WO2011132253A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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WO2011132253A1
WO2011132253A1 PCT/JP2010/056946 JP2010056946W WO2011132253A1 WO 2011132253 A1 WO2011132253 A1 WO 2011132253A1 JP 2010056946 W JP2010056946 W JP 2010056946W WO 2011132253 A1 WO2011132253 A1 WO 2011132253A1
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heat generation
generation amount
internal combustion
combustion engine
combustion
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PCT/JP2010/056946
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宏通 安田
鈴木　裕介
聡一郎 田中
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
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    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/028—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the combustion timing or phasing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
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    • F02D35/024—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure using an estimation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
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    • F02D41/0255—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus to accelerate the warming-up of the exhaust gas treating apparatus at engine start
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1497—With detection of the mechanical response of the engine
    • F02D41/1498—With detection of the mechanical response of the engine measuring engine roughness

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
  • a technique for determining the amount of heat generated by combustion of an internal combustion engine and using it for various controls of the internal combustion engine is known. During combustion of the internal combustion engine, the amount of heat generation increases from the start of combustion to the end of combustion. The heat generation amount can be used for, for example, calculation of the combustion air-fuel ratio as in the conventional technique.
  • the amount of heat generation can be obtained based on the amount of change (difference) between the amount of heat at the start of combustion and the amount of heat at the end of combustion.
  • the amount of heat generation at the end of combustion is detected using the output value of the in-cylinder pressure sensor at the end of combustion. Specifically, an in-cylinder pressure sensor output value at the time when the end of combustion is reached is obtained, and the amount of heat generation is obtained based on this output value.
  • the present inventor has conducted earnest research and has found that a heat generation amount can be estimated by using information before the end of combustion without using the sensor detection value at the end of combustion. I found it.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can estimate the amount of heat generation using information before the end of combustion. .
  • a first invention is a control device for an internal combustion engine, An acquisition means for obtaining a heat generation amount of the internal combustion engine or a parameter having a correlation with the heat generation amount as a heat generation amount information value; An estimation means for estimating a heat generation amount after the period based on a value that is a predetermined multiple of the heat generation amount information value at a time when the rate of change of the heat generation amount information value takes a maximum value; Control means for controlling the internal combustion engine using the heat generation amount estimated by the estimation means; It is characterized by providing.
  • the second invention is the first invention, wherein
  • the acquisition means includes Sensor output acquisition means for acquiring an output of an in-cylinder pressure sensor of the internal combustion engine; Means for determining the heat generation amount or the parameter based on the output of the in-cylinder pressure sensor acquired by the sensor output acquisition means; It is characterized by including.
  • the third invention is the first or second invention, wherein
  • the acquisition means includes means for obtaining the heat generation amount information value at predetermined intervals during operation of the internal combustion engine
  • the estimation means includes A peak time point specifying means for specifying a peak time point, which is a time point at which the rate of change of the heat generation amount information value takes a maximum value, by detection or estimation;
  • specific information acquisition means for acquiring a value for the peak time specified by the peak time specifying means;
  • a calculation means for obtaining the heat generation amount after the peak time point by calculation using the heat generation amount information value acquired by the specific information acquisition means and a predetermined coefficient; It is characterized by including.
  • the calculation means includes means for obtaining a heat generation amount at the end of combustion based on a value obtained by doubling the heat generation amount information value for the peak time acquired by the specific information acquisition means. .
  • the fifth invention is the third or fourth invention, wherein
  • the calculating means includes The heat generation amount information value acquired by the specific information acquisition means after elapse of a predetermined time before the end of combustion of the internal combustion engine is excluded from numerical values used for the calculation for obtaining the heat generation amount To exclude It is characterized by including.
  • Determining means for determining whether or not the combustion end timing of the internal combustion engine is likely to be later or later than a predetermined time uses the heat generation amount obtained by the heat generation amount acquisition means when the determination means determines that the combustion end timing may be later or later than the predetermined time. Control of an internal combustion engine is performed.
  • the seventh invention is the sixth invention, wherein
  • the case where the determination means determines that the combustion end timing of the internal combustion engine is likely to be later or later than a predetermined time is when the internal combustion engine is warmed up by a catalyst when the retardation of the internal combustion engine is greater than or equal to a predetermined value.
  • the machine includes at least one of a case where an amount of EGR (Exhaust Gas Recirculation) in the internal combustion engine is equal to or greater than a predetermined amount and a case where the internal combustion engine is performing lean combustion. To do.
  • EGR exhaust Gas Recirculation
  • control means uses the heat generation amount estimated by the estimation means, uses an air-fuel ratio detection means for detecting an air-fuel ratio at the time of combustion of the internal combustion engine, and uses the heat generation amount estimated by the estimation means. And at least one of property detecting means for detecting the fuel property of the fuel of the internal combustion engine.
  • the heat generation amount can be estimated by utilizing the relationship that the combustion rate is 50% when the rate of change of the heat generation amount is maximum.
  • the heat generation amount information value (the heat generation amount or a parameter having a correlation with the heat generation amount) obtained from the in-cylinder pressure sensor output
  • the third invention it is possible to clearly identify the time when the rate of change of the amount of heat generation or the rate of change of the parameter correlated therewith takes the maximum value. Based on the heat generation amount at the specified time or a parameter correlated therewith, the heat generation amount at the combustion end time can be calculated.
  • the amount of heat generated at the end of combustion can be obtained with high accuracy by simple calculation.
  • the use of the calculated value of the heat generation amount is discontinued at a point some time before the end of combustion. be able to. As a result, the amount of heat generation can be accurately obtained even under conditions where the noise of the heat generation amount information value increases in the later stage of the combustion stroke.
  • the heat generation amount at the combustion end timing can be reliably used in the control of the internal combustion engine.
  • the seventh invention it is possible to accurately determine whether or not the combustion end timing of the internal combustion engine is delayed according to a specific situation.
  • the detection when the combustion air-fuel ratio or the fuel property is detected using the heat generation amount, the detection can be performed at an early stage.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a control device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention.
  • the control device according to the present embodiment is suitable for controlling a moving body such as a vehicle, specifically, an internal combustion engine mounted on an automobile.
  • FIG. 1 is a diagram showing an internal combustion engine (hereinafter simply referred to as an engine) to which the control device of this embodiment is applied.
  • the engine shown in FIG. 1 is a spark ignition type 4-stroke reciprocating engine provided with a spark plug 6.
  • it is also a cylinder direct injection engine provided with the fuel direct injection injector 7 which injects a fuel directly in a cylinder.
  • the engine to which the present invention is applied is not limited to the in-cylinder direct injection engine according to the present embodiment.
  • the present invention can also be applied to a port injection type engine.
  • variable valve timing VVT: Variable Valve Timing
  • FIG. 1 shows only one cylinder, but a general vehicle engine is composed of a plurality of cylinders.
  • An in-cylinder pressure sensor 5 for measuring the in-cylinder pressure is attached to at least one of the cylinders.
  • crank angle sensor 8 that outputs a signal according to the rotation angle of the crankshaft is attached to this engine. From the signal CA of the crank angle sensor 8, the in-cylinder volume V determined by the engine speed (the number of revolutions per unit time) and the position of the piston can be calculated.
  • An air cleaner 1 is provided at the inlet of the intake passage connected to the cylinder, and a throttle valve 2 is disposed downstream of the air cleaner 1.
  • a surge tank 4 is provided downstream of the throttle valve 2, and an intake pressure sensor 3 for measuring the intake pressure is attached to the surge tank 4.
  • two catalysts 10 and 11 are arranged in the exhaust passage connected to the cylinder.
  • various exhaust gas sensors such as an air-fuel ratio sensor and a sub oxygen sensor may be provided.
  • This engine is provided with an EGR passage connecting the exhaust passage and the intake passage.
  • An EGR cooler 13 and an EGR valve 12 are provided in the EGR passage.
  • a water temperature sensor 14 for measuring the cooling water temperature is attached to the EGR cooler 13.
  • this engine includes an arithmetic processing device 20 as a control device.
  • the arithmetic processing unit 20 processes signals from the sensors 3, 5, 8, and 14 and reflects the processing results on the operations of the actuators 2, 6, 7, and 12 and the variable valve mechanism described above.
  • the arithmetic processing unit 20 may be a so-called ECU (Electronic Control Unit).
  • the arithmetic processing unit 20 stores a process of analog / digital conversion (AD conversion) by synchronizing the output signal of the in-cylinder pressure sensor 5 with the crank angle. By executing this process, the value of the in-cylinder pressure at a desired timing can be detected.
