WO2013014789A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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勇一 島崎
幸俊 青山
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a technical field of a control device for an internal combustion engine capable of detecting white smoke of the internal combustion engine, for example.
  • a smoke sensor gas sensor
  • a permeability opacity
  • white smoke is generated according to this permeability.
  • a technique for determining whether or not black smoke is generated is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a technique for reducing white smoke by energizing a glow plug.
  • Patent Literature 3 discloses a technique for reducing white smoke by energizing a heater installed in a filter in an exhaust passage.
  • Patent Document 4 discloses a technique for reducing white smoke by dividing fuel injection.
  • Patent Document 5 discloses a technique for stabilizing combustion by increasing valve overlap.
  • Patent Document 6 discloses a technique for stabilizing combustion by performing early closing of an intake valve.
  • Patent Document 7 discloses a technique for stabilizing combustion by energizing an intake heater when cold.
  • Patent Document 8 discloses a technique for stabilizing combustion by reducing the amount of EGR (Exhaust Gas Recirculation) during startup.
  • EGR exhaust Gas Recirculation
  • Patent Document 9 discloses a technique for calculating the amount of white smoke by cutting fuel and calculating the amount of HC (hydrocarbon) in the exhaust gas.
  • Patent Document 10 describes that during cold start, combustion becomes unstable and white smoke is generated.
  • Patent Document 11 discloses a technique for determining misfire using a value obtained by performing digital filter processing on a detection value of a crank angle sensor.
  • the present invention has been made in view of, for example, the conventional problems described above, and can appropriately detect that white smoke is generated from, for example, an internal combustion engine such as a diesel engine without increasing the manufacturing cost.
  • An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine.
  • a control device for an internal combustion engine detects a crank angular speed of the internal combustion engine and a combustion state of the internal combustion engine based on the crank angular speed detected by the detection means. By comparing a combustion state index value calculated by the calculation unit and a combustion state index value calculated by the calculation unit with a predetermined first threshold value and a predetermined second threshold value greater than the first threshold value, First determination means for determining whether white smoke is generated from the internal combustion engine and whether the misfire of the internal combustion engine is occurring.
  • the crank angular speed that is, the rotational speed of the crankshaft
  • the internal combustion engine such as a diesel engine mounted on the vehicle
  • a combustion state index value is calculated by the calculation means based on the crank angular speed thus obtained.
  • the calculation means generates a combustion state index value by performing digital filter processing such as moving average processing and comb filter processing on the detected crank angular velocity, for example.
  • the “combustion state index value” according to the present invention is a value indicating the combustion state of the internal combustion engine.
  • a predetermined value that is likely to be generated when a misfire of the internal combustion engine occurs. It is generated so as to indicate the magnitude of a frequency component (for example, a 0.5th-order frequency component having a period of one-half rotation of the crankshaft).
  • the first determination means compares the calculated combustion state index value with a predetermined first threshold value and a predetermined second threshold value that is larger than the first threshold value, so that white smoke is emitted from the internal combustion engine. It is determined whether or not a misfire has occurred and whether or not a misfire has occurred in the internal combustion engine. Specifically, the first determination means determines that white smoke is generated from the internal combustion engine when the calculated combustion state index value is greater than the first threshold value and less than or equal to the second threshold value. When the calculated combustion state index value is greater than the second threshold value, it is determined that misfire has occurred in the internal combustion engine.
  • the first determination means determines that white smoke is not generated from the internal combustion engine when the calculated combustion state index value is equal to or less than the first threshold value.
  • the combustion state index value calculated by the calculation means based on the crank angular velocity is determined based on whether or not misfire of the internal combustion engine has occurred, It has been found that there is a correlation with whether or not this occurs.
  • a lower limit value of the combustion state index value that can be calculated when white smoke is generated from the internal combustion engine is obtained in advance by experiments, simulations, etc., and the obtained lower limit value is set as the first threshold value, and the internal combustion engine
  • the lower limit value of the combustion state index value that can be calculated when the misfire has occurred is obtained in advance by experiments, simulations, etc., and the obtained lower limit value is set as the second threshold value, so that white smoke is emitted from the internal combustion engine It can be appropriately determined by the first determination means whether or not it has occurred and whether or not a misfire has occurred in the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine includes a glow plug that increases the temperature in the combustion chamber in response to energization, and an exhaust gas recirculation device that recirculates part of the exhaust gas in the exhaust passage to the intake passage And when the combustion state index value calculated by the calculation means is larger than the second threshold value, the energization state of the glow plug or the operating state of the exhaust gas recirculation device is changed, and after the change, the calculation means And a second determination means for determining whether or not a failure has occurred in the internal combustion engine based on the combustion state index value calculated by.
  • the second determination unit changes the energization state of the glow plug or the operation state of the exhaust gas recirculation device, and changes the state. After that, based on the combustion state index value calculated by the calculating means, it is determined whether or not a failure has occurred in the internal combustion engine. Specifically, the second determination means changes the energized state of the glow plug to the on state when the combustion state index value calculated when the energized state of the glow plug is in the off state is larger than the second threshold value. When the combustion state index value calculated after the change is larger than the second threshold value, it is determined that a failure has occurred in the internal combustion engine.
  • the combustion state index value calculated when part of the exhaust gas is recirculated to the intake passage by the exhaust gas recirculation device is larger than the second threshold value
  • the recirculated exhaust gas hereinafter referred to as “EGR gas” as appropriate.
  • the combustion state is improved even when the energization state of the glow plug is changed from the off state to the on state or the amount of EGR gas is reduced. Instead, the combustion state index is maintained larger than the second threshold value. Therefore, as in this aspect, it is determined whether or not a failure has occurred in the internal combustion engine based on the combustion state index value after changing the energized state of the glow plug or the operating state of the exhaust gas recirculation device. It is possible to appropriately detect that a failure has occurred in the internal combustion engine.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a configuration of an engine system according to the present embodiment.
  • an engine system 10 is mounted on a vehicle (not shown) and includes an ECU (Engine Control Unit) 100 and an engine 200.
  • ECU Engine Control Unit
  • engine 200 an engine 200.
  • the ECU 100 is an electronic control unit that controls the entire operation of the engine 200 and includes a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), and the like.
  • the ECU 100 is configured to be able to execute various controls according to a control program stored in, for example, a ROM. A specific configuration of the ECU 100 will be described in detail later.
  • the engine 200 is a four-cycle diesel engine (compression ignition internal combustion engine) as an example of the “internal combustion engine” according to the present invention, and functions as a power source of the vehicle.
  • the engine 200 converts the reciprocating motion of the piston according to the explosive force generated when the air-fuel mixture containing fuel is compressed and ignited in the cylinder 211 into the rotational motion of the crankshaft (crankshaft) via the connection rod. Is configured to be possible.
  • the engine 200 is an in-line four-cylinder type, but in the present invention, the number of cylinders and the cylinder arrangement are not particularly limited.
  • the engine 200 includes an engine main body 210 having four cylinders 211, an intake system 220 that sucks air into the combustion chamber of each cylinder 211, an exhaust system 230 that exhausts exhaust gas from each cylinder 211, and each cylinder 211.
  • the EGR system 240 that recirculates and recirculates a part of the exhaust gas to the intake side, and compresses the air in the intake system 220 using the exhaust energy in the exhaust system 230, so that the air is injected into the combustion chamber of each cylinder 211.
  • a turbocharger 280 for supercharging.
  • Each cylinder 211 of the engine 200 is provided with a fuel injector 212 that directly injects fuel into the combustion chamber.
  • the fuel injector 212 of each cylinder 211 is connected to a common rail 213.
  • the common rail 213 stores high-pressure fuel pressurized by a fuel pump (not shown). Fuel is supplied from the common rail 213 to each fuel injector 212.
