内燃機関のラフアイドル検出装置
【課題】不快な振動を伴うラフアイドル状態か否かを的確に判定することができる高診断精度の内燃機関のラフアイドル検出装置を提供する。
【解決手段】エンジン１のクランク回転速度を検出するクランク角センサ２３と、回転速度検出情報に基づいて各気筒２内での燃焼によるクランク回転速度の変動成分を抽出するとともに、抽出した変動成分を積分した仕事量相当値を算出する仕事量相当値算出部３２と、各気筒２の膨張行程開始時期における相対的に低速な低速回転領域と、その膨張行程でクランク回転速度が最大速度域に達する高速回転領域とにおけるクランク回転速度の２乗の差から各気筒２での発生トルク相当のトルク相当値を算出するトルク相当値算出部３３と、気筒２毎に仕事量相当値およびトルク相当値を対応する判定閾値と比較して、それらの値が判定閾値を下回る気筒２内での燃焼がラフアイドル状態の要因になると判定する異常気筒検出部３６とを備える。
【解決手段】エンジン１のクランク回転速度を検出するクランク角センサ２３と、回転速度検出情報に基づいて各気筒２内での燃焼によるクランク回転速度の変動成分を抽出するとともに、抽出した変動成分を積分した仕事量相当値を算出する仕事量相当値算出部３２と、各気筒２の膨張行程開始時期における相対的に低速な低速回転領域と、その膨張行程でクランク回転速度が最大速度域に達する高速回転領域とにおけるクランク回転速度の２乗の差から各気筒２での発生トルク相当のトルク相当値を算出するトルク相当値算出部３３と、気筒２毎に仕事量相当値およびトルク相当値を対応する判定閾値と比較して、それらの値が判定閾値を下回る気筒２内での燃焼がラフアイドル状態の要因になると判定する異常気筒検出部３６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のラフアイドル検出装置、特に燃料噴射量の不足等により内燃機関のアイドル運転時のエンジン回転数が目標回転数に対し不安定に変動するラフアイドル状態を検出する内燃機関のラフアイドル検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、例えば車両用のエンジンにおいては、アイドル運転時のエンジン回転数（以下、アイドル回転数という）がＥＣＵ（Electronic Control Unit；電子制御ユニット）で実行されるアイドル回転数制御の目標回転数になるようインジェクタから気筒内への燃料噴射量が制御されるものの、ＥＣＵからインジェクタへの指令噴射量に対して実燃料噴射量が不足したりばらついたりすることで、エンジン回転数が目標回転数に対して不安定に変動し、アイドル運転中（例えば冷間始動時）に不快な振動を生じるラフアイドル状態に陥ることがある。そこで、ラフアイドル状態を検出し、ラフアイドル状態を解消する制御を実行できるようにしたものが提案されている。
【０００３】
従来のこの種の内燃機関のラフアイドル検出装置としては、エンジンのアイドル運転時に冷却水温を基に高温再始動されたか否かを判定し、燃料ベーパの発生により実噴射量が不足したり変動したりし易い高温再始動時において、エンジンのオンボード診断システムに備えられる失火カウンタのカウント値がある値を超えるとラフアイドル状態が発生したと判定するようにしたものがあり、この装置では、ラフアイドル状態が発生したと判定したときにアイドル回転数制御の目標回転数を高く設定してラフアイドル状態を解消するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ディーゼルエンジンのアイドル回転数制御時に燃料噴射を複数回のパイロット噴射程度に均等に分割して噴射特性を学習する一方で、一定噴射量以上となる運転状態ではエンジン回転信号パルスを各気筒の燃焼周期に応じて帯域フィルタ相当のフィルタ処理部に取り込み、そのフィルタ処理部において各時点の回転変動成分のみを抽出した瞬時トルク相当値を算出し、その瞬時トルク相当値を積分処理部に取り込んで各気筒の燃焼周期毎の区間で積分することにより各気筒のトルク積算値である気筒別仕事量を気筒毎に算出して、気筒間の噴射特性の相対的なばらつきを学習するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００７−１９２０８１号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の内燃機関のラフアイドル検出装置にあっては、失火カウンタのカウント値を利用することで、目標回転数と実回転数の乖離のみからラフアイドル状態か否かを判定するものよりは診断精度が高いものの、不快な振動を伴うラフアイドル状態における気筒毎の燃焼による実回転変動自体を検出するものではなかったため、その診断精度が十分でなかった。そのため、不快な振動を伴うラフアイドル状態に陥っていないにもかかわらず、必要の無い燃料噴射量の増量をラフアイドル解消制御として実行してしまう可能性があり、アイドル安定性および燃費の面で問題があった。
【０００６】
また、瞬時トルク相当値を各気筒の燃焼周期毎の一定区間で積分するものにあっては、気筒間の噴射特性のばらつきが把握できるものの、膨張行程が前後する気筒についての積分値に同一燃焼での発生トルクの影響が出易いため、不快な振動を伴うラフアイドル状態での各気筒の燃焼による実回転変動を精度良く検出できない場合があり、ラフアイドル状態か否かを的確に判定できる高診断精度を得るためには改善が必要であった。
【０００７】
そこで、本発明は、ラフアイドル状態か否かを的確に判定することができる高診断精度の内燃機関のラフアイドル検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る内燃機関のラフアイドル検出装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関のクランク軸の回転速度が目標回転速度に制御されるアイドル運転状態下で前記クランク軸の回転速度が前記目標回転速度に対し変動するラフアイドル状態を検出する内燃機関のラフアイドル検出装置であって、前記内燃機関のクランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段の検出情報に基づいて前記内燃機関の気筒内での燃焼による前記クランク軸の回転速度の変動成分を抽出するとともに、該抽出した変動成分を積分した仕事量相当値を算出する仕事量相当値算出手段と、前記気筒の膨張行程の開始時期における相対的に低速な低速回転領域と、前記気筒の膨張行程で前記クランク軸の回転速度が最大速度域に達する高速回転領域とにおける前記クランク軸の回転速度の２乗の差から前記気筒での発生トルク相当のトルク相当値を算出するトルク相当値算出手段と、前記仕事量相当値および前記トルク相当値をそれぞれに対応する判定閾値と比較して、前記仕事量相当値および前記トルク相当値が前記それぞれに対応する判定閾値を下回るとき前記気筒内での燃焼が前記ラフアイドル状態の要因になると判定する異常気筒判定手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この構成により、仕事量相当値およびトルク相当値を基に、内燃機関のラフアイドル状態における各気筒の燃焼による実回転変動を燃焼周期相当の一定周期毎の仕事量の変化および各気筒の燃焼毎の発生トルクの変化として的確に把握することができ、ラフアイドル状態か否かとその要因となる気筒とを的確に判定することができる高診断精度のラフアイドル検出装置となる。しかも、仕事量相当値やトルク相当値がその内燃機関の他の制御のために算出される場合には、計算負荷を増大させることなく高精度のラフアイドル検出が可能になる。
【００１０】
上記（１）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（２）前記仕事量相当値算出手段が、前記内燃機関の複数の気筒内での燃焼による前記クランク軸の回転速度の変動成分を気筒毎に抽出し各気筒の燃焼周期毎の一定回転区間で積分して気筒毎の仕事量相当値を予め設定された繰り返し回数だけ繰り返し算出するとともに、該仕事量相当値の算出値を平均化処理した仕事量相当値を算出し、前記トルク相当値算出手段が、各気筒の燃焼周期毎に、各気筒の膨張行程の開始時期における相対的に低速な低速回転領域と、前記各気筒の膨張行程で前記クランク軸の回転速度が最大速度域に達する高速回転領域とにおける前記クランク軸の回転速度の２乗の差から各気筒での発生トルク相当のトルク相当値を前記繰り返し回数だけ繰り返し算出するとともに、該各気筒についてのトルク相当値の算出値を平均化処理したトルク相当値を算出するのが好ましい。
【００１１】
この構成により、平均化処理された仕事量相当値およびトルク相当値を基に、内燃機関のアイドル状態における実回転変動をより的確に把握することができ、ラフアイドル状態か否かを高精度に判定することができる高診断精度のラフアイドル検出装置となる。ここにいう平均化処理は、例えば今回算出された算出値と前回の平均化処理で得られた算出値（以下、前回値という）との平均値を算出する、所謂なまし処理であるのがよい。
【００１２】
上記（１）、（２）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（３）前記異常気筒判定手段が、前記平均化処理された仕事量相当値および前記平均化処理されたトルク相当値が前記それぞれに対応する判定閾値を下回る気筒について、該気筒内での燃焼が前記ラフアイドル状態の要因になることを示す異常検出フラグを設定するのがよい。
【００１３】
この構成により、ラフアイドル状態を引き起こす可能性の高い気筒について異常検出フラグが設定されるので、この異常検出フラグを参照することで、ラフアイドル振動に対する検査時等にその要因を迅速に把握することができ、サービス性が向上する。なお、ここにいう異常検出フラグは、そのフラグ設定状態を診断情報としてディーラー等でのメンテナンス時に容易に参照可能にしておくのが望ましく、不揮発性のメモリやバックアップ用メモリに履歴情報として記憶されるようにしてもよい。
【００１４】
上記（１）〜（３）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（４）前記内燃機関のラフアイドル状態の検出処理を実行するための条件として予め設定された前提条件が成立するか否かを判定する前提条件判定手段を備え、前記前提条件が成立するとき、前記仕事量相当値算出手段および前記異常気筒判定手段が、それぞれの処理を実行するのが好ましい。
【００１５】
この構成により、ラフアイドル状態の検出処理を実行するための前提条件が成立したときにのみ、その検出処理が実行されることから、ラフアイドル状態の検出処理を担う計算用資源を通常運転時に必要になる他の算出処理に割り当てることができ、計算用資源を有効活用できる。
【００１６】
上記（４）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（５）前記前提条件は、前記内燃機関の気筒毎に設けられた燃料噴射弁の噴射特性を学習する学習処理の実行条件が満足されていること、アクセル開度が最小値であること、前記内燃機関を動力源とする車両の車速がゼロであること、前記内燃機関の冷間始動時のアイドル回転数が暖機完了時のアイドル回転数より高回転数に設定されるアイドルアップ制御が実行されていないこと、の各条件を含むものであるのが好ましい。
【００１７】
この構成により、外乱要因を抑えたほぼ一定条件下で、アイドル回転数の変動を精度良く算出できる。
【００１８】
上記（５）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（６）前記前提条件は、前記内燃機関の補機負荷が切り替えられていないこと、および、前記車両に搭載され前記内燃機関に駆動連結される変速機がニュートラル状態であること、のうち少なくとも一方の各条件を含むものであってもよい。
【００１９】
この構成により、外乱要因を更に抑えたほぼ一定条件下で、アイドル回転数の変動を精度良く算出できる。
【００２０】
上記（４）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（７）前記内燃機関がコモンレール式の多気筒のディーゼル機関であり、前記前提条件は、前記ディーゼル機関の前記燃料噴射弁により実行される燃料噴射条件の切り替えが禁止されていること、を含むものであっても好ましい。
【００２１】
この構成により、外乱要因をより確実に抑えた一定条件下で、アイドル回転数の変動を精度良く算出できる。
【００２２】
上記（７）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（８）前記仕事量相当値算出手段と前記トルク相当値算出手段とが、前記回転速度検出手段の検出情報を前記内燃機関の気筒数に対応する一定の周期であって互いに異なる回転位相で取り込むのが好ましい。
【００２３】
この構成により、仕事量相当値とトルク相当値をそれぞれの算出に最適なタイミングで精度良く算出でき、しかも、両算出手段に用いられる計算用の資源の処理負荷の集中を回避できる。
【００２４】
上記（７）、（８）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（９）前記異常気筒判定手段が、前記仕事量相当値および前記トルク相当値をそれぞれに対応する判定閾値と比較して前記ラフアイドル状態か否かの判定を実行する第１の判定モードと、前記仕事量相当値および前記トルク相当値のうちいずれか片方の値のみをそれに対応する判定閾値と比較して前記ラフアイドル状態か否かの判定を実行する第２の判定モードとに切り替え可能であるのが好ましい。
【００２５】
この構成により、仕事量相当値およびトルク相当値を共に算出する場合と、仕事量相当値およびトルク相当値のうちいずれか片方のみを算出する場合とのそれぞれに対応可能な装置となり、各種仕様の内燃機関のラフアイドル検出装置に採用可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、内燃機関のラフアイドル状態における実回転変動を仕事量相当値およびトルク相当値の双方を基に燃焼周期相当の一定周期毎の仕事量の変化および各気筒の燃焼毎の発生トルクの変化として的確に把握することができ、ラフアイドル状態か否かを的確に判定することができる高診断精度の内燃機関のラフアイドル検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関のラフアイドル検出装置を備えた燃料噴射システムの概略構成図であり、図２は、一実施形態に係る内燃機関のラフアイドル検出装置で実行される２種類の回転速度検出期間の説明図である。
【００２９】
まず、構成について説明する。
【００３０】
本実施形態の内燃機関のラフアイドル検出装置は、図１に示すように、多気筒の内燃機関、例えば４気筒のディーゼル機関であるエンジン１の複数の気筒２（図１中には１つのみ図示する）に燃料を噴射する燃料噴射システムに装備されている。
