JP2005207407A - 内燃機関の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度な機関制御や機関運転状態の判定を低負荷で簡易に実行可能とする実用的な内燃機関の制御装置および制御方法の提供。
【解決手段】 燃料および空気の混合気を各燃焼室３内で燃焼させて動力を発生する内燃機関１は、燃焼室３に設けられて筒内圧力を検出する筒内圧センサ１５およびＥＣＵ２０を備える。ＥＣＵ２０は、筒内圧センサ１５によって検出された筒内圧力と、当該筒内圧力の検出時における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積値を所定の２点について算出すると共に、所定の２点間における当該積値の差分と燃料噴射量とに基づいて、完全燃焼時の熱発生量に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータγを算出する。そして、ＥＣＵ２０は、制御パラメータγを用いて、リッチ運転モードにおける燃料噴射量の補正、失火判定およびインジェクタの異常判定を実行する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料および空気の混合気を筒内で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御装置および制御方法に関する。

従来から、内燃機関の制御装置として、各気筒に設けられた筒内圧センサと、各筒内圧センサからの圧力信号に基づいて各気筒につき単位クランク角ごとに燃焼行程中の熱発生量を算出する演算手段とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この内燃機関の制御装置では、演算手段の演算結果に基づいて各気筒における熱発生量が同一レベルになるように各気筒への燃料供給量（各気筒における空燃比）が補正される。

また、従来から、燃料噴射弁の噴孔近傍に吸入空気の一部をアシストエアとして噴出させるアシストエア装置と、このアシストエア装置の故障診断を行う自己診断装置とを含む内燃機関が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この内燃機関では、機関の燃焼圧力に基づいて１サイクル中における発生熱量が算出され、算出された発生熱量は、単位燃料あたりの発生熱量で除算されて実際に燃焼に供された燃料量に変換される。そして、変換された燃料量と燃料噴射弁により噴射された燃料量との比に基づいてアシストエア装置の故障診断が実行される。

特開昭６３−２６８９５１号公報 特開平０６−３４６８２４号公報

しかしながら、上述のような従来の装置では、基本的に、筒内圧検出手段によって検出された筒内圧（燃焼圧力）を微小な単位クランク角ごとに積分処理することにより、熱発生量（発生熱量）が算出される。このため、従来の装置における演算負荷は多大なものとなっており、この点から、従来技術を例えば車両用内燃機関等に適用するのは実際上困難となっていた。

そこで、本発明は、高精度な機関制御や機関運転状態の判定を低負荷で簡易に実行可能とする実用的な内燃機関の制御装置および制御方法の提供を目的とする。

本発明による内燃機関の制御装置は、燃料および空気の混合気を筒内で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御装置において、筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、筒内圧検出手段によって検出された筒内圧力と当該筒内圧力の検出時における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積値に基づいて、完全燃焼時の熱発生量に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータを算出する演算手段と、演算手段によって算出された制御パラメータに基づいて、所定の制御量の設定および機関運転状態の判定の少なくとも何れかを実行する制御手段とを備えることを特徴とする。

この場合、演算手段は、所定の２点について積値を算出すると共に、所定の２点間における積値の差分と、燃料供給量または吸入空気量とに基づいて制御パラメータを算出すると好ましい。

また、所定の２点の一方は、吸気弁開弁後かつ燃焼開始前に設定され、他方は、燃焼開始の後かつ排気弁開弁前に設定されると好ましい。

更に、制御手段は、混合気の空燃比を理論空燃比よりも小さな領域内に設定する場合、制御パラメータが目標値と一致するように混合気の空燃比を補正するための制御量を設定すると好ましい。

また、制御手段は、制御パラメータに基づいて、筒内の失火判定を実行するとよい。

この場合、制御手段は、制御パラメータの値が所定の閾値を下回っている場合、筒内が失火状態にあると判断すると好ましい。

更に、制御手段は、制御パラメータに基づいて、燃料を噴射するインジェクタの異常判定を実行するとよい。

また、筒内における燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を更に備え、制御手段は、燃焼状態判定手段によって筒内における燃焼状態が安定していると判断され、かつ、制御パラメータが所定の閾値を下回った場合、インジェクタに異常が発生していると判断すると好ましい。

そして、本発明の内燃機関の制御装置は、混合気の空燃比を目標値に一致させるための制御量を設定する空燃比設定手段を更に備えてもよく、制御パラメータの変動量が所定値を上回った場合には、空燃比設定手段の制御量が前回値に保持されると好ましい。

この場合、空燃比設定手段は、実熱発生量に基づいて混合気の実空燃比を算出し、算出した実空燃比に基づいて制御量を設定すると好ましい。

本発明による内燃機関の制御方法は、燃料および空気の混合気を筒内で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御方法において、
（ａ）筒内圧力を検出するステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）で検出された筒内圧力と当該筒内圧力の検出時における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積値に基づいて、完全燃焼時の熱発生量に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータを算出するステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）で算出された制御パラメータに基づいて、所定の制御量の設定および機関運転状態の判定の少なくとも何れかを実行するステップとを含むものである。

本発明によれば、高精度な機関制御や機関運転状態の判定を低負荷で簡易に実行可能とする実用的な内燃機関の制御装置および制御方法の実現が可能となる。

本発明者らは、演算負荷の低減化を図りつつ高精度な内燃機関の制御や機関運転状態の判定を可能にするために鋭意研究を重ね、その結果、まず、クランク角がθである際に筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力をＰ（θ）とし、クランク角がθである際（当該筒内圧力Ｐ（θ）の検出時）の筒内容積をＶ（θ）とし、比熱比をκとした場合に、筒内圧力Ｐ（θ）と、筒内容積Ｖ（θ）を比熱比（所定の指数）κで累乗した値Ｖ^κ（θ）との積値Ｐ（θ）・Ｖ^κ（θ）（以下、適宜「ＰＶ^κ」と記す）に着目した。そして、本発明者らは、クランク角に対する内燃機関の筒内における熱発生量Ｑの変化パターンと、クランク角に対する積値ＰＶ^κの変化パターンとは、図１に示されるような相関を有することを見出した。ただし、図１において、−３６０°，０°および３６０°は、上死点に、−１８０°および１８０°は、下死点に対応する。

図１において、実線は、所定のモデル気筒において所定の微小クランク角おきに検出された筒内圧力と、当該筒内圧力の検出時における筒内容積を所定の比熱比κで累乗した値との積である積値ＰＶ^κをプロットしたものである。また、図１において、破線は、上記モデル気筒における熱発生量Ｑを次の（１）式に基づき、Ｑ＝∫ｄＱとして算出・プロットしたものである。なお、何れの場合も、簡単のために、κ＝１．３２とした。

