JP2019167835A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の着火時期の検出精度の悪化を抑制する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、０ｋＨｚから３ｋＨｚまでの周波数帯域における振動加速度の振幅値を算出する振幅値算出部と、横軸にクランク角又は時間を取り、縦軸に所定の着火判定区間における振幅値を取った振幅値波形を多角形近似して近似多角形を作成する近似多角形作成部と、近似多角形の重心位置に基づいて、燃料の基準着火時期を算出する基準着火時期算出部と、基準着火時期を補正して着火時期を算出する着火時期算出部と、を備える。着火時期算出部は、近似多角形の頂点の位置が、その底辺の中点の位置よりも遅角側にあるときほど基準着火時期を進角側に補正し、近似多角形の頂点の位置が、その底辺の中点の位置よりも進角側にあるときほど基準着火時期を遅角側に補正する。【選択図】図７

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、従来の内燃機関の制御装置として、ノックセンサによって検出された機関本体の振動加速度の振幅値を、所定の着火時期判定レベルと比較することで、着火時期を検出するように構成されたものが開示されている。

特開２０１０−２１６２６４号公報

しかしながら、前述した従来の内燃機関の制御装置では、例えばメイン噴射を含む多段噴射を実施するような場合には、メイン噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、メイン噴射燃料以外の噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、を切り分けることが難しく、結果としてメイン噴射燃料の着火時期を特定できず、着火時期を精度良く検出することができないという問題点があった。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、メイン噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、メイン噴射燃料以外の噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、を切り分けることなく着火時期を精度良く検出することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、機関本体の振動加速度を検出する振動センサと、を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を、機関運転状態に基づいて設定された目標噴射量、及び目標噴射時期に制御して燃料を燃焼させる燃焼制御部と、０ｋＨｚから３ｋＨｚまでの任意の周波数帯域における振動加速度の振幅値を算出する振幅値算出部と、横軸にクランク角又は時間を取り、縦軸に所定の着火判定区間における振幅値を取った振幅値波形を多角形近似して近似多角形を作成する近似多角形作成部と、近似多角形の重心位置に基づいて、燃料の基準着火時期を算出する基準着火時期算出部と、基準着火時期を補正して着火時期を算出する着火時期算出部と、を備える。着火時期算出部は、振幅値が最大値となる近似多角形の頂点の位置が、振幅値波形の横軸上にある近似多角形の底辺の中点の位置よりも遅角側にあるときほど基準着火時期を進角側に補正し、近似多角形の頂点の位置が、中点の位置よりも進角側にあるときほど基準着火時期を遅角側に補正する。

本発明のこの態様によれば、多段噴射を実施する場合であっても、メイン噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、メイン噴射燃料以外の噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、を切り分けることなく着火時期を精度良く検出することができる。

図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関、及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。 図２は、本発明の第１実施形態による内燃機関の運転領域を示す図である。 図３Ａは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの全周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。 図３Ｂは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。 図４Ａは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの全周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。 図４Ｂは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。 図５は、燃焼形態が拡散燃焼であるときの０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形に対して三角形近似処理を実施した図である。 図６は、燃焼形態が予混合燃焼であるときの０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形に対して三角形近似処理を実施した図である。 図７は、本発明の第１実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。 図８は、着火時期補正量を算出するためのテーブルである。 図９は、本発明の第１実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。 図１０Ａは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形であって、機関負荷が低負荷側にあるときの振幅値波形を示す図である。 図１０Ｂは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形であって、機関負荷が高負荷側にあるときの振幅値波形を示す図である。 図１１は、燃焼形態が拡散燃焼であるときの１．０［ｋＨｚ］から２．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形であって、機関負荷が高負荷側にあるときの振幅値波形を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００、及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。

図１に示すように、内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、吸気動弁装置５と、排気動弁装置６と、を備える。

機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室内で燃料を自着火燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させることができるように構成される。機関本体１には、気筒毎に一対の吸気弁５０と一対の排気弁６０とが設けられる。また機関本体１には、機関本体１の振動を検出するためのノックセンサ２１０が取り付けられる。ノックセンサ２１０は、圧電素子を備えた振動センサ（加速度センサ）の一種であり、機関本体１の振動に応じた電圧値を出力する。

