JP7470256B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関制御装置に関する。

近年、自動車等の車両においては、燃費や排気ガス有害成分に関する規制が強化されており、エンジン（内燃機関）の高効率化及び低排気化が求められている。

このような状況下において、エンジン燃焼室内の燃焼状態を推定し、その推定結果に基づいてエンジンを制御する技術が知られている。推定した燃焼状態に応じて点火時期や燃料噴射時期などを適切に制御することによって、エンジンの熱効率を向上させることができると考えられていた。このような燃焼状態の推定技術の例が、例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１には、「内燃機関のクランク回転速度を算出する回転速度算出部と、回転速度算出部により算出されたクランク回転速度の極値タイミングを算出する極値タイミング算出部と、極値タイミング算出部により算出されたクランク速度の極値タイミングに基づいて燃焼状態を推定する燃焼状態推定部と、を備えた内燃機関制御装置」が記載されている。

特開２０２０－１９０２３４号公報

特許文献１に記載された内燃機関制御装置においては、クランク回転速度を算出する際に所定サイクル数で平均化することで、サイクルばらつきが除去されたクランク回転速度を算出している。しかし、エンジンの燃焼は様々な理由でサイクル変動を伴い、クランク回転速度や燃焼状態は厳密にはサイクル毎に異なる値を取る。

平均サイクル数を十分に大きくすれば（例えば１００サイクル）、サイクルばらつきをほぼ除去できるが、平均を取るまでの間は燃焼状態の推定を待つ必要があるので、燃焼状態の推定及び推定に基づく点火制御等の応答性が悪化する恐れがある。一方で、平均サイクル数を小さくすると（例えば１０サイクル）、推定の応答性は改善するが、サイクルばらつきを除去しきれずに燃焼状態の推定精度が悪化する。このように、従来技術においては、燃焼状態の推定精度と推定の応答性がトレードオフの関係にある。

ここで、燃焼状態の推定精度と推定の応答性がトレードオフの関係にあることについて、図１を参照して説明する。
図１は、従来の内燃機関制御装置が推定する燃焼重心の推定結果と、推定誤差との関係を示す図である。

図１の左上に配置したグラフ（１）は、平均サイクル数が小さい場合における燃焼重心の推定値の例を示すグラフである。
図１の右上に配置したグラフ（２）は、平均サイクル数が大きい場合における燃焼重心の推定値の例を示すグラフである。
グラフ（１）、（２）の横軸は燃焼重心の実測値を示し、縦軸は燃焼重心の推定値を示す。

ここでは、内燃機関制御装置が燃焼状態として燃焼重心ＭＦＢ５０を推定し、筒内圧から算出した燃焼重心ＭＦＢ５０の実測値と比較した例が示される。質量燃焼割合（ＭＦＢ：Mass Fraction Burned）は、混合気全体の質量に対する燃焼した部分の質量の割合のことで、燃焼重心ＭＦＢ５０とは燃焼質量割合が５０％となる時の燃焼位相（クランク角）を示す。

グラフ（１）、（２）に示す原点から右斜め上に延びる直線は、燃焼重心の実測値と推定値とが一致する理想的な状態を示す。
図１の下に配置したグラフ（３）は、平均サイクル数と、燃焼重心の推定誤差との関係を示す図である。グラフ（３）の横軸は平均サイクル数を示し、縦軸は燃焼重心の推定誤差を示す。

グラフ（１）に示すように平均サイクル数が小さい場合、燃焼重心の推定処理の応答性が良好である。しかし、燃焼重心の実測値と推定値の交点がグラフ（１）の直線の周りに多数プロットされる。つまり、平均サイクル数が小さい場合は、燃焼重心の推定精度が低くなる。
一方、グラフ（２）に示すように平均サイクル数が大きい場合、燃焼重心の推定処理の応答性が悪くなる。しかし、燃焼重心の実測値と推定値の交点がグラフ（２）の直線上にプロットされる。つまり、平均サイクル数が大きい場合は、燃焼重心の推定精度が高くなる。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、燃焼状態の推定精度と推定の応答性を両立できる内燃機関制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関制御装置は、内燃機関のクランク回転速度を算出する回転速度算出部と、クランク回転速度の極値タイミングを算出する極値タイミング算出部と、クランク回転速度の平均回転速度を算出する平均回転速度算出部と、極値タイミング及び平均回転速度に基づいて内燃機関の燃焼状態を推定する燃焼状態推定部と、を備える。

