JP2008121597A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼重心位置に基づいて正確に燃焼状態を判別する。
【解決手段】機関１０の各気筒に筒内圧センサ１１〜１４を設け、検出した気筒内圧力とクランク角とに基づいて筒内熱発生量を算出し、燃焼サイクルにおける総熱発生量の所定割合の熱が発生するクランク角である燃焼重心位置θｇを求める。更に、気筒の複数燃焼サイクルに渡って求めた複数の燃焼重心位置θｇのうち、所定の判定クランク角よりθｇが遅角している割合である遅角頻度を算出し、遅角頻度が予め定めた値より大きい場合には燃焼悪化と判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関し、詳細には気筒内燃焼圧力に基づいて気筒の燃焼状態を判定する内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の各気筒に気筒内圧力を検出可能な筒内圧センサを設け、機関運転中に検出した気筒内圧力（燃焼圧力）に基づいて各気筒の熱発生量を演算するとともに、この熱発生量に基づいて各気筒の燃焼状態を制御する内燃機関の燃焼制御装置が知られている。

この種の燃焼制御装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
特許文献１の燃焼制御装置は、気筒内燃焼圧力に基づいて、単位クランク角毎の熱発生量（熱発生率）ｄＱを算出する。そして、気筒の１燃焼サイクルにおける熱発生量の総和（総熱発生量）Ｑｔを演算するとともに、上記各クランク角毎の熱発生率ｄＱから、熱発生量がＱｔの５０パーセントに到達するクランク角（熱発生重心位置）を求めるようにしている。

特許文献１の装置では、上記熱発生重心位置が予め定めた目標位置（クランク角）になるように機関の点火時期を修正することにより、機関の燃焼状態を良好な状態になるように調整する。熱発生重心位置は、気筒内の燃焼パターンを反映しており燃焼状態を最も忠実に表している。このため、熱発生重心位置が予め定めた理想的な燃焼状態に対応する位置になるように点火時期を調整することにより、気筒内の燃焼状態を良好な状態に維持することが可能となる。

特開平１−２１６０７３号公報 特開平３−２４６３２６号公報 特許第２６０９８９２号公報

ところが、実際には特許文献１のように気筒内燃焼状態を燃焼重心位置のみで判断していると問題が生じる場合がある。

特許文献１に記載されたように、燃焼重心位置は気筒内燃焼状態と密接な関係にある。例えば、理論空燃比より大幅に高い空燃比（リーン空燃比）で運転を行うリーンバーンエンジンなどでは、理論空燃比混合気の燃焼に較べて燃焼速度が遅くなり、筒内圧力の上昇が遅れるため発生トルクが低下する異常燃焼が生じる場合がある。

この場合には、燃焼速度の遅れに伴って燃焼重心位置も遅角するため、燃焼重心位置の遅角がある程度以上になった場合に異常燃焼が生じた（すなわち、燃焼が悪化した）と判断し、点火時期進角や燃料噴射量増量等の対策をとるようにすることができる。

しかし、実際には異常燃焼が生じておらず発生トルクは低下していないにもかかわらず燃焼重心位置に遅角が生じる場合がある。

例えば、一般的には異常燃焼時には着火（燃焼開始）が遅れ、かつ燃焼速度も遅くなり燃焼行程時に弱い燃焼が遅くまで続くため、発生トルクが低下するとともに燃焼重心が遅角するのであるが、着火が遅れても燃焼速度が低下しなければ実際には発生トルクは低下しない。

この場合には、着火が遅れているだけであり、発生トルクも低下しておらず燃焼が悪化しているわけでもない。ところが、この場合でも混合気の着火（燃焼開始）が遅れれば燃焼速度が低下していなくても燃焼パターン全体が正常な場合に較べて遅角方向にずれるために、燃焼重心位置は遅角するようになる。

一般に、リーンバーンエンジンなどでは混合気空燃比がリーンであるため理論空燃比の混合気に較べて混合気の着火は遅れる傾向があるが、通常、リーンバーンエンジンでは点火プラグのスパークの点火エネルギーを強くしているため、着火が遅れても一旦混合気に着火すると燃焼速度は充分に速くなり異常燃焼は生じない場合が多い。また、通常混合気の着火は圧縮上死点前に開始されるが、着火が遅れると全体的に圧縮比の高い状態で行われるようになるため、異常燃焼が生じていない場合には燃焼速度が速くなる。

すなわち、上記のような場合には、混合気の着火（燃焼開始）が遅れるために全体として通常よりも燃焼重心位置は遅角するものの、実際には燃焼開始後の燃焼速度は速く発生トルクも低下しない。

