(57)【要約】【課題】燃焼質量割合の算出精度を効果的に向上可能な燃焼状態検出装置を提供する。【解決手段】燃焼状態検出装置１は、燃焼室１０１内の圧力を検出する圧力検出部５と、熱発生率を算出する熱発生率算出部６と、積算開始タイミングθ１から積算終了タイミングθ２までの間における熱発生率の積算値に基づいて燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出部７とを備える。積算開始タイミングθ１は、燃料の噴射タイミングから予め設定された所定の待機時間Δｔだけ遅らせたときとされる。積算終了タイミングθ２は、燃焼後において熱発生率が初めて０Ｊ／ｄｅｇ以下となった第１タイミングθＸ１から、第１タイミングθＸ１から予め設定された所定の時間だけ遅らせた第２タイミングθＸ２までの間における、熱発生率の積算値に基づいて設定される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室における燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置であって、
前記燃焼室内の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力に基づいて前記燃焼室における熱発生率を算出する熱発生率算出部と、
所定の積算開始タイミングから所定の積算終了タイミングまでの間における熱発生率の積算値に基づいて燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出部とを備え、
前記積算開始タイミングは、前記燃焼室に対する燃料の噴射タイミングから予め設定された所定の待機時間だけ遅らせたときとされることを特徴とする燃焼状態検出装置。
【請求項２】
前記積算終了タイミングは、燃焼後において熱発生率が初めて０Ｊ／ｄｅｇ以下となったときである第１タイミングから、当該第１タイミングから予め設定された所定の時間だけ遅らせたときである第２タイミングまでの間における、熱発生率の積算値に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼状態検出装置。
【請求項３】
内燃機関の燃焼室における燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置であって、
前記燃焼室内の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力に基づいて前記燃焼室における熱発生率を算出する熱発生率算出部と、
所定の積算開始タイミングから所定の積算終了タイミングまでの間における熱発生率の積算値に基づいて燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出部とを備え、
前記積算終了タイミングは、燃焼後において熱発生率が初めて０Ｊ／ｄｅｇ以下となったときである第１タイミングから、当該第１タイミングから予め設定された所定の時間だけ遅らせたときである第２タイミングまでの間における、熱発生率の積算値に基づいて設定されることを特徴とする燃焼状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼質量割合から内燃機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（特にディーゼルエンジン）においては、エミッションの抑制、ドライバビリティや燃費の改善等を図るべく、内燃機関（燃焼室）の燃焼状態を検出する装置が設けられる。燃焼状態を検出する装置としては、燃焼質量割合に基づいて内燃機関の燃焼状態を検出するものが知られている。
【０００３】
ここで、燃焼質量割合は、例えば、次のようにして算出される。すなわち、所定の圧力センサからの信号に基づいて、所定のクランク角度ごとに燃焼室内における圧力（燃焼圧）を検出するとともに、検出された圧力に基づいて、クランク角度に応じて変化する熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）を算出する。次いで、所定の積算区間（所定の積算開始タイミングから所定の積算終了タイミングまでの間）における前記算出された熱発生率の積算値（総熱発生量）を得る。最後に、前記積算開始タイミングからの熱発生率を積算して得られる熱発生量が、前記総熱発生量の所定割合（例えば、５０％や９０％など）となったときのクランク角度を、燃焼質量割合として算出する。
【０００４】
また近年では、燃焼質量割合を精度よく算出するために、圧力センサからの出力信号の特定部分にフィルタリング処理を加え、前記特定部分におけるノイズ成分を除去する手法が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１９７６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記手法では、熱発生率の積算値（総熱発生量）を得る際の積算区間、つまり、積算開始タイミング及び積算終了タイミングが特に規定されていない。そのため、燃焼室内において実際に燃焼（熱発生）が開始した時点と積算開始タイミングとの間、及び、実際に燃焼が終了した時点と積算終了タイミングとの間において、大きなずれが生じてしまうおそれがある。その結果、燃焼が開始する時点以前のノイズ成分や、燃焼が終了した時点以後のノイズ成分が総熱発生量に含まれてしまい、燃焼質量割合を精度よく算出することができないおそれがある。
