(57)【要約】【課題】  本発明は内燃機関の点火時期制御装置に関し、回転数の変動が大きい状況であっても、常に理想的な点火時期で点火を行うことを可能にする。【解決手段】  吸気バルブの閉弁時点、或いは、閉弁後の所定時点における回転数を含む内燃機関の運転状態に関する情報を取得する。取得された運転状態情報に基づき、情報取得時点において内燃機関のクランク軸に作用するトルクを算出する。取得された運転状態情報とそれに基づき算出されたトルクとに基づき、情報取得時点から所定の仮想点火時期までの回転数の変化を予測する。そして、仮想点火時期において予測される回転数に基づいて目標点火時期を設定する。【選択図】      図２
2006207538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブの閉弁時点、或いは、閉弁後の所定時点における回転数を含む内燃機関の運転状態に関する情報を取得する情報取得手段と、
取得された運転状態情報に基づき、情報取得時点において前記内燃機関のクランク軸に作用するトルクを算出するトルク算出手段と、
取得された運転状態情報と前記トルク算出手段により算出されたトルクとに基づき、前記情報取得時点から所定の仮想点火時期までの回転数の変化を予測する回転数予測手段と、
前記仮想点火時期において予測される回転数に基づいて目標点火時期を設定する目標点火時期設定手段と、
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。
【請求項２】
前記回転数予測手段により予測された回転数の変化と前記目標点火時期とから、所定の基準時点から点火プラグによる点火までのタイマ設定時間を算出するタイマ設定時間算出手段と、
前記基準時点から前記タイマ設定時間が経過した時点で、前記点火プラグによる点火を行う点火プラグ駆動手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項３】
吸気バルブの閉弁時点、或いは、閉弁後の所定時点における回転数を含む内燃機関の運転状態に関する情報を取得する情報取得手段と、
取得された運転状態情報に基づき、情報取得時点において前記内燃機関のクランク軸に作用するトルクを算出するトルク算出手段と、
取得された運転状態情報と前記トルク算出手段により算出されたトルクとに基づき、前記情報取得時点から所定の目標点火時期までの回転数の変化を予測する回転数予測手段と、
前記回転数予測手段により予測された回転数の変化と前記目標点火時期とから、所定の基準時点から点火プラグによる点火までのタイマ設定時間を算出するタイマ設定時間算出手段と、
前記基準時点から前記タイマ設定時間が経過した時点で、前記点火プラグによる点火を行う点火プラグ駆動手段と、
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。
【請求項４】
前記回転数予測手段は、前記情報取得手段により取得された回転数と前記トルク算出手段により算出されたトルクとを初期値とし、回転数と前記クランク軸に作用するトルクとの相関関係に基づいて前記情報取得時点後の回転数の変化を予測することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の点火時期制御装置に関し、詳しくは、アイドリング時、急加減速時、シフトチェンジ時等、回転数の変動が大きい状況での点火時期の制御に用いて好適な制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の点火時期制御では、圧縮行程の初期においてエンジン回転数を含む運転状態から目標点火時期が決定され、決定された目標点火時期から、所定の基準時点からのタイマ設定時間（絶対時間）が算出される。そして、基準時点において点火タイマがスタートされ、算出されたタイマ設定時間が経過した時点で、点火プラグによる点火が行われる。上記のタイマ設定時間はエンジン回転数に依存するが、従来の点火時期制御では、目標点火時期の決定時点におけるエンジン回転数に固定してタイマ設定時間の算出が行われる。
【０００３】
上記の従来の点火時期制御によれば、エンジン回転数の変動が少ない定常状態であれば、正確な目標点火時期を設定することができ、また、設定した目標点火時期通りに点火プラグを点火させることができる。しかし、アイドリング時のようなエンジン回転数の変動が大きい状況では、タイマ設定時間の算出後のエンジン回転数は一定にはならないため、タイマ設定時間によって制御される実際の点火時期と目標点火時期との間にはずれが生じる可能性がある。つまり、従来の点火時期制御では、エンジン回転数の変動状況によっては、目標点火時期通りに点火させることができない可能性がある。
