JPWO2013161008A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関の制御装置（１００）は、複数の気筒（２０１）を有する内燃機関（２００）の制御装置であって、複数の気筒のうち一の気筒の筒内圧を検出する筒内圧検出手段（１１０）と、内燃機関におけるクランク角速度を検出するクランク角速度検出手段（１２０）と、クランク角速度の所定の回転次数の振動強度を検出する振動強度検出手段（１３０）と、一の気筒（２０１ａ）の筒内圧に基づいて、一の気筒における燃焼パラメータを変更する第１燃焼制御手段（１５０）と、一の気筒における燃焼パラメータを変更した後に、所定の回転次数の振動強度に基づいて、複数の気筒のうち他の気筒（２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄ）における燃焼パラメータを変更する第２燃焼制御手段（１６０）とを備える。これにより、極めて好適に内燃機関の燃焼制御が行える。

Description

本発明は、例えば複数の気筒を有する内燃機関の制御装置の技術分野に関する。

この種の制御装置では、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサの出力値に基づいて内燃機関における各種パラメータが制御される。例えば特許文献１では、筒内圧センサの出力値に基づいて求められる燃焼割合が、目標クランク角を実現する所定の燃焼割合となるように、燃料噴射時期を調整するという技術が提案されている。また特許文献２では、筒内圧センサの出力値に基づいて求められる熱発生率を用いて、燃料の副噴射を制御するという技術が提案されている。

他方で、内燃機関の回転数の所定の周波数成分に基づいて、内燃機関における各種パラメータを制御する手法も知られている。例えば特許文献３では、所定の周波数成分に基づいて複数の気筒の運転状態をそれぞれ推定し、推定された運転状態に応じて内燃機関の制御パラメータを設定するという技術が提案されている。

特開２０１０−１２７１７５号公報 特開２０１０−１９６５８１号公報 特開２００６−０５２６８４号公報

上述した特許文献１及び特許文献２に係る技術では、複数の気筒を有する内燃機関を制御しようとする場合に、複数の気筒の各々に筒内圧センサを設けることが求められる。このため、内燃機関全体としては気筒の数だけ筒内圧センサを備える必要があり、その分コストが増大してしまうという技術的問題点が生ずる。

また、一の気筒のみに筒内圧センサを設け、一の気筒における補正値（即ち、燃焼状態を制御するための値）を他の気筒にも適用するという方法も考えられるが、この方法では、気筒間でのＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）分配率や、インジェクタのばらつき及び劣化、筒内温度差、充填効率差等を考慮することができない。このため、気筒間で燃焼ばらつきが発生し、最悪の場合燃焼状態が悪化してしまう気筒も発生してしまうおそれがあるという技術的問題点が生ずる。

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、内燃機関における複数の気筒の各々の燃焼状態を、検出される筒内圧に基づいて好適に制御することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。

本発明の内燃機関の制御装置は上記課題を解決するために、複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、前記複数の気筒のうち一の気筒の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、前記内燃機関におけるクランク角速度を検出するクランク角速度検出手段と、前記クランク角速度の所定の回転次数の振動強度を検出する振動強度検出手段と、前記一の気筒の筒内圧に基づいて、前記一の気筒における燃焼パラメータを変更する第１燃焼制御手段と、前記一の気筒における前記燃焼パラメータを変更した後に、前記所定の回転次数の振動強度に基づいて、前記複数の気筒のうち他の気筒における前記燃焼パラメータを変更する第２燃焼制御手段とを備える。

本発明に係る内燃機関は、例えば車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジン等として構成されており、気筒内部の燃焼室において燃料を含む混合気が燃焼した際に発生する力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的又は機械的な伝達手段を適宜介して駆動力として取り出すことが可能に構成されている。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上述した内燃機関を制御する制御装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。

本発明に係る内燃機関の制御装置の動作時には、例えば筒内圧センサ等を含んで構成される筒内圧検出手段によって、複数の気筒のうち一の気筒の筒内圧が検出される。言い換えれば、一の気筒以外の他の気筒の筒内圧は検出されなくともよい。

また、本発明に係る内燃機関の制御装置の動作時には、例えばクランクポジションセンサ等を含んで構成されるクランク角速度検出手段によって、内燃機関におけるクランク角速度（即ち、クランク軸の角速度）が検出される。

クランク角速度が検出されると、振動強度検出手段によって、クランク角速度の所定の回転次数の振動強度が検出される。なお、ここでの「所定の回転次数」とは、複数の気筒間で燃焼状態にばらつきが生じた場合にピークが発生する回転次数であり、例えば内燃機関の回転０．５次振動、１次振動、２次振動等が挙げられる。また、所定の回転次数は、複数の回転次数を含んでいてもよい。即ち、振動強度検出手段では、複数の回転次数に対応する複数の振動強度が検出されてもよい。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、上述した一の気筒における筒内圧及び所定の回転次数の振動強度に基づいて、複数の気筒の燃焼制御が行われる。燃焼制御は、以下に説明する第１燃焼制御手段及び第２燃焼制御手段によって実行される。

