(57)【要約】【課題】複数の気筒を有する内燃機関の全ての気筒に対して筒内圧センサが設置されていなくても、全ての筒内圧センサの筒内圧力値を算出可能とすることで、内燃機関の燃焼演算を行うためのシステムコストを抑えつつ、内燃機関の燃焼制御を精度高く行う。【解決手段】複数の気筒を有する内燃機関の制御に用いる演算値を算出する燃焼演算装置であって、複数の気筒の１つである第１気筒の筒内圧力値を検出する筒内圧センサの出力値から、第１気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間のクランク角速度と第１気筒と異なる気筒である他気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間のクランク角速度との比と、第１気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間におけるクランク角速度が最大値となるまでのクランク角度変化量と他気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間におけるクランク角速度が最大値となるまでのクランク角度変化量との差分と、に基づいて、他気筒の筒内圧力値を推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関の制御に用いる演算値を算出する燃焼演算装置であって、
前記複数の気筒の１つである第１気筒の筒内圧力値を検出する筒内圧センサの出力値から、
前記第１気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間のクランク角速度と前記第１気筒と異なる前記気筒である他気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間のクランク角速度との比と、前記第１気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間における前記クランク角速度が最大値となるまでのクランク角度変化量と前記他気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間における前記クランク角速度が最大値となるまでのクランク角度変化量との差分と、に基づいて、前記他気筒の前記筒内圧力値を推定する
ことを特徴とする燃焼演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼演算装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、燃費の改善や窒素酸化物の低減のために、内燃機関の燃料室における点火タイミングや燃焼室への燃料の供給量等を精度高く調整している。例えば、特許文献１には、内燃機関の気筒ごとに設置された筒内圧センサによって気筒の内部の圧力値（筒内圧力値）を取得し、ＣＰＵにて所定の燃焼演算を行って得られた制御信号をインジェクタの駆動回路に入力する構成が開示されている。また、例えば、特許文献２では、筒内圧センサによって得られた筒内圧力値に基づいて図示平均有効圧力とポンプ損失平均有効圧力を燃焼演算から求め、ＥＧＲ推定値やトルク推定値を内燃機関の制御に用いる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１７１８３２号公報
【特許文献２】特開２０１２−７２６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、４気筒エンジン等の多気筒エンジンに対して特許文献１や特許文献２と同様の制御を行う場合には、全ての気筒に対して筒内圧センサを設置する必要がある。このため、内燃機関の燃焼演算を行うためのシステムコストの増大につながる。