CN102341585B - 内燃机的扭矩推定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供内燃机的扭矩推定装置。在具有多个气缸的内燃机中,提供能够高精度地推定每个气缸的扭矩的内燃机的扭矩推定装置。取得CPS搭载气缸(#1)的缸内压力(步骤100)。基于该缸内压力算出因CPS搭载气缸(#1)的爆发而产生的实测指示扭矩(Te1)(步骤102)。算出第一角加速度(dω1/dt)和第二角加速度(dω2/dt)(步骤104~106)。使用CPS搭载气缸(#1)的实测指示扭矩(Te1)、以及第二角加速度(dω2/dt)与第一角加速度(dω1/dt)的差值算出因CPS非搭载气缸(#2)的爆发而产生的推定指示扭矩(Te2)(步骤108)。当在多个气缸设置有缸内压力传感器的情况下,以使设置有该缸内压力取得单元的气缸之间的爆发气缸数均等的方式设定搭载气缸。

Description

内燃机的扭矩推定装置
技术领域
本发明涉及内燃机的扭矩推定装置。
背景技术
以往,例如,如日本特开昭64-38624号公报所公开的那样,提出有根据内燃机的扭矩变动和旋转变动来检测燃烧变动的内燃机的燃烧变动检测装置。在该装置中,更具体地说,基于设置于一部分气缸的缸内压力传感器的输出信号来算出指示扭矩。进而,算出根据过去的指示扭矩的履历算出的扭矩平均值与该指示扭矩之差作为扭矩变动,并使用该扭矩变动来检测燃烧变动。
专利文献1:日本特开昭64-38624号公报
专利文献2:日本特开2007-32296号公报
然而,在上述以往的装置中,虽然能够算出基于设置有缸内压力传感器的气缸的燃烧而产生的扭矩,但是无法算出其他的气缸的扭矩。即,在上述以往的装置中,无法算出内燃机的各个气缸的扭矩的绝对值,期望该情况能够得到改善。
发明内容
本发明就是为了解决如上所述的课题而完成的,其目的在于,在具有多个气缸的内燃机中,提供一种能够高精度地推定每个气缸的扭矩的内燃机的扭矩推定装置。
为了达成上述的目的,第一方面的发明涉及一种具有多个气缸的内燃机的扭矩推定装置,其特征在于,上述内燃机的扭矩推定装置具备:
缸内压力传感器,该缸内压力传感器设置于上述内燃机的规定气缸(以下称作第一气缸);
缸内压力取得单元,该缸内压力取得单元基于上述缸内压力传感器的检测信号取得上述第一气缸的缸内压力;
算出因上述第一气缸的爆发而产生的曲轴角加速度(以下称作第一角加速度)的第一角加速度算出单元;
算出因紧接上述第一气缸爆发的气缸(以下称作第二气缸)的爆发而产生的曲轴角加速度(以下称作第二角加速度)的第二角加速度算出单元;以及
推定指示扭矩算出单元,该推定指示扭矩算出单元使用上述第二角加速度与上述第一角加速度之间的差值、以及上述第一气缸的缸内压力,算出因上述第二气缸的爆发而产生的推定指示扭矩。
第二方面的发明的特征在于,在第一方面的发明中,上述内燃机的扭矩推定装置还具备实测指示扭矩算出单元,该实测指示扭矩算出单元算出因该第一气缸的爆发而产生的实测指示扭矩,
上述推定指示扭矩算出单元使用上述差值和上述第一气缸的实测指示扭矩算出因上述第二气缸的爆发而产生的推定指示扭矩。
第三方面的发明的特征在于,在上述第二方面的发明中,上述推定指示扭矩算出单元算出对上述差值乘以惯性矩而得的值与上述实测指示扭矩之和来作为因上述第二气缸的爆发而产生的推定指示扭矩。
第四方面的发明的特征在于,在上述第二方面或者第三方面的发明中,上述内燃机的扭矩推定装置还具备第二推定指示扭矩算出单元,该第二推定指示扭矩算出单元使用紧挨作为扭矩推定的对象的气缸(以下称作对象气缸)的燃烧而先行燃烧的气缸(以下称作前对象气缸)的推定指示扭矩、以及因上述对象气缸的爆发而产生的角加速度与因上述前对象气缸的爆发而产生的角加速度之间的差值算出上述对象气缸的推定指示扭矩。
