JP6056427B2 - 筒内圧センサの異常検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、筒内圧センサの異常検出装置に関する。より具体的には、内燃機関の燃焼室内に配置された筒内圧センサの出力異常を検出する装置として好適なものである。

近年、高まる低燃費ニーズから、アイドリングストップや減筒運転など種々の発明がなされている。こうした発明の中には、筒内圧センサの出力から算出される図示トルクなどを用いた制御が多数ある。しかし、筒内圧センサを用いた図示トルクなどは、筒内圧センサが感度ずれを起こした場合に正しく算出されないという課題がある。

このような課題に対して、例えば特許文献１には、内燃機関の気筒に設置された筒内圧センサの出力を補正するための出力補正装置が開示されている。この出力補正装置は、燃焼前の圧縮行程中の第１クランク角における容積Ｖ１、第２クランク角における容積Ｖ２、比熱比κを含む数式から第１補正値を算出し、第１補正値と筒内圧センサの特性に応じて予め設定された基準補正値との比に基づいて第２補正値を算出し、第２補正値に応じて筒内圧センサの感度を補正する。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

特開２０１１−１５７８５０号公報 特開２０１０−１３３３２９号公報 特開２０１１−２４１７２７号公報

ところで、筒内圧センサの感度ずれの原因には代表的なものとして、筒内圧センサの故障による原因と、デポジット付着による原因がある。上述した特許文献１の出力補正装置では、筒内圧センサの出力が全体的に低下した場合に、感度ずれが生じていることは判定できるものの、その原因が、センサ故障であるのか、デポジット付着であるのかは判別できない。

センサ故障とデポジット付着とでは施される処置が大きく異なる。センサ故障が原因の場合には、筒内圧を補正したり、筒内圧センサを交換したりする必要があるのに対し、デポジット付着が原因の場合には、ノッキング制御やクリーナーによるデポジット洗浄を実行することにより出力の改善が見込める。筒内圧センサの出力を用いた各種制御を好適に実行する上で、筒内圧センサの感度ずれの原因を正しく判別できることが望まれている。

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、筒内圧センサに感度ずれが生じた場合に、感度ずれの原因を判別することのできる筒内圧センサの異常検出装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の燃焼室内に配置された筒内圧センサの異常検出装置であって、
所定クランク角における前記筒内圧センサの出力に基づいて、発熱量に相当する発熱量相当値を算出する発熱量相当値算出手段と、
複数サイクルにおいて前記発熱量相当値算出手段により算出された発熱量相当値の分布に関する分布パラメータ値を算出する分布パラメータ値算出手段と、
前記筒内圧センサに感度ずれが生じた場合であって、予め記憶した前記筒内圧センサの正常時の発熱量相当値に関する分布パラメータ基準値と、前記分布パラメータ値とを比較した比較値の絶対値が、所定値以上である場合に感度ずれの原因が第１の原因であると判定し、該所定値未満である場合に感度ずれの原因が第２の原因であると判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記分布パラメータ基準値及び前記分布パラメータ値は、平均値及びばらつきを示す指標値のいずれかであること、を特徴とする。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記第１の原因は、前記筒内圧センサへのデポジット付着であり、
前記第２の原因は、前記筒内圧センサの故障であること、を特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、
前記発熱量相当値算出手段は、１サイクル中において、圧縮行程開始から最大発熱量が生じるまでの間の所定クランク角θ_Ａにおける前記筒内圧センサの出力に基づいて発熱量相当値Ａを算出し、かつ、燃焼行程開始から排気バルブが開弁するまでの間の所定クランク角θ_Ｂにおける前記筒内圧センサの出力に基づいて発熱量相当値Ｂを算出し、
前記分布パラメータ値算出手段は、複数サイクルにおいて算出された発熱量相当値Ａと発熱量相当値Ｂについて、発熱量相当値Ａを発熱量相当値Ｂで除した値であるＡ／Ｂを各サイクルについて算出し、算出されたＡ／Ｂの平均値及びばらつきに関する指標値のいずれかを前記分布パラメータ値として算出し、
前記異常判定手段は、前記筒内圧センサに感度ずれが生じた場合であって、予め記憶した前記筒内圧センサの正常時のＡ／Ｂに関する分布パラメータ基準値と、前記分布パラメータ値との差の絶対値が、所定値以上である場合に感度ずれの原因が第１の原因であると判定し、該所定値未満である場合に感度ずれの原因が第２の原因であると判定すること、を特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、
前記所定クランク角θ_Ａは、１サイクル中において、発熱量相当値が最大となるクランク角であり、前記所定クランク角θ_Ｂは、燃焼終了時のクランク角であること、を特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、
前記発熱量相当値算出手段は、燃焼行程開始から排気バルブが開弁するまでの間の所定クランク角θ_Ｂにおける前記筒内圧センサの出力に基づいて発熱量相当値Ｂを算出し、
前記分布パラメータ値算出手段は、複数サイクルにおいて算出された発熱量相当値Ｂについて平均値Ｃを算出し、かつ、平均値Ｃを発熱量相当値Ｂで除した値であるＣ／Ｂを各サイクルについて算出し、算出されたＣ／Ｂのばらつきに関する指標値を前記分布パラメータ値として算出し、
前記異常判定手段は、前記筒内圧センサに感度ずれが生じた場合であって、予め記憶した前記筒内圧センサの正常時のＣ／Ｂに関する分布パラメータ基準値と、前記分布パラメータ値との差の絶対値が、所定値以上である場合に感度ずれの原因が第１の原因であると判定し、該所定値未満である場合に感度ずれの原因が第２の原因であると判定すること、を特徴とする。

