JPH0717803Y2 - 自動車用内燃機関の車載型トルク計測装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、自動車用内燃機関の発生トルクを通常運転
状態のまま計測する車載型のトルク計測装置に関する。

従来の技術 例えば自動車用内燃機関においては、機関回転数や冷却
水温等の情報は、通常、運転席の計器盤上に表示される
ようになっているが、機関の発生トルクは、そのような
表示がなされず、また自動変速機等の各種制御機構にお
けるデータとしても使用されていない。これは運転中の
トルクの検出が容易に行えないためである。

例えば自動車用内燃機関のトルク検出を正確に行うため
にはシャーシダイナモを用いた台上試験が必要となる。
また、そのほか、動力伝達系に介在する軸の微小なねじ
れを検出するようにしたトルクセンサが用いられる場合
もある。

しかしながら、このような方法では大掛かりな装置や高
価なトルクセンサが必要であり、通常の走行中に簡易に
トルク検出を行うことはできない。

これに対し、実開昭59-120748号公報には、機関の単位
回転数当たりの吸入空気量に着目し、この吸入空気量に
関連する吸気管圧力等から実際の運転時のトルクを推定
する技術が開示されている。

考案が解決しようとする課題 しかしながら、単に単位回転数当たりの吸入空気量から
トルクを求めるようにしたのでは、走行中にアクセルペ
ダルから足を離して減速運転に移行したときに、吸入空
気量が完全には０とならないことから、あたかもトルク
が発生しているかのような誤った表示がなされてしま
い、運転者に違和感を与えるという欠点があった。

課題を解決するための手段 この考案に係る自動車用内燃機関の車載型トルク計測装
置は、内燃機関の吸入空気量を検出する手段と、内燃機
関の回転数を検出する手段と、両者から単位回転数当た
りの吸入空気量を算出する手段と、この単位回転数当た
りの吸入空気量に所定の定数を乗算するとともに、損失
相当分を差し引いて機関の発生トルクを算出する手段
と、上記の単位回転数当たりの吸入空気量を所定の下限
空気量と比較する手段と、単位回転数当たりの吸入空気
量が下限空気量以下の場合に、機関発生トルクを０に補
正する手段と、この算出されたトルクを表示する手段
と、を備えて構成されている。

作用 単位回転数当たりの吸入空気量は、各サイクルでシリン
ダ内に吸入される空気量に比例するから、基本的には、
これに比例してトルクが発生する。また内燃機関自身を
回転させるのに消費されるトルクや負荷条件により絞り
損失などがあるので、単位回転数当たりの吸入空気量に
所定の定数を乗算し、かつこれから損失相当分を差し引
くことで、機関の発生トルクが精度良く求められる。

また、走行中に運転者がアクセルペダルから足を離して
減速走行に移行すると、単位回転数当たりの吸入空気量
は完全には０とならないものの、定常走行もしくは加速
時に比べてかなり小さな値となる。この値が所定の下限
空気量以下であれば、減速運転であるとみなし、発生ト
ルクが０であると表示される。

実施例 以下、この考案の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図はこの考案に係るトルク計測装置の一実施例を示
す構成説明図であって、内燃機関１の吸気通路２に絞弁
３が介装されているとともに、その上流側にエアクリー
ナ４が配設されており、かつ各吸気ポートへ向けて、個
別に燃料供給を行う電磁式燃料噴射弁５が装着されてい
る。そして、上記吸気通路２の例えば絞弁３上流側に、
通過空気流量つまり機関吸入空気量を検出する熱線式エ
アフロメータ６が介装されている。

また内燃機関１のクランク軸1aの前端部等に、該クラン
ク軸1aの一定回転角毎にパルス信号を発するクランク角
センサ７が配設されている。すなわち、このクランク角
センサ７によって機関回転数が検出される。

８は、上記の各センサ類および燃料噴射弁５とともに燃
料制御系を構成するエンジンコントロールユニットであ
る。このエンジンコントロールユニット８は、所謂マイ
クロコンピュータシステムからなり、所定のプログラム
に従って、上記燃料噴射弁５の噴射量，噴射タイミング
等を制御している。

また９は、内燃機関１の出力（PS）およびトルク（kg・
ｍ）を逐次算出する計測ユニットであり、その回路部と
一体のケーシング前面に、算出結果をデジタル表示する
表示器10が設けられている。この表示器10を備えた計測
ユニット９は、例えば自動車の計器盤等に配設されてい
る。上記計測ユニット９は、やはりマイクロコンピュー
タシステムを利用したもので、エアフロメータ６の検出
信号とクランク角センサ７の検出信号とが入力されてい
る 次に第２図は、上記計測ユニット９において繰り返し実
行されるトルク計測プログラムの概略を示しており、以
下、これを説明する。

先ず、ステップ１でエアフロメータ６の出力信号から求
められた吸入空気量Ｑが読み込まれ、かつステップ２で
クランク角センサ７の出力信号から求められた機関回転
数Ｎが読み込まれる。そしてステップ３で、単位回転数
当たりの吸入空気量すなわちQ/Nが算出される。このQ/N
は、前述したように、各サイクルでシリンダ内に吸入さ
れる空気量に比例したものとなる。

次いでステップ４では、内燃機関１が実際に作動してい
るのか停止しているのかが、その回転数Ｎに基づいて判
定される。すなわち、回転数Ｎが所定回転数N_L（例えば
500rpm）よりも低い場合には、機関が停止しているもの
と判定し、発生トルクＴを０とする（ステップ６）。ま
たステップ５では、内燃機関１の負荷の有無がQ/Nの値
に基づいて判定される。すなわちQ/Nが所定値Ａ（例え
ば0.01）よりも小さい場合には無負荷運転であると判定
し、やはり発生トルクＴを０とする（ステップ６）。

