JP5500088B2

JP5500088B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5500088B2
Application number: JP2011008135A
Authority: JP
Inventors: 啓介佐々木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2031-01-18
Also published as: JP2012149561A

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、燃焼室からのガス漏れを判定する装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、燃焼室からのガス漏れの原因を特定できるようにした内燃機関が開示されている。具体的には、この従来の内燃機関では、クランクケース内の圧力が所定値を超えている場合には、ピストンリングの不具合が原因でガス漏れが発生していると判断するようにしている。また、軽負荷運転時に測定または推定された体積効率実測値が所定値に対して低下しているか否かに応じて、ガス漏れの原因が吸気弁の閉弁不良であるかヘッドガスケットの抜けであるかを判断するようにしている。

特開２００５−２６４８５２号公報特開平９−２５６８７９号公報特開２００７−１２０３９２号公報特開２００８−２０８７５１号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術のように、センサの検出値もしくはそれに基づく算出（推定）値を所定値と比較することによって燃焼室からのガス漏れの有無を判定するという手法では、上記センサに経年劣化が生じた場合に、ガス漏れの有無を正確に判定することが困難となることが懸念される。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃焼室からのガス漏れの判定に用いるセンサの経年劣化の影響を受けずに上記ガス漏れを正確に判定できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記筒内から排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
前記燃料噴射弁を用いた吸気行程噴射の実行時に前記空燃比センサを用いて検出される第１空燃比と、当該吸気行程噴射の実行時と同一運転条件下において前記燃料噴射弁を用いた圧縮行程噴射の実行時に前記空燃比センサを用いて検出される第２空燃比との比較結果に基づいて、燃焼室からのガス漏れの有無を判定するガス漏れ判定手段と、
を備え、
前記ガス漏れ判定手段は、隣接する２サイクルにおける、前記第１空燃比と前記第２空燃比との比較結果に基づいて、前記ガス漏れの判定を行うことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ガス漏れ判定手段は、前記第１空燃比と前記第２空燃比との差が所定値よりも大きい場合に、前記ガス漏れが発生していると判定することを特徴とする。

また、第３の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
筒内圧力を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサにより検出された前記筒内圧力に基づいて、筒内ガスの空燃比の変化に応じて変化する燃焼指標値を算出する燃焼指標値算出手段と
前記燃料噴射弁を用いた吸気行程噴射の実行時に前記燃焼指標値算出手段を用いて算出される第１燃焼指標値と、当該吸気行程噴射の実行時と同一運転条件下において前記燃料噴射弁を用いた圧縮行程噴射の実行時に前記燃焼指標値算出手段を用いて算出される第２燃焼指標値との比較結果に基づいて、燃焼室からのガス漏れの有無を判定するガス漏れ判定手段と、
を備え、
前記燃焼指標値は、発熱量であり、
前記ガス漏れ判定手段は、前記第２燃焼指標値としての第２発熱量と、前記第１燃焼指標値としての第１発熱量との差が所定値よりも大きい場合に、前記ガス漏れが発生していると判定することを特徴とする。
また、第４の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
筒内圧力を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサにより検出された前記筒内圧力に基づいて、筒内ガスの空燃比の変化に応じて変化する燃焼指標値を算出する燃焼指標値算出手段と
前記燃料噴射弁を用いた吸気行程噴射の実行時に前記燃焼指標値算出手段を用いて算出される第１燃焼指標値と、当該吸気行程噴射の実行時と同一運転条件下において前記燃料噴射弁を用いた圧縮行程噴射の実行時に前記燃焼指標値算出手段を用いて算出される第２燃焼指標値との比較結果に基づいて、燃焼室からのガス漏れの有無を判定するガス漏れ判定手段と、
を備え、
前記燃焼指標値は、内燃機関のトルクであることを特徴とする。

また、第５の発明は、第３または第４の発明において、
前記ガス漏れ判定手段は、隣接する２サイクルにおける、前記第１燃焼指標値と前記第２燃焼指標値との比較結果に基づいて、前記ガス漏れの判定を行うことを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記ガス漏れ判定手段によって前記ガス漏れが発生していると判定された場合に、前記圧縮行程噴射を選択するガス漏れ時噴射態様設定手段を更に備えることを特徴とする。

