(57)【要約】【課題】複数の筒内圧センサの間の感度のバラツキを抑制することを可能とする筒内圧センサの感度補正装置を提供する【解決手段】内燃機関１０には、筒内圧センサ２０、２２、２４、２６が組み込まれている。筒内圧センサ２０、２２、２４、２６は、それぞれ、１番気筒〜４番気筒の筒内圧力を検出することができる。ＥＣＵ４０は、筒内圧センサ２０、２２、２４、２６の出力を取得する。ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の運転条件が１番〜４番気筒の出力軸トルクが均一になるように制御されたときの各筒内圧センサ出力に基づいて、筒内圧センサ２０、２２、２４、２６のそれぞれに対する感度補正を行う。【選択図】図２
2011080402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒と該複数の気筒にそれぞれ取り付けられた筒内圧センサとを有する内燃機関に対して用いられる、筒内圧センサの感度補正装置であって、
前記複数の気筒にそれぞれ取り付けられた前記筒内圧センサの出力を取得する出力取得手段と、
前記複数の気筒の出力軸トルクが該複数の気筒の間で均一になるように、前記内燃機関の運転条件を制御する均一化制御手段と、
前記均一化制御手段による前記制御がなされたときの前記筒内圧センサのそれぞれの出力に基づいて、前記筒内圧センサの感度の補正を行う感度補正手段と、
を備えることを特徴とする筒内圧センサの感度補正装置。
【請求項２】
前記内燃機関のフリクショントルクの値を取得するフリクショントルク取得手段を備え、
前記均一化制御手段が、前記出力軸トルクに前記フリクショントルク取得手段が取得したフリクショントルクを加算した値が前記複数の気筒の間で均一となるように、前記内燃機関の運転条件を制御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感度補正装置。
【請求項３】
前記均一化制御手段が、前記内燃機関における出力軸の回転数の変動あるいは前記内燃機関における出力軸の回転速度の変動が前記複数の気筒の間で同一になるように前記内燃機関の運転条件を制御する回転変動均一化制御手段を、含むことを特徴とする請求項１または２に記載の筒内圧センサの感度補正装置。
【請求項４】
前記感度補正手段は、
前記筒内圧センサのそれぞれの出力に基づいて、前記複数の気筒のそれぞれに応じた図示トルクを算出する図示トルク算出手段と、
前記均一化制御手段が前記制御を行ったときに前記図示トルク算出手段が算出した前記図示トルクが前記複数の気筒の間で均一になるように、前記筒内圧センサのそれぞれの感度を補正する手段と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の筒内圧センサの感度補正装置。
【請求項５】
前記感度補正手段は、前記均一化制御手段による前記制御がなされたときの前記筒内圧センサのそれぞれの出力に基づいて、前記均一化制御手段による前記制御がなされているときに前記複数の筒内圧センサのうち１つの筒内圧センサの出力に残りの筒内圧センサの出力が一致するように、前記残りの筒内圧センサの出力感度を補正することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の筒内圧センサの感度補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒内圧センサの感度補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、下記の特開平４−２２８８５５号公報に開示されているように、筒内圧センサの出力感度を補正するための出力感度補正方法が知られている。この従来技術にかかる出力感度補正方法は、燃料量と図示トルクとの間の比例関係が空燃比の影響を受けることに着目している。上記従来の技術では、空燃比が所定値にある場合にのみ筒内圧センサの出力感度補正が行われるように、筒内圧センサの出力感度補正の時期を制限している。これにより、供給燃料量と図示トルクとが特定の比例定数に応じた比例関係にある環境下において、精度良く、筒内圧センサの出力感度を補正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２２８８５５号公報
