(57)【要約】【課題】  所望のタイミングで内燃機関のクランク角の高精度な測定を可能とするクランク角測定装置および測定方法の提供を目的とする。【解決手段】  内燃機関１は、クランク角を検出するクランク角センサ１４と、筒内圧力を検出する筒内圧センサ１５と、ＥＣＵ２０とを備え、ＥＣＵ２０は、圧縮行程にあると判別した燃焼室３に関し、圧縮行程中の２点の仮クランク角ｘおよびｘ＋Δｘに対応した筒内圧力の実測値Ｐ（ｘ）およびＰ（ｘ＋Δｘ）に基づいて、当該２点間における熱発生量の偏差ΔＱＰＶを最小にするクランク角を筒内圧力Ｐ（ｘ）に対応した真のクランク角として算出し、当該真のクランク角と仮のクランク角ｘとに基づいてクランク角センサ１４の検出値を補正するための補正量αを算出する。【選択図】  図２
2005351150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料および空気の混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関に適用され、この内燃機関のクランク角を測定するクランク角測定装置であって、
前記燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
圧縮行程にある燃焼室を判別する判別手段と、
前記判別手段によって圧縮行程にあると判別された燃焼室に関し、圧縮行程中の２点の仮クランク角に対応した前記筒内圧検出手段の検出値に基づいて、前記２点間における熱発生量の偏差を最小にするクランク角を前記圧縮行程中の２点の何れか一方における筒内圧力に対応した真のクランク角として算出する演算手段とを備えることを特徴とするクランク角測定装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記筒内圧検出手段の検出値と筒内容積を所定の指数で累乗した値との積を用いて、前記熱発生量の偏差を最小にするクランク角を算出することを特徴とする請求項１に記載のクランク角測定装置。
【請求項３】
前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサと、
前記熱発生量の偏差を最小にするクランク角と前記仮のクランク角とに基づいて前記クランク角センサの検出値を補正するための補正量を算出する補正量算出手段と、
前記補正量算出手段により算出された前記補正量を前記内燃機関の温度に応じて補正する手段とを更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載のクランク角測定装置。
【請求項４】
燃料および空気の混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関に適用され、この内燃機関のクランク角を測定するクランク角測定方法であって、
圧縮行程にある燃焼室を判別し、圧縮行程にあると判別された燃焼室に関し、圧縮行程中の２点の仮クランク角に対応した筒内圧力の実測値に基づいて、前記２点間における熱発生量の偏差を最小にするクランク角を前記圧縮行程中の２点の何れか一方における筒内圧力に対応した真のクランク角として算出することを特徴とするクランク角測定方法。
【請求項５】
燃料および空気の混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関に適用され、この内燃機関のクランク角を測定するクランク角測定装置であって、
前記燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
圧縮行程中の１点における前記筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の複数点における筒内圧力を推定する筒内圧推定手段と、
前記筒内圧推定手段により推定された前記複数点における筒内圧力に基づいて所定の基準点に対応したクランク角を近似的に算出する演算手段とを備えることを特徴とするクランク角測定装置。
【請求項６】
前記筒内圧推定手段は、前記圧縮行程中の１点における筒内圧力と当該圧縮行程中の１点における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積を、前記複数点のそれぞれにおける筒内容積を前記所定の指数で累乗した値で除することにより、前記複数点における筒内圧力を算出することを特徴とする請求項５に記載のクランク角測定装置。
【請求項７】
前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサと、
前記演算手段によって近似的に算出されたクランク角と前記基準点に対応したクランク角とに基づいて前記クランク角センサの検出値を補正するための補正量を算出する補正量算出手段と、
