(57)【要約】【課題】内燃機関の複数の気筒に燃焼圧センサがそれぞれ設置されていない場合や、複数の燃焼圧センサが同時に故障した場合であっても、燃焼圧センサの故障を検出する。【解決手段】内燃機関には、内燃機関により回転駆動されるクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサと、複数の気筒の少なくとも１つにおける燃焼圧Ｐを検出する燃焼圧センサとが取り付けられている。内燃機関用の制御装置は、燃焼圧センサが検出した燃焼圧Ｐに基づいて図示平均有効圧ＩＭＥＰを算出し、クランク角センサが検出した回転角に基づくクランク角速度Ｎの一次成分の振幅Ｃを算出する。そして、図示平均有効圧ＩＭＥＰおよび振幅Ｃの履歴から近似式を算出し、この近似式に基づいて燃焼圧センサの故障を検出する。【選択図】図８
2020084912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関には、前記内燃機関により回転駆動されるクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサと、前記複数の気筒の少なくとも１つにおける燃焼圧を検出する燃焼圧センサと、が取り付けられており、
前記制御装置は、
前記燃焼圧センサが検出した前記燃焼圧に基づいて図示平均有効圧を算出し、
前記クランク角センサが検出した前記回転角に基づくクランク角速度の一次成分の振幅を算出し、
前記図示平均有効圧および前記振幅の履歴から近似式を算出し、
前記近似式に基づいて前記燃焼圧センサの故障を検出する内燃機関用制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、
前記近似式は線形近似式であり、
前記制御装置は、
前記線形近似式の傾きおよび切片がそれぞれ所定の正常範囲内である場合は、前記燃焼圧センサが正常であると判定し、
前記傾きおよび前記切片の少なくとも一方が前記正常範囲外である場合は、前記燃焼圧センサが故障していると判定する内燃機関用制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関用制御装置において、
前記燃焼圧センサは、前記複数の気筒にそれぞれ取り付けられている内燃機関用制御装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の内燃機関用制御装置において、
前記燃焼圧センサは、前記複数の気筒のうち１つの気筒にのみ取り付けられている内燃機関用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の燃費向上のため、理論空燃比よりも薄い混合気で内燃機関を運転する技術や、燃焼後の排気ガスの一部を取り入れて再度内燃機関に吸気させる技術などを取り入れた内燃機関の制御装置が開発されている。
【０００３】
この種の制御装置を用いて制御される内燃機関では、燃焼室における燃料や空気の量が理論値から乖離するため、燃焼室での燃焼が不安定となる。その結果、車両では、内燃機関の燃焼トルク（エンジントルク）の変動増大による振動が大きくなり、運転者の乗り心地が悪化してしまう。したがって、燃焼状態を正確に検出し、その検出結果に応じた内燃機関の制御を行うことが重要となる。
【０００４】
内燃機関の燃焼状態を正確に検出する手段として、燃焼圧センサがある。燃焼室内へ燃焼圧センサを設置することで、燃焼状態の正確な検出が可能となる。しかし、燃焼室内へ設置された燃焼圧センサは、燃焼による高い圧力と高い温度に接するため、故障の確率が高くなる。燃焼圧センサが故障した状態で、誤検出した燃焼圧を基に内燃機関の制御を行うと、燃焼室での燃焼がより不安定になる可能性がある。
【０００５】
燃焼圧センサの故障検出に関して、特許文献１が知られている。特許文献１には、多気筒エンジンの各気筒に取り付けられた燃焼圧センサ（筒内圧センサ）の検出値を比較し、その差から筒内圧センサの故障を検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−９８７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されている技術は、少なくとも２つ以上の気筒へ燃焼圧センサが装着されていることが前提となっている。そのため、１つの気筒のみに燃焼圧センサが装着されている場合には、燃焼圧センサの故障を検出できない。また、経年劣化やエンジンの過熱などによって複数の燃焼圧センサが同時に故障した場合にも、燃焼圧センサの故障を検出できない。
【０００８】
