JP4552898B2 - 筒内圧センサの異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の筒内圧力を検出する筒内圧センサについてその異常の有無を判定する筒内圧センサの異常判定装置に関する。

エンジン（内燃機関）は、混合気を燃焼室内で燃やし、その圧力によってピストンを下降させて仕事をするため、燃焼圧力は、燃焼状態を直接的に示すパラメータとなる。そして、燃焼状態を把握することができれば、例えば燃料噴射量や燃焼温度の推定、さらにはノッキング検出、燃焼圧のピーク位置検出、失火検出などが可能となる。このため、燃焼圧力は、燃料噴射時期や空燃比の制御をはじめとする各種のエンジン制御に用いられている。

燃焼圧力を検出する方法としては、一般に、シリンダ（気筒）に対して筒内圧センサを設け、この筒内圧センサの出力値に基づいてエンジンの筒内圧力、ひいては燃焼時の筒内圧力（燃焼圧力）を検出する方法が実用化されている。しかしながら、筒内圧センサの出力として必ずしも常に適正な値が得られるというわけではない。例えば温度変化等の外的要因により出力信号にドリフトが発生して、センサ値に不要なオフセット（バイアス）が乗っかったり、あるいは、センサ自体の特性ばらつき（製作公差等に起因）や経年変化により、ゲイン（センシング感度係数）に誤差が生じたりする。そこで従来、例えば特許文献１に記載の技術のように、ゲインおよびオフセットを算出して上記誤差を補償する方法などが提案されている。

具体的には、特許文献１に記載の装置では、圧縮行程の２点のクランク角度位置における筒内圧センサの出力値（センサ値）Ｓr1，Ｓr2、および基準圧力（センサ値補正用の基準値）Ｐ1，Ｐ2を求め、圧縮行程のポリトロープ変化に基づく連立方程式
Ｐ1＝Ａ×Ｓr1＋Ｂ、Ｐ2＝Ａ×Ｓr2＋Ｂ …（式１）
を解くことによって、ゲイン値Ａおよびオフセット値Ｂを算出し、これら算出されたゲイン値およびオフセット値に基づいてセンサ値を補正している。なお、この装置においては、上記基準圧力Ｐ1，Ｐ2を、吸気行程における吸気圧センサの出力値等から演算で推定するようにしている。
特開２００２−２４２７５０号公報

このように、上記特許文献１に記載の装置によれば、センサ値に何らかの誤差が生じた場合であれ、そのセンサ値を補正することにより、適正なセンサ出力が得られるようになる。しかしながら実際には、センサ自体が完全に故障してしまうなど、補正では対応することができない場合も考えられる。このため、センサの異常度合に応じて適切なフェイルセーフ処理を実行することが望まれ、この点について、上記装置は、未だ改善の余地が残されるものとなっている。

本発明は、このような点に鑑みて発明されたものであり、センサの異常度合に応じて適切なフェイルセーフ処理を実行することができる筒内圧センサの異常判定装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、および、その作用効果について記載する。

請求項１に記載の発明では、エンジンの筒内圧力を検出するためにシリンダに設けられた筒内圧センサについてその異常の有無を判定する筒内圧センサの異常判定装置において、前記筒内圧センサの出力特性を示すゲイン（センシング感度係数）およびオフセット（バイアス）を算出するとともに、これら算出されたゲイン値およびオフセット値についてそれぞれ異常の有無の判定を行い、該判定により異常である旨の判定がなされた場合には、ゲイン異常時およびオフセット異常時について互いに異なる態様に設定されたフェイルセーフ処理を実行し、前記ゲイン異常時のフェイルセーフ処理としては少なくとも、前記筒内圧センサのセンサ値の制御への使用を禁止または制約する処理が設定されており、前記オフセット異常時のフェイルセーフ処理としては少なくとも、その異常判定されたオフセット値に対して所定の補正を施す処理が設定されていることを特徴とする。

通常、ゲイン異常時とオフセット異常時とでは、センサの異常度合が異なる（ゲイン異常時のほうが深刻）。この点、上記構成では、ゲインおよびオフセットのそれぞれについて異常判定を行うようにしている。このため、筒内圧センサの出力に異常がある場合、ゲインおよびオフセットのいずれに異常が生じているのかを、その判定結果に基づき検出することができるようになる。しかも、その検出されるゲイン異常およびオフセット異常について、互いに異なる態様のフェイルセーフ処理を設定するようにして、ゲイン異常時およびオフセット異常時について、それぞれ適切なフェイルセーフ処理を実行することを可能にしている。このため、上記構成によれば、ゲインおよびオフセットのいずれに異常が生じているのか、すなわちセンサの異常度合に応じて、適切なフェイルセーフ処理が実行されることになる。なお、フェイルセーフ処理は、筒内圧センサの用途や仕様などに応じて、任意に設定することができる。このフェイルセーフ処理を適切に設定すれば、補正で対応し得る場合だけでなく、補正では対応することができない場合についても、これに柔軟に対応することができるようになる。

また、ゲイン異常の有無とオフセット異常の有無の両方を検出することができれば、ゲインおよびオフセットの両方に異常が生じているか否かについてもこれが検出可能となる。このため、その両方に異常が生じている場合について、ゲイン異常時およびオフセット異常時とはさらに異なるフェイルセーフ処理を設定することも有効である。
ここで、オフセットの異常は、温度変化等の外的要因による出力信号のドリフト異常であることが多く、適宜に補正で対応すれば、制御に重大な支障を与えることは少ない。しかし一方、ゲインの異常は、基本的にはセンサ自体の異常であるため、信号にノイズが乗っている可能性もあり、補正のみで十分に対応することは困難である。この点、上記構成では、ゲイン異常時には、筒内圧センサの異常度合は高い（深刻である）として、センサ値の使用を禁止または制約する。一方、オフセット異常時には、筒内圧センサの異常度合は低い（軽度である）として、適宜の補正で対応するようにする。したがって、センサの異常度合に応じた好ましいフェイルセーフ処理が実行されることになる。なお、センサ値の使用の制約や補正の態様は、筒内圧センサの用途や仕様などに応じて、任意に設定することができる。例えばセンサ値の使用の制約の態様としては、実行中の制御における使用の中止、特定の制御のみでの使用禁止、異常判定後のセンサ値のみ使用禁止等々、各種の制約を行うことができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の装置において、前記ゲインおよびオフセットの算出が、それぞれ他方を変数に含まない独立した関係式によって別々に行われることを特徴とする。

