(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサと、複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した燃焼室内の圧力を記憶する記憶手段と、クランク角度をパラメータとする燃焼圧−トルク換算係数と複数のクランク角度に対し機関の燃焼行程中に該燃焼圧センサにより検出した圧力とから該クランク角度毎の該機関の瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段と、該機関の燃焼サイクル毎に該瞬時トルク算出手段により算出した複数の瞬時トルクを加算して該機関のトルクを算出するトルク算出手段と、該トルク算出手段により算出した該機関の所定回数前の燃焼サイクルと今回の燃焼サイクルとから該機関のトルク変動量を算出するトルク変動量算出手段と、を備えた内燃機関のトルク変動量検出装置において、
燃焼終了後の前記燃焼室内の圧力と該圧力を検出するクランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数とに基づいて前記トルク算出手段により算出した前記機関のトルクを補正し、該補正したトルクに基づいて該機関のトルク変動量を算出することを特徴とする内燃機関のトルク変動量検出装置。
【請求項２】
内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサと、複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した燃焼室内の圧力を記憶する記憶手段と、クランク角度をパラメータとする燃焼圧−トルク換算係数と複数のクランク角度に対し機関の燃焼行程中に該燃焼圧センサにより検出した圧力とから該クランク角度毎の該機関の瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段と、該機関の燃焼サイクル毎に該瞬時トルク算出手段により算出した複数の瞬時トルクを加算して該機関のトルクを算出するトルク算出手段と、該トルク算出手段により算出した該機関の所定回数前の燃焼サイクルと今回の燃焼サイクルとから該機関のトルク変動量を算出するトルク変動量算出手段と、を備えた内燃機関のトルク変動量検出装置において、
前記燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備え、
前記検出手段により検出したクランク角度よりも遅角側のクランク角度における燃焼圧−トルク換算係数を機関の運転状態に応じて進角側のクランク角度における燃焼圧−トルク換算係数と比して小さい値に変更し、該変更した燃焼圧−トルク換算係数を用いて該機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を算出することを特徴とする内燃機関のトルク変動量検出装置。
【請求項３】
前記燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備え、
前記検出手段により検出したクランク角度に基づいて燃焼終了後の前記燃焼室内の圧力を検出するクランク角度を決定し、該クランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した圧力と該クランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数とに基づいて前記トルク算出手段により算出した前記機関のトルクを補正し、該補正したトルクに基づいて該機関のトルク変動量を算出する請求項１に記載の内燃機関のトルク変動量検出装置。
【請求項４】
内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサと、複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した燃焼室内の圧力を記憶する記憶手段と、クランク角度をパラメータとする燃焼圧−トルク換算係数と複数のクランク角度に対し機関の燃焼行程中に該燃焼圧センサにより検出した圧力とから該クランク角度毎の該機関の瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段と、該機関の燃焼サイクル毎に該瞬時トルク算出手段により算出した複数の瞬時トルクを加算して該機関のトルクを算出するトルク算出手段と、該トルク算出手段により算出した該機関の所定回数前の燃焼サイクルと今回の燃焼サイクルとから該機関のトルク変動量を算出するトルク変動量算出手段と、を備えた内燃機関のトルク変動量検出装置において、
前記燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備え、
前記機関の燃焼行程中に前記燃焼室内の圧力を検出する複数のクランク角度を該機関の運転状態に応じて前記検出手段により検出したクランク角度より進角側に決定し、該決定した複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した該燃焼室内の圧力に基づいて該機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を算出することを特徴とする内燃機関のトルク変動量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のトルク変動量を高精度に検出する内燃機関のトルク変動量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のリーンバーンシステム（希薄燃焼方式）は、ＮＯx 、ＣＯの排出を低減するとともに低燃費を達成するので、近年、益々脚光を浴び種々の研究開発が進められている。リーンバーンシステムにおいて、安定な燃焼を維持することは極めて重要であり、このため燃焼トルクを精度よく検出し、空燃比フィードバック制御性能を向上させる技術が提案されている。