JP6420915B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関のシリンダ内の燃焼圧(筒内圧)を検出する内燃機関の燃焼圧検出方法及び燃焼圧検出装置に係り、特にクランク角度センサを用いて燃焼圧を検出する内燃機関の燃焼圧検出方法及び燃焼圧検出装置に関するものである。

最近では燃料消費量の低減や排気有害ガス成分の低減のため、燃料噴射量や燃料噴射時期の制御精度の向上、及び点火時期の制御精度の向上等を目指して種々の制御方法が提案されている。更に、例えば、火花点火と圧縮着火を併用する方式等のような新しい燃焼方法のアプローチもなされている。そして、制御精度の更なる向上や新しい制御方法の提案のために要請されているのは、燃料と空気よりなる混合気のシリンダ内の燃焼状態の正確な把握である。そこで、燃焼状態の正確な把握には燃焼によって生じるシリンダ内の燃焼圧を検出するのが望ましい。

このため、一般的にはシリンダブロック或いはシリンダヘッドに燃焼室と連通する孔を形成し、この孔を介して圧力検知素子にシリンダ内の燃焼圧を作用させて燃焼圧を検出する方法が提案されている。この方法では、孔内で生じる気柱振動が誤差要因となる。孔内で生じる気柱振動を抑制するためには、孔を短くする必要がある。これにより、圧力検知素子を燃焼室近傍に位置することとなる。燃焼室近傍は、熱衝撃が大きいため、圧力検知素子の負担が大きく、感度の低下や断線などの故障の原因となり、技術的な課題となっている。

このような背景にあって、例えば特開２００６−３３６４９８号公報(特許文献１)においては、既存のクランク角度センサを用いて燃焼状態を検出して内燃機関の制御に適用することが提案されている。一般的に内燃機関のシリンダ内の燃焼状態を把握する手段として内燃機関のクランク角速度を検出するクランク角度検出センサを用いることが知られている。このクランク角度センサは内燃機関のクランク軸のクランク角速度を検出するものであるが、間接的には燃焼室内の燃焼状態を検出しており、燃焼状態の変化によってクランク軸の角速度が変化するのを検出している。

そして、特許文献１においては、クランク角度センサの角度信号の周期ばらつきを補正して、これを適正に解析することにより燃焼状態を検出することを提案している。

特開２００６−３３６４９８号公報

特許文献１に記載された、燃焼状態の検出方法では、検出器の機械的な周期ばらつきを補正している。しかしながら、内燃機関の運転条件によっては、クランク軸の固有振動数とエンジン振動の一致により、過大なねじり振動が生じる。このねじり振動による周期ばらつきは、特許文献１の記載内容では解決できないというのが現状である。したがって、クランク軸にねじり振動が生じた場合でも精度よく燃焼圧を検出できる検出方法や検出装置が強く求められている。

本発明の目的は、クランク角度センサを用いて精度良くしかも簡単な方法で燃焼圧を検出することができる内燃機関の燃焼圧検出方法及び燃焼圧検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、圧力センサが検知した気筒の筒内圧力、または、クランク角度センサが検知したクランク角度センサ出力信号に基づいて、前記気筒の筒内圧力を検出する内燃機関制御装置であって、基準となるクランク角度センサ出力信号と所定の気筒の筒内圧力との関係を記録するメモリと、検知したクランク角度センサ出力信号を前記メモリに記憶された前記関係と照合することで前記気筒の筒内圧力を推定するプロセッサを備えており、該プロセッサは、前記圧力センサが検知した筒内圧力と推定した筒内圧力の偏差が規定値以下の場合には、前記圧力センサが検知した筒内圧力を出力し、前記偏差が前記規定値より大きい場合には、推定した筒内圧力を出力する。

本発明によれば、クランク角度センサを用いて精度良くしかも簡単な方法で燃焼圧を検出することができるものである。本発明のその他の構成、作用、効果は以下の実施例において詳細に説明する。

本発明が適用される内燃機関の制御システムの構成を示す構成図である。 図１に示す制御装置が実行する制御機能で、燃料制御機能と点火制御機能を実行する制御ブロック図である。 本発明の実施例を説明するための内燃機関のシリンダ配置構成図である。 本発明の考え方を説明するためのクランク角度センサの検出原理を説明する説明図である。 本発明の考え方を説明するためのピッチ誤差を説明する説明図である。 本発明の考え方を説明するためのピッチ誤差を説明する説明図である。 本発明の考え方を説明するためのクランク角度センサ出力信号の周期を説明する説明図である。 本発明の考え方を説明するための燃焼圧検出センサの出力の遷移を説明する説明図である。 本発明の実施例を説明するためのフローチャート図である。 本発明の実施例を説明するためのフローチャート図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