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、複数の気筒を有する内燃機関の全ての気筒に対して筒内圧センサが設置されていない場合であっても、全ての筒内圧センサの筒内圧力値を算出可能とすることで、内燃機関の燃焼演算を行うためのシステムコストを抑えつつ、内燃機関の燃焼制御を精度高く行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、複数の気筒を有する内燃機関の制御に用いる演算値を算出する燃焼演算装置であって、上記複数の気筒の１つである第１気筒の筒内圧力値を検出する筒内圧センサの出力値から、上記第１気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間のクランク角速度と上記第１気筒と異なる上記気筒である他気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間のクランク角速度との比と、上記第１気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間における上記クランク角速度が最大値となるまでのクランク角度変化量と上記他気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間における上記クランク角速度が最大値となるまでのクランク角度変化量との差分と、に基づいて、上記他気筒の上記筒内圧力値を推定するという構成を採用する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１気筒に設置された筒内圧センサの出力値から、他気筒の筒内圧力値を推定する。このため、複数の気筒を有する内燃機関のいずれか１つの気筒のみに筒内圧センサを設置すれば、全ての気筒の筒内圧力値を得ることができる。したがって、本発明によれば、複数の気筒を有する内燃機関の全ての気筒に対して筒内圧センサが設置されていない場合であっても、全ての気筒の筒内圧力値を算出可能とすることで、内燃機関の燃焼演算を行うためのシステムコストを抑えつつ、内燃機関の燃焼制御を精度高く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）が本発明の一実施形態における燃焼演算装置の概略構成を含むブロック図であり、（ｂ）がクランク角度とクランク角速度との関係及びクランク角度と筒内圧力値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明に係る燃焼演算装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１０】
図１は、本実施形態の燃焼演算装置１の概略構成を含むブロック図である。この図に示すように、本実施形態の燃焼演算装置１は、電気的な接続において、内燃機関１０と内燃機関制御装置２０との間に配置されており、Ａ／Ｄ変換器２と、演算処理部３と、記憶部４と、通信部５とを備えている。
【００１１】
本実施形態において、内燃機関１０は、直列に配列された４つ（複数）の気筒を有する直列４気筒エンジンとする。なお、図１（ａ）に示すように、本実施形態においては、４つの気筒を配列方向の端から順に第１気筒１１、第２気筒１２（他気筒）、第３気筒１３（他気筒）、第４気筒１４（他気筒）と称する。
【００１２】
各々の気筒では、タイミングをずらして、吸入行程、圧縮行程、燃焼行程及び排気行程を１サイクルとする動作が繰り返し行われる。吸入行程は、ピストンが下降することにより、燃焼室の内部に混合気を取り込む行程である。圧縮行程は、ピストンが上昇することによって、吸入行程で燃焼室に取り込まれた混合気を圧縮する行程である。燃焼行程は、圧縮行程で圧縮された混合気に対して、内燃機関制御装置２０の制御の下、着火を行う行程である。この燃焼行程では、混合気に着火されると、燃焼ガスによりピストンが押し下げられる。排気行程は、ピストンが上昇することによって、燃焼行程で発生した燃焼ガスを燃焼室の外部に排出する行程である。なお、各々の気筒は、例えば上述の行程が１行程分ずれて動作される。
【００１３】
また、内燃機関１０の第１気筒１１には、筒内圧力を検出するための筒内圧センサ１５が設置されている。この筒内圧センサ１５は、第１気筒の内部の圧力を検出し、その検出値（筒内圧力値）をアナログ信号として出力する。なお、図１（ａ）に示すように、本実施形態において、第２気筒１２、第３気筒１３及び第４気筒１４には、筒内圧センサ１５が設置されていない。
【００１４】
本実施形態の燃焼演算装置１は、筒内圧センサ１５及び内燃機関制御装置２０と電気的に接続されており、Ａ／Ｄ変換器２と、演算処理部３と、記憶部４と、通信部５とを備えている。Ａ／Ｄ変換器２は、筒内圧センサ１５から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。つまり、Ａ／Ｄ変換器２は、筒内圧センサ１５から出力された筒内圧力値を示す信号をデジタル化して出力する。
【００１５】
