JP2010156248A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関回転変動による機関始動時の空燃比のリーン化検出と失火検出を、それぞれ高精度に行う。
【解決手段】燃焼状態を判定し燃料噴射量を調節するためのクランク角度範囲（燃焼状態検出ウインドウＷｆ）を、失火を判定するためのクランク角度範囲（失火検出ウインドウＷｍ）より進角側に設定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、機関始動時の空燃比のリーン化と失火検出を機関回転変動より判定する内燃機関の制御装置に関する。

ガソリン燃料の蒸発特性には、一般に、ばらつきがあり、冷機始動時には、蒸発しにくい重質ガソリンで機関始動が行われることが多い。蒸発しにくい重質ガソリンで機関始動が行われると、吸気ポート壁面や吸気バルブに液適燃料が多く付着する。これにより、機関燃焼室内の混合気がリーン化し、燃焼状態が悪化して未燃ガスの排出量が増加したり、不快なエンジン振動が発生したりしや易い。

一方で、重質ガソリン使用時に機関燃焼室内の混合気がリーン化することによる不具合を防止するため、機関始動時の燃料噴射量を増量すると、蒸発し易い軽質〜標準ガソリンで始動したときに、機関燃焼室内の混合気が理論空燃比（ストイキ）に対しオーバリッチとなり、未燃ガス（ＨＣ）排出量が増加してしまう。

このような燃料の性状ばらつき等による空燃比の変動に対して、機関始動後の回転変動により燃焼状態を推定し、回転変動量に応じて燃料噴射量を制御することにより、空燃比のオーバリーン化やオーバリッチ化を防止するようにした技術が特許文献１等に開示されている。

特許文献１では、クランク角度が点火タイミング後の第一のクランク角度となってから第二のクランク角度となるまでの経過時間の計測し、その計測値から第一〜第二のクランク角度範囲での平均クランク角速度を燃焼サイクルごとに算出し、燃焼サイクル間の平均クランク角速度の変化量、つまり、機関回転変動量を所定のしきい値と比較することによって空燃比のリーン化に伴う燃焼の不安定状態を検出し、燃料噴射量を調節するようにしている。

点火系や燃料系の部品の故障等によって内燃機関が失火を生じると、未燃ガス（ＨＣ）の排出量が著しく増加する。このため、内燃機関の失火の発生を検出し、そのことを運転者に報知することが要求されている。自動車の内燃機関では、失火検出を行うことを、近年、各国において法律により義務付けられている。

失火発生を検出する失火検出装置は、一般に、機関回転変動量により燃焼状態を推定する方式と同様に、燃焼サイクルごとに所定クランク角度間の平均クランク角速度を算出し、燃焼サイクル間の平均クランク角速度の変化量（機関回転変動量）を所定の失火判定しきい値と比較することで失火を判定するようにしている。

特許第３８６１９３７号公報

一般に、空燃比をリーン化した時の機関回転変動量は、失火発生時に比べて小さいので、機関回転変動量により燃焼状態を推定して燃料噴射量を制御するにあたっては、トルクの低下を機関回転変動量より高精度に検出することが要求される。

このことに対して、本発明者らは、冷機始動後において失火発生時とストイキよりリーン化した燃焼時の機関回転変動についての実験的研究を行い、失火発生時とリーン化した燃焼時とで機関回転変動の挙動が異なることを見い出した。以下に、冷機始動後における失火発生時と、リーン化した燃焼時の回転速度の挙動について、図７を参照して説明する。

図７（ａ）は、通常燃焼時と失火発生時の回転速度の瞬時値と筒内圧を示している。通常燃焼時の筒内圧は上死点後の膨張行程で上昇し、回転速度の変化は少ない。これに対し、失火発生時には、膨張行程で筒内圧が上昇せず、トルクが発生しないため、膨張行程中期〜後期で回転速度が低下する。回転速度はトルクの積分値に対応するから、筒内圧が減少するタイミングに対し、回転速度が低下するタイミングは遅れを生ずる。

このようなことから、図７（ａ）に示されている例では、失火により回転速度が低下するタイミングは、クランク角度で上死点後９０ｄｅｇから２００ｄｅｇの間である。この場合、失火を判定するために回転速度を検出するクランク角度の範囲（以後、ウインドウと称する）の最適値は上死点後９０ｄｅｇから２００ｄｅｇのクランク角範囲となる。

