(57)【要約】【課題】内燃機関の運転可能最小吸気管圧力を適切に求めることができる方法及び装置を提供する。【解決手段】吸気管圧力制御手段を吸気管圧力を低下させるように制御する（ステップ１０１）と共に、機関運転の安定性を判断するのに用いる予め定めた特性パラメータの値を計測し（ステップ１０２）且つ同特性パラメータの値のバラツキの大きさを表すのに用いる予め定めたバラツキ指標の値σcを算出して（ステップ１０３）、同バラツキ指標の値σcが予め定めた基準値σrを超えた時に、上記吸気管圧力制御手段の制御をそこで停止して吸気管圧力Ｐｍの計測を行い（ステップ１０５）、その計測値に基づいて内燃機関の運転可能最小吸気管圧力Ｐｍｍｉｎを求める（ステップ１０６）ことを特徴とする方法及び装置を提供する。【選択図】図２
2009150260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気管圧力制御手段を吸気管圧力を低下させるように制御すると共に、機関運転の安定性を判断するのに用いる予め定めた特性パラメータの値を計測し且つ該特性パラメータの値のバラツキの大きさを表すのに用いる予め定めたバラツキ指標の値を算出して、該バラツキ指標の値が予め定めた基準値を超えた時に、上記吸気管圧力制御手段の制御をそこで停止して吸気管圧力の計測を行い、その計測値に基づいて内燃機関の運転可能最小吸気管圧力を求める方法。
【請求項２】
上記バラツキ指標の値が上記予め定めた基準値を超えた時に行われる吸気管圧力の上記計測は、上記予め定めた基準値を超えた時の上記バラツキ指標の値に応じて定まる計測時間の間行われ、該計測時間は上記予め定めた基準値を超えた時の上記バラツキ指標の値が大きい程長くなるように予め定められていて、上記計測時間の間に計測された吸気管圧力の平均値が上記運転可能最小吸気管圧力とされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記特性パラメータは、排気中に含まれる炭化水素濃度、排気成分から算出される空燃比、正味トルク、最大筒内圧力のうちの何れかである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
上記バラツキ指標は、上記特性パラメータの計測値とその移動平均との差分の標準偏差である、請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
吸気管圧力制御手段を吸気管圧力を低下させるように制御すると共に、機関運転の安定性を判断するのに用いる予め定めた特性パラメータの値を計測し且つ該特性パラメータの値のバラツキの大きさを表すのに用いる予め定めたバラツキ指標の値を算出して、該バラツキ指標の値が予め定めた基準値を超えた時に、上記吸気管圧力制御手段の制御をそこで停止して吸気管圧力の計測を行い、その計測値に基づいて内燃機関の運転可能最小吸気管圧力を求める装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の運転可能最小吸気管圧力、すなわち内燃機関が安定して運転可能な吸気管圧力の最小値を求める方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を制御するにあたっては、一定の機関運転条件の範囲を内燃機関が安定に運転可能な機関運転条件の範囲として決定する必要があり、また、内燃機関の開発段階においても、様々な場面で内燃機関が安定に運転可能な機関運転条件の範囲を決定する必要がある。例えば、いわゆる適合作業を実施する場合等には、内燃機関が安定に運転可能な機関運転条件の範囲が適合作業の対象とされる場合がある。
【０００３】
このような機関運転条件の範囲の決定は、すなわちその機関運転条件の限界値を求めることである。そして必要となる機関運転条件の限界値には種々のもの（例えば、バルブオーバーラップ限界等）があるが、特に内燃機関が安定して運転可能な吸気管圧力の最小値（すなわち、運転可能最小吸気管圧力）を適切に求めることが望まれている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２４９３５
【特許文献２】特開２００６−１１８５１５
