(57)【要約】【課題】  筒内圧検出手段の検出値を適正に処理して、実際の筒内圧力を精度よく測定可能とする筒内圧測定装置および筒内圧測定方法の提供。【解決手段】  内燃機関１は、回転数を検出するためのクランク角センサ１４と、筒内圧力を検出する筒内圧センサ１５と、サージタンク８内の吸入空気の絶対圧力を検出する吸気圧センサ１６と、ＥＣＵ２０とを備え、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の回転数に基づいて筒内圧力と吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致する基準時を定め、吸気圧センサ１６によって当該基準時に検出された吸入空気の絶対圧力を基準圧力として設定し、当該基準圧力と筒内圧センサ１５の検出値とに基づいて筒内圧力の測定値を得る。【選択図】  図１
2005180357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内圧力を測定するための筒内圧測定装置において、
前記内燃機関の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
前記内燃機関の吸気系統における吸入空気の絶対圧力を検出する吸気圧検出手段と、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記回転数検出手段によって検出された回転数に基づいて、筒内圧力と前記吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致する基準時を定め、前記吸気圧検出手段によって前記基準時に検出された吸入空気の絶対圧力を基準圧力として設定する基準圧力設定手段とを備え、
前記基準圧力設定手段によって定められた前記基準圧力と、前記筒内圧検出手段の検出値とに基づいて筒内圧力の測定値を得ることを特徴とする筒内圧測定装置。
【請求項２】
筒内圧力を検出する筒内圧検出手段を備えた内燃機関の筒内圧測定方法において、
前記内燃機関の回転数に基づいて、筒内圧力と前記内燃機関の吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致する基準時を定め、前記基準時に検出された前記吸気系統における吸入空気の絶対圧力を基準圧力として設定し、この基準圧力と、前記筒内圧検出手段の検出値とに基づいて筒内圧力の測定値を得ることを特徴とする筒内圧測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の筒内圧力を測定するための筒内圧測定装置および筒内圧測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種内燃機関では、筒内圧センサを用いて燃焼室内の燃焼圧力すなわち筒内圧力が検出されており、かかる筒内圧力は、燃料噴射量や点火時期等を設定する際のパラメータとして用いられる。この場合、筒内圧力を検出するための筒内圧センサとしては、一般に、筒内圧力を大気圧に対する相対値として出力するものが用いられる。このため、大気圧の変動を考慮して、筒内圧力が大気圧に近い値をとると推定される所定のクランク角度域にて検出された筒内圧力と吸気管内の絶対圧との差圧を算出し、検出された筒内圧力を当該差圧分だけ補正して最終的な筒内圧力の測定値を得る技術も知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１９３７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような従来の手法によって得られた筒内圧力の測定値を用いても、運転条件によっては、適切な内燃機関の制御が実行されないこともあった。これは、予め推定されたクランク角度域において筒内圧力が大気圧に近い値をとっていないことに起因すると考えられる。
【０００５】
そこで、本発明は、筒内圧検出手段の検出値を適正に処理して、実際の筒内圧力を精度よく測定可能とする筒内圧測定装置および筒内圧測定方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の筒内圧測定装置は、内燃機関の筒内圧力を測定するための筒内圧測定装置において、内燃機関の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、内燃機関の吸気系統における吸入空気の絶対圧力を検出する吸気圧検出手段と、内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、回転数検出手段によって検出された回転数に基づいて、筒内圧力と吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致する基準時を定め、吸気圧検出手段によって基準時に検出された吸入空気の絶対圧力を基準圧力として設定する基準圧力設定手段とを備え、基準圧力設定手段によって定められた基準圧力と、筒内圧検出手段の検出値とに基づいて筒内圧力の測定値を得ることを特徴とする。
【０００７】
この筒内圧測定装置は、筒内圧力と吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致する基準時（吸気下死点近傍）に検出された吸入空気の絶対圧力を基準圧力として設定し、この基準圧力と、筒内圧検出手段の検出値とに基づいて筒内圧力の測定値を得るものである。ここで、本発明者が鋭意研究を行った結果、筒内圧力と吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミングである基準時は、吸気脈動等の影響により内燃機関の回転数の変化に応じて変動することが判明した。なお、ここでいう「概ね一致」とは、筒内圧力と吸気系統における吸入空気の圧力とが完全に一致してはいないが、両者の差が所定範囲内にある場合をも含む。
【０００８】
これを踏まえて、この筒内圧測定装置では、回転数検出手段によって検出された回転数に基づいて上記基準時が定められ、吸気圧検出手段によって基準時に検出された吸入空気の絶対圧力が基準圧力として随時設定されていく。これにより、筒内圧力の測定値を得るための基準圧力が内燃機関の運転状態に応じて随時更新されていくことになるので、筒内圧検出手段の検出値を適正に処理して、実際の筒内圧力を精度よく測定することが可能となる。
