(57)【要約】【課題】燃料の着火時期の検出精度の低下を抑制する。【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して燃料を燃焼させる燃焼制御部と、５ｋＨｚから１０ｋＨｚまでの任意の周波数帯域における振動加速度の振幅値を算出する振幅値算出部と、燃料の燃焼形態を判別する燃焼形態判別部と、を備える。燃焼形態判別部は、所定の着火判定区間における振幅値の最大値、又は平均値が所定値以上であれば、燃料の燃焼形態が拡散燃焼であると判定し、最大値、又は平均値が所定値未満であれば、燃焼の燃焼形態が予混合燃焼であると判定する。【選択図】図１
2019138292.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加速度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して燃料を燃焼させる燃焼制御部と、
５ｋＨｚから１０ｋＨｚまでの任意の周波数帯域における前記振動加速度の振幅値を算出する振幅値算出部と、
燃料の燃焼形態を判別する燃焼形態判別部と、
を備え、
前記燃焼形態判別部は、
所定の着火判定区間における前記振幅値の最大値、又は平均値が所定値以上であれば、燃料の燃焼形態が拡散燃焼であると判定し、前記最大値、又は前記平均値が所定値未満であれば、燃焼の燃焼形態が予混合燃焼であると判定する、
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、ノックセンサによって検出された機関本体の振動加速度のうち、５［ｋＨｚ］から７［ｋＨｚ］程度の範囲の振動加速度の振幅に相当する振幅相当値を、所定の着火時期判定レベルと比較することで、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２０１０−２１６２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一部、又は全部の機関運転領域で燃料を予混合燃焼させる内燃機関において、例えば過渡的な筒内環境（筒内圧力や筒内温度、筒内酸素密度）の変化など、何らかの要因によって予混合気の着火遅れ時間が想定よりも短くなると、燃料の燃焼形態が予混合燃焼というよりも拡散燃焼に近い燃焼形態になることがある。また逆に、一部、又は全部の機関運転領域で燃料を拡散燃焼させる内燃機関においても、何らかの要因で燃料の燃焼形態が拡散燃焼というよりも予混合燃焼に近い燃焼形態になることも考えられる。
【０００５】
ここで、横軸にクランク角又は時間を取り、縦軸にノックセンサによって検出された振動加速度の振幅値を取った振幅値波形の形状は、振幅値の算出にあたって、どの周波数帯域の振動加速度を使用するかで変化する。このとき、燃焼形態に応じて、実際の筒内圧力波形と相関関係にある振幅値波形が得られる振動加速度の周波数帯域は異なるため、振動加速度の振幅値に基づいて着火時期を検出するには、事前に燃焼形態を判別する必要がある。
【０００６】
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、着火時期の検出にあたって事前に燃焼形態を判別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、機関本体の振動加速度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して燃料を燃焼させる燃焼制御部と、５ｋＨｚから１０ｋＨｚまでの任意の周波数帯域における振動加速度の振幅値を算出する振幅値算出部と、燃料の燃焼形態を判別する燃焼形態判別部と、を備える。燃焼形態判別部は、所定の着火判定区間における振幅値の最大値、又は平均値が所定値以上であれば、燃料の燃焼形態が拡散燃焼であると判定し、最大値、又は平均値が所定値未満であれば、燃焼の燃焼形態が予混合燃焼であると判定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のこの態様によれば、着火時期の検出にあたって事前に燃焼形態を判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一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、内燃機関の運転領域を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの全周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの０［ｋＨｚ］から２．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの２．５［ｋＨｚ］から５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの５［ｋＨｚ］から７．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの７．５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、燃焼形態が拡散燃焼であるときの１０［ｋＨｚ］から１２．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの全周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの０［ｋＨｚ］から２．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの２．５［ｋＨｚ］から５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの５［ｋＨｚ］から７．