JP2021165540A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内圧力を推定せずに、クランク角度の情報から、外部負荷トルク及びピストンの往復慣性トルクの情報を低減して、筒内圧力により生じた出力情報を検出し、燃焼状態の変動度合いを検出できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂにおいてクランク角加速度αｄを積算して燃焼行程の加速度積算値を算出し、圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐにおいてクランク角加速度αｄを積算して圧縮行程の加速度積算値を算出し、燃焼行程の加速度積算値と圧縮行程の加速度積算値との差分に基づいて出力相当値を算出し、出力相当値のばらつき度合いに基づいて、燃焼状態の変動度合いを検出する内燃機関の制御装置。
【選択図】図９

Description

本願は、内燃機関の制御装置に関するものである。

内燃機関の制御装置として、例えば下記の特許文献１に記載された技術が既に知られている。特許文献１の技術では、クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角速度およびクランク角加速度およびクランク角躍度を算出し、クランク角躍度に基づいてクランク角度間隔の誤差を補正し、補正後のクランク角速度、クランク角加速度に基づいて筒内圧力を推定するように構成されている。そして、推定した筒内圧力（以下、推定筒内圧力と称す）に基づいて熱発生率および燃焼質量割合ＭＦＢといった燃焼パラメータを算出し、例えば算出した燃焼質量割合ＭＦＢが５０％となるクランク角度（以下、ＭＦＢ５０％位置と称す）が予め設定された目標値に近づくように、または熱発生率が最大値となるように、点火時期およびＥＧＲ量の一方、または双方を変化させることで燃焼状態を最適に制御する。

特許文献１の技術では、高価で筒内へのセンサ装着が困難な筒内圧力センサを用いることなく、安価で一般的に広く使用されているクランク角センサを用いて筒内圧力を推定し内燃機関の燃焼制御に利用している。

特許第６０１２８９２号

しかし、特許文献１の技術においてＭＦＢ５０％位置を推定するまでに、特許文献１の段落００８４〜００９６に記載されているように、クランク角度およびクランク角加速度に基づいて燃焼により生じた燃焼ガス圧トルクを算出する処理、燃焼ガス圧トルクおよびクランク角度に基づいて燃焼している気筒（以下、燃焼気筒と称す）の推定筒内圧力を算出する処理、燃焼気筒の推定筒内圧力およびシリンダ容積および単位クランク角度当たりのシリンダ容積変化率に基づいて熱発生率を算出する処理、熱発生率に基づいてＭＦＢ５０％位置を算出する処理、といった多くの処理が必要なため処理負荷が大きくなり、高性能（高価）な演算処理装置が必要となってコストが増大する課題がある。

また、燃焼気筒の推定筒内圧力を算出するまでに複数の推定処理（例えば、外部負荷トルクの推定、燃焼気筒の圧縮行程の後半〜燃焼行程の前半以外の筒内圧力の推定など）があり、一つ一つの推定誤差が小さくても個々の推定誤差の影響が重なることで、推定筒内圧力の推定誤差が大きくなる懸念があることも課題である。

ところで、熱発生率及びＭＦＢの他に、燃焼パラメータとして燃焼変動率ＣＯＶが知られている。燃焼変動率ＣＯＶは、図示平均有効圧ＩＭＥＰの標準偏差を平均値で除算して算出され、図示平均有効圧ＩＭＥＰのばらつき度合いを示す。図示平均有効圧ＩＭＥＰは、エンジンの１サイクルにおける筒内圧力と筒内容積に基づいて算出され、サイクル毎の燃焼変動が小さく安定している場合は、燃焼変動率ＣＯＶは小さくなり、燃焼が不安定でサイクル毎の燃焼変動が大きくなるに従って、燃焼変動率ＣＯＶは大きくなる。

特許文献１の技術では、熱発生率およびＭＦＢ５０％位置を算出する過程で推定筒内圧力を算出しているため、推定筒内圧力と筒内容積に基づいて図示平均有効圧ＩＭＥＰを算出し、燃焼変動率ＣＯＶを算出する処理を追加することも可能である。

しかし、上述したように、推定筒内圧力の算出には、複数の推定処理が必要であり、推定筒内圧力の推定誤差が大きくなるため、推定筒内圧力に基づいて算出された図示平均有効圧ＩＭＥＰの誤差も大きくなる課題がある。更に、熱発生率およびＭＦＢ５０％位置は、主に圧縮行程〜膨張行程における推定筒内圧力の推定誤差が影響するのに対して、図示平均有効圧ＩＭＥＰは、吸気行程〜排気行程の１サイクル間全ての推定筒内圧力の推定誤差が影響するため、推定筒内圧力に基づいて算出された図示平均有効圧ＩＭＥＰの誤差が大きくなる懸念がある。

一方、筒内圧力を推定せずに、クランク角度の情報を用いて、図示平均有効圧ＩＭＥＰ等の出力情報を得ようとすると、クランク角度の情報には、筒内圧力（ガス圧）により生じたガス圧トルクの情報だけでなく、クランク軸に掛る外部負荷トルク、ピストンの往復慣性トルク等の情報が含まれ、燃焼状態を表す筒内圧力の情報を取り出すのが容易でない。

そこで、本願は、筒内圧力を推定せずに、クランク角度の情報から、外部負荷トルク及びピストンの往復慣性トルクの情報を低減して、筒内圧力により生じた出力情報を検出し、燃焼状態の変動度合いを検出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。

本願に係る内燃機関の制御装置は、クランク軸と一体回転する回転部材に、予め定められた複数のクランク角度に設けられた複数の被検出部と、非回転部材に固定され、前記被検出部を検出する特定クランク角センサと、を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記特定クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度を検出すると共に、前記クランク角度の時間変化率であるクランク角速度、前記クランク角速度の時間変化率であるクランク角加速度を算出する角度情報算出部と、
燃焼気筒の燃焼行程に積算角度区間を設定し、前記燃焼行程の直前の圧縮行程に積算角度区間を設定し、燃焼行程の積算角度区間において前記クランク角加速度を積算して燃焼行程の加速度積算値を算出し、圧縮行程の積算角度区間において前記クランク角加速度を積算して圧縮行程の加速度積算値を算出し、前記燃焼行程の加速度積算値と前記圧縮行程の加速度積算値との差分に基づいて出力相当値を算出する出力相当値算出部と、
同じ気筒において複数サイクルの前記燃焼行程について算出された複数の前記出力相当値のばらつき度合いを算出し、前記ばらつき度合いに基づいて、燃焼状態の変動度合いを検出する燃焼変動検出部と、を備えたものである。

本願に係る内燃機関の制御装置によれば、燃焼行程の加速度積算値と圧縮行程の加速度積算値とには、各気筒内のガス圧により生じるガス圧トルクの成分だけではなく、各気筒のピストンの往復慣性トルクの成分、及びクランク軸に掛る外部負荷トルクの成分が含まれる。角速度積算値の差分を算出することにより、往復慣性トルクの成分、及び外部負荷トルクの成分が、燃焼行程の積算角度区間と圧縮行程の積算角度区間との間で、互いに打ち消し合わされ、クランク角速度から、ガス圧トルクの成分を取り出すことができる。

