JP2016113961A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電気ノイズ影響とそもそもの燃焼の素性影響とを切り分けて、適切な負荷範囲においてＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】予め定めた負荷範囲内で筒内圧センサ出力値に基づいて燃焼状態を制御する内燃機関の制御装置を備える。筒内圧データに基づいてＱｍａｘのσを算出し、Ｑｍａｘのσが閾値以上である場合に、失火サイクルの筒内圧センサ出力値を取り除いた筒内圧データに基づいて、所定の燃焼質量割合となるクランク角度（ＣＡα）のσを算出し、ＣＡαのσが閾値よりも小さい場合には現在の負荷領域を上記負荷範囲に含め、閾値以上の場合には現在の負荷領域を上記負荷範囲から除く。【選択図】図１６

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

近年、低燃費化のニーズが高まると共に、リーンバーンエンジンの開発も加速している。リーン失火限界に近い領域でのリーンバーン（リーン燃焼）運転を実現するためには、内燃機関の燃焼室に取り付けられる筒内圧センサ（燃焼圧センサ、ＣＰＳ）を活用して燃焼状態を制御するフィードバック制御が重要である。例えば、実空燃比が理論空燃比よりもリーン側に設定された目標空燃比に近づくように、筒内圧センサの出力信号に応じた値（以下、出力値）に基づいて燃焼状態を制御するフィードバック制御（以下、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御）が知られている。

筒内圧センサの出力信号には電気ノイズが含まれるが、内燃機関のエンジン負荷（以下、負荷）が低い低負荷域では、中高負荷域に比して、筒内圧センサの出力信号が小さく、相対的に電気ノイズが大きくなるため、筒内圧センサの出力値に含まれる電気ノイズの割合は高くなってしまう。そのため、電気ノイズがＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御に及ぼす影響度は大きくなる。

ノイズの制御への影響に対して、特許文献１には、筒内圧センサ出力値にノイズが多く含まれる場合には、筒内圧センサを用いた制御を停止することが開示されている。尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

特開２０１３−１４７９４８号公報 特開平０９−３１７５２２号公報 特開平０６−０６６１８９号公報

発明者の知見によれば、低負荷域で電気ノイズの影響が大きい場合にＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行すれば、実行しない場合に比して、燃焼質量割合が所定割合となるクランク角度のバラツキが大きくなることが確認されている。そのため、筒内圧センサ出力値に電気ノイズ影響が大きい場合に、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行することは好ましくない。一方、そもそも燃焼には、各アクチュエータの動作状態が同じでもバラツキが発生する。リーン失火限界に近い低負荷域では、燃焼が不安定になり、燃焼バラツキも大きくなる。この場合にはＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御が影響を及ぼすわけではないためＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行することが好ましい。そのため、リーン燃焼可能な負荷範囲の限界付近（低負荷）において燃焼状態を適切に制御するためには、電気ノイズ影響と、そもそもの燃焼の素性影響とを切り分ける必要がある。

本発明は、こうした課題を鑑みてなされたものであり、電気ノイズ影響とそもそもの燃焼の素性影響とを切り分けて、適切な負荷範囲においてＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、予め定めた負荷範囲内で筒内圧センサ出力値に基づいて燃焼状態を制御する。予め定めた負荷とは、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御が可能な領域として確認済みの負荷率である。内燃機関の制御装置は以下の処理を実行することを特徴とする。第１の処理では、複数サイクル分の単位クランク角度毎の筒内圧センサ出力値をデータとして記憶する。筒内圧センサは、内燃機関の燃焼室に取り付けられる。第２の処理では、記憶したデータに基づいて、複数サイクルにおける最大発熱量のバラツキを算出する。第３の処理では、現在の負荷領域における最大発熱量のバラツキが所定のバラツキ以上である場合に、記憶したデータから失火したサイクルの筒内圧センサ出力値を取り除いたデータに基づいて、所定の燃焼質量割合となるクランク角度のバラツキを算出する。第４の処理では、現在の負荷領域における燃焼質量割合となるクランク角度のバラツキが、所定のバラツキよりも小さい場合には現在の負荷領域を上記負荷範囲に含め、所定のバラツキ以上の場合には現在の負荷領域を上記負荷範囲から除く。

