(57)【要約】【課題】この発明は、ＮＥセンサが故障した場合であっても、筒内圧センサの出力値から圧縮上死点を計算負荷小さく算出することのできる内燃機関を提供することを目的とする。【解決手段】燃焼を伴わない運転状態において筒内圧センサの出力値をサンプリングする。サンプリングされる出力値とそのサンプリング位置とで定まる点のうち、１サイクル中最も高い出力値がサンプリングされた点をＰ１、Ｐ１後の点をＰ２、Ｐ１前の点をＰ３とし、Ｐ１とＰ２のサンプリング位置の中間をＡ、Ｐ１とＰ３のサンプリング位置の中間をＢ、Ｐ１とＰ２を通る直線の傾きをａ、Ｐ１とＰ３を通る直線の傾きをｂ、Ｐ１とＰ２の出力値の差をａ’、Ｐ１とＰ３の出力値の差をｂ’とした場合に、ＢとＡとの間をｂ：ａで分ける位置、又はｂ’：ａ’で分ける位置を圧縮上死点として算出する。【選択図】図３
2013253503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼を伴わない運転状態において筒内圧センサの出力値をサンプリングする筒内圧サンプリング手段と、
前記筒内圧サンプリング手段によりサンプリングされる出力値とそのサンプリング位置とで定まる点のうち、１サイクル中最も高い出力値がサンプリングされた点をＰ１、Ｐ１後の点をＰ２、Ｐ１前の点をＰ３とし、Ｐ１とＰ２のサンプリング位置の中間をＡ、Ｐ１とＰ３のサンプリング位置の中間をＢ、Ｐ１とＰ２を通る直線の傾きをａ、Ｐ１とＰ３を通る直線の傾きをｂ、Ｐ１とＰ２の出力値の差をａ’、Ｐ１とＰ３の出力値の差をｂ’とした場合に、ＢとＡとの間をｂ：ａで分ける位置、又はｂ’：ａ’で分ける位置を圧縮上死点として算出する圧縮上死点算出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
少なくともカム位相を変更可能な可変バルブタイミング機構と、
前記圧縮上死点とカム角センサの出力値との比較に基づいて前記可変バルブタイミング機構のカム位相の固定位置を算出する手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１（特開昭６３−００９６７９号公報）に開示されるように、筒内圧センサとＮＥセンサ（クランク角センサ）を備えた内燃機関が知られている。また、本公報には、モータリング圧力最大値発生位置から機関ピストンの実上死点位置を検出し、該実上死点位置に応じて基準クランク角位置を補正し該補正基準クランク角位置に基づいて圧力最大角を求め該検出圧力最大角に応じて点火時期を制御することが開示されている。
【０００３】
また、信号のピーク位置を算出する従来技術として、特許文献２（特開２００７−１２４０６０号公報）、特許文献３（特開２００６−１４７０１７号公報）が挙げられる。特許文献２には、ピーク位置を求めるために、サンプルを５点とり、２点で引ける直線同士の交点と残りの１点との差分をとり、差分をフィードバックさせることで、真のピーク位置を得ることが開示されている。特許文献３には、ピーク前の２点と、ピーク後の２点の直線を求め、これらの直線の交点からピーク位置を求めることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−００９６７９号公報
【特許文献２】特開２００７−１２４０６０号公報
【特許文献３】特開２００６−１４７０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関においてクランク角度は、燃料噴射や点火のタイミングを決める上で重要なパラメータである。近年、ＮＥセンサが故障（フェール）した際もある程度の退避走行ができるように、カム角センサの信号だけでクランク角度を算出する「ＮＥセンサフェールセーフ制御」が採用されている。しかしながら、このようなＮＥセンサフェールセーフ制御では、ＶＶＴによるカム位相の固定位置が把握されていることが前提となる。そのため、複雑なＶＶＴ（中間ロック等）で固定位置が単独で判断できないシステムにおいては、ＮＥセンサフェールセーフ制御の実行が困難となる。
【０００６】
このようなシステムにおいてもＮＥセンサフェールセーフ制御を実現するためには、ＮＥセンサ以外のセンサから角度情報を得る必要がある。本発明は、ＮＥセンサ以外のセンサとして筒内圧センサを用い、角度情報として圧縮上死点、つまり信号のピーク位置を算出することにより必要な角度情報を得て上記課題を解決する。上述したように信号のピーク位置を算出する従来技術として、特許文献２、特許文献３がある。しかしながら、どちらも４〜５個のサンプルを使用し、そのサンプル点を通過する直線の交点からピーク位置を判断するものである。これらの交点を算出するには、各々の直線の方程式を求め連立一次方程式を解く必要がある。そのため、計算が複雑で処理負荷が大きいという課題がある。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＮＥセンサが故障した場合であっても、計算負荷が小さく、筒内圧センサの出力値から圧縮上死点を算出することのできる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
