(57)【要約】【課題】リセット操作を用いることなく、筒内圧をより正確に検出する。【解決手段】筒内圧検出装置は、筒内圧検出装置は、内燃機関の筒内圧の変化率に応じた信号を出力する筒内圧センサと、該筒内圧センサの出力信号を積分して、筒内圧を算出する積分手段と、該筒内圧を、該筒内圧におけるドリフトを除去するためのドリフト補正項で補正して、補正済み筒内圧を算出する補正手段と、を備える。一実施例では、第１のサイクルで筒内圧サンプリングし、該サンプリングした筒内圧に基づいてドリフト量を算出し、該ドリフト量を、第１のサイクルよりも短いサイクルでオーバーサンプリングし、該オーバーサンプリングしたドリフト量を平均して、該ドリフト補正項を算出する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内圧の変化率に応じた信号を出力する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサからの出力信号を積分して、筒内圧を算出する積分手段と、
前記筒内圧を、該筒内圧におけるドリフトを除去するためのドリフト補正項で補正して、補正済み筒内圧を算出する補正手段と、
を備える、筒内圧検出装置。
【請求項２】
さらに、
前記積分手段から出力された筒内圧を、第１のサイクルでサンプリングする手段と、
前記サンプリングした筒内圧に基づいて、ドリフト量を算出する手段と、
前記ドリフト量を、前記第１のサイクルよりも短いサイクルでオーバーサンプリングする手段と、
前記オーバーサンプリングしたドリフト量を平均して、前記ドリフト補正項を算出する手段と、を備え、
前記補正手段は、該ドリフト補正項を、前記積分手段から出力された筒内圧から減算して、前記補正済み筒内圧を算出する、
請求項１に記載の筒内圧検出装置。
【請求項３】
前記ドリフト量を算出する手段は、さらに、
前記サンプリングした筒内圧から所定の基準値を減算して、該ドリフト量を算出する手段を備える、請求項２に記載の筒内圧検出装置。
【請求項４】
前記第１のサイクルは、前記内燃機関の燃焼サイクルにおける吸気行程が到来するサイクルであり、前記所定の基準値は、該吸気行程における吸気管の圧力である、請求項３に記載の筒内圧検出装置。
【請求項５】
さらに、
前記補正済み筒内圧を、第１のサイクルでサンプリングする手段と、
前記サンプリングした補正済み筒内圧に基づいて、ドリフト量を算出する手段と、
前記ドリフト量を、前記第１のサイクルよりも短いサイクルでオーバーサンプリングする手段と、
前記オーバーサンプリングしたドリフト量を平均する手段と、
前記平均されたドリフト量をゼロに収束させるように、前記ドリフト補正項を算出する手段と、
前記ドリフト補正項を、前記補正手段にフィードバックする手段と、を備え、
前記補正手段は、該フィードバックされたドリフト補正項で、前記積分手段から出力された筒内圧を補正して、前記補正済み筒内圧を算出する、
請求項１に記載の筒内圧検出装置。
【請求項６】
前記ドリフト量を算出する手段は、さらに、
前記サンプリングした筒内圧から所定の基準値を減算して、該ドリフト量を算出する手段を備える、請求項５に記載の筒内圧検出装置。
【請求項７】
前記第１のサイクルは、前記内燃機関の燃焼サイクルにおける吸気行程が到来するサイクルであり、前記所定の基準値は、該吸気行程における吸気管の圧力である、請求項６に記載の筒内圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の筒内圧を検出する装置に関し、より具体的には、検出される筒内圧のドリフトを補正して、より正確な筒内圧を検出する筒内圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関のシリンダ（気筒）には、該シリンダ内の圧力（以下、筒内圧と呼ぶ）を検出する筒内圧センサが設けられる。該センサにより検出される筒内圧は、内燃機関の制御に用いられる。
【０００３】
筒内圧センサとして、圧電素子を用いたセンサが知られている。このセンサは、筒内圧の変化率を検出する。図１９に示されるように、筒内圧センサ１００により検出された筒内圧の変化率は、典型的には積分回路１０１により積分される。該積分回路１０１の出力が、筒内圧として用いられる。
【０００４】
圧電素子を用いた場合、一般に、筒内圧の変化と、筒内圧センサの出力との間の関係に、ヒステリシス特性が存在する。また、圧電素子の温度上昇に伴って、筒内圧センサの出力も上昇する。このような筒内圧センサを内燃機関に搭載すると、内燃機関から発生する熱に依存して、筒内圧センサの出力にバラツキが生じる。その結果、積分回路から出力される筒内圧の波形に、図２０に示すような“ずれ”すなわちドリフトが生じるおそれがある。
【０００５】
このようなドリフトが生じると、筒内圧を正確に検出することが困難となる。また、筒内圧センサの出力は、典型的に、その後のコンピュータ処理のためにアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換される。筒内圧センサの出力にドリフト成分が含まれると、アナログ値である該筒内圧センサの出力と、該出力をＡ／Ｄ変換した後のデジタル値との間に相関性が失われるおそれがある。
【０００６】
以下の特許文献１には、このようなドリフトを補正する技術として、積分回路をリセットする手法が開示されている。図２１を参照すると、各燃焼サイクルの所定のタイミングで、スイッチング素子１１２を閉じる。該素子を閉じると、コンデンサ１１３の前後の電位差が無くなり、よって演算増幅器１１４の出力が基準値にリセットされる。このリセット操作に応じて、ドリフトが除去される。