【００３１】
この燃料噴射システムには、エンジン１で使用される燃料、例えば軽油を貯留する燃料タンク１１と、エンジン１からの動力により燃料タンク１１中の燃料を汲み上げて吐出するフィードポンプ１２と、エンジン１からの動力によりフィードポンプ１２から吐出された燃料をさらに高圧に加圧することができる加圧ポンプ１５と、調量指令信号入力に応じて開度を変化させる公知の可変絞り要素として構成されるとともにフィードポンプ１２と加圧ポンプ１５の間に介装され、加圧ポンプ１５への燃料の吸入量をその調量指令信号入力に応じて変化させる調量弁１３と、加圧ポンプ１５により加圧され吐出された燃料を高圧で蓄圧・貯留可能なコモンレール１７と、エンジン１の複数の気筒２に対応して設けられた複数、例えば４つの電磁駆動式あるいは圧電駆動式のインジェクタ１８と、を備えている。
【００３２】
フィードポンプ１２は、例えば歯車ポンプで構成される公知の低圧燃料ポンプである。
【００３３】
また、調量弁１３は、例えばフィードポンプ１２からの燃料供給圧がその調量弁体の開弁方向に作用するように構成されており、内部コイルへの非通電時には最大開度に開放され、一方、内部コイルへの通電時にはその通電量である調量指令信号入力に応じて開度を減じることができる可変絞り要素である。
【００３４】
なお、フィードポンプ１２と調量弁１３の間にはフィードポンプ１２からの余剰の吐出燃料を燃料タンク１１側に戻すことができる図示しないリリーフ弁が設けられている。
【００３５】
加圧ポンプ１５は、詳細な構造を図示しないが、そのポンプハウジング内に、往復移動可能なプランジャと、このプランジャを駆動する入力軸としてのカムシャフト１５ａと、カムシャフト１５ａの内端側の偏心カム部分に回転自在に外装されたカムリングとを有する公知のものであり、そのポンプハウジングとプランジャの間に、プランジャの往復移動によって燃料の吸入と加圧および吐出作業とを行なう少なくとも１つの加圧室を画成したものである。この加圧ポンプ１５は、図示しない吸入ポート側および吐出ポート側のチェック弁を内蔵しており、加圧ポンプ１５からフィードポンプ１２側への燃料の逆流が吸入ポート側の逆止弁により阻止されるとともに、コモンレール１７から加圧ポンプ１５側への燃料の逆流が吐出側のチェック弁により阻止されるようになっている。なお、加圧ポンプ１５は、フィードポンプ１２と一体となって燃料供給ポンプを構成するものであってもよい。
【００３６】
コモンレール１７は、加圧ポンプ１５により加圧され吐出された燃料を負荷やエンジン回転数に依存せずに高圧で蓄圧・貯留し、各インジェクタ１８に安定した圧力で燃料を供給することができる蓄圧手段であり、このコモンレール１７には、例えばその内部の燃料の圧力である実コモンレール圧を予め設定された上限値までに制限する図示しないリリーフ弁が装着されている。
【００３７】
複数のインジェクタ１８は、これらの駆動ユニットであるＥＤＵ（Electronic Distribution Unit）２０に配線接続された電磁弁部１８ａと、各気筒２内の燃焼室３内に露出する噴孔（符号なし）を先端に有するとともに高圧配管１９によりコモンレール１７に接続され、電磁弁部１８ａへの通電時にその噴孔から気筒２内に燃料を開弁駆動される燃料噴射部１８ｂと、を有している。
【００３８】
ＥＤＵ２０は、複数のインジェクタ１８の電磁弁部１８ａに対して例えば容量放電式の噴射駆動用電子配電を行う公知のものであり、このＥＤＵ２０は、エンジン１を電子制御する電子制御ユニット、すなわちＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０からの噴射指令信号に従って、複数のインジェクタ１８をそれぞれ対応する気筒２の噴射時期に独立して開弁駆動するようになっている。
【００３９】
ＥＣＵ３０は、具体的なハードウェア構成を図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および不揮発メモリ等のバックアップ用メモリを含み、さらに、Ａ／Ｄ変換器等を含む入力インターフェース回路と、ドライバやリレースイッチを含む出力インターフェース回路と、他の車載ＥＣＵ、例えば自動変速機を制御するトランスミッション制御ＥＣＵ（以下、Ｔ−ＥＣＵという）との通信インターフェースと、を含んで構成されている。
【００４０】
このＥＣＵ３０は、エンジン１の回転速度や負荷に応じた最適な噴射時期および噴射量を算出したり、調量弁１３の開度を調節してコモンレール１７内の燃料の圧力をエンジン１の運転状態に適した目標燃料圧力に追従させたりするための制御プログラム（以下、これらの制御プログラム全体を指して燃料噴射制御プログラムという）をＲＯＭに記憶させて内蔵しており、エンジン１の複数の気筒２のうち圧縮行程がほぼ完了した噴射時期の気筒２中に、メイン噴射に先立つ少なくとも１回のパイロット噴射およびメイン噴射を含む第１の噴射モードと、パイロット噴射が無くメイン噴射のみの第２の噴射モードと、メイン噴射の後にポスト噴射を実行する第３の噴射モードとのうち、任意の１つの噴射モードで燃料を噴射させるように噴射指令信号を生成するようになっている。
【００４１】
また、ＥＣＵ３０には、エンジン１を搭載した車両（図示していない）上でアクセル開度を検出するアクセル開度センサ２１と、コモンレール１７に装着された燃料圧力センサ２２と、エンジン１のクランク軸５の回転速度を例えばカムシャフト１５ａに装着された磁性歯車式のパルサ２３ｂを用いて検出するクランク角センサ２３（回転速度検出手段）と、が接続されている。そして、ＥＣＵ３０は、燃料圧力センサ２２の検知信号Ｐｃを取り込んで、コモンレール１７内の燃料の圧力、すなわち実コモンレール圧を検出するとともに、エンジン１の運転状態、例えばアクセル開度センサ２１およびクランク角センサ２３の検知信号に応じて設定される目標コモンレール圧と実コモンレール圧とを比較して、コモンレール１７内の実コモンレール圧が目標コモンレール圧と一致するように調量弁１３の開度を調節するようになっている。
【００４２】
ＥＣＵ３０には、さらに、車速を検出する車速センサ２４や冷却水温度を検出する水温センサ２５等のセンサ群と、図示しない変速機のニュートラルポジションインジケータを点灯させるニュートラルスイッチ２６や車載空調装置の電源を投入するエアコンスイッチ２７等のスイッチ類が接続されている。
【００４３】
このＥＣＵ３０は、ＲＯＭ内に予め格納された制御プログラムに従い、前記センサ群の検出情報や前記スイッチ類の予めバックアップ用メモリに格納されている設定値情報に基づいて、例えばクランク角センサ２３からのパルス信号をエンジン１の回転速度信号および圧縮行程から膨張行程に移行する気筒を判別可能な気筒判別信号（例えばパルサ２３ｂの欠歯位置に対応する欠歯信号あるいはクランク軸５に装着された気筒判別用突起の検出信号でもよい）として取り込むとともにアクセル開度信号を取り込んで、エンジン１の運転時におけるコモンレール１７の目標レール圧を設定するとともに、エンジン１の運転状態に応じた噴射時期および燃料噴射量を算出し、さらに、調量弁１３への開度調整信号Ｉｖ（図１参照）やインジェクタ１８の電磁弁部１８ａへの噴射指令信号Ｉｑを適時に出力するようになっている。
【００４４】
また、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ２３と協働しエンジン１のクランク軸５の回転速度を予め設定された検出単位角度、例えば１０度毎に検出する回転速度検出手段としての機能を発揮するのに加えて、後述する条件判定部３１、仕事量相当値算出部３２、トルク相当値算出部３３、平均値算出部３４、前提条件成立時間カウンタ３５および異常気筒検出部３６の各機能を発揮するためのプログラムおよびマップ、設定値情報等を有している。
【００４５】
具体的には、条件判定部３１は、気筒２毎の燃料噴射量の算出に際して予め設定されたラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立するか否かを判定する前提条件判定手段となっている。ここにいうラフアイドル異常検出処理の前提条件とは、エンジン１の始動から一定時間が経過したアイドル安定状態、例えばアクセル開度が０［％］で、エンジン１の後段に位置する自動変速機がニュートラル状態であることを示すニュートラルスイッチ２６がＯＮであり、かつ、噴射量学習処理が可能な冷却水温レベルに達し、いわゆるアイドルアップ運転中でなく、補機負荷の切り替えであるエアコンスイッチ２７の切り替えがなく、車速が０［ｋｍ／ｈ］で、これらの条件の検出に関わるセンサ群に異常がない状態であることである。本実施形態では、さらに、エンジン１のパイロット噴射回数の切り替え（例えばパイロット噴射２回、１回、パイロット噴射無し、ポスト噴射有りといった複数の噴射パターンのうち任意の噴射パターンへの切り替え）等のような燃焼変動を惹起する処理がなされていない安定したアイドル運転状態であることといった条件である。
【００４６】
仕事量相当値算出部３２は、例えば上述の特許文献２に記載のように、一定噴射量以上となる運転状態ではクランク角センサ２３からの回転速度信号（以下、回転速度Ｎｅという）を各気筒２の燃焼周期に応じて帯域フィルタ相当の内蔵のフィルタ処理部に取り込むとともに、そのフィルタ処理部において各時点の回転変動成分のみを抽出した瞬時トルク相当値を算出し、その瞬時トルク相当値を積分処理部に取り込んで各気筒の燃焼周期毎の区間で積分することにより各気筒のトルク積算値である仕事量相当値を気筒２毎に算出する仕事量相当値算出手段となっており、積分処理部における積分区間は、各気筒２の燃焼周期に応じて、例えばＢＴＤＣ９０°からＡＴＤＣ９０°までの１８０°ＣＡの範囲に設定されている。なお、ＢＴＤＣは上死点前、ＡＴＤＣは上死点後であり、ＣＡはクランク回転角度［度］である。
【００４７】
具体的には、仕事量相当値算出部３２においては、回転速度Ｎｅが、クランク角センサ２３の出力パルスの周期、例えば１０°ＣＡ毎にサンプリングされ、次式（２）を離散化した伝達関数を有する内蔵のフィルタ処理部において、次式（１）で表わされるフィルタ処理を実行することで、クランク回転速度の回転変動周波数領域から外れる高周波成分と低周波成分を除去した各時点の回転変動成分である瞬時トルク相当値Ｎｅｆｌｔを算出することができるようになっている。
【００４８】
【数１】
【００４９】
なお、（１）式中で、Ｎｅ（ｉ）は、回転速度Ｎｅの今回のサンプリング値、Ｎｅ（ｉ−２）は、回転速度Ｎｅの前々回（２回前）のサンプリング値、Ｎｅｆｌｔ（ｉ−１）は瞬時トルク相当値Ｎｅｆｌｔの前回の算出値、Ｎｅｆｌｔ（ｉ−２）は瞬時トルク相当値Ｎｅｆｌｔの前々回の算出値であり、これらの値は、仕事量相当値算出部３２の一部となるＥＣＵ３０のＲＡＭ内の特定の作業メモリ領域に記憶されるようになっている。ｋ１〜ｋ４は、それぞれ定数であり、ＥＣＵ３０のＲＯＭまたは不揮発メモリに格納されている。また、（２）式中で、ζは、減衰係数、ωは、エンジン１の燃焼周波数に対応する応答周波数、ｓは、ラプラス演算子であり、（１）式中の定数ｋ１〜ｋ４はω＝燃焼周波数に基づいてそれぞれ一定の値に設定されている。また、燃焼周波数は、４サイクルのエンジン１の燃焼周期（燃焼角度周期７２０°ＣＡ／気筒数ｎに対応する時間）の逆数から設定される。以下の説明では、エンジン１が４気筒で、燃焼角度周期が１８０°ＣＡであるものとして説明する。
【００５０】
仕事量相当値算出部３２の積分処理部では、１０°ＣＡ毎あるいはその２倍または３倍の周期で瞬時トルク値Ｎｅｆｌｔを取り込み、各気筒２の燃焼周期相当の一定周期毎の１８０°ＣＡ区間で積分することにより、気筒２毎の瞬時トルク値の積算値である略気筒別の仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ＃１〜Ｓｎｅｆｌｔ＃４を算出するようになっている。なお、＃１〜＃４は気筒番号であり、エンジン１の燃焼は＃１、＃３、＃４、＃２順序で繰り返される。
【００５１】
トルク相当値算出部３３は、ラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立するとき、各気筒２で圧縮行程がほぼ完了し膨張行程の開始時期に達するときのクランク軸５の低速回転角度領域Ｒａと、各気筒２の膨張（爆発）行程でのクランク軸５の高速度回転領域Ｒｂとにおけるクランク軸５の回転速度の２乗の差から、各気筒２における発生トルク相当のトルク相当値を算出するトルク相当値算出手段となっている。
【００５２】
ここにいう低速回転角度領域Ｒａは、前提条件が成立するアイドル運転状態下において気筒２内の空気の圧縮作業によりクランク軸５の回転速度が最低速度域に達する回転角度領域に対応し、クランク軸５の回転の検出単位である検出単位角度の複数倍の角度領域、例えば図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ＢＴＤＣ２０°からＡＴＤＣ４０°までの６０度の回転角度領域に設定されている。また、高速回転角度領域Ｒｂは、各気筒２の膨張行程でクランク軸５の回転速度が最大速度域に達する回転角度領域に対応し、クランク軸５の回転の検出単位である検出単位角度の複数倍の角度領域、例えばＡＴＤＣ５０°からＡＴＤＣ１１０°までの６０度の回転角度領域に設定されている。なお、アイドル安定状態であるから、エンジン回転速度Ｎｅ［ｒｐｍ］の平均値は、例えば６００［ｒｐｍ］程度である。
【００５３】
トルク相当値算出部３３で算出されるトルク相当値は、より具体的には、各気筒２の膨張行程開始時期にクランク軸５が低速回転角度領域Ｒａを通過するのに要する相対的に長い回転時間Δｔａ［μｓｅｃ］から次式（３）により求められる低速側のクランク回転速度Ｎｅａ［ｒｐｍ］と、各気筒２の膨張行程でクランク軸５が高速回転角度領域Ｒｂを通過するのに要する相対的に短い回転時間Δｔｂとから次式（４）により求められる高速側のクランク回転速度Ｎｅｂ［ｒｐｍ］とに基づいて、両回転速度Ｎｅａ、Ｎｅｂの２乗の差（Ｎｅａ２−Ｎｅｂ２）として求められる値ΔＮｅ２＝Ｎｅａ２−Ｎｅｂ２である。
【００５４】
【数２】
【００５５】
すなわち、エンジン１の運動系の回転慣性モーメントをＩとするとき、膨張（爆発）行程の気筒２内の燃焼により発生するトルクによって、低速回転角度領域Ｒａにおける運動エネルギ（１／２）Ｉ（２πＮｅａ）２から高速回転角度領域Ｒｂにおける運動エネルギ（１／２）Ｉ（２πＮｅｂ）２へとエンジン１の運動エネルギが高められるとき、その気筒２における発生トルクは、概ね（１／２）Ｉ（２π）２（Ｎｅａ２−Ｎｅｂ２）と考えることができ、（Ｎｅａ２−Ｎｅｂ２）に比例するので、このΔＮｅ２から発生トルクを把握することができる。ここでの２πＮｅａおよび２πＮｅｂは、それぞれ角速度［ｒａｄ／ｓｅｃ］である。
【００５６】
トルク相当値算出部３３で算出された各気筒２での発生トルク相当のトルク相当値ΔＮｅ２と、仕事量相当値算出部３２で算出された燃焼周期相当の一定周期毎の仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ＃１〜Ｓｎｅｆｌｔ＃４は、それぞれ平均値算出部３４に取り込まれる。なお、以下の説明では、任意の気筒番号を＃ｋとする。
