(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の複数の気筒のそれぞれに設置された筒内圧センサの、出力を補正するための出力補正装置であって、
前記内燃機関のいずれかの気筒における、燃焼前の圧縮行程中の、第１クランク角における該気筒の筒内圧センサの出力に応じて、第１筒内圧Ｐ１を検出する第１筒内圧検出手段と、
前記圧縮行程と同一の燃焼前の圧縮行程中の、前記第１クランク角とは異なる第２クランク角における前記筒内圧センサの出力に応じて、第２筒内圧Ｐ２を検出する第２筒内圧検出手段と、
該気筒の燃焼室の、前記第１クランク角における容積を第１容積Ｖ１、前記第２クランク角における容積を第２容積Ｖ２とし、比熱比をκとした場合に、数式１に基づき、第１補正値を算出する第１補正値算出手段と、
【数１】
0005381755.tif 000012
前記第１補正値と、前記筒内圧センサに感度誤差がない場合に検出されるべき筒内圧の値を用いて設定され、予め記憶された基準補正値との比に基づいて、前記筒内圧センサの出力の感度を補正する第２補正値を算出する第２補正値算出手段と、
前記第２補正値に応じて、前記筒内圧センサの出力を補正する出力補正手段と、
を備えることを特徴とする筒内圧センサの出力補正装置。
【請求項２】
前記内燃機関が燃料カット運転状態での運転中か否かを判別する運転状態判別手段と、
前記燃料カット運転状態であることが認められた場合に、前記第１筒内圧検出手段及び前記第２筒内圧検出手段は、前記第１筒内圧Ｐ１及び前記第２筒内圧Ｐ２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の出力補正装置。
【請求項３】
前記第１筒内圧Ｐ１と前記第２筒内圧Ｐ２とのそれぞれの出力オフセットを補正して、第１補正筒内圧Ｐ０１、第２補正筒内圧Ｐ０２を算出するオフセット補正手段と、
前記数式１における比熱比κを、数式２に従って算出する比熱比算出手段を、更に備えることを特徴とする請求項１に記載の筒内圧センサの出力補正装置。
【数２】
0005381755.tif 000013
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は筒内圧センサの出力補正装置に関する。より具体的には、内燃機関の気筒それぞれに設置された筒内圧センサの出力を補正するための出力補正装置として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の複数の気筒それぞれに筒内圧センサを設置し、筒内圧センサ出力に応じて筒内圧を検出する方法が検討されている。しかし筒内圧センサの出力には、例えば温度変化等の外的要因による変化や経時劣化による感度の誤差等が生じ、適正な出力が得られない場合がある。
【０００３】
特許文献１には、筒内圧センサの出力を補正する筒内圧センサの校正装置が開示されている。特許文献１の技術では、気筒ごとに、燃焼前の圧縮行程中の異なる２点（予め定められた固定位置）における筒内圧センサの出力に応じて筒内圧を検出し、検出された２点の筒内圧の差圧を求める。特許文献１の技術では、算出された差圧は、本来全気筒で一致するものと仮定し、基準気筒の差圧に対する基準気筒以外の気筒の差圧の比を求めて、これを筒内圧センサ間の感度補正値として用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０２５４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、気筒ごとに同じ２点のクランク角における差圧をとった場合に、その差圧が全気筒で同一となるためには、気筒ごとの吸入空気量が同一であることが前提となる。つまり、吸入空気量が気筒ごとに異なっている場合、前述の圧縮行程の２点での差圧は全気筒間で一定になるとは言えない。
【０００６】
