(57)【要約】【課題】  ある気筒の筒内情報検出手段が異常状態に陥ったとしても当該気筒の制御を実行可能とする内燃機関の制御装置の提供。【解決手段】  筒内情報を検出する筒内情報検出手段を各気筒に有し、気筒毎に、筒内情報検出手段の検出値に基づき所定の制御量を制御する内燃機関の制御装置において、筒内情報検出手段の異常を検知する手段（Ｓ１０１）を設け、この手段によりいずれかの気筒の筒内情報検出手段の異常が検知されたとき（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、この異常が検知された気筒以外の気筒の筒内情報検出手段の検出値を用いて、その異常が検知された気筒の制御量を制御する（Ｓ１０５）。かかる代用により、ある気筒の筒内情報検出手段が異常状態に陥ったとしても当該気筒の制御が実行可能となる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の筒内情報を検出する筒内情報検出手段を各気筒に有し、気筒毎に、前記筒内情報検出手段の検出値に基づき所定の制御量を制御する内燃機関の制御装置において、
前記筒内情報検出手段の異常を検知する検知手段を設け、
該検知手段によりいずれかの気筒の前記筒内情報検出手段の異常が検知されたとき、この異常が検知された気筒以外の気筒の前記筒内情報検出手段の検出値を用いて、その異常が検知された気筒の制御量を制御するようにしたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記異常が検知された気筒以外の気筒が、該異常が検知された気筒に対し点火順序が一つ前の気筒であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記筒内情報検出手段の異常が検知される前に各気筒の筒内情報検出手段の検出値と所定値との間の偏差を学習する手段がさらに設けられ、
前記検知手段によりいずれかの気筒の前記筒内情報検出手段の異常が検知されたとき、その異常が検知された気筒以外の気筒の前記筒内情報検出手段の検出値を前記偏差により補正した値を用いて、その異常が検知された気筒の制御量を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記筒内情報検出手段が、前記筒内情報としての筒内圧力を検出する筒内圧センサであり、
前記検知手段が、
吸気行程中の所定の１点における前記筒内圧センサの検出値と、前記吸気行程中の所定の１点に対応した時点における吸入空気の圧力と、圧縮行程中または膨張行程中の少なくとも所定の２点における前記筒内圧センサの検出値および筒内容積とに基づいて、前記筒内圧センサの感度の推定値を算出する算出手段と、
該算出手段によって算出された前記筒内圧センサの感度の推定値と所定の閾値との比較結果に基づいて前記筒内圧センサの異常を判断する判定手段とを備える
ことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御量が、点火時期、燃料噴射量及び燃料噴射時期の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内情報検出手段により検出される筒内情報を利用して点火時期等の制御量を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、筒内情報検出手段により検出される筒内情報を利用して点火時期等の制御量を制御する内燃機関の制御装置が開発されるに至っている。典型的に、このような筒内情報としては筒内圧力であり、筒内情報検出手段としては筒内圧センサである。筒内圧センサによる筒内圧力の実測値は、筒内圧力の真値に所定の感度を乗じた値とバイアス値とを加算したものとなるが、筒内圧センサの感度は、経時的に変化するものであり、しかも、当該感度には個体差が存在する。このような筒内圧センサの感度やバイアス値の変動（バラツキ）の影響を排除する技術としては、筒内圧センサにより圧縮行程中の任意の２点のクランク角に同期して内燃機関の気筒内圧力差を計測すると共に、計測された気筒内圧力差を内燃機関の任意の基準状態で得られる気筒内圧力差で正規化する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２５６４９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、かかる内燃機関の制御装置においては、仮にある気筒の筒内圧センサが故障、劣化等により異常状態となると、その気筒の正確な情報を得られなくなり、当該気筒において制御が実行できなくなってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、ある気筒の筒内情報検出手段が異常状態に陥ったとしても当該気筒の制御を実行可能とする内燃機関の制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による内燃機関の制御装置は、所定の筒内情報を検出する筒内情報検出手段を各気筒に有し、気筒毎に、前記筒内情報検出手段の検出値に基づき所定の制御量を制御する内燃機関の制御装置において、前記筒内情報検出手段の異常を検知する検知手段を設け、該検知手段によりいずれかの気筒の前記筒内情報検出手段の異常が検知されたとき、この異常が検知された気筒以外の気筒の前記筒内情報検出手段の検出値を用いて、その異常が検知された気筒の制御量を制御するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、前記異常が検知された気筒以外の気筒が、該異常が検知された気筒に対し点火順序が一つ前の気筒である。