このため、特許文献１の装置のように単に燃焼重心位置のみで燃焼状態を判定していると、上記のように着火が遅れただけの正常燃焼（以下、「着火遅れ正常燃焼」という）と真の燃焼悪化との判別ができず、着火遅れ正常燃焼の場合も燃焼悪化が生じたと判定され、点火時期の進角や燃料の増量等の燃焼改善操作が行われてしまい、かえって排気性状の悪化等の問題を生じる場合がある。

本発明は上記問題に鑑み、着火遅れ正常燃焼などのように実際に燃焼が悪化していない見かけ上の異常燃焼による誤判定を生じることなく、正確に燃焼状態の悪化が生じているか否かを判定することが可能な手段を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明によれば、気筒内燃焼圧力を検出するとともに、検出した燃焼圧力に基づいて気筒内熱発生量を算出する手段を備えた内燃機関の制御装置において、気筒１燃焼サイクル中における気筒内熱発生量が、当該燃焼サイクルにおける気筒内総熱発生量に対して予め定めた比率に到達するクランク角である燃焼重心位置を算出する手段と、前記気筒の複数の燃焼サイクルにわたって前記燃焼重心位置を算出するとともに、算出した全燃焼重心位置のうち、予め定めた判定クランク角より燃焼重心位置が遅角しているものの割合を算出し、算出した割合に基づいて前記気筒の燃焼状態を判定する燃焼判定手段と、を備えた内燃機関の制御装置が提供される。

請求項２に記載の発明によれば、前記燃焼判定手段は、前記算出した割合が予め定めた値より大きい場合に前記気筒の燃焼が悪化したと判定する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、前記燃焼判定手段は、機関の複数気筒についてそれぞれ前記割合を算出するとともに、前記複数気筒の前記割合の平均値を算出し、前記割合と前記平均値との差が予め定めた値より大きい気筒の燃焼が悪化したと判定する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置が提供される。

すなわち、請求項１から３の発明では、特許文献１の発明のように燃焼重心位置そのもので燃焼悪化を判定するのではなく、一つの気筒に対して複数サイクルにわたって燃焼重心を算出し、算出した燃焼重心位置全体のうち予め定めた判定クランク角より燃焼重心が遅角したものの割合に基づいて燃焼状態を判定する。

前述のように、燃焼重心があるクランク角（判定クランク角）より進角している場合には異常燃焼は生じていないが、遅角する燃焼サイクルが生じるようになると燃焼悪化が発生することが判明している。

また、このように燃焼重心が判定クランク角より遅角した場合が生じていても、異常燃焼のみが生じているわけではなく、必ず異常燃焼と、着火遅れ正常燃焼、及び正常燃焼が混在する状態となっている。このため、燃焼重心が判定クランク角より遅角した燃焼サイクルが発生していても、必ずしも気筒出力トルクの変動が増大するような状態になっているわけではなく、全体として燃焼が悪化した状態になっているとは限らない。

このため、燃焼重心が判定クランク角より遅角した燃焼サイクルが生じた場合に直ちに燃焼が悪化したと判断して燃料噴射量の増量等の燃焼改善操作を行ったのでは、燃費の増大や排気性状の悪化を生じるおそれがある。

しかし、発明者の研究によれば燃焼重心が遅角する頻度（割合）は気筒出力トルクの変動と相関があり、燃焼重心が遅角する割合が増大するにつれて出力トルクの変動が大きくなることが判明している。そして、燃焼重心が判定クランク角より遅角する割合がある値を越えるとその気筒での出力トルク変動が許容範囲を越えること、すなわちその気筒で燃焼悪化が生じたと判断できることが判明している。

従って、燃焼重心が遅角したか否かのみではなく、燃焼重心が遅角する頻度（割合）に基づいて気筒の燃焼状態を判断することにより、より正確に燃焼の悪化を判定することができる。

請求項１から請求項３の発明では、上記のように気筒の複数燃焼サイクルにわたって燃焼重心を算出し、算出した燃焼重心のうち、判定クランク角より遅角するものの割合に基づいて燃焼状態を判断することにより、正確に気筒燃焼状態を判定することを可能としている。

なお、上記燃焼重心の遅角頻度に基づく燃焼状態判定の具体的な方法としては、例えばある気筒において燃焼重心の遅角頻度（割合）が予め定めた判定値を越えた場合にその気筒で燃焼悪化が生じていると判定するようにしても良いし、複数の気筒について燃焼重心の遅角頻度（割合）を算出し、ある気筒の遅角頻度が上記複数気筒の遅角頻度平均値より予め定めた判定値以上大きくなった場合にその気筒で燃焼悪化（燃焼ばらつきの増大）が生じていると判定するようにしても良い。

請求項４に記載の発明によれば、更に、前記燃焼判定手段により燃焼が悪化していると判定された気筒の燃焼を改善する手段を備えた、請求項２から３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼制御装置が提供される。

