JPH0942040A - 内燃機関の燃焼状態判定装置及び燃焼状態制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非定常運転時においても空燃比あるいはＥＧＲ
量の精度の良いフィードバック制御を可能とし、燃費・
排気性能を向上させる。 【解決手段】互いにカットオフ周波数の異なる３つのハ
イパスフィルタ１〜３を備え、非定常運転時には、図示
平均有効圧力を入力として３つのフィルタ１〜３の出力
を算出し（ステップ1005）、各出力の信号レベルとスラ
イスレベルとを比較してその比較結果１〜３を算出し
（ステップ1006）、そのうち、１つの比較結果が他の比
較結果と異なるときは、その比較結果を燃焼の良否判定
には採用しないようにする（ステップ1007〜1010）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼状
態判定装置及び燃焼状態制御装置に関し、特に非定常運
転状態であっても燃焼状態の精度の良い判定を行う技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】希薄燃焼エンジンや大量の排気還流を行
うエンジンでは、空燃比を希薄にした場合や排気還流量
を増加するに従い、概ね燃費が向上し、またＮＯ_X の生
成量も減少する。しかしながら、ある限界量を越えると
燃焼が不安定となり、ＨＣの増大や発生トルクの変動に
伴う車体振動が生じてくる。したがって、従来より、燃
焼状態の変動を検知し、その変更が所定の範囲内に収ま
るように、空燃比あるいは排気還流量を制御して、所望
の安定度に内燃機関を制御することにより燃費の向上
と、運転性・排気性能の両立を図ろうとする内燃機関の
燃焼安定度制御装置が知られている。

【０００３】特開昭６０−２４９６４４号公報には、そ
の一例が開示されている。これは、燃焼室内圧力から図
示平均有効圧力を演算して、その平均値を算出し、図示
平均有効圧力からその平均値を引き算し、その引き算値
と所定のスライスレベルとを比較した結果に基づいて空
燃比をフィードバック制御することにより、燃費の向上
を図るというものである。そして、燃焼状態の変動から
バイアス分を除去した信号のレベルに基づいて制御補正
量を算出するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の内燃機関の燃焼安定度制御装置にあっては、
燃焼状態の変動からバイアス分を除去する方法として
は、ハイパスフィルタを用いる方法が考えられるが、非
定常運転時に燃焼状態が変動した場合、その変動に、あ
る特定の低周波成分が含まれていると、ハイパスフィル
タの位相特性によっては、フィルタ出力の位相が入力に
対してずれてしまうおそれがある。このため、スライス
レベルとの正確な比較ができず、非定常運転時には正確
なフィードバック制御ができないおそれがある。

【０００５】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、非定常運転時においても制御補正量の精
度の良いフィードバック制御を可能とし、燃費・排気性
能を向上させることが可能な内燃機関の燃焼安定度制御
装置を提案することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明にかかる判定装置では、図１に示すように、内燃機関
の燃焼室内の圧力を検出する室内圧検出手段と、該室内
圧検出手段により検出された燃焼室内圧力に基づいて燃
焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、互いに異なるカ
ットオフ周波数を有し、夫々、前記燃焼状態検出手段の
検出信号を入力としてカットオフ周波数以上の周波数成
分を抽出する複数のハイパスフィルタ手段と、各ハイパ
スフィルタ手段により抽出された周波数成分の信号レベ
ルを所定のスライスレベルと比較する複数の比較手段
と、内燃機関の運転状態を検出し、定常運転状態である
か非定常運転状態であるかを判定する運転状態判定手段
と、定常運転状態と判定されたときに、特定のハイパス
フィルタ手段に対応する１つの比較手段を選択し、非定
常運転状態と判定されたときは、全ての比較手段を選択
する選択手段と、選択された比較手段による比較結果に
基づいて、燃焼状態の良否を判定する燃焼状態判定手段
と、を備えた。

【０００７】かかる構成によれば、燃焼状態検出手段の
検出信号からは、複数のハイパスフィルタ手段により、
各カットオフ周波数以上の周波数成分が抽出され、対応
する比較手段により、この各周波数成分の信号レベルが
所定のスライスレベルと比較される。定常運転状態と判
定されたときは、選択手段により、特定のハイパスフィ
ルタ手段に対応する１つの比較手段が選択され、選択さ
れた比較手段の比較結果に基づいて燃焼状態判定手段に
より燃焼状態の良否が判定される。また、非定常運転状
態と判定されたときは、全ての比較手段が選択され、全
ての比較手段の比較結果に基づいて燃焼状態の良否が判
定される。

