(57)【要約】【課題】比較的低負荷の運転領域においても、燃料が正常に燃焼したか否かを精確に判定できるようにする。【解決手段】筒内圧の推移を参照して燃料が正常に燃焼したか否かを判定するものであって、圧縮上死点前の筒内圧の単位クランク角度または単位時間あたりの変化量が所定以下に小さい時期の筒内圧と、圧縮上死点後の筒内圧の単位クランク角度または単位時間あたりの変化量が所定以下に小さい時期の筒内圧との差圧を判定閾値と比較する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内圧の推移を参照して燃料が正常に燃焼したか否かを判定するものであって、
吸気または圧縮行程における筒内圧の単位クランク角度または単位時間あたりの変化量が所定以下に小さい時期の筒内圧と、膨張行程における筒内圧の単位クランク角度または単位時間あたりの変化量が所定以下に小さい時期の筒内圧との差圧を判定閾値と比較する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
筒内圧の推移を参照して燃料が正常に燃焼したか否かを判定するものであって、
筒内圧が増大する期間における筒内圧の単位クランク角度または単位時間あたりの変化量を判定閾値を比較し、または、筒内圧が減少する期間における筒内圧の単位クランク角度または単位時間あたりの変化量を判定閾値を比較する内燃機関の制御装置。
【請求項３】
筒内圧の推移を参照して燃料が正常に燃焼したか否かを判定するものであって、
筒内圧をクランク角度または時間で積分した値を判定閾値と比較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、車両等に搭載される内燃機関の運転を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒において燃料が正常に燃焼したか否かを判定する方法として、当該気筒の圧縮行程及び膨張行程における筒内圧（気筒の燃焼室内圧力）をセンシングし、筒内圧のピーク値を判定閾値を比較して、ピーク値が判定閾値以上である場合に正常燃焼と判定し、ピーク値が判定閾値を下回る場合には燃焼不良または失火と判定することが考えられている（例えば、下記特許文献１を参照）。
【０００３】
だが、筒内圧のピークに着眼する上掲の方法は、アイドル運転時やアイドル運転に近い低負荷の運転領域では十分なＳ／Ｎ比を得られず、誤判定が多くなる。
【０００４】
他方、筒内圧の推移に対してＷｉｅｂｅ関数を用いた近似曲線をフィットさせることで熱発生率を算出し、燃焼状態を推定することも試みられている（例えば、下記特許文献２を参照）
しかしながら、アイドル運転時や低負荷の運転領域では元来燃焼が弱く、Ｗｉｅｂｅ関数の精度が期待できない。そのために、やはり燃料が正常に燃焼したか否かを正しく判定するのが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６２３９２１号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４８１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、比較的低負荷の運転領域においても燃料が正常に燃焼したか否かを精確に判定できるようにすることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、筒内圧の推移を参照して燃料が正常に燃焼したか否かを判定するものであって、吸気または圧縮行程における筒内圧の単位クランク角度または単位時間あたりの変化量が所定以下に小さい時期の筒内圧と、膨張行程における筒内圧の単位クランク角度または単位時間あたりの変化量が所定以下に小さい時期の筒内圧との差圧を判定閾値と比較する内燃機関の制御装置を構成した。
【０００８】
また、本発明では、筒内圧の推移を参照して燃料が正常に燃焼したか否かを判定するものであって、筒内圧が増大する期間における筒内圧の単位クランク角度または単位時間あたりの変化量を判定閾値を比較し、または、筒内圧が減少する期間における筒内圧の単位クランク角度または単位時間あたりの変化量を判定閾値を比較する内燃機関の制御装置を構成した。
【０００９】
並びに、本発明では、筒内圧の推移を参照して燃料が正常に燃焼したか否かを判定するものであって、筒内圧をクランク角度または時間で積分した値を判定閾値と比較する内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、比較的低負荷の運転領域においても燃料が正常に燃焼したか否かを精確に判定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】正常燃焼の場合の筒内圧、及び燃焼不良または失火の場合の筒内圧のそれぞれの推移の例を示す図。