燃焼室からのガス漏れが発生している状況下では、吸気行程噴射の実行時であれば、筒内から混合気が漏れ出ることとなり、一方、圧縮行程噴射の実行時であれば、筒内から空気が漏れ出ることとなる。従って、吸気行程噴射の実行時と圧縮行程噴射の実行時とでは、上記ガス漏れが発生している状況下において空燃比センサにより検出される排気ガスの空燃比が相違することになる。第１の発明によれば、２つの異なる態様での燃料噴射の実行時の第１空燃比と第２空燃比との相対的な比較結果に従って上記ガス漏れが判定されるので、上記ガス漏れの判定に用いる空燃比センサの経年劣化の影響を受けずに上記ガス漏れを正確に判定することが可能となる。また、本発明によれば、運転条件が同一とみなせるタイミングで取得した第１および第２空燃比を比較することができる。これにより、上記ガス漏れを精度良く判定することが可能となる。

上記ガス漏れの発生箇所としては、吸気弁、排気弁およびピストンリング等が該当するが、これらの何れの箇所からのガス漏れが発生している場合であっても、第１空燃比の方が第２空燃比よりも大きくなる。従って、第２の発明によれば、これらの第１空燃比と第２空燃比との差が所定値よりも大きい場合に上記ガス漏れが発生していると判定しているので、上記ガス漏れを精度良く判定することができる。

燃焼室からのガス漏れが発生している状況下では、吸気行程噴射の実行時であれば、筒内から混合気が漏れ出ることとなり、一方、圧縮行程噴射の実行時であれば、筒内から空気が漏れ出ることとなる。従って、吸気行程噴射の実行時と圧縮行程噴射の実行時とでは、上記ガス漏れが発生している状況下において筒内ガスの空燃比が相違することになる。それに伴い、筒内ガスの空燃比の変化に応じて変化する燃焼指標値（発熱量もしくは内燃機関のトルク）についても相違することになる。第３または第４の発明によれば、２つの異なる態様での燃料噴射の実行時に筒内圧センサにより検出された筒内圧力に基づいて算出される値であって、筒内ガスの空燃比の変化に応じて変化する第１燃焼指標値と第２燃焼指標値との相対的な比較結果に従って上記ガス漏れが判定される、これにより、上記ガス漏れの判定に用いる筒内圧センサの経年劣化の影響を受けずに上記ガス漏れを正確に判定することが可能となる。さらに付け加えると、上記ガス漏れの発生箇所としては、吸気弁、排気弁およびピストンリング等が該当するが、これらの何れの箇所からのガス漏れが発生している場合であっても、第２発熱量の方が第１発熱量よりも大きくなる。従って、第３の発明によれば、これらの第２発熱量と第１発熱量との差が所定値よりも大きい場合に上記ガス漏れが発生していると判定しているので、上記ガス漏れを精度良く判定することができる。

第５の発明によれば、運転条件が同一とみなせるタイミングで取得した第１および第２燃焼指標値を比較することができる。これにより、上記ガス漏れを精度良く判定することが可能となる。

第６の発明によれば、上記ガス漏れが発生していると判定された際に圧縮行程噴射が選択されるようにすることで、排気通路に配置される触媒への未燃混合気の流入による当該触媒の溶損を回避しつつ、退避走行が行えるようになる。

本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態２における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２が設けられている。筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。吸気通路１６および排気通路１８には、それぞれ、燃焼室１４と吸気通路１６、或いは燃焼室１４と排気通路１８を導通状態または遮断状態とするための吸気弁２０および排気弁２２が設けられている。

吸気通路１６の入口近傍には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２４が設けられている。エアフローメータ２４の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２６が設けられている。また、スロットルバルブ２６の下流には、吸気圧力を検出するための吸気圧力センサ２８が取り付けられている。

また、内燃機関１０の各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３０、および、混合気に点火するための点火プラグ３２がそれぞれ設けられている。更に、排気通路１８には、排気ガスを浄化するための上流触媒（Ｓ／Ｃ）３４および下流触媒３６が配置されている。上流触媒３４よりも上流側の排気通路１８（より具体的には、排気マニホールドの集合部）には、その位置で排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３８が取り付けられている。ここでは、空燃比センサ３８は、広範囲にわたって排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力を発するセンサであるものとする。

本実施形態のシステムは、演算処理装置として、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述したエアフローメータ２４、吸気圧力センサ２８および空燃比センサ３８に加え、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ４２等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力部には、上述したスロットルバルブ２６、燃料噴射弁３０および点火プラグ３２等の各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、それらのセンサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って上記各種のアクチュエータを駆動することにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。

［実施の形態１における燃焼室からのガス漏れの判定手法］
筒内に直接燃料を噴射可能な上記燃料噴射弁３０を備える本実施形態のシステムによれば、燃料噴射時期を切り替えることにより、吸気行程中に筒内に燃料を噴射する吸気行程噴射と、圧縮行程中に筒内に燃料を噴射する圧縮行程噴射とを行うことができる。

