(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出したあと、
上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、
この燃焼指標が所定値を下回ったときに、該内燃機関がリーン燃焼限界を超えたと評価する
ことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態評価方法。
【請求項２】
リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の吸排気弁閉後の圧縮行程中の第１燃焼室内圧力および該第１燃焼室内圧力よりも後の時期ではあるが点火時期よりも前の時期における内燃機関圧縮行程中の第２燃焼室内圧力と、燃焼がほぼ完了した時点の内燃機関膨張行程中の第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
該筒内圧検出手段で検出された上記の第３燃焼室内圧力と第２燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算する燃焼指標演算手段と、
該燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標が所定値を下回ったときに、該内燃機関がリーン燃焼限界を超えたと評価する評価手段と
をそなえて構成されたことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態評価装置。
【請求項３】
少なくとも、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
該筒内圧検出手段で検出された上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算する燃焼指標演算手段と、
該燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標と設定値とを比較する比較手段と、
該比較手段で得られた該燃焼指標と該設定値との偏差に基づいて、該偏差の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する制御手段と
をそなえて構成されたことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態制御装置。
【請求項４】
少なくとも、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
該筒内圧検出手段で検出された上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算する燃焼指標演算手段と、
該燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標と設定値とを比較する比較手段と、
該比較手段で得られた該燃焼指標と該設定値との偏差の累積情報に基づき、該累積情報の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する制御手段と
をそなえて構成されたことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態制御装置。
【請求項５】
該制御手段は、該比較手段で得られた該燃焼指標と該設定値との偏差に対して不感帯，重みを付与する変換手段の機能を有する
ことを特徴とする、請求項３又は４記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。
【請求項６】
該燃焼変動調整要素が、内燃機関の空燃比調整要素である
ことを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。
【請求項７】
リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出したあと、
上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、
該燃焼指標と設定値とを比較し、
該該燃焼指標と該設定値との偏差に基づき、該偏差の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する
ことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態制御方法。
【請求項８】
リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出したあと、
上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、
