JP4186350B2 - 内燃機関の燃焼状態検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼状態検出装置に係り、特に燃焼状態を示すパラメータとしての燃焼ラフネス値を好適に検出するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の１燃焼毎の回転変動量から燃焼状態を検出し、その検出した結果を空燃比制御等に反映させるようにした内燃機関の制御装置がある。つまり、例えば６気筒内燃機関の場合、図１１のように、１２０°ＣＡの周期で回転速度が変動し、より詳細には１燃焼毎に回転速度が最小値と最大値とに達する。そして、１燃焼毎の回転速度の最小値と最大値との差により回転変動量を算出し、その回転変動量に基づいて燃焼状態を検出するようにしていた。
【０００３】
また実際には、上述の回転変動量の算出に際し、クランク角センサの出力等を利用して所定クランク角毎（例えば２０°ＣＡ毎）に回転速度を計測し、その所定クランク角毎の回転速度のうち最小又は最大となる時にピーク値を検出するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、機関運転状態等に応じて回転速度のピーク点はその前後にずれ、しかもそのずれ量は例えば５〜２０°ＣＡの範囲で逐次変化する。図１２には、１燃焼内の回転変動の様子を拡大して示す。従って、図１２において、例えばクランク角＝６０°ＣＡの検出タイミングで回転速度の最大値（ピーク値）を検出しようとする場合、本来は図のＰ１点で回転速度の最大値が検出される筈が、ピーク点が後側のＰ２点にずれることにより最大値の検出誤差が生じる。
【０００５】
上記の通り回転速度のピーク値が正しく検出されないと、回転変動量に基づき算出される燃焼状態の精度も悪化し、ひいてはその燃焼状態に応じて実施される空燃比制御等にも悪影響が及ぶ。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、回転速度のピーク点がずれる場合にも燃焼状態を正確に検出することができる内燃機関の燃焼状態検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃焼状態検出装置は、内燃機関の１燃焼毎に回転速度の少なくとも最大側のピーク値を求め、そのピーク値により、内燃機関の燃焼状態を示すパラメータとして燃焼ラフネス値を検出することを前提とする。
【０００８】
そして、請求項１に記載の発明において、計測手段は、予測される回転速度のピーク点がほぼ中心になるよう所定区間を設定し、その所定区間で予測ピーク点の回転速度とその前後の少なくとも２点の回転速度とを計測する。ピーク値算出手段は、前記予測ピーク点とその前後２点の回転速度を大小比較することにより回転速度のピーク点に対する前記予測ピーク点の回転速度のずれが是正されるように前記予測ピーク点の回転速度を補正し、前記回転速度のピーク値における真のピーク値を算出する。
【０００９】
要するに、１燃焼毎に機関回転速度が脈動する際、予測ピーク点近傍における回転速度はほぼ放物線を描くよう推移する。そのため、予測される回転速度のピーク点がほぼ中心になるような所定区間で該予測ピーク点の回転速度とその前後の少なくとも２点の回転速度とを計測し、予測ピーク点とその前後２点との回転速度を大小比較すれば、実際の回転速度のピーク点が予測ピーク点に対してどの程度ずれているかが推定できる。従って、上記の如く回転速度を大小比較して予測ピーク点の回転速度を補正することにより、回転速度のピーク値を正確に算出することができる。その結果、回転速度のピーク点が予測ピーク点に対して前後にずれることがあってもそれに影響されることなく、燃焼状態（燃焼ラフネス値）を正確に検出することができる。
【００１０】
実際には、請求項２〜５に記載したように、回転速度のピーク値が算出されると良い。すなわち、請求項２の発明では、予測ピーク点の前後２点の回転速度の差を算出し、その差に応じて予測ピーク点の回転速度を補正する。この場合特に、請求項３に記載したように、予測ピーク点の前後２点の回転速度の差が大きいほど、予測ピーク点の回転速度を補正するための補正量を大きくすると良い。