第１燃焼制御手段では、筒内圧検出手段で検出された一の気筒の筒内圧に基づいて、一の気筒における燃焼パラメータが変更される。なお、ここでの「燃焼パラメータ」とは、気筒の燃焼状態に影響を与え得るパラメータを意味しており、例えば燃料の噴射時期、噴射量及びパイロット噴射量、或いはＥＧＲシステムにおける還流量等が挙げられる。第１制御手段は、このような燃焼パラメータを筒内圧に応じた値に変更することによって、一の気筒の燃焼状態を適切な状態へと導く。

第２燃焼制御手段では、一の気筒における燃焼パラメータが変更された後（即ち、第１燃焼制御手段による制御後）に、振動強度検出手段で検出された所定の回転次数の振動強度に基づいて、他の気筒（即ち、一の気筒以外の気筒）における燃焼パラメータが変更される。第２燃焼制御手段では、例えば所定の回転次数の振動強度が小さくなるように燃焼パラメータが変更される。これにより、第１燃焼制御手段によって適切な燃焼状態へと導かれた一の気筒に合わせるように、他の気筒の燃焼状態が制御される。従って、他の気筒の燃焼状態も一の気筒と同様に適切なものとされる。

本発明では上述したように、一の気筒の筒内圧が検出されていれば、他の気筒の筒内圧が検出されなくとも、全ての気筒に対して適切な燃焼制御が実行できる。よって、筒内圧センサ等の部材を気筒毎に設けずに済むため、コストの増大を防止することができる。

また、一の気筒における筒内圧に基づく補正値（即ち、燃焼状態を制御するための値）を他の気筒にも適用するという方法も考えられるが、この方法では、気筒間でのＥＧＲ分配率や、インジェクタのばらつき及び劣化、筒内温度差、充填効率差等を考慮することができない。このため、気筒間で燃焼ばらつきが発生し、最悪の場合燃焼状態が悪化してしまう気筒も発生してしまうおそれがある。

しかるに本発明では、上述したように、筒内圧に基づいて燃焼状態が制御されるのは一の気筒のみであり、他の気筒は所定の回転次数の振動強度に基づいて燃焼状態が制御される。従って、気筒毎の特性の違いに依存しない制御を行なうことができ、全ての気筒の燃焼状態を適切なものとすることができる。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関における複数の気筒の各々の燃焼状態を好適に制御することが可能である。

本発明の内燃機関の制御装置の一態様では、前記所定の回転次数は、前記内燃機関の回転０．５次振動を含む。

この態様によれば、第２燃焼制御手段による燃焼制御において、燃焼不安定性の指標となる内燃機関の回転０．５次振動が用いられるため、他の気筒の燃焼状態を容易且つ確実に安定方向へと導くことが可能となる。

上述した所定の回転次数が内燃機関の回転０．５次振動を含む態様では、前記第２燃焼制御手段は、前記一の気筒とストロークが３６０度ずれる第２の気筒における前記燃焼パラメータを、前記内燃機関の回転０．５次振動が最小になるように変更する第２気筒制御手段を有するように構成されてもよい。

この場合、一の気筒における燃焼パラメータが変更された後（即ち、第１燃焼制御手段による制御後）に、第２燃焼制御手段が有する第２気筒制御手段によって、他の気筒である第２の気筒の燃焼パラメータが変更される。なお、第２の気筒は、一の気筒とストロークが３６０度ずれる気筒である。

第２気筒制御手段では、第２の気筒の燃焼パラメータが、内燃機関の回転０．５次振動が最小になるように変更される。なお、ここでの「最小」とは、燃焼パラメータを変更することによって実現され得る最小値を意味しているが、厳密な最小値でなく多少のマージンを含んだ値であっても構わない。

上述したように第２の気筒の燃焼パラメータを変更すれば、第２の気筒の燃焼状態を、第１燃焼制御手段によって適切な燃焼状態へと導かれた一の気筒の燃焼状態と同等のものとできる。従って、筒内圧が検出されない第２の気筒においても、適切な燃焼状態が実現される。

また、第２気筒は、上述したように一の気筒とストロークが３６０度ずれる気筒であるため、制御後の内燃機関の回転０．５次振動が小さくなり、回転１次振動は大きくなる。このように回転１次振動が大きくすれば、第２気筒以外の他の気筒に対して、内燃機関の回転１次振動に基づく燃焼制御が行える。よって、一の気筒の次に第２気筒の燃焼制御を行なうことで、残る他の気筒の燃焼制御が好適に行えるようになる。

上述した第２気筒制御手段を有する態様では、前記複数の気筒は、前記第２の気筒に加え、他の気筒とストロークが相異なる角度でずれる第３の気筒及び第４の気筒を含んでおり、前記第２燃焼制御手段は、（ｉ）前記第２の気筒における前記燃焼パラメータを変更した後に、第３の気筒における前記燃焼パラメータを、前記内燃機関の回転０．５次振動が最小になるように変更する第３気筒制御手段と、（ｉｉ）前記第３の気筒における前記燃焼パラメータを変更した後に、前記第３の気筒及び第４の気筒における前記燃焼パラメータを、前記内燃機関の回転１次振動が最小になるようにそれぞれ変更する第４気筒制御手段とを有するように構成されてもよい。

