(57)【要約】【課題】簡便な構成で、内燃機関が発生する発生トルクを精度よく算出して、かかる発生トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御可能な内燃機関制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関制御装置１は、吸気、圧縮、燃焼膨張、排気の各行程を有する内燃機関の連続する２つの行程の各々に対応した内燃機関のクランク軸の２つの角速度を算出する角速度算出部６０４と、２つの角速度に基づき運転状態を制御する運転状態制御部６１１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気、圧縮、燃焼膨張、排気の各行程を有する内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御装置において、
前記内燃機関の連続する２つの行程の各々に対応した前記内燃機関のクランク軸の２つの角速度を算出する角速度算出部と、
前記２つの角速度に基づき前記運転状態を制御する運転状態制御部と、
を備えることを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】
前記運転状態制御部は、前記２つの角速度として、前記圧縮行程に対応した角速度と前記膨張行程に対応した角速度とに基づき、前記運転状態を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項３】
前記運転状態制御部は、前記２つの角速度として、前記吸気行程に対応した角速度と前記圧縮行程に対応した角速度とに基づき、前記運転状態を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置。
【請求項４】
前記運転状態制御部は、前記２つの角速度として、前記排気行程に対応した角速度と前記吸気行程に対応した角速度とに基づき、前記運転状態を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関制御装置。
【請求項５】
前記運転状態制御部は、前記２つの角速度として、前記膨張行程に対応した角速度と前記排気行程に対応した角速度とに基づき、前記運転状態を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関制御装置。
【請求項６】
前記運転状態制御部は、前記２つの角速度の差、和又は比率に基づき、前記運転状態を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関制御装置に関し、特に自動二輪車等の車両の内燃機関に適用される内燃機関制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動二輪車等の車両の内燃機関に対しては、コントローラを用いて、内燃機関に対する燃料の供給、空気の供給並びに燃料及び空気から成る混合気への点火を協働させながら内燃機関の運転状態を電子制御する電子制御式の内燃機関制御装置が採用されている。
【０００３】
具体的には、かかる内燃機関制御装置は、エアフローセンサ、スロットル開度センサ及び吸気マニホルド負圧センサ等のセンサからの各々の検出信号を用いて得られる内燃機関に対する吸入空気量やクランク角センサからの検出信号を用いて得られる内燃機関の回転数等に基づき、内燃機関での適切な空燃比を実現するための燃料噴射量を算出して、この燃料噴射量で内燃機関に対して燃料噴射を実行すると共に、所定の点火時期で吸入空気及び噴射燃料の混合気に対して点火を実行する構成を有するものである。
【０００４】
一方で、エアフローセンサ、スロットル開度センサ及び吸気マニホルド負圧センサ等のセンサを車両に各々装着することは、車両全体のコスト上昇に繋がるものであるため、かかるセンサの使用を可能な限り省略しながら、内燃機関制御装置においてかかるセンサを使用したときと同等の機能を実現すれば、車両全体のコスト上昇を抑制することが可能となることになる。
【０００５】
かかる状況下で、特許文献１は、スロットル弁開度や吸気負圧の検出に依存することなくエンジンの加減速状態を判別し得て廉価なエンジンの加減速状態判別装置に関し、エンジンの減速運転時では、圧縮行程終りの上死点の前後でのクランク軸の角速度の変動が定常運転時より大きく、エンジンの加速運転時では、排気行程終わりの上死点の前後でのクランク軸の角速度の変動が定常運転時より小さくなる特性が存在することを利用して、エンジンの加減速状態の判別を行う構成を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６５９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１の構成では、エンジン（内燃機関）のクランクシャフトの角速度を算出する際に、クランク機構の往復運動部分の慣性モーメントの変動やクランク軸（クランクシャフト）の捩り振動の変動に起因して、その算出結果である角速度に不要な影響が現れる傾向が考えられるため、かかる角速度から内燃機関が発生する発生トルクを精度よく算出することに関して改良の余地があるものと考えられる。
【０００８】
また、本発明者の検討によれば、特許文献１の構成では、内燃機関のクランク角として内燃機関の動作行程中における相対的に短い区間のクランク角を用いているため、特にクランクシャフトの高回転時の角速度を算出する際に不要な影響が現れる傾向が考えられて、この点でも改良の余地があるものと考えられる。
【０００９】
また、本発明者の検討によれば、特許文献１の構成では、内燃機関のクランクシャフトの角速度から算出した内燃機関の発生トルクに関して、内燃機関の排気行程、吸気行程、圧縮行程及び膨張行程の各工程における特性、内燃機関に対する外部負荷の影響、及び内燃機関の内部フリクション等の要因を分別することができないため、算出結果である発生トルクを用いて内燃機関の運転状態の制御を行う際に、かかる要因を考慮した制御を行うことができないため、この点でも改良の余地があるものと考えられる。
【００１０】