本発明によれば、燃焼状態の推定精度と推定の応答性を両立して内燃機関を制御する内燃機関制御装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

従来の内燃機関制御装置が推定する燃焼重心の推定結果と、推定誤差との関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るエンジンの全体構成例を示す概要図である。 本発明の第１の実施形態に係るクランク角センサとシグナルロータを用いてクランク回転速度を算出する原理を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る内燃機関制御装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る燃焼制御部の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る回転速度算出部による処理の手順例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る４気筒４サイクルエンジンの各行程のシーケンスを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るクランク回転速度列に対して、各気筒の膨張行程の中央を中心として幅１８０°のウィンドウを設定した例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る極値タイミング算出部による処理例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る平均回転速度算出部による処理例を示すフローチャートである。 従来の平均サイクル数Ｎを大きい値（Ｎ～１００）とした時のクランク回転速度の極値タイミングと燃焼重心の相関を示した図である。 従来の平均サイクル数Ｎを小さい値（Ｎ～１０）とした時のクランク回転速度の極値タイミングと燃焼重心の相関を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る同一点火時期におけるクランク回転速度の平均回転速度と燃焼重心の相関を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係るクランク角に対する筒内圧と回転速度の関係を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る同一点火時期において第１気筒のみ燃焼重心が遅角化した場合に、第１気筒のクランク回転速度の平均回転速度が低下することを示した図である。 本発明の第１の実施形態の適用結果と、従来技術の適用結果とを比較した図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃焼制御部の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

＜第１の実施形態＞
［内燃機関の構成例］
始めに、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の構成例について説明する。
図２は、エンジン１００（内燃機関の一例）の全体構成例を示す概要図である。

エンジン１００の燃焼室は、エンジンヘッドとシリンダ５、ピストン１０、吸気弁７、排気弁８によって形成される。エンジンヘッドには点火プラグ６が併設されている。エンジン１００の外部から取り込んだ空気は、コンプレッサ２、インタークーラー３、スロットル弁４、及び吸気ポート１８を通り、吸気弁７が開くと、燃焼室に取り込まれる。

燃料は、吸気ポート１８に設けられた燃料噴射弁９によって噴射され、吸気弁７が開くと、外部から取り込まれた空気と共に燃焼室に取り込まれる。そして、燃焼室では、所定の燃焼タイミングで点火プラグ６が点火され、空気と燃料とが混合した混合気が燃焼する。燃焼室で燃焼後の混合気は排気ガスとして、排気弁８が開くと燃焼室から排気される。
この排気ガスは、排気ポート１９、タービン１４、及び触媒１５を通ってエンジン１００の外部に排出される。

エンジン１００には、燃焼室に取り込まれる空気の量を測定するエアフローセンサ１、スロットル弁４の開度を検出するためのスロットルセンサ１７、冷却水温を測定する水温センサ１２、及び空燃比センサ１６が設けられる。

さらに、クランクシャフト２０の軸部には、シグナルロータ１３が設けられている。シグナルロータ１３に配置されたクランク角センサ１１は、シグナルロータ１３の信号を検出する。

図３は、クランク角センサ１１とシグナルロータ１３を用いてクランク回転速度を算出する原理を示した図である。図３には、クランク角センサ１１とシグナルロータ１３の設置位置を示す図と、シグナルロータ１３の部分拡大図とが示される。

エンジンのクランクシャフト２０に取り付けられたシグナルロータ１３の円周上には、図３上部の部分拡大図に示すように一定の角度間隔Δθで信号歯１３ａが設けられている。クランク角センサ１１は、隣り合った信号歯１３ａがクランク角センサ１１の検出部を通過する時間差Δｔを検出する。そして、クランク角センサ１１は、クランク回転速度ω＝Δθ／Δｔ（rad/s）を求める。このような回転速度の算出原理により、クランク角センサ１１は、回転角Δθ毎にクランク回転速度を算出する。

