JP2015048815A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内圧センサ３７の検出精度を向上させて、空燃比などエンジン１の制御性を向上させる。【解決手段】シリンダ２ａ内の圧力（筒内圧Ｐｃ）を検出する筒内圧センサ３７を備え、これによる検出値Ｐｃ_detに基づいてエンジン１の制御を行う制御装置において、エンジン１が定常運転状態にあるときに（ステップＳ１０１）、少なくとも吸気通路１１およびシリンダ２ａをモデル化したエンジンモデルＭ１〜Ｍ５を用いて、シリンダ２ａ内の圧力を推定演算し（Ｓ１０３）、この推定筒内圧Ｐｃ_estに基づいて筒内圧センサ３７の感度係数および零点の少なくとも一方を補正する（Ｓ１０４）。【選択図】図６

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関するものであり、特に、気筒内の圧力を検出する筒内圧センサを備えた内燃機関において、この筒内圧センサによる検出値に基づいて行う制御の精度を高めるための対策に関する。

従来より一般に車両に搭載される内燃機関においては、気筒内に充填される吸気の量を算出し、これに見合う量の燃料を供給することによって、混合気の空燃比を好適な値（例えば理論空燃比）に制御するようにしている。

例えば特許文献１に記載の内燃機関の制御装置では、気筒内に充填される見込み吸気量を推定し、これに対し少な目の燃料を噴射供給した後に、気筒の圧縮行程における点火前の所定のタイミングで筒内圧センサにより気筒内の実際の圧力を検出する。そして、この検出値から実際の吸気量を算出して、これに見合うように燃料の不足分を追加で噴射供給するようにしている。

特開２００６−１４４６４４号公報

ところが、前記従来例のように気筒内の圧力を検出するための筒内圧センサは、燃焼圧の検出部が燃焼場に臨んで直接、火炎に曝されることから、デポジットの付着や熱劣化などの影響を受けて出力特性、即ち感度係数（ゲイン）や零点が変化することがある。

このため、従来例のように筒内圧センサによる検出値に基づいて気筒内の吸気量を算出し、これに見合うように燃料噴射量を決定しても、混合気の空燃比は目標値よりもリッチまたはリーンにずれてしまうことがある。

このような問題点を考慮して本発明の目的は、筒内圧センサの適切な校正によって空燃比等、内燃機関の制御性を向上することにある。

前記目的を達成するために本発明は、気筒内の圧力を検出する筒内圧センサを備え、この筒内圧センサによる検出値に基づいて内燃機関の制御を行う制御装置を対象としている。そして、内燃機関が定常運転状態にあるときに、少なくとも吸気系および気筒をモデル化した内燃機関モデルを用いて前記気筒内の圧力を推定演算し、この気筒内圧力の推定値に基づいて、前記筒内圧センサの感度係数および零点の少なくとも一方を補正する構成とした。

なお、「定常運転状態」とは、内燃機関の運転状態、例えば機関負荷や機関回転数の変化量が予め設定した閾値よりも小さな状態が、予め設定した燃焼サイクル数、継続する状態を指し、この状態であれば内燃機関の吸気系における吸気の流れ場の変化が非常に小さくなるので、気筒内に充填される吸気量の変化も非常に小さくなり、前記の内燃機関モデルを用いて気筒内圧力を正確に推定することができる。

したがって前記の発明特定事項により、内燃機関が前記のような定常運転状態にあるときに、内燃機関モデルによる気筒内圧力の推定値（推定筒内圧）を基準として、前記筒内圧センサの感度係数や零点を正確に補正することができる。これにより、固体ばらつきやデポジットの付着、或いは熱劣化などにより筒内圧センサの出力特性（感度係数や零点）にずれが生じていても、このずれを好適に補償することができ、筒内圧センサの検出値に基づいて行う制御（例えば空燃比の制御）の精度を十分に向上できる。

ここで、前記の感度係数および零点の補正の仕方として、例えば以下のものが挙げられる。すなわち、前記内燃機関モデルにおいて気筒内がほぼ大気圧となるタイミング（クランク角など）を特定し、このタイミングでの前記筒内圧センサの検出値によって零点を補正した上で、前記のように推定した気筒内圧力の最高値に基づいて、前記筒内圧センサの感度係数を補正するようにしてもよい。

