(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力素子により気筒内の圧力に応じて電圧信号を出力する圧力センサと、内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度センサと、検出されたクランク角度におけるシリンダ体積から圧力センサの出力を補正し、気筒の絶対圧力値を算出する圧力補正手段とを備えた内燃機関の筒内圧力検出装置において、
前記圧力補正手段は、ポリトロープ断熱変化特性に応じて圧縮行程における筒内圧力を補正するものであり、圧縮工程における３つのクランク角度における圧力センサ出力及びこの３つのクランク角度におけるシリンダ体積より、圧力補正値を逐次代入法により算出するものであって、３つのクランク角度のうち最初のクランク角度における圧力の補正値の初期値を設定し、この最初のクランク角度における圧力計測値に対する残りの二つのクランク角度における圧力計測値の差から誤差の計算をポリトロープ式に従って行い、補正値の修正を行う修正値を前記誤差に応じて修正し、誤差が所定値以下なるまで前記修正を逐次行うことを特徴とする内燃機関の筒内圧力検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記誤差は、各クランク角度での筒内圧力補正値をＰ１，Ｐ２，Ｐ３、シリンダ容積をＶ１，Ｖ２，Ｖ３としたとき、
ｅ＝log(Ｐ２/Ｐ１)/log(Ｖ１/Ｖ２)-log(Ｐ３/Ｐ１)/log(Ｖ１/Ｖ３)
によって算出されることを特徴とする内燃機関の筒内圧力検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発明において、補正値の修正は、前回の補正値に修正値を加算することにより行われることを特徴とする内燃機関の筒内圧力検出装置。
【請求項４】
請求項２に記載の発明において、修正値の修正は前回の修正値の絶対値に対して誤差の正負に応じた符号の１．０未満の係数を乗算することにより行われることを特徴とする内燃機関の筒内圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は自動車等において使用される内燃機関の筒内圧力を検出するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関においては、燃費向上、排気ガス中のエミッションの低減等の要求に適合するため、マイクロコンピュータを応用することにより燃焼状態に応じて緻密な運転制御を行うことが一般的になっている。
燃焼状態を把握するための方法の１つとしてシリンダ内における燃焼ガスの圧力（以下筒内圧力）を検出することが行われる。そのため、圧力センサが燃焼室に設けられ、筒内圧力に応じた電圧信号を取り出すようにしている。一般的には、圧力センサは、温度等の因子によりセンサ出力のドリフトが回避できず、筒内圧力を高精度で求めるためにはドリフト量の補正が必須である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のドリフト量の補正は、燃焼解析装置等で使用されている大気圧補正方法がある。この大気圧補正方法においては、排気行程後の上死点のセンサ出力値を大気圧として補正を行っている。しかしながら、この方法では、負荷が小さくスロットル弁が閉じており吸気管内の圧力が負圧（大気圧より低い）の場合でも、負荷が高くスロットル弁が開いており吸気管内の圧力が大気圧に近い場合でも、排気行程後の上死点での圧力センサにより検出される筒内圧力を大気圧として補正を行っている。そのため、内燃機関の負荷が変化することにより補正値が変わってくるため、正確な絶対圧値を求めることはできない。
【０００４】
他のドリフト量の補正方法として特開昭６１−１９３０４５号公報のように、圧力センサを設けた部位における温度により補正係数を求め、圧力センサの計測値を補正を行うものも提案されている。しかしながら、この方法では温度に応じた補正係数の値を予めもとめておく必要がある。
また、温度変化の影響を受けないように圧力センサの周囲を冷却水等によって強制冷却して一定温度にすることも考えられるが、冷却水通路等の構成が複雑化され実用に適さない。
【０００５】
従って、この発明の目的は簡単な構成に係わらず精度の高い筒内圧力の補正を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するため請求項１に記載の技術手段を採用する。
この技術手段によれば、圧力センサの計測値をポリトロープ断熱変化特性に応じて補正することでドリフト因子の影響を受けることなく絶対圧力値を把握することができる効果がある。