図１に示される結果からわかるように、クランク角に対する熱発生量Ｑの変化パターンと、クランク角に対する積値ＰＶ^κの変化パターンとは、概ね一致（相似）しており、特に、筒内の混合気の燃焼開始（ガソリンエンジンでは火花点火時、ディーゼルエンジンでは圧縮着火時）の前後（例えば、図１における約−１８０°から約１３５°までの範囲）では、熱発生量Ｑの変化パターンと、積値ＰＶ^κの変化パターンとは極めて良好に一致することがわかる。そして、本発明者らによって見出された筒内における熱発生量Ｑと積値ＰＶ^κとの相関を利用すれば、内燃機関の実際の熱発生量（実熱発生量）に応じた値をとる積値ＰＶ^κと、燃料供給量設定手段により設定される燃料の供給量あるいは吸入空気量検出手段によって検出される吸入空気量とに基づいて、完全燃焼時の熱発生量（理論値）に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータγを極めて低負荷で精度よく算出することができる。

ここで、本発明者らの研究によれば、内燃機関を所定条件下で運転した場合、上記熱量比を示す制御パラメータγの値と混合気の空燃比といった他のパラメータとが所定の相関を示すことも判明している。また、内燃機関に対して供給された燃料が仮に筒内において概ね完全に燃焼している場合、内燃機関における実際の熱発生量（実熱発生量）と、燃料の供給量等とに応じて定められる熱発生量の理論値との比（熱量比：制御パラメータγ）は、基本的に、燃焼室壁部への伝熱や気化熱等を考慮した概ね一定の値となる一方、失火や燃料供給手段の異常等が発生して機関運転状態に変化を生じた場合に、上記熱量比を示す制御パラメータγの値に顕著な変化が認められる。

従って、積値ＰＶ^κと燃料の供給量等とに基づいて完全燃焼時の熱発生量（理論値）に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータγを求めた上で、かかる制御パラメータγを用いて、所定の制御量の設定や機関運転状態の判定を実行すれば、高負荷な演算処理を要することなく、高精度かつ応答性の良好な機関制御や機関運転の判定を簡易に実行することが可能となる。なお、本発明において、「制御量の設定」には、混合気の空燃比等の制御量それ自体の算出と、混合気の空燃比等を補正するための制御量の設定（算出）とが含まれる。

この場合、演算手段は、所定の２点について積値を算出すると共に、所定の２点間における積値の差分と、燃料供給量または吸入空気量とに基づいて制御パラメータγを算出すると好ましい。

上述のように、本発明者らが着目した積値ＰＶ^κは、内燃機関の筒内における熱発生量Ｑを反映するものであり、所定の２点間（例えば筒内における燃焼開始（火花点火または圧縮着火）の前後２点）における積値ＰＶ^κの差分は、上記２点間における筒内での熱発生量∫ｄＱ（ｄＱを例えばクランク角θ_１からクランク角θ_２〔ただし、θ_１＜θ_２〕まで積分した値、以下同じ）を示し、極めて低負荷で算出し得るものである。従って、所定の２点間における積値ＰＶ^κの差分と、燃料供給量または吸入空気量とを用いれば、演算負荷を大幅に低減させつつ、完全燃焼時の熱発生量（理論値）に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータγ（γ’）を求めることができる。この場合、上記所定の２点の一方は、吸気弁開弁後かつ燃焼開始前に設定され、他方は、燃焼開始の後かつ排気弁開弁前に設定されると好ましい。

また、制御手段は、混合気の空燃比を理論空燃比よりも小さな（リッチな）領域内に設定する場合、制御パラメータγが目標値と一致するように混合気の空燃比を補正するための制御量を設定すると好ましい。

本発明者らは、上記熱量比を示す制御パラメータγと、筒内における混合気の空燃比との関係にも着目した。すなわち、図２に示されるように、筒内における混合気の空燃比が理論空燃比（１４．７）よりも小さな（リッチな）領域では、混合気の空燃比が減少する（リッチ化される）につれて未燃燃料に熱が吸収されるため、上記熱量比を示す制御パラメータγは、混合気の空燃比に概ね比例して減少することになる。従って、リッチ領域では、上記熱量比を示す制御パラメータγが目標値になるように、燃料供給量の補正値といった混合気の空燃比を補正するための制御量を設定すれば、筒内における混合気の空燃比を理論空燃比よりも小さい所望の目標値付近に精度よく保つことが可能となる。

また、制御手段は、制御パラメータγに基づいて、筒内の失火判定を実行すると好ましく、制御パラメータγの値が所定の閾値を下回っている場合に、筒内が失火状態にあると判断すると好ましい。

すなわち、筒内が失火状態にある場合の上記熱量比を示す制御パラメータγの値は、正常時（内燃機関に対して供給された燃料が筒内において概ね完全に燃焼している時）の値とは大幅に異なるので、かかる構成を採用すれば、筒内における失火状態を低負荷で精度よく判定することが可能となる。

更に、制御手段は、制御パラメータγに基づいて、燃料を噴射するインジェクタの異常判定を実行すると好ましい。

すなわち、燃料を噴射するインジェクタに異常が発生した場合の上記熱量比を示す制御パラメータγの値も、正常時の値とは大幅に異なるので、かかる構成を採用すれば、インジェクタの異常を低負荷で精度よく判定することが可能となる。

この場合、筒内における燃焼状態を判定する手段によって筒内における燃焼状態が安定していると判断され、かつ、制御パラメータγが所定の閾値を下回った場合、インジェクタに異常が発生していると判断することができる。

すなわち、例えば内燃機関の回転変動（回転角速度）が小さく、筒内における燃焼状態は安定していると判断されるにも拘らず、制御パラメータγが所定の閾値を下回るということは、本来要求されている量の燃料が筒内に供給されていないということを示す。従って、かかる手法を採用すれば、燃料供給不良（燃料噴射不良）の原因であるインジェクタの劣化や詰まりを容易かつ精度よく判定することが可能となる。

また、混合気の空燃比を理論空燃比に設定した際に制御パラメータγの値が所定の閾値を上回った場合、インジェクタに異常が発生していると判断することができる。

すなわち、混合気の空燃比が理論空燃比になるように空気の供給量等を設定したにも拘らず、制御パラメータγの値が所定の閾値を上回るということは、インジェクタから燃料が漏洩しており、筒内に残留燃料が存在してしまっていることを示す。従って、かかる手法を採用すれば、インジェクタにおける燃料漏洩の有無を容易かつ精度よく判定することが可能となる。

そして、本発明の内燃機関の制御装置は、混合気の空燃比を目標値に一致させるための制御量を設定する空燃比設定手段を更に備えてもよく、制御パラメータγの変動量が所定値を上回った場合には、空燃比設定手段の制御量が前回値に保持されると好ましい。