角速度積算値の差分に含まれるガス圧トルクの成分には、燃焼気筒の燃焼行程のガス圧トルクの積算値だけではなく、燃焼気筒の圧縮行程のガス圧トルクの積算値、燃焼気筒以外の他の気筒の圧縮行程、吸気行程、及び排気行程のガス圧トルクの積算値も含まれる。しかし、燃焼行程以外の圧縮行程、吸気行程、及び排気行程のガス圧トルクの積算値は、燃焼状態の変動の影響をあまり受けず、燃焼状態の変動によりあまり変動しない。そのため、角速度積算値の差分により、燃焼行程のガス圧トルクの積算値の変動を観測することができる。燃焼行程のガス圧トルクの積算値は、燃焼により行われた仕事、すなわち、出力を表すため、角速度積算値の差分に基づいて出力相当値を算出することができる。そして、出力相当値のばらつき度合いに基づいて、燃焼状態の変動度合いを検出することができる。従って、筒内圧力を推定せずに、クランク角速度の情報から、外部負荷トルク及びピストンの往復慣性トルクの情報を低減して、筒内圧力により生じた出力相当値を検出し、出力相当値のばらつき度合いから燃焼状態の変動度合いを検出できる。

実施の形態１に係る内燃機関および制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る内燃機関および制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る制御装置のブロック図である。 実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る角度情報検出処理を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態１に係る、記憶装置に記憶される補正値を説明するための図である。 実施の形態１に係る角度情報算出処理を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態１に係る燃焼行程の積算角度区間及び圧縮行程の積算角度区間の設定を説明する図である。 実施の形態１に係る燃焼行程の積算角度区間及び圧縮行程の積算角度区間の設定を説明する図である。 実施の形態１に係る３気筒エンジンの場合の中間角度の設定を説明する図である。 実施の形態１に係る４気筒エンジンの場合の中間角度の設定を説明する図である。 実施の形態１に係る出力相当値と図示平均有効圧との関係を説明する図である。 実施の形態１に係る出力相当値のばらつき度合いと図示平均有効圧の燃焼変動率との関係を説明する図である。 実施の形態１に係る概略的な処理の手順を示すフローチャートである。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る内燃機関の制御装置５０（以下、単に制御装置５０と称す）について図面を参照して説明する。図１および図２は、本実施の形態に係る内燃機関１および制御装置５０の概略構成図であり、図３は、本実施の形態に係る制御装置５０のブロック図である。内燃機関１および制御装置５０は、車両に搭載され、内燃機関１は、車両（車輪）の駆動力源となる。

１−１．内燃機関１の構成
まず、内燃機関１の構成について説明する。図１に示すように、内燃機関１は、空気と燃料の混合気を燃焼する気筒７を備えている。内燃機関１は、気筒７に空気を供給する吸気路２３と、気筒７で燃焼した排気ガスを排出する排気路１７とを備えている。内燃機関１は、ガソリンエンジンとされている。内燃機関１は、吸気路２３を開閉するスロットルバルブ４を備えている。スロットルバルブ４は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式スロットルバルブとされている。スロットルバルブ４には、スロットルバルブ４の開度に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ１９が設けられている。

スロットルバルブ４の上流側の吸気路２３には、吸気路２３に吸入される吸入空気量に応じた電気信号を出力するエアフローセンサ３が設けられている。内燃機関１は、排気ガス還流装置２０を備えている。排気ガス還流装置２０は、排気路１７から吸気マニホールド１２に排気ガスを還流するＥＧＲ流路２１と、ＥＧＲ流路２１を開閉するＥＧＲバルブ２２と、を有している。吸気マニホールド１２は、スロットルバルブ４の下流側の吸気路２３の部分である。ＥＧＲバルブ２２は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式ＥＧＲバルブとされている。排気路１７には、排気路１７内の排気ガスの空燃比に応じた電気信号を出力する空燃比センサ１８を備えている。

吸気マニホールド１２には、吸気マニホールド１２内の圧力に応じた電気信号を出力するマニホールド圧センサ８が設けられている。吸気マニホールド１２の下流側の部分には、燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。なお、インジェクタ１３は、気筒７内に直接燃料を噴射するように設けられてもよい。内燃機関１には、大気圧に応じた電気信号を出力する大気圧センサ３３が設けられている。

気筒７の頂部には、空気と燃料の混合気に点火する点火プラグと、点火プラグに点火エネルギーを供給する点火コイル１６と、が設けられている。また、気筒７の頂部には、吸気路２３から気筒７内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブ１４と、シリンダ内から排気路１７に排出される排気ガス量を調節する排気バルブ１５と、が設けられている。

図２に示すように、内燃機関１は、複数の気筒７（本例では３つ）を備えている。各気筒７内には、ピストン５が備えられている。各気筒７のピストン５は、コンロッド９およびクランク３２を介してクランク軸２に接続されている。クランク軸２は、ピストン５の往復運動によって回転駆動される。各気筒７で発生した燃焼ガス圧は、ピストン５の頂面を押圧し、コンロッド９およびクランク３２を介してクランク軸２を回転駆動する。クランク軸２は、車輪に駆動力を伝達する動力伝達機構に連結されている。動力伝達機構は、変速装置、ディファレンシャルギヤ等から構成される。なお、内燃機関１を備えた車両は、動力伝達機構内にモータージェネレータを備えたハイブリッド車であってもよい。

内燃機関１は、クランク軸２と一体回転する信号板１０を備えている。信号板１０は、予め定められた複数のクランク角度に複数の歯を設けている。本実施の形態では、信号板１０は、１０度間隔で歯が並べられている。信号板１０の歯には、一部の歯が欠けた欠け歯部分が設けられている。内燃機関１は、エンジンブロック２４に固定され、信号板１０の歯を検出する第１クランク角センサ１１を備えている。

内燃機関１は、クランク軸２とチェーン２８で連結されたカム軸２９を備えている。カム軸２９は、吸気バルブ１４および排気バルブ１５を開閉駆動する。クランク軸２が２回転する間に、カム軸２９は１回転する。内燃機関１は、カム軸２９と一体回転するカム用の信号板３１を備えている。カム用の信号板３１は、予め定められた複数のカム軸角度に複数の歯を設けている。内燃機関１は、エンジンブロック２４に固定され、カム用の信号板３１の歯を検出するカム角センサ３０を備えている。

制御装置５０は、第１クランク角センサ１１およびカム角センサ３０の２種類の出力信号に基づいて、各ピストン５の上死点を基準としたクランク角度を検出すると共に、各気筒７の行程を判別する。なお、内燃機関１は、吸入行程、圧縮行程、燃焼行程、および排気行程の４行程機関とされている。

内燃機関１は、クランク軸２と一体回転するフライホイール２７を備えている。フライホイール２７の外周部は、リングギア２５とされており、リングギア２５は、予め定められた複数のクランク角度に複数の歯を設けている。リングギア２５の歯は、周方向に等角度間隔で設けられている。本例では４度間隔で、９０個の歯が設けられている。リングギア２５の歯には欠け歯部分は設けられていない。内燃機関１は、エンジンブロック２４に固定され、リングギア２５の歯を検出する第２クランク角センサ６を備えている。第２クランク角センサ６は、リングギア２５の径方向外側に、リングギア２５と間隔を空けて対向配置されている。フライホイール２７のクランク軸２とは反対側は、動力伝達機構に連結されている。よって、内燃機関１の出力トルクは、フライホイール２７の部分を通って、車輪側に伝達される。

第１クランク角センサ１１、カム角センサ３０、および第２クランク角センサ６は、クランク軸２の回転による、各センサと歯の距離の変化に応じた電気信号を出力する。各角センサ１１、３０、６の出力信号は、センサと歯の距離が近い場合と、遠い場合とで信号がオンオフする矩形波となる。各角センサ１１、３０、６には、例えば、電磁ピックアップ式のセンサが用いられる。