該燃焼指標と設定値とを比較し、
該該燃焼指標と該設定値との偏差の累積情報に基づき、該累積情報の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する
ことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態制御方法。
【請求項９】
請求項２記載の内燃機関の燃焼状態評価装置と、
該燃焼状態評価装置における該評価手段での評価結果に基づき、該内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する制御手段と
をそなえて構成されたことを特徴とする、内燃機関の燃焼状態制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関（エンジン）のリーン燃焼限界等を含む燃焼状態を評価する方法および当該方法を実施するための装置並びにかかる燃焼状態評価手法を利用した内燃機関の燃焼状態制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンへ供給される混合気の空燃比をリーン化（希薄化）して、希薄燃焼させると、このリーン燃焼領域でのＮＯｘ発生量は、図１１に示すように、上記のリーン化によって大幅に低下することが知られている。従って、ＮＯｘ低減という観点からは、設定空燃比を更にリーン限界側にしてエンジンを運転することが効果的である。
【０００３】
そこで、上記のように空燃比をよりリーン化して希薄燃焼させるリーンバーンエンジンが、燃費向上とＮＯｘ低減の両立を狙って種々提案されている。
また、このようなリーンバーンエンジンでは、一般的にリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を用いて、空燃比フィードバック制御を行なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のリーンバーンエンジンでは、エンジンやセンサのバラツキあるいは環境要因などを考慮して、目標空燃比を、リーン限界よりも空燃比で１〜２程度リッチ側に設定しており、これにより燃費低減とＮＯｘ低減という観点からは更に改善の余地がある。
【０００５】
ところで、リーン限界を知る手法としては、エンジンの出力トルク変動や気筒の失火状態を検出すればよいが、例えば前者の例としては、異なった５点のクランク角度に対応する筒内圧力（燃焼室内圧力）を検出し、これらの筒内圧力からエンジンの出力トルク変動を求めるもの（特開平２−６７４４６号公報参照）があり、又後者の例としては、圧縮行程中の２点の筒内圧力から圧力センサのオフセット成分を求め、このオフセット成分と爆発行程中の筒内圧力とから爆発行程圧力情報を求め、この爆発行程圧力情報が所定値以下の場合に、気筒が失火状態になったと判定するもの（特開平４−１０４０３３号公報参照）がある。
【０００６】
しかし、前者の例（特開平２−６７４４６号公報参照）では、多く（５点）の筒内圧力を検出しなければならないほか、検出された筒内圧力についてのゼロ点較正用の演算が必要になるという課題がある。
また、後者の例（特開平４−１０４０３３号公報参照）では、少ない筒内圧力を検出するだけで済むものの、検出された筒内圧力についてのゼロ点較正用の演算や検出筒内圧力のゲイン管理が必要になるという課題がある。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、少ない検出筒内圧力情報を用いて定義される燃焼指標を創設して、この燃焼指標を用いて、内燃機関の燃焼状態を簡便に評価できるようにした、内燃機関の燃焼状態評価方法および装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の燃焼状態評価手法を利用して、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御することより、内燃機関の燃焼状態を制御できるようにした、内燃機関の燃焼状態制御方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の内燃機関の燃焼状態評価方法（請求項１）は、次のステップからなる。
（１）リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出するステップ。
（２）上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算するステップ。
（３）この燃焼指標が所定値を下回ったときに、内燃機関がリーン燃焼限界を超えたと評価するステップ。
【０００９】