この場合、第２の気筒における燃焼パラメータが変更された後（即ち、第２気筒制御手段による制御後）に、第２燃焼制御手段が有する第３気筒制御手段によって、他の気筒である第３の気筒の燃焼パラメータが変更される。なお、第３の気筒は、一の気筒に対するストロークの角度のずれが、第２の気筒とは異なる気筒である。第３気筒制御手段では、第３の気筒の燃焼パラメータが、内燃機関の回転０．５次振動が最小になるように変更される（ちなみに、制御後の内燃機関の回転０．５次振動が小さくなる一方で、内燃機関の回転１次振動は大きくなる）。なお、ここでの「最小」も、上述した態様と同様に、燃焼パラメータを変更することによって実現され得る最小値を意味しているが、厳密な最小値でなく多少のマージンを含んだ値であっても構わない。

続いて、第３の気筒における燃焼パラメータが変更された後（即ち、第３気筒制御手段による制御後）に、第２燃焼制御手段が有する第４気筒制御手段によって、他の気筒である第３の気筒及び第４の気筒の燃焼パラメータが変更される。なお、第４の気筒は、一の気筒に対するストロークの角度のずれが、第２の気筒及び第３の気筒とは異なる気筒である。第４気筒制御手段では、第３の気筒及び第４の気筒の燃焼パラメータが、内燃機関の回転１次振動が最小になるように変更される。なお、このような内燃機関の回転１次振動に基づく制御は、第２気筒制御手段及び第３気筒制御手段によって、内燃機関の回転１次振動が大きくなる気筒に対する制御が行われているからこそ実現できる。

以上のように第３の気筒及び第４の気筒の燃焼パラメータを変更すれば、第３の気筒及び第４の気筒の燃焼状態を、第１燃焼制御手段によって適切な燃焼状態へと導かれた一の気筒の燃焼状態と同等のものとできる。従って、筒内圧が検出されない第３の気筒及び第４の気筒においても、適切な燃焼状態が実現される。

本発明の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記内燃機関の失火を判定する失火判定手段と、前記失火が発生していると判定された場合、前記第１燃焼制御手段による制御の前に、前記複数の気筒の全ての気筒における前記燃焼パラメータを、所定の回転次数の振動強度が小さくなるように一律に変更する第３燃焼制御手段とを備える。

この態様によれば、第１燃焼制御手段及び第２燃焼制御手段による燃焼制御が行われる前に、失火判定手段によって、内燃機関において失火が発生しているか否かが判定される。失火判定手段では、どのような判定手法が用いられてもよいが、例えば振動検出手段によって検出される内燃機関の回転０．５次振動を用いて失火を判定することもできる。

内燃機関において失火が発生していると判定された場合には、第３燃焼制御手段によって、複数の気筒の全ての気筒における燃焼パラメータが一律に変更される。第３燃焼制御手段では、全ての気筒における燃焼パラメータが、所定の回転次数の振動強度が小さくなるように変更される。なお、第３燃焼制御手段による燃焼制御は、第１燃焼制御手段及び第２燃焼制御手段による燃焼制御の前に実行される。

ここで、内燃機関において失火が発生すると、気筒間のばらつきが通常より大きくなり、例えば内燃機関の回転０．５次振動も極めて大きな値となる。内燃機関の回転０．５次振動の値が大きすぎると、比較的高い精度を求められる第２燃焼制御手段による燃焼制御を実施することが困難となってしまうおそれがある。

しかるに本態様では、第３燃焼制御手段によって、予め所定の回転次数の振動強度の値が小さくされる。よって、内燃機関において失火が発生している場合であっても、第１燃焼制御手段及び第２燃焼制御手段による燃焼制御を好適に行うことが可能となる。

本発明の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記燃焼パラメータは、前記内燃機関における燃料の噴射時期、噴射量、パイロット噴射量及び排気還流量の少なくとも１つを含む。

この態様によれば、燃焼パラメータを変更することで、各気筒の燃焼状態を確実に適切な状態へと近づけることができる。また、上記パラメータのうち複数のパラメータを変更するようにすれば、より効率的に燃焼制御が行える。なお、燃焼パラメータは、ここで挙げられているパラメータ以外のパラメータを含んでいても構わない。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。

エンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。 エンジンにおける気筒の構成を示す概略構成図である。 ＥＣＵの構成を示すブロック図である。 実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである 第３燃焼制御部による燃焼制御を示す概念図である。 第１燃焼制御部による燃焼制御を示す概念図である。 第２燃焼制御部における第１制御部による燃焼制御を示す概念図である。 比較例に係る燃焼制御を示す概念図（その１）である。 比較例に係る燃焼制御を示す概念図（その２）である。 第２燃焼制御部における第２制御部による燃焼制御を示す概念図である。 第３燃焼制御部における第２制御部による燃焼制御を示す概念図である。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