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの７．５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、燃焼形態が予混合燃焼であるときの１０［ｋＨｚ］から１２．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の振動加速度の振幅値波形を示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による燃焼形態の判別制御を含む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６】図６は、本発明の一実施形態による燃焼制御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】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の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。
【００１１】
図１は、本発明の一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。
【００１２】
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。
【００１３】
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ことができるように構成される。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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
入力ポート２０５には、前述したノックセンサ２１０や燃圧センサ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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。
【００４１】
電子制御ユニット２００は、機関運転状態（機関回転速度及び機関負荷）に基づいて、機関本体１の運転モードを予混合燃焼モード、又は拡散燃焼モードのいずれかに切り替える。
【００４２】
電子制御ユニット２００は、図２に示すように、機関運転状態が低回転低負荷側の第１運転領域内にあれば、運転モードを予混合燃焼モードに切り替える。また電子制御ユニット２００は、機関運転状態が高回転高負荷側の第２運転領域内にあれば、運転モードを拡散燃焼モードに切り替える。そして電子制御ユニット２００は、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る各運転モードに応じた目標噴射量、及び目標噴射時期に制御して燃料を燃焼させる燃焼制御を実施する。
【００４３】
具体的には電子制御ユニット２００は、運転モードが予混合燃焼モードのときには、吸気行程から圧縮行程中の任意の時期に燃焼室１１内に燃料を１回、又は複数回噴射して燃焼室１１内に理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば３０〜４０程度）の予混合気を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行う。
【００４４】
また電子制御ユニット２００は、運転モードが拡散燃焼モードのときには、圧縮上死点近傍で高温・高圧となった燃焼室１１内に燃料を噴射し、当該燃料を拡散燃焼させて機関本体１の運転を行う。本実施形態では、圧縮上死点近傍で実施する燃料噴射（メイン燃料噴射）に先行して圧縮行程中にパイロット噴射を実施するようにしている。
【００４５】
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、燃料の自着火時期を検出し、検出した自着火時期と目標自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。
【００４６】
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によって検出した各クランク角における筒内圧力を、所定の着火時期判定用の筒内圧力値と比較することで検出する方法が挙げられる。この方法によれば、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。
【００４７】
一方で、ノックセンサ２１０の出力値、すなわちノックセンサ２１０によって検出された機関本体１の振動加速度（以下「検出振動加速度」という。）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。燃料の燃焼時には、燃料の燃焼に伴って機関本体１の振動加速度が大きくなるので、検出振動加速度に基づいて着火時期を検出する方法としては、検出振動加速度に対して各種の処理を施して所定の着火判定区間（着火時期前後の所定のクランク角範囲に相当する区間）における検出振動加速度の振幅値を算出し、当該振幅値を所定の着火時期判定閾値と比較することで検出する方法が挙げられる。
【００４８】
しかしながら、検出振動加速度に対して各種の処理を施して算出される当該検出振動加速度の振幅値の大きさは、振幅値を算出する際に施す処理の一つであるバンドパスフィルタ処理の周波数帯域（バンド幅）によって変化する。すなわち、検出振動加速度のうち、どの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出するかで、算出した振幅値の大きさが変化する。
【００４９】