  • the fuel injector 212 is configured to be able to inject fuel into the cylinder a plurality of times during one cycle. That is, the fuel injector 212 can perform main injection and one or more micro injections (that is, pilot injection) performed prior to the main injection in one cycle.
  • Each cylinder 211 is provided with a glow plug 214 that can increase the temperature in the combustion chamber.
  • the glow plug 214 is switched between an on state and an off state by a control signal supplied from the ECU 100.
  • the glow plug 214 When the glow plug 214 is turned on (that is, energized), the temperature in the combustion chamber can be increased. For example, when the engine 200 is started, the glow plug 214 is turned on, and the temperature in the combustion chamber is raised. Thereby, ignition of fuel is assisted and good startability can be obtained.
  • the glow plug 214 is kept on (that is, the glow plug 214 is continuously energized), the life of the glow plug 214 is shortened and power consumption is increased.
  • ECU 100 basically turns off glow plug 214 at a predetermined timing after engine 200 is started in order to ensure the life of glow plug 214 and to reduce power consumption.
  • crank angle sensor 216 outputs a detection signal indicating the crank angle, which is the rotational position of the crankshaft of engine 200, to ECU 100. More specifically, the crank angle sensor 216 outputs one pulse as a detection signal every time the crankshaft of the engine 200 rotates 10 degrees. That is, the crank angle sensor 216 outputs a pulse generated every 10 ° CA (Crank Angle) as a detection signal.
  • the intake system 220 includes an intake manifold 221 that communicates with the combustion chamber of each cylinder 211, an intake pipe 22 that communicates with the upstream side of the intake manifold 221, and air that is sucked on the upstream side of the intake pipe 222 (that is, intake manifold).
  • An air cleaner 223 that cleans the air
  • an intercooler 224 that cools the intake air downstream of the turbocharger 280 in the intake pipe 222
  • a throttle 225 that can adjust the amount of intake air into the cylinder 211 of the engine body 210. It is comprised including.
  • the opening degree of the throttle 255 is controlled by the ECU 100.
  • an intake heater 228 capable of warming air (that is, intake air) sucked into the combustion chamber of each cylinder 211 is provided.
  • the ECU 100 warms the intake air by turning on (ie, operating) the intake heater 228 when the engine 200 is not warm, for example, when the engine 200 is started. Thereby, ignition of fuel is assisted and good startability can be obtained.
  • the exhaust system 230 includes an exhaust manifold 231 communicating with the combustion chamber of each cylinder 211, an exhaust pipe 232 communicating with the downstream side of the exhaust manifold 231, and each cylinder 211 at a downstream side of the turbocharger 280 in the exhaust pipe 232. And an EHC (Electric-Heating-Catalyst) 235 for purifying exhaust gas.
  • EHC Electro-Heating-Catalyst
  • the EHC 235 is an electrically heated catalyst provided in the exhaust pipe 232 on the downstream side of the turbocharger 280 and having a catalyst for purifying exhaust gas discharged from the cylinder 211 and a heating means for electrically heating the catalyst.
  • the EGR system 240 bypasses the combustion chamber of each cylinder 211 to allow the exhaust manifold 231 and the intake manifold 221 to communicate with each other, and recirculates exhaust from each cylinder 211 and recirculates through the EGR passage 241.
  • an EGR valve 243 capable of adjusting an exhaust gas recirculation amount to the intake manifold 221 (that is, an amount of exhaust gas to be recirculated, hereinafter referred to as “EGR amount” as appropriate).
  • the opening degree (or open / close state) of the EGR valve 243 is controlled by the ECU 100.
  • the EGR system 240 is an example of the “exhaust gas recirculation device” according to the present invention.
  • the turbocharger 280 is an exhaust turbine supercharger, and is configured to pressurize the air in the intake pipe 222 by rotating the turbine with the energy of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 232.
  • the turbocharger 280 includes a turbine wheel provided in the exhaust pipe 232, a compressor wheel provided in the intake pipe 222, and a turbine shaft that connects the turbine wheel and the compressor wheel. ing. When the exhaust gas discharged from the engine 200 passes through the exhaust pipe 232, the turbine wheel is rotated, whereby the compressor wheel is rotated through the turbine shaft, and the air in the intake pipe 222 is pressurized.
  • the ECU 100 is an electronic control unit configured to be able to control the entire operation of the engine 200 as described above.
  • the ECU 100 is electrically connected to each part of the engine 200 in a manner capable of inputting / outputting some signal, and controls driving of each part and inputs / outputs information.
  • the ECU 100 is configured to function as an example of the “control device for an internal combustion engine” according to the present invention, and includes a crank angular velocity calculation unit 110, an index value calculation unit 120, a white smoke / misfire determination unit 130, and a failure determination. Part 140.
  • the crank angular speed calculation unit 110 calculates a crank angular speed that is a rotational speed of the crankshaft of the engine 200 based on the detection signal of the crank angle sensor 216.
  • the crank angular velocity calculation unit 110 together with the crank angle sensor 216, constitutes an example of the “detection unit” according to the present invention.
  • the crank angular velocity calculation unit 110 calculates the time required for the crankshaft to rotate 30 ° CA based on the detection signal of the crank angle sensor 216 that is a pulse generated every 10 ° CA. By dividing 30 ° (that is, ⁇ / 6 [rad]) by the calculated time, the crank angular velocity for every 30 ° CA is calculated.
  • the index value calculation unit 120 calculates an index value MI indicating the combustion state of the engine 200 based on the crank angular speed calculated by the crank angular speed calculation unit 110.
  • the index value MI is an example of the “combustion state index value” according to the present invention.
  • the index value calculation unit 120 calculates the index value MI by performing digital filter processing such as moving average processing and comb filter processing on the crank angular velocity calculated by the crank angular velocity calculation unit 110, for example. A method for calculating the index value MI will be described in detail later with reference to FIG.
  • the white smoke / misfire determination unit 130 is an example of the “first determination unit” according to the present invention.
  • the index value MI calculated by the index value calculation unit 120 is set to a predetermined threshold A and a predetermined value larger than the threshold A.
  • the threshold value B By comparing with the threshold value B, whether or not white smoke is generated from the engine 200 and whether or not misfire of the engine 200 (that is, a phenomenon in which the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine 200 is not ignited) occurs. judge.
  • the white smoke / misfire determination unit 130 determines that white smoke is generated from the engine 200 when the calculated index value MI is greater than the threshold A and equal to or less than the threshold B, When the calculated index value MI is larger than the threshold value B, it is determined that the misfire of the engine 200 has occurred.
  • the white smoke / misfire determination unit 130 determines that white smoke is not generated from the internal combustion engine when the calculated index value MI is equal to or less than the threshold value A.
  • the determination of whether white smoke is generated from the engine 200 by the white smoke / misfire determination unit 130 and whether the engine 200 is misfiring will be described later with reference to FIGS. This will be described in detail.
  • the threshold A is an example of the “first threshold” according to the present invention
  • the threshold B is an example of the “second threshold” according to the present invention.
  • the failure determination unit 140 is an example of the “second determination unit” according to the present invention, and determines whether or not a failure has occurred in the engine 200.
  • the failure determination unit 140 decreases the EGR amount.
  • the operating state of the EGR system 240 is changed (that is, the opening degree of the EGR valve 243 is reduced), and the engine 200 has a failure based on the index value MI calculated by the index value calculation unit 210 after the change. Determine whether it has occurred.
  • the detection of a failure by the failure determination unit 140 will be described in detail later with reference to FIG.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of white smoke reduction control, misfire suppression control, and failure detection according to the first embodiment.
  • the ECU 100 determines whether or not the detection condition is permitted (step S10). That is, the ECU 100 determines whether or not a predetermined detection condition is satisfied.