【特許文献２】特開平１−１８７３４６号公報
【特許文献３】特開２００８−７０２３２号公報
【特許文献４】特開２００５−３５１１４６号公報
【特許文献５】特開２００８−２５４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の気筒を備える多気筒内燃機関においては、気筒ごとに正確な筒内圧を知ることが好ましい。このため、個々の気筒に１つずつ筒内圧センサを設け、気筒ごとに筒内圧の検知が行われている。筒内圧の高精度検知という観点からは、個々の筒内圧センサが良好な感度を備えることが好ましい。この点、上記従来の技術によれば、筒内圧センサの１つ１つについて、その感度を高精度に補正することができる。
【０００５】
しかしながら、複数の筒内圧センサを用いる場合、個々の筒内圧センサがそれぞれ単独で良好な感度を示すという点以外にも、重要な事項がある。すなわち、複数の気筒の間での燃焼状態の相違を把握したい場合、複数の筒内圧センサからそれぞれ得た出力値を比較利用することが有効である。この場合、複数の筒内圧センサの感度が、燃焼状態の比較判断に影響を与えるほどに大きく相違していることは好ましくない。すなわち、複数の筒内圧センサの出力感度が、ある程度揃っていることが好ましい。この点に関し、上記従来の技術は単一の筒内圧センサの感度補正技術に関するに留まり、複数の筒内圧センサの利用を図る上で未だ改善の余地を有するものであった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の筒内圧センサの間の感度のバラツキを抑制することを可能とする筒内圧センサの感度補正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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、複数の気筒と該複数の気筒にそれぞれ取り付けられた筒内圧センサとを有する内燃機関に対して用いられる、筒内圧センサの感度補正装置であって、
前記複数の気筒にそれぞれ取り付けられた前記筒内圧センサの出力を取得する出力取得手段と、
前記複数の気筒の出力軸トルクが該複数の気筒の間で均一になるように、前記内燃機関の運転条件を制御する均一化制御手段と、
前記均一化制御手段による前記制御がなされたときの前記筒内圧センサのそれぞれの出力に基づいて、前記筒内圧センサの感度の補正を行う感度補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関のフリクショントルクの値を取得するフリクショントルク取得手段を備え、
前記均一化制御手段が、前記出力軸トルクに前記フリクショントルク取得手段が取得したフリクショントルクを加算した値が前記複数の気筒の間で均一となるように、前記内燃機関の運転条件を制御することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記均一化制御手段が、前記内燃機関における出力軸の回転数の変動あるいは前記内燃機関における出力軸の回転速度の変動が前記複数の気筒の間で同一になるように前記内燃機関の運転条件を制御する回転変動均一化制御手段を、含むことを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至３の発明のいずれか１つにおいて、
前記感度補正手段は、
前記筒内圧センサのそれぞれの出力に基づいて、前記複数の気筒のそれぞれに応じた図示トルクを算出する図示トルク算出手段と、
前記均一化制御手段が前記制御を行ったときに前記図示トルク算出手段が算出した前記図示トルクが前記複数の気筒の間で均一になるように、前記筒内圧センサのそれぞれの感度を補正する手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至４の発明のいずれか１つにおいて、