  • AD conversion analog / digital conversion
  • the arithmetic processing unit 20 stores a PV ⁇ calculation process for calculating a parameter PV ⁇ that correlates with the heat generation amount. This processing is performed using P ( ⁇ ) ⁇ V ( ⁇ ) using in-cylinder pressure P ( ⁇ ) for each crank angle, in-cylinder volume V ( ⁇ ) and specific heat ratio ⁇ for each crank angle in accordance with the crank angle ⁇ . ⁇ can be calculated. Further, the arithmetic processing unit 20 stores a process for calculating a change rate of P ( ⁇ ) ⁇ V ( ⁇ ) ⁇ . By this processing, the rate of change dPV ⁇ / d ⁇ of the heat generation amount at a desired timing (crank angle) during the combustion stroke can be calculated.
  • the arithmetic processing unit 20 stores processing for obtaining the air-fuel ratio by calculation using the value of PV ⁇ .
  • this process is a process of obtaining the heat generation amount during the intake stroke and the heat generation amount immediately after the end of combustion from the output value of the in-cylinder pressure sensor 5, and obtaining the air-fuel ratio by calculation.
  • This type of air-fuel ratio detection technique is known as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-144463, and therefore further explanation is omitted.
  • [Operation of Control Device According to First Embodiment] 2 to 4 are diagrams for explaining the operation of the control device according to the first embodiment of the present invention.
  • the amount of heat generation can be obtained based on the amount of change (difference) between the amount of heat at the start of combustion and the amount of heat at the end of combustion.
  • the difference between the amount of heat at the start of combustion and the amount of heat at the end of combustion is also referred to as “total heat generation amount” and may be represented by the symbol Q.
  • the amount of heat generation at the end of combustion is detected using the output value of the in-cylinder pressure sensor at the end of combustion.
  • FIG. 2 is a diagram showing the concept of a heat generation amount calculation method.
  • the amount of heat generation can be obtained from the amount of change in PV ⁇ from the start of combustion to the end of combustion (arrow in FIG. 2).
  • the combustion start time can be determined at the ignition timing or the timing just before it.
  • the end point of combustion can be a point of time when PV ⁇ is maximized from the viewpoint of the effect of cooling loss in the expansion stroke or the influence of noise (such as a sensor thermal strain error).
  • FIG. 3 shows the in-cylinder pressure P waveform under normal combustion conditions (FIG. 3A), the PV ⁇ waveform (FIG. 3B), and the rate of change in heat generation dPV ⁇ / d ⁇ with the change in crank angle. It is a figure which shows the waveform (FIG.3 (c)), respectively. 4 shows the in-cylinder pressure P waveform (FIG. 4 (a)), the PV ⁇ waveform (FIG. 4 (b)), and the rate of change in the amount of heat generation in the retarded angle combustion condition as the crank angle changes. It is a figure which respectively shows the waveform (FIG.4 (c)) of dPV (kappa) / d (theta).
  • the total heat generation amount Q is obtained from the maximum value PV ⁇ max of PV ⁇ based on the difference (change amount) of PV ⁇ between the combustion start point and the combustion end point. be able to.
  • the retarded combustion condition as shown in FIG. 4 a situation may occur in which combustion is still in progress even when the exhaust valve opens.
  • the present inventor conducted intensive research and found a technique that can estimate the amount of heat generation using information before the end of combustion without using the sensor detection value at the end of combustion. .
  • the inventor of the present application has focused on the fact that a value obtained by doubling the “heat generation amount at the crank angle at which the rate of change of the combustion ratio becomes maximum” can be handled as the total heat generation amount Q.
  • the combustion ratio (hereinafter also referred to as “MFB”) is a value defined as an index representing the progress of combustion. Specifically, it is assumed that the combustion ratio varies in the range of 0 to 1 (or in the range of 0% to 100%). When the combustion ratio is 0 (0%), the combustion start point is indicated. When the combustion ratio is 1 (100%), the combustion end point is indicated.
  • P ⁇ 0 and V ⁇ 0 are the in-cylinder pressure P and the in-cylinder volume V when the crank angle ⁇ is the predetermined combustion start timing ⁇ 0
  • P ⁇ f and V ⁇ f are respectively
  • P ⁇ and V ⁇ are the in-cylinder pressure P and the in-cylinder volume V, respectively, when the crank angle ⁇ is an arbitrary value.
  • ⁇ is a specific heat ratio.
  • crank angle at the 50% combustion rate coincides with the crank angle at which the rate of change in the combustion rate is maximum, that is, the crank angle at which the rate of change in PV ⁇ is maximum.
  • the crank angle at which dPV ⁇ / d ⁇ takes the maximum value is specified, and the total heat generation amount Q is determined based on the value obtained by doubling PV ⁇ at the crank angle. .
  • crank angle at which dPV ⁇ / d ⁇ takes the maximum value while PV ⁇ is increasing is also referred to as “ ⁇ CA50 ” as meaning “the crank angle of the 50% combustion ratio”.
  • the PV ⁇ calculated for ⁇ CA50 is also referred to as “PV ⁇ CA50 ”.
  • PV ⁇ CA50 a difference PV kappa and PV kappa CA50 (in the present embodiment is set to zero as shown in FIGS. 3 and 4) in the combustion start time, also referred to as Pv kappa CA50.
  • a value obtained by doubling ⁇ PV ⁇ CA50 is defined as a total heat generation amount Q.
  • the future information of the heat generation amount Q is estimated using PV ⁇ CA50 without using the sensor detection value at the end of combustion, that is, without waiting for the end of combustion. Can be requested.
  • the generation amount Q can be estimated in an estimated manner.
  • FIG. 5 is a flowchart of a routine executed by the arithmetic processing unit 20 in the first embodiment of the present invention.
  • the arithmetic processing unit 20 is configured to execute a process for calculating ⁇ PV ⁇ max in addition to the process for calculating ⁇ PV ⁇ CA50 described above.
  • ⁇ PV ⁇ max first stores the maximum value of P ( ⁇ ) ⁇ V ( ⁇ ) ⁇ calculated according to the crank angle ⁇ , and the stored maximum value and P ( ⁇ ) ⁇ V at the start of combustion. It can be calculated by obtaining the difference between ( ⁇ ) ⁇ .
  • step S100 it is first determined whether or not ⁇ PV ⁇ max exceeds a predetermined value ⁇ . In this step, first, ⁇ PV ⁇ max is calculated. If ⁇ PV ⁇ max is equal to or less than the predetermined value ⁇ , it is determined that misfire has occurred (step S102).
  • step S104 it is next determined whether or not the catalyst warm-up control is being executed. In the present embodiment, it is assumed that catalyst warm-up control is executed under predetermined conditions in the engine shown in FIG. In step S104, it is determined whether the catalyst warm-up control is currently being executed based on the control command from the arithmetic processing unit 20.
  • step S104 If the condition of step S104 is not satisfied, the catalyst warm-up control is not currently executed, and therefore there is little risk of adverse effects of the heat generation amount calculation due to the prolonged combustion period as exemplified with reference to FIG. Can think. Therefore, in the present embodiment, when the condition of step S104 is not satisfied, ⁇ PV ⁇ max is handled as the heat generation amount Q (step S114). Thus, an accurate PV ⁇ max is obtained by using the output value of the in-cylinder pressure sensor 5 at the end of combustion while avoiding the adverse effect of deterioration in accuracy due to the prolonged combustion period, and the actual measured value of the in-cylinder pressure sensor 5 It is possible to calculate the amount of heat generation based on the above.
  • ⁇ CA50 is calculated (step S106). Since it is confirmed that the catalyst warm-up control is being executed when the condition of step S104 is satisfied, in the subsequent processing, the estimated value of the heat generation amount is calculated based on the method according to the first embodiment described above. First, using the values of P ( ⁇ ) and V ( ⁇ ) corresponding to the crank angle ⁇ , as schematically shown in FIG. 4C, the value of dPV ⁇ / d ⁇ corresponding to the crank angle ⁇ . Are calculated sequentially. Thereafter, the increase / decrease in dPV ⁇ / d ⁇ is monitored, and the crank angle ⁇ when dPV ⁇ / d ⁇ takes the maximum value is specified. The crank angle specified here is handled as ⁇ CA50 .
  • step S108 a process for calculating ⁇ PV ⁇ CA50 is executed (step S108).
  • PV ⁇ at the start of combustion is specified (in this embodiment, it is zero as shown in FIGS. 3 and 4). Then, determine the difference between the PV kappa and PV kappa CA50 in the combustion start time, address this difference as Pv kappa CA50.