【００５７】
平均値算出部３４は、仕事量相当値算出部３２で今回算出された仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ＃１〜Ｓｎｅｆｌｔ＃４を取り込む度に、今回の気筒別の仕事量相当値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（ｉ）］を対応する作業メモリ領域に保持するとともに、前回の平均化処理後の算出値としてメモリに記憶されている値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ−１）］と今回の気筒別の仕事量相当値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（ｉ）］との平均値を算出して、その算出結果を、今回の平均化処理後の仕事量相当値である仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］として作業メモリ領域に記憶するようになっている。ここでの変数ｉは、条件判定部３１での条件成立判定回数に相当し、前提条件成立時間カウンタ３５のカウンタ値に対応する。
【００５８】
また、平均値算出部３４は、トルク相当値算出部３３で算出された各気筒２についてのトルク相当値ΔＮｅ２［＃１］〜ΔＮｅ２［＃４］を取り込む度に、今回のトルク相当値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（ｉ）］を対応する作業メモリ領域に保持するとともに、前回の平均化処理後の算出値としてメモリに記憶されている値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ−１）］と、今回のトルク相当値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（ｉ）］との平均値を算出して、その算出結果を、今回の平均化処理後のトルク相当値であるトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］として作業メモリ領域に記憶するようになっている。
【００５９】
すなわち、平均値算出部３４は、仕事量相当値算出部３２およびトルク相当値算出部３３でそれぞれ今回算出された値に対応する仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を、前回のそれぞれの平均化処理で得られた前回値の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ−１）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ−１）］との平均値を算出することで、所謂なまし処理を実行するようになっている。
【００６０】
前提条件成立時間カウンタ３５は、設定値が例えば２００回で、条件判定部３１での条件成立回数が２００回になるまでは順次インクリメント（＋１）され、設定値に達すると、その時点で最終的に平均値算出部３４に記憶されている仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を検出情報として異常気筒検出部３６に出力し、異常気筒検出部３６での異常気筒検出処理を要求するようになっている。なお、前提条件成立時間カウンタ３５のカウントアップ状態は、例えば異常気筒検出部３６からのクリア要求信号に応じてクリアされる。
【００６１】
すなわち、仕事量相当値算出部３２および平均値算出部３４は、双方で本発明にいう仕事量相当値算出手段を構成し、エンジン１の複数の気筒２内での燃焼によるクランク軸５の回転速度Ｎｅの変動成分を気筒２毎に抽出しながら各気筒２の燃焼周期毎の一定回転区間（１８０°ＣＡ）で積分し、気筒２毎の仕事量相当値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（ｉ）］を予め設定された繰り返し回数、例えば２００回だけ繰り返し算出するとともに、その仕事量相当値の算出値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（１）］〜ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（２００）］を平均化処理した仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］を算出するようになっている。
【００６２】
また、トルク相当値算出部３３および平均値算出部３４は、双方で本発明にいうトルク相当値算出手段を構成し、各気筒２の燃焼周期毎であって仕事量相当値算出手段とは異なるクランク回転位相でクランク角センサ２３からのクランク回転信号に対応する回転速度Ｎｅを取り込み、各気筒２の膨張行程の開始時期における相対的に低速な低速回転領域Ｒａと、各気筒２の膨張行程でクランク軸５の回転速度が最大速度域に達する高速回転領域Ｒｂとにおけるクランク軸５の回転速度Ｎｅの２乗の差（Ｎｅａ２−Ｎｅｂ２）から各気筒２での発生トルク相当のトルク相当値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（ｉ）］を前記繰り返し回数、例えば２００回だけ繰り返し算出するとともに、各気筒２についてのトルク相当値の算出値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（１）］〜ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（２００）］を平均化処理したトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を算出するようになっている。
【００６３】
異常気筒検出部３６は、平均化処理された仕事量相当値およびトルク相当値、すなわち平均値算出部３４から出力された気筒２毎の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を、それぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２と比較して、仕事量相当値およびトルク相当値がそれぞれに対応する判定閾値を下回るときに、その気筒２内での燃焼がラフアイドル状態の要因になると判定する異常気筒判定処理を実行するようになっている。
【００６４】
また、異常気筒検出部３６は、平均値算出部３４から出力された気筒２毎の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］がそれぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２を共に下回る気筒２について、その気筒２内での燃焼がラフアイドル状態の要因になることを示すラフアイドル異常検出フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｒｏｕｇｈおよびその気筒２の気筒番号を示すラフアイドル気筒フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｃｙｌを設定して、ＥＣＵ３０のＲＡＭ内または／およびバックアップ用メモリ内の診断情報格納領域に記憶させるようになっている。なお、このメモリ内の診断情報格納領域は、ＥＣＵ３０の公知の検査用通信ポートに外部の診断装置１００が接続されるとき、外部の診断装置１００によって読み出すことができ、ディーラー等での検査やメンテナンス時に参照されるようになっている。
【００６５】
さらに、異常気筒検出部３６は、平均化処理された仕事量相当値およびトルク相当値、すなわち、仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］をそれぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２と比較してラフアイドル状態か否かの判定を実行する第１の判定モードと、仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］のうちいずれか片方の値のみをそれに対応する判定閾値ｈ１またはｈ２と比較してラフアイドル状態か否かの判定を実行する第２の判定モードとに切り替え可能になっており、いずれの判定モードで動作するかを設定する設定値情報が例えばＥＣＵ３０のＲＯＭ内にあるいはバックアップ用メモリ内に記憶されている。
【００６６】
次に、その作用について説明する。
【００６７】
図３は、本実施形態の内燃機関のラフアイドル検出装置において実行される検出処理のフローチャートであり、エンジン１の運転時に、ＥＣＵ３０では、図３に示すような処理が予め設定された算出周期で繰り返し実行される。
【００６８】
まず、条件判定部３１により、上述したラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立するか否かが判定される（ステップＳ１１）。
【００６９】
このとき、ラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立すると判定されれば、エンジン１は、アイドル安定状態で負荷変動なく運転されていることになる。
【００７０】
このラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立すると（ステップＳ１１でＹＥＳの場合）、前提条件成立時間カウンタ３５がインクリメントされた後（ステップＳ１２）、仕事量相当値算出部３２でエンジン１の複数の気筒２内での燃焼によるクランク軸５の回転速度Ｎｅの変動成分が、気筒２毎に抽出されるとともに各気筒２の燃焼周期毎の一定回転区間（１８０°ＣＡ）で積分されて仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ＃１〜Ｓｎｅｆｌｔ＃４が算出され、それら今回の算出値が仕事量相当値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（ｉ）］として平均値算出部３４に取り込まれ、前回の平均化処理後の算出値として平均値算出部３４に記憶されている値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ−１）］との平均値が算出され、その算出結果が、今回の平均化処理後の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］として記憶される（ステップＳ１３）。
【００７１】
また、これと併せて、トルク相当値算出部３３により、各気筒２の燃焼周期毎であって仕事量相当値算出部３２とは異なるクランク回転位相で回転速度Ｎｅが取り込まれ、各気筒２の膨張行程の開始時期における相対的に低速な低速回転領域Ｒａと、各気筒２の膨張行程でクランク軸５の回転速度が最大速度域に達する高速回転領域Ｒｂとにおける回転速度Ｎｅの２乗の差（Ｎｅａ２−Ｎｅｂ２）から各気筒２の発生トルク相当のトルク相当値ΔＮｅ２［＃１］〜ΔＮｅ２［＃４］が算出され、それら今回の算出値が平均値算出部３４に今回のトルク相当値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（ｉ）］として取り込まれ、前回の平均化処理後の算出値としてメモリに記憶されている値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ−１）］との平均値を算出した結果が、今回の平均化処理後のトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］としてメモリに格納される（ステップＳ１３）。
【００７２】
次いで、前提条件成立時間カウンタ３５のカウント値が２００回に達したか否かが判定され（ステップＳ１４）、達していなければ（ステップＳ１４でＮＯの場合）、今回の処理が終了する。
【００７３】
この場合、ラフアイドル異常検出処理の前提条件が次に成立すると、再度上述の一連の算出および平均化処理が繰り返されることになる。
【００７４】
すなわち、前提条件成立時間カウンタ３５のカウント値が２００回に達するまで、仕事量相当値算出部３２では、仕事量相当値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（ｉ）］が繰り返し算出されるとともに、その仕事量相当値の算出値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（１）］〜ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（２００）］までの順次の平均値算出によりなまし処理した仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］が算出され、一方、トルク相当値算出部３３では、各気筒２についてのトルク相当値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（ｉ）］が繰り返し算出されるとともに、各気筒２についてのトルク相当値の算出値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（１）］〜ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（２００）］までの順次の平均値算出によりなまし処理したトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］が算出されることになる。
【００７５】
一方、前提条件成立時間カウンタ３５のカウント値が２００回に達すると（ステップＳ１４でＹＥＳの場合）、平均値算出部３４からの出力に基づき、異常気筒検出部３６により、気筒２毎の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］が、それぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２と比較される（ステップＳ１５）。
【００７６】
このとき、仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］がそれぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２以上の値となれば（ステップＳ１５でＮＯの場合）、アイドル運転状態が正常であることを示すアイドル正常フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｐｒｏｕｇｈが設定される（ステップＳ１６）。
【００７７】
