(57)【要約】【課題】点火時期の遅角量が変化しても、気筒間のトルク差を望ましい範囲内に制限しつつ、ノックの発生を抑制するために気筒別に点火時期を遅角できる内燃機関の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】気筒別ノック遅角制御により遅角した各気筒の点火時期の内、最遅角点火時期θｒｍａｘを判定し、トルク点火時期特性を用い、最遅角点火時期θｒｍａｘにおいて、気筒間許容トルク差ΔＴｍａｘに対応するトルク許容点火時期差Δθｍａｘを算出し、各気筒の点火時期を、最遅角点火時期θｒｍａｘと、最遅角点火時期θｒｍａｘよりもトルク許容点火時期差Δθｍａｘだけ進角側の進角側上限点火時期との範囲内に制限した点火時期を最終的な各気筒の点火時期として算出する内燃機関の制御装置及び制御方法。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒が設けられた内燃機関において発生したノックを気筒毎に検出するノック検出部と、
ノックが検出された気筒の点火時期を気筒毎に遅角する気筒別ノック遅角制御を行って、気筒毎に点火時期を算出する点火時期算出部と、
前記点火時期算出部により算出された各気筒の点火時期で、各気筒の混合気を点火させる点火制御部と、を備え、
前記点火時期算出部は、
前記気筒別ノック遅角制御により遅角した各気筒の点火時期の内、最も遅角された点火時期である最遅角点火時期を判定し、
気筒間に許容する最大トルク差である気筒間許容トルク差を算出し、
各気筒が発生するトルクと点火時期との関係が予め設定されたトルク点火時期特性を用い、前記最遅角点火時期において、前記気筒間許容トルク差に対応する点火時期の差であるトルク許容点火時期差を算出し、
各気筒の点火時期を、前記最遅角点火時期と、前記最遅角点火時期よりも前記トルク許容点火時期差だけ進角側の点火時期である進角側上限点火時期との範囲内に制限した点火時期を最終的な各気筒の点火時期として算出する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記点火時期算出部は、前記最遅角点火時期に対応するトルクである最遅角トルクと、前記最遅角トルクに前記気筒間許容トルク差を加算したトルクとのトルク差に対応する点火時期の差である前記トルク許容点火時期差を、前記トルク点火時期特性を用いて算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記点火時期算出部は、前記トルク点火時期特性として、トルクを、点火時期を変数とした２次関数により表した特性を用い、前記２次関数の各係数を、内燃機関の運転状態に基づいて設定する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記点火時期算出部は、前記トルク許容点火時期差と、予め設定された比較許容点火時期差との小さい方である小許容点火時期差により、各気筒の点火時期を制限する請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記点火時期算出部は、前記比較許容点火時期差として、気筒別に設定された許容点火時期差である気筒別許容点火時期差を用い、各気筒について、各気筒の前記気筒別許容点火時期差と前記トルク許容点火時期差との小さい方である小許容点火時期差を判定し、各気筒について、前記最遅角点火時期と、前記最遅角点火時期よりも各気筒の前記小許容点火時期差だけ進角側の点火時期である気筒別進角側上限点火時期との範囲内に各気筒の点火時期を制限する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
複数の気筒が設けられた内燃機関において発生したノックを気筒毎に検出するノック検出ステップと、
ノックが検出された気筒の点火時期を気筒毎に遅角する気筒別ノック遅角制御を行って、気筒毎に点火時期を算出する点火時期算出ステップと、
前記点火時期算出ステップにおいて算出された各気筒の点火時期で、各気筒の混合気を点火させる点火制御ステップと、を実行し、
前記点火時期算出ステップでは、
前記気筒別ノック遅角制御により遅角した各気筒の点火時期の内、最も遅角された点火時期である最遅角点火時期を判定し、
気筒間に許容する最大トルク差である気筒間許容トルク差を算出し、
各気筒が発生するトルクと点火時期との関係が予め設定されたトルク点火時期特性を用
