(57)【要約】【課題】本発明の内燃機関の制御装置において、製造効率を向上させ、内燃機関の燃焼安定性の判定精度を高めて、さらには、安定的な燃焼を維持する。【解決手段】本発明は、内燃機関１における気筒１１の燃焼室１２内の燃焼圧力を検出可能とするように気筒１１にその外側から接触し、かつ燃焼圧力に応じて圧力信号を出力する座金センサ３２と、クランク角を取得するクランク角取得部４３とを有し、燃焼室１２内の燃焼の安定性に応じて内燃機関１を制御可能とする制御装置３に関する。かかる装置３は、圧力信号をクランク角の検出値θに関連付けた角度−圧力信号を算出する角度−圧力信号算出部４４と、角度−圧力信号を用いて、燃焼室１２内の燃焼状態を推定するための燃焼推定パラメータを算出する燃焼状態推定部４６と、燃焼推定パラメータを用いて、燃焼の安定性を判定する安定性判定部４７とをさらに有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関における気筒の燃焼室内の燃焼圧力を検出可能とするように前記気筒にその外側から接触し、かつ前記燃焼圧力に応じて圧力信号を出力するように構成される座金型の圧力センサと、
前記内燃機関のクランクシャフトのクランク角を取得するように構成されるクランク角取得部と
を備え、
前記燃焼室内の燃焼の安定性に応じて前記内燃機関を制御可能に構成される内燃機関の制御装置であって、
前記圧力信号を前記クランク角に関連付けた角度−圧力信号を算出するように構成される角度−圧力信号算出部と、
前記角度−圧力信号を用いて、前記燃焼室内の燃焼状態を推定するための燃焼推定パラメータを算出するように構成される燃焼状態推定部と、
前記燃焼推定パラメータを用いて、前記燃焼室内の燃焼の安定性を判定するように構成される安定性判定部と
を備える内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記角度−圧力信号算出部が、前記内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの両方を閉じた状態の前記クランク角の範囲内で前記角度−圧力信号を算出するように構成されている、請求項１の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
所定の遮断周波数よりも高い周波数の成分を逓減するフィルタ処理を前記角度−圧力信号に施すように構成されるフィルタ部をさらに備え、
前記燃焼状態推定部は、前記フィルタ部により前記フィルタ処理を施された前記角度−圧力信号を用いて前記燃焼推定パラメータを算出するように構成されている、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼状態推定部が、
前記角度−圧力信号に基づいて、前記燃焼室内の各燃焼サイクルにて、前記クランク角の一定区間にて変化する前記角度−圧力信号の強度の割合である複数の変化率を算出するように構成される変化率算出部と、
前記燃焼室内の各燃焼サイクルにおける前記複数の変化率のうち１つの選別変化率を選別するように構成される変化率選別部と、
複数の前記燃焼サイクルにおける複数の前記選別変化率を用いて前記燃焼推定パラメータを算出するように構成される燃焼推定パラメータ算出部と
を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記選別変化率が前記複数の変化率の最大値となっている、請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃焼推定パラメータ算出部が、
それぞれ前記複数の選別変化率の標準偏差及び平均値を算出するように構成される標準偏差算出部及び平均値算出部と、
前記燃焼推定パラメータとして、前記標準偏差及び前記平均値を用いて変動係数を算出するように構成される変動係数算出部と
を有し、
前記異常判定部は、前記変動係数が所定の安定性判定閾値よりも大きい場合に、前記燃焼室内の燃焼が不安定であると判定し、かつ前記変動係数が前記安定性判定閾値以下である場合に、前記燃焼室内の燃焼が安定していると判定するように構成されている、請求項４又は５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記安定性判定部が前記燃焼室内の燃焼が不安定であると判定した場合、前記燃焼室内の燃焼を安定させるように前記燃焼室内の混合気の空燃比をリッチ側に変化させる構成である空燃比調節部をさらに備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記安定性判定部が前記燃焼室内の燃焼が不安定であると判定した場合、前記燃焼室内燃焼を安定させるように、各燃焼サイクルにて直噴用インジェクタにより前記燃焼室内に燃料を直接噴射する時期を早める構成である直噴調節部をさらに備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の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、内燃機関を気筒の燃焼室内の燃焼安定性に応じて制御可能に構成される内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特に、ＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition、予混合圧縮着火）エンジンにおいては、燃料を燃焼室内で安定的に燃焼させることが求められる。例えば、内燃機関を搭載した車両において、燃焼室内の燃焼が不安定になると、内燃機関の出力が安定しなくなり、その結果、車両のドライバビリティが悪化するおそれがある。さらに、不安定な燃焼が継続すると、最悪の場合には失火、部分燃焼等が発生し、ひいては、触媒被毒、アフターファイア等が発生するおそれがある。そのため、燃焼が不安定になった場合には、内燃機関の制御装置が、これを検知し、かつ検知後直ぐに、燃焼を安定的な状態とするように内燃機関を制御している。
【０００３】
一般的に、内燃機関の制御装置においては、その燃焼室内の燃焼圧力に基づいて燃焼安定性を判定することが行われている。例えば、内燃機関のうちレシプロエンジンにおいては、燃焼圧力を直接的に検出するようにシリンダヘッドに搭載された圧力センサ（以下、「筒内圧力センサ」という）が採用されている。しかしながら、シリンダヘッドに筒内圧力センサを搭載するためには、筒内圧力センサを挿入するための孔をシリンダヘッドに形成する必要がある。さらに、かかる孔とシリンダヘッド内に形成されている冷却水経路との間をシールする追加工が必要となり、かかる追加工は特に厳密に行う必要がある。かかる孔に筒内圧力センサを挿入した状態で筒内圧力センサと孔の周面との間をシールする追加工もまた必要となる。製造効率を向上させるためには、このような追加工は省略することが望ましい。また、筒内圧力センサは、燃焼圧力に対する耐久性、高い燃焼圧力検出精度等を必要とするために高価になっている。製造コストを低減するためには、より安価な圧力センサを用いることが望まれる。
