(57)【要約】【課題】内燃機関の各気筒の失火やノッキングを確実に判定する。【解決手段】内燃機関の各気筒の筒内圧による点火プラグ５の軸方向の変位を検出するように、座金４４に対して半導体型歪みセンサ２０が設けられている。各気筒の爆発行程における歪みセンサ２０の出力信号ないしその積分値を閾値と比較することで、失火を判定し、ノッキングに特有な周波数帯域を抽出して、その積分値を閾値と比較することでノッキングを判定する。燃焼室周囲の歪みから失火やノッキングをより直接的に検出するので、広範な運転条件下で失火等の判定が可能である。２つの気筒間に１つの歪みセンサ２０を配置することで、気筒数よりも少ない個数の歪みセンサ２０による全気筒の燃焼状態の検出も可能である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室を囲む部分の筒内圧による変位を検出するように配置された少なくとも１つの歪みセンサを備え、この歪みセンサの検出信号に基づいて各気筒の失火もしくはノッキング発生の少なくとも一方の検出を行うことを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項２】
気筒数よりも少ない個数の歪みセンサを具備し、各歪みセンサが、隣接する２つの気筒の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項３】
上記歪みセンサは、第１の方向の伸びに対し正の出力信号を出力するとともに、上記第１の方向と異なる第２の方向の伸びに対し負の出力信号を出力する半導体型歪みセンサからなり、隣接する一方の気筒の爆発燃焼と他方の気筒の爆発燃焼とで正負の異なる出力が得られるように気筒間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項４】
上記歪みセンサは、シリンダブロックの外壁に貼着されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項５】
上記内燃機関がサイアミーズ型シリンダブロックを有し、一対のシリンダボア間の隔壁の内部に、該隔壁の歪みを検出するように各歪みセンサが配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項６】
上記歪みセンサは、燃焼室に装着された点火プラグの軸方向の変位を検出するように各気筒毎に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の各気筒の燃焼状態、例えば、各気筒の失火の有無やノッキング状態を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関において一部気筒の失火を検出するために、クランクシャフト後端のリングギアなどを利用してクランクシャフトの角速度の変動を監視し、各気筒の燃焼行程に対応する期間での角速度に基づいて失火判定を行う失火診断装置が、特許文献１等によって公知である。
【０００３】
また、内燃機関のノッキングは、特許文献２に開示されているように、一般に、内燃機関のシリンダブロックに、該シリンダブロックの外壁の振動を検出するノッキングセンサを配置し、その出力信号の中から特定の周波数成分を抽出することによって、その判定が行われる。
【０００４】
一方、近年、従前の抵抗線式歪みゲージに代えて、半導体基板に複数の拡散抵抗からなるホイートストンブリッジ回路を形成するとともに、増幅回路を同じ基板上に形成した半導体型歪みセンサが本出願人らによって種々提案されている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−７７８９８号公報
【特許文献２】特開昭５８−４５５２０号公報
【特許文献３】特開２００５−１１４４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の失火診断装置では、各気筒の失火をクランクシャフトの角速度から間接的に把握しようとしているため、内燃機関の過渡時や変速時などには検出精度が低下し、正確な失火判定を行うことができない。
