JP2016037898A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱発生率重心位置が適切なクランク角度にフィードバック制御される内燃機関において、筒内圧検出手段の異常を精度良く検出する。
【解決手段】複数の気筒と、これらの気筒のそれぞれに対応して配設される複数の筒内圧検出手段と、を備えた内燃機関に適用される。複数の気筒のそれぞれの熱発生率重心位置が目標重心位置に等しくなるように各気筒の燃焼パラメータを制御する。本制御装置は、熱発生率重心と目標重心との間における熱発生率の差の絶対値が所定の閾値Ｔｑよりも大きく且つ位置の差の絶対値が所定の閾値Ｔｃよりも小さい気筒については、当該気筒に対応する筒内圧検出手段が異常であると判定する。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関に供給される燃料（混合気）の燃焼状態を制御する制御装置に関する。

一般に、ディーゼル機関等の内燃機関（以下、単に「機関」とも称呼する。）の運転時、混合気の燃焼によって生じるエネルギーの一部はクランクシャフトを回転させる仕事に変換されるが、残りは損失となる。この損失には、冷却損失、排気損失、吸気及び排気に伴って発生するポンプ損失、並びに、機械抵抗損失等が含まれる。このうち、冷却損失及び排気損失は、損失全体に対して大きな割合を占める。従って、内燃機関の燃費を改善させるためには冷却損失及び排気損失を減少させることが有効である。

しかしながら、一般に、冷却損失と排気損失とはトレードオフの関係にある。即ち、冷却損失を低下させれば排気損失が増加し、排気損失を低下させれば冷却損失が増加する。従って、冷却損失と排気損失との和が最小となる燃焼状態を実現できれば、機関の燃費は大幅に改善される。

ところで、燃焼状態は、燃料噴射時期及び過給圧等の「燃焼状態に影響を及ぼす多くのパラメータ」に応じて変化する。以下、燃焼状態に影響を及ぼすパラメータは、単に「燃焼パラメータ」とも称呼される。ところが、複数の燃焼パラメータが各運転状態に対して適切な値（組み合わせ）となるように、各燃焼パラメータを実験及びシミュレーション等によって予め求めることは容易ではなく、且つ、莫大な適合時間を必要とする。そのため、燃焼パラメータを体系的に決定する手法が提案されてきている。

例えば、従来技術に係る１つの制御装置（以下、「従来装置１」とも称呼する。）は、「１回の燃焼行程中に発生する総熱量のうち、その半分の熱量が発生した時点のクランク角度（以下、「燃焼重心角度」と称呼する。）」を算出する。更に、従来装置１は、その燃焼重心角度と所定の基準値とが乖離している場合、燃料噴射時期を補正することによって、或いは、ＥＧＲ率を調整して燃焼室（気筒）内の酸素濃度を調節することによって、燃焼重心角度を基準値と一致させている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１１−２０２６２９号公報 特開２００５−０５４７５３号公報 特開２００７−２８５１９４号公報

例えばディーゼル機関においては、１つのサイクルの燃焼に対して燃料を複数回噴射する多段噴射が行われる場合がある。より具体的に述べると、ディーゼル機関においては、主噴射（メイン噴射）に先立ちパイロット噴射が行なわれ、次いで、主噴射が行なわれる場合がある。更に、主噴射の後にアフター噴射が行われる場合もある。

パイロット噴射と主噴射とが行われる場合のクランク角度と熱発生率との関係は、例えば、図１の（Ａ）の曲線Ｃ１により示された波形により表される。熱発生率とは、単位クランク角度（クランクシャフトの回転位置の単位変化量）あたりに混合気の燃焼により発生する熱の量、即ち、単位クランク角度あたりの熱発生量である。この波形は、以下「燃焼波形」とも称呼される。図１の（Ａ）に示された波形は、クランク角度θ１にて開始されるパイロット噴射により極大値Ｌｐをとり、クランク角度θ２にて開始される主噴射により極大値Ｌｍをとっている。この場合において、前述した燃焼重心角度（発熱量比率が５０％となるクランク角度）がクランク角度θ３であるとする。

これに対し、図１の（Ｂ）の曲線Ｃ２により示したように、パイロット噴射の開始時期のみがクランク角度θ１からクランク角度θ０へとΔθｐだけ進角側に移動された場合、パイロット噴射の燃料の燃焼によって発熱が始まるクランク角度（発熱開始角度、燃焼開始クランク角度）はΔθｐだけ進角側に移動する。この場合においても、燃焼重心角度はクランク角度θ３のままであって変化しない。即ち、パイロット噴射時期が進角側に移動することによって燃焼波形が変化しても、燃焼重心角度が変化しない場合がある。換言すると、前述したように、燃焼重心角度は必ずしも各サイクルの燃焼状態を正確に反映する指標値ではない。

実際に、本願発明者が「燃焼重心角度と燃費悪化率との関係」を種々の「機関の負荷及び機関回転速度」に対して測定したところ、機関の負荷及び／又は機関回転速度が相違すると、燃費悪化率が最小となる燃焼重心角度（燃費が最良となる燃焼重心角度）も相違するとの知見を得た。換言すると、燃焼重心角度が一定の基準値に一致するように燃焼状態が制御されたとしても、機関の負荷及び／又は機関回転速度が相違すれば燃費悪化率が最小にならないことが判明した。

そこで、発明者は、燃焼状態を表す指標値として、従来の燃焼重心角度の代わりに「熱発生率重心位置」に着目した。この熱発生率重心位置は、以下に述べるように種々の手法により定義される。熱発生率重心位置は、クランクシャフト回転位置（即ち、クランク角度）で表される。

（定義１）熱発生率重心位置Ｇｃは、図１（Ａ）に示したように、「クランク角度を横軸に設定し、且つ、熱発生率（単位クランク角度あたりの熱の発生量）を縦軸に設定した座標系（グラフ）」に描かれる熱発生率の波形と、前記横軸と、により囲まれる領域の幾何学的重心Ｇに対応するクランク角度である。

（定義２）熱発生率重心位置Ｇｃは、下記の（１）式を満たすクランク角度Ｇｃである。この（１）式において、ＣＡｓは燃料の燃焼が始まるクランク角度（燃焼開始クランク角度）であり、ＣＡｅは前記燃焼が終わるクランク角度（燃焼終了クランク角度）である。更に、θは任意のクランク角度であり、ｄＱ（θ）はクランク角度θにおける熱発生率である。

（定義２’）上記（１）式を変形すると下記の（２）式が得られる。即ち、熱発生率重心位置Ｇｃは、下記の（２）式を満たすクランク角度Ｇｃである。

（定義３）定義２及び定義２’に基づけば、熱発生率重心位置Ｇｃは、下記（３）式に則った演算により求められるクランク角度であると定義される。

（定義３’）
定義３に基づけば、熱発生率重心位置Ｇｃは、任意のクランク角度と燃焼開始クランク角度との差（Ａ＝θ−ＣＡｓ）と、同任意のクランク角度における熱発生率（Ｂ＝ｄＱ（θ））と、の積（Ａ・Ｂ）のクランク角度についての積分値（上記（３）式の右辺第１項の分子）を、クランク角度に対する熱発生率の波形によって画定される領域の面積（上記（３）式の右辺第１項の分母）で割って得られる値に、前記燃焼開始クランク角度（ＣＡｓ）を加えることにより得られるクランク角度である、と定義される。

