JP4826962B2

JP4826962B2 - 内燃機関の制御装置ならびに制御方法

Info

Publication number: JP4826962B2
Application number: JP2008048741A
Authority: JP
Inventors: 栄記守谷; 宏通安田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: JP2009203938A

Description

本発明は、グロープラグ一体型筒内圧センサを用いた内燃機関の制御装置および制御方法に関する。

圧縮点火方式の内燃機関において、燃料のセタン価を推測したり、失火を検出したり、あるいは低ＮＯ_X燃焼を実現するため、筒内圧センサを用いて着火時期の制御を行うことが実用化されつつある。また、圧縮点火方式の内燃機関においては火花点火方式の内燃機関のような点火プラグが不要であるものの、代わりにグロープラグや直噴形式の燃料噴射弁を吸排気弁およびこれらの動弁機構などと共にシリンダヘッドに組み込む必要がある。このため、特に吸排気弁をそれぞれ複数本具えた多弁構造の圧縮点火方式の内燃機関においては、上述した筒内圧センサを取り付けるためのスペースを確保することが極めて困難となってしまう。

そこで、グロープラグと筒内圧センサとを一体化してグロープラグの装着位置をそのまま筒内圧センサの装着位置とすることにより、筒内圧センサの取り付けスペースに関する制約上の問題を克服した技術が特許文献１にて提案されている。このグロープラグ一体型筒内圧センサは、燃焼室に臨む筒内圧センサの受圧部をヒータエレメントが内部に収容されたグロープラグの発熱チューブにて構成したものである。従って、受圧部であるグロープラグの発熱チューブは、燃焼室内の圧力変動に伴って変位し、この変位が圧電素子などを用いて検出されるようになっている。

グロープラグ一体型筒内圧センサを収容するためのシリンダヘッドに形成された装着孔は、細長い発熱チューブを取り囲んでこれを燃焼室に臨ませる小径部と、グロープラグ一体型筒内圧センサのケーシングを収容する大径部と、これら小径部と大径部とを接続する段部とを有する。この段部にはケーシングの先端部が緊密に当接し、これによって小径部および燃焼室側を密閉状態に保持している。

特開２００２−３３９７９３号公報

グロープラグ一体型筒内圧センサが装着される圧縮点火方式の内燃機関においては、ＥＧＲガス中に含まれる炭素微粒子や炭化水素などの炭素化合物に代表されるＰＭ(Particulate Matter)などのデポジットが燃焼室内に混入するため、このデポジットの一部が発熱チューブと装着孔の小径部との間にも入り込み、発熱チューブの表面や小径部の内壁に付着堆積してしまう可能性がある。デポジットが発熱チューブの表面や小径部の内壁に付着堆積すると、これが受圧部の摺動抵抗となり、その円滑な変位を損なって検出される圧力変化にヒステリシスを生じさせる場合がある。このような場合、筒内圧センサとしての特性が変化して燃焼室の圧力変化を正確に検出することができなくなり、内燃機関の燃焼制御を行う際に種々の問題を生ずる可能性がある。

圧縮点火内燃機関においては、アクセル開度が０となる車両の減速中に燃料の供給を停止するため、この時にグロープラグに通電して発熱チューブを加熱することにより、発熱チューブの表面に付着したデポジットを酸化させて除去することが可能である。このような観点から、デポジットの付着堆積によるグロープラグ一体型筒内圧センサの検出値のヒステリシスを把握し、これを除去することが有効である。

本発明の目的は、グロープラグ一体型筒内圧センサが組み込まれた内燃機関の制御装置および制御方法を提供することにある。

本発明の第１の形態は、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための筒内圧センサの受圧部がグロープラグのヒータエレメントを内部に収容した発熱チューブにて構成されたグロープラグ一体型筒内圧センサと、内燃機関が所定の運転状態の場合、予め設定された筒内圧の基準波形に対して前記グロープラグ一体型筒内圧センサにより検出される筒内圧の実波形のヒステリシスを算出するヒステリシス算出部と、このヒステリシス算出部にて算出されたヒステリシスを予め設定された第１の閾値と比較するグロープラグ駆動判定用比較部と、このグロープラグ駆動判定用比較部での比較結果に基づいて前記ヒータエレメントに対する通電を制御するヒータ通電制御部とを具えたことを特徴とする内燃機関の制御装置にある。

本発明においては、内燃機関が所定の運転状態の場合、予め設定された筒内圧の基準波形に対してグロープラグ一体型筒内圧センサにより検出される筒内圧の実波形のヒステリシスがヒステリシス算出部にて算出される。次に、このヒステリシス算出部にて算出されたヒステリシスがグロープラグ駆動判定用比較部にて予め設定された第１の閾値と比較される。ヒータ通電制御部は、このグロープラグ駆動判定用比較部での比較結果に基づき、ヒータエレメントに対する通電を制御する。

本発明の第１の形態による内燃機関の制御装置において、ヒータ通電制御部は、算出されたヒステリシスが第１の閾値よりも大きいとグロープラグ駆動判定用比較部が判定した場合、ヒータエレメントに対して通電を行うものであってよい。

