(57)【要約】【課題】基本点火時期における実際の吸気弁通過流速エネルギを用いて適切に点火時期制御を行い得る装置を提供する。【解決手段】運転条件に基づいて基本点火時期を算出する基本点火時期算出手段（３１）と、この実際の吸気弁通過流速エネルギを算出する吸気弁通過流速エネルギ算出手段（３１）と、この実際の吸気弁通過流速エネルギに基づいて前記基本点火時期を補正する点火時期補正手段（３１）と、この補正後の基本点火時期で火花点火を行う火花点火手段（１１）とを備える、【選択図】図１
2006144696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転条件に基づいて基本点火時期を算出する基本点火時期算出手段と、
実際の吸気弁通過流速エネルギを算出する吸気弁通過流速エネルギ算出手段と、
この実際の吸気弁通過流速エネルギに基づいて前記基本点火時期を補正する点火時期補正手段と、
この補正後の基本点火時期で火花点火を行う火花点火手段と
を備える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】
マニホールド圧力を検出または算出する手段と、
吸気弁開時期における筒内圧力を検出または算出する手段と
を備え、
これらマニホールド圧力と筒内圧力の差圧に基づいて吸気弁を通過する吸気弁通過流速を算出し、この吸気弁通過流速に基づいて前記実際の吸気弁通過流速エネルギを算出す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】
マニホールド圧力を検出または算出する手段と、
吸気弁開時期における筒内圧力を検出または算出する手段と
を備え、
これらマニホールド圧力と筒内圧力とから所定のマップを検索することにより、前記実際の吸気弁通過流速エネルギを算出す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４】
前記マニホールド圧力と筒内圧力とから所定のマップを検索することにより、実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギを算出し、この実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギにマニホールド空気密度を乗算して前記実際の吸気弁通過流速エネルギを算出することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項５】
吸気絞り弁部を通過する空気流量を検出する空気流量検出手段を備え、この空気流量検出手段により検出される、吸気弁開期間での空気流量に基づいて前記マニホールド圧力を算出することを特徴とする請求項３または４に記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項６】
前記筒内圧力を、前記マニホールド圧力とエンジン回転速度とに基づいて算出することを特徴とする請求項３または４に記載のエンジンの点火時期制御装置。
【請求項７】
前記基本点火時期はＭＢＴの得られる点火時期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８】
燃焼室を開閉する吸気弁と、
この吸気弁を開いている間に吸気弁を通過して燃焼室に流入する空気の流速エネルギを筒内ガス流動推定値として、吸気弁の前後圧力差に基づいて算出する筒内ガス流動推定値算出手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの筒内ガス流動推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン（内燃機関）の筒内ガス流動推定装置及びエンジンの点火時期制御装置、特に燃焼室内のガス流動の乱れ強さ（以下「筒内乱れ強さ」という。）に着目したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内乱れ強さは燃焼に大きな影響を及ぼす因子であるため、可変動弁装置を備えるエンジンにおいて、この筒内乱れ強さを、吸気弁の作動角、吸気弁の位相（開弁時期）、吸気管内の圧力及びエンジン回転速度に基づいて推定し、その推定した筒内乱れ強さに基づいてエンジンを制御するものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１８０８９４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、吸気弁を開いている間に吸気弁を通過して燃焼室に流入する空気の流速エネルギ（以下「吸気弁通過流速エネルギ」という。）によって燃焼室内のガス流動の乱れが生じるものと考えられるので、吸気弁通過流速エネルギは筒内乱れ強さとの間に強い相関を有するはずである。こうした考えのもと実験を行ってみたところ、吸気弁通過流速エネルギは筒内乱れ強さに対して高い感度を有することが判明した。
【０００４】
ここで、吸気弁通過流速エネルギが問題になるのは、基本点火時期における実際の吸気弁通過流速エネルギである。吸気弁の前後圧力差によって生成される吸気弁通過流速エネルギがそのまま基本点火時期まで保存されるとして、実際の吸気弁通過流速エネルギが、吸気弁通過流速エネルギの目標値（要求値）と一致するときに最適な燃焼（燃焼速度）が得られるのであるから、実際の吸気弁通過流速エネルギが吸気弁通過流速エネルギの目標値より外れ、例えば実際の吸気弁通過流速エネルギが吸気弁通過流速エネルギの目標値より大きくなると、燃焼速度が速くなって燃焼が促進され過ぎるし、この逆に実際の吸気弁通過流速エネルギが吸気弁通過流速エネルギの目標値より小さいときには、燃焼速度が遅くなって燃焼が緩慢となり過ぎる。
