(57)【要約】【課題】  この発明は、内燃機関の制御装置に関し、簡便かつ高精度に内燃機関の筒内圧力情報を推定し、内燃機関を好適に制御することを目的とする。【解決手段】  筒内圧力Pcを検出する筒内圧センサを備える。点火時期SAに基づいて、内燃機関の制御指標となるパラメータである燃焼開始時期θ0および燃焼終了時期θfが決定される（ステップ１０２）。筒内圧センサによる所定の２点の筒内圧力Pcの実測値に基づいて、熱発生量PVκの情報が取得される（ステップ１０４）。これらの熱発生量情報および制御指標となるパラメータと、筒内圧力Pθとの関係を定めた（３）式に基づいて、筒内圧力Pθが推定される（ステップ１０６）。【選択図】      図３
2007032531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の熱発生量情報を取得する熱発生量情報取得手段と、
前記熱発生量情報および内燃機関の制御指標となる所定のパラメータと、筒内圧力との関係を定めた関係情報を取得する関係情報取得手段と、
前記関係情報に基づいて筒内圧力を推定する圧力推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
制御指標となる前記所定のパラメータは、燃焼開始時期、燃焼終了時期、および燃焼速度の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
内燃機関の熱発生量情報を取得する熱発生量情報取得手段と、
内燃機関の筒内における燃焼割合情報を取得する燃焼割合情報取得手段と、
前記熱発生量情報および前記燃料割合情報と、筒内圧力との関係を定めた関係情報を取得する関係情報取得手段と、
前記関係情報に基づいて筒内圧力を推定する圧力推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼割合取得手段は、燃焼開始時期と燃焼終了時期と燃焼速度とを含むWeibe関数に基づいて前記燃焼割合情報を取得することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段を備え、
前記熱発生量情報取得手段は、少なくとも２点のクランク角度のそれぞれに対する筒内圧力の実測値に基づいて前記熱発生量情報を取得し、
前記関係情報は、当該熱発生量情報と、前記Weibe関数との関係に基づいて定められ、
前記圧力推定手段は、前記少なくとも２点以外のクランク角度における筒内圧力を推定することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
燃焼時に筒内に生ずるイオンを検出するイオン検出手段を備え、
前記燃焼割合取得手段は、前記イオンの検出値に基づいて前記燃焼割合情報を取得することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記熱発生量情報取得手段は、筒内充填空気量の情報に基づいて熱発生量情報を取得し、
前記関係情報は、前記イオンの検出値と当該熱発生量情報とに基づいて定められることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記圧力推定手段による筒内圧力の推定値に基づいて、熱発生率およびまたは図示トルクを推定する燃焼情報推定手段を更に備えることを特徴とする請求項１または３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記圧力推定手段による筒内圧力の推定値、前記燃焼情報推定手段による熱発生率の推定値、および、前記燃焼情報推定手段による図示トルクの推定値のうちの少なくとも１つに基づいて、内燃機関の制御を実施することを特徴とする請求項１、３、８の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記内燃機関の制御には、点火時期、燃料噴射、バルブの開弁特性、およびトルクのうちの少なくとも１つが含まれていることを特徴とする請求項９記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、
前記圧力推定手段による筒内圧力の推定値と、前記筒内圧力検出手段による筒内圧力の実測値とを比較して、ノック発生に関する情報を取得するノック情報取得手段と、
を備えることを特徴とする請求項１、３、８の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記筒内圧力の推定値に基づいて、熱発生率の推定値を取得する推定熱発生率取得手段と、
前記筒内圧力の実測値に基づいて、熱発生率の実測値を取得する実熱発生率取得手段と、
熱発生率の前記推定値および前記実測値を比較して、ノック発生に関する情報を取得するノック情報取得手段と、
を備えることを特徴とする請求項１、３、８の何れか１項記載の内燃機関の制御装置、
【請求項１３】
前記ノック情報取得手段は、内燃機関の負荷率が比較的高い場合に、ノック発生に関する前記情報を取得することを特徴とする請求項１１または１２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
同一燃焼サイクルにおける前記圧力推定手段による推定筒内圧力の履歴を取得する圧力履歴取得手段と、
前記推定圧力の前記履歴中から筒内圧力の最大値が生ずる時期を取得する最大圧力値発生時期取得手段と、
前記最大値の発生時期が、点火時期がMBTに制御された場合における筒内圧力の最大値の発生時期と等しくなるように、点火時期を制御する点火時期制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１５】
同一燃焼サイクルにおける前記圧力推定手段による推定筒内圧力の履歴を取得する圧力履歴取得手段と、
前記推定圧力の前記履歴中から筒内圧力の最大値に関する情報を取得する最大圧力値情報取得手段と、
前記最大値に関する情報に基づいて、空燃比をリーン側或いはリッチ側に制御する空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１６】
同一燃焼サイクルにおける前記圧力推定手段による推定筒内圧力の履歴を取得する圧力履歴取得手段と、
筒内圧力を検出する筒内圧力センサと、
前記推定圧力の履歴と、前記筒内圧力検出手段による筒内圧力の実測値の履歴とを比較して、当該実測値の履歴中の歪みを取得する歪み検出手段と、
前記歪みに基づいて、前記筒内圧力センサの出力を補正するセンサ出力補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１７】
同一燃焼サイクルにおける前記圧力推定手段による推定筒内圧力の履歴を取得する圧力履歴取得手段と、
筒内圧力を検出する筒内圧力センサと、
前記推定圧力の履歴と、前記筒内圧力検出手段による筒内圧力の実測値の履歴とを比較して、当該実測値の履歴中の歪みを取得する歪み検出手段と、
前記歪みに基づいて、前記筒内圧力センサの劣化判定を行うセンサ劣化判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１８】
機関回転数が比較的高い場合には、内燃機関の制御の基礎として使用する筒内圧力値として、前記圧力推定手段による推定筒内圧力を選択する制御基礎データ選択手段を備えることを特徴とする請求項１または３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１９】
内燃機関に要求される要求トルクを取得する要求トルク取得手段と、
内燃機関の熱発生量情報を取得する熱発生量情報取得手段と、
前記熱発生量情報および内燃機関の制御指標となる所定のパラメータと、筒内圧力との関係を定めた関係情報を取得する関係情報取得手段と、
前記要求トルクと前記関係情報とに基づいて、制御指標となる前記所定のパラメータを決定する制御指標決定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２０】
前記要求トルクに対応する要求筒内圧力を取得する要求筒内圧取得手段を備え、
前記制御指標決定手段は、当該要求筒内圧力と前記関係情報とに基づいて、制御指標となる前記所定のパラメータを決定することを特徴とする請求項１９記載の内燃機関の制御装置。
【請求項２１】
制御指標となる前記所定のパラメータは、燃焼開始時期、燃焼終了時期、および燃焼速度の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１９または２０記載の内燃機関の制御装置。
【請求項２２】
