(57)【要約】【課題】燃焼サイクル毎に発生する短い周期の変動を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１０に筒内圧センサ２０とクランク角センサ１６とを備え、筒内圧とクランク角との関係に応じて燃焼サイクル毎に値が定まる燃焼状態パラメータを算出し、前記燃焼状態パラメータの目標値である目標燃焼状態パラメータを設定し、前記燃焼状態パラメータが目標燃焼状態パラメータに対して、燃焼が早い場合に得られる値を示しているときには点火時期を進角し、前記燃焼状態パラメータが目標燃焼状態パラメータに対して、燃焼が遅い場合に得られる値を示しているときには点火時期を遅角する。【選択図】図１１
2014136972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内圧センサと、
クランク角センサと、を備える内燃機関の制御装置において、
筒内圧とクランク角との関係に応じて燃焼サイクル毎に値が定まる燃焼状態パラメータを算出する燃焼状態パラメータ算出手段と、
前記燃焼状態パラメータの目標値である目標燃焼状態パラメータを設定する目標値設定手段と、
前記燃焼状態パラメータが目標燃焼状態パラメータに対して、燃焼が早い場合に得られる値を示しているときには点火時期を進角し、前記燃焼状態パラメータが目標燃焼状態パラメータに対して、燃焼が遅い場合に得られる値を示しているときには点火時期を遅角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制御装置。
【請求項２】
前記燃焼状態パラメータは各気筒の特定の燃焼割合におけるクランク角である特定燃焼割合点であり、
前記点火時期補正手段は、前記特定燃焼割合点と前記特定燃焼割合点の目標値である目標特定燃焼割合点との差分が正数の場合に点火時期を遅角側に補正し、前記特定燃焼割合点と前記目標特定燃焼割合点との差分が負数の場合に点火時期を進角側に補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記点火時期補正手段は、前記目標燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータとの差分に比例して点火時期の補正量を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼状態パラメータに平均処理を施して平均後燃焼状態パラメータとする平均処理手段と、
前記目標燃焼状態パラメータと前記平均後燃焼状態パラメータとの差分を用いて点火時期のフィードバック制御を行うフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記フィードバック制御手段は、前記目標燃焼状態パラメータと前記平均後燃焼状態パラメータとの差分に対するＰ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御のうちいずれかを用いて得られる補正値に基づいて点火時期を補正することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃焼状態パラメータを記憶する燃焼状態パラメータ記憶手段と、
前記燃焼状態パラメータの直前に記憶された燃焼状態パラメータに対する変化量である燃焼状態パラメータ変化量を算出する燃焼状態パラメータ変化量算出手段と、
前記燃焼状態パラメータの直前に記憶された燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータ変化量とを関連付けてデータとして記憶するデータ記憶手段と、
前記データ記憶手段においてデータ数が一定数以上になった場合、前記データ記憶手段により記憶された燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータ変化量との相関係数を算出する相関係数算出手段と、
前記相関係数が一定値より小さい場合に前記点火時期補正手段による点火時期の補正を禁止する禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
各気筒の燃焼サイクルにおける燃焼回数を計測する計測手段と、
前記燃焼回数が一定回数以上であるか否かを判定する燃焼回数判定手段と、
前記燃焼状態パラメータの直前に記憶された燃焼状態パラメータに対する変化量である燃焼状態パラメータ変化量を算出する燃焼状態パラメータ変化量算出手段と、
前記燃焼状態パラメータの直前に記憶された燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータ変化量とを関連付けてデータとして記憶するデータ記憶手段と、
前記データ記憶手段においてデータ数が一定数以上になった場合、前記データ記憶手段により記憶された燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータ変化量との相関係数を算出する相関係数算出手段と、