  • the detection condition is satisfied when, for example, the engine coolant temperature, the intake air temperature, the engine speed, etc. of the engine 200 are within a predetermined range.
  • step S10 When the detection condition is not permitted (step S10: No), the crank angular velocity is not detected (step S20), and the ECU 100 determines whether the detection condition is permitted again after a predetermined time (step S10). .
  • step S10 If the detection condition is permitted (step S10: Yes), the crank angular velocity is detected (step S20). That is, the crank angular speed calculation unit 110 calculates the crank angular speed based on the detection signal of the crank angle sensor 216. As described above, the crank angular velocity calculation unit 110 calculates the crank angular velocity for every 30 ° CA.
  • step S30 the index value calculation process is performed by the index value calculation unit 120 (step S30).
  • FIG. 3 is a flowchart showing the flow of index value calculation processing.
  • a moving average process is performed for the crank angular speed calculated by the crank angular speed calculation unit 120 (step S310). That is, the index value calculation unit 120 performs a moving average process for the 12 crank angular velocities every 30 ° CA. That is, the average value Sn is calculated according to the following equation (1).
  • ⁇ n is the crank angular velocity calculated n-th by the crank angular velocity calculator 120. Since the crank angular velocity is calculated every 30 ° CA, the average value Sn is an average value corresponding to one rotation of the crankshaft.
  • the comb filter process is performed on the average value Sn by the index value calculation unit 120 (step S320). That is, the index value calculation unit 120 calculates the deviation amount Cn according to the following equation (2).
  • the average value Sn is the latest average value
  • the average value Sn-6 is an average value calculated before 180 ° CA. Since the engine 200 is a four-cylinder four-cycle engine, the air-fuel mixture is compressed in one of the cylinders 211 each time the crankshaft rotates 180 ° CA.
  • step S330 cylinder average processing is performed for the deviation amount Cn (step S330). That is, the index value calculation unit 120 calculates an average value of six consecutive deviation amounts Cn. That is, the index value calculation unit 120 calculates the average value Mn according to the following formula (3).
  • the average value Mn is an average value of the deviation amounts Cn corresponding to 180 ° CA (that is, one half rotation of the crankshaft).
  • a deviation between the cylinders is calculated for the average value Mn (step S340). That is, the index value calculation unit 120 calculates the difference between the average value Mn and the average value Mn ⁇ 1. That is, the index value calculation unit 120 calculates the deviation ⁇ Mn according to the following equation (4).
  • an index value MI is calculated based on the deviation ⁇ Mn (step S350). That is, the index value calculation unit 120 calculates the index value MI according to the following equation (5).
  • the index value MI calculated in this way varies according to the magnitude of the 0.5th-order frequency component of the crank angular velocity that appears prominently when the engine 200 misfires.
  • the white smoke / misfire determination unit 130 determines whether or not the index value MI is larger than a predetermined threshold A (step S40). That is, the white smoke / misfire determination unit 130 compares the index value MI calculated by the index value calculation unit 120 with the threshold A to determine whether the index value MI is greater than the threshold A.
  • step S40: No If it is determined that the index value MI is not greater than the threshold value A (that is, the index value MI is equal to or less than the threshold value A) (step S40: No), the process according to step S10 is performed again.
  • step S40 If it is determined that the index value MI is greater than the threshold A (step S40: Yes), the white smoke / misfire determination unit 130 determines that white smoke is generated from the engine 200 (step S50).
  • the index value MI calculated as described above based on the crank angular velocity is determined based on whether the engine 200 misfires or not, and the white smoke from the engine 200. It has been found that there is a correlation with whether or not this occurs. Therefore, it is possible to appropriately determine whether or not white smoke is generated from the engine 200 by comparing the index value MI and the threshold A as in the present embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing the correlation between the index value MI calculated by the index value calculation unit 120 and the generation of white smoke.
  • FIG. 4 shows an example of a change over time in the index value MI for a predetermined time (1000 seconds) from the start of the engine 200.
  • FIG. 4 also shows an example of the change over time of the engine coolant temperature thw.
  • the graph shown in FIG. 4 is obtained by an experiment by the present inventors.
  • the index value MI is slightly larger in the first period T1 after the engine 200 is started, but is smaller than the value in the period T1 in the subsequent period T2. This is because the glow plug 214 is in the on state during the periods T1 and T2, and the combustion state is relatively good. In the periods T1 and T2, it was confirmed that no white smoke was generated from the engine 200.
  • the index value MI is larger than the values in the periods T1 and T2. In the period T3, since the glow plug 214 was turned off, it was confirmed that the combustion state deteriorated and white smoke was generated.
  • the combustion state was stabilized, and it was confirmed that no white smoke was generated in period T4.
  • the index value MI is smaller than the value in the period T3.
  • the index value MI is a relatively large value
  • the index value MI is a relatively small value
  • the index value MI is equal to or smaller than the predetermined threshold A.
  • the predetermined threshold A may be obtained in advance by experiments, simulations, or the like as a lower limit value of the index value MI that can be calculated when white smoke is generated from the engine 200.
  • white smoke reduction control is performed by the ECU 100 (step S60). That is, the ECU 100 performs various controls for reducing the generation of white smoke. Specifically, the ECU 100 controls the EGR valve 243 so as to reduce the EGR amount, turns on the glow plug 214, controls the fuel injector 212 so as to perform micro injection, and electrically heats the catalyst. The EHC 235 is controlled so that the intake heater 228 is operated. Therefore, generation of white smoke from engine 200 can be reliably reduced. As white smoke reduction control, white smoke can be reliably reduced by controlling any one or more of the EGR valve 243, the glow plug 214, the fuel injector 212, the EHC 235, and the intake heater 228. In addition, according to the present embodiment, when it is determined that white smoke is generated from the engine 200, white smoke reduction control is performed. For example, white smoke is reduced in a state where white smoke is not generated from the engine 200. It is possible to avoid wasteful control.
  • step S70 it is determined by the white smoke / misfire determination unit 130 whether or not the index value MI is larger than a predetermined threshold B (step S70). That is, the white smoke / misfire determination unit 130 compares the index value MI calculated by the index value calculation unit 120 with the threshold B, and determines whether or not the index value MI is larger than the threshold B. As described above, the threshold value B is larger than the threshold value A.
  • step S70: No the process according to step S10 is performed again.
  • step S70 When it is determined that the index value MI is greater than the threshold value B (step S70: Yes), it is determined by the white smoke / misfire determination unit 130 that the engine 200 has misfired (step S80).
  • the index value MI varies according to the magnitude of the 0.5th-order frequency component of the crank angular velocity that appears prominently when the engine 200 misfires. Therefore, as in the present embodiment, by comparing the index value MI with the threshold value B, it is possible to appropriately determine whether or not the engine 200 has misfired.
  • the threshold value B can be set in advance by experiments, simulations, or the like as a lower limit value of the index value MI that can be calculated when misfire of the engine 200 occurs.
  • misfire suppression control is performed by the ECU 100 (step S90). That is, the ECU 100 performs various controls for suppressing the occurrence of misfire. Specifically, the ECU 100 controls the EGR valve 243 so as to reduce (or zero) the EGR amount, turn on the glow plug 214, and set the fuel injector 212 so as to perform micro injection. The EHC 235 is controlled to control, the catalyst is electrically heated, or the intake heater 228 is operated. Therefore, misfire of the engine 200 can be reliably suppressed.
  • misfire can be reliably suppressed by controlling any one or more of the EGR valve 243, the glow plug 214, the fuel injector 212, the EHC 235, and the intake heater 228.
  • the ECU 100 may light a warning lamp (MIL: Malfunction Indication Lump) for notifying the driver that a misfire has occurred.