より具体的には、燃焼トルクを精度よく検出し、燃焼トルクの変動量が目標値となるように燃料噴射量を補正して、機関の空燃比をリーン限界付近になるように空燃比フィードバック制御する技術が提案されている。例えば、特開平２−６７４４６号公報に開示されたリーンバーンシステムは、機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサを備え、吸気行程下死点付近の燃焼圧センサの出力信号を基準圧力値とし、燃焼行程中の燃焼圧センサの出力信号を複数検出し、基準圧力値と複数の検出値との差分に基づき機関の今回燃焼サイクルのトルクを算出し、所定サイクル、例えば１サイクル前の前回燃焼サイクルのトルクからの今回燃焼サイクルのトルクの低下量を機関のトルク変動量として算出し、トルク変動量が所定値より大のときは目標空燃比をリッチ側に制御してトルク変動量を低下させ、トルク変動量が所定値未満のときは目標空燃比をリーン側に制御してトルク変動量を増大させる。つまり、トルク変動量が所定値となるように空燃比を制御する。このリーンバーンシステムによれば、空燃比制御が安定し、ドライバビリティやエミッションが良好となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平２−６７４４６号公報に開示のリーンバーンシステムは、機関の燃焼熱によって燃焼圧センサに用いられるダイアフラムが熱膨張を起こして撓み燃焼圧センサの出力が変化する。この熱によるダイアフラムの変形は、ダイアフラム表面に付着したデポジットの大小や燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきによって変化するため、トルク変動の検出精度が低下するという問題がある。その結果、機関のトルクおよびトルク変動量の算出が不正確となり、ひいては空燃比制御が不安定となるという問題が生じる。
【０００４】
以下に、上記熱によるダイアフラムの変形の要因であるデポジットおよび燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきについて図を参照しつつ説明する。先ず、デポジットに起因する熱によるダイアフラムの変形について説明する。
図１１はデポジットの有無による燃焼圧センサの出力の差異を示す図である。図１１において横軸はクランク角度、縦軸は圧力を示す。燃焼圧センサのダイアフラムにデポジットが付着した場合の燃焼圧センサの出力波形を実線ａで示し、デポジットが付着していない場合の燃焼圧センサの出力波形を破線ｂで示す。デポジットが付着していない場合の方が付着した場合より低い燃焼圧力を示すのは次の理由によるものと考えられる。燃焼によりダイアフラム表面が急激に熱せられるとダイアフラム表面のみが伸びるためダイアフラムは変形し圧力を検出する素子に加わる力が低下し燃焼圧センサの出力が低下する。ダイアフラムにデポジットが付着するとその断熱作用により熱による歪が発生し難くなるので燃焼圧センサの出力低下は抑制される。次に、燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきに起因する熱によるダイアフラムの変形について説明する。
【０００５】
図１２は前回より今回燃焼サイクルの燃焼速度の方が遅くなったときのデポジット有りと無しの各場合における燃焼圧センサ出力の違いを示す図であり、（Ａ）はデポジット無しの燃焼圧センサ出力を示す図であり、（Ｂ）デポジット有りの燃焼圧センサ出力を示す図である。図１２において横軸はクランク角度、縦軸は圧力を示す。前回より今回燃焼サイクルの燃焼速度の方が遅くなったとき、すなわち前回サイクルより今回サイクルの方が燃焼が悪化したときは、熱によるダイアフラムの変形はし難くなり、燃焼圧センサの出力変化は前回サイクルに比して抑制される。したがって、図１２の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、デポジットの有無に関わらず、実線ｃ、ｃ’で示す今回サイクルの出力の方が破線ｄ、ｄ’で示す前回サイクルの出力より燃焼後の出力Ｐ2 〜Ｐ4 が高くなり、デポジットの有る図１２の（Ｂ）の方がデポジットの無い図１２の（Ａ）の方よりデポジット付着による燃焼圧センサの出力変化を大きく抑制する分だけ出力変化分は少なくなる。一方、燃焼中の出力Ｐ1 は、デポジット有無に関わらず、燃焼悪化により低下する。次に、燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきによるトルクやトルク変動量の検出誤差について以下に説明する。
【０００６】
図１３は燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきによるトルクやトルク変動量のデポジット有りと無しの各場合の違いを示す図であり、（Ａ）はトルク変動量の、（Ｂ）は空燃比リッチにおけるトルクの、（Ｃ）は空燃比リーンにおけるトルクの、デポジット有りと無しの各場合の違いをそれぞれ示す図である。図１３の（Ａ）において、横軸は空燃比Ａ／Ｆ、縦軸はトルク変動量ＤＴＲＱを示す。図１３の（Ａ）は機関の運転条件（回転数、負荷）を一定に維持して空燃比を変えたときに、燃焼圧センサの出力Ｐ0 〜Ｐ4 からトルク変動量ＤＴＲＱを算出した結果のグラフを示す。図１３の（Ａ）からＤＴＲＱはリッチ側では破線ｆで示すデポジット無しの方が実線ｅで示すデポジット有りの方より大と計算され、リーン側ではデポジット有りの方がデポジット無しの方より大と計算されることが判る。この理由について図１３の（Ｂ）と（Ｃ）を参照しつつ以下に説明する。
【０００７】
図１３の（Ｂ）と（Ｃ）において、横軸は時間ｔ、縦軸はトルクＰＴＲＱを示す。空燃比リッチのときは、図１３の（Ｂ）に示すように、実線ｇで示すデポジット有りのトルク曲線が得られたとき、デポジット無しのトルクは、燃焼が良好となりトルクが上がった時刻ｔ1 においてトルクが下がったと計算され、逆に燃焼が悪化しトルクが下がった時刻ｔ2 においてトルクが上がったと計算され、結果として破線ｈで示すトルク曲線が得られる。
【０００８】
