(57)【要約】  内燃機関の急激な燃焼悪化による失火、トルク変動を低減できるようにする。  筒内で燃料を燃焼させるエンジンのＥＣＵであって、比較的少ない燃焼サイクルにおけるクランク角度のばらつき（σθＰｍａｘ）、又は前の燃焼サイクルとの図示平均有効圧力の差分（ΔＩＭＥＰ）に基づいて、エンジンの目標空燃比を決定する決定部と、エンジンの空燃比を決定部が決定した目標空燃比となるように制御する空燃比制御部と、を備える。決定部は、ばらつき（σθＰｍａｘ）が第１設定値（ａ２）を超えたとき、又は差分（ΔＩＭＥＰ）が第２設定値（ａ３）を超えたときに、目標空燃比をリッチ側にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内で燃料を噴射させる内燃機関の制御装置であって、  比較的少ない燃焼サイクルにおけるクランク角度のばらつき、又は前の燃焼サイクルとの図示平均有効圧力の差分に基づいて、前記内燃機関の目標空燃比を決定する決定部と、  前記内燃機関の空燃比を前記決定部が決定した前記目標空燃比となるように制御する空燃比制御部と、を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記決定部は、前記ばらつきが第１設定値を超えたとき、又は前記差分が第２設定値を超えたときに、前記目標空燃比をリッチ側にする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記決定部は、前記ばらつきが第３設定値以下となったとき、又は前記差分が第４設定値以下となったときに、前記目標空燃比をリーン側にする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記ばらつきは、前記比較的少ない燃焼サイクルにおける筒内圧力最大時の前記クランク角度の標準偏差である、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記差分は、直前の燃焼サイクルとの図示平均有効圧力の差分である、請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記決定部は、前記比較的少ない燃焼サイクルにおけるクランク角度のばらつき、前記前の燃焼サイクルとの図示平均有効圧力の差分、又は比較的多い燃焼サイクルにおける図示平均有効圧力の変動率に基づいて、前記目標空燃比を決定する、請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記決定部は、前記ばらつきが第１設定値を超え、且つ前記差分が第２設定値を超えたときに、前記目標空燃比をリッチ側にする、請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記決定部は、前記内燃機関のアクセル開度に応じて、前記目標空燃比の補正量を決定する、請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記決定部は、前記内燃機関のＥＧＲ開度に応じて、前記目標空燃比の補正量を決定する、請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記決定部は、前記リーン側の移行期間よりも前記リッチ側の移行期間を短く設定する、請求項８又は９に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
筒内で燃料を噴射させる内燃機関の制御方法であって、  比較的少ない燃焼サイクルにおけるクランク角度のばらつき、又は前の燃焼サイクルとの図示平均有効圧力の差分に基づいて、前記内燃機関の目標空燃比を決定し、  前記内燃機関の空燃比が前記決定部が決定した前記目標空燃比になるように制御する、内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、筒内で燃料を燃焼させる内燃機関の制御装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】  最近、燃料消費量及び排気有害ガス成分の低減を目的として、燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期の制御精度を向上する種々の制御方法が提案されている。更に、例えば、火花点火と圧縮着火とを併用する新しい燃焼方法も提案されている。そして、そのような制御方法や燃焼方法では、シリンダ内（筒内）の燃焼状態の正確な把握が必要となる。そこで、筒内の燃焼状態の正確な把握には、燃焼によって生じる筒内の燃焼圧力（筒内圧力）を検出することが望ましい。【０００３】  このため、一般的には、シリンダブロック或いはシリンダヘッドに燃焼室と連通する孔を形成し、この孔を介して圧力検知素子に筒内の圧力変化を作用させて筒内圧力を検出する方法、或いは、直噴インジェクタの先端に取り付けた圧力検知素子によって筒内圧力を検出する方法が知られている。【０００４】  例えば、特許文献１には、検出した筒内圧力から算出される統計量に応じた空燃比の制御を特定運転状態（定常運転状態）で行う場合に、特定運転状態への移行直後の制御性能を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７０５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  ところで、特許文献１に記載された内燃機関の空燃比制御装置は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰ（Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ  Ｍｅａｎ  Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の標準偏差σＩＭＥＰをエンジンの燃焼状態を示すパラメータとして使用している。