(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内圧力を検出する筒内圧センサを備えたエンジン制御装置において、前記筒内圧センサの出力に応じて前記内燃機関の吸気弁または排気弁の開弁または閉弁時期を検出する検出手段と、前記検出手段の出力に応じて吸気弁または排気弁の弁開閉開始時期と弁開閉終了時期との期間を計測するタイマー手段と、このタイマー手段の出力に応じて前記筒内圧センサの温度を推定する温度推定手段と、この温度推定手段によって得られた推定温度により筒内圧センサの検出値を補正する補正手段とを備えていることを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項２】
内燃機関の気筒内圧力を検出する筒内圧センサを備えたエンジン制御装置において、前記筒内圧センサの出力に応じて前記内燃機関の排気弁の開弁時期と吸気弁の閉弁時期を検出する検出手段と、前記検出手段の出力に応じて排気弁の開弁時期と吸気弁の閉弁時期との期間を計測するタイマー手段と、このタイマー手段の出力に応じて前記筒内圧センサの温度を推定する温度推定手段と、この温度推定手段によって得られた推定温度により筒内圧センサの検出値を補正する補正手段とを備えていることを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項３】
内燃機関の気筒内圧力を検出する筒内圧センサを備えたエンジン制御装置において、前記筒内圧センサの出力に応じて前記内燃機関の排気弁の開弁時期または吸気弁の閉弁時期を検出する検出手段と、前記検出手段の出力に応じて排気弁または排気弁の前回と今回の開閉時期の移動量を検出する開閉時期移動量検出手段と、前記開閉時期移動量検出手段の出力に応じて前記筒内圧センサの素子温度の変化量を推定する温度変化量推定手段と、この温度変化量推定手段の出力に応じて求められた筒内圧センサの温度により筒内圧センサの検出値を補正する補正手段とを備えていることを特徴とするエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジン制御装置に係り、特に、温度条件によって変化する筒内圧センサの出力を適正に補正することで、正確な気筒内圧力データを用いることができるエンジン制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関においては、気筒内圧力を検出するために、各気筒に筒内圧センサを備えたものがある。この筒内圧センサは時間と共に変動する気筒内圧力に応じて点火時期あるいは燃料噴射量を制御するため等に使用されているもので、圧電素子を点火栓の座金としたタイプ（実開昭６２−１４６９４１号公報）や、圧力センサを直接燃焼室内に臨設するタイプ（特開平４−８１５５７号公報）に大別される。
ところで、前者の圧電素子を用いたタイプの筒内圧センサにあっては、検出部位の温度変化に対して筒内圧センサのセンサ出力が変化することが知られている。すなわち、圧電素子には、素子の温度変化に対してセンサ出力が変化する焦電と呼ばれる特性がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記圧電素子を用いた筒内圧センサを有するエンジン制御装置においては、前述した焦電によるセンサ出力の変化を補正する手段が確立されていなかったため、例えば、エンジン始動時等のように急激な温度変化を伴う運転状況下では温度上昇が激しいため筒内圧センサの検出精度が低下してしまい、エンジンを最適な状態で制御できないという問題がある。
また、この焦電は圧電素子の温度が直接的な原因となって起きるものであるため、この素子温度、すなわち筒内圧センサの温度を直接測定することができれば、筒内圧センサの出力値を補正できるのだが、筒内圧センサの素子温度の検出は構造上およびコストの面で困難であるという問題がある。
そこで、この発明は、温度変化に起因するエンジンの熱膨張によって吸排気弁の開閉タイミングが変動することに着目し、筒内圧センサによる出力を吸排気弁の開閉タイミングの変動に応じて適正に補正して、正確な気筒内圧力データを用いることができるエンジン制御装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明においては、内燃機関（第１実施形態の機関１）の気筒内圧力を検出する筒内圧センサ（例えば、第１実施形態の筒内圧センサ１７）を備えたエンジン制御装置において、前記筒内圧センサの出力に応じて前記内燃機関の吸気弁（例えば、第１実施形態の吸気弁１３）または排気弁（例えば、第１実施形態の排気弁１４）の開弁または閉弁時期を検出する検出手段（例えば、第１実施形態のステップ１）と、前記検出手段の出力に応じて吸気弁または排気弁の弁開閉開始時期と弁開閉終了時期との期間を計測するタイマー手段（例えば、第１実施形態のステップ２）と、このタイマー手段の出力に応じて前記筒内圧センサの温度を推定する温度推定手段（例えば、第１実施形態のステップ５）と、この温度推定手段によって得られた推定温度により筒内圧センサの検出値を補正する補正手段（例えば、第１実施形態のステップ６）とを備えていることを特徴とする。
