(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸と一体回転する回転部材に、予め定められた複数のクランク角度に設けられた複数の被検出部と、非回転部材に固定され、前記被検出部を検出するクランク角センサと、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の燃焼室に供給される燃料量を制御する燃料制御部と、
前記クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度を検出すると共に、前記クランク角度の時間変化率であるクランク角速度、前記クランク角速度の時間変化率であるクランク角加速度、及び前記クランク角加速度の時間変化率であるクランク角躍度を算出する角度情報算出部と、
前記内燃機関の１回の燃焼行程に対応して設定した判定期間において算出された複数の前記クランク角躍度から最大値を判定する躍度最大値判定部と、
前記内燃機関の始動開始後に、前記判定期間毎に前記最大値を積算して、積算値を算出する躍度最大値積算部と、
前記内燃機関の始動開始後に、前記最大値が超過判定値以上になった前記判定期間の回数である超過回数を算出する最大値超過回数算出部と、
前記積算値及び前記超過回数の一方又は双方に基づいて、前記燃焼室に供給される前記燃料量が基準量よりも低下するリーン異常が発生したか否かを判定するリーン異常判定部と、
を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記リーン異常判定部は、前記内燃機関の始動開始後の前記判定期間の回数が、判定実行回数になった時点の前記積算値が、判定積算値よりも小さい場合に、前記リーン異常が発生したと判定し、それ以外の場合に、前記リーン異常が発生していないと判定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記リーン異常判定部は、前記内燃機関の始動開始後の前記判定期間の回数が、判定実行回数になった時点の前記積算値に基づいて、前記燃焼室に供給される前記燃料量の基準量からの低下度合いであるリーン度合いを判定する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記リーン異常判定部は、前記内燃機関の始動開始後の前記判定期間の回数が、判定実行回数になった時点の前記超過回数が、判定超過回数以上である場合に、前記リーン異常が発生したと判定し、それ以外の場合に、前記リーン異常が発生していないと判定する請求項１から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】
前記リーン異常判定部は、前記内燃機関の始動開始後の前記判定期間の回数が、判定実行回数になった時点の前記超過回数に基づいて、前記燃焼室に供給される前記燃料量の基準量からの低下度合いであるリーン度合いを判定する請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記最大値超過回数算出部は、前記内燃機関の始動開始後に最初に燃焼した前記燃焼行程に対応する前記判定期間において算出された前記最大値、又は複数設けられた前記燃焼室のそれぞれについて前記内燃機関の始動開始後に最初に燃焼した前記燃焼行程に対応する前記判定期間において算出された前記最大値を全ての前記燃焼室について平均化した平均値を、前記超過判定値に設定する請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記リーン異常判定部は、前記内燃機関の温度が、高温判定値以上である場合は、前記積算値に基づいて、前記リーン異常が発生したか否かを判定し、前記内燃機関の温度が、前記高温判定値よりも低い温度に設定された低温判定値以下である場合は、前記超過回数に基づいて、前記リーン異常が発生したか否かを判定し、前記内燃機関の温度が、前記高温判定値よりも小さく且つ前記低温判定値よりも大きい場合は、前記積算値及び前記超過回数の一方又は双方に基づいて、前記リーン異常が発生したか否かを判定する請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記燃料制御部は、前記リーン異常が発生したと判定された場合に、前記燃焼室に供給される前記燃料量を増加させる請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記燃料制御部は、前記リーン度合いに応じて、前記燃焼室に供給される前記燃料量を増加させる請求項３又は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】
本願は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の制御装置は、各種センサからの運転状態の情報に応じて目標空燃比を設定し、実際の空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射量を制御する。
【０００３】
各種センサ、及び燃料供給系を構成する各種部品のバラツキなどにより、実空撚比が目標空燃比からずれる。このずれを補正するために、排気管内の排気ガスの実空燃比を検出する空燃比センサが設けられ、内燃機関の制御装置は、空燃比センサの検出信号に基づいて燃焼噴射量を補正するフィードバック制御を行う。
【０００４】
ここで、燃料供給系には、燃料を燃料タンクから送り出すための燃料ポンプ、送り出された燃料の圧力を調整する圧力レギュレータ、内燃機関の各燃焼室に対して燃料噴射を行うインジェクタ等が含まれ、燃料供給系の各要素に性能のバラツキがある。
【０００５】
また、空燃比センサとして、理論空燃比付近で出力が急変する２値空燃比センサ、空燃比をリニアに検出できるリニア空燃比センサ等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８０１８４１号
【特許文献２】特開２０１７−６６８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、内燃機関の始動後、空燃比センサが活性化するまでにはタイムラグがある。そのため、内燃機関の始動時に、燃料供給系の異常が発生すると、空燃比センサが活性化して、フィードバック制御により燃料噴射量が補正されるまで、実空燃比が目標空燃比からずれたままの状態になる。例えば、燃料供給系に、燃焼室に供給される燃料量が減少するリーン異常が発生すると、始動時の空燃比がリーン化する。その結果、排気ガスが悪化したり、始動性が悪化したりするので、空燃比センサ以外の手段により燃料供給系のリーン異常を検出し、燃料噴射量を補正することが望まれる。
【０００８】
特許文献１の技術では、空燃比センサを用いたフィードバック制御を行った時の燃料噴射量の補正量、又は空燃比センサにより検出した実空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて、燃料供給系の異常を判定している。しかし、特許文献１の技術は、始動後の運転中に時間をかけて判定する方法であり、始動してから異常が判定されるまでに時間を要する。また、内燃機関の始動時は、始動後の運転中とは異なる特異な運転状態であり、内燃機関の始動時のみに発生する燃料供給系の異常が考えられる。しかし、特許文献１の技術では、この始動時の異常を検出できない。
【０００９】
また、特許文献２の技術では、始動開始後、所定のエンジン回転速度に到達するまでの点火回数から、ガソリンの性状が軽質であるか、重質であるかを判定している。そのため、特許文献２の技術は、燃料の性状を判定するものであり、燃料供給系の異常を判定するものではない。
【００１０】
そこで、本願は、内燃機関の始動時に、燃料供給系のリーン異常が発生していることを検出することができる内燃機関の制御装置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】
【００１１】
