(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの時点でエンジンのクランク軸の角速度を検出する角速度検出手段と、
該角速度検出手段により検出された該角速度と所定の基準角速度との差を求める角速度差演算手段と、
該角速度差演算手段によって求められた該角速度差を積算し積算角速度差とする積算手段と、
該積算手段による積算が行われる期間である積算期間を設定する積算期間設定手段と、
該積算期間設定手段によって設定された該積算期間中における該積算角速度差が所定の燃焼悪化判定閾値を越えると該エンジンの燃焼状態が悪化していると判定する燃焼悪化判定手段とを備え、
該エンジンは少なくとも２つの気筒を有し、
該積算期間設定手段は、１つの気筒における膨張期間と他の気筒における膨張期間とが重なり合わない膨張期間である非オーバラップ期間を主として含むように該積算期間を設定し、
前記所定の基準角速度は、該非オーバラップ期間における該角速度の最小値である
ことを特徴とする、エンジンの燃焼状態検出装置。
【請求項２】
該エンジンの負荷に相関する値であるエンジン負荷相関値を検出する負荷相関値検出手段と、
該負荷相関値検出手段によって検出された該エンジン負荷相関値に応じて該燃焼悪化判定閾値を補正する閾値補正手段とを備える
ことを特徴とする、請求項１記載のエンジンの燃焼状態検出装置。
【請求項３】
該エンジンの温度に相関する値であるエンジン温度相関値を検出する温度相関値検出手段と、
該温度相関値検出手段によって検出された該エンジン温度相関値に応じて該燃焼悪化判定閾値を補正する閾値補正手段とを備える
ことを特徴とする、請求項１記載のエンジンの燃焼状態検出装置。
【請求項４】
該燃焼悪化判定手段は、該積算期間設定手段によって設定された該積算期間中における該積算角速度差の絶対値が該燃焼悪化判定閾値の絶対値よりも大きくなると該エンジンの燃焼状態が悪化していると判定する
ことを特徴とする、請求項１〜３いずれか１項記載のエンジンの燃焼状態検出装置。
【請求項５】
該積算手段は、慣性力トルク成分を該積算角速度差又は該角速度から除算する
ことを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項記載のエンジンの燃焼状態検出装置。
【請求項６】
エンジンの燃焼状態検出方法であって、
少なくとも２つの時点でエンジンのクランク軸の角速度を検出する角速度検出ステップと、
該角速度検出手段により検出された該角速度と所定の基準角速度との差を求める角速度差演算ステップと、
該角速度差演算ステップにおいて求められた該角速度差を積算し積算角速度差とする積算ステップと、
該積算ステップにおける該角速度差の積算を実行する期間である積算期間を該積算ステップに先立って設定する積算期間設定ステップと、
該積算期間設定ステップにおいて設定された該積算期間中における該積算角速度差が所定の燃焼悪化判定閾値を越えると該エンジンの燃焼状態が悪化していると判定する燃焼悪化判定ステップとを備え、
該エンジンが少なくとも２つの気筒を有し、
該積算期間設定ステップにおいて、該２つの気筒のうちの一方の気筒における膨張期間のうち該一方の気筒における膨張期間と重なり合わない期間である非オーバラップ期間が主として含まれるように該積算期間を設定し、
前記所定の基準角速度は、該非オーバラップ期間における該角速度の最小値である
ことを特徴とする、エンジンの燃焼状態検出方法。
【請求項７】
該燃焼悪化判定ステップに先立って、該エンジンの負荷に相関する値であるエンジン負荷相関値を検出する負荷相関値検出ステップと、
該負荷相関値検出ステップによって検出された該エンジン負荷相関値に応じて該燃焼悪化判定閾値を補正する閾値補正ステップとを備える
ことを特徴とする、請求項６記載のエンジンの燃焼状態検出方法。
【請求項８】
該燃焼悪化判定ステップに先立って、該エンジンの水温に相関する値であるエンジン水温相関値を検出するエンジン温度相関値検出ステップと、
該エンジン温度相関値検出ステップによって検出された該エンジン水温相関値に応じて該燃焼悪化判定閾値を補正する閾値補正ステップとを備える
ことを特徴とする、請求項６記載のエンジンの燃焼状態検出方法。
【請求項９】
該燃焼悪化判定ステップは、該積算期間設定ステップにおいて設定された該積算期間中における該積算角速度差の絶対値が該燃焼悪化判定閾値の絶対値よりも大きくなると該エンジンの燃焼状態が悪化していると判定する
ことを特徴とする、請求項６〜８いずれか１項記載のエンジンの燃焼状態検出方法。
【請求項１０】
該積算ステップは、慣性力トルク成分を該積算角速度差又は該角速度から除算する
ことを特徴とする、請求項６〜９いずれか１項記載のエンジンの燃焼状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼状態検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンの燃焼は燃料の性状の違いにより安定性が異なることが知られている。特に、燃料が重質である場合には、燃料が軽質である場合に比べて気化率が低下し、エンジンの燃焼悪化を招く。なお、このような燃料の性状を検出する装置に関する技術が、以下の特許文献１に開示されている。
