(57)【要約】【課題】内燃機関において、筒内圧力に基づいてより精度よく燃焼割合を求める。【解決手段】本発明は、燃焼室１４における筒内圧力を検出あるいは推定する筒内圧検出手段５０と、燃焼室１４における、吸気弁Ｖｉ開弁後かつ燃焼開始前の第１タイミングと燃焼開始後かつ排気弁Ｖｅ開弁前の第２タイミングとの間における熱発生量に対する所定タイミングまでの熱発生量の比である燃焼割合を、それらタイミングでの筒内圧力に基づいて算出する算出手段とを備える、内燃機関の燃焼割合測定装置１に関する。そして、その算出手段は、先に行われた燃焼室１４での混合気の燃焼に基づいて第２タイミングを設定するタイミング設定手段を備え、このタイミング設定手段は、先に行われた燃焼室１４での混合気の燃焼で最大燃焼割合を示したタイミングＣＦを、第２タイミングに設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室における筒内圧力を検出あるいは推定する筒内圧検出手段と、燃焼室における、吸気弁開弁後かつ燃焼開始前の第１タイミングと燃焼開始後かつ排気弁開弁前の第２タイミングとの間における熱発生量に対する所定タイミングまでの熱発生量の比である燃焼割合を、前記筒内圧検出手段によって検出あるいは推定された前記第１、第２、所定タイミングでの筒内圧力に基づいて算出する算出手段とを備える、内燃機関の燃焼割合測定装置において、
前記算出手段は、先に行われた燃焼室での混合気の燃焼に基づいて前記第２タイミングを設定するタイミング設定手段を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼割合測定装置。
【請求項２】
前記タイミング設定手段は、先に行われた燃焼室での混合気の燃焼で最大燃焼割合を示したタイミングを、前記第２タイミングに設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼割合測定装置。
【請求項３】
前記タイミング設定手段は、筒内圧力に依存して決まる値の所定時間に対する変化幅が略零となるタイミングを、前記第２タイミングに設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃焼割合測定装置。
【請求項４】
前記値は、前記筒内圧検出手段によって検出あるいは推定された筒内圧力と、該筒内圧力の検出時あるいは推定時における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積値であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃焼割合測定装置。
【請求項５】
前記第２タイミングは、燃焼サイクル毎に定められることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の燃焼割合測定装置。
【請求項６】
前記第２タイミングは、直近の燃焼サイクルにおける、混合気の燃焼に基づいて定められることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の燃焼割合測定装置。
【請求項７】
燃焼割合の算出に際して、前記第１タイミングが算出開始点のタイミングとされ、前記第２タイミングが算出終了点のタイミングとされることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関の燃焼割合測定装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の内燃機関の燃焼割合測定装置を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室における燃焼割合を測定する内燃機関の燃焼割合測定装置、および、これによって得られた燃焼割合に基づいて例えば運転条件を変更する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ある燃焼室での特定のタイミングにおける燃焼割合を算出して、その燃焼割合に基づいて内燃機関の所定の運転条件を変更することが開示されている。この燃焼割合の算出は、クランク角がθである際に筒内圧センサを用いて検出される筒内圧力Ｐ（θ）と、クランク角が同θである際の筒内容積Ｖ（θ）を比熱比（所定の指数）κで累乗した値Ｖκ（θ）との積値Ｐ（θ）・Ｖκ（θ）に着目して行われる。この算出では、吸気弁の開弁後かつ点火前の第１タイミング（クランク角がθ１となるタイミング）における筒内圧力Ｐ（θ１）と、点火後かつ排気弁開弁前の第２タイミング（クランク角がθ２となるタイミング）における筒内圧力Ｐ（θ２）と、第１タイミングと第２タイミングとの間に予め定められていてクランク角がθ０（ただし、θ１＜θ０＜θ２）となる特定のタイミングにおける筒内圧力Ｐ（θ０）とが用いられる。