前記補正量算出手段により算出された前記補正量を前記内燃機関の温度に応じて補正する手段とを更に備えることを特徴とする請求項５または６に記載のクランク角測定装置。
【請求項８】
燃料および空気の混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関に適用され、この内燃機関のクランク角を測定するクランク角測定方法であって、
圧縮行程中の１点における筒内圧力の実測値に基づいて所定の複数点における筒内圧力を推定すると共に、前記複数点における筒内圧力の推定値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角を近似的に算出することを特徴とするクランク角測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランク角を測定するためのクランク角測定装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、各種内燃機関では、クランク角センサを用いて出力軸（クランクシャフト）のクランク角が検出され、当該クランク角は、内燃機関の回転数を求めたり、点火時期等を設定したりするために用いられる。かかるクランク角の検出に用いられるセンサは、クランクシャフトに固定されるロータプレート（シグナルプレート）等を含む磁気センサまたは光電式センサ等であり、一般にディストリビュータに内蔵される。この場合、クランク角センサによるクランク角の検出精度は、ディストリビュータやロータプレートの加工精度や取付精度に大きく依存する。また、クランク角センサの出力信号には、点火プラグやインジェクタ等からの電磁ノイズや、内燃機関自体の振動ノイズが重畳し易い。このため、実際には、クランク角センサの検出値と実際のクランク角（真値）とがズレてしまうことが多い。
【０００３】
クランク角の検出精度を向上させる技術としては、従来から、燃焼室（筒内）に対する燃料の供給を停止させた状態で検出される筒内圧力のピークに対応したクランク角を用いてクランク角センサの検出値を補正するものが知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。かかる手法のもとでは、燃料の供給を停止させた状態で検出される筒内圧力のピークに対応したクランク角が圧縮上死点に相当するものとみなされる。そして、当該クランク角と、圧縮上死点に対応したクランク角センサの検出値との偏差（補正量）が求められ、この偏差を用いて、クランク角センサの検出値が補正される。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−４７４７１号公報
【特許文献２】特開平８−２８３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、内燃機関の運転中に燃焼室に対する燃料の供給を停止させることができるタイミングは限られており、上述の従来の手法のもとでは、そのようなタイミングにならない限り、クランク角センサの検出値が補正されないことになる。このため、従来から、機関始動直後や燃焼室に対して燃料が供給されている時などにおいてもクランク角センサの検出値の補正を可能とする技術が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、所望のタイミングで内燃機関のクランク角の高精度な測定を可能とするクランク角測定装置および測定方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による第１のクランク角測定装置は、燃料および空気の混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関に適用され、この内燃機関のクランク角を測定するクランク角測定装置であって、燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、圧縮行程にある燃焼室を判別する判別手段と、判別手段によって圧縮行程にあると判別された燃焼室に関し、圧縮行程中の２点の仮クランク角に対応した筒内圧検出手段の検出値に基づいて、２点間における熱発生量の偏差を最小にするクランク角を圧縮行程中の２点の何れか一方における筒内圧力に対応した真のクランク角として算出する演算手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、演算手段は、筒内圧検出手段の検出値と筒内容積を所定の指数で累乗した値との積を用いて、熱発生量の偏差を最小にするクランク角を算出すると好ましい。
【０００９】