従って、特許文献１において筒内圧検出時に吸入空気量にばらつきが生じている場合、算出される差圧の気筒間の差には、吸入空気量のばらつきに起因するものと、筒内圧センサの感度に起因するものが混在し、これらを区分することができない。このため特許文献１において算出される補正値は、筒内圧検出時における吸入空気量のばらつきの影響を受けたものとなり、筒内圧センサの感度誤差を適正に補正するものとはならない場合がある。
【０００７】
この発明は、上記課題を解決することを目的とし、吸入空気量にばらつきが生じる場合であっても、筒内圧センサの感度によって生じる誤差をより正確に補正し得る改良された筒内圧センサの出力補正装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の複数の気筒のそれぞれに設置された筒内圧センサの、出力を補正するための出力補正装置であって、
前記内燃機関のいずれかの気筒における、燃焼前の圧縮行程中の、第１クランク角における該気筒の筒内圧センサの出力に応じて、第１筒内圧Ｐ１を検出する第１筒内圧検出手段と、
前記圧縮行程と同一の燃焼前の圧縮行程中の、前記第１クランク角とは異なる第２クランク角における前記筒内圧センサの出力に応じて、第２筒内圧Ｐ２を検出する第２筒内圧検出手段と、
該気筒の燃焼室の、前記第１クランク角における容積を第１容積Ｖ１、前記第２クランク角における容積を第２容積Ｖ２とし、比熱比をκとした場合に、数式１に基づき、第１補正値を算出する第１補正値算出手段と、
【数１】
0005381755.tif 000002
前記第１補正値と、前記筒内圧センサに感度誤差がない場合に検出されるべき筒内圧の値を用いて設定され、予め記憶された基準補正値との比に基づいて、前記筒内圧センサの出力の感度を補正する第２補正値を算出する第２補正値算出手段と、
前記第２補正値に応じて、前記筒内圧センサの出力を補正する出力補正手段と、
を備える。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関が燃料カット運転状態での運転中か否かを判別する運転状態判別手段と、
前記燃料カット運転状態であることが認められた場合に、前記第１筒内圧検出手段及び前記第２筒内圧検出手段は、前記第１筒内圧Ｐ１及び前記第２筒内圧Ｐ２を検出する。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において、
前記第１筒内圧Ｐ１と前記第２筒内圧Ｐ２とのそれぞれの出力オフセットを補正した、第１補正筒内圧Ｐ０１、第２補正筒内圧Ｐ０２を算出するオフセット補正手段と、
前記数式１における比熱比κを、数式２に従って算出する比熱比算出手段を、更に備える。
【数２】
0005381755.tif 000003
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、数式１に従って算出された第１補正値に応じて筒内圧センサの出力感度を補正する第２補正値を算出することができる。ここで、数式１に従って求められる第１補正値は、例えば温度ドリフトやセンサ出力感度により変化する値であるが、吸入空気量のばらつきの影響を受けない値である。従って、吸入空気量のばらつきの影響をうけずにより正確に筒内圧センサの感度誤差を補正することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、補正値算出のための第１、第２筒内圧の検出は、燃料カット運転状態において実行される。従って、比熱比κが一定となる環境下での筒内圧に応じて第１、第２補正値を算出することができるため、より正確に筒内圧センサの感度補正を行なうことができる。
【００１３】
