WO2012114882A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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英一郎 大畠
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/401—Controlling injection timing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine having a fuel injection valve.
  • an exhaust pressure in an exhaust passage of an internal combustion engine is detected by an exhaust pressure detecting means, a maximum value for each pulsation cycle of the exhaust pressure is detected from a time history of the exhaust pressure, and the maximum value is calculated.
  • a technique for correcting an error associated with a change in the characteristics of the in-cylinder pressure sensor by calculating the maximum in-cylinder pressure for each combustion cycle and comparing it with the maximum in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor is shown.
  • Patent Document 2 includes a piezoelectric pressure sensor that detects an in-cylinder pressure of an internal combustion engine, and an absolute pressure sensor that detects an absolute pressure of an intake pipe or an exhaust pipe of the internal combustion engine, and a predetermined crank angle position of the internal combustion engine.
  • a technique for correcting the output of the piezoelectric pressure sensor at each time point based on the difference between the output of the piezoelectric pressure sensor and the output of the absolute pressure sensor is shown.
  • JP 2010-106742 A Japanese Utility Model Publication No. 62-88932
  • the in-cylinder pressure sensor used in the techniques of Patent Documents 1 and 2 described above is for detecting the combustion pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine, and drifts in output characteristics due to changes in the atmospheric temperature due to its measurement principle. Therefore, it is necessary to correct an error accompanying a change in the characteristics of the in-cylinder pressure sensor.
  • the in-cylinder pressure sensor needs to be provided with a sensor mounting hole that communicates with the combustion chamber in the engine main body. Further, since the in-cylinder pressure sensor is used in a severe environment of high heat and high pressure, high durability is required, and there is a problem that it is expensive and the cost cannot be reduced.
  • the response delay is large, and the degree of delay changes according to the engine operating state.
  • an exhaust sensor such as an exhaust O 2 sensor or an exhaust temperature sensor instead of the in-cylinder pressure sensor
  • the response delay is large, and the degree of delay changes according to the engine operating state.
  • the exhaust sensor does not have the sensitivity to detect the effect of the fuel injection timing on the exhaust, so it is optimal for accurately controlling the fuel injection timing. There was a problem that feedback data could not be obtained.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine capable of performing fuel injection control with high accuracy.
  • the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention that solves the above-mentioned problem is provided with a strain measuring means attached to the engine body, measures the strain generated in the engine body due to fuel combustion in the combustion chamber, and controls fuel injection based on the strain. It is characterized by performing.
  • the maximum combustion pressure timing can be detected based on the distortion of the engine body, and the fuel injection timing of the fuel injection valve can be controlled based on the maximum combustion pressure timing. Therefore, there is no need to provide a conventional in-cylinder pressure sensor, fuel injection control can be performed with a simple configuration with high accuracy, and the thermal efficiency of the internal combustion engine and the exhaust can be improved.
  • This specification includes the contents described in the specification and / or drawings of Japanese Patent Application No. 2011-037268, which is the basis for the priority of the present application.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a control device for an internal combustion engine according to the present embodiment.
  • the engine 1 constitutes the internal combustion engine according to the present embodiment, is a four-cycle engine having a plurality of cylinders, and is a compression ignition direct injection diesel engine used in an automobile.
  • the engine 1 has an engine body 2 composed of a cylinder block 4 and a cylinder head 5 in which a crankcase 3 is integrally formed.
  • the engine body 2 is provided with a water jacket 6 to which cooling water is supplied. ing.
  • the cylinder block 4 accommodates pistons 7 of the respective cylinders so as to be reciprocally movable, and is connected to a single crankshaft 8 rotatably supported in the crankcase 3 via connecting rods 9. ing.
  • the cylinder head 5 is provided with a valve operating mechanism having an injector (fuel injection valve) 12 for injecting fuel into the combustion chamber 11, an intake valve 13 and an exhaust valve 14, and an intake pipe 16 and an exhaust pipe 17 are provided. It is connected.
  • the injector 12 is provided for each combustion chamber 11 of each cylinder.
  • the combustion chamber 11 is supplied with intake air from the intake pipe 16 and fuel is injected from the injector 12 to form an air-fuel mixture.
  • the air-fuel mixture explodes through compression by the piston 7.
  • the exhaust gas that has changed from the air-fuel mixture to the burned gas due to the explosion is discharged from the combustion chamber 11 to the exhaust pipe 17.
  • an intake pressure sensor 21 is provided in the intake pipe 16
  • an exhaust pressure sensor 22 is provided in the exhaust pipe 17, and a crank angle sensor 23 is provided in the crankshaft 8.
  • the strain sensor chip 24 is attached to the engine body 2.
  • the strain sensor chip 24 is for measuring the strain generated in the engine body 2 due to the combustion of fuel in the combustion chamber 11 of the engine body 2, and is provided for each cylinder and is generated for each cylinder by each strain sensor chip 24. Each strain may be measured, and each strain generated in a plurality of cylinders may be measured by one strain sensor chip 24.
  • the strain sensor chip 24 is made of a silicon material, has a piezoresistor whose resistance value changes according to the strain, and an amplifier circuit that amplifies the resistance value of the piezoresistor, and outputs an analog signal according to the strain. To do.
  • the strain sensor chip 24 is set in advance at an attachment position set in advance as a position where the distortion generated for each cylinder can be accurately detected in the vicinity of the water jacket 6 which is a relatively low temperature place on the surface of the engine body 2. Affixed in a fixed posture.