更に、本発明による第１のクランク角測定装置は、内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサと、熱発生量の偏差を最小にするクランク角と仮のクランク角とに基づいてクランク角センサの検出値を補正するための補正量を算出する補正量算出手段と、補正量算出手段により算出された補正量を内燃機関の温度に応じて補正する手段とを更に備えると好ましい。
【００１０】
本発明による第１のクランク角測定方法は、燃料および空気の混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関に適用され、この内燃機関のクランク角を測定するクランク角測定方法であって、圧縮行程にある燃焼室を判別し、圧縮行程にあると判別された燃焼室に関し、圧縮行程中の２点の仮クランク角に対応した筒内圧力の実測値に基づいて、当該２点間における熱発生量の偏差を最小にするクランク角を圧縮行程中の２点の何れか一方における筒内圧力に対応した真のクランク角として算出することを特徴とする。
【００１１】
本発明による第２のクランク角測定装置は、燃料および空気の混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関に適用され、この内燃機関のクランク角を測定するクランク角測定装置であって、燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、圧縮行程中の１点における筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の複数点における筒内圧力を推定する筒内圧推定手段と、筒内圧推定手段により推定された複数点における筒内圧力に基づいて所定の基準点に対応したクランク角を近似的に算出する演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、筒内圧推定手段は、圧縮行程中の１点における筒内圧力と当該圧縮行程中の１点における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積を、複数点のそれぞれにおける筒内容積を所定の指数で累乗した値で除することに、複数点における筒内圧力を算出すると好ましい。
【００１３】
更に、本発明による第２のクランク角測定装置は、内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサと、演算手段によって近似的に算出されたクランク角と基準点に対応したクランク角とに基づいてクランク角センサの検出値を補正するための補正量を算出する補正量算出手段と、補正量算出手段により算出された補正量を内燃機関の温度に応じて補正する手段とを更に備えると好ましい。
【００１４】
本発明による第２のクランク角測定方法は、燃料および空気の混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関に適用され、この内燃機関のクランク角を測定するクランク角測定方法であって、圧縮行程中の１点における筒内圧力の実測値に基づいて所定の複数点における筒内圧力を推定すると共に、複数点における筒内圧力の推定値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角を近似的に算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、所望のタイミングで内燃機関のクランク角の高精度な測定を可能とするクランク角測定装置および測定方法の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者は、内燃機関のクランク角の高精度な測定を可能とするために鋭意研究を行い、その過程で、まず、筒内圧検出手段によって検出された筒内圧力と、当該筒内圧力の検出時における筒内容積とに基づいて算出される制御パラメータに着目するに至った。より詳細には、本発明者は、クランク角がθである際に筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力をＰ（θ）とし、クランク角がθである際の筒内容積をＶ（θ）とし、比熱比をκとした場合に、筒内圧力Ｐ（θ）と、筒内容積Ｖ（θ）を比熱比（所定の指数）κで累乗した値Ｖκ（θ）との積として得られる制御パラメータＰ（θ）・Ｖκ（θ）（以下、適宜「ＰＶκ」と記す）に着目した。そして、本発明者は、クランク角に対する内燃機関の燃焼室における熱発生量Ｑの変化パターンと、クランク角に対する制御パラメータＰＶκの変化パターンとは、図１に示されるような相関を有することを見出した。ただし、図１において、−３６０°，０°および３６０°は、上死点に、−１８０°および１８０°は、下死点に対応する。
【００１７】