この熱発生率重心位置Ｇｃは、例えば、図１の（Ａ）に示した例においてはクランク角度θ３である。加えて、図１（Ｂ）に示したように、パイロット噴射の開始時期がクランク角度θ１からΔθｐだけ進角側へ移動されてクランク角度θ０に設定されると、熱発生率重心位置Ｇｃはクランク角度Δθｇだけ進角側へと移動してクランク角度θ３’となる。これらから理解されるように、熱発生率重心位置は、従来の燃焼状態の指標値である燃焼重心角度に比較して、燃焼状態をより正確に反映する指標値であると言える。

なお、熱発生率重心位置Ｇｃの上記各種定義に基づけば、熱発生率重心に対応する熱発生率である熱発生率重心値（Ｇｑ＝ｄＱ（Ｇｃ））は、下記（４）式に則った演算により求められる熱発生率であると定義される（図３の（ａ）を参照。）。

更に、発明者は、種々の機関回転速度と機関の負荷（要求トルク）との組合せについて熱発生率重心位置と燃費悪化率との関係を測定したところ、機関回転速度及び機関の負荷が相違した場合であっても、燃費悪化率が最小となる熱発生率重心位置Ｇｃは特定のクランク角度（例えば、圧縮上死点後７°）であった。更に、熱発生率重心位置Ｇｃがこの特定のクランク角度の近傍の値にあれば、機関回転速度及び機関の負荷に拘わらず燃費悪化率は最小値近傍の略一定値となることが判明した。

これらから、発明者は、熱発生率重心位置は燃焼状態を良好に示す指標値であり、従って、熱発生率重心位置Ｇｃを負荷及び／又は機関回転速度に依らず一定に維持することにより機関の燃焼状態を特定の状態に維持することができるとの知見を得た。更に、発明者は、熱発生率重心位置Ｇｃを「燃費悪化率が最小となるような（即ち、冷却損失と排気損失との和が最小となって、燃費が最も良くなるような）一定のクランク角度」に維持すれば、機関の運転状態（負荷及び／又は機関回転速度）に依らず、機関の燃費を容易に改善することができるとの知見を得た。

一方、熱発生率重心位置を一定のクランク角度に維持した状態において機関の負荷が全負荷に近い領域に到達すると（即ち、燃料噴射量を非常に大きくすると）、燃焼中における筒内圧力の最大値が許容圧力を超える場合があることが判明した。

そこで、本発明に係る内燃機関の制御装置（以下、「本発明装置」とも称呼する。）は、図２に示したように、少なくとも前記機関の負荷が「第１閾値（Ｐｅｍ１）と、その第１閾値よりも大きい第２閾値（Ｐｅｍ２）と、の間の範囲（特定範囲）」内にある場合には、熱発生率重心位置（Ｇｃ）が機関の負荷に依らず一定の目標重心位置（目標重心に対応するクランク角度）（Ｇｃｔｇｔ＝前記一定の値θａ）に等しくなるように、各気筒の燃焼状態を変更するパラメータ（燃焼パラメータ）をフィードバック制御する。なお、第１閾値（Ｐｅｍ１）は、機関がとり得る負荷のうちの最小値であってもよく、その最小値よりも大きい値であってもよい。

更に、本発明装置は、前記負荷が前記第２閾値（Ｐｅｍ２）よりも大きい範囲にある場合、機関の負荷が大きくなるほど、各気筒の熱発生率重心位置Ｇｃが、前記一定の目標重心位置（Ｇｃｔｇｔ）よりも遅角側の範囲において、より遅角側となる目標重心位置に等しくなるように、各気筒の燃焼状態を制御する。

これにより、燃焼中の筒内圧力の最大値が許容圧力を超えないようにしながら、燃焼状態を示す指標値として熱発生率重心位置を用いた燃焼制御を実現することができる。加えて、本発明装置は、前記一定の目標重心位置（Ｇｃｔｇｔ）が前記燃費最良クランク角度又はその近傍のクランク角度に設定されている場合、燃費を改善することができる。

なお、本発明装置は、熱発生率重心位置を所定のクランク角度（前記一定のクランク角度又は前記遅角側のクランク角度）に制御する際、そのような熱発生率重心位置を実現するように予め定められた燃焼パラメータを用いるフィードフォワード制御を、上述したフィードバック制御に加えて実行してもよい。

ところで、熱発生率重心位置Ｇｃ及び熱発生率重心値Ｇｑを算出する元となる発熱量は、筒内圧、筒内容積及び比熱比に基づいて算出される。従って、筒内圧検出手段（例えば、筒内圧センサ）が故障していると発熱量を正確に算出することができない。その結果、熱発生率重心位置Ｇｃを正確に算出することができず、熱発生率重心位置Ｇｃを所定のクランク角度にフィードバック制御して、機関の燃焼状態を特定の状態に維持したり、機関の燃費を改善したりすることが困難となる。

従って、熱発生率重心位置を適切なクランク角度にフィードバック制御する制御装置において、筒内圧検出手段の異常を精度良く検出することは重要である。即ち、本発明の目的は、熱発生率重心位置を適切なクランク角度にフィードバック制御する制御装置において、筒内圧検出手段の異常を精度良く検出することである。

この目的を達成するため、本発明者は、鋭意研究の結果、燃焼状態の変動（燃焼変動）時と、筒内圧検出手段の異常時とで、熱発生率重心のずれ方に違いがあることを見出した。具体的には、燃焼変動時には、図３の（ｂ）に示したように、「熱発生率重心位置Ｇｃ」及び「熱発生率重心に対応する熱発生率である熱発生率重心値Ｇｑ」の両方が目標値から大きくずれる。これに対し、筒内圧検出手段の異常時には、図３の（ｃ）に示したように、熱発生率重心位置Ｇｃの目標値からのずれは小さいものの、熱発生率重心値Ｇｑの目標値からのずれは大きい。

そこで、本発明者は、気筒毎に筒内圧検出手段を備える多気筒内燃機関において、上記熱発生率重心のずれ方の違いに基づいて筒内圧検出手段の異常の有無を判定することができるとの考えに到った。

従って、本発明装置は、複数の気筒と、これらの気筒のそれぞれに対応して配設される複数の筒内圧検出手段と、を備えた内燃機関に適用される。本発明装置は、各気筒における熱発生率重心に対応するクランク角度である熱発生率重心位置を制御する装置であって、重心算出部と、制御部と、異常判定部と、を具備する。

前記重心算出部は、前記複数の気筒のそれぞれの熱発生率重心に対応する熱発生率である熱発生率重心値及び前記熱発生率重心位置を同複数の気筒のそれぞれに配設された前記筒内圧検出手段の出力値に基づいて算出する。

前記制御部は、前記重心算出部により算出される前記複数の気筒のそれぞれの前記熱発生率重心位置が目標重心に対応するクランク角度である目標重心位置に等しくなるように前記複数の気筒のそれぞれの前記燃焼パラメータを制御する。

前記異常判定部は、前記重心算出部により算出される前記熱発生率重心値と、前記目標重心に対応する熱発生率である目標重心値と、の差の絶対値が所定の閾値Ｔｑよりも大きく、且つ、前記重心算出部により算出される前記熱発生率重心位置と、前記目標重心位置と、の差の絶対値が所定の閾値Ｔｃよりも小さい気筒については、当該気筒に対応する前記筒内圧検出手段が異常であると判定する。よって、燃焼変動と筒内圧検出手段の異常とを確実に区別して、筒内圧検出手段の異常判定を精度良く行うことができる。