【０００４】
さらに、エンジン回転数の変動が大きい状況では、実際の点火時期における回転数と目標点火時期を設定した時点でのエンジン回転数との間にずれが生じる場合がある。目標点火時期は変動前のエンジン回転数に基づいて設定されるため、仮に目標点火時期通りに点火させることができたとしても、エンジン回転数に応じた理想的な点火時期で点火することはできない。
【０００５】
以上のように、従来の点火時期制御では、点火時期よりも以前の時点におけるエンジン回転数に基づいて目標点火時期が設定され、また、点火プラグを点火させるタイマ設定時間が決定されるため、エンジン回転数が変動している状況では理想的な点火時期で点火を行うことができなかった。理想的な点火時期からのずれは発生トルクの低下を招き、アイドリング時にはエンジンストールに至るおそれもある。このため、アイドリング時等のエンジン回転数が変動している状況であっても、常に理想的な点火時期で点火を行うことができる点火時期の制御技術が求められている。
【０００６】
回転数の変化を予測し、予測した回転数に基づいて点火時期を制御する技術に関しては、従来、種々の制御技術が提案されている。例えば、特許文献１に記載された制御装置では、現在の回転周期と前回の回転周期から求めた周期変化率を用いてエンジン回転の変化を予測し、その予測に基づいて次回の点火時期に相当するクランク角位置での回転数を推定している。そして、推定した回転数に基づいて目標点火時期を設定し、また、設定した目標点火時期に基づいて、所定のクランク角位置から点火プラグを点火させるまでの時間を逆算している。
【特許文献１】特許２８３２２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、エンジン回転は必ずしも過去の周期変化率と同様の周期変化率で変化するとは限らない。例えば、オルタネータ等の補機の負荷が突然投入された場合には、エンジン回転は過去の周期変化率と関係なく低下することになる。このため、特許文献１に記載された技術では、正確なエンジン回転数の予測に基づいて目標点火時期を設定することはできず、また、設定した目標点火時期通りに点火プラグを点火させることができない可能性もある。つまり、特許文献１に記載された技術を用いた場合でも、エンジン回転数の変動が大きい状況では理想的な点火時期で点火を行うことは難しい。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エンジン回転数の変動が大きい状況であっても、常に理想的な点火時期で点火を行うことを可能にした内燃機関の点火時期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】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の点火時期制御装置であって、
吸気バルブの閉弁時点、或いは、閉弁後の所定時点における回転数を含む内燃機関の運転状態に関する情報を取得する情報取得手段と、
取得された運転状態情報に基づき、情報取得時点において前記内燃機関のクランク軸に作用するトルクを算出するトルク算出手段と、
取得された運転状態情報と前記トルク算出手段により算出されたトルクとに基づき、前記情報取得時点から所定の仮想点火時期までの回転数の変化を予測する回転数予測手段と、
前記仮想点火時期において予測される回転数に基づいて目標点火時期を設定する目標点火時期設定手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記回転数予測手段により予測された回転数の変化と前記目標点火時期とから、所定の基準時点から点火プラグによる点火までのタイマ設定時間を算出するタイマ設定時間算出手段と、
前記基準時点から前記タイマ設定時間が経過した時点で、前記点火プラグによる点火を行う点火プラグ駆動手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１１】
また、第３の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の点火時期制御装置であって、
吸気バルブの閉弁時点、或いは、閉弁後の所定時点における回転数を含む内燃機関の運転状態に関する情報を取得する情報取得手段と、
取得された運転状態情報に基づき、情報取得時点において前記内燃機関のクランク軸に作用するトルクを算出するトルク算出手段と、