【０００７】
また、従来のノッキング検出装置においては、振動センサによってシリンダブロックの外壁の振動を検出するものであるため、ノッキング以外の要因に起因する振動いわゆるバックグラウンド振動と分離する必要があり、やはり特定の運転条件において、その検出精度が低下しやすい。
【０００８】
本発明は、各気筒の爆発燃焼によるシリンダブロックやシリンダヘッド等の歪みを歪みセンサによって検出することで、失火の検出ないしノッキングの検出を行うようにした新規な内燃機関の燃焼状態検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る内燃機関の燃焼状態検出装置は、内燃機関の燃焼室を囲む部分の筒内圧による変位を検出するように配置された少なくとも１つの歪みセンサを備え、この歪みセンサの検出信号に基づいて各気筒の失火もしくはノッキング発生の少なくとも一方の検出を行う。歪みセンサとしては、半導体基板に拡散抵抗ならびに増幅回路を形成した半導体型歪みセンサが好適であり、このような半導体型歪みセンサでは、非常に高い感度が得られ、シリンダブロックやシリンダヘッドあるいは燃焼室に装着される点火プラグなど内燃機関の燃焼室を囲む各部の筒内圧による微小変位を高精度に検出することが可能である。特に増幅回路を一体化した形式のものでは、耐ノイズ性が高く、内燃機関の点火系などのノイズを影響を受けることがない。
【００１０】
歪みセンサは、例えば、燃焼室に装着された点火プラグの軸方向の変位を検出するように各気筒毎に設けることができ、あるいは、シリンダブロック等の外壁に貼着するようにしてもよい。
【００１１】
本発明の好ましい一つの態様では、気筒数よりも少ない個数の歪みセンサを具備し、各歪みセンサが、隣接する２つの気筒の間に配置されている。つまり、１つの歪みセンサが２つの気筒の燃焼状態を検出でき、例えば、気筒数の半分の個数の歪みセンサで全気筒の燃焼状態の検出が可能である。
【００１２】
このような場合に、好ましくは、上記歪みセンサとして、第１の方向の伸びに対し正の出力信号を出力するとともに、上記第１の方向と異なる第２の方向の伸びに対し負の出力信号を出力する半導体型歪みセンサが用いられ、隣接する一方の気筒の爆発燃焼と他方の気筒の爆発燃焼とで正負の異なる出力が得られるように気筒間に配置される。このようにすれば、１つの歪みセンサの対象となる２つの気筒の燃焼行程が近接していても、両者の爆発燃焼に伴う検出信号を互いに容易に識別できる。
【００１３】
また、一つの態様として、上記内燃機関が、複数個のシリンダ壁が直列に連続してなるサイアミーズ型シリンダブロックを有している場合に、一対のシリンダボア間の隔壁の内部に、該隔壁の歪みを検出するように各歪みセンサを配置することもできる。つまり、２つのシリンダボアの間の隔壁は、一方の気筒の燃焼行程では筒内圧によって他方の気筒のボアの方へ向かって変位し、他方の気筒の燃焼行程では逆に一方の気筒のボアの方へ向かって変位する。これにより、２つの気筒の燃焼状態の検出が可能である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、内燃機関の燃焼室を囲むシリンダブロックやシリンダヘッドあるいは点火プラグ等の歪みから失火やノッキングをより直接的に検出することができ、内燃機関の過渡変化や外部の振動などの影響を受けずに広範な運転条件下で失火やノッキングの検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施例の構成を概略的に示した構成説明図。
【図２】エンジンコントロールユニットの構成を概略的に示した説明図。
【図３】エンジンコントロールユニットの機能を概略的に示した機能ブロック図。
【図４】歪みセンサの取付状態を示す内燃機関上面の平面図。
【図５】歪みセンサの取付状態を示す内燃機関要部の横断面図。
【図６】その要部の拡大断面図。
【図７】燃焼状態検出装置の機能ブロック図。
【図８】歪みセンサ信号ソフトフィルタ部の機能ブロック図。
【図９】失火の有無に応じた筒内圧信号の波形を示す説明図。