また、第７の発明は、第６の発明において、
前記所定クランク角θ_Ｂは、燃焼終了時のクランク角であることを特徴とする。

第１の発明によれば、筒内圧センサに感度ずれが生じた場合に、筒内圧センサの出力に基づく発熱量相当値に関する分布パラメータ値と、正常時の分布パラメータ基準値とを比較した比較値から感度ずれの原因を判別する。筒内圧センサにデポジットが堆積する前は、センサに燃焼ガスが触れる／触れないことによるばらつきが大きいが、デポジットが堆積することで、一律に直接触れなくなり、かつ、シリンダヘッドへの放熱性も向上する。この場合、発熱量相当値に関する分布パラメータ値は、その基準値から変化することとなる。よって、第１の発明によれば、筒内圧センサに感度ずれが生じた場合に、上記比較値から感度ずれの原因を判別することができる。

第２の発明によれば、発熱量相当値の平均値及びばらつきを示す指標値のいずれかを、分布パラメータ値として用いて、筒内圧センサに生じた感度ずれの原因を判別することができる。

第３の発明によれば、感度ずれの原因が筒内圧センサへのデポジット付着であるか、筒内圧センサの故障であるかを判別することができる。

第４の発明によれば、圧縮行程開始から最大発熱量が生じるまでの間の所定クランク角θ_Ａにおける筒内圧センサの出力を用いることでＳ／Ｎ比が高い発熱量相当値Ａを算出する。また、燃焼行程開始から排気バルブが開弁するまでの間の所定クランク角θ_Ｂにおける筒内圧センサの出力を用いることで熱歪誤差が大きい発熱量相当値Ｂを算出する。これらの比Ａ／Ｂの平均値及びばらつきに関する指標値のいずれかを分布パラメータ値として用いて、筒内圧センサに生じた感度ずれの原因を判別することができる。

第５の発明によれば、所定クランク角θ_Ａとして、最もＳ／Ｎ比が高い１サイクル中の最大発熱量が生じるクランク角を用い、所定クランク角θ_Ｂとして、最も発熱量相当値のばらつきが最も大きい（Ｓ／Ｎ比が高い）燃焼終了時を用いることで、より精度高く、比Ａ／Ｂの分布パラメータ値を算出することができる。

第６の発明によれば、燃焼行程開始から排気バルブが開弁するまでの間の所定クランク角θ_Ｂにおける筒内圧センサの出力を用いることで熱歪誤差が大きい発熱量相当値Ｂを算出する。複数サイクルにおける発熱量相当値Ｂの平均値Ｃを各発熱量相当値Ｂで除したＣ／Ｂのばらつきに関する指標値を分布パラメータ値として用いて、筒内圧センサに生じた感度ずれの原因を判別することができる。このような手法による、第６の発明によれば、遅角燃焼時のように、発熱量相当値の傾向が、最大発熱量が生じた点と燃焼終了点とが同一点である場合においても、筒内圧センサに生じた感度ずれの原因を判別することができる。

第７の発明によれば、所定クランク角θ_Ｂとして、最も発熱量相当値のばらつきが最も大きい（Ｓ／Ｎ比が高い）燃焼終了時を用いることで、より精度高く、比Ｃ／Ｂの分布パラメータ値を算出することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概念図である。 筒内圧センサ１８のセンサ部周辺の構成を説明するための概念図である。 筒内圧センサ１８のセンサ部周辺にデポジットが堆積した様子を説明するための概念図である。 筒内圧センサの出力が正常な場合と感度ずれが生じた場合について、クランク角と筒内圧センサの出力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における発熱量相当値の熱歪誤差について説明するための図である。 本発明の実施の形態１における、筒内圧センサ１８の感度低下の原因と分布パラメータ値との関係を示す図である。 筒内圧センサ１８の出力が正常である正常時におけるＰＶ^κ値の変化を示すグラフである。 筒内圧センサ１８の出力が異常であるデポジット堆積時におけるＰＶ^κ値の変化を示すグラフである。 筒内圧センサ１８の出力が異常であるセンサ故障時におけるＰＶ^κ値の変化を示すグラフである。 図７に対応するセンサ正常時のＡ／Ｂ_ｉの分布を示すグラフである。 図８に対応するデポジット堆積時のＡ／Ｂ_ｉの分布を示すグラフである。 図９に対応するセンサ故障時のＡ／Ｂ_ｉの分布を示すグラフである。 Ａ／Ｂ_ｉの平均値μ又はばらつきを示す指標値３σの傾向についてまとめた図である。 本発明の実施の形態１のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行する筒内圧センサの感度低下原因特定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のシステムにおいて、遅角燃焼時における筒内圧の変化を示すグラフである。 図１５に対応する遅角燃焼時におけるＰＶ^κ値の変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態２における発熱量相当値の熱歪誤差について説明するための図である。 本発明の実施の形態２における、筒内圧センサ１８の感度低下の原因と分布パラメータ値との関係を示す図である。 筒内圧センサ１８の出力が正常である正常時におけるＣ／Ｂ_ｉの分布を示すグラフである。 筒内圧センサ１８の出力が異常であるデポジット堆積時におけるＣ／Ｂ_ｉの分布を示すグラフである。 筒内圧センサ１８の出力が異常であるセンサ故障時におけるＣ／Ｂ_ｉの分布を示すグラフである。 本発明の実施の形態２のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行する筒内圧センサの感度低下原因特定ルーチンのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