［制御装置の構成例］
図４は、内燃機関制御装置２００の構成例を示すブロック図である。

内燃機関制御装置２００は入力回路２０１、入出力ポート２０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０３、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０４、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０５、スロットル弁駆動回路２０６、燃焼噴射弁駆動回路２０７、及び点火出力回路２０８を備える。

入力回路２０１には、各種センサからの出力信号が入力される。図４では、スロットルセンサ１７、エアフローセンサ１、クランク角センサ１１、水温センサ１２、及び空燃比センサ１６の出力信号が、内燃機関制御装置２００の入力回路２０１に入力される例が示される。入力回路２０１に入力された信号は入出力ポート２０２に送信される。

入出力ポート２０２に送信された信号はＲＡＭ２０３に記憶され、ＣＰＵ２０５で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２０４に予め書き込まれており、ＣＰＵ２０５により実行される。ＲＯＭ２０４は、ＣＰＵ２０５が動作するために必要なプログラムやデータ等を記録しており、内燃機関制御装置２００によって実行されるプログラムを格納したコンピューター読取可能な非一過性の記憶媒体の一例として用いられる。

ＣＰＵ２０５が制御プログラムに従い演算した制御信号は、スロットル弁駆動回路２０６、燃焼噴射弁駆動回路２０７、点火出力回路２０８などの各回路へ出力される。
スロットル弁駆動回路２０６は、スロットル弁４の開閉駆動を制御するための駆動信号をスロットル弁４に出力する。
燃焼噴射弁駆動回路２０７は、燃料噴射タイミングでの燃料噴射弁９の開閉駆動を制御するための駆動信号を燃料噴射弁９に出力する。
点火出力回路２０８は、点火タイミングでの点火プラグ６の点火を制御するための駆動信号を点火出力回路２０８に出力する。

［燃焼制御部の構成例］
図５は、燃焼制御部３００の構成例を示すブロック図である。

燃焼制御部３００は、ＣＰＵ２０５に実装される機能部の一つであり、燃焼状態を推定する機能と、推定した燃焼状態に基づき点火時期を制御する機能を有する。

燃焼制御部３００は、回転速度算出部３０１、極値タイミング算出部３０２、平均回転速度算出部３０３、燃焼状態推定部３０４、点火時期演算部３０５を備える。
回転速度算出部（回転速度算出部３０１）は、内燃機関（エンジン１００）のクランク回転速度を算出する。
極値タイミング算出部（極値タイミング算出部３０２）は、クランク回転速度の極値タイミングを算出する。
平均回転速度算出部（平均回転速度算出部３０３）は、クランク回転速度の平均回転速度を算出する。

燃焼状態推定部（燃焼状態推定部３０４）は、極値タイミング及び平均回転速度に基づいて内燃機関（エンジン１００）の燃焼状態を推定する。燃焼状態推定部（燃焼状態推定部３０４）が推定する内燃機関（エンジン１００）の燃焼状態は、燃焼質量割合が５０％となる時の燃焼位相である。

点火時期演算部（点火時期演算部３０５）は、燃焼状態推定部（燃焼状態推定部３０４）で推定された燃焼状態に基づいて演算した点火時期により、内燃機関（エンジン１００）の燃焼制御を行う。

以下、燃焼制御部３００の各部の詳細な機能について、図面を参照して説明する。
始めに、回転速度算出部３０１の処理について説明する。
図６は、回転速度算出部３０１による処理の手順例を示すフローチャートである。

回転速度算出部３０１は、クランク角センサ１１が検出したシグナルロータ１３の信号（クランク角センサ信号）をＲＡＭ２０３から読み出し、図３に示した算出原理に基づいて回転角Δθ毎のクランク回転速度を算出する（Ｓ１）。回転速度算出部３０１は、回転角Δθ毎に得られたクランク回転速度列を、エンジン１００の１サイクル分（クランク角７２０°期間）の回転速度データとして取り込む。例えば、Δθ＝１０°の場合、回転速度算出部３０１は、クランク角０°から７１０°までの合計７２点から成るクランク回転速度列を取り込む。

