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(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】
(24)【登録日】2022-12-12
(45)【発行日】2022-12-20
(54)【発明の名称】内燃機関の制御方法および制御装置
(51)【国際特許分類】
F02D 41/34 20060101AFI20221213BHJP
F02D 41/04 20060101ALI20221213BHJP
F02D 45/00 20060101ALI20221213BHJP
F02P 5/15 20060101ALI20221213BHJP
【ＦＩ】
F02D41/34
F02D41/04
F02D45/00 368Z
F02D45/00 376
F02P5/15 B
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2017131481
(22)【出願日】2017-07-04
(65)【公開番号】P2019015198
(43)【公開日】2019-01-31
【審査請求日】2020-05-12
【審判番号】
【審判請求日】2021-11-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】507308902
【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．
【住所又は居所原語表記】１２２－１２２ ｂｉｓ， ａｖｅｎｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｅｃｌｅｒｃ， ９２１００ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ－Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅ
(74)【代理人】
【識別番号】110002468
【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】徳王 信行
(72)【発明者】
【氏名】葛西 理晴
(72)【発明者】
【氏名】前田 洋史
【合議体】
【審判長】河端 賢
【審判官】山本 信平
【審判官】鈴木 充
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－９８７９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１７９４０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２２７９５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１３３３６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－３８７８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１８６２６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－３２５３３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－７４３４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－３１７４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２０６７８６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
F02D41/02
F02D41/04
F02D41/34
F02D45/00
F02P5/15
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
リーン燃焼により運転する内燃機関の制御方法であって、リーン燃焼運転領域を内燃機関の運転状態に応じた複数の学習領域に分割した学習マップを設定し、
前記内燃機関の実際の運転時に、前記学習領域に対応させて、リーン燃焼の燃焼重心位置または着火遅れ期間に関するデータの少なくとも一方を収集し、
１つの前記学習領域に関して収集した前記データが所定数以上に達した場合に、前記データをもとに、前記燃焼重心位置または前記着火遅れ期間に関する学習データを算出し、
算出した前記学習データを、当該学習領域の学習データとして前記学習マップに記憶し、
前記学習データに基づき、当該学習領域での運転時における点火時期または燃料噴射量を制御し、
前記リーン燃焼運転領域のうち、第１領域では、吸気行程から圧縮行程前半の期間に少なくとも１回の燃料噴射を実行して、均質リーン燃焼により運転を行わせ、
前記第１領域よりも高負荷側の第２領域では、吸気行程から圧縮行程前半の期間に少なくとも１回の燃料噴射を実行するとともに、圧縮行程後半の期間に少なくとも１回の燃料噴射を実行して、弱成層リーン燃焼により運転を行わせ、