前記制御指標決定手段により決定された制御指標となる前記所定のパラメータに基づいて、バルブのオーバーラップ量および点火時期の少なくとも１つを制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項２１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】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、筒内圧力の値を用いて様々な制御を行う内燃機関に用いるうえで好適な制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、筒内圧力P（θ）と、筒内容積V（θ）を比熱比κで累乗した値Vκ（θ）との積として得られる制御パラメータP（θ）・Vκ（θ）に基づいて、燃料噴射量を補正する内燃機関の制御装置が開示されている。より具体的には、所定の２点のクランク角度に対して上記制御パラメータP（θ）・Vκ（θ）を算出し、それらの制御パラメータの差分に基づいて燃料噴射量の補正値を算出することとしている。この従来技術では、この制御パラメータP（θ）・Vκ（θ）は、内燃機関の筒内における熱発生量Qの変化パターンと相関を有していると記載されている。上記従来技術によれば、筒内における熱発生量Qを反映させた高精度かつ応答性の良好な機関制御を簡易に実行することが可能となる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関の筒内圧力P（θ）情報（例えば、履歴）は、燃焼情報を得るのに有効なパラメータであるが、それを求めるための計算式は複雑であり、現在の車載コンピュータ（ECU）で計算するのは困難である。また、高精度に筒内圧力を計算するには、高速でサンプリングを行うことが要求されるが、実際は、演算負荷が大となるので極めて困難である。
【０００５】
上記従来技術の手法によれば、上記の如く、所定の２点のクランク角度における上記制御パラメータP（θ）・Vκ（θ）に基づいて、熱発生量Qの変化パターンと相関を有する燃焼情報を取得することができる。この従来技術のような２点程度の少ないデータ点数を用いるという手法によって、内燃機関の筒内圧力P（θ）の情報を簡便に推定することができれば便宜である。より具体的には、そのような筒内圧力P（θ）の情報（例えば、履歴）の高精度な推定が可能となると、その値を用いて様々な燃焼解析計算を行ったり、応用的なエンジン制御を行ったりすることができるようになる。しかしながら、上記従来技術の手法は、筒内圧力P（θ）を推定できるまでのものではなく、この点につき、未だ検討の余地を残すものであった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、簡便かつ高精度に内燃機関の筒内圧力情報を推定することができ、内燃機関を好適に制御し得る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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の熱発生量情報を取得する熱発生量情報取得手段と、
前記熱発生量情報および内燃機関の制御指標となる所定のパラメータと、筒内圧力との関係を定めた関係情報を取得する関係情報取得手段と、
前記関係情報に基づいて筒内圧力を推定する圧力推定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、制御指標となる前記所定のパラメータは、燃焼開始時期、燃焼終了時期、および燃焼速度の少なくとも１つであることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の熱発生量情報を取得する熱発生量情報取得手段と、
内燃機関の筒内における燃焼割合情報を取得する燃焼割合情報取得手段と、
前記熱発生量情報および前記燃料割合情報と、筒内圧力との関係を定めた関係情報を取得する関係情報取得手段と、
前記関係情報に基づいて筒内圧力を推定する圧力推定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第３の発明において、前記燃焼割合取得手段は、燃焼開始時期と燃焼終了時期と燃焼速度とを含むWeibe関数に基づいて前記燃焼割合情報を取得することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第４の発明において、筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段を備え、
前記熱発生量情報取得手段は、少なくとも２点のクランク角度のそれぞれに対する筒内圧力の実測値に基づいて前記熱発生量情報を取得し、
前記関係情報は、当該熱発生量情報と、前記Weibe関数との関係に基づいて定められ、
前記圧力推定手段は、前記少なくとも２点以外のクランク角度における筒内圧力を推定することを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第３の発明において、燃焼時に筒内に生ずるイオンを検出するイオン検出手段を備え、
前記燃焼割合取得手段は、前記イオンの検出値に基づいて前記燃焼割合情報を取得することを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第６の発明において、前記熱発生量情報取得手段は、筒内充填空気量の情報に基づいて熱発生量情報を取得し、
前記関係情報は、前記イオンの検出値と当該熱発生量情報とに基づいて定められることを特徴とする。
【００１４】
また、第８の発明は、第１または第３の発明において、前記圧力推定手段による筒内圧力の推定値に基づいて、熱発生率およびまたは図示トルクを推定する燃焼情報推定手段を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第９の発明は、第１、第３、第８の発明の何れかにおいて、前記圧力推定手段による筒内圧力の推定値、前記燃焼情報推定手段による熱発生率の推定値、および、前記燃焼情報推定手段による図示トルクの推定値のうちの少なくとも１つに基づいて、内燃機関の制御を実施することを特徴とする。
【００１６】
また、第１０の発明は、第９の発明は、前記内燃機関の制御には、点火時期、燃料噴射、バルブの開弁特性、およびトルクのうちの少なくとも１つが含まれていることを特徴とする。
【００１７】
また、第１１の発明は、第１、第３、第８の発明の何れかにおいて、筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、
前記圧力推定手段による筒内圧力の推定値と、前記筒内圧力検出手段による筒内圧力の実測値とを比較して、ノック発生に関する情報を取得するノック情報取得手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、第１２の発明は、第１、第３、第８の発明の何れかにおいて、前記筒内圧力の推定値に基づいて、熱発生率の推定値を取得する推定熱発生率取得手段と、
前記筒内圧力の実測値に基づいて、熱発生率の実測値を取得する実熱発生率取得手段と、
熱発生率の前記推定値および前記実測値を比較して、ノック発生に関する情報を取得するノック情報取得手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、第１３の発明は、第１１または第１２の発明において、前記ノック情報取得手段は、内燃機関の負荷率が比較的高い場合に、ノック発生に関する前記情報を取得することを特徴とする。
【００２０】
また、第１４の発明は、第１または第３の発明において、同一燃焼サイクルにおける前記圧力推定手段による推定筒内圧力の履歴を取得する圧力履歴取得手段と、
前記推定圧力の前記履歴中から筒内圧力の最大値が生ずる時期を取得する最大圧力値発生時期取得手段と、
前記最大値の発生時期が、点火時期がMBTに制御された場合における筒内圧力の最大値の発生時期と等しくなるように、点火時期を制御する点火時期制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、第１５の発明は、第１または第３の発明において、同一燃焼サイクルにおける前記圧力推定手段による推定筒内圧力の履歴を取得する圧力履歴取得手段と、
前記推定圧力の前記履歴中から筒内圧力の最大値に関する情報を取得する最大圧力値情報取得手段と、
前記最大値に関する情報に基づいて、空燃比をリーン側或いはリッチ側に制御する空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、第１６の発明は、第１または第３の発明において、同一燃焼サイクルにおける前記圧力推定手段による推定筒内圧力の履歴を取得する圧力履歴取得手段と、
筒内圧力を検出する筒内圧力センサと、
前記推定圧力の履歴と、前記筒内圧力検出手段による筒内圧力の実測値の履歴とを比較して、当該実測値の履歴中の歪みを取得する歪み検出手段と、
前記歪みに基づいて、前記筒内圧力センサの出力を補正するセンサ出力補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２３】
また、第１７の発明は、第１または第３の発明において、同一燃焼サイクルにおける前記圧力推定手段による推定筒内圧力の履歴を取得する圧力履歴取得手段と、
筒内圧力を検出する筒内圧力センサと、
前記推定圧力の履歴と、前記筒内圧力検出手段による筒内圧力の実測値の履歴とを比較して、当該実測値の履歴中の歪みを取得する歪み検出手段と、
前記歪みに基づいて、前記筒内圧力センサの劣化判定を行うセンサ劣化判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２４】
また、第１８の発明は、第１または第３の発明において、機関回転数が比較的高い場合には、内燃機関の制御の基礎として使用する筒内圧力値として、前記圧力推定手段による推定筒内圧力を選択する制御基礎データ選択手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
また、第１９の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関に要求される要求トルクを取得する要求トルク取得手段と、
内燃機関の熱発生量情報を取得する熱発生量情報取得手段と、
