筒内圧センサの出力補正装置
【課題】筒内圧センサの歪に起因する筒内圧センサの出力精度低下を抑制することのできる筒内圧センサの出力補正装置を提供する。
【解決手段】筒内圧センサの受熱量（伝熱量Ｑｓｅ）を求めて、筒内圧センサの歪に起因する筒内圧センサの出力誤差の補正を行う際の基礎として用いる。受熱によって筒内圧センサにどの程度の歪が生ずるのかは、筒内圧センサの構成に応じて特定しておく。具体的には、例えば、センサ寸法Ｌや、センサ表面の熱伝導率λ、センサ受熱部熱歪量ｘの算出において用いる線膨張係数αなどの値は、筒内圧センサの構成に応じて特定しておく。センサ表面への伝熱量Ｑｓｅ等を求めて熱歪量ｘを算出し、出力補正量Ｐｃｒを算出する。これにより、熱歪による筒内圧センサの出力ずれを的確に補正して、精度良く筒内圧を求める。
【解決手段】筒内圧センサの受熱量（伝熱量Ｑｓｅ）を求めて、筒内圧センサの歪に起因する筒内圧センサの出力誤差の補正を行う際の基礎として用いる。受熱によって筒内圧センサにどの程度の歪が生ずるのかは、筒内圧センサの構成に応じて特定しておく。具体的には、例えば、センサ寸法Ｌや、センサ表面の熱伝導率λ、センサ受熱部熱歪量ｘの算出において用いる線膨張係数αなどの値は、筒内圧センサの構成に応じて特定しておく。センサ表面への伝熱量Ｑｓｅ等を求めて熱歪量ｘを算出し、出力補正量Ｐｃｒを算出する。これにより、熱歪による筒内圧センサの出力ずれを的確に補正して、精度良く筒内圧を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒内圧センサの出力補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００７−３２５３１号公報に開示されているように、筒内圧センサの出力精度を確保するための技術が知られている。筒内圧センサは、筒内圧力に応じて圧力感知素子に変位が生ずること（歪が生ずること）により、その圧力の大きさに応じた出力を発する。筒内圧センサの出力を利用した各種制御が的確に行われるためには、筒内圧力に応じた正確な出力を筒内圧センサが発することが求められる。
【０００３】
計測すべき筒内圧以外の要因で筒内圧センサに歪が生じ、その歪が誤差としてセンサ出力に重畳することがある。この点、上記従来の技術によれば、Ｗｅｉｂｅ関数を利用して推定した筒内圧履歴と、筒内圧センサにより測定した実際の筒内圧履歴とが比較される。この比較に基づいて、筒内圧以外の歪に起因する筒内圧センサの出力ずれを推定することができる。推定した出力値のずれを考慮することにより、筒内圧センサの出力から筒内圧を精度良く求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２５３１号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
筒内圧以外の要因で生ずる歪により筒内圧センサのセンサ出力精度が低下しうる場面において、その歪がいかなる要因によりどの程度生ずるのかということは、重要性の高い事項である。筒内圧センサの出力ずれ（出力誤差）を正確に知る上で有益な情報であり、さらにはその出力誤差を取り除き正確な筒内圧を求める上で重要な情報だからである。また、歪の要因に対する分析を怠れば、歪の要因に応じた的確な出力補正措置をとることは困難である。そこで、本願発明者は、鋭意研究を行ったところ、筒内圧センサが受熱によって歪む点に着目することにより、筒内圧センサの歪に起因する出力誤差の低減に好適な手法を見出した。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、筒内圧力以外で筒内圧センサに歪が生じた際に、この歪に起因する筒内圧センサの出力精度低下を抑制することのできる筒内圧センサの出力補正装置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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、筒内圧センサの出力補正装置であって、
内燃機関に備えられた筒内圧センサの受熱量を求める受熱量取得手段と、
前記受熱量取得手段で求めた前記熱量に基づいて、前記筒内圧センサが熱を受けて歪むことにより生ずる前記筒内圧センサの出力誤差を低減するように、前記筒内圧センサの出力を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記受熱量取得手段が、前記内燃機関の点火時期以降の所定期間内に前記筒内圧センサが受けた熱量を求め、