図１において、実線は、所定のモデル気筒において所定の微小クランク角おきに検出された筒内圧力と、当該筒内圧力の検出時における筒内容積を所定の比熱比κで累乗した値との積である制御パラメータＰＶκをプロットしたものである。また、図１において、破線は、上記モデル気筒における熱発生量Ｑを、熱発生率の式：ｄＱ／ｄθ＝｛ｄＰ／ｄθ・Ｖ＋κ・Ｐ・ｄＶ／ｄθ｝／｛κ−１｝に基づき、Ｑ＝∫ｄＱとして算出・プロットしたものである。なお、何れの場合も、簡単のために、κ＝１．３２とした。
【００１８】
図１に示される結果からわかるように、クランク角に対する熱発生量Ｑの変化パターンと、クランク角に対する制御パラメータＰＶκの変化パターンとは、概ね一致（相似）しており、特に、筒内の混合気の燃焼開始（ガソリンエンジンでは火花点火時、ディーゼルエンジンでは圧縮着火時）の前後（例えば、図１における約−１８０°から約１３５°までの範囲）では、熱発生量Ｑの変化パターンと、制御パラメータＰＶκの変化パターンとは極めて良好に一致することがわかる。
【００１９】
一方、内燃機関の圧縮行程、すなわち、吸気弁が全閉とされてから圧縮上死点に達するまでの間は、実質的に断熱過程であるとみなすことができるが、断熱過程においては、内燃機関の燃焼室における熱発生量は理論的には一定となるので、圧縮行程中の所定の２点間における熱発生量Ｑの偏差は理論的にはゼロとなる。また、上述の熱発生量Ｑと制御パラメータＰＶκとの相関を利用すれば、圧縮行程中（吸気弁の全閉から圧縮上死点に達するまでの間）の所定の２点間（クランク角がｘ，ｘ＋Δｘとなる２点間）における熱発生量Ｑの偏差（絶対値）をΔＱＰＶとすると、
【００２０】
【数１】
2005351150.tif 000003
【００２１】
として表すことができる。
【００２２】
ここで、一般には、クランク角センサの検出値と実際のクランク角（真値）との間には、少なからずズレが存在する。従って、上記（１）式におけるｘおよびｘ＋Δｘが真値ではない仮の値（圧縮行程における仮のクランク角）であるとすると、当該仮のクランク角ｘおよびｘ＋Δｘに対応した筒内圧力の実測値Ｐ（ｘ）およびＰ（ｘ＋Δｘ）並びに筒内容積Ｖ（ｘ）およびＶ（ｘ＋Δｘ）を上記（１）式の右辺に代入しても、ΔＱＰＶはゼロとはならない。これに対して、上記（１）式の右辺に、仮のクランク角ｘおよびｘ＋Δｘに対応した筒内圧力の実測値Ｐ（ｘ）およびＰ（ｘ＋Δｘ）を代入すると共に、筒内容積をＶ（θ）およびＶ（θ＋Δｘ）として代入し、吸気弁の全閉から圧縮上死点までの範囲においてθ（クランク角）を変化させていくと、θがある値になったときに、上記（１）式により示されるΔＱＰＶが最小（理想的にはゼロ）となる。そして、上記ΔＱＰＶを最小にするクランク角は、実測値Ｐ（ｘ）に対応する真のクランク角とみなすことができる。
【００２３】
本発明による第１の形態は、このような新規な知見を利用するものである。すなわち、本発明の第１の形態のもとでは、圧縮行程にある燃焼室が判別され、圧縮行程にあると判別された燃焼室に関し、圧縮行程中の２点の仮クランク角（ｘおよびｘ＋Δｘ）に対応した筒内圧力の実測値（Ｐ（ｘ）およびＰ（ｘ＋Δｘ））に基づいて、当該２点間における熱発生量の偏差ΔＱＰＶを最小にするクランク角が算出され、このクランク角が、圧縮行程中の２点の一方（クランク角ｘ）における筒内圧力Ｐ（ｘ）に対応した真のクランク角とされる。
【００２４】
このように、本発明の第１の形態のもとでは、圧縮行程にある燃焼室が判別されれば、筒内圧力のピークを検出する前であっても、真値に近いクランク角を得ることができる。従って、本発明の第１の形態によれば、機関始動直後等の所望のタイミングでクランク角センサの検出値を良好に補正するための補正量を算出し、内燃機関のクランク角の高精度な測定を実行することが可能となる。
【００２５】
また、熱発生量の偏差ΔＱＰＶを最小にするクランク角は、上述のように、筒内圧検出手段の検出値と筒内容積を所定の指数で累乗した値との積を用いて算出されると好ましい。更に、熱発生量の偏差ΔＱＰＶを最小にするクランク角と仮のクランク角（＝ｘ）とに基づいてクランク角センサの検出値を補正するための補正量が算出されると好ましく、この補正量は、例えばエンジン冷却水温度等に代表される内燃機関の温度に応じて補正されると好ましい。これにより、クランク角センサの補正量をより一層真値に近づけることが可能となる。
【００２６】
ところで、内燃機関の吸気弁が全閉とされた後、排気弁が開くまでの間の圧縮行程および膨張行程は、実質的に断熱過程であるとみなすことができる。そして、吸気弁が全閉とされた後、点火が実行されるまで（燃焼が開始されるまで）の間の圧縮行程中の１点（クランク角＝θ０）における筒内圧力の実測値をＰ（θ０）とし、当該圧縮行程中の１点における筒内容積をＶ（θ０）とし、吸気弁の全閉後、排気弁の開弁までの間（圧縮行程および膨張行程）の複数点における筒内圧力および筒内容積をＰ（θ１），Ｐ（θ２），Ｐ（θ３），Ｖ（θ１），Ｖ（θ２），Ｖ（θ３）とすれば、次の（２）式に示される関係が成立する。ただし、Ｐ（θ１），Ｐ（θ２）およびＰ（θ３）は、基本的に、いわゆるモータリング時（クランキング時や減速時）の圧縮圧力に相当するものであり、燃焼による影響分（燃焼圧）を含まないもの（燃焼中の筒内圧力であれば、燃焼による影響分を補正したもの）とする。