図１は本発明が適用される内燃機関の制御システムを示している。多気筒（ここでは４気筒）で構成される内燃機関１において、外部からの空気はエアクリーナ２を通過し、吸気管３、コレクタ４を経てシリンダ内に流入する。流入空気量はスロットル弁５により調節され、この調節された流入空気量が流量センサ６において検出される。また、図示しない吸気温センサで吸気温が検出される。スロットル弁５は電動機で駆動される電子スロットル弁でも良いものであり、最近ではこの電子スロットル弁が主流である。

クランク角度センサ７ではリングギア８によってクランク軸の所定回転角、例えば１０゜毎の信号と燃焼周期毎の信号が出力される。水温センサ３０は内燃機関の冷却水温度を検出し、また、図示しないアクセル踏み込み量センサはアクセルの踏み込み量を検出し、それによって運転者の要求トルクを検出する。このアクセル踏み込み量センサの出力は制御装置１８によって電子スロットル弁５の開度に変換され、これに基づいて電子スロットル弁５が制御される。

本実施例ではアクセル踏み込み量センサの信号を用いて加速運転の判断を行なうように構成されている。アクセル踏み込み量センサは運転者の運転操作の意図を最も早く反映させることができるので、加速運転の判断に用いるのが望ましいものである。

燃料タンク９内の燃料は、燃料ポンプ１０によって、吸引、加圧された後、プレッシャーレギュレータ１１を備えた燃料配管１２を通って燃料噴射弁１３の燃料入口に導かれると共に、余分な燃料は燃料タンク９に戻される。

内燃機関の燃焼状態を把握するため、内燃機関の燃焼圧を計測する燃焼圧力センサ１４が内燃機関１の燃焼室近傍（通常はシリンダヘッドに連通穴を設ける）に備えられている。この燃焼圧力センサ１４は圧電式またはゲージ式の燃焼圧センサであり、広い温度帯域にわたって燃焼圧を検出することができるものである。燃焼圧センサの検出素子から出力される信号が微弱な場合には、信号を増幅するためのアンプを付帯させる場合がある。

排気系には三元触媒１５が取り付けられており、排気ガスは三元触媒１５で浄化された後に大気に排出される。三元触媒１５の上流には上流側空燃比センサ１６が設けられており、本実施例では上流側空燃比センサ１６として空燃比に応じて連続的な検出信号を出力する空燃比センサ１６が使用されている。また、三元触媒１５の下流には下流側空燃比センサ１７が設けられており、本実施例では下流側空燃比センサ１７として理論空燃比近傍でスイッチ的な検出信号を出力するＯ２センサ１７が設けられている。

スロットル弁５に取り付けられたスロットル開度センサ、流量センサ６、クランク角度センサ７、アクセル踏み込み量センサ、吸気温センサ、水温センサ３０、燃焼圧力センサ１４等のそれぞれの信号は後述の制御装置１８に送られ、これらセンサ出力から内燃機関の運転状態を検出し、空気量、燃料噴射量、点火時期等の内燃機関の主要な操作量が適切に演算されるものである。

制御装置１８内で演算された目標空気量は、目標スロットル開度から電子スロットル駆動信号に変換され、スロットル弁５を駆動する電動機に送られる。また、制御装置１８内で演算された燃料噴射量は、開弁パルス信号に変換され、燃料噴射弁１３に送られる。更に、制御装置１８で演算された点火時期は、通電開始角と通電角に変換された点火信号として点火コイル１９に送られ点火プラグ２０で発火される。

そして、燃料噴射弁１３から噴射された燃料は吸気マニホールドからの空気と混合され内燃機関１のシリンダ内に流入して混合気を形成する。混合気は点火プラグ２０によって所定の点火時期で発生される火花により燃焼、爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げて内燃機関の動力となる。爆発後の排気は排気管２１を経て三元触媒１５に送り込まれる。

三元触媒１５の上流に設けた空燃比センサ１６は触媒に流入する前の排気ガスの空燃比を検出し、三元触媒１５の下流に設けたＯ２センサ１７は触媒で浄化された排気ガスの空燃比を検出するものである。これによって検出された空燃比は燃料噴射弁１３から噴射される燃料の量を補正するのに使用される。

