JPH07180595A - 内燃機関の燃焼状態判定方法並びに内燃機関の燃焼状態制御方法および燃焼状態制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、希薄燃焼式エンジンに用いて好適
なものであり、リーンバーン運転時に、燃焼変動の確率
・統計的性質を考慮し、確実な燃焼制御を行なえるよう
にすることを目的とする。 【構成】 エンジン１に駆動される回転軸の角加速度の
変動値を検出する変動検出手段１０７と、変動値をエン
ジン１の運転状態に応じて正規化して正規化変動値を求
める正規化変動値検出手段１０２と、正規化変動値と所
定の閾値とを比較して燃焼悪化判定値を求める燃焼悪化
判定値算出手段１０４と、燃焼悪化判定値を参照し所定
の基準値と比較し燃焼悪化判定値が上記基準値に近づく
ようにエンジン１の燃焼変動調整要素１０６を制御する
燃焼状態制御手段１０５とをそなえるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所要の運転条件下では
理論空燃比よりも希薄側空燃比での希薄燃焼運転を行な
う希薄燃焼式内燃機関（エンジン）に用いて好適な内燃
機関の燃焼状態判定方法並びに内燃機関の燃焼状態制御
方法および燃焼状態制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、所要の運転条件下では理論空燃比
（ストイキオ）よりも希薄側空燃比（リーン）での希薄
燃焼運転を行なう希薄燃焼式内燃機関（所謂リーンバー
ンエンジン）が提供されている。このようなリーンバー
ンエンジンでは、希薄燃焼運転（リーンバーン運転）時
は、ＮＯｘ排出量低減のため空燃比を極力大きく（つま
り、混合気が極力希薄になるように）設定しており、そ
の空燃比の値は、混合気が安定した燃焼を行ないうる限
界（リーン限界）近くに設定されている。

【０００３】そして、このようなリーンバーン運転を行
なうことにより、ＮＯｘ排出を抑え燃費を大幅に向上さ
せることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、リーンバー
ン運転を行なうため、制御装置により燃焼状態を制御す
ることが行なわれており、この制御において、クランク
軸の角加速度からエンジントルクを推定することが論文
等で発表されている。しかしながら、これらの推定は、
変化する瞬時値を用いて瞬間ごとに行なうものであり、
エンジントルクＰｉの確率・統計的性質を考慮し、所定
の期間ごとに安定した確実な制御を行なうことは考えら
れていない。

【０００５】また、図１２に示すように、エンジンにお
ける燃焼変動は、各気筒間でばらつきがあり、このばら
つきは、インジェクタや吸気管形状、バルブタイミング
等のずれによる空燃比ばらつきにより発生する。このた
め、リーンバーン運転では、最も燃焼変動の大きい気筒
の空燃比に対応するように燃焼状態を制御している。

【０００６】しかしながら、このような手段では、比較
的に燃焼変動の小さい気筒では、限界空燃比での運転を
行なえないという課題がある。本発明は、このような課
題に鑑み創案されたもので、リーンバーン運転時に、燃
焼変動の確率・統計的性質を考慮し、確実な燃焼制御、
特に各気筒毎の確実な燃焼制御を行なえるようにした、
エンジンの燃焼状態判定方法並びにエンジンの燃焼状態
制御方法および燃焼状態制御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】このため、本発明のエン
ジンの燃焼状態判定方法は、エンジンに駆動される回転
軸の角加速度の変動値を検出する第１のステップと、該
変動値を上記エンジンの運転状態に応じて正規化して正
規化変動値を求める第２のステップと、上記正規化変動
値と所定の閾値とを比較して燃焼悪化状態を判定する第
３のステップとをそなえていることを特徴としている。

【０００８】また、請求項２記載のエンジンの燃焼状態
判定方法は、上記所定の閾値が上記エンジンの運転状態
に対応して更新されるように構成されたことを特徴とし
ている。さらに、請求項３記載のエンジンの燃焼状態判
定方法は、上記燃焼悪化状態の判定を上記正規化変動値
が上記所定の閾値より下回る状態を検出して行なうよう
に構成されたことを特徴としている。

【０００９】そして、請求項４記載のエンジンの燃焼状
態判定方法は、第１のステップが、回転軸の角加速度を
求めるステップと、該角加速度の平滑値を求めるステッ
プと、上記角加速度と上記平滑値との差から変動値を求
めるステップとをそなえて構成されたことを特徴として
いる。また、請求項５記載のエンジンの燃焼状態制御方
法は、エンジンに駆動される回転軸の角加速度の変動値
を検出する第１のステップと、該変動値を上記エンジン
の運転状態に応じて正規化して正規化変動値を求める第
２のステップと、上記正規化変動値と所定の閾値とを比
較して燃焼悪化判定値を設定する第３のステップと、上
記燃焼悪化判定値を所定の基準値と比較し該燃焼悪化判
定値が上記基準値に近づくように上記エンジンの燃焼変
動調整要素を制御する第４のステップとをそなえて構成
されたことを特徴としている。

【００１０】さらに、請求項６記載のエンジンの燃焼状
態制御方法は、上記基準値として上限基準値と下限基準
値とをそなえるとともに、上記第４のステップが、上記
燃焼悪化判定値を上記上限基準値と上記下限基準値との
間に収めるべく、上記のエンジンの燃焼変動調整要素を
制御するように構成されたことを特徴としている。そし
て、請求項７記載のエンジンの燃焼状態制御方法は、上
記請求項５における所定の閾値が上記エンジンの運転状
態に対応して更新されるように構成されたことを特徴と
している。

【００１１】また、請求項８記載のエンジンの燃焼状態
制御方法は、上記請求項５における燃焼悪化判定値を上
記正規化変動値が上記所定の閾値から下回る燃焼の悪化
量の累積により求めるように構成されたことを特徴とし
ている。さらに、請求項９記載のエンジンの燃焼状態制
御方法は、上記請求項５における燃焼悪化判定値が設定
された燃焼回数ごとに更新されるように構成されたこと
を特徴としている。

【００１２】そして、請求項１０記載のエンジンの燃焼
状態制御方法は、上記請求項５における上記基準値より
燃焼悪化側において失火判定基準値が設定されるととも
に、上記燃焼悪化判定値が上記失火判定基準値を燃焼悪
化側に超えることに基づき失火を判定する第５のステッ
プをそなえて構成されたことを特徴としている。また、
請求項１１記載のエンジンの燃焼状態制御装置は、理論
空燃比より希薄側の空燃比で運転しうるエンジンにおい
て、該エンジンに駆動される回転軸の角加速度の変動値
を検出する変動検出手段と、該変動検出手段で検出され
た変動値を上記エンジンの運転状態に応じて正規化して
正規化変動値を求める正規化変動値検出手段と、上記正
規化変動値と所定の閾値とを比較して燃焼悪化判定値を
求める燃焼悪化判定値算出手段と、上記燃焼悪化判定値
を参照し所定の基準値と比較し、該燃焼悪化判定値が上
記基準値に近づくように、上記エンジンの燃焼変動調整
要素を制御する燃焼状態制御手段とをそなえて構成され
たことを特徴としている。

【００１３】

【作用】上述の請求項１記載の本発明のエンジンの燃焼
状態判定方法では、エンジンに駆動される回転軸の角加
速度の変動値が検出され、該変動値をエンジンの運転状
態に応じて正規化した正規化変動値が求められて、該正
規化変動値と所定の閾値とを比較して燃焼悪化状態が判
定される。

【００１４】また、請求項２記載のエンジンの燃焼状態
判定方法では、所定の閾値がエンジンの運転状態に対応
して更新される。さらに、請求項３記載のエンジンの燃
焼状態判定方法では、燃焼悪化状態の判定が正規化変動
値が所定の閾値より下回る状態を検出して行なわれる。
そして、請求項４記載のエンジンの燃焼状態判定方法で
は、回転軸の角加速度を求め、角加速度の平滑値を求
め、上記角加速度と上記平滑値との差から変動値を求め
ることにより、エンジンに駆動される回転軸の角加速度
の変動値が検出される。

【００１５】また、請求項５記載のエンジンの燃焼状態
制御方法では、エンジンに駆動される回転軸の角加速度
の変動値が検出され、変動値をエンジンの運転状態に応
じて正規化した正規化変動値が求められて、正規化変動
値と所定の閾値との比較により燃焼悪化判定値が設定さ
れる。そして、燃焼悪化判定値を所定の基準値と比較し
燃焼悪化判定値が上記基準値に近づくようにエンジンの
燃焼変動調整要素を制御される。

【００１６】さらに、請求項６記載のエンジンの燃焼状
態制御方法では、基準値として上限基準値と下限基準値
とがそなえられ、燃焼悪化判定値を上限基準値と下限基
準値との間に収めるべく、上記のエンジンの燃焼変動調
整要素を制御する。そして、この場合も、所定の閾値が
エンジンの運転状態に対応して更新される（請求項
７）。