すなわち、筒内の燃焼状態が良好であれば（完全燃焼となっていれば）、上記熱量比を示す制御パラメータγは、図２に示されるように推移するが、例えば筒内が失火状態にある場合や筒内における燃焼状態が悪化したような場合には、実熱発生量が低下することから、制御パラメータγの値も実熱発生量に応じて変動する。このため、例えば実熱発生量または制御パラメータγに基づいて混合気の空燃比が制御されるような場合、制御パラメータγの変動を考慮することなく空燃比制御を実行すると、空燃比が目標値から逸脱してしまうおそれもある。このような点に鑑みて、上記制御パラメータγの変動量が所定値を上回った場合には、混合気の空燃比を目標値に設定するための制御量が前回値に保持されるようにするとよい。これにより、混合気の空燃比を常時好適範囲内に保つことが可能となる。

また、空燃比設定手段は、実熱発生量に基づいて混合気の実空燃比を算出し、算出した実空燃比に基づいて制御量を設定するものであると好ましい。これにより、例えば空燃比センサ（酸素センサ）を用いる場合に比べて極めて応答性よく混合気の実空燃比を取得することが可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明する。

図３は、本発明による内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生するものである。なお、図３には１気筒のみが示されるが、内燃機関１は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１は、例えば４気筒エンジンとして構成される。

各燃焼室３の吸気ポートは、吸気管（吸気マニホールド）５にそれぞれ接続され、各燃焼室３の排気ポートは、排気管（排気マニホールド）６にそれぞれ接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが燃焼室３ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、例えば、可変バルブタイミング機能を有する動弁機構（図示省略）によって開閉させられる。更に、内燃機関１は、気筒数に応じた数の点火プラグ７を有し、点火プラグ７は、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。

吸気管５は、図３に示されるように、サージタンク８に接続されている。サージタンク８には、給気ラインＬ１が接続されており、給気ラインＬ１は、エアクリーナ９を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気ラインＬ１の中途（サージタンク８とエアクリーナ９との間）には、スロットルバルブ（本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ）１０が組み込まれている。一方、排気管６には、図３に示されるように、三元触媒を含む前段触媒装置１１ａおよびＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置１１ｂが接続されている。

更に、内燃機関１は、複数のインジェクタ１２を有し、各インジェクタ１２は、図３に示されるように、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配置されている。また、内燃機関１の各ピストン４は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には、凹部４ａが形成されている。そして、内燃機関１では、各燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ１２から各燃焼室３内のピストン４の凹部４ａに向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。これにより、内燃機関１では、点火プラグ７の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）されるので、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。なお、本実施形態の内燃機関１は、いわゆる直噴エンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明が吸気管（吸気ポート）噴射式の内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。

上述の各点火プラグ７、スロットルバルブ１０、各インジェクタ１２および動弁機構等は、内燃機関１の制御装置として機能するＥＣＵ２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ２０には、図３に示されるように、内燃機関１のクランク角センサ１４を始めとした各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、動弁機構等を制御する。

また、内燃機関１は、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ（筒内圧検出手段）１５を気筒数に応じた数だけ有している。各筒内圧センサ１５は、対応する燃焼室３内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、ＥＣＵ２０に電気的に接続されている。各筒内圧センサ１５は、対応する燃焼室３における筒内圧力を検出し、検出値を示す信号をＥＣＵ２０に与える。更に、排気管６には、排気空燃比センサ（酸素センサ）１６が設置されている。この排気空燃比センサ１６もＥＣＵ２０に電気的に接続されており、排気管６の内部を流通する排気の空燃比を検出し、検出値を示す信号をＥＣＵ２０に与える。各筒内圧センサ１５や排気空燃比センサ１６の検出値は、所定時間おきにＥＣＵ２０に順次与えられ、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。

次に、図４を参照しながら、上述の内燃機関１の動作について説明する。内燃機関１が始動された後、アイドル状態からアイドルオフ状態に移行すると、図４に示されるように、ＥＣＵ２０は、図示されないアクセル位置センサからの信号等に基づいて内燃機関１の目標トルクを定めると共に、予め用意されているマップ等を用いて目標トルクに応じた吸入空気量（スロットルバルブ１０の開度）および各インジェクタ１２からの燃料噴射量（燃料噴射時間）ｑＦを設定する（Ｓ１０）。更に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１２にて、スロットルバルブ１０の開度をＳ１０にて求めた開度に設定すると共に、各インジェクタ１２から例えば吸気行程中にＳ１０にて定めた量ｑＦの燃料を噴射させる。

また、ＥＣＵ２０は、クランク角センサ１４からの信号に基づいて内燃機関１のクランク角をモニタしている。そして、ＥＣＵ２０は、燃焼室３ごとに、各吸気弁Ｖｉの開弁後であって、かつ、各点火プラグ７による点火前に設定された第１のタイミング（クランク角がθ_１となるタイミング）になると、筒内圧センサ１５からの信号に基づいて、クランク角がθ_１となる時の筒内圧力Ｐ（θ_１）を求める。更に、ＥＣＵ２０は、求めた筒内圧力Ｐ（θ_１）と、筒内圧力Ｐ（θ_１）の検出時、すなわち、クランク角がθ_１となる時の筒内容積Ｖ（θ_１）を比熱比κ（本実施形態では、κ＝１．３２）で累乗した値との積である積値Ｐ（θ_１）・Ｖ^κ（θ_１）を燃焼室３ごとに算出し、ＲＡＭの所定の記憶領域に記憶させる（Ｓ１４）。

第１のタイミングは、各燃焼室３内において燃焼が開始される時点（点火時）よりも十分に前のタイミングに設定されると好ましく、本実施形態において、第１のタイミングは、例えば、クランク角センサ１４からの信号に示されるクランク角が−６０°となるタイミング（θ_１＝−６０°、すなわち、上死点前６０°）とされている。また、Ｖ^κ（θ_１）の値（本実施形態では、Ｖ^κ（−６０°）の値）は、予め算出された上で記憶装置に記憶されている。

Ｓ１４の処理の後、ＥＣＵ２０は、燃焼室３ごとに、各点火プラグ７による点火後であって、各排気弁Ｖｅの開弁前に設定された第２のタイミング（クランク角がθ_２となるタイミング）になると、筒内圧センサ１５からの信号に基づいて、クランク角がθ_２となる時の筒内圧力Ｐ（θ_２）を求める。更に、ＥＣＵ２０は、求めた筒内圧力Ｐ（θ_２）と、筒内圧力Ｐ（θ_２）の検出時、すなわち、クランク角がθ_２となる時の筒内容積Ｖ（θ_２）を比熱比κ（本実施形態では、κ＝１．３２）で累乗した値との積である積値Ｐ（θ_２）・Ｖ^κ（θ_２）を燃焼室３ごとに算出し、ＲＡＭの所定の記憶領域に記憶させる（Ｓ１６）。第２のタイミングは、燃焼室３内における混合気の燃焼が概ね完了したタイミングに設定されると好ましく、本実施形態において、第２のタイミングは、例えば、クランク角センサ１４からの信号に示されるクランク角θが９０°となるタイミング（θ_２＝９０°、すなわち、上死点後９０°）とされている。また、Ｖ^κ（θ_２）の値（本実施形態では、Ｖ^κ（９０°）の値）は、予め算出された上で記憶装置に記憶されている。