前記補正手段が、前記受熱量取得手段で求めた前記所定期間内に前記筒内圧センサが受けた前記熱量に基づいて、前記所定期間内における前記筒内圧センサの出力を補正することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記受熱量取得手段が、
前記内燃機関の点火時における、前記筒内圧センサの出力および筒内容積を取得する第１取得手段と、
前記内燃機関の点火時から前記所定期間の経過後における、前記筒内圧センサの出力および筒内容積を取得する第２取得手段と、
前記内燃機関の燃料噴射量、空燃比、前記第１取得手段で取得した前記筒内圧センサの前記出力および前記筒内容積、並びに、前記第２取得手段で取得した前記筒内圧センサの前記出力および前記筒内容積、に基づいて、前記内燃機関の燃焼熱による前記筒内圧センサへの熱伝達量を算出する熱伝達量算出手段と、
を含み、
前記補正手段が、
前記熱伝達量算出手段で算出した前記熱伝達量に基づいて、前記筒内圧センサの温度を算出する温度算出手段と、
前記温度算出手段で算出した前記筒内圧センサの前記温度に基づいて、前記筒内圧センサの熱歪量を算出する歪量算出手段と、
前記歪量算出手段で算出した前記熱歪量に基づいて、前記筒内圧センサの出力補正値を算出する補正値算出手段と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、筒内圧センサの受熱量を求めて、筒内圧センサの歪に起因する筒内圧センサの出力誤差の補正を行う際の基礎として用いることができる。これにより、熱による歪（熱歪）による筒内圧センサの出力ずれを的確に補正して、精度良く筒内圧を求めることができる。
【００１１】
第２の発明によれば、燃焼行程における短期間での大きな受熱に起因した筒内圧センサの熱歪に対して、筒内圧センサの出力補正措置を行うことができる。
【００１２】
第３の発明によれば、内燃機関の燃焼熱による筒内圧センサへの熱伝達量を算出することができる。算出した熱伝達量を用いて、筒内圧センサの熱歪量を算出することができる。これにより、熱歪に応じた筒内圧センサの出力補正を、精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態において実行されるルーチンのフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態．
以下、本発明の実施の形態にかかる筒内圧センサの出力補正装置の構成を、これが適用される内燃機関の構成とともに説明する。本実施形態は、車両用内燃機関に好適に適用される。本発明においては、内燃機関の気筒数や気筒の配列、方式に限定は無いが、以下の説明では、火花点火式内燃機関に対して本実施形態にかかる筒内圧センサの出力補正装置が適用されるものとする。
【００１５】
本実施形態が適用される内燃機関は、気筒内の圧力を検知することのできる筒内圧センサを有している。筒内圧センサの先端部には、受圧ダイヤフラムが備えられる。筒内圧センサは、受圧ダイヤフラムが燃焼室内に臨むように内燃機関本体（例えばシリンダヘッド）に備えられ、受圧ダイヤフラムの表面に筒内の圧力を受ける。受圧ダイヤフラムが受けた圧力は、筒内圧センサ内部の圧力感知素子へと伝達される。
【００１６】
本実施形態が適用される内燃機関は、クランク角センサ、エンジン水温センサ、空燃比センサなどの各種センサを備えている。また、他にも、点火プラグ、燃料噴射弁、吸気弁、排気弁およびそれらの弁を駆動するための機構といった基本的構成を備えている。
【００１７】
本実施形態が適用される内燃機関は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）を備えている。ＥＣＵは、上述した各種センサおよび各種基本的構成と接続している。ＥＣＵは、上述した各種センサの出力に基づいて、内燃機関のクランク角、機関回転数、エンジン水温、空燃比を取得可能である。また、ＥＣＵは、内燃機関の運転条件（具体的には、点火時期、燃料噴射量など）に関する各種のパラメータを取得し、このパラメータに応じて上述した点火プラグ等の基本的構成へと制御信号を発する。
【００１８】
ＥＣＵは、筒内圧センサの出力に基づいて一定期間毎に（所定時間間隔で或いは所定クランク角度毎に）各気筒の筒内圧を検出するルーチンを備えている。
【００１９】