【特許文献１】特開平７−２８０６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図２２には、上記のようなリセット操作を行った場合の、積分回路から出力される筒内圧波形が示されている。リセット操作は、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４およびｔ５において実施される。このようなリセット操作に起因する波形１１５が、筒内圧波形に重畳されていることがわかる。その結果、リセット操作の前後で、筒内圧波形に不連続な周波数特性が現れる。このような不連続な周波数特性により、筒内圧を用いたその後のコンピュータ処理に、不所望の周波数成分が混入される。これは、内燃機関の制御の精度を低下させる。また、このようなリセット操作を行っても、リセット操作とリセット操作の間、すなわち１燃焼サイクル中は、ドリフトが増大する。
【０００８】
したがって、このようなリセット操作を行うことなく、検出される筒内圧にドリフトが現れないようにする手法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の一つの側面によると、筒内圧検出装置は、内燃機関の筒内圧の変化率に応じた信号を出力する筒内圧センサと、該筒内圧センサの出力信号を積分して、筒内圧を算出する積分手段と、該筒内圧を、該筒内圧におけるドリフトを除去するためのドリフト補正項で補正して、補正済み筒内圧を算出する補正手段と、を備える。
【００１０】
この発明の一実施形態によると、さらに、積分手段から出力された筒内圧を、第１のサイクルでサンプリングし、該サンプリングした筒内圧に基づいて、ドリフト量を算出し、該ドリフト量を、第１のサイクルよりも短いサイクルでオーバーサンプリングし、該オーバーサンプリングしたドリフト量を平均して、上記のドリフト補正項を算出する。補正手段は、該ドリフト補正項を、積分手段から出力された筒内圧から減算して、補正済み筒内圧を算出する。
【００１１】
一実施形態では、サンプリングした筒内圧から所定の基準値を減算することにより、ドリフト量が算出される。また、一実施形態では、上記の第１のサイクルは、内燃機関の燃焼サイクルにおける吸気行程が到来するサイクルであり、上記の所定の基準値は、該吸気行程における吸気管の圧力である。
【００１２】
この発明の他の実施形態によると、さらに、補正済み筒内圧を、第１のサイクルでサンプリングし、該サンプリングした補正済み筒内圧に基づいて、ドリフト量を算出し、該ドリフト量を、第１のサイクルよりも短いサイクルでオーバーサンプリングし、該オーバーサンプリングしたドリフト量を平均し、該平均したドリフト量をゼロに収束させるように、ドリフト補正項を算出する。該ドリフト補正項は、補正手段にフィードバックされる。補正手段は、該フィードバックされたドリフト補正項で、積分手段から出力された筒内圧を補正し、補正済み筒内圧を算出する。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によると、リセット操作を行うことなくドリフト成分を除去することができるので、筒内圧波形に不連続な周波数特性が現れるのを防ぐことができる。
【００１４】
この発明によると、所定の時間間隔で、筒内圧センサの出力に基づいて算出された筒内圧から、ドリフトを除去する。ドリフトが除去された筒内圧を用いることにより、筒内圧センサの出力と、該出力をＡ／Ｄ変換した後のデジタル値との間の相関性が維持される。
【００１５】
この発明の一実施形態によると、筒内圧が算出される第１のサイクルよりも短いサイクルで、ドリフト補正項が算出される。このような短いサイクルに従って筒内圧からドリフトが除去されるので、第１のサイクルにわたって筒内圧にドリフトが増大するのを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う、内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）およびその制御装置の全体的な構成図である。
【００１７】
電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース１ａ、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ１ｂ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ１ｃ、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース１ｄを備えている。メモリ１ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。この発明に従う筒内圧検出のためのプログラムは、該ＲＯＭに格納される。ＲＯＭは、ＥＰＲＯＭのような書き換え可能なＲＯＭでもよい。ＲＡＭには、ＣＰＵ１ｂによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、ＲＡＭに一時的に記憶される。
【００１８】
エンジン２は、たとえば４サイクルのエンジンである。エンジン２は、可変圧縮比機構を備えたものでもよい。
【００１９】
エンジン２は、吸気弁３を介して吸気管４に連結され、排気弁５を介して排気管６に連結されている。吸気弁３および排気弁５は、連続可変動弁系でもよい。ＥＣＵ１からの制御信号に従って燃料を噴射する燃料噴射弁７が、吸気管４に設けられている。代替的に、燃料噴射弁７は、燃焼室８に設けられてもよい。
【００２０】