【図１０】失火判定部の機能ブロック図。
【図１１】個々の失火判定部の詳細を示す機能ブロック図。
【図１２】個々の失火判定部の他の例を示す機能ブロック図。
【図１３】ノッキングの有無に応じた筒内圧信号の波形を示す説明図。
【図１４】ノック判定部の機能ブロック図。
【図１５】個々のノック判定部の詳細を示す機能ブロック図。
【図１６】図１５におけるノック信号処理部の詳細を示す機能ブロック図。
【図１７】図１５におけるノック信号処理部の他の例を示す機能ブロック図。
【図１８】本発明の第２の実施例における歪みセンサの取付状態を示すシリンダヘッド上面の平面図。
【図１９】第２の実施例における失火の有無に応じた筒内圧信号の波形を示す説明図。
【図２０】第２の実施例における失火判定部の機能ブロック図。
【図２１】第２の実施例におけるノッキングの有無に応じた筒内圧信号の波形を示す説明図。
【図２２】第２の実施例におけるノック判定部の機能ブロック図。
【図２３】歪みセンサの他の配置例を示す内燃機関上面の平面図。
【図２４】同じく内燃機関の縦断面図。
【図２５】歪みセンサのさらに他の配置例を示す内燃機関の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明に係る内燃機関の燃焼状態検出装置の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、自動車用内燃機関１に適用した一実施例の構成を概略的に示した説明図であって、内燃機関１は、例えば直列４気筒の火花点火式ガソリン機関からなり、各気筒のシリンダ２内にピストン３によって燃焼室４が画成されている。この燃焼室４の頂部中央には、点火プラグ５が配置されている。点火プラグ５の各々は、点火コイルを含む点火ユニット１８に接続されている。
【００１８】
内燃機関１の吸気通路６には、吸入空気量を検出する例えばホットワイヤ式の吸入空気量センサ８と、吸気通路面積を制御するスロットル弁９と、が設けられているとともに、吸気コレクタ１０部分に、スロットル弁９下流での吸気温度を検出する吸気温センサ１１が設けられている。また、スロットル弁９をバイパスしたバイパス通路の空気流量を調整するＩＳＣ（アイドルスピードコントロール）バルブ１２を備えている。スロットル弁９として電子制御型スロットル弁を用いる場合には、上記ＩＳＣバルブ１２を省略することも可能である。さらに、吸気ポートへ向けて燃料を噴射供給する燃料噴射弁１３が設けられている。なお、本発明においては、図示したポート噴射型ではなく、筒内に燃料を噴射する筒内噴射型の構成であってもよい。内燃機関１の排気通路７には、空燃比制御に用いられる公知の酸素濃度センサ１４（あるいは空燃比センサ）が配置されている。
【００１９】
また、内燃機関１には、さらに、ウォータジャケット内の冷却水温を検出する水温センサ１５、スロットル弁９の開度を検出するスロットル開度センサ１６、カムシャフトの回転角度からカム角ひいてはクランク角を検出するクランク角センサ１７、イグニッションキースイッチ１９、などが設けられており、これらの検出信号ないし出力信号は、エンジンコントロールユニット２１に入力されている。なお、カム角センサとクランク角センサとを別個に備えた構成としてもよい。また、本発明の要部である歪みセンサ２０が、後述するように各気筒の点火プラグ５基部に配置されており、その検出信号はエンジンコントロールユニット２１に入力されている。エンジンコントロールユニット２１は、上記のような種々のセンサの検出信号に基づいて、燃料噴射弁１３による燃料噴射量ならびに噴射時期、点火ユニット１８を介した点火プラグ５の点火時期、ＩＳＣバルブ１２の開度、などを制御している。
【００２０】
図２に概略を示すように、エンジンコントロールユニット２１は、入出力ポート３１、ＣＰＵ３２、ドライバ３３、図示せぬＲＯＭ、ＲＡＭ、等を含んで構成されており、上述したように、種々のセンサの検出信号が入出力ポート３１を介して入力されるとともに、各気筒の燃料噴射弁１３や点火ユニット１８等がドライバ３３を介して駆動される。
【００２１】