本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、簡便な構成で、内燃機関が発生する発生トルクを精度よく算出して、かかる発生トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御可能な内燃機関制御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】
【００１１】
以上の目的を達成するべく、本発明は、吸気、圧縮、燃焼膨張、排気の各行程を有する内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御装置において、前記内燃機関の連続する２つの行程の各々に対応した前記内燃機関のクランク軸の２つの角速度を算出する角速度算出部と、前記２つの角速度に基づき前記運転状態を制御する運転状態制御部と、を備えることを第１の局面とする。
【００１２】
本発明は、第１の局面に加えて、前記運転状態制御部は、前記２つの角速度として、前記圧縮行程に対応した角速度と前記膨張行程に対応した角速度とに基づき、前記運転状態を制御することを第２の局面とする。
【００１３】
本発明は、第１又は第２の局面に加えて、前記運転状態制御部は、前記２つの角速度として、前記吸気行程に対応した角速度と前記圧縮行程に対応した角速度とに基づき、前記運転状態を制御することを第３の局面とする。
【００１４】
本発明は、第１から第３のいずれかの局面に加えて、前記運転状態制御部は、前記２つの角速度として、前記排気行程に対応した角速度と前記吸気行程に対応した角速度とに基づき、前記運転状態を制御することを第３の局面とする。
【００１５】
本発明は、第１から第４のいずれかの局面に加えて、前記運転状態制御部は、前記２つの角速度として、前記膨張行程に対応した角速度と前記排気行程に対応した角速度とに基づき、前記運転状態を制御することを第３の局面とする。
【００１６】
本発明は、第１から第５のいずれかの局面に加えて、前記運転状態制御部は、前記２つの角速度の差、和又は比率に基づき、前記運転状態を制御することを第３の局面とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上の本発明の第１の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、吸気、圧縮、燃焼膨張、排気の各行程を有する内燃機関の連続する２つの行程の各々に対応した内燃機関のクランク軸の２つの角速度を算出する角速度算出部と、２つの角速度に基づき運転状態を制御する運転状態制御部と、を備えるものであるので、簡便な構成で、内燃機関が発生する発生トルクを精度よく算出して、かかる発生トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御することができる。このように、内燃機関の発生トルク（実トルク）の算出のために排気行程、吸気行程、圧縮行程及び膨張行程の各工程における内燃機関のクランクシャフトの角加速度の算出を行うためには、クランクシャフトの回転角における１８０°毎に少なくとも１つのクランクパルスがあれば足りることになる。つまり、このことは、自動二輪車で多く採用されているクランクシャフトの回転角の３６０°において１歯のみを有するリラクタに更に１歯を付加するだけの簡便な構造変更を施すことが必要となることを意味するから、その結果、コストアップを最小限に抑えつつ精度のよい内燃機関の実トルクの算出をすることができる。また、このように、内燃機関の実トルクの算出する際に内燃機関のクランクシャフトの角加速度の算出をクランクシャフトの回転角における１８０°毎に行えば、かかる実トルクの算出において、内燃機関のクランク機構におけるコンロッド及びピストンを主とする往復部材の慣性モーメントの影響を原理的に相殺することができると共に、クランクシャフトの捩り振動の影響も原理的に吸収することかできる。このことは、内燃機関の高回転を含む運転領域において、共通化された算出手法で内燃機関のクランクシャフトの角加速度の算出を行って実トルクの算出を行うことができることに繋がる。また、このように、内燃機関の排気行程、吸気行程、圧縮行程及び膨張行程の各工程についてクランクシャフトの回転角における１８０°毎に区分けして内燃機関の実トルクの算出を行うことにより、排気抵抗トルク、吸気抵抗トルク、圧縮抵抗トルク及び膨張発生トルクを各々算出することができ、これにより、負荷・フリクショントルク及び行程発生トルク差をといったトルク成分を算出することができる。
【００１８】
本発明の第２の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、運転状態制御部が、２つの角速度として、圧縮行程に対応した角速度と膨張行程に対応した角速度とに基づき、運転状態を制御するものであるため、膨張行程における内燃機関に対する外部負荷、内燃機関の内部フリクション及び内燃機関が発生した出力トルクが合算されたトルクであって、かかる外部負荷及び内部フリクションが一定の状態であれば、内燃機関が発生する実トルクの及びその変化、つまり内燃機関の駆動力及びその変化の指標とすることが可能となる膨張発生トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御することができる。
【００１９】
本発明の第３の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、運転状態制御部が、２つの角速度として、吸気行程に対応した角速度と圧縮行程に対応した角速度とに基づき、運転状態を制御するものであるので、圧縮行程における内燃機関に対する外部負荷、内燃機関の内部フリクション及び内燃機関の圧縮抵抗が合算された抵抗トルクであって、かかる外部負荷及び内部フリクションが一定の状態であれば、内燃機関の吸入空気量及びその変化の指標とすることが可能となる圧縮抵抗トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御することができる。
【００２０】
本発明の第４の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、運転状態制御部が、排気行程に対応した角速度と吸気行程に対応した角速度とに基づき、運転状態を制御するものであるため、吸気行程における内燃機関に対する外部負荷、内燃機関の内部フリクション及び内燃機関の吸気抵抗が合算された抵抗トルクであって、かかる外部負荷及び内部フリクションが一定の状態であれば、内燃機関のスロットル開度及びその変化の指標とすることが可能となる吸気抵抗トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御することができる。