上述のようにして、積値Ｐ（θ_１）・Ｖ^κ（θ_１）およびＰ（θ_２）・Ｖ^κ（θ_２）を求めると、ＥＣＵ２０は、燃焼室３ごとに、第１および第２のタイミングの間における積値ＰＶ^κの差分を、
ΔＰＶ^κ＝Ｐ（θ_２）・Ｖ^κ（θ_２）−Ｐ（θ_１）・Ｖ^κ（θ_１）
として算出し、ＲＡＭの所定の記憶領域に記憶させる（Ｓ１８）。この差分ΔＰＶ^κは、上述のように、第２のタイミングと第１のタイミングとの間（所定の２点間）における各燃焼室３での熱発生量∫ｄＱ、すなわち、第１のタイミングから第２のタイミングまでの間に燃焼室３で発生した熱量を示すものである。燃焼室３ごとに積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κを求めると、ＥＣＵ２０は、すべての燃焼室３について積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κの平均値Ｑ_est（＝Ｑ_estnew）を算出し、ＲＡＭの所定の記憶領域に記憶させる（Ｓ２０）。このように、全燃焼室３について差分ΔＰＶ^κの平均をとることにより、その後の処理に対する燃焼室３間の燃焼バラツキによる影響を緩和させることができる。また、このような平均化処理に際しては、燃焼室３間の充填率等の相違を考慮した補正係数を導入し、当該補正係数を各燃焼室３のデータに乗じてもよい。

上述のＳ１４からＳ２０までの処理により、第１のタイミングと第２タイミングとの間における熱発生量を良好に反映した積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κの平均値Ｑ_estが簡易かつ速やかに算出されることになる。これにより、筒内圧力を微小な単位クランク角ごとに積分処理して各燃焼室３における熱発生量を算出する場合と比較して、ＥＣＵ２０における演算負荷を大幅に低減させることができる。

Ｓ２０における処理が完了すると、ＥＣＵ２０は、この段階で内燃機関１が何れの運転モードに従って運転されるべきかを判定する（Ｓ２２）。本実施形態の内燃機関１は、各燃焼室３における燃料および空気の混合気の空燃比を理論空燃比（燃料：空気＝１：１４．７）に設定するストイキ運転モード、各燃焼室３における混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きい所望の目標空燃比に設定するリーン運転モード、および、各燃焼室３における混合気の空燃比を理論空燃比よりも小さい所望の目標空燃比に設定するリッチ運転モードの何れかのもとで運転され得る。そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ２２において、回転数、負荷、スロットル開度、アクセルペダルの踏込加速度等のパラメータに基づいて、ストイキ運転モードを実行すべきか否か判定する。

Ｓ２２において、ストイキ運転モードを実行すべきであると判断した場合、ＥＣＵ２０は、各燃焼室３における今回の点火に伴ってＳ２０にて算出した積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κの平均値Ｑ_estnewと、各燃焼室３における前回の点火に伴ってＳ２０にて算出した積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κの平均値Ｑ_estoldとの偏差ΔＱを、
ΔＱ＝Ｑ_estnew−Ｑ_estold
として算出する（Ｓ２４）。

ここで、図５に示されるように、混合気の空燃比が理論空燃比よりも小さい場合（リッチな場合）、所定の２点間における熱発生量∫ｄＱの変化（率）は、リーン領域に比べて微小であり、燃焼室３内の混合気の空燃比が理論空燃比を上回ってリーン領域に入ると、急激に減少するようになる。従って、熱発生量∫ｄＱを示す所定の２点間における積値ＰＶ^κの差分の今回の算出値Ｑ_estnewと前回の算出値Ｑ_estoldとの偏差ΔＱ（図５における熱発生量の傾き）が所定値付近（所定範囲内）に保たれるようにすれば、各燃焼室３において、所定の２点間における熱発生量∫ｄＱが１回の点火の前後でほぼ一定に保たれ、混合気の空燃比もほぼ一定に保たれることになる。

このため、ＥＣＵ２０は、Ｓ２４にて偏差ΔＱを求めると、偏差ΔＱと所定の閾値δ（負の所定値）を比較することにより、各燃焼室３内における混合気の空燃比が理論空燃比よりも大きいか（リーンであるか）否かを判定する（Ｓ２６）。そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ２６にて各燃焼室３における混合気がリーンになっている（偏差ΔＱが閾値δ以下である）と判断した場合、各インジェクタ１２からの燃料噴射量を僅かに増加させるように燃料噴射量の補正値を設定する（Ｓ２８）。これにより、ストイキ運転モードの実行中に各燃焼室３内における混合気の空燃比が理論空燃比よりも大きくなっていたとしても、各燃焼室３における混合気をリッチ化させて、各燃焼室３における混合気の空燃比を理論空燃比に近づけることが可能となる。

また、ＥＣＵ２０は、Ｓ２６にて各燃焼室３内における混合気がリーンになっていないと判断した場合には、各燃焼室３における混合気の空燃比が理論空燃比よりも小さく（リッチに）なっているとみなし、必要に応じて、各インジェクタ１２からの燃料噴射量を僅かに減少させるように燃料噴射量の補正値を設定する（Ｓ３０）。これにより、ストイキ運転モードの実行中に各燃焼室３内における混合気の空燃比が理論空燃比よりも小さくなっていたとしても、各燃焼室３における混合気をリーン化させて、各燃焼室３における混合気の空燃比を理論空燃比に近づけることができる。なお、本実施形態では、Ｓ２８およびＳ３０で設定される燃料噴射量の補正値は、予め定められた一定の量とされるが、当該補正値は、偏差ΔＱと閾値δとの差分に応じて算出されてもよい。

一方、Ｓ２２において、ストイキ運転モードを実行すべきではない、すなわち、リーン運転モードまたはリッチ運転モードを実行すべきであると判断した場合、ＥＣＵ２０は、図６に示されるように、リーン運転モードを運転すべきか否か判定する（Ｓ３２）。Ｓ３２においてリーン運転モードを実行すべきであると判断した場合、ＥＣＵ２０は、リーン運転モードにおける目標空燃比に対応した熱発生量の目標値Ｑ_tを記憶装置から読み出すと共に、Ｓ２０で求めた積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κの平均値Ｑ_estと目標値Ｑ_tとの偏差ｅを、
ｅ＝Ｑ_est−Ｑ_t
として算出する（Ｓ３４）。そして、ＥＣＵ２０は、予め用意されたマップまたは所定の関数式を用いてＳ３４にて求めた偏差ｅをゼロにするように燃料噴射量の補正値を算出（設定）する（Ｓ３６）。