次に、回転速度算出部３０１は、クランク回転速度列から高調波成分を取り除いたクランク回転速度列を求める（Ｓ２）。この処理は、クランク回転速度から、燃焼が関係していない高調波の変動成分を取り除くために行われる。

次に、回転速度算出部（回転速度算出部３０１）は、クランク角が７２０°の期間におけるクランク回転速度列を気筒数で分割する（Ｓ３）。そして、回転速度算出部（回転速度算出部３０１）は、各気筒の膨張行程を含む期間のクランク回転速度列を当該気筒におけるクランク回転速度列として割り当てる。

ここで、回転速度算出部３０１が行うクランク回転速度列の分割処理について、図７と図８を用いて説明する。
図７は、４気筒４サイクルエンジンの各行程のシーケンスを示す図である。

４サイクルエンジンでは、吸気、圧縮、膨張、排気の４つの行程が順番に行われる。また、４気筒エンジンでは、気筒間の行程がクランク角１８０°ずつずれる。エンジンへの点火が第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順序で行われるとすると、第３気筒の行程は第１気筒に対して１８０°遅れ、第４気筒の行程は第１気筒に対して３６０°遅れ、第２気筒の行程は第１気筒に対して５４０°遅れる。

膨張行程では、各気筒の燃焼によって生じた燃焼トルクが当該気筒のピストン１０を押し下げ、ピストン１０がクランクシャフトを回転させる。そこで、ステップＳ３の処理では、回転速度算出部３０１が、サイクル全体（クランク角０～７２０°）のクランク回転速度列を各気筒の膨張行程を含むクランク角１８０°のウィンドウで分割する。

図８は、クランク回転速度列に対して、各気筒の膨張行程の中央を中心として幅１８０°のウィンドウを設定した例を示す図である。図８の横軸はクランク角を示し、縦軸は回転速度を示す。第４気筒の回転速度のグラフに沿って付加した複数の丸印は、クランク角Δθ＝１０°ごとに取得されたクランク回転速度を表す。

第４気筒の膨張行程の中央はクランク角９０°であり、膨張行程の中央を中心とした幅１８０°の区間（クランク角０～１８０°の区間）を第４気筒のウィンドウとして割り当てる。上述したようにクランク角０°から７１０°までの合計７２点から成るクランク回転速度列が設けられるので、幅１８０°の区間には、１８点から成るクランク回転速度列が含まれる。図８の第４気筒には、１８点のクランク回転速度列が含まれることが丸印で表現されている。

回転速度算出部３０１は、第４気筒と同様にクランク角１８０～３６０°の区間を第２気筒のウィンドウ、クランク角３６０～５４０°の区間を第１気筒のウィンドウ、クランク角５４０～７２０°の区間を第３気筒のウィンドウとして割り当てる。

次に、極値タイミング算出部３０２の処理について説明する。
図９は、極値タイミング算出部３０２による処理例を示すフローチャートである。

始めに、極値タイミング算出部３０２は、各気筒に割り当てられたクランク回転速度列から、当該気筒のクランク回転速度が極値となるクランク角（「極値タイミング」と呼ぶ）を算出する（Ｓ１１）。

次に、極値タイミング算出部３０２は、極値タイミングのサイクル平均を算出する（Ｓ１２）。

次に、平均回転速度算出部３０３の処理について説明する。
図１０は、平均回転速度算出部３０３による処理例を示すフローチャートである。

平均回転速度算出部（平均回転速度算出部３０３）は、各気筒に割り当てられたクランク回転速度列の平均値を当該気筒の平均回転速度とする。例えば、平均回転速度算出部３０３は、膨張行程の中央にて、各気筒に割り当てられたクランク回転速度列から、当該気筒のクランク回転速度の平均値を平均回転速度として算出する（Ｓ２１）。平均回転速度は、サイクル全体（クランク角０～７２０°）のクランク回転速度列の、当該気筒のウィンドウにおける平均値である。つまり、気筒ごとに検出される１８個分の回転速度から各クランク回転速度列における平均回転速度が算出される。

