(57)【要約】【課題】定常運転状態と過渡運転状態を切り替えて運転した場合であっても、燃焼室内の混合気の燃焼状態を正確に判定することができる新規な内燃機関の制御装置を提供することにある。【解決手段】内燃機関の出力を変動させる物理量を検出する物理量検出部２２と、物理量検出部の検出結果に基づき気筒毎の出力変動値を算出する出力変動値算出部１００と、出力変動値算出部により算出された所定の第１の気筒の第１出力変動値と所定の第２の気筒の第２出力変動値との差、又は比に基づいて、過渡運転状態、又は定常運転状態にあるかどうかを判定する状態判定部１００を備える。常状態と判定された区間に燃焼不良判定を行うため、定常運転状態と過渡運転状態を切り替えて運転する場合も、気筒の混合気の燃焼不良状態を正確に判定することが可能である。【選択図】図５
2019031912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、内燃機関の機関トルクを変動させる物理量を検出する物理量検出部からの検出結果に基づき気筒毎の出力変動値を算出する出力変動値算出部と、前記出力変動値算出部により算出された所定の第１の気筒の第１出力変動値と、これとは別の第２の気筒の第２出力変動値との差、又は比に基づいて、過渡運転状態、又は定常運転状態にあるかどうかを判定する状態判定部を有する制御手段を備えた
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記状態判定部は、前記第１の気筒の前記第１出力変動値と前記第２の気筒の前記第２出力変動値との差、または比が状態判定閾値以上であった場合に、前記第１の気筒及び前記第２の気筒が定常運転状態であると判定し、
更に、前記状態判定部は、前記第１の気筒の前記第１出力変動値と前記第２の気筒の前記第２出力変動値との差、または比が前記状態判定閾値未満であった場合に、前記第１の気筒及び前記第２の気筒が過渡運転状態であると判定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記状態判定用閾値は、機関トルク、機関回転速度、油温、水温の少なくとも１つに応じて変更される
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記状態判定部により前記第１の気筒及び前記第２の気筒が定常運転状態と判定した場合に、定常運転状態の区間を燃焼判定領域として設定する燃焼判定領域設定部と、
前記燃焼判定領域設定部により設定された燃料判定領域において、前記第１の気筒又は前記第２の気筒の前記出力変動値算出部により算出された出力変動値が設定値以上の場合に、前記第１の気筒又は前記第２の気筒が燃焼不良であることを判定する燃焼不良判定部を備えた
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
前記燃焼判定領域設定部は、前記状態判定部により前記第１の気筒及び前記第２の気筒が過渡運転状態と判定した場合に、過渡運転状態の区間を燃焼判定禁止領域として設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記状態判定部により前記第１の気筒及び前記第２の気筒が定常運転状態と判定した場合に、定常運転状態の区間を燃焼判定領域として設定する燃焼判定領域設定部と、
前記燃焼判定領域設定部により設定された燃焼判定領域において、前記第１の気筒又は前記第２の気筒の前記出力変動値算出部により算出された出力変動値が設定値以上の場合に、前記第１の気筒又は前記第２の気筒の制御パラメータを補正する制御パラメータ補正部を備えた
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記物理量検出部が検出する物理量は、スロットル弁開度、吸気圧、空気流量、燃料噴射量、最大筒内圧、回転速度の何れか１つである
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
物理量検出部は、４気筒以上の夫々の気筒に設けられた筒内圧センサからの信号に基づいて筒内圧を検出する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の内燃機関の制御装置において、
