JPS6361129A

JPS6361129A - 内燃機関のトルク検出装置

Info

Publication number: JPS6361129A
Application number: JP20273686A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Takimoto; 滝本　敏幸; Soichi Matsushita; 宗一松下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-08-30
Filing date: 1986-08-30
Publication date: 1988-03-17
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPH0789090B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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トルク検出装置に関する。

〔従来の技術〕

特開昭５９−５１１６０号公報は内燃機関の点火時期制
御装置を開示しており、点火時期の制御のためにトルク
を算出している。即ち、トルクは気筒毎の燃焼圧を所定
のクランク角度毎にサンプリングして平均有効圧力を求
めることによって得られるようになっている。この場合
、平均有効圧力は、圧縮及び排気行程におけるサンプル
値をプラスの符号でとり、膨張及び吸気行程におけるサ
ンプル値をマイナスの符号でとり、これらを１サイクル
分積算して得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したような平均有効圧力を求めることによってトル
クを算出する装置では、サンプル値がプラスからマイナ
スまで大きく変動する値を扱うのでサンプル数を大きく
する必要があり、これらの信号を処理するために高速型
の制御装置（コンピュータ）が必要であった。また、全
気筒で上述したトルク検出を行う場合にはさらに大容量
の制御装置が必要になり、それでもトルク検出のために
容量の大部分を使用して制御対象に使用すべき容量が残
り少なくなるという問題があり、かなりのコストアップ
を招くので実用が難しいという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による内燃機関のトルク検出装置は、燃焼室の圧
力を検出する手段１と、検出された圧力に所定のクラン
ク角度における瞬時トルク係数を乗算することによって
瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段２と、複数の
クランク角度においてそれぞれ算出された瞬時トルクを
加算することによって発生トルクを算出するトルク算出
手段３とを設けたことを特徴とするものである。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について説明する。

第１図において、機関本体１０には公知のように往復動
するピストン１２が挿入され、ピストン１２の上方に燃
焼室１４が形成される。燃焼室１４には吸気ボート１６
及び排気ボート１８が連通して形成され、これらのボー
トにはそれぞれ吸気弁２２及び排気弁２４が配置される
。さらに、燃焼室１４には圧力センサ２６が配置され、
また図示しない点火プラグが配置される。吸気ボート１
６には吸気マニホールド２８が接続され、吸気マニホー
ルド２８は上流側に向かって順にサージタンク３０．ス
ロットルボディ３２、エアフローメータ３４、及びエア
クリーナ３６に接続される。

そして、吸気マニホールド２８の各枝管には燃料噴射弁
３８が取りつけられる。

燃料噴射弁３８及び点火プラグは制御装置（ＥＣＵ）４
０によって制御され、そのために従来から公知のように
エアフローメータ３４やスロットルポジションセンサや
水温センサが設けられ、さらに、例えばディストリビュ
ータを利用したクランク角センサ４２が設けられる。本
発明においては、制御装置（ＥＣＵ）４０の中で主に圧
力センサ２６及びクランク角センサ４２の検出信号によ
りトルクを検出するものであり、このトルク検出装置は
前述したように圧力検出手段１と、瞬時トルク算出手段
２と、トルク算出手段３とから構成されるものである。

燃料噴射弁３８及び点火プラグの制御は公知のものを利
用できるので以後はトルクの検出についてのみ説明する
。

制御装置（ＥＣＵ）４０は第２図に示されるようにマイ
クロコンピュータにより構成され、制御と演算の機能を
有する中央処理装置（ＣＰ　Ｕ）４４と、プログラムを
記憶することのできるリードオンリメモリ　（ＲＯＭ）
４６と、データ等を記憶すランダムアクセスメモリ　（
ＲＡＭ）４８と、入出力ボート５０とを備え、これらの
要素はバス５２によって相互に接続されている。前述し
たクランク角センサ４２の信号及び圧力センサ２６の検
出信号は入出力ポート５０を介して人力され、さらに図
示しないＡ／Ｄ変換器が使用される。演算結果は制御対
象への出力手段５４に出力され、例えば、最大のトルク
が得られるように燃料噴射弁３８を制御することができ
る。また、クランク角センサ４２は、第８図に示される
ように７２０度毎の基準信号と、所定の角度間隔の角度
信号とを発生し、これらの両信号から気筒番号毎のクラ
ンク位置を知ることができる。