そこで、本実施形態では、吸気行程噴射の実行時に空燃比センサ３８を用いて検出される排気ガスの空燃比（以下、「第１空燃比Ａ／Ｆ１」と称する）と、当該吸気行程噴射の実行時と同一運転条件下において圧縮行程噴射の実行時に空燃比センサ３８を用いて検出される排気ガスの空燃比（以下、「第２空燃比Ａ／Ｆ２」と称する）との比較結果に基づいて、燃焼室１４からのガス漏れ（以下、「圧縮抜け」と称する）の有無を判定するようにした。より具体的には、本実施形態では、隣接する２サイクルにおいて、第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２とを取得したうえで、これらの第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２との差が所定値よりも大きい場合に、圧縮抜けが発生していると判定するようにした。

ここで、圧縮抜けが発生している場合に第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２との間に生ずる具体的な相違について、圧縮抜けの発生箇所毎に個別に説明を行う。尚、前提として、圧縮抜けの判定を行う際の燃料噴射量は、吸気行程噴射および圧縮行程噴射の何れの場合にも、筒内ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）となるように調整されているものとする。

（排気弁を介した圧縮抜けが発生しているケース）
このケースでは、吸気行程噴射が行われている場合であれば、排気弁２２を介して混合気が筒内から排気通路１８に抜けることになる。排気通路１８側に抜けた混合気が空燃比センサ３８に到達した際、混合気に含まれる炭化水素と空気とでは空気の方が空燃比センサ３８の検出感度が高いため、空燃比センサ３８の出力はストイキよりもややリーンな値となる。その後、この場合の圧縮抜けが生じたサイクルにおける燃焼ガスが空燃比センサ３８に到達した際には、空燃比センサ３８の出力はストイキを示す値となる。その結果、この場合の第１空燃比Ａ／Ｆ１は、圧縮抜けガスと燃焼ガスとを合わせた全体としては、ストイキ寄りのリーンな値となる。

一方、圧縮行程噴射が行われている場合であれば、排気弁２２を介して空気のみが筒内から排気通路１８に抜けることになる。その結果、排気通路１８側に抜けた空気に対しては、空燃比センサ３８の出力はリーンな値となり、この場合の圧縮抜けが生じたサイクルにおける燃焼ガスに対しては、空燃比センサ３８の出力はリッチな値となる。その結果、この場合の第２空燃比Ａ／Ｆ２は、圧縮抜けガスと燃焼ガスとを合わせた全体としては、ストイキを示す値となり、吸気行程噴射の実行時の第１空燃比Ａ／Ｆ１と比べて相対的にリッチな値となる。

（ピストンリングを介した圧縮抜けが発生しているケース）
このケースでは、吸気行程噴射が行われている場合であれば、ピストンリング１２ａ（図１参照）を介して混合気が筒内からクランク室に抜けることになる。筒内から抜けた混合気は空燃比センサ３８に到達しないので、空燃比センサ３８の出力には、この場合の圧縮抜けが生じたサイクルにおける燃焼ガス分のみが寄与することになる。この場合には、混合気がピストンリング１２ａを介して抜けるため、燃焼ガスの空燃比は、ストイキのままである。従って、この場合の第１空燃比Ａ／Ｆ１は、ストイキを示す値となる。

一方、圧縮行程噴射が行われている場合であれば、ピストンリング１２ａを介して空気のみが筒内からクランク室に抜けることになる。この場合にも、筒内から抜けた空気は空燃比センサ３８に到達しないので、空燃比センサ３８の出力には、この場合の圧縮抜けが生じたサイクルにおける燃焼ガス分のみが寄与することになる。この場合には、燃焼ガスの空燃比は、ピストンリング１２ａを介して空気が抜けた影響を受けて、ストイキよりもリッチとなる。従って、この場合の第２空燃比Ａ／Ｆ２は、ストイキよりもリッチな値となり、吸気行程噴射の実行時の第１空燃比Ａ／Ｆ１と比べて相対的にリッチな値となる。

（吸気弁を介した圧縮抜けが発生しているケース）
このケースでは、吸気行程噴射が行われている場合であれば、吸気弁２０を介して混合気が筒内から吸気通路１６に抜けることになる。筒内から抜けた混合気は空燃比センサ３８に到達しないので、空燃比センサ３８の出力には、この場合の圧縮抜けが生じたサイクルにおける燃焼ガス分のみが寄与することになる。この場合には、混合気が吸気弁２０を介して抜けるため、燃焼ガスの空燃比は、ストイキのままである。従って、この場合の第１空燃比Ａ／Ｆ１は、ストイキを示す値となる。