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のシステム構成を説明するための概念図である。図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンとも称する）１０を備えている。内燃機関１０は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、例えば、過給リーンバーンエンジンである。

図１には１つの気筒のみが描かれているが、車両用の内燃機関１０は、一般的に複数の気筒から構成されている。各気筒には、その内部を往復運動するピストンが配置されている。各気筒のピストン上面からシリンダヘッドまでの空間は燃焼室１２を形成している。各気筒には、燃焼室１２内に燃料を噴射する燃料噴射弁１４が取り付けられている。燃料として、例えばガソリンやアルコールが用いられる。また、各気筒には、点火時期に応じて筒内の混合気に点火する点火プラグ１６、筒内圧（燃焼圧）Ｐを検出するための筒内圧センサ（ＣＰＳ）１８が配置されている。なお、ピストンの往復運動は、クランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の近傍には、クランク位置、クランク角速度及びエンジン回転数を検出するためのクランク角センサ２０が取り付けられている。

内燃機関１０には、空気を気筒内に取り込むための吸気通路２２と、気筒内から排気ガスを排出するための排気通路２４とが接続されている。吸気通路２２の入口近傍には、吸気通路２２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２６が取り付けられている。

エンジン１０は、排気ガスのエネルギによって過給を行うターボチャージャ２８を備えている。エアフローメータ２６の下流には、ターボチャージャ２８のコンプレッサ２８ａが配置されている。ターボチャージャ２８は、コンプレッサ２８ａと一体的に連結され排気ガスのエネルギによって回転するタービン２８ｂを備えている。コンプレッサ２８ａは、タービン２８ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。

コンプレッサ２８ａの下流には、吸気通路２２を流れる空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ３０が設けられている。スロットルバルブ３０の近傍にはスロットルバルブ３０の開度に応じた信号を出力するスロットル開度センサ３２が取り付けられている。スロットルバルブ３０の下流には、吸気通路２２内の吸気管圧に応じた信号を出力する吸気管圧センサ３４が設けられている。吸気通路２２の下流端には、吸気通路２２と燃焼室１２との間を開閉する吸気バルブ３６が設けられている。

排気通路２４の上流端には、燃焼室１２と排気通路２４との間を開閉する排気バルブ３８が設けられている。排気バルブ３８の下流には、排気ガスのエネルギによって回転するタービン２８ｂが配置されている。タービン２８ｂの下流には、排気ガス中の成分を浄化する触媒が設けられている。

また、本実施形態のシステムは、外部ＥＧＲ（排気再循環）装置を備えている。ＥＧＲ装置は、排気通路２４を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路２２に還流させる。具体的には、タービン２８ｂ上流の排気通路２４と、スロットルバルブ３０下流の吸気通路２２とを接続するＥＧＲ通路４０が設けられている。ＥＧＲ通路４０には、ＥＧＲクーラ、ＥＧＲバルブが設けられている。

本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む記憶回路を備えた演算処理装置により構成されている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述した筒内圧センサ１８、クランク角センサ２０、エアフローメータ２６、スロットル開度センサ３２の他、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。

ＥＣＵ５０の出力部には、上述した燃料噴射弁１４、点火プラグ１６、スロットルバルブ３０の他、内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを駆動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。

図２は、筒内圧センサ１８のセンサ部周辺の構成を説明するための概念図である。図３は、筒内圧センサ１８のセンサ部周辺にデポジットが堆積した様子を説明するための概念図である。

図２に示す筒内圧センサ１８は、そのセンサ部が燃焼室１２に突出することなく、内燃機関１０のシリンダヘッドに取り付けられている。センサ部近傍にデポジットが堆積する前は、燃焼ガスがセンサ部に触れる／触れないによるセンサ出力のばらつきが大きい。しかしながら、図３に示すように、シリンダヘッドに設けられた孔の内壁面とセンサ部とで形成される凹部にデポジットが堆積すると、燃焼ガスがセンサ部に一律に直接触れなくなり、かつ、シリンダヘッドへの放熱性も向上するため、熱歪誤差が改善し、センサ出力のばらつきが低減する。

特に、図２に示すようにシール位置がセンサ部の上部に有る場合、シリンダヘッドに設けられた孔とセンサ部との側面クリアランスへのガス流入が熱歪誤差を大きく悪化させる要因である。このような場合には、デポジットの堆積によりガス流入が遮断されるため、ばらつきの改善効果はより顕著である。