ところで、上記特許文献１に記載の連立方程式（式１）では、ゲインの算出式にオフセットが変数として含まれ、オフセットの算出式にゲインが変数として含まれる。このため、このような関係式を用いてゲインおよびオフセットを算出すると、ゲインおよびオフセットのいずれか一方にだけ異常がある場合にも、演算の過程で他方へ影響が及び、上記異常判定において誤判定されることが懸念されるようになる。この点、上記構成では、ゲインおよびオフセットの算出を、他方を変数に含まない独立した関係式によって別々に行うようにしているため、少なくとも演算上はお互い他方に影響されることはなくなる。このため、ゲインおよびオフセットのいずれに異常があるかについて、より正確な検出が可能になる。

具体的には、例えば請求項３に記載の発明のように、ポリトロープ変化を示す圧縮行程の２点のクランク角度位置における筒内圧センサのセンサ値をＰs1，Ｐs2、それら２点のセンサ値補正用の基準圧力をＰk1，Ｐk2、それら２点の比熱比をκとする場合、前記ゲインの算出に用いられる関係式として、実質的に「ゲイン値＝（Ｐs2−Ｐs1）／（Ｐk2−Ｐk1）」の関係を示すものを採用し、前記オフセットの算出に用いられる関係式として、実質的に「オフセット値＝（κ・Ｐs1−Ｐs2）／（κ−１）」の関係を示すものを採用することが有効である。このような関係式によれば、ゲインおよびオフセットを高い精度で算出することができるようになる。なお、基準圧力（センサ値補正用の基準値）としては、例えば吸気時の吸気ポート圧力などを用いることができる。

請求項４に記載の発明のように、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置において、前記ゲインおよびオフセットに関する異常の有無の判定は、それらゲインおよびオフセットの値がそれぞれ所定の許容範囲に収まっているか否かに基づいて行うことが有効である。このような許容範囲に基づいて異常判定を行うこととすれば、範囲内か否かに基づき容易に異常の有無を判定することができる上、許容の範囲を変更することによって、異なる異常度合についても、容易に異常判定を行うことができるようになる。ただし、許容範囲が可変値であることは必須ではなく、固定値であってもよい。

請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置において、前記ゲインおよびオフセットの少なくとも一方に関する異常の有無の判定においては、異なる範囲の許容範囲が複数設けられることによりそれら各許容範囲についてそれぞれ許容範囲に収まっているか否かに基づき異常の有無の判定が行われ、その異常時のフェイルセーフ処理としては、それら許容範囲の別に異なる態様のフェイルセーフ処理が設定されていることを特徴とする。

このように複数の許容範囲を設けることで、ゲインおよびオフセットの異常度合を、より高い精度で検出することが可能になる。例えば、比較的広い範囲の許容範囲では、正常と判定されたものでも、より狭い許容範囲では、異常と判定される場合がある。この場合には、異常度合が、これら許容範囲の中間に対応する異常度合であることが分かる。そして、異常度合の別にそれぞれ異なる態様のフェイルセーフ処理を設定することで、ゲイン異常とオフセット異常との区別だけでなく、さらにその異常度合の大小にも応じて、より適切なフェイルセーフ処理を実行することが可能になる。例えば異常度合の大小に応じて、異なる色の警告灯を点灯させるようにすれば、運転者はセンサの異常度合を容易に把握することができるようになる。

またこの場合において、請求項６に記載の発明では、前記オフセットに関する異常の有無の判定について前記許容範囲が狭い範囲から広い範囲へ段階的に設けられており、狭いほうの許容範囲に係るフェイルセーフ処理の１つとして、異常判定されたオフセット値に対して所定の補正を施す処理が、広いほうの許容範囲に係るフェイルセーフ処理の１つとして、前記筒内圧センサのセンサ値の制御への使用を禁止または制約する処理が、それぞれ少なくとも設定されていることを特徴とする。

上述のように、オフセット異常に対しては、基本的には、補正で対応することにより関連の制御を継続することができる。しかしながらこの場合にも、異常の度合によっては、制御の継続が困難になることが考えられる。請求項６に記載の発明は、このような点に鑑みて発明されたものであり、軽度の異常の場合には補正で対応し、異常が深刻である場合には、センサ値の使用を禁止または制約することとする。こうすることで、センサの異常度合に応じて適切なフェイルセーフ処理が実行されることになる。

請求項７に記載の発明では、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置において、前記異常判定されたオフセット値に対して所定の補正を施す処理について、その補正前または補正後に、さらに前記オフセット値が異常である旨を報知する処理が設けられたことを特徴とする。

上述のように、オフセット異常に対しては、基本的には、補正で対応することにより関連の制御を継続することができる。しかしながら、セキュリティレベルを向上させる上では、ひとまず応急的な処置として補正で対応したとしても、筒内圧センサに異常がある旨を運転者に知らせ、交換や修理等の恒久的な処置を促すことが重要になる。この点、上記構成によれば、例えば警告灯や警告ブザー等の報知手段により運転者等に異常の旨が報知されることで、セキュリティレベルの向上が図られるようになる。