【００２１】
本発明の第５の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、運転状態制御部が、２つの角速度として、膨張行程に対応した角速度と排気行程に対応した角速度とに基づき、運転状態を制御するものであるため、排気行程における内燃機関に対する外部負荷、内燃機関の内部フリクション及び内燃機関の排気抵抗が合算された抵抗トルクであって、かる外部負荷及び内部フリクションが一定の状態であれば、内燃機関の大気圧及びその変化の指標とすることが可能となる排気抵抗トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御することができる。
【００２２】
本発明の第６の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、運転状態制御部が、２つの角速度として、２つの角速度の差、和又は比率に基づき、運転状態を制御するものであるため、排気抵抗トルク及び吸気抵抗トルクを合算することにより得られるものであって、典型的には内燃機関の暖機状態において内燃機関に対して作用する抵抗力及びその変化の指標とすることが可能となる負荷・フリクショントルクに応じて内燃機関の運転状態を制御することができ、圧縮抵抗トルク及び膨張発生トルクを合算することにより、又はそれらの比をとることにより得られるものであって、内燃機関に作用している供給ガスの総量の及びその変化、つまり典型的には燃料噴射システムにおけるスロットル開度及び吸気圧並びにそれの変化の指標とすることが可能となる行程発生トルク差に応じて内燃機関の運転状態を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施形態における内燃機関制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本実施形態における内燃機関制御装置が実行する運転状態制御処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における内燃機関制御装置につき、詳細に説明する。
【００２５】
［構成］
まず、図１を参照して、本実施形態における内燃機関制御装置の構成について説明する。
【００２６】
図１は、本実施形態における内燃機関制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態における内燃機関制御装置１は、自動二輪車等の車両に搭載され、車両の内燃機関の運転状態を制御する。本実施形態における内燃機関制御装置１は、スロットル開度センサ２０、クランク角センサ３０、及び冷却水温センサ５０に電気的に接続されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）６０を備えている。なお、かかる内燃機関制御装置１が適用される内燃機関は、典型的には、４ストロークサイクルの内燃機関であると共に、単気筒又は爆発が不等間隔の２気筒などの内燃機関である。また、説明の便宜上、車両や内燃機関の構成についての具体的な図示は、省略している。また、内燃機関に適用される燃料としては、原理的には、現在入手可能なものが適用でき、例えば、ガソリン、エタノール及びメタノール等の種別を問わず、ガソリンのオクタン価の種別も問わないものである。
【００２８】
スロットル開度センサ２０は、内燃機関のスロットル装置の本体部に装着され、スロットルバルブの開度をスロットル開度として検出し、このように検出したスロットル開度を示す電気信号をＥＣＵ６０に入力する。
【００２９】
クランク角センサ３０は、内燃機関において、リラクタの外周面に形成されている歯部に対向した態様でシリンダブロックの下部に組み付けられたロアケース等に装着され、クランクシャフト（クランク軸）の回転に伴って回転する歯部を検出することによって、クランクシャフトの回転速度を内燃機関の回転速度として検出する。クランク角センサ３０は、このように検出した内燃機関の回転速度を示す電気信号をＥＣＵ６０に入力する。
【００３０】
冷却水温センサ５０は、内燃機関の冷却水通路に侵入した態様でシリンダブロックに装着され、冷却水通路内を流通する冷却水の温度を検出し、このように検出した冷却水の温度を示す電気信号をＥＣＵ６０に入力する。
【００３１】
ＥＣＵ６０は、車両が備えるバッテリからの電力を利用して動作する。ＥＣＵ６０は、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路６０１ａ及び６０１ｂ、波形整形回路６０２、スロットル開度算出部６０３、角速度算出部６０４、冷却水温算出部６０６、実トルク算出部６０７、ＲＡＭ６０９、運転状態制御部６１１、及び駆動回路６１２ａ、６１２ｂ及び６１２ｃを備えている。なお、スロットル開度算出部６０３、角速度算出部６０４、冷却水温算出部６０６、実トルク算出部６０７、及び運転状態制御部６１１は、ＥＣＵ６０の演算処理装置が図示を省略するメモリから必要な制御プログラムを読み出すと共にＲＡＭ６０９から必要な制御データを読み出して運転状態制御処理を実行する際の機能ブロックとして示している。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換回路６０１ａは、スロットル開度センサ２０から入力されたアナログ形態の電気信号をデジタル形態に変換してスロットル開度算出部６０３に入力する。
【００３３】
Ａ／Ｄ変換回路６０１ｂは、冷却水温センサ５０から入力されたアナログ形態の電気信号をデジタル形態に変換して冷却水温算出部６０６に入力する。
【００３４】
波形整形回路６０２は、クランク角センサ３０から入力された電気信号に対してスムージング処理等の整形処理を施した後に電気信号を角速度算出部６０４に入力する。
【００３５】
スロットル開度算出部６０３は、Ａ／Ｄ変換回路６０１ａから入力された電気信号を用いてスロットル開度を算出し、このようにスロットル開度算出部６０３が算出したスロットル開度は、運転状態制御部６１１で用いられる。
【００３６】