【特許文献３】特開２００６−１１８５１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のようなことから、本発明は、内燃機関の運転可能最小吸気管圧力を適切に求めることができる方法及び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】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の運転可能最小吸気管圧力を求める方法及び装置を提供する。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、吸気管圧力制御手段を吸気管圧力を低下させるように制御すると共に、機関運転の安定性を判断するのに用いる予め定めた特性パラメータの値を計測し且つ同特性パラメータの値のバラツキの大きさを表すのに用いる予め定めたバラツキ指標の値を算出して、同バラツキ指標の値が予め定めた基準値を超えた時に、上記吸気管圧力制御手段の制御をそこで停止して吸気管圧力の計測を行い、その計測値に基づいて内燃機関の運転可能最小吸気管圧力を求める方法を提供する。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、上記基準値を適切に設定することにより内燃機関の運転可能最小吸気管圧力を適切に求めることができる。なお、本願において内燃機関の運転可能最小吸気管圧力とは内燃機関が安定して運転可能な吸気管圧力の最小値のことである。
【０００９】
請求項２に記載の発明では請求項１に記載の発明において、上記バラツキ指標の値が上記予め定めた基準値を超えた時に行われる吸気管圧力の上記計測は、上記予め定めた基準値を超えた時の上記バラツキ指標の値に応じて定まる計測時間の間行われ、同計測時間は上記予め定めた基準値を超えた時の上記バラツキ指標の値が大きい程長くなるように予め定められていて、上記計測時間の間に計測された吸気管圧力の平均値が上記運転可能最小吸気管圧力とされる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、内燃機関の運転可能最小吸気管圧力をより精度良く求めることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では請求項１または２に記載の発明において、上記特性パラメータは、排気中に含まれる炭化水素濃度、排気成分から算出される空燃比、正味トルク、最大筒内圧力のうちの何れかである。
【００１２】
請求項４に記載の発明では請求項１から３の何れか一項に記載の発明において、上記バラツキ指標は、上記特性パラメータの計測値とその移動平均との差分の標準偏差である。  請求項３及び４に記載の発明によっても、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、吸気管圧力制御手段を吸気管圧力を低下させるように制御すると共に、機関運転の安定性を判断するのに用いる予め定めた特性パラメータの値を計測し且つ同特性パラメータの値のバラツキの大きさを表すのに用いる予め定めたバラツキ指標の値を算出して、同バラツキ指標の値が予め定めた基準値を超えた時に、上記吸気管圧力制御手段の制御をそこで停止して吸気管圧力の計測を行い、その計測値に基づいて内燃機関の運転可能最小吸気管圧力を求める装置を提供する。
【００１４】
請求項５に記載の発明によっても、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
各請求項に記載の発明は、内燃機関の運転可能最小吸気管圧力を適切に求めることができるという共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は運転可能最小吸気管圧力を求める対象となる内燃機関（すなわち、対象内燃機関）及び当該作業に用いられる計測演算装置を示している。
【００１７】
図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。またピストン３の頂面上には燃料噴射弁１１の下方から点火プラグ１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。
【００１８】
各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気本管１５に連結される。吸気本管１５内にはステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。
【００１９】
上述したように、図１には対象内燃機関に加えてこの内燃機関の特性パラメータ（すなわち内燃機関の運転状態によって変化する内燃機関の特性を表すパラメータ）の値を計測し必要な演算を行う計測演算装置４０が示されている。図示したように、本実施形態において対象内燃機関に対しては、スロットル弁１８の開度を計測するためのスロットル開度センサ３１がスロットル弁１８に取付けられ、また、吸気本管１５内を流れる空気の流量を計測するエアフロメータ３２がスロットル弁１８上流側の吸気本管１５内に取付けられる。また、吸気管１３には吸気管１３内の圧力である吸気管圧力Ｐｍを計測する吸気管圧力センサ２０が取付けられる。さらに、機関本体１から排出された排気ガス中に含まれる炭化水素濃度ＴＨＣを計測する炭化水素濃度センサ３３及び機関本体１から排出された排気ガスの空燃比を計測する空燃比センサ３４が排気ポート又は排気マニホルド１９に取付けられる。さらに、機関本体１のクランクシャフト（図示せず）には内燃機関による駆動力である発生トルクを検出するためのトルクセンサ（図示せず）が取り付けられる。これらセンサは、計測演算装置４０に接続され、計測演算装置４０ではこれらセンサによって計測された各特性パラメータの値が表示、保存及び演算処理される。