【００１７】また、燃焼悪化判定値を上記正規化変動値
が上記所定の閾値から下回る燃焼の悪化量の累積により
求められる（請求項８）。さらに、燃焼悪化判定値が設
定された燃焼回数ごとに更新される（請求項９）。そし
て、請求項１０記載のエンジンの燃焼状態制御方法で
は、請求項５における基準値より燃焼悪化側において失
火判定基準値が設定され、燃焼悪化判定値が失火判定基
準値を燃焼悪化側に超えることに基づき失火が判定され
る。

【００１８】また、請求項１１記載のエンジンの燃焼状
態制御装置では、エンジンを理論空燃比よりリーン側の
空燃比で運転すべく、エンジンに駆動される回転軸の角
加速度の変動値が変動検出手段により検出され、変動値
が正規化変動値検出手段によりエンジンの運転状態に応
じて正規化されて正規化変動値が求められ、正規化変動
値と所定の閾値とを比較して燃焼悪化判定値算出手段に
より燃焼悪化判定値が求められ、燃焼状態制御手段によ
って、上記燃焼悪化判定値を参照し所定の基準値と比較
して、該燃焼悪化判定値が上記基準値に近づくように、
上記エンジンの燃焼変動調整要素が制御される。

【００１９】

【実施例】以下、図面により、本発明の一実施例として
のエンジンの燃焼状態判定方法並びにエンジンの燃焼状
態制御方法および燃焼状態制御装置について説明する
と、図１は本方法を実施するための装置の制御ブロック
図、図２は本装置を有するエンジンシステムの全体構成
図、図３は本装置を有するエンジンシステムの制御系を
示すハードブロック図、図４，５は本装置の動作を説明
するためのフローチャート、図６は本装置の動作を説明
するための波形図，図７は本装置の動作を説明するため
の補正特性マップ、図８は本装置の動作を説明するため
の摸式的グラフ、図９は本装置の動作を説明するための
摸式的グラフ、図１０は本装置の動作を説明するための
正規化特性マップ、図１１は本装置における回転変動検
出部を示す摸式的斜視図である。

【００２０】さて、本装置を装備する自動車用のエンジ
ンは、所要の運転条件下では理論空燃比（ストイキオ）
よりも希薄側空燃比（リーン）での希薄燃焼運転（リー
ンバーン運転）を行なうリーンバーンエンジンとして構
成されているが、このエンジンシステムは、図２に示す
ようになる。すなわち、この図２において、エンジン
（内燃機関）１は、その燃焼室２に通じる吸気通路３お
よび排気通路４を有しており、吸気通路３と燃焼室２と
は吸気弁５によって連通制御されるとともに、排気通路
４と燃焼室２とは排気弁６によって連通制御されるよう
になっている。

【００２１】また、吸気通路３には、その上流側から順
に、エアクリーナ７，スロットル弁８および電磁式燃料
噴射弁（インジェクタ）９が設けられており、排気通路
４には、その上流側から順に、三元触媒１０および図示
しないマフラ（消音器）が設けられている。なお、イン
ジェクタ９は、エンジン１の各気筒毎に設けられてい
る。また、吸気通路３には、サージタンク３ａが設けら
れている。

【００２２】また、三元触媒１０は、ストイキオ運転状
態で、ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを浄化するもので、公知のも
のである。さらに、スロットル弁８は、ワイヤケーブル
を介してアクセルペダル（図示せず）に連結されてお
り、このアクセルペダルの踏込み量に応じて開度を調整
されるようになっている。

【００２３】また、吸気通路３には、スロットル弁８を
バイパスする第１バイパス通路１１Ａが設けられ、この
第１バイパス通路１１Ａには、ＩＳＣ弁として機能する
ステッパモータ弁（以下、ＳＴＭ弁という）１２が介装
されている。なお、この第１バイパス通路１１Ａには、
エンジン冷却水温に応じて開度が調整されるワックスタ
イプのファーストアイドルエアバルブ１３も設けられて
おり、ＳＴＭ弁１２に併設されている。

【００２４】ここで、ＳＴＭ弁１２は、第１バイパス通
路１１Ａ中に形成された弁座部に当接しうる弁体１２ａ
と、この弁体位置を調整するためのステッパモータ（Ｉ
ＳＣ用アクチュエータ）１２ｂと、弁体を弁座部に押圧
する方向（第１バイパス通路１１Ａを塞ぐ方向）へ付勢
するバネ１２ｃとから構成されている。そして、ステッ
パモータ１２ｂにより、弁座部に対する弁体１２ａの位
置の段階的な調整（ステップ数による調整）を行なうこ
とで、弁座部と弁体１２ａとの開度つまりＳＴＭ弁１２
の開度が調整されるようになっている。

【００２５】従って、このＳＴＭ弁１２の開度を後述す
るコントローラとしての電子制御ユニット（ＥＣＵ）２
５にて制御することにより、運転者によるアクセルペダ
ルの操作とは関係なく、第１バイパス通路１１Ａを通し
て吸気をエンジン１に供給することができ、その開度を
変えることでスロットルバイパス吸気量を調整すること
ができるようになっている。

【００２６】なお、ＩＳＣ用アクチュエータとしては、
ステッパモータ１２ｂの代わりに、ＤＣモータを用いて
もよい。さらに、吸気通路３には、スロットル弁８をバ
イパスする第２バイパス通路１１Ｂが設けられ、この第
２バイパス通路１１Ｂには、エアバイパス弁１４が介装
されている。

【００２７】ここで、このエアバイパス弁１４は、第２
バイパス通路１１Ｂ中に形成された弁座部に当接しうる
弁体１４ａと、この弁体位置を調整するためのダイアフ
ラム式アクチュエータ１４ｂとから構成されており、ダ
イアフラム式アクチュエータ１４ｂのダイアフラム室に
は、スロットル弁下流側の吸気通路と連通するパイロッ
ト通路１４１が設けられており、このパイロット通路１
４１に、エアバイパス弁制御用電磁弁１４２が介装され
ている。

【００２８】従って、このエアバイパス弁制御用電磁弁
１４２の開度を後述するＥＣＵ２５にて制御することに
より、この場合も、運転者によるアクセルペダルの操作
とは関係なく、第２バイパス通路１１Ｂを通して吸気を
エンジン１に供給することができ、その開度を変えるこ
とでスロットルバイパス吸気量を調整することができる
ようになっている。なお、このエアバイパス弁制御用電
磁弁１４２は、リーンバーン運転時には開状態にされ、
それ以外で閉状態にされるのが基本動作である。

【００２９】また、排気通路４と吸気通路３との間に
は、排気を吸気系へ戻す排気再循環通路（ＥＧＲ通路）
８０が介装されていて、このＥＧＲ通路８０には、ＥＧ
Ｒ弁８１が介装されている。ここで、このＥＧＲ弁８１
は、ＥＧＲ通路８０中に形成された弁座部に当接しうる
弁体８１ａと、この弁体位置を調整するためのダイアフ
ラム式アクチュエータ８１ｂとから構成されており、ダ
イアフラム式アクチュエータ８１ｂのダイアフラム室に
は、スロットル弁下流側の吸気通路と連通するパイロッ
ト通路８２が設けられており、このパイロット通路８２
に、ＥＲＧ弁制御用電磁弁８３が介装されている。

【００３０】従って、このＥＧＲ弁制御用電磁弁８３の
開度を後述するＥＣＵ２５にて制御することにより、Ｅ
ＧＲ通路８０を通して、排気を吸気系へ戻すことができ
るようになっている。なお、図２において、１５は燃料
圧調節器で、この燃料圧調節器１５は、吸気通路３中の
負圧を受けて動作し、図示しないフュエルポンプからフ
ュエルタンクへ戻る燃料量を調節することにより、イン
ジェクタ９から噴射される燃料圧を調節するようになっ
ている。

【００３１】また、このエンジンシステムを制御するた
めに、種々のセンサが設けられている。まず、図２に示
すように、エアクリーナ７を通過した吸気が吸気通路３
内に流入する部分には、吸入空気量をカルマン渦情報か
ら検出するエアフローセンサ（吸気量センサ）１７や吸
入空気湿度パラメータ検出手段としての吸気温センサ１
８，大気圧センサ１９がそなえられている。

【００３２】この吸気温センサ１８は、エンジン１の吸
入空気の温度を検出するものである。また、吸気通路３
におけるスロットル弁８の配設部分には、スロットル弁
８の開度を検出するポテンショメータ式のスロットルポ
ジションセンサ２０のほかに、アイドルスイッチ２１が
そなえられている。

【００３３】さらに、排気通路４側には、排気ガス中の
酸素濃度（Ｏ₂ 濃度）を空燃比リーン側において線形に
検出するリニア酸素濃度センサ（以下、単に「リニアＯ
₂ センサ」という）２２がそなえられるほか、その他の
センサとして、エンジン１用の冷却水の温度を検出する
水温センサ２３や、図３に示すクランク角度を検出する
クランク角センサ２４（このクランク角センサ２４はエ
ンジン回転数Ｎｅを検出する回転数センサとしての機能
も兼ねている）や車速センサ３０などがそなえられてい
る。