い、前記最遅角点火時期において、前記気筒間許容トルク差に対応する点火時期の差であるトルク許容点火時期差を算出し、
各気筒の点火時期を、前記最遅角点火時期と、前記最遅角点火時期よりも前記トルク許容点火時期差だけ進角側の点火時期である進角側上限点火時期との範囲内に制限した点火時期を最終的な各気筒の点火時期として算出する内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に発生するノックを制御するための内燃機関の制御装置及び制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関に発生するノック現象（ノッキング現象）を、内燃機関の気筒ブロックに直接取り付けられた振動センサ（以下、ノックセンサと称する）により検出する制御装置が知られている。内燃機関の運転中にノックが発生すると、内燃機関のボア径やノックの振動モードに応じて固有の周波数帯の振動が発生するため、制御装置は、この固有周波数の振動強度を測定することでノックの検出を行なう。
【０００３】
また、内燃機関の特性として、点火時期を進角させると内燃機関の出力トルクは上昇するがノックは発生し易くなる。そのため、制御装置は、ノックを検出すると、点火時期を遅角側へ補正することでノックを抑制し、ノックを検出しなければ、点火時期を進角側に復帰させることにより、内燃機関の出力トルクの低下を抑制するノック制御を行う。ノック制御により、点火時期は、ノックが発生する直前の最も進角側の点火時期であるノック限界点火時期に制御される。
【０００４】
このようなノック制御を行う技術として、例えば、下記の特許文献１及び特許文献２に記載された技術が既に知られている。特許文献１の技術では、第１の気筒にノックが発生した場合に、第１の気筒の点火時期を遅角し、その後、第２の気筒にノックが発生した場合に、第２の気筒の点火時期を遅角するように構成されており、気筒別に点火時期を遅角させるように構成されている。特許文献１の技術では、遅角した気筒のトルクの低下による気筒間のトルク変動が大きくなることを抑制するために、第１の気筒の遅角量と第２の気筒の遅角量の合計値が、予め設定された制限値以下になるように、第２の気筒の遅角量を制限するように構成されている。
【０００５】
特許文献２の技術では、気筒別にノックを検出し、気筒別に点火時期を遅角するように構成されている。特許文献２の技術では、ノックセンサの取り付け位置によって異なる、各気筒のノックの検出性に応じて、気筒別に最遅角点火時期からの許容点火時期差を設定し、各気筒の点火時期を制限するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８１２５１号公報
【特許文献２】特許第４２１３６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、各気筒が発生するトルクと点火時期との関係特性は、図４に示すようになり、点火時期が遅角側に移動するに従って、点火時期の遅角量に対するトルクの減少量が増加する。すなわち、点火時期の遅角量が大きくなるに従って、トルクの変動感度が高くなる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２の技術では、点火時期の遅角量に応じて、点火時期の変化に対するトルクの変動感度が異なることが考慮されておらず、点火時期の遅角量によっては、制限値又は許容点火時期差が大き過ぎて、気筒間のトルク差が大きくな
り過ぎたり、制限値又は許容点火時期差が小さ過ぎて、気筒間のトルク差が小さく抑制され過ぎたりし、点火時期の遅角量に応じた適切な制限値又は許容点火時期差を設定できなかった。
【０００９】
また、特許文献１の技術では、第２の気筒の遅角量を制限するため、第２の気筒のノックの発生を防止できないおそれがあり、また、他の気筒の点火時期を変化させないため、気筒間のトルク差の低減には限界がある。
【００１０】
