(57)【要約】【課題】  トルク変動を確実に推定する。【解決手段】  機関クランク軸５の回転角速度の変化からトルク変動を推定するようにした内燃機関において、機関低回転時には爆発１次の角速度の変化波形からトルク変動が推定される。これに対し、機関高回転時には、爆発１次の角速度の変化波形に比べてトルクの変動を再現性よく顕著に表わしているクランク軸５の固有振動による角速度の変化からトルク変動が推定される。【選択図】      図３
2007032433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関クランク軸の回転角速度を検出し、該角速度の変化からトルク変動を推定するようにした内燃機関のトルク変動推定方法において、機関の運転状態が、クランク軸の固有振動による角速度の変化波形に比べて爆発１次の角速度の変化波形の方がトルクの変動を再現性よく顕著に表している第１の運転状態であるか、或いは爆発１次の角速度の変化波形に比べてクランク軸の固有振動による角速度の変化波形の方がトルクの変動を再現性よく顕著に表している第２の運転状態であるかを判断し、第１の運転状態であると判断されたときには爆発１次の角速度の変化からトルク変動を推定し、第２の運転状態であると判断されたときにはクランク軸の固有振動による角速度の変化からトルク変動を推定するようにした内燃機関のトルク変動推定方法。
【請求項２】
爆発１次の角速度の変化からトルク変動を推定する場合には、爆発行程開始時における角速度の最小値と爆発行程中における角速度の最大値との差からトルク変動を推定する請求項１に記載の内燃機関のトルク変動推定方法。
【請求項３】
クランク軸の固有振動による角速度の変化からトルク変動を推定する場合には、爆発行程開始時における角速度の最小値と、該最小値の次に現われる角速度の極大値との差からトルク変動を推定する請求項１に記載の内燃機関のトルク変動推定方法。
【請求項４】
上記第１の運転状態であるか或いは第２の運転状態であるかは各気筒毎に機関回転数に応じて定まる請求項１に記載の内燃機関のトルク変動推定方法。
【請求項５】
上記第１の運転状態であるか或いは第２の運転状態であるかが気筒番号と機関回転数との各組合せについて夫々予め記憶されている請求項４に記載の内燃機関のトルク変動推定方法。
【請求項６】
機関回転数が低回転側のときに第１の運転状態となり、機関回転数が高回転側のときに第２の運転状態となる請求項４に記載の内燃機関のトルク変動推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関のトルク変動推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
爆発行程開始時におけるクランク軸の第１の角速度と、圧縮上死点後６０°付近におけるクランク軸の第２の角速度とを求め、第１の角速度の２乗と第２の角速度の２乗の差から気筒が発生するトルクを求め、この発生トルクの変動量からトルク変動量を算出するようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
即ち、各気筒において燃焼が行われると燃焼圧によってクランク軸の角速度は第１の角速度ωａから第２の角速度ωｂへ上昇せしめられる。このとき、機関の回転慣性モーメントをＩとすると燃焼圧によって運動エネルギが（１／２）・Ｉωａ2から（１／２）・Ｉωｂ2へ上昇せしめられる。概略的に云うとこの運動エネルギの上昇量（１／２）・Ｉ・（ωｂ2−ωａ2）によってトルクが発生するので発生トルクは（ωｂ2−ωａ2）に比例することになる。従って発生トルクは第１の角速度ωａの２乗と第２の角速度ωｂの２乗との差から求まることになり、従って上述の内燃機関ではこのようにして求めた発生トルクからトルク変動量を算出するようにしている。