したがって、本発明は、上記の課題に着目してなされたもので、内燃機関の複数の気筒に燃焼圧センサがそれぞれ設置されていない場合や、複数の燃焼圧センサが同時に故障した場合であっても、燃焼圧センサの故障を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による内燃機関用制御装置は、複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関には、前記内燃機関により回転駆動されるクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサと、前記複数の気筒の少なくとも１つにおける燃焼圧を検出する燃焼圧センサと、が取り付けられており、前記制御装置は、前記燃焼圧センサが検出した前記燃焼圧に基づいて図示平均有効圧を算出し、前記クランク角センサが検出した前記回転角に基づくクランク角速度の一次成分の振幅を算出し、前記図示平均有効圧および前記振幅の履歴から近似式を算出し、前記近似式に基づいて前記燃焼圧センサの故障を検出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、内燃機関の複数の気筒に燃焼圧センサがそれぞれ設置されていない場合や、複数の燃焼圧センサが同時に故障した場合であっても、燃焼圧センサの故障を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態にかかる内燃機関及び内燃機機関の制御装置の要部構成を説明する図である。
【図２】実施の形態にかかる制御装置の機能構成を説明する機能ブロック図である。
【図３】制御装置を適用した内燃機関の要部構成を説明する模式図である。
【図４】気筒の配列を説明する平面図である。
【図５】失火状態と燃焼状態のそれぞれにおける燃焼圧、図示平均有効圧、クランク角速度およびクランク角速度の一次成分の振幅の一例を示す図である。
【図６】燃焼状態と失火状態における周波数成分毎のクランク角速度の振幅の一例を示す図である。
【図７】所定のモード走行時におけるクランク角速度の一次成分の振幅と図示平均有効圧との相関の一例を示す図である。
【図８】実施の形態にかかる燃焼圧センサの故障検出処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態にかかる内燃機関用制御装置の一態様である制御装置１を説明する。この実施の形態では、制御装置１により、４気筒の内燃機関１００を制御する場合を例示して説明する。
以下、実施の形態において、内燃機関１００の一部の構成又は全ての構成及び制御装置１の一部の構成又は全ての構成を組み合わせたものを、内燃機関１００の制御装置１と言う。
【００１３】
［内燃機関］
図１は、内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する制御装置１の要部構成を説明する図である。
【００１４】
内燃機関１００では、外部から吸引した空気はエアクリーナ１１０、吸気管１１１、吸気マニホールド１１２を通流し、各気筒１５０に流入する。各気筒１５０に流入する空気量は、スロットル弁１１３により調整され、スロットル弁１１３で調整された空気量は、流量センサ１１４により測定される。また、各気筒１５０に流入する空気の圧力は、吸気マニホールド１１２に設けられた吸気圧センサ１１６（図３参照）により測定される。
【００１５】
スロットル弁１１３には、スロットルの開度を検出するスロットル開度センサ１１３ａが設けられている。このスロットル開度センサ１１３ａで検出されたスロットル弁１１３の開度情報は、制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）１に出力される。
【００１６】
なお、スロットル弁１１３は、電動機で駆動される電子スロットル弁が用いられるが、空気の流量を適切に調整できるものであれば、その他の方式によるものでもよい。
【００１７】
各気筒１５０に流入したガスの温度は、吸気温センサ１１５で検出される。
【００１８】
クランクシャフト１２３に取り付けられたリングギア１２０の径方向外側には、クランク角センサ１２１が設けられている。このクランク角センサ１２１により、クランクシャフト１２３の回転角度が検出される。実施の形態では、クランク角センサ１２１は、例えば１０°毎及び燃焼周期毎のクランクシャフト１２３の回転角度を検出する。
【００１９】
内燃機関１００のウォータジャケット（図示せず）には、水温センサ１２２が設けられている。この水温センサ１２２により、内燃機関１００の冷却水の温度を検出する。
【００２０】
また、車両には、アクセルペダル１２５の変位量（踏み込み量）を検出するアクセルポジションセンサ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ：ＡＰＳ）１２６が設けられている。このアクセルポジションセンサ１２６により、運転者の要求トルクを検出する。このアクセルポジションセンサ１２６で検出された運転者の要求トルクは、後述する制御装置１に出力される。制御装置１は、この要求トルクに基づいて、スロットル弁１１３を制御する。
