特許 6331750 エンジンの制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6331750

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】エンジンの制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20180521BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20180521BHJP

   F02D 41/40 20060101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   F02D45/00 364B

   F02D45/00 330

   F02D45/00 362J

   F02D41/04 385J

   F02D41/04 380J

   F02D41/40 N

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-128241(P2014-128241)

(22)【出願日】2014年6月23日

(65)【公開番号】特開2016-8524(P2016-8524A)

(43)【公開日】2016年1月18日

【審査請求日】2017年3月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100084858

【弁理士】

【氏名又は名称】東尾 正博

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167380

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 隆

(72)【発明者】

【氏名】倉田 和郎

(72)【発明者】

【氏名】赤瀬川 純

(72)【発明者】

【氏名】佐竹 功次

(72)【発明者】

【氏名】石田 哲朗

【審査官】 山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２８１１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０２６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７１０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２０１８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ４１／００ − ４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの出力に伴って駆動される回転軸の角速度を検出する角速度検出手段と、
前記角速度検出手段によって検出された角速度に基づいて角加速度を算出する角加速度算出手段と、
前記角加速度算出手段によって算出される角加速度変化に基づいて、気筒内における熱発生量が１サイクルの総熱発生量に対して５０％となる熱発生重心を算出する熱発生重心算出手段と、
前記熱発生重心算出手段によって算出される前記熱発生重心と、予め決められた熱発生重心基準値との比較によって気筒内の燃焼を制御する燃焼制御手段と、
を備え、
前記角加速度変化は時系列に沿って得られる基準となる二つの角加速度に基づいて算出され、前記二つの角加速度の値のうち、時系列が前にある角加速度の値は、膨張行程初期における上死点を跨ぐクランク角の範囲で検出された角速度と、その上死点を跨ぐクランク角の範囲よりも後のクランク角の範囲で検出された角速度に基づいて算出されたものであり、
前記熱発生重心は、前記角加速度変化とエンジンの発生トルクとの関係に基づいて求められ、エンジンの前記発生トルク毎に前記角加速度変化と前記熱発生重心のクランク角とを対応させるデータに基づいて、検出された前記発生トルクと算出された前記角加速度変化から前記熱発生重心を算出するエンジンの制御装置。

【請求項2】

前記燃焼制御手段は、前記熱発生重心算出手段によって算出される前記熱発生重心を、前記熱発生重心基準値に近づけるように制御する請求項１に記載のエンジンの制御装置。

【請求項3】

前記燃焼制御手段による気筒内の燃焼状態の制御は、燃料噴射時期又は燃料噴射量の調整によって行われる請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、気筒内の燃焼の状態を推定する機能を備えたエンジンの制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、ディーゼルエンジンにおける失火は、排気環流ガスの過多や過給圧不足による酸素量の不足、あるいは、吸気温度や水温の低下時に発生しやすいといわれている。

【0003】

ディーゼルエンジンにおける燃料噴射時期は、通常は、エンジン回転数とアクセルペダルの開度の２つの要素で決まる要求トルクから決定されている。このため、失火を防止するためには、上記制御に加えて、酸素量の不足や温度低下といった筒内の状態に応じて、燃料噴射時期を補正する必要がある。

【0004】

しかし、排ガス規制等の環境保護の観点から、排気環流ガスの充填比率は年々増加の傾向にある。このため、適正な運転が可能な燃料噴射時期の設定の幅は、狭いクランク角の範囲に限定されて、制御の自由度が狭くなりつつある。
また、僅かな運転状況の変化によって、より失火に至りやすい状態ともなっている。失火に伴う燃焼変動は、トルクの低下に伴うドライバビリティの悪化や、未燃焼の炭化水素の排出増加に繋がるので、できる限り回避することが望ましい。燃焼変動とは、各気筒の燃焼サイクル毎の燃焼状態の変化や変動のことをいう。

【0005】

特許文献１には、希薄燃焼運転時における燃焼変動を把握し、それを低減するために、クランクシャフトの角加速度の瞬時値と平均値との差から、各気筒の燃焼変動を推定し、その燃焼の制御を行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第２９５６４５６号公報（第６頁段落００５８、００５９、及び、第８頁段落００８５等参照）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

各気筒の燃焼変動を把握するためには、気筒内の燃焼状態を検知することができる燃焼圧センサの設置が有効である。しかし、燃焼圧センサを設置することは、エンジンの構造を複雑にし、また、装置コストアップに繋がる。このため、このような燃焼圧センサを採用できない場合もある。

【0008】

特許文献１に記載のエンジンの制御方法では、クランクシャフトの角速度の瞬時値と平均値との差から、各気筒の燃焼状態を推定している。
しかし、クランクシャフトの角速度の瞬時値のみでは、気筒内の燃焼がその段階でどの程度進行しているのか、すなわち、気筒毎の燃焼変動のばらつきを、的確に把握することはできない。

