(57)【要約】【課題】筒内圧力センサが故障しても、また全気筒に対して筒内圧力センサを設置しなくても、筒内圧力センサが故障した気筒に対し、さらに筒内圧力センサを設置していない気筒に対しても燃焼状態の判定を可能とすることを課題とする。【解決手段】筒内圧力センサ３８により検出された筒内圧力検出値から筒内最大圧力データを取得し、該データより予め一の気筒が正常燃焼状態を含む所定の燃焼状態にある時の気筒間における相互相関値を算出して該相互相関値より基準相互相関図を作成する基準相互相関図作成手段４４と、実際の運転時において残りの各気筒の筒内最大圧力データに基づいて残りの気筒間における相互相関値から実相互相関図を作成する実相互相関図作成手段４６と、前記基準相互相関図と前記実相互相関図とのパターン照合によって前記一の気筒の燃焼状態を判定する判定手段４８とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内圧力センサにより検出された筒内圧力検出値に基づいてシリンダ内の燃焼状態を判定するエンジンの燃焼状態判定方法において、
前記筒内圧力検出値から筒内最大圧力データを取得し、該データより予め一の気筒が正常燃焼状態を含む所定の燃焼状態にある時の気筒間における相互相関値を算出し、該算出結果を相互相関図として表示して基準相互相関図を作成しておき、実際の運転時において残りの各気筒の筒内最大圧力データに基づいて気筒間における相互相関値から実相互相関図を作成し、該実相互相関図と前記基準相互相関図とのパターン照合によって前記一の気筒の燃焼状態を判定することを特徴とするエンジンの燃焼状態判定方法。
【請求項２】
前記相互相関値は統計処理に用いる相互相関値の算出式を用いて算出し、該算出結果の相互相関値を縦軸および横軸それぞれに気筒番号をとった座標上の気筒番号の交点にプロットし、プロットした相互相関値の等相互相関値を結んで描かれる線図によって前記相互相関図を作成することを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃焼状態判定方法。
【請求項３】
前記燃焼状態が失火または圧縮圧力の低下状態であり、前記実相互相関図のパターンが特定気筒の失火または圧縮圧力低下時の前記基準相互相関図のパターンと合致した場合に、該特定気筒が失火または圧縮圧力低下状態と判定することを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの燃焼状態判定方法。
【請求項４】
前記実相互相関図のパターンが正常時の前記基準相互相関図のパターンと合致した場合に、正常状態と判定することを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの燃焼状態判定方法。
【請求項５】
筒内圧力センサにより検出された筒内圧力検出値に基づいてシリンダ内の燃焼状態を判定するエンジンの燃焼状態判定装置において、
前記筒内圧力検出値から筒内最大圧力データを取得し、該データより予め一の気筒が正常燃焼状態を含む所定の燃焼状態にある時の気筒間における相互相関値を算出し、該算出結果を相互相関図として表示して基準相互相関図を作成する基準相互相関図作成手段と、
実際の運転時において残りの各気筒の筒内最大圧力データに基づいて残りの気筒間における相互相関値から実相互相関図を作成する実相互相関図作成手段と、
該実相互相関図作成手段による実相互相関図と前記基準相互相関図作成手段による基準相互相関図とのパターン照合によって前記一の気筒の燃焼状態を判定する判定手段とを備えたことを特徴とするエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項６】
前記基準相互相関図作成手段および実相互相関図作成手段は、それぞれ統計処理に用いる相互相関値の算出式によって相互相関値を求め、縦軸および横軸に気筒番号をとった座標上の気筒番号の交点に該相互相関値をプロットし、該相互相関値の等相互相関値を結んで描かれる線図によって相互相関図を作成することを特徴とする請求項５記載のエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項７】
前記燃焼状態が失火または圧縮圧力の低下状態であり、前記燃焼状態判定手段は前記実相互相関図のパターンが特定気筒の失火または圧縮圧力低下時の前記基準相互相関図のパターンと合致した場合に、該特定気筒が失火または圧縮圧力低下状態と判定することを特徴とする請求項５記載のエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項８】