角速度算出部６０４は、波形整形回路６０２から入力された電気信号を用いて、内燃機関の排気行程、吸気行程、圧縮行程及び膨張（燃焼膨張）行程の各行程におけるクランク軸の角速度を内燃機関の回転角速度として算出すると共に、かかる各行程におけるクランク軸の各角加速度を内燃機関の回転角加速度として算出する。このように角速度算出部６０４が算出した内燃機関の回転角速度及び回転角加速度は、実トルク算出部６０７において内燃機関の発生トルクである出力トルク（実トルク）の算出に用いられる。
【００３７】
具体的には、角速度算出部６０４は、波形整形回路６０２から入力された電気信号を用いて内燃機関のピストンの位置を検出し、それが排気上死点、吸気下死点、圧縮上死点及び膨張下死点のいずれにあるかを判別すると共にそのタイミングを取得する。併せて、角速度算出部６０４は、ピストンの位置が排気上死点にあると判別した場合には内燃機関の排気行程の行程時間、ピストンの位置が吸気下死点にあると判別した場合には内燃機関の吸気行程の行程時間、ピストンの位置が圧縮上死点にあると判別した場合には内燃機関の圧縮行程の行程時間、及びピストンの位置が膨張下死点にあると判別した場合には内燃機関の膨張行程の行程時間を、対応して算出する。
【００３８】
ここで、これらの場合に対応して、角速度算出部６０４は、クランクシャフトの回転方向の角度であるクランク角における各行程の角度範囲である１８０°を排気行程の行程時間で除して内燃機関の排気行程の角速度、１８０°を吸気行程の行程時間で除して内燃機関の吸気行程の角速度、１８０°を圧縮行程の行程時間で除して内燃機関の圧縮行程の角速度、及び１８０°を膨張行程の行程時間で除して内燃機関の膨張行程の角速度、を、算出する。
【００３９】
更に、これらの場合に対応して、角速度算出部６０４は、排気行程の角速度からその直前に存在した膨張行程の角速度を減じて排気行程の角速度差を算出すると共に、排気行程の角速度差を排気行程の行程時間で除し、吸気行程の角速度からその直前に存在した排気行程の角速度を減じて吸気行程の角速度差を算出すると共に、吸気行程の角速度差を吸気行程の行程時間で除し、圧縮行程の角速度からその直前に存在した吸気行程の角速度を減じて圧縮行程の角速度差を算出すると共に、圧縮行程の角速度差を圧縮行程の行程時間で除し、及び膨張行程の角速度からその直前に存在した圧縮行程の角速度減じて膨張行程の角速度差を算出すると共に、膨張行程の角速度差を膨張行程の行程時間で除して、排気行程の角加速度、吸気行程の角加速度、圧縮行程の角加速度、及び膨張行程の角加速度を算出する。なお、かかる各行程の角速度差は、その行程の終了時点のクランクシャフトの角速度からその行程の開始時点のクランクシャフトの角速度を除して算出してもよい。
【００４０】
このように、内燃機関の実トルクの算出のために排気行程、吸気行程、圧縮行程及び膨張行程の各工程における内燃機関のクランクシャフトの角加速度の算出を行うためには、クランクシャフトの回転角における１８０°毎に少なくとも１つのクランクパルスがあれば足りることになる。つまり、このことは、自動二輪車で多く採用されているクランクシャフトの回転角の３６０°において１歯のみを有するリラクタに更に１歯を付加するだけの簡便な構造変更を施すことが必要となることを意味するから、その結果、コストアップを最小限に抑えつつ精度のよい内燃機関の実トルクの算出を可能とするものである。
【００４１】
また、このように、内燃機関の実トルクの算出する際に内燃機関のクランクシャフトの角加速度の算出をクランクシャフトの回転角における１８０°毎に行えば、かかる実トルクの算出において、内燃機関のクランク機構におけるコンロッド及びピストンを主とする往復部材の慣性モーメントの影響を原理的に相殺することが可能となると共に、クランクシャフトの捩り振動の影響も原理的に吸収することを可能とする。このことは、内燃機関の高回転を含む運転領域において、共通化された算出手法で内燃機関のクランクシャフトの角加速度の算出を行って実トルクの算出を行うことを可能とする。ここで、かかる往復部材の慣性モーメントによる加速成分及び減速成分は、吸気行程及び排気行程におけるクランクシャフトの回転角における３６０°の区間毎に一巡し、圧縮行程及び膨張行程におけるクランクシャフトの回転角における３６０°の区間で一巡するものである。また、内燃機関の低回転時にはバルブスプリングの作動抵抗も無視し得ないが、これによる加速成分及び減速成分は、排気行程、吸気行程、圧縮行程及び膨張行程の各工程におけるクランクシャフトの回転角における１８０°の区間毎に対称に発生するものである。
【００４２】
冷却水温算出部６０６は、Ａ／Ｄ変換回路６０１ｂから入力された電気信号を用いて冷却水の温度を内燃機関の温度（エンジン温度）として算出し、このように冷却水温算出部６０６が算出したエンジン温度は、運転状態制御部６１１で用いられる。かかる冷却水の温度は、内燃機関の温度を代表的に示す内燃機関の代表温度であって、内燃機関のシリンダを冷却する冷却熱量を反映した温度であると評価され得るものである。なお、かかる内燃機関の代表温度としては、冷却水の温度の他に、内燃機関の潤滑油の温度等を用いてもよい。
【００４３】
実トルク算出部６０７は、角速度算出部６０４が算出した内燃機関の回転角速度を直接的に用いて内燃機関の実トルクを算出し、このように実トルク算出部６０７が算出した内燃機関の実トルクは、運転状態制御部６１１で用いられる。
【００４４】
具体的には、実トルク算出部６０７は、特に角速度算出部６０４が算出した内燃機関の排気行程、吸気行程、圧縮行程及び膨張行程における回転角加速度を、内燃機関の排気行程、吸気行程、圧縮行程及び膨張行程における実トルクとして、対応して算出する。ここで、排気行程、吸気行程、圧縮行程及び膨張行程における実トルクは、内燃機関のクランク機構におけるコンロッド及びピストンを主とする往復部材の単位慣性モーメントあたりの排気抵抗トルク、吸気抵抗トルク、圧縮抵抗トルク及び膨張発生トルクに対応して相当するものである。詳しくは、排気抵抗トルクは、排気行程における内燃機関に対する外部負荷、内燃機関の内部フリクション及び内燃機関の排気抵抗が合算された抵抗トルクであるため、かかる外部負荷及び内部フリクションが一定の状態であれば、内燃機関の大気圧及びその変化の指標とすることが可能となる。吸気抵抗トルクは、吸気行程における内燃機関に対する外部負荷、内燃機関の内部フリクション及び内燃機関の吸気抵抗が合算された抵抗トルクであるため、かかる外部負荷及び内部フリクションが一定の状態であれば、内燃機関のスロットル開度及びその変化の指標とすることが可能となる。圧縮抵抗トルクは、圧縮行程における内燃機関に対する外部負荷、内燃機関の内部フリクション及び内燃機関の圧縮抵抗が合算された抵抗トルクであるため、かかる外部負荷及び内部フリクションが一定の状態であれば、内燃機関の吸入空気量及びその変化の指標とすることが可能となる。また、膨張発生トルクは、膨張行程における内燃機関に対する外部負荷、内燃機関の内部フリクション及び内燃機関が発生した出力トルクが合算されたトルクであるため、かかる外部負荷及び内部フリクションが一定の状態であれば、内燃機関が発生する実トルクの及びその変化、つまり内燃機関の駆動力及びその変化の指標とすることが可能となる。