図７（ｂ）は、通常燃焼とストイキよりリーン化した燃焼における回転速度の瞬時値と筒内圧を示している。なお、点火時期は、通常燃焼、リーン化した燃焼とも同一で、触媒昇温のため、通常の点火時期に対して遅角し、上死点近くとしている。

通常燃焼時の筒内圧は上死点後の膨張行程前期で上昇するが、ストイキよりリーン化した燃焼時では燃焼速度が遅くなるため、筒内圧が上昇するタイミングが遅れる。図７（ｂ）に示されている例では、膨張行程中期（上死点後７０ｄｅｇから１００ｄｅｇ）のタイミングで筒内圧が上昇している。このとき、通常燃焼に対し回転速度が低下するタイミングは、上死点後５０ｄｅｇ〜１４０ｄｅｇとなり、このクランク角度範囲がリーン燃焼を検出するのに最適なウインドウ位置となる。

このように、失火発生時では通常燃焼時に対する筒内圧の低下がみられる期間が上死点後２０ｄｅｇから１１０ｄｅｇまでであるのに対し、ストイキよりリーン化した燃焼時では上死点後６０ｄｅｇから（膨張行程中期で）筒内圧が上昇するため、膨張行程中期からは通常燃焼時に対し筒内圧の低下量が少なくなる。このため、リーン燃焼を検出するウインドウ位置を失火検出用のウインドウ位置（本例では上死点後９０ｄｅｇから２００ｄｅｇ）と同じ位置に設定すると、リーン化した燃焼の検出感度が低下する。

すなわち、ストイキよりリーン化した燃焼を検出するのに最適なウインドウ位置は、失火を検出するのに最適なウインドウ位置に対し進角側にずれることがわかった。いくつかのタイプの内燃機関での試験結果より、リーン化した燃焼を検出するのに適当なウインドウ位置は、上死点後３０ｄｅｇ〜１６０ｄｅｇの範囲であることが分かった。

また、リーン化した燃焼時には膨張行程中期からは通常燃焼時に対し筒内圧の低下量が減少するため、リーン化した燃焼を検出するのに最適なウインドウの幅（クランク角範囲）は、失火を検出するのに最適なウインドウ幅に対して短くなることがわかった。

本発明は、上述した失火発生時とストイキよりリーン化した燃焼時の機関回転変動についての実験的研究の結果を踏まえて、機関回転変動による機関始動時の空燃比のリーン化検出と失火検出を、それぞれ高精度に行う内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

本発明による内燃機関の制御装置は、燃焼サイクルごとにクランク角度が第一のクランク角度から第二のクランク角度に変位する時間より前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度の間のクランク角速度を求める第一の角速度検出手段と、冷機始動時に前記第一の角速度検出手段により検出されたクランク角速度の燃焼サイクル間の変動値に応じて燃料噴射量または点火時期を調節するエンジン制御パラメータ調節手段と、燃焼サイクルごとに第三のクランク角度から第四のランク角度に変位する時間より前記第三のクランク角度と前記第四のクランク角度の間のクランク角速度を求める第二の角速度検出手段と、第二の角速度検出手段により検出された前記クランク角速度の燃焼サイクル間の変動値より失火を判定する失火判定手段とを備え、少なくとも、前記第一の角速度検出手段の前記第一のクランク角度が前記第二の角速度検出手段の前記第三のクランク角度に対し進角側に偏倚して設定されているか、前記第一の角速度検出手段の前記第二のクランク角度が前記第二の角速度検出手段の前記第四のクランク角度に対し進角側に偏倚して設定されている。

また、本発明による内燃機関の制御装置は、燃焼サイクルごとにクランク角度が第一のクランク角度から第二のクランク角度に変位する時間より前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度の間のクランク角速度を求める第一の角速度検出手段と、冷機始動時に前記第一の角速度検出手段により検出されたクランク角速度の燃焼サイクル間の変動値に応じて燃料噴射量または点火時期を調節するエンジン制御パラメータ調節手段と、燃焼サイクルごとに第三のクランク角度から第四のランク角度に変位する時間より前記第三のクランク角度と前記第四のクランク角度の間のクランク角速度を求める第二の角速度検出手段と、第二の角速度検出手段により検出された前記クランク角速度の燃焼サイクル間の変動値より失火を判定する失火判定手段とを備え、前記第一の角速度検出手段の前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度との角度幅が、前記第二の角速度検出手段の前記第三のクランク角度と前記第四のクランク角度との角度幅より小さい幅に設定されている。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記第一の角速度検出手段の前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度が圧縮上死点後３０ｄｅｇ〜１６０ｄｅｇのクランク角範囲内に設定されている。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記第二の角速度検出手段の前記第三のクランク角度と前記第四のクランク角度が圧縮上死点後９０ｄｅｇから２００ｄｅｇのクランク角範囲設定されている。

