(57)【要約】  【課題】  大気圧センサを必要とせず、内燃機関の負荷状態に関係なく全運転領域で吸気圧に基づき大気圧を検出すること。  【解決手段】  内燃機関の１燃焼サイクルの吸気バルブの閉じている区間で吸気圧が安定して遷移する区間内の２点Ｐ(1) ，Ｐ(2) における吸気圧Ｐ1 ，Ｐ2 及び単位時間当たりの吸気圧変化である傾き（ΔＰ1 ／Δｔ），（ΔＰ2 ／Δｔ）が分かれば、ベルヌーイの定理及び気体の状態方程式から大気圧Ｐ0 が求められる。このように、内燃機関の負荷状態に関係なく全運転領域で吸気圧に基づき求められた大気圧によれば、内燃機関に供給する燃料噴射量が好適に補正され、その運転状態を良好に維持することができる。  【選択図】図２
2005042658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に配設されたスロットルバルブの下流側に導入される吸入空気の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
前記内燃機関の所定のクランク角位置を検出するクランク角検出手段と、
前記内燃機関の同一燃焼サイクルで、吸気バルブの閉じている区間を前記クランク角位置にて特定し、その区間内の少なくとも２点における吸気圧及び単位時間当たりの吸気圧変化に基づき大気圧を算出する大気圧演算手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の大気圧検出装置。
【請求項２】
前記大気圧演算手段は、前記スロットルバルブのスロットル開度が実質的に一定であるとき大気圧を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の大気圧検出装置。
【請求項３】
前記少なくとも２点は、一方を燃焼（膨張）行程、他方を排気行程に設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の大気圧検出装置。
【請求項４】
前記少なくとも２点は、一方を前記吸気バルブの閉じ直後から所定期間を除いた圧縮行程または燃焼行程、他方を前記吸気バルブの開き前の排気行程に設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の大気圧検出装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、単気筒または独立吸気の多気筒からなり、その気筒毎に前記吸気圧検出手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の内燃機関の大気圧検出装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、２気筒または複数気筒群からなり、前記２気筒または前記複数気筒群のうちの各気筒群における各気筒は互いに前記吸気バルブの閉じているオーバラップ区間を有し、前記２気筒または前記気筒群毎に前記吸気圧検出手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の内燃機関の大気圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の周囲環境における大気圧を検出する内燃機関の大気圧検出装置に関し、例えば、大気圧の変動を知ることによって内燃機関に供給する燃料噴射量に反映することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の大気圧検出装置に関連する先行技術文献としては、特開平５−１６１５号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、大気圧センサ（大気圧検出器）を不要とし、マイクロコンピュータを備えたＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）の入力インタフェースを小型化すると共に、コストダウンを実現する技術が示されている。具体的には、始動スイッチが動作してから実際に内燃機関が始動を開始するまでに時間がかかることに着目して、始動信号発生直後のインテークマニホルド内の圧力（インマニ圧）を大気圧として近似するものである。
【特許文献１】特開平５−１６１５号公報（第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前述のものでは、内燃機関が始動を開始するまでの吸気圧に基づき大気圧を近似的に求めることで大気圧センサを不要としている。なお、大気圧センサがなくても、内燃機関の始動開始後の中・高負荷の運転領域においては、吸気行程直前で吸気圧がほぼ大気圧と見做される期間が存在しているため、この期間に着目すれば吸気圧に基づき大気圧を近似的に求めることは可能である。