【０００４】
そこで、製造効率を向上させ、かつ製造コストを低減すべく、内燃機関の制御装置の一例として、安価な座金型の圧力センサ（以下、「座金センサ」という）を点火プラグとシリンダヘッドとの間に取り付けて、かかる座金センサにより検出された燃焼圧力のバラツキに基づいて燃焼安定性を判定する技術が提案されている。（例えば、特許文献１を参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−７４０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記制御装置の一例においては、座金センサが、燃焼圧力だけでなく、内燃機関の振動、異常燃焼に伴う振動等のノイズをも検出するおそれがある。そのため、燃焼圧力のバラツキを正確に抽出できず、その結果、燃焼安定性の判定精度が低くなるおそれがある。さらには、安定的な燃焼を維持できないおそれがある。
【０００７】
よって、内燃機関の制御装置においては、製造効率を向上させ、製造コストを低減させ、内燃機関の燃焼安定性の判定精度を高め、さらには、安定的な燃焼を維持することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
課題を解決するために、本発明の一態様に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関における気筒の燃焼室内の燃焼圧力を検出可能とするように前記気筒にその外側から接触し、かつ前記燃焼圧力に応じて圧力信号を出力するように構成される座金型の圧力センサと、前記内燃機関のクランクシャフトのクランク角を取得するように構成されるクランク角取得部とを備え、前記燃焼室内の燃焼の安定性に応じて前記内燃機関を制御可能に構成される内燃機関の制御装置であって、前記圧力信号を前記クランク角に関連付けた角度−圧力信号を算出するように構成される角度−圧力信号算出部と、前記角度−圧力信号を用いて、前記燃焼室内の燃焼状態を推定するための燃焼推定パラメータを算出するように構成される燃焼状態推定部と、前記燃焼推定パラメータを用いて、前記燃焼室内の燃焼の安定性を判定するように構成される安定性判定部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様に係る内燃機関の制御装置によれば、製造効率を向上させることができ、内燃機関の燃焼安定性の判定精度を高めることができ、さらには、安定的な燃焼を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＨＣＣＩエンジンの制御装置を含む制御システムを示す模式図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る制御装置の構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態にて、ＨＣＣＩエンジンの１つの気筒にて得られる典型的な角度−圧力信号を概略的に示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】１つの気筒の燃焼行程にて、エンジンの回転速度が３０００ｒｐｍであり、かつＢＭＥＰが６００ｋＰａである場合に、実施例１の第１及び第２の設定にて座金センサを用いて得られる角度−圧力信号と、比較例１の第１及び第２の設定にて筒内圧力センサを用いて得られる角度−圧力信号とを示す図である。
【図７】実施例２の第１のケースにて得られた最大変化率と比較例２の第１のケースにて得られたＩＭＥＰとの相関図である。
【図８】連続１００回の燃焼サイクルにおいて、実施例２の第１のケースにて得られた最大変化率と比較例２の第１のケースにて得られたＩＭＥＰとの関係を示すグラフである。
【図９】実施例２の第２のケースにて得られた最大変化率と比較例２の第２のケースにて得られたＩＭＥＰとの相関図である。
【図１０】連続１００回の燃焼サイクルにおいて、実施例２の第２のケースにて得られた最大変化率と比較例２の第２のケースにて得られたＩＭＥＰとの関係を示すグラフである。
【図１１】実施例３において、エンジンの回転速度が３０００ｒｐｍであり、かつＢＭＥＰが６００ｋＰａである場合に、連続１００回の燃焼サイクルにて得られた変動係数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の第１及び第２実施形態に係る内燃機関の制御装置を含む制御システムについて以下に説明する。なお、好ましい一例として、第１及び第２実施形態に係る制御装置により制御される内燃機関は、自動車に搭載されるＮＶＯ（Negative Valve Overlap）方式のＨＣＣＩエンジンとする。しかしながら、本発明はこれに限定されず、ＨＣＣＩエンジンは、ＮＶＯ方式以外のものであってもよく、例えば、ＨＣＣＩエンジンは、ポート噴射方式のものであってもよい。また、内燃機関は、レシプロエンジンであればよく、例えば、かかるレシプロエンジンは、火花点火方式のエンジン、ＰＦＩ（Port Fuel Injection、吸気ポート燃料噴射）方式のガソリンエンジン、ガソリン直噴エンジン、ディーゼルエンジン、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas、圧縮天然ガス）エンジンであってもよい。
【００１２】
なお、レシプロエンジンは、特に、４ストローク方式のものであると好ましい。しかしながら、レシプロエンジンは、２ストローク方式のものとすることもできる。レシプロエンジンは、特に、複数の気筒を有すると好ましい。しかしながら、レシプロエンジンは、単気筒のものとすることもできる。内燃機関は、自動車以外の車両に搭載されてもよく、例えば、内燃機関は、自動二輪車に搭載されてもよい。内燃機関はまた、発電用の内燃機関、各種作業機械等に搭載される汎用エンジン、船内機、船外機、船内外機等であってもよい。
【００１３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る制御装置を含む制御システムについて説明する。
【００１４】
［制御システムの概略について］