制御装置１８には、空気流量センサ６、触媒上流側の空燃比センサ１６、触媒下流側のＯ２センサ１７、アクセル踏み込み量センサ、水温センサ３０、スロットル開度センサ、吸気温センサ、燃焼圧力センサ１４等の各センサ出力値がアナログ入力部２２に入力されている。また、クランク角度センサ７の角度信号等のディスクリート信号はデジタル入力部２３に入力されている。

アナログ入力部２２に入力されたセンサ信号はノイズ除去等の信号処理を行った後、Ａ/Ｄ変換器２４でＡ/Ｄ変換されてＲＡＭ２５に保管される。同様にデジタル入力部２３に入力された角度信号は入出力ポート２６を介してこれもＲＡＭ２５に保管される。ＲＡＭ２５に保管された検出信号はＭＰＵ（マイクロ、プロセッサユニット）２７内で演算処理される。ＭＰＵ２７は各種の制御信号を生成するための演算を実行するものである。

演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ２８に予め書き込まれており、制御プログラムに従ってＭＰＵ２７で演算された各アクチュエータの作動量を表す制御値はＲＡＭ２５に保管された後、入出力ポート２６に送られる。

点火プラグ２０の作動信号は出力回路２９内の点火制御部に送られ、一次側コイルの通流時はＯＮとなり、非通流時はＯＦＦとなるＯＮ-ＯＦＦ信号がセットされる。点火制御部にセットされた点火信号は点火コイル１９で点火プラグ２０を発火させるのに必要なエネルギに増幅され点火プラグ２０に供給される。また、燃料噴射弁１３の駆動信号は出力回路２９内の燃料制御部に送られ、開弁時ＯＮ、閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ-ＯＦＦ信号がセットされる。燃料制御部にセットされた噴射信号は燃料噴射弁１３に送られる。その他の制御機器も同様にして駆動される。

以上のような制御システムは基本的には良く知られているものであるのでこれ以上の説明は省略するが、図１で示した制御装置１８が実行する制御機能の内で、燃料制御機能と点火制御機能を実行する制御ブロックを図２に示している。

図２において、制御装置１８には燃料噴射制御ブロック４０と点火制御ブロック４１とが設けられている。これらのブロックは実際には制御装置１８に設けられたＭＰＵ２７で実行される機能を表している。

燃料噴射制御ブロック４０には冷却水温情報生成部４２、負荷情報生成部４３、空気量情報生成部４４、回転数情報生成部４５、クランク角度情報生成部４６、気筒判別情報生成部４７からの各情報が入力されている。この燃料噴射制御ブロック４０はこれらの入力情報から予め定めた演算式に基づいて燃料噴射弁１３から噴射される燃料の噴射量と噴射時期を演算し、燃料噴射弁１３から吸気マニホールドに燃料を噴射するものである。

点火時期制御ブロック４１には冷却水温情報生成部４２、負荷情報生成部４３、回転数情報生成部４５、クランク角度情報生成部４６、気筒判別情報生成部４７からの各情報が入力されている。この点火時期制御ブロック４１はこれらの入力情報から予め定めた演算式に基づいて、点火コイル１９の一次電流を流し込む時期（通電開始時期）とその通電量（通電角）及び一時電流を遮断する点火時期を演算するものである。これらの通電開始時期と通電角及び点火時期によって点火コイル１９の一次電流が制御されるようになっているものである。

更に、この点火時期制御ブロック４１には、本実施例の特徴とする燃焼圧推定演算ブロック４８からの燃焼圧情報、及びノック情報が入力されており、これによって、例えば燃焼圧信号によるＭＢＴ(Ｍｉｎｉｍｕｍ ＳｐａｒｋＡｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ)制御やノックが生じた時の遅角制御が実行される。本実施例においては、燃焼圧推定演算ブロック４８には少なくとも振動検出センサ出力情報生成部４９からの情報が入力されており、これらの入力に基づいて燃焼圧推定演算ブロック４８で燃焼圧の推定やノックの発生を検出している。尚、これ以外に加速状態情報生成部５０からの情報も入力されている。ＭＢＴ制御による点火時期補正値やノックが生じた時の遅角補正値は点火時期制御ブロック４１で演算している。

上述した通り、燃焼圧センサの検出精度と耐久性は二律背反の関係にあるため、故障時の対応を想定する必要があり、故障時の代替手段を備える必要がある。

このような要請に応えるべく、本発明では、予めクランク角度センサ出力信号と燃焼圧信号の関係を記録しておくことで、燃焼圧センサが故障しても、クランク角度センサ出力信号を関係と照合することで、燃焼圧を検出することを特徴としている。以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、まず本実施例の基本的な考え方を説明する。
図３は多気筒内燃機関シリンダ鉛直方向から見た場合のシリンダ配置の一例である。各気筒は直列に配置されており、４気筒それぞれの気筒番号を＃１〜＃４とする。各気筒それぞれに燃焼圧力センサ１４が取り付けられている。