請求項５に記載の発明によれば、前記燃焼を改善する手段は、前記気筒の燃料噴射量の増量、点火時期の進角の、少なくとも一方を行うことにより気筒の燃焼を改善する、請求項４に記載の内燃機関の燃焼制御装置が提供される。

すなわち、請求項４と請求項５に記載の発明では、判定手段により燃焼が悪化していると判定される場合には、燃焼を改善する操作を行う。

上記のように、本発明では各気筒の燃焼悪化を正確に判別することが可能となっているため、真に燃焼が悪化している場合にのみ燃焼改善操作が行われ、誤判定による燃焼改善操作が行われて排気性状の悪化や燃費の増大等が生じることが防止される。

また、燃焼改善操作としては、例えば燃料噴射量の増量や点火時期の進角などを行うことが可能である。燃料噴射量増量により、空燃比は低下（リッチ側に移行）するため、着火が促進されるとともに着火後の燃焼速度も増大するようになり燃焼が改善される。また、点火時期の進角によっても着火時期が進角し、燃焼パターンが進角側に移行するようになる。

なお、着火遅れ正常燃焼は混合気の空燃比がリーン空燃比であるほど生じやすくなる。このため、上記による燃焼悪化の判定と燃焼悪化時の燃焼改善操作は、機関が所定空燃比以上のリーン空燃比で運転されている時にのみ行うようにしても良い。

請求項６に記載の発明によれば、前記燃焼判定手段は、前記算出した割合が予め定めた値より小さい場合に前記気筒に過燃焼が生じたと判定する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置が提供される。

請求項７に記載の発明によれば、前記燃焼判定手段は、機関の複数気筒についてそれぞれ前記割合を算出するとともに、前記複数気筒の前記割合の平均値を算出し、前記割合と前記平均値との差が予め定めた値より小さい気筒に過燃焼が生じたと判定する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置が提供される。

すなわち、請求項６と請求項７の発明では、燃焼重心が判定クランク角より遅角する割合に基づいて、過燃焼が生じているか否かを判定する。
前述したように、燃焼重心が判定クランク角より遅角する割合が大きくなると異常燃焼などによりその気筒の出力トルク変動が大きくなる。

一方、燃焼重心が判定クランク角より遅角する割合がある程度小さいような場合には、例えば、気筒の燃焼空燃比をもっとリーン化する等の操作を行っても運転に影響を生じるような出力トルク変動は生じないことになる。従って、この場合にはもっと空燃比をリーンにした運転が可能であるにもかかわらず、必要以上に空燃比が低い（リッチ空燃比）運転をしていることになる。このように、空燃比などにおいて過剰に余裕を保った運転を行うことは、例えば本来であればもっと燃費を低減可能、或は排気性状を更に改善可能な状態で運転を行っていることになり、好ましくない。

本明細書では、上記のように、過剰な余裕を持った燃焼状態を「過燃焼」と称している。
請求項６と７との発明では、燃焼重心の遅角割合に基づいて、上記過燃焼が生じていることを正確に判定することができる。

請求項８に記載の発明によれば、更に、前記燃焼判定手段により過燃焼が生じていると判定された気筒の燃焼を改善する手段を備えた、請求項６から７のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼制御装置が提供される。

請求項９に記載の発明によれば、前記燃焼を改善する手段は、前記気筒の燃料噴射量の減量、点火時期の遅角の、少なくとも一方を行うことにより気筒の燃焼を改善する、請求項８に記載の内燃機関の燃焼制御装置が提供される。

すなわち、請求項８と請求項９とに記載の発明では、判定手段により過燃焼が生じていると判定される場合には、燃焼を改善する（すなわち、この場合は余裕の低減）操作を行う。
燃焼改善操作としては、、請求項４、請求項５の場合とは逆に燃料噴射量の減量、点火時期の遅角などが行われる。このように、過燃焼が生じたときに燃焼改善操作を行うことにより請求項８と請求項９とに記載の発明では、過燃焼を抑制し、気筒の燃焼状態を最適に保つことが可能となる。

請求項９に記載の発明によれば、前記判定クランク角は気筒の点火時期に応じて決定される、請求項１から９のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置が提供される。

すなわち、請求項４の発明では、燃焼重心が遅角したか否かの判定に用いる判定クランク角は気筒の点火時期に応じて決定される。例えば、実際の機関では、点火時期は機関の負荷、回転数などの運転状態に応じて変更される。しかし、点火時期を進角すると気筒内燃焼パターンが全体的に進角側に移行し燃焼重心も進角する。また、逆に点火時期を遅角すると燃焼パターンが全体的に遅角側に移行するため燃焼重心も遅角する。

このため、機関運転状態の変化による点火時期の変更にかかわらず、正確に燃焼状態を判定するためには、燃焼重心の遅角の有無を判定するための判定クランク角を点火時期に応じて変更することが好ましい。