筒内圧センサを用いて、筒内圧を検出し、燃料噴射量制御や点火時期制御などを行うシステムが公知である。この種のシステムはＣＰＳシステムとも呼ばれる。ＣＰＳシステムにおいて筒内圧の検出精度が低下すると、制御性が低下するおそれがある。筒内圧検出誤差の一要因として、筒内圧力以外の要素による筒内圧センサ表面の変位が考えられる。このような変位が、例えば吸入空気量算出や熱発生量の計算に悪影響を及ぼしている。内燃機関の運転中、筒内圧センサの表面は、高速で（サイクル周期で）、受熱と放熱を繰り返している。主に燃焼行程における短期間での大きな受熱によって、筒内圧センサ表面が熱膨張する。その結果生じた歪によって、筒内圧センサの出力に誤差が生じてしまう。そこで、本実施形態では、筒内ガスから筒内圧センサ表面に流れ込む熱量に基づいて、熱歪を見積もり、筒内圧センサの出力値を補正することした。
【００２０】
以下、本実施形態における筒内圧センサの出力値補正の具体的処理内容を説明する。図１は、本発明の実施の形態においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートを示す。
【００２１】
図１に示すルーチンでは、先ず、イグニッションがＯＮか否かが判定される（ステップＳ１００）。この条件が成立している場合、エンジン水温Ｔｗが取得される（ステップＳ１０２）。Ｔｗは、エンジン水温センサで検出した値を利用する。次いで、完全暖機後であるか否かが判定される（ステップＳ１０４）。このステップでは、Ｔｗが８０℃を上回っていれば、完全暖気状態と判定する。
【００２２】
次に、空燃比ＡＦＲの取得（ステップＳ１０６）、燃料噴射量Ｅｔａｕの取得（ステップＳ１０８）、エンジン回転数Ｎｅの取得（ステップＳ１１０）、および、点火時期ＳＡの取得（ステップＳ１１２）、がそれぞれ行われる。なお、図１のルーチンでは示していないが、クランク角度θは所定周期で継続的に取得されているものとする。
【００２３】
次いで、現在のクランク角θが点火時期ＳＡ相当のクランク角に一致したか否かが判定される（ステップＳ１１４）。この条件が成立した場合には、点火時期ＳＡにおける筒内圧力ＰＳＡが取得される（ステップＳ１１６）。ＰＳＡは、今回のセンサ出力値補正対象の筒内圧センサがマウントされた気筒における、点火時期ＳＡ相当のクランク角の筒内圧センサ出力に基づいて検出することができる。
【００２４】
次いで、クランク角θが３０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）に一致したか否かが判定される（ステップＳ１１８）。つまり、クランク角θが上死点後３０度を迎えたか否かが判定される。この条件が成立した場合には、３０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）における筒内圧力Ｐ３０が取得される（ステップＳ１２０）。Ｐ３０は、今回のセンサ出力値補正対象の筒内圧センサがマウントされた気筒（ステップＳ１１６でＰＳＡを取得したのと同じ気筒）における、上死点後３０度における筒内圧センサ出力に基づいて検出することができる。
【００２５】
次いで、燃焼室への熱伝達量Ｑｗが算出される（ステップＳ１２２）。Ｑｗは、下記の式で算出することができる。
【数１】
上記の式において、ＱＬは、燃料の低位発熱量である。ＶＳＡは、点火時期ＳＡにおける燃焼室容積である。Ｖ３０は、３０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）における燃焼室容積である。これらの値は、事前に特定してＥＣＵに記憶しておけば良い。
【００２６】
次いで、センサ表面への伝熱量Ｑｓｅが算出される（ステップＳ１２４）。Ｑｓｅは、下記の式で算出することができる。
【数２】
上記の式において、Ｓｓｅは、筒内圧センサ表面（燃焼室中のガスと接している部分、燃焼室内に露出している部分）の面積（表面積）である。Ｓｃｈは、点火時期ＳＡから３０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）までの区間における燃焼室面積の平均値である。これらの値は、事前に設計値から特定してＥＣＵに記憶しておけば良い。
【００２７】
次いで、センサ表面温度Ｔｓｅが算出される（ステップＳ１２６）。Ｔｓｅは、フーリエの法則から、下記の式で算出することができる。
【数３】
上記の式において、Ｌはセンサ寸法、λはセンサ表面の熱伝導率である。
【００２８】
次いで、センサ受熱部熱歪量ｘが算出される（ステップＳ１２８）。熱歪量ｘは、熱膨張による筒内圧センサ受熱部のひずみ量（変位量）である。熱歪量ｘは、下記の式で算出することができる。
【数４】
上記の式において、αは、筒内圧センサ表面の線膨張係数である。
【００２９】
次いで、筒内圧センサ出力補正量Ｐｃｒが算出される（ステップＳ１３０）。Ｐｃｒは、筒内圧センサ出力が筒内圧センサ表面の変位に比例するものと仮定して、下記の式で算出することができる。
【数５】