前記燃焼状態判定手段は前記実相互相関図のパターンが正常時の前記基準相互相関図のパターンと合致した場合に、正常状態と判定することを特徴とする請求項５記載のエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項９】
前記筒内圧力センサが着火順序１つ置きに設置されたことを特徴とする請求項５記載のエンジンの燃焼状態判定装置。
【請求項１０】
エンジンがＶ型多気筒エンジンからなり、前記筒内圧力センサが片バンクにだけ設置されたことを特徴とする請求項５記載のエンジンの燃焼状態判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジン、ディーゼルエンジンにおける燃焼状態の判定方法および判定装置に関するものであって、特に、筒内圧力センサが故障してもシリンダ内における失火または筒内圧力の異常低下を判定可能にする発明である。
【背景技術】
【０００２】
ガスエンジン、ディーゼルエンジンにおいては、安定的な運転のために、燃焼室内における高温部分または堆積未燃カーボン、剥離カーボン等の表面着火による過早着火及び混合気濃度の不均一等による端ガスの自発火、ノッキングの発生を確実に検知して速やかに対応処置を行うとともに、燃焼室内の最大圧力すなわち筒内最大圧力の過大な上昇や異常な低下を確実に検知して、速やかに対応処置を施すことによってエンジンの耐久性、性能の安定性を維持することが要求される。
【０００３】
このようなエンジンの燃焼室内における燃焼状態を検知、診断する診断装置として、特許文献１（特開２００７−１７０４０５号公報）等の技術が提案されている。
特許文献１においては、図１８に示すように、ガスエンジンの燃焼室内における筒内圧力検出値Ｐと吸気圧力を含む圧縮始め以前の基準圧力Ｐｂとの差圧ΔＰ（ΔＰ＝Ｐ−Ｐｂ）をクランク角に対応させて算出し、各クランク角における前記差圧ΔＰと圧縮行程における一または複数の任意点の差圧ΔＰ０との筒内圧力比ΔＰ／ΔＰ０を用いて燃焼室内における筒内圧力状態等の燃焼状態を診断する構成が示されている。その筒内圧力検出値Ｐとして、筒内最高圧力Ｐｍａｘを用いて筒内圧力比ΔＰｍａｘ／ΔＰ０、および、燃焼行程におけるＰ１を用いて筒内圧力比ΔＰ１／ΔＰ０によって燃焼状態が適正か否かを判定している。
【０００４】
また、筒内圧力センサからの圧力信号を基に失火を判定する技術の例として、特許文献２（特開２００６−１５２８９５号公報）がある。この特許文献２には、気筒内に設置した圧力センサの出力から燃焼によって生じた圧力成分を抽出して、この成分に基づいて燃焼状態の検出を行う技術が示され、圧力センサの出力から求められる筒内圧力ＰＣとの相関である燃焼パラメータＣｒを算出して失火を検出する。この燃焼パラメータＣｒは、所定のレートで求められる筒内圧力の離散値ＰＣ（ｉ）と、これと同期する基準信号Ｆｅ（ｉ）との積として算出されることが示されている。
【０００５】
さらに、特許文献３（特開２００８−２３２９号公報）においては、筒内圧力センサが検出した燃焼室圧力に燃焼室容積を乗算して算出した図示トルク熱量と、燃料供給量に基づいて算出した供給燃料熱量との比率から図示熱効率を求めて、該図示熱効率を予め設定した失火判定値と比較して内燃機関の失火を判定する技術が示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７０４０５号公報
【特許文献２】特開２００６−１５２８９５号公報
【特許文献３】特開２００８−２３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記特許文献１、２、３のいずれの技術においても、燃焼状態を判定するには各気筒にそれぞれ少なくとも１本の筒内圧力センサを具備することが必要とされる。
また、前記特許文献１、２、３における燃焼状態の判定手法は、判定対象の気筒の燃焼室内圧力に基づいて、圧力比や燃焼パラメータや熱量等を算出して判定するものであるので、当該筒内圧力センサが破損した気筒、あるいは、筒内圧力センサ自体が異常であると判定された気筒に対しては燃焼状態を把握できず、新しい筒内圧力センサに交換するまで失火状態を検出できず、当該気筒に対する適切な回避運転が迅速に行われないおそれがある。
【０００８】
さらに、各気筒にそれぞれ少なくとも１本の筒内圧力センサを具備することが必要とされるため、Ｖ１２、Ｖ１６等の多気筒エンジにおいは筒内圧力センサの数が多く、配線本数が多く、メンテナンスに手間がかかる等、また筒内圧力センサを設けていないエンジンに対してコスト高となる問題も有している。
