JP2020118075A - 内燃機関の制御装置、内燃機関システム、および、内燃機関システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼形態が変化しても着火時期の特定に誤差が生じ難くすること。【解決手段】複数の気筒を有する内燃機関の本体に取付けられ、気筒内での燃料の燃焼に起因する内燃機関の振動加速度を検出する複数の加速度センサと、検出された振動加速度を用いて燃料の着火時期を特定する制御部とを備える。複数の加速度センサは、複数の気筒のうちの所定気筒に対して、各加速度センサで検出される所定気筒内での燃料の燃焼に起因する振動加速度の減衰の特徴がそれぞれ異なるように、取付けが調整されている（Ｓ１０７）。制御部は、複数の気筒のうちの所定気筒について、燃焼形態に応じて燃焼の中心周波数を含む特定周波数帯を特定するとともに、複数の加速度センサの中から、特定した特定周波数帯において振動加速度の減衰が少ない少なくとも１つの加速度センサを特定し、特定された加速度センサで検出された振動加速度を用いて所定気筒の着火時期を特定する。【選択図】図２

Description

この開示は、内燃機関の制御装置、内燃機関システム、および、内燃機関システムの制御方法に関し、特に、内燃機関の振動加速度を検出する加速度センサによって検出された気筒内の燃焼に起因する振動加速度を用いて、燃料の着火時期を特定するのに適した内燃機関の制御装置、内燃機関システム、および、内燃機関システムの制御方法に関する。

従来、内燃機関のシリンダブロックに振動加速度を検出する加速度センサを取付け、その加速度センサで検出された振動加速度をある特定の区間で積分した積分値が着火時期判定レベルを超えたときのクランク角を実着火時期と判定する内燃機関の制御装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２０３３４２号公報

特許文献１のように、特定の気筒に対して１つの加速度センサでその気筒の燃焼に起因する振動加速度を検出する構成では、加速度センサで検出される振動加速度の値が燃焼の加振力が持つ周波数特性および加速度センサを取付ける部位の構造減衰特性の影響を受けるため、内燃機関の燃焼形態が変化するような場合に正確な検出ができないという虞がある。

たとえば、燃焼形態（燃焼モード）が、通常の燃焼モードから燃焼期間の長い燃焼モードに変更されると、燃焼の中心周波数が低周波数側にずれる。このとき、通常の燃焼モードで最適化された加速度センサを用いて内燃機関の燃焼に起因する振動加速度を検出しようとすると、構造減衰の影響が大きく出て、加速度センサによって検出される振動加速度の値が非常に小さくなってしまう。

また、燃焼形態が通常の燃焼モードから燃焼期間の短くなる燃焼モードに変更されると、燃焼の中心周波数が高周波数側にずれる。このとき、通常の燃焼モードで最適化された加速度センサを用いて内燃機関の燃焼に起因する振動加速度を検出しようとすると、構造減衰の影響が非常に小さくなり、振動加速度を過大に計測してしまう可能性がある。

このように、内燃機関に取付けられた加速度センサにより検出される振動加速度は、加速度センサの取付状態によって決まる構造減衰の影響を受けるので、燃焼形態の変化により燃焼の周波数特性が変化した場合に、加速度センサにより得られる信号が小さくなったり過大になったりする。このため、加速度センサにより得られる振動加速度の検出値として十分な精度を得られず、着火時期の判定に誤差が生じるといった問題があった。

この開示は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃焼形態が変化しても着火時期の特定に誤差が生じ難くすることが可能な内燃機関の制御装置、内燃機関システム、および、内燃機関システムの制御方法を提供することである。

この開示による内燃機関の制御装置は、複数の気筒を有する内燃機関の本体に取付けられ、気筒内での燃料の燃焼に起因する内燃機関の振動加速度を検出する複数の加速度センサと、加速度センサによって検出された振動加速度を用いて燃料の着火時期を特定する制御部とを備える。複数の加速度センサは、複数の気筒のうちの所定気筒に対して、各加速度センサで検出される所定気筒内での燃料の燃焼に起因する振動加速度の減衰の特徴がそれぞれ異なるように、内燃機関の本体への取付けが調整されている。制御部は、複数の気筒のうちの所定気筒について、燃焼形態に応じて燃焼の中心周波数を含む特定周波数帯を特定するとともに、複数の加速度センサの中から、特定した特定周波数帯において振動加速度の減衰が少ない少なくとも１つの加速度センサを特定し、特定された少なくとも１つの加速度センサによって検出された振動加速度を用いて所定気筒の着火時期を特定する。