そして、このような燃焼悪化に対応するため、一般的には、クランクシャフトの角速度を、クランクシャフトのある２つの位相においてそれぞれ検出し、ここで得られた２つの角速度の差を指標として、エンジンに失火などの燃焼悪化が生じていることを推定し、係る推定が成された場合には、燃料噴射量を増減するなどの制御が行なわれている。
【特許文献１】特許３４９４５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような手法での燃焼悪化推定はその精度が高いとは言えず、特に、エンジンの多気筒化が進むと推定精度はより低下する。この点、以下、失火判定についての具体例を挙げて説明する。なお、クランクシャフト角度を基準とした角度を記載する場合には、以後「°ＣＡ」と記載する。
例えば、一般的な４気筒エンジンにおける各気筒の各行程は１８０°ＣＡずつずれるように設定されている。このため、ある気筒で失火が生じることにより生じたクランクシャフトの角速度の変化の検出は、理論上は、膨張行程の１８０°ＣＡ間で行えばよい。
【０００４】
他方、一般的な６気筒エンジンにおける各気筒の各行程は１２０°ＣＡずつずれるように設定されている。このため、６気筒エンジンにおける所定の気筒で失火が生じることにより生じたクランクシャフトの角速度の変化は、理論上、膨張行程の１２０°ＣＡ間で検出しなければならない。
つまり、ある１つの気筒での失火により生じるクランクシャフトの角速度が変化は、膨張行程において顕著に現れるのであるが、多気筒化が進むと、膨張行程における期間（その前後気筒の膨張行程と重ならない期間）が短くなるため、クランクシャフトの角速度変化が、所定の１気筒での失火であったのか、または、他の気筒で生じた失火であったのかの切り分けが困難になるのである。
【０００５】
また、エンジンの気筒数に関わらず、クランク角の検出には誤差があるため、２つの角速度の偏差を指標とする燃焼悪化推定ではその精度に限界があるという課題もある。
また、エンジンの失火を大別すると、完全に失火してしまっている状態である「完全失火」と、ある程度は燃焼しているものの十分な燃焼とはいえない状態である「半失火」とに分けられる。
【０００６】
そして、この半失火の検出にはエンジンの燃焼状態を高い精度で検出することが求められるため、完全失火の検出よりも困難であり、仮にこの半失火検出を可能とするにしても、一般的には種々のセンサをエンジンに設けることが必要となるため、コスト増を招き、その実現が困難であった。
しかし、このような半失火の検出を精度良く検出できるようにすれば、半失火の検出に基づいて、燃料量を調整したり、燃料噴射タイミングを調整したりする、いわゆるフィードバック制御がより正確に行なうことができるため、簡素な構成で且つ容易に、半失火を検出することができるようにすることが望まれている。
【０００７】
他方、上記の２つの位相における各角速度の偏差によりエンジンの失火判定を行なう手法とは別に、膨張行程の周期からクランクシャフトの平均角速度を求め、ここで求められた平均角速度の変動量に基づいて失火判定を行なう手法も考えられる。この手法によれば、２つの角速度の差に基づく判定手法に比べれば、クランクシャフトの位相検出誤差による影響を受けにくいという利点はあるものの、やはり半失火の検出をするほどの精度を得ることができない。
【０００８】
また、クランクシャフトの角速度の差による燃焼悪化判定手法、あるいは、クランクシャフトの平均角速度の変動による燃焼悪化判定手法では、クランクシャフトの角速度の差、または、平均角速度の変動の原因が、失火によるものなのか或いはエンジン負荷の変動によるものなのかという切り分けが困難であるため、上述の手法では半失火のみならず、完全失火の判定の精度にも限界がある。
【０００９】
なお、クランクシャフトの角速度に偏差が生じた原因や平均角速度の変動が生じた原因が、失火によるものなのか或いはエンジン負荷の変動によるものなのかという切り分けを行なう場合には、角速度に偏差の演算や平均角速度の演算に加え、平均筒内圧Ｐｉを推定するなどエンジン負荷を検出する制御を併用する手法も考えられるが、この手法では制御の複雑化を招いてしまう。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、エンジンの燃焼状態悪化を精度よく検出することができる、エンジンの燃焼状態検出装置およびエンジンの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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明のエンジンの燃焼状態検出装置（請求項１）は、少なくとも２つの時点でエンジンのクランク軸の角速度を検出する角速度検出手段と、該角速度検出手段により検出された該角速度と所定の基準角速度との差を求める角速度差演算手段と、該角速度差演算手段によって求められた該角速度差を積算し積算角速度差とする積算手段と、該積算手段による積算