(57)【要約】【課題】基準圧力特性に対して筒内圧センサのヒステリシスにより生じる検出圧力特性のずれ量を高精度に検出する筒内圧センサ特性検出装置を提供する。【解決手段】燃料カット運転時においては、気筒内の基準圧力特性２００は、圧縮行程と膨張行程との間の上死点（ＴＤＣ）を中心として対称になる。筒内圧センサが正常であれば、筒内圧センサの出力信号に基づいて検出した検出圧力特性２１０は基準圧力特性２００にほぼ一致する。筒内圧センサに異常が発生すると、圧縮行程と膨張行程とにおいて、筒内圧センサの検出圧力特性２１０が非対称になるヒステリシスが生じることがある。圧縮行程および膨張行程の少なくとも一方において、燃料カット運転時の基準圧力特性２００に対して検出圧力特性２１０のずれ量を検出し、このずれ量に基づいて筒内圧センサの異常を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒に設置された筒内圧センサの出力信号に基づいて筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
圧縮行程および膨張行程の少なくとも一方において、燃料カット運転時の気筒内の基準圧力特性に対して、前記筒内圧センサのヒステリシスにより生じる前記筒内圧検出手段の検出圧力特性のずれ量を検出するずれ量検出手段と、
を備えることを特徴とする筒内圧センサ特性検出装置。
【請求項２】
前記ずれ量検出手段は、前記基準圧力特性に対する前記検出圧力特性のずれ量を、前記圧縮行程と前記膨張行程との間の上死点を中心として前記検出圧力特性における対称角度位置の検出圧力同士を比較して検出することを特徴とする請求項１に記載の筒内圧センサ特性検出装置。
【請求項３】
前記ずれ量検出手段は、前記圧縮行程または前記膨張行程の一方において、前記内燃機関の同じ回転角度位置における前記基準圧力特性の基準圧力と前記検出圧力特性の検出圧力とを比較することにより、前記基準圧力特性に対する前記検出圧力特性のずれ量を検出することを特徴とする請求項１に記載の筒内圧センサ特性検出装置。
【請求項４】
前記基準圧力特性として、前記内燃機関が吸入する吸気圧に基づいて前記基準圧力を算出する基準圧力算出手段をさらに備え、
前記基準圧力算出手段は、前記基準圧力を算出する際に使用するポリトロープ指数を前記内燃機関の運転状態に基づいて補正する、
ことを特徴とする請求項３に記載の筒内圧センサ特性検出装置。
【請求項５】
前記ずれ量検出手段が検出する前記ずれ量が所定ずれ量を超える場合にフェイルセーフ処理を実施するフェイルセーフ手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の筒内圧センサ特性検出装置。
【請求項６】
前記フェイルセーフ手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記所定ずれ量を設定することを特徴とする請求項５に記載の筒内圧センサ特性検出装置。
【請求項７】
前記ずれ量検出手段が検出する前記ずれ量が前記所定ずれ量を超える場合、前記フェイルセーフ手段は、前記筒内圧検出手段が検出する筒内圧を使用する制御に対し、前記筒内圧の使用を禁止することを特徴とする請求項５または６に記載の筒内圧センサ特性検出装置。
【請求項８】
前記ずれ量検出手段は、前記圧縮行程および前記膨張行程の少なくとも一方の上死点と下死点との間において前記筒内圧検出手段が検出する筒内圧の変化率が所定変化率よりも大きい前記内燃機関の回転角度範囲において、前記ずれ量を検出することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の筒内圧センサ特性検出装置。
【請求項９】
前記ずれ量検出手段は、前記検出圧力特性のオフセットずれおよびゲインずれを補正してから前記ずれ量を検出することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の筒内圧センサ特性検出装置。
【請求項１０】
前記ずれ量検出手段は、前記検出圧力特性の位相ずれを補正してから前記ずれ量を検出することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の筒内圧センサ特性検出装置。
【請求項１１】
前記筒内圧センサの出力信号からノイズを除去するローパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の筒内圧センサ特性検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気筒に設置された筒内圧センサの特性を検出する筒内圧センサ特性検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の気筒に設置された筒内圧センサの出力信号に基づいて気筒内の圧力（筒内圧）を検出し、筒内圧に基づいて気筒内の燃焼状態を検出することが知られている。気筒内の燃焼状態を検出することにより、燃料噴射弁の噴射量または噴射時期等の噴射制御を適切に実施したり、あるいは失火を検出したりすることができる。このように、筒内圧センサによって検出される筒内圧（検出圧力）に基づいて気筒内の燃焼状態を検出する場合、筒内圧センサによる検出圧力と正しい筒内圧とのずれ量を検出する必要がある。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、燃焼が行われないときの気筒内の基準となる筒内圧をモータリング圧として算出し、気筒内で燃焼が行われない内燃機関の排気行程中においてモータリング圧と筒内圧センサから検出される検出圧力とに基づいて、基準圧力（モータリング圧）と検出圧力とのずれ量を検出している。そして、特許文献１では、排気行程中に生じるモータリング圧と検出圧力とのずれ量に基づいて、筒内圧センサが点火プラグとシリンダヘッドとの間に挟み付けられている場合に筒内圧センサに加わる残留圧力（ヒステリシス量）を検出し、ヒステリシス量により検出圧力を補正している。
