(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内総ガス重量を未燃ガス密度基本値および層流火炎速度基本値で割った値に所定の着火遅れ時間を加算し、この加算値をクランク角に単位変換した値をＭＢＴの得られる基本点火時期として演算する手段と、
この基本点火時期で火花点火を行う手段と
を設けたことを特徴とするエンジンの点火時期制御装置。
【請求項２】
前記シリンダ内総ガス重量は新規空気重量と燃料重量と自己残留ガス重量の和であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項３】
前記新規空気重量は標準空気密度と行程容積と充填効率の積であることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項４】
ほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量を演算する手段と、理論空燃比以外の空燃比で運転するための目標燃空比相当量を演算する手段と、この目標燃空比相当量で前記基本噴射量を補正する手段と、目標燃空比相当量で補正された基本噴射量の燃料をエンジンに供給する手段とを備える一方、前記目標燃空比相当量に応じて前記燃料重量を設定する手段を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項５】
充填効率とエンジン回転数に基づいて新気割合を演算し、この新気割合に基づいて前記自己残留ガス重量を演算することを特徴とする請求項２から４までのいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項６】
ＥＧＲを行うとき、前記シリンダ内総ガス重量は新規空気重量と燃料重量と自己残留ガス重量とＥＧＲガス重量の和である
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項７】
前記新規空気重量は標準空気密度と行程容積と充填効率の積であることを特徴とする請求項６に記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項８】
ほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量を演算する手段と、理論空燃比以外の空燃比で運転するための目標燃空比相当量を演算する手段と、この目標燃空比相当量で前記基本噴射量を補正する手段と、目標燃空比相当量で補正された基本噴射量の燃料をエンジンに供給する手段とを備える一方、前記目標燃空比相当量に応じて前記燃料重量を設定する手段を設けたことを特徴とする請求項６または７に記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項９】
充填効率とエンジン回転数に基づいて新気割合を演算し、この新気割合に基づいて前記自己残留ガス重量を演算することを特徴とする請求項６から８までのいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項１０】
設定ＥＧＲ率に応じてＥＧＲバルブを開くときその設定ＥＧＲ率に比例して前記ＥＧＲガス重量を設定することを特徴とする請求項６から９までのいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項１１】
前記設定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率とのずれを表す補正係数により前記設定ＥＧＲ率を補正することを特徴とする請求項１０に記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項１２】
前記層流火炎速度基本値は充填効率とエンジン回転数に応じた値であることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項１３】
ＥＧＲを行うとき前記層流火炎速度基本値を減量補正することを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項１４】
ほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量を演算する手段と、理論空燃比以外の空燃比で運転するための目標燃空比相当量を演算する手段と、この目標燃空比相当量で前記基本噴射量を補正する手段と、目標燃空比相当量で補正された基本噴射量の燃料をエンジンに供給する手段とを備える一方、前記目標燃空比相当量に応じた補正係数を演算する手段と、この補正係数で前記層流火炎速度基本値を減量補正する手段とを設けたことを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項１５】
リーン空燃比で運転するときスワールコントロールバルブを全閉位置にしてシリンダ内に強制的にスワールを生じさせる場合に、スワールコントロールバルブが全閉位置にあるとき前記層流火炎速度基本値を増量補正することを特徴とする請求項１４に記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項１６】
前記スワールコントロールバルブが全閉位置にない中間開度のときその中間開度に応じて前記増量補正された層流火炎速度基本値を減量修正することを特徴とする請求項１５に記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項１７】
前記層流火炎速度基本値をエンジンの暖機完了後に対して適合している場合に、エンジン暖機完了前には冷却水温に応じた補正係数で前記層流火炎速度基本値を減量補正することを特徴とする請求項１から１６までのいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項１８】
前記未燃ガス密度基本値を充填効率に応じて設定することを特徴とする請求項１から１７までのいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項１９】
ほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量を演算する手段と、理論空燃比以外の空燃比で運転するための目標燃空比相当量を演算する手段と、この目標燃空比相当量で前記基本噴射量を補正する手段と、目標燃空比相当量で補正された基本噴射量の燃料をエンジンに供給する手段とを備える一方、前記目標燃空比相当量に応じた補正係数を演算する手段と、この補正係数で前記未燃ガス密度基本値を減量補正する手段とを設けたことを特徴とする請求項１から１８までのいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項２０】
前記未燃ガス密度基本値をエンジンの暖機完了後に対して適合している場合に、エンジン暖機完了前には冷却水温に応じた補正係数により前記未燃ガス密度基本値を減量補正することを特徴とする請求項１から１９までのいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項２１】