【０００８】
また好ましくは、前記筒内情報検出手段の異常が検知される前に各気筒の筒内情報検出手段の検出値と所定値との間の偏差を学習する手段がさらに設けられ、前記検知手段によりいずれかの気筒の前記筒内情報検出手段の異常が検知されたとき、その異常が検知された気筒以外の気筒の前記筒内情報検出手段の検出値を前記偏差により補正した値を用いて、その異常が検知された気筒の制御量を制御する。
【０００９】
また好ましくは、前記筒内情報検出手段が、前記筒内情報としての筒内圧力を検出する筒内圧センサであり、前記検知手段が、吸気行程中の所定の１点における前記筒内圧センサの検出値と、前記吸気行程中の所定の１点に対応した時点における吸入空気の圧力と、圧縮行程中または膨張行程中の少なくとも所定の２点における前記筒内圧センサの検出値および筒内容積とに基づいて、前記筒内圧センサの感度の推定値を算出する算出手段と、該算出手段によって算出された前記筒内圧センサの感度の推定値と所定の閾値との比較結果に基づいて前記筒内圧センサの異常を判断する判定手段とを備える。
【００１０】
この場合、前記吸気行程中の所定の１点は、吸気行程中に吸気弁を閉じる時点であるのが好ましい。また、吸気系統における吸入空気の圧力が筒内圧力と概ね一致するようになるまでの位相遅れ量に応じて、前記吸気行程中の所定の１点に対応した時点を設定する手段を更に備えるのが好ましい。
【００１１】
前記制御量は、点火時期、燃料噴射量及び燃料噴射時期の少なくとも一つであってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ある気筒の筒内情報検出手段が異常状態に陥ったとしても当該気筒の制御を実行可能とする内燃機関の制御装置の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明者は、演算負荷の低減化を図りつつ、内燃機関の高精度な制御を可能にするために鋭意研究を重ね、その結果、筒内情報検出手段により検出される筒内情報に基づいて各種制御量を制御する装置を開発するに至った。即ち、従来の手法では、エンジンの各運転状態について、最適と思われる制御量を予め実験等により求めてマップ化しておき、実際のエンジンの運転時に各マップ値を当てはめてエンジンの制御を行うマップ制御が一般的であった。これに対し、本発明者が開発した手法では、エンジン運転時における筒内の燃焼状態を直接検出し、この検出された燃焼状態を、予め定められた最適な燃焼状態に合わせ込むように各種制御量を制御するものである。この新たな手法によれば、従来多大な時間と労力とが費やされていた各種マップの作成、即ち適合という作業を大幅に簡略化することができ、開発期間の大幅な短縮等を図れる利点がある。
【００１４】
このような筒内燃焼状態を表す筒内情報としては、筒内圧力が代表的であり、従って筒内情報を検出する手段としては筒内圧検出手段、具体的には筒内圧センサが代表的である。このほか、筒内の燃焼は化学反応であり、燃焼時にイオンが発生することから、このイオン発生量を筒内情報として用い、このイオン発生量に応じた電流を出力するイオン電流検出装置を筒内情報検出手段として用いることができる。いずれにしても、筒内情報及びこれを検出する手段はこれらに限られない。例えば、これら筒内圧センサやイオン電流検出装置のような、検出部が筒内に露出したものに限らず、筒内情報を間接的に検知するものであってもよい。
【００１５】
制御される制御量としては、燃焼開始時期（ガソリンエンジンでは点火時期、ディーゼルエンジンでは着火時期）、燃料噴射量、燃料噴射時期等が代表的であるが、これらに限らず、例えばバルブオーバーラップ量や、筒内に吸入される空気量等であってもよい。以下一例として燃焼開始時期の場合を中心に説明を行う。
【００１６】
本発明者は、内燃機関の筒内における燃焼開始時期の高精度な制御を可能にするために筒内圧センサ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、本発明者らは、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、まず、クランク角に対する内燃機関の筒内における熱発生量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の変化パターンとが、図１に示されるような相関を有していることを見出した。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、次の（１）式に基づき、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。
ｄＱ／ｄθ＝｛ｄＰ／ｄθ・Ｖ＋κ・Ｐ・ｄＶ／ｄθ｝／｛κ−１｝・・・（１）
【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（点火時または着火時）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】
本発明の一形態では、このような新たに見出された筒内における熱発生量Ｑと制御パラメータＰＶκとの相関を利用し、筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力と、当該筒内圧力の検出時における筒内容積とから算出される制御パラメータＰＶκに基づいて、ある２点間におけるトータルの熱発生量に対する当該２点間の所定のタイミングまでの熱発生量の比である燃焼割合（ＭＦＢ）が求められる。ここで、制御パラメータＰＶκに基づいて筒内における燃焼割合を算出すれば、高負荷な演算処理を要することなく筒内における燃焼割合を精度よく得ることができる。すなわち、図２に示されるように、制御パラメータＰＶκに基づいて求められる燃焼割合（同図における実線参照）は、熱発生率に基づいて求められる燃焼割合（同図における破線参照）とほぼ一致する。