【0009】

そこで、この発明の課題は、エンジンの構造を複雑にすることなく、また、コストアップを抑えつつ、気筒内の燃焼の状態をより的確に把握し、良好な燃焼状態に制御することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の課題を解決するために、この発明は、エンジンの出力に伴って駆動される回転軸の角速度を検出する角速度検出手段と、前記角速度検出手段によって検出された角速度に基づいて角加速度を算出する角加速度算出手段と、前記角加速度算出手段によって算出される角加速度の変化に基づいて、気筒内における熱発生量が１サイクルの総熱発生量に対して所定範囲比率となる所定時期を算出する熱発生時期算出手段と、前記熱発生時期算出手段によって算出される前記所定時期と、予め決められた熱発生時期基準値との比較によって気筒内の燃焼を制御する燃焼制御手段とを備えるエンジンの制御装置を採用した。

【0011】

ここで、前記所定時期とは熱発生重心であり、前記熱発生時期算出手段は、熱発生重心算出手段である構成とできる。

【0012】

また、前記角加速度の変化は時系列に沿って得られる基準となる二つの角加速度に基づいて算出され、前記二つの角加速度の値のうち時系列が前にある角加速度の値は、膨張行程初期における上死点を跨ぐクランク角の範囲で検出されたものである構成とできる。

【0013】

また、前記時系列が前にある角加速度の値は、膨張行程初期における上死点を跨ぐクランク角の範囲で検出された角速度と、その上死点を跨ぐクランク角の範囲よりも後のクランク角の範囲で検出された角速度に基づいて算出されたものである構成とできる。

【0014】

前記燃焼制御手段は、前記熱発生重心算出手段によって算出される熱発生重心を、熱発生重心基準値に近づけるように制御する構成とできる。

【0015】

前記燃焼制御手段による気筒内の燃焼状態の制御は、燃料噴射時期又は燃料噴射量の調整によって行われる構成とできる。

【0016】

前記熱発生重心は、時系列に沿って得られる二つの角加速度の値の差と、エンジンの発生トルクに基づいて求めることができる。

【発明の効果】

【0017】

この発明によれば、エンジンの出力に伴って駆動される回転軸の角速度に基づいて角加速度を算出して、その角加速度の変化からその気筒における熱発生量が所定範囲比率となる所定時期や熱発生重心を算出するので、その算出される所定時期や熱発生重心と、基準となる熱発生時期基準値や熱発生重心基準値との比較に基づいて燃焼を制御し、気筒内の良好な燃焼状態を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】この発明のエンジンの制御装置の構成を示す模式図である。

【図2】エンジンのクランクシャフトの回転を検知する回転センサの構成を示す模式図である。

【図3】クランクシャフトの回転を検知するためのパルスの例を示す模式図である。

【図4】クランクシャフトの回転角速度及び回転角加速度を算定するためのクランク角の設定例を示す模式図である。

【図5】クランクシャフトの回転角加速度の変化量と、熱発生重心との関係を示すグラフ図である。

【図6】この発明の一実施形態のエンジンの制御装置による制御のフローチャートである。

【図7】筒内圧とクランク角との関係、熱発生率とクランク角との関係を示すグラフ図である。

【図8】クランクシャフトが３０度回転するのに要する時間とクランク角との関係、クランクシャフトの回転角加速度とクランク角との関係を示すグラフ図である。

【図9】クランクシャフトの回転角加速度の変化と熱発生重心との関係を示すグラフ図である。

【図10】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ発生トルクと熱発生重心、騒音と熱発生重心、クランクシャフトの回転角加速度変化と熱発生重心との関係を示すグラフ図、（ｃ）〜（ｆ）も、それぞれ発生トルクと熱発生重心、騒音と熱発生重心、クランクシャフトの回転角加速度変化と熱発生重心との関係を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、この実施形態のエンジンの制御装置を概念的に示す模式図である。

【0020】

この実施形態のエンジンＥは自動車用ディーゼルエンジンである。エンジンＥの構成は、図１に示すように、ピストンＰを収容した気筒内に吸気を送り込む吸気ポート、その吸気ポートに通じる吸気通路１、排気ポートから引き出された排気通路２、燃料噴射装置Ｄ等を備えている。吸気ポート及び排気ポートは、それぞれバルブ１ａ，２ａによって開閉される。

【0021】

この実施形態では複数の気筒を備えた多気筒エンジンを想定し、図１は、そのうち一つの気筒を示しているが、気筒の数に関わらずこの発明を適用可能である。

【0022】

吸気通路１には、吸気ポートから上流側に向かって、吸気ポートの流路面積を調節する高圧スロットルバルブ５、吸気通路１を流れる吸気を冷却する吸気冷却装置（インタークーラ）６、ターボチャージャのコンプレッサ１７が、さらに上流側の吸気通路１１には、流路面積を調節する低圧スロットルバルブ１５、エアクリーナ１６等が設けられる。

【0023】

排気通路２には、排気ポートから下流側に向かって、ターボチャージャのタービン７、排気中の未燃炭化水素（ＨＣ）等を除去する触媒等を備えた排気浄化部８、消音器（マフラ）１２が設けられる。

【0024】

排気通路２のタービン７と排気ポートとの中途部分と、吸気通路１の吸気ポートと第一のスロットルバルブ５との中途部分は、高圧排気ガス再循環装置を構成する高圧排気還流通路３によって連通している。高圧排気還流通路３を介して、エンジンＥから排出される排気ガスの一部が、還流ガスとして吸気通路１に還流する。高圧排気還流通路３には高圧排気還流弁４が設けられている。高圧排気還流弁４の開閉と第一のスロットルバルブ５の開閉に伴う吸気通路１内の圧力状態に応じて、還流ガスが吸気通路１内の吸気に合流する。

