JPH0613995B2 - 内燃機関用トルク検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、内燃機関の制御、設計その他の任意な用途に
使用され、機関のシリンダ内圧を基準値により補正する
ことで機関の発生トルクを検出する内燃機関用トルク検
出装置に関するものである。

「従来の技術」 内燃機関の制御、例えば、各気筒の空燃費あるいは点火
時期を最適に制御することは車両としての出力を低下さ
せることなく、低燃費の実現を可能にする。また、内燃
機関では応答性（いわゆるレスポンス）が重要な役割り
を占める。これらの制御を行うのに有効な情報として機
関のトルクがある。

従来、このような内燃機関のトルク検出装置としていく
つかの方法がある。その一つの方法として、機関本体の
支持部に圧力検出素子、またはひずみゲージを用いた力
計を配設して、燃焼圧力による反力を検出し、機関出力
を間接的に求める方法がある。この場合、機関の振動を
車体に伝えないようにするために、機関支持部は軟かい
ばね要素を含んで構成され、このばねと機関本体とで振
動系を構成する。この振動系の固有振動数は、アイドル
回転速度よりやや低く設定されるのが常である。

したがって、負荷あるいは除負荷等の過渡運動時には軟
かいばねの変形、または低い固有振動数のために、機関
トルクの応答の遅れや、高い周波数成分のトルクが伝達
されにくいなどの問題が生ずる。また、アイドル回転速
度付近ではトルク検出部が機関質量と機関支持部のばね
で構成される振動系の振動にする荷重を検出するため、
該検出器の出力には機関トルク以外の信号を含むなどの
不都合が生ずる。さらに、この方法は機関とそのマウン
ト結合部に検出素子等を挿置するため、結合部の締付力
にも影響されて、検出精度、信頼性においても欠けると
いう問題がある。

この外に、機関出力トルクを直接検出する方法も幾つか
ある。即ち、トルク伝達時に生ずる機関の出力軸のねじ
れによって生ずる情報を計測する方法であり、回転軸に
ひずみゲージを貼り、軸のねじれによって生ずるひずみ
をゲージの抵抗変化として検出し、スリップリング、回
転トランスあるいは無線テレメータ等により情報を達成
する方法、出力軸のトルクに応じたねじれ角を電磁ピッ
クアップ等によって生ずる波形の位相差として測定する
方法等がある。しかし、これらは回転体から情報をとる
必要があるため、構造が複雑で高価であり、重量も大き
く機関制御のためのトルク検出装置、またはフィードバ
ックそう素として使用することは実用上困難である。特
に、スリツプリングを用いるトルク計においてはスリッ
プリング接点の振動・摩耗等の問題があり、長期間の使
用に耐えることが困難なことは言うまでもない。機関ト
ルクを直接検出する方法としては、クランク軸に働くト
ルクによって生ずる透磁率の変化を磁気回路で検出する
ものである。この方法は非接触でクランク軸のトルクが
直接検出でき構造も比較的コンパクト等の利点はある。
しかし、トルク検出位置は機関トルクの検出上、フライ
ホイールとフライホイールに最も近い気筒との間に設け
る必要があり、この測定部位をトルク検出用に軸部を長
くしなければならないので、フライホイールをマスとし
たクランク軸の曲げ振動を生じやすくし、この曲げ振動
によりセンサーとクランク軸の隙間が変動するためにこ
のトルク検出装置の精度の悪くする。また、クランク軸
は曲げ荷重あるい捩り荷重に対して破損しないだけの強
度を持つ必要がある。このことは、クランク軸の材質と
してセンサー材質には必ずしも適さない中炭素機械構造
用鋼の焼入れ焼きもどし材あるいは球状黒鉛鋳鉄等軟質
磁性材料が用いられることになり、実用化は困難であ
る。

また、シリンダ内圧とクランク角を検出することにより
ＰＶ線図を求め、その面積から図示馬力を計算し、これ
より各気筒ごとの平均トルクを得る方法もあるが、平均
トルクを得るまでの信号処理時間が長く、計算速度的に
も困難が伴なうほか、この方法では１サイクルが完結し
てはじめて平均トルクが得られるものであり、機関の時
々刻々のトルクすなわち過渡的なトルク変動を検出する
ものではない。一方、以前からシリンダ内圧とクランク
角度を検出し、これに往復運動部の慣性力の効果を考慮
することにより、時間変化に対するトルク変化を示すい
わゆるトルク曲線を得る方法がある。しかし、この方法
はクランク軸の捩り振動解析に供するものであり、機関
トルク検出装置として使用に耐えるものではない。

特開昭５３−５４０７７号公報に開示されたピストン型
エンジンの指示馬力計測システムは、時間に対するシリ
ンダ内圧Ｐ（ｔ）と時間に対するピストンの直線速度Ｖ
（ｖ）とピストン断面積Ａの積を求め、さらに１回転間
になされた平均出力Ｗを求めるため１回転間Ｔについて
積分し１回転間Ｔで平均しているので、１回転間Ｔ以上
の長い計算時間が必要であり、時々刻々の内燃機関馬力
を検出することができないという欠点がある。

「発明が解決しようとする問題点」 本発明は、これら従来の機関トルク検出装置の欠点を解
消するためのものであり、内燃機関の時々刻々のトルク
を短い計算時間で検出することが可能な、信頼性のあ
る、かつ構造の簡単な内燃機関用トルク検出装置を提供
することを目的とする。

「本発明のトルク測定原理」 最初に本発明のトルク測定原理について説明する。第１
図は、内燃機関において、シリンダ内圧Ｐｉおよび往復
運動部慣性力Ｆｏから１気筒分の機関発生トルクを求め
る原理を説明する図である。１ａは内燃機関のシリン
ダ，１ｂはピストン，１ｃは連接棒，１ｄはクランクア
ームである。ピストン１ｂに加えられるシリンダ内圧を
Ｐｉ，ピストン面積をＡとすると、ピストン１ｂに垂直
方向へ加えられるガス圧力によるＦｐは次の（１）式に
よって表わされる。

Ｆｐ＝PiA （１） 往復質量をmrec、クランクアーム１ｄの半径をｒ、連接
棒１ｃの長さ、クランク角速度をωとする、その垂直
方向の慣性力Ｆｉは２次の項までとって次の（２）式に
よって表わされる。

したがって、ピストンに加える力の総和Ｆｏは次の
（３）式で表わされる。

このような状態で、クランク軸に回転方向に作用するト
ルクＴ（１気筒の発生するトルク）は次の（４）式とな
る。

多気筒の内燃機関のトルクは、このようにして得られる
１気筒あたりのトルクを加算すれば容易に、かつ時々刻
々に得られる。

ただし、慣性力による影響は、シリンダ内圧に比較する
と少ないため、本発明によりシリンダ内圧を充分な精度
で検出することによって、実用に耐えるトルク検出装置
が提供される。

「問題点を解決するための手段及び作用」 本発明の内燃機関用トルク検出装置は、第２図および第
１２図に示すように内燃機関Ｅのシリンダ内の圧力変動
を検出する圧力検出手段１と、シリンダ内圧力を予め設
定したクランク角の圧力レベルを基準値として補正する
圧力補正手段２と、内燃機関のクランク角を検出するク
ランク角検出手段３と、圧力補正手段２のシリンダ内圧
力とクランク角検出手段３からのクランク角速度とによ
り演算を行い、機関Ｅが発生する正味トルクに変換し、
その正味トルクに応ずる信号を発生するトルク演算手段
４とを具備する。また、本発明は、上記トルク演算手段
において、爆発行程の上死点から上死点後約１００°ク
ランク角度範囲を指定することにより機関の発生トルク
から駆動トルクに応ずる成分を演算する駆動トルク検出
手段を具備している。

