(57)【要約】【課題】  ドライバビリティの低下を抑えつつ、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て内燃機関のクランク角の高精度な測定を可能とする。【解決手段】  内燃機関１では、燃焼室３内の筒内圧力を検出する筒内圧センサ１５の検出値に基づいて圧縮上死点に対応したクランク角の近似値が求められると共に、当該近似値と圧縮上死点に対応したクランク角センサ１４の検出値とに基づいて仮補正量αmが算出され、更に、内燃機関１の負荷と、予め定められた内燃機関１の負荷とクランク角センサ１４の補正量との相関とを用いて、仮補正量αmが高負荷時における補正量α80に換算される。【選択図】  図３
2005351148.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検出するクランク角センサの検出値を補正するための補正装置であって、
前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
前記燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
前記筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角の近似値を求めると共に、求めた近似値と前記基準点に対応した前記クランク角センサの検出値とに基づいて前記クランク角センサの仮補正量を算出する演算手段と、
前記負荷検出手段によって検出された前記内燃機関の負荷と、予め定められた前記内燃機関の負荷と前記クランク角センサの補正量との相関とを用いて、前記演算手段によって算出された前記仮補正量を高負荷時における補正量に換算する換算手段とを備えることを特徴とするクランク角センサの補正装置。
【請求項２】
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検出するクランク角センサの検出値を補正するための補正方法であって、
前記燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角の近似値を求めると共に、求めた近似値と前記基準点に対応した前記クランク角センサの検出値とに基づいて前記クランク角センサの仮補正量を算出した上で、前記内燃機関の負荷と、予め定められた前記内燃機関の負荷と前記クランク角センサの補正量との相関とを用いて、前記仮補正量を高負荷時における補正量に換算することを特徴とするクランク角センサの補正方法。
【請求項３】
インジェクタからの燃料とスロットルバルブからの空気と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検出するクランク角センサの検出値を補正するための補正装置であって、
前記燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
前記インジェクタからの燃料供給を停止させる要求の有無を判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記インジェクタからの燃料供給を停止させる要求があると判断された際に、前記スロットルバルブを一時的に概ね全開にして前記内燃機関の負荷を増大化させる制御手段と、
前記制御手段によって前記スロットルバルブが概ね全開にされた後の前記筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角の近似値を求めると共に、求めた近似値と前記基準点に対応した前記クランク角センサの検出値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手段とを備えることを特徴とするクランク角センサの補正装置。
【請求項４】
インジェクタからの燃料とスロットルバルブからの空気と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検出するクランク角センサの検出値を補正するための補正方法であって、
前記インジェクタからの燃料供給を停止させる要求があると判断される際に、前記スロットルバルブを一時的に概ね全開にして前記内燃機関の負荷を増大化させ、その後の前記筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角の近似値を求めると共に、求めた近似値と前記基準点に対応した前記クランク角センサの検出値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ことを特徴とするクランク角センサの補正方法。
【請求項５】
燃料および空気の混合気を複数の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検出するクランク角センサの検出値を補正するための補正装置であって、
前記複数の燃焼室のそれぞれに対して設けられた筒内圧検出手段と、
前記各筒内圧検出手段の検出値に基づいて筒内圧力が所定値を上回っている燃焼室を判別する判別手段と、
前記判別手段によって筒内圧力が前記所定値を上回っていると判別された燃焼室の前記筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角の近似値を求めると共に、求めた近似値と前記基準点に対応した前記クランク角センサの検出値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手段とを備えることを特徴とするクランク角センサの補正装置。