次に、平均回転速度算出部３０３は、平均回転速度のサイクル平均を算出する（Ｓ２２）。

燃焼状態推定部３０４は、各気筒の極値タイミングと平均回転速度に基づいて、燃焼状態を推定する。燃焼状態は、当該気筒の燃焼位相（例えば、燃焼重心ＭＦＢ５０）を算出することで推定される。燃焼状態推定部３０４における燃焼位相の算出方法について、図１１から図１５を用いて説明する。

図１１は、平均サイクル数Ｎを大きい値（Ｎ～１００）とした時のクランク回転速度の極値タイミングと燃焼重心ＭＦＢ５０の相関を示した図である。図１１の横軸は燃焼重心ＭＦＢ５０（図中では「燃焼重心」と記載）を表し、縦軸は極値タイミングを表す。ここで、Ｎ～１００とは、平均サイクル数Ｎの数をほぼ「１００」としたことを表す。図１１では、図中に黒点で表す８通りの点火時期について、燃焼重心ＭＦＢ５０とクランク回転速度の極値タイミングとの比較結果が示される。

そして、極値タイミング算出部３０２は、極値タイミングのサイクル平均処理（図９のＳ１２）を、サイクルばらつきを十分に除去できる程度に大きい平均サイクル数Ｎ（Ｎ～１００）で行う。図１１に示されるように、平均サイクル数Ｎを大きい値（Ｎ～１００）とした時、燃焼重心ＭＦＢ５０とクランク回転速度の極値タイミングとに強い相関があることが示される。そこで、燃焼状態推定部３０４は、極値タイミングと燃焼重心ＭＦＢ５０の相関を表す式を予め記憶している。

従来の制御装置では、図１１に直線で表される極値タイミングと燃焼重心ＭＦＢ５０の相関式を予めキャリブレーション等で求めておき、現在のクランク回転速度の極値タイミングと相関式とに基づいて、現在の燃焼重心を求めていた。図１１に示す燃焼重心ＭＦＢ５０は、例えば、筒内圧センサ等を用いて測定された実測値である。そして、図１１に点火時期Ａ，Ｂで示す極値タイミングは、ほぼ直線上にあるため、ばらつきが少ないことが示される。

上述したように、従来の制御装置が燃焼重心を算出するには、サイクル平均処理が終わるまで、燃焼重心の算出処理を待つ必要がある。図１１では、従来の制御装置が、平均サイクル数Ｎとしてサイクルばらつきを十分に除去できる程度に大きい値（Ｎ～１００）を選んでいるため、従来の制御装置が燃焼重心を算出するまでの待ち時間が長くなってしまう。これは、燃焼重心の推定の応答性の悪化を意味する。

一方、従来の制御装置が、平均サイクル数Ｎとして小さい値（Ｎ～１０）を選ぶと、燃焼重心の推定の応答性は改善するものの、今度は燃焼重心の推定精度が悪化する。ここで、Ｎ～１０とは、平均サイクル数Ｎの数をほぼ「１０」としたことを表す。

図１２は、図１１における平均サイクル数Ｎを小さい値（Ｎ～１０）に変更した場合の、クランク回転速度の極値タイミングと燃焼重心の相関を示した図である。図１２の横軸は燃焼重心ＭＦＢ５０（図中では「燃焼重心」と記載）を表し、縦軸は極値タイミングを表す。また、図１２に示す点火時期の数は、図１１と同様に８通りである。

図１２に示されるように、平均サイクル数が小さい場合には、同一点火時期（例えば、点火時期Ａ，Ｂ）においても燃焼重心ＭＦＢ５０とクランク回転速度の極値タイミングがばらつき、図１２の直線の周囲に多数プロットされる。このため、従来の制御装置は、サイクルばらつきを除去しきれず、クランク回転速度の極値タイミングと燃焼重心の相関が悪化する。これは、燃焼重心の推定精度の悪化を意味する。

以上の通り、クランク回転速度の極値タイミングを用いて燃焼重心を推定する従来の制御装置では、燃焼状態の推定精度と推定の応答性がトレードオフの関係にある。このことは、図１を参照して説明した通りである。