本発明によれば、圧力検出手段１に信号を供給するため
のシリンダ内圧力を測定する圧力検出器と、クランク角
を測定したクランク角検出手段３に信号を供給するため
のセンサを機関Ｅに取り付ければよく、従来のように機
関の出力トルクが伝達される出力軸あるいは機関のトル
ク反力が作用する支持部にトルク検出器を設けるなどの
改造は不要であり、さらに、各気筒の燃焼に対応する変
動速度の速いトルクを簡単な手法で検出でき、上記した
本発明の目的が達成される。

本発明は、上述のように、予め設定したクランク角を基
準値として圧力レベルを補正するところの圧力補正手段
２を設けることを一つの着目点としている。この構成要
素は機関を各種運動速度、負荷条件で運動すると機関の
温度条件が変化するなどのため、圧力検出器の圧力のゼ
ロドリフトその他の基準値の変化が生ずるのを補正する
ためである。第３図は一例として直列４気筒エンジンの
第４気筒の指圧の測定例であり、爆発，排気などの負荷
の違いによりシリンダ内圧力Ｐに大きなゼロドリフトが
生じていることを示す。このような測定結果をもとにト
ルクを求めれば機関のトルクと対応しなので、本発明装
置は上記圧力補正手段２を備えている。圧力センサでは
ゼロドリフトとともに圧力感度の変化が問題になる。第
４図は圧力感度ΔＰの温度Ｔｅｍｐに対する変化を示し
たものである。使用した圧力センサは箔ゲージである。
圧力感度の温度による変化は−５０℃〜２５０℃の範囲
で検定し、１００℃の試験温度を基準にして整理してお
り、変化は±３％の範囲に収まっている。また、圧力感
度の経時変化は著しく少なかった。これらの検討の結果
を踏えて、シリンダ内圧力をもとに機関トルクを求める
には、上記した本発明のごとくシリンダ内圧力のレベル
を補正するところの圧力補正手段２を備えることが必要
であるとの結論に達した。第５図はこの結論を確認する
ための実験システムを示す。エンジンＥは直列４気筒で
ある。このエンジンＥのクランク軸のエンジンフロント
から第５番目の第５ジャーナルに箔ひずみゲージを貼付
して、機関出力トルクを測定し、この信号をＦＭテレメ
ータを用いて回転体から取り出した。この箔ひずみゲー
ジにより測定した第５ジャーナルトルクを実線とし、本
発明の一例で構成される装置による機関トルク演算結果
（第２図図示のトルク演算手段４の出力）を点線として
第６図に示す。本発明を用いない従来技術によるトルク
演算結果（第２図の圧力補正手段２を含まない状況での
トルク演算手段４の出力）を点線とし上記測定結果を実
線とした比較を第７図に例示する。第６図および第７図
は、いずれもスロットルバルブを全開から全閉にしてエ
ンジンを角渡運転した測定結果である。本発明を含まな
い従来技術による装置で測定した結果は、高負荷から低
負荷に移ったところで対応が崩れているが、本発明装置
によるトルク測定結果では、高負荷、および低負荷とも
によい対応を示しており、本発明の効果は明瞭である。

第２図図示の上記発明のトルク演算手段４あるいは第８
図図示のトルク補正手段５において検出された機関トル
クから、機関の動力となる駆動トルクを求めるためには
機関トルクを時間平均すればよい。しかし、４気筒、４
サイクルの内燃機関の場合、第１１図に示すような各気
筒の吸入→圧縮→爆発→排気の行程の組合せで一サイク
ルが終了し、各行程はクランク角Ａｃ１８０°の間で行
なわれる。したがって、爆発行程１８０°間のトルクに
対応する出力をもとに求めた駆動トルクの結果から、直
ぐ次の爆発行程の点火時期の制御あるいは吸入行程の制
御を行なうことは時間的に不可能である。この問題を解
決するための本発明者は各種検討を行った結果、シリン
ダ内圧力の特性から駆動トルクとしては、爆発行程の上
死点ＴＤＣから約９０°〜１００°上死点後ＡＴＤＣの
範囲の時間平均値でＴＤＣ〜１８０°ＡＴＤＣの範囲の
値の９０％以上の値になり、その比率は機関運転条件に
よって大きくは変化しないことが明らかになり、ＡＴＤ
Ｃ９０°〜１００°以降〜ＡＴＤＣ１８０°間で制御を
行ないうることが分かった。

本発明者はこの検討結果をもとに、第２図に示した本発
明のトルク演算手段４あるいは第８図に示した本発明の
トルク補正手段５について、その機関トルクから決めら
れたクランク角度間の演算を行い駆動トルクを求める駆
動トルク演算手段を具備する本発明を案出した。

第１２図はこのような駆動トルク演算手段６を備えた本
発明装置であり、圧力検出手段１、圧力補正手段２、ク
ランク角検出手段３、駆動トルク演算手段６、該駆動ト
ルク演算手段６の駆動トルクに応じた信号により各気筒
への燃料が噴射量を決定するためのＣＰＵ装置７、およ
びフューエルインジョクタ８から成る。

本発明装置は、駆動トルク演算手段により、爆発行程の
ＴＤＣから約９０°〜１００°ＡＴＤＣの範囲の時間平
均値により駆動トルクを検出するものである。

したがって本発明装置により燃料噴射量制御、または空
燃比制御、点火時期等の制御等を機関トルクに対応して
迅速に行うことが出来るようになった。

「その他の実施態様」 第６図に示したごとく、シリンダ内圧をもとに本発明装
置により演算検出した機関トルクが、第５ジャーナルで
測定したトルクより若干大きくなっている。この違いは
第５ジャーナルで測定した機関出力トルクが燃焼により
求められる正味トルクから摩擦トルク、補機駆動トルク
等を差し引いた値になっていることを第５図図示の実験
システムを用いた種々の検討により本発明者は明らかに
した。この検討結果をもとに、第８図に示すごとく、第
２図図示の本発明のトルク演算手段４までを包含し、さ
らに機関が発生するトルクに対応する信号から摩擦トル
ク、補機駆動トルクを除いた機関出力トルクに補正する
トルク補正手段を具備する第１のその他の実施態様の内
燃機関用トルク検出装置を案出した。

第１の実施例態様装置が具備するトルク補正手段の補正
関係式はその性質上開発された内燃機関ごとに実験式と
して決める必要があるが、第９図は前述の第５図図示の
実験システムにより動力計で読み取った機関出力トルク
の平均値Ｔ_Ｄと、第２図図示の本発明装置により検出し
たところの機関発生トルクの平均値Ｔｃの関係を例示し
たものである。この第９図から第８図図示のトルク補正
手段５の関係式を求めると次式になる。

Ｔ_Ｄ＝０．８２Ｔｃ−１．１（Ｋｇｍ） このような関係式に基づく演算を行いトルクを補正する
トルク補正手段５を備えた本発明の第１の実施態様によ
る装置を用いて検出した機関出力トルクと、第５ジャー
ナルで測定したトルクを比較してそれぞれ第１０図の下
段および上段に示す。両者を一枚の図に重ね書きすると
両者は殆ど重なる程度に一致する。以上のような各種検
討、考案を加えた結果、上記のごとく各気筒の燃焼等に
対応する速い機関出力トルクの変動を検出する第１の実
施態様の装置を案出するに至った。

更に、第２の実施の態様について説明する。エンジンの
回転速度が上昇すると、ピストン・コンロッド等の往復
運動部による慣性トルクが機関出力トルクに重畳する。
このトルクは前記（２）式Ｆｉ＝ｍ_recｒω^２（_COSωｔ
＋ｒ／_COS２ωｔ）（２）で示されるように、変動成
分があるが、直流成分がない。したがって、慣性トルク
を機関出力トルクとして検出する狙いまたは効果は、機
関動力性能ではなく、車両のサージ駆動系の捩り振動に
よる害を除くためである。

第２実施態様の内燃機関用トルク検出装置の構成を第１
３図に示す。この構成は第２図あるいは第８図に示した
本発明の構成において、クランク角検出手段３とトルク
演算手段４の間に慣性トルク演算手段９を付加したもの
で、この慣性トルク演算手段９はクランク角検出手段３
の出力からクランク角速度を求め、そのクランク角速度
とクランク半径、連接棒長さで決まるピストン加速度、
および往復運動部質量から慣性トルクを演算する。そし
て、演算出力をトルク演算手段４を介して機関が発生す
る正味トルクを得るためのトルク補正手段５に送る。