【００２１】
燃料タンク１３０に貯留された燃料は、フィードポンプ１３１によって吸引された後、燃料配管１３３を通流して加圧ポンプ１３２に誘導される。加圧ポンプ１３２は、フィードポンプ１３１から供給された燃料を加圧して所定の燃料圧に調整し、燃料配管１３３を介して、各気筒１５０に設置された燃料噴射弁（インジェクタ）１３４に送出する。加圧ポンプ１３２で圧力調整された結果、余分な燃料は戻り配管（図示せず）を介して燃料タンク１３０に戻される。
【００２２】
燃料噴射弁１３４は、加圧ポンプ１３２により加圧された燃料を各気筒１５０内に噴射する。なお、図１では燃料噴射弁１３４が吸気マニホールド１１２に取り付けられているが、実際には、燃料を気筒１５０内に噴射できるように、内燃機関１００のシリンダヘッド１８０に取り付けられている。
【００２３】
内燃機関１００の各気筒１５０内には、燃焼圧センサ（Ｃｙｌｉｎｄｅｒ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒ：ＣＰＳ、筒内圧センサとも言う）１４０が設けられている。燃焼圧センサ１４０は、気筒１５０内の圧力（燃焼圧）を検出する。
【００２４】
燃焼圧センサ１４０は、内燃機関１００の機械的振動を計測することで燃焼圧を検出する振動検出型のセンサである。実施の形態では、燃焼圧センサ１４０は、非共振型の振動検出センサであり、広い周波数帯域に渡って内燃機関１００の振動を検出することができるようになっている。
【００２５】
各気筒１５０には、燃焼後のガス（排気ガス）を気筒１５０の外側に排出する排気マニホールド１６０が取り付けられている。この排気マニホールド１６０の排気側には、三元触媒１６１が設けられており、気筒１５０から排気マニホールド１６０に排気ガスが排出される。この排気ガスは、排気マニホールド１６０を通って三元触媒１６１で浄化された後、大気に排出される。
【００２６】
三元触媒１６１の上流側には、上流側空燃比センサ１６２と排気温センサ１６４とが設けられている。上流側空燃比センサ１６２は、各気筒１５０から排出された排気ガスの空燃比を連続的に検出する。排気温センサ１６４は、気筒１５０から排出された排気ガスの温度を測定する。
【００２７】
また、三元触媒１６１の下流側には、下流側空燃比センサ１６３が設けられている。この下流側空燃比センサ１６３は、理論空燃比近傍でスイッチ的な検出信号を出力する。実施の形態では、下流側空燃比センサ１６３は、例えばＯ２センサである。
【００２８】
また、各気筒１５０の上部には、点火プラグ２００が各々設けられている。点火プラグ２００の放電（点火）により、気筒１５０内の空気と燃料との混合気に火花が着火し、気筒１５０内で爆発が起こり、ピストン１７０が押し下げられる。ピストン１７０が押し下げられることにより、クランクシャフト１２３が回転する。
【００２９】
点火プラグ２００には、点火プラグ２００に供給される電気エネルギー（電圧）を生成する点火コイル３００が接続されている。点火コイル３００で発生した電圧により、点火プラグ２００の中心電極と外側電極との間に放電が生じる。
【００３０】
前述したスロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、クランク角センサ１２１、アクセルポジションセンサ１２６、水温センサ１２２、燃焼圧センサ１４０等の各種センサからの出力信号は、制御装置１に出力される。制御装置１では、これら各種センサからの出力信号に基づいて、内燃機関１００の運転状態を検出し、気筒１５０内に送出する空気量（目標空気量）、燃料噴射量、点火プラグ２００の点火タイミング等の制御を行う。
【００３１】
制御装置１で演算された目標空気量は、スロットル開度（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１１３を駆動する電動機（図示せず）に出力される。さらに、制御装置１で演算された点火タイミングは、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３００に出力され、その点火信号に基づいて、点火プラグ２００で放電（点火）される。
【００３２】
［制御装置のハードウェア構成］
次に、制御装置１のハードウェアの全体構成を説明する。
【００３３】