前記燃焼回数が一定回数以上であり、かつ、前記相関係数が一定値以上である場合に、前記燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータ変化量とを軸に設定した平面において、前記データ記憶手段により記憶されたデータの分布面積を算出する分布面積算出手段と、
前記分布面積算出手段により算出された分布面積が直前に算出された分布面積よりも小さい場合に前記目標燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータとの差分に対する点火時期の補正量の比例ゲインを大きくし、以上の場合に前記比例ゲインを小さくする比例ゲイン算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳細には、点火時期を補正することができる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、筒内圧センサとクランク角センサとを備えた内燃機関が開示されている。これらのセンサから出力される信号により、燃焼サイクルにおける各気筒の燃焼割合を把握することができる。そして、燃焼割合が５０％になるクランク角（以下、ＣＡ５０という。）が把握される。さらに、特許文献１に記載の技術では、まず、目標トルクを出力するために最適なＣＡ５０が設定される。そして、この最適なＣＡ５０に対応した点火時期を目標値として、この目標値に実際の点火時期を近づける制御が行われている。この制御を行うことにより、安定した燃焼サイクルを行うことができる。この結果、目標とするトルクを得ることができる。
【０００３】
上記制御の具体的な内容として、点火時期のフィードバック制御（以下、ＦＢ制御という。）がある。このＦＢ制御では、上記の最適なＣＡ５０と実際に測定されたＣＡ５０との差分から補正値が算出される。この補正値に基づいて次の点火時期が進角、又は、遅角されることにより、実際の点火時期を目標値に近づけることができる。このＦＢ制御により、実際の点火時期が恒常的に目標値からずれることを抑制することができる。また、長い周期の燃焼変動も抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０７９５９４号公報
【特許文献２】特開平５−３２１７７３号公報
【特許文献３】特開２００６−３１２９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関におけるアイドリング時や比較的燃焼が不安定になりやすい状況（希薄燃焼、ＥＧＲ率の高い状態等）では、燃焼サイクルと一致する短い周期の燃焼変動が起きやすい。これらの状況において上記のＦＢ制御を行うだけでは、短い周期の燃焼変動を抑制することができない。この結果、この短い周期の燃焼変動が原因となり、ドライバビリティの悪化を引き起こしてしまう可能性がある。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、短い周期の燃焼変動を抑制することができる内燃機関の制御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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
筒内圧センサと、
クランク角センサと、を備える内燃機関の制御装置において、
筒内圧とクランク角との関係に応じて燃焼サイクル毎に値が定まる燃焼状態パラメータを算出する燃焼状態パラメータ算出手段と、
前記燃焼状態パラメータの目標値である目標燃焼状態パラメータを設定する目標値設定手段と、
前記燃焼状態パラメータが目標燃焼状態パラメータに対して、燃焼が早い場合に得られる値を示しているときには点火時期を進角し、前記燃焼状態パラメータが目標燃焼状態パラメータに対して、燃焼が遅い場合に得られる値を示しているときには点火時期を遅角する点火時期補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記燃焼状態パラメータは各気筒の特定の燃焼割合におけるクランク角である特定燃焼割合点であり、
前記点火時期補正手段は、前記特定燃焼割合点と前記特定燃焼割合点の目標値である目標特定燃焼割合点との差分が正数の場合に点火時期を遅角側に補正し、前記特定燃焼割合点と前記目標特定燃焼割合点との差分が負数の場合に点火時期を進角側に補正することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記点火時期補正手段は、前記目標燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータとの差分に比例して点火時期の補正量を決定することを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、
前記燃焼状態パラメータに平均処理を施して平均後燃焼状態パラメータとする平均処理手段と、