【００２０】
一方、上述した点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動用のステップモータ１７等は計測演算装置４０に接続され、これら点火プラグ１０等は計測演算装置４０によって駆動、制御される。
【００２１】
そして、本実施形態では以上のような構成において、上記計測演算装置４０によって以下で説明するような方法を実施して、対象内燃機関が安定して運転可能な吸気管圧力の最小値である運転可能最小吸気管圧力Ｐｍｍｉｎを求めるようにしている。
【００２２】
この方法は、一言で言えば、吸気管圧力制御手段を吸気管圧力を低下させるように制御すると共に、機関運転の安定性を判断するのに用いる予め定めた特性パラメータの値を計測し且つ同特性パラメータの値のバラツキの大きさを表すのに用いる予め定めたバラツキ指標の値を算出して、同バラツキ指標の値が予め定めた基準値を超えた時に、上記吸気管圧力制御手段の制御をそこで停止して吸気管圧力の計測を行い、その計測値に基づいて内燃機関の運転可能最小吸気管圧力を求めるというものである。
【００２３】
そして本実施形態において上記吸気管圧力制御手段はスロットル弁１８である。また、後述するように、機関運転の安定性を判断するのに用いる上記特性パラメータとしては、排気ガス中に含まれる炭化水素濃度ＴＨＣが用いられる。なお、他の実施形態においてはこの特性パラメータとして排気成分から算出される空燃比、正味トルク、最大筒内圧力等を用いてもよい。
【００２４】
以下、本実施形態で実施されるこの方法について図２を参照しつつより詳細に説明する。図２は本実施形態において、上記運転可能最小吸気管圧力Ｐｍｍｉｎを求めるために実施される方法について示すフローチャートである。なお、図２のフローチャートに示されている方法がスタートする前に、内燃機関の機関回転数が、今回、運転可能最小吸気管圧力Ｐｍｍｉｎを求めようとする機関回転数に調整される。
【００２５】
図２のフローチャートに示されているように、この方法がスタートするとまずステップ１０１において吸気管圧力制御手段であるスロットル弁１８が吸気管圧力Ｐｍを低下させるように閉方向へ予め定めた量だけ制御される。すなわち、スロットル弁１８の開度が予め定めた開度分だけ閉じられる。なおこの時、内燃機関の機関回転数がこのスロットル弁１８の閉制御の前後で変わらないようにされる。
【００２６】
ステップ１０１でスロットル弁１８の上記閉制御が実施されるとステップ１０２に進む。ステップ１０２ではその時の機関運転条件において、機関運転の安定性を判断するのに用いる特性パラメータとして排気ガス中に含まれる炭化水素濃度ＴＨＣの計測が行われる。
【００２７】
図３はこのような排気ガス中に含まれる炭化水素濃度ＴＨＣの計測を行った場合の計測結果の例を示しており、横軸が時間であり、縦軸が上記炭化水素濃度ＴＨＣである。ここで、図３（ａ）はスロットル弁開度の比較的大きい場合の例を示し、図３（ｂ）はスロットル弁開度の比較的小さい場合の例を示している。この図からスロットル弁開度が小さくなり、吸気管圧力Ｐｍが低くなることで運転が不安定になると、上記炭化水素濃度ＴＨＣの計測値のバラツキが大きくなることがわかる。
【００２８】
ステップ１０２で上記炭化水素濃度ＴＨＣの計測が行われるとステップ１０３に進む。ステップ１０３ではステップ１０２での計測結果に基づき、上記炭化水素濃度ＴＨＣの計測値のバラツキの大きさを表すバラツキ指標の値σcが算出される。本実施形態においては、このバラツキ指標として上記炭化水素濃度ＴＨＣの計測値とその移動平均との差分の標準偏差が用いられる。したがって、ここではステップ１０２での計測結果に基づき、上記炭化水素濃度ＴＨＣの計測値とその移動平均との差分の標準偏差の値がバラツキ指標値σcとして算出される。
【００２９】
ステップ１０３で上記バラツキ指標値σcが算出されるとステップ１０４に進む。ステップ１０４ではステップ１０３で算出されたバラツキ指標値σcがバラツキ指標の基準値σrと比較される。ここでバラツキ指標の基準値σrは、その時に機関運転の安定性を判断するのに用いる特性パラメータの値について、そのバラツキとして安定運転であると許容できる範囲等を考慮して予め定められる。なお、後述するように本実施形態の方法においては、ステップ１０３で算出されたバラツキ指標値σcが上記バラツキ指標の基準値σrを超過した時に吸気管圧力の測定を行い、その計測値に基づいて運転可能最小吸気管圧力を求めるようになっているので、上記バラツキ指標の基準値σrを設定する際にはこの点についても考慮する。