ヒータ通電制御部によりヒータエレメントに対して通電を行った後に最初にヒステリシス算出部にて再び算出されるヒステリシスを予め設定された第２の閾値と比較するセンサ故障判定用比較部をさらに具えることができる。

グロープラグ一体型筒内圧センサが内燃機関の各気筒毎に配され、ヒータ通電制御部によりヒータエレメントに対して通電を行った後にヒステリシス算出部にて再び算出される各気筒毎のヒステリシスを相互に比較する燃料供給系故障判定用比較部をさらに具えることができる。

ヒータ通電制御部は、グロープラグ駆動判定用比較部での比較結果に加えて内燃機関の運転状態に基づいてヒータエレメントに対する通電を制御するものであり、このヒータ通電制御部によりヒータエレメントに対して通電を行った後に内燃機関の低位発熱量を算出する低位発熱量算出部と、この低位発熱量算出部にて算出された低位発熱量に基づいて失火の有無を判定する失火判定部とをさらに具えることができる。この場合、ヒータ通電制御部は、算出されたヒステリシスが第１の閾値よりも大きいとグロープラグ駆動判定用比較部が判定し、かつ内燃機関が低負荷の運転状態の場合、ヒータエレメントに対して通電を行うものであってよい。また、失火判定部での判定結果に基づいて内燃機関の内燃機関の運転条件を変更する運転条件変更部をさらに具えることができる。

本発明の第２の形態は、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための筒内圧センサの受圧部がグロープラグのヒータエレメントを内部に収容した発熱チューブにて構成されたグロープラグ一体型筒内圧センサを用いた内燃機関の制御方法であって、内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定するステップと、内燃機関が所定の運転状態の場合、予め設定された筒内圧の基準波形に対して実際に検出される筒内圧の実波形のヒステリシスを算出するステップと、算出されたヒステリシスを予め設定された第１の閾値と比較するステップと、この比較結果に基づいて前記ヒータエレメントに対する通電を制御するステップとを具えたことを特徴とするものである。

本発明の第２の形態による内燃機関の制御方法において、ヒータエレメントに対する通電を制御するステップは、算出されたヒステリシスが第１の閾値よりも大きい場合、ヒータエレメントに対して通電を行うものであってよい。

ヒータエレメントに対して通電を行った後に最初に算出されるヒステリシスを予め設定された第２の閾値と比較するステップと、この比較結果に基づいてグロープラグ一体型センサの故障の有無を判定するステップとをさらに具え、グロープラグ一体型センサの故障の有無を判定するステップは、算出されたヒステリシスが予め設定された第２の閾値よりも大きい場合、グロープラグ一体型センサが故障していると判定するものであってよい。

グロープラグ一体型筒内圧センサが内燃機関の各気筒毎に配され、ヒータエレメントに対して通電を行った後に最初に算出される各気筒毎のヒステリシスを相互に比較するステップと、この比較結果に基づいて燃料噴射系の異常の有無を判定するステップとをさらに具えることができる。この場合、燃料噴射系の異常の有無を判定するステップは、何れか１つの気筒におけるヒステリシスが他の残りの気筒におけるヒステリシスよりも所定値以上異なっている場合、この１つの気筒に対する燃料噴射系が異常であると判定するものであってよい。

ヒータエレメントに対する通電を制御するステップは、算出されたヒステリシスと第１の閾値との比較結果に加え、内燃機関の運転状態に基づいてなされ、ヒータエレメントに対して通電を行った後に内燃機関における低位発熱量を算出するステップと、算出された低位発熱量に基づいて失火の有無を判定するステップとをさらに具えることができる。この場合、ヒータエレメントに対する通電を制御するステップは、算出されたヒステリシスが第１の閾値よりも大きく、かつ内燃機関が低負荷の運転状態の場合、ヒータエレメントに対して通電を行うものであってよい。

失火の有無の判定結果に基づいて内燃機関の内燃機関の運転条件を変更し得るステップをさらに具えることができる。

本発明によると、内燃機関が所定の運転状態の場合、予め設定された筒内圧の基準波形に対して実際に検出される筒内圧の実波形のヒステリシスを算出してこれを予め設定された第１の閾値と比較し、この比較結果に基づいてヒータエレメントに対する通電を制御するようにしたので、算出されたヒステリシスが第１の閾値よりも大きい場合、ヒータエレメントに対して通電を行うことにより、受圧部に付着したデポジットを分解して除去することができる。これにより、グロープラグ一体型筒内圧センサによる検出値の信頼性を長期間に亙って維持することができる。

ヒータエレメントに対して通電を行った後、最初に算出されるヒステリシスを予め設定された第２の閾値と比較し、この比較結果に基づいてグロープラグ一体型センサの故障の有無を判定するようにした場合、算出されたヒステリシスが予め設定された第２の閾値よりも大きい時にはグロープラグ一体型センサが故障していると判定することができる。