フライホイール２７（リングギア２５）は、信号板１０の歯数よりも多い歯数を有しており、また、欠け歯部分もないため、高分解能の角度検出を期待できる。また、フライホイール２７は、信号板１０の質量よりも大きい質量を有しており、高周波振動が抑制されるため、高精度の角度検出を期待できる。

本実施の形態では、第２クランク角センサ６が、本願における「特定クランク角センサ」に相当し、フライホイール２７が、本願における「回転部材」に相当し、フライホイール２７に設けられたリングギア２５の歯が、本願における「被検出部」に相当し、エンジンブロック２４が、本願における「非回転部材」に相当する。

１−２．制御装置５０の構成
次に、制御装置５０について説明する。
制御装置５０は、内燃機関１を制御対象とする制御装置である。図３に示すように、制御装置５０は、角度情報算出部５１、出力相当値算出部５２、燃焼変動検出部５３、及び燃焼制御部５４等の制御部を備えている。制御装置５０の各制御部５１から５４等は、制御装置５０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置５０は、図４に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、および演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、および各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。

記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出しおよび書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

そして、制御装置５０が備える各制御部５１から５４等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、および出力回路９３等の制御装置５０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部５１から５４等が用いる定数値、マップデータ、上限値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。また、各制御部５１から５４等が算出したクランク角度θｄ、クランク角速度ωｄ、クランク角加速度αｄ等の各算出値および各検出値のデータは、ＲＡＭ等の書き換え可能な記憶装置９１に記憶される。

本実施の形態では、入力回路９２には、第１クランク角センサ１１、カム角センサ３０、第２クランク角センサ６、エアフローセンサ３、スロットル開度センサ１９、マニホールド圧センサ８、大気圧センサ３３、空燃比センサ１８、およびアクセルポジションセンサ２６等が接続されている。出力回路９３には、スロットルバルブ４（電気モータ）、ＥＧＲバルブ２２（電気モータ）、インジェクタ１３、および点火コイル１６等が接続されている。なお、制御装置５０には、図示していない各種のセンサ、スイッチ、およびアクチュエータ等が接続されている。制御装置５０は、各種センサの出力信号に基づいて、吸入空気量、吸気マニホールド１２内の圧力、大気圧、空燃比、およびアクセル開度等の内燃機関１の運転状態を検出する。

制御装置５０は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出し、インジェクタ１３および点火コイル１６等を駆動制御する。制御装置５０は、アクセルポジションセンサ２６の出力信号等に基づいて、運転者が要求している内燃機関１の出力トルクを算出し、当該要求出力トルクを実現する吸入空気量となるように、スロットルバルブ４等を制御する。具体的には、制御装置５０は、目標スロットル開度を算出し、スロットル開度センサ１９の出力信号に基づき検出したスロットル開度が、目標スロットル開度に近づくように、スロットルバルブ４の電気モータを駆動制御する。また、制御装置５０は、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、ＥＧＲバルブ２２の目標開度を算出し、ＥＧＲバルブ２２の電気モータを駆動制御する。

１−２−１．角度情報算出部５１
角度情報算出部５１は、特定クランク角センサである第２クランク角センサ６の出力信号に基づいて、クランク角度θｄを検出すると共に、クランク角度θｄの時間変化率であるクランク角速度ωｄ、及びクランク角速度ωｄの時間変化率であるクランク角加速度αｄを算出する。本実施の形態では、角度情報算出部５１は、角度情報検出部６０、角度情報補正部６１、及び補正後角度情報算出部６２を備えており、リングギア２５の歯の製造ばらつき等による角度情報の誤差を補正するように構成されている。

＜角度情報検出部６０＞
角度情報検出部６０は、図５に示すように、第２クランク角センサ６の出力信号に基づいてクランク角度θｄを検出すると共にクランク角度θｄを検出した検出時刻Ｔｄを検出する。そして、角度情報検出部６０は、検出したクランク角度θｄである検出角度θｄおよび検出時刻Ｔｄに基づいて、検出角度θｄの間の角度区間Ｓｄに対応する角度間隔Δθｄおよび時間間隔ΔＴｄを算出する。

本実施の形態では、角度情報検出部６０は、第２クランク角センサ６の出力信号（矩形波）の立下りエッジ（又は立上りエッジ）を検出した時のクランク角度θｄを判定するように構成されている。角度情報検出部６０は、基点角度（例えば、第１気筒♯１のピストン５の上死点である０度）に対応する立下りエッジである基点立下りエッジを判定し、基点立下りエッジを基点にカウントアップした立下りエッジの番号ｎ（以下、角度識別番号ｎと称す）に対応するクランク角度θｄを判定する。例えば、角度情報検出部６０は、基点立下りエッジを検出した時に、クランク角度θｄを基点角度（例えば、０度）に設定すると共に角度識別番号ｎを０に設定する。そして、角度情報検出部６０は、立下りエッジを検出する毎に、クランク角度θｄを、予め設定された角度間隔Δθｄ（本例では４度）ずつ増加させると共に角度識別番号ｎを１つずつ増加させる。或いは、角度情報検出部６０は、角度識別番号ｎとクランク角度θｄとの関係が予め設定された角度テーブルを用い、今回の角度識別番号ｎに対応するクランク角度θｄを読み出すように構成されてもよい。角度情報検出部６０は、クランク角度θｄ（検出角度θｄ）を角度識別番号ｎに対応付ける。角度識別番号ｎは、最大番号（本例では９０）の後、１に戻る。角度識別番号ｎ＝１の前回の角度識別番号ｎは９０になり、角度識別番号ｎ＝９０の次回の角度識別番号ｎは１になる。

本実施の形態では、角度情報検出部６０は、後述する第１クランク角センサ１１およびカム角センサ３０に基づいて検出した参照クランク角度を参照して、第２クランク角センサ６の基点立下りエッジを判定する。例えば、角度情報検出部６０は、第２クランク角センサ６の立下りエッジを検出した時の参照クランク角度が、基点角度に最も近い立下りエッジを、基点立下りエッジと判定する。

また、角度情報検出部６０は、第１クランク角センサ１１およびカム角センサ３０に基づいて判別した各気筒７の行程を参照して、クランク角度θｄに対応する各気筒７の行程を判定する。

角度情報検出部６０は、第２クランク角センサ６の出力信号（矩形波）の立下りエッジを検出した時の検出時刻Ｔｄを検出し、検出時刻Ｔｄを角度識別番号ｎに対応付ける。具体的には、角度情報検出部６０は、演算処理装置９０が備えたタイマー機能を用いて、検出時刻Ｔｄを検出する。

角度情報検出部６０は、図５に示すように、立下りエッジを検出した時に、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する検出角度θｄ（ｎ）と、前回の角度識別番号（ｎ−１）に対応する検出角度θｄ（ｎ−１）との間の角度区間を、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する角度区間Ｓｄ（ｎ）に設定する。

また、角度情報検出部６０は、式（１）に示すように、立下りエッジを検出した時に、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する検出角度θｄ（ｎ）と、前回の角度識別番号（ｎ−１）に対応する検出角度θｄ（ｎ−１）との偏差を算出して、今回の角度識別番号（ｎ）（今回の角度区間Ｓｄ（ｎ））に対応する角度間隔Δθｄ（ｎ）に設定する。

本実施の形態では、リングギア２５の歯の角度間隔は、全て等しくされているので、角度情報検出部６０は、全ての角度識別番号ｎの角度間隔Δθｄを、予め設定された角度（本例では４度）に設定する。

