JP6156284B2 - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関し、詳しくは、燃焼圧センサを備えた内燃機関の燃焼制御装置に関する。

内燃機関の燃焼室に取り付けられる燃焼圧センサ（筒内圧センサともいう）が知られている。燃焼圧センサは燃焼室内の圧力の大きさに応じた信号を出力する。燃焼圧のクランク角度に対する変化は、燃焼室内の燃焼状態に依存する。よって、燃焼圧センサが出力する信号を受信し、それを処理することによって燃焼室内の燃焼状態を表す燃焼状態パラメータを得ることができる。燃焼状態パラメータには、例えば、所定のクランク角度における燃焼割合（燃焼室内の燃料の質量に対する燃焼した燃料の質量の比）や、燃焼割合が所定割合となるクランク角度が含まれる。後者において、燃焼割合が５０パーセントとなるクランク角度は、特に、燃焼重心或いはＣＡ５０と呼ばれている。これらの燃焼状態パラメータは、燃焼状態の制御に利用される。例えば、下記の特許文献１には、ＣＡ５０を最適点火時期制御に用いることが記載されている。

また、燃焼圧センサの形態に関して様々な提案がなされている。例えば、特許文献３には、グロープラグと一体化された燃焼圧センサが開示されている。グロープラグ一体型の燃焼圧センサでは、発熱体であるヒータロッドが受圧部材としても機能する。つまり、燃焼室内の圧力に応じてヒータロッドが変位し、その変位に応じた信号が燃焼圧センサより出力される。ところが、ヒータロッドの周りにはデポジットが付着しやすい。付着したデポジットはヒータロッドが変位する際の抵抗になり、圧力に対するヒータロッドの変位特性を変化させてしまう。圧力に対するヒータロッドの変位特性が変化すれば、燃焼圧センサの出力値がデポジットの付着のないときに対してずれることになる。このため、特許文献３に開示された技術では、燃焼圧センサの信号に基づいてデポジットの付着状態を判断し、デポジットの付着が認められる場合には、グロープラグに対して通電を行い、デポジットを焼いて除去することが行われる。

特開２０１３−１０４４０７号公報 特開２０１３−２５３５０６号公報 特開２００９−２０３９３８号公報 特開２００８−１７５０６５号公報 特開２００９−２２２０３１号公報 特開２０１１−２２０１２８号公報 特開２００８−２０２４６０号公報

ＣＡ５０等の燃焼状態パラメータを利用した燃焼制御は、グロープラグ一体型の燃焼圧センサにも適用することができる。ただし、グロープラグ一体型の燃焼圧センサは、その受圧部材が燃焼室へ通じる孔に挿入され、孔と受圧部材との間には、燃焼室内の圧力に応じて受圧部材の軸方向へ変位させるための空隙ができるように構成されている。このような構成を有する燃焼圧センサでは、受圧部材の周囲にデポジットが付着することにより、圧力に対する受圧部材の変位特性が変化するおそれがある。この場合、特許文献３に開示されているように、グロープラグを発熱させてデポジットを除去すれば、受圧部材の変位特性をもとに戻すことができるかもしれない。しかし、グロープラグを発熱させるための電力が必要となって燃費が悪化するだけでなく、グロープラグの発熱によって燃焼室内の燃焼状態が変化してしまうおそれもある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、燃焼圧センサの信号に基づいて燃焼状態の制御のための燃焼状態パラメータを計算する燃焼制御装置において、デポジットの付着等が原因で生じる燃焼圧センサの受圧部材の変位特性の変化が燃焼状態パラメータの計算に与える影響を低減することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。

本発明に係る燃焼制御装置は、燃焼圧センサ、クランク角度センサ、及び、演算処理装置を備える。燃焼圧センサは、内燃機関の燃焼室へ通じる孔に挿入された受圧部材を備える。受圧部材と燃焼室へ通じる孔との間には、受圧部材が軸方向へ変位できるようにする空隙が開けられている。燃焼圧センサは、受圧部材が燃焼室内の圧力に応じて変位することに応答して、受圧部材の変位に応じた信号を出力するように構成される。受圧部材と燃焼室へ通じる孔との間には、受圧部材が軸方向へ変位できるようにする空隙が開けられている。クランク角度センサは、内燃機関のクランク軸の回転に同期した信号を出力するように構成される。演算処理装置は、燃焼室内の燃焼状態を制御するための演算を行う装置であり、その演算のために燃焼圧センサの信号及びクランク角度センサの信号を受信する。演算処理装置の詳細な構成は以下の通りである。

演算処理装置は、次の第１の処理と第２の処理とを実行するように構成される。第１の処理では、演算処理装置は、燃焼圧センサの信号とクランク角度センサの信号とに基づいて、ひとつの燃焼サイクルにおいて燃焼室内で発生した熱量の燃焼の開始からの累計である熱発生量をクランク角度ごとに計算する。そして、熱発生量とクランク角度とが関連付けられた熱発生量データを生成する。第２の処理では、当該燃焼サイクルにおいて燃焼室に供給された燃料量に基づいて、燃料量から推定される推定熱発生量を計算する。