が行われる期間である積算期間を設定する積算期間設定手段と、該積算期間設定手段によって設定された該積算期間中における該積算角速度差が所定の燃焼悪化判定閾値を越えると該エンジンの燃焼状態が悪化していると判定する燃焼悪化判定手段とを備え、該エンジンは少なくとも２つの気筒を有し、該積算期間設定手段は、１つの気筒における膨張期間と他の気筒における膨張期間とが重なり合わない膨張期間である非オーバラップ期間を主として含むように該積算期間を設定し、前記所定の基準角速度は、該非オーバラップ期間における該角速度の最小値であることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２記載の本発明のエンジンの燃焼状態検出装置は、請求項１記載の内容において、該エンジンの負荷に相関する値であるエンジン負荷相関値を検出する負荷相関値検出手段と、該負荷相関値検出手段によって検出された該エンジン負荷相関値に応じて該燃焼悪化判定閾値を補正する閾値補正手段とを備えることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項３記載の本発明のエンジンの燃焼状態検出装置は、請求項１記載の内容において、該エンジンの温度に相関する値であるエンジン温度相関値を検出する温度相関値検出手段と、該温度相関値検出手段によって検出された該エンジン温度相関値に応じて該燃焼悪化判定閾値を補正する閾値補正手段とを備えることを特徴としている。
また、請求項４記載の本発明のエンジンの燃焼状態検出装置は、請求項１から３いずれか１項記載の内容において、該燃焼悪化判定手段は、該積算期間設定手段によって設定された該積算期間中における該積算角速度差の絶対値が該燃焼悪化判定閾値の絶対値よりも大きくなると該エンジンの燃焼状態が悪化していると判定することを特徴としている。
また、請求項５記載の本発明のエンジンの燃焼状態検出装置は、請求項１から４いずれか１項記載の内容において、該積算手段は、慣性力トルク成分を該積算角速度差又は該角速度から除算することを特徴としている。
【００１４】
そして、本発明のエンジンの燃焼状態検出方法（請求項６）は、エンジンの燃焼状態を検出する方法であって、少なくとも２つの時点でエンジンのクランク軸の角速度を検出する角速度検出ステップと、該角速度検出手段により検出された該角速度と所定の基準角速度との差を求める角速度差演算ステップと、該角速度差演算ステップにおいて求められた該加速度差を積算し積算角速度差とする積算ステップと、該積算ステップにおける該角速度差の積算を実行する期間である積算期間を該積算ステップに先立って設定する積算期間設定ステップと、該積算期間設定ステップにおいて設定された該積算期間中における該積算角速度差が所定の燃焼悪化判定閾値を越えると該エンジンの燃焼状態が悪化していると判定する燃焼悪化判定ステップとを備え、該エンジンが少なくとも２つの気筒を有し、該積算期間設定ステップにおいて、該２つの気筒のうちの一方の気筒における膨張期間のうち該一方の気筒における膨張期間と重なり合わない期間である非オーバラップ期間が主として含まれるように該積算期間を設定し、前記所定の基準角速度は、該非オーバラップ期間における該角速度の最小値であることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項７記載の本発明のエンジンの燃焼状態検出方法は、請求項６記載の内容において、該燃焼悪化判定ステップに先立って、該エンジンの負荷に相関する値であるエンジン負荷相関値を検出する負荷相関値検出ステップと、該負荷相関値検出ステップによって検出された該エンジン負荷相関値に応じて該燃焼悪化判定閾値を補正する閾値補正ステップとを備えることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項８記載の本発明のエンジンの燃焼状態検出方法は、請求項６記載の内容において、該燃焼悪化判定ステップに先立って、該エンジンの水温に相関する値であるエンジン水温相関値を検出するエンジン温度相関値検出ステップと、該エンジン温度相関値検出ステップによって検出された該エンジン水温相関値に応じて該燃焼悪化判定閾値を補正する閾値補正ステップとを備えることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項９記載の本発明のエンジンの燃焼状態検出方法は、請求項６〜８いずれか１項記載の内容において、該燃焼悪化判定ステップは、該積算期間設定ステップにおいて設定された該積算期間中における該積算角速度差の絶対値が該燃焼悪化判定閾値の絶対値よりも大きくなると該エンジンの燃焼状態が悪化していると判定することを特徴としている。
また、請求項１０記載の本発明のエンジンの燃焼状態検出方法は、請求項６〜９いずれか１項記載の内容において、該積算ステップは、慣性力トルク成分を該積算角速度差又は該角速度から除算することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のエンジンの燃焼状態検出装置およびエンジンの燃焼状態検出方法によれば、積算角速度差が所定の燃焼悪化判定閾値を越えるとエンジンの燃焼状態が悪化していると判定するようになっているので、エンジンの燃焼状態悪化を素早く且つ精度よく検出することができることができる。（請求項１，４，６および９）