そして、ステップ７で、次式に基づいて基本トルクT₀が
算出される。

T₀＝K₁×（Q/N）−K₂ ここでK₁,K₂は内燃機関１の仕様により決定される定数
である。例えば、K₁は280〜350程度、K₂は１〜４程度と
なる。尚、K₂は、内燃機関１自身の回転に使用されるト
ルクであり、主に排気量の大小によって定まる。

更にステップ８で、上記基本トルクT₀から機関回転数Ｎ
に依存した損失トルクT_Nを差し引くことで、実際に出力
されるトルクＴが求められる。この損失トルクT_Nは、回
転に伴うフリクションロスや絞り損失等であり，例えば
第３図に示すような特性に従い、そのときの機関回転数
Ｎに対応して決定される。

尚、この実施例では、損失相当分を回転数に依存しない
項K₂（ステップ７）と依存する項T_N（ステップ８）とに
分けて処理の容易化を図っているが、勿論両者を一体の
ものとして取り扱うことも可能である。

そしてステップ９で、上記のように求めたトルクＴ（kg
・ｍ）とそのときの機関回転数Ｎとを用いて、機関出力
Ｐ（PS）が次式によって演算される。

このようにして算出されたトルクＴと出力Ｐは、計測ユ
ニット11前面の表示器12において逐次表示される（ステ
ップ10）。

従って、運転者は運転中常に機関の出力ＰとトルクＴを
知ることができ、変速時期の決定等に際して非常に便利
なものとなる。また、減速走行時には、多少の吸入空気
量が検出されてもトルクＴおよび出力Ｐがいずれも０と
して正しく表示され、運転者に違和感を与えることがな
い。

尚、上記のようにして求めたトルクＴ等を単に表示する
だけでなくトラクションコントロール等の入力データと
して利用することも勿論可能である。

第４図は、一例として上記の出力Ｐを利用して、自動車
が走行中の路面勾配を算出し、計測ユニット11前面の表
示器12に同時に表示するようにした実施例を示してい
る。

これは、自動車の加速度から平坦路での必要馬力P_vを推
定し、この必要馬力P_vと前述の方法で求めた機関出力Ｐ
との関係から勾配を算出するようにしたものであって、
先ず、ステップ１で、図示せぬ車速センサの検出信号か
ら車速V_Tが求められる。そして、前回の検出値つまりΔ
Ｔ秒前の車速V_T′を用いて、次式により加速度αが算出
される（ステップ２）。

α＝（V_T-V_T′）／ΔＴ 次にステップ３で、平坦路と仮定した場合の必要馬力P_v
が次式により算出される。

P_v＝C₁×α×Ｗ＋C₂×V_T ²＋C₃ ここでC₁,C₂,C₃は車両により定まる定数、Ｗは車重であ
る。

またステップ４で、前述のように求めた機関出力Ｐが読
み込まれ、ステップ５で両者の比較により勾配の有無が
判定される。

すなわち、Ｐ≒P_vであれば、平坦路で必要な馬力と実際
の発生出力とが平衡している状態であるから、路面が平
坦であるとみなすことができ、勾配がθと０と判定され
る（ステップ８）。尚、表示のハンチングを防止するた
めに、例えば３秒程度Ｐ≒P_vの状態が継続した場合にの
みステップ８へ進ようにすると良い。

また出力Ｐと必要馬力P_vとが異なっている場合には、ス
テップ６へ進み、余剰馬力と車重Ｗとの関係から、次式
により勾配θが算出される。

このようにして算出された勾配θは、やはり計測ユニッ
ト11前面の表示器12において逐次表示される（ステップ
７）。

考案の効果 以上の説明で明らかなように、この考案に係る自動車用
内燃機関の車載型トルク計測装置によれば、内燃機関の
吸入空気量と回転数との情報から機関の発生トルクを通
常の運転中に容易に計測することができる。そして吸入
空気量の検出と回転数の検出は、燃料制御等のための既
存のセンサ類を用いて行えるので、部品点数の増加を招
くことがなく、安価かつ容易に実施できる。また、走行
中に運転者がアクセルペダルから足を離して減速走行に
移行すると、単位回転数当たりの吸入空気量は完全には
０にならないが、発生トルクが０であると正しく表示す
ることができ、運転者に違和感を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係るトルク計測装置の一実施例を示
す構成説明図、第２図はそのフローチャート、第３図は
損失トルクT_Nの特性図、第４図は勾配を求めるようにし
た実施例のフローチャートである。 １……内燃機関、６……エアフロメータ、７……クラン
ク角センサ、８……エンジンコントロールユニット、９
……計測ユニット、10……表示器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸入空気量を検出する手段と、 内燃機関の回転数を検出する手段と、 両者から単位回転数当たりの吸入空気量を算出する手段
   と、 この単位回転数当たりの吸入空気量に所定の定数を乗算
   するとともに、損失相当分を差し引いて機関の発生トル
   クを算出する手段と、 上記の単位回転数当たりの吸入空気量を所定の下限空気
   量と比較する手段と、 単位回転数当たりの吸入空気量が下限空気量以下の場合
   に、機関発生トルクを０に補正する手段と、 この算出されたトルクを表示する手段と、 を備えてなる自動車用内燃機関の車載型トルク計測装
   置。