JP2001193548A

JP2001193548A - 内燃機関の燃焼状態検出装置

Info

Publication number: JP2001193548A
Application number: JP2000268716A
Authority: JP
Inventors: Jun Hasegawa; 純長谷川; Wakichi Kondo; 和吉近藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2001-07-17

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼状態が悪化し易い環境で内燃機関が運転さ
れる場合にも、内燃機関の燃焼状態を正確に検出する。【解決手段】ＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１は、エンジン１
０の１燃焼毎に回転速度の最大値及び最小値を求めると
共にそれら各値の差により回転変動量を算出する。ま
た、ＣＰＵ３１は、所定のサンプリング母数分の回転変
動量に対して統計処理を行い、その統計処理の結果によ
り燃焼状態を示すパラメータとしての燃焼ラフネス値を
算出する。より具体的には、１燃焼毎の回転変動量につ
いて予め定めた設定領域内のデータのみを有効とし、該
有効とする所定のサンプリング母数分の回転変動量の標
準偏差により実ラフネス値を算出する。例えば、回転変
動量の平均値以上となる回転変動量のみを有効とし、実
ラフネス値を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼状
態検出装置に係り、特に燃焼状態を示すパラメータとし
ての燃焼ラフネス値を好適に検出するための装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関の１燃焼毎の回転変
動量から燃焼状態を検出し、その検出した結果を空燃比
制御等に反映させるようにした内燃機関の制御装置があ
る。つまり、例えば６気筒内燃機関の場合、図１２のよ
うに、１２０°ＣＡの周期で回転速度が変動し、より詳
細には１燃焼毎に回転速度が最小値と最大値とに達す
る。そして、１燃焼毎の回転速度の最小値と最大値との
差により回転変動量を算出し、その回転変動量に基づい
て燃焼状態を検出するようにしていた。実際には、回転
変動の標準偏差により燃焼ラフネス値を算出し、その算
出結果から燃焼状態を評価していた。

【０００３】また、空燃比をリーン化するほど燃焼状態
のばらつきが大きくなり、そのパラメータとしての燃焼
ラフネス値が増大することが従来より知られており、空
燃比をリーン領域で制御する際、燃焼ラフネス値をモニ
タしつつ燃焼状態がドライバビリティの許容限界を越え
ないように空燃比制御が実施される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】空燃比を理論空燃比か
らリーン領域に変化させて回転変動量の分布を計測した
結果を図１３に示す。図１３によれば、（ａ）に示すよ
うに空燃比＝１４．７（理論空燃比）の場合、回転変動
量の分布は正規分布となり、回転変動量のばらつきも比
較的小さい。これに対して、（ｂ），（ｃ）に示すよう
に、空燃比をリーン化した場合、回転変動量のばらつき
が大きくなり、そのばらつきの程度はリーン化するほど
大きくなる。また、空燃比のリーン化により、回転変動
量の微小領域において正規分布から外れる回転変動量が
計測されるようになる。

【０００５】要するに、空燃比をリーン化した場合、内
燃機関の各気筒において不測の失火が発生し易くなり、
それが原因で１燃焼毎の回転変動が現れにくくなる。そ
のため、回転変動量の分布が正規分布から外れると考え
られる。

【０００６】上記の通り空燃比のリーン制御時に不測の
失火が発生する場合等、燃焼状態が悪化し易い環境で内
燃機関が運転される場合、標準偏差により燃焼ラフネス
値を算出すると、その燃焼ラフネス値により判断される
燃焼状態の信頼性が低下するという問題が生じる。

【０００７】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、燃焼状態が悪化し易い環境で内燃機関が運
転される場合にも、内燃機関の燃焼状態を正確に検出す
ることができる内燃機関の燃焼状態検出装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
おいて、トルク変動量算出手段は、内燃機関の１燃焼毎
にトルク変動量を算出する。ラフネス値算出手段は、前
記算出したトルク変動量について予め定めた設定領域内
のデータのみを有効とし、該有効とする所定のサンプリ
ング母数分のトルク変動量の統計処理により燃焼状態を
示すパラメータとしての燃焼ラフネス値を算出する。

【０００９】上記構成によれば、失火等の発生により不
定期に燃焼状態が悪化し、回転変動量の分布が正規分布
から外れるような事態が生じても、予め定めた設定領域
内のデータのみを有効として統計処理を行うことによ
り、燃焼状態悪化の影響を受けた特定の回転変動量デー
タを使うことなく燃焼ラフネス値が算出できる。それ
故、燃焼状態が誤って検出されるといった不都合が回避
される。その結果、燃焼状態が悪化し易い環境で内燃機
関が運転される場合にも、内燃機関の燃焼状態を正確に
検出することができ、信頼性の高い燃焼状態検出を実施
することができる。

【００１０】なお本明細書においては、「失火」と称す
るものは、内燃機関の燃焼室内にて燃料が着火されない
場合は勿論のこと、着火されるものの火炎が伝播しない
場合（半失火の場合）をも含むこととする。

【００１１】特に請求項２に記載したように、リーン領
域における空燃比のフィードバック制御が実施される
時、トルク変動量について予め定めた設定領域内のデー
タのみを有効として統計処理により燃焼ラフネス値を算
出すると良い。つまり、空燃比のリーン制御時には既述
の通り、不測の失火が発生し易く、回転変動量の分布が
正規分布から外れる。それ故、このリーン制御時には燃
焼状態が誤検出されるといった不都合が懸念されるが、
本発明によれば燃焼状態を正確に検出することができ
る。

