(57)【要約】【課題】過渡運転時においても、傾向の影響を考慮したうえで燃焼安定性を正確に評価する。【解決手段】内燃機関の各燃焼サイクルの燃焼エネルギＷ＿ｔを算出する燃焼エネルギ算出部２１０と、複数回の燃焼サイクルにおいて燃焼エネルギ算出部２１０により算出される燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒを算出する傾向算出部２３０と、複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔと傾向算出部２３０により算出された変化の傾向Ｔｒとに基づいて、燃焼の安定性を判断する燃焼安定性判断部２５０と、を有する構成とした。【選択図】図１１
2019148200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各燃焼サイクルの燃焼パラメータを算出する燃焼パラメータ算出部と、
複数回の燃焼サイクルにおいて前記燃焼パラメータ算出部により算出される前記燃焼パラメータの変化の傾向を算出する傾向算出部と、
前記複数回の燃焼サイクルにおける前記燃焼パラメータと前記傾向算出部により算出された前記変化の傾向とに基づいて、燃焼の安定性を判断する燃焼安定性判断部と、を有する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の各燃焼サイクルの燃焼パラメータを算出する燃焼パラメータ算出部と、
複数回の燃焼サイクルにおいて前記燃焼パラメータ算出部により算出される前記燃焼パラメータの変化の傾向を算出する傾向算出部と、
前記複数回の燃焼サイクルにおける前記燃焼パラメータに基づいて、前記燃焼パラメータの分散を算出する分散算出部と、
前記傾向算出部により算出された前記複数回の燃焼サイクルにおける前記燃焼パラメータの変化の傾向と、前記分散算出部により算出された前記燃焼パラメータの分散とに基づいて燃焼の安定性を判断する燃焼安定性判断部と、を有する内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記傾向算出部により算出された前記複数回の燃焼サイクルにおける燃焼パラメータの変化の傾向と、前記燃焼パラメータ算出部により算出された各燃焼サイクルごとの燃焼パラメータとの差分を算出する差分算出部を備え、
前記燃焼安定性判断部は、前記差分算出部により算出された前記差分に基づいて燃焼の安定性を判断する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記傾向算出部は、前記燃焼パラメータの変化の傾向を前記複数回の燃焼サイクルにおける燃焼パラメータの分布を１次関数で近似することで算出する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記分散算出部は、前記複数回の燃焼サイクルにおける燃焼パラメータの平均値からの前記複数回の燃焼サイクルにおける燃焼パラメータの分散を算出する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記分散算出部により前記平均値からの燃焼パラメータの分散から、前記傾向算出部により算出された前記燃焼パラメータの変化の傾向による寄与分を引くことで燃焼パラメータの変化の傾向の影響を除去する影響除去部を有する請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記燃焼安定性判断部は、前記影響除去部により前記燃焼パラメータの変化の傾向の影響が除去された燃焼パラメータの分布の指標値に基づいて燃焼の安定性を判断する請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
内燃機関の各燃焼サイクルの燃焼パラメータを算出する燃焼パラメータ算出部と、
複数回の燃焼サイクルにおいて前記燃焼パラメータ算出部により算出される前記燃焼パラメータの変化の傾向を算出する傾向算出部と、
前記複数回の燃焼サイクルにおける前記燃焼パラメータと前記傾向算出部により算出された前記変化の傾向とに基づいて、燃焼状態の突発的な変化を判断する燃焼突発変化判断部と、を有する内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記傾向算出部により算出された前記燃焼パラメータの変化の傾向と、前記燃焼パラメータ算出部により算出された前記燃焼パラメータとの差分を算出する差分算出部を備え、
前記燃焼突発変化判断部は、前記差分算出部により算出された前記差分が設定閾値を超えている場合に、当該燃焼サイクルにおける燃焼パラメータが突発的に変化したと判断する請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記燃焼パラメータは、前記各燃焼サイクルにおける燃焼エネルギ、燃焼時期、燃焼速度のうちの何れかである請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記燃焼安定性判断部により判断された燃焼の安定性に基づいて、前記内燃機関の空燃比、又は点火のタイミングの何れかを制御する制御部を備えた請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記内燃機関の前記各燃焼サイクルは、当該内燃機関の過渡状態における燃焼サイクルである請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
内燃機関の各燃焼サイクルの燃焼パラメータを算出する燃焼パラメータ算出ステップと、
複数回の燃焼サイクルでの前記燃焼パラメータの変化の傾向を算出する傾向算出ステップと、
前記複数回の燃焼サイクルでの燃焼パラメータと前記燃焼パラメータの前記変化の傾向とに基づいて、燃焼の安定性を判断する燃焼安定性判断ステップと、を有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、内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数備えられた気筒を複数の気筒グループに区分し、目標燃焼状態となるようにこれらの気筒グループごとに気筒内に導入される混合気成分状態を調節すると共に、これらの気筒グループ間で燃焼状態が同一状態に収束するように混合気成分状態を調節する燃焼状態制御手段を備えた内燃機関にて、燃焼状態検出手段により各気筒グループの燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置であって、
混合気成分状態の調節により気筒グループ間の燃焼状態が同一状態に収束すると予想される基準収束期間の経過前は、燃焼状態検出手段による燃焼状態の検出を禁止する燃焼状態検出禁止手段を備えたことを特徴とする内燃機関燃焼状態検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１０６４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関（エンジン）の運転状態は、定常状態と過渡状態とに分けられる。定常状態は、エンジンの回転数やトルクが一定の状態であり、過渡状態は、エンジンの回転数やトルクが変化している状態である。エンジンの開発において、エンジン特性の評価は定常状態で実施されることが多い。一方、車両が道路を走行する場合、定常状態で運転される領域はきわめて少なく、過渡状態で運転される領域がほとんどである。