  • the strain sensor chip 24 performs self-temperature correction by a bridge circuit in the chip, and also includes a temperature sensor that detects the temperature of the chip itself, and has a configuration that corrects distortion according to the temperature detected by the temperature sensor. is doing.
  • the ECU 31 constitutes a control device for the engine 1, and determines the combustion mode of the engine 1 and the control amount of other control mechanisms in accordance with the engine operating conditions, and performs various engine controls such as fuel injection control. Do.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of an engine control method.
  • combustion pressure is generated in the combustion chamber 11 due to combustion of fuel in the combustion chamber 11 of the engine body 2, and distortion occurs in the engine body 2 due to the combustion pressure.
  • fuel injection control is performed based on the distortion of the engine body 2.
  • step S101 a process for storing a change in distortion according to the crank angle is performed.
  • the crank angle is detected by measuring the output voltage of the crank angle sensor 23, recording the time history of the output voltage in the storage means, and changing the recorded output voltage (crank angle detection means).
  • the output signal of the strain sensor chip 24 is measured, and the output signal is recorded in the storage means in a form corresponding to the crank angle (distortion measuring means).
  • step S102 a process for calculating the current maximum combustion pressure timing at which the combustion pressure in the combustion chamber becomes maximum is performed based on a change in distortion according to the crank angle (combustion pressure maximum timing calculation means). Since the history of distortion of the engine body 2 is similar to the combustion pressure, it can be determined that the combustion pressure is maximum when the distortion is maximum, and the time when the distortion becomes maximum is the maximum combustion pressure timing. it can.
  • step S103 a process for controlling the fuel injection timing based on the maximum combustion pressure timing is performed.
  • the control of the fuel injection timing is performed based on the difference between the target timing and the maximum combustion pressure timing so that the maximum combustion pressure timing becomes the target timing.
  • the target time is a combustion pressure maximum time at which optimum combustion is obtained in the combustion chamber, and is set based on the engine operating state, for example, by referring to a data map set in advance based on the engine speed. .
  • the distortion is recorded for each cylinder, the maximum combustion pressure timing is calculated for each cylinder, and the fuel injection timing is controlled for each cylinder.
  • the distortion generated in the engine body 2 due to the combustion of fuel in the combustion chamber 11 of the engine body 2 is measured by the strain sensor chip 24, and the combustion pressure maximum timing is determined based on the distortion. Since the calculation is performed, it is possible to more accurately obtain the time when the fuel is actually injected from the injector 12 into the combustion chamber 11. Therefore, accurate feedback data for controlling the fuel injection timing can be obtained, highly accurate feedback control can be performed, and the accuracy of the fuel injection timing can be improved.
  • the strain sensor chip 24 is provided by being attached to the surface of the engine body 2, a sensor mounting hole is provided in the engine body 2 like a conventional in-cylinder pressure sensor. There is no need, and there are few manufacturing processes and assembly man-hours for the engine body, which can be realized at low cost.
  • the position where the strain sensor chip 24 is provided may be a position where the distortion generated in the engine body 2 due to the combustion pressure can be detected, and the mounting position is not limited to one place, so that the degree of freedom in designing the engine body 2 is improved. Can do. Further, the amount of heat applied to the strain sensor chip 24 is further reduced by setting the position where the strain sensor chip 24 is provided at a relatively low temperature position on the surface of the engine body 2 such as a position near the water jacket 6. be able to.
  • strain sensor chip 24 is not placed under a high temperature and high pressure environment like a conventional in-cylinder pressure sensor, extremely high durability is not required, and an inexpensive sensor can be used.
  • the strain sensor chip 24 in the present embodiment incorporates an amplifier circuit, it is possible to prevent noise from being added to the signal output from the strain sensor chip 24. Therefore, the distortion of the engine body 2 can be accurately measured even when used in an environment where noise is likely to occur, such as in an engine room of an automobile.
  • the strain sensor chip 24 performs self-temperature correction by a bridge circuit in the chip and also includes a temperature sensor for detecting the temperature of the chip itself, and corrects the distortion according to the temperature detected by the temperature sensor. Since the temperature of the engine main body 2 varies greatly according to the engine operating state, accurate distortion can always be detected by using the strain sensor chip 24 that performs the temperature correction described above.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating another example of the engine control method. What is characteristic in the present embodiment is that, in addition to the calculation of the combustion pressure maximum timing in the first embodiment, the combustion pressure maximum value is calculated based on the exhaust pressure, and the combustion pressure maximum value and the combustion pressure maximum timing are calculated. And performing control for determining the presence or absence of abnormal combustion and identifying the cause of abnormal combustion.
  • step S201 fuel injection control
  • step S203 fuel injection amount is first controlled based on the maximum combustion pressure
  • step S204 to step S206 the fuel injection timing is controlled based on the maximum combustion pressure
  • step S201 the exhaust pressure sensor 22 measures the exhaust pressure in the exhaust pipe 17 (exhaust pressure detection means).
  • step S202 the maximum combustion pressure is calculated based on the measured exhaust pressure (maximum combustion pressure). Value calculation means). In the present embodiment, the calculation of the maximum combustion pressure value is performed using a known technique disclosed in Patent Document 1 described above.
  • the output voltage of the exhaust pressure sensor 22 is measured, and the time history of the output voltage is stored in the storage means. Then, the time average value of the exhaust pressure and the maximum exhaust pressure value for each pulsation cycle of the exhaust pressure are detected from the recorded output voltage time history, and combustion is performed using the time average value and the maximum exhaust pressure value. The maximum combustion pressure value that is the maximum in-cylinder pressure for each cycle is calculated.