演算処理装置は、当該燃焼サイクルにおける熱発生量の最終値が推定熱発生量以下の場合、さらに第３の処理を実行し、当該燃焼サイクルにおける熱発生量の最終値が推定熱発生量より大きい場合、さらに第４の処理を実行するように構成される。熱発生量の最終値は、当該燃焼サイクルにおいて熱発生量が最終的にたどり着いた値である。よって、熱発生量が当該燃焼サイクル内で一定値に収束した場合には、その一定値を熱発生量の最終値とすることができる。例えば、燃焼室内で発生した単位クランク角度あたりの熱量がゼロ以下となった時点或いは所定回数続けてゼロ以下となった時点での熱発生量を最終値として算出することができる。また、次回の燃焼サイクルに切り替わるまで熱発生量が増大し続けた場合には、次回の燃焼サイクルに切り変わる直前の熱発生量の値を最終値とすることができる。

第３の処理では、演算処理装置は、燃焼の開始から熱発生量の最終値に対応するクランク角度までの熱発生量データに基づいて、燃焼室内の燃焼状態を表す燃焼状態パラメータを計算する。一方、第４の処理では、演算処理装置は、燃焼の開始から熱発生量が推定熱発生量に到達したクランク角度までの熱発生量データに基づいて、燃焼状態パラメータを計算する。燃焼の開始は、例えば、燃焼室内で発生した単位クランク角度あたりの熱量がゼロより大きくなったかどうかによって判断することができる。なお、熱発生量の計算は必ずしも最終値まで行う必要はない。熱発生量をクランク角度ごとに計算する過程において熱発生量が推定熱発生量に到達したときには、熱発生量の最終値は必ず推定熱発生量より大きくなる。よって、この場合には、熱発生量の計算を終了して第４の処理を実行するようにしてもよい。

燃焼状態パラメータの１つの例は、燃焼割合が所定割合となるクランク角度であり、別の例は、所定のクランク角度における燃焼割合である。燃焼割合とは、一般的に、燃焼室内に供給された１燃焼サイクルあたりの燃料の質量のうち燃焼した質量の比を意味する。燃焼状態パラメータが燃焼割合に関連するパラメータであるならば、第３の処理を実行する場合には、任意のクランク角度における燃焼割合として、熱発生量の最終値に対する当該クランク角度における熱発生量の比を計算することが好ましい。一方、第４の処理を実行する場合には、任意のクランク角度における燃焼割合として、推定熱発生量に対する当該クランク角度における熱発生量の比を計算することが好ましい。

本発明に係る燃焼制御装置によれば、デポジットの付着等が原因で燃焼圧センサの受圧部材の変位特性が変化し、それにより燃焼後期における熱発生量の計算値が実際値よりも高い値を示す場合であっても、供給燃料量に基づく推定熱発生量を１つの基準にすることで、燃焼状態パラメータの計算の基礎となる熱発生量データの範囲を特定することができる。

本発明の実施の形態１のエンジンシステムを説明するための概略構成図である。 シリンダヘッドに装着された燃焼圧センサとその周辺を示す断面図である。 燃焼圧センサの信号に基づいて計算される熱発生率とクランク角度との関係を示す図である。 図３に示す熱発生率データから計算される熱発生量とクランク角度との関係を示す図である。 図４に示す熱発生量データから計算される燃焼割合とクランク角度との関係を示す図である。 ＥＣＵにプログラムされた演算処理の内容を説明するための図である。 図４に示す熱発生量データにＥＣＵにプログラムされた演算処理を適用して再計算した燃焼割合とクランク角度との関係を示す図である。 図５に示す燃焼割合データから計算されるＣＡ５０と図７に示す燃焼割合データから計算されるＣＡ５０とを比較して示す図である。 本発明の実施の形態１においてＥＣＵにプログラムされた演算処理の具体的なフローを表したフローチャートである。 本発明の実施の形態１のデポジット焼却制御のフローを示す図である。 本発明の実施の形態２においてＥＣＵにプログラムされた演算処理の具体的なフローを表したフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のエンジンシステムを説明するための概略構成図である。実施の形態１のエンジンシステムは、軽油を燃料とする圧縮自着火式のディーゼルエンジンとして構成された内燃機関１０を備える。内燃機関１０の筒内には、その内部を往復運動するピストン１２が設けられている。ピストン１２はコネクティングロッドを介してクランク軸３２に連結されている。内燃機関１０は、クランク軸３２の回転に同期した信号を出力するクランク角度センサ３４を備えている。

内燃機関１０は、シリンダヘッド１４を備えている。ピストン１２とシリンダヘッド１４との間には、燃焼室１６が形成されている。燃焼室１６には、吸気通路１８および排気通路２０の一端が連通している。吸気通路１８および排気通路２０には、それぞれ吸気弁２２および排気弁２４が配置されている。吸気通路１８の入口には、エアクリーナ２６が取り付けられている。また、排気通路２０の途中には、排気ガスを浄化するための後処理装置２８が設けられている。シリンダヘッド１４には、燃料を筒内に噴射するための燃料噴射弁３０が設けられている。また、シリンダヘッド１４には、燃焼室１６の頂部から燃焼室１６内に突出するように燃焼圧センサ４０が取り付けられている。燃焼圧センサ４０は、ヒータロッドを備えることによってグロープラグとしての機能を兼ね備えたグロープラグ一体型燃焼圧センサである。