【００３４】そして、これらのセンサやスイッチからの
検出信号は、図３に示すようなＥＣＵ２５へ入力される
ようになっている。ここで、このＥＣＵ２５のハードウ
ェア構成は、図３に示すようになるが、このＥＣＵ２５
は、その主要部としてＣＰＵ（演算装置）２６をそなえ
たコンピュータとして構成されており、ＣＰＵ２６に
は、吸気温センサ１８，大気圧センサ１９，スロットル
ポジションセンサ２０，リニアＯ₂ センサ２２，水温セ
ンサ２３等からの検出信号が、入力インタフェース２８
およびアナログ／ディジタルコンバータ２９を介して入
力されるようになっている。

【００３５】また、ＣＰＵ２６には、エアフローセンサ
１７，アイドルスイッチ２１，クランク角センサ２４，
車速センサ３０等からの検出信号が、入力インタフェー
ス３５を介して直接入力されるようになっている。さら
に、ＣＰＵ２６は、バスラインを介して、プログラムデ
ータや固定値データのほか各種データを記憶するＲＯＭ
（記憶手段）３６や更新して順次書き替えられるＲＡＭ
３７との間でデータの授受を行なうようになっている。

【００３６】また、ＣＰＵ２６による演算の結果、ＥＣ
Ｕ２５からは、エンジン１の運転状態を制御するための
信号、例えば、燃料噴射制御信号，点火時期制御信号，
ＩＳＣ制御信号，バイパスエア制御信号，ＥＧＲ制御信
号等の各種制御信号が出力されるようになっている。こ
こで、燃料噴射制御（空燃比制御）信号は、ＣＰＵ２６
から噴射ドライバ３９を介して、インジェクタ９を駆動
させるためのインジェクタソレノイド９ａ（正確にはイ
ンジェクタソレノイド９ａ用のトランジスタ）へ出力さ
れるようになっており、点火時期制御信号は、ＣＰＵ２
６から点火ドライバ４０を介して、パワートランジスタ
４１へ出力され、このパワートランジスタ４１から点火
コイル４２を介しディストリビュータ４３により各点火
プラグ１６に順次火花を発生させるようになっている。

【００３７】また、ＩＳＣ制御信号は、ＣＰＵ２６から
ＩＳＣドライバ４４を介して、ステッパモータ１２ｂへ
出力され、バイパスエア制御信号は、ＣＰＵ２６からバ
イパスエア用ドライバ４５を介して、エアバイパス弁制
御用電磁弁１４２のソレノイド１４２ａへ出力されるよ
うになっている。さらに、ＥＧＲ制御信号は、ＣＰＵ２
６からＥＧＲドライバ４６を介して、ＥＲＧ弁制御用電
磁弁８３のソレノイド８３ａへ出力されるようになって
いる。

【００３８】ところで、今、燃料噴射制御（空燃比制
御）に着目すると、この燃料噴射制御（インジェクタ駆
動時間制御）のために、ＥＣＵ２５は、図１に示すよう
に、変動検出手段１０１、正規化変動値検出手段１０
２、燃焼悪化判定値算出手段１０４、燃焼状態制御手段
１０５、燃焼変動調整要素１０６、角加速度検出手段１
０７、平滑化手段１０８、閾値更新手段１１０および失
火判定基準値１１１の機能をそなえている。

【００３９】ここで、燃焼変動調整要素１０６は、燃焼
状態制御手段１０５からの制御信号により燃料噴射パル
ス幅Ｔｉｎｊを所望の状態に調整して、実現すべき空燃
比のリーンバーン運転を行なうもので、インジェクタ９
が燃焼変動調整要素１０６として機能する。なお、燃料
噴射パルス幅Ｔｉｎｊは次式で表される。

【００４０】Ｔｉｎｊ（ｊ）＝ＴＢ・ＫＡＣ（ｊ）・Ｋ
・ＫＡＦＬ＋Ｔｄ この式におけるＴＢは、インジェクタ９の基本駆動時間
であり、エアフローセンサ１７からの吸入空気量Ａ情報
とクランク角センサ（エンジン回転数センサ）２４から
のエンジン回転数Ｎ情報とからエンジン１回転あたりの
吸入空気量Ａ／Ｎ情報を求め、この情報に基づき基本駆
動時間ＴＢを決定するようになっている。

【００４１】また、ＫＡＦＬはリーン化補正係数で、マ
ップに記憶された特性からエンジンの運転状態に対応し
て決定され、運転状態に応じて空燃比をリーンまたはス
トイキオにすることができるようになっている。そし
て、ＫＡＣ（ｊ）は、後述のように、燃焼変動に対応し
た燃焼状態制御を行なうための補正係数である。

【００４２】さらに、エンジン冷却水温，吸気温，大気
圧等に応じた補正係数Ｋが設定され、デッドタイム（無
効時間）Ｔｄにより、バッテリ電圧に応じて駆動時間が
補正されるように構成されている。また、リーンバーン
運転は、所定の条件が成立したと、リーン運転条件判定
手段において判定された場合に行なわれるように構成さ
れている。

【００４３】これにより、このＥＣＵ２５は、所要の運
転条件下では理論空燃比よりも希薄側空燃比となるよう
に空燃比を制御する空燃比制御手段の機能を有している
ことになる。ところで、本実施例の燃焼状態制御装置
は、エンジンに駆動される回転軸（クランク軸）の角加
速度を検出する角加速度検出手段１０７をそなえてお
り、角加速度検出手段１０７は次のように構成されてい
る。

【００４４】すなわち、図１１に示すように、角加速度
検出手段１０７は、クランク角センサ２４、気筒判別セ
ンサ２３０およびコントローラとしてのＥＣＵ２５を主
要要素としてそなえており、クランク角センサ２４は、
エンジンのクランク軸２０１と一体に回転する回転部材
２２１をそなえている。回転部材２２１の周縁には、半
径方向へ突出する第１，第２および第３のベーン２２１
Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃが形成されており、このベーン
２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃに対し両面から対向する
ように装備された検出部２２２が、回転部材２２１の回
動に伴うベーン２２１Ａ，２２１Ｂ，２２１Ｃの通過
を、光学的にもしくは電磁気的に検出し、対応するパル
ス出力を行なうように構成されている。

【００４５】そして、ベーン２２１Ａ，２２１Ｂ，２２
１Ｃは、各々が一定角度のクランク軸回転角度に対応す
る周方向長さをそなえており、所定角度間隔ごとに周方
向に離隔して配設されている。すなわち、隣合うベーン
の対向縁は相互に１２０度の角度間隔をもって配設され
ている。

【００４６】ところで、気筒判別センサ２３０は、図示
しないカムシャフトに固着されており、クランク軸２０
１が２回転してカムシャフトが１回転する間に、カムシ
ャフトが１つの気筒に対応する特定の回転位置をとるご
とに、パルス出力を発生するようになっている。そし
て、点火動作が気筒番号順に行なわれる６気筒エンジン
に搭載される本実施例の装置は、例えば、第３ベーン２
２１Ｃの端縁（前端２２１Ｃ’または後端）が検出部２
２２を通過したときに、第１気筒グループをなす第１気
筒および第４気筒のいずれか一方（好ましくは、当該一
方の気筒での主に膨張行程）に対応する第１クランク軸
回転角度領域にクランク軸が突入するとともに、第１ベ
ーン２２１Ａの端縁が検出部２２２を通過したときに、
クランク軸が第１回転角度領域から離脱するようになっ
ている。

【００４７】同様に、第１ベーン２２１Ａの端縁の通過
時に、第２気筒グループを構成する第２および第５気筒
のいずれか一方に対応する第２クランク軸回転角度領域
に突入し、ついで、第２ベーン２２１Ｂの端縁の通過時
に同領域からの離脱が行なわれるようになっている。さ
らに、第２ベーン２２１Ｂの端縁の通過時に、第３気筒
グループを構成する第３および第６気筒のいずれか一方
に対応する第３クランク軸回転角度領域に突入し、つい
で、第３ベーン２２１Ｃの端縁の通過時に同領域からの
離脱が行なわれるようになっている。

【００４８】そして、第１気筒と第４気筒との識別、第
２気筒と第５気筒との識別および第３気筒と第６気筒と
の識別は、気筒判別センサ２３０の出力に基づいて行な
われるように構成されている。このような構成により、
角加速度の検出は次のように行なわれる。すなわち、エ
ンジン運転中、ＥＣＵ２５はクランク角センサ２４から
のパルス出力と気筒判別センサ２３０の検出信号とを逐
次入力され、演算を周期的に繰り返し実行する。

【００４９】また、ＥＣＵ２５は、クランク角センサ２
４からのパルス出力が、気筒判別センサ２３０からのパ
ルス出力の入力時点以降に順次入力したもののうちの何
番目のものであるかを判別する。これにより、入力され
たクランク角センサ２４からのパルス出力が、何番目の
気筒に対応するものであるかを識別され、好ましくは、
主に膨張行程（出力行程：BTDC75°）を現時点で実行中
の気筒が識別気筒として識別される。