一方、圧縮行程噴射が行われている場合であれば、吸気弁２０を介して空気のみが筒内から吸気通路１６に抜けることになる。この場合にも、筒内から抜けた空気は空燃比センサ３８に到達しないので、空燃比センサ３８の出力には、この場合の圧縮抜けが生じたサイクルにおける燃焼ガス分のみが寄与することになる。この場合には、燃焼ガスの空燃比は、吸気弁２０を介して空気が抜けた影響を受けて、ストイキよりもリッチとなる。また、本実施形態のように、吸気行程噴射、次いで圧縮行程噴射という順番でこれら２つの態様の燃料噴射を隣接する２サイクルにおいて実行する場合には、圧縮行程噴射が行われるサイクルにおいて吸入されるガスは、吸気行程噴射を行った１つ前のサイクルの圧縮行程中に吸気通路１６側に抜けた混合気を含む空気（通常よりもリッチなガス）となる。従って、これらの理由により、この場合の第２空燃比Ａ／Ｆ２は、ストイキよりもリッチな値となり、吸気行程噴射の実行時の第１空燃比Ａ／Ｆ１と比べて相対的にリッチな値となる。

圧縮抜けが生じていない場合であれば、本来、第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２とは同一の値となる。一方、圧縮抜けが発生している場合には、以上説明したように、上記３つのケースの何れにおいても、圧縮行程噴射の実行時の第２空燃比Ａ／Ｆ２は、吸気行程噴射の実行時の第１空燃比Ａ／Ｆ１と比べて相対的にリッチな値となる。つまり、空燃比Ａ／Ｆの値の大きさとしては、第１空燃比Ａ／Ｆ１が第２空燃比Ａ／Ｆ２よりも大きくなる。このため、第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２との差が所定値よりも大きい場合には、圧縮抜けが発生していると判定することが可能となる。

（実施の形態１における具体的処理）
図２は、本発明の実施の形態１における圧縮抜けの判定手法を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンの起動時には、筒内ガスの空燃比がストイキとなるように燃料噴射量が調整された状態で、吸気行程噴射が行われているものとする。また、以下に示す本ルーチンにおける圧縮抜けの判定処理は、ここでは、１気筒毎に順に実行されるものとする。

図２に示すルーチンでは、先ず、現在（すなわち、吸気行程噴射の実行時）の排気ガスの第１空燃比Ａ／Ｆ１が、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３８の出力に基づいて算出（検出）される（ステップ１００）。次いで、燃料噴射弁３０による燃料噴射時期（直噴噴射時期）が変更される（ステップ１０２）。具体的には、現在の吸気行程噴射から圧縮行程噴射に切り替えられる。

次に、上記ステップ１０２において圧縮行程噴射に切り替えられた後の初回のサイクルにおける排気ガスの第２空燃比Ａ／Ｆ２が、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３８の出力に基づいて算出（検出）される（ステップ１０４）。次いで、上記ステップ１００において取得された第１空燃比Ａ／Ｆ１と上記ステップ１０４において取得された第２空燃比Ａ／Ｆ２との差が所定値よりも大きいか否かが判定される（ステップ１０６）。本ステップ１０６における空燃比Ａ／Ｆ１、Ａ／Ｆ２の差に関する所定値は、空燃比のばらつきによらずに圧縮抜けの発生の有無を判定し得る値として予め設定された値である。

上記ステップ１０６において、第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２との差が上記所定値よりも大きいと判定された場合には、圧縮抜けが発生していると判定される（ステップ１０８）。この場合には、次いで、圧縮行程噴射を選択して退避走行が行われ、また、警告灯（ＭＩＬ）の点灯が行われる（ステップ１１０）。

以上説明した図２に示すルーチンによれば、隣接する２サイクルにおける第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２との差が上記所定値よりも大きいと判定された場合に、圧縮抜け（燃焼室１４からのガス漏れ）が発生していると判定される。このような手法によれば、２つの異なる態様での燃料噴射の実行時の空燃比Ａ／Ｆ１、Ａ／Ｆ２の相対的な差に基づいて圧縮抜けの有無が判定される。このため、仮に空燃比センサ３８に経年劣化が生じた場合であっても、その影響を受けずに圧縮抜けを正確に判定することが可能となる。