【0025】

また、排気通路２の排気浄化部８と消音器１２との中途部分と、吸気通路１１のコンプレッサ１７と低圧スロットルバルブ１５との中途部分は、低圧排気ガス再循環装置を構成する低圧排気還流通路１３によって連通している。低圧排気還流通路１３を介して、エンジンＥから排出される排気ガスの一部が、還流ガスとして吸気通路１１のターボチャージャのコンプレッサ１７上流側に還流する。この低圧排気還流通路１３には低圧排気還流弁１４が設けられている。低圧排気還流弁１４の開閉と低圧スロットルバルブ１５の開閉に伴う吸気通路１１内の圧力状態に応じて、還流ガスが吸気通路１１内の吸気に合流する。図中の符号１０は、低圧排気還流通路１３の還流ガスを冷却する還流ガスクーラである。

【0026】

このエンジンＥを搭載する車両は、エンジンを制御するための電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０を備える。

【0027】

電子制御ユニット２０は、エンジンの稼働状態に基づいて、燃料噴射装置Ｄによる燃料噴射を実行する燃料噴射実行手段２５を備える。また、過給圧の制御、第一のスロットルバルブ５や低圧スロットルバルブ１５の開度の制御、その他、エンジンの制御に必要な指令を行う制御手段２６を備える。

【0028】

また、電子制御ユニット２０は、エンジンＥの出力に伴って駆動されるクランクシャフトＣ（回転軸）の角速度を検出する角速度検出手段２１と、角速度検出手段２１によって検出された角速度に基づいて角加速度を算出する角加速度算出手段２２と、角加速度算出手段２２によって算出される角加速度の変化に基づいて、気筒内における熱発生量が１サイクルの総熱発生量に対して所定範囲比率となる所定時期を算出する熱発生時期算出手段２３とを備える。
この実施形態では、熱発生時期算出手段２３によって算出される前記所定時期として、熱発生量が１サイクルの総熱発生量に対して５０％になる時期である熱発生重心Ｇを採用している。以下、この実施形態では、前記所定時期を熱発生重心Ｇと称し、熱発生時期算出手段２３を熱発生重心算出手段２３と称する。

【0029】

さらに、電子制御ユニット２０は、熱発生重心算出手段２３によって算出される熱発生重心Ｇと、予め決められた熱発生重心基準値Ｇ_０との比較によって、気筒内の燃焼を制御する燃焼制御手段２４を備える。燃焼制御手段２４は、燃料噴射実行手段２５に対して、必要な燃料噴射時期の補正を指令する。さらに燃焼制御手段２４は、燃料噴射時期の補正を指令した状態で、必要な場合には、燃料噴射実行手段２５に対して、燃料噴射量の補正を指令することもできる。

【0030】

角速度検出手段２１は、図１及び図２に示すように、エンジンＥに設けたクランク角センサ３０及び気筒判別センサ３３からの情報を取得する。

【0031】

クランク角センサ３０は、エンジンのクランクシャフトＣと一体に回転する回転部材３１と、その回転部材３１の周縁に形成された半径方向外側へ突出する複数のベーン３１ａを備える。ベーン３１ａは、回転部材３１の周方向に沿って一定の間隔で設けられて、隣合うベーン３１ａ間は、全て一定のクランクシャフトＣの回転角度に対応する周方向長さとなっている。ベーン３１ａに対して対向して設けられた検出部３２が、回転部材３１の回動に伴うベーン３１ａの通過を、光学的あるいは電磁気的に検出して、その検出に基づいてパルスを出力するようになっている（図３中の（ｂ）と（ｄ）（ｅ）参照）。

【0032】

気筒判別センサ３３は、シリンダヘッド内のカムシャフトに設けられている。クランクシャフトＣが軸周り２回転してカムシャフトが軸周り１回転する間に、カムシャフトが１つの気筒に対応する特定の回転位置をとるごとに、所定のパルスを出力するようになっている（図３中の（ｃ）と（ｄ）（ｅ）参照）。

【0033】

角加速度の検出について説明すると、エンジンＥの運転中に、電子制御ユニット２０が、クランク角センサ３０からのパルス出力と、気筒判別センサ３３の検出信号とを取得し、演算を継続して繰り返し実行する。

【0034】

電子制御ユニット２０は、クランク角センサ３０から出力されたパルスが、気筒判別センサ３３から出力された特定のパルス以降、何番目のパルスであるかを判別する。これにより、入力されたクランク角センサ３０からのパルスが、各気筒の吸気・圧縮・膨張・排気のどの行程に対応するか、すなわち、何番の気筒の熱発生重心Ｇを算定するのに使える情報であるかを識別する。具体的には、そのパルス取得時点で、膨張行程（例えば、膨張行程の上死点前後）を実行中の気筒が、何番の気筒であるかを識別する。