【０００４】
また、特許文献２においては、圧縮行程の２点の角度位置における基準圧力と筒内圧センサによる検出圧力とに基づいて筒内圧センサの圧力特性を示すゲイン値およびオフセット値を算出し、ゲイン値またはオフセット値が異常の場合、適切なフェイルセーフ処理を実施している。
【特許文献１】特開２００７−３０３２９３号公報
【特許文献２】特開２００７−３２１５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、モータリング圧に対する筒内圧センサの検出圧力のずれは、圧縮行程または膨張行程において圧力変化を起因とする筒内圧センサのヒステリシスによっても生じる。しかしながら、排気行程中においては、排気弁が開弁しているので、筒内圧は低く、筒内圧の変化は小さい。したがって、排気行程中において、特許文献１で言うところの残留圧力としてのヒステリシス量を検出することはできるが、筒内圧の変化を起因とするヒステリシスによって生じる検出圧力とモータリング圧とのずれ量を検出することは困難である。
【０００６】
また、特許文献２のように、圧縮行程において筒内圧センサにより筒内圧を検出すれば、内燃機関において燃料を燃焼している燃焼運転状態において、燃焼の影響を受けずに筒内圧を検出できる。これに対し、例えば気筒内の燃焼状態として燃焼時期を検出する場合、膨張行程における筒内圧に基づいて燃焼時期が検出されるので、筒内圧センサの検出圧力特性を膨張行程において検出したいという要求がある。しかしながら、燃焼運転状態の膨張行程においては、筒内圧は燃焼状態によってばらつくので、筒内圧の変化を起因とするヒステリシスによって生じる筒内圧センサの検出圧力特性のずれ量を高精度に検出することは困難である。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、基準圧力特性に対して圧力変化を起因とする筒内圧センサのヒステリシスにより生じる検出圧力特性のずれ量を高精度に検出する筒内圧センサ特性検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
例えば、車両走行中においてアクセルペダルを開放したときに燃料噴射弁から内燃機関への燃料噴射をカットする燃料カット運転時においては、筒内圧に対する燃焼による影響が生じない。したがって、圧縮行程および膨張行程における筒内圧は、気筒内を上下するピストンの位置によって決定される。この場合、ピストンの位置によって決定される筒内圧の基準圧力特性は、上死点を中心として圧縮行程と膨張行程とにおいて対称になる。そして、筒内圧センサの出力に圧力変化に起因するヒステリシス（以下、「圧力変化に起因するヒステリシス」を単にヒステリシスとも言う。）が生じていない場合、筒内圧センサの出力信号に基づいて検出される検出圧力特性は基準圧力特性とほぼ一致する。一方、筒内圧センサにヒステリシスが生じている場合、検出圧力特性は上死点を中心として対称にならないので、基準圧力特性と検出圧力特性との間にずれが生じる。
【０００９】
そこで、請求項１から１１に記載の発明によると、ずれ量検出手段は、圧縮行程および膨張行程の少なくとも一方において、燃料カット運転時の気筒内の基準圧力特性に対して、筒内圧センサのヒステリシスにより生じる筒内圧検出手段の検出圧力特性のずれ量を検出する。
【００１０】
このように燃料カット運転時において基準圧力特性と検出圧力特性とのずれ量を検出するので、燃焼状態のばらつきによる筒内圧のばらつきの影響を受けることなく、圧縮行程および膨張行程の少なくとも一方において、つまり、圧縮行程または膨張行程のいずれにおいても、気筒内の基準圧力特性に対して、筒内圧センサのヒステリシスにより生じる検出圧力特性のずれ量を高精度に検出できる。
【００１１】
ところで、筒内圧センサのヒステリシスが小さい場合には、検出圧力特性における対称角度位置の検出圧力同士の値はほぼ等しくなる。一方、筒内圧センサのヒステリシスが大きい場合には、筒内圧センサの検出圧力特性における対称角度位置の検出圧力同士の差は大きくなる。
【００１２】
そこで、請求項２に記載の発明によると、ずれ量検出手段は、基準圧力特性に対する検出圧力特性のずれ量を、圧縮行程と膨張行程との間の上死点を中心として検出圧力特性における対称角度位置の検出圧力同士を比較して検出する。
【００１３】