また、本発明の内燃機関の燃焼状態評価装置（請求項２）は、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の吸排気弁閉後の圧縮行程中の第１燃焼室内圧力および該第１燃焼室内圧力よりも後の時期ではあるが点火時期よりも前の時期における内燃機関圧縮行程中の第２燃焼室内圧力と、燃焼がほぼ完了した時点の内燃機関膨張行程中の第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出する筒内圧検出手段と、該筒内圧検出手段で検出された上記の第３燃焼室内圧力と第２燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算する燃焼指標演算手段と、該燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標が所定値を下回ったときに、該内燃機関がリーン燃焼限界を超えたと評価する評価手段とをそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１０】
さらに、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置（請求項３）は、少なくとも、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出する筒内圧検出手段と、該筒内圧検出手段で検出された上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算する燃焼指標演算手段と、該燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標と設定値とを比較する比較手段と、該比較手段で得られた該燃焼指標と該設定値との偏差に基づいて、該偏差の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する制御手段とをそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置（請求項４）は、少なくとも、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出する筒内圧検出手段と、該筒内圧検出手段で検出された上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算する燃焼指標演算手段と、該燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標と設定値とを比較する比較手段と、該比較手段で得られた該燃焼指標と該設定値との偏差の累積情報に基づき、該累積情報の大きさを減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する制御手段とをそなえて構成されたことを特徴としている。
また、該制御手段は、該比較手段で得られた該燃焼指標と該設定値との偏差に対して不感帯，重みを付与する変換手段の機能を有することが好ましい（請求項５）。
【００１２】
また、該燃焼変動調整要素としては、例えば内燃機関の空燃比調整要素が考えられる（請求項６）。
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御方法（請求項７）は、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出したあと、上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、該燃焼指標と設定値とを比較し、該燃焼指標と該設定値との偏差に基づき、該偏差の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御することを特徴としている。
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御方法（請求項８）は、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出したあと、上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、該燃焼指標と設定値とを比較し、該該燃焼指標と該設定値との偏差の累積情報に基づき、該累積情報の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御することを特徴としている。
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置（請求項９）は、請求項２記載の内燃機関の燃焼状態評価装置と、該燃焼状態評価装置における該評価手段での評価結果に基づき、該内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する制御手段とをそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１３】