【０００９】
そこで、本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、筒内圧力センサが故障しても、また全気筒に対して筒内圧力センサを設置しなくても、筒内圧力センサが故障した気筒に対し、さらに筒内圧力センサを設置していない気筒に対しても燃焼状態の判定が可能となるエンジンの燃焼状態判定方法および装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明の第１の発明は、筒内圧力センサにより検出された筒内圧力検出値に基づいてシリンダ内の燃焼状態を判定するエンジンの燃焼状態判定方法において、前記筒内圧力検出値から筒内最大圧力データを取得し、該データより予め一の気筒が正常燃焼状態を含む所定の燃焼状態にある時の気筒間における相互相関値を算出し、該算出結果を相互相関図として表示して基準相互相関図を作成しておき、実際の運転時において残りの各気筒の筒内最大圧力データに基づいて気筒間における相互相関値から実相互相関図を作成し、該実相互相関図と前記基準相互相関図とのパターン照合によって前記一の気筒の燃焼状態を判定することを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明は、前記燃焼状態判定方法を実施するための燃焼状態判定装置に係る発明であり、筒内圧力センサにより検出された筒内圧力検出値に基づいてシリンダ内の燃焼状態を判定するエンジンの燃焼状態判定装置において、前記筒内圧力検出値から筒内最大圧力データを取得し、該データより予め一の気筒が正常燃焼状態を含む所定の燃焼状態にある時の気筒間における相互相関値を算出し、該算出結果を相互相関図として表示して基準相互相関図を作成する基準相互相関図作成手段と、実際の運転時において残りの各気筒の筒内最大圧力データに基づいて残りの気筒間における相互相関値から実相互相関図を作成する実相互相関図作成手段と、該実相互相関図作成手段による実相互相関図と前記基準相互相関図作成手段による基準相互相関図とのパターン照合によって前記一の気筒の燃焼状態を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
かかる燃焼状態判定方法および装置の発明によれば、筒内圧力センサが故障した気筒に対し、さらに筒内圧力センサを設置していない気筒に対して、他の健全な気筒から得られる筒内圧力情報を統計的に総合評価して判断するため、高い検出精度で、観測できない燃焼状態を把握して判定できる。
その結果、故障したセンサを交換するまでの間でも、エンジンを運転しつつ故障した気筒に対して、異常燃焼に対する回避措置（燃料供給の停止等）を行え、エンジンの安全運転を確保できる。
【００１３】
すなわち、多気筒エンジンは、１本のクランク軸にピストンが繋がっているため、相互の気筒は干渉しながら作動している。
このため、特定気筒の筒内圧力センサが故障している場合、または筒内圧力センサが設置されていない場合であっても、燃焼異常が生じている場合には、筒内圧力センサが故障していない、または筒内センサが設置されている気筒における筒内圧力に影響を及ぼしている。
従って、筒内圧力センサが故障していない、または筒内センサが設置されている気筒の筒内圧力センサからの圧力情報を、統計処理の手法である相互相関値を用いて処理することによって、筒内圧力センサが故障している、または筒内圧力センサが設置されていない気筒に対しも燃焼状態を判定できる。
【００１４】
この判定に際して、まず、前記筒内圧力センサから筒内最大圧力データを取得し、該データより予め一の気筒が正常燃焼状態を含む所定の燃焼状態にある時の気筒間における相互相関値を算出し、該算出結果を相互相関図として表示して基準相互相関図を作成しておく。そして、実際の運転において筒内圧力センサが故障、または設置していない気筒以外の他の各気筒の筒内最大圧力データに基づいて残りの気筒間における相互相関値から実相互相関図作成し、該実相互相関図と前記基準相互相関図とのパターン照合、即ちパターンマッチングによって前記一の気筒の燃焼状態を判定する。
【００１５】
燃焼制御によって故障していない気筒の筒内最大圧力Ｐｍａｘは、ほぼ一定に保たれるが、失火している気筒が存在すると、着火順序がその前後の気筒に対する影響が最も大きく、着火順序が最も離れている気筒に対してはほとんど影響を及ぼさない。
従って、Ｐｍａｘに対する各気筒間の影響度を相互相関値で調べることによって、どの気筒が失火しているかを間接的に特定できる。
