(57)【要約】【課題】クランク角センサの出力信号に基づいて燃焼騒音の大きさを判定できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】クランク角センサ４０の出力信号のうちシリンダ１２の燃焼行程に当たる部分についての周波数スペクトルを求める。次いでこの周波数スペクトルのうち所定周波数の成分が大きいほど燃焼騒音がより大きいと判定する。この所定周波数は、燃焼行程中の機関回転数に対するシリンダ数の半分の次数に応じた周波数である。エンジン１０は４ストローク４気筒エンジンであり２次の回転次数で燃焼騒音が発生するので、この２次の回転次数にあたる周波数成分の大きさを評価すれば燃焼騒音の大きさを評価することができる。なお、実際には燃料噴射時期の遅角あるいは進角を行うことがあるので、２次の回転次数相当の周波数成分の付近に広がりを有する所定幅の周波数帯成分の大きさを評価することが好ましい。【選択図】図１
2015113805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダ内に設けたピストンと連結されたクランクシャフトの回転に応じた出力信号を発するセンサであるクランク角センサと、
入力と内燃機関の制御量との間の関係または入力と内燃機関の診断結果との間の関係を定めた関数を備え、前記クランク角センサの出力信号のうち少なくとも前記シリンダの燃焼行程に当たる部分に対して周波数解析を行い、前記部分に含まれる周波数成分のうち燃焼騒音が大きいほど大きくなる周波数成分の大きさの値を前記関数に入力し、前記関数の出力する制御量または診断結果に従って内燃機関の制御または診断を行う制御装置と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記関数は、入力された値が大きいほど、燃焼騒音をより抑制するように前記制御量を出力することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記関数は、入力された値の大きさに応じて燃焼騒音を抑制する制御の開始を指示する信号を選択的に出力することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記関数は、入力された値の大きさに応じて燃焼騒音異常が発生しているか否かの診断結果を出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記シリンダに設けられた筒内圧センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記筒内圧センサの出力信号に基づいて燃焼騒音の大きさの値を計算し、
前記関数は、前記クランク角センサの出力信号から求めた前記大きさの値を第１入力とし、前記筒内圧センサにより求めた燃焼騒音の大きさの値を第２入力とし、前記第１入力と前記第２入力との間の差の大きさに応じて前記クランク角センサと前記筒内圧センサの少なくとも一方が異常であるとの診断結果を出力することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記シリンダに設けられた筒内圧センサと、
内燃機関の異常を報知する報知手段と、
を備え、
前記制御装置は、前記筒内圧センサの出力信号に基づいて燃焼騒音の大きさの値を計算し、
前記関数は、前記クランク角センサの出力信号から求めた前記大きさの値を第１入力とし、前記筒内圧センサにより求めた燃焼騒音の大きさの値を第２入力とし、前記第１入力と前記第２入力との間の差の大きさに応じて前記報知手段に異なる信号を出力することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記シリンダが複数個備えられ、各シリンダのピストンが共通のクランクシャフトに連結され、
前記制御装置は、前記部分に含まれる周波数成分のうち、前記燃焼行程中の機関回転数に対するシリンダ数の半分の次数に応じた周波数の成分の大きさの値を前記関数に入力することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記制御装置は、前記クランク角センサの出力信号に対してクランク角速度ピーク位置から離れた部分を周期的にサンプリングし、前記サンプリングした部分に対して周波数解析を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記制御装置は、
前記シリンダへの燃料噴射量と、前記シリンダへの燃料噴射時期と、前記シリンダ内における前記ピストンの位置とに基づいて、前記シリンダ内の燃焼騒音が前記クランク角センサに伝達するまでの騒音伝達時間が長いほど前記サンプリングを行う前記部分から前記クランク角速度ピーク位置が離れる量を大きく設定することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００６−２３３８３９号公報に開示されているように、筒内圧センサを用いて燃焼騒音を抑制する制御を行う内燃機関が知られている。この公報にかかる制御装置は、燃焼騒音が過大となったか否かを、筒内圧変化率（すなわちｄＰ／ｄｔ又はｄＰ／ｄθ）が所定変化率ｄＰｔｈより大きくなったか否かにより判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３３８３９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１７４２０号公報