エンジン２は、吸気管４から吸入される空気と、燃料噴射弁７から噴射される燃料との混合気を、燃焼室８に吸入する。燃焼室８には、ＥＣＵ１からの点火時期信号に従って火花を飛ばす点火プラグ９が設けられている。点火プラグ９によって発せられた火花により、混合気は燃焼する。
【００２１】
筒内圧センサ１５は、点火プラグ９のシリンダに接する部分に埋没されている。代替的に、燃料噴射弁７が燃焼室８に設けられる場合には、筒内圧センサ１５を、該燃料噴射弁７のシリンダに接する部分に埋没させてもよい。筒内圧センサ１５は、燃焼室８内の筒内圧の変化率に応じた信号を生成し、それを、ＥＣＵ１に送る。
【００２２】
エンジン２には、クランク角センサ１７が設けられている。クランク角センサ１７は、クランクシャフト１１の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ１に出力する。
【００２３】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角で出力されるパルス信号である。ＥＣＵ１は、該ＣＲＫ信号に応じ、エンジン２の回転数ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、ピストン１０のＴＤＣ位置に関連したクランク角度で出力されるパルス信号である。
【００２４】
エンジン２の吸気管４には、スロットル弁１８が設けられている。スロットル弁１８の開度は、ＥＣＵ１からの制御信号により制御される。スロットル弁１８に連結されたスロットル弁開度センサ（θＴＨ）１９は、スロットル弁１８の開度に応じた信号を、ＥＣＵ１に供給する。
【００２５】
吸気管圧力（Ｐｂ）センサ２０は、スロットル弁１８の下流側に設けられている。Ｐｂセンサ２０によって検出された吸気管圧力ＰｂはＥＣＵ１に送られる。
【００２６】
ＥＣＵ１に向けて送られた信号は入力インターフェース１ａに渡され、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換される。ＣＰＵ１ｂは、該デジタル信号を、メモリ１ｃに格納されているプログラムに従って処理し、車両のアクチュエータに送るための制御信号を作り出す。出力インターフェース１ｄは、これらの制御信号を、燃料噴射弁７、点火プラグ９、スロットル弁１８、およびその他の機械要素のアクチュエータに送る。
【００２７】
図２は、筒内圧センサ１５の取り付けの一例を示す図である。シリンダヘッド２１のねじ孔２２に点火プラグ９がねじ込まれている。シリンダヘッド２１の点火プラグの取り付け座面２３と、点火プラグ座金部２４との間に、筒内圧センサのセンサ素子部２５が、ワッシャ２６と共に挟み込まれている。センサ素子部２５は、圧電素子からなる。
【００２８】
センサ素子部２５は、点火プラグ９の座金として締め付けられるので、該センサ素子部２５には、所定の締め付け荷重が与えられる。燃焼室８内の圧力が変化すると、該センサ素子部２５に印加される荷重が変化する。筒内圧センサ１５は、該所定の締め付け荷重に対する荷重の変化を、筒内圧の変化として検出する。
【００２９】
図３を参照して、本願発明の原理を説明する。図３の（ａ）は、筒内圧センサ１５の出力、すなわち筒内圧の変化率Ｖｐｓを示す。
【００３０】
筒内圧を検出するため、式（１）に示されるように、筒内圧センサの出力Ｖｐｓを積分する。積分により得られる筒内圧Ｐｃｙｌ’の波形が、図３の（ｂ）に表されている。ライン８１に示されるように、筒内圧Ｐｃｙｌ’にはドリフトが現れている。
【数１】
2005315208.tif 000003
【００３１】
本願発明では、ライン８１に示されるドリフトを算出する。該算出したドリフトが筒内圧Ｐｃｙｌ’から除去されるように、筒内圧を補正する。補正済み筒内圧Ｐｃｙｌは、ドリフトを含まない。この補正済み筒内圧Ｐｃｙｌの波形を、図３の（ｃ）に示す。
【００３２】
以下に、本願発明に従う、いくつかの実施例を説明する。以下の実施例では、時間は、クランク角度を用いて計時される。したがって、サンプリングおよび演算等の各処理は、クランク角度に同期するよう行われる。代替的に、他のパラメータを用いて、時間を計時してもよい。また、代替的に、タイマー等を設けて、各処理を所定の時間間隔で行うようにしてもよい。
【実施例１】
【００３３】
図４は、本発明の第１の実施例に従う、筒内圧検出装置のブロック図である。筒内圧検出装置は、典型的には、ＥＣＵ１内に実現される。示されるブロックにより実現される機能は、典型的には、コンピュータプログラムにより実現される。代替的に、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアおよびこれらの組み合わせにより、これらの機能を実現してもよい（以下のブロック図についても同様である）。筒内圧センサ１５の出力は、アナログデジタル変換され、Ｖｐｓとして筒内圧検出装置に入力される。
【００３４】
積分装置３１は、上記の式（１）に示されるように、筒内圧センサ１５の出力、すなわち筒内圧の変化率Ｖｐｓを積分し、筒内圧Ｐｃｙｌ’を算出する。
【００３５】
補正装置３２は、筒内圧Ｐｃｙｌ’からドリフトが除去されるように、該筒内圧Ｐｃｙｌ’を補正し、補正済み筒内圧Ｐｃｙｌを算出する。この補正は、所定の時間間隔で繰り返し行われる。したがって、所定の時間間隔ごとに、筒内圧Ｐｃｙｌ’からドリフトが除去される。
【００３６】
この第１の実施例では、積分装置３１による積分および補正装置３２による補正は、１燃焼サイクルの長さに等しいＴｎよりも短いＴｋの周期で行われる。好ましくは、Ｔｋは、筒内圧センサの出力をアナログデジタル変換するサイクルの長さに一致するように決められる。こうすることにより、筒内圧センサの出力がデジタル値Ｖｐｓとして得られるたびに、ドリフトを除去するよう筒内圧Ｐｃｙｌ’を補正することができる。