【００１６】
前記の相互相関値は、統計方法の相互相関値を用いる。
直近Ｎサイクルの気筒Ｋｘのデータ列をＸ、気筒Ｋｙのデータ列をＹとすると、その相互相関値ρｘ、ｙは、ρｘ、ｙ＝Ｃｏｖ（Ｘ，Ｙ）／（σｘ×σｙ）で表すことができ、ここで、σｘ、σｙは、気筒Ｋｘのデータ列Ｘ、気筒Ｋｙのデータ列Ｙの標準偏差であり、Ｃｏｖ（Ｘ，Ｙ）＝Σ（Ｘｊ−μｘ）×（Ｙｊ−μｙ）は、ＸとＹの共分散である。
【００１７】
相互相関図は、次のようにして作成する。
式（１）によって算出した相互相関値ρｘ、ｙを、縦軸および横軸に気筒番号を着火順にとった座標上の気筒番号に対応する交点にプロットし、プロットした相互相関値の等相互相関値を結んで描かれる線図によって相互相関図を作成する。
このようにして作成した正常時の基準となる基準相互相関図の例を図１０、１１に示す。そして、この基準相互相関図のパターンと実際の運転時に得られる実相互相関図のパターンとを照合し、即ちパターンマッチングすることによって筒内圧力センサ３８が故障、または設置されていない気筒の燃焼状態を判定する。
【００１８】
かかる方法発明において、好ましくは、前記燃焼状態が失火または圧縮圧力の低下状態であり、前記実相互相関図のパターンが特定気筒の失火または圧縮圧力低下時の前記基準相互相関図のパターンと合致した場合に、該特定気筒が失火または圧縮圧力低下状態と判定するとよく、また、前記実相互相関図のパターンが正常時の前記基準相互相関図のパターンと合致した場合に、正常状態と判定するとよい。
【００１９】
また、かかる装置発明において、好ましくは、前記燃焼状態が失火または圧縮圧力の低下状態であり、前記燃焼状態判定手段は前記実相互相関図のパターンが特定気筒の失火または圧縮圧力低下時の前記基準相互相関図のパターンと合致した場合に、該特定気筒が失火または圧縮圧力低下状態と判定するとよく、また、前記燃焼状態判定手段は前記実相互相関図のパターンが正常時の前記基準相互相関図のパターンと合致した場合に、正常状態と判定するとよい。
【００２０】
これによって、筒内圧力センサが故障した気筒に対し、さらに筒内圧力センサを設置していない気筒に対しても、燃焼状態が失火または圧縮圧力低下にあることを、他の健全な気筒から得られる筒内圧力情報を基に確実かつ迅速に判定できる。
【００２１】
また、失火または圧縮圧力の低下状態等の異常燃焼だけでなく、前記のパターンマッチングによって燃焼状態が正常状態にあることも確認できるため、筒内圧力センサ自体の故障判定に対する信頼性を高めることができる。すなわち、筒内圧力センサ自体が故障と判定されていても、前記パターンによる照合から正常状態と判定されれば、引き続いて該センサからの信号を有効なものとして失火の判定およびエンジン制御を続けることができる。
【００２２】
また、かかる装置発明において、好ましくは、前記筒内圧力センサが着火順序１つ置きに設置されるとよく、また、エンジンがＶ型多気筒エンジンからなり、前記筒内圧力センサが片バンクにだけ設置されるとよい。
【００２３】
これによって、使用する筒内圧力センサが半分で済みコストダウン、および配線等のスペースが不要になり、エンジン回りのスペースの有効利用及び装置のコンパクト化が図れる。さらには、使用部品数が減るのでエンジン全体の信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、筒内圧力センサが故障しても、また全気筒に対して筒内圧力センサを設置しなくても、筒内圧力センサが故障した気筒に対し、さらに筒内圧力センサを設置していない気筒に対しても燃焼状態の判定が可能となるエンジンの燃焼状態判定方法および装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２６】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るエンジン２の燃焼状態判定装置４の全体構成を示す構成図である。
図１において、エンジン２は、ガスエンジンの例を示し多シリンダで１２〜１８シリンダＶ型の４サイクルガスエンジンである。なお、エンジンについてはガスエンジンには限らない。
シリンダ６内に往復摺動自在に嵌合されたピストン８、該ピストン８の往復動を、コネクチングロッド１０を介して回転に変換するクランク軸１２を備えている。
また、前記エンジン２は、ピストン８の上面とシリンダ６の内面との間に区画形成される燃焼室１４、該燃焼室１４に接続される給気ポート１６及び給気管１８、該給気ポート１６を開閉する給気弁２０を備え、さらに前記燃焼室１４に接続される排気ポート２２、該排気ポート２２を開閉する排気弁２４を備えて構成されている。