【００１１】
また、請求項４の発明では、予測ピーク点とその前とでの回転速度の差を算出すると共に、予測ピーク点とその後とでの回転速度の差を算出し、それら回転速度差の比率に応じて予測ピーク点の回転速度を補正する。この場合特に、請求項５に記載したように、前記算出した２つの回転速度差が相違するほど、予測ピーク点の回転速度を補正するための補正量を大きくすると良い。
【００１２】
請求項６に記載の発明では、内燃機関の１燃焼に要するクランク角区間を６分割し、その６分割された各区間のうち連続する前後各３区間をそれぞれ、回転速度の最大側及び最小側のピーク値を求めるための所定区間とする。本構成によれば、予測ピーク点を含む所定区間の設定、並びに同区間内における回転速度の計測が簡易に実施できる。
【００１３】
また、請求項７に記載したように本発明を構成することもできる。つまり、請求項７の発明では、前記所定区間内において等クランク角間隔毎にその所要時間を計測し、前記計測した予測ピーク点を含むクランク角間隔の計測値とその前後の計測値とを用い、各計測値を大小比較することにより予測ピーク点を含むクランク角間隔の計測値を補正し真のピーク値を算出する。
【００１４】
ここで、等クランク角間隔毎の所要時間の逆数が回転速度であり、その所要時間を正しく計測することにより、請求項７の発明においても燃焼状態（燃焼ラフネス値）を正確に検出することができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明では、回転速度の少なくとも最大側のピーク値により１燃焼毎の回転変動量を算出すると共に、所定のサンプリング母数分の回転変動量に対して統計処理を行い、その統計処理の結果により燃焼ラフネス値を決定する。この場合、統計処理により回転変動量のばらつきが求められ、それにより燃焼状態が適正に検出できる。統計処理としては、標準偏差、不偏分散、平均偏差等の手法が適用できる。
【００１６】
また、本発明による燃焼状態の検出値を用いて空燃比制御を実施することで、高精度な空燃比制御が実施できる。すなわち、請求項９に記載の発明では、機関運転状態に基づき燃焼ラフネス値の目標値を設定し（目標ラフネス値設定手段）、空燃比フィードバック制御中における燃焼ラフネス値と目標値との偏差に応じてリーン目標空燃比を学習する（目標空燃比学習手段）。また、請求項１０に記載の発明では、リーン目標空燃比の学習値をメモリにバックアップする。
【００１７】
要するに、空燃比のリーン領域では、空燃比と燃焼状態（燃焼ラフネス値）とは相関があるため、既述の通り燃焼状態の検出精度が向上すれば、その検出値を用いてリーン目標空燃比を学習することでその学習精度も向上する。また、リーン目標空燃比の学習値をメモリにバックアップすれば、個体差や経時変化にも対応した空燃比制御が実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、自動車用内燃機関に供給する混合気の空燃比を目標値にフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御する空燃比制御システムとして本発明を具体化しており、特に内燃機関の燃焼状態として燃焼ラフネス値を検出し、そのラフネス値に応じてリーン領域での空燃比制御を好適に実施しようとするものである。以下、本システムの構成及び作用を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態における空燃比制御システムの概要を示す全体構成図である。図１において、エンジン１０は６気筒火花点火式内燃機関からなり、エアクリーナ１１から吸入される吸入空気は、吸気管１２及びスロットル弁１３を通過して、気筒毎に吸気ポートに配設されたインジェクタ１４による噴射燃料と混合された後、エンジン１０の各気筒に供給される。また、燃焼後に各気筒から排出される排ガスは、排気マニホールド１５、排気管１６等を経て大気に放出される。
【００２０】