図４は、筒内圧センサの出力が正常な場合と感度ずれが生じた場合について、クランク角と筒内圧センサの出力との関係を示す図である。なお、本明細書では、感度ずれとして感度低下の例を説明するが、感度ずれは感度上昇も含みうる概念である。

筒内圧センサ１８に生じる感度低下の原因には、筒内圧センサ１８の故障によるものと、筒内圧センサ１８へのデポジット付着によるものがある。図４に示すように、いずれの原因による感度低下であっても正常時に比して筒内圧センサ１８の出力が低下する。しかしながら、原因によって対処方法が異なる。すなわち、センサ故障が原因である場合には、感度を補正するか、筒内圧センサ１８の交換が必要であるのに対し、デポジット付着が原因である場合には、ノッキング制御やクリーナーによるデポジット洗浄を実行することで出力の改善が見込める。よって、感度低下の原因を判別できることが望まれる。

［実施の形態１における特徴的手法］
本発明の実施の形態１における筒内圧センサの感度低下の原因を判別する手法の概要について図５、図６を用いて説明する。
図５は、本発明の実施の形態１における発熱量相当値の熱歪誤差について説明するための図である。本明細書において、発熱量相当値とは、燃焼室１２内で生じた発熱量及び発熱量に相当する値を含む。

実施の形態１では、まず、１サイクル中において、圧縮行程開始から最大発熱量が生じるまでの間の所定のクランク角θ_Ａにおける発熱量相当値Ａと、燃焼行程開始から排気バルブ３８が開弁するまでの間の所定のクランク角θ_Ｂにおける発熱量相当値Ｂとを算出する。発熱量相当値Ａ、Ｂは、同一運転条件下の複数サイクルにおいて算出される。発熱量相当値は、例えば、クランク角θにおける筒内圧をＰ、筒内容積をＶとし、筒内ガスの比熱比をκとした場合に、κを累乗の指数としてＶを累乗した値とＰとの乗算値（以下、ＰＶ^κ値と称する）である。

圧縮行程開始から最大発熱量が生じるまでの間のクランク角θ_Ａは、他のクランク角区間に比して熱歪誤差が比較的小さい。好ましくは、Ｓ／Ｎ比が最も高い最大発熱量が生じたクランク角をクランク角θ_Ａとする。

燃焼行程開始から排気バルブ３８が開弁するまでの間のクランク角θ_Ｂは、上述のθ_Ａに比して熱歪誤差が大きい（図５に示すようにθ_Ｂにおける発熱量相当値Ｂ_１…Ｂ_ｉのサイクル間のばらつきが大きい）区間である。好ましくは、Ｓ／Ｎ比が最も高い燃焼終了時のクランク角をクランク角θ_Ｂとする。例えば、ばらつきが最も大きい排気バルブ３８の開弁直前とする。

次に、各サイクル（１，２，…ｉ）における発熱量相当値ＡとＢの比を算出する。具体的には、発熱量相当値Ａを発熱量相当値Ｂで除した値であるＡ／Ｂ_１，Ａ／Ｂ_２，…Ａ／Ｂ_ｉを算出する。

これらの比（Ａ／Ｂ）に関して統計的に分布パラメータ値を算出する。分布パラメータ値とは、確率分布を特徴づける数（確率論における母数）に関する値であり、具体的には、Ａ／Ｂの平均値μやＡ／Ｂのばらつきを示す指標値である。ここでは、ばらつきを示す指標値として、標準偏差σに相関する３σを用いる。

図６は、本発明の実施の形態１における、筒内圧センサ１８の感度低下の原因と分布パラメータ値との関係を示す図である。
上述したようにデポジット付着により熱歪誤差が改善するため、デポジット付着による感度低下とセンサ故障による感度低下とでは、図６に示す違いが生じる。すなわち、センサ故障による感度低下時にはＡ／Ｂの平均値μとばらつきを示す指標値３σは、センサ正常時と比べて変化がないが、デポジット付着時にはＡ／Ｂの平均値μとばらつきを示す指標値３σは、正常時と比べて低下する。よって、図５のように発熱量相当値（ＰＶ^κ値）が変化する場合には、Ａ／Ｂの平均値μまたはばらつきを示す指標値３σと正常時の基準値とを比較することで感度低下の原因を判別することができる。

より具体的に、図７〜図１３を用いて、筒内圧センサ１８の感度低下の原因毎のＰＶ^κ値およびＡ／Ｂの分布パラメータ値について説明する。図７〜図１３は、同一運転条件の下、複数サイクルにおいて計測した結果を描画したグラフである。

図７〜図９はそれぞれ、筒内圧センサ１８の出力が正常である正常時、異常であるデポジット堆積時、センサ故障時におけるＰＶ^κ値の変化を示すグラフであり、グラフ中の０°ＣＡは圧縮上死点である。図１０〜図１２はそれぞれ、図７〜図９に対応するグラフであり、正常時、デポジット堆積時、センサ故障時におけるＡ／Ｂ_ｉの分布を示している。

