JP2006274825A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トルク変動を生じさせる内燃機関の制御対象をイオン電流の検出値に基づいてトルク変動が所定の許容範囲内に収まるようにフィードバック制御する。
【解決手段】 排気行程中のイオン電流値のピーク値Ｉexに基づいて算出された燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とを乗算してトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）を求める。そして、このトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）をトルク変動許容判定値Ｅh と比較して、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）がトルク変動許容判定値Ｅh 以上であれば、トルク変動が許容範囲を越えていると判断して、点火時期遅角制御のＦ／Ｂ安定化フラグをＯＮして、点火時期を進角させる。これにより、燃焼状態を安定化させてトルク変動を許容範囲内に収める。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内で発生するイオンを検出して、そのイオン電流値に基づいて内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、特許文献１（特開平１１−３２４８８１号公報）に記載されているように、イオン電流の検出情報を用いてエンジン制御量を安定運転限界付近に制御する技術が提案されている。この制御技術は、エンジン運転状態がリーン限界、ＥＧＲ限界等の安定運転限界になると、燃焼行程で、火炎伝播速度不良により燃焼室内の混合気の一部が燃焼せずに残り、その未燃混合気が排気行程で燃焼する後燃え発生サイクルが発生するという特性に着目し、点火プラグを介して検出したイオン電流の発生タイミングが排気行程中であるか否かを判定し、イオン電流が排気行程中に発生する状態を安定運転限界としてエンジン制御量を安定運転限界付近に制御するようにしている。

また、特許文献２（特開平８−１４４８２８号公報）や特許文献３（特開平８−１４４８２９号公報）には、イオン電流の発生している期間の時間を計測し、計測した時間に基づいてリーン限界を検出する技術が記載されている。

また、特許文献４（特開２００４−２３２５６８号公報）には、燃焼行程前半に検出されたイオン電流の第一特性と、燃焼行程後半から排気行程に跨がる期間に検出されたイオン電流の第二特性とを用いて燃焼の緩慢度合いを検出し、この燃焼の緩慢度合いに基づいて燃焼状態の低下と判定したときに、燃料噴射量を増量する技術が記載されている。
特開平１１−３２４８８１号公報（第１頁等） 特開平８−１４４８２８号公報（第１頁等） 特開平８−１４４８２９号公報（第１頁等） 特開２００４−２３２５６８号公報（第１頁等）

近年の電子制御化が進んだエンジン制御では、例えば、点火時期遅角制御、空燃比リーン制御、可変バルブタイミング進角制御等においてフィードバック制御が行われている。このフィードバック制御は、実際の制御量と目標値との偏差を小さくするように制御対象の操作量を自動調節するものであるが、エンジン運転条件によっては、このフィードバック制御によって燃焼状態が悪化したり、燃焼状態のばらつきが大きくなったりして、エンジンのトルク変動が許容限界を越えて大きくなることがある。

前記特許文献１の技術では、イオン電流の発生タイミングが排気行程中であるか否かによって安定運転限界を判定するようにしているため、イオン電流が排気行程中に発生する全ての運転領域が一律に不安定領域と判定されることになるが、実際には、イオン電流が排気行程中に発生する状態であっても、エンジン運転条件によっては、トルク変動が許容範囲内である領域が存在するため、前記特許文献１のように、イオン電流が排気行程中に発生する全ての運転領域を一律に不安定領域と判定すると、安定領域の一部を不安定領域と誤判定する結果となってしまう。

また、特許文献２や特許文献３の技術では、イオン電流の発生している期間の時間を計測し、計測した時間に基づいてリーン限界を検出するようにしているが、この技術で検出するリーン限界とトルク変動との対応精度が不十分であり、トルク変動を生じさせる制御対象のフィードバック制御に適用することは困難である。

また、特許文献４の技術では、燃焼行程前半に検出されたイオン電流の第一特性と、燃焼行程後半から排気行程に跨がる期間に検出されたイオン電流の第二特性とを用いて燃焼の緩慢度合いを検出するようにしているが、この技術で検出する燃焼の緩慢度合いとトルク変動との対応精度が不十分であり、トルク変動を生じさせる制御対象のフィードバック制御に適用することは困難である。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、トルク変動を生じさせる内燃機関の制御対象をイオン電流の検出値に基づいてトルク変動が所定の許容範囲内に収まるようにフィードバック制御することが可能となる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の燃焼室内で発生するイオンを燃焼行程と排気行程とに区別して検出するイオン電流検出手段と、このイオン電流検出手段により検出したイオン電流値に基づいて燃焼状態の悪化度を表す燃焼悪化度パラメータ［Ａ］と燃焼状態のばらつき度を表す燃焼ばらつき度パラメータ［Ｂ］とを算出する燃焼状態パラメータ算出手段と、この燃焼状態パラメータ算出手段で算出した前記燃焼悪化度パラメータ［Ａ］と前記燃焼ばらつき度パラメータ［Ｂ］とに基づいて内燃機関のトルク変動が所定の許容範囲を越えたか否かを判定する安定性［Ｃ＝ｆ（Ａ，Ｂ）］の判定手段と、この安定性判定手段の判定結果に基づいて内燃機関の制御量をそのトルク変動が所定の許容範囲内に収まる方向にフィードバック制御する制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、前記イオン電流検出手段により検出した排気行程中のイオン電流値に基づいて前記燃焼悪化度パラメータ及び／又は前記燃焼ばらつき度パラメータを算出するようにしたものである。