【００２０】
図２において、実線は、上述のモデル気筒においてクランク角＝θとなるタイミングにおける燃焼割合を、次の（２）式に従うと共に、検出した筒内圧力Ｐ（θ）に基づいて算出し、プロットしたものである。ただし、簡単のために、κ＝１．３２とした。
ＭＦＢ＝{Ｐ（θ）・Ｖκ（θ）−Ｐ（−１２０°）・Ｖκ（−１２０°）}／{Ｐ（１２０°）・Ｖκ（１２０°）−Ｐ（−１２０°）・Ｖκ（−１２０°）}×１００（％）
・・・（２）
【００２１】
また、図２において、破線は、上述のモデル気筒においてクランク角＝θとなるタイミングにおける燃焼割合を、上記（１）式および次の（３）式に従うと共に、検出した筒内圧力Ｐ（θ）に基づいて算出し、プロットしたものである。この場合も、簡単のために、κ＝１．３２とした。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
そして、本発明の一形態では、筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力と、当該筒内圧力の検出時における筒内容積とから算出される制御パラメータＰＶκに基づいて求められた燃焼割合が目標値と一致するように筒内における燃焼開始時期（火花点火時期または圧縮着火時期）が制御される。すなわち、筒内における燃焼状態が最適である場合、言い換えれば最適な燃焼開始時期（ＭＢＴ）から燃焼を開始した場合の、ある一定のクランク角における燃焼割合は、実験的或いは経験的に求めることができるので、その一定のクランク角における実測値としての燃焼割合が目標値と一致するように筒内における燃焼開始時期を制御することにより、ひいてはその他の制御量を制御することにより、筒内における燃焼を最適化することが可能になる。
【００２４】
本発明の一形態において、筒内燃焼状態が最適となるのは、クランク角θが圧縮上死点後８°の時点で燃焼割合が５０％になるときと定められる。ただしこの値はエンジンに応じて種々の値を採り得る。そこで、（２）式と、クランク角θが−１２０°、８°及び１２０°の時点における制御パラメータＰＶκとから、クランク角θが圧縮上死点後８°の時点での燃焼割合の実測値が算出され、この実測値が目標値である５０％と比較され、実測値が目標値より大きければ、燃焼開始時期が早すぎるとして燃焼開始時期が遅角され、実測値が目標値より小さければ燃焼開始時期が遅すぎるとして燃焼開始時期が進角される。このように、検出されるのは３点（−１２０°、８°及び１２０°）でのクランク角と筒内圧力とだけであり、演算は（２）式による簡単な四則演算のみである。従って、極めて簡単な検出と演算とによりエンジンの制御量を制御することができ、演算負荷及び制御負荷を著しく軽減することが可能である。
【００２５】
次に、このような制御を実行する内燃機関の制御装置の一形態を具体的に説明する。
【００２６】
図３は、本発明に係る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、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。また本実施形態の内燃機関１は火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
【００２７】
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ＶＭ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。
【００２８】
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。
【００２９】
更に、内燃機関１は、図３に示されるように、気筒毎にインジェクタ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。
【００３０】
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ＶＭ等は、内燃機関１の制御装置として機能する電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）２０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、図３に示されるように、内燃機関１のクランク角センサ１４を始めとし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ＶＭ等を制御する。
【００３１】
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１５を各気筒に有している。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、対応する燃焼室３における筒内圧力（相対圧力）を検出し、検出値を示す信号をＥＣＵ２０に与える。更に、内燃機関１は、サージタンク８内の吸入空気の圧力（吸気圧）を絶対圧力として検出する吸気圧センサ１６を有している。吸気圧センサ１６は、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おり、検出したサージタンク８内の吸入空気の絶対圧力を示す信号をＥＣＵ２０に与える。クランク角センサ１４、各筒内圧センサ１５および吸気圧センサ１６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。