最初に、制御システムの概略について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る制御システムは、ＨＣＣＩエンジン（以下、単に「エンジン」という）１と、自動車のアクセル操作部として構成されるアクセルペダル２と、エンジン１を制御可能に構成される制御装置３とを備える。エンジン１は複数の気筒１１を有し、図１においては、エンジン１における複数の気筒１１のうち１つの断面が模式的に示されている。
【００１５】
アクセル操作部は、アクセルペダル以外であってもよく、特に、自動二輪車の場合、アクセル操作部はアクセルグリップであるとよい。制御装置３は、エンジン１の制御に用いられる制御ユニットとして構成されるＥＣＵ（Engine Control Unit）３１と、各気筒１１に取り付けられる座金型の圧力センサ（以下、「座金センサ」という）３２とを有する。
【００１６】
ＥＣＵ３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等の電子部品、かかる電子部品等を配置した電気回路等を含むように構成されると好ましい。また、座金センサ３２は圧電素子（図示せず）を有し、特に図２に断面を示すように、座金センサ３２は略リング形状に形成されている。かかる座金センサ３２が、各気筒１１の燃焼室１２内の燃焼圧力を検出可能とするように各気筒１１にその外側から接触した状態で取り付けられている。なお、座金センサ３２は、複数の気筒１１のうち少なくとも１つに取り付けられていればよいが、特に、座金センサ３２は複数の気筒１１の全てに取り付けられると好ましい。
【００１７】
このような制御システム及びその制御装置３は、製造効率及び燃焼安定性の判定精度を高めることができ、かつ安定的な燃焼を維持できるように、座金センサ３２によって検出された燃焼圧力を用いて燃焼室１２内の不安定な燃焼を検知する構成となっている。また、制御システム及びその制御装置３は、不安定な燃焼状態を解消できるようにエンジン１を制御する構成となっている。
【００１８】
［エンジンの詳細について］
ここで、図１を参照してエンジン１の詳細について説明する。エンジン１の複数の気筒１１はシリンダブロック１３によって画定されている。エンジン１は、各気筒１１内をその軸線方向に往復運動可能に構成されるピストン１４を備える。各気筒１１の頂部側にはシリンダヘッド１５が配置されている。燃焼室１２は、気筒１１とピストン１４とシリンダヘッド１５とによって囲まれている。
【００１９】
シリンダブロック１３に対して気筒１１の底部側にはクランクケース１６が配置され、クランクケース１６内にはクランクシャフト１７が配置されている。各気筒１１内のピストン１４は、コネクティングロッド１８を介してクランクシャフト１７に連結されている。ピストン１４の往復運動はクランクシャフト１７の回転運動に変換されるようになっている。
【００２０】
シリンダヘッド１５には、燃焼室１２内で火花放電を可能とするように構成される点火プラグ１９が取り付けられている。また、シリンダヘッド１５には吸気ポート２０及び排気ポート２１が接続されている。吸気ポート２０は、シリンダヘッド１５との接続部にて燃焼室１２に向けて開口する吸気開口部２０ａを有し、かつ排気ポート２１は、シリンダヘッド１５との接続部にて燃焼室１２に向けて開口する排気開口部２１ａを有する。吸気ポート２０は、空気を燃焼室１２に送る経路を画定し、かつ排気ポート２１は、燃焼室１２内の燃焼後に発生する排気ガスを触媒（図示せず）に向けて送る経路を画定している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、ＰＦＩ方式のエンジンの場合には、吸気ポートが、燃料及び空気を含む予混合気を燃焼室に送る経路を画定するとよい。さらに、吸気開口部２０ａは吸気バルブ２２によって開閉可能になっており、かつ排気開口部２１ａは排気バルブ２３によって開閉可能になっている。
【００２１】
吸気ポート２０に対して空気流の上流側にはスロットルバルブ２４が配置されており、スロットルバルブ２４は、吸気ポート２０から燃焼室１２に送られる空気の流量を調節可能とするように構成されている。シリンダヘッド１５にはまた、直噴用インジェクタ２５が取り付けられており、直噴用インジェクタ２５は、燃焼室１２内に燃料を直接噴射するように構成されている。
【００２２】
エンジン１においては、吸気ポート２０から送られる空気と直噴用インジェクタ２５から噴射される燃料とによって、ＨＣＣＩ燃焼に適した混合気を燃焼室１２内にて生成できるようになっており、かかる混合気を充填した燃焼室内１２では、点火プラグ１９を用いずに自着火を発生させることができる。また、エンジン１は、低負荷運転時等のように着火時期が不安定になり易い運転状態、又は高負荷運転時等のようにＨＣＣＩ燃焼が困難な運転状態では、点火プラグ１９を用いて燃焼室１２内にて火花放電を発生させることによって燃焼のための火炎核を発生させるように構成されるとよい。
【００２３】
特に、４ストローク方式であるエンジン１の１回の燃焼サイクルにおいては、燃焼行程ＳＴ１、排気行程ＳＴ２、吸気行程ＳＴ３、及び圧縮行程ＳＴ４がかかる順番にて行われる。１回の燃焼サイクルにおいて、クランクシャフト１７は２回転する。そのため、１回の燃焼サイクルにおいて、クランクシャフト１７のクランク角は原則的には７２０°変化し、燃焼行程ＳＴ１、排気行程ＳＴ２、吸気行程ＳＴ３、及び圧縮行程ＳＴ４のそれぞれにおいて、クランクシャフト１７のクランク角は原則的には１８０°変化する。
【００２４】
［制御装置の詳細について］
次に、制御装置３の詳細について説明する。特に図２に示すように、座金センサ３２は、シリンダヘッド１５と点火プラグ１９との間にて締め付けられている。そのため、燃焼室１２内での燃焼に起因して振動が発生すると、かかる振動によって座金センサ３２の締付荷重が圧縮方向又は弛緩方向に変化し、締付荷重の変化によって圧電素子の表面電位が変化する。座金センサ３２は、圧電素子の表面電位の変化に応じた電荷信号（以下、「圧力信号」という）を出力する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、座金センサは、気筒の燃焼室内の燃焼圧力を検出可能であれば、シリンダヘッドと点火プラグ以外の部材との間に締め付けられてもよい。かかる座金センサ３２は、燃焼室１２内の燃焼圧力に応じて圧力信号を生成することができる。
【００２５】
図１に示すように、制御装置３はまた、クランクシャフト１７のクランク角を検出可能なクランク角検出部として構成されるクランク角センサ３３を有する。クランク角センサ３３は、クランクシャフト１７の回転速度、すなわち、エンジン１の回転速度を検出することもできる。クランク角センサ３３は、特に、クランクシャフト１７に取り付けられたタイミングロータ（図示せず）の回転角度及び回転速度を非接触式に検出可能に構成され、かつタイミングロータの周囲に配置されると好ましい。
【００２６】