前記出力変動値算出部は、夫々の前記気筒の所定燃焼サイクル分の図示平均有効圧の標準偏差からなる出力変動率を演算すると共に、夫々の前記気筒の前記出力変動率の最大値と最小値の差、又は前記最大値と前記最小値の比を演算し、
前記状態判定部は、前記出力変動率の前記最大値と前記最小値の差、又は前記最大値と前記最小値の比を予め定めた状態判定閾値と比較し、前記出力変動率の前記最大値と前記最小値の差、又は前記最大値と前記最小値の比が前記状態判定閾値より大きいと判定すると定常運転状態と判定し、前記出力変動率の前記最大値と前記最小値の差、又は前記最大値と前記最小値の比が前記状態判定閾値より小さいと判定すると過渡運転状態と判定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記状態判定部により前記第１の気筒及び前記第２の気筒が定常運転状態と判定した場合に、定常運転状態の区間を燃焼判定領域として設定する燃焼判定領域設定部と、
前記燃焼判定領域設定部により設定された燃焼判定領域において、前記第１の気筒又は前記第２の気筒の前記出力変動値算出部により算出された前記出力変動率が予め定めた燃焼判定閾値以上の場合に、前記第１の気筒又は前記第２の気筒の燃料噴射量、或いは燃料噴射時期、或いは点火時期の１つ以上を補正する制御パラメータ補正部を備えている
ことを特徴と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係り、特に燃焼室の混合気の燃焼状態を判定して内燃機関の制御パラメータを制御する内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両においては、燃料消費量（燃費）や排気ガス有害成分に関する規制が強化され、このような規制は今後もますます強化される傾向にある。特に、燃費に関する規制は、近年の燃料価格の高騰、地球温暖化への影響、エネルギー資源枯渇等の問題により、極めて関心の高い事項である。
【０００３】
このような状況下において、例えば自動車産業では、車両の燃費性能や排気ガス浄化性能の向上を目的として様々な技術開発が進められている。例えば、特開平１０−１９６４２９号公報（特許文献１）に記載されているように、燃焼室内の混合気の燃焼による燃焼圧力を検出する燃焼圧センサを備え、燃焼圧センサのサンプリング期間中に検出された所定気筒のトルク発生サイクル毎の燃焼圧変化に基づいてトルク変動量を算出し、算出されたトルク変動量が目標トルク変動量に収束するように内燃機関の制御パラメータ、例えば燃料噴射量や点火時期を調整することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１９６４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関の多くは、機関トルク(機関出力と読み替えることができる)を時間軸上で殆ど変化させない定常運転状態(例えば、アクセルペダルの踏込量がほぼ一定の状態)と、機関トルクを時間軸上で増加または減少させる過渡運転状態(例えば、アクセルペダルの踏込量が増大、或いは減少される状態)とを切り替えながら運転する。そして、特許文献１に記載されている内燃機関の制御装置は、混合気の燃焼の不安定性をトルク変動量として検出し、内燃機関の制御パラメータを調整することで燃焼を安定化するものである。
【０００６】
しかしながら、内燃機関の過渡運転状態では機関トルクの時間的変動量が大きいため、特許文献１に記載されているように、所定気筒のトルク発生(燃焼)サイクル毎の燃焼圧変化に基づいてトルク変動量を算出すると、トルク変動量は、定常運転状態のトルク変動量及び過渡運転状態に伴う機関トルク自身のトルク変動を含めたトルク変動量となる。
【０００７】
このため過渡運転状態では、混合気の燃焼が安定しているにも関わらず、燃焼が不安定であると誤判定される恐れがある。この結果、不必要な制御パラメータの調整が行われ、内燃機関の燃費性能、出力性能、排気浄化性能が悪化するという新たな課題が発現する。
【０００８】
