JP2013029067A - 内燃機関の状態推定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関の状態推定装置は、気筒12内の圧力を測定する筒内圧力センサ45を備え、気筒12の吸気ポート21aを開閉する吸気バルブ22、及び気筒12の排気ポート23aを開閉する排気バルブ24の開弁期間中における筒内圧力センサ45の検出値に基づいて、内燃機関11の吸気圧及び排気圧の少なくとも一方を機関状態として推定する。
【選択図】図1
Description
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、気筒内の圧力を測定する筒内圧力センサを備え、当該気筒の吸気ポートを開閉する吸気弁、及び当該気筒の排気ポートを開閉する排気弁の開弁期間中における前記筒内圧力センサの検出値に基づいて、内燃機関の吸気圧及び排気圧の少なくとも一方を機関状態として推定することを要旨とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の状態推定装置において、前記筒内圧力センサの検出値に基づく圧力波形の繰り返し特性を利用して、前記吸気圧及び排気圧の少なくとも一方の任意の期間の圧力を機関状態として推定することを要旨とする。
以下、本発明に係る内燃機関の状態推定装置を備える内燃機関の第1の実施形態について図1に従って説明する。なお、本実施形態の内燃機関は、6つの気筒を備えたV型6気筒であるため、左右に配置されたバンクはそれぞれ3つの気筒を有しているとともに、それぞれ1つの吸気通路21及び排気通路23が接続されている。すなわち、吸気通路21及び排気通路23は対応するバンクの3つの気筒により共用されている。
図3に示すように、排気バルブ24は、排気行程が開始されると、バルブリフト量VLeが「0」である閉弁状態から、バルブリフト量VLeが「0」よりも大きい状態、つまり開弁状態に移行する。そして、排気バルブ24は、バルブリフト量VLeが最大となった後、バルブリフト量VLeが小さくなっていき、「0」となることで閉弁状態となり排気行程が終了する。例えば、図3において、排気バルブ24は、180°CAよりも小さいクランク角から排気行程が開始され、270°CAのときバルブリフト量VLeが最大となり、360°CAを過ぎてから排気行程が終了する。この排気行程において、筒内圧力センサ45は、燃焼室14内の筒内圧CPとして大気圧P0を中心に大きく変動する圧力を検出する。また、同排気行程において、排気通路23に試験的に設けられた試験用圧力センサは、排気通路23の圧力である排気圧EPとして大気圧P0を中心に大きく変動する圧力を検出する。
内燃機関11は、バンクの3つの気筒12が1つの吸気通路21及び排気通路23を共用していることから、バンクに設けられている3つの気筒12は、各気筒12の吸入行程の位相がそれぞれ240°CAずつずれているとともに、各気筒12の排気行程の位相もそれぞれ240°CAずつずれている。
図6を参照して、ECU41が吸気圧や排気圧を推定して出力する手順について説明する。なお、吸気圧や排気圧を推定して出力する処理は、ECU41の内部要求や外部要求などによる吸気圧や排気圧の要求に応じて当該ECU41にて逐次実行される。なおここでは、上述の通り、1つのバンクにある3つの気筒12のうちから選択された代表する1つの気筒12に設けられた筒内圧力センサ45のみを内燃機関11の吸気圧や排気圧の推定に用いる場合について説明する。
続いて、ECU41は、取得された吸気バルブ22の開閉状態に基づいて、吸気バルブ22が開弁しているか否かを判断する(ステップS16)。吸気バルブ22が開弁していると判断された場合、ECU41は、測定された筒内圧CPを吸気圧として採用する、つまり筒内圧CPを吸気圧として推定する(ステップS17)。一方、吸気バルブ22が閉弁していると判断された場合、ECU41は、メモリなどに保持されている、代表する気筒12が吸入行程のときに測定された筒内圧CPに基づいて吸気圧を推定する(ステップS18)。詳述すると、代表する気筒12の吸気バルブ22が閉弁しているということは、逆にその他の気筒12が吸入行程であることを意味する。このことから、ECU41は、その吸入行程中の気筒12と、代表する気筒12の吸入行程との位相差(例えば240°CAや480°CA)に基づいて、保持されている代表する気筒12の筒内圧CPの位相をずらす。そしてその位相のずらされた代表する気筒12の筒内圧CPに基づいて、吸入行程中の気筒12の影響に基づく吸気圧を推定するようにしている。
これにより、ECU41による、吸気圧及び排気圧の推定及び出力処理が終了する。
(1)吸気バルブ22や排気バルブ24の開弁期間中の気筒12内の圧力に基づいて、吸気圧や排気圧が推定されるようになるため、吸気圧や排気圧を測定するため圧力センサを、吸気通路21や排気通路23に設けることが不要になる。このようにすることにより、この内燃機関の状態推定装置は、吸気圧や排気圧を簡単に推定することができるようになる。