図１０〜図１２に示すように、Ａ／Ｂ_ｉの平均値μは、センサ故障時は正常時と同等であるのに対し、デポジット堆積時は正常時に比して低下する。同様に、Ａ／Ｂ_ｉのばらつきを示す指標値３σは、センサ故障時は正常時と同等であるのに対し、デポジット堆積時は正常時に比して低下する。

図１３は、図７〜図１２に示されたＡ／Ｂ_ｉの平均値μ又はばらつきを示す指標値３σの傾向についてまとめた図である。センサ故障時は、平均値μ及びばらつきを示す指標値３σは、初期値（正常時）と同等である。これに対して、デポジット堆積時は、平均値μ及びばらつきを示す指標値３σは、初期値（正常時）に比して低下する傾向にある。

（感度低下原因特定ルーチン）
次に、このような分布パラメータ値の傾向を用いた、本発明の実施の形態１における筒内圧センサの感度低下の原因を特定するルーチンについて説明する。

図１４は、ＥＣＵ５０が実行する筒内圧センサの感度低下原因特定ルーチンのフローチャートである。ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ１８の正常時におけるモータリング時の最大出力値を記憶している。また、ＥＣＵ５０は、運転条件毎のＡ／Ｂの分布パラメータ基準値、すなわち、平均値μ及びばらつきを示す指標値３σの基準値であるμ_{1_ref}と３σ_{1_ref}をマップに記憶している。

図１４に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ１８の感度低下を検出する（ステップＳ１００）。具体的には、筒内圧センサ１８により検出されたモータリング時の最大出力値と、ＥＣＵ５０に予め記憶されたセンサ正常時のモータリング時の最大出力値とを比較する。検出時の最大出力値が正常時よりも所定値以上低下している場合に、筒内圧センサ１８に感度低下が生じていると判断する。

次に、ＥＣＵ５０は、同一運転条件の複数サイクルにおける、上述したクランク角θ_Ａとクランク角θ_Ｂとにおける筒内圧センサ１８の出力を運転履歴から取得し、各サイクルにおける発熱量相当値（ＰＶ^κ値）Ａと発熱量相当値Ｂ_ｉとを算出する（ステップＳ１１０、Ｓ１２０）。好ましくは、クランク角θ_Ａを最大発熱量が生じたクランク角とし、クランク角θ_Ｂを燃焼終了時（例えば、排気バルブ３８の開弁直前）のクランク角とする。

続いて、ＥＣＵ５０は、各サイクルにおけるＡ／Ｂ_ｉを算出し、Ａ／Ｂ_ｉの平均値μ_１とばらつきを示す指標値３σ_１を算出する（ステップＳ１３０）。

また、ＥＣＵ５０は、上述のマップから現運転条件に応じた、センサ正常時のＡ／Ｂ_ｉの平均値μ_{1_ref}とばらつきを示す指標値３σ_{1_ref}を、分布パラメータ値の基準値として取得する（ステップＳ１４０）。

ＥＣＵ５０は、分布パラメータ値の基準値と検出値との差が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、平均値に関してμ_{1_ref}−μ₁が所定値以上であるか否か、又は、ばらつきを示す指標値に関して３σ_{1_ref}−３σ₁が所定値以上であるか否かを判定する。μ_{1_ref}−μ₁が所定値以上（又は、３σ_{1_ref}−３σ₁が所定値以上）であると判定された場合には、ステップＳ１６０の処理が実行される。

ステップＳ１６０では、ＥＣＵ５０は、感度低下の原因が、筒内圧センサ１８へのデポジット付着によるものと判定して、デポジット付着を示す規定の原因特定信号を出力する。その後、本ルーチンの処理が終了される。

一方、ステップＳ１５０において、μ_{1_ref}−μ₁が所定値未満（又は、３σ_{1_ref}−３σ₁が所定値未満）であると判定された場合には、ステップＳ１７０の処理が実行される。ステップＳ１７０では、ＥＣＵ５０は、感度低下の原因が筒内圧センサ１８の故障によるものと判定して、センサ故障を示す規定の原因特定信号を出力する。その後、本ルーチンの処理が終了される。

以上説明したように、図１４に示す感度低下原因特定ルーチンによれば、筒内圧センサに感度ずれが生じた場合に、発熱量相当値に関する分布パラメータ値を用いて、感度ずれの原因を特定することができる。感度ずれの原因を特定することができるため、本実施形態のシステムでは、上述したように原因に応じて適切な制御（感度の補正制御、ノッキング制御）・処置を実行することが可能となる。また、本発明では、異常検出のために故意に点火時期や噴射時期を操作することなく、筒内圧センサ１８へのデポジット付着とセンサ故障による感度低下を切り分けることができるため、燃費やドラビリの悪化を引き起こさない点においても有利な効果を有する。

ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、ばらつきを示す指標値として３σを用いているが、この指標値はこれに限定されるものではない。例えば、σや２σを用いることとしてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１におけるシステム構成は、図１に示すようにターボチャージャ、ＥＧＲ装置を備える構成としているが、システム構成はこれに限定されるものではない。ターボチャージャ、ＥＧＲ装置の一方あるいは両方を備えないシステムであってもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