【００３２】
ところで、前述したように、内燃機関１は、筒内圧センサ１５により検出される筒内圧力の値を用いて燃焼開始時期（本実施形態では点火時期）等の制御量が気筒毎に制御される。そして、仮にある気筒の筒内圧センサ１５が故障、劣化等により異常状態となると、その気筒の正確な情報を得られなくなり、当該気筒において制御が実行できなくなってしまう。
【００３３】
これを防止するため、本実施形態では、筒内圧センサ１５の異常を検知する検知手段が設けられ、これによっていずれかの気筒の筒内圧センサ１５の異常が検知されたとき、この異常が検知された気筒（異常気筒という）以外の気筒（正常気筒という）の筒内圧センサ１５の検出値を用いて、その異常気筒の制御量が制御される。以下この点について詳細に説明する。
【００３４】
図４は、筒内圧センサ１５の異常検知と異常が検知された場合の処理とに関するルーチンを示す。このルーチンは、内燃機関１のＥＣＵ２０によって所定時間おきに実行される。ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行タイミングになると、後述の方法で筒内圧センサ１５が正常か異常かを検知し（Ｓ１０１）、いずれかの気筒において筒内圧センサ１５に異常があると判断した場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、警告灯を点灯して（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ユーザに注意を促す。そして、異常がある筒内圧センサ１５の数が所定値以下か否かを判断し（Ｓ１０５）、その異常がある筒内圧センサ１５の数が所定値以下の場合、その異常がある筒内圧センサ１５が設けられている気筒（異常気筒）以外の気筒（正常気筒）の筒内圧センサ１５の検出値を用いて、異常気筒の点火時期制御を実行する（Ｓ１０５）。他方、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４において、異常がある筒内圧センサ１５の数が所定値より多いと判断した場合、一時的な退避運転（車両のエンジンにあっては退避走行）を可能にすべく、退避運転モードで内燃機関１を制御する（Ｓ１０６）。なお、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０２において、全気筒の筒内圧センサ１５に異常がないと判断した場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、直ちに本ルーチンを終える。
【００３５】
本実施形態において、Ｓ１０４における所定値は１である。即ち、異常がある筒内圧センサが１個のみである場合は他の正常気筒のセンサ値を代用して異常気筒の制御を行い、異常がある筒内圧センサが２個以上の場合は、もはや通常の制御又は運転を続行するのは不可能であるとして、退避運転を行う。このように所定値は、他の正常気筒のセンサ値を代用することにより通常の制御又は運転を確保できるか否かという観点から設定される。なおこの所定値は変更可能であり、例えば８気筒、１２気筒などといったより多気筒のエンジンでは２などとすることもできる。
【００３６】
本発明者は、開発の過程において、エンジンがある程度の精度で製造されていれば気筒間のバラツキはさほど大きくなく、たとえある気筒の筒内圧センサが異常であっても、他気筒の筒内圧センサの出力値を代用することで異常気筒をドライバビリティに影響を与えない範囲で運転できることを確認した。よってこの制御装置によれば、ある気筒の筒内圧センサが異常であっても他気筒の情報を用いて当該異常気筒を制御することが可能になる。そしてこのことによってロバスト性が向上する。
【００３７】
しかしながら、異常なセンサ数が１個といった所定値以下ならこのような代用・置換が可能であるが、異常なセンサ数がより多くなった場合はもはやこのような代用・置換による問題のないエンジン運転は不可能であるので、この場合は退避運転モードで制御を行うようにしている。この退避運転モードでは、従来同様のマップ制御により点火時期制御が行われる。この退避運転モードで用いられるマップやプログラム等はＥＣＵ２０に予め記憶されている。もっとも、このモードはあくまでも緊急用であり、車両の場合、整備工場等への退避走行さえ行えればよいので、点火時期がある程度ずれていてもエンジンが運転可能であることに鑑みれば、退避運転モードで用いられる点火時期は一定値であってもよい。
【００３８】
ここで、センサ値が代用される他の正常気筒（代用気筒ともいう）としては、当該異常気筒に対し点火順序ができるだけ近い気筒であるのが好ましく、とりわけ一つ前（直前）の気筒であるのが好ましい。エンジンの運転状態は時々刻々と変化するため、できるだけ近い気筒の方が当該異常気筒に近い筒内状態となり代用に適するからである。この観点から優先順位は直前の気筒、直後の気筒、２つ前の気筒という順序になる。
【００３９】
また、本実施形態では、筒内圧センサの異常が検知される前に、即ち全気筒の筒内圧センサが正常（健全）である間に、各気筒の筒内圧センサの検出値と所定値との間の偏差が学習され、いずれかの気筒で筒内圧センサの異常が検知されたとき、代用気筒の筒内圧センサの検出値をその偏差で補正し、この補正後の値を用いて異常気筒の制御が行われる。