【００５０】そして、ＥＣＵ２５は、クランク角センサ
２４からのパルス入力に応じて、識別気筒グループｍ
（ｍは１，２または３）に対応するクランク軸回転角度
領域への突入を判別すると、周期計測用タイマ（図示
略）をスタートさせる。ついで、クランク角センサ２２
０から次のパルス出力を入力すると、ＥＣＵ２５は、識
別気筒グループｍに対応するクランク軸回転角度領域か
らの離脱を判別し、周期計測用タイマの計時動作を停止
させて計時結果を読み取る。

【００５１】この計時結果は、識別気筒グループｍに対
応するクランク軸回転角度領域への突入時点から当該領
域からの離脱時点までの時間間隔ＴＮ（ｎ）、すなわ
ち、識別気筒グループに対応する２つの所定クランク角
によって定まる周期ＴＮ（ｎ）を表している。ここで、
周期ＴＮ（ｎ）における添字ｎは、当該周期が識別気筒
におけるｎ回目（今回）の点火動作に対応することを表
す。

【００５２】また、周期ＴＮ（ｎ）は、６気筒エンジン
では識別気筒グループの１２０度クランク角間周期（隣
合う気筒における運転状態BTDC75°相互の時間間隔）に
なり、より一般的には、Ｎ気筒エンジンでの（７２０／
Ｎ）度クランク角間周期になる。なお、今回の識別気筒
に対応するクランク軸回転角度領域からの離脱を表す上
記パルス出力は、次の識別気筒に対応するクランク軸回
転角度領域への突入をも表す。

【００５３】したがって、このパルス出力に応じて、次
の識別気筒についての気筒識別ステップが実行されると
ともに、当該次の識別気筒に係る周期計測を開始すべ
く、周期計測用タイマがリスタートされる。このような
動作により、ＥＣＵ２５は１２０度クランク間周期ＴＮ
（ｎ）を検出するが、＃１気筒から＃６気筒に至る一連
の状態を図示すると、図５に示すようになり、１２０度
クランク間周期は、ＴＮ（ｎ−５）からＴＮ（ｎ）で表
される。これらの検出値を用いて当該周期におけるクラ
ンク軸の角加速度ＡＣＣ（ｎ）を次式により算出する。

【００５４】 ＡＣＣ（ｎ）＝1/TN(n) ・｛KL(m)/TN(n)-KL(m-1)/TN(n
-1) ｝ ここで、KL(m) はセグメント補正値であり、今回の識別
気筒に関連して、ベーン製造上および取り付け上のベー
ン角度間隔のばらつきによる周期測定誤差を除去するた
めの補正を行なうべく、ＥＣＵ２５により次式でセグメ
ント補正値ＫＬ（ｍ）が算出される。

【００５５】 KL(m)= ｛KL(m-3)*(1-XMFDKFG)+KR(n)*(XMFDKFD) ｝ ただし、XMFDKFG はセグメント補正値ゲインを示してい
る。また、 KL(m)におけるm は対応する気筒グループご
とに設定されるもので、気筒グループ＃１，＃４に対し
ｍ＝１，気筒グループ＃２，＃５に対しｍ＝２，気筒グ
ループ＃３，＃６に対しｍ＝３がそれぞれ対応し、図６
に示すように KL(1)〜 KL(3)が繰り返される。

【００５６】そして、KL(m-1) におけるｍ−１は、対応
するｍの直前のものを意味しているため、 KL(m)＝ KL
(1)のときKL(m-1) ＝KL(3), KL(m)＝ KL(2)のときKL(m-
1) ＝KL(1), KL(m)＝ KL(3)のときKL(m-1) ＝KL(2) を
示している。さらに、上式におけるKL(m-3) は、同一気
筒グループにおける前の回の KL(m)を示しており、＃４
気筒の演算時におけるKL(m-3) は前の＃１気筒における
KL(1)が用いられ、＃1 気筒の演算時におけるKL(m-3)
は前の＃４気筒における KL(1)が用いられる。＃５気筒
の演算時におけるKL(m-3) は前の＃２気筒における KL
(2)が用いられ、＃２気筒の演算時におけるKL(m-3) は
前の＃５気筒における KL(2)が用いられる。＃６気筒の
演算時におけるKL(m-3) は前の＃３気筒におけるKL(3)
が用いられ、＃３気筒の演算時におけるKL(m-3) は前の
＃６気筒におけるKL(3)が用いられる。

【００５７】一方、上式におけるKR(n) は次式で求めら
れる。 KR(n) ＝3 ・TN(n) ／｛TN(n) ＋TN(n-1) ＋TN(n-2) ｝ これは、２回前の計測時間TN(n-2) から今回の計測時間
TN(n) までの平均計測時間に対応した計測値であり、セ
グメント補正値ＫＬ（ｍ）の算出に際し、KR(n) に対し
て、セグメント補正値ゲインXMFDKFG による一次フィル
タ処理が前述の式を用いて行なわれる。

【００５８】ところで、本実施例のエンジンの燃焼状態
制御装置は、角加速度検出手段１０７の検出信号を用い
て角加速度の変動値を検出する変動検出手段１０１をそ
なえている。そして、変動検出手段１０１の演算は、検
出された角速度を平滑化手段１０８により平滑化した平
滑値と、角加速度検出手段１０７から出力された角加速
度との差を求めることにより行なわれるように構成され
ている。

【００５９】すなわち、変動検出手段１０１において
は、加速度変動値ΔＡＣＣ（ｎ）が次式により算出され
る。 ΔＡＣＣ（ｎ）＝ＡＣＣ（ｎ）−ＡＣＣＡＶ（ｎ） ここで、ＡＣＣＡＶ（ｎ）は、検出された角速度を平滑
化手段１０８により平滑化した平滑値であり、次式によ
る一次フィルタ処理を行なうことにより算出される。

【００６０】 ＡＣＣＡＶ（ｎ）＝α・ＡＣＣＡＶ（ｎ−１）＋（１−
α）・ＡＣＣ（ｎ） ここで、αは一次フィルタ処理における更新ゲインであ
り、０．９５程度の値が採られる。また、変動検出手段
１０１から出力される変動値ΔＡＣＣ（ｎ）をエンジン
の運転状態に応じて正規化し、正規化変動値ＩＡＣ
（ｎ）を求める正規化変動値検出手段１０２が設けられ
ている。

【００６１】すなわち、正規化変動値検出手段１０２に
おける正規化変動値ＩＡＣ（ｎ）の算出は次式により行
なわれる。 ＩＡＣ（ｎ）＝ΔＡＣＣ（ｎ）・Ｋｔｅ（Ｅｖ，Ｎｅ） ここで、Ｋｔｅ（Ｅｖ，Ｎｅ）は出力補正係数であり、
図１０に示す特性により設定されるようになっている。

【００６２】図１０の特性は、横軸に体積効率Ｅｖをと
り、この体積効率Ｅｖに対する出力補正係数Ｋｔｅ（Ｅ
ｖ，Ｎｅ）を縦軸にとって示されており、エンジン回転
数Ｎｅが大きくなるほど右上側の線の特性を採用するよ
うに構成されている。したがって、図１０の特性がマッ
プとして記憶されており、クランク角センサ２４等の検
出信号から算出されるエンジン回転数Ｎｅと体積効率Ｅ
ｖとから、出力補正係数Ｋｔｅ（Ｅｖ，Ｎｅ）がＥＣＵ
２５において設定され、エンジン出力に対応した補正に
よる正規化が行なわれるように構成されている。

【００６３】そして、正規化変動値ＩＡＣ（ｎ）と所定
の閾値ＩＡＣＴＨとを比較して燃焼悪化判定値ＶＡＣ
（ｊ）を求める燃焼悪化判定値算出手段１０４が設けら
れおり、燃焼悪化判定値ＶＡＣ（ｊ）は、正規化変動値
ＩＡＣ（ｎ）が閾値ＩＡＣＴＨを下回る悪化量を累積し
て求めるように構成されている。すなわち、燃焼悪化判
定値ＶＡＣ（ｊ）は、次式により算出される。

【００６４】ＶＡＣ（ｊ）＝Σ｛ IAC(J) < IACTH ｝
* ｛ IACTH - IAC(J) ｝ ここで、上式の｛ IAC(J) < IACTH ｝は、 IAC(J) <
IACTH が成立しているとき「１」をとり、成立していな
いとき「０」をとる関数であり、正規化変動値ＩＡＣ
（ｎ）が所定の閾値ＩＡＣＴＨを下回っているとき、こ
の下回った量を悪化量として累積するように構成されて
いる。