前記熱発生量情報および内燃機関の制御指標となる所定のパラメータと、筒内圧力との関係を定めた関係情報を取得する関係情報取得手段と、
前記要求トルクと前記関係情報とに基づいて、制御指標となる前記所定のパラメータを決定する制御指標決定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２６】
また、第２０の発明は、第１９の発明において、前記要求トルクに対応する要求筒内圧力を取得する要求筒内圧取得手段を備え、
前記制御指標決定手段は、当該要求筒内圧力と前記関係情報とに基づいて、制御指標となる前記所定のパラメータを決定することを特徴とする。
【００２７】
また、第２１の発明は、第１９または第２０の発明において、制御指標となる前記所定のパラメータは、燃焼開始時期、燃焼終了時期、および燃焼速度の少なくとも１つであることを特徴とする。
【００２８】
また、第２２の発明は、第２１の発明において、前記制御指標決定手段により決定された制御指標となる前記所定のパラメータに基づいて、バルブのオーバーラップ量および点火時期の少なくとも１つを制御する制御手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
第１の発明によれば、熱発生量情報および内燃機関の制御指標となる所定のパラメータと、筒内圧力との関係を定めた関係情報に基づいて、内燃機関の筒内圧力情報を簡便かつ高精度に推定することができる。
【００３０】
第２の発明によれば、筒内圧力を推定するうえで必要となる燃焼情報を適切に定めることができる。
【００３１】
第３の発明によれば、熱発生量情報および燃焼割合情報と、筒内圧力との関係を定めた関係情報に基づいて、内燃機関の筒内圧力情報を簡便かつ高精度に推定することができる。
【００３２】
第４の発明によれば、燃焼開始時期と燃焼終了時期と燃焼速度とを含むWeibe関数に基づいて、正確な燃焼割合を取得することができる。
【００３３】
第５の発明によれば、少なくとも２点の筒内圧力を実測することで、燃焼期間中の筒内圧力を推定することができる。
【００３４】
第６の発明によれば、燃焼時に筒内に生ずるイオンに基づいて、筒内圧力を実測する必要なしに燃焼割合情報を取得することができる。
【００３５】
第７の発明によれば、上記イオンの検出値と筒内充填空気量に基づく熱発生量情報とに基づいて、筒内圧力を推定するための関係情報を得ることができる。
【００３６】
第８の発明によれば、第１または第３の発明による推定筒内圧力を利用して、簡便かつ高精度に熱発生率およびまたは図示トルクを推定することができる。
【００３７】
第９の発明によれば、筒内圧力、熱発生率、および図示トルクの少なくとも１つの推定値に基づいて、ECUに過剰な負荷をかけることなく内燃機関の制御を実施することができる。
【００３８】
第１０の発明によれば、筒内圧力、熱発生率、および図示トルクの少なくとも１つの推定値に基づいて、ECUに過剰な負荷をかけることなく、点火時期、燃料噴射、バルブの開弁特性、およびトルクの少なくとも１つを制御することができる。
【００３９】
第１１の発明によれば、同一の燃焼サイクルにおける推定筒内圧力と実筒内圧力とを比較することができる。このため、前回の燃焼サイクルにおける現象或いは統計から現在の燃焼サイクルにおける正常な筒内圧力を推定するこという従来の手法に比して、より正確なノック発生に関する情報の取得が可能となる。
【００４０】
第１２の発明によれば、同一の燃焼サイクルにおける推定熱発生率と実熱発生率とを比較することができる。このため、前回の燃焼サイクルにおける現象或いは統計から現在の燃焼サイクルにおける正常な熱発生率を推定するこという従来の手法に比して、より正確なノック発生に関する情報の取得が可能となる。
【００４１】
第１３の発明によれば、ノックが発生し易い高負荷領域において、ECUに過剰な負荷をかけることなく、正確なノック発生に関する情報の取得が可能となる。
【００４２】
第１４の発明によれば、ECUに高速なサンプリング能力を要求することなく、点火時期をMBTに制御することが可能となる。
【００４３】
第１５の発明によれば、ECUに高速なサンプリング能力を要求することなく、空燃比を極限までリーン側に制御していくことが可能となる。
【００４４】
第１６または第１７の発明によれば、同一の燃焼サイクルにおける推定筒内圧力と実筒内圧力とを比較することができる。このため、前回の燃焼サイクルにおける現象或いは統計から現在の燃焼サイクルにおける正常な筒内圧力を推定するこという従来の手法に比して、より正確にセンサ誤差を把握することが可能となる。
【００４５】
第１８の発明によれば、機関回転数NEが高い領域において、ECUの負荷を軽減することができる。
【００４６】
第１９の発明によれば、要求トルクと関係情報に基づいて、内燃機関のトルクが所望の要求トルクとなるように制御することができる。
【００４７】
第２０の発明によれば、要求トルクに対応する要求筒内圧力と関係情報に基づいて、内燃機関の制御指標となる所定のパラメータを決定することができる。
【００４８】
第２１の発明によれば、要求トルクに基づいて内燃機関を制御するうえで必要となる燃焼情報を適切に定めることができる。
【００４９】
第２２の発明によれば、関係情報を利用することで、所望の要求トルクに基づいてトルク（燃焼）を制御することが可能となる。また、本発明によれば、例えば、バルブのオーバーラップ量や点火時期等の制御を、吸入空気量の過不足や点火時期の遅角等なしに行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、その内部を往復移動するピストン１２が設けられている。また、内燃機関１０は、シリンダヘッド１４を備えている。ピストン１２とシリンダヘッド１４との間には、燃焼室１６が形成されている。燃焼室１６には、吸気通路１８および排気通路２０が連通している。吸気通路１８および排気通路２０には、それぞれ吸気弁２２および排気弁２４が配置されている。また、吸気通路１８には、スロットルバルブ２６が設けられている。スロットルバルブ２６は、アクセル開度と独立してスロットル開度を制御することのできる電子制御式スロットルバルブである。
【００５１】
シリンダヘッド１４には、燃焼室１６の頂部から燃焼室１６内に突出するように点火プラグ２８が取り付けられている。また、シリンダヘッド１４には、燃料を筒内に噴射する燃焼噴射弁３０が設けられている。更に、シリンダヘッド１４には、筒内圧力Pを検出するための筒内圧センサ３２が組み込まれている。また、内燃機関１０は、クランク軸の近傍に、機関回転数NEを検知するためのクランク角センサ３４を備えている。
【００５２】
内燃機関１０において、吸気弁２２および排気弁２４は、それぞれ図示しない吸気可変動弁機構および排気可変動弁機構によって駆動されている。これらの可変動弁機構は、可変バルブタイミング（VVT：Variable Valve Timing）機構を有し、吸気弁２２や排気弁２４の位相を所定の範囲で切り替えることができるものとする。
【００５３】
図１に示すシステムは、ECU（Electronic Control Unit）４０を備えている。ECU４０には、上述した各種センサや各種アクチュエータが接続されている。ECU４０は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。
【００５４】
次に、図２および図３を参照して、本実施形態で用いられる筒内圧力Pc情報（履歴）の推定手法について説明する。
図２は、クランク角度θに対する筒内の燃焼割合MFBの波形を示す図である。ここでは、燃焼割合MFBを、燃焼の進行状態を表す指標として定義している。より具体的には、燃焼割合MFBは、0〜1の範囲で変化するものとし、MFB＝0は燃焼開始時点を示し、MFB＝1は燃焼終了時点を示すものとしている。
【００５５】
図２中に「PVκMFB」を付して示す波形は、PVκ法による計算式、すなわち、次式（１）に従って算出された燃焼割合MFBの波形を示している。
MFB＝(PθVθκ−Pθ0Vθ0κ)／(PθfVθfκ−Pθ0Vθ0κ)  ・・・（１）
但し、上記（１）式において、Pθ0およびVθ0は、それぞれクランク角度θが所定の燃焼開始時期θ0である場合の筒内圧力Pcおよび筒内容積Vであり、PθfおよびVθfは、それぞれクランク角度θが所定の燃焼終了時期θfである場合の筒内圧力Pcおよび筒内容積Vである。また、PθおよびVθは、それぞれクランク角度θが任意の値である場合の筒内圧力Pcおよび筒内容積Vである。κは、比熱比である。上記（１）式によれば、これら３点の筒内圧力Pcの実測値と筒内容積Vの計算値とに基づいて、燃焼割合MFBの履歴を算出することができる。
【００５６】
一方、図２中に「WeibeMFB」を付して示す波形は、Weibe関数を用いた計算式、すなわち、次式（２）に従って算出された燃焼割合MFBを示している。
MFB＝1−exp[−a{(θ−θ0)／(θf−θ0)}m＋1]  ・・・（２）
但し、上記（２）式において、aは燃焼速度、mは既定の定数である。
【００５７】
上記（１）式に従って算出された燃焼割合PVκMFBの波形と、上記（２）式に従って算出された燃焼割合WeibeMFBの波形とは、図２に示すように、高い相関性を有している。そこで、本実施形態では、これら２つの式を等価であるものとして、これら２つの式から次式（３）を導き出すこととした。
Pθ＝(1／Vθκ)×〈{1−exp[−a{(θ−θ0)／(θf−θ0)}m＋1]}×(PθfVθfκ−Pθ0Vθ0κ)＋Pθ0Vθ0κ〉  ・・・（３）
【００５８】