これにより、圧縮行程と膨張行程とにおいてそれぞれ別々に基準圧力特性に対する検出圧力特性のずれ量を検出する場合に比べ、基準圧力特性に対する検出圧力特性のずれ量を圧縮行程と膨張行程との両行程について合わせて検出できる。その結果、ずれ量の検出負荷を低減できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によると、ずれ量検出手段は、圧縮行程または膨張行程の一方において、内燃機関の同じ回転角度位置における基準圧力特性の基準圧力と検出圧力特性の検出圧力とを比較することにより、基準圧力特性に対する検出圧力特性のずれ量を検出する。
【００１５】
これにより、圧縮行程と膨張行程とにおいて、それぞれ独立して基準圧力特性に対する筒内圧センサの検出圧力特性のずれ量を検出できる。そして、圧縮着火式の内燃機関においては、通常、燃料は膨張行程において着火するので、膨張行程における基準圧力特性に対する検出圧力特性のずれ量を検出することにより、検出圧力に基づいて燃焼時期を正常に検出できるか否かを判定できる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によると、基準圧力算出手段は、基準圧力特性として、内燃機関が吸入する吸気圧に基づいて基準圧力を算出し、基準圧力を算出する際に使用するポリトロープ指数を内燃機関の運転状態に基づいて補正する。
【００１７】
基準圧力を算出するときに使用するポリトロープ指数は、例えば気筒内の混合気の組成、または水温等により変化する。したがって、請求項４に記載の発明のように、基準圧力を算出するときの内燃機関の運転状態に基づいてポリトロープ指数を補正することにより、基準圧力を高精度に算出できる。これにより、基準圧力特性に対する検出圧力特性のずれ量を高精度に検出できる。
【００１８】
請求項５から７に記載の発明によると、ずれ量検出手段が検出するずれ量が所定ずれ量を超える場合、フェイルセーフ手段がフェイルセーフ処理を実施する。
【００１９】
これにより、基準圧力特性に対する検出圧力特性のずれ量が所定ずれ量を超える場合に、適切なフェイルセーフ処理を実施できる。
【００２０】
ところで、水温または内燃機関の回転数等の内燃機関の運転状態によって、筒内圧の変化の仕方は異なる。
【００２１】
そこで、請求項６に記載の発明によると、フェイルセーフ手段は、内燃機関の運転状態に基づいて所定ずれ量を設定する。
【００２２】
このように、フェイルセーフ処理を実施する場合の判定基準となる所定ずれ量を内燃機関の運転状態に基づいて設定することにより、筒内圧センサの異常の誤検出、または異常の検出漏れを防止できる。
【００２３】
請求項７に記載の発明によると、ずれ量検出手段が検出するずれ量が所定ずれ量を超える場合、フェイルセーフ手段は、筒内圧検出手段が検出する筒内圧を使用する制御に対し、筒内圧の使用を禁止する。
【００２４】
これにより、例えば燃料噴射制御等の内燃機関に対する制御が、筒内圧センサによる異常な検出圧力に基づいて実施されることを防止できる。
【００２５】
請求項８に記載の発明によると、ずれ量検出手段は、圧縮行程および膨張行程の少なくとも一方の上死点と下死点との間において筒内圧検出手段が検出する筒内圧の変化率が所定変化率よりも大きい内燃機関の回転角度範囲においてずれ量を検出する。
【００２６】
このように、筒内圧センサによる検出圧力の変化率が所定変化率よりも大きい回転角度範囲でずれ量を検出することにより、基準圧力特性に対する検出圧力特性のずれ量を高精度に検出できる。
【００２７】
請求項９に記載の発明によると、ずれ量検出手段は、筒内圧センサの検出圧力特性のオフセットずれおよびゲインずれを補正してからずれ量を検出する。
【００２８】
これにより、検出圧力特性のオフセットずれおよびゲインずれを補正した状態で、基準圧力特性に対する検出圧力特性のずれ量を高精度に検出できる。
【００２９】
請求項１０に記載の発明によると、ずれ量検出手段は、検出圧力特性の位相ずれを補正してからずれ量を検出する。これにより、検出圧力特性の位相ずれを補正した状態で、基準圧力特性に対する検出圧力特性のずれ量を高精度に検出できる。
【００３０】
請求項１１に記載の発明によると、筒内圧センサの出力信号からノイズをローパスフィルタで除去する。これにより、ノイズを除去した状態で、筒内圧センサの出力信号に基づいて筒内圧を高精度に検出できる。
【００３１】
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００３３】
図１に、蓄圧式の４気筒のディーゼルエンジン（以下、「エンジン」ともいう。）１０を示す。
【００３４】
エンジン１０は、シリンダブロック１２に形成されたシリンダ（気筒）１４内にピストン１６が収容され、シリンダ１４内を往復動するピストン１６の運動が、コンロッド１８を介してエンジン１０のクランク軸（図示せず）に回転運動として伝達される。
【００３５】
シリンダブロック１２の上端面には、ピストン１６の上部に燃焼室２０を形成するシリンダヘッド２２が固定されている。シリンダヘッド２２には、燃焼室２０に開口する吸気ポート２４と排気ポート２６とが形成されている。
【００３６】
吸気ポート２４と排気ポート２６とは、それぞれカム（図示せず）によって駆動される吸気弁２８と排気弁３０とで開閉される。
【００３７】
