JP2010229928A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火時期と所定燃焼割合となるタイミングとの相関関係を考慮して、内燃機関の点火時期を制御する。
【解決手段】本発明の内燃機関１０の点火時期制御装置１は、燃焼室１４における所定燃焼割合となるタイミングと点火時期との関係を表す値を算出する算出手段と、該算出手段によって算出された前記値が所定の関係領域から逸脱しないように点火時期を補正する点火時期補正手段とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の点火時期制御装置に関する。

ある燃焼室での、ある２点間におけるトータルの熱発生量（総熱発生量）に対する当該２点間の所定のタイミングまでの熱発生量の比（熱発生量比）である燃焼割合に着目して、内燃機関を制御することが提案されている。例えば、特許文献１には、ある燃焼室での特定のタイミングにおける燃焼割合を算出して、その燃焼割合に基づいて内燃機関の点火時期を設定することが開示されている。この燃焼割合の算出は、クランク角がθである際に筒内圧センサを用いて検出される筒内圧力Ｐ（θ）と、クランク角が同θである際の筒内容積Ｖ（θ）を比熱比（所定の指数）κで累乗した値Ｖ^κ（θ）との積値Ｐ（θ）・Ｖ^κ（θ）に着目して行われる。この算出では、吸気弁の閉弁後かつ点火前の第１タイミング（クランク角がθ１となるタイミング）における筒内圧力Ｐ（θ１）と、点火後かつ排気弁開弁前の第２タイミング（クランク角がθ２となるタイミング）における筒内圧力Ｐ（θ２）と、第１タイミングと第２タイミングとの間のクランク角がθ０（ただし、θ１＜θ０＜θ２）となる特定のタイミングにおける筒内圧力Ｐ（θ０）とが用いられる。そして、これら３点での筒内圧力に基づいてその特定のタイミングにおける燃焼割合を求め、その燃焼割合に基づいて点火時期が設定される。

特開２００６−１４４６４２号公報

本発明者の鋭意研究の結果、点火時期を進角側に移動させたとき、所定燃焼割合となるタイミングが進角側に移動する場合と、これとは逆に遅角側に移動する場合とがあることが見出された。この点に着目して点火時期制御を行うことで、混合気をより適切に燃焼させることが期待される。

そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、点火時期と所定燃焼割合となるタイミングとの相関関係を考慮して、内燃機関の点火時期を制御することにある。

本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、燃焼室における所定燃焼割合となるタイミングと点火時期との関係を表す値を算出する算出手段と、該算出手段によって算出された前記値が所定の関係領域から逸脱しないように点火時期を補正する点火時期補正手段と
を備えることを特徴とする。

積値ＰＶ^κと、燃焼室内における熱発生量との相関例を示すグラフである。 積値ＰＶ^κに基づいて求められる燃焼割合と、熱発生率に基づいて求められる燃焼割合との相関例を示すグラフである。 ５０％燃焼時期と、点火時期との関係を表すグラフである。 充填効率および機関回転速度を一定とした場合の点火時期と内燃機関のトルクとの相関を示すグラフである。 本発明の一実施形態が適用された内燃機関を示す概略構成図である。 実施形態において実行される点火時期基本制御用ルーチンを説明するためのフローチャートである。 実施形態において実行される点火時期補正制御用ルーチンを説明するためのフローチャートである。 点火時期と評価値との関係を表すグラフである。

まず、筒内圧力に基づく、燃焼室における燃焼割合の算出に関して、図１、２に基づいて例示的に説明する。

上記特許文献１に関して説明したのと同様に、ここでは、クランク角がθであるタイミングに筒内圧検出手段によって検出あるいは推定される筒内圧力をＰ（θ）とし、クランク角がθであるタイミング（当該筒内圧力Ｐ（θ）の検出時あるいは推定時）の筒内容積をＶ（θ）とし、比熱比をκとする。そして筒内圧力Ｐ（θ）と、筒内容積Ｖ（θ）を比熱比（所定の指数）κで累乗した値Ｖ（θ）との積値Ｐ（θ）・Ｖ^κ（θ）（以下、適宜「ＰＶ^κ」と記す）に着目して、燃焼割合が算出される。

