JP2020056367A

JP2020056367A - 内燃機関の燃焼状態検出装置および燃焼状態検出方法

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Publication number: JP2020056367A
Application number: JP2018187962A
Authority: JP
Inventors: 裕介村田; Yusuke Murata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2018-10-03
Publication date: 2020-04-09

Abstract

【課題】簡易な構成によって、所望の燃焼タイミングにおいて内燃機関の燃焼状態を精度良く検出する。【解決手段】内燃機関ＩＣＥの燃焼状態検出装置１０が提供される。内燃機関ＩＣＥの燃焼状態検出装置１０は、内燃機関ＩＣＥの燃焼状態を示す検出信号および内燃機関ＩＣＥの作動に応じて出力される回転信号を受信する受信部１０３と、回転信号および内燃機関ＩＣＥの運転状態の変化度合いに応じてサンプリング周期を決定し、決定したサンプリング周期で検出信号からデータ値を抽出する制御部１０１、Ｐ１とを備える。【選択図】図２

Description

本開示は内燃機関の制御技術に関し、特には、内燃機関を備える車両における内燃機関の燃焼状態検出技術に関する。

内燃機関のクランク軸の回転に同期して内燃機関の燃焼圧を検出する技術が知られている。燃焼圧の検出精度を向上させるために、２系統のサンプル手段を用いて、２つのクランク角範囲で異なるサンプリング周期にて燃焼圧を検出する技術が提案されている（例えば、引用文献１）。

特開昭６２−４６７４４号公報

しかしながら、内燃機関の燃焼状態の検出にあたっては、所望の燃焼タイミングにおいて精度の良いサンプリングを実行することが望まれており、サンプリング周期を決定するクランク角範囲が固定されている場合には、動的に所望の燃焼タイミングにて精度の良いサンプリングを実行できないという問題がある。また、複数系統のサンプル手段を用いる場合には、回路または装置規模が大きくなると共に、コストが嵩むという問題がある。

したがって、簡易な構成によって、所望の燃焼タイミングにおいて内燃機関の燃焼状態を精度良く検出することが望まれている。

本開示は、以下の態様として実現することが可能である。

第１の態様は、内燃機関の燃焼状態検出装置を提供する。第１の態様に係る内燃機関の燃焼状態検出装置は、前記内燃機関の燃焼状態を示す検出信号および前記内燃機関の作動に応じて出力される回転信号を受信する受信部と、前記回転信号および前記内燃機関の運転状態の変化度合いに応じてサンプリング周期を決定し、前記決定したサンプリング周期で前記検出信号からデータ値を抽出する制御部とを備える。

第１の態様に係る内燃機関の燃焼状態検出装置によれば、簡易な構成によって、所望の燃焼タイミングにおいて内燃機関の燃焼状態を精度良く検出することができる。

第２の態様は、内燃機関の燃焼状態検出方法を提供する。第２の態様に係る内燃機関の燃焼状態検出方法は、前記内燃機関の燃焼状態を示す検出信号を受信し、前記内燃機関の作動に応じて出力される回転信号を受信し、前記回転信号および前記内燃機関の運転状態の変化度合いに応じてサンプリング周期を決定し、前記決定したサンプリング周期で前記検出信号からデータ値を抽出することを備える。

第２の態様に係る内燃機関の燃焼状態検出方法によれば、簡易な構成によって、所望の燃焼タイミングにおいて内燃機関の燃焼状態を精度良く検出することができる。なお、本開示は、内燃機関の状態検出プログラムまたは当該プログラムを記録するコンピュータ読み取り可能記録媒体としても実現可能である。

第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置および内燃機関を搭載する車両を模的に示すブロック図。第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置の機能的構成を示すブロック図。第１の実施形態において実行される燃焼状態検出プログラムの処理ルーチンを示すフローチャート。第１の実施形態における燃焼圧信号、微分値、クランク角、サンプリング周期の関係を示す説明図。第２の実施形態において実行される燃焼状態検出プログラムの処理ルーチンを示すフローチャート。第２の実施形態における燃焼圧信号、クランク角、サンプリング周期の関係を示す説明図。。第３の実施形態において実行される燃焼状態検出プログラムの処理ルーチンを示すフローチャート。第３の実施形態における燃焼圧信号、クランク角、サンプリング周期の関係を示す説明図。第４の実施形態において実行される燃焼状態検出プログラムの処理ルーチンを示すフローチャート。第４の実施形態における燃焼圧信号、ノッキング信号、クランク角、サンプリング周期の関係を示す説明図。