低負荷域における所定の燃焼質量割合となるクランク角度のバラツキには、電気ノイズによる影響と、そもそもの燃焼の素性影響とが含まれるところ、本発明によれば、失火サイクルの筒内圧センサ出力値を除いたデータに基づいて、電気ノイズによる所定の燃焼質量割合となるクランク角度のバラツキを精度高く算出することができる。このバラツキに基づいてＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行する負荷範囲を拡大・縮小することで、低負荷域においても広い範囲でＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行することができ、適切に燃焼状態を制御することができる。

本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。 高負荷時の圧縮行程から膨張行程にかけての筒内圧波形を示す図である。 低負荷時の圧縮行程から膨張行程にかけての筒内圧波形を示す図である。 ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御ＯＮ時における負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御ＯＦＦ時における負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 あるエンジンについて、負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 あるエンジンについて、負荷率ＫＬとＣＡ５０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 図６、図７とは異なるエンジンについて、負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 図６、図７とは異なるエンジンについて、負荷率ＫＬとＣＡ５０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を示す概念図である。 負荷率ＫＬと最大発熱量Ｑｍａｘのσとの関係を示す概念図である。 負荷率ＫＬと最大発熱量Ｑｍａｘのσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 負荷率ＫＬと最大発熱量Ｑｍａｘの平均μとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 失火サイクルにおける筒内圧センサ２２の出力値を取り除いたデータに基づいて算出した、負荷率ＫＬとＣＡ１０の分散σとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 本発明の実施の形態１の制御を実現するためにＥＣＵ３０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の制御を実現するためにＥＣＵ３０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。 低負荷域における負荷率ＫＬと空燃比（Ａ／Ｆ）との関係を示すグラフである。 全域において目標空燃比を２３に固定した場合における、負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 全域において目標空燃比を２３に固定した場合における、負荷率ＫＬとＱｍａｘのσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 図２０に示すＱｍａｘのσが大きいほど空燃比をリッチ側に変更した場合における、負荷率ＫＬとＱｍａｘのσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 図２１と同条件における、負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。 本発明の実施の形態２の制御を実現するためにＥＣＵ３０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。 負荷率ＫＬとＱｍａｘのσとの関係を示すグラフである。 負荷率ＫＬとＱｍａｘのＣＯＶとの関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関（エンジン）１０のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２が設けられている。筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。

吸気通路１６には、電子制御式のスロットルバルブ２０が設けられ、スロットルバルブ２０の下流には吸気通路１６内の圧力を検出するための吸気管圧センサ３４が設けられている。内燃機関１０の各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁２６、および、混合気に点火するための点火装置（点火プラグのみを図示）２４が、それぞれ設けられている。さらに、各気筒には、筒内圧を検出するための筒内圧センサ２２が組み込まれている。

さらに、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０の入力部には、上述した筒内圧センサ２２、吸気管圧センサ３４に加え、クランク角度を検出するためのクランク角センサ３２等のエンジン運転状態を取得するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ３０の出力部には、上述したスロットルバルブ２０、燃料噴射弁２６および点火装置２４等のエンジン運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３０は、それらのセンサ出力と所定のプログラムとに基づいて上記各種のアクチュエータを駆動することにより、燃料噴射制御および点火制御等の所定のエンジン制御を行うものである。また、ＥＣＵ３０は、筒内圧センサ２２の出力信号を、クランク角度と同期させてＡＤ変換して取得する機能を有している。これにより、ＡＤ変換の分解能が許す範囲で、任意のクランク角タイミングにおける筒内圧を検出することができる。さらに、ＥＣＵ３０は、クランク角度の位置によって決まる筒内容積の値を、クランク角度に応じて算出する機能を有している。