【０００４】
しかし、内燃機関の始動開始後のアイドル時や低負荷の運転領域においては、吸気行程直前であっても吸気圧がほぼ大気圧と見做される期間が存在しないため、例えば、始動開始前に大気圧の取込みミスがあったり、長い下り坂でエンジンブレーキや低負荷の運転領域の制御のみにより降坂するとき等では、大気圧を検出することができなくて、内燃機関に供給する燃料噴射量が不適切となって内燃機関の運転状態が不調となる可能性が想定される。
【０００５】
そこで、この発明はかかる不具合の予測性を解消するためになされたもので、大気圧センサを必要とせず、内燃機関の負荷状態に関係なく全運転領域で吸気圧に基づき大気圧の検出が可能な内燃機関の大気圧検出装置の提供を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の内燃機関の大気圧検出装置によれば、大気圧演算手段にて内燃機関の同一燃焼サイクルで、吸気バルブの閉じている区間をクランク角検出手段によるクランク角位置にて特定し、その区間内の少なくとも２点における吸気圧検出手段による吸気圧及び単位時間当たりの吸気圧変化に基づき、ベルヌーイの定理及び気体の状態方程式を用いて大気圧が算出される。したがって、大気圧センサを必要とすることなく、また、内燃機関の負荷状態に関係なく全運転領域で吸気圧に基づき大気圧が求められる。このため、例えば、始動開始前に大気圧の取込みミスがあったり、長い下り坂でエンジンブレーキや低負荷の運転領域の制御のみにより降坂するとき等であっても、大気圧が逐次求められることで内燃機関に供給する燃料噴射量が好適に補正され、その運転状態が良好に維持されるという効果が得られる。
【０００７】
請求項２の内燃機関の大気圧検出装置における大気圧演算手段では、スロットルバルブのスロットル開度が実質的に一定であるときには、吸入空気の流体速度に関連する吸気通路の開口断面積が変動しないため、大気圧が正確に算出されるという効果が得られる。
【０００８】
請求項３の内燃機関の大気圧検出装置では、少なくとも２点のうち一方が内燃機関の同一燃焼サイクルで吸気バルブの閉じている区間内の燃焼行程、他方がその区間内の排気行程に設定されることで、吸気圧の安定して遷移する区間内にて少なくとも２点の吸気圧が検出されるという効果が得られる。
【０００９】
請求項４の内燃機関の大気圧検出装置では、少なくとも２点のうち一方が内燃機関の同一燃焼サイクルで吸気バルブの閉じ直後から所定期間として吸気圧が不安定に遷移する区間を除いた圧縮行程または燃焼行程、他方がその区間内の吸気バルブの開き前の排気行程に設定されることで、吸気圧が安定して遷移する区間内にて少なくとも２点の吸気圧が検出されるという効果が得られる。
【００１０】
請求項５の内燃機関の大気圧検出装置では、内燃機関が単気筒または独立吸気の多気筒からなり、気筒毎に吸気圧検出手段が設けられているため、各気筒における吸気バルブの閉じている区間に対応して吸気圧検出手段にて吸気圧が安定して検出されるという効果が得られる。
【００１１】
請求項６の内燃機関の大気圧検出装置では、内燃機関が２気筒または複数気筒群からなり、その２気筒または複数気筒群のうちの各気筒群における各気筒は互いに吸気バルブの閉じているオーバラップ区間を有し、２気筒または気筒群毎に吸気圧検出手段が設けられているため、２気筒または各気筒群における吸気バルブの閉じているオーバラップ区間に対応して吸気圧検出手段にて吸気圧が安定して検出されるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関の大気圧検出装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１４】
図１において、１は単気筒からなる内燃機関（エンジン）であり、内燃機関１の吸気通路２にはエアクリーナ３からの空気が導入される。この吸気通路２途中には、図示しないアクセルペダル等の操作に連動して開閉されるスロットルバルブ１１が設けられている。このスロットルバルブ１１が開閉されることにより、吸気通路２への吸気量（吸入空気量）が調節される。また、この吸気量と同時に、内燃機関１には吸気ポート４の近傍で吸気通路２に設けられたインジェクタ（燃料噴射弁）５から燃料が噴射供給される。そして、所定の燃料量及び吸気量からなる混合気が吸気バルブ６を介して燃焼室７内に吸入される。
【００１５】