そして、これら３点での筒内圧力に基づいてその特定のタイミングにおける燃焼割合を求め、それが特定の燃焼割合に一致するように例えば点火時期が制御される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２０１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の燃焼割合の算出では、点火後かつ排気弁開弁前の第２タイミングにおいて筒内圧センサを用いて得られた筒内圧力が用いられる。筒内圧センサには、この筒内圧センサが燃焼室に直接臨んで設けられている場合には特に、燃焼開始直後から膨張行程にかけて燃焼火炎熱が直接に影響する。それ故、第２タイミングにおいて、筒内圧センサには、その熱に起因するひずみが生じている場合がある。このような状態での筒内圧センサからのセンサ出力にはそのひずみの影響が生じるので、検出される筒内圧力に例えば無視できない程度の誤差が生じる可能性がある。
【０００５】
他方、そのような燃焼火炎熱の影響を取り除くべく、第２タイミングをある程度以上遅らせることが考えられる。しかしながら、その第２タイミングを遅くし過ぎると、検出される筒内圧力が、内燃機関の冷却効果による影響を受けたものになるので、同様に大きな誤差を含む可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、筒内圧力に基づいてより精度よく燃焼割合を求めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による内燃機関の燃焼割合測定装置は、燃焼室における筒内圧力を検出あるいは推定する筒内圧検出手段と、燃焼室における、吸気弁開弁後かつ燃焼開始前の第１タイミングと燃焼開始後かつ排気弁開弁前の第２タイミングとの間における熱発生量に対する所定タイミングまでの熱発生量の比である燃焼割合を、前記筒内圧検出手段によって検出あるいは推定された前記第１、第２、所定タイミングでの筒内圧力に基づいて算出する算出手段とを備える、内燃機関の燃焼割合測定装置において、前記算出手段は、先に行われた燃焼室での混合気の燃焼に基づいて前記第２タイミングを設定するタイミング設定手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、前記第２タイミングは、先に行われた燃焼室での混合気の燃焼に基づいて設定される。したがって、センサ出力に対しての燃焼火炎熱の影響や内燃機関の冷却効果による影響の効果が少ないタイミングを第２タイミングに設定できる。それ故、筒内圧力に基づいて、より精度よく燃焼割合を求めることが可能になる。
【０００９】
そして、前記タイミング設定手段は、先に行われた燃焼室での混合気の燃焼で最大燃焼割合を示したタイミングを、前記第２タイミングに設定するとよい。こうして設定されるタイミングは、燃焼割合を求める燃焼サイクルにおいて、センサのセンサ出力に対する燃焼火炎熱による影響とそれに対する内燃機関の冷却効果による影響とが総合的に少ないと推定されるタイミングである。したがって、センサ出力に対しての燃焼火炎熱の影響や内燃機関の冷却効果による影響を低減して、より精度よく燃焼割合を求めることが可能になる。
【００１０】
具体的には、前記タイミング設定手段は、筒内圧力に依存して決まる値の所定時間に対する変化幅が略零となるタイミングを、前記第２タイミングに設定するとよい。こうすることで、最大燃焼割合を示したタイミングをより適切に特定して、第２タイミングとして用いることができる。ただし、上記値、つまり、上記筒内圧力に依存して決まる値は、前記筒内圧検出手段によって検出あるいは推定された筒内圧力と、該筒内圧力の検出時あるいは推定時における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積値であるとよい。こうすることで、燃焼割合の算出と、第２タイミングの設定とをより少ない量の演算で両立させることが可能になる。
【００１１】
なお、上記第２タイミングは、燃焼サイクル毎に定められるとよい。また、第２タイミングは、直近の燃焼サイクルにおける、混合気の燃焼に基づいて定められるとよい。このようにすることで、各燃焼サイクルで、燃焼割合をより精度よく求めることが可能になる。
【００１２】
なお、燃焼割合の算出に際して、上記第１タイミングが算出開始点のタイミングとされ、上記第２タイミングが算出終了点のタイミングとされるとよい。
【００１３】