また、本発明による内燃機関の制御装置は、燃焼サイクルごとにクランク角度が第一のクランク角度から第二のクランク角度に変位する時間より前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度の間のクランク角速度を求める第一の角速度検出手段と、冷機始動時に前記第一の角速度検出手段により検出されたクランク角速度の燃焼サイクル間の変動値に応じて燃料噴射量または点火時期を調節するエンジン制御パラメータ調節手段とを備え、前記第一の角速度検出手段の前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度が圧縮上死点後３０ｄｅｇ〜１６０ｄｅｇのクランク角範囲内に設定されている。
本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記第一の角速度検出手段の前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度が点火時期に応じて変更される。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記第一の角速度検出手段により検出される冷機始動時の燃焼サイクル間のクランク角速度の変動値から、ストイキよりリーン化した燃焼状態を判定した場合には、前記制御パラメータ調節手段は燃料噴射量の増量と点火時期の進角の少なくとも何れか一方を行うパラメータ調節を行う。

本発明による内燃機関の制御装置によれば、燃焼状態を判定し燃料噴射量を調節するためのクランク角度範囲と、失火を判定するためのクランク角度範囲とが各々個別に最適設定され、機関回転変動による機関始動時の空燃比のリーン化検出と失火検出とが、それぞれ高精度に的確に行われるようになる。

本発明による制御装置が適用される内燃機関の一つの実施形態を、図１を参照して説明する。

図１において、エンジン本体１は、シリンダボア２内にピストン３を有し、燃焼室４を画定している。燃焼室４には、吸気管７、インテークマニホールド２２、吸気ポート１０を経て空気（吸入空気）が導入される。吸気管７には、吸入空気量を検出するための吸気管圧力センサ１３、吸入空気量を制御するためのスロットル弁６が設けられている。吸気ポート１０は吸気バルブ９によって開閉される。吸気ポート１０の上流側には燃料噴射弁８が設けらている。燃料噴射弁８は吸気バルブ９に向けて燃料を噴射する。

エンジン本体１には点火プラグ１５が取り付けられている。点火プラグ１５には点火コイル１４が接続されている。

エンジン本体１の出力軸であるクランク軸１１にはクランク角度検出用プレート２９が取り付けられている。クランク角度検出用プレート２９の近傍にはクランク角度センサ１２が設けられる。クランク角度センサ１２は、クランク角度検出用プレート２９の回転を検出し、パルス信号によるクランク角度信号を出力する。エンジン本体１には、冷却水温度を検出する冷却水温センサ２１が取り付けられている。

エンジン本体１の排気ポート１８は排気バルブ１９によって開閉される。排気ポート１８には排気管１６が接続されている。排気管１６には燃焼室４より排出される排気ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２０が取り付けられている。

吸気管圧力センサ１３、冷却水温センサ２１、クランク角度センサ１２、酸素濃度センサ２０が出力するセンサ信号は、制御装置であるエンジンコントローラ２４に入力される。

エンジンコントローラ２４には、マイクロコンピュータ式のものであり、ＣＰＵ２５と、制御プログラムと制御用データを記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２６と、制御用変数等を格納する書き込み可能なメモリ（ＲＡＭ）２７と、入出力回路２８とを有する。エンジンコントローラ２４は、センサ信号（入力信号）を入出力回路２８に入力し、ＣＰＵ２５による演算処理によって燃料噴射量、点火時期、スロットル開度を演算し、燃料噴射弁８、点火コイル１４、スロットル弁６の制御信号を入出力回路２８より出力する。

エンジンコントローラ２４は、コンピュータプログラムを実行することにより、図２に示されているように、空燃比リーン化検出のための第一の角速度検出部５１と、エンジン制御パラメータ調節部５２と、失火検出のための第二の角速度検出部５３と、失火判定部５４とをソフトウェア処理により具現化する。