【０００８】非定常運転状態のとき、検出された燃焼状
態に、あるハイパスフィルタ手段のカットオフ周波数成
分近傍の周波数成分が含まれることがある。この場合、
位相がずれて所定スライスレベルとの正しい比較ができ
なくなることがあるが、各ハイパスフィルタ手段のカッ
トオフ周波数が互いに異なっているため、他のハイパス
フィルタ手段については、正しい判定ができるようにな
る。したがって、各ハイパスフィルタ手段により所定周
波数成分以上の周波数成分の信号レベルを所定スライス
レベルと比較して、１つだけ結果が異なるときは、他の
比較結果に基づいて燃焼の良否判断を正しく行うことが
可能となる。

【０００９】請求項２の発明にかかる判定装置では、前
記燃焼状態検出手段が、内燃機関の回転区間を計測する
回転区間計測手段と、前記室内圧検出手段により検出さ
れた燃焼室内圧力から、内燃機関の所定回転区間におけ
る有効燃焼圧力を算出する有効燃焼圧力算出手段と、を
備えて構成されている。かかる構成によれば、有効燃焼
圧力算出手段により内燃機関の所定回転区間における有
効燃焼圧力が算出され、この有効燃焼圧力が燃焼状態と
して検出される。

【００１０】請求項３の発明にかかる判定装置は、前記
回転位置計測手段は、クランクシャフト又はカムシャフ
トの回転位置を計測することにより内燃機関の所定回転
区間を計測するものである。かかる構成によれば、クラ
ンクシャフト又はカムシャフトの回転位置を計測するこ
とにより、内燃機関の所定回転区間を計測することが可
能となる。

【００１１】請求項４の発明にかかる判定装置では、機
関負荷を検出する機関負荷検出手段と、機関の回転速度
を検出する回転速度検出手段と、を備える一方、前記運
転状態判定手段は、機関負荷検出手段により検出された
機関負荷の変動が所定値未満であり、回転速度検出手段
により検出された回転速度の変動が所定値未満であった
ときは定常運転状態であると判定し、機関負荷の変動が
所定値以上、又は、回転速度の変動が所定値以上となっ
たときは、非定常運転状態と判定するように構成されて
いる。

【００１２】かかる構成によれば、機関負荷と回転速度
とを検出し、この機関負荷と回転速度とに基づいて定常
運転状態であるか非定常運転状態であるかを判定するこ
とが可能となる。請求項５の発明にかかる判定装置で
は、前記複数のハイパスフィルタ手段は、デジタルフィ
ルタによって構成されている。

【００１３】かかる構成によれば、所定周波数成分の抽
出を演算によって行うことが可能となる。請求項６の発
明にかかる判定装置では、前記複数のハイパスフィルタ
手段は、初期状態を設定してからカットオフ周波数以上
の周波数成分の抽出を開始するように構成されている。

【００１４】かかる構成によれば、初期状態が設定され
てから演算が開始されるので、ことにより非定常運転状
態と判定された直後でも安定してハイパスフィルタ手段
の演算を行うことが可能となり、低周波成分であるバイ
アス分の正確な除去を行うことが可能となる。請求項７
の発明にかかる判定装置では、前記複数のハイパスフィ
ルタ手段は、前記燃焼状態検出手段により検出された燃
焼状態の平均値を算出し、入力信号系列の初期値を、算
出された燃焼状態の平均値に設定し、前記ハイパスフィ
ルタ手段の出力値の出力信号系列の初期値を零に設定し
て初期状態を設定するように構成されている。

【００１５】かかる構成によれば、複数のハイパスフィ
ルタ手段を初期状態に設定することが可能となる。請求
項８の発明にかかる制御装置では、図２に示すように、
請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の燃焼状態判
定装置を備える一方、前記燃焼状態判定手段による燃焼
状態の判定結果に基づいて燃焼状態の制御補正量を演算
する制御補正量演算手段と、前記制御補正量演算手段に
より演算された制御補正量に基づいて燃焼状態を制御す
る燃焼状態制御手段と、を備えている。

【００１６】かかる構成によれば、上記燃焼状態の判定
結果に基づいて燃焼状態が制御されるので、定常運転時
だけでなく、非定常運転時においても精度の良いフィー
ドバック制御が可能となり、非定常運転時の燃費・排気
性能を向上することが可能となる。請求項９の発明にか
かる制御装置では、前記制御補正量演算手段は、燃焼状
態が良いと判定されたとき、制御補正量として燃料噴射
補正量をより減少する方向に補正し、燃焼状態が悪いと
判定されたとき、燃料噴射補正量をより増加する方向に
補正する構成である。

【００１７】かかる構成によれば、燃料噴射量を上記の
ように補正することにより、燃焼状態を安定化させるこ
とが可能となる。請求項10の発明にかかる制御装置で
は、前記制御補正量演算手段は、燃焼状態が良いと判定
されたとき、制御補正量として排気還流量をより増加す
る方向に補正し、燃焼状態が悪いと判定されたとき、排
気還流量をより減少する方向に補正する構成である。