【0035】

電子制御ユニット２０は、クランク角センサ３０からのパルスに対応して、上記識別された気筒（又は、上記識別された気筒を含み、その気筒と同一の工程で進行する一群の気筒グループ）のタイマをスタートさせる。

【0036】

タイマがスタートした後、クランク角センサ３０から予め決められた所定数のパルスを取得すると、電子制御ユニット２０は、タイマを停止させてタイマスタート後の経過時間を取得する。この計時結果は、上記識別された気筒のピストンＰが圧縮上死点前後のある決められた領域において、クランクシャフトＣが所定の回転角だけ回転するのに要する時間であり、この経過時間を、以下「所定角度経過時間」と称する。

【0037】

この実施形態では、図３（ｂ）に示すように、ベーン３１ａを６度毎の６０歯（ただし、識別用の欠け歯４を含むので、５６パルス）としており、この所定角度経過時間を、５つのベーン３１ａの通過に相当する角度、すなわち、図３（ａ）に示すように、クランクシャフトＣの回転角３０度に要する時間としている。この角度は、３０度以外でもよく、例えば、２０度、１５度等としてもよい。

【0038】

角速度検出手段２１では、この所定角度経過時間に基づいて、その所定の回転角（３０度）を通過する間における平均の角速度を算定する。

【0039】

算定式は、例えば、
（式１） 角速度ω_ｎ＝（π／６）÷（Ｔ_{ｃａ（ｎ）}）
となる。
ここで、Ｔ_{ｃａ（ｎ）}とは、識別された気筒に対応して取得された所定の回転角（３０度＝π／６ｒａｄ）毎の所定角度経過時間のうち、タイマスタートからｎ番目の時間であることを示す。

【0040】

角加速度算出手段２２では、これらの角速度の情報に基づき、角加速度を算定する。角加速度は、時系列に沿って得られる二つの角速度に基づいて算出され、この実施形態では、時系列に沿って隣接する二つの角速度を用いている。

【0041】

算定式は、例えば、
（式２） 角加速度α_{ｎ−１〜ｎ}
＝ｄ^２θ／ｄｔ^２
＝１０^１２×
［｛（π／６）÷（Ｔ_{ｃａ（ｎ）}）｝−｛（π／６）÷（Ｔ_{ｃａ（ｎ−１）}）｝］
／｛（Ｔ_{ｃａ（ｎ−１）}）＋（Ｔ_{ｃａ（ｎ）}）｝／２
となる。
これは、タイマスタートからｎ−１番目に取得した所定角度経過時間Ｔ_{ｃａ（ｎ−１）}と、ｎ番目に取得した所定角度経過時間Ｔ_{ｃａ（ｎ）}に基づいて算定された角加速度α_{ｎ−１〜ｎ}を示す。すなわち、α_{ｎ−１〜ｎ}は、所定の回転角（３０度＝π／６ｒａｄ）の２倍の角度（６０度）の範囲において、その計測始端から計測終端までの平均角加速度である。

【0042】

例えば、図４は、上記識別された気筒のピストンＰが圧縮上死点前後１８０度の領域にある期間おいて、３０度毎の所定角度経過時間、角速度、角加速度を算定する場合の模式図である。

【0043】

ここでは、タイマスタートからタイマ停止までのクランク角１８０度の領域を、３０度毎の６つの領域に区分している。タイマスタートから４番目の領域である領域４（上死点前１８度から上死点後１２度）を通過する時間Ｔ_４（Ｔ_{ｃａ（４）}）に基づく角速度ω_４と、領域５（上死点後１２度から上死点後４２度）を通過する時間Ｔ_５（Ｔ_{ｃａ（５）}）に基づく角速度ω_５によって算定された角加速度をα_４５（α_４〜５）とし、領域５の角速度ω_５と、領域６（上死点後４２度から上死点後７２度）を通過する時間Ｔ_６（Ｔ_{ｃａ（６）}）に基づく角速度ω_６によって算定された角加速度をα_５６（α_５〜６）としている。α_４５は、対応する６０度の範囲において、その計測始端ｓから計測終端ｕまでの平均角加速度である。α_５６は、対応する６０度の範囲において、その計測始端ｕから計測終端ｖまでの平均角加速度である。

【0044】

熱発生重心算出手段２３は、角加速度算出手段２２によって算出された角加速度の情報に基づいて、その角加速度の変化により、対応する気筒の熱発生重心Ｇを算出する。

【0045】

熱発生重心Ｇとは、一つの気筒の１サイクルにおける燃焼開始から燃焼終了までの発生エネルギ（熱）を１００とした場合に、燃焼開始から発生した燃焼のエネルギ（熱）の積算値が半分の５０に達した時期である。すなわち、熱発生量が、一つの気筒の１サイクルの総熱発生量の５０％に達するクランク角θの位置を、熱発生重心Ｇとしている。

【0046】

熱発生量は、熱発生率（単位クランク角毎の熱発生量）を積算することにより求めることもできるが、この発明では、熱発生量を直接算出するのではなく、熱発生重心Ｇと、クランクシャフトＣの回転の時系列に沿って得られる二つの角加速度α_{ｎ−１〜ｎ}、α_{ｎ〜ｎ＋１}の値の差Δαとの間に線形的な相関関係があることに着目し、角加速度の変化とエンジンＥのトルクの値に基づいて熱発生重心Ｇを求めている。なお、本実施例では熱発生重心Ｇに着目してこれを算出しているが，例えば総熱発生量の３０〜８０％の範囲に達する時期とΔαとの相関関係を予め取得しておき、角加速度の変化とエンジンＥのトルクの値に基づいて当該範囲に達する時期を算出することでも本発明は実施可能である。