【００２７】
【数２】
2005351150.tif 000004
【００２８】
そして、上記（２）式の関係を利用すれば、吸気弁の全閉後、排気弁の開弁までの間の圧縮行程および膨張行程における複数点（クランク角＝θ１，θ２，θ３）における筒内圧力は、次の（３）〜（５）式に示されるように表わされる。
【００２９】
【数３】
2005351150.tif 000005
【００３０】
【数４】
2005351150.tif 000006
【００３１】
【数５】
2005351150.tif 000007
【００３２】
本発明の第２の形態は、このような知見を利用するものである。すなわち、本発明の第２の形態のもとでは、圧縮行程中の１点における筒内圧力の実測値Ｐ（θ０）に基づいて所定の複数点（クランク角＝θ１，θ２，θ３）における筒内圧力が推定され、これらの複数点における筒内圧力の推定値Ｐ（θ１），Ｐ（θ２），Ｐ（θ３）に基づいて例えば圧縮上死点等の所定の基準点に対応したクランク角が例えばガウス近似処理等により近似的に算出される。
【００３３】
このような本発明の第２の形態のもとでは、圧縮行程の１点における筒内圧力の実測値Ｐ（θ０）が得られれば、筒内圧力のピークを検出する前であっても、真値に近いクランク角を得ることができる。従って、本発明の第２の形態によっても、所望のタイミングでクランク角センサの検出値を良好に補正するための補正量を算出し、内燃機関のクランク角の高精度な測定を実行することが可能となる。
【００３４】
また、複数点における筒内圧力Ｐ（θ１），Ｐ（θ２），Ｐ（θ３）は、圧縮行程中の１点における筒内圧力Ｐ（θ０）と当該圧縮行程中の１点における筒内容積Ｖ（θ０）を所定の指数κで累乗した値との積を、筒内容積Ｖ（θ１），Ｖ（θ２）またはＶ（θ３）を所定の指数κで累乗した値で除することにより算出されると好ましい。更に、近似的に算出されたクランク角と基準点に対応したクランク角とに基づいてクランク角センサの検出値を補正するための補正量が算出されると好ましく、この補正量は、例えばエンジン冷却水温度等に代表される内燃機関の温度に応じて補正されると好ましい。これにより、クランク角センサの補正量をより一層真値に近づけることが可能となる。
【００３５】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明する。
【００３６】
図２は、本発明によるクランク角測定装置を備えた内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生するものである。なお、図２には１気筒のみが示されるが、内燃機関１は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１は、例えば４気筒エンジンとして構成される。
【００３７】
各燃焼室３の吸気ポートは、吸気マニホールドを介して吸気管５に接続され、各燃焼室３の排気ポートは、排気マニホールドを介して排気管６に接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが燃焼室３ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、可変バルブタイミング機能を有する動弁機構（図示省略）によって開閉させられる。更に、内燃機関１は、気筒数に応じた数の点火プラグ７を有し、点火プラグ７は、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
【００３８】
吸気管５は、図２に示されるように、サージタンク８に接続されている。サージタンク８には、給気管Ｌ１が接続されており、給気管Ｌ１は、エアクリーナ９を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気管Ｌ１の中途（サージタンク８とエアクリーナ９との間）には、スロットルバルブ（本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ）１０が組み込まれている。一方、排気管６には、図２に示されるように、三元触媒を含む前段触媒装置１１ａおよびＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置１１ｂが接続されている。
【００３９】