特許文献１には、燃焼状態が悪化したときはリーンバーン補正係数をリッチ方向に修正し、燃焼状態が非常に良好であるときはリーンバーン補正係数をリーン方向に修正することにより、実際の燃焼状態に応じた適切な空燃比のリーン化を行い、エンジンの運転性を確保しつつ燃費を向上させることができる、と記載されている。定常運転状態ならば、図示平均有効圧力の標準偏差σＩＭＥＰをパラメータとして使用することにより、高精度に燃焼状態を検知できる。しかし、図示平均有効圧力の標準偏差σＩＭＥＰの算出には、比較的多くの燃焼サイクルのデータが必要である。そのため、ドライバーの操作やＥＧＲの動作等によって、エンジン回転数、アクセル開度、又は負荷が変化するような過渡運転時には、既定の燃焼サイクル数が経過するまで、リーンバーン補正係数へ反映することができない。したがって、急激な燃焼悪化による失火、トルク変動による振動発生に対応することが困難となり、運転性の悪化が懸念される。【０００７】  本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関における急激な燃焼悪化を低減することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  上記目的を達成するため、一の観点に係る内燃機関の制御装置は、筒内で燃料を燃焼させる内燃機関の制御装置であって、比較的少ない燃焼サイクルにおけるクランク角度のばらつき、又は前の燃焼サイクルとの図示平均有効圧力の差分に基づいて、前記内燃機関の目標空燃比を決定する決定部と、前記内燃機関の空燃比を前記決定部が決定した前記目標空燃比となるように制御する空燃比制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】  本発明によれば、内燃機関における燃焼悪化を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係るエンジン及びその周辺の構成図。
【図２】内燃機関システムの全体構成図。
【図３】ＥＣＵの構成を示すブロック図。
【図４】一燃焼サイクルの筒内圧力の変化の一例を示すＰ−θ線図。
【図５】σθＰｍａｘを求める標準偏差算出処理のフローチャート。
【図６】Ｐ−θ線図からＩＭＥＰを求める方法を説明する図。
【図７】ΔＩＭＥＰ及びＣＰｉを求める図示平均有効圧力の変動率算出処理のフローチャート。
【図８】ＣＰｉに基づく空燃比制御の一例を示す図。
【図９】ＣＰｉに基づく空燃比制御の一例を示すフローチャート。
【図１０】ＣＰｉに基づく空燃比制御の課題を示す図。
【図１１】第１実施形態に係る空燃比制御の一例を示す図。
【図１２】第１実施形態に係る空燃比制御の一例を示すフローチャート。
【図１３】第１実施形態に係る別の空燃比制御の一例を示すフローチャート。
【図１４】第２実施形態に係る空燃比の補正量を決定する方法を説明する図。
【図１５】第３実施形態に係る空燃比の補正量を決定する方法を説明する図。
【図１６】第４実施形態に係る空燃比の補正量を決定する方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】  幾つかの実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【実施例１】
【００１２】  図１は、第１実施形態に係るエンジン及びその周辺の構成図である。【００１３】  「内燃機関」の一例としてのエンジン１０は、例えば、４つの気筒を備えた火花点火式の多気筒エンジンである。各気筒の燃焼室４０（図２参照）は、上流が吸気系５１と連通され、下流が排気系５５と連通している。吸気系５１は、エアフローセンサ２３と、負圧発生バルブ６０と、コンプレッサ６１と、インタークーラ５２と、電子制御スロットルバルブ２２と、コレクタ５３と、吸気マニホールド５４とを上流から順に備える。【００１４】  エアフローセンサ２３は、吸入空気量を検出する。負圧発生バルブ６０は、吸入空気の流量を調整する。コンプレッサ６１は、吸入空気を圧縮する。コンプレッサ６１の上流と下流との配管は、吸入空気がコンプレッサ６１をバイパスして流れるようにリサーキュレーションバルブ６３を備えた配管を介して接続されている。リサーキュレーションバルブ６３は、コンプレッサ６１をバイパスして流れる吸入空気量を調整する。【００１５】  インタークーラ５２は、吸入空気を冷却する。電子制御スロットルバルブ２２は、燃焼室４０への吸入空気の流量を調整する。コレクタ５３は、吸入空気を一時的に蓄えることにより、吸入空気の流量を緩和して増減を平準化する。吸気マニホールド５４は、吸入空気を各気筒の燃焼室４０に分配する。【００１６】  排気系５５は、タービン６２と、空燃比センサ２６と、三元触媒５６とを上流から順に備える。タービン６２は、軸６５を介して吸気系５１に配設されたコンプレッサ６１と接続されている。エンジン１０の燃焼室４０から排出される排気ガスの圧力が所定値以上になると、タービン６２が回転し、コンプレッサ６１が過給を開始する。タービン６２の上流と下流との配管は、排気ガスがタービン６２をバイパスして流れるようにウェイストゲートバルブ６４を備えた配管を介して接続されている。ウェイストゲートバルブ６４は、タービン６２をパイパスして流れる排気ガスを調整する。【００１７】  空燃比センサ２６は、排気ガス中の酸素濃度から空燃比（Ａ／Ｆ：Ａｉｒ／ｆｕｅｌ）を検出する。三元触媒５６は、例えば、アルミナ及びセリアの担体に白金及びパラジウムを塗布されており、排気ガスを浄化する。【００１８】  更に、排気系５５における三元触媒５６の下流と、吸気系５１におけるコンプレッサ６１の上流側は、燃焼室４０で発生した排気ガスを、排気系５５から吸気系５１へ還流させるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）系６６を介して接続されている。ＥＧＲ系６６は、ＥＧＲクーラ５８と、ＥＧＲ温度センサ５９と、ＥＧＲバルブ３１とを上流から順に備える。ＥＧＲクーラ５８は、ＥＧＲガス（排気ガス）を冷却する。