第五方面的发明的特征在于,在第一方面至第四方面中的任一方面的发明中,当在多个气缸设置有上述缸内压力传感器的情况下,以使设置有该缸内压力传感器的气缸之间的爆发气缸数均等的方式进行设置。
根据第一方面的发明,曲轴角加速度的变化与扭矩变动之间存在相关性。因此,第二气缸的角加速度(第二角加速度)与第一气缸的角加速度(第一角加速度)之间的差值、与相对于第一气缸的扭矩的扭矩变动量存在相关性。因此,根据本发明,能够基于利用缸内压力传感器实测到的第一气缸的缸内压力、和该角加速度的差值来高精度地推定并未实测缸内压力的第二气缸的指示扭矩。
根据第二方面的发明,基于利用缸内压力传感器实测到的第一气缸的缸内压力算出该第一气缸的实测扭矩。因此,根据本发明,能够基于该第一气缸的实测指示扭矩、和第二角加速度与第一角加速度之间的差值来高精度地推定并未实测缸内压力的第二气缸的指示扭矩。
根据第三方面的发明,对第二角加速度与第一角加速度的差值乘以惯性矩而得的值表示相对于第一气缸的指示扭矩的扭矩变动量。因此,根据本发明,通过对第一气缸的实测指示扭矩加上该差值,能够高精度地推定第二气缸的指示扭矩。
根据第四方面的发明,基于前对象气缸的推定指示扭矩、以及对象气缸的角加速度与前对象气缸的角加速度之间的差值来推定对象气缸的指示扭矩。因此,根据本发明,即便是在不具有缸内压力传感器的气缸连续爆发的情况下,也能够依次高精度地推定指示扭矩。
根据第五方面的发明,当在多个气缸设置有缸内压力传感器的情况下,以使具有该缸内压力传感器的气缸之间的爆发气缸数均等的方式设定设置有该缸内压力传感器的汽缸。因此,根据本发明,由于能够使不具有缸内压力传感器的气缸的连续爆发数为最小限度,因此能够有效地降低与推定指示扭矩重叠的误差。
附图说明
图1是用于对作为本发明的实施方式的***结构进行说明的概要结构图。
图2是示出内燃机10的各气缸的缸内压力的变化、和曲轴的30°CA时间的变化的图。
图3是示出利用本实施方式的装置推定出的指示扭矩与该指示扭矩的真值之间的比较结果的图。
图4是示出在本发明的实施方式中执行的例程的流程图。
图5是示出在多个气缸搭载有缸内压力传感器的情况下的搭载例的图。
具体实施方式
以下,基于附图对本发明的实施方式进行说明。另外,对在各图中通用的要素标注同一标号而省略重复的说明。并且,本发明并不由以下的实施方式限定。
实施方式
实施方式的结构
图1是用于对作为本发明的实施方式的***结构进行说明的概要结构图。如图1所示,本实施方式的***具备内燃机10。内燃机10构成为具有多个气缸(例如6气缸)的火花点火式的发动机。另外,在图1中,示意性地示出内燃机10的1个气缸的截面。在内燃机10的缸内设置有在其内部往复运动的活塞12。并且,内燃机10具备气缸盖14。在活塞12与气缸盖14之间形成有燃烧室16。进气通路18以及排气通路20的一端分别与燃烧室16连通。在进气通路18以及排气通路20与燃烧室之间的连通部分别配置由进气门22以及排气门24。
在进气通路18的入口安装有空气滤清器26。在空气滤清器26的下游配置有节气门28。节气门28是基于油门开度而由节气门马达驱动的电子控制式的阀。
在气缸盖14以从燃烧室16的顶部突出到燃烧室16内的方式安装有火花塞30。并且,在气缸盖14设置有用于朝缸内喷射燃料的燃料喷射阀32。此外,在气缸盖14组装有用于检测缸内压力的缸内压力传感器(CPS)34。另外,缸内压力传感器34设置于内燃机10的多个气缸中的一部分气缸(例如仅设置于1个气缸)。