前記第１領域での運転時に算出した前記学習データを記憶するための前記第１領域を複数の学習領域に分割した第１学習マップと、前記第２領域での運転時に算出した前記学習データを記憶するための、前記第１学習マップとは別個の前記第２領域を複数の学習領域に分割した第２学習マップと、を設定する、内燃機関の制御方法。
【請求項2】
１つの前記学習領域に関して収集した前記データが所定数以上に達した場合に、前記データの平均値または前記平均値の基準値に対する乖離量を、前記学習データとして算出し、前記学習マップに記憶する、請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項3】
前記内燃機関が複数の気筒を有する場合に、前記学習マップを気筒ごとに設定する、請求項１または２に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項4】
前記第１領域では、混合気の空気過剰率を２近傍の第１所定値に設定し、前記第２領域では、混合気の空気過剰率を２近傍の第２所定値に設定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項5】
前記運転状態の変化に対する過渡判定を実行し、前記過渡判定の結果に基づき、前記データの収集を禁止しまたは許容する、請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項6】
点火プラグと、燃料噴射弁と、
前記点火プラグおよび前記燃料噴射弁の動作を制御するコントローラと、
を備え、
リーン燃焼により運転するリーン燃焼運転領域を有する内燃機関の制御装置であって、
前記コントローラは、
前記リーン燃焼運転領域を内燃機関の運転状態に応じた複数の学習領域に分割した学習マップを記憶する記憶部と、
リーン燃焼の燃焼重心位置および着火遅れ期間に関するデータの少なくとも一方を収集するデータ収集部と、
１つの前記学習領域に関して前記データ収集部により収集した前記データが所定数以上に達した場合に、前記データをもとに、前記燃焼重心位置または前記着火遅れ期間に関する学習データを算出するとともに、当該学習領域の学習データとして前記学習マップに記憶する学習部と、
前記学習データに基づき、当該学習領域での運転時における前記点火プラグまたは前記燃料噴射弁の制御量を設定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記リーン燃焼運転領域のうち、第１領域では、吸気行程から圧縮行程前半の期間に少なくとも１回の燃料噴射を実行して、均質リーン燃焼により運転を行わせ、
前記第１領域よりも高負荷側の第２領域では、吸気行程から圧縮行程前半の期間に少なくとも１回の燃料噴射を実行するとともに、圧縮行程後半の期間に少なくとも１回の燃料噴射を実行して、弱成層リーン燃焼により運転を行わせ、
前記第１領域での運転時に算出した前記学習データを記憶するための前記第１領域を複数の学習領域に分割した第１学習マップと、前記第２領域での運転時に算出した前記学習データを記憶するための、前記第１学習マップとは別個の前記第２領域を複数の学習領域に分割した第２学習マップと、を設定した、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、リーン燃焼運転時に燃焼状態の学習制御を行う内燃機関の制御方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、リーン燃焼運転時に行う制御に関して次のような記載がある。
【0003】
筒内圧センサにより取得した筒内圧データをもとに、燃焼質量割合（ＭＦＢ）が所定値（例えば、１０％）となるクランク角位置ＣＡ１０を、サイクルごとに特定する。そして、点火時期ＳＡから特定したクランク角位置ＣＡ１０までの期間ＳＡ－ＣＡ１０を着火遅れ期間として算出し、この着火遅れ期間を目標値（目標ＳＡ－ＣＡ１０）に近付けるように、燃料噴射量を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５－０９４３３９号公報（段落００４８～００５１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、筒内圧データをもとに特定したクランク角位置ＣＡ１０は、燃焼変動の影響によりサイクルごとのばらつきが大きい。よって、サイクルごとに算出した着火遅れ期間を燃料噴射量の制御にそのまま用いると、補正が安定せず、充分な制御精度を確保することが困難となる。
【0006】
本発明は、以上の問題を考慮して、リーン燃焼運転時における燃焼状態を適切に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、一形態において、内燃機関の制御方法を提供する。
【0008】
