(57)【要約】【課題】この発明は、筒内圧センサの熱歪みに起因する誤差を抑制し、図示トルクを正確に算出することを目的とする。【解決手段】ＥＣＵ５０は、気筒でのポンプ損失Ｗｐを算出する第１の算出手段と、筒内で発生する最大発熱量Ｑｍａｘ及び当該最大発熱量Ｑｍａｘが得られる燃焼終了点Ｂを算出する第２の算出手段と、図示トルクＴｉを算出する第３の算出手段とを備える。第３の算出手段は、ポンプ損失Ｗｐと、最大発熱量Ｑｍａｘと、吸気閉弁タイミングＩＶＣでの筒内圧Ｐａ及び筒内容積Ｖａと、燃焼終了点Ｂでの筒内圧Ｐｂ及び筒内容積Ｖｂと、排気開弁タイミングＥＶＯでの筒内容積Ｖｃとに基いて図示トルクＴｉを算出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内の圧力を筒内圧として検出する筒内圧センサと、
前記燃焼室で生じるポンプ損失Ｗｐを算出する第１の算出手段と、
前記燃焼室で発生する最大発熱量Ｑｍａｘ及び当該最大発熱量Ｑｍａｘが得られるクランク角を前記筒内圧に基いて算出する第２の算出手段と、
前記ポンプ損失Ｗｐと、前記最大発熱量Ｑｍａｘと、吸気バルブの閉弁タイミングＩＶＣでの筒内圧Ｐａ及び筒内容積Ｖａと、前記最大発熱量Ｑｍａｘが得られるクランク角での筒内圧Ｐｂ及び筒内容積Ｖｂと、排気バルブの開弁タイミングＥＶＯでの筒内容積Ｖｃとに基いて図示トルクＴｉを算出する第３の算出手段と、
を備えた内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等に適用される内燃機関の制御装置に関し、特に、筒内圧センサを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００７−０３２５３１号公報）に開示されているように、筒内圧センサを備えた内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、筒内圧センサの出力に基いてトルクを算出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０３２５３１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３６５３４号公報
【特許文献３】特開平４−２２８８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、筒内圧センサの出力に熱歪みが生じることがあり、この場合には、トルクを正確に算出することができないという問題がある。
【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、本発明の目的は、筒内圧センサの熱歪みに起因する誤差を抑制し、図示トルクを正確に算出することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の燃焼室内の圧力を筒内圧として検出する筒内圧センサと、
前記燃焼室で生じるポンプ損失Ｗｐを算出する第１の算出手段と、
前記燃焼室で発生する最大発熱量Ｑｍａｘ及び当該最大発熱量Ｑｍａｘが得られるクランク角を前記筒内圧に基いて算出する第２の算出手段と、
前記ポンプ損失Ｗｐと、前記最大発熱量Ｑｍａｘと、吸気バルブの閉弁タイミングＩＶＣでの筒内圧Ｐａ及び筒内容積Ｖａと、前記最大発熱量Ｑｍａｘが得られるクランク角での筒内圧Ｐｂ及び筒内容積Ｖｂと、排気バルブの開弁タイミングＥＶＯでの筒内容積Ｖｃとに基いて図示トルクＴｉを算出する第３の算出手段と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、筒内圧センサの出力に熱歪みが生じ易いクランク角の区間を除外して、図示トルクＴｉを正確に算出することができる。これにより、熱歪みが発生したとしても、図示トルクＴｉの誤差を抑制し、その算出精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１によるエンジンのシステム構成を説明するための構成図である。
【図２】筒内圧とクランク角との関係を示す特性線図である。
【図３】筒内での発熱量Ｑを圧縮開始点Ａを基準として示す特性線図である。