【００６５】したがって、燃焼悪化判定値ＶＡＣ（ｊ）
は、閾値 IACTHと正規化変動値ＩＡＣ（ｊ）との差を重
みとした悪化量を累積して求められ、閾値付近の数値の
影響を小さくして、悪化の状態を正確に反映しうるよう
に構成されている。そして、燃焼悪化判定値算出手段１
０４における所定の閾値 IACTHは、閾値更新手段１１０
により、エンジンの運転状態に対応して更新されるよう
に構成されている。

【００６６】なお、上述の添字ｊは、気筒番号を示して
いる。また、燃焼悪化判定値ＶＡＣ（ｊ）としてはより
簡単なプログラムを用いて正規化変動値ＩＡＣ（ｎ）が
閾値ＩＡＣＴＨを下回る回数を累積して求めてもよい
（即ちＶＡＣ（ｊ）＝Σ｛ IAC(j) < IACTH ｝）。上
述のような燃焼悪化判定値算出手段１０４からの演算結
果は、燃焼状態制御手段１０５で用いられるように構成
されている。

【００６７】すなわち、燃焼状態制御手段１０５は、燃
焼悪化判定値算出手段１０４により算出された燃焼悪化
判定値ＶＡＣ（ｊ）を参照し、基準値設定手段１１２か
らの所定の基準値についてエンジンの燃焼変動調整要素
１０６を制御するように構成されている。燃焼状態制御
手段１０５による燃焼変動調整要素１０６の制御につい
ての基準値として、上限基準値設定手段１１２Ｕで設定
される上限基準値(VACTH1)と上限基準値設定手段１１２
Ｌで設定される下限基準値(VACTH2)とが設けられてい
る。

【００６８】そして、燃焼変動調整要素１０６による制
御は、燃焼悪化判定値ＶＡＣ（ｊ）を上限基準値(VACTH
1)と下限基準値(VACTH2)との間に収めるべく行なわれる
ように構成されている。すなわち、燃焼変動調整要素１
０６による制御は、前述のように、燃料噴射に際しての
基本噴射パルス幅の補正により行なわれるように構成さ
れており、噴射パルス幅Tinj(j) は、次式で算出される
ように構成されている。

【００６９】Tinj(j)＝TB×KAC(j)×K ×KAFL ＋ Td そして、上式における補正係数KAC(j)が次のように調整
されるようになっている。まず、燃焼悪化判定値ＶＡＣ
（ｊ）が上限基準値VACTH1を超えている場合には、所定
以上に燃焼変動値が悪化している場合であるとして、燃
料噴射量を増加させるリッチ化の補正が次式による補正
係数KAC(j)の算出により行なわれるようになっている。

【００７０】 KAC(j) ＝ KAC(j) + KAR・｛ VAC(j) − VACTH1 ｝ これは、図７に示す補正特性のうちリッチ側右上特性の
補正値を算出するもので、 KARは特性の傾きを示す係数
である。そして、右辺のKAC(j)は、番号j 気筒につい
て、前の演算サイクル(n-1) において算出された補正係
数を示しており、上式により更新が行なわれる。

【００７１】なお、図７は横軸に燃焼悪化判定値ＶＡＣ
をとり、縦軸に補正係数ＫＡＣをとって補正特性を示し
ている。一方、燃焼悪化判定値ＶＡＣ（ｊ）が下限基準
値VACTH2を下回っている場合には、さらにリーン化を行
ないうる余裕をそなえた場合であるとして、燃料噴射量
を減少させるリーン化の補正が次式による補正係数KAC
(j)の算出により行なわれるようになっている。

【００７２】 KAC(j) ＝ KAC(j) - KAL・｛ VAC(j) − VACTH2 ｝ これは、図７に示すリーン側左下特性の補正値を算出す
るもので、 KALは特性の傾きを示す係数である。さら
に、燃焼悪化判定値ＶＡＣ（ｊ）が、下限基準値VACTH2
以上で、上限基準値VACTH1以下である場合には、適正な
運転状態であるとして、燃料噴射量を前の状態に保つた
め、補正係数KAC(j)の変更を行なわないようになってい
る。

【００７３】これは、図７に示すリーン側左下特性とリ
ッチ側右上特性との間の平坦な特性に対応するもので、
補正に関しての不感帯を構成している。ここで、下限基
準値VACTH2と上限基準値VACTH1とは、燃焼変動目標値VA
C0を中心とし、下限基準値VACTH2を(VAC0-ΔVAC)の値
に、上限基準値VACTH1を(VAC0+ΔVAC)の値に設定されて
いる。

【００７４】燃焼変動目標値VAC0は、ＣＯＶ(Coefficie
nt of variance) の目標値(10 ％程度) に対応した値で
あり、燃焼変動目標値VAC0の両側におけるΔVAC の範囲
における燃料補正をしないようにすることにより、回転
変動を有限期間(128サイクル) で評価したり、閾値以下
のもので演算していることに起因した誤差によるリミッ
トサイクルを防止するようになっている。

【００７５】そして、上述の補正係数KAC(j)は、上下限
値でクリップされるように構成されており、例えば、
０．９＜ＫＡＣ（ｊ）＜１．１の範囲内に収まるように
設定され、急速な補正を行なわず、徐々に補正を行なう
ことにより、ショック等の発生を防止し、安定した制御
が行なわれるように構成されている。さらに、燃焼悪化
判定値ＶＡＣ（ｊ）は、設定された燃焼回数、例えば１
２８（あるいは２５６）サイクルごとに更新されるよう
になっており、比較的長い期間を対象とした燃焼状態の
把握による制御を行なうことにより、統計的な特性を反
映する安定した確実な制御が行なわれるように構成され
ている。

【００７６】そして、失火判定基準値が基準値設定手段
１１２で設定された基準値より燃焼悪化側において設定
されており、正規化変動値ＩＡＣ（ｎ）が失火判定基準
値を燃焼悪化側に超えることに基づき失火が判定され、
現気筒の失火情報アドレス（ｊ）に失火情報が格納され
て、失火に対する制御が行なわれるように構成されてい
る。

【００７７】本発明の一実施例としてのエンジンの燃焼
状態判定方法および燃焼状態制御装置は上述のように構
成されているので、リーンバーン運転時において、図
４，５のフローチャートに示す作動が順次行なわれる。
まず、ステップＳ1 において、角加速度検出手段１０７
により角加速度ＡＣＣ（ｎ）が検出される。

【００７８】ここで、検出に用いられる演算は次式によ
る。 ＡＣＣ（ｎ）＝1/TN(n) ・｛KL(m)/TN(n)-KL(m-1)/TN(n
-1) ｝ なお、KL(m) はセグメント補正値であり、今回の識別気
筒に関連して、ベーン製造上および取り付け上のベーン
角度間隔のばらつきによる周期測定誤差を除去するため
の補正を行なうべく、次式でセグメント補正値ＫＬ
（ｍ）が算出される。

【００７９】 KL(m)= ｛KL(m-3)*(1-XMFDKFG)+KR(n)*(XMFDKFD) ｝ ただし、XMFDKFG はセグメント補正値ゲインを示してい
る。一方、上式におけるKR(n) は次式で求められる。 KR(n) ＝3 ・TN(n) ／｛TN(n) ＋TN(n-1) ＋TN(n-2) ｝ これは、２回前の計測時間TN(n-2) から今回の計測時間
TN(n) までの平均計測時間に対応した計測値であり、セ
グメント補正値ＫＬ（ｍ）の算出に際し、セグメント補
正値ゲインXMFDKFG による一次フィルタ処理が前述の式
を用いて行なわれる。

【００８０】そして、ステップＳ２において平均加速度
ＡＣＣＡＶ（ｎ）が算出される。ここで、ＡＣＣＡＶ
（ｎ）は、検出された角速度ＡＣＣ（ｎ）を平滑化手段
１０８により平滑化した平滑値であり、次式による一次
フィルタ処理を行なうことにより算出される。 ＡＣＣＡＶ（ｎ）＝α・ＡＣＣＡＶ（ｎ−１）＋（１−
α）・ＡＣＣ（ｎ） ここで、αは一次フィルタ処理における更新ゲインであ
り、０．９５程度の値が採られる。

【００８１】次いで、ステップＳ３において、変動検出
手段１０１により、加速度変動値ΔＡＣＣ（ｎ）が検出
される。すなわち、角加速度検出手段１０７により検出
された角速度ＡＣＣ（ｎ）と、平滑化手段１０８により
平滑化した平滑値としての平均加速度ＡＣＣＡＶ（ｎ）
との差を求めることにより、加速度変動値ΔＡＣＣ
（ｎ）が次式で算出される。

【００８２】 ΔＡＣＣ（ｎ）＝ＡＣＣ（ｎ）−ＡＣＣＡＶ（ｎ） また、ステップＳ４において、正規化変動値検出手段１
０２により、変動検出手段１０１から出力される変動値
ΔＡＣＣ（ｎ）をエンジンの運転状態に応じて正規化し
た正規化変動値ＩＡＣ（ｎ）が次式により算出される。 ＩＡＣ（ｎ）＝ΔＡＣＣ（ｎ）・Ｋｔｅ（Ｅｖ，Ｎｅ） ここで、Ｋｔｅ（Ｅｖ，Ｎｅ）は出力補正係数であり、
図１０に示す特性により設定される。