本開示に係る内燃機関の燃焼状態検出装置および燃焼状態検出方法について、実施形態に基づいて以下説明する。

第１の実施形態：
第１の実施形態に係る内燃機関の燃焼状態検出装置１０は、内燃機関ＩＣＥと共に車両５００に搭載されている。図１に示すように、第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０は、燃焼圧センサ２０、クランク角センサ２１、ノッキングセンサ２２、イグナイタ３０、インジェクタ３１と制御信号線を介して接続されている。燃焼圧センサ２０、クランク角センサ２１、ノッキングセンサ２２、イグナイタ３０およびインジェクタ３１は、内燃機関ＩＣＥに配置されている。燃焼圧センサ２０およびクランク角センサ２１は、内燃機関ＩＣＥの運転状態を示すアナログの検出信号を出力するセンサである。その他のセンサには、例えば、内燃機関ＩＣＥの燃焼状態を検出するセンサとして、内燃機関ＩＣＥにおける燃焼によって発生するイオン電流を検出するイオン電流センサが含まれる。

図２に示すように、燃焼状態検出装置１０は、制御部としての中央処理装置（ＣＰＵ）１０１、メモリ１０２、受信部としての入力インタフェース１０３、出力インタフェース１０４、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１０５および図示しないクロック発生器を備えている。ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、入力インタフェース１０３、出力インタフェース１０４、ＡＤＣ１０５およびクロック発生器は内部バスを介して通信可能に接続されている。メモリ１０２は、内燃機関ＩＣＥの運転状態を示す検出信号から運転状態の変化の度合いに応じてサンプリング周期Ｔｓを設定し、設定したサンプリング周期Ｔｓで検出信号からデータ値を抽出するための燃焼状態検出プログラムＰ１を不揮発的且つ読み出し専用に格納するメモリ、例えばＲＯＭと、ＣＰＵ１０１による読み書きが可能なメモリ、例えばＲＡＭとを含んでいる。メモリ１０２のうち読み書き可能なメモリまたは領域には、検出信号から抽出されたサンプリングデータＳＤを格納するためのサンプリングデータ格納領域が備えられている。ＣＰＵ１０１はメモリ１０２に格納されている燃焼状態検出プログラムＰ１を読み書き可能なメモリに展開して実行することによって制御部として機能する。なお、ＣＰＵ１０１は、単体のＣＰＵであっても良く、各プログラムを実行する複数のＣＰＵであっても良く、あるいは、複数のプログラムを同時実行可能なマルチタスクタイプのＣＰＵであっても良い。

入力インタフェース１０３には、燃焼圧センサ２０、クランク角センサ２１およびノッキングセンサ２２がそれぞれ制御信号線を介して接続されている。燃焼圧センサ２０から入力インタフェース１０３に入力されたアナログの燃焼圧信号は、予め定められた変換周期、例えば、１μｓの周期でＡＤＣ１０５によってデジタル信号に変換、すなわちＡＤ変換される。ＡＤＣ１０５によってデジタル信号に変換された燃焼圧信号は、ＣＰＵ１０１によってメモリ１０２に一時的に格納される。この際、メモリ１０２に格納されている燃焼圧信号は、ＡＤ変換された複数の離散的な燃焼圧値である。ＣＰＵ１０１は、運転状態の変化の度合いに応じてサンプリング周期Ｔｓを決定し、決定したサンプリング周期Ｔｓにて、メモリ１０２に格納されている燃焼圧信号に対してサンプリング処理を実行してデータ値を抽出する。抽出されたデータ値は、ＡＤ変換後にメモリ１０２に格納されている燃焼圧値数以下の複数の燃焼圧値である。ＣＰＵ１０１は更に、抽出されたデータ値に対してフィルタリング処理を実行して抽出済みの燃焼圧値としてメモリ１０２に格納する。フィルタリング処理には、例えば、ローパスフィルタ処理またはバンドパスフィルタ処理が含まれる。

クランク角センサ２１およびノッキングセンサ２２から入力インタフェース１０３に入力された検出信号は、所望のフィルタリング処理を経てＣＰＵ１０１に入力される。出力インタフェース１０４には、イグナイタ３０およびインジェクタ３１が接続されている。イグナイタ３０に対しては点火を指示する制御信号、インジェクタ３１に対しては燃料噴射量を指示する制御信号が出力インタフェース１０４から出力される。イグナイタ３０およびインジェクタ３１は、内燃機関ＩＣＥの出力を制御する出力制御装置であり、この他に、スロットル駆動装置が含まれ得る。出力制御装置の制御に際しては、検出信号から抽出されたデータ値のうち、所望の単位クランク角に対応するデータ値が更に抽出され用いられる。