シリンダより離れた位置の吸入空気量と回転数に基づいて基本噴射量を演算する手段と、この基本噴射量の加重平均値を演算する手段と、この加重平均値の燃料をエンジンに供給する手段とを備える一方、前記加重平均値を１００％の充填効率に相当する加重平均値で割った値を前記充填効率として設定する手段を設けたことを特徴とする請求項３、５、７、９、１２、１８のいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの点火時期制御装置、特に最大の軸トルクを発生するのに必要な最小点火進角値（いわゆるＭＢＴ）となるように点火時期を制御するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆる三元触媒方式（排気管に三元触媒を設けておき、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘに対する三元触媒の転化率が最も良好となる理論空燃比へと空燃比を制御する方式）があり、この三元触媒方式において、負荷と回転数をパラメータとする基本点火時期のマップを、コントロールユニット内のメモリに記憶させておくとともに、実際の負荷と回転数を検出する手段からの信号をコントロールユニットに入力させ、そのときの負荷と回転数に応じた基本点火時期を上記のマップを検索することで求め、その求めた基本点火時期で点火コイルの一次電流を遮断（パワートランジタへのベース電流を遮断）することにより、点火を行うものが実用化されている（平成４年４月 株式会社 山海堂 発行『新カーエレクトロニクス』第３７頁〜第４０頁参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の基本点火時期には燃費向上の観点よりＭＢＴの近傍の値が採用されることが一般的である。この場合に、ＭＢＴ制御の制御精度を向上させようとすれば、負荷と回転数をパラメータとする基本点火時期のマップを予め適合しておかなけばならないので、多くの適合実験が必要となる。特に、リーンバーンシステム（リーン運転条件の成立時に理論空燃比よりリーン側の空燃比で運転し、リーン運転条件の非成立時には理論空燃比あるいは出力空燃比で運転するシステム）やＥＧＲ装置を備える場合においてリーン運転領域と非リーン運転領域とで、あるいはＥＧＲ中とＥＧＲカット時とで基本点火時期のマップを使い分けるようにしたのでは、適合実験の数がマップ数に比例して増大し、マップを格納しておくためのメモリ容量も大きくなってしまう。
【０００４】
このため特開平２−２４５４５０号公報では、シリンダに臨んで設けた圧力センサによりシリンダ内圧力の上昇割合を検出し、このシリンダ内圧力の上昇割合が最大となるときのクランク角が、予め設定した目標値と一致するように基本点火時期の上記マップ値を補正することによって、多大な適合実験を行うことなくＭＢＴ制御精度を向上させるようにしている。
【０００５】
しかしながら、このものでは圧力センサを設ける必要があるためコストが増加し、また圧力センサの耐久性に問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、吸入空気量とエンジン回転数より得られる充填効率に基づいた演算式によりＭＢＴの得られる基本点火時期を求めることにより、多大な適合実験を必要とせずかつ新たにセンサを用いることもなく、ＭＢＴ制御の制御精度を高めることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、図１７に示すように、シリンダ内総ガス重量Ｇcylを未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳおよび層流火炎速度基本値ＦＬＭＬで割った値に所定の着火遅れ時間Ｂ１を加算し、この加算値をクランク角に単位変換した値をＭＢＴの得られる基本点火時期として演算する手段３１と、この基本点火時期で火花点火を行う手段３２とを設けた。
【０００８】
第２の発明では、第１の発明において前記シリンダ内総ガス重量Ｇcylが新規空気重量ＧAIRと燃料重量ＧFUELと自己残留ガス重量ＧREGの和である。
【０００９】
第３の発明では、第２の発明において前記新規空気重量ＧAIRが標準空気密度ρ０と行程容積Ｖcylと充填効率ＩＴＡＣの積である。
【００１０】
第４の発明では、第２または第３の発明において図１８に示すようにほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量Ｔｐを演算する手段４１と、理論空燃比以外の空燃比で運転するための目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０を演算する手段４２と、この目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０で前記基本噴射量Ｔｐを補正する手段４３と、目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０で補正された基本噴射量Ｔｐの燃料をエンジンに供給する手段４４とを備える一方、前記目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０に応じて前記燃料重量ＧFUELを設定する手段４５を設けた。
【００１１】
第５の発明では、第２から第４までのいずれか一つの発明において充填効率ＩＴＡＣとエンジン回転数Ｎに基づいて新気割合ＩＴＡＮを演算し、この新気割合ＩＴＡＮに基づいて前記自己残留ガス重量ＧREGを演算する。
【００１２】
第６の発明では、第１の発明においてＥＧＲを行うとき、前記シリンダ内総ガス重量Ｇcylが新規空気重量ＧAIRと燃料重量ＧFUELと自己残留ガス重量ＧREGとＥＧＲガス重量ＧEGRの和である。
【００１３】
第７の発明では、第６の発明において前記新規空気重量ＧAIRが標準空気密度ρ０と行程容積Ｖcylと充填効率ＩＴＡＣの積である。
【００１４】
第８の発明では、第６または第７の発明において図１８に示すようにほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量Ｔｐを演算する手段４１と、理論空燃比以外の空燃比で運転するための目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０を演算する手段４２と、この目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０で前記基本噴射量Ｔｐを補正する手段４３と、目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０で補正された基本噴射量Ｔｐの燃料をエンジンに供給する手段４４とを備える一方、前記目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０に応じて前記燃料重量ＧFUELを設定する手段４５を設けた。
【００１５】
第９の発明では、第６から第８までのいずれか一つの発明において充填効率ＩＴＡＣとエンジン回転数Ｎに基づいて新気割合ＩＴＡＮを演算し、この新気割合ＩＴＡＮに基づいて前記自己残留ガス重量ＧREGを演算する。
【００１６】
第１０の発明では、第６から第９までのいずれか一つの発明において設定ＥＧＲ率ＲＡＴＥＧＲに応じてＥＧＲバルブを開くときその設定ＥＧＲ率ＲＡＴＥＧＲに応じて前記ＥＧＲガス重量ＧEGRを設定する。
【００１７】
第１１の発明では、第１０の発明において前記設定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率とのずれを表す補正係数により前記設定ＥＧＲ率を補正する。
【００１８】
第１２の発明では、第１から第１１までのいずれか一つの発明において前記層流火炎速度基本値ＦＬＭＬが充填効率ＩＴＡＣとエンジン回転数Ｎに応じた値である。
【００１９】
第１３の発明では、第１から第１２までのいずれか一つの発明においてＥＧＲを行うとき前記層流火炎速度基本値ＦＬＭＬを減量補正する。
【００２０】