先ず、本実施形態に係るエンジンシステムの構成について、図１を参照して説明する。ここに、図１は、エンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。

図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備えたエンジン２００の動作全体を制御する電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って各種制御を実行可能に構成されている。ＥＣＵ１００の具体的な構成については、後に詳述する。

エンジン２００は、軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、本発明に係る「内燃機関」の一例である。エンジン２００は、気筒２０１内において燃料を含む混合気が圧縮自着火した際に生じる爆発力に応じたピストン２０２の往復運動を、コネクションロッド２０３を介してクランクシャフト２０４の回転運動に変換することが可能に構成されている。

クランクシャフト２０４近傍には、クランクシャフト２０４の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２０５が設置されている。クランクポジションセンサ２０５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２０５によって検出されたクランクシャフト２０４の回転位置に基づいて、エンジン２００の機関回転数ＮＥを算出することが可能に構成されている。また、本実施形態に係るＥＣＵ１００は、後に詳述するように、クランクシャフト２０４の角速度に基づいて検出される振動強度を用いて、エンジン２００における燃焼制御を行うことが可能とされている。

以下に、エンジン２００の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。

気筒２０１内における燃料の燃焼に際し、外部から吸入された空気は、図示せぬエアクリーナで浄化された後、吸気管２０６を通過し、吸気ポート２０９を介して吸気バルブ２１０の開弁時に気筒２０１内に吸入される。この際、気筒２０１内に吸入される吸入空気に係る吸入空気量は、図示せぬエアフローメータにより検出され、ＥＣＵ１００に電気信号として一定又は不定の出力タイミングで出力される構成となっている。

吸気管２０６には、吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２０７が配設されている。このスロットルバルブ２０７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されたスロットルバルブモータ２０８により、例えば、図示せぬアクセルペダルの操作量等に応じて電気的且つ機械的に駆動される構成となっている。なお、スロットルバルブ２０７の開閉状態を表すスロットル開度は、ＥＣＵ１００と電気的に接続された図示せぬスロットルポジションセンサにより検出され、ＥＣＵ１００に一定又は不定のタイミングで出力される構成となっている。

エンジン２００の燃料は、燃料タンク２１２に貯留されている。この燃料タンク２１２には、燃料タンク２１２に貯留される燃料の量を表す燃料残量を検出可能なフロート式の燃料量センサ２１７が設置されている。燃料量センサ２１７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された燃料量は、ＥＣＵ１００により、一定又は不定のタイミングで把握される構成となっている。

一方、燃料タンク２１２に貯留される燃料は、インジェクタ２１１によって、気筒２０１内の燃焼室に直接噴射される。インジェクタ２１１を介した燃料の噴射に際しては、先ず燃料タンク２１２に貯留された燃料が、フィードポンプ２１４の作用によりデリバリパイプ２１３を介して燃料タンク２１２から汲み出され、高圧ポンプ２１５へ供給される。

コモンレール２１６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、上流側（即ち、高圧ポンプ２１５側）から供給される高圧燃料をＥＣＵ１００により設定される目標レール圧まで蓄積することが可能に構成された、高圧貯留手段である。なお、コモンレール２１６には、レール圧を検出することが可能なレール圧センサ及びレール圧が上限値を超えないように蓄積される燃料量を制限するプレッシャリミッタ等が配設されるが、ここではその図示を省略することとする。

エンジン２００における上述したインジェクタ２１１は、気筒２０１毎に搭載されており、夫々が高圧デリバリを介してコモンレール２１６に接続されている。ここで、インジェクタ２１１の構成について補足すると、インジェクタ２１１は、ＥＣＵ１００の指令に基づいて作動する電磁弁と、この電磁弁への通電時に燃料を噴射するノズル（いずれも不図示）とを備える。当該電磁弁は、コモンレール２１６の高圧燃料が印加される圧力室と、当該圧力室に接続された低圧側の低圧通路との間の連通状態を制御することが可能に構成されており、通電時に当該加圧室と低圧通路とを連通させると共に、通電停止時に当該加圧室と低圧通路とを相互に遮断する。

一方、ノズルは、噴孔を開閉するニードルを内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁方向（噴孔を閉じる方向）に付勢している。従って、電磁弁への通電により加圧室と低圧通路とが連通し、圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル内を上昇して開弁する（噴孔を開く）ことにより、コモンレール２１６より供給された高圧燃料を噴孔より噴射することが可能に構成される。また、電磁弁への通電停止により加圧室と低圧通路とが相互に遮断されて圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する構成となっている。

このようにして気筒２０１内に噴射された燃料は、吸気バルブ２１０を介して吸入された吸入空気と混合され、上述した混合気となる。この混合気は、圧縮工程において自着火して燃焼し、燃焼済みガスとして、或いは一部未燃の混合気として、吸気バルブ２１０の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１８の開弁時に排気ポート２１９を介して排気管２２０に導かれる構成となっている。

また、排気管２２０には、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２２１が設置されている。ＤＰＦ２２１は、エンジン２００から排出されるスート（煤）或いはスモーク、及びＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集可能且つ浄化可能に構成されている。