【０００５】
こう考えると、吸気弁の前後圧力差によって生成される吸気弁通過流速エネルギが実際にどうなっているのかを知り得る必要がある。
【０００６】
しかしながら、今まで吸気弁の前後圧力差によって生成される吸気弁通過流速エネルギが実際にどうなっているのか知り得ていない。
【０００７】
そこで、本発明者は、新たに、吸気弁の前後圧力差によって生成される実際の吸気弁通過流速エネルギの算出を可能とした。この吸気弁の前後圧力差によって生成される実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）に基づけば、実際の吸気弁通過流速エネルギが吸気弁通過流速エネルギの目標値と一致するように制御することが可能となる。
【０００８】
いま、本発明の技術と上記特許文献１の技術とを比較すれば、上記特許文献１の技術によれば、吸気弁の前後圧力差によって生成される実際の吸気弁通過流速エネルギを算出できない。すなわち、吸気弁の開期間に吸気弁を通過する空気の流速は、吸気弁前後の圧力差つまりマニホールド圧力と筒内圧力との差圧に応じて定まるところ、上記特許文献１の技術によれば吸気管内の圧力を推定するだけで、筒内圧力を推定することはしていないので、吸気弁の開期間に吸気弁を通過する空気の流速を算出することができず、この結果として吸気弁の前後圧力差によって生成される実際の吸気弁通過流速エネルギを算出することはできないのである。
【０００９】
そこで本発明は、この新たに算出可能とした実際の吸気弁通過流速エネルギを筒内ガス流動推定値として算出し、この筒内ガス流動推定値としての実際の吸気弁通過流速エネルギを用いて適切に点火時期制御を行い得る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】
【００１０】
本発明は、吸気弁を開いている間に吸気弁を通過して燃焼室に流入する空気の流速エネルギである実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）を筒内ガス流動推定値として、吸気弁の前後圧力差に基づいて算出するように構成する。
【００１１】
また、本発明は、この筒内ガス流動推定値としての実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）に基づいて基本点火時期を補正し、この補正後の基本点火時期で火花点火を行うように構成する。
【発明の効果】
【００１２】
基本点火時期において、実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）が吸気弁通過流速エネルギの目標値（Ｕｍ）より外れ、例えば実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）が吸気弁通過流速エネルギの目標値（Ｕｍ）より大きくなると、これと相関する基本点火時期における実際の筒内乱れ強さが大きくなり、燃焼速度が速くなって燃焼が促進され過ぎるし、この逆に実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）が吸気弁通過流速エネルギの目標値（Ｕｍ）より小さいときには、これと相関する基本点火時期における実際の筒内乱れ強さが小さくなり、燃焼速度が遅くなって燃焼が緩慢となり過ぎる。
【００１３】
しかしながら、今まで吸気弁の前後圧力差によって生成される吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）が実際にどうなっているのか知り得なかったのであるが、本発明によれば、今回初めて、基本点火時期における実際の筒内乱れ強さに対する感度が高いとされる、実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）を算出することが可能になった。
【００１４】
この実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）に基づいて基本点火時期（θＭＢＴ）を補正することで、実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）を、吸気弁通過流速エネルギの目標値（Ｕｍ）へと制御することができ、これにより、実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）が環境条件により相違したり運転条件により変化することがあっても、吸気弁通過流速エネルギの目標値（Ｕｍ）を実現できる。すなわち、基本点火時期における実際の筒内乱れ強さが環境条件により相違したり運転条件により変化することがあっても、基本点火時期において筒内乱れ強さの目標値を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明のシステムを説明するための概略図である。
【００１７】
空気は吸気コレクタ２に蓄えられた後、吸気マニホールド３を介して各気筒の燃焼室５に導入される。燃料は各気筒の吸気ポート４に配置された燃料インジェクタ２１より噴射供給される。空気中に噴射された燃料は気化しつつ空気と混合してガス（混合気）を作り、燃焼室５に流入する。この混合気は吸気弁１５が閉じることで燃焼室５内に閉じこめられ、ピストン６の上昇によって圧縮される。
【００１８】