吸気ポート２４には、外気を吸入するための吸気管３２が接続され、吸気弁２８が吸気ポート２４を開く吸入行程の際に、ピストン１６がシリンダ１４内を降下して筒内負圧が生じると、吸気管３２より吸入された外気が吸気ポート２４を通って筒内へ流入する。
【００３８】
また、排気ポート２６には、燃焼ガスを排出するための排気管３４が接続され、排気弁３０が排気ポート２６を開く排気行程の際に、ピストン１６の上昇により燃焼室２０（筒内）から押し出された燃焼ガスが、排気ポート２６を通って排気管３４へ排出される。
【００３９】
蓄圧式燃料噴射システムは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール３６と、このコモンレール３６に高圧燃料を圧送する燃料供給ポンプ（図示せず）と、コモンレール３６に蓄圧された高圧燃料をエンジン１０の各気筒の燃焼室２０にそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁４０と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）５０とを備えている。
【００４０】
コモンレール３６は、燃料供給ポンプより供給された高圧燃料を目標レール圧まで蓄圧すると共に、その蓄圧された高圧燃料が、燃料配管１００を介して燃料噴射弁４０に供給される。コモンレール３６の目標レール圧は、ＥＣＵ５０により設定される。具体的には、アクセル開度及び回転速度等からエンジン１０の運転状態を検出し、その運転状態に適した目標レール圧が設定される。
【００４１】
燃料噴射弁４０は、ＥＣＵ５０によって電子制御される電磁弁と、この電磁弁の開弁動作によって燃料を噴射するノズルとを有し、このノズルの先端部が各気筒の燃焼室２０に突き出た状態で、シリンダヘッド２２に取り付けられている。
【００４２】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、入出力インタフェース等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ６０、アクセル開度センサ６２、燃圧センサ６４、筒内圧センサ６６、吸気圧センサ６８、吸気温センサ７０、水温センサ７２等から出力される出力信号を入力し、これらの出力信号に基づいてエンジン１０の運転状態を検出する。筒内圧センサ特性検出装置としてのＥＣＵ５０は、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶された制御プログラムを実行することにより、特許請求の範囲に記載された、筒内圧検出手段、ずれ量検出手段、基準圧力算出手段、フェイルセーフ手段として機能する。
【００４３】
クランク角センサ６０は、エンジン１０のクランク軸と同期して回転するパルサ４２の近傍に配置され、パルサ４２が１回転する間に、パルサ４２の外周部に設けられた歯部の数に相当する複数のパルス信号（回転角信号）を出力する。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ６０から出力される回転角信号に基づいて、エンジン１０の回転速度ＮＥおよび回転角度位置（クランク角度θ）を検出する。
【００４４】
アクセル開度センサ６２は、運転者が操作するアクセルペダル（図示せず）の操作量（踏込み量）を表すアクセル開度に応じた信号を出力する。
【００４５】
燃圧センサ６４は、コモンレール３６に取り付けられ、コモンレール３６に蓄圧された燃料圧力（実レール圧）に応じた信号を出力する。
【００４６】
筒内圧センサ６６は、エンジン１０の少なくとも一つの気筒のシリンダヘッド２２に取り付けられ、筒内圧に応じた信号を出力する。筒内圧センサ６６の出力信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）８０によりノイズを除去されてＥＣＵ５０に入力される。
【００４７】
吸気圧センサ６８は、吸気管３２に取り付けられ、吸気管３２内の吸気圧Ｐｍに応じた信号を出力する。
【００４８】
吸気温センサ７０は、吸気管３２に取り付けられ、吸気管３２内を通過する吸気の温度（吸気温）Ｔａに応じた信号を出力する。
【００４９】
水温センサ７２は、シリンダブロック１２に取り付けられ、シリンダブロック１２内の冷却水の温度（水温）Ｔｗに応じた信号を出力する。
【００５０】
ＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転制御として、噴射圧制御、燃料噴射制御等を実施する。噴射圧制御はコモンレール３６に蓄圧される燃料圧力を制御するもので、燃圧センサ６４によって検出される実レール圧が目標レール圧と一致する様に、燃料供給ポンプの吐出量（ポンプ吐出量）をフィードバック制御する。
【００５１】
燃料噴射制御は、燃料噴射弁４０からの噴射量および噴射時期を制御するもので、エンジン１０の運転状態に応じた最適な噴射量および噴射時期を演算し、その演算結果にしたがって燃料噴射弁４０の燃料噴射を制御する。燃料噴射制御においては、気筒内の燃料の燃焼時期を検出し、検出した燃焼時期に基づいて噴射時期または噴射量を制御することも行われている。また、燃料噴射制御においては、エンジン１０の運転状態に基づいて、メイン噴射の前後にパイロット噴射、ポスト噴射等の多段噴射を実施することもある。
【００５２】