また、多気筒エンジンの各気筒の膨張期間中、各気筒の膨張期間が互いに重なり合わない期間、すなわち、所定の１気筒の燃焼によるクランク軸の回転と、他気筒の燃焼によるクランク軸の回転とが互いに影響しない期間である非オーバラップ期間を主に含むように積算期間が設定され、所定の基準角速度は、該非オーバラップ期間における角速度の最小値であるので、各気筒の燃焼状態を精度良く判定することができる。（請求項１，４，６および９）
また、エンジン負荷に相関する値であるエンジン負荷相関値に基づいて、燃焼悪化判定閾値を補正することで、エンジンの燃焼状態悪化の検出精度をさらに向上させることができる。（請求項２および７）
また、エンジンの温度に相関する値であるエンジン温度相関値に基づいて、燃焼悪化判定閾値を補正することで、エンジンの燃焼状態悪化の検出精度をさらに向上させることができる。（請求項３および８）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面により、本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼状態検出装置について説明すると、図１はその全体構成を示す模式的図、図２は非オーバラップ期間を示す模式図、図３は積算角速度を用いた失火判定を示す模式的なグラフ、図４はその制御内容を示すフローチャート、図５は積算角速度を示す模式的なグラフ、図６は積算角速度と図示平均有効圧との関係を示す模式的なグラフである。
【００２１】
図１に示すように、車両用ガソリンエンジン１０には、吸気系１１，排気系１２，燃焼室１３，ピストン１４，吸気弁１５，排気弁１６，吸気ポート１７，排気ポート１８，インジェクタ１９，吸気側カム２０，排気側カム２１，イグニッションプラグ２２が備えられている。なお、このエンジン１０は６気筒エンジンであって、この図１には第１気筒（１つの気筒）２３Aしか図示しないが、実際にはこの第１気筒２３Aの他にも第２〜第６気筒（他の気筒）２３B〜２３Fが備えられている。また、「第１」，「第２」といった気筒番号は、気筒の配列を基準に規定するのが一般的であるが、本明細書においては、説明の都合上、行程の順番を基準に規定している。
【００２２】
また、このエンジン１０には、センサ類として、図示しないクランクシャフトの角度（クランク角）を検出するクランク角センサ４１、エンジン１０の冷却水の温度（冷却水温；エンジン温度相関値）ＴWを検出する水温センサ（温度相関値検出手段）４２、および、エンジン１０の吸気量ＱAを検出するエアフローセンサ４３が備えられている。
このうち、クランク角センサ４１は、５，１５，２５，３５，４５°ＣＡ・・・というように、５°ＣＡから１０°ＣＡ単位でクランク角を検出できるようになっている。なお、このエンジン１０は、第１気筒２３Ａの上死点時が０°ＣＡとなるように設定されている。
【００２３】
また、エンジン１０の吸気系１１には、吸気管２５，スロットルバルブ２６および吸気マニホールド２７が備えられ、吸気管２５を通じて取り入れられた空気の流量がスロットルバルブ２６により調節され、その後、吸気バルブ１５が開放されると、吸気マニホールド２７および吸気ポート１７を通じて、新気が燃焼室１３へ供給されるようになっている。
【００２４】
他方、排気系１２には、排気ポート１８の下流側に設けられた排気マニホールド２８と、この排気マニホールド２８の下流に設けられた図示しない排ガス浄化用の触媒が備えられている。これにより、排気バルブ１６が開放されることによって燃焼室１３と連通した排気ポート１８から排気マニホールド２８を通って、排ガスが触媒へ送出され、触媒において排ガスに含まれる有毒成分が浄化された後に、大気へ放出されるようになっている。
【００２５】
また、これらの吸気バルブ１５および排気バルブ１６は、それぞれ、吸気側カム２０および排気側カム２１が回動することによって開閉するようになっている。
また、エンジン１０には、いずれも図示しない入出力ユニット、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）、制御プログラムを記憶するＲＯＭなどに代表されるメモリなどがそなえられた電子制御ユニットであるＥＣＵ５０が備えられている。
【００２６】
そして、このＥＣＵ５０のメモリには、角速度演算部（角速度演算部）５１，角速度差演算部（角速度差演算手段）５２，積算期間設定部（積算期間設定手段）５３，積算部（積算手段）５４，燃焼悪化判定部（燃焼悪化判定手段）５５，エンジン負荷相関値演算部（負荷相関値演算手段）５６および閾値補正部（閾値補正手段）５７がそれぞれ制御プログラムとして記録されている。
【００２７】
これらのうち、角速度演算部５１は、クランク角センサ４１によって検出されたクランク角に基づき、複数の時点ｔ1〜ｔ8におけるエンジン１０のクランク軸の角速度ω1〜ω8をそれぞれ求めるものである。なお、これらの時点ｔ1〜ｔ8とクランク角との関係は、以下のようになっているものとする。