グロープラグ一体型筒内圧センサを内燃機関の各気筒毎に配し、ヒータエレメントに対して通電を行った後に最初に算出される各気筒毎のヒステリシスを相互に比較し、この比較結果に基づいて燃料噴射系の異常の有無を判定するようにした場合、何れか１つの気筒におけるヒステリシスが他の残りの気筒におけるヒステリシスよりも所定値以上異なっている時にはこの１つの気筒に対する燃料噴射系が異常であると判定することができる。

算出されたヒステリシスと予め設定された第１の閾値との比較結果および内燃機関の運転状態に基づき、ヒータエレメントに対して通電を行って内燃機関の低位発熱量を算出するようにした場合、失火の有無を判定することができる。さらに、この失火の有無の判定結果に基づいて内燃機関の内燃機関の運転条件を変更し得るようにした場合、失火の発生を回避して安定した内燃機関の運転を行うことができる。

本発明の実施形態について、図１〜図７を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、必要に応じてこれらをさらに組み合わせたり、本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも応用することができる。

本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図１に示し、このエンジンシステムにおける制御ブロックを図２に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の多気筒内燃機関であるが、本実施形態ではこれが単気筒の内燃機関であってもかまわない。このエンジン１０には、通常、排気通路１３内を流れる排気の一部を吸気通路１４内に導く図示しない排気還流（ＥＧＲ）装置と、排気通路１３内を流れる排気の運動エネルギーを利用して燃焼室１２への過給を行う図示しないターボ過給機とが組み込まれている。

燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１５および排気ポート１６が形成されたシリンダヘッド１７には、吸気ポート１５を開閉する吸気弁１８および排気ポート１６を開閉する排気弁１９を含む図示しない動弁機構などが組み込まれている。また、このシリンダヘッド１７にはこれら吸気弁１８および排気弁１９に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨む先の燃料噴射弁１１も取り付けられている。本実施形態における動弁機構は、エンジン１０の運転状態に応じて吸気弁１８および排気弁１９の開閉タイミングを変更し得るものであるが、これらの開閉タイミングが固定されたものであってもよい。

排気ポート１６に連通するようにシリンダヘッド１７に連結されて排気ポート１６と共に排気通路１３を画成する排気管２０の途中には、排気中に含まれる有害成分を無害化させるための酸化触媒２１などが組み込まれている。

従って、吸気ポート１５に連通するようにシリンダヘッド１７に連結されて吸気ポート１５と共に吸気通路１４を画成する吸気管２２から燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、一般的にはピストン２３の圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気が酸化触媒２１を通って排気管２０から大気中に排出される。

本実施形態では、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握してＥＣＵ２４の噴射弁駆動制御部２５が燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量および噴射時期などを制御するため、各種センサ類、例えば筒内圧センサ２６や、アクセル開度センサ２７，エアフローメータ２８，水温センサ２９，クランク角センサ３０などを具えている。筒内圧センサ２６は、エンジン１０の燃焼室１２内の圧力を検出してこれをＥＣＵ２４の運転状態判定部３１および波形算出部３２に出力する。アクセル開度センサ２７は、運転者によって操作されるアクセルペダル３３の踏み込み量を検出してこれをＥＣＵ２４の運転状態判定部３１に出力する。エアフローメータ２８は、吸気通路１４を通って燃焼室１２内に流入する吸入空気量を検出してこれをＥＣＵ２４に出力する。水温センサ２９は、ピストン２３が往復動するシリンダブロック３４に形成されたウォータージャケット３５内の冷却水の温度を検出してこれをＥＣＵ２４の運転状態判定部３１に出力する。シリンダブロック３４に取り付けられるクランク角センサ３０は、連接棒３６を介してピストン２３が連結されるクランク軸３７の回転位相を検出してこれをＥＣＵ２４の運転状態判定部３１および波形算出部３２に出力する。

本実施形態における筒内圧センサ２６は、燃焼室１２に臨む図示しない受圧部が筒内圧センサ２６と一体のグロープラグ３８の図示しないヒータエレメントを内部に収容した発熱チューブにて構成されたグロープラグ一体型筒内圧センサである。なお、このようなグロープラグ一体型筒内圧センサの具体的な構造などに関しては、特許文献１などで周知である。

ＥＣＵ２４は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器および入出力インタフェースなどを含むマイクロコンピュータを含む。このＥＣＵ２４は、円滑なエンジン１０の運転がなされるように、上述したセンサ２６〜２９などからの検出信号に基づいて所定の演算処理を行う。そして、予め設定されたプログラムに従って燃料噴射弁１１などの作動を制御する。このため、燃料噴射弁１１の噴射時期および噴射量を設定してこれを駆動するための噴射弁駆動制御部３９と、グロープラグ３８のヒータエレメントに対する通電のオン／オフを制御するヒータ通電制御部４０とを具えている。

また、本実施形態におけるＥＣＵ２４は、筒内圧センサ２６および図示しない燃料タンクから燃料噴射弁１１に至る燃料供給系の異常の有無を判定するため、先の運転状態判定部３１および波形算出部３２に加え、基準波形記憶部４１と、ヒステリシス算出部４２と、駆動判定用比較部４３と、故障判定用比較部４４と、警告表示器駆動制御部４５とをさらに具えている。

