(57)【要約】【課題】グロープラグ一体型筒内圧センサによる検出値がデポジットの付着堆積に伴って経時的に変化するため、信頼性が次第に乏しくなる。【解決手段】エンジン１０の燃焼室１２内の圧力を検出するための筒内圧センサ２０ａの受圧部がグロープラグ２０ｂの発熱部を兼ねた本発明によるグロープラグ一体型筒内圧センサ２０の較正装置は、エンジンが所定の運転状態においてグロープラグ一体型筒内圧センサ２０により検出された筒内圧Ｐnの初期値を基準筒内圧ＰRとして記憶する記憶部４０と、エンジン１０が所定の運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定部３５と、エンジン１０が所定の運転状態にある場合、検出された筒内圧Ｐnと基準筒内圧ＰRとの差ΔＰを算出し、この差ΔＰに基づいて筒内圧Ｐnを補正するための補正係数ηを設定する補正係数設定部４１と、設定された補正係数ηを検出された筒内圧Ｐnに乗算してこれを補正する筒内圧補正部４２とを具える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための筒内圧センサの受圧部がグロープラグの発熱部を兼ねたグロープラグ一体型筒内圧センサの較正方法であって、
内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定するステップと、
内燃機関が所定の運転状態にある場合、グロープラグ一体型筒内圧センサによって検出された筒内圧と予め記憶している基準筒内圧との差を算出するステップと、
算出された差に基づいて補正係数を設定するステップと、
設定された補正係数をグロープラグ一体型筒内圧センサによって検出される筒内圧に乗算してこれを補正するステップと
を具えたことを特徴とするグロープラグ一体型筒内圧センサの較正方法。
【請求項２】
所定の運転状態がモータリング状態を含むことを特徴とする請求項１に記載のグロープラグ一体型筒内圧センサの較正方法。
【請求項３】
前記基準筒内圧は、内燃機関が所定の運転状態においてグロープラグ一体型筒内圧センサにより検出される筒内圧の初期値であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のグロープラグ一体型筒内圧センサの較正方法。
【請求項４】
内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための筒内圧センサの受圧部がグロープラグの発熱部を兼ねたグロープラグ一体型筒内圧センサの較正装置であって、
内燃機関が所定の運転状態においてグロープラグ一体型筒内圧センサにより検出された筒内圧の初期値を基準筒内圧として記憶する記憶部と、
内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定部と、
内燃機関が所定の運転状態にある場合、グロープラグ一体型筒内圧センサにより検出された筒内圧と前記基準筒内圧との差を算出し、この差に基づいてグロープラグ一体型筒内圧センサにより検出される筒内圧を補正するための補正係数を設定する補正係数設定部と、
設定された補正係数をグロープラグ一体型筒内圧センサによって検出された筒内圧に乗算してこれを補正する筒内圧補正部と
を具えたことを特徴とするグロープラグ一体型筒内圧センサの較正装置。
【請求項５】
所定の運転状態がモータリング状態を含むことを特徴とする請求項４に記載のグロープラグ一体型筒内圧センサの較正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グロープラグの発熱部を兼ねた筒内圧センサの受圧部にデポジットが付着堆積するグロープラグ一体型筒内圧センサによる検出値の較正方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮点火方式の内燃機関において、燃料のセタン価を推測したり、失火を検出したり、あるいは低ＮＯX燃焼を実現するため、筒内圧センサを用いて着火時期の制御を行うことが実用化されつつある。また、圧縮点火方式の内燃機関においては火花点火方式の内燃機関のような点火プラグが不要であるものの、代わりにグロープラグや直噴形式の燃料噴射弁を吸排気弁およびこれらの動弁機構などと共にシリンダヘッドに組み込む必要がある。このため、特に吸排気弁をそれぞれ複数本具えた多弁構造の圧縮点火方式の内燃機関においては、上述した筒内圧センサを取り付けるためのスペースを確保することが極めて困難となってしまう。
【０００３】
そこで、グロープラグと筒内圧センサとを一体化してグロープラグの装着位置をそのまま筒内圧センサの装着位置とすることにより、筒内圧センサの取り付けスペースに関する制約上の問題を克服した技術が特許文献１にて提案されている。このグロープラグ一体型筒内圧センサは、燃焼室に臨む筒内圧センサの受圧部がグロープラグの発熱部を兼ねたものである。従って、筒内圧センサの受圧部であるグロープラグの発熱部は、燃焼室内の圧力変動に伴って変位し、この変位が圧電素子などを用いて検出されるようになっている。