【作用】
上述の本発明の内燃機関の燃焼状態評価方法（請求項１）では、まず、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出し、その後上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、更にこの燃焼指標が所定値を下回ったときに、内燃機関がリーン燃焼限界を超えたと評価する。
【００１４】
また、本発明の内燃機関の燃焼状態評価装置（請求項２）では、筒内圧検出手段で、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程中の第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力を検出するとともに、内燃機関膨張行程中の第３燃焼室内圧力を検出する。ついで、筒内圧検出手段で検出された上記の第３燃焼室内圧力と第２燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を燃焼指標演算手段で演算し、その後、評価手段で、燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標が所定値を下回ったときに、内燃機関がリーン燃焼限界を超えたと評価する。
【００１５】
さらに、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置（請求項３）では、筒内圧検出手段で、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出し、ついで、燃焼指標演算手段により、筒内圧検出手段で検出された上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、更に比較手段で、燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標と設定値とを比較したあと、制御手段で、比較手段で得られた燃焼指標と設定値との偏差に基づいて、偏差の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御することが行なわれる。
【００１６】
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置（請求項４）では、筒内圧検出手段で、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出し、ついで、燃焼指標演算手段により、筒内圧検出手段で検出された上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、更に比較手段で、燃焼指標演算手段で演算された燃焼指標と設定値とを比較したあと、制御手段で、比較手段で得られた燃焼指標と設定値との偏差の累積情報に基づいて、累積情報の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御することが行なわれる。
また、制御手段は、比較手段で得られた燃焼指標と設定値との偏差に対して不感帯，重みを付与する変換手段として機能する（請求項５）。
なお、燃焼変動調整要素が、内燃機関の空燃比調整要素であることが好ましい（請求項６）。
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御方法（請求項７）では、まず、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出したあと、上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、燃焼指標と設定値とを比較し、燃焼指標と設定値との偏差に基づき、偏差の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する。
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御方法（請求項８）では、まず、リーン燃焼限界近傍で運転しうる内燃機関の圧縮行程での異なった２点における第１燃焼室内圧力および第２燃焼室内圧力と、内燃機関膨張行程における第３燃焼室内圧力との３点の燃焼室内圧力を検出したあと、上記の第３燃焼室内圧力と第１，第２燃焼室内圧力の一方の燃焼室内圧力との差および上記の第１，第２燃焼室内圧力の差との比で定義される燃焼指標を演算し、燃焼指標と設定値とを比較し、燃焼指標と設定値との偏差の累積情報に基づき、累積情報の大きさが減少する方向に、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御する。