【００４０】
以下この点について説明する。図５は、エンジンの定常運転時（例えばアイドル運転時や定速運転時）における、正常な各気筒の筒内圧センサの検出値或いは出力値を点火順に示したものであり、点火順序は＃１、＃３、＃４、＃２である。ここでは仮に、異常気筒の直前気筒を代用気筒とし、例えば＃４気筒の筒内圧センサが異常となったとき、＃３気筒の筒内圧センサの出力値が＃４気筒の制御のために代用される。見られるように、エンジンの定常運転時であるにも拘わらず、即ち各気筒で同一の運転ないし燃焼状態が実現されていると考えられるにも拘わらず、各気筒の筒内圧センサの出力値には個体差等に起因するバラツキがある。このバラツキの原因には、各センサの感度（ゲイン）及びバイアス値（オフセット量）のバラツキが含まれる。ＥＣＵ２０は、全気筒の筒内圧センサが正常である間に、各気筒とその直前気筒との間の筒内圧センサの出力値の偏差を記憶即ち学習しておく。ある気筒ｉの筒内圧センサの出力値をＶｉとし、その直前気筒ｊの筒内圧センサの出力値をＶｊとした場合、ＥＣＵ２０は、ある気筒ｉが異常となったときに用いる偏差ΔＶｉを式：ΔＶｉ＝Ｖｉ−Ｖｊから算出し、所定の記憶領域に記憶する。そして、ある気筒ｉの異常が検知されたとき、ＥＣＵ２０は、代用気筒の筒内圧センサの出力値Ｖｊに偏差ΔＶｉを加算した値をその異常気筒の制御のために用いる。
【００４１】
なお、異常気筒のための代用値を取得する方法には他にも様々な方法が考えられる。例えば、全気筒の筒内圧センサが正常である間に、全気筒の筒内圧センサの検出値の平均値と各気筒の筒内圧センサの検出値との差を求めておき、これを偏差としてもよい。当然、代用気筒が直前気筒でない場合は、その直前気筒以外の代用気筒と対象気筒との筒内圧センサの検出値の差が偏差となる。
【００４２】
こうした偏差に基づく代用値の補正を行うことにより、代用値を、本来用いるべき正常時の値に近づけることができ、精度をより高めることができる。
【００４３】
次に、Ｓ１０１，１０２で行われる筒内圧センサの異常検知について説明する。まず簡単な例として、断線やショートの場合には、筒内圧センサの出力値を所定の最小値又は最大値と比較することにより筒内圧センサの異常を検知することができる。一方、筒内圧センサの経年劣化や筒内圧センサへのデポジット堆積等により、筒内圧センサの異常状態が徐々に進行し、筒内圧センサが極端な異常値ではないが正常とは見なすことができない異常値を示す場合があり、この場合の判断が問題となる。この判断を行うため、一定の閾値を設定しておいて単純に筒内圧センサの検出値とその閾値とを比較し、異常判断を行ってもよいが、本実施形態では、特に筒内圧センサの感度に着目した以下の方法を採用することにより、かかる異常判断を行っている。
【００４４】
本発明者は、筒内圧センサの感度を容易かつ精度よく推定すべく鋭意研究を行い、その過程で、まず、筒内圧センサの実測値と筒内圧力の真値との関係に着目した。すなわち、クランク角がθである時の筒内圧力の実測値（筒内圧センサの出力電圧値を圧力に換算した値）をPc（θ）、クランク角がθである時の筒内圧力の真値をPct（θ）、筒内圧センサの感度（ゲイン）をα、筒内圧センサのバイアス値（オフセット量）をδとすれば、筒内圧力の実測値Pc（θ）と筒内圧力の真値Pct（θ）との間には、一般に次の（４）式に示される関係が成り立つ。
【００４５】
【数２】
2007040207.tif 000004
【００４６】
また、例えば吸気下死点付近（吸気行程中に吸気弁を閉じる〔閉じ始める〕時点）では、筒内圧力（真値）と吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致することから、クランク角がθである時の吸入空気の圧力（絶対圧力）をPi（θ）とし、吸気行程中にクランク角がθ0となる時に筒内圧力と吸入空気の圧力とが概ね一致するとすれば、
【００４７】
【数３】
2007040207.tif 000005
【００４８】
という関係が成り立つ。
【００４９】
ここで、（５）式における「λ」は、吸気系統における吸入空気の圧力が筒内圧力と概ね一致するようになるまでの位相遅れ量（筒内圧力と吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミングの位相差）を示す。すなわち、吸気脈動等に起因して、例えば吸気下死点付近（クランク角がθ0となる時点）での筒内圧力は、実際には、吸気下死点から多少遅れた時点（クランク角がθ0＋λとなる時点）での吸入空気の圧力と概ね一致する。このような現象を考慮して、（５）式には、かかる位相遅れ量λが導入される。
【００５０】
一方、内燃機関の圧縮行程または膨張行程は、断熱過程であるとみなすことができるので、クランク角がθである際の筒内容積をV（θ）とし、筒内に導入されている混合気の比熱比をκ（例えば、κ＝１．３２）とすれば、圧縮行程または膨張行程中の所定の２点間（クランク角がθ1，θ2となる時点の間）では、次の（６）式に示される関係が成立する。
【００５１】
【数４】
2007040207.tif 000006
【００５２】
かかる（６）の関係式は、（４）式に基づいて、真値Pct(θ1)，Pct(θ2)を実測値Pc(θ1)，Pc(θ2)で置き換えれば、
【００５３】
【数５】
2007040207.tif 000007
【００５４】
と書き換えることができる。
【００５５】
そして、上記（５）式と上記（７）式とからバイアス値δを消去した上でαについて解けば、筒内圧センサの感度αの推定値αeを、
【００５６】
【数６】