請求項８に記載の発明では、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置において、前記ゲイン異常時またはオフセット異常時のフェイルセーフ処理における、前記筒内圧センサのセンサ値の制御への使用の制約として、前記ゲイン値またはオフセット値が異常である旨の判定がなされた後に得られた前記筒内圧センサのセンサ値の使用を禁止し、該禁止されたセンサ値を使用していた制御に対しては代わりに代替値を設定することを特徴とする。

異常判定されたセンサ値で制御を継続することは好ましくないとはいえ、そのセンサ値を用いた関連の制御が中断される場合にも、不都合の生じる可能性はある。この点、上記構成によれば、異常判定されたセンサ値を禁止する代わりに、その代替値を用意して、関連制御の継続を可能にしている。これにより、関連制御は継続され、しかもセンサ値の使用を禁止したことによる制御への支障も小さく抑えられるようになる。

そしてこの場合、前記代替値としては、例えば請求項９に記載の発明のように、所定の規定値、または、前記ゲイン値およびオフセット値について正常である旨の判定がなされた最後の筒内圧センサのセンサ値を用いることが有効である。特に、前記ゲイン値およびオフセット値について正常である旨の判定がなされた最後のセンサ値、すなわち異常判定直前のセンサ値を用いるようにすれば、異常判定時における最も誤差の小さいセンサ値を使用して制御を行うことが可能になる。なお、規定値としては、様々な状況を想定して全般に対応することができるものをなるべく選んで設定することが望ましい。

請求項１０に記載の発明では、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置において、前記算出されるゲイン値およびオフセット値は、少なくともその算出値が正常である場合には、前記筒内圧センサのセンサ値を補正するために用いられることを特徴とする。このような構成によれば、算出されるゲイン値およびオフセット値に基づき、筒内圧センサのセンサ値が適正な値に補正されることになる。すなわち、例えばこのような補正を常に行うようにすれば、常にセンサ出力（センサ値）の適正が維持されるようになる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態においては、一例として、車両ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射制御システムについて本発明を具体化している。

はじめに、図１を参照して、このシステムの構成について詳述する。なお、図１は、本実施形態に係る筒内圧センサの異常判定装置が適用された車両制御システムの概要を示す構成図である。

同図１に示されるように、このシステムは、ディーゼルエンジンであるエンジン（内燃機関）１０や、該エンジン１０を制御するための各種センサおよびＥＣＵ（電子制御ユニット）４０等を有して構成されている。

エンジン１０においては、シリンダブロック１１に形成されたシリンダ（気筒）１２（便宜上１つのみ図示）内にピストン１３が収容され、そのピストン１３の往復動により、図示しない出力軸としてのクランク軸が回転するようになっている。シリンダブロック１１には、冷却水路１４が設けられており、その冷却水によりエンジン１０が冷却されている。また、シリンダブロック１１の上端面にはシリンダヘッド１５が固定されており、そのシリンダヘッド１５とピストン１３上面との間には燃焼室１６が形成されている。

シリンダヘッド１５には、燃焼室１６に開口する吸気ポート１７と排気ポート１８とが形成されている。これら吸気ポート１７および排気ポート１８は、それぞれ図示しないカムによって駆動される吸気弁２１と排気弁２２とにより開閉されるようになっている。そして、吸気ポート１７には外気を吸入するための吸気管２３が接続され、排気ポート１８には、燃焼ガスを排出するための排気管２４が接続されている。吸気管２３には、吸気管圧力を検出するための吸気圧センサ２５が設けられている。

同シリンダヘッド１５には、上方から燃焼室１６へ噴射口を向け、該燃焼室１６に対して燃料を噴射供給する電磁駆動式のインジェクタ２７と、燃焼室１６内の圧力（筒内圧力）を検出するための筒内圧センサ２８とが、さらに設けられている。なお、ここでは便宜上、１つのシリンダ（シリンダ１２）に設けられたインジェクタ２７および筒内圧センサ２８のみを図示しているが、こうしたインジェクタおよび筒内圧センサは、エンジン１０の各シリンダに対して設けられている。そして、それらインジェクタの開弁駆動により各シリンダに対して燃料が噴射供給され、それら筒内圧センサを通じて各シリンダの筒内圧力が検出される。

このインジェクタ２７を含めたエンジン１０の各インジェクタは、高圧燃料配管３２を介して蓄圧配管としてのコモンレール３１に接続されている。コモンレール３１は、図示しない燃料ポンプから高圧燃料が逐次供給されることにより、噴射圧力に相当する高圧燃料をコモンレール３１内に蓄えている。また、コモンレール３１には、コモンレール３１内の燃料圧（実コモンレール圧）を検出するための燃料圧センサ３３が設けられており、各インジェクタにより噴射供給される燃料の元圧を随時監視することができるようになっている。

図示しない車両には、車両制御のため、上記各センサのほかにも、エンジン回転速度を検出するためのクランク角センサ４１や、ドライバのアクセル操作量（アクセル開度）を検出するためのアクセルセンサ４２等が設けられている。

電子制御ユニットとして車両制御を行うＥＣＵ４０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、上記各種のセンサから逐次入力される検出信号に基づいてエンジン１０を制御する。このＥＣＵ４０に搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、ＲＡＭ等からなるメインメモリ、ＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、電気的に書換可能な不揮発性のメモリであるＥＥＰＲＯＭ等からなるデータ保存用メモリ、等々の演算装置および記憶装置によって構成されている。そして、ＲＯＭには、当該筒内圧センサ２８の異常判定プログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムが、またデータ保存用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）には、エンジン１０の設計データをはじめとする各種の制御データが、それぞれ予め格納されている。

このシステムにおいては、例えば最適な燃料噴射量および噴射時期が、ＥＣＵ４０による演算および各種プログラムの実行のもとに、エンジン回転速度やアクセル開度等のエンジン運転情報に基づいて決定される。そして、ＥＣＵ４０から、その最適量および最適時期に応じた噴射制御信号がインジェクタ２７へ出力されることにより、該インジェクタ２７による燃焼室１６への燃料噴射が制御されることになる。