  • MIL Malfunction Indication Lump
  • the EGR amount is reduced by the failure determination unit 140 (step S100). That is, the failure determination unit 140 controls the EGR valve 243 so as to reduce the EGR amount.
  • step S110 whether or not the index value MI is larger than the predetermined threshold B is determined by the failure determination unit 140.
  • step S110: No When it is determined that the index value MI is not greater than the threshold value B (that is, the index value MI is equal to or less than the threshold value B) (step S110: No), the process according to step S10 is performed again.
  • the failure determination unit 140 determines that a failure of the engine 200 has occurred (step S120).
  • the index value MI is larger than the threshold value B and it is determined that the misfire of the engine 200 has occurred (step S80), if the EGR amount is reduced (step S100), the engine 200 malfunctions.
  • the index value MI is reduced (that is, calculated after the ERG amount is reduced from the index value MI calculated before the EGR amount is reduced). Index value MI is smaller).
  • the index value MI is maintained larger than the threshold value B because the failure has occurred even if the EGR amount is reduced (step S100). (That is, any index value MI before and after the reduction of the EGR amount is greater than the threshold value B). Therefore, as in the present embodiment, after reducing the EGR amount (step S100), the index value MI is compared with the threshold value B (step S110) to determine whether or not a failure of the engine 200 has occurred. It can be judged appropriately.
  • the occurrence of white smoke, misfire and failure of the engine 20 can be appropriately detected, and white smoke can be reduced and the occurrence of misfire can be suppressed.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the flow of white smoke reduction control, misfire suppression control, and failure detection according to the second embodiment, and is a diagram having the same concept as in FIG.
  • the same reference numerals are given to the same steps as the steps according to the first embodiment shown in FIG. 2, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • step S200 the engine system 10 according to the first embodiment described above is different from the engine system 10 according to the first embodiment described above, and the engine system according to the first embodiment described above is generally configured in other respects.
  • the failure determination unit 140 changes the glow plug 214 from the off state to the on state (step S200). That is, when the glow plug 214 is energized under the control of the failure determination unit 140, the temperature of the combustion chamber is raised.
  • step S110 whether or not the index value MI is larger than the predetermined threshold B is determined by the failure determination unit 140.
  • the failure determination unit 140 determines that a failure of the engine 200 has occurred (step S120).
  • the glow plug 214 is changed from the off state to the on state (step S200).
  • the index value MI decreases (that is, the index value calculated when the glow plug 214 is off).
  • the index value MI calculated when the glow plug 214 is on is smaller than the MI).
  • the failure has occurred.
  • step S200 After the glow plug 214 is changed from the off state to the on state (step S200), a failure of the engine 200 occurs by comparing the index value MI with the threshold value B (step S110). It can be appropriately determined whether or not.

Abstract

　内燃機関の制御装置は、内燃機関（２００）のクランク角速度を検出する検出手段（２１６、１１０）と、この検出手段によって検出されたクランク角速度に基づいて、内燃機関の燃焼状態を示す燃焼状態指標値（ＭＩ）を算出する算出手段（１２０）と、算出手段によって算出された燃焼状態指標値を、所定の第１閾値（Ａ）及び該第１閾値よりも大きい所定の第２閾値（Ｂ）と比較することにより、内燃機関から白煙が発生しているか否か及び内燃機関の失火が発生しているか否かを判定する第１判定手段（１３０）とを備える。

Description

内燃機関の制御装置
　本発明は、例えば内燃機関の白煙を検出可能な内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
　近年、車両に搭載された例えばディーゼルエンジン等の内燃機関では、環境保護などの理由により、特に低温時や高地で発生する白煙を低減させることが要求されている（例えば特許文献１から１０参照）。
　例えば特許文献１には、車両に搭載された内燃機関の排気通路中に煙センサ（ガスセンサ）を配置して排ガスの透過度（不透明度）を求め、この透過度に応じて白煙が発生しているか、黒煙が発生しているかを判定する技術が開示されている。