【００４５】
このように、内燃機関の排気行程、吸気行程、圧縮行程及び膨張行程の各工程についてクランクシャフトの回転角における１８０°毎に区分けして内燃機関の実トルクの算出を行うことにより、排気抵抗トルク、吸気抵抗トルク、圧縮抵抗トルク及び膨張発生トルクを各々算出することを可能とし、これにより、負荷・フリクショントルク及び行程発生トルク差をといったトルク成分を算出することを可能とする。
【００４６】
具体的には、実トルク算出部６０７は、互いに連続する排気行程及び吸気行程における角加速度同士の和から負荷・フリクショントルクを算出すると共に、互いに連続する圧縮行程及び膨張行程における角加速度同士の差又は比から行程発生トルク差を算出する。詳しくは、負荷・フリクショントルクは、排気抵抗トルク及び吸気抵抗トルクを合算することにより得られるもので、典型的には内燃機関の暖機状態において内燃機関に対して作用する抵抗力及びその変化の指標とすることが可能となる。行程発生トルク差は、圧縮抵抗トルク及び膨張発生トルクを合算することにより、又はそれらの比をとることにより得られるもので、内燃機関に作用している供給ガスの総量の及びその変化、つまり典型的には燃料噴射システムにおけるスロットル開度及び吸気圧並びにそれの変化の指標とすることが可能となる。
【００４７】
ＲＡＭ６０９は、揮発性の記憶装置によって構成され、運転状態制御部６１１が内燃機関の運転状態を制御する際に用いる各種データ（燃料噴射量の指示値や点火時期等）を記憶する運転状態制御部６１１のワーキングエリアとして機能する。
【００４８】
運転状態制御部６１１は、内燃機関制御装置１全体の動作を制御する。具体的には、運転状態制御部６１１は、スロットル開度算出部６０３が算出したスロットル開度、実トルク算出部６０７が算出した内燃機関の実トルク、及び冷却水温算出部６０６が算出したエンジン温度等に基づいて、点火時期及び燃料噴射量の指示値等を算出する。そして、運転状態制御部６１１は、このように算出した点火時期及び燃料噴射量の指示値等を内燃機関に適用することにより、その運転状態を制御する。また、かかる実トルクとしては、内燃機関の運転状態の制御目的に応じて、排気行程、吸気行程、圧縮行程及び膨張行程の各行程における実トルク、負荷・フリクショントルク、並びに行程発生トルク差を、必要に応じて単独で又は組み合わせて用いればよい。
【００４９】
駆動回路６１２ａは、運転状態制御部６１１から入力された制御信号に従ってスロットルモータ７０を駆動することによってスロットル開度を制御する。
【００５０】
駆動回路６１２ｂは、運転状態制御部６１１から入力された制御信号に従って点火栓８０を駆動することによって内燃機関の点火時期を制御する。
【００５１】
駆動回路６１２ｃは、運転状態制御部６１１から入力された制御信号に従って燃料噴射弁９０を駆動することによって内燃機関の燃料噴射量を制御する。
【００５２】
以上のような構成を有する内燃機関制御装置１は、以下に示す運転状態制御処理を実行することによって、簡便な構成で、内燃機関が発生する発生トルクを精度よく算出して、かかる発生トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御する。以下、図２を参照して、この運転状態制御処理を実行する際の内燃機関制御装置１の動作について説明する。
【００５３】
〔運転状態制御処理〕
図２は、本実施形態における内燃機関制御装置１が実行する運転状態制御処理の流れを示すフローチャートである。
【００５４】
図２に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替えられてＥＣＵ６０が稼働したタイミングで開始となり、運転状態制御処理はステップＳ１の処理に進む。かかる運転状態制御処理は、ＥＣＵ６０が稼働状態である間、メモリから必要な制御プログラムを読み出すと共にＲＡＭ６０９から必要な制御データを読み出して所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【００５５】
ステップＳ１の処理では、角速度算出部６０４が、波形整形回路６０２から入力された電気信号を用いて内燃機関のピストンの位置を検出し、それが排気上死点にあるか否かを判別すると共にそのタイミングを取得する。判別の結果、内燃機関のピストンの位置が排気上死点にある場合、運転状態制御処理はステップＳ２の処理に進む。一方、内燃機関のピストンの位置が排気上死点にない場合には、運転状態制御処理はステップＳ１０の処理に進む。
【００５６】
ステップＳ２の処理では、角速度算出部６０４が、前回の運転状態制御処理におけるステップＳ３０の処理で取得した膨張下死点のタイミングと、ステップＳ１の処理で取得した排気上死点のタイミングと、の時間間隔を、内燃機関の排気行程の行程時間ＴＣＥＸとして算出して取得する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ３の処理に進む。
【００５７】
ステップＳ３の処理では、角速度算出部６０４が、クランク角の１８０°（１８０ＣＡ）をステップＳ２の処理で取得された排気行程の行程時間ＴＣＥＸで除して内燃機関の排気行程の角速度ＶＴＣＥＸを算出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ４の処理に進む。
【００５８】