こうすれば、まず、筒内圧センサの零点を大気圧に対応づけて好適に補正できるとともに、そうして零点を補正した上で当該筒内圧センサの感度係数は、内燃機関の気筒の圧縮による圧力上昇に比例して筒内圧センサの出力が高まるよう、好適に補正することができる。

或いは、所定クランク角毎に筒内圧センサの検出値を記録し、これに基づいて描かれる筒内圧波形（検出筒内圧波形）と、同様に内燃機関モデルによる推定気筒内圧力によって描かれる筒内圧波形（推定筒内圧波形）とを比較して、両者の所定クランク角範囲における傾きが一致するように感度係数を補正するようにしてもよい。

そうして感度係数を補正した上で、前記所定クランク角毎の筒内圧センサの検出値と前記推定筒内圧波形とのズレが最小となるように、例えば最小二乗法によって零点を補正するようにしてもよいし、より簡便には前記二つの筒内圧波形の最高値が一致するように、筒内圧センサの零点を補正するようにしてもよい。

そして、前記のように補正した筒内圧センサによる検出値に基づいて、内燃機関が過渡運転状態にあるときの燃料噴射量などの制御性を向上できる。すなわち、「過渡運転状態」とは、内燃機関の機関負荷や機関回転数などの変化が比較的大きな状態を指し、この状態では吸気系における吸気の流れ場の変化が大きくなるので、気筒内に充填される吸気量の変化も大きくなる。

このため、過渡運転状態では内燃機関モデルを用いて推定演算しても、気筒内の圧力を正確にかつ応答性よく算出することは難しいので、筒内圧センサによる検出値に基づいて燃料噴射量などを制御するものである。換言すれば、前記「過渡運転状態」とは、内燃機関モデルを用いて推定演算しても筒内圧の実際の変化に追随できない程度に、運転状態が大きく（速く）変化している状態である。

なお、過渡運転状態では内燃機関モデルを用いて推定演算した気筒内の圧力や吸気量を、筒内圧センサによる検出値に基づいて補正するようにしてもよい。また、筒内圧センサによる検出値に基づいて決定或いは補正するのは燃料噴射量に限らない。例えば点火時期、バルブタイミング、スロットル開度なども、筒内圧センサによる検出値に基づいて決定或いは補正することができる。

ところで、前記の内燃機関モデルとしては、前述したように少なくとも吸気系および気筒をモデル化したものであればよいが、より好ましいのは、吸気系および気筒のモデルの他に排気系（少なくとも排気弁）のモデルも含む構成とすることである。こうすれば、吸気弁および排気弁のオーバーラップ期間における吸気流の吹き抜けや吹き返しなども考慮して、より正確に気筒内に充填される吸気量や気筒内圧力を推定することができる。

以上、説明したように本発明に係る内燃機関の制御装置によると、定常運転状態において内燃機関モデルを用いて気筒内への吸気量を算出し、この吸気量から推定した筒内圧に基づいて筒内圧センサの感度係数や零点を補正するようにしたので、この筒内圧センサによる検出値に基づいて行う制御（例えば空燃比の制御）の制御性を高めることができ、ひいては内燃機関の出力、ドライバビリティ、エミッション等の改善が図られる。

本発明の実施形態に係る制御装置を適用したエンジンの概略構成を示す図である。 エンジンの制御系を示すブロック図である。 エンジンモデルの概略構成を示す機能ブロック図である。 吸気弁、排気弁およびシリンダのモデルの説明図である。 筒内圧センサの出力特性の一例を示すグラフ図である。 筒内圧センサの出力特性の補正処理の流れを示すフローチャート図である。 同補正処理のイメージ図である。 筒内圧センサの検出値を実測値と対比して示す筒内圧波形の図である。 筒内圧センサの検出値に基づいて算出した吸入吸気量を実測値と対比して示すグラフ図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。この実施形態では、車両に搭載されたガソリンエンジン１（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。

−エンジン−
図１には実施形態に係るエンジン１の概略構成を示す。一例としてエンジン１は直列４気筒エンジンであって、図には１つだけ示すが、４つのシリンダ（気筒）２ａが一列に並んで形成されたシリンダブロック２を備えている。このシリンダブロック２の上部にはシリンダヘッド３が取り付けられ、それぞれのシリンダ２ａには往復動可能にピストン４が嵌挿されて、シリンダヘッド３の下面との間に燃焼室を区画している。