逆に、仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］がそれぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２未満の値となれば（ステップＳ１５でＹＥＳの場合）、ラフアイドル異常気筒が検出されたことを示すラフアイドル異常検出フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｒｏｕｇｈおよびラフアイドル異常気筒の気筒番号を示すラフアイドル異常気筒フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｃｌがそれぞれ設定される（ステップＳ１７）。
【００７８】
次いで、前提条件成立時間カウンタ３５のカウント値がクリアされ（ステップＳ１８）、今回の処理が終了する。
【００７９】
そして、次回の検出処理に際して、条件判定部３１によりラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立すると判定されれば（ステップＳ１１でＹＥＳの場合）、上述の一連の処理（ステップＳ１２〜Ｓ１８）が再度実行され、条件判定部３１によりラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立すると判定されなければ（ステップＳ１１でＮＯの場合）、そのまま前提条件成立時間カウンタ３５のカウント値がクリアされて（ステップＳ１８）、次回の処理が終了する。
【００８０】
このように、本実施形態においては、エンジン１のクランク軸５の実回転数を計測して異なる算出方法で求めた仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を基に、各気筒２の燃焼周期相当の一定角度周期（１８０°ＣＡ）毎の仕事量の変化および各気筒２の燃焼毎の発生トルクの変化を検出するようにしているので、インジェクタ１８からの実燃料噴射量が不足・変動し、ＥＣＵ３０で設定される目標回転数に対して実回転数が変動し不快な振動を伴うラフアイドル状態となっているか否かを的確に判定することができる高診断精度のラフアイドル検出装置となる。しかも、仕事量相当値やトルク相当値がそのエンジン１の他の制御のために算出される場合には、ＥＣＵ３０における計算負荷を増大させることなく高精度のラフアイドル検出を行なうことができる。
【００８１】
また、本実施形態においては、ラフアイドル検出条件が一定時間（例えば前提条件成立時間カウンタ値が２００回に達する時間）以上成立する場合に、その間で平均化処理した仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を基にラフアイドル検出を行なうので、エンジン１のラフアイドル状態における各気筒２の燃焼毎の実回転変動とラフアイドル振動を生じる要因となる気筒２とを精度よく検出することができる。
【００８２】
さらに、ラフアイドル異常気筒が検出されたことを示すラフアイドル異常検出フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｒｏｕｇｈの設定に加えて、仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］がそれぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２を下回る気筒２について、ラフアイドル状態を引き起こす可能性の高い気筒としてラフアイドル異常気筒フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｃｌが設定され、外部の診断装置１００による診断時に読み取り可能な形態で記憶・保持されるので、ラフアイドル振動に対するディーラー等での検査やメンテナンスの際に、ラフアイドル異常検出フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｒｏｕｇｈおよびラフアイドル異常気筒フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｃｌを参照することで、ラフアイドル状態の発生およびその要因を迅速かつ確実に把握することができ、サービス性を向上させることができる。
【００８３】
加えて、本実施形態では、ラフアイドル異常検出処理を実行するための前提条件が成立したときにのみ、上述した検出処理が実行されるので、ラフアイドル状態の検出処理を担うＥＣＵ３０内のＣＰＵの処理能力を通常運転時には必要な他の算出処理に割り当てることができ、計算用資源を有効活用できる。
【００８４】
また、ラフアイドル異常検出を行なうための前提条件が、エンジン１の気筒２毎に設けられたインジェクタ１８の噴射特性を学習する学習処理（例えば、アイドル回転数制御下における各インジェクタ１８の燃料噴射量のばらつきの学習処理）の実行条件が満足されていること、アクセル開度が最小値（０％）であること、エンジン１を動力源とする車両の車速がゼロ［ｋｍ／ｈ］であること、エンジン１の冷間始動時のアイドル回転数が暖機完了時のアイドル回転数より高回転数に設定されるアイドルアップ制御が実行されていないことといった条件を含むので、外乱要因を抑えたほぼ一定条件下で、アイドル回転数の変動を精度良く検出できる。
【００８５】
併せて、前提条件は、エンジン１の補機負荷（エアコン等）が切り替えられていないことおよび変速機がニュートラル状態であることのうち少なくとも一方の条件を含み、コモンレール式の多気筒のディーゼル機関であるエンジン１のインジェクタ１８により実行される燃料噴射条件（燃焼モード）の切り替えが禁止されていることを前提条件に更に含むので、外乱要因を更に抑えたほぼ一定条件下で、アイドル回転数の変動を精度良く算出できる。
【００８６】
また、エンジン１の気筒数に対応する一定の周期であって互いに異なる回転位相でクランク軸５の実回転数を計測して、それぞれの算出に最適なタイミングで精度良く算出した仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を基にラフアイドル検出およびラフアイドル異常気筒検出を行なうので、ＥＣＵ３０のＣＰＵ（計算用の資源）の処理負荷の集中を回避できる。
【００８７】
さらに、異常気筒検出部３６が、第１の判定モードと第２の判定モードとに切り替え可能であるので、エンジン１のＥＣＵ３０が仕事量相当値およびトルク相当値を共に算出する制御仕様であっても、仕事量相当値およびトルク相当値のうちいずれか片方のみを算出する制御仕様であっても、それぞれに対応可能となり、各種仕様のエンジンに対応可能なラフアイドル検出装置にできる。
【００８８】
なお、上述の実施形態においては、気筒２毎の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］の双方がそれぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２を共に下回る気筒２について、その気筒２内での燃焼がラフアイドル状態の要因になることを示す異常検出フラグを設定するものとしたが、気筒２毎の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］のうち少なくとも１つがそれに対応する判定閾値ｈ１またはｈ２を下回る気筒２について、その気筒２内での燃焼がラフアイドル状態の要因になることを示すフラグを設定することもできるし、双方が共に判定閾値ｈ１、ｈ２を下回るかいずれか一方のみが判定閾値ｈ１、ｈ２のいずれかを下回るかによって、異常気筒であるか異常気筒候補であるかといった程度に診断レベルの異なる複数種のラフアイドル異常検出フラグを設定することもできる。
【００８９】
また、上述の実施形態においては、仕事量相当値とトルク相当値の算出のための回転計測期間を燃焼周期毎であって位相の異なる期間としたが、仕事量相当値の算出のための回転計測期間内に低速回転角度領域Ｒａおよび高速度回転領域Ｒｂを設定することで、トルク相当値の算出のための回転計測期間を仕事量相当値の算出のための回転計測期間と同一の位相とすることもできる。
【００９０】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関のラフアイドル検出装置は、ラフアイドル状態における実回転変動を仕事量相当値およびトルク相当値の双方を基に的確に把握することができ、ラフアイドル状態か否かを的確に判定することができる高診断精度の内燃機関のラフアイドル検出装置を提供することができるという効果を奏するものであり、燃料噴射量の不足等により内燃機関のアイドル運転時のエンジン回転数が目標回転数に対し不安定に変動するラフアイドル状態を検出する内燃機関のラフアイドル検出装置全般に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関のラフアイドル検出装置を備えた燃料噴射システムの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関のラフアイドル検出装置で実行される２種類の回転速度検出期間の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関のラフアイドル検出装置において実行される検出処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００９２】
１ エンジン（内燃機関）
２ 気筒
３ 燃焼室
５ クランク軸
１１ 燃料タンク
１２ フィードポンプ
１３ 調量弁
１５ 加圧ポンプ
１５ａ カムシャフト
１７ コモンレール
１８ インジェクタ
１８ａ 電磁弁部
１８ｂ 燃料噴射部
１９ 高圧配管
２０ ＥＤＵ
２１ アクセル開度センサ
２２ 燃料圧力センサ
２３ クランク角センサ（回転数検出手段）
２４ 車速センサ
２５ 水温センサ
２６ ニュートラルスイッチ
２７ エアコンスイッチ
３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット、回転数検出手段）
３１ 条件判定部（前提条件判定手段）
３２ 仕事量相当値算出部（仕事量相当値算出手段）
３３ トルク相当値算出部（トルク相当値算出手段）
３４ 平均値算出部（仕事量相当値算出手段、トルク相当値算出手段）
３５ 前提条件成立時間カウンタ
３６ 異常気筒検出部（異常気筒判定手段）
１００ 診断装置
ｈ１、ｈ２ 判定閾値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のラフアイドル検出装置、特に燃料噴射量の不足等により内燃機関のアイドル運転時のエンジン回転数が目標回転数に対し不安定に変動するラフアイドル状態を検出する内燃機関のラフアイドル検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、例えば車両用のエンジンにおいては、アイドル運転時のエンジン回転数（以下、アイドル回転数という）がＥＣＵ（Electronic Control Unit；電子制御ユニット）で実行されるアイドル回転数制御の目標回転数になるようインジェクタから気筒内への燃料噴射量が制御されるものの、ＥＣＵからインジェクタへの指令噴射量に対して実燃料噴射量が不足したりばらついたりすることで、エンジン回転数が目標回転数に対して不安定に変動し、アイドル運転中（例えば冷間始動時）に不快な振動を生じるラフアイドル状態に陥ることがある。そこで、ラフアイドル状態を検出し、ラフアイドル状態を解消する制御を実行できるようにしたものが提案されている。
【０００３】
従来のこの種の内燃機関のラフアイドル検出装置としては、エンジンのアイドル運転時に冷却水温を基に高温再始動されたか否かを判定し、燃料ベーパの発生により実噴射量が不足したり変動したりし易い高温再始動時において、エンジンのオンボード診断システムに備えられる失火カウンタのカウント値がある値を超えるとラフアイドル状態が発生したと判定するようにしたものがあり、この装置では、ラフアイドル状態が発生したと判定したときにアイドル回転数制御の目標回転数を高く設定してラフアイドル状態を解消するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ディーゼルエンジンのアイドル回転数制御時に燃料噴射を複数回のパイロット噴射程度に均等に分割して噴射特性を学習する一方で、一定噴射量以上となる運転状態ではエンジン回転信号パルスを各気筒の燃焼周期に応じて帯域フィルタ相当のフィルタ処理部に取り込み、そのフィルタ処理部において各時点の回転変動成分のみを抽出した瞬時トルク相当値を算出し、その瞬時トルク相当値を積分処理部に取り込んで各気筒の燃焼周期毎の区間で積分することにより各気筒のトルク積算値である気筒別仕事量を気筒毎に算出して、気筒間の噴射特性の相対的なばらつきを学習するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００７−１９２０８１号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の内燃機関のラフアイドル検出装置にあっては、失火カウンタのカウント値を利用することで、目標回転数と実回転数の乖離のみからラフアイドル状態か否かを判定するものよりは診断精度が高いものの、不快な振動を伴うラフアイドル状態における気筒毎の燃焼による実回転変動自体を検出するものではなかったため、その診断精度が十分でなかった。そのため、不快な振動を伴うラフアイドル状態に陥っていないにもかかわらず、必要の無い燃料噴射量の増量をラフアイドル解消制御として実行してしまう可能性があり、アイドル安定性および燃費の面で問題があった。
【０００６】
また、瞬時トルク相当値を各気筒の燃焼周期毎の一定区間で積分するものにあっては、気筒間の噴射特性のばらつきが把握できるものの、膨張行程が前後する気筒についての積分値に同一燃焼での発生トルクの影響が出易いため、不快な振動を伴うラフアイドル状態での各気筒の燃焼による実回転変動を精度良く検出できない場合があり、ラフアイドル状態か否かを的確に判定できる高診断精度を得るためには改善が必要であった。
【０００７】
