(57)【要約】【課題】楕円形状のキャビティが形成されたピストンを有する圧縮点火方式の内燃機関に筒内圧センサーを組み込む場合、信頼性の高い筒内圧を得ることが困難となる場合が予測される。【解決手段】ピストン１２の頂面にキャビティ１２ａが画成され、ピストン１２が往復動する気筒の中心軸線Ｃに対して直交する平面においてキャビティ１２ａは、気筒の中心軸線Ｃを通る弦が最大ＤMINとなる部分と、気筒の中心軸線Ｃを通りかつ弦が最大ＤMAXとなる部分に対して直交する弦が最小ＤMINとなる部分と、を有する楕円形状をなし、燃料がキャビティ１２ａに直接噴射される本発明による圧縮点火方式の内燃機関にはキャビティ１２ａに臨む検出部２８ｓを有する筒内圧センサー２８が配され、この筒内圧センサー２８は、気筒の中心軸線Ｃと、弦が最小ＤMINとなる部分を通る直線と、を含む仮想平面に対して検出部２８ｓが交差または接するように配されている。【選択図】図４
2016125447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの頂面にキャビティが画成され、前記ピストンが往復動する気筒の中心軸線に対して直交する平面において前記キャビティは、前記気筒の中心軸線を通る弦が最大となる部分と、前記気筒の中心軸線を通りかつ前記弦が最大となる部分に対して直交する弦が最小となる部分と、を有する楕円形状をなし、燃料が前記キャビティに直接噴射される圧縮点火方式の内燃機関であって、
前記内燃機関には前記キャビティに臨む検出部を有する筒内圧センサーが配され、
前記筒内圧センサーは、前記気筒の中心軸線と、前記弦が最小となる部分を通る直線と、を含む仮想平面に対して前記検出部が交差または接するように配されていることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内圧センサーを組み込んだ圧縮点火方式の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室の圧力変化を検出してこの燃焼室に供給した燃料の燃焼状態を把握するための筒内圧センサーを組み込んだ圧縮点火方式の内燃機関が特許文献１に開示されている。このような圧縮点火方式の内燃機関においては、ピストンの頂面に燃焼室の主要部を画成するキャビティが形成され、通常、このキャビティは気筒の中心軸線を中心とした円形となっているのが一般的である。
【０００３】
燃料を燃焼室に直接噴射するこのような圧縮点火方式の内燃機関においては、燃料の着火に伴う燃焼ガスの共振現象が可聴領域にて燃焼室にて発生し、圧縮点火方式の内燃機関の運転騒音を増大させてしまう。特に、この共振現象における共鳴一次振動モードは大きな騒音レベルとなっているため、筒内圧センサーの検出値の誤差を増大させてしまう主要な原因の一つと言える。燃焼室の共鳴一次振動モードは、気筒ボアの径を二分するような振動モードとなる。このため、筒内圧センサーを設置する場所が、たまたまこの振動の節の位置となった場合、特定の周波数帯の計測が基本的にできなくなる。さらに、この共鳴一次振動が筒内の一定方向で常に発生しているとは限らず、燃焼毎に振動の発生方向が変化する可能性もある。このため、先の特許文献１においては、先の共鳴一次振動モードが最小となるように、ピストンの頂面に形成されるキャビティの直径を気筒ボアの１／２に設定することを提案している。
【０００４】