一方、空燃比リーンのときは、図１３の（Ｃ）に示すように、実線ｉで示すデポジット有りのトルク曲線が得られたとき、デポジット無しのトルクは、燃焼が良好となりトルクが上がった時刻ｔ1 ’において、トルクが上がったと計算され、逆に燃焼が悪化しトルクが下がった時刻ｔ2 ’において、トルクが下がったと計算され、燃焼が最も悪化する時刻ｔ3 において、燃焼圧センサの出力は熱の影響をほとんど受けないので計算されるトルクもデポジット有りとほぼ一致し、結果として破線ｊで示すトルク曲線が得られる。
【０００９】
すなわち、空燃比がリッチな程、熱の影響は大きいので、デポジット無しの方がデポジット有りの方より燃焼圧センサの出力の検出誤差は大きくなり、その結果機関のトルクおよびトルク変動量の計算誤差も大きくなる。一方、空燃比がリーンな程、熱の影響は少ないので、デポジット有無に関わらず燃焼圧センサの出力の検出誤差は小さくなり、その結果機関のトルクおよびトルク変動量の計算誤差も比較的小さくなる。
【００１０】
以上、詳細に説明したように、従来技術によれば、燃焼圧センサの出力はデポジットの大小や燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきによって変化するため、機関のトルクおよびトルク変動量の算出が不正確となり、空燃比制御が不安定となる。それゆえ、本発明はこれらの問題を解決し、燃焼圧を正確に検出することによりトルク変動量の検出精度を向上させ、安定な燃焼を維持して安定な空燃比制御を行う内燃機関のトルク変動量検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決する本発明による第１態様の内燃機関のトルク変動量検出装置は、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサと、複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した燃焼室内の圧力を記憶する記憶手段と、クランク角度をパラメータとする燃焼圧−トルク換算係数と複数のクランク角度に対し機関の燃焼行程中に該燃焼圧センサにより検出した圧力とから該クランク角度毎の該機関の瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段と、該機関の燃焼サイクル毎に該瞬時トルク算出手段により算出した複数の瞬時トルクを加算して該機関のトルクを算出するトルク算出手段と、該トルク算出手段により算出した該機関の所定回数前の燃焼サイクルと今回の燃焼サイクルとから該機関のトルク変動量を算出するトルク変動量算出手段と、を備えた内燃機関のトルク変動量検出装置において、燃焼終了後の前記燃焼室内の圧力と該圧力を検出するクランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数とに基づいて前記トルク算出手段により算出した前記機関のトルクを補正し、該補正したトルクに基づいて該機関のトルク変動量を算出することを特徴とする。
【００１２】
上記第１態様のトルク変動量検出装置は、燃焼圧センサ出力が熱による影響を受けなくなった燃焼終了後の燃焼室内の圧力と該圧力を検出するクランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数とに基づいてトルク算出手段により算出した機関のトルクを補正し、補正したトルクに基づいて機関のトルク変動量を算出するので、燃焼圧センサにより検出される燃焼室内の圧力における熱により影響を受ける成分を補正でき、それゆえ機関のトルクおよびトルク変動量が精度よく検出される。
【００１３】
上記問題を解決する本発明による第２態様の内燃機関のトルク変動量検出装置は、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサと、複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した燃焼室内の圧力を記憶する記憶手段と、クランク角度をパラメータとする燃焼圧−トルク換算係数と複数のクランク角度に対し機関の燃焼行程中に該燃焼圧センサにより検出した圧力とから該クランク角度毎の該機関の瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段と、該機関の燃焼サイクル毎に該瞬時トルク算出手段により算出した複数の瞬時トルクを加算して該機関のトルクを算出するトルク算出手段と、該トルク算出手段により算出した該機関の所定回数前の燃焼サイクルと今回の燃焼サイクルとから該機関のトルク変動量を算出するトルク変動量算出手段と、を備えた内燃機関のトルク変動量検出装置において、前記燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備え、前記検出手段により検出したクランク角度よりも遅角側のクランク角度における燃焼圧−トルク換算係数を機関の運転状態に応じて進角側のクランク角度における燃焼圧−トルク換算係数と比して小さい値に変更し、該変更した燃焼圧−トルク換算係数を用いて該機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を算出することを特徴とする。
【００１４】
上記第２態様のトルク変動量検出装置は、機関の運転状態に応じて複数のクランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数をそれぞれ変更する。より詳しくは、燃焼圧センサにより検出される燃焼行程後半の燃焼室内の圧力は熱により影響を受ける成分を含むので、この成分を減量補正して真の圧力を算出する代わりに圧力検出時のクランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数を通常より小さい値に変更し、具体的には、燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出し、検出した熱変動の影響が大きくなるクランク角度よりも遅角側のクランク角度における、複数のクランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数を、機関の運転状態に応じて、進角側のクランク角度における燃焼圧−トルク換算係数と比して小さい値にそれぞれ変更し、該変更した燃焼圧−トルク換算係数を用いて該機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を算出するので、正確に燃焼圧センサの熱変動による影響を補正でき、機関のトルクおよびトルク変動量が精度よく検出される。