運転状態判定部３１は、各種センサ２６〜２９などからの検出信号に基づいてエンジン１０の運転状態を把握し、エンジン１０が所定の運転状態にあるか否かを判定する。この場合、本実施形態における所定の運転状態とは、モータリング状態、すなわちエンジン１０の運転中にアクセルペダル３３の開度が０となって、燃料噴射弁１１から燃料が噴射されない燃料カット状態を指す。また、運転状態判定部３１にて把握されたエンジン１０の運転状態に関する情報は、噴射弁駆動制御部３９，ヒータ通電制御部４０，基準波形記憶部４１にも出力される。

波形算出部３２は、筒内圧センサ２６とクランク角センサ３０とからの検出情報に基づき、図３に示すような筒内圧の変化を取得し、これをヒステリシス算出部４２に出力する。図３の上側のグラフにおいて、横軸がクランク角位相を表し、縦軸が圧力を示し、図３中の二点鎖線はデポジットが付着堆積していない正常な筒内圧の波形であり、デポジットの付着堆積によりヒステリシスが生じている状態を実線で示している。なお、図３中の下側のグラフは、正常な圧力波形に対するヒステリシスが生じた状態の波形の圧力誤差の大きさを示しており、ＴＤＣ（圧縮上死点）前後で大きく変化し、特にＴＤＣ直後で最大となることが認識されよう。

基準波形記憶部４１は、図３中の二点鎖線で示すようなデポジットが付着堆積していない正常な筒内圧の波形を予め記憶しており、本実施形態ではエンジン１０の運転状態、例えばエアフローメータ２８によって検出される吸入空気量や、クランク角センサ３０からの検出信号に基づいて算出可能なクランク軸３７の回転数，あるいはエンジン１０の負荷などに応じて数種類のものが用意されている。この基準波形記憶部４１は、運転状態判定部３１からの出力に基づき、記憶している基準波形のうち、筒内圧センサ２６による検出時点でのエンジン１０の運転状態に対応した波形のものを選択してヒステリシス算出部４２に出力する。なお、ヒステリシスが常に比較的小さいピストンの圧縮行程における筒内圧センサ２６からの情報に基づき、気体の状態方程式を利用して図３中の二点鎖線で示すような基準波形を予測作成することも可能である。この場合には、エンジン１０の運転状態に応じた多数の基準波形を基準波形記憶部４１に記憶しておく必要がないという利点があるけれども、筒内圧センサ２６が故障していないことが必要となる。

ヒステリシス算出部４２は、内燃機関が所定の運転状態、つまりモータリング状態の場合、基準波形記憶部４１に記憶された所定の筒内圧の基準波形に対し、波形算出部３２にて算出された実際の筒内圧の波形のヒステリシスΔＨを算出する。より具体的には、波形算出部３２からの出力波形と基準波形記憶部４１からの出力波形との圧力差を所定のクランク角位相毎に絶対値として取得してこれらを加算する。筒内圧センサ２６の受圧部にデポジットがある程度付着堆積すると、図３の下側に示すグラフのように大きな圧力差がＴＤＣの前後に現れる。本実施形態ではこれをヒステリシスΔＨとして駆動判定用比較部４３および故障判定用比較部４４に出力する。

駆動判定用比較部４３は、ヒステリシス算出部４２にて算出されたヒステリシスΔＨを予め設定された第１の閾値Ｈ_R1と比較する。この第１の閾値Ｈ_R1は、筒内圧センサ２６の受圧部に付着堆積したデポジットの量が筒内圧センサ２６の測定値として信頼できないような最小の量である。従って、ヒステリシス算出部４２にて算出されたヒステリシスΔＨが第１の閾値Ｈ_R1よりも大きい場合、デポジットを除去する必要があることを意味する。この駆動判定用比較部４３での比較結果は、ヒータ通電制御部４０に出力される。

本実施形態における故障判定用比較部４４は、ヒータ通電制御部４０によりヒータエレメントに対して通電を行ってデポジットの除去処理を終えた後、カウントアップを開始する図示しないタイマを具えている。この故障判定用比較部４４は、ヒステリシス算出部４２にて再び算出されるヒステリシスΔＨを予め設定された第２の閾値Ｈ_R2と比較し、この比較結果とタイマのカウント値とに基づいて筒内圧センサ２６の故障の有無および燃料供給系の異常の有無を判定する。より具体的には、算出されたヒステリシスΔＨがデポジットの除去処理を終えてから直ちに第２の閾値Ｈ_R2よりも大きくなった場合、筒内圧センサ２６の受圧部にはデポジットが付着堆積していないことから、燃料供給系に異常があると判定する。また、算出されたヒステリシスΔＨがデポジットの除去処理を終えてから所定時間を経て第２の閾値Ｈ_R2よりも大きくなった場合、筒内圧センサ２６自体が故障していると判定する。この故障判定用比較部４４での判定結果は、警告表示器駆動制御部４５に出力される。