燃焼圧センサ２０は、内燃機関ＩＣＥの各気筒のシリンダヘッドに備えられており、本実施形態においては４気筒の内燃機関ＩＣＥに対して、第１、第２、第３および第４燃焼圧センサ２０ａ、２０ｂ、２０ｃおよび２０ｄが備えられている。燃焼圧センサ２０は、燃焼に伴い気筒内に生じる燃焼圧力を検出するセンサであり、例えば、金属ダイアフラムで受けた各気筒内の燃焼圧力をピエゾ素子によって電圧に変換して、燃焼圧に応じたアナログの燃焼圧信号として出力する。

クランク角センサ２１は、例えば、電磁ピックアップ式センサであり、クランク軸に備えられ、クランク軸と共に回転するタイミングロータ２１ｂの回転を検出する。具体的には、タイミングロータ２１ｂが有する信号歯の通過に伴う磁束変化を検出し、矩形波の検出信号を内燃機関の作動に応じて出力される回転信号、すなわち、クランク角信号として出力する。クランク角センサ２１からの回転信号、すなわち、検出信号を用いることによって、クランク軸の基準位置、回転角、および内燃機関の回転数を検出することができる。

ノッキングセンサ２２は、自己着火に伴い発生する内燃機関ＩＣＥの異常燃焼、すなわち、ノッキングを検出するセンサであり、内燃機関ＩＣＥのシリンダブロックに備えられる。ノッキングセンサ２２は、ノッキングに伴いシリンダブロックに発生する振動をピエゾ素子によって電圧に変換し、アナログのノッキング信号として出力する。

図３を参照して、第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によって実行される燃焼状態検出処理について説明する。図３に示す処理ルーチンは、内燃機関ＩＣＥの始動後、ＣＰＵ１０１が燃焼状態検出プログラムＰ１を実行することによって実現され、内燃機関ＩＣＥが停止されるまで、すなわち、イグニションスイッチがオフされるまで繰り返し実行される。ＣＰＵ１０１は、メモリ１０２からＡＤ変換後の燃焼圧信号を取得する（ステップＳ１００）。より具体的には、ＣＰＵ１０１は、メモリ１０２に格納されているＡＤ変換後の燃焼圧信号の内、燃焼の１サイクル分、すなわち燃焼圧波形１周期分の燃焼圧信号を取得する。メモリ１０２に格納されている燃焼圧信号は、ＡＤＣ１０５によって１μｓの周期で量子化処理された離散的な燃焼圧値である。ＣＰＵ１０１は、取得した燃焼圧信号に対して微分処理を実行する（ステップＳ１１０）。具体的には、ＣＰＵ１０１は、メモリに格納されている離散的な燃焼圧値の隣接値の差分を微分値として求める。第１の実施形態においては、内燃機関ＩＣＥの運転状態として燃焼状態が用られ、燃焼状態の変化度合いを示す指標として、取得した燃焼圧信号に対して微分処理を実行して得られる微分値が用いられる。

ＣＰＵ１０１は、クランク角センサ２１からの回転信号を用いて、求めた微分値の絶対値と予め定められた第１の基準値Ｒ１および第２の基準値Ｒ２とを用いてクランク角θ範囲を決定する（ステップＳ１２０）。第１の基準値Ｒ１は、気筒内において所望の燃焼、すなわち、精度の良い内燃機関ＩＣＥの燃焼制御が求められる燃焼、が生じている場合における、燃焼圧の単位時間当たりの変化量の下限に相当する予め定められた値である。微分処理により得られた燃焼圧信号の微分値の絶対値が第１の基準値Ｒ１以上となるのは、図４に示すように、一般的には概ね上死点（ＴＤＣ）を中心とする基準クランク角範囲θｃである。第２の基準値Ｒ２は、気筒内において所望の燃焼が発生している期間と燃焼が発生していない期間との移行期間に相当する燃焼圧の単位時間当たりの変化量の下限を示す予め定められた値である。第１および第２の基準値Ｒ１、Ｒ２は共にメモリ１０２に格納されている。図４において、横軸はクランク角θ[ｄｅｇ］、縦軸は燃焼圧値［ＫＰａ］およびその微分値を示す。図４において、特性線Ｌ１は、燃焼圧センサ２０から出力されるＡＤ変換前の燃焼圧信号を示し、特性線Ｌ２は微分処理されたＡＤ変換後の燃焼圧信号、すなわち、ステップＳ１１０において算出された微分値を示す。なお、図４において第１および第２の基準値Ｒ１、Ｒ２は例示的に示されており、微分値の正負を問わず同一の値が用いられても良く、あるいは、異なる値が用いられても良い。