第１４の発明では、第１から第１３までのいずれか一つの発明において図１９に示すようにほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量Ｔｐを演算する手段４１と、理論空燃比以外の空燃比で運転するための目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０を演算する手段４２と、この目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０で前記基本噴射量Ｔｐを補正する手段４３と、目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０で補正された基本噴射量Ｔｐの燃料をエンジンに供給する手段４４とを備える一方、前記目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０に応じた補正係数ＲＭＤＨＳ２を演算する手段５１と、この補正係数ＲＭＤＨＳ２で前記層流火炎速度基本値ＦＬＭＬを減量補正する手段５２とを設けた。
【００２１】
第１５の発明では、第１４の発明においてリーン空燃比で運転するときスワールコントロールバルブを全閉位置にしてシリンダ内に強制的にスワールを生じさせる場合に、スワールコントロールバルブが全閉位置にあるとき前記層流火炎速度基本値ＦＬＭＬを増量補正する。
【００２２】
第１６の発明では、第１５の発明において前記スワールコントロールバルブが全閉位置にない中間開度のときその中間開度に応じて前記増量補正された層流火炎速度基本値ＦＬＭＬを減量修正する。
【００２３】
第１７の発明では、第１から第１６までのいずれか一つの発明において前記層流火炎速度基本値ＦＬＭＬをエンジンの暖機完了後に対して適合している場合に、エンジン暖機完了前には冷却水温に応じた補正係数ＴＷＨＯＳ２で前記層流火炎速度基本値ＦＬＭＬを減量補正する。
【００２４】
第１８の発明では、第１から第１７までのいずれか一つの発明において前記未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳを充填効率ＩＴＡＣに応じて設定する。
【００２５】
第１９の発明では、第１から第１８までのいずれか一つの発明において図２０に示すように、ほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量Ｔｐを演算する手段４１と、理論空燃比以外の空燃比で運転するための目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０を演算する手段４２と、この目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０で前記基本噴射量Ｔｐを補正する手段４３と、目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０で補正された基本噴射量Ｔｐの燃料をエンジンに供給する手段４４とを備える一方、前記目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０に応じた補正係数ＲＭＤＨＳ１を演算する手段６１と、この補正係数ＲＭＤＨＳ１で前記未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳを減量補正する手段６２とを設けた。
【００２６】
第２０の発明では、第１から第１９までのいずれか一つの発明において前記未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳをエンジンの暖機完了後に対して適合している場合に、エンジン暖機完了前には冷却水温に応じた補正係数ＴＷＨＯＳ１により前記未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳを減量補正する。
【００２７】
第２１の発明では、第３、第５、第７、第９、第１２、第１８のいずれか一つの発明において図２１に示すようにシリンダより離れた位置の吸入空気量と回転数に基づいて基本噴射量Ｔｐを演算する手段７１と、この基本噴射量Ｔｐの加重平均値Ａｖｔｐを演算する手段７２と、この加重平均値の燃料をエンジンに供給する手段７３とを備える一方、前記加重平均値Ａｖｔｐを１００％の充填効率に相当する加重平均値で割った値を充填効率ＩＴＡＣとして設定する手段７４を設けた。
【００２８】
【発明の効果】
シリンダ内総ガス重量を未燃ガス密度基本値および層流火炎速度基本値で割った値はシリンダ内の未燃ガスのすべてに火炎が達する時間（燃焼時間）であり、第１の発明では、この燃焼時間に所定の着火遅れ時間を加えた値をクランク角単位に換算することによって、ＭＢＴの得られる基本点火時期を決定している。このため、たとえば層流火炎速度基本値が一定のときは、シリンダ内総ガス重量が多くなるほど燃焼に要する時間が長くなるので、そのぶんＭＢＴの得られる基本点火時期が進角側に、またシリンダ内総ガス重量が一定のときは層流火炎速度基本値が速くなるほど燃焼に要する時間が短くなり、そのぶんＭＢＴの得られる基本点火時期が遅角側に移動する。
【００２９】
このように第１の発明では演算式によりＭＢＴの得られる基本点火時期を得ているので、三元触媒方式で基本点火時期のマップを用いた従来のＭＢＴ制御方式と比較して、少ない実験によりＭＢＴ演算式の適合が可能である。第１の発明ではリーンバーンシステムかつＥＧＲありの条件のときでも、その中で特定の代表点を測定するだけで適合が可能となるのである。つまり従来の実験では格子上のすべての点で測定する必要があるが、代表点だけで適合が可能であるところに本発明の効果がある。この結果、開発期間を短縮化することができるとともに、ＭＢＴ演算に用いるメモリが削減されるため低コスト化が可能である。また、圧力センサが不要であるためコストも安く、信頼性が高くなる。
【００３０】
第４と第８の各発明では、目標燃空比相当量が１より小さくなってリーン空燃比で運転されるときに目標燃空比相当量に応じて燃料重量を設定するだけで、リーン空燃比で運転するときにも同じ演算式によりリーン運転時にＭＢＴの得られる基本点火時期が演算されることから、リーン運転時と非リーン運転時とで基本点火時期のマップを使い分けるようにする場合と比較して、少ない実験によりＭＢＴ演算式の適合が可能であり、開発期間を短縮化することができるとともに、ＭＢＴ演算に用いるメモリが削減されるため低コスト化が可能である。
【００３１】
第１０の発明では、設定ＥＧＲ率に応じてＥＧＲバルブを開くときその設定ＥＧＲ率に応じてＥＧＲガス重量を設定するだけで、ＥＧＲを行うときにも同じ演算式によりＥＧＲ中にＭＢＴの得られる基本点火時期が演算されることから、ＥＧＲ中とＥＧＲカット時とで基本点火時期のマップを使い分けるようにする場合と比較して、少ない実験によりＭＢＴ演算式の適合が可能であり、開発期間を短縮化することができるとともに、ＭＢＴ演算に用いるメモリが削減されるため低コスト化が可能である。
【００３２】
第１０の発明では設定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率とのずれを表す補正係数により設定ＥＧＲ率を補正するので、設定ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率との間にずれがあっても、ＥＧＲ中にＭＢＴの得られる基本点火時期が精度良く演算される。
【００３３】
第１２の発明では、層流火炎速度基本値が充填効率とエンジン回転数に応じた値であるので、充填効率や回転数に関係なく、精度良く層流火炎速度を求めることができる。
【００３４】
層流火炎速度基本値をＥＧＲを行わない場合に適合している場合に、ＥＧＲを行う場合にも同じ値の層流火炎速度基本値を用いたのでは、火炎速度を火炎速度を速めに見積もることになり、ＭＢＴから外れてしまうのであるが、第１３の発明ではＥＧＲを行うとき層流火炎速度基本値を減量補正するので、ＥＧＲを行う場合でも精度良く層流火炎速度を与えることができ、これによって、ＭＢＴから外れることがない。
【００３５】