【０００５】
従来、燃焼状態検出方法に関して開示された発明は、エンジンの開発段階の性能評価で得られた知見に基づくものが多かったと考えられる。そのため、定常状態のみに適用できる検出方式、あるいは、定常状態と過渡状態とを判定し、定常状態の場合には燃焼状態を検出し、過渡状態の場合には燃焼状態の検出を禁止するものが多い（特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、前述したように、実際の運転では、定常状態で運転される領域は少なく、過渡状態で運転される領域が多い。また、通常状態と過渡状態とを区別する基準の明確化も困難である。そこで本発明は、過渡状態時においても適用可能な燃焼状態検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、内燃機関の各燃焼サイクルの燃焼パラメータを算出する燃焼パラメータ算出部と、複数回の燃焼サイクルにおいて前記燃焼パラメータ算出部により算出される前記燃焼パラメータの変化の傾向を算出する傾向算出部と、前記複数回の燃焼サイクルにおける前記燃焼パラメータと前記傾向算出部により算出された前記変化の傾向とに基づいて、燃焼の安定性を判断する燃焼安定性判断部と、を有する構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、過渡運転時においても、傾向の影響を考慮したうえで燃焼安定性を正確に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】内燃機関を模式的に説明する図である。
【図２】内燃機関の直列４気筒について説明する模式図である。
【図３】内燃機関の気筒におけるクランク角度と筒内圧との関係を示すグラフである。
【図４】内燃機関の気筒の４つの行程について説明する図である。
【図５】内燃機関の気筒における燃焼サイクルごとのＩＭＥＰの変化を示すグラフである。
【図６】内燃機関の気筒における燃焼サイクルごとのＣｐｉの変化を示すグラフである。
【図７】定常運転時の燃焼パラメータの分布、及び平均値を示す図である。
【図８】過渡運転時の燃焼パラメータの分布、及び平均値を示す図である。
【図９】過渡運転時の燃焼パラメータの分布、及び変化の傾向を示す図である。
【図１０】所定の気筒における燃焼サイクルごとのＮｅｗ＿Ｃｐｉの変化を示すグラフである。
【図１１】実施形態１にかかる制御装置の構成を説明する図である。
【図１２】実施形態１にかかる制御装置による燃焼状態の判断方法のフローチャートである。
【図１３】実施形態２にかかる制御装置の構成を説明する図である。
【図１４】実施形態２にかかる制御装置による燃焼状態の判断方法のフローチャートである。
【図１５】実施形態３にかかる過渡運転時の燃焼パラメータの分布、変化の傾向、及び燃焼の突発変化を示す図である。
【図１６】実施形態３にかかる制御装置の構成を説明する図である。
【図１７】実施形態３にかかる制御装置による燃焼状態の判断方法のフローチャートである。
【図１８】内燃機関の気筒におけるクランク角度と筒内圧との関係を示す図である。
【図１９】内燃機関の気筒におけるクランク角度と熱発生量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
初めに、本発明の実施形態にかかる内燃機関を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１を説明する。以下、ＥＣＵ１のことを制御装置１と呼ぶ。
本実施形態では、内燃機関の制御装置１を、車両用の内燃機関１００に適用した場合を例示して説明する。
【００１１】
図１及び図２は、本実施形態にかかる内燃機関１００を説明する模式図である。
本実施形態では、４気筒４サイクル型のガソリンエンジンを内燃機関１００の一例として説明するが、内燃機関１００の気筒数やサイクル数はこれに限定されるものではない。
【００１２】
図１に示すように、内燃機関１００には、吸気管１０１を通して気筒１０２に空気を取り込む。気筒１０２では、クランク軸１０３に連結されたピストン１０４が、クランク軸１０３の回転に同期して上下方向に運動し、この運動に同期して吸気弁１０５と排気弁１０６とが開閉する。このピストン１０４の上下方向の運動と、吸気弁１０５及び排気弁１０６の開閉のシンクロにより、空気は、気筒１０２に取り込まれる。
【００１３】
また、吸気管１０１に設けられたスロットル弁１０７の開度を運転者のアクセル操作に基づいて調整することで、気筒１０２に取り込まれる吸気量を調整する。吸気管１０１に設けられたエアフローセンサ１０８により吸気量は計測され、この計測された吸気量を、回転数、吸気管圧などで決まる目標空燃比で割ることで、目標燃料噴射量を算出し、この目標燃料噴射量にしたがってインジェクタ１０９から燃料を噴射する。
【００１４】
気筒１０２に取り込んだ空気と、インジェクタ１０９から噴射された燃料の混合気に点火プラグ１１０で点火することで、混合気は爆発する。爆発により膨張した混合気はピストン１０４を押し下げ、ピストン１０４の押し下げ運動はクランク軸１０３の回転に変換されて、車両の駆動力などになる。また、排気管１１１から吸気管１０１に向かって、ＥＧＲ管１１２が設けられており、燃焼済みの混合気を吸気管１０１に戻すことで、ポンピングロスを低減できる。スロットル弁１０７やインジェクタ１０９や点火プラグ１１０は、内燃機関１００に接続される制御装置１により制御される。制御装置１は、内燃機関１００の運転状態や環境状態に応じて、これらを制御することで、空燃比や点火タイミングを制御する。
【００１５】
図２に示すように、内燃機関１００では、４つの気筒１０２が直列に設けられている。本実施形態では、スロットル弁１０７に近い方から、第１気筒１０２１、第２気筒１０２２、第３気筒１０２３、第４気筒１０２４の順番に設けられている。ここで、内燃機関１００では、スロットル弁１０７に近い気筒（例えば、気筒１０２１）と、遠い気筒（例えば、気筒１０２４）では、吸気管１０１からの空気やＥＧＲ管１１２からの排気ガスの取り込まれる量に違いが生じる。
【００１６】
その結果、内燃機関１００では、気筒１０２１〜１０２４ごとに設けられた燃料噴射装置１０９から同じ量の燃料を噴射しても、燃焼の安定性が気筒１０２１〜１０２４によって異なる。従来、燃焼の安定性の気筒毎の差を無視しても、内燃機関の燃費性能や排気性能は許容できる範囲であったが、内燃機関のリーン燃焼やＥＧＲ燃焼などにおける燃費性能や排気性能のさらなる向上の要求に伴い、燃焼の安定性の気筒毎の差を補正したいという要求が強まっている。
【００１７】
そこで、本実施形態にかかる内燃機関１００では、気筒１０２１〜１０２４ごとの燃焼状態を検出するため、気筒１０２１〜１０２４ごとに筒内圧センサ１１３（図１参照）が設けられている。筒内圧センサ１１３で計測された気筒１０２１〜１０２４ごとの筒内圧Ｐｃｙｌと、クランク角センサ１０３１により検出されたクランク軸１０３の回転角度（クランク角度θ）との関係を図３に示す。また、筒内圧Ｐｃｙｌと、気筒１０２内の体積Ｖとの関係を図４に示す。