【００２７】
前記給気管１８の途中にはガスミキサー２６が設置され、燃料ガス管２８からガス量調整弁３０を通して供給された燃料ガスと図示しない過給機から供給された圧縮空気（過給機を備えない場合は無過給空気）とを該ガスミキサー２６で混合し、この予混合ガスを前記給気ポート１６及び給気弁２０を通して燃焼室１４に供給するようになっている。
また、着火装置３２は、図示しない副室内に軽油等のパイロット燃料３４を噴射ノズル３６により噴射して着火燃焼させ、この燃焼火炎を前記燃焼室１４に噴出するパイロット噴射装置で構成されている。
【００２８】
各気筒Ｋ（１〜１２）の燃焼室１４には、図２に示すように筒内圧力センサ３８が設置されている。図２は、Ｖ１２気筒の場合を示しエンジンの平面視図である。
燃焼状態判定装置４には、各筒内圧力センサ３８により検出された筒内圧力検出値、およびクランク角センサ４０によって検出されたエンジン２のクランク角の検出値が入力される。
【００２９】
該燃焼状態判定装置４は、筒内圧力検出値から筒内最大圧力データＰｍａｘを取得し、該データより予め一の気筒が正常燃焼状態を含む所定の燃焼状態にある時の気筒間における相互相関値を算出する相互相関値算出手段４２と、算出結果を相互相関図として表示して基準相互相関図を作成する基準相互相関図作成手段４４とを備えている。
【００３０】
さらに、実際の運転時において他の残りの各気筒の筒内最大圧力データに基づいて残りの気筒間における相互相関値を前記相互相関値算出手段４２と同様の手法によって算出し、該算出結果から実相互相関図を作成する実相互相関図作成手段４６、および、実相互相関図作成手段４６による実相互相関図と基準相互相関図作成手段４４による基準相互相関図とのパターンを照合して前記一の気筒の燃焼状態を判定する判定手段４８を備えている。
【００３１】
ここで、本発明の燃焼状態判定の手法の原理について説明する。
多気筒エンジンは、１本のクランク軸１２にピストン８が繋がっているため、相互の気筒は干渉しながら作動している。
このため、特定気筒の筒内圧力センサ３８が故障している場合、または筒内圧力センサ３８が設置されていない場合であっても、該気筒において燃焼異常が生じた場合には、他の筒内圧力センサ３８が故障していない、または筒内センサ３８が設置されている気筒Ｋにおける筒内圧力に影響を及ぼしている。従って、筒内圧力センサ３８が故障していない、または筒内センサ３８が設置されている気筒Ｋの筒内圧力センサ３８からの圧力情報を、統計処理の手法である相互相関値を用いて処理することによって、筒内圧力センサ３８が故障している場合、または筒内圧力センサ３８が設置されていない場合であっても、それら気筒Ｋにおける燃焼状態を判定できる。
【００３２】
すなわち、燃焼制御によって故障していない気筒の筒内最大圧力Ｐｍａｘは、ほぼ一定に保たれるが、失火している気筒が存在すると、着火順序がその前後の気筒に対する影響が最も大きく、着火順序が最も離れている気筒に対してはほとんど影響を及ぼさない。
従って、Ｐｍａｘに対する各気筒間の影響度を、相互相関値を用いて定量的に表して調べることによって、どの気筒が失火しているかを間接的に特定できる。
【００３３】
図３は、特定の一気筒（気筒１）の筒内圧力波形の時間的推移、および次に着火する気筒（気筒２）に対する筒内圧力波形の時間的推移を示す。筒内最大圧力を一定にする燃焼制御によってＰ１ｍａｘは、一定に保持され、毎サイクル毎同じ波形が示されるが、エンジンの僅かな回転むら等の影響によって筒内最大圧力が多少上下した波形となって表れる。また、次の着火気筒２に対しても同様の波形が得られることを示している。
【００３４】
また、図４は、エンジンの全気筒が正常燃焼状態で作動している時の筒内圧力波形を、クランク角を横軸にとり記載したものであり、ｎ気筒の多気筒エンジンの気筒１か気筒ｎまでの１サイクル間の状態を着火順序に示す。
この図３、４のようにエンジンが、一定速度、一定負荷で動作している時には、全気筒の筒内圧力波形は燃焼のバラツキの範囲ないでほぼ同じ形状となる。
図５は、この正常燃焼状態の場合における、着火順序が隣接した筒内圧力波形の変動に対する傾向を示した図である。隣接した筒内圧波形のみに影響度が大きく、Ｐｍａｘの上昇、下降の傾向が似てくるが、着火順序が離れるに従い、影響度が薄れ、最も離れた気筒ｈでは最も影響が薄れている。
【００３５】