クランク角に対する内燃機関の燃焼室における熱発生量Ｑの変化パターンと、クランク角に対する積値ＰＶ^κの変化パターンとは、図１に示されるような相関を有することが知られている（例えば特許文献１参照）。図１において、実線は、所定のモデル気筒において所定の微小クランク角おきに検出された筒内圧力と、当該筒内圧力の検出時における筒内容積を所定の比熱比κで累乗した値との積値ＰＶ^κをプロットしたものである。また、図１において、破線は、上記モデル気筒における熱発生量Ｑを次の（１）式に基づき、

として算出・プロットしたものである。なお、何れの場合も、簡単のために、κ＝１．３２とした。また、図１において、−３６０°、０°および３６０°は上死点（ピストンが上死点に位置するとき）に、−１８０°および１８０°は下死点（ピストンが下死点に位置するとき）に対応する。

図１に示される結果からわかるように、クランク角に対する熱発生量Ｑの変化パターンと、クランク角に対する積値ＰＶ^κの変化パターンとは、概ね一致（相似）する。特に、筒内の混合気の燃焼開始（ガソリンエンジンでは火花点火時）の前後（例えば、図１における約−１８０°から約１３５°までの範囲）では、図１の両パターンは極めて良好に一致することが理解される。

燃焼室における熱発生量Ｑと積値ＰＶ^κとの相関を利用して、筒内圧検出手段によって検出あるいは推定される筒内圧力と、当該筒内圧力の検出時あるいは推定時における筒内容積との積値ＰＶ^κに基づいて、ある２点間におけるトータルの熱発生量（総熱発生量）に対する当該２点間の所定のタイミングまでの熱発生量の比（熱発生量比）である燃焼割合ＭＦＢが求められる（測定される）。ここで、積値ＰＶ^κに基づいて燃焼室における燃焼割合を算出すれば、高負荷な演算処理を要することなく燃焼室における燃焼割合を精度よく得ることができる。すなわち、図２に示されるように、積値ＰＶ^κに基づいて求められる燃焼割合（同図における実線参照）は、熱発生率に基づいて求められる燃焼割合（同図における破線参照）とほぼ一致する。

なお、図２において、実線は、上述のモデル気筒においてクランク角＝θとなるタイミングにおける燃焼割合を、次の（２）式に従うと共に、検出した筒内圧力Ｐ（θ）に基づいて算出し、プロットしたものである。ただし、簡単のために、κ＝１．３２とした。また、図２において、破線は、上述のモデル気筒においてクランク角＝θとなるタイミングにおける燃焼割合を、上記（１）式および次の（３）式に従うと共に、検出した筒内圧力Ｐ（θ）に基づいて算出し、プロットしたものである。この場合も、簡単のために、κ＝１．３２とした。

なお、ここでは、圧縮上死点前１２０°（（２）式では単に−１２０°）および圧縮上死点後１２０°（（２）式では単に１２０°）の２つのタイミングを採用した例を用いて、ＰＶ^κに着目した燃焼割合の算出を説明した。しかしながら、それらは、他のタイミングであってもよく、点火ノイズの影響を排除するように例えば圧縮上死点前６０°、および、全ての燃焼形態をカバーできるように例えば圧縮上死点後６０°であり得る。

ここで、ある燃焼室での燃焼サイクルにおいて燃焼割合が所定量となるタイミング（所定燃焼割合となるタイミング）、ここでは所定燃焼割合が５０％となるタイミング（５０％燃焼時期）ＣＡ５０と、点火時期ＳＡとの関係を調べたので、その関係を図３に示す。当該実験では、機関回転速度ＮＥおよび吸気充填効率ＫＬを固定して、点火時期の変化に対する、５０％燃焼割合ＣＡ５０の変化を調べた。なお、実験を、機関回転速度ＮＥおよび吸気充填効率ＫＬの複数の組み合わせに対して行った。図３では、横軸に５０％燃焼時期ＣＡ５０をとり、縦軸にその５０％燃焼時期ＣＡ５０を算出した燃焼サイクルにおける点火時期ＳＡをとり、実験結果がプロットされている。ただし、横軸において、「０°」はピストンが圧縮上死点に位置するときに対応し、「２０°」は圧縮上死点後２０°（ＡＴＤＣ２０°）のクランク角度に対応する。また、図３の縦軸では、ＭＢＴを基準（図３中の縦軸の０°に相当）として点火時期ＳＡがとられている。それぞれの実験データからＭＢＴを求め、そのＭＢＴを基準に実験結果が図３に表されている。なお、図３の縦軸では、「０°」はＭＢＴである点火時期であり、縦軸の「２０°」はＭＢＴからクランク角度で２０°進角した点火時期であり、「−２０°」はＭＢＴからクランク角度で２０°遅角した点火時期である。