如图1所示,本实施方式的***具备ECU(电子控制单元)40。在ECU 40的输入部连接有用于检测曲轴的旋转位置的曲轴角度传感器42、上述的缸内压力传感器34等各种传感器。并且,在ECU 40的输出部连接有上述的节气门28、火花塞30、燃料喷射阀32等各种致动器。ECU 40基于输入的各种信息对内燃机10的运转状态进行控制。
实施方式的动作
其次,参照图2对依次推定内燃机10的各气缸的指示扭矩的方法进行具体说明。本实施方式的内燃机10具备缸内压力传感器34。在设置有缸内压力传感器34的气缸(以下称作“CPS搭载气缸”)中,能够检测因该CPS搭载气缸的爆发而产生的缸内压力的变动。因此,在CPS搭载气缸中,能够使用所检测到的缸内压力算出因该气缸的爆发而产生的指示扭矩。以下,将基于缸内压力传感器34的输出而算出的指示扭矩称作“实测指示扭矩”。另外,关于使用CPS进行的实测指示扭矩的算出方法,由于已经公知有多种方法,因此省略说明。
在具有多个气缸的内燃机10中,如果在所有的气缸设置缸内压力传感器34的话,则能够算出各气缸的实测指示扭矩。然而,在多个气缸全都设置缸内压力传感器34的情况存在各种制约,是不现实的。因此,本发明的发明人考虑一种即便是仅在一部分气缸设置有缸内压力传感器34的结构中也能够高精度地推定所有的气缸的指示扭矩的内燃机的扭矩推定装置。以下,参照图2进一步详细说明。
图2是示出内燃机10的各气缸的缸内压力的变化、和曲轴的30°CA时间的变化的图。另外,在该图中,#1表示CPS搭载气缸,#2以后表示未设置缸内压力传感器34的气缸(以下称作“CPS非搭载气缸”)。
首先,指示扭矩Te能够根据运动方程式以下式(1)表示。
I×(dω/dt)=Te-Fr  ……(1)
在上式(1)中,I是通过混合气的燃烧而被驱动的驱动部件的惯性矩(inertia),是基于内燃机10的硬件结构而确定的常数。并且,dω/dt是曲轴的角加速度。因此,I×(dω/dt)表示根据曲轴的角加速度算出的内燃机10的净扭矩。
并且,Fr表示驱动部的摩擦扭矩。摩擦扭矩Fr是因活塞与气缸内壁之间的摩擦等各配合部的机械摩擦而产生的扭矩,包括因辅助类的机械摩擦而产生的扭矩。
此处,I×(dω/dt)能够基于从曲轴角度传感器42供给的曲轴角度信号算出。因此,当设CPS搭载气缸#1的指示扭矩为Te1、设CPS非搭载气缸#2的指示扭矩为Te2时,Te1以及Te2分别能够用以下的式子表示。
I×(dω1/dt)=Te1-Fr  ……(2)
I×(dω2/dt)=Te2-Fr  ……(3)
在上式(2)中,dω1/dt表示CPS搭载气缸#1的CA时间(例如#1的ATDC 30°CA~150°CA)的角加速度的平均值,该CA时间是作为发生因爆发而产生的扭矩的期间而预先设定的时间。在上式(3)中,dω2/dt表示CPS非搭载气缸#2的CA时间(#2的ATDC 30°CA~150°CA)的角加速度的平均值。
此处,在内燃机10的通常的运转中,气缸之间的摩擦扭矩的偏差小至可以忽略的程度。因此,假设在上式(2)以及(3)中摩擦扭矩Fr相等,则以下的式子成立。
Te2=Te1+I×(dω2/dt-dω1/dt) ……(4)
如上所述,Te1能够使用缸内压力传感器34算出实测指示扭矩。并且,I×(dω2/dt-dω1/dt)能够基于曲轴角度传感器42的曲轴信号算出。因此,通过将上述值带入上式(4),能够高精度地推定紧接CPS搭载气缸#1爆发的CPS非搭载气缸#2的指示扭矩。