そこで、点火時期の遅角量が変化しても、気筒間のトルク差を望ましい範囲内に制限しつつ、ノックの発生を抑制するために気筒別に点火時期を遅角できる内燃機関の制御装置及び制御方法が求められる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、複数の気筒が設けられた内燃機関において発生したノックを気筒毎に検出するノック検出部と、ノックが検出された気筒の点火時期を気筒毎に遅角する気筒別ノック遅角制御を行って、気筒毎に点火時期を算出する点火時期算出部と、前記点火時期算出部により算出された各気筒の点火時期で、各気筒の混合気を点火させる点火制御部と、を備え、前記点火時期算出部は、前記気筒別ノック遅角制御により遅角した各気筒の点火時期の内、最も遅角された点火時期である最遅角点火時期を判定し、気筒間に許容する最大トルク差である気筒間許容トルク差を算出し、各気筒が発生するトルクと点火時期との関係が予め設定されたトルク点火時期特性を用い、前記最遅角点火時期において、前記気筒間許容トルク差に対応する点火時期の差であるトルク許容点火時期差を算出し、各気筒の点火時期を、前記最遅角点火時期と、前記最遅角点火時期よりも前記トルク許容点火時期差だけ進角側の点火時期である進角側上限点火時期との範囲内に制限した点火時期を最終的な各気筒の点火時期として算出するものである。
【００１２】
また、本発明に係る内燃機関の制御方法は、複数の気筒が設けられた内燃機関において発生したノックを気筒毎に検出するノック検出ステップと、ノックが検出された気筒の点火時期を気筒毎に遅角する気筒別ノック遅角制御を行って、気筒毎に点火時期を算出する点火時期算出ステップと、前記点火時期算出ステップにおいて算出された各気筒の点火時期で、各気筒の混合気を点火させる点火制御ステップと、を実行し、前記点火時期算出ステップでは、前記気筒別ノック遅角制御により遅角した各気筒の点火時期の内、最も遅角された点火時期である最遅角点火時期を判定し、気筒間に許容する最大トルク差である気筒間許容トルク差を算出し、各気筒が発生するトルクと点火時期との関係が予め設定されたトルク点火時期特性を用い、前記最遅角点火時期において、前記気筒間許容トルク差に対応する点火時期の差であるトルク許容点火時期差を算出し、各気筒の点火時期を、前記最遅角点火時期と、前記最遅角点火時期よりも前記トルク許容点火時期差だけ進角側の点火時期である進角側上限点火時期との範囲内に制限した点火時期を最終的な各気筒の点火時期として算出するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る内燃機関の制御装置及び制御方法によれば、トルク点火時期特性を用いて、最遅角点火時期において、気筒間許容トルク差に対応するトルク許容点火時期差を算出するので、気筒間の最遅角点火時期が、最大トルク点火時期から、遅角側に変化するに従って、気筒間許容トルク差に対応するトルク許容点火時期差を減少させることができる。そして、各気筒の点火時期をトルク許容点火時期差の範囲内に制限するので、点火時期の遅角量が変化しても、気筒間のトルク差を、気筒間許容トルク差の範囲内に確実に制限することができる。また、最遅角点火時期を除いた各気筒の点火時期が遅角側に変更されるので、各気筒のノックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るトルク点火時期特性を説明する図である。
【図５】課題を説明するための点火時期差とトルク差を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る気筒間許容トルク差に対応するトルク許容点火時期差の算出を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る制限処理前後の各気筒の点火時期を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る遅角量の増加に応じたトルク許容点火時期差の減少を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係るトルク許容点火時期差と比較許容点火時期差との小さい方である小許容点火時期差による制限処理を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る制御装置の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
実施の形態１に係る内燃機関１の制御装置５０（以下、単に制御装置５０と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関１の概略構成図である。なお、本実施の形態に係る内燃機関１は、複数の気筒２５及びピストン５を備えているが、図１には便宜上、１つの気筒２５及びピストン５のみを示している。内燃機関１及び制御装置５０は、車両に搭載され、内燃機関１は、車両（車輪）の駆動力源となる。