【００１２】予め定めた設定領域内のデータのみを有効
とするための構成として、以下の請求項３〜５のように
具体化されると良い。すなわち、・請求項３に記載の発
明では、トルク変動量の平均値以上となるデータのみを
有効とし、該有効とする所定のサンプリング母数分のト
ルク変動量から燃焼ラフネス値を算出する。・請求項４
に記載の発明では、トルク変動量の平均値以下となるデ
ータのみを有効とし、該有効とする所定のサンプリング
母数分のトルク変動量から燃焼ラフネス値を算出する。
・請求項５に記載の発明では、トルク変動量の平均値を
中心とする所定区間内のデータのみを有効とし、該有効
とする所定のサンプリング母数分のトルク変動量から燃
焼ラフネス値を算出する。

【００１３】上記請求項３〜５の何れの発明でも、正規
分布内の回転変動量データと正規分布から外れる回転変
動量データとを混同して統計処理が行われることはな
く、燃焼ラフネス値が適正に算出できる。

【００１４】一方、請求項６に記載の発明において、ラ
フネス値算出手段は、前記算出したトルク変動量につい
て予め定めた設定領域内のデータとそれ以外のデータと
の重み付けを行い、所定のサンプリング母数分のトルク
変動量の統計処理により燃焼状態を示すパラメータとし
ての燃焼ラフネス値を算出する。

【００１５】この場合、トルク変動量について設定領域
内か否かにより重み付けを行うので、燃焼状態悪化の影
響を受けた特定の回転変動量データ（設定領域以外のデ
ータ）を使うにしても、その重み付けを適宜設定するこ
とにより悪影響分の少ない燃焼ラフネス値が算出でき
る。それ故、燃焼状態が誤って検出されるといった不都
合が回避される。その結果、上記請求項１の発明と同様
に、燃焼状態が悪化し易い環境で内燃機関が運転される
場合にも、内燃機関の燃焼状態を正確に検出することが
でき、信頼性の高い燃焼状態検出を実施することができ
る。

【００１６】また更に、所定の設定領域以外のデータも
統計処理に使えるようになるので、サンプリングされる
データ数が増え、短時間で所望のサンプリング母数が確
保できる。つまり、サンプリング母数が確保できること
から、誤差の影響が軽減され、燃焼状態の検出精度がよ
り一層向上することとなる。

【００１７】特に請求項７に記載したように、リーン領
域における空燃比のフィードバック制御が実施される
時、トルク変動量について予め定めた設定領域内のデー
タとそれ以外のデータとの重み付けを行い、そのトルク
変動量の統計処理を行うことにより燃焼ラフネス値を算
出すると良い。この場合、空燃比のリーン制御時に不測
の失火が発生して回転変動量の分布が正規分布から外れ
ることがあるとしても、燃焼状態の誤検出が回避でき、
燃焼状態を正確に検出することができる。

【００１８】前記設定領域内のデータとそれ以外のデー
タとの重み付けを行うための構成として、以下の請求項
８，９のように具体化されると良い。すなわち、・請求
項８に記載の発明では、トルク変動量の平均値以上とな
るデータとそれ以外のデータとの重み付けを行い、所定
のサンプリング母数分のトルク変動量から燃焼ラフネス
値を算出する。・請求項９に記載の発明では、トルク変
動量の平均値を中心とする所定区間内のデータとそれ以
外のデータとの重み付けを行い、所定のサンプリング母
数分のトルク変動量から燃焼ラフネス値を算出する。

【００１９】上記請求項８，９の何れの発明でも、正規
分布内の回転変動量データと正規分布から外れる回転変
動量データとを混同して統計処理が行われることはな
く、燃焼ラフネス値が適正に算出できる。

【００２０】また、請求項１０に記載したように、前記
設定領域内のデータを用いて第１のラフネス値を算出す
ると共に、設定領域以外のデータを用いて第２のラフネ
ス値を算出し、それら各々算出した第１及び第２のラフ
ネス値について重み付けを行い燃焼ラフネス値を算出す
るようにしても良い。この場合にも同様に、内燃機関の
燃焼状態が正確に検出できる。

【００２１】また、請求項１１に記載の発明では、内燃
機関がどの運転領域にあるかを判定し、該運転領域毎に
トルク変動量の重み付け係数を決定する。この場合、請
求項１２に記載したように、使用頻度が比較的高い常用
運転域では、前記設定領域以外のトルク変動量の重み付
けを小さくし、常用運転域以外では、同設定領域以外の
トルク変動量の重み付けを大きくすると良い。

【００２２】要するに、内燃機関の常用運転域では、そ
の運転状態が比較的長く継続されることが多いため、自
ずとデータサンプリングの頻度が増え、所望のデータサ
ンプリング及び燃焼状態検出が実施できる。これに対
し、例えば加速又は減速時など、常用運転域以外では、
その運転状態が一時的であることが多いためにデータサ
ンプリングの時間が短くなり、前記設定領域内のデータ
のみを限定的に用いると十分なデータサンプリングが実
施できないことが懸念される。上記請求項１１又は１２
の発明によれば、内燃機関の常用運転域以外（加減速時
など）において、前記設定領域以外のデータに対する重
み付けを大きくして当該データを用いるので、限られた
時間内で十分なサンプリング母数が確保でき、ひいては
燃焼状態の検出精度が向上する。

【００２３】上記の如く特定のサンプリングデータのみ
を有効とする発明は、統計処理として標準偏差や不偏分
散を算出する場合にも有効である。すなわち、請求項１
３に記載の発明では、所定のサンプリング母数分のトル
ク変動量から標準偏差又は不偏分散を算出すると共に、
該算出した標準偏差又は不偏分散により燃焼ラフネス値
を決定する。この場合、統計処理として標準偏差又は不
偏分散を算出することで、燃焼状態の検出精度がより一
層向上する。