一般に、燃焼状態が悪化したり燃焼状態のばらつきが大きくなると、内燃機関のトルク変動が大きくなるという関係があるため、燃焼状態の悪化度や燃焼状態のばらつき度を検出すれば、その検出値からトルク変動の大きさを評価することができる。また、トルク変動が許容限界付近となるような運転状態では、燃焼行程中に発生するイオン電流よりも排気行程中に発生するイオン電流に燃焼状態の影響が顕著に現れるという特徴がある。

これらの点を考慮して、本発明は、内燃機関の燃焼室内で発生するイオン電流を燃焼行程と排気行程とに区別して検出し、排気行程中のイオン電流値に基づいて燃焼状態の悪化度を表す燃焼悪化度パラメータ及び／又は燃焼状態のばらつき度を表す燃焼ばらつき度パラメータを算出するようにしているため、この燃焼悪化度パラメータや燃焼ばらつき度パラメータに基づいてトルク変動が所定の許容範囲を越えたか否かを精度良く判定することが可能となり、その判定結果に基づいて内燃機関のトルク変動を所定の許容範囲内に抑えながらフィードバック制御の制御領域を拡大することができる。

この場合、燃焼悪化度パラメータと燃焼ばらつき度パラメータとに基づいてトルク変動が所定の許容範囲を越えたか否かを判定する際に、予め、燃焼悪化度パラメータと燃焼ばらつき度パラメータとトルク変動との関係を二次元マップ又は関数式により設定しておき、この二次元マップ又は関数式を用いて燃焼悪化度パラメータと燃焼ばらつき度パラメータに対応するトルク変動を算出するようにしても良い。

或は、請求項２のように、排気行程中のイオン電流値に基づいて算出された燃焼悪化度パラメータと燃焼ばらつき度パラメータとを乗算してトルク変動パラメータを求め、このトルク変動パラメータに基づいて内燃機関のトルク変動が所定の許容範囲を越えたか否かを判定するようにしても良い。このようにすれば、燃焼悪化度パラメータと燃焼ばらつき度パラメータとを用いてトルク変動が所定の許容範囲を越えたか否かを判定する処理が簡単となり、演算負荷を軽減することができる。

この場合、燃焼状態が悪化するほど、排気行程中のイオン電流値の平均値が小さくなることを考慮して、請求項３のように、排気行程中のイオン電流値の平均値を燃焼悪化度パラメータとして算出するようにすれば良い。これにより、簡単な演算処理で燃焼悪化度パラメータの精度を向上させることができる。

また、燃焼状態のばらつきが大きくなるほど、排気行程中のイオン電流値の標準偏差が大きくなることを考慮して、請求項４のように、排気行程中のイオン電流値の標準偏差を燃焼ばらつき度パラメータとして算出するようにすれば良い。これにより、簡単な演算処理で燃焼ばらつき度パラメータの精度を向上させることができる。

ところで、排気行程のイオン電流から燃焼状態を検出する場合、図２に示すように、排気行程のイオン電流のピーク値Ｉexとイオン出力時間Ｔexのどちらでも燃焼状態を検出することが可能であるが、排気行程のイオン電流が大きくなると、脈動が発生してイオン出力時間Ｔexが不連続になる傾向がある。また、排気バルブが開くタイミングが変化しても、イオン出力時間Ｔexが不連続になる傾向がある。従って、連続性の良いピーク値Ｉexを用いた方が燃焼状態を精度良く検出することができる。

そこで、請求項５のように、排気行程中のイオン電流値のピーク値に基づいて燃焼悪化度パラメータ及び／又は燃焼ばらつき度パラメータを算出するようにすると良い。これにより、燃焼悪化度パラメータや燃焼ばらつき度パラメータの精度を向上させることができる。しかも、イオン電流値のピーク値は、簡単な仕様で検出できるという利点もある。但し、本発明は、排気行程のイオン出力時間に基づいて燃焼悪化度パラメータ及び／又は燃焼ばらつき度パラメータを算出する構成を排除するものではない。