噴射弁駆動制御部３９は、運転状態判定部３１からの出力情報に基づき、燃料噴射弁１１から噴射される燃料の噴射量および噴射時期を設定し、この設定条件通りに燃料噴射弁１１を駆動する。

ヒータ通電制御部４０は、駆動判定用比較部４３での比較結果に基づいてグロープラグ３８のヒータエレメントに対する通電を制御する。より具体的には、ヒステリシス算出部４２にて算出されたヒステリシスΔＨが第１の閾値Ｈ_R1よりも大きいと駆動判定用比較部４３が判定した場合、ヒータエレメントに対して通電（例えば１分間程度）を行って受圧部に付着堆積にしたデポジットの除去を行う。また、冷態始動時のように水温センサ２９によって検出される冷却水温が所定温度以下の場合にも、ヒータエレメントに対して通電を行い、これによって燃焼室１２内の温度を高めて燃料の着火性を向上させる。

警告表示器駆動制御部４５は、故障判定用比較部４４での判定結果に基づき、燃料供給系の異常や、筒内圧センサ２６の故障を運転者などに知らせるためのものであり、そのための警告表示器４６が図示しない車室内に設けられている。この警告表示器４６は、聴覚や視覚などを利用して車両の運転者に対する注意を喚起し得るものであればよい。

このような本実施形態における制御手順を図４に示す。まずＳ１１のステップにてエンジン１０が所定運転状態にあるか否かを判定し、これが所定運転状態、すなわちモータリング状態にあると判定した場合にのみ、Ｓ１２のステップに移行して基準波形の読み出しを行う。続いて、Ｓ１３のステップにて筒内圧を検出し、Ｓ１４のステップにてその実波形を算出する。

次に、Ｓ１５のステップにて波形ヒステリシスΔＨを算出し、Ｓ１６のステップにてフラグがセットされているか否かを判定する。最初はフラグがセットされていないので、Ｓ１７のステップに移行し、Ｓ１５のステップにて算出された波形ヒステリシスΔＨが予め設定した第１の閾値Ｈ_R1よりも大きいか否かを判定する。ここで、算出された波形ヒステリシスΔＨが予め設定した第１の閾値Ｈ_R以下である、つまり波形ヒステリシスΔＨの大きさが充分に小さいと判断した場合には、筒内圧センサ２６の受圧部にデポジットがそれほど付着堆積していないので、何もせずにＳ１１のステップに戻る。

これに対し、算出された波形ヒステリシスΔＨが予め設定した第１の閾値Ｈ_R1よりも大きい、つまりエンジン１０の運転制御を行う際に悪影響を与える程度のデポジットが筒内圧センサ２６の受圧部に付着堆積している可能性があると判断した場合には、Ｓ１８のステップに移行してグロープラグ３８のヒータエレメントに通電を行い、筒内圧センサ２６の受圧部に付着堆積したデポジットの除去を行い、Ｓ１９のステップにてフラグをセットして再びＳ１１のステップに戻る。

一方、Ｓ１６のステップにてフラグがセットされている、つまりＳ１８のステップにてデポジットの除去処理を行ったと判断して場合には、Ｓ２０のステップに移行してカウンタのカウント値Ｃを１つ繰り上げ、直前のＳ１５のステップにて算出された波形ヒステリシスΔＨが予め設定した第２の閾値Ｈ_R2よりも大きいか否かを再び判定する。ここで、算出された波形ヒステリシスΔＨが第２の閾値Ｈ_R2以下である、つまり波形ヒステリシスΔＨの大きさが充分に小さいと判断した場合には、筒内圧センサ２６の受圧部にデポジットがそれほど付着堆積していないので、何もせずにＳ１１のステップに戻る。

しかしながら、算出された波形ヒステリシスΔＨが第２の閾値Ｈ_R2よりも大きい、つまり何か別な不具合の発生している可能性があると判断した場合には、Ｓ２２のステップに移行してＳ２０のステップにおけるカウンタのカウント値Ｃが所定値Ｃ_R以上であるか否かを判定する。ここで、カウンタのカウント値Ｃが所定値Ｃ_R未満である、すなわち燃料供給系に何らかの異常が起こって波形ヒステリシスΔＨが急激に増大していると判断した場合には、Ｓ２３のステップに移行し、燃料供給系に故障があることを知らせる警告を警告表示器４６に出力させた後、Ｓ２４のステップに移行してフラグをリセットし、一連の制御を終了する。

また、Ｓ２２のステップにてカウンタのカウント値Ｃが所定値Ｃ_R以上である、つまり燃料供給系に異常はないけれども、筒内圧センサ２６の出力に異常があると判断した場合には、Ｓ２４のステップに移行して筒内圧センサ２６が故障していることを知らせる警告を警告表示器４６に出力させた後、先のＳ２４のステップに移行して一連の制御を終了する。

このように、筒内圧センサ２６の受圧部に付着堆積するデポジットを適切な時期に除去することができ、しかもデポジットの除去を行った後に算出される波形ヒステリシスΔＨの変化率に基づき、燃料供給系の異常や筒内圧センサ２６自体の故障の有無を併せて判定することができる。