ここで、図５に示されるように、各燃焼室３内における混合気の空燃比が理論空燃比よりも大きくなると（リーンになると）、所定の２点間における熱発生量∫ｄＱは、空燃比が増加するにつれて、失火前の急変点（リーン限界）まで、空燃比に概ね比例して減少する。従って、混合気の空燃比が理論空燃比よりも大きい領域（リーン領域）では、Ｓ２０で求めた所定の２点間における積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κの平均値Ｑ_estと目標値Ｑ_tとの偏差ｅがゼロになるようにすることにより、各燃焼室３における混合気の空燃比を理論空燃比よりも大きな（リーンな）所望の目標空燃比に保つことが可能となる。すなわち、内燃機関１では、リーン運転モードに際して、積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κの平均値Ｑ_estを目標値Ｑ_tに近づけるフィードバック制御が行われる。これにより、内燃機関１では、熱発生量の目標値Ｑ_tを適宜設定することにより、各燃焼室３内の混合気を図５におけるリーン限界付近までできる限りリーン化させる、いわゆるリーンリミット運転を実行することも可能となる。

また、Ｓ３２にて、リーン運転モードを実行すべきではなく、リッチ運転モードを実行すべきであると判断した場合、ＥＣＵ２０は、図６に示されるように、Ｓ２０で求めた積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κの平均値Ｑ_estを、Ｓ１０で設定された燃料噴射量ｑＦで除すると共に、これに所定の換算係数αを乗じることにより、完全燃焼時の熱発生量（理論値）に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータγを、
γ＝Ｑ_est／ｑＦ×α
として算出する（Ｓ３８）。なお、Ｓ３８の演算処理に際しては、換算係数αの使用を省略してもよく、平均値Ｑ_estを燃料噴射時間で除すると共にこれに他の換算係数を乗じてもよい。

このようにして、上記熱量比を示すと共に負荷条件等とは無関係な制御パラメータγを得ると、ＥＣＵ２０は、リッチ運転モードにおける目標空燃比に対応した制御パラメータγの目標値γ_tを記憶装置から読み出すと共に、Ｓ３８にて求めた制御パラメータγと目標値γ_tとの偏差を算出する。そして、ＥＣＵ２０は、予め用意されたマップまたは所定の関数式を用いて当該偏差をゼロにするように燃料噴射量の補正値を算出（設定）する（Ｓ４０）。すなわち、内燃機関１では、リッチ運転モードに際して、制御パラメータγを目標値γ_tに近づけるフィードバック制御が行われる。

ここで、図２に関連して説明されたように、各燃焼室３における混合気の空燃比が理論空燃比よりも小さな（リッチな）領域では、混合気の空燃比が減少する（リッチ化される）につれて、未燃燃料に熱が吸収されるため、上記熱量比を示す制御パラメータγは、混合気の空燃比に概ね比例して減少することになる。従って、上記熱量比を示す制御パラメータγが目標値γ_tになるように、燃料噴射の補正値といった混合気の空燃比を補正するための制御量を設定すれば、各燃焼室３における混合気の空燃比を理論空燃比よりも小さな（リッチな）所望の目標空燃比に精度よく保つことが可能となる。

上述のように、ＥＣＵ２０は、ストイキ運転モードの場合、Ｓ２８またはＳ３０にて燃料噴射量の補正値を設定し、リーン運転モードの場合、Ｓ３６にて燃料噴射量の補正値を設定し、リッチ運転モードの場合、Ｓ４０にて燃料噴射量の補正値を設定する。そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０に戻ると、Ｓ２８，Ｓ３０，Ｓ３６またはＳ４０にて設定した燃料噴射量の補正値を踏まえて（加減算しながら）各インジェクタ１２からの燃料噴射量（燃料噴射時間）を設定すると共に、スロットルバルブ１０の開度を設定し、Ｓ１２以降の処理を再度実行する。このような一連の処理は、アイドルオフ状態が継続される間、ＥＣＵ２０によって繰り返される。

この結果、内燃機関１では、ストイキ運転モードに際して、所定の２点間における熱発生量を良好に反映した積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κを用いて、各燃焼室３における混合気の空燃比が精度よく理論空燃比付近に設定されるので、供給空気量と理論空気量との比λがλ＝１となる領域を拡大させることができる。また、内燃機関１では、リーン運転モードに際しても、所定の２点間における熱発生量を良好に反映した積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κを用いて、各燃焼室３における混合気の空燃比が理論空燃比よりも大きな所定の目標空燃比に精度よく設定される。更に、リッチ運転モードに際しては、積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κと燃料噴射量ｑＦとに基づいて完全燃焼時の熱発生量（理論値）に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータγが求められ、かかる制御パラメータγを用いて、各燃焼室３における混合気の空燃比が理論空燃比よりも小さな所定の目標空燃比に精度よく設定される。

このように、所定の２点間における熱発生量を反映した積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κを用いて内燃機関１の空燃比制御を実行することにより、内燃機関１の排気系統において取得された排気空燃比等に基づいて筒内空燃比を制御（フィードバック制御）する場合に認められる、いわゆる検出遅れや輸送遅れの問題を解消することが可能となり、空燃比制御の応答性および精度を大幅に向上させることができる。また、高精度な空燃比制御の実現により、触媒の浄化負担を低減させることができるので、触媒装置をコンパクト化することも可能となる。

なお、各燃焼室３における混合気の空燃比を補正するため制御量は、燃料噴射量の補正値に限られるものではなく、スロットル開度の補正値や、排気還流システムを備えた内燃機関における排気還流量の補正値等であってもよく、これらが適宜組み合わされてもよい。すなわち、Ｓ２８，Ｓ３０，Ｓ３６およびＳ４０の処理では、各燃焼室３における混合気の空燃比を補正するために、燃料噴射量、スロットル開度、排気還流量等の少なくとも何れか一つの補正値が設定されればよい。更に、本発明は、ガソリンエンジンだけではなく、ディーゼルエンジンにも適用され得ることはいうまでもない。

また、リーン領域において燃焼室３内の混合気の空燃比が熱発生量Ｑに概ね比例することを踏まえて（図５参照）、実熱発生量を示す値Ｑ_estと各燃焼室３における混合気の空燃比（実空燃比）との関係を規定するマップ等を予め用意しておけば、当該マップ等から値Ｑ_estに対応した実空燃比を算出することができる。従って、図６のＳ３４およびＳ３６では、実熱発生量を示す値Ｑ_estに応じた実空燃比を算出すると共に、求めた実空燃比と機関回転数や機関負荷に応じて定められる目標空燃比との偏差を求め、当該偏差に応じて各燃焼室３における混合気の空燃比を補正するための制御量(例えば燃料噴射量の補正値）を設定してもよい。

