JP4269931B2 - In-cylinder pressure measuring device and in-cylinder pressure measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の筒内圧力を測定するための筒内圧測定装置および筒内圧測定方法に関する。 The present invention relates to an in-cylinder pressure measuring device and an in-cylinder pressure measuring method for measuring an in-cylinder pressure of an internal combustion engine.
従来から、各種内燃機関では、筒内圧センサを用いて燃焼室内の燃焼圧力すなわち筒内圧力が検出されており、かかる筒内圧力は、燃料噴射量や点火時期等を設定する際のパラメータとして用いられる。この場合、筒内圧力を検出するための筒内圧センサとしては、一般に、筒内圧力を大気圧に対する相対値として出力するものが用いられる。このため、大気圧の変動を考慮して、筒内圧力が大気圧に近い値をとると推定される所定のクランク角度域にて検出された筒内圧力と吸気管内の絶対圧との差圧を算出し、検出された筒内圧力を当該差圧分だけ補正して最終的な筒内圧力の測定値を得る技術も知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, in various internal combustion engines, the in-cylinder pressure sensor is used to detect the combustion pressure in the combustion chamber, that is, the in-cylinder pressure, and this in-cylinder pressure is used as a parameter for setting the fuel injection amount, the ignition timing, and the like. It is done. In this case, as the in-cylinder pressure sensor for detecting the in-cylinder pressure, a sensor that outputs the in-cylinder pressure as a relative value with respect to the atmospheric pressure is generally used. For this reason, taking into account fluctuations in the atmospheric pressure, the differential pressure between the in-cylinder pressure detected in a predetermined crank angle range in which the in-cylinder pressure is estimated to be close to the atmospheric pressure and the absolute pressure in the intake pipe There is also known a technique for obtaining a final measured value of the in-cylinder pressure by correcting the detected in-cylinder pressure by the differential pressure (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上述のような従来の手法によって得られた筒内圧力の測定値を用いても、運転条件によっては、適切な内燃機関の制御が実行されないこともあった。これは、予め推定されたクランク角度域において筒内圧力が大気圧に近い値をとっていないことに起因すると考えられる。 However, even when the measured value of the in-cylinder pressure obtained by the conventional method as described above is used, appropriate control of the internal combustion engine may not be executed depending on the operating conditions. This is considered to be caused by the fact that the in-cylinder pressure does not take a value close to atmospheric pressure in the crank angle region estimated in advance.
そこで、本発明は、筒内圧検出手段の検出値を適正に処理して、実際の筒内圧力を精度よく測定可能とする筒内圧測定装置および筒内圧測定方法の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an in-cylinder pressure measuring apparatus and an in-cylinder pressure measuring method that can appropriately measure the detected value of the in-cylinder pressure detecting means and accurately measure the actual in-cylinder pressure.
本発明の筒内圧測定装置は、内燃機関の筒内圧力を測定するための筒内圧測定装置において、内燃機関の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、内燃機関の吸気系統における吸入空気の絶対圧力を検出する吸気圧検出手段と、内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、回転数検出手段によって検出された回転数に基づいて、筒内圧力と吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致する基準時を定め、吸気圧検出手段によって基準時に検出された吸入空気の絶対圧力を基準圧力として設定する基準圧力設定手段とを備え、基準圧力設定手段によって定められた基準圧力と、筒内圧検出手段の検出値とに基づいて筒内圧力の測定値を得ることを特徴とする。 An in-cylinder pressure measuring device according to the present invention is an in-cylinder pressure measuring device for measuring an in-cylinder pressure of an internal combustion engine, an in-cylinder pressure detecting means for detecting the in-cylinder pressure of the internal combustion engine, and intake air in an intake system of the internal combustion engine. Intake pressure detection means for detecting absolute pressure, rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the internal combustion engine, and in-cylinder pressure and pressure of intake air in the intake system based on the rotation speed detected by the rotation speed detection means And a reference pressure setting means for setting the absolute pressure of the intake air detected at the reference time by the intake pressure detection means as a reference pressure, and a reference pressure determined by the reference pressure setting means The measured value of the in-cylinder pressure is obtained based on the detected value of the in-cylinder pressure detecting means.