この圧縮混合気に対して高圧火花により点火を行うため、パワートランジスタ内蔵の点火コイルを各気筒に配した電子配電システムの点火装置１１を備える。すなわち、点火装置１１は、バッテリからの電気エネルギーを蓄える点火コイル１３と、点火コイル１３の一次側への通電、遮断を行うパワートランジスタと、燃焼室５の天井に設けられ点火コイル１３の一次電流の遮断によって点火コイル１３の二次側に発生する高電圧を受けて、火花放電を行う点火プラグ１４とからなっている。
【００１９】
圧縮上死点より少し手前で点火プラグ１４により火花が飛ばされ圧縮混合気に着火されると、火炎が広がりやがて爆発的に燃焼し、この燃焼によるガス圧がピストン６を押し下げる仕事を行う。この仕事はクランクシャフト７の回転力として取り出される。燃焼後のガス（排気）は排気弁１６が開いたとき排気通路８へと排出される。
【００２０】
排気通路８には三元触媒９を備える。三元触媒９は排気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲（ウインドウ）にあるとき、排気に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘといった有害三成分を同時に効率よく除去できる。空燃比は吸入空気量と燃料量の比であるので、エンジンの１サイクル（４サイクルエンジンではクランク角で７２０°区間）当たりに燃焼室５に導入される吸入空気量と、燃料インジェクタ２１からの燃料噴射量との比が理論空燃比となるように、エンジンコントローラ３１ではエアフローメータ３２からの吸入空気流量の信号とクランク角センサ（３３、３４）からの信号に基づいて燃料インジェクタ２１からの燃料噴射量を定めると共に、三元触媒９の上流に設けたＯ2センサ３５からの信号に基づいて空燃比をフィードバック制御している。
【００２１】
吸気コレクタ２の上流には絞り弁２３がスロットルモータ２４により駆動される、いわゆる電子制御スロットル２２を備える。運転者が要求するトルクはアクセルペダル４１の踏み込み量（アクセル開度）に現れるので、エンジンコントローラ３１ではアクセルセンサ４２からの信号に基づいて目標トルクを定め、この目標トルクを実現するための目標空気量を定め、この目標空気量が得られるようにスロットルモータ２４を介して絞り弁２３の開度を制御する。
【００２２】
吸気弁用カムシャフト２５、排気弁用カムシャフト２６及びクランクシャフト７の各前部にはそれぞれカムスプロケット、クランクスプロケットが取り付けられ、これらスプロケットにタイミングチェーン（図示しない）を掛け回すことで、カムシャフト２５、２６がエンジンのクランクシャフト７により駆動されるのであるが、このカムスプロケットと吸気弁用カムシャフト２５との間に介在して、作動角一定のまま吸気弁用カムの位相を連続的に制御し得る吸気バルブタイミングコントロール機構（以下、「吸気ＶＴＣ機構」という。）２７と、カムスプロケットと排気弁用カムシャフト２６との間に介在して、作動角一定のまま排気弁用カムの位相を連続的に制御し得る排気バルブタイミングコントロール機構（以下、「排気ＶＴＣ機構」という。）２８とを備える。吸気弁１５の開閉時期や排気弁１６の開閉時期を変えると燃焼室５に残留する不活性ガスの量が変化する。燃焼室５内の不活性ガスの量が増えるほどポンピングロスが減って燃費がよくなるので、運転条件によりどのくらいの不活性ガスが燃焼室５内に残留したらよいかを目標吸気弁閉時期や目標排気弁閉時期にして予め定めており、エンジンコントローラ３１ではそのときの運転条件（エンジンの負荷と回転速度）より目標吸気弁閉時期と目標排気弁閉時期を定め、それら目標値が得られるように吸気ＶＴＣ機構２７、排気ＶＴＣ機構２８の各アクチュエータを介して吸気弁閉時期と排気弁閉時期を制御する。
【００２３】
さらに、吸気弁１５の弁リフト量及び作動角を連続的に可変制御する多節リンク状の機構で構成される可変バルブ機構（以下「ＶＥＬ機構」という。）５１を備える。このＶＥＬ機構５１及び上記吸気ＶＴＣ機構２７の具体的な構成は特開２００３−３８７２号公報により公知であるのでその詳しい説明は省略する。
【００２４】
弁リフト量を小さくすると吸気弁１５の周囲を通過して燃焼室５に流入する吸入空気の流速が増大するためこの吸入空気の流速増大で噴射燃料の霧化が改善されることから、エンジンコントローラ３１ではエンジンより排出されるＨＣが増える傾向にある始動直後からしばらくは噴射燃料の霧化を促進してＨＣを低減するため、ＶＥＬ機構５１のアクチュエータを介しＶＥＬ機構５１を作動させて吸気弁１５の弁リフト量を小さくする。そして、その後はＶＥＬ機構５１を非作動として吸気弁１５の弁リフト量を元に戻し大量の吸入空気を燃焼室５へと流入させる。
【００２５】
コレクタ温度センサ４３からのコレクタ温度の信号、コレクタ圧力センサ４４からのコレクタ圧力の信号、排気温度センサ４５からの排気温度の信号、排気圧力センサ４６からの排気圧力の信号が、水温センサ３７からの冷却水温の信号と共に入力されるエンジンコントローラ３１では、パワートランジスタ１３を介して点火プラグ１４の一次側電流の遮断時期である点火時期を制御する。
【００２６】
さて、吸気弁１５の前後圧力差によって生成される吸気弁通過流速エネルギがそのまま基本点火時期まで保存され、この吸気弁通過流速エネルギによって燃焼室５内のガス流動の乱れが生じるものと考えれば、吸気弁通過流速エネルギは筒内乱れ強さとの間に強い相関を有するはずである。
【００２７】
こうした考えのもと実験を行ってみたところ、吸気弁通過流速エネルギは筒内乱れ強さに対して高い感度を有することが判明した。
【００２８】