本願に係る内燃機関の制御装置は、クランク軸と一体回転する回転部材に、予め定められた複数のクランク角度に設けられた複数の被検出部と、非回転部材に固定され、前記被検出部を検出するクランク角センサと、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の燃焼室に供給される燃料量を制御する燃料制御部と、
前記クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度を検出すると共に、前記クランク角度の時間変化率であるクランク角速度、前記クランク角速度の時間変化率であるクランク角加速度、及び前記クランク角加速度の時間変化率であるクランク角躍度を算出する角度情報算出部と、
前記内燃機関の１回の燃焼行程に対応して設定した判定期間において算出された複数の前記クランク角躍度から最大値を判定する躍度最大値判定部と、
前記内燃機関の始動開始後に、前記判定期間毎に前記最大値を積算して、積算値を算出する躍度最大値積算部と、
前記内燃機関の始動開始後に、前記最大値が超過判定値以上になった前記判定期間の回数である超過回数を算出する最大値超過回数算出部と、
前記積算値及び前記超過回数の一方又は双方に基づいて、前記燃焼室に供給される前記燃料量が基準量よりも低下するリーン異常が発生したか否かを判定するリーン異常判定部と、
を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本願の内燃機関の制御装置によれば、１回の燃焼行程に対応して設定した判定期間において算出された複数のクランク角躍度の最大値により、１回の燃焼行程間のトルク変動を検出することができる。燃料量が低下すると、燃焼により生じるエネルギーが低下し、トルク変動が低下する。一方、内燃機関の始動時は、過渡運転状態であるので、瞬時値で精度よく判定することは容易でない。そこで、始動中に算出した、クランク角躍度の最大値の積算値、及びクランク角躍度の最大値が超過判定値以上になった超過回数の一方又は双方により、始動中の燃焼量の低下により生じたトルク変動の変化の傾向を検出することができ、リーン異常の発生の有無を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本願の実施の形態１に係る内燃機関及び制御装置の概略構成図である。
【図２】本願の実施の形態１に係る内燃機関及び制御装置の概略構成図である。
【図３】本願の実施の形態１に係る制御装置のブロック図である。
【図４】本願の実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。
【図５】本願の実施の形態１に係る角度情報検出処理を説明するためのタイムチャートである。
【図６】本願の実施の形態１に係る、記憶装置に記憶される補正値を説明するための図である。
【図７】本願の実施の形態１に係る角度情報算出処理を説明するためのタイムチャートである。
【図８】本願の実施の形態１に係るクランク角躍度の最大値の判定を説明するための図である。
【図９】本願の実施の形態１に係る基準燃料量、暖機条件における始動時挙動を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】本願の実施の形態１に係るリーン燃料量、暖機条件における始動時の挙動を説明するためのタイムチャートである。
【図１１】本願の実施の形態１に係る暖機条件における始動時のクランク角躍度の最大値の積算値の挙動を説明するためのタイムチャートである。
【図１２】本願の実施の形態１に係る基準燃料量、冷機条件における始動時挙動を説明するためのタイムチャートである。
【図１３】本願の実施の形態１に係るリーン燃料量、冷機条件における始動時の挙動を説明するためのタイムチャートである。
【図１４】本願の実施の形態１に係る冷機時と暖機時とのクランク角躍度の最大値の挙動の傾向差を説明するためのタイムチャートである。
【図１５】本願の実施の形態１に係る冷機条件における始動時のクランク角躍度の最大値の積算値の挙動を説明するためのタイムチャートである。
【図１６】本願の実施の形態１に係る概略的な処理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】
【００１４】
１．実施の形態１
実施の形態に係る内燃機関の制御装置５０（以下、単に制御装置５０と称す）について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本実施の形態に係る内燃機関１及び制御装置５０の概略構成図であり、図３は、本実施の形態に係る制御装置５０のブロック図である。内燃機関１及び制御装置５０は、車両に搭載され、内燃機関１は、車両（車輪）の駆動力源となる。
【００１５】
１−１．内燃機関１の構成
まず、内燃機関１の構成について説明する。図１に示すように、内燃機関１は、空気と燃料の混合気を燃焼する燃焼室７を備えている。内燃機関１は、燃焼室７に空気を供給する吸気路２３と、燃焼室７で燃焼した排気ガスを排出する排気路１７とを備えている。内燃機関１は、ガソリンエンジンとされている。内燃機関１は、吸気路２３を開閉するスロットルバルブ４を備えている。スロットルバルブ４は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式スロットルバルブとされている。スロットルバルブ４には、スロットルバルブ４の開度に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ１９が設けられている。
【００１６】
スロットルバルブ４の上流側の吸気路２３には、吸気路２３に吸入される吸入空気量に応じた電気信号を出力するエアフローセンサ３が設けられている。内燃機関１は、排気ガス還流装置２０を備えている。排気ガス還流装置２０は、排気路１７から吸気マニホールド１２に排気ガスを還流するＥＧＲ流路２１と、ＥＧＲ流路２１を開閉するＥＧＲバルブ２２と、を有している。吸気マニホールド１２は、スロットルバルブ４の下流側の吸気路２３の部分である。ＥＧＲバルブ２２は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式ＥＧＲバルブとされている。排気路１７には、排気路１７内の排気ガスの空燃比に応じた電気信号を出力する空燃比センサ１８を備えている。
【００１７】
吸気マニホールド１２には、吸気マニホールド１２内の圧力に応じた電気信号を出力するマニホールド圧センサ８が設けられている。吸気マニホールド１２の下流側の部分には、燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。なお、インジェクタ１３は、燃焼室７内に直接燃料を噴射するように設けられてもよい。内燃機関１には、大気圧に応じた電気信号を出力する大気圧センサ３３が設けられている。内燃機関１には、内燃機関１を冷却する冷却水の温度を検出する冷却水温センサ３４が設けられている。
【００１８】
燃焼室７の頂部には、空気と燃料の混合気に点火する点火プラグと、点火プラグに点火エネルギーを供給する点火コイル１６と、が設けられている。また、燃焼室７の頂部には、吸気路２３から燃焼室７内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブ１４と、シリンダ内から排気路１７に排出される排気ガス量を調節する排気バルブ１５と、が設けられている。
【００１９】
図２に示すように、内燃機関１は、複数の燃焼室７（本例では３つ）を備えている。各燃焼室７内には、ピストン５が備えられている。各燃焼室７のピストン５は、コンロッド９及びクランク３２を介してクランク軸２に接続されている。クランク軸２は、ピストン５の往復運動によって回転駆動される。各燃焼室７で発生した燃焼ガス圧は、ピストン５の頂面を押圧し、コンロッド９及びクランク３２を介してクランク軸２を回転駆動する。クランク軸２は、車輪に駆動力を伝達する動力伝達機構に連結されている。動力伝達機構は、変速装置、ディファレンシャルギヤ等から構成される。なお、内燃機関１を備えた車両は、動力伝達機構内にモータージェネレータを備えたハイブリッド車であってもよい。
【００２０】