ＥＧＲ温度センサ５９は、ＥＧＲガスの温度を計測する。ＥＧＲバルブ３１は、ＥＧＲガスの還流量を調整する。【００１９】  排気系５５の排気ガスが、三元触媒５６の下流で排気系５５からＥＧＲ系６６へ流れ、ＥＧＲ系６６へ流れた高温のＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ５８を介して冷却される。その冷却されたＥＧＲガスは、ＥＧＲバルブ３１を介して所定流量に調整された後、吸気系５１におけるコンプレッサ６１の上流の吸入空気と混���される。【００２０】  図２は、内燃機関システムの全体構成図である。【００２１】  内燃機関システム１は、エンジン１０と、「決定部」及び「空燃比制御部」の一例としてのＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３３とを備える。【００２２】  エンジン１０は、クランクシャフト１１を有しており、可燃混合気の燃焼、爆発のエネルギーを、ピストン１５から、コンロッド１６を介してクランクシャフト１１へ伝えて、回転駆動力を発生させる。クランクシャフト１１の一端には、トランスミッション３２へ駆動力を伝達するためのドライブプレートと一体のリングギヤ、及びトルクコンバータ（何れも図示せず）が取り付けられている。トルクコンバータの出力は、トランスミッション３２に入力される。エンジン１０の駆動力は、トランスミッション３２を介して、図示しないドライブシャフトからタイヤへ伝達して路面へ伝えられる。ここで、エンジン１０は、車両を走行させる駆動力源であれば良く、ポート噴射式、又は筒内噴射式のガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等が挙げられる。【００２３】  クランクシャフト１１の他端には、補機類をベルト駆動するためのクランクシャフトプーリ１１ａが取り付けられる。また、クランクシャフト１１には、クランクシャフト１１の角度（クランク角度）検出用のクランク角シグナルプレート１２が取り付けられている。クランク角シグナルプレート１２の円周上には、クランク角信号を検出するための既定の凹凸パターンが刻まれている。【００２４】  クランク角シグナルプレート１２の外周側の近傍には、クランク角センサ１３が取り付けられている。クランク角センサ１３は、クランクシャフト１１が回転すると、クランク角シグナルプレート１２の円周上に刻まれた凹凸パターンを検知し、パルス信号としてＥＣＵ３３に出力する。ＥＣＵ３３は、クランク角センサ１３から入力されるパルス信号に基づいて、エンジン１０のクランク角度及び回転速度（回転数）を算出する。【００２５】  エンジン１０の上部には、燃焼室４０まで貫通する穴が設けられており、この貫通穴を介して燃焼室４０内の圧力を検知するための筒内圧力センサ４１が挿入される。筒内圧力センサ４１の出力は、チャージアンプ４２で増幅されてＥＣＵ３３へ入力される。エンジン１０の上部には、更に、点火プラグ２８及びインジェクタ２９が配置されている。点火プラグ２８は、点火コイル２７から高電圧を供給されると、燃焼室４０内の混合気に点火する。インジェクタ２９は、燃焼室４０内に燃料を噴射する。【００２６】  ＥＣＵ３３には、前述のセンサ以外に、カム角センサ１８、アクセル開度センサ１９、スロットル開度センサ２１、冷却水温センサ２４、及び吸入空気温センサ２５から信号が入力される。カム角センサ１８は、燃焼室４０の吸気バルブ及び排気バルブを駆動させるカムシャフトの先端に取り付けられたカム角シグナルプレート１７の凹凸パターンを検出して、気筒判別を行う。アクセル開度センサ１９は、運転室内のアクセルペダル２０の踏み込み量を検出する。スロットル開度センサ２１は、電子制御スロットルバルブ２２の開度を検出する。冷却水温センサ２４は、エンジン１０の冷却水の温度を検出する。吸入空気温セン���２５は、吸入空気の温度を検出する。ＥＣＵ３３は、電子制御スロットルバルブ２２、点火コイル２７、インジェクタ２９、高圧燃料ポンプ３０、及びＥＧＲバルブ３１を制御する。高圧燃料ポンプ３０は、燃料を供給する。【００２７】  図３は、ＥＣＵの構成を示すブロック図である。【００２８】  ＥＣＵ３３は、入力回路３３ａと、入出力ポート３３ｂと、ＲＡＭ３３ｃと、ＲＯＭ３３ｄと、ＣＰＵ３３ｅとを備える。【００２９】  入力回路３３ａには、クランク角センサ１３、カム角センサ１８、筒内圧力センサ４１、アクセル開度センサ１９、スロットル開度センサ２１、エアフローセンサ２３、冷却水温度センサ２４、吸入空気温センサ２５、及び空燃比センサ２６から信号が入力される。但し、各センサから入力される信号は、これらだけに限られない。各センサから入力された信号は、入出力ポート３３ｂ内の入力ポートに送られる。入出力ポート３３ｂの入力ポートに送られた値は、ＲＡＭ３３ｃに保管され、ＣＰＵ３３ｅで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ３３ｄに予め書き込まれている。【００３０】  制御プログラムに従って演算された値は、ＲＡＭ３３ｃに保管された後、入出力ポート３３ｂ内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施形態のＥＣＵ３３は、駆動回路として、電子制御スロットル駆動回路３３ｆ、インジェクタ駆動回路３３ｇ、点火出力（駆動）回路３３ｈ、高圧燃料ポンプ駆動回路３３ｉ、及びＥＧＲバルブ駆動回路３３ｊを有している。電子制御スロットル駆動回路３３ｆは、電子制御スロットルバルブ２２を駆動する。インジェクタ駆動回路３３ｇは、インジェクタ２９を駆動する。点火出力回路３３ｈは、点火コイル２７を駆動する。高圧燃料ポンプ駆動回路３３ｉは、高圧燃料ポンプ３０を駆動する。ＥＧＲバルブ駆動回路３３ｊは、ＥＧＲバルブ３１を駆動する。本実施形態のＥＣＵ３３は、上記駆動回路３３ｆ〜３３ｊを備えているが、これに限るものではなく、上記駆動回路３３ｆ〜３３ｊのうちの何れかだけを備えてもよい。