【００１８】かかる構成によれば、燃料噴射量の制御と
同様に、排気還流量を上記のように補正することによ
り、燃焼状態を安定化させることが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図３
〜図15に基づいて説明する。本発明の実施の形態の基本
構成を示す図３において、エンジン１の吸気通路２には
スロットルバルブ３が介装され、燃料はインジェクタ５
によりエンジン１内に供給され、点火プラグ６により着
火される。また、吸気通路２中には、サージタンク４が
介装されている。吸気通路２のスロットルバルブ３下流
側と排気通路８とは排気還流（以後、「ＥＧＲ」と記
す）通路７によって結ばれ、該ＥＧＲ通路７には、ＥＧ
Ｒ制御バルブ９が介装されている。ＥＧＲ制御バルブ９
のリフト量はステッピングモータあるいは比例ソレノイ
ド等によって制御され、これによりＥＧＲ通路７の面積
が変わり、ＥＧＲ量が制御される。

【００２０】吸気通路２中には、吸入空気量を計測する
エアフローメータ21が介装されている。また、図示しな
いが、エンジン１のクランク位置を計測するクランク角
センサが、クランク軸あるいはこれと連動して回転する
カム軸に直接に、あるいはギアを介して間接的に接続さ
れている。回転速度はクランク位置（クランク角度）等
に基づいて算出される。

【００２１】エンジン１と点火プラグ６との間には、筒
内圧を検出する筒内圧力センサ22が装着されている。こ
の筒内圧力センサ22が室内圧検出手段に相当する。尚、
本実施形態では、各気筒毎に、これらのセンサを装着し
た場合について考えているが、これに限らず、１気筒の
み、あるいはＶ型エンジンの場合は各バンクに１個ずつ
装着してもよく、センサの装着してある気筒の制御補正
量を他の気筒にも同様に反映すれば良い。

【００２２】また、シリンダブロックに、燃焼室に臨む
孔を形成し、この孔に圧力センサを挿入して、筒内圧を
直接検出するようにしてもよい。この他のセンサとし
て、エンジン１の冷却水温を計測する水温センサ23、排
気中の酸素濃度を計測するＯ₂ センサ24等が備えられて
いる。これらのセンサ信号は、コントロールユニット
（図中、「Ｃ／Ｕ」と記す）に内蔵されたマイクロコン
ピュータ30に入力される。

【００２３】図４は、そのマイクロコンピュータ30の構
成を示す図であり、外部との情報の入出力、種々の演算
は、このマイクロコンピュータ30を中心とする回路によ
って実現される。ＣＰＵ31は各種演算を実行するほか、
３つのハイパスフィルタ手段としてのフィルタ１、２、
３の機能を有している。

【００２４】このフィルタ１、２、３は、図５に示すよ
うに、互いに異なるカットオフ周波数を有している。本
実施の形態では、フィルタ１、２、３の正規化されたカ
ットオフ周波数を、夫々、 フィルタ１の正規化されたカットオフ周波数ｆ₁₀＝0.00
1 フィルタ２の正規化されたカットオフ周波数ｆ₂₀＝0.00
5 フィルタ３の正規化されたカットオフ周波数ｆ₃₀＝0.01 とする。尚、実際にカットオフするときの周波数は、こ
れらの正規化されたカットオフ周波数ｆ₁₀〜ｆ₂₀に、フ
ィルタ計算が実行される周期から求まる周波数であるサ
ンプリング周波数を乗算した値となる。

【００２５】尚、本実施の形態では、３つのハイパスフ
ィルタ手段をＣＰＵ31に備えるようにしたが、これに限
らず、別に備えるようにしてもよい。ＲＯＭ32には、後
述する制御プログラムや各種データ等が予め記憶され、
ＲＡＭ33には、プログラム実行中の一時的な情報が記憶
される。Ｉ／Ｏインターフェース34は外部のセンサ等か
らの情報を入力したり、アクチュエータ等へ駆動信号を
出力したりするためのものである。

【００２６】次にＣＰＵ31が行う演算処理を図６〜図11
のフローチャートに基づいて説明する。まず、図６のゼ
ネラルフローチャートに基づいてＣＰＵ31が実行する演
算処理の全体の流れを説明する。尚、各ステップの処理
については後述する。ステップ（図中では「Ｓ」と記し
てあり、以下同様とする）701 は、ある所定のクランク
角度区間の図示平均有効圧力を算出することにより、燃
焼状態の検出を行うステップであり、図７のフローチャ
ートに基づいて、所定のクランク角度毎、例えば４°毎
に実行される。このステップが燃焼状態検出手段に相当
する。