上記の式において、Ｃｃｒは、筒内圧センサの出力係数である。センサ受圧部の変位とセンサ出力の比例係数である。Ｃｃｒは、事前に求めてＥＣＵに記憶しておけば良い。
【００３０】
次いで、Ｐｃｒの値を、各種制御に反映する処理が実行される（ステップＳ１３２）。このステップでは、Ｐｃｒの値を利用して筒内圧センサの出力を補正した上で筒内圧値を算出したり、筒内圧センサ出力を利用した各種制御（例えば、燃料噴射量制御や点火時期制御）の内容にＰｃｒを反映させる処理が実行される。その後、処理はリターンする。
【００３１】
以上の処理によれば、筒内圧センサの受熱量（伝熱量Ｑｓｅ）を求めて、筒内圧センサの歪に起因する筒内圧センサの出力誤差の補正を行う際の基礎として用いることができる。受熱によって筒内圧センサにどの程度の歪が生ずるのかは、筒内圧センサの構成に応じて特定しておくことができる。具体的には、本実施形態では、例えば、センサ寸法Ｌや、センサ表面の熱伝導率λ、センサ受熱部熱歪量ｘの算出において用いた線膨張係数αなどの値は、筒内圧センサの構成に応じて特定しておくことができる。これらの値を用いて熱歪量ｘを算出、利用することにより、熱歪による筒内圧センサの出力ずれを的確に補正して、精度良く筒内圧を求めることができる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、点火時期ＳＡから３０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）にかけての燃焼室への熱伝達量Ｑｗを算出し、ここからセンサ表面への伝熱量Ｑｓｅを算出することができる。これにより、燃焼行程における短期間での大きな受熱に起因した筒内圧センサの熱歪に対して、筒内圧センサの出力補正措置を行うことができる。
【００３３】
また、本実施形態によれば、ステップＳ１２２の処理において、内燃機関の燃焼熱による筒内圧センサへの伝熱量（熱伝達量）Ｑｓｅを算出することができる。Ｑｓｅを用いて、筒内圧センサの熱歪量ｘを算出することができる。これにより、熱歪に応じた筒内圧センサの出力補正を、精度良く行うことができる。
【００３４】
なお、上述した実施の形態においては、ＥＣＵが上記ステップＳ１０６〜Ｓ１２４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「受熱量取得手段」が、ＥＣＵが上記ステップＳ１３０およびＳ１３２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００３５】
また、上述した実施の形態においては、点火時期ＳＡの後から３０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）までの期間が、前記第２の発明における「所定期間」に相当している。
【符号の説明】
【００３６】
ＡＦＲ 空燃比
Ｅｔａｕ 燃料噴射量
Ｎｅ エンジン回転数
Ｐ３０ 筒内圧力
ＰＳＡ 筒内圧力
Ｐｃｒ 筒内圧センサ出力補正量
Ｑｓｅ 伝熱量
Ｑｗ 熱伝達量
ＳＡ 点火時期
Ｔｓｅ センサ表面温度
Ｔｗ エンジン水温
ｘ 熱歪量
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒内圧センサの出力補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００７−３２５３１号公報に開示されているように、筒内圧センサの出力精度を確保するための技術が知られている。筒内圧センサは、筒内圧力に応じて圧力感知素子に変位が生ずること（歪が生ずること）により、その圧力の大きさに応じた出力を発する。筒内圧センサの出力を利用した各種制御が的確に行われるためには、筒内圧力に応じた正確な出力を筒内圧センサが発することが求められる。
【０００３】
計測すべき筒内圧以外の要因で筒内圧センサに歪が生じ、その歪が誤差としてセンサ出力に重畳することがある。この点、上記従来の技術によれば、Ｗｅｉｂｅ関数を利用して推定した筒内圧履歴と、筒内圧センサにより測定した実際の筒内圧履歴とが比較される。この比較に基づいて、筒内圧以外の歪に起因する筒内圧センサの出力ずれを推定することができる。推定した出力値のずれを考慮することにより、筒内圧センサの出力から筒内圧を精度良く求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２５３１号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