【００２４】前記トルク変動量算出手段としては、請求
項１４に記載したように、内燃機関の１燃焼毎に回転速
度の最大値及び最小値を求めると共にそれら各値の差に
より、トルク変動量としての回転変動量を算出する手段
が適用できる。

【００２５】また、本発明による燃焼状態の検出値を用
いて空燃比制御を実施することで、高精度な空燃比制御
が実施できる。すなわち、請求項１５に記載の発明で
は、機関運転状態に基づき燃焼ラフネス値の目標値を設
定し（目標ラフネス値設定手段）、空燃比フィードバッ
ク制御中における燃焼ラフネス値と目標値との偏差に応
じてリーン目標空燃比を学習する（目標空燃比学習手
段）。また、請求項１６に記載の発明では、リーン目標
空燃比の学習値をメモリにバックアップする。

【００２６】要するに、空燃比のリーン領域では、空燃
比と燃焼状態（燃焼ラフネス値）とは相関があるため、
既述の通り燃焼状態の検出精度が向上すれば、その検出
値を用いてリーン目標空燃比を学習することでその学習
精度も向上する。また、リーン目標空燃比の学習値をメ
モリにバックアップすれば、個体差や経時変化にも対応
した空燃比制御が実現できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、この
発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明
する。本実施の形態では、自動車用内燃機関に供給する
混合気の空燃比を目標値にフィードバック（Ｆ／Ｂ）制
御する空燃比制御システムとして本発明を具体化してお
り、特に内燃機関の燃焼状態として燃焼ラフネス値を検
出し、そのラフネス値に応じてリーン領域での空燃比制
御を好適に実施しようとするものである。以下、本シス
テムの構成及び作用を詳細に説明する。

【００２８】図１は、本実施の形態における空燃比制御
システムの概要を示す全体構成図である。図１におい
て、エンジン１０は６気筒火花点火式内燃機関からな
り、エアクリーナ１１から吸入される吸入空気は、吸気
管１２及びスロットル弁１３を通過して、気筒毎に吸気
ポートに配設されたインジェクタ１４による噴射燃料と
混合された後、エンジン１０の各気筒に供給される。ま
た、燃焼後に各気筒から排出される排ガスは、排気マニ
ホールド１５、排気管１６等を経て大気に放出される。

【００２９】吸気管１２には、吸入空気の温度を検出す
る吸気温センサ１７と、吸入空気の量を検出するエアフ
ロメータ１８とが配設され、スロットル弁１３には同弁
１３の開度を検出するスロットルセンサ１９が配設され
ている。また、排気管１６には、排ガス中の酸素濃度か
ら空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するＡ／Ｆセンサ２０が配設
されている。その他本システムで採用されるセンサとし
て、水温センサ２１はシリンダブロックに設けられ、エ
ンジン冷却水の温度を検出する。クランク角センサ２２
は、例えばクランク軸に設けられ、所定クランク角毎
（本実施の形態では１０°ＣＡ毎）にＮｅパルス信号を
出力する。

【００３０】ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、
ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４等を有する周知の
マイクロコンピュータからなり、前述した吸気温センサ
１７、エアフロメータ１８、スロットルセンサ１９、Ａ
／Ｆセンサ２０、水温センサ２１、クランク角センサ２
２等、各種センサの検出信号を取り込んでインジェクタ
１４による燃料噴射量を調整して空燃比を望み通りに制
御する。ここで、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２内に予め格
納される制御プログラムに従い、後述する各制御ルーチ
ンを順次実行する。バックアップＲＡＭ３４は、図示し
ない車載バッテリからの給電により記憶内容を保持する
メモリであり、同バックアップＲＡＭ３４には、例えば
エンジン回転数Ｎｅ及び吸気量Ｑａに応じて目標空燃比
を設定するための基本マップデータが格納されている。

【００３１】次に、上記の如く構成される空燃比制御シ
ステムの作用を説明する。図２は、ＣＰＵ３１により実
行される空燃比制御ルーチンを示すフローチャートであ
る。

【００３２】さて、図２のステップ１０１では、クラン
ク角センサ２２の検出結果から算出されるエンジン回転
数Ｎｅと、エアフロメータ１８の検出結果から算出され
る吸気量Ｑａとを取り込み、続くステップ１０２では、
図示しないマップを用い、前記取り込んだＮｅ、Ｑａに
基づいて基本噴射量Ｔｐを演算する。

【００３３】その後、ステップ１０３では、水温センサ
２１の検出結果から算出される冷却水温Ｔｈｗ、吸気温
センサ１７の検出結果から算出される吸気温Ｔａ、同一
気筒で前後する燃焼サイクルの吸気量の変化量ΔＱａ
（７２０°ＣＡ間のＱａの変化量）を取り込み、ステッ
プ１０４では、前記取り込んだＴｈｗ、Ｔａ、ΔＱａに
基づいて補正量Ｋ１を演算する。補正量Ｋ１は、冷間時
や過渡運転時に燃料の増減量制御を行うための公知の燃
料量補正量である。

【００３４】ステップ１０５では、バックアップＲＡＭ
３４内に格納されている検索マップを用い、その時々の
エンジン運転状態（Ｎｅ，Ｑａ）に基づいて目標空燃比
λｔｇを算出する。続くステップ１０６では、Ａ／Ｆセ
ンサ２０により検出される実空燃比λｒｅと目標空燃比
λｔｇとを用い、その空燃比の偏差に基づいて空燃比補
正量Ｋ２を演算する。なお、空燃比補正量Ｋ２は、空燃
比の偏差量に応じて算出される周知のフィードバック補
正値である。最後に、ステップ１０７では、前記算出し
た基本噴射量Ｔｐ、補正量Ｋ１，Ｋ２等を用いて最終噴
射量ＴＡＵを演算し、本処理を終了する（ＴＡＵ＝Ｔｐ
・Ｋ１・Ｋ２）。