取得された運転状態情報と前記トルク算出手段により算出されたトルクとに基づき、前記情報取得時点から所定の目標点火時期までの回転数の変化を予測する回転数予測手段と、
前記回転数予測手段により予測された回転数の変化と前記目標点火時期とから、所定の基準時点から点火プラグによる点火までのタイマ設定時間を算出するタイマ設定時間算出手段と、
前記基準時点から前記タイマ設定時間が経過した時点で、前記点火プラグによる点火を行う点火プラグ駆動手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１２】
第４の発明は、前記第１乃至第３の何れか１つの発明において、前記回転数予測手段は、前記情報取得手段により取得された回転数と前記トルク算出手段により算出されたトルクとを初期値とし、回転数と前記クランク軸に作用するトルクとの相関関係に基づいて前記情報取得時点後の回転数の変化を予測することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、回転数を含む内燃機関の運転状態に関する情報とクランク軸に作用するトルクとから、情報取得時点から仮想点火時期までの回転数の変化を正確に予測することができる。目標点火時期はこの正確な回転数の予測に基づいて設定されるので、回転数の変動が大きい状況であっても、回転数に応じた理想的な点火時期に目標点火時期を設定することが可能になる。
【００１４】
さらに、第２の発明によれば、正確な回転数の変化の予測に基づいて基準時点から点火プラグによる点火までのタイマ設定時間が設定されるので、回転数の変動が大きい状況であっても、実際の点火時期が目標点火時期からずれることを防止することができ、常に回転数に応じた理想的な点火時期で点火を行うことができる。
【００１５】
また、第３の発明によれば、回転数を含む内燃機関の運転状態に関する情報とクランク軸に作用するトルクとから、情報取得時点から仮想点火時期までの回転数の変化を正確に予測することができる。基準時点から点火プラグによる点火までのタイマ設定時間はこの正確な回転数の予測に基づいて設定されるので、回転数の変動が大きい状況であっても、実際の点火時期が目標点火時期からずれることを防止することができ、常に目標点火時期において点火を行うことができる。
【００１６】
第４の発明によれば、回転数とクランク軸に作用するトルクとの相関関係に基づいて回転数の変化を予測するので、回転数が大きく変動しやすい状況であっても、回転数の変化を極めて正確に予測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１乃至図７を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態１としての点火時期制御装置が適用された内燃機関（以下、単にエンジンという）の概略構成を示す図である。本発明は、例えば、火花点火式の４気筒エンジンに適用することができる。本実施形態にかかるエンジンは、内部にピストン８が配置されたシリンダブロック６と、シリンダブロック６に組み付けられたシリンダヘッド４を備えている。ピストン８の上面からシリンダヘッド４までの空間は燃焼室１０を形成しており、この燃焼室１０に連通するように吸気ポート１８と排気ポート２０がシリンダヘッド４に形成されている。吸気ポート１８と燃焼室１０との接続部には、吸気ポート１８と燃焼室１０との連通状態を制御する吸気バルブ１２が設けられ、排気ポート２０と燃焼室１０との接続部には、排気ポート２０と燃焼室１０との連通状態を制御する排気バルブ１４が設けられている。また、シリンダヘッド４には、燃焼室１０の頂部から燃焼室１０内に突出するように点火プラグ１６が取り付けられている。
【００１８】
シリンダヘッド４の吸気ポート１８には、新気を燃焼室１０内に導入するための吸気通路３０が接続されている。吸気通路３０の上流端にはエアクリーナ３２が設けられ、新気はエアクリーナ３２を介して吸気通路３０内に取り込まれる。エアクリーナ３２の下流には、新気の吸入量を検出するためのエアフローメータ５６が配置されている。吸気通路３０の下流部は気筒毎（吸気ポート１８毎）に分岐しており、その分岐部にはサージタンク３４が設けられている。吸気通路３０のサージタンク３４の上流には電子制御式のスロットルバルブ３６が配置されている。スロットルバルブ３６には、その開度を検出するためのスロットルセンサ５４が付設されている。また、図示は省略するが、スロットルバルブ３６にはアイドル時の吸入空気量を調整するためのＩＳＣバルブが並行して設けられている。吸気通路３０の吸気ポート１８の近傍には、燃料を噴射するためのインジェクタ３８が気筒毎に設けられている。