［実施の形態１におけるＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御］
本実施形態のシステムは、実空燃比が理論空燃比よりもリーン側に設定された目標空燃比に近づくように、予め定めた負荷範囲内で、筒内圧センサ２２の出力信号に応じた値（以下、出力値）に基づいて燃焼状態を制御するフィードバック制御（以下、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御）を実行する。予め定めた負荷とは、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御が可能な領域として確認済みの負荷率である。ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御は、気筒毎に実行されることが好ましい。なお、本明細書において、「負荷範囲」は、１つ以上の「負荷領域」からなる範囲であり、負荷領域は、所定の負荷率であってもよいし、所定の負荷率およびその近傍の負荷率を含む一定の領域であってもよい。

まず、リーンバーン運転に好適なＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御の一例として、点火時期（ＳＡ）から所定の燃焼質量割合となるクランク角度（ＣＡα）までのクランク角期間に基づく燃料噴射量のフィードバック制御について説明する。

（燃焼質量割合の算出）
筒内圧センサ２２とクランク角センサ３２とを備える本実施形態のシステムによれば、内燃機関１０の各サイクルにおいて、クランク角度（ＣＡ）同期での筒内圧データ（筒内圧波形）を取得することができる。得られた筒内圧データと熱力学第１法則とを用いて、任意のクランク角度θでの筒内の熱発生量Ｑを次の（１）、（２）式にしたがって算出することができる。算出された筒内の熱発生量Ｑのデータを用いて、任意のクランク角度θにおける燃焼質量割合（以下、「ＭＦＢ」と称する）を次の（３）式にしたがって算出することができる。

ただし、上記（１）式において、Ｐは筒内圧、Ｖは筒内容積、κは筒内ガスの比熱比である。また、上記（３）式において、θ_ｍｉｎは燃焼開始点（０％燃焼点ＣＡ０）であり、θ_ｍａｘは燃焼終了点（１００％燃焼点ＣＡ１００）である。

（ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御）
上記手法によって得られたＭＦＢの波形によれば、ＭＦＢが所定割合α（％）となる時のクランク角度（以下、「ＣＡα」と称する）を取得することができる。本実施形態の制御では、１０％燃焼点であるＣＡ１０が以下のように利用される。

本明細書では、点火時期（ＳＡ）からＣＡ１０までのクランク角期間を、「ＳＡ−ＣＡ１０」と称する。より具体的には、点火時期と筒内圧データの解析結果から得られるＣＡ１０とを利用して算出されたＳＡ−ＣＡ１０のことを「算出ＳＡ−ＣＡ１０」と称する。

ＳＡ−ＣＡ１０は、着火遅れを代表するパラメータであり、ＳＡ−ＣＡ１０と空燃比との間には一定の相関がある。より具体的には、空燃比が理論空燃比よりも大きなリーン空燃比領域においては、空燃比がリーンになるほどＳＡ−ＣＡ１０が大きくなるという関係がある。そこで、理論空燃比よりも大きな空燃比でのリーンバーン運転中には、算出ＳＡ−ＣＡ１０が、狙いとする空燃比と関連付けられた目標ＳＡ−ＣＡ１０に近づくように、エンジン運転状態（例えば、エンジン回転速度、吸入空気量）に応じた基本噴射量を補正量で補正して燃料噴射量を算出するフィードバック制御を実行する。

具体的には、本実施形態のＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御として用いる上記フィードバック制御では、算出ＳＡ−ＣＡ１０が目標ＳＡ−ＣＡ１０よりも小さい場合には、燃料噴射量を減量側（すなわち空燃比リーン側）に補正し、算出ＳＡ−ＣＡ１０が目標ＳＡ−ＣＡ１０よりも大きい場合には、燃料噴射量を増量側（すなわち空燃比リッチ側）に補正する。

（低負荷域におけるＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御の課題）
次に低負荷域におけるＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御の課題について説明する。図２は、高負荷時の圧縮行程から膨張行程にかけての筒内圧波形を示す図である。図３は、低負荷時の圧縮行程から膨張行程にかけての筒内圧波形を示す図である。図２、図３に示すように、負荷の大小に関わらず、筒内圧センサ２２の出力信号には同レベルの電気ノイズが乗るが、筒内圧センサ２２の出力値に及ぼす影響度は大きく異なる。すなわち、高負荷時（図２）に比して低負荷時（図３）の方が、筒内圧センサ２２の出力信号が小さく、相対的に電気ノイズが大きくなるため、筒内圧センサ２２の出力値に含まれる電気ノイズの割合が増加してしまう。そのため、信号量（signal）と雑音量（noise）の比であるＳ／Ｎが低くなり、電気ノイズがＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御に及ぼす影響度は大きくなる。