第３図は本発明により制御装置で実行されるトルク検出
のためのフローチャートを示し、これは第８図に示した
所定の角度間隔の角度信号毎に起動されるものである。

第３図のフローチャートでは４つの設定角度Ａ、Ｂ、Ｃ
，Ｄが設定されており、角設定角度Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ毎に
検出された燃焼室１４の圧力（シリンダ内圧力）により
瞬時トルクを算出し、最後にそれらを加算することによ
ってトルクを算出するようになっている。ここでは、第
３図の詳細を説明する前に第４図から第６図を参照して
本発明の原理について説明する。

第４図はシリンダ内圧力の一例を示し、圧力は吸気の上
死点（ＴＤＣ）後の成る角度で最大になり、それからピ
ストン１２の下降とともに低下していく。第４図から分
かるように、本発明では圧力がほぼ最大になる辺りの角
度Ａを１つの設定角度としている。もし、角度Ａにおい
て圧力が常に最大になるならば、この圧力の最大値はト
ルクの目安の値としてそのまま使用できるかもしれない
。

しかしながら、圧力が最大になるクランク角度は例えば
点火時期の制御等によっても変動するので、それを固定
的に定めることはできず、もし最大圧力をトルクの目安
として使用する場合には少なくとも角度Ａ付近で複数の
サンプリングを行ってその中から最大値を求める等の演
算が必要である。

この場合にも、最大圧力値はトルクの目安となるだけで
、トルクを正確に表したものとはいえない。

第５図は瞬時トルク係数ｋを示し、これは、クランクの
腕の長さｒ、連接棒の長さ１、クランク角度ｅ、λ＝　
ｌ　／　ｒとしたときに、ｋ＝ｒ（ｓｉｎり発生した圧
力がピストン、連接棒によりクランク軸に伝える有効仕
事（トルク発生）Ｎを、クランクの腕に直角な方向の分
力として考えたときの係数である。例えば、上死点後１
０度でのに４Ｂ１．０３であり、２５度では２．４１．
４０度では３．６２．５５度では４．３７である。瞬時
トルク係数にはシリンダ内圧力とは勾配が逆になり、吸
気の上死点後７０度付近で最大になる。

瞬時トルクはそれぞれ所定の角度におけるシリンダ内圧
力と瞬時トルク係数ｋを乗算することによって得られる
。第６図に示されるように、瞬時トルクは吸気の上死点
後１０度から９０度の間でほとんど決定されてしまい、
３０度付近で最大になる。一般的には、内燃機関の解析
に瞬時トルクを用いる場合、特定のクランク角度におけ
る瞬時トルクが採用される。即ち、クランク角何度にお
ける゛瞬時トルクとして使用される。特性がクランク角
度に対して固定的に定まる場合には、特定のクランク角
度における瞬時トルクがトータルの発生トルクを代表す
ると言うことができるかもしれないが、前述したように
点火時期が変化すればシリンダ内圧力が変化し、それに
よって瞬時トルクの特性も変化するので特定のクランク
角度における瞬時トルクでトータルの発生トルクを代表
すると誤差が大きくなる。

従って、本発明では複数のクランク角度位置における瞬
時トルクを求めてそれらを加算することによってトータ
ルの発生トルクを求めようとするものである。好ましく
は、検出すべきクランク角度は４つあり、それらがＡ、
Ｂ、Ｃ，Ｄによって示されている。第１の角度Ａは最適
点火時期における最大圧力Ｐ１を与える角度として設定
され、第２の角度Ｂは同様に最大瞬時トルクを与える角
度として設定される。また、第３の角度Ｃ及び第４の角
度りは最大の瞬時トルク係数ｋを与える角度の近く及び
瞬時トルクが比較的に高いレベルにある角度を選んで設
定される。このようにして、第６図に示されるように４
つの設定角度Ａ、Ｂ。