【００１９】
本実施形態にかかるエンジンは、その制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には前述のインジェクタ３８，スロットルバルブ３６，点火プラグ１６等の種々の機器が接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、前述のエアフローメータ５６やスロットルセンサ５４の他、クランク軸２４の回転角度を検出するクランク角センサ５２等の種々のセンサ類が接続されている。クランク角センサ５２は、クランク軸２４が一定角度回転する毎に信号を出力するセンサである。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を駆動するようになっている。
【００２０】
図２は、本実施形態においてＥＣＵ５０により実行されるエンジンの点火時期制御の内容をフローチャートで示したものである。図２に示す点火時期制御ルーチンは、各気筒の１サイクル毎に実行される。例えば、本実施形態にかかるエンジンが４気筒エンジンの場合には、本ルーチンは１８０°CA毎に周期的に実行される。
【００２１】
本ルーチンの最初のステップ１００では、イグニッションスイッチがオンとなっているか否か判定される。イグニッションスイッチが未だオフの場合には、本ルーチンは開始されない。また、本ルーチンの実行中にイグニッションスイッチがオフにされた場合には、本ルーチンは終了する。イグニッションスイッチがオンの場合には、ステップ１０２において、エンジン回転数（一分間当たりの回転数）Neが取得される。エンジン回転数Neは、クランク角センサ５２からのクランク角信号を処理することによって算出することができる。
【００２２】
次のステップ１０４では、取得されたエンジン回転数Neがゼロか否か判定される。エンジン回転数Neがゼロでない場合には、エンジンは始動していると判断することができる。エンジンが始動している場合はステップ１０６に進み、スロットルセンサ５４により検出されたスロットル開度TAが取得される。
【００２３】
次のステップ１０８では、スロットル開度TAがゼロか否か判定される。本実施形態にかかるエンジンでは、アイドリング時の吸入空気量はＩＳＣバルブ（図示略）によって調整される。このため、エンジンが始動している状況でスロットル開度TAがゼロの場合には、エンジンはアイドリング状態にあると判断することができる。アイドリング状態では、エンジン回転数Neは大きく変動しやすく、従来の点火時期制御では、回転数に応じた理想的な点火時期を得ることが難しかった。そこで、本ルーチンでは、アイドリング時であっても理想的な点火時期で点火を行うことができるよう、ステップ１１０以降の処理によって目標点火時期を設定し、また、点火プラグ１６を作動させるようにしている。
【００２４】
まず、ステップ１１０では、クランク角センサ５２からのクランク角信号によってクランク角CAが取得される。次のステップ１１２では、取得されたクランク角CAが当該気筒の吸気バルブ１２の閉弁タイミングに相当するクランク角θivcになっているか否か判定される。吸気バルブ１２に可変バルブタイミング機構が備えられる場合には、θivcはバルブタイミングの変化に合わせて変更される。クランク角CAがθivcになるまで、ステップ１００乃至１１２の処理は繰り返し実行される。
【００２５】
クランク角CAがθivcに一致した場合には、ステップ１１４においてエンジンの運転状態に関する各種情報が取得される。具体的には、θivcにおけるエンジン回転数Neivcと、現在の負荷率KL、空燃比AF、補機類の各負荷率α及び点火時期SA等である。負荷率KLは、エアフローメータ５６により検出される吸入空気量から求められる。空燃比AFは目標空燃比であり、吸入空気量を空燃比AFで除した値がインジェクタ３８からの燃料噴射量となる。補機類としては、エアコン、オルタネータ、トルクコンバータ、パワステ等が挙げられる。これら補機類の各負荷率αは、各補機類の要求出力から求められる。点火時期SAは、現時点において設定されている目標点火時期が読み込まれる。
【００２６】