また、燃料の噴射時期も、ＥＣＵ４０により制御される。具体的には、実際の燃料着火時期（実着火時期）、すなわち燃焼開始時期が、ＥＣＵ４０にて、筒内圧センサ２８の出力値（筒内圧力）に基づいて算出される。そして、ＥＣＵ４０は、最適な時期にインジェクタ２７の燃料噴射がなされるように、その算出された実着火時期に基づき、燃料噴射時期を制御する。こうして、この燃料噴射時期制御においては、筒内圧センサ２８の出力値（筒内圧力）に基づき燃料噴射時期に係るフィードバック制御が行われている。

ところで前述したように、筒内圧センサ２８の出力としては、必ずしも常に適正な値が得られるというわけではない。このため、特許文献１に記載の装置と同様、本実施形態においても、ゲインおよびオフセットを算出し、その算出値（ゲイン値およびオフセット値）を用いて筒内圧センサ２８のセンサ値を随時（例えば周期的に）補正することにより、該センサ値に生じた誤差を補償（補正）するようにしている。ただし、本実施形態では、これにとどまらず、ゲイン値およびオフセット値についてそれぞれ異常の有無の判定を行い、その判定により異常である旨の判定がなされた場合には、ゲイン異常時およびオフセット異常時について互いに異なる態様に設定されたフェイルセーフ処理を実行するようにしている。こうすることで、センサの異常度合に応じて適切なフェイルセーフ処理が実行されるようになる。

次に、図２〜図６を併せ参照して、本実施形態に係る筒内圧センサ２８のセンサ値補正の一態様について説明する。なお、ここでは一例として、同センサ値補正を燃料噴射時期制御に適用した場合について説明する。

図２は、その燃料噴射時期制御の処理手順を示すフローチャートである。なお、この一連の処理も、基本的には、ＥＣＵ４０による演算および各種プログラムの実行のもとに行われる。

同図２に示されるように、この制御においては、まず、ステップＳ１で、オフセットおよびゲインが算出され、その算出値に対し、異常判定が行われる。そして、続くステップＳ２において、このステップＳ１で算出されたゲイン値およびオフセット値に基づいて筒内圧力が補正され、続くステップＳ３においては、このステップＳ２で補正された筒内圧力に基づいて上述の実着火時期の算出等の制御に係る演算処理が行われる。そして、このステップＳ３の演算結果に基づいて、続くステップＳ４において、エンジン１０の各シリンダにおける燃料噴射時期が制御されることになる。このように、本実施形態では、筒内圧センサ２８のセンサ値補正を行いながら、その補正値に基づいて燃料噴射時期を制御するようにしている。そして、そのセンサ値の補正に際しては、ゲインおよびオフセットを算出し、その算出値と基準値との比較に基づいてセンサ値を補正（誤差を補償）するようにしている。

続けて、図３〜図６を併せ参照して、図２のステップＳ１の処理についてより詳細に説明する。なお、このステップＳ１の処理において、オフセットおよびゲインの算出および異常判定は、並列的に別々に行われる。したがって、これらゲインおよびオフセットの算出および異常判定を行う上で、互いに処理が干渉する場合においては、その干渉を避けるため、必要に応じて、処理待ち時間の設定などを適宜に行うようにする。ここでは、図３および図４を参照して、オフセットに係る処理について説明した後、図５および図６を参照して、ゲインに係る処理について説明する。

図３は、オフセットの算出および異常判定に係る処理の処理手順を示すフローチャート、図４は、その処理態様を示すグラフである。なお、図４（ａ）は、真の圧力（実際の筒内圧力）と筒内圧センサ２８の出力との関係を示すグラフである。この図４（ａ）においては、オフセットが乗っていない場合の出力特性（基準特性）を実線で、所定のオフセットが乗った場合の出力特性（２種類）を破線で示している。また、図４（ｂ）は、クランク角度と筒内圧力との関係を示すグラフである。この図４（ｂ）においては、筒内圧センサ２８の出力特性を実線で、真の圧力の特性を破線で示している。図４（ｂ）において、クランク角度θ₁〜θ₂の期間は、エンジン１０の運転期間にあってポリトロープ変化を示す圧縮行程に相当し、この期間にあっては、燃焼室１６内の圧力と温度との関係が、等温変化と断熱変化との中間的な変化になり、物理特性が安定する。

図３に示されるように、この一連の処理においては、まず、ステップＳ１１で、クランク角度θ₁（図４（ｂ））における筒内圧センサ２８のセンサ値Ｐs1が、ＥＣＵ４０に取り込まれる。次いで、ステップＳ１２で、上記データ保存用メモリ（ＥＣＵ４０に搭載）から、このクランク角度θ1のクランク角度位置に対応するシリンダ容積（燃焼室１６の容積）Ｖ1が読み出される。続くステップＳ１３，Ｓ１４では、クランク角度θ1の場合と同様に、今度はクランク角度θ2（図４（ｂ））について、筒内圧センサ２８のセンサ値Ｐs2が取り込まれ、上記データ保存用メモリから、同角度θ2のクランク角度位置に対応するシリンダ容積Ｖ2が読み出される。

続くステップＳ１５では、データ保存用メモリ（ＥＣＵ４０に搭載）から、クランク角度θ1〜θ2の期間に対応するポリトロープ指数ｎが読み出される。ポリトロープ指数は、例えば筒内圧力（または吸気圧力）とエンジン回転速度とに基づいて求められ、例えばそれら筒内圧力とエンジン回転速度とを座標軸にしてマップ化されて記憶されている。

続くステップＳ１６では、上記各ステップにおいて取得した各パラメータに基づき、上記２点のクランク角度位置（クランク角度θ1，θ2）の比熱比κが、
κ＝（Ｖ1／Ｖ2）＾ｎ …（式２）
の関係式から算出される。

