JP4124070B2 - 内燃機関の大気圧検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、単気筒または独立吸気の多気筒からなる内燃機関の各気筒毎の吸気通路における吸気圧の検出値に基づき周囲環境の大気圧を検出する内燃機関の大気圧検出装置に関し、例えば、大気圧の変動を知ることによって内燃機関の気筒毎に供給する燃料噴射量に反映することができる。

従来、内燃機関の周囲環境における大気圧を検出し、その大気圧に応じて例えば、燃料噴射量の補正を行うことで内燃機関の運転状態を良好に維持するものとして、特開平１０−２８０９９５号公報にて開示されたものが知られている。このもののように、大気圧センサを配設し、その検出結果から大気圧を検出するシステムにおいては、その分のコストアップが避けられずシステム全体の価格上昇を招くという不具合があった。

これに対処するものとして、特開２００２−３０９８１号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、内燃機関の吸気通路に配設された吸気圧センサの検出値により、コストアップを招くことなく、大気圧を検出する技術が示されている。
特開平１０−２８０９９５号公報（第２頁） 特開２００２−３０９８１号公報（第２頁〜第３頁）

ところで、前述の特開２００２−３０９８１号公報では、内燃機関の運転状態に基づく大気圧検出の実行条件が成立するときの吸気圧に基づき大気圧を近似的に求めることで大気圧センサを不要としている。なお、大気圧センサがなくても、内燃機関の始動開始後の中・高負荷の運転領域においては、吸気行程直前で吸気圧がほぼ大気圧と見做される期間が存在しているため、この期間に着目すれば吸気圧に基づき大気圧を近似的に求めることは可能である。

しかし、内燃機関の始動開始後のアイドル時や低負荷の運転領域においては、吸気行程直前であっても吸気圧がほぼ大気圧と見做される期間が存在しないため、例えば、始動開始前に大気圧の取込みミスがあったり、長い下り坂でエンジンブレーキや低負荷の運転領域の制御のみにより降坂するとき等では、大気圧を検出することができなくて、内燃機関に供給する燃料噴射量が不適切となって内燃機関の運転状態が不調となる可能性が想定される。

そこで、この発明はかかる不具合の予測性を解消するためになされたもので、大気圧センサを必要とせず、内燃機関の負荷状態に関係なく全運転領域で吸気圧に基づき大気圧の検出が可能な内燃機関の大気圧検出装置の提供を課題としている。

請求項１の内燃機関の大気圧検出装置によれば、大気圧演算手段によって内燃機関の同一燃焼サイクルで、吸気バルブの閉じている期間がクランク角検出手段によるクランク角位置にて特定され、その期間内の１点におけるスロットル開度検出手段によるスロットル開度及び吸気圧検出手段による吸気圧、その１点から所定期間後における単位時間当たりの吸気圧変化量に基づき大気圧が算出される。したがって、大気圧センサを必要とすることなく、また、内燃機関の負荷状態に関係なく全運転領域でスロットル開度及び吸気圧に基づき大気圧が求められる。このため、例えば、始動開始前に大気圧の取込みミスがあったり、長い下り坂でエンジンブレーキや低負荷の運転領域の制御のみにより降坂するとき等であっても、大気圧が逐次求められることで内燃機関に供給する燃料噴射量が好適に補正され、その運転状態が良好に維持されるという効果が得られる。

請求項２の内燃機関の大気圧検出装置におけるスロットル開度検出手段では、スロットルバルブをバイパスして吸入空気量を調整するＩＳＣバルブのＩＳＣ制御量を含んだものがスロットル開度として検出される。これにより、スロットルバルブに加えＩＳＣバルブを備えたシステムにおいては、スロットルバルブの下流側に導入される吸入空気量を設定するためスロットルバルブのスロットル開度にＩＳＣバルブのＩＳＣ制御量を加えたものが、この構成における実際のスロットル開度として適切に検出されるという効果が得られる。

請求項３の内燃機関の大気圧検出装置における大気圧演算手段では、吸気圧が最新の大気圧の略５２．８〔％〕を境にして、少なくとも何れか一方のとき大気圧が算出される。つまり、大気圧算出の際に、吸気圧が最新の大気圧の略５２．８〔％〕の何れにあるかという実行条件が加わるため、その分だけ機会が少なくなる可能性があるが、内燃機関の全運転領域で吸気圧に基づき大気圧が検出されるという効果が得られる。