図４は図１からクランク軸周辺部を一部抜粋した図である。４サイクルエンジンの場合、クランク角度７２０°の間、４気筒が等間隔に燃焼する。７２０°を４等分した期間を燃焼期間とて、その期間は１８０°となる。リングギア８が１回転する間には２気筒分の燃焼期間が含まれる。リングギアには一定角度（ここでは仮に10°とする）毎に凹凸がある。しかし、リングギアの機械加工精度などにより、厳密にはピッチ誤差がある。リングギア８のピッチ誤差はエンジンの運転条件によらず、一定である。

図５は定回転時におけるクランク角度センサ出力波形の一例である。横軸は基準となるクランク角度で１回転分、縦軸は出力電圧である。定回転時は波形の凹凸の周期が等しくなることが理想であるが、厳密にはばらつきが生じる。クランク角度の前半は１気筒分の燃焼期間であり、１８０°分となる。前半と後半のそれぞれには、中央にクランク角度上死点(TDC)が位置する。仮にこのエンジンの燃焼気筒順番が、＃１、＃３、＃４、＃２の順であるとするなら、仮に前半の１８０°分が＃１気筒の燃焼期間の場合、後半の１８０°分は＃３気筒となり、仮に前半の１８０°分が＃４気筒の燃焼期間の場合、後半の１８０°分は＃２気筒となる。＃１気筒と＃４気筒の燃焼期間に測定するリングギアの範囲は同一である。＃２気筒と＃３気筒の燃焼期間に測定するリングギアの範囲は同一である。＃１気筒と＃４気筒の燃焼期間に測定するリングギアの範囲と＃２気筒と＃３気筒の燃焼期間に測定するリングギアの範囲は異なる。

図６ａは定回転時の波形例である。縦軸は、図５における、クランク角度センサ出力信号の波形の凹凸の時間周期である。横軸はクランク角度センサ出力信号より検出した、クランク角度で半回転分（１燃焼期間）である。横軸の範囲は１８０°で、この間、１０°毎に凹凸を繰り返すため、１８点がサンプリングされる。図６ｂおいて、この１８点の信号は変動している。定回転中における周期変動の要因は、ピッチ誤差の影響である。

図６ｂはエンジン運転中の波形例である。縦軸は、図５における、クランク角度センサ出力信号の波形の凹凸の時間周期である。横軸はクランク角度センサ出力信号より検出した、クランク角度で半回転分（１燃焼期間）である。図６ｂおいて、この１８点の信号は変動している。エンジン運転中における周期変動の主要因は、ピッチ誤差に加えて、燃焼圧力やねじり振動などである。クランク軸には様々な機器と連動しており、エンジンを厳密に定回転で回すことはできないため、ピッチ誤差を含めて、周期変動要因の内訳を要因別に分解することは不可能である。ピッチ誤差やリングギアのエンジン個体差の影響を受ける。ねじり振動については、クランク軸のエンジン個体差の影響を受けるが、燃焼圧力によって発生する。よって、同一エンジンで運転条件が同じであれば、ピッチ誤差やねじり振動による周期変動はほぼ同じになる。このため、同一エンジンであれば、クランク角度センサ出力信号の周期変動に対する、燃焼圧センサの出力変動の関係は再現性がある。予め、燃焼期間における周期信号波形と燃焼圧波形の関係を記録しておき、新たに測定した周期信号波形と一致すれば、燃焼圧波形を推定できるものである。

図７はエンジン運転中の波形例である。縦軸は、燃焼圧力センサ１４の出力電圧である。横軸はクランク角度センサ出力信号より検出した、クランク角度で半回転分（１燃焼期間）である。実際の波形は、燃焼室内の温度や空気量、燃料量、残留ガス量、そしてこれらの分布状態などにより変化する。

次に、本発明を適用した時の実際の内燃機関の作動状態下での燃焼圧の推定、検出方法の考え方を図８及び図９に基づき説明する。尚、本実施例では燃焼圧力センサ１４を搭載するのを前提としている。そして、以下の説明ではステップという表現を使用しているが、実際の燃焼圧の推定、検出方法の考え方を説明するものである。これらの考え方を用いることで、制御装置１８によって具体的な燃焼圧の検出方法を実施でき、また燃焼圧の検出装置を構築することができるものである。具体的には、燃焼圧の検出方法は制御装置１８に設けられたＭＰＵ２７の制御プログラムによる演算機能によって実行され、また、燃焼圧の検出装置はＭＰＵ２７の制御プログラムによる演算機能ブロックとして構築されるものである。

