(57)【要約】    【課題】  可変圧縮比機構を備える内燃機関の図示平均有効圧力を算出する際の演算装置の演算負荷を軽減し、リアルタイムで正確な図示平均有効圧力を得ることができる内燃機関の筒内圧検出装置を提供する。    【解決手段】  クランク角度ＣＡに応じて設定された標準ストローク位置テーブルを、検出したクランク角度に応じて検索することにより、ピストンの標準ストローク位置Ｌが算出される。可変圧縮比機構によるピストンの標準ストロークからの変化量であるストローク変化量Ｙが、アクチュエータ７の駆動信号に応じて算出され、標準ストローク位置Ｌ、ストローク変化量Ｙ、及び検出した筒内圧ＰＣＹＬにより、図示平均有効圧力Ｐｍｉが算出される。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変圧縮比機構を備える内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧センサと、該筒内圧センサの出力に基づいて前記機関の図示平均有効圧力を算出する内燃機関の筒内圧検出装置において、
前記機関のクランク角度を検出するクランク角度センサと、
前記クランク角度と、前記機関のピストンの標準ストローク位置との関係を標準ストローク位置テーブルとして予め記憶する記憶手段と、
前記クランク角度センサにより検出されるクランク角度に応じて、前記標準ストローク位置テーブルを検索し、前記ピストンの標準ストローク位置を算出する標準ストローク位置算出手段と、
前記可変圧縮比機構による前記ピストンの前記標準ストロークからのストローク変化量を算出するストローク変化量算出手段と、
前記標準ストローク位置、ストローク変化量、及び前記筒内圧センサにより検出された筒内圧により、図示平均有効圧力を算出する図示平均有効圧力算出手段とを備えることを特徴とする内燃機関の筒内圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変圧縮比機構を備える内燃機関の筒内圧を検出し、該検出した筒内圧から図示平均有効圧力を算出する筒内圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
検出した筒内圧から図示平均有効圧力Ｐｍｉを算出するためには、筒内圧の検出タイミングにおける気筒容積を求める必要があり、以下にその演算式を説明する。図６に示すようにコンロッド長をｌとし、ストローク長をＳとしたとき、ピストン移動量Ｌ（ｎ）は、下記式（１）により求められる。式（１）においてΔγは、図６に示すオフセット長であり、θは、下記式（２）で定義されるクランク軸の回転角度（ｒａｄ）であり、φは下記式（３）で定義される角度（ｒａｄ）である。また式（２）において、ｎは「０」から、サイクル当たりのデータ数ｄａｔａｎｕｍから「１」を引いた値（例えばクランク角１度毎に筒内圧をサンプリングする場合には、「７１９」となる）の間で「１」ずつ増加する整数であり、Ｄｄｅｇは角度分解能（ｄｅｇ）であり、ＢＴＤＣｄｅｇは、圧力データ開始点ピストン位置と上死点位置の角度差（ｄｅｇ）である。このとき、気筒容積Ｖ（ｎ）は、下記式（４）で与えられる。式（４）において、Ｂは図６に示すボア径であり、ｅは（排気量／燃焼室隙間容積−１）で算出される係数である。
【数１】
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上記式（１）〜（４）により気筒容積Ｖ（ｎ）を求める演算を、車両に搭載される演算装置により高速に実行させるためには、非常に高価な演算装置を必要とする。
【０００３】
特許文献１には、そのような高価な演算装置を使用せずに図示平均有効圧力Ｐｍｉを求める手法が示されている。具体的には、内燃機関のクランク角度と、気筒容積との関係を予めメモリにマップとして記憶しておき、検出されるクランク角度に応じてマップ検索により気筒容積を求め、検出筒内圧と気筒容積の変化量との積を積算することにより、図示平均有効圧力Ｐｍｉが算出される。
【０００４】
【特許文献１】特許第２６９５２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、可変圧縮比機構を備える内燃機関では、ピストンのストローク長が変化し、クランク角度と気筒容積との関係が変化するため、特許文献１に示された手法をそのまま適用することはできない。