本実施形態のシステムでは、上記（３）式を利用して、内燃機関１０の筒内圧力Pcを推定することとしている。以下、図３に示すルーチンを参照して、その推定筒内圧力Pθの算出手法を説明する。
図３は、推定筒内圧力Pθを取得するために、ECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０の運転条件、より具体的には、点火時期SA等が取得される（ステップ１００）。
【００５９】
次に、燃焼開始時期θ0および燃焼終了時期θfが決定される（ステップ１０２）。ECU４０は、図４に示すように、燃焼開始時期θ0および燃焼終了時期θfをそれぞれ点火時期SAとの関係で定めたマップを記憶している。尚、図４におけるゼロ点は圧縮上死点を示している。図４に示すマップでは、点火時期SAが進角するにつれ、燃焼開始時期θ0が圧縮上死点に対し、より進角側になるように設定されており、また、点火時期SAが所定の点火時期SA（ここでは、30°BTDC）より進角した場合には、燃焼開始時期θ0がほぼ一定となるように設定されている。燃焼終了時期θfについても、ほぼ同様の傾向に設定されている。
【００６０】
上記ステップ１０２において、図４に示すマップに従って、現在の点火時期SAに基づく燃焼開始時期θ0および燃焼終了時期θfが決定されると、次いで、−60°ATDCおよび90°ATDCにおけるパラメータ（熱発生量）PVκがそれぞれ算出される（ステップ１０４）。具体的には、筒内圧センサ３２の出力に基づいて、−60°ATDCおよび90°ATDCにおけるそれぞれの筒内圧力Pが取得されると共に、−60°ATDCおよび90°ATDCに対応する筒内容積Vが算出され、それらの値に基づいて、パラメータPVκが算出される。
【００６１】
次に、上記（３）式に従って、筒内圧力Pθが算出される（ステップ１０６）。具体的には、上記ステップ１０２において決定された燃焼開始時期θ0および燃焼終了時期θfが上記（３）式に代入される。また、上記ステップ１０４において算出された−60°ATDCにおけるパラメータPVκがパラメータPθ0Vθ0κとして、また、90°ATDCにおけるパラメータPVκがパラメータPθfVθfκとして、それぞれ代入される。燃焼速度a、および定数mは、共に既定の値が用いられる。その結果、上記（３）式に当該任意のクランク角度θとそのクランク角度θに対応する筒内容積Vθとを代入することにより、任意のクランク角θにおける筒内圧力Pθを算出することが可能となる。また、単位クランク角度θ毎に、それぞれのクランク角度θとそのクランク角度θに対応する筒内容積Vθとを代入することとすれば、推定筒内圧力Pθの履歴を算出することが可能となる。
【００６２】
図５は、筒内圧力Pとクランク角度θとの関係を表すP−θ線図である。図５中に「CPS」を付して示す波形は、筒内圧センサ３２の出力に基づく筒内圧力Pcの実測値を示している。一方、図５中に「Proposed」を付して示す波形は、上記図３に示すルーチンの処理に従って推定された筒内圧力Pθの履歴を示している。図５に示すように、本実施形態の筒内圧力Pcの推定手法によれば、筒内圧力Pcの実測値とほぼ一致した推定筒内圧力Pθを得ることができるのが判る。このように、本実施形態の手法によれば、２点の実測データ（上記図４に示すルーチンの例では、−60°ATDCおよび90°ATDCにおける２点の実測データ）だけで、任意のクランク角度θにおける筒内圧力Pθのデータを取得することが可能となる。
【００６３】
次に、図６を参照して、上記図４に示すルーチンの処理によって取得された推定筒内圧力Pθの履歴を用いて、当該履歴が取得されたサイクルにおける図示トルクの算出手法を説明する。
図６は、推定筒内圧力Pθの履歴を用いて図示トルクを算出するために、ECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンでは、先ず、単位クランク角度θ毎に、上記図３のルーチンにおけるステップ１０６の処理を行うことにより、推定筒内圧力Pθの履歴が演算される（ステップ２００）。
【００６４】
次に、上記ステップ２００において取得された推定筒内圧力Pθの履歴に、筒内容積Vの変化率であるdV／dθを乗ずることにより、図示トルクPθ・dV／dθが算出される（ステップ２０２）。
【００６５】
筒内圧センサを備える内燃機関において、図示トルクを正確に求めることを可能とするような高い速度で、筒内圧センサのアナログ出力をディジタル信号に変換することは、現状のECUの性能では困難である。その一方で、ECU内のCPUの演算能力自体は、十分なレベルにある。上記図６に示すルーチンの処理によれば、２点の筒内圧力Pθの実測するのみで筒内圧力Pθの履歴を推定することができ、そしてその履歴から図示トルクPθ・dV／dθを算出することができる。このため、ECU４０の性能による制約を受けることなく、リアルタイムで正確な図示トルクPθ・dV／dθを明らかにすることが可能となる。
【００６６】
尚、上述した実施の形態１においては、ECU４０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１または第３の発明における「熱発生量情報取得手段」が、上記ステップ１０６において上記（３）式を使用して所定の処理を実行することにより前記第１または第３の発明における「関係情報取得手段」および「圧力推定手段」が、それぞれ実現されている。また、上記（３）式が前記第１または第３の発明における「関係情報」に相当している。
また、ECU４０が上記ステップ１０６において上記（３）式中のWeibe関数に関する項の演算を行うことにより、前記第３の発明における「燃焼割合情報取得手段」が実現されている。
また、筒内圧センサ３２が前記第５の発明における「筒内圧力検出手段」に相当している。
【００６７】
実施の形態２．
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ECU４０に図３のルーチンに代えて、図７のルーチンを実行させることにより実現されるものである。より具体的には、本実施形態のシステムでは、燃焼期間中の筒内に生ずるイオンをイオン電流Icとして検出するためのイオンプローブ（イオン電流センサ）として、点火プラグ２８が用いられている点が、上述した実施の形態１に対して異なっている。本実施形態のシステムでは、そのようなイオン電流Icを利用して、推定筒内圧力Pθの履歴を取得することとしている。
【００６８】
図７は、上記の機能を実現するために、ECU４０が本実施の形態２において実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンでは、先ず、イオン電流Icが所定期間に渡って検出される（ステップ３００）。具体的には、ECU４０は、イオン電流Icを検出すべく、点火プラグ２８による点火の終了後に、当該点火プラグ２８の電極に所定の電圧を印加する。イオン電流Icは、その際に、当該電極間に流れる電流として検出されるものである。
【００６９】
次に、燃焼開始時期θ0および燃焼終了時期θfが取得される（ステップ３０２）。図８（Ａ）は、点火プラグ２８をイオンプローブとして用いて検出されたイオン電流Icの波形を示している。イオン電流Icは、点火によって燃焼が開始されることで発生し、その後燃焼が終了されると消滅する。このため、図８（Ａ）に示すように、計測されたイオン電流Icの波形に基づいて、燃焼開始時期θ0および燃焼終了時期θfを取得することができる。
【００７０】
次に、上記ステップ３０２において取得された燃焼開始時期θ0から燃焼終了時期θfまでの区間に対して、イオン電流Icの積分値ΣIcが算出される（ステップ３０４）。図８（Ｂ）は、イオン電流Icの積分値ΣIcの波形を示している。ここで、イオン電流Icは、燃焼期間中の熱発生率dQ／dθと高い相関性を有するものである。そのようなイオン電流Icを、図８（Ｂ）に示すように、燃焼開始時期θ0から燃焼終了時期θfまでの区間に対して積分した値ΣIcは、燃焼割合MFB（熱発生量）と高い相関性を有するものとなる。
【００７１】
次に、負荷率KLに基づいて、熱発生量PVκが推定される（ステップ３０６）。内燃機関１０の負荷率KLと熱発生量PVκとはリニアな特性を有しており、ここでは、負荷率KLと熱発生量PVκとの関係を定めたマップによって、負荷率KLから熱発生量PVκを推定している。尚、負荷率KLに代え、吸気圧力と吸気温度に基づく筒内DJ値（筒内充填空気量を示す値）と熱発生量PVκとの関係を定めたマップから熱発生量PVκを推定してもよい。
【００７２】
次に、上記積分値ΣIcが燃焼割合MFBに換算される（ステップ３０８）。具体的には、筒内空気量等に基づいて積分値ΣIcを補正することにより、積分値ΣIcが今回の燃焼サイクルにおける燃焼割合MFBに対応した値に換算される。次いで、推定筒内圧力Pθが算出される（ステップ３１０）。具体的には、上記ステップ３０８において取得されたイオン電流Icに基づく燃焼割合MFBを、上記（３）式中の燃焼割合MFBに相当するWeibe関数の項に代入する。そして、上記ステップ３０６において取得された熱発生量PVκに基づく値を上記（３）式の残りの項に代入することにより、推定筒内圧力Pθが算出される。
【００７３】
図８に示すルーチンを用いて以上説明したイオン電流Icを利用する手法によっても、上記（３）式を利用して、推定筒内圧力Pθを算出することができる。また、このような手法によれば、点火プラグ２８をイオンプローブとして用いることができるため、筒内圧センサ３２を用いる手法に比して、内燃機関１０へのセンサの搭載性の面において有利となる。