そこで、本発明は、ラフアイドル状態か否かを的確に判定することができる高診断精度の内燃機関のラフアイドル検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る内燃機関のラフアイドル検出装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関のクランク軸の回転速度が目標回転速度に制御されるアイドル運転状態下で前記クランク軸の回転速度が前記目標回転速度に対し変動するラフアイドル状態を検出する内燃機関のラフアイドル検出装置であって、前記内燃機関のクランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段の検出情報に基づいて前記内燃機関の気筒内での燃焼による前記クランク軸の回転速度の変動成分を抽出するとともに、該抽出した変動成分を積分した仕事量相当値を算出する仕事量相当値算出手段と、前記気筒の膨張行程の開始時期における相対的に低速な低速回転領域と、前記気筒の膨張行程で前記クランク軸の回転速度が最大速度域に達する高速回転領域とにおける前記クランク軸の回転速度の２乗の差から前記気筒での発生トルク相当のトルク相当値を算出するトルク相当値算出手段と、前記仕事量相当値および前記トルク相当値をそれぞれに対応する判定閾値と比較して、前記仕事量相当値および前記トルク相当値が前記それぞれに対応する判定閾値を下回るとき前記気筒内での燃焼が前記ラフアイドル状態の要因になると判定する異常気筒判定手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この構成により、仕事量相当値およびトルク相当値を基に、内燃機関のラフアイドル状態における各気筒の燃焼による実回転変動を燃焼周期相当の一定周期毎の仕事量の変化および各気筒の燃焼毎の発生トルクの変化として的確に把握することができ、ラフアイドル状態か否かとその要因となる気筒とを的確に判定することができる高診断精度のラフアイドル検出装置となる。しかも、仕事量相当値やトルク相当値がその内燃機関の他の制御のために算出される場合には、計算負荷を増大させることなく高精度のラフアイドル検出が可能になる。
【００１０】
上記（１）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（２）前記仕事量相当値算出手段が、前記内燃機関の複数の気筒内での燃焼による前記クランク軸の回転速度の変動成分を気筒毎に抽出し各気筒の燃焼周期毎の一定回転区間で積分して気筒毎の仕事量相当値を予め設定された繰り返し回数だけ繰り返し算出するとともに、該仕事量相当値の算出値を平均化処理した仕事量相当値を算出し、前記トルク相当値算出手段が、各気筒の燃焼周期毎に、各気筒の膨張行程の開始時期における相対的に低速な低速回転領域と、前記各気筒の膨張行程で前記クランク軸の回転速度が最大速度域に達する高速回転領域とにおける前記クランク軸の回転速度の２乗の差から各気筒での発生トルク相当のトルク相当値を前記繰り返し回数だけ繰り返し算出するとともに、該各気筒についてのトルク相当値の算出値を平均化処理したトルク相当値を算出するのが好ましい。
【００１１】
この構成により、平均化処理された仕事量相当値およびトルク相当値を基に、内燃機関のアイドル状態における実回転変動をより的確に把握することができ、ラフアイドル状態か否かを高精度に判定することができる高診断精度のラフアイドル検出装置となる。ここにいう平均化処理は、例えば今回算出された算出値と前回の平均化処理で得られた算出値（以下、前回値という）との平均値を算出する、所謂なまし処理であるのがよい。
【００１２】
上記（１）、（２）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（３）前記異常気筒判定手段が、前記平均化処理された仕事量相当値および前記平均化処理されたトルク相当値が前記それぞれに対応する判定閾値を下回る気筒について、該気筒内での燃焼が前記ラフアイドル状態の要因になることを示す異常検出フラグを設定するのがよい。
【００１３】
この構成により、ラフアイドル状態を引き起こす可能性の高い気筒について異常検出フラグが設定されるので、この異常検出フラグを参照することで、ラフアイドル振動に対する検査時等にその要因を迅速に把握することができ、サービス性が向上する。なお、ここにいう異常検出フラグは、そのフラグ設定状態を診断情報としてディーラー等でのメンテナンス時に容易に参照可能にしておくのが望ましく、不揮発性のメモリやバックアップ用メモリに履歴情報として記憶されるようにしてもよい。
【００１４】
上記（１）〜（３）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（４）前記内燃機関のラフアイドル状態の検出処理を実行するための条件として予め設定された前提条件が成立するか否かを判定する前提条件判定手段を備え、前記前提条件が成立するとき、前記仕事量相当値算出手段および前記異常気筒判定手段が、それぞれの処理を実行するのが好ましい。
【００１５】
この構成により、ラフアイドル状態の検出処理を実行するための前提条件が成立したときにのみ、その検出処理が実行されることから、ラフアイドル状態の検出処理を担う計算用資源を通常運転時に必要になる他の算出処理に割り当てることができ、計算用資源を有効活用できる。
【００１６】
上記（４）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（５）前記前提条件は、前記内燃機関の気筒毎に設けられた燃料噴射弁の噴射特性を学習する学習処理の実行条件が満足されていること、アクセル開度が最小値であること、前記内燃機関を動力源とする車両の車速がゼロであること、前記内燃機関の冷間始動時のアイドル回転数が暖機完了時のアイドル回転数より高回転数に設定されるアイドルアップ制御が実行されていないこと、の各条件を含むものであるのが好ましい。
【００１７】
この構成により、外乱要因を抑えたほぼ一定条件下で、アイドル回転数の変動を精度良く算出できる。
【００１８】
上記（５）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（６）前記前提条件は、前記内燃機関の補機負荷が切り替えられていないこと、および、前記車両に搭載され前記内燃機関に駆動連結される変速機がニュートラル状態であること、のうち少なくとも一方の各条件を含むものであってもよい。
【００１９】
この構成により、外乱要因を更に抑えたほぼ一定条件下で、アイドル回転数の変動を精度良く算出できる。
【００２０】
上記（４）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（７）前記内燃機関がコモンレール式の多気筒のディーゼル機関であり、前記前提条件は、前記ディーゼル機関の前記燃料噴射弁により実行される燃料噴射条件の切り替えが禁止されていること、を含むものであっても好ましい。
【００２１】
この構成により、外乱要因をより確実に抑えた一定条件下で、アイドル回転数の変動を精度良く算出できる。
【００２２】
上記（７）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（８）前記仕事量相当値算出手段と前記トルク相当値算出手段とが、前記回転速度検出手段の検出情報を前記内燃機関の気筒数に対応する一定の周期であって互いに異なる回転位相で取り込むのが好ましい。
【００２３】
この構成により、仕事量相当値とトルク相当値をそれぞれの算出に最適なタイミングで精度良く算出でき、しかも、両算出手段に用いられる計算用の資源の処理負荷の集中を回避できる。
【００２４】
上記（７）、（８）に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置においては、（９）前記異常気筒判定手段が、前記仕事量相当値および前記トルク相当値をそれぞれに対応する判定閾値と比較して前記ラフアイドル状態か否かの判定を実行する第１の判定モードと、前記仕事量相当値および前記トルク相当値のうちいずれか片方の値のみをそれに対応する判定閾値と比較して前記ラフアイドル状態か否かの判定を実行する第２の判定モードとに切り替え可能であるのが好ましい。
【００２５】
この構成により、仕事量相当値およびトルク相当値を共に算出する場合と、仕事量相当値およびトルク相当値のうちいずれか片方のみを算出する場合とのそれぞれに対応可能な装置となり、各種仕様の内燃機関のラフアイドル検出装置に採用可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、内燃機関のラフアイドル状態における実回転変動を仕事量相当値およびトルク相当値の双方を基に燃焼周期相当の一定周期毎の仕事量の変化および各気筒の燃焼毎の発生トルクの変化として的確に把握することができ、ラフアイドル状態か否かを的確に判定することができる高診断精度の内燃機関のラフアイドル検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関のラフアイドル検出装置を備えた燃料噴射システムの概略構成図であり、図２は、一実施形態に係る内燃機関のラフアイドル検出装置で実行される２種類の回転速度検出期間の説明図である。
【００２９】
まず、構成について説明する。
【００３０】
本実施形態の内燃機関のラフアイドル検出装置は、図１に示すように、多気筒の内燃機関、例えば４気筒のディーゼル機関であるエンジン１の複数の気筒２（図１中には１つのみ図示する）に燃料を噴射する燃料噴射システムに装備されている。
【００３１】
この燃料噴射システムには、エンジン１で使用される燃料、例えば軽油を貯留する燃料タンク１１と、エンジン１からの動力により燃料タンク１１中の燃料を汲み上げて吐出するフィードポンプ１２と、エンジン１からの動力によりフィードポンプ１２から吐出された燃料をさらに高圧に加圧することができる加圧ポンプ１５と、調量指令信号入力に応じて開度を変化させる公知の可変絞り要素として構成されるとともにフィードポンプ１２と加圧ポンプ１５の間に介装され、加圧ポンプ１５への燃料の吸入量をその調量指令信号入力に応じて変化させる調量弁１３と、加圧ポンプ１５により加圧され吐出された燃料を高圧で蓄圧・貯留可能なコモンレール１７と、エンジン１の複数の気筒２に対応して設けられた複数、例えば４つの電磁駆動式あるいは圧電駆動式のインジェクタ１８と、を備えている。
【００３２】
フィードポンプ１２は、例えば歯車ポンプで構成される公知の低圧燃料ポンプである。
【００３３】
また、調量弁１３は、例えばフィードポンプ１２からの燃料供給圧がその調量弁体の開弁方向に作用するように構成されており、内部コイルへの非通電時には最大開度に開放され、一方、内部コイルへの通電時にはその通電量である調量指令信号入力に応じて開度を減じることができる可変絞り要素である。
【００３４】
なお、フィードポンプ１２と調量弁１３の間にはフィードポンプ１２からの余剰の吐出燃料を燃料タンク１１側に戻すことができる図示しないリリーフ弁が設けられている。
【００３５】
加圧ポンプ１５は、詳細な構造を図示しないが、そのポンプハウジング内に、往復移動可能なプランジャと、このプランジャを駆動する入力軸としてのカムシャフト１５ａと、カムシャフト１５ａの内端側の偏心カム部分に回転自在に外装されたカムリングとを有する公知のものであり、そのポンプハウジングとプランジャの間に、プランジャの往復移動によって燃料の吸入と加圧および吐出作業とを行なう少なくとも１つの加圧室を画成したものである。この加圧ポンプ１５は、図示しない吸入ポート側および吐出ポート側のチェック弁を内蔵しており、加圧ポンプ１５からフィードポンプ１２側への燃料の逆流が吸入ポート側の逆止弁により阻止されるとともに、コモンレール１７から加圧ポンプ１５側への燃料の逆流が吐出側のチェック弁により阻止されるようになっている。なお、加圧ポンプ１５は、フィードポンプ１２と一体となって燃料供給ポンプを構成するものであってもよい。
【００３６】
コモンレール１７は、加圧ポンプ１５により加圧され吐出された燃料を負荷やエンジン回転数に依存せずに高圧で蓄圧・貯留し、各インジェクタ１８に安定した圧力で燃料を供給することができる蓄圧手段であり、このコモンレール１７には、例えばその内部の燃料の圧力である実コモンレール圧を予め設定された上限値までに制限する図示しないリリーフ弁が装着されている。
【００３７】
複数のインジェクタ１８は、これらの駆動ユニットであるＥＤＵ（Electronic Distribution Unit）２０に配線接続された電磁弁部１８ａと、各気筒２内の燃焼室３内に露出する噴孔（符号なし）を先端に有するとともに高圧配管１９によりコモンレール１７に接続され、電磁弁部１８ａへの通電時にその噴孔から気筒２内に燃料を開弁駆動される燃料噴射部１８ｂと、を有している。
【００３８】
ＥＤＵ２０は、複数のインジェクタ１８の電磁弁部１８ａに対して例えば容量放電式の噴射駆動用電子配電を行う公知のものであり、このＥＤＵ２０は、エンジン１を電子制御する電子制御ユニット、すなわちＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０からの噴射指令信号に従って、複数のインジェクタ１８をそれぞれ対応する気筒２の噴射時期に独立して開弁駆動するようになっている。
【００３９】
ＥＣＵ３０は、具体的なハードウェア構成を図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および不揮発メモリ等のバックアップ用メモリを含み、さらに、Ａ／Ｄ変換器等を含む入力インターフェース回路と、ドライバやリレースイッチを含む出力インターフェース回路と、他の車載ＥＣＵ、例えば自動変速機を制御するトランスミッション制御ＥＣＵ（以下、Ｔ−ＥＣＵという）との通信インターフェースと、を含んで構成されている。
【００４０】
このＥＣＵ３０は、エンジン１の回転速度や負荷に応じた最適な噴射時期および噴射量を算出したり、調量弁１３の開度を調節してコモンレール１７内の燃料の圧力をエンジン１の運転状態に適した目標燃料圧力に追従させたりするための制御プログラム（以下、これらの制御プログラム全体を指して燃料噴射制御プログラムという）をＲＯＭに記憶させて内蔵しており、エンジン１の複数の気筒２のうち圧縮行程がほぼ完了した噴射時期の気筒２中に、メイン噴射に先立つ少なくとも１回のパイロット噴射およびメイン噴射を含む第１の噴射モードと、パイロット噴射が無くメイン噴射のみの第２の噴射モードと、メイン噴射の後にポスト噴射を実行する第３の噴射モードとのうち、任意の１つの噴射モードで燃料を噴射させるように噴射指令信号を生成するようになっている。
【００４１】
また、ＥＣＵ３０には、エンジン１を搭載した車両（図示していない）上でアクセル開度を検出するアクセル開度センサ２１と、コモンレール１７に装着された燃料圧力センサ２２と、エンジン１のクランク軸５の回転速度を例えばカムシャフト１５ａに装着された磁性歯車式のパルサ２３ｂを用いて検出するクランク角センサ２３（回転速度検出手段）と、が接続されている。そして、ＥＣＵ３０は、燃料圧力センサ２２の検知信号Ｐｃを取り込んで、コモンレール１７内の燃料の圧力、すなわち実コモンレール圧を検出するとともに、エンジン１の運転状態、例えばアクセル開度センサ２１およびクランク角センサ２３の検知信号に応じて設定される目標コモンレール圧と実コモンレール圧とを比較して、コモンレール１７内の実コモンレール圧が目標コモンレール圧と一致するように調量弁１３の開度を調節するようになっている。
【００４２】