一方、シリンダブロック２の下部はクランクケースとされてクランクシャフト６を収容している。ピストン４の往復動はコネクティングロッド５を介してクランクシャフト６の回転へと変換される。クランクシャフト６にはシグナルロータ１７が取り付けられており、その外周面に形成された複数の歯（突起）１７ａの通過に対応して、例えば電磁ピックアップからなるクランクポジションセンサ３１がパルス状の信号を出力する。

また、クランクシャフト６を下方から覆うように、シリンダブロック２の下部にはオイルパン７が取り付けられている。オイルパン７内に貯留されているオイルは、図示しないが、エンジン１の運転中にオイルポンプによって汲み上げられ、エンジン１の種々の被潤滑部に供給される。また、シリンダブロック２の側壁にはエンジン冷却水の水温（冷却水温）を検出する水温センサ３２が配置されている。

前記シリンダヘッド３には、シリンダ２ａ内に電極部を臨ませて点火プラグ８が配置されている。点火プラグ８は、後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００によって制御されるイグナイタ９から高電圧の供給を受けて火花放電し、シリンダ２ａ内の混合気に点火する。この点火タイミングはシリンダ２ａ毎に例えば圧縮行程の終盤に設定されており、エンジン１の運転状態に応じて制御される。

また、シリンダヘッド３の一側（図１の左側）には、シリンダ２ａ内に吸気を供給するための吸気通路１１（吸気系）が接続され、他側（図１の右側）には既燃ガス（排気）を排出する排気通路１２（排気系）が接続されている。吸気通路１１は、シリンダヘッド３に形成された吸気ポート１１ａと、これに接続された吸気マニホールド１１ｂとを有し、排気通路１２は、同様に排気ポート１２ａと排気マニホールド１２ｂとを有している。

そして、シリンダ２ａ内の燃焼室に臨む吸気ポート１１ａおよび排気ポート１２ａの各開口がそれぞれ吸気弁１３および排気弁１４によって開閉されるようになっている。一例としてエンジン１の動弁系は、吸気弁１３および排気弁１４をそれぞれ駆動する吸気カムシャフト２１および排気カムシャフト２２を備えたＤＯＨＣタイプのものである。これらのカムシャフト２１，２２がクランクシャフト６と同期回転されることにより、吸気弁１３および排気弁１４がシリンダ２ａ毎の好適なタイミングで開閉される。

また、前記吸気通路１１には吸気マニホールド１１ｂよりも吸気の流れの上流側に、サージタンク１１ｃとエアクリーナ１１ｄとが設けられていて、それらの中間には上流側から順にエアフロメータ３３と、吸気温センサ３４（エアフロメータ３３に内蔵）と、スロットル弁１８とが配設されている。エアフロメータ３３は一例として熱線式のもので、吸気の質量流量を検出する。

また、スロットル弁１８はスロットルモータ１９によって駆動される電制スロットルであり、スロットルモータ１９は後述のＥＣＵ２００によって制御される。スロットル弁１８は吸気通路１１を絞って、吸気の流量を調整するものであり、その開度（スロットル開度）はスロットル開度センサ３５によって検出される。さらに、スロットル弁１８の下流側、図の例ではサージタンク１１ｃに、吸気の圧力を検出する吸気圧センサ３６が配設されている。

一方、吸気マニホールド１１ｂよりも下流側の吸気ポート１１ａには、ガソリンなどの燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）１０が配設され、デリバリパイプ１０１を介して燃料供給系１００から燃料を供給されるようになっている。燃料供給系１００は、４つのシリンダ２ａ毎のインジェクタ１０に共通のデリバリパイプ１０１と燃料供給管１０２とを備えており、燃料ポンプ１０３が燃料タンク１０４から汲み上げた燃料を燃料供給管１０２に供給する。

そうしてインジェクタ１０から吸気ポート１１ａに噴射された燃料は、吸気と混じり合いながらシリンダ２ａ内に吸入されて、混合気を形成する。この混合気がシリンダ２ａの圧縮行程におけるピストン４の上昇によって圧縮されることにより、シリンダ２ａ内の圧力（筒内圧Ｐｃ）が上昇する。図示の例では、シリンダ２ａ内に受圧部（燃焼圧の検出部）を臨ませて、筒内圧Ｐｃを検出するための筒内圧センサ３７が配設されている。