【００３１】  ＥＣＵ３３で筒内圧力信号を扱うためには、クランク角センサ１３により検知されるクランク角度と、そのクランク角度に対応して筒内圧力センサ４１により検知される筒内圧力とを計測する。これら計測したデータは、ＣＰＵ３３ｅで処理された後、一燃焼サイクル毎にクランク角度と共に筒内圧力データとして、一旦ＲＡＭ３３ｃに記憶される。【００３２】  ＥＣＵ３３は、前述の筒内圧力信号に基づいて算出された燃焼安定性を示すパラメータを判定閾値と比較して、燃焼安定性が確保されている場合、現在の目標とする空燃比（目標空燃比）をリーン側へシフト（燃料噴射量を減量）する機能を備えている。一方、ＥＣＵ３３は、燃焼安定性を示すパラメータを判定閾値と比較して、目標空燃比を決定し、燃焼安定性が低下していると判定された場合、燃焼安定性を確保すべく、現在の目標空燃比をリッチ側へシフト（燃料噴射量を増量）する機能を備えている。【００３３】  ＥＣＵ３３は、エアフローセンサ２３が計測した吸入空気量に見合った燃料量を算出して、算出した燃料量となるようにインジェクタ２９を制御する。ＥＣＵ３３��、前述のクランク角センサ１３の信号が示すクランク角度が、予め設定されたクランク角度となるタイミングで、インジェクタ２９による燃料噴射を開始させる。【００３４】  インジェクタ２９が燃料噴射すると、エンジン１０の燃焼室４０内では、吸入された空気と、インジェクタ２９から噴射された燃料とが混ぜ合わさり、可燃混合気が形成される。点火プラグ２８には、クランク角センサ１３によって検出されたクランク角度が、ＥＣＵ３３で予め設定されたクランク角度となるタイミングで、点火コイル２７によって昇圧された高電圧が印加される。これにより、筒内の可燃混合気は、着火されて、燃焼、爆発する。【００３５】  従来から、燃費低減技術の一つとしてリーンバーン燃焼がある。リーンバーン燃焼は、触媒等のＮＯｘ低減対策、燃焼室形状、及びインジェクタ噴霧の最適化等を施した上で、空燃比を「２０」以上のような稀薄燃焼状態（リーンバーン）として運転することにより、燃料消費を抑える技術である。しかし、エンジンの性能、燃料性状、気筒間のばらつき、運転条件等によっては、リーンバーンとして運転できる空燃比に限界が生じる。このため、リーン限界付近では、燃焼発生トルクに変動が生じて不安定となり、駆動系を介して運転者や同乗者へ不快な振動として伝わる。【００３６】  安定したリーンバーン燃焼状態でエンジン１０を運転するには、点火時期、燃料噴射量、及び噴射時期等をリーン限界の手前に制御する必要がある。そのため、燃焼時に発生するトルク、又は筒内圧力を検出して、燃焼サイクル毎の燃焼安定性を正確に検知する必要がある。【００３７】  間接的な燃焼安定性の検知方法としては、気筒外壁の歪みや振動を測定してその測定値をフィルタに通してトルクに変換する方法と、クランクシャフト１１の回転変動をフィルタリングしてトルクに変換して統計をとる方法とがある。また、直接的な燃焼安定性の検知方法としては、点火プラグ２８やエンジン１０のシリンダヘッドに圧力センサを取り付けて、筒内の圧力を直接測定し、図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ：Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ  Ｍｅａｎ  Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）に変換する方法がある。本実施形態では、筒内の圧力を直接測定し、図示平均有効圧力ＩＭＥＰ、及び図示平均有効圧力ＩＭＥＰの最大圧力値を示すクランク角度値θＰｍａｘを抽出して燃焼安定性を検知する。【００３８】  次に、エンジン１０の筒内圧力Ｐｉ、及びθＰｍａｘの検出方法を説明する。【００３９】  各気筒の筒内圧力センサ４１の燃焼室４０側の先端には、歪みを検知するセンサ素子が付いている。センサ素子は、燃焼室４０内の圧力が変化すると、その圧力変化に応じた電荷信号を出力する。センサ素子から出力される電荷信号は、微小であるため、チャージアンプ４２で増幅されて電圧信号（例えば０〜５Ｖ）に変換され、ＥＣＵ３３へ出力される。ＥＣＵ３３は、チャージアンプ４２から入力された電圧に、センサ特性に対応した変換係数を乗じることにより、筒内圧力を算出する。この筒内圧力を算出するタイミングは、クランク角センサ１３により検出されるクランク角度毎（例えば１０°毎）とする。それぞれのクランク角度に対応する筒内圧力の算出結果が、ＲＡＭ３３ｃに記憶される。��００４０】  図４は、一燃焼サイクルの筒内圧力の変化の一例を示すＰ−θ線図である。【００４１】  縦軸は筒内圧力Ｐｉを示し、横軸はクランク角度θを示し、中央のＴＤＣが圧縮上死点を示すＰ−θ線図である。吸気行程では、大気圧付近の圧力で推移しており、燃料が噴射される。圧縮行程に入ると、ピストン１５がＴＤＣまで上昇するため、混合気は圧縮され、筒内圧力Ｐｉは増加し続ける。クランク角度θがＴＤＣ前（例えば３０度前）で点火プラグ２８により点火すると、燃焼を開始してＴＤＣを超えた付近で圧縮された混合気が爆発的に燃焼して、筒内圧力Ｐｉは更に上昇して、ピストン１５を勢いよく押し下げる。ピストン１５が下降すると、筒内の容積が大きくなるので、筒内圧力Ｐｉは減少する。排気行程に移行すると、排気バルブが開き、ピストン１５は上昇に転じて、排気ガスが排出されるので、筒内圧力Ｐｉは大気圧付近の圧力となる。以上のように、筒内圧力Ｐｉは、燃焼爆発時に最大圧力Ｐｍａｘとなる。本実施形態では、最大圧力Ｐｍａｘが発生する時のクランク角度θを、θＰｍａｘとし、比較的少ない複数の燃焼サイクル（例えば直前の５サイクル）分の標準偏差σθＰｍａｘを求めて、燃焼安定性を判定するためのパラメータとして使用する。尚、比較的少ない複数の燃焼サイクルとは、2サイクル以上１００燃焼サイクル未満であることが好ましい。【００４２】  図５は、σθＰｍａｘを求める標準偏差算出処理のフローチャートである。【００４３】  ＥＣＵ３３は、クランク角度と、そのクランク角度に対応する筒内圧力データとをそれぞれ取り込む（ステップＳ１１）。