さらに、制御装置３は、スロットルバルブ２４の開度を検出可能なスロットル開度検出部として構成されるスロットル開度センサ３４と、アクセルペダル２の操作量を検出可能なアクセル操作量検出部として構成されるアクセルセンサ３５とを有する。制御装置３はまた、吸気ポート２０内の空気の圧力を検出可能な吸気圧検出部として構成される吸気圧センサ３６と、燃焼室１２から排気ポート２１に送られた排気ガス中の酸素濃度及び未燃ガス濃度に基づいて燃焼室１２内の混合気の空燃比を検出可能な空燃比検出部として構成されるＬＡＦセンサ（Linear Air-Fuel ratio sensor）３７とを有する。吸気圧センサ３６は、吸気バルブ２２とスロットルバルブ２４との間の吸気ポート２０上に配置されている。ＬＡＦセンサ３７は排気ポート２１上に配置されている。
【００２７】
［ＥＣＵの詳細について］
図３を参照して制御装置３のＥＣＵ３１の詳細について説明する。座金センサ３２から送られる圧力信号は微弱であるので、ＥＣＵ３１は、この圧力信号を受け取り、かつ圧力信号を増幅するように構成される圧力信号増幅部４１を有する。圧力信号増幅部４１は座金センサ３２と電気的に接続されている。
【００２８】
ＥＣＵ３１は、圧力信号増幅部４１により増幅された圧力信号を取得可能に構成される圧力信号取得部４２と、クランク角センサ３３から送られるクランク角の検出値θを取得するように構成されるクランク角取得部４３とを有する。ＥＣＵ３１はまた、圧力信号取得部４２により取得された圧力信号をクランク角取得部４３により取得されたクランク角の検出値θに関連付けた角度−圧力信号を算出するように構成される角度−圧力信号算出部４４を有する。
【００２９】
角度−圧力信号算出部４４は、吸気バルブ２２及び排気バルブ２３の両方を閉じた状態に対応するクランク角の検出値θの範囲内で角度−圧力信号を算出すると好ましい。なお、典型的には、吸気下死点から排気下死点までの間に吸気バルブ２２及び排気バルブ２３の両方が閉じる。さらには、角度−圧力信号算出部４４は、燃焼開始時期から起算したクランク角の検出値θの範囲で角度−圧力信号を算出すると好ましく、特に、角度−圧力信号算出部４４は、燃焼開始時期からそれ以降に現れる角度−圧力信号の最初の変曲点又は最大ピークまでの期間に対応するクランク角の検出値θの範囲で、角度−圧力信号を算出するとより好ましい。
【００３０】
ここで、典型的な角度−圧力信号の概略を図４に示す。なお、図４において、横軸θはクランク角の検出値θ（°）を示し、縦軸Ｉは角度−圧力信号の強度Ｉ（Ｖ）を示し、かつ実線Ｌ１が角度−圧力信号を示す。気筒１１内においては、クランク角の検出値θが原則的に０°〜１８０°の範囲にあるときに燃焼行程ＳＴ１が行われ、クランク角の検出値θが原則的に１８０°〜３６０°の範囲にあるときに排気行程ＳＴ２が行われ、クランク角の検出値θが原則的に３６０°〜５４０°の範囲にあるときに吸気行程ＳＴ３が行われ、かつクランク角の検出値θが原則的に５４０°〜７２０°の範囲にあるときに圧縮行程ＳＴ４が行われる。この場合、クランク角の検出値θが原則的に１８０°である状態が排気下死点に相当し、クランク角の検出値θが原則的に５４０°である状態が吸気下死点に相当する。このような角度−圧力信号は、圧縮行程ＳＴ４から燃焼行程ＳＴ１に渡る期間にて突出するパルス波形を有する。かかるパルス波形は燃焼行程ＳＴ１にて最大ピークに達する。
【００３１】
再び図３を参照すると、ＥＣＵ３１は、所定の遮断周波数よりも高い周波数の成分を逓減するフィルタ処理を、角度−圧力信号算出部４４から送られる角度−圧力信号に施すように構成されるフィルタ部４５を有すると好ましい。フィルタ部４５は、ローパスフィルタ処理又はバンドパスフィルタ処理を実施するように構成されている。遮断周波数は、ＦＦＴ解析（Fast Fourier Transform Analysis、高速フーリエ変換解析）等の手法を用いて、エンジンの駆動振動、ノッキング等に起因するノイズ信号の周波数帯域を確認した上で設定されるとよい。一例として、遮断周波数は、約５ｋＨｚであるとよく、特に、約１ｋＨｚであると好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、遮断周波数は、ノイズ信号を除去でき、かつ燃焼室内の燃焼に起因する角度−圧力信号を精度良く抽出できれば、その他の値になっていてもよい。
【００３２】
ＥＣＵ３１は、角度−圧力信号算出部４４からフィルタ部４５を経由して送られる角度−圧力信号を用いて、各気筒１１の燃焼室１２内の燃焼状態を推定するための燃焼推定パラメータを算出するように構成される燃焼状態推定部４６と、この燃焼状態推定部４６により算出された燃焼推定パラメータを用いて、各燃焼室１２内の燃焼安定性を判定するように構成される安定性判定部４７とを有する。さらに、ＥＣＵ３１は、直噴用インジェクタ２５からの燃料の噴射を調節可能に構成される直噴調節部４８と、気筒１１の燃焼室１２内に充填された混合気の空燃比を調節可能に構成される空燃比調節部４９とを有する。
【００３３】
さらに、図１を参照して説明すると、ＥＣＵ３１は、クランク角センサ３３から送られるエンジン１の回転速度の検出値、スロットル開度センサ３４から送られるスロットル開度の検出値、アクセルセンサ３５から送られるアクセル操作量の検出値に応じて定められる要求トルク、吸気圧センサ３６から送られる空気の圧力の検出値等のうち少なくとも１つに基づいて、空気の流量を調節するように構成されている。空気の流量は、吸気バルブ２２の開閉時期、スロットルバルブ２４の開度等の制御によって調節することができる。
【００３４】
［燃焼状態推定部の詳細について］
図３を参照してＥＣＵ３１の燃焼状態推定部４６の詳細について説明する。燃焼状態推定部４６は、角度−圧力信号上で、燃焼室１２内の各燃焼サイクルにおいて、クランク角の検出値θの一定区間にて変化する角度−圧力信号の強度Ｉの割合である複数の変化率Ｃ（＝ｄＩ／ｄθ）を算出するように構成される変化率算出部５１を有する。かかる変化率算出部５１は算出した変化率Ｃを記憶可能になっている。また、変化率Ｃを定めるクランク角の検出値θの一定区間は、デジタル化された角度−圧力信号の分解能に応じて定められるとよい。例えば、かかる一定区間は、単位角度、すなわち、約１°とすることができる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、クランク角の検出値θの一定区間は、約０．０５°以上かつ約５°以下の範囲内にて定められてもよい。
【００３５】