そして、圧縮行程の終盤に点火プラグ８によって混合気に点火されると、燃焼が開始するとともに、ピストン４が上死点を越えて下降に転じ（膨張行程）、燃焼圧をクランクシャフト６の回転力へと変換するようになる。その後の排気行程で排気弁１４が開くと、既燃ガス（排気）が排気通路１２に流出して触媒コンバータ１２ｃによって浄化される。この触媒コンバータ１２ｃの上流側には、排気の温度を検出するための排気温センサ３８と、排気中の酸素濃度を検出するためのＯ₂センサ３９とが配設されている。

−ＥＣＵ−
以上のように構成されたエンジン１の運転状態は、ＥＣＵ２００によって制御される。このＥＣＵ２００は、一例を図２に示すように、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３およびバックアップＲＡＭ２０４などを備えている。

ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。ＲＡＭ２０３には、ＣＰＵ２０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等が一時的に記憶される。バックアップＲＡＭ２０４は、例えばエンジン１の停止時に保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３およびバックアップＲＡＭ２０４は、バス２０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース２０５および出力インターフェース２０６と接続されている。入力インターフェース２０５には、前記のクランクポジションセンサ３１、水温センサ３２、エアフロメータ３３、吸気温センサ３４、スロットル開度センサ３５、吸気圧センサ３６、筒内圧センサ３７、排気温センサ３８、Ｏ₂センサ３９の他に、アクセルペダルの踏み込み量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ４０などの各種センサ類が接続されている。

一方、出力インターフェース２０６には、前記のイグナイタ９、インジェクタ１０、スロットルモータ１９、燃料ポンプ１０３などが接続されている。そして、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサからの信号に基づいて、点火プラグ８による点火時期の制御、インジェクタ１０の駆動制御（燃料噴射制御）、スロットル開度の制御等々、エンジン１の種々の制御プログラムを実行する。

−シリンダ内に充填される吸気量の推定−
一例としてＥＣＵ２００は、エンジン１の定常運転状態においてシリンダ２ａ内に充填される吸気量を予測し、この予測した吸気量に基づいて、目標とする空燃比となるようにインジェクタ１０からの燃料の噴射量を決定する。この吸気量の予測は、一例を図３に示すように、エンジン１の吸気の流れを模擬するエンジンモデルＭ１〜Ｍ５（内燃機関モデル）を用いて行われる。

このようなエンジンモデルは一般的に、数値流体力学（Computational Fluid Dynamics：ＣＦＤ）を応用してエンジン１の作動ガスの流れを模擬するもので、それ自体は公知であるから（例えば特開２００４−３４００２２号公報などを参照）詳しい説明は省略する。本実施形態は、図示のように吸気管モデルＭ１、吸気弁モデルＭ２、シリンダモデルＭ３、排気弁モデルＭ４、および排気管モデルＭ５を備えており、それぞれのモデルＭ１〜Ｍ５を構成する離散化された微分方程式や積分方程式の計算がＥＣＵ２００において行われる。

吸気管モデルＭ１は、上流側の吸気通路１１からスロットル弁１８を通過して、その下方に流通する吸気の流れを、公知の流体力学の基礎方程式や気体の状態方程式を用いて模擬するものである。すなわち、吸気管モデルＭ１においては、スロットル弁１８の上流における吸気の圧力、温度、流量などと、スロットル開度に応じて変化する絞りの形状や面積などとに基づいて、スロットル弁１８の下流における吸気の圧力Ｐｍ、温度Ｔｍ、および流量Ｕｍなどが算出される。

なお、スロットル弁１８上流の吸気圧力は大気圧とみなすことができる。吸気温度は吸気温センサ３４からの信号によって与えられ、吸気の流量はエアフロメータ３３からの信号によって与えられる。また、スロットル弁１８よりも下流の吸気の圧力Ｐｍについては、吸気圧センサ３６からの信号によって与えることもできる。

吸気弁モデルＭ２は、図４に示すようにリフトした吸気弁１３の周囲に形成される円環状の通路を流れる吸気の流れを、前記公知の方程式を用いて模擬するものであって、前記の吸気管モデルＭ１から吸気の圧力Ｐｍ、温度Ｔｍおよび流量Ｕｍの情報を取得するとともに、後述するシリンダモデルＭ３からは筒内圧Ｐｃ（推定演算された筒内圧であり、以下、必要に応じて推定筒内圧Ｐｃ_estと呼ぶこともある）、筒内温度Ｔｃなどの情報を取得する。そして、吸気弁１３の開弁から閉弁までに亘って、その周囲を流通する吸気の流量を積算し、シリンダ２ａ内に流入する吸気量ｍｉを計算する。