請求項４の内燃機関の大気圧検出装置における大気圧演算手段では、吸気圧が最新の大気圧の略５２．８〔％〕を境にして、スロットル開度と単位時間当たりの吸気圧変化量とをパラメータとする大気圧算出のマップを切換えるものである。このように、吸気圧が最新の大気圧の略５２．８〔％〕の前後でスロットル開度と単位時間当たりの吸気圧変化量とをパラメータとする大気圧算出のマップが切換えられることで、大気圧が精度良く算出されるという効果が得られる。

請求項５の内燃機関の大気圧検出装置によれば、大気圧演算手段によってスロットル開度と単位時間当たりの吸気圧変化量とをパラメータとするマップにより求めた値に吸気温検出手段による吸気温に応じた補正が加えられることで、大気圧がより精度良く算出されるという効果が得られる。

請求項６の内燃機関の大気圧検出装置では、内燃機関が単気筒または独立吸気の多気筒からなり、気筒毎に吸気圧検出手段が設けられているため、各気筒における吸気バルブの閉じている区間に対応して吸気圧検出手段にて吸気圧が安定して検出されるという効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関の大気圧検出装置が適用された二輪車における内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。

図１において、内燃機関１は４サイクル単気筒の火花点火式として構成され、その吸入空気は上流側からエアクリーナ２、吸気通路３、スロットルバルブ４を通過して吸気通路３内でインジェクタ（燃料噴射弁）５から噴射された燃料と混合され、所定空燃比の混合気として吸気ポート６から吸気バルブ７の開閉に伴ってシリンダ内に供給される。また、内燃機関１のシリンダヘッドには点火プラグ８が配設され、点火タイミング毎に点火コイル／イグナイタ９から高電圧が点火プラグ８に印加され、シリンダ内の混合気に点火される。そして、内燃機関１のシリンダ内で燃焼された排気ガスは排気バルブ１０の開閉に伴って排気ポート１１から排気通路１２の下流側に配設された三元触媒１３を通過して大気中に排出される。

エアクリーナ２内には吸気温センサ２１が配設され、吸気温センサ２１によってエアクリーナ２内に流入される吸気温ＴＨＡ〔℃〕が検出される。また、吸気通路３には吸気圧センサ２２が配設され、吸気圧センサ２２によってスロットルバルブ４の下流側の吸気圧ＰＭ〔ｋＰａ：キロパスカル〕が検出される。そして、スロットルバルブ４にはスロットル開度センサ２３が配設され、スロットル開度センサ２３によってスロットルバルブ４のスロットル開度ＴＡ〔°〕が検出される。また、内燃機関１のシリンダブロックには水温センサ２４が配設され、水温センサ２４によって内燃機関１内の冷却水温ＴＨＷ〔℃〕が検出される。

そして、内燃機関１のクランクシャフト（図示略）にはクランク角センサ２５が配設され、クランク角センサ２５によってクランクシャフトの回転に伴うクランク角〔°ＣＡ(Crank Angle）〕が検出される。このクランク角センサ２５で検出されるクランク角信号に応じて内燃機関１の機関回転速度ＮＥ〔ｒｐｍ〕が算出される。更に、クランク角センサ２５からのクランク角信号と燃焼サイクルに伴う吸気圧センサ２２による吸気圧の変動とに基づき気筒判別及びクランク角基準位置が検出される。この他、車載バッテリ（図示略）には電源電圧センサ２９が配設され、電源電圧センサ２９によって電源電圧ＶB 〔Ｖ：ボルト〕が検出される。

一方、燃料タンク３１内から燃料ポンプ３２で汲上げられた燃料は、燃料配管３３、燃料フィルタ３４、燃料配管３５、デリバリパイプ３６の順に圧送され、インジェクタ５に供給される。デリバリパイプ３６内の余剰燃料は、プレッシャレギュレータ３７、リターン配管３８の経路にて燃料タンク３１内に戻される。このプレッシャレギュレータ３７によってデリバリパイプ３６内の燃圧（燃料圧力）と吸気圧との差圧が一定になるようにデリバリパイプ３６内の燃圧が調整される。

内燃機関１の運転状態を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）４０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ４１、制御プログラムや制御マップ等を格納したＲＯＭ４２、各種データ等を格納するＲＡＭ４３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ４４等を中心に論理演算回路として構成され、上述の各種センサからの検出信号を入力する入力ポート４５及びインジェクタ５、燃料ポンプ３２等の各種アクチュエータや点火コイル／イグナイタ９に各制御信号を出力する出力ポート４６等に対しバス４７を介して接続されている。