実施の形態１のエンジンシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備える。ＥＣＵ５０は、物理構成として図示しないメモリとプロセッサとを備える。メモリはエンジン制御のためのプログラムを記憶し、プロセッサはメモリからプログラムを読みだして実行する。ＥＣＵ５０は、クランク角度センサ３４の信号と燃焼圧センサ４０の信号を受信する。エンジンシステムにはその他にも様々なセンサが設けられているが、ここではその説明は省略する。また、ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁３０に対して駆動信号を出力するとともに、燃焼圧センサ４０のグロープラグに対して電流を供給する。

ＥＣＵ５０は、本発明に係る演算処理装置として機能し、燃焼圧センサ４０及びクランク角度センサ３４とともに本発明に係る燃焼制御装置を構成する。演算処理装置としてのＥＣＵ５０は、燃焼圧センサ４０及びクランク角度センサ３４の各信号と燃料噴射弁３０の燃料噴射量とに基づいて、後述する燃焼状態パラメータを計算し、燃焼状態パラメータに基づいて燃焼室１６内の燃焼状態を制御する。なお、この実施の形態で計算する燃焼状態パラメータはＣＡ５０である。また、この実施の形態では、燃料噴射弁３０から燃料を噴射するタイミングにＣＡ５０をフィードバックすることによって燃焼状態を制御する。

実施の形態１の特徴の１つは、ＥＣＵ５０にプログラムされた燃焼状態パラメータの計算のための演算処理である。ＥＣＵ５０にプログラムされた演算処理は、燃焼圧センサ４０の構造に係る問題に関係している。以下、図２を参照して、燃焼圧センサ４０の構造の詳細とその問題について説明する。

図２は、シリンダヘッド１４に装着された燃焼圧センサ４０とその周辺を示す断面図である。図２に示すように、燃焼圧センサ４０はグロープラグ一体型燃焼圧センサであり、筒状のハウジング４０１の先端からヒータロッド４０２が軸方向に突出した形状になっている。ヒータロッド４０２には発熱体４０６が内蔵されている。ＥＣＵ５０から電流の供給を受けて発熱体４０６が発熱することにより、燃焼圧センサ４０はグロープラグとして機能する。

ハウジング４０１の内部には、ヒータロッド４０２の端部と接触する歪ゲージ４０４が配置されている。ハウジング４０１とヒータロッド４０２との隙間には、当該隙間を塞ぐためのシール４０３が設けられている。シール４０３は、燃焼室１６側と歪ゲージ４０４側とを気密に区画する隔壁として機能する。ヒータロッド４０２は、燃焼室１６内の圧力を受ける受圧部材として機能し、燃焼室１６側と歪ゲージ４０４側との圧力差は、ヒータロッド４０２を歪ゲージ４０４側に変位させる駆動力となる。歪ゲージ４０４は、燃焼室１６内の圧力によってヒータロッド４０２が軸方向に変位することに応答して、ヒータロッド４０２の軸方向の変位に応じた信号、つまり、燃焼室１６内の圧力に応じた信号を出力する。

燃焼圧センサ４０は、シリンダヘッド１４に設けられた挿入孔３６に挿入される。ハウジング４０１には雄ねじ４０５が形成されている。この雄ねじ４０５を挿入孔３６に形成された図示しない雌ねじにねじ込むことで、燃焼圧センサ４０がシリンダヘッド１４に固定される。挿入孔３６の奥には、燃焼室１６に通じる孔３８が連通している。孔３８の径は挿入孔３６の径よりも小さい。燃焼圧センサ４０が挿入孔３６に挿入されて固定されたとき、ヒータロッド４０２の先端は孔３８を貫通して燃焼室１６へ突出する。孔３８とヒータロッド４０２との間には、ヒータロッド４０２が軸方向に変位できるようにするための空隙が開けられている。

以上の構成から分かるように、受圧部材であるヒータロッド４０２の周囲は燃焼室１６と連通しており、ここに燃焼ガスが入り込む余地がある。燃焼ガスには燃料の未燃成分やオイル成分が含まれている。これらの成分が液化し、周囲の熱による反応を経て酸化物や炭素状物質になったものがデポジットとなる。図２に示す構成の場合、ヒータロッド４０２と孔３８との隙間や、ヒータロッド４０２とハウジング４０１との隙間にデポジットが付着しうる。

付着したデポジットは、ヒータロッド４０２が軸方向へ変位する際の抵抗となる。燃焼室１６内の圧力が上昇している燃焼前期であれば、ヒータロッド４０２がデポジットから受ける抵抗力の影響は小さい。なぜなら、上昇する燃焼圧がヒータロッド４０２を歪ゲージ４０４の側に押し付ける力はデポジットの抵抗に比較して格段に大きく、その力に比べればデポジットの抵抗は無視できる程度だからである。一方、燃焼室１６内の圧力が低下する燃焼後期は、ヒータロッド４０２には歪ゲージ４０４の復元力（バネ力）とシール４０３の復元力とがそれぞれ作用する。それらは燃焼前期においてヒータロッド４０２に作用する燃焼圧による力に比較すれば格段に小さいため、ヒータロッド４０２がデポジットから受ける抵抗力の影響は相対的に大きくなる。その結果、燃焼前期において燃焼圧センサ４０の信号から計測される燃焼圧は、デポジットの付着量によらず、実際の燃焼圧、すなわち、デポジットが付着していない場合に計測される燃焼圧と良く対応する。しかし、燃焼後期において燃焼圧センサ４０の信号から計測される燃焼圧は、デポジットから受ける抵抗力の影響により、実際の燃焼圧よりも高い圧力を示すようになる。