図１に示すように、制御装置１は、アナログ入力部１０と、デジタル入力部２０と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部３０と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）４０と、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５０と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）６０と、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）ポート７０と、出力回路８０と、を有する。
【００３４】
アナログ入力部１０には、スロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、アクセルポジションセンサ１２６、上流側空燃比センサ１６２、下流側空燃比センサ１６３、燃焼圧センサ１４０、水温センサ１２２等の各種センサからのアナログ出力信号が入力される。
【００３５】
アナログ入力部１０には、Ａ／Ｄ変換部３０が接続されている。アナログ入力部１０に入力された各種センサからのアナログ出力信号は、ノイズ除去等の信号処理が行われた後、Ａ／Ｄ変換部３０でデジタル信号に変換され、ＲＡＭ４０に記憶される。
【００３６】
デジタル入力部２０には、クランク角センサ１２１からのデジタル出力信号が入力される。
【００３７】
デジタル入力部２０には、Ｉ／Ｏポート７０が接続されており、デジタル入力部２０に入力されたデジタル出力信号は、このＩ／Ｏポート７０を介してＲＡＭ４０に記憶される。
【００３８】
ＲＡＭ４０に記憶された各出力信号は、ＭＰＵ５０で演算処理される。
【００３９】
ＭＰＵ５０は、ＲＯＭ６０に記憶された制御プログラム（図示せず）を実行することで、ＲＡＭ４０に記憶された出力信号を、制御プログラムに従って演算処理する。ＭＰＵ５０は、制御プログラムに従って、内燃機関１００を駆動する各アクチュエータ（例えば、スロットル弁１１３、点火プラグ２００等）の作動量を規定する制御値を算出し、ＲＡＭ４０に一時的に記憶する。
【００４０】
ＲＡＭ４０に記憶されたアクチュエータの作動量を規定する制御値は、Ｉ／Ｏポート７０を介して出力回路８０に出力される。
【００４１】
出力回路８０には、燃料噴射弁１３４を制御する燃料噴射制御部８２（図２参照）、点火プラグ２００に印加する電圧を制御する点火制御部８３（図２参照）の各機能などが設けられている。
【００４２】
［制御装置の機能ブロック］
次に、実施の形態にかかる制御装置１の機能構成を説明する。
【００４３】
図２は、実施の形態にかかる制御装置１の機能構成を説明する機能ブロック図である。この制御装置１の各機能は、例えばＭＰＵ５０がＲＯＭ６０に記憶された制御プログラムを実行することで、出力回路８０で実現される。
【００４４】
図２に示すように、実施の形態にかかる制御装置１の出力回路８０は、全体制御部８１と、燃料噴射制御部８２と、点火制御部８３とを有する。
【００４５】
全体制御部８１は、アクセルポジションセンサ１２６と、燃焼圧センサ１４０（ＣＰＳ）と、クランクシャフト１２３のクランク角を計測する角度情報生成部８５と、に接続されており、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、燃焼圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２と、角度情報生成部８５からのクランク角度情報Ｓ４と、を受け付ける。
【００４６】
全体制御部８１は、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、燃焼圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２とに基づいて、燃料噴射制御部８２および点火制御部８３の全体的な制御を行う。また、燃焼圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２と、角度情報生成部８５からのクランク角度情報Ｓ４とに基づいて、燃焼圧センサ１４０の故障を検出する。
【００４７】
実施の形態では、全体制御部８１には、少なくとも燃焼圧センサ１４０からの燃焼圧（振動：出力信号Ｓ２）情報が入力されており、全体制御部８１は、この情報に基づいて燃焼圧の検出やノッキング発生を検出する。また、燃焼圧センサ１４０が故障した場合には、これを燃焼圧センサ１４０の異常として検出する。
【００４８】
燃料噴射制御部８２は、内燃機関１００の各気筒１５０を判別する気筒判別部８４と、クランクシャフト１２３のクランク角を計測する角度情報生成部８５と、エンジン回転数を計測する回転数情報生成部８６と、に接続されており、気筒判別部８４からの気筒判別情報Ｓ３と、角度情報生成部８５からのクランク角度情報Ｓ４と、回転数情報生成部８６からのエンジン回転数情報Ｓ５と、を受け付ける。