層流火炎速度基本値を理論空燃比の雰囲気かつエンジンの暖機完了後に対して適合した場合に、エンジン暖機完了後でも目標燃空比相当量が１より小さくなってリーン空燃比で運転されるときあるいは目標燃空比相当量が１より大きくなって出力空燃比で運転されるときのように空燃比が理論空燃比を外れるときには火炎速度が遅くなり、また理論空燃比の雰囲気でもエンジン暖機完了前においては火炎速度が遅くなる。したがって、リーン空燃比での運転時など空燃比が理論空燃比より外れるときやエンジン暖機完了前にも層流火炎速度基本値をそのまま用いたのでは、実際より火炎速度を速めに見積もることになり、ＭＢＴから外れてしまうのであるが、第１４の発明では目標燃空比相当量に応じた補正係数により空燃比が理論空燃比より外れるときに層流火炎速度基本値を減量補正し、また第１７の発明では冷却水温に応じた補正係数によりエンジン暖機完了前に層流火炎速度基本値を減量補正するので、リーン運転時など空燃比が理論空燃比を外れるときやエンジン暖機完了前でも精度良く層流火炎速度を与えることができ、これによって、ＭＢＴから外れることがない。
【００３６】
リーン空燃比で運転するときにスワールを生じさせると火炎速度が大きくなるので、スワールコントロールバルブにより強制的にスワールを生じさせるときにまで層流火炎速度基本値をそのまま用いたのでは、実際より火炎速度を遅めに見積もることになり、ＭＢＴから外れてしまうのであるが、第１５の発明ではスワールコントロールバルブが全閉位置にあるとき前記層流火炎速度基本値を増量補正するので、スワールコントロールバルブによりシリンダ内に強制的にスワールを生じさせる場合にも、精度良く火炎速度を与えることができ、これによって、ＭＢＴから外れることがない。
【００３７】
増量補正される層流火炎速度基本値をスワールコントロールバルブの全閉状態で適合している場合に、スワールコントロールバルブが全開位置や全開位置へと到る途中の中間開度にあるときにまで同じ値をそのまま用いたのでは、スワールによる火炎速度の改善分を実際より大きく見積もることになり、ＭＢＴから外れてしまうのであるが、第１６の発明では、増量補正される層流火炎速度基本値を、スワールコントロールバルブが全閉位置にない中間開度のときその中間開度に応じて減量修正するので、スワールコントロールバルブが全閉位置にない中間開度にあるときでも精度良くスワールによる火炎速度の改善分を与えることができ、これによってＭＢＴから外れることがない。
【００３８】
第１８の発明では、未燃ガス密度基本値を充填効率に応じて設定するので、充填効率に関係なく、未燃ガス密度を精度良く求めることができる。
【００３９】
未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳも、上記の層流火炎速度基本値ＦＬＭＬと同様に、理論空燃比の雰囲気かつエンジン暖機完了後に対して適合した場合に、エンジン暖機完了後でも目標燃空比相当量が１より小さくなってリーン空燃比で運転されるときあるいは目標燃空比相当量が１より大きくなって出力空燃比で運転されるときのように空燃比が理論空燃比を外れるときには未燃ガス密度が小さくなり、また理論空燃比の雰囲気でもエンジン暖機完了前においては未燃ガス密度が小さくなるので、リーン空燃比での運転時など空燃比が理論空燃比より外れるときやエンジン暖機完了前にも未燃ガス密度基本値をそのまま用いたのでは、実際より未燃ガス密度を大きめに見積もることになり、ＭＢＴから外れてしまうのであるが、第１９の発明ではリーン空燃比での運転時など空燃比が理論空燃比より外れたとき目標燃空比相当量に応じた補正係数で未燃ガス密度基本値を減量補正し、また第２０の発明では冷却水温に応じた補正係数でエンジン暖機完了前に未燃ガス密度基本値を減量補正するので、リーン空燃比での運転時など空燃比が理論空燃比を外れるときやエンジン暖機完了前でも精度良く未燃ガス密度を与えることができ、これによって、ＭＢＴから外れることがない。
【００４０】
スロットルバルブをステップ的に開いたとき、スロットルバルブ上流を流れる空気量がこれに応じてステップ的に増えても、吸気管のボリュームによりシリンダに流入する空気量は一次遅れでしか増えることができないため、スロットルバルブ上流などシリンダより離れた位置で検出される吸入空気量に基づいて基本噴射量を演算し、この基本噴射量を１００％の充填効率に相当する基本噴射量で割った値を充填効率として設定したのでは、実際の充填効率との間に誤差を生じるのであるが、第２１の発明では、シリンダより離れた位置の吸入空気量より得られる基本噴射量の加重平均値を１００％の充填効率に相当する加重平均値で割った値を充填効率として設定するので、シリンダより離れた位置で吸入空気量を検出していても、精度良く充填効率を求めることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図１において、１は４バルブエンジンの本体で、吸入空気はエアクリーナ３からスロットル部４、吸気マニフォールドのコレクタ５、分岐部６、さらにプライマリ、セカンダリの各吸気バルブ７を通ってシリンダ８に供給される。燃料は、運転条件に応じて所定の空燃比となるようにコントロールユニット（図ではＣ／Ｕで略記）２よりの噴射信号に基づき燃料噴射弁９からエンジンの吸気ポートに向けて噴射される。この噴射燃料はシリンダ８内に流入する空気と交ざって混合気を形成し、混合気は点火プラグ１０による火花点火によりシリンダ８内で燃焼する。シリンダ８内で燃焼したガスは排気管１１より排出される。
【００４２】
コントロールユニット２にはディストリビュータ内蔵のクランク角センサ１３からのＲｅｆ信号（４気筒では１８０°ごと、６気筒では１２０°ごとに発生）と１°信号、エアフローメータ１４からの吸入空気量信号、三元触媒１２の上流側に設置したＯ2センサ１５からの空燃比（酸素濃度）信号、水温センサ１６からの冷却水温信号、スロットルセンサ１７からのスロットルバルブ１８開度信号等が入力され、これらに基づいてコントロールユニット２では、吸入空気量Ｑとエンジン回転数Ｎとから基本噴射パルス幅Ｔｐを演算するとともに、加減速時や始動時には壁流燃料に関する補正を行う。
【００４３】
コントロールユニット２ではまた、冷間始動時のエンジン安定性をよくしたり高負荷時の要求出力に応えるため目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０を用いて燃料補正を行うほか、トランスミッションのギヤ位置センサ（図示しない）からのギヤ位置信号、車速センサ１９からの車速信号等に基づいて運転状態を判断しながら条件に応じてリーン空燃比と理論空燃比との制御を行う。排気管１１には三元触媒１２が設置され、理論空燃比の運転時に最大の転換効率をもって、排気中のＮＯｘの還元とＨＣ、ＣＯの酸化を行う。この三元触媒１２はリーン空燃比のときはＨＣ、ＣＯは酸化するが、ＮＯｘの還元効率は低い。しかしながら、空燃比がリーン側に移行すればするほどＮＯｘの発生量は少なくなり、所定の空燃比以上では三元触媒１２で浄化するのと同じ程度にまで下げることができ、同時に、リーン空燃比になるほど燃費が改善される。したがって、負荷のそれほど大きくない所定の運転領域においては目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０を１．０より小さな値とすることによってリーン空燃比による運転を行い、それ以外の運転領域ではＴＦＢＹＡ０を１．０とすることにより空燃比を理論空燃比に制御するのである。
【００４４】
ところで、リーン空燃比の混合気を有効に燃焼させるには、シリンダ８内に強力なスワールを生成することが効果的であるため、吸気マニホールドの分岐部６内にスワールコントロールバルブ２１を備える。スワールコントロールバルブ２１は、その詳細は図示しないが、上半分がカットされているもののセカンダリ吸気バルブ側の端部がカットされずに一部残されており、スワールコントロールバルブ２１を閉じると、吸気の流速が速くなるのと同時にプライマリ吸気バルブ側からより多く流入するため、シリンダ８内に希薄混合気の火炎伝播を助ける強いスワールが生成される。
