(57)【要約】【課題】精度よく気筒別の吸気量バラツキを検出できる内燃機関の吸気量バラツキ検出装置を提供する。【解決手段】吸気量バラツキ検出装置は内燃機関を制御する制御装置の一機能として提供され、いわゆるエンジンＥＣＵ（電子制御ユニット）に搭載されている。内燃機関は、複数の気筒と、各気筒に設けられた吸気弁と、この吸気弁を開閉駆動する動弁装置と、各気筒に設けられた筒内圧センサとを備えている。ＥＣＵは、各気筒の断熱圧縮行程の所定タイミングで筒内圧Ｐを検出するとともに、検出した筒内圧に対応するシリンダ容積Ｖを検出し、比熱比をκとしたときのＰＶκのκ乗根を演算する。さらに、ＥＣＵは、「複数のうち１つの気筒におけるＰＶκのκ乗根」と「複数の気筒全てのＰＶκのκ乗根の平均値」との比に基づいて、複数の気筒における１つの気筒の吸気量のバラツキを検出する。【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において前記複数の気筒の間における吸気量のバラツキを検出する装置であって、
各気筒の断熱圧縮行程の所定タイミングで筒内圧Ｐを検出するとともに、検出した筒内圧に対応するシリンダ容積Ｖを検出し、比熱比をκとしたときのＰＶκのκ乗根を演算する手段と、
前記複数のうち１つの気筒におけるＰＶκのκ乗根と前記複数の気筒全てのＰＶκのκ乗根の平均値との比、または前記κ乗根と前記平均値との差分に基づいて、前記複数の気筒における前記１つの気筒の吸気量のバラツキを検出する手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の吸気量バラツキ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気量バラツキ検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００７−１２０３９２号公報に記載されているように、吸気量の気筒間バラツキを判定する技術が知られている。この従来技術では、吸気弁の閉タイミングにおける筒内圧、シリンダ容積、吸気温度と気体の状態方程式に基づいて、気筒内の吸気量を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２０３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
吸気弁の閉じタイミングにおける筒内圧を直接検出した場合、筒内圧の検出精度が低いという問題がある。この点、上記従来の技術は、高精度に気筒内の吸気量を推定する点においていまだ改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、精度よく気筒別の吸気量バラツキを検出できる内燃機関の吸気量バラツキ検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる内燃機関の吸気量バラツキ検出装置は、
複数の気筒を有する内燃機関において前記複数の気筒の間における吸気量のバラツキを検出する装置であって、
各気筒の断熱圧縮行程の所定タイミングで筒内圧Ｐを検出するとともに、検出した筒内圧に対応するシリンダ容積Ｖを検出し、比熱比をκとしたときのＰＶκのκ乗根を演算する手段と、
前記複数のうち１つの気筒におけるＰＶκのκ乗根と前記複数の気筒全てのＰＶκのκ乗根の平均値との比、または前記κ乗根と前記平均値との差分に基づいて、前記複数の気筒における前記１つの気筒の吸気量のバラツキを検出する手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、吸気弁の閉タイミングではなく、断熱圧縮行程中（ＰＶκ＝一定）の吸気の圧力および体積に基づいて気筒別の吸気量を推定するので、精度よく気筒別の吸気量バラツキを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる吸気量バラツキ検出装置の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる吸気量バラツキ検出装置の原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の説明では、ＶκはＶのκ乗の意味であり、κは比熱比である。
【００１０】
実施の形態１．
［装置の構成］
実施の形態１にかかる吸気量バラツキ検出装置は、複数の気筒を有する内燃機関において複数の気筒の間における吸気量のバラツキを検出する装置である。実施の形態１にかかる吸気量バラツキ検出装置は図示しない内燃機関を制御する制御装置の一機能として提供され、いわゆるエンジンＥＣＵ（電子制御ユニット、図示略）に搭載されている。実施の形態１が適用される内燃機関は、複数の気筒と、各気筒に設けられた吸気弁と、この吸気弁を開閉駆動する動弁装置と、各気筒に設けられた筒内圧センサとを備えている。このような装置を備えた内燃機関はすでに公知であるためハードウェア構成などの詳細についてはその説明を省略する。
【００１１】
このＥＣＵは、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、エンジンの運転状態やユーザの要求を検出する各種センサの検出値に基づいて所望とされる態様で燃料噴射弁（図示略）等の各種アクチュエータを操作することで、エンジンに係る各種の制御を行っている。ＥＣＵは、各気筒の筒内圧センサの出力から各気筒の筒内圧を解析するプログラムを備えている。このＥＣＵに搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、プログラムメモリとしてのＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、データ保存用メモリ（電気的に書換可能な不揮発性メモリ）、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、記憶装置、及び通信装置等によって構成されている。そして、ＲＯＭには、エンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリには、エンジンの設計データや実験データをはじめとする各種の制御データが、それぞれ予め格納されている。
【００１２】
［前提となる従来技術］
