JP2017066925A - 燃焼変動検出装置、エンジン制御装置、燃焼変動検出方法、及び、エンジン制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼変動の検出精度を向上した燃焼変動検出装置等を提供する。
【解決手段】複数の気筒を有するエンジンの燃焼変動を検出する燃焼変動検出装置を、エンジンの各気筒の燃焼期間におけるクランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、診断対象気筒の直前に燃焼が行われる気筒の燃焼期間における回転速度に基づいて診断対象気筒の燃焼変動が十分に小さい場合に想定される想定回転速度を演算する想定回転速度演算手段と、診断対象気筒の燃焼期間における実際の回転速度である実回転速度と想定回転速度との差分に基づいて燃焼変動を判定する燃焼変動判定手段とを備える構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の気筒を有するエンジンの燃焼変動を気筒毎に検出する燃焼変動検出装置及び燃焼変動検出方法に関し、特に燃焼変動の検出精度を向上したものに関する。
また、本発明は、エンジンの燃料噴射量、点火時期等を制御するエンジン制御装置及びエンジン制御方法に関し、特に気筒毎の燃焼変動を抑制したものに関する。

例えば自動車等に搭載される多気筒のレシプロエンジンにおいては、各気筒のインジェクタや点火栓等の構成部品の個体差や、カーボンの付着状態、冷却状態等の違いなどに起因して、特定の気筒において燃焼状態のばらつき（燃焼変動）が生じる場合がある。
特に、冷間始動直後に暖機促進のために行われるファストアイドル時には、排気温度を高めて触媒の昇温を促進するため、点火時期を大幅に遅角させる制御を行なっているため、気筒毎の個体差や温度、湿度等の大気状態によって、エンジンの制御を設計した際の想定を上回る燃焼状態の悪化が生じ、失火やバックファイヤ等を含む極端な燃焼変動が生じる場合がある。
燃焼変動が生じた場合には、当該気筒の空燃比や点火時期等を補正することによって、ばらつきを抑制する制御を行なうことが求められる。

エンジンの燃焼変動の検出に関する従来技術として、例えば特許文献１には、各気筒毎の燃焼圧力から各気筒間の燃焼圧力の偏差を算出する手段と、算出された燃焼圧力の偏差に応じて各気筒の点火時期あるいは燃料供給量を調整することが記載されている。
特許文献２には、イオン電流に基づいて算出された燃焼持続時間の変動に応じてリーン限界による失火を判定し、燃料噴射量の増減補正を行うことが記載されている。
特許文献３には、検出された燃焼時間から出力トルクを推定し、点火時期の制御を行なうことが記載されている。

特公平 ７− ３７７８９号公報 特開平 ６− ３４４９１号公報 特開２００４−２１８４７０号公報

エンジンの気筒毎の燃焼変動を検出する各種の手法において、例えばクランク角センサ等のクランク軸の回転速度検出手段を用いたものは、既存のエンジンに新規にセンサを設ける必要がなく、装置構成を簡素化できることから広く用いられている。
この場合、診断対象気筒の燃焼期間に相当する角度範囲におけるクランク軸の角速度を複数のサイクルにわたって検出、蓄積し、サイクル毎の角速度のばらつきに基づいて燃焼変動が検出される。

しかし、このような既存の手法によっては、仮に診断対象気筒に実質的に燃焼変動がなかった場合であっても、点火順序がその直前である気筒に燃焼変動があってクランク角速度が変動している場合には、診断対象気筒の角速度がサイクル毎にばらつくことによって、燃焼変動があるものと判別される場合があった。
こうした誤診断に基づいて燃料噴射量等の補正が行われた場合、かえって燃焼変動が増大して振動等を悪化させてしまうなどの問題があった。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、燃焼変動の検出精度を向上した燃焼変動検出装置及び燃焼変動検出方法を提供することである。
また、本発明の他の課題は、気筒毎の燃焼変動を抑制したエンジン制御装置及びエンジン制御方法を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、複数の気筒を有するエンジンの燃焼変動を検出する燃焼変動検出装置であって、前記エンジンの各気筒の燃焼期間におけるクランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、診断対象気筒の直前に燃焼が行われる気筒の燃焼期間における前記回転速度に基づいて診断対象気筒の燃焼変動が十分に小さい場合に想定される想定回転速度を演算する想定回転速度演算手段と、診断対象気筒の燃焼期間における実際の回転速度である実回転速度と前記想定回転速度との差分に基づいて燃焼変動を判定する燃焼変動判定手段とを備える燃焼変動検出装置である。
これによれば、直前に燃焼が行われる気筒（直前気筒）の燃焼期間における回転速度に基づいて診断対象気筒の燃焼変動が十分に小さい場合に想定される想定回転速度（仮の平均回転速度）を算出し、これを実回転速度と比較することによって、直前気筒の燃焼状態に起因する影響を排除して診断対象気筒の燃焼状態を判別することができ、燃焼変動の検出精度を向上することができる。