ＥＣＵ３３は、一燃焼サイクルが終了しているか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の判定結果が偽の場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ステップＳ１１に戻る。ステップＳ１２の判定結果が真の場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１３に進む。ＥＣＵ３３は、それら取り込んだクランク角度及び筒内圧力データの中から筒内圧力データが最大となるクランク角度θＰｍａｘを抽出する（ステップＳ１３）。ＥＣＵ３３は、ステップＳ１３で抽出したθＰｍａｘをＲＡＭ３３ｃに記憶する（ステップＳ１４）。ＥＣＵ３３は、複数の燃焼サイクル分（図５の例では５サイクル）のθＰｍａｘが抽出されたか否かを判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の判定結果が偽の場合（Ｓ１５：ＮＯ）、ステップＳ１１に戻る。ステップＳ１５の判定結果が真の場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３３は、θＰｍａｘの標準偏差σθＰｍａｘを算出する（ステップＳ１６）。ＥＣＵ３３は、ステップＳ１６で算出したσθＰｍａｘをＲＡＭ３３ｃに記憶する（ステップＳ１７）。【００４４】  図６は、Ｐ−θ線図からＩＭＥＰを求める方法を説明する図である。【００４５】  図６左に示すＰ−θ線図の横軸のクランク角度θ、ボア、及びストロークに基づいて行程容積Ｖｓを算出し、Ｐ−Ｖ線図を求める。図６右に示すＰ−Ｖ線図の網掛け部分で示される面積が、図示平均有効圧力ＩＭＥＰである。図示平均有効圧力ＩＭＥＰは、行程容積をＶｓ、筒内圧力をＰｉ、燃焼室容積変化をｄＶとして数式で表すと、下記の式（１）となる。【数１】
2019058728.tif 000003
【００４６】  次に、式（１）によって算出した図示平均有効圧力ＩＭＥＰから変動率ＣＰｉを求める方法について説明する。図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉは、下記の式（２）となる。尚、図示平均有効圧力ＩＭＥＰを複数の燃焼サイクル（例えば４００サイクル）に亘ってサンプリングした値の標準偏差をσＩＭＥＰ、平均値をＡｖｅＩＭＥＰとする。【数２】
2019058728.tif 000004
【００４７】  この図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉは、１００サイクル以上の比較的多い燃焼サイクルにおいて長い期間（スパン）の燃焼安定性を判定するためのパラメータとして使用する。尚、比較的多い燃焼サイクルは、比較的少ない複数の燃焼サイクルよりも燃焼サイクル数が多く、１００サイクル以上７００サイクル未満であることが好ましい。【００４８】  図７は、ΔＩＭＥＰ及びＣＰｉを求める図示平均有効圧力の変動率算出処理のフローチャートである。【００４９】  ＥＣＵ３３は、クランク角度と、そのクランク角度に対応する筒内圧力データとをそれぞれ取り込む（ステップＳ２１）。ＥＣＵ３３は、一燃焼サイクルが終了しているか否かを判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２の判定結果が偽の場合（Ｓ２２：ＮＯ）、Ｓ２１に戻る。Ｓ２２の判定結果が真の場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ステップＳ２３へ進む。ＥＣＵ３３は、前述の数１により図示平均有効圧力ＩＭＥＰを算出する（ステップＳ２３）。ＥＣＵ３３は、直前の燃焼サイクルとの差ΔＩＭＥＰを算出する（ステップＳ２４）。ＥＣＵ３３は、ステップＳ２３で算出した図示平均有効圧力ＩＭＥＰと、ステップＳ２４で算出したΔＩＭＥＰとをＲＡＭ３３ｃにそれぞれ記憶する（ステップＳ２５）。ＥＣＵ３３は、複数の燃焼サイクル分（図７の例では４００サイクル）の図示平均有効圧力ＩＭＥＰが算出されたか否かを判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６の判定結果が偽の場合（Ｓ２６：ＮＯ）、ステップＳ２１に戻る。ステップＳ２６の判定結果が真の場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３３は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの標準偏差σＩＭＥＰと、４００サイクル分の図示平均有効圧力ＩＭＥＰの平均値ＡｖｅＩＭＥＰとをそれぞれ算出する（ステップＳ２７）。ＥＣＵ３３は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉを算出する（ステップＳ２８）。ＥＣＵ３３は、ステップＳ２８で算出した図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉをＲＡＭ３３ｃに記憶する（ステップＳ２９）。【００５０】  図８は、ＣＰｉに基づく空燃比制御の一例を示す図である。【００５１】  図８では、定常状態で運転しているときに、冷却水温度、吸気温度、及び燃料温度等が変化し、燃焼状態が比較的長いスパンで変化するような状況を表している。ＥＣＵ３３は、燃焼安定性を示すパラメータを算出するために必要な燃焼サイクル数（以下、設定サイクル）を４００サイクルとして図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉを算出し、その結果が燃焼悪化側の判定閾値ａ１を超えた時は、燃焼安定性が低下したと判定し、空燃比をリッチ側に補正する。これにより、燃焼安定性が向上し、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率は低下する。