【特許文献３】特開２００６−１８３５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
筒内圧センサは、気筒内に直接露出するセンサ部を備えている。気筒内の未燃焼成分がこのセンサ部に堆積すると筒内圧センサの感度が低下してしまう。また、内燃機関の仕様によっては筒内圧センサを搭載していないものも多数存在する。そこで、これらの点に鑑みて鋭意研究を行ったところ、本願発明者はクランク角速度波形に含まれる特定周波数成分の大きさが燃焼騒音の大きさと相関するという物理現象に着目した。この物理現象を利用して燃焼騒音と関連する内燃機関の制御あるいは診断を行うという新規な技術が見出された。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、クランクシャフトの回転に燃焼騒音が現れる点を利用して、燃焼騒音と関連した内燃機関の制御あるいは診断を行うことができる内燃機関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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
内燃機関のシリンダ内に設けたピストンと連結されたクランクシャフトの回転に応じた出力信号を発するセンサであるクランク角センサと、
入力と内燃機関の制御量との間の関係または入力と内燃機関の診断結果との間の関係を定めた関数を備え、前記クランク角センサの出力信号のうち少なくとも前記シリンダの燃焼行程に当たる部分に対して周波数解析を行い、前記部分に含まれる周波数成分のうち燃焼騒音が大きいほど大きくなる周波数成分の大きさの値を前記関数に入力し、前記関数の出力する制御量または診断結果に従って内燃機関の制御または診断を行う制御装置と、
を備えることを特徴とする。
燃焼騒音が大きいほど大きくなる周波数は、予め定めた所定周波数としてもよい。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記関数は、入力された値が大きいほど、燃焼騒音をより抑制するように前記制御量を出力することを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記関数は、入力された値の大きさに応じて燃焼騒音を抑制する制御の開始信号と停止信号を択一的に出力することを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、
前記関数は、入力された値の大きさに応じて燃焼騒音異常が発生しているか否かの診断結果を出力することを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、
前記シリンダに設けられた筒内圧センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記筒内圧センサの出力信号に基づいて燃焼騒音の大きさの値を計算し、
前記関数は、前記クランク角センサの出力信号から求めた前記大きさの値を第１入力とし、前記筒内圧センサにより求めた燃焼騒音の大きさの値を第２入力とし、前記第１入力と前記第２入力との間の差の大きさに応じて前記クランク角センサと前記筒内圧センサの少なくとも一方が異常であるとの診断結果を出力することを特徴とする。
【００１１】
第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、
前記シリンダに設けられた筒内圧センサと、
内燃機関の異常を報知する報知手段と、
を備え、
前記制御装置は、前記筒内圧センサの出力信号に基づいて燃焼騒音の大きさの値を計算し、
前記関数は、前記クランク角センサの出力信号から求めた前記大きさの値を第１入力とし、前記筒内圧センサにより求めた燃焼騒音の大きさの値を第２入力とし、前記第１入力と前記第２入力との間の差の大きさに応じて前記報知手段に異なる信号を出力することを特徴とする。
【００１２】
第７の発明は、第１〜第６のいずれか１つの発明において、
前記シリンダが複数個備えられ、各シリンダのピストンが共通のクランクシャフトに連結され、
前記制御装置は、前記部分に含まれる周波数成分のうち、前記燃焼行程中の機関回転数に対するシリンダ数の半分の次数に応じた周波数の成分の大きさの値を前記関数に入力することを特徴とする。
【００１３】
第８の発明は、第１〜第７のいずれか１つの発明において、
前記制御装置は、前記クランク角センサの出力信号に対してクランク角速度ピーク位置から離れた部分を周期的にサンプリングし、前記サンプリングした部分に対して周波数解析を行うことを特徴とする。
【００１４】
第９の発明は、第８の発明において、
前記制御装置は、
前記シリンダへの燃料噴射量と、前記シリンダへの燃料噴射時期と、前記シリンダ内における前記ピストンの位置とに基づいて、前記シリンダ内の燃焼騒音が前記クランク角センサに伝達するまでの騒音伝達時間が長いほど前記サンプリングを行う前記部分から前記クランク角速度ピーク位置が離れる量を大きく設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明によれば、センサ出力信号のうち燃焼騒音に当たる周波数成分の大きさを求めて、燃焼騒音と内燃機関の制御量または診断結果を関係付けた関数にこの周波数成分の大きさを入力変数として算入する。その結果、クランクシャフトの回転を検知可能なセンサを利用して、燃焼騒音と関連する制御あるいは診断を行うことができる。