【００４９】
また、燃料噴射制御部８２は、気筒１５０内に吸気される空気の吸気量を計測する吸気量計測部８７と、エンジン負荷を計測する負荷情報生成部８８と、エンジン冷却水の温度を計測する水温計測部８９と、に接続されており、吸気量計測部８７からの吸気量情報Ｓ６と、負荷情報生成部８８からのエンジン負荷情報Ｓ７と、水温計測部８９からの冷却水温度情報Ｓ８と、を受け付ける。
【００５０】
燃料噴射制御部８２は、受け付けた各情報に基づいて、燃料噴射弁１３４から噴射される燃料の噴射量と噴射時間を算出し、算出した燃料の噴射量と噴射時間とに基づいて、燃料噴射弁１３４を制御するための開弁制御信号Ｓ９を出力する。
【００５１】
点火制御部８３は、全体制御部８１のほか、気筒判別部８４と、角度情報生成部８５と、回転数情報生成部８６と、負荷情報生成部８８と、水温計測部８９とに接続されており、これらからの各情報を受け付ける。
【００５２】
点火制御部８３は、受け付けた各情報に基づいて、点火コイル３００の１次側コイル（図示せず）に通電する電流量（通電角）と、通電開始時間と、１次側コイルに通電した電流を遮断する時間（点火時間）を算出する。
【００５３】
点火制御部８３は、算出した通電角と、通電開始時間と、点火時間とに基づいて、点火コイル３００の１次側コイルに点火信号ＳＡを出力することで、点火プラグ２００による放電制御（点火制御）を行う。
【００５４】
さらに、この点火制御部８３には、全体制御部８１からの燃焼圧（筒内圧）情報と、ノッキング情報とが入力されている。
【００５５】
点火制御部８３は、燃焼圧情報に基づくＭＢＴ制御による点火タイミングの補正値を演算し、ノッキング情報に基づく遅角補正値を演算する。点火制御部８３は、これらの演算結果に基づいて、ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）制御やノッキングが生じた時の遅角制御を実行する。
【００５６】
［内燃機関の要部構成］
次に、実施の形態にかかる制御装置１を適用した内燃機関１００の要部構成を説明する。なお、内燃機関１００は、例えば車両用の筒内噴射式ガソリンエンジンである。
【００５７】
図３は、制御装置１を適用した内燃機関１００の要部構成を説明する模式図である。図４は、各気筒１５０の配列を説明する平面図である。
【００５８】
図３に示すように、実施の形態の内燃機関１００は、火花点火式燃焼を実施する車両用の直列４気筒ガソリンエンジンである場合を例示して説明する。
【００５９】
図３および図４に示すように、この内燃機関１００では、第１気筒１５１、第２気筒１５２、第３気筒１５３、第４気筒１５４が、シリンダブロック（図示せず）に直列に設けられている。以下、これら第１気筒１５１〜第４気筒１５４を特に区別しない場合、単に気筒１５０と言う。
【００６０】
図３および図４に示すように、各気筒１５０の燃焼室１５０ａ内に、点火プラグ２００と、燃焼圧センサ１４０とが取り付けられている。各気筒１５０の燃焼室１５０ａでは、クランクシャフト１２３の回転角度が１８０度周期で、点火プラグ２００による点火と燃焼がそれぞれ行われる。内燃機関１００が直列４気筒の場合、各気筒１５０における燃焼は、第１気筒１５１、第３気筒１５３、第４気筒１５４、第２気筒１５２の順番で行われる。
【００６１】
図３に示すように、各気筒１５０の上方には、シリンダヘッド１８０が設けられている。シリンダヘッド１８０には、気筒１５０内への混合気（空気と燃料との混合気）の吸入を調整する吸気バルブ６ａを稼働させる吸気カムシャフト５ａと、気筒１５０内からの排気ガスの排気を調整する排気バルブ６ｂを稼働させる排気カムシャフト５ｂとが設けられている。
【００６２】
図３に示すように、加圧ポンプ１３２により加圧された高圧の燃料は、燃料配管１３３を通って、各気筒１５０に取り付けられた燃料噴射弁１３４に供給され、燃料噴射弁１３４から各気筒１５０内に噴射される。
【００６３】
［燃焼圧センサの故障検出方法］
次に、実施の形態にかかる燃焼圧センサ１４０の故障検出方法を説明する。
【００６４】
図５は、失火状態と燃焼状態のそれぞれにおける燃焼圧、図示平均有効圧、クランク角速度およびクランク角速度の一次成分の振幅の一例を示す図である。
【００６５】
図５（ａ）は、失火状態において燃焼圧センサ１４０により検出された燃焼圧Ｐの波形の一例である。失火状態では、点火に伴う混合気への着火が生じないため、気筒１５０内で混合気の爆発による燃焼圧Ｐの上昇が生じない。そのため、図５（ａ）に示すように、燃焼圧Ｐの上昇は断熱圧縮分のみとなる。
【００６６】