請求項２に係る発明は、前記燃焼変動判定手段は、複数の燃焼サイクルにわたって算出された前記実回転速度と前記想定回転速度との差分の標準偏差に基づいて燃焼変動を判定することを特徴とする請求項１に記載の燃焼変動検出装置である。
これによれば、複数の燃焼サイクルにわたって差分を演算し、その標準偏差に基づいて判定することによって、燃焼変動の検出精度をより向上することができる。

請求項３に係る発明は、前記燃焼変動判定手段は、前記実回転速度と前記想定回転速度との差分に基づいて診断対象気筒の燃焼時における平均有効圧力の変動量を算出するとともに、診断対象気筒の燃焼時における平均有効圧力に対する前記変動量の比率に基づいて燃焼変動を判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃焼変動検出装置である。
これによれば、平均有効圧力の大きさに対してその変動量がドライバビリティや振動に与える影響の深刻さを考慮して、適切な燃焼変動の検出を行うことができる。

請求項４に係る発明は、複数の気筒を有するエンジンを制御するエンジン制御装置であって、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃焼変動検出装置を備え、前記燃焼変動検出装置が燃焼変動を判定した気筒の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期の少なくとも１つを補正する補正手段を備えることを特徴とするエンジン制御装置である。
これによれば、燃焼変動を精度よく検出するとともに、検出結果に応じて燃料噴射量等を補正することによって、気筒毎の燃焼変動を抑制することができる。

請求項５に係る発明は、複数の気筒を有するエンジンの燃焼変動を検出する燃焼変動検出方法であって、前記エンジンの各気筒の燃焼期間におけるクランク軸の回転速度を検出し、診断対象気筒の直前に燃焼が行われる気筒の燃焼期間における前記回転速度に基づいて診断対象気筒の燃焼変動が十分に小さい場合に想定される想定回転速度を演算し、診断対象気筒の燃焼期間における実際の回転速度である実回転速度と前記想定回転速度との差分に基づいて燃焼変動を判定することを特徴とする燃焼変動検出方法である。
請求項６に係る発明は、複数の燃焼サイクルにわたって算出された前記実回転速度と前記想定回転速度との差分の標準偏差に基づいて燃焼変動を判定することを特徴とする請求項５に記載の燃焼変動検出方法である。
請求項７に係る発明は、前記実回転速度と前記想定回転速度との差分に基づいて診断対象気筒の燃焼時における平均有効圧力の変動量を算出するとともに、診断対象気筒の燃焼時における平均有効圧力に対する前記変動量の比率に基づいて燃焼変動を判定することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の燃焼変動検出方法である。
請求項８に係る発明は、複数の気筒を有するエンジンを制御するエンジン制御方法であって、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃焼変動検出方法によって燃焼変動が判定された気筒の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期の少なくとも１つを補正することを特徴とするエンジン制御方法である。
これらの各発明によっても、上述した燃焼変動検出装置及びエンジン制御装置の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、燃焼変動の検出精度を向上した燃焼変動検出装置及び燃焼変動検出方法を提供することができる。
また、本発明によれば、気筒毎の燃焼変動を抑制したエンジン制御装置及びエンジン制御方法を提供することができる。