【０００４】
シリンダヘッドに形成される装着孔は、細長い発熱部を取り囲んでこれを燃焼室に臨ませる小径部と、グロープラグ一体型筒内圧センサのケーシングを収容する大径部と、これら小径部と大径部とを接続する段部とを有する。この段部にはケーシングの先端部が緊密に当接し、これによって小径部および燃焼室側を密閉状態に保持している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３３９７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
グロープラグ一体型筒内圧センサが装着される圧縮点火方式の内燃機関においては、ＥＧＲガス中に含まれる炭素微粒子や炭化水素などの炭素化合物に代表されるＰＭ(Particulate Matter)などのデポジットが燃焼室内に混入する。このため、デポジットの一部がグロープラグの発熱部と装着孔の小径部との間にも入り込み、発熱部の表面や小径部の内壁に付着堆積してしまう可能性がある。デポジットが発熱部の表面や小径部の内壁に付着堆積すると、これが筒内圧センサとしての受圧部の摺動抵抗となり、その円滑な変位を損なって検出される圧力変化にヒステリシスを生じさせる場合がある。また、デポジットを構成する物質は熱伝導性の良好な炭素が主体であるため、デポジットが発熱チューブの表面と小径部の内壁とに堆積すると、発熱チューブの冷却性能が向上して筒内圧センサとしての温度特性、つまり感度が変化してしまう。これらのような場合、筒内圧センサとしての特性が変化して燃焼室の圧力変化を正確に検出することができなくなり、内燃機関の燃焼制御を行う際に種々の問題を生ずる可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、デポジットの付着に伴うグロープラグ一体型筒内圧センサによる検出値の信頼性の経時的な低下を阻止し、検出値の較正を容易に行い得る方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の形態は、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための筒内圧センサの受圧部がグロープラグの発熱部を兼ねたグロープラグ一体型筒内圧センサの較正方法であって、内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定するステップと、内燃機関が所定の運転状態にある場合、グロープラグ一体型筒内圧センサによって検出された筒内圧と予め記憶している基準筒内圧との差を算出するステップと、算出された差に基づいて補正係数を設定するステップと、設定された補正係数をグロープラグ一体型筒内圧センサによって検出される筒内圧に乗算してこれを補正するステップとを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明において、グロープラグ一体型筒内圧センサにより検出される筒内圧は、補正係数を乗算することによって補正されるが、補正係数は内燃機関が所定の運転状態にある場合、検出された筒内圧と予め記憶している基準筒内圧との差に基づいて設定される。
【００１０】
本発明の第１の形態によるグロープラグ一体型筒内圧センサの較正方法において、所定の運転状態がモータリング状態を含むものであってよい。
【００１１】
基準筒内圧は、内燃機関が所定の運転状態においてグロープラグ一体型筒内圧センサにより検出される筒内圧の初期値であることが好ましい。
【００１２】
本発明の第２の形態は、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための筒内圧センサの受圧部がグロープラグの発熱部を兼ねたグロープラグ一体型筒内圧センサの較正装置であって、内燃機関が所定の運転状態においてグロープラグ一体型筒内圧センサにより検出された筒内圧の初期値を基準筒内圧として記憶する記憶部と、内燃機関が所定の運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定部と、内燃機関が所定の運転状態にある場合、グロープラグ一体型筒内圧センサにより検出された筒内圧と前記基準筒内圧との差を算出し、この差に基づいてグロープラグ一体型筒内圧センサにより検出される筒内圧を補正するための補正係数を設定する補正係数設定部と、設定された補正係数をグロープラグ一体型筒内圧センサによって検出された筒内圧に乗算してこれを補正する筒内圧補正部とを具えたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明において、グロープラグ一体型筒内圧センサにより検出される筒内圧は、筒内圧補正部にて補正係数を乗算することにより補正される。補正係数は、運転状態判定部にて内燃機関が所定の運転状態にあると判断された場合、検出された筒内圧と記憶部に記憶された基準筒内圧との差に基づき、補正係数設定部にて設定される。