そして、続くステップＳ１７では、同じく上記各ステップにおいて取得した各パラメータ、詳しくはクランク角度θ1，θ2における筒内圧センサ２８のセンサ値Ｐs1，Ｐs2（ステップＳ１１，Ｓ１３）、および比熱比κ（ステップＳ１６）に基づいて、オフセット値Offset0が、
Offset0＝（κ・Ｐs1−Ｐs2）／（κ−１） …（式３）
の関係式から算出される。すなわちこの処理をもって、筒内圧センサ２８の出力に係るオフセット値（バイアス量）が算出されたことになる。なお、図４（ａ）中に破線で示されるように、オフセットが含まれる場合は、基準値としての本来のセンサ出力（実線）に対して正側または負側に出力特性がシフトすることになる。

次に、この算出されたオフセット値Offset0について、その異常の有無を判定する。すなわち、まず、ステップＳ１８で、許容範囲を定める下限値および上限値として、それぞれ規定値ｍ1，ｍ2が設定される。そして、続くステップＳ１９において、その規定値ｍ1，ｍ2に基づき、すなわち「ｍ1＜Offset0＜ｍ2」の関係式を満足するか否かに基づき、オフセット値Offset0の異常の有無が判定される。なお、規定値ｍ1，ｍ2は、例えば燃焼室の体積等のエンジン設計データ、もしくは実験値等に基づいて決定される。

このステップＳ１９の異常判定においては、例えば図４（ａ）に破線で示されるように、オフセットが存在する場合でも、それが同図中に一点鎖線で示される許容範囲（規定値ｍ1よりも大きくて且つ規定値ｍ2未満）に収まるものであれば、正常である旨の判定がなされる。そして、このステップＳ１９でオフセット値Offset0が正常である旨の判定がなされた場合には、この図３の一連の処理が終了して、図２のステップＳ２へ移行される。

他方、オフセット値Offset0が許容範囲に収まらない場合には、ステップＳ１９で、オフセット値Offset0が異常である旨の判定がなされる。そして、ステップＳ１９１において、オフセット異常時用に予め設定されたフェイルセーフ処理が実行された後、この図３の一連の処理は終了する。その後、ステップＳ１９１のフェイルセーフ処理で制御の中断が指示されない場合に限り、正常時と同様、図２のステップＳ２へ移行される。本実施形態においては、ステップＳ１９１のフェイルセーフ処理として、オフセット信号のドリフト量を補正するとともに、筒内圧センサに異常がある旨を運転者に知らせるべく、例えば警告灯（図示略）を点灯させるようにする。すなわち、フェイルセーフ処理を実行した後も、図３のフローチャートに係る制御は継続され、同図３の一連の処理の終了後は、図２のステップＳ２へ移行されることになる。なお、このステップＳ１９１における補正処理は、続くステップＳ２の補正処理で間に合う場合には割愛することができる。すなわちこの場合、異常判定されたオフセット値は、ステップＳ２の補正処理によりフェイルセーフされることになる。また、警告灯の点灯は、運転者等に異常の旨を報知し、交換や修理等の恒久的な処置を促すものであり、その点灯は、上記補正の前または後のどちらに行ってもよい。さらに警告灯に代えて、警告ブザー等の他の報知手段を用いることもできる。

続けて、ゲインに係る処理について説明する。図５は、ゲインの算出および異常判定に係る処理の処理手順を示すフローチャート、図６は、その処理態様を示すグラフである。なお、図６（ａ）は、真の圧力（実際の筒内圧力）と筒内圧センサ２８の出力との関係を示すグラフである。この図６（ａ）においては、ゲインに誤差が含まれない場合の出力特性（基準特性）を実線で、ゲインに誤差が含まれる場合の出力特性（２種類）を破線で示している。また、図６（ｂ）は、クランク角度と筒内圧力との関係を示すグラフである。この図６（ｂ）においては、筒内圧センサ２８の出力特性を実線で、基準圧力（センサ値補正用の基準値）の特性を破線で示している。そして、この図６（ｂ）においても、図４（ｂ）と同様、クランク角度θ₁〜θ₂の期間は、ポリトロープ変化を示す圧縮行程に相当する。

図５に示されるように、この一連の処理においては、まず、ステップＳ２１で、ＥＣＵ４０に対し、吸気弁２１の開弁時期が入力され、続くステップＳ２２で、この入力値に基づき、吸気圧センサ２５のセンサ値を取り込む時期が決定される（例えば閉弁の５°ＣＡ前など）。さらに続くステップＳ２３では、その取り込み時期に基づき、クランク角度θ₁，θ₂（図６（ｂ））について吸気圧センサ２５のセンサ値が取り込まれ、次のステップＳ２４では、その取り込んだセンサ値に対応する基準圧力Ｐk1，Ｐk2の圧力差「Ｐk2−Ｐk1」（図６（ｂ））が、データ保存用メモリ（ＥＣＵ４０に搭載）から読み出される。

次いで、ステップＳ２５，Ｓ２６で、クランク角度θ1，θ2における筒内圧センサ２８のセンサ値Ｐs1，Ｐs2が、それぞれＥＣＵ４０に取り込まれる。

そして、続くステップＳ２７では、上記各ステップにおいて取得した各パラメータ、詳しくは基準圧力差「Ｐk2−Ｐk1」（ステップＳ２４）、およびクランク角度θ1，θ2における筒内圧センサ２８のセンサ値Ｐs1，Ｐs2（ステップＳ２５，Ｓ２６）に基づいて、ゲイン値Gain0が、
Gain0＝（Ｐs2−Ｐs1）／（Ｐk2−Ｐk1） …（式４）
の関係式から算出される。すなわちこの処理をもって、筒内圧センサ２８の出力に係るゲイン値（センシング感度係数）が算出されたことになる。なお、図６（ａ）中に破線で示されるように、ゲインに誤差が含まれる場合は、基準値としての本来のセンサ出力（実線）に対して正側（傾き大）または負側（傾き小）に出力特性がシフトすることになる。