また、本実施形態では、隣接する２サイクル間において、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間で燃料噴射の態様を異ならせるようにしている。このため、運転条件が同一とみなせることで吸入空気量が同一になり、圧縮抜けによるガス量が同一になるとみなせる状況下において、２つの空燃比Ａ／Ｆ１、Ａ／Ｆ２を比較することができる。これにより、圧縮抜けを精度良く判定することが可能となる。

また、上記ルーチンによれば、圧縮抜けが発生していると判定された際に退避走行を行う場合には、圧縮行程噴射が選択される。排気弁２２を介した圧縮抜けが発生している場合には、吸気行程噴射が行われるようになっていると、未燃状態の混合気が排気通路１８側に抜けてしまう。その結果、上流触媒３４等の溶損が生ずるおそれがある。従って、圧縮抜けが発生していると判定された際に圧縮行程噴射が選択されるようにすることで、上流触媒３４等の溶損を回避しつつ、退避走行が行えるようになる。

ところで、上述した実施の形態１においては、圧縮抜けの判定処理を１気筒ずつ順番に行うものとしている。しかしながら、２つの異なる態様での燃料噴射の実行時の空燃比Ａ／Ｆ１、Ａ／Ｆ２の相対的な差に基づく圧縮抜けの判定処理は、１気筒ずつ順番に行う態様に限らない。すなわち、排気通路１８の（排気マニホールド）の集合部に配置された空燃比センサ３８には、所定の順序（爆発順序）で各気筒からのガスが規則正しく到達する。従って、空燃比センサ３８に各気筒からガスが到達するタイミングに基づいて当該空燃比センサ３８の現在の出力がどの気筒からのガスであるかを把握するようにしたうえで、圧縮抜けの判定処理を全気筒（もしくは複数の一部気筒）同時に行うようにしてもよい。また、上記判定処理を全気筒（もしくは複数の一部気筒）同時に行う場合において、他の気筒から流出するガスの影響をより受けにくくしつつ空燃比Ａ／Ｆ１、Ａ／Ｆ２を検出するために、排気通路１８における（排気マニホールドの）各気筒の枝管部に空燃比センサをそれぞれ備えるようにしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ１００〜１０８の一連の処理を実行することにより前記第１の発明における「ガス漏れ判定手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第６の発明における「ガス漏れ時噴射態様設定手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図３および図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
［実施の形態２のシステム構成］
図３は、本発明の実施の形態２における内燃機関５０のシステム構成を説明するための図である。尚、図３において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図３に示す内燃機関５０のシステムは、各気筒に対して、筒内圧力を検出する筒内圧センサ５２をそれぞれ備えている点を除き、上記図１に示す内燃機関１０のシステムと同様に構成されている。筒内圧センサ５２は、ＥＣＵ４０の入力部に接続されている。

［実施の形態２における燃焼室からのガス漏れの判定手法］
空燃比センサ３８は、筒内圧センサと比べると、応答性が良くない。このため、上述した実施の形態１における圧縮抜けの判定手法では、圧縮行程噴射を一定時間続けないと、第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２との差の判定を満足に行えない場合が生じ得る。また、排気弁２２を介した圧縮抜けが発生した場合の第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２との差は、他の箇所が原因での圧縮抜けが発生した場合よりも小さい。このため、圧縮抜けにより筒内から抜けたガスの量の如何によっては、排気弁２２を介した圧縮抜けが発生した場合の第１空燃比Ａ／Ｆ１は、ストイキ近傍の値となる。その結果、この場合の第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２との差は微小となり、圧縮抜けの判定が困難になる可能性がある。

そこで、本実施形態では、圧縮抜けの判定のために、空燃比センサ３８の代わりに筒内圧センサ５２を利用するようにした。そして、吸気行程噴射の実行時に筒内圧センサ５２を用いて検出される筒内圧力に基づいて算出される発熱量Ｑ（以下、「第１発熱量Ｑ１」と称する）と、当該吸気行程噴射の実行時と同一運転条件下において圧縮行程噴射の実行時に筒内圧センサ５２を用いて検出される筒内圧力に基づいて算出される発熱量Ｑ（以下、「第２発熱量Ｑ２」と称する）との比較結果に基づいて、圧縮抜け（燃焼室１４からのガス漏れ）の有無を判定するようにした。より具体的には、本実施形態では、隣接する２サイクルにおいて、第１発熱量Ｑ１と第２発熱量Ｑ２とを取得したうえで、これらの第１発熱量Ｑ１と第２発熱量Ｑ２との差が所定値よりも大きい場合に、圧縮抜けが発生していると判定するようにした。