また、空燃比をリッチ側に補正した後、燃焼安定側の判定閾値ｂ１以下となって、燃焼状態が安定した場合、空燃比をリーン側に補正する。空燃比の補正量は、判定閾値ａ１との乖離量ＣＰｉ−ａ１又は判定閾値ｂ１との乖離量ＣＰｉ−ｂ１の絶対値によって異なり、乖離量が大きい場合は多く、乖離量が小さい場合は少ない。【００５２】  図９は、ＣＰｉに基づく空燃比制御の一例を示すフローチャートである。【００５３】  ＥＣＵ３３は、図７の図示平均有効圧力の変動率算出処��で算出した図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉを読み込む（ステップＳ３１）。ＥＣＵ３３は、ステップＳ３１で読み込んだ図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉと、燃焼悪化側の判定閾値ａ１とを比較して、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉがａ１以上か否かを判定する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２の判定結果が真の場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、ステップＳ３３へ進む。ＥＣＵ３３は、ＣＰｉ−ａ１の絶対値が大きい程、空燃比のリッチ側への補正量を大きくする（ステップＳ３３）。ステップＳ３２の判定結果が偽の場合（Ｓ３２：ＮＯ）、ステップＳ３４へ進む。ＥＣＵ３３は、ステップＳ３１で読み込んだ図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉと、燃焼安定側の判定閾値ｂ１と比較して、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉがｂ１以下か否かを判定する（ステップＳ３４）。ステップＳ３４の判定結果が真の場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、ステップＳ３５へ進む。ＥＣＵ３３は、ＣＰｉ−ｂ１の絶対値が大きい程、空燃比のリーン側への補正量を大きくする（ステップＳ３５）。ステップＳ３４の判定結果が偽の場合（Ｓ３４：ＮＯ）、ステップＳ３６へ進む。ＥＣＵ３３は、空燃比の補正量を前回の補正量に保持したままとする（ステップＳ３６）。ＥＣＵ３３は、決定された補正量となるようにエンジン１０の空燃比を制御する。【００５４】  前述のように定常運転状態において、比較的長いスパンで燃焼が悪化する状況下では、４００サイクルのような比較的多い燃焼サイクルで高い精度の図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉを算出して、空燃比へ反映させた場合、燃焼限界付近においても、燃焼安定性を確保し、燃料消費量を抑えることが可能である。【００５５】  図１０は、ＣＰｉに基づく空燃比制御の課題を示す図である。【００５６】  図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉを算出するために必要な設定サイクル（図中では４００サイクル）中に、ドライバーがアクセルを操作し、又はＥＧＲバルブ３１の開度が変化すると、過渡的なエンジン１０への負荷の変化が発生し、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの減少側への変動が大きくなり燃焼安定性が低下することがある。この場合、ＥＣＵ３３は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉを算出するために必要な設定サイクルが経過するまで、空燃比を補正することができない。そのため、燃焼悪化による車体の振動や燃焼サイクルにおける失火を抑えられずに、運転性が悪化してしまう。【００５７】  そこで、本実施形態のＥＣＵ３３は、過渡的なエンジン１０への負荷の変化に対応するために、燃焼安定性を示すパラメータとして、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉと、比較的少ない燃焼サイクルで燃焼安定性を示すパラメータとを用いる。本実施形態において、比較的少ない燃焼サイクルで燃焼安定性を示すパラメータとしては、最大筒内圧力Ｐｍａｘを発生するクランク角度θＰｍａｘの標準偏差σθＰｍａｘ、又は直前の燃焼サイクルの図示平均有効圧力ＩＭＥＰとの差ΔＩＭＥＰの何れか一方を用いる。【００５８】  図１１は、第１実施形態に係る空燃比制御の一例を示す図である。【００５９】  図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰＩをパラメータとして用いて燃焼安定性を判断すると、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉを４００サイクル毎に算出するので、そのサイクル中に燃焼が一時的に悪化しても、即座に空燃比を補正することができない。これ対し、最大筒内圧力Ｐｍａｘを発生するクランク角度θＰｍａｘの標準偏差σθＰｍａｘ、又は直前の燃焼サイクルの図示平均有効圧力ＩＭＥＰとの差ΔＩＭＥＰをパラメータとして用いて燃焼安定性を判定すれば、比較的少ない燃焼サイクルで燃焼安定性を判定でき、即座に空燃比を補正することができる。これにより、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動時間を短く抑えることができ、車体、乗員へ伝わる振動を低減して運転性を向上する。次に、空燃比制御の具体的な処理を説明する。【００６０】  図１２は、第１実施形態に係る空燃比制御の一例を示すフローチャートである。【００６１】  ＥＣＵ３３は、図７の図示平均有効圧力の変動率算出処理で算出した図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉと、図５の標準偏差算出処理で算出した最大筒内圧力Ｐｍａｘを発生するクランク角度θＰｍａｘの標準偏差σθＰｍａｘとをそれぞれ読み込む（ステップＳ４１）。