ステップＳ４の処理では、角速度算出部６０４が、ステップＳ３の処理で算出された排気行程の角速度ＶＴＣＥＸから前回の運転状態制御処理におけるステップＳ３２の処理で算出された膨張行程の角速度ＶＴＣＣＢを減じて内燃機関の排気行程の角速度差ＤＶＥＸＣＢを算出する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ５の処理に進む。
【００５９】
ステップＳ５の処理では、角速度算出部６０４が、ステップＳ４の処理で算出された排気行程の角速度差ＤＶＥＸＣＢをステップＳ２の処理で取得された排気行程の行程時間ＴＣＥＸで除して内燃機関の排気行程の角加速度ＡＴＣＥＸを算出する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ６の処理に進む。
【００６０】
ステップＳ６の処理では、実トルク算出部６０７が、ステップＳ６の処理で算出された排気行程の角加速度ＡＴＣＥＸを内燃機関の排気抵抗トルクＥＸＴＱに設定して算出する。そして、運転状態制御部６１１は、排気抵抗トルクＥＸＴＱを用いて燃料噴射量の指示値を算出すると共に、ステップＳ３の処理で算出された排気行程の角速度ＶＴＣＥＸ等を用いて内燃機関の点火時期を算出し、併せて、アクセル開度等を用いて目標スロットル開度を算出し、それらに応じて駆動回路６１２ｃ、６１２ｂ及び６１２ａを介して燃料噴射弁９０、点火栓８０及びスロットルモータ７０を駆動することによって、内燃機関の運転状態を制御する。この際、運転状態制御部６１１は、このように各々算出した点火時期、燃料噴射量の指示値及び目標スロットル開度をＲＡＭ６０９に記録した後にＲＡＭ６０９からこれらを読み出して内燃機関の運転状態を制御する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、今回の一連の運転状態制御処理は終了する。
【００６１】
ステップＳ１０の処理では、運転状態制御部６１１が、波形整形回路６０２から入力された電気信号を用いて内燃機関のピストンの位置を検出し、それが吸気下死点にあるか否かを判別する。判別の結果、内燃機関のピストンの位置が吸気下死点にある場合、運転状態制御部６１１は、運転状態制御処理をステップＳ１１の処理に進める。一方、内燃機関のピストンの位置が吸気下死点にない場合には、運転状態制御部６１１は、運転状態制御処理をステップＳ２０の処理に進める。
【００６２】
ステップＳ１１の処理では、角速度算出部６０４が、前回の運転状態制御処理におけるステップＳ１の処理で取得した排気上死点のタイミングと、ステップＳ１０の処理で取得した吸気下死点のタイミングと、の時間間隔を、内燃機関の吸気行程の行程時間ＴＣＳＣとして算出して取得する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ１２の処理に進む。
【００６３】
ステップＳ１２の処理では、角速度算出部６０４が、クランク角の１８０°（１８０ＣＡ）をステップＳ１１の処理で取得された吸気行程の行程時間ＴＣＳＣで除して内燃機関の吸気行程の角速度ＶＴＣＳＣを算出する。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ１３の処理に進む。
【００６４】
ステップＳ１３の処理では、角速度算出部６０４が、ステップＳ１２の処理で算出された吸気行程の角速度ＶＴＣＳＣから前回の運転状態制御処理におけるステップＳ３の処理で算出された排気行程の角速度ＶＴＣＥＸを減じて内燃機関の吸気行程の角速度差ＤＶＳＣＥＸを算出する。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ１４の処理に進む。
【００６５】
ステップＳ１４の処理では、角速度算出部６０４が、ステップＳ１３の処理で算出された吸気行程の角速度差ＤＶＳＣＥＸをステップＳ１１の処理で取得された吸気行程の行程時間ＴＣＳＣで除して内燃機関の吸気行程の角加速度ＡＴＣＳＣを算出する。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ１５の処理に進む。
【００６６】
ステップＳ１５の処理では、実トルク算出部６０７が、ステップＳ１４の処理で算出された吸気行程の角加速度ＡＴＣＳＣを内燃機関の吸気抵抗トルクＳＣＴＱに設定して算出する。これにより、ステップＳ１５の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ１６の処理に進む。
【００６７】
ステップＳ１６の処理では、実トルク算出部６０７が、前回の運転状態制御処理におけるステップＳ５の処理で算出された排気行程の角加速度ＡＴＣＥＸにステップＳ１４の処理で算出された吸気行程の角加速度ＡＴＣＳＣを加えて負荷・フリクショントルクＬＤＦＲＱＴＱを算出する。そして、運転状態制御部６１１は、負荷・フリクショントルクＬＤＦＲＱＴＱを用いて燃料噴射量の指示値を算出すると共に、ステップＳ１２の処理で算出された吸気行程の角速度ＶＴＣＳＣ等を用いて内燃機関の点火時期を算出し、併せて、アクセル開度等を用いて目標スロットル開度を算出し、それらに応じて駆動回路６１２ｃ、６１２ｂ及び６１２ａを介して燃料噴射弁９０、点火栓８０及びスロットルモータ７０を駆動することによって、内燃機関の運転状態を制御する。この際、運転状態制御部６１１は、このように各々算出した点火時期、燃料噴射量の指示値及び目標スロットル開度をＲＡＭ６０９に記録した後にＲＡＭ６０９からこれらを読み出して内燃機関の運転状態を制御する。これにより、ステップＳ１６の処理は完了し、今回の一連の運転状態制御処理は終了する。
【００６８】
なお、必要に応じて、ステップＳ１６の処理を省略することもでき、かかる場合には、運転状態制御部６１１は、吸気抵抗トルクＳＣＴＱを用いて燃料噴射量の指示値を算出すると共に、ステップＳ１２の処理で算出された吸気行程の角速度ＶＴＣＳＣ等を用いて内燃機関の点火時期を算出し、併せて、アクセル開度等を用いて目標スロットル開度を算出し、それらに応じて駆動回路６１２ｃ、６１２ｂ及び６１２ａを介して燃料噴射弁９０、点火栓８０及びスロットルモータ７０を駆動することによって、内燃機関の運転状態を制御することになる。
【００６９】
ステップＳ２０の処理では、運転状態制御部６１１が、波形整形回路６０２から入力された電気信号を用いて内燃機関のピストンの位置を検出し、それが圧縮上死点にあるか否かを判別する。判別の結果、内燃機関のピストンの位置が圧縮上死点にある場合、運転状態制御部６１１は、運転状態制御処理をステップＳ２１の処理に進める。一方、内燃機関のピストンの位置が圧縮上死点にない場合には、運転状態制御部６１１は、運転状態制御処理をステップＳ３０の処理に進める。