【００１５】
上記問題を解決する本発明による第３態様の内燃機関のトルク変動量検出装置は、前記燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備え、前記検出手段により検出したクランク角度に基づいて燃焼終了後の前記燃焼室内の圧力を検出するクランク角度を決定し、該クランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した圧力と該クランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数とに基づいて前記トルク算出手段により算出した前記機関のトルクを補正し、該補正したトルクに基づいて該機関のトルク変動量を算出する。
【００１６】
上記第３態様のトルク変動量検出装置は、燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出し、検出したクランク角度に基づいて第１態様のトルク変動量検出装置における燃焼終了後の燃焼室内の圧力を検出するクランク角度を決定し、該クランク角度に対し燃焼圧センサにより検出した圧力と該クランク角度に対応する燃焼圧−トルク換算係数とに基づいて機関のトルクを補正し、該補正したトルクに基づいて機関のトルク変動量を算出するので、燃焼圧センサにより検出される燃焼室内の圧力における熱により影響を受ける成分を補正できる。すなわち熱変動の影響を受けないことが第１態様と比してより確実なクランク角度で燃焼圧を検出し、検出した圧力と燃焼圧−トルク換算係数とに基づきトルクを補正するので、機関のトルクおよびトルク変動量が精度よく検出される。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
上記問題を解決する本発明による第４態様の内燃機関のトルク変動量検出装置は、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサと、複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した燃焼室内の圧力を記憶する記憶手段と、クランク角度をパラメータとする燃焼圧−トルク換算係数と複数のクランク角度に対し機関の燃焼行程中に該燃焼圧センサにより検出した圧力とから該クランク角度毎の該機関の瞬時トルクを算出する瞬時トルク算出手段と、該機関の燃焼サイクル毎に該瞬時トルク算出手段により算出した複数の瞬時トルクを加算して該機関のトルクを算出するトルク算出手段と、該トルク算出手段により算出した該機関の所定回数前の燃焼サイクルと今回の燃焼サイクルとから該機関のトルク変動量を算出するトルク変動量算出手段と、を備えた内燃機関のトルク変動量検出装置において、前記燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備え、前記機関の燃焼行程中に前記燃焼室内の圧力を検出する複数のクランク角度を該機関の運転状態に応じて前記検出手段により検出したクランク角度より進角側に決定し、該決定した複数のクランク角度に対し該燃焼圧センサにより検出した該燃焼室内の圧力に基づいて該機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を算出することを特徴とする。
【００２０】
上記第４態様のトルク変動量検出装置は、燃焼圧センサの出力から燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出し、機関の燃焼行程中に燃焼室内の圧力を検出する複数のクランク角度を機関の運転状態に応じて該検出したクランク角度より進角側に決定する。決定した複数のクランク角度は熱変動の影響が小さく燃焼圧センサは正確な燃焼圧を出力するので、第４態様のトルク変動量検出装置は、当該クランク角度に対し燃焼圧センサにより検出した熱変動の影響が少ない燃焼室内の圧力に基づいて機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を算出することになり、機関のトルクおよびトルク変動量が精度よく検出される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は本発明の一実施態様を示す図である。機関１の吸気通路２には吸気圧センサ３が設けられ吸入空気の絶対圧を検出する。吸気通路２は吸気マニホルド４に接続され、吸気マニホルド４は分岐して各気筒のインテークポートに接続され、吸気通路２は燃焼室５に連通させる。吸気マニホルド４には燃料噴射弁６が配設される。各気筒１の燃焼室５は排気マニホルド７に接続され、排気マニホルド７は排ガスを浄化する触媒コンバータ８を介して排気管９に接続される。
【００２２】
ディストリビュータ１０内には機関１のクランク角度を検出するクランク角センサ１１および１２が設けられ、これらセンサは７２０°ＣＡ（クランク角度）毎の基準パルス信号および５°ＣＡ毎のクランク角パルス信号を電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０内の入出力ポート２１に直接入力する。吸気圧センサ３の出力はＥＣＵ２０内のＡ／Ｄ変換器２２に接続される。気筒１の頂部には燃焼室５内の圧力を検出する燃焼圧センサ１３が埋設されその出力も同様にＡ／Ｄ変換器２２に接続される。また、機関の水温を検出する水温センサ１４が機関のウォータジャケットに埋設されその出力も同様にＡ／Ｄ変換器２２に接続される。Ａ／Ｄ変換器２２は入出力ポート２１に接続されバスライン２３を介してＣＰＵ２４に接続される。