時点ｔ1：  ４５°Ａ
時点ｔ2：  ５５°Ａ
時点ｔ3：  ６５°Ａ
時点ｔ4：  ７５°Ａ
時点ｔ5：  ８５°Ａ
時点ｔ6：  ９５°Ａ
時点ｔ7：１０５°Ａ
時点ｔ8：１１５°Ａ
また、角速度差演算部５２は、角速度検出部５１によって求められた、各時点ｔ1〜ｔ8におけるそれぞれの角速度ω1〜ω8と、基準角速度ω0との差である角速度差Δω1〜Δω8を求めるものである。なお、これらの角速度差Δω1〜Δω8は以下の式（１）〜（８）によって求められるようになっている。
【００２８】
時点ｔ1における角速度差Δω1＝ω1−ω0・・・（１）
時点ｔ2における角速度差Δω2＝ω2−ω0・・・（２）
時点ｔ3における角速度差Δω3＝ω3−ω0・・・（３）
時点ｔ4における角速度差Δω4＝ω4−ω0・・・（４）
時点ｔ5における角速度差Δω5＝ω5−ω0・・・（５）
時点ｔ6における角速度差Δω6＝ω6−ω0・・・（６）
時点ｔ7における角速度差Δω7＝ω7−ω0・・・（７）
時点ｔ8における角速度差Δω8＝ω8−ω0・・・（８）
また、上記の基準各速度ω0は、非オーバラップ期間（後述する）において角速度が最小となる１１５°Ａの時点ｔ8における角速度ω8が用いられるようになっており、換言すれば、下式（９）の関係を有するように設定されている。
【００２９】
基準角速度ω0＝ω8  ・・・（９）
また、積算期間設定部５３は、後述する積算部５４により積算される期間である各気筒２３A〜２３F毎の積算期間ＴΣ23A〜ＴΣ23Fを設定するものである。そして、これらの各気筒２３A〜２３F毎の積算期間ＴΣ23A〜ＴΣ23Fは、それぞれ、各気筒２３A〜２３Fの膨張行程が互いに重なり合わない期間である非オーバラップ期間ＮＯ23A〜ＮＯ23Fを主として含むように設定されている。
【００３０】
ここで、これらの非オーバラップ期間ＮＯ23A〜ＮＯ23Fについて、図２を用いて説明するが、０°ＣＡよりも後のクランク角を示す場合には角度を示す数字の後にAfterの意で「Ａ」を付して説明するとともに、０°ＣＡよりも前のクランク角を示す場合には、角度を示す数字の前にBeforeの意で「Ｂ」を付して説明する。
図２に示すように、第１気筒２３Aの膨張行程（膨張期間）の開始時期のクランク角は０°ＣＡとして設定され、各気筒２３A〜２３Fの各行程はそれぞれ１２０度ずつずれるように構成されている。
【００３１】
つまり、エンジン１０においては、まず、第１気筒２３Aの膨張行程が開始されると、その後、クランク軸が１２０度回転した時点（１２０°ＣＡ）で第２気筒２３Bの膨張行程が開始し、さらに、クランク軸が１２０度回転した時点（２４０°ＣＡ）で第３気筒２３Cの膨張行程が開始されるようになっている。
また、第３気筒２３Cの膨張行程が開始された後、クランク軸が１２０度回転した時点（３６０°ＣＡ）で第４気筒２３Dの膨張行程が開始され、さらに、クランク軸が１２０度回転した時点（４８０°ＣＡ）で第５気筒２３Eの膨張行程が開始されるようになっている。
【００３２】
そして、第５気筒２３Eの膨張行程が開始された後、クランク軸が１２０度回転した時点（６００°ＣＡ）で第６気筒２３Fの膨張行程が開始され、さらに、クランク軸が１２０度回転した時点（７２０°ＣＡ）で、次サイクルにおける第１気筒２３Aの膨張行程が開始されるようになっている。
したがって、各気筒２３A〜２３Fの膨張行程が互いに重なり合わない期間である各気筒２３A〜２３Fの非オーバラップ期間ＮＯ23A〜ＮＯ23Fは、クランク角とは、以下のように規定される。
【００３３】
第１気筒２３Aの非オーバラップ期間ＮＯ23A：  ６０°Ａから１２０°Ａ
第２気筒２３Bの非オーバラップ期間ＮＯ23B：１８０°Ａから２４０°Ａ
第３気筒２３Cの非オーバラップ期間ＮＯ23C：３００°Ａから３６０°Ａ
第４気筒２３Dの非オーバラップ期間ＮＯ23D：４２０°Ａから４８０°Ａ
第５気筒２３Eの非オーバラップ期間ＮＯ23E：５４０°Ａから６００°Ａ
第６気筒２３Fの非オーバラップ期間ＮＯ23F：６６０°Ａから７２０°Ａ
そして、積算期間設定部５３は、各非オーバラップ期間ＮＯ23A〜ＮＯ23Fの始期を５°ＣＡ進角させた時期を始期とするとともに、終期を１５°ＣＡ進角させた時期を終期とする期間を、各気筒２３A〜２３Fの積算期間ＴΣ23A〜ＴΣ23Aとして設定するようになっている。つまり、各気筒２３A〜２３Fの積算期間ＴΣ23A〜ＴΣ23Aとクランク角とは、それぞれ、以下のような関係を有するようになっている。
【００３４】
第１気筒２３Aの積算期間ＴΣ23A：  ５５°Ａから１０５°Ａ
第２気筒２３Bの積算期間ＴΣ23B：１７５°Ａから２２５°Ａ
第３気筒２３Cの積算期間ＴΣ23C：２９５°Ａから３４５°Ａ
第４気筒２３Dの積算期間ＴΣ23D：４１５°Ａから４６５°Ａ
第５気筒２３Eの積算期間ＴΣ23E：５３５°Ａから５８５°Ａ
第６気筒２３Fの積算期間ＴΣ23F：６５５°Ａから７０５°Ａ