本発明の一形態に係る方法は、リーン燃焼により運転する内燃機関の制御方法であって、リーン燃焼運転領域を内燃機関の運転状態に応じた複数の学習領域に分割した学習マップを設定し、内燃機関の実際の運転時に、学習領域に対応させて、リーン燃焼の燃焼重心位置または着火遅れ期間に関するデータの少なくとも一方を収集し、１つの学習領域に関して収集したデータが所定数以上に達した場合に、収集したデータをもとに、燃焼重心位置または着火遅れ期間に関する学習データを算出し、当該学習領域の学習データとして学習マップに記憶する。そして、学習データに基づき、当該学習領域における点火時期または燃料噴射量を制御し、リーン燃焼運転領域のうち、第１領域では、吸気行程から圧縮行程前半の期間に少なくとも１回の燃料噴射を実行して、均質リーン燃焼により運転を行わせ、第１領域よりも高負荷側の第２領域では、吸気行程から圧縮行程前半の期間に少なくとも１回の燃料噴射を実行するとともに、圧縮行程後半の期間に少なくとも１回の燃料噴射を実行して、弱成層リーン燃焼により運転を行わせ、第１領域での運転時に算出した学習データを記憶するための第１領域を複数の学習領域に分割した第１学習マップと、第２領域での運転時に算出した学習データを記憶するための、第１学習マップとは別個の第２領域を複数の学習領域に分割した第２学習マップと、を設定する。
【0009】
本発明は、他の形態において、内燃機関の制御装置を提供する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、学習領域ごとに収集した所定数以上のデータをもとに、当該学習領域における点火時期または燃料噴射量の制御に用いる学習値、具体的には、燃焼重心位置または着火遅れ期間に関する学習データを算出し、学習マップに記憶することとしたので、信頼性の高い学習データ（つまり、学習値）を用いて点火時期等を制御することが可能となり、リーン燃焼運転時における燃焼状態をより高い精度で制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【0013】
（エンジンの全体構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関（火花点火式の直噴エンジンであり、以下「エンジン」という）１の構成を概略的に示している。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関（火花点火式の直噴エンジンであり、以下「エンジン」という）１の構成を概略的に示している。
【0014】
エンジン１は、シリンダブロック１Ａおよびシリンダヘッド１Ｂによりその本体が形成され、シリンダブロック１Ａおよびシリンダヘッド１Ｂにより包囲された空間としてシリンダまたは気筒が形成される。エンジン１は、複数の気筒を有する。
【0015】
シリンダブロック１Ａには、ピストン２が気筒中心軸Ａｘに沿って上下に往復移動自在に挿入され、ピストン２は、コネクティングロッド３を介して図示しないクランクシャフトに連結されている。ピストン２の往復運動がコネクティングロッド３を通じてクランクシャフトに伝達され、クランクシャフトの回転運動に変換される。さらに、ピストン２は、冠面２１にキャビティ２１ａを有し、吸気ポート４ａを通じて筒内に吸入される空気の冠面２１上での反転が、キャビティ２１ａにより案内される。
【0016】
シリンダヘッド１Ｂには、ペントルーフ型の燃焼室Ｃｈを画定する下面が形成されている。シリンダヘッド１Ｂの下面とピストンの冠面２１とにより包囲される空間として燃焼室Ｃｈが形成される。シリンダヘッド１Ｂには、燃焼室Ｃｈとエンジン１の外部とを連通する通路として、気筒中心軸Ａｘの一側に一対の吸気通路４が、他側に一対の排気通路５が形成されている。そして、吸気通路４のポート部（吸気ポート）４ａには、吸気弁８が設置され、排気通路５のポート部（排気ポート）５ａには、排気弁９が設置されている。エンジン外部から吸気通路４に取り込まれた空気が吸気弁８の開期間中に筒内に吸入され、燃焼後の排気が排気弁９の開期間中に排気通路５に排出される。吸気通路４に図示しないスロットル弁が設置されており、スロットル弁により筒内に吸入される空気の流量が制御される。
【0017】
シリンダヘッド１Ｂには、さらに、吸気ポート４ａおよび排気ポート５ａの間で、気筒中心軸Ａｘ上に点火プラグ６が設置され、気筒中心軸Ａｘの一側において、一対の吸気ポート４ａ、４ａの間に燃料噴射弁７が設置されている。燃料噴射弁７は、図示しない高圧燃料ポンプから燃料の供給を受け、筒内に燃料を直接噴射可能に構成されている。燃料噴射弁７は、マルチホール型の燃料噴射弁であり、気筒中心軸Ａｘに対して斜めに交差する方向に燃料が噴射されるように、気筒中心軸Ａｘの吸気ポート４ａ側に配置されている。このような配置に限らず、燃料噴射弁７は、吸気ポート４ａに対し、点火プラグ６とは反対側に設置することも可能である。
【0018】
吸気通路４には、タンブル制御弁１０が設置され、タンブル制御弁１０により吸気通路４の有効開口面積が狭められ、筒内における空気の流動が強化される。本実施形態では、空気の流動として、吸気ポート４ａを通じて筒内に吸入された空気が、気筒中心軸Ａｘに対して吸気ポート４ａとは反対側、換言すれば、排気ポート５ａ側の筒内空間をシリンダヘッド１Ｂの下面からピストンの冠面２１に向かう方向に通過するタンブル流動が形成される。タンブル制御弁１０を閉じることで、このタンブル流動が強化される。
【0019】