第一の角速度検出部５１は、クランク角度センサ１２よりクランク角度信号を入力し、燃焼サイクルごとにクランク角度が第一のクランク角度から第二のクランク角度に変位する時間より、第一のクランク角度と第二のクランク角度の間、燃焼状態検出ウインドウＷｆにおけるクランク角速度を求める。

エンジン制御パラメータ調節部５２は、冷機始動時に、第一の角速度検出手段５１により検出された燃焼状態検出ウインドウＷｆにおけるクランク角速度の燃焼サイクル間の変動値に応じて燃料噴射量調節パラメータ（燃料噴射量補正値）、点火時期調節パラメータ（点火時期補正値）を演算し、燃料噴射量と点火時期の少なくとも一方を調節する。

第二の角速度検出部５３は、燃焼サイクルごとに第三のクランク角度から第四のランク角度に変位する時間より、第三のクランク角度と第四のクランク角度の間、つまり、失火検出ウインドウＷｍにおけるクランク角速度を求める。

失火判定部５４は、第二の角速度検出部５３により検出された失火検出ウインドウＷｍにおけるクランク角速度の燃焼サイクル間の変動値より失火を判定し、失火判定結果を出力する。

ここで、重要なことは、少なくとも、第一の角速度検出部５１の第一のクランク角度が第二の角速度検出部５３の第三のクランク角度に対し進角側に偏倚して設定されているか、第一の角速度検出部５１の第二のクランク角度が第二の角速度検出部５３の第四のクランク角度に対し進角側に偏倚して設定されていることである。これは、燃焼状態検出ウインドウＷｆが失火検出ウインドウＷｍより進角側に設定されることを意味する。

さらに、第一の角速度検出部５１の第一のクランク角度と第二のクランク角度との角度幅、つまり、燃焼状態検出ウインドウＷｆのクランク角度幅が、第二の角速度検出部５３の第三のクランク角度と第四のクランク角度との角度幅、つまり、失火検出ウインドウＷｍのクランク角度幅より小さい幅に設定されている。

このことは、ストイキよりリーン化した燃焼時には膨張行程中期からは通常燃焼時に対し筒内圧の低下量が減少し、リーン化した燃焼を検出するのに最適なクランク角範囲が、失火を検出するのに最適なウインドウ幅に対して短くなることに適合する。

実際には、第一の角速度検出部５１の第一のクランク角度と第二のクランク角度は、圧縮上死点後３０ｄｅｇ〜１６０ｄｅｇのクランク角範囲内に設定され、第二の角速度検出部５３の第三のクランク角度と第四のクランク角度は、圧縮上死点後９０ｄｅｇから２００ｄｅｇのクランク角範囲設定に設定されればよい。

これにより、燃焼状態を判定し燃料噴射量を調節するためのクランク角度範囲（燃焼状態検出ウインドウＷｆ）と、失火を判定するためのクランク角度範囲（失火検出ウインドウＷｍ）とが、それらの判定を行い易いランク角度範囲に各々個別に最適設定され、機関回転変動による機関始動時の空燃比のリーン化検出と失火検出とが、それぞれ高精度に的確に行われるようになる。

エンジンコントローラ２４の始動時空燃比制御・失火判定ルーチンを、図３のフローチャートにより説明する。

このルーチンは一回の燃焼サイクル（点火サイクル）ごとに実行される。

まず、燃焼状態を判定（燃料噴射量を調節）するためのクランク角度範囲（燃焼状態検出ウインドウ）の開始位置ＳＴＦ１と、クランク角度幅（開始位置から終了位置までの間隔）ＷＴＦをセットする（ステップＳ１０）。

つぎに、失火を判定するためのクランク角度範囲（失火検出ウインドウ）の開始位置ＳＴＭ１と、クランク角度幅（開始位置から終了位置までの間隔）ＷＴＭをセットする（ステップＳ２０）。

ここで、燃焼状態検出ウインドウ、失火検出ウインドウの詳細について、図４（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。図４（ａ）は回転速度（クランク角速度）の瞬時値を、図４（ｂ）はクランク角度信号を各々示している。クランク角度信号はクランク角度センサ１２が出力するパルス信号であり、パルス数をカウントすることより現在のクランク角度を検出することができる。