【００１８】
図３では、横軸にクランク角度θを取り、縦軸に筒内圧Ｐｃｙｌを取っている。内燃機関１００では、１燃焼サイクルで、ピストン１０４が上死点（Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ：ＴＤＣ）と下死点（Ｂｏｔｔｏｍ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ：ＢＤＣ）との間を２往復（クランク軸１０３が７２０度回転）し、この間に、吸気行程、圧縮行程、燃焼（爆発）行程、排気行程の４行程が行われる。
【００１９】
図４では、横軸に気筒１０２の体積Ｖを取り、縦軸に筒内圧Ｐｃｙｌを取っている。内燃機関１００では、１燃焼サイクルで行われる４つの行程により形成された面積（図４の斜線部）により、１つの気筒１０２が１燃焼サイクルにする仕事量Ｗが、下記の数式１で表すことができる。
【数１】
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１つの気筒の１燃焼サイクルにした仕事量Ｗを、当該気筒の体積Ｖで割った単位体積当たりの仕事量Ｗ／ＶをＩＭＥＰ（Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ  Ｍｅａｎ  Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）と言う。ＩＭＥＰは、内燃機関１００の燃焼エネルギを表す値として広く用いられる。
【００２０】
図５は、１つの気筒における燃焼サイクルごとに算出したＩＭＥＰ（燃焼エネルギ）の変化を示すグラフである。図５では、説明の便宜のため、気筒１０２１〜１０２４のうち、第１気筒１０２１のＩＭＥＰ１（図中の実線）と、第２気筒１０２２のＩＭＥＰ２（図中の破線）の変化を示している。図５において、０〜５０サイクルの期間ではＩＭＥＰが大きい。この期間では内燃機関１００の負荷が高いためＩＭＥＰの変動が小さいことが分かる。また８０〜１８０サイクルの期間では、内燃機関１００の負荷が徐々に低下しており、ＩＭＥＰの燃焼サイクルごとの変動は小さいことが分かる。また１８０〜３００サイクルの期間では、ＩＭＥＰが小さい。すなわちこの期間では内燃機関１００の負荷が小さくなり、第１気筒１０２１のＩＭＥＰ１の燃焼サイクルごとの変動が大きくなっていることが分かる。したがって、１８０〜３００サイクルの期間においては、第１気筒１０２１での燃焼が不安定となっていることが分かる。
この不安定性を定量化するため、過去の複数回の燃焼サイクルのＩＭＥＰの平均値μと、標準偏差σから算出されるパラメータｃＰｉを用いて燃焼安定性を評価する方法がある。このパラメータｃＰｉは、下記の数式２で表すことができる。この方法の場合、燃焼安定性を評価するために平均を取るサイクル数としては、数十から数百サイクルとする。つまり、過去の数十から数百サイクルの設定サイクルにおけるＩＭＥＰの平均値μと、標準偏差σを用いて、サイクルごとにｃＰｉを算出する。そして、このｃＰｉの値が閾値（設定閾値）以下であれば、燃焼が安定していると判断し、逆にｃＰｉの値が設定閾値を超えた場合には燃焼が不安定となっていると判断するものである。
【数２】
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【００２１】
図６は、数式２を用いて、図５のＩＭＥＰの時系列から算出したｃＰｉを示す。図６では、横軸に燃焼サイクルを取り、縦軸に前述したパラメータｃＰｉを取っている。図６では、第１気筒１０２１のｃＰｉをｃＰｉ１（図中の実線）、第２気筒１０２２のｃＰｉをｃＰｉ２（図中の破線）で表している。この図６について以下、説明する。なお、ここでは上記した燃焼安定性を評価するためのｃＰｉの設定閾値を２として説明する。
【００２２】
（１）まず、図６の０〜５０サイクルの期間では、第１気筒１０２１、第２気筒１０２２ともにｃＰｉの値は２以下となっている。したがって、このサイクル期間での第１気筒１０２１、第２気筒１０２２の燃焼状態はともに安定であると判定できる。ここでｃＰｉを算出する前のＩＭＥＰ１、ＩＭＥＰ２の波形（図５参照）から、この期間の燃焼サイクルごとのＩＭＥＰ１、ＩＭＥＰ２の変動は小さいことが分かる。したがって、上記したｃＰｉ１、ｃＰｉ２に基づいて、第１気筒１０２１、第２気筒１０２２ともに燃焼が安定であると判定した結果は、合理的であると考えられる。
【００２３】
（２）次に、１８０〜３００サイクルの期間では、第２気筒１０２２のｃＰｉ２の値が２以下となっている。つまり、この期間における第２気筒１０２２の燃焼状態は安定であると判定できる。一方で、第１気筒１０２１のｃＰｉ１の値が２を超えており、不安定と判定される。ここで、ｃＰｉを算出する前のＩＭＥＰ１、ＩＭＥＰ２の波形（図５参照）から、この期間において燃焼サイクルごとのＩＭＥＰ２の変動は小さく、一方でＩＭＥＰ１の変動が大きいことが分かる。したがって、上記したｃＰｉ１、ｃＰｉ２に基づいて、第２気筒１０２２の燃焼は安定であり、第１気筒１０２１の燃焼が不安定であると判定した結果は合理的であると考えられる。
【００２４】
（３）ここで問題となるのが、８０〜１８０サイクルに示す過渡状態（過渡運転）期間である。この過渡状態の期間では、例えば、エンジンの回転数やトルクが大きい状態から小さい状態への移行があったことにより、ＩＭＥＰ１、ＩＭＥＰ２が減少している。ここでＩＭＥＰの元の波形（図５参照）をみると、第１気筒１０２１のＩＭＥＰ１、第２気筒１０２２のＩＭＥＰ２は共に過渡状態であるために変動しているものの、その変動がなだらかであるため、燃焼状態は安定していることが分かる。しかし、図６では、第１気筒１０２１のｃＰｉ１、第２気筒１０２２のｃＰｉ２は共に設定閾値である２を超えている。したがって、上記したｃＰｉが設定閾値（ここでは２）よりも大きい場合に不安定と判断する方法によれば、実際には上記したように燃焼は安定しているにも関わらず第１気筒１０２１、第２気筒１０２２と共に燃焼が不安定であると判断されてしまう。
【００２５】
以上の通り本実施形態では、上記した８０〜１８０サイクルのような過渡状態において、ｃＰｉと設定閾値との比較に基づいて燃焼の安定性を判断する方法における問題点に着目したものである。すなわち本実施形態では、過渡状態において、燃焼が安定しているにも関わらず、不安定と判定されてしまうことを抑制し、過渡状態時にも燃焼安定性を正確に判定することを目的とする。
【００２６】
次に、上記したｃＰｉと設定閾値との比較に基づいて燃焼安定性を判断する方法によれば、過渡状態において、燃焼が安定しているにも関わらず、不安定と判定されてしまう理由を、図７〜図９を用いて詳細に説明する。
【００２７】
図７は、定常状態（定常運転）における複数回の燃焼サイクルにおけるＩＭＥＰ（燃焼エネルギ）の分布、また複数回の燃焼サイクルのＩＭＥＰの平均値μ、及び平均値μからの各ＩＭＥＰの値の標準偏差σを示している。そして上記の数式２に示すように内燃機関１００の定常運転時におけるパラメータｃＰｉは、過去の数十から数百サイクルの設定回数の燃焼サイクルにおけるＩＭＥＰの平均値μからの各ＩＭＥＰの値の標準偏差σを、平均値μで割った値として求められる。