【００８３】図１０の特性は、横軸に体積効率Ｅｖをと
り、この体積効率Ｅｖに対する出力補正係数Ｋｔｅ（Ｅ
ｖ，Ｎｅ）を縦軸にとって示されており、エンジン回転
数Ｎｅが大きくなるほど右上側の線の特性が採用され
る。すなわち、マップとして記憶された図１０の特性に
おいて、クランク角センサ２２０等の検出信号から算出
されるエンジン回転数Ｎｅと体積効率Ｅｖとから、出力
補正係数Ｋｔｅ（Ｅｖ，Ｎｅ）がＥＣＵ２５において設
定され、エンジン出力に対応した補正による正規化が行
なわれる。

【００８４】ここで、上述のような、エンジン出力に対
応する正規化をした場合における制御特性について説明
する。すなわち、角加速度ω’は次式のように示され
る。 ω’＝１／Ｉｅ・（Ｔｅ−Ｔｌ） ・・・・ ここで、Ｔｅ：エンジントルク Ｔｌ：負荷トルク Ｉｅ：慣性モーメント 一方、ω’＝ω₀ ’＋Δω’ ・・・・・・・・・・ ここで、ω₀ ’：平均角加速度 ，式より、 ω₀ ’＋Δω’＝ １／Ｉｅ・（Ｔｅ−Ｔｌ） ＝ １／Ｉｅ・（Ｔｅ₀ −Ｔｌ）＋ΔＴｅ／Ｉｅ よって、 Δω’＝ ΔＴｅ／Ｉｅ ・・・・・・・ ところで、前述したステップＳ１における角加速度ＡＣ
Ｃ（ｎ）の検出手法では、エンジントルク情報が、負荷
外乱のない場合に比較的良く保存される。そして、式
に示すように、平均角加速度ω₀ ’からの変動Δω’
〔加速度変動値ΔＡＣＣ（ｎ）〕を用いるとともに、慣
性モーメントＩｅを考慮した正規化出力〔正規化変動値
ＩＡＣ（ｎ）〕として制御を行なうことにより、燃焼変
動の統計的性質を考慮し、燃焼変動を確実に反映させた
制御が行なわれる。

【００８５】ステップＳ４の動作が行なわれると、次い
でステップＳ５において、失火の判定が行なわれる。す
なわち、失火判定基準値設定手段１１１で設定された失
火判定基準値が、燃焼悪化判定値算出手段１０４に用い
られる基準値設定手段１１２で設定された基準値より燃
焼悪化側において設定されており、正規化変動値ＩＡＣ
（ｎ）が失火判定基準値を燃焼悪化側に超えているかど
うかを判断され、超えている場合には、失火が発生した
と判定される。

【００８６】そして、この判定が行なわれた場合には、
ステップＳ６が実行され、現気筒の失火情報アドレス
（ｊ）に失火情報が格納されて、失火に対する制御が行
なわれる。一方、失火の判定が行なわれなかった場合、
もしくは失火の判定が行なわれてステップＳ６が実行さ
れた後には、ステップＳ７〜ステップＳ１０における燃
焼悪化判定値算出手段１０４の動作が実行され、正規化
変動値ＩＡＣ（ｎ）と所定の閾値ＩＡＣＴＨとを比較し
て、次式により燃焼悪化判定値ＶＡＣ（ｊ）が算出され
る。

【００８７】ＶＡＣ（ｊ）＝Σ｛ IAC(J) < IACTH ｝
* ｛ IACTH - IAC(J) ｝ まず、ステップＳ７において、正規化変動値ＩＡＣ
（ｎ）と所定の閾値ＩＡＣＴＨとの差ΔＩＡＣ（ｎ）が
算出され、次いで、ステップＳ８において、差ΔＩＡＣ
（ｎ）が負であるかどうかが判断される。この判断は、
上式における関数｛ IAC(J) < IACTH ｝に対応するも
ので、 IAC(J) < IACTH が成立しているとき「１」をと
り、成立していないとき「０」をとる動作を行なう。

【００８８】すなわち、 IAC(J) < IACTH が成立してい
るときΔＩＡＣ（ｎ）が正であるため、「ＮＯ」ルート
を通じて、ステップＳ１０における燃焼悪化判定値ＶＡ
Ｃ（ｊ）の累積が行なわれ、上記の関数が「１」をとっ
た状態になる。一方、 IAC(J) < IACTH が成立していな
いときΔＩＡＣ（ｎ）が負であるため、「ＹＥＳ」ルー
トを通じてステップＳ９によりΔＩＡＣ（ｎ）＝０が実
行される。これにより、ステップＳ１０では、燃焼悪化
判定値ＶＡＣ（ｊ）の累積は行なわれない状態となり、
上記の関数が「０」をとった状態になる。

【００８９】これにより、図８で点Ａ〜Ｄに示すよう
な、正規化変動値ＩＡＣ（ｎ）が所定の閾値ＩＡＣＴＨ
を下回っているとき、この下回った量を悪化量として累
積されることになる。したがって、燃焼悪化判定値ＶＡ
Ｃ（ｊ）は、閾値 IACTHと正規化変動値ＩＡＣ（ｊ）と
の差を重みとした悪化量を累積して求められ、閾値付近
の数値の影響を小さくして、悪化の状態が燃焼悪化判定
値ＶＡＣ（ｊ）に正確に反映される。

【００９０】そして、燃焼悪化判定値算出手段１０４に
おける所定の閾値 IACTHは、閾値更新手段１１０によ
り、エンジンの運転状態に対応して更新されるように構
成されており、よりリーン限界に近い運転状態を実現し
うるようになっている。なお、上述の添字ｊは、気筒番
号を示しており、気筒ｊごとに燃焼悪化判定値ＶＡＣ
（ｊ）が累積される。

【００９１】次いで、ステップＳ１１が実行され、サン
プリングの回数を示すｎが１２８を超えたかどうかが判
断される。すなわち、図７に示す積算区間を経過したか
どうかが判断され、経過していない場合は「ＮＯ」ルー
トをとって、ステップＳ１３を実行し、回数ｎを「１」
増加させて燃料補正を行なわないままステップＳ２０が
実行される。これにより、１２８サイクルの積算区間内
について、噴射パルス幅Ｔｉｎｊにおける補正係数ＫＡ
Ｃ（ｊ）に関する補正は行なわれず、もっぱら燃焼悪化
判定値ＶＡＣ（ｊ）の累積が行なわれる。

【００９２】したがって、悪化判定値ＶＡＣ（ｊ）は、
設定された燃焼回数、例えば１２８サイクルごとに更新
されるようになっており、比較的長い期間を対象とした
燃焼状態の把握による制御を行なうことにより、統計的
な特性を反映する安定した確実な制御が行なわれる。そ
して、積算区間が経過すると、ステップＳ１１の「ＹＥ
Ｓ」ルートを通じ、ステップＳ１２〜ステップＳ１８が
実行される。

【００９３】まず、ステップＳ１２において、回数ｎが
「１」にリセットされ、次いで、ステップＳ１４とステ
ップＳ１５とにおいて、燃焼悪化判定値ＶＡＣ（ｊ）を
参照して、基準値設定手段１１２で設定された所定の基
準値との比較が行なわれる。まず、燃焼悪化判定値ＶＡ
Ｃ（ｊ）と上限基準値(VACTH1)との比較が行なわれ、燃
焼悪化判定値ＶＡＣ（ｊ）が上限基準値VACTH1を超えて
いる場合、すなわち、図９に示すように、燃焼変動の悪
化量が限界である上限基準値VACTH1を超えている場合
は、ステップＳ１５において、次式による補正係数KAC
(j)の算出が行なわれる。

【００９４】 KAC(j) ＝ KAC(j) + KAR・｛ VAC(j) − VACTH1 ｝ これは、図７に示すリッチ側右上特性の補正値を算出す
るもので、所定以上に燃焼変動値が悪化している場合で
あるとして、燃料噴射量を増加させるリッチ化の補正が
補正係数KAC(j)の算出により行なわれるようになってい
る。ここで、 KARは特性の傾きを示す係数であり、右辺
のKAC(j)は、番号j 気筒について、前の演算サイクル(n
-1) において算出された補正係数を示しており、上式に
より更新が行なわれる。

【００９５】また、燃焼悪化判定値ＶＡＣ（ｊ）が下限
基準値VACTH2を下回っている場合には、ステップＳ１６
において「ＹＥＳ」ルートをとり、さらにリーン化を行
ないうる余裕をそなえた場合であるとして、燃料噴射量
を減少させるリーン化の補正が次式による補正係数KAC
(j)の算出により行なわれる。 KAC(j) ＝ KAC(j) - KAL・｛ VAC(j) − VACTH2 ｝ これは、図７に示すリーン側左下特性の補正値を算出す
るもので、 KALは特性の傾きを示す係数である。