ところで、気筒の中心軸線に対して直交する平面において、ピストンの頂面に形成されるキャビティを楕円形状にした圧縮点火方式の内燃機関が考えられている。なお、この明細書で言う楕円形状とは、幾何学的楕円以外に、ピストンの中心軸線をそれぞれ通る最小径と最大径とを有し、ピストンの中心軸線を対称点とした点対称形状であって、数学的に不連続な点を持たない閉じた線で囲まれたものを含む。キャビティを楕円形状に形成したピストンは、円形のキャビティが形成されたピストンを用いた内燃機関の熱発生率を改善するために企図したものであり、これらのクランク角と熱発生率との関係を模式的に図１０に示す。図中の破線がキャビティを円形にしたものに対応し、図中の実線がキャビティを楕円形状にしたものに対応する。この図１０から理解することができるように、キャビティを円形から楕円形状にすることにより、燃焼開始時期を早めることが可能となる。また、筒内におけるガスの流動が改善されて熱発生率の最大時から低下途中の領域Ｍでの熱発生率を円形のキャビティの場合よりも高めて燃焼の終息域Ｆをより円滑にすることも可能である。このような楕円形状のキャビティを持つピストンを採用することにより、エンジンの出力および燃費を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−０２０２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかながら、楕円形状のキャビティが頂面に形成されたピストンを有する圧縮点火方式の内燃機関においても、燃料の着火に伴う燃焼ガスの共振現象が可聴領域にて燃焼室にて発生することは従前のものと同様である。また、この共振現象における共鳴一次振動モードも大きな騒音レベルとなることもほぼ同じであるが、キャビティが楕円形状のために特許文献１に開示されたような方法で共鳴一次振動モードが最小となるような対策を取ることが基本的にできない。このため、楕円形状のキャビティが形成されたピストンを有する圧縮点火方式の内燃機関に筒内圧センサーを組み付け、燃焼室の燃焼状態を把握しようとしても、信頼性の高い筒内圧を得ることが困難となる場合があることが予測される。
【０００７】
本発明の目的は、ピストンに楕円形状のキャビティが形成されていても、信頼性の高い筒内圧を得ることができるようにした圧縮点火方式の内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による圧縮点火方式の内燃機関は、ピストンの頂面にキャビティが画成され、前記ピストンが往復動する気筒の中心軸線に対して直交する平面において前記キャビティは、前記気筒の中心軸線を通る弦が最大となる部分と、前記気筒の中心軸線を通りかつ前記弦が最大となる部分に対して直交する弦が最小となる部分と、を有する楕円形状をなし、燃料が前記キャビティに直接噴射される圧縮点火方式の内燃機関であって、前記内燃機関には前記キャビティに臨む検出部を有する筒内圧センサーが配され、前記筒内圧センサーは、前記気筒の中心軸線と、前記弦が最小となる部分を通る直線と、を含む仮想平面に対して前記検出部が交差または接するように配されていることを特徴とするものである。
【０００９】
共鳴一次振動に伴って発生する騒音は、主たる燃焼の着火から燃焼初期の間で主に発生することが分かっている。ここで、ピストンに形成された楕円形状のキャビティに対する燃料の噴射形態を模式的に図１１に示すが、図中の上下方向が楕円の長軸ＬAと平行な方向であり、図中の左右方向が楕円の短軸ＬSと平行な方向である。本発明で言う楕円形状の最大径ＤMAXの部分は楕円の長軸ＬA上にあり、楕円形状の最小径ＤMINの部分は楕円の短軸ＬS上にある。楕円の短軸ＬSに沿って図示しない燃料噴射弁から噴射される噴霧は、楕円の長軸ＬAに沿って噴射される噴霧よりも早くピストン１２のキャビティ１２ａの周壁面１２ｂに到達する。この周壁面１２ｂとの衝突により、楕円の短軸ＬSに沿って噴射される噴霧が広く拡散して筒内ガスとの混合が促進され、着火・燃焼する。一方で、楕円の長軸ＬAに沿って噴射された噴霧は、短軸ＬS側のそれよりも着火が遅れることになる。しかも、短軸ＬS側の噴霧の着火によるガスの膨張により、長軸ＬA側の噴霧の温度が上昇して着火・燃焼が促進される。ここで、長軸ＬA側の噴霧は、その噴霧自体のばらつきと、短軸ＬS側の噴霧の着火・燃焼により発生するばらつきとの両方の作用を受けるため、これらの変動がより大きく拡大される。結果として、楕円の長軸ＬA方向を腹とし、かつ楕円の短軸ＬS方向を節とする振動モードが発生すると考えられる。従って、気筒の中心軸線Ｃと最小径ＤMINの部分を通る直線（楕円の短軸ＬS）とを含む仮想平面に対して交差または接するように筒内圧センサーの検出部を配することにより、共鳴一次振動の節の部分にて燃焼圧を測定することとなる。