また、吸気通路２途中に設けられたスロットルバルブ１１の下流側には、吸気通路２内の吸気圧（吸気管圧力）を検出する吸気圧センサ２１が設けられている。そして、内燃機関１のクランクシャフト１２にはその回転に伴うクランク角〔°ＣＡ(Crank Angle）〕を検出するクランク角センサ２２が設けられている。このクランク角センサ２２で検出されるクランク角に応じて内燃機関１の機関回転速度が算出される。
【００１６】
また、内燃機関１の燃焼室７内に向けて点火プラグ１３が配設されている。この点火プラグ１３にはクランク角センサ２２で検出されるクランク角に同期して後述のＥＣＵ（電子制御ユニット）３０から出力される点火信号に基づき点火コイル／イグナイタ１４からの高電圧が印加され、燃焼室７内の混合気に対する点火燃焼が行われる。このように、燃焼室７内の混合気が燃焼（膨張）され駆動力が得られ、この燃焼後の排気ガスは、排気バルブ８を介して排気マニホールドから排気通路９に導出され外部に排出される。
【００１７】
ＥＣＵ３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ３１、制御プログラムを格納したＲＯＭ３２、各種データを格納するＲＡＭ３３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ３４、入出力回路３５及びそれらを接続するバスライン３６等からなる論理演算回路として構成されている。このＥＣＵ３０には、吸気圧センサ２１からの吸気圧信号、クランク角センサ２２からのクランク角信号等が入力されている。これら各種センサ情報に基づくＥＣＵ３０からの出力信号に基づき、燃料噴射時期及び燃料噴射量に関連するインジェクタ５、点火時期に関連する点火プラグ１３、点火コイル／イグナイタ１４等が適宜、制御される。
【００１８】
次に、本実施例の大気圧演算における手法について、図２を参照して説明する。ここで、図２は本実施例による処理に対応する各種センサ信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【００１９】
まず、ベルヌーイの定理から次式（１）が成立する。ここで、Ｐは流線に沿う圧力、ρは流体の質量密度、ｖは流体速度、ｇは重力加速度、ｈは鉛直方向の高さである。
【００２０】
（数１）
Ｐ＋（１／２）ρｖ2 ＋ρｇｈ＝一定                          ・・・（１）
【００２１】
したがって、点Ｐ(1) の吸気圧をＰ1 、求める大気圧をＰ0 とすると、次式（２）が成立する。
【００２２】
（数２）
Ｐ0 ＋（１／２）ρｖ0 2 ＋ρｇｈ＝Ｐ1 ＋（１／２）ρｖ1 2 ＋ρｇｈ
・・・（２）
【００２３】
上式（２）は、次式（３）と書換えられる。
【００２４】
（数３）
Ｐ0 −Ｐ1 ＝（１／２）ρ（ｖ1 2 −ｖ0 2 ）                     ・・・（３）
【００２５】
同様に、内燃機関１の同一燃焼サイクルとして、図２に示す１燃焼サイクル（７２０〔°ＣＡ〕における点Ｐ(2) の吸気圧をＰ2 とすると、次式（４）が成立する。
【００２６】
（数４）
Ｐ0 ＋（１／２）ρｖ0 2 ＋ρｇｈ＝Ｐ2 ＋（１／２）ρｖ2 2 ＋ρｇｈ
・・・（４）
【００２７】
上式（４）は、次式（５）と書換えられる。
【００２８】
（数５）
Ｐ0 −Ｐ2 ＝（１／２）ρ（ｖ2 2 −ｖ0 2 ）                     ・・・（５）
【００２９】
上式（３），（５）により、次式（６）が成立する。
【００３０】
（数６）
（Ｐ0 −Ｐ1 ）／（Ｐ0 −Ｐ2 ）＝（ｖ1 2 −ｖ0 2 ）／（ｖ2 2 −ｖ0 2 ）
・・・（６）
【００３１】
また、気体の状態方程式によって、次式（７），（８）が成立する。なお、ａは定数である。
【００３２】
（数７）
ｖ1 2 −ｖ0 2 ＝ａ（ΔＰ1 ／Δｔ）2                             ・・・（７）
【００３３】
（数８）
ｖ2 2 −ｖ0 2 ＝ａ（ΔＰ2 ／Δｔ）2                             ・・・（８）
【００３４】
したがって、上式（６），（７），（８）により、次式（９）が成立する。
【００３５】
（数９）
（Ｐ0 −Ｐ1 ）／（Ｐ0 −Ｐ2 ）＝（ΔＰ1 ／Δｔ）2 ／（ΔＰ2 ／Δｔ）2 
・・・（９）
【００３６】
上式（９）を大気圧Ｐ0 で解くと次式（１０）のようになる。なお、（ΔＰ1 ／Δｔ）は点Ｐ(1) における傾き、（ΔＰ2 ／Δｔ）は点Ｐ(2) における傾きをそれぞれ表わしている。
【００３７】
（数１０）
Ｐ0 ＝｛Ｐ1 （ΔＰ2 ／Δｔ）2 −Ｐ2 （ΔＰ1 ／Δｔ）2 ｝