【0047】

例えば、図５は、熱発生重心Ｇを算定するための相関関係を示す図表である。ここでは、横軸を熱発生重心Ｇのクランク角θ（ｄｅｇ．ＣＡ）、縦軸を角加速度変化、すなわち、二つの角加速度α_{ｎ−１〜ｎ}、α_{ｎ〜ｎ＋１}の値の差Δαとしている。ここでは、ｎ＝５としており、Δα＝α_５〜６−α_４〜５を、Δα＝α_５６−α_４５と表記している。

【0048】

例えば、エンジンの発生トルクが１２０Ｎｍの場合、図５では、熱発生重心Ｇのクランク角θと、角加速度変化Δα＝α_５６−α_４５との関係は、最も上方に位置する△印：ａで示す分布となる。これらの情報は、同形式のマスターエンジン等を用いた実験により、予め取得しておくことができる。これらの情報の分布に基づき、最小二乗法等による近似式Ｈ_１２０が得られる。この近似式Ｈ_１２０により、発生トルクが１２０Ｎｍの条件下で、角加速度変化Δα＝α_５６−α_４５が判明すれば、熱発生重心Ｇのクランク角θを得ることができる。

【0049】

また、例えば、エンジンの発生トルクが８０Ｎｍの場合、図５では、熱発生重心Ｇのクランク角θと、角加速度変化Δα＝α_５６−α_４５との関係は、中央に位置する□印：ｂで示す分布となる。エンジンの発生トルクが２０Ｎｍの場合、熱発生重心Ｇのクランク角θと、角加速度変化Δα＝α_５６−α_４５との関係は、中央に位置する○印：ｃで示す分布となる。
他のトルクの条件下、例えば、１００Ｎｍ、６０Ｎｍ、４０Ｎｍ等でも、同様な近似式を得ておけば、そのトルクの条件下で、角加速度変化Δα＝α_５６−α_４５が判明すれば、熱発生重心Ｇのクランク角θを得ることができる。データを取得するトルクのピッチは、１０Ｎｍ毎、２０Ｎｍ毎等、自由に設定できる。

【0050】

ただし、図５は、エンジン回転数１５００回転／分（ｍｉｎ^−１）の条件下の熱発生重心Ｇのクランク角θと、角加速度変化Δα＝α_{ｎ〜ｎ＋１}−α_{ｎ−１〜ｎ}との関係を示すものである。他のエンジン回転数、例えば、２０００回転／分、２５００回転/分、３５００回転／分等においても、同様なマップ図を得ておけば、トルク条件、角加速度変化Δα＝α_５６−α_４５が判明すれば、熱発生重心Ｇのクランク角θを得ることができる。データを取得するエンジン回転数のピッチは、５００回転／分毎、１００回転／分毎等、自由に設定できる。

【0051】

ここで、熱発生重心Ｇを算定するための基準となる二つの角加速度α_{ｎ−１〜ｎ}、α_{ｎ〜ｎ＋１}（実施形態では、α_４５とα_５６）の値のうち時系列が前にある角加速度の値（実施形態では、α_４５）は、膨張行程初期における上死点を跨ぐクランク角の範囲で検出されたものであることが望ましい。

【0052】

すなわち、熱発生重心Ｇを算定するための基準となる角加速度変化Δα＝α_{ｎ〜ｎ＋１}−α_{ｎ−１〜ｎ}は、膨張行程初期における上死点の通過時を挟む前後の一定の時間内における数値が、最も熱発生重心Ｇの位置との相関性が強いと考えられるからである。

【0053】

これが、例えば、膨張行程初期における上死点を完全に通過した後に取得を開始された角速度ω_ｎと、それ以降の角速度ω_ｎ＋１、ω_ｎ＋２・・・の情報のみに基づいて角加速度α_{ｎ〜ｎ＋１}・・・を算定すると、既に、一部で燃焼が開始された後の情報のみによって、熱発生重心Ｇを算定することとなるからである。また、例えば、上死点を完全に通過する前に取得を終えた角速度ω_ｎと、それ以前の角速度ω_ｎ−１、ω_ｎ−２・・・の情報のみに基づいて角加速度α_{ｎ−１〜ｎ}・・・を算定すると、燃焼が開始されていない領域の情報が多く含まれてしまうからである。

【0054】

また、熱発生重心Ｇを算定するための基準となる角加速度変化Δα＝α_{ｎ〜ｎ＋１}−α_{ｎ−１〜ｎ}を算定するにあたって、時系列が前にある角加速度α_{ｎ−１〜ｎ}の値は、膨張行程初期における上死点を跨ぐクランク角の範囲で検出された角速度ω_ｎ−１と、その上死点を跨ぐクランク角の範囲の後に続くクランク角の範囲で検出された角速度ω_ｎに基づいて算出されたものであることが、さらに望ましい。