ＣＰＵ１０１は、決定されたクランク角範囲に応じてサンプリング周期Ｔｓを設定する（ステップＳ１３０）。具体的には、ＣＰＵ１０１は、基準クランク角範囲θｃに対応するクランク角に対しては、Ｔｓ＝１μｍを設定し、第１の基準値Ｒ１未満かつ第２の基準値Ｒ２以上の第１のクランク角範囲θ１に対しては、Ｔｓ＝５μｓを設定し、更に、第２の基準値Ｒ２未満の第２のクランク角範囲θ２に対しては、Ｔｓ＝１０μｓを設定する。第２のクランク角範囲θ２は、基準クランク角範囲θｃおよび第１のクランク角範囲θ１以外のクランク角範囲ということができる。なお、第１の基準値Ｒ１のみが用いられて基準クランク角範囲θｃおよび第１のクランク角範囲θ１の２つのクランク角範囲が用いられても良く、３つ以上の基準値が用いられて４つ以上のクランク角範囲が用いられても良い。なお、サンプリング周期Ｔｓの数値は例示に過ぎず、適宜適当な値が用いられる。

ＣＰＵ１０１は、設定されたサンプリング周期にてメモリ１０２に格納されている燃焼圧信号からデータ値としての燃焼圧値を取得する（ステップＳ１４０）。メモリ１０２には１μｓの変換周期でＡＤ変換された燃焼圧値が格納されており、ＣＰＵ１０１は、基準クランク角範囲θｃについてはメモリ１０２に格納されている燃焼圧値をそのまま取得する。ＣＰＵ１０１は、第１のクランク角範囲θ１および第２のクランク角範囲θ２については、メモリ１０２に格納されている燃焼圧値を間引いて、すなわち、５μｓ、１０μｓに対応する燃焼圧値を抽出してサンプリング後の燃焼圧値として取得する。ＣＰＵ１０１は、各クランク角範囲について取得した燃焼圧値をサンプリングデータ値としてメモリ１０２に格納する。ＣＰＵ１０１は、内燃機関ＩＣＥが停止したか否かを判定し（ステップＳ１５０）、内燃機関ＩＣＥが停止していないと判定した場合には（ステップＳ１５０：Ｎｏ）、ステップＳ１００に移行する。ＣＰＵ１０１は、内燃機関ＩＣＥが停止したと判定した場合には（ステップＳ１５０：Ｙｅｓ）、本処理ルーチンを終了する。取得されたサンプリング後の燃焼圧値は、内燃機関ＩＣＥの運転制御に用いられる。

第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によれば、内燃機関ＩＣＥの運転状態の変化度合いに応じてサンプリング周期Ｔｓを決定して燃焼圧信号からデータ値としての燃焼圧値を抽出するので、簡易な構成によって、所望の燃焼タイミングにおいて内燃機関ＩＣＥの燃焼状態を精度良く検出することができる。より具体的には、第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０は、内燃機関ＩＣＥの運転状態の変化度合として燃焼状態の変化度合いが用いられ、燃焼状態の変化度合いを示す指標として燃焼圧信号の微分値を用いる。燃焼圧信号の微分値は、単位時間当たりの燃焼圧力の変化の大小を示すので、内燃機関ＩＣＥにおいて燃焼が発生または燃焼状態が大きく変化しているクランク角範囲を特定することができる。かかるクランク角範囲において小さいサンプリング周期Ｔｓで燃焼圧力を取得することにより、所望の燃焼タイミングにおいて、高分解能で内燃機関ＩＣＥの燃焼状態を検出することが可能となり、この結果、燃焼圧力を用いた内燃機関ＩＣＥの燃焼制御の精度を向上させることができる。

第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によれば、内燃機関ＩＣＥにおける燃焼の１サイクル分、すなわち燃焼圧波形１周期分の燃焼圧信号が入力される度に、サンプリング周期Ｔｓが動的に決定される。したがって、内燃機関ＩＣＥの運転状態の変化に動的に反映した内燃機関ＩＣＥの燃焼状態、すなわち、燃焼圧値を取得することができる。この結果、内燃機関ＩＣＥの燃焼状態を適切に反映した燃焼制御を実行することができる。

第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によれば、内燃機関ＩＣＥの運転状態に応じて燃焼圧値のサンプリング周期Ｔｓが変更されるので、高い精度が要求される運転状態に応じては高解像度で燃焼圧値を格納し、その他の運転状態では低解像度で燃焼圧値を格納することが可能となり、メモリ１０２の容量を効率よく使用することができる。また、サンプリング周期Ｔｓは、異なるサンプリング周期Ｔｓ間で連続的に増減されても良く、メモリ１０２の容量に応じて、同一のクランク角範囲において可変とされても良い。