【００３５】一方、ＣＰＵ３１は、クランク角センサ２
２からのＮｅパルス信号に基づき２０°ＣＡ毎に図３の
処理を割り込み起動する。図３において、ステップ２０
１では、図示しないクランク角カウンタを用い、前後す
るＮｅパルス信号の間で計数を行う。続いてステップ２
０２では、所定クランク角度（２０°ＣＡ）の所要時間
Ｔｎｅを演算し、ステップ２０３では、その所要時間Ｔ
ｎｅに基づいて１燃焼毎の回転変動量ΔＮｅを演算す
る。ここで、６気筒エンジンの場合、所要時間Ｔｎｅは
図４の如く１２０°ＣＡを１燃焼のサイクルとして変化
し、その最大値Ｔｍａｘと最小値Ｔｍａｘとの差により
回転変動量ΔＮｅが演算される。その後、ステップ２０
４では、回転変動量ΔＮｅの平均値ΔＮｅａｖを演算
し、本処理を一旦終了する。

【００３６】次に、ラフネス値の算出処理について図５
のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＣＰ
Ｕ３１により各気筒への燃料噴射毎に実行される。特に
本処理では、実際の燃焼状態を表すラフネス値（実ラフ
ネス値Ｒｒｅ）を標準偏差により算出することとしてお
り、所定のサンプリング母数ｎ分の回転変動の標準偏差
により実ラフネス値Ｒｒｅを算出する。

【００３７】また既述の通り、リーン域で空燃比が制御
される時、不測の失火が発生し易くなり、正規分布から
外れたΔＮｅデータが増える。図７は、リーン制御時に
おける回転変動量ΔＮｅの統計データを示し、同図７に
おいて、Ｘの領域には正規分布から外れたΔＮｅデータ
を示す。そこで、失火による悪影響を排除すべく、回転
変動量ΔＮｅが平均値ΔＮｅａｖ以上となる場合にの
み、同ΔＮｅを有効データとする。そして、その有効デ
ータのみを用いて標準偏差を算出し、実ラフネス値Ｒｒ
ｅを求めることとする。

【００３８】図５において、先ずステップ３０１では、
実ラフネス値Ｒｒｅを算出するための実施条件が成立し
ているか否かを判別する。この実施条件としては例え
ば、・空燃比がリーン領域で制御されていること、・冷却水温Ｔｈｗが８０℃以上であること（暖機条
件）、・１８０°ＣＡ内のエンジン回転数Ｎｅの変動が所定値
以下であること（定常運転条件）、等々を含む。

【００３９】ステップ３０１がＹＥＳであることを条件
にステップ３０２に進み、前記図３の処理にて算出した
回転変動量ΔＮｅとその平均値ΔＮｅａｖとを読み出
す。続くステップ３０３では、回転変動量ΔＮｅが平均
値ΔＮｅａｖよりも大きいか否かを判別し、ΔＮｅ＞Δ
Ｎｅａｖの場合のみ、後続のステップ３０４に進む。

【００４０】ステップ３０４では、ΔＮｅ＞ΔＮｅａｖ
となる時の回転変動量ΔＮｅを用い、回転変動量の今回
値ΔＮｅ（ｉ）と平均値ΔＮｅａｖとの差の２乗を算出
すると共に、その値を積算する。ステップ３０５では、
気筒毎の噴射回数をカウントするためのカウンタを１イ
ンクリメントする。

【００４１】その後、ステップ３０６では、前記ステッ
プ３０５でのカウント値に基づき、前回のラフネス値算
出から気筒毎にｎ回分の燃料噴射が実施されたか否かを
判別する。そして、ＹＥＳであればステップ３０７にお
いて、気筒毎の回転変動量ΔＮｅの標準偏差により実ラ
フネス値Ｒｒｅを算出する。具体的には、次の（１）式
を用いて実ラフネス値Ｒｒｅを算出する。

【００４２】

【数１】その後、ステップ３０８では、予め設定された図示しな
い検索マップを用い、エンジン回転数Ｎｅと吸気量Ｑａ
とに基づき目標ラフネス値Ｒｔｇを算出する。このと
き、高回転で且つ低負荷ほど、目標ラフネス値Ｒｔｇが
小さい値に設定され、逆に低回転で且つ高負荷ほど、目
標ラフネス値Ｒｔｇが大きい値に設定される。

【００４３】ここで、図６に示されるように、燃焼ラフ
ネス値と燃料消費率（燃費）と空燃比とには相関があ
り、燃費の最良点に対応させて目標ラフネス値Ｒｔｇが
設定される。なお、図６において、理論空燃比を含む弱
リーンまでの図のＡ領域は、比較的安定した状態で燃焼
が行われ、空燃比に対する燃焼ラフネス値の変化が一定
とならない領域を示し、図のＢ領域は、空燃比のリーン
化に伴い燃焼が不安定になり、空燃比に対してラフネス
値がほぼ１対１で変化する領域を示す。リーン制御時の
目標空燃比λｔｇは図のＢ領域で設定される。

【００４４】その後、ステップ３０９では、目標ラフネ
ス値Ｒｔｇと実ラフネス値Ｒｒｅとの偏差ΔＲを算出す
る（ΔＲ＝Ｒｔｇ−Ｒｒｅ）。続くステップ３１０で
は、ラフネス値の偏差ΔＲが正の所定値（＋ＫＬＡ）よ
りも大きいか否かを判別し、ステップ３１１ではラフネ
ス値の偏差ΔＲが負の所定値（−ＫＬＡ）よりも小さい
か否かを判別する。