【００１０】
筒内圧波形から計測される熱発生率は、先の図１０に示すような変動成分を有しており、筒内音速の変化に伴って共鳴周波数も変化する。ここで、図１０中の燃焼初期の領域Ｉにおける細かい変動成分が問題となる騒音要因であり、この変動成分を円形キャビティのように平滑化させることで、平均の筒内圧をより正確に計測することも可能となる。
【００１１】
本発明による内燃機関において、前記内燃機関が多気筒内燃機関であって、個々の前記気筒に対応して筒内圧センサーがそれぞれ配され、少なくとも１つの気筒に対応して配される前記筒内圧センサーは、前記検出部が前記気筒の中心軸線と前記弦が最大となる部分を通る直線とを含む仮想平面に対して交差または接するように配されているものであってよい。検出部が前記気筒の中心軸線と前記弦が最大となる部分とを含む仮想平面に対して交差または接するように配される前記筒内圧センサーは、前記キャビティに向けた燃料の噴射異常の有無を判定するために用いることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の圧縮点火方式の内燃機関によると、ピストンの頂面に画成されるキャビティが楕円形状をなしているので、燃料の燃焼に伴って発生する共鳴一次振動モードの方向を常に一定にすることができる。この結果、筒内圧センサーの検出部を気筒の中心軸線と楕円形状の弦が最小となる部分を通る直線とを含む仮想平面に対して交差または接するように配することにより、常に共鳴一次振動の節の部分にて筒内圧を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態によるエンジンシステムの概念図である。
【図２】図１に示した実施形態における主要部の制御ブロック図である。
【図３】図１に示した実施形態におけるピストンの外観を表す立体投影図である。
【図４】図１に示したピストンの平面図である。
【図５】図４中のＶ−Ｖ矢視に沿った断面図である。
【図６】図４中のVI−VI矢視に沿った断面図である。
【図７】初期燃焼速度と筒内ガス密度と燃焼加振力との関係を模式的に示す図である。
【図８】図１に示した実施形態における振動周波数と燃焼加振力との関係を表すグラフである。
【図９】本実施形態における燃料の燃焼に伴って発生する騒音の低減および燃料噴射異常の有無を判定するためのフローチャートである。
【図１０】クランク角位相と熱発生率との関係を表すグラフである。
【図１１】楕円形状のキャビティを有するピストンの平面図であり、燃料の噴射状態を模式的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明による内燃機関を直噴４気筒ディーゼルエンジンが搭載された車両に適用した実施形態について、図１〜図９を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、本発明の適用対象となるものに要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。
【００１５】
本実施形態におけるエンジンシステムの主要部を模式的に図１に示し、その主要部の制御ブロックを概略的に図２に示す。なお、図１には燃料噴射系やエンジンの吸排気のための動弁機構の他に、このエンジンの補機として一般的なＥＧＲ装置なども省略されている。また、エンジンの円滑な運転のために必要とされる各種センサー類もその一部が便宜的に省略されていることに注意されたい。
【００１６】