【０００５】
上記検出手段によって内燃機関の吸気弁または排気弁の開弁あるいは閉弁時期が検出されると、これによりタイマー手段によって、例えば、吸排気弁の開弁時間あるいは閉弁時間が検出される。
ところで、気筒内温度が上昇すると、シリンダヘッドや吸排気弁は熱により膨張して、吸排気弁のバルブクリアランスはこれに応じて変化するため、吸排気弁の開弁あるいは閉弁時間は、例えば、開弁時間は長くなり閉弁時間は短くなるように変化する。したがって、上記タイマー手段によって検出された吸排気弁の開弁時間あるいは閉弁時間に応じて温度推定手段により筒内圧センサの素子温度を推定できる。これによって、筒内圧センサの検出値を推定温度に対応して補正手段によって補正することが可能となる。
【０００６】
また、請求項２に記載した発明においては、内燃機関の気筒内圧力を検出する筒内圧センサを備えたエンジン制御装置において、前記筒内圧センサの出力に応じて前記内燃機関の排気弁の開弁時期（例えば、第１実施形態のＥ．Ｏ）と吸気弁の閉弁時期（例えば、第１実施形態のＩ．Ｃ）を検出する検出手段と、前記検出手段の出力に応じて排気弁の開弁時期と吸気弁の閉弁時期との期間（例えば、第１実施形態の開弁時間Ｔｏｐ）を計測するタイマー手段と、このタイマー手段の出力に応じて前記筒内圧センサの温度を推定する温度推定手段と、この温度推定手段によって得られた推定温度により筒内圧センサの検出値を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このように構成した場合には、上記検出手段によって、内燃機関の排気弁の開弁時期と吸気弁の閉弁時期が検出されると、検出手段の出力に応じて、排気弁の開弁時期と吸気弁の閉弁時期との期間が検出される。ところで、排気弁が開弁してから吸気弁が閉弁するまでの間は気筒内が大気と連通するため、排気弁の開弁時期と吸気弁の閉弁時期には、気筒内圧力が不連続に変化する。
このため、各弁の開閉動作および気筒内圧の急激な変動によって気筒内にノイズが発生し、筒内圧センサはこれを検出する。
そして、この気筒内が大気に連通している時間は、例えば、気筒内温度が高くバルブクリアランスが大きくなると長くなるように、気筒内の温度によって変化するため、タイマー手段によって検出された時間に応じて温度推定手段により気筒内温度すなわち筒内圧センサの温度を推定できる。これによって、筒内圧センサの検出値を推定温度に応じて補正手段により補正することが可能となる。
【０００８】
また、請求項３に記載した発明によれば、内燃機関の気筒内圧力を検出する筒内圧センサを備えたエンジン制御装置において、前記筒内圧センサの出力に応じて前記内燃機関の排気弁の開弁時期または吸気弁の閉弁時期を検出する検出手段（例えば、第２実施形態のステップ１０）と、前記検出手段の出力に応じて排気弁または吸気弁の前回と今回の開閉時期の移動量（例えば、第２実施形態の着座点移動量Δθｍ）を検出する開閉時期移動量検出手段（例えば、第２実施形態のステップ１１）と、前記開閉時期移動量検出手段の出力に応じて前記筒内圧センサの素子温度変化量（例えば、第２実施形態の素子温度変化量Δθｍ）を推定する温度変化量推定手段（例えば、第２実施形態のステップ１３）と、この温度変化量推定手段の出力に応じて求められた筒内圧センサの温度により筒内圧センサの検出値を補正する補正手段（例えば、第２実施形態のステップ１４）とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
このように構成することで、筒内圧センサの出力に応じて検出手段によって、例えば、吸気弁の閉弁時期、あるいは、排気弁の開弁時期を検出し、この閉弁時期を、例えば、クランク角の進角値として記憶し、開閉時期移動量検出手段によって前回と今回との進角値の角度差を開閉時期移動量として捕らえることができる。そして、この開閉時期移動量検出手段の出力に応じて変化する筒内圧センサの素子温度変化量を素子温度推定手段によって推定し、この素子温度推定手段に応じてマップや演算によって求めた筒内圧センサの温度により筒内圧センサの検出値を補正手段によって補正する。