図５（ｂ）は、燃焼状態において燃焼圧センサ１４０により検出された燃焼圧Ｐの波形の一例である。燃焼状態では、点火に伴う混合気への着火により、気筒１５０内で混合気の爆発による燃焼圧Ｐの上昇が生じる。そのため、図５（ｂ）に示すように、点火後に燃焼圧Ｐが大きく上昇する。
【００６７】
図５（ｃ）は、失火状態における図示平均有効圧ＩＭＥＰの一例である。失火状態では、点火に伴う混合気への着火が生じないため、図５（ｃ）に示すように、図示平均有効圧ＩＭＥＰはゼロとなる。
【００６８】
図５（ｄ）は、燃焼状態における図示平均有効圧ＩＭＥＰの一例である。燃焼状態では、点火に伴う混合気への着火により、気筒１５０内で混合気の爆発による燃焼圧Ｐの上昇が生じる。そのため、図５（ｄ）に示すように、図示平均有効圧ＩＭＥＰがプラスの値となる。
【００６９】
図５（ａ）〜図５（ｄ）により、燃焼の有無が図示平均有効圧ＩＭＥＰへ反映されることが分かる。
【００７０】
図５（ｅ）は、失火状態においてクランク角センサ１２１により検出されたクランクシャフト１２３の回転角から求めたクランク角速度Ｎの波形の一例である。クランク角速度Ｎの振幅は燃焼圧Ｐの上昇に応じて大きくなるが、図５（ａ）に示したように、失火状態では燃焼圧Ｐの上昇が断熱圧縮分のみである。そのため、図５（ｅ）に示すように、上死点付近でもクランク角速度Ｎの振幅はあまり大きくならない。また、図５（ｅ）に示すクランク角速度Ｎの波形は、頂点が上死点に一致しており、左右対称となっている。
【００７１】
図５（ｆ）は、燃焼状態においてクランク角センサ１２１により検出されたクランクシャフト１２３の回転角から求めたクランク角速度Ｎの波形の一例である。クランク角速度Ｎの振幅は燃焼圧Ｐの上昇に応じて大きくなるが、図５（ｂ）に示したように、燃焼状態では点火後に燃焼圧Ｐが大きく上昇する。そのため、図５（ｆ）に示すように、上死点付近でクランク角速度Ｎの振幅が大きくなる。また、図５（ｆ）に示すクランク角速度Ｎの波形は、頂点が上死点から乖離しており、左右非対称となっている。
【００７２】
図５（ｇ）は、失火状態におけるクランク角速度Ｎの一次成分の振幅Ｃの一例である。失火状態では、図５（ｅ）に示したように、クランク角速度Ｎの波形は左右対称となる。そのため、クランク角速度Ｎの波形の周波数成分では一次成分が多くなり、図５（ｇ）に示すように、クランク角速度Ｎの一次成分の振幅Ｃが大きくなる。
【００７３】
図５（ｈ）は、燃焼状態におけるクランク角速度Ｎの一次成分の振幅Ｃの一例である。燃焼状態では、図５（ｆ）に示したように、クランク角速度Ｎの波形は左右非対称となり、位相も変化する。そのため、クランク角速度Ｎの波形の周波数成分では一次成分が少なくなり、図５（ｈ）に示すように、クランク角速度Ｎの一次成分の振幅Ｃが小さくなる。
【００７４】
図５（ｅ）〜図５（ｈ）により、燃焼の有無がクランク角速度Ｎの一次成分の振幅Ｃへ反映されることが分かる。
【００７５】
したがって、図５（ａ）〜図５（ｈ）により、図示平均有効圧ＩＭＥＰとクランク角速度Ｎの一次成分の振幅Ｃとの間には、相関があることが分かる。
【００７６】
図６は、燃焼状態と失火状態における周波数成分毎のクランク角速度Ｎの振幅Ｃの一例を示す図である。図６では、周波数次数が一次成分の場合において、失火状態と燃焼状態でのクランク角速度Ｎの振幅Ｃの差分が大きくなっている。このため、周波数次数については、一次成分が最も高い相関が得られることが分かる。
【００７７】
図７は、所定のモード走行時におけるクランク角速度Ｎの一次成分の振幅Ｃと図示平均有効圧ＩＭＥＰとの相関の一例を示す図である。図７に示すように、モード走行によって内燃機関１００の燃焼状態が様々に変化した場合においても、図示平均有効圧ＩＭＥＰとクランク角速度Ｎの一次成分の振幅Ｃとの間には、略線形の相関があることが分かる。
【００７８】
このことから、クランク角速度Ｎの一次成分の振幅Ｃと図示平均有効圧ＩＭＥＰとの相関に変化があった場合は、少なくとも燃焼圧センサ１４０またはクランク角センサ１２１のどちらかに異常が生じた可能性があると判断できる。ここで、クランク角センサ１２１については、例えば吸気カムシャフト５ａや排気カムシャフト５ｂの角度を検出するカム角度センサ（図示せず）など、他のデバイスからの情報を用いて故障診断が可能である。そのため、クランク角センサ１２１に異常が無い状態で、クランク角速度Ｎの一次成分の振幅Ｃと図示平均有効圧ＩＭＥＰとの相関に変化があった場合には、燃焼圧センサ１４０に異常があると判断できる。
【００７９】
図８は、実施の形態にかかる燃焼圧センサ１４０の故障検出処理の手順を示すフローチャートである。図８のフローチャートは、内燃機関１００の電源が投入されると、制御装置１によって所定のタイミングで実行される。
【００８０】
≪ステップＳ１０１≫
ステップＳ１０１において、制御装置１は、燃焼圧センサ１４０の故障検出処理を開始し、ステップＳ１１１とステップＳ１２１の処理を並行して開始する。