ここで、図４に基づいて上記「ＭＢＴ」について説明する。内燃機関の図示トルク（機関出力軸から出力される正味トルクに、機関内部の摩擦損失を加えた全トルク）は点火時期に応じて変化し、点火時期を遅角限界値から進角側に移動させると、図示トルクは上昇し、次いで下降する。このトルク特性曲線（吸気充填効率ＫＬおよび機関回転速度ＮＥは一定）の頂点付近は比較的平坦になっていて、点火時期を進角側に移動させた際にこの平坦部分に至る直前の点火時期がＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）とよばれる。ＭＢＴは、実質的に、大きなトルクが得られると共にノッキングが発生しないタイミングである。

図３に戻り、説明を続ける。図３の結果から分かるように、点火時期ＳＡを進角側に移動させていくと、図３中下側領域では、５０％燃焼時期ＣＡ５０も進角側に移動する（補助線Ａ１参照）。これに対して、点火時期ＳＡを進角側に移動させていくと、図３中上側領域では、５０％燃焼時期は逆に遅角側に移動する傾向を示す（補助線Ａ２参照）。このように、線Ａ１、Ａ２の境界部を含む臨界領域（例えば図３中のＡ３領域）では、点火時期ＳＡと、５０％燃焼時期ＣＡ５０との関係は逆転する。つまり、点火時期ＳＡと５０％燃焼時期ＣＡ５０とは、途中で極値をとるように変化する関係を有する。そこで、このような特性に着目して、ここでは、点火時期を制御する。なお、図３では、点火時期ＳＡを進角側に移動させていくと５０％燃焼時期ＣＡ５０も進角側に概ね比例的に移動する関係が成立する領域と、その関係が実質的に成立しない領域とを分けるように、線Ｂが引かれている。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明する。

図５は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の点火時期制御装置１が適用された内燃機関１０を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１０は、シリンダブロック１２に形成された気筒１３の燃焼室１４で燃料および空気の混合気を燃焼させ、気筒１３でピストン１６を往復移動させることにより動力を発生するものである。内燃機関１０は多気筒機関として構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１０は、例えば４気筒機関として構成される。なお、内燃機関１０は、ここでは、車両に搭載されている。

内燃機関１０のシリンダヘッドに形成されると共に各燃焼室１４に臨む吸気ポートは、吸気管（吸気マニホールド含む）１８にそれぞれ接続されている。また、シリンダヘッドに形成されると共に各燃焼室１４に臨む排気ポートは、排気管（排気マニホールドを含む）２０にそれぞれ接続されている。また、シリンダヘッドには、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅが燃焼室１４ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉは、対応する吸気ポートを開閉し、各排気弁Ｖｅは、対応する排気ポートを開閉する。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、可変動弁機構、例えば、バルブタイミングと位相角とを可変とする可変バルブタイミング機能を有する動弁機構（図示省略）によって動作させられる。更に、内燃機関１０は、気筒数に応じた数の点火プラグ２２を有し、点火プラグ２２は、対応する燃焼室１４内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。

吸気管１８は、図５に示されるように、サージタンク２４に接続されている。サージタンク２４には、給気ライン（吸気管）が接続されており、給気ラインは、エアクリーナ２６を介して、図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気ラインの中途（サージタンク２４とエアクリーナ２６との間）には、スロットルバルブ（本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ）２８およびエアフローメータ３０が組み込まれている。一方、排気管２０には、触媒装置が設けられ、ここでは図５に示されるように、三元触媒を含む前段触媒装置３２およびＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置３４が設けられている。

更に、内燃機関１０は、複数のインジェクタ３６を有し、各インジェクタ３６は、図５に示されるように、対応する吸気ポート内に臨むように配置されている。各インジェクタ３６は、各吸気通路にガソリン等の燃料を噴射する。なお、本実施形態の内燃機関１０は、いわゆるポート噴射式のガソリンエンジンとして説明されるが、他の構成を備える内燃機関にも本発明は適用され得る。例えば、本発明はいわゆる直噴式内燃機関に適用され得る。