【図３】正常燃焼の場合の筒内圧、及び燃焼不良または失火の場合の筒内圧のそれぞれの推移の例を示す図。
【図４】正常燃焼の場合の筒内圧、及び燃焼不良または失火の場合の筒内圧のそれぞれの推移の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１３】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１４】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１５】
外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。
【００１６】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００１７】
ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関に対する要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、大気圧を検出する気圧センサから出力される大気圧信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、気筒１の燃焼室内圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサから出力される筒内圧信号ｈ等が入力される。
【００１８】
ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射（開弁）信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｍ等を出力する。
【００１９】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率等といった運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００２０】
本実施形態のＥＣＵ０は、気筒１の圧縮上死点の前後に跨る期間、換言すれば圧縮行程及び膨張行程における筒内圧の推移を参照して、当該気筒１における混合気の燃焼が正常であったか、あるいは燃焼不良ないし失火したかを判定する。この燃焼状態の判定の具体的な手法は、幾つか考えられる。以下、列挙する。
【００２１】
＜第一判定条件＞圧縮上死点前の吸気または圧縮行程中の筒内圧の単位クランク角度（または、単位時間）あたりの変化量が所定以下に小さい時期の筒内圧と、圧縮上死点後の膨張行程中の筒内圧の単位クランク角度（または、単位時間）あたりの変化量が所定以下に小さい時期の筒内圧との差圧を求める。そして、その差圧を判定閾値と比較し、差圧が判定閾値以上であるならば正常燃焼と判定し、判定閾値未満であるならば燃焼不良または失火と判定する。
【００２２】
図２に示すように、吸気行程の終期及び圧縮行程の初期、並びに膨張行程の終期には、筒内圧が概ね変化しないボトムの時期Ｔ１、Ｔ２が訪れる。燃料が正常燃焼した場合（図中、実線で表す）、膨張行程の終期Ｔ２における筒内圧は大気圧よりも高い正圧となり、吸気行程及び圧縮行程の初期Ｔ１における筒内圧よりも高くなって、それらの間に圧力差ΔＰが生じる。一方で、燃焼不良または失火が起こった場合（図中、鎖線で表す）には、膨張行程の終期Ｔ２における筒内圧は大気圧よりも低い負圧となり、吸気行程及び圧縮行程の初期Ｔ１における筒内圧とほぼ同等となって、両者の間に顕著な圧力差は生じない。
【００２３】
ＥＣＵ０は、筒内圧信号ｈを単位クランク角度（または、単位時間）間隔でサンプリングすることで、筒内圧の推移を単位クランク角度（または、単位時間）毎の筒内圧の値の時系列として取得する。その上で、吸気行程及び圧縮行程の初期Ｔ１に相当するクランク角度のタイミングで取得した筒内圧のサンプリング値（または、圧縮行程中において今回サンプリングした筒内圧の値と直近の過去にサンプリングした筒内圧の値との差分即ち変化量が所定以下に縮小する時期Ｔ１にサンプリングした値）と、膨張行程の終期Ｔ２に相当するクランク角度のタイミングで取得した筒内圧のサンプリング値（または、膨張行程中において今回サンプリングした筒内圧の値と直近の過去にサンプリングした筒内圧の値との差分が所定以下に縮小する時期Ｔ２にサンプリングした値）との差分を算出し、これを判定閾値と比較する。
【００２４】