なお、本発明は、内燃機関の燃焼割合測定装置を備える内燃機関の制御装置にも存する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
まず、筒内圧力に基づく、燃焼室における燃焼割合の算出に関して、図１、２に基づいて例示的に説明する。
【００１５】
上記特許文献１に関して説明したのと同様に、ここでは、クランク角がθであるタイミングに筒内圧検出手段によって検出あるいは推定される筒内圧力をＰ（θ）とし、クランク角がθであるタイミング（当該筒内圧力Ｐ（θ）の検出時あるいは推定時）の筒内容積をＶ（θ）とし、比熱比をκとする。そして筒内圧力Ｐ（θ）と、筒内容積Ｖ（θ）を比熱比（所定の指数）κで累乗した値Ｖ（θ）との積値Ｐ（θ）・Ｖκ（θ）（以下、適宜「ＰＶκ」と記す）に着目して、燃焼割合が算出される。
【００１６】
クランク角に対する内燃機関の燃焼室における熱発生量Ｑの変化パターンと、クランク角に対する積値ＰＶκの変化パターンとは、図１に示されるような相関を有することが知られている（例えば特許文献１参照）。図１において、実線は、所定のモデル気筒において所定の微小クランク角おきに検出された筒内圧力と、当該筒内圧力の検出時における筒内容積を所定の比熱比κで累乗した値との積値ＰＶκをプロットしたものである。また、図１において、破線は、上記モデル気筒における熱発生量Ｑを次の（１）式に基づき、Ｑ＝∫ｄＱ／ｄθ・Δθとして算出・プロットしたものである。なお、何れの場合も、簡単のために、κ＝１．３２とした。また、図１において、−３６０°、０°および３６０°は上死点（ピストンが上死点に位置するとき）に、−１８０°および１８０°は下死点（ピストンが下死点に位置するとき）に対応する。
【００１７】
【数１】
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【００１８】
図１に示される結果からわかるように、クランク角に対する熱発生量Ｑの変化パターンと、クランク角に対する積値ＰＶκの変化パターンとは、概ね一致（相似）する。特に、筒内の混合気の燃焼開始（ガソリンエンジンでは火花点火時、ディーゼルエンジンでは圧縮着火時）の前後（例えば、図１における約−１８０°から約１３５°までの範囲）では、図１の両パターンは極めて良好に一致することが理解される。
【００１９】
燃焼室における熱発生量Ｑと積値ＰＶκとの相関を利用して、筒内圧検出手段によって検出あるいは推定される筒内圧力と、当該筒内圧力の検出時あるいは推定時における筒内容積との積値ＰＶκに基づいて、ある２点間におけるトータルの熱発生量に対する当該２点間の所定のタイミングまでの熱発生量の比（熱発生量比）である燃焼割合ＭＦＢが求められる（測定される）。ここで、積値ＰＶκに基づいて燃焼室における燃焼割合を算出すれば、高負荷な演算処理を要することなく燃焼室における燃焼割合を精度よく得ることができる。すなわち、図２に示されるように、積値ＰＶκに基づいて求められる燃焼割合（同図における実線参照）は、熱発生率に基づいて求められる燃焼割合（同図における破線参照）とほぼ一致する。
【００２０】
なお、図２において、実線は、上述のモデル気筒においてクランク角＝θとなるタイミングにおける燃焼割合を、次の（２）式に従うと共に、検出した筒内圧力Ｐ（θ）に基づいて算出し、プロットしたものである。ただし、簡単のために、κ＝１．３２とした。また、図２において、破線は、上述のモデル気筒においてクランク角＝θとなるタイミングにおける燃焼割合を、上記（１）式および次の（３）式に従うと共に、検出した筒内圧力Ｐ（θ）に基づいて算出し、プロットしたものである。この場合も、簡単のために、κ＝１．３２とした。
【００２１】
【数２】
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【００２２】
【数３】
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【００２３】
なお、ここでは、圧縮上死点前１２０°（（２）式では単に−１２０°）および圧縮上死点後１２０°（（２）式では単に１２０°）の２つのタイミングを採用した例を用いて、ＰＶκに着目した燃焼割合の算出を説明した。しかしながら、それらは、他のタイミングであってもよく、点火ノイズの影響を排除するように例えば圧縮上死点前６０°、および、全ての燃焼形態をカバーできるように例えば圧縮上死点後６０°であり得る。
【００２４】