【０００６】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、可変圧縮比機構を備える内燃機関の図示平均有効圧力を算出する際の演算装置の演算負荷を軽減し、リアルタイムで正確な図示平均有効圧力を得ることができる内燃機関の筒内圧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】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、可変圧縮比機構を備える内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧センサと、該筒内圧センサの出力に基づいて前記機関の図示平均有効圧力を算出する内燃機関の筒内圧検出装置において、前記機関のクランク角度を検出するクランク角度センサと、前記クランク角度と、前記機関のピストンの標準ストローク位置との関係を標準ストローク位置テーブルとして予め記憶する記憶手段と、前記クランク角度センサにより検出されるクランク角度に応じて、前記標準ストローク位置テーブルを検索し、前記ピストンの標準ストローク位置を算出する標準ストローク位置算出手段と、前記可変圧縮比機構による前記ピストンの前記標準ストロークからのストローク変化量を算出するストローク変化量算出手段と、前記標準ストローク位置、ストローク変化量、及び前記筒内圧センサにより検出された筒内圧により、図示平均有効圧力を算出する図示平均有効圧力算出手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、クランク角度センサにより検出されるクランク角度に応じて、標準ストローク位置テーブルが検索され、ピストンの標準ストローク位置が算出される。また可変圧縮比機構によるピストンの標準ストロークからのストローク変化量が算出され、標準ストローク位置、ストローク変化量、及び検出された筒内圧により、図示平均有効圧力が算出される。標準ストローク位置とともに可変圧縮比機構によるストローク変化量が加味されるので、圧縮比を変更した場合でも、正確な図示平均有効圧力を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関の筒内圧検出装置の構成を示す図である。４気筒のディーゼル内燃機関（以下「エンジン」という）１は、後述するようにピストンのストロークを変更することにより、圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えている。エンジン１の各気筒には、筒内圧ＰＣＹＬを検出する筒内圧センサ２が設けられている。本実施形態では、筒内圧センサ２は、各気筒に設けられるグロープラグと一体に構成されている。筒内圧センサ２の検出信号は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）４に供給される。またエンジン１には、クランク軸（図示せず）の回転角度（クランク角度）ＣＡを検出するクランク角度センサ３が設けられている。クランク角度センサ３は、クランク角１度毎にパルスを発生し、そのパルス信号はＥＣＵ４に供給される。
【００１０】
ＥＣＵ４は、エンジン１の各気筒の燃焼室に設けられた燃料噴射弁６の制御信号を駆動回路５に供給するとともに、圧縮比可変機構のアクチュエータ７に圧縮比制御信号を供給する。駆動回路５は、燃料噴射弁６に接続されており、ＥＣＵ４から供給される制御信号に応じた駆動信号を、燃料噴射弁６に供給する。これにより、ＥＣＵ４から出力される制御信号に応じた燃料噴射時期において、前記制御信号に応じた燃料噴射量だけ燃料が噴射される。アクチュエータ７は、供給される制御信号に応じて圧縮比可変機構の操作ロッドを駆動し、ピストンのストロークを変更する。
【００１１】
ＥＣＵ４は、Ａ／Ｄ変換部１１と、パルス生成部１３と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４と、ＣＰＵ１４で実行されるプログラム並びにプログラムにより参照されるマップやテーブルを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）１５と、ＣＰＵ１４が演算結果などを格納するＲＡＭ（Random Access Memory）１６とを備えている。筒内圧センサ２の検出信号は、Ａ／Ｄ変換部１１に入力され、クランク角度センサ３から出力されるパルス信号は、パルス生成部１３に入力される。
【００１２】
Ａ／Ｄ変換部１１は、バッファ１２を備えており、筒内圧センサ２から入力される検出信号をディジタル値に変換し、バッファ１２に格納する。より具体的には、Ａ／Ｄ変換部１１には、パルス生成部１３から、クランク角１度周期のパルス信号（以下「１度パルス」という）ＰＬＳ１が供給されており、この１度パルスＰＬＳ１の周期で筒内圧検出信号をサンプリングし、ディジタル値に変換してバッファ１２に格納する。
【００１３】