  • the pulsation amplitude of the exhaust pressure generated from the exhaust valve 14 attenuates before reaching the exhaust pressure sensor 22. That is, there is a relationship of pressure attenuation due to the passage cross-sectional area ratio between the maximum exhaust pressure for each pulsation cycle of the exhaust pressure at the outlet of the exhaust valve 14 and the maximum exhaust pressure for each pulsation cycle of the exhaust pressure in the exhaust pressure sensor 22. To do.
  • the pressure wave in the exhaust pipe 17 is a plane traveling wave and the attenuation due to the viscosity of the exhaust can be ignored, the energy of the pulsation amplitude can be regarded as the same in the exhaust pipe 17, so both exhaust pressure pulsations For the amplitude, the following equation considering attenuation is established.
  • Equation 1 the maximum exhaust pressure for each pulsation cycle of the exhaust pressure at the outlet of the exhaust valve 14 is expressed as follows.
  • the maximum exhaust pressure for each pulsation cycle of the exhaust pressure at the outlet of the exhaust valve 14 can be calculated by the following equation.
  • Equation 3 By substituting Equation 3 into Equation 4, the in-cylinder pressure immediately before the exhaust valve 14 is opened can be calculated by the following equation.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of a method for performing the measurement according to the present invention.
  • the measurement method of the present invention periodically repeats measurement, calculation, and output.
  • a voltage signal output from the exhaust pressure sensor 22 attached to the exhaust pipe 17 is measured (block 1001).
  • the voltage signal recorded in block 1002 is subjected to filter calculation processing to remove unnecessary noise components (block 1003).
  • the maximum in-cylinder pressure for each combustion cycle calculated in block 1005 is output (block 1006). As described above, the maximum combustion pressure value that is the maximum in-cylinder pressure for each combustion cycle can be acquired.
  • step S203 a process for controlling the fuel injection amount based on the maximum combustion pressure value is performed.
  • the fuel injection amount is feedback-controlled based on the difference between the target pressure value and the combustion pressure maximum value so that the combustion pressure maximum value becomes the target pressure value.
  • the target pressure value is a combustion pressure maximum value at which optimum combustion is obtained in the combustion chamber, and is set based on the engine operating state, for example, by referring to a preset data map based on the engine speed.
  • steps S204 to S206 processing for controlling the fuel injection timing is performed based on the maximum combustion pressure timing. Since these processing are the same as steps S101 to S103 in the first embodiment, description thereof is omitted. To do. Note that the target time used for comparison with the maximum combustion pressure time in step S206 is set to a target time for each engine speed and for each maximum combustion pressure value in order to achieve both improvement in fuel consumption and improvement in exhaust gas. Set by referring to a dimensional data map.
  • control for determining the presence or absence of abnormal combustion and identifying the cause of abnormal combustion is performed.
  • Control for determining the presence or absence of abnormal combustion and identifying the cause of abnormal combustion is performed by simultaneously comparing the combustion pressure maximum value and target pressure value and the combustion pressure maximum timing and target timing in fuel injection control.
  • the target combustion state is designed so that optimum combustion can be obtained by setting the maximum combustion pressure value as the target pressure value and the maximum combustion pressure time as the target time.
  • the maximum value of the waveform signal obtained from the strain sensor chip 24 is the combustion pressure maximum value calculated in step S202, and the minimum value of the waveform signal is the intake pressure (or atmospheric pressure).
  • determination of the presence or absence of abnormal combustion using the maximum combustion pressure value calculated based on the exhaust pressure and the maximum combustion pressure time calculated based on the distortion of the engine body 2, and the cause of abnormal combustion are determined. Processing to identify is performed.
  • the exhaust pressure sensor 22 measures the exhaust pressure in the exhaust pipe 17 in step S201, and the combustion pressure maximum value is calculated based on the measured exhaust pressure in step S202.
  • the maximum combustion pressure value in the combustion chamber 11 can be detected without providing an in-cylinder pressure sensor.
  • the relationship between the maximum combustion pressure value and the fuel injection amount can be uniquely determined, and if the maximum combustion pressure value can be detected Further, it is possible to detect the excess or deficiency of the fuel injection amount and the variation among the cylinders. Therefore, highly accurate feedback control can be performed in the control of the fuel injection amount in step S203.
  • abnormal combustion is determined using the maximum combustion pressure value and the maximum combustion pressure timing, so abnormal combustion such as misfire or knocking is detected not only for the presence / absence but also to the extent. can do.
  • step S203 Since the fuel injection amount is controlled based on the maximum combustion pressure value in steps S201 to S203, and the fuel injection timing is controlled based on the maximum combustion pressure time in steps S204 to S206, steps S201 to S203 are performed. By the process in step S203, the variation in the fuel injection amount between the cylinders can be reduced without changing the target torque.
  • step S204 to S206 Since the fuel injection timing control process in steps S204 to S206 is executed in a state where the variation in the fuel injection amount between the cylinders is reduced, high-quality feedback data can be obtained and feedback control with higher accuracy can be obtained. It can be performed. Therefore, fuel injection control can be accurately performed with a simple configuration, and the thermal efficiency of the engine 1 and the exhaust can be improved.