燃焼状態推定部４６は、燃焼室１２内の各燃焼サイクルにおいて変化率算出部５１により算出された複数の変化率Ｃのうち最大値（以下、「最大変化率」という）Ｍを選別するように構成される変化率選別部５２を有する。具体的には、変化率選別部５２は、１つの燃焼サイクルにおいて変化率算出部５１により記憶された複数の変化率Ｃから最大変化率Ｍを選別する。さらに、変化率選別部５２は、算出した最大変化率Ｍを記憶可能になっている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、変化率選別部は、最大変化率Ｍと実質的に等しい値が得られるのであれば、最大変化率Ｍ以外の変化率Ｃを選別してもよい。例えば、変化率選別部は、複数の変化率Ｃのうちｎ番目に大きなものを選別してもよい。なお、ｎは２以上の整数とし、特に、ｎは２又は３であると好ましい。さらに、変化率選別部５２は、算出した最大変化率Ｍを記憶可能になっている。
【００３６】
ここで、最大変化率Ｍは、燃焼安定性の評価項目として一般的に用いられるＩＭＥＰ（Indicated Mean Effective Pressure、図示平均有効圧力）に対して高い相関性を有する。具体的には、最大変化率Ｍは、燃焼開始時期からそれ以降最初に現れる角度−圧力信号の最大ピークまでの期間にて得ることができ、かかる期間にて得られる最大変化率Ｍ及びＩＭＥＰは互いに対して高い相関性を有する。そのため、かかる最大変化率Ｍを用いて、後述のように燃焼室１２内の燃焼安定性を評価することができる。
【００３７】
燃焼状態推定部４６は、それぞれ複数の燃焼サイクルにて変化率選別部５２により算出された複数の最大変化率Ｍを用いて、燃焼推定パラメータを算出するように構成される燃焼推定パラメータ算出部５３を有する。かかる燃焼推定パラメータ算出部５３は、それぞれ複数の最大変化率Ｍの標準偏差σ及び平均値μを算出するように構成される標準偏差算出部６１及び平均値算出部６２を有する。標準偏差算出部６１及び平均値算出部６２は、最新の燃焼サイクル及びその前の燃焼サイクルにて変化率選別部５２に記憶された複数の最大変化率Ｍに基づいて、標準偏差σ及び平均値μを算出する。さらに、燃焼推定パラメータ算出部５３は、燃焼推定パラメータとして、それぞれ標準偏差算出部６１及び平均値算出部６２により算出される標準偏差σ及び平均値μを用いて変動係数Ｖ（＝（σ／μ）×１００（％））を算出するように構成される変動係数算出部６３を有する。
【００３８】
しかしながら、本発明はこれに限定されず、燃焼推定パラメータ算出部が、標準偏差算出部の代わりに、複数の最大変化率Ｍの最小値を算出するように構成される最小値算出部を有し、さらに、燃焼推定パラメータ算出部の変動係数算出部が、標準偏差σの代わりに、最小値算出部により算出される最小値を用いて変動係数を算出してもよい。また、燃焼推定パラメータ算出部が、最大変化率ＭからＩＭＥＰを推定し、かつ推定した複数のＩＭＥＰから変動係数を算出し、安定性判定部が、かかる変動係数に基づいて燃焼安定性を判定してもよい。この場合、最大変化率ＭとＩＭＥＰとの関係を定義した計算式又はマップを予め求めておき、さらに、燃焼推定パラメータ算出部に、かかる計算式又はマップが格納されて、計算式又はマップを用いて最大変化率ＭからＩＭＥＰが推定されるとよい。なお、最大変化率ＭとＩＭＥＰとの関係は、運転条件に応じた適合試験等の実験、数値シミュレーション等によって予め求められるとよい。
【００３９】
［安定性判定部の詳細について］
図３を参照してＥＣＵ３１の安定性判定部４７の詳細について説明する。安定性判定部４７は、変動係数算出部６３により算出された変動係数Ｖが所定の安定性判定閾値Ｔよりも大きい場合に、燃焼室１２内の燃焼が不安定であると判定し、かつかかる変動係数Ｖが安定性判定閾値Ｔ以下である場合に、燃焼室１２内の燃焼が安定していると判定するようになっている。ここで、安定性判定閾値は次のように予め決定されると好ましい。すなわち、実験、数値シミュレーション等によって、本実施形態のエンジン１と同様の燃焼特性を有するエンジンにて燃焼が安定している状態で変動係数Ｖを求め、さらに、実験、数値シミュレーション等によって、燃焼室１２内の燃焼が安定するように、特に、燃焼室１２内の失火又は部分燃焼の発生を確実に回避できるように、求めた変動係数に対して、０％より大きく、かつ４０％よりも小さな範囲内にて安定性判定閾値Ｔを決定するとよい。
【００４０】
安定性判定閾値Ｔはエンジン１の仕様に応じて変更することができる。また、安定性判定閾値Ｔは、エンジン１のあらゆる運転条件にて一定とすることができる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、安定性判定閾値は、エンジンの運転条件に応じて変更可能になっていてもよい。例えば、エンジンの燃焼が安定し難い場合、特に、エンジンが低回転かつ低負荷の状態にある場合の安定性判定閾値を、エンジンが定常運転の状態にある場合の安定性判定閾値に対して減少させ、かつエンジンの燃焼が安定し易い場合の安定性判定閾値を、エンジンが定常運転の状態にある場合の安定性判定閾値に対して増加させるとよい。
【００４１】
［直噴調節部の詳細について］
図３を参照してＥＣＵ３１の直噴調節部４８の詳細について説明する。直噴調節部４８は、クランク角センサ３３から送られるエンジン１の回転速度の検出値及びスロットル開度センサ３４から送られるスロットル開度の検出値に基づいて、それぞれ直噴用インジェクタ２５からの燃料の噴射量及び噴射時期の目標値を算出する目標噴射量算出部７１及び目標噴射時期算出部７２を有する。目標噴射量算出部７１及び目標噴射時期算出部７２のそれぞれは、クランク角センサ３３及びスロットル開度センサ３４と電気的に接続されている。
【００４２】
目標噴射量算出部７１には噴射量マップが格納されていると好ましく、さらに、目標噴射量算出部７１は、噴射量マップに基づいて、エンジン１の回転速度及びスロットル開度の検出値から噴射量の目標値を算出すると好ましい。具体的には、噴射量の目標値は、噴射量マップ上でエンジン１の回転速度及びスロットル開度の検出値に対応する補正係数を用いて算出されると好ましい。また、目標噴射時期算出部７２には噴射時期マップが格納されていると好ましく、さらに、目標噴射時期算出部７２は、噴射時期マップに基づいて、エンジン１の回転速度及びスロットル開度の検出値から噴射時期の目標値を算出すると好ましい。具体的には、噴射時期の目標値は、噴射時期マップ上でエンジン１の回転速度及びスロットル開度の検出値に対応する補正係数を用いて算出されると好ましい。
【００４３】
直噴調節部４８は、目標噴射量算出部７１により算出された噴射量の目標値と、目標噴射時期算出部７２により算出された噴射時期の目標値とに応じて直噴用インジェクタ２５からの燃料の噴射を制御するように構成される直噴用インジェクタ制御部７３を有する。直噴用インジェクタ制御部７３はパルス波形を含む制御信号を直噴用インジェクタ２５に送るようになっており、直噴用インジェクタ２５は、かかる制御信号に基づいて燃料を噴射するとよい。この場合、直噴用インジェクタ２５からの燃料噴射量は、制御信号のパルス振幅及びパルス幅に応じて決定されるとよい。また、直噴用インジェクタ２５の燃料噴射時期は、制御信号のパルス間隔に応じて決定されるとよい。