  • the Pv kappa CA50 which was calculated at step S108 to twice the value is substituted into the total heat generation amount Q.
  • An image of this calculation is also schematically shown in FIG.
  • step S112 a process for calculating the combustion air-fuel ratio is executed.
  • the calculation processing of the air-fuel ratio stored in the arithmetic processing unit 20 is executed using the value of the total heat generation amount Q calculated in step S110 or step S114. Thereby, a combustion air fuel ratio can be calculated
  • the heat generation amount correlation parameter PV ⁇ CA50 at the 50% combustion ratio is used instead of the heat generation amount correlation parameter PV ⁇ max at the combustion end time, so that the combustion end time is not waited. In both cases, future information on the heat generation amount Q can be estimated. Further, according to the above specific processing according to the first embodiment, when the amount of heat generation is calculated using PV ⁇ obtained from the output of the in-cylinder pressure sensor 5, the combustion end point is late as shown in FIG. Even so, the estimated value of the total heat generation amount Q can be acquired.
  • the timing at which the rate of change of the heat generation amount or the rate of change of the parameter correlated therewith takes the maximum value is clearly specified according to the processing of step S106. be able to.
  • the total heat generation amount Q can be calculated according to the processing of steps S108 and 110 based on the heat generation amount at the specified time or a parameter correlated therewith.
  • the heat generation amount at the end of combustion can be obtained with high accuracy by a simple calculation of multiplying ⁇ PV ⁇ CA50 by 2.
  • the process of step S114 and the process of step S110 are selectively executed in accordance with whether or not the condition of step S104 is satisfied, so that there is an advantage that the calculation process of ⁇ PV ⁇ can be shared.
  • the above specific processing according to the first embodiment it is possible to determine whether or not the catalyst warm-up control is being executed, and to properly use the processing of steps S110 and S114 based on the determination result.
  • the information on the heat generation amount can be reliably used in the control of the internal combustion engine.
  • the information on the heat generation amount can be reliably used for calculating the combustion air-fuel ratio.
  • PV ⁇ is the “parameter” in the first invention
  • dPV ⁇ / d ⁇ is the “change rate of the heat generation amount information value” in the first invention.
  • ⁇ CA50 is the “PV ⁇ calculation process” stored in the arithmetic processing unit 20 at the “time when the rate of change of the heat generation amount information value takes the maximum value” in the first invention. Each corresponds to “acquiring means”.
  • the arithmetic processing unit 20 executes the processing of steps S106, S108 and S110 of the routine of FIG. 5
  • the “estimating means” in the first invention performs arithmetic processing.
  • the “control means” in the first invention is realized by the apparatus 20 executing the process of step S112 of the routine of FIG.
  • the in-cylinder pressure sensor 5 corresponds to the “in-cylinder pressure sensor” in the second invention.
  • the arithmetic processing unit 20 executes the process of step S106 in the routine shown in FIG. 5, so that the “peak time specifying means” in the third aspect of the invention is the step of step S108.
  • the “specific information acquisition unit” in the third invention realizes the “calculation unit” in the third invention by executing the process of step S110.
  • the “determination means” in the sixth aspect of the present invention is realized by the arithmetic processing unit 20 executing the process of step S104 of the routine of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the effects obtained in the first embodiment of the present invention. The result verified about the air-fuel-ratio detection accuracy in catalyst warm-up operation is shown.
  • FIG. 6 shows measurement points according to the “PV ⁇ max method” and measurement points according to “2 * PV ⁇ @ CA50 application”.
  • In-cylinder pressure sensors are being developed by various companies as a system to respond to future fuel efficiency and emission regulations, and some have already been put into practical use. By mounting the in-cylinder pressure sensor, precise combustion control and accurate parameter detection can be performed. For this reason, the engine control performance can be improved.
  • One technique for applying the in-cylinder pressure sensor is a technique for detecting a combustion air-fuel ratio (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-144643). According to such a technique, the air-fuel ratio can be detected in real time and more accurately than the conventional air-fuel ratio detection method using the air-fuel ratio sensor.
  • PV ⁇ is used as a heat generation amount correlation parameter.
  • the noise superimposed on the in-cylinder pressure sensor output is amplified by V ⁇ as the distance from the TDC increases. Therefore, if an attempt is made to search for a point where the amount of heat generation becomes maximum in retarded combustion in which the end point of combustion is far from TDC, it becomes susceptible to noise. Therefore, the heat generation amount calculation section may be divided up to the combustion center-of-gravity position ( ⁇ CA50 in the first embodiment).
  • the PV ⁇ calculation section or the use permission section may be limited to a predetermined crank angle ( ⁇ CA50 in the first embodiment) according to the combustion gravity center position. Thereby, it can also be made hard to receive the influence of noise. Even in such a modification, according to the first embodiment, if the output value of the in-cylinder pressure sensor up to ⁇ CA50 is obtained, the subsequent heat generation amount can be estimated.
  • the configuration for limiting the heat generation amount calculation section (PV ⁇ calculation section or use permission section) described here corresponds to the “exclusion means” in the fifth aspect of the present invention.
  • the influence of the thermal strain error of the in-cylinder pressure sensor is small.
  • the retarded combustion has a long combustion period (that is, the combustion speed is slow). Therefore, the lower the rotation speed, the longer the time that the in-cylinder pressure sensor is exposed to the combustion gas per unit time. As a result, a thermal strain error is caused in the in-cylinder pressure sensor.
  • the influence of the thermal strain error is relatively small up to the combustion center of gravity position.
  • the in-cylinder pressure sensor output value up to the combustion gravity center position ( ⁇ CA50 in the first embodiment) is used, so that the adverse effect of the thermal strain error can be avoided.
  • a value obtained by doubling ⁇ PV ⁇ CA50 is calculated as the total heat generation amount Q.
  • the present invention is not limited to this.
  • the combustion rate is 50% when the rate of change of the heat generation amount is maximum, not only the heat generation amount at the end of combustion but also the future information of the heat generation amount, that is, ⁇ CA50
  • a later heat generation amount (for example, information on 70%, 80%, 90%, etc. of the total heat generation amount Q) may be estimated.
  • the processing unit 20 taking into account that twice the Pv kappa CA50 corresponds to the total heat generation amount Q, the processing unit 20, or to execute the calculation processing for appropriately constant multiple of Pv kappa CA50, or constant It is also possible to create a function (such as a coefficient map) as appropriate without limiting to the numerical value of and to execute a calculation process of multiplying the output value of this function by ⁇ PV ⁇ CA50 . Also by these arithmetic processes, it is possible to obtain an estimated value of the heat generation amount by multiplying ⁇ PV ⁇ CA50 by a predetermined number based on the relationship that the combustion rate is 50% when the rate of change of the heat generation amount is maximum. It is.
  • a function such as a coefficient map
  • ⁇ PV ⁇ CA50 is multiplied by 2.
  • the present invention is not limited to the calculation format in which ⁇ PV ⁇ CA50 is strictly multiplied by 2.0.
  • a predetermined coefficient approximately twice as large may be determined in accordance with the guideline that twice of ⁇ PV ⁇ CA50 corresponds to the total heat generation amount Q, and ⁇ PV ⁇ CA50 may be multiplied by this predetermined coefficient.
  • the heat generation amount at the end of combustion is calculated based on a value obtained by doubling ⁇ PV ⁇ CA50 , so that heat generation is performed as in the first embodiment. This is because the amount can be estimated.
  • the method of using the heat generation amount estimated in this embodiment is not limited to the method of using the combustion air-fuel ratio.
  • the heat generation amount obtained in this embodiment can also be used when detecting fuel properties such as alcohol concentration, assuming that the heat generation amount / fuel injection amount is proportional ( ⁇ ) to the lower heating value.
  • “the process of detecting the alcohol concentration assuming that the heat generation amount / fuel injection amount is proportional ( ⁇ ) to the lower heating value” corresponds to the “property detection means” in the eighth invention. ing.
  • Embodiment 2 The hardware configuration and software configuration of the second embodiment are basically the same as the configuration of the first embodiment except that the control device according to the second embodiment can execute the routine shown in FIG.
  • description is abbreviate
  • the ⁇ CA50 is constantly monitored, and the heat generation amount is based on ⁇ PV ⁇ CA50 in the combustion cycle that is retarded from a predetermined value. Decided to estimate.
  • FIG. 7 is used to explain specific processing executed in the control device for an internal combustion engine according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart of a routine executed by the arithmetic processing unit 20 in the second embodiment of the present invention.