ＥＣＵ３０には、さらに、車速を検出する車速センサ２４や冷却水温度を検出する水温センサ２５等のセンサ群と、図示しない変速機のニュートラルポジションインジケータを点灯させるニュートラルスイッチ２６や車載空調装置の電源を投入するエアコンスイッチ２７等のスイッチ類が接続されている。
【００４３】
このＥＣＵ３０は、ＲＯＭ内に予め格納された制御プログラムに従い、前記センサ群の検出情報や前記スイッチ類の予めバックアップ用メモリに格納されている設定値情報に基づいて、例えばクランク角センサ２３からのパルス信号をエンジン１の回転速度信号および圧縮行程から膨張行程に移行する気筒を判別可能な気筒判別信号（例えばパルサ２３ｂの欠歯位置に対応する欠歯信号あるいはクランク軸５に装着された気筒判別用突起の検出信号でもよい）として取り込むとともにアクセル開度信号を取り込んで、エンジン１の運転時におけるコモンレール１７の目標レール圧を設定するとともに、エンジン１の運転状態に応じた噴射時期および燃料噴射量を算出し、さらに、調量弁１３への開度調整信号Ｉｖ（図１参照）やインジェクタ１８の電磁弁部１８ａへの噴射指令信号Ｉｑを適時に出力するようになっている。
【００４４】
また、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ２３と協働しエンジン１のクランク軸５の回転速度を予め設定された検出単位角度、例えば１０度毎に検出する回転速度検出手段としての機能を発揮するのに加えて、後述する条件判定部３１、仕事量相当値算出部３２、トルク相当値算出部３３、平均値算出部３４、前提条件成立時間カウンタ３５および異常気筒検出部３６の各機能を発揮するためのプログラムおよびマップ、設定値情報等を有している。
【００４５】
具体的には、条件判定部３１は、気筒２毎の燃料噴射量の算出に際して予め設定されたラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立するか否かを判定する前提条件判定手段となっている。ここにいうラフアイドル異常検出処理の前提条件とは、エンジン１の始動から一定時間が経過したアイドル安定状態、例えばアクセル開度が０［％］で、エンジン１の後段に位置する自動変速機がニュートラル状態であることを示すニュートラルスイッチ２６がＯＮであり、かつ、噴射量学習処理が可能な冷却水温レベルに達し、いわゆるアイドルアップ運転中でなく、補機負荷の切り替えであるエアコンスイッチ２７の切り替えがなく、車速が０［ｋｍ／ｈ］で、これらの条件の検出に関わるセンサ群に異常がない状態であることである。本実施形態では、さらに、エンジン１のパイロット噴射回数の切り替え（例えばパイロット噴射２回、１回、パイロット噴射無し、ポスト噴射有りといった複数の噴射パターンのうち任意の噴射パターンへの切り替え）等のような燃焼変動を惹起する処理がなされていない安定したアイドル運転状態であることといった条件である。
【００４６】
仕事量相当値算出部３２は、例えば上述の特許文献２に記載のように、一定噴射量以上となる運転状態ではクランク角センサ２３からの回転速度信号（以下、回転速度Ｎｅという）を各気筒２の燃焼周期に応じて帯域フィルタ相当の内蔵のフィルタ処理部に取り込むとともに、そのフィルタ処理部において各時点の回転変動成分のみを抽出した瞬時トルク相当値を算出し、その瞬時トルク相当値を積分処理部に取り込んで各気筒の燃焼周期毎の区間で積分することにより各気筒のトルク積算値である仕事量相当値を気筒２毎に算出する仕事量相当値算出手段となっており、積分処理部における積分区間は、各気筒２の燃焼周期に応じて、例えばＢＴＤＣ９０°からＡＴＤＣ９０°までの１８０°ＣＡの範囲に設定されている。なお、ＢＴＤＣは上死点前、ＡＴＤＣは上死点後であり、ＣＡはクランク回転角度［度］である。
【００４７】
具体的には、仕事量相当値算出部３２においては、回転速度Ｎｅが、クランク角センサ２３の出力パルスの周期、例えば１０°ＣＡ毎にサンプリングされ、次式（２）を離散化した伝達関数を有する内蔵のフィルタ処理部において、次式（１）で表わされるフィルタ処理を実行することで、クランク回転速度の回転変動周波数領域から外れる高周波成分と低周波成分を除去した各時点の回転変動成分である瞬時トルク相当値Ｎｅｆｌｔを算出することができるようになっている。
【００４８】
【数１】
【００４９】
なお、（１）式中で、Ｎｅ（ｉ）は、回転速度Ｎｅの今回のサンプリング値、Ｎｅ（ｉ−２）は、回転速度Ｎｅの前々回（２回前）のサンプリング値、Ｎｅｆｌｔ（ｉ−１）は瞬時トルク相当値Ｎｅｆｌｔの前回の算出値、Ｎｅｆｌｔ（ｉ−２）は瞬時トルク相当値Ｎｅｆｌｔの前々回の算出値であり、これらの値は、仕事量相当値算出部３２の一部となるＥＣＵ３０のＲＡＭ内の特定の作業メモリ領域に記憶されるようになっている。ｋ１〜ｋ４は、それぞれ定数であり、ＥＣＵ３０のＲＯＭまたは不揮発メモリに格納されている。また、（２）式中で、ζは、減衰係数、ωは、エンジン１の燃焼周波数に対応する応答周波数、ｓは、ラプラス演算子であり、（１）式中の定数ｋ１〜ｋ４はω＝燃焼周波数に基づいてそれぞれ一定の値に設定されている。また、燃焼周波数は、４サイクルのエンジン１の燃焼周期（燃焼角度周期７２０°ＣＡ／気筒数ｎに対応する時間）の逆数から設定される。以下の説明では、エンジン１が４気筒で、燃焼角度周期が１８０°ＣＡであるものとして説明する。
【００５０】
仕事量相当値算出部３２の積分処理部では、１０°ＣＡ毎あるいはその２倍または３倍の周期で瞬時トルク値Ｎｅｆｌｔを取り込み、各気筒２の燃焼周期相当の一定周期毎の１８０°ＣＡ区間で積分することにより、気筒２毎の瞬時トルク値の積算値である略気筒別の仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ＃１〜Ｓｎｅｆｌｔ＃４を算出するようになっている。なお、＃１〜＃４は気筒番号であり、エンジン１の燃焼は＃１、＃３、＃４、＃２順序で繰り返される。
【００５１】
トルク相当値算出部３３は、ラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立するとき、各気筒２で圧縮行程がほぼ完了し膨張行程の開始時期に達するときのクランク軸５の低速回転角度領域Ｒａと、各気筒２の膨張（爆発）行程でのクランク軸５の高速度回転領域Ｒｂとにおけるクランク軸５の回転速度の２乗の差から、各気筒２における発生トルク相当のトルク相当値を算出するトルク相当値算出手段となっている。
【００５２】
ここにいう低速回転角度領域Ｒａは、前提条件が成立するアイドル運転状態下において気筒２内の空気の圧縮作業によりクランク軸５の回転速度が最低速度域に達する回転角度領域に対応し、クランク軸５の回転の検出単位である検出単位角度の複数倍の角度領域、例えば図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ＢＴＤＣ２０°からＡＴＤＣ４０°までの６０度の回転角度領域に設定されている。また、高速回転角度領域Ｒｂは、各気筒２の膨張行程でクランク軸５の回転速度が最大速度域に達する回転角度領域に対応し、クランク軸５の回転の検出単位である検出単位角度の複数倍の角度領域、例えばＡＴＤＣ５０°からＡＴＤＣ１１０°までの６０度の回転角度領域に設定されている。なお、アイドル安定状態であるから、エンジン回転速度Ｎｅ［ｒｐｍ］の平均値は、例えば６００［ｒｐｍ］程度である。
【００５３】
トルク相当値算出部３３で算出されるトルク相当値は、より具体的には、各気筒２の膨張行程開始時期にクランク軸５が低速回転角度領域Ｒａを通過するのに要する相対的に長い回転時間Δｔａ［μｓｅｃ］から次式（３）により求められる低速側のクランク回転速度Ｎｅａ［ｒｐｍ］と、各気筒２の膨張行程でクランク軸５が高速回転角度領域Ｒｂを通過するのに要する相対的に短い回転時間Δｔｂとから次式（４）により求められる高速側のクランク回転速度Ｎｅｂ［ｒｐｍ］とに基づいて、両回転速度Ｎｅａ、Ｎｅｂの２乗の差（Ｎｅａ２−Ｎｅｂ２）として求められる値ΔＮｅ２＝Ｎｅａ２−Ｎｅｂ２である。
【００５４】
【数２】
【００５５】
すなわち、エンジン１の運動系の回転慣性モーメントをＩとするとき、膨張（爆発）行程の気筒２内の燃焼により発生するトルクによって、低速回転角度領域Ｒａにおける運動エネルギ（１／２）Ｉ（２πＮｅａ）２から高速回転角度領域Ｒｂにおける運動エネルギ（１／２）Ｉ（２πＮｅｂ）２へとエンジン１の運動エネルギが高められるとき、その気筒２における発生トルクは、概ね（１／２）Ｉ（２π）２（Ｎｅａ２−Ｎｅｂ２）と考えることができ、（Ｎｅａ２−Ｎｅｂ２）に比例するので、このΔＮｅ２から発生トルクを把握することができる。ここでの２πＮｅａおよび２πＮｅｂは、それぞれ角速度［ｒａｄ／ｓｅｃ］である。
【００５６】
トルク相当値算出部３３で算出された各気筒２での発生トルク相当のトルク相当値ΔＮｅ２と、仕事量相当値算出部３２で算出された燃焼周期相当の一定周期毎の仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ＃１〜Ｓｎｅｆｌｔ＃４は、それぞれ平均値算出部３４に取り込まれる。なお、以下の説明では、任意の気筒番号を＃ｋとする。
【００５７】
平均値算出部３４は、仕事量相当値算出部３２で今回算出された仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ＃１〜Ｓｎｅｆｌｔ＃４を取り込む度に、今回の気筒別の仕事量相当値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（ｉ）］を対応する作業メモリ領域に保持するとともに、前回の平均化処理後の算出値としてメモリに記憶されている値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ−１）］と今回の気筒別の仕事量相当値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（ｉ）］との平均値を算出して、その算出結果を、今回の平均化処理後の仕事量相当値である仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］として作業メモリ領域に記憶するようになっている。ここでの変数ｉは、条件判定部３１での条件成立判定回数に相当し、前提条件成立時間カウンタ３５のカウンタ値に対応する。
【００５８】
また、平均値算出部３４は、トルク相当値算出部３３で算出された各気筒２についてのトルク相当値ΔＮｅ２［＃１］〜ΔＮｅ２［＃４］を取り込む度に、今回のトルク相当値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（ｉ）］を対応する作業メモリ領域に保持するとともに、前回の平均化処理後の算出値としてメモリに記憶されている値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ−１）］と、今回のトルク相当値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（ｉ）］との平均値を算出して、その算出結果を、今回の平均化処理後のトルク相当値であるトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］として作業メモリ領域に記憶するようになっている。
【００５９】
すなわち、平均値算出部３４は、仕事量相当値算出部３２およびトルク相当値算出部３３でそれぞれ今回算出された値に対応する仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を、前回のそれぞれの平均化処理で得られた前回値の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ−１）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ−１）］との平均値を算出することで、所謂なまし処理を実行するようになっている。
【００６０】
前提条件成立時間カウンタ３５は、設定値が例えば２００回で、条件判定部３１での条件成立回数が２００回になるまでは順次インクリメント（＋１）され、設定値に達すると、その時点で最終的に平均値算出部３４に記憶されている仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を検出情報として異常気筒検出部３６に出力し、異常気筒検出部３６での異常気筒検出処理を要求するようになっている。なお、前提条件成立時間カウンタ３５のカウントアップ状態は、例えば異常気筒検出部３６からのクリア要求信号に応じてクリアされる。
【００６１】
すなわち、仕事量相当値算出部３２および平均値算出部３４は、双方で本発明にいう仕事量相当値算出手段を構成し、エンジン１の複数の気筒２内での燃焼によるクランク軸５の回転速度Ｎｅの変動成分を気筒２毎に抽出しながら各気筒２の燃焼周期毎の一定回転区間（１８０°ＣＡ）で積分し、気筒２毎の仕事量相当値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（ｉ）］を予め設定された繰り返し回数、例えば２００回だけ繰り返し算出するとともに、その仕事量相当値の算出値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（１）］〜ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（２００）］を平均化処理した仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］を算出するようになっている。
【００６２】
また、トルク相当値算出部３３および平均値算出部３４は、双方で本発明にいうトルク相当値算出手段を構成し、各気筒２の燃焼周期毎であって仕事量相当値算出手段とは異なるクランク回転位相でクランク角センサ２３からのクランク回転信号に対応する回転速度Ｎｅを取り込み、各気筒２の膨張行程の開始時期における相対的に低速な低速回転領域Ｒａと、各気筒２の膨張行程でクランク軸５の回転速度が最大速度域に達する高速回転領域Ｒｂとにおけるクランク軸５の回転速度Ｎｅの２乗の差（Ｎｅａ２−Ｎｅｂ２）から各気筒２での発生トルク相当のトルク相当値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（ｉ）］を前記繰り返し回数、例えば２００回だけ繰り返し算出するとともに、各気筒２についてのトルク相当値の算出値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（１）］〜ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（２００）］を平均化処理したトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を算出するようになっている。
【００６３】
