(57)【要約】【課題】エンジンの運転を安定的に行う。【解決手段】筒内圧センサの異常診断装置１００は、筒内圧センサＳＷ６と、制御部（ＥＣＵ１０）と、を備える。制御部は、自動車の走行中にエンジン１への燃料の供給を停止している状態から、エンジンへ燃料の供給を開始した後に、筒内圧センサの信号を用いてエンジンを運転することを制限する制限期間を設ける。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予荷重が付与された圧電素子を有しかつ、自動車に搭載されたエンジンの燃焼室内の圧力によって前記圧電素子が変形することに伴い、前記圧力に対応する信号を出力する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサの信号が入力されかつ、少なくとも前記筒内圧センサの信号を用いて前記エンジンを運転する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記自動車の走行中に前記エンジンへの燃料の供給を停止している状態から、前記エンジンへ燃料の供給を開始した後に、前記筒内圧センサの信号を用いて前記エンジンを運転することを制限する制限期間を設けている筒内圧センサの異常診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の筒内圧センサの異常診断装置において、
前記制御部は、前記エンジンへ燃料の供給を開始した後、前記筒内圧センサの信号が所定値よりも低下している場合に、前記筒内圧センサの信号を用いた前記エンジンの運転を制限する筒内圧センサの異常診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の筒内圧センサの異常診断装置において、
前記制御部は、前記筒内圧センサの信号に基づいて燃焼波形に関係する指標を算出すると共に、前記筒内圧センサの信号に基づいて燃焼騒音に関係する指標を算出し、
前記制御部は、前記筒内圧センサの信号が所定値よりも低下している場合に、前記燃焼波形に関係する指標を用いて前記エンジンを運転することを制限する一方で、前記燃焼騒音に関係する指標を用いて前記エンジンを運転することを許容する筒内圧センサの異常診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載の筒内圧センサの異常診断装置において、
前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記制御部の点火信号を受けて前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部を備え、
前記燃焼室内の混合気は、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼し、
前記制御部は、前記未燃混合気が目標タイミングにおいて自己着火するよう、前記目標タイミングよりも前に、前記点火部に前記点火信号を出力し、
前記制御部はまた、前記筒内圧センサの信号に基づき、前記燃焼波形に関係する指標として、前記未燃混合気が自己着火したタイミングと、燃焼重心と、図示平均有効圧力とを演算し、
前記制御部は、前記筒内圧センサの信号が所定値よりも低下している場合に、前記燃焼重心、及び、前記図示平均有効圧力を用いて前記エンジンを運転することを禁止しかつ、前記自己着火をしたタイミングを用いて前記エンジンを運転することを許容する筒内圧センサの異常診断装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の筒内圧センサの異常診断装置において、
前記制御部は、前記筒内圧センサの信号が、前記所定値よりも高い第２所定値よりも高くなった場合に、前記制限を解除する筒内圧センサの異常診断装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の筒内圧センサの異常診断装置において、
前記制御部は、吸気行程中の前記筒内圧センサの信号の値が所定値よりも低下したときに、前記筒内圧センサの信号を用いた前記エンジンの運転を制限する筒内圧センサの異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、筒内圧センサの異常診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサの信号を用いてエンジンを制御する制御装置が記載されている。この装置は、燃料カットを開始した後の、筒内圧センサの温度ドリフト量を算出し、温度ドリフト量に基づいて、筒内圧センサの信号を補正する。ここで、温度ドリフトとは、特許文献１においては、燃料カット時に燃焼室内の発熱量が急減することに起因して、筒内圧センサが、実際の筒内圧とは異なる異常値を出力する現象を言う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−９４２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の燃料カットを開始する場合ではなく、自動車の走行中の燃料カットから、急激に復帰をする際に、筒内圧センサが、一時的に異常値を出力する場合がある。具体的には、エンジンが燃料カットから復帰した時に筒内圧センサが出力する電圧が低下する場合がある。筒内圧センサが異常値を出力している場合に、当該筒内圧センサの信号を用いてエンジンを制御すると、エンジンの運転に支障を来す恐れがある。
【０００５】
ここに開示する技術は、エンジンの運転を安定的に行う。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
具体的に、ここに開示する技術は、筒内圧センサの異常診断装置に係る。異常診断装置は、予荷重が付与された圧電素子を有しかつ、自動車に搭載されたエンジンの燃焼室内の圧力によって前記圧電素子が変形することに伴い、前記圧力に対応する信号を出力する筒  内圧センサと、前記筒内圧センサの信号が入力されかつ、少なくとも前記筒内圧センサの信号を用いて前記エンジンを運転する制御部と、を備える。
【０００７】
前記制御部は、前記自動車の走行中に前記エンジンへの燃料の供給を停止している状態から、前記エンジンへ燃料の供給を開始した後に、前記筒内圧センサの信号を用いて前記エンジンを運転することを制限する制限期間を設けている。
【０００８】
自動車の走行中にエンジンへの燃料の供給を停止している状態から、エンジンへ燃料の供給を開始した後に、筒内圧センサが出力する電圧が低下する場合がある。前記の構成によると、制御部は、エンジンへ燃料の供給を開始した後に、筒内圧センサの信号を用いてエンジンを運転することを制限する。制御部は、筒内圧センサの信号を用いることを禁止してもよい。また、制御部は、筒内圧センサの信号に基づき算出する指標の一部を用いてエンジンを運転することを禁止してもよい。
【０００９】
異常値を出力している筒内圧センサの信号を用いてエンジンを運転することが制限される結果、エンジンは、安定的に運転する。
【００１０】
前記制御部は、前記エンジンへ燃料の供給を開始した後、前記筒内圧センサの信号が所定値よりも低下している場合に、前記筒内圧センサの信号を用いた前記エンジンの運転を制限する、としてもよい。
【００１１】
筒内圧センサの信号が所定値よりも低下すると、筒内圧センサの信号に基づいて筒内圧を正確に検出することができなくなる。筒内圧センサの信号を用いたエンジンの運転を制限することによって、エンジンは安定的に運転する。
【００１２】
前記制御部は、前記筒内圧センサの信号に基づいて燃焼波形に関係する指標を算出すると共に、前記筒内圧センサの信号に基づいて燃焼騒音に関係する指標を算出し、前記制御部は、前記筒内圧センサの信号が所定値よりも低下している場合に、前記燃焼波形に関係する指標を用いて前記エンジンを運転することを制限する一方で、前記燃焼騒音に関係する指標を用いて前記エンジンを運転することを許容する、としてもよい。
【００１３】
筒内圧センサの信号が所定値よりも低下しても、制御部は、筒内圧センサの信号に基づいて、圧縮上死点付近の比較的高い筒内圧を認識することができる。但し、制御部が認識する筒内圧は、実際の筒内圧よりも低い。これに対し、筒内圧センサの信号が所定値よりも低下すると、制御部は、圧縮上死点から離れた圧縮行程及び膨張行程の相対的に低い筒内圧を、筒内圧センサの信号に基づいて認識することができない。
【００１４】
燃焼波形に関係する指標は、燃焼の開始から終了までの全体の燃焼波形に基づいて算出される。このため、筒内圧センサの信号が所定値よりも低下すると、制御部は、燃焼波形に関係する指標を正確に算出することができない。
【００１５】
燃焼騒音に関係する指標は、圧縮上死点付近の筒内圧に基づいて算出される。このため、筒内圧センサの信号が所定値よりも低下しても、制御部は、燃焼騒音に関係する指標を比較的正確に算出することができる。
【００１６】
筒内圧センサの信号が所定値よりも低下している場合に、制御部は、燃焼波形に関係する指標を用いてエンジンを運転することを制限しかつ、燃焼騒音に関係する指標を用いてエンジンを運転することを許容することにより、エンジンは安定的に運転する。
【００１７】