吸気管１２には、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ１７と、吸入空気の量を検出するエアフロメータ１８とが配設され、スロットル弁１３には同弁１３の開度を検出するスロットルセンサ１９が配設されている。また、排気管１６には、排ガス中の酸素濃度から空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するＡ／Ｆセンサ２０が配設されている。その他本システムで採用されるセンサとして、水温センサ２１はシリンダブロックに設けられ、エンジン冷却水の温度を検出する。クランク角センサ２２は、例えばクランク軸に設けられ、所定クランク角毎（本実施の形態では１０°ＣＡ毎）にＮｅパルス信号を出力する。
【００２１】
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４等を有する周知のマイクロコンピュータからなり、前述した吸気温センサ１７、エアフロメータ１８、スロットルセンサ１９、Ａ／Ｆセンサ２０、水温センサ２１、クランク角センサ２２等、各種センサの検出信号を取り込んでインジェクタ１４による燃料噴射量を調整して空燃比を望み通りに制御する。ここで、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２内に予め格納される制御プログラムに従い、後述する各制御ルーチンを順次実行する。バックアップＲＡＭ３４は、図示しない車載バッテリからの給電により記憶内容を保持するメモリであり、同バックアップＲＡＭ３４には、例えばエンジン回転数Ｎｅ及び吸気量Ｑａに応じて目標空燃比を設定するための基本マップデータが格納されている。
【００２２】
次に、上記の如く構成される空燃比制御システムの作用を説明する。
図２は、ＣＰＵ３１により実行される空燃比制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００２３】
さて、図２のステップ１０１では、クランク角センサ２２の検出結果から算出されるエンジン回転数Ｎｅと、エアフロメータ１８の検出結果から算出される吸気量Ｑａとを取り込み、続くステップ１０２では、図示しないマップを用い、前記取り込んだＮｅ、Ｑａに基づいて基本噴射量Ｔｐを演算する。
【００２４】
その後、ステップ１０３では、水温センサ２１の検出結果から算出される冷却水温Ｔｈｗ、吸気温センサ１７の検出結果から算出される吸気温Ｔａ、同一気筒で前後する燃焼サイクルの吸気量の変化量ΔＱａ（７２０°ＣＡ間のＱａの変化量）を取り込み、ステップ１０４では、前記取り込んだＴｈｗ、Ｔａ、ΔＱａに基づいて補正量Ｋ１を演算する。補正量Ｋ１は、冷間時や過渡運転時に燃料の増減量制御を行うための公知の燃料量補正量である。
【００２５】
ステップ１０５では、バックアップＲＡＭ３４内に格納されている検索マップを用い、その時々のエンジン運転状態（Ｎｅ，Ｑａ）に基づいて目標空燃比λｔｇを算出する。続くステップ１０６では、Ａ／Ｆセンサ２０により検出される実空燃比λｒｅと目標空燃比λｔｇとを用い、その空燃比の偏差に基づいて空燃比補正量Ｋ２を演算する。なお、空燃比補正量Ｋ２は、空燃比の偏差量に応じて算出される周知のフィードバック補正値である。最後に、ステップ１０７では、前記算出した基本噴射量Ｔｐ、補正量Ｋ１，Ｋ２等を用いて最終噴射量ＴＡＵを演算し、本処理を終了する（ＴＡＵ＝Ｔｐ・Ｋ１・Ｋ２）。
【００２６】
一方、ＣＰＵ３１は、クランク角センサ２２からのＮｅパルス信号に基づき２０°ＣＡ毎に図３の処理を割り込み起動し、所定クランク角度（２０°ＣＡ）の所要時間Ｔｎｅに基づき回転変動量ΔＮｅを気筒毎に算出する。
【００２７】
ここで、エンジン１０の回転速度が最小値から最大値へ移行する時にその回転速度の変化量により１燃焼毎の回転変動量ΔＮｅが算出され、２０°ＣＡ間の所要時間Ｔｎｅにてモニタする本実施の形態の場合、所要時間Ｔｎｅは回転速度の逆数であるから、所要時間Ｔｎｅが最大値から最小値へ移行する時のＴｎｅの変化量により１燃焼毎の回転変動量ΔＮｅが算出される。
【００２８】