図４（ｃ）に示されているように、燃焼状態検出ウインドウＷｆをクランク角度（第一のクランク角度）θＦ１からクランク角度（第二のクランク角度）θＦ２の角度範囲とする場合、基準位置（上死点位置）となった時点で、基準位置（上死点位置）からクランク角度θＦ１までのクランク角度をクランク角度信号のパルス数に換算した値ＳＴＦ１をカウンタＣＮＴＦ１にセットする。カウンタＣＮＴＦ１はクランク角度信号のパルスが入力されるごとにデクリメントされる。

図４（ｄ）に示されているように、カウンタＣＮＴＦ１が０となった時に、ウインドウ幅θＷＦをパルス数に換算した値ＷＴＦをカウンタＣＮＴＦ２にセットする。これと同時に、図４（ｅ）に示されているように、時間カウンタＣＮＴＴＦのカウントアップを開始する。

カウンタＣＮＴＦ２はクランク角度信号のパルスが入力されるごとにデクリメントされ、カウンタＣＮＴＦ２が０となった時点で、時間カウンタＣＮＴＴＦのカウントアップを終了する。このときの時間カウンタＣＮＴＴＦの値ＳＵＭＴＦは、燃焼状態検出ウインドウ（クランク角度θＦ１からクランク角度θＦ２のクランク角度範囲）Ｗｆを変位するのに要した時間となる。

図４（ｆ）に示されているように、失火検出ウインドウＷｍをクランク角度（第三のクランク角度）θＭ１からクランク角度（第四のクランク角度）θＭ２の角度範囲とする場合、基準位置（上死点位置）となった時点で、基準位置（上死点位置）からクランク角度θＭ１までのクランク角度をクランク角度信号のパルス数に換算した値ＳＴＭ１をカウンタＣＮＴＭ１にセットする。カウンタＣＮＴＭ１はクランク角度信号のパルスが入力されるごとにデクリメントされる。

図４（ｇ）に示されているように、カウンタＣＮＴＭ１が０となった時に、ウインドウ幅θＷＭをパルス数に換算した値ＷＴＭをカウンタＣＮＴＭ２にセットする。これと同時に、図４（ｈ）に示されているように、時間カウンタＣＮＴＴＭのカウントアップを開始する。

カウンタＣＮＴＭ２はクランク角度信号のパルスが入力されるごとにデクリメントされ、カウンタＣＮＴＭ２が０となった時点で、時間カウンタＣＮＴＴＭのカウントアップを終了する。このときの時間カウンタＣＮＴＴＭの値ＳＵＭＴＭは、失火検出ウインドウ（クランク角度θＭ１からクランク角度θＭ２のクランク角度範囲）Ｗｍを変位するのに要した時間となる。

図３に示されているルーチンの説明に戻り、燃焼状態検出ウインドウＷｆにおける平均クランク角速度ωＦを下式（１）により求める（ステップＳ３０）。

ωＦ ＝ θＷＦ／ＳＵＭＴＦ …（１）

前述したように、ストイキよりリーン化した燃焼時は膨張行程中期から筒内圧が上昇するため、燃焼状態検出ウインドウＷｆのクランク角度位置は失火ウインドウＷｍのクランク角度位置に対して進角側に設定される。

焼状態検出ウインドウＷｆのクランク角度幅ＷＴＦ（期間）は、予め実験により筒内圧と回転速度を測定することにより決定される。

リーン燃焼時の筒内圧上昇のタイミングは、点火時期によって変化するので、点火時期に応じて燃焼状態検出ウインドウＷｆのクランク角度位置を変更するようにしてもよい。

つぎに、失火検出ウインドウＷｍにおける平均クランク角速度ωＭを下式（２）より求める（ステップＳ４０）。

ωＭ ＝ θＷＭ／ＳＵＭＴＭ …（２）

失火ウインドウＷｍは、失火を発生した時に通常燃焼時に対して回転速度の低下量が大きくなる期間に設定される。

以上の手順により、点火サイクルごとに、燃焼状態検出ウインドウＷｆにおける平均クランク角速度ωＦと、失火検出ウインドウＷｍにおける平均クランク角速度ωＭとが算出される。

つぎに、失火検出ウインドウＷｍにおける平均クランク角速度ωＭの変動値より失火の有無を判定する（ステップＳ５０）。つぎに、内燃機関燃焼状態検出ウインドウＷｆにおける平均クランク角速度ωＦの変動量より始動時の燃焼状態を推定し、空燃比を制御する。