本発明の目的は、定常運転状態と過渡運転状態を切り替えて運転した場合であっても、燃焼室内の混合気の燃焼状態を正確に判定することができる新規な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、内燃機関の機関トルクを変動させる物理量を検出する物理量検出部からの検出結果に基づき気筒毎の出力変動値を算出する出力変動値算出部と、出力変動値算出部により算出された所定の第１の気筒の第１出力変動値とこれとは別の第２の気筒の第２出力変動値との差、又は比に基づいて、内燃機関が過渡運転状態、又は定常運転状態にあるかどうかを判定する状態判定部を備える、ことを特徴としている。
【００１０】
更に、本発明は、状態判定部によって定常運転状態と判定された場合に、定常運転状態の区間を燃焼判定領域として設定する燃焼判定領域設定部と、燃焼判定領域設定部により設定された燃料判定領域において、第１の気筒又は第２の気筒の出力変動値算出部により算出された出力変動値が設定値以上の場合に、第１の気筒又は第２の気筒が燃焼不良であることを判定する燃焼不良判定部とを備える、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、定常運転状態と判定された区間に燃焼不良判定を行うため、定常運転状態と過渡運転状態を切り替えて運転する場合も、気筒の混合気の燃焼不良状態を正確に判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明が適用される内燃機関の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す内燃機関を上面から見た平面図である。
【図３】定常運転状態と過渡運転状態の切り替え運転時における、従来の２つの気筒の図示平均有効圧と出力変動率の時間変化とから燃焼安定性の判定結果を説明する説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態になる燃焼安定性の判定と制御パラメータ補正制御の手順を示すフローチャートである。
【図５】図４に示すステップＳ１０３における定常運転状態と過渡運転状態の判定手順を示すフローチャートである。
【図６】定常運転状態と過渡運転状態の切り替え運転時における、第１の実施形態の２つの気筒の図示平均有効圧と出力変動率の時間変化とから燃焼安定性の判定結果を説明する説明図である。
【図７】機関回転数、トルク、油温、水温に対する、図５に示す差分値判定閾値(ΔＣＰｉ)の例を示す特性図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における、定常運転状態と過渡運転状態の判定手順を示すフローチャートである。
【図９】定常運転状態と過渡運転状態の切り替え運転時における、第２の実施形態の２つの気筒の図示平均有効圧と出力変動率の時間変化とから燃焼安定性の判定結果を説明する説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態における、定常運転状態と過渡運転状態の判定と、全気筒に対する補正制御の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態における内燃機関の断面を示している。内燃機関ＩＣは火花点火式の４サイクルガソリン式の内燃機関であり、エンジンヘッドとシリンダ１０、ピストン１１、吸気弁１２、排気弁１３によって燃焼室が形成されている。燃料噴射弁１４がエンジンヘッドに設けられ、その噴射ノズルは燃焼室(以下、気筒と表記する)内に貫通しており、所謂、筒内直接噴射式の内燃機関を構成している。また、シリンダヘッドには点火プラグ１５も併設されている。燃焼用の空気は、エアクリーナ１６、スロットルバルブ１７、吸気ポート１８を通って気筒内に吸入される。そして燃焼後の排気ガスは排気ポート１９、排気浄化用触媒２０を通って大気に排出される。
【００１５】
気筒内に取り込まれる空気の量は、エアフローセンサ２１によって検出される。また、シリンダヘッドに設けられた筒内圧センサ２２によって気筒内の圧力が検出される。更に、クランク角センサ２３によって機関回転速度が検出され、スロットルバルブ開度センサ２４によって、スロットルバルブの開度が検出される。これらセンサによる検出値は制御ユニット１００に取り込まれ、内燃機関ＩＣの状態検知や運転制御に利用される。
【００１６】
また、制御ユニット１００は、スロットルバルブ１７の開度、燃料噴射弁１４による噴射開始時期と噴射終了時期、点火プラグ１５による点火時期などを出力し、内燃機関ＩＣを所定の運転状態に制御する。