以下、本実施の形態でＥＣＵが実行する制御処理の内容説明に先立って、比較説明のために、吸気量バラツキ検出にかかる従来技術を説明する。
【００１３】
まず、筒内圧から各気筒内の吸入空気量を計測する。計算手法１としては、吸気弁の閉じタイミングにおける圧力をＰｉｖｃとして、以下のように算出する。ＰＶ＝ｎＲＴ（ボイルシャルルの法則）より
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である。ここで、Ｖｉｖｃは、吸気弁の閉じタイミングのシリンダ容積（設計値）であり、Ｔｉｖｃは、吸気弁閉じタイミングの吸入空気の温度（≒吸気温）である。ｎ１００はｋｌ＝１００％の時の空気量である。
【００１４】
さらに、計算手法２としては、上記の計算手法１に加えて、ノイズ対策のためＰｉｖｃを断熱圧縮時のＰＶκの平均値から算出する。
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なお、ここでは、ＰＶκの平均値を
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と記載している。
【００１５】
この場合、
2015206306.tif 000006
となる。
【００１６】
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【００１７】
［実施の形態１の動作］
筒内圧から式（１）を用いて各気筒内の空気量インバランス率を計測しようとすると、次のような問題がある。すなわち、気筒毎の空気量が異なる（インバランスがある）際に、筒内圧センサを用いて圧縮行程のＰＶκの値から筒内空気量を検出することでインバランス率を知ることができる。しかし、式（１）を用いる従来手法ではＩＶＣ（Ｉｎｔａｋｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｃｌｏｓｉｎｇ）のタイミングが一定である事を前提としているため、バルブタイミングのずれによる空気量の違いを正しく検出することができない。上記の式（１）はＩＶＣタイミングのシリンダ容積Ｖｉｖｃは各気筒で同じとしているため、気筒間でＩＶＣタイミングがずれた場合に対応できない。
【００１８】
そこで、実施の形態１では、上記の問題への対策として、下記の式にあるようにＰＶκのκ乗根（つまりκ√ＰＶκ）という数値を利用する。これにより、バルブタイミングの違いによる空気量の違いを検出することができる。ＩＶＣタイミングの吸気圧が各気筒で同じと仮定すると、後述する式（２）でインバランス率を計測できる。図１および図２は、本発明の実施の形態１にかかる吸気量バラツキ検出装置の原理を説明するための図である。図１に示すように、ＩＶＣが同じであれば、吸入空気量の違いは吸気管圧の違い（ＰｉｖｃとＰ´ｉｖｃ）になる。その一方で、図２に示すように、Ｐｉｖｃが同じでも、ＩＶＣの違いが空気量の違いになる。
【００１９】
具体的に説明すると、ＩＶＣタイミングの筒内圧Ｐｉｖｃは気筒間で一定であるものとして、以下のように計算することで、気筒問の空気量バラツキ率を正しく計算することができる。まず、ｋｌを充填効率として、下記の式が成立する。
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【００２０】
断熱圧縮時のＰＶκの平均値からＩＶＣタイミングの容積Ｖｉｖｃを算出すると、
2015206306.tif 000009
となる。
【００２１】
よって
2015206306.tif 000010
である。
【００２２】
ｉ番気筒の吸気量インバランス率ｐｉは、下記の式（２）で求めることができる。
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【００２３】
以上説明した計算処理をＥＣＵで実行することにより、各気筒の断熱圧縮行程の所定タイミングで筒内圧Ｐを検出するとともに、検出した筒内圧に対応するシリンダ容積Ｖを検出し、比熱比をκとしたときの「ＰＶκのκ乗根」が演算される。具体的には、ＩＶＣタイミングの筒内圧ＰｉｖｃおよびＩＶＣタイミングのシリンダ容積Ｖｉｖｃを用いる。さらに、ＥＣＵは、「複数のうち１つの気筒におけるＰＶκのκ乗根」と「複数の気筒全てのＰＶκのκ乗根の平均値」との比に基づいて、複数の気筒における１つの気筒の吸気量のバラツキを検出することができる。なお、比の代わりに、「複数のうち１つの気筒におけるＰＶκのκ乗根」と「複数の気筒全てのＰＶκのκ乗根の平均値」の間の差分の値に基づいて吸気量のバラツキを検出してもよい。
【００２４】
さらに、実施の形態１では、気筒間のＡ／Ｆインバランスの検出も行う。ステップＳ１として、まず、上記の式（２）を用いて、気筒間の空気量のインバランス率を求める。次に、ステップＳ２として、下記の式を用いて、気筒間の発熱量（Ｑｉ）から燃料のインバランス率（ｑｉ）を求める。
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【００２５】
さらに、ステップＳ３として、気筒間のＡ／Ｆインバランス率（ｒｉ）を以下のように求める。
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【００２６】
実施の形態２．
実施の形態２では、ＩＶＣタイミングの筒内圧Ｐｉｖｃがバラつく場合もあるため、条件によって式（１）と式（２）を切り替えて用いるものとする。この点を除き、実施の形態２にかかる吸気量バラツキ検出装置は、実施の形態１と同様のハードウェア構成およびソフトウェア構成を備える。
【００２７】
式（１）と式（２）を切り替える条件としては、まず、ＩＶＣがずれやすい運転条件では、実施の形態１に記載した計算つまり式（２）を利用することが好ましい。その一方で、吸気脈動が多い運転条件では、上記の式（１）つまり従来手法を利用することが好ましい。
【００２８】
なお、式（１）で計算した吸気量インバランス率ｐｉおよび式（２）で計算したｉ番気筒のインバランス率ｐｉの重み付き平均を用いてもよい。それぞれの重み付け係数の値は、運転条件毎に変えてもよい。重み付け係数は、あらかじめエンジン条件毎に影響度合いを計測して求めればよい。
【図１】
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【図２】
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