上述の各点火プラグ２２、スロットルバルブ２８、各インジェクタ３６および動弁機構等は、内燃機関１０の制御手段として実質的に機能するＥＣＵ３８に電気的に接続されている。ＥＣＵ３８は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換器、ならびに記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ３８には、図５に示されるように、クランク角センサ４０、エアフローメータ３０、排気管２０に設けられた空燃比センサ（Ｏ_２センサ）４２等の各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ３８は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサを用いて得られた検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、各点火プラグ２２、スロットルバルブ２８、各インジェクタ３６、動弁機構等を制御する。なお、算出手段や点火時期補正手段は、それぞれ、ＥＣＵ３８の一部を含んで構成される。

また、内燃機関１０は、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ５０を、気筒数に応じた数だけ有している。各筒内圧センサ５０は、対応する燃焼室１４に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、かつＥＣＵ３８に電気的に接続されている。各筒内圧センサ５０は、対応する燃焼室１４における筒内圧力（例えば相対圧力）を検出するように、検出値に対応するセンサ出力信号をＥＣＵ３８に与える。各筒内圧センサ５０からのセンサ出力信号は、所定時間（所定クランク角）おきにＥＣＵ３８に順次与えられ、例えば絶対圧力値である検出値に変換された上でＥＣＵ３８の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。なお、筒内圧検出手段は、検知部としての筒内圧センサ５０と演算部としてのＥＣＵ３８の一部とを含んで構成される。

このように構成される内燃機関１０では、基本的に、運転中の各燃焼室１４における空気および燃料の空燃比が理論空燃比（約１４．７）に設定される。すなわち、空燃比センサ４２は、排気管２０内を流通する排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧をセンサ出力信号として出力しており、ＥＣＵ３８は、空燃比センサ４２の応答遅れ等を考慮した上で、空燃比センサ４２の検出値に基づいて各燃焼室１４における空燃比のリッチ／リーン判定を行っている。そして、ＥＣＵ３８は、空燃比センサ４２を用いて得られた検出値に基づいて燃焼室１４における空燃比が理論空燃比よりも大きく（リーンに）なっていると判断すると、予め定められた手順に従ってインジェクタ３６からの燃料噴射量τを増量補正する。また、ＥＣＵ３８は、空燃比センサ４２を用いて得られた検出値に基づいて燃焼室１４における空燃比が理論空燃比よりも小さく（リッチに）なっていると判断すると、予め定められた手順に従ってインジェクタ３６からの燃料噴射量τを減量補正する。

また、このような内燃機関は、吸排気弁Ｖｉ、Ｖｅ制御用の上記動弁機構を備える。それ故、例えば、機関始動時や高負荷時には、バルブオーバーラップはなくされ、他方、機関運転状態が定常状態にあるときバルブオーバーラップが大きくされる。

次に、図６を参照しながら、上述の内燃機関１０における点火時期の制御手順について説明する。

内燃機関１０では、上述のような空燃比のフィードバック制御が実行されると共に、図６の点火時期制御ルーチンが、燃焼室１４ごとに繰り返し実行される。図６において、まず、ＥＣＵ３８は、先に設定されている点火時期が到来すると、対象となる燃焼室１４における点火プラグ２２に対する点火指示出力を行い、これによって点火を実行する（ステップＳ６０１）。

次に、ＥＣＵ３８は、筒内圧センサ５０からのセンサ出力信号により、筒内圧力値を取得し、これに基づいて、所定のタイミングにおける燃焼割合を算出する（Ｓ６０３）。この燃焼割合の算出は、次の手順によって行われる。ＥＣＵ３８は、まず、対象となる燃焼室１４について所定の記憶領域から、吸気弁Ｖｉ開弁後かつ燃焼開始前である点火前の第１のタイミング（クランク角がθ１となるタイミング）における筒内圧力Ｐ（θ１）と、燃焼開始後相当の点火後かつ排気弁Ｖｅ開弁前の第２タイミング（クランク角がθ２となるタイミング）における筒内圧力Ｐ（θ２）と、第１のタイミングと第２のタイミングとの間に予め定められており、クランク角＝θ０（ただし、θ１＜θ０＜θ２）となる所定のタイミングにおける筒内圧力Ｐ（θ０）とを読み出す。