以上説明した請求項１〜５に係る発明は、特定の１つの制御項目のみのフィードバック制御に適用しても良いが、請求項６のように、内燃機関の運転条件毎に予め設定された複数の制御項目の制御量をフィードバック制御するシステムに適用しても良い。これにより、複数の制御項目のフィードバック制御を改善することができる。

この場合、請求項７のように、前記複数の制御項目には、点火時期遅角制御、空燃比リーン制御及び可変バルブタイミング進角制御が含まれるようにすると良い。点火時期遅角制御、空燃比リーン制御及び可変バルブタイミング進角制御は、いずれも、制御条件によっては、トルク変動を生じさせるためである。

更に、請求項８のように、前記複数の制御項目について各制御項目毎にトルク変動の許容範囲を判定する許容判定値を算出する許容判定値算出手段を備え、各制御項目毎にそれぞれ設定された判定値補正係数の中から現在の制御項目に対応する判定値補正係数を選択して、この判定値補正係数を用いて前記複数の制御項目に共通して設定されたベース許容判定値を補正して前記許容判定値を求めるようにすると良い。このようにすれば、本発明を複数の制御項目に適用する場合でも、各制御項目毎に適正な許容判定値を簡単な演算処理で算出することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した３つの実施例１〜３を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。まず、図１に基づいて点火制御系の回路構成を説明する。点火コイル２１の一次コイル２２の一端はバッテリ２３に接続され、該一次コイル２２の他端は、イグナイタ２４に内蔵されたパワートランジスタ２５のコレクタに接続されている。二次コイル２６の一端は点火プラグ２７に接続され、該二次コイル２６の他端は、２つのツェナーダイオード２８，２９を介してグランドに接続されている。

２つのツェナーダイオード２８，２９は互いに逆向きに直列接続され、一方のツェナーダイオード２８にコンデンサ３０が並列に接続され、他方のツェナーダイオード２９にイオン電流検出抵抗３１が並列に接続されている。コンデンサ３０とイオン電流検出抵抗３１との間の電位Ｖinが抵抗３２を介して反転増幅回路３３の反転入力端子（−）に入力されて反転増幅され、この反転増幅回路３３の出力電圧Ｖがイオン電流検出信号としてエンジン制御回路３４に入力される。イオン電流検出回路３５（イオン電流検出手段）は、ツェナーダイオード２８，２９、コンデンサ３０、イオン電流検出抵抗３１、反転増幅回路３３等から構成されている。

エンジン運転中は、エンジン制御回路３４からイグナイタ２４に送信される点火指令信号の立ち上がり／立ち下がりでパワートランジスタ２５がオン／オフする。パワートランジスタ２５がオンすると、バッテリ２３から一次コイル２２に一次電流が流れ、その後、パワートランジスタ２５がオフすると、一次コイル２２の一次電流が遮断されて、二次コイル２６に高電圧が電磁誘導され、この高電圧によって点火プラグ２７の電極３６，３７間に火花放電が発生する。この火花放電電流は、点火プラグ２７の接地電極３７から中心電極３６へ流れ、二次コイル２６を経てコンデンサ３０に充電されると共に、ツェナーダイオード２８，２９を経てグランド側に流れる。コンデンサ３０の充電後は、ツェナーダイオード２８のツェナー電圧によって規制されるコンデンサ３０の充電電圧を電源としてイオン電流検出回路３５が駆動され、後述するようにしてイオン電流が検出される。

これに対して、イオン電流は、火花放電電流とは反対方向に流れる。つまり、点火終了後は、コンデンサ３０の充電電圧によって点火プラグ２７の電極３６，３７間に電圧が印加されるため、気筒内で混合気が燃焼する際に発生するイオンによって電極３６，３７間にイオン電流が流れるが、このイオン電流は、中心電極３６から接地電極３７へ流れ、更に、グランド側からイオン電流検出抵抗３１を通ってコンデンサ３０に流れる。この際、イオン電流検出抵抗３１に流れるイオン電流の変化に応じて反転増幅回路３３の入力電位Ｖinが変化し、反転増幅回路３３の出力端子からイオン電流に応じた電圧Ｖがエンジン制御回路３４に出力される。この反転増幅回路３３の出力電圧Ｖからイオン電流が検出され、このイオン電流から失火、プレイグニッション、ノッキング等が検出される。