次のステップ１１６では、θivcにおいてクランク軸２４に作用する図示トルクTiの値Tiivcが求められる。ここでは、ＢＤＣからＴＤＣまでの図示トルクの平均値（以下、平均図示トルクという）によって、各クランク角における図示トルクを近似するものとする。平均図示トルクTiは、エンジン回転数Ne、負荷率KL、空燃比AF及び点火時期SAをパラメータとして変化する。平均図示トルクTiの上記各パラメータとの関係は計算等によって予め求められ、各パラメータをそれぞれ軸とする４次元マップとして記憶されている。図４の各グラフ（Ａ）乃至（Ｄ）は、４次元マップにおける平均図示トルクTiと各パラメータとの関係を示している。ステップ１１６では、θivcにおける各パラメータ（エンジン回転数Neivc、負荷率KL、空燃比、点火時期SA）に応じた平均図示トルクTiivcが上記の４次元マップから取得される。
【００２７】
また、ステップ１１８では、θivcにおいてクランク軸２４に作用するエンジン本体のメカフリクションTfrの値Tfrivcが求められる。メカフリクションTfrは、エンジン回転数Neに依存する。メカフリクションTfrのエンジン回転数Neとの関係は計算等によって予め求められ、エンジン回転数Neを軸とする１次元マップとして記憶されている。図５は、１次元マップにおけるメカフリクションTfrとエンジン回転数Neとの関係を示すグラフである。ステップ１１８では、θivcにおけるエンジン回転数Neivcに応じたメカフリクションTfrivcが上記の１次元マップから取得される。
【００２８】
また、ステップ１２０では、θivcにおいてクランク軸２４に作用する補機類の負荷トルクTfrexの値Tfrexivcが求められる。補機負荷トルクTfrexは、エンジン回転数Neと補機負荷率αをパラメータとして変化する。補機負荷トルクTfrexの各パラメータに対する関係は計算等によって予め求められ、各パラメータをそれぞれ軸とする２次元マップとして記憶されている。図６の各グラフ（Ａ）及び(Ｂ)は、２次元マップにおける補機負荷トルクTfrexと各パラメータとの関係を示している。ステップ１２０では、θivcにおける各パラメータ（エンジン回転数Neivc、補機負荷率α）に応じた補機負荷トルクTfrexivcが上記の２次元マップから取得される。
【００２９】
平均図示トルクTi、メカフリクションTf及び補機負荷トルクTfrexは、何れもクランク軸２４に作用するトルクであり、これらトルクの作用によってエンジン回転数Neに変化が生じる。また、エンジン回転数Neが変化することによって、クランク軸２４に作用する各トルクTi，Tfr，Tfrexも変化する。ステップ１２２では、エンジン回転数Neとクランク軸２４に作用する各トルクTi，Tfr，Tfrexとの相関関係に基づいて、θivc以降のエンジン回転数Neと各トルクTi，Tfr，Tfrexの変化が予測され、最終的にＴＤＣでのエンジン回転数Netdcが求められる。
【００３０】
図３は、ステップ１２２で実行されるサブルーチンを示すフローチャートである。図３に示すサブルーチンの最初のステップ２００では、ステップ１１６乃至１２０でそれぞれ求められた平均図示トルクTiivc、メカフリクションTfrivc及び補機負荷トルクTfrexivcが、平均図示トルクTi、メカフリクションTfr及び補機負荷トルクTfrexの各初期値として読み込まれる。また、θivcにおけるエンジン回転数Neivcはエンジン回転数予測値Neprの初期値として読み込まれ、θivcもクランク角予測値θprの初期値として読み込まれる。
【００３１】
次のステップ２０２では、以下の式（１）によりθivcから微小時間Δt後のエンジン回転数予測値Neprが算出される。
Nepr(k)＝Nepr(k-1)＋dNe/dt×Δt  ・・・（１）
上記の式（１）においてｋは本ステップの実行回数を示すカウンタである。左辺のNepr(k)は今回、新たに予測されるエンジン回転数予測値Neprであり、右辺のNepr(k-1)は前回のエンジン回転数予測値Neprである。本ステップの最初の実行時には、Nepr(k-1)としてNeprの初期値であるθivcにおけるエンジン回転数Neivcが読み込まれる。
【００３２】
上記の式（１）において、dNe/dtはクランク軸２４の回転加速度を示している。dNe/dtは、以下の式（２）に示す運動方程式によってクランク軸２４に作用するトルクを用いて表すことができる。
J×dNe/dt＝Ti−Tfr−Tfrex  ・・・（２）
上記の式（２）においてJはエンジンクランク・コンロッド系の慣性モーメント（既得値）を示している。
【００３３】