また、気筒２０１におけるヘッド部分には、気筒２０１内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサ２２２が設けられている。筒内圧センサ２２２は、筒内圧の検出値をＥＣＵ１００に出力可能に構成されている。

なお、説明の煩雑化を防ぐ目的から図示を省略するが、エンジン２００には、上記したセンサ以外にも各種のセンサが配されており、例えば、エンジン２００の冷却水温を検出する水温センサ、エンジン２００のノッキングレベルを検出するノックセンサ、吸入空気の温度たる吸気温を検出する吸気温センサ及び吸入空気の圧力たる吸気圧を検出する吸気圧センサ等が夫々検出対象毎に最適な位置に設置されている。

次に、上述したエンジン２００における気筒２０１の構成について、図２を参照して具体的に説明する。ここに図２は、エンジンにおける気筒の構成を示す概略構成図である。なお、図２では、説明の便宜上、図１に示したエンジン２００における部材を適宜省略して図示している。

図２において、本実施形態に係るエンジン２００は、気筒２０１を４つ備えて構成される直列４気筒ディーゼルエンジンである。ここで、エンジン２００における各気筒を、図における左側から順に、第１気筒２０１ａ、第２気筒２０１ｂ、第３気筒２０１ｃ、第４気筒２０１ｄとする。

第１気筒２０１ａは、本発明の「一の気筒」の一例であり、筒内圧センサ２２２を備えている。一方、第２気筒２０１ｂ、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄは、本発明の「他の気筒」の一例であり、筒内圧センサ２２２を備えていない。

第１気筒２０１ａ、第２気筒２０１ｂ、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄは、その動作時において、ストロークが互いに所定の角度だけずれるように駆動される。

次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置であるＥＣＵ１００の具体的な構成について、図３を参照して説明する。ここに図３は、ＥＣＵの構成を示すブロック図である。

図３において、ＥＣＵ１００は、筒内圧検出部１１０と、クランク角速度検出部１２０と、振動強度検出部１３０と、失火判定部１４０と、第１燃焼制御部１５０と、第２燃焼制御部１６０と、第３燃焼制御部１７０とを備えて構成されている。

筒内圧検出部１１０は、本発明の「筒内圧検出手段」の一例であり、筒内圧センサ２２２から出力される信号に基づいて、第１気筒２０１ａの筒内圧を検出する。筒内圧検出部１１０は、検出した筒内圧を、第１燃焼制御部１５０に出力可能に構成されている。

クランク角速度検出部１２０は、本発明の「クランク角速度検出手段」の一例であり、クランクポジションセンサ２０５（図１参照）から出力されるクランク角信号に基づいて、クランクシャフト２０４の角速度を検出する。クランク角速度検出部１２０は、検出したクランク角速度を、振動強度検出部１３０に出力可能に構成されている。

振動強度検出部１３０は、本発明の「振動強度検出手段」の一例であり、クランク角速度検出部１２０で検出されたクランク角速度から、所定の回転次数の振動強度を検出する。振動強度検出部１３０は、検出した振動強度を、失火判定部１４０及び第２燃焼制御部１６０の各々に出力可能に構成されている。

失火判定部１４０は、振動強度検出部１３０で検出された振動強度に基づいて、エンジン２００における失火の発生を判定する。失火判定部１４０は、例えば振動強度が所定の閾値を超えたか否かを判定することによって、エンジン２００における失火の発生を判定する。失火判定部１４０は、判定結果を第３燃焼制御部１７０に出力可能に構成されている。

第１燃焼制御部１５０は、本発明の「第１燃焼制御手段」の一例であり、筒内圧検出部１１０で検出された筒内圧に基づいて、第１気筒２０１ａの燃焼状態を制御する。燃焼状態の制御は、例えばインジェクタ２１１における噴射時期、噴射量及びパイロット噴射量、或いは図示せぬＥＧＲシステムにおける還流量を変更することで実現される。このような燃焼制御方法は、後述する第２燃焼制御部１６０及び第３燃焼制御部１７０においても同様である。

第２燃焼制御部１６０は、本発明の「第２燃焼制御手段」の一例であり、振動強度検出部１３０で検出された振動強度に基づいて、第２気筒２０１ｂ、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄの各々の燃焼状態を制御する。

なお、第２燃焼制御部１６０は、第１制御部１６１、第２制御部１６２及び第３制御部１６３を備えて構成されている。第１制御部１６１は、本発明の「第２気筒制御手段」の一例であり、第２気筒２０１ｂの燃焼状態を制御する。第２制御部１６２は、本発明の「第３気筒制御手段」の一例であり、第３気筒２０１ｃの燃焼状態を制御する。第３制御部１６３は、本発明の「第４気筒制御手段」の一例であり、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄの燃焼状態を制御する。

第３燃焼制御部１７０は、本発明の「第３燃焼制御手段」の一例であり、失火判定部１４０において失火が発生していると判定された場合に、予め設定された所定量だけ、第１気筒２０１ａ、第２気筒２０１ｂ、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄの全ての気筒の燃焼状態を同じように制御する。