第２の実施形態：
第２の実施形態に係る燃焼状態検出装置は、第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０と同様の構成を備えているので、第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０に対する符号と同一の符号を用い、構成に関する説明は省略する。第２の実施形態においては、燃焼値圧の絶対値が燃焼状態の変化度合いを示す指標として用いられる。一般的に、燃焼圧力が高い場合には、内燃機関ＩＣＥにおいて燃焼が発生しており、精度の良い内燃機関ＩＣＥの燃焼制御が求められる。

図５および図６を参照して、第２の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によって実行される燃焼状態検出処理について説明する。図５に示す処理ルーチンは、内燃機関ＩＣＥの始動後、ＣＰＵ１０１が燃焼状態検出プログラムＰ１を実行することによって実現される。なお、ステップＳ１００、Ｓ１４０およびステップ１５０は、第１の実施形態における各ステップと同様であるから同一の符合を付すことで説明を省略する。

ＣＰＵ１０１は、ＡＤ変換された燃焼圧信号を取得し（ステップＳ１００）、燃焼圧値を取得する（ステップＳ１１１）。具体的には、ＣＰＵ１０１は、メモリ１０２に格納されているＡＤ変換後の複数の離散的な燃焼圧値から燃焼の１サイクル分に対応する燃焼圧値を取得する。ＣＰＵ１０１は、クランク角センサ２１からの回転信号を用いて、取得した燃焼圧値のうち、絶対値が予め定められた基準値以上となる燃焼圧値に対応するクランク角θを決定する（ステップＳ１２１）。基準値は、燃焼圧値の絶対値が当該値よりも高い場合に、精度の良い内燃機関ＩＣＥの燃焼制御が求められる燃焼が生じる燃焼圧の値であり、予め定められてメモリ１０２に格納されている。基準値以上となるのは、図６に示すように、一般的には概ね上死点（ＴＤＣ）を中心とする基準クランク角範囲θｃである。図６において、横軸はクランク角θ[ｄｅｇ］、縦軸は燃焼圧値［ＫＰａ］を示す。図６において、特性線Ｌ１は、燃焼圧センサ２０から出力されるＡＤ変換前の燃焼圧信号を示す。

ＣＰＵ１０１は、クランク角に応じてサンプリング周期Ｔｓを設定する（ステップＳ１３１）。具体的には、ＣＰＵ１０１は、基準クランク角範囲θｃに対応するクランク角に対しては、Ｔｓ＝１μｍを設定し、基準クランク角範囲θｃ以外の第２のクランク角範囲θ２に対しては、Ｔｓ＝１０μｓを設定する。第２のクランク角範囲θ２は、基準クランク角範囲θｃ以外のクランク範囲ということができる。なお、複数の基準値を用いて３つ以上のクランク角範囲が設定されても良い。

ＣＰＵ１０１は、設定されたサンプリング周期にてメモリ１０２に格納されている燃焼圧信号から燃焼圧値を取得する（ステップＳ１４０）。ＣＰＵ１０１は、内燃機関ＩＣＥが停止したか否かを判定し（ステップＳ１５０）、内燃機関ＩＣＥが停止していないと判定した場合には（ステップＳ１５０：Ｎｏ）、ステップＳ１００に移行する。ＣＰＵ１０１は、内燃機関ＩＣＥが停止したと判定した場合には（ステップＳ１５０：Ｙｅｓ）、本処理ルーチンを終了する。

第２の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によれば、内燃機関ＩＣＥの運転状態の変化度合として燃焼状態の変化度合いが用いられ、燃焼状態の変化度合いを示す指標として燃焼圧値の大きさが用いられる。燃焼圧値は、内燃機関ＩＣＥにおける燃焼状態を直接的に示すので、内燃機関ＩＣＥにおいて燃焼が発生または燃焼状態が大きく変化しているクランク角範囲を特定することができる。かかるクランク角範囲において小さいサンプリング周期Ｔｓで燃焼圧力を取得することにより、高分解能で内燃機関ＩＣＥの燃焼状態を検出することが可能となり、この結果、燃焼圧力を用いた内燃機関ＩＣＥの燃焼制御の精度を向上させることができる。また、第２の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によっても、第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によって得られるその他の利点を享受することができる。

上記第２の実施形態においては、基準値以上の燃焼圧値に対応する基準クランク角範囲θｃが用いられているが、最大の燃焼圧値Ｐｍａｘを求め、最大燃焼圧値Ｐｍａｘに対応するクランク角を中心とする予め定められた範囲のクランク角範囲が基準クランク角範囲θｃとして用いられても良い。この場合には、最大燃焼圧値Ｐｍａｘを求めることによって基準クランク角範囲θｃが設定され得るので、迅速且つ容易に、サンプリング周期Ｔｓを設定することができる。