エンジン制御回路３４は、ノイズマスク、ピークホールド回路、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成され、そのＲＯＭに記憶された各種のエンジン制御ルーチンを実行することで、燃料噴射制御、点火時期制御、空燃比リーン制御（Ａ／Ｆリーン制御）、可変バルブタイミング進角制御（ＶＶＴ進角制御）等を実行すると共に、ファーストアイドル時（暖機運転時）の点火時期遅角制御を行う際に、後述する図４のトルク変動抑制ルーチンを実行して、点火時期遅角量をエンジンのトルク変動が所定の許容範囲内に収まる方向にフィードバック制御する。

ファーストアイドル時の点火時期遅角制御では、点火時期が遅いために、図２に示すように、排気行程でもイオン電流が発生するようになる。この排気行程のイオン電流から燃焼状態を検出する場合、排気行程のイオン電流のピーク値Ｉexとイオン出力時間Ｔexのどちらでも燃焼状態を検出することが可能であるが、排気行程のイオン電流が大きくなると、脈動が発生してイオン出力時間Ｔexが不連続になる傾向がある。また、排気バルブが開くタイミングが変化しても、イオン出力時間Ｔexが不連続になる傾向がある。従って、連続性の良いピーク値Ｉexを用いた方が燃焼状態を精度良く検出することができる。

一般に、燃焼状態が悪化したり燃焼状態のばらつきが大きくなると、エンジンのトルク変動が大きくなるという関係があるため、燃焼状態の悪化度や燃焼状態のばらつき度を検出すれば、その検出値からトルク変動の大きさを評価することができる。また、トルク変動が許容限界付近となるような運転状態では、燃焼行程中に発生するイオン電流よりも排気行程中に発生するイオン電流に燃焼状態の影響が強く現れるという特徴がある。

これらの点を考慮して、本実施例１では、エンジンの燃焼室内で発生するイオン電流を燃焼行程と排気行程とに区別して検出し、排気行程中のイオン電流値のピーク値Ｉexに基づいて燃焼状態の悪化度を表す燃焼悪化度パラメータと燃焼状態のばらつき度を表す燃焼ばらつき度パラメータを算出するようにしている。

本実施例１では、燃焼状態が悪化するほど、排気行程中のイオン電流値のピーク値Ｉexの平均値が小さくなることを考慮して、排気行程中のイオン電流値のピーク値Ｉexの平均値ａｖｅを算出してこの平均値ａｖｅを燃焼悪化度パラメータとして用いるようにしている。更に、燃焼状態のばらつきが大きくなるほど、排気行程中のイオン電流値のピーク値Ｉexの標準偏差σが大きくなることを考慮して、排気行程中のイオン電流値のピーク値Ｉexの標準偏差σを算出してこの標準偏差σを燃焼ばらつき度パラメータとして用いるようにしている。

次に、運転条件の相違（燃焼悪化パターンの相違）による燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）の挙動について図３に基づいて説明する。ここで、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）は、燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とを乗算した値である。

図３（ａ）は、可変バルブタイミング（以下「ＶＶＴ」と表記する）をベース値である２５°からトルク変動が顕著に大きくなる４５°に進角させて、その進角前後の平均値ａｖｅと標準偏差σとトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）のそれぞれの変化比を算出したものである。
平均値ａｖｅの変化比＝ＶＶＴ４５°（ａｖｅ）／ＶＶＴ２５°（ａｖｅ）
標準偏差σの変化比＝ＶＶＴ４５°（σ）／ＶＶＴ２５°（σ）
σ×ａｖｅの変化比＝ＶＶＴ４５°（σ×ａｖｅ）／ＶＶＴ２５°（σ×ａｖｅ）

ＶＶＴ進角時には、燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）の変化が大きいため、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）の変化が大きくなるが、燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）の変化は小さいため、この燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）からトルク変動悪化を検出すると、誤検出する可能性がある。

図３（ｂ）は、点火時期をベース値であるＢＴＤＣ２０°からトルク変動が顕著に大きくなるＡＴＤＣ５°に遅角させて、その遅角前後の平均値ａｖｅと標準偏差σとトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）のそれぞれの変化比を算出したものである。
平均値ａｖｅの変化比＝ＡＴＤＣ５°（ａｖｅ）／ＢＴＤＣ２０°（ａｖｅ）
標準偏差σの変化比＝ＡＴＤＣ５°（σ）／ＢＴＤＣ２０°（σ）
σ×ａｖｅの変化比＝ＡＴＤＣ５°（σ×ａｖｅ）／ＢＴＤＣ２０°（σ×ａｖｅ）

点火時期遅角時には、燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）と燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）がほぼ同様に変化するが、どちらの変化も小さいため、どちらか一方のパラメータのみでトルク変動悪化を検出すると、誤検出する可能性がある。他の条件と比較すると、燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）の変化は小さいが、燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）が大きいため、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）の変化は大きくなる。