より詳細には、６気筒エンジンの場合、所要時間Ｔｎｅは図４の如く１２０°ＣＡを１燃焼のサイクルとして変化し、その１２０°ＣＡ間に所要時間ＴｎｅがＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６として６回計測される。このとき、Ｔ１〜Ｔ３を用いて所要時間の最大値Ｔｍａｘ（回転速度の最小値）が検出され、Ｔ４〜Ｔ６を用いて所要時間の最小値Ｔｍｉｎ（回転速度の最大値）が検出される。そして、その最大値Ｔｍａｘと最小値Ｔｍａｘとの差により回転変動量ΔＮｅが演算される。なお、Ｔ１〜Ｔ３のＬ１区間とＴ４〜Ｔ６のＬ２区間とは各々、予測ピーク点がほぼ中心になるよう設定される所定区間に相当する。
【００２９】
また、所要時間Ｔｎｅの最大値又は最小値が各Ｌ１，Ｌ２区間の中心からずれることなく計測されるのであれば、予測ピーク点に対応するＴ２で所要時間Ｔｎｅの最大値が計測され、同じく予測ピーク点に対応するＴ５で所要時間Ｔｎｅの最小値が計測される。
【００３０】
ところが、ピーク点近傍における回転速度はほぼ放物線を描くよう推移し、例えば所要時間Ｔｎｅのピーク点（最大値）付近の挙動を観察すると、
・図５（ａ）のように、Ｔ３が最大となるパターン（後ずれのパターン）、
・図５（ｂ）のように、Ｔ２が最大となるパターン、
・図５（ｃ）のように、Ｔ１が最大となるパターン（前ずれのパターン）、
の３パターンが現れる。そこで本実施の形態では、これら各パターンにおいて、予測ピーク点を含むＴ２に対しその前後のＴ１，Ｔ３の差分相当の補正を行うことにより、真のピーク値を求めることとする。
【００３１】
さて、図３のＮｅ割り込み処理において、ステップ２０１では、図示しないクランク角カウンタを用い、２０°ＣＡ離れたＮｅパルス信号の間で計数を行う。続いてステップ２０２では、所定クランク角度（２０°ＣＡ）の所要時間Ｔｎｅを演算し、そのＴｎｅをクランク角度の順番に合わせてＴ１〜Ｔ６の何れかの値として記憶する。
【００３２】
その後、ステップ２０３では、今回の割り込みが最大値Ｔｍａｘの検出タイミングであるか否かを判別し、ステップ２０４では、今回の割り込みが最小値Ｔｍｉｎの検出タイミングであるか否かを判別する。
【００３３】
最大値Ｔｍａｘを検出するための今回気筒のＴ１〜Ｔ３が計測されると、ステップ２０３がＹＥＳとなってステップ２０５に進み、下記の（１）式を用いて所要時間Ｔｎｅの最大値Ｔｍａｘを算出する。また、最小値Ｔｍｉｎを検出するための今回気筒のＴ４〜Ｔ６が計測されると、ステップ２０４がＹＥＳとなってステップ２０６に進み、下記の（２）式を用いて所要時間Ｔｎｅの最小値Ｔｍｉｎを算出する。なお、ステップ２０３，２０４が共にＮＯの場合は本処理を一旦終了する。
Ｔｍａｘ＝Ｔ２＋（｜Ｔ３−Ｔ１｜・Ｋ１＋Ｋ２） …（１）
Ｔｍｉｎ＝Ｔ５−（｜Ｔ６−Ｔ４｜・Ｋ１＋Ｋ２） …（２）
（１），（２）式において、Ｋ１は、例えば図６（ａ）の関係を用いて設定される補正量であり、同図６（ａ）によれば、｜Ｔ３−Ｔ１｜又は｜Ｔ６−Ｔ４｜が大きいほど大きくなり、更にエンジン回転数Ｎｅが高いほど小さくなるよう補正量Ｋ１が設定される。また、Ｋ２は、例えば図６（ｂ）の関係を用いて設定される補正量であり、同図６（ｂ）によれば、エンジン回転数Ｎｅが高いほど小さくなるよう補正量Ｋ２が設定される。
【００３４】
但し、上記（１），（２）式を用いてＴｍａｘ，Ｔｍｉｎを算出する代わりに、｜Ｔ３−Ｔ１｜又は｜Ｔ６−Ｔ４｜とエンジン回転数Ｎｅとをパラメータとする補正項をマップ検索等により直接求め、その補正項を加算又は減算してＴｍａｘ，Ｔｍｉｎを算出しても良い。
【００３５】
その後、ステップ２０７では、前記算出した所要時間Ｔｎｅの最大値Ｔｍａｘ及び最小値Ｔｍｉｎを用いて１燃焼毎の回転変動量ΔＮｅを演算し、本処理を終了する。
ΔＮｅ＝Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ
次に、ラフネス値の算出処理について図７のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＣＰＵ３１により各気筒への燃料噴射毎に実行される。特に本処理では、実際の燃焼状態を表すラフネス値（実ラフネス値Ｒｒｅ）を標準偏差により算出することとしており、所定のサンプリング母数ｎ分の回転変動の標準偏差により実ラフネス値Ｒｒｅを算出する。