【００４５】そして、ΔＲ＞＋ＫＬＡであれば、ステッ
プ３１２で目標空燃比λｔｇを所定量リーン側にシフト
させ、ΔＲ＜−ＫＬＡであれば、ステップ３１３で目標
空燃比λｔｇを所定量リッチ側にシフトさせる。このリ
ーン化又はリッチ化された目標空燃比λｔｇによりバッ
クアップＲＡＭ３４内の基本マップデータが更新され
る。また、−ＫＬＡ≦ΔＲ≦＋ＫＬＡであれば、目標空
燃比λｔｇを変更することなく、そのまま本処理を終了
する。

【００４６】要するに、目標ラフネス値Ｒｔｇに対して
実ラフネス値Ｒｒｅが小さければ目標空燃比λｔｇをリ
ーン側の値に学習し、その逆に目標ラフネス値Ｒｔｇに
対して実ラフネス値Ｒｒｅが大きければ目標空燃比λｔ
ｇをリッチ側の値に学習する。因みにこのとき、気筒毎
にラフネス値の偏差が判定されるが、目標空燃比λｔｇ
のマップが全気筒共通であれば全気筒の平均値によりマ
ップデータが学習される。また、例えばＶ型エンジンの
ようにバンク毎にマップを有する場合、バンク毎の平均
値によりマップデータが学習される。

【００４７】なお本実施の形態では、回転変動量ΔＮｅ
がトルク変動量に相当し、図３のステップ２０３がトル
ク変動量算出手段に相当する。また、ステップ２０４が
平均値算出手段に相当する。更に、図５のステップ３０
３〜３０７がラフネス値算出手段に相当し、ステップ３
０８が目標ラフネス値設定手段に相当し、ステップ３１
０〜３１３が目標空燃比学習手段に相当する。

【００４８】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。１燃焼毎の回転変動量ΔＮｅに
ついて予め定めた設定領域内のデータのみを有効とし、
該有効とする所定のサンプリング母数ｎ分の回転変動量
ΔＮｅの標準偏差により実ラフネス値Ｒｒｅを算出する
ようにした。特に、回転変動量の平均値ΔＮｅａｖ以上
となる回転変動量ΔＮｅのみを有効とし、実ラフネス値
Ｒｒｅを算出した。従って、空燃比のリーン制御時に失
火等が原因で回転変動量ΔＮｅの分布が正規分布から外
れることがあっても、失火等による燃焼状態悪化の影響
を受けた特定の回転変動量データを使うことなく実ラフ
ネス値Ｒｒｅが算出できる。それ故、燃焼状態が誤って
検出されるといった不都合が回避される。その結果、エ
ンジン１０の燃焼状態が正確に検出され、信頼性の高い
燃焼状態検出を実施することができる。

【００４９】所定のサンプリング母数ｎ分の回転変動量
ΔＮｅに対して標準偏差を算出し、その標準偏差により
実ラフネス値Ｒｒｅを決定するようにしたので、回転変
動量のばらつきに応じて燃焼状態が適正に検出できる。

【００５０】上記の如く燃焼状態（実ラフネス値Ｒｒ
ｅ）を適正に検出することができるため、その燃焼状態
に応じて実施されるリーン空燃比制御の制御性も向上す
る。つまり、空燃比のリーン領域では空燃比と燃焼状態
（実ラフネス値Ｒｒｅ）とは相関があるため、既述の通
り燃焼状態の検出精度が向上すれば、その検出値を用い
てリーン目標空燃比を学習することでその学習精度も向
上する。また、リーン目標空燃比の学習により、個体差
や経時変化にも対応した空燃比制御が実現できる。

【００５１】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について、上記第１の実施の形態との相違
点を中心に説明する。

【００５２】要するに、上記第１の実施の形態では、予
め定めた設定領域内のデータのみを有効とし、その有効
データの統計処理により燃焼ラフネス値を算出する構成
としたが、この構成では、設定領域以外のデータが切り
捨てられるため、全ての領域のデータを用いる場合に比
べてサンプリング母数が少なくなる。従って、サンプリ
ング母数が少なくなることに起因して、誤差の影響が大
きくなることが考えられる。そこで、本実施の形態で
は、予め定めた設定領域内のデータとそれ以外のデータ
との重み付けを行うことにより設定領域以外のデータも
使用できるようにし、全領域のデータの統計処理により
燃焼ラフネス値を算出する。なお本実施の形態では、平
均値Ｎｅａｖよりも大きい回転変動量ΔＮｅを「設定領
域内のデータ」とし、それ以外のデータを「設定領域以
外のデータ」とする。

【００５３】ここで、本実施の形態におけるラフネス値
の算出処理を、図８のフローチャートに従い説明する。
この図８の処理は、前記図５の処理に置き換えて実行さ
れるものであり、実際には、前記図５のステップ３０１
〜３０７に置き換えて図８のステップ４０１〜４１０の
処理が行われ、ステップ３０８以降の処理については前
述の通り実施される。

【００５４】図８において、先ずステップ４０１〜４０
３では、前記図５のステップ３０１〜３０３と同様に、
実ラフネス値Ｒｒｅを算出するための実施条件が成立し
ているか否かを判別し（ステップ４０１）、実施条件成
立時において回転変動量ΔＮｅとその平均値ΔＮｅａｖ
とを読み出し（ステップ４０２）、更に、回転変動量Δ
Ｎｅが平均値ΔＮｅａｖよりも大きいか否かを判別する
（ステップ４０３）。