図３（ｃ）は、空燃比（Ａ／Ｆ）をベース値である１４．５（ＡＦ１４．５）からトルク変動が顕著に大きくなる２１（ＡＦ２１）にリーン化して、そのリーン化前後の平均値ａｖｅと標準偏差σとトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）のそれぞれの変化比を算出したものである。
平均値ａｖｅの変化比＝ＡＦ２１（ａｖｅ）／ＡＦ１４．５（ａｖｅ）
標準偏差σの変化比＝ＡＦ２１（σ）／ＡＦ１４．５（σ）
σ×ａｖｅの変化比＝ＡＦ２１（σ×ａｖｅ）／ＡＦ１４．５（σ×ａｖｅ）

空燃比リーン時には、ＶＶＴ進角時とほぼ同様の傾向を示し、燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）の変化が大きいため、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）の変化が大きくなるが、燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）の変化は小さいため、この燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）からトルク変動悪化を検出すると、誤検出する可能性がある。

以上説明した図３（ａ）〜（ｃ）の計測結果から明らかなように、燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）と燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）のどちらか一方のみでトルク変動悪化を検出すると、誤検出する可能性があるが、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）は、運転条件の相違（燃焼悪化パターンの相違）によらず、トルク変動悪化度合いに対応した値となるため、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）を用いれば、トルク変動悪化度合いを精度良く検出することができる。

そこで、本実施例１では、エンジン制御回路３４によって図４のトルク変動抑制ルーチンを実行することで、排気行程中のイオン電流値のピーク値Ｉexに基づいて算出された燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とを乗算してトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）を求め、このトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）に基づいてトルク変動が所定の許容範囲を越えたか否かを判定して、その判定結果に基づいて点火時期遅角量をトルク変動が所定の許容範囲内に収まる方向にフィードバック制御するようにしている。以下、図４のトルク変動抑制ルーチンの処理内容を説明する。

図４のトルク変動抑制ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、燃焼行程のイオン電流のピーク値Ｉb と排気行程のイオン電流のピーク値Ｉexをそれぞれ検出する。この後、ステップ１０２に進み、燃焼行程のイオン電流のピーク値Ｉb を失火判定値Ｉo と比較し、燃焼行程のイオン電流のピーク値Ｉb が失火判定値Ｉo 未満であれば、ステップ１０３に進み、失火発生と判定し、次のステップ１０４で、点火時期遅角制御のフィードバック制御（Ｆ／Ｂ）を禁止する。

これに対して、上記ステップ１０２で、燃焼行程のイオン電流のピーク値Ｉb が失火判定値Ｉo 以上と判定されれば、失火が発生していないと判断して、ステップ１０５に進み、所定のサンプリング回数分の排気行程のイオン電流のピーク値Ｉexの検出データから燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とを算出し、この燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とを乗算してトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）を求める。このステップ１０５の処理が特許請求の範囲でいう燃焼状態パラメータ算出手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０６に進み、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）がトルク変動許容判定値Ｅh 以上であるか否かを判定する（このステップ１０６の処理が特許請求の範囲でいう安定性判定手段としての役割を果たす）。このトルク変動許容判定値Ｅh は、エンジン運転条件に応じてマップ等により算出するようにしても良いし、演算処理の簡略化のために、予め設定した固定値としても良い。

このステップ１０６で、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）がトルク変動許容判定値Ｅh 以上であると判定されれば、トルク変動が許容範囲を越えていると判断して、ステップ１０７に進み、Ｆ／Ｂ安定化フラグをＯＮして、点火時期を進角させることで、燃焼状態を安定化させてトルク変動を許容範囲内に収める。

これに対して、上記ステップ１０６で、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）がトルク変動許容判定値Ｅh よりも小さいと判定されれば、トルク変動が許容範囲内であると判断して、ステップ１０８に進み、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）がＦ／Ｂ拡大可能判定値Ｅs 以下であるか否かを判定する。このＦ／Ｂ拡大可能判定値Ｅs は、エンジン運転条件に応じてマップ等により算出するようにしても良いし、演算処理の簡略化のために、予め設定した固定値としても良い（但しＥs ＜Ｅh ）。

このステップ１０８で、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）がＦ／Ｂ拡大可能判定値Ｅs 以下と判定されれば、点火時期を遅角してもトルク変動が許容範囲を越えないと判断して、ステップ１０９に進み、Ｆ／Ｂ拡大フラグをＯＮして、点火時期を遅角する。これにより、排気温度を上昇させて触媒の暖機を促進する。