前記筒内圧センサの異常診断装置は、前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記制御部の点火信号を受けて前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部を備え、前記燃焼室内の混合気は、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼し、前記制御部は、前記未燃混合気が目標タイミングにおいて自己着火するよう、前記目標タイミングよりも前に、前記点火部に前記点火信号を出力し、前記制御部はまた、前記筒内圧センサの信号に基づき、前記燃焼波形に関係する指標として、前記未燃混合気が自己着火したタイミングと、燃焼重心と、図示平均有効圧力とを演算し、前記制御部は、前記筒内圧センサの信号が所定値よりも低下している場合に、前記燃焼重心、及び、前記図示平均有効圧力を用いて前記エンジンを運転することを禁止しかつ、前記自己着火をしたタイミングを用いて前記エンジンを運転することを許容する、としてもよい。
【００１８】
燃焼波形に関係する指標のうち、燃焼重心及び図示平均有効圧力は、燃焼波形の全体に基づいて算出をする。筒内圧センサの信号が低くなると、これらの指標の信頼性が低下する。制御部が、燃焼重心、及び、図示平均有効圧力を用いてエンジンを運転することを禁止することにより、エンジンは安定的に運転する。
【００１９】
これに対し、自己着火をしたタイミングは、圧縮上死点付近の圧力変化に基づいて算出をする。この指標は、筒内圧センサの信号が低くなっても、信頼性が比較的高い。制御部が、自己着火をしたタイミングを用いてエンジンを運転することを許容することにより、エンジンは安定的に運転する。
【００２０】
前記制御部は、前記筒内圧センサの信号が、前記所定値よりも高い第２所定値よりも高くなった場合に、前記制限を解除する、としてもよい。
【００２１】
第２所定値を所定値よりも高くすることにより、筒内圧センサを用いたエンジンの運転の制限と、制限解除との切り替えが繰り返されることが抑制される。エンジンは安定的に運転する。
【００２２】
前記制御部は、吸気行程中の前記筒内圧センサの信号の値が、前記所定値よりも低下したときに、前記筒内圧センサの信号を用いた前記エンジンの運転を制限する、としてもよい。
【００２３】
吸気行程中の筒内圧は変化が小さい。制御部が、吸気行程中の筒内圧センサの信号の値に基づいて、筒内圧センサの信号が所定値よりも低下したか否かを判断することにより、制御部は、筒内圧センサの信号の値が低下したことを正確に判断することが可能になる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、前記の筒内圧センサの異常診断装置によると、エンジンは安定して運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、エンジンの構成を例示する図である。
【図２】図２は、燃焼室の構成を例示する図であり、上図は燃焼室の平面視相当図、下図はII−II線断面図である。
【図３】図３は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図４】図４は、筒内圧センサの構成を例示する断面説明図である。
【図５】図５は、ＳＰＣＣＩ燃焼の波形を例示する図である。
【図６】図６は、エンジンの制御部の機能構成を例示するブロック図である。
【図７】図７は、筒内圧センサの異常診断装置に係る機能構成を例示するブロック図である。
【図８】図８の上図は、筒内圧センサが異常値を出力している場合の筒内圧センサの信号の変化の一例であり、下図は、当該出力の変化に対応する信頼性フラグの変化を例示する図である。
【図９】図９は、筒内圧センサの出力特性と、ＥＣＵが筒内圧センサの信号を認識する電圧幅とを例示する図である。
【図１０】図１０は、筒内圧センサが正常値を出力している場合と、異常値を出力している場合とのそれぞれについて、ＥＣＵが認識する筒内圧変化を比較する図である。
【図１１】図１１は、筒内圧センサの異常診断の手順を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、筒内圧センサの異常診断装置に関する実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、筒内圧センサの異常診断装置の一例である。
【００２７】
図１は、筒内圧センサの異常診断装置を備えている、圧縮着火式のエンジンシステムの構成を例示する図である。図２は、エンジンの燃焼室の構成を例示する図である。尚、図１における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図２における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図３は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。
【００２８】
エンジン１は、燃焼室１７が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する４ストロークのレシプロエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン１が運転することによって、自動車は走行する。エンジン１の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であればよい。燃料は、例えばバイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。
【００２９】
（エンジンの構成）
エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１が形成されている。図１及び図２では、一つのシリンダ１１のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。
【００３０】
各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。尚、「燃焼室」は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。また、以下の説明では、燃焼室とほぼ同義の言葉として、「筒内」を用いる場合がある。
【００３１】
シリンダヘッド１３の下面、つまり、燃焼室１７の天井面は、図２の下図に示すように、傾斜面１３１１と、傾斜面１３１２とによって構成されている。傾斜面１３１１は、吸気側から、後述するインジェクタ６の軸Ｘ２に向かって上り勾配となっている。傾斜面１３１２は、排気側からインジェクタ６の軸Ｘ２に向かって上り勾配となっている。燃焼室１７の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。
【００３２】
ピストン３の上面は燃焼室１７の天井面に向かって隆起している。ピストン３の上面には、キャビティ３１が形成されている。キャビティ３１は、ピストン３の上面から凹陥している。キャビティ３１は、この構成例では、浅皿形状を有している。キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側にずれている。
【００３３】
エンジン１の幾何学的圧縮比は、１０以上３０以下に設定されている。後述するようにエンジン１は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼をコントロールする。エンジン１は、圧縮着火式エンジンである。しかし、このエンジン１は、ピストン３が圧縮上死点に至った時の燃焼室１７の温度を高くする必要がない。エンジン１は、幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。幾何学的圧縮比を低くすると、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン１の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様（燃料のオクタン価が９１程度の低オクタン価燃料）においては、１４〜１７とし、ハイオク仕様（燃料のオクタン価が９６程度の高オクタン価燃料）においては、１５〜１８としてもよい。
【００３４】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。図示は省略するが、吸気ポート１８は、第１吸気ポート及び第２吸気ポートの二つの吸気ポート１８を有している。吸気ポート１８は、燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート１８は、燃焼室１７の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。
【００３５】
吸気ポート１８には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、燃焼室１７と吸気ポート１８との間を開閉する。吸気弁２１は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図３に示すように、可変動弁機構は、吸気電動Ｓ−ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気電動Ｓ−ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの位相を所定の範囲内で連続的に変更する。吸気弁２１の開弁タイミング及び閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。
【００３６】