好ましくは、複数の加速度センサは、内燃機関の本体への取付部の形状を異ならせることで、振動加速度の減衰の特徴を異ならせている。

この開示の他の局面による内燃機関システムは、複数の気筒を有する内燃機関と、内燃機関の本体に取付けられ、気筒内での燃料の燃焼に起因する内燃機関の振動加速度を検出する複数の加速度センサと、加速度センサによって検出された振動加速度を用いて燃料の着火時期を特定する制御部とを備える。複数の加速度センサは、複数の気筒のうちの所定気筒に対して、各加速度センサで検出される所定気筒内での燃料の燃焼に起因する振動加速度の減衰の特徴がそれぞれ異なるように、内燃機関の本体への取付けが調整されている。制御部は、複数の気筒のうちの所定気筒について燃焼形態に応じて燃焼の中心周波数を含む特定周波数帯を特定するとともに、複数の加速度センサの中から、特定した特定周波数帯において振動加速度の減衰が少ない少なくとも１つの加速度センサを特定し、特定された少なくとも１つの加速度センサによって検出された振動加速度を用いて所定気筒の着火時期を特定する。

好ましくは、複数の加速度センサは、内燃機関の本体への取付部の形状を異ならせることで、振動加速度の減衰の特徴を異ならせている。

この開示のさらに他の局面による内燃機関システムの制御方法における、内燃機関システムは、複数の気筒を有する内燃機関と、内燃機関の本体に取付けられ、気筒内での燃料の燃焼に起因する内燃機関の振動加速度を検出する複数の加速度センサと、加速度センサによって検出された振動加速度を用いて燃料の着火時期を特定する制御部とを備える。複数の加速度センサは、複数の気筒のうちの所定気筒に対して、各加速度センサで検出される所定気筒内での燃料の燃焼に起因する振動加速度の減衰の特徴がそれぞれ異なるように、内燃機関の本体への取付けが調整されている。制御方法は、制御部が、複数の気筒のうちの所定気筒について、燃焼形態に応じて燃焼の中心周波数を含む特定周波数帯を特定するとともに、複数の加速度センサの中から、特定した特定周波数帯において加速度の減衰が少ない少なくとも１つの加速度センサを特定するステップと、特定された少なくとも１つの加速度センサによって検出された加速度を用いて所定気筒の着火時期を特定するステップとを含む。

この開示に従えば、燃焼形態が変化しても着火時期の特定に誤差が生じ難くすることが可能な内燃機関システムの設計方法、内燃機関システム、および、内燃機関システムの制御方法を提供することができる。

この実施の形態におけるエンジンの周辺の概略構成を示す図である。 この実施の形態における加速度センサの取付設計の流れを示すフローチャートである。 加速度センサの取付方法を説明するための図である。 シリンダブロックに取り付けられたある加速度センサで検出される燃料の燃焼に起因するエンジンの振動加速度の、周波数ごとの減衰特性の違いを説明する図である。 筒内圧センサによる燃焼加振力と加速度センサによる加速度値との関係を示す図である。 燃料の燃焼に起因するエンジンの燃焼加振力の周波数ごとの違いを説明するための図である。 燃焼形態ごとのクランク角と熱発生率との関係を説明するための図である。 この実施の形態における着火時期補正処理の流れを示すフローチャートである。 特定した周波数帯において、振動加速度の構造減衰による影響が少ない加速度センサを特定する方法を説明する図である。 特定周波数帯の振動加速度の時間変化を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、この開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返されない。

図１は、この実施の形態におけるエンジンシステムの概略構成を示す図である。図１を参照して、このエンジンシステムは、エンジン１０と、エンジン１０に空気を供給する吸気経路３０と、エンジン１０からの排気を排出する排気経路４０と、エンジン１０を制御する電子制御装置（Electronic Control Unit、以下「ＥＣＵ」という）１００と、エンジン１０の振動の加速度を検出する加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ（以下、これらを代表して「加速度センサ１１０」ともいう）とを含む。エンジンシステムは、たとえば、車両に搭載される。