内燃機関１は、クランク軸２と一体回転する信号板１０を備えている。信号板１０は、予め定められた複数のクランク角度に複数の歯を設けている。本実施の形態では、信号板１０は、１０ｄｅｇ間隔で歯が並べられている。信号板１０の歯には、一部の歯が欠けた欠け歯部分が設けられている。内燃機関１は、エンジンブロック２４に固定され、信号板１０の歯を検出する第１クランク角センサ１１を備えている。
【００２１】
内燃機関１は、クランク軸２とチェーン２８で連結されたカム軸２９を備えている。カム軸２９は、吸気バルブ１４及び排気バルブ１５を開閉駆動する。クランク軸２が２回転する間に、カム軸２９は１回転する。内燃機関１は、カム軸２９と一体回転するカム用の信号板３１を備えている。カム用の信号板３１は、予め定められた複数のカム軸角度に複数の歯を設けている。内燃機関１は、エンジンブロック２４に固定され、カム用の信号板３１の歯を検出するカム角センサ３０を備えている。
【００２２】
制御装置５０は、第１クランク角センサ１１及びカム角センサ３０の２種類の出力信号に基づいて、各ピストン５の上死点を基準としたクランク角度を検出すると共に、各燃焼室７の行程を判別する。なお、内燃機関１は、吸入行程、圧縮行程、燃焼行程、及び排気行程の４行程機関とされている。
【００２３】
内燃機関１は、クランク軸２と一体回転するフライホイール２７を備えている。フライホイール２７の外周部は、リングギア２５とされており、リングギア２５は、予め定められた複数のクランク角度に複数の歯を設けている。リングギア２５の歯は、周方向に等角度間隔で設けられている。本例では４ｄｅｇ間隔で、９０個の歯が設けられている。リングギア２５の歯には欠け歯部分は設けられていない。内燃機関１は、エンジンブロック２４に固定され、リングギア２５の歯を検出する第２クランク角センサ６を備えている。第２クランク角センサ６は、リングギア２５の径方向外側に、リングギア２５と間隔を空けて対向配置されている。フライホイール２７のクランク軸２とは反対側は、動力伝達機構に連結されている。よって、内燃機関１の出力トルクは、フライホイール２７の部分を通って、車輪側に伝達される。
【００２４】
第１クランク角センサ１１、カム角センサ３０、及び第２クランク角センサ６は、クランク軸２の回転による、各センサと歯の距離の変化に応じた電気信号を出力する。各角センサ１１、３０、６の出力信号は、センサと歯の距離が近い場合と、遠い場合とで信号がオンオフする矩形波となる。各角センサ１１、３０、６には、例えば、電磁ピックアップ式のセンサが用いられる。
【００２５】
フライホイール２７（リングギア２５）は、信号板１０の歯数よりも多い歯数を有しており、また、欠け歯部分もないため、高分解能の角度検出を期待できる。また、フライホイール２７は、信号板１０の質量よりも大きい質量を有しており、高周波振動が抑制されるため、高精度の角度検出を期待できる。
【００２６】
前述の通り、クランク角度の計測を行う場合、第２クランク角センサ６を用いる方が高精度の計測が可能となるが、第１クランク角センサ１１のみが装着されている構成の方が一般的である事より、本実施の形態では、第１クランク角センサ１１が、本願における「クランク角センサ」に相当し、信号板１０が、本願における「回転部材」に相当し、信号板１０に設けられた歯が、本願における「被検出部」に相当し、エンジンブロック２４が、本願における「非回転部材」に相当する。
【００２７】
内燃機関１は、内燃機関１を始動させるためのスタータ３５を備えている。スタータ３５は、内燃機関１を回転させる電動機である。スタータ３５の出力軸に設けられたピニオンギヤが、内燃機関１のクランク軸２と一体回転するリングギア２５に噛み合う。内燃機関１を始動させるためにスタータ３５に電力が供給されると、スタータ３５の回転駆動力により、内燃機関１の回転速度（クランク角速度）がゼロから上昇し、クランキング回転速度で回転する。後述する制御装置５０は、内燃機関１が回転し始めると、燃料噴射制御及び点火制御を開始する。内燃機関１の燃焼が開始すると、内燃機関１の回転速度がクランキング回転速度から上昇していき、所定の回転速度で落ち着くと内燃機関１の始動が完了する。スタータ３５への電力供給（例えば、スタータリレー）のオンオフは、運転者によるイグニッションスイッチの操作によって行われてもよいし、制御装置５０によって行われてもよい。
【００２８】
１−２．制御装置５０の構成
次に、制御装置５０について説明する。制御装置５０は、内燃機関１を制御対象とする制御装置である。図３に示すように、制御装置５０は、燃料制御部５１、角度情報算出部５２、躍度最大値判定部５３、躍度最大値積算部５４、最大値超過回数算出部５５、及びリーン異常判定部５６等の機能部を備えている。制御装置５０の各機能部５１〜５６等は、制御装置５０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置５０は、図４に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
【００２９】
演算処理装置９０として、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。
【００３０】
記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサ、スイッチが接続され、これらセンサ、スイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
【００３１】
そして、制御装置５０が備える各機能部５１〜５６等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置５０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各機能部５１〜５６等が用いる定数値、テーブル、判定値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。また、各機能部５１〜５６等が算出したクランク角度θｄ、クランク角速度ωｄ、クランク角加速度αｄ、クランク角躍度δｄ等の各算出値及び各検出値のデータは、ＲＡＭ等の書き換え可能な記憶装置９１に記憶される。
【００３２】
本実施の形態では、入力回路９２には、第１クランク角センサ１１、第２クランク角センサ６、カム角センサ３０、エアフローセンサ３、スロットル開度センサ１９、マニホールド圧センサ８、大気圧センサ３３、空燃比センサ１８、アクセルポジションセンサ２６、及び冷却水温センサ３４等が接続されている。出力回路９３には、スロットルバルブ４（電気モータ）、ＥＧＲバルブ２２（電気モータ）、インジェクタ１３、及び点火コイル１６等が接続されている。スタータ３５への電力供給のオンオフが、制御装置５０によって行われる場合は、出力回路９３に、スタータリレー（コイル）が接続される。なお、制御装置５０には、図示していない各種のセンサ、スイッチ、及びアクチュエータ等が接続されている。制御装置５０は、各種センサの出力信号に基づいて、吸入空気量、吸気マニホールド１２内の圧力、大気圧、空燃比、アクセル開度、及び水温等の内燃機関１の運転状態を検出する。
【００３３】
制御装置５０は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出し、インジェクタ１３及び点火コイル１６等を駆動制御する。制御装置５０は、アクセルポジションセンサ２６の出力信号等に基づいて、運転者が要求している内燃機関１の出力トルクを算出し、当該要求出力トルクを実現する吸入空気量となるように、スロットルバルブ４等を制御する。具体的には、制御装置５０は、目標スロットル開度を算出し、スロットル開度センサ１９の出力信号に基づき検出したスロットル開度が、目標スロットル開度に近づくように、スロットルバルブ４の電気モータを駆動制御する。また、制御装置５０は、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、ＥＧＲバルブ２２の目標開度を算出し、ＥＧＲバルブ２２の電気モータを駆動制御する。
【００３４】
１−２−１．燃料制御部５１