このとき、第１気筒２３Aに着目すれば、４５°Ａの時点ｔ1および１１５°Ａの時点ｔ8は、第１気筒２３Ａの積算期間ＴΣ23Aに含まれないため、積算期間設定部５３は、時点ｔ1における角速度差Δω1および時点ｔ8における角速度差Δω8を積算部５４による積算対象から外すようになっている。
【００３５】
積算部５４は、積算期間設定部５３によって設定された各気筒２３A〜２３Fの積算期間ＴΣ23A〜ＴΣ23A中に、角速度差を積算するものである。ここで、第１位気筒２３Ａに着目すれば、この積算部５４は、第１気筒２３Ａの積算期間ＴΣ23A内における角速度差Δω2〜Δω7を積算し、積算角速度差ΣΔωとするようになっている。
燃焼悪化判定部５５は、第１気筒２３Ａの積算期間ＴΣ23A中、積算部５４により積算された積算角速度差ΣΔωが、図３に示す完全失火判定値（燃焼悪化判定閾値）ΣΔωTH1よりも小さくなるとエンジン１０に失火が生じていると判定するものである。
【００３６】
さらに、この燃焼悪化判定部５５は、積算角速度差ΣΔωが、この失火判定値ΣΔωTH1よりも大きい値である半失火判定値（燃焼悪化判定閾値）ΣΔωTH2以下であり且つ失火判定値ΣΔωTH1よりも大きい（ΣΔωTH1＜ΣΔω≦ΣΔωTH2）場合に、エンジン１０に半失火が生じていると判定するものである。なお、これらの完全失火判定値ΣΔωTH1および半失火判定値ΣΔωTH2は、予め求められたマップ値であって、ＥＣＵ５０内のメモリに保存されている。また、これらの完全失火判定値ΣΔωTH1および半失火判定値ΣΔωTH2は、いずれも負の値である。
【００３７】
エンジン負荷相関値演算部５６は、クランク角センサ４１によって検出されたクランク角θCAに基づいてエンジン回転数Ｎｅを演算し、得られたエンジン回転数Ｎｅと、エアフローセンサ４３によって検出された吸気流量ＱAとに基づいて、エンジン１０の負荷を表すパラメータ（エンジン負荷相関値）としてエンジン１０の体積効率Ｅｖを演算するものである。
【００３８】
閾値補正部５７は、エンジン負荷相関値演算部５６によって検出された体積効率Ｅｖに応じて完全失火判定閾値ΣΔωTH1および半失火判定閾値ΣΔωTH2を補正するとともに、水温センサ４２によって検出されたエンジン１０の冷却水温ＴWに応じて半失火判定閾値ΣΔωTH2を補正するものである。
次に、具体的なエンジンの燃焼状態検出方法および本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼状態検出装置の作用、効果について説明する。なお、ここでは、原則的に、第１気筒２３Ａに着目して説明する。
【００３９】
図４に示すように、まず、角速度演算部５１が、クランク角センサ４１によって検出されたクランク角に基づき、複数の時点ｔ1〜ｔ8におけるエンジン１０のクランク軸の角速度ω1〜ω8をそれぞれ求める（ステップＳ１１；角速度検出ステップ）。
その後、角速度差演算部５２が、角速度検出部５１によって求められた、各時点ｔ1〜ｔ8における、それぞれの角速度ω1〜ω8と、基準角速度ω0との差である角速度差Δω1〜Δω8を求める（ステップＳ１２；角速度差演算ステップ）。
【００４０】
そして、積算期間設定部５３が、積算部５４により積算される期間である積算期間を設定する。ここでは、第１気筒２３Ａに着目しているので、具体的には、積算期間設定部５３が、第１気筒２３Aにおける膨張期間のうち第２〜第６気筒２３B〜２３Fの膨張期間が重なり合わない期間である非オーバラップ期間ＮＯ23Aが主として含まれるように、第１気筒２３Ａの積算期間ＴΣ23A設定する（ステップＳ１３；積算期間設定ステップ）。
【００４１】
その後、積算部５４が、積算期間設定部５３によって設定された第１気筒２３Aの積算期間ＴΣ23A内における角速度差Δω2〜Δω7、すなわち、Δω1およびΔω8を除いた角速度差を積算し、積算角速度差ΣΔωとする（ステップＳ１４；積算ステップ）。
ここで、積算部５４による角速度差の積算について、図５を用いて具体的に説明する。この図５中実線Ｌ1で示すのは失火が生じていないエンジン１０のクランク角速度であり、他方、一点鎖線Ｌ2で示すのは失火が生じているエンジン１０のクランク角速度である。なお、この図５は、第１気筒２３Ａにおける燃焼のみに着目しており、他の気筒２３B〜２３Fの燃焼状態は考慮していないものとする。
【００４２】
また、この図５中符号ω0Aで示すのは無失火時の基準角速度であり、また、ω0Bで示すのは失火時の基準角速度である。
そして、この図５に示すように、失火時には角速度ωが無失火時に比べて大幅に落ち込んでいることがわかる。また、この図５において、各クランク角５５，６５，７５，８５，９５，１０５°Ａにおける角速度差Δω2〜Δω7を積算して得られた無失火時の積算角速度差ΣΔω（すなわち、図中矢印Ａ1で示す面積）と失火時の積算角速度差ΣΔω（すなわち、図中矢印Ａ2で示す面積）との間で、その差がより顕著に現れることがわかる。
【００４３】
ここで、一般的に角速度ωには燃焼によるガス圧トルク成分とピストン等の往復運動による慣性力トルク成分との合成トルクであることが知られている。したがって、上述した積算角速度差ΣΔωには慣性力トルク成分も積算されているので、純粋な燃焼状態を検出するためには慣性力トルクを除算したほうが好ましい。除算方法としては設計により算出される所定回転数での慣性力トルクによる角速度を慣性力補正定数として、積算時のエンジン回転数に応じた係数により求められた慣性力による角速度を上記積算角速度差ΣΔω又は角速度ωから引けばよい。