本発明を適用した燃焼変動検出装置及びエンジン制御装置の実施例を有するエンジンの構成を模式的に示すブロック図である。 実施例のエンジンにおけるクランク角センサの出力信号と各気筒の上死点との関係を示す図である。 気筒別角速度の推移の一例を示すグラフであって、横軸は時間を示し、縦軸は気筒別角速度を示している。 実施例の燃焼変動検出装置における燃焼変動検出の考え方を示す図である。 第４気筒に燃焼変動を有するエンジンの気筒別角速度の推移を示すグラフである。 第２気筒に燃焼変動を有するエンジンの気筒別角速度の推移を示すグラフである。 各気筒間で平均有効圧力を異ならせたエンジンの気筒別角速度の推移を示すグラフである。 第２気筒、第４気筒に燃焼変動を有するとともに、各気筒間で平均有効圧力を異ならせたエンジンの気筒別角速度の推移を示すグラフである。 エンジン回転数が１２００ｒｐｍであるときの平均有効圧力の標準偏差と気筒別角速度の標準偏差との相関を示すグラフである。 エンジン回転数が２８００ｒｐｍであるときの平均有効圧力の標準偏差と気筒別角速度の標準偏差との相関を示すグラフである。 エンジン回転数が４４００ｒｐｍであるときの平均有効圧力の標準偏差と気筒別角速度の標準偏差との相関を示すグラフである。 エンジン回転数が６０００ｒｐｍであるときの平均有効圧力の標準偏差と気筒別角速度の標準偏差との相関を示すグラフである。 実施例におけるエンジン回転数と回転変動閾値との相関を示すグラフである。

本発明は、燃焼変動の検出精度を向上した燃焼変動検出装置及び燃焼変動検出方法を提供する課題を、診断対象気筒の直前の点火順序である気筒の燃焼期間のクランク角速度に基づいて、診断対象気筒に燃焼変動がないと仮定した場合の想定クランク角速度を算出し、診断対象気筒の燃焼期間における実際のクランク角速度と想定クランク角速度との差分に基づいて燃焼変動を判別することによって解決した。
また、本発明は、気筒毎の燃焼変動を抑制したエンジン制御装置及びエンジン制御方法を提供する課題を、上記手法により検出された燃焼変動に応じてエンジンの燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期を補正することによって解決した。

以下、本発明を適用した燃焼変動検出装置、エンジン制御装置、燃焼変動検出方法、及び、エンジン制御方法の実施例について説明する。
実施例の燃焼変動検出装置は、例えば自動車用ガソリンエンジンの気筒毎の燃焼状態の変動を検出するとともに、実施例の燃焼変動検出方法を実行するものである。
実施例のエンジン制御装置は、例えば自動車用ガソリンエンジンに設けられ、エンジン本体及び補機類を統括的に制御するとともに、実施例のエンジン制御方法を実行するものである。

図１は、実施例の燃焼変動検出装置及びエンジン制御装置を有するエンジンの構成を模式的に示すブロック図である。
エンジン１は、例えば乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載される４ストローク水平対向４気筒ガソリンエンジンである。
エンジン１は、図示しないクランク軸の前端部側（変速機と反対側）から順次配列された第１気筒１０、第２気筒２０、第３気筒３０、第４気筒４０を有する。

エンジン１は、例えば、出力軸であるクランク軸が車両の前後方向にほぼ沿って縦置き配置され、第１気筒１０、第３気筒３０は、車幅方向右側に配置された右バンク、第２気筒２０、第４気筒４０は、車幅方向左側に配置された左バンクに収容されている。
第１気筒１０と第２気筒２０、第３気筒３０と第４気筒４０は、各気筒のクランクピンのオフセット量だけずらした状態で、実質的にクランク軸を挟んで対向して配置されている。
エンジン１における点火順序（爆発順序）は、第１気筒１０、第３気筒３０、第２気筒２０、第４気筒４０の順に設定され、クランク角において１８０°毎に実質的に等間隔で点火（爆発）するようになっている。

各気筒１０〜４０は、それぞれシリンダ、ピストン、燃焼室、吸排気ポート、吸排気バルブ、動弁駆動機構などの他、インジェクタ１１，２１，３１，４１、点火栓１２，２２，３２，４２等を有する。
インジェクタ１１〜４１は、各気筒の燃焼室内に霧化されたガソリンを噴射する噴射装置である。
インジェクタ１１〜４１の燃料噴射量及び燃料噴射時期は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００によって制御されている。