演算処理部３は、Ａ／Ｄ変換器２と接続されており、Ａ／Ｄ変換器２からデジタル化された筒内圧力値が入力される。また、演算処理部３には、筒内圧センサ１５以外の内燃機関１０に設けられた不図示の各種センサ（クランク角度センサ等）から信号が入力される。演算処理部３は、入力される筒内圧力値等に基づいて、内燃機関１０の点火処理や燃料噴射処理を行うための演算値を燃焼計算により算出する。
【００１６】
例えば、第１気筒１１の点火処理を行うための演算値を燃焼計算により算出する場合、演算処理部３は、第１気筒１１に設けられた筒内圧センサ１５から出力され、Ａ／Ｄ変換器２を通じて入力される筒内圧力値（以下、実測筒内圧力値と称する）等によって、第１気筒１１の点火処理を行うための演算値を算出する。
【００１７】
また、本実施形態において演算処理部３は、第２気筒１２、第３気筒１３及び第４気筒１４の筒内圧力値を、第１気筒１１に設けられた筒内圧センサ１５の出力値に基づき、記憶部４に記憶された後述の筒内圧推定用テーブルを用いて推定する。また、演算処理部３は、推定した筒内圧力値（以下、推定筒内圧力値と称する）等によって、第２気筒１２、第３気筒１３及び第４気筒１４の点火処理を行うための演算値を算出する。つまり、演算処理部３は、第２気筒１２の推定筒内圧力値に基づいて第２気筒１２の点火処理を行うための演算値を算出し、第３気筒１３の推定筒内圧力値に基づいて第３気筒１３の点火処理を行うための演算値を算出し、第４気筒１４の推定筒内圧力値に基づいて第４気筒１４の点火処理を行うための演算値を算出する。
【００１８】
記憶部４は、演算処理部３によって実行される制御プログラムや各種設定データを予め記憶している不揮発性メモリや、演算処理部３が制御プログラムに従って各種処理を実行する際に、データの一時保存先に用いられる揮発性のワーキングメモリを有している。この記憶部４は、実測筒内圧力値や推定筒内圧力値を一時的に記憶する。
【００１９】
また、本実施形態において記憶部４は、第１気筒１１の実際の筒内圧力値である実測筒内圧力値から、第２気筒１２、第３気筒１３及び第４気筒１４の推定筒内圧力値を求めるための筒内圧推定用演算式を記憶している。筒内圧推定演算式は、内燃機関のクランクシャフトの回転角度（クランク角度）と、クランクシャフトの回転角度に応じた推定演算式とをパラメータとして含む演算式である。
【００２０】
下式（１）は、筒内圧推定演算式の一例を示している。式（１）において、「ＰＥ」が推定筒内圧力値を示し、「ＰＲ」が実測筒内圧力値を示し、「ω１」が第１気筒１１の圧縮行程及び燃焼行程の期間のクランク角速度を示し、「ω２」が他気筒（第２気筒１２、第３気筒１３あるいは第４気筒１４）の圧縮行程及び燃焼行程の期間のクランク角速度を示し、「ｄｅｇ」がクランク角度を示している。また、「Δｄｅｇ」は、第１気筒１１の圧縮行程及び燃焼行程の期間における圧縮行程開始からクランク角速度が最大値となるまでのクランク角度変化量（圧縮行程開始からクランク角速度が最大値となるまでの期間に相当）と他気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間における圧縮行程開始からクランク角速度が最大値となるまでのクランク角度変化量との差分（以下、角度差分と称する）を示している。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
このような式（１）は、所定のクランク角度「ｄｅｇ」における推定筒内圧力値ＰＥを、第１気筒１１の圧縮行程及び燃焼行程の期間の当該クランク角度「ｄｅｇ」におけるクランク角速度ω１と、他気筒（第２気筒１２、第３気筒１３あるいは第４気筒１４）の圧縮行程及び燃焼行程の期間の当該クランク角度「ｄｅｇ」に対して角度差分だけ変位したクランク角度「ｄｅｇ−Δｄｅｇ」におけるクランク角速度ω２との比を実測筒内圧力値ＰＲに乗算することで求めるものである。
【００２３】
なお、これらのクランク角速度ω１、クランク角速度ω２、クランク角度ｄｅｇは、例えば不図示のロータリエンコーダで取得されるクランクパルス信号に基づいて算出される。また、角度差分Δｄｅｇは、例えば、図１（ｂ）に示すように、第１気筒１１の圧縮行程及び燃焼行程の期間のクランク角度変化量［ｄｅｇ］（圧縮行程開始からのクランク角度の変化量）とクランク角速度ω１との関係グラフ（図１（ｂ）の上段に示すグラフ）と、他気筒１２の圧縮行程及び燃焼行程の期間のクランク角度変化量［ｄｅｇ］とクランク角速度ω２との関係グラフ（図１（ｂ）の下段に示すグラフ）とを比較し、所定のクランク角度ｄｅｇにおけるクランク角速度ω１及びクランク角速度ω２と、クランク角度ｄｅｇに依存しない角度差分Δｄｅｇを求める。