ここで、吸気弁の前後圧力差によって生成される吸気弁通過流速エネルギが問題になるのは、基本点火時期における実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）である。吸気弁の前後圧力差によって生成される吸気弁通過流速エネルギがそのまま基本点火時期まで保存されるとして、実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）が吸気弁通過流速エネルギの目標値（Ｕｍ）と一致するときに最適な燃焼（燃焼速度）が得られるのであるから、実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）が吸気弁通過流速エネルギの目標値（Ｕｍ）より外れ、例えば実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）が吸気弁通過流速エネルギの目標値（Ｕｍ）より大きくなると、燃焼速度が速くなって燃焼が促進され過ぎるし、この逆に実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）が吸気弁通過流速エネルギの目標値（Ｕｍ）より小さいときには、燃焼速度が遅くなって燃焼が緩慢となり過ぎる。
【００２９】
こう考えると、吸気弁の前後圧力差によって生成される吸気弁通過流速エネルギが実際にどうなっているのかを知り得る必要がある。
【００３０】
そこで、本発明者は、新たに、吸気弁の前後圧力差によって生成される実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）の算出を可能とした。この実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）に基づけば、実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）が吸気弁通過流速エネルギの目標値（Ｕｍ）と一致するように制御することが可能となる。
【００３１】
エンジンコントーラ３１で実行されるこの制御の内容を図２のブロック図を参照して詳述する。
【００３２】
図２は点火時期θＡＤＶ［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出するためのブロック図で、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００３３】
図２において、充填効率検出部５１では、エアフローメータ３２出力に基づいて充填効率検出値ＩＴＡＣｒを算出する。これについては、コレクタ応答モデルを用いて１吸気当たりのシリンダ空気質量を演算するようにした技術が特開２０００−１６１１１３号公報に記載されているので、この１吸気当たりのシリンダ空気質量を用いて充填効率を検出する。
【００３４】
図３は充填効率検出部５１の詳細ブロック図である。図３において、充填効率検出部５１は、電圧→流量算出部８１、エアフローメータ誤差補正部８２、吸気脈動なまし処理部８３、圧力変化量算出部８４、１吸気当たりシリンダ吸気質量算出部８５、充填効率検出値算出部８６を備える。
【００３５】
ホットワイヤ式のエアフローメータ３２の出力電圧を受ける電圧→流量算出部８１では、このエアフローメータ出力電圧から所定のテーブルを検索することにより空気流量Ｑ０（質量流量）に変換する。エアフローメータ誤差補正部８２ではこの空気流量Ｑ０［ｇ／ｍｓ］に補正係数を乗算した値を誤差補正後の空気流量Ｑafm［ｇ／ｍｓ］として算出する。ここで、補正係数はエンジン回転速度ＮＲＰＭと、スロットルセンサ４７により検出されるスロットル弁開度とから所定のマップを検索して求められる値である。空気流量Ｑ０の補正は吸気脈動の影響を受けて空気流量Ｑ０が大きくなり過ぎるのを補正するためのものである。
【００３６】
吸気脈動なまし処理部８３では誤差補正後の空気流量Ｑafmに対して次式によりなまし処理を実行して単位時間当たりスロットル弁通過空気流量Ｍｔ［ｇ／ｍｓ］を算出する。
【００３７】
Ｍｔ＝Ｑafm×加重平均係数＋（１−加重平均係数）×Ｍｔ（前回値）
…（１）
ただし、Ｍｔ（前回値）：Ｍｔの前回値、
コレクタ圧力センサ４４により検出されるコクレタ２圧力ＰＣＯＬ［ｋＰａ］を入力するコレクタ圧力変化量算出部８４では、コレクタ圧力変化量ΔＰ（＝ＰＣＯＬ−ＰＣＯＬ（前回値））を算出する。
【００３８】
１吸気当たりシリンダ吸気質量算出部８５では、次式により１吸気当たりシリンダ吸気質量Ｍｃ［ｇ／cycle］を演算する。
【００３９】
Ｍｃ０［ｇ／ｍｓ］＝Ｍｔ−ΔＰ×ＶＣＯＬ／（Ｒ・ＴＣＯＬ）
…（２）
Ｍｃ［ｇ／cycle］＝係数×（Ｍｃ０／ＮＲＰＭ）／気筒数   …（３）
ただし、ＶＣＯＬ：コレクタ容積（一定値）、
ＴＣＯＬ：コレクタ温度、
Ｒ      ：ガス定数、
充填効率検出値算出部８６では、この１吸気当たりシリンダ吸気質量Ｍｃと標準状態の１吸気当たりシリンダ吸気質量Ｍｃbase［ｇ／cycle］（一定値）とを用いて、つまり次式により充填効率検出値ＩＴＡＣｒ［無名数］を算出する。
【００４０】
ＩＴＡＣｒ＝Ｍｃ／Ｍｃbase                              …（４）
図２に戻り、基本点火時期算出部５２ではクランク角センサにより検出されるエンジン回転速度ＮＲＰＭ［ｒｐｍ］と、この充填効率検出値ＩＴＡＣｒ［無名数］とから図４を内容とするマップを検索することにより、基本点火時期θＭＢＴ［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出する。基本点火時期θＭＢＴとしては、ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）が得られる点火時期とする。基本点火時期θＭＢＴの単位には圧縮上死点を起点として進角側に測った値を採用している。