前記目標燃焼状態パラメータと前記平均後燃焼状態パラメータとの差分を用いて点火時期のフィードバック制御を行うフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第４の発明において、前記フィードバック制御手段は、前記目標燃焼状態パラメータと前記平均後燃焼状態パラメータとの差分に対するＰ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御のうちいずれかを用いて得られる補正値に基づいて点火時期を補正することを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第１乃至第５のいずれかの発明において、
前記燃焼状態パラメータを記憶する燃焼状態パラメータ記憶手段と、
前記燃焼状態パラメータの直前に記憶された燃焼状態パラメータに対する変化量である燃焼状態パラメータ変化量を算出する燃焼状態パラメータ変化量算出手段と、
前記燃焼状態パラメータの直前に記憶された燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータ変化量とを関連付けてデータとして記憶するデータ記憶手段と、
前記データ記憶手段においてデータ数が一定数以上になった場合、前記データ記憶手段により記憶された燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータ変化量との相関係数を算出する相関係数算出手段と、
前記相関係数が一定値より小さい場合に前記点火時期補正手段による点火時期の補正を禁止する禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第３の発明において、
各気筒の燃焼サイクルにおける燃焼回数を計測する計測手段と、
前記燃焼回数が一定回数以上であるか否かを判定する燃焼回数判定手段と、
前記燃焼状態パラメータの直前に記憶された燃焼状態パラメータに対する変化量である燃焼状態パラメータ変化量を算出する燃焼状態パラメータ変化量算出手段と、
前記燃焼状態パラメータの直前に記憶された燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータ変化量とを関連付けてデータとして記憶するデータ記憶手段と、
前記データ記憶手段においてデータ数が一定数以上になった場合、前記データ記憶手段により記憶された燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータ変化量との相関係数を算出する相関係数算出手段と、
前記燃焼回数が一定回数以上であり、かつ、前記相関係数が一定値以上である場合に、前記燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータ変化量とを軸に設定した平面において、前記データ記憶手段により記憶されたデータの分布面積を算出する分布面積算出手段と、
前記分布面積算出手段により算出された分布面積が直前に算出された分布面積よりも小さい場合に前記目標燃焼状態パラメータと前記燃焼状態パラメータとの差分に対する点火時期の補正量の比例ゲインを大きくし、以上の場合に前記比例ゲインを小さくする比例ゲイン算出手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、燃焼が早いか遅いかにより、次の点火時期の位相を制御する。これにより、筒内圧変化のばらつきを抑えて、燃焼サイクル毎に発生する燃焼変動を抑制することができる。
【００１５】
第２の発明によれば、特定燃焼割合点をパラメータとして用いて計算し、次の点火時期の進角または遅角を決定することができる。
【００１６】
第３の発明によれば、目標値からの差分（誤差）の大小により点火時期の補正量を決定する。このため、現在起きている燃焼変動に対して、その時点における最適な補正量を算出することができる。
【００１７】
第４及び第５の発明によれば、フィードバック制御と平行して次の点火時期を補正することにより、燃焼状態パラメータを目標値に近づけることができる。
【００１８】
第６の発明によれば、相関係数を用いることにより、燃焼サイクル毎に発生する燃焼変動が起きているか否かを判定することができる。このため、点火時期の補正を行うに際して、より効果的な状態を把握することができる。この結果、点火時期の補正精度が向上する。
【００１９】
第７の発明によれば、分布面積が直前に算出された分布面積よりも小さい場合、比例ゲインをより大きい値に変更し、点火時期の誤差の影響をより補正値に反映することが可能になる。この結果、点火時期の補正精度が向上する。一方、分布面積が直前に算出された分布面積以上の場合、比例ゲインをより小さい値に変更し、データのばらつきを抑えることができる。この結果、今回の燃焼から次回の燃焼への予測精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための概略構成図である。
【図２】本実施形態における制御システム構成のブロック図を示している。
【図３】ＦＢ制御の制御結果の一例を示している。
【図４】固定点火時の実測値の変動について調べた結果を表している。
【図５】図４における調査結果に基づく考察を表した図である。
【図６】本発明実施時の実測値の変動を表している。
【図７】本発明が図示トルク変動に与える効果を示した図である。
【図８】各気筒におけるＣＡ５０の変動を表した図である。