図３は、燃焼圧センサ４０の信号に基づいて計算した熱発生率とクランク角度との関係の変化を示す図である。熱発生率は、燃焼室１６内で発生した単位クランク角度当たりの熱量であり、以下の式によって燃焼室１６内の圧力から計算することができる。ただし、燃焼圧センサ４０の信号から得られる圧力は相対圧であるため、絶対圧に補正された上で燃焼室１６内の圧力として使用される。以下の式において、Ｑは熱発生量、θはクランク角度、Ｐは燃焼室１６内の圧力、Ｖは燃焼室１６内の容積、κは比熱比であり、左辺のｄＱは熱発生率、ｄθは単位クランク角度を表している。なお、燃焼室１６内の容積Ｖはクランク角度θの関数として表すことができる。

図３には、デポジットの付着が無い例、デポジットの付着量が小さい例、デポジットの付着量が大きい例の３つの例について、クランク角度に対する熱発生率（上記式による計算値）の変化を示す曲線が描かれている。まず、デポジットの付着が無い場合のクランク角度に対する熱発生率の変化について説明する。熱発生率がゼロ（或いはほぼゼロ）であることは燃焼室１６内で燃焼が始まっていないことを意味する。熱発生率が上昇し始めるクランク角度が燃焼開始角度である。燃焼の開始後、熱発生率は上昇し続けてやがてピークに達する。ピークを過ぎた後、熱発生率は減少していきやがてゼロになる。熱発生率がゼロになる（或いはゼロに収束したとみなされる）クランク角度が、燃焼室１６内の燃焼が終了した燃焼終了角度（燃焼が終了したと推定されるクランク角度）である。

燃焼前期における熱発生率とクランク角度との関係は、デポジットの付着の有無によらず同様の関係を示す。しかし、燃焼後期においては、デポジットによる抵抗が燃焼圧センサ４０の信号に与える影響が非常に大きくなるため、熱発生率とクランク角度との関係はデポジットの付着量に応じて変化する。具体的には、デポジットの付着量が大きいほど、燃焼圧に基づき計算される熱発生率は、実際の熱発生率（デポジットの付着が無い場合の熱発生率）よりも大きい値を示したままとなる。これにより、熱発生率がゼロになるクランク角度は、デポジットの付着量が大きいほど、実際の燃焼終了角度（デポジットの付着が無い場合の燃焼終了角度）よりも大きく遅角側にずれる。

図４は、図３に示す熱発生率データから計算される熱発生量とクランク角度との関係を示す図である。熱発生量は、１燃焼サイクルにおいて燃焼室１６内で発生した熱量の燃焼の開始からの累計である。よって、任意のクランク角度における熱発生量は、燃焼開始角度から当該クランク角度までを積算区間として、単位クランク角度ごとに計算される熱発生率を積算することによって算出される。１燃焼サイクルにおいて燃焼室１６内で発生した熱量が、最終的な熱発生量、すなわち、熱発生量の最終値となる。デポジットの付着が無い場合の熱発生量（実際の熱発生量）は、あるクランク角度において一定値に収束する。熱発生量が一定値に収束したときのクランク角度が燃焼終了角度である。

一方、デポジットの付着が有る場合、熱発生率に基づき計算される熱発生量は、実際の熱発生量が一定値に収束したのちも増大し続ける。そして、計算された最終的な熱発生量は、デポジットの付着量が大きいほど大きな値になる。なお、デポジットの付着量が大きい場合の最終的な熱発生量は、図４における横軸の最大値での熱発生量よりも大きい値になるはずである。図３に示すように、デポジットの付着量が大きい場合の熱発生率は、横軸の最大値においてゼロになっていないからである。ただし、ここでは、説明を簡単にするため、図４における横軸の最大値での熱発生量をデポジットの付着量が大きい場合の最終的な熱発生量とみなすものとする。

図５は、図４に示す熱発生量データから計算される燃焼割合とクランク角度との関係を示す図である。燃焼割合は、燃焼質量割合ともいい、燃焼室１６内に供給された１燃焼サイクルあたりの燃料の質量のうち燃焼した質量の比を意味する。実施の形態１では、任意のクランク角度における燃焼割合を、最終的な熱発生量に対する当該クランク角度での熱発生量の割合として計算する。このため、図５に示す３つの曲線の比較から分かるように、任意のクランク角度における燃焼割合は、デポジットの付着量が大きいほど、小さい値となる。また、任意の燃焼割合を与えるクランク角度は、デポジットの付着量が大きいほど、遅角側のクランク角度となる。よって、ＣＡ５０、すなわち、燃焼割合が５０パーセントとなるクランク角度は、デポジットの付着量が大きいほど実際のＣＡ５０（付着が無い場合のＣＡ５０）から大きく遅角側にずれた値になる。