シリンダヘッド１３にはまた、シリンダ１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９も、第１排気ポート及び第２排気ポートの二つの排気ポート１９を有している。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。
【００３７】
排気ポート１９には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、燃焼室１７と排気ポート１９との間を開閉する。排気弁２２は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図３に示すように、可変動弁機構は、排気電動Ｓ−ＶＴ２４を有している。排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、排気カムシャフトの位相を所定の範囲内で連続的に変更する。排気弁２２の開弁タイミング及び閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。
【００３８】
吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、吸気弁２１と排気弁２２との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを長くすると、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気することができる。また、オーバーラップ期間の長さを調節することによって、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に入れることができる。吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、内部ＥＧＲシステムを構成している。尚、内部ＥＧＲシステムは、Ｓ−ＶＴによって構成されるとは限らない。
【００３９】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、燃焼室１７の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ６は、燃料噴射部の一例である。インジェクタ６は、傾斜面１３１１と傾斜面１３１２とが交差する部分に配設されている。図２に示すように、インジェクタ６の軸Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に位置している。インジェクタ６の軸Ｘ２は、中心軸Ｘ１に平行である。インジェクタ６の軸Ｘ２とキャビティ３１の中心とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。尚、インジェクタ６の軸Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致していてもよい。その構成の場合に、インジェクタ６の軸Ｘ２と、キャビティ３１の中心とは一致していてもよい。
【００４０】
インジェクタ６は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。インジェクタ６は、本構成例においては、十個の噴孔を有しており、噴孔は、周方向に等角度に配置されている。
【００４１】
インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料タンク６３と、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いに連結する燃料供給路６２とを備えている。燃料タンク６３は、燃料を貯留する。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５とコモンレール６４とが介設している。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送する。燃料ポンプ６５は、この構成例においては、クランクシャフト１５によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄える。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４に蓄えられていた燃料が、インジェクタ６の噴口から燃焼室１７の中に噴射される。燃料供給システム６１は、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ６に供給することが可能である。インジェクタ６に供給する燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。
【００４２】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５は点火部の一例である。点火プラグ２５は、この構成例では、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも吸気側に配設されている。点火プラグ２５は、二つの吸気ポート１８の間に位置している。点火プラグ２５は、上方から下方に向かって、燃焼室１７の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ２５の電極は、図２に示すように、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井面の付近に位置している。尚、点火プラグ２５を、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ２５をシリンダ１１の中心軸Ｘ１上に配置してもよい。
【００４３】
エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０は、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連通している。燃焼室１７に入るガスは、吸気通路４０を流れる。吸気通路４０の上流端部には、エアクリーナー４１が配設されている。エアクリーナー４１は、新気を濾過する。吸気通路４０の下流端近傍には、サージタンク４２が配設されている。サージタンク４２よりも下流の吸気通路４０は、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダ１１の吸気ポート１８に接続されている。
【００４４】
吸気通路４０におけるエアクリーナー４１とサージタンク４２との間には、スロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、弁の開度を調節することによって、燃焼室１７の中への新気の導入量を調節する。
【００４５】
吸気通路４０にはまた、スロットル弁４３の下流に、過給機４４が配設されている。過給機４４は、燃焼室１７に入るガスを過給する。この構成例において、過給機４４は、エンジン１によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機４４は、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。
【００４６】
過給機４４とエンジン１との間には、電磁クラッチ４５が介設している。電磁クラッチ４５は、過給機４４とエンジン１との間で、エンジン１から過給機４４へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ＥＣＵ１０が電磁クラッチ４５の接続及び遮断を切り替えることによって、過給機４４はオンとオフとが切り替わる。
【００４７】
吸気通路４０における過給機４４の下流には、インタークーラー４６が配設されている。インタークーラー４６は、過給機４４が圧縮したガスを冷却する。インタークーラー４６は、例えば水冷式又は油冷式に構成してもよい。
【００４８】
吸気通路４０には、バイパス通路４７が接続されている。バイパス通路４７は、吸気通路４０における過給機４４の上流部とインタークーラー４６の下流部とを互いに接続する。バイパス通路４７は、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスする。バイパス通路４７には、エアバイパス弁４８が配設されている。エアバイパス弁４８は、バイパス通路４７を流れるガスの流量を調節する。
【００４９】
ＥＣＵ１０は、過給機４４をオフにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を遮断したとき）に、エアバイパス弁４８を全開にする。吸気通路４０を流れるガスは、過給機４４をバイパスして、エンジン１の燃焼室１７に入る。エンジン１は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。
【００５０】
過給機４４をオンにすると、エンジン１は過給状態で運転する。ＥＣＵ１０は、過給機４４をオンにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を接続したとき）に、エアバイパス弁４８の開度を調節する。過給機４４を通過したガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機４４の上流に逆流する。ＥＣＵ１０がエアバイパス弁４８の開度を調節すると、燃焼室１７に入るガスの圧力が変わる。つまり、過給圧が変わる。尚、過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。