　なお、例えば特許文献２には、グロープラグを通電することにより白煙を低減する技術が開示されている。例えば特許文献３には、排気通路のフィルタに設置されたヒータに通電することにより白煙を低減する技術が開示されている。例えば特許文献４には、燃料噴射を分割することにより白煙の低減を行う技術が開示されている。例えば特許文献５には、バルブオーバーラップを増加させることにより燃焼の安定を図る技術が開示されている。例えば特許文献６には、吸気弁早閉じを行うことにより燃焼の安定を図る技術が開示されている。例えば特許文献７には、冷間時に吸気ヒータに通電することにより燃焼を安定させる技術が開示されている。例えば特許文献８には、始動時にＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）量を減量することにより燃焼を安定させる技術が開示されている。例えば特許文献９には、燃料カットを行い排気ガス中のＨＣ（炭化水素）量を算出することにより白煙量を算出する技術が開示されている。例えば特許文献１０には、冷間始動時には燃焼が不安定となり白煙が発生することが記載されている。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献１１が存在する。特許文献１１には、クランク角センサの検出値にデジタルフィルタ処理を行った値を用いて失火を判定する技術が開示されている。
特開２００９－２４３３６９号公報 特開２００９－２２３４号公報 特開２００４－３６０６４８号公報 特開２０００－２３４５５１号公報 特開２００７－３２４１５号公報 特開２０１０－２６５８１４号公報 特開２００４－２９３３９１号公報 特開２００９－６２８３５号公報 特開平１０－１８４４４１号公報 特開２００８－２６７２５６号公報 特開平８－７４６５２号公報
　しかしながら、例えば前述した特許文献１に開示された技術によれば、白煙を検出するために排気通路に煙センサを設ける必要があり、製造コストが増大してしまうおそれがあるという技術的問題点がある。
　本発明は、例えば前述した従来の問題点に鑑みなされたものであり、例えば製造コストの増大を招くことなく、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関から白煙が発生していることを適切に検出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。
　本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記課題を解決するために、内燃機関のクランク角速度を検出する検出手段と、該検出手段によって検出されたクランク角速度に基づいて、前記内燃機関の燃焼状態を示す燃焼状態指標値を算出する算出手段と、該算出手段によって算出された燃焼状態指標値を、所定の第１閾値及び該第１閾値よりも大きい所定の第２閾値と比較することにより、前記内燃機関から白煙が発生しているか否か及び前記内燃機関の失火が発生しているか否かを判定する第１判定手段とを備える。
　本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、その動作時には、例えば車両に搭載されたディーゼルエンジン等の内燃機関のクランク角速度（即ち、クランク軸の回転速度）が検出手段によって検出され、該検出されたクランク角速度に基づいて燃焼状態指標値が算出手段によって算出される。この際、算出手段は、検出されたクランク角速度に、例えば、移動平均処理、コムフィルタ処理等のデジタルフィルタ処理などを行うことにより、燃焼状態指標値を生成する。ここで、本発明に係る「燃焼状態指標値」は、内燃機関の燃焼状態を示す値であり、例えば、検出されたクランク角速度のうち、内燃機関の失火が発生した場合に発生しやすい所定の周波数成分（例えば、クランク軸の２分の１回転を周期とする０．５次の周波数成分）の大きさを示すように生成される。
　本発明では特に、第１判定手段は、算出された燃焼状態指標値を、所定の第１閾値及び該第１閾値よりも大きい所定の第２閾値と比較することにより、内燃機関から白煙が発生しているか否か及び内燃機関の失火が発生しているか否かを判定する。具体的には、第１判定手段は、算出された燃焼状態指標値が第１閾値よりも大きく且つ第２閾値以下である場合には、内燃機関から白煙が発生していると判定し、算出された燃焼状態指標値が第２閾値よりも大きい場合には、内燃機関の失火が発生していると判定する。なお、第１判定手段は、算出された燃焼状態指標値が第１閾値以下である場合には、内燃機関から白煙が発生していないと判定する。ここで、本願発明者らの研究によれば、クランク角速度に基づいて算出手段によって算出される燃焼状態指標値は、内燃機関の失火が発生しているか否かに加えて、内燃機関から白煙が発生しているか否かと相関があることが判明している。よって、内燃機関から白煙が発生しているときに算出され得る燃焼状態指標値の下限値を、実験、シミュレーション等によって予め求め、該求めた下限値を第１閾値に設定するとともに、内燃機関の失火が発生しているときに算出され得る燃焼状態指標値の下限値を、実験、シミュレーション等によって予め求め、該求めた下限値を第２閾値に設定することで、内燃機関から白煙が発生しているか否か及び内燃機関の失火が発生しているか否かを第１判定手段によって適切に判定することができる。
　したがって、内燃機関から白煙が発生していること及び内燃機関の失火が発生していることを適切に検出することができる。ここで、本発明によれば、例えば白煙を検出するために排気通路に煙センサを別途設ける必要がないので、製造コストの増大を招くことなく、白煙が発生していることを適切に検出することができる。
　以上説明したように、本発明によれば、例えば製造コストの増大を招くことなく、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関から白煙が発生していることを適切に検出することができる。
　本発明に係る内燃機関の制御装置の一態様では、前記内燃機関は、通電に応じて燃焼室内の温度を高めるグロープラグと、排気通路の排気の一部を吸気通路に還流する排気還流装置とを備え、前記算出手段によって算出された燃焼状態指標値が前記第２閾値よりも大きい場合、前記グロープラグの通電状態又は前記排気還流装置の動作状態を変化させ、該変化させた後に前記算出手段によって算出された前記燃焼状態指標値に基づいて、前記内燃機関に故障が発生しているか否かを判定する第２判定手段を更に備える。
　この態様によれば、第２判定手段は、算出手段によって算出された燃焼状態指標値が第２閾値よりも大きい場合、グロープラグの通電状態又は排気還流装置の動作状態を変化させ、該変化させた後に算出手段によって算出された燃焼状態指標値に基づいて、内燃機関に故障が発生しているか否かを判定する。具体的には、第２判定手段は、グロープラグの通電状態がオフ状態であるときに算出された燃焼状態指標値が第２閾値よりも大きい場合、グロープラグの通電状態をオン状態に変更し、該変更した後に算出された燃焼状態指標値が第２閾値よりも大きい場合には、内燃機関に故障が発生していると判定する。或いは、排気還流装置によって排気の一部が吸気通路に還流されているときに算出された燃焼状態指標値が第２閾値よりも大きい場合、還流される排気（以下「ＥＧＲガス」と適宜称する）の量を減少させるように排気還流装置の動作状態を変更し、該変更した後に算出された燃焼状態指標値が第２閾値よりも大きい場合には、内燃機関に故障が発生していると判定する。ここで、グロープラグの通電状態がオフ状態からオン状態に変更された場合やＥＧＲガスの量が少なくなった場合、通常、燃焼状態が改善することにより燃焼状態指標値は低下する。しかし、内燃機関に故障が発生している場合には、グロープラグの通電状態がオフ状態からオン状態に変更された場合やＥＧＲガスの量が少なくなった場合であっても、燃焼状態は改善せず、燃焼状態指標は第２閾値よりも大きいままで維持されることになる。よって、この態様にように、グロープラグの通電状態又は排気還流装置の動作状態を変化させた後の燃焼状態指標値に基づいて、内燃機関に故障が発生しているか否かを判定することで、内燃機関に故障が発生していることを適切に検出することができる。
　本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
第１実施形態に係るエンジンシステムの構成を概略的に示す概略構成図である。 第１実施形態に係る白煙低減制御、失火抑制制御及び故障検出の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態に係る指標値算出処理の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態に係る指標値算出部によって算出される指標値と、白煙の発生との相関関係を示すグラフである。 第２実施形態に係る白煙低減制御、失火抑制制御及び故障検出の流れを示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
　＜第１実施形態＞
　第１実施形態に係るエンジンシステムについて、図１から図４を参照して説明する。
　図１は、本実施形態に係るエンジンシステムの構成を概略的に示す概略構成図である。