【００１４】
本発明の第１の形態によるグロープラグ一体型筒内圧センサの較正方法および第２の形態によるグロープラグ一体型筒内圧センサの較正装置において、所定の運転状態がモータリング状態を含むものであってよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、グロープラグ一体型筒内圧センサへのデポジットの付着に伴う検出値の信頼性の経時的な低下を阻止することができ、内燃機関に対して常に適正な燃焼制御に利用することができる。
【００１６】
所定の運転状態がモータリング状態を含む場合、補正係数を設定するための内燃機関の運転状態を容易かつ正確に再現させることができ、より信頼性の高い補正係数を設定することが可能となる。
【００１７】
基準筒内圧が内燃機関の所定の運転状態におけるグロープラグ一体型筒内圧センサにより検出される筒内圧の初期値の場合、デポジットが付着する前の検出値が基準となるため、デポジットの付着に伴う検出値の変化を正確に把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を内燃機関が搭載された車両に応用した一実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、必要に応じて本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも応用することも可能である。
【００１９】
本実施形態におけるエンジンシステムの主要部の概念を図１に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の多気筒内燃機関であるが、本実施形態ではこれが単気筒の内燃機関であってもかまわない。このエンジン１０には、通常、排気通路１３内を流れる排気の一部を吸気通路１４内に導く図示しない排気還流（ＥＧＲ）装置と、排気通路１３内を流れる排気の運動エネルギーを利用して燃焼室１２への過給を行う図示しないターボ過給機とが組み込まれている。
【００２０】
燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１５および排気ポート１６が形成されたシリンダヘッド１７には、吸気ポート１５を開閉する吸気弁１８および排気ポート１６を開閉する排気弁１９を含む図示しない動弁機構が組み込まれている。また、このシリンダヘッド１７には吸気弁１８および排気弁１９に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨む先の燃料噴射弁１１や後述するグロープラグ一体型筒内圧センサ２０なども取り付けられている。本実施形態における動弁機構は、エンジン１０の運転状態に応じて吸気弁１８および排気弁１９の開閉タイミングを変更し得るものであるが、これらの開閉タイミングが固定されたものであってもよい。また、本実施形態における燃料噴射弁１１は、燃料を燃焼室１２内に直接噴射する直噴形式のものを採用しているが、吸気ポート１５内に噴射するポート噴射形式のものを採用することも可能である。
【００２１】
本発明の対象となるグロープラグ一体型筒内圧センサ２０は、燃焼室１２に臨む受圧部が筒内圧センサ２０ａと一体のグロープラグ２０ｂの発熱部を兼ねたものである。つまり、燃焼室１２内の圧力を検出してこれをＥＣＵ（Electronic Control Unit）２１に出力する機能に加え、エンジン１０の冷態始動時に燃焼室１２内を加熱することにより、燃料の着火性を向上させる機能を兼ね備えている。その基本構造は、例えば特許文献１や特開２００６−１０３０６号公報などに開示されているが、これら以外のどのような構造のものであっても、本発明に含まれ得ることに注意されたい。
【００２２】
排気ポート１６に連通するようにシリンダヘッド１７に連結されて排気ポート１６と共に排気通路１３を画成する排気管２２の途中には、排気中に含まれる有害成分を無害化させるための酸化触媒２３などが組み込まれている。
【００２３】
従って、吸気ポート１５に連通するようにシリンダヘッド１７に連結されて吸気ポート１５と共に吸気通路１４を画成する吸気管２４から燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、一般的にはピストン２５の圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気が酸化触媒２３を通って排気管２２から大気中に排出される。