第３の発明によれば、数式１における比熱比κを算出することができる。従って、例えば燃料カット運転が比較的長く続くような環境を待たずに補正値の算出を行なうことができる。従って、感度補正値検出の機会を十分に確保することができ、より確実に筒内圧センサの感度誤差を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１のシステム全体の構成について説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１における筒内圧センサのオフセット誤差の補正について説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態１において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１のシステム全体の構成について説明するための模式図である。図１に示されるシステムにおいて、内燃機関は複数の気筒２を有する多気筒型の内燃機関であるが、図１では、簡略化のため１の気筒２のみを表している。
【００１７】
各気筒２内にはピストン４が設置されている。気筒２内のピストン４上面には燃焼室６が形成される。気筒２ごとに、シリンダヘッドに燃料噴射弁８、点火プラグ１０及び筒内圧センサ１２が設置されている。筒内圧センサ１２は、燃焼室６内の圧力（筒内圧）に応じた出力を発する。また、クランクシャフト（図示せず）近傍には、内燃機関のクランク角に応じた出力を発するクランク角センサ１４が設置されている。
【００１８】
このシステムは制御装置２０を備えている。制御装置２０には、筒内圧センサ１２、クランク角センサ１４が電気的に接続され、これらセンサの出力が入力される。制御装置２０は、これらの出力に応じて、各気筒２の筒内圧、現在のピストン４の位置等を算出する。一方、制御装置２０には燃料噴射弁８や点火プラグ１０等が電気的に接続される。制御装置２０は、これらに制御信号を発することで燃料噴射量や点火時期等を制御する。
【００１９】
図２は、圧縮行程における筒内圧センサ１２の出力に応じた筒内圧の検出値と、補正後の筒内圧について説明するための図である。図２において、横軸は時間（若しくはクランク角）、縦軸は筒内圧である。また、図２において、実線（ａ）は補正後の筒内圧であり、破線（ｂ）は補正前の筒内圧を表している。
【００２０】
筒内圧センサ１２の出力に応じて求められる筒内圧には、筒内圧センサ１２の温度変化等に起因するオフセット誤差や出力感度（ゲイン）に起因する感度誤差等が生じる場合がある。ここで、筒内圧センサ１２の出力から求められる無補正の筒内圧をＰとすると、これらの誤差を補正した後の筒内圧Ｐｔは、下記数式３により表すことができる。
【数３】
0005381755.tif 000004
【００２１】
数式３において、ｄＰはオフセット誤差の補正値（第１補正値）である。このオフセット誤差の補正手法として、筒内圧センサ１２に出力から算出される筒内圧（破線（ｂ））に、下記の数式４（数式１と同一）によって求められるオフセット補正値ｄＰを加える手法が知られている。
【数４】
0005381755.tif 000005
【００２２】
数式４において、Ｐ１は、ある気筒の燃焼前の圧縮行程中における第１クランク角における筒内圧センサ１２の出力から求められる補正前の筒内圧（第１筒内圧）であり、Ｐ２は、同一の燃焼前の圧縮行程中の、第１クランク角とは異なる第２クランク角における筒内圧センサ１２の出力から求められる補正前の筒内圧（第２筒内圧）である。Ｖ１、Ｖ２は、それぞれ第１クランク角における燃焼室６の容積（第１容積）、第２クランク角における燃焼室６の容積（第２容積）である。κは比熱比であり、実施の形態１では固定値とする。
【００２３】
数式４は、次の通りポワソンの法則ＰＶκ＝一定を利用して求めることができる。まず、オフセット誤差の補正値ｄＰを用いて、筒内圧センサ１２の出力から算出される第１筒内圧Ｐ１、第２筒内圧Ｐ２を補正した場合、筒内圧はそれぞれ（Ｐ１＋ｄＰ）、（Ｐ２＋ｄＰ）となる。ここで第１筒内圧、第２筒内圧は、それぞれ同一の燃焼前の圧縮行程における筒内圧であるから、ポワソンの法則より、数式５の関係が成立する。この数式５により、補正値ｄＰの算出式（数式４）が求められる。