ここで、圧縮抜けが発生している場合に第１発熱量Ｑ１と第２発熱量Ｑ２との間に生ずる具体的な相違について、圧縮抜けの発生箇所毎に個別に説明を行う。尚、前提として、圧縮抜けの判定を行う際の燃料噴射量は、吸気行程噴射および圧縮行程噴射の何れの場合にも、筒内ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）となるように調整されているものとする。

（排気弁を介した圧縮抜けが発生しているケース）
このケースでは、吸気行程噴射が行われている場合であれば、排気弁２２を介して混合気が筒内から排気通路１８に抜けることになる。その結果、圧縮抜けに伴う筒内ガスの空燃比の変化はなく、圧縮抜けが生じた気筒における燃焼は、理論空燃比下での燃焼（ストイキ燃焼）となる。一方、圧縮行程噴射が行われている場合であれば、排気弁２２を介して空気のみが筒内から排気通路１８に抜けることになる。その結果、圧縮抜けに起因して燃焼時の筒内ガスの空燃比がストイキよりもリッチとなるので、圧縮抜けが生じた気筒における燃焼は、リッチ燃焼となる。発熱量Ｑは、筒内の作動ガスの熱解離の影響等により、理論空燃比よりもリッチ側で最大となる。従って、ストイキ燃焼が行われる場合の第１発熱量Ｑ１よりもリッチ燃焼が行われる場合の第２発熱量Ｑ２の方が大きくなる。

（ピストンリングを介した圧縮抜けが発生しているケース）
このケースでは、排気弁２２を介した圧縮抜けが発生しているケースと同様の理由によって、ストイキ燃焼が行われる場合の第１発熱量Ｑ１よりもリッチ燃焼が行われる場合の第２発熱量Ｑ２の方が大きくなる。

（吸気弁を介した圧縮抜けが発生しているケース）
このケースでは、吸気行程噴射が行われている場合であれば、吸気弁２０を介して混合気が筒内から吸気通路１６に抜けることになる。その結果、圧縮抜けに伴う筒内ガスの空燃比の変化はなく、圧縮抜けが生じた気筒における燃焼は、理論空燃比下での燃焼（ストイキ燃焼）となる。一方、圧縮行程噴射が行われている場合であれば、吸気弁２０を介して空気のみが筒内から吸気通路１６に抜けることになる。その結果、圧縮抜けに起因して燃焼時の筒内ガスの空燃比がストイキよりもリッチとなる。また、本実施形態では、吸気行程噴射、次いで圧縮行程噴射という順番でこれら２つの態様の燃料噴射を隣接する２サイクルにおいて実行する場合には、圧縮行程噴射が行われるサイクルにおいて吸入されるガスは、吸気行程噴射を行った１つの前のサイクルにおいて圧縮行程中に吸気通路１６側に抜けた混合気を含む空気（通常よりもリッチなガス）となる。従って、これらの理由により、圧縮行程噴射が行われている場合には、圧縮抜けが生じた気筒における燃焼は、リッチ燃焼となる。このように、本ケースにおいても、ストイキ燃焼が行われる場合の第１発熱量Ｑ１よりもリッチ燃焼が行われる場合の第２発熱量Ｑ２の方が大きくなる。

圧縮抜けが生じていない場合であれば、本来、第１発熱量Ｑ１と第２発熱量Ｑ２とは同一の値となる。一方、圧縮抜けが発生している場合には、以上説明したように、上記３つのケースの何れにおいても、圧縮行程噴射の実行時の第２発熱量Ｑ２は、吸気行程噴射の実行時の第１発熱量Ｑ１と比べて相対的に大きな値となる。このため、第１発熱量Ｑ１と発熱量Ｑとの差が所定値よりも大きい場合には、圧縮抜けが発生していると判定することが可能となる。

（実施の形態２における具体的処理）
図４は、本発明の実施の形態２における圧縮抜けの判定手法を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンの起動時には、筒内ガスの空燃比がストイキとなるように燃料噴射量が調整された状態で、吸気行程噴射が行われているものとする。

図４に示すルーチンでは、先ず、吸気行程噴射が実行されている状況下において筒内圧センサ（ＣＰＳ）５２を用いて検出される筒内圧力に基づいて、第１発熱量Ｑ１が算出される（ステップ２００）。具体的には、各気筒において筒内圧力が順に検出されたうえで、各気筒の第１発熱量Ｑ１が順に算出される。内燃機関５０の燃焼時の筒内圧力と発熱量（熱発生量）との間には相関がある。このため、本ステップ２００では、筒内圧センサ５２およびクランク角センサ４２を利用して、所定クランク角期間（燃焼期間）において、所定クランク角度毎に筒内圧センサ５２を用いて筒内圧力Ｐが検出される。そして、この筒内圧力Ｐと、筒内圧力Ｐの検出時のクランク角度に基づいて算出される筒内容積Ｖと、筒内のガスの比熱比κとに基づいて、上記所定クランク角度毎に発熱量ＰＶ^κが算出される。そして、上記所定クランク角期間における発熱量ＰＶ^κの積算値として、第１発熱量Ｑ１が算出される。