【００２４】
運転者によって操作されるアクセルペダル２６には、その踏み込み量を検出するためのアクセル開度センサ２７が付設され、その検出情報がＥＣＵ２１に出力されるようになっている。また、ピストン２５が往復動するシリンダブロック２８には、連接棒２９を介してピストン２５が連結されるクランク軸３０の回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ２１に出力するクランク角センサ３１が取り付けられている。このクランク角センサ３１は、エンジン１０のクランク軸３０の回転速度に関するパラメータを検出する手段としても機能するものであるが、エンジン回転数センサなどを独立に設けるようにしてもよい。また、シリンダブロック２８には、ここに形成されたウォータージャケット３２内の冷却水の温度を検出してこれをＥＣＵ２１に出力する水温センサ３３も取り付けられている。
【００２５】
ＥＣＵ２１は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器および入出力インタェースなどを含むマイクロコンピュータを具えている。このＥＣＵ２１は、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１やグロープラグ２０ｂなどの作動を制御する。これは、上述したセンサ２０，２７，３１，３３などからの検出情報およびイグニッションキースイッチ３４などの信号情報に基づいて行われる。このため、ＥＣＵ２１は、エンジンシステムの運転状態を判定するための運転状態判定部３５の他、燃料噴射量設定部３６，燃料噴射時期設定部３７，噴射弁駆動制御部３８，グロープラグ駆動制御部３９を具えている。さらに、グロープラグ一体型筒内圧センサ２０による検出値の較正を行うため、記憶部４０，補正係数設定部４１，筒内圧補正部４２も具えている。
【００２６】
燃料噴射量設定部３６は、運転状態判定部３５からの運転状態に基づき、アクセルペダル２６の開度に応じた燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量を各気筒毎に設定し、これを噴射弁駆動制御部３８へと出力する。
【００２７】
噴射時期設定部４２は、燃料噴射量設定部３６にて設定された燃料噴射量に対応した燃料の噴射モードや噴射時期などを設定し、これを噴射弁駆動制御部３８へと出力する。
【００２８】
噴射弁駆動制御部３８は、燃料噴射量設定部３６にて設定された噴射燃料量が燃料噴射時期設定部３７にて設定された噴射モードおよび噴射時期にて燃焼室１２内に供給されるように、燃料噴射弁１１の作動を制御する。
【００２９】
グロープラグ駆動制御部３９は、エンジン１０の冷態始動時のように水温センサ３３によって検出される冷却水温が所定温度以下の場合、ヒータエレメントに対して通電を行い、これによって燃焼室１２内の温度を高めて燃料の着火性を向上させる。これは、イグニッションキースイッチ３４からのオン信号に基づいて行われる。
【００３０】
記憶部４０には、予め設定された基準筒内圧ＰRと、グロープラグ一体型筒内圧センサ２０によって検出される筒内圧Ｐnを補正するための最新の補正係数ηとが記憶されており、これらの情報が筒内圧補正部４２に出力される。先の基準筒内圧ＰRは、予め設定した所定の運転状態においてグロープラグ一体型筒内圧センサ２０により検出される筒内圧Ｐnの初期値である。なお、ここで言う所定の運転状態とは、ＥＣＵ２１の負荷が比較的軽くなるような運転状態を指し、本実施形態ではエンジン１０が低回転領域にあって、燃料カット運転、つまりモータリング状態の場合である。低回転領域の一例として、例えば３０００rpmを境界とし、これ以下を低回転領域とすることができるが、エンジンシステムに応じて変更すべきであることは言うまでもない。また、モータリング状態とは、エンジン１０の運転中にアクセペダル２６の開度が０となって燃料噴射弁１１から燃料が噴射されない運転状態のことである。また、この記憶部４０に記憶される補正係数ηは、補正係数設定部４１にて設定された最新の補正係数ηにて通常、更新されることとなる。
【００３１】
補正係数設定部４１は、記憶部４０との間で基準筒内圧ＰRおよび補正係数ηに関する情報の授受を行う。そして、記憶部４０に予め記憶された基準筒内圧ＰRと、筒内圧センサ２０ａによって検出された筒内圧との差（ＰR−Ｐn：以下、これを圧力差と記述する）ΔＰに基づき、検出された筒内圧Ｐnに対する補正係数ηを設定する。このため、補正係数設定部４１には、圧力差ΔＰと補正係数ηとの関係を予め設定した図３に示す如きマップが格納されており、これは圧力差ΔＰが大きいほど補正係数ηも大きくなるような比例関係を有している。これら一連の処理は、エンジン１０が予め設定された運転状態の場合に実行され、設定された補正係数ηは記憶部４０に出力されてすでに記憶している補正係数ηと基本的に置き換えられる。