筒内圧以外の要因で生ずる歪により筒内圧センサのセンサ出力精度が低下しうる場面において、その歪がいかなる要因によりどの程度生ずるのかということは、重要性の高い事項である。筒内圧センサの出力ずれ（出力誤差）を正確に知る上で有益な情報であり、さらにはその出力誤差を取り除き正確な筒内圧を求める上で重要な情報だからである。また、歪の要因に対する分析を怠れば、歪の要因に応じた的確な出力補正措置をとることは困難である。そこで、本願発明者は、鋭意研究を行ったところ、筒内圧センサが受熱によって歪む点に着目することにより、筒内圧センサの歪に起因する出力誤差の低減に好適な手法を見出した。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、筒内圧力以外で筒内圧センサに歪が生じた際に、この歪に起因する筒内圧センサの出力精度低下を抑制することのできる筒内圧センサの出力補正装置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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、筒内圧センサの出力補正装置であって、
内燃機関に備えられた筒内圧センサの受熱量を求める受熱量取得手段と、
前記受熱量取得手段で求めた前記熱量に基づいて、前記筒内圧センサが熱を受けて歪むことにより生ずる前記筒内圧センサの出力誤差を低減するように、前記筒内圧センサの出力を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記受熱量取得手段が、前記内燃機関の点火時期以降の所定期間内に前記筒内圧センサが受けた熱量を求め、
前記補正手段が、前記受熱量取得手段で求めた前記所定期間内に前記筒内圧センサが受けた前記熱量に基づいて、前記所定期間内における前記筒内圧センサの出力を補正することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記受熱量取得手段が、
前記内燃機関の点火時における、前記筒内圧センサの出力および筒内容積を取得する第１取得手段と、
前記内燃機関の点火時から前記所定期間の経過後における、前記筒内圧センサの出力および筒内容積を取得する第２取得手段と、
前記内燃機関の燃料噴射量、空燃比、前記第１取得手段で取得した前記筒内圧センサの前記出力および前記筒内容積、並びに、前記第２取得手段で取得した前記筒内圧センサの前記出力および前記筒内容積、に基づいて、前記内燃機関の燃焼熱による前記筒内圧センサへの熱伝達量を算出する熱伝達量算出手段と、
を含み、
前記補正手段が、
前記熱伝達量算出手段で算出した前記熱伝達量に基づいて、前記筒内圧センサの温度を算出する温度算出手段と、
前記温度算出手段で算出した前記筒内圧センサの前記温度に基づいて、前記筒内圧センサの熱歪量を算出する歪量算出手段と、
前記歪量算出手段で算出した前記熱歪量に基づいて、前記筒内圧センサの出力補正値を算出する補正値算出手段と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、筒内圧センサの受熱量を求めて、筒内圧センサの歪に起因する筒内圧センサの出力誤差の補正を行う際の基礎として用いることができる。これにより、熱による歪（熱歪）による筒内圧センサの出力ずれを的確に補正して、精度良く筒内圧を求めることができる。
【００１１】
第２の発明によれば、燃焼行程における短期間での大きな受熱に起因した筒内圧センサの熱歪に対して、筒内圧センサの出力補正措置を行うことができる。
【００１２】
第３の発明によれば、内燃機関の燃焼熱による筒内圧センサへの熱伝達量を算出することができる。算出した熱伝達量を用いて、筒内圧センサの熱歪量を算出することができる。これにより、熱歪に応じた筒内圧センサの出力補正を、精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態において実行されるルーチンのフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態．
以下、本発明の実施の形態にかかる筒内圧センサの出力補正装置の構成を、これが適用される内燃機関の構成とともに説明する。本実施形態は、車両用内燃機関に好適に適用される。本発明においては、内燃機関の気筒数や気筒の配列、方式に限定は無いが、以下の説明では、火花点火式内燃機関に対して本実施形態にかかる筒内圧センサの出力補正装置が適用されるものとする。
【００１５】
本実施形態が適用される内燃機関は、気筒内の圧力を検知することのできる筒内圧センサを有している。筒内圧センサの先端部には、受圧ダイヤフラムが備えられる。筒内圧センサは、受圧ダイヤフラムが燃焼室内に臨むように内燃機関本体（例えばシリンダヘッド）に備えられ、受圧ダイヤフラムの表面に筒内の圧力を受ける。受圧ダイヤフラムが受けた圧力は、筒内圧センサ内部の圧力感知素子へと伝達される。
