば、座金型圧力センサに
より算出されるトルク値を、機関回転速度の増大に応じ
て増大する補正因子によって補正することで、機関回転
速度に応じて発生する波形歪みを補償し、正確なトルク
値を知ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の構成を示す図である。
【図2】図2はこの発明の実施例の構成を示す図であ
る。
【図3】図3は図1における座金型燃料圧力センサを取
りつける点火栓の部分の詳細図である。
【図4】図4はクランク角度とシリンダ内圧力との関係
を示すグラフである。
【図5】図5は図示トルクとその代用値との関係を示す
グラフである。
【図6】図6は各回転数における座金型燃料圧力センサ
の燃焼圧力の時間出力波形(実線)を実際の燃焼圧力
(破線)との関連で示すグラフである。
【図7】図7は各回転数における実トルクと燃焼圧力セ
ンサの出力値より算出されるトルク代用値との関係を示
すグラフである。
【図8】図8は算出トルク値の実トルクに対する回転数
に応じて変化する誤差を解消する補正係数を示すグラフ
である。
【図9】図9はこの発明による燃焼圧力センサ感度補正
ルーチンを示すフローチャートの最初の部分を示す。
【図10】図10は図9のフローチャートの続きの部分
を示す。
【図11】図11はこの発明が応用される燃料噴射シス
テムにおける制御回路の燃料噴射作動を説明するフロー
チャートである。
【図12】図12は燃料噴射量の補正量算出ルーチンの
フローチャートである。
【符号の説明】
10…シリンダブロック 12…ピストン 16…クランク軸 18…シリンダヘッド 20…燃焼室 21…点火栓 22…吸気弁 24…吸気ポート 26…排気弁 28…排気ポート 30…吸気管 32…スロットル弁 34…エアフローメータ 36…インジェクタ 38…燃焼圧力センサ 41,42…クランク角センサ 50…制御回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 点火栓やシリンダヘッドボルト等の座金
    に設けられ、締付け圧の変化から燃焼室内圧力を検出す
    る圧力センサと、該圧力センサからの燃焼室圧力信号に
    応じて機関の出力トルクに応じた値を算出するトルク値
    算出手段と、機関の回転速度を検出する回転速度検出手
    段と、検出される回転速度が高い程、トルク値算出手段
    により算出されたトルク値を大なる値に補正する補正手
    段とより成る内燃機関の出力トルク測定装置。
JP32052491A 1991-12-04 1991-12-04 内燃機関の出力トルク測定装置 Pending JPH05157644A (ja)

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JPH05157644A true JPH05157644A (ja) 1993-06-25

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JP32052491A Pending JPH05157644A (ja) 1991-12-04 1991-12-04 内燃機関の出力トルク測定装置

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