【図４】発熱量Ｑ及びその増加率ｄＱを示す特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１によるエンジンのシステム構成を説明するための構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１では、エンジン１０の１気筒のみを例示している。エンジン１０の筒内に設けられたピストン１２は、クランク軸１４に連結され、筒内に燃焼室１６を形成している。また、エンジン１０は、燃焼室１６内に空気を吸込む吸気通路１８と、吸気通路１８を流れる吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２０と、燃焼室１６内（筒内）の排気ガスが排出される排気通路２２とを備えている。また、エンジン１０の各気筒は、吸気通路１８内に燃料を噴射する燃料噴射弁２４と、混合気に点火する点火プラグ２６と、吸気ポートを開閉する吸気バルブ２８と、排気ポートを開閉する排気バルブ３０等を備えている。
【００１０】
また、本実施の形態のシステムは、エンジン１０の運転状態を検出するセンサ系統と、センサ系統の出力に基いてエンジン１０を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。センサ系統には、クランク軸１４の回転速度（機関回転速度）及びクランク角を検出するための信号を出力するクランク角センサ４０、吸入空気量を検出するエアフローセンサ４２、燃焼室１６内の圧力を筒内圧として検出する筒内圧センサ４４等が含まれている。ＥＣＵ５０は、センサ系統の出力に基いて吸入空気量、機関回転速度、機関負荷等を算出し、これらの算出結果に基いてスロットルバルブ２０、燃料噴射弁２４、点火プラグ２６等のアクチュエータを駆動する。これにより、ＥＣＵ５０は、筒内の混合気を燃焼させつつ、エンジン１０の運転状態を制御することができる。
【００１１】
［実施の形態１の特徴］
図２は、筒内圧とクランク角との関係を示す特性線図である。一般に、エンジン制御に用いられる図示トルクＴｉは、筒内圧Ｐ及び筒内容積Ｖに基いて、下記数１の式により算出される。しかし、例えば膨張終了点においては、図２中に点線で示すように、筒内圧センサ４４の出力に熱歪みが発生し易い。このようなセンサ出力の熱歪みが存在すると、図示トルクを正確に算出するのが困難となる。一方、圧縮行程の付近では、センサ出力の絶対圧補正を実行するので、熱歪みが発生しても、図示トルクの誤差が小さくなる傾向がある。なお、絶対圧補正は、例えば吸気圧に基いてセンサ出力を絶対的な圧力に補正する一般的な手法である。
【００１２】
【数１】
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【００１３】
このため、本実施の形態では、熱歪みが発生し易い燃焼終了後のセンサ出力を除外し、絶対圧補正により補正された筒内圧に基いて図示トルクを算出する。一例を挙げると、この算出処理では、例えば図２中に示す圧縮開始点Ａから燃焼終了点Ｂまでの筒内圧に基いて図示トルクを算出することにより、図示トルクに対する熱歪みの影響を抑制することができる。以下、具体的な算出処理について説明する。
【００１４】
図示トルクの算出処理では、まず、１サイクル中における圧縮開始点Ａ、燃焼終了点Ｂ及び膨張終了点Ｃに相当するクランク角を、次のように設定する。圧縮開始点Ａのクランク角は、例えば吸気バルブ２８の閉弁タイミングＩＶＣ（以下、吸気閉弁タイミングＩＶＣと表記）として設定する。また、燃焼終了点Ｂのクランク角は、図３及び図４から得られた発熱量Ｑに基いて設定する。
【００１５】
ここで、図３は、筒内での発熱量Ｑを圧縮開始点Ａを基準として示す特性線図であり、図４は、発熱量Ｑ及びその増加率ｄＱを示す特性線図である。図３及び図４中に示す実線は、熱歪みによる誤差が生じていない特性線を示し、点線は当該誤差が生じた特性線を示している。また、図３中のδＱ，δＱ′は、熱歪みが生じていない場合と熱歪みが生じている場合のそれぞれにおいて、圧縮開始点Ａを基準として発熱量を表したものである。また、図４中の増加率ｄＱは、発熱量の増加速度に対応するもので、例えば単位クランク角当たりの発熱量Ｑの変化量として得られるものである。５０％燃焼点とは、発熱量Ｑが５０％に到達するクランク角として定義される。