  • the flowchart of FIG. 7 is obtained by deleting the process of step S104 of the flowchart of FIG. 5 and adding the process of step S206 instead. Processes similar to those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is simplified or omitted.
  • step S100 is executed. If the condition in step S102 is not satisfied, a misfire determination is made in step S102 as in the first embodiment.
  • step S106 the ⁇ CA50 calculation process (step S106) according to the first embodiment is executed.
  • step S206 it is determined whether or not ⁇ CA50 is greater than a predetermined value ⁇ (step S206). If the conditions of this step are not satisfied, it is determined that there is no occurrence of retarded combustion, which is a problem in the second embodiment. Accordingly, the process proceeds sequentially with steps S114 and S112, and the current routine is terminated after the air-fuel ratio is detected.
  • step S206 determines whether retarded combustion, which is a problem in the second embodiment, has occurred. Therefore, in this case, the process proceeds with steps S108 and S110, and the heat generation amount estimated value calculation using ⁇ PV ⁇ CA50 is executed. Thereafter, the combustion air-fuel ratio is detected using the estimated heat generation amount (step S112), and the current routine ends.
  • the heat generation amount at the combustion end timing can be reliably used in the control of the internal combustion engine.
  • the “determination means” according to the sixth aspect of the present invention is implemented when the arithmetic processing unit 20 executes the process of step S206.
  • the determination as to whether the combustion end timing is delayed may be performed, for example, as follows.
  • EGR Exhaust Gas Recirculation
  • the actual EGR amount may be calculated and it may be determined whether or not the combustion end timing is delayed or may be delayed depending on whether the EGR amount is a predetermined amount or more. In this case, it may be determined whether or not the combustion end timing is delayed to such an extent that deterioration in accuracy of heat generation amount calculation based on ⁇ PV ⁇ max in step S114 becomes a problem.
  • the catalyst warm-up operation determination according to the first embodiment, and the predetermined value comparison determination of ⁇ CA50 according to the second embodiment may be used individually or in combination. It may be used.

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Abstract

　熱発生量を推定することができる内燃機関の制御装置を提供する。　演算処理装置２０は、クランク角θに応じたＰＶκと、ＰＶκの変化率ｄＰＶκ／ｄθとを算出することができる。便宜上、「ＰＶκ増加中においてｄＰＶκ／ｄθが最大値をとったクランク角度」を、「５０％燃焼割合のクランク角度」を意味するものとして、「θＣＡ５０」とも称す。また、θＣＡ５０について算出したＰＶκを、「ＰＶκ ＣＡ５０」とも称す。また、便宜上、燃焼開始時点におけるＰＶκ(本実施形態では図３、４のように零としている)とＰＶκ ＣＡ５０との差分を、ΔＰＶκ ＣＡ５０とも称す。ΔＰＶκ ＣＡ５０を２倍した値を総熱発生量Ｑとする。

Description

内燃機関の制御装置
　この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
　従来、例えば、日本特開２００６－１４４６４３号公報に開示されているように、内燃機関の燃焼時における熱量の各種情報を計算により求める技術が知られている。上記公報には、具体的には、筒内圧センサの出力値を利用して、燃焼終了直後の発熱量を算出し、当該発熱量に基づいて燃焼空燃比を算出する技術が開示されている。
日本特開２００６－１４４６４３号公報 日本特開２００７－１２０３９２号公報 日本特開２００７－１１３３９６号公報
　内燃機関の燃焼による熱発生量を求め、内燃機関の各種制御に利用する技術が公知である。内燃機関の燃焼中には、燃焼開始時点から燃焼終了時点にかけて、熱発生量が増加してゆく。熱発生量は、例えば上記従来の技術のような燃焼空燃比算出などに利用することができる。
　熱発生量は、燃焼開始時点における熱量と燃焼終了時点における熱量との変化量（差分）に基づいて求めることができる。従来の熱発生量算定手法においては、燃焼終了時点を迎えたときの筒内圧センサ出力値等を利用して、燃焼終了時期の熱発生量を検出している。具体的には、燃焼終了時点を迎えた時点における筒内圧センサ出力値を取得して、この出力値に依拠して熱発生量を求めている。燃焼終了時期の熱発生量を実際のセンサ値から算出することで、その燃焼行程における最終的な熱発生量を精度良く求めることができる。
　しかしながら、燃焼終了時点でのセンサ検出値を常に要求する手法においては、燃焼が終了するまでは熱発生量についての最終的な結論を得ることができない。また、燃焼終了時期が通常の運転条件に比して相当に遅くなる運転条件下においては、燃焼終了時点が排気弁の開弁時期にずれ込んでしまうおそれがある。このような場合、筒内圧センサの出力値を利用するときに特有の弊害が生じてしまう。すなわち、このような場合、筒内圧センサ出力値から明確に燃焼終了時点を判別することが困難となったり、筒内圧センサの出力値を燃焼終了時点の熱発生量の算出の基礎に用いることが適当ではなくなったりしてしまう。
　そこで、本願発明者は、鋭意研究を行ったところ、燃焼終了時点でのセンサ検出値を使用しなくとも、燃焼終了前の情報を利用して熱発生量を推定的に求めることができる手法を見出した。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、燃焼終了前の情報を利用して熱発生量を推定することが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。
　第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
　熱発生量情報値として内燃機関の熱発生量又は当該熱発生量と相関を有するパラメータを求める取得手段と、
　前記熱発生量情報値の変化率が最大値をとる時期における前記熱発生量情報値の所定倍の値に基づいて、前記時期以後の熱発生量を推定する推定手段と、