【００５１】
この構成例においては、過給機４４とバイパス通路４７とエアバイパス弁４８とによって、過給システム４９が構成されている。
【００５２】
エンジン１は、燃焼室１７内に、スワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール流は、図２に白抜きの矢印で示すように流れる。スワール発生部は、吸気通路４０に取り付けられたスワールコントロール弁５６を有している。スワールコントロール弁５６は、詳細な図示は省略するが、二つの吸気ポート１８のうちの一方の吸気ポート１８につながるプライマリ通路と、他方の吸気ポート１８につながるセカンダリ通路との内の、セカンダリ通路に配設されている。スワールコントロール弁５６は、セカンダリ通路の断面を絞ることができる開度調節弁である。スワールコントロール弁５６の開度が小さいと、一方の吸気ポート１８から燃焼室１７に入る吸気流量が相対的に多くかつ、他方の吸気ポート１８から燃焼室１７に入る吸気流量が相対的に少ないから、燃焼室１７内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁５６の開度が大きいと、二つの吸気ポート１８のそれぞれから燃焼室１７に入る吸気流量が、略均等になるから、燃焼室１７内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁５６を全開にすると、スワール流が発生しない。
【００５３】
エンジン１の他側面には、排気通路５０が接続されている。排気通路５０は、各シリンダ１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、燃焼室１７から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路５０の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ１１の排気ポート１９に接続されている。
【００５４】
排気通路５０には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流の触媒コンバーターは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。下流の触媒コンバーターは、エンジンルーム外に配設されている。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されるものではない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。
【００５５】
吸気通路４０と排気通路５０との間には、ＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、排気ガスの一部を吸気通路４０に還流させるための通路である。ＥＧＲ通路５２は、外部ＥＧＲシステムを構成する。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０における過給機４４の上流部に接続されている。ＥＧＲ通路５２を流れるＥＧＲガスは、バイパス通路４７のエアバイパス弁４８を通らずに、吸気通路４０における過給機４４の上流部に入る。
【００５６】
ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラー５３が配設されている。ＥＧＲクーラー５３は、排気ガスを冷却する。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲ弁５４が配設されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる排気ガスの流量を調節する。ＥＧＲ弁５４の開度を調節することによって、冷却した排気ガス、つまり外部ＥＧＲガスの還流量を調節することができる。
【００５７】
このエンジン１は、ＥＧＲシステム５５として、外部ＥＧＲシステムと、内部ＥＧＲシステムとを有している。外部ＥＧＲシステムは、内部ＥＧＲシステムよりも低温の排気ガスを、燃焼室１７に供給することができる。
【００５８】
圧縮着火式エンジンの制御装置は、エンジン１を運転するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとする制御部であって、図３に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）を含むマイクロコンピュータ１０１と、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ１０２と、電気信号を入出力するＩ／Ｆ回路１０３と、を備えている。
【００５９】
ＥＣＵ１０には、図１及び図３に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１７が接続されている。センサＳＷ１〜ＳＷ１７は、信号をＥＣＵ１０に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
【００６０】
エアフローセンサＳＷ１：吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の流量に対応する信号を出力する
第１吸気温度センサＳＷ２：吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の温度に対応する信号を出力する
第１圧力センサＳＷ３：吸気通路４０におけるＥＧＲ通路５２の接続位置よりも下流でかつ、過給機４４の上流に配置されかつ、過給機４４に入るガスの圧力に対応する信号を出力する
第２吸気温度センサＳＷ４：吸気通路４０における過給機４４の下流でかつ、バイパス通路４７の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機４４から流出したガスの温度に対応する信号を出力する
吸気圧センサＳＷ５：サージタンク４２に取り付けられかつ、過給機４４の下流のガスの圧力に対応する信号を出力する
筒内圧センサＳＷ６：各シリンダ１１に対応してシリンダヘッド１３に取り付けられかつ、各燃焼室１７内の圧力に対応する信号を出力する
排気温度センサＳＷ７：排気通路５０に配置されかつ、燃焼室１７から排出した排気ガスの温度に対応する信号を出力する
リニアＯ２センサＳＷ８：排気通路５０における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度に対応する信号を出力する
ラムダＯ２センサＳＷ９：上流の触媒コンバーターにおける三元触媒５１１の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度に対応する信号を出力する
水温センサＳＷ１０：エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度に対応する信号を出力する
クランク角センサＳＷ１１：エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角に対応する信号を出力する
アクセル開度センサＳＷ１２：アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に比例するアクセル開度に対応する信号を出力する
吸気カム角センサＳＷ１３：エンジン１に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角に対応する信号を出力する
排気カム角センサＳＷ１４：エンジン１に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角に対応する信号を出力する
ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５：ＥＧＲ通路５２に配置されかつ、ＥＧＲ弁５４の上流及び下流の差圧に対応する信号を出力する
燃圧センサＳＷ１６：燃料供給システム６１のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６に供給する燃料の圧力に対応する信号を出力する
第３吸気温度センサＳＷ１７：サージタンク４２に取り付けられかつ、サージタンク４２内のガスの温度、換言すると燃焼室１７に入る吸気の温度に対応する信号を出力する。
【００６１】
ＥＣＵ１０は、これらのセンサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶されている。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶しているマップを用いて、目標量及び／又は制御量を演算することを含む。
【００６２】
ＥＣＵ１０は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、過給機４４の電磁クラッチ４５、エアバイパス弁４８、及び、スワールコントロール弁５６に出力する。
【００６３】
例えば、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサＳＷ１２の信号とマップとに基づいて、エンジン１の目標トルクを設定すると共に、目標過給圧を決定する。そして、ＥＣＵ１０は、目標過給圧と、第１圧力センサＳＷ３及び吸気圧センサＳＷ５の信号から得られる過給機４４の前後差圧とに基づいて、エアバイパス弁４８の開度を調節するフィードバック制御を行う。このフィードバック制御により、過給圧が目標過給圧になる。