ここで、図３に燃焼割合とクランク角との関係を誇張して例示する模式図を示す。燃焼割合ＭＦＢは、上記の如く、ある２点間におけるトータルの熱発生量に対する所定のタイミングでの、特に当該２点間の所定のタイミングでの熱発生量の比である。したがって、より精度よく燃焼割合を算出するためには、その２点すなわち２つのタイミングを適切に定める必要がある。なお、図３のグラフには、火花点火式内燃機関のある気筒の燃焼室における点火時期（実質的に燃焼開始時期に相当）が用語「点火」付きマークで指し示され、燃焼割合が０％から上昇に転ずる上昇開始点ＣＳ、および、燃焼割合が１００％（最大燃焼割合つまり最大熱発生量比）に達する上昇終了点ＣＦが共に白丸で表されている。
【００２５】
燃焼割合ＭＦＢの算出で、燃焼割合ＭＦＢをより精度よく求めるべく１つの燃焼サイクルにおけるトータルの熱発生量を適切に反映するためには、ＭＦＢ算出開始点ＭＳの第１タイミングおよびＭＦＢ算出終了点ＭＦの第２タイミングにおいて筒内圧力を、筒内圧センサ等を含む筒内圧検出手段を用いてより正確に求めることが望まれる。その内、ＭＦＢ算出開始点ＭＳのタイミングは、燃焼開始前、具体的には点火時期前の時期であることが好適であると考えられ、その一例が図３に黒丸で表されている。
【００２６】
図３に示すように、燃焼室での燃焼開始後、燃焼割合は増加し、実質的に最大に達した後、低下する。それ故、ＭＦＢ算出終了点ＭＦのタイミングは、最大燃焼割合（つまり最大熱発生量比あるいは最大熱発生量）を示す実質的にただ１つのタイミング、すなわち上昇終了点ＣＦのタイミングに定められることが望ましい。例えば、ＭＦＢ算出終了点ＭＦのタイミングが上昇終了点ＣＦのタイミングよりも前である場合、燃焼室には混合気の燃焼火炎が残存する。それ故、例えば筒内圧センサが直接的に燃焼室に臨んで設けられている場合、混合気の燃焼開始から膨張行程にかけて、その燃焼火炎熱が筒内圧センサに直接影響し得る。したがって、そのとき筒内圧センサにはそれに起因するひずみが生じ、そのときのセンサ出力およびそのときに検出等される筒内圧力にはその熱による影響がおよび得る。それ故、精確に燃焼割合ＭＦＢを算出するためには、それらに対するその影響を低減することが望まれる。
【００２７】
他方、上昇終了点ＣＦのタイミングよりも後である、図３のグラフに黒丸で示される点ＭＦ１のタイミングをＭＦＢ算出終了点ＭＦのタイミングとする場合、燃焼室の熱は、内燃機関の冷却効果（あるいは冷却損失）の影響を受け得る。したがって、このようなタイミングを燃焼割合ＭＦＢの算出に採用する場合には、精確に燃焼割合ＭＦＢを算出するために、同様にその影響を低減することが望まれる。
【００２８】
それ故、ＭＦＢ算出終了点ＭＦのタイミングを、総合的に両影響の少ないそれらの中間点に定めることが望まれる。つまり、本発明では、燃焼割合ＭＦＢを算出する際に、その算出に用いられるＭＦＢ算出終了点ＭＦのタイミングが上昇終了点ＣＦのタイミングに近づくように、先に行われた燃焼室での混合気の燃焼で最大燃焼割合を示したタイミング、例えば先に行われた燃焼室での燃焼における上昇終了点ＣＦのタイミングをＭＦＢ算出終了点のタイミングとして採用する。
【００２９】
要するに、本発明では、内燃機関の燃焼室での燃焼割合の算出は、筒内圧検出手段によって検出あるいは推定された燃焼室における筒内圧力に基づいて燃焼割合を算出する算出手段により行われる。この算出手段は、燃焼室における、吸気弁開弁後かつ燃焼開始前の第１タイミングと燃焼開始後かつ排気弁開弁前の第２タイミングとの間における熱発生量に対する所定タイミングまでの熱発生量の比である燃焼割合を、第１タイミングでの筒内圧力、第２タイミングでの筒内圧力、所定タイミングでの筒内圧力に基づいて算出する。そして、この算出手段は、先に行われた燃焼室での混合気の燃焼に基づいてその第２タイミングを設定するタイミング設定手段を備える。このタイミング設定手段は、先に行われた燃焼室での混合気の燃焼で最大燃焼割合を示したタイミングを第２タイミングに設定して、それをＭＦＢ算出終了点のタイミングとする。この先に行われた燃焼室での混合気の燃焼で最大燃焼割合を示したタイミングは、より直近（例えば直前）の燃焼サイクルにおける混合気の燃焼で最大燃焼割合を示したタイミングであるとよく、また、同一気筒の同一燃焼室での先の燃焼でのタイミングであるとよい。具体的には、このタイミングは、筒内圧力に依存して決まる値の所定時間に対する変化幅が略零となるタイミングである。ただし、この所定時間は、微少時間であり、例えば、クランク角が数°、５°あるいは１０°ずれるのに必要とされる時間である。そして、その燃焼割合の算出は、筒内圧検出手段によって検出あるいは推定される筒内圧力と、当該筒内圧力の検出時あるいは推定時における筒内容積を所定の指数で累乗した値との積値に基づいて実行されるとよい。より好ましくは、そうした第２タイミングは、燃焼サイクル毎に定められ得る。