一方、上記ステップ１０８で、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）がＦ／Ｂ拡大可能判定値Ｅs よりも大きいと判定されれば、点火時期遅角制御のフィードバック制御が安定していると判断して、ステップ１１０に進み、Ｆ／Ｂ安定中フラグをＯＮして、成り行きフィードバック制御により点火時期遅角制御を実行する。上記ステップ１０６〜１１０のの処理が特許請求の範囲でいう制御手段としての役割を果たす。

以上説明した本実施例１によれば、排気行程中のイオン電流値のピーク値Ｉexに基づいて算出された燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とを乗算してトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）を求め、このトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）に基づいてトルク変動が所定の許容範囲を越えたか否かを判定して、その判定結果に基づいて点火時期遅角量をトルク変動が所定の許容範囲内に収まる方向にフィードバック制御するようにしたので、トルク変動を所定の許容範囲内に抑えながら点火時期遅角制御のフィードバック制御の制御領域を拡大することができる。

上記実施例１では、点火時期遅角制御を行う際に、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）に基づいてトルク変動が所定の許容範囲を越えないように点火時期遅角量をフィードバック制御するようにしたが、図５に示す本発明の実施例２では、エンジン運転条件毎に予め設定された複数の制御項目、例えば、点火時期遅角制御、空燃比リーン制御（Ａ／Ｆリーン制御）、可変バルブタイミング進角制御（ＶＶＴ進角制御）の３つの制御項目について、それぞれトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）に基づいてトルク変動が所定の許容範囲を越えないように制御量をフィードバック制御するようにしている。

以下、本実施例２で実行する図５のトルク変動抑制ルーチンの処理内容を説明する。図５のトルク変動抑制ルーチンは、図４のトルク変動抑制ルーチンのステップ１０２とステップ１０５との間に３つのステップ１１１〜１１３を追加し、ステップ１０７、１０９、１１０では、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）と許容判定値Ｅh ，Ｅs との比較結果に基づいて現在の制御項目に対応するフィードバック制御を行うようにしたものであり、その他のステップの処理は、図４と同じである。

図５のトルク変動抑制ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、燃焼行程のイオン電流のピーク値Ｉb と排気行程のイオン電流のピーク値Ｉexをそれぞれ検出した後、ステップ１０２に進み、燃焼行程のイオン電流のピーク値Ｉb が失火判定値Ｉo 以上であるか否かを判定し、燃焼行程のイオン電流のピーク値Ｉb が失火判定値Ｉo 以上であれば、失火が発生していないと判断して、ステップ１１１に進み、制御項目フラグの記憶値を読み取り、制御項目フラグが「Ｓ」、「Ｆ」、「Ｖ」のいずれであるかを判定することで、現在の制御項目が点火時期遅角制御、Ａ／Ｆリーン制御、ＶＶＴ進角制御のいずれであるかを判定する。

この後、ステップ１１２に進み、各制御項目毎にそれぞれ設定された判定値補正係数の中から現在の制御項目に対応する判定値補正係数Ｋh(i)，Ｋs(i)を選択した後、ステップ１１３に進み、上記判定値補正係数Ｋh(i)，Ｋs(i)を、３つの制御項目に共通して設定されたベース許容判定値Ｅbaseに乗算してトルク変動許容判定値Ｅh とＦ／Ｂ拡大可能判定値Ｅs を求める。

［現在の制御項目が点火時期遅角制御の場合］
Ｅh ＝Ｅbase×Ｋh(S)
Ｅs ＝Ｅbase×Ｋs(S)
ここで、Ｋh(S)とＫs(S)は、点火時期遅角制御に対応する判定値補正係数である。
［現在の制御項目がＡ／Ｆリーン制御の場合］
Ｅh ＝Ｅbase×Ｋh(F)
Ｅs ＝Ｅbase×Ｋs(F)
ここで、Ｋh(F)とＫs(F)は、Ａ／Ｆリーン制御に対応する判定値補正係数である。
［現在の制御項目がＶＶＴ進角制御の場合］
Ｅh ＝Ｅbase×Ｋh(V)
Ｅs ＝Ｅbase×Ｋs(V)

ここで、Ｋh(V)とＫs(V)は、ＶＶＴ進角制御に対応する判定値補正係数である。
尚、ベース許容判定値Ｅbaseは、エンジン運転条件に応じてマップ等により算出するようにしても良いし、演算処理の簡略化のために、予め設定した固定値としても良い。

この後、ステップ１０５に進み、前記実施例１と同様の方法で、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）を算出した後、ステップ１０６に進み、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）が上記ステップ１１３で算出したトルク変動許容判定値Ｅh 以上であるか否かを判定する。その結果、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）がトルク変動許容判定値Ｅh 以上であると判定されれば、トルク変動が許容範囲を越えていると判断して、ステップ１０７に進み、Ｆ／Ｂ安定化フラグをＯＮして、現在の制御項目のフィードバック制御を、燃焼状態を安定化させてトルク変動を許容範囲内に収める方向に制御する。