更に、内燃機関１は、図２に示されるように、複数のインジェクタ１２を有し、インジェクタ１２は、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。また、内燃機関１の各ピストン４は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には、凹部４ａが形成されている。そして、内燃機関１では、各燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ１２から各燃焼室３内のピストン４の凹部４ａに向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。これにより、内燃機関１では、点火プラグ７の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）されるので、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。なお、本実施形態の内燃機関１は、いわゆる直噴エンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明が吸気管（吸気ポート）噴射式の内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。
【００４０】
上述の各点火プラグ７、スロットルバルブ１０、各インジェクタ１２および動弁機構等は、内燃機関１の制御装置として機能するＥＣＵ２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ２０には、吸入空気量を検出するエアフローメータＡＦＭや、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ１３といった各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、動弁機構等を制御する。
【００４１】
図２に示されるように、ＥＣＵ２０に接続されるセンサ類には、更にクランク角センサ１４が含まれる。クランク角センサ１４は、クランクシャフトに固定されるロータプレート（シグナルプレート）等を含む磁気センサまたは光電式センサ等であり、クランクシャフトの回転角度を示すパルス信号をＥＣＵ２０に与える。また、内燃機関１は、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ（筒内圧検出手段）１５を気筒数に応じた数だけ有している。各筒内圧センサ１５は、対応する燃焼室３内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、図示されないＡ／Ｄ変換器等を介してＥＣＵ２０に電気的に接続されている。各筒内圧センサ１５は、燃焼室３内でその受圧面に加わる圧力（筒内圧力）に応じた電圧信号（検出値を示す信号）をＥＣＵ２０に与える。クランク角センサ１４や各筒内圧センサ１５の検出値は、微小時間おきにＥＣＵ２０に順次与えられ、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。そして、クランク角センサ１４や各筒内圧センサ１５から信号を受け取ったＥＣＵ２０は、各センサの検出値を内燃機関１の制御に用いる。
【００４２】
ここで、クランク角センサ１４によるクランク角の検出精度は、ロータプレート等の加工精度や取付精度に大きく依存し、しかも、クランク角センサの出力信号には、点火プラグ７やインジェクタ１２等からの電磁ノイズや、内燃機関１自体の振動ノイズが重畳し易い。このため、実際には、クランク角センサ１４の検出値と実際のクランク角（真値）とがズレてしまうことが多い。この点に鑑みて、本発明では、各筒内圧センサ１５やＥＣＵ２０等により、クランク角センサ１４の検出値を補正して内燃機関１のクランク角の高精度な測定を可能とするクランク角測定装置が構成される。
【００４３】
次に、図３を参照しながら、上述の内燃機関１においてクランク角センサ１４の検出値を補正するための補正量を算出する手法について説明する。
【００４４】
図３のルーチンに従ってクランク角センサ１４の検出値を補正するための補正量を算出する場合、ＥＣＵ２０は、まず、各筒内圧センサ１５から所定時間おきに発せられる信号に基づいて、当該所定時間の間における筒内圧力の変動量ΔＰを燃焼室３ごとに、
ΔＰ＝Ｐｋ＋１−Ｐｋ
として算出する（Ｓ１０，Ｓ１２）。ただし、Ｐｋは、あるタイミングで何れかの筒内圧センサ１５からＥＣＵ２０に与えられる信号が示す筒内圧力の値を示し、ｋは、１以上の整数である。そして、変動量ΔＰを求めると、ＥＣＵ２０は、変動量ΔＰが予め定められた閾値Ｐｒを上回っているか否か判定する（Ｓ１４）。
【００４５】