【００２８】
次に図８は過渡状態における複数回の燃焼サイクルにおけるＩＭＥＰの分布と、その平均値μ、及び平均値μからの標準偏差σを示す。上記したようにｃＰｉは過去の数十から数百サイクルの設定回数の燃焼サイクルにおけるＩＭＥＰの平均値μからの各ＩＭＥＰの標準偏差σを、平均値μで割った値として求められる。ここで、過渡状態とは上記したように、たとえばエンジンの回転数やトルクが大きい状態から小さい状態への移行があった場合のことを示す。すなわち、この過渡状態においてはたとえばエンジンの回転数やトルクでの変動により、燃焼エネルギであるＩＭＥＰが大きい値から小さい値へ、あるいはその逆となるように、なだらかな変化が生じるものである。
このなだらかな変化にも関わらず、その複数回の燃焼サイクルにおけるＩＭＥＰの平均値μは一定値であるため、この一定値である平均値μからの各ＩＭＥＰの標準偏差σはなだらかな変化による影響を含み、実際の燃焼変動より大きくなることが分かる。すなわち、過渡状態においては、ｃＰｉはなだらかな変化の分だけ大きく算出されてしまうということができる。したがって、上記したようなｃＰｉと設定閾値との比較に基づいて燃焼安定性を判断する方法では、過渡状態において常に燃焼が不安定と判断されてしまうことになる。換言すると、この方法によれば、燃焼安定性を正しく判断することができないという課題がある。
そこで図９に示すように本実施形態においては複数回の燃焼エネルギ（ＩＭＥＰ）の変化の傾向に着目する。この燃焼エネルギの傾向のことを燃焼エネルギのトレンドと呼んでも良い。すなわち、本実施形態においては、過渡運転時において燃焼エネルギの平均値μからではなく、複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギの変化の傾向を示す直線（近似直線）からの各サイクルでの燃焼エネルギの差分の分布に着目する。本発明者らは鋭意検討の末、この燃焼エネルギの変化の傾向を用いることで、燃焼安定性を正確に評価できることを突き止めたものである。
図１０は、図５のＩＭＥＰの時系列からＩＭＥＰの平均値μの代わりに複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギ（ＩＭＥＰ）の変化の傾向を示す直線からの差分の分布の指標値ρを算出し、これを平均値μで割ることで求めたＮｅｗ＿ｃＰｉをプロットしたグラフを示す。このように本実施形態では複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギの変化の傾向を示す直線からの差分の分布の指標値ρを用いて燃焼安定性の判断指標を求める。上記したように図５において過渡状態の８０〜１８０サイクルの期間は燃焼エネルギ（ＩＭＥＰ）がなだらかに変化するため、上記した燃焼エネルギの平均値μからの各燃焼エネルギの値の標準偏差σは大きくなってしまい、燃焼が不安定と判断されていた。
これに対し本実施形態の複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギの変化の傾向からの差分の分布の指標値ρを算出する方法によれば、このような過渡状態においても、過渡による変化の影響を受けることなく、燃焼が安定であると正しく判断することができる。つまり、本実施形態によれば燃焼安定性の評価を正確に行うことができる。
【００２９】
［制御装置の構成］
図１１に、以上の本実施形態の燃焼安定性の評価を実現するための制御装置１の構成を説明する。図１１の各ブロックは、本実施形態の制御装置１の機能ブロック図を説明する図である。
【００３０】
本実施形態の制御装置１は、内燃機関１００の各燃焼サイクルの燃焼エネルギを算出する燃焼エネルギ算出部２１０を有する。燃焼エネルギ算出部２１０には、燃焼サイクルごとに、筒内圧センサ１１３で検出した筒内圧Ｐｃｙｌと、クランク角センサ１０３１で検出したクランク軸１０３のクランク角度θ（回転角度と呼んでも良い）とが入力される。そして本実施形態の制御装置１は、複数回の燃焼サイクルにおいて燃焼エネルギ算出部２１０により算出される燃焼エネルギの変化の傾向を算出する傾向算出部２３０と、前記複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギと傾向算出部２３０により算出された変化の傾向とに基づいて、燃焼の安定性を判定する燃焼安定性判断部２５０とを有する。
また本実施形態の制御装置１は、傾向算出部２３０により算出された複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギの変化の傾向（数式５）と、燃焼エネルギ算出部２１０（燃焼パラメータ算出部）により算出された各燃焼サイクルごとの燃焼エネルギとの差分εを算出する差分算出部２４０を備え、燃焼安定性判断部２５０は差分εに基づいて燃焼の安定性を判定する。なお、燃焼エネルギ算出部２１０により算出された燃焼エネルギは記憶部２２０（メモリ）に記憶され、記憶部２２０に記憶された複数回の燃焼サイクルにおける各燃焼エネルギを用いて、傾向算出部２３０や燃焼安定性判断部２５０は上記の内容を実施する。
【００３１】
［制御装置による判定方法］
次に、上記した制御装置１の構成を踏まえ、本実施形態の燃焼状態の判断方法を説明する。
図１２は、制御装置１による燃焼状態の判定方法のフローチャートである。まず、ステップＳ３０１において、燃焼エネルギ算出部２１０は、クランク角センサ１０３１で検出したクランク軸１０３のクランク角度θ（回転角度）に基づいて、吸気行程でピストン１０４がＴＤＣ（Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）の位置にいる場合に、燃焼エネルギの算出を開始する。そして、燃焼エネルギ算出部２１０は、吸気行程でＴＤＣの場合の燃焼エネルギを下記の数式３のように初期化する。
【数３】
2019148200.tif 000005
【００３２】
燃焼エネルギは、前述した数式１に基づいて算出されるが、数式１を離散時間で表すと下記の数式４で表すことができる。なお、数式１では燃焼パラメータの一つとして燃焼エネルギであるＩＭＥＰを用いたものである。
【数４】
2019148200.tif 000006
【００３３】
燃焼エネルギ算出部２１０は、クランク角センサ１０３１の出力信号の立ち下がりのタイミング毎に、気筒１０２ごとの筒内圧Ｐｃｙｌを筒内圧センサ１１３で検出し、クランク角度θの変化から気筒１０２内の体積Ｖの増加量ΔＶを算出する。そして、燃焼エネルギ算出部２１０は、筒内圧Ｐｃｙｌと気筒１０２内の体積Ｖの増加量ΔＶとの積を、一つ前のクランク角センサ１１３の出力信号の立ち下がりのタイミングで算出した仕事量Ｗ＿ｏｌｄに加算することで、クランク角センサ１０３１の出力信号の立ち下がりのタイミング毎に燃焼エネルギを算出する。
【００３４】
ステップＳ３０２において、燃焼エネルギ算出部２１０は、燃焼エネルギの算出を開始した吸気行程のＴＤＣの位置から、クランク角度θが７２０度（クランク軸の２回転）後の吸気行程のＴＤＣの位置に変化する間、１燃焼サイクル分の燃焼エネルギを算出する。これをクランク角センサ１０３１からの出力信号により検出した場合に、燃焼エネルギの算出を終了し、算出した１燃焼サイクル分の燃焼エネルギが記憶部２２０に記憶される。記憶部２２０には、過去の数サイクル〜数十サイクルの燃焼サイクルの燃焼エネルギＷ＿ｔが記憶されている。なお、Ｗ＿ｔは上記した方法で求めたｔ回目の燃焼サイクルにおけるＩＭＥＰ（燃焼エネルギ）を示す。