この実施形態では、エンジン１０をディーゼルエンジンとして説明するが、エンジンの種類はこれに限られず、エンジン１０は、ガソリンエンジンであってもよい。エンジン１０の各気筒１１には、燃料噴射弁２０が設けられる。燃焼室１２は、気筒１１の内部を上下に往復運動するピストンと、気筒１１の上部を密閉するシリンダヘッドと、気筒１１とで形成される。燃焼室１２へは、吸気経路３０から空気が供給される。各燃料噴射弁２０には、燃料ポンプによって燃料タンクからの燃料が供給されている。各燃料噴射弁２０は、ＥＣＵ１００からの制御信号によって作動（開弁）し、燃焼室１２の空気に燃料を噴射する。排気経路４０へは、燃焼室１２から排気が排出される。

エンジン１０は、４ストローク機関であり、吸入行程、圧縮行程、膨張（燃焼）行程および排気行程を１サイクルとして動作する。吸入行程においては、気筒１１内のピストンが慣性により下死点まで下がることにより、吸気経路３０から燃焼室１２に空気が吸込まれる。圧縮行程においては、ピストンが慣性により上死点まで上がることにより、燃焼室１２の空気が圧縮されることで加熱される。膨張行程においては、燃焼室１２の高温高圧の空気に燃料噴射弁２０から燃料が噴射されることにより、燃料が自己発火することで、膨張した燃焼ガスによりピストンが下死点まで押下げられる。排気行程においては、ピストンが慣性により上死点まで上がることにより、燃焼室１２の燃焼ガスが排気として燃焼室１２から排気経路４０へ排出される。エンジン１０は、ピストンの上下運動を回転運動に変換して外部に動力を出力する。

加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃは、燃焼室１２での燃料の燃焼等によるエンジン１０の振動の加速度を検出し、検出結果をＥＣＵ１００に出力する。加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃは、エンジン１０のシリンダブロックの異なる位置に取付けられる。なお、加速度センサ１１０の数は、この開示では、３つであることとするが、これに限定されず、複数であればよい。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、メモリ１０２と、各種信号を入出力するための入出力ポートとを含んで構成される。メモリ１０２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）とＲＡＭ（Random Access Memory）とを含む。ＥＣＵ１００においては、ＣＰＵ１０１が、各センサ（たとえば加速度センサ１１０）および機器からの信号、ならびに、メモリ１０２のＲＯＭに格納されたプログラムなどに基づいて、ＲＡＭをワークメモリとして各機器の制御を行なう。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。

従来、加速度センサ１１０で検出された加速度をある特定の区間で積分して、積分値が着火時期判定レベルを超えたときを燃料の着火時期と判定するものがあった。このようなエンジン１０では、加速度センサ１１０により検出される加速度は、構造減衰の影響を受けるので、燃焼の周波数特性が変化した場合、加速度センサ１１０のセンシング可能範囲が小さくなったり、加速度センサ１１０により得られる信号が小さくなったりする上に、加速度センサ１１０により得られる加速度の検出値として十分な精度を得られないため、特に燃焼形態が変化する場合、着火時期の判定に誤差が生じるといった問題があった。

そこで、この実施の形態においては、エンジンシステムの設計方法は、複数の気筒１１のうちの所定気筒での燃料の燃焼に起因する振動加速度の減衰の特徴がそれぞれ異なるように、複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃのエンジン１０の本体への取付方法を調整するステップを含むようにする。ＥＣＵ１００は、所定気筒について燃焼形態に応じて燃焼の中心周波数を含む特定周波数帯を特定するとともに、複数の加速度センサ１１０Ａ，１００Ｂ、１１０Ｃの中から、特定した特定周波数帯において振動加速度の減衰が少ない少なくとも１つの加速度センサを特定し、特定された少なくとも１つの加速度センサによって検出された振動加速度を用いて所定気筒の着火時期を特定する。これにより、燃焼形態が変化しても着火時期の判定に誤差が生じ難くすることができる。

図２は、この実施の形態における加速度センサの取付設計の流れを示すフローチャートである。図２を参照して、まず、複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃのエンジン１０のシリンダブロックへの取付位置を決定する（ステップＳ１０１）。複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃの取付位置は、異なる位置となるように決定する。

次に、決定した取付位置に標準方法で複数の加速度センサ１１０を取付けるように設計する（ステップＳ１０２）。

図３は、加速度センサの取付方法を説明するための図である。図３（Ａ）は、標準方法での加速度センサ１１０の取付を説明するための図である。図３（Ａ）を参照して、この実施の形態においては、加速度センサ１１０の取付の標準方法は、エンジン１０のシリンダブロックに、台座１１２および加速度センサ１１０を、長さＬのボルト１１１Ａで締結する方法である。標準方法は他の方法であってもよい。