本発明が適用されるエンジンは、上述の実施の形態のような筒内直噴エンジンには限定されない。ポート噴射式のエンジンにも本発明の適用は可能である。また、火花点火式のエンジンに限らず、圧縮自着火式のエンジンにも本発明を適用することができる。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

尚、上述した実施の形態１においては、筒内圧センサ１８が前記第１の発明における「筒内圧センサ」に相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１１０及びＳ１２０の処理を実行することにより前記第１又は第４の発明における「発熱量相当値算出手段」が、上記ステップＳ１３０の処理を実行することにより前記第１又は第４の発明における「分布パラメータ値算出手段」が、上記ステップＳ１００、Ｓ１４０〜Ｓ１７０の処理を実行することにより前記第１又は第４の発明における「異常判定手段」が、それぞれ実現されている。
更に、実施の形態１においては、上記ステップＳ１１０において算出されるＰＶ^κ値が前記第１の発明における「発熱量相当値」に、上記ステップＳ１３０において算出されるＡ／Ｂ_ｉの平均値μまたはばらつきを示す指標値３σが、前記第１、第２又は第４の発明における「分布パラメータ値」に、筒内圧センサ１８へのデポジット付着が、前記第１又は第３の発明における「第１の原因」に、筒内圧センサ１８の故障が、前記第１、第３の発明における「第２の原因」に、それぞれ対応している。

実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図１５〜図２２を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態における筒内圧センサ１８の異常検出装置は、図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図２２のルーチンを実施させることで実現することができる。

図１５は、遅角燃焼時における筒内圧の変化を示すグラフである。図１６は、図１５に対応するグラフであり、遅角燃焼時におけるＰＶ^κ値の変化を示すグラフである。グラフ中の０°ＣＡは圧縮上死点である。

図１５に示すように、遅角燃焼時における筒内圧は、圧縮上死点による極大点と、燃焼による極大点とを有する。結果として、ＰＶ^κ値は、図１６に示すように燃焼終了時まで右上がりのグラフになる。この場合、最大発熱量が生じた点と燃焼終了点とが同一点となる。ＡとＢ_ｉ点が同一になるため、実施の形態１で説明した手法では、感度低下の原因が、デポジット付着であるのかセンサ故障であるのかを正しく判別できないこととなる。本発明の実施の形態２では、図１６に示すような場合であっても、感度低下の原因を判別できる手法を提供する。

［実施の形態２における特徴的手法］
本発明の実施の形態２における筒内圧センサ１８の感度低下の原因を特定する手法の概要について図１７、図１８を用いて説明する。
図１７は、本発明の実施の形態２における発熱量相当値の熱歪誤差について説明するための図である。本明細書において、発熱量相当値とは、燃焼室１２内で生じた発熱量及び発熱量に相当する値を含む。

実施の形態２では、まず、燃焼行程開始から排気バルブ３８が開弁するまでの間の所定のクランク角θ_Ｂにおける発熱量相当値Ｂを算出する。発熱量相当値Ｂは、同一運転条件下の複数サイクルにおいて算出される。発熱量相当値は、例えば、クランク角θにおける筒内圧をＰ、筒内容積をＶとし、筒内ガスの比熱比をκとした場合に、κを累乗の指数としてＶを累乗した値とＰとの乗算値（以下、ＰＶ^κ値と称する）である。

燃焼行程開始から排気バルブ３８が開弁するまでの間のクランク角θ_Ｂは、他のクランク角区間に比して熱歪誤差が大きい（図１７に示すようにθ_Ｂにおける発熱量相当値Ｂ_１…Ｂ_ｉのサイクル毎のばらつきが大きい）区間である。好ましくは、Ｓ／Ｎ比が最も高い燃焼終了時のクランク角をクランク角θ_Ｂとする。例えば、ばらつきが最も大きい排気バルブ３８の開弁直前とする。

次に、各サイクル（１，２，…ｉ）における発熱量相当値Ｂ_１…Ｂ_ｉの平均値Ｃを算出する。そして、発熱量相当値Ｂ_１…Ｂ_ｉの各点と平均値Ｃの比を算出する。具体的には、平均値Ｃを発熱量相当値Ｂで除した値であるＣ／Ｂ_１，Ｃ／Ｂ_２，…Ｃ／Ｂ_ｉを算出する。

これらの比（Ｃ／Ｂ）に関して統計的に分布パラメータ値を算出する。分布パラメータ値とは、確率分布を特徴づける数（確率論における母数）に関する値であり、具体的には、Ｃ／Ｂのばらつきを示す指標値である。ここでは、ばらつきを示す指標値として、標準偏差σに相関する３σを用いる。

図１８は、本発明の実施の形態２における、筒内圧センサ１８の感度低下の原因と分布パラメータ値との関係を示す図である。
上述したようにデポジット付着により熱歪誤差が改善するため、デポジット付着による感度低下とセンサ故障による感度低下とでは、図１８に示す違いが生じる。すなわち、故障による感度低下時にはＣ／Ｂのばらつきを示す指標値３σは、正常時と比べて変化がないが、デポジット付着時にはＣ／Ｂのばらつきを示す指標値３σは、正常時と比べて低下する。なお、Ｃ／Ｂの平均値μは正常時、感度低下時に関わらず１となる。よって、図１７のように発熱量相当値が変化する場合であっても、Ｃ／Ｂのばらつきを示す指標値３σを正常時の基準値と比較することで感度低下の原因を判別することができる。