【００１７】
図１においては、内燃機関の燃焼室の構成を示すために単一気筒のみを示したが、本発明の実施形態における内燃機関は、２つ以上の気筒から構成される多気筒の内燃機関である。以下では４気筒の内燃機関を例として説明するものであり、図２に上面からみた平面図を示している。
【００１８】
筒内圧センサ２２は各気筒に設けられており、制御ユニット１００では、各気筒の筒内圧を独立に検知可能である。また、制御ユニット１００は、燃料噴射弁１４による噴射開始時期と噴射終了時期、点火プラグ１５による点火時期を各気筒独立に制御可能である。
【００１９】
制御ユニット１００では、筒内圧センサ２２による筒内圧検出値を一定のクランク角ｄＣＡ毎（例えばクランク角1°毎）に取り込み、内燃機関の吸気行程から排気行程までの１燃焼サイクル内の筒内圧サンプリング値を用いて、以下の（１）式より図示平均有効圧(Ｐｉ)を算出する。
【００２０】
【数１】
2019031912.tif 000003
【００２１】
ここで、「Ｐ」はサンプリングされた筒内圧力値、「Ｐａ」は大気圧、ｄＶはｄＣＡ期間における筒内の容積変動量、Ｖは気筒の行程容積である。
【００２２】
更に以下の（２）式より、所定燃焼サイクル分（例えば、１００燃焼サイクル分）の図示平均有効圧(Ｐｉ)の標準偏差（ＣＰｉ）を算出する。以下、これを出力変動率(ＣＰｉ)と定義する。
【００２３】
【数２】
2019031912.tif 000004
【００２４】
ここで、「ｎ」は燃焼サイクル数、「Ｐｋｉ」は任意の或る燃焼サイクルでの図示平均有効圧、「Ｐｉｍ」は図示平均有効圧の平均値である。そして、本実施形態においては、筒内圧センサ２２が各気筒に設けられていることから、出力変動率(ＣＰｉ)は気筒毎に独立に算出されるものである。
【００２５】
火花点火式の内燃機関においては、内燃機関の燃費効率を向上する手法として、希薄燃焼（リーンバーン）や大量の排ガス再循環（ＥＧＲ）燃焼などが知られている。これらの手法では、混合気を空気や排ガスで希釈することで部分負荷におけるポンピング損失や冷却損失を減らすことができる。また、更に高い燃費効率を得るには空気や排ガスの量を増やして希釈率を高めることが有効である。
【００２６】
しかしながら、希薄燃焼やＥＧＲ燃焼は燃焼が不安定になりやすい傾向にある。特に多気筒の内燃機関においては、気筒間で燃焼の安定性に差が生じ、燃焼安定性が低い(燃焼安定性が悪い)気筒によって希釈率限界が低く抑えられるという課題がある。そこで、燃焼安定性が低い気筒を検出し、その気筒に対して燃焼安定性が向上する補正制御(例えば、燃料噴射量や点火時期の補正)を行なえば、内燃機関全体として高い希釈率で運転することができ、燃費効率を最大限に高めることが可能となる。
【００２７】
燃焼安定性の良否については、上述した出力変動率(ＣＰｉ)を予め定めた変動率判定閾値と比較し、出力変動率(ＣＰｉ)がこの変動率判定閾値より大きい場合に、燃焼が不安定状態にあると判定するのが一般的である。しかしながら、内燃機関が過渡運転状態にある場合には、出力変動率(ＣＰｉ)には、本来必要である燃焼の不安定性に伴うトルク変動成分と、機関トルクが所定の過渡変化をしながら目標とする機関トルクに移行することに伴うトルク変動成分が含まれているため、燃焼安定性の良否を判定する場合に、誤判断する恐れがある。
【００２８】
次に、燃焼安定性の良否を誤判断する具体的な事例を、図３を用いて説明する。図３には、多気筒の内燃機関において、機関トルクが定常運転状態と過渡運転状態を含む運転をした場合の或る所定の気筒１と、これとは別の所定の気筒２の図示平均有効圧(Ｐｉ)と出力変動率(ＣＰｉ)の変化を示している。
【００２９】
図３においては、時刻５〜１０秒は定常運転状態、時刻１０〜２０秒は過渡運転状態（機関トルクが低下）、時刻２０〜３０秒は定常運転状態、時刻３０〜３５秒は過渡運転状態（機関トルクが上昇）、時刻３５〜４５秒は定常運転状態となるように機関トルクが制御ユニット１００によって制御されている。
【００３０】
気筒１は燃焼安定性が高い気筒であり、図示平均有効圧(Ｐｉ)は振動することなく所定の出力値に追従している。一方、気筒２は燃焼安定性が低い気筒であり、図示平均有効圧(Ｐｉ)には短周期のサイクル変動を生じている。
【００３１】