本発明者は、このような第２の実施態様による装置によ
り検出した機関出力トルクを第５図に示した実験方法に
より確認した。第１４図（ａ）に指圧のみを考慮したト
ルクＴ_ｇを第１４図（ｂ）に指圧と慣性力を考慮した場
合のトルクＴ_ｇの曲線を、いずれも第５ジャーナルトル
クとともに示す。

上述からも明らかな様に第２実施態様装置は、慣性トル
クを有効に補償するので極めて正確に機関出力トルクを
検出できるものである。

「第１の実施例」 以下図面に基づいて本発明の第１の実施例を説明する。
第１５図には、本発明に係る内燃機関用トルク検出装置
の好適な第１の実施例の回路図が示されている。この第
１の実施例は、シリンダ内圧力変動を電気信号として検
出し、予め設定したクランク角度の圧力を基準値とし
て、この基準値を零レベルとする補正を行ない、その補
正した圧力信号を基にエンジンの発生トルクを求めるも
のである。

第１５図図示の実施例は、４気筒のエンジンに本発明に
係る内燃機関用トルク検出装置が適用された例を示し、
圧力検出回路１００、圧力補正回路２００、クランク角
検出回路３００およびトルク演算回路４００路から構成
されている。

圧力検出回路１００は、各気筒毎に設けられた点火プラ
グとエンジンのヘッド部との間に狭持された圧電型ピッ
クアップ１０１，１０６，１１１および１１６を含み、
ピックアップ１０１，１０６，１１１および１１６に加
わる機械的な振動により、シリンダ内圧に対応する変動
量を電気的に検出する。ピックアップ１０１は、抵抗１
０２と共に演算増幅器（以下オペアンプという）１０３
の非反転入力端子に接続され、オペアンプ１０３は抵抗
１０４，１０５と共に増幅回路を形成し、ピックアップ
１０１の検出信号が増幅されて、圧力補正回路２００の
入力端子Ｔ_１に供給される。他の気筒に設けられたピッ
クアップ１０６，１１１および１１６も同様に抵抗１０
７，１１２および１１７と共にオペアンプ１０８，１１
３，および１１８の非反転入力端子に接続され、該オペ
アンプ１０８，１１３，１１８は、抵抗１０９・１１
０，１１４・１１５および１１９・１２０と共に各々増
幅回路を形成し、ピックアップ１０６，１１１，１１６
の各々の検出信号は増幅されて圧力補正回路２００の入
力端子Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４にそれぞれ供給される。第１６
図は前記ピックアップ１０１，１０６，１１１および１
１６のエンジンへの取り付け状態を示す１気筒分の断面
図である。圧電型ピックアップ１８３は、シリンダヘッ
ド１８１と点火プラグ１８２との間に挿入され締めつけ
られる。ピックアップ１８３は、シリンダ内圧変動に比
例した電圧を検出し、リード線１８４により取り出す。
圧力検出回路１００の出力信号である各気筒のシリンダ
内圧変動に対応した電圧信号は、圧力補正回路２００の
入力端子Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３およびＴ_４に供給されるが以
下、１気筒分について詳細に圧力補正回路２００を説明
する。

入力端子Ｔ_１には、後述のごとく第１気筒のシリンダ圧
力変動に対応した電圧信号が供給され、該入力端子Ｔ_１
はアナログ信号を断続するアナログスイッチ２０１の入
力端子、および抵抗２０７に接続される。アナログスイ
ッチ２０１の出力端子はコンデンサ２０２と共にオペア
ンプ２０３の非反転入力端子に接続され、アナログスイ
ッチ２０１、コンデンサ２０２はオペアンプ２０３と共
に、サンプリングおよびサンプリング値のホールドを行
うサンプル・ホールド回路を構成している。このサンプ
ル・ホールド回路のサンプリングタイミングは、アナロ
グスイッチ２０１のコントロール端子がハイレベル（以
下単にＨレベルという）の期間であり、クランク角検出
回路３００の出力端子Ｔ_９からの信号によりコントロー
ルされる。該サンプルホールド回路は圧力検出回路１０
０により検出されたシリンダ内圧変動に応じた信号の零
レベルを補正するための値つまり基準値を検出する回路
であり、アナログスイッチ２０１のコノトロール端子が
Ｈレベルになる期間の圧力信号レベルを検出しコントロ
ール端子がローレベルの期間ホールドする。図示した実
施例においては、Ｈレベルになる期間は１８０°ＡＴＤ
Ｃ〜２７０°ＡＴＤＣに設定されている。オペアンプ２
０４は抵抗２０５，２０６，２０７および２０８と共に
差動増幅回路を形成し、前記サンプルホールド回路の出
力信号と圧力検出回路１００からの信号を差動演算す
る。オペアンプ２０４の出力電圧は、トルク演算回路４
００の入力端子Ｔ_５に供給される。以上のようにして得
られた信号は、圧力検出回路１００により検出したシリ
ンダ内圧変動に応じた信号のレベルを１８０°ＡＴＤＣ
〜２７０°ＡＴＤＣの期間にレベルを零とするように補
正されたものである。

他の気筒のシリンダ内圧変動に応ずる信号も同様に圧力
補正回路２００により零レベルの補正が行なわれ、補正
された第４気筒の圧力信号がトルク演算回路４００の入
力端子Ｔ_６に、第２気筒の圧力信号が入力端子Ｔ_７に、
第３気筒の圧力信号が入力端子Ｔ_８に各々供給される。

トルク演算回路４００は、圧力補正回路２００からの圧
力信号とクランク角検出回路３００からの信号により、
エンジンの瞬時トルクを演算し出力する。図示した実施
例である４気筒のエンジンの場合のトルク演算式は次の
(5)式により示される。圧力補正回路２００によって補
正された第１気筒の圧力をＰ_１，第２気筒の圧力を
Ｐ_２，第３気筒の圧力をＰ_３，第４気筒の圧力をＰ_４と
し第１気筒のＴＤＣを基準とすれば、瞬時トルクＴは Ｔ＝(P₁+P₄-P₂-P₃)Arsinωｔ＋(P₁+P₂+P₃+P₄)Ar²／２・sin2ωｔ (5) 但し、Ａはシリンダボア面積、ｒはクランク半径、は
連接棒の長さ、ωはクランク角速度となる。