燃料制御部５１は、内燃機関の燃焼室７に供給される燃料量を制御する。燃料制御部５１は、吸入空気量及び回転速度等の内燃機関の運転状態に基づいて、目標空燃比を設定し、目標空燃比及び吸入空気量等に基づいて燃焼噴射量を算出し、インジェクタ１３を駆動制御する。また、燃料制御部５１は、内燃機関の始動時は、水温、始動開始後経過時間、及び内燃機関の回転速度等の内燃機関の運転状態に基づいて、始動時の燃料噴射量（基準量）を算出し、インジェクタ１３を駆動制御する。なお、始動時は、空燃比センサ１８は活性化しておらず、空燃比のフィードバック制御は行われない。なお、後述するリーン異常判定部５６によりリーン異常が発生したと判定された場合は、燃料制御部５１は、内燃機関の運転状態に基づいて算出された燃料噴射量（基準量）から増加させる。なお、リーン異常発生時の燃料量の増加処理は、後述する。
【００３５】
１−２−２．角度情報算出部５２
角度情報算出部５２は、第１クランク角センサ１１の出力信号に基づいて、クランク角度θｄを検出すると共に、クランク角度θｄの時間変化率であるクランク角速度ωｄ、及びクランク角速度ωｄの時間変化率であるクランク角加速度αｄ、及びクランク角加速度αｄの時間変化率であるクランク角躍度δｄを算出する。本実施の形態では、角度情報算出部５２は、角度情報検出部６０、角度情報補正部６１、及び補正後角度情報算出部６２を備えており、信号板１０の歯の製造ばらつき等による角度情報の誤差を補正するように構成されている。
【００３６】
＜角度情報検出部６０＞
角度情報検出部６０は、図５に示すように、クランク角センサ１１の出力信号に基づいてクランク角度θｄを検出すると共にクランク角度θｄを検出した検出時刻Ｔｄを検出する。そして、角度情報検出部６０は、検出したクランク角度θｄである検出角度θｄ及び検出時刻Ｔｄに基づいて、検出角度θｄの間の角度区間Ｓｄに対応する角度間隔Δθｄ及び時間間隔ΔＴｄを算出する。
【００３７】
本実施の形態では、角度情報検出部６０は、第１クランク角センサ１１の出力信号（矩形波）の立下りエッジ（又は立上りエッジ）を検出した時のクランク角度θｄを判定するように構成されている。角度情報検出部６０は、基点角度（例えば、第１燃焼室♯１のピストン５の上死点である０ｄｅｇ）に対応する立下りエッジである基点立下りエッジを判定し、基点立下りエッジを基点にカウントアップした立下りエッジの番号ｎ（以下、角度識別番号ｎと称す）に対応するクランク角度θｄを判定する。例えば、角度情報検出部６０は、基点立下りエッジを検出した時に、クランク角度θｄを基点角度（例えば、０ｄｅｇ）に設定すると共に角度識別番号ｎを０に設定する。そして、角度情報検出部６０は、立下りエッジを検出する毎に、クランク角度θｄを、予め設定された角度間隔Δθｄ（本例では１０ｄｅｇ）ずつ増加させると共に角度識別番号ｎを１つずつ増加させる。或いは、角度情報検出部６０は、角度識別番号ｎとクランク角度θｄとの関係が予め設定された角度テーブルを用い、今回の角度識別番号ｎに対応するクランク角度θｄを読み出すように構成されてもよい。角度情報検出部６０は、クランク角度θｄ（検出角度θｄ）を角度識別番号ｎに対応付ける。角度識別番号ｎは、最大番号（本例では３６）の後、１に戻る。角度識別番号ｎ＝１の前回の角度識別番号ｎは３６になり、角度識別番号ｎ＝３６の次回の角度識別番号ｎは１になる。なお、信号板１０において、基準位置認識のために予め決められた基準位置にて歯が１歯又は２歯欠けさせた仕様である場合には、その位置では上記加算される角度間隔Δθｄも欠歯の間隔に合わせて変更し、角度識別番号ｎを欠歯に合わせて変更する。
【００３８】
また、角度情報検出部６０は、第１クランク角センサ１１及びカム角センサ３０に基づいて判別した各燃焼室７の行程を参照して、クランク角度θｄに対応する各燃焼室７の行程を判定する。
【００３９】
角度情報検出部６０は、クランク角センサ１１の出力信号（矩形波）の立下りエッジを検出した時の検出時刻Ｔｄを検出し、検出時刻Ｔｄを角度識別番号ｎに対応付ける。具体的には、角度情報検出部６０は、演算処理装置９０が備えたタイマー機能を用いて、検出時刻Ｔｄを検出する。
【００４０】
角度情報検出部６０は、図５に示すように、立下りエッジを検出した時に、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する検出角度θｄ（ｎ）と、前回の角度識別番号（ｎ−１）に対応する検出角度θｄ（ｎ−１）との間の角度区間を、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する角度区間Ｓｄ（ｎ）に設定する。
【００４１】
また、角度情報検出部６０は、式（１）に示すように、立下りエッジを検出した時に、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する検出角度θｄ（ｎ）と、前回の角度識別番号（ｎ−１）に対応する検出角度θｄ（ｎ−１）との偏差を算出して、今回の角度識別番号（ｎ）（今回の角度区間Ｓｄ（ｎ））に対応する角度間隔Δθｄ（ｎ）に設定する。
Δθｄ（ｎ）＝θｄ（ｎ）−θｄ（ｎ−１）        ・・・（１）
本実施の形態では、信号板１０の歯の角度間隔は、欠歯箇所では異なるため、角度情報検出部６０は、計測歯の間隔に応じた角度間隔Δθｄを、予め設定された角度（本例では１０ｄｅｇ、又は欠歯位置で１０ｄｅｇの整数倍）に設定する。
【００４２】
また、角度情報検出部６０は、式（２）に示すように、立下りエッジを検出した時に、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する検出時刻Ｔｄ（ｎ）と、前回の角度識別番号（ｎ−１）に対応する検出時刻Ｔｄ（ｎ−１）との偏差を算出して、今回の角度識別番号（ｎ）（今回の角度区間Ｓｄ（ｎ））に対応する時間間隔ΔＴｄ（ｎ）に設定する。
ΔＴｄ（ｎ）＝Ｔｄ（ｎ）−Ｔｄ（ｎ−１）        ・・・（２）
【００４３】
＜角度情報補正部６１＞
角度情報補正部６１は、角度区間Ｓｄのそれぞれの角度間隔Δθｄ又は時間間隔ΔＴｄを、角度区間Ｓｄのそれぞれに対応して１つずつ設けた補正値Ｋｃにより補正する。この補正値Ｋｃは、信号板１０の歯の角度間隔の微小なばらつきを補正するためのものであり、信号板１０を内燃機関１に組み付ける前であれば、例えば、信号板１０を単体で一定速度にて回転させた時の、平均時間間隔と角度区間Ｓｄの時間間隔ΔＴｄの比を用いて、角度区間Ｓｄのそれぞれの補正値Ｋｃを予め算出しておき、それを記憶しておいて用いることができる。また、信号板１０を内燃機関１に組み付けた後であれば、内燃機関１が燃料カット中などの一定速度で回転している条件下において、角度区間Ｓｄのそれぞれのクランク角躍度δｄがゼロに近づくように、角度区間Ｓｄのそれぞれの補正値Ｋｃを変化させてもよい。より簡単には、補正値Ｋｃで補正する代わりに、角度区間Ｓｄの前後にわたる時間間隔ΔＴｄの移動平均値又は重み付平均値を、角度区間Ｓｄのそれぞれの補正後の時間間隔ΔＴｄｃとして算出するようにしてもよい。
【００４４】
本実施の形態では、角度情報補正部６１は、各角度識別番号ｎの角度区間Ｓｄ（ｎ）に１つずつ補正値Ｋｃ（ｎ）を設けている。本例では、角度識別番号ｎ及び角度区間Ｓｄは３６設けられているので、補正値Ｋｃも３６設けられている（実際には、欠歯数分少なくなる）。各補正値Ｋｃは、図６に示すように、各角度識別番号ｎに対応付けられて、制御装置５０のＲＡＭ等の書き換え可能な記憶装置９１に記憶される。
【００４５】
角度情報補正部６１は、式（３）に示すように、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する角度間隔Δθｄ（ｎ）又は時間間隔ΔＴｄ（ｎ）に、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する補正値Ｋｃ（ｎ）を乗算して、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する補正後の角度間隔Δθｄｃ（ｎ）又は時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ）を算出するように構成されている。
Δθｄｃ（ｎ）＝Ｋｃ（ｎ）×Δθｄ（ｎ）
又は                                        ・・・（３）