また、角度情報検出部６０は、式（２）に示すように、立下りエッジを検出した時に、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する検出時刻Ｔｄ（ｎ）と、前回の角度識別番号（ｎ−１）に対応する検出時刻Ｔｄ（ｎ−１）との偏差を算出して、今回の角度識別番号（ｎ）（今回の角度区間Ｓｄ（ｎ））に対応する時間間隔ΔＴｄ（ｎ）に設定する。

角度情報検出部６０は、第１クランク角センサ１１およびカム角センサ３０の２種類の出力信号に基づいて、第１気筒♯１のピストン５の上死点を基準とした参照クランク角度を検出すると共に、各気筒７の行程を判別する。例えば、角度情報検出部６０は、第１クランク角センサ１１の出力信号（矩形波）の立下りエッジの時間間隔から、信号板１０の欠け歯部分の直後の立下りエッジを判定する。そして、角度情報検出部６０は、欠け歯部分の直後の立下りエッジを基準にした各立下りエッジと、上死点を基準にした参照クランク角度と対応関係を判定し、各立下りエッジを検出した時の、上死点を基準とした参照クランク角度を算出する。また、角度情報検出部６０は、第１クランク角センサ１１の出力信号（矩形波）における欠け歯部分の位置と、カム角センサ３０の出力信号（矩形波）との関係から、各気筒７の行程を判別する。

また、角度情報検出部６０は、角度区間Ｓｄのそれぞれの角度間隔Δθｄ又は時間間隔ΔＴｄを、角度区間Ｓｄのそれぞれに対応して１つずつ設けた補正値Ｋｃにより補正する。この補正値Ｋｃは、リングギア２５の歯の角度間隔の微小なばらつきを補正するためのものである。

＜角度情報補正部６１＞
本実施の形態では、角度情報補正部６１は、各角度識別番号ｎの角度区間Ｓｄ（ｎ）に１つずつ補正値Ｋｃ（ｎ）を設けている。本例では、角度識別番号ｎおよび角度区間Ｓｄは９０設けられているので、補正値Ｋｃも９０設けられている。各補正値Ｋｃは、図６に示すように、各角度識別番号ｎに対応付けられて、制御装置５０のＲＡＭ等の書き換え可能な記憶装置９１に記憶される。

角度情報補正部６１は、式（３）に示すように、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する角度間隔Δθｄ（ｎ）又は時間間隔ΔＴｄ（ｎ）に、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する補正値Ｋｃ（ｎ）を乗算して、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する補正後の角度間隔Δθｄｃ（ｎ）又は時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ）を算出するように構成されている。

本実施の形態では、補正値Ｋｃにより時間間隔ΔＴｄが補正される場合について説明する。なお、補正値Ｋｃにより補正されていない角度間隔Δθｄも、説明の便宜上、補正後の角度間隔Δθｄｃと称す。

＜補正後角度情報算出部６２＞
補正後角度情報算出部６２は、角度区間Ｓｄのそれぞれの補正値Ｋｃによる補正後の角度間隔Δθｄｃおよび時間間隔ΔＴｄｃに基づいて、検出角度θｄ又は角度区間Ｓｄのそれぞれに対応する、クランク角度θｄの時間変化率であるクランク角速度ωｄ、およびクランク角速度ωｄの時間変化率であるクランク角加速度αｄを算出する。

本実施の形態では、図７に示すように、補正後角度情報算出部６２は、処理対象とする角度区間Ｓｄ（ｎ）に対応する補正後の角度間隔Δθｄｃ（ｎ）および時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ）に基づいて、処理対象の角度区間Ｓｄ（ｎ）に対応するクランク角速度ωｄ（ｎ）を算出する。具体的には、補正後角度情報算出部６２は、式（４）に示すように、処理対象の角度区間Ｓｄ（ｎ）に対応する補正後の角度間隔Δθｄｃ（ｎ）を補正後の時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ）で除算して、クランク角速度ωｄ（ｎ）を算出する。

補正後角度情報算出部６２は、処理対象とする検出角度θｄ（ｎ）の直前１つの角度区間Ｓｄ（ｎ）に対応するクランク角速度ωｄ（ｎ）および補正後の時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ）、並びに処理対象の検出角度θｄ（ｎ）の直後１つの角度区間Ｓｄ（ｎ＋１）に対応するクランク角速度ωｄ（ｎ＋１）および補正後の時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ＋１）に基づいて、処理対象の検出角度θｄ（ｎ）に対応するクランク角加速度αｄ（ｎ）を算出する。具体的には、補正後角度情報算出部６２は、式（５）に示すように、直後のクランク角速度ωｄ（ｎ＋１）から直前のクランク角速度ωｄ（ｎ）を減算した減算値を、直後の補正後の時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ＋１）と直前の補正後の時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ）の平均値で除算して、クランク角加速度αｄ（ｎ）を算出する。

補正後角度情報算出部６２および補正後角度情報算出部６２は、リアルタイムに算出された角度間隔Δθｄ又は時間間隔ΔＴｄに対して、リアルタイムに補正値Ｋｃにより補正を行い、リアルタイムにクランク角速度ωｄ、クランク角加速度αｄを算出する。算出した各角度情報は記憶装置９１に記憶する。

１−２−２．出力相当値算出部５２
１−２−２−１．クランク角加速度による燃焼状態の検出原理
＜クランク軸周りの運動方程式＞
まず、クランク角加速度αｄによる燃焼状態の検出原理について説明する。クランク軸２に掛かる軸トルクＴｃｒｋは、式（６）に示すように、ガス圧トルクＴｇａｓ、往復慣性トルクＴｐｓｔｎ、外部負荷トルクＴｌｏａｄの総和で表せられる。ガス圧トルクＴｇａｓは、各気筒内のガス圧がピストンを押す力により発生する各気筒のガス圧トルクを全気筒について合計したトルクであり、３気筒エンジンの場合は、３気筒分のガス圧トルクを合計したものになり、４気筒エンジンの場合は、４気筒分のガス圧トルクを合計したものになる。往復慣性トルクＴｐｓｔｎは、ピストンの往復慣性により発生するトルクである。外部負荷トルクＴｌｏａｄは、内燃機関の機械損失、補機負荷、及び動力伝達機構の摩擦抵抗、車両の走行抵抗などの全ての負荷の合計である。

また、クランク軸２に掛かる軸トルクＴｃｒｋは、クランク軸２の慣性モーメントＩとクランク角加速度αｄを用いて式（７）で表せる。

式（７）を式（６）に代入し、クランク角加速度αｄについて整理すると、式（８）が得られる。

式（８）に示すように、クランク角加速度αｄには、燃焼気筒の燃焼状態の情報を含むガス圧トルクＴｇａｓだけでなく、燃焼状態に相関しない往復慣性トルクＴｐｓｔｎ及び外部負荷トルクＴｌｏａｄが含まれる。クランク角加速度αｄにより、燃焼状態を精度よく観測するためには、往復慣性トルクＴｐｓｔｎ及び外部負荷トルクＴｌｏａｄの影響を低減する必要がある。また、ガス圧トルクＴｇａｓには、全ての気筒のガス圧トルクが含まれるため、燃焼気筒の燃焼により生じたガス圧トルクの成分を観測する必要がある。

＜角速度積算値の差分ΔΣαの算出によるガス圧トルク成分の観測＞
そこで、往復慣性トルクＴｐｓｔｎ及び外部負荷トルクＴｌｏａｄの影響を低減し、燃焼気筒のガス圧トルクの成分を観測するために、図８及び図９に示すように、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂにおいてクランク角加速度αｄを積算した燃焼行程の加速度積算値Σαｃｂと、圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐにおいてクランク角加速度αｄを積算した圧縮行程の加速度積算値Σαｃｐとの差分ΔΣαを算出することを考えた。