【特許文献１】特許第３２４６３２８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら機関回転数が高くなるとクランク軸の固有振動に基づく角速度変化が顕著となり、この顕著となった角速度変化によって上述の第２の角速度が明瞭に表れなくなる。従って上述のように第１の角速度と第２の角速度とに基づいて発生トルクを算出すると機関回転数が高くなったときに発生トルクを正確に求めることができず、斯くしてトルク変動が生じているのかいないのかを判断することができなくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題点を解決するために本発明によれば、機関クランク軸の回転角速度を検出し、この角速度の変化からトルク変動を推定するようにした内燃機関のトルク変動推定方法において、機関の運転状態が、クランク軸の固有振動による角速度の変化波形に比べて爆発１次の角速度の変化波形の方がトルクの変動を再現性よく顕著に表している第１の運転状態であるか、或いは爆発１次の角速度の変化波形に比べてクランク軸の固有振動による角速度の変化波形の方がトルクの変動を再現性よく顕著に表している第２の運転状態であるかを判断し、第１の運転状態であると判断されたときには爆発１次の角速度の変化からトルク変動を推定し、第２の運転状態であると判断されたときにはクランク軸の固有振動による角速度の変化からトルク変動を推定するようにしている。
【発明の効果】
【０００６】
トルク変動を確実に推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４、５番気筒＃５、６番気筒＃６からなる６つの気筒を備えたＶ型６気筒内燃機関の全体図を示している。
図１に示されるように各気筒＃１〜＃６には夫々燃料噴射弁１と点火栓２とが設けられており、更にこれら気筒＃１〜＃６には吸入空気用サージタンク３および一対の排気マニホルド４が接続されている。また、クランク軸５の前端若しくは後端にはクランク軸５の回転角速度を例えばクランク角で１°毎に検出しうる回転角センサ６が取付けられる。なお、図１に示す内燃機関の点火順序は１−２−３−４−５−６である。
【０００８】
電子制御ユニット１０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス１１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）１２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）１４、入力ポート１５および出力ポート１６を具備する。回転角センサ６の出力信号は対応するＡＤ変換器１７を介して入力ポート１５に入力される。また、アクセルペダル１９にはアクセルペダル１９の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２０が接続され、負荷センサ２０の出力電圧は対応するＡＤ変換器１７を介して入力ポート１５に入力される。一方、出力ポート１６は対応する駆動回路１８を介して燃料噴射弁１および点火栓２に接続される。
【０００９】
図２は、１番気筒＃１が圧縮上死点ＴＤＣに達したときからクランク角で７２０°経過するまでの間において、回転角センサ６により検出された実際のクランク軸５の回転角速度ωの変化を機関低回転時と機関高回転時について夫々示している。図２からわかるように機関低回転時にはいずれかの気筒＃１〜＃６が圧縮上死点を越えると角速度ωが上昇し始め、次いで爆発行程の後半になると角速度ωが下降し始める。これに対し、機関高回転時にはいずれかの気筒＃１〜＃６が圧縮上死点を越えると角速度ωが急激に上昇し、次いで角速度ωは上下動を繰返すことがわかる。
【００１０】
図３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は夫々機関低回転時、機関中回転時および機関高回転時におけるクランク軸の角速度ωの変化を図解的に表している。なお、図３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）における横軸は圧縮上死点（クランク角０°）からの経過時間を表しており、従ってクランク角が０°から１２０°までの長さは機関回転数が高くなるほど短かくなる。また、クランク軸５には各気筒＃１〜＃６のピストンによる加振作用によって繰返し捩り運動が惹起せしめられており、この捩り運動に対するクランク軸５の固有振動の周期がＴで示されている。