図２に戻って、次に、エンジンシステムの実機またはシミュレーションで、所定の様々な運転条件でエンジン１０を運転状態とし、所定の気筒１１（たとえば、エンジン１０のタイミングチェーンまたはタイミングベルトから最も遠い気筒１１）内の燃焼室１２の圧力を検出する筒内圧力センサで得られる燃焼加振力、および、複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ、１１０Ｃで得られる振動加速度を記録する（ステップＳ１０３）。筒内圧センサは、エンジン１０の開発の過程において燃焼状態を計測するために気筒１１に設けられる。所定の気筒１１は、他の気筒１１であってもよい。

そして、記録された燃焼加振力および振動加速度を用いて、振動加速度の減衰の少ない周波数帯が、複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃのそれぞれで異なるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

図４は、シリンダブロックに取り付けられたある加速度センサで検出される燃料の燃焼に起因するエンジン１０の振動加速度の、周波数ごとの減衰特性の違いを説明する図である。エンジン１０の気筒１１内の燃焼室１２で燃料が燃焼すると、その燃焼に起因する振動が発生する。この振動は、エンジン１０のシリンダブロックなどの構造体を伝播していく過程で減衰されて、加速度センサによって振動加速度として検出される。ところが、この構造体による振動の減衰特性（周波数帯ごとの構造減衰の影響）は、センサの取り付け位置や取り付け状態などによって異なる。このため、加速度センサで燃焼に起因する振動加速度を精度よく検出するためには、検出したい周波数帯で構造減衰の影響が小さくなるように加速度センサの取り付け状態を調整するか、検出したい周波数帯における構造減衰の影響が小さい加速度センサを選択する必要がある。たとえば、図４に示される構造減衰特性を有する加速度センサでは、低周波の領域における構造減衰が大きく、高周波の領域における構造減衰が小さいので、高周波の領域においては構造減衰の影響をさほど受けずに燃焼に起因する振動加速度を検出することができる。逆に低周波の領域においては、構造減衰の影響を大きく受けるため、検出値が非常に小さくなって、その加速度の変化を正確に検出できないという虞がある。

図５は、筒内圧センサによる燃焼加振力と加速度センサによる加速度センサ値との関係を示す図である。図５を参照して、燃焼加振力と加速度センサ値との関係は、ほぼ一次関数的である。従来のように、シリンダブロックに１つだけ加速度センサを取付ける場合には、燃焼形態が燃焼形態Ａから燃焼形態Ｂに変更されると、加速度センサの検出値は構造減衰の影響を受けるので、同じ燃焼加振力でも加速度センサの検出値が異なってしまうこととなる。すなわち、シリンダブロックに取付けられる加速度センサが１つである従来の方法では、燃焼形態が変更されるエンジンにおいて、加速度センサの検出値から着火時期を特定することが難しい。

図６は、燃料の燃焼に起因するエンジン１０の燃焼加振力の周波数ごとの違いを説明するための図である。図６を参照して、エンジン１０においては、気筒１１内の燃焼室１２での燃料の燃焼に起因する燃焼加振力が発生する。燃焼加振力は、筒内圧センサで検出できる。筒内圧センサで検出された燃焼加振力の時間変化をフーリエ変換すると、図６で示すように、周波数成分ごとの燃焼加振力の大きさが得られる。周波数成分ごとの燃焼加振力の大きさは、燃焼形態により異なる。燃焼形態Ａと比較して燃焼形態Ｂでは、比較的低い周波数帯Ｃで燃焼加振力が小さく、比較的高い周波数帯Ｄで燃焼加振力が大きい。

図７は、燃焼形態ごとのクランク角と熱発生率との関係を説明するための図である。図７を参照して、図７（Ａ）で示されるように１サイクルでの燃焼期間が長い燃焼形態である場合、熱発生率の変化が、比較的、緩やかであるため、低周波数帯の燃焼加振力が大きくなる。図７（Ｂ）で示されるように１サイクルでの燃焼期間が短い燃焼形態である場合、熱発生率の変化が、比較的、急峻であるため、高周波数帯の燃焼加振力が大きくなる。このような要因で、燃焼形態によって周波数成分ごとの燃焼加振力の大きさが異なるようになる。

図２に戻って、振動加速度の減衰の少ない周波数帯が複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃで異なる（ステップＳ１０４でＹＥＳ）と判断した場合、加速度センサの取付設計を終了する。