【００８１】
≪ステップＳ１１１≫
ステップＳ１１１では、燃焼圧センサ１４０により燃焼圧Ｐを検出し、全体制御部８１により、燃焼圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２に基づいて、燃焼圧センサ１４０が検出した燃焼圧Ｐを取得する。
【００８２】
≪ステップＳ１１２≫
ステップＳ１１２では、全体制御部８１により、ステップＳ１１１で取得した燃焼圧Ｐに基づいて図示平均有効圧ＩＭＥＰを算出する。図示平均有効圧ＩＭＥＰを算出したら、ステップＳ１３１へ進む。
【００８３】
≪ステップＳ１２１≫
ステップＳ１２１では、クランク角センサ１２１によりクランクシャフト１２３の回転角を所定の周期で検出することでクランク角速度Ｎを検出し、全体制御部８１により、検出したクランク角速度Ｎを取得する。
【００８４】
≪ステップＳ１２２≫
ステップＳ１２２では、全体制御部８１により、ステップＳ１２１で取得したクランク角速度Ｎの履歴から、一定期間（例えば、クランクシャフト１２３の回転角で上死点を中心とする前後１８０°の期間）でのクランク角速度Ｎの変化を抽出する。
【００８５】
≪ステップＳ１２３≫
ステップＳ１２３では、全体制御部８１により、ステップＳ１２２で抽出したクランク角速度Ｎの変化に基づいて、クランク角速度Ｎの一次成分の振幅Ｃを算出する。振幅Ｃを算出したら、ステップＳ１３１へ進む。
【００８６】
≪ステップＳ１３１≫
ステップＳ１３１では、全体制御部８１により、ステップＳ１１２で算出した図示平均有効圧ＩＭＥＰと、ステップＳ１２３で算出した振幅Ｃとの履歴（例えば３００サイクル）から、図示平均有効圧ＩＭＥＰと振幅Ｃとの相関を表す近似式を算出する。ここでは、例えば図７に示したような一次式を表す線形近似式を、図示平均有効圧ＩＭＥＰと振幅Ｃとの相関を表す近似式として算出する。
【００８７】
≪ステップＳ１３２≫
ステップＳ１３２では、全体制御部８１により、ステップＳ１３１で算出した線形近似式の傾きＡおよび切片Ｂを算出する。
【００８８】
≪ステップＳ１４１≫
ステップＳ１４１では、全体制御部８１により、ステップＳ１３２で算出した傾きＡと切片Ｂを、それぞれに対して予め定められた正常範囲と比較することで、図示平均有効圧ＩＭＥＰと振幅Ｃとの相関を表す線形近似式の傾きＡおよび切片Ｂがそれぞれ所定の正常範囲内であるか否かを判定する。その結果、傾きＡおよび切片Ｂが両方とも正常範囲内であればステップＳ１４２へ進み、少なくとも一方が正常範囲内でなければステップＳ１４３へ進む。
【００８９】
≪ステップＳ１４２≫
ステップＳ１４２では、全体制御部８１により、燃焼圧センサ１４０に対して正常判定を行い、燃焼圧センサ１４０が故障していないと判断する。
【００９０】
≪ステップＳ１４３≫
ステップＳ１４３では、全体制御部８１により、燃焼圧センサ１４０に対して異常判定を行い、燃焼圧センサ１４０が故障していると判断する。
【００９１】
≪ステップＳ１５１≫
ステップＳ１４２で正常判定を行うか、ステップＳ１４３で異常判定を行ったら、ステップＳ１５１へ進み、燃焼圧センサ１４０の故障検出処理を終了する。
【００９２】
以上説明した本発明の実施の形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００９３】
（１）内燃機関用の制御装置１は、複数の気筒１５０を有する内燃機関１００の制御装置である。内燃機関１００には、内燃機関１００により回転駆動されるクランクシャフト１２３の回転角を検出するクランク角センサ１２１と、複数の気筒１５０の少なくとも１つにおける燃焼圧Ｐを検出する燃焼圧センサ１４０と、が取り付けられている。制御装置１は、燃焼圧センサ１４０が検出した燃焼圧Ｐに基づいて図示平均有効圧ＩＭＥＰを算出し（ステップＳ１１２）、クランク角センサ１２１が検出した回転角に基づくクランク角速度Ｎの一次成分の振幅Ｃを算出する（ステップＳ１２３）。そして、図示平均有効圧ＩＭＥＰおよび振幅Ｃの履歴から近似式を算出し（ステップＳ１３１）、この近似式に基づいて燃焼圧センサ１４０の故障を検出する（ステップＳ１４１、Ｓ１４３）。このようにしたので、内燃機関１００の複数の気筒１５０に燃焼圧センサ１４０がそれぞれ設置されていない場合や、複数の燃焼圧センサ１４０が同時に故障した場合であっても、燃焼圧センサ１４０の故障を検出することができる。
【００９４】
（２）ステップＳ１３１で算出する近似式は線形近似式である。制御装置１は、この線形近似式の傾きＡおよび切片Ｂがそれぞれ所定の正常範囲内である場合（ステップＳ１４１：Ｙｅｓ）は、燃焼圧センサ１４０が正常であると判定し（ステップＳ１４２）、傾きＡおよび切片Ｂの少なくとも一方が正常範囲外である場合（ステップＳ１４１：Ｎｏ）は、燃焼圧センサ１４０が故障していると判定する（ステップＳ１４３）。このようにしたので、図示平均有効圧ＩＭＥＰと振幅Ｃの相関から、燃焼圧センサ１４０の故障を確実に検出することができる。