次に、図６、７、８は、例えば、気筒２が失火した場合の全気筒の筒内圧力波形を、図３、４、５に対応して示した図である。
失火していない各気筒の筒内最大圧力は、最大圧力を一定にする燃焼制御によって、ほぼ一定に保たれている。しかし、失火した気筒２においては、筒内最大圧力の低下が生じる。さらに、エンジンの僅かな回転むら等の影響によって、毎サイクルの筒内最高圧力が僅かに変化する。この回転むらによって生じる僅かな変化に対して、失火している気筒の筒内圧力が下がると着火順序が隣接した気筒が最も影響を受けて、Ｐｍａｘは、通常よりも下がり、失火している気筒の筒内圧力が上がると着火順序が隣接した気筒が最も影響を受けて、Ｐｍａｘは、通常よりも上がり、他の気筒よりも影響が顕著に現れることが示されている。すなわち、気筒２に対して着火順序が隣接する気筒の圧力変動の傾向は、失火した気筒２の圧力変動と同傾向になり、着火順序が最も離れた気筒ｈにおいては気筒２の圧力変動のとは関連せず影響が最も薄れている。
【００３６】
そこで、他気筒との定量的な相対比較を実現するために、統計手法の相互相関値を用いる。
直近Ｎサイクルの気筒Ｋｘのデータ列をＸ、気筒Ｋｙのデータ列をＹとすると、その相互相関値ρｘ、ｙは式（１）で表される。
ρｘ、ｙ＝Ｃｏｖ（Ｘ，Ｙ）／（σｘ×σｙ）          …（１）
ここで、σｘ、σｙ＝気筒Ｋｘのデータ列Ｘ、気筒Ｋｙのデータ列Ｙの標準偏差。
Ｃｏｖ（Ｘ，Ｙ）＝Σ（Ｘｊ−μｘ）×（Ｙｊ−μｙ）…ＸとＹの共分散
として表すことができる。
【００３７】
正常燃焼時の気筒Ｋｘと気筒Ｋｙの全気筒の相互組合せに対して、相互相関値ρｘ、ｙを算出す。全気筒の相互組合せは、例えばＶ１６気筒の場合には、２５６通りの組合せがある。
それぞれの組合せに対して算出して、例えば、図９に示す相互相関値表としてまとめて表にすることができる。そして、それぞれの相互相関値ρｘ、ｙを、縦軸および横軸に気筒番号を着火順にとった座標上の気筒番号に対応する交点にプロットし、プロットした相互相関値の等相互相関値を結んで描かれる線図によって相互相関図を作成する。
【００３８】
このようにして作成した相互相関図の例を図１０、１１に示す。
図１０は、全気筒が正常燃焼している場合の相互相関図の結果を示す。縦軸および横軸それぞれに気筒番号を着火順にとった番号を示し、正常燃焼時には着火順序が隣接する気筒にのみ強い相関関係がある。同一の気筒同士の組合せ部分は、相互相関値が最も強くなり１となり、直線状に最も強い相互相関値が示されている。
【００３９】
図１１は、例えば気筒４が失火した場合の全気筒の相互相関図を示している。相互相関値が弱い領域が、気筒１１と気筒１１との交点から四方に十字状に広がっていることが特徴的パターンとなっている。これは気筒４から最も着火順序が離れた付近の気筒において弱い影響状態の現れである。
また、図１２は、気筒４の筒内圧力センサ３８が故障により使用不可となった、即ち、気筒４の筒内圧力センサ３８の情報が使用できないことを想定した上で、気筒４が失火した状態における相互相関図を示す。
気筒４が使用不可の状態であっても、気筒４が失火している場合には、図１２でも気筒４が失火している場合に特徴的なパターンである気筒１１と気筒１１との交点から四方に十字状に相互相関値が弱い領域が広がっているパターンが現われている。
【００４０】
従って、筒内圧力センサ３８が故障と判定された時には、気筒４の圧力情報を得ることができなくなるため、図１２のような相互相関図しか得られないが、この図１２からでも気筒４の失火の特徴的なパターンを識別できる。
失火するとバランスが崩れて、気筒間の相互作用の影響力が強くなるが（図１０に比べて図１１、図１２の気筒４の失火状態の相互相関値が全体に強い、全体に黒くなっている）、失火した気筒４から最も着火順序が離れた気筒が他の気筒に比べて弱いという特徴的な傾向は明確に把握できる。
【００４１】
なお、筒内圧力センサ３８の故障判定は、燃焼前の特定クランク角における圧力Ｐ０（図２参照）における差圧ΔＰ０＝（Ｐ０−Ｐｂ）の所定サイクル間における標準偏差が許容範囲内にあるか否かによって判定している。
【００４２】
以上のように、予め、各気筒が失火した時の相互相関図を基準相互相関図として設定しておき、実際の運転時において、筒内圧力センサが異常と判定された場合には、予め取得していた基準相互相関図のパターンとのパターンマッチングによって失火の発生の有無を判定できる。
なお、パターンマッチングの手法としては、特別な手法を用いるものではなくマハラノビスタグチ法によるパターン認識よって行うことができる。
【００４３】