【請求項６】
燃料および空気の混合気を複数の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検出するクランク角センサの検出値を補正するための補正方法であって、
前記複数の燃焼室のそれぞれに対して設けられた筒内圧検出手段の検出値に基づいて筒内圧力が所定値を上回っている燃焼室を判別し、筒内圧力が前記所定値を上回っていると判別された燃焼室の前記筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角の近似値を求めると共に、求めた近似値と前記基準点に対応した前記クランク角センサの検出値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ことを特徴とするクランク角センサの補正方法。
【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検出するクランク角センサの検出値を補正するためのクランク角センサの補正装置および補正方法に関する。
【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。また、上述の従来の手法を採用するために任意のタイミングで燃料供給を停止させたのでは、内燃機関の発生トルクが変動してドライバビリティの低下を招いてしまうことになる。
【０００６】
そこで、本発明は、ドライバビリティの低下を抑えつつ、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て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センサの補正装置および補正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のクランク角センサの補正装置は、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検出するクランク角センサの検出値を補正するための補正装置であって、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角の近似値を求めると共に、求めた近似値と基準点に対応したクランク角センサの検出値とに基づいてクランク角センサの仮補正量を算出する演算手段と、負荷検出手段によって検出された内燃機関の負荷と、予め定められた内燃機関の負荷とクランク角センサの補正量との相関とを用いて、演算手段によって算出された仮補正量を高負荷時における補正量に換算する換算手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明による第１のクランク角の補正方法は、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検出するクランク角センサの検出値を補正するための補正方法であって、燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角の近似値を求めると共に、求めた近似値と基準点に対応したクランク角センサの検出値とに基づいてクランク角センサの仮補正量を算出した上で、内燃機関の負荷と、予め定められた内燃機関の負荷とクランク角センサの補正量との相関とを用いて、仮補正量を高負荷時における補正量に換算することを特徴とする。
【０００９】
本発明による第２のクランク角の補正装置は、インジェクタからの燃料とスロットルバルブからの空気と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検出するクランク角センサの検出値を補正するための補正装置であって、燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、インジェクタからの燃料供給を停止させる要求の有無を判定する判定手段と、判定手段によってインジェクタからの燃料供給を停止させる要求があると判断された際に、スロットルバルブを一時的に概ね全開にして内燃機関の負荷を増大化させる制御手段と、制御手段によってスロットルバルブが概ね全開にされた後の筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角の近似値を求めると共に、求めた近似値と基準点に対応したクランク角センサの検出値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手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明による第２のクランク角の補正方法は、インジェクタからの燃料とスロットルバルブからの空気と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検出するクランク角センサの検出値を補正するための補正方法であって、インジェクタからの燃料供給を停止させる要求があると判断される際に、スロットルバルブを一時的に概ね全開にして内燃機関の負荷を増大化させ、その際の筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角の近似値を求めると共に、求めた近似値と基準点に対応したクランク角センサの検出値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ことを特徴とする。