【００３２】
ところで、燃焼室１２内に混入するデポジットの一部がグロープラグ２０ｂの発熱部の周囲などに付着堆積するに伴い、これが筒内圧センサ２０ａとしての受圧部の摺動抵抗となり、その円滑な変位を損なうこととなる。このようなデポジット堆積量と圧力差ΔＰとの関係を図４に模式的に示す。これによると、デポジット堆積量の増大に伴い、圧力差ΔＰも増大するが、次第にその増加の程度が弱まり、ある値でほぼ平衡状態に近づくことが認識されよう。本実施形態では、デポジット堆積量と圧力差ΔＰとが比例関係となっている領域を用い、上述した図３に示す如きマップを設定している。
【００３３】
筒内圧補正部４２は、記憶部４０に記憶された最新の補正係数ηと、グロープラグ一体型筒内圧センサ２０により検出された筒内圧Ｐnとを乗算し、これを正しい筒内圧(η・Ｐn)として運転状態判定部３５に出力する。運転状態判定部３５は、補正された筒内圧η・Ｐnを用いて各種燃焼制御を行う。
【００３４】
このような本実施形態におけるグロープラグ一体型筒内圧センサ２０により検出された筒内圧に関する一連の較正手順について図５を参照して説明する。まず、Ｓ１１のステップにてグロープラグ一体型筒内圧センサ２０により検出された筒内圧Ｐnと、記憶部４０に記憶されているその補正係数ηとを読み込む。そしてＳ１２のステップにて筒内圧Ｐnに補正係数ηを乗算してこれを補正し、この補正後の筒内圧η・Ｐnを用いてエンジン１０の各種燃焼制御を必要に応じ実行する。
【００３５】
次に、Ｓ１３のステップに移行してエンジン１０がモータリング状態にあるか否かを判定する。ここで、エンジン１０がモータリング中であると判断した場合、Ｓ１４のステップに移行し、Ｓ１１のステップにて検出された筒内圧Ｐnと記憶部４０に記憶されている基準筒内圧ＰRとの差、つまり圧力差ΔＰを算出する。次いで、Ｓ１５のステップにて先の圧力差ΔＰに応じた補正係数ηを補正係数設定部４１に記憶された図３に示す如きマップから求め、これを新たな補正係数ηとして記憶部４０に出力する。そして、Ｓ１６のステップにて新たな補正係数ηが記憶部４０に記憶される。
【００３６】
一方、Ｓ１３のステップにてエンジン１０がモータリング中ではないと判断した場合には、補正係数ηを更新しない。
【００３７】
このように、モータリング中にのみ、補正係数ηを更新することにより、筒内圧Ｐnの検出を常に同じ運転条件下で求めることができ、較正の信頼性を高めることが可能である。また、グロープラグ一体型筒内圧センサ２０へのデポジット堆積が進行しても、記憶部４０に記憶された最新の補正係数ηを用いて筒内圧Ｐnを補正し、この補正した筒内圧η・Ｐnを用いてエンジン１０の燃焼制御などをより適切に行うことが可能である。
【００３８】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による一実施形態の概念図である。
【図２】図１に示した実施形態における制御ブロック図である。
【図３】圧力差ΔＰと補正係数ηとの関係を表すマップである。
【図４】デポジット堆積量と圧力差ΔＰとの関係を模式的に表すグラフである。
【図５】図１に示した実施形態における較正手順を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１０  エンジン
１１  燃料噴射弁
１２  燃焼室
１３  排気通路
１４  吸気通路
１５  吸気ポート
１６  排気ポート
１７  シリンダヘッド
１８  吸気弁
１９  排気弁
２０  グロープラグ一体型筒内圧センサ
２０ａ  筒内圧センサ
２０ｂ  グロープラグ
２１  ＥＣＵ
２２  排気管
２３  酸化触媒
２４  吸気管
２５  ピストン
２６  アクセルペダル
２７  アクセル開度センサ
２８  シリンダブロック
２９  連接棒
３０  クランク軸
３１  クランク角センサ
３２  ウォータージャケット
３３  水温センサ
３４  イグニッションキースイッチ
３５  運転状態判定部
３６  燃料噴射量設定部
３７  燃料噴射時期設定部
３８  噴射弁駆動制御部
３９  グロープラグ駆動制御部
４０  記憶部
４１  補正係数設定部
４２  筒内圧補正部
Ｐn  グロープラグ一体型筒内圧センサにより検出される筒内圧
η  検出された筒内圧に関する補正係数
ΔＰ  基準筒内圧と検出された筒内圧との圧力差
【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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