一方、ＣＰＵ１４には、パルス生成部１３から、クランク角６度周期のパルス信号ＰＬＳ６が供給されており、ＣＰＵ１４はこの６度パルスＰＬＳ６の周期でバッファ１２に格納されたディジタル値を読み出す処理を行う。すなわち、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換部１１からＣＰＵ１４に対して割り込み要求を行うのではなく、ＣＰＵ１４が６度パルスＰＬＳ６の周期で読出処理を行う。
【００１４】
図２はエンジン１の可変圧縮比機構を説明するための断面図である。ピストン５２には、ピストンピン５３を介してコンロッド５４が接続されており、コンロッド５４は、三角形状のリンク機構５５を介してクランクピン５７に接続されている。クランクピン５７及びバランスウエイト６２がクランク軸６１に固定されている。リンク機構５５は、第１ピン５６を介してコンロッド５４に接続され、第２ピン５８を介して操作ロッド５９に接続されている。操作ロッド５９は、第３ピン６０を介して、アクチュエータ７に接続されている。
リンク機構５５、ピン５６，５８、操作ロッド５９、ピン６０及びアクチュエータ７により、可変圧縮比機構７０が構成される。
【００１５】
図３は、可変圧縮比機構７０の動作を説明するための模式図である。この図において、コンロッド５４の長さＬ６、リンク機構５５を構成する３辺の長さＬ２，Ｌ４及びＬ５、クランクピン５７の回転半径Ｌ１、及び操作ロッド５９の長さＬ３は、一定であり、第３ピン６０をアクチュエータ７により右方向に移動させると、ピン５８のｙ座標が増加し、ピストン５２のストロークは増加する（したがって、圧縮比が増加する）。一方、第３ピン６０をアクチュエータ７により左方向に移動させると、ピン５８のｙ座標が減少し、ピストン５２のストロークは減少する（したがって、圧縮比が減少する）。
【００１６】
ここで、アクチュエータ７により、第３ピン６０を基準位置から右方向にＸだけ移動させたときの、ピストン５２の上死点座標（上死点のｙ座標）ｙＴＤＣの変化量を、ストローク変化量Ｙと定義すると、ストローク変化量Ｙは、ピン移動量Ｘの関数として求まる。そこで、本実施形態では、ピン移動量Ｘと、ストローク変化量Ｙとの関係が予め求められており、ストローク変化量テーブルとしてＲＯＭ１５に格納されている。
【００１７】
図４は、ＣＰＵ１４の演算処理により実現される燃料噴射制御装置を機能ブロック図として示したものである。この燃料噴射制御装置は、ディジタルフィルタ２１と、Ｐｍｉ演算部２２と、補正部２３と、基本噴射量演算部２４と、基本噴射時期演算部２５と、乗算部２６及び２７とにより構成される。
【００１８】
ディジタルフィルタ２１は、検出筒内圧（ディジタル値）ＰＣＹＬに対してローパスフィルタ処理を行う。Ｐｍｉ演算部２２は、フィルタ処理後の検出筒内圧ＰＣＹＬ、クランク角度センサ３により検出されるクランク角度ＣＡ、及びピン移動量Ｘを用いて、図示平均有効圧力Ｐｍｉを算出する。補正部２３は、図示平均有効圧力Ｐｍｉに基づいて、燃料噴射量の補正係数ＫＴＰＣ及び燃料噴射時期の補正係数ＫＣＰＣを算出する。基本噴射量演算部２４は、６度パルスＰＬＳ６の時間間隔から算出されるエンジン回転数ＮＥと、図示しないアクセルセンサにより検出されるアクセルペダルの踏み込み量ＡＰとに応じて、基本噴射量ＴＢＡＳＥを算出する。基本噴射時期演算部２５は、エンジン回転数ＮＥ及びアクセルペダル踏み込み量ＡＰに応じて、基本噴射時期ＣＢＡＳＥを算出する。
【００１９】
乗算部２６は、基本噴射量ＴＢＡＳＥに補正係数ＫＴＰＣを乗算することにより、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。乗算部２７は、基本噴射時期ＣＢＡＳＥに補正係数ＫＣＰＣを乗算することにより、燃料噴射時期ＣＡＩＮＪを算出する。燃料噴射量ＴＯＵＴ及び燃料噴射時期ＣＡＩＮＪは、４つの気筒の対応して順次演算され、その演算結果に応じた制御信号が駆動回路５に供給される。各気筒の燃料噴射弁６は、駆動回路５からの駆動信号に応じて、燃料噴射時期ＣＡＩＮＪにおいて、燃料噴射量ＴＯＵＴの燃料を燃焼室内に噴射する。
【００２０】
図５は、Ｐｍｉ演算部２２における演算処理を説明するための機能ブロック図である。Ｐｍｉ演算部２２は、ストローク位置演算部３１と、ストローク変化量演算部３２と、加算部３３と、乗算部３４と、積算部３５とを備えている。
ストローク位置演算部３１は、クランク角度ＣＡに応じて標準ストローク位置テーブル（図示せず）を検索し、標準ストローク位置Ｌを算出する。標準ストローク位置テーブルは、クランク角度ＣＡと、対応する標準ストローク位置Ｌとが記述されたテーブルであり、ＲＯＭ１５に格納されている。本実施形態では、標準ストローク位置Ｌは、ピストンのストロークが最小の場合（圧縮比が最小の場合）の、上死点からの変位量として定義されている。
【００２１】
