(57)【要約】【課題】内燃機関の筒内圧の周波数特性をより高い周波数帯域まで正確に検出できる筒内圧検出装置を提供する。【解決手段】共通のシリンダの筒内圧をそれぞれ検出する互いに異なる固有振動数をもつ第１及び第２の筒内圧センサ１０，２０と、第１の筒内圧センサ１０の検出値の周波数特性に含まれる第１の筒内圧センサ１０のもつ固有振動数周辺の成分を第２の筒内圧センサ２０の検出する検出値の周波数特性を用いて補正する処理装置３０とを備える構成とした。これにより、補正後の第１及び第２の筒内圧センサ１０，２０の検出値の周波数特性は、その固有振動数周辺においても正確になる。【選択図】図２
2007309102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通のシリンダの筒内圧をそれぞれ検出する互いに異なる固有振動数をもつ第１及び第２の筒内圧センサと、
前記第１の筒内圧センサの検出値の周波数特性に含まれる当該第１の筒内圧センサのもつ固有振動数周辺の成分を前記第２の筒内圧センサの検出する検出値の周波数特性を用いて補正する処理手段と、
を有することを特徴とする筒内圧検出装置。
【請求項２】
前記処理手段は、前記第１の筒内圧センサの検出値と前記第２の筒内圧センサの検出値との相対的な応答誤差をなくすように前記第２の筒内圧センサの検出値を補正し、補正後の前記第２の筒内圧センサの検出値を用いて前記第１の筒内圧センサの検出値の周波数特性を補正することを特徴とする請求項１に記載の筒内圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の筒内圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の制御システムでは、例えば、点火時期制御、空燃比制御、ノック制御等を実行する上で、現在の内燃機関の燃焼状態を把握する必要があり、この内燃機関の燃焼状態を把握するには、燃焼室（シリンダ）内の圧力（以下、筒内圧という）を検出する必要がある。
筒内圧を筒内圧センサで検出する技術は種々提案されており、例えば、特許文献１は、検出した筒内圧から高い精度でノッキング振動成分を抽出するために、圧力導入部の気柱振動周波数がノッキングの共振周波数帯から外れるように、筒内圧センサを取り付ける技術を開示している。
【特許文献１】特開平１−２８５６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、燃焼室内の状態を精密に把握するには、より高い周波数帯域で筒内圧を検出する必要がある。
しかしながら、例えば、数キロＨｚを越えるような周波数帯域では、筒内圧センサの検出信号にも様々なノイズが含まれる。このノイズのもつ周波数が筒内圧センサの固有振動数に接近すると、共振が発生してノイズが増幅されてしまい、筒内圧の高周波成分を正確に反映する信号を検出することができず、高い周波数帯域では燃焼状態等を正確に把握できない。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、内燃機関の筒内圧の周波数特性をより高い周波数帯域まで正確に検出できる筒内圧検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、共通のシリンダの筒内圧をそれぞれ検出する互いに異なる固有振動数をもつ第１及び第２の筒内圧センサと、第１の筒内圧センサの検出値の周波数特性に含まれる当該第１の筒内圧センサのもつ固有振動数周辺の成分を第２の筒内圧センサの検出する検出値の周波数特性を用いて補正する処理手段と、を有することを特徴としている。
この構成によれば、第１の筒内圧センサの検出値の周波数特性のうち、第１の筒内圧センサの固有振動数周辺の成分が、この領域に固有振動数を持たない第２の筒内圧センサの検出する検出値の周波数特性を用いて補正される。この結果、補正後の第１の筒内圧センサの検出値の周波数特性は、その固有振動数周辺においても正確になる。
【０００６】
上記構成において、処理手段は、第１の筒内圧センサの検出値と第２の筒内圧センサの検出値との相対的な応答誤差をなくすように第２の筒内圧センサの検出値を補正し、補正後の第２の筒内圧センサの検出値を用いて第１の筒内圧センサの検出値を補正する、構成を採用できる。