なお、吸気弁モデルＭ２は、吸気ポート１１ａの吸気圧Ｐｍが筒内圧Ｐｃよりも高くて、吸気がシリンダ２ａ内に流入する順流の場合と、反対に吸気圧Ｐｍが筒内圧Ｐｃよりも低くて、吸気がシリンダ２ａ内から吸気ポート１１ａに吹き返す逆流の場合とで、異なる演算式を使用する。そして、計算される吸気量ｍｉは、前記の順流の場合に正の値をとり、逆流の場合は負の値をとる。

シリンダモデルＭ３は、図４に模式的に示すように、ピストン４の往復動による燃焼室容積の変化やシリンダ壁面を介しての熱伝導量Ｑも含めて、シリンダ２ａ内に充填された吸気の状態を前記公知の方程式を用いて模擬するものである。すなわち、前記の吸気弁モデルＭ２からシリンダ２ａ内に流入する吸気量ｍｉの情報を取得するとともに、後述する排気弁モデルＭ４からは排気系から流入する排気量ｍｅの情報を取得して、筒内圧Ｐｃ（Ｐｃ_est）および筒内温度Ｔｃを算出する。

なお、燃焼室容積は、シリンダ２ａの仕様からクランク角に基づいて計算し、吸気弁１３の周囲を通過してシリンダ２ａ内に流入する吸気の温度は、吸気温度Ｔｍと見なす。同様に、排気弁１４の周囲を通過してシリンダ２ａ内に流入する排気の温度は、後述する排気管モデルＭ５において用いられる排気温度Ｔｅと見なす。また、吸気や排気の比熱比や気体定数は便宜上、同じ値を用いる。

排気弁モデルＭ４は、前記の吸気弁モデルＭ２と同様に排気弁１４の周囲を流れる排気の流れを模擬するものであって、前記のシリンダモデルＭ３から筒内圧Ｐｃ（Ｐｃ_est）、筒内温度Ｔｃなどの情報を取得するとともに、後述する排気管モデルＭ５から排気の圧力Ｐｅ、温度Ｔｅおよび流量Ｕｅの情報を取得する。そして、排気弁１４の開弁から閉弁までに亘ってその周囲を流通する排気の流量を積算し、シリンダ２ａから流出する排気の量ｍｅを計算する。

なお、排気弁モデルＭ４においても吸気弁モデルＭ２と同じく、順流と逆流とで異なる演算式を使用するが、排気がシリンダ２ａ内に流入する逆流の場合にｍｅが正の値をとり、排気がシリンダ２ａ内から排気ポート１２ａに噴出する順流の場合にｍｅが負の値をとる。このように排気弁モデルＭ４を用いることで、吸排気のオーバーラップ期間に生じる吸気の吹き抜けや吹き返しなども再現して、より正確にシリンダ２ａ内に充填される吸気量を推定することができる。

排気管モデルＭ５は、排気通路１２（主に排気ポート１２ａ）を流通する排気の流れを模擬して、排気の圧力Ｐｅ、温度Ｔｅ、および流量Ｕｅなどを得るためのものである。排気圧力Ｐｅは排気流量Ｕｅの関数（公知の関数）として得られ、排気流量Ｕｅは、全てのシリンダ２ａから流出する排気量ｍｅの積算によって得られる。また、排気温度Ｔｅは、排気温センサ３８からの信号によって与えられる。

前述したようなエンジンモデルＭ１〜Ｍ５を用いて、エンジン１の定常運転状態におけるシリンダ２ａ内への吸気量ｍｉを予測し、これに対応してインジェクタ１０からの燃料噴射量を決定することにより、混合気の空燃比を目標値になるよう好適に制御することができる。また、本実施形態では、前記のようにシリンダモデルＭ３によって推定演算した筒内圧Ｐｃ（Ｐｃ_est）を用いて、以下に説明するように筒内圧センサ３７の出力特性を補正する。

−筒内圧センサの出力特性の補正−
本実施形態では、前述したようにエンジン１の定常運転状態において、エンジンモデルＭ１〜Ｍ５によりシリンダ２ａ内への吸気量を予測し、これに基づいて燃料噴射量を決定するようにしている。一方、例えば加速や減速などの過渡運転状態においては吸気の流れ場の変化が速くなるので、エンジンモデルＭ１〜Ｍ５によって吸気量を正確にかつ応答性よく推定することは難しい。そこで、筒内圧センサ３７による検出値からシリンダ２ａ内への実際の吸気量を算出して、燃料噴射量などを補正することになる。