より具体的に、図１９〜図２１を用いて、筒内圧センサ１８の感度低下の原因毎のＣ／Ｂの分布パラメータ値について説明する。図１９〜図２１は、同一の運転条件の下、複数サイクルにおいて計測した結果を描画したグラフである。

図１９〜図２１はそれぞれ、筒内圧センサ１８の出力が正常である正常時、異常であるデポジット堆積時、センサ故障時におけるＣ／Ｂ_ｉの分布を示すグラフである。
図１９〜図２１に示すように、Ｃ／Ｂ_ｉのばらつきを示す指標値３σは、センサ故障時は正常時と同じであるのに対し、デポジット堆積時は正常時に比して低下する傾向にある。

（感度低下原因特定ルーチン）
次に、このような分布パラメータ値の傾向を用いた、本発明の実施の形態２における筒内圧センサの感度低下の原因を特定するルーチンについて説明する。

図２２は、ＥＣＵ５０が実行する筒内圧センサの感度低下原因特定ルーチンのフローチャートである。ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ１８の正常時におけるモータリング時の最大出力値を記憶している。また、ＥＣＵ５０は、運転条件毎のＣ／Ｂの分布パラメータ基準値、具体的には、ばらつきを示す指標値３σの基準値である３σ_{2_ref}をマップに記憶している。

図２２に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ１８の感度低下を検出する（ステップＳ２００）。具体的には、筒内圧センサ１８により検出されたモータリング時の最大出力値と、ＥＣＵ５０に予め記憶されたセンサ正常時のモータリング時の最大出力値とを比較する。検出時の最大出力値が正常時よりも所定値以上低下している場合に、筒内圧センサ１８に感度低下が生じていると判断する。

次に、ＥＣＵ５０は、同一運転条件の複数サイクルにおける、上述したクランク角θ_Ｂにおける筒内圧センサ１８の出力を運転履歴から取得し、各サイクルにおける発熱量相当値（ＰＶ^κ値）Ｂ_ｉを算出する（ステップＳ２１０、Ｓ２２０）。好ましくは、クランク角θ_Ｂを燃焼終了時（例えば、排気バルブ３８の開弁直前）のクランク角とする。

続いて、ＥＣＵ５０は、各サイクルにおける発熱量相当値Ｂ_ｉの平均値Ｃを算出する（ステップＳ２３０）。さらに、ＥＣＵ５０は、各サイクルにおけるＣ／Ｂ_ｉを算出し、Ｃ／Ｂ_ｉのばらつきを示す指標値３σ_２を算出する（ステップＳ２４０）。

また、ＥＣＵ５０は、上述のマップから現運転条件に応じた、センサ正常時のＣ／Ｂ_ｉのばらつきを示す指標値３σ_{2_ref}を、分布パラメータ値の基準値として取得する（ステップＳ２５０）。

ＥＣＵ５０は、分布パラメータ値の基準値と検出値との差が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２６０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、ばらつきを示す指標値に関して３σ_{2_ref}−３σ₂が所定値以上であるか否かを判定する。３σ_{2_ref}−３σ₂が所定値以上であると判定された場合には、ステップＳ２７０の処理が実行される。

ステップＳ２７０では、ＥＣＵ５０は、感度低下の原因が、筒内圧センサ１８へのデポジット付着によるものと判定して、デポジット付着を示す規定の原因特定信号を出力する。その後、本ルーチンの処理が終了される。

一方、ステップＳ２６０において、μ_{2_ref}−μ₂が所定値未満（又は、３σ_{2_ref}−３σ₂が所定値未満）であると判定された場合には、ステップＳ２８０の処理が実行される。ステップＳ２８０では、ＥＣＵ５０は、感度低下の原因が筒内圧センサ１８の故障によるものと判定して、センサ故障を示す規定の原因特定信号を出力する。その後、本ルーチンの処理が終了される。

以上説明したように、図１４に示す感度低下原因特定ルーチンによれば、図１７に示すように燃焼終了時に最大発熱量が検出される傾向がある場合でも、発熱量相当値に関する分布パラメータ値を用いて、感度ずれの原因を特定することができる。特に、実施の形態２の感度低下原因特定ルーチンによれば、遅角燃焼時に限らず、実施の形態１の図５に示す傾向を有するであっても適用することができる。その他、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