トルク演算回路４００に供給された圧力補正回路２００
からの各気筒の圧力信号は、オペアンプ４０１と抵抗４
０２，４０３，４０４，４０５および４０６により構成
された加減算回路と、オペアンプ４０８，抵抗４０９，
４１０，４１１，４１２および４１３によって構成され
た加算回路に供給され、(5)式における(P₁+P₄-P₂-P₃)お
よび(P₁+P₂+P₃+P₄)が演算される。該演算された圧力(P₁
+P₄-P₂-P₃)に応ずる電圧信号は掛算器４１４の一つの入
力端子に供給され、他方の入力端子には、オペアンプ４
２８の出力信号である(sinωt)に応ずる電圧信号が供給
され、(5)式第１項の(P₁+P₄-P₂-P₃)×(sinωt)の演算が
実行される。オペアンプ４１５と抵抗４１６，４１７か
ら形成される反転増幅回路は、掛算器４１４の出力電圧
を増幅する。抵抗４１６と４１７で決定される増幅度
は、(5)式におけるエンジンのシリンダボア面積Ａと、
クランク半径ｒの掛算した値によって決まる定数と同じ
値である。一方オペアンプ４０８、抵抗４０９，４１
０，４１１，４１２および抵抗４１３から形成される加
算回路の出力(P₁+P₂+P₃+P₄)に応ずる電圧信号は、抵抗
４１９を介してオペアンプ４１８の反転入力端子に供給
される。該抵抗４１９、オペアンプ４１８は抵抗４２０
と共に、反転増幅回路を形成し、圧力(P₁+P₂+P₃+P₄)に
応ずる電圧信号を増幅する。抵抗４１９と４２０で決ま
る増幅度は、シリンダボア面積Ａと、クランク半径ｒお
よび連接棒の長さにより定まる前記(5)式の定数Ar²／
２である。オペアンプ４１８を含んだ反転増幅回路の
出力電圧は、オペアンプ４３９の出力である(sin2ωt)
に応ずる電圧信号と共に掛算器４２１に入力され掛算が
行なわれる。反転増幅回路をなすオペアンプ４１５の出
力端子は、抵抗４４３を介して、掛算器４２１の出力端
子は、抵抗４４４を介して、共にオペアンプ４４２の反
転入力端子に接続される。該オペアンプ４４２は、抵抗
４４３，４４４および抵抗４４５と共に加算回路を形成
している。従って反転増幅回路をなすオペアンプ４１５
の出力である (P₁+P₄-P₂-P₃)Arsinωｔに応ずる電圧信
号と、掛算器４２１の出力である (P₁+P₂+P₃+P₄)Ar²／
２・sin2ωｔに応ずる電圧信号は、前記加算回路によ
り加算され、前記(5)式によるエンジンの発生トルクに
応ずる電圧信号を出力する。トルク演算回路４００へ
は、前述した補正された各気筒の圧力信号と共に、クラ
ンク角信号が供給され、従ってクランク角信号により(s
inωt)および(sin2ωt)が発生されることが理解され
る。クランク角信号はクランク角検出回路３００により
検出される。このクランク角検出回路３００は、エンジ
ンのクランクシャフトに直接もしくは間接的に固定され
た検出円板３０１と、ピックアップコイル３０３が巻回
された磁石３０２と、ピックアップコイル３０６が巻回
された磁石３０５とを含む。検出円板３０１の周側面近
傍には同心円上にクランク角１度毎に３６０個の磁性体
３０４が固定され、更に、円板３０１に半径の異なる第
１気筒上死点の位置に別の磁性体３０７が固定されてい
る。従って、ピックアップコイル３０６からは、第１気
筒のシリンダの上死点位置においてクランク角検出信号
を発生し、この検出信号はバッファ３０９を介してロジ
ック回路３１０，３１１，３１２，３１３，３１４，３
１５および３１６のリセット端子に供給される。また、
ピックアップコイル３０３からは、クランク角１度毎の
信号が発生し、バッファ３０８を介し、ロジック回路３
１０，３１１，３１２，３１３，３１４，３１５および
３１６の入力端子に供給される。ロジック回路３１０，
３１１，３１２，３１３，３１４，３１５および３１６
は、カウンタ回路およびゲート回路等から構成されバッ
ファ３０８，３０９の出力パネル信号によって動作す
る。ロジック回路３１０は、第１気筒上死点後１８０度
から２７０度の間のみＨレベルとなる信号を出力し、出
力端子Ｔ_９を介して圧力補正回路２００のアナログスイ
ッチ２０１のコントロール端子へ供給する。同様にロジ
ック回路３１３は、上死点後９０度から１８０度間がＨ
レベル、上死点後１０８度から上死点間がＬレベルの信
号、ロジック回路３１１は、上死点から上死点後９０度
間がＨレベルの信号、ロジック回路３１２は、上死点後
２７０度から上死点間がＨレベルの信号を各々出力し、
出力端子Ｔ_１０，Ｔ_１１およびＴ_１２を介して圧力補正
回路２００へ供給する。また、ロジック回路３１４は、
第１気筒上死点から上死点後１８０度間がＨレベルにな
る信号を出力し、ロジック回路３１５は第１気筒上死点
から上死点後９０度間と上死点後１８０度から上死点後
２７０度間がＨレベルとなる信号を出力しロジック回路
３１６は、上死点後９０度から上死点後２７０度間がＬ
レベルでＲ上死点後２７０度から上死点後９０度間がＨ
レベルとなる信号を出力し、前記バッファ３０８と３０
９の出力信号と共にトルク演算回路４００へ供給する。
上述のクランク角検出回路３００の出力波形のタイミン
グチャートを第１７図に示す。

クランク角検出回路３００からの信号により、トルク演
算回路４００は前述の(sinωt)および(sin2ωt)に応ず
る電圧信号を発生させる。すなわち、トルク演算回路４
００のアップダウンバイナリカウンタ４２２，４２３と
Ｒ−２Ｒ抵抗ラダ−４２４、およびオペアンプ４２５か
ら構成されるディジタル−アナログ変換回路は、第１気
筒上死点を０度としたクランク角度に応ずるアナログな
電圧信号を出力する。アップダウンバイナリカウンタ４
２２の入力端子には、クランク角検出回路３００の出力
端子Ｔ₁₆からクランク角１度毎のデジタル信号が供給さ
れ、該カウンタ４２２の出力は、カウンタ４２３の入力
端子に供給される。またカウンタ４２２，４２３のリセ
ット端子には出力端子Ｔ₁₃から第１気筒上死点信号が供
給され、カウンタ４２２，４２３のアップダウン端子へ
は、クランク角検出回路３００の出力端子Ｔ₁₄からクラ
ンク角１８０度毎の信号が供給される。従って、アップ
ダウンバイナリカウンタ４２２，４２３は第１気筒上死
点から上死点後９０度までは、クランク角１度毎の信号
をアップカウントし、上死点９０度から上死点後１８０
度まではダウンカウントする。更に上死点後１８０度か
ら上死点後２７０度まではアップカウントし、上死点後
２７０度から上死点まではダウンカウントという動作を
する。該カウンタ４２２，４２３のバイナリ出力は加算
動作をするＲ−２Ｒ抵抗ラダーに接続され、更にオペア
ンプ４２５で構成した電圧ホロワ回路に接続されている
ため、該オペアンプ４２５は、上死点から上死点後９０
度までは直線的に上昇し、上死点後９０度から上死点後
１８０度までは逆に直線的に降下する三角波上の直流電
圧を出力する。

オペアンプ４２５の出力信号は、サイン波コンバータ４
２６およびコサイン波コンバータ４２７の入力端子へ供
給され、サイン波信号およびコサイン波信号に各々変換
される。サイン波コンバータ４２６により得られる信号
は、クランク角で１８０度を１周期とする全波整流波形
となるため、オペアンプ４２８，抵抗４２９，４３０，
４３１およびアナログスイッチ４３２より形成される極
性反転回路に供給し、上死点後１８０度から上死点まで
の区間、サイン波コンバータ４２６の信号の極性を反転
する。すなわち、サイン波コンバータ４２６の出力は、
抵抗４２９を介してオペアンプ４２８の反転入力端子に
接続され、同様に抵抗４３０を介してオペアンプ４２８
の非反転入力端子に接続されている。更に、オペアンプ
４２８の反転入力端子と出力端子の間に抵抗４３１が接
続され、非反転入力端子にはＬ−レベル信号でオンとな
るアナログスイッチ４３２の入力端子が接続され、該ア
ナログスイッチ４３２の出力端子は接地されている。ア
ナログスイッチ４３２のコントロール端子へはクランク
角検出回路３００の出力端子Ｔ₁₅より、上死点から上死
点後１８０度までＨレベルとなり上死点後１８０度から
上死点までがＬレベルとなる信号が供給されているた
め、アナログスイッチ４３２は、上死点後１８０度から
上死点までオンＯＮ状態、上死点から上死点後１０８度
までオフＯＦＦ状態となる。したがって、アナログスイ
ッチ４３２がオンＯＮ状態の時は、オペアンプ４２８の
非反転入力端子は接地されることになり、オペアンプ４
２８は、抵抗４２９および４３１と共に反転増幅回路を
構成し、サイン波コンバータ４２６の出力信号は極性が
反転される。逆に、アナログスイッチ４３２がオフＯＦ
Ｆ状態の時は、オペアンプ４２８は非反転増幅回路とな
り信号の極性は反転されない。このようにして、オペア
ンプ４２８の出力からは第１気筒上死点を基準としたサ
イン波形を得ることができる。上記のクランク角検出回
路３００の出力端子Ｔ₁₃，オペアンプ４２５，サイン波
コンバータ４２６およびオペアンプ４２８の出力波形の
タイミングチャートを第１８図に示す。同様に、オペア
ンプ４２５の出力はコサイン波コンバータ４２７に供給
され、該コサイン波コンバタの出力は、オペアンプ４３
３，抵抗４３４，４３５，４３６およびアナログスイッ
チ４３７から成る極性反転回路に入力され、クランク角
検出回路３００の出力端子Ｔ₁₇からの信号により上死点
後９０度から上死点後２７０度の期間コサイン波コンバ
ータ４３７からの出力信号の極性を反転する。したがっ
て、オペアンプ４３３は第１気筒上死点を基準としたコ
サイン波形を出力する。