そこで、第１の実施形態に係る燃焼状態推定部（燃焼状態推定部３０４）は、クランク回転速度が極値になる極値タイミングと平均回転速度に基づいて、内燃機関（エンジン１００）の燃焼質量割合が設定値となる燃焼位相（燃焼重心ＭＦＢ５０）を推定する。この設定値とは、例えば、５０％である。燃焼状態推定部３０４が燃焼重心を推定する処理について、図１３と図１４を参照して説明する。

図１３は、同一点火時期におけるクランク回転速度の平均回転速度と燃焼重心の相関を示した図である。図１３の横軸は燃焼重心を示し、縦軸は平均回転速度を示す。図１３には、点火時期を同一とした時における燃焼重心と平均回転速度との交点が示される。

図１３より、燃焼重心が遅角すると平均回転速度が遅くなり、燃焼重心が進角すると平均回転速度が速くなることが示される。図１３に示すように、同一点火時期においては、サイクルばらつきが小さければ燃焼重心はほぼ一定値を取る。

同一点火時期とすると、クランク回転速度の平均回転速度と、燃焼重心との間に相関がある。この理由について以下に説明する。
図１４は、クランク角に対する筒内圧と回転速度の関係を示した図である。図１４の横軸はクランク角を示し、縦軸は筒内圧と回転速度を示す。

図１４の破線は、平均回転速度が変化する前の筒内圧と回転速度の変化を表し、図中の実線は、平均回転速度が変化した後の筒内圧と回転速度の変化を表す。
サイクルばらつきによる燃焼重心の遅角化は、燃焼速度の低下を意味しており、筒内圧の低下と燃焼トルクの低下を招く。燃焼トルクが低下すると、当該気筒のピストン１０を押し下げる力が低下し、当該気筒のクランク回転速度が低下する。従って、同一点火時期においては、クランク回転速度の平均回転速度と燃焼重心に相関が現れる。図１４より、クランク回転速度の平均回転速度が低下することと、燃焼重心のサイクルばらつきが多くなることには、大きい相関があることが分かる。

図１５は、同一点火時期において第１気筒のみ燃焼重心が遅角化した場合に、第１気筒のクランク回転速度の平均回転速度が低下することを示した図である。図１５の横軸はクランク角を示し、縦軸は平均回転速度を示す。図中の破線は燃焼重心が安定している時のクランク回転速度の平均回転速度を表し、実線は第１気筒の燃焼重心が遅角化して、低下したクランク回転速度の平均回転速度を表す。

全ての気筒がサイクルばらつきに対して平均的な燃焼重心を取るサイクル（破線）に対して、第１気筒の燃焼重心が遅角化したサイクル（実線）では、第１気筒のウィンドウにおけるクランク回転速度が全体的に低下するので平均回転速度が低下する。

燃焼状態推定部３０４は、クランク回転速度の極値タイミングと燃焼重心の相関、及びクランク回転速度の平均回転速度と燃焼重心の相関を用いることで、燃焼重心の推定の応答性を悪化させることなく、燃焼重心の推定精度を向上させることができる。

ここで、燃焼状態推定部３０４がクランク回転速度の極値タイミングと平均回転速度に基づいて燃焼質量割合が設定値となる燃焼位相を算出する式は、予めキャリブレーション等で求められる。そして、燃焼位相を算出する式は、多項式又は参照マップの形で内燃機関制御装置２００のＲＯＭ２０４に記憶されている。

燃焼状態推定部３０４は、極値タイミング算出部３０２より引き渡されたクランク回転速度の極値タイミングと、平均回転速度算出部３０３より引き渡されたクランク回転速度の平均回転速度とに基づき、ＲＯＭ２０４から読み出した相関式を用いて燃焼位相を求める。各気筒について同様の手順で燃焼位相を求め、それらを点火時期演算部３０５に引き渡す。

なお、燃焼状態推定部３０４がクランク回転速度の極値タイミングと平均回転速度から燃焼位相を算出する手段として、ニューラルネットワークを使用してもよい。その場合、内燃機関制御装置２００のＲＯＭ２０４には、ニューラルネットワークにおける各ノードの重みやバイアスが記憶される。