【００４１】
図４のように、回転速度ＮＲＰＭが一定の条件において、基本点火時期θＭＢＴは充填効率検出値ＩＴＡＣｒが大きくなるほど遅角側になる値である。これは、充填効率検出値ＩＴＡＣｒが大きくなるほど燃焼速度が大きくなり燃焼が進み過ぎるので、そのぶん点火時期を遅角側にして燃焼の進み過ぎを抑える必要があるためである。また、充填効率検出値ＩＴＡＣｒが一定の条件において、基本点火時期θＭＢＴは回転速度ＮＲＰＭが大きくなるほど進角側の値になる。これは、回転速度ＮＲＰＭが高くなるほど点火が遅れがちとなるので、点火時期が遅れないようにするためである。
【００４２】
ここで、クランク角センサはクランクシャフト７のポジションを検出するポジションセンサ３３と、吸気用カムシャフト２５ポジションを検出するフェーズセンサ３４とからなり、これら２つのセンサ３３、３４からの信号に基づいてエンジン回転速度ＮＲＰＭ［ｒｐｍ］が算出されている。
【００４３】
吸気弁開期間空気量算出部５３では、吸気弁開期間での空気量Ｑｉｖ［ｇ］を算出する。この吸気弁開期間での空気量Ｑｉｖは次式により求めることができる。
【００４４】
Ｑｉｖ＝Ｍｔａｖｅ×Δｔ                                …（５）
ただし、Ｍｔａｖｅ：吸気弁開時期ＩＶＯから吸気弁閉時期ＩＶＣまでのクランク                          角区間の平均の、単位時間当たりスロットル弁通過空気流量                          ［ｇ／ｍｓ］、
Δｔ      ：吸気弁開時期ＩＶＯから吸気弁閉時期ＩＶＣまでのクランク                          角区間に要する時間［ｍｓ］、
ここで、時間Δｔは、吸気弁開時期ＩＶＯから吸気弁閉時期ＩＶＣまでのクランク角区間Δθ［ｄｅｇ］をエンジン回転速度ＮＲＰＭ［ｒｐｍ］を用いて時間に換算することで計測することができる。
【００４５】
上記の単位時間当たりスロットル弁通過空気流量Ｍｔ［ｇ／ｍｓ］は、吸気弁開時期ＩＶＯより吸気弁閉時期ＩＶＣまでの間も変化するので、吸気弁開時期ＩＶＯと吸気弁閉時期ＩＶＣとで単位時間当たりスロットル弁通過空気流量Ｍｔをそれぞれサンプリングし、その平均値を（５）式のＭｔａｖｅとして用いる。もちろん、エンジンコントローラ３１の一部を構成するＣＰＵに演算負荷の余裕が有れば、ＩＶＯよりＩＶＣまでのクランク角区間Δθにわたって単位時間当たりスロットル弁通過空気流量Ｍｔを計測しその平均値を求めるようにしてもかまわない。
【００４６】
ＩＶＯとＩＶＣの間のクランク角区間Δθにおいて単位時間当たりスロットル弁通過空気流量Ｍｔを計測するのは、このクランク角度区間Δθでの空気流量が、吸気弁開期間での吸気弁１５の通過流速ｖを定めるためである。これにより、吸気弁通過流速エネルギの算出に際して、有効なマニホールド圧力を算出できる。
【００４７】
可変動弁装置を備えない場合には吸気弁開時期ＩＶＯ、吸気弁閉時期ＩＶＣは共に固定値であるので、それらの固定値を用いればよい。可変動弁装置（吸気ＶＴＣ機構２７）を備える場合には吸気弁開時期ＩＶＯ、吸気弁閉時期ＩＶＣが変化するので、その変化する吸気弁開時期ＩＶＯと吸気弁閉時期ＩＶＣとをともに検出すればよい。吸気弁開時期ＩＶＯ、吸気弁閉時期ＩＶＣは吸気ＶＴＣ機構２７に与える指令値から既知である。あるいはフェーズセンサ３４により実際の吸気弁開時期ＩＶＯ、吸気弁閉時期ＩＶＣを検出してもかまわない。
【００４８】
マニホールド圧力算出部５４では、この吸気弁開期間での空気量Ｑｉｖとエンジン回転速度ＮＲＰＭ［ｒｐｍ］とから図５を内容とするマップを検索することにより、マニホールド圧力Ｐｍ［ｋＰａ］を算出する。図５に示したように、マニホールド圧力Ｐｍはエンジン回転速度ＮＲＰＭが一定のとき吸気弁開期間での空気量Ｑｉｖが大きくなるほど大きくなる値である。図５の実際の値はエンジン機種毎に相違するので、実際の値は適合またはシミュレーションにより求めればよい。
【００４９】
マニホールド圧力Ｐｍの算出方法はこれに限られるものでなく、コレクタ圧力センサ４４により検出されるコレクタ圧力ＰＣＯＬをそのままマニホールド圧力Ｐｍとして用いてもかまわない。
【００５０】
圧力算出部５５では、エンジン回転速度ＮＲＰＭとマニホールド圧力Ｐｍとから図６を内容とするマップを検索することにより、燃焼室５の吸気弁開時期ＩＶＯにおける圧力（図ではＩＶＯ時筒内圧力）Ｐｃｙｌ［ｋＰａ］を算出する。図６に示したように、燃焼室５の吸気弁開時期ＩＶＯにおける圧力Ｐｃｙｌはエンジン回転速度ＮＲＰＭが一定のときマニホールド圧力Ｐｍが大きくなるほど大きくなる値である。また、マニホールド圧力Ｐｍが一定のときエンジン回転速度ＮＲＰＭが大きくなるほど燃焼室５の吸気弁開時期ＩＶＯにおける圧力Ｐｃｙｌは小さくなる。図６の実際の値はエンジン機種毎に相違するので、実際の値は適合またはシミュレーションにより求める。
【００５１】
燃焼室５の吸気弁開時期ＩＶＯにおける圧力Ｐｃｙｌの算出方法はこれに限られるものでなく、図示しない圧力センサにより、燃焼室５の吸気弁開時期ＩＶＯにおける圧力を直接的に検出するようにしてもかまわない。
【００５２】
マニホールド空気密度算出部５６では、このマニホールド圧力Ｐｍにエンジン回転速度ＮＲＰＭで決まる定数ｋを乗算することにより、つまり次式によりマニホールド空気密度ρｍ［ｇ／ｃｍ3］を算出する。
【００５３】
ρｍ＝Ｐｍ×ｋ                                          …（６）