これに対して、上記ステップ１０６で、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）がトルク変動許容判定値Ｅh よりも小さいと判定されれば、トルク変動が許容範囲内であると判断して、ステップ１０８に進み、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）が上記ステップ１１３で算出したＦ／Ｂ拡大可能判定値Ｅs 以下であるか否かを判定する。その結果、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）がＦ／Ｂ拡大可能判定値Ｅs 以下と判定されれば、現在の制御項目のフィードバック制御の制御領域を拡大しても、トルク変動が許容範囲を越えないと判断して、ステップ１０９に進み、Ｆ／Ｂ拡大フラグをＯＮして、現在の制御項目のフィードバック制御の制御領域を拡大する。

一方、上記ステップ１０８で、トルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）がＦ／Ｂ拡大可能判定値Ｅs よりも大きいと判定されれば、現在の制御項目のフィードバック制御が安定していると判断して、ステップ１１０に進み、Ｆ／Ｂ安定中フラグをＯＮして、現在の制御項目のフィードバック制御を成り行きフィードバック制御により実行する。

以上説明した本実施例２によれば、エンジン運転条件毎に予め設定された３つの制御項目（点火時期遅角制御、Ａ／Ｆリーン制御、ＶＶＴ進角制御）について、それぞれトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）に基づいてトルク変動が所定の許容範囲を越えないように制御量をフィードバック制御するようにしたので、点火時期遅角制御の他に、Ａ／Ｆリーン制御やＶＶＴ進角制御においても、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。

しかも、本実施例２では、各制御項目毎にそれぞれ設定された判定値補正係数の中から現在の制御項目に対応する判定値補正係数Ｋh(i)，Ｋs(i)を選択して、この判定値補正係数Ｋh(i)，Ｋs(i)を用いて前記３つの制御項目に共通して設定されたベース許容判定値Ｅbaseを補正して許容判定値Ｅh ，Ｅs を求めるようにしたので、各制御項目毎に適正な許容判定値Ｅh ，Ｅs を簡単な演算処理で算出することができる利点がある。しかしながら、本発明は、許容判定値Ｅh ，Ｅs をマップ等により算出するようにしても良い。

また、３つの制御項目に限らず、２つの制御項目又は４つ以上の制御項目に本発明を適用しても良い。

上記実施例１，２では、燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とを乗算して求めたトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）をトルク変動許容判定値Ｅh と比較してトルク変動が所定の許容範囲を越えたか否かを判定するようにしたが、本発明の実施例３では、図６に示すトルク変動判定マップを参照して、現在の燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とが図６のトルク変動判定マップの許容領域と不安定領域のどちらに属するかを判定することで、トルク変動が許容範囲内であるか否かを判定するようにしている。このように、図６のトルク変動判定マップを用いれば、トルク変動が許容範囲内であるか否かをより精度良く判定できる利点がある。

以下、本実施例３で実行する図７のトルク変動抑制ルーチンの処理内容を説明する。図７のトルク変動抑制ルーチンのステップ１０１〜１０４の処理は、前記実施例１（図４）と同じである。

図７のトルク変動抑制ルーチンでは、まずステップ１０１で、燃焼行程のイオン電流のピーク値Ｉb と排気行程のイオン電流のピーク値Ｉexをそれぞれ検出した後、ステップ１０２に進み、燃焼行程のイオン電流のピーク値Ｉb が失火判定値Ｉo 以上であるか否かを判定し、燃焼行程のイオン電流のピーク値Ｉb が失火判定値Ｉo 以上であれば、失火が発生していないと判断して、ステップ１２１に進み、所定のサンプリング回数分の排気行程のイオン電流のピーク値Ｉexの検出データから燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とを算出する。

この後、ステップ１２２に進み、上記ステップ１２１で算出した燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とが図６のトルク変動判定マップの不安定領域内に属するか否かを判定することで、トルク変動が許容範囲を越えているか否かを判定する。その結果、トルク変動が許容範囲を越えていると判定されれば、ステップ１２３に進み、Ｆ／Ｂ安定化フラグをＯＮして、現在の制御項目のフィードバック制御を、燃焼状態を安定化させてトルク変動を許容範囲内に収める方向に制御する。

これに対して、上記ステップ１２２で、トルク変動が許容範囲内であると判定されれば、ステップ１２４に進み、Ｆ／Ｂ拡大フラグをＯＮして、現在の制御項目のフィードバック制御の制御領域を拡大する。