【００１６】
第２の発明によれば、燃焼騒音を抑制する制御を行い、その抑制量をクランク角センサの出力信号に基づいて調節することができる。
【００１７】
第３の発明によれば、燃焼騒音に当たる周波数成分の大きさを指標にして、燃焼騒音を抑制する制御を実行したり停止したりすることができる。
【００１８】
第４の発明によれば、クランク角センサの出力信号に含まれる燃焼騒音に当たる周波数成分の大きさを指標にして、燃焼騒音の大きさを判定することができる。
【００１９】
第５の発明によれば、クランク角センサの出力信号から求めた燃焼騒音と筒内圧センサの出力信号から求めた燃焼騒音との間の乖離を調査することで、これらのセンサのうち少なくとも一方に対して、本来の性能を発揮しているかを診断することができる。
【００２０】
第６の発明によれば、クランク角センサの出力信号から求めた燃焼騒音と筒内圧センサの出力信号から求めた燃焼騒音との間の乖離を調査することで、これらのセンサのうち少なくとも一方に対して、本来の性能を発揮しているかを診断し、その診断結果を制御装置の外部から認識することができる。
【００２１】
第７の発明によれば、評価する周波数成分を燃焼タイミングがクランク角センサの出力信号に現れるタイミングに合わせて決定したので、燃焼騒音を精度良く評価することができる。
【００２２】
第８の発明によれば、燃焼騒音評価に適した特定のタイミングの出力信号をサンプリングするようにしたので、出力信号中の燃焼騒音に起因する成分を精度良く抽出することができる。
【００２３】
第９の発明によれば、燃焼騒音がクランク角センサに伝達するまでの騒音伝達時間が長いほどサンプリングタイミングを遅らせることで、出力信号中の燃焼騒音が現れる部分を精度良くサンプリングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関における制御装置の制御内容を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関における制御装置の制御内容を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の制御内容を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関において制御装置が実行するルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１にかかる内燃機関において制御装置が実行するルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２にかかる内燃機関において制御装置が実行するルーチンのフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２にかかる内燃機関において制御装置が実行するルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
実施の形態１．
［実施の形態１の装置の構成］
図１および図２は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関を示す図である。図１は、実施の形態１にかかる内燃機関１０（以下、単に「エンジン１０」とも称す）における１つの気筒をクランク軸の軸方向に見た側面図および制御装置５０のブロック図を示している。図２は、直列４気筒式のエンジン１０が有する４つの気筒（すなわち気筒＃１〜＃４）を示す斜視図である。本実施の形態にかかるエンジン１０はディーゼルエンジンである。
【００２６】
図１に示すように、エンジン１０は、シリンダ１２を備えている。シリンダ１２は図示を省略したシリンダブロックに形成されており、その内部にピストン２０が設けられている。シリンダ１２の上方はシリンダヘッド（図示を省略する）で覆われており、ピストン頂面およびシリンダヘッド内面により燃焼室２６が形成されている。ピストン２０は、コネクティングロッド３４でクランクシャフト３６に連結されている。
【００２７】
シリンダ１２の上方には、筒内燃料噴射弁２８および筒内圧センサ３０が設けられている。筒内燃料噴射弁２８が燃料からなる噴霧３２を燃焼室２６内に噴射することで、シリンダ１２が燃焼行程を迎える。燃焼行程で生じた燃焼騒音は、破線で示す振動４２で示すようにピストン２０の頂面からピストン２０の内部をとおり、コネクティングロッド３４を介してクランクシャフト３６に到達する。図２に示すように、気筒＃１〜＃４それぞれのピストン２０からの振動４２はそれぞれクランクシャフト３６に到達する。
【００２８】
なお、本実施の形態ではエンジン１０がディーゼルエンジンとされているが、本発明はこれに限られるものではなくガソリンエンジンであってもよい。その場合には、図示しないシリンダヘッドに、点火プラグと、ポート噴射弁と筒内噴射弁のいずれか片方もしくは両方と、が設けられる。
【００２９】