【０００７】
これに対して、１燃焼サイクル中において、熱発生率が最大となるときの前において熱発生率が最後に０（Ｊ／ｄｅｇ）以下となるときを積算開始タイミングとし、熱発生率が最大となるときの後において初めて熱発生率が０以下となるときを積算終了タイミングとして設定する手法が考えられる。しかしながら、この場合には、ノイズの影響を大きく受けてしまい、実際の燃焼の開始時期や終了時期に対して、積算開始タイミングや積算終了タイミングが大きくずれてしまったり、ノイズにより熱発生率が０以下とならず、積算開始タイミング等を設定できなくなってしまったりするおそれがある。
【０００８】
また、燃焼時を含むように設定された所定区間内において、熱発生率の積算値（熱発生量）を算出し、熱発生量が最小となるタイミングを積算開始タイミングとし、熱発生量が最大となるタイミングを積算終了タイミングとする手法も考えられる。当該手法によれば、ノイズの影響を小さくすることができるものの、前記所定区間は、燃焼時を含むように区間の開始時から終了時までの幅を比較的大きなものとする必要がある。従って、燃焼時から外れた区間におけるノイズ成分が総熱発生量に含まれてしまったり、大きなノイズが発生した場合には、当該ノイズの影響により、積算終了タイミングが実際の燃焼終了時から大きくずれてしまったりするおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、熱発生率の積算値を得る際における積算開始タイミング及び積算終了タイミングのうちの少なくとも一方を適切なタイミングに設定することで、燃焼質量割合の算出精度を効果的に向上させることができる燃焼状態検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
【００１１】
構成１．本構成の燃焼状態検出装置は、内燃機関の燃焼室における燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置であって、
前記燃焼室内の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力に基づいて前記燃焼室における熱発生率を算出する熱発生率算出部と、
所定の積算開始タイミングから所定の積算終了タイミングまでの間における熱発生率の積算値に基づいて燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出部とを備え、
前記積算開始タイミングは、前記燃焼室に対する燃料の噴射タイミングから予め設定された所定の待機時間だけ遅らせたときとされることを特徴とする。
【００１２】
尚、「待機時間」とあるのは、燃料の噴射から実際に燃焼（熱発生）が生じるまでに要する時間であり、内燃機関の動作状態（例えば、エンジン回転数やエンジントルク、水温等）に応じて変動する。内燃機関の動作状態を種々変更した上で、燃料の噴射から実際に燃焼（熱発生）が生じるまでの時間を測定することにより、内燃機関の各動作状態に対応する「待機時間」を予め取得することができる。
【００１３】
上記構成１によれば、積算開始タイミングが、燃焼室に対する燃料の噴射タイミングから予め設定された所定の待機時間だけ遅らせたタイミングに設定されている。すなわち、熱発生率に基づくことなく、実際に燃焼（熱発生）が開始していると考えられるときが積算開始タイミングとされている。従って、燃焼（熱発生）の開始時点と積算開始タイミングとを精度よく合わせることができ、熱発生率の積算値ひいては燃焼質量割合の算出精度を効果的に高めることができる。
【００１４】
構成２．本構成の燃焼状態検出装置は、上記構成１において、前記積算終了タイミングは、燃焼後において熱発生率が初めて０Ｊ／ｄｅｇ以下となったときである第１タイミングから、当該第１タイミングから予め設定された所定の時間だけ遅らせたときである第２タイミングまでの間における、熱発生率の積算値に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１５】
上記構成２によれば、燃焼後において熱発生率が初めて０Ｊ／ｄｅｇ以下となったときである第１タイミングが、燃焼が終了したものと推定される基準時とされる。その上で、当該基準時から所定の時間が経過するまで（つまり、第２タイミングまで）の間における熱発生率の積算値が算出され、当該積算値に基づいて積算終了タイミングが設定される。すなわち、熱発生率が０以下となったとしても、それはノイズの影響により生じたということも考えられる。そのため、熱発生率が初めて０以下となったときが必ずしも積算終了タイミングとして設定されるわけではなく、その後の所定時間内における熱発生率の変動を考慮して、積算終了タイミングが設定される。例えば、実際には燃焼（熱発生）の継続中であるにも関わらず、ノイズにより熱発生率が０以下となった場合には、熱発生が継続中であるため、熱発生率が０以下となってからある程度の期間は、熱発生率がプラスとなり得る。一方で、燃焼（熱発生）の終了に伴い熱発生率が０以下となった場合には、熱発生率が０以下となった時点以降において、ノイズの影響を除き、熱発生率はほぼ０となると考えられる。上記構成２によれば、前記基準時以降における上述のような熱発生率の変動を表す熱発生率の積算値に基づいて積算終了タイミングが設定される。また、単に熱発生率の値に基づくことなく、熱発生率の積算値に基づくため、積算終了タイミングの設定に際するノイズの影響が小さなものとされる。従って、積算終了タイミングを非常に精度よく設定することができ、上記構成１により積算開始タイミングを精度よく設定できることと相俟って、熱発生率の積算値ひいては燃焼質量割合の算出精度を飛躍的に向上させることができる。