【００３６】
先ず図７のステップ３０１では、実ラフネス値Ｒｒｅを算出するための実施条件が成立しているか否かを判別する。この実施条件としては例えば、
・空燃比がリーン領域で制御されていること、
・冷却水温Ｔｈｗが８０℃以上であること（暖機条件）、
・１８０°ＣＡ内のエンジン回転数Ｎｅの変動が所定値以下であること（定常運転条件）、
等々を含む。
【００３７】
ステップ３０１がＹＥＳであることを条件にステップ３０２に進み、前回のラフネス値算出から気筒毎にｎ回分の燃料噴射が実施されたか否かを判別する。そして、ＹＥＳであればステップ３０３において、前記演算した気筒毎の回転変動量ΔＮｅを使い、その標準偏差により実ラフネス値Ｒｒｅを算出する。具体的には、気筒毎の回転変動量の今回値をΔＮｅ（ｉ）、平均値をΔＮｅａｖとし、次の（３）式を用いて実ラフネス値Ｒｒｅを算出する。
【００３８】
【数１】

その後、ステップ３０４では、予め設定された図示しない検索マップを用い、エンジン回転数Ｎｅと吸気量Ｑａとに基づき目標ラフネス値Ｒｔｇを算出する。このとき、高回転で且つ低負荷ほど、目標ラフネス値Ｒｔｇが小さい値に設定され、逆に低回転で且つ高負荷ほど、目標ラフネス値Ｒｔｇが大きい値に設定される。
【００３９】
ここで、図８に示されるように、燃焼ラフネス値と燃料消費率（燃費）と空燃比とには相関があり、燃費の最良点に対応させて目標ラフネス値Ｒｔｇが設定される。なお、図８において、理論空燃比を含む弱リーンまでの図のＡ領域は、比較的安定した状態で燃焼が行われ、空燃比に対する燃焼ラフネス値の変化が一定とならない領域を示し、図のＢ領域は、空燃比のリーン化に伴い燃焼が不安定になり、空燃比に対してラフネス値がほぼ１対１で変化する領域を示す。リーン制御時の目標空燃比λｔｇは図のＢ領域で設定される。リーン制御時の目標空燃比λｔｇは図のＢ領域で設定される。
【００４０】
その後、ステップ３０５では、目標ラフネス値Ｒｔｇと実ラフネス値Ｒｒｅとの偏差ΔＲを算出する（ΔＲ＝Ｒｔｇ−Ｒｒｅ）。続くステップ３０６では、ラフネス値の偏差ΔＲが正の所定値（＋ＫＬＡ）よりも大きいか否かを判別し、ステップ３０７ではラフネス値の偏差ΔＲが負の所定値（−ＫＬＡ）よりも小さいか否かを判別する。
【００４１】
そして、ΔＲ＞＋ＫＬＡであれば、ステップ３０８で目標空燃比λｔｇを所定量リーン側にシフトさせ、ΔＲ＜−ＫＬＡであれば、ステップ３０９で目標空燃比λｔｇを所定量リッチ側にシフトさせる。このリーン化又はリッチ化された目標空燃比λｔｇによりバックアップＲＡＭ３４内の基本マップデータが更新される。また、−ＫＬＡ≦ΔＲ≦＋ＫＬＡであれば、目標空燃比λｔｇを変更することなく、そのまま本処理を終了する。
【００４２】
要するに、目標ラフネス値Ｒｔｇに対して実ラフネス値Ｒｒｅが小さければ目標空燃比λｔｇをリーン側の値に学習し、その逆に目標ラフネス値Ｒｔｇに対して実ラフネス値Ｒｒｅが大きければ目標空燃比λｔｇをリッチ側の値に学習する。因みにこのとき、気筒毎にラフネス値の偏差が判定されるが、目標空燃比λｔｇのマップが全気筒共通であれば全気筒の平均値によりマップデータが学習される。また、例えばＶ型エンジンのようにバンク毎にマップを有する場合、バンク毎の平均値によりマップデータが学習される。
【００４３】
なお本実施の形態では、図３のステップ２０２が計測手段に相当し、図３のステップ２０５，２０６がピーク値算出手段に相当する。また、図７のステップ３０４が目標ラフネス値設定手段に相当し、図７のステップ３０６〜３０９が目標空燃比学習手段に相当する。
【００４４】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
予測ピーク点の前後の所要時間Ｔｎｅの差（Ｔ３−Ｔ１，Ｔ６−Ｔ４）を算出し、その差に応じて予測ピーク点での所要時間Ｔｎｅ（Ｔ２，Ｔ５）を補正した。この場合特に、予測ピーク点の前後の所要時間Ｔｎｅの差（Ｔ３−Ｔ１，Ｔ６−Ｔ４）が大きいほど、予測ピーク点での所要時間Ｔｎｅ（Ｔ２，Ｔ５）を補正するための補正項（前記（１），（２）式の右辺の第２項）を大きくした。また、エンジン回転数Ｎｅに応じて補正量Ｋ１，Ｋ２を設定するようにした。これにより、所要時間Ｔｎｅの最大値Ｔｍａｘ及び最小値Ｔｍｉｎを正確に算出することができる。その結果、所要時間Ｔｎｅ（回転速度）のピーク点が予測ピーク点に対して前後にずれることがあってもそれに影響されることなく、燃焼状態（燃焼ラフネス値）を正確に検出することができる。
