(57)【要約】【課題】燃料の着火時期を精度良く検出する。【解決手段】内燃機関１００の制御装置２００が、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を、機関運転状態に基づいて設定された目標噴射量、及び目標噴射時期に制御する燃料噴射制御部と、特定周波数帯域における機関本体１の振動成分に基づいて、燃料の着火時期を検出する着火時期検出部と、を備える。燃料噴射制御部は、着火時期検出部によって検出した着火時期と、機関運転状態に応じた目標着火時期と、の偏差に基づいて、目標噴射量、及び目標噴射時期の一方、又は双方を補正するように構成される。特定周波数帯域は、機関本体１が弾性振動する周波数帯域の低周波側の帯域であって、振動センサ２１０によって検出される振動成分の中で、機関本体１が燃焼圧力を受けることによって生じる燃焼振動成分の割合が所定値以上となる帯域とされる。【選択図】図１
2019116842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体と、
前記機関本体の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記機関本体の振動を検出する振動センサと、
を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を、機関運転状態に基づいて設定された目標噴射量、及び目標噴射時期に制御する燃料噴射制御部と、
特定周波数帯域における前記機関本体の振動成分に基づいて、燃料の着火時期を検出する着火時期検出部と、
を備え、
前記燃料噴射制御部は、
前記着火時期検出部によって検出した着火時期と、機関運転状態に応じた目標着火時期と、の偏差に基づいて、前記目標噴射量、及び前記目標噴射時期の一方、又は双方を補正するように構成され、
前記特定周波数帯域は、
前記機関本体が弾性振動する周波数帯域の低周波側の帯域であって、前記振動センサによって検出される振動成分の中で、前記機関本体が燃焼圧力を受けることによって生じる燃焼振動成分の割合が所定値以上となる帯域とされる、
内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記特定周波数帯域は、
０．１ｋＨｚから１．８ｋＨｚまでの周波数帯域である、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記特定周波数帯域は、
０．２ｋＨｚから０．８ｋＨｚまでの周波数帯域である、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記着火時期検出部は、
機関回転速度が高くなるほど、前記特定周波数帯域を狭くする、
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記着火時期検出部は、
特定周波数帯域における前記機関本体の振動成分に基づいて、前記機関本体の振動レベルを算出し、
機関運転状態に基づいて、前記機関本体の機械振動レベルを算出し、
前記振動レベルから前記機械振動レベルを減算して燃焼振動レベルを算出し、
前記燃焼振動レベルが所定の燃焼判定閾値以上になった時期を燃料の着火時期として検出する、
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記着火時期検出部は、
複数の閾値を用いて単純化した各クランク角における前記燃焼振動レベルの波形に基づいて、要求トルクを発生させるための燃料が燃焼したときの主振動部分を特定し、当該主振動部分において前記燃焼振動レベルが前記燃焼判定閾値燃焼判定閾値以上になった時期を燃料の着火時期として検出する、
請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記燃料噴射制御部は、
低負荷側の運転領域で燃料が予混合圧縮自着火燃焼を起こし、高負荷側の運転領域で燃料が拡散燃焼を起こすように、前記燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を制御し、
前記着火時期検出部は、
燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる場合は、燃料を拡散燃焼させる場合よりも前記燃焼判定閾値を小さくする、
請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記着火時期検出部は、
前記偏差の短期間に亘る移動平均値と、前記偏差の長期間に亘る移動平均値と、に基づいて、前記燃焼振動レベルを補正する、
請求項５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】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来の内燃機関の制御装置として、所定の周波数帯域（５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］程度）をバンド幅として持つバンドパスフィルタによってフィルタ処理を施したノックセンサの出力値に基づいて、燃料の着火時期を検出するように構成されたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０３３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ノックセンサの出力値、すなわちノックセンサによって検出される振動には、燃焼によって生じる振動（燃焼振動）と、燃焼とは別の機械的な要因によって生じる振動（機械振動）と、が含まれており、前述した特許文献１のものでは、この機械振動による影響を十分に排除できていなかった。そのため、燃料の着火時期を精度良く検出するのが難しいという問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、燃料の着火時期を精度良く検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、機関本体の振動を検出する振動センサと、を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を、機関運転状態に基づいて設定された目標噴射量、及び目標噴射時期に制御する燃料噴射制御部と、特定周波数帯域における機関本体の振動成分に基づいて、燃料の着火時期を検出する着火時期検出部と、を備える。燃料噴射制御部は、着火時期検出部によって検出した着火時期と、機関運転状態に応じた目標着火時期と、の偏差に基づいて、目標噴射量、及び目標噴射時期の一方、又は双方を補正するように構成される。特定周波数帯域は、機関本体が弾性振動する周波数帯域の低周波側の帯域であって、振動センサによって検出される振動成分の中で、機関本体が燃焼圧力を受けることによって生じる燃焼振動成分の割合が所定値以上となる帯域とされる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のこの態様によれば、燃料の着火時期を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。
【図２】図２は、ノックセンサの出力値に対して１／３オクターブバンド処理を施して算出した周波数毎の機関本体の振動レベルを、モータリング時と定常運転時とで比較した図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、特定周波数帯域を０．２［ｋＨｚ］から０．８［ｋＨｚ］の周波数帯域とした場合の検出振動レベルと、筒内圧力と、の関係を示した図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、特定周波数帯域を０．１［ｋＨｚ］から１．８［ｋＨｚ］の周波数帯域とした場合の検出振動レベルと、筒内圧力と、の関係を示した図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、比較例として、特定周波数帯域を１．０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］の周波数帯域とした場合の検出振動レベルと、筒内圧力と、の関係を示した図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態による燃料噴射制御について説明するフローチャートである。
【図６】図６は、約１．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域における機械振動レベルを、機関回転速度が低い場合と高い場合とで比較して示した図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。