オペアンプ４２８のサイン波出力信号は、掛算器４１４
と掛算器４３８の入力端子に供給される。該掛算器４３
８の他の入力端子には、前記オペアンプ４３３のコサイ
ン波形出力が供給され、掛算が行なわれる。すなわち、
オペアンプ４２８の出力は(sinωt)であり、オペアンプ
４３３の出力は(cosωt)であるため、掛算器４３８の出
力は(sinωt)・(cosωt)となる。更に、掛算器４３８の
出力信号は、オペアンプ４３９の非反転入力端子に供給
される。このオペアンプ４３９は、抵抗４４０，４４１
と共に非反転増幅回路を形成しており、該非反転増幅回
路は、掛算器４３８の出力信号を２倍に増幅するように
本実施例においては、増幅度は２倍に設定されているた
め、２(sinωt)・(cosωt)すなわち(sin2ωt)に応ずる電
圧信号を出力する。オペアンプ４３９の出力は、掛算器
４２１の入力端子に供給され、前記オペアンプ４１８の
出力(P₁+P₂+P₃+P₄)Ar²／２と掛算が実行される。

以上のように、本実施例によれば、４気筒エンジンの各
シリンダ内圧変動が機械的な振動としてピックアップか
ら検出され、この検出されたシリンダ内圧変動信号の予
め設定したクランク角度のレベルを零とする補正を行う
ことで、クランク角度信号と共に演算を行ないエンジン
の発生する瞬時正味トルクを簡単な手法で精度良く求め
ることが可能となる。すなわち、本第１の実施例は、機
関が各種運転速度、負荷条件で運転された場合、機関の
温度条件が変化することにより、圧力検出器の出力のゼ
ロドリフト、その他の基準値の変化が生ずるが、これら
を補正し、高い精度で機関の瞬時正味トルクを検出する
ことができるとともに、装置の実用性が高いという利点
を有する。

「第２の実施例」 第１９図には、前述した第１５図図示の第１の実施例に
より検出されたエンジンが発生する正味トルクから、補
機駆動トルクおよび摩擦トルクを除いたエンジン出力ト
ルクを求める好適な第２の実施例が示されている。以下
この第２の実施例の回路構成を詳細に説明する。第１９
図図示の第２の実施例におけるトルク補正回路５００の
掛算器５１３の入力端子には、前述した第１５図図示の
第１の実施例におけるトルク演算回路４００のオペアン
プ４４２の出力信号が端子Ｔ₁₈を介して供給される。各
掛算器５１３の他の入力端子には、後述するエンジン回
転数に反比例する信号を出力するオペアンプ５１２の出
力信号が供給される。また、第１５図図示のクランク角
検出回路３００の出力端子Ｔ₁₆からのクランク角１度毎
の信号がモノマルチ回路５０１の入力端子に供給され、
該モノマルチ回路５０１は、抵抗５０２とコンデンサ５
０３によって決まるパルス幅一定の信号を出力する。パ
ルス幅一定のモノマルチ回路５０１からの出力信号は、
抵抗５０４、コンデンサ５０５およびオペアンプ５０６
から成る積分回路に入力され平均化される。したがっ
て、オペアンプ５０６の出力はエンジン回転数に比例す
る直流電圧信号となる。エンジンが発生する正味トルク
から、補機駆動トルクおよび摩擦トルクを除いたエンジ
ン出力トルクを求めるためには、次式に示す補正を行な
うことで達成できる。すなわち、求めるエンジン出力ト
ルクをT_D、正味トルクをT_Cとすれば T_D＝ＡT_C−Ｂ (6) となる式で可能となる。

定数ＡおよびＢは、エンジン回転数の関数であり、この
第２の実施例では第２０図(a),(b)に示すように、定数
Ａは、エンジン回転数Ｎの上昇と共に小さな値をとり、
逆に定数Ｂは、エンジン回転数Ｎの上昇と共に大きな値
をとるようにしてあるため、全回転数域で補正が可能と
なる。オペアンプ５０６の出力は、エンジン回転数Ｎに
比例する直流信号であるため、抵抗５０７，５０８，５
０９，５１０，５１１とオペアンプ５１２から成る反転
加算回路により第２０図(a)に示すようなエンジン回転
数の上昇と共に直線的に減少する電圧信号を出力する。
該オペアンプ５１２の出力信号は、前記した掛算器５１
３の入力に供給されているため、掛算器５１３の出力は
前記(6)式のＡT_Cに応ずる信号となる。該掛算器５１３
の出力は、抵抗５１４を介してオペアンプ５１８の非反
転入力端子に供給される。また、オペアンプ５０６の出
力は、抵抗５１６を介してオペアンプ５１８の反転入力
端子に供給される。該オペアンプ５１８は抵抗５１４，
５１５，５１６および５１７と共に差動増巾器を構成し
ている。したがって、オペアンプ５１８の出力は、前記
した掛算器５１３の出力であるＡT_Cに応ずる信号から、
オペアンプ５０６の出力である第２０図(b)に示したよ
うな、エンジン回転数の上昇と共に直線的に増加する電
圧信号を減算した電圧信号となる。すなわち、前述した
(6)式である(T_D＝ＡT_C−B)に応ずる電圧信号がトルク補
正回路５００の出力となり、エンジンが発生した正味ト
ルクから補機駆動トルク、および摩擦トルクを除いたエ
ンジン出力トルクが求まる。したがって、第２の実施例
によれば、第２０図に示すごとくエンジン回転数と直線
関係にある情報によりエンジンが発生する正味トルクを
補正することで、全回転数域において、補機駆動トルク
および摩擦トルクを除いた機関が駆動系を駆動するエン
ジン出力トルクを求めることが可能となる利点がある。

「第３の実施例」 第２１図には前述した第１の実施例により検出されたエ
ンジンの瞬時正味トルクから、クランク角度を指定する
ことにより駆動トルクを求める好適な第３の実施例が示
されている。この第３の実施例においては、前述した第
１５図図示の第１の実施例におけるトルク演算回路４０
０に駆動トルク検出回路４５０およびクランク角指定回
路３５０を付加することにより各気筒の爆発行程内に駆
動トルクを検出しアナログ電圧信号として出力すること
を狙いとする。以下この第３の実施例の回路構成を詳細
に説明する。第２１図図示の実施例は、第１５図に示す
第１の実施例により求められた４気筒エンジンが出力す
る瞬時正味トルクに応ずるシリアル出力信号の供給を受
け、予め指定されたクランク角度における積分値を求め
る駆動トルクに応ずるアナログ信号を出力する駆動トル
ク検出回路４５０と、該クランク角度を指定するための
クランク角指定回路３５０から構成される。