【００７０】
ステップＳ２１の処理では、角速度算出部６０４が、前回の運転状態制御処理におけるステップＳ１０の処理で取得した吸気下死点のタイミングと、ステップＳ２０の処理で取得した圧縮上死点のタイミングと、の時間間隔を、内燃機関の圧縮行程の行程時間ＴＣＣＰとして算出して取得する。これにより、ステップＳ２１の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ２２の処理に進む。
【００７１】
ステップＳ２２の処理では、角速度算出部６０４が、クランク角の１８０°（１８０ＣＡ）をステップＳ２１の処理で取得された圧縮行程の行程時間ＴＣＣＰで除して内燃機関の圧縮行程の角速度ＶＴＣＣＰを算出する。これにより、ステップＳ２２の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ２３の処理に進む。
【００７２】
ステップＳ２３の処理では、角速度算出部６０４が、ステップＳ２２の処理で算出された圧縮行程の角速度ＶＴＣＣＰから前回の運転状態制御処理におけるステップＳ１２の処理で算出された吸気行程の角速度ＶＴＣＳＣを減じて内燃機関の圧縮行程の角速度差ＤＶＣＰＳＣを算出する。これにより、ステップＳ２３の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ２４の処理に進む。
【００７３】
ステップＳ２４の処理では、角速度算出部６０４が、ステップＳ２３の処理で算出された圧縮行程の角速度差ＤＶＣＰＳＣをステップＳ２１の処理で取得された圧縮行程の行程時間ＴＣＣＰで除して内燃機関の圧縮行程の角加速度ＡＴＣＣＰを算出する。これにより、ステップＳ２４の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ２５の処理に進む。
【００７４】
ステップＳ２５の処理では、実トルク算出部６０７が、ステップＳ２４の処理で算出された圧縮行程の角加速度ＡＴＣＣＰを内燃機関の圧縮抵抗トルクＣＰＴＱに設定して算出する。そして、運転状態制御部６１１は、圧縮抵抗トルクＣＰＴＱを用いて燃料噴射量の指示値を算出すると共に、ステップＳ２２の処理で算出された圧縮行程の角速度ＶＴＣＣＰ等を用いて内燃機関の点火時期を算出し、併せて、アクセル開度等を用いて目標スロットル開度を算出し、それらに応じて駆動回路６１２ｃ、６１２ｂ及び６１２ａを介して燃料噴射弁９０、点火栓８０及びスロットルモータ７０を駆動することによって、内燃機関の運転状態を制御する。この際、運転状態制御部６１１は、このように各々算出した点火時期、燃料噴射量の指示値及び目標スロットル開度をＲＡＭ６０９に記録した後にＲＡＭ６０９からこれらを読み出して内燃機関の運転状態を制御する。これにより、ステップＳ２５の処理は完了し、今回の一連の運転状態制御処理は終了する。
【００７５】
ステップＳ３０の処理では、運転状態制御部６１１が、波形整形回路６０２から入力された電気信号を用いて内燃機関のピストンの位置を検出してそれが膨張下死点にあるか否かを判別する。判別の結果、内燃機関のピストンの位置が膨張下死点にある場合、運転状態制御部６１１は、運転状態制御処理をステップＳ３１の処理に進める。一方、内燃機関のピストンの位置が膨張下死点にない場合には、運転状態制御部６１１は、今回の一連の運転状態制御処理を終了する。
【００７６】
ステップＳ３１の処理では、角速度算出部６０４が、前回の運転状態制御処理におけるステップＳ２０の処理で取得した圧縮上死点のタイミングと、ステップＳ３０の処理で取得した膨張下死点のタイミングと、の時間間隔を、内燃機関の膨張行程の行程時間ＴＣＣＢとして算出して取得する。これにより、ステップＳ３１の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ３２の処理に進む。
【００７７】
ステップＳ３２の処理では、角速度算出部６０４が、クランク角の１８０°（１８０ＣＡ）をステップＳ３１の処理で取得された膨張行程の行程時間ＴＣＣＢで除して内燃機関の膨張行程の角速度ＶＴＣＣＢを算出する。これにより、ステップＳ３２の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ３３の処理に進む。
【００７８】
ステップＳ３３の処理では、角速度算出部６０４が、ステップＳ３２の処理で算出された膨張行程の角速度ＶＴＣＣＢから前回の運転状態制御処理におけるステップＳ２２の処理で算出された圧縮行程の角速度ＶＴＣＣＰを減じて内燃機関の膨張行程の角速度差ＤＶＣＢＣＰを算出する。これにより、ステップＳ３３の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ３４の処理に進む。
【００７９】
ステップＳ３４の処理では、角速度算出部６０４が、ステップＳ３３の処理で算出された膨張行程の角速度差ＤＶＣＢＣＰをステップＳ３１の処理で取得された膨張行程の行程時間ＴＣＣＢで除して内燃機関の膨張行程の角加速度ＡＴＣＣＢを算出する。これにより、ステップＳ３４の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ３５の処理に進む。
【００８０】
ステップＳ３５の処理では、実トルク算出部６０７が、ステップＳ３４の処理で算出された膨張行程の角加速度ＡＴＣＣＢを内燃機関の膨張発生トルクＣＢＴＱに設定して算出する。これにより、ステップＳ３５の処理は完了し、運転状態制御処理はステップＳ３６の処理に進む。
【００８１】
ステップＳ３６の処理では、実トルク算出部６０７が、ステップＳ３４の処理で算出された膨張行程の角加速度ＡＴＣＣＢから前回の運転状態制御処理におけるステップＳ２４の処理で算出された圧縮行程の角加速度ＡＴＣＣＰを減じて行程発生トルク差ＤＣＢＣＰを算出する。そして、運転状態制御部６１１は、行程発生トルク差ＤＣＢＣＰを用いて燃料噴射量の指示値を算出すると共に、ステップＳ３２の処理で算出された膨張行程の角速度ＶＴＣＣＢ等を用いて内燃機関の点火時期を算出し、併せて、アクセル開度等を用いて目標スロットル開度を算出し、それらに応じて駆動回路６１２ｃ、６１２ｂ及び６１２ａを介して燃料噴射弁９０、点火栓８０及びスロットルモータ７０を駆動することによって、内燃機関の運転状態を制御する。この際、運転状態制御部６１１は、このように各々算出した点火時期、燃料噴射量の指示値及び目標スロットル開度をＲＡＭ６０９に記録した後にＲＡＭ６０９からこれらを読み出して内燃機関の運転状態を制御する。これにより、ステップＳ３６の処理は完了し、今回の一連の運転状態制御処理は終了する。