【図８Ａ】図８Ａは、或る機関運転状態において、多段噴射を実施して燃料を拡散燃焼させた場合の燃焼振動波形を示した図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに示した第１閾値ＴＨ１から第３閾値ＴＨ３までの３つ閾値を用いて燃焼振動波形を単純化処理して示した図である。
【図９】図９は、本発明の第３実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。
【図１０】図１０は、機関本体の運転領域を示す図である。
【図１１】図１１は、或る機関運転状態における燃焼振動波形を、ＤＣモード時とＰＣＣＩモード時とで比較して示した図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。
【図１３Ａ】図１３Ａは、或る機関運転状態における拡散燃焼時の燃焼振動波形を示した図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、或る機関運転状態における予混合圧縮自着火燃焼時の燃焼振動波形を示した図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。
【図１５Ａ】図１５Ａは、或る機関運転状態における燃焼振動波形を、拡散燃焼時と予混合圧縮自着火燃焼時とで比較して示した図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａに示した第１閾値ＴＨ１から第３閾値ＴＨ３までの３つ閾値を用いて、拡散燃焼時の燃焼振動波形を単純化処理して示した図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１５Ａに示した第１閾値ＴＨ１から第３閾値ＴＨ３までの３つ閾値を用いて、予混合圧縮自着火燃焼時の燃焼振動波形を単純化処理して示した図である。
【図１６】図１６は、本発明の第６実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。
【図１７】図１７は、本発明の第７実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。
【図１８】図１８は、補正値算出処理について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。図２は、内燃機関１００の機関本体１の断面図である。
【００１１】
図１に示すように、内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、吸気動弁装置５と、排気動弁装置６と、を備える。
【００１２】
機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室内で燃料を自着火燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体１には、気筒毎に一対の吸気弁５０と一対の排気弁６０とが設けられる。また機関本体１には、機関本体１の振動を検出するためのノックセンサ２１０が取り付けられる。ノックセンサ２１０は、圧電素子を備えた振動センサ（加速度センサ）の一種であり、機関本体１の振動に応じた電圧値を出力する。
【００１３】
燃料供給装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、デリバリパイプ２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３と、圧送パイプ２４と、燃圧センサ２１１と、を備える。
【００１４】
燃料噴射弁２０は、燃焼室内に直接燃料を噴射することができるように、各気筒１０の燃焼室に臨むように各気筒１０に１つ設けられる。燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁２０が開弁されると燃料噴射弁２０から燃焼室内に直接燃料が噴射される。
【００１５】
デリバリパイプ２１は、圧送パイプ２４を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２４の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。デリバリパイプ２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁２０が開弁されると、デリバリパイプ２１に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁２０から燃焼室内に直接噴射される。
【００１６】
サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。
【００１７】
燃圧センサ２１１は、デリバリパイプ２１に設けられる。燃圧センサ２１１は、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち各燃料噴射弁２０から各気筒１０内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出する。
【００１８】
吸気装置３は、燃焼室内に吸気を導くための装置であって、燃焼室内に吸入される吸気の状態（吸気圧（過給圧）、吸気温、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、吸気通路となる吸気管３０及び吸気マニホールド３１と、ＥＧＲ通路３２と、を備える。
【００１９】
吸気管３０は、一端がエアクリーナ３４に接続され、他端が吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａに接続される。吸気管３０には、上流から順にエアフローメータ２１２、排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７１、インタークーラ３５及びスロットル弁３６が設けられる。
【００２０】
エアフローメータ２１２は、吸気管３０内を流れて最終的に気筒１０内に吸入される空気の流量を検出する。
【００２１】
コンプレッサ７１は、コンプレッサハウジング７１ａと、コンプレッサハウジング７１ａ内に配置されたコンプレッサホイール７１ｂと、を備える。コンプレッサホイール７１ｂは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ７のタービンホイール７２ｂによって回転駆動され、コンプレッサハウジング７１ａ内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。排気ターボチャージャ７のタービン７２には、タービンホイール７２ｂの回転速度を制御するための可変ノズル７２ｃが設けられており、可変ノズル７２ｃによってタービンホイール７２ｂの回転速度が制御されることで、コンプレッサハウジング７１ａ内から吐出される吸気の圧力（過給圧）が制御される。
【００２２】
インタークーラ３５は、コンプレッサ７１によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２３】
スロットル弁３６は、吸気管３０の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド３１に導入する吸気量を調整する。スロットル弁３６は、スロットルアクチュエータ３６ａによって開閉駆動され、スロットルセンサ２１３によってその開度（スロットル開度）が検出される。
【００２４】
吸気マニホールド３１は、機関本体１に形成された吸気ポート１４に接続されており、吸気管３０から流入してきた吸気を、吸気ポート１４を介して各気筒１０に均等に分配する。吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａには、筒内に吸入される吸気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ２１４と、筒内に吸入される吸気の温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ２１５と、が設けられる。
【００２５】