　前記推定手段で推定した前記熱発生量を利用して、前記内燃機関の制御を行う制御手段と、
　を備えることを特徴とする。
　また、第２の発明は、第１の発明において、
　前記取得手段は、
　前記内燃機関の筒内圧センサの出力を取得するセンサ出力取得手段と、
　前記センサ出力取得手段で取得した前記筒内圧センサの出力に基づいて、前記熱発生量又は前記パラメータを求める手段と、
　を含むことを特徴とする。
　また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
　前記取得手段が、前記内燃機関の運転中に所定期間ごとに前記熱発生量情報値を求める手段を含み、
　前記推定手段は、
　前記熱発生量情報値の変化率が最大値をとる時点であるピーク時点を検出または推定によって特定するピーク時点特定手段と、
　前記内燃機関の運転中に前記情報取得手段で取得される前記熱発生量情報値のうち、前記ピーク時点特定手段で特定された前記ピーク時点についての値を取得する特定情報取得手段と、
　前記特定情報取得手段で取得した前記熱発生量情報値と所定の係数とを用いた計算により、前記ピーク時点以後の前記熱発生量を求める算出手段と、
　を含むことを特徴とする。
　また、第４の発明は、第３の発明において、
　前記算出手段は、前記特定情報取得手段で取得した前記ピーク時点についての前記熱発生量情報値を２倍した値に基づいて燃焼終了時期の熱発生量を求める手段を、含むことを特徴とする。
　また、第５の発明は、第３または４の発明において、
　前記算出手段は、
　前記内燃機関の燃焼終了時点前の所定の時期を経過した後における前記特定情報取得手段で取得される前記熱発生量情報値を、前記熱発生量を求めるための前記計算に使用する数値から除外する除外手段を、
含むことを特徴とする。
　また、第６の発明は、第１乃至５の発明のいずれか１つにおいて、
　前記内燃機関の燃焼終了時期が所定時期よりも遅い又は遅くなるおそれがあるか否かを判定する判定手段を備え、
　前記制御手段は、前記燃焼終了時期が前記所定時期よりも遅い又は遅くなるおそれがあると前記判定手段が判定したときに、前記熱発生量取得手段で求めた前記熱発生量を利用して前記内燃機関の制御を行うことを特徴とする。
　また、第７の発明は、第６の発明において、
　前記内燃機関の燃焼終了時期が所定時期よりも遅い又は遅くなるおそれがあると前記判定手段が判定する場合とは、前記内燃機関の遅角が所定値以上である場合、前記内燃機関が触媒暖機運転中である場合、前記内燃機関におけるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）の量が所定量以上である場合および前記内燃機関がリーン燃焼を行っている場合のうち少なくとも１つの場合を含むことを特徴とする。
　また、第８の発明は、第１乃至７の発明のいずれか１つにおいて、
　前記制御手段は、前記推定手段で推定した前記熱発生量を利用して前記内燃機関の燃焼時の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記推定手段で推定した前記熱発生量を利用して前記内燃機関の燃料の燃料性状を検出する性状検出手段と、のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする。
　第１の発明によれば、熱発生量の変化率が最大のときに燃焼割合が５０％であるという関係を利用することにより、熱発生量を推定することができる。
　第２の発明によれば、筒内圧センサ出力から求めた熱発生量情報値（熱発生量又は当該熱発生量と相関を有するパラメータ）を利用して熱発生量算出を行う構成において、燃焼終了時期が遅いときであっても、熱発生量の推定値を取得することができる。
　第３の発明によれば、熱発生量の変化率又はこれに相関するパラメータの変化率が最大値をとる時期を、明確に特定することができる。特定した当該時期における熱発生量又はこれに相関するパラメータに基づいて、燃焼終了時期の熱発生量を計算することができる。
　第４の発明によれば、簡易な計算で、燃焼終了時期の熱発生量を精度良く求めることができる。
　第５の発明によれば、熱発生量を計算に用いる区間の終期を燃焼終了時点よりも前に定めることによって、熱発生量の計算値の使用を、燃焼終了よりもある程度前の時点で打ち切ることができる。これにより、燃焼行程の後期において熱発生量情報値のノイズが増加するような条件下でも、熱発生量を精度良く求めることができる。
　第６の発明によれば、燃焼終了時期が遅れてしまう場合でも、確実に、燃焼終了時期の熱発生量を内燃機関の制御において利用することができる。
　第７の発明によれば、内燃機関の燃焼終了時期が遅くなるかどうかの判定を、具体的な場面に応じて的確に行うことができる。
　第８の発明によれば、熱発生量を利用して燃焼空燃比または燃料性状を検出する場合において、検出を早期に行うことができる。
本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の制御装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる制御装置の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる制御装置の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる制御装置の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において演算処理装置が実行するルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態１において得られる効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において演算処理装置２０が実行するルーチンのフローチャートである。
実施の形態１． 
［実施の形態１の構成］
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の制御装置の構成を示す図である。本実施形態にかかる制御装置は、車両等の移動体、具体的には自動車に搭載される内燃機関の制御に好適である。
　図１は、本実施形態の制御装置が適用される内燃機関（以下、単にエンジンという）を示す図である。図１に示すエンジンは、スパークプラグ６を備えた火花点火式の４ストロークレシプロエンジンである。また、筒内に燃料を直接噴射する燃料直噴インジェクタ７を備えた筒内直噴エンジンでもある。なお、本発明が適用されるエンジンは、本実施形態にかかる筒内直噴エンジンには限定されない。ポート噴射式のエンジンにも本発明の適用は可能である。
　このエンジンにおいて、吸気弁および排気弁は、それぞれ図示しない吸気可変動弁機構および排気可変動弁機構によって駆動されている。これらの可変動弁機構は、可変バルブタイミング（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）機構を有し、吸気弁や排気弁の位相を所定の範囲で切り替えることができる。
　図１には１つの気筒のみが描かれているが、一般的な車両用のエンジンは複数の気筒から構成されている。そのうち少なくとも１つの気筒に、筒内圧を測定するための筒内圧センサ５が取り付けられている。
　また、このエンジンには、クランク軸の回転角に応じて信号を出力するクランク角度センサ８が取り付けられている。クランク角度センサ８の信号ＣＡからは、エンジン回転数（単位時間当たり回転数）や、ピストンの位置によって決まる筒内容積Ｖを計算することができる。
　気筒に接続された吸気通路の入口にはエアクリーナ１が設けられ、エアクリーナ１の下流にスロットルバルブ２が配置されている。スロットルバルブ２の下流にはサージタンク４が設けられていて、サージタンク４には吸気圧を測定するための吸気圧センサ３が取り付けられている。一方、気筒に接続された排気通路には２つの触媒１０，１１が配置されている。なお、図示しないが、空燃比センサやサブ酸素センサなどの各種の排気ガスセンサが設けられても良い。
　このエンジンは、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路が設けられている。このＥＧＲ通路には、ＥＧＲクーラ１３とＥＧＲバルブ１２とが設けられている。ＥＧＲクーラ１３には、その冷却水温を測定するための水温センサ１４が取り付けられている。
　また、このエンジンは制御装置としての演算処理装置２０を備えている。演算処理装置２０は各センサ３，５，８，１４からの信号を処理し、その処理結果を各アクチュエータ２，６，７，１２や前述の可変動弁機構の操作に反映させている。演算処理装置２０は、いわゆるＥＣＵ（Electronic Control Unit）であってもよい。
　演算処理装置２０は、筒内圧センサ５の出力信号をクランク角度に同期させてアナログ／デジタル変換（ＡＤ変換）する処理を記憶している。この処理を実行するにより、所望のタイミングにおける筒内圧の値を検出することができる。
　演算処理装置２０は、熱発生量に相関するパラメータＰＶκを算出するための、ＰＶκ算出処理を記憶している。この処理は、クランク角度θに応じて、クランク角ごとの筒内圧Ｐ（θ）、クランク角ごとの筒内容積Ｖ（θ）および比熱比κを用いて、Ｐ（θ）・Ｖ（θ）κを算出することができる。また、演算処理装置２０は、Ｐ（θ）・Ｖ（θ）κの変化率を算出する処理を記憶している。この処理により、燃焼行程中における所望のタイミング（クランク角度）についての、熱発生量の変化率ｄＰＶκ／ｄθを算出することができる。