燃焼制御部３００における回転速度算出部３０１から点火時期演算部３０５までの処理は、規定のサイクル数ごとに実行される。例えば、サイクル数が１０サイクルと規定されていれば、燃焼制御部３００は、１０サイクル分のクランク角センサ信号に基づいて、算出した回転速度から極値タイミング及び平均回転速度を算出した後、燃焼状態を推定して点火時期を演算する。その後、燃焼制御部３００は、次の１０サイクル分の処理を行う。

図１６は、第１の実施形態の適用結果と、従来技術の適用結果とを比較した図である。

既に図１を参照して説明したように、従来技術では推定精度と推定の応答性がトレードオフの関係にある。
図１６の左上に配置した従来技術の適用結果１のグラフ（１）に示すように、平均サイクル数が小さい場合は燃焼重心の推定の応答性に優れる一方で推定精度が悪い。
また、図１６の右上に配置した従来技術の適用結果２のグラフ（２）に示すように、平均サイクル数が大きい場合は燃焼重心の推定精度が良い一方で推定の応答性が悪い。

図１６の下に配置した第１の実施形態の適用結果のグラフ（３）には、平均サイクル数が小さい場合における燃焼重心実測値と燃焼重心推定値との関係が示される。このグラフ（３）では、平均サイクル数が小さくても、図１に示したグラフ（１）に比べて、燃焼重心実測値と燃焼重心推定値のばらつきが少なくなったことが示される。つまり、平均サイクル数が小さい場合でも推定精度を良くすることができる。

図１６の真ん中に配置した第１の実施形態の適用結果を、従来技術の適用結果と比較したグラフ（４）には、２つのグラフが示される。従来技術の適用結果は、図１のグラフ（３）と同じであるが、第１の実施形態の適用結果は、平均サイクル数の多寡によらず、燃焼重心の推定誤差が従来技術による燃焼重心の推定誤差より少なくなったことが分かる。
すなわち、第１の実施形態に係る燃焼状態推定部３０４は、推定精度と推定の応答性を両立させることが可能となっている。

点火時期演算部（点火時期演算部３０５）は、燃焼状態推定部３０４が推定した燃焼位相（燃焼重心）が目標燃焼位相となるように点火時期を演算し、内燃機関（エンジン１００）の燃焼制御を行う。目標燃焼位相は、例えば、ＲＯＭ２０４に記憶される特定の値であり、点火時期演算部３０５により読み出される。エンジンの熱効率を高めるためには、燃焼位相を適切に制御する必要がある。燃焼位相が早すぎると圧縮行程でガスを圧縮する仕事が増えるため損失が増える。

また、燃焼位相が遅すぎると排気温度が上昇し、排気による熱損失が増大する。熱効率が最大となる燃焼位相は予め目標燃焼位相として内燃機関制御装置２００のＲＯＭ２０４に記憶されている。点火時期演算部３０５は、推定した燃焼位相と目標燃焼位相との偏差が小さくなるように点火時期を調整する。

以上説明した第１の実施形態に係る内燃機関制御装置２００では、平均サイクル数の変化によらず、第１の実施形態に係る手法で算出した燃焼重心の推定誤差を、従来行われた手法で算出される燃焼重心の推定誤差よりも小さくすることができる。このため、燃焼状態推定部３０４は、燃焼状態の推定精度と推定の応答性を両立してエンジン１００の燃焼状態を推定し、点火時期演算部３０５が推定された燃焼状態に基づいて演算した点火時期を点火出力回路２０８に出力することで、エンジン１００を制御できる。

ここで、応答性が良好な平均サイクル数（例えば、１０サイクル）でありながら、燃焼重心を精度よく推定できるので、エンジン１００の制御も良好に行うことが可能となる。
もちろん応答性が悪化する平均サイクル数（例えば、１００サイクル）であっても、燃焼重心を精度よく推定し、エンジン１００の制御を良好に行うことが可能である。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る内燃機関制御装置について、図１７を参照して説明する。
図１７は、第２の実施形態に係る内燃機関制御装置２００が備える燃焼制御部３００Ａの内部構成例を示すブロック図である。