【００２３】
また、シリンダブロックに埋設されるノックセンサ１５は機械的振動を電気的な振幅変動に変換した周知のものであり、例えば圧電素子または電磁素子等から構成され、機関１のノッキングによるシリンダブロックの振動を検出する。ノックセンサ１５の出力信号は、ＥＣＵ２０内のノック検出回路２５へ入力される。ノック検出回路２５は、インピーダンス変換用のバッファとノック固有の周波数帯域（７〜８ＫＨｚ）の信号を通過させるバンドパスフィルタとからなるバッファフィルタ回路、ピークホールド回路およびＡ／Ｄ変換回路からなる。ピークホールド回路はＣＰＵ２４からバスライン２３、入出力ポート２１を介してセット信号（Ｈレベル）を受けてバッファフィルタ回路の出力を取り込み最大振幅をホールドし、ＣＰＵ２４からバスライン２３、入出力ポート２１を介してリセット信号（Ｈレベル）を受けてホールドした最大振幅をリセットする。ピークホールド回路の出力はＡ／Ｄ変換回路によりアナログからデジタルに変換される。Ａ／Ｄ変換回路はＣＰＵ２４からの信号によりＡ／Ｄ変換を開始しＡ／Ｄ変換終了後、入出力ポート２１、バスライン２３を介してＣＰＵ２４へ完了通知を行う。このように、ＣＰＵ２４はノックセンサ１５からの信号を受け次のようなノック制御を行っている。すなわち、バッファフィルタ回路によって必要周波数成分だけ取り出されたノックセンサ１５からの出力信号を受け、点火が終了し燃焼行程に移った後の所定期間中に、ノックセンサ１５からの出力ピーク値が判定基準値を越えた回数をカウントしノックの強度判定を行い、ノック強度に応じて遅角補正を行い、点火時期がノッキング限界となるように、駆動回路２６、イグナイタ２７およびディストリビュータ１０を介して点火プラグ２８へ点火信号を送る。
【００２４】
一方、燃料噴射弁６はＥＣＵ２０内の駆動回路２６に接続され、入出力ポート２１、バスライン２３を介してＣＰＵ２４に接続される。燃料噴射弁６はＣＰＵ２４により処理される燃料噴射制御にしたがって駆動回路２６により開弁され、各気筒１へ向けて燃料を噴射する。燃料噴射量は、機関の水温、クランク角センサ１１の出力信号から算出される回転数および吸気圧センサ３の出力信号から検出される負荷等に応じて算出される基本燃料噴射量ＴＰを、空燃比フィードバックにより機関の空燃比が目標空燃比となるよう補正して供給する燃料噴射量を算出する。本実施例では、燃焼圧センサ１３により検出される気筒内の圧力から機関のトルクを算出し、次いでトルク変動量を算出し、トルク変動量に応じて目標のリーン空燃比となるようにフィードバック補正する。したがって、トルク検出精度がよい程、精度よい空燃比フィードバック制御が達成される。
【００２５】
ＥＣＵ２０は、例えばマイクロプロセッサからなり、ＣＰＵ２４、入出力ポート２１、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ２７、演算制御処理過程に一時的なデータを格納するＲＡＭ２８およびイグニッションスイッチがオフになっても保持すべきデータを格納するバックアップ用のＢ．ＲＡＭ２９を有し、これらは相互にバスライン２３を介して送受信可能に接続される。本発明の各手段は、このＥＣＵ２０により達成される。
【００２６】
次に、燃焼圧センサの構成について以下に概略説明する。
図２は図１に示す燃焼圧センサ１３の断面図である。ハウジングの細径部３１の先端にはダイアフラム３２が設置されており、図１の燃焼室５内に挿入される。ダイアフラム３２にかかる気筒内の圧力はロッド３３を介して圧電素子３４に伝えられ電気信号に変換される。この電気信号はリード線によりハウジングの大径部３５に収納されるアンプ基板３６に導かれ増幅されてＥＣＵ２０のＡ／Ｄ変換器２２に出力される。このダイアフラム３２は直接燃焼室５内に挿入されるためデポジットが付着し易く、デポジットが付着すると、ダイアフラム３２は熱により変形し難くなり、燃焼圧センサ１３の出力変化が抑制される。
【００２７】
また、発明が解決しようとする課題の欄で先に図１２、１３を用いて説明したように、機関の燃焼サイクル毎の燃焼速度が変化したとき、例えば前回サイクルより今回サイクルの方が燃焼速度が遅くなったとき、すなわち燃焼が悪化したとき、ダイアフラム３２は熱により変形し難くなり燃焼圧センサ１３の出力変化が抑制される。このように、燃焼圧が正確に検出されないと、トルクやトルク変動量の検出精度が悪くなり、安定な燃焼を維持できず安定な空燃比制御ができない。本発明は以下に図を参照しつつ説明する各態様によりこの問題を解決する。
【００２８】
図３は本発明の第１態様における燃焼圧センサ出力の検出タイミングを示す図であり、図４は機関のトルク変動量に基づく空燃比フィードバック補正係数算出ルーチンのフローチャートであり、図５は気筒内の圧力記憶ルーチンのフローチャートであり、図６は燃料噴射量ＴＡＵ算出ルーチンのフローチャートである。図３〜図６を相互に参照しつつ以下に本発明の第１態様の制御を説明する。図３において横軸はクランク角度を示し、縦軸は燃焼圧センサ１３による燃焼室内の検出圧力を示す。図５は図４のステップ４０１の圧力記憶処理の詳細を示す。図４と図５に示す各ルーチンは５°ＣＡ毎に割込処理され、図６に示すＴＡＵ算出ルーチンは３０°ＣＡ毎に割込処理される。
【００２９】