次に、図１３に示す制御フローチャートを参照して燃焼状態判定装置４における制御について説明する。なお、失火状態の判定について説明する。
先ず、ステップＳ１で制御を開始すると、ステップＳ２で判定対象の気筒Ｋを気筒１に設定する。そしてステップ３で気筒１が筒内圧力センサ３８のセンサ異常と判定されたかを判断する。このセンサ異常は前記したようにΔＰ０の標準偏差の変動幅から判定する。そしてセンサ異常でない場合には、ステップＳ４で気筒１の筒内圧力センサ３８を用いて、失火判定を実施し、ステップＳ５で失火判定結果が失火状態であるか否か判定し、失火状態の場合にはステップＳ６で燃焼制御は行わずにそのまま進み、失火状態でない場合にはステップＳ７で燃焼制御を実施する。そして、ステップＳ８で次の気筒番号の気筒を判定対象とし、ステップＳ９で気筒番号ＫがエンジンのＮ気筒数に達したか、すなわち全気筒のチェックは終了したかを判断し、全気筒終了していればステップＳ１０で判定を終了する。
【００４４】
さらに、ステップＳ３で、気筒１の筒内圧力センサが異常と判定された場合には、ステップと１１に進み、気筒１を除くＮ−１気筒の過去ｍサイクル分の筒内圧力信号から相互相関値を算出し、実相互相関図を作成する。
次にステップ１２では、この実相互相関図を予め作成した気筒１が失火状態にあるときの基準相互相関図とパターンの照合を行う。
【００４５】
そして、ステップＳ１３で、照合の結果、相互相関図の特徴的な部分、すなわち、前記したように相互相関値の弱い領域の発生パターンが同じように現れる場合には、気筒１は失火状態にあると判定してステップＳ６に進み燃焼制御は行わない。また、ステップＳ１３で相互相関図の特徴的な部分が相違する場合には失火状態にはないと判定して、ステップＳ７に進み燃焼制御を実施する。その後はステップＳ８で次の気筒番号の気筒を判定対象とし、ステップＳ９で気筒番号ＫがエンジンのＮ気筒数に達したかを判断し、達していればステップＳ１０で判定を終了する。
【００４６】
図１３に示す制御フローチャートの点線で囲んだ部分が、燃焼状態判定装置４における基準相互相関図作成手段４４、実相互相関図作成手段４６、および判定手段４８によって実行されるように構成されている。
【００４７】
以上の第１実施形態によれば、筒内圧力センサ３８が故障した気筒に対し、他の健全な気筒から得られる筒内圧力情報から、相互相関値を算出し、該算出結果から相互相関図を作成し、該相互相関図を基準となる基準相互相関図と、パターンマッチングによって評価して判定するため、高い検出精度で、直接観測できない燃焼状態を把握して判定できる。
その結果、故障した筒内圧力センサを交換するまでの間でも、エンジンを運転しつつ故障した気筒に対して、異常燃焼に対する回避措置（燃料供給の停止等）を行えて、エンジンの安全運転を確保できる。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。
前記第１実施形態では、筒内圧力センサ３８が異常と判定された場合に、該異常な筒内圧力センサ３８を用いずに失火状態を判定する手法について説明したが、第２実施形態では、多気筒エンジン全気筒に筒内圧力センサを設置せずに、順序で、１つおきに設置して、その設置していない気筒に対して、第１実施形態で説明した手法を用いて、燃焼状態を判定するものである。
【００４９】
図１４には、図２に対応したＶ１２気筒のエンジンの平面視図を示し、燃焼状態判定装置４には、右側の片バンク、例えば奇数番号の気筒（１、３、５、…）にだけ筒内圧力センサ３８が設置され、該各筒内圧力センサ３８により検出された筒内圧力検出値、およびクランク角センサ４０によって検出されたエンジン２のクランク角の検出値が入力されている。
【００５０】
燃焼状態判定装置４においては、基準相互相関図作成手段４４によって、Ｖ１６エンジンの片バンクだけに筒内圧力センサ３８を設置した場合の正常運転時の基準相互相関図をあらかじめ作成する。この正常運転時の基準相互相関図の例を図１５に示す。また、この状態で、例えば気筒４が失火状態にある場合の基準相互相関図を図１６に示す。
【００５１】
図１６の基準相互相関図から分かるように、第１実施形態の全気筒に筒内圧力センサを設置して、気筒４を失火状態にした場合と同様のパターンを認識できる。すなわち、気筒４が失火している場合には、気筒４から最も離れた着火気筒付近である気筒１１と気筒１１との交点から四方に十字状態に相互相関値が弱い領域が広がっているパターンが現われている。
【００５２】