なお、前記制御部は、
前記異常判定部により前記筒内圧検出手段が異常であると判定されなかった気筒である正常気筒については、当該気筒についての前記熱発生率重心位置に基づいて前記燃焼パラメータを制御し、
前記異常判定部により前記筒内圧検出手段が異常であると判定された気筒である異常気筒については、前記正常気筒についての前記熱発生率重心位置に基づいて前記燃焼パラメータを制御するように構成され得る。

これによれば、特定の気筒の筒内圧検出手段が異常である場合においても熱発生率重心位置を適切なクランク角度に制御して、機関の燃焼状態を特定の状態に維持したり、機関の燃費を改善したりしつつ、筒内圧検出手段の異常を精度良く検出することができる。

なお、筒内圧検出手段に異常が有ると判定された気筒については、筒内圧検出手段に異常が無いと判定された気筒における燃焼パラメータの補正量を利用して、熱発生率重心位置を制御することができる。

図１は、熱発生率重心位置（熱発生率重心クランク角度）を説明するためのグラフである。 図２は、機関の負荷と目標熱発生率重心位置（目標クランク角度）との関係を表したグラフである。 図３は、（ａ）正常時を対照標準として、（ｂ）燃焼変動時と（ｃ）筒内圧検出手段異常時とにおける熱発生率重心のずれ方の違いを説明する模式的な燃焼波形図である。 図４は、本発明の実施形態に係る制御装置、及び、その制御装置が適用される内燃機関の概略構成図である。 図５は、図４に示した制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図６は、図４に示した制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図７は、図４に示した制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図８は、熱発生率重心位置の補正方法を説明するための模式的なタイムチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「本制御装置」とも称呼する。）について説明する。

（構成）
本制御装置は、図４に示した内燃機関（機関）１０に適用される。機関１０は、多気筒（本例では直列４気筒）・４サイクル・ピストン往復動型・ディーゼル機関である。機関１０は、機関本体部２０、燃料供給システム３０、吸気システム４０、排気システム５０及びＥＧＲシステム６０を含んでいる。

機関本体部２０は、シリンダブロック、シリンダヘッド及びクランクケース等を含む本体２１を含む。本体２１には、４つの気筒（燃焼室）２２が形成されている。各気筒２２の上部には燃料噴射弁（インジェクタ）２３が配設されている。燃料噴射弁２３は、後述するエンジンＥＣＵ（電子制御ユニット）７０の指示に応答して開弁し、気筒内に燃料を直接噴射するようになっている。

燃料供給システム３０は、燃料加圧ポンプ（サプライポンプ）３１と、燃料送出管３２と、コモンレール（蓄圧室）３３と、を含む。燃料加圧ポンプ３１の吐出口は燃料送出管３２に接続されている。燃料送出管３２はコモンレール３３に接続されている。コモンレール３３は燃料噴射弁２３に接続されている。

燃料加圧ポンプ３１は、図示しない燃料タンクに貯留されている燃料を汲み上げた後に加圧し、その加圧された高圧燃料を、燃料送出管３２を通してコモンレール３３へ供給するようになっている。燃料加圧ポンプ３１は、機関１０のクランクシャフトに連動する駆動軸により作動する。燃料加圧ポンプ３１は、ＥＣＵ７０の指示に応答し、コモンレール３３内の燃料の圧力（即ち、燃料噴射圧、コモンレール圧）を調整できるようになっている。

吸気システム４０は、インテークマニホールド４１、吸気管４２、エアクリーナ４３、過給機４４のコンプレッサ４４ａ、インタークーラ４５、スロットル弁４６及びスロットル弁アクチュエータ４７を含んでいる。

インテークマニホールド４１は各気筒に接続された枝部と、枝部が集合した集合部と、を含む。吸気管４２はインテークマニホールド４１の集合部に接続されている。インテークマニホールド４１及び吸気管４２は吸気通路を構成している。吸気管４２には、吸入空気の流れの上流から下流に向け、エアクリーナ４３、コンプレッサ４４ａ、インタークーラ４５及びスロットル弁４６が順に配設されている。スロットル弁アクチュエータ４７は、ＥＣＵ７０の指示に応じてスロットル弁４６の開度を変更するようになっている。

インタークーラ４５は、吸気温度を低下するようになっている。インタークーラ４５は、図示しないバイパス通路及びそのバイパス通路に介装されたバイパスバルブを備える。更に、インタークーラ４５は図示しない冷却機との間で通流する冷却水（冷媒）量を調整できるようになっている。従って、インタークーラ４５は、ＥＣＵ７０の指示に応答してバイパスバルブの開度及び／又は冷却水量を調整することにより、インタークーラ４５の冷却効率（インタークーラ４５の流入ガスの温度とインタークーラ４５の流出ガスの温度との比により表される効率）を変更できるようになっている。

排気システム５０は、エキゾーストマニホールド５１、排気管５２、過給機４４のタービン４４ｂ及び排ガス浄化装置（例えば、ディーゼル酸化触媒及びパティキュレートフィルタ等）５３を含んでいる。

エキゾーストマニホールド５１は各気筒に接続された枝部と、枝部が集合した集合部と、を含む。排気管５２はエキゾーストマニホールド５１の集合部に接続されている。エキゾーストマニホールド５１及び排気管５２は排気通路を構成している。排気管５２には、排ガスの流れの上流から下流に向け、タービン４４ｂ及び排ガス浄化装置５３が配設されている。

過給機４４は周知の可変容量型過給機であり、そのタービン４４ｂには図示しない複数のノズルベーン（可変ノズル）が設けられている。このノズルベーンは、ＥＣＵ７０の指示に応じて開度が変更され、その結果、過給圧が変更（制御）されるようになっている。なお、過給機４４のタービン４４ｂは、図示しない「タービン４４ｂのバイパス通路、及び、そのバイパス通路に設けられたバイパスバルブ」を備えていてもよく、このバイパスバルブ開度がＥＣＵ７０の指示に応じて変更されることにより過給圧が変更されてもよい。即ち、本明細書において「過給機４４を制御する」とは、ノズルベーンの角度及び／又はバイパスバルブの開度を変更することによって過給圧を変更することを意味する。

ＥＧＲシステム６０は、排気還流管６１、ＥＧＲ制御弁６２及びＥＧＲクーラ６３を含んでいる。
排気還流管６１は、排気通路（エキゾーストマニホールド５１）であってタービン４４ｂよりも上流位置と、吸気通路（インテークマニホールド４１）であってスロットル弁４６の下流位置と、を連通している。排気還流管６１はＥＧＲガス通路を構成している。
ＥＧＲ制御弁６２は排気還流管６１に配設されている。ＥＧＲ制御弁６２は、ＥＣＵ７０からの指示に応答してＥＧＲガス通路の通路断面積を変更することにより、排気通路から吸気通路へと再循環される排ガス量（ＥＧＲガス量）を変更し得るようになっている。