したがって、横軸にクランク角又は時間を取り、縦軸に検出振動加速度の振幅値を取った振幅値波形の形状は、振幅値の算出にあたって、検出振動加速度のうち、どの周波数帯域の検出振動加速度を使用するかで変化する。そして発明者らの鋭意研究の結果、実際の筒内圧力波形と相関関係にある振幅値波形が得られる周波数帯域は、燃焼形態に応じて異なることが分かった。以下、この点について図３Ａから図４Ｆを参照して説明する。
【００５０】
図３Ａから図３Ｆは、それぞれ燃焼形態が拡散燃焼であるときの振幅値波形を示す図であって、振幅値波形の形状を、振幅値の算出にあたって使用した検出振動加速度の周波数帯域に応じて比較して示した図である。また図４Ａから図４Ｆは、それぞれ燃焼形態が予混合燃焼であるときの振幅値波形を示す図であって、振幅値波形の形状を、振幅値の算出にあたって使用した検出振動加速度の周波数帯域に応じて比較して示した図である。
【００５１】
なお図３Ａ及び図４Ａは、全周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。図３Ｂ及び図４Ｂは、０［ｋＨｚ］から２．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。図３Ｃ及び図４Ｃは、２．５［ｋＨｚ］から５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。図３Ｄ及び図４Ｄは、５［ｋＨｚ］から７．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。図３Ｅ及び図４Ｅは、７．５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。図３Ｆ及び図４Ｆは、１０［ｋＨｚ］から１２．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出した場合の振幅値波形を示す図である。
【００５２】
図３Ａから図３Ｆに示すように、燃焼形態が拡散燃焼の場合、５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出したときの振幅値波形（図３Ｄ及び図３Ｅ）が、パイロット噴射による燃料の燃焼に起因する振幅値の増大と、メイン噴射による燃料の燃焼に起因する振幅値の増大と、が現れた実際の筒内圧力波形に近い振幅値波形となることが分かった。
【００５３】
一方で図４Ａから図４Ｆに示すように、燃焼形態が予混合燃焼の場合、２．５［ｋＨｚ］から１２．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出したときの振幅値波形（図４Ｃから図４Ｆ）には、予混合燃焼に起因する振幅値の増大がほとんど現れないことが分かった。そして０［ｋＨｚ］から２．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して振幅値を算出したときの振幅値波形（図４Ｂ）が、予混合燃焼に起因する振幅値の増大が現れた実際の筒内圧力波形に近い振幅値波形となることが分かった。
【００５４】
したがって、検出振動加速度に基づいて着火時期を検出する場合、運転モードが予混合燃焼モードのときは、０［ｋＨｚ］から２．５［ｋＨｚ］までの任意の周波数帯域の検出振動加速度を使用して算出した振幅値を、例えば予混合燃焼用の着火時期判定閾値Ｖ１と比較することが望ましい。そして運転モードが拡散燃焼モードのときは、５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの任意の周波数帯域の検出振動加速度を使用して算出した振幅値を、例えば拡散燃焼用の着火時期判定閾値Ｖ２と比較することが望ましい。
【００５５】
しかしながら、運転モードが予混合燃焼モードのときであっても、例えば過渡的な筒内環境（筒内圧力や筒内温度、筒内酸素密度）の変化など、何らかの要因によって予混合気の着火遅れ時間が想定よりも短くなると、燃料の燃焼形態が予混合燃焼というよりも拡散燃焼に近い燃焼形態になることがある。また逆に、運転モードが拡散燃焼モードのときであっても、何らかの要因で燃料の燃焼形態が拡散燃焼というよりも予混合燃焼に近い燃焼形態になることも考えられる。
【００５６】
したがって、運転モードが予混合燃焼モードだからといって、燃焼形態を判別せずに０［ｋＨｚ］から２．５［ｋＨｚ］までの任意の周波数帯域の検出振動加速度を使用して算出した振幅値に基づいて着火時期を検出すると、拡散燃焼に近い燃焼形態になっているときに、着火時期の検出精度が低下したり、着火時期を誤検出したりするおそれがある。また逆に、運転モードが拡散燃焼モードだからといって、燃焼形態を判別せずに５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの任意の周波数帯域の検出振動加速度を使用して算出した振幅値に基づいて着火時期を検出すると、予混合燃焼に近い燃焼形態になっているときに、着火時期の検出精度が低下したり、着火時期を誤検出したりするおそれがある。
【００５７】
そのため、このような着火時期の検出精度の悪化や、誤検出を抑制するためには、実際の燃焼形態が拡散燃焼（若しくは拡散燃焼に近い燃焼形態）であるのか、又は予混合燃焼（若しくは予混合燃焼に近い燃焼形態）であるのかを確認することが望ましい。
【００５８】
そこで本実施形態では、着火判定区間における５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度を使用して算出した振幅値の最大値、又は平均値を、所定の燃焼形態判定閾値Ｖ３と比較し、振幅値の最大値、又は平均値が燃焼形態判定閾値Ｖ３以上であれば、実際の燃焼形態が拡散燃焼であると判定し、振幅値の最大値、又は平均値が燃焼形態判定閾値Ｖ３未満であれば、実際の燃焼形態が予混合燃焼であると判定することとした。そして燃焼形態を判別した上で、着火時期の検出を行うこととした。
【００５９】
以下、図５を参照して、この本実施形態による燃焼形態の判別制御を含んだ着火時期の検出制御について説明する。