従って、図１５と図１６に示すように、基準相互相関図のパターンを正常燃焼時と失火状態時とで明らかに有意差をもって区別できるため、さらに、特定の気筒の失火状態のパターンも全気筒に筒内圧力センサを設置した場合と同様の特徴的なパターンとして判別できるため、片バンクだけにしか筒内圧力センサを設置しない場合でも、特定気筒の失火状態を判定可能である。
【００５３】
これによって、使用する筒内圧力センサ３８が半分で済みコストダウン、および配線等のスペースが不要になり、エンジン回りのスペースの有効利用及び装置のコンパクト化が図れる。さらには、使用部品数が減るのでエンジン全体の信頼性が向上する。
【００５４】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。
前記第１実施形態、第２実施形態は、失火燃焼状態のような圧縮圧力低下時の判定手法について説明したが、第３実施形態は、筒内が正常燃焼状態にあることを判定して筒内圧力センサの異常判定の信頼性を高めるものである。
【００５５】
図１０、図１５で示す正常状態の基準相互相関図のパターンを基に、図１７のように、図１３のフローチャートのステップＳ１２で、基準相互相関図との照合を行い、ステップＳ２０によって、正常状態のパターンと判定された場合には、ステップＳ４に戻って、筒内圧力センサ３８の出力値によって失火状態を判定するようにしてもよい。
このように基準相互相関図と実相互相関図との照合によって燃焼状態が正常状態の場合も判定することによって、筒内圧力センサ３８の異常判定の信頼性を高めることができる。
そして、引き続いて筒内圧力センサ３８からの信号を有効なものとして失火の判定およびエンジン制御を続けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、筒内圧力センサが故障しても、また全気筒に対して筒内圧力センサを設置しなくても、筒内圧力センサが故障した気筒に対し、さらに筒内圧力センサを設置していない気筒に対しても燃焼状態の判定が可能となるので、ガスエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関の燃焼状態判定方法および判定装置への適用に際して有益である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンの燃焼状態判定装置の全体構成図である。
【図２】Ｖ１２気筒の多気筒エンジンの平面視を示す説明図である。
【図３】気筒１、気筒２の筒内圧力波形の時間的推移を示す説明図である。
【図４】エンジンの全気筒が正常燃焼状態で作動している時の筒内圧力波形を示す説明図である。
【図５】正常燃焼状態の場合における、着火順序が隣接した筒内圧力波形の変動に対する傾向を示す説明図である。
【図６】気筒２が失火した場合の、図３対応図である。
【図７】気筒２が失火した場合の、図４対応図である。
【図８】気筒２が失火した場合の、図５対応図である。
【図９】相互相関値表の例示を示す説明図である。
【図１０】全気筒が正常燃焼している場合の気筒間の相互相関図である。
【図１１】気筒４が失火した場合の全気筒の相互相関図である。
【図１２】気筒４が失火で、かつ気筒４の筒内圧力センサが使用不可と場合の相互相関図である。
【図１３】燃焼状態判定装置におれる判定制御のフローチャートである。
【図１４】本発明の第２実施形態の図２対応図である。
【図１５】第２実施形態における正常燃焼状態の相互相関図である。
【図１６】第２実施形態における気筒４が失火した場合の相互相関図である。
【図１７】本発明の第３実施形態の図１３対応図である。
【図１８】観測した筒内圧力と燃焼状態との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
２                    エンジン
４                    燃焼状態判定装置
６                    シリンダ
１２                  クランク軸
３８                  筒内圧力センサ
４０                  クランク角センサ
４２                  相互相関値算出手段
４４                  基準相互相関図作成手段
４６                  実相互相関図作成手段
４８                  判定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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