【図９】固定点火時のＣＡ５０の傾向を表した図である。
【図１０】ＣＡ５０とＣＡ５０の変化量とのデータの分布範囲の変化を表す図である。
【図１１】本実施形態において、ＥＣＵ３０が実行する点火時期制御ルーチンのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態において、ＥＣＵ３０が実行する次燃焼予測制御の実行可否判定ルーチンのフローチャートである。
【図１３】本発明の実施形態において、ＥＣＵ３０が実行する比例ゲイン決定ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための概略構成図である。図１に示すシステムは、エンジン１０を備える。通常、エンジン１０は複数の気筒で構成されるが、図１には１つの気筒のみが描かれている。本発明において、気筒数及び気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００２２】
エンジン１０には、ピストン１２が備えられている。ピストン１２はクランクシャフト（不図示）に連結されている。クランク軸には、クランク角センサ１６が設けられている。また、エンジン１０の燃焼室１８には、筒内圧を検出するために筒内圧センサ２０が取り付けられている。さらに、燃焼室１８には、点火プラグ２２と燃料噴射弁２４が取り付けられている。さらに、燃焼室１８には、吸気弁２６と排気弁２８が設けられている。尚、本発明において、燃料噴射弁２４の位置は、これに限定されるものではない。例えば、燃料噴射弁が吸気ポートに取り付けられていても良い。または、燃焼室１８と吸気ポートの両方に取り付けられていても良いものとする。
【００２３】
実施の形態１のシステムの構成は、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）３０を備える。また、ＥＣＵ３０の入力側には、上記のクランク角センサ１６、筒内圧センサ２０等の各種センサがそれぞれ接続される。これらの各種センサは、エンジン１０を制御するための情報を検出し、検出した情報を信号としてＥＣＵ３０に出力する。具体的には、クランク角センサ１６は、クランク軸の回転に同期したパルス信号を出力する。また、筒内圧センサ２０は、燃焼サイクルにより変化する筒内圧に応じた信号を出力する。
【００２４】
ＥＣＵ３０は、上記の各種センサが出力した信号に基づいて、エンジン１０の運転状態を検知する。具体的には、クランク角センサ１６が出力した一定のパルス信号から、クランク角（ＣＡ）が検出される。また、筒内圧センサ２０が出力した信号から、筒内圧（Ｐ）が検出される。そして、ＥＣＵ３０は、クランク角と筒内圧とから、各気筒における燃焼割合を算出する。一方、ＥＣＵ３０の出力側には、点火プラグ２２、燃料噴射弁２４等のアクチュエータがそれぞれ接続される。ＥＣＵ３０は、点火プラグ２２に駆動信号を供給することにより点火時期を設定している。
【００２５】
図２は、本実施形態における制御システム構成のブロック図を示している。図２には、エンジン１０と、一点鎖線の枠内に示されるＥＣＵ３０とが表されている。ＥＣＵ３０には、目標点火時期算出ユニット３２、目標ＣＡ５０算出ユニット３４、ＣＡ５０算出ユニット４８、なまし処理ユニット３６、ＰＩ制御ユニット４０、次点火時期算出ユニット５０が設けられている。
【００２６】
本実施形態では、エンジン１０において最適なトルクを出力するために、点火時期のＦＢ制御が行われている。ＦＢ制御では、目標点火時期算出ユニット３２により算出された目標点火時期に対して、補正値ΔＳＡＰＩが加算される。図２を用いて、ＦＢ制御における補正値ΔＳＡＰＩが算出される流れについて説明する。まず、ＣＡ５０算出ユニット４８には、エンジン１０に設けられるクランク角センサ１６（不図示）とエンジン１０に設けられる筒内圧センサ２０（不図示）とから、それぞれの信号が入力される。これらの信号に基づいて、実際に測定されたＣＡ５０（以下、実測値という。）が算出される。ＣＡ５０算出ユニット４８から出力される実測値は、なまし処理ユニット３６によりなまし処理（以下、平均処理ともいう。）される。そして、なまし処理された実測値と、目標ＣＡ５０算出ユニット３４から出力される目標値との差分が算出される。この差分がＰＩ制御ユニット４０においてＰＩ制御され、補正値ΔＳＡＰＩとなる。次に、次点火時期算出ユニット５０において、目標点火時期に補正値ΔＳＡＰＩが加算され、次の点火時期が算出される。尚、目標点火時期の単位はＢＴＤＣであり、補正値ΔＳＡＰＩの単位はＡＴＤＣである。
【００２７】
［本実施形態における点火時期制御］