以下、図８及び図９に基づき各ステップの実行内容を説明する。図８は、＃１気筒の燃焼圧を測定する手順である。

≪ステップＳ１０２≫
このステップＳ１０２は燃焼圧力センサ１４の出力信号を抽出するものである。一度の測定期間は１燃焼期間分（直列４気筒エンジンの場合、クランク角度で１８０°分）とする。内燃機関の燃焼状態を把握するため、内燃機関１の適宜位置に設けた圧電式燃焼圧力センサ１４によって、内燃機関の燃焼圧力信号Ａが検出される。この燃焼圧力センサ１４は広い周波数帯域にわたって振動を検出することができるものであり、燃焼圧力センサ１４の出力信号は制御装置１８の演算に使用される。そして、このようにして得られた燃焼圧力センサ１４の出力信号は制御装置１８のアナログ入力回路に取り込まれ、以下に説明する処理がＭＰＵ２７によって実行されるものである。

≪ステップＳ１０３≫
ステップＳ１０３では、まず、クランク角度センサ７の出力信号を制御装置１８内のデジタル入力部２３にて抽出する。一度の測定期間は１燃焼期間分（直列４気筒エンジンの場合、クランク角度で１８０°分）とする。抽出したクランク角度センサ７の出力信号が予め定めた閾値を跨って超えた時期の周期Ｂをレシプロカル方式の周波数カウンタにて測定する。ここで、リングギア８のピッチが１０°の場合、測定数は１８点となる。

≪ステップＳ１０４≫
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で測定したクランク角度センサ出力信号の周期Ｂと、予め記録した関係に含まれる、複数のクランク角度センサ出力信号の周期Ｃと照合する。関係には、複数のクランク角度センサ出力信号の周期Ｃと、同時に測定した、燃焼圧力センサ１４の出力信号Ｄが対になって記録されている。照合より、関係の中で最も近似したクランク角度センサ出力信号の周期Ｃ’を選定し、Ｃ’と同時に測定した燃焼圧力センサ１４の出力信号Ｄ’を関係から抽出する。

このステップＳ１０４について具体的に説明すると、本実施例の内燃機関制御装置１８は、図６に示したようなクランク角度［ｄｅｇ］に対するクランク角度センサ出力信号の周期［ｓｅｃ］に対し、同時に測定した、図７に示したような燃焼圧力センサ１４の出力信号Ｄの関係をエンジン回転数、又はトルクに応じて、複数、学習データベースとしてＲＡＭ２５（メモリ）に記憶する。

そして、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット、又は単にプロセッサと呼んでも良い）は実際に検知したクランク角度センサ７の信号をＲＡＭ２５（メモリ）に記憶された上記の関係とを照合し、最も近い関係となるクランク角度［ｄｅｇ］に対するクランク角度センサ出力信号の周期［ｓｅｃ］の関係を選択し、これに対応する燃焼圧力センサ１４の出力信号Ｄを筒内圧力として推定し、出力する。

この照合の際にＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）２７は、実際に測定したクランク軸の角速度を周波数成分に分解する。そして、この分解した周波数成分に対し、学習データに記憶された周波数成分群のうち、最も近い周波数成分を抽出する。そして、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）２７は、抽出した最も近い周波数成分に対応付けされた筒内圧力を実際の筒内圧力として推定して求める。ここでは周波数分解を行ったうえで照合することを述べたが、本実施例はこの方法に限りものではなく、単純にそれぞれの波形同士を比較することで照合するようにしても良い。

なお、元々、気筒に燃焼圧力センサ１４が設けられている場合には、この燃焼圧力センサ１４の故障を検知した場合のみ、ＭＰＵ２７は推定した筒内圧力を用いて車両制御を行うようにしても良い。

内燃機関が複数の気筒＃１〜４を備えた場合には、たとえば一つの気筒＃２に基準となる燃焼圧力センサ１４が設けられる。そして本実施例の内燃機関制御装置１８は、基準圧力センサ一を備えた基準気筒（たとえば気筒＃２）における、エンジン回転数、又はトルクに応じて、気筒の筒内圧力と対応付けされたクランク軸の角速度の周波数成分群の学習データを作成してＲＡＭ２５（メモリ）に記憶する。そして、定常運転時、燃焼圧力センサ１４が設けられていない気筒（たとえば＃１）の筒内圧力を推定する場合に、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）２７は測定したクランク角度センサ７の信号を上記関係に基づいて気筒＃２に対応するものとなるように補正する。そのうえで、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）２７は、補正したクランク軸の角速度を周波数成分に分解する。そして、この分解した周波数成分に対し、学習データに記憶された周波数成分群のうち、最も近い周波数成分を抽出する。そして、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）２７は、抽出した最も近い周波数成分に対応付けされた筒内圧力を実際の筒内圧力として推定して求める。なお、元々、気筒＃２に燃焼圧力センサ１４が設けられている場合には、この燃焼圧力センサ１４の故障を検知した場合のみ、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）２７は推定した筒内圧力を用いて車両制御を行うようにしても良い。