ＥＧＲ通路３２は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａを連通し、各気筒１０から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ３１ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」といい、筒内ガス量に占めるＥＧＲガス量の割合、すなわち排気の還流率のことを「ＥＧＲ率」という。ＥＧＲガスを吸気コレクタ３１ａ、ひいては各気筒１０に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。ＥＧＲ通路３２には、上流から順にＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、が設けられる。
【００２６】
ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２７】
ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御することで、吸気コレクタ３１ａに還流させるＥＧＲガスの流量が調節される。
【００２８】
排気装置４は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド４１と、排気通路４２と、を備える。
【００２９】
排気マニホールド４１は、機関本体１に形成された排気ポート１５に接続されており、各気筒１０から排出された排気を纏めて排気通路４２に導入する。
【００３０】
排気通路４２には、上流から順に排気ターボチャージャ７のタービン７２と、排気後処理装置４３と、が設けられる。
【００３１】
タービン７２は、タービンハウジング７２ａと、タービンハウジング７２ａ内に配置されたタービンホイール７２ｂと、を備える。タービンホイール７２ｂは、タービンハウジング７２ａ内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール７１ｂを駆動する。
【００３２】
タービンホイール７２ｂの外側には、前述した可変ノズル７２ｃが設けられている。可変ノズル７２ｃは絞り弁として機能し、可変ノズル７２ｃのノズル開度（弁開度）は電子制御ユニット２００によって制御される。可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることでタービンホイール７２ｂを駆動する排気の流速をタービンハウジング７２ａ内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることで、タービンホイール７２ｂの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル７２ｃのノズル開度を小さくする（可変ノズル７２ｃを絞る）と、排気の流速が上がってタービンホイール７２ｂの回転速度が増大し、過給圧が増大する。
【００３３】
排気後処理装置４３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。
【００３４】
吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置５は、吸気弁５０の開閉時期を制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成される。しかしながら、これに限らず、吸気カムシャフトによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成し、当該吸気カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、吸気弁５０の開閉時期を制御できるようにしてもよい。
【００３５】
排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置６は、排気弁６０の開閉時期を制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって排気弁６０を開閉駆動するように構成される。しかしながら、これに限らず、排気カムシャフトによって排気弁６０を開閉駆動するように構成し、当該排気カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対する排気カムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、排気弁６０の開閉時期を制御できるようにしてもよい。また例えば、油圧等によってカムプロフィールを変更することで排気弁６０の開閉時期やリフト量を変更できるようにしても良い。
【００３６】
電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【００３７】
入力ポート２０５には、前述した燃圧センサ２１１などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
【００３８】
出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して、燃料噴射弁２０などの各制御部品に接続される。
【００３９】
電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、本実施形態に係る電子制御ユニット２００による内燃機関１００の制御について説明する。
【００４０】
電子制御ユニット２００は、燃料の着火時期が目標着火時期となるように、機関運転状態（機関回転速度及び機関負荷）に基づいて、燃料噴射弁２０を制御する。
【００４１】
本実施形態では電子制御ユニット２００は、全ての運転領域で燃料が拡散燃焼（Diffusive Combustion）するように、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を、機関運転状態に応じて設定される目標噴射量、及び目標噴射時期に制御する。具体的には電子制御ユニット２００は、多段噴射（本実施形態ではパイロット噴射、メイン噴射、及びアフター噴射）を実施し、メイン噴射によって燃焼室内に噴射された燃料が、燃料噴射後にほぼ遅れなく短い着火遅れ時間（燃焼室内に噴射された燃料が自着火に至るまでの時間）で燃焼するように、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を制御する。
【００４２】
ここで着火時期が目標着火時期からずれると、排気エミッションが悪化したり、機関本体１の出力が低下してトルク変動が生じたりするなど、種々の問題が生じるおそれがある。そのため、燃料の着火時期を検出し、検出した着火時期と目標着火時期とに所定値以上のズレがあった場合には、そのズレを補正すべく、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の目標噴射量、及び目標噴射時期の一方、又は双方を補正することが望ましい。
【００４３】
着火時期を検出する方法としては、例えば機関本体１に筒内圧力センサを取り付け、当該筒内圧力センサの出力値に基づいて検出する方法が挙げられる。この方法によれば、筒内圧力センサによって各気筒内の圧力変動を直接検出できるため、着火時期を精度良く検出することができる。しかしながら、筒内圧力センサが気筒数だけ必要になると共に、筒内圧力センサ自体の単価も高いため、コストが増大する。
【００４４】
一方で、ノックセンサ２１０の出力値に基づいて着火時期を精度良く検出できれば、ノックセンサ２１０は単価が安く、また機関本体１に最低限１つ取り付ければ良いものなので、コストの増大を抑制できる。
【００４５】
しかしながら、ノックセンサ２１０の出力値、すなわちノックセンサ２１０によって検出される振動には、機関本体１が燃焼圧力を受けることによって生じる燃焼振動と、燃焼振動とは別の機械的な要因によって生じる機械振動と、が含まれている。機械振動は、燃焼の有無にかかわらず、クランクシャフトを回転させたときに必ず生じることになる振動であって、例えば機関本体１がピストン等から外力を受けることよって生じる振動や、回転次数に伴う振動（タイミングチェーンから発生する振動等）である。
【００４６】
したがってノックセンサ２１０の出力値には、必ず機械振動がノイズとして含まれることになり、ノックセンサ２１０の出力値に対して各種の処理を施して算出される機関本体１の振動レベル（以下「検出振動レベル」という。）［ｄＢ］は、機械振動に起因する機械振動レベルに、燃焼振動に起因する燃焼振動レベルを加算したものということができる。
【００４７】
そのため、ノックセンサ２１０の出力値に基づいて着火時期を精度良く検出するには、ノックセンサ２１０の出力値からノイズとなる機械振動の影響を可能な限り排除することが必要となる。そこで、ノックセンサ２１０の出力値から機械振動の影響を可能な限り排除すべく、発明者達が鋭意研究を行った結果、機械振動が小さくなる周波数帯域が存在することがわかった。