【００３７】
図５は、補正装置３２の詳細なブロック図である。サンプリング回路３５によるサンプリングは、１燃焼サイクルの長さに等しいＴｎの周期で行われる。サンプリング回路３５は、各燃焼サイクルの所定のクランク（ＣＲＫ）角度で、筒内圧Ｐｃｙｌ’をサンプリングする。好ましくは、吸気行程中の所定のクランク角度で、筒内圧Ｐｃｙｌ’をサンプリングする。該サンプリングにより得られた筒内圧サンプルＰｓａｍｐｌｅは、次のサンプリングまでサンプリング回路３５に保持される。図６に、筒内圧サンプルＰｓａｍｐｌｅの波形を示す。
【００３８】
ドリフト量算出回路３６は、サンプリング回路３５により筒内圧サンプルＰｓａｍｐｌｅが生成されることに応じて、式（２）を実行し、ドリフト量Ｐｄｆｔを算出する。
【００３９】
ドリフト量Ｐｄｆｔ＝筒内圧Ｐｓａｍｐｌｅ−基準値        （２）
基準値は、ドリフトの影響がないときの筒内圧を示すように設定されるのが好ましい。この実施例では、基準値として、サンプリング回路３５によるサンプリングと同じタイミングでサンプリングされた、吸気管圧力センサ２０（図１）の出力Ｐｂを用いる。吸気行程中は吸気バルブが開いているので、ドリフトの影響がなければ、筒内圧と吸気管圧力とはほぼ同じ圧力となる。すなわち、筒内圧サンプルＰｓａｍｐｌｅから吸気管圧力Ｐｂを減算した値が、該燃焼サイクル中に蓄積されるドリフト量Ｐｄｆｔを表す。
【００４０】
代替的に、基準値として、吸気管に設けられるエアフローセンサの出力に基づいて算出される圧力値を用いてもよい。
【００４１】
図７に、ドリフト量Ｐｄｆｔの一例を示す。第１の燃焼サイクルにおける吸気行程中の時間ｔ１にサンプリングされた筒内圧サンプルＰｓａｍｐｌｅ１は、次の筒内圧サンプルが得られるまで、サンプリング回路３５に保持される。時間ｔ１にサンプリングされた吸気管圧力Ｐｂとの差が、該第１の燃焼サイクルについてのドリフト量Ｐｄｆｔ１である。同様に、第２の燃焼サイクルにおける吸気行程中の時間ｔ２にサンプリングされた筒内圧サンプルＰｓａｍｐｌｅ２が、次の筒内圧サンプルが得られるまで、サンプリング回路３５に保持される。時間ｔ２にサンプリングされた吸気管圧力Ｐｂとの差が、該第２の燃焼サイクルについてのドリフト量Ｐｄｆｔ２である。こうして、燃焼サイクルごとに、ドリフト量Ｐｄｆｔが算出される。
【００４２】
図５に戻り、オーバーサンプリング回路３７は、ドリフト量Ｐｄｆｔをオーバーサンプリングし、ドリフト量Ｐｄｆｔのサンプルを生成する。移動平均回路３８は、該ドリフト量Ｐｄｆｔのサンプルを移動平均する。これらの動作を、図８を参照して具体的に述べる。
【００４３】
図８の（ａ）には、各燃焼サイクルにおいて（すなわち、Ｔｎの周期で）ドリフト量算出回路３６により算出されたドリフト量Ｐｄｆｔの波形が、一例として示されている。オーバーサンプリング回路３７は、Ｔｎよりも短いＴｋの周期で、ドリフト量Ｐｄｆｔをオーバーサンプリングする。
【００４４】
１燃焼サイクルにおけるサンプリング回数ｍは、（Ｔｎ／Ｔｋ）である。移動平均回路３８は、オーバーサンプリングによって新たなサンプルが得られるたびに、式（３）に従い、サンプルＰｄｆｔ（ｋ−（ｍ−１））〜Ｐｄｆｔ（ｋ）を平均する。ｋは、演算サイクルを示す。こうして、時間Ｔｋあたりのドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐを算出する。
【数２】
2005315208.tif 000004
【００４５】
図８の（ｂ）に示されるようなライン８２は、こうして得られるドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐの一例を示す。該ライン８２が、図３の（ｂ）に示されるライン８１に相当する点に注意されたい。
【００４６】
図５に戻り、補正回路３９は、該時間Ｔｋあたりのドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐを、ドリフト補正項として受け取る。補正回路３９は、筒内圧Ｐｃｙｌ’からドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐを減算することにより筒内圧Ｐｃｙｌ’を補正し、補正済み筒内圧Ｐｃｙｌを算出する。補正済み筒内圧Ｐｃｙｌは、図３の（ｃ）を参照して説明したように、ドリフトを含まない筒内圧を示す。
【００４７】
こうして、筒内圧センサの出力がデジタル値Ｖｐｓとして得られるたびに、筒内圧Ｐｃｙｌ’がドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐで補正される。周期Ｔｋの長さは、燃焼サイクルの長さよりも短いので、１燃焼サイクルにわたって筒内圧にドリフトが蓄積されることを回避することができる。
【００４８】
上記の実施例では、オーバーサンプリングされたドリフト量のサンプルを平均するのに、移動平均法を用いた。代替的に、他のフィルタリング（たとえば、ローパスフィルタ）を用いてもよい。
【００４９】
上記の実施例では、ドリフト量Ｐｄｆｔを算出するのに、筒内圧Ｐｃｙｌ’から基準値Ｐｂを減算する。代替的に、基準値Ｐｂを減算せず、吸気行程中の筒内圧Ｐｃｙｌ’をドリフト量Ｐｄｆｔとして用いてもよい。吸気行程（特に、吸気行程の開始付近）においては、筒内圧センサに現れる圧力は、典型的にはドリフトに起因すると考えられるからである。しかしながら、基準値を用いることで、特に吸気管圧力Ｐｂを基準値に設定することで、より正確にドリフト量Ｐｄｆｔを算出することができ、ドリフト補正後の筒内圧Ｐｃｙｌの絶対値の精度を上げることができる。
【００５０】
図９は、図５のサンプリング回路３５のより詳細な動作を示す図である。図９の（ａ）は、積分装置３１から出力される筒内圧Ｐｃｙｌ’を示す。