【００６４】
また、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態とマップとに基づいて目標ＥＧＲ率（つまり、燃焼室１７の中の全ガスに対するＥＧＲガスの比率）を設定する。そして、ＥＣＵ１０は、目標ＥＧＲ率とアクセル開度センサＳＷ１２の信号に基づく吸入空気量とに基づき目標ＥＧＲガス量を決定すると共に、ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５の信号から得られるＥＧＲ弁５４の前後差圧に基づいてＥＧＲ弁５４の開度を調節するフィードバック制御を行う。このフィードバック制御により、燃焼室１７の中に入る外部ＥＧＲガス量が、目標ＥＧＲガス量になる。
【００６５】
さらに、ＥＣＵ１０は、所定の制御条件が成立している場合に空燃比フィードバック制御を実行する。具体的にＥＣＵ１０は、リニアＯ２センサＳＷ８、及び、ラムダＯ２センサＳＷ９の信号から得られる排気中の酸素濃度に基づいて、混合気の空燃比が所望の値となるように、インジェクタ６の燃料噴射量を調節する。
【００６６】
尚、その他のＥＣＵ１０によるエンジン１の制御の詳細は、後述する。
【００６７】
ＥＣＵ１０にはまた、報知部５７が接続されている。報知部は、例えばインストルメントパネルに設けたワーニングランプによって構成されている。後述するように、筒内圧センサＳＷ６の異常診断装置１００が筒内圧センサＳＷ６の故障を診断した場合に、報知部５７は、ユーザに報知を行う。
【００６８】
（筒内圧センサの構成）
図４は、筒内圧センサＳＷ６の構成を例示している。筒内圧センサＳＷ６は、燃焼室１７内に臨んで配設されるダイヤフラム７１を有している。ダイヤフラム７１は、可撓性を有する材料によって構成されている。ダイヤフラム７１は、筒内圧センサＳＷ６の先端に配設されている。ダイヤフラム７１の周縁部は、ハウジングに支持されている。ハウジングは、アウタハウジング７２とインナハウジング７３とを有している。燃焼室１７内の圧力が高くなると、ダイヤフラム７１の外面が押されることによって、アウタハウジング７２及びインナハウジング７３に支持されていないダイヤフラム７１の中央部が撓む。ダイヤフラム７１の中央部の周囲には、薄肉部７１２が設けられている。
【００６９】
アウタハウジング７２は、図示は省略するが、エンジン１のシリンダヘッド１３に固定される。アウタハウジング７２は先端が開口している筒状である。ダイヤフラム７１はアウタハウジング７２の先端面に取り付けられる。ダイヤフラム７１の周縁部は、アウタハウジング７２に対し、溶接により固定されている。
【００７０】
インナハウジング７３は、アウタハウジング７２に内挿されている。インナハウジング７３は、アウタハウジング７２における先端部に位置している。インナハウジング７３は、複数の部品を組み合わせることによって構成されている。インナハウジング７３も筒状である。ダイヤフラム７１の周縁部は、インナハウジング７３にも、溶接により固定されている。
【００７１】
インナハウジング７３は、付勢部材７４によって、筒内圧センサＳＷ６の先端に向かって付勢されている。付勢部材７４は、アウタハウジング７２の内部における、インナハウジング７３よりも筒内圧センサＳＷ６の基端側（つまり、図４における上側）に配設されている。
【００７２】
インナハウジング７３の内部には、圧電素子７５が配設されている。圧電素子７５は、ダイヤフラム７１が撓むことにより変形すると共に、その変形量に応じた微弱電流を出力する。圧電素子７５は、付勢部材７４によって予荷重が付与されている。
【００７３】
圧電素子７５の先端部には、台座７６が取り付けられている。台座７６は、その中央部に、筒内圧センサＳＷ６の先端に向かって突出する突出部７６１を有している。突出部７６１は、インナハウジング７３の先端部に設けた貫通孔７３１内に位置している。
【００７４】
ダイヤフラム７１の内面における中央部には、筒内圧センサＳＷ６の基端に向かって突出する中央突起７１１が、ダイヤフラム７１と一体に設けられている。ダイヤフラム７１の中央突起７１１と台座７６の突出部７６１とは互いに当接している。ダイヤフラム７１の中央部が撓むと、中央突起７１１によって台座７６が筒内圧センサＳＷ６の基端に向かって押される。予荷重が付与されている圧電素子７５は、台座７６に押されて潰れる。
【００７５】
圧電素子７５の基端部には、電極７７が取り付けられている。圧電素子７５の微弱電流は、電極７７を通じて出力される。
【００７６】
電極７７の基端部は、電極支持部７８に支持されている。電極支持部７８も複数の部材が組み合わさって構成されている。電極支持部７８は、インナハウジング７３に溶接されている。電極支持部７８の内部には、導電部７９が配設されている。導電部７９は、筒内圧センサＳＷ６の基端に向かって延びている。導電部７９の基端は、筒内圧センサＳＷ６のチャージアンプ７１０に接続されている。チャージアンプ７１０は、圧電素子７５からの電荷をためて、その電荷量に相当する信号を、筒内圧センサＳＷ６の信号としてＥＣＵ１０に出力する。
【００７７】
電極７７と導電部７９との間には、圧縮ばね７９１が配設されている。圧縮ばね７９１は、電極７７と導電部７９との間を導通させる。
【００７８】
一体化された台座７６、圧電素子７５、及び、電極７７と、インナハウジング７３との間には、環状の絶縁部７１３が介設している。絶縁部７１３は、図４において黒色に着色した部分である。
【００７９】
（ＳＰＣＣＩ燃焼のコンセプト）
エンジン１は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、所定の運転状態にある場合に圧縮自己着火による燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン１は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【００８０】
ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火プラグ２５が、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりＳＩ燃焼をすると共に、ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室１７の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播により燃焼室１７の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるＣＩ燃焼をする形態である。
【００８１】
ＳＩ燃焼の発熱量を調節することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収することができる。ＥＣＵ１０が点火タイミングを調節することによって、混合気を目標タイミングで自己着火させることができる。
【００８２】
ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼時の熱発生は、ＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかである。ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率（ｄＱ／ｄθ）の波形は、図５に例示するように、立ち上がりの傾きが、ＣＩ燃焼の波形における立ち上がりの傾きよりも小さくなる。また、燃焼室１７の中における圧力変動率（ｄｐ／ｄθ）も、ＳＩ燃焼時は、ＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。
【００８３】
ＳＩ燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火すると、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化する場合がある。熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで、変曲点Ｘを有する場合がある。
【００８４】
ＣＩ燃焼の開始後は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが並行して行われる。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。しかし、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。ＣＩ燃焼時の圧力変動率（ｄｐ／ｄθ）も、比較的穏やかになる。
【００８５】
圧力変動率（ｄｐ／ｄθ）は、燃焼騒音を表す指標として用いることができる。前述の通りＳＰＣＣＩ燃焼は、圧力変動率（ｄｐ／ｄθ）を小さくすることができるため、燃焼騒音が大きくなりすぎることを回避することが可能になる。エンジン１の燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えられる。
【００８６】
ＣＩ燃焼が終了することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼が終了する。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に比べて、燃焼期間が短い。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。