燃料供給装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、デリバリパイプ２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３と、圧送パイプ２４と、燃圧センサ２１１と、を備える。

燃料噴射弁２０は、各燃焼室内に直接燃料を噴射することができるように、気筒毎に１つ設けられる。燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁２０が開弁されると燃料噴射弁２０から燃焼室内に直接燃料が噴射される。

デリバリパイプ２１は、圧送パイプ２４を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２４の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。デリバリパイプ２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁２０が開弁されると、デリバリパイプ２１に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁２０から燃焼室内に直接噴射される。

サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。

燃圧センサ２１１は、デリバリパイプ２１に設けられる。燃圧センサ２１１は、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち各燃料噴射弁２０から各気筒１０内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出する。

吸気装置３は、各気筒１０の燃焼室内に空気を導くための装置であって、燃焼室内に吸入される空気の状態（吸気圧力、吸気温度、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、エアクリーナ３０と、吸気管３１と、ターボチャージャ３２のコンプレッサ３２ａと、インタクーラ３３と、吸気マニホールド３４と、電子制御式のスロットル弁３５と、エアフローメータ２１２と、ＥＧＲ通路３６と、ＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、を備える。

エアクリーナ３０は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。

吸気管３１は、一端がエアクリーナ３０に連結され、他端が吸気マニホールド３４のサージタンク３４ａに連結される。

ターボチャージャ３２は過給機の一種であり、排気のエネルギを利用して空気を強制的に圧縮し、その圧縮した空気を各燃焼室１１に供給する。これにより充填効率が高められるので、機関出力が増大する。コンプレッサ３２ａは、ターボチャージャ３２の一部を構成する部品であり、吸気管３１に設けられる。コンプレッサ３２ａは、同軸上に設けられた後述するターボチャージャ３２のタービン３２ｂによって回されて、空気を強制的に圧縮する。なおターボチャージャ３２に替えて、クランクシャフト（図示せず）の回転力を利用して機械的に駆動される過給機（スーパチャージャ）を用いても良い。

インタクーラ３３は、コンプレッサ３２ａよりも下流の吸気管３１に設けられ、コンプレッサ３２ａによって圧縮されて高温となった空気を冷却する。

吸気マニホールド３４は、サージタンク３４ａと、サージタンク３４ａから分岐して機関本体１の内部に形成されている各吸気ポート（図示せず）の開口に連結される複数の吸気枝管３４ｂと、を備える。サージタンク３４ａに導かれた空気は、吸気枝管３４ｂを介して各燃焼室１１内に均等に分配される。このように、吸気管３１、吸気マニホールド３４及び各吸気ポートが、各燃焼室１１内に空気を導くための吸気通路を形成する。サージタンク３４ａには、サージタンク３４ａ内の圧力（吸気圧力）を検出するための圧力センサ２１４と、サージタンク３４ａ内の温度（吸気温度）を検出するための圧力センサ２１５と、が取り付けられている。

スロットル弁３５は、インタクーラ３３とサージタンク３４ａとの間の吸気管３１内に設けられる。スロットル弁３５は、スロットルアクチュエータ３５ａによって駆動され、吸気管３１の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータ３５ａによってスロットル弁３５の開度を調整することで、各燃焼室１１内に吸入される空気の流量を調整することができる。

エアフローメータ２１２は、コンプレッサ３２ａよりも上流側の吸気管３１内に設けられる。エアフローメータ２１２は、吸気通路内を流れて最終的に各燃焼室１１内に吸入される空気の流量を検出する。

ＥＧＲ通路３６は、後述する排気マニホールド４０と吸気マニホールド３４のサージタンク３４ａとを連通し、各燃焼室１１から排出された排気の一部を圧力差によってサージタンク３４ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３６に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」という。ＥＧＲガスをサージタンク３４ａ、ひいては各燃焼室１１に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。

ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲ通路３６に設けられる。ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。

ＥＧＲ弁３８は、ＥＧＲクーラ３７よりもＥＧＲガスの流れ方向下流側のＥＧＲ通路３６に設けられる。ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御することで、サージタンク３４ａに還流させるＥＧＲガスの流量が調節される。

排気装置４は、各燃焼室内で生じた排気を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド４０と、排気管４１と、ターボチャージャ３２のタービン３２ｂと、排気後処理装置４２と、を備える。