これによって、検出点を少なくして効率よく筒内圧センサの出力を温度に応じて補正することが可能となると共に検出対象を吸気弁の閉弁時期、あるいは、排気弁の開弁時期に絞ることで、検出対象の増加による全体としての誤差の増加を抑えることを可能とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。
この発明の第１実施形態を示す図１（ａ）において、機関１にはエアクリーナ２から吸気ダクト３、スロットル弁４及び吸気マニホールド５を介して空気が吸入される。吸気マニホールド５の分岐部には各気筒ごとに燃料噴射弁６が設けられている。燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、コントロールユニット７から出力される駆動パルス信号により通電制御され、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャーレギュレータにより所定の圧力調整された燃料を間欠的に噴射供給する。
【００１１】
機関１の各燃焼室にはそれぞれ点火栓８が設けられており、この点火栓８によって火花点火して混合気を着火燃焼させる。そして、機関１からは排気マニホールド９、排気ダクト１０、三元触媒１１、マフラー１２を経て排気が排出される。ここで、点火栓８には、図示しない点火コイルにより発生した高電圧がディストリビュータを介して順次分配され、これによって、各気筒毎に点火が実行される。また、各燃焼室には、吸気マニホールド５側に吸気弁１３が設けられ、排気マニホールド９側には、排気弁１４が設けられている。
【００１２】
ここで、吸気弁１３と排気弁１４は、図２に示すように、縦軸にリフト量、横軸にクランク角度をとった場合に、爆発行程の後において、排気行程で排気弁１４が開き（Ｅ．Ｏ）、この排気弁１４が閉じる（Ｅ．Ｃ）少し手前で、オーバーラップして吸気弁１３が開いて（Ｉ．Ｏ）、吸入行程となり、吸気弁１３が閉じる（Ｉ．Ｃ）と、圧縮行程を経て再び爆発行程にはいる。ここで、図３に横軸をクランク角度θ、縦軸を筒内圧力Ｐとして示すように、排気弁１４が開く時期（Ｅ．Ｏ）と吸気弁１３が閉じる時期（１．Ｃ）との間は、気筒内が大気と連通する。
【００１３】
ところで、気筒内温度が上昇すると上記吸排気弁１３，１４の開弁時間が延びる理由について説明する。気筒内温度が上昇すると、シリンダヘッドや吸排気弁１３，１４は熱により膨張し、とりわけシリンダヘッドの方が吸排気弁１３，１４よりも熱膨張率が大きいため、吸排気弁１３，１４のバルブクリアランスが気筒内温度の上昇と共に大きくなる。これにより、吸排気弁１３，１４の開弁あるいは閉弁時間は変化する。具体的には、図２において横軸が下側にずれることとなり、その結果、吸排気弁１３，１４の開弁時間が延びるのである。
【００１４】
コントロールユニット７はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、入出力インターフェイスを含んで構成される周知のマイクロコンピュータを備え、各種のセンサからの入力信号を受け、この入力信号に基づいて前記燃料噴射弁６による燃料噴射量を制御すると共に点火栓８による点火時期を制御する。前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３内にエアフロメータ１５が設けられ、機関１の吸入空気量に応じた信号を出力する。
また、クランク軸またはカム軸にクランク角センサ１６が設けられており、４気筒機関においては各気筒の圧縮ＴＤＣ毎のクランク角度信号ＲＥＦと、例えば、＃１気筒の圧縮ＴＤＣ位置毎の気筒判別信号とをそれぞれ出力する。なお、クランク角度信号ＲＥＦの周期を計測することによって機関回転数が算出される。そして、各点火栓８には、図１（ｂ）に拡大して示すように、筒内圧センサ１７が設けられている。
【００１５】
この筒内圧センサ１７は実開昭６２−１４６９４１号公報等に開示されているように、点火栓８の座金として形成され圧電素子によって各気筒の筒内圧力を相対圧として検出するものである。
また、スロットル弁４にはこのスロットル弁４の開度を検出するスロットルセンサ１８が付設されている。なお、１９は水温センサを示す。
【００１６】
ここで、コントロールユニット７による筒内圧センサ１７の素子温度を推定するための制御は図４に示すフローチャートにより行われる。