【0055】

このように得られた熱発生重心Ｇの情報に基づいて、電子制御ユニット２０の燃焼制御手段２４は、熱発生重心算出手段２３によって算出される熱発生重心Ｇと、予め決められた熱発生重心基準値Ｇ_０との比較によって、適正な燃料噴射時期、燃料噴射量の情報を算出する。そして、燃焼制御手段２４は、燃料噴射実行手段２５に対して、必要な燃料噴射時期の補正を指令する。さらに燃焼制御手段２４は、燃料噴射時期の補正を指令した状態で発生トルクと目標トルクとを比較し、発生トルクが目標トルクと異なる場合には、発生トルクが目標トルクに一致するように燃料噴射実行手段２５に対して、必要な燃料噴射量の補正を指令することもできる。

【0056】

ここで、熱発生重心基準値Ｇ_０とは、前述の熱発生重心Ｇが算定された条件、すなわち、トルク条件、角加速度変化の値、エンジン回転数の値の他、種々の運転条件の下において、失火等を生じない適正と判断される熱発生重心の位置である。これら熱発生重心基準値Ｇ_０の情報は、同形式のマスターエンジン等を用いた実験により、予め取得しておくことができる（例えば、後述の図９参照）。また、目標トルクの情報についても、同様である。

【0057】

燃焼制御手段２４は、熱発生重心算出手段２３によって算出される熱発生重心Ｇを、熱発生重心基準値Ｇ_０に近づけるように制御する。この実施形態では、燃焼制御手段２４による気筒内の燃焼の制御は、燃料噴射時期又は燃料噴射量の調整によって行われる。

【0058】

具体的には、熱発生重心Ｇが熱発生重心基準値Ｇ_０よりも遅い時期となっている場合は、熱発生重心Ｇを熱発生重心基準値Ｇ_０に近づけるように、燃料噴射時期を現状よりも進角させる。逆に、熱発生重心Ｇが熱発生重心基準値Ｇ_０よりも早い時期となっている場合は、熱発生重心Ｇを熱発生重心基準値Ｇ_０に近づけるように、燃料噴射時期を現状よりも遅角させる。なお、通常、燃料噴射量は、燃料噴射継続時間に比例する。

【0059】

この燃焼制御手段２４による気筒内の燃焼状態の制御は、上記識別された気筒毎に別々に行うこともできるし、上記識別された気筒を含み、その気筒と同一の工程で進行する一群の気筒グループに対して一斉に同じ制御を行うこともできる。

【0060】

この手法による燃料噴射の補正を、エンジンの全ての気筒に対してそれぞれ行い、全ての気筒の燃焼の熱発生重心Ｇを熱発生重心基準値Ｇ_０に近づける。好ましくは、全ての気筒の燃焼の熱発生重心Ｇを熱発生重心基準値Ｇ_０に一致させる。これにより、エンジンの気筒間の燃焼変動のばらつきを効果的に低減することができる。

【0061】

このエンジンの制御装置の作用、及び、その制御方法を、図６のフローチャート等に基づいて説明する。

【0062】

図６に示すステップＳ１は、その所定の回転角（３０度）を通過する時間である所定角度経過時間Ｔ_４，Ｔ_５，Ｔ_６に基づいて、その所定の回転角（３０度）を通過する間における角速度ω_４，ω_５，ω_６を算定し、その角速度ω_４，ω_５，ω_６に基づいて算定された角加速度α_４５，α_５６を算定する行程である。

【0063】

ステップＳ２は、そのステップＳ１で算定された角加速度α_４５，α_５６に基づいて、角加速度変化、すなわち、二つの角加速度α_５６，α_４５の差Δα＝α_５６−α_４５を算定する行程である。

【0064】

ステップＳ３は、そのステップＳ２で算定された角加速度変化Δα＝α_５６−α_４５と、トルク条件、エンジン回転数の条件に基づいて、熱発生重心Ｇを推定する行程である。ステップＳ４は、同じく、トルク条件、エンジン回転数の条件に基づいて、熱発生重心基準値Ｇ_０を推定する行程である。

【0065】

ステップＳ５は、そのステップＳ３、Ｓ４で算定された熱発生重心Ｇ、熱発生重心基準値Ｇ_０に基づいて、燃料噴射時期の補正量を算出する行程である。また、ステップＳ６は、その補正を指令する行程である。なお、ステップＳ６において、熱発生重心Ｇを熱発生重心基準値Ｇ_０に近づける、あるいは、一致させた状態で、各気筒の発生トルクと目標トルクとが異なる場合には、必要に応じて、その特定の気筒に対して燃料噴射量を増減させる制御を行うことも可能である。

【0066】

図７は、上段が、気筒の筒内圧とクランク角との関係、下段が、熱発生率とクランク角との関係を示すグラフ図である。

【0067】

上段図において、気筒内に導入される混合気に含まれる排気環流ガス量は、鎖線、破線、実線の順に増加している。燃料噴射時期は一定としている。排気環流ガス量の増加とともに、上死点後における筒内圧のピークの高さは徐々に低くなる傾向がある。また、そのピークの位置は、徐々に遅くなる傾向がある。さらに、排気環流ガス量を増加させると、最終的には失火に至ると考えられる。