【００４５】
スワールコントロールバルブ２１はコントロールユニット２からの信号により全開位置と全閉位置の２段階に制御され、エンジン暖機後のアイドル状態およびリーン空燃比領域で閉じられ、それ以外では開かれる。スワールコントロールソレノイド２２は、スワールコントロールバルブ２１と連結されるダイヤフラムアクチュエータ２３の負圧作動室に対して、大気圧と吸入負圧を切換導入するための三方切換弁で、コントロールユニット２からの信号がＯＦＦ状態のときは負圧作動室にスロットルバルブ１８上流の大気圧を導入する。また、信号がＯＮ状態になると、通路を切換えて吸入負圧を負圧作動室に導入してスワールコントロールバルブ２１を閉じるようになっている。
【００４６】
リーン空燃比による運転が燃費向上に効果的である理由は、ポンピングロスの低減と冷却損失の低減にあるが、この効果はさらにＥＧＲを行うことで高めることができるため、排気管１１と吸気マニフォールドを連通する通路２４にＥＧＲバルブ２５を備える。ＥＧＲバルブ２５はダイヤフラム式で、その負圧作動室に導かれる負圧と閉弁方向に付勢するダイヤフラムスプリングの付勢力とのバランスでバルブ開度が定まる。
【００４７】
ＢＰＴ（バックプレッシャトランスデューサ）バルブ２６は、コントロールオリフィス２７下流の排気圧力Ｐ２が一定に保たれるようにＥＧＲバルブ２５の負圧作動室への制御負圧をフィードバック制御するためのもので、排気圧力Ｐ２がかりに上昇したとすると、ＢＰＴバルブ２６のダイアフラムがスプリングに抗して図で上方に押し上げられ、ダイアフラムに固定されているシートと、このシートに対向する開口端の間の流路断面積が減少し、吸入負圧の大気での希釈割合が小さくなる（つまり負圧作動室への制御負圧が強くなる）。これにより、ＥＧＲバルブ開度が増し、排気圧力Ｐ２の上昇が抑えられる。このようにして、ＥＧＲバルブ２５に作用する排気圧力Ｐ２がほぼ一定に保たれるとき（ＢＰＴ制御域）、
Ｑｅ≒Ｃ×Ａ×（Ｐ１−Ｐ２）1/2                            …（１）
ただし、Ｐ１：コントロールオリフィス２７上流の排気圧力
Ａ：コントロールオリフィス２７の開口面積
Ｃ：流量係数
の式で示されるＥＧＲガス流量ＱｅがＥＧＲバルブ２５を流れ、また高い排気圧力によってＢＰＴバルブ２６が完全に閉じた状態に張り付き、ＥＧＲバルブ２５が全開状態となる領域になると、コントロールオリフィス２７とＥＧＲバルブ２５の通気抵抗で決まる流量が流れる。
【００４８】
なお、ＥＧＲカットソレノイド２８は、ＥＧＲバルブ２５の負圧作動室に対して、大気圧と吸入負圧を切換導入するための三方切換弁で、コントロールユニット２からの信号がＯＦＦ状態のときは負圧作動室にスロットルバルブ１７上流の大気圧を導入してＥＧＲをカットする。また、信号がＯＮ状態になると、通路を切換えて吸入負圧を負圧作動室に導入する（ＥＧＲ制御を行う）。
【００４９】
さて、負荷と回転数に応じた基本点火時期にＭＢＴを採用することで、燃費を向上させることができるのであるが、負荷と回転数をパラメータとする基本点火時期のマップを予め適合しておかなけばならない従来例では、ＭＢＴ制御の制御精度を向上させようとすれば多くの適合実験が必要となる。特に、リーンバーンシステムやＥＧＲ装置を備える場合においてリーン運転領域と非リーン運転領域とで、あるいはＥＧＲ中とＥＧＲカット時とで点火時期のマップを使い分けるようにしたのでは、適合実験の数がマップ数に比例して増大し、マップ値を格納しておくためのメモリ容量も大きくなってしまう。
【００５０】
このため、シリンダに臨んで設けた圧力センサによりシリンダ内圧力の上昇割合を検出し、このシリンダ内圧力の上昇割合が最大となるときのクランク角が、予め設定した目標値と一致するように点火時期の上記マップ値を補正することにより、多大な適合実験を行うことなくＭＢＴ制御精度を向上させるようにするものがあるが（特開平２−２４５４５０号公報参照）、このものでは圧力センサを設ける必要があるためコストが増加しかつ圧力センサの耐久性にも問題がある。これに対処するため本発明では、吸入空気量とエンジン回転数から得られる充填効率に基づいた演算式によりＭＢＴの得られる基本点火時期を求める。
【００５１】
コントロールユニット２で実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【００５２】
なお、本発明では点火時期を演算するに際して空燃比制御に出てくる一部の変数（後述する目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０とシリンダ空気量相当噴射パルス幅Ａｖｔｐ）を用いるので、先に図２、図３、図４により空燃比制御を概説しておく。後述するマップやテーブルの検索はいずれも補間計算付きであるため、以下での説明は省略する。
【００５３】
図２のフローチャートは燃料噴射パルス幅を算出して出力する制御動作内容を示すもので、まずステップＡ）では目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０を、
ＴＦＢＹＡ０＝Ｄｍｌ＋Ｋｔｗ＋Ｋａｓ                      …（２）
ただし、Ｄｍｌ；燃空比補正係数
Ｋｔｗ；水温増量補正係数
Ｋａｓ；始動後増量補正係数
の式により算出する。
【００５４】
ここで、ＴＦＢＹＡ０は１．０を中心とする値で、空燃比をリッチ化したりリーン化するための値である。始動後増量補正係数Ｋａｓは冷却水温Ｔｗに応じた値を初期値として始動後時間とともに一定の割合で減少し最終的に０となる値、また水温増量補正係数Ｋｔｗは冷却水温Ｔｗに応じた値であり、冷間始動時（ただしＤｍｌ＝１．０）にはこれら増量補正係数Ｋａｓ、Ｋｔｗが０でない正の値を持ち、ＴＦＢＹＡ０が１．０より大きな値となるため、空燃比がリッチ側に制御されるのである。
【００５５】
一方、燃空比補正係数Ｄｍｌは、図５または図６の特性のマップに設定した燃空比Ｍｄｍｌを検索した上、空燃比の切換時には所定のダンパ操作を行わせて求めるのであり、この場合リーン運転条件かどうかによりいずれかのマップが選択される。
【００５６】
ここで、リーン運転条件の判定について図３、図４のフローチャートにしたがって説明する。
【００５７】
これらの動作はバックグランドジョブとして行われるもので、図３のステップＡ）でリーン条件の判定を行うが、このための具体的な内容は図４に示す。リーン条件の判定は図４のステップＡ）〜Ｆ）の内容を一つづつチェックすることにより行い、各項目のすべてが満たされたときにリーン運転を許可し、一つでも反するときはリーン運転を禁止する。
【００５８】
すなわち、
ステップＡ）：空燃比（酸素）センサが活性化している、
ステップＢ）：エンジンの暖機が終了している、
ステップＣ）：負荷（ＴｐあるいはＡｖｔｐ）が所定のリーン領域にある、
ステップＤ）：回転数（Ｎ）が所定のリーン領域にある、
ステップＥ）：ギヤ位置が２速以上にある、
ステップＦ）：車速が所定の範囲にある、
ときに、ステップＧ）でリーン運転を許可し、そうでなければステップＨ）に移行してリーン運転を禁止する。上記のステップＡ）〜Ｆ）は運転性能を損なわずに安定してリーン運転を行うための条件である。
【００５９】
このようにしてリーン条件を判定したら、図３のステップＣ），Ｄ）に戻り、リーン条件でないときは、ステップＣ）によって理論空燃比あるいはそれよりも濃い空燃比のマップ値（マップ燃空比）を、図６に示す特性のマップを回転数Ｎと負荷Ｔｐとで検索することにより算出し、これに対してリーン条件のときは、ステップＤ）で理論空燃比よりも所定の範囲だけ薄い値のマップ燃空比Ｍｄｍｌを図５に示す特性のマップにしたがって同じように検索する。なお、これらのマップに表した数値は、理論空燃比のときを１．０とする相対値であるため、これよりも数値が大きければリッチ、小さければリーンを示す。