【００３５】
ステップＳ３０３において、傾向算出部２３０は、記憶部２２０に記憶された過去の数サイクル〜数十サイクルの燃焼サイクルの燃焼エネルギＷ＿ｔの分布に基づいて、この燃焼エネルギの変化の傾向を算出する。燃焼エネルギを燃焼サイクルの順にプロットしたものが上記した図９のようになっていたとすると、燃焼エネルギの変化の傾向Ｔｒが下記の数式５で与えられるものとする。
【数５】
2019148200.tif 000007
【００３６】
そして数式５のａとｂを求めることで、傾向算出部２３０は、燃焼エネルギ（ＩＭＥＰ）の変化の傾向Ｔｒを算出する。つまりこの燃焼エネルギの変化の傾向Ｔｒとは、図５に示す燃焼エネルギの分布において、燃焼エネルギがどのように変化しているかを示す指標であり、換言すると、図５に示す燃焼エネルギの分布を直線等で近似した場合の近似式のことである。傾向算出部２３０は、燃焼エネルギの変化の傾向を複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギの分布を１次関数で近似することで算出するといえる。例えば、図５に示す数サイクル〜数十サイクルの燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの分布に対し最小二乗法を用いることで、燃焼エネルギの変化の傾向Ｔｒの係数ａ、ｂを算出できる。すなわち、数式５は複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギの分布を一次関数の近似式として表したものであり、これが燃焼エネルギの変化の傾向を示すといえる。
【００３７】
次にステップＳ３０４において差分算出部２４０は、上記した数サイクル〜数十サイクルの燃焼サイクルにおける各燃焼サイクルごとに算出した燃焼エネルギＷ＿ｔの、変化の傾向Ｔｒからの差分ε＿ｔを下記の数式６に基づいて算出する。この差分ε＿ｔは複数回の燃焼サイクルごとに求められ、燃焼エネルギの変化の傾向Ｔｒを考慮したうえでの燃焼エネルギＷ＿ｔの分布を評価できる。
【数６】
2019148200.tif 000008
【００３８】
そして、ステップＳ３０５において差分算出部２４０は、ステップＳ３０４で算出した燃焼エネルギＷ＿ｔの差分ε＿ｔを用いて次の数式７により、上記した数サイクル〜数十サイクルの燃焼サイクルにおける差分εの二乗の合計値を算出する。なお、数式７において、Ｔは燃焼安定性を判断するための燃焼サイクルの回数を示している。すなわち、数式７は複数回の燃焼サイクルにおいて燃焼エネルギの変化の傾向Ｔｒを考慮し、燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒからの差分εの二乗の合計値ということができる。
【数７】
2019148200.tif 000009
【００３９】
そして燃焼安定性判断部２５０は、前述した数式７により算出された複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒからの差分εの二乗の合計値に基づいて、内燃機関１００の燃焼状態の安定性判断を行い、処理を終了する。つまり、燃焼安定性判断部２５０は、上記した差分算出部２４０により算出された差分εに基づいて燃焼の安定性を判断する。具体的には、燃焼安定性判断部２５０は数式７により算出された複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒからの差分εの二乗の合計値、又はこれを燃焼サイクル数Ｔで割ったものと予め設定された設定閾値とを比較する。そして燃焼安定性判断部２５０は、上記の差分εの二乗の合計値、又はこれを燃焼サイクル数Ｔで割ったものが設定閾値以下の場合には、その複数回の燃焼サイクルにおいて燃焼が安定していると判断し、逆に上記の差分εの二乗の合計値が設定閾値を超えた場合には、燃焼が不安定となっていると判断する。なお、数式７により算出された複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒからの差分εの二乗の合計値、又はこれを燃焼サイクル数Ｔで割ったものは、エンジン負荷によって、その値が変化するため、ここでの設定閾値はエンジン負荷によって変える必要がある。
【００４０】
なお、前述した数式７により算出された差分εの合計値の代わりに、下記の数式８〜数式１０に基づいて算出された値に基づいて、内燃機関１００の燃焼安定性を判断（評価）してもよい。ここで数式８の偏差ρは上記した複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒからの差分εの二乗の合計値（数式７）をその燃焼サイクル数Ｔで割り、さらにこれの平方根を取ったものである。また数式９の平均値μは、上記した複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの合計値を算出し、この算出した合計値をその燃焼サイクル数Ｔで割ったものである。そして、数式１０のＮｅｗ＿ｃＰｉは数式８の差分εの分布の指標値ρを数式９の平均値μで割ったものである。この数式１０のＮｅｗ＿ｃＰｉに対し、燃焼安定性を判断するための設定閾値を設定することでも本発明の実現が可能である。
この場合、燃焼安定性判断部２５０は数式１０のＮｅｗ＿ｃＰｉと予め設定された設定閾値とを比較する。そして燃焼安定性判断部２５０は、Ｎｅｗ＿ｃＰｉが設定閾値以下の場合には、その複数回の燃焼サイクルにおいて燃焼が安定していると判断し、逆にＮｅｗ＿ｃＰｉが設定閾値を超えた場合には、燃焼が不安定となっていると判断する。
【数８】
2019148200.tif 000010
【数９】
2019148200.tif 000011
【数１０】
2019148200.tif 000012
上記したように図１０は、図５のＩＭＥＰの時系列に対応して、数式８〜１０を用いて求めたＮｅｗ＿ｃＰｉをプロットしたグラフを示している。このように本実施形態によれば、過渡状態で、かつ燃焼状態が安定している８０〜１８０サイクルの期間において、燃焼エネルギＷ＿ｔのＮｅｗ＿ｃＰｉが小さく燃焼状態が安定していると正しく判断することができる。したがって、本実施形態によれば、過渡状態においても燃焼安定性を正確に判断することが可能である。
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施形態について図面を用いて説明する。実施形態１で説明した数式２、又は図６で説明したパラメータｃＰｉは、図７又は図８で説明したように平均値μからの差分の分布の指標値ρを平均値μで割ったものを示した。つまり、数式２、図６、図７又は図８においては、下記の数式１１により算出された値に基づいて、燃焼安定性が評価されていた。この数式１１は、複数回の燃焼サイクルにおける各燃焼サイクルごとに算出した燃焼エネルギＷ＿ｔの、複数回の燃焼サイクルの燃焼エネルギの平均値μからの差分を求め、これを二乗したものの複数回の燃焼サイクルＴでの合計値を示す。つまり、平均値μからの差分であるため、燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒについては考慮されていないものであった。