【０００９】
本発明による筒内圧測定方法は、筒内圧力を検出する筒内圧検出手段を備えた内燃機関の筒内圧測定方法において、内燃機関の回転数に基づいて、筒内圧力と内燃機関の吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致する基準時を定め、基準時に検出された吸気系統における吸入空気の絶対圧力を基準圧力として設定し、この基準圧力と、筒内圧検出手段の検出値とに基づいて筒内圧力の測定値を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、筒内圧検出手段の検出値を適正に処理して、実際の筒内圧力を精度よく測定可能とする筒内圧測定装置および筒内圧測定方法の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明によるクランク角センサの補正装置を備えた内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生するものである。なお、図１には１気筒のみが示されるが、内燃機関１は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１は、例えば４気筒エンジンとして構成される。
【００１３】
各燃焼室３の吸気ポートは、吸気管（吸気マニホールド）５にそれぞれ接続され、各燃焼室３の排気ポートは、排気管（排気マニホールド）６にそれぞれ接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが燃焼室３ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、例えば、可変バルブタイミング機能を有する動弁機構（図示省略）によって開閉させられる。更に、内燃機関１は、気筒数に応じた数の点火プラグ７を有し、点火プラグ７は、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
【００１４】
吸気管５（吸気マニホールド）は、図１に示されるように、サージタンク８に接続されている。サージタンク８には、給気ラインＬ１が接続されており、給気ラインＬ１は、エアクリーナ９を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気ラインＬ１の中途（サージタンク８とエアクリーナ９との間）には、スロットルバルブ（本実施形態では、電子スロットルバルブ）１０が組み込まれている。これらの吸気管５、サージタンク８、エアクリーナ９、スロットルバルブ１０および給気ラインＬ１は、内燃機関１の給気系統を構成する。一方、排気管６には、図１に示されるように、三元触媒を含む前段触媒装置１１ａおよびＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置１１ｂが接続されている。
【００１５】
更に、内燃機関１は複数のインジェクタ１２を有し、インジェクタ１２は、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。また、内燃機関１の各ピストン４は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には、凹部４ａが形成されている。そして、内燃機関１では、各燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ１２から各燃焼室３内のピストン４の凹部４ａに向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。これにより、内燃機関１では、点火プラグ７の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）されるので、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。なお、本実施形態の内燃機関１は、いわゆる直噴エンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明が吸気管（吸気ポート）噴射式の内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。
【００１６】
上述の各点火プラグ７、スロットルバルブ１０、各インジェクタ１２および動弁機構等は、内燃機関１の制御装置として機能するＥＣＵ２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ２０には、各種センサが電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、動弁機構等を制御する。
【００１７】
図１に示されるように、ＥＣＵ２０に接続されるセンサ類には、クランク角センサ（クランク角センサ）１４が含まれる。クランク角センサ１４は、クランクシャフトに固定されるロータプレート（シグナルプレート）等を含む磁気センサまたは光電式センサ等であり、クランクシャフトの回転角度を示すパルス信号をＥＣＵ２０に与える。ＥＣＵ２０は、クランク角センサ１４からの信号に基づいて内燃機関１（クランクシャフト）の回転数を求め、各種制御に利用する。
【００１８】
また、内燃機関１は、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバセンサ等を含む筒内圧センサ（筒内圧検出手段）１５を気筒数に応じた数だけ有しており、各筒内圧センサ１５は、対応する燃焼室３内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されている。各筒内圧センサ１５は、燃焼室３内でその受圧面に加わる圧力（筒内圧力）を大気圧に対する相対値として出力するものであり、筒内圧力に応じた電圧信号（交流信号）をＥＣＵ２０に与える。
【００１９】
更に、内燃機関１は、サージタンク８内の吸入空気の圧力（吸気圧）を絶対圧力として検出する吸気圧センサ１６を有している。吸気圧センサ１６は、ＥＣＵ２０に電気的に接続されており、検出したサージタンク８内の吸入空気の絶対圧力を示す信号をＥＣＵ２０に与える。なお、クランク角センサ１４、各筒内圧センサ１５および吸気圧センサ１６の検出値は、微小時間おきにＥＣＵ２０に順次与えられ、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。