ＥＣＵ３３は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉが燃焼悪化側の判定閾値ａ１以上、又は最大筒内圧力Ｐｍａｘを発生するクランク角度θＰｍａｘの標準偏差σθＰｍａｘが燃焼悪化側の判定閾値ａ２（第１設定値）以上か否かを判定する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２の判定結果が真の場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、ステップＳ４３へ進む。ＥＣＵ３３は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉが燃焼悪化側の判定閾値ａ１以上の場合、ＣＰｉ−ａ１の絶対値が大きい程、大きくなるように空燃比のリッチ側への補正量（ｆ１）を決定し、又は最大筒内圧力Ｐｍａｘを発生するクランク角度θＰｍａｘの標準偏差σθＰｍａｘが燃焼悪化側の判定閾値ａ２（第１設定値）以上の場合、σθＰｍａｘ−ａ２の絶対値が大きい程、大きくなるように空燃比のリッチ側への補正量（ｆ２）を決定する（ステップＳ４３）。ステップＳ４２の判定結果が偽の場合（Ｓ４２：ＮＯ）、ステップＳ４４へ進む。ＥＣＵ３３は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉが燃焼安定側の判定閾値ｂ１以下、且つ最大筒内圧力Ｐｍａｘを発生するクランク角度θＰｍａｘの標準偏差σθＰｍａｘが燃焼安定側の判定閾値ｂ２（第３設定値）以下か否かを判定する（ステップＳ４４）。ステップＳ４４の判定結果が真の場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）、ステップＳ４５へ進む。ＥＣＵ３３は、ＣＰｉ−ｂ１の絶対値が大きい程、大きくなるように決定される補正基準量（ｇ１）を求め、σθＰｍａｘ−ｂ２の絶対値が大きい程、大きくなるように決定される補正基準量（ｇ２）を求め、これら補正基準量（ｇ１）と補正基準量（ｇ２）との積が大きい程、大きくなるように空燃比のリーン側への補正量（ｇ１×ｇ２）を決定する（ステップＳ４５）。ステップＳ４４の判定結果が偽の場合（Ｓ４４：ＮＯ）、ステップＳ４６へ進む。ＥＣＵ３３は、空燃比の補正量を前回の補正量に保持したままとする（ステップＳ４６）。ＥＣＵ３３は、決定された補正量となるようにエンジン１０の空燃比を制御する。【００６２】  図１３は、第１実施形態に係る別の空燃比制御の一例を示すフローチャートである。【００６３】  ＥＣＵ３３は、図７の処理で算出した図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉ及び直前の燃焼サイクルの図示平均有効圧力ＩＭＥＰとの差ΔＩＭＥＰをそれぞれ読み込む（ステップＳ５１）。ＥＣＵ３３は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉが燃焼悪化側の判定閾値ａ１以上、又は直前の燃焼サイクルの図示平均有効圧力ＩＭＥＰとの差ΔＩＭＥＰが燃焼悪化側の判定閾値ａ３（第２設定値）以上か否かを判定する（ステップＳ５２）。ステップＳ５２の判定結果が真の場合（Ｓ５２：ＹＥＳ）、ステップＳ５３へ進む。ＥＣＵ３３は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉが燃焼悪化側の判定閾値ａ１以上の場合、ＣＰｉ−ａ１の絶対値が大きい程、大きくなるように空燃比のリッチ側への補正量（ｆ１）を決定し、又は直前の燃焼サイクルの図示平均有効圧力ＩＭＥＰとの差ΔＩＭＥＰが燃焼悪化側の判定閾値ａ３以上の場合、σθＰｍａｘ−ｂ２の絶対値が大きい程、大きくなるように空燃比のリッチ側への補正量（ｆ３）を決定する（ステップＳ５３）。ステップＳ５２の判定結果が偽の場合（Ｓ５２：ＮＯ）、ステップＳ５４へ進む。ＥＣＵ３３は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉが燃焼安定側の判定閾値ｂ１以下、且つ直前の燃焼サイクルの図示平均有効圧力ＩＭＥＰとの差ΔＩＭＥＰが燃焼安定側の判定閾値ｂ３（第４設定値）以下か否かを判定する（ステップＳ５４）。ステップＳ５４の判定結果が真の場合（Ｓ５４：ＹＥＳ）、ステップＳ５５へ進む。ＥＣＵ３３は、ＣＰｉ−ｂ１の絶対値が大きい程、大きくなるように決定される補正基準量（ｇ１）を求め、σθＰｍａｘ−ｂ３の絶対値が大きい程、大きくなるように決定される補正基準量（ｇ３）を求め、これら補正基準量（ｇ１）と補正基準量（ｇ３）との積が大きい程、大きくなるように空燃比のリーン側への補正量（ｇ１×ｇ２）を決定する（ステップＳ５５）。ステップＳ５４の判定結果が偽の場合（Ｓ４４：ＮＯ）、ステップＳ５６へ進む。ＥＣＵ３３は、空燃比の補正量を前回の補正量に保持したままとする（ステップＳ５６）。ＥＣＵ３３は、決定された補正量となるようにエンジン１０の空燃比を制御する。【００６４】  これらステップＳ４３，Ｓ５３における空燃比のリッチ側への補正量、及びステップＳ４５，Ｓ５５における空燃比のリーン側への補正量は、燃焼安定性を示す各パラメータと判定閾値との差の絶対値が大きい程、大きくする。即ち、各閾値との乖離が大きい時は、各補正量を大きくして、応答性を上げることにより、速やかに空燃比をリッチ側、又はリーン側へシフトさせ、燃焼安定性を確保することができる。更に、空燃比をリーン側へシフトする場合、燃料消費量を低減することが可能となる。【００６５】  以上説明したように、本実施形態では、クランク角度、又はクランク角度に対応する筒内圧力データに基づいて、異なる特性を持つ燃焼安定性を示すパラメータを算出する。これにより、過渡的な運転条件の変化による燃焼状態の悪化を速やかに検出し、その段階で空燃比制御を実施することができ、リーンバーンによるリーン限界領域においても、運転性の悪化を抑えることが可能となる。更に、空燃比をリッチ側に補正した後、燃焼状態が安定した場合、空燃比をリーン側へシフトすることにより、燃焼消費の増加を抑制することができる。