次に、本実施例の内燃機関１の１燃焼サイクル（７２０〔°ＣＡ〕）である吸気行程→圧縮行程→燃焼（膨張）行程→排気行程における吸気圧〔ｋＰａ〕の挙動について、図２のタイムチャートを参照して説明する。

図２に示すように、スロットル開度が「大・中（開側）」の高・中負荷域における吸気圧は吸気行程初期に大気圧から一瞬、正圧側に上昇したのち、負圧側に大きく下降し最小値（ボトム圧）に達したのち圧縮行程初期までに上昇に転じ、ほぼ燃焼行程終了までに大気圧レベルに戻る。このため、内燃機関１の運転状態にもよるが、排気行程における吸気圧は大気圧レベルにあると言える。

ここで、機関回転速度ＮＥが一定の場合、スロットル開度が「小（閉側）」から「大」となるに従って、吸気圧の最小値が高くなると共に、その最小値から大気圧レベルまで上昇する速度が早くなる。このため、スロットル開度が「大」となるほど、吸気圧の取込み期間を排気行程に加えて燃焼行程、更には圧縮行程途中までに広げることができる。このように、吸気圧が大気圧レベルとなるタイミングにおいて逐次、吸気圧を取込むことで、大気圧推定が可能となるのである。

ところで、図２に示すように、スロットル開度が「小」の低負荷域では、吸気圧が大気圧まで上昇することなく、即ち、吸気圧が大気圧レベルになることがないため、吸気圧を取込んでも、大気圧推定が不可能であった。これに対処し、スロットル開度が「小」の低負荷域においても吸気圧から大気圧を求めることを可能とする処理について、以下に説明する。

本実施例で使用されているＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１における大気圧演算の処理手順を示す図３のフローチャートに基づき、上述の図２及び図４を参照して説明する。ここで、図４は図３の処理に対応し、スロットル開度ＴＡ〔°〕が「最小」となる全閉の低負荷域で降坂時における各種制御量等の遷移状態を示すタイムチャートである。なお、この大気圧演算ルーチンは約２〔ｍｓ：ミリ秒〕毎またはクランク角信号の入力毎にＣＰＵ４１にて繰返し実行される。

図３において、ステップＳ１０１で、まず、吸気圧の検出領域にあるかが判定される。ここでは、図２に検出許可期間として示すように、クランク角信号により判別される吸気バルブ７の閉じている期間にあるかが判定される。ステップＳ１０１の判定条件が成立せず、即ち、吸気バルブ７の閉じている期間にないときには、何もすることなく本ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立、即ち、吸気バルブ７の閉じている期間にあるときにはステップＳ１０２に移行し、スロットル開度センサ２３で検出されたスロットル開度ＴＡ〔°〕として、例えば、図４に示す全閉が読込まれる。次にステップＳ１０３に移行して、吸気圧センサ２２で検出された所定期間の吸気圧として今回の吸気圧ＰＭ〔ｋＰａ〕、前回の吸気圧ＰＭＯ〔ｋＰａ〕が読込まれる。ここで、所定期間は例えば、所定クランク角信号から所定クランク角信号までの期間となる時間や、所定クランク角信号からの一定時間にて予め設定されている。

次にステップＳ１０４に移行して、所定期間の吸気圧変化量ΔＰＭ〔ｋＰａ〕が今回の吸気圧ＰＭから前回の吸気圧ＰＭＯを減算し算出される。次にステップＳ１０５に移行して、ステップＳ１０４で算出された吸気圧変化量ΔＰＭ〔ｋＰａ〕に対する単位時間当たりの吸気圧変化量ΔＰＭＴが算出される。なお、図４に示すように、降坂時では高地から平地となるに従って通常、気圧が高くなるため吸気圧変化量ΔＰＭＴが大きくなる。次にステップＳ１０６に移行して、吸気温センサ２１で検出された吸気温ＴＨＡ〔℃〕が読込まれる。次にステップＳ１０７に移行して、ステップＳ１０２で読込まれたスロットル開度ＴＡ〔°〕とステップＳ１０５で算出された単位時間当たりの吸気圧変化量ΔＰＭＴとをパラメータとする図示しないマップに基づき、図４に示すように、大気圧補正値ＰＡＳが算出される。このマップは、現在の吸気圧によって算出されている最新の大気圧に対し、約５２．８〔％〕の吸気圧を境にして切換えられる。