【００２７】ステップ702 は、スロットル開度の変化率
及びエンジン１の回転速度の変化率に基づいて定常運転
状態、非定常運転状態の判定を行うステップであり、図
８のフローチャートに基づいて、例えば10ms毎に実行さ
れる。このステップが運転状態判定手段に相当する。ス
テップ703 は、ステップ702 における判定結果に基づい
て、ステップ701 において検出した燃焼状態を入力とし
て、各燃焼毎にフィルタ１〜３の出力を算出するステッ
プであり、ステップ704 は、燃焼の良否の判定を各燃焼
毎に行うステップである。このステップ703 及び704
は、図９のフローチャートに基づいて、Reference 信号
の入力毎に実行される。

【００２８】ステップ705 は、燃焼の良否判定に基づい
て、所望の安定度を維持するように燃焼安定化制御を行
うステップであり、図10又は図11のフローチャートに基
づいて、Reference 信号の入力毎に実行される。以上が
ＣＰＵ31が実行する演算処理の全体の流れであるが、次
に、各ステップの詳細について説明する。

【００２９】まず、ステップ701 の燃焼状態の検出処理
を図７のフローチャートに基づいて説明する。このステ
ップは、前述のように、所定のクランク角度毎、例えば
４°毎に実行される。このフローチャートにおいて、現
在のクランク角度が第１のクランク角度（ADstart angl
e) 未満（ステップ801)、あるいは第２のクランク角度
(AD end angle より大きければそのまま処理を終了す
る。

【００３０】現在のクランク角度が第１のクランク角度
から第２のクランク角度までの範囲内であるとき、ステ
ップ803 に進み、その時点の燃焼圧力センサの出力をＡ
Ｄ変換する。ステップ804 では、このＡＤ変換値を燃焼
室内圧力情報としてＲＡＭ33上に保存する。

【００３１】必要なデータが整ったとき、即ち、クラン
ク角度が第２のクランク角度(AD end angle)になったと
き、ステップ805 →806 に進み、この第１のクランク角
度から第２のクランク角度までの所定区間の平均有効圧
力（Ｐｉ）を算出する。この平均有効圧力（Ｐｉ）の値
が、発生トルクに強い相関のある燃焼状態を示すパラメ
ータとなる。

【００３２】ここで平均有効圧力の算出の方法は、公知
である図示平均有効圧力（indicated mean effective p
ressure)の算出法と同様である。即ち、第１のクランク
角度(AD start angle)から第２のクランク角度(AD end
angle)までを１燃焼サイクル全体としての720 °クラン
ク角度区間とすれば、この区間の燃焼室内圧力が図示平
均有効圧力となる。本実施の形態の目的からして当然の
ことではあるが、クランク角度区間を限ることにより、
燃焼変動の影響が顕著に現れる燃焼工程を含むようにな
る。

【００３３】尚、燃焼圧力センサとしてバイアス成分が
付加されるようなセンサを用いるときは、このバイアス
の影響を除去するため、このクランク角度区間を、圧縮
上死点を中心として同じ幅を持つ区間とすればよい。次
に、図６のステップ702 の判定処理を図８のフローチャ
ートに基づいて説明する。前述のように、このステップ
は、例えば10ms毎に実行される。

【００３４】ステップ901 では、単位時間（10ms) 当た
りのスロットル開度の変化率ΔＴＶＯを算出する。この
スロットル開度の変化率ΔＴＶＯの絶対値｜ΔＴＶＯ｜
を、この判定閾値である所定値αと比較する。この絶対
値｜ΔＴＶＯ｜が所定値α未満であるときは、さらに、
ステップ903に進んで単位時間（10ms) 当たりのエンジ
ン回転速度の変化率ΔＮを算出し、エンジン回転速度の
変化率ΔＮの絶対値｜ΔＮ｜を、この判定閾値である所
定値βと比較する（ステップ904)。

【００３５】この絶対値｜ΔＮ｜が所定値β未満である
ときは、定常運転と判定する（ステップ905)。一方、絶
対値｜ΔＴＶＯ｜が所定値α以上であるとき（ステップ
902)、あるいは絶対値｜ΔＮ｜が所定値β以上であると
き（ステップ904)は、非定常運転と判定する（ステップ
906)。

【００３６】このようにして、定常運転状態、非定常運
転状態の判定が行われる。次に、図６のステップ703 の
フィルタ１〜３の出力の算出及びステップ704 の燃焼の
良否判定を図９のフローチャートに基づいて説明する。
前述のように、このステップは、Reference 信号の入力
毎に実行される。図８のステップ905 において、定常運
転と判定されたときは、ステップ1002に進み、フィルタ
２の出力を算出する。

【００３７】フィルタ２の正規化されたカットオフ周波
数ｆ₂₀から所定回転速度におけるカットオフ周波数ｆ₂₁
を算出するには、例えば、４気筒エンジンで回転速度が
1600(rpm) の場合、サンプリング周波数は53.3Ｈz とな
り、ｆ₂₀＝0.005 であるから、 ｆ₂₁＝0.005 ×53.3＝0.2665（Ｈz) となる。