第３の実施形態：
第３の実施形態に係る燃焼状態検出装置は、第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０と同様の構成を備えているので、第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０に対する符号と同一の符号を用い、構成に関する説明は省略する。第３の実施形態においては、エンジン回転数が運転状態の変化度合いを示す指標として用いられる。一般的に、エンジン回転数が高い場合には、内燃機関ＩＣＥの運転負荷が大きく、精度の良い内燃機関ＩＣＥの燃焼制御が求められる燃焼が生じている。

図７および図８を参照して、第３の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によって実行される燃焼状態検出処理について説明する。図７に示す処理ルーチンは、内燃機関ＩＣＥの始動後、ＣＰＵ１０１が燃焼状態検出プログラムＰ１を実行することによって実現される。なお、ステップＳ１００、Ｓ１４０およびステップ１５０は、第１の実施形態における各ステップと同様であるから同一の符合を付すことで説明を省略する。

ＣＰＵ１０１は、ＡＤ変換された燃焼圧信号を取得し（ステップＳ１００）、エンジン回転数を取得する（ステップＳ１１２）。具体的には、ＣＰＵ１０１は、クランク角センサ２１から出力される検出信号を用いて内燃機関ＩＣＥの回転数、すなわち、エンジン回転数を取得する。ＣＰＵ１０１は、クランク角センサ２１からのクランク角信号を用いて、エンジン回転数に応じてサンプリング周期Ｔｓを設定する（ステップＳ１３２）。具体的には、ＣＰＵ１０１は、予め定められた基準回転数以上のエンジン回転数に対しては、Ｔｓ＝１μｍを設定し、基準回転数未満のエンジン回転数に対しては、Ｔｓ＝５μｓを設定する。図８において、横軸はクランク角θ[ｄｅｇ］、縦軸は燃焼圧値［ＫＰａ］を示す。図８において、特性線Ｌ１ｈは基準回転数以上のエンジン回転数に対応するＡＤ変換前の燃焼圧信号を示し、特性線Ｌ１ｌは基準回転数未満のエンジン回転数に対応するＡＤ変換前の燃焼圧信号を示す。なお、複数の基準回転数を用いて３つ以上のサンプリング周期Ｔｓが設定されても良い。

第３の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によれば、内燃機関ＩＣＥの運転状態の変化度合として内燃機関ＩＣＥの回転数の変化度合いが用いられ、運転状態の変化度合いを示す指標としてエンジン回転数の大きさが用いられる。エンジン回転数は、内燃機関ＩＣＥの運転負荷を直接的に示すので、内燃機関ＩＣＥにおいて燃焼が発生または燃焼状態が大きく変化し得るクランク角範囲を特定することができる。かかるクランク角範囲において小さいサンプリング周期Ｔｓで燃焼圧力を取得することにより、高分解能で内燃機関ＩＣＥの燃焼状態を検出することが可能となり、この結果、燃焼圧力を用いた内燃機関ＩＣＥの燃焼制御の精度を向上させることができる。また、第３の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によっても、第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によって得られるその他の利点を享受することができる。

第３の実施形態において、エンジン回転数に代えて、吸気量センサや吸気圧センサ、あるいは、車速度センサによる検出結果を用いて内燃機関ＩＣＥの負荷を判定し、サンプリング周期Ｔｓが決定されても良い。

第４の実施形態：
第４の実施形態に係る燃焼状態検出装置は、第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０と同様の構成を備えているので、第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０に対する符号と同一の符号を用い、構成に関する説明は省略する。第４の実施形態においては、ノッキングの発生が運転状態の変化度合いを示す指標として用いられる。一般的に、ノッキングが発生する場合には、内燃機関ＩＣＥの運転負荷が大きく、精度の良い内燃機関ＩＣＥの燃焼制御が求められる燃焼が生じている。

図９および図１０を参照して、第４の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によって実行される燃焼状態検出処理について説明する。図９に示す処理ルーチンは、内燃機関ＩＣＥの始動後、ＣＰＵ１０１が燃焼状態検出プログラムＰ１を実行することによって実現される。なお、ステップＳ１００、Ｓ１４０およびステップ１５０は、第１の実施形態における各ステップと同様であるから同一の符合を付すことで説明を省略する。