ステップ２００で読み込まれた平均図示トルクTi、メカフリクションTfr及び補機負荷トルクTfrexの各初期値を上記の式（２）に代入することによって、θivcからΔt後のクランク軸２４の回転加速度dNe/dtを算出することができる。そして、算出したdNe/dtの値を式（１）に代入することによって、θivcから微小時間Δt後のエンジン回転数予測値Neprを求めることができる。上記の式（２）は、エンジン回転数Neとクランク軸２４に作用する各トルクTi，Tfr，Tfrexとの相関関係を表している。
【００３４】
次のステップ２０４では、以下の式（３）によりθivcから微小時間Δt後のクランク角予測値θprが算出される。
θpr(k)＝θpr(k-1)＋360/60×{Nepr(k)＋Nepr(k-1)}/2×Δt  ・・・（３）
上記の式（３）において左辺のθpr(k)は今回、新たに予測されるクランク角予測値θprであり、右辺のθpr(k-1)は前回のクランク角予測値θprである。本ステップの最初の実行時には、θpr(k-1)としてθprの初期値であるθivcが読み込まれる。右辺の{Nepr(k)＋Nepr(k-1)}/2は、θpr(k-1)からθpr(k)までの平均エンジン回転数を示しており、これに乗じられる360/60は、エンジン回転数を角速度に変換するための係数である。上記の式（３）によれば、上記の式（１）及び式（２）によって予測されるエンジン回転数Neの変化をクランク角θに反映させることで、θivc以降のクランク角θの変化を正確に予測することができる。ステップ２０４の処理の実行後、カウンタｋの値は１つインクリメントされる。
【００３５】
ステップ２０６では、ステップ２０４で算出されたクランク角予測値θprが０deg.に達しているか、つまり、クランク軸２４の回転位置がＴＤＣ（圧縮ＴＤＣ）になっているか判定される。クランク角予測値θprが０deg.に達していない場合には、ステップ２０８，２１０及び２１２の処理が実行される。
【００３６】
ステップ２０８では、ステップ２０２で算出されたエンジン回転数予測値Neprと、ステップ１１４で取得された負荷率KL、空燃比AF及び点火時期SAとに対応する平均図示トルクTiが前述の４次元マップから取得される。また、ステップ２１０では、ステップ２０２で算出されたエンジン回転数予測値Neprに対応するメカフリクションTfrが前述の１次元マップから取得される。ステップ２１２では、ステップ２０２で算出されたエンジン回転数予測値Neprと、ステップ１１４で取得された補機負荷率αとに対応する補機負荷トルクTfrexが前述の２次元マップから取得される。これらのステップ２０８，２１０，２１２では、θivcから微小時間Δt後にクランク軸２４に作用する各トルクTi，Tfr，Tfrexの値が算出される。
【００３７】
ステップ２０８，２１０，２１２の処理の後は、再びステップ２０２の処理が実行される。ステップ２０２では、上記の式（２）にステップ２０８，２１０，２１２で算出された各トルクTi，Tfr，Tfrexの値が代入されることで、クランク軸２４の回転加速度dNe/dtが新しく算出される。そして、算出したdNe/dtを式（１）に代入することによって、前回から微小時間Δtが経過した後（θivcから２×Δt後）のエンジン回転数予測値Neprが算出される。
【００３８】
ステップ２０４では、今回ステップ２０２で新たに算出されたエンジン回転数予測値Nepr(k)と前回ステップ２０２で算出された予測値Nepr(k-1)とから、上記の式（３）にしたがって前回から微小時間Δtが経過した後のクランク角予測値θprが算出される。そして、ステップ２０６において、今回算出されたクランク角予測値θprが０deg.に達しているか判定される。クランク角予測値θprが未だ０deg.に達していない場合には、再びステップ２０８，２１０及び２１２の処理が実行される。
【００３９】
クランク角予測値θprがdeg.に達するまで、つまり、クランク軸２４の回転位置がＴＤＣになるまで、ステップ２０２，２０４，２０６，２０８，２１０，２１２からなるループが繰り返し実行される。この間、エンジン回転数予測値Neprに応じて各トルクTi，Tfr，Tfrexの値が算出され、各トルクTi，Tfr，Tfrexの値に応じて微小時間Δt後のエンジン回転数予測値Neprが算出される。つまり、エンジン回転数Neとクランク軸２４に作用する各トルクTi，Tfr，Tfrexとの相関関係に基づいて、エンジン回転数Neと各トルクTi，Tfr，Tfrexの変化が微小時間Δt毎に予測されていく。
【００４０】
ステップ２０６の判定の結果、クランク角予測値θprがdeg.に達した場合、つまり、クランク軸２４の回転位置がＴＤＣになったときには、ステップ２１４の処理が実行される。ステップ２１４では、クランク角予測値θprがdeg.に達したときのエンジン回転数予測値Neprが、ＴＤＣにおけるエンジン回転数Netdcとして設定される。ステップ２１４が実行されてＴＤＣでのエンジン回転数Netdcが求められることで、図２に示す点火時期制御ルーチンのステップ１２２は終了する。