ここで、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂは、燃焼気筒の圧縮行程に設定された角度区間であり、圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐは、燃焼行程の直前の圧縮行程に設定された角度区間である。燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂと圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐとは、圧縮行程と燃焼行程との間の上死点（以下、圧縮上死点と称す）に対して対称に設定されている。よって、クランク角度θを、圧縮上死点の角度を０度として表した場合に、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂの開始角度をθα１とすると、圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐの終了角度は−θα１となり、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂの終了角度をθα２とすると、圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐの開始角度は−θα２となる。図８は、θα１が、圧縮上死点（０度）に設定されている場合を示し、図９は、θα１が、圧縮上死点よりも遅角側に設定されている場合を示す。

この処理を式で表し、式（８）を代入すると、次式を得る。

＜３気筒エンジンの場合＞
ここで、３気筒エンジンの往復慣性トルクＴｐｓｔｎは、式（１０）で表せる。

ここで、ｍｐは、ピストン等の往復質量であり、ｒは、クランク３２の長さ（クランク半径）であり、Ｌは、コンロッド９の長さ（コンロッド長）である。

外部負荷トルクＴｌｏａｄは、圧縮行程から燃焼行程の間の短い期間では、一定値であると近似できる。式（１０）を式（９）に代入すると、式（１１）を得る。ここで、クランク角速度ωｄは、平均値に対して変動幅が小さいので一定値と近似している。６気筒エンジンの場合も同様の導出結果となる。

式（１１）の導出結果からわかるように、３気筒エンジンの場合は、角速度積算値の差分ΔΣαを算出することにより、往復慣性トルクＴｐｓｔｎの成分及び外部負荷トルクＴｌｏａｄの成分が、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂと圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐとの間で、互いに打ち消し合わされ、クランク角速度αから、ガス圧トルクＴｇａｓの成分を取り出すことができる。

なお、式（１１）のガス圧トルクＴｇａｓの成分には、燃焼気筒の燃焼行程のガス圧トルクの積算値だけではなく、燃焼気筒の圧縮行程のガス圧トルクの積算値、燃焼気筒以外の他の気筒の圧縮行程、吸気行程、及び排気行程のガス圧トルクの積算値も含まれる。しかし、燃焼行程以外の圧縮行程、吸気行程、及び排気行程のガス圧トルクの積算値は、燃焼状態の変動の影響をあまり受けず、燃焼状態の変動によりあまり変動しない。そのため、角速度積算値の差分ΔΣαを観測することにより、燃焼行程のガス圧トルクの積算値の変動を観測することができ、燃焼状態の変動を観測することができる。

＜４気筒エンジンの場合＞
ここで、４気筒エンジンの往復慣性トルクＴｐｓｔｎは、式（１２）で表せる。

式（１２）を式（９）に代入すると、式（１３）を得る。３気筒エンジンの場合の、式（１１）と同様に、外部負荷トルクＴｌｏａｄの成分は、互いに打ち消し合わされ、０になる。一方、４気筒エンジンの場合は、往復慣性トルクＴｐｓｔｎの成分Ｋｐは、互いに打ち消されないため、０にならないが、式（１３）の第２式に示すように、クランク角速度ωｄ、各角度区間の開始角度及び終了角度θａ１、θａ２等に基づいて算出される値になる。

よって、式（１３）の第３式に示すように、４気筒エンジンの場合は、角速度積算値の差分ΔΣαから往復慣性トルクの成分Ｋｐを減算することにより、クランク角速度αから、ガス圧トルクＴｇａｓの成分を取り出すことができる。そして、式（１１）の場合と同様に、角速度積算値の差分ΔΣα−Ｋｐを観測することにより、燃焼行程のガス圧トルクの積算値を観測することができる。燃焼行程のガス圧トルクの積算値は、燃焼により行われた仕事、すなわち、出力を表すため、燃焼行程のガス圧トルクの積算値の変動を観測することにより、燃焼状態の変動を観測することができる。

１−２−２−２．出力相当値算出部の構成
以上で説明した原理に基づいて、出力相当値算出部５２が構成されている。図８及び図９に示すように、出力相当値算出部５２は、燃焼気筒の燃焼行程に積算角度区間Ａｃｂを設定し、燃焼行程の直前の圧縮行程に積算角度区間Ａｃｐを設定する。出力相当値算出部５２は、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂにおいてクランク角加速度αｄを積算して燃焼行程の加速度積算値Σαｃｂを算出し、圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐにおいてクランク角加速度αｄを積算して圧縮行程の加速度積算値Σαｃｐを算出する。そして、出力相当値算出部５２は、燃焼行程の加速度積算値Σαｃｂと圧縮行程の加速度積算値Σαｃｐとの差分ΔΣαに基づいて出力相当値Ｗｃｖを算出する。

この構成によれば、燃焼行程の加速度積算値Σαｃｂ及び圧縮行程の加速度積算値Σαｃｐには、各気筒内のガス圧により生じるガス圧トルクＴｇａｓの成分だけではなく、各気筒のピストンの往復慣性により発生する往復慣性トルクＴｐｓｔｎの成分、及びクランク軸２に掛る外部負荷トルクＴｌｏａｄの成分が含まれる。角速度積算値の差分ΔΣαを算出することにより、往復慣性トルクＴｐｓｔｎの成分、及び外部負荷トルクＴｌｏａｄの成分が、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂと圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐとの間で、互いに打ち消し合わされ、クランク角速度αから、ガス圧トルクＴｇａｓの成分を取り出すことができる。

角速度積算値の差分ΔΣαに含まれるガス圧トルクＴｇａｓの成分には、燃焼気筒の燃焼行程のガス圧トルクの積算値だけではなく、燃焼気筒の圧縮行程のガス圧トルクの積算値、燃焼気筒以外の他の気筒の圧縮行程、吸気行程、及び排気行程のガス圧トルクの積算値も含まれる。しかし、燃焼行程以外の圧縮行程、吸気行程、及び排気行程のガス圧トルクの積算値は、燃焼状態の変動の影響をあまり受けず、燃焼状態の変動によりあまり変動しない。そのため、角速度積算値の差分ΔΣαを観測することにより、燃焼行程のガス圧トルクの積算値を観測することができる。燃焼行程のガス圧トルクの積算値は、燃焼により行われた仕事、すなわち、出力を表すため、角速度積算値の差分ΔΣαの変動を観測することにより、燃焼状態の変動を観測することができる。

出力相当値算出部５２は、クランク角度θｄを検出する角度間隔Δθｄ（本例では４度）毎に、クランク角加速度αｄを積算して、加速度積算値Σαｃｂ、Σαｃｐを算出する。よって、クランク角加速度αｄの積算は、式（９）等に示したように、クランク角度θについての積分（角度積分）に相当する。

＜角度区間の対称設定＞
本実施の形態では、出力相当値算出部５２は、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂと圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐとを、圧縮行程と燃焼行程との間の圧縮上死点に対して対称に設定している。よって、図８及び図９に示すように、クランク角度θを、圧縮上死点の角度を０度として表した場合に、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂの開始角度をθα１とすると、圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐの終了角度は−θα１となり、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂの終了角度をθα２とすると、圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐの開始角度は−θα２となる。

この構成によれば、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂと圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐとを、圧縮上死点に対して対称に設定することにより、往復慣性トルクＴｐｓｔｎの成分及び外部負荷トルクＴｌｏａｄの成分の打ち消し精度を高めることができる。