【0068】

中段図において、気筒内に導入される混合気に含まれる排気環流ガス量は、同じく、鎖線、破線、実線の順に増加している。排気環流ガス量の増加とともに、上死点後における単位角度当たりの熱発生率（瞬時値）のピークの高さは徐々に低くなる傾向がある。また、そのピークの位置は、徐々に遅くなる傾向がある。また、排気環流ガス量の増加とともに、全体的に、熱発生率（瞬時値）は遅角側に移動する傾向にあり、熱発生重心Ｇの位置が遅くなっている傾向が理解できる。

【0069】

図８は、上段が、クランクシャフトが３０度回転するのに要する時間とクランク角との関係、下段が、クランクシャフトの回転角加速度とクランク角との関係を示すグラフ図である。

【0070】

上段図において、気筒内に導入される混合気に含まれる排気環流ガス量は、同じく、鎖線、破線、実線の順に増加している。排気環流ガス量の増加とともに、上死点直前（領域３）と上死点付近（領域４）における所定角度経過時間Ｔ_３，Ｔ_４の低下が顕著である。逆に、上死点後（領域５，６）における所定角度経過時間Ｔ_５，Ｔ_６は微増している。

【0071】

下段図において、鎖線、破線、実線別の排気環流ガス量の変化は、前述の例での説明と同じである。排気環流ガス量の増加とともに、上死点直前の領域３と上死点付近の領域４との間における角加速度α_３４は微増、逆に、上死点後の領域４と領域５との間における角加速度α_４５は減少、同じく、領域５と領域６との間における角加速度α_５６は減少している。

【0072】

このことから、排気環流ガス量の増加とともに、上死点の前後において、角加速度α_５６，α_４５の差Δα＝α_５６−α_４５は、小さくなる傾向がある。また、上死点後における角速度の減少、角加速度の減少により、燃焼の進行速度が遅くなっており、熱発生重心Ｇは、遅角側へ移動していると考えられる。

【0073】

図９は、クランクシャフトＣの回転角加速度αの変化と熱発生重心Ｇとの関係を示すグラフ図である。

【0074】

縦軸の角加速度α_５６，α_４５の差Δα＝α_５６−α_４５の値に基づいて、その気筒におけるその１サイクルの熱発生重心Ｇを推定し、熱発生重心Ｇが熱発生重心基準値Ｇ_０よりも遅い時期となっている場合は、図中右側の矢印のように、熱発生重心Ｇを熱発生重心基準値Ｇ_０に近づけるように、燃料噴射時期を現状よりも進角させる制御を行う。

【0075】

逆に、熱発生重心Ｇが熱発生重心基準値Ｇ_０よりも早い時期となっている場合は、図中左側の矢印のように、熱発生重心Ｇを熱発生重心基準値Ｇ_０に近づけるように、燃料噴射時期を現状よりも遅角させる制御を行う。

【0076】

そのとき、必要な燃料噴射時期の遅角量、進角量は、電子制御ユニット２０が保有するマップ図等に基づいて、燃焼制御手段２４が算出することができる。

【0077】

図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれエンジンＥの発生トルクと熱発生重心、騒音と熱発生重心Ｇ、クランクシャフトＣの回転角加速度変化と熱発生重心Ｇとの関係を示すグラフ図である。図１０（ｄ）〜（ｆ）は、それぞれエンジンＥの発生トルクと熱発生重心Ｇ、騒音と熱発生重心Ｇ、クランクシャフトＣの回転角加速度変化と熱発生重心Ｇとの関係を示すグラフ図である。

【0078】

図１０（ａ）に矢印で示すように、排気環流ガス量を増加させて、空気過剰率を１．３７から１．３１、１．２９へと徐々に減少させると、熱発生重心Ｇは遅角側へ移動していく。このとき、トルクも減少してしまう。

【0079】

しかし、空気過剰率を１．２９のまま燃料噴射時期を、上死点後クランク角６．５ｄｅｇから、７．５ｄｅｇ、８．５ｄｅｇ、９．５ｄｅｇ、１１．５ｄｅｇへと徐々に進角させると、熱発生重心Ｇも進角側へ移動しているのがわかる。このとき、トルクも増加し、排気環流ガス量を増加させる前のレベルに回復している。

【0080】

このとき、図１０（ｂ）に示すように、エンジンからの騒音レベルは、熱発生重心Ｇの遅角側への移動とともに減少し、熱発生重心Ｇの進角側への移動とともに増加している。
また、図１０（ｃ）に示すように、クランクシャフトＣの角加速度変化は、熱発生重心Ｇの遅角側への移動とともに増加し、熱発生重心Ｇの進角側への移動とともに減少している。

【0081】

また、図１０（ｄ）に矢印で示すように、過給圧を１０８ｋＰａから１０３ｋＰａ、１０１ｋＰａへと徐々に減少させると、空気量（酸素量）の減少とともに、熱発生重心Ｇは遅角側へ移動していく。このとき、トルクも減少してしまう。