ステップＳ５０における失火判定処理メーチンの詳細を、図５のフローチャートを参照して説明する。失火判定処理メーチンは点火サイクル周期で繰り返し実行される。

まず、エンジン回転中（完爆後）であること、燃料噴射中であることを判定する（ステップＳ１００）。条件が成立していれば、点火サイクル間の平均クランク角速度ωＭの変化量ＤωＭ（ｎ）を下式（３）によって求める（ステップＳ１１０）。

ＤωＭ（ｎ） ＝ ωＭ（ｎ）−ωＭ（ｎ−１） …（３）

但し、ωＭ（ｎ）：今回点火気筒の平均クランク角速度
ωＭ（ｎ−１）：前回点火気筒の平均クランク角速度

次に、平均クランク角速度変化量ＤωＭ（ｎ）が、所定のしきい値−ＳＬＤωＭ以下となったかを否かを判定する（ステップＳ１２０）。

失火の発生により平均クランク角速度が低下すると、平均クランク角速度ωＭ（ｎ）は低下し、平均クランク角速度変化量ＤωＭ（ｎ）は負値となる。平均クランク角速度の低下量が大きくなり、平均クランク角速度変化量ＤωＭ（ｎ）がしきい値−ＳＬＤωＭ以下となれば、失火と判定する。

失火と判定された場合には、失火回数カウンタＣＮＴＭＩＳＦをカウントアップする（ステップＳ１３０）。

そして、ＣＮＴＭＩＳＦが所定回数ＬＣＮＴＭＦ以上になったか否かを判別（ステップＳ１４０）、ＣＮＴＭＩＳＦが所定回数ＬＣＮＴＭＦ以上になれば、失火判定の出力処理として、警告ランプを点灯する（ステップＳ１５０）。

次に、ステップＳ６０における始動時空燃比制御ルーチンの詳細を、図６のフローチャートにより説明する。始動時空燃比制御ルーチンは点火サイクル周期で繰り返し実行される。

まず、冷却水温センサ２１により検出されるエンジンの温度（冷却水温度）が所定値ＴＷＳＬ以下の冷機状態であるか否かを判定する（ステップＳ２００）。冷機状態での始動であれば、触媒昇温のために、点火時期の遅角を行う。

このとき、酸素濃度センサ２０が活性化して酸素濃度センサ２０により空燃比が検出可能な状態となっていれば、燃焼状態検出による空燃比制御は不要となるので、始動後で、酸素濃度センサ２０が活性化していない状態であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。

ステップＳ２００とステップＳ２１０のいずれかが不成立の場合には、燃焼状態検出による燃料噴射量の補正を禁止し、燃料補正量ＦＴＲＭを０とする（ステップＳ２２０）。

ステップＳ２００とステップＳ２１０とが共に成立していれば、点火サイクル間の平均クランク角速度ωＦの変化量ＤωＦｎを下式（４）により求める。

ＤωＦ（ｎ） ＝ ωＦ（ｎ）−ωＦ（ｎ−１） …（４）

但し、ωＦ（ｎ）今回点火気筒の平均クランク角速度
ωＦ（ｎ−１）：前回点火気筒の平均クランク角速度
空燃比がリーン化して燃焼状態が不安定になると、平均クランク角速度変化量ＤωＦ（ｎ）が増加する。

次に、平均クランク角速度変化量ＤωＦ（ｎ）が所定のしきい値−ＳＬＤωＦ以下となったかを判定する（ステップＳ２４０）。

ストイキよりリーン化した燃焼時に平均クランク角速度ωＦ（ｎ）が低下すると、平均クランク角速度変化量ＤωＦ（ｎ）は負値となる。平均クランク角速度ωＦ（ｎ）の低下量が大きくなり、平均クランク角速度変化量ＤωＦ（ｎ）がしきい値−ＳＬＤωＦｎ以下となった時にリーン化した燃焼と判定される。

本実施例では、燃焼状態検出用ウインドウＷｆ、失火検出用ウインドウＷｍについて、ウインドウ間を変位する時間から平均クランク角速度を求め、点火サイクル間の平均クランク角速度の変化量としきい値を比較するようにしたが、ウインドウ間を変位する時間からクランク角速を算出せずに、ウインドウ間を変位する時間の点火サイクル間の変化量としきい値を比較することにより、ストイキよりリーン化した燃焼状態の判定および失火の判定を実施するようにしてもよい。