【００３８】尚、筒内圧センサを１気筒のみに装着した
場合、フィルタ計算は４つのReference 信号毎に実行さ
れるので、サンプリング周波数は、 (60/1600×4)^-1＝13.3（Ｈz) となる。燃焼状態パラメータ（図示平均有効圧力）を入
力として、このフィルタ２の出力を算出することによ
り、例えば図12（Ａ）又は図13（Ａ）に示すようなバイ
アス分等の低周波成分を含む信号から、このカットオフ
周波数ｆ₂₁以下の低周波成分が除去され、フィルタ２の
出力信号は、図12（Ｂ）又は図13（Ｂ）に示すような波
形となる。

【００３９】ステップ1003では、図12（Ｂ）、図13
（Ｂ）に示すように、フィルタ２の出力の信号レベルと
スライスレベルとの差を比較結果２として算出し、ステ
ップ1004に進んで、算出された比較結果２の値に基づい
て燃焼の良否を判定する。図12（Ｂ）に示すように、フ
ィルタ２の出力がスライスレベル以上であれば、比較結
果２は正又は０（比較結果２≧０）となり、燃焼状態が
良いと判定される。

【００４０】また、図13（Ｂ）に示すように、フィルタ
２の出力がスライスレベル未満となったときは比較結果
２は負（比較結果２＜０）となり、燃焼状態が悪いと判
定される。尚、非定常運転と判定されたとき、その直後
から上記算出が開始されるが、算出開始直後は初期値が
設定されていないのでバイアス分の除去が正確に行われ
ない。

【００４１】そこで、図示平均有効圧力の平均値（例え
ば移動平均）を算出し、フィルタ１とフィルタ３の入力
信号系列の初期値をその図示平均有効圧力の平均値と
し、また、出力信号系列の初期値を０として、フィルタ
出力の算出を開始する。具体的には以下のようになる。
ハイパスフィルタの伝達関数は、次式（１）のようにな
る。

【００４２】 y(k)=((n₀+n₁z ^-1+n₂z^-2+n₃z^-3+n₄z^-4) /(d₀+d₁z ^-1+d₂z^-2+d₃z^-3+d₄z^-4))u(k) 但し、u(k) ：ｋ番目の入力 y(k) ：ｋ番目の出力 u(k-1)：ｋ番目から過去ｉ（i=1,2,3,・・・) 個前の入力 y(k-1)：ｋ番目からｉ個前の出力 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） 各係数の一例を以下に示す。

【００４３】 n₀= 0.959782230087239 d₀= 1.0 n₁=-3.839128920348954 d₁=-3.917907865391987 n₂= 5.758693380523431 d₂= 5.757076379118066 n₃=-3.839128920348954 d₃=-3.760349507694526 n₄= 0.959782230087239 d₄= 0.921181929191236 これを出力y(k)について解くと、次式（２）が成立す
る。

【００４４】 y(k)=(-d₁y(k-1)-d₂y(k-2)-d₃y(k-3)-d₄y(k-4) +n₀u(k)+n₁u(k-1)+n₂u(k-2)+n₃u(k-3)+n₄u(k-4))/d₀ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２） ここで、出力の算出を開始した直後でもバイアス分の除
去を正確に行えるようにするために、以下のような初期
値設定を行う。

【００４５】入力信号系列 u(k-1)=u(k-2)=u(k-3)=u(k-4)=（燃焼状態の平均値） 出力信号系列 y(k-1)=y(k-2)=y(k-3)=y(k-4)=0 このようにして非定常運転と判定された直後においても
バイアス分の除去が正確に行われる。

【００４６】一方、図８のステップ906 において、非定
常運転と判定されたときは、ステップ1001→1005に進
み、フィルタ１〜３の出力を算出する。ステップ1006で
は、フィルタ１〜３の各出力値とスライスレベルとの差
を算出し、夫々、比較結果１〜３とする。このようにす
べてのフィルタ１〜３についての比較結果１〜３を算出
するのは、例えば、加減速やドライバの無意識なアクセ
ル操作による非定常運転状態では、図示平均有効圧力に
様々な周波数の変動が含まれることになり、特定の条件
の下では、フィルタの位相特性により入出力間に位相の
ずれが生じてスライスレベルとの正確な比較ができなく
なるため、１つのフィルタの出力に基づいて燃焼状態の
判定を行うと誤判定となることが考えられるためであ
る。