  • the combustion pressure maximum value and the combustion pressure maximum timing are calculated, so that individual differences and deterioration of the injector 12 can be detected, and the fuel injection amount and the fuel injection timing are feedback corrected. Can do. Therefore, it is possible to correct and use an injector that has a large individual difference and is regarded as a manufacturing defect in the past, and the yield of the injector can be improved.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the case where the engine 1 has a plurality of cylinders has been described as an example, but the present invention can be similarly applied even to a single cylinder.
  • the case of a compression ignition type diesel engine has been described as an example of the internal combustion engine.
  • a spark ignition type gasoline engine may be used, and the present invention can be similarly applied. .

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Abstract

本発明は、燃料噴射制御を精度良く行うことができる内燃機関の制御装置を得ることを課題とする。本発明の内燃機関（１）の制御装置は、エンジン本体（２）に取り付けた歪み測定手段（２４）によって、燃焼室（１１）内における燃料の燃焼によりエンジン本体（２）に発生する歪みを測定する。そして、エンジン本体（２）の歪みに基づいて燃焼圧最大時期を検出し、その燃焼圧最大時期に基づいて燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御する。これにより、内燃機関の熱効率の向上、及び、排気の改善を図る。

Description

内燃機関の制御装置
　本発明は、燃料噴射弁を有する内燃機関の制御装置に関する。
　内燃機関の燃焼噴射制御では、燃焼室内の燃焼圧最大値や燃焼圧最大時期を検出することによって燃料噴射量や燃料噴射時期をフィードバック制御することが行われている。そして、燃料噴射量や燃料噴射時期の最適化の効果をより高めるために、燃焼室内の燃焼圧をより高精度に測定する方法が提案されている。
　例えば、特許文献１には、内燃機関の排気通路内の排気圧力を排気圧力検出手段で検出し、その排気圧力の時間履歴から排気圧力の脈動周期毎の最大値を検出し、その最大値を用いて燃焼周期毎の最大筒内圧力を算出し、筒内圧センサにより検出した最大筒内圧力と比較することによって筒内圧センサの特性変化に伴う誤差を補正する技術が示されている。
　特許文献２には、内燃機関の筒内圧力を検出する圧電式圧力センサと、内燃機関の吸気管もしくは排気管の絶対圧力を検出する絶対圧力センサとを有し、内燃機関の所定クランク角位置における圧電式圧力センサの出力と絶対圧力センサの出力との差に基づいて各時点での圧電式圧力センサの出力を補正する技術が示されている。
特開２０１０－１０６７４２号公報 実開昭６２－８８９３２号公報
　上記した特許文献１、２の技術に用いられている筒内圧センサは、内燃機関の燃焼室内における燃焼圧を検出するためのものであり、その測定原理上、雰囲気温度の変化によって出力特性にドリフトが生じることから、筒内圧センサの特性変化に伴う誤差を補正する必要があった。また、筒内圧センサは、エンジン本体に燃焼室に連通するセンサ装着穴を設ける必要があり、エンジン本体の製造工数や組立工数が多く、高コストであった。また、筒内圧センサは、高熱高圧の過酷な環境で使用されることから、高い耐久性が必要とされており、高価であり、コストを低減できないという問題があった。
　また、筒内圧センサの代わりに、排気Ｏ２センサや排気温度センサなどの排気センサを用いたフィードバック制御では、応答遅れが大きく、また、エンジン運転状態に応じて遅れ度合いが変化し、例えば内燃機関が複数気筒を有する場合には、いずれの気筒によるものかの判断が困難となる。そして、燃料噴射時期とそれ以外の排気変更要因の切り分けが困難であり、燃料噴射時期が排気に及ぼす影響を検出する感度が排気センサにはなく、燃料噴射時期を精度良く制御するための最適なフィードバックデータが得られないという問題があった。
　本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料噴射制御を精度良く行うことができる内燃機関の制御装置を提供することである。
　上記課題を解決する本発明の内燃機関の制御装置は、エンジン本体に歪み測定手段を取り付けて、燃焼室内における燃料の燃焼によりエンジン本体に発生する歪みを測定し、その歪みに基づいて燃料噴射制御を行うことを特徴としている。
　本発明によれば、エンジン本体の歪みに基づいて燃焼圧最大時期を検出して、その燃焼圧最大時期に基づいて燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御することができる。したがって、従来の筒内圧センサを設ける必要がなく、簡単な構成で燃料噴射制御を精度良く行うことができ、内燃機関の熱効率の向上、及び、排気の改善を図ることができる。本明細書は、本願の優先権の基礎である日本国特許出願2011-037268号の明細書及び／または図面に記載されている内容を包含する。