【００２４】
通信部５は、内燃機関制御装置２０との間で通信を行うものであり、演算処理部３によって算出された演算値を内燃機関制御装置２０に送信する。なお、本実施形態においては、演算処理部３において、正味平均有効圧力値と補正された摩擦損失平均有効圧力値に基づいて、ＥＧＲ率推定値やトルク推定値が求められる。また、演算処理部３において、失火検知、ノック検知、図示平均有効圧力の変動率、ＭＦＢ５０（燃焼室の燃料が半分燃焼したタイミング）等を求めても良い。これらは通信部５を介して内燃機関制御装置２０に送信される。この通信部５は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）通信によって内燃機関制御装置２０と通信を行う。
【００２５】
内燃機関制御装置２０は、ＥＧＲ率推定値、トルク推定値、失火検知、ノック検知、図示平均有効圧力の変動率、ＭＦＢ５０等に基づいて算出された結果から点火処理の制御信号を生成すると共に、制御信号を内燃機関１０に向けて出力する。例えば、内燃機関制御装置２０は、通信部５から受信したデータから最大トルク発生角度と、最大熱発生角度（ＭＦＢ５０）を得る進角量と、ノック検知による遅角量とを求め、これらから次回の点火タイミングを求め、求めた点火タイミングを示す制御信号を生成する。
【００２６】
このような本実施形態の燃焼演算装置１では、第１気筒１１に設けられた筒内圧センサ１５から第１気筒１１の筒内圧力値が入力されると、この筒内圧力値に基づいて第１気筒１１の点火処理を行うための演算値を算出する。また、燃焼演算装置１では、筒内圧センサ１５から入力される第１気筒１１の筒内圧力値（実測筒内圧力値）と、不図示のクランク角度センサから入力されるクランク角度とを、記憶部に記憶された筒内圧推定用テーブルに当てはめ、第２気筒１２、第３気筒１３及び第４気筒１４の推定筒内圧力値を求める。さらに、燃焼演算装置１は、第２気筒１２、第３気筒１３及び第４気筒１４の推定筒内圧力値に基づいて、第２気筒１２、第３気筒１３及び第４気筒１４の点火処理を行うための演算値を算出する。そして、燃焼演算装置１は、算出した演算値を内燃機関制御装置２０に向けて出力する。
【００２７】
以上のような本実施形態の燃焼演算装置１によれば、第１気筒１１に設置された筒内圧センサ１５の出力値から、他気筒の筒内圧力値を推定する。このため、複数の気筒を有する内燃機関のいずれか１つの気筒のみに筒内圧センサを設置すれば、全ての気筒の筒内圧力値を得ることができる。したがって、本実施形態の燃焼演算装置１によれば、複数の気筒を有する内燃機関１０の全ての気筒に対して筒内圧センサが設置されていない場合であっても、全ての気筒の筒内圧力値を算出可能とすることで、内燃機関１０の燃焼演算を行うためのシステムコストを抑えつつ、内燃機関１０の燃焼制御を精度高く行うことができる。
【００２８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００２９】
例えば、上記実施形態においては、第１気筒１１の圧縮行程及び燃焼行程の期間における圧縮行程開始からクランク角速度が最大値となるまでのクランク角度変化量と他気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間における圧縮行程開始からクランク角速度が最大値となるまでのクランク角度変化量との差分（差分角度）を考慮して推定筒内圧力値を求める構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、差分角度を用いずに、第１気筒１１の圧縮行程及び燃焼行程の期間のクランク角速度と第１気筒１１と異なる気筒である他気筒の圧縮行程及び燃焼行程の期間のクランク角速度との比のみに基づいて推定筒内圧力値を求める構成を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１……燃焼演算装置、２……Ａ／Ｄ変換器、３……演算処理部、４……記憶部、５……通信部、１０……内燃機関、１１……第１気筒、１２……第２気筒、１３……第３気筒、１４……第４気筒、１５……筒内圧センサ、２０……内燃機関制御装置
【図１】
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