クランクシャフト３６の端部には、クランクシャフトタイミングロータ３８が取り付けられている。エンジン１０は、クランク角センサ４０を備えている。クランク角センサ４０は、クランクシャフトタイミングロータ３８の信号歯３９および欠歯部(図示せず）を検出することで、クランク角および上死点位置を示す出力信号を発することができる。クランク角センサ４０によるクランク角度検知の分解能は、例えば１度程度の高分解能であることが好ましい。
【００３０】
エンジン１０は、制御装置５０を備えている。制御装置５０はＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）であり、その内部に、演算処理を行うＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、および入出力インターフェース等のハードウェア構成を備えている。制御装置５０は、筒内燃料噴射弁２８、筒内圧センサ３０、クランク角センサ４０、図示しないエアフローメータ、および図示しない空燃比センサなどの各種センサと接続している。制御装置５０は、上記の各種センサの出力信号に基づいて筒内燃料噴射弁２８の燃料噴射量および燃料噴射時期を算出するプログラムを記憶している。制御装置５０は、クランク角センサ４０の出力信号に基づいてクランク角を検知する。
【００３１】
なお、実施の形態１および後述する実施の形態２において、制御装置５０は、「入力とエンジン制御量との間の関係」または「入力とエンジン診断結果との間の関係」を定めた関数を、内部のＲＯＭに記憶している。ここでいう「関数」は、入力値に対して出力値との対応関係を予め定めたものを広く意味している。すなわち、ここでいう「関数」には、数値演算により数値を算出するプログラム、マップのように入力値と出力値の組を複数個記憶したデータ、および、入力値と所定の比較値との大小関係や複数の入力値の大小関係に応じて真偽値あるいは論理値を出力するプログラムが含まれる。また、入力値は１つに限らず複数であっても良い。この関数に対して後述する周波数解析処理で求めた値を入力し、この関数が出力するエンジン制御量または診断結果に従ってエンジン１０の制御または診断が行われる。
【００３２】
［実施の形態１の装置の制御内容］
図３〜５は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の制御内容を説明するための図である。図６は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関が実行するルーチンのフローチャートである。以下、これらの図を用いて、制御装置５０の制御内容を説明する。
【００３３】
燃焼騒音には、噴霧３２のうち燃焼室２６に対して垂直に拡散している噴霧成分が大きく寄与している。この垂直に拡散している噴霧成分が燃焼したときに生ずる振動が、ピストン２０、コネクティングロッド３４、およびクランクシャフト３６を伝わる。伝わった振動が、クランク角センサ４０で検知するクランク角速度に含まれる特定の周波数成分の大きさに影響を及ぼす。
【００３４】
そこで、本実施の形態では、先ず、クランク角センサ４０の出力信号のうちシリンダ１２の燃焼行程に当たる部分についての周波数スペクトルを求める。次いで、この周波数スペクトルのうち、所定周波数の成分が大きいほど燃焼騒音がより大きいと判定する。エンジン１０の設計、試験などの段階で、この所定周波数を予め定めておき、制御装置５０のメモリに記憶しておく。
【００３５】
燃焼騒音判定に用いる周波数を、便宜上、周波数ｆｂと記載する。周波数ｆｂは、エンジン１０の場合は２次の回転次数にあたる周波数である。本実施の形態にかかるエンジン１０は４ストローク４気筒エンジンであり２次の回転次数で燃焼騒音が発生するので、この２次の回転次数にあたる周波数成分の大きさを評価すれば燃焼騒音の大きさを評価することができる。４気筒以外のエンジンについてもシリンダ数の半分の回転次数に応じた周波数を周波数ｆｂとすればよく、例えば５気筒であれば２．５次の回転次数、６気筒であれば３次の回転次数それぞれにあたる周波数成分の大きさを評価すればよい。
【００３６】
なお、実際には燃料噴射時期の遅角あるいは進角を行うことがあるので、２次の回転次数相当の周波数を中心周波数としその付近に広がりを有する所定幅の周波数帯を定め、この所定幅の周波数帯に含まれる周波数成分の大きさを燃焼騒音判定に用いることが好ましい。例えば、その周波数帯に含まれる周波数成分の最大値を燃焼騒音判定に用いてもよい。
【００３７】
図６のルーチンでは、先ず、制御装置５０は、燃料噴射量の取得処理（ステップＳ１００）、噴霧形状の決定処理（ステップＳ１０２）、および燃料噴射時期の取得処理（ステップＳ１０４）を実行する。燃料噴射量および燃料噴射時期は、制御装置５０において算出される制御目標値を用いればよい。噴霧形状は、筒内燃料噴射弁２８のノズル方向、吸気ポート形状などの機械的要素で決まる。よって、実施の形態１では、この噴霧形状を現す情報は予め制御装置５０内に記憶しておくものとする。
【００３８】
次に、制御装置５０は、ピストン位置検出処理（ステップＳ１０６）を実行する。このステップでは、筒内燃料噴射弁２８が燃料を噴射したときのピストン２０の位置を、クランク角から算出する。
【００３９】