ＣＰＵ１０１は、ＡＤ変換された燃焼圧信号を取得し（ステップＳ１００）、ノッキング検出結果を取得する（ステップＳ１１３）。具体的には、ＣＰＵ１０１は、ノッキングセンサ２２からノッキング検出信号が出力されたか否かをノッキング検出結果として取得する。ＣＰＵ１０１は、ノッキング検出結果に応じてサンプリング周期Ｔｓを設定する（ステップＳ１３３）。具体的には、ＣＰＵ１０１は、ノッキングが検出された場合には、対応するクランク角に対して、Ｔｓ＝１μｍを設定し、ノッキングが検出されない場合には、対応するクランク角に対して、Ｔｓ＝５μｓを設定する。なお、ノッキングが検出された場合の対応するクランク角とは、ノッキングが検出されたクランク角に対して予め定められた±クランク角を加算したクランク角を意味する。ノッキングの発生は発生前における内燃機関ＩＣＥの燃焼状態に依存するので、当該燃焼状態を含めて高解像度で内燃機関ＩＣＥの燃焼状態を検出することは有用である。図１０において、横軸はクランク角θ[ｄｅｇ］、縦軸は燃焼圧値［ＫＰａ］を示す。図１０において、特性線Ｌ１は燃焼圧センサ２０から出力されるＡＤ変換前の燃焼圧信号を示し、特性線Ｌ３はノッキングセンサ２２から出力されるノッキング信号波形を示す。なお、ノッキングの発生有無は、ノッキングセンサ２２からの信号値が予め定められたノッキング判定しきい値を超えるか否かによって判定されても良く、あるいは、ノッキングセンサ２２からノッキング信号が出力されるか否かによって判定されても良い。

第４の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によれば、内燃機関ＩＣＥの運転状態の変化度合並びに変化度合いを示す指標として異常燃焼の有無が用いられる。異常燃焼、すなわち、ノッキングは、内燃機関ＩＣＥの運転負荷を直接的に示すので、内燃機関ＩＣＥにおいて燃焼状態が大きく変化し得るクランク角の範囲を特定することができる。かかるクランク角範囲において小さいサンプリング周期Ｔｓで燃焼圧力を取得することにより、高分解能で内燃機関ＩＣＥの燃焼状態を検出することが可能となり、この結果、燃焼圧力を用いた内燃機関ＩＣＥの燃焼制御の精度を向上させることができる。また、第４の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によっても、第１の実施形態に係る燃焼状態検出装置１０によって得られるその他の利点を享受することができる。

その他の実施形態：
（１）上記各実施形態においては、内燃機関ＩＣＥにおける燃焼の１サイクル分、すなわち燃焼圧波形１周期分の燃焼圧信号が入力される度に、サンプリング周期Ｔｓが決定され、燃焼圧値が取得されている。これに対して、サンプリング周期Ｔｓの決定は、例えば、車両５００の１トリップ毎、あるいは、内燃機関ＩＣＥの運転状態の大きな変化をトリガに決定し、決定されたサンプリング周期Ｔｓを用いた燃焼圧値の抽出のみ、すなわち、ステップＳ１４０が内燃機関ＩＣＥにおける燃焼の１サイクル毎に実行されても良い。この場合には、ＡＤＣ１０５から入力された燃焼圧信号に対してリアルタイムにてサンプリング周期Ｔｓに応じたサンプリング処理を実行することができる。また、ＡＤＣ１０５におけるＡＤ変換の変換周期をサンプリング周期Ｔｓと一致させても良く、この場合には１回の処理によってサンプリング処理を完了することができる。一般的には、イグニションスイッチがオンされオフされるまでの１トリップ中に内燃機関ＩＣＥの運転状態は定常的に大きく変動しない。そこで、内燃機関ＩＣＥの運転状態が安定した後の１サイクルに応じてサンプリング周期Ｔｓを決定することによって、燃焼状態検出装置１０の負荷の軽減と精度の良い内燃機関ＩＣＥの燃焼制御の両立を図ることができる。また、内燃機関ＩＣＥの運転状態が定常的な大きな変化をトリガにサンプリング周期Ｔｓを決定することによっても、燃焼状態検出装置１０の負荷の軽減と精度の良い内燃機関ＩＣＥの燃焼制御の両立を図ることができる。

（２）上記各実施形態においては、内燃機関ＩＣＥの燃焼状態として燃焼圧を例にとって説明されているが、この他にも内燃機関ＩＣＥの燃焼に伴い発生するイオン電流が用いられても良い。