【数１１】
2019148200.tif 000013
【００４１】
実施形態１で提案した燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒの影響を除去したΣ（ε＿ｔ）＾２（数式７）に基づく燃焼安定性と、数式２、数式１１で示したｃＰｉで行われてきた変化の傾向Ｔｒの影響を除去しないΣ（Ｗ＿ｔ−μ）＾２による燃焼安定性の関係を以下、考察する。前述した数式６において、左辺のε＿ｔが０となるようにし、右辺の平均を取ると、下記の数式１２となる。
【数１２】
2019148200.tif 000014
【００４２】
前述した数式６の両辺から数式１２の両辺を減算すると、下記の数式１３となる。
【数１３】
2019148200.tif 000015
よって、数式１３の燃焼サイクルｔ＝１〜Ｔまでの総和は、下記の数式１４で表せる。なお、Ｔは燃焼安定性を判断するための燃焼サイクルの回数を示している。
【数１４】
2019148200.tif 000016
前述した数式１４の中で、ε＿ｔと、ａ×｛ｔ−（Ｔ＋１）／２｝は、それぞれ独立であるので、下記の数式１５が導き出される。
【数１５】
2019148200.tif 000017
【００４３】
数式１５においては数式７で示した複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒからの差分εの二乗の合計値が数式１５の右辺の第１項に示される。また数式１５の左辺には数式１１で示した複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔ（ＩＭＥＰ）の平均値μからの燃焼エネルギＷ＿ｔの差分の２乗したものの合計値で平均値μからの分布の指標である。さらに数式１５の右辺の第２項には、燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒ（トレンド）の傾きａの２乗に燃焼エネルギの変化の傾向を算出するための期間（燃焼安定性判断のための燃焼サイクルの数）Ｔを用いる定数を乗算した数式を示す。
以上のことから、数式７で示した複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒからの差分εの二乗の合計値（数式１５の右辺の第１項）は、複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔ（ＩＭＥＰ）の平均値μからの燃焼エネルギＷ＿ｔの分布の指標（数式１５の左辺、数式１１）から、燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒの傾きａ、燃焼サイクルの数Ｔから求まる定数に基づく値（数式１５の右辺の第２項）を引くことで求めることができる。
【００４４】
このことを踏まえ、本実施形態における課題の解決手段について、以下、説明する。
［制御装置の構成］
図１３は、以上の本実施形態の燃焼安定性の評価を実現するための制御装置１Ａの構成を説明する。図１３の各ブロックは、本実施形態の制御装置１Ａの機能ブロック図を説明する図である。
本実施形態の制御装置１Ａは内燃機関１００の各燃焼サイクルの燃焼エネルギを算出する燃焼エネルギ算出部４１０と、複数回の燃焼サイクルにおいて燃焼エネルギ算出部４１０により算出される燃焼エネルギの変化の傾向を算出する傾向算出部４３０と、を有する。また本実施形態の制御装置１Ａは複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギ（ＩＭＥＰ）に基づいて、燃焼エネルギの分散を算出する分散算出部４４０と、傾向算出部４３０により算出された複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギの変化の傾向と、分散算出部４４０により算出された燃焼エネルギ（ＩＭＥＰ）の分散とに基づいて燃焼の安定性を判断する燃焼安定性判断部４７０と、を有する。
以下においては、制御装置１Ａによる燃焼状態の判断方法について図１４のフローチャートに沿って説明する。
【００４５】
［制御装置による判断方法］
まず図１４のステップＳ５０１において、燃焼エネルギ算出部４１０は、クランク角センサ１１３で検出したクランク軸１０３のクランク角度θ（回転角度）に基づいて、ピストン１０４が吸気行程のＴＤＣの位置にいる場合に、燃焼エネルギの算出を開始する。この燃焼エネルギ算出部４１０による燃焼エネルギの算出方法は、実施形態１の燃焼エネルギ算出部２１０による燃焼エネルギの算出方法と同じであるため（図１２のステップＳ３０１参照）、詳細な説明は省略する。
【００４６】
ステップＳ５０２において、燃焼エネルギ算出部４１０は、クランク角度θが燃焼エネルギの算出を開始した吸気行程のＴＤＣから７２０度後の吸気行程のＴＤＣであると検出した場合、１燃焼サイクル分の燃焼エネルギを算出し、燃焼エネルギの算出を終了する。燃焼エネルギ算出部４１０で算出した燃焼エネルギは記憶部４２０（メモリ）に記憶される。この記憶部４２０には、過去の数サイクル〜数十サイクル分の燃焼エネルギが記憶されている。
【００４７】
ステップＳ５０３において、分散算出部４４０は記憶部４２０に記憶された過去の複数回の燃焼サイクルの燃焼エネルギの、平均値μからの分散（数式１１、又は数式１５の左辺をＴで割ったもの）を算出する。つまり分散算出部４４０は、複数回の燃焼サイクルにおける各燃焼サイクルごとに算出した燃焼エネルギＷ＿ｔの、複数回の燃焼サイクルの燃焼エネルギＷ＿ｔの平均値μからの差分を求め、これを二乗したものの複数回の燃焼サイクルでの平均値を求める。数式１６には、この数式１１、数式１５の左辺に示した合計値を複数回の燃焼サイクルの回数Ｔで割り、これの平方根を取ったもの（標準偏差σ）を示す。なお、この数式１６の値を平均値μで割れば、実施形態１で説明したｃＰｉとなる。
【数１６】
2019148200.tif 000018
【００４８】
ステップＳ５０４において、傾向算出部４３０は、記憶部４２０に記憶された過去の複数回の燃焼サイクルの燃焼エネルギＷ＿ｔの分布に基づいて、複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒを算出する。この傾向算出部４３０による燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒの算出方法は、実施形態１の傾向算出部２３０による燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒの算出方法と同じである（図１２のステップＳ３０３参照）。つまり傾向算出部４３０は、図１０に示す複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの分布に対し最小二乗法を用い一次直線の近似式（ａｔ＋ｂ）として表し、この係数ａ,ｂを算出することで複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒを求める。
【００４９】