図３は、ＦＢ制御の制御結果の一例を示している。図３には、縦軸にＣＡ５０の位相が、横軸に時間の変化がそれぞれ示されている。さらに、図３には、目標ＣＡ５０算出ユニット３４が出力する目標値が一点鎖線により示されている。また、図３における左の図には、ＦＢ制御が実施される前のＣＡ５０の波形が示されている。図３の左の図において、短い周期で変動している波形は、実測値を示す波形である。このように、実測値は、燃焼サイクル毎の燃焼速度の変動により、短い時間周期で変動している。このまま実測値にＦＢ制御を行うと制御が発散する。このため、なまし処理ユニット３６により実測値に対して平均処理が施される。図３における左の図には、平均処理後の波形が示されている。平均処理後の波形は、短い周期の変動が除かれる。そして、図３の右の図には、ＦＢ制御が実施された後のＣＡ５０の波形が示されている。図３の右の図では、ＦＢ制御が行われた結果、ＣＡ５０の波形が目標値に近づいた状態が示されている。このように、点火時期のＦＢ制御が行われると、目標値からのＣＡ５０の恒常的なずれが補正される。尚、本明細書中の「短い周期の変動」とは、燃焼サイクル毎に生じる実測値の変動のことをいう。
【００２８】
しかしながら、図３の右の図におけるＣＡ５０の波形が示すように、ＦＢ制御実施後のＣＡ５０の波形には、燃焼サイクル毎に発生する短い周期の波形が残存している。これは、ＦＢ制御が、平均処理を施して短い周期の変動を抑えた状態で実施されることが原因である。この短い周期の変動が残存することにより、ドライバビリティの悪化を引き起こすことが懸念されている。
【００２９】
そこで、本実施形態における点火時期制御は、上記の短い周期の変動を抑制するために、ＦＢ制御に加えて、新たな制御を行う手法を用いる。
【００３０】
図４は、固定点火時の実測値の変動について調べた結果を表している。固定点火とは、点火時期の補正を行わないことである。図４のＣＡ５０の波形が示すように、固定点火時には、実測値の進角及び遅角が燃焼サイクル毎に交互に繰り返されることが確認できた。
【００３１】
図５は、上記の調査結果に基づく考察を表した図である。図５には、今回の実測値が目標値よりも遅角側にずれている状態が示されている。ここで、上記の調査結果に基づけば、図５における次回の実測値は、進角側に変動することが予測できる。ところが、この状態においてＦＢ制御を行うと、図５のＦＢ制御の点が示すように、次の点火時期が過進角されてしまう。これでは、固定点火時よりもＣＡ５０の変動が増加してしまう。この結果、ＦＢ制御が発散してしまう。そこで、本発明では、今回の実測値から次回の実測値が進角または遅角のどちらに変動するか予想して、その変動の向きと反対の位相に点火時期を制御する次燃焼予測制御を行うこととした。この制御が行われると、図５における本発明の点に示すように、実測値を目標値に対して最適に補正することができる。このように、本発明では、まず今回の実測値が目標値に対して進角側、または、遅角側のどちらにずれているか把握する。さらに、次回の実測値が目標値に対して進角側、または、遅角側のどちらにずれるかを予測する。そして、予測された目標値からのずれを補正するために、次の点火時期を進角側、または、遅角側に補正する。また、本実施形態における新たな制御手法とは、ＦＢ制御に加え、ＦＢ制御とは反対方向に補正を加えるということである。これにより、過進角及び過遅角が引き起こされることを抑制し、短い周期の変動を抑制することができる。
【００３２】
図２には、本実施形態における新たな制御を実現するための構成が表されている。図２においてＡと示された点線の枠内には、新たな制御に関するシステム構成が示されている。この枠内Ａでは、実測値と目標ＣＡ５０算出ユニット３４から出力される目標値との差分が算出される。そして、この差分が、ＥＣＵ３０に設けられているＰ制御ユニット４４によりＰ制御され、補正値ΔＳＡＰが算出される。尚、補正値ΔＳＡＰの単位はＡＴＤＣである。
【００３３】
また、図２のＢでは、ＰＩ制御ユニット４０により算出される補正値ΔＳＡＰＩと、Ｐ制御ユニット４４により算出される補正値ΔＳＡＰとの差分である補正値ΔＳＡが制御偏差として算出される。次に、次点火時期算出ユニット５０において、目標点火時期に補正値ΔＳＡが加算され、次の点火時期が算出される。
【００３４】
ここで、補正値ΔＳＡＰについて詳述する。補正値ΔＳＡＰは、実測値と目標値との差分に基づき算出される。例えば、実測値と目標値との差が正数の場合、つまり目標値に対して実測値が遅角側にあるとする。この場合、補正値ΔＳＡＰは正数となる。そして、補正値ΔＳＡＰは、次の点火時期を遅角する（ＢＴＤＣを加算する）方向に作用する。一方、実測値と目標値との差が負数の場合、つまり目標値に対して実測値が進角側にあるとする。この場合、補正値ΔＳＡＰは負数となる。そして、補正値ΔＳＡＰは、次の点火時期を進角する（ＢＴＤＣを減算する）方向に作用する。
【００３５】
また、実測値と目標値との差分に対してＰ制御が行われて補正値ΔＳＡＰが算出される過程で、比例ゲインが用いられる。この比例ゲインが大きいほど、補正値ΔＳＡＰの値も大きくなる。一方、この比例ゲインが小さいほど、補正値ΔＳＡＰの値も小さくなる。
【００３６】
図６は、本発明実施時の実測値の変動を表している。図４に示される変動と比して、図６では、進角及び遅角が交互に繰り返されるＣＡ５０の変動が抑制されていることがわかる。この短い周期の変動が抑制される結果、ドライバビリティが向上する。
【００３７】