図３は、上記エンジンコントロールユニット２１によって実現される機能を機能ブロック図として示したものであり、図示するように、エンジンコントロールユニット２１は、内燃機関１の回転数（回転速度）を求めるエンジン回転数計算手段１０１、吸入空気量を求める吸入空気量計算手段１０２、基本燃料噴射量を求める基本燃料計算手段１０３、機関の負荷と回転速度に応じた燃料噴射量の補正係数を求める基本燃料補正係数計算手段１０４、基本点火時期を求める基本点火時期計算手段１０５、アイドル時に目標アイドル回転数に沿うようにバイパス空気量を制御するＩＳＣ制御手段１０７、運転条件に応じて目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段１０９、酸素濃度センサ１４の検出信号に基づいて空燃比フィードバック補正係数を求める空燃比帰還制御係数計算手段１０８、この空燃比フィードバック補正係数などを含む最終的な燃料噴射量の補正を行う基本燃料補正手段１１０、最終的な点火時期の補正を行う点火時期補正手段１１１、を備えている。これらは基本的には公知の構成であり、その詳細な説明は省略する。
【００２２】
そして、この実施例においては、各気筒毎に設けた歪みセンサ２０からの検出信号に基づいて各気筒の燃焼行程（爆発行程）中の筒内圧を求める筒内圧検出手段１１２と、この筒内圧に基づいて、各気筒の燃焼状態の検出、詳しくは失火およびノッキングの判定を行う燃焼状態検出手段１１３と、を備えている。
【００２３】
図４〜図６は、各点火プラグ５に対する歪みセンサ２０の取付状態の詳細を示している。図示するように、内燃機関１の燃焼室４は、各シリンダ２がシリンダボアとして形成されたシリンダブロック４１と、このシリンダブロック４１の上面に固定されてシリンダボアを覆うシリンダヘッド４２と、で構成されており、さらに、頂部のプラグ孔に点火プラグ５が螺合して、燃焼室４を密閉している。従って、点火プラグ５は、燃焼室４内の圧力つまり筒内圧を軸方向に受け、筒内圧が高いほど軸方向外側へ変位する。点火プラグ５の基部フランジとシリンダヘッド４２側の座面との間には、シール部材となる金属製の円環状の座金４４が介在しており、この座金４４の軸方向の変位を検出するように、該座金４４の外周部に歪みセンサ２０が設けられている。一つの例としては、図６に例示するように、自由端部が座金４４上面に接する片持ち状の検知プレート４５がシリンダヘッド４２にネジ４６等で固定されており、この検知プレート４５の上面に歪みセンサ２０が貼着されている。つまり、座金４４上面の軸方向の変位に伴って検知プレート４５が撓み、その歪みが歪みセンサ２０によって検出される。
【００２４】
上記歪みセンサ２０は、半導体基板に複数の拡散抵抗からなるホイートストンブリッジ回路を形成するとともに、増幅回路を同じ基板上に形成した半導体型歪みセンサから構成されている。このような半導体型歪みセンサ２０は、特定の方向（一般には互いに直交する２方向）に沿った歪みに対し高い感度を有しているが、この歪み検出方向が上記検知プレート４５の撓みに対応するように歪みセンサ２０が配置されている。なお、歪みセンサ２０の具体的な取付構造は図６の例に限定されるものではなく、座金４４ないし点火プラグ５の軸方向の変位に歪みセンサ２０が応答し得るように取り付ければ、どのような取付構造であってもよい。半導体型歪みセンサの感度は非常に高く、筒内圧による点火プラグ５の極僅かな変位を十分に検出することができる。また、１〜２ｍｍ角程度の小型の構成であり、座金４４ないし点火プラグ５に対して配置することが十分に可能である。特に、増幅回路を一体化した半導体型歪みセンサにあっては、耐ノイズ性が高く、ノイズ源となる点火プラグ５近傍においても、ノイズの影響を受けることがない。なお、ワイヤレスで給電ならびに出力信号の送信が可能な半導体型歪みセンサも近年開発されており、この種の歪みセンサを用いることも可能である。
【００２５】
次に、上記歪みセンサ２０から得られる検出信号の信号処理について説明する。
【００２６】