排気通路５には、排気浄化装置（図示せず）が介装されている。本実施形態では、酸化機能を有する触媒が排気浄化装置に内蔵され、排気通路５に排出された燃焼後の排気は、排気中に残存する酸素により炭化水素（ＨＣ）が浄化された後、大気中へ放出される。本実施形態では、後に述べるように、エンジン１の運転領域全体で混合気の空気過剰率λを２近傍として燃焼を行うが、空気過剰率λが理論空燃比相当値よりも高いリーン側の領域では、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が減少する一方、ＨＣが一定の排出量を維持する傾向にある。空気過剰率λを増大させ、理論値よりも大幅に高い空燃比とすることで、ＮＯｘの排出自体を抑えながら、大気中へのＨＣの放出を抑制することが可能である。
【0020】
（制御システムの構成）
エンジン１の運転は、エンジンコントローラ１０１により制御される。
エンジン１の運転は、エンジンコントローラ１０１により制御される。
【0021】
本実施形態において、エンジンコントローラ１０１は、電子制御ユニットとして構成され、中央演算装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭおよびＲＡＭ等各種の記憶装置、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータからなる。
【0022】
エンジンコントローラ１０１へは、アクセルセンサ２０１、回転速度センサ２０２および冷却水温度センサ２０３の検出信号が入力されるほか、筒内圧力センサ２０４、図示しないエアフローメータおよび空燃比センサ等の検出信号が入力される。
【0023】
アクセルセンサ２０１は、運転者によるアクセルペダルの操作量に応じた信号を出力する。アクセルペダルの操作量は、エンジン１に対して要求される負荷の指標となるものである。
【0024】
回転速度センサ２０２は、エンジン１の回転速度に応じた信号を出力する。回転速度センサ２０２として、クランク角センサを採用することが可能であり、クランク角センサにより出力される単位クランク角信号または基準クランク角信号を単位時間当たりの回転数（エンジン回転数）に換算することで、回転速度を検出することができる。
【0025】
冷却水温度センサ２０３は、エンジン冷却水の温度に応じた信号を出力する。エンジン冷却水の温度に代えて、エンジン潤滑油の温度を採用してもよい。
【0026】
筒内圧力センサ２０４は、エンジン１の筒内圧力に応じた信号を出力するものであり、本実施形態では、気筒ごとに設置されている。筒内圧力センサ２０４として、圧電式のガス圧力センサを始め、一燃焼サイクル中の筒内圧力を時系列に検出可能な各種の筒内圧力センサを採用することが可能である。筒内圧力センサ２０４は、例えば、受圧面が筒内空間に面するようにシリンダブロック１Ａに設置する。
【0027】
エンジンコントローラ１０１は、エンジン１の負荷、回転速度および冷却水温度等の運転状態に対して燃料噴射量等、エンジン１の運転制御パラメータが割り付けられたマップデータが記憶されている。エンジン１の実際の運転時において、エンジン１の運転状態をもとにマップデータを参照して燃料噴射量、燃料噴射時期および点火時期等を設定し、点火プラグ６および燃料噴射弁７の駆動回路に指令信号を出力する。
【0028】
本実施形態では、さらに、リーン燃焼による運転時に、燃焼状態の学習制御を実行する。具体的には、リーン燃焼の燃焼評価パラメータの調整を通じて燃焼状態を制御する。エンジンコントロールユニット１０１は、燃焼評価パラメータである燃焼重心位置および着火遅れ期間に関する学習データを計算し、運転状態をもとに算出した燃料噴射量等の運転制御パラメータを、算出した学習データをもとに補正する。
【0029】
（燃焼制御の概要）
本実施形態では、混合気の空気過剰率λを２近傍としてエンジン１を運転する。
本実施形態では、混合気の空気過剰率λを２近傍としてエンジン１を運転する。
【0030】
ここで、「空気過剰率」とは、空燃比を理論空燃比で除した値であり、空気過剰率が「２近傍」というときは、２およびその近傍の空気過剰率を含み、本実施形態では、空燃比換算で２８～３２の範囲となる空気過剰率、好ましくは、空燃比換算で３０となる空気過剰率を採用する。「混合気の空気過剰率」とは、筒内全体での空気過剰率をいい、具体的には、エンジン１に対して一燃焼サイクル当たりに供給される燃料の燃焼に理論上必要な最小空気量（質量）を基準として、実際に供給される空気量をこの最小空気量で除した値をいう。
【0031】
図２は、本実施形態に係るエンジン１の運転領域マップを示している。
【0032】
本実施形態では、エンジン１の負荷を問わず、エンジン１を実際に運転する領域全体でリーン燃焼によることとし、混合気の空気過剰率λを２近傍に設定する。空気過剰率λを２近傍として運転する領域は、エンジン１の運転領域全体に限らず、一部の運転領域であってもよい。例えば、運転領域全体のうち低負荷域および中負荷域で空気過剰率λを２近傍とし、高負荷域では、空気過剰率λを切り換え、理論空燃比相当値（＝１）に設定することも可能である。
【0033】