また、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置（請求項９）では、制御手段において、請求項２記載の内燃機関の燃焼状態評価装置における該評価手段での評価結果に基づき、内燃機関の燃焼変動調整要素を制御することが行われる。
【００１７】
【実施例】
以下、図面により、本発明の実施例について説明すると、図１〜図１０は本発明の一実施例としてのエンジンの燃焼状態評価手法を利用したエンジンの燃焼状態制御装置を示すもので、図１はその制御ブロック図、図２は本装置を装備するエンジンシステムの概略構成図、図３〜図６はいずれもその制御要領を説明するフローチャート、図７は燃焼指標の算出に用いる圧力計測点を説明する図、図８はリーン限界近傍での燃焼変動とクランク角度との関係を説明する図、図９はリーン限界近傍での燃焼指標とエンジン出力との相関を説明する図、図１０は燃焼指標，エンジン出力およびエンジン回転数の関係を説明する図である。
【００１８】
さて、本装置を有するエンジンシステムは、図２のようになるが、この図２において、エンジン（内燃機関）ＥＧはその燃焼室１に通じる吸気通路２および排気通路３を有しており、吸気通路２と燃焼室１とは吸気弁４によって連通制御されるとともに、排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって連通制御されるようになっている。
【００１９】
さらに、吸気通路２には、上流側から順にエアクリーナ，スロットル弁（いずれも図示せず）および電磁式燃料噴射弁（インジェクタ）６が設けられており、排気通路３には、その上流側から順に排ガス浄化用の触媒コンバータおよびマフラ  （消音器）（いずれも図示せず）が設けられている。なお、吸気通路２には、サージタンク２ａが設けられており、更にインジェクタ６は各気筒に対応して吸気ポート部分に設けられている。
【００２０】
また、吸気通路２と排気通路３との間には、排気再循環通路（ＥＧＲ通路）７が介装されており、このＥＧＲ通路７には、電磁式のＥＧＲ弁８が介装されている。なお、１８は点火プラグである。
さらに、このエンジンＥＧを制御するために、種々のセンサが設けられている。まず、燃焼室１内の圧力（筒内圧力：燃焼室圧力）を検出する筒内圧センサ１７が設けられており、更にクランク角度を検出するクランク角センサ１５（このクランク角センサ１５はエンジン回転数を検出する回転数センサも兼ねている）が設けられている。
【００２１】
また、吸気通路２側には、そのエアクリーナ配設部分に、吸入空気量をカルマン渦情報から検出するエアフローセンサ（吸気量センサ）９，吸入空気温度を検出する吸気温センサ１０および大気圧を検出する大気圧センサ１１が設けられており、そのスロットル弁配設部分に、スロットル弁の開度を検出するポテンショメータ式のスロットルセンサ１２が設けられている。
【００２２】
さらに、排気通路３側には、触媒コンバータの上流側部分に、排ガス中の酸素濃度（Ｏ２  濃度）を検出する空燃比センサ１３（以下、単に「Ｏ２  センサ１３」ということがある）が設けられている。
なお、その他のセンサとして、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１４や第１気筒（基準気筒）の上死点を検出するＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）１６も設けられている。
【００２３】
そして、これらのセンサからの検出信号は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０へ入力されるようになっているが、このＥＣＵ２０はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，適宜の入出力インタフェースをそなえており、このＥＣＵ２０のＣＰＵに、上記の各センサからの検出信号が入力されると、ＣＰＵで所要の演算が施され、この演算結果に基づく燃料噴射量制御信号（燃料量制御信号），点火時期制御信号，ＥＧＲ制御信号が、それぞれインジェクタ６，点火プラグ１８，ＥＧＲ弁８へ出力されるようになっている。
【００２４】
今、燃料噴射制御（空燃比制御）に着目すると、ＥＣＵ２０からは後述の手法で演算された燃料噴射量制御信号がインジェクタ６へ出力されて、この燃料噴射量制御信号により、インジェクタ６が、燃料噴射時間Ｔｉｎｊ  （＝ＴＢ  ×Ｋａｆ×Ｋ×（１＋Ｋｆｂ）＋Ｔａｃｃ  ）の間、駆動するようになっている。
ここで、ＴＢ  は基本駆動時間で、この基本駆動時間ＴＢ  は、エアフローセンサ９およびクランク角センサ１５から得られるエンジン１回転あたりの吸入空気量情報に応じて決定されるものである。
【００２５】