第１実施の形態に係わる内燃機関の制御装置の構成を説明する図。 第１実施の形態に係わる内燃機関の制御方法を説明するフローチャート。 第２実施の形態に係わる内燃機関の制御方法を説明するフローチャート。 本発明に係る測定の実施方法の一例を示したフローチャートである。
　次に、本実施の形態について図面を用いて以下に説明する。
［第１実施の形態］
　図１は、本実施の形態に係わる内燃機関の制御装置の構成を説明する図である。
　エンジン１は、本実施の形態に係わる内燃機関を構成するものであり、複数の気筒を有する４サイクルエンジンであって、自動車に用いられる圧縮着火式の直噴ディーゼルエンジンである。
　エンジン１は、クランクケース３が一体に形成されたシリンダブロック４とシリンダヘッド５とからなるエンジン本体２を有しており、エンジン本体２には、冷却水が供給されるウォータジャケット６が設けられている。
　シリンダブロック４には、各気筒のピストン７がそれぞれ往復移動可能に収容されており、クランクケース３内に回転可能に支持された１本のクランクシャフト８に、コネクティングロッド９を介してそれぞれ連結されている。
　シリンダヘッド５には、燃焼室１１内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）１２と、吸気弁１３及び排気弁１４を有する動弁機構が設けられており、吸気管１６と排気管１７が接続されている。インジェクタ１２は、各気筒の燃焼室１１に対してそれぞれ設けられている。
　燃焼室１１には、吸気管１６から吸入空気が供給され、また、インジェクタ１２から燃料が噴射されて、混合気が形成される。混合気は、ピストン７による圧縮を経て爆発する。そして、爆発によって混合気から既燃ガスに変化した排気は、燃焼室１１から排気管１７に排出される。このエンジン運転状態を検出するため、吸気管１６に吸気圧センサ２１、排気管１７に排気圧センサ２２、クランクシャフト８にクランク角センサ２３が備え付けられている。
　そして、エンジン本体２に、歪みセンサチップ２４が取り付けられている。歪みセンサチップ２４は、エンジン本体２の燃焼室１１内における燃料の燃焼によりエンジン本体２に発生する歪みを測定するためのものであり、気筒別にそれぞれ設けて各歪みセンサチップ２４で気筒別に発生する歪みを各々測定してもよく、また、一個の歪みセンサチップ２４で、複数の気筒にて発生する各歪みを測定してもよい。
　歪みセンサチップ２４は、シリコン素材によって構成されており、歪みに応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗と、ピエゾ抵抗の抵抗値を増幅するアンプ回路とを有し、歪みに応じたアナログ信号を出力する。
　歪みセンサチップ２４は、エンジン本体２の表面の比較的低温な場所であるウォータジャケット６の近傍位置でかつ気筒別に発生する歪みを正確に検出可能な箇所として予め設定された取り付け位置に予め設定された姿勢状態で貼付されて固定されている。
　歪みセンサチップ２４は、チップ内のブリッジ回路により自己温度補正をするとともに、チップ自体の温度を検出する温度センサも内蔵しており、その温度センサの検出温度に応じて歪みを補正する構成を有している。
　これらの各センサ２１～２４から出力される信号は、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵ）３１に入力される。ＥＣＵ３１は、エンジン１の制御装置を構成するものであり、エンジン運転条件に応じて、エンジン１の燃焼モードやその他の制御機構の制御量などを決定し、燃料噴射制御等の各種のエンジン制御を行う。
　次に、上記構成を有するエンジン１の制御方法について説明する。
　図２は、エンジンの制御方法の一例を説明するフローチャートである。
　エンジン１は、エンジン本体２の燃焼室１１内における燃料の燃焼により、燃焼室１１内に燃焼圧が発生し、その燃焼圧によってエンジン本体２に歪みが発生する。本発明では、そのエンジン本体２の歪みに基づいて燃料噴射制御を行う。
　ステップＳ１０１では、クランク角度に応じた歪みの変化を記憶する処理が行われる。クランク角度は、クランク角センサ２３の出力電圧を測定し、その出力電圧の時間履歴を記憶手段に記録し、その記録した出力電圧の変化により検出される（クランク角度検出手段）。歪みは、歪みセンサチップ２４の出力信号を測定し、その出力信号をクランク角度に対応させた形で記憶手段に記録する（歪み測定手段）。
　ステップＳ１０２では、クランク角度に応じた歪みの変化に基づいて、燃焼室内の燃焼圧が最大となる現状の燃焼圧最大時期を算出する処理が行われる（燃焼圧最大時期算出手段）。エンジン本体２の歪みの履歴は、燃焼圧に相似するので、歪みが最大のときに燃焼圧が最大となっていると判断でき、歪みが最大値となるときを燃焼圧最大時期とすることができる。
　ステップＳ１０３では、燃焼圧最大時期に基づいて燃料噴射時期を制御する処理が行われる。燃料噴射時期の制御は、目標時期と燃焼圧最大時期とを比較して、燃焼圧最大時期が目標時期となるように、両者の差に基づいて行われる。目標時期は、燃焼室内で最適な燃焼が得られる燃焼圧最大時期であり、エンジン運転状態に基づいて設定され、例えばエンジン回転数に基づいて予め設定されたデータマップを参照することによって設定される。なお、歪みは気筒別に記録され、燃焼圧最大時期は気筒別に算出され、燃料噴射時期は、気筒別に制御される。
　上記したエンジン１の制御方法によれば、エンジン本体２の燃焼室１１内における燃料の燃焼によりエンジン本体２に発生する歪みを歪みセンサチップ２４で測定し、その歪みに基づいて燃焼圧最大時期を算出するので、実際にインジェクタ１２から燃焼室１１内に燃料が噴射されている時期をより正確に取得することができる。したがって、燃料噴射時期を制御するための正確なフィードバックデータを得ることができ、精度の高いフィードバック制御を行うことができ、燃料噴射時期の精度を向上させることができる。