【００１６】
１．内燃機関１の構成
まず、内燃機関１の構成について説明する。内燃機関１は、空気と燃料の混合気を燃焼する複数の気筒２５（本例では、４気筒）を有している。内燃機関１は、各気筒２５に空気を供給する吸気路２３と、各気筒２５で燃焼した排気ガスを排出する排気路１７とを備えている。内燃機関１は、吸気路２３を開閉するスロットルバルブ６を備えている。スロットルバルブ６は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式スロットルバルブとされている。スロットルバルブ６には、スロットルバルブ６の開度に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ７が設けられている。
【００１７】
吸気路２３の最上流部には、吸気路２３に吸入された空気を浄化するエアクリーナ２４が設けられている。スロットルバルブ６の上流側の吸気路２３には、吸気路２３に吸入される吸入空気流量に応じた電気信号を出力するエアフローセンサ３が設けられている。スロットルバルブ６の下流側の吸気路２３の部分は、吸気マニホールド１１とされており、複数の気筒２５に連結されている。吸気マニホールド１１の上流側の部分は、吸気脈動を抑制するサージタンクとされている。
【００１８】
吸気マニホールド１１には、吸気マニホールド１１内の気体の圧力であるマニホールド圧に応じた電気信号を出力するマニホールド圧センサ８が設けられている。なお、エアフローセンサ３及びマニホールド圧センサ８の何れか一方のみが設けられてもよい。吸気マニホールド１１の下流側の部分である吸気ポートには、燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。なお、インジェクタ１３は、気筒２５内に直接燃料を噴射するように設けられてもよい。
【００１９】
各気筒２５の頂部には、空気と燃料の混合気に点火する点火プラグ１８と、点火プラグ１８に点火エネルギーを供給する点火コイル１６と、が設けられている。また、各気筒２
５の頂部には、吸気路２３から気筒２５内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブ１４と、気筒内から排気路１７に排出される排気ガス量を調節する排気バルブ１５と、が設けられている。吸気バルブ１４には、そのバルブ開閉タイミングを可変にする吸気可変バルブタイミング機構が設けられている。吸気可変バルブタイミング機構１４は、吸気バルブの開閉タイミングを変化させる電動アクチュエータを有している。
【００２０】
内燃機関１のクランク軸には、外周に予め定められた角度間隔で複数の歯が設けられた信号プレートが設けられている。クランク角センサ９は、クランク軸の信号プレートの歯に対向してシリンダブロックに固定されており、歯の通過に同期したパルス信号を出力する。図示は省略するが、内燃機関１のカム軸には、外周に予め定められた角度間隔で複数の歯が設けられた信号プレートが設けられている。カム角センサ１０は、カム軸の信号プレートの歯に対向して固定されており、歯の通過に同期したパルス信号を出力する。
【００２１】
制御装置５０は、クランク角センサ９及びカム角センサ１０の２種類の出力信号に基づいて、各ピストン５の上死点を基準としたクランク角度を検出すると共に、各気筒２５の行程を判別する。
【００２２】
気筒ブロックにはノックセンサ１２が固定されている。ノックセンサ１２は、内燃機関１の振動に応じた信号（振動波形信号）を出力する。ノックセンサ１２は、圧電素子等により構成される。
【００２３】
２．制御装置５０の構成
次に、制御装置５０について説明する。
制御装置５０は、内燃機関１を制御対象とする制御装置である。図２のブロック図に示すように、制御装置５０は、ノック検出部５１、点火時期算出部５２、及び点火制御部５３等の制御部を備えている。制御装置５０の各制御部５１〜５３等は、制御装置５０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置５０は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りをする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
【００２４】
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、
ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、各種の信号処理回路等が備えられてもよ
い。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）や、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサやスイッチが接続され、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
【００２５】
そして、制御装置５０が備える各制御部５１〜５３等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置５０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部５１〜５３等が用いるトルク点火時期特性、マップ、判定値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。
【００２６】
本実施の形態では、入力回路９２には、エアフローセンサ３、スロットル開度センサ７、マニホールド圧センサ８、クランク角センサ９、カム角センサ１０、ノックセンサ１２、及びアクセルポジションセンサ２６等が接続されている。出力回路９３には、スロットルバルブ６（電気モータ）、インジェクタ１３、吸気可変バルブタイミング機構１４、及び各気筒用の複数の点火コイル１６（本例では４つ）等が接続されている。なお、制御装置５０には、図示していない各種のセンサ、スイッチ、及びアクチュエータ等が接続されている。
【００２７】
制御装置５０は、エアフローセンサ３又はマニホールド圧センサ８の出力信号等に基づいて吸入空気量を検出し、スロットル開度センサ７の出力信号に基づいてスロットル開度を検出し、アクセルポジションセンサ２６の出力信号に基づいてアクセル開度を検出する。制御装置５０は、クランク角センサ９及びカム角センサ１０の出力信号に基づいてクランク軸の角度及び回転速度、並びに吸気バルブ１４の開閉タイミングを検出する。
【００２８】
制御装置５０は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出し、インジェクタ１３及び点火コイル１６等を駆動制御する。制御装置５０は、アクセル開度等に基づいて、運転者が要求している内燃機関１の出力トルクを算出し、当該要求出力トルクを実現する吸入空気量となるように、スロットルバルブ６等を制御する。具体的には、制御装置５０は、目標スロットル開度を算出し、スロットル開度が目標スロットル開度に近づくように、スロットルバルブ６の電気モータを駆動制御する。また、制御装置５０は、クランク軸（内燃機関１）の回転速度及び吸入空気量等に基づいて吸気バルブ１４の目標開閉タイミングを算出し、吸気バルブ１４の開閉タイミングが目標開閉タイミングに近づくように、吸気可変バルブタイミング機構１４の電動アクチュエータを駆動制御する。
【００２９】
２−１．ノック検出部５１
ノック検出部５１は、複数の気筒２５が設けられた内燃機関１において発生したノックを気筒２５毎に検出するノック検出処理を実行する。ノック検出部５１は、ノックセンサ１２の出力信号に対してノック周波数成分の抽出処理を行う。ノック周波数成分の抽出処理は、バンドパスフィルタ処理、又はフーリエ変換処理等により行われる。ノック検出部５１は、各気筒のノック検出期間におけるノック周波数成分の抽出値のピーク値を各気筒のノック検出値ＶＰ（ｍ）として算出する。各気筒のノック検出期間は、例えば、各気筒のピストンの上死点から上死点後５０°ＣＡ）までのクランク角度間隔に設定される。
【００３０】
ここで、「ｍ」は、気筒番号であり、気筒数が４の場合は、ＶＰ（１）は、第１気筒のノック検出値であり、ＶＰ（２）は、第２気筒のノック検出値であり、ＶＰ（３）は、第１気筒のノック検出値であり、ＶＰ（４）は、第４気筒のノック検出値である。
【００３１】
ノック検出部５１は、各気筒のノック検出値ＶＰ（ｍ）に対して気筒毎に平均化処理等の統計処理を行って、各気筒のノック判定値ＴＨ（ｍ）を算出する。例えば、第１気筒のノック検出値ＶＰ（１）に対して統計処理を行って、第１気筒のノック判定値ＴＨ（１）を算出する。この処理が各気筒について行われる。
【００３２】