図７は、本発明の燃焼状態検出装置の要部を示した機能ブロック図であって、図示するように、ノイズフィルタ５１を含む歪みセンサ２０からの出力信号は、歪みセンサ信号ソフトフィルタ部５２に入力され、不要な振動成分を除去するためにフィルタリングされる。この歪みセンサ信号ソフトフィルタ部５２としては、特に限定されるものではないが、例えば、図８に示すような実質的な加重平均処理によって処理され、ブロック６１において機関回転速度に応じて設定される重み係数によって重み付けがなされる。歪みセンサ信号ソフトフィルタ部５２からの出力信号は、図７に示すように、信号処理部５３を介して失火判定部５４およびノック判定部５５へ入力される。なお、図７の歪みセンサ信号ソフトフィルタ部５２、信号処理部５３、失火判定部５４およびノック判定部５５が、図３の筒内圧検出手段１１２および燃焼状態検出手段１１３に実質的に対応する。
【００２７】
図９は、上記の信号処理部５３から出力される出力信号の波形、換言すれば、筒内圧に応じて生じる歪み量の信号波形を示している。図の上段は、直列４気筒機関を例に、各気筒の行程を示している。なお、図示例では、説明の単純化のために、点火順を♯１→♯２→♯３→♯４として説明してある。そして、図の中段は、全ての気筒が失火することなく燃焼している正常燃焼時の特性であり、図の下段は、♯１気筒が失火した場合の特性を示している。
【００２８】
図９に示すように、筒内圧は、圧縮行程において吸気の圧縮に伴って僅かに上昇し、その後、点火されて爆発燃焼することにより、爆発行程（燃焼行程）において急激に上昇し、かつ排気行程へ向かって徐々に低下していく。これに対し、仮に失火が生じていると、下段の♯１気筒の例に示すように、吸気の圧縮に伴う圧力上昇のみで、爆発燃焼による圧力上昇は見られない。従って、点火の適当なクランク角範囲、例えば圧縮上死点から排気下死点までの爆発行程に対応する１８０°ＣＡの区間における筒内圧に基づいて、失火判定が可能である。
【００２９】
上記失火判定部５４は、この実施例においては、図１０に示すように、各気筒毎の歪みセンサ２０に対応する気筒毎の失火判定部５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄを備えている。これらの失火判定部５４ａ〜５４ｄには、対応する気筒の爆発行程の区間の始点および終点を示す信号が入力されており、各失火判定部５４ａ〜５４ｄは、この区間の筒内圧信号に基づいて失火判定を行い、失火と判定した場合には、それぞれ失火信号を出力する。
【００３０】
図１１は、失火判定部５４ａ〜５４ｄの一例を示す機能ブロック図である。この例は、爆発行程中の特定のクランク角における筒内圧の値を比較部６１において閾値と大小比較し、閾値よりも小であれば失火と判定するようにしたものである。歪みセンサ２０からの信号は、爆発行程の間、所定クランク角（単位クランク角）毎にサンプリングされるが、圧縮上死点からあるクランク角だけ遅延したタイミングで遅延器６２からトリガー信号が出力され、そのときの歪みセンサ２０の出力が保持されて、比較部６１に入力される。圧縮上死点からの遅延角度（クランク角）つまり上記トリガー信号のタイミングは、正常燃焼と失火とをより明確に判別できるように、ブロック６３において内燃機関１の負荷と回転速度とに基づいて決定される。これは、例えば、圧縮上死点後３０°ＣＡ付近に設定される。同様に、閾値も、運転条件による筒内圧の変動を考慮して、ブロック６４において内燃機関１の負荷と回転速度とに基づいて決定される。
【００３１】
図１２は、失火判定部５４ａ〜５４ｄの他の例を示す機能ブロック図である。この例は、爆発行程中の筒内圧信号を積分していき、その積分値を比較部６６において閾値と大小比較し、閾値よりも小であれば失火と判定するようにしたものである。歪みセンサ２０からの信号は、爆発行程の間、所定クランク角（単位クランク角）毎にサンプリングされるが、積分器６７において順次積分され、比較部６６に入力される。筒内圧の大きさは内燃機関１の運転条件によって変化するので、閾値は、ブロック６８において内燃機関１の負荷と回転速度とに基づいて決定される。
【００３２】