2007040207.tif 000008
【００５７】
として算出することができる。これにより、かかる（８）式を用いれば、吸気行程中の所定の１点における筒内圧センサの検出値と、当該吸気行程中の所定の１点に対応した時点における吸入空気の圧力（吸気圧センサの検出値）と、圧縮行程中または膨張行程中の少なくとも所定の２点における筒内圧センサの検出値および筒内容積とから、筒内圧センサの感度αの推定値αeを容易かつ精度よく算出することが可能となる。
【００５８】
すなわち、上記（８）式を用いて筒内圧センサの感度αの推定値αeを求めるに際しては、まず、吸気行程中の所定の１点（クランク角がθ0となる時点）および圧縮行程または膨張行程中の所定の２点（クランク角がθ1，θ2となる時点）にて筒内圧力を検出すると共に、上記吸気行程中の所定の１点に対応した時点（クランク角がθ0＋λとなる時点）にて吸入空気の圧力を検出する。そして、上記所定の１点における筒内圧力Pc（θ0）と、上記所定の１点に対応した時点における吸入空気の圧力Pi（θ0＋λ）と、上記所定の２点における筒内圧力Pc（θ1），Pc（θ２）および筒内容積V（θ1），V（θ2）とを上記（８）式に代入することにより、筒内圧センサの感度αの正確な推定値αeを低負荷で容易に得ることが可能となる。また、上述のように、吸入空気の圧力を検出する時点（上記吸気行程中の所定の１点に対応した時点）を位相遅れ量λに応じて設定することにより、感度αの推定値αeの算出精度をより一層向上させることが可能となる。
【００５９】
ところで、上記（５）式に示される関係は、筒内圧力（真値）と吸気系統における吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミング付近において成立することから、吸気行程中にクランク角がθＸおよびθＹとなる時に筒内圧力と吸入空気の圧力とが概ね一致するとすれば、次の（９）および（１０）に示される関係が成立する。
【００６０】
【数７】
2007040207.tif 000009
【００６１】
そして、上記（９）および（１０）式からδを消去すれば、筒内圧センサの感度αの推定値αeを、
【００６２】
【数８】
2007040207.tif 000010
【００６３】
として算出することができる。これにより、かかる（１１）式を用いても、吸気行程中の所定の２点における筒内圧センサの検出値と、当該吸気行程中の所定の２点の各々に対応した時点における吸入空気の圧力（吸気圧センサの検出値）とから、筒内圧センサの感度αの推定値αeを容易かつ精度よく算出することが可能となる。
【００６４】
すなわち、（１１）式を用いて筒内圧センサの感度αの推定値αeを求めるに際しては、まず、吸気行程中の所定の２点（クランク角がθＸ，θＹとなる時点）にて筒内圧力を検出すると共に、当該吸気行程中の所定の２点の各々に対応した時点（クランク角がθＸ＋λとなる時点およびθＹ＋λとなる時点）にて吸入空気の圧力を検出する。そして、上記吸気行程中の所定の２点における筒内圧力Pc（θＸ）およびPc（θＹ）と、当該吸気行程中の所定の２点の各々に対応した時点における吸入空気の圧力Pi（θＸ＋λ）およびPi（θＹ＋λ）とを上記（８）式に代入することにより、筒内圧センサの感度αの正確な推定値αeを低負荷で容易に得ることが可能となる。また、上記（１１）式を用いる場合も、吸入空気の圧力を検出する時点（吸気行程中の所定の２点の各々に対応した時点）を位相遅れ量λに応じて設定することにより、感度αの推定値αeの算出精度をより一層向上させることが可能となる。
【００６５】
次に、図６を参照しながら、上述の内燃機関１において筒内圧センサ１５の感度αの推定値αeを算出する手順と、筒内圧センサ１５の異常判断とについて説明する。図６に示されるルーチンは、内燃機関１のＥＣＵ２０によって所定時間おきに実行され、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行タイミングになると、まず、クランク角センサ１４の検出値に基づいて、内燃機関１の回転数を取得する（Ｓ１０）。機関回転数を取得すると、ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されている所定のマップまたは関数式を用いて、Ｓ１０にて取得した回転数に対応する位相遅れ量λを設定する（Ｓ１２）。
【００６６】
ここで、かかる位相遅れ量λは、本実施形態において、概ね吸気下死点になる時刻（吸気行程中に吸気弁を閉じる時点）と、吸入空気の圧力が吸気下死点における筒内圧力と概ね一致する時刻との差に応じた角度とされるが、本発明者の研究によれば、位相遅れ量λは、機関回転数が増加するにつれて大きくなり、機関回転数に対して概ね比例して増加することが判明している。このため、Ｓ１２では、図７に示されるような機関回転数と位相遅れ量λとの相関を規定するマップまたは関数式が用いられる。なお、Ｓ１２にて用いられるマップまたは関数式を作成するに際しては、吸気弁Ｖｉや排気弁Ｖｅの開閉タイミングやリフト量、更には内燃機関１における背圧を考慮すると好ましい。
【００６７】
Ｓ１２にて位相遅れ量λを設定すると、ＥＣＵ２０は、所定の記憶領域から、燃焼室３ごとに、クランク角がθ0（例えば−１８０°）となる時の筒内圧力Pc（θ0）と、クランク角がθ1（例えば−１００°）となる時の筒内圧力Pc（θ1）と、クランク角がθ2（例えば−５０°）となる時の筒内圧力Pc（θ2）とを読み出すと共に、クランク角がθ0＋λ（例えば−１８０°＋λ）となる時の（吸気下死点付近における）吸入空気の圧力Pi（θ0＋λ）を読み出す（Ｓ１４）。なお、角度θ1およびθ2は、圧縮行程または膨張行程中に含まれるように選択されれば、それぞれの値は任意とされ得る。