以上述べたように、燃焼圧センサ４０に付着したデポジットは、受圧部材であるヒータロッド４０２の変位特性を変化させ、燃焼圧センサ４０の信号に基づき計算されるＣＡ５０の精度に影響を及ぼす。ＣＡ５０の精度が低ければ、ＣＡ５０がフィードバックされる燃焼制御の精度も低下することになり、所望の燃焼状態を実現することが困難となる。そこで、ＥＣＵ５０にプログラムされた演算処理では、ＣＡ５０の計算からデポジットの影響を排除するための工夫が施されている。以下、ＥＣＵ５０にプログラムされた演算処理の内容について図６を用いて説明する。

演算処理装置としてのＥＣＵ５０は、熱発生率から計算する熱発生量とは別に、燃料噴射弁３０の燃料噴射量から熱発生量を計算する。実施の形態１の内燃機関１０の構成では、燃料噴射量は燃焼室１６に供給された燃料の量を意味する。供給された燃料の燃焼によって燃焼室１６内で熱が発生する。供給燃料（燃料噴射弁３０による噴射燃料）の燃焼による熱発生量は、“熱発生量＝燃料噴射量×低位発熱量×発熱効率”という式によって計算することができる。低位発熱量は厳密には燃料（軽油）のセタン価によって変わるものの、セタン価による差は小さいので、上記式における低位発熱量は定数とすることができる。発熱効率は厳密には水温や吸気温或いはエンジン回転速度などの影響を受けるため、それらの条件をパラメータとするマップから決定することもできるが、おおむね１に近い値であるため、上記式における発熱効率は最大値である１とすることができる。以下、燃料噴射量から計算された熱発生量を推定熱発生量と呼ぶ。

熱発生率を積算して得られる熱発生量は、燃焼開始からの累計熱発生量であるが、理論的には推定熱発生量を超えることはない。推定熱発生量は、燃焼室１６内で燃料が燃焼することで発生しうる熱量の上限値だからである。よって、熱発生率の積算により計算された熱発生量が推定熱発生量を超える場合には、推定熱発生量を超えた分の熱量は、燃焼圧センサ４０に付着したデポジットの影響の分であると考えることができる。

ＥＣＵ５０にプログラムされた演算処理では、図６に示すように、熱発生率の積算により計算された熱発生量が推定熱発生量に到達することになったクランク角度において、燃焼室１６内での燃焼は終了したものとみなす。以下、熱発生量が推定熱発生量に到達することになったクランク角度を推定燃焼終了角度と呼ぶ。実施の形態１の計算方法では、熱発生率の積算により得られた最終的な熱発生量ではなく、推定熱発生量を真の最終的な熱発生量とみなし、推定燃焼終了角度より後のクランク角度では熱発生量に変化がないものとみなす。つまり、ＥＣＵ５０にプログラムされた演算処理では、図４に示す熱発生量とクランク角度とが関連付けられた熱発生量データのうち、推定燃焼終了角度までの範囲のデータに基づいて燃焼割合を計算する。

図７は、図４に示す熱発生量データに上述の演算処理を適用して再計算した燃焼割合とクランク角度との関係を示す図である。ここでは、図４に示す熱発生量データにおいてデポジットの付着が無い場合の最終的な熱発生量が推定熱発生量に等しいと仮定し、デポジットの付着が小さい場合と大きい場合のそれぞれについて推定燃焼終了角度を計算した。そして、デポジットの付着が小さい場合と大きい場合のそれぞれについて、推定燃焼終了角度までの範囲のデータに基づいてクランク角度ごとの燃焼割合を計算し、燃焼割合とクランク角度との関係を図７のグラフに示した。図７と図５との比較により、ＥＣＵ５０にプログラムされた演算処理によれば、燃焼割合とクランク角度との関係からデポジットの付着の影響を排除できることが確認できる。

図８は、図５に示す燃焼割合データから計算したＣＡ５０と図７に示す燃焼割合データから計算したＣＡ５０とをバーチャートにより比較して示す図である。各項目において左側のバーが図５に示すデータから計算したＣＡ５０であり、右側のバーが図７に示す燃焼割合データから計算したＣＡ５０である。図５に示す燃焼割合データから計算したＣＡ５０は、デポジットの付着量が大きいほど遅角側にずれていくのに対し、図７に示す燃焼割合データから計算したＣＡ５０は、デポジットの付着の有無や付着量にほとんど影響されることなく、ほぼ一定値に保たれている。このチャートから確認できるように、上述の演算処理をＣＡ５０の計算に適用することによって、ＣＡ５０の計算からデポジットの影響を排除することが可能となる。

図９は、実施の形態１においてＥＣＵ５０にプログラムされた演算処理の具体的なフローを表したフローチャートである。ＥＣＵ５０は、このフローチャートに示す演算処理を毎回の燃焼サイクルにおいて実行する。以下、実施の形態１におけるＣＡ５０の計算フローをフローチャートに沿って説明する。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０は、燃焼圧センサ４０の信号に基づいてクランク角度ごとの熱発生率を計算し、熱発生率とクランク角度とが関連付けられた熱発生率データを生成する。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ５０は、今回燃焼サイクルの燃料噴射量に基づいて推定熱発生量を算出する。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２で生成した熱発生率データに基づいて燃焼開始角度を算出する。例えば、熱発生量が負値から正値に変化したクランク角度を燃焼開始角度として算出してもよい。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２で生成した熱発生率データに基づいて燃焼終了角度を算出する。例えば、熱発生量が正値から負値に変化したクランク角度を燃焼終了角度として算出してもよい。