【００１６】
構成３．本構成の燃焼状態検出装置は、内燃機関の燃焼室における燃焼状態を検出する燃焼状態検出装置であって、
前記燃焼室内の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力に基づいて前記燃焼室における熱発生率を算出する熱発生率算出部と、
所定の積算開始タイミングから所定の積算終了タイミングまでの間における熱発生率の積算値に基づいて燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出部とを備え、
前記積算終了タイミングは、燃焼後において熱発生率が初めて０Ｊ／ｄｅｇ以下となったときである第１タイミングから、当該第１タイミングから予め設定された所定の時間だけ遅らせたときである第２タイミングまでの間における、熱発生率の積算値に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１７】
上記構成３によれば、積算終了タイミングを非常に精度よく設定することができる。その結果、熱発生率の積算値ひいては燃焼質量割合の算出精度を効果的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】燃焼状態検出装置等の構成を示すブロック図である。
【図２】積算開始タイミングや積算終了タイミングを説明するための熱発生率のグラフである。
【図３】エンジン回転数やエンジントルクに対する待機時間のマップを示す図である。
【図４】積算終了タイミングの設定手法を説明するための熱発生量のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、燃焼状態検出装置１は、所定の電子制御装置（ＥＣＵ）により構成されており、内燃機関１００の燃焼状態を検出するものである。尚、内燃機関１００は、複数の燃焼室１０１を備えており、内燃機関１００には、角度センサ１０２と、回転数センサ１０３と、圧力センサ１０４とが設けられている。角度センサ１０２は、内燃機関１００のクランクシャフト（図示せず）の回転角度（クランク角度）を検出し、検出したクランク角度についての信号を出力する。回転数センサ１０３は、前記クランクシャフトの回転数（エンジン回転数）を検出し、検出したエンジン回転数についての信号を出力する。圧力センサ１０４は、各燃焼室１０１に設けられており、燃焼室１０１内の圧力（燃焼圧）を検出し、検出した燃焼圧についての信号を出力する。
【００２０】
燃焼状態検出装置１は、クランク角度検出部２と、回転数検出部３と、トルク検出部４と、圧力検出部５と、熱発生率算出部６と、燃焼質量割合算出部７と、タイミング設定部８とを備えている。
【００２１】
クランク角度検出部２は、前記角度センサ１０２に接続されており、角度センサ１０２から出力される信号に基づいてクランク角度を検出する。回転数検出部３は、前記回転数センサ１０３に接続されており、回転数センサ１０３からの出力信号に基づいてエンジン回転数を検出する。尚、角度センサ１０２の出力信号に基づいてエンジン回転数を検出するように回転数検出部３を構成してもよく、この場合には、回転数センサ１０３を設けないこととしてもよい。
【００２２】
トルク検出部４は、回転数検出部３により検出されたエンジン回転数やアクセルセンサ（図示せず）により検出されたアクセル開度、外気温センサ（図示せず）により計測された外気温などに基づいてエンジントルクを検出する。具体的には、エンジン回転数やアクセル開度、外気温等をパラメータとするエンジントルクのマップが所定の記憶装置（図示せず）に予め記憶されており、トルク検出部４は、前記マップに基づいてエンジントルクを検出する。
【００２３】
圧力検出部５は、圧力センサ１０４からの出力信号に基づいて、所定のクランク角度ごとに、燃焼室１０１内の圧力（燃焼圧）を検出する。尚、所定のフィルタ回路（例えば、ローパスフィルタ）を用いることで、検出された燃焼圧のノイズ成分が除去される。
【００２４】
熱発生率算出部６は、圧力検出部５により検出された燃焼圧に基づいて、熱発生率ｄＱ（Ｊ／ｄｅｇ）を算出する。尚、熱発生率ｄＱは、例えば、次の式（１）に基づいて算出することができる。
【００２５】
ｄＱ＝｛１／（ｋ−１）｝×｛ｋ×Ｐ×（ｄＶ／ｄθ）＋Ｖ×（ｄＰ／ｄθ）｝…（１）
尚、ｋは、比熱比であり、Ｖは、燃焼室１０１の容積（ｍ3）であり、θはクランク角度（ｄｅｇ）であり、Ｐは、圧力検出部５により検出された燃焼圧（ｋＰａ）である。また、熱発生率ｄＱは、図２に示すように、クランク角度に応じて変化する。