前記感度補正手段は、前記均一化制御手段による前記制御がなされたときの前記筒内圧センサのそれぞれの出力に基づいて、前記複数の筒内圧センサのうち１つの筒内圧センサの出力に残りの筒内圧センサの出力が一致するように、前記残りの筒内圧センサの出力感度を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、感度補正手段によって、複数の気筒の間で出力軸トルクが均一となる運転条件における各筒内圧センサの出力を用いて、筒内圧センサの感度補正を行うことができる。これにより、個々の筒内圧センサが本来なら同一の出力を示すべき環境下で（すなわち、複数の筒内圧センサの出力バラツキが顕在化した環境下で）、各筒内圧センサの感度補正を行うことができる。その結果、複数の筒内圧センサの間での感度バラツキの低減が可能である。
【００１３】
第２の発明によれば、出力軸トルクが複数の気筒の間で均一になるような運転条件における各筒内圧センサの出力を用いた感度補正を、フリクショントルクの影響を算入したうえで、行うことができる。
【００１４】
第３の発明によれば、出力軸の回転数の変動あるいは出力軸の回転速度の変動が複数の気筒の間で同じとなる運転条件における各筒内圧センサの出力を用いて、筒内圧センサの感度補正を行うことができる。
【００１５】
第４の発明によれば、個々の筒内圧センサが本来であれば同一かつ一定の出力を示すべき環境下で、筒内圧センサ出力に基づく図示トルクの値が複数の筒内圧センサで揃うように、各筒内圧センサの感度を補正することができる。つまり、複数の筒内圧センサの間の出力バラツキを顕在化させた環境下で、この出力バラツキを小さくするように、図示トルクを利用して感度補正を行うことができる。
【００１６】
第５の発明によれば、選択した１つの筒内圧センサを基準にして、残りの筒内圧センサの出力感度を揃えることができる。これにより、複数の筒内圧センサの感度バラツキを確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる筒内圧センサの感度補正装置と、これを備えたシステム構成とを併せて示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態．
［実施の形態の構成］
図１は、本発明の実施の形態にかかる筒内圧センサの感度補正装置と、これを備えたシステム構成とを併せて示す概略構成図である。本実施形態は、車両等の移動体に好適である。図１に示すとおり、本実施の形態のシステムは内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、ガソリンを燃料とする火花点火式のエンジンとして構成されている。内燃機関１０は、１番気筒から４番気筒（図中では、１番〜４番を「＃１〜＃４」と記す）を備えた４気筒式内燃機関である。
【００１９】
内燃機関１０の各気筒の筒内には、その内部を往復運動するピストン（不図示）が設けられている。内燃機関１０は、シリンダヘッド（不図示）を備えている。それぞれの気筒について、ピストンとシリンダヘッドとの間には燃焼室（不図示）が形成されている。燃焼室には、吸気通路（不図示）および排気通路（不図示）の一端が連通している。吸気通路および排気通路には、それぞれ吸気弁（不図示）および排気弁（不図示）が配置されている。シリンダヘッドには、１番気筒〜４番気筒のそれぞれの燃焼室の頂部から燃焼室内に突出するように点火プラグ３２、３４、３６、３８が取り付けられている。また、シリンダヘッドには、１番気筒から４番気筒について、燃料を筒内に噴射するための燃料噴射弁（不図示）が設けられている。
【００２０】
シリンダヘッドには、筒内圧センサ２０、２２、２４、２６が組み込まれている。筒内圧センサ２０、２２、２４、２６は、それぞれ、１番気筒〜４番気筒の筒内圧力を検出することができる。なお、本実施形態では例としてシリンダヘッドに筒内圧センサ２０、２２、２４、２６を組み込んだが、本発明では内燃機関において筒内圧センサを組み込む位置には特に限定は無い。
【００２１】
本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、クランク軸の回転位置を検知するための機関回転数センサ３０や、上述した筒内圧センサ２０、２２、２４、２６を含む各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力部には、点火プラグ３２、３４、３６、３８、燃料噴射弁等の各種アクチュエータが接続されている。