先ず、図５に示す処理を実行して気筒内の各クランク角における圧力を検出し記憶する。ステップ５０１では、クランク角センサ１２の入力信号から今回処理周期のクランク角が吸気行程のＢＤＣ（下死点）付近、例えばクランク角度ＢＴＤＣ１７５°ＣＡ付近か否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ５０２へ進み、燃焼圧センサ１３により検出される基準となる気筒内の圧力を読み込み、読み込んだ基準圧力値Ｐ0 をＲＡＭ２８に記憶し、その判別結果がＮＯのときはステップ５０３へ進む。また、この基準圧力値Ｐ0 は燃焼圧センサ１３の温度ドリフトや出力オフセットが吸収されているＢＴＤＣ１７５°ＣＡ付近の複数箇所で読み込み、これらの平均値を基準圧力値Ｐ0 として算出し外乱やノイズに影響されないようにすることもできる。次いでステップ５０３〜５１０では、ステップ５０１、５０２と同様に、順次クランク角度ＡＴＤＣ５°ＣＡ、２０°ＣＡ、３５°ＣＡおよび５０°ＣＡの時に、燃焼圧センサ１３の出力からそれぞれ燃焼圧力値Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 およびＰ4 を読み込み、ＲＡＭ２８に記憶する。ステップ５１１では、今回処理周期のクランク角がクランク角度ＡＴＤＣ８０°ＣＡか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときは、ステップ５１２で燃焼圧センサ１３の出力から燃焼圧力値Ｐ5 を読み込み、ＲＡＭ２８に記憶し、次いで図４のステップ４０２へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ５１２をバイパスしてステップ４０２へ進む。
【００３０】
次に、図４のステップ４０２では、下式（１）に基づき機関の実トルクＰＴＲＱを算出する。
ＰＴＲＱ＝ｋ2 ｛0.5 （P1−P0）＋2.0 （P2−P0）＋3.0 （P3−P0）
＋  4.0 （P4−P0）− a  （P5−P0）｝  …（１）
ここで、ｋ2 は実際のトルクに換算するための係数であり、０．５、２．０、３．０および４．０は、クランクの腕の長さｒ、連接棒の長さｌ、クランク角度θおよびλ＝１／ｒとしたとき下式で与えられる燃焼圧−トルク換算係数ｋi である。
【００３１】
ｋi ＝ｒ（ｓｉｎθ＋ｓｉｎ２θ／２λ）  …（２）
クランク角度θにおける瞬時トルクは、ｋi (Pi −P0）で与えられることから上式（１）は下式（３）のように表される。
ＰＴＲＱ＝ｋ2 ｛0.5 CP1 ＋2.0 CP2 ＋3.0 CP3 ＋4.0 CP4 − a CP5｝  …（３）
また、上式（１）、（３）においてａは経年変化によらず一定な熱の影響度合いに係る補正重み係数である。この式（１）、（３）が導き出された理由について以下に説明する。
【００３２】
本発明の第１態様は、燃焼圧センサ１３の出力検出タイミングとして新たにクランク角度ＡＴＤＣ８０°ＣＡの補正用のポイントを設けた点に特徴がある。この燃焼室内の圧力をサンプリングするポイントには、燃焼は終了しているが熱によるダイアフラムの変形の影響は残っている、すなわち燃焼終了直後と推定される略ＡＴＤＣ６０°ＣＡ以降のクランク角度が選択される。このポイントでの熱の影響による出力低下分は、熱の影響を受けなかった場合の本来の燃焼室内の圧力をＣＰ５ａ、熱の影響を受けた場合の燃焼室内の圧力をＣＰ５とすると、下式（４）で表される。
【００３３】
熱の影響による出力低下分  ＝  （ＣＰ５ａ−ＣＰ５）  …（４）
この出力低下分は、燃焼室内の圧力を検出した各クランク角度のポイントＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３およびＣＰ４においても同様に比例して出力が低下すると考えられるのでトルク計算式（３）は下式（５）のように表される。
ＰＴＲＱ＝ｋ2 ｛0.5 （CP1 ＋α（CP5a-CP5))＋2.0 (CP2＋β（CP5a-CP5))
＋  3.0 （CP3 ＋γ（CP5a-CP5))＋4.0 (CP4＋δ（CP5a-CP5))｝
…（５）
ここで、α、β、γ、δは比例係数である。
【００３４】
上式（５）は下式（６）のように表される。
ＰＴＲＱ＝ｋ2 ｛0.5 CP1 ＋2.0 CP2 ＋3.0 CP3 ＋4.0 CP4
＋（0.5 α＋2.0 β＋3.0 γ＋4.0 δ）（CP5a-CP5) ｝…（６）
上式（６）において、0.5 CP1 ＋2.0 CP2 ＋3.0 CP3 ＋4.0 CP4 ＝PTRQb および
0.5 α＋2.0 β＋3.0 γ＋4.0 δ＝ a  と置き、CP5aが燃焼変動によらず一定とすれば、
トルク変動量ＤＴＲＱは下式（７）で与えられる。
【００３５】
ＤＴＲＱ＝ＰＴＲＱ(i-1) −ＰＴＲＱ(i)
＝ｋ2 ｛( ＰＴＲＱb (i-1) ＋ａ（CP5a-CP5(i-1) ))
−( ＰＴＲＱb (i)   ＋ａ（CP5a-CP5(i)   ))｝
＝ｋ2 ｛( ＰＴＲＱb (i-1) −ａ  CP5 (i-1) )
−( ＰＴＲＱb (i)   −ａ  CP5 (i)   ) ｝…（７）
ここで、ＰＴＲＱ(i-1) は前回燃焼サイクルにおける実トルク、ＰＴＲＱ(i) は今回燃焼サイクルにおける実トルクを示す。このように、ＤＴＲＱを算出するためにはCP5aは不要となり、したがってＰＴＲＱは前式（３）で表される。なお、CP5aは燃焼が終了したポイントの圧力であるので、回転数や負荷が一定であれば燃焼変動によらず一定と考えられる。
【００３６】
再び図４のフローチャートに戻る。ステップ４０３では、上記トルク変動量ＤＴＲＱを上式（７）に基づき算出する。次に、ステップ４０４では、トルク変動量ＤＴＲＱの絶対値が目標値ＴＧＶより大か否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ４０５へ進み、その判別結果がＮＯのときはステップ４０６へ進む。ステップ４０５ではトルク変動量ＤＴＲＱに基づく空燃比補正係数ＫＧＣＰを減量補正し、ステップ４０６ではＫＧＣＰを増量補正して、トルク変動量ＤＴＲＱが目標値ＴＧＶになるように制御する。これにより機関のリーン空燃比制御が達成される。
【００３７】
次に、図６のＴＡＵ算出ルーチンを説明する。ステップ６０１では、機関の回転数と負荷に基づき基本燃料噴射量ＴＰを算出する。ステップ６０２ではステップ４０５または４０６で算出した空燃比補正係数ＫＧＣＰを下式（８）に代入して燃料噴射量ＴＡＵを算出する。
ＴＡＵ＝ＴＰ＊ＫＧＣＰ＊Ｋ  …  （８）
ここで、Ｋは機関の水温、加速時等に応じて算出されるその他の補正係数である。このように算出された燃料噴射量ＴＡＵは各気筒の燃料噴射時期に対応する各燃料噴射弁から噴射される。