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０６で算出した燃焼開始角度からステップＳ１０８で算出した燃焼終了角度までの範囲を熱発生率の積算区間に設定する。そして、設定した積算区間において熱発生率の積算を行うことによって熱発生量をクランク角度ごとに計算し、熱発生量とクランク角度とが関連付けられた熱発生量データを生成する。

ステップＳ１１２では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１０で算出した熱発生量の最終値とステップＳ１０４で算出した推定熱発生量とを比較する。熱発生量の最終値が推定熱発生量以下であるならば、燃焼圧センサ４０の信号はデポジットの付着の影響を受けていない。この場合、ＥＣＵ５０は、続けてステップＳ１１６とステップＳ１１８の処理を実行する。

ステップＳ１１６では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０６で算出した燃焼開始角度からステップＳ１０８で算出した燃焼終了角度までの範囲の熱発生量データに基づいて、クランク角度ごとの燃焼割合を算出し、燃焼割合とクランク角度とが関連付けられた燃焼割合データを生成する。そして、ステップＳ１１８では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１６で生成した燃焼割合データに基づいて燃焼割合が５０パーセントとなるクランク角度を特定し、それをＣＡ５０として算出する。

一方、ステップＳ１１２において、熱発生量の最終値が推定熱発生量よりも大きいと判定された場合、燃焼圧センサ４０の信号はデポジットの付着の影響を受けている。この場合、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１４の処理を実行した後に、ステップＳ１１６とステップＳ１１８の処理を実行する。

ステップＳ１１４では、ＥＣＵ５０は、推定熱発生量を踏まえて燃焼終了角度を再算出する。つまり、熱発生量が推定熱発生量に到達するクランク角度である推定燃焼終了角度を算出する。

ステップＳ１１６では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０６で算出した燃焼開始角度からステップＳ１１４で再算出した燃焼終了角度（推定燃焼終了角度）までの範囲の熱発生量データに基づいて、クランク角度ごとの燃焼割合を算出し、燃焼割合とクランク角度とが関連付けられた燃焼割合データを生成する。そして、ステップＳ１１８では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１６で生成した燃焼割合データに基づいて燃焼割合が５０パーセントとなるクランク角度を特定し、それをＣＡ５０として算出する。

上記の計算フローに従いＣＡ５０を計算することにより、燃焼圧センサ４０に付着したデポジットの影響を受けずにＣＡ５０を精度よく計算することができる。よって、実施の形態１においてＥＣＵ５０により実行される演算処理によれば、燃焼圧センサ４０にデポジットが付着している状況でも、ＣＡ５０を用いた燃焼制御の精度を維持することができる。

なお、上記の計算フローにおいては、ステップＳ１０２、Ｓ１０６、Ｓ１０８及びＳ１１０の処理が本発明に係る「第１の処理」に相当し、ステップＳ１０４の処理が「第２の処理」に相当する。また、ステップＳ１１２の判定結果が肯定の場合のステップＳ１１６及びＳ１１８の処理が「第３の処理」に相当し、ステップＳ１１２の判定結果が否定の場合のステップＳ１１４、Ｓ１１６及びＳ１１８の処理が「第４の処理」に相当する。

上記の演算処理を実行する演算処理装置としての機能に加えて、ＥＣＵ５０は、ヒータ通電制御装置としても機能することができる。ＥＣＵ５０がヒータ通電制御装置として機能する場合、ＥＣＵ５０は、図１０のフローチャートに示すデポジット焼却制御を実行する。デポジットの付着が進んだ場合、燃焼後期のみならず燃焼前期における燃焼圧センサ４０の信号にも影響が及ぶ可能性がある。そこで、ＥＣＵ５０は、デポジットの付着量が許容できる限度を超えたことが推定できる場合には、燃焼圧センサ４０に一体化されたグロープラグに通電し、グロープラグを発熱させてデポジットを焼却する。

ＥＣＵ５０は、デポジット焼却制御を毎回の燃焼サイクルにおいて実行する。図１０のフローチャートによれば、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１２２において熱発生量が所定の判定値以下かどうか判定する。ステップＳ１２２で参照される熱発生量は、上記の演算処理においてステップＳ１１０の最初の実行時に算出される熱発生量である。デポジットの付着量が大きくなるほど、燃焼圧センサ４０の信号に基づき算出される熱発生量は増大するので、熱発生量はデポジットの付着量を示す特徴量として用いることができる。ステップＳ１２２で用いられる判定値は、デポジットの付着量が許容値に達した時の熱発生量に対応している。

ステップＳ１２２の判定の結果が肯定の場合、デポジットの付着量は許容値を超えていないと判断することができる。この場合、グロープラグを発熱させることは行われない。

一方、ステップＳ１２２の判定の結果が否定の場合、デポジットの付着量は許容値を超えていると判断することができる。この場合、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１２４においてグロープラグに通電して発熱させる。この処理により、燃焼圧センサ４０のヒータロッド４０２の周りに付着したデポジットは、ヒータロッド４０２が発する熱によって焼かれて除去される。