【００１６】
図３に示すように、センサ出力の熱歪みにより発熱量（の算出値）が正常時の特性線に対して低下する場合には、発熱量の最大値である最大発熱量Ｑｍａｘが得られるときのクランク角を、燃焼終了点Ｂとして設定する。一方、図４に示すように、熱歪みにより発熱量が正常時の特性線に対して増加する場合には、まず、発熱量の増加率ｄＱが最大値ｄＱｍａｘとなるクランク角を５０％燃焼点とみなす。そして、５０％燃焼点のクランク角に基いて、発熱量が１００％（即ち、最大発熱量Ｑｍａｘ）に達するクランク角を予測し、予測したクランク角を燃焼終了点Ｂとして設定する。
【００１７】
なお、上述した「正常時の特性線」とは、センサ出力の熱歪みが生じていない場合の発熱量の特性線に対応するものである。最大発熱量Ｑｍａｘの算出処理では、例えば筒内圧等に基いて１サイクル中の発熱量Ｑを時系列データとして算出し、その最大値を最大発熱量Ｑｍａｘとして取得する。また、例えばＥＣＵ５０に予め記憶しておいた正常時の特性線の増減傾向と、上記時系列データの増減傾向とを比較すれば、熱歪みにより発熱量が正常時に対して増加しているか減少しているかを判定することができる。
【００１８】
一方、膨張終了点Ｃのクランク角は、排気バルブ３０の開弁タイミングＥＶＯ（以下、排気開弁タイミングＥＶＯと表記）として設定する。
【００１９】
次の処理では、気筒で生じるポンプ損失Ｗｐを算出する。ポンプ損失Ｗｐは、例えば下記に示す数２または数３の式により算出される。
【００２０】
【数２】
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【数３】
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【００２１】
上記数２の式において、排気圧及び吸気圧は、それぞれ圧力センサ等により検出されるか、または、例えば給排気系の圧力をモデル化した計算モデルを用いて算出される。計算モデルとしては、例えばエアフローセンサ４２の出力値と機関回転速度とを引数とする２次元のデータマップを用いてもよい。また、行程容積は、吸気閉弁タイミングＩＶＣでの筒内容積から、吸気上死点での筒内の隙間容積を減算することにより求めることができる。なお、例えばバルブタイミング制御により吸気閉弁タイミングＩＶＣを遅角側または進角側に補正する場合には、当該補正量の分だけ行程容積を増減させるのが好ましい。
【００２２】
排気圧及び吸気圧は、排気行程及び吸気行程中の筒内圧センサ４４の出力の平均値として算出可能である。しかしながら、熱歪みが発生する状況では、センサ出力の誤差が大きいので、排気圧及び吸気圧を正確に算出するのが難しい。この場合には、上記数３の式を用いるのが好ましい。数３の式では、排気圧と吸気圧との差圧に代えて、吸気上死点の近傍における筒内圧の変化量を用いる。この式によれば、熱歪みが発生する状況でも、ポンプ損失Ｗｐの算出精度を高めることができる。
【００２３】
次の処理では、図示トルクＴｉを算出する。まず、図示トルクＴｉは、仕事量δＷと、ポンプ損失Ｗｐとに基いて下記数４の式により算出することができる。また、仕事量δＷと、発熱量δＱと、筒内の内部エネルギの変化量ｄＵとの間には、熱力学の第一法則により下記数５の式が成立する。
【００２４】
【数４】
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【数５】
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【００２５】
上記数５の式において、発熱量δＱは、熱歪みの影響を受ける膨張終了点Ｃでの発熱量に対応している。しかし、本実施の形態では、図３及び図４で前述したように、燃焼終了点Ｂでの発熱量Ｑｂ（＝最大発熱量Ｑｍａｘ）を、熱歪みがない場合における膨張終了点Ｃでの発熱量と等しくなるように設定している。従って、数５の式は、下記数６の式に書換えることができ、これによって熱歪みの影響を排除することができる。
【００２６】
【数６】
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【００２７】