ΔＴｄｃ（ｎ）＝Ｋｃ（ｎ）×ΔＴｄ（ｎ）
【００４６】
本実施の形態では、補正値Ｋｃにより時間間隔ΔＴｄが補正される場合について説明する。なお、補正値Ｋｃにより補正されていない角度間隔Δθｄも、説明の便宜上、補正後の角度間隔Δθｄｃと称す。
【００４７】
＜補正後角度情報算出部６２＞
補正後角度情報算出部６２は、角度区間Ｓｄのそれぞれの補正値Ｋｃによる補正後の角度間隔Δθｄｃ及び時間間隔ΔＴｄｃに基づいて、検出角度θｄ又は角度区間Ｓｄのそれぞれに対応する、クランク角度θｄの時間変化率であるクランク角速度ωｄ、及びクランク角速度ωｄの時間変化率であるクランク角加速度αｄ、及びクランク角加速度αｄの時間変化率であるクランク角躍度δｄを算出する。
【００４８】
本実施の形態では、図７に示すように、補正後角度情報算出部６２は、処理対象とする角度区間Ｓｄ（ｎ）に対応する補正後の角度間隔Δθｄｃ（ｎ）及び時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ）に基づいて、処理対象の角度区間Ｓｄ（ｎ）に対応するクランク角速度ωｄ（ｎ）を算出する。具体的には、補正後角度情報算出部６２は、式（４）に示すように、処理対象の角度区間Ｓｄ（ｎ）に対応する補正後の角度間隔Δθｄｃ（ｎ）を補正後の時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ）で除算して、クランク角速度ωｄ（ｎ）を算出する。なお、クランク角速度ωｄが、内燃機関の回転速度に対応する。
ωｄ（ｎ）＝Δθｄｃ（ｎ）／ΔＴｄｃ（ｎ）          ・・・（４）
【００４９】
補正後角度情報算出部６２は、処理対象とする検出角度θｄ（ｎ）の直前１つの角度区間Ｓｄ（ｎ）に対応するクランク角速度ωｄ（ｎ）及び補正後の時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ）、並びに処理対象の検出角度θｄ（ｎ）の直後１つの角度区間Ｓｄ（ｎ＋１）に対応するクランク角速度ωｄ（ｎ＋１）及び補正後の時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ＋１）に基づいて、処理対象の検出角度θｄ（ｎ）に対応するクランク角加速度αｄ（ｎ）を算出する。具体的には、補正後角度情報算出部６２は、式（５）に示すように、直後のクランク角速度ωｄ（ｎ＋１）から直前のクランク角速度ωｄ（ｎ）を減算した減算値を、直後の補正後の時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ＋１）と直前の補正後の時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ）の平均値で除算して、クランク角加速度αｄ（ｎ）を算出する。
αｄ（ｎ）＝｛ωｄ（ｎ＋１）−ωｄ（ｎ）｝
／｛ΔＴｄｃ（ｎ＋１）＋ΔＴｄｃ（ｎ）｝×２      ・・・（５）
【００５０】
補正後角度情報算出部６２は、式（６）に示すように、対象検出角度θｄ（ｎ）の直後のクランク角加速度αｄ（ｎ＋１）から直前のクランク角加速度αｄ（ｎ−１）を減算した減算値を、対象検出角度θｄ（ｎ）の直後の補正後の時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ＋１）と直前の補正後の時間間隔ΔＴｄｃ（ｎ）の合計値で除算して、対象検出角度θｄ（ｎ）のクランク角躍度δｄ（ｎ）を算出する。
δｄ（ｎ）＝｛αｄ（ｎ＋１）−αｄ（ｎ−１）｝
／｛ΔＴｄｃ（ｎ＋１）＋ΔＴｄｃ（ｎ）｝      ・・・（６）
【００５１】
角度情報補正部６１及び補正後角度情報算出部６２は、リアルタイムに算出された角度間隔Δθｄ又は時間間隔ΔＴｄに対して、リアルタイムに補正値Ｋｃにより補正を行い、リアルタイムにクランク角速度ωｄ、クランク角加速度αｄ、クランク角躍度δｄを算出する。角度情報算出部５２の各部は、算出した各角度情報をＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶する。
【００５２】
１−２−３．リーン異常の判定
リーン異常の判定について、クランク角躍度δｄにより、内燃機関１での燃焼状態を判定できる原理について説明する。一般に、回転軸周りの運動方程式は式（７）のように書くことができる。
Ｉ×ｄω／ｄｔ＝Ｉ×α＝Ｔ                                  ・・・（７）
ここで、Ｉはイナーシャであり、ωは角速度であり、αは角加速度であり、Ｔはトルクである。この式は、回転軸周りにトルクがかかると、イナーシャの大きさに反比例した角加速度で回転し、トルクがかからない場合は、一定の角速度で回転すると解釈できる。
【００５３】
この式を内燃機関のクランク軸周りに適用すると式（８）のように書くことができる。
Ｉｅｎｇ×ｄωｄ／ｄｔ＝Ｉｅｎｇ×αｄ＝Ｔｇ−Ｔｌｏａｄ      ・・・（８）
ここで、Ｉｅｎｇは内燃機関のイナーシャであり、ωｄはクランク角速度であり、αｄはクランク角加速度であり、Ｔｇは燃焼により発生するトルクであり、Ｔｌｏａｄは負荷トルクであり、内燃機関及び動力伝達機構の摩擦抵抗、車両の走行抵抗などの全ての負荷の合計である
【００５４】
この式を、式（７）同様に解釈する際に、以下のように、クランク角加速度及び発生・負荷トルクを１回の燃焼行程間の平均値で考えた場合と、クランク角度間隔（本例では１０ｄｅｇ）の平均値で考えた場合で若干異なる結果となる。
【００５５】
＜１回の燃焼行程間の平均値で考えた場合＞
１回の燃焼行程間の発生トルクの平均値と負荷トルクの平均値が一致している場合、式（８）の右辺はゼロになるので、内燃機関は一定速度で回転していることを示す。これは、例えば内燃機関の回転速度が一定である定常運転状態を示している。また、Ｔｇ−Ｔｌｏａｄ＞０の場合は、内燃機関は加速している状態であり、Ｔｇ−Ｔｌｏａｄ＜０の場合は減速している状態である。失火時はＴｇ＝０となるので、減速状態となる。しかしながら、内燃機関は間欠的にトルクを発生させる機関であるので、１回の燃焼行程間でのトルクの変化を詳細に見ると、少し様子は変わってくる。
【００５６】
＜クランク角度間隔間の平均値で考えた場合＞
上述のように内燃機関は間欠的にトルクを発生させる機関であるので、１回の燃焼行程間でも、混合気が急速に燃焼している急速燃焼期間と、混合気が急速に燃焼していない非急速燃焼期間が存在している。また、燃焼期間は通常４０〜６０ｄｅｇ程度の期間であるので、１回の燃焼行程間（３燃焼室エンジンなら２４０ｄｅｇ、４燃焼室エンジンなら１８０ｄｅｇ）では燃焼していない非燃焼期間の方が一般に長くなる。
【００５７】
ここで、内燃機関が定常運転している場合を考えると、１回の燃焼行程間の発生トルクの平均値と負荷トルクの平均値は同じであるが、負荷トルクは常にかかっているのに対し、燃焼による発生トルクは短期間しか発生しない。つまり、燃焼による発生トルクは、瞬間的に大きくなると言える。このように考えると、内燃機関の回転速度が一定の場合でも、クランク角度間隔間の平均値としての発生トルクは、１回の燃焼行程間に大きな変動が重畳することがわかる。また、失火時には発生トルクはゼロとなるので、負荷トルクのみがかかることになる。
【００５８】
＜トルク変動の算出式＞
１回の燃焼行程間のトルク変動を検出する方法について説明する。ここで改めて式（７）にて、イナーシャを一定と考えると、トルクと角加速度は比例の関係にあることがわかる。今はトルクの変化が知りたいので、式（７）を更に微分した式（９）を考える。
Ｉ×ｄα／ｄｔ＝Ｉ×δ＝ｄＴ／ｄｔ                ・・・（９）
ここでδは角躍度である。式（９）は、トルクの微分値、つまり、トルクの時間変化率と角躍度は比例関係にあることを示しているので、これを内燃機関のクランク軸周りで考えると、トルク変動がクランク角躍度に比例する関係にあると言える。つまり、１回の燃焼行程間のクランク角躍度の変動を捉えることができれば、１回の燃焼行程間のトルク変動を捉えたことになる。
【００５９】