【００３８】
以上説明した本発明の第１態様によれば、機関のトルクＰＴＲＱを上式（３）から、トルク変動量ＤＴＲＱを上式（７）から算出するので高精度にトルク変動量を算出でき、空燃比制御性能が向上する。
次に、本発明の第２態様について説明する。
図７は本発明の第２態様の説明図であり、（Ａ）は熱の影響が大きい場合の燃焼圧センサ出力を示す図であり、（Ｂ）は熱の影響が小さい場合の燃焼圧センサ出力を示す図である。図７において、横軸はクランク角、縦軸は燃焼圧センサ１３により検出した圧力を示す。燃焼圧−トルク換算係数α1 〜α4 は、燃焼室内の圧力をサンプリングして検出する各ポイントで燃焼圧が正しく検出されていれば、先に説明した下式（２）から算出される。
【００３９】
ｋi ＝ｒ（ｓｉｎθ＋ｓｉｎ２θ／２λ）  …（２）
しかしながら、燃焼圧センサ１３は燃焼室内の圧力だけでなく熱の影響を受けて出力される。すなわち、燃焼圧センサ出力は圧力成分と熱成分からなる。図７の（Ａ）に示すように、燃焼速度が速く熱の影響が大きい場合では、実線ｌで示す燃焼圧センサ出力の圧力成分は燃焼行程前半のチェックポイントＣＰ1 および燃焼行程中半のチェックポイントＣＰ2 で高く、燃焼行程後半のチェックポイントＣＰ3 、ＣＰ4 では低い。しかるに、破線ｍで示す燃焼圧センサ出力の熱成分は燃焼行程中半のチェックポイントＣＰ2 以降から燃焼行程後半のチェックポイントＣＰ4 まで高い。したがって、熱の影響により誤検出されるチェックポイントＣＰ3 、ＣＰ4 における燃焼圧−トルク換算係数α3 、α4 を低い値に変更すれば、機関のトルクおよびトルク変動量をより正確に算出できる。
【００４０】
図７の（Ｂ）に示すように燃焼速度が遅く熱の影響が小さい場合では、実線ｌ’で示す燃焼圧センサ出力の圧力成分は燃焼行程中のチェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 で高く、破線ｍ’で示す燃焼圧センサ出力の熱成分は燃焼行程中のチェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 で低い。したがって、熱の影響により誤検出される恐れがないので、チェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 における燃焼圧−トルク換算係数α1 〜α4 を変更せずに先に説明した上式（２）から算出した値をそのまま用いても、機関の瞬時トルク、トルクおよびトルク変動量を正確に算出できる。
【００４１】
上述の本発明の第２態様によれば、機関の運転状態、例えば回転数、負荷または点火時期に応じて複数のクランク角度における各燃焼圧−トルク換算係数を変更し、変更した燃焼圧−トルク換算係数をこれら複数のクランク角度毎に燃焼圧センサ１３により検出した燃焼圧力値から基準圧力値を減算した値に乗算して瞬時トルクを算出し、これら瞬時トルクを加算して機関のトルクＰＴＲＱを算出し、前回燃焼サイクルのトルクからの今回燃焼サイクルのトルクの変動量を算出するので、トルクおよびトルク変動量を正確に算出でき、空燃比制御性能が向上する。
【００４２】
次に、本発明の第２〜４態様における検出手段、すなわち燃焼圧センサ出力に基づき燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなるクランク角度を検出する検出手段について以下に説明する。
図８は本発明の第２〜４態様における検出手段の説明図である。図８において、横軸はクランク角、縦軸は燃焼圧センサ１３により検出した圧力を示し、実線ｐで示す曲線は熱の影響がない場合の燃焼圧センサ出力を示し、破線ｑで示す曲線は熱の影響が大きい場合の燃焼圧センサ出力を示す。本発明の第２〜４態様の検出手段は、以下に記す処理を実行する。上死点ＴＤＣから所定のサンプリング周期、例えば５°ＣＡ毎に燃焼圧センサ出力を検出し、下式（９）が成立開始するチェックポイントＣＰe を燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなり始めたチェックポイントと判定し、その時のクランク角度を記憶する。
【００４３】
（ＣＰn ／ＣＰn-1 ）  ＜  （Ｖn-1 ／Ｖn ）k …（９）
ここで、Ｖn は燃焼室の容積を示し、ｋは１．３〜１．４の比熱比を示す。熱力学から、機関の膨張行程におけるＣＰとＶの関係は燃焼が終わり断熱膨張であれば、圧力Ｐと容積Ｖとの間にＰＶk ＝一定の関係が成立する。このとき、冷却損失が有れば内部で熱の発生があっても比熱比ｋは１．３〜１．４より小さく、それゆえ燃焼圧センサ１３が熱の影響を受けなければ上式（９）が成立することはない。上式（９）が成立するのは比熱比ｋが１．４を越え、熱の影響により燃焼圧センサ出力が低下した場合であり、この上式（９）の成立開始のＣＰe 以降では燃焼圧センサ出力は熱の影響を大きく受けることになる。
【００４４】
以上のように、本発明の第２〜４態様によれば、燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響が大きくなり始めるチェックポイントＣＰe を検出する。
本発明の第３態様は、上記検出手段により検出したチェックポイントＣＰe に相当するクランク角度の直後のクランク角度におけるチェックポイントＣＰ5 で燃焼終了後の燃焼室内の圧力を検出するよう構成する。
【００４５】
本発明の第２態様は、上記検出手段により検出したチェックポイントＣＰe に相当するクランク角度よりも遅角側のクランク角度における燃焼圧−トルク換算係数を機関の運転状態に応じて前述した上式（２）から算出した燃焼圧−トルク換算係数の値より小さい値に変更する。
本発明の第４態様は、上記検出手段により検出したチェックポイントＣＰe に相当するクランク角度より進角側のクランク角度におけるチェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 で燃焼室内の圧力を検出するとともに、機関の運転状態（回転数、負荷および点火時期等）に応じて燃焼圧−トルク換算係数を算出して機関のトルクおよびトルク変動量を算出する。以下に、第４態様の具体例としてノッキングに応じて燃焼圧−トルク換算係数を算出して機関のトルクおよびトルク変動量を算出する例を図９と図１０を参照しつつ説明する。