【数５】
0005381755.tif 000006
【００２４】
ところで筒内圧センサ１２にα倍の感度誤差があると考えた場合、筒内圧センサ１２の出力から算出される無補正の筒内圧Ｐ１、Ｐ２を用いて算出される補正値ｄＰには、下記数式６のように、感度誤差がない（もしくは正しく補正された）場合の筒内圧Ｐ０１、Ｐ０２を用いて算出される正しい補正値（以下、「基準補正値」）ｄＰ０のα倍になる。
【数６】
0005381755.tif 000007
【００２５】
ここで、センサ感度誤差αを補正する感度補正係数Ｋ（第２補正値）は、感度誤差αの逆数となる。従って、感度補正係数Ｋは、数式７により算出することができる。
【数７】
0005381755.tif 000008
【００２６】
なお、実施の形態１においては、筒内圧Ｐ１、Ｐ２の検出と上記数式３による補正値ｄＰの算出を繰り返し複数回行ない、補正値ｄＰの平均値（平均補正値）ｄＰＡを算出する。また基準補正値ｄＰ０は、筒内圧センサ１２の特性に応じた値であり、予め実験等により求められ制御装置２０に記憶される。この実施の形態１では算出された平均補正値ｄＰＡと基準補正値ｄＰ０とを数式７に代入することで、感度補正係数Ｋを算出し、これを用いて筒内圧センサ１２の感度誤差を補正する。
【００２７】
この感度補正係数Ｋの算出のための筒内圧Ｐ１、Ｐ２の検出は、下記の環境下で実行するものとする。
（１）内燃機関が十分に暖機され、水温が安定していること。
内燃機関の暖機がされていない状態では、筒内圧センサ１２の各部位に温度変化が生じる。筒内圧センサ１２の各部位の温度が変化すると、筒内圧センサ１２の各部位の熱膨張が影響し、筒内圧検出部に加わる応力が変化する。その結果、オフセット量にばらつきが生じることとなる。従って、筒内圧センサ１２の温度が一定範囲に保たれた状態での検出を行なうため、内燃機関の暖機が完了し水温が安定した状態での検出を行なう。
【００２８】
（２）内燃機関がフューエルカット運転の状態であり、かつ、フューエルカット運転開始後、一定サイクル経過していること。
上記数式４の補正値ｄＰの算出では、比熱比κを固定値として用いる。しかし、例えば気筒ごとに空燃比が異なる場合や、ＥＧＲ率が異なる場合には、比熱比κが変化することが考えられる。比熱比κが固定値とは異なるものとなると、比熱比κを用いて算出される補正値ｄＰや感度補正係数Ｋに誤差が生じることとなる。従って、空燃比やＥＧＲ率が同一の環境とし、比熱比κにずれが生じていない状態で筒内圧Ｐ１、Ｐ２を検出するため、フューエルカット運転中であり、かつ残留ガスが掃気される一定サイクル経過後の検出を条件とする。
【００２９】
図３は、この発明の実施の形態１において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図３のルーチンでは、まず、現在内燃機関の水温が安定した状態であるか否かが判別される（Ｓ１２）。水温の安定状態が認められない場合、今回の処理は終了する。
【００３０】
一方、ステップＳ１２において水温安定が認められた場合、現在、フューエルカットの運転状態であるか否かが判別される（Ｓ１４）。ここでフューエルカット運転状態であることが認められない場合、今回の処理は終了する。
【００３１】
一方、ステップＳ１４においてフューエルカットの運転状態であることが認められた場合、フューエルカット運転状態となってから、所定のサイクル数経過した後であるか否かが判別される（Ｓ１６）。ここで所定のサイクル数は、フューエルカット運転状態となってから、気筒２内に残る残留ガスが十分に掃気されると考えられるサイクル数であり予め実験等により定められ、制御装置２０に記憶されている。ステップＳ１６において所定のサイクル数の経過が認められない場合、今回の処理は終了する。
【００３２】