そして、気筒１と気筒２の出力変動率(ＣＰｉ)を比較すると、機関トルクが定常運転状態の区間では、実線で示す気筒２の出力変動率(ＣＰｉ)は、破線で示す気筒１の出力変動率(ＣＰｉ)より大幅に大きい。したがって定常運転状態では、出力変動率(ＣＰｉ)を、一点鎖線で表示した適切な「燃焼判定閾値」である変動率判定閾値(ＣＰｉＳＬ)と比較することで、気筒１の燃焼安定性が高く、気筒２の燃焼安定性が低いことを正しく判定できる。尚、変動率判定閾値(ＣＰｉＳＬ)は実験的に求めた経験値を用いている。
【００３２】
一方、内燃機関が過渡運転状態の区間においては、気筒１の出力変動率(ＣＰｉ)と気筒２の出力変動率(ＣＰｉ)の双方が大きくなる。これは出力変動率(ＣＰｉ)に、燃焼の不安定に伴う燃焼サイクル毎のトルク変動成分と、所定の過渡変化を行なうことに伴う機関トルク自身のトルク変動成分が含まれるためである。したがって、内燃機関が過渡運転状態の区間において、出力変動率(ＣＰｉ)を変動率判定閾値(ＣＰｉＳＬ)と比較すると、気筒２に加えて、本来は燃焼安定性が高い気筒１も燃焼安定性が低いと誤判定される恐れがある。
【００３３】
そこで本実施形態では、図４に示すフローチャートに示すように、気筒毎の燃焼安定性を判定し、燃焼安定性が低い気筒に対して制御パラメータの補正制御を行うものである。図４は、制御ユニット１００によって実施される制御処理フローを示している。
【００３４】
図４において、ステップＳ１０では各気筒の筒内圧センサ２２の検出出力のサンプリング値を用いて、(１)式及び(２)式から気筒毎の出力変動率(ＣＰｉ)を演算する。そしてステップＳ１１において、各気筒の出力変動率(ＣＰｉ)の中から出力変動率の最大値(ＣＰｉｍａｘ)とその気筒番号(Ｎｍａｘ)を求める。
【００３５】
続いてステップＳ１２において、内燃機関が定常運転状態であるか過渡運転状態であるかの判定を行う。この判定方法については図５を用いて説明する。そして、過渡運転状態と判定されるとエンドに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。
【００３６】
一方、内燃機関が定常運転状態と判定された場合には、ステップＳ１３に進んで出力変動率の最大値(ＣＰｉｍａｘ)と予め定めた変動率判定閾値(ＣＰｉＳＬ)と比較する。最大値(ＣＰｉｍａｘ)を比較するのは、これ以外の気筒は最大値(ＣＰｉｍａｘ)より出力変動率(ＣＰｉ)が小さい(燃焼が安定している)からである。そして、最大値(ＣＰｉｍａｘ)が変動率判定閾値(ＣＰｉＳＬ)より小さいと、燃焼安定性に問題がないとしてエンドに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。
【００３７】
これに対して、最大値(ＣＰｉｍａｘ)が変動率判定閾値(ＣＰｉＳＬ)よりも大きい場合には、燃焼安定性が悪いと判断してステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、出力変動率が最大の気筒(Ｎｍａx)に対して燃焼を安定化するための補正制御を実行する。ここで、燃焼を安定化するための補正制御とは、燃焼が不安定と判定された気筒に対して、例えば、他の気筒より燃料噴射量を増やしたり、燃料の噴射時期や点火時期を他の気筒より進角、または遅角したりすることなどである。
【００３８】
すなわち、燃料噴射量を増量することで空燃比がリッチとなり、着火性、火炎伝播性が良くなり燃焼が安定化される。また、燃料噴射時期を変更することで、混合気分布や筒内の混合気の乱れ強さが最適化され燃焼が安定化される。更に、点火時期を変更することで、筒内の熱発生重心が最適化され燃焼が安定化される。
【００３９】
尚、どのような補正制御を行なうかは、内燃機関のシステムに応じて適切に選ばれて補正されれば良いので、これ以上の説明は省略するが、少なくとも燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期の１つ以上が次補正されれば良いものである。
【００４０】
次に、内燃機関の定常運転状態及び過渡運転状態を判定する方法について図５を用いて説明する。図５は、図４に示す定常／過渡運転状態を判定するステップＳ１２の詳細を示したものである。
【００４１】
ステップＳ１２ａでは各気筒の出力変動率(ＣＰｉ)の中から出力変動率の最小値(ＣＰｉｍｉｎ)を求める。そして、ステップＳ１２ｂにおいて、出力変動率の最大値(ＣＰｉｍａｘ)と最小値(ＣＰｉｍｉｎ)の変動率差分値(ΔＣＰｉ)を、「ΔＣＰｉ＝ＣＰｉｍａｘ−ＣＰｉｍｉｎ」の演算を行なって求める。