一方、振動加速度の減衰の少ない周波数帯が複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃで異ならない（ステップＳ１０４でＮＯ）と判断した場合、取付方法を調整する加速度センサ１１０を選択する（ステップＳ１０６）。たとえば、振動加速度の減衰の少ない周波数帯が似たような加速度センサ１１０が複数ある場合、そのうちの１つを調整する加速度センサとして選択する。

次に、選択した加速度センサ１１０の取付方法を、狙いの周波数帯の減衰が改善される方向で調整する（ステップＳ１０７）。狙いの周波数帯は、たとえば、選択した加速度センサ１１０以外のいずれの加速度センサ１１０とも振動加速度の減衰の少ない周波数帯が異なる周波数帯とする。

図３を再び参照して、図３（Ｂ）で示すように、台座１１２を溶接の肉盛り１１３で埋めて、台座の形状を変更して、加速度センサ１１０を取付けるボルト１１１Ｂの長さを、図３（Ａ）のボルト１１１Ａよりも長くした場合、全周波数帯の振動加速度の構造減衰が大きくなる。逆に、取付用のボルトを短くした場合、全周波数帯の振動加速度の構造減衰が大きくなる。また、ボルトの太さを細くすると、全周波数帯の振動加速度の構造減衰が小さくなり、太くすると、全周波数帯の振動加速度の構造減衰が大きくなる。また、台座の形状によっても、全周波数帯の振動加速度の構造減衰が異なる。これらの変更を組合わせて、狙いの周波数帯の減衰が改善される方向で調整する。

図２に戻って、ステップＳ１０７の後、振動加速度の減衰の少ない周波数帯が、すべての加速度センサのそれぞれで異なるようになるまで、ステップＳ１０３からステップＳ１０７までを繰返す。

図８は、この実施の形態における着火時期補正処理の流れを示すフローチャートである。この着火時期補正処理は、ＥＣＵ１００によって、メイン処理から所定の制御周期ごとに呼出されて実行される。図８を参照して、ＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１は、複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ、１１０Ｃから加速度値を取得し（ステップＳ１１１）、取得した加速度値を時系列順にメモリ１０２のＲＡＭに記憶させる（ステップＳ１０２）。

ＣＰＵ１０１は、着火時期を特定するタイミングであるか否かを判断する（ステップＳ１１３）。着火時期を特定するタイミングは、この実施形態においては、所定距離（たとえば５０００ｋｍ、１００００ｋｍなど）の走行ごとであるが、これに限定されず、他のタイミングであっても良い。たとえば、エンジンの性能の向上させるため、または、エンジンの寿命を延ばすために、燃料の成分の変動が激しい状況など頻繁に着火時期を確認した方がよい場合には、着火時期を特定するタイミングは、給油ごとであってもよいし、着火時期制御処理がメイン処理から呼出される所定の制御周期ごとであってもよい。

着火時期を特定するタイミングでない（ステップＳ１１３でＮＯ）と判断した場合、ＣＰＵ１０１は、実行する処理をこの着火時期特定処理の呼出元のメイン処理に戻す。一方、着火時期を特定するタイミングである（ステップＳ１１３でＹＥＳ）と判断した場合、ＣＰＵ１０１は、現在の燃焼形態を取得し、その燃焼形態における燃焼期間から、所定の気筒１１内での燃料の燃焼に起因する振動加速度以外の過大な振動加速度の周波数を極力含まず、振動加速度が適度に大きい燃焼の中心周波数を含む特定周波数帯を特定する（ステップＳ１１４）。燃焼の中心周波数は、燃焼形態および燃焼期間ごとに、実験またはシミュレーションで予め特定しておく。また、所定の気筒１１内での燃料の燃焼に起因する振動加速度以外の過大な振動加速度の周波数も、実験またはシミュレーションで予め特定しておく。

図７で示したように、燃焼形態によって、熱発生率の変化が異なるため、燃焼加振力の周波数成分の特徴が異なる。図５で示したように、燃焼加振力と振動加速度には一次関数的な関係がある。このため、燃焼形態によって、振動加速度の周波数成分の特徴が異なるようになる。

たとえば、図７（Ａ）で示したような燃焼期間が比較的長い燃焼形態Ａである場合、図６で示したように、比較的低い周波数帯Ｃの燃焼加振力が大きくなり、比較的低い周波数帯Ｃの振動加速度が大きくなる。このことから、燃焼期間が比較的長い燃焼形態Ａである場合、所定の気筒１１内での燃料の燃焼に起因する振動加速度以外の過大な振動加速度の周波数を極力含まず、振動加速度が適度に大きい燃焼の中心周波数を含む特定周波数帯として周波数帯Ｃを特定する。