このマップ切換の約５２．８〔％〕の根拠について、以下に簡単に述べる。吸気圧Ｐ_M が大気圧（絶対圧）Ｐ₀ の約５２．８〔％〕前後にて吸入空気が音速を越えることに起因して、吸気圧Ｐ_M が大気圧Ｐ₀ へ戻るときの単位時間当たりの吸気圧変化量（傾き）ΔＰＭＴが大きく変わるため、大気圧算出における精度を高めるにはマップ切換が有効となる。この約５２．８〔％〕は、次式（１）にて求められる。なお、κは空気の比熱比であり約１．４である。

・・・（１）

次にステップＳ１０８に移行して、ステップＳ１０６で読込まれた吸気温ＴＨＡ〔℃〕をパラメータとする図示しないテーブルに基づき吸気温補正値ＫＴＨＡが算出される。次にステップＳ１０９に移行して、大気圧補正値ＰＡＳと吸気温補正値ＫＴＨＡとを乗算した値が前回の吸気圧ＰＭＯ〔ｋＰａ〕に加算され、今回の大気圧ＰＡ算出値〔ｋＰａ〕とされ、本ルーチンを終了する。なお、図４に示すように、降坂時では高地から平地となるに従い大気圧ＰＡ算出値が大きくなる。

このように、本実施例の内燃機関の大気圧検出装置は、内燃機関１の吸気通路３に配設されたスロットルバルブ４の下流側に導入される吸入空気の圧力である吸気圧ＰＭを検出する吸気圧検出手段としての吸気圧センサ２２と、内燃機関１の所定のクランク角位置を検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ２５と、スロットルバルブ４の下流側に導入される吸入空気量を設定するスロットルバルブ４のスロットル開度ＴＡを検出するスロットル開度検出手段としてのスロットル開度センサ２３と、内燃機関１の同一燃焼サイクルで、検出許可期間として吸気バルブ７の閉じている期間を前記クランク角位置にて特定し、その期間内の図２に示す１点Ｐ(O) におけるスロットル開度ＴＡ及び吸気圧ＰＭＯ、その１点Ｐ(O) の吸気圧ＰＭＯと図２に示す点Ｐ(N) の吸気圧ＰＭにて求められる所定期間後における単位時間当たりの吸気圧変化量ΔＰＭＴに基づき大気圧ＰＡを算出するＥＣＵ４０にて達成される大気圧演算手段とを具備するものである。また、本実施例の内燃機関の大気圧検出装置が適用された内燃機関１を、単気筒とするものである。

つまり、単気筒からなる内燃機関１の同一燃焼サイクルで、検出許可期間として吸気バルブ７の閉じている期間内の１点Ｐ(O) におけるスロットル開度ＴＡ及び吸気圧ＰＭＯ、その１点Ｐ(O) の吸気圧ＰＭＯと点Ｐ(N) の吸気圧ＰＭにて求められる所定期間後における単位時間当たりの吸気圧変化量ΔＰＭＴに基づき大気圧ＰＡが算出される。

このため、大気圧センサを必要とすることなく、また、内燃機関の負荷状態に関係なく全運転領域でスロットル開度及び吸気圧に基づき大気圧が求められる。これにより、始動開始前に大気圧の取込みミスがあったり、長い下り坂でエンジンブレーキや低負荷の運転領域の制御のみにより降坂するとき等であっても、大気圧が逐次求められることで内燃機関に供給する燃料噴射量が好適に補正され、その運転状態を良好に維持することができる。

そして、本実施例の内燃機関の大気圧検出装置のＥＣＵ４０にて達成される大気圧演算手段は、吸気圧が最新の大気圧の略５２．８〔％〕を境にして、スロットル開度ＴＡと前記単位時間当たりの吸気圧変化量とをパラメータとする大気圧算出のマップ（図示略）を切換えるものである。このように、吸気圧が最新の大気圧の略５２．８〔％〕の前後でスロットル開度ＴＡと前記単位時間当たりの吸気圧変化量ΔＰＭＴとをパラメータとするマップが切換えられることで大気圧補正値ＰＡＳを精度良く算出することができる。

更に、本実施例の内燃機関の大気圧検出装置は、内燃機関１に導入される吸入空気の温度である吸気温ＴＨＡを検出する吸気温検出手段としての吸気温センサ２１を具備し、ＥＣＵ４０にて達成される大気圧演算手段は、スロットル開度ＴＡと単位時間当たりの吸気圧変化量ＰＭＴとをパラメータとするマップ（図示略）により求めた大気圧補正値ＰＡＳに吸気温補正値ＫＴＨＡによる補正を加えるものである。このように、大気圧補正値ＰＡＳが吸気温補正値ＫＴＨＡにより補正されることで大気圧補正値ＰＡＳをより精度良く算出することができる。