クランク角躍度の変化の例を図８に示す。失火時のクランク角躍度は基本的に大きな変動はなく、急速燃焼期間（例えば、Ｂ０５ｄｅｇからＡ５５ｄｅｇ）と、燃焼直前期間（例えば、上死点前であるＢ６５ｄｅｇからＢ０５ｄｅｇ）及び非急速燃焼期間（例えば、燃焼後であるＡ５５ｄｅｇからＡ１１５ｄｅｇ等）とのクランク角躍度の変動は小さい。ここで、Ｂは、ＢＴＤＣ（Before Top Dead Center、上死点前）を表し、Ａは、ＡＴＤＣ（After Top Dead Center、上死点後）を表す。これに対し、失火がない時、すなわち通常燃焼時は、急速燃焼期間のクランク角躍度は正方向に大きく変化するため、クランク角躍度の変動は大きくなる。失火時と失火なし時とで、急速燃焼期間のクランク角躍度の最大値δｄｍａｘが大きく変化する。一方、失火時と失火なし時とで、燃焼直前期間又は非急速燃焼期間のクランク角躍度の最小値δｄｍｉｎは大きく変化しない。よって、急速燃焼期間のクランク角躍度の最大値δｄｍａｘにより、１回の燃焼行程間のトルク変動を検出することができ、燃料量の低下による燃焼状態の変化を判定することができる。
【００６０】
＜燃料系のリーン異常判定＞
そこで、以上で説明した燃焼状態判定の原理に基づいて、燃料系のリーン異常が判定される。すなわち、クランク角躍度δｄに基づいて、１回の燃焼行程に対応して設定した判定期間におけるクランク角躍度の変動量が算出され、クランク角躍度の変動量に基づいて、１回の燃焼行程の間における燃焼状態が判定されるように構成されている。本実施の形態では、燃料系のリーン異常の判定のために、制御装置５０は、躍度最大値判定部５３、躍度最大値積算部５４、最大値超過回数算出部５５、及びリーン異常判定部５６を備えている。
【００６１】
＜躍度最大値判定部５３＞
躍度最大値判定部５３は、補正後角度情報算出部６２により算出されたクランク角躍度δｄに基づいて、１回の燃焼行程に対応して設定した判定期間（以下、最大値判定期間と称す）において、角度情報算出部５２により算出された複数のクランク角躍度δｄから最大値δｄｍａｘ（以下、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘ）を判定する。判定したクランク角躍度の最大値δｄｍａｘは、躍度最大値積算部５４及び最大値超過回数算出部５５に出力される。
【００６２】
本実施の形態では、最大値判定期間は、混合気が急速に燃焼している急速燃焼期間（燃焼行程の前側）に対応して予め設定され、例えば、Ｂ０５ｄｅｇからＡ５５ｄｅｇの期間に予め設定されている。躍度最大値判定部５３は、点火時期等の運転状態に応じて、最大値判定期間を変化させてもよい。
【００６３】
＜躍度最大値積算部５４＞
躍度最大値積算部５４は、内燃機関の始動開始後に、最大値判定期間毎にクランク角躍度の最大値δｄｍａｘを積算して、積算値Σδ（以下、躍度最大値の積算値Σδと称す）を算出する。
【００６４】
具体的には、躍度最大値積算部５４は、スタータ３５への通電が開始して、クランク角速度ωｄがゼロよりも大きくなった時点（クランキングの開始時点）で、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘの積算を開始する。躍度最大値の積算値Σδの初期値はゼロである。躍度最大値積算部５４は、１回の燃焼行程に対応して設定された最大値判定期間が終了し、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘが算出される毎に、現在の躍度最大値の積算値Σδに、算出されたクランク角躍度の最大値δｄｍａｘを加算し、更新する。
【００６５】
＜リーン異常の有無による始動挙動の差＞
図９に、燃料供給系のバラツキがなく、燃焼室に供給される燃料量が基準量である場合の始動時の挙動を示す。３回の試行の波形を重ね書きしている。また、始動開始時の水温は、約９０℃であり、完全暖機状態となっている。
【００６６】
時間２．０ｓｅｃで、スタータ３５への通電が開始し、クランク角速度ωｄがゼロよりも大きくなり、クランク軸がクランキング角速度で回転する。クランキングが開始すると、燃料噴射制御及び点火制御が開始する。その後、時間２．４ｓｅｃ付近で、初回の燃焼（初爆）が生じ、クランク角速度ωｄが、クランキング角速度よりも上昇し、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘが大きく増加している。その後、躍度最大値の積算値Σδがゼロから増加していく。
【００６７】
図１０に、燃料供給系のバラツキが生じ、燃焼室に供給される燃料量が基準量よりも減少したリーン異常が生じた場合の始動時の挙動を示す。３回の試行の波形を重ね書きしている。なお、リーン異常を模擬するために、燃料噴射量を基準量よりも３０％減少させている。また、始動開始時の水温は、約９０℃であり、完全暖機状態となっている。
【００６８】
同様に、時間２．０ｓｅｃで、クランキングが開始している。その後、時間２．５ｓｅｃ付近で、初回の燃焼（初爆）が生じ、クランク角速度ωｄが、クランキング角速度よりも上昇し、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘが増加している。しかし、燃料量が少ないため、燃焼期間のトルク変動が小さくなり、初爆及びその直後のクランク角躍度の最大値δｄｍａｘは、図９のリーン異常なしの場合よりも小さくなっている。よって、躍度最大値の積算値Σδの増加速度が低くなっており、始動完了時点付近（例えば、時間３．４ｓｅｃ）における躍度最大値の積算値Σδは、図９のリーン異常なしの場合よりも小さくなっている。
【００６９】
図１１に、完全暖機状態（水温＝９０℃）において、燃料量が基準量である場合、燃料量が基準量の−２０％である場合、燃料量が基準量の−３０％である場合の、躍度最大値の積算値Σδの挙動を示す。各燃料量において、３回の試行の波形を重ね書きしている。リーン度合いが大きくなるに従って、躍度最大値の積算値Σδが低下しており、躍度最大値の積算値Σδの低下により、リーン異常を判定できることがわかる。
【００７０】
＜躍度最大値の積算値によるリーン異常判定＞
リーン異常判定部５６は、躍度最大値の積算値Σδに基づいて、燃焼室に供給される燃料量が基準量よりも低下するリーン異常が発生したか否かを判定する。例えば、リーン異常判定部５６は、内燃機関の始動開始後の最大値判定期間の回数が、判定実行回数になった時点（以下、判定実行時点と称す）の躍度最大値の積算値Σδが、判定積算値よりも小さい場合に、リーン異常が発生したと判定し、躍度最大値の積算値Σδが、判定積算値以上である場合に、リーン異常が発生していないと判定する。また、リーン異常判定部５６は、判定実行時点における、躍度最大値の積算値Σδに基づいて、燃料量の基準量からの低下度合いであるリーン度合いを判定してもよい。例えば、判定実行時点の躍度最大値の積算値Σδが小さくなるほど、リーン度合いが大きくなる。判定実行回数は、例えば、始動の完了時点付近に対応する最大値判定期間の回数に予め設定される。判定積算値は、予め設定された固定値であってもよいが、温度条件によって、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘの挙動が変化するので、内燃機関の温度（例えば、水温）に応じて変化されてもよい。
【００７１】
＜冷機時のクランク角躍度の最大値δｄｍａｘの挙動＞
図１２に、燃料供給系のバラツキがなく、燃焼室に供給される燃料量が基準量である場合の始動時の挙動を示す。４回の試行の波形を重ね書きしている。また、始動開始時の水温は、常温付近（２３℃±３℃）であり、冷機状態となっている。
【００７２】
同様に、時間２．０ｓｅｃで、クランキングが開始している。その後、時間２．５ｓｅｃ付近で、初回の燃焼（初爆）が生じ、クランク角速度ωｄが、クランキング角速度よりも上昇し、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘが増加している。クランク角躍度の最大値δｄｍａｘは、図１４の上段の左側に模式図を示すように、初爆において十分なエネルギーが発生するため、初爆及びその直後が最も大きくなり、その後次第に低下していく挙動となる。
【００７３】