この構成によれば、第１の筒内圧センサの検出値と第２の筒内圧センサの検出値との相対的な応答誤差を是正したのちに、第１の筒内圧センサの検出値の周波数特性を補正後の第２の筒内圧センサの検出値を用いて補正するため、補正後の第１の筒内圧センサの検出値の周波数特性は、より正確になる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、内燃機関の筒内圧の周波数特性をより高い周波数帯域まで正確に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る筒内圧検出装置の構成を示す図である。
この筒内圧検出装置は、第１の筒内圧センサ１０、第２の筒内圧センサ２０、処理手段としての処理装置３０等から構成される。
【０００９】
第１の筒内圧センサ１０及び第２の筒内圧センサ２０は、図１に示すように、内燃機関のシリンダヘッド５０に形成されたシリンダとこれに嵌合するピストン６０により画定される燃焼室７０内の圧力（筒内圧）を検出可能に設けられている。
【００１０】
図２は第１の筒内圧センサ１０と第２の筒内圧センサ２０のゲイン特性ＣＰＳ１，ＣＰＳ２を示すグラフである。
第１の筒内圧センサ１０と第２の筒内圧センサ２０は、図２に示すゲイン特性ＣＰＳ１，ＣＰＳ２から分かるように、互い異なる固有振動数ω１，ω２をそれぞれ有している。尚、固有振動数ω１，ω２は、例えば、数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚの高い周波数帯域に存在する。
【００１１】
ここで、筒内圧の周波数特性ＲＰが、図３（ａ）に示すように、高周波成分（ノイズ成分）をもつ場合、この高周波成分の周波数帯域が固有振動数ω１の帯域に接近していると、図３（ｂ）に示すように、第１の筒内圧センサ１０で検出した筒内圧の周波数特性ＤＰ１は、固有振動数ω１の周辺の帯域でゲインが大きく増幅される。尚、筒内圧の周波数特性の高周波成分が固有振動数ω２に接近している場合にも同様である。
【００１２】
処理装置３０は、プロセッサ、メモリ等のハードウエアと所要のソフトウエアから構成され、図１に示すように、第１の筒内圧センサ１０の検出信号１０ｓと第２の筒内圧センサ２０の検出信号２０ｓが入力されて、これらの検出信号１０ｓ、２０ｓに基づいて筒内圧の周波数特性を検出する。尚、具体的な処理内容については後述する。
【００１３】
次に、処理装置３０における処理の一例を図４に示すフローチャートを参照して説明する。
先ず、処理装置３０は、図４に示すように、第１の筒内圧センサ１０の検出信号１０ｓを取得すると共に（ステップＳＴ１）、第２の筒内圧センサ２０の検出信号２０ｓを取得する（ステップＳＴ２）。
【００１４】
第１の筒内圧センサ１０と第２の筒内圧センサ２０とはそれぞれ異なる固有振動数ω１、ω２を有するので、共通の燃焼室７０の筒内圧を検出したとしても、検出信号１０ｓ及び検出信号２０ｓの間には、相対的な応答誤差が存在する。例えば、図５に示すように、第１の筒内圧センサ１０の検出した筒内圧Ｐ１と、第２の筒内圧センサ２０の検出した筒内圧Ｐ２とは、位相、振幅がそれぞれ異なる。具体的には、筒内圧Ｐ２は、筒内圧Ｐ１に対して、位相がΔＴだけ遅れ、減衰比Ｋ（＝ＰＫ２／ＰＫ１）で減衰している。
【００１５】
次に、相対的な応答誤差としての、位相ΔＴ及び減衰比Ｋを推定する（ステップＳＴ３）。
ここで、位相ΔＴ及び減衰比Ｋの推定方法について説明すると、筒内圧の時間軸（又はクランク角度）を「距離」に置き換えると、力学におけるモーメントの釣り合いから、図６に示すように、分布する筒内圧Ｐ（ｔ）を集中荷重Ｐｃに変換して考えることができる。測定雑音が白色雑音（平均値０）と仮定するならば、筒内圧Ｐ１及び筒内圧Ｐ２の間に応答誤差が無ければ両者の集中荷重（＝筒内圧Ｐの積算値）は一致するが、一致しない場合には、一致しない部分が応答誤差により生じたといえる。
また、図６に示す支点から集中荷重の作用点までの 距離（時間）ｔ２は、次式により求めることができる。
【００１６】
【数１】
2007309102.tif 000003
【００１７】
そして、筒内圧Ｐ１（ｔ）の集中荷重Ｐｃ１と筒内圧Ｐ２（ｔ）の集中荷重Ｐｃ２とは図７に示すような関係となる。
したがって、筒内圧Ｐ１（ｔ）について求められるｔ２をｔ２＿１、について求められるｔ２をｔ２＿２とすると、図Ｔは次式により求めることができる。
【００１８】
ΔＴ＝ｔ２＿１−ｔ２＿２
【００１９】
また、減衰比Ｋは、次式により求めることができる。
【００２０】
【数２】
2007309102.tif 000004
【００２１】