空気過剰率λを２近傍に設定する運転領域（本実施形態では、エンジン１の運転領域全体）のうち、エンジン１の負荷が所定値以下である第１領域Ｒｌでは、空気過剰率λを２近傍の第１所定値λ１に設定し、燃料を筒内全体に拡散させた均質混合気を形成して燃焼（以下「均質リーン燃焼」という）を行う。他方で、エンジン１の負荷が所定値よりも高い第２領域Ｒｈでは、空気過剰率λを２近傍の第２所定値λ２に設定し、点火プラグ６近傍に燃料が濃い混合気を偏在させ、その周囲に燃料が薄い混合気を分散させた成層混合気を形成して燃焼（以下「弱成層リーン燃焼」という）を行う。
【0034】
そして、成層混合気の形成のため、本実施形態では、空気過剰率を第２所定値（λ＝λ２）とする燃料を一燃焼サイクルのなかで複数回に分けて噴射する。一燃焼サイクル当たりの燃料の一部（例えば、９０％）を吸気行程から圧縮行程前半の第１時期に噴射し、残りの燃料の少なくとも一部（例えば、１０％）を第１時期よりもクランク角に関して遅い、圧縮行程後半の第２時期に噴射する。
【0035】
図３は、燃料噴射時期ＩＴおよび点火時期Ｉｇを、第１領域Ｒｌと第２領域Ｒｈとの夫々について示している。
【0036】
均質リーン燃焼を行う第１領域Ｒｌ（低負荷域）では、一燃焼サイクル当たりの燃料を吸気行程中に行う１回の噴射動作により供給する。エンジンコントローラ１０１は、吸気行程中の燃料噴射時期ＩＴｌを設定し、燃料噴射時期ＩＴｌから燃料噴射量に応じた期間に亘って継続する噴射パルスを燃料噴射弁７に出力する。燃料噴射弁７は、噴射パルスにより開駆動され、燃料を噴射する。第１領域Ｒｌにおいて、点火時期Ｉｇｌは、圧縮行程中に設定する。
【0037】
これに対し、弱成層リーン燃焼を行う第２領域Ｒｈ（高負荷域）では、一燃焼サイクル当たりの燃料を吸気行程と圧縮行程との２回に分けて噴射する。１回目の噴射動作により燃料噴射量全体の約９０％の燃料を噴射し、２回目の噴射動作により残りの１０％の燃料を噴射する。エンジンコントローラ１０１は、燃料噴射時期として、吸気行程中の第１時期ＩＴｈ１と、圧縮行程中の第２時期ＩＴｈ２とを設定し、各回の燃料噴射量に応じた期間に亘って継続する噴射パルスを、燃料噴射弁７に出力する。燃料噴射弁７は、噴射パルスにより開駆動され、第１時期ＩＴｈ１および第２時期ＩＴｈ２の夫々で燃料を噴射する。点火時期Ｉｇｈは、第２領域Ｒｈにおいても圧縮行程中に設定するが、第１領域Ｒｌでの点火時期Ｉｇｌよりは遅らせて設定する。
【0038】
第１領域Ｒｌにおける空気過剰率λ１と、第２領域Ｒｈにおける空気過剰率λ２とは、エンジン１の熱効率を考慮して夫々適切に設定することが可能である。第１所定値λ１と第２所定値λ２とは、互いに異なる値であってもよいが、等しい値であってもよい。本実施形態では、等しい値とする（λ１＝λ２）。
【0039】
燃焼状態の制御のため、本実施形態では、燃焼状態を指標する燃焼重心位置および着火遅れ期間に対する感度が比較的高い運転制御パラメータである燃料噴射量（空燃比）および点火時期を操作する。リーン燃焼による運転時に、燃焼評価パラメータを検出し、これをもとに燃料噴射量等の運転制御パラメータを補正するものである。
【0040】
具体的には、リーン燃焼を行う運転領域をエンジン１の回転速度および負荷に応じた複数の学習領域に分割した学習マップを設定し、筒内圧力に基づく学習演算により燃焼評価パラメータの学習値を計算し、算出した学習値を該当する学習領域に記憶する。そして、該当学習領域での運転に際し、学習値に応じた補正量を計算し、算出した補正量により運転制御パラメータを補正する。
【0041】
本実施形態では、燃焼評価パラメータとして、燃焼重心位置相当値および着火遅れ期間相当値を採用する。「燃焼重心位置相当値」とは、燃焼重心位置の指標であり、「燃焼重心位置に関するデータ」に相当する。そして、「着火遅れ期間相当値」とは、着火遅れ期間の指標であり、「着火遅れ期間に関するデータ」に相当する。エンジン１の暖機が完了して通常運転に移行した後、燃焼重心位置相当値および着火遅れ期間相当値をサイクルごとに取得および収集し、収集したデータが所定数以上に達した場合に、収集したデータをもとに燃焼重心位置相当値および着火遅れ期間相当値の学習データ（以下、夫々「燃焼重心位置相当学習値」、「着火遅れ期間相当学習値」という場合がある）を計算し、算出した学習データを学習マップの該当運転領域に記憶する。
【0042】
図４は、クランク角ＣＡに対する燃焼質量割合ＭＦＢの変化を示している。
【0043】
本実施形態では、「燃焼重心位置相当値」ＭＢ５０として、一燃焼サイクル中に噴射された燃料の５０％が燃焼した時点のクランク角位置ＣＡ５０を採用し、「着火遅れ期間相当値」ＩＧ－１０として、点火時期Ｉｇから噴射された燃料の１０％が燃焼する時点ＣＡ１０までのクランク角期間を採用する。燃焼重心位置相当値ＭＢ５０および着火遅れ期間相当値ＩＧ－１０は、筒内圧力Ｐｃｙｌをもとに、夫々次のようにして算出することが可能である。
【0044】
筒内圧力センサ２０４により検出された筒内圧力Ｐｃｙｌと、クランク角センサにより検出されたクランク角ＣＡとをもとに、筒内圧力Ｐｃｙｌの時系列波形を作成することが可能である。そこで、任意のクランク角位置θについて、次式（１）により筒内での発熱量Ｑｃｙｌを計算する。
Ｑｃｙｌ＝Ｑ（θ）＝∫ＰｄＶ＋｛１／（κ－１）｝×（ＰＶ－Ｐ0Ｖ0） …（１）
Ｑｃｙｌ＝Ｑ（θ）＝∫ＰｄＶ＋｛１／（κ－１）｝×（ＰＶ－Ｐ0Ｖ0） …（１）
【0045】