【００４２】
続いて、ステップＳ１２ｃにおいては、変動率差分値(ΔＣＰｉ)を予め定めた「状態判定閾値」である差分値判定閾値(ΔＣＰｉＳＬ)と比較し、変動率差分値(ΔＣＰｉ)が差分値判定閾値(ΔＣＰｉＳＬ)よりも大きい場合には、内燃機関が定常運転状態と判断してステップＳ１３に移行する。一方、変動率差分値(ΔＣＰｉ)が差分値判定閾値(ΔＣＰｉＳＬ)より小さい場合には、内燃機関が過渡運転状態と判断し、燃焼安定性の判断処理フローから抜けてエンドに進み、次の起動タイミングを待つことになる。
【００４３】
次に、図６を用いて本実施形態の作用、効果を説明する。図６には多気筒の内燃機関において、内燃機関が定常運転状態と過渡運転状態を含む運転をした場合の気筒１と気筒２の図示平均有効圧(Ｐｉ)、出力変動率(ＣＰｉ)、変動率差分値(ΔＣＰｉ)の変化を示している。尚、図示平均有効圧(Ｐｉ)と出力変動率(ＣＰｉ)の変化は図３と同一の結果である。
【００４４】
図６で示されるように、変動率差分値(ΔＣＰｉ)は、内燃機関が定常運転状態では大きく、内燃機関が過渡運転状態では小さくなる。これは、定常運転状態では出力変動率(ＣＰｉ)は燃焼の不安定に伴う燃焼サイクル毎のトルク変動成分のみを表すのに対して、過渡運転状態では出力変動率(ＣＰｉ)は燃焼の不安定に伴う燃焼サイクル毎のトルク変動成分と所定の過渡変化を行なうことに伴う機関トルク自身のトルク変動成分の和を表すためである。したがって、過渡運転状態では出力変動率(ＣＰｉ)に占める燃焼の不安定に伴う燃焼サイクル毎のトルク変動成分の比率が減少し、燃焼安定性が高い気筒に対して燃焼安定性が低い気筒で変動率差分値(ΔＣＰｉ)が小さくなるからである。
【００４５】
そこで、変動率差分値(ΔＣＰｉ)が所定の差分値判定閾値(ΔＣＰｉＳＬ)よりも大きい場合にのみ、出力変動率(ＣＰｉ)の値から燃焼安定性を判定することで、定常運転状態の場合にのみ燃焼安定性の判定が行われ、過渡運転状態における燃焼安定性の誤判定を防止できる。このように、定常運転状態で燃焼安定性が正確に判定されることで、図４に示すステップＳ１３、Ｓ１４によって燃焼安定性が低い気筒に適切に制御パラメータの補正制御が行われ、内燃機関の燃費性能や排気浄化性能を向上することができる。
【００４６】
尚、差分値判定閾値(ΔＣＰｉＳＬ)は必ずしも一定値である必要は無く、機関回転速度、機関トルク、油温、水温などに応じて変更しても良いものである。内燃機関が過渡運転状態においては、出力変動率(ＣＰｉ)には燃焼サイクル毎のトルク変動成分と過渡変化を行なうことに伴うトルク変動成分が含まれるので、燃焼サイクル毎のトルク変動成分が、過渡変化を行なうことに伴うトルク変動成分に比べ大きい場合には、変動率差分値(ΔＣＰｉ)が大きくなり、過渡運転状態を定常運転状態と誤判定する危険性が高まる。
【００４７】
そこで図７に示しているように、燃焼サイクル毎の出力変動が大きくなりやすい、機関回転速度が低い状態、機関トルクが低い状態、油温、水温が低い状態では、差分値判定閾値(ΔＣＰｉＳＬ)を高くするのが望ましい。この場合、差分値判定閾値(ΔＣＰｉＳＬ)は、機関回転速度、機関トルク、油温、水温が高くなるにつれて、特性Ａで示すように段階的に低くすることができ、更には、特性Ｂで示すように連続的に低くすることができる。
【００４８】
また、機関トルクの不安定性が非常に高くなる運転条件、例えば油温、水温が非常に低い場合や、アイドリングストップからの再起動直後などは、内燃機関の(１)定常運転状態や過渡運転状態の判定、及び(２)燃焼安定性を誤判定する危険性が高いので、これらの状態では、内燃機関の(１)定常運転状態や過渡運転状態の判定、及び(２)燃焼安定性の判定を停止するのが望ましいものである。
【実施例２】
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、内燃機関の定常運転状態や過渡運転状態の判定を、変動率差分値(ΔＣＰｉ)を用いて行う例を提案している。これに対して、第２の実施形態では、変動率比を用いて判定する例を提案するものである。
【００５０】