以上説明した本実施例３は、点火時期遅角制御、Ａ／Ｆリーン制御、ＶＶＴ進角制御、その他の制御項目のいずれにも適用可能である。
また、ステップ１２２で、トルク変動が許容範囲内であると判定された場合に、現在の燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とが図６と同様のＦ／Ｂ拡大判定マップのＦ／Ｂ拡大領域と成り行きＦ／Ｂ領域のどちらに属するかを判定して、その判定結果に応じて前記実施例１，２（図４、図７のステップ１０９、１１０）と同様に、Ｆ／Ｂ拡大制御と成り行きＦ／Ｂ制御とを切り換えるようにしても良い。

その他、本発明は、燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）のいずれか一方を燃焼行程のイオン電流値に基づいて算出するようにしても良い。

本発明の実施例１における点火制御系とイオン電流検出回路の構成を示す回路図である。 イオン電流の検出波形の一例を示すタイムチャートである。 （ａ）はＶＶＴ進角時の燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）の計測結果を示す図、（ｂ）は点火時期遅角時の燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）の計測結果を示す図、（ｃ）は空燃比リーン時の燃焼悪化度パラメータ（平均値ａｖｅ）と燃焼ばらつき度パラメータ（標準偏差σ）とトルク変動パラメータ（σ×ａｖｅ）の計測結果を示す図である。 実施例１のトルク変動抑制ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２のトルク変動抑制ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 トルク変動判定マップの一例を概念的に示す図である。 実施例３のトルク変動抑制ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

２１…点火コイル、２２…一次コイル、２３…バッテリ、２４…イグナイタ、２５…パワートランジスタ、２６…二次コイル、２７…点火プラグ、３１…イオン電流検出抵抗、３３…反転増幅回路、３４…エンジン制御回路（燃焼状態パラメータ算出手段，安定性判定手段，制御手段）、３５…イオン電流検出回路（イオン電流検出手段）、３６…中心電極、３７…接地電極

Claims (8)

1. 内燃機関の燃焼室内で発生するイオンを燃焼行程と排気行程とに区別して検出するイオン電流検出手段と、
   前記イオン電流検出手段により検出したイオン電流値に基づいて燃焼状態の悪化度を表す燃焼悪化度パラメータ［Ａ］と燃焼状態のばらつき度を表す燃焼ばらつき度パラメータ［Ｂ］とを算出する燃焼状態パラメータ算出手段と、
   前記燃焼状態パラメータ算出手段で算出した前記燃焼悪化度パラメータ［Ａ］と前記燃焼ばらつき度パラメータ［Ｂ］とに基づいて算出した内燃機関のトルク変動が所定の許容範囲を越えたか否かを判定する安定性［Ｃ＝ｆ（Ａ，Ｂ）］の判定手段と、
   前記安定性判定手段の判定結果に基づいて内燃機関の制御量をそのトルク変動が所定の許容範囲内に収まる方向にフィードバック制御する制御手段と
   を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記燃焼状態パラメータ算出手段は、前記イオン電流検出手段により検出した排気行程中のイオン電流値に基づいて前記燃焼悪化度パラメータ及び／又は前記燃焼ばらつき度パラメータを算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記安定性判定手段は、前記燃焼状態パラメータ算出手段により排気行程中のイオン電流値に基づいて算出された前記燃焼悪化度パラメータと前記燃焼ばらつき度パラメータとを乗算してトルク変動パラメータを求め、このトルク変動パラメータに基づいて内燃機関のトルク変動が所定の許容範囲を越えたか否かを判定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. 前記燃焼状態パラメータ算出手段は、前記排気行程中のイオン電流値の平均値を前記燃焼悪化度パラメータとして算出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制御装置。
4. 前記燃焼状態パラメータ算出手段は、前記排気行程中のイオン電流値の標準偏差を前記燃焼ばらつき度パラメータとして算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃焼状態パラメータ算出手段は、前記排気行程中のイオン電流値のピーク値に基づいて前記燃焼悪化度パラメータ及び／又は前記燃焼ばらつき度パラメータを算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御手段は、内燃機関の運転条件毎に予め設定された複数の制御項目の制御量をフィードバック制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記複数の制御項目には、点火時期遅角制御、空燃比リーン制御及び可変バルブタイミング進角制御が含まれることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記複数の制御項目について各制御項目毎に前記トルク変動の許容範囲を判定する許容判定値を算出する許容判定値算出手段を備え、
   前記許容判定値算出手段は、各制御項目毎にそれぞれ設定された判定値補正係数の中から現在の制御項目に対応する判定値補正係数を選択して、この判定値補正係数を用いて前記複数の制御項目に共通して設定されたベース許容判定値を補正して前記許容判定値を求め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。

Images