本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油またはバイオ燃料あるいはこれらの混合燃料を燃料噴射弁１１（図２参照）から圧縮状態にある図示しない燃焼室内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の多気筒内燃機関である。しかしながら、本発明の特性上、単気筒または５気筒以上の内燃機関であってもかまわない。
【００１７】
本実施形態における燃料噴射弁１１は、燃料を圧縮行程の終了前後、つまりピストン１２の圧縮上死点前後に燃焼室内に直接噴射する直噴単噴射型式のものである。しかしながら、この圧縮行程での燃料噴射に加え、着火遅れを抑制するために圧縮行程の途中においてにも噴射する多噴射型式のものを採用することも可能である。燃料噴射弁１１から燃焼室内に供給される燃料の量および噴射タイミングは、運転者によるアクセルペダル１３の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づいてＥＣＵ(Electronic Control Unit)１４により制御される。アクセルペダル１３の踏み込み量は、アクセル開度センサー１５により検出され、その検出情報がＥＣＵ１４に出力される。
【００１８】
エンジン１０には、図示しないクランク軸の回転位相、つまりクランク角を検出してこれをＥＣＵ１４に出力するクランク角センサー１６が取り付けられている。ＥＣＵ１４は、このクランク角センサー１６からの情報に基づいてクランク軸の回転位相やエンジン回転数を実時間で把握する。
【００１９】
ＥＣＵ１４は、周知のワンチップマイクロプロセッサーであり、図示しないデータバスにより相互接続されたＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリーおよび入出力インターフェースなどを含む。本実施形態におけるＥＣＵ１４は、アクセル開度センサー１５およびクランク角センサー１６や後述する各種センサー類などからの情報に基づき、車両の運転状態を判定する運転状態判定部１４ａと、燃料噴射設定部１４ｂと、燃料噴射弁駆動部１４ｃとを有する。燃料噴射設定部１４ｂは、運転状態判定部１４ａでの判定結果に基づいて燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量や噴射時期を設定する。燃料噴射弁駆動部１４ｃは、燃料噴射設定部１４ｂにて設定された量の燃料が設定された時期に燃料噴射弁１１から噴射されるように、燃料噴射弁１１の作動を制御する一方、この燃料噴射量の指令値ｑをＥＣＵ１４の後述する比較判定部１４ｄに出力する。
【００２０】
吸気マニホールド１７を介してエンジン１０に接続する吸気管１８は、吸気マニホールド１７と共に吸気通路１８ａを画成する。吸気管１８の上流側には、エアーフローメーター１９が取り付けられ、これによって検出された吸気流量に関する情報がＥＣＵ１４に出力される。ＥＣＵ１４は、エアーフローメーター１９からの検出情報などに基づき、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量の補正を行う。エアーフローメーター１９よりも下流側の吸気管１８には、吸気通路１８ａの開度を調整するためのスロットル弁２０とこれを駆動するためのスロットルアクチュエーター２１とが設けられている。
【００２１】
先のＥＣＵ１４は、スロットル開度設定部１４ｅと、スロットル駆動部１４ｆとをさらに有する。スロットル開度設定部１４ｅは、アクセルペダル１３の踏み込み量に加え、先の運転状態判定部１４ａでの判定結果に基づいてスロットル弁２０の開度を設定する。スロットル駆動部１４ｆは、スロットル弁２０がスロットル開度設定部１４ｅにて設定された開度となるように、スロットルアクチュエーター２１の作動を制御する。
【００２２】