【００１１】
本発明による第３のクランク角の補正装置は、燃料および空気の混合気を複数の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検出するクランク角センサの検出値を補正するための補正装置であって、複数の燃焼室のそれぞれに対して設けられた筒内圧検出手段と、各筒内圧検出手段の検出値に基づいて筒内圧力が所定値を上回っている燃焼室を判別する判別手段と、判別手段によって筒内圧力が所定値を上回っていると判別された燃焼室の筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角の近似値を求めると共に、求めた近似値と基準点に対応したクランク角センサの検出値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手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明による第３のクランク角の補正方法は、燃料および空気の混合気を複数の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検出するクランク角センサの検出値を補正するための補正方法であって、複数の燃焼室のそれぞれに対して設けられた筒内圧検出手段の検出値に基づいて筒内圧力が所定値を上回っている燃焼室を判別し、筒内圧力が所定値を上回っていると判別された燃焼室の筒内圧検出手段の検出値に基づいて所定の基準点に対応したクランク角の近似値を求めると共に、求めた近似値と基準点に対応したクランク角センサの検出値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ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ドライバビリティの低下を抑えつつ、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て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センサの補正装置および補正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】
【００１４】
本発明者らは、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、クランク角センサの検出値と筒内圧力のピーク値との関係や、これらと内燃機関の負荷との関係に着目した。すなわち、筒内圧力のピーク値（筒内圧センサの検出値のピーク）に対応したクランク角は、本来、圧縮上死点に対応するはずであるが、クランク角センサを構成する各種要素の取付誤差等が全く無い場合であっても、筒内圧力のピーク値Ｐcmaxは、図１に示されるように、圧縮上死点よりも前に現れる。このような現象は、圧縮行程中に熱が筒内壁部へと伝わってしまう熱損失に起因するものと考えられる。
【００１５】
一方、燃焼室における充填率が高い場合、すなわち、内燃機関の負荷が高い場合には、筒内壁面に衝突する分子の単位面積あたりの数が多くなり、速やかに熱平衡に達することから、全体の熱量に対する損失分の割合が減少する。従って、燃焼室における充填率が高いほど、つまり、内燃機関１の負荷が高いほど、筒内圧センサの検出値のピークに対応したクランク角θpmaxと、圧縮上死点にてクランク角センサにより検出されるクランク角θtdcとの偏差（ズレ量）が小さくなると考えられる。
【００１６】
このような検討結果を踏まえて、本発明者らは、ロータプレート（シグナルプレート）の取付誤差がおよそ２．９°となっているクランク角センサを用いて、負荷ＫＬ（充填効率）を変化させながら、筒内圧センサの検出値のピークに対応したクランク角と圧縮上死点にて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（ズレ量）、すなわち、クランク角センサの検出値を補正するための補正量αを求める実験を行った。
【００１７】
このような実験の結果、本発明者らは、内燃機関１の負荷が高いほど、真値に近いクランク角センサの補正量を得ることができるということを見出した。すなわち、内燃機関の負荷ＫＬとクランク角センサの補正量αとは、図２に示されるような相関を示し、クランク角センサの補正量αは、内燃機関の負荷が高い場合（ＫＬ＝８０％程度の場合）に、実際の取付誤差と概ね一致する一方、負荷ＫＬが小さくなるにつれて、実際の取付誤差から乖離していく。そして、本発明者らによる更なる解析の結果、図２に示されるような負荷ＫＬと補正量αとの相関曲線は、次の（１）式により一般化（近似）され得ることが判明した。
【００１８】
【数１】
2005351148.tif 000003
【００１９】
ただし、Ａ，Ｂ，Ｃは定数である。
【００２０】
本発明による第１、第２および第３の形態は、何れも、内燃機関１の負荷が高いほど真値に近いクランク角センサの補正量を得ることができるという上述の新規な知見を利用するものである。
【００２１】