／｛（ΔＰ2 ／Δｔ）2 −（ΔＰ1 ／Δｔ）2 ｝            ・・・（１０）
【００３８】
したがって、点Ｐ(1) における吸気圧Ｐ1 及び点Ｐ(1) における単位時間当たりの吸気圧変化である傾き（ΔＰ1 ／Δｔ）、点Ｐ(2) における吸気圧Ｐ2 及び点Ｐ(2) における単位時間当たりの吸気圧変化である傾き（ΔＰ2 ／Δｔ）が分かれば、大気圧Ｐ0 が求められる。なお、この大気圧演算では、スロットルバルブ１１のスロットル開度が実質的に一定であること、即ち、内燃機関１の同一燃焼サイクルで流体速度ｖに関連する吸気通路２の開口断面積が変動しないことが実行条件となる。これは、スロットルバルブ１１のスロットル開度が２点Ｐ(1) ，Ｐ(2) の間で変化すると演算誤差となり正確な大気圧Ｐ0 が得られなくなるからである。
【００３９】
そこで、本発明の一実施例にかかる内燃機関の大気圧検出装置で使用されているＥＣＵ３０では、クランク角信号割込毎に、吸気バルブ６の閉じ直後から吸気圧に乱れが生じると思われる所定期間（図２に示す吸気バルブの閉じている区間のうち吸気圧が不安定に遷移する区間）を除いた圧縮行程における予め設定された一方の点Ｐ(1) であるかが逐次判定され、その点Ｐ(1) の吸気圧Ｐ1 、その前後のクランク角信号割込による吸気圧差ΔＰ1 から単位時間当たりの吸気圧変化である傾き（ΔＰ1 ／Δｔ）が求められる。
【００４０】
同様に、ＥＣＵ３０では、クランク角信号割込毎に、吸気バルブ６の開き直前で吸気圧に乱れが生じないと思われる吸気バルブの開き前（図２に示す吸気バルブの閉じている区間のうち吸気圧が安定して遷移する区間）の排気行程における予め設定された他方の点Ｐ(2) であるかが判定され、その点Ｐ(2) の吸気圧Ｐ2 、その前後のクランク角信号割込による吸気圧差ΔＰ2 から単位時間当たりの吸気圧変化である傾き（ΔＰ2 ／Δｔ）が求められる。
【００４１】
このようにして求められた点Ｐ(1) の吸気圧Ｐ1 及び傾き（ΔＰ1 ／Δｔ）、点Ｐ(2) の吸気圧Ｐ2 及び傾き（ΔＰ2 ／Δｔ）を、上式（１０）に代入することによって正確な大気圧Ｐ0 が求められる。
【００４２】
このように、本実施例の内燃機関の大気圧検出装置は、内燃機関１の吸気通路２に配設されたスロットルバルブ１１の下流側に導入される吸入空気の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出手段としての吸気圧センサ２１と、内燃機関１の所定のクランク角位置を検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ２２と、内燃機関１の同一燃焼サイクルで、吸気バルブ６の閉じている区間をクランク角位置にて特定し、その区間内の図２に示す２点Ｐ(1) ，Ｐ(2) における吸気圧Ｐ1 ，Ｐ2 及び単位時間当たりの吸気圧変化である傾き（ΔＰ1 ／Δｔ），（ΔＰ2 ／Δｔ）に基づき大気圧Ｐ0 を算出するＥＣＵ３０にて達成される大気圧演算手段とを具備するものである。また、本実施例の内燃機関の大気圧検出装置のＥＣＵ３０にて達成される大気圧演算手段は、スロットルバルブ１１のスロットル開度が実質的に一定であるとき大気圧Ｐ0 を算出するものである。
【００４３】
つまり、内燃機関１の同一燃焼サイクルで、吸気バルブ６の閉じている区間内の２点Ｐ(1) ，Ｐ(2) における吸気圧Ｐ1 ，Ｐ2 及び単位時間当たりの吸気圧変化（ΔＰ1 ／Δｔ），（ΔＰ2 ／Δｔ）に基づき、上式（１０）によって大気圧Ｐ0 が求められる。なお、この大気圧演算では、スロットルバルブ１１のスロットル開度が実質的に一定であり、内燃機関１の同一燃焼サイクルで流体速度ｖに関連する吸気通路２の開口断面積に変動がないことが、演算精度上で必須条件である。
【００４４】
このため、大気圧センサを必要とすることなく、また、内燃機関の負荷状態に関係なく全運転領域で吸気圧に基づき大気圧が求められる。これにより、始動開始前に大気圧の取込みミスがあったり、長い下り坂でエンジンブレーキや低負荷の運転領域の制御のみにより降坂するとき等であっても、大気圧が逐次求められることで内燃機関に供給する燃料噴射量が好適に補正され、その運転状態を良好に維持することができる。
【００４５】
また、本実施例の内燃機関の大気圧検出装置のＥＣＵ３０にて達成される大気圧演算手段は、２点のうち一方のＰ(1) を吸気バルブの閉じ直後から所定期間を除いた圧縮行程、他方のＰ(2) を吸気バルブの開き前の排気行程に設定するものである。
【００４６】