次に、制御装置５０は、燃焼室内距離の推定処理（ステップＳ１０８）を実行する。この「燃焼室内距離」は、筒内燃料噴射弁２８のインジェクタ先端部とシリンダ１２内におけるピストン２０の頂面との間の距離である。燃焼室内距離は、筒内燃料噴射弁２８のインジェクタ先端部はエンジン１０の設計時に決まるので、ステップＳ１０６で検出した燃焼時のピストン位置を用いて計算できる。
【００４０】
次に、制御装置５０は、燃焼気筒情報の取得処理（ステップＳ１１０）を実行する。このステップでは、気筒＃１〜＃４のそれぞれで燃焼が起きているタイミングが、クランク角センサ４０の出力信号と対応付けられる。エンジン１０の燃焼順は決まっているので、クランク角センサ４０の出力信号におけるどの部分がどの気筒の燃焼行程付近にあたるかを特定することが可能である。なお、図２に示すように、クランクシャフト３６は一定の長さを有している。気筒＃１〜＃４それぞれとクランクシャフトタイミングロータ３８との間の距離は、気筒番号ごとに異なっており、気筒＃１が最も近く、気筒＃４が最も遠い。そこで後述する「騒音伝達時間」の計算に、この気筒番号の情報を算入しても良い。
【００４１】
次に、制御装置５０は、サンプリング処理およびクランク角速度の取得処理を実行する（ステップＳ１１２）。図３は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関のクランク角速度波形を模式的に示す図である。クランク角センサ４０の出力信号が示すクランク角の値から、クランク角速度を算出したものである。時間軸を横軸に取ったクランク角速度は、図３のように一定周期でピークを迎える波形となる。
【００４２】
図３に示すクランク角速度波形には、エンジン１０の各気筒それぞれの燃焼による振動がより多く現れた部分が存在する。この部分を図３では符号Ｘで示している。本実施の形態では、このような燃焼による振動が多く現れた部分のみを抽出するように、クランク角センサ４０の出力信号に対してサンプリングを行う。
【００４３】
制御装置５０は、気筒＃１〜＃４のいずれを対象に燃焼騒音検出を行うかに応じて、クランク角センサ４０の出力信号から求めたクランク角速度波形に対するサンプリング処理の内容を変更する。サンプリング処理の内容には、具体的には、サンプリング開始タイミングｄｓ、サンプリング周期Ｔｓ、およびサンプリング区間Ｗｓが含まれる。
【００４４】
図３に、サンプリング開始タイミングｄｓ、サンプリング周期Ｔｓ、およびサンプリング区間Ｗｓを示す。サンプリング区間Ｗｓは、サンプリングの始点と終点の長さ、すなわちサンプリング幅である。サンプリング周期Ｔｓは、サンプリングを行う周期である。サンプリング開始タイミングｄｓは、クランク角速度波形における角速度ピーク位置を基準として、サンプリング区間Ｗｓの開始位置を遅らせる量である。
【００４５】
サンプリング区間Ｗｓは、実施の形態１では、次のような処理を用いて最適化する。図１および図２のハードウェア図からもわかるとおり、噴霧３２からクランク角センサ４０までの経路には、ピストン２０の頂面および本体、コネクティングロッド３４、およびクランクシャフト３６が介在している。この経路を通って気筒＃１〜＃４それぞれの燃焼騒音がクランク角センサ４０で検知されるまでには、時間がかかる。この時間を、「騒音伝達時間」とも称す。
【００４６】
騒音伝達時間が短い場合には、図３に示すクランク角速度波形における角速度ピーク位置と燃焼による振動が多く現れた部分との間が近づく。逆に、騒音伝達時間が長い場合には、図３に示すクランク角速度波形における角速度ピーク位置と燃焼による振動が多く現れた部分との間が離れる。騒音伝達時間が長いほど、角速度ピーク位置を基準とするサンプリング区間Ｗｓの開始位置を大きく遅らせることが好ましい。そこで、制御装置５０は、サンプリング開始タイミングｄｓを、騒音伝達時間と連動させて増減することにした。
【００４７】
図４は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の騒音伝達時間を算出するためのマップである。実施の形態１では、騒音伝達時間を、噴霧３２の拡散スピードと、燃焼後のピストン２０、コネクティングロッド３４等を伝達する時間とから換算して求める。具体的には、噴霧形状、燃料噴射量、燃料噴射時期、および上述した燃焼室内距離をパラメータとする関数を横軸とし、縦軸に騒音伝達時間を定めたマップを作成し、制御装置５０のメモリに記憶しておく。燃料噴射量および噴霧形状は、噴霧３２の拡散スピードを求めるために用いる。噴霧の拡散スピードが遅ければ遅いほどあるいは上述した燃焼室内距離が大きければ大きいほど、燃焼騒音が伝達する距離も大きくなり、騒音伝達時間も長くなる。
【００４８】
制御装置５０は、図４に示すマップから取得した騒音伝達時間に連動させて、サンプリング開始タイミングｄｓを増加または減少させる。以上のように、実施の形態１によれば、シリンダ１２への燃料噴射量と、シリンダ１２への燃料噴射時期と、シリンダ１２内におけるピストン２０の位置とに基づいて、シリンダ１２内の燃焼騒音がクランク角センサ４０に伝達するまでの騒音伝達時間に連動させて、サンプリング区間の始点を最適化することができる。その結果、出力信号中の燃焼騒音が現れる部分を精度良くサンプリングすることができる。
【００４９】
次に、制御装置５０は、ステップＳ１１２のサンプリング処理により取得した信号に対して、周波数解析処理を実行する（ステップＳ１１４）。このステップでは、サンプリング処理で取得した信号に含まれる周波数成分を解析するための周波数解析処理が施される。周波数解析の具体的技術は既に高速フーリエ変換等の各種技術が公知であり、新規な事項ではないのでここでは説明を省略する。