【００３０】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明
する。
【００３１】
図４は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃焼割合測定装置（燃焼割合測定装置）１が適用された内燃機関１０を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１０は、シリンダブロック１２に形成された気筒１３の燃焼室１４で燃料および空気の混合気を燃焼させ、気筒１３でピストン１６を往復移動させることにより動力を発生するものである。内燃機関１０は多気筒機関として構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１０は、例えば４気筒機関として構成される。なお、内燃機関１０は、ここでは、車両に搭載されている。
【００３２】
内燃機関１０のシリンダヘッドに形成されると共に各燃焼室１４に臨む吸気ポートは、吸気管（吸気マニホールド含む）１８にそれぞれ接続されている。また、シリンダヘッドに形成されると共に各燃焼室１４に臨む排気ポートは、排気管（排気マニホールドを含む）２０にそれぞれ接続されている。また、シリンダヘッドには、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅが燃焼室１４ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉは、対応する吸気ポートを開閉し、各排気弁Ｖｅは、対応する排気ポートを開閉する。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、可変動弁機構、例えば、可変バルブタイミング機能を有する動弁機構（図示省略）によって動作させられる。更に、内燃機関１０は、気筒数に応じた数の点火プラグ２２を有し、点火プラグ２２は、対応する燃焼室１４内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
【００３３】
吸気管１８は、図４に示されるように、サージタンク２４に接続されている。サージタンク２４には、給気ライン（吸気管）が接続されており、給気ラインは、エアクリーナ２６を介して、図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気ラインの中途（サージタンク２４とエアクリーナ２６との間）には、スロットルバルブ（本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ）２８およびエアフローメータ３０が組み込まれている。一方、排気管２０には、触媒装置が設けられ、ここでは図４に示されるように、三元触媒を含む前段触媒装置３２およびＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置３４が設けられている。
【００３４】
更に、内燃機関１０は、複数のインジェクタ３６を有し、各インジェクタ３６は、図４に示されるように、対応する吸気ポート内に臨むように配置されている。各インジェクタ３６は、各吸気通路にガソリン等の燃料を噴射する。なお、本実施形態の内燃機関１０は、いわゆるポート噴射式のガソリンエンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明がいわゆる直噴式内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。また、本発明が、ガソリンエンジンだけではなく、ディーゼルエンジンにも適用され得ることはいうまでもない。
【００３５】
上述の各点火プラグ２２、スロットルバルブ２８、各インジェクタ３６および動弁機構等は、内燃機関１０の制御装置として実質的に機能するＥＣＵ３８に電気的に接続されている。ＥＣＵ３８は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換器、ならびに記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ３８には、図４に示されるように、クランク角センサ４０、エアフローメータ３０、排気管２０に設けられた空燃比センサ（Ｏ2センサ）４２等の各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ３８は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサを用いて得られた検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、各点火プラグ２２、スロットルバルブ２８、各インジェクタ３６、動弁機構等を制御する。なお、算出手段は、ＥＣＵ３８の一部を含んで構成される。