本発明の第１の形態のもとでは、燃焼室内の筒内圧力を検出する筒内圧センサの検出値に基づいて、例えば圧縮上死点等の基準点に対応したクランク角の近似値（例えばガウス近似による近似値）が求められると共に、当該近似値と上記基準点に対応したクランク角センサの検出値とに基づいてクランク角センサの仮補正量が算出される。そして、負荷検出手段によって検出される内燃機関の負荷と、予め定められた上記（１）式に示されるような負荷とクランク角センサの補正量との相関とを用いて、仮補正量が高負荷時における補正量に換算される。
【００２２】
これにより、内燃機関の負荷が低い場合であっても、高負荷時に得られる真値に近いクランク角センサの補正量を得ることが可能となる。また、この際、特に燃料の供給を停止させる必要はない。従って、本発明の第１の形態によれば、内燃機関の運転状態に左右されることなく、かつ、ドライバビリティの低下を抑えつつ、真値に近いクランク角センサの補正量を得ることができるので、内燃機関のクランク角を高精度に測定することが可能となる。
【００２３】
また、本発明の第２の形態は、インジェクタからの燃料とスロットルバルブからの空気と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関するものである。かかる第２の形態のもとでは、インジェクタからの燃料供給を停止させる要求があると判断される際（例えば減速時）に、スロットルバルブが一時的に概ね全開にされ、それにより、内燃機関の負荷が増大化される。そして、スロットルバルブが概ね全開にされた後の筒内圧検出手段の検出値に基づいて、例えば圧縮上死点等の基準点に対応したクランク角の近似値（例えばガウス近似による近似値）が求められると共に、当該近似値と上記基準点に対応したクランク角センサの検出値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。
【００２４】
このように、燃料供給が停止されるタイミングを利用して内燃機関の負荷を増大化させることにより、より真値に近いクランク角センサの補正量を得ることが可能となる。そして、インジェクタからの燃料供給が停止される例えば減速時等においては、スロットルバルブを一時的に概ね全開にしたとしても、それによるドライバビリティの低下は実用上無視し得るものである。従って、本発明の第２の形態によっても、ドライバビリティの低下を抑えつつ、真値に近いクランク角センサの補正量を得ることができるので、内燃機関のクランク角を高精度に測定することが可能となる。
【００２５】
更に、本発明の第３の形態は、燃料および空気の混合気を複数の燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関に関するものである。かかる第３の形態のもとでは、複数の燃焼室のそれぞれに対して設けられた筒内圧検出手段の検出値に基づいて、筒内圧力が所定値を上回っている燃焼室が判別される。そして、筒内圧力が所定値を上回っていると判別された燃焼室の筒内圧検出手段の検出値に基づいて、例えば圧縮上死点等の基準点に対応したクランク角の近似値が求められると共に、当該近似値と上記基準点に対応したクランク角センサの検出値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。
【００２６】
このように、複数の燃焼室を備えた内燃機関では、特に機関始動時等に、複数の燃焼室の何れかにおいて負荷が高まり、この燃焼室は、その後直ちに圧縮行程へと移行する。従って、複数の燃焼室のそれぞれに対して設けられた筒内圧検出手段の検出値に基づいて筒内圧力が所定値を上回っているか否か判定することにより、負荷が高まっている燃焼室を判別すれば、特に燃料の供給を停止させることなく、当該燃焼室の筒内圧検出手段の検出値に基づいて、より真値に近いクランク角センサの補正量を得ることが可能となる。従って、本発明の第３の形態によっても、ドライバビリティの低下を抑えつつ、真値に近いクランク角センサの補正量を得ることができるので、内燃機関のクランク角を高精度に測定することが可能となる。
【００２７】
そして、上述の第１、第２および第３の形態を組み合わせることにより、内燃機関の運転領域の大部分において、より真値に近いクランク角センサの補正量を得ることが可能となる。
【００２８】
また、上述の形態の何れかのもとで得られたクランク角センサの補正量を更に機関冷却水温度等に代表される内燃機関の温度に基づいて補正してもよい。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。
【００２９】
更に、上述の形態の何れかのもとでクランク角センサの補正量を求めた場合、求めた補正量と前回値との偏差を算出し、当該偏差に基づいてクランク角センサの劣化判定を実行してもよい。
【００３０】
また、ガウス近似処理によって上記基準点に対応したクランク角の近似値を求めると好ましく、この場合、ガウス近似処理に用いられる筒内圧力のサンプリング間隔をおよそ１０°とすることが好ましい。
【００３１】
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。
【００３２】
図３は、本発明によるクランク角センサの補正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３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。