【００９６】さらに、燃焼悪化判定値ＶＡＣ（ｊ）が、
下限基準値VACTH2以上で、上限基準値VACTH1以下である
場合には、ステップＳ１４およびステップＳ１５におい
ていずれも「ＮＯ」ルートをとり、適正な運転状態であ
るとして、燃料噴射量を前の状態に保つため、補正係数
KAC(j)の変更を行なわない。これは、図７に示すリーン
側左下特性とリッチ側右上特性との間の平坦な特性に対
応するもので、補正に関しての不感帯を構成している。

【００９７】ここで、下限基準値VACTH2と上限基準値VA
CTH1とは、燃焼変動目標値VAC0を中心とし、下限基準値
VACTH2を(VAC0-ΔVAC)の値に、上限基準値VACTH1を(VAC
0+ΔVAC)の値に設定されている。燃焼変動目標値VAC0
は、ＣＯＶ(Coefficient of variance) の目標値(10 ％
程度) に対応した値であり、燃焼変動目標値VAC0の両側
におけるΔVAC の範囲における燃料補正をしないように
することにより、回転変動を有限期間(128サイクル) で
評価したり、閾値以下のもので演算していることに起因
した誤差によるリミットサイクルが防止される。

【００９８】そして、ステップＳ１８が実行され、燃焼
悪化判定値ＶＡＣ（ｊ）が「０」にリセットされる。さ
らに、ステップＳ１９において、補正係数KAC(j)が上下
限値を超えた場合には、超えた側の限界値にクリップさ
れる。例えば、０．９＜ＫＡＣ（ｊ）＜１．１の範囲内
に収まるように設定された場合、ステップＳ１５におけ
る算出値が１．１を超えると１．１に設定され、ステッ
プＳ１６における算出値が０．９を下回ると０．９に設
定される。

【００９９】これにより、急速な補正を行なわず、徐々
に補正を行なうことにより、ショック等の発生を防止
し、安定した制御が行なわれる。そして、ステップＳ２
０において、上述のようにして決定された補正係数KAC
(j)による燃料噴射に際しての基本噴射パルス幅の補正
が行なわれる。すなわち、噴射パルス幅Tinj(j) は、次
式で算出される。

【０１００】Tinj(j)＝TB×KAC(j)×K ×KAFL ＋ Td この基本噴射パルス幅の補正により、燃焼状態制御手段
１０５による燃焼変動調整要素１０６の制御が行なわ
れ、エンジンは、所望のリーン限界運転状態にたもたれ
る。なお、燃焼調整要素としてはＥＲＧ量の制御も考え
られる。このように動作が行なわれるが、本実施例によ
れば、次のような効果ないし利点がある。 （１）エンジントルクの確率的特性を考慮した、燃焼変
動の推定およびこの推定を用いた空燃比制御を行なえる
ようになる。 （２）燃焼変動の統計的性質を考慮したエンジンの燃焼
状態制御を、実時間で、また車載コンピュータで行なえ
るようになる。 （３）インジェクタや吸気管形状、バルブタイミングの
ずれによる空燃比のばらつきに起因した燃焼変動限界の
気筒管差を確実に補正できるようになり、各気筒のそれ
ぞれをすべて燃焼限界に設定できるようになる。 （４）前項により、ＮＯｘの排出を最小にすることがで
きるようになる。 （５）各気筒ごとの回転変動の検出および制御を、１個
のクランク角センサで行なえるようになり、低コストで
より確実なリーンバーン制御を行なえるようになる。

【０１０１】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明のエンジンの燃焼状態判定方法によれば、エンジン
に駆動される回転軸の角加速度の変動値を検出する第１
のステップと、該変動値を上記エンジンの運転状態に応
じて正規化して正規化変動値を求める第２のステップ
と、上記正規化変動値と所定の閾値とを比較して燃焼悪
化状態を判定する第３のステップとをそなえて構成され
るという簡素な構成で、エンジンの運転状態に対応した
燃焼状態の制御を行ないうるようになり、リーン限界運
転をより広い運転域において行ないうるようになる利点
がある。

【０１０２】また、請求項２記載のエンジンの燃焼状態
判定方法によれば、上記所定の閾値が上記エンジンの運
転状態に対応して更新されるという簡素な構成で、エン
ジンの運転状態に対応した燃焼状態の制御を行ないうる
ようになり、リーン限界運転をより広い運転域において
行ないうるようになる利点がある。さらに、請求項３記
載のエンジンの燃焼状態判定方法によれば、上記燃焼悪
化状態の判定を上記正規化変動値が所定の閾値より下回
る状態を検出して行なうように構成されるという簡素な
構成で、エンジンの運転状態に対応した燃焼状態の制御
を行ないうるようになり、リーン限界運転をより広い運
転域において行ないうるようになる利点がある。

【０１０３】そして、請求項４記載のエンジンの燃焼状
態判定方法によれば、第１のステップが、回転軸の角加
速度を求めるステップと、該角加速度の平滑値を求める
ステップと、上記角加速度と上記平滑値との差から変動
値を求めるステップとをそなえて構成されるという簡素
な構成で、エンジンの運転状態の統計的特性に対応した
燃焼状態の制御を行ないうるようになり、リーン限界運
転をより広い運転域において確実に行ないうるようにな
る利点がある。

【０１０４】また、請求項５記載のエンジンの燃焼状態
制御方法によれば、エンジンに駆動される回転軸の角加
速度の変動値を検出する第１のステップと、該変動値を
上記エンジンの運転状態に応じて正規化した正規化変動
値を求める第２のステップと、上記正規化変動値と所定
の閾値とを比較して燃焼悪化判定値を設定する第３のス
テップと、上記燃焼悪化判定値を所定の基準値と比較し
該燃焼悪化判定値が上記基準値に近づくように上記内燃
機関の燃焼変動調整要素を制御する第４のステップとを
そなえて構成されるという簡素な構成で、エンジンの運
転状態の統計的特性に対応した燃焼状態の制御を行ない
うるようになり、リーン限界運転をより広い運転域にお
いて確実に行ないうるようになる利点がある。

【０１０５】さらに、請求項６記載のエンジンの燃焼状
態制御方法によれば、上記基準値として上限基準値と下
限基準値とをそなえるとともに、上記第４のステップ
が、上記燃焼悪化判定値を上記上限基準値と上記下限基
準値との間に収めるべく、上記の内燃機関の燃焼変動調
整要素を制御するように構成されるという簡素な構成
で、エンジンの運転状態の統計的特性に対応した燃焼状
態の制御を行ないうるようになり、リーン限界運転をよ
り広い運転域において確実に行ないうるようになる利点
がある。また、演算誤差等により発生しうるリミットサ
イクルを確実に回避できるようになる利点もある。

【０１０６】そして、請求項７記載のエンジンの燃焼状
態制御方法によれば、上記請求項５における所定の閾値
が上記エンジンの運転状態に対応して更新されるように
構成されるという簡素な構成で、エンジンの運転状態の
統計的特性に対応した燃焼状態の制御を行ないうるよう
になり、リーン限界運転をより広い運転域において確実
に行ないうるようになる利点がある。

【０１０７】また、請求項８記載のエンジンの燃焼状態
制御方法によれば、上記請求項５における燃焼悪化判定
値を上記正規化変動値が上記所定の閾値から下回る燃焼
の悪化量の累積により求めるように構成されるという簡
素な構成で、エンジンの運転状態の統計的特性に対応し
た燃焼状態の制御を行ないうるようになり、リーン限界
運転をより広い運転域において確実に行ないうるように
なるとともに、燃焼悪化状態を量的に確実に把握できる
ようになり、さらに確実な燃焼状態制御を行なえるよう
になる利点もある。

【０１０８】さらに、請求項９記載のエンジンの燃焼状
態制御方法によれば、上記請求項５における燃焼悪化判
定値が設定された燃焼回数ごとに更新されるように構成
されるという簡素な構成で、エンジンの運転状態の統計
的特性に対応した燃焼状態の制御を行ないうるようにな
り、リーン限界運転をより広い運転域において確実に行
ないうるようになるとともに、燃焼悪化状態を量的に確
実に把握できるようになり、さらに確実な燃焼状態制御
を行なえるようになる利点もある。

【０１０９】そして、請求項１０記載のエンジンの燃焼
状態制御方法によれば、上記請求項５における上記基準
値より燃焼悪化側において失火判定基準値が設定される
とともに、上記燃焼悪化判定値が失火判定基準値を燃焼
悪化側に超えることに基づき失火を判定する第５のステ
ップをそなえて構成されるという簡素な構成で、エンジ
ンの運転状態の統計的特性に対応した燃焼状態の制御を
行ないうるようになり、リーン限界運転をより広い運転
域において確実に行ないうるようになるとともに、失火
を防止できるようになり、さらに確実な燃焼状態制御を
行なえるようになる利点もある。