【００４７】例えば、フィルタ２の次数が４次であり、
かかる図示平均有効圧力の変動にフィルタ２のカットオ
フ周波数ｆ₂₁の近傍の周波数が含まれているとき、この
フィルタ２によってバイアス分の除去を行うと、フィル
タの位相特性より、入力に対する出力の位相がおよそ18
0 °進んでしまう。フィルタ２だけを用いれば、図14
（Ｃ）の円内に示すように、フィルタ２の出力の信号レ
ベルがスライスレベルを上回ってしまい、比較結果２≧
０となるので、本来、「燃焼が悪い」と判定されるべき
なのに「燃焼が良い」と判定されてしまう。このような
誤った判定が行われるとその燃焼制御も誤ったものにな
る可能性がある。

【００４８】しかし、フィルタ２のカットオフ周波数ｆ
₂₁の上下にカットオフ周波数ｆ₁₁，ｆ₃₁を有する２つの
フィルタ１、３を用いれば、図14（Ｂ），（Ｄ）に示す
ように、夫々の出力の信号レベルがスライスレベル未満
となり、比較結果１＜０，比較結果３＜０となり、両比
較結果１、３に基づけば、「燃焼が悪い」と判定され
る。

【００４９】このことは、図示平均有効圧力の変動に、
カットオフ周波数ｆ₁₁又はｆ₃₁の近傍の周波数が含まれ
ているときも同様である。一方、図15（Ａ）〜（Ｄ）に
示すように、例えば低周波成分の周波数が周波数帯域３
（図５参照）にあるときには、比較結果１〜３のすべて
がスライスレベル未満となり、「燃焼が悪い」と判定さ
れる。

【００５０】このように、３つのフィルタ１〜３を用い
て燃焼状態の判定を行い、比較結果１〜３のうち、１つ
だけ他の比較結果と異なるときは、その結果は採用しな
いことにより、図示平均有効圧力に特定の低周波成分が
含まれているときでも燃焼状態の判定を良好に行うこと
ができることになる。以上が、比較結果１〜３を算出す
る理由である。

【００５１】ステップ1006において比較結果１〜３が算
出されたら、ステップ1007〜1010では、比較結果１〜３
の値に基づいて燃焼状態を判定する。このステップ1007
〜1010における比較結果１〜３に基づいた燃焼状態の判
定結果をまとめると、以下のようになる。 (1) 「比較結果１が正又は０」かつ「比較結果２が正又
は０」であるとき 即ち、((比較結果１≧０）＆（比較結果２≧０))である
ときは、ステップ1007→1009→1012へ進み、燃焼状態が
良いと判定される。 (2) 「比較結果１が正又は０」かつ「比較結果２が負」
かつ「比較結果３が正又は０」であるとき 即ち、((比較結果１≧０）＆（比較結果２＜０）＆（比
較結果３≧０))であるときは、ステップ1007→1009→10
10→1012へ進み、燃焼状態が良いと判定される。 (3) 「比較結果１が負」かつ「比較結果２が正又は０」
かつ「比較結果３が正又は０」であるとき 即ち、((比較結果１＜０）＆（比較結果２≧０）＆（比
較結果３≧０))であるときは、ステップ1007→1008→10
10→1012へ進み、燃焼状態が良いと判定される。 (4) 「比較結果１が正又は０」かつ「比較結果２が負」
かつ「比較結果３が負」であるとき 即ち、((比較結果１≧０）＆（比較結果２＜０）＆（比
較結果３＜０))であるときは、ステップ1007→1009→10
10→1011へ進み、燃焼状態が悪いと判定される。 (5) 「比較結果１が負」かつ「比較結果２が負」である
とき 即ち、((比較結果１＜０）＆（比較結果２＜０))である
ときは、ステップ1007→1008→1011へ進み、燃焼状態が
悪いと判定される。 (6) 「比較結果１が負」かつ「比較結果２が正又は０」
かつ「比較結果３が負」であるとき 即ち、((比較結果１＜０）＆（比較結果２≧０）＆（比
較結果３＜０）であるときは、ステップ1007→1008→10
10→1011へ進み、燃焼状態が悪いと判定される。

【００５２】図５に示すように、周波数帯域をフィルタ
１〜３のカットオフ周波数近傍の周波数帯域、それ以外
の周波数帯域に分け、夫々、周波数帯域１〜７とし、図
示平均有効圧力の変動に各周波数帯域の周波数成分が含
まれている場合を考え、その比較結果１〜３の例を表１
に示す。

【００５３】

【表１】

【００５４】表１において、例えば、周波数帯域４の場
合、３つの比較結果のうち比較結果２だけが他の２つと
異なり、負となっている。これは、図示平均有効圧力の
変動に周波数帯域４の範囲にある周波数成分が含まれて
いるために、フィルタ２の出力の位相が入力に対してお
よそ 180°進み、比較結果２が他の比較結果１、３と異
なっていることが分かる。

【００５５】尚、ステップ1002,1005 が選択手段、ステ
ップ1003,1006 が比較手段、ステップ1011,1012 が燃焼
状態判定手段に相当する。次に、図６のステップ705 の
燃焼安定化制御について説明する。前述のように、この
ステップは、Reference 信号の入力毎に実行される。こ
の燃焼安定化制御は、燃料噴射量あるいはＥＧＲ制御バ
ルブ９の開度を補正することにより行われる。