上述した各部位を含んで構成されたＥＣＵ１００は、一体的に構成された電子制御ユニットであり、上記各部位に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係る上記部位の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各部位は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。

次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作について、図４を参照して説明する。ここに図４は、実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作を示すフローチャートである。

図４において、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作時には、先ずクランク角速度検出部１２０において、エンジン２００のクランク角速度が検出される（ステップＳ１０１）。クランク角速度が検出されると、振動強度検出部１３０において、クランク角速度における所定の周波数成分の振動強度（具体的には、エンジン２００の回転０．５次振動成分）が検出される（ステップＳ１０２）。

振動強度が検出されると、失火判定部１４０において、エンジン２００で失火が発生しているか否かが判定される（ステップＳ１０３）。失火判定部１４０は、燃焼不安定性の指標となるエンジン２００の回転０．５次振動成分が所定の閾値を超えているか否かによって失火を判定する。ただし、失火の判定は、他の方法を用いて行われても構わない。

ここで、失火が発生していると判定されると（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、第３燃焼制御部１７０によって、第１気筒２０１ａ、第２気筒２０１ｂ、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄの全ての気筒の燃焼状態が制御される（ステップＳ１０４）。以下では、第３燃焼制御部１７０による燃焼制御について、図５を参照して具体的に説明する。ここに図５は、第３燃焼制御部による燃焼制御を示す概念図である。

図５において、第３燃焼制御部１７０は、第１気筒２０１ａ、第２気筒２０１ｂ、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄの全ての気筒における燃焼パラメータ（ここでは、燃料の噴射時期）を、それぞれ一律に補正（変更）する。これにより、失火の発生によって極めて大きな値となっていたエンジン２００の回転０．５次振動が小さくされる。このようにエンジン２００の回転０．５次振動を小さくすれば、後述する第２燃焼制御部１６０による制御（即ち、エンジン２００の回転０．５次振動の微調整が求められる制御）を好適に実行することが可能となる。

なお、失火が発生していない場合には、エンジン２００の回転０．５次振動は比較的小さい値であると考えられるため、そのままでも第２燃焼制御部１６０による制御を好適に実行することができる。よって、失火が発生していないと判定された場合には（ステップＳ１０３：ＮＯ）、ステップＳ１０４の処理は省略される。

図４に戻り、続いて筒内圧検出部１１０において、第１気筒２０１ａの筒内圧が検出される（ステップＳ１０５）。第１気筒２０１ａの筒内圧が検出されると、第１燃焼制御部１５０によって、第１気筒２０１ａの燃焼状態が制御される（ステップＳ１０６）。以下では、第１燃焼制御部１５０による燃焼制御について、図６を参照して具体的に説明する。ここに図６は、第１燃焼制御部による燃焼制御を示す概念図である。

図６において、第１燃焼制御部１５０は、第１気筒２０１ａにおける燃料の噴射時期を、第１気筒２０１ａの筒内圧に基づいて補正する。これにより、第１気筒２０１ａの燃焼状態はより適切な状態へと導かれる。なお、第１気筒２０１ａの燃焼状態が制御されることで、他の気筒（即ち、第２気筒２０１ｂ、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄ）との燃焼状態の差が広がるため、燃焼状態のばらつきに対応しているエンジン２００の回転０．５次振動は多少大きくなる。

図４に戻り、第１気筒２０１ａの燃焼制御が行われた後には、第２燃焼制御部１６０の第１制御部１６１によって、第４気筒２０１ｄの燃焼状態が制御される（ステップＳ１０７）。以下では、第１制御部１６１による燃焼制御について、図７を参照して具体的に説明する。ここに図７は、第２燃焼制御部における第１制御部による燃焼制御を示す概念図である。

図７において、第１制御部１６１は、第４気筒２０１ｄにおける燃料の噴射時期を、エンジン２００の回転０．５次振動が最小となるように補正する。なお、このような制御をおこなうために、第１制御部１６１による燃焼制御時には、上述したステップＳ１０１及びＳ１０２と同様に、クランク角速度が検出され、エンジン２００の回転０．５次振動が検出される。

エンジン２００の回転０．５次振動を小さくするような補正（即ち、燃焼状態のばらつきを小さくする補正）を行えば、第４気筒２０１ｄの燃焼状態が第１気筒２０１ａの燃焼状態に近づく。よって、第４気筒２０１ｄの燃焼状態は、第１燃焼制御部１５０によって適切な状態へと導かれた第１気筒２０１ａの燃焼状態と同等になる。即ち、第４気筒２０１ｄの燃焼状態も、より適切な状態となる。

ここで特に、第４気筒２０１ｄは、第１気筒２０１ａとストロークが３６０度ずれた気筒である。このため、第１制御部１６１によって第４気筒２０１ｄの燃焼状態が制御されると、エンジン２００の回転０．５次振動は小さくなるが、エンジン２００の回転１次振動は逆に大きくなる。このように、エンジン２００の回転０．５次振動に代えてエンジン２００の回転１次振動が発生するような補正を行なうことで、以降の燃焼制御（即ち、エンジン２００の回転１次振動に基づく燃焼制御）がより好適に行える。