【実施例２】
【００６６】  次に、第２実施形態に係るＥＣＵ３３について説明する。尚、第２実施形態に係るＥＣＵ３３は、第１実施形態に係るＥＣＵ３３とは、空燃比の補正量を決定する方法が異なるだけであり、ハードウエア構成は、第１実施形態に係るＥＣＵ３３と同様である。【００６７】  図１４は、第２実施形態に係る空燃比の補正量を決定する方法を説明する図である。【００６８】  空燃比をリッチ側に補正する際に、ドライバーのアクセル操作によるスロットル開度の変化又はＥＧＲ量の変化に応じて、エンジン１０への負荷が変わる場合がある。この場合、ＥＣＵ３３は、スロットル開度の変化量又はＥＧＲ開度の変化量の何れか一方の変化量を参照し、参照した変化量に応じて空燃比の補正量を変更する。各変化量は、開度と変化速度とによって切り分けられ、開度が大きく変化速度が速い場合は、多い補正量とし、開度が小さく変化速度が遅い場合は、少ない補正量とする。また、ＥＣＵ３３は、空燃比を補正する際は、燃焼安定性を重視するため、リーンシフト側の移行時間Ｔｌｓｆｔよりも、リッチシフト側の移行時間Ｔｒｓｆｔを短く設定する。
【実施例３】
【００６９】  次に、第３実施形態に係るＥＣＵ３３について説明する。尚、第３実施形態に係るＥＣＵ３３は、空燃比をリーン側にシフトする場合の例であり、ハードウエア構成は、第１実施形態に係るＥＣＵ３３と同様である。【００７０】  図１５は、第３実施形態に係る空燃比の補正量を決定する方法を説明する図である。【００７１】  ＩＭＥＰが増加側に大きく変動した場合、スロットル開度の変化量又はＥＧＲ開度の変化量の何れか一方の変化量を参照し、参照した変化量が大きい程、空燃比のリーン側への補正量を大きくする。尚、第２実施形態と同様に、空燃比補正する際は、燃焼安定性を重視するため、リーンシフト側の移行時間Ｔｌｓｆｔよりも、リッチシフト側の移行時間Ｔｒｓｆｔを短く設定する。
【実施例４】
【００７２】  次に、第４実施形態に係るＥＣＵ３３について説明する。尚、第４実施形態に係るＥＣＵ３３は、第１実施形態に係るＥＣＵ３３とは、空燃比の補正期間が異なるだけであり、ハードウエア構成は、第１実施形態に係るＥＣＵ３３と同様である。【００７３】  図１６は、第４実施形態に係る空燃比の補正量を決定する方法を説明する図である。【００７４】  ＥＣＵ３３は、各スロットル開度又は各ＥＧＲ開度の変化速度が等しく、且つ変化量が異なる場合、スロットル又はＥＧＲの開度が大きい程、空燃比の補正量を大きくする。【００７５】  尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。【００７６】  上記実施形態では、ＥＣＵ３３は、燃焼安定性を示すパラメータとして、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉと、比較的少ない燃焼サイクルで燃焼安定性を示すパラメータとを用いた。これに限らず、ＥＣＵ３３は、燃焼安定性を示すパラメータとして、比較的少ない燃焼サイクルで燃焼安定性を示すパラメータだけを用いても良い。【００７７】  上記実施形態では、ステップＳ４２において、ＥＣＵ３３は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉが燃焼悪化側の判定閾値ａ１以上、又は最大筒内圧力Ｐｍａｘを発生するクランク角度θＰｍａｘの標準偏差σθＰｍａｘが燃焼悪化側の判定閾値ａ２以上か否かを判定した。これに限らず、ＥＣＵ３３は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉがこのＣＰｉの燃焼悪化側の判定閾値ａ１以上、且つ最大筒内圧力Ｐｍａｘを発生するクランク角度θＰｍａｘの標準偏差σθＰｍａｘが燃焼悪化側の判定閾値ａ２以上か否かを判定しても良い。【００７８】  上記実施形態では、ステップＳ５２において、ＥＣＵ３３は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉが燃焼悪化側の判定閾値ａ１以上、又は直前の燃焼サイクルの図示平均有効圧力ＩＭＥＰとの差ΔＩＭＥＰが燃焼悪化側の判定閾値ａ３以上か否かを判定した。これに限らず、ＥＣＵ３３は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰの変動率ＣＰｉが燃焼悪化側の判定閾値ａ１以上、且つ直前の燃焼サイクルの図示平均有効圧力ＩＭＥＰとの差ΔＩＭＥＰが燃焼悪化側の判定閾値ａ３以上か否かを判定しても良い。【００７９】  上記実施形態では、前の燃焼サイクルを、直前の燃焼サイクルとした。これに限らず、前の燃焼サイクルは、２燃焼サイクル以上前の燃焼サイクルでも良い。【００８０】  上記第２実施形態から第４実施形態では、ＥＣＵ３３は、スロットル開度の変化量、又はＥＧＲ開度の変化量の何れか一方の変化量を参照し、その変化量に応じて空燃比の補正量を変更した。これに限らず、ＥＣＵ３３は、スロットル開度の変化量、及びＥＧＲ開度の変化量を参照し、それらの変化量に応じて空燃比の補正量を変更し��も良い。【００８１】  上記第２実施形態から第４実施形態では、ＥＣＵ３３は、空燃比を補正する際に、リーンシフト側の移行時間Ｔｌｓｆｔよりも、リッチシフト側の移行時間Ｔｒｓｆｔを短く設定した。これらに限らずに、ＥＣＵ３３は、空燃比を補正する際に、リーンシフト側の移行時間Ｔｌｓｆｔと、リッチシフト側の移行時間Ｔｒｓｆｔとを同じ期間にしても良い。
【符号の説明】
【００８２】  １０…エンジン、３３…ＥＣＵ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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