【００２２】
［実施の形態の動作］
本実施の形態の内燃機関１０は、筒内圧センサ２０、２２、２４、２６を備えている。これにより、筒内の燃焼状態を直接的に検知することができる。かかる検出値は、例えば、内燃機関１０のトルク変動検出等に幅広く利用することができる。
【００２３】
１番気筒〜４番気筒の燃焼状態の相違を把握する場合に、筒内圧センサ２０、２２、２４、２６からそれぞれ得られる出力を比較利用することは有効である。この場合、筒内圧センサ２０、２２、２４、２６の感度が、燃焼状態の比較結果に影響を与えるほどに大きく相違していることは好ましくない。そこで、本実施形態にかかる筒内圧センサの感度補正装置は、下記に述べる手順に従って筒内圧センサ２０、２２、２４、２６に対して感度補正を行う。
【００２４】
図示トルクＴｅは、下記の式で表される。
【数１】
2011080402.tif 000003
ωはクランク軸の角速度、Ｊはクランク軸に接続される動力伝達機構全体の慣性モーメント、Ｔｆは内燃機関のフリクショントルクである。この式から判るように、複数の気筒において機関回転数の変動が均一であるならば、各気筒の図示トルクも一律に同じ大きさになると考えることができる。つまり、各気筒のトルクの相対的な変化を、エンジン回転数の変動に基づいて推定することができる。本実施形態では、この点を利用して、筒内圧センサの感度補正を行うこととした。なお、機関回転数の変動は、クランク軸回転速度の変動とも言い換えられる。以下の説明では、これらをまとめて、「回転変動」と総称することがある。
【００２５】
図２は、本実施形態の動作を説明するための図である。図２は、図示トルクと、軸トルクと、回転変動に相当するＪ×ｄω／ｄｔとを、それぞれ示す。回転変動が一定である場合に、１番気筒〜４番気筒のそれぞれの図示トルクに図２に示す相違ΔＴＱが存在するとすれば、その相違ΔＴＱは筒内圧センサの感度バラツキによるものであると考えることができる。そこで、本実施形態では、この感度バラツキを無くすように、筒内圧センサ２０、２２、２４、２６に対して乗ずべき補正係数を調節する。
【００２６】
［実施の形態の具体的処理］
以下、本実施形態にかかる、筒内圧センサの出力感度補正時にＥＣＵ４０が実行する処理内容を、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４に分けて具体的に説明する。
【００２７】
（ステップＳ１０１）
本実施形態では、アイドリング中など、機関回転数が低くかつ安定している運転条件において、１番気筒〜４番気筒の各気筒の爆発タイミングでの機関回転数が検出される。より具体的には、本実施形態では、機関回転数センサ３０の出力に基づいて、各気筒の爆発タイミングでの機関回転数の変化が検出される。ここでいう爆発タイミングは、具体的には、例えば、圧縮ＴＤＣからＡＴＤＣ１２０°ＣＡの期間とすることができる。ＥＣＵ４０は、ここで得られた機関回転数の情報を取得することができる。
【００２８】
（ステップＳ１０２）
本実施形態では、筒内圧センサの感度補正を行うにあたり、ステップＳ１０１において検出される機関回転数変化が予め設定された目標機関回転数変化となるように、ＥＣＵ４０が各気筒の点火時期を自動制御する。つまり、ＥＣＵ４０が、ステップＳ１０１において検出される機関回転数変化が全気筒の間で同じ変化を示すように、点火プラグ３２、３４、３６、３８の点火タイミングを調節する。
【００２９】
（ステップＳ１０３）
次に、筒内圧センサ２０、２２、２４、２６のそれぞれの出力を、所定クランク角（例えば、１０°ＣＡ）の間隔でサンプリングする。このサンプリング値を用いて、下記の式に基づいて、各気筒の爆発タイミングにおける図示トルクＺＴＱを算出する。
【数２】
2011080402.tif 000004
【００３０】
（ステップＳ１０４）
次に、上記の制御によって各気筒の機関回転数変化が目標となる状態に収束したか否かを検出する。例えば、上記の爆発タイミングにおける機関回転数の変化量が、全気筒について所定の目標量に収束したか否かを検出する。この収束が検出されたら、収束後に上記の式で算出された図示トルクを用いて、下記の式によって、筒内圧センサ出力感度補正値Ｋ（以下、単に「感度補正値Ｋ」とも記す）を算出する。