【００４４】
再び、図４のフローチャートの説明を続ける。その後、ステップＳ１６において、エンジン負荷相関値演算部５６が、クランク角センサ４１によって検出されたクランク角θCAに基づいてエンジン回転数Ｎｅを演算し、得られたエンジン回転数Ｎｅと、エアフローセンサ４３によって検出された吸気流量ＱAとに基づいて、エンジン負荷相関値としての体積効率Ｅｖを演算する（負荷相関値検出ステップ）。
【００４５】
また、閾値補正部５７が、水温センサ４２によって検出されたエンジン１０の冷却水温ＴWを読み込む（ステップＳ１６；エンジン温度相関値検出ステップ）。
さらに、この閾値補正部５７が、エンジン負荷相関値演算部５６によって検出された体積効率Ｅｖに応じて完全失火判定閾値ΣΔωTH1および半失火判定閾値ΣΔωTH2を補正するとともに、水温センサ４２によって検出されたエンジン１０の冷却水温ＴWに応じて半失火判定閾値ΣΔωTH2を補正する（ステップＳ１７；閾値補正ステップ）。なお、上述のとおり慣性力トルク成分による補正が行われていれば、角速度に比例して増加する慣性力の影響がキャンセルされるため、得られる燃焼指標は、負荷が一定とした場合に角速度(エンジン回転数)に反比例の関係となり、失火判定，半失火判定を行う際の判定閾値をエンジン回転数に応じて設定する必要がなくなり、ＲＯＭなどのメモリに記憶されるデータ量の低減が図れる。
【００４６】
その後、燃焼悪化判定部５５が、積算期間ＴΣ23A中、積算部５４により積算された積算角速度差ΣΔωが、閾値補正部５７により補正された完全失火判定閾値ΣΔωTH1よりも小さくなるとエンジン１０に失火が生じていると判定するとともに、エンジン１０の燃焼状態が悪化していると判定する（ステップＳ１８；燃焼悪化判定ステップ）。
このように、本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼状態検出装置およびエンジンの燃焼状態検出方法によれば、積算角速度差ΣΔωが失火判定値ΣΔωTH1よりも小さくになるとエンジン１０には失火が発生していると判定するとともに、積算角速度差ΣΔωが半失火判定値ΣΔωTH2以下であり且つ失火判定値ΣΔωTH1よりも大きい場合に、エンジン１０に半失火が生じていると判定するようになっているので、エンジン１０の燃焼状態の悪化を素早く且つ精度よく検出することができることができる。
【００４７】
また、クランク角の検出に微細な誤差が生じた場合であっても、積算角速度差ΣΔωに基づいてエンジン１０の燃焼状態の悪化判定を行なうことで、その精度の低下を大幅に抑制することができる。
また、エンジン１０の燃焼状態の悪化判定の精度を高め、完全失火のみならず、半失火の検出も可能としたことにより、半失火の検出に基づくフィードバック制御を行なった場合にはエンジン１０の運転安定性を高めることができる。
【００４８】
また、多気筒エンジンであるエンジン１０の各気筒２３A〜２３Fの膨張期間中、各気筒２３A〜２３Fの膨張期間が互いに重なり合わない期間、すなわち、所定の１気筒の燃焼によるクランク軸の回転と、他気筒の燃焼によるクランク軸の回転とが互いに影響しない期間である非オーバラップ期間を主に含むように積算期間が設定されるので、各気筒２３A〜２３Fの燃焼状態を精度良く判定することができる。
【００４９】
また、エンジン負荷に相関する値である体積効率Ｅｖに基づいて、失火判定値ΣΔωTH1および半失火判定値ΣΔωTH2を補正するようになっているので、エンジン１０の失火および半失火の検出精度をさらに向上させることができる。
また、エンジン１０の温度に相関する値である冷却水温ＴWに基づいて、半失火判定値ΣΔωTH2を補正するようになっているので、半失火の検出精度をさらに向上させることもできる。
【００５０】
ところで、積算部５４により得られる積算角速度差ΣΔωとエンジン１０の負荷との相関性が強いことが実験により証明されているので、この点、図６を用いて説明する。
図６に示すグラフには、縦軸に積算角速度差ΣΔωが規定されるとともに、横軸に図示平均有効圧（ＩＭＥＰ；Indicated Mean Effective Pressure）が規定されている。そして、このグラフからは、ＩＭＥＰ、即ち、エンジン負荷が高くなるに連れて積算角速度差ΣΔωも高くなっていることがわかる。
【００５１】
つまり、本実施形態においては、閾値補正部５７が、体積効率Ｅｖに基づきエンジン１０の負荷に応じて失火判定値ΣΔωTH1および半失火判定値ΣΔωTH2を補正する構成とし、エンジン１０の燃焼悪化判定の精度をさらに向上させるようにしたが、仮に、このようなエンジン負荷に応じた燃焼悪化判定閾値ΣΔωTHを行なわなかったとしても、積算角速度差ΣΔωを用いる場合には、実質的にエンジン負荷を考慮してエンジン１０の燃焼悪化判定を行なっているとみなすことができるのである。
【００５２】