排気マニホールド４０は、機関本体１の内部に形成されている各排気ポート（図示せず）の開口と連結される複数の排気枝管と、排気枝管を集合させて１本にまとめた集合管と、を備える。

排気管４１は、一端が排気マニホールド４０の集合管に連結され、他端が開口端となっている。各燃焼室１１から排気ポートを介して排気マニホールド４０に排出された排気は、排気管４１を流れて外気に排出される。

タービン３２ｂは、ターボチャージャ３２の一部を構成する部品であり、排気管４１に設けられる。タービン３２ｂは、排気のエネルギによって回されて、同軸上に設けられたコンプレッサ３２ａを駆動する。

タービン３２ｂの外側には、可変ノズル３２ｃが設けられている。可変ノズル３２ｃは絞り弁として機能し、可変ノズル３２ｃのノズル開度（弁開度）は電子制御ユニット２００によって制御される。可変ノズル３２ｃのノズル開度を変化させることでタービン３２ｂを駆動する排気の流速を変化させることができる。すなわち、可変ノズル３２ｃのノズル開度を変化させることで、タービン３２ｂの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル３２ｃのノズル開度を小さくする（可変ノズル３２ｃを絞る）と、排気の流速が上がってタービン３２ｂの回転速度が増大し、過給圧が増大する。

排気後処理装置４２は、タービン３２ｂよりも下流側の排気管４１に設けられる。排気後処理装置４２は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の触媒（例えば三元触媒）を担体に担持させたものである。

吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置５は、吸気弁５０の開閉時期を制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成される。

排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置６は、排気弁６０の開閉時期を制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって排気弁６０を開閉駆動するように構成される。

なお、吸気動弁装置５及び排気動弁装置６としては、電磁アクチュエータに限らず、例えばカムシャフトによって吸気弁５０又は排気弁６０を開閉駆動するように構成し、当該カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、吸気弁５０又は排気弁６０の開閉時期を制御できるようにしてもよい。

電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。

入力ポート２０５には、前述したノックセンサ２１０や燃圧センサ２１１などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。

出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して、燃料噴射弁２０などの各制御部品に接続される。

電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。

電子制御ユニット２００は、機関運転状態（機関回転速度及び機関負荷）に基づいて、機関本体１の運転モードを予混合燃焼モード、又は拡散燃焼モードのいずれかに切り替える。

電子制御ユニット２００は、図２に示すように、機関運転状態が低回転低負荷側の第１運転領域内にあれば、運転モードを予混合燃焼モードに切り替える。また電子制御ユニット２００は、機関運転状態が高回転高負荷側の第２運転領域内にあれば、運転モードを拡散燃焼モードに切り替える。そして電子制御ユニット２００は、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を、機関運転状態に基づいて設定される各運転モードに応じた目標噴射量、及び目標噴射時期に制御して燃料を燃焼させる燃焼制御を実施する。

具体的には電子制御ユニット２００は、運転モードが予混合燃焼モードのときには、吸気行程から圧縮行程中の任意の時期に燃焼室１１内に燃料を１回、又は複数回噴射して燃焼室１１内に予混合気を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行う。本実施形態では、圧縮行程中に３回の燃料噴射を実施して燃焼室１１内に予混合気を形成するようにしている。

また電子制御ユニット２００は、運転モードが拡散燃焼モードのときには、圧縮上死点近傍で高温・高圧となった燃焼室１１内に燃料を噴射し、当該燃料を拡散燃焼させて機関本体１の運転を行う。本実施形態では、圧縮上死点近傍で実施する燃料噴射（メイン噴射）に先行して圧縮行程中に２回のパイロット噴射を実施するようにしている。

ここで着火時期が目標着火時期からずれると、排気エミッションが悪化したり、機関本体１の出力が低下してトルク変動が生じたりするなど、種々の問題が生じるおそれがある。そのため、燃料の着火時期を検出し、検出した着火時期と目標着火時期とに所定値以上のズレがあった場合には、そのズレを補正すべく、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の目標噴射量、及び目標噴射時期の一方、又は双方を補正することが望ましい。