単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギ算出部５７では、マニホールド圧力Ｐｍと、燃焼室５の吸気弁開時期ＩＶＯにおける圧力Ｐｃｙｌとから図７を内容とするマップを検索することにより、実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギｕ０（＝（１／２）・ｖ2）を算出する。このエネルギｕ０は吸気弁１５の前後圧力差によって生成され、基本点火時期θＭＢＴまで保存されるエネルギとして求めている。
【００５４】
図７に示したように、実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギｕ０は燃焼室５の吸気弁開時期ＩＶＯにおける圧力Ｐｃｙｌが一定のときマニホールド圧力Ｐｍが大きくなるほど大きくなる値である。また、マニホールド圧力Ｐｍが一定のとき燃焼室５の吸気弁開時期ＩＶＯにおける圧力Ｐｃｙｌが小さくなるほど、実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギｕ０は大きくなる。図７の実際の値はエンジン機種毎に相違するので、実際の値は適合またはシミュレーションにより求める。
【００５５】
実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギｕ０の算出方法はこれに限られない。例えば、吸気弁開期間での吸気弁通過流速ｖはＰｍ−Ｐｃｙｌの平方根に比例するので、
ｖ＝吸気弁有効開口面積×（Ｐｍ−Ｐｃｙｌ）＾（１／２）  …（８）
の計算式により、吸気弁開期間での吸気弁通過流速ｖ［ｍ／ｓ］を算出し、この吸気弁開期間での吸気弁通過流速ｖに基づいて、
ｕ０＝（１／２）・ｖ2                                   …（９）
の式により、実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギｕ０［Ｊ／ｋｇ］を算出することができる。
【００５６】
一方、本実施形態では、マニホールド圧力Ｐｍと、燃焼室５の吸気弁開時期ＩＶＯにおける圧力Ｐｃｙｌとから図７に示したマップを用いて、実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギｕ０を算出するようにしているので、Ｐｍ−Ｐｃｙｌの平方根の計算を行わなくても足りている。平方根の計算はＣＰＵに対する演算負荷が大きいのであるが、このように平方根の計算を避ける工夫をすることによって、ＣＰＵに対する演算負荷を軽減できることになっている。
【００５７】
吸気弁通過流速エネルギ算出部５８では、この実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギｕ０［Ｊ／ｋｇ］にマニホールド空気密度ρｍ［ｇ／ｃｍ3］を乗算することにより、つまり次式により基本点火時期における実際の吸気弁通過運動エネルギＵｅ［Ｊ／ｃｍ3］を算出する。
【００５８】
Ｕｅ＝ｕ０×ρｍ×１０００                              …（１０）
このようにして、筒内ガス流動推定値としての、実際の吸気弁通過流速エネルギを算出することができた。
【００５９】
実際の吸気弁通過流速エネルギを算出する方法はこれに限られない。例えば、１吸気当たりシリンダ吸気質量Ｍｃ［ｇ／cycle］を用いて次式により、実際の吸気弁通過運動エネルギＵｅ１［Ｊ／cycle］を算出させてもかまわない。
【００６０】
Ｕｅ１＝ｕ０×Ｍｃ×１０００                            …（１１）
ただし、本実施形態において、１吸気当たりシリンダ吸気質量Ｍｃに代えてマニホールド空気密度ρｍを用いているのは、エンジンの排気量に関係ない値とするためである。つまり、（１１）式を用いるときには、エンジン機種（つまりエンジンの排気量）の相違により実際の吸気弁通過運動エネルギＵｅ１も変化するが、（１０）式によれば、エンジン機種が相違しても、実際の吸気弁通過運動エネルギＵｅは変化することがない。
【００６１】
点火時期補正量算出部５９では、エンジン回転速度ＮＲＰＭとこの実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅとから図８を内容とするマップを検索することにより、点火時期補正量Ｕｈｏｓ［ｄｅｇ］を算出する。
【００６２】
点火時期算出部６０では、基本点火時期θＭＢＴ［ｄｅｇＢＴＤＣ］とこの点火時期補正値Ｕｈｏｓ［ｄｅｇ］とから次式により点火時期θＡＤＶ［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出する。
【００６３】
θＡＤＶ＝θＭＢＴ＋Ｕｈｏｓ                            …（１２）
点火時期補正量Ｕｈｏｓは正負の値をとり得る。ここで、基本点火時期θＭＢＴの単位は［ｄｅｇＢＴＤＣ］であるので、点火時期補正量Ｕｈｏｓが正の値のとき基本点火時期θＭＢＴより遅角され、点火時期補正量Ｕｈｏｓが負の値のとき基本点火時期θＭＢＴより進角される。
【００６４】