　演算処理装置２０は、ＰＶκの値を用いた計算により、空燃比を求める処理を記憶している。この処理は、具体的には、筒内圧センサ５の出力値から、吸気行程中の発熱量および燃焼終了直後の発熱量を求めて、計算により空燃比を求める処理である。この種の空燃比検出技術は、例えば日本特開２００６－１４４６４３号公報に記載されているように公知であるため、これ以上の説明は省略する。
［実施の形態１にかかる制御装置の動作］
　図２乃至４は、本発明の実施の形態１にかかる制御装置の動作を説明するための図である。熱発生量は、燃焼開始時点における熱量と燃焼終了時点における熱量との間の変化量（差分）に基づいて求めることができる。なお、以下、便宜上、燃焼開始時点における熱量と燃焼終了時点における熱量との差分を、「総熱発生量」とも称し、符号Ｑで表すこともある。従来の熱発生量算定手法においては、燃焼終了時点を迎えたときの筒内圧センサ出力値等を利用して、燃焼終了時期の熱発生量を検出している。
　しかしながら、燃焼終了時点でのセンサ検出値を常に要求する手法においては、燃焼が終了するまでは熱発生量についての最終的な結論を得ることができない。また、燃焼終了時期が通常の運転条件に比して相当に遅くなる運転条件下においては、燃焼終了時点が排気弁の開弁時期にずれ込んでしまうおそれがある。
　図２は、熱発生量の算出手法の概念を示す図である。熱発生量は、燃焼開始時点から燃焼終了時点までのＰＶκの変化量（図２の矢印）から求めることができる。燃焼開始時点は、点火時期あるいはその直前の時期に定めることができる。燃焼終了時点は、膨張行程における冷却損失の影響やノイズ（センサの熱歪誤差など）の影響の観点から、ＰＶκが最大となる時点等とすることができる。
　ここで、例えば触媒暖機制御の実行時のような遅角燃焼、大量なＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）の実行中、および希薄燃焼といった、燃焼を不安定にさせるような運転条件のときには、燃焼期間が長くなることがある。燃焼期間が長くなることで、排気弁の開弁まで燃焼が続くような場合には燃焼終了時点を判別することが難しくなってしまう。結果として、こういった燃焼条件のときは、燃焼終了時点についての熱発生量を正確に算出することが難しい。
　図３は、クランク角度の推移に伴う、通常燃焼条件における筒内圧Ｐの波形（図３（ａ））、ＰＶκの波形（図３（ｂ））、および熱発生量の変化率ｄＰＶκ／ｄθの波形（図３（ｃ））をそれぞれ示す図である。一方、図４は、クランク角度の推移に伴う、遅角燃焼条件における筒内圧Ｐの波形（図４（ａ））、ＰＶκの波形（図４（ｂ））、および熱発生量の変化率ｄＰＶκ／ｄθの波形（図４（ｃ））をそれぞれ示す図である。
　図３に示すような通常燃焼条件の場合においては、排気弁が開くクランク角度よりも十分に早期に、燃焼終了時点が表れている。このため、燃焼終了時点を明確に特定することができる。よって、図３（ｂ）に示すように、燃焼開始時点と燃焼終了時点の間のＰＶκの差（変化量）に基づいて、ＰＶκの最大値ＰＶκ ｍａｘから総熱発生量Ｑを求めることができる。しかしながら、その一方で、図４に示すような遅角燃焼条件の場合においては、排気弁が開く時点においても燃焼の途中であるという事態が生じうる。筒内圧センサ５の出力値からＰＶκを算出している際に、燃焼の途中で排気弁が開いてしまうと、最大値ＰＶκ ｍａｘを熱発生量算出に用いることが不適切となってしまう。図４（ｂ）の破線で示すように熱発生量がＰＶκ ｍａｘより大きい場合が考えられるからである。
　そこで、本願発明者は、鋭意研究を行ったところ、燃焼終了時点でのセンサ検出値を使用しなくとも、燃焼終了前の情報を利用して熱発生量を推定することができる手法を見出した。本願発明者は、「燃焼割合の変化率が最大となるクランク角度での熱発生量」を約２倍した値を、総熱発生量Ｑとして取り扱うことが可能な点に着目した。
　燃焼割合（以下、「ＭＦＢ」とも称す）とは、燃焼の進行状態を表す指標として定義された値である。具体的には、燃焼割合は、０～１の範囲（或いは、０％～１００％の範囲）で変化するものとし、燃焼割合が０（０％）である場合には燃焼開始時点を示し、燃焼割合が１（１００％）である場合には燃焼終了時点を示すものとしている。
ＭＦＢ＝(ＰθＶθ κ－Ｐθ０Ｖθ０ κ)／(ＰθｆＶθｆ κ－Ｐθ０Ｖθ０ κ)・・・（１）
　但し、上記（１）式において、Ｐθ０およびＶθ０は、それぞれクランク角度θが所定の燃焼開始時期θ０である場合の筒内圧Ｐおよび筒内容積Ｖであり、ＰθｆおよびＶθｆは、それぞれクランク角度θが所定の燃焼終了時期θfである場合の筒内圧Ｐおよび筒内容積Ｖである。また、ＰθおよびＶθは、それぞれクランク角度θが任意の値である場合の筒内圧Ｐおよび筒内容積Ｖである。κは、比熱比である。
　本願発明者は、５０％燃焼割合のクランク角度が、燃焼割合の変化率が最大となるクランク角度、つまりＰＶκの変化率が最大となるクランク角度と一致することに着目した。この観点から、本実施形態では、ｄＰＶκ／ｄθが最大値をとったクランク角度を特定し、当該クランク角度でのＰＶκを２倍した値に基づいて総熱発生量Ｑを求めることにした。
　以下、便宜上、「ＰＶκ増加中においてｄＰＶκ／ｄθが最大値をとったクランク角度」を、「５０％燃焼割合のクランク角度」を意味するものとして、「θＣＡ５０」とも称す。また、θＣＡ５０について算出したＰＶκを、「ＰＶκ ＣＡ５０」とも称す。また、便宜上、燃焼開始時点におけるＰＶκ（本実施形態では図３、４のように零としている）とＰＶκ ＣＡ５０との差分を、ΔＰＶκ ＣＡ５０とも称す。
　本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、ΔＰＶκ ＣＡ５０を２倍した値を総熱発生量Ｑとする。これにより、実施の形態１によれば、燃焼終了時点でのセンサ検出値を使用しなくともつまり燃焼終了時点を待たずとも、ＰＶκ ＣＡ５０を用いて熱発生量Ｑの将来の情報を推定的に求めることができる。更に、実施の形態１によれば、筒内圧センサ５出力から求めたＰＶκを利用して熱発生量算出を行う構成において、図４のごとく燃焼終了時点が遅いときであっても、総熱発生量Ｑを推定的に求めることができる。
［実施の形態１の具体的処理］
　以下、図５を用いて、実施の形態１にかかる内燃機関の制御装置において実行される具体的処理を説明する。図５は、本発明の実施の形態１において演算処理装置２０が実行するルーチンのフローチャートである。
　なお、実施の形態１においては、演算処理装置２０が、前述したΔＰＶκ ＣＡ５０を算出するための処理のほかに、ΔＰＶκ ｍａｘを算出するための処理も実行できるように構成されている。ΔＰＶκ ｍａｘは、例えば、先ずクランク角θに応じて算出されたＰ（θ）・Ｖ（θ）κの最大値を記憶し、この記憶した最大値と燃焼開始時点におけるＰ（θ）・Ｖ（θ）κとの間の差分を求めることにより、算出することができる。
　図５に示すルーチンでは、先ず、ΔＰＶκ ｍａｘが所定値αを上回っているか否かが判定される（ステップＳ１００）。このステップでは、先ず、ΔＰＶκ ｍａｘの算出が行われる。ΔＰＶκ ｍａｘが所定値α以下である場合には、失火と判定する（ステップＳ１０２）。
　ステップＳ１００の条件の成立が認められた場合には、次に、触媒暖機制御が実行中か否かが判定される（ステップＳ１０４）。本実施形態では、図１に示したエンジンにおいて、所定条件下において触媒暖機制御が実行されるものとする。ステップＳ１０４では、現在、演算処理装置２０からの制御指令に基づき触媒暖機制御が実行されているか否かの判定が行われる。
　ステップＳ１０４の条件が不成立である場合には、現在は触媒暖機制御は実行されていないため、図４を用いて例示したような燃焼期間長期化による熱発生量算出の弊害のおそれが小さいと考えることができる。そこで、本実施形態では、ステップＳ１０４の条件が不成立である場合には、ΔＰＶκ ｍａｘを、熱発生量Ｑとして取り扱う（ステップＳ１１４）。これにより、燃焼期間長期化などに起因する精度悪化の弊害をさけつつ、燃焼終了時期における筒内圧センサ５の出力値を利用して正確なＰＶκ ｍａｘを求めて、筒内圧センサ５の実測値に基づく熱発生量算出を行うことができる。
　ステップＳ１０４の条件の成立が認められた場合には、θＣＡ５０の算出が行われる（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０４の条件成立により触媒暖機制御の実行中であることが確認されたため、これ以降の処理では、前述した実施の形態１にかかる手法に基づき熱発生量の推定値の算出が行われる。先ず、クランク角θに応じたＰ（θ）、Ｖ（θ）のそれぞれの値を用いて、図４（ｃ）で模式的に示すように、クランク角θに応じたｄＰＶκ／ｄθの値を逐次的に算出する。その後、ｄＰＶκ／ｄθの増減を監視して、ｄＰＶκ／ｄθが最大値を取ったときのクランク角θを特定する。ここで特定したクランク角を、θＣＡ５０として取り扱う。
　次に、ΔＰＶκ ＣＡ５０を算定する処理が実行される（ステップＳ１０８）。このステップでは、先ず、燃焼開始時点におけるＰＶκを特定する（本実施形態では図３、４のように零としている）。次いで、燃焼開始時点におけるＰＶκとＰＶκ ＣＡ５０との差分を求め、この差分をΔＰＶκ ＣＡ５０として取り扱う。