【００６０】
図５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。
【００６１】
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、着火判定区間におけるノックセンサ２１０の出力値（検出振動加速度）を読み込む。本実施形態では、着火判定区間を各気筒１０の圧縮行程中期から膨張行程中期までのクランク角範囲に相当する区間としているが、適宜変更可能である。
【００６２】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、検出振動加速度に対して、０［ｋＨｚ］から２．５［ｋＨｚ］までの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、着火判定区間における当該周波数帯域の検出振動加速度を抽出する。
【００６３】
なお本実施形態では、ステップＳ２において０［ｋＨｚ］から２．５［ｋＨｚ］までの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いるが、０［ｋＨｚ］から２．５［ｋＨｚ］までの任意の周波数帯域（例えば１［ｋＨｚ］から２．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域等）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も良い。
【００６４】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、検出振動加速度に対して、５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの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、着火判定区間における当該周波数帯域の検出振動加速度を抽出する。
【００６５】
なお本実施形態では、ステップＳ３において５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの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いるが、５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの任意の周波数帯域（例えば５［ｋＨｚ］から７．５［ｋＨｚ］までや、７．５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの周波数帯域等）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も良い。
【００６６】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、クランク各又は時間を横軸に取り、ステップＳ３で抽出した着火判定区間における検出振動加速度を縦軸に取った検出振動加速度の波形を作成し、その検出振動加速度の波形に対して包絡線処理（エンベロープ処理）を施すことによって、着火判定区間における５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度の振幅値波形（以下「第１振幅値波形」という。）を作成する。
【００６７】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、第１振幅値波形に基づいて、着火判定区間における検出振動加速度の振幅値の最大値Ｖｍａｘを算出し、当該最大値Ｖｍａｘが、燃焼形態判定閾値Ｖ３以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、着火判定区間における検出振動加速度の振幅値の最大値Ｖｍａｘが燃焼形態判定閾値Ｖ３以上であれば、ステップＳ６の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、着火判定区間における検出振動加速度の振幅値の最大値Ｖｍａｘが燃焼形態判定閾値Ｖ３以上であれば、ステップＳ８の処理に進む。
【００６８】
なお本実施形態では、このように着火判定区間における振幅値の最大値Ｖｍａｘを燃焼形態判定閾値Ｖ３と比較しているが、着火判定区間における振幅値の平均値と比較しても良い。
【００６９】
ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、燃料の燃焼形態が拡散燃焼であると判定する。
【００７０】
ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、第１振幅値波形、すなわち着火判定区間における５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度の振幅値に基づいて、着火時期を検出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、着火判定区間における５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度の振幅値が、拡散燃焼用の着火時期判定閾値Ｖ２以上となったときを着火時期として検出する。
【００７１】
ここで本実施形態のように、拡散燃焼モードのときに多段噴射（本実施形態ではパイロット噴射及びメイン噴射）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にも振動加速度は大きくなる。そのため多段噴射を実施する場合には、メイン噴射燃料以外の燃料の燃焼時に生じる振動加速度の振幅値よりも大きくなるように、拡散燃焼用の着火時期判定閾値Ｖ２を設定することが望ましい。またこのような方法以外にも、着火時期の検出にあたってメイン噴射燃料の燃焼時を着火時期として検出できるように、例えば第１振幅値波形に基づいて振幅値のどこの増大部分がメイン噴射燃料の燃焼に起因するものかを判断した上で着火時期の検出を行うようにして良い。このようにすれば、着火時期判定閾値Ｖ２の設定値を低くすることが可能となる。