図８は、図４におけるステップＳ１２の詳細を示しおり、ステップＳ１２ａでは各気筒の出力変動率(ＣＰｉ)の中から出力変動率の最小値(ＣＰｉｍｉｎ)を求める。そしてステップＳ１２ｄにおいては、出力変動率の最大値(ＣＰｉｍａｘ)と最小値(ＣＰｉｍｉｎ)の変動率比(ＲＣＰｉ)を、「ＲＣＰｉ＝ＣＰｉｍａｘ／ＣＰｉｍｉｎ」の演算を行なって求める。
【００５１】
続いて、ステップＳ１２ｅにおいては、変動率比(ＲＣＰｉ)を予め定めた変動率比判定閾値(ＲＣＰｉＳＬ)と比較し、変動率比(ＲＣＰｉ)が、変動率比判定閾値(ＲＣＰｉＳＬ)よりも大きい場合には、定常運転状態と判断してステップＳ１３に移行する。一方、変動率比(ＲＣＰｉ)が、変動率比判定閾値(ＲＣＰｉＳＬ)より小さい場合には、過渡運転状態と判断し、燃焼安定性の判断処理フローから抜けてエンドに進み、次の起動タイミングを待つことになる。
【００５２】
尚、上述した変動率比(ＲＣＰｉ)は、分母と分子を入れ替えて「ＲＣＰｉ＝ＣＰｉｍｉｎ／ＣＰｉｍａｘ」として求めても良いものである。この場合においては、ステップＳ１２ｅでは、変動率比(ＲＣＰｉ)を予め定めた変動率比判定閾値(ＲＣＰｉＳＬ)と比較し、変動率比(ＲＣＰｉ)が変動率比判定閾値(ＲＣＰｉＳＬ)よりも小さい場合に、定常運転状態と判断してステップＳ３に移行することになる。
【００５３】
次に、図９を用いて本実施形態の作用、効果を説明する。図９には多気筒の内燃機関において、内燃機関が定常運転状態と過渡運転状態を含む運転をした場合の気筒１と気筒２の図示平均有効圧(Ｐｉ)、出力変動率(ＣＰｉ)、変動率比(ＲＣＰｉ)の変化を示している。ここで、変動率比(ＲＣＰｉ)は「ＲＣＰｉ＝ＣＰｉｍａｘ／ＣＰｉｍｉｎ」により求められた値である。尚、図示平均有効圧(Ｐｉ)と出力変動率(ＣＰｉ)の変化は図３と同一の結果である。
【００５４】
図９で示されるように、変動率比(ＲＣＰｉ)は、内燃機関が定常運転状態では大きく、内燃機関が過渡運転状態では小さくなる。これは、定常運転状態では出力変動率(ＣＰｉ)は燃焼の不安定に伴う燃焼サイクル毎のトルク変動成分のみを表すのに対して、過渡運転状態では出力変動率(ＣＰｉ)は燃焼の不安定に伴う燃焼サイクル毎のトルク変動成分と所定の過渡変化を行なうことに伴う機関トルク自身のトルク変動成分の和を表すためである。したがって、図６で説明した理由と同様に燃焼安定性が高い気筒に対して、燃焼安定性が低い気筒で変動率比(ＲＣＰｉ)が小さくなる。
【００５５】
そこで、変動率比(ＲＣＰｉ)が所定の変動率比判定閾値(ＲＣＰｉＳＬ)よりも大きい場合にのみ、出力変動率(ＣＰｉ)の値から燃焼安定性を判定することで、定常運転状態の場合にのみ燃焼安定性の判定が行われ、過渡運転状態における燃焼安定性の誤判定を防止できる。このように、定常運転状態で燃焼安定性が正確に判定されることで、図４に示すステップＳ１３、Ｓ１４によって燃焼安定性が低い気筒に適切に制御パラメータの補正制御が行われ、内燃機関の燃費性能や排気浄化性能を向上することができる。
【００５６】
尚、変動率比(ＲＣＰｉ)を「ＲＣＰｉ＝ＣＰｉｍｉｎ／ＣＰｉｍａｘ」により求める場合、変動率比(ＲＣＰｉ)の変化は図９に示す特性とは逆の特性となるものである。したがって、変動率比(ＲＣＰｉ)が所定の変動率比判定閾値(ＲＣＰｉＳＬ)よりも大きい場合にのみ、出力変動率(ＣＰｉ)の値から燃焼安定性を判定すれば良いことになる。
【００５７】
尚、上述の説明では少なくとも２つ以上の気筒の筒内圧を用いて定常運転状態、或いは過渡運転状態を判定する手法を提案したが、これ以外のパラメータを使用することも可能である。例えば、スロットルバルブ開度、単位サイクル当たりの燃料噴射量、単位サイクル当たりの吸入空気量、吸気管内空気圧力、機関回転速度、筒内圧の最大値Ｐｍａｘなど、機関出力に関係する物理量の時間変化率を定期的に監視し、それらの時間変化率が所定値以下の場合に定常運転状態、所定値以上の場合に過渡運転状態と判定してもよいものである。
【００５８】
ただ、上述した実施形態にあるように、筒内圧の出力変動率(ＣＰｉ)を用いて定常運転状態、或いは過渡運転状態を判定すると、次に述べるような特別な作用、効果を奏するようになる。
【００５９】
出力変動率(ＣＰｉ)は、燃焼の安定性を判断するための指標値として用いられるので、これを機関定常運転状態、或いは過渡運転状態の判定にも用いることで、(１)定常運転状態、或いは過渡運転状態から(２)燃焼安定性の判定までの処理が簡素化し、制御ユニット１００での演算負荷を小さくできる。