　従来の排気Ｏ２センサや排気温度センサを用いた燃料噴射時期のフィードバック制御では、応答遅れが大きく、気筒別の検出・診断ができず、燃料噴射時期とそれ以外の排気変更要因の切り分けが困難であるという問題を有する。また、これらの排気センサは、燃料噴射時期が排気に及ぼす影響を検出する感度を有しておらず、燃料噴射時期を精度良く制御するための根拠となるフィードバックデータを得ることができない。
　これに対して、本実施の形態では、実際にインジェクタ１２から燃焼室１１内に燃料が噴射される時期をより正確に取得することができ、精度の高いフィードバック制御を行うことができる。したがって、簡単な構成で燃料噴射制御を精度良く行うことができ、エンジン１の熱効率の向上、及び、排気の改善を図ることができる。
　また、本実施の形態によれば、歪みセンサチップ２４は、エンジン本体２の表面に貼着されて設けられているので、従来の筒内圧センサのように、エンジン本体２にセンサ装着穴を設ける必要がなく、エンジン本体の製造工程や組立工数が少なく、低コストで実現できる。
　歪みセンサチップ２４を設ける位置は、燃焼圧によりエンジン本体２に発生する歪みを検出できる位置であればよく、取り付け位置は１箇所に限定されないので、エンジン本体２の設計の自由度を向上させることができる。また、歪みセンサチップ２４を設ける位置を、例えばウォータジャケット６の近傍位置など、エンジン本体２の表面でかつ比較的低温な位置に設定することによって、歪みセンサチップ２４に加えられる熱量をさらに低減することができる。
　また、歪みセンサチップ２４は、従来の筒内圧センサのような高温高圧の環境下に置かれるものではないので、極めて高い耐久性は不要であり、センサとして安価なものを用いることができる。
　本実施の形態における歪みセンサチップ２４は、アンプ回路を内蔵しているので、歪みセンサチップ２４から出力される信号にノイズが付加されるのを防ぐことができる。したがって、自動車のエンジンルーム内のように、ノイズが発生しやすい環境に用いても、エンジン本体２の歪みを正確に測定することができる。
　また、歪みセンサチップ２４は、チップ内のブリッジ回路により自己温度補正をするとともに、チップ自体の温度を検出する温度センサも内蔵しており、その温度センサの検出温度に応じて歪みを補正する。エンジン本体２は、エンジン運転状態に応じて温度が大きく変化するので、上記した温度補正を行う歪みセンサチップ２４を用いることで、常に正確な歪みを検出することができる。
［第２実施の形態］
　次に、第２実施の形態におけるエンジン１の制御方法ついて説明する。なお、第１実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
　図３は、エンジンの制御方法の他の一例を説明するフローチャートである。
　本実施の形態において特徴的なことは、第１実施の形態における燃焼圧最大時期の算出に加えて、排気圧に基づいて燃焼圧最大値を算出し、その燃焼圧最大値と燃焼圧最大時期とに基づいて燃料噴射制御を行うとともに、異常燃焼の有無の判定と異常燃焼の原因を特定する制御を行うことである。
　最初に燃料噴射制御について説明し、次いで異常燃焼の有無の判定と異常燃焼の原因を特定する制御について説明する。まず、燃料噴射制御では、最初に燃焼圧最大値に基づいて燃料噴射量の制御が行われ（ステップＳ２０１～ステップＳ２０３）、次いで燃焼圧最大時期に基づいて燃料噴射時期の制御が行われる（ステップＳ２０４～ステップＳ２０６）。
　ステップＳ２０１で排気圧センサ２２により排気管１７内の排気圧の測定がなされ（排気圧検出手段）、ステップＳ２０２で、その測定した排気圧に基づいて燃焼圧最大値が算出される（燃焼圧最大値算出手段）。本実施例では、燃焼圧最大値の算出は、上記した特許文献１に開示された公知の技術を使用して行われる。
　具体的には、排気圧センサ２２の出力電圧を測定し、その出力電圧の時間履歴を記憶手段に記憶する。そして、その記録した出力電圧の時間履歴から、排気圧力の時間平均値の検出および排気圧力の脈動周期毎の最大排気圧力値の検出を行い、その時間平均値と最大排気圧力値を用いて燃焼周期毎の最大筒内圧である燃焼圧最大値を算出する。
　燃焼圧最大値の算出方法の一例について以下に説明する。
　排気弁１４より発生する排気圧力の脈動振幅は排気圧センサ２２に到達するまでに減衰する。つまり、排気弁１４出口部における排気圧力の脈動周期毎の最大排気圧力と排気圧センサ２２における排気圧力の脈動周期毎の最大排気圧力の間には、通路断面積比による圧力減衰の関係が存在する。ここで、排気管１７内における圧力波を平面進行波とし、排気の粘性による減衰を無視できる場合、脈動振幅のエネルギは排気管１７内にて同一と見なすことが出来るため、双方の排気圧力脈動振幅については減衰を考慮した以下の式が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式１より、排気弁１４出口における排気圧力の脈動周期毎の最大排気圧力は以下で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式２において、排気管１７内における時間平均温度と時間平均圧力が均一であるとすると、排気弁１４出口における排気圧力の脈動周期毎の最大排気圧力は以下の式にて算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　次に、排気弁１４開直前の筒内圧と排気弁１４出口における排気圧力の脈動周期毎の最大排気圧力の関係については、排気弁をオリフィスとみなし、排気弁開直前の燃焼室内ガス流速をゼロと仮定すれば、ベルヌーイの定理より以下の式が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　式３を式４に代入することで、排気弁１４開直前の筒内圧は以下の式で算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ここで、ｐ1MAXとｐAVG以外の項目を定数項として、以下の式を導く。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　定数１，定数２，定数３については、予め行う試験により最適値を算出しておくことで、他の要因による誤差影響の低減や計算処理負荷の低減を行うことが可能となる。