　次に、総熱発生量Ｑを求めるための計算「Ｑ＝２×ΔＰＶκ ＣＡ５０」が実行される（ステップＳ１１０）。このステップでは、ステップＳ１０８で算定したΔＰＶκ ＣＡ５０を２倍した値を、総熱発生量Ｑに代入する。この計算のイメージは、図４（ｂ）にも模式的に表されている。
　その後、燃焼空燃比を算出する処理が実行される（ステップＳ１１２）。このステップでは、ステップＳ１１０またはステップＳ１１４で算定された総熱発生量Ｑの値を利用して、演算処理装置２０の記憶する空燃比の計算処理が実行される。これにより、燃焼空燃比を求めることができる。
　以上の処理によれば、必要に応じて、燃焼終了時点における熱発生量相関パラメータＰＶκ ｍａｘではなく５０％燃焼割合における熱発生量相関パラメータＰＶκ ＣＡ５０を用いることによって、燃焼終了時点を待たなくとも、熱発生量Ｑの将来の情報を推定的に求めることができる。更に、実施の形態１にかかる上記の具体的処理によれば、筒内圧センサ５出力から求めたＰＶκを利用して熱発生量算出を行う構成において、図４のごとく燃焼終了時点が遅いときであっても、総熱発生量Ｑの推定値を取得することができる。
　また、実施の形態１にかかる上記の具体的処理によれば、ステップＳ１０６の処理に従って、熱発生量の変化率又はこれに相関するパラメータの変化率が最大値をとる時期を、明確に特定することができる。特定した当該時期における熱発生量又はこれに相関するパラメータに基づいて、ステップＳ１０８、１１０の処理に従って、総熱発生量Ｑを算出することができる。
　さらに、実施の形態１にかかる上記の具体的処理によれば、ΔＰＶκ ＣＡ５０に２を乗ずるという簡易な計算で、燃焼終了時期の熱発生量を精度良く求めることができる。実施の形態１においてはステップＳ１０４の条件成否に応じてステップＳ１１４の処理とステップＳ１１０の処理とを選択的に実行するため、ΔＰＶκの算出処理を共通化できる利点もある。
　実施の形態１にかかる上記の具体的処理によれば、触媒暖機制御の実行中か否かを判定し、その判定結果に基づいてステップＳ１１０とＳ１１４の処理を使い分けることができる。これにより、燃焼終了時期が遅い又は遅くなるおそれがある場合にも、確実に、熱発生量の情報を内燃機関の制御において利用することができる。具体的には、確実に、熱発生量の情報を燃焼空燃比の算出に利用することができる。
　なお、上述した実施の形態１においては、ＰＶκが、前記第１の発明における「パラメータ」に、ｄＰＶκ／ｄθが、前記第１の発明における「熱発生量情報値の変化率」に、θＣＡ５０が、前記第１の発明における「前記熱発生量情報値の変化率が最大値をとる時期」に、演算処理装置２０が記憶する「ＰＶκ算出処理」が、前記第１の発明における「取得手段」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態１においては、演算処理装置２０が上記図５のルーチンのステップＳ１０６、Ｓ１０８およびＳ１１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「推定手段」が、演算処理装置２０が上記図５のルーチンのステップＳ１１２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
　また、上述した実施の形態１においては、筒内圧センサ５が、前記第２の発明における「筒内圧センサ」に相当している。また、上述した実施の形態１では、演算処理装置２０が、上記図５のルーチンにおいて、ステップＳ１０６の処理を実行することにより、前記第３の発明における「ピーク時点特定手段」が、ステップＳ１０８の処理を実行することにより、前記第３の発明における「特定情報取得手段」が、ステップＳ１１０の処理を実行することにより、前記第３の発明における「算出手段」が、それぞれ実現されている。
　また、上述した実施の形態１においては、演算処理装置２０が上記図５のルーチンのステップＳ１０４の処理を実行することにより、前記第６の発明における「判定手段」が実現されている。
［実施の形態１において得られる効果］
　図６は、本発明の実施の形態１において得られる効果を説明するための図である。触媒暖機運転における空燃比検出精度について検証した結果を示す。図６には、「ＰＶκｍａｘ法」にかかる測定点と、「２＊ＰＶκ＠ＣＡ５０適用」にかかる測定点とがそれぞれ示されている。縦軸が、筒内圧センサ（ＣＰＳ）出力値を用いて推定的に求めた空燃比の値である。「ＰＶκｍａｘ法」にかかる測定点は、図５のルーチンのステップＳ１１４でも記載したように「Ｑ＝ΔＰＶκ ｍａｘ」という関係から得た熱発生量を利用して、空燃比を検出した結果である。「２＊ＰＶκ＠ＣＡ５０適用」にかかる測定点は、実施の形態１にかかる「Ｑ＝２×ΔＰＶκ ＣＡ５０」という関係に基づいて得た熱発生量を利用して、空燃比を検出した結果である。図６に示すように、触媒暖機運転においても、「２＊ＰＶκ＠ＣＡ５０適用」によれば、実際の空燃比に精度良く対応するリニアな特性が得られていることが判る。
　なお、実施の形態１にかかる制御装置の背景として、下記のような技術的背景もあった。将来の燃費・エミッション規制強化に対応するシステムとして筒内圧センサの開発が各社で進められており、一部では既に実用化されている。筒内圧センサを搭載することで、緻密な燃焼制御や、正確なパラメータ検出を行うことができる。このため、エンジン制御性能の向上が可能となる。
　筒内圧センサを応用する技術の１つとして、燃焼空燃比を検出する技術がある（例えば、日本特開２００６－１４４６４３号公報参照）。このような技術によれば、空燃比センサによる従来の空燃比検出手法よりも、リアルタイムかつ正確な空燃比検出が可能となる。しかし、前述したように、燃焼が膨張行程後期～排気行程初期にまで及ぶような場合には、筒内圧センサ出力値に依拠した空燃比検出が困難となる。この点、本実施形態によれば、遅角燃焼条件において生ずる弊害を抑制しつつ、筒内圧センサを利用したリアルタイムかつ正確な空燃比検出を実現することができる。
　なお、下記の（１）～（３）の各欄の場合に、それぞれ、下記の同欄の利点を享受することもできる。
（１）運転条件を限定しない制御構成が可能
　本実施形態によれば、触媒暖機遅角のような場合、すなわち燃焼終了時点が排気弁開弁（ＥＶＯ、Exhaust Valve Opening）時期付近あるいはそれ以降にずれ込む場合（「過遅角燃焼」）の場合でも、本来発生しうる熱発生量を推定することができる。これにより、運転条件を限定しない制御構成が可能となるという利点がある。
　例えば、従来のガソリンエンジンにおける内燃機関制御では、触媒暖機時には空燃比センサが活性化していないため、空燃比フィードバック制御を行うことができない。しかし、本実施形態にかかる手法によれば、触媒暖機領域においても緻密な空燃比フィードバック制御を行うことが可能となり、エミッションの改善が可能となる。結果として全運転領域での空燃比検出が可能となり、空燃比検出機能を筒内圧センサに統合して空燃比センサを削減しうる。その結果、システムコストの削減も可能である。
　また、燃焼重心位置までの熱発生量または相関パラメータＰＶκを用いることで、下記の（２）や（３）の利点がある。
（２）ノイズの影響が小さい
　実施の形態１では、熱発生量相関パラメータとしてＰＶκを用いている。ＰＶκでは、ＴＤＣから離れるほど、Ｖκによって筒内圧センサ出力に重畳するノイズを増幅することになる。従って、燃焼終了時点がＴＤＣから遠く離れるような遅角燃焼で熱発生量が最大となる点をサーチしようとすると、ノイズの影響を受けやすくなる。
　そこで、熱発生量の計算区間を、燃焼重心位置（実施の形態１ではθＣＡ５０）までに区切ってもよい。具体的には、演算処理装置２０において、ＰＶκの計算区間あるいは使用許可区間を、燃焼重心位置に応じた所定クランク角（実施の形態１ではθＣＡ５０）までに制限しても良い。これにより、ノイズの影響を受け難くすることもできる。このような変形例においても、実施の形態１によれば、θＣＡ５０までの筒内圧センサ出力値を得ていれば、その後の熱発生量を推定的に求めることができる。
　なお、ここで述べた熱発生量の計算区間（ＰＶκの計算区間、あるいは使用許可区間）の限定を行う構成が、前記第５の発明における「除外手段」に相当している。
（３）筒内圧センサの熱歪誤差の影響が小さい
　遅角燃焼は、燃焼期間が長い（つまり、燃焼速度が遅い）。従って、低回転であるほど単位時間あたりに筒内圧センサが燃焼ガスに曝される時間が長くなる。結果として、筒内圧センサに熱歪誤差をもたらす。
　一方、燃焼重心位置までであれば、熱歪誤差の影響は比較的小さい。この点、実施の形態１によれば、燃焼重心位置（実施の形態１ではθＣＡ５０）までの筒内圧センサ出力値を利用するので、熱歪誤差の悪影響を避けることもできる。
　なお、実施の形態１では、ΔＰＶκ ＣＡ５０を２倍した値を、総熱発生量Ｑとして算出した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。熱発生量の変化率が最大のときに燃焼割合が５０％であるという関係を利用することにより、燃焼終了時点の熱発生量に限らずに、熱発生量の将来の情報、つまり、θＣＡ５０より後の熱発生量（例えば、総熱発生量Ｑの７０％、８０％、９０％の情報など）を推定してもよい。その場合、ΔＰＶκ ＣＡ５０の２倍が総熱発生量Ｑに相当する点を考慮に入れて、演算処理装置２０に、ΔＰＶκ ＣＡ５０を適宜に定数倍する演算処理を実行させたり、或いは、一定の数値に限らず関数（係数のマップ等）を適宜に作成しておきこの関数の出力値をΔＰＶκ ＣＡ５０に乗ずる演算処理を実行させたりしてもよい。これらの演算処理によっても、熱発生量の変化率が最大のときに燃焼割合が５０％であるという関係に基づいて、ΔＰＶκ ＣＡ５０を所定倍して熱発生量の推定値を求めることが可能である。