(2)筒内圧力センサ45の検出値に基づく圧力波形の繰り返しが、吸気圧及び排気圧の変化に対応する特性を利用して、1サイクル中の吸気圧及び排気圧を筒内圧力センサ45の検出値により推定するようにした。例えば、吸気バルブ22や排気バルブ24の開弁期間中であれば、筒内圧力センサ45の検出値を吸気圧や排気圧の推定値に利用することが可能である。また、吸気バルブ22や排気バルブ24が閉鎖されている閉鎖期間中であれば、予め測定された筒内圧力センサ45の検出値を、その他の気筒12の吸気バルブ22や排気バルブ24の開弁期間中に対応させることで、当該その他の気筒12の吸気圧及び排気圧の少なくとも一方を推定することができるようになる。これにより、吸気圧や排気圧の測定に必要な圧力センサの数を少なくすることができるようになるとともに、吸気圧や排気圧の推定に必要な筒内圧力センサ45の数も少なくすることができるようになる。
以下、本発明に係る内燃機関の状態推定装置の備えられた内燃機関の第2の実施形態について図7に従って説明する。
なお、吸気バルブ22は360°CAよりも小さいクランク角から吸入行程が開始され、450°CAのときバルブリフト量VLiが最大となり、540°CAを過ぎてから吸入行程が終了する。このとき、筒内圧CP1iが測定されるが、測定不可能領域Yの影響により、吸入行程が開始された330°CAから390°CAまでの間は筒内圧CP1iを測定することはできないものの、その他の範囲SI1においては、吸気圧IPに類似する値と変化を有する筒内圧CP1iが測定される。つまり、吸気圧IPを筒内圧CP1iに基づいて推定することができる。なお、本実施形態では、330°CAから390°CAの間の筒内圧CP1iを、測定不可能領域Yに入る直前に測定された筒内圧CP1eにより補完するようにしている。なお、測定不可能領域Yにおける筒内圧の補完には、直前データを用いる方法や、予め定められたデータを用いる方法やなど、各種の補完方法を用いることができる。
なお、排気バルブ24は180°CAよりも小さいクランク角から排気行程が開始され、270°CAのときバルブリフト量VLeが最大となり、360°CAを過ぎてから排気行程が終了する。このとき、筒内圧CP1eが測定されるが、測定不可能領域Yの影響により、排気行程が終了する前の330°CAから390°CAまでの間は筒内圧CP1eを測定することはできないものの、210°CAから330°CAの範囲SE1においては、排気圧EPに類似する値と変化を有する筒内圧CP1eが測定される。つまり、排気圧EPを筒内圧CP1eに基づいて推定することができる。なお、本実施形態では、330°CAから390°CAの間の筒内圧CP1eを、測定不可能領域Yに入る直前に測定された筒内圧CP1eにより補完するようにしている。なお、測定不可能領域Yにおける筒内圧の補完には、直前データを用いる方法や、予め定められたデータを用いる方法やなど、各種の補完方法を用いることができる。
内燃機関11の圧縮膨張行程において、燃焼室14の容量が最小になって燃焼室14内の圧力が高圧になるととともに、燃焼により温度が高温になるとき、ピストン13は、筒内圧力センサ45Aを覆うことにより、筒内圧力センサ45Aを燃焼室14内の高圧から一時的に隔離させる。これにより筒内圧力センサ45Aは燃焼室内の高温や高圧、特に高温や高圧のピークを避けることができるようになる。すなわち、筒内圧力センサ45Aは高温や高圧に曝される機会が減少するようになる。これにより、精度の高い筒内圧力センサ45Aを気筒に12に設けて筒内圧を測定することができるようになるため、測定された筒内圧から推定される吸気圧や排気圧をより高い精度で推定することができるようになる。
なお、上記各実施形態は、例えば以下のような態様にて実施することもできる。
・上記各実施形態の内燃機関としては、ガソリン機関やディーゼル機関などが好適である。これにより、内燃機関の状態推定装置の適用範囲の拡大が図られる。
Claims (6)
- 気筒内の圧力を測定する筒内圧力センサを備え、
当該気筒の吸気ポートを開閉する吸気弁、及び当該気筒の排気ポートを開閉する排気弁の開弁期間中における前記筒内圧力センサの検出値に基づいて、内燃機関の吸気圧及び排気圧の少なくとも一方を機関状態として推定する
ことを特徴とする内燃機関の状態推定装置。 - 前記筒内圧力センサの検出値に基づく圧力波形の繰り返し特性を利用して、前記吸気圧及び排気圧の少なくとも一方の任意の期間の圧力を機関状態として推定する
請求項1に記載の内燃機関の状態推定装置。 - 前記筒内圧力センサは、気筒を形成するシリンダ側面にあって、ピストンの上死点よりも燃焼室よりの位置に配置されている
請求項1又は2のいずれか一項に記載の内燃機関の状態推定装置。 - 前記筒内圧力センサは、気筒を形成するシリンダ側面にあって、ピストンが上死点に到達したときにピストンによって覆われる位置に配置されている
請求項1又は2のいずれか一項に記載の内燃機関の状態推定装置。 - 前記内燃機関はV型多気筒機関であり、前記筒内圧力センサは、バンク別に、代表する一つの気筒に対して設けられている
請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の状態推定装置。 - 前記内燃機関は直列多気筒機関であり、前記筒内圧力センサは、代表する一つの気筒に対して設けられている
請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の状態推定装置。
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