以下の図の説明において、バラツキを示す指標として分散σを用いる。また、エンジン負荷として負荷率ＫＬを用いる。

図４は、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御ＯＮ時における負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。図５は、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御ＯＦＦ時における負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。発明者の知見によれば、低負荷域で電気ノイズの影響が大きい場合に、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行すれば、実行しない場合に比して、燃焼質量割合が所定割合αとなるクランク角度（ＣＡα）のバラツキがむしろ大きくなることが確認されている（図４のＡ、図５のＢ）。そのため、筒内圧センサ２２の出力値に電気ノイズ影響が大きい場合には、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行すべきではない。

低負荷域では、電気ノイズに対するＳ／Ｎが低いため、所定の負荷（負荷率ＫＬ）以下ではＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御が使えない。また、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御により燃焼状態が好適に制御される負荷範囲はエンジンによって異なる。そのため、エンジン毎に適正な負荷範囲を設定する必要がある。

図６と図７は、あるエンジンについて、負荷率ＫＬとＣＡ１０のσ、ＣＡ５０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。図８と図９は、図６、図７とは異なるエンジンについて、負荷率ＫＬとＣＡ１０のσ、ＣＡ５０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。図６〜図９に示す閾値は、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御により燃焼状態を好適に制御可能なσの上限値であり、予め実験等により定められる値である。

電気ノイズ影響を考慮しつつ低負荷域でのＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実現するために、ＣＡαのσが閾値より小さい範囲をＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行する負荷範囲に設定することが考えられる。例えば、図６、図７のエンジンでは、負荷率ａ以上の負荷範囲でＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行し、図８、図９のエンジンでは負荷率ｂ以上の負荷範囲でＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行する。このようにエンジン毎に負荷範囲を設定することで、燃費向上を図ることができる。

しかしながら、低負荷域におけるＣＡαのバラツキ要因は、電気ノイズだけではない。そもそも燃焼には、各アクチュエータの動作状態が同じでもバラツキが発生する。
特に、リーン失火限界に近い低負荷では、燃焼が不安定になり、燃焼バラツキも大きくなる。この場合にはＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御が影響を及ぼすわけではないためＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行することが好ましい。そのため、リーン燃焼可能な負荷範囲の限界付近（低負荷）において燃焼状態を適切に制御するためには、電気ノイズ影響とそもそもの燃焼の素性影響とを切り分ける必要がある。

図１０は、負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。図１０に示す負荷率ｂよりも低負荷域におけるバラツキ悪化が、電気ノイズによるＳ／Ｎ悪化によるものなのか、低負荷域における燃焼不安定によるものなのかは、ＣＡ１０のσからは判別困難である。

図１１は、負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を示す概念図である。図１２は、負荷率ＫＬと最大発熱量Ｑｍａｘのσとの関係を示す概念図である。図１１に示すように、ＣＡ１０のσは低負荷域において燃焼正常時も失火時も同様の変化傾向を示すため、ＣＡ１０のバラツキだけでは、低負荷時のバラツキが、失火（半失火）によるものなのか、電気ノイズの影響によるものなのか判別できない。なお、本明細書において、半失火とは、完全失火状態よりも失火度合いが軽い状態であり、完全失火状態と正常燃焼状態との間に含まれる状態である。

これに対し、図１２に示す最大発熱量Ｑｍａｘのσによれば、低負荷域において燃焼正常時は閾値よりも小さいバラツキであるのに対して、失火時には閾値以上のバラツキとなり、低負荷時の失火（半失火）の発生を判定することができる。