尚、上述した実施の形態２においては、筒内圧センサ１８が前記第１の発明における「筒内圧センサ」に相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ２１０及びＳ２２０の処理を実行することにより前記第１又は第６の発明における「発熱量相当値算出手段」が、上記ステップＳ２３０及びＳ２４０の処理を実行することにより前記第１又は第６の発明における「分布パラメータ値算出手段」が、上記ステップＳ２００、Ｓ２５０〜Ｓ２８０の処理を実行することにより前記第１又は第６の発明における「異常判定手段」が、それぞれ実現されている。
更に、実施の形態２においては、上記ステップＳ２１０において算出されるＰＶ^κ値が前記第１の発明における「発熱量相当値」に、上記ステップＳ２４０において算出されるＣ／Ｂ_ｉのばらつきを示す指標値３σが、前記第１、第２又は第６の発明における「分布パラメータ値」に、筒内圧センサ１８へのデポジット付着が、前記第１又は第３の発明における「第１の原因」に、筒内圧センサ１８の故障が、前記第１、第３の発明における「第２の原因」に、それぞれ対応している。

１０ 内燃機関（エンジン）
１２ 燃焼室
１４ 燃料噴射弁
１６ 点火プラグ
１８ 筒内圧センサ
２０ クランク角センサ
２２ 吸気通路
２４ 排気通路
２８、２８ａ、２８ｂ ターボチャージャ、コンプレッサ、タービン
３０ スロットルバルブ
３６ 吸気バルブ
３８ 排気バルブ
４０ ＥＧＲ通路
５０ ＥＣＵ

Claims (6)

1. 内燃機関の燃焼室内に配置された筒内圧センサの異常検出装置であって、
   所定クランク角における前記筒内圧センサの出力に基づいて、発熱量に相当する発熱量相当値を算出する発熱量相当値算出手段と、
   複数サイクルにおいて前記発熱量相当値算出手段により算出された発熱量相当値の分布に関する分布パラメータ値を算出する分布パラメータ値算出手段と、
   前記筒内圧センサに感度ずれが生じた場合であって、予め記憶した前記筒内圧センサの正常時の発熱量相当値に関する分布パラメータ基準値と、前記分布パラメータ値とを比較した比較値の絶対値が、所定値以上である場合に感度ずれの原因が第１の原因であると判定し、該所定値未満である場合に感度ずれの原因が第２の原因であると判定する異常判定手段と、を備え、
   前記分布パラメータ基準値及び前記分布パラメータ値は、平均値及びばらつきを示す指標値のいずれかであること、
   を特徴とする筒内圧センサの異常検出装置。
2. 前記第１の原因は、前記筒内圧センサへのデポジット付着であり、
   前記第２の原因は、前記筒内圧センサの故障であること、
   を特徴とする請求項１記載の筒内圧センサの異常検出装置。
3. 前記発熱量相当値算出手段は、１サイクル中において、圧縮行程開始から最大発熱量が生じるまでの間の所定クランク角θ_Ａにおける前記筒内圧センサの出力に基づいて発熱量相当値Ａを算出し、かつ、燃焼行程開始から排気バルブが開弁するまでの間の所定クランク角θ_Ｂにおける前記筒内圧センサの出力に基づいて発熱量相当値Ｂを算出し、
   前記分布パラメータ値算出手段は、複数サイクルにおいて算出された発熱量相当値Ａと発熱量相当値Ｂについて、発熱量相当値Ａを発熱量相当値Ｂで除した値であるＡ／Ｂを各サイクルについて算出し、算出されたＡ／Ｂの平均値及びばらつきに関する指標値のいずれかを前記分布パラメータ値として算出し、
   前記異常判定手段は、前記筒内圧センサに感度ずれが生じた場合であって、予め記憶した前記筒内圧センサの正常時のＡ／Ｂに関する分布パラメータ基準値と、前記分布パラメータ値との差の絶対値が、所定値以上である場合に感度ずれの原因が第１の原因であると判定し、該所定値未満である場合に感度ずれの原因が第２の原因であると判定すること、
   を特徴とする請求項１又は２記載の筒内圧センサの異常検出装置。
4. 前記所定クランク角θ_Ａは、１サイクル中において、発熱量相当値が最大となるクランク角であり、前記所定クランク角θ_Ｂは、燃焼終了時のクランク角であること、
   を特徴とする請求項３記載の筒内圧センサの異常検出装置。
5. 前記発熱量相当値算出手段は、燃焼行程開始から排気バルブが開弁するまでの間の所定クランク角θ_Ｂにおける前記筒内圧センサの出力に基づいて発熱量相当値Ｂを算出し、
   前記分布パラメータ値算出手段は、複数サイクルにおいて算出された発熱量相当値Ｂについて平均値Ｃを算出し、かつ、平均値Ｃを発熱量相当値Ｂで除した値であるＣ／Ｂを各サイクルについて算出し、算出されたＣ／Ｂのばらつきに関する指標値を前記分布パラメータ値として算出し、
   前記異常判定手段は、前記筒内圧センサに感度ずれが生じた場合であって、予め記憶した前記筒内圧センサの正常時のＣ／Ｂに関する分布パラメータ基準値と、前記分布パラメータ値との差の絶対値が、所定値以上である場合に感度ずれの原因が第１の原因であると判定し、該所定値未満である場合に感度ずれの原因が第２の原因であると判定すること、
   を特徴とする請求項１又は２記載の筒内圧センサの異常検出装置。
6. 前記所定クランク角θ_Ｂは、燃焼終了時のクランク角であること、
   を特徴とする請求項５記載の筒内圧センサの異常検出装置。

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