【００１６】
本実施形態が適用される内燃機関は、クランク角センサ、エンジン水温センサ、空燃比センサなどの各種センサを備えている。また、他にも、点火プラグ、燃料噴射弁、吸気弁、排気弁およびそれらの弁を駆動するための機構といった基本的構成を備えている。
【００１７】
本実施形態が適用される内燃機関は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）を備えている。ＥＣＵは、上述した各種センサおよび各種基本的構成と接続している。ＥＣＵは、上述した各種センサの出力に基づいて、内燃機関のクランク角、機関回転数、エンジン水温、空燃比を取得可能である。また、ＥＣＵは、内燃機関の運転条件（具体的には、点火時期、燃料噴射量など）に関する各種のパラメータを取得し、このパラメータに応じて上述した点火プラグ等の基本的構成へと制御信号を発する。
【００１８】
ＥＣＵは、筒内圧センサの出力に基づいて一定期間毎に（所定時間間隔で或いは所定クランク角度毎に）各気筒の筒内圧を検出するルーチンを備えている。
【００１９】
筒内圧センサを用いて、筒内圧を検出し、燃料噴射量制御や点火時期制御などを行うシステムが公知である。この種のシステムはＣＰＳシステムとも呼ばれる。ＣＰＳシステムにおいて筒内圧の検出精度が低下すると、制御性が低下するおそれがある。筒内圧検出誤差の一要因として、筒内圧力以外の要素による筒内圧センサ表面の変位が考えられる。このような変位が、例えば吸入空気量算出や熱発生量の計算に悪影響を及ぼしている。内燃機関の運転中、筒内圧センサの表面は、高速で（サイクル周期で）、受熱と放熱を繰り返している。主に燃焼行程における短期間での大きな受熱によって、筒内圧センサ表面が熱膨張する。その結果生じた歪によって、筒内圧センサの出力に誤差が生じてしまう。そこで、本実施形態では、筒内ガスから筒内圧センサ表面に流れ込む熱量に基づいて、熱歪を見積もり、筒内圧センサの出力値を補正することした。
【００２０】
以下、本実施形態における筒内圧センサの出力値補正の具体的処理内容を説明する。図１は、本発明の実施の形態においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートを示す。
【００２１】
図１に示すルーチンでは、先ず、イグニッションがＯＮか否かが判定される（ステップＳ１００）。この条件が成立している場合、エンジン水温Ｔｗが取得される（ステップＳ１０２）。Ｔｗは、エンジン水温センサで検出した値を利用する。次いで、完全暖機後であるか否かが判定される（ステップＳ１０４）。このステップでは、Ｔｗが８０℃を上回っていれば、完全暖気状態と判定する。
【００２２】
次に、空燃比ＡＦＲの取得（ステップＳ１０６）、燃料噴射量Ｅｔａｕの取得（ステップＳ１０８）、エンジン回転数Ｎｅの取得（ステップＳ１１０）、および、点火時期ＳＡの取得（ステップＳ１１２）、がそれぞれ行われる。なお、図１のルーチンでは示していないが、クランク角度θは所定周期で継続的に取得されているものとする。
【００２３】
次いで、現在のクランク角θが点火時期ＳＡ相当のクランク角に一致したか否かが判定される（ステップＳ１１４）。この条件が成立した場合には、点火時期ＳＡにおける筒内圧力ＰＳＡが取得される（ステップＳ１１６）。ＰＳＡは、今回のセンサ出力値補正対象の筒内圧センサがマウントされた気筒における、点火時期ＳＡ相当のクランク角の筒内圧センサ出力に基づいて検出することができる。
【００２４】
次いで、クランク角θが３０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）に一致したか否かが判定される（ステップＳ１１８）。つまり、クランク角θが上死点後３０度を迎えたか否かが判定される。この条件が成立した場合には、３０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）における筒内圧力Ｐ３０が取得される（ステップＳ１２０）。Ｐ３０は、今回のセンサ出力値補正対象の筒内圧センサがマウントされた気筒（ステップＳ１１６でＰＳＡを取得したのと同じ気筒）における、上死点後３０度における筒内圧センサ出力に基づいて検出することができる。
【００２５】
次いで、燃焼室への熱伝達量Ｑｗが算出される（ステップＳ１２２）。Ｑｗは、下記の式で算出することができる。
【数１】