≪ステップＳ１０５≫
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０２で測定した燃焼圧力信号Ａと、ステップＳ１０４で推定した燃焼圧力信号Ｄ’を比較するため、双方の偏差を算出する。

≪ステップＳ１０６≫
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で算出した偏差と、予め定めた規定値を比較して、条件分岐処理を行う。ステップＳ１０５で算出した偏差が規定値以下である場合、燃焼圧センサが正常動作していると判断し、ステップＳ１０７へ進める。ステップＳ１０５で算出した偏差がステップＳ１０５で算出した偏差より大きい場合、燃焼圧センサが異常動作していると判断し、ステップＳ１１０へ進める。

≪ステップＳ１０７≫
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０２で測定した燃焼圧力信号Ａと、ステップＳ１０３で測定した周期Ｂを対の情報として、関係に追加記録する。

≪ステップＳ１０８≫
ステップＳ１０８では、ステップＳ１０２で測定した燃焼圧力信号Ａを出力する。

≪ステップＳ１１０≫
ステップＳ１１０では、ステップＳ１０４で推定した燃焼圧力信号Ｄ’を出力する。
以上に述べた手順により、燃焼圧力センサが異常動作した場合に、異常を検出して、測定値の代わりに推定値を出力することで、燃焼制御の品質を維持するものである。
ステップＳ１０１〜Ｓ１１１の手順は、気筒別に適用されるものであり、気筒毎に関係の記録と照合を行う。しかし、多気筒エンジンにおいては、別気筒の関係を用いることで推定精度を向上させることが出来る場合があるため、以下に説明する。関係の記録数が少ないと、ステップＳ１０４の照合における乖離が大きくなり、燃焼圧力の推定精度が低下する。しかし、関係の記録数が多いと、照合回数が増えるため、制御装置１８の演算能力を消費する。このため、関係の必要記録数はエンジン機種毎に設定される。よって、関係の記録数が必要記録数に到達した後は、これ以上記録数が増えないようにする必要がある。そのためには、新たな記録を止めるか、新たな記録を古い記録と置き換えるなどの方法がある。エンジンの摩耗などにより、関係に経時変化が認められる場合は、新たな記録を古い記録と置き換える方法がより有効となる。しかし、関係の記録数が必要記録数に到達するよりも前に燃焼圧力センサが故障して、自己回復されずに出力異常が続く場合、関係の追加記録は停止する。この状態では、関係の記録数（以下、関係記録数）が必要記録数（以下、規定値）に到達されないため、燃焼圧力の推定精度が低下したまま、改善されないことになる。この場合、他の気筒の関係を使用することで、推定精度の改善が可能となるので、この手順を図９へ示す。図９は、＃１気筒の燃焼圧を測定する手順であり、図８に一部の手順を追加したものである。追加した手順は、ステップＳ２０４からＳ２０９である。

≪ステップＳ２０４≫ステップＳ２０４では、＃１気筒の関係の記録数（以下、関係記録数）と必要記録数（以下、規定値）を比較する。関係記録数が規定値未満の場合、ステップＳ２０５へ移り、関係記録数が規定値未満でない場合は、ステップＳ２１０へ移る。

≪ステップＳ２０５≫ステップＳ２０５では、＃４気筒の関係の記録数（以下、関係記録数）と必要記録数（以下、規定値）を比較する。関係記録数が規定値未満の場合、ステップＳ２０６へ移り、関係記録数が規定値未満でない場合は、ステップＳ２１１へ移る。

≪ステップＳ２０６≫ステップＳ２０６では、＃４気筒の関係の記録数（以下、関係記録数）と必要記録数（以下、規定値）を比較する。関係記録数が規定値未満の場合、ステップＳ２０７へ移り、関係記録数が規定値未満でない場合は、ステップＳ２０８へ移る。