このようにしていずれかの気筒で失火と判定した場合に、その失火判定情報をどのように用いるかは任意であり、例えば、エンジンコントロールユニット２１が、当該気筒の失火を抑制するように、何らかの運転パラメータ例えば点火時期や燃料噴射量等を補正ないし変更するように構成してもよく、あるいは、警告灯の点灯などにより運転者に報知するように構成してもよい。あるいは単に自己診断の情報として記録し、車両点検時等に読み出して用いるようにしてもよい。
【００３３】
次に、各気筒のノッキングの有無を判定するノック判定部５５について説明する。図１３は、図９と同様に、上記の信号処理部５３から出力される筒内圧信号の波形を示しており、特に、図の中段における正常燃焼時の特性に対し、図の下段に、各気筒でノッキングが発生している場合の特性を示している。図示するように、ノッキングが生じると爆発行程における筒内圧の上昇が急激となり、かつ筒内圧のピーク後に大きな圧力変動が見られる。
【００３４】
上記ノック判定部５５は、この実施例においては、図１４に示すように、各気筒毎の歪みセンサ２０に対応する気筒毎のノック判定部５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄを備えている。これらのノック判定部５５ａ〜５５ｄには、対応する気筒の爆発行程の区間の始点および終点を示す信号が入力されており、各ノック判定部５５ａ〜５５ｄは、この区間の筒内圧信号に基づいてノック判定を行い、ノッキングと判定した場合には、それぞれノッキング信号を出力する。
【００３５】
図１５は、ノック判定部５５ａ〜５５ｄの一例を示す機能ブロック図である。この例では、爆発行程の中でも、筒内圧がピークに近い特定のレベルを越えた時点から排気下死点までの区間（図１３の「信号処理区間」参照）の信号を抽出するようにしている。つまり、ブロック７１において内燃機関１の負荷と回転速度とに基づいて圧力閾値が設定され、所定クランク角（単位クランク角）毎にサンプリングされる筒内圧信号が、比較部７２においてこの圧力閾値を越えると、フリップフロップ７３がセットされて、ノック信号処理部７４へ筒内圧信号が取り込まれ、爆発行程が終了すると、フリップフロップ７３がイネーブルとなってノック信号処理部７４への入力が終了する。上記ノック信号処理部７４は、図１６に例示するように、歪みセンサ２０の出力信号からバンドパスフィルタ７５によってノッキングに特徴的な所定の帯域の周波数成分を抽出した後に、積分器７６によって積分処理を行う。なお、このノック信号処理部７４は、所定時間毎に実行されるルーチンによって処理され、従って、時間積分となる。この積分値が比較部７７において閾値と比較され、閾値を越えていれば、ノッキングと判定される。上記閾値は、ブロック７８において、内燃機関１の負荷と回転速度とに基づいて決定される。
【００３６】
図１７は、ノック信号処理部７４の他の例を示す機能ブロック図である。なお、このノック信号処理部７４も、所定時間毎に実行されるルーチンによって処理される。この例では、歪みセンサ２０の出力信号がフーリエ変換器８１に入力され、ここで高速フーリエ変換することによって、ノッキングに特有な複数の周波数スペクトルが求められる。そして、個々の周波数スペクトルは、比較部８２ａ〜８２ｄにおいて各々の閾値と比較される。各比較部８２ａ〜８２ｄの出力は、さらにアンドゲート８３に入力される。従って、全てのスペクトルが閾値を越えている場合に、ノッキングと判定される。各スペクトルの閾値は、それぞれ、ブロック８４ａ〜８４ｄにおいて、内燃機関１の負荷と回転速度とに基づいて決定される。なお、周波数スペクトルの個数は、図示例では４つであるが、これに限定されるものではなく、演算負荷等を考慮して適宜に設定することが可能である。閾値の設定によっては、単一のスペクトルでも判定が可能である。
【００３７】
このようにして判定されるノッキングの有無の情報は、基本的には、点火時期の補正に用いられる。ノッキング判定に基づく点火時期のフィードバック補正により、各気筒の燃焼状態を、いわゆるトレースノック状態に維持することが可能である。
【００３８】