【００１１】
図３の（Ａ）に示されるように機関低回転時には角速度ωは圧縮上死点（クランク角０°）の直後において、即ち爆発行程開始時に最小値ωｍｉｎをとり、次いで徐々に上昇し、クランク角が６０°から９０°の間で最大値ωｍａｘをとる。次いで角速度ωは次第に低下していく。即ち、爆発作用が行われるとピストンの下降に伴ないクランク軸５の角速度ωが次第に大きくなり、クランク角が６０°から９０°の間で最大となる。即ち、爆発作用によって角速度ωがωｍｉｎからωｍａｘまで上昇せしめられ、冒頭で述べたようにこのときの発生トルクは（ω2ｍａｘ−ω2ｍｉｎ）で表されることになる。
【００１２】
爆発によってクランク軸５にトルクが付与されると図３の（Ａ）に示されるように角速度ωは爆発行程の中間でピークとなる山形をなす。このように爆発行程の中間で１回だけピークとなる山形の波形は爆発１次の角速度ωの変化波形と称される。即ち、機関低回転時には角速度の変化波形は爆発１次の変化波形となる。
【００１３】
なお、機関低回転時にもクランク軸の捩り振動が発生するが図３の（Ａ）で示されるようにこのときに発生するクランク軸の捩り振動による角速度変化は小さく、従って機関低回転時には角速度の変化波形は全体的にみて、爆発行程の中間で１回だけピークとなる山形となる。なお、実際にはクランク軸の捩り振動以外の外乱も加わるので図２に示されるように機関低回転時の角速度ωは細かく変動する。
【００１４】
いずれにしても機関低回転時には角速度ωは爆発１次の変動波形となる。このとき発生トルクが大きくなれば図３の（Ａ）に示される最大値ωｍａｘが大きくなり、発生トルクが小さくなれば図３の（Ａ）に示される最大値ωｍａｘが小さくなるので、図３の（Ａ）における最大値ωｍａｘと最小値ωｍｉｎとの差（ωｍａｘ−ωｍｉｎ）、即ち爆発行程開始時における角速度の最小値ωｍｉｎと爆発行程中における角速度の最大値ωｍａｘとの差からトルク変動量を推定できることになる。
【００１５】
一方、機関の回転数が高くなるとピストンの加振力によってクランク軸５に惹起される捩り振動がクランク軸５の固有振動に一致し、その結果図３（Ｂ）の中回転時および図３（Ｃ）の高回転時に示されるようにクランク軸５は固有振動数でもって激しく振動する。即ち、機関回転数が高くなるとクランク軸５の固有振動に基づく角速度変化が顕著となり、図３（Ａ）に示すような爆発１次の角速度変化が明瞭に現われなくなる。従って機関中高回転時には機関低回転におけるように爆発１次の角速度変化波形からトルク変動量を求めることはできなくなる。なお、図２の高回転時における角速度ωの変動に示されるように実際には図３（Ｂ）又は（Ｃ）に示すよりも角速度ωは細かく変動する。
【００１６】
さて、機関中高回転時には爆発力の強さが最初の角速度ωのピーク値に現われ、その後現われる角速度ωのピーク値は爆発力の強さ以外の要因が加わるために爆発力に対応していない。従ってトルク変動に影響を与える爆発力の強さの変動は最初の角速度ωのピーク値に現われることになる。従って、機関回転数が高いときには、図３の（Ｂ）および（Ｃ）に示されるように爆発行程開始時における角速度ωの最小値ωｍｉｎと、この最小値ωｍｉｎの次に現われる角速度ωの極大値ωｍａｘとの差からトルク変動量を推定するようにしている。
【００１７】
即ち、包括的に言うと本発明によれば、機関の運転状態が、クランク軸５の固有振動による角速度ωの変化波形に比べて爆発１次の角速度ωの変化波形の方がトルクの変動を再現性よく顕著に表している第１の運転状態、例えば低回転運転時であるか、或いは爆発１次の角速度ωの変化波形に比べてクランク軸５の固有振動による角速度ωの変化波形の方がトルクの変動を再現性よく顕著に表している第２の運転状態、例えば高回転運転時であるかを判断し、第１の運転状態、例えば低回転運転時であると判断されたときには爆発１次の角速度ωの変化からトルク変動を推定し、第２の運転状態、例えば高回転運転時であると判断されたときにはクランク軸５の固有振動による角速度ωの変化からトルク変動を推定するようにしている。