この筒内圧測定装置は、筒内圧力と吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致する基準時(吸気下死点近傍)に検出された吸入空気の絶対圧力を基準圧力として設定し、この基準圧力と、筒内圧検出手段の検出値とに基づいて筒内圧力の測定値を得るものである。ここで、本発明者が鋭意研究を行った結果、筒内圧力と吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミングである基準時は、吸気脈動等の影響により内燃機関の回転数の変化に応じて変動することが判明した。なお、ここでいう「概ね一致」とは、筒内圧力と吸気系統における吸入空気の圧力とが完全に一致してはいないが、両者の差が所定範囲内にある場合をも含む。 This in-cylinder pressure measuring device sets the absolute pressure of the intake air detected at the reference time (near intake bottom dead center) where the in-cylinder pressure and the intake air pressure in the intake system substantially match as the reference pressure. A measured value of the in-cylinder pressure is obtained based on the pressure and the detected value of the in-cylinder pressure detecting means. Here, as a result of intensive studies by the inventor, the reference time, which is the timing at which the in-cylinder pressure and the intake air pressure in the intake system substantially coincide, changes in the rotational speed of the internal combustion engine due to the influence of intake pulsation and the like. It turns out that it fluctuates according to. Here, “substantially coincidence” includes a case where the in-cylinder pressure and the intake air pressure in the intake system do not completely coincide, but the difference between the two is within a predetermined range.
これを踏まえて、この筒内圧測定装置では、回転数検出手段によって検出された回転数に基づいて上記基準時が定められ、吸気圧検出手段によって基準時に検出された吸入空気の絶対圧力が基準圧力として随時設定されていく。これにより、筒内圧力の測定値を得るための基準圧力が内燃機関の運転状態に応じて随時更新されていくことになるので、筒内圧検出手段の検出値を適正に処理して、実際の筒内圧力を精度よく測定することが可能となる。 Based on this, in this in-cylinder pressure measuring device, the reference time is determined based on the rotation speed detected by the rotation speed detection means, and the absolute pressure of the intake air detected at the reference time by the intake pressure detection means is the reference pressure. As will be set from time to time. As a result, the reference pressure for obtaining the measured value of the in-cylinder pressure is updated at any time according to the operating state of the internal combustion engine. It is possible to accurately measure the in-cylinder pressure.
本発明による筒内圧測定方法は、筒内圧力を検出する筒内圧検出手段を備えた内燃機関の筒内圧測定方法において、内燃機関の回転数に基づいて、筒内圧力と内燃機関の吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致する基準時を定め、基準時に検出された吸気系統における吸入空気の絶対圧力を基準圧力として設定し、この基準圧力と、筒内圧検出手段の検出値とに基づいて筒内圧力の測定値を得ることを特徴とする。 An in-cylinder pressure measuring method according to the present invention is an in-cylinder pressure measuring method for an internal combustion engine provided with an in-cylinder pressure detecting means for detecting an in-cylinder pressure. The reference time is set so that the pressure of the intake air substantially matches, and the absolute pressure of the intake air in the intake system detected at the reference time is set as the reference pressure. Based on this reference pressure and the detected value of the in-cylinder pressure detecting means A measured value of in-cylinder pressure is obtained.
本発明によれば、筒内圧検出手段の検出値を適正に処理して、実際の筒内圧力を精度よく測定可能とする筒内圧測定装置および筒内圧測定方法の実現が可能となる。 According to the present invention, it is possible to realize an in-cylinder pressure measuring apparatus and an in-cylinder pressure measuring method that can appropriately measure the detected value of the in-cylinder pressure detecting means and accurately measure the actual in-cylinder pressure.
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明によるクランク角センサの補正装置を備えた内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関1は、シリンダブロック2に形成された燃焼室3の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室3内でピストン4を往復移動させることにより動力を発生するものである。なお、図1には1気筒のみが示されるが、内燃機関1は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関1は、例えば4気筒エンジンとして構成される。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine provided with a crank angle sensor correction device according to the present invention. The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 generates power by burning a fuel / air mixture in a combustion chamber 3 formed in a cylinder block 2 and reciprocating a piston 4 in the combustion chamber 3. Is. Although only one cylinder is shown in FIG. 1, the internal combustion engine 1 is preferably configured as a multi-cylinder engine, and the internal combustion engine 1 of the present embodiment is configured as a four-cylinder engine, for example.
各燃焼室3の吸気ポートは、吸気管(吸気マニホールド)5にそれぞれ接続され、各燃焼室3の排気ポートは、排気管(排気マニホールド)6にそれぞれ接続されている。また、内燃機関1のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Viと、排気ポートを開閉する排気弁Veとが燃焼室3ごとに配設されている。各吸気弁Viおよび各排気弁Veは、例えば、可変バルブタイミング機能を有する動弁機構(図示省略)によって開閉させられる。更に、内燃機関1は、気筒数に応じた数の点火プラグ7を有し、点火プラグ7は、対応する燃焼室3内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。 The intake port of each combustion chamber 3 is connected to an intake pipe (intake manifold) 5, and the exhaust port of each combustion chamber 3 is connected to an exhaust pipe (exhaust manifold) 6. In addition, an intake valve Vi that opens and closes an intake port and an exhaust valve Ve that opens and closes an exhaust port are provided for each combustion chamber 3 in the cylinder head of the internal combustion engine 1. Each intake valve Vi and each exhaust valve Ve are opened and closed by, for example, a valve operating mechanism (not shown) having a variable valve timing function. Further, the internal combustion engine 1 has a number of spark plugs 7 corresponding to the number of cylinders, and the spark plugs 7 are disposed in the cylinder heads so as to face the corresponding combustion chambers 3.