筒内圧の差分と比較するべき判定閾値は、そのときの内燃機関の運転領域に応じて設定することが好ましい。ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数及びエンジン負荷（または、サージタンク３３内吸気圧、気筒１に充填される吸気量若しくは燃料噴射量）等と判定閾値との関係を規定したマップデータを格納しておく。そして、ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数及びエンジン負荷等をキーとして当該マップを検索し、燃焼状態の判定に用いる判定閾値を得る。
【００２５】
＜第二判定条件＞筒内圧が増大する期間における筒内圧の単位クランク角度（または、単位時間）あたりの変化量（増加量）を判定閾値と比較し、単位クランク角度あたりの変化量が判定閾値以上であるならば正常燃焼と判定し、判定閾値未満であるならば燃焼不良または失火と判定する。
【００２６】
図３に示すように、筒内圧がピークを迎える前の増大期間Ｔ３における筒内圧の単位クランク角度あたりの変化量は、正常燃焼である場合（図中、実線で表す）により大きく、燃料不良または失火を起こした場合（図中、鎖線で表す）により小さくなる。即ち、正常燃焼の場合には筒内圧が急峻に立ち上がる一方で、燃焼不良または失火の場合には筒内圧の増加速度がより緩慢となる。
【００２７】
既に述べた通り、ＥＣＵ０は、筒内圧信号ｈを単位クランク角度（または、単位時間）間隔でサンプリングすることで、筒内圧の推移を単位クランク角度（または、単位時間）毎の筒内圧の値の時系列として取得する。そして、筒内圧の増大期間（特に、筒内圧の単位クランク角度（または、単位時間）あたりの変化量が所定以上となる期間）Ｔ３において、今回サンプリングした筒内圧の値と直近の過去にサンプリングした筒内圧の値との差分即ち変化量をサンプリング機会毎に演算し、その変化量の平均値、中央値または最大値を求めて、これを判定閾値と比較する。
【００２８】
筒内圧の単位クランク角度あたりの変化量（の平均値、中央値または最大値）と比較するべき判定閾値は、そのときの内燃機関の運転領域に応じて設定することが好ましい。ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数及びエンジン負荷（または、サージタンク３３内吸気圧、気筒１に充填される吸気量若しくは燃料噴射量）等と判定閾値との関係を規定したマップデータを格納しておく。そして、ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数及びエンジン負荷等をキーとして当該マップを検索し、燃焼状態の判定に用いる判定閾値を得る。
【００２９】
＜第三判定条件＞筒内圧が減少する期間における筒内圧の単位クランク角度（または、単位時間）あたりの変化量（減少量）の絶対値を判定閾値と比較し、単位クランク角度あたりの変化量の絶対値が判定閾値以下であるならば正常燃焼と判定し、判定閾値を超えたならば燃焼不良または失火と判定する。
【００３０】
図３に示しているように、筒内圧がピークを迎えた後の減少期間Ｔ４における筒内圧の単位クランク角度あたりの変化量の絶対値は、正常燃焼である場合（実線で表す）により小さく、燃料不良または失火を起こした場合（鎖線で表す）により大きくなる。即ち、正常燃焼の場合には筒内圧が比較的緩やかに低下してゆく一方で、燃焼不良または失火の場合には筒内圧が急落する。
【００３１】
ＥＣＵ０は、筒内圧信号ｈを単位クランク角度（または、単位時間）間隔でサンプリングすることで、筒内圧の推移を単位クランク角度（または、単位時間）毎の筒内圧の値の時系列として取得する。そして、筒内圧の減少期間（特に、筒内圧の単位クランク角度（または、単位時間）あたりの変化量の絶対値が所定以上となる期間）Ｔ４において、今回サンプリングした筒内圧の値と直近の過去にサンプリングした筒内圧の値との差分即ち変化量の絶対値をサンプリング機会毎に演算し、その変化量の絶対値の平均値、中央値または最大値を求めて、これを判定閾値と比較する。
【００３２】
筒内圧の単位クランク角度あたりの変化量（の平均値、中央値または最大値）と比較するべき判定閾値は、そのときの内燃機関の運転領域に応じて設定することが好ましい。ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数及びエンジン負荷（または、サージタンク３３内吸気圧、気筒１に充填される吸気量若しくは燃料噴射量）等と判定閾値との関係を規定したマップデータを格納しておく。そして、ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数及びエンジン負荷等をキーとして当該マップを検索し、燃焼状態の判定に用いる判定閾値を得る。