一方、ステップＳ１６において所定のサイクル数の経過が認められた場合、次に、第１クランク角における第１筒内圧Ｐ１が検出される（Ｓ１８）。ここで、第１クランク角は、燃焼前の圧縮行程中の所定のクランク角であり、予め設定され制御装置２０に記憶された角度である。第１筒内圧Ｐ１は、筒内圧センサ１２の出力に応じて制御装置２０において算出される。
【００３３】
次に、第２クランク角における第２筒内圧Ｐ２が検出される（Ｓ２０）。第２クランク角は、第１筒内圧Ｐ１の検出と同一の圧縮行程中の燃焼前の第１クランク角とは異なるクランク角であり、予め設定され制御装置２０に記憶された角度である。第１、第２クランク角は、それぞれにおける燃焼室容積Ｖ１、Ｖ２の差が大きくなるように設定されている。第２筒内圧Ｐ２は、筒内圧センサ１２の出力に応じて制御装置２０において算出される。
【００３４】
次に、今回の補正値ｄＰｉが算出される（Ｓ２２）。ここでは、第１クランク角、第２クランク角に応じた燃焼室６の容積である第１容積Ｖ１、第２容積Ｖ２と、ステップＳ１８、Ｓ２０においてそれぞれ検出された第１筒内圧Ｐ１、第２筒内圧Ｐ２とから、上記数式４に従って今回の補正値ｄＰｉが算出され、制御装置２０に記憶される。
【００３５】
次に、カウンタｉに１が加算され制御装置２０に記憶される。（Ｓ２４）。カウンタｉは、初期値においてゼロであり、補正値ｄＰを算出した回数をカウントするためのカウンタである。
【００３６】
次に、カウンタｉが基準回数以上か否かが判別される（Ｓ２６）。ここで、基準回数は、平均補正値ｄＰＡを求めるのに要求される回数であり、予め設定されて制御装置２０に記憶された固定値である。ステップＳ２６において、カウンタｉ≧基準回数の成立が認められない場合には、今回の処理はこのまま終了する。
【００３７】
一方、ステップＳ２６において、カウンタｉ≧基準回数の成立が認められた場合、平均補正値ｄＰＡが算出される（Ｓ２８）。平均補正値ｄＰＡは、制御装置２０に記憶されている補正値ｄＰｉ（ｉ＝１〜基準回数）の平均値を求めることで算出される。
【００３８】
次に、感度補正係数Ｋが算出される（Ｓ３０）。感度補正係数Ｋは、ステップＳ２８で算出された平均補正値ｄＰＡと、予め制御装置２０に記憶された基準補正値ｄＰ０により、数式７に従って算出され、制御装置２０に記憶される。
【００３９】
次に、カウンタｉがゼロとされる（Ｓ３２）。その後、補正値ｄＰｉ（ｉ＝１〜基準回数）の値がクリアされ（Ｓ３４）、今回の処理が終了する。
【００４０】
補正筒内圧Ｐｔは、上記数式３に従って算出され、このルーチンにおいて算出された感度補正係数Ｋが用いられる。なお、上記ルーチンは１の気筒の感度補正係数Ｋを算出する場合について説明したが、このルーチンは気筒ごとに実行され、気筒ごとの筒内圧センサ１２の感度補正係数Ｋそれぞれが算出され、これに応じて、それぞれの出力が補正される。
【００４１】
以上説明したように、この実施の形態１のシステムによれば、筒内圧センサ１２の感度補正係数Ｋを求めることができる。ここでオフセット補正値ｄＰは、筒内圧センサ１２の温度ドリフトや筒内圧センサ１２の出力感度によって変化するが、吸入空気量のばらつきの影響を受けない。従って、より高精度に筒内圧センサ１２の感度誤差を補正することができ、正確に筒内圧を把握することができる。
【００４２】
また、この感度補正係数Ｋの算出において、必要な筒内圧Ｐ１、Ｐ２を検出する場合にも、内燃機関の制御量を変化させる必要がない。従って、感度補正係数Ｋの算出時のエミッション等への影響を抑えることができる。
【００４３】
なお、この実施の形態１では、内燃機関が暖機して水温が安定した状態、かつ、フューエルカットでの運転状態で、かつフューエルカット開始後一定サイクル経過した後のタイミングで、筒内圧Ｐ１、Ｐ２を検出する場合について説明した。このような環境下であれば、温度変化による筒内センサの出力のばらつきを抑えることができるとともに、空燃比の変化やＥＧＲ率のばらつきの影響を抑えることができ、より正確に感度補正係数Ｋを算出できるためである。しかし、この発明はこのようなタイミングに限るものではなく、他のタイミング、例えば、ある程度空燃比やＥＧＲ率が一定となるような通常運転中の圧縮行程の２点において補正値の算出等を行なうものであってもよい。