【００８２】
なお、必要に応じて、ステップＳ３６の処理を省略することもでき、かかる場合には、運転状態制御部６１１は、膨張発生トルクＣＢＴＱを用いて燃料噴射量の指示値を算出すると共に、ステップＳ３２の処理で算出された膨張行程の角速度ＶＴＣＣＢ等を用いて内燃機関の点火時期を算出し、併せて、アクセル開度等を用いて目標スロットル開度を算出し、それらに応じて駆動回路６１２ｃ、６１２ｂ及び６１２ａを介して燃料噴射弁９０、点火栓８０及びスロットルモータ７０を駆動することによって、内燃機関の運転状態を制御することになる。
【００８３】
以上の説明から明らかなように、本実施形態における内燃機関制御装置１は、吸気、圧縮、燃焼膨張、排気の各行程を有する内燃機関の連続する２つの行程の各々に対応した内燃機関のクランク軸の２つの角速度を算出する角速度算出部６０４と、２つの角速度に基づき運転状態を制御する運転状態制御部６１１と、を備えるものであるので、簡便な構成で、内燃機関が発生する発生トルクを精度よく算出して、かかる発生トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御することができる。
【００８４】
また、本実施形態における内燃機関制御装置１では、運転状態制御部６１１が、２つの角速度として、圧縮行程に対応した角速度と膨張行程に対応した角速度とに基づき、運転状態を制御するものであるため、膨張行程における内燃機関に対する外部負荷、内燃機関の内部フリクション及び内燃機関が発生した出力トルクが合算されたトルクであって、かかる外部負荷及び内部フリクションが一定の状態であれば、内燃機関が発生する実トルクの及びその変化、つまり内燃機関の駆動力及びその変化の指標とすることが可能となる膨張発生トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御することができる。
【００８５】
また、本実施形態における内燃機関制御装置１では、運転状態制御部６１１が、２つの角速度として、吸気行程に対応した角速度と圧縮行程に対応した角速度とに基づき、運転状態を制御するものであるので、圧縮行程における内燃機関に対する外部負荷、内燃機関の内部フリクション及び内燃機関の圧縮抵抗が合算された抵抗トルクであって、かかる外部負荷及び内部フリクションが一定の状態であれば、内燃機関の吸入空気量及びその変化の指標とすることが可能となる圧縮抵抗トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御することができる。
【００８６】
また、本実施形態における内燃機関制御装置１では、運転状態制御部６１１が、排気行程に対応した角速度と吸気行程に対応した角速度とに基づき、運転状態を制御するものであるため、吸気行程における内燃機関に対する外部負荷、内燃機関の内部フリクション及び内燃機関の吸気抵抗が合算された抵抗トルクであって、かかる外部負荷及び内部フリクションが一定の状態であれば、内燃機関のスロットル開度及びその変化の指標とすることが可能となる吸気抵抗トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御することができる。
【００８７】
また、本実施形態における内燃機関制御装置１では、運転状態制御部６１１が、２つの角速度として、膨張行程に対応した角速度と排気行程に対応した角速度とに基づき、運転状態を制御するものであるため、排気行程における内燃機関に対する外部負荷、内燃機関の内部フリクション及び内燃機関の排気抵抗が合算された抵抗トルクであって、かる外部負荷及び内部フリクションが一定の状態であれば、内燃機関の大気圧及びその変化の指標とすることが可能となる排気抵抗トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御することができる。
【００８８】
また、本実施形態における内燃機関制御装置１では、運転状態制御部６１１が、２つの角速度として、２つの角速度の差、和又は比率に基づき、運転状態を制御するものであるため、排気抵抗トルク及び吸気抵抗トルクを合算することにより得られるものであって、典型的には内燃機関の暖機状態において内燃機関に対して作用する抵抗力及びその変化の指標とすることが可能となる負荷・フリクショントルクに応じて内燃機関の運転状態を制御することができ、圧縮抵抗トルク及び膨張発生トルクを合算することにより、又はそれらの比をとることにより得られるものであって、内燃機関に作用している供給ガスの総量の及びその変化、つまり典型的には燃料噴射システムにおけるスロットル開度及び吸気圧並びにそれの変化の指標とすることが可能となる行程発生トルク差に応じて内燃機関の運転状態を制御することができる。
【００８９】
なお、本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明は、簡便な構成で、内燃機関が発生する発生トルクを精度よく算出して、かかる発生トルクに応じて内燃機関の運転状態を制御可能な内燃機関制御装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から自動二輪車等の車両の内燃機関に広く適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【００９１】
１…内燃機関制御装置
２０…スロットル開度センサ
３０…クランク角センサ
５０…冷却水温センサ
６０…ＥＣＵ
７０…スロットルモータ
８０…点火栓
９０…燃料噴射弁
６０１ａ、６０１ｂ…Ａ／Ｄ変換回路
６０２…波形整形回路
６０３…スロットル開度算出部
６０４…角速度算出部
６０６…冷却水温算出部
６０７…実トルク算出部
６０９…ＲＡＭ
６１１…運転状態制御部
６１２ａ、６１２ｂ、６１２ｃ…駆動回路
【図１】
2017180370.tif 000003
【図２】
2017180370.tif 000004