【００５０】
図５は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の周波数解析により得た周波数スペクトルである。図５は、横軸に回転次数をとり、縦軸に信号のパワーをとったパワースペクトルである。
【００５１】
前述したようにエンジン１０は４ストローク４気筒エンジンなので、２次の回転次数で燃焼騒音が発生する。よって、２次の回転次数にあたる周波数成分の大きさが、燃焼騒音の大きさと相関を有している。図５における周波数ｆｂが、２次の回転次数にあたる周波数である。図５における値Ｐｆｂは、周波数スペクトル中における周波数ｆｂでの成分であり、燃焼騒音が大きくなるほど大きくなる。図５において実線で囲ったのは、周波数スペクトルのうち２次の回転次数にあたる周波数の成分である。一方、図５において破線で囲ったのは、周波数スペクトルのうち、２次未満（すなわち１次あるいは１．５次など）の回転次数にあたる周波数成分である。
【００５２】
次に、制御装置５０は、燃焼騒音とは無関係な周波数成分をフィルタリングし、値Ｐｆｂを選択的に抽出するフィルタ処理を行う（ステップＳ１１６）。燃焼に関係しない周波数成分は２次の回転次数にあたる周波数成分には乗らない。例えば失火は０．５次の回転次数にあたる周波数成分に表れることが分かっており、エンジンフリクションやノイズ成分は３次以上の回転次数にあたる周波数成分に表れる。そこで、０．５次や３次以上の回転次数にあたる周波数成分を通さない帯域阻止フィルタ処理を、周波数解析結果に施しても良い。また、エンジン１０の共振周波数を予め調べておき、フィルタ処理により共振周波数成分を減衰させるようにしてもよい。
【００５３】
次に、制御装置５０は、燃焼騒音指標値を算出する処理を実行する（ステップＳ１１８）。燃焼騒音指標値は、燃焼騒音が大きければ大きいほど、大きな値に算出される指標値である。制御装置５０は、値Ｐｆｂが大きければ大きいほど、燃焼騒音の大きさを表す指標値を大きく算出する。このようにすることで、燃焼騒音の大きさを量的に表す指標値を、クランク角センサ４０の出力信号から計算することができる。
【００５４】
その後、今回のルーチンが終了する。以上説明した図６のルーチンによれば、クランク角センサ４０の出力信号に含まれる燃焼騒音に当たる周波数成分である値Ｐｆｂの大きさを指標にして、燃焼騒音の大きさを量的に示す指標値を算出することができる。
【００５５】
なお、燃焼騒音指標値を算出することなく、値Ｐｆｂがしきい値Ｐｔｈを超えたか否かに応じて、燃焼騒音異常か否かを二者択一的に判定してもよい。なお、図６のルーチンはクランク角センサ４０の出力信号を用いて燃焼騒音を検出することができ、筒内圧センサ３０の出力は使用していない。
【００５６】
［実施の形態１の変形例］
図７は、本発明の実施の形態１の変形例にかかる内燃機関の制御装置が実行するルーチンのフローチャートである。図７のルーチンは、ステップＳ１１８に代えてステップＳ１３０およびＳ１３２の処理を設けた点が、図６のルーチンと異なっている。
【００５７】
ステップＳ１３０では、制御装置５０が、値Ｐｆｂがしきい値Ｐｔｈ以上か否かを判定する処理を実行する。具体的には、Ｐｆｂ≧Ｐｔｈの判定結果が真（Ｔｒｕｅ）であれば処理はステップＳ１３０へ進み、Ｐｆｂ≧Ｐｔｈの判定結果が偽（Ｆａｌｓｅ）であればステップＳ１３０で燃焼騒音抑制制御の開始を指示する命令は発せられることなく今回のルーチンが終了する。
【００５８】
ステップＳ１３２では燃焼騒音抑制制御の開始を指示する命令が発せられ、制御装置５０が燃焼騒音抑制制御を実行する。燃焼騒音抑制制御は、燃焼騒音を抑制するように、燃料噴射時期などの各種のエンジン制御量を調整するものである。燃焼騒音抑制制御は各種技術が公知であり、燃焼騒音を抑制するように調整するエンジン制御量も次に述べるように様々である。例えば特開２００５−３１５０７７号公報や、特開２００７−２７８１７５号公報に開示された技術を用いても良い。例えば、燃焼騒音抑制制御は、特開２００７−２７８１７５号公報に記載されるように燃料噴射時期を遅角するものであってもよい。また、例えば特開２００５−３１５０７７号公報には、燃焼室の燃焼騒音を抑制するための燃焼騒音抑制手段としてパイロット噴射を利用し、その有無、量および回数を制御することで燃焼騒音を任意のタイミングおよび量で制御する技術が開示されている。さらに、この特開２００５−３１５０７７号公報には、他の燃焼騒音抑制手段としては、例えば高圧ポンプの制御によるデリバリ管の内部圧力の選択的減少、可変ノズル型ターボチャージャー（排気側タービンの回転翼の周りに可動式のノズルベーンを設け、過給圧を可変とした過給器）を搭載した車両における過給圧の選択的減少、ＶＶＴの制御によるバルブタイミングやバルブリフト量の変更、ガソリンエンジンなど点火プラグによって点火するエンジンの場合における点火タイミングの変更など、燃焼条件を制御しうる他の手段およびこれらの任意の組合せを利用することができる旨も記載されている。
【００５９】
その後、今回のルーチンが終了する。以上説明した図７のルーチンによれば、クランク角センサ４０の出力信号に燃焼騒音成分が乗るという点に着目し、クランク角センサ４０の出力信号に含まれる燃焼騒音に当たる周波数成分の大きさを指標にして、燃焼騒音を抑制する制御を実行することができる。