図１３は、負荷率ＫＬと最大発熱量Ｑｍａｘのσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。図１４は、負荷率ＫＬと最大発熱量Ｑｍａｘの平均μとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。図１４に示すようにＱｍａｘの平均μを用いても失火（半失火）を判定できないが、図１３に示すようにＱｍａｘのσを用いれば、低負荷域において燃焼不安定による失火（半失火）が発生したことを判定することができる。

（実施の形態１における特徴的制御）
そこで、本実施形態のシステムでは、Ｑｍａｘのσに基づく失火判定と、ＣＡαに基づく電気ノイズの影響判定とを組み合わせ、燃焼の素性影響とノイズ影響とを切り分け、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を用いるべき負荷範囲を適切に設定することとした。

具体的には、本実施形態のシステムでは、まず、複数サイクル分の単位クランク角度毎の筒内圧センサ２２の出力値をデータとして記憶する。次に、記憶したデータに基づいて、複数サイクルにおけるＱｍａｘのσを算出する。次に、現在の負荷領域におけるＱｍａｘのσが閾値以上である場合に、記憶したデータから失火サイクルの筒内圧センサ２２の出力値を取り除いたデータに基づいて、ＣＡα（例えばＣＡ１０やＣＡ５０）のσを算出する。次に、現在の負荷領域におけるＣＡαのσが、閾値よりも小さい場合には現在の負荷領域をＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行する負荷範囲に含め、所定のバラツキ以上の場合には現在の負荷領域を負荷範囲から除く。

このように、失火サイクルにおける筒内圧センサ２２の出力値を取り除いたデータを用いることで、電気ノイズの影響によるＣＡαのσを精度高く算出でき、低負荷域までＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行できる負荷範囲を拡大することが可能となる。また、経年劣化等でＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行できる負荷範囲が狭くなったとしても、負荷範囲が適宜修正されるため、精度の高い燃焼状態の制御を継続することができる。

図１５は、失火サイクルにおける筒内圧センサ２２の出力値を取り除いたデータに基づいて算出した、負荷率ＫＬとＣＡ１０の分散σとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。失火サイクルにおける筒内圧データによるバラツキが取り除かれるため、図１５に示すように、電気ノイズの影響が許容できる限り低負荷域までＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行できる負荷範囲が拡大する。

（フローチャート）
図１６は、本発明の実施の形態１の制御を実現するためにＥＣＵ３０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、各気筒において燃焼終了後の所定タイミングにて、サイクル毎に繰り返し実行されるものとする。内燃機関１０では、所定の運転領域において理論空燃比よりも大きな空燃比でのリーンバーン運転が行われるようになっている。なお、ＥＣＵ３０は、複数サイクル分の単位クランク角度毎の筒内圧センサ２２の出力値をデータとして記憶している。このデータはサイクル毎に蓄積される。

図１６に示すルーチンでは、ＥＣＵ３０は、まず、ステップＳ１００において、現在の負荷領域がＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御が可能な領域として確認済みの予め記憶した負荷範囲に含まれているか否かを判定する。なお、負荷範囲の初期値として、例えば、予め定めた適合値が設定されており、本ルーチンによる負荷範囲の見直しを実施せずにＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御は実行可能である。

ステップＳ１００において判定条件が成立する場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０２において、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行するよう設定する。その後本ルーチンは終了される。

一方、ステップＳ１００において判定条件が成立しない場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０４において、ＣＡ１０およびＣＡ５０のσを算出する。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０６において、ＣＡ１０σ＜閾値であるか否かを判定する。ＣＡ１０σ＜閾値であると判定された場合、次に、ＥＣＵ３０は、ＣＡ５０σ＜閾値であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。これらの閾値は、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御により燃焼状態を好適に制御可能なσの上限値であり、予め実験等により定められる値である。

ステップＳ１０８においてＣＡ５０σ＜閾値と判定された場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１１０において、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行するよう設定する。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１１２において、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行する負荷範囲に現在の負荷領域を含める。その後本ルーチンは終了される。