まず、図４に示すフローチャートにおいて、筒内圧センサ１７によって排気弁１４が開く時期（Ｅ．Ｏ）と吸気弁１３が閉じる時期（Ｉ．Ｃ）が検出され（ステップ１）、これをＲＡＭに読み込む。すなわち、図３に示すように排気弁１４が開く時期（Ｅ．Ｏ）と吸気弁１３が閉じる時期（Ｉ．Ｃ）との間は、気筒内が大気と連通しているため、排気弁１４が開く時期（Ｅ．Ｏ）では気筒内圧力はステップ状に上昇し、吸気弁１３が閉じる時期（Ｉ．Ｃ）では気筒内圧力がステップ状に低下する。このときに筒内圧センサ１７はこれをノイズとして検出するのである。
【００１７】
次に、排気弁１４が開く時期（Ｅ．Ｏ）から吸気弁１３が閉じる時期（Ｉ．Ｃ）までの期間として開弁時間Ｔｏｐがタイマーによって算出される（ステップ２）。
そして、この開弁時間Ｔｏｐを、冷却水温が安定する燃焼室温安定状態のときの基準開弁時間Ｔと比較し（ステップ３）、開弁時間Ｔｏｐが基準開弁時間Ｔよりも大きい場合には、筒内圧センサ１７の素子温度は安定領域に入ったと判断される（ステップ４）。
【００１８】
一方、ステップ３において、上記開弁時間Ｔｏｐが、基準開弁時間Ｔよりも小さい場合には、燃焼室内の温度がまだ低く、筒内圧センサ１７の温度は、上昇して行く過程であると判断されるため、図５に示すマップ、すなわち、開弁時間Ｔｏｐと筒内圧センサ１７の素子温度℃との関係を示すマップから素子温度を算出する（ステップ５）。したがって、ステップ５で得られた素子温度の算出値に基づいてコントロールユニットがソフト的に備えているマップまたは演算等の補正手段により筒内圧センサ１７の検出値を補正して（ステップ６）、各種のエンジン制御がなされる。
【００１９】
ここで、図６，７は、図４のステップ１において排気弁１４が開く時期（Ｅ．Ｏ）と吸気弁１３が閉じる時期（Ｉ．Ｃ）を明確にするための他の実施形態を示したものである。
図６は、図３における気筒内圧力を単位クランク角度で微分したものである。このようにすることで、排気弁１４が開く時期（Ｅ．Ｏ）と吸気弁１３が閉じる時期（Ｉ．Ｃ）がピークとして現れてより明確になり、したがって、上記ステップ２におけるタイマによる開弁時間Ｔｏｐの算出を容易なものとすることができる。この場合には図７に示すように、筒内圧センサ１７によって得られた圧力の不連続部位をクランク角センサ１６によって特定して、この部位における圧力の変化量を増幅器Ａ，Ｂによって各々増幅してタイマーにより開弁時間Ｔｏｐを測定する。
【００２０】
したがって、上記第１実施形態によれば、筒内圧センサ１７によって、開弁時間Ｔｏｐが検出でき、この開弁時間Ｔｏｐから気筒内の温度、すなわち筒内圧センサ１７の温度が推定できるため、焦電によって出力が変化する筒内圧センサ１７の検出圧力を補正することが可能となる。したがって、各種制御に使用される筒内圧センサ１７の実質的な検出精度が高まる。よって、気筒内温度が大きく上昇するようなエンジン始動時等において、エンジンをより精度良く制御することができる。
【００２１】
次に、この発明の第２実施形態について説明する。
この実施形態において、コントロールユニット７による筒内圧センサ１７の素子温度を推定するための制御は、図８に示すフローチャートにより行われる。
図８に示すフローチャートにおいて、まず、吸気弁１３が閉（Ｉ．Ｃ）となる着座点を筒内圧センサ１７によって検出する（ステップ１０）。すなわち、吸気弁１３が閉じる際には、着座のためにノイズが発生する。このノイズは着座することにより筒内圧センサ１７に伝わるヒズミと気筒内圧力が大気圧から立ち上がる際の圧力変動によるものである。排気弁１４の着座の際には、吸気弁１３が既に開き気筒内は大気と連通していて、圧力変動によるノイズが少ないため、圧力変動によるノイズを含めた比較的大きなノイズを拾うことができる吸気弁１３側で検出するのである。
【００２２】
次に、筒内圧センサ１７によってノイズを検出した時点における、進角値をクランク角センサ１５で読み込み、前回と今回の着座点の変化から着座点移動量Δθｍを算出する（ステップ１１）。そして、この着座点移動量Δθｍを所定値と比較する（ステップ１２）。この所定値とは、予め決められた燃焼室温安定状態のときの微少な温度変化に対応する基準移動量Δθである。着座点移動量Δθｍが基準移動量Δθよりも大きい場合には、筒内圧センサ１７の素子温度は安定せず上昇していると判断され、図９に示すマップ、すなわち、着座点移動量Δθｍと素子温度変化量Δ℃との関係を示すマップから素子温度変化量Δ℃を推定する（ステップ１３）。