【００５１】
サンプリング回路３５は、アップカウンタを備える。アップカウンタの値Ｄｃｎｔが、図９の（ｂ）に示されている。アップカウンタは、各燃焼サイクルの吸気行程の開始時点、すなわちクランク角度がゼロになった時に、ゼロにリセットされる。アップカウンタは、クランク角センサ１７（図１）からのクランク信号に従ってカウントする。
【００５２】
一実施例では、クランク信号は、クランク軸が１度回転するたびに出力される。１燃焼サイクル中、クランク信号は７２０回出力される。よってアップカウンタは、各燃焼サイクルにおいて、０から７２０までカウントする。
【００５３】
図９の（ｂ）には、さらに、筒内圧Ｐｃｙｌ’をサンプリングすべきクランク角度Ｄｓａｍｐｌｅを示す波形が示されている。該クランク角度Ｄｓａｍｐｌｅの値は、予め決められている。サンプリング回路３５は、アップカウンタの値Ｄｃｎｔと、該クランク角度Ｄｓａｍｐｌｅとを比較する。
【００５４】
図９の（ｃ）に示されるように、アップカウンタの値Ｄｃｎｔがクランク角度Ｄｓａｍｐｌｅに一致した時、所定値（たとえば、１）を持つサンプル信号Ｔｓａｍｐｌｅを出力する。アップカウンタの値Ｄｃｎｔが所定値Ｄｓａｍｐｌｅに一致しない時は、ゼロ値を持つサンプル信号Ｔｓａｍｐｌｅが生成される。
【００５５】
図９の（ｄ）に示すように、所定値を持つサンプル信号Ｔｓａｍｐｌｅが出力されることに応じて、サンプリング回路３５は筒内圧Ｐｃｙｌ’をサンプリングし、筒内圧サンプルＰｓａｍｐｌｅを得る。ゼロ値を持つサンプル信号Ｔｓａｍｐｌｅが出力されている間は、該筒内圧サンプルＰｓａｍｐｌｅがサンプリング回路３５に保持される。前述したように、燃焼サイクルの長さに等しいＴｎの周期で、筒内圧サンプルＰｓａｍｐｌｅは生成される。
【実施例２】
【００５６】
図１０は、本願発明の第２の実施例に従う、図４の筒内圧検出装置に示される補正装置３２を示す。図５に示される補正装置と異なる主な点は、コントローラ５０が設けられることである。
【００５７】
サンプリング回路４５は、補正済み筒内圧Ｐｃｙｌをサンプリングする。サンプリングする手法は、図５に示されるサンプリング回路３５と同様であり、サンプルＰｓａｍｐｌｅはサンプリング回路４５に保持される。しかしながら、サンプリング回路３５のサンプリングの対象が補正前筒内圧Ｐｃｙｌ’であるのに対し、サンプリング回路４５のサンプリングの対象が補正済み筒内圧Ｐｃｙｌである点に注意されたい。これは、以下に記述するコントローラ５０が、該コントローラから出力されたドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤが反映された波形（すなわち、補正済み筒内圧Ｐｃｙｌ）を入力として用いる必要があるからである。
【００５８】
ドリフト量算出回路４６、オーバーサンプリング回路４７および移動平均回路４８は、図５に示されるドリフト量算出回路３６、オーバーサンプリング回路３７および移動平均回路３８と同様に動作する。
【００５９】
コントローラ５０は、時間Ｔｋあたりのドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐが目標値Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ｃｍｄに収束するように、ドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤを算出する。補正回路４９は、ドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤを筒内圧Ｐｃｙｌ’に加算することによって筒内圧Ｐｃｙｌ’を補正し、補正済み筒内圧Ｐｃｙｌを算出する。
【００６０】
この実施例では、吸気行程中の筒内圧Ｐｃｙｌと吸気管圧力Ｐｂとの差がなくなるように制御するので、目標値Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ｃｍｄはゼロである。前述したように、筒内圧サンプルＰｓａｍｐｌｅから基準値Ｐｂを減算しなくてもよい。この場合には、目標値Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ｃｍｄに、吸気管行程中にサンプリングされた吸気管圧力Ｐｂを設定する。
【００６１】
コントローラ５０は、燃焼サイクルの長さＴｎよりも短いＴｋの周期で応答指定型制御を実施し、ドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐを収束させる。
【００６２】
応答指定型制御は、制御量（ここでは、ドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ）の目標値への収束速度を指定することができる制御である。応答指定型制御によれば、ドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐを、オーバーシュートを生じさせることなく、所望の速度でゼロに収束させることができる。この実施例では、応答指定型制御として、簡易型のスライディングモード制御を用いる。
【００６３】
図１１は、コントローラ５０のさらに詳細なブロック図である。応答指定型制御を実施するため、切り換え関数設定部５２は、式（４）に示されるような切り換え関数σを設定する。Ｅｎｃは、式（５）に示されるように、補正済み筒内圧Ｐｃｙｌ（ｋ）について算出されたドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ（ｋ）と目標値Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ｃｍｄとの間の偏差を示す。ここで、ｋは演算サイクルを示す。