また、従来のエンジンの燃焼悪化の検出手法によれば、クランクシャフトの角速度に偏差が生じた原因や平均角速度の変動が生じた原因が、失火によるものなのか或いはエンジン負荷の変動によるものなのかという切り分けを行なう必要があったが、積算角速度差ΣΔωを用いる場合には、このような切り分け手法を用いることなく、エンジン負荷を考慮した状態でエンジン１０の燃焼悪化判定を行なうことができる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上述の実施形態においては、角速度演算部５１が、８つの時点ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4，ｔ5，ｔ6，ｔ7，ｔ8におけるクランク軸の角速度ω1，ω2，ω3，ω4，ω5，ω6，ω7，ω8を求めているが、例えば、角速度演算部５１が、少なくとも２つの時点でクランク軸の角速度を得るようになっていればよい。
【００５４】
また、上述の実施形態においては、エンジン負荷相関値演算部５６が、エンジン１０の負荷を表すパラメータ（エンジン負荷相関値）としてエンジン１０の体積効率Ｅｖを演算した場合について説明したが、例えば、エンジン負荷相関値として、平均筒内圧Ｐｉやエンジン１０のインテークマニホールド圧（いわゆるインマニ圧）を演算するようにしてもよい。
【００５５】
また、上述の実施形態においては、閾値補正部５７がエンジン負荷相関値演算部５６によって検出された体積効率Ｅｖに応じて完全失火判定閾値ΣΔωTH1および半失火判定閾値ΣΔωTH2を補正するとともに、水温センサ４２によって検出されたエンジン１０の冷却水温ＴWに応じて半失火判定閾値ΣΔωTH2を補正する場合を例にとって説明したがこれに限られるものではない。例えば、エンジン１０の冷却水温ＴWを、失火判定閾値ΣΔωTH2の補正に用いるだけではなく、完全失火判定閾値ΣΔωTH1の補正に用いるようにしてもよい。
【００５６】
また、上述の実施形態においては、完全失火判定値ΣΔωTH1および半失火判定値ΣΔωTH2が、いずれも負の値であることを前提として、燃焼悪化判定部５５が、積算角速度差ΣΔωが、完全失火判定値（燃焼悪化判定閾値）ΣΔωTH1よりも小さくなるとエンジン１０に失火が生じていると判定した場合について説明した。
さらに、この燃焼悪化判定部５５が、積算角速度差ΣΔωが、半失火判定値（燃焼悪化判定閾値）ΣΔωTH2以下であり且つ失火判定値ΣΔωTH1よりも大きい（ΣΔωTH1＜ΣΔω≦ΣΔωTH2）場合に、エンジン１０に半失火が生じていると判定する場合について説明した。
【００５７】
しかしながら、このような構成に限定するものではなく、例えば、燃焼悪化判定部５５が、積算角速度差ΣΔωの絶対値（｜ΣΔω｜）が、完全失火判定値（燃焼悪化判定閾値）の絶対値ΣΔωTH1の絶対値（｜ΣΔωTH1｜）よりも大きくなるとエンジン１０に失火が生じていると判定するようにしてもよい。
さらに、この燃焼悪化判定部５５が、積算角速度差ΣΔωの絶対値（｜ΣΔω｜）が、半失火判定値（燃焼悪化判定閾値）の絶対値｜ΣΔωTH2｜以上であり且つ失火判定値の絶対値｜ΣΔωTH1｜よりも小さい（｜ΣΔωTH2｜≦｜ΣΔω｜＜｜ΣΔωTH1｜）場合に、エンジン１０に半失火が生じていると判定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼状態検出装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼状態検出装置が適用されるエンジンの各気筒の行程を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼状態検出装置に用いられる燃焼悪化判定閾値を示す模式的なグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼状態検出装置の作用およびエンジンの燃焼状態検出方法を示す模式的なフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼状態検出装置に用いられるパラメータである積算角速度差を示す模式的なグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼状態検出装置に用いられるパラメータである積算角速度差とエンジン負荷との関係を示す模式的なグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１０  エンジン
４２  水温センサ（温度相関値検出手段）
５１  角速度演算部（角速度演算手段）
５２  角速度差演算部（角速度差演算手段）
５３  積算期間設定部（積算期間設定手段）
５４  積算部（積算手段）
５５  燃焼悪化判定部（燃焼悪化判定手段）
５６  エンジン負荷相関値演算部（負荷相関値検出手段）
５７  閾値補正部（閾値補正手段）
【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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