【００４１】
次のステップ１２４では、ステップ１２２で得られたＴＤＣでのエンジン回転数Netdcに基づいて目標点火時期SAtが求められる。つまり、本ルーチンでは、ＴＤＣを仮想点火時期として設定し、この仮想点火時期でのエンジン回転数に基づいて目標点火時期SAtを求めるようになっている。仮想点火時期であるＴＤＣと実際に設定される目標点火時期SAtとは大きく離れていないので、ＴＤＣから目標点火時期SAtに至るまでの間のエンジン回転数の変化は微小とみなすことができる。
【００４２】
ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ne、負荷率KL及び空燃比AFをそれぞれ軸とする３次元マップから目標点火時期SAtを設定する。この３次元マップには、目標点火時期SAtのエンジン回転数Ne、負荷率KL及び空燃比AFに対する各関係が予め記憶されている。図７の各グラフ（Ａ）乃至（Ｃ）は、３次元マップにおける目標点火時期SAtとエンジン回転数Ne、負荷率KL、及び空燃比AFとの各関係を示している。ステップ１２４では、ステップ１２２で得られたエンジン回転数Netdcと、ステップ１１４で取得された負荷率KL及び空燃比AFとに応じた目標点火時期SAtが上記の３次元マップから取得される。
【００４３】
次のステップ１２６では、実際の点火プラグ１６の点火時期を決める点火タイマの設定時間TMが算出される。本実施形態では、所定のクランク角（例えば、３０°ＢＴＤＣ等）を基準時点として点火タイマをスタートさせ、タイマ設定時間TMが経過した時点で点火プラグ１６による点火が行われるようになっている。θivcからＴＤＣまでのエンジン回転数Neの変化を予測する際に、θivcからＴＤＣまでのクランク角θの変化も微小時間Δt毎に予測されている。この微小時間Δt毎のクランク角θの変化から、クランク角が基準時点から目標点火時期SAtになるまでの時間を逆算することによって、実際の点火時期が目標点火時期SAtに一致するようにタイマ設定時間TMを設定することができる。
【００４４】
ステップ１２８では、点火タイマによって基準時点からの経過時間が計測され、経過時間がステップ１２６で設定されたタイマ設定時間TMに達したか否か判定される。そして、経過時間がタイマ設定時間TMに達した時点で、点火プラグ１６による点火が行われる。
【００４５】
以上説明した点火時期制御ルーチンによれば、エンジン回転数Neとクランク軸２４に作用するトルクTi，Tfr，Tfrexとの相関関係に基づいて、エンジンの運転状態に関する情報の取得時点であるθivc以降のエンジン回転数Neの変化を正確に予測することができる。目標点火時期SAtはこの正確なエンジン回転数Neの予測に基づいて設定されるので、アイドリング時のようなエンジン回転数の変動が大きい状況であっても、エンジン回転数に応じた理想的な点火時期に目標点火時期SAtを設定することができる。
【００４６】
さらに、上記のように正確に予測されたエンジン回転数Neの変化に基づいて点火タイマの設定時間TMが設定されるので、アイドリング時のようなエンジン回転数の変動が大きい状況であっても、実際の点火時期が目標点火時期SAtからずれることを防止することができ、常に回転数に応じた理想的な点火時期で点火を行うことができる。
【００４７】
なお、上記実施の形態においては、ＥＣＵ５０による上記ステップ１１４の処理の実行により、第１及び第３の発明の「情報取得手段」が実現され、上記ステップ１１６，１１８，１２０の処理の実行により、第１及び第３の発明の「トルク算出手段」が実現されている。また、ＥＣＵ５０による、上記ステップ１２２の処理の実行により、つまり、図３のサブルーチンの実行により第１及び第３の発明の「回転数予測手段」が実現されている。また、ＥＣＵ５０による上記ステップ１２４の処理の実行により、第１の発明の「目標点火時期設定手段」が実現されている。さらに、ＥＣＵ５０による上記ステップ１２６の処理の実行により、第２及び第３の発明の「タイマ設定時間算出手段」が実現され、上記ステップ１２８，１３０の処理の実行により、第２及び第３の発明の「点火プラグ駆動手段」が実現されている。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変形して実施することもできる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００４９】