次に、この算出されたゲイン値Gain0について、その異常の有無を判定する。すなわち、まず、ステップＳ２８で、許容範囲を定める下限値および上限値として、それぞれ規定値ｎ1，ｎ2が設定される。そして、続くステップＳ２９において、その規定値ｎ1，ｎ2に基づき、すなわち「ｎ1＜Gain0＜ｎ2」の関係式を満足するか否かに基づき、ゲイン値Gain0の異常の有無が判定される。なお、規定値ｎ1，ｎ2は、例えば燃焼室の体積等のエンジン設計データ、もしくは実験値等に基づいて決定される。

このステップＳ２９の異常判定においては、例えば図６（ａ）に破線で示されるように、ゲインに誤差が含まれる場合でも、それが同図中に一点鎖線で示される許容範囲（規定値ｎ1よりも大きくて且つ規定値ｎ2未満）に収まるものであれば、正常である旨の判定がなされる。そして、このステップＳ２９でゲイン値Gain0が正常である旨の判定がなされた場合には、この図５の一連の処理が終了して、図２のステップＳ２へ移行される。

他方、ゲイン値Gain0が許容範囲に収まらない場合には、ステップＳ２９で、ゲイン値Gain0が異常である旨の判定がなされる。そして、ステップＳ２９１において、ゲイン異常時用に予め設定されたフェイルセーフ処理が実行された後、この図５の一連の処理は終了する。その後、ステップＳ２９１のフェイルセーフ処理で制御の中断が指示されない場合に限り、正常時と同様、図２のステップＳ２へ移行される。本実施形態においては、ステップＳ２９１のフェイルセーフ処理として、筒内圧センサ２８の出力値を用いた燃料噴射時期制御に係るフィードバック制御をオープンループ制御へ切り替え、同センサ２８のセンサ値の代替値として所定の規定値を設定することにより退避走行を行うようにしている。すなわち、このフェイルセーフ処理により図５のフローチャートに係る制御は一旦中断され、退避走行の制御に移ることになる。なお、ここで代替値として用いる規定値は、様々な状況を想定して全般に対応することができるものをなるべく選んで設定することが望ましい。

このように、本実施形態では、燃料噴射時期制御に際して筒内圧センサ２８のセンサ値を利用し、ゲイン異常時およびオフセット異常時について互いに異なる態様に設定されたフェイルセーフ処理を実行することで、センサの異常度合に応じてそれぞれ適切なフェイルセーフ処理を実行するようにしている。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

（１）エンジン１０の筒内圧力を検出するためにシリンダ１２に設けられた筒内圧センサ２８についてその異常の有無を判定する筒内圧センサの異常判定装置（本実施形態ではＥＣＵ４０によって構成）として、筒内圧センサ２８の出力特性を示すゲイン（センシング感度係数）およびオフセット（バイアス）を算出し、これらゲイン値およびオフセット値についてそれぞれ異常の有無の判定を行い、該判定により異常である旨の判定がなされた場合には、ゲイン異常時およびオフセット異常時について互いに異なる態様に設定されたフェイルセーフ処理を実行するようにした。これにより、ゲイン異常時およびオフセット異常時について、それぞれ適切なフェイルセーフ処理が実行されるようになる。

（２）ゲインおよびオフセットの算出を、それぞれ他方を変数に含まない独立した関係式（式３）および（式４）によって別々に行うようにした。これにより、少なくとも演算上はお互い他方に影響されることはなくなる。このため、ゲインおよびオフセットのいずれに異常があるかについて、より正確な検出が可能になる。

（３）また、これらゲインおよびオフセットの算出に係る演算を同時に（並列的に）行うことも可能になるため、処理時間の上でも有利である。

（４）ゲイン異常時のフェイルセーフ処理として、筒内圧センサ２８のセンサ値の代わりに代替値（規定値）を使用することにより筒内圧センサ２８のセンサ値の制御（燃料噴射時期制御）への使用を実質的に禁止する処理を実行し（図５のステップＳ２９１）、オフセット異常時のフェイルセーフ処理として、異常判定されたオフセット値に対して所定の補正を施す処理を実行した（図３のステップＳ１９１）。こうすることで、センサの異常度合に応じた好ましいフェイルセーフ処理が実行されることになる。

（５）また、異常判定されたオフセット値に対して補正を施した後、警告灯によりオフセット値が異常である旨を報知するようにした。こうすることで、セキュリティレベルの向上が図られるようになる。

（６）禁止されたセンサ値を使用していた制御に対して、そのセンサ値の代わりに代替値を設定するようにした。これにより、関連制御は継続され、しかもセンサ値の使用を禁止したことによる制御への支障も小さく抑えられるようになる。

（７）上記代替値として所定の規定値を用いるようにしたことで、制御の複雑化を招くことなく簡易に上記燃料噴射時期制御を継続することが可能になる。

（８）ゲインおよびオフセットに関する異常の有無の判定を、それらゲインおよびオフセットの値がそれぞれ所定の許容範囲に収まっているか否かに基づいて行うようにした。これにより、範囲内か否かに基づき容易に異常の有無を判定することができるようになる。

（９）また、上記許容の範囲が変更可能なパラメータ（図３のステップＳ１８および図５のステップＳ２８にて設定）であるため、この許容の範囲を変更することによって、異なる異常度合についても、容易に異常判定を行うことができる。

（１０）上記算出したゲイン値およびオフセット値を、筒内圧センサ２８のセンサ値を補正するために用い、それらゲインおよびオフセットの値が正常である間はその補正を常に行うようにした。これにより、基本的には常時、センサ出力（センサ値）の適正が維持されるようになる。そして、筒内圧センサ２８の出力特性の異常に起因した実着火時期（燃焼開始時期）等の検出精度の低下についても、好適に抑制されるようになる。