ステップＳ１０６またはステップＳ１０６における判定条件が成立しない場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１１４において、Ｑｍａｘのσを算出する。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１１６において、Ｑｍａｘσ＜閾値であるか否かを判定する。閾値は、燃焼室内で失火または半失火が発生した失火サイクルが存在する場合にＱｍａｘのσが閾値を超え、正常燃焼サイクルのみの場合にＱｍａｘのσが閾値を超えないように予め実験等により定められる値である。なお、閾値は現在の負荷領域（負荷率）に応じて変更することとしてもよい。

ステップＳ１１６においてＱｍａｘσ＜閾値と判定された場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１１８において、電気ノイズに対するＳ／Ｎが低く現在の負荷領域においてＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行すべきでないと判定する。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１２０において、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行する負荷範囲から現在の負荷領域を取り除く。その後本ルーチンは終了される。

一方、ステップＳ１１６においてＱｍａｘσ≧閾値と判定された場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１２２において、現在の負荷領域において失火または半失火が発生したサイクルがあると判定する。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１２４において、現在の負荷領域に応じたＱｍａｘが所定値以下の失火サイクルにおける筒内圧センサ２２の出力値をデータから取り除く。所定値は、失火（半失火）サイクルと正常燃焼サイクルとを区別可能な値であり、予め実験等により定められる値である。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１２６において、ステップＳ１２４において処理されたデータを用いて、ＣＡ１０およびＣＡ５０のσを再算出する。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１２８において、ＣＡ１０σ＜閾値であるか否かを判定する。ＣＡ１０σ＜閾値であると判定された場合、次に、ＥＣＵ３０は、ＣＡ５０σ＜閾値であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。これらの閾値は、ステップＳ１０６、Ｓ１０８における閾値と同様である。

ステップＳ１３０においてＣＡ５０σ＜閾値と判定された場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１３２において、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行するよう設定する。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１３４において、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行する負荷範囲に現在の負荷領域を含める。その後本ルーチンは終了される。

一方、ステップＳ１２８またはステップＳ１３０における判定条件が成立しない場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１３６において、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行する負荷範囲から現在の負荷領域を取り除く。その後本ルーチンは終了される。

（変形例）
本実施形態の変形例について説明する。上述した図１６のフローチャートにおいては、ＣＡα（具体的には、ＣＡ１０およびＣＡ５０）のσをステップＳ１０４において算出した後、ステップＳ１２６において再算出している。しかしながら、ＣＡαの算出タイミングは図１６のフローチャートにおけるタイミングに限定されるものではなく、１回目のＣＡαのσを算出する処理を省略することとしてもよい。

図１７は、上述の制御を実現するためにＥＣＵ３０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、各気筒において燃焼終了後の所定タイミングにて、サイクル毎に繰り返し実行されるものとする。内燃機関１０では、所定の運転領域において理論空燃比よりも大きな空燃比でのリーンバーン運転が行われるようになっている。なお、ＥＣＵ３０は、複数サイクル分の単位クランク角度毎の筒内圧センサ２２の出力値をデータとして記憶している。このデータはサイクル毎に蓄積される。

図１７に示すルーチンでは、ＥＣＵ３０は、まず、ステップＳ２００において、Ｑｍａｘのσを算出する。次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０２において、Ｑｍａｘσ＜閾値であるか否かを判定する。閾値は、燃焼室内で失火または半失火が発生した失火サイクルが存在する場合にＱｍａｘのσが閾値を超え、正常燃焼サイクルのみの場合にＱｍａｘのσが閾値を超えないように予め実験等により定められる値である。なお、閾値は現在の負荷領域（負荷率）に応じて変更することとしてもよい。

ステップＳ２０２においてＱｍａｘσ≧閾値と判定された場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０４において、現在の負荷領域において失火または半失火が発生したサイクルがあると判定する。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０６において、現在の負荷領域に応じたＱｍａｘが所定値以下の失火サイクルにおける筒内圧センサ２２の出力値をデータから取り除く。所定値は、失火（半失火）サイクルと正常燃焼サイクルとを区別可能な値であり、予め実験等により定められる値である。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０８において、ステップＳ２０６において処理されたデータを用いて、ＣＡ１０およびＣＡ５０のσを算出する。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２１０において、ＣＡ１０σ＜閾値であるか否かを判定する。ＣＡ１０σ＜閾値であると判定された場合、次に、ＥＣＵ３０は、ＣＡ５０σ＜閾値であるか否かを判定する（ステップＳ２１２）。これらの閾値は、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御により燃焼状態を好適に制御可能なσの上限値であり、予め実験等により定められる値である。