上記の式において、ＱＬは、燃料の低位発熱量である。ＶＳＡは、点火時期ＳＡにおける燃焼室容積である。Ｖ３０は、３０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）における燃焼室容積である。これらの値は、事前に特定してＥＣＵに記憶しておけば良い。
【００２６】
次いで、センサ表面への伝熱量Ｑｓｅが算出される（ステップＳ１２４）。Ｑｓｅは、下記の式で算出することができる。
【数２】
上記の式において、Ｓｓｅは、筒内圧センサ表面（燃焼室中のガスと接している部分、燃焼室内に露出している部分）の面積（表面積）である。Ｓｃｈは、点火時期ＳＡから３０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）までの区間における燃焼室面積の平均値である。これらの値は、事前に設計値から特定してＥＣＵに記憶しておけば良い。
【００２７】
次いで、センサ表面温度Ｔｓｅが算出される（ステップＳ１２６）。Ｔｓｅは、フーリエの法則から、下記の式で算出することができる。
【数３】
上記の式において、Ｌはセンサ寸法、λはセンサ表面の熱伝導率である。
【００２８】
次いで、センサ受熱部熱歪量ｘが算出される（ステップＳ１２８）。熱歪量ｘは、熱膨張による筒内圧センサ受熱部のひずみ量（変位量）である。熱歪量ｘは、下記の式で算出することができる。
【数４】
上記の式において、αは、筒内圧センサ表面の線膨張係数である。
【００２９】
次いで、筒内圧センサ出力補正量Ｐｃｒが算出される（ステップＳ１３０）。Ｐｃｒは、筒内圧センサ出力が筒内圧センサ表面の変位に比例するものと仮定して、下記の式で算出することができる。
【数５】
上記の式において、Ｃｃｒは、筒内圧センサの出力係数である。センサ受圧部の変位とセンサ出力の比例係数である。Ｃｃｒは、事前に求めてＥＣＵに記憶しておけば良い。
【００３０】
次いで、Ｐｃｒの値を、各種制御に反映する処理が実行される（ステップＳ１３２）。このステップでは、Ｐｃｒの値を利用して筒内圧センサの出力を補正した上で筒内圧値を算出したり、筒内圧センサ出力を利用した各種制御（例えば、燃料噴射量制御や点火時期制御）の内容にＰｃｒを反映させる処理が実行される。その後、処理はリターンする。
【００３１】
以上の処理によれば、筒内圧センサの受熱量（伝熱量Ｑｓｅ）を求めて、筒内圧センサの歪に起因する筒内圧センサの出力誤差の補正を行う際の基礎として用いることができる。受熱によって筒内圧センサにどの程度の歪が生ずるのかは、筒内圧センサの構成に応じて特定しておくことができる。具体的には、本実施形態では、例えば、センサ寸法Ｌや、センサ表面の熱伝導率λ、センサ受熱部熱歪量ｘの算出において用いた線膨張係数αなどの値は、筒内圧センサの構成に応じて特定しておくことができる。これらの値を用いて熱歪量ｘを算出、利用することにより、熱歪による筒内圧センサの出力ずれを的確に補正して、精度良く筒内圧を求めることができる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、点火時期ＳＡから３０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）にかけての燃焼室への熱伝達量Ｑｗを算出し、ここからセンサ表面への伝熱量Ｑｓｅを算出することができる。これにより、燃焼行程における短期間での大きな受熱に起因した筒内圧センサの熱歪に対して、筒内圧センサの出力補正措置を行うことができる。
【００３３】
また、本実施形態によれば、ステップＳ１２２の処理において、内燃機関の燃焼熱による筒内圧センサへの伝熱量（熱伝達量）Ｑｓｅを算出することができる。Ｑｓｅを用いて、筒内圧センサの熱歪量ｘを算出することができる。これにより、熱歪に応じた筒内圧センサの出力補正を、精度良く行うことができる。
【００３４】
なお、上述した実施の形態においては、ＥＣＵが上記ステップＳ１０６〜Ｓ１２４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「受熱量取得手段」が、ＥＣＵが上記ステップＳ１３０およびＳ１３２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００３５】
また、上述した実施の形態においては、点火時期ＳＡの後から３０（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）までの期間が、前記第２の発明における「所定期間」に相当している。
【符号の説明】
【００３６】
ＡＦＲ 空燃比
Ｅｔａｕ 燃料噴射量
Ｎｅ エンジン回転数
Ｐ３０ 筒内圧力
ＰＳＡ 筒内圧力
Ｐｃｒ 筒内圧センサ出力補正量
Ｑｓｅ 伝熱量
Ｑｗ 熱伝達量
ＳＡ 点火時期
Ｔｓｅ センサ表面温度