【００３６】
また、内燃機関１０は、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ５０を、気筒数に応じた数だけ有している。各筒内圧センサ５０は、対応する燃焼室１４に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、かつＥＣＵ３８に電気的に接続されている。各筒内圧センサ５０は、対応する燃焼室１４における筒内圧力（相対圧力）を検出するように、検出値に対応するセンサ出力信号をＥＣＵ３８に与える。各筒内圧センサ５０からのセンサ出力信号は、所定時間（所定クランク角）おきにＥＣＵ３８に順次与えられ、例えば絶対圧力値である検出値に変換された上でＥＣＵ３８の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。なお、筒内圧検出手段は、検知部としての筒内圧センサ５０と演算部としてのＥＣＵ３８の一部とを含んで構成される。
【００３７】
このように構成される内燃機関１０では、基本的に、運転中の各燃焼室１４における空気および燃料の空燃比が理論空燃比（約１４．７）に設定される。すなわち、空燃比センサ４２は、排気管２０内を流通する排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧をセンサ出力信号として出力しており、ＥＣＵ３８は、空燃比センサ４２の応答遅れ等を考慮した上で、空燃比センサ４２の検出値に基づいて各燃焼室１４における空燃比のリッチ／リーン判定を行っている。そして、ＥＣＵ３８は、空燃比センサ４２を用いて得られた検出値に基づいて燃焼室１４における空燃比が理論空燃比よりも大きく（リーンに）なっていると判断すると、予め定められた手順に従ってインジェクタ３６からの燃料噴射量τを増量補正する。また、ＥＣＵ３８は、空燃比センサ４２を用いて得られた検出値に基づいて燃焼室１４における空燃比が理論空燃比よりも小さく（リッチに）なっていると判断すると、予め定められた手順に従ってインジェクタ３６からの燃料噴射量τを減量補正する。
【００３８】
次に、図５ないし図６を参照しながら、上述の内燃機関１０における燃焼開始時期すなわち点火時期の制御手順について説明する。
【００３９】
内燃機関１０では、上述のような空燃比のフィードバック制御が実行されると共に、図５の点火時期制御ルーチンが、燃焼室１４ごとに繰り返し実行される。図５において、まず、ＥＣＵ３８は、先に設定されている点火時期が到来すると、対象となる燃焼室１４における点火プラグ２２に対する点火指示出力を行い、これによって点火を実行する（ステップＳ５０１）。
【００４０】
次に、ＥＣＵ３８は、筒内圧センサ５０からのセンサ出力信号により、筒内圧力値を取得し、これに基づいて、所定のタイミングにおける燃焼割合を算出する（Ｓ５０３）。この燃焼割合の算出は、次の手順によって行われる。ＥＣＵ３８は、まず、対象となる燃焼室１４について所定の記憶領域から、吸気弁Ｖｉ開弁後かつ燃焼開始前である点火前の第１のタイミング（クランク角がθ１となるタイミング）における筒内圧力Ｐ（θ１）と、燃焼開始後相当の点火後かつ排気弁Ｖｅ開弁前の第２タイミング（クランク角がθ２となるタイミング）における筒内圧力Ｐ（θ２）と、第１のタイミングと第２のタイミングとの間に予め定められており、クランク角＝θ０（ただし、θ１＜θ０＜θ２）となる所定のタイミングにおける筒内圧力Ｐ（θ０）とを読み出す。
【００４１】
クランク角θ１は、燃焼室１４内において燃焼が開始される時点（点火時）よりも十分に前のタイミングに設定されると好ましく、例えば上死点前６０°（−６０°）とされる。また、クランク角θ２は、燃焼室１４内における混合気の燃焼が概ね完了したタイミングに設定されると好ましく、例えば上死点後６０°（６０°）とされる。更に、基準クランク角θ０は、燃焼割合ＭＦＢが５０％になることが実験的、経験的に知られている上死点後８°（８°）に設定されている。燃焼割合ＭＦＢが５０％となるクランク角を、ここではＣＡ５０という。
【００４２】