≪ステップＳ２０７≫ステップＳ２０７では、＃４気筒の関係の記録数（以下、関係記録数）と必要記録数（以下、規定値）を比較する。関係記録数が規定値未満の場合、ステップＳ２２１へ移り、関係記録数が規定値未満でない場合は、ステップＳ２０９へ移る。

≪ステップＳ２０８≫ステップ２０８では、ピッチ誤差の相対補正を行う。＃１気筒と＃２気筒は、燃焼期間における、リングギアの使用範囲が同じであり、ピッチ誤差が相対的に等しいため、補正処理が必要となる。＃１気筒の燃焼期間に使用するリングギアのピッチと、＃２気筒の燃焼期間に使用するリングギアのピッチの偏差を測定するには、回転変動を極力抑えた運転状態で、クランク角度センサの出力信号の周期を測定する。回転変動が抑えられた運転状態としては、車両減速時の燃料カットにより燃焼しない場合がある。その他、車両加速度センサにて、上下動が小さく、路面からクランク軸への負荷変動が小さい場合も考えられる。回転変動を極力抑えた運転状態で測定した、＃１気筒のクランク角度センサの出力信号の周期と、＃２気筒のクランク角度センサの出力信号の周期の比率を求めることで、ピッチ誤差の相対補正が可能となる。
求めた周期の比率を、測定した＃１気筒のクランク角度センサの出力信号の周期に乗じることで、＃２気筒のクランク角度センサの出力信号の周期へ相対補正する。相対補正後の周期信号を＃２気筒の関係と照合することで、＃１気筒の燃焼圧力を推定する。

≪ステップＳ２０９≫ステップ２０９では、ピッチ誤差の相対補正を行う。＃１気筒と＃３気筒は、燃焼期間における、リングギアの使用範囲が同じであり、ピッチ誤差が相対的に等しいため、補正処理が必要となる。＃１気筒の燃焼期間に使用するリングギアのピッチと、＃３気筒の燃焼期間に使用するリングギアのピッチの偏差を測定するには、回転変動を極力抑えた運転状態で、クランク角度センサの出力信号の周期を測定する。回転変動が抑えられた運転状態としては、車両減速時の燃料カットにより燃焼しない場合がある。その他、車両加速度センサにて、上下動が小さく、路面からクランク軸への負荷変動が小さい場合も考えられる。回転変動を極力抑えた運転状態で測定した、＃１気筒のクランク角度センサの出力信号の周期と、＃３気筒のクランク角度センサの出力信号の周期の比率を求めることで、ピッチ誤差の相対補正が可能となる。
求めた周期の比率（関係α）を、測定した＃１気筒のクランク角度センサの出力信号の周期に乗じることで、＃３気筒のクランク角度センサの出力信号の周期へ相対補正する。相対補正後の周期信号を＃３気筒の関係と照合することで、＃１気筒の燃焼圧力を推定する。

≪ステップＳ２１０≫ステップＳ２１０は、図８のステップＳ１０４と同様の燃料圧力の推定方法であるため、説明を省略する。

≪ステップＳ２１１≫ステップＳ２１０は、図８のステップＳ１０４と同様である。＃１気筒と＃４気筒は、燃焼期間における、リングギアの使用範囲が同じであり、ピッチ誤差が相対的に等しいため、補正処理は不要となる。

≪ステップＳ２１２≫
ステップＳ２１２は、図８のステップＳ１０４と同様の燃料圧力の推定方法である。すなわち、内燃機関制御装置１８は、＃１気筒に対応して、図６に示したようなクランク角度［ｄｅｇ］に対するクランク角度センサ出力信号の周期［ｓｅｃ］に対し、同時に測定した、図７に示したような燃焼圧力センサ１４の出力信号Ｄの関係をエンジン回転数、又はトルクに応じて、複数、学習データベースとしてＲＡＭ２５（メモリ）に記憶する。

そして、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット、又は単にプロセッサと呼んでも良い）は実際に検知したクランク角度センサ７の信号をＲＡＭ２５（メモリ）に記憶された上記の関係とを照合し、最も近い関係となるクランク角度［ｄｅｇ］に対するクランク角度センサ出力信号の周期［ｓｅｃ］の関係を選択し、これに対応する燃焼圧力センサ１４の出力信号Ｄを筒内圧力として推定し、出力する。

ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）２７は所定の気筒＃１以外の気筒＃２の気筒圧力を推定する場合に、上記したように測定したクランク角度センサ７の信号を基準の気筒＃１に対応するものとなるように補正する。そして、補正したクランク角度センサ７の信号をＲＡＭ２５（メモリ）に記憶されたクランク角度センサ出力信号と所定の気筒の筒内圧力との関係と照合することで気筒＃１の筒内圧力を求め、これを気筒＃２の気筒圧力として推定し、出力する。