【００６０】
なお、図７のルーチンの変形例として、ステップＳ１３２の燃焼騒音抑制制御において、制御装置５０が、値Ｐｆｂが大きいほど燃焼騒音をより一層抑制するようにエンジン制御量を調整してもよい。これにより、クランク角センサ４０の出力信号に基づいて、燃焼騒音を低下させるようにエンジン制御量を調整することができる。具体的には、例えば、特開２００７−２７８１７５号公報に開示されている技術のように、燃焼騒音が小さくなるように燃料噴射時期を遅角するものであってもよい。また、上記特開２００５−３１５０７７号公報に記載された種々の燃焼騒音抑制手段における各種エンジン制御量を調整しても良い。上記の公知技術で開示されている燃焼騒音の大きさと各種エンジン制御量との関係を予め定めた関数を、数値演算プログラム又はマップの形式で、制御装置５０のメモリに記憶していてもよい。なお、図７のルーチンからステップＳ１３０を削除することにより、この変形例にかかるステップＳ１３２の燃焼騒音抑制制御を常時行っても良い。
【００６１】
なお、実施の形態１では、図６のフローチャートにおけるステップＳ１１８のプログラムが、「入力とエンジン診断結果との間の関係を定めた関数」に相当している。また、実施の形態１では、図７のフローチャートにおけるステップＳ１３０の処理およびＳ１３２のプログラムが「入力とエンジン制御量との間の関係を定めた関数」に相当している。
【００６２】
実施の形態２．
実施の形態２にかかる内燃機関の制御装置は、実施の形態１と同様のハードウェア構成を備えており、制御装置が実行するソフトウェア処理も共通している。従って、以下の説明では、実施の形態１と実施の形態２の相違点を中心に説明し、共通する構成については同一の符号を付し、共通して開示する内容は説明を省略するかあるいは簡略するものとする。
【００６３】
実施の形態１と実施の形態２の主たる相違点は、実施の形態２では、クランク角センサ４０の出力信号から検出した燃焼騒音とともに、筒内圧センサ３０の出力信号から検出した燃焼騒音の値も併用することである。また、実施の形態２においては、制御装置５０は、図７のステップＳ１３２で説明した燃焼騒音制御を、筒内圧センサ３０の出力信号から求めた燃焼騒音指標値を用いて実行しているものとする。
【００６４】
図８は、本発明の実施の形態２にかかる内燃機関の制御装置が実行するルーチンのフローチャートである。実施の形態２は、制御装置５０に図８のルーチンを実行するものである。
【００６５】
図８のルーチンでは、先ず、制御装置５０は、筒内圧センサ３０の出力信号から算出した燃焼騒音指標値ＣＮｃｐｓを算出する（ステップＳ２００）。燃焼騒音指標値ＣＮｃｐｓは、燃焼騒音の大きさに相関を有するパラメータ値である。この燃焼騒音指標値ＣＮｃｐｓは例えばｄＰ／ｄｔやｄＰ／ｄθに基づいて計算してもよく、また筒内圧センサ３０の出力信号から燃焼騒音を検出する技術は既に各種技術が公知であり、新規な事項ではないのでここでは説明を省略する。
【００６６】
なお、それらの各種公知技術で算出される「燃焼騒音の大きさに相関を有するパラメータ値」は様々な単位を取る場合が想定され、下記の燃焼騒音指標値ＣＮｃｒとの間で必ずしも同じ単位とならないことも想定される。この場合は、共通の単位（例えばデシベルｄＢ）に換算するなどして単位を合わせればよい。
【００６７】
次に、制御装置５０は、クランク角センサ４０の出力信号から算出した燃焼騒音指標値ＣＮｃｒを算出する（ステップＳ２０２）。このステップで算出すべき燃焼騒音指標値ＣＮｃｒは、上述した実施の形態１の図６にかかるルーチンを実行することで算出することができる。
【００６８】
次に、制御装置５０は、下記の式（１）に示す条件が成立しているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２０４）。
｜ＣＮｃｐｓ−ＣＮｃｒ｜  ＜  ＣＮｔｈ１    ・・・（１）
【００６９】
式（１）におけるＣＮｔｈ１は、筒内圧センサ３０の出力低下を判定するための補正しきい値である。この補正しきい値は、筒内圧センサ３０の感度低下の傾向があるか否かを判定するためのしきい値である。筒内圧センサ３０のセンサ部に、未燃焼成分、煤あるいはＨＣが堆積することで、筒内圧センサ３０の感度が低下し信頼性が低下するという問題が生じうる。そこで、実施の形態２では、この補正しきい値を用いて筒内圧センサ３０の感度低下を検出する。
【００７０】
式（１）の条件が不成立である場合には、ＣＮｃｐｓとＣＮｃｒの差分の絶対値が、補正しきい値ＣＮｔｈ１未満である。この場合には、処理はステップＳ２００に戻る。
【００７１】
式（１）の条件が成立している場合には、ＣＮｃｐｓとＣＮｃｒの差分の絶対値が、補正しきい値ＣＮｔｈ１以上となっている。この場合には、ＣＮｃｐｓとＣＮｃｒの乖離が、筒内圧センサ３０の感度低下が認められるほどに大きくなっている。そこで、実施の形態２では、続いて、下記の式（２）に示す条件が成立しているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２０６）。
｜ＣＮｃｐｓ−ＣＮｃｒ｜  ＜  ＣＮｔｈ２    ・・・（２）
ただし、ＣＮｔｈ１＜ＣＮｔｈ２である。
【００７２】