更に、リッチ領域では上記熱量比を示す制御パラメータγが混合気の空燃比に概ね比例して減少することを踏まえて（図２参照）、上記熱量比を示す制御パラメータγと各燃焼室３における混合気の空燃比（実空燃比）との関係を規定するマップ等を予め用意しておけば、当該マップ等から制御パラメータγに対応した実空燃比を算出することができる。従って、図６のＳ３８およびＳ４０では、制御パラメータγに応じた実空燃比を算出すると共に、求めた実空燃比と機関回転数や機関負荷に応じて定められる目標空燃比との偏差を求め、当該偏差に応じて各燃焼室３における混合気の空燃比を補正するための制御量(例えば燃料噴射量の補正値）を設定してもよい。

このように、上述の積値ＰＶ^κを用いれば内燃機関１の空燃比を精度よく検出することも可能となる。これにより、例えば空燃比センサ（酸素センサ）を用いる場合に比べて極めて応答性よく混合気の実空燃比を得ることが可能となり、排気管６の排気空燃比センサ１６を省略することも可能となる。

ところで、内燃機関１の制御において用いられる上記熱量比を示す制御パラメータγの値は、何れかの燃焼室３が失火状態にある場合、正常時（内燃機関１に対して供給された燃料が当該燃焼室３において概ね完全に燃焼している場合）の値よりも大幅に低下することになる。この点を利用して、本発明の内燃機関１では、図７に示す手順に従い、制御パラメータγを用いた各燃焼室３の失火判定処理が実行される。

図７の失火判定処理は、内燃機関１のＥＣＵ２０によって、例えば所定時間ごとに実行され、ＥＣＵ２０は、失火判定処理を実行すべきタイミングになると、図４に関連して説明した手順と概ね同様にして、燃焼室３ごとに、第１および第２のタイミングの間における積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κ、燃料噴射量ｑＦおよび換算係数αに基づいて制御パラメータγを、
γ＝ΔＰＶ^κ／ｑＦ×α
として算出する（Ｓ５０）。

Ｓ５０にて制御パラメータγを求めると、ＥＣＵ２０は、燃焼室３ごとに、制御パラメータγが予め定められている第１の閾値ｇ１（例えば、ｇ１＝０．３）を下回っているか否か判定する（Ｓ５２）。そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ５２にて少なくとも何れか一つの燃焼室３についての制御パラメータγが第１の閾値ｇ１を下回っていると判断した場合、当該燃焼室３の内部が失火状態にあるとみなし、所定の警告表示を行う（Ｓ５４）。

一方、Ｓ５２にて、すべての燃焼室３の制御パラメータγが第１の閾値ｇ１以上であると判断した場合、ＥＣＵ２０は、更に、燃焼室３ごとに、制御パラメータγが予め定められている第２の閾値ｇ２（ｇ２＞ｇ１、例えば、ｇ２＝０．８）を下回っているか否か判定する（Ｓ５６）。Ｓ５６にて、少なくとも何れかの燃焼室３について制御パラメータγが第２の閾値ｇ２を下回っていると判断した場合、ＥＣＵ２０は、当該燃焼室３の内部が半失火状態にあるとみなし、その燃焼室３に対応する図示されないカウンタを１だけインクリメントする（Ｓ５８）。

Ｓ５８の処理の後、ＥＣＵ２０は、当該カウンタ（インクリメントされたカウンタ）のカウント値が予め定められている閾値を超えているか否か判定する（Ｓ６０）。そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ６０にて当該カウンタのカウント値が予め定められている閾値を超えたと判断した場合、すなわち、その燃焼室３における失火の発生回数が当該閾値を超えたと判断した場合、そのカウンタをリセットした上で（Ｓ６２）、その燃焼室３の内部が完全な失火状態にあるとみなし、所定の警告表示を行う（Ｓ５４）。

このように、内燃機関１では、完全燃焼時の熱発生量（理論値）に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータγに基づいて各燃焼室３内における失火状態が低負荷で精度よく判定されることになる。そして、このような失火判定処理は、負荷条件等とは無関係な制御パラメータγを用いて実行されるので、様々な条件別に閾値を用意する必要がなくなる。従って、かかる失火判定処理に要するマップや閾値の適合による負担を大幅に軽減することが可能となる。

なお、Ｓ５６にてすべての燃焼室３について制御パラメータγが第２の閾値ｇ２を下回っていないと判断した場合、および、Ｓ６０にてカウンタのカウント値が予め定められている閾値を超えていないと判断した場合、ＥＣＵ２０は、いずれの燃焼室３においても、警告を発する程度の失火状態が発生していないとみなし、失火判定処理を停止させ、次の判定タイミングになるまで待機する。

また、内燃機関１では、上述のように、熱量比を示す制御パラメータγの値を用いて燃焼室３における失火状態の判定処理が実行されるが、燃料を噴射するインジェクタ１２に異常が発生した場合の制御パラメータγの値も、正常時の値とは大幅に異なることになる。本発明の内燃機関１では、この点を利用して、図８および図９に示す手順に従い、制御パラメータγを用いた各インジェクタ１２の異常判定処理が実行される。

図８は、インジェクタ１２の異常のうち、燃料供給不良（燃料噴射不良）の原因となるインジェクタ１２の劣化や詰まりの有無を判定するための手順を示すフローチャートである。この場合、内燃機関１のＥＣＵ２０は、予め定められたインジェクタの異常判定を実行するタイミングになると、まず、クランク角センサ１４からの信号に基づいて、クランクシャフトの回転角速度（回転変動）を求め、求めた回転角速度が所定の閾値を下回っているか否か判定する（Ｓ７０）。そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ７０にて、クランクシャフトの回転角速度（回転変動）が所定の閾値を下回っており、各燃焼室３における燃焼状態が安定していると判断した場合に、図８におけるインジェクタ１２の異常判定処理を実行する。

すなわち、ＥＣＵ２０は、各燃焼室３における燃焼状態が安定していると判断した場合、図４に関連して説明した手順と概ね同様にして、燃焼室３ごとに、第１および第２のタイミングの間における積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κ、燃料噴射量ｑＦおよび換算係数αに基づいて制御パラメータγを、
γ＝ΔＰＶ^κ／ｑＦ×α
として算出する（Ｓ７２）。

Ｓ７２にて制御パラメータγを求めると、ＥＣＵ２０は、燃焼室３ごとに、制御パラメータγが予め定められている閾値ｇ３（例えば、ｇ３＝０．５）を下回っているか否か判定する（Ｓ７４）。ここで、内燃機関１（クランクシャフト）の回転変動（回転角速度）が小さく、各燃焼室３における燃焼状態は安定していると判断されるにも拘らず、完全燃焼時の熱発生量に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータγが所定の閾値ｇ３を下回るということは、本来要求されている量の燃料が燃焼室３内に供給されていないということを示す。従って、ＥＣＵ２０は、制御パラメータγが所定の閾値ｇ３を下回っている燃焼室３については、インジェクタ１２の劣化や詰まりによる燃料噴射不良が発生している旨の警告表示を行う（Ｓ７６）。このように、内燃機関１では、燃料噴射不良の原因となるインジェクタ１２の劣化や詰まりを容易かつ精度よく判定することができる。