　次に、最大筒内圧（燃焼圧最大値）と排気弁１４開直前の筒内圧の関係について、燃焼室１１内の断熱膨張であるとすると、ポアッソンの関係式より以下の式が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　式５を式７に代入することで、以下の式が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　ここで、ｐ1MAXとｐAVG以外の項目を定数項として、以下の式を導く。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　定数４，定数５，定数６については、予め行う試験により最適値を算出しておくことで、他の要因による誤差影響の低減や計算処理負荷の低減を行うことが可能となる。
　図４は、本発明に係る測定の実施方法の一例を示したフローチャートである。
　本発明の測定方法は、周期的に測定と演算と出力を繰り返す。
　最初に排気管１７に取り付けられた排気圧センサ２２より出力される電圧信号を測定する（ブロック１００１）。
　次にブロック１００１にて測定した電圧信号の時間履歴を記録する（ブロック１００２）。
　次にブロック１００２にて記録した電圧信号にフィルタ演算処理を施し、不要なノイズ成分を除去する（ブロック１００３）。
　次にブロック１００３にてノイズ成分が除去された電圧信号の脈動周期毎の最大値を検出する（ブロック１００４）。
　次にブロック１００４にて検出した最大値を式９に代入し、燃焼周期毎の最大筒内圧を算出する（ブロック１００５）。
　次にブロック１００５にて算出した燃焼周期毎の最大筒内圧を出力する（ブロック１００６）。
　以上により、燃焼周期毎の最大筒内圧である燃焼圧最大値の取得が可能となる。
　ステップＳ２０３では、燃焼圧最大値に基づいて燃料噴射量を制御する処理が行われる。燃料噴射量は、目標圧力値と燃焼圧最大値とを比較して、燃焼圧最大値が目標圧力値となるように、両者の差に基づいてフィードバック制御される。目標圧力値は、燃焼室内で最適な燃焼が得られる燃焼圧最大値であり、エンジン運転状態に基づいて設定され、例えば予め設定されたデータマップをエンジン回転数に基づいて参照することによって設定される。
　次に、ステップＳ２０４～ステップＳ２０６で燃焼圧最大時期に基づいて燃料噴射時期を制御する処理が行われるが、これらの処理は、実施例１におけるステップＳ１０１～ステップＳ１０３と同様の処理なので説明を省略する。なお、ステップＳ２０６で燃焼圧最大時期との比較に用いられる目標時期は、燃費の向上と排気の改善の両立を図るためにエンジン回転数毎と燃焼圧最大値毎に目標時期が設定された２次元データマップを参照することによって設定される。
　上記した燃料噴射時期の制御が行われると、次に、異常燃焼の有無の判定と異常燃焼の原因を特定する制御が行われる。異常燃焼の有無の判定と異常燃焼の原因を特定する制御は、燃料噴射制御における燃焼圧最大値と目標圧力値、及び、燃焼圧最大時期と目標時期を、同時に比較することにより行われる。
　目標とする燃焼状態は、燃焼圧最大値を目標圧力値とし、かつ、燃焼圧最大時期を目標時期とすることで最適な燃焼が得られるように設計されている。そして、上記した燃料噴射制御において、歪みセンサチップ２４から得られる波形信号の最大値を、ステップＳ２０２で算出した燃焼圧最大値とし、波形信号の最小値を、吸気圧力（または大気圧）とすることで、圧力単位の伴った絶対圧力値での定量的な筒内圧力履歴が得られる。
　ここで、燃焼圧最大値のみを、他の気筒のものと比べても、インジェクタ１２の劣化による燃料噴射量不足なのか、燃料噴射時期の指定値が間違えているのかの判断ができない。また、歪みセンサチップ２４の波形信号をのみを、他の気筒のものと比べても、失火まで生じない限り、インジェクタ１２の燃料噴射量不足に問題が生じていることを特定することは困難である。
　そこで、本実施の形態では、排気圧に基づいて算出した燃焼圧最大値とエンジン本体２の歪みに基づいて算出した燃焼圧最大時期を用いて異常燃焼の有無の判定と、異常燃焼の原因を特定する処理を行っている。
　具体的には、燃焼圧最大値と目標圧力値、及び、燃焼圧最大時期と目標時期を、同時に比較することにより、異常燃焼の有無の判定を判定し、異常燃焼有りと判定された場合に、筒内圧力履歴の履歴データに基づいて異常燃焼の原因が、燃料噴射時期の指定値を間違えているなどの燃料噴射制御によるものと、インジェクタ１２の劣化などの構造によるもののいずれであるかを特定している。
　本実施の形態によれば、ステップＳ２０１で排気圧センサ２２により排気管１７内の排気圧を測定し、ステップＳ２０２で、その測定した排気圧に基づいて燃焼圧最大値を算出するので、従来の筒内圧センサを設けることなく、燃焼室１１内における燃焼圧最大値を検出することができる。ディーゼルエンジンは、空燃比が理論混合比より濃い状態で燃焼することが無いという前提においては、燃焼圧最大値と燃料噴射量の関係は一意に求められ、燃焼圧最大値を検出することができれば、燃料噴射量の過不足や気筒間のばらつきも検出することができる。したがって、ステップＳ２０３の燃料噴射量の制御において、精度の高いフィードバック制御を行うことができる。
　本実施の形態によれば、燃焼圧最大値と燃焼圧最大時期を用いて異常燃焼の判定を行っているので、失火やノッキング等の異常燃焼については、その有無判定だけでなく、度合いまで検出することができる。
　また、ステップＳ２０１～ステップＳ２０３で燃焼圧最大値に基づいて燃料噴射量を制御してから、ステップＳ２０４～ステップＳ２０６で燃焼圧最大時期に基づいて燃料噴射時期を制御しているので、ステップＳ２０１～ステップＳ２０３の処理によって、目標トルクを変えることなく、気筒間の燃料噴射量のばらつきを低減することができる。
　そして、気筒間の燃料噴射量のばらつきが低減された状態でステップＳ２０４～ステップＳ２０６の燃料噴射時期の制御処理を実行するので、質の高いフィードバックデータを得ることができ、より精度の高いフィードバック制御を行うことができる。したがって、簡単な構成で燃料噴射制御を精度良く行うことができ、エンジン１の熱効率の向上、及び、排気の改善を図ることができる。