以上のようなデポジット焼却制御を行うことにより、燃焼圧センサ４０の性能をデポジットが付着していない本来の性能に回復することができる。また、実施の形態１で実行されるＣＡ５０の計算フローによれば、ある程度のデポジットが付着している状況でもＣＡ５０の計算精度を維持することができるので、付着したデポジットを除去するためのデポジット焼却制御の実行頻度は少なくて済む。つまり、グロープラグの発熱のための電力消費による燃費の悪化や、グロープラグの発熱による燃焼室１６内の燃焼状態の変化は最小限に抑えられる。

実施の形態２．
実施の形態２は実施の形態１とシステムの構成が同一であり、ＣＡ５０の計算フローに違いがある。図１１は、実施の形態２においてＥＣＵ５０にプログラムされた演算処理の具体的なフローを表したフローチャートである。ＥＣＵ５０は、このフローチャートに示す演算処理を毎回の燃焼サイクルにおいて実行する。以下、実施の形態２におけるＣＡ５０の計算フローをフローチャートに沿って説明する。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ５０は、燃焼圧センサ４０の信号に基づいてクランク角度ごとの熱発生率を計算し、熱発生率とクランク角度とが関連付けられた熱発生率データを生成する。

ステップＳ２０４では、ＥＣＵ５０は、今回燃焼サイクルの燃料噴射量に基づいて推定熱発生量を算出する。

ステップＳ２０６では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２０２で生成した熱発生率データに基づいて燃焼開始角度を算出する。

ステップＳ２０８では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２０２で生成した熱発生率データに基づいてクランク角度順に熱発生率を積算し、熱発生量とクランク角度とが関連付けられた熱発生量データを生成する。詳しくは、ステップＳ２０８が実行されるごとに、ｉ番目のクランク角度における熱発生率を熱発生率データから取り出し、取り出したｉ番目の熱発生率を前回のステップＳ２０８の実行時に計算した積算値に積算することによって、熱発生量データを更新する。なお、１番目のクランク角度はステップＳ２０６で算出した燃焼開始角度である。ＥＣＵ５０は、熱発生率の積算を行うごとにステップＳ２１０の判定を実行する。

ステップＳ２１０では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２０８で算出した積算値がステップＳ２０４で算出した推定熱発生量より大きいかどうか判定する。発生率の積算値が推定熱発生量に到達していない場合、ＥＣＵ５０は、次にステップＳ２１２の判定を実行する。

ステップＳ２１２では、ＥＣＵ５０は、ｉ＋１番目のクランク角度における熱発生率を熱発生率データから取り出し、その値が燃焼終了条件を満たすかどうか判定する。燃焼終了条件としては、例えば、熱発生率の値がゼロ以下になったこと、或いは、所定回数続けて所定値以下になったことなどを挙げることができる。ここでは、熱発生率の値がゼロ以下になったことを燃焼終了条件とする。熱発生率が正値の場合、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２１４においてクランク角度の番号を１つインクリメントする。そして、再び、ステップＳ２０８の処理を実行し、熱発生率の積算値を更新する。

ステップＳ２１０の判定の結果が肯定になる前に、ステップＳ２１２の判定の結果が肯定になった場合、つまり、熱発生率の積算値が推定熱発生量に到達する前に熱発生率の値が燃焼終了条件を満たした場合には、燃焼圧センサ４０の信号はデポジットの付着の影響を受けていないと判断することができる。この場合、ＥＣＵ５０は、次に、ステップＳ２１６、Ｓ２１８及びＳ２２０の処理を実行する。

一方、ステップＳ２１０の判定の結果が肯定になった場合、つまり、熱発生率の積算値が推定熱発生量に到達した場合には、燃焼圧センサ４０の信号はデポジットの付着の影響を受けていると判断することができる。この場合、ＥＣＵ５０は、次に、ステップＳ２１６、Ｓ２１８及びＳ２２０の処理を実行する。

ステップＳ２１６では、ＥＣＵ５０は、燃焼終了角度を算出する。ステップＳ２１２の判定の結果が肯定になったことでステップＳ２１６が実行される場合、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２１２において熱発生率がゼロ以下になったクランク角度を燃焼終了角度として算出する。一方、ステップＳ２１０の判定の結果が否定になったことでステップＳ２１６が実行される場合、ＥＣＵ５０は、熱発生率の積算値が推定熱発生量に到達することになったクランク角度を燃焼終了角度として算出する。

ステップＳ２１８では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２０６で算出した燃焼開始角度からステップＳ２１６で算出した燃焼終了角度までの範囲の熱発生量データに基づいて、クランク角度ごとの燃焼割合を算出し、燃焼割合とクランク角度とが関連付けられた燃焼割合データを生成する。そして、ステップＳ２２０では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２１８で生成した燃焼割合データに基づいて燃焼割合が５０パーセントとなるクランク角度を特定し、それをＣＡ５０として算出する。

上記の計算フローに従いＣＡ５０を計算することにより、燃焼圧センサ４０に付着したデポジットの影響を受けずにＣＡ５０を精度よく計算することができる。よって、実施の形態２においてＥＣＵ５０により実行される演算処理によれば、実施の形態１の場合と同様に、燃焼圧センサ４０にデポジットが付着している状況でも、ＣＡ５０を用いた燃焼制御の精度を維持することができる。