また、図７（Ｂ）で示したような燃焼期間が比較的短い燃焼形態Ｂである場合、図６で示したように、比較的高い周波数帯Ｄの燃焼加振力が大きくなり、比較的高い周波数帯Ｄの振動加速度が大きくなる。このことから、燃焼期間が比較的短い燃焼形態Ｂである場合、所定の気筒１１内での燃料の燃焼に起因する振動加速度以外の過大な振動加速度の周波数を極力含まず、振動加速度が適度に大きい燃焼の中心周波数を含む特定周波数帯として周波数帯Ｄを特定する。

図８に戻って、次に、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１１４で特定した特定周波数帯の減衰が少ない加速度センサ１１０を特定する（ステップＳ１１５）。この実施の形態においては、特定周波数帯の減衰が少ない加速度センサ１１０として、特定周波数帯の減衰が最も少ない加速度センサ１１０を特定する。

図９は、ステップＳ１１４で特定した周波数帯において、振動加速度の構造減衰による影響が少ない加速度センサを特定する方法を説明する図である。加速度センサ１１０で検出された振動加速度の時間変化をフーリエ変換すると、周波数成分ごとの振動加速度の大きさが得られるが、図６に示すように、燃焼形態により燃焼加振力の周波数特性が異なるため、その燃焼形態にあわせて最適な加速度センサを選択する必要がある。このため、図９で示すように周波数帯を予め複数に分割し、分割したそれぞれの周波数帯にＮ＝１〜Ｎまでの番号を付ける。そして、図２で説明したように設計時に、加速度センサごとに構造減衰の少ない周波数帯の番号を特定しておく。たとえば、燃焼形態Ａと比較して燃焼形態Ｂでは、比較的低い周波数帯Ｃで燃焼加振力が小さくなり、比較的高い周波数帯Ｄで燃焼加振力が大きくなる。燃焼形態Ｂの振動加速度を加速度センサで取得する場合には、図９で示すように、周波数帯Ｄに対応するＮ＝３の周波数帯とＮ＝４の周波数帯との２つの周波数帯で構造減衰が少ない加速度センサを選択する。

図８に戻って、ＣＰＵ１０１は、特定した加速度センサ１１０の加速度値の時間変化をメモリ１０２から読出し、読出した加速度値の時間変化をフーリエ変換することで、加速度値の周波数分布を算出する（ステップＳ１１６）。

次に、ＣＰＵ１０１は、算出した加速度値の周波数分布のうち特定周波数帯の振動加速度を逆フーリエ変換することで、振動加速度の時間変化を算出する（ステップＳ１１７）。これにより、構造減衰で弱められた周波数帯の振動加速度の影響を除外した振動加速度の時間変化を得ることができる。

次いで、ＣＰＵ１０１は、算出した振動加速度の時間変化から着火時期を特定する（ステップＳ１１８）。

図１０は、特定周波数帯の振動加速度の時間変化を示す図である。図１０を参照して、振動加速度の時間変化のグラフにおいて、振幅が判定閾値を上回った点の直前のゼロクロス点の時点を、着火時期として特定することができる。

図８に戻って、ＣＰＵ１０１は、特定した着火時期を用いて、燃料の噴射の制御に用いる噴射時期を補正する（ステップＳ１１９）。たとえば、着火時期が想定されている時期より、所定時間、早い場合は、噴射時期を、所定時間、早まらせる。逆に、着火時期が想定されている時期より、所定時間、遅い場合は、噴射時期を、所定時間、遅らせる。その後、ＣＰＵ１０１は、実行する処理をこの着火時期特定処理の呼出元のメイン処理に戻す。

［変形例］
（１） 前述した実施の形態においては、図３で示したように、加速度センサ１１０が１本のボルトでシリンダブロックに締結されるようにした。しかし、これに限定されず、加速度センサ１１０が、エンジン１０のシリンダブロックなどのいずれかの部分に取付けられるのであれば、他の方法で取付けられるようにしてもよい。加速度センサ１１０が複数本のネジで固定されるようにしてもよい。