ＥＧＲクーラ６３は排気還流管６１に介装され、排気還流管６１を通過するＥＧＲガスの温度を低下するようになっている。ＥＧＲクーラ６３は、図示しないバイパス通路及びそのバイパス通路に介装されたバイパスバルブを備える。更に、ＥＧＲクーラ６３は図示しない冷却機との間で通流する冷却水（冷媒）量を調整できるようになっている。従って、ＥＧＲクーラ６３は、ＥＣＵ７０の指示に応答してバイパスバルブ開度及び／又は冷却水量を調整することにより、ＥＧＲクーラ６３の冷却効率（ＥＧＲクーラ６３の流入ガスの温度とＥＧＲクーラ６３の流出ガスの温度との比により表される効率）を変更できるようになっている。

ＥＣＵ７０は、周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びインターフェース等を含む。ＥＣＵ７０は、以下に述べるセンサ類と接続されていて、これらのセンサからの信号を受信（入力）するようになっている。更に、ＥＣＵ７０は、各種アクチュエータに指示（駆動）信号を送出するようになっている。

ＥＣＵ７０は、エアフローメータ７１、スロットル弁開度センサ７２、吸気管圧力センサ７３、燃料圧力センサ７４、筒内圧センサ７５、クランク角度センサ７６、ＥＧＲ制御弁開度センサ７７、及び、水温センサ７８と接続されている。

エアフローメータ７１は吸気通路内を通過する吸入空気（ＥＧＲガスを含まない新気）の質量流量（吸入空気量）を測定し、その吸入空気量Ｇａを表す信号を出力する。更に、エアフローメータ７１は吸入空気の温度（吸気温）を検出し、その吸気温ＴＨＡを表す信号を出力する。
スロットル弁開度センサ７２はスロットル弁開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力する。
吸気管圧力センサ７３は、吸気通路内であってスロットル弁４６よりも下流の吸気管内のガスの圧力（吸気管圧力）Ｐｉｍを表す信号を出力する。吸気管圧力Ｐｉｍは過給圧であると言うこともできる。

燃料圧力センサ７４は、コモンレール（蓄圧室）３３内の燃料の圧力（燃料圧力、燃料噴射圧、コモンレール圧）を検出し、燃料噴射圧Ｆｐを表す信号を出力する。
筒内圧センサ７５は、各気筒（燃焼室）に対応するように配設されている。筒内圧センサ７５は、対応する気筒内の圧力（即ち、筒内圧）を検出し、筒内圧Ｐｃを表す信号を出力する。即ち、筒内圧センサ７５は「筒内圧検出手段」として機能する。
クランク角度センサ７６は、機関１０の図示しないクランクシャフトの回転位置（即ち、クランク角度）に応じた信号を出力する。ＥＣＵ７０は、このクランク角度センサ７６及び図示しないカムポジションセンサからの信号に基づいて、所定の気筒の圧縮上死点を基準とした機関１０のクランク角度（絶対クランク角度）θを取得する。更に、ＥＣＵ７０は、クランク角度センサ７６からの信号に基づいて、機関回転速度Ｎｅを取得する。

ＥＧＲ制御弁開度センサ７７は、ＥＧＲ制御弁６２の開度を検出し、その開度を表す信号Ｖｅｇｒを出力する。
水温センサ７８は、機関１０の冷却水の温度（冷却水温度）を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力する。

加えて、ＥＣＵ７０は、アクセル開度センサ８１及び車速センサ８２と接続されている。
アクセル開度センサ８１は、図示しないアクセルペダルの開度（アクセルペダル操作量）を検出し、アクセルペダル開度Ａｃｃｐを表す信号を出力する。
車速センサ８２は、機関１０が搭載された車両の走行速度を検出し、その走行速度（車速）Ｓｐｄを表す信号を出力する。

（燃焼制御の概要）
次に、本制御装置の作動について説明する。本制御装置は、前述した定義によって規定される熱発生率重心位置が所定の目標熱発生率重心位置となるように燃焼制御を行なう（即ち、燃焼パラメータを設定する。）。目標熱発生率重心位置は、目標重心位置、目標熱発生率重心角度又は目標クランク角度とも称呼される。

本制御装置においては、熱発生率重心位置が目標重心位置と一致するように燃焼パラメータが機関の運転状態（機関の負荷及び機関回転速度等、並びに、目標重心位置）に対して予め定められ且つＲＯＭに記憶されている。本制御装置は、実際の機関の運転状態に応じてＲＯＭから燃焼パラメータを読み出し、その燃焼パラメータを使用する制御（即ち、フィードフォワード制御）によって熱発生率重心位置を目標重心位置に一致させる。更に、本制御装置は、各気筒の実際の熱発生率重心位置を各気筒の筒内圧センサ７５が検出する筒内圧Ｐｃに基づいて推定し、その推定した熱発生率重心位置が目標重心位置と一致するように各気筒の燃焼パラメータをフィードバック制御する。

ところで、図２に示したように、少なくとも機関の負荷が「第１閾値Ｐｅｍ１から第２閾値Ｐｅｍ２までの範囲」内にあるとき、熱発生率重心位置が一定クランク角度θａに一致するように、燃焼状態を制御する。これによれば、機関１０の燃費を良好にすることができる。なお、このときの目標重心位置Ｇｃｔｇｔは、エミッションとの関係により定まる機関１０のランニングコストが最小となる一定のクランク角度θａ’（θａから所定範囲内のクランク角度）であって、機関の負荷及び機関回転速度に依らず燃費悪化率が最小値近傍の一定となるクランク角度であってもよい。

一方、機関１０の負荷が第２閾値Ｐｅｍ２よりも大きい範囲にあるときには、負荷が増大するにつれ（燃料噴射量が増大するにつれ）、目標重心位置Ｇｃｔｇｔを「前記一定クランク角度θａよりも遅角側の範囲」において次第に遅角側となるクランク角度に設定する。これによれば、筒内圧力の最大値が機関１０の許容圧力を超えることが回避される。更に、機関１０の負荷が第２閾値Ｐｅｍ２よりも大きい範囲において、燃費は多少悪化するものの燃料噴射量を増大することができるので、機関１０の発生トルク（従って、出力）を増大することができる。

なお、熱発生率重心位置が遅角側に移行するほど排気損失が増大するので、排気温度が上昇する。そして、機関１０が許容できる排気温度（許容排気温度）に到達した時点で、本制御装置は燃料噴射量の増大を停止する。

更に、本制御装置は、機関１０の負荷が第１閾値Ｐｅｍ１以下であるときも、目標重心位置Ｇｃｔｇｔを一定クランク角度θａに設定する。但し、本制御装置は、機関１０の負荷が第１閾値Ｐｅｍ１以下であるとき、他の要求に基づいて、目標重心位置Ｇｃｔｇｔを前記一定クランク角度θａ以外のクランク角度に設定する場合もある。更に、前述したように、本制御装置は、機関の負荷が「第１閾値Ｐｅｍ１から第２閾値Ｐｅｍ２までの範囲」内にあるとき、「一定クランク角度θａから所定範囲内のクランク角度（一定値）θａ’」に目標重心位置Ｇｃｔｇｔを設定してもよい。

（実際の作動）
次に、ＥＣＵ７０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と表記する。）が実行する燃焼状態を制御するための処理について図５を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、記号ＭａｐＸ（Ｐ１，Ｐ２…）は、引数（パラメータ）をＰ１，Ｐ２…として値Ｘを得るルックアップテーブル（又は関数）を表す。加えて、説明を簡単にするため、以下においてＣＰＵは、主噴射時期、過給圧及び燃料噴射圧を上述した燃焼パラメータとして採用し、且つ、パイロット噴射及びアフター噴射は行なわない。