燃焼を伴わない運転状態において所定周期毎に筒内圧センサの出力値をサンプリングする筒内圧サンプリング手段と、
前記筒内圧サンプリング手段によりサンプリングされる出力値とそのサンプリング位置とで定まる点のうち、１サイクル中最も高い出力値がサンプリングされた点をＰ１、Ｐ１後の点をＰ２、Ｐ１前の点をＰ３とし、Ｐ１とＰ２のサンプリング位置の中間をＡ、Ｐ１とＰ３のサンプリング位置の中間をＢ、Ｐ１とＰ２を通る直線の傾きをａ、Ｐ１とＰ３を通る直線の傾きをｂ、Ｐ１とＰ２の出力値の差をａ’、Ｐ１とＰ３の出力値の差をｂ’とした場合に、ＢとＡとの間をｂ：ａで分ける位置、又はｂ’：ａ’で分ける位置を圧縮上死点として算出する圧縮上死点算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
少なくともカム位相を変更可能な可変バルブタイミング機構と、
前記圧縮上死点とカム角センサの出力値との比較に基づいて前記可変バルブタイミング機構のカム位相の固定位置を算出する手段と、を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、所定周期毎に筒内圧センサの出力値及びそのサンプリング位置を取得するためサンプルの取得が容易であり、従来のように直線の交点を用いることなく、３点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）のサンプルから圧縮上死点（ピーク位置）を算出できる。そのため、本発明によれば、ＮＥセンサが故障した場合であっても、計算負荷小さく圧縮上死点を算出することができる。
【００１１】
第２の発明によれば、ＮＥセンサが故障した場合であっても、圧縮上死点を算出でき、これとカム角センサの出力値との比較に基づいて可変バルブタイミング機構のカム位相の固定位置を算出する。可変バルブタイミング機構の固定位置が把握できるため、その後ＮＥセンサフェールセーフ制御を実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概略構成図である。
【図２】ＮＥセンサフェール時の筒内圧波形を示す図である。
【図３】図２のＡ部を拡大した図である。
【図４】本発明の実施の形態１のシステムにおいてＥＣＵが実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１４】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概略構成図である。図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンともいう。）１０を備えている。エンジン１０は、火花点火式の４ストローク型レシプロエンジンである。
【００１５】
図１には１つの気筒のみが描かれているが、車両用のエンジン１０は、一般的に複数の気筒から構成されている。各気筒には、その内部を往復運動するピストンが設けられている。各気筒のピストン上面からシリンダヘッドまでの空間は燃焼室１２を形成している。各気筒には、燃焼室１２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１４が取り付けられている。各気筒には、燃焼室１２内の混合気に火花点火する点火プラグ１６が取り付けられている。各気筒には、燃焼室１２内の筒内圧（燃焼圧）に応じた信号を出力する筒内圧センサ（ＣＰＳ：Combustion Pressure Sensor）１８が取り付けられている。また、ピストンの往復運動は、クランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の近傍には、クランク位置やエンジン回転数を検出するためのＮＥセンサ（クランク角センサ）１９が取り付けられている。
【００１６】
エンジン１０の吸気系には、各気筒に接続された吸気通路２０が設けられている。吸気通路２０の入口には、エアクリーナ２２が設けられている。エアクリーナ２２の下流には、吸気通路２０に吸入される空気の流量（以下、吸入空気量という。）に応じた信号を出力するエアフローメータ２４が取り付けられている。エアフローメータ２４の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２６が設けられている。吸気通路２０の下流端には、燃焼室１２と吸気通路２０との間を開閉する吸気バルブ２７が設けられている。