ところで、燃焼時期は、筒内圧センサ６６の検出圧力に基づいて気筒内の熱発生率を算出し、熱発生率が所定の閾値を超えるときのクランク角度、あるいは燃料噴射が実行され燃焼が終了するまでの熱発生率を積算した積算合計の５０％に相当するクランク角度（ＭＦＢ５０：Mass Fraction Burned  ５０）として検出することができる。筒内圧センサ６６の検出圧力に基づいて、気筒内における失火を検出することもできる。
【００５３】
（筒内圧センサ６６の特性検出）
筒内圧センサ６６の検出圧力に基づいて燃焼時期を検出する場合、筒内圧センサ６６の検出圧力が実際の筒内圧からずれていると、燃焼時期を高精度に検出できない。そして、誤った燃焼時期に基づいて燃料噴射制御等のエンジン制御を実施すると、エミッションの悪化、燃焼騒音の増加を招くことになる。したがって、筒内圧センサ６６の出力信号に基づいて検出される気筒内の検出圧力特性（以下、筒内圧センサ６６の出力信号に基づいて検出される気筒内の検出圧力特性を、「筒内圧センサ６６の検出圧力特性」ともいう。）に基づいて、筒内圧センサ６６が正常であるか異常であるかを検出する必要がある。しかし、燃料噴射弁４０から燃料が噴射され気筒内で燃料が燃焼されている運転状態では、燃焼状態のばらつきにより、筒内圧センサ６６の検出圧力特性を高精度に検出することは困難である。尚、検出圧力特性とは、クランク角度と、筒内圧センサ６６の出力信号に基づいて検出される筒内圧との関係を表している。
【００５４】
そこで、本願発明者は、燃料カット運転時に圧縮行程および膨張行程の少なくとも一方において、基準圧力特性に対する検出圧力特性のずれ量を検出することを考えた。尚、基準圧力特性とは、燃料カット運転時における、クランク角度と実際の筒内圧との関係を表している。
【００５５】
燃料カット運転時においては、気筒内の燃焼の影響を受けないので、図２の点線が示す基準圧力特性２００のように、実際の筒内圧は圧縮行程と膨張行程との間の上死点（ＴＤＣ）を中心として対称になる。そして、筒内圧センサ６６が正常であれば、筒内圧センサ６６の検出圧力特性は基準圧力特性２００にほぼ一致するはずである。一方、筒内圧センサ６６に異常が発生すると、図２および図３に示すように、圧縮行程における筒内圧の加圧時と、膨張行程における筒内圧の減圧時とで、筒内圧センサ６６の検出圧力特性２１０が非対称となるヒステリシスが生じることがある。そこで、圧縮行程および膨張行程の少なくとも一方において、燃料カット運転時の基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量を検出することにより、気筒内での燃焼の影響を受けることなく、基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量を高精度に検出できる。そして、基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量に基づいて、筒内圧センサ６６の異常を高精度に検出できる。
【００５６】
基準圧力特性２００は、次式（１）から基準圧力として任意のクランク角度における筒内圧Ｐｒｋを算出することにより求めることができる。
【００５７】
Ｐ０・Ｖ０n＝Ｐｒｋ・Ｖｋn      ・・・（１）
式（１）における変数の意味は次の通りである。Ｐ０：吸気弁および排気弁が閉弁し圧縮行程が開始するときの筒内圧（吸気圧と等しい）、Ｖ０：Ｐ０における気筒内容積、Ｐｒｋ：任意のクランク角位置における筒内圧、Ｖｋ：Ｐｒｋにおける気筒内容積、ｎ：ポリトロープ指数。式（１）において、Ｐ０は吸気圧センサ６８の出力信号から検出でき、Ｖ０、Ｖｋは、ボア径と、クランク角度で決まるピストン位置とから算出できる。
【００５８】
また、基準圧力特性２００は、ヒステリシス、後述するゲインずれ、およびオフセットずれのない正常な筒内圧センサの出力を予め測定することにより求めてもよい。
【００５９】
（基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量）
基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量として、以下に示す（１）〜（４）のいずれかを算出することが考えられる。
【００６０】
（１）（Ｐｓ２−Ｐｓ１）またはその積分
ＴＤＣを中心として対称な角度位置における筒内圧センサ６６の検出圧力２１２（Ｐｓ１）と検出圧力２１４（Ｐｓ２）との差。筒内圧センサ６６にヒステリシスがなく正常であり、基準圧力特性２００と検出圧力特性２１０とが等しい場合には０になる。
【００６１】
検出圧力２１２（Ｐｓ１）は圧縮行程の圧力であり、検出圧力２１４（Ｐｓ２）は膨張行程の圧力であるから、（Ｐｓ２−Ｐｓ１）またはその積分を算出することにより、基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量を圧縮行程と膨張行程との両工程について合わせて検出できる。これにより、基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量を圧縮行程と膨張行程とにおいてそれぞれ検出する場合に比べ、ずれ量の検出負荷を低減できる。
【００６２】
（２）Ｐｓ２／Ｐｓ１