ステップＳ２１２においてＣＡ５０σ＜閾値と判定された場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２１４において、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行するよう設定する。

次に、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２１６において、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行する負荷範囲に現在の負荷領域を含める。その後本ルーチンは終了される。

一方、ステップＳ２１０またはステップＳ２１２における判定条件が成立しない場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２１８において、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行する負荷範囲から現在の負荷領域を取り除く。その後本ルーチンは終了される。

また、ステップＳ２０２においてＱｍａｘσ＜閾値と判定された場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０８以降の処理を実行する。この場合、データに失火サイクルの筒内圧センサ２２の出力値は含まれていないものと考えられるため、ステップＳ２０４、Ｓ２０６の処理は省略される。

以上説明したように、図１６または図１７に示すルーチンによれば、失火サイクルにおける筒内圧センサ２２の出力値を取り除いたデータを用いることで、電気ノイズの影響によるＣＡαのバラツキを精度高く算出でき、低負荷域までＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行できる負荷範囲を拡大することが可能となる。また、本ルーチンによれば、経年劣化等でＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行できる負荷範囲が狭くなったとしても、負荷範囲が適宜修正されるため、精度の高い燃焼状態の制御を継続することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、ノイズ影響とそもそもの燃焼の素性影響とを切り分けて、適切な負荷範囲においてＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行することができる。なお、このＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を気筒毎に実行することで制御精度も高まる。

実施の形態２．
次に、図１８〜図２３を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ３０に後述する図２３のルーチンを実施させることで実現することができる。

［実施の形態２における特徴的制御］
上述した実施の形態１によれば、ＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行する負荷範囲を適宜修正しつつリーンバーン運転領域を拡大することができる。ところで、低負荷域ではエンジンスペックに依存する失火が発生し易いことが知られている。そのため、エンジン毎に失火しない範囲で最大限に空燃比をリーン化することが望ましい。

そこで、本実施形態のシステムでは、燃焼安定のため低負荷域においてＱｍａｘのσが閾値より小さくなるように目標空燃比を変化させることとした。具体的には、空燃比に相関するパラメータとして上述したＳＡ−ＣＡ１０を用いている本実施形態のシステムでは、低負荷域ほどＳＡ−ＣＡ１０の目標値を空燃比リッチ側に変更することとする。なお、ここで空燃比リッチ側に変更とは、空燃比が理論空燃比よりも大きなリーン空燃比領域における運転において、低負荷域ほど相対的にリッチ側に変更する意味であり、理論空燃比よりも大きな空燃比であることを妨げるものではなく、理論空燃比よりも小さな空燃比に変更することに限定されるものではない。

図１８は、低負荷域における負荷率ＫＬと空燃比（Ａ／Ｆ）との関係を示すグラフである。線１８１はリーン側で固定した空燃比（一例として図１８ではＡ／Ｆ２３）、線１８２は低負荷域ほどＳＡ−ＣＡ１０の目標値をリッチ側に変更した空燃比を示している。本実施形態では、Ｑｍａｘのσが閾値よりも小さくなるように、線１８２のように負荷率ＫＬに応じて目標空燃比を変更することで、失火を抑制することとした。

図１９は、全域において目標空燃比を２３に固定した場合における、負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。図２０は、全域において目標空燃比を２３に固定した場合における、負荷率ＫＬとＱｍａｘのσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。図２１は、図２０に示すＱｍａｘのσが大きいほど空燃比をリッチ側に変更した場合における、負荷率ＫＬとＱｍａｘのσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。図２２は、図２１と同条件における、負荷率ＫＬとＣＡ１０のσとの関係を気筒毎（＃１〜＃４）に示すグラフである。
図２０に示すように、全域で目標空燃比を固定した場合には、低負荷域ほど燃焼不安定となりＱｍａｘのバラツキが増大するが、低負荷域ほど目標空燃比をややリッチ側に設定することで失火の発生を抑制することができる（図２１）。