次に、燃料噴射弁３０による燃料噴射時期（直噴噴射時期）が変更される（ステップ２０２）。具体的には、現在の吸気行程噴射から圧縮行程噴射に切り替えられる。次いで、上記ステップ２０２において圧縮行程噴射に切り替えられた後の初回のサイクルにおける第２発熱量Ｑ２が、当該初回のサイクルにおいて筒内圧センサ５２により検出される筒内圧力に基づいて、上記第１発熱量Ｑ１の算出手法と同様の手法に従って気筒毎に順に算出される（ステップ２０４）。

次に、上記ステップ２０４において算出された第２発熱量Ｑ２と上記ステップ２００において算出された第１発熱量Ｑ１との差が所定値よりも大きいか否かが気筒毎に判定される（ステップ２０６）。本ステップ２０６における発熱量Ｑ１、Ｑ２の差に関する所定値は、発熱量のばらつきによらずに圧縮抜けの発生の有無を判定し得る値として予め設定された値である。

上記ステップ２０６において、第２発熱量Ｑ２と第１発熱量Ｑ１との差が上記所定値よりも大きいと判定された場合には、本判定の対象となった気筒において圧縮抜けが発生していると判定される（ステップ２０８）。この場合には、次いで、上記ステップ１１０の処理と同様に、圧縮行程噴射を選択して退避走行が行われ、また、警告灯（ＭＩＬ）の点灯が行われる（ステップ２１０）。

以上説明した図４に示すルーチンによれば、隣接する２サイクルにおける第２発熱量Ｑ２と第１発熱量Ｑ１との差が上記所定値よりも大きいと判定された場合に、圧縮抜け（燃焼室１４からのガス漏れ）が発生していると判定される。このような手法によっても、２つの異なる態様での燃料噴射の実行時の発熱量Ｑ１、Ｑ２の相対的な差に基づいて圧縮抜けの有無が判定される。このため、仮に筒内圧センサ５２に経年劣化が生じた場合であっても、その影響を受けずに圧縮抜けを正確に判定することが可能となる。

また、筒内圧センサ５２の応答性は空燃比センサ３８のそれと比べて良いので、発熱量Ｑ１、Ｑ２を速やかに算出して、２サイクル間の発熱量Ｑ１、Ｑ２の差異を短時間で判定可能となる。これにより、圧縮抜けの判定実施後に、圧縮抜けが生じていない場合には速やかに吸気行程噴射に復帰させることができる。更に、筒内圧力に基づいて算出される発熱量Ｑ１、Ｑ２には、筒内で燃焼したガス分のみが寄与する。このため、空燃比センサ３８を利用した実施の形態１の判定手法のように、圧縮抜けにより筒内から抜けたガスの量が少ないことが原因となって、圧縮抜けの判定が困難となるという懸念をなくすことができる。つまり、圧縮抜けによるガス量の多寡にかかわらず、圧縮行程噴射の実行時の第２発熱量Ｑ２と吸気行程噴射の実行時の第１発熱量Ｑ１との差の比較が可能となる。これにより、圧縮抜けを高精度で判定することが可能となる。その他、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、筒内圧センサ５２により検出される筒内圧力に基づく燃焼指標値として、発熱量Ｑ１、Ｑ２を利用した例について説明を行った。しかしながら、本発明において、筒内ガスの空燃比の変化に応じて変化する燃焼指標値は、筒内圧センサにより検出される筒内圧力に基づいて算出可能な値であれば発熱量Ｑに限定されるものではなく、例えば、内燃機関のトルクであってもよい。

尚、上述した実施の形態２においては、第１発熱量Ｑ１が前記第３の発明における「第１燃焼指標値」に、第２発熱量Ｑ２が前記第３の発明における「第２燃焼指標値」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ２００および２０４の処理を実行することにより前記第３の発明における「燃焼指標値算出手段」が、上記ステップ２００〜２０８の一連の処理を実行することにより前記第３の発明における「ガス漏れ判定手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ２１０の処理を実行することにより前記第６の発明における「ガス漏れ時噴射態様設定手段」が実現されている。