着火時期を検出する方法としては、例えば機関本体１に筒内圧力センサを取り付け、当該筒内圧力センサによって検出した各クランク角における筒内圧力を、所定の着火時期判定用の筒内圧力値と比較することで検出する方法が挙げられる。この方法によれば、各気筒内の圧力変動を直接検出できるため、着火時期を精度良く検出することができる。しかしながら、筒内圧力センサが気筒数だけ必要になると共に、筒内圧力センサ自体の単価も高いため、コストが増大する。

一方で、ノックセンサ２１０の出力値、すなわちノックセンサ２１０によって検出された機関本体１の振動加速度（以下「検出振動加速度」という。）に基づいて着火時期を精度良く検出できれば、ノックセンサ２１０は単価が安く、また機関本体１に最低限１つ取り付ければ良いものなので、コストの増大を抑制できる。

燃料の燃焼時には、燃料の燃焼に伴って機関本体１の振動加速度が大きくなるので、検出振動加速度に基づいて着火時期を検出する方法としては、所定の着火判定区間（着火時期前後の所定のクランク角範囲に相当する区間）における検出振動加速度の振幅値を算出し、当該振幅値を所定の着火時期判定閾値と比較するする方法が挙げられる。しかしながらこの方法では、着火時期の検出精度が悪化する場合がある。以下、図３Ａから図６を参照してその理由について説明する。

検出振動加速度には、燃料の燃焼に起因する振動加速度以外のノイズも含まれているため、検出振動加速度に基づいて着火時期を検出するためには、検出振動加速度に対して適切なバンド幅（周波数帯域）を持つバンドパスフィルタ処理を施す必要がある。すなわち、燃料の燃焼に起因する振動を計測することが可能な周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出する必要があり、このような周波数帯域としては、例えば０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域が挙げられる。

図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ運転モードが拡散燃焼モードのときの着火判定区間における振幅値波形（横軸にクランク角又は時間を取り、縦軸に検出振動加速度の振幅値を取った波形）を示す図であって、振幅値波形の形状を、振幅値の算出にあたって使用した検出振動加速度の周波数帯域に応じて比較して示した図である。また図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ運転モードが予混合燃焼モードのときの着火判定区間における振幅値波形を示す図であって、振幅値波形の形状を、振幅値の算出にあたって使用した検出振動加速度の周波数帯域に応じて比較して示した図である。

なお図３Ａ及び図４Ａは、全周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。図３Ｂ及び図４Ｂは、０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。

ここで本実施形態では、運転モードが拡散燃焼モードのときには、図３Ａに示すように２回のパイロット噴射とメイン噴射とを実施している。このような多段噴射を実施する場合には、メイン噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動を検出して当該メイン噴射燃料の着火時期を燃料の着火時期として検出したいが、図３Ｂに示すように、０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出したときの振幅値波形においては、メイン噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、メイン噴射燃料以外の噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、が基本的に一体となって現れている。

そのため、メイン噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、メイン噴射燃料以外の噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、を切り分けることが難しく、結果として前述したような振幅値を所定の着火時期判定閾値と比較することで燃料の着火時期を検出する方法では、メイン噴射燃料の着火時期を特定できず、着火時期の検出精度が悪化することになる。

一方で運転モードが予混合燃焼モードのときには、図４Ａに示すように多段噴射が実施されたとしても、基本的に多段噴射によって形成された予混合気が同時期に着火することになるので、前述したような振幅値を所定の着火時期判定閾値と比較することで燃料の着火時期を検出する方法でも、或る程度の精度で着火時期を検出することができる。

しかしながら、運転モードが予混合燃焼モードのときであっても、例えば過渡的な筒内環境（筒内圧力や筒内温度、筒内酸素密度）の変化や燃料性状の変化など、何らかの要因によって予混合気の着火遅れ時間が想定よりも短くなると、燃料の燃焼形態が予混合燃焼というよりも拡散燃焼に近い燃焼形態になることがある。すなわち、燃焼室内に供給された燃料が予混合燃焼する割合（以下「予混合度」という。）が、通常時よりも少なくなることがなる。このような場合には、通常時と比較して振幅値波形が変化してしまうため、前述したような振幅値を所定の着火時期判定閾値と比較することで燃料の着火時期を検出する方法では、着火時期の検出精度が悪化するおそれがある。