【００４４】
［空燃比調節部の詳細について］
図３を参照して、空燃比調節部４９の詳細について説明する。空燃比調節部４９は、クランク角センサ３３から送られるエンジン１の回転速度の検出値及びスロットル開度センサ３４から送られるスロットル開度の検出値に基づいて、燃焼室１２内に充填される混合気の空燃比の目標値を算出するように構成される目標空燃比算出部８１を有する。目標空燃比算出部８１は、クランク角センサ３３及びスロットル開度センサ３４と電気的に接続されている。目標空燃比算出部８１には空燃比マップが格納されていると好ましく、さらに、目標空燃比算出部８１は、空燃比マップに基づいて、エンジン１の回転速度及びスロットル開度の検出値から空燃比の目標値を算出すると好ましい。具体的には、空燃比の目標値は、空燃比マップ上でエンジン１の回転速度及びスロットル開度の検出値に対応する補正係数を用いて算出されると好ましい。
【００４５】
さらに、目標空燃比算出部８１は、安定性判定部４７が燃焼室１２内の燃焼が不安定であると判定した場合、特に、燃焼室内１２にて失火又は部分燃焼が発生し得ると判定した場合、空燃比の目標値をリッチ側に補正するようになっている。この場合、目標空燃比算出部８１は、空燃比マップの一部又は全体の領域における混合気の空燃比の目標値を増加させるように空燃比マップを補正すると好ましい。特に、目標空燃比算出部８１において、空燃比マップが、このように空燃比の目標値を増加させように予め補正されたものに書き換えられるとよい。
【００４６】
空燃比調節部４９は、ＬＡＦセンサ３７から送られる混合気の空燃比の検出値を目標空燃比算出部８１により算出される混合気の空燃比の目標値と略一致させるようにエンジン１を制御する空燃比補正部８２を有する。空燃比補正部８２はＬＡＦセンサ３７と電気的に接続されている。例えば、空燃比補正部８２は、混合気の空燃比の検出値を混合気の空燃比の目標値と略一致させるように、目標噴射量算出部７１にて算出される噴射量の目標値を修正する。具体的には、空燃比補正部８２が、目標噴射量算出部７１の噴射量マップを補正するとよく、かかる補正によって、直噴用インジェクタ制御部７３から直噴用インジェクタ２５に送られる制御信号のパルス幅が変更されるとよい。
【００４７】
［制御方法について］
図５を参照して、本実施形態に係るエンジン１の制御方法について以下に説明する。圧力信号取得部４２が圧力信号を取得し、かつクランク角取得部４３がクランク角の検出値θを取得する（ステップＳ１）。角度−圧力信号算出部４４が、圧力信号をクランク角の検出値θに関連付けた角度−圧力信号を算出する（ステップＳ２）。フィルタ部４５が、角度−圧力信号に対して遮断周波数よりも高い周波数の成分を逓減するフィルタ処理を施す（ステップＳ３）。
【００４８】
変化率算出部５１が、角度−圧力信号上で、燃焼室１２内の各燃焼サイクルにおいて、クランク角の検出値θの一定区間にて変化する角度−圧力信号の強度Ｉの割合である複数の変化率Ｃを算出かつ記憶する（ステップＳ４）。変化率選別部５２が、各燃焼サイクルにて、複数の変化率Ｃの最大変化率Ｍを選別かつ記憶する（ステップＳ５）。標準偏差算出部６１が、複数の最大変化率Ｍの標準偏差σを算出し、かつ平均値算出部６２が複数の最大変化率Ｍの平均値μを算出する（ステップＳ６）。変動係数算出部６３が、標準偏差σ及び平均値μを用いて変動係数Ｖを算出する（ステップＳ７）。安定性判定部４７が、変動係数Ｖが安定性判定閾値Ｔ以下であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００４９】
安定性判定部４７が、変動係数Ｖが安定性判定閾値Ｔよりも大きいと判定した場合（ＮО）、燃焼室１２内の燃焼が不安定であると判定される（ステップＳ９）。この場合、目標空燃比算出部８１が、混合気の空燃比の目標値をリッチ側に補正する（ステップＳ１０）。ＬＡＦセンサ３７により検出された混合気の空燃比の検出値を補正された空燃比の目標値と略一致させるように、目標噴射量算出部７１にて設定された噴射量の目標値を補正し、かつ補正された噴射量の目標値に応じて直噴用インジェクタ２５からの燃料噴射量を増加させる（ステップＳ１１）。その一方で、安定性判定部４７が、変動係数Ｖが安定性判定閾値Ｔ以下であると判定した場合（ＮО）、燃焼室１２内の燃焼が安定していると判定される（ステップＳ１２）。この場合、気筒１１に関するこれまでの運転状態を維持する（ステップ１３）。かかる制御方法は、燃焼が安定するまで繰り返されるフィードバック制御の態様にて実施されてもよい。
【００５０】
しかしながら、本発明はこれに限定されず、本発明の制御方法においては、上記制御システムの変形例等に対応してそのステップが変更されてもよい。
【００５１】
以上、本実施形態に係る制御装置３によれば、気筒１１にその外側から接触するように取り付けられる座金センサ３２のコストは、燃焼室内で直接的に燃焼圧力を検出するようにシリンダヘッド１５に搭載される従来の圧力センサ（以下、「筒内圧力センサ」という）のコストと比較して低くすることができるので、製造コストを低減できる。また、座金センサ３２が、座金型になっており、かつ気筒１１にその外側から接触するように取り付けられるので、取付が容易になっている。特に、座金センサ３２がシリンダヘッド１５と点火プラグ１９との間で締め付けられるので、取付がより容易になる。その結果、製造効率を向上させることができる。さらに、燃焼圧力の圧力信号をクランクシャフト１７のクランク角に関連付けた角度−圧力信号を用いて、燃焼室１２内の燃焼状態を推定する燃焼推定パラメータを算出し、かかる燃焼推定パラメータを用いて燃焼安定性を判定するので、燃焼安定性の判定精度を高めることができ、ひいては、安定的な燃焼を維持することができる。
【００５２】
本実施形態に係る制御装置３によれば、吸気バルブ２２及び排気バルブ２３を閉じた状態で検出された燃焼圧力に対応する圧力信号は、吸気バルブ２２及び排気バルブ２３の着座時に生ずる振動の影響を受けないので、燃焼安定性の判定精度を高めることができる。付随的には、演算処理に用いられる圧力信号が限定されるので、演算負荷を低減することができる。
【００５３】
本実施形態に係る制御装置３によれば、角度−圧力信号にて遮断周波数よりも高い周波数の成分に含まれるノイズ、例えば、エンジン１の振動、吸気バルブ２２及び排気バルブ２３の着座時に生ずる振動、ノッキングに伴う振動等を、フィルタ部４５によって除去することができるので、角度−圧力信号から燃焼状態を正確に把握できるように角度−圧力信号を精度良く検出することができる。その結果、燃焼安定性の判定精度を高めることができる。