【００４８】
図２は、ノックセンサ２１０の出力値に対して１／３オクターブバンド処理を施して算出した周波数毎の機関本体１の振動レベル（検出振動レベル）を、モータリング時（燃焼を実施せずにクランクシャフトを回転させている状態）と、一定の出力トルク（８０［Ｎｍ］と１４０［Ｎｍ］）で機関本体１の運転を行っている定常運転時とで比較した図である。図２において、モータリング時の検出振動レベルが機械振動レベルに相当し、定常運転時の検出振動レベルが機械振動レベルに燃焼振動レベルを加算したものに相当する。
【００４９】
図２に示すように、モータリング時の振動レベル、すなわち機械振動レベルは、約０．１［ｋＨｚ］までの周波数帯域で極大値Ｄ１を取り、約０．２［ｋＨｚ］から約０．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域で極小値Ｄ２を取って極大値Ｄ１よりも小さくなっている。このように図２に示す例では、機械振動レベルは、約０．２［ｋＨｚ］から０．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域において、その他の周波数帯域よりも低下していることがわかる。
【００５０】
そして図２に示す例では、約０．１［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動は、機関本体１が剛体振動することによって生じる振動であり、それ以上の周波数帯域の振動は、機関本体１が弾性振動することによって生じる振動である。剛体振動は、機関本体１の形状は変化せず、機関本体１が形状を維持したまま変位することによって生じる振動である。一方で弾性振動は、機関本体１の形状が変化することで生じる振動である。
【００５１】
したがって機械振動レベルは、機関本体１が剛体振動する周波数帯域（以下「剛体周波数帯域」という。）で極大値Ｄ１を取り、機関本体１が弾性振動する周波数帯域（以下「弾性周波数帯域」という。）の低周波側の帯域で一旦極大値Ｄ１よりも低下し、弾性周波数帯域の高周波側の帯域で極大値Ｄ１よりも大きくなっていくということができる。
【００５２】
一方で図２に示すように、定常運転時の振動レベル（＝機械振動レベル＋燃焼振動レベル）は、モータリング時の振動レベルと異なり、明確に低下する周波数帯域を持たず、約０．１［ｋＨｚ］から約１．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域において、モータリング時の振動レベルよりも比較的高い値を取っていることがわかる。
【００５３】
したがって、約０．１［ｋＨｚ］から約１．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域、特に約０．２［ｋＨｚ］から約０．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域は、その他の周波数帯域と比べて、定常運転時の振動レベルに占める機械振動レベルの割合が、燃焼振動レベルの割合よりも小さくなる周波数帯域ということができる。
【００５４】
すなわち、約０．１［ｋＨｚ］から約１．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域、特に約０．２［ｋＨｚ］から約０．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域は、検出振動レベルに占める燃焼振動レベルの割合が所定値以上となる周波数帯域ということができ、その他の周波数帯域と比べて、機械振動の影響が小さくなる周波数帯域ということができる。
【００５５】
そこで本実施形態では、この機械振動の影響が小さくなる周波数帯域（以下「特定周波数帯域」という。）をバンド幅として持つバンドパスフィルタによってフィルタ処理を施したノックセンサ２１０の出力値に基づいて、着火時期を検出することとした。以下、この本実施形態による着火時期の検出制御、及び燃料噴射制御について説明する。
【００５６】
図３は、本実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。
【００５７】
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、ノックセンサ２１０の出力値、及びクランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度を読み込む。
【００５８】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、ノックセンサ２１０の出力値に対して、特定周波数帯域をバンド幅に持つバンドパスフィルタによってフィルタ処理を施し、特定周波数帯域の各クランク角における振動成分を取り出した振動波形を算出する。本実施形態では、特定周波数帯域を０．２［ｋＨｚ］から０．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域としている。
【００５９】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、ステップＳ２で算出した振動波形に対して包絡線処理（エンベロープ処理）を施して、各クランク角における当該振動波形の振幅の大きさ、すなわち各クランク角における検出振動レベルを算出する。なお本実施形態では、特定周波数帯域を０．２［ｋＨｚ］から０．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域としているので、包絡線処理を施す際の基準周波数を、特定周波数帯域の中心となる約０．４［ｋＨｚ］から約０．５［ｋＨｚ］としている。
【００６０】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、機関回転速度と各クランク角における機械振動レベルとを関連付けたマップを参照し、機関回転速度に基づいて、各クランク角における機械振動レベルを算出する。前述したように機械振動は、燃焼の有無にかかわらずクランクシャフトを回転させたときに必ず生じることになる振動である。そのため、予め実験等によって機械回転速度毎の各クランク角における機械振動レベルを算出しておけば、機関回転速度と各クランク角における機械振動レベルとを関連付けたマップを作成することができる。なお機械振動レベルは、前述したようにモータリング時における検出振動レベルに相当するものなので、燃料カット時における検出振動レベルに基づいて、このマップを補正するようにしても良い。
【００６１】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、検出振動レベルから機械振動レベルを減算して、燃焼振動レベルを算出し、各クランク角における燃焼振動レベルの波形（以下「燃焼振動波形」という。）を算出する。
【００６２】
ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、燃焼振動波形を参照し、燃焼振動レベルが所定の燃焼判定閾値以上となったクランク角を、着火時期として検出する。
【００６３】
なお、本実施形態のように多段噴射を実施して燃料を燃焼させる場合、要求トルクを発生させるためのメイン噴射燃料の燃焼時を着火時期として検出する必要があるが、パイロット噴射燃料の燃焼時やアフター噴射燃料の燃焼時にも燃焼振動レベルは高くなる。そのため、多段噴射を実施する場合には、パイロット噴射燃料の燃焼時やアフター噴射燃料の燃焼時に生じる燃焼振動レベルよりも高くなるように、燃焼判定閾値を設定することが望ましい。
【００６４】
図４Ａは、特定周波数帯域を０．２［ｋＨｚ］から０．８［ｋＨｚ］の周波数帯域とした場合の検出振動レベルと、筒内圧力と、の関係を示した図である。図４Ｂは、特定周波数帯域を０．１［ｋＨｚ］から１．８［ｋＨｚ］の周波数帯域とした場合の検出振動レベルと、筒内圧力と、の関係を示した図である。図４Ｃは、比較例として、特定周波数帯域を１．０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］の周波数帯域とした場合の検出振動レベルと、筒内圧力と、の関係を示した図である。
【００６５】
図４Ａに示すように、特定周波数帯域を０．２［ｋＨｚ］から０．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域とした場合は、メイン噴射燃料の燃焼（筒内圧力の上昇）に対応して検出振動レベルが燃焼判定閾値よりも高くなっており、それ以外の時期には検出振動レベルが燃焼判定閾値よりも低くなっていることがわかる。