【００５５】そして、ΔＮｅ＞ΔＮｅａｖの場合、すな
わち設定領域内のデータの場合、ステップ４０４に進
み、ΔＮｅ＞ΔＮｅａｖとなる時の回転変動量ΔＮｅを
用い、第１のラフネス値Ｒ１を算出する。つまり、次の
（２）式、

【００５６】

【数２】を用い、第１のラフネス値Ｒ１を算出する。続くステッ
プ４０５では、カウンタｎ１を１インクリメントする。

【００５７】また、ΔＮｅ≦ΔＮｅａｖの場合、すなわ
ち設定領域以外のデータの場合、ステップ４０６に進
み、ΔＮｅ≦ΔＮｅａｖとなる時の回転変動量ΔＮｅを
用い、第２のラフネス値Ｒ２を算出する。つまり、次の
（３）式、

【００５８】

【数３】を用い、第２のラフネス値Ｒ２を算出する。続くステッ
プ４０７では、カウンタｎ２を１インクリメントする。

【００５９】その後、ステップ４０８では、前回のラフ
ネス値算出から気筒毎にｎ回分の燃料噴射が実施された
か否かを判別する。すなわち、上記第１及び第２のラフ
ネス値Ｒ１，Ｒ２を算出したデータサンプル数ｎ１，ｎ
２の和（ｎ１＋ｎ２）が所定数ｎになったか否かを判別
する。そして、ＹＥＳであればステップ４０９に進み、
第１及び第２のラフネス値Ｒ１，Ｒ２を重み付けするた
めの重み係数Ｋを設定する。この場合、エンジンがどの
運転領域にあるかを判別し、その運転領域毎に重み係数
Ｋを設定する。具体的には、スロットル開度とエンジン
回転数とをパラメータとする図９のマップを用い、使用
頻度が比較的高い常用運転域（図９に点線で囲む領域）
では重み係数Ｋを０とし、常用運転域以外では、重み係
数Ｋを大きくする。

【００６０】つまり、エンジンの常用運転域では、その
運転状態が比較的長く継続されることが多いため、自ず
とデータサンプリングの頻度が増え、所望の数のデータ
サンプリングが可能となる。これに対し、例えば加速又
は減速時など、常用運転域以外では、その運転状態が一
時的であることが多いためにデータサンプリングの時間
が短くなり、設定領域内のデータのみを限定的に用いる
と十分なデータサンプリングが実施できないことが懸念
される。かかる実状において、上記の通り重み付けを行
って設定領域以外のデータも使うことにより、常用運転
域以外でのサンプリング母数の確保が可能となる。

【００６１】その後、ステップ４１０では、重み係数Ｋ
を用いて第１及び第２のラフネス値Ｒ１，Ｒ２の重み付
けを行い、最終的な実ラフネス値Ｒｒｅを算出する。具
体的には、次の（４）式を用いて実ラフネス値Ｒｒｅを
算出する。Ｒｒｅ＝Ｒ１／ｎ１＋Ｋ・Ｒ２／ｎ２
・・・（４）こうして実ラフネス値Ｒｒｅを算出した
後は、前述した図５のステップ３０８〜３１３の通り、
目標ラフネス値Ｒｔｇ及びラフネス値の偏差ΔＲの算
出、偏差ΔＲに応じて目標空燃比の変更といった処理を
実施する。なお本実施の形態では、図８のステップ４０
３〜４１０がラフネス値算出手段に相当する。

【００６２】以上詳述した第２の実施の形態によれば、
上記第１の実施の形態と同様に、燃焼状態が誤って検出
されるといった不都合が回避され、信頼性の高い燃焼状
態検出を実施することができる。また特に、所定の設定
領域以外のデータも統計処理に使えるようになるので、
サンプリングされるデータ数が増え、短時間で所望のサ
ンプリング母数が確保できる。つまり、サンプリング母
数が確保できることから、誤差の影響が軽減され、燃焼
状態の検出精度がより一層向上することとなる。

【００６３】なお本発明は、上記以外に次の形態にて具
体化できる。上記第１の実施の形態では、平均値以上と
なる回転変動量ΔＮｅを有効データとし、その有効デー
タの標準偏差から実ラフネス値Ｒｒｅを算出したが、こ
の構成を変更する。例えば、（１）回転変動量の平均値ΔＮｅａｖ以下となるデータ
のみを有効とし、該有効とする所定のサンプリング母数
分の回転変動量ΔＮｅから実ラフネス値Ｒｒｅを算出す
る。（２）回転変動量の平均値ΔＮｅａｖを中心とする所定
区間内のデータのみを有効とし、該有効とする所定のサ
ンプリング母数分の回転変動量ΔＮｅから実ラフネス値
Ｒｒｅを算出する。

【００６４】上記（２）についてより具体的には、回転
変動量ΔＮｅの標準偏差σに対し、±α内のデータ、±
２α内のデータ、又は±３α内のデータのみを有効とす
る。図１０には、±α、±２α又は±３αの有効データ
範囲を示す。そして、その有効データを使って実ラフネ
ス値Ｒｒｅを算出する。

【００６５】上記（１），（２）何れの形態において
も、正規分布内の回転変動量データと、失火等の影響に
より正規分布から外れる回転変動量データとを混同して
統計処理が行われることはなく、実ラフネス値Ｒｒｅが
適正に算出できる。それ故、実ラフネス値Ｒｒｅの信頼
性が向上し、ひいては高精度な空燃比制御が実現でき
る。