図７は、本発明が図示トルク変動に与える効果を示した図である。ＣＡ５０は図示トルクと相関関係にある。このため、ＣＡ５０が短い周期で変動すると、図示トルクもそれに伴い変動する。図７に丸印で示すように、ＦＢ制御に比して、本発明では爆発周波数付近の変動が低減されている。このように、図示トルクの変動を低減することで、アイドリング回転数の低回転化が可能になり、燃費を改善することができる。加えて、アイドリング回転数設定の自由度が広がることから、Ｓ＆Ｓの停止制御の制御性を向上させることができる。ここでいうＳ＆Ｓとは、ストップ＆スタートのことである。具体的には、エンジン１０のアイドリングを一時的に停止させ、再始動させるような制御のことをいう。
【００３８】
図８は、各気筒におけるＣＡ５０の変動を表した図である。まず、図８の左の図は、ＦＢ制御前の各気筒におけるＣＡ５０の変動を表している。この図では、各気筒（♯１−♯４）の波形がそれぞれ目標値から大きく離れている状態が示されている。次に、図８の中央の図は、ＦＢ制御実施後の各気筒におけるＣＡ５０の変動を表している。この図では、各気筒におけるＣＡ５０の波形の恒常的なずれと長期的変動が抑制されている状態が表されている。そして、図８の右の図は、本発明実施後の各気筒におけるＣＡ５０の変動を表している。この図では、各気筒におけるＣＡ５０の短い周期の変動が抑制された状態が示されている。このように各気筒のＣＡ５０が目標値に収束することにより、トルク変動を抑制することができる。
【００３９】
［次燃焼予測制御の実行可否判定手法］
次燃焼予測制御は、短い周期の燃焼変動、つまり進角及び遅角が交互に繰り返される燃焼変動が生じている際に行うことで効果を得ることができる。一方、そのような燃焼変動が生じていない場合には効果が小さい。このため、このような変動が起きているか判断してから次燃焼予測制御を行うことが好ましい。ここでは、次燃焼予測制御の実行可否判定手法について、図９を用いて説明する。
【００４０】
図９は、固定点火時のＣＡ５０の傾向を表した図である。図９は、横軸にＣＡ５０の前回の実測値を、縦軸にＣＡ５０の変化量をそれぞれ示している。ＣＡ５０の変化量とは、今回の実測値と前回の実測値との差分のことである。図９にプロットされているデータは、今回の実測値と、今回の実測値が測定された時点におけるＣＡ５０の変化量とをそれぞれ関連づけて記憶したデータである。そして、このデータに基づいて相関係数が算出される。相関係数が一定以上の数値を示せば、燃焼サイクルにおいて、点火時期の進角及び遅角が交互に繰り返される変動が引き起こされていることが把握できる。この判断手法を行うことにより、次燃焼予測制御の補正精度を向上させることができる。
【００４１】
相関係数の算出は下記の数１により実現されても良いものとする。下記の数１におけるｒは相関係数であり、ｎはデータ数である。また、ｘはＣＡ５０であり、ｙはＣＡ５０の変化量のことである。
【数１】
2014136972.tif 000003
【００４２】
［比例ゲイン決定手法］
次燃焼予測制御において、Ｐ制御から得られる補正値ΔＳＡＰを算出する際、比例ゲインが用いられる。ここでは、次燃焼予測制御の実行可否判定手法において収集したデータを用いて、比例ゲインを最適な値に設定する手法について、図１０を用いて説明する。尚、図１０は、図９に示す各軸の項目に共通する要素を示している。
【００４３】
図１０は、ＣＡ５０とＣＡ５０の変化量とのデータの分布範囲の変化を表す図である。図１０には、データの分布範囲Ａ、Ｂ、そしてＣが、それぞれの枠線により表示されている。これらの分布範囲は、縦軸にＣＡ５０の変化量、横軸にＣＡ５０をとる平面上に分布面積として表される。図１０に示されるデータのプロットによれば、分布範囲はＡであると判断される。Ａの分布範囲はＢ及びＣに比べて、最小の分布範囲を示す。このため、収集したデータがＡの分布範囲の場合には、比例ゲインはより大きい値に設定される。この結果、実測値から目標値のずれがより補正値ΔＳＡＰに反映され、補正精度を向上することができる。また、例えば、収集したデータが、最大の分布範囲を示すＣの場合には、比例ゲインはより小さい値に設定される。この結果、進角及び遅角が交互に繰り返される変動が生じやすくなり、データの分布範囲が小さくなる。このため、次回の実測値の予測精度を向上することができる。このように、分布面積が大きくなるほど比例ゲインは小さい値に設定され、分布面積が小さくなるほど比例ゲインは大きい値に設定される。
【００４４】
上記のように、分布面積の大小を比較することには以下の理由がある。これは、例えデータに相関があったとしても、分布面積が大きければ、短い周期の変動が起きているとはいえず、比例ゲインを加算するのが好ましくないためである。このため、相関係数と分布面積との２段階の判定を行うことが好ましい。
【００４５】
以上説明した本実施形態における点火時期制御は、ＥＣＵ３０が下記の点火時期制御ルーチンを実行することにより実現される。
【００４６】
［点火時期制御ルーチン］
図１１は、本実施形態において、ＥＣＵ３０が実行する点火時期制御ルーチンのフローチャートである。図１１に示すルーチンでは、まず、筒内圧及びクランク角の読み込みが行われる（Ｓ１００）。具体的には、ＥＣＵ３０は、筒内圧センサ２０とクランク角センサ１６とから出力される信号に基づいて、筒内圧とクランク角とをそれぞれ検出する。
【００４７】