＜フィードフォワード制御＞
ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図５にフローチャートにより示した「燃焼状態制御ルーチン」を実行するようになっている。従って、適当なタイミングになると、ＣＰＵは図５のステップ５００から処理を開始し、以下に述べるステップ５０５乃至ステップ５１５の処理を順に行い、ステップ５２０に進む。

ステップ５０５：ＣＰＵは、アクセルペダル開度Ａｃｃｐ及び機関回転速度Ｎｅを取得する。
ステップ５１０：ＣＰＵは、アクセルペダル開度Ａｃｃｐ及び機関回転速度Ｎｅに基づいて、要求噴射量（指令噴射量）Ｑｆｉｎを決定する（Ｑｆｉｎ＝ＭａｐＱｆｉｎ（Ａｃｃｐ，Ｎｅ）。要求噴射量Ｑｆｉｎは要求トルクと言うこともできる。
ステップ５１５：ＣＰＵは、別途算出されている最大噴射量Ｑｍａｘを取得する。最大噴射量Ｑｍａｘは、「排ガスに含まれるスモーク等の有害物質が所定の閾値を超えない範囲において噴射可能な最大の噴射量」と「機関１０のトルクが、機関１０が搭載された車両の駆動トルク伝達機構の許容限界トルクを超えないために噴射可能な最大の噴射量」とのうちの小さいほうの噴射量である。

次に、ＣＰＵはステップ５２０に進み、要求噴射量Ｑｆｉｎが最大噴射量Ｑｍａｘ以下であるか否かを判定する。要求噴射量Ｑｆｉｎが最大噴射量Ｑｍａｘ以下であれば、ＣＰＵはステップ５２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２５に進み、最終燃料噴射量Ｑａｃｔを要求噴射量Ｑｆｉｎと等しい値に設定する。一方、要求噴射量Ｑｆｉｎが最大噴射量Ｑｍａｘよりも大きければ、ＣＰＵはステップ５２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５３０に進み、最終燃料噴射量Ｑａｃｔを最大噴射量Ｑｍａｘと等しい値に設定する。なお、エミッション及び／又は許容限界トルクの制約がない場合、ステップ５１５乃至ステップ５３０は省略されても良い。この場合、最終燃料噴射量Ｑａｃｔは常に要求噴射量Ｑｆｉｎと等しくなる。

ＣＰＵは、ステップ５２５又はステップ５３０の処理を行った後、以下に述べるステップ５３５乃至ステップ５４５の処理を順に行い、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ５３５：ＣＰＵは、最終燃料噴射量Ｑａｃｔ及び機関回転速度Ｎｅと、ルックアップテーブルＭａｐＦｐ（Ｑａｃｔ，Ｎｅ）と、に基づいて燃料噴射圧Ｆｐを決定する。このとき、燃料噴射圧Ｆｐは、ブロックＢ１に示したように、要求出力Ｐｒに実質的に比例した値に設定される。但し、前述したように、機関の負荷（この場合、要求噴射量Ｑｆｉｎ）が所定値以上となって、筒内圧力の最大値が許容圧力を超えるような領域において、燃料噴射圧Ｆｐは最終燃料噴射量Ｑａｃｔが大きくなるほど小さくなる値に設定される。更に、機関の負荷が「機関回転速度Ｎｅが大きくなるほど小さくなる前述の第２閾値Ｐｅｍ２」を超える領域にある場合、燃料噴射圧Ｆｐは略一定値に維持される。ＣＰＵは、図示しない駆動ルーチンにより、実際の燃料噴射圧がこのステップ５３５にて決定された燃料噴射圧Ｆｐと等しくなるように、燃料加圧ポンプ３１等を制御する。

ステップ５４０：ＣＰＵは、最終燃料噴射量Ｑａｃｔ及び機関回転速度Ｎｅと、ルックアップテーブルＭａｐＴｐ（Ｑａｃｔ，Ｎｅ）と、に基づいて過給圧Ｔｐを決定する。このとき、過給圧Ｔｐは、ブロックＢ２に示したように、要求出力Ｐｒに実質的に比例した値に設定される。但し、前述したように、機関の負荷（この場合、要求噴射量Ｑｆｉｎ）が所定値以上となって、筒内圧力の最大値が許容圧力を超えるような領域において、過給圧Ｔｐは最終燃料噴射量Ｑａｃｔが大きくなるほど小さくなる値に設定される。更に、過給圧Ｔｐは、機関の負荷が前述した「機関回転速度Ｎｅが大きくなるほど小さくなる第２閾値Ｐｅｍ２」を超える領域にある場合、略一定値に維持される。ＣＰＵは、図示しない駆動ルーチンにより、実際の過給圧がこのステップ５４０にて決定された過給圧Ｔｐと等しくなるように、過給機４４を制御する。

ステップ５４５：ＣＰＵは、最終燃料噴射量Ｑａｃｔ及び機関回転速度Ｎｅと、ルックアップテーブルＭａｐＣＭｉｎｊ（Ｑａｃｔ， Ｎｅ）と、に基づいて、主噴射の燃料噴射時期ＣＭｉｎｊを決定する。このルックアップテーブルＭａｐＣＭｉｎｊ（Ｑａｃｔ， Ｎｅ）は、熱発生率重心位置が図３の（Ｂ）に示した目標重心位置Ｇｃｔｇｔに一致するように、予め実験により定められＲＯＭに記憶されている。その後、ＣＰＵはステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

なお、ＣＰＵは、任意の気筒のクランク角度がこのステップ５４５にて決定された燃料噴射時期ＣＭｉｎｊに一致するときその気筒の燃料噴射弁２３から燃料噴射量Ｑａｃｔの燃料を噴射させる。

以上の処理の結果、熱発生率重心位置は図２に示した目標重心位置Ｇｃｔｇｔに略一致させられる。なお、主燃料の燃料噴射時期ＣＭｉｎｊは、機関１０の個体差及び経年変化等によって熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃｔｇｔから大きく乖離することがないように、図６に示されたフィードバック制御によって調整される。

＜フィードバック制御＞
ＣＰＵは、任意の気筒のクランク角度が７２０°経過する毎に、図６にフローチャートにより示した「熱発生率重心位置のフィードバック制御ルーチン」をその任意の気筒に対して実行するようになっている。即ち、ＣＰＵは、図６にフローチャートにより示した「熱発生率重心位置のフィードバック制御ルーチン」を、気筒毎に実行する。

このルーチンにより、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが図２に示した目標重心位置Ｇｃｔｇｔと等しくなるように、主噴射の噴射時期ＣＭｉｎｊがフィードバック制御により調整される。なお、クランク角度θは、着目している気筒の圧縮上死点後のクランク角度（ＡＴＤＣ ｄｅｇ）によって表される。従って、圧縮上死点よりも進角側のクランク角度θは負の値となる。

具体的には、ある気筒のクランク角度がその気筒の吸気上死点に一致すると、ＣＰＵは図６のステップ６００から処理を開始してステップ６０２に進み、筒内圧検出手段（例えば、筒内圧センサ７５）が正常であるか否かを判定する。なお、この判定は、例えば、後述する「筒内圧検出手段異常判定ルーチン」による判定結果を保持するフラグの値を参照することによって実行することができる。筒内圧検出手段が正常ではない（即ち、異常である）場合、ＣＰＵはそのステップ６０２にて「Ｎｏ」と判定してステップ６０４に進み、当該気筒（着目気筒）については「筒内圧検出手段が異常である場合に応じた異常時用の重心制御」（センサ異常時制御）を行う。このセンサ異常時制御については、後に詳述する。その後、ＣＰＵはステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