【０１１０】また、請求項１１記載のエンジンの燃焼状
態制御装置によれば、理論空燃比より希薄側の空燃比で
運転しうるエンジンにおいて、該エンジンに駆動される
回転軸の角加速度の変動値を検出する変動検出手段と、
該変動検出手段で検出された変動値を上記エンジンの運
転状態に応じて正規化して正規化変動値を求める正規化
変動値検出手段と、上記正規化変動値と所定の閾値とを
比較して燃焼悪化判定値を求める燃焼悪化判定値算出手
段と、上記燃焼悪化判定値を参照し所定の基準値と比較
し、該燃焼悪化判定値が上記基準値に近づくように、上
記内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する燃焼状態制御
手段とをそなえて構成されるという簡素な構成で、エン
ジンの運転状態の統計的特性に対応した燃焼状態の制御
を行ないうるようになり、リーン限界運転をより広い運
転域において確実に行ないうるようになる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての内燃機関の燃焼状態
判定方法並びに内燃機関の燃焼状態制御方法および燃焼
状態制御装置の制御ブロック図である。

【図２】本発明の一実施例としての燃焼状態制御装置を
有するエンジンシステムの全体構成図である。

【図３】本発明の一実施例としての燃焼状態制御装置を
有するエンジンシステムの制御系を示すハードブロック
図である。

【図４】本発明の一実施例としてのエンジンの燃焼状態
制御装置の動作を説明するためのフローチャートであ
る。

【図５】本発明の一実施例としてのエンジンの燃焼状態
制御装置の動作を説明するためのフローチャートであ
る。

【図６】本発明の一実施例としてのエンジンの燃焼状態
制御装置の動作を説明するための波形図である。

【図７】本発明の一実施例としてのエンジンの燃焼状態
制御装置の動作を説明するための補正特性マップであ
る。

【図８】本発明の一実施例としてのエンジンの燃焼状態
制御装置の動作を説明するための摸式的グラフである。

【図９】本発明の一実施例としてのエンジンの燃焼状態
制御装置の動作を説明するための摸式的グラフである。

【図１０】本発明の一実施例としてのエンジンの燃焼状
態制御装置の動作を説明するための正規化特性マップで
ある。

【図１１】本発明の一実施例としてのエンジンの燃焼状
態制御装置における回転変動検出部を示す摸式的斜視図
である。

【図１２】リーンバーンエンジンにおける燃焼変動特性
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ エンジン（内燃機関） ２ 燃焼室 ３ 吸気通路 ３ａ サージタンク ４ 排気通路 ５ 吸気弁 ６ 排気弁 ７ エアクリーナ ８ スロットル弁 ９ 電磁式燃料噴射弁（インジェクタ） ９ａ インジェクタソレノイド １０ 三元触媒 １１Ａ 第１バイパス通路 １１Ｂ 第２バイパス通路 １２ ステッパモータ弁（ＳＴＭ弁） １２ａ 弁体 １２ｂ ステッパモータ（ＩＳＣ用アクチュエータ） １２ｃ バネ １３ ファーストアイドルエアバルブ １４ エアバイパス弁 １４ａ 弁体 １４ｂ ダイアフラム式アクチュエータ １５ 燃料圧調節器 １６ 点火プラグ １７ エアフローセンサ（吸気量センサ） １８ 吸入空気湿度パラメータ検出手段としての吸気温
センサ １９ 大気圧センサ ２０ スロットルポジションセンサ ２１ アイドルスイッチ ２２ リニアＯ₂ センサ ２３ 水温センサ ２４ クランク角センサ（エンジン回転数センサ） ２５ 空燃比制御手段としてのＥＣＵ ２６ ＣＰＵ（演算装置） ２８ 入力インタフェース ２９ アナログ／ディジタルコンバータ ３０ 車速センサ ３５ 入力インタフェース ３６ ＲＯＭ（記憶手段） ３７ ＲＡＭ ３９ 噴射ドライバ ４０ 点火ドライバ ４１ パワートランジスタ ４２ 点火コイル ４３ ディストリビュータ ４４ ＩＳＣドライバ ４５ バイパスエア用ドライバ ４６ ＥＧＲドライバ ８０ 排気再循環通路（ＥＧＲ通路） ８１ ＥＧＲ弁 ８１ａ 弁体 ８１ｂ ダイアフラム式アクチュエータ ８２ パイロット通路 ８３ ＥＲＧ弁制御用電磁弁 ８３ａ ソレノイド １０１ 変動検出手段 １０２ 正規化変動値検出手段 １０３ 累積手段 １０４ 燃焼悪化判定値算出手段 １０５ 燃焼状態制御手段 １０６ 燃焼変動調整要素 １０７ 角加速度検出手段 １０８ 平滑化手段 １０９ 燃焼回数 １１０ 閾値更新手段 １１１ 失火判定基準値設定手段 １１２ 基準値設定手段 １１２Ｕ 上限基準値設定手段 １１２Ｌ 下限基準値設定手段 １４１ パイロット通路 １４２ エアバイパス弁制御用電磁弁 １４２ａ ソレノイド ２２１ プロセッサ ２２１Ａ 第１のベーン ２２１Ｂ 第２のベーン ２２１Ｃ 第３のベーン ２２２ 検出部

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関に駆動される回転軸の角加速度
   の変動値を検出する第１のステップと、 該変動値を上記内燃機関の運転状態に応じて正規化して
   正規化変動値を求める第２のステップと、 上記正規化変動値と所定の閾値とを比較して燃焼悪化状
   態を判定する第３のステップとをそなえていることを特
   徴とする、内燃機関の燃焼状態判定方法。
2. 【請求項２】 上記所定の閾値が上記内燃機関の運転状
   態に対応して更新されることを特徴とする請求項１記載
   の内燃機関の燃焼状態判定方法。
3. 【請求項３】 上記燃焼悪化状態の判定を上記正規化変
   動値が上記の所定の閾値より下回る状態を検出して行な
   うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃焼状態
   判定方法。
4. 【請求項４】 上記第１のステップが、 回転軸の角加速度を求めるステップと、 該角加速度の平滑値を求めるステップと、 上記角加速度と上記平滑値との差から変動値を求めるス
   テップとをそなえて構成されたことを特徴とする請求項
   １記載の内燃機関の燃焼状態判定方法。
5. 【請求項５】 内燃機関に駆動される回転軸の角加速度
   の変動値を検出する第１のステップと、 該変動値を上記内燃機関の運転状態に応じて正規化して
   正規化変動値を求める第２のステップと、 上記正規化変動値と所定の閾値とを比較して燃焼悪化判
   定値を設定する第３のステップと、 上記燃焼悪化判定値を所定の基準値と比較し該燃焼悪化
   判定値が上記基準値に近づくように上記内燃機関の燃焼
   変動調整要素を制御する第４のステップとをそなえて構
   成されたことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態制御方
   法。
6. 【請求項６】 上記基準値として上限基準値と下限基準
   値とをそなえるとともに、 上記第４のステップが、 上記燃焼悪化判定値を上記上限基準値と上記下限基準値
   との間に収めるべく、上記の内燃機関の燃焼変動調整要
   素を制御するように構成されたことを特徴とする請求項
   ５記載の内燃機関の燃焼状態制御方法。
7. 【請求項７】 上記所定の閾値が上記内燃機関の運転状
   態に対応して更新されるように構成されたことを特徴と
   する請求項５記載の内燃機関の燃焼状態制御方法。
8. 【請求項８】 上記燃焼悪化判定値を上記正規化変動値
   が上記所定の閾値から下回る燃焼の悪化量の累積により
   求めることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の燃焼
   状態制御方法。
9. 【請求項９】 上記燃焼悪化判定値が設定された燃焼回
   数ごとに更新されることを特徴とする請求項８記載の内
   燃機関の燃焼状態制御方法。
10. 【請求項１０】 上記基準値より燃焼悪化側において失
    火判定基準値が設定されるとともに、 上記燃焼悪化判定値が上記失火判定基準値を燃焼悪化側
    に超えることに基づき失火を判定する第５のステップを
    そなえて構成されたことを特徴とする請求項５記載の内
    燃機関の燃焼状態制御方法。
11. 【請求項１１】 理論空燃比より希薄側の空燃比で運転
    しうる内燃機関において、 該内燃機関に駆動される回転軸の角加速度の変動値を検
    出する変動検出手段と、 該変動検出手段で検出された変動値を上記内燃機関の運
    転状態に応じて正規化して正規化変動値を求める正規化
    変動値検出手段と、 上記正規化変動値と所定の閾値とを比較して燃焼悪化判
    定値を求める燃焼悪化判定値算出手段と、 上記燃焼悪化判定値を参照し所定の基準値と比較し、該
    燃焼悪化判定値が上記基準値に近づくように、上記内燃
    機関の燃焼変動調整要素を制御する燃焼状態制御手段と
    をそなえて構成されたことを特徴とする、内燃機関の燃
    焼状態制御装置。