一方、内部エネルギの変化量ｄＵは、下記数７の式のように表すことができる。この式中において、Ｐａ、Ｖａは、それぞれ圧縮開始点Ａでの筒内圧及び筒内容積を表している。Ｐｃ、Ｖｃは、それぞれ膨張終了点Ｃでの筒内圧及び筒内容積を表している。κは比熱比である。但し、筒内圧Ｐｃは、前述のように、熱歪みにより正確な値が得られない。このため、数７の式中の筒内圧Ｐｃは、下記数８の式に置換える。なお、数８の式は、断熱圧縮の公式（ＰＶκ＝一定）から得られるもので、この式中のＰｂ、Ｖｂは、燃焼終了点Ｂでの筒内圧及び筒内容積を表している。
【００２８】
【数７】
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【数８】
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【００２９】
以上のことから、前記数４の式に対して前記数６から数８の式を代入することにより、下記数９の式を得ることができる。即ち、数９の式によれば、熱歪みの影響を受け易い膨張終了点Ｃでの筒内圧Ｐｃを用いなくても、図示トルクＴｉを算出することができる。
【００３０】
【数９】
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【００３１】
このように、本実施の形態によれば、熱歪みの影響を受け難い圧縮開始点Ａから燃焼終了点Ｂまでの筒内圧に基いて、図示トルクＴｉを正確に算出することができる。即ち、熱歪みにより大きな誤差が生じ易い区間（燃焼終了点Ｂ〜膨張終了点Ｃの区間）を除外して図示トルクＴｉを算出することができる。これにより、熱歪みが発生したとしても、図示トルクＴｉの誤差を抑制し、その算出精度を確保することができる。
【００３２】
なお、前記実施の形態１において、数２及び数３の式は、ポンプ損失Ｗｐを算出する第１の算出手段の具体例を示している。また、図３及び図４に示す処理は、筒内圧に基いて最大発熱量Ｑｍａｘ及び当該最大発熱量Ｑｍａｘが得られる燃焼終了点Ｂを算出する第２の算出手段の具体例を示している。また、数９の式は、ポンプ損失Ｗｐと、最大発熱量Ｑｍａｘと、吸気閉弁タイミングＩＶＣでの筒内圧Ｐａ及び筒内容積Ｖａと、最大発熱量Ｑｍａｘが得られるクランク角での筒内圧Ｐｂ及び筒内容積Ｖｂと、排気開弁タイミングＥＶＯでの筒内容積Ｖｃとに基いて図示トルクＴｉを算出する第３の算出手段の具体例を示している。
【００３３】
また、前記実施の形態１では、圧縮開始点Ａと燃焼終了点Ｂからなる２点の筒内圧Ｐａ，Ｐｂを利用して図示トルクＴｉを算出する場合を例示した。この場合、図示トルクＴｉの算出値は、センサ出力のノイズの影響を受け易い。このため、本発明では、下記数１０の式に示す変形例により図示トルクＴｉを算出する構成としてもよい。
【００３４】
【数１０】
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【００３５】
この式中のＰＶＡａは、圧縮開始点Ａの周辺に位置する各点ｎでのＰｎＶｎκを平均した平均値である。「周辺」とは、例えばセンサ出力のノイズを緩和できるようなクランク角の範囲に設定すればよい。これと同様に、ＰＶＡｂは、燃焼終了点Ｂの周辺に位置する各点ｍでのＰｍＶｍκを平均した平均値である。断熱圧縮が成立する小さな範囲では、ＰＶκ＝一定が成立するので、複数の点でのＰＶκの平均値を用いることができる。上記数１０の式によれば、圧縮開始点Ａ及び燃焼終了点Ｂでのセンサ出力にノイズが乗った場合でも、図示トルクＴｉを安定的に算出することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  ピストン
１６  燃焼室
１８  吸気通路
２２  排気通路
２４  燃料噴射弁
２６  点火プラグ
２８  吸気バルブ
３０  排気バルブ
４０  クランク角センサ
４２  エアフローセンサ
４４  筒内圧センサ
５０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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