一方、筒内圧検出手段が正常である場合、ＣＰＵはそのステップ６０２にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６１０に進み、その気筒（着目気筒）の直近の１サイクルにおける筒内圧Ｐｃに基づいてクランク角度θ［ｄｅｇＡＴＤＣ］に対する単位クランク角度あたりの発熱量である熱発生率ｄＱ（θ）［Ｊ／ｄｅｇＡＴＤＣ］を周知の手法に基づいて算出する（例えば、特開２００５−５４７５３号公報、及び、特開２００７−２８５１９４号公報等を参照。）。具体的には、熱発生率ｄＱ／ｄθは、例えば、下記の式（５）に従って算出することができる。

上式中、Ｐは筒内圧センサによって検出された筒内圧であり、θはクランク角度であり、Ｖはクランク角度θから定まる燃焼室の容積であり、κは予め定められた定数である。なお、ＣＰＵは、単位クランク角度が経過する毎に各気筒の筒内圧Ｐｃを取得し、その筒内圧Ｐｃをその筒内圧Ｐｃが取得された気筒及びその気筒のクランク角度に対応付けてＲＡＭ内に記憶するようになっている。

次いで、ＣＰＵは熱発生率ｄＱ（θ）を下記の（２）式に適用することにより、熱発生率重心位置Ｇｃを取得・推定する。実際には、熱発生率重心位置Ｇｃは、（２）式をデジタル演算式に変換した式に基づいて計算される。（２）式において、ＣＡｓは燃焼が開始するクランク角度（燃焼開始クランク角度）であり、ＣＡｅは燃焼が終了するクランク角度（燃焼終了クランク角度）である。なお、（２）式のＣＡｓに代えて燃焼開始クランク角度よりも十分に早いクランク角度が（２）式による計算に採用され、且つ、ＣＡｅに代えて燃焼終了クランク角度よりも十分に遅いクランク角度が（２）式による計算に採用される。

次に、ＣＰＵはステップ６１５に進み、最終燃料噴射量Ｑａｃｔ（機関の負荷に相当する値）及び機関回転速度Ｎｅと、図２に示したルックアップテーブルと同等のルックアップテーブルＭａｐＧｃｔｇｔ（Ｑａｃｔ， Ｎｅ）と、に基づいて目標重心位置Ｇｃｔｇｔを決定する。なお、ＣＰＵは、アクセルペダル開度Ａｃｃｐと機関回転速度ＮｅとルックアップテーブルＭａｐＧｃｔｇｔ（Ａｃｃｐ， Ｎｅ）とに基づいて目標重心位置Ｇｃｔｇｔを決定してもよく、要求噴射量（指令噴射量）Ｑｆｉｎと機関回転速度ＮｅとルックアップテーブルＭａｐＧｃｔｇｔ（Ｑｆｉｎ， Ｎｅ）とに基づいて目標重心位置Ｇｃｔｇｔを決定してもよい。即ち、ＣＰＵは、目標重心位置Ｇｃｔｇｔを、「アクセルペダル開度に相関を有する値（機関の負荷）」と「機関回転速度Ｎｅ」とに基づいて決定する。

次に、ＣＰＵはステップ６２０に進み、熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上遅角側であるか否かを判定する。熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上遅角側である場合、ＣＰＵはそのステップ６２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２５に進み、ステップ６１０にて熱発生率重心位置Ｇｃを算出した気筒（着目気筒）の主噴射の噴射時期ＣＭｉｎｊを所定の微小角度ΔＣＡだけ進角する。これにより、着目気筒の熱発生率重心位置Ｇｃが僅かに進角側に移動するので、目標重心位置Ｇｃｔｇｔに近づく。その後、ＣＰＵはステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、ＣＰＵがステップ６２０の処理を実行する時点において、熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上遅角側でない場合、ＣＰＵはそのステップ６２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６３０に進み、熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上進角側であるか否かを判定する。熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上進角側である場合、ＣＰＵはステップ６３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６３５に進み、ステップ６１０にて熱発生率重心位置Ｇｃを算出した気筒（着目気筒）の主噴射の噴射時期ＣＭｉｎｊを所定の微小角度ΔＣＡだけ遅角する。これにより、着目気筒の熱発生率重心位置Ｇｃが僅かに遅角側に移動するので、目標重心位置Ｇｃｔｇｔに近づく。その後、ＣＰＵはステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

更に、ＣＰＵがステップ６３０の処理を実行する時点において、熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上進角側でなければ、熱発生率重心位置Ｇｃと目標重心位置Ｇｃｔｇｔとの差の大きさは微小角度Δθｓ未満である。この場合、ＣＰＵはステップ６３０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、ステップ６１０にて熱発生率重心位置Ｇｃを算出した気筒の主噴射の噴射時期ＣＭｉｎｊは修正されない。

なお、ＣＰＵは、ステップ６００とステップ６０２との間に、「アクセルペダル開度Ａｃｃｐと機関回転速度Ｎｅとにより規定される現時点の運転状態が、所定時間前における運転状態と同一であるか否かを判定する」ステップを実行してもよい。そして、ＣＰＵは、現時点の運転状態が所定時間前における運転状態と同一であると判定される場合にステップ６０２以降に進み、現時点の運転状態が所定時間前における運転状態と同一でないと判定される場合にはステップ６９５に直接進んでもよい。

これによれば、運転状態が変化していない場合（運転状態が定常である場合）にのみ熱発生率重心位置Ｇｃのフィードバック制御を行い、運転状態が変化した場合には一度フィードフォワード制御にて燃焼パラメータを設定し直した後に、熱発生率重心位置Ｇｃのフィードバック制御を行うことができる。

ところで、このルーチンにおいては、上述したように、ステップ６１０において、ＣＰＵが、単位クランク角度が経過する毎に各気筒の筒内圧Ｐｃを取得し、その筒内圧Ｐｃをその筒内圧Ｐｃが取得された気筒及びその気筒のクランク角度に対応付けてＲＡＭ内に記憶する。次いで、ＣＰＵは、筒内圧Ｐｃ及びクランク角度に基づいて算出される熱発生率ｄＱ（θ）を上記の（２）式に適用することにより、熱発生率重心位置Ｇｃを取得・推定する。

従って、筒内圧検出手段（例えば、筒内圧センサ７５）が故障していると熱発生率重心位置Ｇｃを正確に算出することができない。その結果、上述したように熱発生率重心位置Ｇｃを所定のクランク角度に制御して、機関の燃焼状態を特定の状態に維持したり、機関の燃費を改善したりすることが困難となる。

そこで、ＣＰＵは、任意の気筒のクランク角度が７２０°経過する毎に、図７にフローチャートにより示した「筒内圧検出手段異常判定ルーチン」をその任意の気筒に対して実行するようになっている。即ち、ＣＰＵは、図７にフローチャートにより示した「筒内圧検出手段異常判定ルーチン」を、気筒毎に実行する。