排気マニホールド２２を介してエンジン１０に接続する排気管２３は排気マニホールド２２と共に排気通路２３ａを画成し、その下流側には燃焼室内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置２４が組み込まれている。本実施形態における排気浄化装置２４は、酸化触媒コンバーター２４ａと、ＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)２４ｂとを含む。これらは排気通路２３ａに沿ってその上流側から順に配されているが、この排気浄化装置２４の構成に関しては本実施形態以外の周知の構成を適宜採用することができる。
【００２３】
エアーフローメーター１９とスロットル弁２０との間に位置する吸気管１８と、排気マニホールド２２と排気浄化装置２４との間に位置する排気管２３とに跨がって排気タービン式過給機（以下、単に過給機と記述する）２５が配されている。この過給機２５は、コンプレッサー２５ａとこのコンプレッサー２５ａと一体に回転するタービン２５ｂとで主要部が構成されている。本実施形態におけるタービン２５ｂは、車両の運転状態に基づき、ＥＣＵ１４によりベーンアクチュエーター２６（図２参照）を介して開度が制御される図示しない可変ノズルベーンを具えている。つまり、ベーンアクチュエーター２６を作動して可変ノズルベーンの開度を変更することにより、排気の運動エネルギーの利用効率を変え、結果として吸気圧力を変更することができる。このため、本実施形態におけるＥＣＵ１４は、ベーン開度設定部１４ｇと、ベーン駆動部１４ｈとをさらに有する。ベーン開度設定部１４ｇは、車両の運転状態に基づいて過給機２５のタービン２５ｂのベーン開度を設定する。可変ベーン駆動部１４ｈは、このベーン開度設定部１４ｇにて設定されたベーン開度となるように、ベーンアクチュエーター２６を介して可変ノズルベーンを駆動する。
【００２４】
なお、過給機２５のコンプレッサー２５ａとスロットル弁２０との間の吸気通路１８ａには、インタークーラー２７が組み込まれている。これにより、高温の排気にさらされるタービン２５ｂ側からの伝熱によりコンプレッサー２５ａを介して加熱される吸気温度を低下させ、燃焼室に流入する吸気の充填密度を高めることができる。
【００２５】
従って、燃焼室内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、ピストン１２の圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気が排気浄化装置２４を通って排気管２３から大気中に排出される。
【００２６】
個々の気筒に配されるピストン１２の外観を図３に示し、その頂面の平面形状を図４に示し、そのＶ−Ｖ矢視およびVI−VI矢視にそれぞれ沿った断面形状を図５および図６に示す。
【００２７】
ピストン１２の頂面に画成されて燃料が噴射される本実施形態におけるキャビティ１２ａは、ピストン１２が往復動する気筒の中心軸線Ｃに対して直交する平面において、楕円形状をなしている。この楕円形状のキャビティ１２ａは、気筒の中心軸線Ｃを通る最大径ＤMAXの部分と気筒の中心軸線Ｃを通り、かつ最大径ＤMAXの部分に対して直交する最小径ＤMINの部分とを有する。楕円形状の最大径ＤMAXの部分は、図４の紙面に対して垂直となる気筒の中心軸線、つまりピストン１２の中心軸線Ｃと直交する図４中の上下（以下、これを便宜的に長軸ＬAと記述する）方向にある。また、楕円形状の最小径ＤMINの部分は、ピストン１２の中心軸線Ｃおよび長軸ＬAに対して直交する図４中の左右（以下、これを便宜的に短軸ＬSと記述する）方向にある。このため、燃料の燃焼に伴って発生する共鳴一次振動は、楕円形状をなすキャビティ１２ａの長軸ＬA方向が腹となり、キャビティ１２ａの短軸ＬS方向が節となる。
【００２８】
このエンジン１０には、キャビティ１２ａに臨む検出部２８ｓを持った筒内圧センサー２８が個々の気筒毎に配されている。これら筒内圧センサー２８は、一般的なグロープラグ一体型筒内圧センサーであってよい。従って、本実施形態における筒内圧センサー２８の検出部２８ｓは、グロープラグの発熱部を囲む環状の領域となり、通常はおよそ３ｍｍ前後の直径Ｄを有する。