并且,将作为扭矩算出的对象的气缸设定为k、将紧挨k气缸的爆发而先行爆发的气缸设定为k-1并将上式(4)一般化,下式(5)成立。
Tek=Tek-1+I×(dωk/dt-dωk-1/dt)  ……(5)
因此,关于CPS非搭载气缸#3以后的指示扭矩Tek,也能够通过使用上式(5)按照爆发顺序依次推定指示扭矩。
图3是示出以本实施方式的装置推定出的指示扭矩与该指示扭矩的真值之间的比较结果的图。另外,图3中(A)示出在任一气缸中均未发生失火(misfire)的情况,图3中(B)示出在多个气缸中的1个气缸发生连续失火的情况。
如该图所示,可以看出,即便是在特定的气缸发生连续失火的情况下,也能够高精度地推定指示扭矩。这是因为,本实施方式的装置并不是仅仅推定气缸之间的扭矩变动量,而是通过算出指定气缸的实测指示扭矩而作为绝对量推定以后的气缸的指示扭矩。由此,能够抑制因指定气缸的失火等引起的误差在以后的气缸的指示扭矩推定中持续地重叠的情形。
实施方式的具体的处理
其次,参照图4对本实施方式的具体的处理进行说明。图4是示出ECU 40推定指示扭矩的例程的流程图。
在图4所示的例程中,首先,读入CPS搭载气缸#1的缸内压力(步骤100)。此处,具体地说,读入CPS搭载气缸#1爆发时的缸内压力传感器34的检测信号。
其次,算出实测指示扭矩Te1(步骤102)。此处,具体地说,基于在上述步骤100中读入的缸内压力变动算出因该CPS搭载气缸#1的爆发而产生的实测指示扭矩。
其次,算出CPS搭载气缸#1的CA时间中的角加速度dω1/dt(步骤104)。此处,具体地说,算出#1的ATDC30°CA~150°CA的期间的角加速度dω1/dt。其次,算出CPS非搭载气缸#2的CA时间中的角加速度dω2/dt(步骤106)。此处,具体地说,算出#2的ATDC30°CA~150°CA的期间的角加速度dω2/dt。
在图4所示的例程中,其次,算出CPS非搭载气缸#2的推定指示扭矩Te2(步骤108)。此处,具体地说,将在上述步骤102中算出的实测指示扭矩Te1、和在上述步骤104以及106中算出的角加速度dω1/dt以及dω2/dt带入上式(4)。
其次,依次算出CPS非搭载气缸#3以后的推定指示扭矩Tek(步骤110)。此处,具体地说,通过将紧挨该气缸的爆发而先行爆发的气缸的指示扭矩Tek-1带入上式(5)而依次算出随后爆发的气缸的指示扭矩Tek
如以上所说明了的那样,根据本实施方式的***,能够使用CPS搭载气缸#1的实测指示扭矩高精度地推定紧接该CPS搭载气缸#1爆发的CPS非搭载气缸#2的指示扭矩。并且,关于在CPS非搭载气缸#2以后爆发的气缸的指示扭矩Tek,也能够基于先行爆发的气缸的指示扭矩Tek-1依次推定。
然而,在上述的实施方式中,假定了在6气缸的内燃机10中将缸内压力传感器34设置于#1气缸,然而,***的结构并不限于此。即,内燃机10只要是具有多个气缸的内燃机即可,可以是8气缸内燃机、也可以是4气缸内燃机。并且,缸内压力传感器34只要搭载于多个气缸中的一部分的气缸即可,并不仅限于搭载于1个气缸,也可以形成为在多个气缸都搭载有缸内压力传感器34的结构。另外,当搭载有多个缸内压力传感器34的情况下,优选形成为使在CPS搭载气缸之间爆发的CPS非搭载气缸的数量尽量均等的结构。
图5是示出在多个气缸搭载有缸内压力传感器的情况的搭载例。另外,图5中(A)示出在8气缸内燃机中设置有2个缸内压力传感器的情况下的一例,图5中(B)示出在8气缸内燃机中设置有3个缸内压力传感器的情况下的一例。