Ｋａｆは空燃比補正係数で、この空燃比補正係数Ｋａｆは、エアフローセンサ９等から得られるエンジン負荷情報に応じて設定されるもので、リーン運転時は、「１」よりも小さい値が設定される。
Ｋｆｂはフィードバック補正係数で、このフィードバック補正係数Ｋｆｂは後述する燃焼指標Ｃｉｏに基づいて設定される。
【００２６】
Ｔａｃｃ  は加減速補正時間で、この加減速補正時間Ｔａｃｃ  はスロットルセンサ１２から得られるエンジンの加減速状態に応じて設定される時間である。
Ｋはその他の補正係数で、この補正係数Ｋとしては、大気圧センサ１１で得られる大気圧に応じて設定される大気圧補正係数，吸気温センサ１０で得られる吸気温度に応じて設定される吸気温補正係数，水温センサ１４で得られるエンジン冷却水温に応じて設定されるエンジン冷態時補正係数等が考えられる。
【００２７】
つぎに、本発明で新たに定義した燃焼指標Ｃｉｏに基づいて、フィードバック補正係数Ｋｆｂを求める手法について説明する。
まず、ＥＣＵ２０は、筒内圧センサ１７，クランク角センサ１５からの信号より、圧縮行程２点、膨張行程１点の合計３点の筒内圧力を計測する。
すなわち、ＥＣＵ２０は、図１に示すように、圧縮行程２点と膨張行程１点の合計３点の筒内圧力を計測する筒内圧検出手段２１の機能を有しているが、この筒内圧検出手段２１で、具体的には、吸排気弁閉後の内燃機関圧縮行程中の上死点前１２０°での筒内圧力Ｐ（１２０Ｂ）（第１燃焼室内圧力）およびこの筒内圧力Ｐ（１２０Ｂ）よりも後の時期ではあるが点火時期よりも前の時期（上死点前６０°）における内燃機関圧縮行程中の筒内圧力Ｐ（６０Ｂ）（第２燃焼室内圧力）と、燃焼がほぼ完了した時点の内燃機関膨張行程中の上死点後６０°での筒内圧力Ｐ（６０Ａ）（第３燃焼室内圧力）との３点の筒内圧力を検出するのである。なお、上記の圧縮行程２点と膨張行程１点の合計３点の筒内圧力Ｐ（１２０Ｂ），Ｐ（６０Ｂ），Ｐ（６０Ａ）の計測点を示すと、図１または図７のようになる。
【００２８】
また、ＥＣＵ２０は、筒内圧検出手段２１で検出された３つの筒内圧力Ｐ（１２０Ｂ），Ｐ（６０Ｂ），Ｐ（６０Ａ）から次の（１）式で定義される燃焼指標Ｃｉｏを演算する燃焼指標演算手段２２の機能を有している。
Ｃｉｏ＝
（Ｐ（６０Ａ）−Ｐ（６０Ｂ））／（Ｐ（６０Ｂ）−Ｐ（１２０Ｂ））    ・・（１）
すなわち、燃焼指標Ｃｉｏは、Ｐ（６０Ａ）とＰ（６０Ｂ）との差と、Ｐ（６０Ｂ）とＰ（１２０Ｂ）との差との比で定義されることになる。
【００２９】
ここで、この燃焼指標Ｃｉｏの分母（Ｐ（６０Ｂ）−Ｐ（１２０Ｂ））は、圧縮圧力変動情報をもつことから、燃焼室１内への空気量（ＥＧＲ量も含む）の情報を有することになり、燃焼指標Ｃｉｏの分子（Ｐ（６０Ａ）−Ｐ（６０Ｂ））は膨張圧力変動情報をもつことから、エンジン出力の情報を有することになり、従って、燃焼指標Ｃｉｏは、単位空気量当たりのエンジン出力の情報を有することになる。
【００３０】
また、ＥＣＵ２０は、燃焼指標演算手段２２で求められた燃焼指標Ｃｉｏと基準燃焼指標（設定値：しきい値）Ｃｉｏｓ  との偏差ΔＣｉを求める比較手段２３の機能を有している。
さらに、ＥＣＵ２０は、比較手段２３で得られた偏差ΔＣｉに対して図１に特性Ｆで示すような不感帯，重みを付与する変換手段２４の機能を有しており、更にこの変換手段２４の出力Ｆ（ΔＣｉ）を累積する累積手段２５の機能を有しており、更に累積手段２５の出力にリミッタ処理を施すリミッタ手段２６の機能も有しており、このリミッタ手段２６の出力に基づいて、フィードバック補正係数Ｋｆｂが決定されるようになっている。すなわち、空燃比フィードバック運転中においては、累積手段２５の出力が上限値または下限値を超えない間は、累積手段２５からの累積出力に応じ、累積手段２５の出力が上限値または下限値を超えると、上限値または下限値に応じて、空燃比が調整されるように、フィードバック補正係数Ｋｆｂが更新されるのである。
【００３１】
なお、空燃比フィードバック運転域（定常運転域）でない場合は、フィードバック補正係数Ｋｆｂの更新はされないので、ＥＣＵ２０は、空燃比フィードバック運転域（定常運転域）でないときは、フィードバック補正係数Ｋｆｂの更新を停止させる手段（空燃比フィードバック判定ロジック，スイッチ手段２７参照）も有している。
【００３２】
ところで、本発明者は、燃焼指標Ｃｉｏが単位空気量当たりのエンジン出力の情報を有することを確かめるために、リーン燃焼限界付近でエンジンを運転したときにエンジン出力（あるいはエンジン失火状態）と上記燃焼指標Ｃｉｏとの関係を調べてみた。
図８（ａ）は燃焼に余裕がある場合のクランク角度・燃焼変動特性、図９（ａ）は燃焼に余裕がある場合の燃焼指標・エンジン出力特性であり、図８（ｂ）はリーン燃焼限界の場合のクランク角度・燃焼変動特性、図９（ｂ）はリーン燃焼限界の場合の燃焼指標・エンジン出力特性であり、図８（ｃ）はリーン燃焼限界を超えた場合のクランク角度・燃焼変動特性、図９（ｃ）はリーン燃焼限界を超えた場合の燃焼指標・エンジン出力特性であるが、これらの特性図から次のようなことがわかる。なお、図８（ａ）〜（ｃ）には、パラメータ変動の最大値，最小値特性が示されており、即ち全パラメータ変動の包絡特性が示されており、この包絡特性で囲まれる面積の小さい方が燃焼が安定している状況を示していることになる。