クランク角θ１は、燃焼室１４内において燃焼が開始される時点（点火時）よりも十分に前のタイミングに設定されると好ましく、例えば上死点前６０°（−６０°）とされる。また、クランク角θ２は、燃焼室１４内における混合気の燃焼が概ね完了したタイミングに設定されると好ましく、例えば上死点後６０°（６０°）とされる。更に、基準クランク角θ０は、燃焼割合ＭＦＢが５０％になることが実験的、経験的に知られている上死点後８°（８°）に設定されている。なお、燃焼割合ＭＦＢが５０％となるタイミングを、本明細書では、上記の如く５０％燃焼時期ＣＡ５０という。

ＥＣＵ３８は、筒内圧力Ｐ（θ１）、筒内圧力Ｐ（θ０）および筒内圧力Ｐ（θ２）を読み出すと、クランク角がθ１，θ０およびθ２となる時の積値Ｐ（θ１）・Ｖ^κ（θ１），Ｐ（θ０）・Ｖ^κ（θ０）およびＰ（θ２）・Ｖ^κ（θ２）を算出する。すなわち、ＥＣＵ３８は、筒内圧力Ｐ（θ１）と、筒内圧力Ｐ（θ１）の検出時、すなわち、クランク角がθ１となる時の筒内容積Ｖ（θ１）を比熱比κ（本実施形態では、κ＝１．３２）で累乗した値との積である積値Ｐ（θ１）・Ｖ^κ（θ１）を算出する。同様に、ＥＣＵ３８は、筒内圧力Ｐ（θ０）と、クランク角がθ０となる時の筒内容積Ｖ（θ０）を比熱比κで累乗した値との積である積値Ｐ（θ０）・Ｖ^κ（θ０）、および、筒内圧力Ｐ（θ２）と、クランク角がθ２となる時の筒内容積Ｖ（θ２）を比熱比κで累乗した値との積である積値Ｐ（θ２）・Ｖ^κ（θ２）を算出する。なお、Ｖ^κ（θ１），Ｖ^κ（θ０）およびＶ^κ（θ２），の値は、予め算出された上で記憶装置に記憶されている。

そして、ＥＣＵ３８は、クランク角がθ１，θ０およびθ２となる時の積値Ｐ（θ１）・Ｖ^κ（θ１），Ｐ（θ０）・Ｖ^κ（θ０）およびＰ（θ２）・Ｖ^κ（θ２）を用いて、次の（４）式からクランク角がθ０となるタイミングにおける燃焼割合ＭＦＢを算出する。これにより、３点において検出された筒内圧力Ｐ（θ１），Ｐ（θ０），Ｐ（θ２）に基づいて精度よく基準クランク角θ０までの燃焼割合ＭＦＢを求めることが可能となる。

このようにして、ステップＳ６０３にて燃焼割合ＭＦＢを算出すると、ＥＣＵ３８は、算出された燃焼割合ＭＦＢが、予め定められている基準燃焼割合を下回っているかを判断する（ステップＳ６０５）。この基準燃焼割合は、基準クランク角θ０に対応している燃焼割合であり、ここでは５０％である。

このステップＳ６０５での判断の結果が肯定の場合は、ＥＣＵ３８は所定の進角量テーブルまたは関数に従って、点火時期の進角量を設定し（ステップＳ６０７）、設定された進角量に従って、点火時期の進角を行う（ステップＳ６０９）。またステップＳ６０５における判断の結果が否定の場合には、ＥＣＵ３８は所定の遅角量テーブルまたは関数に従って、点火時期の遅角量を設定し（ステップＳ６１１）、設定された遅角量に従って、点火時期の遅角を行う（ステップＳ６１３）。以上の処理によって、点火時期は、燃焼割合ＭＦＢが基準燃焼割合に一致するように制御される。なお、この点火時期の制御では、制御のハンチングを防止するために、例えばステップＳ６０５の判定において所定の不感帯を設けてもよい。

なお、このような点火時期の進角あるいは遅角は、１つの燃焼サイクル当り、基準ステップ幅ずつ行われる。そして、設定された進角量あるいは遅角量を目標として、その目標に近づくように、点火時期が１燃焼サイクル当り１ステップ幅ずつ、ずらされる（補正される）。