異常気筒検出部３６は、平均化処理された仕事量相当値およびトルク相当値、すなわち平均値算出部３４から出力された気筒２毎の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を、それぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２と比較して、仕事量相当値およびトルク相当値がそれぞれに対応する判定閾値を下回るときに、その気筒２内での燃焼がラフアイドル状態の要因になると判定する異常気筒判定処理を実行するようになっている。
【００６４】
また、異常気筒検出部３６は、平均値算出部３４から出力された気筒２毎の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］がそれぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２を共に下回る気筒２について、その気筒２内での燃焼がラフアイドル状態の要因になることを示すラフアイドル異常検出フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｒｏｕｇｈおよびその気筒２の気筒番号を示すラフアイドル気筒フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｃｙｌを設定して、ＥＣＵ３０のＲＡＭ内または／およびバックアップ用メモリ内の診断情報格納領域に記憶させるようになっている。なお、このメモリ内の診断情報格納領域は、ＥＣＵ３０の公知の検査用通信ポートに外部の診断装置１００が接続されるとき、外部の診断装置１００によって読み出すことができ、ディーラー等での検査やメンテナンス時に参照されるようになっている。
【００６５】
さらに、異常気筒検出部３６は、平均化処理された仕事量相当値およびトルク相当値、すなわち、仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］をそれぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２と比較してラフアイドル状態か否かの判定を実行する第１の判定モードと、仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］のうちいずれか片方の値のみをそれに対応する判定閾値ｈ１またはｈ２と比較してラフアイドル状態か否かの判定を実行する第２の判定モードとに切り替え可能になっており、いずれの判定モードで動作するかを設定する設定値情報が例えばＥＣＵ３０のＲＯＭ内にあるいはバックアップ用メモリ内に記憶されている。
【００６６】
次に、その作用について説明する。
【００６７】
図３は、本実施形態の内燃機関のラフアイドル検出装置において実行される検出処理のフローチャートであり、エンジン１の運転時に、ＥＣＵ３０では、図３に示すような処理が予め設定された算出周期で繰り返し実行される。
【００６８】
まず、条件判定部３１により、上述したラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立するか否かが判定される（ステップＳ１１）。
【００６９】
このとき、ラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立すると判定されれば、エンジン１は、アイドル安定状態で負荷変動なく運転されていることになる。
【００７０】
このラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立すると（ステップＳ１１でＹＥＳの場合）、前提条件成立時間カウンタ３５がインクリメントされた後（ステップＳ１２）、仕事量相当値算出部３２でエンジン１の複数の気筒２内での燃焼によるクランク軸５の回転速度Ｎｅの変動成分が、気筒２毎に抽出されるとともに各気筒２の燃焼周期毎の一定回転区間（１８０°ＣＡ）で積分されて仕事量相当値Ｓｎｅｆｌｔ＃１〜Ｓｎｅｆｌｔ＃４が算出され、それら今回の算出値が仕事量相当値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（ｉ）］として平均値算出部３４に取り込まれ、前回の平均化処理後の算出値として平均値算出部３４に記憶されている値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ−１）］との平均値が算出され、その算出結果が、今回の平均化処理後の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］として記憶される（ステップＳ１３）。
【００７１】
また、これと併せて、トルク相当値算出部３３により、各気筒２の燃焼周期毎であって仕事量相当値算出部３２とは異なるクランク回転位相で回転速度Ｎｅが取り込まれ、各気筒２の膨張行程の開始時期における相対的に低速な低速回転領域Ｒａと、各気筒２の膨張行程でクランク軸５の回転速度が最大速度域に達する高速回転領域Ｒｂとにおける回転速度Ｎｅの２乗の差（Ｎｅａ２−Ｎｅｂ２）から各気筒２の発生トルク相当のトルク相当値ΔＮｅ２［＃１］〜ΔＮｅ２［＃４］が算出され、それら今回の算出値が平均値算出部３４に今回のトルク相当値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（ｉ）］として取り込まれ、前回の平均化処理後の算出値としてメモリに記憶されている値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ−１）］との平均値を算出した結果が、今回の平均化処理後のトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］としてメモリに格納される（ステップＳ１３）。
【００７２】
次いで、前提条件成立時間カウンタ３５のカウント値が２００回に達したか否かが判定され（ステップＳ１４）、達していなければ（ステップＳ１４でＮＯの場合）、今回の処理が終了する。
【００７３】
この場合、ラフアイドル異常検出処理の前提条件が次に成立すると、再度上述の一連の算出および平均化処理が繰り返されることになる。
【００７４】
すなわち、前提条件成立時間カウンタ３５のカウント値が２００回に達するまで、仕事量相当値算出部３２では、仕事量相当値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（ｉ）］が繰り返し算出されるとともに、その仕事量相当値の算出値ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（１）］〜ｅｆｉｃ＿ｅｆｉｃｏｕｔ［＃ｋ（２００）］までの順次の平均値算出によりなまし処理した仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］が算出され、一方、トルク相当値算出部３３では、各気筒２についてのトルク相当値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（ｉ）］が繰り返し算出されるとともに、各気筒２についてのトルク相当値の算出値ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（１）］〜ｅｄｏｍ２＿ｅｄｏｍ２［＃ｋ（２００）］までの順次の平均値算出によりなまし処理したトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］が算出されることになる。
【００７５】
一方、前提条件成立時間カウンタ３５のカウント値が２００回に達すると（ステップＳ１４でＹＥＳの場合）、平均値算出部３４からの出力に基づき、異常気筒検出部３６により、気筒２毎の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］が、それぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２と比較される（ステップＳ１５）。
【００７６】
このとき、仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］がそれぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２以上の値となれば（ステップＳ１５でＮＯの場合）、アイドル運転状態が正常であることを示すアイドル正常フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｐｒｏｕｇｈが設定される（ステップＳ１６）。
【００７７】
逆に、仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］がそれぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２未満の値となれば（ステップＳ１５でＹＥＳの場合）、ラフアイドル異常気筒が検出されたことを示すラフアイドル異常検出フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｒｏｕｇｈおよびラフアイドル異常気筒の気筒番号を示すラフアイドル異常気筒フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｃｌがそれぞれ設定される（ステップＳ１７）。
【００７８】
次いで、前提条件成立時間カウンタ３５のカウント値がクリアされ（ステップＳ１８）、今回の処理が終了する。
【００７９】
そして、次回の検出処理に際して、条件判定部３１によりラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立すると判定されれば（ステップＳ１１でＹＥＳの場合）、上述の一連の処理（ステップＳ１２〜Ｓ１８）が再度実行され、条件判定部３１によりラフアイドル異常検出処理の前提条件が成立すると判定されなければ（ステップＳ１１でＮＯの場合）、そのまま前提条件成立時間カウンタ３５のカウント値がクリアされて（ステップＳ１８）、次回の処理が終了する。
【００８０】
このように、本実施形態においては、エンジン１のクランク軸５の実回転数を計測して異なる算出方法で求めた仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を基に、各気筒２の燃焼周期相当の一定角度周期（１８０°ＣＡ）毎の仕事量の変化および各気筒２の燃焼毎の発生トルクの変化を検出するようにしているので、インジェクタ１８からの実燃料噴射量が不足・変動し、ＥＣＵ３０で設定される目標回転数に対して実回転数が変動し不快な振動を伴うラフアイドル状態となっているか否かを的確に判定することができる高診断精度のラフアイドル検出装置となる。しかも、仕事量相当値やトルク相当値がそのエンジン１の他の制御のために算出される場合には、ＥＣＵ３０における計算負荷を増大させることなく高精度のラフアイドル検出を行なうことができる。
【００８１】
また、本実施形態においては、ラフアイドル検出条件が一定時間（例えば前提条件成立時間カウンタ値が２００回に達する時間）以上成立する場合に、その間で平均化処理した仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を基にラフアイドル検出を行なうので、エンジン１のラフアイドル状態における各気筒２の燃焼毎の実回転変動とラフアイドル振動を生じる要因となる気筒２とを精度よく検出することができる。
【００８２】
さらに、ラフアイドル異常気筒が検出されたことを示すラフアイドル異常検出フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｒｏｕｇｈの設定に加えて、仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］がそれぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２を下回る気筒２について、ラフアイドル状態を引き起こす可能性の高い気筒としてラフアイドル異常気筒フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｃｌが設定され、外部の診断装置１００による診断時に読み取り可能な形態で記憶・保持されるので、ラフアイドル振動に対するディーラー等での検査やメンテナンスの際に、ラフアイドル異常検出フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｒｏｕｇｈおよびラフアイドル異常気筒フラグｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｘｄｃｌを参照することで、ラフアイドル状態の発生およびその要因を迅速かつ確実に把握することができ、サービス性を向上させることができる。
【００８３】
加えて、本実施形態では、ラフアイドル異常検出処理を実行するための前提条件が成立したときにのみ、上述した検出処理が実行されるので、ラフアイドル状態の検出処理を担うＥＣＵ３０内のＣＰＵの処理能力を通常運転時には必要な他の算出処理に割り当てることができ、計算用資源を有効活用できる。
【００８４】
また、ラフアイドル異常検出を行なうための前提条件が、エンジン１の気筒２毎に設けられたインジェクタ１８の噴射特性を学習する学習処理（例えば、アイドル回転数制御下における各インジェクタ１８の燃料噴射量のばらつきの学習処理）の実行条件が満足されていること、アクセル開度が最小値（０％）であること、エンジン１を動力源とする車両の車速がゼロ［ｋｍ／ｈ］であること、エンジン１の冷間始動時のアイドル回転数が暖機完了時のアイドル回転数より高回転数に設定されるアイドルアップ制御が実行されていないことといった条件を含むので、外乱要因を抑えたほぼ一定条件下で、アイドル回転数の変動を精度良く検出できる。
【００８５】
併せて、前提条件は、エンジン１の補機負荷（エアコン等）が切り替えられていないことおよび変速機がニュートラル状態であることのうち少なくとも一方の条件を含み、コモンレール式の多気筒のディーゼル機関であるエンジン１のインジェクタ１８により実行される燃料噴射条件（燃焼モード）の切り替えが禁止されていることを前提条件に更に含むので、外乱要因を更に抑えたほぼ一定条件下で、アイドル回転数の変動を精度良く算出できる。
【００８６】
また、エンジン１の気筒数に対応する一定の周期であって互いに異なる回転位相でクランク軸５の実回転数を計測して、それぞれの算出に最適なタイミングで精度良く算出した仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］を基にラフアイドル検出およびラフアイドル異常気筒検出を行なうので、ＥＣＵ３０のＣＰＵ（計算用の資源）の処理負荷の集中を回避できる。
【００８７】
さらに、異常気筒検出部３６が、第１の判定モードと第２の判定モードとに切り替え可能であるので、エンジン１のＥＣＵ３０が仕事量相当値およびトルク相当値を共に算出する制御仕様であっても、仕事量相当値およびトルク相当値のうちいずれか片方のみを算出する制御仕様であっても、それぞれに対応可能となり、各種仕様のエンジンに対応可能なラフアイドル検出装置にできる。