なお、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂと圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐとは、圧縮上死点に対して完全に対称に設定されなくてもよい。打ち消しの度合いが低下するものの、対称に設定されている区間の分だけ、往復慣性トルクＴｐｓｔｎの成分及び外部負荷トルクＴｌｏａｄの成分を大幅に低下させることができ、ガス圧トルクＴｇａｓの成分の割合を高めることができる。

＜燃焼期間に対応した燃焼行程の角度区間の設定＞
出力相当値算出部５２は、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂを、燃焼期間（例えば、質量燃焼割合ＭＦＢ１０％の角度から質量燃焼割合ＭＦＢ９０％の角度までの期間）に対応させて設定する。出力相当値算出部５２は、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂの開始角度θα１を、点火時期を基準に推定した燃焼期間の開始角度に設定する。例えば、出力相当値算出部５２は、クランク角速度ωｄ、吸入空気量、ＥＧＲ量等の内燃機関の運転状態と着火遅れ角度幅（例えば、点火時期からＭＦＢ１０％角度までの角度幅）との関係が予め設定された着火遅れマップデータを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応する着火遅れ角度幅を算出する。そして、出力相当値算出部５２は、点火時期（角度）に着火遅れ角度幅を加算した角度を、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂの開始角度θα１に設定する。

なお、出力相当値算出部５２は、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂの開始角度θα１が、圧縮上死点よりも進角側である場合（小さい場合）は、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂの開始角度θα１を、圧縮上死点の角度（本例では、０度）に設定する。これは、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂと圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐとがオーバーラップすると、燃焼行程の加速度積算値Σαｃｂと圧縮行程の加速度積算値Σαｃｐとの差分を算出することにより、オーバーラップ期間の２つの積算値が互いに打ち消され、オーバーラップ期間の情報がなくなるためである。

また、出力相当値算出部５２は、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂの終了角度θα２を、点火時期を基準に推定した燃焼期間の終了角度に設定する。例えば、出力相当値算出部５２は、クランク角速度ωｄ、吸入空気量、ＥＧＲ量等の内燃機関の運転状態と燃焼期間角度幅（例えば、点火時期からＭＦＢ９０％角度までの角度幅）との関係が予め設定された燃焼期間マップデータを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応する燃焼期間角度幅を算出する。そして、出力相当値算出部５２は、点火時期（角度）に燃焼期間角度幅を加算した角度を、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂの終了角度θα２に設定する。

なお、出力相当値算出部５２は、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂの終了角度θα２が、現在の燃焼気筒の圧縮上死点と次の燃焼気筒の圧縮上死点との中間角度θｍｉｄよりも遅角側である場合（大きい場合）は、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂの終了角度θα２を、中間角度θｍｉｄに設定する。図１０に示すように、３気筒エンジンの場合は、中間角度θｍｉｄは、圧縮上死点後の１２０度になる。図１１に示すように、４気筒エンジンの場合は、中間角度θｍｉｄは、圧縮上死点後の９０度になる。これは、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂの終了角度θα２が中間角度θｍｉｄよりも進角側になると、対称設定される圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐが、直前の燃焼気筒の燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂと重複し、直前の燃焼気筒の燃焼の影響を受けるため、影響を受けないようにしている。

或いは、着火遅れ角度幅を、全運転条件での最小値等の固定値に設定し、燃焼期間角度幅を、全運転条件での最大値等の固定値に設定してもよい。これにより、マップデータを用いた演算を省くことができる。

或いは、図１０及び図１１に示すように、単純に、出力相当値算出部５２は、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂを、圧縮上死点から中間角度θｍｉｄまでの区間に設定し、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｂを圧縮上死点に対して対称にした区間に、圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐを設定してもよい。

＜出力相当値Ｗｃｖの算出＞
出力相当値算出部５２は、加速度積算値の差分ΔΣαに基づいて出力相当値Ｗｃｖを算出する。本実施の形態では、３気筒エンジンの場合は、式（１１）の導出結果から、次式に示すように、出力相当値算出部５２は、加速度積算値の差分ΔΣαをそのまま出力相当値Ｗｃｖに設定する。６気筒エンジンの場合も、式（１４）を用いて、出力相当値Ｗｃｖが算出される。

４気筒エンジンの場合は、式（１３）の導出結果から、次式に示すように、出力相当値算出部５２は、加速度積算値の差分ΔΣαに含まれる、ピストンの往復運動で発生する往復慣性トルクの成分Ｋｐを、クランク角速度ωｄと、圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐ及び燃焼行程の積算角度区間Ａｃｐの開始角度及び終了角度θａ１、θａ２と、クランク軸の慣性モーメントＩと、往復質量ｍｐと、クランク半径ｒと、コンロッド長Ｌと、に基づいて算出する。そして、出力相当値算出部５２は、加速度積算値の差分ΔΣαから、往復慣性トルクの成分Ｋｐを減算した値を、出力相当値Ｗｃｖに設定する。

ここで、出力相当値算出部５２は、角度θと余弦値ｃｏｓθとの関係が予め設定されたマップデータを参照し、２・θａ１、４・θａ１、２・θａ２、４・θａ２に対応する余弦値を算出する。θａ１、θａ２に固定値が用いられる場合は、余弦値の項は、予め設定された値になる。また、クランク軸の慣性モーメントＩ、往復質量ｍｐ、クランク半径ｒ、及びコンロッド長Ｌは、予め設定された値が用いられる。或いは、燃料カット時に、ΔΣα＝Ｋｐになることを利用して、燃料カット時に算出した加速度積算値の差分ΔΣαを、クランク角速度ωｄの２乗値、クランク半径ｒの２乗値、及び余弦値の項等で除算して、ｍｐ／Ｉを同定してもよい。

１−２−３．燃焼変動検出部５３
燃焼変動検出部５３は、同じ気筒において複数サイクルの燃焼行程について算出された複数の出力相当値Ｗｃｖのばらつき度合いを算出し、ばらつき度合いに基づいて、燃焼状態の変動度合いを検出する。

上述したように、出力相当値Ｗｃｖを観測することにより、燃焼行程のガス圧トルクの積算値を観測でき、燃焼による出力を観測できる。よって、出力相当値Ｗｃｖのばらつき度合いを算出することにより、燃焼状態の変動度合いを検出できる。ばらつき度合いとして、標準偏差、分散等が算出される。

＜図示平均有効圧ＩＭＥＰの相当値への変換＞
図１２に、出力相当値Ｗｃｖと図示平均有効圧ＩＭＥＰとの関係と示す。図１２の細長い楕円形は、あるクランク角速度及び吸入空気量において、点火時期を進角側から遅角側まで振った場合の、出力相当値Ｗｃｖと図示平均有効圧ＩＭＥＰの分布を示し、図１２の一点鎖線は、出力相当値Ｗｃｖと図示平均有効圧ＩＭＥＰの分布の近似直線を示す。図１２に示すように、出力相当値Ｗｃｖと図示平均有効圧ＩＭＥＰとの間には比例関係があるものの、物理量が異なり、オフセットがある。

そこで、本実施の形態では、次式に示すように、燃焼変動検出部５３は、出力相当値Ｗｃｖに、内燃機関の運転状態に基づいて設定したゲインＡを乗算するゲイン補正と、出力相当値Ｗｃｖに、内燃機関の運転状態に基づいて設定したオフセットＢを加算するオフセット補正とを行って、出力相当値Ｗｃｖを図示平均有効圧に相当する値ＩＭＥＰｃｖに変換する。