ところで、上記実施例では、スロットルバルブ４のスロットル開度ＴＡのみにてその下流側に導入される吸入空気量が設定される構成を想定したが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、スロットルバルブ４をバイパスして吸入空気量を調整するＩＳＣバルブが設定された構成で、スロットルバルブ４のスロットル開度ＴＡに加え、ＩＳＣバルブによるＩＳＣ制御量を含んでスロットルバルブ４の下流側に導入される吸入空気量が設定されるものであってもよい。

このような内燃機関の大気圧検出装置は、スロットル開度検出手段が前記スロットルバルブをバイパスする吸入空気量を調整するＩＳＣバルブのＩＳＣ制御量を含んだものをスロットル開度として検出するものであり、スロットルバルブのスロットル開度にＩＳＣバルブのＩＳＣ制御量を加えたものが、この構成における実際のスロットル開度として検出されることで、上記実施例と同様の作用・効果を得ることができる。

また、上記実施例では、吸気圧が最新の大気圧の略５２．８〔％〕を境にして、マップを切換えるとしているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、吸気圧が最新の大気圧の略５２．８〔％〕を境にして、少なくとも何れか一方のとき大気圧を算出するようにしても、内燃機関１の運転状態がこの実行条件を満足するときに大気圧が算出されるため、上記実施例よりも機会が少なくなる可能性があるが、上記実施例と同様、内燃機関１の全運転領域で吸気圧に基づき大気圧を検出することができることとなる。

そして、上記実施例では、単気筒からなる内燃機関への適用について述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、独立吸気の多気筒からなる内燃機関であれば、各気筒の吸気通路のスロットルバルブの下流側に、吸気圧を検出する吸気圧センサがそれぞれ配設されていることで同様に適用することができ、上記実施例と同様の作用・効果が期待できる。

図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関の大気圧検出装置が適用された二輪車における内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。 図２は図１の内燃機関の燃焼サイクルにおける吸気圧の挙動を示すタイムチャートである。 図３は本発明の一実施例にかかる内燃機関の大気圧検出装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける大気圧演算の処理手順を示すフローチャートである。 図４は図３の処理に対応する各種制御量等の遷移状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
３ 吸気通路
４ スロットルバルブ
７ 吸気バルブ
２２ 吸気圧センサ
２３ スロットル開度センサ
２５ クランク角センサ
４０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気通路に配設されたスロットルバルブの下流側に導入される吸入空気の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
   前記内燃機関の所定のクランク角位置を検出するクランク角検出手段と、
   前記スロットルバルブの下流側に導入される吸入空気量を設定する前記スロットルバルブのスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、
   前記内燃機関の同一燃焼サイクルで、吸気バルブの閉じている期間を前記クランク角位置にて特定し、その期間内の１点におけるスロットル開度及び吸気圧、その１点から所定期間後における単位時間当たりの吸気圧変化量に基づき大気圧を算出する大気圧演算手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関の大気圧検出装置。
2. 前記スロットル開度検出手段は、前記スロットルバルブをバイパスする吸入空気量を調整するＩＳＣ（Idle Speed Control：アイドル回転速度制御）バルブのＩＳＣ制御量を含んだものを前記スロットル開度として検出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の大気圧検出装置。
3. 前記大気圧演算手段は、吸気圧が最新の大気圧の略５２．８〔％〕を境にして、少なくとも何れか一方のとき大気圧を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の大気圧検出装置。
4. 前記大気圧演算手段は、吸気圧が最新の大気圧の略５２．８〔％〕を境にして、前記スロットル開度と前記単位時間当たりの吸気圧変化量とをパラメータとする大気圧算出のマップを切換えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の内燃機関の大気圧検出装置。
5. 前記内燃機関に導入される吸入空気の温度である吸気温を検出する吸気温検出手段を具備し、
   前記大気圧演算手段は、前記スロットル開度と前記単位時間当たりの吸気圧変化量とをパラメータとするマップにより求めた値に前記吸気温に応じた補正を加えることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の内燃機関の大気圧検出装置。
6. 前記内燃機関は、単気筒または独立吸気の多気筒からなり、その気筒毎に前記吸気圧検出手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載の内燃機関の大気圧検出装置。

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