対称角度位置の検出圧力Ｐｓ１と検出圧力Ｐｓ２との比。筒内圧センサ６６にヒステリシスがなく正常であり、基準圧力特性２００と検出圧力特性２１０とが等しい場合には１になる。
【００６３】
（３）（Ｐｓ２−Ｐｓ１）／Ｐｓｍａｘまたはその積分
最大の検出圧力２１６（Ｐｓｍａｘ）と、対称角度位置の検出圧力Ｐｓ１と検出圧力Ｐｓ２との差との比。筒内圧センサ６６にヒステリシスがなく正常であり、基準圧力特性２００と検出圧力特性２１０とが等しい場合には０になる。
【００６４】
（４）Ｐｓ３−Ｐｒ
同じクランク角度位置における検出圧力特性２１０の検出圧力２１８（Ｐｓ３）と、基準圧力特性２００の基準圧力２０２（Ｐｒ）との差。筒内圧センサ６６にヒステリシスがなく正常であり、基準圧力特性２００と検出圧力特性２１０とが等しい場合には０になる。
【００６５】
これにより、基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量を、圧縮行程と膨張行程とにおいて、それぞれ独立して検出できる。ディーゼルエンジン１０においては、通常、燃料は膨張行程において着火するので、燃焼時期の検出に筒内圧センサ６６を使用する場合、基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量を圧縮行程では検出せず、膨張行程だけで検出すればよい。
【００６６】
基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量は、圧縮行程開始時の下死点付近と、圧縮行程と膨張行程との間の上死点付近と、膨張行程終了時の下死点付近とにおいて小さく、下死点と上死点との間で大きくなっている。そして、筒内圧の変化率が所定変化率よりも大きく基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量が大きくなる下死点と上死点との間のクランク角度範囲において、基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量を検出することが望ましい。
【００６７】
（ゲインずれ、オフセットずれ）
筒内圧センサ６６の検出圧力特性２１０には、経時変化等によりゲインずれ、およびオフセットずれが生じることがある。図４に示すように、基準圧力特性２００に対して、ゲインずれ、およびオフセットずれが生じている筒内圧センサ６６の検出圧力特性２２０のずれ量ΔＰ１は、基準圧力特性２００に対して、ゲインずれ、およびオフセットずれがない検出圧力特性２１０のずれ量ΔＰ０とは異なるものである。基準圧力特性２００に対して、ゲインずれ、およびオフセットずれが生じている検出圧力特性２２０のずれ量ΔＰ１に基づいて筒内圧センサ６６の異常を検出すると、筒内圧センサ６６の異常を誤検出する恐れがある。そこで、ゲインずれ、およびオフセットずれを補正してから、基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量ΔＰ０を検出することが望ましい。
【００６８】
まず、筒内圧センサ６６のゲインずれ、およびオフセットずれを以下のようにして算出する。基準圧力特性２００の２点のクランク角度位置における基準圧力をＰｒ１、Ｐｒ２、同じクランク角度位置における筒内圧センサ６６の検出圧力をＰｓ１、Ｐｓ２、筒内圧センサ６６のゲインずれをＡ、オフセットずれをＢとすると、Ｐｓ１、Ｐｓ２は次式（２）、（３）で表される。
【００６９】
Ｐｓ２＝Ａ・Ｐｒ２＋Ｂ      ・・・（２）
Ｐｓ１＝Ａ・Ｐｒ１＋Ｂ      ・・・（３）
式（２）、（３）より、
Ｐｓ２−Ｐｓ１＝Ａ（Ｐｒ２−Ｐｒ１）
したがって、ゲインずれＡは、
Ａ＝（Ｐｓ２−Ｐｓ１）／（Ｐｒ２−Ｐｒ１）      ・・・（４）
として算出できる。
【００７０】
また、式（２）、（３）より、
Ｐｓ２−Ｂ＝Ａ・Ｐｒ２      ・・・（５）
Ｐｓ１−Ｂ＝Ａ・Ｐｒ１      ・・・（６）
式（５）、（６）より、
（Ｐｓ２−Ｂ）／（Ｐｓ１−Ｂ）＝Ｐｒ２／Ｐｒ１  ・・・（７）
ここで、式（１）より、
Ｐｒ２／Ｐｒ１＝（Ｖ１／Ｖ２）n                ・・・（８）
式（８）においてＰｒ２／Ｐｒ１＝（Ｖ１／Ｖ２）n＝αと定義すると、式（７）より、
（Ｐｓ２−Ｂ）／（Ｐｓ１−Ｂ）＝α              ・・・（９）
式（９）より、オフセットずれＢは、
Ｂ＝（α・Ｐｓ１−Ｐｓ２）／（α−１）          ・・・（１０）
として算出できる。
【００７１】
式（４）、（１０）において、Ｐｒ２、Ｐｒ１は式（１）から算出して求めてもよいし、予め設定された基準圧力特性２００のマップ等から求めてもよい。Ｐｓ２、Ｐｓ１は筒内圧センサ６６の出力信号に基づいて検出する。ゲインずれ、オフセットずれを算出するときのサンプル値としてのＰｓ２、Ｐｓ１は、燃料カット運転時の筒内圧センサ６６の検出圧力だけでなく、例えばパイロット噴射のように微少量の噴射を実施するときの圧縮行程時の筒内圧センサ６６の検出圧力から取得してもよい。パイロット噴射の圧縮行程時においては、筒内圧に与える噴射量の影響が殆どなく、膨張行程と異なり燃料の燃焼が筒内圧に与える影響が殆どないので、燃料カット運転時における筒内圧センサ６６の検出圧力にほぼ等しくなるからである。
【００７２】