駆動トルク検出回路４５０は、エンジンの瞬時正味トル
ク信号から爆発行程の間に駆動トルク信号を検出するた
めに、予め指定したクランク角度の間、瞬時正味トルク
信号を積分し、最終値をサンプルホールドしアナログ量
として出力するものである。前述した第１５図図示の実
施例におけるトルク演算回路４００のオペアンプ４４２
の出力信号は、第２１図図示の駆動トルク検出回路４５
０の入力端子T₁₈および抵抗４５５を介してオペアンプ
４５８の反転入力端子に供給される。該オペアンプ４５
８と抵抗４５５は、コンデンサ４５６およびアナログス
イッチ４５７と共に積分回路を形成し、アナログスイッ
チ４５７のコントロール端子は、ＯＲゲート４５４の出
力に接続される。前記アナログスイッチ４５７は、前記
ＯＲゲート４５４の出力がＨレベルの時オフＯＦＦ状態
となりＬレベルの時にオンＯＮ状態となるため、前記コ
ンデンサ４５６およびオペアンプ４５８を含む積分回路
は、ＯＲゲート４５４の出力がＨレベルの期間、積分動
作をする。該積分動作をする期間は、エンジンの出力ト
ルクが駆動トルクとして作用する間であり、第２１図図
示の第３の実施例では、上死点から上死点後１００度に
設定されている。前記積分回路のオペアンプ４５８の出
力は、信号の極性が反転されているため、抵抗４５９，
４６０およびオペアンプ４６１から形成られる反転増幅
回路に供給され再度極性を反転し、前記積分回路の入力
信号の極性と同一にする。オペアンプ４６１の出力は、
アナログスイッチ４６２の入力端子に供給される。該ア
ナログスイッチ４６２は、コンデンサ４６３，オペアン
プ４６４に共にサンプルホールド回路を形成している。
このサンプルホールド回路のサンプリングのタイミング
は前記積分回路が積分動作を終了する前後の上死点後約
１００度であり、モノマルチ回路４５１の出力信号をア
ナログスイッチ４６２のコントロール端子に供給するこ
とでサンプリングされる。コンデンサ４５２と抵抗４５
３によって出力信号のパルス幅が決まるモノマルチ回路
４５１は、クランク角指定回路３５０からの信号のネガ
ティブエッジで動作し、短時間Ｈベルのパルス信号を出
力する。また、クランク角指定回路３５０からの信号は
ＯＲゲート４５４の一方の入力端子に供給され、他方の
入力端子にはモノマルチ回路４５１の出力である短時間
のＨレベルのパルス信号が供給され、該ＯＲゲート４５
４は、２入力の論理和された信号を出力する。このＯＲ
ゲート４５４の出力は、アナログスイッチ４５７のコン
トロール端子に、モノマルチ回路４５１の出力は、アナ
ログスイッチ４６２のコントロール端子に、各々供給さ
れる。したがって、前記抵抗４５５，コンデンサ４５
６，アナログスイッチ４５７およびオペアンプ４５８か
ら成る積分回路により、積分動作は、上死点から上死点
後ほぼ１００度の区間行なわれる。アナログスイッチ４
６２，コンデンサ４６３およびオペアンプ４６４から形
成される前記サンプルホールド回路は、積分区間の最終
値をサンプリングし、次のサンプリングまでホールドす
る。

クランク角指定回路３５０は、前述した第１５図図示の
第１の実施例においては、クランク角検出回路３００に
含まれており、前記積分回路の積分領域をクランク角度
で指定する。

クランク角指定回路３５０には、第１５図に図示した第
１の実施例と同様な円板３５１に、半径の異なる同心円
上に上死点および上死点位置よりも１００度回転方向に
関して遅れた側に磁性体３５４および３５５をとりつけ
てある。また、該磁性体３５４および３５５の位置と軸
対称の位置に別の磁性体３５６，３５７をとりつけてあ
る。そして、磁石３５２に巻線を施した電磁ピックアッ
プ３５３を該磁性体３５６，３５７が通過するときに上
死点後１００度で電圧を発生するような位置に配設して
ある。該電磁ピックアップ３５３はバッファ３６１を介
してフリップフロップ３６３の入力端子に接続されてい
る。更に、円板３５１には半径の異なる前記磁性体３５
５と３５６のほぼ中央の位置に別の磁性体３６０が固定
され、磁石３５８に巻いたピックアップコイル３５９に
より信号を発生する。該ピックアップコイル３５９はバ
ッファ３６２を介してフリップフロップ３６３のリセッ
ト端子に接続されている。該フリップフロップ３６３
は、次表の真理値表に従って動作し、各気筒の上死点か
ら上死点後１００度の期間に正の電圧を、それ以外では
Ｏ〔Ｖ〕の電圧を発生しその出力を前記モノマルチ回路
４５１の入力およびＯＲゲート４５４の入力に供給す
る。

上記のフリップフロップ３６３，モノマルリ回路４５
１，ＯＲゲート４５４の出力波形および第１５図に示す
第１の実施例のオペアンプ４４２の出力端子Ｔ₁₈におけ
る出力波形のタイミングチャートを第２２図に示す。

したがって、この第３の実施例は、第２２図に示すオペ
アンプ４４２の出力であるエンジンの瞬時正味トルクの
うち駆動トルクとして作用する上死点から上死点１００
度の区間の面積（第２２図の斜線の部分）を求め、アナ
ログなシリアル信号として出力するため、各気筒の吸入
行程毎に該得られた駆動トルク信号によりエンジンの燃
料噴射量等を決定してエンジン出力を検出し、対応の速
い制御を行なうことができ、エンジン出力のフィードバ
ック信号として使用することが可能となる利点がある。

「第４の実施例」 第２３図には、前述した第１５図図示の第１の実施例
に、ピストン加速度および往復運動部の質量から慣性ト
ルクを演算する慣性トルク演算回路６００を付加するこ
とにより、エンジンの出力瞬時トルクを検出し出力する
好適な第４の実施例を示す。

前述した第１５図図示の第１の実施例によれば、シリン
ダ内圧力変動を電気信号として検出し、予め設定したク
ランク角度の圧力レベルを零とする補正を行ない、該補
正した圧力信号を基にエンジンの瞬時正味トルクが簡便
に検出される手段が示されている。該第１の実施例で
は、クランク角速度，クランク半径，および連接棒長さ
で決まるピストン加速度および往復運動部質量による慣
性力の影響が考慮されてないため、特にエンジン高回転
域においてトルク検出精度が悪化する。すなわち、４気
筒エンジンの場合、往復運動部質量をｍ、クランク角速
度をω，クランク半径をｒとすれば慣性トルクTiは次の
(7)式で表される。

Ti＝−２m recω^２r²・sin2ωｔ (7) エンジン回転数の関数であるクランク角速度ωは２乗の
項として式中に導入されているため高回転になると大き
な慣性力が作用し、シリンダ内圧による燃料トルクに慣
性トルクを考慮する必要性がある。しがたって、慣性ト
ルクを検出する慣性トルク演算回路６００を付加し、該
慣性トルク演算回路６００の出力信号を前述した第１５
図の実施例の出力信号に加算することでより精度の良い
内燃機関用トルク検出装置が構成可能となるという利点
がある。

以下第２３図に示す第４の実施例の回路構成を詳細に説
明する。第１５図と同一符号のものは、同一部分を示
す。圧力検出回路１００，圧力補正回路２００，クラン
ク角検出回路３００及びトルク演算回路４００は第１５
図に示す第１の実施例と同様の構成ならびに動作を行な
う。クランク角検出回路３００およびトルク演算回路４
００の出力は慣性トルク演算回路６００に供給される。