【００１８】
この場合、上述の第１の運転状態であるか或いは第２の運転状態であるかは各気筒毎に機関回転数に応じて定まり、第１の運転状態Ｉであるか或いは第２の運転状態IIであるかは図４（Ａ）に示されるように気筒番号＃１〜＃６と機関回転数ａ〜ｑとの各組合せについて夫々予め記憶されている。なお、図４（Ａ）におけるａ〜ｑは夫々機関回転数Ｎ（r.p.m）の範囲を示しており、これら機関回転数Ｎ（r.p.m）の範囲が図４（Ｂ）に示されている。
【００１９】
前述したように図４（Ａ）においてＩはクランク軸５の固有振動による角速度ωの変化波形に比べて爆発１次の角速度ωの変化波形の方がトルクの変動を再現性よく顕著に表している第１の運転状態を示しており、IIは爆発１次の角速度ωの変化波形に比べてクランク軸５の固有振動による角速度ωの変化波形の方がトルクの変動を再現性よく顕著に表している第２の運転状態を示している。全体的にみると機関回転数が低回転側のときに第１の運転状態Ｉとなり、機関回転数が高回転側のときに第２の運転状態IIとなる。また、同一の機関回転数であっても気筒によって第１の運転状態Ｉであるか第２の運転状態であるかが異なり、このことは図２における高回転時の角速度ωの変動にも現われている。
【００２０】
次に図５を参照しつつ角速度差の算出ルーチンについて説明する。
図５を参照するとまず初めにステップ３０において空燃比がリーンのもとで燃焼が行われるリーン燃焼状態か否かが判別される。リーン燃焼状態でないとき、即ち空燃比が理論空燃比又はリッチのもとで燃焼が行われているときには処理サイクルを完了する。これに対し、リーン燃焼状態のときのみステップ３１に進む。
【００２１】
ステップ３１ではｉ番気筒が圧縮上死点ＴＤＣであるか否かが判別される。ｉ番気筒、例えば４番気筒が圧縮上死点ＴＤＣであるときにはステップ３２に進んで点火順序が一つ前の（ｉ−１）番気筒、例えば３番気筒における角速度差Δωが算出され、次いでステップ３３，３４へと進む。これらステップ３２から３４については後で説明する。続くステップ３５ではｉ番気筒が圧縮上死点ＴＤＣであるときの機関回転数Ｎが読み込まれる。次いでステップ３６ではこの機関回転数Ｎとｉ番気筒に対し第１の運転状態Ｉであるのか第２の運転状態IIであるのかが図４（Ａ）から求められる。次いでステップ３７に進む。クランク角がｉ番気筒の圧縮上死点ＴＤＣを越えると（ｉ＋１）番気筒の圧縮上死点ＴＤＣとなるまでステップ３１からステップ３７にジャンプする。
【００２２】
図５に示される角速度差の算出ルーチンは例えばクランク角で１度毎の割込みによって実行されており、従ってステップ３７ではクランク軸５の角速度ωがクランク角で１度毎に検出される。次いでステップ３８ではｉ番気筒が圧縮上死点ＴＤＣを越えた直後において最小となる角速度の最小値ωｍｉｎが算出される。次いでステップ３９では機関の運転状態がＩであるかIIであるかに応じてωｍａｘが算出される。即ち、第１の運転状態Ｉのときには図３（Ａ）に示されるような爆発行程中における角速度の最大値ωｍａｘが算出され、第２の運転状態IIのときには図３（Ｂ）又は（Ｃ）に示されるような最小値ωｍｉｎの次に現われる角速度の極大値ωｍａｘが算出される。
【００２３】
さて、再びステップ３２に戻るとステップ３２ではｉ番気筒が圧縮上死点ＴＤＣになったときに（ｉ−１）番気筒について既に求められている最小値ωｍｉｎと、最大値又は極大値ωｍａｘの差から角速度差Δωが算出される。次いでステップ３３ではｉ番気筒についての角速度差Δωの算出回数が設定回数Ｎｏに達したか否かが判別される。算出回数が設定回数Ｎｏに達したときにはステップ３４に進んでトルク変動が生じているか否かを判定すべき変動判定指令が発せられる。図６（Ａ）および図７（Ａ）はこの変動判定指令が発せられたときに実行される変動判定ルーチンの夫々別の実施例を示している。