　図１において、エンジンシステム１０は、図示しない車両に搭載され、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１００及びエンジン２００を備えている。
　ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）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、本発明に係る「内燃機関」の一例としての４サイクルのディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）であり、車両の動力源として機能する。エンジン２００は、気筒２１１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の往復運動を、コネクションロッドを介してクランクシャフト（クランク軸）の回転運動に変換することが可能に構成されている。エンジン２００は、直列４気筒型であるが、本発明では、気筒数及び気筒配置は、特に限定されるものではない。
　エンジン２００は、４つの気筒２１１を有するエンジン本体２１０と、各気筒２１１の燃焼室に空気を吸入させる吸気系２２０と、各気筒２１１からの排気ガスを排気させる排気系２３０と、各気筒２１１からの排気ガスの一部を吸気側に還流させ再循環させるＥＧＲ系２４０と、排気系２３０内の排気エネルギーを利用して吸気系２２０内の空気を圧縮し、各気筒２１１の燃焼室に空気を過給するターボチャージャ２８０とを備えている。
　エンジン２００の各気筒２１１には、燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料インジェクタ２１２が設けられている。各気筒２１１の燃料インジェクタ２１２は、共通のコモンレール２１３に接続されている。コモンレール２１３には、図示しない燃料ポンプによって加圧された高圧の燃料が貯留されている。コモンレール２１３内から各燃料インジェクタ２１２へ燃料が供給される。
　燃料インジェクタ２１２は、１サイクル中に複数回、燃料を気筒内に噴射することが可能に構成されている。即ち、燃料インジェクタ２１２は、メイン噴射と、このメイン噴射に先立って行われる１回又は複数回の微小噴射（即ち、パイロット噴射）とを、１サイクル中に実施することができる。
　各気筒２１１には、燃焼室内の温度を高めることが可能なグロープラグ２１４が設けられている。グロープラグ２１４は、ＥＣＵ１００から供給される制御信号により、通電状態がオン（ＯＮ）状態とオフ（ＯＦＦ）状態との間で切り替えられる。グロープラグ２１４は、オン状態となることにより（即ち、通電されることにより）、燃焼室内の温度を高めることができる。例えば、エンジン２００の始動時には、グロープラグ２１４がオン状態にされ、燃焼室内の温度が高められる。これにより、燃料の着火を補助し、良好な始動性が得られる。グロープラグ２１４をオン状態にし続ける（即ち、グロープラグ２１４に通電し続ける）と、グロープラグ２１４の寿命が短縮したり、電力消費が多くなったりする。ＥＣＵ１００は、グロープラグ２１４の寿命確保や電力消費量節減のため、基本的には、エンジン２００の始動後、所定のタイミングで、グロープラグ２１４をオフ状態にする。
　エンジン２００には、クランク角センサ２１６が設けられている。クランク角センサ２１６は、エンジン２００のクランクシャフトの回転位置であるクランク角を示す検出信号をＥＣＵ１００に出力する。より具体的には、クランク角センサ２１６は、エンジン２００のクランクシャフトが１０度回転するごとに１パルスを検出信号として出力する。即ち、クランク角センサ２１６は、１０°ＣＡ（Crank Angle）毎に発生するパルスを検出信号として出力する。
　吸気系２２０は、各気筒２１１の燃焼室に連通する吸気マニホールド２２１と、この吸気マニホールド２２１の上流側に連通する吸気管２２と、吸気管２２２における上流側で、吸入される空気（即ち、吸入空気）を清浄化するエアクリーナ２２３と、吸気管２２２におけるターボチャージャ２８０よりも下流側で吸入空気を冷却するインタークーラ２２４と、エンジン本体２１０の気筒２１１への吸入空気量を調整可能なスロットル２２５とを含んで構成されている。スロットル２５５の開度は、ＥＣＵ１００によって制御される。吸気マニホールド２２１内には、各気筒２１１の燃焼室内に吸入される空気（即ち、吸気）を暖めることが可能な吸気ヒータ２２８が設けられている。ＥＣＵ１００は、例えば、エンジン２００の始動時などエンジン２００が暖まっていない場合に吸気ヒータ２２８をオン状態とする（即ち、作動させる）ことにより、吸気を暖める。これにより、燃料の着火を補助し、良好な始動性が得られる。
　排気系２３０は、各気筒２１１の燃焼室に連通する排気マニホールド２３１と、この排気マニホールド２３１の下流側に連通する排気管２３２と、排気管２３２におけるターボチャージャ２８０よりも下流側で、各気筒２１１からの排気ガスを清浄化するＥＨＣ（Electric Heating Catalyst：電気加熱式触媒）２３５とを含んで構成されている。
　ＥＨＣ２３５は、排気管２３２におけるターボチャージャ２８０の下流側に設けられ、気筒２１１から排出される排気ガスを浄化する触媒と、この触媒を電気加熱する加熱手段とを備えた電気加熱式触媒である。
　ＥＧＲ系２４０は、各気筒２１１の燃焼室をバイパスして排気マニホールド２３１と吸気マニホールド２２１とを連通させ、各気筒２１１からの排気を再循環させるＥＧＲ通路２４１と、このＥＧＲ通路２４１を通って還流する排気を冷却するＥＧＲクーラ２４２と、吸気マニホールド２２１への排気還流量（即ち、還流する排気の量、以下「ＥＧＲ量」と適宜称する）を調整可能なＥＧＲバルブ２４３とを含んで構成されている。ＥＧＲバルブ２４３の開度（或いは開閉状態）は、ＥＣＵ１００によって制御される。なお、ＥＧＲ系２４０は、本発明に係る「排気還流装置」の一例である。
　ターボチャージャ２８０は、排気タービン式の過給機であり、排気管２３２内を流れる排気ガスのエネルギーによってタービンを回転させることにより、吸気管２２２内の空気を加圧することが可能に構成されている。詳細には、ターボチャージャ２８０は、排気管２３２内に設けられたタービンホイールと、吸気管２２２内に設けられたコンプレッサホイールと、タービンホイールとコンプレッサホイールとを連結するタービンシャフトとを含んで構成されている。エンジン２００から排出される排気ガスが、排気管２３２を通過する際にタービンホイールを回転させることにより、タービンシャフトを介してコンプレッサホイールが回転し、吸気管２２２内の空気が加圧される。
　ＥＣＵ１００は、前述したように、エンジン２００の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、エンジン２００の各部に電気的、或いは何らかの信号の入出力可能な態様で接続され、各部の駆動の制御及び情報の入出力を行う。
　ＥＣＵ１００は、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例として機能可能に構成されており、クランク角速度算出部１１０と、指標値算出部１２０と、白煙・失火判定部１３０と、故障判定部１４０とを備えている。
　クランク角速度算出部１１０は、クランク角センサ２１６の検出信号に基づいて、エンジン２００のクランクシャフトの回転速度であるクランク角速度を算出する。なお、クランク角速度算出部１１０は、クランク角センサ２１６とともに、本発明に係る「検出手段」の一例を構成する。具体的には、クランク角速度算出部１１０は、１０°ＣＡ毎に発生するパルスであるクランク角センサ２１６の検出信号に基づいて、クランクシャフトが３０°ＣＡ回転するのに要する時間を算出し、この算出した時間で３０°（即ち、π／６［rad］）を除することにより、３０°ＣＡ毎のクランク角速度を算出する。
　指標値算出部１２０は、クランク角速度算出部１１０によって算出されたクランク角速度に基づいて、エンジン２００の燃焼状態を示す指標値ＭＩを算出する。なお、指標値ＭＩは、本発明に係る「燃焼状態指標値」の一例である。指標値算出部１２０は、クランク角速度算出部１１０によって算出されたクランク角速度に、例えば、移動平均処理、コムフィルタ処理等のデジタルフィルタ処理などを行うことにより、指標値ＭＩを算出する。指標値ＭＩの算出方法については、図３を参照して後に詳細に説明する。
　白煙・失火判定部１３０は、本発明に係る「第１判定手段」の一例であり、指標値算出部１２０によって算出された指標値ＭＩを、所定の閾値Ａ及び該閾値Ａよりも大きい所定の閾値Ｂと比較することにより、エンジン２００から白煙が発生しているか否か及びエンジン２００の失火（即ち、エンジン２００の燃焼室内の混合気が着火されない現象）が発生しているか否かを判定する。具体的には、白煙・失火判定部１３０は、算出された指標値ＭＩが閾値Ａよりも大きく且つ閾値Ｂ以下である場合には、エンジン２００から白煙が発生していると判定し、算出された指標値ＭＩが閾値Ｂよりも大きい場合には、エンジン２００の失火が発生していると判定する。また、白煙・失火判定部１３０は、算出された指標値ＭＩが閾値Ａ以下である場合には、内燃機関から白煙が発生していないと判定する。白煙・失火判定部１３０によるエンジン２００から白煙が発生しているか否かの判定、及びエンジン２００の失火が発生しているか否かの判定については、図２及び図４を参照して後に詳細に説明する。なお、閾値Ａは本発明に係る「第１閾値」の一例であり、閾値Ｂは本発明に係る「第２閾値」の一例である。