ところで、上述した実施の形態１および２においては、隣接する２サイクルにおける、第１空燃比Ａ／Ｆ１と第２空燃比Ａ／Ｆ２との比較結果、または、第１発熱量Ｑ１と第２発熱量Ｑ２との比較結果に基づいて圧縮抜けの判定を行うようにしている。しかしながら、本発明において第１空燃比と第２空燃比、または第１燃焼指標値と第２燃焼指標値を取得するタイミングは、内燃機関の同一運転条件が維持されるタイミングであれば、必ずしも隣接する２サイクルに限定されるものではない。

また、上述した実施の形態１および２においては、筒内ガスの空燃比がストイキとなるように燃料噴射量が調整された運転条件下において、空燃比Ａ／Ｆ１、Ａ／Ｆ２、または発熱量Ｑ１、Ｑ２を取得するようにしている。しかしながら、本発明は、２つの異なる態様での燃料噴射の実行時の２つの空燃比または燃焼指標値の相対的な比較結果に基づいて、燃焼室からのガス漏れの有無を判定するものであるので、本発明の前提条件としての筒内ガスの空燃比条件は、吸気行程噴射および圧縮行程噴射のそれぞれの実行時に同一の値とされていれば、必ずしもストイキに限定されるものではない。

１０、５０内燃機関
１２ピストン
１２ａピストンリング
１４燃焼室
１６吸気通路
１８排気通路
２０吸気弁
２２排気弁
２６スロットルバルブ
３０燃料噴射弁
３２点火プラグ
３４上流触媒
３６下流触媒
３８空燃比センサ
４０ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２クランク角センサ
５２筒内圧センサ

Claims

内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記筒内から排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
前記燃料噴射弁を用いた吸気行程噴射の実行時に前記空燃比センサを用いて検出される第１空燃比と、当該吸気行程噴射の実行時と同一運転条件下において前記燃料噴射弁を用いた圧縮行程噴射の実行時に前記空燃比センサを用いて検出される第２空燃比との比較結果に基づいて、燃焼室からのガス漏れの有無を判定するガス漏れ判定手段と、
を備え、
前記ガス漏れ判定手段は、隣接する２サイクルにおける、前記第１空燃比と前記第２空燃比との比較結果に基づいて、前記ガス漏れの判定を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記ガス漏れ判定手段は、前記第１空燃比と前記第２空燃比との差が所定値よりも大きい場合に、前記ガス漏れが発生していると判定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
筒内圧力を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサにより検出された前記筒内圧力に基づいて、筒内ガスの空燃比の変化に応じて変化する燃焼指標値を算出する燃焼指標値算出手段と
前記燃料噴射弁を用いた吸気行程噴射の実行時に前記燃焼指標値算出手段を用いて算出される第１燃焼指標値と、当該吸気行程噴射の実行時と同一運転条件下において前記燃料噴射弁を用いた圧縮行程噴射の実行時に前記燃焼指標値算出手段を用いて算出される第２燃焼指標値との比較結果に基づいて、燃焼室からのガス漏れの有無を判定するガス漏れ判定手段と、
を備え、
前記燃焼指標値は、発熱量であり、
前記ガス漏れ判定手段は、前記第２燃焼指標値としての第２発熱量と、前記第１燃焼指標値としての第１発熱量との差が所定値よりも大きい場合に、前記ガス漏れが発生していると判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
筒内圧力を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサにより検出された前記筒内圧力に基づいて、筒内ガスの空燃比の変化に応じて変化する燃焼指標値を算出する燃焼指標値算出手段と
前記燃料噴射弁を用いた吸気行程噴射の実行時に前記燃焼指標値算出手段を用いて算出される第１燃焼指標値と、当該吸気行程噴射の実行時と同一運転条件下において前記燃料噴射弁を用いた圧縮行程噴射の実行時に前記燃焼指標値算出手段を用いて算出される第２燃焼指標値との比較結果に基づいて、燃焼室からのガス漏れの有無を判定するガス漏れ判定手段と、
を備え、
前記燃焼指標値は、内燃機関のトルクであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記ガス漏れ判定手段は、隣接する２サイクルにおける、前記第１燃焼指標値と前記第２燃焼指標値との比較結果に基づいて、前記ガス漏れの判定を行うことを特徴とする請求項３または４記載の内燃機関の制御装置。
前記ガス漏れ判定手段によって前記ガス漏れが発生していると判定された場合に、前記圧縮行程噴射を選択するガス漏れ時噴射態様設定手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。