Ｃ，Ｄにおいて瞬時トルクを求めた場合、もしも点火時
期の変化によって瞬時トルクの特性カーブが第６図から
左にずれた場合、角度Ａにおける瞬時トルクＴ、は第６
図の値よりも大きくなるが、残りの角度Ｂ、Ｃ，Ｄにお
ける値Ｔ　ｚ、　Ｔ　ｘ、　Ｔ　ａは逆に小さくなり、
これらの合計したちの同士を比べると検出誤差は小さく
なっていることが確認できる。また、特性が右にずれた
場合にもプラスとマイナスの関係が生じ、同様に誤差が
小さくなる。

従って、本発明においては複数のクランク角度位置でそ
れぞれ求めた瞬時トルクを合計することによって発生ト
ルクを微小な誤差で求めることが可能である。

第３図に戻って、ステップ５１から５４はそれぞれの設
定角度Ａ、　Ｂ、　　Ｃ，Ｄになったかどうかを判断し
、設定角度Ａになったときにはステップ５５．５６にお
いてシリンダ内圧力をＰＩとして取り込み、瞬時トルク
’ｒ’＋　＝　Ｐ　Ｉｗ　ｘ　ｋ　、を算出する。設定
角度Ｂになったときにも同様にステップ５７．５８にお
いてシリンダ内圧力をＰ２として取り込み、瞬時トルク
Ｔ、＝Ｐ、ｗＸｋ、を算出する。さらに設定角度Ｃ並び
にＤにおいてもそれぞれステップ５９．６０並びにステ
ップ６１゜６２において瞬時トルクＴ３　＝ｐｔ　ＷＸ
ｋ！並びにＴ４　＝Ｐ４　ｗｘｋ４を算出する。最後の
ステップ６２の後はステップ６３に進み、瞬時トルクの
合計値Ｔｘ＝Ｔ、＋Ｔ２＋Ｔ、＋Ｔ４を算出する。

この瞬時トルクの合計値Ｔｘは前述したように発生トル
クを代表する値である。第３図においてはさらに、瞬時
トルクの合計値Ｔｘから実験式を用いて実際のトルクに
単位換算した値ＴＲＱ−α×Ｔｘ＋β算出している。こ
の実験式は第７図のようにして定められることができる
。なお、圧力センサ２６として圧電式圧力センサを用い
た場合、−ａ的には出力電圧のドリフトが発生すること
が知られており、絶対圧力値を正確に検出出来ないこと
があるが、その場合でも、例えば吸気下死点のシリンダ
内圧力を検出し、その圧力からの差圧という形でＰを求
めればよい。

第８図は全気筒のトルク検出を行う場合のタイムチャー
トを示しており、本発明によれば第４図から第６図を参
照して説明したようにシリンダ内圧力の検出は吸気の上
死点後１０度から９０度の範囲の複数の角度位置におい
て行われるので、全気筒トルク検出の場合にも圧力検出
及びそのためのＡ／Ｄ変漠のタイミングが重なることが
なく、１個のＡ／Ｄ変換器によりチャネルの切り替え操
作によって全気筒骨を賄うことができ、また各気筒のト
ルク検出の間にも十分な時間的余裕があるのでその他の
演算処理をも十分におこなうことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、従来複数のＡ／Ｄ変換器を必要と
したり、大型の制御装置が必要であったりして従来実用
し難かったのが、本発明により節単に且つ比較的に正確
にトルクを検出することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内燃機関の構成図、第２図は制御装置
の内部構成図、第３図は本発明により実施する制御のフ
ローチャート、第４図はクランク角度に対するシリンダ
内圧力を示す図、第５図はクランク角度に対する瞬時ト
ルク件数を示す図、第６図はクランク角度に対する瞬時
トルクを示す図、第７図は瞬時トルクの合計値と実際の
発生トルクとの関係を示す図、第８図は全気筒のトルク
検出を行うタイミングチャートである。１０・・・機関本体、　　１２・・・ピストン、１４・
・・燃焼室、　　　２６・・・圧力センサ、４２・・・
クランク角センサ。

Claims

【特許請求の範囲】

燃焼室の圧力を検出する手段と、検出された圧力に所定
のクランク角度における瞬時トルク係数を乗算すること
によって瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段と、
複数のクランク角度においてそれぞれ算出された瞬時ト
ルクを加算することによって発生トルクを算出するトル
ク算出手段とを設けたことを特徴とする内燃機関のトル
ク検出装置。