【００５６】この制御補正量として燃料噴射量を算出す
る処理の一例を図10のフローチャートに示す。ステップ
1012において、燃焼状態が良いと判定されたときは、ス
テップ1101からステップ1102に進み、燃料噴射量をある
所定量減量する。また、燃焼状態が悪いと判定されたと
きは、ステップ1101からステップ1103に進み、燃料噴射
量をある所定量増量する。

【００５７】ステップ1104では、燃料補正量に基づいて
燃料噴射制御が行われる。これにより、燃費を低減し、
ＮＯ_X を最小化しつつ、燃焼状態の安定化が図られる。
次に、制御補正量としてＥＧＲ制御バルブ９の開度を算
出する処理の一例を図11のフローチャートに示す。尚、
このステップもReference 信号の入力毎に実行される。

【００５８】図９のステップ1012において、燃焼状態が
良いと判定されたときは、ステップ1201からステップ12
02に進み、ＥＧＲ制御バルブ９の開度をある所定量増量
する。また、燃焼状態が悪いと判定されたときは、ステ
ップ1201からステップ1203に進み、ＥＧＲ制御バルブ９
の開度をある所定量減量する。

【００５９】ステップ1204では、ＥＧＲ補正量に基づい
てＥＧＲ制御バルブ９の開度を制御する。これにより、
ＮＯ_X を低減しつつ、燃焼状態の安定化が図られる。
尚、図10のステップ1102，1103、図11のステップ1202、
1203が制御補正量演算手段、図10のステップ1104、図11
のステップ1204が燃焼状態制御手段に相当する。

【００６０】かかる構成によれば、非定常運転と判定さ
れたときは、カットオフ周波数の異なる３つのフィルタ
１〜３の出力が算出され、その各出力とスライスレベル
を夫々比較した比較結果１〜３に基づいて燃焼の良否が
判定され、制御補正量が算出されるので、非定常運転時
においても精度のよい空燃比あるいはＥＧＲ量のフィー
ドバック制御が可能となり、非定常運転時の燃費・排気
性能を向上することができる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
かかる判定装置によれば、非定常運転状態と判定された
ときは、互いにカットオフ周波数が異なる複数のハイパ
スフィルタ手段により、所定周波数成分を抽出して所定
スライスレベルとの各比較結果に基づいて燃焼の良否を
判定するので、非定常運転時においても精度のよい判定
を行うことができる。

【００６２】請求項２の発明にかかる判定装置によれ
ば、内燃機関の所定回転区間における有効燃焼圧力を燃
焼状態として検出することができる。請求項３の発明に
かかる判定装置によれば、クランクシャフト又はカムシ
ャフトの回転位置を計測することにより、内燃機関の所
定回転区間を計測することができる。

【００６３】請求項４の発明にかかる判定装置によれ
ば、機関負荷と回転速度とを検出されたこの機関負荷と
回転速度とに基づいて定常運転状態であるか非定常運転
状態であるかを判定することが可能となる。請求項５の
発明にかかる判定装置によれば、所定周波数成分の抽出
を演算によって行うことができる。

【００６４】請求項６の発明にかかる判定装置によれ
ば、初期状態が設定されてから演算が開始されるので、
ことにより非定常運転状態と判定された直後でも安定し
てハイパスフィルタ手段の演算を行うことが可能とな
り、低周波成分であるバイアス分の正確な除去を行うこ
とが可能となる。請求項７の発明にかかる判定装置によ
れば、初期状態を設定することができる。

【００６５】請求項８の発明にかかる制御装置によれ
ば、燃焼状態の判定結果に基づいて燃焼状態が制御され
るので、定常運転時だけでなく、非定常運転時において
も精度の良いフィードバック制御が可能となり、非定常
運転時の燃費・排気性能を向上することができる。請求
項９の発明にかかる制御装置によれば、燃料噴射量を補
正して燃焼状態を安定化させることができる。

【００６６】請求項10の発明にかかる制御装置によれ
ば、燃料噴射量の制御と同様に、排気還流量を補正して
燃焼状態を安定化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃焼状態判定装置の構成を示すク
レーム対応図。