点火栓１２〜４２は、各気筒内で形成された混合気に、電気的なスパークによって着火させるものである。
点火栓１２〜４２の点火時期は、ＥＣＵ１００によって制御されている。
エンジン１はこれら以外に、各気筒に所定量の燃焼用空気を導入する吸気装置５０、図示しない排気装置、排ガス後処理装置、過給装置、バルブタイミング可変装置、冷却装置、潤滑装置、ＥＧＲ装置等を有して構成されている。

吸気装置５０は、スロットル５１、インテークマニホールド５２等を有して構成されている。
スロットル５１は、エンジン１の出力（トルク）を制御するために吸入空気量を調節するものである。
スロットル５１は、例えばバタフライバルブ等のスロットルバルブと、エンジン制御ユニット１００からの制御信号に応じてスロットルバルブを駆動し、スロットル開度を所定の目標開度と一致するように制御するアクチュエータ（電動モータ）を有する。
インテークマニホールド５２は、スロットル５１から出た空気を一時的に貯留するサージタンク、及び、サージタンクから各気筒の吸気ポートへ空気を配分する分岐管を有する。
また、スロットル５０の上流側には、エンジン１の吸入空気量を測定する図示しないエアフローメータが設けられている。

エンジン１は、さらに、クランク角センサ６０、水温センサ７０等を有する。
クランク角センサ６０は、エンジン１の出力軸である図示しないクランク軸の角度位置を検出するものである。
後述するＥＣＵ１００は、クランク角センサ６０の出力に基づいて、クランク軸の回転速度を実時間で検出可能となっている。
水温センサ７０は、シリンダヘッド及びシリンダの内部に形成された冷却水流路であるウォータージャケット内を流れる冷却水（クーラント）の温度を検出するものである。
クランク角センサ６０、水温センサ７０の出力は、ＥＣＵ１００に伝達される。

エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１００は、エンジン１及びその補器類を統括的に制御するエンジン制御装置である。
ＥＣＵ１００は、例えば、ＣＰＵ等の情報処理装置、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置、入出力インターフェイス及びこれらを接続するバス等を有して構成されている。
ＥＣＵ１００は、例えばドライバのアクセル操作等によって設定される要求トルクに応じて、図示しないスロットルバルブの開度、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、バルブタイミング等を制御する。
ＥＣＵ１００は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に応じてドライバ要求トルクを設定するとともに、エンジン１が実際に発生するトルク（実トルク）がドライバ要求トルクと実質的に一致するようにスロットル５１を制御して吸入空気量を調節する。
また、燃料噴射量は、排気ガス中の酸素量を検出する図示しないＯ_２センサ等を用いて、空燃比が三元触媒の活性範囲内となるようにフィードバック制御される。

また、ＥＣＵ１００は、エンジン１の各気筒の燃焼状態のばらつき（燃焼変動）を検出する燃焼変動検出装置としての機能も備えている。
ＥＣＵ１００は、本発明にいう想定回転速度演算手段、燃焼変動判定手段としても機能する。
以下、燃焼変動検出装置としての機能について、詳細に説明する。

まず、本実施例における燃焼変動検出の原理について説明する。
実施例のエンジン１のようなレシプロ内燃機関においては、シリンダ内で燃焼により発生したガス圧力によってトルクが発生することから、以下の式１が成立する。

ここで、Ｐｉ：図示平均有効圧力
Ｖｈ：排気量
Ｔｉ：図示トルク
Ｔｆ：摩擦損失トルク
Ｉ：回転部品・往復部品の慣性モーメント
ｄ^２θ／ｄｔ^２：クランク軸の角加速度

式１は、エンジン１において燃焼が起きると、筒内圧力を回転力に変換することでトルクが発生してクランクが回転することを示している。
このことから、燃焼変動と回転変動との間には強い相関があると考えられる。
本実施例は、この相関に着目し、クランク角センサ６０の出力信号に基づいて、気筒別角速度ωの変動Δωを検出し、燃焼変動評価を行うものである。