【００３０】
ステップ１０４においてステップ１０３で算出されたバラツキ指標値σcがバラツキ指標の基準値σr以下であると判定された場合にはステップ１０１に戻り、そこからの制御が再度実施される。一方、ステップ１０４においてステップ１０３で算出されたバラツキ指標値σcがバラツキ指標の基準値σrを超過していると判定された場合にはステップ１０５に進む。
【００３１】
ステップ１０５では、その時の機関運転条件において吸気管圧力Ｐｍの計測が行われる。そしてここでの吸気管圧力Ｐｍの計測は上記バラツキ指標値σcに応じて定まる計測時間（すなわち必要計測時間）Ｔｒの間だけ行われる。この計測時間Ｔｒについては、図４に示すようなマップを予め作成しておき、マップに基づいて上記バラツキ指標値σcに応じて決定するようにする。ステップ１０５で計測時間Ｔｒの間、吸気管圧力Ｐｍの計測が行われるとステップ１０６に進む。そしてステップ１０６において上記計測時間Ｔｒの間に計測された吸気管圧力Ｐｍの平均値が算出され、上記運転可能最小吸気管圧力Ｐｍｍｉｎとされる。
【００３２】
なお、図４に示したマップでは上記バラツキ指標値σcが大きい程、計測時間Ｔｒが長くなるようになっているが、これはバラツキの大きい計測値であっても、計測時間中に得られた計測値の平均値を取るようにする場合には、計測時間を長くすれば上記平均値は次第に真値に近付いていくと考えられるためである。上述したように、本実施形態ではステップ１０６で、上記計測時間Ｔｒの間に計測された吸気管圧力Ｐｍの値の平均値を算出して上記運転可能最小吸気管圧力Ｐｍｍｉｎを求めるようになっており、上記マップは算出される運転可能最小吸気管圧力Ｐｍｍｉｎの精度が必要な精度を満足するように予め作成される。
【００３３】
以上の説明から理解されるように、上述した方法によれば、スロットル弁１８が吸気管圧力Ｐｍを低下させるように段階的に制御され、その各段階において機関運転の安定性を判断するのに用いる特性パラメータの値として排気ガス中に含まれる炭化水素濃度ＴＨＣが計測されると共にそのバラツキの大きさを表すのに用いるバラツキ指標値σcとして上記炭化水素濃度ＴＨＣの計測値とその移動平均との差分の標準偏差の値が算出されるようになっている。そして、上記バラツキ指標値σcが予め定めた基準値σrを超えた時に、スロットル弁１８の制御をその段階で停止してその時の機関運転条件において、上記バラツキ指標値σcに応じて定まり上記バラツキ指標値σcが大きい程長くなる計測時間の間、吸気管圧力Ｐｍの計測が行われ、その計測時間の間に計測された吸気管圧力Ｐｍの平均値が上記運転可能最小吸気管圧力Ｐｍｍｉｎとして算出される。
【００３４】
そしてこのようにすることによって、内燃機関の運転可能最小吸気管圧力Ｐｍｍｉｎを適切に求めることができる。
なお、上述した実施形態では吸気管圧力制御手段であるスロットル弁１８が段階的に制御されていたが、他の実施形態では吸気管圧力制御手段を吸気管圧力を低下させるように連続的に制御し、上述した実施形態のステップ１０１から１０４の制御に相当する制御が連続的に行われるようになっていてもよい。
【００３５】
また、以上で説明した方法は、内燃機関の運転可能最小吸気管圧力Ｐｍｍｉｎのみではなく、他の機関運転条件の限界値を求める場合にも応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、運転可能最小吸気管圧力を求める対象となる内燃機関（すなわち、対象内燃機関）及び当該作業に用いられる計測演算装置を示している。
【図２】図２は、本発明の一実施形態において実施される方法について示すフローチャートである。
【図３】図３は、排気ガス中に含まれる炭化水素濃度ＴＨＣの計測結果の例を示しており、（ａ）がスロットル弁開度の比較的大きい場合の例を示し、（ｂ）がスロットル弁開度の比較的小さい場合の例を示している。
【図４】図４は、バラツキ指標値σcに応じて必要な計測時間Ｔｒを求めるためのマップの一例である。
【符号の説明】
【００３７】
１    機関本体
６    吸気弁
８    排気弁
１０    点火プラグ
１１    燃料噴射弁
１８    スロットル弁
２０    吸気管圧力センサ
３１    スロットル開度センサ
３２    エアフロメータ
３３    炭化水素濃度センサ
３４    空燃比センサ
４０    計測演算装置
【図１】
2009150260.tif 000003
【図２】
2009150260.tif 000004
【図３】
2009150260.tif 000005
【図４】
2009150260.tif 000006