【図２】本発明に係る燃焼状態制御装置の構成を示すク
レーム対応図。

【図３】本発明の実施の形態のシステムを示す図。

【図４】図３のシステムを制御するマイクロコンピュー
タの基本構成図。

【図５】図４のハイパスフィルタの特性図。

【図６】図４のＣＰＵの演算処理を示すゼネラルフロー
チャート。

【図７】図４のＣＰＵの燃焼状態検出処理を示すフロー
チャート。

【図８】図４のＣＰＵの運転条件判定処理を示すフロー
チャート。

【図９】図４のＣＰＵの燃焼良否判定処理を示すフロー
チャート。

【図10】図４のＣＰＵの燃料噴射量制御を示すフローチ
ャート。

【図11】図４のＣＰＵのＥＧＲ量制御を示すフローチャ
ート。

【図12】図４の動作を説明するための信号波形図。

【図13】同上信号波形図。

【図14】同上信号波形図。

【図15】同上信号波形図。

【符号の説明】

1 エンジン 3 スロットルバルブ 5 インジェクタ 9 排気還流（ＥＧＲ）制御バルブ 22 筒内圧力センサ 31 ＣＰＵ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する室内
   圧検出手段と、 該室内圧検出手段により検出された燃焼室内圧力に基づ
   いて燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、 互いに異なるカットオフ周波数を有し、夫々、前記燃焼
   状態検出手段の検出信号を入力としてカットオフ周波数
   以上の周波数成分を抽出する複数のハイパスフィルタ手
   段と、 各ハイパスフィルタ手段により抽出された周波数成分の
   信号レベルを所定のスライスレベルと比較する複数の比
   較手段と、 内燃機関の運転状態を検出し、定常運転状態であるか非
   定常運転状態であるかを判定する運転状態判定手段と、 定常運転状態と判定されたときに、特定のハイパスフィ
   ルタ手段に対応する１つの比較手段を選択し、非定常運
   転状態と判定されたときは、全ての比較手段を選択する
   選択手段と、 選択された比較手段による比較結果に基づいて、燃焼状
   態の良否を判定する燃焼状態判定手段と、を備えたこと
   を特徴とする内燃機関の燃焼状態判定装置。
2. 【請求項２】前記燃焼状態検出手段は、 内燃機関の回転区間を計測する回転区間計測手段と、 前記室内圧検出手段により検出された燃焼室内圧力か
   ら、内燃機関の所定回転区間における有効燃焼圧力を算
   出する有効燃焼圧力算出手段と、を備えて構成されたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態判
   定装置。
3. 【請求項３】前記回転位置計測手段は、クランクシャフ
   ト又はカムシャフトの回転位置を計測することにより内
   燃機関の所定回転区間を計測するものであることを特徴
   とする請求項２に記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。
4. 【請求項４】機関負荷を検出する機関負荷検出手段と、 機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、を備え
   る一方、 前記運転状態判定手段は、機関負荷検出手段により検出
   された機関負荷の変動が所定値未満であり、回転速度検
   出手段により検出された回転速度の変動が所定値未満で
   あったときは定常運転状態であると判定し、機関負荷の
   変動が所定値以上、又は、回転速度の変動が所定値以上
   となったときは、非定常運転状態と判定するように構成
   されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか
   １つに記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。
5. 【請求項５】前記複数のハイパスフィルタ手段は、デジ
   タルフィルタによって構成されたことを特徴とする請求
   項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼
   状態判定装置。
6. 【請求項６】前記複数のハイパスフィルタ手段は、初期
   状態を設定してからカットオフ周波数以上の周波数成分
   の抽出を開始するように構成されたことを特徴とする請
   求項５に記載の内燃機関の燃焼状態判定装置。
7. 【請求項７】前記複数のハイパスフィルタ手段は、前記
   燃焼状態検出手段により検出された燃焼状態の平均値を
   算出し、入力信号系列の初期値を、算出された燃焼状態
   の平均値に設定し、前記ハイパスフィルタ手段の出力値
   の出力信号系列の初期値を零に設定して初期状態を設定
   するように構成されたことを特徴とする請求項６に記載
   の内燃機関の燃焼状態判定装置。
8. 【請求項８】請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載
   の燃焼状態判定装置を備える一方、 前記燃焼状態判定手段による燃焼状態の判定結果に基づ
   いて燃焼状態の制御補正量を演算する制御補正量演算手
   段と、 前記制御補正量演算手段により演算された制御補正量に
   基づいて燃焼状態を制御する燃焼状態制御手段と、を備
   えたことを特徴とする内燃機関の燃焼状態制御装置。
9. 【請求項９】前記制御補正量演算手段は、燃焼状態が良
   いと判定されたとき、制御補正量として燃料噴射補正量
   をより減少する方向に補正し、燃焼状態が悪いと判定さ
   れたとき、燃料噴射補正量をより増加する方向に補正す
   る構成であることを特徴とする請求項８に記載の内燃機
   関の燃焼状態制御装置。
10. 【請求項10】前記制御補正量演算手段は、燃焼状態が良
    いと判定されたとき、制御補正量として排気還流量をよ
    り増加する方向に補正し、燃焼状態が悪いと判定された
    とき、排気還流量をより減少する方向に補正する構成で
    あることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の燃焼
    状態制御装置。