図１３に、リーン異常が生じた場合の始動時の挙動を示す。４回の試行の波形を重ね書きしている。なお、リーン異常を模擬するために、燃料噴射量を基準量よりも３０％減少させている。また、始動開始時の水温は、常温付近（２３℃±３℃）であり、冷機状態となっている。
【００７４】
同様に、時間２．０ｓｅｃで、クランキングが開始している。その後、時間２．５ｓｅｃ付近で、初回の燃焼（初爆）が生じ、クランク角速度ωｄが、クランキング角速度よりも上昇し、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘが増加している。クランク角躍度の最大値δｄｍａｘは、図１４の上段の右側に模式図を示すように、燃料量不足により初爆時のエネルギーが小さいため、初爆及びその直後は低く、途中で最も大きくなり、その後、回転速度の安定に伴い次第低下していく挙動となる。
【００７５】
このように、冷機時において、リーン異常の有無に応じて、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘの波形が変化する。よって、この波形の変化を検出できれば、リーン異常の発生を検出できる。なお、図９及び図１０の暖機時においても、冷機時と同様に、リーン異常の有無に応じて、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘの波形が変化している。
【００７６】
＜最大値超過回数算出部５５＞
最大値超過回数算出部５５は、内燃機関の始動開始後に、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘが超過判定値ＴＨδ以上になった最大値判定期間の回数である超過回数Ｎｏｖを算出する。
【００７７】
例えば、最大値超過回数算出部５５は、内燃機関の始動開始後に最初に燃焼した燃焼行程に対応する最大値判定期間において算出されたクランク角躍度の最大値δｄｍａｘを、超過判定値ＴＨδに設定する。具体的には、最大値超過回数算出部５５は、クランキングの開始後、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘが、予め設定された初爆判定値よりも大きくなった場合に、その場合のクランク角躍度の最大値δｄｍａｘを、超過判定値ＴＨδに設定する。
【００７８】
或いは、本実施形態のように内燃機関１が複数の燃焼室（本例では、３つ）を備えている場合は、各燃焼室について、同様のクランク角躍度の最大値δｄｍａｘの挙動になる。よって、最大値超過回数算出部５５は、複数の燃焼室のそれぞれについて内燃機関の始動開始後に最初に燃焼した燃焼行程に対応する最大値判定期間において算出されたクランク角躍度の最大値δｄｍａｘを全ての燃焼室について平均化した平均値を、超過判定値ＴＨδに設定する。具体的には、最大値超過回数算出部５５は、クランキングの開始後、各燃焼室について、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘが、予め設定された初爆判定値よりも大きくなった場合に、そのクランク角躍度の最大値δｄｍａｘを、その燃焼室の超過判定値に設定し、全ての燃焼室の超過判定値が設定された時点で、全ての燃焼室の超過判定値の平均値を、最終的な超過判定値ＴＨδに設定する。
【００７９】
そして、最大値超過回数算出部５５は、超過判定値ＴＨδが設定された後、超過回数Ｎｏｖのカウントを開始する。超過回数Ｎｏｖの初期値はゼロである。最大値超過回数算出部５５は、１回の燃焼行程に対応して設定された最大値判定期間が終了し、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘが算出される毎に、算出されたクランク角躍度の最大値δｄｍａｘが超過判定値ＴＨδ以上になっているかを判定し、超過判定値ＴＨδ以上なっている場合は、超過回数Ｎｏｖを１増加させ、超過判定値ＴＨδ以上になっていない場合は、超過回数Ｎｏｖを変化させない。
【００８０】
図１４の下段の左側及び図１２に示すように、リーン異常が生じていない場合は、超過回数Ｎｏｖはあまり増加しないが、図１４の下段の右側及び図１３に示すように、リーン異常が生じている場合は、超過回数Ｎｏｖは大きく増加する。
【００８１】
＜超過回数によるリーン異常判定＞
リーン異常判定部５６は、超過回数Ｎｏｖに基づいて、燃焼室に供給される燃料量が基準量よりも低下するリーン異常が発生したか否かを判定する。例えば、リーン異常判定部５６は、内燃機関の始動開始後の最大値判定期間の回数が、判定実行回数になった時点（判定実行時点）の超過回数Ｎｏｖが、判定超過回数ＴＨｎ以上である場合に、リーン異常が発生したと判定し、超過回数Ｎｏｖが、判定超過回数ＴＨｎよりも小さい場合に、リーン異常が発生していないと判定する。また、リーン異常判定部５６は、判定実行時点における、超過回数Ｎｏｖに基づいて、燃料量の基準量からの低下度合いであるリーン度合いを判定してもよい。超過回数Ｎｏｖが大きくなるほど、リーン度合いが大きくなる。判定超過回数ＴＨｎは、予め設定された固定値であってもよいが、温度条件によって、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘの挙動が変化するので、内燃機関の温度（例えば、水温）に応じて変化されてもよい。
【００８２】
＜内燃機関の温度による判定方法の変更＞
一方、図１５に、始動開始時の水温が常温付近（２３℃±３℃）であり、冷機状態において、燃料量が基準量である場合、燃料量が基準量の−２０％である場合、燃料量が基準量の−３０％の場合の、躍度最大値の積算値Σδを示す。各燃料量において、３回の試行の波形を重ね書きしている。冷機状態の場合は、完全暖機状態のように、リーン度合いに応じた躍度最大値の積算値Σδの傾向差が少ない。これは、冷機時は、燃料制御部５１により始動時の回転速度の低下を抑制する燃料噴射量の増量補正が行われ、エンジンフリクション等の他の始動に関連する要素の影響が大きくなるためだと考えられる。よって、燃料制御の仕様に依存するが、冷機時は、躍度最大値の積算値Σδの低下により、リーン異常を判定し難くなることがわかる。
【００８３】
また、図９及び図１０に示すように、暖機時においては、リーン異常の有無に応じた、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘの挙動傾向差が、冷機時よりも小さくなる。
【００８４】
そこで、リーン異常判定部５６は、内燃機関の温度（例えば、水温）が、高温判定値以上である場合（高温の場合）は、上述したように、躍度最大値の積算値Σδに基づいて、リーン異常が発生したか否かを判定する。リーン異常判定部５６は、内燃機関の温度（水温）が、高温判定値よりも低い温度に設定された低温判定値以下である場合（低温の場合）は、上述したように、超過回数Ｎｏｖに基づいて、リーン異常が発生したか否かを判定する。リーン異常判定部５６は、内燃機関の温度（水温）が、高温判定値よりも小さく且つ低温判定値よりも大きい場合（中温の場合）は、躍度最大値の積算値Σδ及び超過回数Ｎｏｖの一方又は双方に基づいて、リーン異常が発生したか否かを判定する。高温判定値は、試験結果によって予め設定されるが、例えば、８０℃に設定される。低温判定値は、試験結果によって予め設定されるが、例えば、４０℃に設定される。中温の場合において、躍度最大値の積算値Σδ及び超過回数Ｎｏｖの双方に基づいて、リーン異常を判定する場合は、躍度最大値の積算値Σδに基づく判定結果がリーン異常ありであり、且つ超過回数Ｎｏｖに基づく判定結果がリーン異常ありである場合に、最終的にリーン異常ありと判定してもよいし、躍度最大値の積算値Σδに基づく判定結果及び超過回数Ｎｏｖに基づく判定結果の少なくとも一方が、リーン異常ありである場合に、最終的にリーン異常ありと判定してもよい。
【００８５】
＜リーン異常時の燃料制御＞
燃料制御部５１は、リーン異常が発生したと判定された場合に、燃焼室に供給される燃料量を増加させる。例えば、燃料制御部５１は、リーン異常が発生したと判定された始動の次回以降の始動時の燃料噴射量を基準量よりも、予め設定された割合（例えば、１０％）増加させる。燃料制御部５１は、燃料量の増加後も、リーン異常が発生したと再び判定された場合は、燃料量を累積的に増加させてもよい。また、燃料制御部５１は、リーン度合いに応じて、燃料量を増加させてもよい。例えば、燃料制御部５１は、リーン度合いが１０％であると判定された場合は、次回以降の始動時の燃料噴射量を基準量よりも１０％増加させ、リーン度合いが２０％であると判定された場合は、次回以降の始動時の燃料噴射量を基準量よりも２０％増加させる。