次に、図１８に基づいて、本発明の燃焼状態検出装置の第２の実施例を説明する。この実施例は、前述した実施例と同じく直列４気筒機関を例にしているが、気筒数よりも少ない個数、具体的には気筒数の半分となる２個の歪みセンサ２０でもって４気筒の失火判定およびノッキング判定を行うようにしたものである。
【００３９】
この実施例の歪みセンサ２０は、やはり半導体基板に複数の拡散抵抗からなるホイートストンブリッジ回路を形成するとともに、増幅回路を同じ基板上に形成した半導体型歪みセンサから構成されているが、特に、図示するように、第１の方向（便宜上、これをＸ方向とする）の伸びに対し正の出力信号を出力するとともに、上記第１の方向と異なる第２の方向（便宜上、これをＹ方向とする）の伸びに対し負の出力信号を出力する半導体型歪みセンサからなる。上記Ｘ方向とＹ方向は、この実施例では、互いにほぼ直交しているが、必ずしも９０°である必要はなく、適宜な角度で公差するように構成することができる。なお、このような特性は、特許文献３にも記載されているように、拡散抵抗やホイートストンブリッジ回路の構成によって実現される。
【００４０】
図１８は、内燃機関１のシリンダヘッド４２を上面から見た状態で示しており、図示するように、♯１気筒と♯２気筒の間、および、♯３気筒と♯４気筒の間、にそれぞれ歪みセンサ２０が配置され、シリンダボアを覆うシリンダヘッド４２の底壁の上面に貼着されている。例えば、接着剤を介した接合、溶接、などが可能である。ここで、各歪みセンサ２０の取付位置は、２つのシリンダ２の中心同士を結ぶ直線から側方へオフセットしており、上述したＸ方向が一方のシリンダ２の半径方向にほぼ沿うと同時に、Ｙ方向が他方のシリンダ２の半径方向にほぼ沿うように配置されている。つまり、♯１気筒と♯２気筒の間に位置する歪みセンサ２０は、♯１気筒の爆発燃焼に伴うシリンダヘッド４２の歪みをＸ方向に沿った歪みとして検知し、♯２気筒の爆発燃焼に伴うシリンダヘッド４２の歪みをＹ方向に沿った歪みとして検知する。♯３気筒と♯４気筒の間の歪みセンサ２０も同様である。なお、シリンダヘッド４２内には吸気カムシャフト８７と排気カムシャフト８８とが並んで設けられているが、歪みセンサ２０は、排気系からの熱的影響を考慮して、吸気カムシャフト８７寄りに配置されている。
【００４１】
従って、各歪みセンサ２０から得られる出力信号は、図１９に示すようになり、例えば、♯１気筒と♯３気筒の筒内圧は正の出力として、♯２気筒と♯４気筒の筒内圧は負の出力として、それぞれ得られる。従って、仮に多気筒内燃機関として２つの気筒の爆発行程が近接している場合でも、２つの気筒の筒内圧変化を容易に識別することができる。図の中段は、全ての気筒が失火することなく燃焼している正常燃焼時の特性であり、図の下段は、♯２気筒が失火した場合の特性を示している。
【００４２】
前述した図７および図８の機能ブロック図は、１つの歪みセンサ２０が２つの気筒をカバーするようにした上記第２の実施例においても、特に変わることなく適用される。一方、図２０は、図１０の構成に代えて適用される失火判定部５４の機能ブロック図を示しており、この第２の実施例においては、２つの歪みセンサ２０に対応して、２つの失火判定部５４Ａ，５４Ｂを備えている。これらの失火判定部５４Ａ，５４Ｂには、対応する２つの気筒の爆発行程の区間の始点および終点を示す信号が入力されており、各失火判定部５４Ａ，５４Ｂは、これら２つの区間の筒内圧信号に基づいて気筒毎に失火判定を行い、失火と判定した場合には、それぞれ失火信号を出力する。ここで、歪みセンサ２０が出力する筒内圧信号は、上述のように気筒毎に正負の信号となるので、絶対値に変換した上で失火判定部５４Ａ，５４Ｂに入力される。なお、失火判定部５４Ａ，５４Ｂの詳細は、前述した図１１，図１２の例と特に変わりがない。
【００４３】
図２１は、第２の実施例におけるノッキング発生時の筒内圧信号の波形を示している。特に、図の中段における正常燃焼時の特性に対し、図の下段に、各気筒でノッキングが発生している場合の特性を示している。図示するように、ノッキングが生じると爆発行程における筒内圧の上昇が急激となり、かつ筒内圧のピーク後に大きな圧力変動が見られる。
【００４４】