【００６４】
σ（ｋ）＝Ｅｎｃ（ｋ）＋ＰＯＬＥ・Ｅｎｃ（ｋ−１）      （４）
Ｅｎｃ（ｋ）＝Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ（ｋ）−Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ｃｍｄ
（５）
ＰＯＬＥは、切換関数σの応答指定パラメータであり、ドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐの収束速度を規定する。ＰＯＬＥは、好ましくは、−１＜ＰＯＬＥ＜０を満たすよう設定される。
【００６５】
切換関数σ(k)＝０とした式は等価入力系と呼ばれ、ドリフト量の収束特性を規定する。σ(k)＝０とすると、式（４）は、式（６）のように表されることができる。
【００６６】
Ｅｎｃ（ｋ）＝−ＰＯＬＥ・Ｅｎｃ（ｋ−１）    （６）
ここで、図１２を参照して、切り換え関数について説明する。縦軸がＥｎｃ（ｋ）および横軸がＥｎｃ（ｋ−１）の位相平面上に、式（６）が、線６１で表現されている。この線６１を切換線と呼ぶ。Ｅｎｃ（ｋ−１）およびＥｎｃ（ｋ）の組合せからなる状態量（Ｅｎｃ（ｋ−１）, Ｅｎｃ（ｋ）））の初期値が、点６２で表されているとする。応答指定型制御は、点６２で表される状態量を、切換線６１上に載せて該切換線６１上に拘束するよう動作する。
【００６７】
応答指定型制御によると、状態量６２を切換線６１上に保持することにより、該状態量を、外乱等の影響されることなく、極めて安定的に位相平面上の原点０に収束させることができる。言い換えると、状態量（Ｅｎｃ（ｋ−１）, Ｅｎｃ（ｋ））を、式（６）に示される入力の無い安定系に拘束することにより、外乱に対してロバストに、偏差Ｅｎｃをゼロに収束させることができる。
【００６８】
この実施例では、切換関数σに関する位相空間が２次元であるので、切換線は直線６１で表される。位相空間が３次元である場合には、切換線は平面で表され、位相空間が４次元以上になると、切換線は超平面となる。
【００６９】
応答指定パラメータＰＯＬＥは、可変に設定することができる。応答指定パラメータＰＯＬＥを調整することにより、偏差Ｅｎｃの収束速度を指定することができる。
【００７０】
図１３を参照すると、参照番号６５、６６および６７は、応答指定パラメータＰＯＬＥが、それぞれ、−１、−０．８、−０．５の場合の偏差Ｅｎｃの収束速度を示す。応答指定パラメータＰＯＬＥの絶対値が小さくなるにつれ、偏差Ｅｎｃの収束速度は速くなる。
【００７１】
図１１に戻り、到達則算出部５３は、式（７）に示されるように、切換関数σの比例項により表される到達則入力Ｕｒｃｈを算出する。到達則入力Ｕｒｃｈは、状態量を切り換え線上に載せるための入力である。適応則算出部５４は、式（８）に示されるように、切換関数σの積算項で表される適応則入力Ｕａｄｐを算出する。適応則入力Ｕａｄｐは、定常偏差を抑制しつつ、状態量を切換線に載せるための入力である。ＫｒｃｈおよびＫａｄｐは、フィードバックゲインであり、それぞれ、シミュレーション等によって予め定められる。加算器５５は、式（９）に示されるように、到達則入力Ｕｒｃｈと適応則入力Ｕａｄｐとを加算する。こうして、ドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤが算出される。
【数３】
2005315208.tif 000005
【００７２】
図１０に示されるように、ドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤ（ｋ）は、補正回路４９にフィードバックされる。補正回路４９は、受け取ったドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤ（ｋ）を、次のサイクルで得た筒内圧Ｐｃｙｌ’（ｋ＋１）に加算し、補正済み筒内圧Ｐｃｙｌ（ｋ＋１）を算出する。該補正済み筒内圧Ｐｃｙｌ（ｋ＋１）に基づいて、再び、ドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤ（ｋ＋１）が算出され、補正回路４９にフィードバックされる。
【００７３】
図１４を参照して、応答指定型制御を用いた場合の効果について説明する。図１４の（ａ）は、前述した第１の実施例において、移動平均回路３８から出力されるドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐの波形を示す。符号７１〜７３に示されるように、該波形には不連続性が生じる。これは、ドリフト量Ｐｄｆｔを燃焼サイクルごとに算出することに起因する。すなわち、時間Ｔｎにわたって、算出されるドリフト量Ｐｄｆｔが一定であることに起因する。このような不連続な波形で表されるドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐで筒内圧Ｐｃｙｌ’を補正すると、補正済み筒内圧Ｐｃｙｌの波形に不連続性が現れるおそれがある。これは、補正済み筒内圧波形を周波数分解する処理等において好ましくないことがある。応答指定型制御を用いれば、このような不連続性を解消することができる。
【００７４】
図１４の（ｂ）は、コントローラ５０により算出されるドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤを示す。比較のため、図１４の（ａ）に示されるドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐが点線で示されている。