【００４６】
図９は本発明の第４態様によるトルク算出ルーチンのフローチャートであり、図１０はクランク角度に対応して燃焼圧−トルク換算係数を算出するマップである。図１０において、横軸はクランク角度、縦軸は燃焼圧−トルク換算係数Ｃi を示す。図９に示すトルク算出ルーチンは５°ＣＡ毎に割込処理される。
先ず、ステップ９０１では、上記チェックポイントＣＰe より進角側のチェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 を機関の回転数や負荷に対応して予めＲＯＭ２７に格納したマップ（図示せず）から算出する。チェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 は機関の回転数が低い程進角側に補正し、負荷が高負荷程すなわち燃焼速度が速い程進角側に補正する。これはデポジットによる影響を受け難くするためである。
【００４７】
ステップ９０２では、ノックコントロールシステムＫＣＳにより遅角補正された点火時期に応じて点火時期が早い程チェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 を進角側に補正する。
ステップ９０３では、クランク角度に対応して燃焼圧−トルク換算係数Ｃi （ｉ＝１〜４）を算出する図１０に示すマップから各チェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 に対応する燃焼圧−トルク換算係数Ｃ1 〜Ｃ4 を算出する。
【００４８】
ステップ９０４では上記各チェックポイントＣＰ1 〜ＣＰ4 および基準チェックポイントＣＰ0 で燃焼圧センサ１３の出力を読み込み、ＲＡＭ２８に記憶する。ステップ９０５では図４のステップ４０２と同様に、ステップ９０３、９０４で算出した燃焼圧−トルク換算係数および燃焼室内の圧力を下式（１０）に代入して実トルクを算出する。
【００４９】
ＰＴＲＱ＝ｋ2 ｛Ｃ1 （P1−P0）＋Ｃ2 （P2−P0）
＋  Ｃ3 （P3−P0）＋Ｃ4 （P4−P0）｝…（１０）
ステップ９０５で実トルクを算出した後は、図４のステップ４０３〜４０６と同様に、トルク変動量を算出し、空燃比補正係数ＫＧＣＰを算出し、図６の燃料噴射量算出ルーチンにより供給する燃料を補正して空燃比フィードバック制御を行う。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１態様の内燃機関のトルク変動量検出装置によれば、燃焼圧センサが燃焼終了後の熱による影響を受けないクランク角度で燃焼室内の圧力を検出し、燃焼中の熱の影響を受けるクランク角度で検出した圧力を補正するので、機関のトルクおよびトルク変動量を高精度に検出できる。
【００５１】
本発明の第２態様の内燃機関のトルク変動量検出装置によれば、熱による影響を受けるクランク角度で燃焼室内の圧力を検出する場合は、燃焼圧−トルク換算係数を変更して瞬時トルクを算出するので、機関のトルクおよびトルク変動量を高精度に検出できる。
本発明の第２〜第４態様の内燃機関のトルク変動量検出装置によれば、燃焼圧力変動の影響より熱変動の影響の方が大きくなるクランク角度を検出する検出手段を備えるので、より正確かつ高精度に機関のトルクおよびトルク変動量を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施態様を示す図である。
【図２】  燃焼圧センサの断面図である。
【図３】  本発明の第１態様における燃焼圧センサ出力の検出タイミングを示す図である。
【図４】  機関のトルク変動量に基づく空燃比フィードバック補正係数算出ルーチンのフローチャートである。
【図５】  気筒内の圧力記憶ルーチンのフローチャートである。
【図６】  燃料噴射量算出ルーチンのフローチャートである。
【図７】  本発明の第２態様の説明図であり、（Ａ）は熱の影響が大きい場合の燃焼圧センサ出力を示す図であり、（Ｂ）は熱の影響が小さい場合の燃焼圧センサ出力を示す図である。
【図８】  本発明の第２〜４態様における検出手段の説明図である。
【図９】  本発明の第４態様によるトルク算出ルーチンのフローチャートである。
【図１０】  クランク角度に対応して燃焼圧−トルク換算係数を算出するマップである。
【図１１】  デポジットの有無による燃焼圧センサの出力の差異を示す図である。
【図１２】  前回より今回燃焼サイクルの燃焼速度の方が遅くなったときのデポジット有りと無しの各場合における燃焼圧センサ出力の違いを示す図であり、（Ａ）はデポジット無しの燃焼圧センサ出力を示す図であり、（Ｂ）デポジット有りの燃焼圧センサ出力を示す図である。
【図１３】  燃焼サイクル毎の燃焼速度のばらつきによるトルクやトルク変動量のデポジット有りと無しの各場合の違いを示す図であり、（Ａ）はトルク変動量の、（Ｂ）は空燃比リッチにおけるトルクの、（Ｃ）は空燃比リーンにおけるトルクの、デポジット有りと無しの各場合の違いをそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
１…機関（気筒）
６…燃料噴射弁
１１、１２…クランク角センサ
１３…燃焼圧センサ
２０…ＥＣＵ
【図１】
0003721676.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003721676.tif 000009
【図９】
0003721676.tif 000010
【図１０】
0003721676.tif 000011
【図１１】
0003721676.tif 000012
【図１２】
0003721676.tif 000013
【図１３】
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