（３）制御部としてのＣＰＵ１０１は、サンプリングされた燃焼圧値から、内燃機関ＩＣＥに関する各種制御に際して要求される任意のクランク角に対応するデータ値を選択して、各種制御を実行するためのプログラムを実行しても良く、あるいは、各種制御を実行する別の制御部に送信しても良い。ＣＰＵ１０１または別の制御部によって、出力制御を実行するための各装置が制御され、内燃機関ＩＣＥの運転状態が制御される。

（４）上記実施形態においては、ＣＰＵ１０１が燃焼状態検出プログラムＰ１を実行することによって、ソフトウェア的に燃焼状態を検出する制御部が実現されているが、予めプログラムされた集積回路またはディスクリート回路によってハードウェア的に実現されても良い。

以上、実施形態、変形例に基づき本開示について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本開示の理解を容易にするためのものであり、本開示を限定するものではない。本開示は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本開示にはその等価物が含まれる。たとえば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。例えば、上記第１の態様に係る検出信号記録装置を適用例１とし、
適用例２：適用例１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、
前記制御部は、前記運転状態として前記燃焼状態を用い、前記検出信号の微分値に応じて前記サンプリング周期を決定する、内燃機関の燃焼状態検出装置。
適用例３：適用例１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、
前記制御部は、前記運転状態として前記燃焼状態を用い、前記検出信号の絶対値の大きさに応じて前記サンプリング周期を決定する、内燃機関の燃焼状態検出装置。
適用例４：適用例１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、
前記制御部は、前記運転状態として前記燃焼状態を用い、前記検出信号の最大値を用いて前記サンプリング周期を決定する、内燃機関の燃焼状態検出装置。
適用例５：適用例１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、
前記制御部は、前記運転状態として前記回転信号を用いて前記サンプリング周期を決定する、内燃機関の燃焼状態検出装置。
適用例６：適用例１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、
前記受信部はさらに、前記内燃機関の異常燃焼の発生に応じて出力される異常燃焼信号を受信し、
前記制御部は、前記運転状態として前記異常燃焼信号を用いて前記サンプリング周期を決定する、内燃機関の燃焼状態検出装置。
適用例７：適用例１から適用例６のいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置はさらに、
記録装置を備え、
前記制御部は、前記抽出したデータ値を前記記録装置に格納する、内燃機関の燃焼状態検出装置。

１０…燃焼状態検出装置、２０…燃焼圧センサ、２１…クランク角センサ、３０…イグナイタ、３１…インジェクタ、１０１…ＣＰＵ、１０２…メモリ、１０３…入力インタフェース、１０４…出力インタフェース、１０５…ＡＤＣ、５００…車両、Ｐ１…燃焼状態検出プログラム、ＳＤ…サンプリングデータ、ＩＣＥ…内燃機関。

Claims

内燃機関の燃焼状態検出装置であって、
前記内燃機関の燃焼状態を示す検出信号および前記内燃機関の作動に応じて出力される回転信号を受信する受信部と、
前記回転信号および前記内燃機関の運転状態の変化度合いに応じてサンプリング周期を決定し、前記決定したサンプリング周期で前記検出信号からデータ値を抽出する制御部と、を備える、内燃機関の燃焼状態検出装置。
請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、
前記制御部は、前記運転状態として前記燃焼状態を用い、前記検出信号の微分値に応じて前記サンプリング周期を決定する、内燃機関の燃焼状態検出装置。
請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、
前記制御部は、前記運転状態として前記燃焼状態を用い、前記検出信号の絶対値の大きさに応じて前記サンプリング周期を決定する、内燃機関の燃焼状態検出装置。
請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、
前記制御部は、前記運転状態として前記燃焼状態を用い、前記検出信号の最大値を用いて前記サンプリング周期を決定する、内燃機関の燃焼状態検出装置。
請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、
前記制御部は、前記運転状態として前記回転信号を用いて前記サンプリング周期を決定する、内燃機関の燃焼状態検出装置。
請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置において、
前記受信部はさらに、前記内燃機関の異常燃焼の発生に応じて出力される異常燃焼信号を受信し、
前記制御部は、前記運転状態として前記異常燃焼信号を用いて前記サンプリング周期を決定する、内燃機関の燃焼状態検出装置。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置はさらに、
記録装置を備え、
前記制御部は、前記抽出したデータ値を前記記録装置に格納する、内燃機関の燃焼状態検出装置。
内燃機関の燃焼状態検出方法であって、
前記内燃機関の燃焼状態を示す検出信号を受信し、
前記内燃機関の作動に応じて出力される回転信号を受信し、
前記回転信号および前記内燃機関の運転状態の変化度合いに応じてサンプリング周期を決定し、
前記決定したサンプリング周期で前記検出信号からデータ値を抽出すること、を備える、内燃機関の燃焼状態検出方法。