【００７５】
応答指定型制御により、ドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤが、漸近的に目標値（ゼロ値）になるように算出されるので、ドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤは、連続した波形として得られる。ドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤの波形が不連続性を持たないので、筒内圧Ｐｃｙｌの波形に、不所望の不連続性が現れることを回避することができる。
【００７６】
次に、図１５〜図１８を参照して、第２の実施例に従う、筒内圧Ｐｃｙｌを算出するプロセスを説明する。
【００７７】
図１５は、ドリフト量Ｐｄｆｔを算出するプロセスのフローチャートを示す。前述したように、このプロセスは、Ｔｎの周期で実施される。ｎは、演算サイクルを示す。
【００７８】
ステップＳ１において、図９を参照して説明したように、アップカウンタの値Ｄｃｎｔが、筒内圧をサンプリングすべきクランク角度Ｄｓａｍｐｌｅに達した時に、該プロセスは開始される（Ｓ１）。前述したように、一実施例では、各燃焼サイクルの吸気行程中の所定のタイミングで、該プロセスは開始される。
【００７９】
ステップＳ２において、補正済み筒内圧Ｐｃｙｌをサンプリングし、筒内圧サンプルＰｓａｍｐｌｅを得る。また、吸気管圧力センサからの出力Ｐｂをサンプリングする。ステップＳ３において、筒内圧サンプルＰｓａｍｐｌｅと、吸気管圧力Ｐｂとの差を、ドリフト量Ｐｄｆｔとして算出する。
【００８０】
図１６は、補正済み筒内圧Ｐｃｙｌを算出するプロセスのフローチャートを示す。このプロセスは、Ｔｋの周期で実施される。ｋは、演算サイクルを示す。
【００８１】
ステップＳ１１において、筒内圧センサ１５の出力Ｖｐｓを読み込む（すなわち、筒内圧センサ１５の出力をサンプリングして、デジタル値Ｖｐｓを得る）。ステップＳ１２において、積分ルーチン（図１７）を実施する。該積分ルーチンにより、筒内圧センサの出力Ｖｐｓが積分され、筒内圧Ｐｃｙｌ’が算出される。
【００８２】
ステップＳ１３において、ステップＳ３（図１５）で得られたドリフト量Ｐｄｆｔ（ｎ）をオーバーサンプリングする。ステップＳ１４において、上記の式（３）に示されるように、オーバーサンプリングにより得られたｍ個のサンプル値、すなわちＰｄｆｔ（ｋ）〜Ｐｄｆｔ（ｋ−（ｍ−１））を移動平均し、時間Ｔｋあたりのドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐを算出する。
【００８３】
ステップＳ１５において、簡易型の応答指定型制御を実施し、ドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤを算出する。ステップＳ１６において、積分装置から得られた筒内圧Ｐｃｙｌ’に、ドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤを加算し、補正済み筒内圧Ｐｃｙｌを算出する。
【００８４】
図１７は、図１６のステップＳ１２の積分処理のフローチャートを示す。ステップＳ２１において、現在の周期Ｔｋが、実際、どのくらいの時間（秒）であるかを計算する。前述したように、この実施例では、クランク角度を用いて計時される。たとえば、“Ｔｋの周期で”行われる処理は、“クランク角度がＤ（たとえば、０．２５度）進むたびに”行われる。クランク角度の周期Ｄに対応する時間的な長さは、実際には、エンジン回転数に従って変化する。したがって、各サイクルにおいて、検出されたエンジン回転数に基づいて周期Ｔｋの実際の時間長を算出し、該時間長に基づいて補正済み筒内圧を算出するのが好ましい。
【００８５】
今回検出されたエンジン回転数ＮＥ（ｋ）が、１分間あたりのクランク軸の回転数を示すとすると、１秒あたりのクランク軸の回転数は、（ＮＥ（ｋ）／６０）である。一方、Ｄのクランク角度ごとに、筒内圧センサの出力Ｖｐｓがサンプリングされるとすると、クランク軸の１回転あたりのサンプリング回数は、３６０／Ｄである。
【００８６】
したがって、筒内圧センサの出力Ｖｐｓをサンプリングする周波数Ｈ（Ｈｚ）は、式（１０）で表される。
【００８７】
Ｈ＝（ＮＥ（ｋ）×３６０／Ｄ）／６０＝（６×ＮＥ（ｋ））／Ｄ
（１０）
したがって、今回のサイクルの実際の時間長Ｔｋ（ｋ）は、式（１１）により算出される。ここで、Ｔｋ（ｋ）の単位は、秒である。
【００８８】
Ｔｋ（ｋ）＝１／Ｈ＝Ｄ／（６×ＮＥ（ｋ））      （１１）
ステップＳ２２およびＳ２３は、積分処理を示す。ステップＳ２２において、時間Ｔｋ（ｋ）あたりの筒内圧の変化量ΔＰｃｙｌ’（ｋ）を算出する。筒内圧センサの出力Ｖｐｓ（ｋ）は筒内圧Ｐｃｙｌ’の変化率を表しているので、時間Ｔｋ（ｋ）あたりの筒内圧の変化量ΔＰｃｙｌ’（ｋ）は、式（１２）のように算出される。実際の時間長Ｔｋ（ｋ）を用いることにより、筒内圧の変化量ΔＰｃｙｌ’を、より正確に算出することができる。
【００８９】
ΔＰｃｙｌ’（ｋ）＝Ｖｐｓ（ｋ）×Ｔｋ（ｋ）      （１２）
ステップＳ２３において、ステップＳ２２で算出された、時間Ｔｋ（ｋ）あたりの筒内圧の変化量ΔＰｃｙｌ’（ｋ）を、筒内圧の前回値Ｐｃｙｌ’（ｋ−１）に加算することにより、筒内圧の今回値Ｐｃｙｌ’（ｋ）を算出する。
【００９０】