慣性トルク演算回路６００のアップダウンバイナリカウ
ンタ６０１，６０２，Ｒ−２Ｒ抵抗ラダー６０３および
オペアンプ６０４から成るディジタル−アナログ変換回
路の出力は、サイン波コンバータ６０５およびコサイン
波コンバータ６０６を介して、各々オペアンプ６０７，
抵抗６０８，６０９，６１０，アナログスイッチ６１１
から構成される第１の極性反転回路、およびオペアンプ
６１２，抵抗６１３，６１４，６１５，アナログスイッ
チ６１６から構成される第２の極性反転回路に供給され
る。該オペアンプ６０７とオペアンプ６１２の出力は、
掛算器６１７により掛算が行なわれ、更にオペアンプ６
１８，抵抗６１９，６２０から成る非反転増幅回路に供
給される。以上は、第１５図に示す第１の実施例と同様
の構成ならびに動作を行なうため、オペアンプ６１８を
含む非反転増幅回路は、sin2ωｔに応ずるアナログ電圧
信号を出力する。該オペアンプ６１８の出力は、掛算器
６２６の一方の入力端子に供給される。また、クランク
角検出回路３００の出力端子Ｔ₁₆は、周波数一電圧変換
回路６２１の入力に接続され、該周波数一電圧変換回路
６２１によりクランク角１度毎の信号の周波数がアナロ
グ電圧に変化され、クランク角速度ωに応ずる電圧信号
として出力される。更に、該クランク角速度ωに応ずる
信号は、２乗回路６２２に供給され、クランク角速度信
号の２乗すなわちω^２に応ずる信号に変換される。２乗
回路６２２の出力は、抵抗６２４を介してオペアンプ６
２３の反転入力端子に供給され、該抵抗６２４は、オペ
アンプ６２３，抵抗６２５と共に、反転増幅回路を形成
している。前記抵抗６２４と６２５によって決まる該反
転増幅回路の増幅度は、前記(7)式中の−２mr²に設定さ
れているため、オペアンプ６２３は、−２ｍω^２ｒ^２に
応ずるアナログ電圧信号を出力する。該オペアンプ６２
３の出力は前記掛算器６２６の他の入力端子に供給さ
れ、オペアンプ６１８の出力であるsin2ωｔに応ずる電
圧信号と、掛算が行なわれる。したがって、掛算器６２
６は、４気筒エンジンの慣性トルクである−２ｍω^２r²
sin2ωｔに応ずるアナログ電圧信号を出力することにな
る。該掛算器６２６の出力は抵抗６２９を介してオペア
ンプ６２７の非反転入力端子に供給され、トルク演算回
路４００の出力である補正されたシリンダ内圧信号から
求めた燃焼トルクに応ずる電圧信号は、端子Ｔ₁₈および
抵抗６２８を介して同様にオペアンプ６２７の非反転入
力端子に供給される。オペアンプ６２７の非反転入力端
子には別の抵抗６３０が接地間に接続されている。更
に、オペアンプ６２７の反転入力端子には、抵抗６３１
が接地間に、抵抗６３２が出力端子Ｔ₂₁間に各々接続さ
れ、前記抵抗６２８，６２９および６３０と共に非反転
加算回路を形成している。したがって、トルク演算回路
４００の出力である燃焼トルクに応ずる電圧信号と掛算
器６２６の出力である慣性トルクに応ずる電圧信号が加
算され、４気筒エンジンの出力瞬時トルクに応ずるシリ
アル電圧信号としてオペアンプ６２７から出力される。

以上のように、前述した第４の実施例によれば、慣性ト
ルクを考慮することができエンジンに簡単な圧力検出器
と、クランク角検出センサを取り付けることによりエン
ジン瞬時トルクを指圧のみで検出可能な低回転域から往
復運動部の慣性力の効果も考慮する必要のある高回転域
まで機関の全回転域に亘り精度良く検出できるという利
点がある。

「第５の実施例」 以下本発明の第５の実施例を説明する。この第５の実施
例はマイクロプロセッサを用いて装置を構成したもので
ある。

第２４図は第４の実施例のブロック図である。７１１
ａ，７１１ｂは圧力変換器、７１２はクランク角検出
器、７１３ａ，７１３ｂは電荷増幅器、７１４はクラン
ク角からクランク角速度を求めるためのF/Vコンバータ
である。７１５はA/D変換部７１６と入出力制御部７１
７からなるＡ／Ｄ変換装置であり、７１８は中央演算処
理装置、７１９はＲＡＭ，７２０はＲＯＭ，７２１は出
力装置である。

第２５図は、第２４図図示のA/D変換装置７１６の一構
成例である。７３１ａ〜７３１ｂ，７３２，７３４はサ
ンプルホールド回路、７３３はマルチプレクサ、７３５
はA/D変換器、７３６はＡ／Ｄ変換制御回路である。第
１気筒の上死点信号ＤはA/D変換部７１６のトリガーと
して、１度毎のクランク角信号ＣはA/D変換部７１６の
サンプリング信号として用いられる。A/D変換制御回路
７３６はシリンダ内圧Ａ₁，Ａ₂およびクランク角速度Ｂ
を同時サンプルホールドするための信号Ｅ₁，Ｅ₂，
Ｅ₃，マルチプレクサ７３３の制御信号Ｆ、マルチプレ
クラ７３３の出力をサンプルホールドするための信号
Ｇ、およびサンプルホールド回路７３４からの出力をA/
D変換するための信号Ｈを出力する。

第２４図図示のＲＯＭ７２０は第２６図に流れ図として
示すプログラムが格納してある記憶装置であり、ＲＡＭ
７１９はプログラムに従って演算処理を実行するときの
演算途中結果を一時格納する記憶装置である。中央演算
処理装置７１８は、ＲＯＭ７２０に格納された第２６図
に示すプログラムに従って、A/D変換されたデータから
機関全体の瞬時トルクを計算し出力装置７２１に出力す
る。

次に第５の実施例の作用について述べる。シリンダ内圧
に応ずる信号Ａ₁，Ａ₂およびクランク角１度毎の信号Ｃ
の周波数が第２４図におけるF/Vコンバータ７１４によ
って変換されたクランク角速度ＢがA/D変換部７１６に
入力され、かつ第２５図図示で第１気筒の上死点信号Ｄ
がA/D変換制御回路７３６に入力されると、クランク角
１度毎に、制御信号Ｅ₁，Ｅ₂，Ｅ₃，Ｆ，Ｇ，Ｈによっ
て同時サンプルホールドされた後A/D変換される。これ
らA/D変換されたデータは、一時第２４図図示のＲＡＭ
７１９に格納される（以下第２５図図示のステップ
１）。測定されたシリンダ内圧Ｐ^*(i) _(t)から、あらか
じめ指定された角度を基準圧とする補正を行ない、補正
されたシリンダ内圧Ｐ⁽ⁱ⁾ _(t)を求める（以上第２６図図
示のステップ２）。圧力補正されたシリンダ内圧Ｐ⁽ⁱ⁾
_(t)にボア断面積Ａreaを掛けて、シリンダ圧内によりピ
ストンに作用する力Ｆ_p ⁽ⁱ⁾ _(t)を求める（以上第２６図
図示のステップ３）。クランク半径ｒコンロッド長さ
、およびA/D変換されたクランク角速度ωからピスト
ン加速度α⁽¹⁾を求め、さらにこれに往復運動部の質量
Ｍrecを掛けて、往復運動部の慣性力Ｆ_j ⁽ⁱ⁾ _(t)を求める
（以上第２６図図示のステップ４）。シリンダ内圧Ｐ
⁽ⁱ⁾ _(t)によりピストンに作用する力Ｆ_p ⁽ⁱ⁾ _(t)と往復運
動部の慣性力Ｆ_i ⁽ⁱ⁾ _(t)を加算して合力を求め、さらに
クランク半径ｒを掛けて各気筒毎の瞬時トルクＴ⁽ⁱ⁾ _(t)
を求める（以上第２６図図示のステップ５）。各気持筒
毎の瞬時トルクＴ⁽ⁱ⁾ _(t)を全気筒について加算し、機関
全体が発生する瞬時トルクＴ(t)を求め出力装置２１に
出力する（以上第２６図図示のステップ６）。

以上述べたように、この第５の実施例は、シリンダ内圧
力変動によりピストン作用する力と、往復運動部の慣性
力が機関のピストン・クランク機構に従ってピストン型
内燃機関の駆動軸に発生する瞬時トルクを検出する場合
において、気筒内の圧力変動の基準圧を補正することに
より機関の温度条件の変化に伴う圧力検出器のゼロドリ
フト、基準値の変化を補償して精度よく機関が発生する
瞬時トルクを求めることができる。この第５の実施例で
は、A/D変換装置および中央演算処理装置を用いている
のでシステムの信頼性が高いという利点がある。