請求項１０の発明では、点火時期に応じて判定クランク角を変更することにより、機関の運転状態に影響を受けることなく正確に気筒の燃焼状態を判定することが可能となっている。

各請求項に記載の発明によれば、出力トルク変動を生じるような気筒内の燃焼悪化の有無や過燃焼の発生の有無などの気筒内燃焼状態を正確に判定することが可能となる共通の効果を奏する。

また、請求項４と請求項５、及び請求項８と請求項９に記載の発明によれば、更に上記共通の効果に加えて、真に燃焼が悪化した場合、或は真に過燃焼が発生した場合にのみ燃焼改善操作が行われるため、誤判定による燃焼改善操作の実行により、排気性状や燃費の悪化が生じることが防止可能となる効果を奏する。

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示している。

図１において１０は自動車用内燃機関を示す。本実施形態では、機関１０は＃１〜＃４で示す４つの気筒を有する４気筒火花点火機関とされている。

また、それぞれの気筒＃１〜＃４には、気筒内圧力を検出可能な筒内圧力センサ１１〜１４が設けられている。

本実施形態では、筒内圧力センサ１１〜１４は、ピエゾ素子などを用いた公知の形式の圧力センサとされている。本実施形態の筒内圧センサは、シリンダブロックやシリンダヘッドに配置され、気筒内部に接続孔を介して連通するタイプのものや、各気筒の点火プラグ（図示せず）に取付けられるワッシャ形式のもの、などいずれの形式のものも使用可能である。

図１に３０で示すのは、機関１０の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。
本実施形態では、ＥＣＵ３０はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力ポートを備えた公知の形式のディジタルコンピュータとされ、機関１０の燃料噴射制御や点火時期制御などの機関の基本制御を行う他、本実施形態では後述するように、筒内圧力センサ１１〜１４で検出した筒内燃焼圧力に基づいて筒内熱発生量と燃焼重心位置とを算出するとともに、算出した燃焼重心位置のうち判定クランク角より遅角するものの割合に基づいて気筒内の燃焼状態の悪化の有無を判定する燃焼判定操作と、判定結果に基づいて気筒燃焼状態を改善する燃焼改善操作とを行う。

これらの制御を実行するため、ＥＣＵ３０の入出力ポートには筒内圧センサ１１〜１４の出力電圧が図示しないＡＤコンバータを介して入力されている他、機関１０のクランク軸近傍に配置されたクランク角センサ３１から機関のクランク軸回転角ＣＡを表すパルス信号と、機関１０の吸気通路に設けられたエアフローメータ３３から機関の吸気流量を表す信号とが、それぞれ入力されている。

また、ＥＣＵ３０の出力ポートは、点火回路４１及び燃料噴射回路４３に接続され、機関１０の点火時期と燃料噴射とを制御している。

ＥＣＵ３０はクランク角センサ３１から入力するパルス信号の周波数から機関回転速度Ｎ（ｒｐｍ）を、また特定の気筒（例えば＃１気筒）の圧縮行程上死点到達毎に別途発生する基準位置信号入力後のクランク角パルス数から現在のクランク軸回転角（クランク角）を、それぞれ算出する。

また、ＥＣＵ３０は、エアフローメータ３３で検出した機関吸気流量と、機関回転数とに基づいて機関燃料噴射量、機関点火時期を設定する。この燃料噴射量演算及び点火時期の演算は公知のいずれの方法をも使用することができるため、ここでは詳細な説明は省略する。

次に、本実施形態における燃焼判定操作について説明する。
前述したように、本実施形態では燃焼重心位置が判定クランク角より遅角する頻度（割合）に基づいて各気筒の燃焼悪化の有無を判別する。

本実施形態では、燃焼重心位置は燃焼開始後、筒内熱発生量が気筒の１行程サイクルの総熱発生量に対して所定の比率に到達したときのクランク角として算出される。
また、ある期間における筒内熱発生量は、単位クランク角当り（例えばクランク角１度当り）の熱発生量、すなわち熱発生率ｄＱをその期間にわたって積算することにより求められる。

ここで、良く知られているように、熱発生率ｄＱはクランク角θの関数となり、以下の式で表される。

ｄＱ（θ）＝（１／（κ−１））・（κ・Ｐ（θ）・ｄＶ（θ）
＋Ｖ（θ）・ｄＰ（θ））

ここで、ｄＱ（θ）はクランク角θにおける熱発生率、κは混合気の比熱比、Ｐ（θ）及びｄＰ（θ）はクランク角θにおける筒内圧力とその変化率、Ｖ（θ）及びｄＶ（θ）はクランク角θにおける燃焼室容積とその変化率である。

ＥＣＵ３０は上記の熱発生率ｄＱ（θ）の式を離散形で表した計算式
ｄＱ（θ）＝（１／（κ−１））・（κ・Ｐ（θ）・（Ｖ（θ）−Ｖ（θ_i-1））
＋Ｖ（θ）・（Ｐ（θ）−Ｐ（θ_i-1）））
を用いて、単位クランク角毎（例えば１度毎）に各クランク角θにおける熱発生率を算出する。