次に、回転変動の検出方法について説明する。
先ず、クランク角センサ６０が出力するパルス信号を用いて、サイクル毎の気筒別角速度ω_ｍ,ｎを算出する。
ここで、ｍは点火順序を示しており、一例として実施例のエンジン１の場合には、第１気筒１０−第３気筒３０−第２気筒２０−第４気筒４０の順となっている。
ｎは、燃焼変動の診断開始後ｎ回目の燃焼行程ということを示している。

図２は、実施例のエンジンにおけるクランク角センサの出力信号と各気筒の上死点との関係を示す図である。
クランク角センサ６０の出力信号は、クランク軸の回転に応じて逐次出力されるパルス信号である。
ここで、診断に用いる角速度ωは、当該気筒の燃焼との相関を極力強くしたいため、他の気筒の燃焼圧力の影響を受けずかつ診断対象気筒の燃焼圧力の影響を強く受ける範囲である、点火時期から排気バルブが開き始めるまでの区間において検出することとした。
具体的には、診断対象気筒の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）４０度からクランク軸が１８０°回転する時間を検出し、この時間を１８０°で除することによって気筒別角速度ω_ｍ,ｎを算出した。

図３は、気筒別角速度の推移の一例を示すグラフであって、横軸は時間を示し、縦軸は気筒別角速度を示している。
図３に示すように、燃焼気筒が切り換わる度に、気筒別角速度は逐次変動している。
このため、気筒別の角速度偏差Δωを求めるには、直前に燃焼が行われる気筒における燃焼の影響を考慮した気筒別の角速度平均値が必要となる。
ここで、図３において破線の楕円で囲った領域に着目する。
例えば、この領域では、ｍ−１気筒の燃焼行程における角速度に対して、ｍ気筒の燃焼行程における角速度が低下している。
また、ｍ−１気筒の燃焼行程における角速度は、全気筒の角速度平均値に対して大きくなっていることがわかる。

図４は、実施例の燃焼変動検出装置における燃焼変動検出の考え方を示す図である。
ｍ気筒のｎサイクル目における気筒別角速度（本発明にいう実回転速度）ω_ｍ,ｎは、直前に燃焼が行われるｍ−１気筒の気筒別角速度ω_m-1,ｎの影響を受けて、図示された位置となっている。
例えば、ｍ−１気筒の燃焼状態が比較的良好であり、気筒別角速度ω_m-1,ｎが高い場合には、ｍ気筒の燃焼状態は平均的であっても、その気筒別角速度ω_ｍ,ｎは、比較的高い値となる。

一方、ｍ−１気筒の気筒別角速度ω_ｍ-1,ｎが仮に同じ水準であっても、ｍ気筒の気筒別角速度ω_ｍ,ｎは、ｍ気筒での燃焼の状態に応じて変動する。
ここで、仮にｍ−１気筒において、ｍ気筒の平均値と同等の燃焼状態である場合、ｍ気筒の真の気筒別角速度平均値

は、図に示すようにｍ−１気筒の気筒別角速度ω_ｍ-1,ｎと実質的に同等となる。
しかし、実際にはｍ−１気筒の気筒別角速度ω_ｍ-1,ｎの影響を受けているため、仮の気筒別角速度平均値

は、図示されたように比較的高い位置となる。
仮の気筒別角速度平均値は、ｍ気筒の燃焼変動が十分に小さく、かつ、ｍ−１気筒の気筒別角速度ω_m-1,ｎの影響を受けている場合に想定されるｍ気筒の気筒別角速度（本発明にいう想定回転速度）である。

このとき、ｍ−１気筒の気筒別角速度ω_ｍ-1,ｎ、ｍ気筒の仮の気筒別角速度平均値、ｍ気筒の真の気筒別角速度平均値の関係は、図に示すように、１：ｘの比によって表すことができる。
ｘは、直前に燃焼が行われる気筒による影響の大小を表す変数であり、例えばエンジンの機種ごとに実験的に求めることが可能である。
また、ｘは、エンジンの回転数に依存して変化する。この場合の変化の仕方についても、実験的に求めることが可能である。