図８には代表して３本の特性を示しており、このうち真ん中の特性のとき点火時期補正量Ｕｈｏｓがゼロ、上側の特性のとき点火時期補正量Ｕｈｏｓが負の値、下側の特性のとき点火時期補正量Ｕｈｏｓが正の値となる。すなわち、実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅが吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕ０と一致するとき、点火時期補正量Ｕｈｏｓはゼロであり、実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅが吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕ０より大きいときには、点火時期補正量Ｕｈｏｓは負の値（つまり遅角量）、この逆に実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅが吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕ０より小さいときには、点火時期補正量Ｕｈｏｓは正の値（つまり進角量）である。実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅが吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕ０より大きいときに点火時期補正量Ｕｈｏｓを遅角量とするのは、吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕｍより実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅが大きいと、これと相関する基本点火時期における実際の筒内乱れ強さが大きくなることから、それだけ燃焼速度が速くなり燃焼が促進され過ぎるので、点火時期を遅角して吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕｍでの燃焼速度へと戻すためである。この反対に、実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅが吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕ０より小さいときに点火時期補正量Ｕｈｏｓを進角量とするのは、吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕｍより実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅが小さいと、これと相関する基本点火時期における実際の筒内乱れ強さが小さくなることから、それだけ燃焼速度が遅くなり燃焼が緩慢となり過ぎるので、点火時期を進角して吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕｍ、つまり基本点火時期における筒内乱れ強さの目標値での燃焼速度へと戻すためである。
【００６５】
図８の実際の値はエンジン機種に影響されないので、いずれか一つのエンジンに対して、実際の値を適合またはシミュレーションにより求めればよい。
【００６６】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【００６７】
基本点火時期において、実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅが吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕｍより外れ、例えば実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅが吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕｍより大きくなると、これと相関する基本点火時期における実際の筒内乱れ強さが大きくなり、燃焼速度が速くなって燃焼が促進され過ぎるし、この逆に実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅが吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕｍより小さいときには、これと相関する基本点火時期における実際の筒内乱れ強さが小さくなり、燃焼速度が遅くなって燃焼が緩慢となり過ぎる。
【００６８】
しかしながら、今まで吸気弁の前後圧力差によって生成される吸気弁通過流速エネルギＵｅが実際にどうなっているのか知り得なかったのであるが、本実施形態（請求項１、１１に記載の発明）によれば、今回初めて、基本点火時期における実際の筒内乱れ強さに対して感度の高いとされる、実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅを算出することが可能になった。
【００６９】
この実際の吸気弁通過流速エネルギ（Ｕｅ）に基づいて、本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、基本点火時期θＭＢＴを補正することで、実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅを、吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕｍへと制御することができ、これにより、実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅが環境条件により相違したり運転条件により変化することがあっても、基本点火時期において吸気弁通過流速エネルギの目標値Ｕｍを実現できる。すなわち、基本点火時期における実際の筒内乱れ強さが環境条件により相違したり運転条件により変化することがあっても、基本点火時期において筒内乱れ強さの目標値を実現できる。
【００７０】