【００８７】
ＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼によって形成された第１熱発生率部ＱＳＩと、ＣＩ燃焼によって形成された第２熱発生部ＱＣＩと、が、この順番に連続するように形成されている。
【００８８】
ここで、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を示すパラメータとして、ＳＩ率を定義する。本願出願人は、ＳＩ率を、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した全熱量に対し、ＳＩ燃焼により発生した熱量の割合に関係する指標と定義する。ＳＩ率は、燃焼形態の相違する二つの燃焼によって発生する熱量比率である。ＳＩ率が高いと、ＳＩ燃焼の割合が高く、ＳＩ率が低いと、ＣＩ燃焼の割合が高い。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合が高いと、燃焼騒音の抑制に有利になる。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の割合が高いと、エンジン１の燃費効率の向上に有利になる。
【００８９】
ＳＩ率は、ＣＩ燃焼により発生した熱量に対するＳＩ燃焼により発生した熱量の比率と定義してもよい。つまり、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼が開始するクランク角をＣＩ燃焼開始時期θｃｉとして、図５に示す波形８０１において、θｃｉよりも進角側であるＳＩ燃焼の面積ＱＳＩと、θｃｉを含む遅角側であるＣＩ燃焼の面積ＱＣＩとから、ＳＩ率＝ＱＳＩ／ＱＣＩとしてもよい。
【００９０】
（エンジンの制御ロジック）
図６は、エンジン１の制御ロジックを実行するＥＣＵ１０の機能構成を例示するブロック図である。ＥＣＵ１０は、メモリ１０２に記憶している制御ロジックに従いエンジン１を運転する。具体的にＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、燃焼室１７の中の燃焼が、運転状態に応じたＳＩ率の燃焼となるよう、燃焼室１７の中の状態量の調節、噴射量の調節、噴射タイミングの調節、及び、点火タイミングの調節を行うための演算を行う。
【００９１】
ＥＣＵ１０は、ＳＩ率とθｃｉとの二つのパラメータを用いてＳＰＣＣＩ燃焼をコントロールする。具体的にＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態に対応する目標ＳＩ率及び目標θｃｉを定め、実際のＳＩ率が目標ＳＩ率に一致しかつ、実際のθｃｉが目標θｃｉとなるように、燃焼室１７内の温度の調節と、点火時期の調節とを行う。燃焼室１７内の温度は、燃焼室１７内に入る排気ガスの温度及び／又は量を調節することによって調節する。
【００９２】
ＥＣＵ１０は先ず、Ｉ／Ｆ回路１０３を通じて各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号を読み込む。次いで、ＥＣＵ１０のマイクロコンピュータ１０１における、目標ＳＩ率／目標θｃｉ設定部１０１ａは、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号に基づいてエンジン１の運転状態を判断すると共に、目標ＳＩ率（つまり、目標熱量比率）及び目標ＣＩ燃焼開始時期θｃｉを設定する。目標ＳＩ率は、エンジン１の運転状態に応じて定められている。目標ＳＩ率は、メモリ１０２の目標ＳＩ率記憶部１０２１に、記憶されている。目標ＳＩ率／目標θｃｉ設定部１０１ａは、エンジン１の負荷が低い場合には、目標ＳＩ率を低く設定し、エンジン１の負荷が高い場合には、目標ＳＩ率を高く設定する。エンジン１の負荷が低い場合には、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制と燃費性能の向上とが両立する。エンジン１の負荷が高い場合には、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制に有利になる。
【００９３】
θｃｉは、前述したように、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼が開始するクランク角タイミングを意味する（図５参照）。目標θｃｉも、エンジン１の運転状態に応じて定められている。目標θｃｉは、メモリ１０２の目標θｃｉ記憶部１０２２に、記憶されている。θｃｉが遅角側であれば、燃焼騒音が小さくなる。θｃｉが進角側であれば、エンジン１燃費性能が向上する。目標θｃｉは、燃焼騒音を許容レベル以下に抑えることができる範囲において、可能な限り進角側に設定されている。
【００９４】
目標筒内状態量設定部１０１ｂは、メモリ１０２に記憶しているモデルに基づいて、設定した目標ＳＩ率及び目標θｃｉを実現するための目標筒内状態量を設定する。具体的に目標筒内状態量設定部１０１ｂは、燃焼室１７の中の目標温度、目標圧力、及び、目標状態量を設定する。
【００９５】
筒内状態量制御部１０１ｃは、目標筒内状態量を実現するために必要な、ＥＧＲ弁５４の開度、スロットル弁４３の開度、エアバイパス弁４８の開度、スワールコントロール弁５６の開度、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３の位相角（つまり、吸気弁２１のバルブタイミング）、及び、排気電動Ｓ−ＶＴ２４の位相角（つまり、排気弁２２のバルブタイミング）を設定する。筒内状態量制御部１０１ｃは、これらのデバイスの制御量を、メモリ１０２に記憶しているマップに基づいて設定する。筒内状態量制御部１０１ｃは、設定した制御量に基づいて、ＥＧＲ弁５４、スロットル弁４３、エアバイパス弁４８、スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、及び、排気電動Ｓ−ＶＴ２４に制御信号を出力する。ＥＣＵ１０の信号に基づいて各デバイスが動作をすることによって、燃焼室１７の中の状態量が目標状態量になる。
【００９６】
筒内状態量制御部１０１ｃはさらに、設定した各デバイスの制御量に基づいて、燃焼室１７の中の状態量の予測値、及び、状態量の推定値をそれぞれ算出する。状態量予測値は、吸気弁２１が閉弁する前の燃焼室１７の中の状態量を予測した値である。状態量予測値は、後述するように、吸気行程における燃料の噴射量の設定に用いる。状態量推定値は、吸気弁２１が閉弁した後の燃焼室１７の中の状態量を推定した値である。状態量推定値は、後述するように、圧縮行程における燃料の噴射量の設定、及び、点火タイミングの設定に用いる。
【００９７】
第１噴射量設定部１０１ｄは、状態量予測値に基づいて、吸気行程中における燃料の噴射量を設定する。吸気行程中に分割噴射を行う場合には、各噴射の噴射量を設定する。尚、吸気行程中に燃料の噴射を行わない場合、第１噴射量設定部１０１ｄは、燃料の噴射量をゼロにする。第１噴射制御部１０１ｅは、インジェクタ６が所定の噴射タイミングで燃焼室１７の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。第１噴射制御部１０１ｅはまた、吸気行程中の燃料の噴射結果を出力する。
【００９８】
第２噴射量設定部１０１ｆは、状態量推定値と、吸気行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、圧縮行程中における燃料の噴射量を設定する。尚、圧縮行程中に燃料の噴射を行わない場合、第２噴射量設定部１０１ｆは、燃料の噴射量をゼロにする。第２噴射制御部１０１ｇは、予め設定されているマップに基づく噴射タイミングで、インジェクタ６が燃焼室１７の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。第２噴射制御部１０１ｇはまた、圧縮行程中の燃料の噴射結果を出力する。
【００９９】
点火時期設定部１０１ｈは、状態量推定値と、圧縮行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、点火タイミングを設定する。点火制御部１０１ｉは、設定した点火タイミングで、点火プラグ２５が燃焼室１７の中の混合気に点火をするよう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。
【０１００】
ここで、エンジン１の制御ロジックは、点火タイミングを調節することによって、ＳＩ率及びθｃｉを調節する。より詳細に、ＥＣＵ１０は、筒内圧センサＳＷ６の信号に基づいて、燃焼波形に関係する指標を演算する。燃焼波形に関係する指標には、前述したθｃｉの他に、燃焼重心、及び、図示平均有効圧力を含んでいる。ＥＣＵ１０は、燃焼波形に関係する指標に基づいて、次のサイクルの点火タイミングを調節する（つまり、フィードバック制御）。燃焼波形に関係する指標を用いたフィードバック制御によって、ＳＰＣＣＩ燃焼の自己着火タイミングが微調節される。
【０１０１】
点火プラグ２５が混合気に点火をすることにより、燃焼室１７の中でＳＩ燃焼又はＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。筒内圧センサＳＷ６は、燃焼室１７の中の圧力の変化を計測する。
【０１０２】