【００７４】
尚、上述した実施の形態２においては、ECU４０が、上記ステップ３０６の処理を実行することにより前記第１または第３の発明における「熱発生量情報取得手段」が、上記ステップ３００〜３０２、３０８の処理を実行することにより前記第１または第３の発明における「燃焼割合情報取得手段」が、それぞれ実現されている。
また、点火プラグ２８が前記第６の発明における「イオン検出手段」に相当している。
【００７５】
実施の形態３．
［推定筒内圧力Pθを用いたノック判定］
次に、図９乃至図１２を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のシステムにおいても、図１に示すハードウェア構成を用いることとしている。そして、本実施形態においては、上記図３に示すルーチンに従って取得される筒内圧力Pθの推定値を利用して、ノックの有無を判定することを特徴としている。
【００７６】
図９は、上記の機能を実現するために、本実施の形態３においてECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図９において、実施の形態１における図６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図９に示すルーチンでは、先ず、推定筒内圧力Pθの履歴が演算される（ステップ２００）。図１０（Ａ）は、本ステップ２００において演算された筒内圧力Pθの波形の一例を示している。
【００７７】
次に、筒内圧センサ３２の出力に基づいて、実筒内圧力PCの履歴が取得される（ステップ４００）。図１０（Ｂ）は、ノックが実際に発生した場合に、本ステップ４００の処理によって取得された実筒内圧力Pcの波形の一例を示している。ノックが発生した場合における実筒内圧力Pcの波形には、図１０（Ｂ）に示すように、高周波圧力成分が重畳することになる。これに対し、図１０（Ａ）に示す推定筒内圧力Pθの波形は、１次遅れ系の関数（上記（３）式）を介して算出されているため、高周波圧力成分がその波形に重畳することはなく、なめらかなものとなる。
【００７８】
そこで、図９に示すルーチンでは、次いで、上記ステップ２００において演算された推定筒内圧力Pθの波形と、上記ステップ４００において取得された実筒内圧力Pcの波形との差分が算出される（ステップ４０２）。本ステップ４０２の処理によれば、図１０（Ｃ）に示すように、実筒内圧力Pcの波形からノックに起因する高周波圧力成分のみ（ノック発生に関する情報）を取り出すことができる。
【００７９】
次に、上記ステップ４０２において算出された差分の絶対値の積算処理が実行される（ステップ４０４）。図１０（Ｄ）は、本ステップ４０４における積算処理によって得られた波形を示している。次いで、ノック強度の判定が実行される（ステップ４０６）。具体的には、上記差分の積算値が所定の閾値以上となった場合に、ノックが発生したと判断される。尚、ここでは、上記差分の絶対値の積算値を算出することとしているが、積算値に代えて、差分のピーク値に基づいてノック強度の判定を行うようにしてもよい。
【００８０】
以上説明した図９に示すルーチンによれば、本発明の推定筒内圧力Pθの履歴を用いて、ノック判定を行うことが可能となる。このような手法によれば、同一の燃焼サイクルにおける推定筒内圧力Pθと実筒内圧力Pcとを比較することができる。このため、前回の燃焼サイクルにおける現象或いは統計から現在の燃焼サイクルにおける正常な筒内圧力を推定するこという従来の手法に比して、より正確なノック検出が可能となる。また、このような手法によれば、ノック発生時の高周波圧力成分を取り出すためのハイパスフィルタ回路をECU４０内に備える必要なしに、ノック判定を行うことができる。これにより、当該回路自体のコストを無くすことができ、また、ノイズ対策のために必要となるコストを低減することができる。
【００８１】
ところで、上述した実施の形態３においては、筒内圧力Pcの推定値と実測値とを直接比較してノック判定を行っているが、本発明におけるノック判定手法はこれに限定されるものではなく、例えば、以下の図１１および図１２を参照して説明する手法であってもよい。図１１は、熱発生率dQ／dθの推定値と実測値とを比較してノック判定を行うべく、ECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。図１１に示すルーチンでは、先ず、推定熱発生率dQ／dθの履歴が算出される（ステップ５００）。具体的には、上記ステップ２００と同様の処理を行うことにより、先ず、推定筒内圧力Pθの履歴を演算し、その演算された推定筒内圧力Pcの履歴から所定の演算式に従って推定熱発生率dQ／dθの履歴を算出している。図１２（Ａ）は、本ステップ５００において算出された推定熱発生率dQ／dθの波形の一例を示している。
【００８２】
次に、筒内圧センサ３２の出力に基づいて取得された実筒内圧力Pcの履歴から、所定の演算式に従って実熱発生率dQ／dθの履歴が算出される（ステップ５０２）。図１２（Ｂ）は、ノックが実際に発生した場合に、本ステップ５０２の処理によって算出された実熱発生率dQ／dθの波形の一例を示している。ノックが発生した場合は、急速燃焼が発生するため、図１２（Ｂ）に示すように、実熱発生率dQ／dθの波形では、燃焼ピーク値が大きくなり、かつ、燃焼の終了が早くなる。これに対し、推定熱発生率dQ／dθの波形には、図１２（Ａ）に示すように、ノックが反映されない。
【００８３】
そこで、図１１に示すルーチンでは、次いで、上記ステップ５００において算出された推定熱発生率dQ／dθの波形と、上記ステップ５０２において取得された実熱発生率dQ／dθの波形との差分が算出される（ステップ５０４）。本ステップ５０４の処理によれば、図１２（Ｃ）に示すように、実熱発生率dQ／dθの波形からノックの特徴を捉えた部分のみ（ノック発生に関する情報）を取り出すことができる。
【００８４】
次に、上記ステップ５０４において算出された差分の絶対値の積算処理が実行される（ステップ５０６）。図１２（Ｄ）は、本ステップ５０６における積算処理によって得られた波形を示している。次いで、ノック強度の判定が実行される（ステップ５０８）。その判定手法は、筒内圧力Pcを用いる場合と同様であるため、その詳細な説明を省略する。以上説明した熱発生率dQ／dθを用いた手法によっても、ノックの有無を判定することができる。この手法を実際に行うにあたって、推定筒内圧力Pθを求める際には、上記図３のルーチンの手法で筒内圧センサ３２を用いて筒内状態を検出してもよいし、また、上記図７のルーチンの手法で点火プラグ２８をイオンプローブとして用いて筒内状態を検出してもよいが、イオンプローブを用いた手法の方が、高周波成分が発生しないので適している。
【００８５】
また、上述した実施の形態３においては、上記ステップ４０４により取得される積算値を所定の閾値と比較することにより、ノックの有無を判定しているが、これに限らず、当該積算値の大小に基づいて、ノックの発生レベルを判定するものであってもよい。また、ノックが生じ易い領域である負荷率KLが高い領域である場合に、図９のルーチンを実行させることによりノック判定を行うこととしてもよい。
【００８６】
尚、上述した実施の形態３およびその変形例においては、ECU４０が上記ステップ４０２〜４０６の処理を実行することにより、前記第１１の発明における「ノック情報取得手段」が実現されている。
また、ECU４０が、上記ステップ５００の処理を実行することにより前記第１２の発明における「推定熱発生率取得手段」が、上記ステップ５０２の処理を実行することにより前記第１２の発明における「実熱発生率取得手段」が、上記ステップ５０４〜５０８の処理を実行することにより前記第１２の発明における「ノック情報取得手段」が、それぞれ実現されている。
【００８７】
実施の形態４．
［推定筒内圧力Pθを用いたMBT制御］
次に、図１３を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
本実施形態のシステムにおいても、図１に示すハードウェア構成を用いることとしている。そして、本実施形態においては、上記図３に示すルーチンに従って取得される推定筒内圧力Pθを利用して、MBT（最適点火時期）制御を実行することを特徴としている。
【００８８】
図１３は、上記の機能を実現するために、本実施の形態４においてECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図１３において、実施の形態１における図６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図１３に示すルーチンでは、先ず、推定筒内圧力Pθの履歴が演算される（ステップ２００）。
【００８９】
次に、上記ステップ２００において算出された推定筒内圧力Pθの履歴中から筒内圧力Pcの最大値Pmaxが生じた位置（タイミング（クランク角度θPmax））が取得される（ステップ６００）。次いで、上記ステップ６００において取得されたPmaxの位置θPmaxが所定位置θAか否かが判別される（ステップ６０２）。ECU４０は、最大圧力値Pmaxの位置θPmaxが上記所定位置θAであるときに、点火時期SAがMBTであると判断できるように定められた所定位置θAを記憶している。
【００９０】