そして、ｍ気筒のｎサイクル目における気筒別回転変動Δω_ｍ,ｎは、式２によって表される。

上記した式２に、以下の式３を代入することによって、式４が得られる。
式３は、ｍ気筒の角速度平均値と、ｍ−１気筒の角速度平均値から、ｍ気筒の真の気筒別角速度平均値を求めるものである。

本実施例においては、例えば４００燃焼サイクル分の気筒別回転変動Δω_ｍ,ｎの標準偏差σωを、下記の式５によって算出している。

上述した気筒別回転変動Δω_ｍ,ｎの標準偏差σωは、平均有効圧力Ｐｉの標準偏差σＰｉに相関すると考えられる。
従って、標準偏差σωを用いてσＰｉを算出し、燃焼変動を評価することが可能である。

以下、本実施例の上記数式を、シミュレーションにより検証した結果について説明する。
図５は、第４気筒に燃焼変動を有するエンジンの気筒別角速度の推移を示すグラフである。横軸は時間を示し、縦軸は気筒別角速度を示している。（図６乃至８において同じ）
また、図５、図６に示す例においては、平均有効圧力Ｐｉの平均値は全気筒同じとなっている。
図５において、第４気筒の気筒別角速度に破線丸印を付している。
このとき、上記数式によって算出された気筒別角速度の標準偏差σωは、以下の通りとなった。
第１気筒：σω＝０
第２気筒：σω＝０
第３気筒：σω＝０
第４気筒：σω＝４．４５

図６は、第２気筒に燃焼変動を有するエンジンの気筒別角速度の推移を示すグラフである。
図６に示す例では、第２気筒に、図５における第４気筒の燃焼変動に対して半分の大きさの燃焼変動を与えている。
図６において、第２気筒の気筒別角速度に破線丸印を付している。
このとき、上記数式によって算出された気筒別角速度の標準偏差σωは、以下の通りとなった。
第１気筒：σω＝０
第２気筒：σω＝２．２３
第３気筒：σω＝０
第４気筒：σω＝０

図７は、各気筒間で平均有効圧力を異ならせたエンジンの気筒別角速度の推移を示すグラフである。
図７に示す例では、平均有効圧力Ｐｉが、全気筒平均に対して、第１気筒１０で６％増、第３気筒３０で４％減、第２気筒２０で３％増、第４気筒４０で５％減に設定される一方、燃焼変動はない状態を示している。
このとき、上記数式によって算出された気筒別角速度の標準偏差σωは、以下の通りとなった。
第１気筒：σω＝０
第２気筒：σω＝０
第３気筒：σω＝０
第４気筒：σω＝０

図８は、第２気筒、第４気筒に燃焼変動を有するとともに、各気筒間で平均有効圧力を異ならせたエンジンの気筒別角速度の推移を示すグラフである。
図８に示す条件は、図５、図６の例における燃焼変動と、図７の例における平均有効圧力の気筒間差とを、全て発生させたものである。
このとき、上記数式によって算出された気筒別角速度の標準偏差σωは、以下の通りとなった。
第１気筒：σω＝０
第２気筒：σω＝２．２３
第３気筒：σω＝０
第４気筒：σω＝４．４５

以上説明したように、本実施例の数式においては、燃焼変動を適切に検出可能であるとともに、気筒間で平均有効圧力Ｐｉのばらつきがあった場合であっても、燃焼変動がない場合には検出値である標準偏差σωに影響を受けないことが実証された。

次に、本実施例の上記数式を、実機を用いた実験により検証した結果について説明する。
ここで示す結果の試験条件は、エンジン回転数１２００ｒｐｍ、負荷は図示平均有効圧力Ｐｉ＝５６０ｋＰａであり、基準状態から失火に至るまで様々な燃焼状態で試験を行った。
各表は、各気筒における指圧計測により取得した図示平均有効圧力Ｐｉ値、図示平均有効圧力Ｐｉの標準偏差（燃焼変動）σＰｉ、及び、本実施例の数式によって算出した気筒別角速度ωの標準偏差（回転変動）σωを示している。