ストローク変化量演算部３２は、ピン移動量Ｘに応じて前述したストローク変化量テーブルを検索し、ストローク変化量Ｙを算出する。本実施形態では、ピン移動量Ｘは、センサにより検出するのではなく、アクチュエータ７に供給する駆動信号のデューティ比に応じて演算により求められる。もちろん、ピン６０のピン移動量Ｘを位置センサにより検出するようにしてもよい。
【００２２】
加算部３３は、標準ストローク位置Ｌとストローク変化量Ｙとを加算し、乗算部３４は、標準ストローク位置Ｌとストローク変化量Ｙの和に気筒断面積ＳＣＹＬを乗算することにより、気筒容積ＶＣＹＬを算出する。
積算部３５は、下記式（５）により図示平均有効圧力Ｐｍｉを算出する。本実施形態では、図示平均有効圧力Ｐｍｉは、すべての気筒について演算するようにしているが、特定の１つ、あるいは２つの気筒について演算するようにしてもよい。下記式（５）においてｉは、クランク角度１度に対応する離散化サンプリング時刻を示す。
【数２】
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【００２３】
以上のように本実施形態では、クランク角度センサ３により検出されるクランク角度ＣＡに応じて、標準ストローク位置テーブルが検索され、ピストン５２の標準ストローク位置Ｌが算出される。また可変圧縮比機構７０によるピストン５２の標準ストロークからのストローク変化量Ｙが算出され、標準ストローク位置Ｌ及びストローク変化量Ｙから、気筒容積ＶＣＹＬが算出される。そして気筒容積ＶＣＹＬ及び検出された筒内圧ＰＣＹＬを式（５）に適用することにより、図示平均有効圧力Ｐｍｉが算出される。標準ストローク位置Ｌに可変圧縮比機構によるストローク変化量Ｙが加味されるので、圧縮比を変更した場合でも、正確な図示平均有効圧力Ｐｍｉを算出することができる。
【００２４】
本実施形態では、ＲＯＭ１５が記憶手段に相当し、ストローク位置演算部３１及びストローク変化量演算部３２が、それぞれ標準ストローク位置算出手段及びストローク変化量算出手段に相当する。また加算部３３、乗算部３４及び積算部３５が、図示平均有効圧力算出手段に相当する。
【００２５】
なお本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、標準ストローク位置Ｌに代えて、標準ストローク位置Ｌと気筒断面積ＳＣＹＬとの積である標準気筒容積ＶＣＹＬＲを、クランク角度ＣＡに応じた標準気筒容積テーブルとして設定するとともに、ストローク変化量Ｙに代えて、ストローク変化量Ｙと気筒断面積ＳＣＹＬとの積である気筒容積変化量ＶＣＹＬＹを、ピン移動量Ｘに応じた気筒容積変化量テーブルとして設定しておき、標準気筒容積テーブル及び気筒容積変化量テーブルを検索することにより、算出される標準気筒容積ＶＣＹＬＲと気筒容積変化量ＶＣＹＬＹとの和を気筒容積ＶＣＹＬとして求めるようにしてもよい。また、クランク角度ＣＡ及びピン移動量Ｘに対応する気筒容積ＶＣＹＬを予め演算した結果を、２次元ＶＣＹＬマップとして、ＲＯＭ１５に格納するようにしてもよい。
【００２６】
また、可変圧縮比機構は、上述したもの限るものではなく、他の機構を採用してもよい。また、上述した実施形態では、４気筒のディーゼル内燃機関の例を示したが、これに限るものではなく、気筒数の異なるディーゼル内燃機関、あるいはガソリン内燃機関にも、本発明は適用可能である。
【００２７】
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその筒内圧検出装置の構成を示す図である。
【図２】可変圧縮比機構を説明するための断面図である。
【図３】可変圧縮比機構の動作を説明するための模式図である。
【図４】図１のＣＰＵで実行される処理により実現される燃料噴射制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示すＰｍｉ演算部の構成を示すブロック図である。
【図６】演算により気筒容積を求める手法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  内燃機関
２  筒内圧センサ
３  クランク角度センサ
４  電子制御ユニット
１４  ＣＰＵ
１５  ＲＯＭ（記憶手段）
２２  Ｐｍｉ演算部
３１  ストローク位置演算部（標準ストローク位置算出手段）
３２  ストローク変化量演算部（ストローク変化量算出手段）
３３  加算部（図示平均有効圧力算出手段）
３４  乗算部（図示平均有効圧力算出手段）
３５  積算部（図示平均有効圧力算出手段）
７０  可変圧縮比機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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