（数３）
Ｋ（ｉ）  ＝  ＺＴＱ（ｓｔｄ）／ＺＴＱ（ｉ）
ここで、Ｋ（ｉ）はｉ番気筒（本実施形態ではｉ＝１、２、３または４）の筒内圧センサ用の感度補正値を意味し、ＺＴＱ（ｓｔｄ）は基準気筒図示トルクを意味し、ＺＴＱ（ｉ）は補正の対象となっているｉ番気筒の図示トルクを意味する。
【００３１】
基準気筒は、予め定めた基準となる筒内圧センサを備えた気筒である。本実施形態では、例として、筒内圧センサ２０を備える１番気筒を基準気筒として、筒内圧センサ２０を感度補正の基準とする。したがって、１番気筒について算出した図示トルクＺＴＱ（１）をＺＴＱ（ｓｔｄ）とする。例えば、２番気筒に関して感度補正値Ｋを算出する場合には、筒内圧センサ２２の出力に基づいてステップＳ１０３に従って算出された図示トルクＺＴＱ（２）が、上記の式に使用されることによって、Ｋ（２）が求められる。
【００３２】
上記の感度補正値Ｋの算出式によって、ｉ＝２、３、４についてそれぞれＫ（ｉ）が算出される。これ以降は、筒内圧センサ２２、２４、２６の出力に対して、それぞれ、Ｋ（２）、Ｋ（３）、Ｋ（４）が乗算される。以上により、筒内圧センサ２２、２４、２６の感度を、基準として選択した筒内圧センサ２０の感度に揃えることができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態にかかる筒内圧センサの感度補正装置によれば、ステップＳ１０２の処理によって、１番気筒〜４番気筒で出力軸トルクが均一であるべき運転条件における筒内圧センサ２０、２２、２４、２６の出力を用いて、筒内圧センサの感度補正を行うことができる。これにより、個々の筒内圧センサが本来なら同一の出力を示すべき環境下で（つまり、筒内圧センサ２０、２２、２４、２６の出力バラツキが顕在化した環境下で）、各筒内圧センサの感度補正を行うことができる。その結果、筒内圧センサ２０、２２、２４、２６の感度バラツキを低減することができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、筒内圧センサ出力に基づく図示トルクＺＴＱ（ｉ）の値が筒内圧センサ２０、２２、２４、２６で揃うように、各筒内圧センサの感度を補正することができる。つまり、筒内圧センサ２０、２２、２４、２６の間の出力バラツキを顕在化させた環境下で、この出力バラツキを小さくするように、図示トルクＺＴＱを利用して感度補正を行うことができる。
【００３５】
なお、上述した本実施形態においては、内燃機関１０が、前記第１の発明における「内燃機関」に、１番気筒〜４番気筒が、前記第１の発明における「複数の気筒」に、筒内圧センサ２０、２２、２４、２６が、前記第１の発明における「筒内圧センサ」にそれぞれ相当し、また、ＥＣＵ４０が筒内圧センサ２０、２２、２４、２６からそれぞれ出力を取得することにより、前記第１の発明における「出力取得手段」が実現されている。また、本実施形態では、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の制御が行われることによって、前記第１の発明における「均一化制御手段」が、ステップＳ１０４において感度補正係数Ｋ（ｉ）の算出および各筒内圧センサの出力への乗算が行われることにより、前記第１の発明における「感度補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００３６】
［実施の形態の変形例］
前述したように、機関回転数の変動は、クランク軸回転速度の変動とも言い換えられる。そこで、ステップＳ１０１において、機関回転数の変動に代えて、クランク軸の所定角度（単位角度）の回転に要する時間を活用しても良い。つまり、圧縮ＴＤＣからＡＴＤＣ１２０°ＣＡの期間における所定角度（単位角度）の回転に要した時間を算出してもよい。この算出値を、ステップＳ１０２において、各気筒における当該期間における所定角度（単位角度）の回転に要する時間を、予め定めた１つの目標値に一律に収束させるように、各点火プラグの点火時期をそれぞれ調節してもよい。
【００３７】