図９は、インジェクタ１２の異常のうち、インジェクタ１２における燃料漏洩の有無を判定するための手順を示すフローチャートである。この場合、内燃機関１のＥＣＵ２０は、予め定められたインジェクタの異常判定を実行するタイミングになると、まず、ストイキ運転モードが実行されているか否か判定し（Ｓ８０）、内燃機関１がストイキ運転モードのもとで運転されていると判断した際、図８におけるインジェクタの異常判定処理を実行する。

Ｓ８０にて内燃機関１がストイキ運転モードのもとで運転されていると判断した際、ＥＣＵ２０は、排気管６に設置されている排気空燃比センサ１６からの信号に基づいて、各燃焼室３における混合気の空燃比を取得（推定）する（Ｓ８２）。そして、ＥＣＵ２０は、取得した各燃焼室３における混合気の空燃比が理論空燃比を下回っているか否か（リッチであるか否か）判定する（Ｓ８４）。

Ｓ８４にて、すべての燃焼室３における混合気の空燃比が理論空燃比を下回っていない（リッチになっていない）と判断される場合、少なくとも各燃焼室３に対して燃料が過剰に供給されているということはなく、各インジェクタ１２において燃料の漏洩が発生しているとは考えられない。従って、この場合、ＥＣＵ２０は、この段階におけるインジェクタの異常判定処理を終了し、次の判定タイミングになるまで待機する。

一方、Ｓ８４にて、何れかの燃焼室３における混合気の空燃比が理論空燃比を下回っている（リッチになっている）と判断した場合、ＥＣＵ２０は、予め定められたマップ等を用いて当該燃焼室３における空燃比と理論空燃比（１４．７）との偏差等に応じてスロットルバルブ１０の開度を増加させ、当該燃焼室３における空燃比が理論空燃比になるように空気供給量を増加させる（Ｓ８６）。その後、ＥＣＵ２０は、図４に関連して説明した手順と概ね同様にして、燃焼室３ごとに、第１および第２のタイミングの間における積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κ、燃料噴射量ｑＦおよび換算係数αに基づいて制御パラメータγを、
γ＝ΔＰＶ^κ／ｑＦ×α
として算出する（Ｓ８８）。

Ｓ８８にて制御パラメータγを求めると、ＥＣＵ２０は、燃焼室３ごとに、制御パラメータγが予め定められている閾値ｇ４（例えば、ｇ４＝１）を上回っているか否か判定する（Ｓ９０）。ここで、ある燃焼室３における混合気の空燃比がリッチであると判断された際に（Ｓ８４）、当該燃焼室３における混合気の空燃比が理論空燃比になるように空気供給量を再設定した（Ｓ８６）にも拘らず、その燃焼室３についての制御パラメータγの値がなお所定の閾値ｇ４を上回っている（Ｓ９０）ということは、その燃焼室３に設けられているインジェクタ１２から燃料が漏洩しており、その燃焼室３の内部に残留燃料が存在してしまっていることを示す。

このため、ＥＣＵ２０は、Ｓ９０にて何れかの燃焼室３についての制御パラメータγが閾値ｇ４を上回っていると判断した場合、当該燃焼室３に設けられているインジェクタ１２に燃料漏洩のトラブルが発生している旨の警告表示を行う（Ｓ９２）。このように、内燃機関１では、インジェクタ１２における燃料漏洩の有無を容易かつ精度よく判定することが可能となる。なお、Ｓ９０にて、すべての燃焼室３の制御パラメータγの値が所定の閾値ｇ４を上回っていないと判断した場合、ＥＣＵ２０は、この段階におけるインジェクタの異常判定処理を終了し、次の判定タイミングになるまで待機する。

図１０は、内燃機関１において各燃焼室３における混合気の空燃比を制御するための他の手順を示すフローチャートである。図１０に示されるルーチンは、図５のＳ２２においてリーン運転モードまたはリッチ運転モードを実行すべきであると判断された場合に実行され得るものである。この場合、ＥＣＵ２０は、まず、リーン運転モードを実行すべきか否か判定する（Ｓ３００）。そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ３００にてリーン運転モードを実行すべきであると判断すると、図５のＳ２０で求めた積値ＰＶ^κの差分ΔＰＶ^κの平均値Ｑ_estをＳ１０で設定された燃料噴射量ｑＦで除すると共に、これに所定の換算係数αを乗じることにより、完全燃焼時の熱発生量（理論値）に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータγを、
γ＝Ｑ_est／ｑＦ×α
として算出する（Ｓ３０２）。この場合、換算係数αを省略してもよく、平均値Ｑ_estを燃料噴射時間で除すると共にこれに他の換算係数を乗じてもよい。

このようにして、熱量比を示すと共に負荷条件等とは無関係な制御パラメータγを得ると、ＥＣＵ２０は、制御パラメータγの値が所定の閾値以上であるか否か判定し（Ｓ３０４）、制御パラメータγの値が上記閾値以上であると判断した場合、実熱発生量を示す値Ｑ_estに基づいて各燃焼室３における混合気の空燃比（実空燃比）を算出する（Ｓ３０６）。そして、ＥＣＵ２０は、機関回転数や機関負荷に応じて定められる目標空燃比とＳ３０６にて求めた実空燃比との偏差を求め、各燃焼室３における混合気の空燃比を補正するための制御量(例えば燃料噴射量の補正値）を当該偏差に応じて設定する（Ｓ３０８）。

本実施形態では、リーン領域において燃焼室３内の混合気の空燃比が熱発生量Ｑに概ね比例することを踏まえて（図５参照）、実熱発生量を示す値Ｑ_estと各燃焼室３における混合気の空燃比（実空燃比）との関係を規定するマップが予め用意されており、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０６にて、当該マップから値Ｑ_estに対応した実空燃比を読み出す。このように、リーン領域について、実熱発生量を示す値Ｑ_estに基づいて各燃焼室３における混合気の実空燃比を算出すれば、例えば空燃比センサ（酸素センサ）を用いる場合に比べて極めて応答性よく混合気の実空燃比を得ることが可能となり、排気管６の排気空燃比センサ１６を省略することも可能となる。