代替的に、筒内圧Ｐｃｙｌ’の算出を、クランク角度に同期させずに、所定の時間間隔で行ってもよい。たとえば、所定の時間がセットされたタイマーに同期するよう実施することができる。このような場合には、実際の時間長Ｔｋ（ｋ）には、該所定の時間間隔がセットされる。また、他のパラメータに同期するよう筒内圧Ｐｃｙｌ’を算出することもできるが、この場合にも、周期Ｔｋの実際の時間長を考慮して、筒内圧の変化量ΔＰｃｙｌ’を算出するのが好ましい。
【００９１】
図１８は、ステップＳ１５（図１６）の応答指定型制御のフローチャートを示す。ステップＳ３１において、時間Ｔｋあたりのドリフト量の前回値Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ（ｋ−１）と、その目標値Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ｃｍｄとの偏差Ｅｎｃ（ｋ−１）を算出する。ステップＳ３２において、時間Ｔｋあたりのドリフト量の今回値Ｐｃｙｌ＿ｃｍｐ（ｋ）と、その目標値Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ｃｍｄとの偏差Ｅｎｃ（ｋ）を算出する。
【００９２】
ステップＳ３３において、上記の式（４）に従い、切り換え関数σを算出する。ステップＳ３４において、上記の式（７）に従い、到達則入力Ｕｒｃｈを算出する。
【００９３】
ステップＳ３５において、切り換え関数の積算値の前回値Ｇ（ｋ−１）に、切り換え関数σ（ｋ）を加算して、切り換え関数の積算値の今回値Ｇ（ｋ）を算出する。ステップＳ３６において、上記の式（８）に従い、適応則入力Ｕａｄｐを算出する。ステップＳ３７において、上記の式（９）に従い、補正装置３１への制御入力、すなわちドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤを算出する。
【００９４】
代替的に、応答指定型制御とは異なる制御手法、たとえばバックステッピング法、または最適制御などを用いて、ドリフト補正項Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐ＿ＳＬＤを算出してもよい。
【００９５】
本発明は、汎用の（例えば、船外機等の）内燃機関に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】この発明の一実施例に従う、エンジンおよびその制御装置を概略的に示す図。
【図２】この発明の一実施例に従う、筒内圧センサの取り付けを示す図。
【図３】この発明の一実施例に従う、（ａ）筒内圧センサの出力、（ｂ）ドリフトを含む筒内圧の波形、および（ｃ）ドリフトが除去された補正済み筒内圧の波形を示す図。
【図４】この発明の一実施例に従う、筒内圧検出装置のブロック図。
【図５】この発明の一実施例に従う、補正装置のブロック図。
【図６】この発明の一実施例に従う、筒内圧サンプルＰｓａｍｐｌｅの波形を示す図。
【図７】この発明の一実施例に従う、ドリフト量Ｐｄｆｔを示す図。
【図８】この発明の一実施例に従う、時間Ｔｋあたりのドリフト量Ｐｃｙｌ＿ｃｏｍｐを示す図。
【図９】この発明の一実施例に従う、筒内圧Ｐｃｙｌ’をサンプリングする手法を示す図。
【図１０】この発明の他の実施例に従う、補正装置のブロック図。
【図１１】この発明の他の実施例に従う、コントローラのブロック図。
【図１２】この発明の他の実施例に従う、応答指定型制御の切換関数を示す図。
【図１３】この発明の他の実施例に従う、応答指定型制御の応答指定パラメータを示す図。
【図１４】この発明の一実施例に従う、（ａ）応答指定型制御を用いない場合のドリフト補正項の不連続性、および（ｂ）応答指定型制御を用いる場合のドリフト補正項の連続性を示す図。
【図１５】この発明の一実施例に従う、ドリフト量Ｐｄｆｔを算出する処理のフローチャート。
【図１６】この発明の一実施例に従う、補正済み筒内圧Ｐｃｙｌを算出する処理のフローチャート。
【図１７】この発明の一実施例に従う、積分処理のフローチャート。
【図１８】この発明の一実施例に従う、応答指定型制御のフローチャート。
【図１９】従来技術に従う、筒内圧センサの出力を積分する回路。
【図２０】筒内圧のドリフトを示す図。
【図２１】従来技術に従う、リセット手段を備える、筒内圧センサの出力を積分する回路。
【図２２】従来技術に従う、リセット操作による筒内圧波形への影響を示す図。
【符号の説明】
【００９７】
１  ＥＣＵ
２  エンジン
８  燃焼室
１５  筒内圧センサ
【図１】
2005315208.tif 000006
【図２】
2005315208.tif 000007
【図３】
2005315208.tif 000008
【図４】
2005315208.tif 000009
【図５】
2005315208.tif 000010
【図６】
2005315208.tif 000011
【図７】
2005315208.tif 000012
【図８】
2005315208.tif 000013
【図９】
2005315208.tif 000014
【図１０】
2005315208.tif 000015
【図１１】
2005315208.tif 000016
【図１２】
2005315208.tif 000017
【図１３】
2005315208.tif 000018
【図１４】
2005315208.tif 000019
【図１５】
2005315208.tif 000020
【図１６】
2005315208.tif 000021
【図１７】
2005315208.tif 000022
【図１８】
2005315208.tif 000023
【図１９】
2005315208.tif 000024
【図２０】
2005315208.tif 000025
【図２１】
2005315208.tif 000026
【図２２】
2005315208.tif 000027