在图5中(A)中,在#1气缸和#6气缸设置缸内压力传感器。根据这种结构,由于针对每4个气缸算出实测指示扭矩,因此能够有效地抑制误差的扩大。并且,在图5中(B)中,在#1气缸、#3气缸、以及#7气缸设置缸内压力传感器。根据这种结构,能够针对每2个气缸或者每3个气缸算出实测指示扭矩,因此与上述图样能够有效地抑制误差的扩大。
另外,在上述的实施方式中,缸内压力传感器34相当于上述第一方面的发明中的“缸内压力传感器”,CPS搭载气缸#1相当于上述第一方面的发明中的“第一气缸”,CPS非搭载气缸#2相当于上述第一方面的发明中的“第二气缸”,dω1/dt相当于上述第一方面的发明中的“第一角加速度”,dω2/dt相当于上述第一方面的发明中的“第二角加速度”。并且,ECU 40通过执行上述步骤100的处理而实现上述第一方面的发明中的“缸内压力取得单元”,通过执行上述步骤104的处理而实现上述第一方面的发明中的“第一角加速度算出单元”,通过执行上述步骤106的处理而实现上述第一方面的发明中的“第二角加速度算出单元”,通过执行上述步骤108的处理而实现上述第一方面的发明中的“推定指示扭矩算出单元”。
并且,在上述的实施方式中,ECU 40通过执行上述步骤102的处理而实现上述第二方面的发明中的“实测指示扭矩算出单元”,通过执行上述步骤108的处理而实现上述第二方面的发明中的“推定指示扭矩算出单元”。
并且,在上述的实施方式中,ECU 40通过执行上述步骤110的处理而实现上述第四方面的发明中的“第二推定指示扭矩算出单元”。
标号说明
10…内燃机;12…活塞;14…气缸盖;16…燃烧室;18…进气通路;20…排气通路;22…进气门;24…排气门;26…空气滤清器;28…节气门;30…火花塞;32…燃料喷射阀;34…缸内压力传感器(CPS);40…ECU(电子控制单元);42…曲轴角度传感器。

Claims (3)

1.一种内燃机的扭矩推定装置,
所述内燃机具有多个气缸,
所述内燃机的扭矩推定装置的特征在于,具备:
缸内压力传感器,该缸内压力传感器设置于所述内燃机的第一气缸;
缸内压力取得单元,该缸内压力取得单元基于所述缸内压力传感器的检测信号取得所述第一气缸的缸内压力;
算出因所述第一气缸的爆发而产生的第一角加速度的第一角加速度算出单元;
算出因紧接所述第一气缸爆发的第二气缸的爆发而产生的第二角加速度的第二角加速度算出单元;
实测指示扭矩算出单元,该实测指示扭矩算出单元基于所述第一气缸的缸内压力算出因该第一气缸的爆发而产生的实测指示扭矩;以及
推定指示扭矩算出单元,该推定指示扭矩算出单元使用所述第二角加速度与所述第一角加速度之间的差值、以及所述第一气缸的实测指示扭矩,算出因所述第二气缸的爆发而产生的推定指示扭矩,
所述推定指示扭矩算出单元算出对所述差值乘以惯性矩而得的值与所述实测指示扭矩之和来作为因所述第二气缸的爆发而产生的推定指示扭矩。
2.根据权利要求1所述的内燃机的扭矩推定装置,其特征在于,
所述内燃机的扭矩推定装置还具备第二推定指示扭矩算出单元,该第二推定指示扭矩算出单元使用紧挨作为扭矩推定的对象的对象气缸的燃烧而先行燃烧的前对象气缸的推定指示扭矩、以及因所述对象气缸的爆发而产生的角加速度与因所述前对象气缸的爆发而产生的角加速度之间的差值,算出所述对象气缸的推定指示扭矩。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的扭矩推定装置,其特征在于,
当在多个气缸设置有所述缸内压力传感器的情况下,以使设置有该缸内压力传感器的气缸之间的爆发气缸数均等的方式进行设置。
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