ステップＳ５０５において、影響算出部４５０は、傾向算出部４３０で算出した燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒの傾きａと、この燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒを算出するための期間の燃焼サイクル数Ｔとに基づいて、燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒが燃焼エネルギＷ＿ｔの分散に与える影響を算出する。具体的には影響算出部４５０は、数式１５の右辺第２項を求めることで、この燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒが燃焼エネルギＷ＿ｔの分散に与える影響を求めることができる。
【００５０】
そして、ステップＳ５０６において、影響除去部４６０は、ステップＳ５０３で分散算出部４４０により算出された複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの平均値μからの差分の二乗の合計値をＴで割ったもの（燃焼エネルギＷ＿ｔの分散）から、ステップＳ５０５で影響算出部４５０により算出された燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒが燃焼エネルギＷ＿ｔの分散に与える影響を除去する。具体的には影響除去部４６０は下記の数式１７に基づいて複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒからの差分εの二乗の合計値をＴで割ったものを算出する。
換言すると、影響除去部４６０は、分散算出部４４０により算出された複数回の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの平均値μからの分散（（Σ（Ｗ＿ｔ−μ）＾２）／Ｔ）から影響算出部４５０により算出された燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒによる寄与分（ａ＾２＊（Σ（ｔ−（Ｔ＋１）／２）＾２）／Ｔ）を引くことで燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒの影響を除去する。これにより影響除去部４６０は燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒの影響を除去した燃焼エネルギＷ＿ｔの分布の指標値（Σ（ε＿ｔ＾２）／Ｔ）を算出することができる。
【数１７】
2019148200.tif 000019
【００５１】
この数式１７は、実施形態１で説明した数式７と一致する。よって数式１７は、実施形態１で説明した数式７と等価な計算を別の観点から実現したものである。このようにすることで、ステップＳ５０７において、燃焼安定性判断部４７０は影響除去部４６０により燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒの影響が除去された燃焼エネルギＷ＿ｔの分布の指標値Σ（ε＿ｔ＾２）、又はこれを燃焼サイクルＴで割った（Σ（ε＿ｔ＾２）／Ｔ）に基づいて燃焼の安定性を判断する。この方法は実施形態１と同様なので、詳細な説明は省略する。以上のように、燃焼安定性判断部４７０は、内燃機関１００の過渡運転時において、燃焼エネルギの変化の傾向の影響を除去した後の燃焼エネルギＷ＿ｔの分布の指標値に基づいて、燃焼安定性の評価を適切に行うことが可能となる（図１０参照）。また本実施形態においては、数式１７を算出することで、この燃焼安定性の評価ができ、これは実施形態１で数式６、７の計算に比べて計算量が少ない。よって制御装置のマイコンの能力が高いものでなくとも、実現することが可能である。
なお、数式１７で求めた燃焼エネルギの変化の傾向による寄与分を除いた燃焼エネルギの分布の指標値（Σ（ε＿ｔ＾２）／Ｔ）に基づいて、数式８〜１０によりＮｅｗ＿ｃＰｉを求めることが可能であるが、この方法は実施形態１と同様であるため説明を省略する。また実施形態１、２では、内燃機関１００の過渡運転時の燃焼エネルギの変化の傾向Ｔｒを算出して、過渡運転時の燃焼状態の安定性評価を行う場合を例示して説明したが、制御装置１、１Ａは、定常運転時においても燃焼エネルギの変化の傾向を算出したうえで、燃焼状態の安定性評価を行ってもよい。
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施形態について図面を用いて説明する。実施形態１、２では、複数回の設定回数の燃焼サイクルにおける燃焼エネルギＷ＿ｔの変化からの分布を正しく評価することを目的としてきた。しかし、ある１燃焼サイクルにおいて突発的に燃焼エネルギＷ＿ｔが変化することを検出したいという要求もある。
図１５は、本実施形態にかかる過渡運転時の燃焼エネルギに突発的な変化が生じた状態を説明するための図である。実施形態１、２で、燃焼エネルギの分布から複数回の燃焼サイクルでの燃焼エネルギＷ＿ｔの変化の傾向Ｔｒを求めたので、本実施形態では、この変化の傾向Ｔｒを用いて、突発的な燃焼の変化を検出する方法について説明する。
［制御装置の構成］
図１６は、以上の本実施形態の突発的な燃焼の変化を検出するための制御装置１Ｂの構成を説明する。図１６の各ブロックは、本実施形態の制御装置１Ｂの機能ブロック図を説明している。
本実施形態の制御装置１Ｂは実施形態１、２と同様に、内燃機関１００の各燃焼サイクルの燃焼エネルギを算出する燃焼エネルギ算出部６１０と、過去の複数回の燃焼サイクルの燃焼エネルギを記憶する記憶部６２０と、複数回の燃焼サイクルにおいて燃焼エネルギ算出部６１０により算出される燃焼エネルギの変化の傾向を算出する傾向算出部６３０と、を有する。
【００５２】
［制御装置による判断方法］
以下、本実施形態の制御装置１Ｂによる突発的な燃焼の変化の判断方法を説明する。図１７は、制御装置１Ｂによる燃焼状態の判断方法のフローチャートである。まず、ステップＳ７０１において、燃焼エネルギ算出部６１０は、クランク角センサ１１３で検出したクランク軸１０３のクランク角度θ（回転角度）に基づいて、ピストン１０４が吸気行程のＴＤＣの位置にいる場合に、燃焼エネルギの算出を開始する。この燃焼エネルギ算出部６１０による燃焼エネルギの算出方法は、実施形態１、２と同様であるため、説明を省略する。
【００５３】
ステップＳ７０２において、燃焼エネルギ算出部６１０は、クランク角度θが燃焼エネルギの算出を開始した吸気行程のＴＤＣから７２０度後の吸気行程のＴＤＣであると検出した場合、１燃焼サイクル分の燃焼エネルギを算出し、燃焼エネルギの算出を終了する。算出した１燃焼サイクル分の燃焼エネルギは記憶部６２０に記憶され、記憶部６２０には、過去の数サイクル〜数十サイクル分の燃焼エネルギが記憶されている。
【００５４】
ステップＳ７０３において、傾向算出部６３０は、記憶部６２０に記憶された過去の複数回（数回から数十回）の燃焼サイクルの燃焼エネルギＷ＿ｔの分布に基づいて、燃焼エネルギの変化の傾向Ｔｒを算出する。この傾向算出部６３０による燃焼エネルギの変化の傾向Ｔｒの算出方法は、実施形態１、２で説明した傾向算出部による燃焼エネルギの変化の傾向の算出方法と同じであるため説明を省略する。