吸気管5(吸気マニホールド)は、図1に示されるように、サージタンク8に接続されている。サージタンク8には、給気ラインL1が接続されており、給気ラインL1は、エアクリーナ9を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気ラインL1の中途(サージタンク8とエアクリーナ9との間)には、スロットルバルブ(本実施形態では、電子スロットルバルブ)10が組み込まれている。これらの吸気管5、サージタンク8、エアクリーナ9、スロットルバルブ10および給気ラインL1は、内燃機関1の給気系統を構成する。一方、排気管6には、図1に示されるように、三元触媒を含む前段触媒装置11aおよびNOx吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置11bが接続されている。
The intake pipe 5 (intake manifold) is connected to a surge tank 8 as shown in FIG. An air supply line L1 is connected to the surge tank 8, and the air supply line L1 is connected to an air intake port (not shown) via an air cleaner 9. A throttle valve (in this embodiment, an electronic throttle valve) 10 is incorporated in the middle of the air supply line L1 (between the surge tank 8 and the air cleaner 9). These intake pipe 5, surge tank 8, air cleaner 9,
更に、内燃機関1は複数のインジェクタ12を有し、インジェクタ12は、対応する燃焼室3内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。また、内燃機関1の各ピストン4は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には、凹部4aが形成されている。そして、内燃機関1では、各燃焼室3内に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ12から各燃焼室3内のピストン4の凹部4aに向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。これにより、内燃機関1では、点火プラグ7の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成(成層化)されるので、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。なお、本実施形態の内燃機関1は、いわゆる直噴エンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明が吸気管(吸気ポート)噴射式の内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。
Further, the internal combustion engine 1 has a plurality of
上述の各点火プラグ7、スロットルバルブ10、各インジェクタ12および動弁機構等は、内燃機関1の制御装置として機能するECU20に電気的に接続されている。ECU20は、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。ECU20には、各種センサが電気的に接続されており、ECU20は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ7、スロットルバルブ10、インジェクタ12、動弁機構等を制御する。
Each of the spark plugs 7, the
図1に示されるように、ECU20に接続されるセンサ類には、クランク角センサ(クランク角センサ)14が含まれる。クランク角センサ14は、クランクシャフトに固定されるロータプレート(シグナルプレート)等を含む磁気センサまたは光電式センサ等であり、クランクシャフトの回転角度を示すパルス信号をECU20に与える。ECU20は、クランク角センサ14からの信号に基づいて内燃機関1(クランクシャフト)の回転数を求め、各種制御に利用する。
As shown in FIG. 1, the sensors connected to the
また、内燃機関1は、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバセンサ等を含む筒内圧センサ(筒内圧検出手段)15を気筒数に応じた数だけ有しており、各筒内圧センサ15は、対応する燃焼室3内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されている。各筒内圧センサ15は、燃焼室3内でその受圧面に加わる圧力(筒内圧力)を大気圧に対する相対値として出力するものであり、筒内圧力に応じた電圧信号(交流信号)をECU20に与える。
Further, the internal combustion engine 1 has in-cylinder pressure sensors (in-cylinder pressure detecting means) 15 including a semiconductor element, a piezoelectric element, an optical fiber sensor, or the like corresponding to the number of cylinders. The cylinder head is disposed so that the pressure-receiving surface faces the combustion chamber 3. Each in-cylinder pressure sensor 15 outputs a pressure (in-cylinder pressure) applied to the pressure receiving surface in the combustion chamber 3 as a relative value with respect to the atmospheric pressure, and a voltage signal (AC signal) corresponding to the in-cylinder pressure is transmitted to the
更に、内燃機関1は、サージタンク8内の吸入空気の圧力(吸気圧)を絶対圧力として検出する吸気圧センサ16を有している。吸気圧センサ16は、ECU20に電気的に接続されており、検出したサージタンク8内の吸入空気の絶対圧力を示す信号をECU20に与える。なお、クランク角センサ14、各筒内圧センサ15および吸気圧センサ16の検出値は、微小時間おきにECU20に順次与えられ、ECU20の所定の記憶領域(バッファ)に所定量ずつ格納保持される。
Furthermore, the internal combustion engine 1 has an