ノック検出部５１は、各気筒のノック検出値ＶＰ（ｍ）と、各気筒のノック判定値ＴＨ（ｍ）とを比較して、各気筒のノックの発生を判定する。例えば、次式に示すように、ノック検出部５１は、第１気筒のノック検出値ＶＰ（１）が、第１気筒のノック判定値ＴＨ（１）よりも大きい場合に、第１気筒にノックが発生したと判定し、第１気筒のノック検出値ＶＰ（１）が、第１気筒のノック判定値ＴＨ（１）以下である場合に、第１気筒にノックが発生していないと判定する。このノック判定の処理は、各気筒について行われる。
ｍ＝１、２、３、４
１）ＶＰ（ｍ）＞ＴＨ（ｍ）の場合
ｍ番気筒にノックが発生              ・・・（１）
２）ＶＰ（ｍ）≦ＴＨ（ｍ）の場合
ｍ番気筒にノックが未発生
【００３３】
２−２．点火時期算出部５２
点火時期算出部５２は、ノックが検出された気筒の点火時期を気筒毎に遅角する気筒別ノック遅角制御を行って、気筒毎に点火時期θｒｆ（ｍ）を算出する点火時期算出処理を実行する。点火時期算出部５２により算出される各気筒の点火時期θｒｆ（ｍ）は、各気筒の上死点を基準にしたクランク角度とされる。
【００３４】
＜気筒別ノック遅角制御部５２ａ＞
点火時期算出部５２は、各気筒の点火時期のノック遅角量Δθｒ（ｍ）を算出する気筒別ノック遅角制御部５２ａを備えている。気筒別ノック遅角制御部５２ａは、ノックが検出された気筒のノック遅角量Δθｒ（ｍ）を増加させる。例えば、次式に示すように、気筒別ノック遅角制御部５２ａは、ノック検出部５１により第１気筒にノックが発生したと判定された場合は、第１気筒のノック遅角量Δθｒ（１）を、予め設定された遅角増加量Ｋｉｎだけ増加させる。一方、気筒別ノック遅角制御部５２ａは、ノック検出部５１により第１気筒にノックが発生しなかったと判定された場合は、第１気筒のノック遅角量Δθｒ（１）を、予め設定された遅角復帰量Ｋｄｃだけ減少させる。遅角復帰量Ｋｄｃは遅角増加量Ｋｉｎよりも小さい値に設定される。遅角増加量Ｋｉｎは、各気筒のノック検出値ＶＰ（ｍ）とノック判定値ＴＨとの偏差に応じて変更されてもよい。気筒別ノック遅角制御部５２ａは、各気筒のノック遅角量Δθｒ（ｍ）を、０から遅角量上限値Δθｒｍａｘの間に、上下限制限する。
ｍ＝１、２、３、４
１）ｍ番気筒にノックが発生した場合
Δθｒ（ｍ）＝Δθｒ（ｍ）＋Ｋｉｎ
２）ｍ番気筒にノックが発生していない場合            ・・・（２）
Δθｒ（ｍ）＝Δθｒ（ｍ）−Ｋｄｃ
Ｋｄｃ＜Ｋｉｎ
０≦Δθｒ（ｍ）≦Δθｒｍａｘ
【００３５】
＜基本点火時期算出部５２ｂ＞
点火時期算出部５２は、内燃機関１の運転状態に基づいて基本点火時期θｂを算出する基本点火時期算出部５２ｂを備えている。基本点火時期算出部５２ｂは、内燃機関１の回転速度及び充填効率等の運転状態と、基本点火時期θｂとの関係が予め設定された基本点火時期マップを参照し、現在の回転速度及び充填効率等の運転状態に対応する基本点火時期θｂを算出する。
【００３６】
点火時期算出部５２は、次式に示すように、基本点火時期θｂを各気筒のノック遅角量Δθｒ（ｍ）により遅角して、各気筒のノック遅角後の点火時期θｒ（ｍ）を算出する。
ｍ＝１、２、３、４
θｒ（ｍ）＝θｂ−Δθｒ（ｍ）            ・・・（３）
【００３７】
＜気筒別ノック遅角制御の課題＞
しかし、気筒別ノック遅角制御により、気筒毎に点火時期を異ならせると、各気筒が生じるトルクが異なってしまう。気筒間のトルク差が大きくなり過ぎると、内燃機関１の振動が大きくなったり、車輪にトルク変動が伝達されたりするため、望ましくない。そこで、気筒間のトルク変動を望ましい範囲内に収めるため、気筒間の点火時期の差（バラツキ幅）を制限することが考えられる。
【００３８】
図４に、各気筒が発生するトルクと点火時期との関係を示すトルク点火時期特性を示す。次式に示すように、トルクＴは、点火時期θを変数とした２次関数により近似できる。点火時期θが、最大トルク点火時期Ｂの時（θ＝Ｂ）に、トルクＴが最大値Ｃになる。
Ｔ＝−Ａ×（θ−Ｂ）２＋Ｃ              ・・・（４）
【００３９】
基本点火時期θｂは、燃費を向上するため基本的に最大トルク点火時期Ｂ付近に設定される。点火時期θが基本点火時期θｂから遅角されるに従って、トルクＴが減少する。しかし、点火時期θが遅角側に移動するに従って、点火時期θの遅角量に対するトルクＴの減少量が増加する。すなわち、点火時期θの遅角量が大きくなるに従って、トルクＴの変動感度が高くなる。
【００４０】