【００５４】
本実施形態に係る制御装置３によれば、クランク角の検出値θの一定区間にて変化する角度−圧力信号の強度Ｉの割合である複数の変化率Ｃ間の最大変化率Ｍは、燃焼安定性の評価項目として一般的に用いられるＩＭＥＰに対して高い相関性を有しており、かかる最大変化率Ｍを用いて算出される燃焼推定パラメータに基づいて燃焼安定性が判定されるので、燃焼安定性の判定精度を極めて高くすることができる。なお、最大変化率Ｍの代わりに、複数の変化率Ｃのうち最大変化率Ｍと実質的に等しいものを用いた場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００５５】
本実施形態に係る制御装置３によれば、複数の最大変化率Ｍの標準偏差σ及び平均値μに基づく変動係数Ｖは、上記ＩＭＥＰに対して高い相関性を有しており、さらに、このような変動係数Ｖに基づいて燃焼安定性が判定されるので、燃焼安定性の判定精度を極めて高くすることができる。
【００５６】
本実施形態に係る制御装置３によれば、燃焼室１２内の不安定な燃焼に関する上述のような正確な判定に基づいて、燃焼室１２内の燃焼を安定させるべく混合気の空燃比をリッチ側に変化させるので、安定的な燃焼を確実に維持することができる。特に、本実施形態のようにエンジン１がＨＣＣＩ方式である場合には、燃焼室１２内の失火又は部分燃焼を回避できるので、ＨＣＣＩ燃焼を確実に維持することができる。
【００５７】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る制御装置を含む制御システムについて説明する。本実施形態に係る制御システムは、燃焼室内の燃焼が不安定な場合に燃焼を安定化させるための制御を除いて、第１実施形態に係る制御システムと同様である。
【００５８】
［燃焼室内の燃焼の安定化制御について］
本実施形態における燃焼室内の燃焼の安定化制御について説明する。本実施形態に係る制御システムにおいては、目標噴射時期算出部７２が、安定性判定部４７が燃焼室１２内の燃焼が不安定であると判定した場合、特に、燃焼室内１２にて失火又は部分燃焼が発生し得ると判定した場合、各燃焼サイクルにて直噴用インジェクタ２５により燃焼室１２内に燃料を直接噴射する時期を早めるようになっている。この場合、目標噴射時期算出部７２は、噴射時期マップの一部または全体の領域における噴射時期を早めるように噴射時期マップを補正すると好ましい。特に、目標噴射時期算出部７２において、噴射時期マップが、このように噴射時期の目標値を増加させように予め補正されたものに書き換えられるとよい。
【００５９】
本実施形態に係る制御方法においては、安定性判定部４７が、変動係数Ｖが安定性判定閾値Ｔよりも大きいと判定した場合（ＮО）、燃焼室１２内の燃焼が不安定であると判定される。この場合、目標噴射時期算出部７２が、直噴用インジェクタ２５により燃焼室１２内に燃料を直接噴射する時期を早める。
【００６０】
以上、本実施形態に係る制御システムによれば、燃焼室１２内の燃焼の安定化制御に基づく以下の効果を除いて、第１実施形態に係る制御システムと同様の効果を得ることができる。燃焼室１２内の燃焼の安定化制御に基づく効果について、燃焼室１２内の不安定な燃焼に関する上述のような正確な判定に基づいて、燃焼室１２内の燃焼を安定させるべく直噴用インジェクタ２５により燃焼室１２内に燃料を直接噴射する時期を早めるので、安定的な燃焼を確実に維持することができる。特に、本実施形態のようにエンジン１がＨＣＣＩ方式である場合には、燃焼室１２内の失火又は部分燃焼を回避できるので、ＨＣＣＩ燃焼を確実に維持することができる。
【００６１】
ここまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、その技術的思想に基づいて変形及び変更可能である。
【実施例】
【００６２】
［実施例１］
実施例１について説明する。実施例１では、座金センサ３２に加えて、筒内圧力センサをシリンダヘッド１５に取り付けた第１実施形態のエンジン１を用いた。さらに、実施例１では、エンジン１において、ＡＴＤＣ（After Top Dead Center）が９°であるときにＭＢＦ（Mass Burned Fraction、質量燃焼割合）が５０％となるような設定（以下、「第１の設定」という）と、ＡＴＤＣが１５．５°であるときにＭＢＦが５０％となるような設定（以下、「第２の設定」という）とのそれぞれにて、最大変化率Ｍを算出した。具体的には、第１及び第２の設定のそれぞれにおいて、エンジン１の回転速度を３０００ｒｐｍとし、気筒１１の燃焼室１２内のＢＭＥＰ（Break Mean Effective Pressure、正味平均有効圧力）を６００ｋＰａとし、かつＨＣＣＩ燃焼を発生させる条件で、座金センサ３２から圧力信号を取得し、かかる圧力信号に基づく角度−圧力信号を算出し、さらに、角度−圧力信号上で、クランク角の検出値θの一定区間を１°とした場合の最大変化率Ｍを算出した。
【００６３】
［比較例１］
比較例１について説明する。比較例１では、実施例１と同様のエンジンを用いた。さらに、比較例１では、実施例１と同様の第１及び第２の設定のそれぞれにおいて実施例１と同条件で、実施例１にて圧力信号を取得することと同時に筒内圧力センサから筒内圧力信号を取得し、かかる筒内圧力信号に基づいて筒内角度−圧力信号を算出し、さらに、筒内角度−圧力信号上で、クランク角の検出値θの一定区間を１°とした場合の筒内最大変化率Ｎを算出した。
【００６４】
実施例１及び比較例１においては、図６に示すような角度−圧力信号及び筒内角度−圧力信号が得られた。なお、図６においては、横軸θがクランク角の検出値θ（°）を示し、紙面上左側の縦軸Ｐが筒内圧力センサより得られる筒内燃焼圧力の検出値Ｐ（ｂａｒ）を示し、かつ紙面上右側の縦軸Ｉが座金センサ３２により得られる角度−圧力信号の強度Ｉ（Ｖ）を示す。さらに、図６において、実線Ｌ２ａ及び破線Ｌ３ａがそれぞれ実施例１における第１及び第２の設定の角度−圧力信号を示し、かる実線Ｌ２ｂ及び破線Ｌ３ｂがそれぞれ比較例１における第１及び第２の設定の筒内角度−圧力信号を示す。
【００６５】
図６において、実施例１と比較例１との比較の便宜上、実施例１における第１及び２の設定の角度−圧力信号は、角度−圧力信号の強度Ｉの正負を逆転させて示されている。図６において、実施例１における第１の設定の角度−圧力信号にてクランク角０°以降の最初の最大ピークが現れるタイミングが、燃焼開始タイミングとなる。また、比較例１における第１及び２の設定の筒内角度−圧力信号を積分したものがＩＭＥＰとなる。
【００６６】