【００７２】
ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、燃焼の燃焼形態が予混合燃焼であると判定する。
【００７３】
ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、クランク各又は時間を横軸に取り、ステップＳ２で抽出した着火判定区間における検出振動加速度を縦軸に取った検出振動加速度の波形を作成し、その検出振動加速度の波形に対して包絡線処理（エンベロープ処理）を施すことによって、着火判定区間における０［ｋＨｚ］から２．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度の振幅値波形（以下「第２振幅値波形」という。）を作成する。
【００７４】
ステップＳ１０において、電子制御ユニット２００は、第２振幅値波形、すなわち着火判定区間における０［ｋＨｚ］から２．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度の振幅値に基づいて、着火時期を検出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、着火判定区間における０［ｋＨｚ］から２．５［ｋＨｚ］までの周波数帯域の検出振動加速度の振幅値が、予混合燃焼用の着火時期判定閾値Ｖ１以上となったときを着火時期として検出する。
【００７５】
図６は、本実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。
【００７６】
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。
【００７７】
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、各運転モードに応じた燃料噴射弁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。
【００７８】
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、機関運転状態毎に予め設定されている各運転モードに応じた目標着火時期と、の偏差を着火時期偏差ΔＣとして算出する。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
ステップＳ１６において、電子制御ユニット２００は、検出自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。
【００８２】
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の振動加速度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して燃料を燃焼させる燃焼制御部と、５［ｋＨｚ］から１０［ｋＨｚ］までの任意の周波数帯域における振動加速度の振幅値を算出する振幅値算出部と、燃料の燃焼形態を判別する燃焼形態判別部と、を備える。
【００８３】
そして燃焼形態判別部は、所定の着火判定区間における振幅値の最大値、又は平均値が燃焼形態判定閾値Ｖ３（所定値）以上であれば、燃料の燃焼形態が拡散燃焼であると判定し、最大値、又は平均値が燃焼形態判定閾値Ｖ３未満であれば、燃焼の燃焼形態が予混合燃焼であると判定するように構成されている。
【００８４】
これにより本実施形態によれば、着火時期の検出にあたって事前に燃料の燃焼形態を判別することができる。したがって、例えば予混合燃焼を実施している場合に、燃料の燃焼形態が予混合燃焼というよりも拡散燃焼に近い燃焼形態になっているときや、逆に拡散燃焼を実施している場合に、燃料の燃焼形態が拡散燃焼というよりも予混合燃焼に近い燃焼形態になっているときであっても、実際の燃焼形態に応じた周波数帯域の振動加速度の振幅値に基づいて、着火時期を検出することができる。そのため、着火時期の検出精度が低下したり、又は着火時期を誤検出したりしてしまうのを抑制することができる。
【００８５】
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。
【符号の説明】
【００８６】
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】
2019138292.tif 000003
【図２】
2019138292.tif 000004
【図３Ａ】
2019138292.tif 000005
【図３Ｂ】
2019138292.tif 000006
【図３Ｃ】
2019138292.tif 000007
【図３Ｄ】
2019138292.tif 000008
【図３Ｅ】
2019138292.tif 000009
【図３Ｆ】
2019138292.tif 000010
【図４Ａ】
2019138292.tif 000011
【図４Ｂ】
2019138292.tif 000012
【図４Ｃ】
2019138292.tif 000013
【図４Ｄ】
2019138292.tif 000014
【図４Ｅ】
2019138292.tif 000015
【図４Ｆ】
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【図５】
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【図６】
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