上記（１）において、Ｐは、筒内圧力を、Ｖは、筒内容積を、κは、混合気の比熱比を夫々示し、Ｐ０は、計算開始点θ0での筒内圧力を、Ｖ０は、計算開始点θ0での筒内容積を示す。計算開始点θ0は、燃焼開始点θｓｔｒ（＝ＣＡ０）よりも進角側に設定し、例えば、点火時期Ｉｇのクランク角位置とすることができる。
【0046】
さらに、算出した発熱量Ｑから、次式（２）により任意のクランク角位置θにおける燃焼質量割合ＭＦＢを計算する。
ＭＦＢ＝｛Ｑ（θ）－Ｑ（θｓｔｒ）｝／｛Ｑ（θｅｎｄ）－Ｑ（θｓｔｒ）｝ …（２）
ＭＦＢ＝｛Ｑ（θ）－Ｑ（θｓｔｒ）｝／｛Ｑ（θｅｎｄ）－Ｑ（θｓｔｒ）｝ …（２）
【0047】
上式（２）において、θｅｎｄは、燃焼終了点のクランク角位置ＣＡ１００である。
【0048】
そして、燃焼質量割合ＭＦＢが５０（％）となる時点のクランク角位置ＣＡ５０を特定し、これを燃焼重心位置相当値ＭＢ５０とする。他方で、燃焼質量割合ＭＦＢが１０（％）となる時点のクランク角位置ＣＡ１０を特定し、点火時期Ｉｇから特定したクランク角位置ＣＡ１０までの期間を着火遅れ期間相当値ＩＧ－１０とする。
【0049】
このように、本実施形態では、燃焼質量割合ＭＦＢが５０（％）となる時点のクランク角位置ＣＡ５０を燃焼重心位置相当値とし、点火時期Ｉｇから燃焼質量割合ＭＦＢが１０（％）となる時点ＣＡ１０までのクランク角期間を着火遅れ期間相当値ＩＧ－１０とするが、燃焼重心位置相当値を定める燃焼質量割合ＭＦＢとして、５０（％）以外に、６０％等、他の割合を採用してもよく、着火遅れ期間相当値を定める燃焼質量割合ＭＦＢとして、１０（％）以外に、５％等、他の割合を採用してもよい。
【0050】
（フローチャートによる説明）
図５は、本実施形態に係る燃焼制御ルーチンの基本的な流れを示しており、図６および７は、本実施形態に係る燃焼評価パラメータ学習ルーチンの流れを示している。初めに、図５を参照して燃焼制御ルーチンについて説明し、次いで、図６および７を参照して燃焼評価パラメータ学習ルーチンについて説明する。
図５は、本実施形態に係る燃焼制御ルーチンの基本的な流れを示しており、図６および７は、本実施形態に係る燃焼評価パラメータ学習ルーチンの流れを示している。初めに、図５を参照して燃焼制御ルーチンについて説明し、次いで、図６および７を参照して燃焼評価パラメータ学習ルーチンについて説明する。
【0051】
エンジンコントローラ１０１は、燃焼制御ルーチンおよび燃焼評価パラメータ学習ルーチンを所定時間毎に実行するようにプログラムされている。本実施形態において、燃焼制御ルーチンは、１０ｍｓ等、所定時間毎に実行し、燃焼評価パラメータ学習ルーチンは、エンジン１の暖機が終了して通常運転に移行した後、一燃焼サイクル周期で実行する。燃焼評価パラメータ学習ルーチンは、燃焼評価パラメータの学習が完了した場合に、エンジン１を停止させるまでの間、燃焼評価パラメータ学習ルーチンの実行を停止ないし回避するように設定することが可能である。本実施形態において、燃焼評価パラメータ学習ルーチンは、エンジン１の始動毎に実行するが、これに限定されるものではない。
【0052】
Ｓ１０１では、エンジン１の運転状態として、アクセル開度ＡＰＯ、エンジン回転速度Ｎｅおよび冷却水温度Ｔｗ等を読み込む。アクセル開度ＡＰＯ等の運転状態は、アクセルセンサ２０１、回転速度センサ２０２および冷却水温度センサ２０３等の検出信号をもとに、別途実行される運転状態演算ルーチンにより算出する。
【0053】
Ｓ１０２では、読み込んだ運転状態、具体的には、エンジン１の回転速度および負荷をもとに、エンジン１の運転状態がリーン燃焼運転領域にあるか否かを判定する。リーン燃焼運転領域にある場合は、Ｓ１０３へ進み、リーン燃焼運転領域にない場合は、Ｓ１０７へ進む。
【0054】
Ｓ１０３では、学習領域を判定する。本実施形態では、気筒ごとに学習マップを設定するとともに、均質リーン燃焼用の学習マップと弱成層リーン燃焼用の学習マップとを別個に設定する。よって、例えば、低負荷側の第１領域（均質リーン燃焼による）にある場合に、第１気筒を対象としていうときは、第１気筒について設定された均質リーン燃焼用の第１学習マップを選択し、選択した第１学習マップにおいて、運転状態に対する該当学習領域を判定する。他方で、高負荷側の第２領域（弱成層リーン燃焼による）にある場合に、第４気筒を対象としていうときは、第４気筒について設定された弱成層リーン燃焼用の第２学習マップを選択し、選択した第２学習マップにおいて、運転状態に対する該当学習領域を判定する。
【0055】
Ｓ１０４では、学習マップを参照し、該当学習領域に記憶されている燃焼重心位置相当値および着火遅れ期間相当値の学習データ（燃焼重心位置相当学習値、着火遅れ期間相当学習値）ａＭＢ５０、ａＩＧ－１０を読み込む。後に述べるように、本実施形態では、燃焼評価パラメータである燃焼重心位置相当値ＭＢ５０および着火遅れ期間相当値ＩＧ－１０をサイクルごとに収集し、収集したデータが所定数以上に達した時点で、収集した所定数のデータをもとに学習データａＭＢ５０、ａＩＧ－１０を計算し、学習マップの該当運転領域に記憶する。Ｓ１０４では、エンジン１が通常運転に移行した後、所定数のデータの収集を完了し、学習データの計算および記憶を完了した場合は、学習が完了したとして、新たに算出した学習データを読み込む。他方で、収集したデータが所定数に達しておらず、学習が完了していない場合は、学習を既に完了した他の学習領域の学習データに基づく補間計算により、該当学習領域の学習データを算出することが可能である。該当学習領域の学習データとして、以前に算出した学習データ（例えば、エンジン１を前回始動した際に算出した学習データであり、工場からの出荷直後は、初期値）を読み込むこととしてもよい。