筒内圧センサＳＷ６の計測信号は、θｃｉずれ演算部１０１ｋに入力される。θｃｉずれ演算部１０１ｋは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉを推定すると共に、推定したＣＩ燃焼開始時期θｃｉと、目標θｃｉとのずれを計算する。θｃｉずれ演算部１０１ｋは、計算したθｃｉずれを、目標筒内状態量設定部１０１ｂに出力する。目標筒内状態量設定部１０１ｂは、θｃｉずれに基づいて、モデルを修正する。目標筒内状態量設定部１０１ｂは、次回以降のサイクルにおいて、修正したモデルを用いて目標筒内状態量を設定する。
【０１０３】
ＥＣＵ１０が、ＳＩ率の調節を、状態量の調節によるＳＩ率の大まかな調節と、燃焼波形に関係する指標を用いた点火タイミングのフィードバック制御との二段階で行うことにより、エンジン１は、運転状態に対応する狙いのＳＰＣＣＩ燃焼を正確に実現することができる。
【０１０４】
（燃焼騒音抑制制御）
ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態であるため、ＳＩ燃焼に起因したノッキング、及び、ＣＩ燃焼に起因したノッキングのそれぞれが発生する可能性がある。ＳＩ燃焼に起因したノッキングをＳＩノックとし、ＣＩ燃焼に起因したノッキングをＣＩノックとすると、ＳＩノックとは、燃焼室１７内において混合気がＳＩ燃焼した領域の外側の未燃ガスが異常な局所自着火（正常なＣＩ燃焼とは明確に異なる局所自着火）により急速燃焼する現象のことであり、ＣＩノックとは、ＣＩ燃焼による圧力変動に起因してエンジン１の主要部品（シリンダブロック／ヘッド、ピストン、クランクジャーナル部など）が共振する現象のことである。ＳＩノックは、局所自着火により燃焼室１７内で気柱振動が起きることにより、約６．３ｋＨｚの周波数をもった大きな騒音として出現する。一方、ＣＩノックは、エンジン１の主要部品の共振が起きることにより、約１〜４ｋＨｚの周波数（より厳密には当該範囲に含まれる複数の周波数）をもった大きな騒音として出現する。このように、ＳＩノックとＣＩノックとは、異なる原因に起因した異なる周波数の騒音として出現する。
【０１０５】
ＥＣＵ１０は、ＳＩノック及びＣＩノックが共に発生しないよう、ＳＰＣＣＩ燃焼を制御する。具体的にＥＣＵ１０は、筒内圧センサＳＷ６の検知信号をフーリエ変換することによって、ＳＩノックと関連したＳＩノック指標と、ＣＩノックと関連したＣＩノック指標とを算出する。ＳＩノック指標とは、ＳＩノックの発生に伴い増大する６．３ｋＨｚ付近の筒内圧力スペクトルであり、ＣＩノック指標とは、ＣＩノックの発生に伴い増大する１〜４ｋＨｚ付近の筒内圧力スペクトルである。
【０１０６】
そして、ＥＣＵ１０は、ＳＩノック指標及びＣＩノック指標のそれぞれが許容限界を超えないようなθｃｉ限界を、予め定めたマップに従って決定すると共に、エンジン１の運転状態から定めたθｃｉと、θｃｉ限界とを比較することにより、θｃｉ限界がθｃｉと同じ又は進角側であれば、θｃｉを目標θｃｉに定める一方、θｃｉ限界がθｃｉよりも遅角側であれば、θｃｉ限界を目標θｃｉに定める。この制御により、ＳＩノック及びＣＩノックは、共に抑制される。
【０１０７】
つまり、ＥＣＵ１０は、燃焼波形に関係する指標を用いて点火タイミングのフィードバック制御を行うことに加えて、筒内圧センサＳＷ６の信号に基づいて算出するＳＩノック指標及びＣＩノック指標を用いて点火タイミングを調節することにより、エンジン１を運転している。これによりエンジン１は、安定的に運転する。以下において、ＳＩノック指標及びＣＩノック指標を総称して、燃焼騒音に関係する指標と呼ぶ。
【０１０８】
（筒内圧センサの異常診断）
ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジン１は、前述の通り、筒内圧センサＳＷ６の検知信号を用いて、点火制御及び燃焼騒音の抑制制御を行う。エンジン１において、筒内圧センサＳＷ６の検知信号は重要である。筒内圧センサＳＷ６が異常値を出力している場合に、その信号を用いてエンジン１を制御すると、エンジン１の運転に支障を来す恐れがある。そこで、エンジンシステムは、筒内圧センサＳＷ６の異常診断装置１００を備えている。
【０１０９】
図７は、筒内圧センサＳＷ６の異常診断装置１００の構成を例示している。異常診断装置１００は、算出部１１１と、運転部１１２と、診断部１１３と、を備えている。算出部１１１、運転部１１２及び診断部１１３はそれぞれ、ＥＣＵ１０において構成される機能ブロックである。
【０１１０】
算出部１１１は、前述したように、筒内圧センサＳＷ６の信号に基づいて、燃焼波形に関係する指標及び燃焼騒音に関係する指標を算出する。算出部１１１は、燃焼波形に関係する指標、及び、燃焼騒音に関係する指標を、常時算出し、運転部１１２に出力する。燃焼波形に関係する指標及び燃焼騒音に関係する指標は、エンジン１の制御に用いられる。
【０１１１】
運転部１１２は、図７では、インジェクタ６と点火プラグ２５とに信号を出力することによってエンジン１を運転する。運転部１１２は、前述したように、燃焼波形に関係する指標及び燃焼騒音に関係する指標を用いて、点火プラグ２５の点火時期を調節する。
【０１１２】
運転部１１２が実行するエンジン１の制御には、エンジン１の燃料カット制御も含まれる。具体的に、運転部１１２は、自動車の走行中に、減速燃料カット条件が成立したときに、インジェクタ６を通じてエンジン１への燃料の供給を停止する。運転部１１２は、アクセル開度センサＳＷ１２の検知信号に基づいて、減速燃料カット条件が成立したことを判定する。燃料の供給が停止すると、エンジン１は、燃料カット運転を行う。燃料カット運転中は、点火プラグ２５も点火を行わない。
【０１１３】
診断部１１３は、筒内圧センサＳＷ６の異常を診断する。ここで、筒内圧センサＳＷ６の異常例について説明をする。図８は、筒内圧センサＳＷ６が異常値を出力しているときの、筒内圧センサＳＷ６の信号の変化を例示している。図８の上図８１の縦軸は、筒内圧センサＳＷ６が出力する電圧であり、横軸は時間である。図８の上図８１は、燃焼室１７が吸気行程にあるときに筒内圧センサＳＷ６が出力した電圧をプロットしている。
【０１１４】
図８は、自動車の走行中にエンジン１が燃料カット運転（Ｆ／Ｃ）をしている状態で、運転者がアクセルペダルを急激に踏み込むことによって、燃料カット運転が終了した後を示している。上図８１に（１）で示すように、燃料カット運転が終了した直後、筒内圧センサＳＷ６の出力する電圧は、一時的に低下する。これは、低温の燃焼室１７内へ比較的多量の燃料が供給されて高温の燃焼が急に開始されると、先ず、筒内圧センサＳＷ６のダイヤフラム７１の薄肉部７１２が温められることにより、ダイヤフラム７１が燃焼室１７の内部の方に変形するためである。ダイヤフラム７１が変形するため、燃焼室１７内の圧力に対する圧電素子７５の潰れ量が少なくなって、筒内圧センサＳＷ６の出力する電圧が低下する。
【０１１５】
その後、上図８１に（２）で示すように、ダイヤフラム７１が熱膨張することによって、圧電素子７５が押されて潰れる。その結果、筒内圧センサＳＷ６の出力する電圧が高くなる。
【０１１６】
その後、上図８１に（３）で示すように、筒内圧センサＳＷ６の内部のインナハウジング７３に熱が伝わり、インナハウジング７３が外方へ膨張をする。これにより、圧電素子７５の予荷重が低下する。その結果、筒内圧センサＳＷ６の出力電圧が、次第に低下する。つまり、エンジン１が燃料カット状態から急激に復帰することに伴い、燃焼室１７内の発熱量が急変することに起因して、筒内圧センサＳＷ６が出力する電圧が低下するドリフト現象が発生する。
【０１１７】
さらにその後、筒内圧センサＳＷ６への入熱が安定することによって、筒内圧センサＳＷ６の内部の台座７６が熱により膨張して圧電素子７５を押すと共に（上図８１の（４）参照）、筒内圧センサＳＷ６の内部の電極７７が熱により膨張して圧電素子７５を押す（上図８１の（５）参照）。筒内圧センサＳＷ６のチャージアンプ７１０の時定数により、出力電圧が次第に高くなって、ドリフト現象から復帰する。
【０１１８】
筒内圧センサＳＷ６の入熱変化に起因するドリフト現象が発生すると、前述したように、筒内圧センサＳＷ６の出力電圧が低下する。図９は、筒内圧センサＳＷ６の出力特性を例示している。図９の縦軸は筒内圧センサＳＷ６の出力電圧であり、図９の横軸は筒内圧センサＳＷ６のダイヤフラム７１に付与される圧力である。筒内圧センサＳＷ６は、線形の出力特性を有している。筒内圧センサＳＷ６のダイヤフラム７１は、ダイヤフラム７１に付与される圧力が高くなるほど、出力電圧が高くなる。図９に示す破線は、ＥＣＵ１０が、筒内圧センサＳＷ６の出力電圧を認識することができる範囲を示している。筒内圧センサＳＷ６の出力電圧が低すぎたり、高すぎたりすると、ＥＣＵ１０は、筒内圧センサＳＷ６の出力電圧を認識することができない。ドリフト現象が生じて筒内圧センサＳＷ６の出力電圧が低下すると、ＥＣＵ１０は、筒内圧センサＳＷ６の出力する信号の一部を認識することができなくなる。
【０１１９】
図１０は、筒内圧センサＳＷ６が正常値を出力しているときに、その筒内圧センサＳＷ６の信号に基づいてＥＣＵ１０が認識をした筒内圧の変化（実線）と、筒内圧センサＳＷ６がドリフト現象により異常値を出力しているときに、その筒内圧センサＳＷ６の信号に基づいてＥＣＵ１０が認識をした筒内圧の変化（破線）と、を比較している。同図からわかるように、ＥＣＵ１０は、筒内圧センサＳＷ６の出力電圧が低い異常時に、燃焼室１７の圧力変化が小さいと誤認識してしまう。