【００２９】
筒内圧センサー２８の本来の使用目的は、図示トルクを算出するために燃焼室内の燃焼圧力情報を得ることである。換言すると、燃料噴射量の指令値ｑに対応した図示トルクが得られない場合は、失火状態または燃料供給系に異常があり、指令値ｑ通りの噴射ができていないことを意味する。図示トルクを算出する際に、筒内圧にノイズ成分があると、平均化処理などが必要となり、図示トルクを推定するために時間が必要となる。共鳴一次振動の節の位置で筒内圧を計測することでノイズ成分となる共鳴一次振動を排除することができ、図示トルクの計測精度を向上させることができる。
【００３０】
この目的のため、本実施形態では１番気筒１０ａに装着される筒内圧センサー２８ａの検出部２８ｓが図４に示すように気筒の中心軸線Ｃと、最小径ＤMINの部分を通る直線、すなわち短軸ＬSとを含む仮想平面に対して交差または接するように配されている。なお、この仮想平面は図４の紙面に対して垂直となる。換言すると、中心軸線Ｃから筒内圧センサー２８ａの検出部２８ｓの中心までの距離をｄ、中心軸線Ｃと検出部２８ｓの中心とを結ぶ線分と、短軸ＬSとのなす角をθで表した場合、次式を満たすように筒内圧センサー２８ａを配することが望ましい。
θ＝２sin-1(Ｄ/ｄ)
【００３１】
このような配置を選択することにより、図示トルクの計測精度を向上させることができることに加え、燃焼騒音が大きいか、または小さいかを判断して過給圧や燃料噴射弁１１に供給される燃料圧を制御し、騒音低減対策を取ることができる。
【００３２】
ここで、燃料の初期燃焼速度、すなわち燃料噴射開始時点から全噴射量に対して２％の発熱に至るまでの時間（以下、これを初期燃焼時間と記述する）と、筒内ガス密度と、燃焼加振力との関係を模式的に図７に示す。この図７から理解されるように、初期燃焼時間が長いほど、また筒内ガス密度が低いほど、それぞれ燃焼加振力が小さくなる傾向を持つ。従って、燃焼に伴って発生する騒音、つまり燃焼加振力を小さくするためには、以下の３つの手段ａ）〜ｃ）の少なくとも１つを採用することが有効である。すなわち、
ａ）初期燃焼時間が長くなるように、燃焼室に対する燃料の噴射率を変更する。
ｂ）燃料噴射弁１１に供給される燃料圧を減圧する。
ｃ）筒内ガス密度が低くなるように可変ノズルベーンの開度を大きくして過給圧を低減させる。
【００３３】
本実施形態では、手段ｃ）のみを採用しているが、必要に応じて他の手段ａ），ｂ）の何れか少なくとも一方を併用してもよい。
【００３４】
ＥＣＵ１４は最大燃焼加振力取得部１４ｉをさらに有する。この最大燃焼加振力取得部１４ｉは、４番気筒１０ｄに配された筒内圧センサー２８ｄからの情報に基づいて燃焼加振力の最大値ＰMを取得する。この最大燃焼加振力取得部１４ｉにて取得された燃焼加振力の最大値ＰMは、先のベーン開度設定部１４ｇに出力される。ベーン開度設定部１４ｇは、燃焼加振力の最大値ＰMがあらかじめ設定した閾値以上の場合、エンジン１０の騒音が大きすぎると判断してベーン開度設定部１４ｇはベーン開度をより増大させる方向に一定量ずつ補正する。これにより、筒内ガス密度が低下して騒音をより低減させることが可能となる。
【００３５】
ここで振動周波数と燃焼加振力との関係を図８に示す。図中の実線が１番気筒１０ａに関する情報であり、約７kＨz近傍に共鳴一次振動のピークがあることが分かる。この場合、筒内圧センサー２８ａが共鳴一次振動の節位置で正確に計測できていれば、７kＨz付近における燃焼加振力の値はもっと下がるはずであるが、実際には若干のピークが残存していることが認められる。その理由は、グロープラグと一体に組み合わされる筒内圧センサー２８の検出部２８ｓの直径Ｄが通常、３mm程度あり、実際問題として振動の節位置に筒内圧センサー２８ａの検出部２８ｓを厳密に配置することが難しいためである。
【００３６】
本実施形態におけるＥＣＵ１４は、図示仕事算出部１４ｊと、先の比較判定部１４ｄとをさらに有する。
【００３７】