しかしながら、筒内圧センサ３７は、その先端の受圧部（燃焼圧の検出部）がシリンダ２ａ内の燃焼室に臨んで直接、火炎に曝されるため、デポジットの付着や熱劣化などの影響によってその出力特性、即ち感度係数（ゲイン）や零点が変化してしまう。すなわち、図５に一例を示すように筒内圧センサ３７の出力は概ね筒内圧Ｐｃに比例するが、デポジットの付着などによって例えば破線で示すように感度係数（グラフの傾き）が低下することがあり、また、一点鎖線で示すように零点が変化する（Ｒ→Ｒ’）こともある。

このように筒内圧センサ３７の出力特性が変化してしまうと、それによる筒内圧Ｐｃの検出値Ｐｃ_det（以下、必要に応じて筒内圧Ｐｃ_detと呼ぶこともある）に基づいて補正をしても、却って燃料噴射量が不正確なものになってしまい、空燃比がリッチまたはリーンにずれることがある。そこで、本実施形態では、定常運転状態において前記のエンジンモデルＭ１〜Ｍ５を用いて推定演算した筒内圧Ｐｃ、即ち推定筒内圧Ｐｃ_estに基づいて、筒内圧センサ３７の感度係数および零点を補正するようにしている。

以下、図６のフローチャートを参照して、エンジン１の運転中にＥＣＵ２００において行われる前記補正処理の流れを説明する。この補正処理のルーチンは、一例としてエンジン１の運転中に所定条件が成立している場合に、一定の時間間隔で繰り返し実行される。

まず、スタート後のステップＳ１０１では、エンジン１が定常運転状態にあるか否か判定する（定常運転か？）。すなわち、ＲＡＭ２０３に記憶されている負荷率ＫＬおよびエンジン回転数ＮＥのデータを読み込み、その両方の変化量がそれぞれ予め設定した閾値よりも小さな状態が、予め設定したサイクル数、継続しているか否か判定する。

なお、エンジン回転数ＮＥはクランクポジションセンサ３１からの信号に基づいて計算され、負荷率ＫＬは、エアフロメータ３３からの信号に基づいて計算された吸気量とエンジン回転数ＮＥとから計算されて、それぞれ所定数の燃焼サイクルに亘るデータとしてＲＡＭ２０３に記憶されている。

そして、エンジン１が定常運転状態にないと否定判定（ＮＯ）すれば、後述のステップＳ１０８に進む一方、定常運転状態にあると肯定判定（ＹＥＳ）すればステップＳ１０２に進む。定常運転状態においては吸気の流れ場の変化が小さく、シリンダ２ａ内に充填される吸気量の変化も小さくなるので、前述したエンジンモデルＭ１〜Ｍ５を用いて筒内圧Ｐｃを正確に推定することができる。

ステップＳ１０２では、補正制御を前回、実行してから所定の期間が経過したか否か判定する。この期間としては、例えば、筒内圧センサ３７の受圧部にある程度の量のデポジットが付着すると推定される時間を予め実験・シミュレーションなどにより設定しておけばよい。また、より負荷や回転数の高い運転状態においてデポジットが多くなることを考慮し、運転履歴に基づいて前記の時間を変更するようにしてもよい。

そして、前回の補正から所定期間が経過していなければ（否定判定：ＮＯ）リターンする一方、所定期間が経過していて肯定判定（ＹＥＳ）になればステップＳ１０３に進む。ここでは、エンジンモデルＭ１〜Ｍ５を用いて所定のクランク角範囲における筒内圧Ｐｃを、所定のクランク角（例えばクランクポジションセンサ３１がパルス信号を発する１０〜３０°ＣＡ）毎に推定演算し、ＲＡＭ２０３の所定メモリ領域に記憶する。

つまり、所定のクランク角範囲における筒内圧Ｐｃ（Ｐｃ_est）が、図７に実線のグラフで示すような筒内圧波形を描き得る程度に算出される。なお、前記のメモリ領域は、前記の所定クランク角範囲に亘る前記所定クランク角毎の筒内圧Ｐｃを、予め設定したサイクル数、記憶できるだけの容量を確保したものであり、時系列に記憶していった筒内圧Ｐｃのデータが前記のサイクル数に達して記憶容量を超えると、最も古いデータから順に上書きしてゆく。