具体的には、ある気筒のクランク角度がその気筒の吸気上死点に一致すると、ＣＰＵは図７のステップ７００から処理を開始してステップ７０５に進み、筒内圧検出手段が正常であると判定されているか否かを判定する。筒内圧検出手段が正常ではない（即ち、センサ異常）と判定されている場合、筒内圧検出手段が異常であるか否かを改めて判定する必要は無い。従って、ＣＰＵはステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

一方、筒内圧検出手段が正常である（即ち、センサ正常）と判定されている場合、ＣＰＵはステップ７１０に進み、上述したように、熱発生率ｄＱ（θ）を上記の（２）式に適用することにより、その気筒の熱発生率重心位置Ｇｃを取得・推定する。加えて、ＣＰＵは、熱発生率ｄＱ（θ）を下記（４）式に適用することにより、その気筒の熱発生率重心における熱発生率である熱発生率重心値Ｇｑを取得・推定する。

次に、ＣＰＵはステップ７２０に進み、「熱発生率重心値Ｇｑと目標重心値Ｇｑｔｇｔとの差の絶対値が所定の閾値Ｔｑよりも大きく（即ち、｜Ｇｑ−Ｇｑｔｇｔ｜＞Ｔｑ）、且つ、熱発生率重心位置Ｇｃと目標重心位置Ｇｃｔｇｔとの差の絶対値が所定の閾値Ｔｃよりも小さい（即ち、｜Ｇｃ−Ｇｃｔｇｔ｜＜Ｔｃ）」か否かを判定する。

上記目標重心値Ｇｑｔｇｔは、目標重心に対応する熱発生率であり、図６のステップ６１５における目標重心位置Ｇｃｔｇｔの決定手順と同様にして決定することができる。具体的には、最終燃料噴射量Ｑａｃｔ（機関の負荷に相当する値）及び機関回転速度Ｎｅと、図２に示したルックアップテーブルと同等のルックアップテーブルＭａｐＧｑｔｇｔ（Ｑａｃｔ， Ｎｅ）と、に基づいて目標重心値Ｇｑｔｇｔを決定する。なお、ＣＰＵは、アクセルペダル開度Ａｃｃｐと機関回転速度ＮｅとルックアップテーブルＭａｐＧｑｔｇｔ（Ａｃｃｐ， Ｎｅ）とに基づいて目標重心値Ｇｑｔｇｔを決定してもよく、要求噴射量（指令噴射量）Ｑｆｉｎと機関回転速度ＮｅとルックアップテーブルＭａｐＧｑｔｇｔ（Ｑｆｉｎ， Ｎｅ）とに基づいて目標重心値Ｇｑｔｇｔを決定してもよい。即ち、ＣＰＵは、目標重心値Ｇｑｔｇｔを、「アクセルペダル開度に相関を有する値（機関の負荷）」と「機関回転速度Ｎｅ」とに基づいて決定する。

「｜Ｇｑ−Ｇｑｔｇｔ｜＞Ｔｑ、且つ、｜Ｇｃ−Ｇｃｔｇｔ｜＜Ｔｃ」である場合、ＣＰＵはそのステップ７２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７３０に進み、ステップ７１０にて熱発生率重心値Ｇｑ及び熱発生率重心位置Ｇｃを取得した気筒（着目気筒）の筒内圧検出手段が異常であると判定する（センサ異常判定）。一方、「｜Ｇｑ−Ｇｑｔｇｔ｜＞Ｔｑ、且つ、｜Ｇｃ−Ｇｃｔｇｔ｜＜Ｔｃ」ではない場合、ＣＰＵはそのステップ７２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７４０に進み、着目気筒の筒内圧検出手段が正常であると判定する（センサ正常判定）。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

尚、図６のフローチャートを参照しながら説明したように、上記判定結果をフラグとして保持しておき、「熱発生率重心位置のフィードバック制御ルーチン」のステップ６０２において、筒内圧検出手段（例えば、筒内圧センサ７５）が正常であるか否かを判定するようにしてもよい。

上記のようにして、ＣＰＵは、着目気筒の筒内圧検出手段（例えば、筒内圧センサ）が故障している（異常である）か否かを判定することができる。着目気筒の筒内圧検出手段が異常であると判定された場合、この着目気筒においては、異常な筒内圧検出手段によって検出された筒内圧から熱発生率重心位置Ｇｃが算出されるので、熱発生率重心位置Ｇｃが不正確である虞が高い。このように不正確な熱発生率重心位置Ｇｃに基づく通常の重心制御によっては、この着目気筒の熱発生率重心Ｇｃを目標重心位置Ｇｃｔｇｔに近付けることは困難である。

従って、着目気筒の筒内圧検出手段が異常であると判定された場合は、上記通常の重心制御ではなく、筒内圧検出手段が異常である場合に応じた異常時用の重心制御（図６のステップ６０４における「センサ異常時制御」）を行うことが望ましい。この異常時用の重心制御について、図８に示したタイムチャートを参照しながら説明する。この例においては、図４に示した機関１０が備える４つの気筒のうち第４気筒（＃４）の筒内圧検出手段（筒内圧センサ７５）が異常である場合について説明する。

第１気筒（＃１）、第３気筒（＃３）、及び第２気筒（＃２）の筒内圧検出手段は正常であるので、熱発生率重心Ｇｃを正確に検出することができる。従って、それぞれの筒内圧検出手段によって検出された筒内圧から算出される熱発生率重心Ｇｃに基づく通常の重心制御により、これらの気筒における熱発生率重心位置Ｇｃを目標重心位置Ｇｃｔｇｔに近付けることができる。具体的には、それぞれの筒内圧検出手段によって検出された筒内圧から算出される熱発生率重心Ｇｃ（補正前重心＃１〜＃３）に基づく補正量（Ｇ１〜Ｇ３）により熱発生率重心Ｇｃが目標重心位置Ｇｃｔｇｔに近付く（補正後重心＃１〜＃３）。なお、ここで言う「補正量」とは、図５のステップ５４５において決定される主噴射時期ＣＭｉｎｊと、図６のステップ６２５及び／又は６３５における補正を経た結果としてのＣＭｉｎｊとの差（即ち、フィードバック制御による補正量）に相当する。

一方、第４気筒（＃４）の筒内圧検出手段は異常であるので、熱発生率重心Ｇｃを正確に検出することができない。従って、この筒内圧検出手段によって検出された筒内圧から算出される熱発生率重心Ｇｃに基づく通常の重心制御によっては、この気筒における熱発生率重心位置Ｇｃを目標重心位置Ｇｃｔｇｔに近付けることはできない。具体的には、この筒内圧検出手段によって検出された筒内圧から算出される熱発生率重心Ｇｃ（補正前重心＃４）に基づく補正量（Ｇ４）によっては熱発生率重心Ｇｃを目標重心位置Ｇｃｔｇｔに近付けることはできない。

そこで、第４気筒については、異常時用の重心制御として、この第４気筒における熱発生率重心位置Ｇｃではなく、筒内圧検出手段が異常であると判定されなかった他の気筒における熱発生率重心位置Ｇｃに基づいて重心制御を行う。具体的には、例えば、第１気筒（＃１）、第３気筒（＃３）、及び第２気筒（＃２）における熱発生率重心位置Ｇｃ（補正前重心＃１〜＃３）に基づく補正量（Ｇ１〜Ｇ３）の何れか（図８においては、Ｇ３）により、熱発生率重心Ｇｃを目標重心位置Ｇｃｔｇｔに近付ける（補正後重心＃４）。あるいは、第１気筒（＃１）、第３気筒（＃３）、及び第２気筒（＃２）についての補正量（Ｇ１〜Ｇ３）の平均値を、第４気筒（＃４）についての補正量（Ｇ４）として採用してもよい。