【００６０】
なお、目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０が１．０以外の値となって働くときにも空燃比フィードバック制御を行うと、空燃比をリッチ側やリーン側の値にすることができなくなるので、このときには空燃比フィードバック制御を停止している（αのクランプ）。
【００６１】
図２に戻り、ステップＢ）でエアフローメータの出力をＡ／Ｄ変換し、リニアライズして吸入空気流量Ｑを算出する。そしてステップＣ）でこの吸入空気流量Ｑとエンジン回転数Ｎとから、ほぼ理論空燃比の得られる基本噴射パルス幅Ｔｐ［ｍｓ］を、Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎとして求める。なおＫは定数である。
【００６２】
ステップＤ）では
Ａｖｔｐ＝Ｔｐ×Ｆｌｏａｄ＋Ａｖｔｐ-1×（１−Ｆｌｏａｄ）…（３）
ただし、Ｆｌｏａｄ：加重平均係数
Ａｖｔｐ-1：前回のＡｖｔｐ
の式により、Ｔｐを加重平均した値をシリンダ空気量相当噴射パルス幅Ａｖｔｐ［ｍｓ］として求める。スロットルバルブをステップ的に開いたとき、エアフローメータ部ではこれに応じてステップ的に空気流量が増えても、吸気管のボリュームによりシリンダに流入する空気流量は一次遅れでしか増えることができないため、エアフローメータにより検出した空気流量に対する燃料量をシリンダ近傍の噴射弁より噴いたのでは空燃比がリッチになるので、これを避けるため、Ｔｐの加重平均値を求めることによって、過渡時にも、ほぼ理論空燃比の混合気をシリンダに流入させようというのである。
【００６３】
（３）式の加重平均係数Ｆｌｏａｄは、回転数Ｎおよび行程容積Ｖcylとの積Ｎ・Ｖcylと吸気管の総流路面積Ａａから所定のマップを参照して求める。なお、Ａａはスロットルバルブ１７の流路面積にアイドル調整弁やエアレギュレータの流路面積を足したものである。
【００６４】
ステップＥ）では
Ｔｉ＝（Ａｖｔｐ＋Ｋａｔｈｏｓ）×ＴＦＢＹＡ０×α×２＋Ｔｓ…（４）
ただし、Ｋａｔｈｏｓ：過渡補正量
α：空燃比フィードバック補正係数
Ｔｓ：無効噴射パルス幅
の式により燃料噴射弁９に与える燃料噴射パルス幅Ｔｉ［ｍｓ］を計算する。
【００６５】
（４）式のＫａｔｈｏｓは壁流燃料を考慮した値（Ａｖｔｐに相当する燃料量のすべてがシリンダに流入するのではなく、一部が壁流燃料となるため即座にシリンダに流入できない）、αは制御空燃比が理論空燃比を中心とするいわゆるウィンドウに収まるようにＯ2センサ出力に基づいて演算される値、Ｔｓは噴射弁９が噴射信号を受けてから実際に開弁するまでの作動遅れを補償するための値である。また、（４）式はシーケンシャル噴射（４気筒ではエンジン２回転毎に１回、各気筒の点火順序に合わせて噴射）の場合の式であるため、数字の２が入っている。なお、（４）式でのＴＦＢＹＡ０とαの単位は無名数であるが、ロジック上はＴＦＢＹＡ０、αとも［％］の単位としている。
【００６６】
次にステップＦ）で燃料カットの判定を行い、ステップＨ），Ｉ）で燃料カット条件ならば無効噴射パルス幅Ｔｓを、そうでなければＴｉを噴射実行用の出力レジスタにストアすることでクランク角センサの出力にしたがって所定の噴射タイミングでの噴射に備える。
【００６７】
噴射の実行はＲｅｆ信号の入力をトリガとする割込み処理（図示しない）により行われる。各気筒の噴射タイミングで対応する気筒の燃料噴射弁がＴｉの期間だけ開かれるわけである。
【００６８】
以上で空燃比制御の概説を終える。
【００６９】
図７、図８のフローチャートは点火装置に与える点火進角値ＡＤＶを算出して出力する制御動作内容を示すもので、１０ｍｓジョブで実行する。なお、点火進角値ＡＤＶには圧縮上死点前のクランク角［°ＢＴＤＣ］を用いている。
【００７０】
ステップＡ）では、図２のステップＤ）により得ているシリンダ空気量相当噴射パルス幅Ａｖｔｐを用いて
ＩＴＡＣ＝（Ａｖｔｐ／Ａｖｔｐ１００）                    …（５）
ただし、Ａｖｔｐ１００：１００％の充填効率に相当するＡｖｔｐ
の式により充填効率ＩＴＡＣを計算する。Ａｖｔｐ１００は適合固定値（１データ）である。なお、（５）式でのＩＴＡＣの単位は無名数であるが、ロジック上は［％］の単位である。
【００７１】
ステップＢ）では図２のステップＡ）で得ている目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０を用いて
ＦＵＥＬＧ＝ＴＦＢＹＡ０／１４．５                        …（６）
の式により燃料重量相当係数ＦＵＥＬＧを計算する。たとえば理論空燃比のときはＦＵＥＬＧ＝１．０／１４．５となり、リーン空燃比のときは、１．０／１４．５より小さな値となる。なお（６）式においてＦＵＥＬＧの単位は無名数であるが、ロジック上も無名数である。
【００７２】
ステップＣ）ではシリンダ内ガス重量（新規空気重量ＧAIRと自己残留ガス重量ＧREGとの合計）と新規空気重量ＧAIRの比である新気割合ＩＴＡＮを計算する。具体的には充填効率ＩＴＡＣと回転数Ｎより所定のマップを検索して求める。同様にして、ステップＤ）では充填効率ＩＴＡＣより図９を内容とするテーブルを検索して未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳを、またステップＥ）では充填効率ＩＴＡＣと回転数Ｎより図１０を内容とするマップを検索して層流火炎速度基本値ＦＬＭＬを求める。なお、層流火炎速度はガスが静止している場合の火炎伝播速度、すなわち流動（乱れ）がない場合の火炎伝播速度のことである。
【００７３】
ここで、図９に示すように未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳはＩＴＡＣが大きくなるにつれて大きくなる値である。図１０のように層流火炎速度基本値ＦＬＭＬは回転数が一定の条件ではＩＴＡＣが大きくなるほど大きくなり、またＩＴＡＣが一定のときは回転数が高くなるほど大きくなる値である。
【００７４】
ステップＦ）ではスワールコントロールバルブ開度より図１１を内容とするテーブルを検索してスワールコントロールバルブ開度係数ＳＣＡＤＭＰを求め、ステップＧ）において、
ＳＣＶＴＦ＝（ＳＣＡＤＭＰ×ＳＣＶＫ＋１．０）            …（７）
ただし、ＳＣＶＫ：適合係数
の式によりスワール修正係数ＳＣＶＴＦを計算する。
【００７５】
スワール修正係数ＳＣＶＴＦは、スワールコントロールバルブ２１の全閉時に乱れが強くなることによって火炎速度が速くなる割合を表す値である。この値は、スワールコントロールバルブ開度により定まるので、図１１に示したようにスワールコントロールバルブ２１が全閉位置で１、全開位置で０となり、中間の開度では線形補間により計算される値をスワールコントロールバルブ開度係数ＳＣＡＤＭＰとして用いている。
【００７６】
（７）式の適合係数ＳＣＶＫは一定値である。このＳＣＶＫの値はエンジンの吸気ポートの形状によって異なるので、エンジン毎に適合する必要がある。
【００７７】
図８のステップＨ）では、冷却水温Ｔｗより図１２、図１３を内容とするテーブルを検索して水温補正係数ＴＷＨＯＳ１、ＴＷＨＯＳ２を、またステップＩ）では目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０より図１４、図１５を内容とするテーブルを検索して当量比補正係数ＲＭＤＨＳ１、ＲＭＤＨＳ２を求める。
【００７８】
図８に進み、ステップＪ）では充填効率ＩＴＡＣ（あるいはα−Ｎ流量Ｑｈ０）と回転数Ｎより所定のマップを検索して設定ＥＧＲ率ＲＡＴＥＧＲを求め、ステップＫ）において
ＥＧＲＣ＝ＲＡＴＥＧＲ×補正係数                          …（８）
の式により修正ＥＧＲ値ＥＧＲＣを計算する。
【００７９】