【０００７】
請求項２〜５の発明では圧力補正を圧縮行程における３つのクランク角度における圧力センサ出力及びこの３つのクランク角度におけるシリンダ体積より逐次代入法により的確かつ迅速に行うことができる効果がある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１の内燃機関において、１０はシリンダブロック、１２はピストン、１４はコネクティングロッド、１６はクランク軸、１８はシリンダヘッド、２０は吸気弁、２２は吸気ポート、２４はインジェクタ、２６は排気弁、２８は排気ポート、３０は燃焼室、３２は点火栓である。
【０００９】
点火栓３２に圧力センサ３４が設けられ、圧力センサ３４からはシリンダボア内の圧力（筒内圧力）に応じた信号が信号が得られる。クランク角度センサ３６はクランク軸１６に近接して設けられ、クランク角度センサ３６からはクランク軸上に等間隔に固設される検出片３７と対向するたびに立ち上がる信号（即ち、一定のクランク角度毎のパルス信号）が得られる。
【００１０】
制御回路３８はマイクロコンピュータとして構成され、内燃機関の動作制御を行うための各種のハードウエア構成及びソフトウエア構成を備えている。また、圧力センサ３４及びクランク角度センサ３６からの信号を受け、検出筒内圧力値をポリトロープ断熱変化特性に応じて補正することによりドリフトを排除するというこの発明を実現するための機能を達成する構成も備えている。
【００１１】
次に、この発明による筒内圧力のドリフトの補正原理について説明すると、図２は圧縮行程中における下死点後のクランク角度＝220 °から上死点手前の330 °の範囲における筒内圧力の変化を示す。圧縮行程中の圧力変化はポリトロープ断熱変化に従って行われ、圧縮行程中の任意のクランク角度位置での筒内圧力値Ｐとシリンダ体積Ｖとの間には：
ＰＶn ＝  一定                                                   (1)
の関係が成立する。ここに、ｎはポリトロープ指数である。そして、シリンダ体積Ｖはそのクランク角度でのピストン位置が判るため、幾何学的に計算することができる。図２において同一クランク角度においても温度差等の影響で筒内圧力の値は上下（ドリフト）する。しかしながら、圧力の変化曲線の形態自体はこれらの影響を受けことがなく、換言すれば、クランク角度間での筒内圧力変化量はドリフトの影響を受けることがなく一定である。従って、圧力変化量より圧力検出値をドリフトの影響を排除するように較正することが可能である。即ち、図２において圧縮行程中における３つのクランク角度位置θ1,θ2,θ3 での筒内圧力を夫々Ｐ1,Ｐ2,Ｐ3 とし、シリンダ体積を夫々Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3 とすると、
Ｐ1 ×（Ｖ1 ）n ＝Ｐ2 ×（Ｖ2 ）n ＝Ｐ3 ×（Ｖ3 ）n              (2)
となる。(2) 式より
Ｐ2 ／Ｐ1 ＝（Ｖ1 ／Ｖ2 ）n ,   Ｐ3 ／Ｐ1 ＝（Ｖ1 ／Ｖ3 ）n      (3)
となり、(3) 式より
0003979704.tif 000002
が得られる。一方、
Ｐ2 ＝Ｐ1 ＋ΔＰ2 
Ｐ3 ＝Ｐ1 ＋ΔＰ3                                                (5)
ここにΔＰ2 ＝Ｐ2 −  Ｐ1 , ΔＰ3 ＝Ｐ3 −  Ｐ1 
と表すことができる。従って、３点でのクランク角度θ1,θ2,θ3 での筒内センサ３４による筒内圧の計測値Ｐ1,Ｐ2,Ｐ3 と、クランク角度より幾何学的に計算されるシリンダ体積Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3 より(4) 及び(5) 式を満たすように補正を行うことによりドリフトの補正が可能である。
【００１２】
この実施例では逐次代入法により筒内圧力の検出値の補正値を算出するようにしている。以下逐次代入法を用いて筒内圧力の補正値を求めるプログラムについて図３のフローチャートによって説明する。
第１ステップＳ１では圧縮行程におけるクランク角度の３点θ1,θ2,θ3 の設定、これら３点での筒内圧力計測値PD1,PD2,PD3 の入力及びシリンダ体積Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3 の算出が行われる。図２に示すようにθ1 は圧縮行程始めにおけるクランク角度、θ2 は圧縮行程中頃のクランク角度、θ3 は圧縮終わりにおけるクランク角度である。各クランク角度θ1,θ2,θ3 において筒内圧力の補正値が夫々Ｐ1,Ｐ2,Ｐ3 とされ、筒内圧力センサ３４の検出値が夫々PD1,PD2,PD3 とされる。即ち、センサにより計測される計測値PD1,PD2,PD3 が逐次代入法により夫々最終的にＰ1,Ｐ2,Ｐ3 に補正されることになる。また、各クランク角度θ1,θ2,θ3 においてピストン１２の位置から幾何学的に算出されるシリンダ体積が夫々Ｖ1,Ｖ2,Ｖ3 とされる。