（フローチャート）
図２３は、本発明の実施の形態２の制御を実現するためにＥＣＵ３０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、ステップＳ１３４およびステップＳ１３６の処理後にステップＳ１３８の処理が追加されている点を除き、図１６に示すルーチンと同様である。以下、図２３において、図１６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図２３に示すルーチンでは、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１３８において、燃焼安定のためＱｍａｘσ＜閾値となるように負荷率ＫＬに応じて目標空燃比を変更する。具体的には、ＥＣＵ３０は、図１８の線１８２に示す負荷率ＫＬと目標空燃比との関係を予め記憶したマップを有している。このマップはエンジン毎に実験等により定められる。ＥＣＵ３０は、このマップを用いて負荷率ＫＬに応じた目標空燃比を設定する。なお閾値は、上述したステップＳ１１６における閾値と同じである。

以上説明したように、図２３に示すルーチンによれば、低負荷域におけるＱｍａｘのバラツキを低減するように目標空燃比を制御して燃焼安定を図ることができる。そのため、エンジン毎に失火の発生を抑制でき、広い負荷領域でＣＰＳ燃焼Ｆ／Ｂ制御を実行することが可能となる。

（変形例）
ところで、上述したステップＳ１３８の処理を、図１７に示すルーチンのステップＳ２１６およびＳ２１８の処理後に追加してもよい。

実施の形態３．
次に、図２４と図２５を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ３０に後述するルーチンを実施させることで実現することができる。

筒内圧センサ２２の感度低下が生じた場合、Ｑｍａｘのσは低く算出され、失火の発生を誤判定するおそれがある。そこで、本実施形態のシステムでは、Ｑｍａｘのσに替えて、ＱｍａｘのＣＯＶ（標準偏差／平均）を用いることで感度変化の影響をキャンセルすることとした。

図２４は、負荷率ＫＬとＱｍａｘのσとの関係を示すグラフである。図２５は、負荷率ＫＬとＱｍａｘのＣＯＶとの関係を示すグラフである。図２４と図２５を比較して分かるように、負荷率ＫＬに対するＱｍａｘのσとＱｍａｘのＣＯＶの傾向は同傾向である。そのため、実施の形態３では、図１６のステップＳ２１６、図１７のステップＳ２０２、図２３のステップＳ１１６およびステップＳ１３８の処理においてＱｍａｘのσに替えて、ＱｍａｘのＣＯＶを用いたルーチンを実施することとした。これにより、筒内圧センサ２２の感度変化の影響を低減しつつ、Ｑｍａｘのσを用いた制御とほぼ同等の効果を得ることができる。

１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ 吸気通路
１８ 排気通路
２０ スロットルバルブ
２２ 筒内圧センサ
２４ 点火装置
２６ 燃料噴射弁
３０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３２ クランク角センサ
３４ 吸気管圧センサ

Claims (1)

1. 予め定めた負荷範囲内で筒内圧センサ出力値に基づいて燃焼状態を制御する内燃機関の制御装置であって、
   複数サイクル分の単位クランク角度毎の筒内圧センサ出力値をデータとして記憶し、
   記憶したデータに基づいて前記複数サイクルにおける最大発熱量のバラツキを算出し、
   現在の負荷領域における前記最大発熱量のバラツキが所定のバラツキ以上である場合に、記憶したデータから失火したサイクルの筒内圧センサ出力値を取り除いたデータに基づいて、所定の燃焼質量割合となるクランク角度のバラツキを算出し、
   前記負荷領域における前記燃焼質量割合となるクランク角度のバラツキが、所定のバラツキよりも小さい場合には前記負荷領域を前記負荷範囲に含め、当該所定のバラツキ以上の場合には前記負荷領域を前記負荷範囲から除くこと、
   を特徴とする内燃機関の制御装置。

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