本実施形態では、機関回転数センサ３０を利用した回転数変動の検出を行っている。一方、これに変えて、軸トルクを検出するトルクセンサを内燃機関１０に取り付けて、このトルクセンサの出力を利用しても良い。この変形例の場合、ステップＳ１０１において、前述した爆発タイミングの回転数変化に代えて、トルクセンサの出力に基づいて軸トルクの変動が取得される。そして、この変形例では、ステップＳ１０２において、気筒毎の軸トルクの変動（具体的には、例えば、トルク変動量）が予め定めた目標値に収束するように、ＥＣＵ４０が、点火プラグ３２、３４、３６、３８の点火タイミングを調節する。また、他にも、例えば特開２００９−６２８２５号公報にも開示されているように、内燃機関と電動発電機を備えたハイブリッドシステムにおいて、そのハイブリッドシステムからエンジン出力軸トルクを検出する技術が知られている。このようなハイブリッドシステムにかかる出力軸トルク検出技術を用いても良い。
【００３８】
本実施形態では、ステップ１０２において、内燃機関１０の運転条件の１つである点火時期を調節した。しかしながら本発明はこれに限られない。点火時期の調節以外にも、燃料噴射量の調節や、動弁機構のバルブ開弁特性の調節によって、同様の目的を達成しても良い。
【００３９】
なお、本実施形態の技術的背景としては、次のような背景もあった。図示トルクＴｅの式において求めた値と筒内圧センサに基づいて算出した図示トルクとを比較するためには、ＪとＴｆの値が既知である必要がある。Ｊの値は、トランスミッションとの接続状況によって変化し、Ｔｆの値は、エンジンオイルの油温、種類、劣化状況あるいはエンジン回転数によって変化する。このため、これらの値を何らかの方法で検出する必要がある。Ｊについてはアイドリング中に限定すれば設計値から求めることができるが、その場合にはアイドリング中のフリクショントルクを検出する必要がある。フリクショントルクは、フューエルカット時の図示トルクから求めることができる。しかしながら、アイドル回転領域でのフューエルカットは運転条件として成立し得ない。このような事情があるため、ＪとＴｆの両方を検出することが現実的に困難であった。そこで、この点を踏まえ、本実施形態にかかる手法では、機関回転数の変動を一律にした際に図示トルクが一律になるという関係を用いて筒内圧センサの感度補正を行うという手法を採用することとした。
【００４０】
本実施形態にかかる構成は、従来技術と比較して、下記の利点も有している。
特開２００５−３１５１４６号公報に係る技術では、筒内圧の真値＝感度誤差×筒内圧センサ出力＋オフセット誤差という仮定の下に、吸気行程中には吸気圧センサ出力が筒内圧と一致し、かつ、圧縮行程中にはＰＶｋが一定であるという関係を利用して、感度誤差とオフセット誤差を算出している。算出したこれらの値を補正に用いている。
一方、本実施形態では、先ず、筒内圧センサの感度補正に、吸気圧センサを使用しなくとも良い。これにより、吸気圧センサを必要不可欠とする場合に比べてコストを低く抑えることができ、また、吸気圧センサの検知精度に依存しない。また、燃焼時の高圧状態における筒内圧センサの出力感度バラツキを、感度補正の基礎として用いることができる。筒内圧センサは、本来、燃焼圧力検出目的のために設計される。このため、通常、低圧（大気圧相当）のＳ／Ｎ比は高くない。これに対し、本実施形態によれば、筒内圧センサに対して低圧力領域の精度を要求せずとも、感度補正を支障なく行うことができる。
【００４１】
また、特開２００８−２５４０４号公報に係る技術では、圧縮行程中の２点の差圧が、気筒間で零となるように、センサ感度を補正している。しかし、気筒別の吸気量差、圧縮比のばらつきや燃焼室容積バラツキが誤差要因となり、補正精度に影響をおよぼしてしまう。
この点、本実施形態によれば、筒内圧センサから図示トルクを算出して感度補正を行うことによって、圧縮比バラツキやデポジット堆積等に起因する燃焼室容積のバラツキの影響を受けることが無く、気筒毎の吸気量差にも影響を受けない。
【符号の説明】
【００４２】
１０  内燃機関
２０、２２、２４、２６  筒内圧センサ
３０  機関回転数センサ
３２、３４、３６、３８  点火プラグ
【図１】
2011080402.tif 000005
【図２】
2011080402.tif 000006