【００２４】
図６（Ａ）に示す変動判定ルーチンの第１実施例を参照すると、ステップ４０ではＮｏ回算出された角速度差Δωの平均値Δωｍが算出される。この第１実施例ではこの平均値Δωｍが上限値ＫＵｉｊと下限値ＫＤｉｊとの間となるように噴射量又は点火時期が制御される。この上限値ＫＵｉｊは図６（Ｂ）に示すように機関出力トルクと機関回転数の関数としてマップの形で予め記憶されており、下限値ＫＤｉｊについても図６（Ｂ）に示すマップと同様なマップの形で予め記憶されている。ステップ４１ではこれらマップから上限値ＫＵｉｊおよび下限値ＫＤｉｊが算出される。
【００２５】
次いでステップ４２では角速度差の平均値Δωｍが下限値ＫＤｉｊよりも大きくかつ上限値ＫＵｉｊよりも小さいか否かが判別される。ＫＤｉｊ＜Δωｍ＜ＫＵｉｊのときには処理サイクルを完了する。これに対し、ステップ４２において角速度差の平均値Δωｍが上限値ＫＵｉｊよりも大きいと判別されたときにはステップ４３に進んでトルク変動量を低下させるべく噴射量が増量、即ち空燃比が小さくされるか或いは点火時期が遅くされる。一方、ステップ４２において角速度差の平均値Δωｍが下限値ＫＤｉｊよりも小さいと判別されたときにもステップ４３に進んで今度はトルク変動量を増大させるべく噴射量が減量、即ち空燃比が大きくされるか或いは点火時期が進まされる。
【００２６】
次に図７（Ａ）に示す変動判定ルーチンの第２実施例を参照すると、ステップ５０では図７（Ｂ）に示されるようにＮｏ回算出された角速度差Δωの発生頻度から、Ｘ１およびＸ２で示される変動平均値ＡＶＧと、σ１およびσ２で示される標準偏差σが求められる。次いでステップ５１では変動係数σ／ＡＶＧが算出される。この変動係数σ／ＡＶＧは角速度差Δωの大きさにかかわらずに角速度差Δωの変動の程度を同一の数値で表わす。例えば図７（Ｂ）においてＸ２がＸ１の１０倍であったとすると角速度差Δωのばらつきの程度が同じときにはσ２はσ１の１０倍となり、従って角速度差Δωの変動平均値ＡＶＧがＸ１であったとしてもＸ２であったとしても変動係数σ／ＡＶＧの値σ１／Ｘ１およびσ２／Ｘ２は同じになる。
【００２７】
従ってこの第２実施例ではこの変動係数σ／ＡＶＧが上限値ＫＵと下限値ＫＤとの間となるように噴射量又は点火時期が制御される。即ち、図７（Ａ）のステップ５２では変動係数σ／ＡＶＧが下限値ＫＤよりも大きくかつ上限値ＫＵよりも小さいか否かが判別される。ＫＤ＜σ／ＡＶＧ＜ＫＵのときには処理サイクルを完了する。これに対し、ステップ５２において変動係数σ／ＡＶＧが上限値ＫＵよりも大きいと判別されたときにはステップ５３に進んでトルク変動量を低下させるべく噴射量が増量、即ち空燃比が小さくされるか或いは点火時期が遅くされる。一方、ステップ５２において変動係数σ／ＡＶＧが下限値ＫＤよりも小さいと判別されたときにもステップ５３に進んで今度はトルク変動量を増大させるべく噴射量が減量、即ち空燃比が大きくされるか或いは点火時期が進まされる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】角速度ωの変動を示す図である。
【図３】角速度ωの変動を示す図である。
【図４】第１の運転状態Ｉと第２の運転状態IIを示す図である。
【図５】角速度差を算出するためのフローチャートである。
【図６】変動を判定するための第１実施例のフローチャートである。
【図７】変動を判定するための第２実施例のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１    燃料噴射弁
２    点火栓
５    クランク軸
６    回転角センサ
【図１】
2007032433.tif 000003
【図２】
2007032433.tif 000004
【図３】
2007032433.tif 000005
【図４】
2007032433.tif 000006
【図５】
2007032433.tif 000007
【図６】
2007032433.tif 000008
【図７】
2007032433.tif 000009