【００８６】
また、燃料制御部５１は、リーン異常があると判定された始動時の内燃機関の温度（水温）に基づいて、温度の範囲が互いに異なる複数の温度領域（例えば、高温領域、中温領域、低温領域）毎に、リーン異常の判定結果（リーン異常の有無、リーン度合い）を保持し、次回以降の始動時では、始動時の温度に対応する温度領域に保持されているリーン異常の判定結果に基づいて、燃料量を増加させてもよい。
【００８７】
＜フローチャート＞
本実施の形態に係る制御装置５０の概略的な処理の手順（内燃機関１の制御方法）について、図１６に示すフローチャートに基づいて説明する。図１６のフローチャートの処理は、演算処理装置９０が記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行することにより、例えば所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【００８８】
ステップＳ０１で、燃料制御部５１は、上述したように、内燃機関の燃焼室７に供給される燃料量を制御する燃料制御処理（燃料制御ステップ）を実行する。燃料制御部５１は、上述したように、過去の始動時において、リーン異常が発生したと判定された場合は、燃焼室に供給される燃料量を増加させる。
【００８９】
ステップＳ０２で、角度情報算出部５２は、上述したように、第１クランク角センサ１１の出力信号に基づいて、クランク角度θｄを検出すると共に、クランク角度θｄの時間変化率であるクランク角速度ωｄ、及びクランク角速度ωｄの時間変化率であるクランク角加速度αｄ、及びクランク角加速度αｄの時間変化率であるクランク角躍度δｄを算出する角度情報算出処理（角度情報算出ステップ）を実行する。
【００９０】
ステップＳ０３で、躍度最大値判定部５３は、上述したように、クランク角躍度δｄに基づいて、１回の燃焼行程に対応して設定した最大値判定期間において算出された複数のクランク角躍度δｄから最大値δｄｍａｘ（クランク角躍度の最大値δｄｍａｘ）を判定する躍度最大値判定処理（躍度最大値判定ステップ）を実行する。
【００９１】
ステップＳ０４で、躍度最大値積算部５４は、上述したように、内燃機関の始動開始後に、判定期間毎にクランク角躍度の最大値δｄｍａｘを積算して、躍度最大値の積算値Σδを算出する躍度最大値積算処理（躍度最大値積算ステップ）を実行する。
【００９２】
ステップＳ０５で、最大値超過回数算出部５５は、上述したように、内燃機関の始動開始後に、クランク角躍度の最大値δｄｍａｘが超過判定値ＴＨδ以上になった最大値判定期間の回数である超過回数Ｎｏｖを算出する最大値超過回数算出処理（最大値超過回数算出ステップ）を実行する。
【００９３】
ステップＳ０６で、リーン異常判定部５６は、躍度最大値の積算値Σδ及び超過回数Ｎｏｖの一方又は双方に基づいて、燃焼室に供給される燃料量が基準量よりも低下するリーン異常が発生したか否かを判定するリーン異常判定処理（リーン異常判定ステップ）を実行する。リーン異常の判定結果は、次回以降の始動時の燃料制御に反映される。
【００９４】
〔その他の実施の形態〕
最後に、本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００９５】
（１）上記の実施の形態１においては、第１クランク角センサ１１が、本願における「クランク角センサ」に相当し、信号板１０が、本願における「回転部材」に相当し、信号板１０に設けられた信号板１０の歯が、本願における「被検出部」に相当する場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、第２クランク角センサ６が、本願における「クランク角センサ」に相当し、フライホイール２７が、本願における「回転部材」に相当し、リングギア２５の歯が、本願における「被検出部」に相当してもよい。
【００９６】
（２）上記の実施の形態１においては、内燃機関１は、ガソリンエンジンとされている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、内燃機関１は、ディーゼルエンジン、ＨＣＣＩ燃焼（Homogeneous-Charge Compression Ignition Combustion）を行うエンジン等の各種の内燃機関とされてもよい。
【００９７】
（３）上記の実施の形態１においては、最大値判定期間は、Ｂ０５ｄｅｇからＡ５５ｄｅｇの期間に予め設定されている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、最大値判定期間は、１回の燃焼行程に対応して設定した角度間隔であれば、任意の角度間隔に設定されてもよい。
【００９８】
（４）上記の実施の形態１においては、リーン異常判定部５６は、内燃機関の温度が、高温判定値以上である場合は、躍度最大値の積算値Σδに基づいて、リーン異常が発生したか否かを判定し、内燃機関の温度が、低温判定値以下である場合は、超過回数Ｎｏｖに基づいて、リーン異常が発生したか否かを判定し、内燃機関の温度が、高温判定値よりも小さく且つ低温判定値よりも大きい場合は、躍度最大値の積算値Σδ及び超過回数Ｎｏｖの一方又は双方に基づいて、リーン異常が発生したか否かを判定するように構成されている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、内燃機関の仕様、例えば、始動時の回転速度に応じた燃料量の増減制御によっては、低温の場合でも、躍度最大値の積算値Σδによって、リーン異常を判定できる場合があり、高温の場合でも、超過回数Ｎｏｖによって、リーン異常を判定できる場合がある。よって、リーン異常判定部５６は、内燃機関の温度が、高温判定値以上である場合でも、躍度最大値の積算値Σδ及び超過回数Ｎｏｖの一方又は双方に基づいて、リーン異常が発生したか否かを判定してもよく、内燃機関の温度が、低温判定値以下である場合でも、躍度最大値の積算値Σδ及び超過回数Ｎｏｖの一方又は双方に基づいて、リーン異常が発生したか否かを判定してもよい。
【００９９】
本開示は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【０１００】
１  内燃機関、２  クランク軸、７  燃焼室、１０  信号板（回転部材）、１１  第１クランク角センサ（クランク角センサ）、２４  エンジンブロック（非回転部材）、５０  内燃機関の制御装置、５１  燃料制御部、５２  角度情報算出部、５３  躍度最大値判定部、５４  躍度最大値積算部、５５  最大値超過回数算出部、５６  リーン異常判定部、Ｎｏｖ  超過回数、ＴＨδ  超過判定値、ＴＨｎ  判定超過回数、Σδ  躍度最大値の積算値（積算値）、δｄｍａｘ  クランク角躍度の最大値、αｄ  クランク角加速度、δｄ  クランク角躍度、θｄ  クランク角度、ωｄ  クランク角速度
【要約】
【課題】内燃機関の始動時に、燃料供給系のリーン異常が発生していることを検出することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】１回の燃焼行程に対応して設定した判定期間において算出された複数のクランク角躍度から最大値δｄｍａｘを判定し、内燃機関の始動開始後に、判定期間毎に最大値δｄｍａｘを積算して積算値Σδを算出し、始動開始後に、最大値δｄｍａｘが超過判定値ＴＨδ以上になった超過回数Ｎｏｖを算出し、積算値Σδ及び超過回数Ｎｏｖの一方又は双方に基づいて、燃料量が基準量よりも低下するリーン異常が発生したか否かを判定する内燃機関の制御装置５０。
【選択図】図１【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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