≪ステップＳ２１３≫ステップＳ２１３は、図８のステップＳ１０４と同様である。その他の手順については、図８と同様である。他気筒の関係を使用する場合の、他気筒の順番は、ピッチ誤差の相対補正が必要の無い、他気筒を優先する。その次に、距離が近い他気筒を優先する。例えば、図３の直列４気筒エンジンにおいて、＃１気筒の燃焼圧力を推定する場合、＃１の関係記録数が規定値未満の場合は、＃３気筒の関係を使用する。＃３気筒の関係記録数が規定値未満の場合は、＃１気筒に距離が近い、＃２気筒の関係を相対補正した上で使用する。＃２気筒の関係記録数が規定値未満の場合は、＃４気筒の関係を相対補正した上で使用する。
上記の手順は、燃焼圧力センサを気筒毎に装着し、燃焼圧力センサが早期に故障した場合でも、他気筒の燃焼状態の履歴を利用して、燃焼圧力を推定可能とすることで、冗長性を持たせることができるものである。関係記録数が規定値に達していれば、燃焼圧力センサが全て故障しても燃焼圧力の推定値の出力を継続可能となる。また、将来的に、燃焼圧力センサの耐久性が改善すれば、燃焼圧力センサの装着数を減らし、未装着気筒の燃焼圧力を推定する構成にすれば、コスト削減が可能となる。

２…エアクリーナ、５…スロットル弁、６…流量検出装置、７…クランク角度センサ、８…プレートまたはリングギア、９…燃料タンク、１０…燃料ポンプ、１１…プレッシャーレギュレータ、１２…燃料管、１３…燃料噴射装置、１４…燃焼圧力センサ、１５…三元触媒、１６…空燃比センサ、１７…Ｏ２センサ、１８…内燃機関の制御装置、１９…点火装置、４０…燃料噴射制御ブロック、４１…点火制御ブロック、４８…燃焼圧推定ブロック。

Claims (5)

1. 圧力センサが検知した気筒の筒内圧力、または、クランク角度センサが検知したクランク角度センサ出力信号に基づいて、前記気筒の筒内圧力を検出する内燃機関制御装置であって、
   基準となるクランク角度センサ出力信号と所定の気筒の筒内圧力との関係を記録するメモリと、
   検知したクランク角度センサ出力信号を前記メモリに記憶された前記関係と照合することで前記気筒の筒内圧力を推定するプロセッサを備えており、
   該プロセッサは、
   前記圧力センサが検知した筒内圧力と推定した筒内圧力の偏差が規定値以下の場合には、前記圧力センサが検知した筒内圧力を出力し、
   前記偏差が前記規定値より大きい場合には、推定した筒内圧力を出力することを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
   前記メモリは、エンジン回転数、又はトルクに応じて、気筒の筒内圧力と対応付けされたクランク軸の角速度の周波数成分群の学習データとして記憶し、
   前記プロセッサは、測定したクランク軸の角速度を周波数成分に分解し、分解した周波数成分に対し、前記学習データに記憶された周波数成分群のうち、最も近い周波数成分に対応付けされた筒内圧力を実際の筒内圧力と推定することを特徴とする内燃機関制御装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
   前記プロセッサは、前記所定の気筒以外の筒内圧力を推定する場合に、前記プロセッサは測定したクランク角度センサ出力信号を前記基準の気筒に対応するものとなるように補正し、補正したクランク角度センサ出力信号を前記メモリに記憶された前記関係と照合することで前記所定の気筒以外の筒内圧力を推定することを特徴とする内燃機関制御装置。
4. 請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
   前記プロセッサは、前記圧力センサが検知した筒内圧力と推定した筒内圧力の偏差が規定値以下の場合には、前記クランク角度センサが検知したクランク角度センサ出力信号と、前記圧力センサが検知した筒内圧力の関係を前記メモリに追加記録することを特徴とする内燃機関制御装置。
5. 請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
   前記プロセッサは、前記所定の気筒の筒内圧力を推定する場合に、前記メモリに記録された当該気筒に係る前記関係の記録数が必要記録数以上の場合は、当該気筒に係る前記関係と照合することで、当該気筒の筒内圧力を推定し、
   前記メモリに記録された当該気筒に係る前記関係の記録数が必要記録数未満の場合は、他の気筒に係るクランク角度センサ出力信号と筒内圧力の関係と照合することで、当該気筒の筒内圧力を推定することを特徴とする内燃機関制御装置。

Images