ここで、ＲＡＴＥＧＲの定義は
ＲＡＴＥＧＲ＝ＥＲＧガス流量／（新規空気流量＋ＥＲＧガス流量）
であり、この値を排圧方式のＥＧＲ装置について予め定めている。
【００８０】
（８）式の補正係数は一定値で、実際のＥＧＲ率と設定ＥＧＲ率ＲＡＴＥＧＲとのずれを示す値である。この値はＥＧＲ装置やエンジンによって異なるので、エンジン毎に適合しなければならない。
【００８１】
ステップＬ）では
0003677876.tif 000002
の式によりシリンダ内総ガス質量（正確には単位シリンダ容積当たりの値である）ＭＡＳＳＣを計算する。
【００８２】
（９）式において、右辺第２項、第３項、第４項はそれぞれＥＧＲ、空燃比、自己残留ガスがシリンダ内ガス重量に及ぼす影響を考慮したものである。
【００８３】
なお、（９）式は次のようにして導いたものである。
【００８４】
シリンダ内総ガス重量Ｇcylは、ＥＧＲガスおよびシリンダ内に残留するガスをも考慮して
Ｇcyl＝ＧAIR＋ＧEGR＋ＧFUEL＋ＧREG                        …（ａ）
ただし、ＧAIR：新規空気重量
ＧEGR：ＥＧＲガス重量
ＧFUEL：燃料重量
ＧREG：自己残留ガス重量
となる。
【００８５】
ここで、（ａ）式の各重量は、
ＧAIR＝ρ０×Ｖcyl×ＩＴＡＣ                        …（ｂ）
ただし、ρ０：標準空気密度
Ｖcyl：行程容積
ＧEGR＝ＧAIR×ＥＧＲＣ                              …（ｃ）
ＧFUEL＝ＧAIR×ＦＵＥＬＧ                           …（ｄ）
ＧREG＝ＧAIR×（１−ＩＴＡＮ）／ＩＴＡＮ            …（ｅ）
（∵ＩＴＡＮ＝ＧAIR／（ＧAIR＋ＧREG））
であるから、これらを（ａ）式に代入して整理する。
【００８６】
0003677876.tif 000003
（ｆ）式において、
Ａ１＝ρ０×Ｖcyl（一定値）                                …（ｇ）
0003677876.tif 000004
とおけば、（ｈ）式により上記の（９）式が得られた。
【００８７】
ここで、Ａ１（１００％ηｃのときのシリンダ内空気重量を意味する）は一定値で、この値はエンジン毎に適合しなければならない。
【００８８】
次にステップＭ）では
0003677876.tif 000005
ただし、Ａ２：火炎速度補正係数
Ａ３：火炎速度補正変数
ＥＧＲ０：ＥＧＲ補正係数
ＦＬＭＴ：乱流火炎速度基本値（固定値）
の式により火炎速度ＦＬＶを計算する。
【００８９】
（１０）式において右辺第１項はスワールがないときの火炎速度、右辺第２項はスワールによる火炎速度の改善分である。
【００９０】
まず右辺第１項において、ＲＭＤＨＳ２は空燃比（目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０）が層流火炎速度に与える影響を、またＴＷＨＯＳ２は冷却水温Ｔｗが層流火炎速度に与える影響をそれぞれ考慮するものである。層流火炎速度基本値ＦＬＭＬは理論空燃比の雰囲気（つまりＴＦＢＹＡ０＝１．０のとき）かつエンジンの暖機完了後（つまり冷却水温がほぼ６０℃以上）に対して適合した値であるため、エンジン暖機完了後でも空燃比が理論空燃比を外れたときは火炎速度が遅くなり（実験で確認している）、また理論空燃比の雰囲気でもエンジン暖機完了前においては火炎速度が遅くなる。したがって、空燃比が理論空燃比より外れるときやエンジン暖機完了前にもＦＬＭＬをそのまま用いたのでは、実際より火炎速度を速めに見積もることになり、ＭＢＴから外れてしまう。そこで、図１５に示したように空燃比が理論空燃比より外れるときはＲＭＤＨＳ２によりＦＬＭＬを減量補正し、また図１３のようにエンジン暖機完了前はＴＷＨＯＳ２によりＦＬＭＬを減量補正することで、空燃比が理論空燃比を外れるときやエンジン暖機完了前でも精度良く層流火炎速度を与えることができ、これによって、ＭＢＴから外れることがないのである。
【００９１】
次に、右辺第１項のＥＧＲ補正係数ＥＧＲ０はＥＧＲを行うときに必要となる値で、設定ＥＧＲ率と新気割合より算出する。ＥＧＲ中はＥＧＲカット時より火炎速度が遅くなるためＥＧＲ０により火炎速度を減量補正するのである。係数Ａ２は一定値でエンジン毎に適合する。
【００９２】
右辺第２項の層流火炎速度基本値ＦＬＭＴはスワールコントロールバルブ２１の全閉状態で点火時期のフィッシュフック実験（一定回転、一定スロットル開度において、最適点火時期（ＭＢＴ）を求めるため、点火時期を変化させて最大トルク発生点を確認する実験のこと）を行って定めた値（固定値）であるため、スワールコントロールバルブ２１が全開位置や全開位置へと到る途中の中間開度にあるときにまでＦＬＭＴをそのまま用いたのでは、スワールによる火炎速度の改善分を、実際より大きく見積もることになり、ＭＢＴから外れてしまう。そこで、図１１に示したように、スワールコントロールバルブが全閉位置にない中間開度にあるときは、スワール修正係数ＳＣＶＴＦによりＦＬＭＴを減量補正することで、スワールコントロールバルブ２１が全閉位置にない中間開度にあるときでも精度良くスワールによる火炎速度の改善分を与えることができ、これによってＭＢＴから外れることがない。なお、変数Ａ３は回転数Ｎに比例する値である。
【００９３】
ステップＮ）では
ＲＯＵ＝ＤＥＮＳ×ＲＭＤＨＳ１×ＴＷＨＯＳ１            …（１１）
の式により未燃ガス密度ＲＯＵを計算する。
【００９４】
（１１）式においてＴＷＨＯＳ１は冷却水温Ｔｗが未燃ガス密度に与える影響を、またＲＭＤＨＳ１は空燃比（目標燃空比相当量ＴＦＢＹＡ０）が未燃ガス密度に与える影響を考慮するものである。未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳも、上記の層流火炎速度基本値ＦＬＭＬと同様に、理論空燃比の雰囲気（つまりＴＦＢＹＡ０＝１．０のとき）かつエンジン暖機完了後（つまり冷却水温がほぼ６０℃以上）に対して適合した値であるため、エンジン暖機完了後でも空燃比が理論空燃比を外れたときは未燃ガス密度が小さくなり（この点も実験により確認している）、また理論空燃比の雰囲気でもエンジン暖機完了前においては未燃ガス密度が小さくなる。したがって、空燃比が理論空燃比より外れるときやエンジン暖機完了前にもＤＥＮＳをそのまま用いたのでは、実際より未燃ガス密度を大きめに見積もることになり、ＭＢＴから外れてしまう。そこで、図１４に示したように空燃比が理論空燃比より外れるときはＲＭＤＨＳ１によりＤＥＮＳを減量補正し、また図１２のようにエンジン暖機完了前はＴＷＨＯＳ１によりＤＥＮＳを減量補正することで、空燃比が理論空燃比を外れるときやエンジン暖機完了前でも精度良く未燃ガス密度を与えることができ、これによって、ＭＢＴから外れることがない。
【００９５】
このようにして、シリンダ内総ガス質量ＭＡＳＳＣ、火炎速度ＦＬＶ、未燃ガス密度ＲＯＵを計算したら、これらを用いステップＯ）で
0003677876.tif 000006
ただし、Ｂ１：着火遅れ時間
Ｂ２：時間よりクランク角への換算変数
Ｂ３：ＭＢＴＣＡＬ演算用クランク角補正係数
の式によりＭＢＴ演算値であるＭＢＴＣＡＬ［°ＢＴＤＣ］を計算する。
【００９６】
燃焼時のシリンダ内圧力が最大となるクランク角位置が圧縮上死点後所定のクランク角（１０ないし１５°）の位置にくるように設定したときの点火進角値がＭＢＴである。この場合に、従来例ではＭＢＴを基本点火時期として採用し、負荷と回転数をパラメータとする基本点火時期のマップを適合実験により予め求めておくのに対して、本発明は演算式によりＭＢＴを定量化したものである。
【００９７】