また、燃料カット運転時、あるいはパイロット噴射の圧縮行程時に関わらず、ゲインずれ、オフセットずれを算出するときのサンプル値としてのＰｓ２、Ｐｓ１を取得する場合には、図５において、Ｐｓ２、Ｐｓ１のクランク角度の差が大きく、圧力値の大きい方のＰｓ２のクランク角度が上死点に近いことが望ましい。これは、（Ｐｓ２−Ｐｓ１）およびＰｓ２の値が大きくなることにより、筒内圧センサ６６の出力信号に発生するノイズの影響を極力低減できるからである。
【００７３】
このようにして求めたゲインずれＡと、オフセットずれＢとに基づいて筒内圧センサ６６の検出圧力特性２２０を補正し、ゲインずれＡと、オフセットずれＢのない検出圧力特性２１０を算出する。そして、基準圧力特性２００に対してゲインずれＡおよびオフセットずれＢのない検出圧力特性２１０のずれ量を検出する。
【００７４】
（位相ずれ）
筒内圧センサ６６の検出圧力特性２１０には、経時変化等により位相ずれが生じることがある。図６に示すように、基準圧力特性２００に対して位相ずれΔθが生じている筒内圧センサ６６の検出圧力特性２３０のずれ量ΔＰ１は、基準圧力特性２００に対してヒステリシスにより生じている筒内圧センサ６６の検出圧力特性２１０のずれ量ΔＰ０とは異なるものである。基準圧力特性２００に対して位相ずれが生じている検出圧力特性２３０のずれ量ΔＰ１に基づいて筒内圧センサ６６の異常を検出すると、筒内圧センサ６６の異常を誤検出する恐れがある。そこで、位相ずれを補正してから、基準圧力特性２００に対して検出圧力特性２１０のずれ量ΔＰ０を算出することが望ましい。
【００７５】
位相ずれがない検出圧力特性２１０場合、最大の検出圧力２１６は上死点における値である。したがって、位相ずれΔθは、筒内圧センサ６６の検出圧力特性２３０から最大の検出圧力２３２となるクランク角度を求め、このクランク角度と上死点のクランク角度との差として求めることができる。最大の検出圧力２３２となるクランク角度を求める場合、複数の最大の検出圧力２３２を検出し、そのときのクランク角度の平均を求めることが望ましい。
【００７６】
（基準圧力特性２００のずれ）
式（１）において、ポリトロープ指数は、気筒内の混合気の組成または水温等のエンジン１０の運転状態によって変化する。したがって、エンジン１０の運転状態に関わらず一定値のポリトロープ指数を使用して式（１）から任意のクランク角度の基準圧力Ｐｒｋを算出して基準圧力特性２００を求めると、基準圧力特性２００にずれが生じることがある。
【００７７】
図７に示すように、基準圧力特性２００に対してずれが生じている基準圧力特性２４０に対する筒内圧センサ６６の検出圧力特性２１０のずれ量ΔＰ１は、基準圧力特性２００に対する筒内圧センサ６６の検出圧力特性２１０のずれ量ΔＰ０とは異なるものである。ずれが生じている基準圧力特性２４０に対する検出圧力特性２１０のずれ量ΔＰ１に基づいて筒内圧センサ６６の異常を検出すると、筒内圧センサ６６の異常を誤検出する恐れがある。そこで、エンジン１０の運転状態に基づいてポリトロープ指数を補正し、補正したポリトロープ指数に基づいてエンジン１０の運転状態に対応した基準圧力特性２００を算出することが望ましい。
【００７８】
（検出圧力の補正）
図８の（Ａ）に示すように、基準圧力特性２００に対して筒内圧センサ６６の検出圧力特性２１０のずれ量２５０を算出し、算出したずれ量２５０に基づいて燃焼運転時に筒内圧センサ６６により検出される検出圧力を補正することが考えられる。ただし、燃焼運転時と燃料カット運転時とでは、筒内圧の大きさ、および筒内圧の変化の仕方が異なるので、燃焼運転時における筒内圧センサ６６の検出圧力を噴射カット時に算出したずれ量２５０で直接補正して図８の（Ｂ）に示す検出圧力２５２を求めると、燃焼運転時の実際の筒内圧に対して検出圧力２５２がずれる恐れがある。
【００７９】
そこで、エンジン１０の運転状態およびクランク角度毎に、燃料カット運転時に算出したずれ量２５０を補正したずれ量２６０（図８の（Ｂ）参照）を算出し、このずれ量２６０に基づいて筒内圧センサ６６の検出圧力を補正した検出圧力２６２（図８の（Ｂ）参照）を求めることが望ましい。ずれ量２５０の補正として、ずれ量２５０に一律に同じ係数を乗算してもよいし、圧縮行程、膨張行程等の行程毎に乗算する係数を変更してもよい。
【００８０】
（特性検出ルーチン）
図９に、筒内圧センサ６６の特性検出ルーチンを示す。図９は常時実行される。図９において、「Ｓ」はステップを表している。
【００８１】
Ｓ３００においてＥＣＵ５０は、エンジン１０が燃料カット運転であるか否かを判定する。エンジン１０が燃料カット運転ではない場合、ＥＣＵ５０は本ルーチンを終了する。
【００８２】
エンジン１０が燃料カット運転の場合（Ｓ３００：Ｙｅｓ）、Ｓ３０２においてＥＣＵ５０は、圧縮行程および膨張行程の少なくとも一方において、筒内圧センサ６６の出力信号に基づいて筒内圧を検出する。
【００８３】
Ｓ３０４においてＥＣＵ５０は、筒内圧センサ６６の検出圧力の位相ずれを補正する。さらに、Ｓ３０６においてＥＣＵ５０は、式（４）、（１０）から算出するゲインずれ、オフセットずれにより筒内圧センサ６６の検出圧力を補正する。位相ずれを補正してからゲインずれ、およびオフセットずれを補正するので、ゲインずれ、およびオフセットずれの補正精度が向上する。
【００８４】