【００４５】
特にポート噴射式エンジンでは、直噴式エンジンに比べて空燃比の要求精度が高く、僅かな空燃比誤差により制御性に悪影響が及ぶと懸念されるが、本実施の形態の装置ではこうした厳しい要求にも十分に応えることができる。
【００４６】
１燃焼に要するクランク角区間（１２０°ＣＡ区間）を６分割し、その６分割された各区間のうち連続する前後各３区間にて、所要時間Ｔｎｅの最大値Ｔｍａｘ及び最小値Ｔｍｉｎを算出するようにしたので、予測ピーク点を含む所定区間の設定、並びに同区間内における所要時間Ｔｎｅの計測が簡易に実施できる。
【００４７】
所定のサンプリング母数ｎ分の回転変動量ΔＮｅに対して標準偏差を算出し、その標準偏差により実ラフネス値Ｒｒｅを決定するようにしたので、回転変動量のばらつきに応じて燃焼状態が適正に検出できる。
【００４８】
上記の如く燃焼状態（実ラフネス値Ｒｒｅ）を適正に検出することができるため、その燃焼状態に応じて実施されるリーン空燃比制御の制御性も向上する。つまり、空燃比のリーン領域では空燃比と燃焼状態（実ラフネス値Ｒｒｅ）とは相関があるため、既述の通り燃焼状態の検出精度が向上すれば、その検出値を用いてリーン目標空燃比を学習することでその学習精度も向上する。また、リーン目標空燃比の学習により、個体差や経時変化にも対応した空燃比制御が実現できる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明における第２の実施の形態を説明する。但し、以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。本実施の形態では、予測ピーク点とその前とでの所要時間Ｔｎｅの差を算出すると共に、予測ピーク点とその後とでの所要時間Ｔｎｅの差を算出し、それらＴｎｅ差の比率に応じて予測ピーク点の所要時間Ｔｎｅを補正することを要旨とする。
【００５０】
図９は、本実施の形態におけるＮｅ割り込み処理の一部を示すフローチャートであり、本処理により予測ピーク点での所要時間Ｔｎｅが補正されて真のピーク値が算出される。なお、本処理は前記図３のステップ２０３〜２０７に置き換えて実施され、本実施の形態では、図９の処理によりピーク値算出手段が構成される。
【００５１】
図９のステップ４０１では、今回の割り込みが最大値Ｔｍａｘの検出タイミングであるか否かを判別し、ステップ４０２では、今回の割り込みが最小値Ｔｍｉｎの検出タイミングであるか否かを判別する。
【００５２】
最大値Ｔｍａｘを検出するための今回気筒のＴ１〜Ｔ３が計測されると、ステップ４０１がＹＥＳとなってステップ４０３に進み、所要時間Ｔ１，Ｔ２の差の絶対値と所要時間Ｔ２，Ｔ３の差の絶対値との比「｜Ｔ２−Ｔ１｜／｜Ｔ３−Ｔ２｜」を算出する。また、続くステップ４０４では、図１０の関係を用い、「｜Ｔ２−Ｔ１｜／｜Ｔ３−Ｔ２｜」とエンジン回転数Ｎｅとに基づいて補正量Ｋ３を算出する。そして、次の（４）式を用いて所要時間Ｔｎｅの最大値Ｔｍａｘを算出する。
Ｔｍａｘ＝Ｔ２＋Ｋ３ ・・・（４）
図１０によれば、「Ｔ２−Ｔ１」と「Ｔ３−Ｔ２」とが相違するほど（横軸の値が「１」から離れるほど）大きくなり、更にエンジン回転数Ｎｅが高いほど小さくなるよう補正量Ｋ３が設定される。但し、Ｔ２−Ｔ１又はＴ３−Ｔ２が０となる場合、補正量Ｋ３として最大値Ｋｍａｘが設定される。
【００５３】
また、最小値Ｔｍｉｎを検出するための今回気筒のＴ４〜Ｔ６が計測されると、ステップ４０２がＹＥＳとなってステップ４０５に進み、所要時間Ｔ４，Ｔ５の差の絶対値と所要時間Ｔ５，Ｔ６の差の絶対値との比「｜Ｔ５−Ｔ４｜／｜Ｔ６−Ｔ５｜」を算出する。また、続くステップ４０６では、図１０の関係を用い、「｜Ｔ５−Ｔ４｜／｜Ｔ６−Ｔ５｜」とエンジン回転数Ｎｅとに基づいて補正量Ｋ３を算出する。そして、次の（５）式を用いて所要時間Ｔｎｅの最小値Ｔｍｉｎを算出する。