本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

・上記ゲインおよびオフセットの少なくとも一方に関する異常の有無の判定においては、異なる範囲の許容範囲を１つだけではなく複数設けることによりそれら各許容範囲についてそれぞれ許容範囲に収まっているか否かに基づき異常の有無の判定を行うようにして、それら許容範囲の別に異なる態様のフェイルセーフ処理を設定することもできる。

例えば図７に示すように、先の図３のステップＳ１９１の後に、さらに許容範囲を定めるステップＳ１９２を設け、その下限値および上限値として、それぞれ規定値ｍ11，ｍ12を設定する。そして、続くステップＳ１９３においては、その規定値ｍ11，ｍ12に基づき、すなわち「ｍ11＜Offset0＜ｍ12」の関係式を満足するか否かに基づき、オフセット値Offset0の異常の有無が判定される。なお、規定値ｍ11，ｍ12による許容範囲は、例えば上記規定値ｍ1，ｍ2（ステップＳ１９）による許容範囲よりも広い範囲に（すなわちそれら許容範囲が段階的に広くなるように）設定される。そして、このステップＳ１９３において、オフセット値Offset0がその許容範囲（規定値ｍ11よりも大きくて且つ規定値ｍ12未満）に収まるものであれば、正常である旨の判定がなされ、この一連の処理は終了する。他方、オフセット値Offset0が許容範囲に収まらない場合には、続くステップＳ１９４で、ステップＳ１９１のフェイルセーフ処理（第１のオフセット異常時用のフェイルセーフ処理）とは異なる態様のフェイルセーフ処理（第２のオフセット異常時用のフェイルセーフ処理）が実行される。

第１および第２のオフセット異常時用のフェイルセーフ処理は、例えば第１で、上述と同様、オフセット値の補正と警告灯の点灯を行い、第２で、例えば代替値を使用することによりセンサ値の使用を実質的に禁止し、退避走行させるようにする。こうすることで、異常度合が軽度で関連制御が継続可能な場合には制御が続行され、異常度合が大きくて関連制御を継続することができない場合には、制御停止のフェイルセーフ処理が実行されることになる。

また、第１で、黄色の警告灯を点灯させ、第２で、赤色の警告灯を点灯させることもできる。こうすることで、運転者はセンサの異常度合を容易に把握することができるようになる。

さらに広い許容範囲をステップＳ１９４の後に設けて、第３のオフセット異常時用のフェイルセーフ処理を設定するようにしてもよい。筒内圧センサ２８の仕様や用途などに応じて、こうしたフェイルセーフ処理を必要な数だけ設ければ、異常度合に合ったフェイルセーフ処理をより適切に実行することが可能になる。またこの場合も、狭いほうの許容範囲に係るフェイルセーフ処理の１つとして上記補正処理を、広いほうの許容範囲に係るフェイルセーフ処理の１つとして上記センサ値の使用を禁止または制約する（例えば代替値を設定する）処理を、それぞれ設けることが有効である。

ここでは、オフセットの異常判定について複数の許容範囲を設けるようにしたが、ゲイン、あるいはゲインおよびオフセットの両方について、複数の許容範囲を設けることもできる。

・また、上記実施形態のように、ゲイン値およびオフセット値の各値について異常判定を行うようにすれば、ゲイン異常の有無とオフセット異常の有無の両方を検出することができる。このため、ゲインおよびオフセットの両方に異常が生じているか否かについてもこれが検出可能である。したがって、この両方に異常が生じているか否かの判定処理をさらに設けて、両方に異常が生じている場合について、ゲイン異常時およびオフセット異常時とはさらに異なるフェイルセーフ処理を実行するようにしてもよい。両方に異常がある場合には、筒内圧センサ２８が完全に故障している可能性が高いため、この場合のフェイルセーフ処理としては、例えばセンサの故障に係るダイアグコードをＥＥＰＲＯＭ等に記憶させる処理が有効である。

・ゲインおよびオフセットの算出に用いる関係式は、上記（式３）および（式４）に限られるものではない。これらゲイン値およびオフセット値を導き出す各式が、他方の値を変数に含まない独立した関係式であれば、少なくとも前記（２）および（３）の効果に準ずる効果は得ることができる。ただし、これは必須の条件ではなく、例えば上記特許文献１に記載の連立方程式（式１）のように、ゲインの算出式にオフセットが変数として含まれ、オフセットの算出式にゲインが変数として含まれる関係式なども、センサの用途等に応じて適宜採用するようにしてもよい。

・上記フェイルセーフ処理における補正の態様は任意である。ただ、オフセットの補正は通常、少なくともその値を許容範囲内に収めるような簡単なレベル補正で足りる。特にオフセットの誤差は、ドリフト量による誤差であることが多いため、ドリフト量に対する補正が有効である。

・上記各フェイルセーフ処理の態様は、例えば筒内圧センサ２８の用途や仕様などに応じて、任意に設定することができる。

例えば筒内圧センサ２８のセンサ値の制御への使用について、特別な禁止処理は行わずに中止だけをしたり、重大な結果を招く特定の制御（例えば燃料噴射時期制御）のみについて使用を禁止したりと、各種のフェイルセーフ処理を行うことができる。

また、異常判定後のセンサ値のみを使用禁止にして、上記ゲイン値およびオフセット値について正常である旨の判定がなされた最後のセンサ値、すなわち異常である旨の判定がなされる直前に得られたセンサ値（例えばＲＡＭやＥＥＰＲＯＭに随時保存）を代替値として設定することもできる。そして、このようにした場合には、異常時における最も誤差の小さいセンサ値を使用して制御を行うことが可能になる。

要は、ゲイン異常時およびオフセット異常時について互いに異なる態様のフェイルセーフ処理を設定するようにすれば、少なくとも前記（１）に準ずる効果は得ることができる。

・上記実施形態では、基準圧力（センサ値補正用の基準値）として、吸気時の吸気ポート圧力を用いるようにしたが、これに限られることなく、例えば燃焼室の体積等のエンジン設計データや、空燃比、機関冷却水温等のエンジン制御の条件、等々に基づいて基準圧力を算出するようにしてもよい。