ここで、Ｖ（θ_i-1）、Ｐ（θ_i-1）は、それぞれθより単位クランク角だけ前のクランク角における燃焼室容積Ｖと圧力Ｐとを表している。

ＥＣＵ３０は、各クランク角θ毎に筒内圧センサ１１〜１４により筒内圧力Ｐ（θ）を検出するとともに、クランク角θから燃焼室容積Ｖ（θ）を算出し、これらを用いて上記の式からクランク角θにおける熱発生率ｄＱ（θ）を算出し、ＥＣＵ３０のＲＡＭの所定の記憶領域に格納する。

ＥＣＵ３０は、上記により算出した各クランク角毎の熱発生率ｄＱ（θ）を、燃焼期間（燃焼開始クランク角θｓから燃焼終了クランク角θｅまで）にわたって積算することにより、気筒内総熱発生量Ｑを算出する。

ＥＣＵ３０は、今回のクランク角において上記により算出した熱発生率ｄＱ（θ）を、前回の積算値Ｑ（θ_i-1）（すなわち、今回から単位クランク角前のクランク角で算出した積算値）に加えることにより、今回のクランク角までの熱発生量Ｑ（θ）を算出する。

すなわち、Ｑ（θ）＝Ｑ（θ_i-1）＋ｄＱ（θ）
この操作を、燃焼開始クランク角θｓから燃焼終了クランク角θｅまで繰返すことにより総熱発生量Ｑが算出される。

なお、実際には熱発生率は燃焼が行われていない場合にはゼロになるので、上記積算は実際の燃焼区間が変動した場合でも全部の燃焼区間を含むような一定の区間を一律に設定して、この区間内で各クランク角毎の熱発生率の算出と積算とを行うようにしている。

また、ＥＣＵ３０は各クランク角における上記熱発生量積算値Ｑ（θ）をＲＡＭの所定記憶領域に記憶しておき、上記総熱発生量Ｑを算出後、以下に述べる燃焼重心位置の算出に使用する。

本実施形態では、燃焼重心位置は、燃焼開始後気筒内の熱発生量が総熱発生量の所定の比率に到達した時のクランク角として定義される。また、上記所定の比率は厳密に５０パーセントとする必要はなく、例えば４０から６０パーセントの間の適宜な値αとすることができる。

ＥＣＵ３０は、上記により総熱発生量Ｑを算出後、記憶した各クランク角毎の熱発生量積算値Ｑ（θ）を参照して、Ｑ（θ_i-1）＜Ｑ・α＜Ｑ（θ）となる２つのクランク角θとθ_i-1を求める。この２つのクランク角間を補間計算することにより熱発生量がＱ・αとなる燃焼重心位置θｇが算出される。

ＥＣＵ３０は、上記の燃焼重心位置θｇが予め定めた判定クランク角より遅角しているか否かを判断する。
判定クランク角は燃焼重心位置θｇがそれ以上遅角すると異常燃焼が発生し始めるクランク角であり、機関点火時期（機関の運転条件）に応じて変化する。

判定クランク角は機関の型式により異なるため、本実施形態では予め実際の機関を用いた実験等により各点火時期毎に最適な値を決定してあり、ＥＣＵ３０のＲＯＭに格納している。

ＥＣＵ３０は、機関の点火時期に応じて上記判定クランク角の値をＲＯＭから読出して、気筒の燃焼サイクル毎に燃焼重心位置θｇの遅角の有無を判定する操作を各気筒について複数燃焼サイクルにわたって（例えば３０燃焼サイクルにわたって）行い、これらのうち燃焼重心位置θｇが判定クランク角より遅角しているものの数を求め、遅角したものの数が算出した全燃焼重心位置の数に占める割合（遅角する頻度）Ｑｒを算出する。
ＥＣＵ３０は、更に、上記燃焼重心位置の遅角頻度Ｑｒに基づいて各気筒の燃焼状態を判定する。

図２、図３は、上記遅角頻度Ｑｒに基づく具体的な燃焼状態判定操作と燃焼改善操作とを説明するフローチャートであり、図２は燃焼重心位置θｇの遅角頻度Ｑｒの算出操作、図３は算出した遅角頻度Ｑｒに基づく燃焼状態の判定と燃焼改善操作とを示している。

図２、図３の操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンとして行われ、各気筒毎に個別に実行される。

図２の操作では、まずステップ２０１で現在リーン空燃比での運転（リーンバーン運転）が行われているか否かが判定される、リーンバーン運転が行われていない場合には、本操作はステップ２０３以下を実行することなく直ちに終了する。