そして、続くステップＳ１０４において、筒内圧センサ３７の感度係数および零点を補正する。一例としては前記のメモリ領域に記憶されている推定筒内圧Ｐｃ_estが概ね零（大気圧）となるタイミング（例えば圧縮行程の初期の所定クランク角）を特定し、このタイミングにおける筒内圧センサ３７の検出値Ｐｃ_detによって零点を補正する。つまり、検出値Ｐｃ_detが概ね零（大気圧）となるように零点を補正するのである。

すなわち、筒内圧センサ３７の検出値Ｐｃ_detによって描き得る筒内圧波形が、図７に一点鎖線で示すようになるとすれば、前記のように零点を補正することによって筒内圧波形が全体に下方に移動し、図７に二点鎖線で示すようなものとなる。そこで、この補正後の筒内圧波形（二点鎖線）の最高値（矢印Ｔで指し示す）が推定筒内圧Ｐｃ_estの筒内圧波形（実線）の最高値とほぼ同じになるように、感度係数を補正する。

こうすれば、図７に二点鎖線で示す筒内圧波形のピークが下がって、実線で示す推定筒内圧Ｐｃ_estの波形に近づくことになる。つまり、まず筒内圧センサ３７の出力の零点を大気圧に合わせるように補正した上で、その感度係数を補正することにより、シリンダ２ａの圧縮行程における筒内圧の上昇に比例して筒内圧センサ３７による検出値Ｐｃ_detが高くなるよう、好適に補正することができる。

続いてステップＳ１０５では、前記のように補正した感度係数および零点の少なくとも一方が前回、補正した感度係数および零点に比べて所定以上、大きく変化しているかどうか判定する。すなわち、感度係数および零点のそれぞれについて増大または減少量の絶対値を予め設定した閾値と比較し、少なくとも一方の変化量（絶対値）が閾値を越えた場合は、否定判定（ＮＯ）してステップＳ１０６に進み、筒内圧センサ３７の故障と判定して制御終了となる（ｅｎｄ）。

一方、前記のステップＳ１０５において、感度係数および零点の変化量がいずれも閾値以下で肯定判定（ＹＥＳ）した場合は、ステップＳ１０７に進んで前記のステップＳ１０１と同様に、負荷率ＫＬおよびエンジン回転数ＮＥの変化率が予め設定した閾値（ステップＳ１０１の閾値と同じか、それ以上の値）よりも大きな状態か否か判定する（過渡運転か？）。

この過渡運転状態か否かの判定が否定判定（ＮＯ）であればリターンする一方、例えばアクセルペダルの踏み込みに応じて負荷率ＫＬが増大し、エンジン１が過渡運転状態になれば、前記ステップＳ１０７において肯定判定（ＹＥＳ）してステップＳ１０８に進む。そして、筒内圧センサ３７の出力する信号からシリンダ２ａ内に充填される吸気量の変化量（加速時であれば増加量）を算出し、これに応じて燃料噴射量を補正（吸気量に見合うよう増量）した後に、リターンする。

以上、説明した補正処理のルーチンは、ＥＣＵ２００のＣＰＵ２０１がＲＯＭ２０２に記憶された所定の制御プログラムを実行することによって実現される。すなわち、本実施形態においては主にＥＣＵ２００によって、エンジン１が定常運転状態にあるときにエンジンモデルＭ１〜Ｍ５を用いて筒内圧を推定演算し、この推定値に基づいて筒内圧センサ３７の感度係数および零点を補正する制御装置が構成されている。

したがって、本実施形態に係る制御装置によれば、エンジン１の定常運転状態において、エンジンモデルＭ１〜Ｍ５を用いてシリンダ２ａ内への吸気量を予測し、これに基づいて燃料噴射量を好適に制御できるとともに、その吸気量から推定した筒内圧Ｐｃ（Ｐｃ_est）と筒内圧センサ３７による検出値Ｐｃ_detとを比較して、当該筒内圧センサ３７の出力特性を好適に補正することができる。