なお、図８に示したタイムチャートにおいては、上記のように筒内圧検出手段が異常であると判定された気筒については他の正常な気筒についての熱発生率重心位置の補正量に基づいて重心制御を行った。しかしながら、着目気筒の筒内圧検出手段が異常であると判定された場合における対処は上記例示に限定されない。例えばＭＩＬを点灯する等の警告表示をしたり、例えばマップ等に予め保持された燃焼パラメータによる障害発生時用運転モード（例えば、所謂「フェールセーフモード」等）に移ったりしてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が具備する異常判定部は、ステップ７１０において着目気筒の熱発生率重心位置Ｇｃ及び熱発生率重心値Ｇｑを取得・推定する。次に、ステップ７２０において「｜Ｇｑ−Ｇｑｔｇｔ｜＞Ｔｑ、且つ、｜Ｇｃ−Ｇｃｔｇｔ｜＜Ｔｃ」が成立するか否かを判定する。当該条件が成立する場合、次のステップ７３０において着目気筒の筒内圧検出手段が異常であると判定する。一方、当該条件が成立しない場合、次のステップ７４０において着目気筒の筒内圧検出手段が正常であると判定する。

従って、本実施形態に係る内燃機関の制御装置は、本発明の目的は、熱発生率重心位置が適切なクランク角度にフィードバック制御される内燃機関において、筒内圧検出手段の異常を精度良く検出することができる。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態は、燃焼パラメータとして以下に述べる値の一つ以上を採用することもできる。

（１）主噴射（メイン噴射）の時期
（２）燃料噴射弁が燃料を噴射するときの圧力である燃料噴射圧
（３）主噴射よりも進角側にて行われる燃料噴射であるパイロット噴射の燃料噴射量
（４）パイロット噴射の回数
（５）パイロット噴射の時期
（６）各パイロット噴射の燃料噴射量
（７）主噴射よりも遅角側にて行われる燃料噴射であるアフター噴射の噴射量
（８）過給機４４による過給圧
（９）インタークーラ４５の冷却効率（冷却能力）
（１０）吸入空気に対するＥＧＲガスの比率であるＥＧＲ率（又は、ＥＧＲガスの量）
（１１）ＥＧＲクーラ６３の冷却効率（冷却能力）
（１２）気筒内のスワール流の強度（例えば、スワールコントロールバルブの開度）

更に、上記実施形態は、上記燃焼パラメータの値（１）乃至（１２）のうち、各気筒の燃焼状態を個別に変更可能な燃焼パラメータの値（１）乃至（７）及び（１２）の１つ以上を採用することができる。

なお、熱発生率重心位置Ｇｃを進角させる場合には、制御装置は以下の動作を行えばよい。その逆に熱発生率重心位置Ｇｃを遅角させる場合には、制御装置は以下の動作とは逆方向の動作を行えばよい。
（１ａ）制御装置は、主噴射の時期を進角側に移動させる。
（２ａ）制御装置は、燃料噴射圧を増加させる。
（３ａ）制御装置は、パイロット噴射の燃料噴射量を増加させる。
（４ａ）制御装置は、パイロット噴射のみに関して決まる「パイロット噴射の熱発生率重心角度」が進角側へ移動するようにパイロット噴射の回数を変更する。
（５ａ）制御装置は、パイロット噴射の熱発生率重心角度が進角側へ移動するようにパイロット噴射の時期を変更する。
（６ａ）制御装置は、パイロット噴射の熱発生率重心角度が進角側へ移動するように各パイロット噴射の燃料噴射量を変更する。
（７ａ）制御装置は、アフター噴射の噴射量を減少する、若しくは、アフター噴射を行わない。
（８ａ）制御装置は、過給圧を増加させる。
（９ａ）制御装置は、インタークーラ４５のバイパスバルブ開度を増大するか、或いは、冷却水量を減少させることにより、インタークーラ４５の冷却効率を低下させる。
（１０ａ）制御装置は、ＥＧＲ制御弁６２の開度を減少させる（ＥＧＲガス通路の通路断面積を減少させる）ことにより、ＥＧＲ率を低下させる（ＥＧＲ量を減少させる。）。
（１１ａ）制御装置は、ＥＧＲクーラ６３のバイパスバルブ開度を増大するか、或いは、冷却水量を減少させることにより、ＥＧＲクーラ６３の冷却効率を低下させる。
（１２ａ）制御装置は、スワール流の強度を増大させる。

更に、ＣＰＵは、図２に示したように、熱発生率重心位置Ｇｃが機関の負荷のみに依存して変化するように、燃焼状態を制御してもよい。加えて、上記実施形態において、機関１０の負荷が第１閾値Ｐｅｍ１から第２閾値Ｐｅｍ２までの範囲内にある場合における制御目標としての熱発生率重心位置（即ち、上記一定クランク角度θａ）は機関毎に異なる。更に、上記実施形態において、この一定クランク角度θａは総ての気筒に対して共通であったが、機関の形式によっては気筒間で相違する値であってもよい。

１０…内燃機関、２３…燃料噴射弁、７０…ＥＣＵ、７５…筒内圧センサ、７６…クランク角度センサ、♯１…第１気筒、♯２…第２気筒、♯３…第３気筒、及び♯４…第４気筒。

Claims (1)

1. 複数の気筒と、これらの気筒のそれぞれに対応して配設される複数の筒内圧検出手段と、を備えた内燃機関に適用され、各気筒における熱発生率重心に対応するクランク角度である熱発生率重心位置を制御する、内燃機関の制御装置であって、
   少なくとも前記内燃機関の負荷が第１閾値から同第１閾値よりも大きい第２閾値までの範囲内にある場合には、各気筒における前記熱発生率重心位置が前記負荷に依らず一定の目標重心に対応するクランク角度である目標重心位置に等しくなり、且つ、前記負荷が前記第２閾値よりも大きい範囲にある場合には、前記負荷が大きくなるほど前記一定の目標重心位置よりも遅角側の範囲においてより遅角側の目標重心位置に各気筒における前記熱発生率重心位置が等しくなるように、各気筒における燃焼状態を変更する燃焼パラメータを制御する、制御装置において、
   前記複数の気筒のそれぞれの熱発生率重心に対応する熱発生率である熱発生率重心値及び前記熱発生率重心位置を複数の気筒のそれぞれに配設された前記筒内圧検出手段の出力値に基づいて算出する重心算出部と、
   前記重心算出部により算出される前記複数の気筒のそれぞれの前記熱発生率重心位置が前記目標重心位置に等しくなるように前記複数の気筒のそれぞれの前記燃焼パラメータを制御する制御部と、
   前記重心算出部により算出される前記熱発生率重心値と、前記目標重心に対応する熱発生率である目標重心値と、の差の絶対値が所定の閾値Ｔｑよりも大きく、且つ、前記重心算出部により算出される前記熱発生率重心位置と、前記目標重心位置と、の差の絶対値が所定の閾値Ｔｃよりも小さい気筒については、当該気筒に対応する前記筒内圧検出手段が異常であると判定する異常判定部と、
   を具備する、
   制御装置。

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