【００３３】
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。
【００３４】
吸気管５は、図３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３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。
【００３５】
更に、内燃機関１は、図３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。
【００３６】
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。
【００３７】
図３に示されるように、ＥＣＵ２０に接続されるセンサ類には、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。
【００３８】
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。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の検出値を補正するための補正量を算出して内燃機関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センサ１４の補正装置が構成される。
【００３９】
次に、図４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。
【００４０】
図４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、エアフローメータＡＦＭの検出値に基づいて各燃焼室３に吸入される空気（吸入空気）の量を算出すると共に、算出した吸入空気量に基づいてその時点における内燃機関１の負荷ＫＬmを算出する（Ｓ１０）。負荷ＫＬmを算出すると、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０にて算出した負荷ＫＬmが予め定められている閾値を上回っているか否か判定する（Ｓ１２）。ここで、本発明者らの研究によれば、内燃機関１の負荷が所定値以下となっている場合、Ａ／Ｄ変換器の分解能や筒内圧センサのダイナミックレンジ等の影響により、以下に説明されるガウス近似処理等の離散近似処理を良好に実行し得なくなるおそれがあることが判明している。このため、Ｓ１２にて負荷ＫＬmが予め定められている閾値を上回っていないと判断される場合には、図４のルーチンは中止される。
【００４１】
Ｓ１２にて負荷ＫＬmが予め定められている閾値を上回っていると判断した場合、ＥＣＵ２０は、複数の燃焼室３のうち、所定の１つの燃焼室３について、所定の記憶領域から、負荷ＫＬmの算出時点の前後に検出・保持されたクランク角θが−１０°，０°（圧縮上死点），１０°となった時の筒内圧力を読み出す（Ｓ１４）。ここでは、θ＝−１０°の時のクランク角（クランク角センサ１４の検出値θ）および筒内圧力を（ｘ−１０，ｙ−１０）と表し、θ＝０°の時のクランク角および筒内圧力を（ｘ０，ｙ０）と表し、θ＝１０°の時のクランク角および筒内圧力を（ｘ１０，ｙ１０）と表す（ただし、ｘ−１０＝−１０°、ｘ０＝０°、ｘ１０＝１０°である）。
【００４２】
そして、ＥＣＵ２０は、何れかの燃焼室３についてＳ１４にて取得した（ｘ−１０，ｙ−１０），（ｘ０，ｙ０），（ｘ１０，ｙ１０）を用いてガウス近似処理を実行し、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（Ｓ１６）。すなわち、本発明において、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（２）式（ガウス関数）により表されると仮定される。この場合、（２）式のｙすなわち筒内圧力が最大となるのは、ｘ＝ｍのときであるから、ｙ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、（ｘ−１０，ｙ−１０），（ｘ０，ｙ０）および（ｘ１０，ｙ１０）を（２）式にそれぞれ代入して両辺の対数をとると、次の（３）式が得られ、（３）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、（３）式において、ｄは時定数を、Ｋはゲインを示す。
【００４３】
【数２】
2005351148.tif 000004
【００４４】
【数３】
2005351148.tif 000005
【００４５】
Ｓ１６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、圧縮上死点に対応したクランク角センサ１４の検出値（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の検出値に対する仮の補正量αmを算出する（Ｓ１８）。ＥＣＵ２０は、Ｓ１８にて仮の補正量αmを算出すると、Ｓ１０にて算出した負荷ＫＬmと、上記（１）式とを用いて、仮の補正量αmを負荷が８０％である時の補正量α80に換算する（Ｓ２０）。
【００４６】