【００３３】
まず、燃焼に余裕がある場合は、ほぼ一定のエンジン出力のところに、ある値Ｃｉｏｓ  （この値Ｃｉｏｓ  は上記の「しきい値」に相当する）より大きい値の燃焼指標Ｃｉｏが集中している。そして、リーン燃焼限界になると、燃焼指標Ｃｉｏが少し分散しはじめ、リーン燃焼限界を超えると、エンジン出力が低い部分にまで燃焼指標Ｃｉｏが分散し、しかもエンジン出力が低い部分の燃焼指標Ｃｉｏはしきい値Ｃｉｏｓ  を下回っていることがわかる。
【００３４】
これから、燃焼指標Ｃｉｏがエンジン出力と強い相関をもっていることがわかり、しかも、燃焼指標Ｃｉｏがしきい値Ｃｉｏｓ  を下回るようになると、エンジン出力が低下して、リーン燃焼限界を超えたという評価を行なえることがわかる。
また、図１０は、種々の運転条件下で、エンジンを運転した場合に、エンジン回転数とエンジン出力と燃焼指標との関係を示したグラフであるが、このグラフからは、燃焼指標はエンジン負荷状態によらずほぼ一定値を示すことがわかるほか、減速時に燃料をカットして、エンジン出力が低下した場合に、これに連動して燃焼指標も低下していることかわかる。
【００３５】
すなわち、燃焼指標Ｃｉｏとエンジン出力とは非常に強い相関があることが実証れたのである。
したがって、リーン燃焼限界付近では、燃焼指標Ｃｉｏが小さいサイクルが現れ始め、リーン限界に近づくと、累積手段２５の出力（偏差の積分情報）が増大してくるが、これに応じて、空燃比をリッチ化するように、フィードバック補正係数Ｋｆｂを更新すると、失火率が減り、燃焼指標Ｃｉｏが再度大きくなって、偏差積分情報の大きさが減少する。
【００３６】
このようにして、このＥＣＵ２０は、比較手段２３で得られた偏差ΔＣｉの累積情報に基づき、この累積情報の大きさが減少する方向に、エンジンの燃焼変動調整要素としての空燃比調整要素を制御する制御手段の機能も有することになる。また、上記のような制御を行なうためには、上記の燃焼指標Ｃｉｏに基づいて、エンジンの燃焼状態も評価するので、このＥＣＵ２０は、上記の燃焼指標Ｃｉｏにに基づいてエンジンの燃焼状態を評価する評価手段の機能も有していることになる。
【００３７】
次に、上記のフィードバック補正係数Ｋｆｂの演算を中心にした燃料噴射制御について、更に図３〜図６のフローチャートを用いて説明する。
まず、図３のステップＡ１において、図４〜図６のようにして読み込んだ３つの筒内圧力Ｐ（１２０Ｂ），Ｐ（６０Ｂ），Ｐ（６０Ａ）をロードする。即ち、筒内圧力Ｐ（１２０Ｂ）は上死点前１２０°のクランク割込み毎に読み込まれ（図４のステップＢ１）、筒内圧力Ｐ（６０Ｂ）は上死点前６０°のクランク割込み毎に読み込まれ（図５のステップＣ１）、筒内圧力Ｐ（６０Ａ）は上死点後６０°のクランク割込み毎に読み込まれる（図６のステップＤ１）。
【００３８】
その後は、図３のステップＡ２で、上記（１）式に基づき、燃焼指標Ｃｉｏを演算し、ステップＡ３で、偏差ΔＣｉ  を求め、空燃比フィードバック許容運転状態であれば、ステップＡ４のＹＥＳルートをとって、ステップＡ５で、偏差ΔＣｉ  の累積情報に基づいてフィードバック補正係数Ｋｆｂを求め、その後は基本駆動時間ＴＢ  やその他の補正係数を演算して、燃料噴射時間Ｔｉｎｊ  を求めて（ステップＡ７）、この燃料噴射時間Ｔｉｎｊ  でインジェクタ６を駆動するのである（ステップＡ８）。
【００３９】
そして、この場合、燃焼指標Ｃｉｏが所定のしきい値Ｃｉｏｓ  を下回ったときに、その差を積分し、積分値に応じてフィードバック補正係数Ｋｆｂを増やして、空燃比をリッチ化するので、リーン燃焼限界に近い状態でエンジンを運転することができる。これにより、燃費の向上およびＮＯｘの低減に大いに寄与するものである。
【００４０】
また、上記の燃焼指標Ｃｉｏを利用することによる利点は次のとおりである。
（１）筒内圧力の計測点が３点と少ないため、燃焼指標Ｃｉｏを求めるための演算量が少なくて済む。
（２）燃焼指標Ｃｉｏを求める際に使用する式（（１）式）の分母および分子の両方に圧力差分を用いているので、筒内圧力のゼロ点較正用の演算が不要になる。
【００４１】
（３）燃焼指標Ｃｉｏを求めるのに、分母および分子の比を用いているので、筒内圧力のゲイン管理が不要になる。
（４）燃焼指標Ｃｉｏは単位空気量当たりエンジン出力情報を有しているので、燃焼指標Ｃｉｏをエンジン負荷によらずほぼ一定の値にすることができる。