したがって着火時期を精度良く検出するためには、メイン噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、メイン噴射燃料以外の噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、を切り分けることなく、燃焼形態が何らかの要因で変化した場合であっても、燃焼形態の変化に応じて実際の着火時期を検出できるようにする必要がある。

そこで本実施形態では、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示すように、０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して算出した振幅値波形に対して、まず三角形近似処理を施して近似三角形を作成することとした。具体的には、振幅値が最大値となる点を、第１頂点ａとして設定し、第１頂点ａを基準として進角側及び遅角側の振幅値波形の傾きから第２頂点ｂ及び第３頂点ｃをそれぞれ当該振幅値波形の横軸上に設定し、これら第１頂点ａ、第２頂点ｂ、及び第３頂点ｃを頂点とする近似三角形を作成することとした。なお図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、それぞれ図３Ａ及び図３Ｂに相当する図であり、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、それぞれ図４Ａ及び図４Ｂに相当する図である。

そして発明者らの鋭意研究の結果、このようにして作成された近似三角形の形状は、燃料の燃焼形態によって変化することがわかった。

具体的には図５（Ｂ）に示すように、運転モードが拡散燃焼モードのとき（すなわち燃焼形態が予混合度の低い燃焼形態のとき）には、近似三角形の形状は、第１頂点ａが、第２頂点ｂと第３頂点ｃとを結ぶ線分（以下「底辺」という）ｂｃの中点ｍよりも進角側（左側）に位置する形状となることがわかった。

そして図６（Ｂ）に示すように、運転モードが予混合燃焼モードのとき（すなわち燃焼形態が予混合度の高い燃焼形態のとき）には、近似三角形の形状は、第１頂点ａが、底辺ｂｃの中点ｍよりも遅角側（右側）に位置する形状となることがわかった。

すなわち、０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して算出した振幅値波形に対して三角形近似処理を施して作成した近似三角形の形状は、燃焼形態が予混合度の低い燃焼形態になるほど、第１頂点ａが、底辺ｂｃの中点ｍよりも進角側（左側）に位置し、燃焼形態が予混合度の高い燃焼形態になるほど、第１頂点ａが、底辺ｂｃの中点ｍよりも遅角側（右側）に位置することがわかった。

また図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、近似三角形の重心位置を仮に基準着火時期として定めると、運転モードが拡散燃焼モードのとき（すなわち燃焼形態が予混合度の低い燃焼形態のとき）には、基準着火時期は、実際の着火時期（すなわち検出したい着火時期）よりも進角側（左側）に位置することがわかった。

そして図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、運転モードが予混合燃焼モードのとき（すなわち燃焼形態が予混合度の高い燃焼形態のとき）には、基準着火時期は、実際の着火時期（すなわち検出したい着火時期）よりも遅角側（右側）に位置することがわかった。

すなわち、０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して算出した振幅値波形に対して三角形近似処理を施して作成した近似三角形の重心位置（基準着火時期）は、燃焼形態が予混合度の低い燃焼形態になるほど、実際の着火時期よりも進角側（左側）に位置し、燃焼形態が予混合度の高い燃焼形態になるほど、実際の着火時期よりも遅角側（右側）に位置することがわかった。

したがって、近似三角形の形状から燃焼形態を判別すると共に基準着火時期を算出し、燃焼形態に応じて基準着火時期を進角側又は遅角側に補正すれば、メイン噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、メイン噴射燃料以外の噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、を切り分けることなく、燃焼形態が何らかの要因で変化した場合でも、燃焼形態の変化に応じて実際の着火時期を精度良く検出することができる。以下、図７を参照して、この本実施形態による着火時期の検出制御について説明する。

図７は、本実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。

ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、所定の着火判定区間におけるノックセンサ２１０の出力値（検出振動加速度）を読み込む。本実施形態では、着火判定区間を各気筒１０の圧縮行程中期から膨張行程中期までのクランク角範囲に相当する区間としているが、適宜変更可能である。

ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、検出振動加速度に対して、０［ｋＨｚ］から３［ｋＨｚ］までの周波数帯域をバンド幅に持つバンドパスフィルタによってフィルタ処理を施し、着火判定区間における当該周波数帯域の検出振動加速度を抽出する。

ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、クランク角又は時間を横軸に取り、ステップＳ２で抽出した着火判定区間における検出振動加速度を縦軸に取った検出振動加速度の波形を作成し、その検出振動加速度の波形に対して包絡線処理（エンベロープ処理）を施すことによって、着火判定区間における０［ｋＨｚ］から３［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度の振幅値波形を作成する。

ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、振幅値波形に対して三角形近似処理を施して、近似三角形を作成する。具体的には電子制御ユニット２００は、前述した通り、振幅値波形において振幅値が最大値となる点を第１頂点ａとして設定し、第１頂点ａを基準として進角側及び遅角側の振幅値波形の傾きから当該振幅値波形の横軸上に第２頂点ｂ及び第３頂点ｃをそれぞれ設定し、これら第１頂点ａ、第２頂点ｂ、及び第３頂点ｃを頂点とする近似三角形を作成する。

なお本実施形態では、このように振幅値波形に対して三角形近似処理を施して近似三角形を作成しているが、振幅値波形に対して多角形近似処理を施して、三角形以上の近似多角形を作成するようにしても良い。

ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、近似三角形の重心位置を算出し、当該重心位置を基準着火時期として算出する。

ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、燃焼の燃焼形態に基づいて、基準着火時期に加算する補正量（以下「着火時期補正量」という。）を算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、図８のテーブルを算出し、近似三角形の第１頂点ａと、底辺ｂｃの中点ｍと、の位置関係に基づいて、着火時期補正量を算出する。

前述した通り、基準着火時期は、燃焼形態が予混合度の低い燃焼形態になるほど、実際の着火時期よりも進角側（左側）に位置し、燃焼形態が予混合度の高い燃焼形態になるほど、実際の着火時期よりも遅角側（右側）に位置する。そして、燃焼形態が予混合度の低い燃焼形態になるほど、第１頂点ａが、底辺ｂｃの中点ｍよりも進角側（左側）に位置し、燃焼形態が予混合度の高い燃焼形態になるほど、第１頂点ａが、底辺ｂｃの中点ｍよりも遅角側（右側）に位置する。

したがって、底辺ｂｃの中点ｍを基準として、第１頂点ａの位置が遅角側（右側）にあるときほど、燃焼形態が予混合度の高い燃焼形態であると判断できるため、基準着火時期を進角側に補正する必要がある。したがって図８のテーブルに示すように、底辺ｂｃの中点ｍを基準として、第１頂点ａの位置が遅角側（右側）にあるときほど、着火時期補正量は正の方向に大きくなる。

また底辺ｂｃの中点ｍを基準として、第１頂点ａの位置が進角側（左側）にあるときほど、燃焼形態が予混合度の低い燃焼形態であると判断できるため、基準着火時期を遅角側に補正する必要がある。したがって図８のテーブルに示すように、底辺ｂｃの中点ｍを基準として、第１頂点ａの位置が進角側（左側）にあるときほど、着火時期補正量は負の方向に大きくなる。

ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、基準着火時期に着火時期補正量を加算したものを、着火時期として検出する。

図９は、本実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。

ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、を読み込み、機関運転状態を検出する。

ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、予め作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、各運転モードに応じた燃料噴射弁２０から噴射する燃料の目標噴射量、及び目標噴射時期を算出する。

ステップＳ１３において、電子制御ユニット２００は、前回の燃焼サイクルにおいて着火時期の検出制御によって検出された着火時期を読み込み、その検出着火時期と、機関運転状態毎に予め設定されている各運転モードに応じた目標着火時期と、の偏差を着火時期偏差ΔＣとして算出する。

ステップＳ１４において、電子制御ユニット２００は、着火時期偏差ΔＣの絶対値が所定偏差未満か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、着火時期偏差ΔＣの絶対値が所定偏差未満であれば、ステップＳ１５の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、着火時期偏差ΔＣの絶対値が所定偏差以上であれば、ステップＳ１６の処理に進む。