【００１３】
第２ステップＳ２は補正すべき筒内圧力Ｐの初期値（クランク角度θ1 での圧力Ｐ1 の初期値）、筒内圧力の修正値Ａの初期値及び誤差ｅの初期値の設定が行われる。ここに筒内圧力Ｐの初期値＝0.5 気圧(50 kPa)、補正値の初期値Ａ＝30 kPa、誤差ｅの初期値＝0.0 とする。補正すべき筒内圧力Ｐの初期値及び筒内圧力の修正値Ａの初期値は経験的にこの値がよいとして指定したものである。即ち、筒内圧力Ｐは筒内の圧縮始めの時期の圧力であるから、大気圧(100 kPa) より小さい値であり、また、低負荷時の吸気管圧力（負圧）に合わせて設定したものである。また、修正値Ａはプログラム中で計算が進につれて小さな値となるが、最初の設定として30 kPaとした。また、誤差ｅは0.0 として設定てておく。
【００１４】
以降は、逐次代入法のループに入る。即ち、第３ステップＳ３ではクランク角度θ1 での筒内圧力補正値Ｐ1 ＝初期値Ｐとし、(5) 式に準じてクランク角度θ2 での筒内圧力補正値Ｐ2 ＝Ｐ＋（PD2 −PD1)とし、クランク角度θ3 での筒内圧力補正値Ｐ3 ＝Ｐ＋（PD3 −PD1 ）する。
次に、第４ステップＳ４では誤差ｅの計算が(4) 式に準じて
ｅ＝log (P2 ／P1）／log (V1/V2）−log (P3 ／P1）／log (V1/V3）
によって行われる。即ち、誤差ｅはクランクθ1 とθ2 における検出圧力から求めたポリトロープ指数ｎとクランクθ1 とθ3 における検出圧力から求めたポリトロープ指数ｎとの差である。ポリトロープ指数ｎは一定であることから、誤差ｅは演算が進むにつれて誤差ｅは0.0 に接近し、筒内圧力Ｐの精度は高まってゆく。
【００１５】
第５ステップＳ５では誤差ｅの絶対値が収束判定係数（＝10E-8)より小さいか否か判別される。誤差ｅの絶対値が収束判定係数より大きい場合は、第６ステップＳ６に進み、誤差ｅを小さくする方向に修正値Ａ及び筒内圧補正値Ｐの修正を行う。即ち、誤差ｅが正のときは正方向の修正を行うため現在の修正値Ａの絶対値に1.0 未満の適当な補正係数（例えば0.85) を掛け算したものを新たな修正値Ａとし、誤差ｅが負のときは負方向の修正を行うため現在の修正値Ａの絶対値に1.0 未満の適当な負の補正係数（例えば-0.85)を掛け算したものを新たな修正値Ａとする。また、補正された筒内圧力の補正値Ｐを現在のＰに修正値Ａを加算したものとして計算する。
【００１６】
このような修正の結果、ループの繰り返しの毎に誤差ｅの値は小さくなってゆき、最終的には第５ステップＳ５で誤差ｅの絶対値が収束判定係数より小さくなる。このとき、第７ステップＳ７に進み、そのときの補正値Ｐの値がクランク角度θ1 での補正後の筒内圧力の値となる。
図４はこの発明により圧力補正を行った場合の結果を示している。ドリフト補正前は曲線ａで示すようにクランク角度０〜300 °及び510 °〜720 °でマイナスという取りえない値をとっており、これはドリフトの影響と考えられるが、この発明によりｂに示すように本来の波形に修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明が実施される内燃機関の断面図である。
【図２】図２は圧縮行程におけるクランク角度と筒内圧力との関係を示すグラフである。
【図３】図３は逐次代入法によりポリトロープ断熱変化特性に応じて圧縮行程における筒内圧力を補正するためのルーチンを示すフローチャートである。
【図４】図４はエンジン１サイクルにおけけるクランク角度に対する筒内圧力の変化を従来とこの発明による補正を実施した後との比較で示すグラフである。のルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…シリンダブロック
１２…ピストン
１６…クランク軸
２４…インジェクタ
２６…吸気弁
２８…排気弁
３２…点火栓
３４…圧力センサ
３６…クランク角度センサ
【図１】
0003979704.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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