以下では、エンジン２００の回転１次振動が発生しない比較例について、図８及び図９を参照して説明する。ここに図８は、比較例に係る燃焼制御を示す概念図（その１）であり、図９は、比較例に係る燃焼制御を示す概念図（その２）である。

図８に示す比較例では、第１気筒２０１ａの燃焼制御が行われた後に、第３気筒２０１ｃの燃焼制御が行われる。ここで、第３気筒の２０１ｃは、第４気筒２０１ｄのように第１気筒２０１ａとストロークが３６０度ずれた気筒ではない。この場合、仮に上述した本実施形態に係る制御と同様の制御を行ったとしても、第１気筒２０１ａと第３気筒２０１ｃとの燃焼状態の差が小さくなることでエンジン２００の回転０．５次振動が小さくされる分、第３気筒２０１ｃと他の第２気筒２０１ｂ及び第４気筒２０１ｄとの差が大きくなることでエンジン２００の回転０．５次振動が大きくされるため、振動強度は変化しない。また、エンジン２００の回転１次振動も発生しない。従って、図８に示す比較例では、第３気筒２０１ｃの燃焼制御の後に、エンジン２００の回転１次振動に基づく燃焼制御制御が行えない。

図９に示す比較例では、第１気筒２０１ａの燃焼制御が行われた後に、第２気筒２０１ｂの燃焼制御が行われる。ここで、第２気筒の２０１ｂは、第４気筒２０１ｄのように第１気筒２０１ａとストロークが３６０度ずれた気筒ではない。よって、仮に上述した本実施形態に係る制御と同様の制御を行ったとしても、第１気筒２０１ａと第２気筒２０１ｂとの燃焼状態の差が小さくなることでエンジン２００の回転０．５次振動が小さくされる分、第２気筒２０１ｂと他の第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄとの差が大きくなることでエンジン２００の回転０．５次振動が大きくされるため、振動強度は変化しない。また、エンジン２００の回転１次振動も発生しない。従って、図９に示す比較例では、第３気筒２０１ｃの燃焼制御の後に、エンジン２００の回転１次振動に基づく燃焼制御制御が行えない。

図４に戻り、第４気筒２０１ｄの燃焼制御が行われた後には、第２燃焼制御部１６０の第２制御部１６２によって、第３気筒２０１ｃの燃焼状態が制御される（ステップＳ１０８）。以下では、第２制御部１６２による燃焼制御について、図１０を参照して具体的に説明する。ここに図１０は、第２燃焼制御部における第２制御部による燃焼制御を示す概念図である。

図１０において、第２制御部１６２は、第３気筒２０１ｃにおける燃料の噴射時期を、エンジン２００の回転０．５次振動が最小となるように補正する。なお、このような制御をおこなうために、第２制御部１６２による燃焼制御時には、上述したステップＳ１０１及びＳ１０２と同様に、クランク角速度が検出され、エンジン２００の回転０．５次振動が検出される。

エンジン２００の回転０．５次振動を小さくするような補正を行えば、第３気筒２０１ｃの燃焼状態が第１気筒２０１ａの燃焼状態に近づく。ただし、ここでの制御後の第３気筒２０１ｃの燃焼状態は、第４気筒２０１ｄの制御の場合とは異なり、最適な燃焼状態とはされない。第３気筒２０１ｃの燃焼状態は、後述する第３制御部１６３による燃焼制御によって、第２気筒２０１ｂと共に最適な状態へと導かれる。

なお、第２制御部１６２によって第３気筒２０１ｃの燃焼状態が制御されると、エンジン２００の回転０．５次振動はほぼゼロとなるが、エンジン２００の回転１次振動は逆に大きくなる。

図４に戻り、第３気筒２０１ｃの燃焼制御が行われた後には、第２燃焼制御部１６０の第３制御部１６３によって、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄの燃焼状態が制御される（ステップＳ１０９）。以下では、第３制御部１６３による燃焼制御について、図１１を参照して具体的に説明する。ここに図１１は、第２燃焼制御部における第３制御部による燃焼制御を示す概念図である。

図１１において、第３制御部１６３は、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄにおける燃料の噴射時期を、エンジン２００の回転１次振動が最小となるように補正する。なお、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄにおける燃料の噴射時期は、互いに同じ量だけ補正される。また、このような制御をおこなうために、第１制御部１６１による燃焼制御時には、上述したステップＳ１０１及びＳ１０２と同様に、クランク角速度が検出され、エンジン２００の回転１次振動が検出される。

エンジン２００の回転１次振動を小さくするような補正を行えば、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄの燃焼状態が第１気筒２０１ａの燃焼状態に近づく。よって第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄの燃焼状態は、第１燃焼制御部１５０によって適切な状態へと導かれた第１気筒２０１ａの燃焼状態と同等になる。即ち、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄの燃焼状態も、より適切な状態となる。