すなわち、本実施形態ではリーンバーン運転が行われていない場合には遅角頻度Ｑｒの算出操作は実行されない。
前述したように、燃燃焼重心の遅角などの異常燃焼が生じるのはリーンバーン運転の場合に多く、リーンバーン運転が行われていない場合には判定の必要性が低いからである。

ステップ２０１でリーンバーン運転が実行されていた場合には、次にステップ２０３で気筒の１燃焼サイクルにおける総熱発生量Ｑが算出される。前述したように、本実施形態では各気筒の総熱発生量Ｑは各気筒のクランク角毎の熱発生率ｄＱ（θ）を全燃焼期間にわたって積算することにより算出される。

総熱発生量Ｑ算出後、ステップ２０５では、燃焼重心位置θｇが前述の方法で算出され、ステップ２０７では判定クランク角θｃが点火時期に基づいて決定される。前述したように、本実施形態では判定クランク角θｃは点火時期に基づいて決定される。

次いで、ステップ２０９では、算出した燃焼重心位置θｇが上記判定クランク角θｃより遅角しているか否かが判定され、遅角している場合（θｇ＞θｃ）にはステップ２１１で遅角カウンタＤの値を１だけ増大させ、その後ステップ２１３で算出総数カウンタＴの値を１だけ増大させる。

また、ステップ２０９で燃焼重心位置θｇが遅角していない場合（θｇ≦θｃ）には、遅角カウンタＤの値は増大させずに、算出総数カウンタＴの値のみを１だけ増大させる。

これにより、カウンタＴはその気筒について算出された燃焼重心位置θｇの総数を表し、遅角カウンタＤはその内の燃焼重心位置θｇが判定クランク角θｃより遅角したものの総数を表すようになる。

次に、ステップ２１５では算出総数カウンタＴの値が予め定めた判定値ＴＲに到達したか否か、すなわち、燃焼重心位置θｇが所定数ＴＲだけ算出されたか否かが判定される。本実施形態では、ＴＲは例えば３０程度の一定値に設定されている。

燃焼重心位置θｇの算出総数Ｔが所定数ＴＲに到達していない場合には、今回の操作はステップ２１７以下を実行することなく終了する。すなわち、ステップ２０１から２１５の操作は燃焼重心位置θｇの算出総数Ｔが所定数ＴＲに到達するまで一定時間毎に繰返し実行される。

ステップ２１５でＴが所定数ＴＲに到達した場合には、次にステップ２１７で燃焼重心位置θｇの算出総数Ｔに占める遅角数Ｄの割合、すなわち遅角頻度ＱｒがＱｒ＝Ｄ／Ｔとして算出され、ステップ２１９ではカウンタＤとＴとの値がクリアされ、次のＱｒ算出に備えられるとともに、ステップ２２１では遅角頻度Ｑｒの算出が完了したことを示すフラグＲの値が１（完了）に設定され、本操作は終了する。

図３は、図２の操作により算出した燃焼重心位置θｇの遅角頻度Ｑｒを用いた燃焼判定及び燃焼改善操作を説明するフローチャートである。

図３の操作では、まずステップ３０１でフラグＲの値が１にセットされているか否かが判定される。フラグＲは、図２のステップ２２１で遅角頻度Ｑｒの算出が完了した場合に１にセットされるフラグである。ステップ３０１でＲ≠１であった場合には遅角頻度Ｑｒの算出が完了していないため、本操作はステップ３０３以下を実行することなく終了する。

一方、ステップ３０１で遅角頻度Ｑｒの算出が完了（Ｒ＝１）していた場合には、次にステップ３０３で算出した遅角頻度Ｑｒが予め定めた上限値Ｑｒｍａｘを越えているか否かが判定される。Ｑｒｍａｘは、遅角頻度Ｑｒがそれ以上になると気筒の出力トルク変動が許容できない程大きくなり燃焼悪化が生じたと判定できる値であり、実際にはＱｒの値は機関の型式毎に異なるため実際の機関を用いた実験により決定される。

ステップ３０３でＱｒ＞Ｑｒｍａｘであった場合には、燃焼悪化が生じたと判定される（ステップ３０５）。この場合には、ステップ３０７に進み燃焼改善操作が行われる。
ステップ３０７の燃焼改善操作では、例えば燃料噴射量の一定量増量や点火時期の一定量進角などが行われる。燃料噴射量を増量することにより、空燃比は低下（リッチ側に移行）するため、着火が促進されるとともに着火後の燃焼速度も増大するようになり燃焼が改善され、また、点火時期の進角によっても着火時期が進角し、燃焼パターンが進角側に移行するようになる。

これにより、本操作ではステップ３０３で燃焼が悪化したと判定されている限り、図３の操作実行毎にステップ３０７で一定量ずつ燃料増量または点火時期の進角が実行され、燃焼が改善されるまで（ステップ３０３でＱｒ≦Ｑｒｍａｘになるまで）燃料の増量（または点火時期の進角）が行われようになる。