ＥＣＵ３８は、筒内圧力Ｐ（θ１）、筒内圧力Ｐ（θ０）および筒内圧力Ｐ（θ２）を読み出すと、クランク角がθ１，θ０およびθ２となる時の積値Ｐ（θ１）・Ｖκ（θ１），Ｐ（θ０）・Ｖκ（θ０）およびＰ（θ２）・Ｖκ（θ２）を算出する。すなわち、ＥＣＵ３８は、筒内圧力Ｐ（θ１）と、筒内圧力Ｐ（θ１）の検出時、すなわち、クランク角がθ１となる時の筒内容積Ｖ（θ１）を比熱比κ（本実施形態では、κ＝１．３２）で累乗した値との積である積値Ｐ（θ１）・Ｖκ（θ１）を算出する。同様に、ＥＣＵ３８は、筒内圧力Ｐ（θ０）と、クランク角がθ０となる時の筒内容積Ｖ（θ０）を比熱比κで累乗した値との積である積値Ｐ（θ０）・Ｖκ（θ０）、および、筒内圧力Ｐ（θ２）と、クランク角がθ２となる時の筒内容積Ｖ（θ２）を比熱比κで累乗した値との積である積値Ｐ（θ２）・Ｖκ（θ２）を算出する。なお、Ｖκ（θ１），Ｖκ（θ０）およびＶκ（θ２），の値は、予め算出された上で記憶装置に記憶されている。
【００４３】
そして、ＥＣＵ３８は、クランク角がθ１，θ０およびθ２となる時の積値Ｐ（θ１）・Ｖκ（θ１），Ｐ（θ０）・Ｖκ（θ０）およびＰ（θ２）・Ｖκ（θ２）を用いて、次の（４）式からクランク角がθ０となるタイミングにおける燃焼割合ＭＦＢを算出する。これにより、３点において検出された筒内圧力Ｐ（θ１），Ｐ（θ０），Ｐ（θ２）に基づいて精度よく燃焼割合ＭＦＢを求めることが可能となり、演算負荷を大幅に低減させることができる。
【００４４】
【数４】
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【００４５】
このようにして、ステップＳ５０３にて燃焼割合ＭＦＢを算出すると、ＥＣＵ３８は、算出された燃焼割合ＭＦＢが、予め定められている基準燃焼割合を下回っているかを判断する（ステップＳ５０５）。この判断の結果が肯定の場合は、ＥＣＵ３８は所定の進角量テーブルまたは関数に従って、点火時期の進角量を設定し（ステップＳ５０７）、設定された進角量に従って、点火時期の進角を行う（ステップＳ５０９）。またステップＳ５０５における判断の結果が否定の場合には、ＥＣＵ３８は所定の遅角量テーブルまたは関数に従って、点火時期の遅角量を設定し（ステップＳ５１１）、設定された遅角量に従って、点火時期の遅角を行う（ステップＳ５１３）。以上の処理によって、点火時期は、燃焼割合ＭＦＢが基準燃焼割合に一致するように制御される。なお、この点火時期の制御では、制御のハンチングを防止するために、例えばステップＳ５０５の判定において所定の不感帯を設けてもよい。
【００４６】
他方、内燃機関１０では、図６の、第２タイミング決定用のルーチンが、燃焼室１４ごとに繰り返し実行される。図６において、まず、ＥＣＵ３８は、上述したクランク角センサ４０を用いて検出値を得る。ＥＣＵ３８は、読み込まれた検出値に基づいて、内燃機関１０において圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）かつ排気下死点前でピストン１６が動いている状態かを判定する(ステップＳ６０１)。ただし、この領域は、通常、点火時期は圧縮上死点前に設定されているので、燃焼開始後かつ排気弁開弁前の領域に含まれ得る。なお、図６のステップＳ６０１では、単に「ＡＴＤＣ？」と記されている。
【００４７】
ピストン１６が圧縮上死点後かつ排気上死点前の間で動いているとき、クランク角センサ４０による検出値すなわちクランク角と、その時々での筒内圧力センサ５０による検出値すなわち筒内圧力とを関連付けて記憶装置に格納保持すなわち記憶する。そして、そのそれぞれに対して、そのクランク角におけるＰＶκを求める。各ＰＶκは直近のクランク角すなわち直近のタイミングにおけるＰＶκと比較される。具体的には、微少時間分のずれを有する両クランク角間における両ＰＶκの変化量が求められ、それが略零（零を含む。）であるか否かが判定される（ステップＳ６０３）。なお、このようにＰＶκの変化量が略零になるときのクランク角のタイミングでの燃焼割合は概ね最大燃焼割合に相当する。ステップＳ６０３での判定は、ＰＶκの変化量が略零になるまで繰り返される。そして、それが略零であるときステップＳ６０３で肯定される。
【００４８】
ステップＳ６０３で肯定されると、ＰＶκの変化量が零になったときのクランク角（タイミング）が、ＭＦＢ算出終了点のクランク角（第２タイミング）として取得（採用）されて、記憶装置に更新可能に記憶される（ステップＳ６０５）。そして、この更新されたＭＦＢ算出終了点ＭＦのクランク角すなわち第２タイミングを用いて、次回の同燃焼室での混合気の燃焼において燃焼割合の算出が行われる。
【００４９】
なお、内燃機関１０の起動から１回あるいは数回の燃焼サイクル（吸気行程〜圧縮行程〜燃焼膨張行程〜排気行程）の間は、ＭＦＢ算出終了点ＭＦのタイミングは、上死点後６０°など予め設定されて記憶装置に記憶されている初期値にされる。そして、所定時期から後は、上記のようにＭＦＢ算出終了点のタイミングは更新されて、燃焼割合が測定される。
【００５０】