【0056】
Ｓ１０５およびＳ１０６では、読み込んだ学習データａＭＢ５０、ａＩＧ－１０に基づき、点火時期Ｉｇおよび燃料噴射量ＦＱの補正量を計算する。
【0057】
Ｓ１０５では、点火時期Ｉｇの補正量（以下「点火補正量」という）ＨＯＳｉｇを計算する。図８に示すように、点火補正量ＨＯＳｉｇは、燃焼重心位置相当学習値ａＭＢ５０がその目標値ｔＭＢ５０と一致する場合を１として、燃焼重心位置相当学習値ａＭＢ５０が遅角側にあるときほど大きな値に設定し、点火時期Ｉｇを進角側に補正する。本実施形態では、燃焼重心位置相当学習値の目標値ｔＭＢ５０を、圧縮上死点をやや過ぎた時点のクランク角位置に設定する。ここで、燃焼重心位置相当学習値ａＭＢ５０と点火補正量ＨＯＳｉｇとの間に、目標値ｔＭＢ５０近傍（ａＭＢ５０≒ｔＭＢ５０）での点火補正量ＨＯＳｉｇを１とする不感帯を設けるようにしてもよい。
【0058】
Ｓ１０６では、燃料噴射量ＦＱの補正量（以下「燃料噴射補正量」という）ＨＯＳｆｑを計算する。図９に示すように、燃料噴射補正量ＨＯＳｆｑは、着火遅れ期間相当学習値ａＩＧ－１０がその目標値ｔＩＧ－１０と一致する場合を１として、着火遅れ期間相当学習値ａＩＧ－１０が増大するほど、換言すれば、着火遅れ期間が長期化するほど大きな値に設定し、燃料噴射量ＦＱを増量補正する。点火補正量ＨＯＳｉｇの場合（図８）と同様に、着火遅れ期間相当学習値ａＩＧ－１０の目標値ｔＩＧ－１０近傍（ａＩＧ－１０≒ｔＩＧ－１０）での燃料噴射補正量ＨＯＳｆｑを１とする不感帯を設けるようにしてもよい。
【0059】
Ｓ１０７では、点火時期Ｉｇを計算する。本実施形態において、点火時期Ｉｇは、圧縮上死点からの進角量として設定し、エンジン１の運転状態に応じた点火時期の基本値Ｉｇｂａｓｅに、先に算出した点火補正量ＨＯＳｉｇを乗じることで算出する。
【0060】
Ｓ１０８では、燃料噴射量ＦＱを計算する。本実施形態において、燃料噴射量ＦＱの算出は、エンジン１の運転状態に応じた一燃焼サイクル当たりの燃料噴射量の基本値ＦＱｂａｓｅに、先に算出した燃料噴射補正量ＨＯＳｆｑを乗じることによる。
【0061】
Ｓ１０２において、エンジン１の運転状態がリーン燃焼運転領域にない場合は、点火補正量ＨＯＳｉｇおよび燃料噴射補正量ＨＯＳｆｑを、いずれも１に設定する。
【0062】
図６の説明に移り、Ｓ２０１では、エンジン１の回転速度および負荷を示す指標として、エンジン回転速度Ｎｅおよびアクセル開度ＡＰＯを読み込む。
【0063】
Ｓ２０２では、エンジン１の運転状態がリーン燃焼運転領域にあるか否かを判定する。リーン燃焼運転領域にある場合は、Ｓ２０３へ進み、リーン燃焼運転領域にない場合は、今回のルーチンによる制御を終了する。
【0064】
Ｓ２０３では、過渡判定を実行する。本実施形態では、運転状態の変化が急峻である場合に、データの収集に適した環境にないとして、データの収集を禁止する。例えば、エンジン回転速度Ｎｅの所定時間当たりの変化量が所定値を超えていたり、アクセル開度ＡＰＯの所定時間当たりの変化量が所定値を超えていたりする場合に、運転状態の変化が急峻であり、過渡状態にあると判定する。過渡状態になく、データの収集を許可する場合は、Ｓ２０４へ進み、過渡状態にあり、データの収集を禁止する場合は、今回のルーチンによる制御を終了する。
【0065】
Ｓ２０４では、データの収集を行う対象気筒を判別する。クランク角センサが備わる場合に、対象気筒の判別は、その出力信号をもとに行うことが可能である。
【0066】
Ｓ２０５では、判別気筒について、燃焼重心位置相当値ＭＧ５０および着火遅れ期間相当値ＩＧ－１０をサイクルごとに取得する。
【0067】
図７の説明に移り、Ｓ３０１では、エンジン１の運転状態が、リーン燃焼運転領域のうち均質リーン燃焼領域にあるか否か、換言すれば、図２に示す低負荷側の第１領域Ｒｌにあるか否かを判定する。エンジン１の負荷が回転速度ごとに定められた所定値以下である場合は、均質リーン燃焼領域にあるとして、Ｓ３０２へ進み、均質リーン燃焼領域にない場合、つまり、所定値よりも高負荷側の第２領域Ｒｈにある場合は、弱成層リーン燃焼領域にあるとして、Ｓ３０４へ進む。
【0068】
Ｓ３０２では、判別気筒について均質リーン燃焼用に設定された第１学習マップを選択する。
【0069】
Ｓ３０３では、Ｓ２０５で取得した燃焼評価パラメータ（燃焼重心位置相当値ＭＢ５０、着火遅れ期間相当値ＩＧ－１０）を、選択した第１学習マップの該当学習領域に関連付けてエンジンコントローラ１０１に蓄積する。
【0070】
Ｓ３０４では、判別気筒について弱成層リーン燃焼用に設定された第２学習マップを選択する。
【0071】
Ｓ３０５では、Ｓ２０５で取得した燃焼評価パラメータを、選択した第２学習マップの該当学習領域に関連付けてエンジンコントローラ１０１に蓄積する。
【0072】