（２） 前述した実施の形態においては、加速度センサ１１０の取付方法を、溶接の肉盛り１１３、台座１１２およびボルト１１１Ａ，１１１Ｂの大きさおよび形状などを変更することで、加速度センサ１１０で検出されるエンジン１０の振動加速度の構造減衰を調整するようにした。しかし、構造減衰を調整する方法は、これに限定されず、他の方法であってもよく、たとえば、シリンダブロックなどのエンジンの部品の形状または重量を変更する方法であってもよい。

（３） 前述した実施の形態においては、図２で示したように、振動加速度の減衰の特徴として振動加速度の減衰（量）の少ない周波数帯が異なるように、加速度センサの取付方法を設計するようにした。しかし、振動加速度の減衰の特徴は、これに限定されず、たとえば、振動加速度の減衰率の少ない周波数帯であってもよい。

（４） 前述した実施の形態においては、図８のステップＳ１１７で示したように、振動加速度が大きい特定周波数帯の振動加速度をフーリエ逆変換して、振動加速度の時間変化を算出するようにした。しかし、これに限定されず、全周波数帯の振動加速度をフーリエ逆変換して、振動加速度の時間変化を算出するようにしてもよい。

（５） 前述した実施の形態においては、図８で示したように、特定された着火時期を用いて、噴射時期を補正するようにした。しかし、これに限定されず、特定された着火時期は他の目的で用いられるようにしてもよく、たとえば、故障判定に用いるようにしてもよい。この場合、たとえば、特定された着火時期と、想定されている着火時期との誤差が所定値以上であれば故障と判定するようにしてもよい。

（６） 前述した実施の形態を、エンジン１０等の内燃機関のＥＣＵ１００等の制御装置の開示または制御装置による制御方法の開示として捉えることができる。また、このような内燃機関と制御装置とを含む内燃機関システムの開示として捉えることができる。また、内燃機関システムの設計方法の開示として捉えることができる。

［効果］
（１−１） 図１で示したように、エンジンシステムの設計方法における、エンジンシステムは、複数の気筒１１を有するエンジン１０と、エンジン１０の本体に取付けられ、気筒１１内での燃料の燃焼に起因するエンジン１０の振動加速度を検出する複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃと、加速度センサ１１０によって検出された振動加速度を用いて燃料の着火時期を特定するＥＣＵ１００とを備える。図８で示したように、ＥＣＵ１００は、複数の気筒のうちの所定の気筒１１について燃焼形態に応じて燃焼の中心周波数を含む特定周波数帯を特定するとともに、複数の加速度センサ１１０Ａ，１００Ｂ、１１０Ｃの中から、特定した特定周波数帯において振動加速度の減衰が少ない少なくとも１つの加速度センサ１１０を特定し、特定された少なくとも１つの加速度センサ１１０によって検出された振動加速度を用いて所定の気筒１１の着火時期を特定する。図２で示したように、設計方法は、所定の気筒１１での燃料の燃焼に起因する振動加速度の減衰の特徴がそれぞれ異なるように、複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃのエンジン１０の本体への取付けを調整するステップを含む。

これにより、燃焼形態が変化しても着火時期の特定に誤差が生じ難くすることが可能なエンジンシステムの設計方法を提供できる。

（１−２） 図３で示したように、複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃの取付けを調整するステップは、複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃのエンジン１０の本体への取付部の形状を異ならせることで、振動加速度の減衰の特徴が異なるように、複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃの取付けを調整するステップを含む。これにより、加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃの取付方法を適切に調整することができる。

（２−１） 図１で示したように、エンジンシステムは、複数の気筒１１を有するエンジン１０と、エンジン１０の本体に取付けられ、気筒１１内での燃料の燃焼に起因するエンジン１０の振動加速度を検出する複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃと、加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃによって検出された振動加速度を用いて燃料の着火時期を特定するＥＣＵ１００とを備える。図２で示したように、複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃは、複数の気筒１１のうちの所定の気筒１１に対して、各加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ、１１０Ｃで検出される所定の気筒１１内での燃料の燃焼に起因する振動加速度の減衰の特徴がそれぞれ異なるように、エンジン１０の本体への取付けが調整されている。図８で示したように、ＥＣＵ１００は、複数の気筒のうちの所定の気筒１１について燃焼形態に応じて燃焼の中心周波数を含む特定周波数帯を特定するとともに、複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃの中から、特定した特定周波数帯において振動加速度の減衰が少ない少なくとも１つの加速度センサ１１０を特定し、特定された少なくとも１つの加速度センサによって検出された振動加速度を用いて所定の気筒１１の着火時期を特定する。