マニホールド圧力Ｐｍと、燃焼室５の吸気弁開時期における圧力Ｐｃｙｌ（筒内圧力）の差圧に基づいて吸気弁１５を通過する吸気弁通過流速ｖを計算式により算出し、この吸気弁通過流速ｖに基づいて実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅを算出するのでは、吸気弁通過流速ｖの計算式に平方根があり、この平方根の計算はＣＰＵにとって大きな演算負荷となるのであるが、本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、マニホールド圧力Ｐｍと、燃焼室５の吸気弁開時期における圧力Ｐｃｙｌとから所定のマップ（図７参照）を検索することにより、実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギｕ０を算出するので、吸気弁通過流速ｖを求めることなく、実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギｕ０を算出し得ることとなり、ＣＰＵに対する演算負荷を軽減できる。また、この実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギｕ０にマニホールド空気密度ρｍを乗算して、実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅを算出するので、エンジン機種によりエンジンの排気量が相違しても、エンジン機種毎に実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅを算出することが必要でない。
【００７１】
本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、エアフローメータ３２（空気流量検出手段）により検出される、吸気弁開期間での空気流量に基づいてマニホールド圧力Ｐｍを算出するので、実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅの算出に有効なマニホールド圧力Ｐｍを精度良く求めることができる。
【００７２】
本実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、燃焼室５の吸気弁開時期における圧力Ｐｃｙｌを、マニホールド圧力Ｐｍとエンジン回転速度ＮＲＰＭとに基づいて算出するので、実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅの算出に有効な、燃焼室５の吸気弁開時期における圧力Ｐｃｙｌを算出することができる。
【００７３】
実施形態では、マニホールド圧力Ｐｍと、燃焼室５の吸気弁開時期における圧力Ｐｃｙｌとから所定のマップ（図７参照）を検索することにより、実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギｕ０を算出し、この実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギｕ０にマニホールド空気密度ρｍを乗算して実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅを算出する場合で説明したが、マニホールド圧力Ｐｍと、燃焼室５の吸気弁開時期における圧力Ｐｃｙｌとから所定のマップ（図９参照）を検索することにより、実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅを算出することもできる（請求項３に記載の発明）。この場合にも、吸気弁通過流速ｖを求めることなく実際の吸気弁通過流速エネルギＵｅを算出し得ることとなり、ＣＰＵに対する演算負荷を軽減できる。
【００７４】
実施形態では、充填効率検出値ＩＴＡＣｒとエンジン回転速度ＮＲＰＭとに基づいて基本点火時期θＭＢＴを算出する場合で説明したが、これに限られるものでなく、充填効率検出値ＩＴＡＣｒに代えて、エンジン負荷を用いることができる。また、基本点火時期がＭＢＴの得られる点火時期である場合で説明したが、これに限られるものでもない。
【００７５】
請求項１に記載の発明において、基本点火時期算出手段の機能は図２の基本点火時期算出部５２により、吸気弁通過流速エネルギ算出手段の機能は図２の、単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギ算出部５７及び吸気弁通過流速エネルギ算出部５８により、点火時期補正手段の機能は図２の点火時期補正量算出部５９及び点火時期算出部６０によりそれぞれ果たされている。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】一実施形態のエンジンの制御システム図。
【図２】点火時期の算出を説明するためのブロック図。
【図３】充填効率検出部の詳細ブロック図。
【図４】基本点火時期の特性図。
【図５】マニホールド圧力の特性図。
【図６】筒内圧力の特性図。
【図７】実際の単位マニホールド空気密度当たり吸気弁通過流速エネルギの特性図。
【図８】点火時期補正量の特性図。
【図９】他の実施形態の実際の吸気弁通過流速エネルギの特性図。
【符号の説明】
【００７７】
１  エンジン
５  燃焼室
１１  点火装置（火花点火手段）
１５  吸気弁
２７  吸気ＶＴＣ機構（可変動弁装置）
３１  エンジンコントローラ
３２  エアフローメータ（空気流量検出手段）
【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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