（１２）式においてシリンダ内総ガス重量であるＡ１×ＭＡＳＳＣを未燃ガス密度ＲＯＵと火炎速度ＦＬＶの積で割った値はシリンダ内の未燃ガスのすべてに火炎が達する時間（燃焼時間）で、ロジック上は［ｍｓ］の単位となる。この燃焼時間に着火遅れ時間Ｂ１［ｍｓ］を加えた値を換算変数Ｂ２によりクランク角単位に換算することによって、ＭＢＴ得られる点火進角値を決定しているのである。
【００９８】
（１２）式より火炎速度ＦＬＶが一定のときは、シリンダ内総ガス重量が多くなるほど燃焼に要する時間が長くなるので、そのぶんＭＢＴＣＡＬの値が進角側に、またシリンダ内総ガス重量が一定のときは火炎速度ＦＬＶが速くなるほど燃焼に要する時間が短くなり、そのぶんＭＢＴＣＡＬの値が遅角側に移動する。さらに燃焼に要する時間が一定であっても、その時間に対応するクランク角区間は回転数により変化し、回転数が速いほどＭＢＴＣＡＬを進角側にしなければならないので、換算変数Ｂ２を回転数Ｎに比例させている。Ｂ１、Ｂ３は一定値で、エンジン毎に適合する。
【００９９】
このようにしてＭＢＴＣＡＬを計算したら、このＭＢＴＣＡＬをステップＰ）において点火進角値ＡＤＶ［°ＢＴＤＣ］に移したあと、このＡＤＶの値をステップＱ）で点火実行用の出力レジスタにストアすることで、クランク角センサの出力にしたがって所定の点火タイミングでの点火に備える。
【０１００】
噴射の実行と同様、点火実行もＲｅｆ信号の入力をトリガとする割込み処理（図示しない）により行っている。Ｒｅｆ信号の立上がり（たとえば７０°ＢＴＤＣ）より１°信号をカウントするカウンタ値が７０°−ＡＤＶと一致したとき点火コイルの一次電流が遮断される（つまり点火が行われる）のである。
【０１０１】
ここで、本発明の作用を説明する。
【０１０２】
基本点火時期のマップを用いた従来のＭＢＴ制御方式では、負荷と回転数の代表点に対応して多大な適合実験を必要とするのに対して、本発明では基本的に吸入空気流量と回転数を用いた独自の演算式によりＭＢＴの得られる点火進角値を得ているので、少ない実験によりＭＢＴ演算式の適合が可能であり、開発期間を短縮化することができるとともに、コントロールユニットのメモリが削減されるため低コスト化が可能である。
【０１０３】
たとえば、従来の三元触媒方式と合わせるため、
▲１▼理論空燃比の雰囲気（つまりＴＦＢＹＡ０＝１．０のとき）、
▲２▼エンジン暖機完了後（つまり冷却水温が８０℃程度）
▲３▼ＥＧＲカット時
のすべての条件を満たす場合で考えると、このとき、ＥＧＲＣ＝０、ＦＵＥＬＧ＝１．０／１４．５、ＲＭＤＨＳ２＝１、ＴＷＨＯＳ２＝１、ＥＧＲ０＝０、ＳＣＶＴＦ＝０、ＲＭＤＨＳ１＝１、ＴＷＨＯＳ１＝１であることよりＭＡＳＳＣ、ＦＬＶ、ＲＯＵがそれぞれ
0003677876.tif 000007
ＦＬＶ＝ＦＬＭＬ                                    …（１０ａ）
ＲＯＵ＝ＤＥＮＳ                                    …（１１ａ）
となり、ＭＢＴＣＡＬが
0003677876.tif 000008
の式により与えられる。
【０１０４】
（１２ａ）式においてＩＴＡＣはエンジンの負荷と回転数より得られる計算値、ＩＴＡＮはマップ値、ＤＥＮＳはテーブル値、残りのＢ１、Ａ１、ＦＬＭＬ、Ｂ２、Ｂ３はすべて一定値である。したがって、適合実験を行わなければならないのは、ＩＴＡＮ、ＤＥＮＳ、Ｂ１、Ａ１、ＦＬＭＬ、Ｂ２、Ｂ３の各値である。この場合に、ＩＴＡＮの適合は、従来の基本点火時期のマップの適合ほどの実験数は必要でなく（ＩＴＡＮの測定は４×４＝１６点のデータで可）、またＤＥＮＳは図９にも示したように、ＩＴＡＣに対して大きく変化する値でないため少ない実験で十分である。Ｂ１、Ａ１、ＦＬＭＬ、Ｂ２、Ｂ３は一定値であるため、これらにも多くの実験を必要としない。
【０１０５】
また、本発明において、リーン空燃比で運転するときには、ＦＵＥＬＧの計算とＳＣＡＤＭＰテーブルの簡単な検索を追加するだけで、同じＭＢＴＣＡＬの演算式によりリーン運転時にＭＢＴの得られる点火進角値が演算される。リーン空燃比での運転に加えてＥＧＲをも行うときは、さらにＥＧＲＣの計算を追加するだけでこれまた同じＭＢＴＣＡＬの演算式によりリーン運転時かつＥＧＲ中にＭＢＴの得られる点火進角値が演算される。
【０１０６】
このように、三元触媒方式で基本点火時期のマップを用いた従来のＭＢＴ制御方式あるいはリーンバーンシステムやＥＧＲ装置を備える場合においてリーン運転領域と非リーン運転領域とで、あるいはＥＧＲ中とＥＧＲカット時とで基本点火時期のマップを使い分けるようにする場合と比較して、ＩＴＡＮの測定を含めても現在の約１／５の実験量でＭＢＴ演算式の適合が可能となる。本発明ではリーンバーンシステムかつＥＧＲありの条件のときでも、その中で特定の代表点を測定するだけで適合が可能となるのである。つまり従来の実験では格子上のすべての点で測定する必要があるが、代表点だけで適合が可能であるところに本発明の効果がある。実験によれば、本発明によるコントロールユニットのメモリ削減効果はリーンバーンシステムかつＥＧＲありかつハイオクガソリン（あるいはレギュラーガソリン）使用のエンジンの場合、従来に対し１／５であること確かめている。
【０１０７】
さらに、上記の（１２）式によるＭＢＴ演算値がどの程度の精度をもっているかを知るため、上記の（１２）式によるＭＢＴ演算値とＭＢＴ測定実験（フィッシュフック実験と同意）による詳細なデータとの誤差のヒストグラムを示したのが図１６である。同図より詳細なＭＢＴ測定実験データに対し、（１２）式によるＭＢＴ演算値の平均誤差は１°〜３°以内であり、最大誤差でも−部の領域を除き５°以内であり、ＭＢＴ制御において十分な精度をもっていることがわかる。
【０１０８】
また、圧力センサが不要であるためコストも安く、信頼性が高くなる。
【０１０９】
実施形態では排圧コントロール方式のＥＧＲ制御装置で説明したが、これに限られない。
【０１１０】
実施形態ではリーンバーンシステムかつＥＧＲ装置を備えるものについて説明したが、ＥＧＲ装置を設けていないリーンバーンシステムやいわゆる三元触媒方式のものにも適用があることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の制御システム図である。
【図２】燃料噴射パルス幅を算出して出力する制御動作内容を説明するためのフローチャートである。
【図３】バックグランドジョブのフローチャートである。
【図４】リーン条件の判定を説明するためのフローチャートである。
【図５】リーンマップの内容を示す特性図である。
【図６】非リーンマップの内容を示す特性図である。
【図７】点火進角値ＡＤＶの演算を説明するためのフローチャートである。
【図８】点火進角値ＡＤＶの演算を説明するためのフローチャートである。
【図９】未燃ガス密度基本値ＤＥＮＳの特性図である。
【図１０】層流火炎速度基本値ＦＬＭＬの特性図である。
【図１１】スワールコントロールバルブ係数ＳＣＡＤＭＰの特性図である。
【図１２】水温補正係数ＴＷＨＯＳ１の特性図である。
【図１３】水温補正係数ＴＷＨＯＳ２の特性図である。
【図１４】当量比補正係数ＲＭＤＨＳ１の特性図である。
【図１５】当量比補正係数ＲＭＤＨＳ２の特性図である。
【図１６】本発明の作用を説明するためのヒストグラムである。
【図１７】第１の発明のクレーム対応図である。
【図１８】第４と第７の各発明のクレーム対応図である。
【図１９】第１４の発明のクレーム対応図である。
【図２０】第１９の発明のクレーム対応図である。
【図２１】第２１の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２  コントロールユニット
９  燃料噴射弁
１０  点火プラグ
２１  スワールコントロールバルブ
２５  ＥＧＲバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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