【００６６】
また図４Ｂに示すように、特定周波数帯域を０．１［ｋＨｚ］から１．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域とした場合は、特定周波数帯域を０．２［ｋＨｚ］から０．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域とした場合よりもノイズが増加するものの、メイン噴射燃料の燃焼に対応して検出振動レベルが燃焼判定閾値よりも高くなっており、それ以外の時期には検出振動レベルが燃焼判定閾値よりも低くなっていることがわかる。
【００６７】
一方で図４Ｃに示すように、特定周波数帯域を１．０［ｋＨｚ］から３．０［ｋＨｚ］までの周波数帯域とした場合は、ノイズが増加し、メイン噴射燃料の燃焼時期以外においても検出振動レベルが燃焼判定閾値よりも高くなっていることがわかる。そのため、メイン噴射燃料の燃焼時期以外の時期を着火時期として誤検出してしまうおそれがある。
【００６８】
このように本実施形態によれば、特定周波数帯域をバンド幅として持つバンドパスフィルタによってフィルタ処理を施したノックセンサ２１０の出力値に基づいて検出振動レベルを算出することで、検出振動レベルに占める機械振動レベルの割合を小さくし、逆に燃焼振動レベルの割合を大きくすることができる。そのため、ノックセンサ２１０によって検出される振動中に含まれる燃焼振動成分を精度良く検出することができるので、燃料の着火時期を精度良く検出することができる。
【００６９】
なお本実施形態のように、ノックセンサ２１０の出力値に対して特定周波数帯域をバンド幅に持つバンドパスフィルタによってフィルタ処理を施して各クランク角における検出振動レベルを算出する場合、当該フィルタ処理に起因する検出遅れ（燃焼振動を検出するまでの遅れ）が生じる。このフィルタ処理に起因する検出遅れは、基本的に機関本体１の構造や材質等によって予め定まる固定値となる。
【００７０】
したがって、このようなフィルタ処理に起因する検出遅れが着火時期の検出精度上、無視できなくなった場合には、前述した図３のフローチャートのステップＳ６で検出した着火時期からフィルタ処理に起因する検出遅れに相当するクランク角を減算したものを、着火時期として採用するようにしても良い。
【００７１】
図５は、本実施形態による燃料噴射制御について説明するフローチャートである。
【００７２】
ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、を読み込み、機関運転状態を検出する。
【００７３】
ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、予め作成されたマップを参照し機関運転状態に基づいて、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の目標噴射量、及び目標噴射時期を算出する。
【００７４】
ステップＳ１３において、電子制御ユニット２００は、前回の燃焼サイクルにおいて着火時期の検出制御によって検出された着火時期を読み込み、その検出着火時期と、機関運転状態に応じて予め設定されている目標着火時期と、の偏差を着火時期偏差ΔＣとして算出する。
【００７５】
ステップＳ１４において、電子制御ユニット２００は、着火時期偏差ΔＣの絶対値が所定偏差未満か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、着火時期偏差ΔＣの絶対値が所定偏差未満であれば、ステップＳ１５の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、着火時期偏差ΔＣの絶対値が所定偏差以上であれば、ステップＳ１６の処理に進む。
【００７６】
ステップＳ１５において、電子制御ユニット２００は、目標噴射時期に目標噴射量の燃料が燃料噴射弁２０から噴射されるように燃料供給装置を制御する。
【００７７】
ステップＳ１６において、電子制御ユニット２００は、検出着火時期が目標着火時期となるように、目標噴射量、及び目標噴射時期の一方、又は双方を補正する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、着火時期偏差ΔＣが正の値であった場合、すなわち検出着火時期が目標着火時期よりも遅角していた場合には、検出着火時期が目標着火時期となるように、目標噴射時期を進角側に補正する。一方で電子制御ユニット２００は、着火時期偏差ΔＣが負の値であった場合、すなわち検出着火時期が目標着火時期よりも進角していた場合には、検出着火時期が目標着火時期となるように、目標噴射時期を遅角側に補正する。
【００７８】
以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁２０と、機関本体１の振動を検出するノックセンサ２１０（振動センサ）と、を備える内燃機関１００を制御するための電子制御ユニット２００（制御装置）が、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期を、機関運転状態に基づいて設定された目標噴射量、及び目標噴射時期に制御する燃料噴射制御部と、特定周波数帯域における機関本体１の振動成分に基づいて、燃料の着火時期を検出する着火時期検出部と、を備える。
【００７９】
そして燃料噴射制御部は、着火時期検出部によって検出した自着火時期と、機関運転状態に応じた目標着火時期と、の着火時期偏差ΔＣに基づいて、目標噴射量、及び目標噴射時期の一方、又は双方を補正するように構成される。特定周波数帯域は、機関本体１が弾性振動する周波数帯域の低周波側の帯域であって、ノックセンサ２１０によって検出される振動成分の中で、機関本体１が燃焼圧力を受けることによって生じる燃焼振動成分の割合が所定値以上となる帯域とされる。具体的には特定周波数帯域は、０．１［ｋＨｚ］から１．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域とされ、好ましくは０．２［ｋＨｚ］から０．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域とされる。
【００８０】
このように、機関本体１が燃焼圧力を受けることによって生じる燃焼振動成分の割合が所定値以上となる帯域における機関本体１の振動成分に基づいて、燃料の着火時期を検出することで、ノックセンサ２１０によって検出される振動中に含まれる燃焼振動成分を精度良く検出することができるので、燃料の着火時期を精度良く検出することができる。
【００８１】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、機関回転速度に応じてバンドパスフィルタのバンド幅、すなわち特定周波数帯域を変化させる点で、第１実施形態と相違する。
【００８２】
図６は、約１．８［ｋＨｚ］までの周波数帯域における機械振動レベルを、機関回転速度が低い場合と高い場合とで比較して示した図である。
【００８３】
前述した第１実施形態では、約０．１［ｋＨｚ］までの周波数帯域を、機関本体１が剛体振動する剛体周波数帯域とし、それ以上の弾性周波数帯域の約０．１［ｋＨｚ］から約１．８［ｋＨｚ］までを特定周波数帯域としていた。
【００８４】
しかしながら剛体振動は、主にピストン等の往復回転系の部品に起因する振動や回転１次成分の振動などに依存しているため、剛体周波数帯域は機関回転速度に応じて変化する。具体的には、機関回転速度が高くなるほど、剛体周波数帯域が高周波数側に拡大する傾向にある。
【００８５】
そのため、図６に示すように、機関回転速度が高くなると、剛体周波数帯域で極大値Ｄ１をとる周波数が高周波数側の周波数となる傾向にあり、特定周波数帯域の下限周波数（前述した第１実施形態では約０．２［ｋＨｚ］）が増加すると共に、特定周波数帯域の上限周波数（前述した第１実施形態では約０．８［ｋＨｚ］）が低下する傾向にある。その結果、機械振動レベルが特に小さくなる周波数帯域（前述した第１実施形態では約０．２［ｋＨｚ］から約０．８「ｋＨｚ」までの周波数帯域）が狭くなり、機械振動の影響が小さくなる周波数帯域も全体として狭くなる傾向にある。
【００８６】
そこで本実施形態では、機関回転速度が高くなるほど、バンドパスフィルタのバンド幅、すなわち特定周波数帯域を狭くして着火時期の検出を行うこととした。以下、この本実施形態による着火時期の検出制御について説明する。
【００８７】
図７は、本実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。図７において、ステップＳ１からステップＳ６までの処理内容は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００８８】