ＥＣＵ２０は、Ｓ１２およびＳ１４の処理を繰り返し実行し、何れかの燃焼室３において変動量ΔＰが閾値Ｐｒを上回っていると判断すると（Ｓ１４）、ＥＣＵ２０は、変動量ΔＰが閾値Ｐｒを上回っている燃焼室３が圧縮行程にあると判断し、当該燃焼室３について、所定の記憶領域から、予め定められた仮のクランク角ｘおよびｘ＋Δｘに対応した筒内圧力の実測値Ｐ（ｘ）およびＰ（ｘ＋Δｘ）を読み出す（Ｓ１６）。本実施形態において、仮のクランク角ｘは、吸気弁の全閉から圧縮上死点までの間から選択され、例えば２０°とされる。また、Δｘは、例えば各筒内圧センサ１５のサンプリング周期と同一の１０°とされ、Ｓ１６では、対象となる燃焼室３のＰ（２０°）およびＰ（３０°）の値が所定の記憶領域から読み出される。
【００４６】
仮のクランク角ｘおよびｘ＋Δｘに対応した筒内圧力の実測値Ｐ（ｘ）およびＰ（ｘ＋Δｘ）を読み出すと、ＥＣＵ２０は、上記（１）式の右辺に筒内圧力の実測値Ｐ（ｘ＝２０°）およびＰ（ｘ＋Δｘ＝３０°）を代入すると共に、筒内容積をＶ（θ）およびＶ（θ＋Δｘ）として代入し、吸気弁の全閉から圧縮上死点までの範囲においてθを変化させることにより、熱発生量の偏差ΔＱＰＶを最小にするクランク角を実測値Ｐ（ｘ）に対応する真のクランク角として算出する（Ｓ１８）。本実施形態では、Ｖκ（θ）およびＶκ（θ＋Δｘ）の値が予め算出された上で記憶装置に記憶されており、Ｓ１８において、ＥＣＵ２０は、記憶装置からＶκ（θ）およびＶκ（θ＋Δｘ）の値を順次読み出して上記（１）式の右辺に代入する繰り返し計算を実行することにより、ΔＱＰＶを最小にする真のクランク角を算出する。
【００４７】
実測値Ｐ（ｘ）に対応する真のクランク角を算出すると、ＥＣＵ２０は、当該真のクランク角と、仮のクランク角ｘとの偏差をとることにより、クランク角センサ１４の検出値に対する補正量αを算出する（Ｓ２０）。このように、所望のタイミングで図３のルーチンを実行することにより、クランク角センサ１４の検出値を良好に補正するための補正量を算出し、内燃機関１のクランク角の高精度な測定を実行することが可能となる。そして、図３のルーチンによれば、圧縮行程にある燃焼室３が判別されれば、筒内圧力のピークを検出する前であっても真値に近いクランク角を得ることができることから、図３のルーチンは、特に、各燃焼室３におけるピストン４の位置（クランク角）が不明となる内燃機関１の始動時に実行されると有効である。これにより、内燃機関１の始動直後から、クランク角を精度よく測定することが可能となる。
【００４８】
更に、図３のルーチンにおいては、Ｓ２０にて算出されたクランク角センサ１４の補正量αが更に水温センサ１３によって検出されるエンジン冷却水の温度に応じて補正される（Ｓ２２）。すなわち、クランク角の真値とクランク角センサ１４により検出されるクランク角との偏差（ズレ量）は、冷却水温度等に代表される内燃機関１の温度にも依存するものであり、内燃機関１の温度（冷却水温度）と、上記偏差（ズレ量）の温度依存分δとの間には、図４に示されるような相関が存在する。
【００４９】
このため、本実施形態では、冷却水温度と上記ズレ量δとの関係を規定するマップが予め記憶装置に記憶されており、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０の処理の後、水温センサ１３の検出値に基づいてエンジン冷却水の温度を取得すると共に、取得したエンジン冷却水の温度に対応するズレ量δを上記マップから読み出す。そして、ＥＣＵ２０は、読み出したズレ量δを用いて、Ｓ２０にて算出した補正量αを補正した上で所定の記憶領域に記憶させ、図３のルーチンを終了させる。このように、クランク角センサ１４の補正量αをエンジン冷却水の温度に応じて補正することにより、クランク角センサ１４の補正量αをより一層真値に近づけることが可能となる。
【００５０】
図５は、上述の内燃機関１においてクランク角センサ１４の補正量を算出する他の手法を説明するためのフローチャートである。図５のルーチンは、図３のルーチンと択一的に実行されるものであり、所定の条件が成立した場合に、図５のルーチンが実行されることになる。図５のルーチンに従ってクランク角センサ１４の検出値を補正するための補正量を算出する場合、ＥＣＵ２０は、まず、所定の１つの燃焼室３について、所定の記憶領域から、吸気弁Ｖｉが全閉とされた後、点火が実行されるまで（燃焼が開始されるまで）の間の圧縮行程中の１点（クランク角＝θ０）における筒内圧力の実測値Ｐ（θ０）を読み出す（Ｓ３０）。この筒内圧力の実測値Ｐ（θ０）は、以下の処理において基準となる筒内圧力であり、本実施形態において、θ０は、例えば−６０°とされる。
【００５１】