なお、本実施形態のような多気筒内燃機関において、上述したような筒内圧センサ２６を各気筒にそれぞれ組み込むことも可能である。この場合、ヒステリシス算出部４２は、各筒内圧センサ２６によって検出される筒内圧の実波形のヒステリシスを各気筒毎に算出する。そして、これら各気筒における筒内圧のヒステリシスΔＨのうちの少なくとも１つが第１の閾値Ｈ_R1よりも大きいと駆動判定用比較部４３が判断した場合、ヒータ通電制御部４０は、全ての筒内圧センサ２６のグロープラグ３８に対して通電するものであってよい。また、故障判定用比較部４４は、ヒステリシス算出部４２にて再び算出される各気筒毎の筒内圧の実波形のヒステリシスΔＨを相互に比較するものであってよい。これにより、何れか１つのヒステリシスΔＨが他の残りのヒステリシスΔＨよりも所定値以上異なっている場合、故障判定用比較部４４は他と大きく異なったヒステリシスΔＨを持つ気筒に対する燃料供給系に異常があると判定することが可能となる。

デポジットの除去処理後、燃料供給系の異常や筒内圧センサ２６自体の故障の有無を判定する以外に、失火の検出を行って運転条件を変更することも可能である。

このような本発明の他の実施形態を図５〜図７を参照して説明するが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに留め、重複する説明を省略する。本実施形態における制御ブロックを図５に示す。本実施形態におけるＥＣＵ２４は、前述した噴射弁駆動制御部２５，運転状態判定部３１，波形算出部３２，ヒータ通電制御部４０，基準波形記憶部４１，ヒステリシス算出部４２，駆動判定用比較部４３の他に、低位発熱量算出部４７と、失火判定部４８と、運転条件変更部４９とを具えている。

ただし、本実施形態における噴射弁駆動制御部２５は、燃焼室１２に供給される燃料噴射量に関する情報を低位発熱量算出部４７にも出力する。また、ヒータ通電制御部４０は、波形算出部３２にて算出された筒内圧の波形ヒステリシスΔＨが（第１の）閾値Ｈ_R1よりも大きいと駆動判定用比較部４３が判定し、かつエンジン１０が低負荷運転状態の場合、グロープラグ３８のヒータエレメントに対して通電を行うようになっている。

ここで言う低負荷運転状態とは、エンジン１０のアイドリング状態またはこれよりも負荷の軽い運転状態、例えば先のモータリング状態での燃料の単発的な噴射状態を指す。モータリング状態での燃料の単発的な噴射は、エンジン１０に大きな駆動力を与えるようなものではなく、センサ類の異常検出のためなどに利用されるが、本実施形態における失火判定の際にも利用することができる。エンジン１０が低負荷運転状態であるか否かは、運転状態判定部３１にて判定される。

このような低負荷運転状態における低位熱発生量の変化率を図６に示す。図６における二点鎖線は、失火が発生していない正常な燃焼状態の場合を示し、低位熱発生量変化率がＴＤＣを挟んでその直前および直後に急激に変化していることがわかる。これに対し、実線は失火が起こっている場合を示し、低位熱発生量変化率がなだらかに変化することがわかる。このような差は、エンジン１０が特に上述した低負荷運転状態の場合に顕著に見ることができる。従って、エンジン１０の低負荷運転状態における低位熱発生量に基づいて失火の判定が可能となる。

低位発熱量算出部４７は、ヒータ通電制御部４０によりグロープラグ３８のヒータエレメントに通電してデポジットの除去処理を行った後、燃焼室１２に供給される燃料の低位発熱量Ｑを筒内圧センサ２６およびクランク角センサ３０からの検出信号を利用して算出する。低位発熱量Ｑの算出方法に関する具体的な理論や詳細については、特開２００１−１５２９５２号公報や特開２００５−３０３３２号公報などに記載されている。すなわち、低位発熱量算出部４７は、まず、膨張行程における燃焼室１４内の圧力、つまり筒内圧Ｐと、この筒内圧Ｐの検出時における燃焼室１４の容積Ｖを所定の指数κで累乗した値との積ＰＶ^κを筒内圧Ｐの検出時における瞬時熱発生量ｈに関する制御パラメータ、つまり熱発生量指標として算出する。

筒内圧Ｐおよびこの筒内圧Ｐの検出時における燃焼室１４の容積Ｖを指数κで累乗した値Ｖ^κの積（以下、これを熱発生量パラメータと呼称する）ＰＶ^κと、瞬時熱発生量ｈとが相関を有する、つまりｈ∽ＰＶ^κとなることは、特開２００５−３６７５４号公報などで詳述されており、周知である。

次に、算出された熱発生量パラメータＰＶ^κを噴射弁駆動制御部２５にて設定された１つの気筒への１サイクル当たりの燃料の供給量（以下、これを設定噴射量と呼称する）τで除算した値を真の燃料の発熱量である低位発熱量Ｑに関する制御パラメータ、つまり低位発熱量指標ｈ/τとして算出する。低位発熱量Ｑは、瞬時熱発生量ｈを設定噴射量τで除算したものであるが、上述したｈ∽ＰＶ^κの関係から、Ｑ∽ＰＶ^κ/τとして表すことができる。