ところで、このような点火時期制御（点火時期基本制御）は、点火時期を進角側に移動させると、５０％燃焼時期ＣＡ５０も進角側に移動し、これに対し、点火時期を遅角側に移動させると、５０％燃焼時期ＣＡ５０も遅角側に移動するという関係が成立することを前提にした制御である。しかし、図３に基づいて上記したように、点火時期ＳＡを進角側に移動させていくと、５０％燃焼時期ＣＡ５０も進角側に移動する場合と、５０％燃焼時期ＣＡ５０が逆に遅角側に移動する場合とがある。要するに、点火時期ＳＡを進角側に移動させていくと、５０％燃焼時期ＣＡ５０が遅角側に移動する関係が成立する領域では、上記点火時期制御が破綻する。そこで、ここでは、この破綻を防ぐように、このような特性に着目して、点火時期制御にさらなる補正が行われる。この補正を図７のフローチャートに基づいて説明する。ただし、図７のフローチャートは、上記した図６のフローチャートに組み込まれてもよい。

ＥＣＵ３８は、まず、ステップＳ７０１で、機関回転速度ＮＥ，充填効率ＫＬを読み込む。なお、ここで、さらに、吸気弁Ｖｉの位相角ＩＮや、排気弁Ｖｅの位相角ＥＸが読み込まれてもよい。

そして、ステップＳ７０３で機関運転状態が所定の運転状態、ここでは定常状態か否かが判定される。ただし、所定の運転状態は、定常状態に限られず、他の状態であってもよい。例えば、バルブオーバーラップ量が所定量以上か否か、つまり、機関運転状態がバルブオーバーラップ量が所定量以上となる運転状態か否かの判定が行われてもよい。

ステップＳ７０３で肯定判定されると、次ぐステップＳ７０５で、点火時期ＳＡと５０％燃焼時期ＣＡ５０との関係を表す値としての評価値γが算出される。評価値γの算出は、２つの燃焼サイクル、好ましくは連続する２つの燃焼サイクルにおける点火時期ＳＡと５０％燃焼時期ＣＡ５０とに基づいて行われる。

ここでは、まず、直近の燃焼サイクル、好ましくは現在の燃焼サイクルにおける、点火時期ＳＡ_０が読み込まれ、さらにこの点火時期ＳＡ_０で点火を行った結果得られたデータに基づいて算出された５０％燃焼時期ＣＡ５０_０が読み込まれる。そして、その点火時期ＳＡ_０を所定角度ｄｅｌＳＡ分進角させることで得られた次の燃焼サイクル用の点火時期ＳＡ_１と、こうして得られた点火時期ＳＡ_１を用いて点火を行った結果得られたデータに基づいて算出された５０％燃焼時期ＣＡ５０_１が読み込まれる。なお、５０％燃焼時期ＣＡ５０_０、ＣＡ５０_１は、検出した筒内圧力に基づいて、例えば図２に示したようなグラフを描くが如く演算することで、算出される。

そして、それら点火時期ＳＡ_０、ＳＡ_１、５０％燃焼時期ＣＡ５０_０、ＣＡ５０_１を次の（５）式に代入することで、点火時期ＳＡと５０％燃焼時期ＣＡ５０との関係を評価するための評価値γが算出される。なお、この評価値γは、図３に表した如き点火時期ＳＡと５０％燃焼時期ＣＡ５０との関係を表すグラフの傾きに相当する。

こうして算出された評価値γは、不図示のマップ化されたデータを学習・更新するように所定の記憶領域に格納される。このデータは、機関回転速度ＮＥと充填効率ＫＬとに対して評価値γをまとめたものであり、種々の条件に対してのデータの集合体として構成される。なお、初期段階では、このデータは実験等に基づいて構築されていて、その後の内燃機関１０の運転（作動）に連れて更新される。なお、吸気弁Ｖｉの位相角ＩＮや、排気弁Ｖｅの位相角ＥＸが、そのデータに関連付けられてもよい。

ステップＳ７０５で算出された評価値γは、ステップＳ７０７で第１閾値αと比較される。具体的には、評価値γが第１閾値αより大きくかつ零未満であるか否かが判定される。そして、ここで、肯定されると該ルーチンは終了する。他方、ステップＳ７０７で否定判定されると、ステップＳ７０９でその評価値γは、第２閾値βと比較される。具体的には、評価値γが第２閾値β未満あるいは零以上か否かが判定される。ステップＳ７０９で肯定判定されると、ステップＳ７１１で点火時期の補正量として所定強制遅角量が設定されて、その所定強制遅角量を用いて点火時期補正が行われて、点火が行われる。他方、ステップＳ７０９で否定判定されると、ステップＳ７１３で、上記基準ステップの幅が、縮小（狭く）される。