【００１７】
エンジン１０の排気系には、各気筒に接続された排気通路３２が設けられている。排気通路３２の上流端には、燃焼室１２と排気通路３２との間を開閉する排気バルブ３３が設けられている。排気バルブ３３の下流には触媒３４が設けられている。触媒として例えば三元触媒が用いられる。
【００１８】
また、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む記憶回路を備えた演算処理装置により構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、上述した筒内圧センサ１８、ＮＥセンサ１９、エアフローメータ２４の他、１サイクルで１回転するカム軸の位置を検出するためのカム角センサ５２等のエンジン１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。
【００１９】
ＥＣＵ５０の出力側には、上述した燃料噴射弁１４、点火プラグ１６、スロットルバルブ２６の他、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）５４等のエンジン１０の運転を制御するための各種のアクチュエータが接続されている。ＶＶＴ５４は、少なくともカム位相を変更することができる。ＥＣＵ５０は、各種センサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って各種のアクチュエータを駆動させることにより、エンジン１０の運転状態を制御する。
【００２０】
エンジン１０の正確な動作にとって、クランク角度は、燃料噴射や点火のタイミングを決める重要なパラメータである。通常、ＥＣＵ５０は、クランク軸のＮＥセンサ１９と、カム軸のカム角センサ５２の２つの出力値を比較し、１サイクルのクランク角度（７２０［°］）を判定する。主にＮＥセンサ１９が細かな角度変化を検出し、カム角センサ５２が７２０［°］つまり２回転の表裏どちらにあるのかを判断する。そのため、ＮＥセンサ１９が故障等により使用不能になると、クランク角度の検出ができず機関の動作が困難となる。
【００２１】
これに対処するため、ＮＥセンサ１９が故障した場合にカム角センサ５２単体での退避走行を可能とする「ＮＥセンサフェールセーフ制御機能」を備えることが考えられる。カム角センサ５２は１サイクルで１回転するため表裏を判定できるが、ＮＥセンサ１９ほど正確な角度変化を捉えることはできない。それでも退避走行を行う程度の角度検出は可能と考えられるからである。
【００２２】
しかしながら、カム角センサ５２単体でクランク角度を検出するためには、ＶＶＴ５４のカム位相の固定位置が把握されている必要がある。そのため、駆動力を抜けばカムスプリングからの反力により自然と最端角度に到達し固定できるＶＶＴならばその固定位置を判断できるが、近年の複雑化したＶＶＴ（例えば中間ロックＶＶＴ）などはロック位置に固定できているか単体で判断が不可能なため、ＮＥセンサフェールセーフ制御を実行できないこととなる。
【００２３】
［実施の形態１の特徴的構成］
このような複雑なＶＶＴを備える場合においても、ＮＥセンサフェールセーフ制御を実現するには、ＮＥセンサ１９以外のセンサからクランク軸の角度情報を得、カム角センサ５２のカム軸の角度情報と比較してＶＶＴ５４の固定位置を判断する必要がある。そこで、本実施形態のシステムでは、ＮＥセンサ１９の故障時に筒内圧センサ１８を使用して、計算容易かつ計算負荷が少ない手法でクランク軸の角度情報を算出することにより上記問題を解決することとした。
【００２４】
具体的な処理の内容について図２、図３を用いて説明する。図２は、ＮＥセンサフェール時の筒内圧波形を示す図である。ＮＥセンサ１９故障時は、クランク軸の角度情報が失われる。そのため、ＶＶＴの固定位置が把握され、ＮＥセンサフェールセーフ制御が行われるまでは、燃料噴射・点火を行うことができない。したがって、この間は燃焼を伴わない運転状態となり、筒内圧センサ１８の出力は図２のようなモータリング波形となる。
【００２５】
図３は、図２のＡ部を拡大した図である。図３を用いて、ＮＥセンサ１９故障時における圧縮上死点の算出手法について説明する。本実施形態のシステムは、上述の燃焼を伴わない運転状態において、所定のサンプル周期毎に筒内圧センサの出力値をサンプリングする。ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ１８の出力値を、所定のサンプル周期で取得し、時系列データとして記憶する機能を備えている。
【００２６】