表１は、基準となるエンジンの状態を示している。

表２は、基準状態に対して、ＥＧＲガス量を低減することによって燃焼の安定化を図り、平均有効圧力の標準偏差σＰｉを低下させた状態を示している。

表３は、各気筒においてランダムに失火を生じさせた状態を示している。

表４は、第１気筒を完全に失火させた状態を示している。

表１乃至４に示すいずれの場合も、平均有効圧力Ｐｉの変動が大きい（標準偏差σＰｉが大きい）場合は、気筒別角速度ωの変動（ばらつき）が大きい（標準偏差σωが大きい）ことがわかる。
表３のランダム失火においては、１００回の点火に対して１回ずつ、第１気筒（＃１）から順次失火させているが、この場合には全ての気筒で燃焼変動が大きくなるため、回転変動が大きくなっていることがわかる。
表４のように、第１気筒１０のみ完全失火させた場合は、第１気筒１０の燃焼変動としては小さくなるため、回転変動も小さい値が得られている。

このように、本実施例の数式は、シミュレーションだけではなく、実機を用いた実験結果においても、燃焼変動を適切に表現できていることが実証された。
また、診断対象気筒の気筒別角速度ω_m,nのサイクル毎の推移に基づいて燃焼変動を検出する従来技術に対しては、実施例のほうが演算負荷の軽い比較的簡単な数式でありながら、他気筒の燃焼変動の影響を受けることなく正確に燃焼変動を検出可能であった。

次に、以上説明した回転変動σωを利用した燃焼変動σＰｉの評価手法について説明する。
図９乃至１２は、エンジン１の回転数がそれぞれ１２００ｒｐｍ、２８００ｒｐｍ、４４００ｒｐｍ、６０００ｒｐｍのときの燃焼変動σＰｉと回転変動σωとの相関を示すグラフである。
各図においては、負荷や運転状態を変化させた際の複数のデータをプロットしている。
図９乃至１２から、燃焼変動σＰｉと回転変動σωとは、各回転数において、それぞれ幅を持ちながら相関を持っていることがわかる。
これらの値に対して近似線を設定し、予め設定された燃焼変動限界であるσＰｉに相当する回転変動σωの値を読み出すことによって、燃焼変動限界に対応する回転変動閾値を導き出すことができる。

図１３は、実施例におけるエンジン回転数と回転変動閾値との相関を示すグラフである。
上述した手法により求めた異なる回転数の回転変動閾値をプロットし、これらの値に対して近似線を設定することによって、エンジン回転数に対する回転変動閾値を求めることができる。
この近似線よりも回転変動σωが大きい場合には、燃焼変動限界よりも燃焼変動σＰｉが大きいことを示している。

実施例のエンジン制御装置であるＥＣＵ１００は、燃焼変動が燃焼変動限界よりも大きい（回転変動σωが回転変動閾値以上である）気筒を検出した場合には、当該気筒の燃焼を安定化させるため、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期の少なくとも１つを補正する制御を実行する。

以上説明したように、本実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）実施例の燃焼変動検出装置及び方法によれば、直前に燃焼が行われる気筒の燃焼期間における気筒別角速度に基づいて診断対象気筒の燃焼変動が十分に小さい場合に想定される仮の気筒別角速度の平均値を算出し、これを実際の気筒別角速度と比較することによって、直前気筒の燃焼状態に起因する影響を排除して診断対象気筒の燃焼状態を判別することができ、燃焼変動の検出精度を向上することができる。
（２）複数の燃焼サイクルにわたって角速度偏差Δωを演算し、その標準偏差σωに基づいて判定することによって、燃焼変動の検出精度をより向上することができる。
（３）実施例のエンジン制御装置及び方法によれば、燃焼変動を精度よく検出するとともに、検出結果に応じて燃料噴射量等を補正することによって、気筒毎の燃焼変動を抑制することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）燃焼変動検出装置、エンジン制御装置、エンジンの構成は、上述した実施例に限定されることなく、適宜変更することができる。
例えば、実施例のエンジンは、４ストローク水平対向４気筒の直噴ガソリンエンジンであったが、シリンダレイアウト、気筒数、燃料噴射方式などは適宜変更することが可能である。
また、ガソリンエンジンに限定されず、その他の燃料を用いる火花点火式エンジンや、ディーゼルエンジンにも本発明は適用することが可能である。
（２）実施例においては、気筒別角速度の標準偏差（回転変動）に基づいて算出された平均有効圧力の標準偏差（燃焼変動）が閾値以上である場合に燃焼変動を判定しているが、このような構成に代えて、平均有効圧力に対するその標準偏差（変動量）の比率（燃焼変動率ＣＰｉ＝σＰｉ／Ｐｉ×１００［％］）が所定の閾値以上である場合に燃焼変動を判定してもよい。
たとえば、高負荷時などで平均有効圧力自体が大きい場合には、低負荷時には問題となり得る燃焼変動であっても、エンジンのトルク変動や振動にほとんど影響を与えない場合があるからである。
このような構成とすることによって、平均有効圧力の大きさに対してその変動量がドライバビリティや振動に与える影響の深刻さを考慮して、適切な燃焼変動の検出を行うことができる。