【００３３】
＜第四判定条件＞筒内圧をクランク角度（または、時間）で積分した値を判定閾値と比較し、筒内圧の積分値が判定閾値以上であるならば正常燃焼と判定し、判定閾値未満であるならば燃焼不良または失火と判定する。
【００３４】
図４に示しているように、筒内圧をクランク角度（または、時間）で積分した値は、正常燃焼である場合（ハッチングを施している面積）により大きく、燃料不良または失火を起こした場合（網点を付している面積）により小さくなる。
【００３５】
ＥＣＵ０は、筒内圧信号ｈを単位クランク角度（または、単位時間）間隔でサンプリングすることで、筒内圧の推移を単位クランク角度（または、単位時間）毎の筒内圧の値の時系列として取得する。そして、そのサンプリング値の時系列を積算することで筒内圧の積分値を算出し、これを判定閾値と比較する。
【００３６】
筒内圧の積分値と比較するべき判定閾値は、そのときの内燃機関の運転領域に応じて設定することが好ましい。ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数及びエンジン負荷（または、サージタンク３３内吸気圧、気筒１に充填される吸気量若しくは燃料噴射量）等と判定閾値との関係を規定したマップデータを格納しておく。そして、ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数及びエンジン負荷等をキーとして当該マップを検索し、燃焼状態の判定に用いる判定閾値を得る。
【００３７】
＜第五判定条件＞筒内圧のピーク値を判定閾値と比較し、ピーク値が判定閾値以上であるならば正常燃焼と判定し、判定閾値未満であるならば燃焼不良または失火と判定する。
【００３８】
図２に示しているように、筒内圧のピーク値は、クランク角度（または、時間）で積分した値は、正常燃焼である場合（実線で表す）により大きく、燃料不良または失火を起こした場合（鎖線で表す）により小さくなる。
【００３９】
ＥＣＵ０は、筒内圧信号ｈを単位クランク角度（または、単位時間）間隔でサンプリングすることで、筒内圧の推移を単位クランク角度（または、単位時間）毎の筒内圧の値の時系列として取得する。そして、そのサンプリング値の時系列の最大値を筒内圧のピーク値として選出し、これを判定閾値と比較する。
【００４０】
筒内圧のピーク値と比較するべき判定閾値は、そのときの内燃機関の運転領域に応じて設定することが好ましい。ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数及びエンジン負荷（または、サージタンク３３内吸気圧、気筒１に充填される吸気量若しくは燃料噴射量）等と判定閾値との関係を規定したマップデータを格納しておく。そして、ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数及びエンジン負荷等をキーとして当該マップを検索し、燃焼状態の判定に用いる判定閾値を得る。
【００４１】
しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、上述した第一判定条件、第二判定条件、第三判定条件及び第四判定条件のうち少なくとも一つを用いて、気筒１における燃焼状態の判定を実施する。
【００４２】
ＥＣＵ０が、第一判定条件、第二判定条件、第三判定条件、第四判定条件及び第五判定条件のうちの複数または全てを用いて、燃焼状態の判定を行うことも可能である。その場合、採用する判定条件のうち少なくとも一つにより燃焼不良または失火と判定したことを以て燃焼不良または失火であると断定（即ち、採用する判定条件の全てが正常燃焼の判定結果を示しているときに正常燃焼であると断定）することもでき、採用する判定条件の全てにおいて燃焼不良または失火と判定したことを以て燃焼不良または失火であると断定（採用する判定条件のうち少なくとも一つが正常燃焼の判定結果を示しているときに正常燃焼であると断定）することもできる。あるいは、各判定条件毎の判定結果の多数決を通じて、正常燃焼であるか燃焼不良または失火であるかを決定しても構わない。
【００４３】
尤も、第二判定条件と第三判定条件とを併用する際には、その何れかによって燃焼不良または失火であると判定されるときに、燃焼不良または失火と断定することが好ましい。
【００４４】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
ｈ…筒内圧信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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