　また、本実施の形態によれば、燃焼圧最大値と燃焼圧最大時期を算出するので、インジェクタ１２の個体差や劣化を検出することができ、燃料噴射量及び燃料噴射時期をフィードバック補正することができる。したがって、個体差の大きく従来であれば製造不良とされるようなインジェクタも補正して使用することができ、インジェクタの歩留まりを向上させることができる。
　なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、エンジン１が複数の気筒を有する場合を例に説明したが、単気筒であっても、同様に適用することができる。また、上述の実施の形態では、内燃機関の例として、圧縮着火式のディーゼルエンジンの場合について説明したが、火花点火式のガソリンエンジンであってもよく、本発明を同様に適用することができる。
１　エンジン
２　エンジン本体
１１　燃焼室
１２　インジェクタ（燃料噴射弁）
２２　排気圧センサ（排気圧検出手段）
２３　クランク角センサ
２４　歪みセンサチップ（歪み測定手段）

Claims (14)

  1. 　燃料噴射弁を有する内燃機関の制御装置であって、
    　前記内燃機関のエンジン本体に取り付けられて該エンジン本体の燃焼室内における燃料の燃焼により前記エンジン本体に発生する歪みを測定する歪み測定手段と、
    　前記歪みに基づいて前記燃料噴射弁の燃料噴射制御を行う燃料噴射制御手段と、
    　を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 　前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、
    　前記歪みと前記クランク角度に基づいて前記燃焼室内の燃焼圧が最大となる燃焼圧最大時期を算出する燃焼圧最大時期算出手段と、を有し、
    　前記燃料噴射制御手段は、前記燃焼圧最大時期に基づいて前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御する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。
  3. 　前記燃料噴射制御手段は、エンジン運転状態に基づいて前記燃焼室内の燃焼圧が最大となる目標時期を設定し、該目標時期と前記燃焼圧最大時期との差に基づいて前記燃料噴射時期を制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 　前記内燃機関の排気通路に設けられ、該排気通路内の排気圧を測定する排気圧検出手段と、
    　該排気圧に基づいて前記燃焼室内の燃焼圧が最大となる燃焼圧最大値を算出する燃焼圧最大値算出手段と、を有し、
    　前記燃料噴射制御手段は、前記燃焼圧最大値に基づいて前記燃料噴射弁の燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 　前記燃料噴射制御手段は、エンジン運転状態に基づいて前記燃焼室内の燃焼圧が最大となる目標圧力値を設定し、該目標圧力値と前記燃焼圧最大値との差に基づいて前記燃料噴射量を制御する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。
  6. 　前記燃焼圧最大値と前記目標圧力値、及び、前記燃焼圧最大時期と前記目標時期を比較して前記異常燃焼の有無を判定する異常燃焼判定手段を有することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 　前記燃焼圧最大値と前記燃焼圧最大時期の履歴データを記憶する記憶手段と、
    　前記異常燃焼判定手段により異常燃焼有りと判定された場合に、前記履歴データに基づいて前記異常燃焼の原因が前記燃料噴射弁の制御によるものと、前記燃料噴射弁の構造によるもののいずれであるかを特定する原因特定手段と、
    　を有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装置。
  8. 　前記歪み測定手段は、前記燃料噴射制御手段により前記燃料噴射量の制御が行われている状態で、前記歪みを測定することを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
  9. 　前記歪み測定手段は、前記歪みに応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗と、該ピエゾ抵抗の抵抗値を増幅するアンプ回路とを有する歪みセンサチップを備えることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
  10. 　前記歪みセンサチップは、前記エンジン本体に貼付されていることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
  11. 　前記歪みセンサチップは、該歪みセンサチップの温度を検出する温度センサを有しており、前記温度センサの検出温度に応じて前記歪みを補正することを特徴とする請求項９又は１０に記載の内燃機関の制御装置。
  12. 　前記内燃機関は、圧縮着火方式の内燃機関であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
  13. 　前記内燃機関は、複数の気筒を有し、前記各気筒に対応して前記燃料噴射弁がそれぞれ設けられており、
    　前記歪み測定手段は、前記各気筒の燃焼室内における燃焼の燃焼により前記エンジン本体に発生する歪みを気筒別に測定し、
    　前記燃料噴射制御手段は、前記気筒別の歪みに基づいて前記各燃料噴射弁の燃料噴射制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
  14. 　燃料噴射弁を有する内燃機関の制御方法であって、前記内燃機関のエンジン本体に取り付けられた歪み測定手段によって、前記内燃機関の燃焼室内における燃料の燃焼に起因して前記エンジン本体に発生する歪みを測定し、その歪みに基づいて前記燃料噴射弁の燃料噴射制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御方法。
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