これにより、燃焼形態が変化しても着火時期の特定に誤差が生じ難くすることが可能なエンジンシステムを提供できる。

（２−２） 図２で示したように、複数の加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃのエンジン１０の本体への取付部の形状を異ならせることで、振動加速度の減衰の特徴を異ならせている。これにより、加速度センサ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃのエンジン１０への取付けを適切に調整することができる。

今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ エンジン、１１ 気筒、１２ 燃焼室、２０ 燃料噴射弁、３０ 吸気経路、４０ 排気経路、１００ ＥＣＵ、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ 加速度センサ、１０１ ＣＰＵ、１０２ メモリ、１１１Ａ，１１１Ｂ ボルト、１１２ 台座、１１３ 肉盛り。

Claims (5)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の本体に取付けられ、前記気筒内での燃料の燃焼に起因する前記内燃機関の振動加速度を検出する複数の加速度センサと、
   前記加速度センサによって検出された振動加速度を用いて燃料の着火時期を特定する制御部とを備え、
   前記複数の加速度センサは、前記複数の気筒のうちの所定気筒に対して、各加速度センサで検出される前記所定気筒内での燃料の燃焼に起因する振動加速度の減衰の特徴がそれぞれ異なるように、前記内燃機関の本体への取付けが調整されており、
   前記制御部は、
   前記複数の気筒のうちの前記所定気筒について、燃焼形態に応じて燃焼の中心周波数を含む特定周波数帯を特定するとともに、前記複数の加速度センサの中から、特定した特定周波数帯において振動加速度の減衰が少ない少なくとも１つの前記加速度センサを特定し、
   特定された少なくとも１つの前記加速度センサによって検出された振動加速度を用いて前記所定気筒の着火時期を特定する、内燃機関の制御装置。
2. 前記複数の加速度センサは、前記内燃機関の本体への取付部の形状を異ならせることで、振動加速度の減衰の特徴を異ならせている、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 複数の気筒を有する内燃機関と、
   前記内燃機関の本体に取付けられ、前記気筒内での燃料の燃焼に起因する前記内燃機関の振動加速度を検出する複数の加速度センサと、
   前記加速度センサによって検出された振動加速度を用いて燃料の着火時期を特定する制御部とを備え、
   前記複数の加速度センサは、前記複数の気筒のうちの所定気筒に対して、各加速度センサで検出される前記所定気筒内での燃料の燃焼に起因する振動加速度の減衰の特徴がそれぞれ異なるように、前記内燃機関の本体への取付けが調整されており、
   前記制御部は、
   前記複数の気筒のうちの前記所定気筒について、燃焼形態に応じて燃焼の中心周波数を含む特定周波数帯を特定するとともに、前記複数の加速度センサの中から、特定した特定周波数帯において振動加速度の減衰が少ない少なくとも１つの前記加速度センサを特定し、
   特定された少なくとも１つの前記加速度センサによって検出された振動加速度を用いて前記所定気筒の着火時期を特定する、内燃機関システム。
4. 前記複数の加速度センサは、前記内燃機関の本体への取付部の形状を異ならせることで、振動加速度の減衰の特徴を異ならせている、請求項３に記載の内燃機関システム。
5. 内燃機関システムの制御方法であって、
   前記内燃機関システムは、
   複数の気筒を有する内燃機関と、
   前記内燃機関の本体に取付けられ、前記気筒内での燃料の燃焼に起因する前記内燃機関の振動加速度を検出する複数の加速度センサと、
   前記加速度センサによって検出された振動加速度を用いて燃料の着火時期を特定する制御部とを備え、
   前記複数の加速度センサは、前記複数の気筒のうちの所定気筒に対して、各加速度センサで検出される前記所定気筒内での燃料の燃焼に起因する振動加速度の減衰の特徴がそれぞれ異なるように、前記内燃機関の本体への取付けが調整されており、
   前記制御方法は、前記制御部が、
   前記複数の気筒のうちの前記所定気筒について、燃焼形態に応じて燃焼の中心周波数を含む特定周波数帯を特定するとともに、前記複数の加速度センサの中から、特定した特定周波数帯において加速度の減衰が少ない少なくとも１つの前記加速度センサを特定するステップと、
   特定された少なくとも１つの前記加速度センサによって検出された加速度を用いて前記所定気筒の着火時期を特定するステップとを含む、内燃機関システムの制御方法。

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