【００６０】
また、筒内圧の出力変動率(ＣＰｉ)は、内燃機関の機関トルク変動を直接的に表す指標であるため、スロットルバルブ開度や燃料噴射量、空気流量など間接的に機関出力を表す指標を用いる場合に比べて、より正確に、時間遅れも少なく、定定常運転状態、或いは過渡運転状態の判定が可能となる。
【実施例３】
【００６１】
多気筒の内燃機関においては、環境条件や燃料性状の大幅な変化、機構部品の劣化などで全ての気筒の燃焼安定性が低くなる恐れがある。この場合には、燃焼安定性が低い特定気筒に対する補正制御では、内燃機関の燃費性能、出力性能、排気浄化性能を維持することが困難となる。
【００６２】
そこで、全ての気筒の燃焼安定性が低くなった場合には、それを検知して、全気筒に対して適切な制御パラメータの補正制御を施すのが望ましい。これを実現するための内燃機関の制御手順を図１０に示している。図１０は、図４に示した内燃機関の制御処理フローにおける定常運転状態と過渡運転状態を判定するステップＳ１２と、燃焼安定性を判定するステップＳ１３の間に制御ステップＳ１６と制御ステップＳ１７を追加したものである。
【００６３】
図１０に示す制御処理フローにおいて、ステップＳ１２で定常運転状態と判定された場合に、ステップＳ１６においては、各気筒の出力変動率(ＣＰｉ)の中から出力変動率の最小値(ＣＰｉｍｉｎ)と予め定めた変動率判定閾値(ＣＰｉＳＬ)と比較する。最小値(ＣＰｉｍａｉ)を比較するのは、これ以外の気筒は最小値(ＣＰｉｍａｉ)より出力変動率(ＣＰｉ)が大きい(燃焼が安定していない)からである。そして、最小値(ＣＰｉｍａｉ)が変動率判定閾値(ＣＰｉＳＬ)より大きいと、全ての気筒で燃焼安定性に問題があるとしてステップＳ１７に移行する。
【００６４】
一方、出力変動率ｎ最小値(ＣＰｉｍａｉ)が変動率判定閾値(ＣＰｉＳＬ)より小さい場合には、図４と同様にステップＳ１３、Ｓ１４に進んで、出力変動率が最大の気筒に対する制御パラメータの補正制御を実行する。
【００６５】
また、ステップＳ１６において全ての気筒が燃焼安定化が低いと判定されているので、ステップＳ１７では、全ての気筒に対して制御パラメータの補正制御を実行する。これは、例えば全気筒の空燃比を小さくする（理論空燃比に近くする）、もしくは全気筒のＥＧＲ率を下げることで希釈率を小さくするといった補正をおこなうものである。更にこの場合には、警告灯を点灯させるなどして、運転者に対して警告を出すのが望ましい。
【００６６】
このように、全気筒の燃焼安定性が低い場合にも、全気筒に対して燃焼を安定化する補正制御が行われ、内燃機関の燃費性能、出力性能、排気浄化性能を維持することが可能となる。また、特定気筒の燃焼安定性が低い場合には、その気筒に対する補正制御が行われることで、内燃機関の全体として高い燃費効率を得ることが可能となる。
【００６７】
以上述べた通り、本発明は、内燃機関の機関トルクを変動させる物理量を検出する物理量検出部からの検出結果に基づき気筒毎の出力変動値を算出する出力変動値算出部と、出力変動値算出部により算出された所定の第１の気筒の第１出力変動値と所定の第２の気筒の第２出力変動値との差、又は比に基づいて、内燃機関が過渡運転状態、又は定常運転状態にあるかどうかを判定する状態判定部を備える、ことを特徴としている。
【００６８】
これによれば、定常運転状態と判定された区間に燃焼不良判定を行うため、定常運転状態と過渡運転状態を切り替えて運転する場合も、気筒の混合気の燃焼不良状態を正確に判定することが可能となる。
【００６９】
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
【符号の説明】
【００７０】
１０…シリンダヘッド及びシリンダ、１１…ピストン、１２…吸気弁、１３…排気弁、１４…燃料噴射弁、１５…点火プラグ、１６…エアクリーナ、１７…スロットルバルブ、１８…吸気ポート、１９…排気ポート、２０…排気浄化用触媒、２１…エアフローセンサ、２２…筒内圧センサ、２３…クランク角センサ，１００…制御ユニット。
【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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