【００９５】
（３）燃焼圧センサ１４０は、複数の気筒１５０（第１気筒１５１〜第４気筒１５４）にそれぞれ取り付けられている。このようにしたので、各気筒１５０の燃焼圧を確実に検出できるとともに、燃焼圧センサ１４０が故障した場合にはこれを確実に検出することができる。
【００９６】
なお、上記の実施の形態では、図４に示したように、各気筒１５０に燃焼圧センサ１４０が取り付けられている例を説明したが、燃焼圧センサ１４０は全ての気筒１５０に装着する必要はない。本発明は、少なくとも１つの気筒１５０に燃焼圧センサ１４０が取り付けられている内燃機関１００において適用可能である。なお、１つの気筒１５０にのみ燃焼圧センサ１４０が取り付けられている場合であっても、図８で説明したような手順により、燃焼圧センサ１４０の故障を検出することが可能である。
【００９７】
また、図８のステップＳ１１２において、燃焼圧Ｐから図示平均有効圧ＩＭＥＰを算出する代わりに、例えば圧力積分値、最大圧力、最大圧力時期などを算出してもよい。これらを図示平均有効圧ＩＭＥＰの代わりに用いても、上記の実施の形態で説明したのと同様の手順により、燃焼圧センサ１４０の故障を検出することが可能である。
【００９８】
さらに、図８のステップＳ１３１において、図示平均有効圧ＩＭＥＰと振幅Ｃとの履歴から算出する近似式は、線形近似式でなくてもよい。例えば、多項式近似、指数近似、対数近似、累積近似、移動平均などを代わりに用いても、これらの算出結果を所定の正常範囲と比較することで、燃焼圧センサ１４０が正常であるか異常であるかを判断することが可能である。
【００９９】
以上説明した実施の形態において、図２で説明した制御装置１の各機能構成は、前述のようにＭＰＵ５０で実行されるソフトウェアにより実現してもよいし、あるいはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現してもよい。また、これらを混在して使用してもよい。
【０１００】
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は、前述した実施の形態を全て組み合わせてもよく、何れか２つ以上の実施の形態を任意に組み合わせても好適である。
また、本発明は、前述した実施の形態の全ての構成を備えているものに限定されるものではなく、前述した実施の形態の構成の一部を、他の実施の形態の構成に置き換えてもよく、また、前述した実施の形態の構成を、他の実施の形態の構成に置き換えてもよい。
また、前述した実施の形態の一部の構成について、他の実施の形態の構成に追加、削除、置換をしてもよい。
【０１０１】
以上説明した実施の形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【０１０２】
１：制御装置、５ａ：吸気カムシャフト、５ｂ：排気カムシャフト、６ａ：吸気バルブ、６ｂ：排気バルブ、１０：アナログ入力部、２０：デジタル入力部、３０：Ａ／Ｄ変換部、４０：ＲＡＭ、５０：ＭＰＵ、６０：ＲＯＭ、７０：Ｉ／Ｏポート、８０，８０ａ：出力回路、８１：全体制御部、８２：燃料噴射制御部、８３：点火制御部、８４：気筒判別部、８５：角度情報生成部、８６：回転数情報生成部、８７：吸気量計測部、８８：負荷情報生成部、８９：水温計測部、１００：内燃機関、１１０：エアクリーナ、１１１：吸気管、１１２：吸気マニホールド、１１３：スロットル弁、１１３ａ：スロットル開度センサ、１１４：流量センサ、１１５：吸気温センサ、１１６：吸気圧センサ、１２０：リングギア、１２１：クランク角センサ、１２２：水温センサ、１２３：クランクシャフト、１２５：アクセルペダル、１２６：アクセルポジションセンサ、１３０：燃料タンク、１３１：フィードポンプ、１３２：加圧ポンプ、１３３：燃料配管、１３４：燃料噴射弁、１４０：燃焼圧センサ、１５０：気筒、１６０：排気マニホールド、１６１：三元触媒、１６２：上流側空燃比センサ、１６３：下流側空燃比センサ、１６４：排気温センサ、１７０：ピストン、１８０：シリンダヘッド、２００：点火プラグ、３００：点火コイル
【図１】
2020084912.tif 000003
【図２】
2020084912.tif 000004
【図３】
2020084912.tif 000005
【図４】
2020084912.tif 000006
【図５】
2020084912.tif 000007
【図６】
2020084912.tif 000008
【図７】
2020084912.tif 000009
【図８】
2020084912.tif 000010