よって、図５に示すように、気筒間の点火時期差Δθｍが同じであっても、気筒間の最遅角点火時期θｒｍａｘが、最大トルク点火時期Ｂから、θ１、θ２、θ３と遅角側に変化するに従って、気筒間のトルク差ΔＴｍが大きくなる。
【００４１】
そのため、気筒間の点火時期差Δθｍを、所定の幅に制限するだけでは、点火時期の遅角量によっては、気筒間のトルク差ΔＴｍが大きくなったり、小さくなったりし、管理できない。そのため、点火時期の遅角量が変化しても、気筒間のトルク差ΔＴｍを望ましい範囲内に制限しつつ、気筒別に点火時期を遅角できることが望まれる。
【００４２】
＜点火時期差制限部５２ｃ＞
そこで、点火時期算出部５２は、気筒間の点火時期の差を制限する点火時期差制限部５２ｃを備えている。点火時期差制限部５２ｃは、気筒別ノック遅角制御により遅角した各気筒の点火時期θｒ（ｍ）の内、最も遅角された点火時期である最遅角点火時期θｒｍａｘを判定する。また、点火時期差制限部５２ｃは、気筒間に許容する最大トルク差である気筒間許容トルク差ΔＴｍａｘを算出する。
【００４３】
点火時期差制限部５２ｃは、各気筒が発生するトルクと点火時期との関係が予め設定されたトルク点火時期特性を用い、最遅角点火時期θｒｍａｘにおいて、気筒間許容トルク差ΔＴｍａｘに対応する点火時期の差であるトルク許容点火時期差Δθｍａｘを算出する。具体的には、図６に示すように、点火時期差制限部５２ｃは、最遅角点火時期θｒｍａｘに対応するトルクである最遅角トルクＴｒｍａｘと、最遅角トルクＴｒｍａｘに気筒間許容トルク差ΔＴｍａｘを加算したトルクとのトルク差に対応する点火時期の差であるトルク許容点火時期差Δθｍａｘを、トルク点火時期特性を用いて算出する。
【００４４】
そして、点火時期算出部５２は、各気筒の点火時期θｒ（ｍ）を、最遅角点火時期θｒｍａｘと、最遅角点火時期θｒｍａｘよりもトルク許容点火時期差Δθｍａｘだけ進角側の点火時期である進角側上限点火時期θａｍａｘとの範囲内に制限した点火時期を最終的な各気筒の点火時期θｒｆ（ｍ）として算出する。例えば、図７に示すように、第１気筒の点火時期θｒ（１）が最遅角点火時期θｒｍａｘであり、第２気筒の点火時期θｒ（２）、第３気筒の点火時期θｒ（３）、第４気筒の点火時期θｒ（４）の順に、進角側に設定されており、第３気筒及び第４気筒の点火時期θｒ（３）、θｒ（４）が、最遅角点火時期θｒｍａｘから進角側上限点火時期θａｍａｘ（＝θｒｍａｘ＋Δθｍａｘ）の範囲外になっている場合は、制限処理により、進角側上限点火時期θａｍａｘが、最終的な第３気筒及び第４気筒の点火時期θｒｆ（３）、θｒｆ（４）に設定される。
【００４５】
上記の構成によれば、トルク点火時期特性を用いて、最遅角点火時期θｒｍａｘにおいて、気筒間許容トルク差ΔＴｍａｘに対応するトルク許容点火時期差Δθｍａｘを算出す
るので、図８に示すように、気筒間の最遅角点火時期θｒｍａｘが、最大トルク点火時期Ｂから、θ１、θ２、θ３と遅角側に変化するに従って、気筒間許容トルク差ΔＴｍａｘに対応するトルク許容点火時期差Δθｍａｘを減少させることができている。そして、各気筒の点火時期θｒ（ｍ）をトルク許容点火時期差Δθｍａｘの範囲内に制限するので、点火時期の遅角量が変化しても、気筒間のトルク差ΔＴｍを、気筒間許容トルク差ΔＴｍａｘの範囲内に確実に制限することができる。また、最遅角点火時期θｒｍａｘを除いた各気筒の点火時期θｒ（ｍ）が変更されるので、最遅角点火時期θｒｍａｘの気筒のノックの発生を抑制することができる。よって、気筒間のトルク差が大きくなり過ぎることを防止でき、内燃機関１の振動が大きくなることを抑制し、車輪にトルク変動が伝達されることを抑制できる。
【００４６】
本実施の形態では、点火時期差制限部５２ｃは、トルク点火時期特性として、式（４）に示したような、トルクＴを、点火時期θを変数とした２次関数により表した特性を用い、２次関数の各係数Ａ、Ｂ、Ｃを、内燃機関の運転状態に基づいて設定する。例えば、点火時期差制限部５２ｃは、回転速度及び充填効率等の内燃機関の運転状態と各係数Ａ、Ｂ、Ｃとの関係が予め設定された係数設定マップを参照し、現在の内燃機関の運転状態に対応する各係数Ａ、Ｂ、Ｃを算出する。
【００４７】
点火時期差制限部５２ｃは、式（４）を用い、次式に示すように、最遅角点火時期θｒｍａｘに対応するトルクである最遅角トルクＴｒｍａｘを算出する。
Ｔｒｍａｘ＝−Ａ×（θｒｍａｘ−Ｂ）２＋Ｃ        ・・・（５）
【００４８】