このような実施例１及び比較例１における第１及び第２の設定における最大変化率Ｍ及び筒内最大変化率Ｎを比較した。その結果、燃焼行程ＳＴ１において、実施例１及び比較例１の第１の設定における最大変化率Ｍ及び筒内最大変化率Ｎは同様の傾向にあり、かつこれらの第２の設定における最大変化率Ｍ及び筒内最大変化率Ｎもまた同様の傾向にあることが確認できた。特に、実施例１及び比較例１における第１の設定を用いて説明すると、図６において、実施例１の最大変化率Ｍは、Δθにより示されるクランク角の検出値θの一定区間にて角度−圧力信号の強度Ｉの最大変化量ΔＩが得られている角度−圧力信号の領域にて算出され、かつ比較例１の筒内最大変化率Ｎは、筒内燃焼圧力の検出値Ｐの最大変化量ΔＰが得られている筒内角度−圧力信号の領域にて算出された。
【００６７】
［実施例２］
実施例２について説明する。実施例２では、座金センサ３２に加えて、筒内圧力センサをシリンダヘッド１５に取り付けた第１実施形態のエンジン１を用いた。さらに、実施例２では、かかるエンジン１の回転速度を１０００ｒｐｍとし、気筒１１の燃焼室１２内のＢＭＥＰを６００ｋＰａとし、かつＨＣＣＩ燃焼を発生させるケース（以下、「第１のケース」という）と、エンジン１の回転速度を３０００ｒｐｍとし、気筒１１の燃焼室１２内のＢＭＥＰを６００ｋＰａとし、かつＨＣＣＩ燃焼を発生させるケース（以下、「第２のケース」という）とのそれぞれにおいて、最大変化率Ｍを算出した。具体的には、座金センサ３２から圧力信号を取得し、かかる圧力信号に基づく角度−圧力信号を算出し、さらに、角度−圧力信号から複数の変化率Ｃ間の最大変化率Ｍを算出した。かかる最大変化率Ｍの算出を連続１００回の燃焼サイクルにて行った。なお、変化率Ｃの算出に用いるクランク角の検出値θの一定区間は１°とした。
【００６８】
［比較例２］
比較例２について説明する。比較例２では、実施例２と同様のエンジンを用いた。さらに、比較例２では、実施例２と同様の第１及び第２のケースにて、実施例２にて圧力信号を取得することと同時に筒内圧力センサから燃焼圧力の検出値を取得し、さらに、かかる燃焼圧力の検出値を用いてＩＭＥＰを算出した。かかるＩＭＥＰの算出を連続１００回の燃焼サイクルにて行った。
【００６９】
実施例２及び比較例２の第１のケースを比較すると、図７に示すような最大変化率ＭとＩＭＥＰとの相関図と、図８に示すような最大変化率ＭとＩＭＥＰとの関係を示すグラフが得られた。また、実施例２及び比較例２の第２のケースを比較すると、図９に示すような最大変化率ＭとＩＭＥＰとの相関図と、図１０に示すような最大変化率ＭとＩＭＥＰとの関係を示すグラフが得られた。
【００７０】
なお、図７においては、横軸Ｍが最大変化率Ｍ（Ｖ／°）を示し、かつ縦軸ＩＭＥＰがＩＭＥＰ（ｋＰａ）を示す。また、図７の相関図上には、実施例２及び比較例２の第１のケースにより得られた１００回の燃焼サイクルの算出結果がプロットされている。図８においては、横軸ＣＣが燃焼サイクル（サイクル）を示し、紙面上左側の縦軸ＩＭＥＰがＩＭＥＰ（ｋＰａ）を示し、かつ紙面上右側の縦軸Ｍが最大変化率Ｍ（Ｖ／°）を示す。また、図８において、実線Ｌ４ａが実施例２の第１のケースにおける算出結果を示し、かつ実線Ｌ４ｂが比較例２の第１のケースにおける算出結果を示す。図９においては、横軸Ｍが最大変化率Ｍ（Ｖ／°）を示し、かつ縦軸ＩＭＥＰがＩＭＥＰ（ｋＰａ）を示す。また、図９の相関図上には、実施例２及び比較例２の第２のケースにより得られた１００回の燃焼サイクルの算出結果がプロットされている。図１０においては、横軸ＣＣが燃焼サイクル（サイクル）を示し、紙面上左側の縦軸ＩＭＥＰがＩＭＥＰ（ｋＰａ）を示し、かつ紙面上右側の縦軸Ｍが最大変化率Ｍ（Ｖ／°）を示す。また、図１０において、実線Ｌ５ａが実施例２の第２のケースにおける算出結果を示し、かつ実線Ｌ５ｂが比較例２の第２のケースにおける算出結果を示す。
【００７１】
かかる図７及び図８に示すように、実施例２及び比較例２の第１のケースに関する最大変化率ＭとＩＭＥＰとの相関係数Ｒが０．８であり、かつ図９及び図１０に示すように、実施例２及び比較例２の第２のケースに関する相関係数が０．８５であった。そのため、上記いずれのケースにおいても相関係数Ｒが０．８以上であり、最大変化率ＭとＩＭＥＰとの相関性が高いことが確認できた。すなわち、最大変化率Ｍを用いて、高い精度の燃焼安定性の判定を行うことができることが確認できた。
【００７２】
［実施例３］
実施例３について説明する。実施例３においては、実施例２と同様の条件で、１００回の燃焼サイクルの最大変化率Ｍに基づいて変動係数Ｖを算出し、かかる変動係数Ｖに基づいて燃焼安定性を評価した。このような条件において、燃焼が不安定な状態を５０回目以降の燃焼サイクルで再現して、変動係数Ｖに基づく燃焼安定性判定の確実性を確認した。
【００７３】
かかる実施例３においては、図１１に示すような燃焼サイクルと変動係数Ｖとの関係が得られた。なお、図１１においては、横軸ＣＣが燃焼サイクル（サイクル）を示し、縦軸Ｖが変動係数Ｖ（％）を示し、かつ実線Ｌ６が実施例３の算出結果を示す。かかる図１１に示すように、変動係数Ｖが、５０回以降の燃焼サイクルで増加し、特に、８０回以降の燃焼サイクルで急激に増加していた。そのため、燃焼が不安定な状態は変動係数Ｖによって判定可能であることが確認できた。例えば、安定性判定閾値Ｔは、図１１に示すように、燃焼が安定している状態の変動係数Ｖよりも大きく定めることができる。燃焼が安定している状態の変動係数Ｖに対する安定性判定閾値Ｔの増加量は、燃焼が安定している状態の変動係数Ｖと、燃焼が不安定な状態の変動係数Ｖとを確実に判別可能とするように定められるとよい。
【符号の説明】
【００７４】
１  ＨＣＣＩエンジン（エンジン）
１１  気筒
１２  燃焼室
１３  シリンダブロック
１７  クランクシャフト
２２  吸気バルブ
２３  排気バルブ
２５  直噴用インジェクタ
３  制御装置
３１  ＥＣＵ
３２  座金型の圧力センサ（座金センサ）
４３  クランク角取得部
４４  角度−圧力信号算出部
４５  フィルタ部
４６  燃焼状態推定部
４７  安定性判定部
４８  直噴調節部
４９  空燃比調節部
５１  変化率算出部
５２  変化率選別部
５３  燃焼推定パラメータ算出部
６１  標準偏差算出部
６２  平均値算出部
６３  変動係数算出部
θ  クランク角の検出値
Ｉ  角度−圧力信号の強度
Ｃ  変化率
Ｍ  複数の変化率の最大値（最大変化率）
σ  標準偏差
μ  平均値
Ｖ  変動係数
Ｔ  安定性判定閾値
【図１】
2018123768.tif 000003
【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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