【００２０】
さて、各筒内圧センサ１５から信号を受け取ったＥＣＵ２０は、各筒内圧センサ１５からの信号を適切に処理して各燃焼室３における正確な筒内圧力を求め（測定し）、求めた筒内圧力を内燃機関１の制御に用いる。筒内圧力の測定に際して、ＥＣＵ２０は、一般に吸気下死点近傍において各燃焼室３における筒内圧力とサージタンク８内の吸入空気の圧力（吸気圧）とが概ね一致することを踏まえて、筒内圧力とサージタンク８内の吸入空気の圧力（吸気圧）とが一致する基準時に吸気圧センサ１６によって検出された吸入空気の絶対圧力を基準圧力として設定する。そして、ＥＣＵ２０は、筒内圧力の測定値を、当該基準圧力と各筒内圧センサ１５の検出値とにより補正して出力する。ここで、筒内圧力の実際の検出値をＰｃｙｃとし、上記基準圧力をＰｉｍとすると、ＥＣＵ２０は、まず、補正値を、「補正値＝Ｐｃｙｃ−Ｐｉｍ」として求めた上で、筒内圧力の測定値（真値）を、「筒内圧力の測定値＝Ｐｃｙｃ＋補正値」として出力する。
【００２１】
ここで、本発明者が鋭意研究を行った結果、図２に示されるように、筒内圧力とサージタンク８内の吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミングである基準時（図２における○印参照）は、吸気脈動等の影響により、内燃機関１の回転数が増加するにつれて遅れていき、図３に示されるように、内燃機関１の回転数が基準回転数Ｎ０である場合に筒内圧力と吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミングからの位相遅れ量λは、内燃機関１の回転数に対して概ね比例して増加することが判明した。なお、図２は、各回転数時（６００〜３６００ｒｐｍ）の筒内圧力の波形を上記基準時の変動がわかり易くなるように並べて示したものである。
【００２２】
このような研究結果を踏まえて、内燃機関１では、図４に示される手順に従って、クランク角センサ１４の検出値から求められる内燃機関１の回転数に基づいて上述の基準時（その時のクランク角）が定められ、吸気圧センサ１６によって基準時に検出された吸入空気の絶対圧力が基準圧力として随時設定されていく。
【００２３】
図４の基準圧力の設定処理は、ＥＣＵ２０により、所定時間おきに実行される。この場合、ＥＣＵ２０は、基準圧力を設定するタイミングになると、まず、クランク角センサ１４の検出値に基づいて、内燃機関１の回転数を取得する（Ｓ１０）。その後、ＥＣＵ２０は、所定のマップまたは関数式を用いて、Ｓ１０にて取得した回転数に対応する位相遅れ量λを設定する（Ｓ１２）。Ｓ１２にて用いられるマップまたは関数式は、内燃機関１の回転数と、回転数が基準回転数Ｎ０である場合に筒内圧力と吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミングからの位相遅れ量λとの関係（図３参照）を規定するように予め作成されており、ＥＣＵ２０の記憶装置に記憶されている。なお、Ｓ１２にて用いられるマップまたは関数式を作成するに際しては、内燃機関１の吸気弁Ｖｉや排気弁Ｖｅの開閉タイミングやリフト量、更には内燃機関１における背圧を考慮すると好ましい。
【００２４】
更に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１２にて設定した位相遅れ量λと、基準回転数Ｎ０のもとで筒内圧力と吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミング（その時のクランク角）とから、Ｓ１０にて取得した回転数に対応する基準時、すなわち、Ｓ１０にて取得された回転数のもとで筒内圧力とサージタンク８内の吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミング（その時のクランク角）を設定する（Ｓ１４）。このようにして、回転数に対応した基準時を設定すると、ＥＣＵ２０は、所定の記憶領域から、Ｓ１０の処理の実行時に最も近い当該基準時に吸気圧センサ１６によって検出された吸入空気の絶対圧力を読み出し、その値を基準圧力として設定する（Ｓ１６）。
【００２５】
上述のＳ１０〜Ｓ１６の処理は、ＥＣＵ２０により、所定時間おきに繰り返し実行される。これにより、内燃機関１では、筒内圧力の測定値を得るための基準圧力が内燃機関１の運転状態に応じて随時更新されていくことになる。そして、ＥＣＵ２０は、このように順次更新される基準圧力と、各筒内圧センサ１５の検出値とに基づいて筒内圧力の測定値を得る。従って、内燃機関１では、各筒内圧センサ１５の検出値が適正に処理され、実際の筒内圧力が精度よく測定されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるクランク角センサの補正装置を備えた内燃機関の概略構成図である。
【図２】内燃機関の回転数を変化させた場合に、筒内圧力と吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致する基準時が変動することを例示するグラフである。
【図３】内燃機関の回転数と、回転数が基準回転数である場合に筒内圧力と吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミングからの位相遅れ量との関係を例示するグラフである。
【図４】図１の内燃機関において筒内圧力を測定する際に用いられる基準圧力の設定手順を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００２７】
１  内燃機関
２  シリンダブロック
３  燃焼室
４  ピストン
５  吸気管
６  排気管
７  点火プラグ
８  サージタンク
９  エアクリーナ
１０  スロットルバルブ
１１ａ，１１ｂ  触媒装置
１２  インジェクタ
１４  クランク角センサ
１５  筒内圧センサ
Ｖｅ  排気弁
Ｖｉ  吸気弁
【図１】
2005180357.tif 000003
【図２】
2005180357.tif 000004
【図３】
2005180357.tif 000005
【図４】
2005180357.tif 000006