ステップＳ２４０でリーン化した燃焼と判定された場合には、燃料補正量ＦＴＲＭを所定量ＦＳＴＰＡだけ増量する（ステップＳ２５０）。

これに対し、リーン化した燃焼と判定されない場合には、燃料補正量ＦＴＲＭを所定量ＦＳＴＰＤだけ減量する（ステップＳ２６０）。

次に、燃料噴射弁８の噴射パルス幅ＴＩを算出する（ステップＳ２７０）。噴射パルス幅ＴＩの算出方法は、吸気管圧力センサ信号等から算出される吸入空気量より求まる基本噴射パルス幅ＴＰに対し、燃料補正量ＦＴＲＭによる補正を実施する。燃料補正量ＦＴＲＭによる補正の他に従来の始動後時間による補正量ＦＡＳや冷却水温度による補正量ＦＴＷ等による補正を実施したものを出力パルス幅ＴＩとする。

燃料補正量ＦＴＲＭによる燃料噴射量の補正を実施することにより、重質ガソリン使用時等で燃料の気化率が減少し、燃焼室４に対する供給燃料量が不足した場合でも、燃料噴射量を増量するので、空燃比のオーバリーン化を防止でき、燃焼状態を安定に保つことができる。気化率の高い軽質ガソリン使用時等でシリンダ供給燃料量がリッチとなった場合には、燃料噴射量を減量して空燃比をストイキ近くに制御することができ、未燃ガス排出量の増加を防止できる。

上述したように、本実施形態の制御装置では、燃焼状態検出ウインドウＷｆをストイキよりリーン化した燃焼時の筒内圧の挙動を考慮した最適位置に設定しているので、リーン化した燃焼を精度よく検出することができる。これにより、未燃ガス（ＨＣ）の排出が少なく、燃焼状態が安定となる空燃比に常に保持することができる。

本実施例では、冷機始動から酸素濃度センサ２０が活性化するまでの間において、クランク角速度の変化量を逐次検出し、燃料噴射量を補正するようにしているが、一般に、燃料性状と始動直後の空燃比とは相関が高いので、始動直後の空燃比をクランク角速度の変動より検出することにより燃料性状を判定し、燃料噴射量を調節することも可能である。

この場合には、ステップＳ２３０で、始動後の所定期間（始動から５ｓｅｃ間など）におけるクランク角速度の変化量ＤωＦｎの標準偏差ＤωＦＩＸを求め、ステップＳ２４０でＤωＦＩＸ≧ＳＬＤωＦＩＸとなったとき重質ガソリンと判定し、それ以外では標準ガソリンと判定するようにする。ステップＳ２４０で重質ガソリンと判定された時には、ステップＳ２５０で、燃料補正量ＦＴＲＭに所定の増量補正値をセットする。ステップＳ２４０で標準ガソリンと判定された時には、燃料補正量ＦＴＲＭに所定の減量補正値をセットするか、またはＦＴＲＭを０とする。

以上の処理により、始動後の所定期間で、燃焼状態検出ウインドウＷｆにおける平均クランク角速度の変動から燃料性状を精度よく判定できる。燃料性状判定による燃料噴射量の補正を実施することにより、空燃比のオーバリーン化、オーバリッチ化を防止できる。

さらに前述の実施形態では、燃焼状態検出ウインドウＷｆにおける平均クランク角速度の変動に応じて燃料噴射量を調節して燃焼状態を安定化するようにしたが、燃焼状態検出ウインドウＷｆおける平均クランク角速度の変動に応じて点火時期を調節して燃焼状態を安定化ようにしてもよい。

燃焼状態検出ウインドウＷｆにおける平均クランク角速度の変動が大きく、燃焼状態が不安定な時には、点火時期を進角補正することにより燃焼状態を安定化させ、未燃ガスの排出を防止する。平均クランク角速度の変動が小さく燃焼状態が安定している時には、点火時期を遅角補正し、排気温度を上昇させることで、触媒の昇温を促進しＨＣ、ＮＯｘの排出量を低減することができる。