なお、空燃比フィードバック許容運転状態でない場合は、ステップＡ４のＮＯルートをとって、ステップＡ６で、フィードバック補正係数Ｋｆｂを「１」にし、その後は基本駆動時間ＴＢ  やその他の補正係数を演算して、燃料噴射時間Ｔｉｎｊ  を求めて（ステップＡ７）、この燃料噴射時間Ｔｉｎｊ  でインジェクタ６を駆動する（ステップＡ８）。
【００４２】
なお、燃料噴射時間Ｔｉｎｊ  の演算は各気筒毎に行なわれるので、上記の燃料噴射制御は各気筒毎に行なわれる。
このように本実施例では、少ない検出筒内圧力情報を用いて定義される燃焼指標Ｃｉｏを創設して、この燃焼指標Ｃｉｏを用いて、エンジンの燃焼状態を簡便に評価できることに着目して、上記の燃焼状態評価手法を利用することにより、エンジンの燃焼変動調整要素としての空燃比調整要素を制御して、エンジンの燃焼状態を制御できるので、簡便にリーン燃焼限界制御を実現することができ、これにより燃費の向上およびＮＯｘ低減におおいに寄与するものである。
【００４３】
なお、上記燃焼指標Ｃｉｏを用いて、リッチ燃焼限界を評価して、リッチ燃焼限界制御を行なうことも理論的には可能である。
また、燃焼指標Ｃｉｏと設定値Ｃｉｏｓ  との偏差ΔＣｉ  の累積情報の代わりに、偏差ΔＣｉ  そのものを用いて、この偏差ΔＣｉ  の大きさが減少する方向に、エンジンを制御するようにしてもよい。
【００４４】
さらに、筒内圧力計測点として、上死点前１２０°，上死点前６０°，上死点後６０°のほか、エンジンの圧縮行程での異なった２点における第１筒内圧力および第２筒内圧力と、内燃機関膨張行程における第３筒内圧力との３点を計測してもよく、又、燃焼指標を、上記の第３筒内圧力と第１，第２筒内圧力の一方の筒内圧力との差および上記の第１，第２筒内圧力の差との比で定義してもよい。このようにして定義した燃焼指標を用いても、前記の場合と同様にして、エンジンの燃焼状態を評価して、エンジンの燃焼状態の制御が可能である。
【００４５】
また、燃焼指標としきい値との比較結果に基づき、空燃比に代えて、又は空燃比に加えて、ＥＧＲ量を制御してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、内燃機関の圧縮行程での２点と内燃機関膨張行程における１点の合計３点の燃焼室内圧力を検出して、これらの燃焼室内圧力から燃焼指標を演算し、この燃焼指標に基づいて、内燃機関の燃焼状態を評価することが行なわれるので、燃焼指標を求めるための演算量が少なくて済むほか、筒内圧力のゼロ点較正用の演算が不要になり、しかも筒内圧力のゲイン管理も不要にすることができ、これにより簡便にエンジンの燃焼状態を評価できる利点がある。
【００４７】
また、本発明によれば、上記の燃焼状態評価手法を利用することにより、エンジンの燃焼変動調整要素を制御することより、エンジンの燃焼状態を制御できるので、例えば簡便にリーン燃焼限界制御を実現することができ、これにより燃費の向上およびＮＯｘ低減におおいに寄与する利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す制御ブロック図である。
【図２】本装置を装備するエンジンシステムの概略構成図である。
【図３】本発明の一実施例の制御要領を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の一実施例の制御要領を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例の制御要領を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の一実施例の制御要領を説明するフローチャートである。
【図７】燃焼指標の算出に用いる圧力計測点を説明する図である。
【図８】リーン限界近傍での燃焼変動とクランク角度との関係を説明する図である。
【図９】リーン限界近傍での燃焼指標とエンジン出力との相関を説明する図である。
【図１０】燃焼指標，エンジン出力およびエンジン回転数の関係を説明する図である。
【図１１】空燃比と燃焼変動，ＮＯｘ量との関係を説明する図である。
【符号の説明】
１  燃焼室
２  吸気通路
２ａ  サージタンク
３  排気通路
４  吸気弁
５  排気弁
６  インジェクタ
７  ＥＧＲ通路
８  ＥＧＲ弁
９  エアフローセンサ
１０  吸気温センサ
１１  大気圧センサ
１２  スロットルセンサ
１３  Ｏ２  センサ
１４  水温センサ
１５  クランク角センサ
１６  ＴＤＣセンサ
１７  筒内圧センサ
１８  点火プラグ
２０  ＥＣＵ
２１  筒内圧検出手段
２２  燃焼指標演算手段
２３  比較手段
２４  変換手段
２５  累積手段
２６  リミッタ手段
２７  スイッチ手段
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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