【０１２０】
ＥＣＵ１０は、燃焼波形に関係する指標（θｃｉ、燃焼重心、及び、図示平均有効圧力）、及び、燃焼騒音に関係する指標を、筒内圧センサＳＷ６の信号に基づいて算出する。筒内圧センサＳＷ６がドリフト現象により異常値を出力しているときに、ＥＣＵ１０は、これらの指標を精度良く算出することができなくなる。誤った指標を用いてエンジン１を制御する結果、エンジン１の運転に支障を来す恐れがある。
【０１２１】
診断部１１３は、筒内圧センサＳＷ６の検知信号に基づいて、ドリフト現象が発生しているか否かを判断する。具体的に診断部１１３は、吸気行程中の筒内圧センサＳＷ６の検知信号が、予め定めた第１所定値を下回ると、ドリフト現象が発生していると判断する（図８の上図８１参照）。吸気行程中は筒内圧の変化が小さい。そのため、吸気行程中の筒内圧センサＳＷ６の検知信号に基づいてドリフト現象の発生有無を判断することにより、診断部１１３は、ドリフト現象の発生を正確に判断することができる。
【０１２２】
診断部１１３は、運転部１１２に信頼性フラグを送信する。診断部１１３は、ドリフト現象が発生していないと判断した場合には、信頼性フラグを１にする。運転部１１２は、受信した信頼性フラグが１である場合には、燃焼波形に関係する指標及び燃焼騒音に関係する指標を用いてエンジン１を制御する。筒内圧センサＳＷ６の検知信号の信頼性が確保されているため、エンジン１は安定的に運転する。
【０１２３】
診断部１１３は、ドリフト現象が発生していると判断した場合には、信頼性フラグを０（ゼロ）にする。図８の下図８２は、信頼性フラグの変化を例示している。同図においては、時刻ｔ１に、筒内圧センサＳＷ６の検知信号が第１所定値を下回るため、信頼性フラグは１から０になる。
【０１２４】
運転部１１２は、受信した信頼性フラグが０である場合には、燃焼波形に関係する指標を用いてエンジン１を制御することを制限する。信頼性が低い筒内圧センサＳＷ６の信号に基づいてエンジン１の制御を行うことは、エンジン１の運転に支障を来す恐れがあるためである。
【０１２５】
より詳細に、運転部１１２は、燃焼波形に関係する指標のうち、燃焼重心、及び、図示平均有効圧力を用いたエンジン１の制御は行わない。運転部１１２は、燃焼波形に関係する指標のうち、θｃｉを用いたエンジン１の制御は行う。また、運転部１１２は、燃焼騒音に関係する指標を用いたエンジン１の制御も行う。
【０１２６】
燃焼重心及び図示平均有効圧力は、燃焼の開始から終了までの燃焼波形の全体に基づいて算出される。図１０に例示するように、ドリフト現象が発生すると、ＥＣＵ１０は、燃焼の開始から終了までの燃焼波形の全体を正確に把握することができない。そのため、算出部１１１が算出した燃焼重心、及び、図示平均有効圧力の信頼性は低い。
【０１２７】
これに対し、ＳＰＣＣＩ燃焼のＣＩ燃焼開始時期は、圧縮上死点付近である。θｃｉは、圧縮上死点付近の燃焼波形に基づいて算出することができる。図１０に例示するように、ドリフト現象が発生しても、ＥＣＵ１０は、圧縮上死点付近の燃焼波形の形を把握することができるから、算出部１１１が算出したθｃｉの信頼性は比較的高い。また、ＳＩノックも圧縮上死点付近において発生する。燃焼騒音に関係する指標は、圧縮上死点付近の燃焼波形に基づいて周波数解析を行うことにより算出される。算出部１１１が算出したθｃｉの信頼性は比較的高い。
【０１２８】
よって、信頼性フラグが０の場合に、運転部１１２は、燃焼重心、及び、図示平均有効圧力を用いた点火タイミングの調節に係るフィードバック制御を行わない。このことによって、エンジン１は安定的に運転する。また、運転部１１２は、信頼性フラグが０の場合に、θｃｉ、及び、燃焼騒音に関係する指標を用いた点火タイミングの調節に係るフィードバック制御を行う。エンジン１は、適切に運転する。
【０１２９】
尚、運転部１１２は、燃焼重心、及び、図示平均有効圧力を用いたエンジン１の制御を制限する場合、燃焼重心、及び、図示平均有効圧力の前回値を用いて点火タイミングのフィードバック制御を行ってもよい。
【０１３０】
前述したように、ドリフト現象が発生した場合でも、筒内圧センサＳＷ６への入熱が安定化すれば、筒内圧センサＳＷ６が出力する電圧は、次第に高くなる（図８の上図８１参照）。つまり、筒内圧センサＳＷ６は、ドリフト現象から復帰する。診断部１１３は、筒内圧センサＳＷ６の検知信号が、予め定めた第２所定値を上回ると、ドリフト現象が解消したと判断する。診断部１１３は、信頼性フラグを１にする。運転部１１２は、前述した制限を解除し、燃焼波形に関係する指標及び燃焼騒音に関係する指標を用いて、エンジン１を制御する。エンジン１は安定的に運転する。
【０１３１】
ここで、第２所定値は、第１所定値よりも大きい。第２所定値を第１所定値よりも高くすることにより、筒内圧センサＳＷ６を用いたエンジン１の運転を制限することと、制限を解除することとの切り替えが繰り返されることが抑制される。エンジン１は安定的に運転する。
【０１３２】
図８に示すように、このエンジンシステムは、自動車の走行中にエンジン１への燃料の供給を停止している状態から、エンジン１へ燃料の供給を開始した後に、筒内圧センサＳＷ６の信号を用いてエンジン１を運転することを制限する制限期間（つまり、下図８２の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間）を設けていることと等価である。制限期間は、信頼性フラグが０の期間に対応する。
【０１３３】
（筒内圧センサの異常判断の手順）
図１１は、異常診断装置１００が実行する、筒内圧センサＳＷ６の異常判断の手順を示すフローチャートである。スタート後のステップＳ１において、異常診断装置１００は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の検知信号を読み込む。続くステップＳ２において、算出部１１１は、筒内圧センサＳＷ６の信号に基づいて、燃焼波形に関係する指標、及び、燃焼騒音に関係する指標を算出する。
【０１３４】
ステップＳ３において診断部１１３は、現在の信頼性フラグが１であるか否かを判断する。信頼性フラグが１の場合、プロセスはステップＳ４に進む。信頼性フラグが０の場合、プロセスはステップＳ９に進む。
【０１３５】
ステップＳ４において、診断部１１３は、前述したように、筒内圧センサＳＷ６の検知信号に基づいて、吸気行程中の電圧値が第１所定値を下回ったか否かを判断する。電圧値が第１所定値を下回っていない場合は、プロセスはステップＳ５に進む。電圧値が第１所定値を下回った場合は、プロセスはステップＳ７に進む。
【０１３６】
ステップＳ５において診断部１１３は、ドリフト現象が発生してないと判断し、続くステップＳ６において診断部１１３は、信頼性フラグを１にし、運転部１１２に出力する。
【０１３７】
一方、ステップＳ７において診断部１１３は、ドリフト現象が発生していると判断し、続くステップＳ８において診断部１１３は、信頼性フラグを０にし、運転部１１２に出力する。運転部１１２は、前述したように、燃焼波形に関係する指標を用いたエンジン１の制御を一部制限する。
【０１３８】
信頼性フラグが０になった以降、診断部１１３は、ステップＳ９において、筒内圧センサＳＷ６の検知信号に基づいて、吸気行程中の電圧値が第２所定値を上回ったか否かを判断する。電圧値が第２所定値を上回っていない場合は、プロセスはリターンする。信頼性フラグは０のままである。電圧値が第２所定値を上回った場合は、プロセスはステップＳ１０に進む。
【０１３９】
ステップＳ１０において診断部１１３は、筒内圧センサＳＷ６はドリフト現象から復帰したと判断し、続くステップＳ１１において、診断部１１３は、信頼性フラグを１に変える。運転部１１２は、前述したように、燃焼波形に関係する指標及び燃焼騒音に関係する指標を用いてエンジン１を制御する。
【０１４０】
（他の実施形態）
尚、前記においては、エンジン１の燃料カット運転が終了した場合に、筒内圧センサＳＷ６のドリフト現象が生じると説明しているが、筒内圧センサＳＷ６のドリフト現象は、筒内圧センサＳＷ６への入熱の変化が大きい状況において発生する場合がある。例えば自動車が急加速を行うような場合である。ここに開示する技術は、燃料カット運転が終了した場合以外の場合に適用してもよい。その場合に、異常診断装置１００は、図１１のフローに準じて、筒内圧センサＳＷ６が異常値を出力していることを診断してもよい。
【０１４１】
また、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン１に適用することに限定されない。エンジン１の構成は、様々な構成を採用することが可能である。
【符号の説明】
【０１４２】
１  エンジン
１０  ＥＣＵ（制御部）
１７  燃焼室
１００  異常診断装置
１１１  算出部
１１２  運転部
１１３  診断部
５７  報知部
７５  圧電素子
ＳＷ６  筒内圧センサ
【図１】
2020101162.tif 000003
【図２】
2020101162.tif 000004
【図３】
2020101162.tif 000005
【図４】
2020101162.tif 000006
【図５】
2020101162.tif 000007
【図６】
2020101162.tif 000008
【図７】
2020101162.tif 000009
【図８】
2020101162.tif 000010
【図９】
2020101162.tif 000011
【図１０】
2020101162.tif 000012
【図１１】
2020101162.tif 000013