次に、求めた位相ΔＴ、減衰比Ｋに基づいて、筒内圧Ｐ１（ｔ）と筒内圧Ｐ２（ｔ）との相対的な応答誤差がなくなるように、筒内圧Ｐ２（ｔ）を補正する（ステップＳＴ４）。補正した筒内圧Ｐ２’（ｔ）を図示すると、例えば、図８のようになる。尚、図８において、比較のために、筒内圧Ｐ１（ｔ）及び筒内圧Ｐ２（ｔ）も示している。
【００２２】
次に、第１の筒内圧センサ１０の検出した筒内圧Ｐ１（ｔ）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、筒内圧Ｐ１（ｔ）の周波数特性を求める（ステップＳＴ５）。筒内圧Ｐ１（ｔ）の周波数特性ＦＣ１は、例えば、図９（ａ）に示すようになる。周波数特性ＦＣ１は、固有振動数ω１でピーク値をもつ。
【００２３】
次に、補正した筒内圧Ｐ２’（ｔ）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、補正した筒内圧Ｐ２’（ｔ）の周波数特性を求める（ステップＳＴ６）。補正した筒内圧Ｐ２’（ｔ）の周波数特性ＦＣ２は、例えば、図９（ｂ）に示すようになる。周波数特性ＦＣ２は、固有振動数ω２でピーク値をもつ。
【００２４】
次いで、筒内圧Ｐ１（ｔ）の周波数特性ＦＣ１のうち、図９（ａ）に示す固有振動数ω１の周辺の領域Ｒ１の成分を、図９（ｂ）に示す筒内圧Ｐ２（ｔ）の周波数特性ＦＣ２の対応する領域Ｒ２を用いて補正する（ステップＳＴ７）。
すなわち、筒内圧Ｐ１（ｔ）の周波数特性ＦＣ１の固有振動数ω１の周辺の領域Ｒ１を、筒内圧Ｐ２（ｔ）の周波数特性ＦＣ２の対応する領域Ｒ２で補間する。これにより、補正後の筒内圧Ｐ１（ｔ）の周波数特性ＦＣ１’は、図１０に示すように、固有振動数ω１の周辺の領域Ｒ３におけるゲインが抑えられ、実際の筒内圧に近いものとなる。
【００２５】
次いで、補正後の筒内圧Ｐ１（ｔ）の周波数特性ＦＣ１’を逆フーリエ変換する（ステップＳＴ８）。これにより、補正後の筒内圧Ｐ１（ｔ）の時間応答が得られる。
【００２６】
以上のように、本実施形態によれば、第１の筒内圧センサ１０により得られた筒内圧の検出値の周波数特性のうち、当該筒内圧センサのもつ固有振動数により発生する共振周波数成分を、異なる固有振動数をもつ第２の筒内圧センサ２０の周波数特性で置き換えることで、より高い周波数帯域の周波数特性を得ることができる。
また、第１の筒内圧センサ１０と第２の筒内圧センサ２０の検出値の応答誤差を考慮して、第２の筒内圧センサ２０の検出値を補正したうえで第１の筒内圧センサ１０の検出値の周波数特性を補正するので、より正確な周波数特性を得ることができる。
【００２７】
上記実施形態では、第１の筒内圧センサ１０の検出値の周波数特性を第２の筒内圧センサ２０の検出値の周波数特性を用いて補正した場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、第２の筒内圧センサ２０の検出値の周波数特性を第１の筒内圧センサ１０の検出値の周波数特性を用いて補正することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る筒内圧検出装置の構成を示す図である。
【図２】第１及び第２の筒内圧センサのゲイン特性を示すグラフである。
【図３】（ａ）は筒内圧の一例を示すグラフ、（ｂ）は第１のセンサで検出した筒内圧の一例を示すグラフである。
【図４】処理装置における処理手順を示すフローチャートである。
【図５】第１及び第２の筒内圧センサの検出値の相対的な応答誤差を示すグラフである。
【図６】相対的な応答誤差を補正する補正方法を説明するための図である。
【図７】第１及び第２の筒内圧センサの検出値を集中応力に変換した図である。
【図８】補正後の第２の筒内圧センサの検出値を示すグラフである。
【図９】（ａ）は第１の筒内圧センサの検出値の周波数特性を示すグラフであり、（ｂ）は補正後の第２の筒内圧センサの検出値の周波数特性を示すグラフである。
【図１０】補正後の第１の筒内圧センサの検出値の周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１０…第１の筒内圧センサ
２０…第２の筒内圧センサ
３０…処理装置
５０…シリンダヘッド
６０…ピストン
７０…燃焼室
ＦＣ１…第１の筒内圧センサの検出値の周波数特性
ＦＣ２…第２の筒内圧センサの検出値の周波数特性
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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