燃焼制御部３００Ａは、第１の実施形態に係る燃焼制御部３００の平均回転速度算出部３０３を、最大回転速度算出部３０６に置き換えた構成としている。図１５に示したように、同一点火時期においてサイクルばらつきにより燃焼重心が遅角した時、当該気筒のウィンドウにおいてクランク回転速度が全体的に低下する。したがって、第１の実施形態に係るクランク回転速度の平均回転速度を、クランク回転速度の最大回転速度に代替している。

そして、燃焼制御部３００Ａは、内燃機関（エンジン１００）のクランク回転速度を算出する回転速度算出部（回転速度算出部３０１）と、クランク回転速度の極値タイミングを算出する極値タイミング算出部（極値タイミング算出部３０２）と、クランク回転速度の最大回転速度を算出する最大回転速度算出部（最大回転速度算出部３０６）と、極値タイミングと、最大回転速度とに基づいて内燃機関（エンジン１００）の燃焼状態を推定する燃焼状態推定部（燃焼状態推定部３０４）と、を備える。

燃焼状態推定部（燃焼状態推定部３０４）は、クランク回転速度が極値になる極値タイミングと最大回転速度に基づいて、内燃機関（エンジン１００）の燃焼質量割合が設定値となる燃焼位相を推定し、点火時期演算部（点火時期演算部３０５）は、推定した燃焼位相が目標燃焼位相となるように内燃機関（エンジン１００）の燃焼制御を行う。ここで、最大回転速度算出部（最大回転速度算出部３０６）は、各気筒に割り当てられたクランク回転速度列の最大値を当該気筒の最大回転速度とする。

［変形例］
なお、上述した各実施の形態では、燃焼状態推定部３０４が推定する燃焼状態として、燃焼重心ＭＦＢ５０としたが、燃焼重心ＭＦＢ５０以外の値（例えば、燃焼質量割合が６０％となる時の燃焼位相）のように変えてもよい。

本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するためにシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０…ピストン、１１…クランク角センサ、１３…シグナルロータ、２０…クランクシャフト、１００…エンジン、２００…内燃機関制御装置、３００…燃焼制御部、３０１…回転速度算出部、３０２…極値タイミング算出部、３０３…平均回転速度算出部、３０４…燃焼状態推定部、３０５…点火時期演算部

Claims (7)

1. 内燃機関のクランク回転速度を算出する回転速度算出部と、
   前記クランク回転速度の極値タイミングを算出する極値タイミング算出部と、
   前記クランク回転速度の平均回転速度を算出する平均回転速度算出部と、
   前記極値タイミング及び前記平均回転速度に基づいて前記内燃機関の燃焼状態を推定する燃焼状態推定部と、を備える
   内燃機関制御装置。
2. 前記燃焼状態推定部で推定された前記燃焼状態に基づいて演算した点火時期により、前記内燃機関の燃焼制御を行う点火時期演算部を備える
   請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記燃焼状態推定部は、前記クランク回転速度が極値になる前記極値タイミングと前記平均回転速度に基づいて、前記内燃機関の燃焼質量割合が設定値となる燃焼位相を推定し、
   前記点火時期演算部は、前記燃焼状態推定部が推定した前記燃焼位相が目標燃焼位相となるように前記内燃機関の燃焼制御を行う
   請求項２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記回転速度算出部は、クランク角が７２０°の期間におけるクランク回転速度列を気筒数で分割し、各気筒の膨張行程を含む期間の前記クランク回転速度列を当該気筒における前記クランク回転速度列として割り当てる
   請求項１に記載の内燃機関制御装置。
5. 前記平均回転速度算出部は、各気筒に割り当てられたクランク回転速度列の平均値を当該気筒の平均回転速度とする
   請求項１に記載の内燃機関制御装置。
6. 前記内燃機関の燃焼状態は、燃焼質量割合が５０％となる時の前記燃焼位相である
   請求項３に記載の内燃機関制御装置。
7. 内燃機関のクランク回転速度を算出する回転速度算出部と、
   前記クランク回転速度の極値タイミングを算出する極値タイミング算出部と、
   前記クランク回転速度の最大回転速度を算出する最大回転速度算出部と、
   前記極値タイミング及び前記最大回転速度に基づいて前記内燃機関の燃焼状態を推定する燃焼状態推定部と、を備える
   内燃機関制御装置。

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