なお、上記の計算フローにおいては、ステップＳ２０２、Ｓ２０６及びＳ２０８の処理が本発明に係る「第１の処理」に相当し、ステップＳ２０４の処理が「第２の処理」に相当する。また、ステップＳ２１２の判定結果が肯定の場合のステップＳ２１６、Ｓ２１８及びＳ２１０の処理が「第３の処理」に相当し、ステップＳ２１０の判定結果が肯定の場合のステップＳ２１６、Ｓ２１８及びＳ２２０の処理が「第４の処理」に相当する。

その他実施の形態．
ＣＡ５０は、燃焼制御のための燃焼状態パラメータの一例である。燃焼割合が５０パーセント以外の所定割合となるクランク角度を燃焼状態パラメータとして用いることもできる。また、所定クランク角度における燃焼割合を燃焼状態パラメータとして用いることもできる。

デポジット焼却制御において、デポジットの付着量を示す特徴量は熱発生量には限定されない。燃焼後期の所定クランク角度における熱発生率などもデポジットの付着量を示す特徴量として用いることができる。

グロープラグ一体型燃焼圧センサは、燃焼室内の圧力に応じて変位する受圧部材を備え、受圧部材の変位に応じた信号を出力する燃焼圧センサの一例である。このような構成を有する燃焼圧センサであれば、グロープラグ一体型燃焼圧センサに限らず本発明を適用することができる。また、燃焼制御の対象となる内燃機関は、燃焼圧センサの種類によって決まる。グロープラグ一体型燃焼圧センサの場合、それが適用される内燃機関はディーゼルエンジンであるが、専用の燃焼圧センサであれば火花点火式エンジンにも適用することができる。

１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ シリンダヘッド
１６ 燃焼室
３０ 燃料噴射弁
３２ クランク軸
３４ クランク角度センサ
３８ 孔
４０ 燃焼圧センサ
５０ ＥＣＵ
４０１ ハウジング
４０２ ヒータロッド
４０３ シール
４０４ 歪ゲージ

Claims (6)

1. 内燃機関の燃焼室へ通じる孔に前記孔との間に空隙を開けて挿入された受圧部材を備え、前記受圧部材が前記燃焼室内の圧力に応じて変位することに応答して、前記受圧部材の変位に応じた信号を出力する燃焼圧センサと、
   前記内燃機関のクランク軸の回転に同期した信号を出力するクランク角度センサと、
   前記燃焼圧センサの信号及び前記クランク角度センサの信号を受信し、前記燃焼室内の燃焼状態を制御するための演算を行う演算処理装置と、を備え、
   前記演算処理装置は、
   前記燃焼圧センサの信号及び前記クランク角度センサの信号に基づいて、前記燃焼室内で発生した熱量をひとつの燃焼サイクルの燃焼開始から累計した値である熱発生量を、その燃焼サイクルにおいてクランク角度ごとに計算することで、前記熱発生量とクランク角度とが関連付けられた熱発生量データを生成する第１の処理と、
   前記燃焼サイクルにおいて前記燃焼室に供給された燃料量に基づいて、前記燃料量から推定される推定熱発生量を計算する第２の処理と、
   前記燃焼サイクルにおける前記熱発生量の最終値が前記推定熱発生量以下の場合、燃焼の開始から前記最終値に対応するクランク角度までの前記熱発生量データに基づいて、前記燃焼室内の燃焼状態を表す燃焼状態パラメータを計算する第３の処理と、
   前記燃焼サイクルにおける前記最終値が前記推定熱発生量より大きい場合、燃焼の開始から前記熱発生量が前記推定熱発生量に到達したクランク角度までの前記熱発生量データに基づいて、前記燃焼状態パラメータを計算する第４の処理と、を実行するように構成されている
   ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
2. 前記演算処理装置は、前記燃焼室内で発生した単位クランク角度あたりの熱量がゼロ以下となった時点或いは所定回数続けてゼロ以下となった時点での前記熱発生量を前記最終値として算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
3. 前記演算処理装置は、前記熱発生量をクランク角度ごとに計算する過程において前記熱発生量が前記推定熱発生量に到達したときには、前記熱発生量の計算を終了して前記第４の処理を実行する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
4. 前記演算処理装置は、前記燃焼室内で発生した単位クランク角度あたりの熱量がゼロより大きくなったことをもって燃焼の開始と判断する
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
5. 前記燃焼状態パラメータは、前記燃焼サイクルにおいて前記燃焼室内に供給された燃料の質量に対する燃焼した燃料の質量の比である燃焼割合が所定割合となるクランク角度であり、
   前記演算処理装置は、前記第３の処理を実行する場合には、前記熱発生量の前記最終値
   に対する割合を前記燃焼割合として計算し、前記第４の処理を実行する場合には、前記熱
   発生量の前記推定熱発生量に対する割合を前記燃焼割合として計算する
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
   
6. 前記燃焼状態パラメータは、所定のクランク角度における燃焼割合であり、
   前記演算処理装置は、前記第３の処理を実行する場合には、前記熱発生量の前記最終値に対する割合を前記燃焼割合として計算し、前記第４の処理を実行する場合には、前記熱発生量の前記推定熱発生量に対する割合を前記燃焼割合として計算する
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。

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