図示仕事算出部１４ｊは、１番気筒１０ａに装着された筒内圧センサー２８ａからの検出情報に基づいて図示仕事ｗを算出し、これを比較判定部１４ｄに出力する。
【００３８】
比較判定部１４ｄには、このエンジン１０の熱効率および使用する燃料の低位発熱量が記憶されており、これらの値と燃料噴射弁１１を作動させる燃料噴射弁駆動部１４ｃからの燃料噴射量の指令値ｑとに基づき、発生エネルギー量Ｑを算出する。そして、この発生エネルギー量と図示仕事算出部１４ｊにて算出される図示仕事ｗを比較し、これらの差の絶対値｜ｗ−Ｑ｜があらかじめ設定した許容公差Δ内に収まっているか否かを判定する。つまり、図示仕事ｗと発生エネルギー量Ｑとの差の絶対値が許容公差Δを越えた場合、燃料供給系に異常があると判定し、警告表示器２９を作動させる。
【００３９】
図示しない車室内に配される警告表示器２９は、比較判定部１４ｄの判定結果に基づき、燃料供給系に異常があることを運転者に知らせるためのものである。この警告表示器２９は、聴覚や視覚などを利用して車両の運転者に対する注意を喚起し得るものであればよい。
【００４０】
また、本実施形態では４番気筒１０ｄに装着される筒内圧センサー２８ｄの検出部２８ｓが気筒の中心軸線Ｃと最大径ＤMAXの部分を通る直線、すなわち長軸ＬAとを含む図４の紙面に対して垂直な仮想平面に対して交差または接するように配されている。換言すると、気筒の中心軸線Ｃからこの筒内圧センサー２８の検出部２８ｓの中心までの距離をｄ、中心軸線Ｃと検出部２８ｓの中心とを結ぶ線分と、長軸ＬAとのなす角をθで表した場合、次式を満たすように筒内圧センサー２８ｄが配されている。
θ＝２sin-1(Ｄ/ｄ)
【００４１】
このような配置を選択することにより、共鳴一次周波数ｆ0を計測することができる。この共鳴一次周波数ｆ0は、モード係数をα、燃焼室内の音速ｃ、気筒の内径をＢで表すとｆ0＝α(ｃ/Ｂ)となる。また、燃焼室内の音速ｃは、比熱比をκ、ガス定数をＲ、筒内ガス温度をＴで表すと、ｃ＝(κＲＴ)1/2にて算出することができる。比熱比κおよびガス定数Ｒは、筒内ガスの組成比率から求めることが可能であり、筒内ガス温度Ｔは求めたガス定数Ｒを用いて気体の状態方程式から算出することができる。従って、推定した筒内ガスの比熱比κおよびガス定数Ｒと実際のガス組成とのずれを共鳴周波数ｆ0によって補正することができる。
【００４２】
さらに、本実施形態では２番気筒１０ｂに装着される筒内圧センサー２８ｂの検出部２８ｓが１および４番気筒１０ａ，１０ｄに装着される筒内圧センサー２８ａ，２８ｄに対し、中心軸線Ｃを中心として４５度位相をずらした状態で配されている。同様に、３番気筒１０ｃに装着される筒内圧センサー２８ｃの検出部２８ｓが１および４番気筒１０ａ，１０ｄに装着される筒内圧センサー２８ａ，２８ｄに対し、中心軸線Ｃを中心として相互に４５度位相をずらした状態で配されている。ただし、２番気筒１０ｂおよび３番気筒１０ｃに装着される筒内圧センサー２８ｂ，２８ｃの位相は、気筒の中心軸線Ｃを中心として相互に逆方向にずれている。図１においては、エンジン１０に対する筒内圧センサー２８ａ〜２８ｄの位置を一定に描いているため、１〜４番気筒１０ａ〜１０ｄにおいてキャビティ１２ａの長軸ＬAおよび短軸ＬSの向きが異なるように描いている。しかしながら、実際にはエンジン１０に対するピストン１２のキャビティ１２ａの長軸ＬAおよび短軸ＬSの向きが一定であるので、筒内圧センサー２８ａ〜２８ｄの位相が１〜４番気筒１０ａ〜１０ｄ毎に異なるように配されることに注意されたい。このように、本実施形態では筒内圧センサー２８ａ〜２８ｄの検出部２８ｓの位置を個々のピストン１２に形成された楕円形状をなすキャビティ１２ａに対し、すべての気筒で異ならせているが、すべて１番気筒１０ａと同じ配置にすることなども可能である。
【００４３】