図３のＸ軸方向はサンプリング位置（サンプル周期が到来するタイミング）を、Ｙ軸方向は筒内圧センサ１８の出力値を表している。サンプリングされる出力値とそのサンプリング位置とで定まる点のうち、１サイクル中最も高い出力値がサンプリングされた点をＰ１、Ｐ１直後の点をＰ２、Ｐ１直前の点をＰ３とする。また、Ｐ１とＰ２のサンプリング位置の中間をＡ、Ｐ１とＰ３のサンプリング位置の中間をＢ、Ｐ１とＰ２を通る直線の傾きをａ、Ｐ１とＰ３を通る直線の傾きをｂ、Ｐ１とＰ２の出力値の差をａ’、Ｐ１とＰ３の出力値の差をｂ’とする。この場合において、ＢとＡとの間をｂ：ａで分ける位置、又はｂ’：ａ’で分ける位置を圧縮上死点つまり信号のピーク位置として算出する。
【００２７】
本手法によれば、所定間隔で３点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）のサンプルから計算容易かつ計算負荷小さくクランク軸の角度情報を算出することができる。
【００２８】
さらに、算出された圧縮上死点を用いることで、これとカム角センサ５２の出力値との比較に基づいて、ＶＶＴ５４のカム位相の固定位置を算出する。ＶＶＴ５４の固定位置が把握されれば、カム角センサ５２の出力値からクランク角度が定まり、燃料噴射・点火タイミングを設定することができる。そのため、その後ＮＥセンサフェールセーフ制御が実行可能となる。
【００２９】
図４は、上述の処理を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、まずＥＣＵ５０は、ＮＥセンサ１９が故障しているか否かを判定する（ステップＳ１００）。センサ出力が得られない場合には故障していると判定する。この場合、燃料噴射・点火タイミングが設定できないため、燃料噴射や点火が停止する。そのため、燃焼を伴わない運転状態となり、筒内圧波形はモータリング波形となる。
【００３０】
次に、ＥＣＵ５０は、燃料噴射・点火タイミングが設定できず燃焼を伴わない運転状態において、所定のサンプル周期で筒内圧の出力値をサンプリングする（ステップＳ１１０）。
【００３１】
ＥＣＵ５０は、１サイクル中でサンプリングされた筒内圧の降順３点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を取得する（ステップＳ１２０）。ＥＣＵ５０は、Ｐ１とＰ２のサンプリング位置の中間をＡ、Ｐ１とＰ３のサンプリング位置の中間をＢ、直線（Ｐ１，Ｐ２）の傾きａ、直線（Ｐ１、Ｐ３）の傾きｂを算出する（ステップＳ１３０）。さらにＥＣＵ５０は、ＢとＡとの線分をｂ：ａで分けるＸ軸方向の位置を圧縮上死点として算出する（ステップＳ１４０）。
【００３２】
ＥＣＵ５０は、算出された圧縮上死点のクランク軸の位置とカム角センサ５２によるカムの角度情報とを比較し、ＶＶＴ５４のカム位相の固定位置を算出する。その結果、クランク角度が定まり、燃料噴射・点火タイミングが設定される。その後ＮＥセンサフェールセーフ制御が実行される（ステップＳ１５０）。
【００３３】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、図４のステップＳ１３０の処理に代えて、Ｐ１とＰ２の出力値の差ａ’、Ｐ１とＰ３の出力値の差ｂ’を算出し、更にステップＳ１４０の処理に代えて、Ｂ−Ａ間をｂ’：ａ’で分ける点ＣのＸ軸方向の位置を圧縮上死点として算出することとしても良い。
【００３４】
本発明が適用されるエンジンは、上述の実施の形態のような筒内直噴エンジンには限定されない。ポート噴射式のエンジンにも本発明の適用は可能である。
【００３５】
尚、上述した実施の形態１においては、筒内圧センサ１８が前記第１の発明における「筒内圧センサ」に、ＶＶＴ５４が前記第１の発明における「可変バルブタイミング機構」に、それぞれ相当している。また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「筒内圧サンプリング手段」が、上記ステップＳ１２０〜ステップＳ１４０の処理を実行することにより前記第１の発明における「圧縮上死点算出手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００３６】
１０  内燃機関（エンジン）
１２  燃焼室
１４  燃料噴射弁
１６  点火プラグ
１８  筒内圧センサ
１９  ＮＥセンサ（クランク角センサ）
２０  吸気通路
２７  吸気バルブ
３２  排気通路
３３  排気バルブ
５０  ＥＣＵ
５２  カム角センサ
５４  ＶＶＴ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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