すなわち、上記（１）式を用いると、Ｓ１０にて算出された負荷ＫＬmと、Ｓ２８にて算出された仮の補正量αmとは、次の（４）式を満たし、負荷が８０％（ＫＬ８０）である時の補正量αは、次の（５）式を満たす。ここで、（４）および（５）式における定数Ａ，Ｂは、予め実験結果等に基づいて算出しておくことができるものであるが、図２の相関曲線のｙ切片（バイアス値）に相当する定数Ｃは、筒内圧センサ１５の取付状態等に応じて変化し、予め算出不能な値である。このため、（４）および（５）式から定数Ｃを消去すると、仮の補正量αmを負荷が８０％である時の補正量α80に換算するための（６）式が得られる。
【００４７】
【数４】
2005351148.tif 000006
【００４８】
【数５】
2005351148.tif 000007
【００４９】
【数６】
2005351148.tif 000008
【００５０】
そして、Ｓ２０において、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０にて算出した負荷ＫＬmと、Ｓ１８にて算出した仮の補正量αmとを（６）式に代入することにより、負荷が８０％である時のクランク角センサ１４の補正量α80を算出する。これにより、Ｓ１０にて算出される内燃機関１の負荷が低い場合であっても、特に各インジェクタ１２からの燃料供給を停止させることなく、高負荷時（ＫＬ＝８０％の時）の真値に近い補正量α80を得ることが可能となる。従って、図４のルーチンを実行することにより、内燃機関１の運転状態に左右されることなく、かつ、ドライバビリティの低下を抑えつつ、真値に近いクランク角センサ１４の補正量を得ることができるので、内燃機関１のクランク角を高精度に測定することが可能となる。
【００５１】
更に、図４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α80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基づいて補正される（Ｓ２２）。すなわち、筒内圧センサ１５の検出値のピークに対応したクランク角と圧縮上死点にてクランク角センサ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５に示されるような相関が存在する。
【００５２】
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α80を補正した上で補正量αとして所定の記憶領域に記憶させ、図４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α80をエンジン冷却水の温度に基づいて補正することにより、クランク角センサ１４の補正量α80をより一層真値に近づけることが可能となる。
【００５３】
図６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。
【００５４】
図６のルーチンは、図４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６のルーチンが実行されることになる。図６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、図示されないアクセル位置センサからの信号等に基づいて、各インジェクタ１２からの燃料供給を停止させる要求の有無を判定する（Ｓ３０）。そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０にて各インジェクタ１２からの燃料供給を停止させる要求があると判断すると、その開度が一時的に概ね全開になるようにスロットルバルブ１０を制御し（Ｓ３２）、それにより、内燃機関１の負荷を一時的に増大化させる。
【００５５】
Ｓ３２にてスロットルバルブ１０の開度を一時的に概ね全開にさせると、ＥＣＵ２０は、複数の燃焼室３のうち、所定の１つの燃焼室３について、所定の記憶領域から、Ｓ３２にてスロットルバルブ１０の開度を概ね全開にさせた後にクランク角θが−１０°，０°（圧縮上死点），１０°となった時の筒内圧力を読み出す（Ｓ３４）。そして、ＥＣＵ２０は、読み出した（ｘ−１０，ｙ−１０），（ｘ０，ｙ０），（ｘ１０，ｙ１０）を用いて上述のＳ１６に関連して説明されたガウス近似処理を実行し、圧縮上死点に対応したクランク角の近似値を求める（Ｓ３６）。
【００５６】
そして、ＥＣＵ２０は、求めた近似値と、圧縮上死点に対応したクランク角センサ１４の検出値（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（Ｓ３８）。更に、図６のルーチンにおいても、Ｓ３８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基づいて補正される（Ｓ４０）。ＥＣＵ２０は、Ｓ４０にてエンジン冷却水の温度に基づいて補正した補正量αを所定の記憶領域に記憶させると、図４のルーチンを終了させる。
【００５７】
このように、燃料供給が停止されるタイミングを利用して内燃機関１の負荷を増大化させることにより、より真値に近いクランク角センサ１４の補正量αを得ることが可能となる。そして、各インジェクタ１２からの燃料供給が停止される例えば減速時等においては、スロットルバルブ１０を一時的に概ね全開にしたとしても、それによるドライバビリティの低下は実用上無視し得るものである。従って、図６のルーチンを実行しても、ドライバビリティの低下を抑えつつ、真値に近いクランク角センサ１４の補正量を得ることができるので、内燃機関１のクランク角を高精度に測定することが可能となる。