【0082】

しかし、過給圧を１０１ｋＰａのまま燃料噴射時期を、上死点後クランク角６．５ｄｅｇから、７．５ｄｅｇ、８．５ｄｅｇ、９．５ｄｅｇ、１１．５ｄｅｇへと徐々に進角させると、熱発生重心Ｇも進角側へ移動しているのがわかる。このとき、トルクも増加し、過給圧を減少させる前のレベルに回復している。

【0083】

このとき、図１０（ｅ）に示すように、エンジンからの騒音レベルは、熱発生重心Ｇの遅角側への移動とともに減少し、熱発生重心Ｇの進角側への移動とともに増加している。
また、図１０（ｆ）に示すように、クランクシャフトＣの角加速度変化は、熱発生重心Ｇの遅角側への移動とともに増加し、熱発生重心Ｇの進角側への移動とともに減少している。

【0084】

以上のように、この発明によれば、エンジンＥの出力に伴って駆動されるクランクシャフトＣの角速度ωに基づいて角加速度αを算出して、その角加速度αの変化からその気筒における熱発生重心Ｇを算出するので、その算出される熱発生重心Ｇと、基準となる熱発生重心基準値Ｇ_０との比較に基づいて、気筒内の燃焼状態を的確に制御することができる。特に、膨張行程初期における角加速度αの変化から熱発生重心Ｇを推定し、目標値である熱発生重心基準値Ｇ_０に追従する制御を行う点が有効である。

【0085】

上記の実施形態では、熱発生時期算出手段２３として、角加速度算出手段２２によって算出される角加速度の変化に基づいて気筒内における熱発生重心Ｇを算出する熱発生重心算出手段２３を採用し、その熱発生重心算出手段２３によって算出される熱発生重心Ｇを基準に制御を行ったが、熱発生時期算出手段２３により算出する制御の元となる指標として、熱発生重心Ｇ以外を採用してもよい。
例えば、角加速度算出手段２２によって算出される角加速度の変化に基づいて、気筒内における熱発生量が１サイクルの総熱発生量に対して３０％、あるいは、４０％といった所定範囲比率となる前記所定時期を、熱発生時期算出手段２３によって算出してもよい。
このとき、熱発生時期算出手段２３によって算出される前記所定時期と、予め決められた熱発生時期基準値との比較によって、燃焼制御手段２４は、気筒内の燃焼を制御する。
前記所定時期が、そのサイクルの気筒内における熱発生量の積算値が、１サイクルの総熱発生量に対して３０％である場合は、熱発生時期基準値もその３０％の所定時期に対応する基準値とし、そのサイクルの気筒内における熱発生量の積算値が、１サイクルの総熱発生量に対して４０％である場合は、熱発生時期基準値もその４０％の所定時期に対応する基準値とする。

【0086】

上記の各実施形態では、圧縮自己着火式エンジンであるディーゼルエンジンを例に説明したが、この実施形態には限定されず、この発明は、例えば、２サイクルガソリンエンジンや４サイクルガソリンエンジンにも適用できる。また、自動車以外の各種輸送機器、産業機械に用いられるレシプロエンジンにも、この発明を適用することができる。

【0087】

ガソリンエンジンの場合、エンジンの構成は、図１に示すシリンダの気筒上部に、燃焼室内の燃料に点火するための点火プラグが設けられる。点火プラグの点火時期は、電子制御ユニット２０の制御手段２６によって制御される。

【0088】

ガソリンエンジンの場合も、前述の実施形態と同様、例えば、クランクシャフトＣの角加速度α_５６，α_４５の差Δα＝α_５６−α_４５の値に基づいて、その気筒におけるその１サイクルの熱発生重心Ｇを推定する。熱発生重心Ｇが熱発生重心基準値Ｇ_０よりも遅い時期となっている場合は、熱発生重心Ｇを熱発生重心基準値Ｇ_０に近づけるように、燃料噴射時期や点火時期等を現状よりも進角させる制御を行う。

【0089】

逆に、熱発生重心Ｇが熱発生重心基準値Ｇ_０よりも早い時期となっている場合は、熱発生重心Ｇを熱発生重心基準値Ｇ_０に近づけるように、燃料噴射時期や点火時期等を現状よりも遅角させる制御を行う。

【0090】

必要な燃料噴射時期や点火時期の遅角量、進角量は、電子制御ユニット２０が保有するマップ図等に基づいて、燃焼制御手段２４が算出することができる。電子制御ユニット２０が、熱発生重心基準値Ｇ_０や熱発生時期基準値、目標トルクに関する算定データを保有している点も同様である。

【符号の説明】

【0091】

１，１１ 吸気通路
２ 排気通路
３ 高圧排気還流通路
４ 高圧排気還流弁
５ 高圧スロットルバルブ
６ 吸気冷却装置（インタークーラ）
７ タービン
８ 排気浄化部
１２ 消音器
１３ 低圧排気還流通路
１４ 低圧排気還流弁
１５ 低圧スロットルバルブ
２０ 電子制御ユニット
２１ 角速度検出手段
２２ 角加速度算出手段
２３ 熱発生重心算出手段（熱発生時期算出手段）
２４ 燃焼制御手段
２５ 燃料噴射実行手段
２６ 制御手段
３０ クランク角センサ
３３ 気筒判別センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】