ステップＳ２１において、電子制御ユニット２００は、機関回転速度に基づいて、特定周波数帯域を設定する。具体的には電子制御ユニット２００は、機関回転速度が高くなるほど、特定周波数帯域の下限周波数を高くすると共に上限周波数を低くして、特定周波数帯域を狭くする。
【００８９】
以上説明した本実施形態による電子制御ユニット２００の着火時期検出部は、機関回転速度が高くなるほど、特定周波数帯域を狭くするように構成されている。
【００９０】
これにより、機関回転速度に応じて変化する剛体周波数帯域にあわせて、ノックセンサ２１０によって検出される振動中に含まれる燃焼振動成分を精度良く検出することができる。そのため、第１実施形態と同様の効果が得られると共に、燃料の着火時期を一層精度良く検出することができる。
【００９１】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、燃焼振動波形の中で、要求トルクを発生させるための燃料が燃焼したときの振動部分（以下「主振動部分」という。）を特定して着火時期を検出する点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【００９２】
前述した各実施形態では、燃焼振動レベルが所定の燃焼判定閾値以上となった時期を着火時期、すなわち要求トルクを発生させるための燃料の燃焼時期として検出していた。このとき、パイロット噴射燃料等の要求トルクを発生させるための燃料以外の燃焼に起因する燃焼振動レベルの上昇時期を着火時期として誤検出するのを防ぐには、燃焼判定閾値を或る程度大きい値に設定する必要がある。しかしながら、燃焼判定閾値を大きくするほど、実際の着火時期に対して検出される着火時期が遅角側のクランク角となってしまうので、着火時期の検出精度が低下してしまう。
【００９３】
そこで本実施形態では、燃焼振動波形に対して単純化処理を施すことで、主振動部分とそれ以外の振動部分、すなわちパイロット噴射燃料等の要求トルクを発生させるための燃料以外の燃焼による振動部分と、を特定した上で、着火時期の検出を行うこととした。
【００９４】
以下、図８Ａ、及び図８Ｂを参照し、この本実施形態による着火時期の検出方法について説明する。
【００９５】
図８Ａは、或る機関運転状態において、多段噴射を実施して燃料を拡散燃焼させた場合の燃焼振動波形を示した図である。図８Ｂは、図８Ａに示した第１閾値ＴＨ１から第３閾値ＴＨ３までの３つ閾値を用いて燃焼振動波形を単純化処理して示した図である。
【００９６】
図８Ｂに示すように、本実施形態では、燃焼振動レベルが第１閾値ＴＨ１よりも小さいときは、燃焼振動レベルをゼロにし、燃焼振動レベルが第１閾値ＴＨ１以上、かつ第２閾値ＴＨ２未満のときは、燃焼振動レベルを第１閾値ＴＨ１にする。また燃焼振動レベルが第２閾値ＴＨ２以上、かつ第３閾値ＴＨ３未満のときは、燃焼振動レベルを第２閾値ＴＨ２とし、燃焼振動レベルが第３閾値ＴＨ３以上のときは、燃焼振動レベルを第３閾値ＴＨ３とする。
【００９７】
これにより、燃焼振動レベルが第１閾値ＴＨ１以上、かつ第２閾値ＴＨ２未満となっている部分が、パイロット噴射燃料等の要求トルクを発生させるための燃料以外の燃焼による振動部分として現れた燃焼振動波形を得ることができる。また燃焼振動レベルが第３閾値ＴＨ３以上となっている部分が、要求トルクを発生させるための燃料の燃焼による振動部分、すなわち主振動部分として現れた燃焼振動波形を得ることができる。
【００９８】
ここで第２閾値ＴＨ２は、パイロット噴射燃料の燃焼時やアフター噴射燃料の燃焼時に生じる燃焼振動レベルよりも高い値に設定される閾値であり、前述した各実施形態で採用していた燃焼判定閾値に相当する。したがって本実施形態によれば、主振動部分において、燃焼振動レベルが第２閾値ＴＨ２よりも小さい第１閾値ＴＨ１以上となった時期を着火時期として検出することができる。そのため、燃焼判定閾値を小さくして着火時期の検出精度を向上させることができる。
【００９９】
図９は、本実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。図９において、ステップＳ１からステップＳ５までの処理内容は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１００】
ステップＳ３１において、電子制御ユニット２００は、燃焼振動波形に対して単純化処理を施す。具体的には電子制御ユニット２００は、前述した通り、燃焼振動レベルが第１閾値ＴＨ１よりも小さいときは、燃焼振動レベルをゼロにし、燃焼振動レベルが第１閾値ＴＨ１以上、かつ第２閾値ＴＨ２未満のときは、燃焼振動レベルを第１閾値ＴＨ１にする。また燃焼振動レベルが第２閾値ＴＨ２以上、かつ第３閾値ＴＨ３未満のときは、燃焼振動レベルを第２閾値ＴＨ２とし、燃焼振動レベルが第３閾値ＴＨ３以上のときは、燃焼振動レベルを第３閾値ＴＨ３とする。
【０１０１】
ステップＳ３２において、電子制御ユニット２００は、燃焼振動レベルが第３閾値ＴＨ３以上となっている部分を主振動部分として特定する。
【０１０２】
ステップＳ３３において、電子制御ユニット２００は、燃焼振動レベルが第１閾値ＴＨ１以上、かつ第２閾値ＴＨ２未満となっている部分の数（以下「第１閾値超え回数」という。）と、燃料噴射回数と、が一致しているか否かを判定する。
【０１０３】
例えば多段噴射を実施している場合、第１閾値超え回数と燃料噴射回数とは一致するはずであるが、第１閾値超え回数が燃料噴射回数よりも多いときは、第１閾値が小さすぎ、ノイズの影響によって燃焼振動レベルが第１閾値ＴＨ１以上、かつ第２閾値ＴＨ２未満となっている部分があると判断できる。一方で、第１閾値超え回数が燃料噴射回数よりも少ないときは、第１閾値ＴＨ１が大きすぎると判断できる。そこで電子制御ユニット２００は、第１閾値超え回数と燃料噴射回数とが一致していない場合は、第１閾値ＴＨ１の値を所定値だけ増減させて更新すべく、ステップＳ３５の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、第１閾値超え回数と燃料噴射回数とが一致している場合は、第１閾値ＴＨ１の値を更新することなく、ステップＳ３４の処理に進む。
【０１０４】
ステップＳ３４において、電子制御ユニット２００は、主振動部分において、燃焼振動レベルが第１閾値ＴＨ１以上となったクランク角を着火時期として検出する。
【０１０５】
ステップＳ３５において、電子制御ユニット２００は、第１閾値ＴＨ１の値を更新する。具体的には電子制御ユニット２００は、第１閾値超え回数が燃料噴射回数よりも多かったときは、第１閾値ＴＨ１の値を所定値だけ大きくし、第１閾値超え回数が燃料噴射回数よりも少なかったときは、第１閾値ＴＨ１の値を所定値だけ小さくする。
【０１０６】
以上説明した本実施形態によれば、複数の閾値（本実施形態では第１閾値ＴＨ１から第３閾値ＴＨ３）を用いて単純化した燃焼振動波形に基づいて主振動部分を特定することができる。そのため、多段噴射の影響を排除して、主振動部分において、燃焼振動レベルが燃焼判定閾値以上となった時期を着火時期として検出することができる。そのため、
燃焼判定閾値を小さくして着火時期の検出精度を向上させることができる。
【０１０７】
（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、所定の運転領域において、予混合圧縮自着火燃焼（Premix Charged Compressive Ignition）を実施して機関本体１の運転を行う点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【０１０８】
本実施形態による電子制御ユニット２００は、機関運転状態に基づいて、機関本体１の運転モードを予混合圧縮自着火燃焼モード（以下「ＰＣＣＩモード」という。）、又は拡散燃焼モード（以下「ＤＣモード」という。）のいずれかに切り替えて、機関本体１の運転を行う。
【０１０９】
電子制御ユニット２００は、図１０に示すように、機関運転状態が低回転速度・低負荷側のＰＣＣＩ領域内にあれば、運転モードをＰＣＣＩモードに切り替え、機関運転状態が高回転速度・高負荷側のＤＣ領域内にあれば、運転モードをＤＣモードに切り替える。そして電子制御ユニット２００は、各運転モードに応じた各制御部品の制御を実施して機関本体１の運転を行う。
【０１１０】
具体的には電子制御ユニット２００は、運転モードがＤＣモードのときは、前述した第１実施形態と同様に多段噴射を実施し、メイン噴射によって燃焼室内に噴射された燃料が、燃料噴射後にほぼ遅れなく短い着火遅れ時間で燃焼するように、燃料噴射弁２０から多段噴射する各燃料の噴射量、及び噴射時期などを制御して機関本体１の運転を行う。