　また、実施の形態１ではΔＰＶκ ＣＡ５０に２を乗算したが、本発明は、ΔＰＶκ ＣＡ５０を厳密に２．０倍するという計算形式に限定されるものではない。ΔＰＶκ ＣＡ５０の２倍が総熱発生量Ｑに相当するという指針に従って略２倍の所定の係数を定めて、この所定の係数をΔＰＶκ ＣＡ５０に乗算してもよい。具体的な計算手法に形式的な変更を加えても、燃焼終了時期の熱発生量の算出をΔＰＶκ ＣＡ５０を２倍した値に基づいて行うことで、実施の形態１と同様に、熱発生量を推定的に求めることができるからである。
　なお、本実施形態において推定的に求めた熱発生量の使用方法は、燃焼空燃比を求めるという使用方法に限られるものではない。本実施形態で求めた熱発生量は、熱発生量／燃料噴射量が低位発熱量と比例（∝）するものとしてアルコール濃度等の燃料性状を検出する場合にも、用いることができる。なお、この変形例では、「熱発生量／燃料噴射量が低位発熱量と比例（∝）するものとしてアルコール濃度を検出する処理」が、前記第８の発明における「性状検出手段」に相当している。
実施の形態２．
　実施の形態２のハードウェア構成、ソフトウェア構成は、実施の形態２にかかる制御装置が図７に示すルーチンを実行可能である点を除き、基本的に実施の形態１の構成と同様とする。以下、重複を避けるために、適宜に説明を省略ないしは簡略化する。
　大量外部ＥＧＲや希薄燃焼において、通常燃焼から外れて不安定燃焼領域に入ってしまうと、偶発的に遅角燃焼が発生しうる。したがって、実施の形態２では、触媒暖機遅角制御実行中か否かの判定ではなく、常時θＣＡ５０を監視して、所定値より遅角となる燃焼サイクルではΔＰＶκ ＣＡ５０に基づいて発熱量を推定することにした。
　図７を用いて、実施の形態２にかかる内燃機関の制御装置において実行される具体的処理を説明する。図７は、本発明の実施の形態２において演算処理装置２０が実行するルーチンのフローチャートである。図７のフローチャートは、図５のフローチャートのステップＳ１０４の処理を削除し、これに代えてステップＳ２０６の処理を追加したものである。図５と同様の処理については、同じ符号を付し、説明を簡略化または省略する。
　図７のルーチンでは、先ず、実施の形態１と同様に、ステップＳ１００の処理が実行される。ステップＳ１０２の条件不成立の場合には、実施の形態１と同様に、ステップＳ１０２にて失火判定される。
　ステップＳ１００の条件成立時には、実施の形態１にかかるθＣＡ５０算出処理（ステップＳ１０６）が実行される。
　次いで、θＣＡ５０が所定値βより大きいか否かが判定される（ステップＳ２０６）。このステップの条件が成立していない場合には、実施の形態２で問題視している遅角燃焼の発生はないものと判断する。従って、処理はステップＳ１１４、Ｓ１１２と順次進み空燃比検出後に今回のルーチンが終了する。
　一方、ステップＳ２０６の条件の成立が認められた場合には、実施の形態２において問題視しているような遅角燃焼が発生していると判断することができる。そこで、この場合には、ステップＳ１０８、Ｓ１１０と処理が進み、ΔＰＶκ ＣＡ５０を用いた熱発生量の推定値算出が実行される。その後、この推定した熱発生量を用いて燃焼空燃比の検出が行われ（ステップＳ１１２）、今回のルーチンが終了する。
　以上の処理によれば、ステップＳ２０６の判定処理によって、燃焼終了時期が遅れてしまう場合でも、確実に、燃焼終了時期の熱発生量を内燃機関の制御において利用することができる。
　なお、上述の実施の形態２においては、演算処理装置２０が上記ステップＳ２０６の処理を実行することにより、前記第６の発明における「判定手段」が実現されている。
　なお、燃焼終了時期が遅くなるかどうかの判定は、例えば次のようにして行っても良い。
（i）ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）の量が所定量以上である場合
　具体的には、ＥＧＲバルブ１２の開度が所定開度以上であるか否かに基づいて、燃焼終了時期が遅くなるか否か又は遅くなるおそれがあるか否かを判定しても良い。或いは、実際のＥＧＲ量を算出し当該ＥＧＲ量が所定量以上であるか等により、燃焼終了時期が遅くなるか否か又は遅くなるおそれがあるか否かを判定しても良い。その場合、上記ステップＳ１１４にかかるΔＰＶκ ｍａｘに基づく熱発生量算出の精度悪化が問題となる程度に燃焼終了時期が遅くなるか否かを、判定するようにしてもよい。
（ii）前記内燃機関がリーン燃焼を行っている場合
　具体的には、現在におけるエンジンの制御空燃比などの各種制御パラメータの情報に基づいて、現在リーン燃焼を行っているか否かの判定ルーチンを実行すればよい。その場合、上記ステップＳ１１４にかかるΔＰＶκ ｍａｘに基づく熱発生量算出の精度悪化が問題となる程度に燃焼終了時期が遅くなるか否かを、判定するようにしてもよい。
　これら（i）（ii）の手法と、実施の形態１にかかる触媒暖機運転判定と、実施の形態２にかかるθＣＡ５０の所定値比較判定とを、個別に用いても良く、または組み合わせて用いても良い。
１　エアクリーナ
２　スロットルバルブ
３　吸気圧センサ
４　サージタンク
５　筒内圧センサ
６　スパークプラグ
７　燃料直噴インジェクタ
８　クランク角度センサ
１０，１１　触媒
１２　ＥＧＲバルブ
１３　ＥＧＲクーラ
１４　水温センサ
２０　演算処理装置

Claims (8)

  1. 　熱発生量情報値として内燃機関の熱発生量又は当該熱発生量と相関を有するパラメータを求める取得手段と、
    　前記熱発生量情報値の変化率が最大値をとる時期における前記熱発生量情報値の所定倍の値に基づいて、前記時期以後の熱発生量を推定する推定手段と、
    　前記推定手段で推定した前記熱発生量を利用して、前記内燃機関の制御を行う制御手段と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 　前記取得手段は、
    　前記内燃機関の筒内圧センサの出力を取得するセンサ出力取得手段と、
    　前記センサ出力取得手段で取得した前記筒内圧センサの出力に基づいて、前記熱発生量又は前記パラメータを求める手段と、
    　を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 　前記取得手段が、前記内燃機関の運転中に所定期間ごとに前記熱発生量情報値を求める手段を含み、
    　前記推定手段は、
    　前記熱発生量情報値の変化率が最大値をとる時点であるピーク時点を検出または推定によって特定するピーク時点特定手段と、
    　前記内燃機関の運転中に前記情報取得手段で取得される前記熱発生量情報値のうち、前記ピーク時点特定手段で特定された前記ピーク時点についての値を取得する特定情報取得手段と、
    　前記特定情報取得手段で取得した前記熱発生量情報値と所定の係数とを用いた計算により、前記ピーク時点以後の前記熱発生量を求める算出手段と、
    　を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 　前記算出手段は、前記特定情報取得手段で取得した前記ピーク時点についての前記熱発生量情報値を２倍した値に基づいて燃焼終了時期の熱発生量を求める手段を、含むことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 　前記算出手段は、
    　前記内燃機関の燃焼終了時点前の所定の時期を経過した後における前記特定情報取得手段で取得される前記熱発生量情報値を、前記熱発生量を求めるための前記計算に使用する数値から除外する除外手段を、
    含むことを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 　前記内燃機関の燃焼終了時期が所定時期よりも遅い又は遅くなるおそれがあるか否かを判定する判定手段を備え、
    　前記制御手段は、前記燃焼終了時期が前記所定時期よりも遅い又は遅くなるおそれがあると前記判定手段が判定したときに、前記熱発生量取得手段で求めた前記熱発生量を利用して前記内燃機関の制御を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 　前記内燃機関の燃焼終了時期が所定時期よりも遅い又は遅くなるおそれがあると前記判定手段が判定する場合とは、前記内燃機関の遅角が所定値以上である場合、前記内燃機関が触媒暖機運転中である場合、前記内燃機関におけるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）の量が所定量以上である場合および前記内燃機関がリーン燃焼を行っている場合のうち少なくとも１つの場合を含むことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
  8. 　前記制御手段は、前記推定手段で推定した前記熱発生量を利用して前記内燃機関の燃焼時の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記推定手段で推定した前記熱発生量を利用して前記内燃機関の燃料の燃料性状を検出する性状検出手段と、のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
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