燃焼変動検出部５３は、クランク角速度ωｄ、吸入空気量等の内燃機関の運転状態とゲインＡとの関係が予め設定されたゲインマップデータを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応するゲインＡを算出する。燃焼変動検出部５３は、クランク角速度ωｄ、吸入空気量等の内燃機関の運転状態とオフセットＢとの関係が予め設定されたオフセットマップデータを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応するオフセットＢを算出する。或いは、簡略化のため、ゲインＡ及びオフセットＢは、予め設定された固定値でもよい。

この構成によれば、出力相当値Ｗｃｖに基づいて、燃焼による仕事・出力を表す一般的な指標である図示平均有効圧ＩＭＥＰに相当する値を算出することができる。

＜図示平均有効圧の燃焼変動率ＣＯＶの相当値の算出＞
燃焼変動検出部５３は、同じ気筒において算出した複数の図示平均有効圧の相当値ＩＭＥＰｃｖに基づいて、図示平均有効圧の燃焼変動率に相当する値ＣＯＶｃｖを算出する。次式に示すように、燃焼変動検出部５３は、同じ気筒において算出した複数の図示平均有効圧の相当値ＩＭＥＰｃｖの標準偏差σ及び平均値Aｖｅを算出し、標準偏差σを平均値Aｖｅで除算して、図示平均有効圧の燃焼変動率ＣＯＶに相当する値ＣＯＶｃｖを算出する。例えば、１００サイクル分の図示平均有効圧の相当値ＩＭＥＰｃｖに基づいて、燃焼変動率の相当値ＣＯＶｃｖが算出される。

この構成によれば、燃焼状態の変動度合いを表す一般的な指標である図示平均有効圧の燃焼変動率ＣＯＶに相当する値を算出することができ、燃焼状態の変動度合いを判定し易くなる。

或いは、次式に示すように、燃焼変動検出部５３は、同じ気筒において複数サイクルの燃焼行程について算出された複数の出力相当値Ｗｃｖのばらつき度合いＶｗｃｖを算出し、ばらつき度合いＶｗｃｖに、内燃機関の運転状態に基づいて設定したゲインＣを乗算するゲイン補正と、ばらつき度合いＶｗｃｖに、内燃機関の運転状態に基づいて設定したオフセットＤを加算するオフセット補正とを行って、燃焼状態の変動度合いとして、図示平均有効圧の燃焼変動率ＣＯＶに相当する値ＣＯＶｃｖを算出してもよい。なお、燃焼変動検出部５３は、同じ気筒において算出した複数の出力相当値Ｗｃｖの標準偏差σ及び平均値Aｖｅを算出し、標準偏差σを平均値Aｖｅで除算して、出力相当値Ｗｃｖのばらつき度合いＶｗｃｖを算出する。

図１３に、出力相当値Ｗｃｖのばらつき度合いＶｗｃｖと燃焼変動率ＣＯＶとの関係と示す。図１３の細長い楕円形は、あるクランク角速度及び吸入空気量において、点火時期を進角側から遅角側まで振った場合の、ばらつき度合いＶｗｃｖと燃焼変動率ＣＯＶの分布を示し、図１３の一点鎖線は、ばらつき度合いＶｗｃｖと燃焼変動率ＣＯＶの分布の近似直線を示す。図１３に示すように、ばらつき度合いＶｗｃｖと燃焼変動率ＣＯＶとの間には比例関係があるものの、物理量が異なり、オフセットがある。

燃焼変動検出部５３は、クランク角速度ωｄ、吸入空気量等の内燃機関の運転状態とゲインＣとの関係が予め設定されたゲインマップデータを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応するゲインＣを算出する。燃焼変動検出部５３は、クランク角速度ωｄ、吸入空気量等の内燃機関の運転状態とオフセットＤとの関係が予め設定されたオフセットマップデータを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応するオフセットＤを算出する。或いは、簡略化のため、ゲインＣ及びオフセットＤは、予め設定された固定値でもよい。

なお、燃焼変動検出部５３は、出力相当値Ｗｃｖのばらつき度合いＶｗｃｖを図示平均有効圧の燃焼変動率の相当値ＣＯＶｃｖに変換しなくてもよく、出力相当値Ｗｃｖのばらつき度合いＶｗｃｖを、そのまま、燃焼状態の変動度合いとして算出してもよい。

１−２−４．燃焼制御部５４
燃焼制御部５４は、燃焼状態の変動度合いに基づいて、点火時期およびＥＧＲ量の一方又は双方を変化させる燃焼制御を行う。本実施の形態では、燃焼制御部５４は、燃焼状態の変動度合い（本例では、図示平均有効圧の燃焼変動率の相当値ＣＯＶｃｖ）が予め設定された上限値を超えないように、点火時期およびＥＧＲ量の一方又は双方を変化させる。上限値には不感帯が設けられてもよい。

例えば、燃焼制御部５４は、燃焼変動率の相当値ＣＯＶｃｖが上限値を下回る場合は、点火時期を進角側に変化させつつ、ＥＧＲバルブ２２の開度を増加させてＥＧＲ量を増加させる。なお、点火時期が、トルク最大となる点火時期（以下、ＭＢＴと称す）を超えてさらに進角側に変化しても、燃焼は安定して、燃焼変動率の相当値ＣＯＶｃｖは上限値を下回る場合がある。そのため、点火時期の進角側への変化を、ＭＢＴで制限すればよい。ＭＢＴは、クランク角速度、吸入空気量、及びＥＧＲ量をパラメータとしたマップデータを用いて設定される。

一方、燃焼制御部５４は、燃焼変動率の相当値ＣＯＶｃｖが上限値を上回る場合は、まずは点火時期がＭＢＴより遅角側であればＭＢＴまで点火時期を進角側に変化させる。点火時期をＭＢＴまで変化させても燃焼変動率の相当値ＣＯＶｃｖが上限値を上回る場合は、ＥＧＲバルブ２２の開度を減少させてＥＧＲ量を減少させつつ、点火時期を遅角側に変化させる。

燃焼制御部５４は、燃焼状態の変動度合いに基づいて、他の制御パラメータを変化させてもよい。他の制御パラメータとして、吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミング、空燃比、燃焼噴射タイミング、点火エネルギー等の燃焼状態に係る制御パラメータが変化されるとよい。

＜処理全体の概略フローチャート＞
本実施の形態に係る制御装置５０の概略的な処理の手順（内燃機関の制御方法）について、図１４に示すフローチャートに基づいて説明する。図１４のフローチャートの処理は、演算処理装置９０が記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行することにより、例えば一定の演算周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ０１で、角度情報算出部５１は、特定クランク角センサ６の出力信号に基づいて、クランク角度θｄを検出すると共に、クランク角度の時間変化率であるクランク角速度ωｄ、クランク角速度ωｄの時間変化率であるクランク角加速度αｄを算出する角度情報算出処理を実行する。

ステップＳ０２、出力相当値算出部５２は、上記のように、燃焼気筒の燃焼行程に積算角度区間Ａｃｐを設定し、燃焼行程の直前の圧縮行程に積算角度区間Ａｃｐを設定し、燃焼行程の積算角度区間Ａｃｐにおいてクランク角加速度αｄを積算して燃焼行程の加速度積算値Σαｃｂを算出し、圧縮行程の積算角度区間Ａｃｐにおいてクランク角加速度αｄを積算して圧縮行程の加速度積算値Σαｃｐを算出し、燃焼行程の加速度積算値Σαｃｂと圧縮行程の加速度積算値Σαｃｐとの差分ΔΣαに基づいて出力相当値Ｗｃｖを算出する出力相当値算出処理を実行する。

ステップＳ０３で、燃焼変動検出部５３は、上記のように、同じ気筒において複数サイクルの燃焼行程について算出された複数の出力相当値Ｗｃｖのばらつき度合いを算出し、ばらつき度合いに基づいて、燃焼状態の変動度合いを検出する燃焼変動検出処理を実行する。