式（２）におけるＣＮｔｈ２は、筒内圧センサ３０の故障を検知するための故障しきい値であり、上記の補正しきい値よりも大きい値に定められている。
【００７３】
式（２）の条件が成立している場合には、ＣＮｃｐｓとＣＮｃｒの差分の絶対値が、しきい値ＣＮｔｈ２未満である。この場合には、筒内圧センサ３０の感度低下はあるものの故障には至っていないと判断できる。そこで、実施の形態２では、制御装置５０が、下記の式（３）に従って、補正後指標値ＣＮｃｐｓｃを算出する処理を実行する（ステップＳ２０８）。
ＣＮｃｐｓ＋ＣＮｃｏｒ＝ＣＮｃｐｓｃ    ・・・（３）
補正値ＣＮｃｏｒは予め設定しておけばよく、固定値としてもよいし、ＣＮｃｐｓとＣＮｃｒの差分が大きいほどこれに比例して大きな値となるように可変にしてもよい。
【００７４】
その後、ルーチンはステップＳ２０２に戻り、ステップＳ２０４，Ｓ２０６が再び順次実行される。また、ステップＳ２０８で算出された補正後指標値ＣＮｃｐｓｃを用いて、制御装置５０はエンジン１０の制御を行う。
【００７５】
一方、式（２）の条件が成立している場合には、ＣＮｃｐｓとＣＮｃｒの差分の絶対値が、しきい値ＣＮｔｈ２以上である。この場合には、筒内圧センサ３０の感度低下が大きすぎると判断できる。そこで、この場合には、制御装置５０は、燃焼騒音指標値ＣＮｃｐｓを用いて行っていた燃焼騒音制御を中止し（ステップＳ２１０）、今回のルーチンを終了する。なお、燃焼騒音制御は、実施の形態１において説明した各種公知技術を用いればよい。
【００７６】
以上説明した実施の形態２にかかる具体的制御によれば、筒内圧センサ３０に感度低下や故障といった何らかの異常があるか否かを判定することができる。また、クランク角センサ４０の出力信号から求めた燃焼騒音を基準として筒内圧センサ３０の出力感度変化を補うこともできる。
【００７７】
なお、実施の形態２では、クランク角センサ４０の出力が正しいという前提で、筒内圧センサ３０に感度低下や故障といった何らかの異常があるか否かを判定している。しかしながら、本発明はこれに限られない。例えば、ステップＳ２０６においてＣＮｃｐｓとＣＮｃｒの差分の絶対値がしきい値ＣＮｔｈ２以上であるときには、ステップＳ２１０でクランク角センサ４０および筒内圧センサ３０の両方が異常であると判定しても良い。あるいは、実施の形態２とは反対に、ＣＮｃｐｓとＣＮｃｒの差分の絶対値がしきい値ＣＮｔｈ２以上であるときに、筒内圧センサ３０の出力が正しいという前提で、ステップＳ２１０でクランク角センサ４０に何らかの異常があると判定してもよい。クランク角センサ４０の出力信号から求めた燃焼騒音と筒内圧センサ３０の出力信号から求めた燃焼騒音との間の乖離を調査することで、これらのセンサが本来の性能を発揮しているかを診断することができる。
【００７８】
また、実施の形態２では、上記の異常判定とともに、燃焼騒音指標値ＣＮｃｒを基準として筒内圧センサ３０の出力感度変化を補うようにステップＳ２０８の補正処理を行っているが、本発明はこれに限られるものではない。図８に示すルーチンのうち、燃焼騒音補正値を算出する処理を行わず、筒内圧センサ３０の異常判定のみを行ってもよい。逆に、図８に示すルーチンのうち、筒内圧センサ３０の異常判定を行わず、補正処理のみを行っても良い。
【００７９】
図９は、本発明の実施の形態２の変形例にかかる内燃機関の制御装置が実行するルーチンのフローチャートである。ステップＳ２１０に代えて、ステップＳ２２０の処理が設けられている点を除き、図８と図９に含まれる処理は同じである。また、この変形例では、制御装置５０が、異常報知用のＭＩＬ（malfunction Indicator Light）と接続している。
【００８０】
図９のルーチンでは、ステップＳ２０６においてＣＮｃｐｓとＣＮｃｒの差分の絶対値がしきい値ＣＮｔｈ２以上である場合には、制御装置５０は、ＭＩＬを点灯させる（ステップＳ２２０）。これにより、異常診断の結果を制御装置５０の外部から認識することができる。なお、ＭＩＬ点灯の代わりに、異常報知を示す画像、音その他の方法で情報伝達を行ってもよい。
【００８１】
なお、実施の形態２では、図８のフローチャートにおけるステップＳ２０６およびＳ２１０のプログラムが、「入力とエンジン診断結果との間の関係を定めた関数」に相当している。また、実施の形態２では、図９のフローチャートにおけるステップＳ２０６およびステップＳ２２０のプログラムが、「入力とエンジン診断結果との間の関係を定めた関数」に相当している。
【符号の説明】
【００８２】
１０  内燃機関
１２  シリンダ
２０  ピストン
２６  燃焼室
２８  筒内燃料噴射弁
３０  筒内圧センサ
３２  噴霧
３４  コネクティングロッド
３６  クランクシャフト
３８  クランクシャフトタイミングロータ
３９  信号歯
４０  クランク角センサ
４２  振動
５０  制御装置
【図１】
2015113805.tif 000003
【図２】
2015113805.tif 000004
【図３】
2015113805.tif 000005
【図４】
2015113805.tif 000006
【図５】
2015113805.tif 000007
【図６】
2015113805.tif 000008
【図７】
2015113805.tif 000009
【図８】
2015113805.tif 000010
【図９】
2015113805.tif 000011