さて、各筒内圧センサ15から信号を受け取ったECU20は、各筒内圧センサ15からの信号を適切に処理して各燃焼室3における正確な筒内圧力を求め(測定し)、求めた筒内圧力を内燃機関1の制御に用いる。筒内圧力の測定に際して、ECU20は、一般に吸気下死点近傍において各燃焼室3における筒内圧力とサージタンク8内の吸入空気の圧力(吸気圧)とが概ね一致することを踏まえて、筒内圧力とサージタンク8内の吸入空気の圧力(吸気圧)とが一致する基準時に吸気圧センサ16によって検出された吸入空気の絶対圧力を基準圧力として設定する。そして、ECU20は、筒内圧力の測定値を、当該基準圧力と各筒内圧センサ15の検出値とにより補正して出力する。ここで、筒内圧力の実際の検出値をPcycとし、上記基準圧力をPimとすると、ECU20は、まず、補正値を、「補正値=Pcyc−Pim」として求めた上で、筒内圧力の測定値(真値)を、「筒内圧力の測定値=Pcyc+補正値」として出力する。
The
ここで、本発明者が鋭意研究を行った結果、図2に示されるように、筒内圧力とサージタンク8内の吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミングである基準時(図2における○印参照)は、吸気脈動等の影響により、内燃機関1の回転数が増加するにつれて遅れていき、図3に示されるように、内燃機関1の回転数が基準回転数N0である場合に筒内圧力と吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミングからの位相遅れ量λは、内燃機関1の回転数に対して概ね比例して増加することが判明した。なお、図2は、各回転数時(600〜3600rpm)の筒内圧力の波形を上記基準時の変動がわかり易くなるように並べて示したものである。 Here, as a result of intensive research conducted by the present inventor, as shown in FIG. 2, the reference time (◯ in FIG. 2) is the timing at which the in-cylinder pressure and the pressure of the intake air in the surge tank 8 substantially coincide. (See the symbol) is delayed as the rotational speed of the internal combustion engine 1 increases due to the influence of intake pulsation or the like, and when the rotational speed of the internal combustion engine 1 is the reference rotational speed N 0 as shown in FIG. It has been found that the phase lag amount λ from the timing at which the in-cylinder pressure and the intake air pressure substantially coincide increases in proportion to the rotational speed of the internal combustion engine 1. FIG. 2 shows the in-cylinder pressure waveform at each rotation speed (600 to 3600 rpm) side by side so that the fluctuation at the reference time can be easily understood.
このような研究結果を踏まえて、内燃機関1では、図4に示される手順に従って、クランク角センサ14の検出値から求められる内燃機関1の回転数に基づいて上述の基準時(その時のクランク角)が定められ、吸気圧センサ16によって基準時に検出された吸入空気の絶対圧力が基準圧力として随時設定されていく。
Based on such research results, the internal combustion engine 1 follows the above-described reference time (the crank angle at that time) based on the rotational speed of the internal combustion engine 1 obtained from the detected value of the
図4の基準圧力の設定処理は、ECU20により、所定時間おきに実行される。この場合、ECU20は、基準圧力を設定するタイミングになると、まず、クランク角センサ14の検出値に基づいて、内燃機関1の回転数を取得する(S10)。その後、ECU20は、所定のマップまたは関数式を用いて、S10にて取得した回転数に対応する位相遅れ量λを設定する(S12)。S12にて用いられるマップまたは関数式は、内燃機関1の回転数と、回転数が基準回転数N0である場合に筒内圧力と吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミングからの位相遅れ量λとの関係(図3参照)を規定するように予め作成されており、ECU20の記憶装置に記憶されている。なお、S12にて用いられるマップまたは関数式を作成するに際しては、内燃機関1の吸気弁Viや排気弁Veの開閉タイミングやリフト量、更には内燃機関1における背圧を考慮すると好ましい。
The reference pressure setting process in FIG. 4 is executed by the
更に、ECU20は、S12にて設定した位相遅れ量λと、基準回転数N0のもとで筒内圧力と吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミング(その時のクランク角)とから、S10にて取得した回転数に対応する基準時、すなわち、S10にて取得された回転数のもとで筒内圧力とサージタンク8内の吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミング(その時のクランク角)を設定する(S14)。このようにして、回転数に対応した基準時を設定すると、ECU20は、所定の記憶領域から、S10の処理の実行時に最も近い当該基準時に吸気圧センサ16によって検出された吸入空気の絶対圧力を読み出し、その値を基準圧力として設定する(S16)。
Further,
上述のS10〜S16の処理は、ECU20により、所定時間おきに繰り返し実行される。これにより、内燃機関1では、筒内圧力の測定値を得るための基準圧力が内燃機関1の運転状態に応じて随時更新されていくことになる。そして、ECU20は、このように順次更新される基準圧力と、各筒内圧センサ15の検出値とに基づいて筒内圧力の測定値を得る。従って、内燃機関1では、各筒内圧センサ15の検出値が適正に処理され、実際の筒内圧力が精度よく測定されることになる。
The processes of S10 to S16 described above are repeatedly executed by the
1 内燃機関
2 シリンダブロック
3 燃焼室
4 ピストン
5 吸気管
6 排気管
7 点火プラグ
8 サージタンク
9 エアクリーナ
10 スロットルバルブ
11a,11b 触媒装置
12 インジェクタ
14 クランク角センサ
15 筒内圧センサ
Ve 排気弁
Vi 吸気弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2 Cylinder block 3 Combustion chamber 4 Piston 5
Claims (2)
前記内燃機関の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