ステップＳ０４で、燃焼制御部５４は、上記のように燃焼状態の変動度合いに基づいて、点火時期およびＥＧＲ量の一方又は双方を変化させる燃焼制御処理を実行する。

〔その他の実施の形態〕
本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の実施の形態１においては、第２クランク角センサ６が、本願における「特定クランク角センサ」に相当し、フライホイール２７が、本願における「回転部材」に相当し、フライホイール２７に設けられたリングギア２５の歯が、本願における「被検出部」に相当する場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、第１クランク角センサ１１が、本願における「特定クランク角センサ」に相当し、信号板１０が、本願における「回転部材」に相当し、信号板１０に設けられた複数の歯が、本願における「被検出部」に相当してもよい。

（２）上記の実施の形態１においては、内燃機関１は、ガソリンエンジンとされている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、内燃機関１は、ディーゼルエンジン、ＨＣＣＩ燃焼（Homogeneous-Charge Compression Ignition Combustion）を行うエンジン等の各種の内燃機関とされてもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 内燃機関、２ クランク軸、５ ピストン、６ 特定クランク角センサ、９ コンロッド、３２ クランク、５０ 内燃機関の制御装置、５１ 角度情報算出部、５２ 出力相当値算出部、５３ 燃焼変動検出部、５４ 燃焼制御部、Ａｃｂ 燃焼行程の積算角度区間、Ａｃｐ 圧縮行程の積算角度区間、ＣＯＶｃｖ 燃焼変動率の相当値、Ｉ 慣性モーメント、ＩＭＥＰｃｖ 図示平均有効圧の相当値、Ｋｐ 往復慣性トルクの成分、Ｌ コンロッド長、Ｔｇａｓ ガス圧トルク、Ｔｌｏａｄ 外部負荷トルク、Ｔｐｓｔｎ 往復慣性トルク、Ｗｃｖ 出力相当値、ｍｐ 往復質量、ｒ クランク半径、αｄ クランク角加速度、θα１ 燃焼行程の積算角度区間の開始角度、θα２ 燃焼行程の積算角度区間の終了角度、θｄ クランク角度、θｍｉｄ 中間角度、ωｄ クランク角速度、Σαｃｂ 燃焼行程の加速度積算値、Σαｃｐ 圧縮行程の加速度積算値、ΔΣα 加速度積算値の差分

本願に係る内燃機関の制御装置は、クランク軸と一体回転する回転部材に、予め定められた複数のクランク角度に設けられた複数の被検出部と、非回転部材に固定され、前記被検出部を検出する特定クランク角センサと、を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記特定クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度を検出すると共に、前記クランク角度の時間変化率であるクランク角速度、前記クランク角速度の時間変化率であるクランク角加速度を算出する角度情報算出部と、
燃焼気筒の燃焼行程に積算角度区間を設定し、前記燃焼行程の直前の圧縮行程に積算角度区間を設定し、燃焼行程の積算角度区間において前記クランク角加速度を積算して燃焼行程の加速度積算値を算出し、圧縮行程の積算角度区間において前記クランク角加速度を積算して圧縮行程の加速度積算値を算出し、前記燃焼行程の加速度積算値と前記圧縮行程の加速度積算値との差分を算出し、
前記内燃機関が３気筒エンジン又は６気筒エンジンである場合は、前記差分に基づいて、前記燃焼行程の積算角度区間におけるガス圧トルクの積算値から前記圧縮行程の積算角度区間におけるガス圧トルクの積算値を減算した値に相当する出力相当値を算出し、
前記内燃機関が４気筒エンジンである場合は、前記差分及び前記クランク角速度に基づいて、前記出力相当値を算出する出力相当値算出部と、
同じ気筒において複数サイクルの前記燃焼行程について算出された複数の前記出力相当値のばらつき度合いを算出し、前記ばらつき度合いに基づいて、燃焼状態の変動度合いを検出する燃焼変動検出部と、を備えたものである。

Claims (8)

1. クランク軸と一体回転する回転部材に、予め定められた複数のクランク角度に設けられた複数の被検出部と、非回転部材に固定され、前記被検出部を検出する特定クランク角センサと、を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記特定クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度を検出すると共に、前記クランク角度の時間変化率であるクランク角速度、前記クランク角速度の時間変化率であるクランク角加速度を算出する角度情報算出部と、
   燃焼気筒の燃焼行程に積算角度区間を設定し、前記燃焼行程の直前の圧縮行程に積算角度区間を設定し、燃焼行程の積算角度区間において前記クランク角加速度を積算して燃焼行程の加速度積算値を算出し、圧縮行程の積算角度区間において前記クランク角加速度を積算して圧縮行程の加速度積算値を算出し、前記燃焼行程の加速度積算値と前記圧縮行程の加速度積算値との差分に基づいて出力相当値を算出する出力相当値算出部と、
   同じ気筒において複数サイクルの前記燃焼行程について算出された複数の前記出力相当値のばらつき度合いを算出し、前記ばらつき度合いに基づいて、燃焼状態の変動度合いを検出する燃焼変動検出部と、を備えた内燃機関の制御装置。
2. 前記出力相当値算出部は、前記燃焼行程の積算角度区間と前記圧縮行程の積算角度区間とを、圧縮行程と燃焼行程との間の上死点に対して対称に設定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記出力相当値算出部は、前記差分に含まれる、ピストンの往復運動で発生する往復慣性トルクの成分を、前記クランク角速度と、前記圧縮行程の積算角度区間及び前記燃焼行程の積算角度区間の開始角度及び終了角度と、前記クランク軸の慣性モーメントと、往復質量と、クランク半径と、コンロッド長と、に基づいて算出し、
   前記差分から前記往復慣性トルクの成分を減算した値を、前記出力相当値に設定する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記出力相当値算出部は、前記燃焼行程の積算角度区間の終了角度を、点火時期を基準に推定した燃焼期間の終了角度と、現在の燃焼気筒の圧縮行程の上死点と次の燃焼気筒の圧縮行程の上死点との中間角度と、のいずれか一方に設定し、前記圧縮行程の積算角度区間の開始角度を、前記燃焼行程の積算角度区間の終了角度を上死点に対して対称にした角度に設定する請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記出力相当値算出部は、前記燃焼行程の積算角度区間の開始角度を、点火時期を基準に推定した燃焼期間の開始角度と、圧縮行程の上死点とのいずれか一方に設定し、前記圧縮行程の積算角度区間の終了角度を、燃焼行程の積算角度区間の開始角度を上死点に対して対称にした角度に設定する請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記燃焼変動検出部は、前記出力相当値に、内燃機関の運転状態に基づいて設定したゲインを乗算するゲイン補正と、前記出力相当値に、内燃機関の運転状態に基づいて設定したオフセットを加算するオフセット補正とを行って、前記出力相当値を図示平均有効圧に相当する値に変換し、前記燃焼状態の変動度合いとして、図示平均有効圧の燃焼変動率に相当する値を算出する請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記燃焼変動検出部は、前記ばらつき度合いに、内燃機関の運転状態に基づいて設定したゲインを乗算するゲイン補正と、前記ばらつき度合いに、内燃機関の運転状態に基づいて設定したオフセットを加算するオフセット補正とを行って、前記燃焼状態の変動度合いとして、図示平均有効圧の燃焼変動率に相当する値を算出する請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記燃焼状態の変動度合いに基づいて、点火時期、ＥＧＲ量の一方又は双方を変化させる燃焼制御部と、を備えた請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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