次に、ＣＡ５０が算出される（Ｓ１０２）。具体的に、ＥＣＵ３０内のＣＡ５０算出ユニット４８は、Ｓ１００で検出した筒内圧とクランク角とに基づいて、ＣＡ５０を算出する。尚、本ルーチンでいうＣＡ５０とは、実測値のことである。
【００４８】
次に、点火ＦＢ制御が実行可能であるか否かが判定される（Ｓ１０４）。具体的に、ＥＣＵ３０は、エンジン１０のシステム構成が正常動作するか否かの判定を行う。ＦＢ制御を実行することができないと判定されれば、本ルーチンは繰り返される。
【００４９】
一方、Ｓ１０４において、点火ＦＢ制御が実行可能であると判定された場合、ＣＡ５０になまし処理が実施され、なまし値ＣＡ５０ｓｍとして記憶される（Ｓ１０６）。この処理はＥＣＵ３０内のなまし処理ユニット３６で実施される。
【００５０】
Ｓ１０６のなまし処理は下記の数２により実施される。下記の数２におけるＳＭとは、なまし処理回数のことである。
【数２】
2014136972.tif 000004
【００５１】
次に、目標値ＣＡ５０ｔｇｔとなまし値ＣＡ５０ｓｍとの差分値ΔＣＡ５０ｓｍが算出される（Ｓ１０８）。目標値ＣＡ５０ｔｇｔは、最適なトルクを出力するための値として、あらかじめＥＣＵ３０内の目標ＣＡ５０算出ユニット３２に設定されている。
【００５２】
次に、差分値ΔＣＡ５０ｓｍに対して、ＰＩ制御に基づく補正値ΔＳＡＰＩが算出される（Ｓ１１０）。具体的に、ＥＣＵ３０内のＰＩ制御ユニット４０は、ΔＣＡ５０ｓｍより、Ｐ項、Ｉ項を算出し、その和を補正値ΔＳＡＰＩとして算出する。
【００５３】
次に、次燃焼予測制御の実行可否判定手法のサブルーチンが実行される（Ｓ１１２）。このサブルーチンについて、以下に図１２を用いて説明する。
【００５４】
［次燃焼予測制御の実行可否判定ルーチン］
図１２は、本発明の実施形態において、ＥＣＵ３０が実行する次燃焼予測制御の実行可否判定ルーチンのフローチャートである。図１２に示すルーチンでは、まず、ＣＡ５０（実測値）が記憶される（Ｓ２００）。Ｓ２００において記憶されたＣＡ５０は、次のＣＡ５０が記憶されるまでの間、今回の実測値として記憶される。
【００５５】
次に、前回のＣＡ５０と今回のＣＡ５０との差分値ΔＣＡ５０Ｄが記憶される（Ｓ２０２）。具体的に、ＥＣＵ３０は、今回の実測値と、その直前に記憶された実測値との差分を算出する。そして、ＥＣＵ３０は、その差分を、ＣＡ５０の変化量である差分値ΔＣＡ５０Ｄとして記憶する。この際、ＥＣＵ３０は、前回の実測値（ＣＡ５０）と、今回の実測値が測定された際に算出されるＣＡ５０の変化量（ΔＣＡ５０Ｄ）とを関連付け、データとして記憶する。
【００５６】
次に、記憶されたＣＡ５０のデータ数が所定値以上か否かが判定される（Ｓ２０４）。記憶されたＣＡ５０のデータ数が所定値より小さいと判定された場合、次燃焼予測制御は実行不可能と判定される（Ｓ２１２）。この場合、ＥＣＵ３０は、統計処理でき得るデータ数をまだ記憶していないと判定する。尚、ここでいう記憶されたＣＡ５０のデータ数とは、Ｓ２０２において記憶されたデータのことである。
【００５７】
一方、Ｓ２０４において、記憶されたＣＡ５０のデータ数が所定値以上であると判定された場合、ＣＡ５０と差分値ΔＣＡ５０Ｄとの相関係数（Ｒ）が算出され、記憶される（Ｓ２０６）。この場合、ＥＣＵ３０は、統計処理でき得るデータ数を記憶したと判定して、記憶したデータを統計処理する。
【００５８】
次に、Ｓ２０６で記憶された相関係数（Ｒ）が所定値以上であるか否かが判定される（Ｓ２０８）。相関係数（Ｒ）が所定値より小さいと判定された場合、次燃焼予測制御が実行不可能であると判定される（Ｓ２１２）。
【００５９】
一方、Ｓ２０８において、相関係数（Ｒ）が所定値以上であると判定された場合、次燃焼予測制御が実行可能であると判定される（Ｓ２１０）。この判定がされた場合、ＥＣＵ３０は、点火時期において短い周期の変動が起きていると判定する。以上で次燃焼予測制御の実行可否判定ルーチンの説明を終了する。
【００６０】
再び、図１１を用いて点火時期制御ルーチンの説明をする。ＥＣＵ３０は、Ｓ１１２の結果に基づき、次燃焼予測制御が実行可能か否かを判定する（Ｓ１１４）。Ｓ１１４において次燃焼予測制御が実行不可能と判定された場合、ＥＣＵ３０は、次の点火時期を補正値ΔＳＡＰＩ分だけ補正する（Ｓ１２６）。次に、本ルーチンは繰り返される。
【００６１】
一方、Ｓ１１４において、次燃焼予測制御を実行することが可能であると判定された場合、目標値ＣＡ５０ｔｇｔとＣＡ５０との差分値ΔＣＡ５０が算出される（Ｓ１１６）。
【００６２】
次に、比例ゲイン決定手法のサブルーチンが実行される（Ｓ１１８）。このサブルーチンについて、以下に図１３を用いて説明する。
【００６３】
［比例ゲイン決定ルーチン］
図１３は、本発明の実施形態において、ＥＣＵ３０が実行する比例ゲイン決定ルーチンのフローチャートである。図１３に示すルーチンでは、まず、燃焼回数（ＢＮ）がカウントアップされる（Ｓ３００）。燃焼回数をカウントする理由は、記憶しているデータが統計的に有意なものであるか否かを判定するためである。
【００６４】
次に、燃焼回数（ＢＮ）が所定回数以上か否かが判定される（Ｓ３０２）。燃焼回数（ＢＮ）が所定回数より少ないと判定された場合、本ルーチンは終了する。