上記ステップ６０２において、最大圧力値Pmaxの位置θPmaxが上記所定位置θAであると判断された場合は、現在制御している点火時期SAがMBTであると判断することができる。このため、この場合は、点火時期SAが更に制御されることなく、今回の処理サイクルが終了される。一方、上記ステップ６０２において、最大圧力値Pmaxの位置θPmaxが上記所定位置θAでないと判断された場合は、次いで、点火時期SAの制御が実行される（ステップ６０４）。具体的には、算出された最大圧力値Pmaxの位置θPmaxが上記所定位置θAより進角側であると認められた場合には、それらの位置の偏差に基づいて、点火時期SAがMBTとなるように所定量だけ遅角され、一方、その位置θPmaxが上記所定位置θAより遅角側であると認められた場合には、同様に、点火時期SAが所定量だけ進角される。
【００９１】
筒内圧センサで筒内圧力Pcを実測し、そのピーク値（最大値Pmax）をホールドする手法では、その最大値Pmaxの位置（タイミング）までを検出することができず、また、リアルタイムで筒内圧力Pcの実測値をECU内に取り込むという手法で上記のピーク発生タイミングを検出するためには、ECUによる高速サンプリングが必要となるが、現在のECUの性能では、現実には極めて困難である。これに対し、以上説明した図１３に示すルーチンによれば、上述した本願発明による推定筒内圧力Pθの情報（履歴）を用いて、筒内圧力Pcの最大値Pmaxが生じた位置θPmaxを所定位置θAとなるように制御することにより、点火時期SAをMBTに制御することが可能となる。
【００９２】
尚、上述した実施の形態４においては、ECU４０が、上記ステップ２００の処理を実行することにより前記第１４の発明における「圧力履歴取得手段」が、上記ステップ６００の処理を実行することにより前記第１４の発明における「最大圧力値発生時期取得手段」が、上記ステップ６０２および６０４の処理を実行することにより前記第１４の発明における「点火時期制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００９３】
実施の形態５．
［推定筒内圧力Pθを用いたリーンリミット制御］
次に、図１４を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
本実施形態のシステムにおいても、図１に示すハードウェア構成を用いることとしている。そして、本実施形態においては、上記図３に示すルーチンに従って取得される推定筒内圧力Pθを利用して、希薄燃焼が実現可能な限界空燃比への適切な空燃比制御を可能とすべく、リーンリミット制御を実行することを特徴としている。
【００９４】
図１４は、上記の機能を実現するために、本実施の形態５においてECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図１４において、実施の形態１における図６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図１４に示すルーチンでは、先ず、推定筒内圧力Pθの履歴が演算され（ステップ２００）、次いで、その推定筒内圧力Pθの履歴中から最大圧力値Pmaxが生じた位置（タイミング（クランク角度θPmax））が取得される（ステップ６００）。
【００９５】
次に、上記ステップ６００において取得された最大圧力値Pmaxの位置θPmaxがクランク角度θの所定範囲内にあるか否かが判別される（ステップ７００）。内燃機関１０では、空燃比をリーン側に変更していった結果として燃焼悪化や失火が生ずると、最大圧力値Pmaxの値が小さくなると共に、その最大圧力値Pmaxが発生するタイミング（クランク角度θPmax）が正常に燃焼が行われた場合に比して変化する。ECU４０は、空燃比をリーン側に制御したことによるそのようなタイミングθPmaxの変化を捉えることができるように、予め定められた上記のクランク角度θの所定範囲を示す情報を記憶している。
【００９６】
上記ステップ７００において、最大圧力値Pmaxの位置θPmaxが上記所定範囲内にあると判断された場合は、未だリーンリミット（リーン側で正常に燃焼可能な限界空燃比の値）に達していないと判断することができる。この場合は、次いで、空燃比が更にリーンとなるように燃料噴射量が制御される（ステップ７０２）。一方、上記ステップ７００において、最大圧力値Pmaxの位置θPmaxが上記所定範囲内にないと判断された場合は、リーンリミットを超えて燃焼悪化等が生じているものと判断することができる。この場合は、次いで、空燃比がよりリッチとなるように燃料噴射量が制御される（ステップ７０４）。
【００９７】
以上説明した図１４に示すルーチンによれば、車載ECUの性能が上述したような性能であっても、上述した本願発明による推定筒内圧力Pθの情報（履歴）を用いたことで、最大圧力値Pmaxの位置θPmaxを上記所定範囲内に収まるようにしつつ、空燃比を極限までリーン側に制御していくことが可能となる。
【００９８】
また、上述した実施の形態５においては、最大圧力値Pmaxの位置θPmaxに基づいて、空燃比を制御することとしているが、本発明における最大圧力値情報はこれに限られるものではない。例えば、最大圧力値Pmaxの位置θPmaxに加え、当該Pmaxの値の大小を考慮して空燃比を制御してもよい。
【００９９】
尚、上述した実施の形態５においては、ECU４０が、上記ステップ６００の処理を実行することにより前記第１５の発明における「最大圧力値情報取得手段」が、上記ステップ７００〜７０４の処理を実行することにより前記第１５の発明における「空燃比制御手段」が、それぞれ実現されている。
【０１００】
実施の形態６．
［推定筒内圧力Pθを用いたセンサ出力ずれ補正およびセンサの劣化検出］
次に、図１５を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。
本実施形態のシステムにおいても、図１に示すハードウェア構成を用いることとしている。そして、本実施形態においては、上記図３に示すルーチンに従って取得される推定筒内圧力Pθを利用して、筒内圧センサ３２のセンサ出力ずれの補正および当該センサ３２の劣化検出を実行することを特徴としている。
【０１０１】
図１５は、上記の機能を実現するために、本実施の形態６においてECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図１５において、実施の形態１における図６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図１５に示すルーチンでは、先ず、推定筒内圧力Pθの履歴が演算され（ステップ２００）、次いで、筒内圧センサ３２の出力に基づいて、実筒内圧力Pcの履歴が取得される（ステップ８００）。
【０１０２】
次に、上記ステップ２００において演算された推定筒内圧力Pθの履歴と、上記ステップ８００において取得された実筒内圧力Pcの履歴とを比較して、筒内圧センサ３２の出力のずれに起因して生ずる圧力履歴中の歪み（ヒステリシス）が検知される（ステップ８０２）。上述した本願発明の手法によって算出される推定筒内圧力Pθの履歴には、上記のような歪みが重畳しない。このため、上記のように筒内圧力Pcの推定値と実測値とを比較することにより、圧力履歴中の歪み、すなわち、筒内圧センサ３２の出力ずれを検知することができる。
【０１０３】
次に、上記ステップ８０２において検知された歪みに基づいて、筒内圧センサ３２の出力ずれが補正される（ステップ８０４）。次いで、上記ステップ８０２において検知された歪みが所定値より大きいか否かが判別され（ステップ８０６）、その結果、歪みが所定値よりも大きいと認められた場合は、筒内圧センサ３２が劣化していると判定される（ステップ８０８）。尚、上記ステップ８０６における劣化判定では、歪みを所定値と比較しているが、これに限らず、上記ステップ８０４における歪みの補正値が所定値より大きいか否かを判別することとしてもよい。
【０１０４】
以上説明した図１５に示すルーチンによれば、同一の燃焼サイクルにおける推定筒内圧力Pθと実筒内圧力Pcとを比較することができる。このため、前回の燃焼サイクルにおける現象或いは統計から現在の燃焼サイクルにおける正常な筒内圧力を推定するこという従来の手法に比して、より正確にセンサ誤差を把握することが可能となる。
【０１０５】
ところで、上述した実施の形態６においては、筒内圧センサ３２を用いて推定した筒内圧力Pθの履歴を実筒内圧力Pcとの比較のために用いているが、本発明における推定筒内圧力Pθを用いた筒内圧センサ３２の出力ずれ補正および当該センサ３２の劣化検出手法は、これに限定されるものではない。例えば、イオンプローブを用いて行う上記図７に示すルーチンの手法によって推定された筒内圧力Pθと、筒内圧センサ３２の実測値との比較によって、同様のセンサ出力ずれ補正やセンサ劣化検出を行ってもよい。そして、このような手法を用いた場合には、イオンプローブおよび筒内圧センサ３２の相互の劣化検出も可能となる。
【０１０６】
尚、上述した実施の形態６においては、ECU４０が、上記ステップ８０２の処理を実行することにより前記第１６の発明における「歪み検出手段」が、上記ステップ８０４の処理を実行することにより前記第１６の発明における「センサ出力補正手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU４０が、上記ステップ８０６および８０８の処理を実行することにより、前記第１６の発明における「センサ劣化判定手段」が実現されている。
【０１０７】
実施の形態７．
［機関回転数NEに基づく実筒内圧力Pcのサンプリング周期変更］
次に、図１６を参照して、本発明の実施の形態７について説明する。