【００６６】また、上記（２）の形態では、±α、±２
α又は±３α内のデータのみを有効とするため、燃焼ラ
フネス値と空燃比との相関関係においてばらつきの範囲
が制限される。なお、図１１は、有効データを±α、±
２α、±３αとする場合について、燃焼ラフネス値と空
燃比との関係のばらつきが制限される範囲を示す。

【００６７】上記第２の実施の形態では、トルク変動量
（回転変動量ΔＮｅ）の平均値以上となるデータを「設
定領域内のデータ」、それ以外のデータを「設定領域以
外のデータ」とし、それらについて重み付けを行った
が、それとは逆に、トルク変動量（回転変動量ΔＮｅ）
の平均値以下となるデータを「設定領域内のデータ」、
それ以外のデータを「設定領域以外のデータ」とし、そ
れらについて重み付けを行うようにしても良い。またそ
れ以外に、トルク変動量の平均値を中心とする所定区間
内のデータとそれ以外のデータとの重み付けを行い、そ
の統計処理により燃焼ラフネス値を算出するようにして
も良い。

【００６８】また、上記第２の実施の形態では、第１の
ラフネス値Ｒ１と第２のラフネス値Ｒ２とを各々算出
し、そのＲ１，Ｒ２の重み付けにより実ラフネス値Ｒｒ
ｅを算出したが、これを以下のように変更する。例え
ば、設定領域内のトルク変動量（回転変動量ΔＮｅ）
と、設定領域以外のトルク変動量（回転変動量ΔＮｅ）
とについて重み付けを行い、その結果から実ラフネス値
を算出するようにしても良い。

【００６９】上記各実施の形態では、統計処理により燃
焼ラフネス値を算出するにあたり、標準偏差を算出した
が、これに代えて、統計処理として不偏分散を算出した
り、平均偏差を算出したりして燃焼ラフネス値を算出し
ても良い。また、エンジンの１燃焼毎のトルク変動量を
算出する手段として、上述の回転変動量の他、１燃焼毎
の燃焼圧力により算出する手段や、燃焼光により算出す
る手段等を適用しても良い。何れにしても、予め定めた
設定領域内のトルク変動量のみを有効とし、該有効とす
る所定のサンプリング母数分のトルク変動量から燃焼ラ
フネス値を算出すること、或いは、設定領域内及びそれ
以外のトルク変動量について重み付けを行い、統計処理
により燃焼ラフネス値を算出することにより、燃焼ラフ
ネス値（燃焼状態）が適正に検出できる。

【００７０】前記各実施の形態から把握され、特許請求
の範囲に記載されていない技術的思想を、その効果と共
に以下に記載する。（Ａ）空燃比のリーン領域に設定された目標空燃比に対
して空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置に
おいて、内燃機関の１燃焼毎にトルク変動量を算出する
トルク変動量算出手段と、前記算出したトルク変動量に
基づき燃焼状態を示すパラメータとしての燃焼ラフネス
値を算出するラフネス値算出手段と、機関運転状態に基
づき、燃料消費率の最良点に対応する燃焼ラフネス値の
目標値を設定する目標ラフネス値設定手段と、空燃比フ
ィードバック制御中における燃焼ラフネス値と目標値と
の偏差に応じて、リーン目標空燃比を学習する目標空燃
比学習手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の空
燃比制御装置。

【００７１】（Ｂ）上記（Ａ）に記載の空燃比制御装置
において、前記目標空燃比学習手段によるリーン目標空
燃比の学習値をメモリにバックアップする内燃機関の空
燃比制御装置。

【００７２】要するに、上記（Ａ），（Ｂ）は、「空燃
比制御装置」としての技術的思想を開示するものであ
り、燃焼ラフネス値の偏差に基づいて燃費消費率の最良
点に対応するようリーン空燃比が学習されるため、内燃
機関の燃費改善を図ることができる。また、リーン目標
空燃比の学習値をメモリにバックアップすれば、個体差
や経時変化にも対応した空燃比制御が実現できる。な
お、図３のステップ２０３がトルク変動量算出手段に、
図５のステップ３０３〜３０７又は図８のステップ４０
３〜４１０がラフネス値算出手段に、ステップ３０８が
目標ラフネス値設定手段に、ステップ３１０〜３１３が
目標空燃比学習手段に、それぞれ相当する。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態における内燃機関の空燃比制
御システムの概要を示す構成図。