【００６５】
一方、燃焼回数（ＢＮ）が所定回数以上であると判定された場合、相関係数（Ｒ）が所定値以上であるか否かが判定される（Ｓ３０４）。相関係数（Ｒ）が所定値より小さいと判定された場合、比例ゲインが所定値減算される（Ｓ３１２）。
【００６６】
一方、Ｓ３０４において、相関係数（Ｒ）が所定値以上であると判定された場合、ＣＡ５０と差分値ΔＣＡ５０Ｄとをそれぞれ関連づけて記憶したデータの分布範囲（分布面積）（Ｓ）が算出される（Ｓ３０６）。
【００６７】
次に、今回の分布面積（Ｓ今回値）が前回の分布面積（Ｓ前回値）より小さいか否かが判定される（Ｓ３０８）。今回の分布面積（Ｓ今回値）が前回の分布面積（Ｓ前回値）以上であると判定された場合、比例ゲインが所定値減算される（Ｓ３１２）。次に、燃焼回数（ＢＮ）がゼロクリアされる（Ｓ３１４）。次に、本ルーチンは終了する。燃焼回数（ＢＮ）がゼロクリアされるのは、次に、変更した比例ゲインを反映したデータを所定回数以上集めて、統計処理するためである。
【００６８】
一方、今回の分布面積（Ｓ今回値）が前回の分布面積（Ｓ前回値）より小さいと判定された場合、比例ゲインが所定値加算される（Ｓ３１０）。次に、燃焼回数（ＢＮ）がゼロクリアされる（Ｓ３１４）。次に、本ルーチンは終了する。以上で比例ゲイン決定ルーチンの説明を終了する。
【００６９】
再び、図１１を用いて点火時期制御ルーチンの説明をする。Ｓ１１８の次に、差分値ΔＣＡ５０に対して、Ｐ制御に基づく補正値ΔＳＡＰが算出される（Ｓ１２０）。具体的には、Ｓ１１８により設定される比例ゲインに基づいて、ＥＣＵ３０内のＰ制御ユニット４４が補正値ΔＳＡＰを算出する。
【００７０】
次に、点火時期の補正値ΔＳＡが算出される（Ｓ１２２）。具体的に、ＥＣＵ３０は、Ｓ１１０で算出した補正値ΔＳＡＰＩとＳ１２０で算出した補正値ΔＳＡＰとの差分を補正値ΔＳＡとして算出する。
【００７１】
次に、次の点火時期を補正値ΔＳＡ分だけ補正する（Ｓ１２４）。そして、本ルーチンは繰り返される。以上で点火時期制御ルーチンの説明を終了する。
【００７２】
本実施形態では、点火時期の補正を行うために燃焼割合のＣＡ５０を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、燃焼期間、すなわち燃焼割合が所定範囲内（例えば１０％と９０％との間）にある期間または最大筒内圧を与えるクランク角もしくは所定クランク角における筒内圧など、トルクと相関のある燃焼状態量を用いても良いものとする。
【００７３】
また、図９には、Ａ、Ｂ、そしてＣの３種類の分布範囲が示されているが、これに限定されるものではない。分布範囲は得られたデータによって任意の種類に分けることができる。
【００７４】
尚、ここでは、ＥＣＵ３０が、上記Ｓ１０２を実行することにより前記第１発明における「燃焼状態パラメータ算出手段」が、上記Ｓ１２４を実行することにより前記第１発明における「点火時期補正手段」が、上記Ｓ１０６を実行することにより前記第４発明における「平均処理手段」が、上記Ｓ１２６を実行することにより前記第４発明における「フィードバック制御手段」が、上記Ｓ２００を実行することにより前記第６発明における「燃焼状態パラメータ記憶手段」が、上記Ｓ２０２を実行することにより前記第６発明における「燃焼状態パラメータ変化量算出手段」及び「データ記憶手段」が、上記Ｓ２０６を実行することにより前記第６発明における「相関係数算出手段」が、上記Ｓ２１２を実行することにより前記第６発明における「禁止手段」が、上記Ｓ３００を実行することにより前記第７発明における「計測手段」が、上記Ｓ３０２を実行することにより前記第７発明における「燃焼回数判定手段」が、上記Ｓ３０６を実行することにより前記第７発明における「分布面積算出手段」が、上記Ｓ３１０及び上記Ｓ３１２を実行することにより前記第７発明における「比例ゲイン算出手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００７５】
１０  エンジン
１６  クランク角センサ
２０  筒内圧センサ
２２  点火プラグ
３０  ＥＣＵ
３２  目標点火時期算出ユニット
３４  目標ＣＡ５０算出ユニット
３６  なまし処理ユニット
４０  ＰＩ制御ユニット
４４  Ｐ制御ユニット
４８  ＣＡ５０算出ユニット
５０  次点火時期算出ユニット
【図１】
2014136972.tif 000005
【図２】
2014136972.tif 000006
【図３】
2014136972.tif 000007
【図４】
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【図５】
2014136972.tif 000009
【図６】
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【図７】
2014136972.tif 000011
【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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