【００６８】
そして、ＥＣＵ２０は、燃焼室３ごとに、Ｓ１４にて読み出した筒内圧力Pc（θ0），Pc（θ1），Pc（θ2）を吸入空気の圧力Pi（θ0＋λ）および筒内容積V（θ1），V（θ2）と共に上記（５）式に代入することにより、筒内圧センサ１５ごとに、感度αの推定値αeを算出する（Ｓ１６）。なお、Ｓ１６にて用いられる筒内容積Vκ（θ1），Vκ（θ2）の値（本実施形態では、Ｖκ（−１００°）およびＶκ（−５０°）の値）は、例えばκ＝１．３２として予め算出された上で記憶装置に記憶されており、ＥＣＵ２０は、これらVκ（θ1），Vκ（θ2）の値を記憶装置から読み出してＳ２０の処理に用いる。
【００６９】
感度αの推定値αeを得ると、ＥＣＵ２０は、筒内圧センサ１５（燃焼室３）ごとに、推定値αeが予め定められている閾値Ａを下回っているか否か判定する（Ｓ１８）。そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ１８にて推定値αeが閾値Ａを下回っていると判断した筒内圧センサ１５について、所定の記憶領域に記憶されている感度αをＳ１６にて算出した推定値αeで更新し（Ｓ２０）、これにより、各筒内圧センサ１５の出力が補正されることになる。
【００７０】
そして、本実施形態では、Ｓ２０の処理の後、更新された各筒内圧センサ１５の感度α（Ｓ１６にて算出された推定値αe）を用いて各燃焼室３の壁面温度（筒内壁面の温度）を推定する処理が実行される（Ｓ２２）。
【００７１】
ここで、筒内圧センサの感度は、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバ検出素子等のセンサ素子の温度に依存するものであり、筒内圧センサの感度を求めるということは、センサ素子の温度を把握することに繋がる。そして、センサ素子の温度は、筒内圧センサの取付箇所周辺の温度（壁面温度）と密接な相関を有することから、燃焼室の所定箇所における壁面温度と、当該燃焼室に設けられている筒内圧センサの感度の初期値（あるいは前回値）からの変化量とは、例えば図８に示されるような相関を有している。
【００７２】
このような点を踏まえて、本実施形態では、燃焼室３の壁面温度と筒内圧センサ１５の感度αの初期値（あるいは前回値）α0からの変化量との相関を規定する筒内壁温推定マップが予め作成され、記憶装置に格納されている。そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ２２にて、筒内圧センサ１５ごとに、感度α（推定値αe）と初期値α0との偏差Δαを求めると共に、筒内壁温推定マップから、偏差Δαに対応する壁面温度を燃焼室３ごとに読み出す。更に、本実施形態では、Ｓ２２において、得られた壁面温度と予め作成されているマップとを用いて、燃焼室３ごとに壁面に付着した燃料の量の推定値が算出され、算出された燃料付着量の推定値は、燃料噴射制御に際して用いられる。このようなＳ２２の処理を実行すると、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの次の実行タイミングまで待機することになる。
【００７３】
上述のように、内燃機関１では、各燃焼室３に備えられる筒内圧センサ１５の感度αの正確な推定値αeを得ることが可能である。そして、上述のようにして算出される感度αの正確な推定値αeを用いれば、各燃焼室３における壁面温度や壁面に対する燃料付着量等を容易かつ精度よく把握すると共に、それらを内燃機関１の制御に有効利用することが可能となる。
【００７４】
一方、Ｓ１８にて何れかの筒内圧センサ１５の感度αの推定値αeが閾値Ａ以上になっていると判断された場合、当該筒内圧センサ１５の感度劣化がある程度進行していることになる。このため、Ｓ１８にて何れかの筒内圧センサ１５について否定判断を行った場合、ＥＣＵ２０は、該当する筒内圧センサ１５に異常が発生しているとみなし（Ｓ２４）、待機状態へと移行する。
【００７５】
図９は、上述の内燃機関１において筒内圧センサ１５の感度αの推定値αeを算出する他の手順と、筒内圧センサ１５の他の異常判断とを説明するためのフローチャートである。
【００７６】
図９のルーチンは、上述の（１１）式を利用するものであり、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行タイミングになると、クランク角センサ１４の検出値に基づいて、内燃機関１の回転数を取得し（Ｓ３０）、更に、Ｓ３０にて取得した回転数に対応する位相遅れ量λを設定する（Ｓ３２）。Ｓ３２にて位相遅れ量λを設定すると、ＥＣＵ２０は、所定の記憶領域から、クランク角がθＸ（例えば−３００°）となる時の筒内圧力Pc（θＸ）と、クランク角がθＹ（例えば−２００°）となる時の筒内圧力Pc（θＹ）とを燃焼室３ごとに読み出すと共に、クランク角がθＸ＋λ（例えば−３００°＋λ）となる時の吸入空気の圧力Pi（θＸ＋λ）と、クランク角がθＹ＋λ（例えば−２００°＋λ）となる時の吸入空気の圧力Pi（θＹ＋λ）とを読み出す（Ｓ３４）。なお、角度θＸおよびθＹは、吸気行程中に含まれ、かつ、筒内圧力と吸入空気の圧力とが概ね一致するタイミングであれば、それぞれの値は任意とされ得る。
【００７７】
そして、ＥＣＵ２０は、燃焼室３ごとに、Ｓ３４にて読み出した筒内圧力のPc（θＸ），Pc（θＹ）を吸入空気の圧力Pi（θＸ＋λ），Pi（θＹ＋λ）と共に上記（８）式に代入することにより、筒内圧センサ１５ごとに、感度αの推定値αeを算出する（Ｓ３６）。感度αの推定値αeを得ると、ＥＣＵ２０は、筒内圧センサ１５（燃焼室３）ごとに、推定値αeが予め定められている閾値Ａを下回っているか否か判定する（Ｓ３８）。