本実施形態のシステムにおいても、図１に示すハードウェア構成を用いることとしている。機関回転数NEが高くなると、クランク角度θの角速度が高くなるため、所定クランク角度θの間隔（時間）が短くなる。このため、筒内圧センサ３２の出力に基づくECU４０による実筒内圧力Pcの計測（サンプリング）は、機関回転数NEが高くなるほど困難となる。そこで、本実施形態では、機関回転数NEに基づいて、実筒内圧力Pcのサンプリング周期を変更することとした。
【０１０８】
図１６は、上記の機能を実現するために、本実施の形態７においてECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図１６において、実施の形態１における図６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図１６に示すルーチンでは、先ず、機関回転数NEが取得される（ステップ９００）。次いで、現在の機関回転数NEが所定値より大きいか否かが判別される（ステップ９０２）。
【０１０９】
上記ステップ９０２において、機関回転数NEが所定値以下であると判定された場合は、筒内圧センサ３２による筒内圧力Pcの実測値が各種のエンジン制御のための基礎として利用される（ステップ９０４）。一方、機関回転数NEが所定値より大きいと判定された場合は、上記（３）式に従って算出された推定筒内圧力Pθが各種のエンジン制御のための基礎として利用される（ステップ９０６）。具体的には、ここでは、例えば、単位クランク角度θ毎に、上記図３のルーチンにおけるステップ１０６の処理を行うことにより、推定筒内圧力Pθの履歴が演算される。
【０１１０】
既述したように、上記（３）式を用いた筒内圧力Pcの推定手法によれば、２点の実測データだけで、任意のクランク角度θにおける筒内圧力Pcを簡便かつ高精度に推定することができる。このため、上記図１６に示すルーチンによれば、機関回転数NEが高い領域において、ECU４０のサンプリング周期を落とすことにより、ECU４０の負荷を軽減することができる。また、例えば、上述した実施の形態３による推定筒内圧力Pθを利用したノック判定を行うシステムにおいて、本ルーチンの処理を並行して行うこととすれば、機関回転数NEが高い領域におけるノック判定時のECU４０の負荷を軽減することができる。
【０１１１】
尚、上述した実施の形態７においては、ECU４０が上記ステップ９０２および９０６の処理を実行することにより、前記第１８の発明における「制御基礎データ選択手段」が実現されている。
【０１１２】
実施の形態８．
［推定筒内圧力Pθを用いたトルクデマンド制御の第１の例］
次に、図１７および図１８を参照して、本発明の実施の形態８について説明する。
本実施形態のシステムにおいても、図１に示すハードウェア構成を用いることとしている。そして、本実施形態は、上記（３）式に従って算出される推定筒内圧力Pθを利用して、内燃機関１０の実図示トルクが車両走行状態に基づく要求トルクとなるように制御する手法である。
【０１１３】
図１７は、上記の機能を実現するために、本実施の形態８においてECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、内燃機関１０の燃焼サイクル毎に、燃焼開始前の所定のタイミングで実行されるものとする。図１７に示すルーチンでは、先ず、現在の車両走行状態が各種のセンサ出力を用いて検知される（ステップ１０００）。具体的には、アクセルペダルの踏み込み量やその変化率、機関回転数NE、および車速等の情報が取得される。次いで、それらの車両走行状態に基づいて、ドライバーからの要求を満たすために内燃機関１０が発生すべき要求トルクが算出される（ステップ１００２）。
【０１１４】
次に、前回の燃焼サイクル分の図示トルクが算出される（ステップ１００４）。具体的には、前回サイクルの図示トルクが上記図６のルーチンと同様の手法で算出される。次いで、上記図示トルクが上記要求トルクとなるような点火時期SAが推定される（ステップ１００６）。
【０１１５】
本ステップ１００６においては、より具体的には、次の図１８に示すルーチンの処理が実行される。すなわち、先ず、点火時期SAの初期値が設定され（ステップ１１００）、次いで、燃焼開始時期θ0および燃焼終了時期θfが、上記ステップ１１００または後述するステップ１１１２において設定された点火時期SAに基づいて、上記図４に示すマップに従って推定される（ステップ１１０２）。次いで、前回の燃焼サイクルにおける所定の２点の筒内圧力Pcの実測データに基づく熱発生量PVκを上記（３）式に代入して、筒内圧力Pcが推定される（ステップ１１０４）。次いで、その推定筒内圧力Pcを用いて図示トルクが計算される（ステップ１１０６）。
【０１１６】
次に、上記ステップ１００２において算出された要求トルクと、上記ステップ１１０６において算出された図示トルクとが一致しているか否かが判別される（ステップ１１０８）。その結果、それらが一致していないと判定された場合は、次いで、点火時期SAが進角側或いは遅角側に変更され（ステップ１１１０）、その変更後の点火時期SAを用いて、上記ステップ１１０２〜１１０８の処理が再度実行される。一方、上記要求トルクと上記図示トルクとが一致していると認められた場合は、その際の点火時期SAが推定値として最終決定される（ステップ１１１２）。
【０１１７】
図１７に示すルーチンでは、次に、今回の燃焼サイクルに対する点火時期SAが、上記ステップ１００６において算出された点火時期SAとなるように制御される（ステップ１００８）。次いで、燃焼が実行された後に、今回の燃焼サイクルの実図示トルクが計算される（ステップ１０１０）。ここでは、今回の燃焼サイクルにおける所定の２点の筒内圧力Pcの実測データに基づく熱発生量PVκを上記（３）式に代入して、実図示トルクが計算される。
【０１１８】
次に、上記ステップ１０１０において算出された今回の燃焼サイクルの実図示トルクが、上記ステップ１００２において算出された要求トルクと比較され、それらの偏差が算出される（ステップ１０１２）。次いで、上記ステップ１０１２において算出された偏差に基づいて、次回の燃焼サイクルの要求トルクが修正される（ステップ１０１４）。例えば、実図示トルクが要求トルクに達していなかった場合は、次回の燃焼サイクルにおける要求トルクが増大するように修正される。
【０１１９】
以上説明した図１７に示すルーチンによれば、上記（３）式に従って取得された推定筒内圧力Pcを利用して、前回の燃焼サイクルの図示トルクを取得することができる。また、上記（３）式に従って取得された推定筒内圧力Pcを利用して、今回の燃焼サイクルの実図示トルクが要求トルクとなるような点火時期SAを推定することができる。更に、そのような点火時期SAの下で発生した今回の燃料サイクルの実図示トルクに基づいて、次回の燃焼サイクルの要求トルクが修正される。このように、本実施形態のシステムによれば、上記（３）式に従って取得された推定筒内圧力Pcに基づいて、内燃機関１０のトルクが所望の要求トルクとなるように制御することができる。
【０１２０】
尚、上述した実施の形態８においては、ECU４０が、上記ステップ１０００および１００２の処理を実行することにより前記第１９の発明における「要求トルク取得手段」が、上記ステップ１００４および１００６の処理を実行することにより前記第１９の発明における「制御指標決定手段」が、それぞれ実現されている。
【０１２１】
実地の形態９．
［推定筒内圧力Pθを用いたトルクデマンド制御の第２の例］
次に、図１９および図２０を参照して、本発明の実施の形態９について説明する。
本実施形態のシステムにおいても、図１に示すハードウェア構成を用いることとしている。そして、本実施形態は、上述した実施の形態８と同様に、上記（３）式に従って算出される推定筒内圧力Pθを利用して、内燃機関１０の実図示トルクが車両走行状態に基づく要求トルクとなるように制御する手法である。本実施形態においては、前回の燃焼サイクルの図示トルクではなく、今回の燃焼サイクルで内燃機関１０が発生させ得るトルクを予め推定し、そして、今回の燃焼サイクルの実図示トルクが要求トルクとなるような点火時期SAを推定している点が、上記実施の形態８と異なっている。
【０１２２】
図１９は、上記の機能を実現するために、本実施の形態９においてECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図１９において、実施の形態８における図１７に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図１９に示すルーチンでは、要求トルクが算出された後（ステップ１００２）、今回の燃焼サイクルにおける筒内充填空気量が算出される（ステップ１２００）。具体的には、筒内DJ値或いは当該空気量と、内燃機関１０の各種運転パラメータとの関係を定めた関係式（エアモデル）によって、筒内充填空気量を算出することができる。
【０１２３】
次に、上記ステップ１２００において算出された筒内充填空気量に基づいて、今回の燃焼サイクルにおいて、内燃機関１０が発生させ得る最大の予測トルクが算出される（ステップ１２０２）。次いで、上記予測トルクに基づいて、今回の燃焼サイクルの実図示トルクが上記要求トルクとなるような点火時期SAが推定される（ステップ１２０４）。
【０１２４】