Ｓ３０６では、第１学習マップまたは第２学習マップの該当学習領域に蓄積した（換言すれば、収集した）データが所定数、例えば、２０に達したか否かを判定する。例えば、第１領域Ｒｌにある場合に、均質リーン燃焼用の第１学習マップの該当学習領域に関連付けられた収集データが２０に達したか否かを判定する。データが所定数に達した場合は、Ｓ３０７へ進み、達していない場合は、今回のルーチンによる制御を終了し、データの収集を継続する。
【0073】
Ｓ３０７では、収集した所定数（例えば、２０）のデータを平均し、その平均値を学習データとして学習マップの該当学習領域に記憶する。具体的には、２０サイクル分の燃焼重心位置相当値ＭＢ５０および着火遅れ期間相当値ＩＧ－１０の平均値（Σ（ＭＢ５０1～ＭＢ５０n）／ｎ、Σ（ＩＧ－１０1～ＩＧ－１０n）／ｎ、ｎ＝２０）を燃焼重心位置相当学習値ａＭＢ５０、着火遅れ期間相当学習値ａＩＧ－１０として算出し、該当学習領域に記憶し、次回以降の制御に際して図５に示すＳ１０４の処理で読み込む。
【0074】
本実施形態では、エンジンコントローラ１０１により「コントローラ」が構成され、点火プラグ６、燃料噴射弁７およびエンジンコントローラ１０１により「内燃機関の制御装置」が構成される。そして、エンジンコントローラ１０１に備わる記憶装置（具体的には、ＲＯＭ）により「記憶部」が構成され、図６および７に示すフローチャートのＳ２０３～Ｓ３０５の処理により「データ収集部」の機能が実現され、Ｓ３０６およびＳ３０７の処理により「学習部」の機能が実現され、図５に示すフローチャートのＳ１０５～Ｓ１０８の処理により「制御部」の機能が実現される。
【0075】
以上が本実施形態に係る燃焼制御の内容であり、以下、本実施形態により得られる効果をまとめる。
【0076】
（作用効果の説明）
第１に、学習領域ごとに収集した所定数以上のデータ（燃焼重心位置相当値ＭＢ５０、着火遅れ期間相当値ＩＧ－１０）をもとに、該当学習領域における点火時期または燃料噴射量の制御に用いる学習値（燃焼重心位置相当学習値ａＭＢ５０、着火遅れ期間相当学習値ａＩＧ－１０）を算出し、これを学習データとして学習マップに記憶することとしたので、信頼性の高い学習データを用いて点火時期等を制御することが可能となり、エンジン１の燃焼状態をより高い精度で制御することができる。具体的には、リーン限界を拡大し、より高い空気過剰率のもとで安定したリーン燃焼を行うことが可能となる。
第１に、学習領域ごとに収集した所定数以上のデータ（燃焼重心位置相当値ＭＢ５０、着火遅れ期間相当値ＩＧ－１０）をもとに、該当学習領域における点火時期または燃料噴射量の制御に用いる学習値（燃焼重心位置相当学習値ａＭＢ５０、着火遅れ期間相当学習値ａＩＧ－１０）を算出し、これを学習データとして学習マップに記憶することとしたので、信頼性の高い学習データを用いて点火時期等を制御することが可能となり、エンジン１の燃焼状態をより高い精度で制御することができる。具体的には、リーン限界を拡大し、より高い空気過剰率のもとで安定したリーン燃焼を行うことが可能となる。
【0077】
第２に、学習マップを気筒ごとに設定したことで、燃焼評価パラメータに関する気筒ごとの学習を可能とし、気筒間におけるデータのばらつきや、筒内圧力センサの個体差に起因するばらつきによる影響を抑制することができる。
【0078】
第３に、均質リーン燃焼を行う第１領域用の学習マップ（第１学習マップ）と、弱成層リーン燃焼を行う第２領域用の学習マップ（第２学習マップ）と、を別個に設定することで、各領域における燃焼状態を、学習データを用いて最適に制御することが可能となり、制御精度を向上させることができる。
【0079】
第４に、過渡判定の結果に基づき、データの収集を禁止しまたは許可することで、運転状態の急峻な変化が学習データの算出に及ぼす影響を抑制することが可能となり、制御精度を向上させることができる。
【0080】
以上の説明では、燃焼評価パラメータ（例えば、燃焼重心位置相当値ＭＢ５０）の平均値を学習データとしたが、学習データとするのは、燃焼評価パラメータの平均値に限らず、平均値の基準値ないし目標値に対する乖離量とすることも可能である。この場合に、例えば、点火時期Ｉｇについて、乖離量が０であるときの点火補正量ＨＯＳｉｇを１として、乖離量が遅角側に大きいときほど、点火補正量ＨＯＳｉｇを増大させ、点火時期Ｉｇを進角側に補正する。
【0081】
さらに、燃焼評価パラメータとして燃焼重心位置相当値ＭＢ５０および着火遅れ期間相当値ＩＧ－１０の双方を採用するばかりでなく、いずれか一方のみを採用してもよい。燃焼重心位置相当値ＭＢ５０は、燃焼質量割合ＭＦＢによるばかりでなく、一燃焼サイクルのなかで筒内圧力Ｐｃｙｌが最大となるクランク角位置θＰｍａｘとすることも可能である。
【0082】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を、上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態に対し、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で様々な変更および修正が可能である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】