図２２は、図１４のノック判定部５５の構成に代えて第２の実施例において適用されるノック判定部５５の機能ブロック図を示している。この第２の実施例においては、２気筒ずつをカバーする２つの歪みセンサ２０に対応して、２つのノック判定部５５Ａ，５５Ｂを備えている。これらのノック判定部５５Ａ，５５Ｂには、対応する２つの気筒の爆発行程の区間の始点および終点を示す信号が入力されており、各ノック判定部５５Ａ，５５Ｂは、これら２つの区間の筒内圧信号に基づいて気筒毎にノック判定を行い、ノッキングと判定した場合には、それぞれノッキング信号を出力する。ここで、歪みセンサ２０が出力する筒内圧信号は、上述のように気筒毎に正負の信号となるので、絶対値に変換した上でノック判定部５５Ａ，５５Ｂに入力される。ノック判定部５５Ａ，５５Ｂの詳細は、前述した図１５〜図１７の例と特に変わりがない。
【００４５】
上記のように、第２の実施例においては、１つの歪みセンサ２０が２つの気筒をカバーしているが、これは、図１８のような配置に限らず、２つの気筒の歪みを１つの歪みセンサ２０が検知し得るように種々の配置が可能である。
【００４６】
図２３および図２４は、その一例を示しており、シリンダブロック４１の一対のシリンダボア間の隔壁に歪みセンサ２０が配置されている。つまり、この実施例では、シリンダブロック４１が、シリンダボア間にウォータジャケットを具備せずに複数のシリンダ２が一連に鋳造されたいわゆるサイアミーズ型シリンダブロックとして構成されており、♯１気筒のシリンダボアと♯２気筒のシリンダボアとの間の隔壁９１、および、♯３気筒のシリンダボアと♯４気筒のシリンダボアとの間の隔壁９２、にそれぞれ歪みセンサ２０が埋め込まれている。より具体的には、隔壁９１，９２内部にシリンダブロック４１上端面からスリット状の取付孔９３が形成され、その底部に歪みセンサ２０が挿入されている。そして、歪みセンサ２０の一方の面が、取付孔９３の♯１気筒（あるいは♯３気筒）側の内壁面に接合され、他方の面が、取付孔９３の♯２気筒（あるいは♯４気筒）側の内壁面に接合されている。従って、例えば♯１気筒が爆発燃焼すると、隔壁９１は図２４の右側へ向かって膨らむように歪み、♯２気筒が爆発燃焼すると、隔壁９１は図２４の左側へ向かって膨らむように歪み、歪みセンサ２０は、これらの歪みを、それぞれ異なる方向の歪みとして検出することができる。なお、歪みセンサ２０は、図２３に示すように２つの気筒の中心を通る直線上にほぼ位置し、かつ図２４に示すようにシリンダ２の比較的上方の高さ位置に位置する。
【００４７】
また図２５は、歪みセンサ２０の配置のさらに他の例を示している。この実施例では、やはり♯１気筒と♯２気筒の間、および、♯３気筒と♯４気筒の間、にそれぞれ歪みセンサ２０が配置されているが、特に、シリンダブロック４１の外壁に各歪みセンサ２０が貼着されている。これらの歪みセンサ２０は、前述したＸ方向およびＹ方向が、それぞれ内燃機関１の水平面に対し約４５°傾斜した方向となる姿勢でもって取り付けられており、隣接する一方の気筒の爆発燃焼と他方の気筒の爆発燃焼とで正負の異なる出力が得られる。
【００４８】
以上、この発明を直列４気筒機関に適用した一実施例を説明したが、この発明は、直列４気筒機関に限定されず、直列３気筒、直列５気筒のような奇数気筒数のものや、Ｖ型機関などに広く適用することが可能である。また、上記の実施例では、歪みセンサの検出信号に基づき失火判定とノッキング判定との双方を行っているが、いずれか一方のみを行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１…内燃機関
４…燃焼室
５…点火プラグ
２０…歪みセンサ
２１…エンジンコントロールユニット
４１…シリンダブロック
４２…シリンダヘッド
５２…歪みセンサ信号ソフトフィルタ部
５３…信号処理部
５４…失火判定部
５５…ノック判定部  
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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