本ステップ１２０４においては、より具体的には、次の図２０に示すルーチンの処理が実行される。図２０に示すルーチンは、基本的には上記図１８に示すルーチンと同様であるため、異なる点を中心に説明する。すなわち、図２０に示すルーチンでは、燃焼開始時期θ0および燃焼終了時期θfが推定された後（ステップ１１０２）、上記ステップ１２００において算出された筒内空気量に基づいて、図示しないマップを参照して熱発生量PVκが推定される（ステップ１３００）。次いで、その熱発生量PVκを上記（３）式に代入して、筒内圧力Pcが推定される（ステップ１１０４）。
【０１２５】
図２０に示すルーチンの処理により点火時期SAが推定された後は、図１９に示すルーチンにおいて、上記ステップ１００８〜１０１４の一連の処理が実行される。
以上説明した図１９に示すルーチンによれば、上記（３）式に従って取得された推定筒内圧力Pcを利用して、今回の燃焼サイクルで内燃機関１０が発生させ得る予測トルクに基づいて、今回の燃焼サイクルの実図示トルクが要求トルクとなるような点火時期SAを推定することができる。更に、そのような点火時期SAの下で発生した今回の燃料サイクルの実図示トルクに基づいて、次回の燃焼サイクルの要求トルクが修正される。このように、本実施形態のシステムによれば、上記（３）式に従って取得された推定筒内圧力Pcに基づいて、内燃機関１０のトルクが所望の要求トルクとなるように制御することができる。
【０１２６】
尚、上述した実施の形態９においては、ECU４０が上記ステップ１２００〜１２０４の処理を実行することにより、前記第１９の発明における「制御指標決定手段」が実現されている。
【０１２７】
実施の形態１０．
［推定筒内圧力Pθを用いたトルクデマンド制御の第３の例］
次に、図２１を参照して、本発明の実施の形態１０について説明する。
本実施形態のシステムにおいても、図１に示すハードウェア構成を用いることとしている。本実施形態では、上記（３）式に従って算出される推定筒内圧力Pθを利用して、要求トルクに対応する要求筒内圧力が得られるように、筒内圧力Pcを決定するための各種のパラメータを決定することとしている。
【０１２８】
図２１は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１０においてECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。図２１に示すルーチンでは、先ず、アクセルペダル開度や機関回転数NE等の車両走行状態に基づいて、内燃機関１０の要求トルクが算出される（ステップ１４００）。次いで、上記ステップ１４００において算出された要求トルクが、当該要求トルクを満たすために各気筒の筒内で発生されるべき要求筒内圧力に置き換えられる（ステップ１４０２）。
【０１２９】
次に、上記ステップ１４０２において算出された要求筒内圧力と等しい推定筒内圧力Pcが上記（３）式に従って算出されるように、当該（３）式中の各パラメータが決定される（ステップ１４０４）。それらのパラメータとは、燃焼開始時期θ0、燃焼終了時期θf、燃焼速度a、定数m、およびゲインGである。尚、ゲインGは、筒内空気量に依存する値であり、上記（３）式におけるWeibe関数に関する項（上記（２）式の右辺に相当する項）に乗じられるものである。
【０１３０】
次に、上記ステップ１４０４において決定された各種パラメータの値に基づいて、各アクチュエータの制御量が決定され、当該制御量に基づいて各アクチュエータが制御される（ステップ１４０６）。具体的には、燃焼開始時期θ0および燃焼終了時期θfに基づいて、上記図４に示すようなマップを参照することで点火時期SAが決定される。また、燃焼速度aに基づいて、可変バルブタイミング機構による吸気弁２２や排気弁２４の位相の制御量VVT（バルブオーバーラップ量）が決定される。また、ゲインGに基づいて、スロットル開度TAが決定される。尚、ここでは、燃焼速度aに基づいて制御量VVTが決定されているが、これに限らず、燃焼速度aに基づいて、制御量VVTに代え、またはそれと共に、吸気弁２２のリフト量を決定してもよい。また、ゲインGに基づいて、スロットル開度TAが決定されているが、これに限らず、ゲインGに基づいて、スロットル開度TAに代え、またはそれと共に、吸気弁２２の開弁期間を決定してもよい。また、定数mは、ここでは固定値としているが、急速燃焼が生ずる場合は、この定数mを大きくするとよい。
【０１３１】
以上説明した図２１に示すルーチンによれば、上記（３）式を利用して、要求筒内圧（要求トルク）を得るために必要な各パラメータ（θ0、θf、a等）が決定され、それらのパラメータに従って、内燃機関１０のトルク（燃焼）を制御するための各アクチュエータ（電子制御式スロットルバルブ、可変バルブタイミング機構等）が制御される。つまり、本実施形態のシステムによれば、上記（３）式を利用することで、所望の要求トルク（それに対応する要求筒内圧力）に基づいてトルク（燃焼）を制御することが可能となる。また、本実施形態のシステムによれば、上記のように決定されたパラメータによって、バルブのオーバーラップ量や点火時期SA等の制御を、吸入空気量の過不足や点火時期SAの遅角等なしに行うことが可能となる。
【０１３２】
尚、上述した実施の形態１０においては、ECU４０が上記ステップ１４０４の処理を実行することにより、前記第１９の発明における「制御指標決定手段」が実現されている。
また、ECU４０が上記ステップ１４０２の処理を実行することにより、前記第２０における「要求筒内圧取得手段」が実現されている。
また、ECU４０が上記ステップ１４０６の処理を実行することにより、前記第２２の発明における「制御手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】クランク角度θに対する筒内の燃焼割合MFBの波形を示す図である。
【図３】推定筒内圧力Pθを取得するために、本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】図３に示すルーチン中で参照される燃焼開始時期θ0および燃焼終了時期θfのマップである。
【図５】筒内圧力Pとクランク角度θとの関係を表すP−θ線図である。
【図６】推定筒内圧力Pθの履歴を用いて図示トルクを算出するために、本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】イオン電流Icに基づく波形を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態３におけるノック判定の手順を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３の変形例において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態３の変形例におけるノック判定の手順を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態５において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態６において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１６】本発明の実施の形態７において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１７】本発明の実施の形態８において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１８】図１７に示すルーチンと並行して実行されるサブルーチンのフローチャートである。
【図１９】本発明の実施の形態９において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図２０】図１９に示すルーチンと並行して実行されるサブルーチンのフローチャートである
【図２１】本発明の実施の形態１０において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３４】
１０  内燃機関
１２  ピストン
２８  点火プラグ
３２  筒内圧センサ
４０  ECU（Electronic Control Unit）
a  燃焼速度
dQ／dθ  熱発生率
G  ゲイン
Ic  イオン電流
m  定数
MFB  燃焼割合
PVκ  熱発生量
Pθ  推定筒内圧力
θ0  燃焼開始時期
θf  燃焼終了時期
【図１】
2007032531.tif 000003
【図２】
2007032531.tif 000004
【図３】
2007032531.tif 000005
【図４】
2007032531.tif 000006
【図５】
2007032531.tif 000007
【図６】
2007032531.tif 000008
【図７】
2007032531.tif 000009
【図８】
2007032531.tif 000010
【図９】
2007032531.tif 000011
【図１０】
2007032531.tif 000012
【図１１】
2007032531.tif 000013
【図１２】
2007032531.tif 000014
【図１３】
2007032531.tif 000015
【図１４】
2007032531.tif 000016
【図１５】
2007032531.tif 000017
【図１６】
2007032531.tif 000018
【図１７】
2007032531.tif 000019
【図１８】
2007032531.tif 000020
【図１９】
2007032531.tif 000021
【図２０】
2007032531.tif 000022
【図２１】
2007032531.tif 000023