一方、Ｓ３０４にて制御パラメータγの値が上記閾値を下回っていると判断した場合、ＥＣＵ２０は、実熱発生量を示す値Ｑ_estに基づいた実空燃比の算出を行わず、各燃焼室３における混合気の実空燃比を前回（前サイクル）の算出値に保持する（Ｓ３１０）。ここで、リーン運転モードのもとで各燃焼室３内の燃焼状態が良好であれば（完全燃焼となっていれば）、上記熱量比を示す制御パラメータγは、図２に示されるように概ね一定の値を示す。これに対して、例えば何れかの燃焼室３が失火状態にある場合や、何れかの燃焼室３における燃焼状態が悪化したような場合には、実熱発生量が低下することから、制御パラメータγの値も実熱発生量に応じて小さくなる。

従って、制御パラメータγの値が上記閾値を下回った際、すなわち、制御パラメータγの上記一定の値からの変動量が所定値を上回った際には、実熱発生量を示す値Ｑ_estに基づいて混合気の空燃比を算出しても正確な実空燃比を得ることができず、そのような実空燃比を用いて各燃焼室３における混合気の空燃比を補正するための制御量を設定した場合、却って空燃比が目標値から逸脱してしまうおそれもある。このような点を考慮して、本実施形態では、制御パラメータγの値が上記閾値を下回り、制御パラメータγの変動量が所定値を上回ったと判断される場合、Ｓ３１０にて各燃焼室３における混合気の実空燃比が前回（前サイクル）の算出値に保持される。

これにより、図１０のルーチンのもとでは、少なくとも何れかの燃焼室３における燃焼状態が悪化したような場合、Ｓ３０８にて、その直前に燃焼状態が良好であった際に求められた実空燃比に基づいて各燃焼室３における混合気の空燃比を補正するための制御量が設定されるので、各燃焼室３における混合気の空燃比を常時好適範囲内に保つことが可能となる。なお、Ｓ３０４では、制御パラメータγの値が所定の閾値以上であるか否か判定する代わりに、制御パラメータγの変動量（前回値との偏差）を求めて、当該変動量が所定の閾値以下となっているか否か判定してもよい。

Ｓ３０８の処理の後、ＥＣＵ２０は、設定した制御量を踏まえて（加減算しながら）各インジェクタ１２からの燃料噴射量（燃料噴射時間）を設定すると共に、スロットルバルブ１０の開度を設定し、例えば図５のＳ１２以降の処理を再度実行する。また、Ｓ３００にてリッチ運転モードを実行すべきであると判断した場合、ＥＣＵ２０は、例えば図６のＳ３８以降の処理を実行する。

ここで、Ｓ３００にてリッチ運転モードを実行すべきであると判断された場合、上記平均値Ｑ_estを（Ｓ１０で設定された）吸入空気量で除すると共に、これに所定の換算係数を乗じることにより、完全燃焼時の熱発生量（理論値）に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータγ’を求め、制御パラメータγ’の変動量が所定の閾値を上回っていると判断される場合に、各燃焼室３における混合気の実空燃比が前回（前サイクル）の算出値に保持されるようにしてもよい。これにより、リッチ運転モードの際に少なくとも何れかの燃焼室３における燃焼状態が悪化しても、各燃焼室３における混合気の空燃比を常時好適範囲内に保つことが可能となる。

本発明において用いられる積値ＰＶ^κと、燃焼室内における熱発生量との相関を示すグラフである。 燃焼室内における混合気の空燃比と、熱量比を示す制御パラメータγとの相関を示すグラフである。 本発明による内燃機関を示す概略構成図である。 図３の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。 燃焼室内における混合気の空燃比と、所定の２点間における熱発生量との相関を示すグラフである。 図３の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。 図３の内燃機関における失火判定処理を説明するためのフローチャートである。 図３の内燃機関におけるインジェクタの異常判定処理を説明するためのフローチャートである。 図３の内燃機関におけるインジェクタの異常判定処理の他の例を説明するためのフローチャートである。 図３の内燃機関において混合気の空燃比を制御するための他の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダブロック
３ 燃焼室
４ ピストン
５ 吸気管
６ 排気管
７ 点火プラグ
８ サージタンク
９ エアクリーナ
１０ スロットルバルブ
１１ａ，１１ｂ 触媒装置
１２ インジェクタ
１４ クランク角センサ
１５ 筒内圧センサ
１６ 排気空燃比センサ
Ｌ１ 給気ライン
Ｖｅ 排気弁
Ｖｉ 吸気弁

Claims (12)

1. 燃料および空気の混合気を筒内で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御装置において、
   筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
   前記筒内圧検出手段によって検出された筒内圧力と当該筒内圧力の検出時における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積値に基づいて、完全燃焼時の熱発生量に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータを算出する演算手段と、
   前記演算手段によって算出された前記制御パラメータに基づいて、所定の制御量の設定および機関運転状態の判定の少なくとも何れかを実行する制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記演算手段は、所定の２点について前記積値を算出すると共に、前記所定の２点間における前記積値の差分と、燃料供給量または吸入空気量とに基づいて前記制御パラメータを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制御装置。
3. 前記所定の２点の一方は、吸気弁開弁後かつ燃焼開始前に設定され、他方は、前記燃焼開始の後かつ排気弁開弁前に設定されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御手段は、混合気の空燃比を理論空燃比よりも小さな領域内に設定する場合、前記制御パラメータが目標値と一致するように混合気の空燃比を補正するための制御量を設定することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制御手段は、前記制御パラメータに基づいて、前記筒内の失火判定を実行することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御手段は、前記制御パラメータの値が所定の閾値を下回っている場合、前記筒内が失火状態にあると判断することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記制御手段は、前記制御パラメータに基づいて、燃料を噴射するインジェクタの異常判定を実行することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記筒内における燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記燃焼状態判定手段によって前記筒内における燃焼状態が安定していると判断され、かつ、前記制御パラメータが所定の閾値を下回った場合、前記インジェクタに異常が発生していると判断することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記制御手段は、混合気の空燃比を理論空燃比に設定した際に前記制御パラメータの値が所定の閾値を上回った場合、前記インジェクタに異常が発生していると判断することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
10. 混合気の空燃比を目標値に一致させるための制御量を設定する空燃比設定手段を更に備え、前記制御パラメータの変動量が所定値を上回った場合、前記空燃比設定手段の前記制御量が前回値に保持されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記空燃比設定手段は、前記実熱発生量に基づいて混合気の実空燃比を算出し、算出した実空燃比に基づいて前記制御量を設定することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
12. 燃料および空気の混合気を筒内で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御方法において、
    （ａ）筒内圧力を検出するステップと、
    （ｂ）ステップ（ａ）で検出された筒内圧力と当該筒内圧力の検出時における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積値に基づいて、完全燃焼時の熱発生量に対する実熱発生量の熱量比を示す制御パラメータを算出するステップと、
    （ｃ）ステップ（ｂ）で算出された前記制御パラメータに基づいて、所定の制御量の設定および機関運転状態の判定の少なくとも何れかを実行するステップとを含む内燃機関の制御方法。
    

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