Ｔｍｉｎ＝Ｔ５−Ｋ３ ・・・（５）
但し、Ｔ５−Ｔ４又はＴ６−Ｔ５が０となる場合、補正量Ｋ３として最大値Ｋｍａｘが設定される。
【００５４】
その後、ステップ４０７では、前記算出した所要時間Ｔｎｅの最大値Ｔｍａｘ及び最小値Ｔｍｉｎを用いて１燃焼毎の回転変動量ΔＮｅを演算し、本処理を終了する。
ΔＮｅ＝Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ
なお、ステップ４０１，４０２が共にＮＯの場合はそのまま本処理を一旦終了する。
【００５５】
以上第２の実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様に、所要時間Ｔｎｅの最大値Ｔｍａｘ及び最小値Ｔｍｉｎを正確に算出することができる。その結果、所要時間Ｔｎｅ（回転速度）のピーク点が予測ピーク点に対して前後にずれることがあってもそれに影響されることなく、燃焼状態（燃焼ラフネス値）を正確に検出することができる。
【００５６】
なお本発明は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記実施の形態では、所要時間Ｔｎｅ（回転速度）の真のピーク点を算出するために、予測ピーク点とその前後２点との計３点の所要時間Ｔｎｅを計測したが、この構成を変更する。例えば、予測ピーク点とその前後２点ずつとの計５点の所要時間Ｔｎｅを計測し、その計測結果を用いて真のピーク点を算出する構成としても良い。但し、Ｔｎｅの計測データを増やす場合、計測のためのクランク角間隔を１０°ＣＡに狭める等、より小刻みに所要時間Ｔｎｅを計測する必要がある。
【００５７】
上記実施の形態では、所要時間Ｔｎｅの最大値Ｔｍａｘと最小値Ｔｍｉｎとの差により回転変動量ΔＮｅを算出し、そのΔＮｅの標準偏差により燃焼ラフネス値を算出したが、この構成を変更する。つまり、少なくとも回転速度の最大値をモニタすることで、１燃焼毎の回転状態が判断できるため、この回転速度の最大値に基づいて燃焼ラフネス値を算出する。より具体的には、回転速度の最大値とは、所要時間Ｔｎｅで言えばその最小値Ｔｍｉｎであり、該Ｔｍｉｎの標準偏差により実ラフネス値Ｒｒｅを算出する。
【００５８】
上記実施の形態では、等クランク角間隔で所要時間Ｔｎｅを計測し、そのＴｎｅのピーク値（最大値及び最小値）を算出したが、回転速度を計測し、そのピーク値（最大値及び最小値）を算出する構成でも良い。なお、回転速度は所要時間の逆数として算出できる。
【００５９】
実ラフネス値Ｒｒｅを算出した直後に同Ｒｒｅに対してなまし演算を行うよう構成する。より具体的には、なまし率ｓｍを予め設定しておき、
なまし値＝前回なまし値＋（Ｒｒｅ−前回なまし値）・ｓｍ
としてなまし値を算出する。一例として、なまし率ｓｍを１／６４とする。そして、前記図７のステップ３０５〜３０９の処理において、実ラフネス値Ｒｒｅのなまし値と目標ラフネス値Ｒｔｇとの偏差を算出すると共に、その偏差に応じて目標空燃比λｔｇの学習を実施する。
【００６０】
上記実施の形態では、統計処理により燃焼ラフネス値を算出するにあたり、標準偏差を算出したが、これに代えて、統計処理として不偏分散を算出したり、平均偏差を算出したりして燃焼ラフネス値を算出しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態における内燃機関の空燃比制御システムの概要を示す構成図。
【図２】空燃比制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】Ｎｅ割り込み処理を示すフローチャート。
【図４】１燃焼毎の回転変動の状態を示すタイムチャート。
【図５】所要時間Ｔｎｅのピーク点のずれを説明するための図。
【図６】補正量Ｋ１，Ｋ２を設定するための図。
【図７】ラフネス値の算出処理を示すフローチャート。
【図８】燃焼ラフネス値と燃費と空燃比との関係を示す図。
【図９】第２の実施の形態においてＮｅ割り込み処理の一部を示すフローチャート。
【図１０】補正量Ｋ３を設定するための図。
【図１１】回転速度とクランク角との関係を示す図。