先の図８における破線が上述した４番気筒１０ｄに配された筒内圧センサー２８ｄによるデーターに対応し、共鳴一次振動のピークにおける燃焼加振力は１番気筒１０ａのそれよりも大きな値となっている。２番気筒１０ｂおよび３番気筒１０ｃに配された筒内圧センサー２８によるデーターは、図８中の実線と破線との間に現れる。
【００４４】
上述した本実施形態における騒音低減および燃料噴射異常の有無を判定するための手順について図９を参照しながら説明すると、まずＳ１１のステップにて筒内圧センサー２８の出力値が４番気筒１０ｄのものであるか否かを判定する。ここで、筒内圧センサー２８の出力値が４番気筒１０ｄのものである、すなわち燃焼騒音を推定するのに適している筒内圧センサー２８ｄであると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行して共振一次モードの燃焼加振力の最大値ＰMを取得する。そして、Ｓ１３のステップにて取得した共振一次モードの燃焼加振力の最大値ＰMがあらかじめ設定した閾値ＰR以上であるか否かを判定する。ここで、共振一次モードの燃焼加振力の最大値ＰMが閾値ＰR以上である、すなわち燃料の燃焼に伴って発生している騒音が大きすぎると判断した場合には、Ｓ１４のステップに移行して過給機２５の可変ベーンの開度を一定量だけ低減する。これにより、過給圧が上昇して燃焼室内のガス圧が高まる結果、騒音レベルを低減させることが可能となる。
【００４５】
上述したＳ１４のステップを行った後、再びＳ１１のステップに戻るが、ここで筒内圧センサー２８の出力値が４番気筒１０ｄのものではないと判断した場合には、Ｓ１５のステップに移行して今度はこれが１番気筒１０ａのものであるか否かを判定する。ここで、筒内圧センサー２８の出力値が１番気筒１０ａのものである、すなわち燃料噴射系の異常判定が可能な筒内圧センサー２８ａであると判断した場合には、Ｓ１６のステップに移行する。そして、この筒内圧センサー２８ａの出力値に対応する図示仕事ｗを算出すると共にＳ１７のステップにて燃料噴射量ｑに基づく発生エネルギー量Ｑを算出する。しかる後、Ｓ１８のステップにて図示仕事ｗと発生エネルギー量Ｑとの差の絶対値が予め設定した許容公差Δよりも大きいか否かを判定する。ここで、図示仕事ｗと発生エネルギー量Ｑとの差の絶対値が許容公差Δよりも大きい、すなわち燃料供給系に異常があると判断した場合には、Ｓ１９のステップに移行して警告表示器２９を作動させる。これにより、運転者は警告表示器２９の表示に従って整備工場での燃料噴射系の点検整備を依頼すべき判断を行うことができる。
【００４６】
一方、先のＳ１８のステップにて図示仕事ｗと発生エネルギー量Ｑとの差の絶対値が許容公差Δ以下である、すなわち燃料供給系に異常がないと判断した場合には、何もせずにＳ１１のステップに戻る。また、Ｓ１５のステップにて筒内圧センサー２８の出力値が１番気筒１０ａのものではない、すなわち２番気筒１０ｂまたは３番気筒１０ｃのものであると判断した場合には、燃焼騒音の推定や燃料噴射系の異常判定を行うことなく、Ｓ１１のステップに戻る。さらに、先のＳ１３のステップにて共振一次モードの燃焼加振力の最大値ＰMが閾値ＰR未満である、すなわち燃料の燃焼に伴って発生している騒音の大きさに問題がないと判断した場合も同様に、Ｓ１１のステップに戻る。
【００４７】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のない構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００４８】
１０  エンジン
１２  ピストン
１２ａ  キャビティ
２８  筒内圧センサー
２８ｓ  検出部
Ｃ  気筒（ピストン）の中心軸線
ＤMAX  キャビティの最大径の部分
ＤMIN  キャビティの最小径の部分
ＬA  長軸
ＬS  短軸
【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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