尚、本実施形態では、燃料噴射弁８を吸気ポートに配置したエンジンへの適用例を示したが、燃料噴射弁８を各シリンダに設けた筒内噴射式のエンジンに適用してもよい。

本発明による制御装置が適用される内燃機関の一つの実施形態を示す構成図。 本発明による内燃機関の制御装置の一つの実施形態を示すブロック図。 本実施形態による始動時空燃比制御・失火判定ルーチンを示すフローチャート。 本実施形態による燃焼状態検出ウインドウと失火検出ウインドウを説明するタイムチャート。 本実施形態による失火判定ルーチンを示すフローチャート。 本実施形態による始動時空燃比制御ルーチンを示すフローチャート。 失火発生時とストイキよりリーン化した燃焼時の筒内圧と回転速度の挙動を示すタイムチャート。

符号の説明

１ エンジン本体
３ ピストン
４ 燃焼室
８ 燃料噴射弁
９ 吸気バルブ
１０ 吸気ポート
１２ クランク角度センサ
２０ 酸素濃度センサ
２１ 冷却水温センサ
２２ インテークマニホールド
２４ エンジンコントローラ（制御装置）
２９ クランク角度検出プレート
５１ 第一の角速度検出部
５２ エンジン制御パラメータ調節部
５３ 第二の角速度検出部
５４ 失火判定部

Claims (7)

1. 燃焼サイクルごとにクランク角度が第一のクランク角度から第二のクランク角度に変位する時間より前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度の間のクランク角速度を求める第一の角速度検出手段と、
   冷機始動時に前記第一の角速度検出手段により検出されたクランク角速度の燃焼サイクル間の変動値に応じて燃料噴射量または点火時期を調節するエンジン制御パラメータ調節手段と、
   燃焼サイクルごとに第三のクランク角度から第四のランク角度に変位する時間より前記第三のクランク角度と前記第四のクランク角度の間のクランク角速度を求める第二の角速度検出手段と、
   第二の角速度検出手段により検出された前記クランク角速度の燃焼サイクル間の変動値より失火を判定する失火判定手段とを備え、
   少なくとも、前記第一の角速度検出手段の前記第一のクランク角度が前記第二の角速度検出手段の前記第三のクランク角度に対し進角側に偏倚して設定されているか、前記第一の角速度検出手段の前記第二のクランク角度が前記第二の角速度検出手段の前記第四のクランク角度に対し進角側に偏倚して設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 燃焼サイクルごとにクランク角度が第一のクランク角度から第二のクランク角度に変位する時間より前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度の間のクランク角速度を求める第一の角速度検出手段と、
   冷機始動時に前記第一の角速度検出手段により検出されたクランク角速度の燃焼サイクル間の変動値に応じて燃料噴射量または点火時期を調節するエンジン制御パラメータ調節手段と、
   燃焼サイクルごとに第三のクランク角度から第四のランク角度に変位する時間より前記第三のクランク角度と前記第四のクランク角度の間のクランク角速度を求める第二の角速度検出手段と、
   第二の角速度検出手段により検出された前記クランク角速度の燃焼サイクル間の変動値より失火を判定する失火判定手段とを備え、
   前記第一の角速度検出手段の前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度との角度幅が、前記第二の角速度検出手段の前記第三のクランク角度と前記第四のクランク角度との角度幅より小さい幅に設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記第一の角速度検出手段の前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度が圧縮上死点後３０ｄｅｇ〜１６０ｄｅｇのクランク角範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記第二の角速度検出手段の前記第三のクランク角度と前記第四のクランク角度が圧縮上死点後９０ｄｅｇから２００ｄｅｇのクランク角範囲設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 燃焼サイクルごとにクランク角度が第一のクランク角度から第二のクランク角度に変位する時間より前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度の間のクランク角速度を求める第一の角速度検出手段と、
   冷機始動時に前記第一の角速度検出手段により検出されたクランク角速度の燃焼サイクル間の変動値に応じて燃料噴射量または点火時期を調節するエンジン制御パラメータ調節手段とを備え、
   前記第一の角速度検出手段の前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度が圧縮上死点後３０ｄｅｇ〜１６０ｄｅｇのクランク角範囲内に設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 前記第一の角速度検出手段の前記第一のクランク角度と前記第二のクランク角度が点火時期に応じて変更されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記第一の角速度検出手段により検出される冷機始動時の燃焼サイクル間のクランク角速度の変動値から、ストイキよりリーン化した燃焼状態を判定した場合には、前記制御パラメータ調節手段は燃料噴射量の増量と点火時期の進角の少なくとも何れか一方を行うパラメータ調節を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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