・上記実施形態では、一例として燃料噴射時期制御について言及したが、筒内圧センサ２８の用途は、これに限られることはない。筒内圧センサ２８は、例えば空燃比の制御などに用いても有益である。そしてこの場合も、基本的には上記実施形態と同様の形態により本発明を適用することができる。

・上記実施形態では、一例として車両ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射制御システムについて言及したが、ガソリンエンジン（直噴エンジン）についても、基本的には同様に本発明を適用することができる。

本発明に係る筒内圧センサの異常判定装置の一実施形態について、該装置の適用された車両エンジンの燃料噴射制御システムの概略を示す構成図。 同システムによる燃料噴射時期制御の処理手順を示すフローチャート。 オフセットの算出および異常判定に係る処理の処理手順を示すフローチャート。 （ａ）および（ｂ）は、オフセットの算出および異常判定に係る処理の処理態様を示すグラフ。 ゲインの算出および異常判定に係る処理の処理手順を示すフローチャート。 （ａ）および（ｂ）は、ゲインの算出および異常判定に係る処理の処理態様を示すグラフ。 オフセットの異常判定に係る処理の変形例を示すフローチャート。

符号の説明

１０…エンジン（内燃機関）、１１…シリンダブロック、１２…シリンダ（気筒）、１５…シリンダヘッド、１６…燃焼室、１７…吸気ポート、２３…吸気管、２５…吸気圧センサ、２７…インジェクタ、２８…筒内圧センサ、４０…ＥＣＵ（電子制御ユニット）。

Claims (10)

1. エンジンの筒内圧力を検出するためにシリンダに設けられた筒内圧センサについてその異常の有無を判定する筒内圧センサの異常判定装置において、
   前記筒内圧センサの出力特性を示すゲインおよびオフセットを算出するとともに、これら算出されたゲイン値およびオフセット値についてそれぞれ異常の有無の判定を行い、該判定により異常である旨の判定がなされた場合には、ゲイン異常時およびオフセット異常時について互いに異なる態様に設定されたフェイルセーフ処理を実行し、
   前記ゲイン異常時のフェイルセーフ処理としては少なくとも、前記筒内圧センサのセンサ値の制御への使用を禁止または制約する処理が設定されており、前記オフセット異常時のフェイルセーフ処理としては少なくとも、その異常判定されたオフセット値に対して所定の補正を施す処理が設定されていることを特徴とする筒内圧センサの異常判定装置。
2. 前記ゲインおよびオフセットの算出は、それぞれ他方を変数に含まない独立した関係式によって別々に行われる請求項１に記載の筒内圧センサの異常判定装置。
3. ポリトロープ変化を示す圧縮行程の２点のクランク角度位置における筒内圧センサのセンサ値をＰs1，Ｐs2、それら２点のセンサ値補正用の基準圧力をＰk1，Ｐk2、それら２点の比熱比をκとする場合、前記ゲインの算出に用いられる関係式は、実質的に「ゲイン値＝（Ｐs2−Ｐs1）／（Ｐk2−Ｐk1）」の関係を示すものであり、前記オフセットの算出に用いられる関係式は、実質的に「オフセット値＝（κ・Ｐs1−Ｐs2）／（κ−１）」の関係を示すものである請求項２に記載の筒内圧センサの異常判定装置。
4. 前記ゲインおよびオフセットに関する異常の有無の判定は、それらゲインおよびオフセットの値がそれぞれ所定の許容範囲に収まっているか否かに基づいて行われる請求項１〜３のいずれか一項に記載の筒内圧センサの異常判定装置。
5. 前記ゲインおよびオフセットの少なくとも一方に関する異常の有無の判定においては、異なる範囲の許容範囲が複数設けられることによりそれら各許容範囲についてそれぞれ許容範囲に収まっているか否かに基づき異常の有無の判定が行われ、その異常時のフェイルセーフ処理としては、それら許容範囲の別に異なる態様のフェイルセーフ処理が設定されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の筒内圧センサの異常判定装置。
6. 前記オフセットに関する異常の有無の判定について前記許容範囲が狭い範囲から広い範囲へ段階的に設けられており、狭いほうの許容範囲に係るフェイルセーフ処理の１つとして、異常判定されたオフセット値に対して所定の補正を施す処理が、広いほうの許容範囲に係るフェイルセーフ処理の１つとして、前記筒内圧センサのセンサ値の制御への使用を禁止または制約する処理が、それぞれ少なくとも設定されている請求項５に記載の筒内圧センサの異常判定装置。
7. 前記異常判定されたオフセット値に対して所定の補正を施す処理について、その補正前または補正後に、さらに前記オフセット値が異常である旨を報知する処理が設けられた請求項１〜６のいずれか一項に記載の筒内圧センサの異常判定装置。
8. 前記ゲイン異常時またはオフセット異常時のフェイルセーフ処理における、前記筒内圧センサのセンサ値の制御への使用の制約として、前記ゲイン値またはオフセット値が異常である旨の判定がなされた後に得られた前記筒内圧センサのセンサ値の使用を禁止し、該禁止されたセンサ値を使用していた制御に対しては代わりに代替値を設定する請求項１〜７のいずれか一項に記載の筒内圧センサの異常判定装置。
9. 前記代替値は、所定の規定値、または、前記ゲイン値およびオフセット値について正常である旨の判定がなされた最後の筒内圧センサのセンサ値である請求項８に記載の筒内圧センサの異常判定装置。
10. 前記算出されるゲイン値およびオフセット値は、少なくともその算出値が正常である場合には、前記筒内圧センサのセンサ値を補正するために用いられる請求項１〜９のいずれか一項に記載の筒内圧センサの異常判定装置。

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