前記内燃機関の吸気系統における吸入空気の絶対圧力を検出する吸気圧検出手段と、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記内燃機関の回転数が基準回転数である場合の前記筒内圧力と前記吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミングに対する、前記回転数検出手段によって検出された回転数に対応する前記筒内圧力と前記吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミングの位相遅れ量を決定する手段と、
決定した前記位相遅れ量に基づいて、筒内圧力と前記吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致する基準時を定め、前記吸気圧検出手段によって前記基準時に検出された吸入空気の絶対圧力を基準圧力として設定する基準圧力設定手段とを備え、
前記基準圧力設定手段によって定められた前記基準圧力と、前記筒内圧検出手段の検出値とに基づいて筒内圧力の測定値を得ることを特徴とする筒内圧測定装置。 In the cylinder pressure measuring device for measuring the cylinder pressure of the internal combustion engine,
In-cylinder pressure detecting means for detecting the in-cylinder pressure of the internal combustion engine;
Intake pressure detection means for detecting the absolute pressure of intake air in the intake system of the internal combustion engine;
A rotational speed detection means for detecting the rotational speed of the internal combustion engine;
The in-cylinder pressure corresponding to the rotation speed detected by the rotation speed detection means with respect to the timing at which the in-cylinder pressure and the intake air pressure substantially coincide with each other when the rotation speed of the internal combustion engine is a reference rotation speed Means for determining a phase lag amount at a timing at which the pressure of the intake air substantially coincides ;
Based on the determined phase delay amount, a reference time in which the in-cylinder pressure and the intake air pressure in the intake system substantially coincide with each other is determined, and the absolute pressure of the intake air detected by the intake pressure detection means at the reference time is determined. A reference pressure setting means for setting as a reference pressure,
An in-cylinder pressure measuring device that obtains a measured value of in-cylinder pressure based on the reference pressure determined by the reference pressure setting unit and a detected value of the in-cylinder pressure detecting unit.
前記内燃機関の回転数を検出し、
前記内燃機関の回転数が基準回転数である場合の前記筒内圧力と前記吸入空気の絶対圧力とが概ね一致するタイミングに対する、検出された前記回転数に対応する前記筒内圧力と前記吸入空気の絶対圧力とが概ね一致するタイミングの位相遅れ量を決定し、
設定した前記位相遅れ量に基づいて、筒内圧力と前記内燃機関の吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致する基準時を定め、前記基準時に検出された前記吸気系統における吸入空気の絶対圧力を基準圧力として設定し、この基準圧力と、前記筒内圧検出手段の検出値とに基づいて筒内圧力の測定値を得ることを特徴とする筒内圧測定方法。 In the in-cylinder pressure measuring method of the internal combustion engine provided with the in-cylinder pressure detecting means for detecting the in-cylinder pressure,
Detecting the rotational speed of the internal combustion engine;
The in-cylinder pressure and the intake air corresponding to the detected rotation speed with respect to the timing at which the in-cylinder pressure and the absolute pressure of the intake air substantially coincide with each other when the rotation speed of the internal combustion engine is a reference rotation speed Determine the amount of phase lag at the timing when the absolute pressure of
Based on the set phase delay amount, a reference time at which the in-cylinder pressure and the intake air pressure in the intake system of the internal combustion engine substantially coincide with each other is determined, and the absolute pressure of the intake air in the intake system detected at the reference time Is set as a reference pressure, and a measured value of the in-cylinder pressure is obtained based on the reference pressure and the detected value of the in-cylinder pressure detecting means.
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