このようにして低位発熱量算出部４７にて算出されたＰＶ^κ/τは、低位発熱量Ｑとして失火判定部４８に出力される。なお、低位発熱量Ｑの算出方法については、上述したような実施形態に限らず、他の周知の手法を採用することも当然可能である。

失火判定部４８は、噴射弁駆動制御部２５にて設定された設定噴射量τと予め記憶された使用中の燃料の性状とに基づく閾値Ｑ_Rが記憶されており、この閾値Ｑ_Rに対し、低位発熱量算出部４７にて算出された低位発熱量Ｑの大小を比較し、これが閾値Ｑ_R以上であるか否かを判定する。より具体的には、低位発熱量算出部４７にて算出された低位発熱量Ｑが失火判定用の閾値Ｑ_R未満の場合、当然得られるべき所定の出力が得られていないので、失火判定部４８は失火が起こっていると判断し、その情報を運転条件変更部４９に出力する。

運転条件変更部４９は、失火判定部４８での判定結果に基づき、失火が発生している場合にのみ、エンジンの１０の運転条件を変更する。具体的には、失火が起こりにくくなるような制御、例えば燃料噴射時期を早めるような補正情報や、燃料噴射量を増量させるような補正情報を噴射弁駆動制御部２５に出力する。

先の噴射弁駆動制御部２５は、運転条件変更部４９からの補正情報に基づき、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射時期や噴射量が補正される。これにより、エンジン１０の失火が解消され、円滑な運転を継続することができる。

このような本実施形態における制御手順を図７に示す。まずＳ３１のステップにて車両が所定運転状態にあるか否かを判定し、所定運転状態にあると運転状態判定部３１が判定した場合、Ｓ３２のステップに移行して筒内圧を検出し、続いてＳ３３のステップにて基準波形記憶部４１から供給される筒内圧の基準波形に対し、検出された筒内圧の波形ヒステリシスを算出する。

そして、Ｓ３４のステップにて算出された波形ヒステリシスΔＨが予め設定した第１の閾値Ｈ_Rよりも大きいか否かを判定し、算出された波形ヒステリシスΔＨが予め設定した第１の閾値Ｈ_R以下である、つまり波形ヒステリシスΔＨの大きさが充分に小さいと判断した場合には、筒内圧センサ２６の受圧部にデポジットがそれほど付着堆積していないので、何もせずにＳ３１のステップに戻る。これに対し、算出された波形ヒステリシスΔＨが予め設定した第１の閾値Ｈ_Rよりも大きい、つまりエンジン１０の運転制御を行う際に悪影響を与える程度のデポジットが筒内圧センサ２６の受圧部に付着堆積している可能性があると判断した場合には、Ｓ３５のステップに移行して再び車両が所定運転状態にあるか否かを判定し、所定運転状態、この場合には低負荷運転状態にあると運転状態判定部が判定した場合にのみ、Ｓ３６のステップに移行してグロープラグ３８のヒータエレメントに通電を行って筒内圧センサ２６の受圧部に付着堆積したデポジットの除去を行う。

この時、Ｓ３７のステップにて燃焼室１２内に所定量の燃料を噴射し、筒内圧センサ２６とクランク角センサ３０とからの検出信号に基づいて低位発熱量Ｑを算出する。そして、算出された低位発熱量Ｑが予め設定された閾値Ｑ_R以上であるか否かをＳ３８のステップにて判定し、低位発熱量Ｑが閾値Ｑ_R以上であると判断した場合には失火が起こっていないので運転条件を変更せず、このまま処理を終える。

Ｓ３８のステップにて低位発熱量Ｑが閾値Ｑ_Rよりも小さい、すなわち失火が発生していると判断した場合には、Ｓ３９のステップに移行して失火が発生しにくくなるような運転条件変更処理、例えば燃料噴射量の増量や噴射時期を早める制御が行われる。

このようにして、筒内圧センサ２６のデポジット除去処理中に失火の有無を判定し、運転条件を必要に応じて変更することにより、エンジン１０の運転状態をより適切に制御することが可能となる。従って、上述した失火判定処理を先の図４に示した実施形態におけるＳ１８のステップにて同時に行うことも有効である。

なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

本発明による一実施形態の概念図である。図１に示した実施形態における制御ブロック図である。図１に示した実施形態におけるグロープラグ一体型筒内圧センサの出力波形を模式的に表すグラフである。図１に示した実施形態における制御手順を表すフローチャートである。本発明の他の実施形態における制御ブロック図である。図５に示した実施形態におけるクランク角位相と低位発熱量変化率との関係を模式的に表すグラフである。図５に示した実施形態における制御手順を表すフローチャートである。