上記実施の形態では、エアフローメータ５６により検出される吸入空気量によってエンジンの負荷率KLを求めているが、吸気通路３０内の圧力（吸気管圧）を検出する吸気管圧センサを備える場合には、吸気管圧を負荷率KLの代わりに用いてもよい。
【００５０】
上記実施の形態では、各クランク角における図示トルクをＢＤＣからＴＤＣまでの平均図示トルクによって近似しているが、ＢＤＣからＴＤＣまでの図示トルクの変化をパラメータ（エンジン回転数Ne、負荷率KL、空燃比、点火時期SA）毎に求めてマップに記憶し、クランク角毎に図示トルクを求めるようにしてもよい。
【００５１】
また、上記実施の形態では、目標点火時期SAtを仮想点火時期であるＴＤＣでのエンジン回転数Netdcに応じて設定しているが、所定時点（例えば１０°ＢＴＤＣ）からＴＤＣまでの平均エンジン回転数に応じて目標点火時期SAtを決定するようにしてもよい。また、仮想点火時期はＴＤＣでなくてもよく、実際に目標点火時期が設定される可能性のあるクランク角範囲内であればよい。
【００５２】
さらに、エンジン回転数Neにかかわらず目標点火時期SAtを所定のクランク角（例えばＴＤＣ）に固定してもよい。この場合も、正確に予測されたエンジン回転数Neの変化に基づいて点火タイマの設定時間TMを設定することができるので、実際の点火時期が目標点火時期SAtからずれることは防止することができ、常に目標点火時期SAt通りに点火を行うことができる。
【００５３】
また、上記実施の形態では、点火プラグ１６の点火時期を点火タイマにより制御しているが、クランク角センサ５２の分解能力が高い場合には、クランク角センサ５２のクランク角信号からクランク軸２４の回転位置を求め、クランク軸２４の回転位置が目標点火時期SAtに一致したら点火プラグ１６を点火させるようにしてもよい。
【００５４】
また、上記実施の形態では、吸気バルブ１２の閉弁時点θivcをエンジンの運転状態に関する情報の取得時点としているが、θivcより後の所定時点を情報取得時点としてもよい。情報取得時点は、目標点火時期SAtが設定されるクランク角範囲よりも前（進角側）であればよい。また、上記実施の形態のように点火時期を点火タイマにより制御する場合には、タイマ設定時間TMの基準時点よりも前であればよい。
【００５５】
さらに、上記実施の形態では、本発明をアイドリング時における点火時期制御に適用しているが、本発明はアイドリング時のみならず、急加減速時やシフトチェンジ時等、エンジン回転数の変動が大きい状況での点火時期の制御であれば、広く適用可能である。エンジン回転数の変動が大きいか否かは、例えば、エンジン回転数の変化率{Ne(t+Δt)/Ne(t)}を所定の基準値と比較することで判断することができる。このような状況での点火時期の制御に本発明を適用することで、常に理想的な点火時期で点火を行うことが可能になり、エンジンを高効率で運転することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態としての内燃機関の点火時期制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態において実行される点火時期制御ルーチンのフローチャートである。
【図３】図２に示す点火時期制御ルーチンにおいて実行されるサブルーチンのフローチャートである。
【図４】平均図示トルクTiとエンジン回転数Ne、負荷率KL、空燃比、点火時期SAとの各関係を示すグラフである。
【図５】メカフリクションTfとエンジン回転数Neとの関係を示すグラフである。
【図６】補機負荷トルクTfrexivcとエンジン回転数Ne、補機負荷率αとの各関係を示すグラフである。
【図７】目標点火時期SAtとエンジン回転数Ne、負荷率KL、空燃比AFとの各関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１０  燃焼室
１２  吸気弁
１４  排気弁
１６  点火プラグ
１８  吸気ポート
２０  排気ポート
２４  クランク軸
３０  吸気通路
３６  スロットルバルブ
３８  インジェクタ
５０  ＥＣＵ
５２  クランク角センサ
５４  スロットルセンサ
５６  エアフローメータ
【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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