本実施形態では、ステップ３０３で燃焼が悪化していない場合（Ｑｒ≦Ｑｒｍａｘ）には、次にステップ３０９で遅角頻度Ｑｒが所定の下限値Ｑｒｍｉｎより小さいか否かが判定される。

遅角頻度Ｑｒが小さい値である場合には、過燃焼が生じており、例えば燃料噴射量を低減して空燃比をもっとリーン側に移行させても燃焼の悪化は生じない。このため、本実施形態では遅角頻度Ｑｒの値が予め実験により定めた下限値Ｑｒｍｉｎより小さい場合にはステップ３１１で空燃比のリーン化操作を行うようにして、過燃焼を抑制し燃費と排気性状とを向上させるようにしている。

ステップ３１１の操作では、燃料噴射量が一定量だけ減量される。これにより、図３の操作では、遅角頻度Ｑｒが下限値Ｑｒｍｉｎ以上になるまで一定量ずつ燃料が減量されるようになる。

すなわち、本実施形態では燃料噴射量（気筒の空燃比）は燃焼悪化（Ｑｒ＞Ｑｒｍａｘ）が生じない範囲でできるだけリーンに設定されるようになる。
なお、ステップ３１１の操作では、燃料噴射量の減量とともに、または燃料噴射量の減量に代えて点火時期の遅角を行うようにしても良い。

また、ステップ３０９でＱｒ≧Ｑｒｍｉｎであった場合には燃焼改善操作も空燃比のリーン化操作も必要でないため、ステップ３１３でフラグＲをゼロにリセットして本操作を終了する。
ステップ３０７、ステップ３１１のいずれかの操作が行われた場合にもステップ３１３が実行され、次回の操作実行に備えられる。

次に、図４を用いて図３の燃焼判定操作の別の実施形態を説明する。
前述したように図２、図３の操作は各気筒毎に別々に実行され、燃焼悪化の有無の判定も各気筒の遅角頻度Ｑｒそのものに基づいて、他の気筒の燃焼状態とは無関係に判断される。

これに対して、本実施形態では遅角頻度Ｑｒを用いて各気筒の燃焼状態を判断する点は図３の操作と同様であるが、遅角頻度Ｑｒそのものではなく遅角頻度Ｑｒのばらつきの大きさに基づいて各気筒の燃焼状態の判断を行う点が図３の操作と相違している。

すなわち、遅角頻度Ｑｒのばらつきは各気筒の燃焼状態のばらつきを表しており、ばらつきの大きい気筒があると機関全体の出力トルクの変動が大きくなる。このため、本実施形態では遅角頻度Ｑｒの気筒間のばらつきΔＱｒが所定の範囲内になるようにして、機関全体の出力トルク変動の増大を防止している。

図４は、本実施形態における気筒の燃焼状態ばらつきの判定と燃焼改善操作を説明するフローチャートである。
なお、本実施形態においても図４の操作は各気筒毎に個別に実行され、各気筒の遅角頻度Ｑｒは図２の操作により算出される。

図４の操作では、まずステップ４０１で現在図４の操作を実行中の気筒（現気筒）の遅角頻度Ｑｒの算出が完了しているか否かが判定され、完了していない場合にはステップ４０３以下の操作は実行せずに今回の操作実行を終了する。

遅角頻度Ｑｒの算出が完了している場合には、次にステップ４０３で、全気筒の遅角頻度Ｑｒの平均値Ｑｒａｖｅが読出される。本実施形態では、遅角頻度平均値Ｑｒａｖｅは、別途ＥＣＵ３０により実行される図示しない操作により、各気筒で算出された最新の遅角頻度Ｑｒの値を用いて、全部の気筒の遅角頻度Ｑｒの算術平均として算出される。

そして、ステップ４０５では、現気筒の最新の遅角頻度Ｑｒと遅角頻度平均値Ｑｒａｖｅとの差として現気筒の遅角頻度ばらつきΔＱｒが算出される（ΔＱｒ＝Ｑｒ−Ｑｒａｖｅ）。

また、ステップ４０７では上記により算出されたばらつきΔＱｒが、予め定めたばらつきの上限値ΔＱｒｍａｘに入っているか否か、すなわちΔＱｒの絶対値｜ΔＱｒ｜がΔＱｒｍａｘ以下か否かが判定される。

ここで、ΔＱｒｍａｘは機関の出力トルク変動の許容できる上限値に対応する各気筒の遅角頻度ばらつきΔＱｒの上限値（正の一定値）であり、機関型式に応じて実験等により定められる。
ステップ４０７で｜ΔＱｒ｜≦ΔＱｒｍａｘであった場合には、現気筒のΔＱｒのばらつきは許容範囲内であるため、本操作はステップ４０９以下を実行することなく終了する。