【００４４】
なお、実施の形態１において、ステップＳ１８が実行されることで、この発明の「第１筒内圧検出手段」が実現し、ステップＳ２０が実行されることで「第２筒内圧検出手段」が実現し、ステップＳ２２が実行されることで「第１補正値算出手段」が実現し、ステップＳ３０が実行されることで「第２補正値算出手段」が実現する。また、ステップＳ１４が実行されることで、この発明の「運転状態判別手段」が実現する。
【００４５】
実施の形態２．
実施の形態２のシステムは、図１のシステムに加え、図示しない吸気圧センサ及び排気圧センサを備えている。実施の形態２のシステムは、比熱比κを算出する機能を有する点を除き、実施の形態１のシステムと同様の機能を有する。
【００４６】
実施の形態２では、実施の形態１と同様に、圧縮行程中の異なる第１クランク角、第２クランク角における筒内圧Ｐ１、Ｐ２を検出する。ここで、吸気行程中もしくは排気行程中の筒内圧センサ出力を、同じタイミングの吸気圧センサもしくは排気圧センサの出力レベルに合わせるようにすることで、筒内圧センサ１２の出力オフセットを補正する。
【００４７】
実施の形態２では、このようにオフセット補正された状態で得られた筒内圧Ｐｔ１、Ｐｔ２とそのときの燃焼室の容積Ｖ１、Ｖ２とから、数式８に従って比熱比κが算出される。
【数８】
0005381755.tif 000009
【００４８】
実施の形態２のシステムでは、制御装置２０は比熱比κをまず上記数式８に従って算出した後、比熱比κ、オフセット補正前の筒内圧Ｐ１、Ｐ２、容積Ｖ１、Ｖ２とを数式８に代入することで補正値ｄＰを算出する。更に、この補正値ｄＰを代入し、感度補正係数Ｋを算出する。
【００４９】
ところで、この比熱比κの算出は、感度補正係数Ｋの算出より前に実行される。ここで、例えば数式８において、筒内圧Ｐ１、Ｐ２をオフセット誤差も感度誤差も補正されていない値とすると、補正後の筒内圧がＰｔ０１＝ａ・Ｐ１＋ｂ、Ｐｔ０２＝ａ・Ｐ２＋ｂを用いた場合には、比熱比κは下記の数式９のようになる。
【数９】
0005381755.tif 000010
【００５０】
ところが、オフセット誤差が補正された筒内圧Ｐｔ１、Ｐｔ２を用いる場合、感度誤差補正後の筒内圧はＰｔ０１＝ａ・Ｐｔ１、Ｐｔ０２＝ａ・Ｐｔ２となる。これを用いた場合、比熱比κは下記の数式１０のようになる。
【数１０】
0005381755.tif 000011
【００５１】
数式１０より、感度補正がされていない場合であっても、オフセット補正値が補正された値であれば、正しく比熱比κを算出することができることがわかる。
【００５２】
このように実施の形態２のシステムにおいては、比熱比κを算出することができる。従って、比熱比κを一定となる運転条件でない場合でも、より正確に補正値ｄＰ及び感度補正係数Ｋを算出することができる。従って、例えば実施の形態１のように長くフューエルカット運転状態が続くタイミングを待つ必要がなく、通常運転状態において正確に感度補正係数Ｋを算出することができる。従って、感度補正係数Ｋの算出の機会が十分に得られ、より正確に筒内圧を把握することができる。
【００５３】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００５４】
２  気筒
４  ピストン
６  燃焼室
８  燃料噴射弁
１０  点火プラグ
１２  筒内圧センサ
１４  クランク角センサ
２０  制御装置
ｄＰ  補正値
ｄＰ０  基準補正値
Ｋ  感度補正係数
Ｐ  センサ出力筒内圧
Ｐｔ  推定筒内圧
Ｐ１、Ｐ２  筒内圧（センサ出力）
Ｖ１、Ｖ２  燃焼室容積
α  センサ感度誤差
κ  比熱比
【図１】
0005381755.tif 000014
【図２】
0005381755.tif 000015
【図３】
0005381755.tif 000016