ステップＳ１５において、電子制御ユニット２００は、目標噴射時期に目標噴射量の燃料が燃料噴射弁２０から噴射されるように燃料供給装置を制御する。

ステップＳ１６において、電子制御ユニット２００は、検出着火時期が目標着火時期となるように、目標噴射量、及び目標噴射時期の一方、又は双方を補正する。

以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁２０と、機関本体１の振動加速度を検出するノックセンサ２１０（振動センサ）と、を備える内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００（制御装置）が、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を、機関運転状態に基づいて設定された目標噴射量、及び目標噴射時期に制御して燃料を燃焼させる燃焼制御部と、０［ｋＨｚ］から３［ｋＨｚ］までの任意の周波数帯域における振動加速度の振幅値を算出する振幅値算出部と、横軸にクランク角又は時間を取り、縦軸に所定の着火判定区間における振幅値を取った振幅値波形を多角形近似して近似多角形を作成する近似多角形作成部と、近似多角形の重心位置に基づいて、燃料の基準着火時期を算出する基準着火時期算出部と、基準着火時期を補正して着火時期を算出する着火時期算出部と、を備える。

そして着火時期算出部は、振幅値が最大値となる近似多角形の第１頂点ａ（頂点）の位置が、振幅値波形の横軸に沿った近似多角形の底辺ｂｃの中点ｍの位置よりも遅角側にあるときほど、基準着火時期を進角側に補正し、近似多角形の第１頂点ａの位置が、中点ｍの位置よりも進角側にあるときほど、基準着火時期を遅角側に補正するように構成されている。

これにより、メイン噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、メイン噴射燃料以外の噴射燃料の燃焼に伴って生じる振動と、を切り分けることなく、燃焼形態が何らかの要因で変化した場合でも、燃焼形態の変化に応じて実際の着火時期を精度良く検出することができる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、機関負荷が高いときほど、振幅値を算出する際の周波数帯域を狭くする点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ運転モードが拡散燃焼モードのときの振幅値波形を示す図であって、振幅値波形の形状を、機関負荷に応じて比較して示した図である。なお図１０Ａが、機関負荷が低負荷側にあるときの振幅値波形であり、図１０Ｂが、機関負荷が高負荷側にあるときの振幅値波形である。

前述した第１実施形態では、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値波形を算出していた。しかしながら、図１０Ｂに示すように、機関負荷が高くなると、それに応じて検出振動加速度も大きくなるため、振幅値波形が複雑となり、三角形近似処理を施すのが難しくなる場合がある。

そこで本実施形態では、機関負荷が高いときほど、振幅値を算出する際の周波数帯域を狭くすることとしたのである。

図１１は、１．０［ｋＨｚ］から２．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形であって、図１０Ｂと同様に機関負荷が高負荷側にあるときの振幅値波形である。

図１１に示すように、振幅値を算出する際の周波数帯域を狭くすることで、振幅値波形の形状が単純化されていることがわかる。したがって、三角形近似処理を容易に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１ 機関本体
２０ 燃料噴射弁
１００ 内燃機関
２００ 電子制御ユニット（制御装置）
２１０ ノックセンサ（振動センサ）

Claims (2)

1. 機関本体と、
   前記機関本体の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記機関本体の振動加速度を検出する振動センサと、
   を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
   前記燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を、機関運転状態に基づいて設定された目標噴射量、及び目標噴射時期に制御して燃料を燃焼させる燃焼制御部と、
   ０ｋＨｚから３ｋＨｚまでの任意の周波数帯域における前記振動加速度の振幅値を算出する振幅値算出部と、
   横軸にクランク角又は時間を取り、縦軸に所定の着火判定区間における前記振幅値を取った振幅値波形を多角形近似して近似多角形を作成する近似多角形作成部と、
   前記近似多角形の重心位置に基づいて、燃料の基準着火時期を算出する基準着火時期算出部と、
   前記基準着火時期を補正して着火時期を算出する着火時期算出部と、
   を備え、
   前記着火時期算出部は、
   前記振幅値が最大値となる前記近似多角形の頂点の位置が、前記振幅値波形の横軸上にある前記近似多角形の底辺の中点の位置よりも遅角側にあるときほど、前記基準着火時期を進角側に補正し、前記近似多角形の頂点の位置が、前記中点の位置よりも進角側にあるときほど、前記基準着火時期を遅角側に補正する、
   内燃機関の制御装置。
2. 前記振幅値算出部は、
   機関負荷が高いときほど、前記振幅値を算出する際の前記周波数帯域を狭くする、
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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