また、ステップ４０７で｜ΔＱｒ｜≦ΔＱｒｍａｘであった場合には、次にステップ４０９でΔＱｒの値が正か否か（ΔＱｒ＞ΔＱｒｍａｘ）が判定される。

ΔＱｒ＞Ｑｒｍａｘであった場合には、遅角頻度Ｑｒが平均値Ｑｒａｖｅに較べて所定値Ｑｒｍａｘ以上大きいこと、すなわち現気筒の燃焼のばらつきが比較的大きいことを意味する。そこで、この場合にはステップ４１１で現気筒の燃焼悪化が判定され、ステップ４１３で燃焼改善操作が行われる。ステップ４１３の燃焼改善操作の内容は図３ステップ３０７で説明したものと同じである。

一方、ステップ４０９でΔＱｒ≦ΔＱｒｍａｘであった場合には、ステップ４０７の判定結果と合わせて考えると、ばらつきΔＱｒが負の比較的大きな値であり、現気筒の遅角頻度Ｑｒが平均値Ｑｒａｖｅに較べてかなり小さいことを意味する。

従って、この場合には図３、ステップ３０９でＱｒ＜Ｑｒｍｉｎであった場合と同様、現気筒の空燃比をもっとリーンにしても現気筒では燃焼の悪化が生じないため、ステップ４１５に進み現気筒の燃料噴射量を一定量減量するリーン化操作を行う。ステップ４１５のリーン化操作の内容は図３ステップ３１１と同様である。この場合も、ステップ３１１の操作と同様、燃料噴射量の一定量減量に加えて、もしくは燃料噴射量の一定量減量に代えて、点火時期の一定量遅角を行うようにすることも可能である。

また、上記操作のいずれかが終了すると、図３と同様にステップ４１７でフラグＲの値がリセットされ、本操作は終了する。

なお、前述したように図２、図３の操作は各気筒毎に実行され、それぞれの気筒で燃焼悪化による燃焼ばらつきの有無が判定され、出力トルク変動が生じるほど燃焼悪化によるばらつきが大きい場合には、その気筒の燃焼改善操作が実行される。

本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を説明する図である。 遅角頻度Ｑｒの算出操作を説明するフローチャートである。 燃焼状態判定と燃焼改善操作とを説明するフローチャートである。 燃焼状態判定と燃焼改善操作との、図３とは別の実施形態を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０ 機関本体
１１〜１４ 筒内圧センサ
３０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３１ クランク角センサ
３３ エアフローメータ

Claims (10)

1. 気筒内燃焼圧力を検出するとともに、検出した燃焼圧力に基づいて気筒内熱発生量を算出する手段を備えた内燃機関の制御装置において、
   気筒１燃焼サイクル中における気筒内熱発生量が、当該燃焼サイクルにおける気筒内総熱発生量に対して予め定めた比率に到達するクランク角である燃焼重心位置を算出する手段と、
   前記気筒の複数の燃焼サイクルにわたって前記燃焼重心位置を算出するとともに、算出した全燃焼重心位置のうち、予め定めた判定クランク角より燃焼重心位置が遅角しているものの割合を算出し、算出した割合に基づいて前記気筒の燃焼状態を判定する燃焼判定手段と、を備えた内燃機関の制御装置。
2. 前記燃焼判定手段は、前記算出した割合が予め定めた値より大きい場合に前記気筒の燃焼が悪化したと判定する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記燃焼判定手段は、機関の複数気筒についてそれぞれ前記割合を算出するとともに、前記複数気筒の前記割合の平均値を算出し、前記割合と前記平均値との差が予め定めた値より大きい気筒の燃焼が悪化したと判定する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 更に、前記燃焼判定手段により燃焼が悪化していると判定された気筒の燃焼を改善する手段を備えた、請求項２から３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
5. 前記燃焼を改善する手段は、前記気筒の燃料噴射量の増量、点火時期の進角の、少なくとも一方を行うことにより気筒の燃焼を改善する、請求項４に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
6. 前記燃焼判定手段は、前記算出した割合が予め定めた値より小さい場合に前記気筒に過燃焼が生じたと判定する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記燃焼判定手段は、機関の複数気筒についてそれぞれ前記割合を算出するとともに、前記複数気筒の前記割合の平均値を算出し、前記割合と前記平均値との差が予め定めた値より小さい気筒に過燃焼が生じたと判定する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
8. 更に、前記燃焼判定手段により過燃焼が生じていると判定された気筒の燃焼を改善する手段を備えた、請求項６から７のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
9. 前記燃焼を改善する手段は、前記気筒の燃料噴射量の減量、点火時期の遅角の、少なくとも一方を行うことにより気筒の燃焼を改善する、請求項８に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
10. 前記判定クランク角は気筒の点火時期に応じて決定される、請求項１から９のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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