１ エンジン １０ 第１気筒
１１ インジェクタ １２ 点火栓
２０ 第２気筒 ２１ インジェクタ
２２ 点火栓 ３０ 第３気筒
３１ インジェクタ ３２ 点火栓
４０ 第４気筒 ４１ インジェクタ
４２ 点火栓 ５０ 吸気装置
５１ スロットル ５２ インテークマニホールド
６０ クランク角センサ ６１ センサプレート
６２ ポジションセンサ ７０ 水温センサ
１００ エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (8)

1. 複数の気筒を有するエンジンの燃焼変動を検出する燃焼変動検出装置であって、
   前記エンジンの各気筒の燃焼期間におけるクランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   診断対象気筒の直前に燃焼が行われる気筒の燃焼期間における前記回転速度に基づいて診断対象気筒の燃焼変動が十分に小さい場合に想定される想定回転速度を演算する想定回転速度演算手段と、
   診断対象気筒の燃焼期間における実際の回転速度である実回転速度と前記想定回転速度との差分に基づいて燃焼変動を判定する燃焼変動判定手段と
   を備える燃焼変動検出装置。
2. 前記燃焼変動判定手段は、複数の燃焼サイクルにわたって算出された前記実回転速度と前記想定回転速度との差分の標準偏差に基づいて燃焼変動を判定すること
   を特徴とする請求項１に記載の燃焼変動検出装置。
3. 前記燃焼変動判定手段は、前記実回転速度と前記想定回転速度との差分に基づいて診断対象気筒の燃焼時における平均有効圧力の変動量を算出するとともに、診断対象気筒の燃焼時における平均有効圧力に対する前記変動量の比率に基づいて燃焼変動を判定すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃焼変動検出装置。
4. 複数の気筒を有するエンジンを制御するエンジン制御装置であって、
   請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃焼変動検出装置を備え、
   前記燃焼変動検出装置が燃焼変動を判定した気筒の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期の少なくとも１つを補正する補正手段を備えること
   を特徴とするエンジン制御装置。
5. 複数の気筒を有するエンジンの燃焼変動を検出する燃焼変動検出方法であって、
   前記エンジンの各気筒の燃焼期間におけるクランク軸の回転速度を検出し、
   診断対象気筒の直前に燃焼が行われる気筒の燃焼期間における前記回転速度に基づいて診断対象気筒の燃焼変動が十分に小さい場合に想定される想定回転速度を演算し、
   診断対象気筒の燃焼期間における実際の回転速度である実回転速度と前記想定回転速度との差分に基づいて燃焼変動を判定すること
   を特徴とする燃焼変動検出方法。
6. 複数の燃焼サイクルにわたって算出された前記実回転速度と前記想定回転速度との差分の標準偏差に基づいて燃焼変動を判定すること
   を特徴とする請求項５に記載の燃焼変動検出方法。
7. 前記実回転速度と前記想定回転速度との差分に基づいて診断対象気筒の燃焼時における平均有効圧力の変動量を算出するとともに、診断対象気筒の燃焼時における平均有効圧力に対する前記変動量の比率に基づいて燃焼変動を判定すること
   を特徴とする請求項５又は請求項６に記載の燃焼変動検出方法。
8. 複数の気筒を有するエンジンを制御するエンジン制御方法であって、
   請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃焼変動検出方法によって燃焼変動が判定された気筒の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期の少なくとも１つを補正すること
   を特徴とするエンジン制御方法。

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