【００５５】
ステップＳ７０４において、差分算出部６４０は、ステップＳ７０３で傾向算出部６３０により算出された燃焼エネルギの変化の傾向Ｔｒ（ａｔ＋ｂ）と、ステップＳ７０１で燃焼エネルギ算出部６１０により算出された燃焼エネルギＷ＿ｔとの差分ΔＷ＿ｔ（ａｔ＋ｂ−Ｗｎ）を算出する。
【００５６】
そして、ステップＳ７０５において、燃焼突発変化判断部６５０（突発変動評価部と呼んでも良い）は、ステップＳ７０４で差分算出部６４０により算出された差分ΔＷ＿ｔ（ａｔ＋ｂ−Ｗｎ）が、設定閾値ΔＷｈを超えているか否かを判断する。そして燃焼突発変化判断部６５０は、差分ΔＷ＿ｔ（ａｔ＋ｂ−Ｗｎ）が設定閾値ΔＷｈを超えていると判断した場合（ΔＷ＿ｔ（ａｔ＋ｂ−Ｗｎ）＞ΔＷｈ）、当該燃焼サイクルにおける燃焼エネルギが突発的に変化したと判断する。一方、燃焼突発変化判断部６５０は、差分ΔＷ＿ｔが、設定閾値ΔＷｈ以下であると判断した場合（ΔＷ＿ｔ（ａｔ＋ｂ−Ｗｎ）≦ΔＷｈ）、当該燃焼サイクルにおける燃焼エネルギの突発的な変化はないと判定する。これにより、突発的な燃焼エネルギの変動を評価することができる。
【００５７】
以上の実施形態では、制御装置１、１Ａ、１Ｂによる燃焼状態の安定性評価のために、燃焼エネルギのバラツキに基づいて説明したが、燃焼状態の安定性評価のための燃焼パラメータはこれに限定されるものではない。
図１８は１燃焼サイクルにおける筒内圧の変化を示す図である。ここで筒内圧が最大となるクランク角度θＰｍａｘにおいて燃焼が最大になるものとして、このクランク角度θＰｍａｘの分布幅に基づいて、燃焼状態の安定性を評価することが可能である。内燃機関１００の気筒の燃焼状態が安定している場合、燃焼が最大になるクランク角度θＰｍａｘの分布幅は所定の設定範囲内となる。一方、内燃機関１００の燃焼状態が不安定の場合、燃焼が最大になるクランク角度θＰｍａｘの分布幅は所定の設定範囲を超えて大きくなる。
したがって、制御装置（１、１Ａ、１Ｂ）の燃焼安定性判断部（２５０、４７０）は、燃焼が最大になるクランク角度θＰｍａｘの分布幅を評価パラメータとし、これに基づいて、内燃機関１００の燃焼状態の安定性を判断（評価）することができる。なお、θＰｍａｘは燃焼タイミングとも呼ばれる。このように燃焼時期に着目しても、実施形態１、２と同様に燃焼状態の安定性を過渡状態においても正しく判断（評価）することが可能である。
【００５８】
また、図１９は１燃焼サイクルにおける熱量Ｑとそれに対応するクランク角度との関係を示す。ＣＡ１０は燃焼割合が最大に対して１０％となる、つまり熱発生量の最大値Ｑｍａｘに対して１０％の割合の熱量が発生するタイミングでのクランク角度のことである。またＣＡ５０は燃焼割合が最大に対して５０％となる、つまり熱発生量の最大値Ｑｍａｘに対して５０％の割合の熱量が発生するタイミングでのクランク角度のことである。ここで制御装置（１、１Ａ、１Ｂ）は、ＣＡ１０、又はＣＡ５０に基づいて、１燃焼サイクルでの燃焼速度を算出する燃焼速度算出部を備える。たとえば、燃焼速度算出部はＱｍａｘ×０．１となるクランク角度ＣＡ１０から、最大値Ｑｍａｘの５０％の割合に当たるＱｍａｘ×０．５となるクランク角度ＣＡ５０までの期間（ＣＡ５０−ＣＡ１０）を算出することで、燃焼速度を算出できる。
【００５９】
制御装置（１、１Ａ、１Ｂ）の燃焼安定性判断部（２５０、４７０）は、この期間（燃焼速度：ＣＡ５０−ＣＡ１０）が、所定の設定範囲以内であれば、燃焼状態が安定であると評価し、所定の設定範囲を超えている場合、燃焼状態が不安定であると評価する。これにより、実施形態１、２と同様に燃焼状態の安定性を過渡状態においても正しく判断（評価）することが可能である。
【００６０】
以上の通り、実施形態１、２では、燃焼エネルギの分布を評価することで燃焼安定性を評価したが、燃焼安定性を評価する燃焼パラメータとして，各燃焼サイクルでの燃焼エネルギの他に，燃焼のピーク位置θＰｍａｘ(すなわち、燃焼時期)でもいいし、ある一定割合の熱が発生する期間の長さ(すなわち，燃焼速度)でもかまわない。
【００６１】
また、これまで述べてきた、燃焼パラメータの分布を検出し，この分布幅が許容値より大きいと、内燃機関１００の振動が大きい、失火が起こる、等の不都合が発生する。そこで、以上の実施形態により燃焼パラメータの分布幅が大きく燃焼が不安定になったことを検出した場合、または燃焼パラメータの突発的な変化したことを検出した場合に、空燃比を上昇させるために噴射燃料を増やすようにインジェクタを制御することが望ましい。これにより、燃焼を安定化することができる。
【００６２】
また、始動時に排気触媒を急速にあたためるために，点火タイミングを遅くする(リタードする)ことで，気筒１０２内で発生した熱をピストン１０４への仕事量より排熱により多く変換する制御を行うことができる。点火タイミングを遅くするほど触媒の暖気は速くなるが、燃焼の不安定性も増す。そこで，以上の実施形態により燃焼パラメータのバラツキが大きく燃焼が不安定になったことを検出した場合、または燃焼パラメータの突発的な変化したことを検出した場合に、点火タイミングのリタードを戻すように点火プラグを制御することが望ましい。これにより燃焼を安定化することが可能である。
以上の通り、以上の実施形態で説明した内燃機関の制御装置１、１Ａ、１Ｂは燃焼安定性判断部（２５０、４７０、６５０）により算出された燃焼安定性に基づいて、内燃機関の空燃比、又は点火タイミングの何れかを制御する制御部（マイコン）を備えたものである。
【００６３】
以上の実施の形態では、内燃機関の制御装置１、１Ａ、１Ｂを車両用の内燃機関１００に適用した場合を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、船舶用や航空機用、その他の様々な機器の内燃機関に適用することができる。また前述した実施形態を全て組み合わせてる、又は何れか２つの実施形態を任意に組み合わせても本発明を実現することが可能である。また、本発明は、以上の実施形態の全ての構成を備えているものに限定されるものではなく、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ても良い。さらにある実施形態の一部の構成について、他の実施形態の構成に追加、削除、置換をしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１：制御装置、１００：内燃機関、１０１：吸気管、１０２：気筒、１０２１：第１気筒、１０２２：第２気筒、１０２３：第３気筒、１０２４：第４気筒、１０３：クランク軸、１０３１：クランク角センサ、１０３２：メモリ板、１０４：ピストン、１０５：吸気弁、１０５Ａ：吸気ポート、１０６：排気弁、１０６Ａ：排気ポート、１０７：スロットル弁、１０８：エアフローセンサ、１０９：燃料噴射装置、１１０：点火プラグ、１１１：排気管、１１２：ＥＧＲ管、１１３：筒内圧センサ、２１０：燃焼エネルギ算出部、２２０：記憶部、２３０：傾向算出部、２４０：差分算出部、２５０：燃焼安定性判断部
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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