【００５８】
図７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更に他の手法を説明するためのフローチャートである。
【００５９】
図７のルーチンは、図４および図６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７のルーチンが実行されることになる。かかる図７のルーチンは、好ましくは、内燃機関１の始動時（再始動時を含む）に実行される。図７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、各筒内圧センサ１５からの信号に基づいて、各燃焼室３における筒内圧力Ｐｃ（θ）を順次取得すると共に、取得した筒内圧力Ｐｃ（θ）が予め定められた基準圧力Ｐｒを上回っているか否か判定する（Ｓ５０，Ｓ５２）。
【００６０】
ＥＣＵ２０は、Ｓ５０およびＳ５２の処理を繰り返し実行し、Ｓ５２にて何れかの燃焼室３において筒内圧力Ｐｃ（θ）が予め定められた基準圧力Ｐｒを上回っていると判断すると、筒内圧力Ｐｃ（θ）が基準圧力Ｐｒを上回っている燃焼室３について、所定の記憶領域から、Ｓ５２にて肯定判断がなされた後にクランク角θが−１０°，０°（圧縮上死点），１０°となった時の筒内圧力を読み出す（Ｓ５４）。そして、ＥＣＵ２０は、読み出した（ｘ−１０，ｙ−１０），（ｘ０，ｙ０），（ｘ１０，ｙ１０）を用いて上述のＳ１６に関連して説明されたガウス近似処理を実行し、圧縮上死点に対応したクランク角の近似値を求める（Ｓ５６）。
【００６１】
ＥＣＵ２０は、求めた近似値と、圧縮上死点に対応したクランク角センサ１４の検出値（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（Ｓ５８）。更に、図７のルーチンにおいても、Ｓ３８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基づいて補正される（Ｓ６０）。ＥＣＵ２０は、Ｓ６０にてエンジン冷却水の温度に基づいて補正した補正量αを所定の記憶領域に記憶させると、図７のルーチンを終了させる。
【００６２】
このように、複数の燃焼室３を備えた内燃機関１では、特に機関始動時等に複数の燃焼室３の何れかにおいて負荷が高まり、当該燃焼室３は、その後直ちに圧縮行程へと移行する。従って、複数の燃焼室３のそれぞれに対して設けられた筒内圧センサ１５の検出値に基づいて筒内圧力が上記基準圧力Ｐｒを上回っているか否か判定することにより、負荷が高まっている燃焼室３を判別すれば、特に各インジェクタ１２からの燃料供給を停止させることなく、当該燃焼室３の筒内圧センサ１５の検出値に基づいて、より真値に近いクランク角センサ１４の補正量αを得ることが可能となる。従って、図７のルーチンを実行しても、ドライバビリティの低下を抑えつつ、真値に近いクランク角センサ１４の補正量を得ることができるので、内燃機関１のクランク角を高精度に測定することが可能となる。
【００６３】
さて、上述の図４、図６および図７の何れかのルーチンが実行されることにより、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が算出（更新）されることになるが、本実施形態の内燃機関１では、更に、かかるクランク角センサ１４の補正量αを用いて、図８に示されるクランク角センサ１４の劣化判定ルーチンが実行される。
【００６４】
すなわち、内燃機関１のＥＣＵ２０は、図４、図６および図７の何れかのルーチンを経て補正量αを算出すると、図８の劣化判定ルーチンを開始し、まず、補正量αの算出回数をカウントする算出回数カウンタを１だけインクリメントする（Ｓ７０）。その後、ＥＣＵ２０は、補正量αの今回の算出値と前回の算出値との偏差Δαを算出する（Ｓ７２）。偏差Δαを算出すると、ＥＣＵ２０は、偏差Δαが予め定められている閾値を上回っているか否か判定し（Ｓ７４）、偏差Δαが当該閾値を上回っていると判断した場合、更に、算出回数カウンタのカウント値（補正量αの算出回数）が予め定められている閾値を上回っているか否か判定する（Ｓ７６）。
【００６５】
ここで、ロータプレート等の取付誤差は、基本的に、経時的には概ね不変なものであるから、上記偏差Δαが著しく大きな値となり、かつ、補正量αの算出回数がある程度の回数となっている場合、クランク角センサ１４の感度劣化が進行しているとみなすことができる。このため、ＥＣＵ２０は、Ｓ７６にて肯定判断を行った場合、図示されない所定の警告灯を点灯させるなどして警報を発生させた上で（Ｓ７８）、本ルーチンを終了させる。このように、図４、図６および図７の何れかのルーチンを経て精度よく算出されるクランク角センサ１４の補正量αを用いれば、容易かつ確実にクランク角センサ１４の劣化判定を実行することが可能となる。また、Ｓ７４またはＳ７６にて否定判断を行った場合、ＥＣＵ２０は、クランク角センサ１４の感度劣化が進行していないとみなし、特に警報を発することなく本ルーチンを終了させる。
【００６６】
なお、上述の内燃機関１は、ガソリンエンジンであるものとして説明されたが、これに限られるものではなく、本発明がディーゼルエンジンに適用され得ることはいうまでもない。また、図４のＳ１６、図６のＳ３６、図７のＳ５６にて実行される近似処理は、ガウス関数を用いたガウス近似処理に限られるものではなく、例えば２次または４次関数、ｓｉｎ関数等を用いた他の近似処理であってもよい。