つまり、図２に示すように、一方の点Ｐ(1) の吸気圧の取込は、吸気バルブ６の閉じ直後における吸気圧の乱れが生じている所定期間を除き、かつ点火ノイズの発生の影響があると思われる所定期間を除いた圧縮行程に設定される。そして、他方の点Ｐ(2) の吸気圧の取込は、吸気バルブ６の開き前の排気行程に設定し、吸気バルブ６の開き前の吸気行程で完了するように設定される。これにより、２点Ｐ(1) ，Ｐ(2) における吸気圧及びその前後の吸気圧を安定して検出でき、これらに基づき大気圧Ｐ0 を精度良く求めることができる。
【００４７】
ところで、上記実施例では、図２に示すように、クランク角信号入力に同期した２点Ｐ(1) ，Ｐ(2) 及びその前後の吸気圧を用いて大気圧を求めているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、図３に示すように、クランク角信号入力に同期した２点であるＰ(1) ′，Ｐ(2) ′における吸気圧Ｐ11，Ｐ21とそれから所定サンプリング間隔時間Ｔ1 ，Ｔ2 後の吸気圧Ｐ12，Ｐ22とから吸気圧平均値｛（Ｐ11＋Ｐ12）／２｝，｛（Ｐ21＋Ｐ22）／２｝を吸気圧Ｐ1 ′，Ｐ2 ′として求め、また、単位時間当たりの吸気圧変化である傾きΔＰ1 ′｛＝（Ｐ12−Ｐ11）／Ｔ1 ｝，ΔＰ2 ′｛＝（Ｐ22−Ｐ21）／Ｔ2 ｝を求める。このようにして得られた２点におけるデータを上式（１０）に代入して大気圧Ｐ0 を求めることもできる。
【００４８】
なお、図３では、吸気バルブの閉じている区間内で、２点のうちの一方が燃焼行程、他方が排気行程に設定されており、これら２点では吸気圧の安定した検出が可能であるが、上記実施例で述べた吸気圧の検出タイミングによれば、大気圧Ｐ0 をより精度良く求めることができる。また、所定サンプリング間隔時間Ｔ1 ，Ｔ2 を一定とすることで演算式から相殺することができる。この場合には、所定サンプリング間隔時間Ｔ1 ，Ｔ2 を機関回転速度に応じて変更することで、吸気バルブの開き前までに吸気圧取込を完了する必要がある。
【００４９】
また、上記実施例では、図４（ａ）に示す単気筒からなる内燃機関１への適用を想定して述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、この他、内燃機関としては、独立吸気の多気筒として例えば、図４（ｂ）に示す２気筒がある。これら各気筒の吸気通路のスロットルバルブの下流側には、吸気圧を検出する吸気圧センサがそれぞれ配設されている。また、その他、適用可能な内燃機関としては、図５（ａ）に示す２気筒、または複数気筒群として例えば、図５（ｂ）に示す４気筒を２分した２つの気筒群がある。これら各気筒または各気筒群の吸気通路のスロットルバルブの下流側には連通管が接続され、これら連通管に吸気圧を検出する吸気圧センサがそれぞれ配設されている。
【００５０】
これらの構成からなる内燃機関では、各気筒毎または各気筒群毎の各気筒は互いに吸気バルブの閉じているオーバラップ区間が存在しているため、そのオーバラップ区間内の少なくとも２点における吸気圧及び単位時間当たりの吸気圧変化が分かれば、上述と同様に大気圧を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関の大気圧検出装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】図２は本発明の一実施例にかかる内燃機関の大気圧検出装置による処理に対応する各種センサ信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図３】図３は本発明の一実施例にかかる内燃機関の大気圧検出装置による処理の変形例に対応する各種センサ信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図４】図４は本発明の一実施例にかかる内燃機関の大気圧検出装置が適用可能な内燃機関の各種構成を示す模式図である。
【図５】図５は本発明の一実施例にかかる内燃機関の大気圧検出装置が適用可能な内燃機関の各種構成の別例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  内燃機関
２  吸気通路
６  吸気バルブ
１１  スロットルバルブ
２１  吸気圧センサ
２２  クランク角センサ
３０  ＥＣＵ（電子制御ユニット）
【図１】
2005042658.tif 000003
【図２】
2005042658.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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