符号の説明

１０エンジン
１１燃料噴射弁
１２燃焼室
１３排気通路
１４吸気通路
１５吸気ポート
１６排気ポート
１７シリンダヘッド
１８吸気弁
１９排気弁
２０排気管
２１酸化触媒
２２吸気管
２３ピストン
２４ＥＣＵ
２５噴射弁駆動制御部
２６筒内圧センサ
２７アクセル開度センサ
２８エアフローメータ
２９水温センサ
３０クランク角センサ
３１運転状態判定部
３２波形算出部
３３アクセルペダル
３４シリンダブロック
３５ウォータージャケット
３６連接棒
３７クランク軸
３８グロープラグ
３９噴射弁駆動制御部
４０ヒータ通電制御部
４１基準波形記憶部
４２ヒステリシス算出部
４３駆動判定用比較部
４４故障判定用比較部
４５警告表示器駆動制御部
４６警告表示器
４７低位発熱量算出部
４８失火判定部
４９運転条件変更部

Claims

内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための筒内圧センサの受圧部がグロープラグのヒータエレメントを内部に収容した発熱チューブにて構成されたグロープラグ一体型筒内圧センサと、
内燃機関が所定の運転状態の場合、予め設定された筒内圧の基準波形に対して前記グロープラグ一体型筒内圧センサにより検出される筒内圧の実波形のヒステリシスを算出するヒステリシス算出部と、
このヒステリシス算出部にて算出されたヒステリシスを予め設定された第１の閾値と比較するグロープラグ駆動判定用比較部と、
このグロープラグ駆動判定用比較部での比較結果に基づいて前記ヒータエレメントに対する通電を制御するヒータ通電制御部と
を具えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記ヒータ通電制御部により前記ヒータエレメントに対して通電を行った後に最初に前記ヒステリシス算出部にて再び算出されるヒステリシスを予め設定された第２の閾値と比較するセンサ故障判定用比較部をさらに具えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記グロープラグ一体型筒内圧センサが内燃機関の各気筒毎に配され、
前記ヒータ通電制御部により前記ヒータエレメントに対して通電を行った後に前記ヒステリシス算出部にて再び算出される各気筒毎のヒステリシスを相互に比較する燃料供給系故障判定用比較部をさらに具えた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制御装置。
前記ヒータ通電制御部は、前記グロープラグ駆動判定用比較部での比較結果に加えて内燃機関の運転状態に基づいて前記ヒータエレメントに対する通電を制御するものであり、
このヒータ通電制御部により前記ヒータエレメントに対して通電を行った後に内燃機関の低位発熱量を算出する低位発熱量算出部と、
この低位発熱量算出部にて算出される低位発熱量に基づいて失火の有無を判定する失火判定部と
をさらに具えた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制御装置。
前記失火判定部での判定結果に基づいて内燃機関の運転条件を変更する運転条件変更部をさらに具えたことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための筒内圧センサの受圧部がグロープラグのヒータエレメントを内部に収容した発熱チューブにて構成されたグロープラグ一体型筒内圧センサを用いた内燃機関の制御方法であって、
内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定するステップと、
内燃機関が所定の運転状態の場合、予め設定された筒内圧の基準波形に対して実際に検出される筒内圧の実波形のヒステリシスを算出するステップと、
算出されたヒステリシスを予め設定された第１の閾値と比較するステップと、
この比較結果に基づいて前記ヒータエレメントに対する通電を制御するステップと
を具えたことを特徴とする内燃機関の制御方法。
前記ヒータエレメントに対して通電を行った後に最初に算出されるヒステリシスを予め設定された第２の閾値と比較するステップと、
この比較結果に基づいて前記グロープラグ一体型センサの故障の有無を判定するステップと
をさらに具え、前記グロープラグ一体型センサの故障の有無を判定するステップは、算出されたヒステリシスが予め設定された第２の閾値よりも大きい場合、グロープラグ一体型センサが故障していると判定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御方法。
前記グロープラグ一体型筒内圧センサが内燃機関の各気筒毎に配され、
前記ヒータエレメントに対して通電を行った後に最初に算出される各気筒毎のヒステリシスを相互に比較するステップと、
この比較結果に基づいて燃料噴射系の異常の有無を判定するステップと
をさらに具えたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の内燃機関の制御方法。
前記燃料噴射系の異常の有無を判定するステップは、何れか１つの気筒におけるヒステリシスが他の残りの気筒におけるヒステリシスよりも所定値以上異なっている場合、この１つの気筒に対する燃料噴射系が異常であると判定することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御方法。
前記ヒータエレメントに対する通電を制御するステップは、算出されたヒステリシスと第１の閾値との比較結果に加え、内燃機関の運転状態に基づいてなされ、
前記ヒータエレメントに対して通電を行った後に内燃機関における低位発熱量を算出するステップと、
算出された低位発熱量に基づいて失火の有無を判定するステップと
をさらに具えたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の内燃機関の制御方法。
前記ヒータエレメントに対する通電を制御するステップは、算出されたヒステリシスが第１の閾値よりも大きく、かつ内燃機関が低負荷の運転状態の場合、前記ヒータエレメントに対して通電を行うことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御方法。
失火の有無の判定結果に基づいて内燃機関の内燃機関の運転条件を変更し得るステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の内燃機関の制御方法。