【００６７】
更に、図４のＳ１４、図６のＳ３４、図７のＳ５４において筒内圧力を取得するクランク角（θ）は、−１０°，０°，１０°に限られるものではなく、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。ただし、本発明者らの研究によれば、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ために筒内圧力をサンプリングするクランク角の間隔は、上述のようにおよそ１０°とするのが好ましいと判明している。
【００６８】
すなわち、上述のようにして算出される補正量αを用いてクランク角センサ１４の検出値を補正したとしても、離散点を用いて基準点としての圧縮上死点に対応した筒内圧力のピーク値を求める関係上、補正後のクランク角センサ１４の検出値と真値との間には少なからず誤差が残されてしまう。このため、本発明者らは、筒内圧力をサンプリングするクランク角の間隔（サンプリング間隔）と、ガウス近似処理によって算出された筒内圧力のピーク値を用いて補正されたクランク角センサ１４の検出値と真値との間の誤差との関係を把握するための実験を行った。その結果を図９に示す。なお、同図における実線は、増幅率が５Ｖ／１ＭＰａである筒内圧センサを用いた場合の結果を示し、一点鎖線は、増幅率が５Ｖ／５ＭＰａである筒内圧センサを用いた場合の結果を示し、二点鎖線は、増幅率が５Ｖ／１０ＭＰａである筒内圧センサを用いた場合の結果を示す。
【００６９】
図９に示される結果からわかるように、筒内圧センサの増幅率に拘らず、離散点を用いて近似的に算出された筒内圧力のピーク値を用いてクランク角センサの検出値を補正するに際しては、筒内圧力をサンプリングするクランク角の間隔をおよそ１０°とした場合に、補正後のクランク角センサの検出値と真値との誤差が最も小さくなる。従って、上述の図４のＳ１４、図６のＳ３４、図７のＳ５４において筒内圧力を取得するクランク角（θ）は、精度向上の観点からみて、−１０°，０°，１０°とされることが好ましい。
【００７０】
なお、図９からわかるように、筒内圧力をサンプリングするクランク角の間隔を１０°から徐々に大きくしていくと、補正後のクランク角センサの検出値と真値との誤差は、クランク角の間隔に概ね比例して増加していく。従って、サンプリング間隔と補正後のクランク角センサの検出値と真値との誤差との相関を規定する関数式またはマップを予め求めておけば、サンプリング間隔がある程度広い場合（例えば、およそ３０°）であっても、当該関数式を用いて、クランク角センサの検出値を補正するための補正量を修正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】筒内圧センサの検出値のピークに対応したクランク角と、圧縮上死点にて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を説明するための模式図である。
【図２】内燃機関の負荷とクランク角センサの補正量との関係を示すグラフである。
【図３】本発明によるクランク角センサの補正装置を備えた内燃機関の概略構成図である。
【図４】図３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５】内燃機関の温度と、筒内圧センサの検出値のピークに対応したクランク角と圧縮上死点にて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６】図３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。
【図７】図３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更に他の手法を説明するためのフローチャートである。
【図８】図３の内燃機関におけるクランク角センサの劣化判定手法を説明するためのフローチャートである。
【図９】筒内圧力をサンプリングするクランク角の間隔と、補正後のクランク角センサの検出値と真値との間の誤差との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７２】
１  内燃機関
２  シリンダブロック
３  燃焼室
４  ピストン
４ａ  凹部
５  吸気管
６  排気管
７  点火プラグ
８  サージタンク
９  エアクリーナ
１０  スロットルバルブ
１１ａ  前段触媒装置
１１ｂ  後段触媒装置
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
Ｌ１  給気管
Ｖｅ  排気弁
Ｖｉ  吸気弁
【図１】
2005351148.tif 000009
【図２】
2005351148.tif 000010
【図３】
2005351148.tif 000011
【図４】
2005351148.tif 000012
【図５】
2005351148.tif 000013
【図６】
2005351148.tif 000014
【図７】
2005351148.tif 000015
【図８】
2005351148.tif 000016
【図９】
2005351148.tif 000017