上述したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、筒内圧に基づいて燃焼状態が制御されるのは第１気筒２０１ａのみであり、他の気筒はエンジン２００の回転０．５次振動又は回転１次振動に基づいて燃焼状態が制御される。従って、第１気筒２０１ａの筒内圧が検出されていれば、第２気筒２０１ｂ、第３気筒２０１ｃ及び第４気筒２０１ｄ他の気筒の筒内圧が検出されなくとも、全ての気筒に対して適切な燃焼制御が実行できる。よって、筒内圧センサ等の部材を気筒毎に設けずに済むため、コストの増大を防止することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、エンジン２００における複数の気筒２０１の各々の燃焼状態を好適に制御することが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１００ ＥＣＵ
１１０ 筒内圧検出部
１２０ クランク角速度検出部
１３０ 振動強度検出部
１４０ 失火判定部
１５０ 第１燃焼制御部
１６０ 第２燃焼制御部
１６１ 第１制御部
１６２ 第２制御部
１６３ 第３制御部
１７０ 第３燃焼制御部
２００ エンジン
２０１ 気筒
２０１ａ 第１気筒
２０１ｂ 第２気筒
２０１ｃ 第３気筒
２０４ｄ 第４気筒
２０４ クランクシャフト
２０５ クランクポジションセンサ
２０７ スロットルバルブ
２０９ 吸気ポート
２１１ インジェクタ
２１２ 燃料タンク
２１９ 排気ポート
２２２ 筒内圧センサ

本発明の内燃機関の制御装置は上記課題を解決するために、複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、前記複数の気筒のうち一の気筒の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、前記内燃機関におけるクランク角速度を検出するクランク角速度検出手段と、前記クランク角速度の所定の回転次数の振動強度を検出する振動強度検出手段と、前記一の気筒の筒内圧に基づいて、前記一の気筒における燃焼パラメータを変更する第１燃焼制御手段と、前記一の気筒における前記燃焼パラメータを変更した後に、前記所定の回転次数の振動強度に基づいて、前記複数の気筒のうち他の気筒における前記燃焼パラメータを変更する第２燃焼制御手段とを備え、前記所定の回転次数は、前記内燃機関の回転０．５次振動を含み、前記第２燃焼制御手段は、前記一の気筒とストロークが３６０度ずれる第２の気筒における前記燃焼パラメータを、前記内燃機関の回転０．５次振動が最小になるように変更する第２気筒制御手段を有し、前記複数の気筒は、前記第２の気筒に加え、他の気筒とストロークが相異なる角度でずれる第３の気筒及び第４の気筒を含んでおり、前記第２燃焼制御手段は、（ｉ）前記第２の気筒における前記燃焼パラメータを変更した後に、第３の気筒における前記燃焼パラメータを、前記内燃機関の回転０．５次振動が最小になるように変更する第３気筒制御手段と、（ｉｉ）前記第３の気筒における前記燃焼パラメータを変更した後に、前記第３の気筒及び第４の気筒における前記燃焼パラメータを、前記内燃機関の回転１次振動が最小になるようにそれぞれ変更する第４気筒制御手段とを有する。

Claims (6)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記複数の気筒のうち一の気筒の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
   前記内燃機関におけるクランク角速度を検出するクランク角速度検出手段と、
   前記クランク角速度の所定の回転次数の振動強度を検出する振動強度検出手段と、
   前記一の気筒の筒内圧に基づいて、前記一の気筒における燃焼パラメータを変更する第１燃焼制御手段と、
   前記一の気筒における前記燃焼パラメータを変更した後に、前記所定の回転次数の振動強度に基づいて、前記複数の気筒のうち他の気筒における前記燃焼パラメータを変更する第２燃焼制御手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記所定の回転次数は、前記内燃機関の回転０．５次振動を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記第２燃焼制御手段は、前記一の気筒とストロークが３６０度ずれる第２の気筒における前記燃焼パラメータを、前記内燃機関の回転０．５次振動が最小になるように変更する第２気筒制御手段を有することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記複数の気筒は、前記第２の気筒に加え、他の気筒とストロークが相異なる角度でずれる第３の気筒及び第４の気筒を含んでおり、
   前記第２燃焼制御手段は、（ｉ）前記第２の気筒における前記燃焼パラメータを変更した後に、第３の気筒における前記燃焼パラメータを、前記内燃機関の回転０．５次振動が最小になるように変更する第３気筒制御手段と、（ｉｉ）前記第３の気筒における前記燃焼パラメータを変更した後に、前記第３の気筒及び第４の気筒における前記燃焼パラメータを、前記内燃機関の回転１次振動が最小になるようにそれぞれ変更する第４気筒制御手段とを有する
   ことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関の失火を判定する失火判定手段と、
   前記失火が発生していると判定された場合、前記第１燃焼制御手段による制御の前に、前記複数の気筒の全ての気筒における前記燃焼パラメータを、所定の回転次数の振動強度が小さくなるように一律に変更する第３燃焼制御手段と
   を備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記燃焼パラメータは、前記内燃機関における燃料の噴射時期、噴射量、パイロット噴射量及び排気還流量の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の制御装置。

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