Ｓ３０にて基準となる筒内圧力Ｐ（θ０）を読み出すと、ＥＣＵ２０は、上記（３）〜（５）式の関係を用いて、上記所定の燃焼室３について、吸気弁Ｖｉの全閉後、排気弁Ｖｅの開弁までの間の圧縮行程および膨張行程における複数点（クランク角＝θ１，θ２，θ３）における筒内圧力Ｐ（θ１），Ｐ（θ２），Ｐ（θ３）を算出（推定）する（Ｓ３２）。本実施形態では、Ｓ３２において、例えばθ１＝−１０°，θ２＝０°，θ３＝１０°となる時の筒内圧力Ｐ（−１０°），Ｐ（０°），Ｐ（１０°）が算出される。なお、本実施形態では、クランク角がθ３＝１０°となる時点では燃焼室３において燃焼が実行されていることになるので、Ｓ３２にて推定される筒内圧力Ｐ（θ３）は、燃焼による影響分（燃焼圧）を除いた（補正した）ものとなる。また、クランク角θ１，θ２およびθ３は、基準点としての圧縮上死点に対応した値が含まれるであろう角度範囲から選択される任意の複数点とすることができる。
【００５２】
ここで、θ１＝−１０°および筒内圧力の推定値Ｐ（−１０°）を（θ１，Ｐ１）と表し、θ２＝０°および筒内圧力Ｐ（０°）を（θ２，Ｐ２）と表し、θ＝１０°および筒内圧力Ｐ（１０°）を（θ３，Ｐ３）と表すと、これらの（θ１，Ｐ１），（θ２，Ｐ２）および（θ３，Ｐ３）を用いてガウス近似処理を実行することにより、基準点としての圧縮上死点に対応したクランク角の近似値を求めることができる（Ｓ３４）。
【００５３】
すなわち、図５のルーチンのもとでは、クランク角が−１０°から１０°の範囲で、筒内圧力は、その特性を良好に反映した次の（６）式（ガウス関数）により表されると仮定される。この場合、（６）式のＰすなわち筒内圧力が最大となるのは、θ＝ｍのときであるから、Ｐを最大にするｍは、圧縮上死点に対応したクランク角（の近似値）に相当する。また、（θ１，Ｐ１），（θ２，Ｐ２）および（θ３，Ｐ３）を（６）式にそれぞれ代入して両辺の対数をとると、次の（７）式が得られ、（７）式を解くことにより、圧縮上死点に対応したクランク角の近似値（＝ｍ）を求めことができる。なお、（７）式において、ｄは時定数を、Ｋはゲインを示す。
【００５４】
【数６】
2005351150.tif 000008
【００５５】
【数７】
2005351150.tif 000009
【００５６】
Ｓ３４の処理により、対象となる燃焼室３について、圧縮上死点に対応したクランク角の近似値（＝ｍ）を求めると、ＥＣＵ２０は、求めた近似値（＝ｍ）と、圧縮上死点に対応するクランク角（本実施形態では、０°）との偏差をとることにより、クランク角センサ１４の検出値に対する補正量αを算出する（Ｓ３６）。更に、図５のルーチンにおいても、Ｓ３６にて算出されたクランク角センサ１４の補正量αは、より一層真値に近づくように、上述のＳ２２と同様にして水温センサ１３によって検出されるエンジン冷却水の温度に応じて補正される（Ｓ３８）。ＥＣＵ２０は、Ｓ３８にてエンジン冷却水の温度に応じて補正した補正量αを所定の記憶領域に記憶させると、図５のルーチンを終了させる。
【００５７】
このように、図５のルーチンによれば、圧縮行程の１点における筒内圧力の実測値Ｐ（θ０）が得られれば、筒内圧力のピークを検出する前であっても、真値に近いクランク角を得ることができる。従って、図５のルーチンが実行されても、クランク角センサ１４の検出値を良好に補正するための補正量を算出し、内燃機関１のクランク角の高精度な測定を実行することが可能となる。なお、Ｓ３０では、すべての燃焼室３について筒内圧力Ｐ（θ０）を読み出して平均値を求め、求めた平均値を用いてＳ３２以降の処理を実行してもよい。また、Ｓ３０にて、すべての燃焼室３について筒内圧力Ｐ（θ０）を読み出し、燃焼室３ごとにＳ３２以降の処理を実行して燃焼室３ごとに補正量αを求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明において用いられる制御パラメータＰＶκと、燃焼室内における熱発生量との相関を示すグラフである。
【図２】本発明によるクランク角測定装置を備えた内燃機関の概略構成図である。
【図３】図２の内燃機関においてクランク角センサの検出値を補正するための補正量を算出する手法を説明するためのフローチャートである。
【図４】内燃機関の温度と、クランク角の真値とクランク角センサにより検出されるクランク角との偏差の温度依存分との間の関係を示すグラフである。
【図５】図２の内燃機関においてクランク角センサの検出値を補正するための補正量を算出する他の手法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１  内燃機関
３  燃焼室
４  ピストン
５  吸気管
６  排気管
７  点火プラグ
８  サージタンク
１０  スロットルバルブ
１１ａ，１１ｂ  触媒装置
１２  インジェクタ
１３  水温センサ
１４  クランク角センサ
１５  筒内圧センサ
ＡＦＭ  エアフローメータ
Ｖｅ  排気弁
Ｖｉ  吸気弁
【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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