【図１２】回転速度とクランク角との関係を拡大して示す図。
【符号の説明】
１０…エンジン（内燃機関）、１４…インジェクタ、３０…ＥＣＵ、３１…計測手段，ピーク値算出手段，目標ラフネス値設定手段，目標空燃比学習手段としてのＣＰＵ、３４…バックアップＲＡＭ。

Claims (10)

1. 内燃機関の１燃焼毎に回転速度の少なくとも最大側のピーク値を求め、そのピーク値により内燃機関の燃焼状態を示すパラメータとして燃焼ラフネス値を検出する燃焼状態検出装置において、
   予測される回転速度のピーク点がほぼ中心になるよう所定区間を設定し、その所定区間で予測ピーク点の回転速度とその前後の少なくとも２点の回転速度とを計測する計測手段と、
   前記予測ピーク点とその前後２点の回転速度を大小比較することにより回転速度のピーク点に対する前記予測ピーク点の回転速度のずれが是正されるように前記予測ピーク点の回転速度を補正し、前記回転速度のピーク点における真のピーク値を算出するピーク値算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出装置。
2. 前記ピーク値算出手段は、予測ピーク点の前後２点の回転速度の差を算出し、その差に応じて予測ピーク点の回転速度を補正する請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
3. 請求項２に記載の燃焼状態検出装置において、
   前記ピーク値算出手段は、予測ピーク点の前後２点の回転速度の差が大きいほど、予測ピーク点の回転速度を補正するための補正量を大きくする内燃機関の燃焼状態検出装置。
4. 前記ピーク値算出手段は、予測ピーク点とその前とでの回転速度の差を算出すると共に、予測ピーク点とその後とでの回転速度の差を算出し、それら回転速度差の比率に応じて予測ピーク点の回転速度を補正する請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
5. 請求項４に記載の燃焼状態検出装置において、
   前記ピーク値算出手段は、前記算出した２つの回転速度差が相違するほど、予測ピーク点の回転速度を補正するための補正量を大きくする内燃機関の燃焼状態検出装置。
6. 内燃機関の１燃焼に要するクランク角区間を６分割し、その６分割された各区間のうち連続する前後各３区間をそれぞれ、回転速度の最大側及び最小側のピーク値を求めるための所定区間とする請求項１〜５の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
7. 前記計測手段は、前記所定区間内において等クランク角間隔毎にその所要時間を計測し、
   前記ピーク値算出手段は、前記計測した予測ピーク点を含むクランク角間隔の計測値とその前後の計測値とを用い、各計測値を大小比較することにより予測ピーク点を含むクランク角間隔の計測値を補正し真のピーク値を算出する請求項１〜６の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
8. 回転速度の少なくとも最大側のピーク値により１燃焼毎の回転変動量を算出すると共に、所定のサンプリング母数分の回転変動量に対して統計処理を行い、その統計処理の結果により燃焼ラフネス値を決定する請求項１〜７の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
9. 空燃比のリーン領域に設定された目標空燃比に対して空燃比をフィードバック制御する空燃比制御システムに適用され、
   機関運転状態に基づき燃焼ラフネス値の目標値を設定する目標ラフネス値設定手段と、
   空燃比フィードバック制御中における燃焼ラフネス値と目標値との偏差に応じてリーン目標空燃比を学習する目標空燃比学習手段と、
   を備える請求項１〜８の何れかに記載の内燃機関の燃焼状態検出装置。
10. 請求項９に記載の燃焼状態検出装置において、
    前記目標空燃比学習手段によるリーン目標空燃比の学習値をメモリにバックアップする内燃機関の燃焼状態検出装置。

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