【０１１１】
また電子制御ユニット２００は、運転モードがＰＣＣＩモードのときは、燃焼室内に噴射された燃料が、燃料噴射後に空気との予混合期間をある程度置いた上で（すなわち燃料噴射後に拡散燃焼時よりも長い着火遅れ時間で）燃焼する予混合圧縮自着火燃焼を起こすように、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の噴射量、及び噴射時期などを制御して機関本体１の運転を行う。
【０１１２】
このように、運転モードを燃焼形態の異なる複数の運転モードに切り替えながら機関本体１の運転を行う場合、運転モードに応じて燃焼振動波形が変化する場合がある。
【０１１３】
図１１は、或る機関運転状態における燃焼振動波形を、ＤＣモード時とＰＣＣＩモード時とで比較して示した図である。
【０１１４】
図１１に示すように、本実施形態ではＤＣモード時に多段噴射を実施しているため、メイン噴射燃料の燃焼時に加えて、パイロット噴射燃料の燃焼時やアフター噴射燃料の燃焼時にも燃焼振動レベルが高くなる。
【０１１５】
したがって前述したように、ＤＣモード時において、メイン噴射燃料の燃焼時を着火時期として検出するためには、燃焼判定閾値をパイロット噴射燃料の燃焼時やアフター噴射燃料の燃焼時に生じる燃焼振動レベルよりも高くなるように設定する必要がある。
【０１１６】
これに対してＰＣＣＩモード時には、予混合気が多点で同時期に燃焼するため、基本的に予混合気の燃焼時にだけ燃焼振動レベルが高くなる。そのため、ＰＣＣＩモード時には、ＤＣモード時のように燃焼判定閾値を高める必要がなく、逆にＰＣＣＩモード時の燃焼判定閾値をＤＣモード時の燃焼判定閾値と同じにすると、その分だけ実際の着火時期と比較して検出される着火時期が遅角側のクランク角となってしまい、着火時期の検出精度が悪化することになる。
【０１１７】
そこで本実施形態では、ＰＣＣＩモード時とＤＣモード時とで燃焼判定閾値を変化させることとした。具体的には、ＰＣＣＩモード時にはＤＣモード時よりも燃焼判定閾値を小さくすることとした。これにより、ＰＣＣＩモード時の着火時期の検出精度を向上させることができる。以下、この本実施形態による着火時期の検出制御について説明する。
【０１１８】
図１２は、本実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。図１２において、ステップＳ１からステップＳ６までの処理内容は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１１９】
ステップＳ４１において、電子制御ユニット２００は、現在の運転モードがいずれの運転モードであるかを判定する。電子制御ユニット２００は、運転モードがＰＣＣＩモードであれば、ステップＳ４２の処理に移行する。一方で電子制御ユニット２００は、運転モードがＤＣモードであれば、ステップＳ４３の処理に移行する。
【０１２０】
ステップＳ４２において、電子制御ユニット２００は、燃焼判定閾値をＰＣＣＩモード時用の閾値（以下「ＰＣＣＩ判定閾値」という。）ＴＨｐに設定する。
【０１２１】
ステップＳ４３において、電子制御ユニット２００は、燃焼判定閾値をＤＣモード時用の閾値（以下「ＤＣ判定閾値」という。）ＴＨｄに設定する。ＤＣ判定閾値ＴＨｄは、ＰＣＣＩ判定閾値ＴＨｐよりも大きい値である。
【０１２２】
以上説明した本実施形態によれば、燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる場合は、燃料を拡散燃焼させる場合よりも燃焼判定閾値を小さくすることができる。そのため、燃料を予混合圧縮自着火燃焼させた場合の着火時期を精度良く検出することができる。
【０１２３】
また燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる運転領域は低負荷側の領域であるため、高負荷側の領域に比べて燃焼に起因する振動成分（燃焼振動成分）が小さくなりやすいが、本実施形態によればこのような低負荷側の運転領域においても機械振動成分の影響を可能な限り排除して燃焼振動成分を抽出できる。そのため、低負荷側の運転領域で実施される予混合圧縮自着火燃焼の着火時期を精度良く検出することができる。
【０１２４】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、燃焼形態を判別し、燃焼形態に応じて燃焼判定閾値を変更する点で、第４実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【０１２５】
前述した第４実施形態では、運転モードに応じて燃焼判定閾値を変更していたが、本実施形態では燃焼形態、すなわち拡散燃焼しているか、又は予混合圧縮自着火燃焼しているかを燃焼振動波形に基づいて判別し、その判別結果に応じて燃焼判定閾値を変更する。以下、この本実施形態による燃焼形態の判別方法について説明する。
【０１２６】
図１３Ａは、或る機関運転状態における拡散燃焼時の燃焼振動波形を示した図である。図１３Ｂは、或る機関運転状態における予混合圧縮自着火燃焼時の燃焼振動波形を示した図である。
【０１２７】
図１３Ａ、及び図１３Ｂに示すように、拡散燃焼時の燃焼振動波形は、予混合圧縮自着火燃焼時の燃焼振動波形と比較して、振動期間Ｗが長くなる一方で燃焼振動レベルの最大値Ｈが小さくなる傾向にある。そのため、振動期間Ｗに対する燃焼振動レベルの最大値Ｈの比率Ｈ／Ｗは、拡散燃焼時には小さくなり、一方で予混合圧縮自着火燃焼時には大きくなる傾向にある。
【０１２８】
そこで本実施形態では、比率Ｈ／Ｗが所定比率未満のときは、燃料が拡散燃焼していると判断して燃焼判定閾値をＤＣ判定閾値ＴＨｄに設定すると共に、比率Ｈ／Ｗが所定比率以上のときは、燃料が予混合圧縮自着火燃焼していると判断して燃焼判定閾値をＰＣＣＩ判定閾値ＴＨｐに設定する。以下、この本実施形態による着火時期の検出制御について説明する。
【０１２９】
図１４は、本実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。図１４において、ステップＳ１からステップＳ６、ステップＳ４２、及びステップＳ４３の処理内容は、第１実施形態、及び第４実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１３０】
ステップＳ５１において、電子制御ユニット２００は、燃焼振動波形に基づいて、当該燃焼振動波形の振動期間Ｗ、及び燃焼振動レベルの最大値Ｈを検出し、比率Ｈ／Ｗを算出する。
【０１３１】
ステップＳ５２において、電子制御ユニット２００は、比率Ｈ／Ｗが所定比率以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、比率Ｈ／Ｗが所定比率以上であれば、ステップＳ４２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、比率Ｈ／Ｗが所定比率未満であれば、ステップＳ４３の処理に進む。
【０１３２】
以上説明した本実施形態によれば、第５実施形態と同様に、燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる場合は、燃料を拡散燃焼させる場合よりも燃焼判定閾値を小さくすることができる。そのため、燃料を予混合圧縮自着火燃焼させた場合の着火時期を精度良く検出することができる。
【０１３３】
（第６実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、燃焼形態の判別方法が第５実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【０１３４】
図１５Ａは、図１３と同様の図であり、或る機関運転状態における燃焼振動波形を、拡散燃焼時と予混合圧縮自着火燃焼時とで比較して示した図である。
【０１３５】
図１５Ｂ、及び図１５Ｃは、図１５Ａに示した第１閾値ＴＨ１から第３閾値ＴＨ３までの３つ閾値を用いて、拡散燃焼時、及び予混合圧縮自着火燃焼時の燃焼振動波形をそれぞれ単純化処理して示した図である。
【０１３６】
図１５Ｂに示すように、燃焼振動波形に対して単純化処理を施すことで、拡散燃焼時には、要求トルクを発生させるための燃料の燃焼によって生じた振動部分（主振動部分）と、パイロット噴射燃料等の要求トルクを発生させるための燃料以外の燃焼によって生じた振動部分と、が現れた燃焼振動波形を得ることができる。一方で図１５Ｃに示すように、予混合圧縮自着火燃焼時には、主振動部分のみが現れることになる。
【０１３７】