図８は、この実施形態のエンジン１の定常運転状態（一例として高負荷低回転の状態）において、筒内圧センサ３７の検出値Ｐｃ_detによる筒内圧波形を、校正済みの実験装置による実測値Ｐｃの筒内圧波形と対比して示す。この図に一点鎖線で示すように補正前の波形は実測値から大きくずれているが、前述のように感度係数および零点を補正した後の検出値Ｐｃ_detによる筒内圧波形（破線で示す）は概ね実測値の波形と同じものになっている。

また、図９は、前記のように補正した筒内圧センサ３７の検出値Ｐｃ_detに基づいて算出した吸気量（吸入吸気量）を実測値に基づいて算出したものと対比したグラフ図である。左右に並ぶ３つのグラフの中央に示すように、補正前の検出値Ｐｃ_detに基づいて算出した吸気量は実測値から比較的大きくずれている（図の例では１１％多い）が、補正後の検出値Ｐｃ_detに基づいて算出した吸気量の実測値からのずれは、図の例では２．７％と十分に小さくなっている。

つまり、本実施形態の補正処理によって、デポジットの付着や熱劣化などの影響による筒内圧センサ３７の出力特性のずれを実質、解消できることが分かった。これにより、エンジン１の過渡運転状態において筒内圧センサ３７による検出値Ｐｃ_detに基づいて、燃料噴射量などを補正することにより空燃比の制御性が向上し、ひいてはエンジン１の出力、ドライバビリティ、エミッション等の改善が図られる。

−他の実施形態−
なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の変形例を包含している。例えば前記実施形態では、エンジンモデルＭ１〜Ｍ５を用いて推定演算した筒内圧Ｐｃ_estに基づいて、筒内圧センサ３７の感度係数および零点を補正するようにしているが、それらの一方のみを補正するようにしてもよい。

また、感度係数および零点を補正する場合でも、前記実施形態のように零点を補正した上で感度係数を補正する必要もない。例えば、所定クランク角毎に筒内圧センサ３７による検出値Ｐｃ_detを記録し、図７に一点鎖線で示すように描かれる筒内圧波形（検出筒内圧波形）と、同図に実線で示すように描かれる推定筒内圧Ｐｃ_estの波形（推定筒内圧波形）とを比較して、両者の所定クランク角範囲における傾きが一致するように感度係数を補正するようにしてもよい。

さらに、前記筒内圧センサの検出値Ｐｃ_detと推定筒内圧波形とのズレが最小となるように、例えば最小二乗法によって零点を補正するようにしてもよいし、より簡便には前記二つの筒内圧波形の最高値が一致するように零点を補正するようにしてもよい。

また、筒内圧Ｐｃの推定に用いるエンジンモデルについても、前記実施形態のように吸気管モデルＭ１から排気管モデルＭ５までを備えるものに限定されず、例えば吸気管モデルＭ１からシリンダモデルＭ３までを備えるエンジンモデルであってもよい。

また、前記実施形態のようにエンジン１の過渡運転状態において、筒内圧センサ３７による検出値Ｐｃ_detに基づいて燃料噴射量を補正することにも限定されず、例えば点火時期、バルブタイミング、スロットル開度などを補正するようにしてもよい。

さらにまた、前記実施形態では一例として４つのシリンダ２ａを備えた四気筒ガソリンエンジン１に本発明を適用した場合について述べたが、本発明に係る制御装置は、単気筒もしくは四気筒を除く複数気筒の内燃機関に適用可能であり、ガソリンエンジンにも限定されず、例えばディーゼルエンジンなどにも適用可能である。

本発明によると、筒内圧センサの検出精度を向上させることで、空燃比など内燃機関の制御の精度を高めることができるので、例えば車両に搭載される内燃機関に適用して有益である。

１ エンジン（内燃機関）
２ａ シリンダ（気筒）
１１ 吸気通路（吸気系）
１２ 排気通路（排気系）
３７ 筒内圧センサ
２００ ＥＣＵ（制御装置）
Ｍ１〜Ｍ５ エンジンモデル（内燃機関モデル）

Claims (1)

1. 気筒内の圧力を検出する筒内圧センサを備え、この筒内圧センサによる検出値に基づいて内燃機関の制御を行う制御装置であって、
   内燃機関が定常運転状態にあるときに、少なくとも吸気系および気筒をモデル化した内燃機関モデルを用いて、前記気筒内の圧力を推定演算し、
   この気筒内圧力の推定値に基づいて、前記筒内圧センサの感度係数および零点の少なくとも一方を補正する構成としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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