Ｓ３０８においてＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転状態に基づいてポリトロープ指数を補正し、補正したポリトロープ指数を使用して式（１）から基準圧力を算出する。
【００８５】
Ｓ３１０においてＥＣＵ５０は、基準出力に対して筒内圧センサ６６の検出圧力のずれ量を検出する。この場合のずれ量は、前述した（基準圧力特性２００に対する検出圧力特性２１０のずれ量）の欄で説明した（１）〜（４）のいずれの方式で算出してもよい。基準圧力は、エンジン１０の運転状態に基づいてポリトロープ指数を補正して算出されることが望ましい。
【００８６】
Ｓ３１２においてＥＣＵ５０は、基準出力に対する筒内圧センサ６６の検出圧力のずれ量が所定ずれ量を超えているか否かを判定する。
【００８７】
基準出力に対する筒内圧センサ６６の検出圧力のずれ量が所定ずれ量以下である場合（Ｓ３１２：Ｎｏ）、Ｓ３１４においてＥＣＵ５０は、図８において説明したように、ずれ量に基づいて筒内圧センサ６６の検出圧力を補正する。
【００８８】
基準出力に対する筒内圧センサ６６の検出圧力のずれ量が所定ずれ量を超えている場合（Ｓ３１２：Ｙｅｓ）、Ｓ３１６においてＥＣＵ５０は、筒内圧センサ６６は検出圧力を補正できる範囲を超えて異常であると判断する。そして、ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ６６の検出圧力をエンジン１０の制御に使用すると適切な制御を実施できないので、フェイルセーフ処理として、筒内圧センサ６６の検出圧力をエンジン１０の制御に使用することを禁止する。筒内圧センサ６６の検出圧力の使用を禁止する代わりに、基準圧力からずれている筒内圧センサ６６の検出圧力を使用してもエンジン１０の運転を妨げない制御だけに検出圧力の使用を限定してもよい。
【００８９】
尚、Ｓ３１２において筒内圧センサ６６の異常を判定するために基準圧力に対する検出圧力のずれ量と比較する所定ずれ量を、エンジン１０の運転状態に基づいて調整することが望ましい。例えば、エンジン回転数が上昇すると所定ずれ量を大きくし、エンジン回転数が低下すると所定ずれ量を小さくする。このように、エンジン１０の運転状態に基づいて所定ずれ量を調整することにより、基準圧力に対する検出圧力のずれ量をエンジン１０の運転状態に関わらず一定値の所定ずれ量と比較する場合に比べ、筒内圧センサ６６の異常の誤検出、または異常の検出漏れを防止できる。
【００９０】
図９において、Ｓ３０２は筒内圧検出手段の機能に相当し、Ｓ３００、Ｓ３０４、Ｓ３０６、Ｓ３１０はずれ量検出手段の機能に相当し、Ｓ３０８は基準圧力算出手段の機能に相当し、Ｓ３１２、Ｓ３１６はフェイルセーフ手段の機能に相当する。
【００９１】
以上説明したように、圧縮行程および膨張行程の少なくとも一方において、燃料カット運転時の気筒内の基準圧力特性に対して筒内圧センサのヒステリシスにより生じる検出圧力特性のずれ量を検出することにより、燃焼状態のばらつきによる筒内圧のばらつきの影響を受けることなく、気筒内の基準圧力特性に対して、筒内圧センサのヒステリシスによる検出圧力特性のずれ量を高精度に検出できる。
【００９２】
［他の実施形態］
上記実施形態では、コモンレール式のディーゼルエンジン１０を使用した燃料噴射システムに本発明を適用した。これ以外にも、筒内圧センサを使用するのであれば、ディーゼルエンジン１０に限らず、例えばガソリンエンジンに本発明を適用してもよい。
【００９３】
上記実施形態では、筒内圧検出手段、ずれ量検出手段、基準圧力算出手段、フェイルセーフ手段の機能を、制御プログラムにより機能が特定されるＥＣＵ５０により実現している。これに対し、上記複数の手段の機能の少なくとも一部を、回路構成自体で機能が特定されるハードウェアで実現してもよい。
【００９４】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本実施形態のディーゼルエンジンと燃料噴射システムを示すブロック図。
【図２】基準圧力特性と検出圧力特性との関係を示すタイムチャート。
【図３】基準圧力特性に対する検出圧力特性のずれを示すタイムチャート。
【図４】検出圧力特性のゲインずれ、オフセットずれを示すタイムチャート。
【図５】筒内圧センサによる筒内圧の検出角度位置を示すタイムチャート。
【図６】検出圧力特性の位相ずれを示すタイムチャート。
【図７】基準圧力特性のずれを示すタイムチャート。
【図８】ずれ量に基づく検出圧力特性の補正を示すタイムチャート。
【図９】特性検出ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００９６】
１０：ディーゼルエンジン（内燃機関）、４０：燃料噴射弁、５０：ＥＣＵ（筒内圧センサ特性検出装置、筒内圧検出手段、ずれ量検出手段、基準圧力算出手段、フェイルセーフ手段）、６６：筒内圧センサ
【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】
2010127172.tif 000009
【図８】
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【図９】
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