【図２】空燃比制御ルーチンを示すフローチャート。

【図３】Ｎｅ割り込み処理を示すフローチャート。

【図４】１燃焼毎の回転変動の状態を示すタイムチャー
ト。

【図５】ラフネス値の算出処理を示すフローチャート。

【図６】燃焼ラフネス値と燃費と空燃比との関係を示す
図。

【図７】空燃比リーン時における回転変動量ΔＮｅの統
計データを示す図。

【図８】第２の実施の形態においてラフネス値の算出処
理を示すフローチャート。

【図９】重み係数を設定するためのマップを示す図。

【図１０】空燃比リーン時における回転変動量ΔＮｅの
統計データを示す図。

【図１１】燃焼ラフネス値と空燃比との関係を示す図。

【図１２】回転速度とクランク角との関係を示す図。

【図１３】回転変動量の統計データを示す図。

【符号の説明】

１０…エンジン（内燃機関）、１４…インジェクタ、３
０…ＥＣＵ、３１…トルク変動量算出手段，ラフネス値
算出手段，平均値算出手段，目標ラフネス値設定手段，
目標空燃比学習手段としてのＣＰＵ、３４…バックアッ
プＲＡＭ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０ＨＦ０２Ｐ 17/12 Ｆ０２Ｐ 17/00 ＦＦターム(参考） 3G019 AA07 CD09 DC01 DC06 GA06 GA08 GA09 GA11 GA13 GA16 3G084 AA04 BA02 BA03 BA09 BA13 DA04 EA05 EB12 EB17 EB25 FA02 FA07 FA10 FA19 FA20 FA24 FA29 FA33 FA34 FA38 3G301 HA15 JA08 MA01 MA12 NA01 NB03 ND01 PA01Z PA10Z PA11Z PC07A PC07Z PC09Z PD03A PD03Z PE01Z PE03Z PE06A PE06Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の１燃焼毎にトルク変動量を算出
するトルク変動量算出手段と、前記算出したトルク変動量について予め定めた設定領域
内のデータのみを有効とし、該有効とする所定のサンプ
リング母数分のトルク変動量の統計処理により燃焼状態
を示すパラメータとしての燃焼ラフネス値を算出するラ
フネス値算出手段と、を備える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】空燃比のリーン領域に設定された目標空燃
比に対して空燃比をフィードバック制御する空燃比制御
システムに適用され、前記ラフネス値算出手段は、リーン領域における空燃比
のフィードバック制御が実施される時、トルク変動量に
ついて予め定めた設定領域内のデータのみを有効として
統計処理により燃焼ラフネス値を算出する請求項１に記
載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項３】トルク変動量の平均値を算出する平均値算
出手段を備え、前記ラフネス値算出手段は、トルク変動量の平均値以上
となるデータのみを有効とし、該有効とする所定のサン
プリング母数分のトルク変動量から燃焼ラフネス値を算
出する請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼状態検出
装置。
【請求項４】トルク変動量の平均値を算出する平均値算
出手段を備え、前記ラフネス値算出手段は、トルク変動量の平均値以下
となるデータのみを有効とし、該有効とする所定のサン
プリング母数分のトルク変動量から燃焼ラフネス値を算
出する請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼状態検出
装置。
【請求項５】前記ラフネス値算出手段は、トルク変動量
の平均値を中心とする所定区間内のデータのみを有効と
し、該有効とする所定のサンプリング母数分のトルク変
動量から燃焼ラフネス値を算出する請求項１又は２に記
載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項６】内燃機関の１燃焼毎にトルク変動量を算出
するトルク変動量算出手段と、前記算出したトルク変動量について予め定めた設定領域
内のデータとそれ以外のデータとの重み付けを行い、所
定のサンプリング母数分のトルク変動量の統計処理によ
り燃焼状態を示すパラメータとしての燃焼ラフネス値を
算出するラフネス値算出手段と、を備えることを特徴と
する内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項７】空燃比のリーン領域に設定された目標空燃
比に対して空燃比をフィードバック制御する空燃比制御
システムに適用され、前記ラフネス値算出手段は、リーン領域における空燃比
のフィードバック制御が実施される時、トルク変動量に
ついて予め定めた設定領域内のデータとそれ以外のデー
タとの重み付けを行い、そのトルク変動量の統計処理を
行うことにより燃焼ラフネス値を算出する請求項６に記
載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項８】トルク変動量の平均値を算出する平均値算
出手段を備え、前記ラフネス値算出手段は、トルク変動量の平均値以上
となるデータとそれ以外のデータとの重み付けを行い、
所定のサンプリング母数分のトルク変動量から燃焼ラフ
ネス値を算出する請求項６又は７に記載の内燃機関の燃
焼状態検出装置。
【請求項９】前記ラフネス値算出手段は、トルク変動量
の平均値を中心とする所定区間内のデータとそれ以外の
データとの重み付けを行い、所定のサンプリング母数分
のトルク変動量から燃焼ラフネス値を算出する請求項６
又は７に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項１０】前記ラフネス値算出手段は、前記設定領
域内のデータを用いて第１のラフネス値を算出すると共
に、設定領域以外のデータを用いて第２のラフネス値を
算出し、それら各々算出した第１及び第２のラフネス値
について重み付けを行い燃焼ラフネス値を算出する請求
項６〜９の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態検出装
置。
【請求項１１】内燃機関がどの運転領域にあるかを判定
し、該運転領域毎にトルク変動量の重み付け係数を決定
する請求項６〜１０の何れかに記載の内燃機関の燃焼状
態検出装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の内燃機関の燃焼状態
検出装置において、使用頻度が比較的高い常用運転域では、前記設定領域以
外のトルク変動量の重み付けを小さくし、常用運転域以
外では、同設定領域以外のトルク変動量の重み付けを大
きくする内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項１３】前記ラフネス値算出手段は、所定のサン
プリング母数分のトルク変動量から標準偏差又は不偏分
散を算出すると共に、該算出した標準偏差又は不偏分散
により燃焼ラフネス値を決定する請求項１〜１２の何れ
かに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項１４】前記トルク変動量算出手段は、内燃機関
の１燃焼毎に回転速度の最大値及び最小値を求めると共
にそれら各値の差により、トルク変動量としての回転変
動量を算出する請求項１〜１３の何れかに記載の内燃機
関の燃焼状態検出装置。
【請求項１５】空燃比のリーン領域に設定された目標空
燃比に対して空燃比をフィードバック制御する空燃比制
御システムに適用され、機関運転状態に基づき燃焼ラフネス値の目標値を設定す
る目標ラフネス値設定手段と、空燃比フィードバック制御中における燃焼ラフネス値と
目標値との偏差に応じて、リーン目標空燃比を学習する
目標空燃比学習手段と、を備える請求項１〜１４の何れ
かに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
【請求項１６】請求項１５に記載の燃焼状態検出装置に
おいて、前記目標空燃比学習手段によるリーン目標空燃比の学習
値をメモリにバックアップする内燃機関の燃焼状態検出
装置。