【００２６】
燃焼質量割合算出部７は、熱発生率検出部６により算出された熱発生率に基づいて、燃焼質量割合を算出する。具体的には、燃焼質量割合算出部７は、所定の積算開始タイミングθ１から所定の積算終了タイミングθ２までの間における、前記算出された熱発生率の積算値である総熱発生量を算出する。そして、積算開始タイミングθ１からの熱発生率を積算して得られた熱発生量が、前記総熱発生量のＡ％（Ａは、０＜Ａ＜１００を満たす数であり、本実施形態では、５０とされる）となったときのクランク角度を、燃焼質量割合として算出する。尚、数値Ａは、任意に設定可能である。
【００２７】
タイミング設定部８は、前記積算開始タイミングθ１及び積算終了タイミングθ２を設定する。
【００２８】
積算開始タイミングθ１は、燃焼室１０１に対する燃料の噴射タイミングから予め設定された所定の待機時間Δｔ（ｓ）だけ遅らせたときに設定される。待機時間Δｔ（ｓ）は、例えば、図３のように、所定の記憶装置に予め記憶されたエンジン回転数及びエンジントルクをパラメータとするマップを用いて、回転数検出部３により検出されたエンジン回転数、及び、トルク検出部４により検出されたエンジントルクに基づいて決定される、尚、燃料の噴射タイミングは、ＥＣＵにより制御されており、タイミング設定部８は、燃料の噴射タイミングを得ることができる。
【００２９】
積算終了タイミングθ２は、所定の第１タイミングθＸ１から所定の第２タイミングθＸ２までの間における、熱発生率算出部６により算出された熱発生率の積算値に基づいて設定される。第１タイミングθＸ１は、燃焼後において前記算出された熱発生率が初めて０Ｊ／ｄｅｇ以下となったときである。第２タイミングθＸ２は、第１タイミングθＸ１から予め設定された所定の時間（本実施形態では、クランク角度が５ｄｅｇ進む時間）だけ遅らせたときである。本実施形態においては、図４に示すように、第１タイミングθＸ１から第２タイミングθＸ２までの間において、前記算出された熱発生率の積算値（熱発生量）が算出され、当該熱発生量が最大となるときが積算終了タイミングθ２に設定される。
【００３０】
以上詳述したように、本実施形態によれば、積算開始タイミングθ１が、燃焼室１０１に対する燃料の噴射タイミングから待機時間Δｔだけ遅らせたタイミングに設定されている。すなわち、熱発生率に基づくことなく、実際に燃焼（熱発生）が開始していると考えられるときが積算開始タイミングθ１とされている。従って、燃焼（熱発生）の開始時点と積算開始タイミングθ１とを精度よく合わせることができ、熱発生率の積算値ひいては燃焼質量割合の算出精度を効果的に高めることができる。
【００３１】
加えて、本実施形態では、燃焼後において熱発生率が初めて０Ｊ／ｄｅｇ以下となったとき以降における熱発生率の変動を表す熱発生率の積算値に基づいて積算終了タイミングθ２が設定されている。また、単に熱発生率の値に基づくことなく、熱発生率の積算値に基づくため、積算終了タイミングθ２の設定に際するノイズの影響が小さなものとされる。従って、積算終了タイミングθ２を非常に精度よく設定することができ、積算開始タイミングθ１を精度よく設定できることと相俟って、燃焼質量割合の算出精度を飛躍的に向上させることができる。
【００３２】
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
【００３３】
（ａ）上記実施形態において、積算開始タイミングθ１は、燃焼室１０１に対する燃料の噴射タイミングから待機時間Δｔだけ遅らせたときに設定されており、積算終了タイミングθ２は、第１タイミングθＸ１から第２タイミングθＸ２までの間における熱発生率の積算値に基づいて設定されている。これに対して、積算終了タイミングθ２を上記実施形態におけるタイミングとしたままで、積算開始タイミングθ１を変更してもよい。また、積算開始タイミングθ１を上記実施形態におけるタイミングとしたままで、積算終了タイミングθ２を変更してもよい。すなわち、熱発生率の積算値を算出するにあたって、上記実施形態における積算開始タイミングθ１及び積算終了タイミングθ２のうちの一方のみを採用することとしてもよい。
【００３４】
（ｂ）上記実施形態において、積算終了タイミングθ２は、第１タイミングθＸ１から第２タイミングθＸ２までの間において、熱発生率の積算値が最大となるときに設定されているが、積算終了タイミングθ２は、第１タイミングθＸ１から第２タイミングθＸ２までの間における熱発生率の積算値に基づいて設定すればよく、積算終了タイミングθ２は、熱発生率の積算値が最大となるときに限定されるものではない。
【００３５】
（ｃ）上記実施形態において、燃焼状態検出装置１はＥＣＵにより構成されているが、燃焼状態検出装置１を、ＥＣＵとは別に設けられたマイクロコンピュータ等により構成してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…燃焼状態検出装置、５…圧力検出部、６…熱発生率算出部、７…燃焼質量割合算出部、１００…内燃機関、１０１…燃焼室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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