このように、先に行われた燃焼室での混合気の燃焼、特に直近のその燃焼から得られた最大燃焼割合を示すタイミングが第２タイミングとして採用される。燃焼割合を求める燃焼サイクルの燃焼状態は、直近の燃焼サイクルの燃焼状態に近似し、実質的に同じとみなすことができるので、直近の燃焼サイクルでの燃焼から得られた第２タイミングは、燃焼割合を求める燃焼サイクルの燃焼における最大燃焼割合を示すタイミングと実質的に等しいと推察される。したがって、燃焼割合を求める燃焼サイクルにおいて、火炎燃焼熱や内燃機関の冷却効果の影響を強く受けないそのような第２タイミングで、筒内圧力が筒内圧センサ５０を用いて検出される。それ故、適切に燃焼割合を求めることが可能になり、種々の内燃機関の制御をより適切に行うことが可能になる。なお、求めた燃焼割合に基づいて変更される運転条件は、点火時期のみに限定されず、制御対象となる運転条件はバルブタイミングや、ディーゼルエンジンでは燃料噴射時期など、他のパラメータであっても良く、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。
【００５１】
上記説明した効果を図７および図８に基づいて説明する。図７は、上記のようにＭＦＢ算出終了点ＭＦのタイミングを更新しないで初期値のままとした場合の実験例を表すものであり、これに対して図８は、上記のようにＭＦＢ算出終了点ＭＦのタイミングを先に生じた混合気の燃焼に基づいて更新した場合の実験例を表すものである。
【００５２】
図７、図８の両図において共に、（ａ）のグラフは異なる２つのセンサにおける同燃焼サイクルでの燃焼割合の変化を表すものである（一方のセンサを用いて得られた変化を実線で表し、他方のセンサを用いて得られた変化を点線で表している。）。また、図７、図８の両図において共に、（ｂ）のグラフは、（ａ）のグラフの２つの曲線における両燃焼割合の誤差を表すものである。なお、参考のために、図７（ｂ）および図８（ｂ）の両グラフには、±５％の範囲を表す線が引かれている。
【００５３】
図７、図８を比較することで明らかなように、ＭＦＢ算出終了点のタイミングを更新した場合の方が、２つの燃焼割合の変化曲線はより重なることが分かる。したがって、上記の如く、ＭＦＢ算出終了点ＭＦのタイミングを更新した方が、より精度よく燃焼割合ＭＦＢを算出する（測定する）ことが出来ることが確かめられた。
【００５４】
なお、上記実施形態では、筒内圧検出手段の検知部は筒内圧センサであったが、これ以外の構成のものが検知部として用いられてもよい。例えば、それは内燃機関のシリンダヘッドやシリンダブロックに設けられたひずみゲージであり得、ひずみゲージからのセンサ出力信号に基づいて筒内圧力を推定することができる。ただし、ひずみゲージは、その出力に対する燃焼火炎熱による影響とそれに対する内燃機関の冷却効果による影響とが総合的に少ない箇所に設けられるとよい。
【００５５】
なお、上記実施形態およびその変形例等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明はこれらに限定されず、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】積値ＰＶκと、燃焼室内における熱発生量との相関例を示すグラフである。
【図２】積値ＰＶκに基づいて求められる燃焼割合と、熱発生率に基づいて求められる燃焼割合との相関例を示すグラフである。
【図３】燃焼割合とクランク角との相関例を誇張して表す模式的なグラフである。
【図４】本発明の一実施形態が適用された内燃機関を示す概略構成図である。
【図５】実施形態において実行される点火時期制御ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図６】実施形態において実行されるＭＦＢ算出終了点のタイミング導出ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図７】ＭＦＢ算出終了点のタイミングを更新しないで初期値のままとした場合の実験結果の一例を表すグラフである。
【図８】本発明にしたがってＭＦＢ算出終了点のタイミングを更新した場合の実験結果の一例を表すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１  燃焼割合測定装置
１０  内燃機関
１４  燃焼室
２２  点火プラグ
３６  インジェクタ
３８  ＥＣＵ
４０  クランク角センサ
５０  筒内圧センサ
Ｖｅ  排気弁
Ｖｉ  吸気弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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