そのため、燃焼振動レベルが第１閾値ＴＨ１以上、かつ第２閾値ＴＨ２未満となっている部分の数（第１閾値超え回数）によって、燃焼形態の判別を行うことができる。そこで本実施形態では、第１閾値超え回数に応じて燃焼形態を判別し、燃焼形態に応じて燃焼判定閾値を変更することとした。以下、この本実施形態による着火時期の検出制御について説明する。
【０１３８】
図１６は、本実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。図１６において、ステップＳ１からステップＳ６、ステップＳ３１、ステップＳ３２、ステップＳ３４、ステップＳ４２、及びステップＳ４３の処理内容は、第１実施形態、第３実施形態、及び第４実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１３９】
ステップＳ６１において、電子制御ユニット２００は、第１閾値超え回数を算出する。
【０１４０】
ステップＳ６２において、電子制御ユニット２００は、第１閾値超え回数に基づいて、燃焼形態を判別する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、第１閾値超え回数が１回であれば、燃焼形態が予混合圧縮自着火燃焼であると判別し、第１閾値超え回数が複数回であれば、燃焼形態が拡散燃焼であると判別する。
【０１４１】
ステップＳ６３において、電子制御ユニット２００は、燃焼形態が予混合圧縮自着火燃焼であればステップＳ４２の処理に進み、燃焼形態が拡散燃焼であればステップＳ４３の処理に進む。
【０１４２】
以上説明した本実施形態によれば、第５実施形態と同様に、燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる場合は、燃料を拡散燃焼させる場合よりも燃焼判定閾値を小さくすることができる。そのため、燃料を予混合圧縮自着火燃焼させた場合の着火時期を精度良く検出することができる。
【０１４３】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。本実施形態は、着火時期偏差ΔＣの移動平均値に基づいて、燃焼振動レベルを補正する点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【０１４４】
着火時期偏差ΔＣが生じる要因としては、前述したようにノックセンサ２１０の出力値にフィルタ処理を施していること以外にも、着火遅れ時間の変化に起因するものが挙げられる。
【０１４５】
ここで着火遅れ時間が変化する要因としては、一時的な要因と、永続的な要因と、がある。一時的な要因としては、例えば機関負荷が変化する過渡運転時に、吸気の応答遅れによって吸気量が目標値からズレてしまうことや、給油によって燃料のセタン価やオクタン価が変化することなどが挙げられる。一方で永続的な要因としては、燃料供給装置の経年劣化によって、燃料噴射弁２０から噴射される噴射量が変動してしまうことなどが挙げられる。
【０１４６】
そこで本実施形態では、このような一時的な着火遅れ時間の変化に起因する着火時期のズレを、着火時期偏差ΔＣの短期間に亘る移動平均値（以下「短期移動平均値」という。）に基づいて補償すると共に、永続的な着火遅れ時間の変化に起因する着火時期のズレを、着火時期偏差ΔＣの長期間に亘る移動平均値（以下「長期移動平均値」という。）に基づいて補償することとした。以下、この本実施形態による着火時期の検出制御について説明する。
【０１４７】
図１７は、本実施形態による着火時期の検出制御について説明するフローチャートである。図１７において、ステップＳ１からステップＳ６までの処理内容は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１４８】
ステップＳ７１において、電子制御ユニット２００は、後述する補正値算出処理によって算出された補正値Ｃｐを読み込み、燃焼振動レベルに補正値Ｃｐを加算して燃焼振動レベルを補正し、各クランク角における燃焼振動レベルの波形（燃焼振動波形）を算出する。なお補正値Ｃｐの初期値はゼロである。
【０１４９】
ステップＳ７２において、電子制御ユニット２００は、補正値算出処理を実施する。補正値算出処理の詳細については、図１８を参照して後述する。
【０１５０】
図１８は、補正値算出処理について説明するフローチャートである。
【０１５１】
ステップＳ７２１において、電子制御ユニット２００は、ステップＳ６で検出した着火時期と、機関運転状態に応じて予め設定されている目標着火時期と、の偏差を、着火時期偏差ΔＣとして算出する。
【０１５２】
ステップＳ７２２において、電子制御ユニット２００は、下記式（１）に基づいて、着火時期偏差ΔＣの短期移動平均値ＣＳを算出する。
【数１】
2019116842.tif 000003
【０１５３】
ステップＳ７２３において、電子制御ユニット２００は、下記式（２）に基づいて、着火時期偏差ΔＣの長期移動平均値ＣＬを算出する。
【数２】
2019116842.tif 000004
【０１５４】
ステップＳ７２４において、電子制御ユニット２００は、短期移動平均値ＣＳと長期移動平均値ＣＬとを足し合わせたものに、所定の係数ｋを掛けたものを補正値Ｃｐ（＝ｋ×（ＣＳ＋ＣＬ））として算出する。
【０１５５】
したがって本実施形態によれば、補正値Ｃｐが大きくなるほど、すなわち、目標着火時期に対して検出着火時期が遅角しているほど、燃焼振動レベルが高くなるように補正することができる。これにより、一時的、及び永続的な着火遅れ時間の変化に起因する自着火時期のズレを修正することができるので、着火時期を精度良く検出することができる。
【０１５６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１５７】
例えばノックセンサ２１０が燃焼振動を検出するまでには、振動の伝達速度（音速）に応じた遅れが生じる。この振動の伝達速度は、機関本体１の温度に応じて変化し、具体的には機関本体１の温度が高くなるほど振動の伝達速度が遅くなって遅れが大きくなる。
【０１５８】
したがって例えば、機関本体１の温度を代表する冷却水温の温度が高いときほど、前述した図３のフローチャートのステップＳ６で検出した着火時期を進角側に補正するようにしても良い。
【０１５９】
また上記の各実施形態では、機関本体１にノックセンサ２１０を１つ取り付けていたが、２つ以上のノックセンサ２１０を取り付けて、一つをメインのセンサとし、他をサブのセンサとすることで、互いのセンサ同士の出力値を監視してセンサに異常が生じているかを判断するようにしても良い。そしてメインのセンサに異常が生じたときに、サブのセンサで着火時期を検出できるようにしても良い。
【０１６０】
また上記の第２実施形態では、機関回転速度が高くなるほど特定周波数帯域を狭くするようにしていたが、前述した図３のフローチャートのステップＳ３で包絡線処理を施す際の基準周波数を、機関回転速度が高くなるほど高くするように構成しても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【０１６１】
１    機関本体
２０    燃料噴射弁
１００    内燃機関
２００    電子制御ユニット（制御装置）
２１０    ノックセンサ（振動センサ）
【図１】
2019116842.tif 000005
【図２】
2019116842.tif 000006
【図３】
2019116842.tif 000007
【図４Ａ】
2019116842.tif 000008
【図４Ｂ】
2019116842.tif 000009
【図４Ｃ】
2019116842.tif 000010
【図５】
2019116842.tif 000011
【図６】
2019116842.tif 000012
【図７】
2019116842.tif 000013
【図８Ａ】
2019116842.tif 000014
【図８Ｂ】
2019116842.tif 000015
【図９】
2019116842.tif 000016
【図１０】
2019116842.tif 000017
【図１１】
2019116842.tif 000018
【図１２】
2019116842.tif 000019
【図１３Ａ】
2019116842.tif 000020
【図１３Ｂ】
2019116842.tif 000021
【図１４】
2019116842.tif 000022
【図１５Ａ】
2019116842.tif 000023
【図１５Ｂ】
2019116842.tif 000024
【図１５Ｃ】
2019116842.tif 000025
【図１６】
2019116842.tif 000026
【図１７】
2019116842.tif 000027
【図１８】
2019116842.tif 000028