Ｔｗ エンジン水温
ｘ 熱歪量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に備えられた筒内圧センサの受熱量を求める受熱量取得手段と、
前記受熱量取得手段で求めた前記熱量に基づいて、前記筒内圧センサが熱を受けて歪むことにより生ずる前記筒内圧センサの出力誤差を低減するように、前記筒内圧センサの出力を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする筒内圧センサの出力補正装置。
【請求項２】
前記受熱量取得手段が、前記内燃機関の点火時期以降の所定期間内に前記筒内圧センサが受けた熱量を求め、
前記補正手段が、前記受熱量取得手段で求めた前記所定期間内に前記筒内圧センサが受けた前記熱量に基づいて、前記所定期間内における前記筒内圧センサの出力を補正することを特徴とする請求項１に記載の筒内圧センサの出力補正装置。
【請求項３】
前記受熱量取得手段が、
前記内燃機関の点火時における前記筒内圧センサの出力および筒内容積を取得する第１取得手段と、
前記内燃機関の点火時から前記所定期間経過後における前記筒内圧センサの出力および筒内容積を取得する第２取得手段と、
前記内燃機関の燃料噴射量、空燃比、前記第１取得手段で取得した前記筒内圧センサの前記出力および前記筒内容積、並びに、前記第２取得手段で取得した前記筒内圧センサの前記出力および前記筒内容積、に基づいて、前記内燃機関の燃焼熱による前記筒内圧センサへの熱伝達量を算出する熱伝達量算出手段と、
を含み、
前記補正手段が、
前記熱伝達量算出手段で算出した前記熱伝達量に基づいて、前記筒内圧センサの温度を算出する温度算出手段と、
前記温度算出手段で算出した前記筒内圧センサの前記温度に基づいて、前記筒内圧センサの熱歪量を算出する歪量算出手段と、
前記歪量算出手段で算出した前記熱歪量に基づいて、前記筒内圧センサの出力補正値を算出する補正値算出手段と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の筒内圧センサの出力補正装置。
【請求項１】
内燃機関に備えられた筒内圧センサの受熱量を求める受熱量取得手段と、
前記受熱量取得手段で求めた前記熱量に基づいて、前記筒内圧センサが熱を受けて歪むことにより生ずる前記筒内圧センサの出力誤差を低減するように、前記筒内圧センサの出力を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする筒内圧センサの出力補正装置。
【請求項２】
前記受熱量取得手段が、前記内燃機関の点火時期以降の所定期間内に前記筒内圧センサが受けた熱量を求め、
前記補正手段が、前記受熱量取得手段で求めた前記所定期間内に前記筒内圧センサが受けた前記熱量に基づいて、前記所定期間内における前記筒内圧センサの出力を補正することを特徴とする請求項１に記載の筒内圧センサの出力補正装置。
【請求項３】
前記受熱量取得手段が、
前記内燃機関の点火時における前記筒内圧センサの出力および筒内容積を取得する第１取得手段と、
前記内燃機関の点火時から前記所定期間経過後における前記筒内圧センサの出力および筒内容積を取得する第２取得手段と、
前記内燃機関の燃料噴射量、空燃比、前記第１取得手段で取得した前記筒内圧センサの前記出力および前記筒内容積、並びに、前記第２取得手段で取得した前記筒内圧センサの前記出力および前記筒内容積、に基づいて、前記内燃機関の燃焼熱による前記筒内圧センサへの熱伝達量を算出する熱伝達量算出手段と、
を含み、
前記補正手段が、
前記熱伝達量算出手段で算出した前記熱伝達量に基づいて、前記筒内圧センサの温度を算出する温度算出手段と、
前記温度算出手段で算出した前記筒内圧センサの前記温度に基づいて、前記筒内圧センサの熱歪量を算出する歪量算出手段と、
前記歪量算出手段で算出した前記熱歪量に基づいて、前記筒内圧センサの出力補正値を算出する補正値算出手段と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の筒内圧センサの出力補正装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−１６３２８３（Ｐ２０１１−１６３２８３Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９０６４（Ｐ２０１０−２９０６４）
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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