機関の回転速度が速度になると往復運動部の慣性力によ
る影響は大きくなり、シリンダ内圧のみでは機関の発生
するトルクを評価できない場合がある。第２７図は往復
運動部の慣性力を考慮しない場合を実線とし考慮した場
合を点線としたトルクＴｇの比較結果であり、この第５
の実施例で行なったように慣性力を考慮することによっ
て駆動軸に発生している瞬時トルクを好適に評価でき
る。

「第６の実施例」 次に、第６の実施例について述べる。第６の実施例は第
５の実施例と同様に、マイクロプロセッサを含んだ構成
になっているが第５の実施例で取り扱っていた往復運動
部の慣性力によるトルクを含んでいない構成であり、シ
リンダ内圧のみによって発生する機関の瞬時トルクを求
めるものである。第２８図は第６の実施例のブロック図
であり、第５の実施例によりクランク角度からクランク
角速度を求めるF/Vコンバータ７１４を除いたものであ
る。第２８図中の番号の第２４図中の番号と同一のもの
である。以下第６の実施例によって実行される※^※ 動作を第２９図図示の流れ図に従って説明する。

シリンダ内圧に応ずる信号Ａ₁，Ａ₂は、第１気筒の上死
点信号ＤがA/D変換部７１６つまり第２５図図示のA/D変
換制御回路７３６に入力されると、クランク角１度毎に
同時サンプルホールドされた後、A/D変換される。これ
らA/D変換されたデータは一時ＲＡＭ７１９に格納され
る（以上第２９図図示のステップ１）。測定されたシリ
ンダ内圧Ｐ^*(i) _(t)から、あらかじめ指定された角度を
基準圧とする補正を行ない、補正されたシリンダ内圧Ｐ
⁽ⁱ⁾ _(t)を求める（以上第２９図図示のステップ２）。圧
力補正されたシリンダ内圧Ｐ⁽ⁱ⁾ _(t)のボア断面積Ａrea
を掛けて、シリンダ圧内によりピストンに作用する力Ｆ
⁽ⁱ⁾ _(t)を求める（以上第２９図図示のステップ３）。シ
リンダ内圧によりピストンに作用する力Ｆ⁽ⁱ⁾ _(t)が駆動
軸を回転駆動するに寄与する成分を求め、さらにクラン
ク半径ｒを掛けて各気筒の瞬時トルクＴ⁽ⁱ⁾ _(t)を求める
（以上第２９図図示のステップ４）。各気筒毎の瞬時ト
ルクＴ⁽ⁱ⁾ _(t)を全気筒について加算し、機関全体が発生
する瞬時トルクＴ(t)を求め出力装置７２１に出力する
（以上第２９図図示のステップ５）。

以上述べたようにこの第６の実施例は、シリンダ内圧変
動のみによって駆動軸に作用する瞬時トルクを求める場
合において、シリンダ内圧を補正することによってこの
瞬時トルクを求めるものであり、構成が簡単であるとい
う利点がある。

「第７の実施例〕 次に第７の実施例について述べる。第７の実施例も第５
の実施例と同様にマイクロプロセッサを含んだ構成とな
っており、第５の実施例の第２６図で示されるプログラ
ムのステップ６に加えて、更に第３０図に示すステップ
６において、補機駆動トルク、および摩擦で損失される
トルクを補正するものである。この第７の実施例のプロ
グラムの流れ図を第３０図に示す。第７図の実施例によ
れば、ステップ６により補正されたシリンダ内圧と往復
運動部の慣性力から求められた機関の瞬時トルクに補機
および摩擦で消費されるトルクを補正することによって
機関から出力される瞬時トルクを求めることができるこ
とは明らかである。尚補機および摩擦トルクの補正は機
関によっては、機関の回転速度により異なるため、補正
の定数は、機関が決定されると、回転速度を使って決定
することができる。

第３１図は第７の実施例によって補機および摩擦トルク
の補正を行なった結果であり、破線は補正前のトルク、
実線は補正後のトルク、点線は、第５図の実験システム
を用いて計測した機関出力トルクである第５ジャーナル
のトルクであり、補正後のトルクと機関出力トルクとは
良好に一致している。

「効果」 以上述べた如く、本発明装置は上記の構成を有するか
ら、内燃機関が発生する瞬時トルクを時々刻々に短い演
算時間で検出することができるという優れた効果があ
り、かつ信頼性が高く、しかも構造が簡単であるなどの
数々の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトルク測定原理を説明するための機関
の概略断面図、第２図は本発明装置の構成を示すブロッ
ク図、第３図は圧力検出器の圧力のゼロドリフトを示す
線図、第４図は圧力感度の温度による変化を示す特性
図、第５図は本発明の構成を確認するための実験システ
ムを示すブロック図、第６図は第５図図示の実験システ
ムにより測定されたトルクと本発明装置により演算し検
出されたトルクを比較して示す特性線図、第７図は上記
測定トルクと従来装置で検出されたトルクを比較して示
す特性線図、第８図は本発明による第１の実施の態様を
示すブロック図、第９図は補正関係式を求めるための測
定結果と本発明装置による検出トルクの関連を示すグラ
フ、第１０図は測定結果と本発明の第１の実施態様によ
り補正検出したトルクを比較して示すグラフ、第１１図
は４気筒，４サイクル機関の行程図、第１２図は本発明
の実施例を示すブロック図、第１３図は第２実施態様の
構成を示すブロック図、第１４図は第２実施態様による
検出結果を示すグラフ、第１５図は本発明の第１の実施
例を示す回路図、第１６図は圧電型ピックアップのエン
ジンへの取付状態を示す断面図、第１７図はクランク角
検出回路の出力波形のタイミングチャート、第１８図は
トルク演算回路における各出力波形のタイミングチャー
ト、第１９図は第２の実施例を示す回路図、第２０図は
トルク補正定数とエンジン回転数の関連を示す特性図、
第２１図は第３の実施例を示す回路図、第２２図は各部
出力波形のタイミングチャート、第２３図は第４の実施
例を示す回路図、第２４図は第５の実施例を示すブロッ
ク図、第２５図はその要部を示すブロック図、第２６図
はＲＯＭのプログラムを示す流れ図、第２７図は往復運
動部の慣性力を考慮しないとした場合のトルクを示すグ
ラフ、第２８図は第６の実施例を示すブロック図、第２
９図はそのプログラムを示す流れ図、第３０図は第７の
実施例のプログラムを示す流れ図、第３１図はそのトル
ク補正結果を示すグラフ図である。 １…圧力検出手段、２…圧力補正手段、３…クランク角
検出手段、５…トルク補正手段、６…駆動トルク演算手
段、９…慣性トルク演算手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷲見 和正 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 名切 末晴 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−54077（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−24537（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−52726（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−244829（ＪＰ，Ａ) 特公 昭36−12698（ＪＰ，Ｂ１) 特公 平３−45332（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関において、シリンダ内の圧力変動
   を検出する圧力検出手段と、シリンダ内圧力の基準値を
   設定し、該基準値により前記圧力検出手段のシリンダ内
   圧力を補正する圧力補正手段と、機関のクランク角を検
   出するクランク角検出手段と、前記圧力補正手段のシリ
   ンダ内圧力とクランク角検出手段からのクランク角速度
   とピストン面積、連接棒の長さ、およびクランクアーム
   半径との関係式によりクランク軸に回転方向に作用する
   トルクを演算し、１気筒あたりのトルクを加算して内燃
   機関のトルクに応じた信号を発生するトルク演算手段と
   を具備するとともに、 上記トルク演算手段において、爆発行程の上死点から上
   死点後約１００°のクランク角度範囲を指定することに
   より機関の発生トルクから駆動トルクに応ずる成分を演
   算する駆動トルク演算手段を具備していることを特徴と
   する内燃機関用トルク検出装置。