【００８８】
なお、上述の実施形態においては、気筒２毎の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］の双方がそれぞれに対応する判定閾値ｈ１、ｈ２を共に下回る気筒２について、その気筒２内での燃焼がラフアイドル状態の要因になることを示す異常検出フラグを設定するものとしたが、気筒２毎の仕事量相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｆｉｃｏｕｔａｖ［＃ｋ（ｉ）］およびトルク相当平均値ｅｉｎｓｔａｂ＿ｅｄｏｍ２ａｖ［＃ｋ（ｉ）］のうち少なくとも１つがそれに対応する判定閾値ｈ１またはｈ２を下回る気筒２について、その気筒２内での燃焼がラフアイドル状態の要因になることを示すフラグを設定することもできるし、双方が共に判定閾値ｈ１、ｈ２を下回るかいずれか一方のみが判定閾値ｈ１、ｈ２のいずれかを下回るかによって、異常気筒であるか異常気筒候補であるかといった程度に診断レベルの異なる複数種のラフアイドル異常検出フラグを設定することもできる。
【００８９】
また、上述の実施形態においては、仕事量相当値とトルク相当値の算出のための回転計測期間を燃焼周期毎であって位相の異なる期間としたが、仕事量相当値の算出のための回転計測期間内に低速回転角度領域Ｒａおよび高速度回転領域Ｒｂを設定することで、トルク相当値の算出のための回転計測期間を仕事量相当値の算出のための回転計測期間と同一の位相とすることもできる。
【００９０】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関のラフアイドル検出装置は、ラフアイドル状態における実回転変動を仕事量相当値およびトルク相当値の双方を基に的確に把握することができ、ラフアイドル状態か否かを的確に判定することができる高診断精度の内燃機関のラフアイドル検出装置を提供することができるという効果を奏するものであり、燃料噴射量の不足等により内燃機関のアイドル運転時のエンジン回転数が目標回転数に対し不安定に変動するラフアイドル状態を検出する内燃機関のラフアイドル検出装置全般に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関のラフアイドル検出装置を備えた燃料噴射システムの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関のラフアイドル検出装置で実行される２種類の回転速度検出期間の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関のラフアイドル検出装置において実行される検出処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００９２】
１ エンジン（内燃機関）
２ 気筒
３ 燃焼室
５ クランク軸
１１ 燃料タンク
１２ フィードポンプ
１３ 調量弁
１５ 加圧ポンプ
１５ａ カムシャフト
１７ コモンレール
１８ インジェクタ
１８ａ 電磁弁部
１８ｂ 燃料噴射部
１９ 高圧配管
２０ ＥＤＵ
２１ アクセル開度センサ
２２ 燃料圧力センサ
２３ クランク角センサ（回転数検出手段）
２４ 車速センサ
２５ 水温センサ
２６ ニュートラルスイッチ
２７ エアコンスイッチ
３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット、回転数検出手段）
３１ 条件判定部（前提条件判定手段）
３２ 仕事量相当値算出部（仕事量相当値算出手段）
３３ トルク相当値算出部（トルク相当値算出手段）
３４ 平均値算出部（仕事量相当値算出手段、トルク相当値算出手段）
３５ 前提条件成立時間カウンタ
３６ 異常気筒検出部（異常気筒判定手段）
１００ 診断装置
ｈ１、ｈ２ 判定閾値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランク軸の回転速度が目標回転速度に制御されるアイドル運転状態下で前記クランク軸の回転速度が前記目標回転速度に対し変動するラフアイドル状態を検出する内燃機関のラフアイドル検出装置であって、
前記内燃機関のクランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段の検出情報に基づいて前記内燃機関の気筒内での燃焼による前記クランク軸の回転速度の変動成分を抽出するとともに、該抽出した変動成分を積分した仕事量相当値を算出する仕事量相当値算出手段と、
前記気筒の膨張行程の開始時期における相対的に低速な低速回転領域と、前記気筒の膨張行程で前記クランク軸の回転速度が最大速度域に達する高速回転領域とにおける前記クランク軸の回転速度の２乗の差から前記気筒での発生トルク相当のトルク相当値を算出するトルク相当値算出手段と、
前記仕事量相当値および前記トルク相当値をそれぞれに対応する判定閾値と比較して、前記仕事量相当値および前記トルク相当値が前記それぞれに対応する判定閾値を下回るとき前記気筒内での燃焼が前記ラフアイドル状態の要因になると判定する異常気筒判定手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項２】
前記仕事量相当値算出手段が、前記内燃機関の複数の気筒内での燃焼による前記クランク軸の回転速度の変動成分を気筒毎に抽出し各気筒の燃焼周期毎の一定回転区間で積分して気筒毎の仕事量相当値を予め設定された繰り返し回数だけ繰り返し算出するとともに、該仕事量相当値の算出値を平均化処理した仕事量相当値を算出し、
前記トルク相当値算出手段が、各気筒の燃焼周期毎に、各気筒の膨張行程の開始時期における相対的に低速な低速回転領域と、前記各気筒の膨張行程で前記クランク軸の回転速度が最大速度域に達する高速回転領域とにおける前記クランク軸の回転速度の２乗の差から各気筒での発生トルク相当のトルク相当値を前記繰り返し回数だけ繰り返し算出するとともに、該各気筒についてのトルク相当値の算出値を平均化処理したトルク相当値を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項３】
前記異常気筒判定手段が、前記平均化処理された仕事量相当値および前記平均化処理されたトルク相当値が前記それぞれに対応する判定閾値を下回る気筒について、該気筒内での燃焼が前記ラフアイドル状態の要因になることを示す異常検出フラグを設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項４】
前記内燃機関のラフアイドル状態の検出処理を実行するための条件として予め設定された前提条件が成立するか否かを判定する前提条件判定手段を備え、
前記前提条件が成立するとき、前記仕事量相当値算出手段および前記異常気筒判定手段が、それぞれの処理を実行することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項５】
前記前提条件は、前記内燃機関の気筒毎に設けられた燃料噴射弁の噴射特性を学習する学習処理の実行条件が満足されていること、アクセル開度が最小値であること、前記内燃機関を動力源とする車両の車速がゼロであること、前記内燃機関の冷間始動時のアイドル回転数が暖機完了時のアイドル回転数より高回転数に設定されるアイドルアップ制御が実行されていないこと、の各条件を含むことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項６】
前記前提条件は、前記内燃機関の補機負荷が切り替えられていないこと、および、前記車両に搭載され前記内燃機関に駆動連結される変速機がニュートラル状態であること、のうち少なくとも一方の各条件を含むことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項７】
前記内燃機関がコモンレール式の多気筒のディーゼル機関であり、
前記前提条件は、前記ディーゼル機関の前記燃料噴射弁により実行される燃料噴射条件の切り替えが禁止されていること、を含むことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項８】
前記仕事量相当値算出手段と前記トルク相当値算出手段とが、前記回転速度検出手段の検出情報を前記内燃機関の気筒数に対応する一定の周期であって互いに異なる回転位相で取り込むことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項９】
前記異常気筒判定手段が、前記仕事量相当値および前記トルク相当値をそれぞれに対応する判定閾値と比較して前記ラフアイドル状態か否かの判定を実行する第１の判定モードと、前記仕事量相当値および前記トルク相当値のうちいずれか片方の値のみをそれに対応する判定閾値と比較して前記ラフアイドル状態か否かの判定を実行する第２の判定モードとに切り替え可能であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項１】
内燃機関のクランク軸の回転速度が目標回転速度に制御されるアイドル運転状態下で前記クランク軸の回転速度が前記目標回転速度に対し変動するラフアイドル状態を検出する内燃機関のラフアイドル検出装置であって、
前記内燃機関のクランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段の検出情報に基づいて前記内燃機関の気筒内での燃焼による前記クランク軸の回転速度の変動成分を抽出するとともに、該抽出した変動成分を積分した仕事量相当値を算出する仕事量相当値算出手段と、
前記気筒の膨張行程の開始時期における相対的に低速な低速回転領域と、前記気筒の膨張行程で前記クランク軸の回転速度が最大速度域に達する高速回転領域とにおける前記クランク軸の回転速度の２乗の差から前記気筒での発生トルク相当のトルク相当値を算出するトルク相当値算出手段と、
前記仕事量相当値および前記トルク相当値をそれぞれに対応する判定閾値と比較して、前記仕事量相当値および前記トルク相当値が前記それぞれに対応する判定閾値を下回るとき前記気筒内での燃焼が前記ラフアイドル状態の要因になると判定する異常気筒判定手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項２】
前記仕事量相当値算出手段が、前記内燃機関の複数の気筒内での燃焼による前記クランク軸の回転速度の変動成分を気筒毎に抽出し各気筒の燃焼周期毎の一定回転区間で積分して気筒毎の仕事量相当値を予め設定された繰り返し回数だけ繰り返し算出するとともに、該仕事量相当値の算出値を平均化処理した仕事量相当値を算出し、
前記トルク相当値算出手段が、各気筒の燃焼周期毎に、各気筒の膨張行程の開始時期における相対的に低速な低速回転領域と、前記各気筒の膨張行程で前記クランク軸の回転速度が最大速度域に達する高速回転領域とにおける前記クランク軸の回転速度の２乗の差から各気筒での発生トルク相当のトルク相当値を前記繰り返し回数だけ繰り返し算出するとともに、該各気筒についてのトルク相当値の算出値を平均化処理したトルク相当値を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項３】
前記異常気筒判定手段が、前記平均化処理された仕事量相当値および前記平均化処理されたトルク相当値が前記それぞれに対応する判定閾値を下回る気筒について、該気筒内での燃焼が前記ラフアイドル状態の要因になることを示す異常検出フラグを設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項４】
前記内燃機関のラフアイドル状態の検出処理を実行するための条件として予め設定された前提条件が成立するか否かを判定する前提条件判定手段を備え、
前記前提条件が成立するとき、前記仕事量相当値算出手段および前記異常気筒判定手段が、それぞれの処理を実行することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項５】
前記前提条件は、前記内燃機関の気筒毎に設けられた燃料噴射弁の噴射特性を学習する学習処理の実行条件が満足されていること、アクセル開度が最小値であること、前記内燃機関を動力源とする車両の車速がゼロであること、前記内燃機関の冷間始動時のアイドル回転数が暖機完了時のアイドル回転数より高回転数に設定されるアイドルアップ制御が実行されていないこと、の各条件を含むことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項６】
前記前提条件は、前記内燃機関の補機負荷が切り替えられていないこと、および、前記車両に搭載され前記内燃機関に駆動連結される変速機がニュートラル状態であること、のうち少なくとも一方の各条件を含むことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項７】
前記内燃機関がコモンレール式の多気筒のディーゼル機関であり、
前記前提条件は、前記ディーゼル機関の前記燃料噴射弁により実行される燃料噴射条件の切り替えが禁止されていること、を含むことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項８】
前記仕事量相当値算出手段と前記トルク相当値算出手段とが、前記回転速度検出手段の検出情報を前記内燃機関の気筒数に対応する一定の周期であって互いに異なる回転位相で取り込むことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【請求項９】
前記異常気筒判定手段が、前記仕事量相当値および前記トルク相当値をそれぞれに対応する判定閾値と比較して前記ラフアイドル状態か否かの判定を実行する第１の判定モードと、前記仕事量相当値および前記トルク相当値のうちいずれか片方の値のみをそれに対応する判定閾値と比較して前記ラフアイドル状態か否かの判定を実行する第２の判定モードとに切り替え可能であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の内燃機関のラフアイドル検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１４４５３３（Ｐ２０１０−１４４５３３Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１９８６６（Ｐ２００８−３１９８６６）
【出願日】平成２０年１２月１６日（２００８．１２．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１６日（２００８．１２．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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