　故障判定部１４０は、本発明に係る「第２判定手段」の一例であり、エンジン２００に故障が発生しているか否かを判定する。故障判定部１４０は、白煙・失火判定部１３０によってエンジン２００の失火が発生していると判定された場合（即ち、指標値ＭＩが閾値Ｂよりも大きい場合）、ＥＧＲ量が減少するように、ＥＧＲ系２４０の動作状態を変化させ（即ち、ＥＧＲバルブ２４３の開度を小さくし）、該変化させた後に指標値算出部２１０によって算出された指標値ＭＩに基づいて、エンジン２００に故障が発生しているか否かを判定する。故障判定部１４０による故障の検出については、図２を参照して後に詳細に説明する。
　次に、ＥＣＵ１００によって行われる白煙低減制御、失火抑制制御及び故障検出について、図２を参照して説明する。
　図２は、第１実施形態に係る白煙低減制御、失火抑制制御及び故障検出の流れを示すフローチャートである。
　図２において、まず、検出条件が許可されるか否かがＥＣＵ１００によって判定される（ステップＳ１０）。即ち、ＥＣＵ１００は、所定の検出条件が成立しているか否かを判定する。検出条件は、例えばエンジン２００のエンジン冷却水温、吸気温、エンジン回転数等が所定の範囲内にあるときに成立する。
　検出条件が許可されない場合には（ステップＳ１０：Ｎｏ）、クランク角速度の検出（ステップＳ２０）は行われず、所定時間後に再び検出条件が許可されるか否かがＥＣＵ１００によって判定される（ステップＳ１０）。
　検出条件が許可された場合には（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、クランク角速度が検出される（ステップＳ２０）。即ち、クランク角センサ２１６の検出信号に基づいてクランク角速度がクランク角速度算出部１１０によって算出される。クランク角速度算出部１１０は、前述したように、３０°ＣＡ毎のクランク角速度を算出する。
　次に、指標値算出処理が指標値算出部１２０によって行われる（ステップＳ３０）。
　図３は、指標値算出処理の流れを示すフローチャートである。
　図３において、指標値算出処理では、まず、クランク角速度算出部１２０によって算出されたクランク角速度について移動平均処理が行われる（ステップＳ３１０）。即ち、指標値算出部１２０は、連続した１２個の３０°ＣＡ毎のクランク角速度について移動平均処理を行う。つまり、以下の式（１）に従って、平均値Ｓｎを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ただし、ωｎは、クランク角速度算出部１２０によってｎ番目に算出されたクランク角速度である。クランク角速度は、３０°ＣＡ毎に算出されるので、平均値Ｓｎは、クランクシャフト１回転に対応する平均値である。
　次に、平均値Ｓｎについてコムフィルタ処理が指標値算出部１２０によって行われる（ステップＳ３２０）。即ち、指標値算出部１２０は、以下の式（２）に従って、偏差量Ｃｎを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）において、平均値Ｓｎは最新の平均値であり、平均値Ｓｎ－６は、１８０°ＣＡ前に算出された平均値である。エンジン２００は、４気筒４サイクルのエンジンであるので、クランクシャフトが１８０°ＣＡ回転する毎にいずれかの気筒２１１で混合気の圧縮が行われる。このように算出された偏差量Ｃｎの平均値Ｓｎに対するゲイン（即ち、Ｃｎ／Ｓｎ）は、エンジン回転の２ｋ次成分（但し、ｋ＝０、１、２、…、３）が低下する周波数特性を有する。
　次に、偏差量Ｃｎについて気筒平均処理が行われる（ステップＳ３３０）。即ち、指標値算出部１２０は、連続した６個の偏差量Ｃｎの平均値を算出する。つまり、指標値算出部１２０は、以下の式（３）に従って、平均値Ｍｎを算出する。平均値Ｍｎは、１８０°ＣＡ（即ち、クランクシャフト２分の１回転）に対応する偏差量Ｃｎの平均値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　次に、平均値Ｍｎについて気筒間の偏差が算出される（ステップＳ３４０）。即ち、指標値算出部１２０は、平均値Ｍｎと平均値Ｍｎ－１との差を算出する。つまり、指標値算出部１２０は、以下の式（４）に従って、偏差ΔＭｎを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004

　次に、偏差ΔＭｎに基づいて指標値ＭＩが算出される（ステップＳ３５０）。即ち、指標値算出部１２０は、以下の式（５）に従って、指標値ＭＩを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ただし、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　このように算出される指標値ＭＩは、エンジン２００の失火が発生した際に顕著に表れるクランク角速度の０．５次の周波数成分の大きさに応じて変動する。
　再び図２において、指標値算出処理（ステップＳ３０）の後に、指標値ＭＩが所定の閾値Ａよりも大きいか否かが白煙・失火判定部１３０によって判定される（ステップＳ４０）。即ち、白煙・失火判定部１３０は、指標値算出部１２０によって算出された指標値ＭＩと閾値Ａとを比較して、指標値ＭＩが閾値Ａよりも大きいか否かを判定する。
　指標値ＭＩが閾値Ａよりも大きくない（即ち、指標値ＭＩが閾値Ａ以下である）と判定された場合には（ステップＳ４０：Ｎｏ）、再びステップＳ１０に係る処理が行われる。
　指標値ＭＩが閾値Ａよりも大きいと判定された場合には（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）、エンジン２００から白煙が発生していると白煙・失火判定部１３０によって判定される（ステップＳ５０）。
　ここで、本願発明者らの研究によれば、クランク角速度に基づいて前述したように算出される指標値ＭＩは、エンジン２００の失火が発生しているか否かに加えて、エンジン２００から白煙が発生しているか否かと相関があることが判明している。よって、本実施形態のように、指標値ＭＩと閾値Ａとを比較することによりエンジン２００から白煙が発生しているか否かを適切に判定することができる。
　図４は、指標値算出部１２０によって算出される指標値ＭＩと、白煙の発生との相関関係を示すグラフである。なお、図４には、エンジン２００の始動から所定時間（１０００秒間）の指標値ＭＩの経時的な変化の一例が示されている。また、図４には、エンジン冷却水温ｔｈｗの経時的な変化の一例も示されている。図４に示すグラフは、本願発明者らによる実験によって得られたものである。
　図４において、指標値ＭＩは、エンジン２００の始動後の最初の期間Ｔ１ではやや大きくなるが、その後の期間Ｔ２において期間Ｔ１における値よりも小さくなっている。これは期間Ｔ１及びＴ２ではグロープラグ２１４がオン状態であり、燃焼状態が比較的良いからである。期間Ｔ１及びＴ２では、エンジン２００から白煙が発生していないことが確認された。
　期間Ｔ２後にグロープラグ２１４がオフ状態（glow off）にされた後の期間Ｔ３では、指標値ＭＩは、期間Ｔ１及びＴ２における値よりも大きな値になる。期間Ｔ３では、グロープラグ２１４がオフ状態になったため、燃焼状態が悪化し、白煙が発生していることが確認された。
　期間Ｔ３の後、燃焼状態が安定化し、期間Ｔ４では、白煙が発生していないことが確認された。期間Ｔ４では、指標値ＭＩは、期間Ｔ３における値よりも小さな値となる。
　このように、エンジン２００から白煙が発生しているときには、指標値ＭＩは比較的大きな値となり、エンジン２００から白煙が発生していないときには、指標値ＭＩは比較的小さな値となる。よって、本実施形態のように、指標値ＭＩが所定の閾値Ａよりも大きい場合には、エンジン２００から白煙が発生していると判定し、指標値ＭＩが所定の閾値Ａ以下である場合には、エンジン２００から白煙が発生してないと判定することで、エンジン２００から白煙が発生しているか否かを適切に判定することができる。ここで、所定の閾値Ａは、エンジン２００から白煙が発生しているときに算出され得る指標値ＭＩの下限値として、実験、シミュレーション等によって予め求めればよい。
　図２において、白煙が発生していると判定された（ステップＳ５０）後には、白煙低減制御がＥＣＵ１００によって行われる（ステップＳ６０）。即ち、ＥＣＵ１００は、白煙の発生を低減するための各種制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ量を低減するようにＥＧＲバルブ２４３を制御したり、グロープラグ２１４をオン状態にしたり、微小噴射を行うように燃料インジェクタ２１２を制御したり、触媒を電気加熱するようにＥＨＣ２３５を制御したり、吸気ヒータ２２８を作動させたりする。よって、エンジン２００から白煙が発生することを確実に低減できる。なお、白煙低減制御として、ＥＧＲバルブ２４３、グロープラグ２１４、燃料インジェクタ２１２、ＥＨＣ２３５及び吸気ヒータ２２８のいずれか１つ或いは２つ以上を制御することにより、白煙を確実に低減できる。また、本実施形態によれば、エンジン２００から白煙が発生していると判定された場合に、白煙低減制御を行うので、例えばエンジン２００から白煙が発生していない状態で白煙低減制御を無駄に行ってしまうことを回避できる。