【００７８】
そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ３８にて推定値αeが閾値Ａを下回っていると判断した筒内圧センサ１５について、所定の記憶領域に記憶されている感度αをＳ３６にて算出した推定値αeで更新する（Ｓ４０）。更に、ＥＣＵ２０は、Ｓ４０の処理の後、更新された各筒内圧センサ１５の感度α（Ｓ３６にて算出された推定値αe）を用いて上述のＳ２２と同様の処理を実行する（Ｓ４２）。また、Ｓ３８にて何れかの筒内圧センサ１５の感度αの推定値αeが閾値Ａ以上になっていると判断した場合、ＥＣＵ２０は、該当する筒内圧センサ１５に異常が発生しているとみなし（Ｓ４４）、待機状態へと移行する。
【００７９】
このように、上述の（１１）式を用いた図９のルーチンが実行されても、各燃焼室３に備えられる筒内圧センサ１５の異常を検知することが可能である。そして、図９のルーチンを経て算出される感度αの正確な推定値αeを用いれば、各燃焼室３における壁面温度や壁面に対する燃料付着量等を容易かつ精度よく把握すると共に、それらを内燃機関１の制御に有効利用することが可能となる。
【００８０】
なお、図６および図９のルーチンにおいて、感度αの推定値αeを用いて各筒内圧センサ１５の異常を判定するに際しては、感度αの初期値α0あるいは前回値からの変化量、すなわち、推定値αeと初期値α0（あるいは前回値）との偏差を求め、当該変化量（偏差）が予め定められた閾値以上になった場合に、その筒内圧センサ１５に異常が発生していると判断するようにしてもよい。また、上記Ｓ２２やＳ４２における処理には、燃焼室３ごとに、壁面温度に基づいて燃焼室壁部（シリンダブロック２）に伝わった熱エネルギの量を求める工程が含まれてもよい。
【００８１】
そして、図６および図９のルーチンの何れにおいても、筒内圧力や吸入空気の圧力のサンプリング点θ0，θ1，θ2またはθＸ，θＹを少しずつずらし、多数のサンプリング点に基づいて各筒内圧センサ１５の感度αの推定値αeを複数求め、複数の推定値αeを平均化してもよい。これにより、各筒内圧センサ１５の感度αの推定値αeをより精度よく算出可能となる。
【００８２】
図１０は、筒内圧センサ１５の異常検知と異常が検知された場合の処理とに関する他のルーチンを示す。このルーチンは、図４に示された前述のルーチンとほぼ同様であり、前述のルーチンの各ステップＳ１０１、Ｓ１０２・・・に相当するステップをＳ２０１、Ｓ２０２・・・などとして示してある。異なるのは、ステップＳ２０５において、ステップＳ１０５の点火時期制御が燃料噴射制御（即ち燃料噴射量及び燃料噴射時期の制御）に置き換えられているだけである。このように本発明は他の制御量の制御にも適用可能である。
【００８３】
本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば上述の内燃機関１はガソリンエンジンであったが、これに限られるものではなく、本発明はディーゼルエンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【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】制御パラメータＰＶκに基づいて求められる燃焼割合と、熱発生率に基づいて求められる燃焼割合との相関を示すグラフである
【図３】本発明による制御装置を含む内燃機関を示す概略構成図である。
【図４】筒内圧センサの異常検知と異常が検知された場合の処理とに関するルーチンを示すフローチャートである。
【図５】筒内圧センサの出力値を各気筒別に示すグラフである。
【図６】筒内圧センサの感度の推定値を算出する手順と、筒内圧センサの異常判断とを説明するためのフローチャートである。
【図７】内燃機関の回転数と、吸気系統における吸入空気の圧力が筒内圧力と概ね一致するようになるまでの位相遅れ量との関係を例示するグラフである。
【図８】燃焼室に設けられている筒内圧センサの感度の変化量と、当該燃焼室の壁面温度との関係を例示するグラフである。
【図９】筒内圧センサの感度の推定値を算出する他の手順と、筒内圧センサの他の異常判断とを説明するためのフローチャートである。
【図１０】筒内圧センサの異常検知と異常が検知された場合の処理とに関する他のルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８５】
１  内燃機関
２  シリンダブロック
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
１２  インジェクタ
１４  クランク角センサ
１５  筒内圧センサ
１６  吸気圧センサ
Ｌ１  給気管
Ｖｅ  排気弁
Ｖｉ  吸気弁
ＶＭ  動弁機構
ΔＶ  偏差
【図１】
2007040207.tif 000011
【図２】
2007040207.tif 000012
【図３】
2007040207.tif 000013
【図４】
2007040207.tif 000014
【図５】
2007040207.tif 000015
【図６】
2007040207.tif 000016
【図７】
2007040207.tif 000017
【図８】
2007040207.tif 000018
【図９】
2007040207.tif 000019
【図１０】
2007040207.tif 000020