そして、この素子温度変化量Δ℃に基づいて、筒内圧センサ１７の温度をマップまたは演算等により求めて、この温度に基づいて筒内圧センサ１７の検出値を、例えば、コントロールユニットがソフト的に備えているマップや演算等の補正手段により補正し（ステップ１４）、この値を用いて各種制御がなされるのである。
なお、始動時において、吸気弁１３のはじめての着座の際にはステップ１１において比較すべき前回の進角値が存在しないので、この進角値の初期値をＲＯＭ等に記憶させておき、これを用いることができる。
【００２３】
一方、着座点移動量Δθｍが所定値よりも小さい場合には、筒内圧センサ１７の素子温度は安定したと判断され、再度ステップ１０に戻り上記操作を繰り返す。このようにして、吸気弁１３の着座点移動量Δθｍに着目して、これが所定値より小さくなり安定するまで上記操作を繰り返すのである。
この実施形態においても、焦電によって出力が変化する筒内圧センサ１７の検出圧力を補正することが可能となり、したがって、各種制御に使用される筒内圧センサ１７の実質的な検出精度が高まると共に検出の対象が吸気弁１３の閉弁時期（Ｉ．Ｏ）のみであるため、検出対象が複数ある場合に比較して総合的に誤差が少なくなる点で有利である。その結果、気筒内温度が大きく上昇するようなエンジン始動時等において、エンジンをより精度良く制御することができる。
【００２４】
なお、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、第１の実施形態において、吸気弁１３または排気弁１４のいづれかの開弁時間を検出することができれば、または、吸気弁１３または排気弁１４のいずれかの閉弁時間を検出することができれば、それらの検出値によって筒内圧センサ１７の温度に対応した検出圧力の補正を行うようにしてもよい。
また、第２実施形態においては、吸気弁１３が着座して閉じる場合を例にして説明したが、排気弁１４が開く際にも気筒内圧が急激に下がりステップ状の圧力変化を起こすため、この時期を検出して同様の制御を行っても良い。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、温度変化に起因する機関の熱膨張によって吸排気弁の開閉タイミングが変動することに着目し、筒内圧センサによる出力を吸排気弁の開閉時間の温度によるずれに応じて適正に補正して正確な気筒内圧力データを得ることができるため、筒内圧センサの実質的検出精度を高めて精度高くエンジンを制御することができる効果がある。
また、請求項２に記載した発明によれば、上記効果に加え、排気弁の開弁時期または吸気弁の閉弁時期のように顕著に気筒内圧力が変化する点を検出対象にしているため、検出が容易となると共に検出精度を高めることができる効果がある。
そして、請求項３に記載した発明によれば、上記効果に加え、検出対象が吸気弁の閉弁時期または排気弁の開弁時期のみでよいため、検出対象が複数ある場合に比較して全体としての検出誤差が少なくなり、したがって、検出精度をさらに高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の説明図であり、（ａ）は全体概略説明図、（ｂ）は（ａ）のＸ部の拡大図である。
【図２】吸気弁と排気弁のリフト量を示すグラフ図である。
【図３】気筒内圧力の変化を示すグラフ図である。
【図４】この発明の第１実施形態のフローチャート図である。
【図５】開弁時間と筒内圧センサの素子温度との関係を示すグラフ図である。
【図６】図３のグラフを微分したグラフ図である。
【図７】図６に対応する開弁時間を計測するブロック図である。
【図８】この発明の第２実施形態のフローチャート図である。
【図９】着座点移動量と素子温度変化量との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１  機関（内燃機関）
１３  吸気弁
１４  排気弁
１７  筒内圧センサ
Ｐ  気筒内圧力
Ｔｏｐ  開弁時間（期間）
Ｅ．Ｏ  排気弁の開弁時期
Ｅ．Ｃ  排気弁の閉弁時期
Ｉ．Ｏ  吸気弁の開弁時期
Ｉ．Ｃ  吸気弁の閉弁時期
ステップ１  第１実施形態の検出手段
ステップ２  タイマー手段
ステップ６  第１実施形態の補正手段
ステップ５  温度推定手段
ステップ１０  第２実施形態の検出手段
ステップ１１  開閉時期移動量検出手段
ステップ１３  素子温変化量推定手段
ステップ１４  第２実施形態の補正手段
【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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