　次に、指標値ＭＩが所定の閾値Ｂよりも大きいか否かが白煙・失火判定部１３０によって判定される（ステップＳ７０）。即ち、白煙・失火判定部１３０は、指標値算出部１２０によって算出された指標値ＭＩと閾値Ｂとを比較して、指標値ＭＩが閾値Ｂよりも大きいか否かを判定する。なお、前述したように、閾値Ｂは閾値Ａよりも大きい。
　指標値ＭＩが閾値Ｂよりも大きくない（即ち、指標値ＭＩが閾値Ｂ以下である）と判定された場合には（ステップＳ７０：Ｎｏ）、再びステップＳ１０に係る処理が行われる。
　指標値ＭＩが閾値Ｂよりも大きいと判定された場合には（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、エンジン２００の失火が発生していると白煙・失火判定部１３０によって判定される（ステップＳ８０）。
　ここで、前述したように、指標値ＭＩは、エンジン２００の失火が発生した際に顕著に表れるクランク角速度の０．５次の周波数成分の大きさに応じて変動する。よって、本実施形態のように、指標値ＭＩと閾値Ｂとを比較することによりエンジン２００の失火が発生しているか否かを適切に判定することができる。なお、閾値Ｂは、エンジン２００の失火が発生しているときに算出され得る指標値ＭＩの下限値として、実験、シミュレーション等によって予め設定することができる。
　図２において、失火が発生していると判定された（ステップＳ８０）後には、失火抑制制御がＥＣＵ１００によって行われる（ステップＳ９０）。即ち、ＥＣＵ１００は、失火の発生を抑制するための各種制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ量を低減するように（或いはゼロにするように）ＥＧＲバルブ２４３を制御したり、グロープラグ２１４をオン状態にしたり、微小噴射を行うように燃料インジェクタ２１２を制御したり、触媒を電気加熱するようにＥＨＣ２３５を制御したり、吸気ヒータ２２８を作動させたりする。よって、エンジン２００の失火を確実に抑制できる。なお、失火抑制制御として、ＥＧＲバルブ２４３、グロープラグ２１４、燃料インジェクタ２１２、ＥＨＣ２３５及び吸気ヒータ２２８のいずれか１つ或いは２つ以上を制御することにより、失火を確実に抑制できる。また、この際、ＥＣＵ１００は、失火が発生している旨を運転者に知らせるための警告ランプ（ＭＩＬ：Malfunction Indication Lump）を点灯させてもよい。
　次に、ＥＧＲ量の減量が故障判定部１４０によって行われる（ステップＳ１００）。即ち、故障判定部１４０は、ＥＧＲ量を低減するようにＥＧＲバルブ２４３を制御する。
　次に、指標値ＭＩが所定の閾値Ｂよりも大きいか否かが故障判定部１４０によって判定される（ステップＳ１１０）。
　指標値ＭＩが閾値Ｂよりも大きくない（即ち、指標値ＭＩが閾値Ｂ以下である）と判定された場合には（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、再びステップＳ１０に係る処理が行われる。
　指標値ＭＩが閾値Ｂよりも大きいと判定された場合には（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、エンジン２００の故障が発生していると故障判定部１４０によって判定される（ステップＳ１２０）。
　ここで、指標値ＭＩが閾値Ｂよりも大きく、エンジン２００の失火が発生していると判定された場合（ステップＳ８０）において、ＥＧＲ量の減量（ステップＳ１００）が行われると、エンジン２００の故障が発生していないときには、燃焼室内の混合気の燃焼状態が改善されるので、指標値ＭＩは低下する（即ち、ＥＧＲ量の減量前に算出される指標値ＭＩよりもＥＲＧ量の減量後に算出される指標値ＭＩのほうが小さい）。これに対して、エンジン２００の故障が発生しているときには、ＥＧＲ量の減量（ステップＳ１００）が行われても、故障が発生しているため、指標値ＭＩは閾値Ｂよりも大きいまま維持される（即ち、ＥＧＲ量の減量前後のいずれの指標値ＭＩも閾値Ｂよりも大きい）。よって、本実施形態のように、ＥＧＲ量の減量（ステップＳ１００）を行った後に、指標値ＭＩと閾値Ｂとを比較する（ステップＳ１１０）ことによりエンジン２００の故障が発生しているか否かを適切に判定することができる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、エンジン２０の白煙、失火及び故障の発生を適切に検出することができ、白煙を低減できるとともに失火の発生を抑制できる。ここで特に、本実施形態によれば、例えば白煙を検出するために排気通路に煙センサを別途設ける必要がないので、製造コストの増大を招くことなく、白煙が発生していることを適切に検出することができる。
　＜第２実施形態＞
　第２実施形態に係るエンジンシステムについて、図５を参照して説明する。
　図５は、第２実施形態に係る白煙低減制御、失火抑制制御及び故障検出の流れを示すフローチャートであり、図２と同趣旨の図である。なお、図５において、図２に示した第１実施形態に係るステップと同様のステップに同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。
　第２実施形態に係るエンジンシステムは、前述した故障判定部１４０がＥＧＲ量の減量を行う（図２のステップＳ１００）のに代えて、グロープラグ２１４をオフ状態からオン状態に変更する（図５のステップＳ２００）点で、前述した第１実施形態に係るエンジンシステム１０と異なり、その他の点については、前述した第１実施形態に係るエンジンシステムを概ね同様に構成されている。
　図５において、失火抑制制御（ステップＳ９０）の後に、故障判定部１４０によって、グロープラグ２１４がオフ状態からオン状態に変更される（ステップＳ２００）。即ち、故障判定部１４０の制御下でグロープラグ２１４が通電されることにより、燃焼室の温度が高められる。
　次に、指標値ＭＩが所定の閾値Ｂよりも大きいか否かが故障判定部１４０によって判定される（ステップＳ１１０）。
　指標値ＭＩが閾値Ｂよりも大きいと判定された場合には（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、エンジン２００の故障が発生していると故障判定部１４０によって判定される（ステップＳ１２０）。
　ここで、指標値ＭＩが閾値Ｂよりも大きく、エンジン２００の失火が発生していると判定された場合（ステップＳ８０）において、グロープラグ２１４がオフ状態からオン状態に変更される（ステップＳ２００）と、エンジン２００の故障が発生していないときには、燃焼室内の混合気の燃焼状態が改善されるので、指標値ＭＩは低下する（即ち、グロープラグ２１４がオフ状態のときに算出される指標値ＭＩよりもグロープラグ２１４がオン状態のときに算出される指標値ＭＩのほうが小さい）。これに対して、エンジン２００の故障が発生しているときには、グロープラグ２１４がオフ状態からオン状態に変更（ステップＳ２００）されても、故障が発生しているため、指標値ＭＩは閾値Ｂよりも大きいまま維持される（即ちグロープラグ２１４がオン状態及びオフ状態のいずれであっても指標値算出部１２０によって算出される指標値ＭＩは閾値Ｂよりも大きい）。よって、本実施形態のように、グロープラグ２１４をオフ状態からオン状態に変更した（ステップＳ２００）後に、指標値ＭＩと閾値Ｂとを比較する（ステップＳ１１０）ことによりエンジン２００の故障が発生しているか否かを適切に判定することができる。
　本発明は、前述した実施形態に限られるものではなく、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　クランク角速度算出部
　１２０　指標値算出部
　１３０　白煙・失火判定部
　１４０　故障判定部
　２００　エンジン
　２１２　燃料インジェクタ
　２１３　コモンレール
　２１４　グロープラグ
　２１６　クランク角センサ
　２２８　吸気ヒータ
　２３５　ＥＨＣ
　２２０　吸気系
　２３０　排気系
　２４０　ＥＧＲ系
　２４３　ＥＧＲバルブ

Claims (2)

  1. 　内燃機関のクランク角速度を検出する検出手段と、
    　該検出手段によって検出されたクランク角速度に基づいて、前記内燃機関の燃焼状態を示す燃焼状態指標値を算出する算出手段と、
    　該算出手段によって算出された燃焼状態指標値を、所定の第１閾値及び該第１閾値よりも大きい所定の第２閾値と比較することにより、前記内燃機関から白煙が発生しているか否か及び前記内燃機関の失火が発生しているか否かを判定する第１判定手段と
    　を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 　前記内燃機関は、通電に応じて燃焼室内の温度を高めるグロープラグと、排気通路の排気の一部を吸気通路に還流する排気還流装置とを備え、
    　前記算出手段によって算出された燃焼状態指標値が前記第２閾値よりも大きい場合、前記グロープラグの通電状態又は前記排気還流装置の動作状態を変化させ、該変化させた後に前記算出手段によって算出された前記燃焼状態指標値に基づいて、前記内燃機関に故障が発生しているか否かを判定する第２判定手段を更に備える
    　請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
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