ここで、図８に基づいてさらに説明する。図８は、横軸に点火時期ＳＡをとり、縦軸に評価値γをとり、それらの関係例を表したグラフである。ただし、縦軸は図中上側に正をとり、横軸は図中右側に上死点前の角度をとっている。図８では、点火時期ＳＡが進角側に移動するに連れて５０％燃焼時期ＣＡ５０が進角側に移動する関係に対応する関係が線Ｃ１で表され、点火時期ＳＡが進角側に移動するに連れて５０％燃焼時期ＣＡ５０が遅角側に移動する関係に対応する関係が線Ｃ２で表されている。そして、上記の如き点火時期制御が破綻しないようにするには、線Ｃ１で表したような、点火時期ＳＡと評価値γとの関係を維持することが望まれる。そこで、ここでは、評価値γが第１閾値αより大きくかつ零未満であるとき、つまり、上記ステップＳ７０７で肯定判定されるときは、そのまま点火時期制御が継続される。なお、第１閾値αは、図３の上記線Ｂと対応付けられるとよい。

これに対して、評価値γが第２閾値β未満あるいは零以上であるとき、つまり、上記ステップＳ７０９で肯定判定されるときは、そのまま点火時期制御を続けることはできないので、点火時期は上記所定強制遅角量分、遅角されて、評価値γが零未満の値であって第１閾値αを超える値になるように（所定の関係領域から逸脱しないように）強いられる。そして、評価値γが第１閾値α以下、かつ、第２閾値β以上であるとき、つまり、上記ステップＳ７０９で否定判定されるとき、点火時期制御用の基本ステップ幅が短くされる。これにより、評価値γが第２閾値β未満にならないようにあるいは零以上にならないように抑制される。

なお、上記ステップＳ７０３で機関運転状態が定常状態でないとして否定判定される場合、ステップＳ７１５で、評価値γに関する上記データから、機関運転状態、ここでは機関回転速度ＮＥおよび充填効率ＫＬとに基づいて、評価値γが抽出される（読み込まれる）。そして、その抽出された評価値γを用いて、上記ステップＳ７０７以降が行われる。

以上説明したように、点火時期ＳＡが進角側に移動するに従って、５０％燃焼時期ＣＡ５０が進角側に移動するという点火時期ＳＡと５０％燃焼時期ＣＡ５０との関係を維持するように（当該関係から逸脱しないように）、点火時期制御を行うことで、気筒内の混合気の燃焼を適切に制御することが可能になる。

なお、上記実施形態では、点火時期を燃焼割合ＭＦＢに基づいて制御したが、点火時期は、ノッキング等が生じないように通常時は進角補正し、ノッキング等が生じるような場合に遅角補正することで制御されてもよい。そして、このような点火時期の基本制御に対して、上記した、点火時期ＳＡが進角側に移動するに従って、５０％燃焼時期ＣＡ５０が進角側に移動するという点火時期ＳＡと５０％燃焼時期ＣＡ５０との関係を維持させるための補正制御を適合することができる。

また、上記実施形態では、燃焼サイクルにおいて燃焼割合が所定量となるタイミングとして５０％燃焼時期ＣＡ５０を用いたが、そのようなタイミングとして４０％燃焼時期、６０％燃焼時期などを用いてもよい。つまり、その所定量は、５０％に限定されず、種々の量に設定され得る。

なお、上記実施形態およびその変形例等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明はこれらに限定されず、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。

１ 内燃機関の制御装置
１０ 内燃機関
１４ 燃焼室
２２ 点火プラグ
３６ インジェクタ
３８ ＥＣＵ
４０ クランク角センサ
５０ 筒内圧センサ
Ｖｅ 排気弁
Ｖｉ 吸気弁

Claims (1)

1. 燃焼室における所定燃焼割合となるタイミングと点火時期との関係を表す値を算出する算出手段と、
   該算出手段によって算出された前記値が所定の関係領域から逸脱しないように点火時期を補正する点火時期補正手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。

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