点火時期差制限部５２ｃは、式（４）を点火時期θについて整理した次式を用い、最遅角トルクＴｒｍａｘに気筒間許容トルク差ΔＴｍａｘを加算したトルクに対応する点火時期である進角側上限点火時期θａｍａｘを算出する。
θａｍａｘ＝√｛（Ｔｒｍａｘ＋ΔＴｍａｘ−Ｃ）／（−Ａ）｝＋Ｂ
・・・（６）
【００４９】
そして、点火時期差制限部５２ｃは、進角側上限点火時期θａｍａｘから最遅角点火時期θｒｍａｘを減算して、トルク許容点火時期差Δθｍａｘを算出する。なお、進角側上限点火時期θａｍａｘが算出されているので、トルク許容点火時期差Δθｍａｘを算出しなくてもよい。
Δθｍａｘ＝θａｍａｘ−θｒｍａｘ            ・・・（７）
【００５０】
或いは、簡易的な方法として、点火時期差制限部５２ｃは、式（４）を点火時期θについて微分した式（８）を用いて、最遅角点火時期θｒｍａｘにおけるトルクＴの傾きｄＴ／ｄθを算出し、式（９）に示すように、気筒間許容トルク差ΔＴｍａｘをトルクＴの傾きｄＴ／ｄθで除算してトルク許容点火時期差Δθｍａｘを算出するように構成されてもよい。
ｄＴ／ｄθ＝−２×Ａ×（θｒｍａｘ−Ｂ）          ・・・（８）
Δθｍａｘ＝ΔＴｍａｘ／（ｄＴ／ｄθ）              ・・・（９）
【００５１】
＜比較許容点火時期差＞
図９に示すように、トルク許容点火時期差Δθｍａｘによる制限だけでは、最遅角点火時期θｒｍａｘが最大トルク点火時期Ｂ付近である場合に、トルク許容点火時期差Δθｍａｘが大きくなる。そこで、点火時期差制限部５２ｃは、トルク許容点火時期差Δθｍａｘと、予め設定された比較許容点火時期差Δθｃｍａｘとの小さい方である小許容点火時期差Δθｍａｘｓにより、各気筒の点火時期θｒ（ｍ）を制限するように構成されている。この構成によれば、最遅角点火時期θｒｍａｘが最大トルク点火時期Ｂ付近である場合でも、気筒間の点火時期差が大きくなり過ぎることを防止できる。
【００５２】
本実施の形態では、点火時期差制限部５２ｃは、比較許容点火時期差として、気筒別に設定された許容点火時期差である気筒別許容点火時期差Δθｃｍａｘ（ｍ）を用い、各気筒について、各気筒の気筒別許容点火時期差Δθｃｍａｘ（ｍ）とトルク許容点火時期差Δθｍａｘとの小さい方である小許容点火時期差Δθｍａｘｓ（ｍ）を判定し、各気筒について、最遅角点火時期θｒｍａｘと、最遅角点火時期θｒｍａｘよりも各気筒の小許容点火時期差Δθｍａｘｓ（ｍ）だけ進角側の点火時期である気筒別進角側上限点火時期θａｃｍａｘ（ｍ）（＝θｒｍａｘ＋Δθｍａｘｓ（ｍ））との範囲内に各気筒の点火時期θｒ（ｍ）を制限する。
【００５３】
気筒別許容点火時期差Δθｃｍａｘ（ｍ）は、ノックセンサ１２と各気筒との距離等によって変化する各気筒のノック検出性等に基づいて予め設定される。例えば、各気筒の気筒別許容点火時期差Δθｃｍａｘ（ｍ）は、次式のように設定される。
Δθｃｍａｘ（１）＝１、Δθｃｍａｘ（２）＝３
Δθｃｍａｘ（３）＝３、Δθｃｍａｘ（４）＝１          ・・・（１０）
【００５４】
トルク許容点火時期差Δθｍａｘが２に設定されている場合は、第１気筒及び第４気筒の小許容点火時期差Δθｍａｘｓ（１）、（４）は、Δθｃｍａｘ（１）、（４）（＝１）と、Δθｍａｘ（＝２）との小さい方の１に設定され、第２気筒及び第３気筒の小許容点火時期差Δθｍａｘｓ（２）、（３）は、Δθｃｍａｘ（２）、（３）（＝３）と、Δθｍａｘ（＝２）との小さい方の２に設定される。
【００５５】
そして、第１気筒の点火時期θｒ（１）は、最遅角点火時期θｒｍａｘと、最遅角点火時期θｒｍａｘよりも第１気筒の小許容点火時期差Δθｍａｘｓ（１）（＝１）だけ進角側の第１気筒の気筒別進角側上限点火時期θａｃｍａｘ（１）（＝θｒｍａｘ＋Δθｍａｘｓ（１））との範囲内に制限される。第２気筒の点火時期θｒ（２）は、最遅角点火時期θｒｍａｘと、最遅角点火時期θｒｍａｘよりも第２気筒の小許容点火時期差Δθｍａｘｓ（２）（＝２）だけ進角側の第２気筒の気筒別進角側上限点火時期θａｃｍａｘ（２）（＝θｒｍａｘ＋Δθｍａｘｓ（２））との範囲内に制限される。第３気筒の点火時期θｒ（３）は、最遅角点火時期θｒｍａｘと、最遅角点火時期θｒｍａｘよりも第３気筒の小許容点火時期差Δθｍａｘｓ（３）（＝２）だけ進角側の第３気筒の気筒別進角側上限点火時期θａｃｍａｘ（３）（＝θｒｍａｘ＋Δθｍａｘｓ（３））との範囲内に制限される。第４気筒の点火時期θｒ（４）は、最遅角点火時期θｒｍａｘと、最遅角点火時期θｒｍａｘよりも第４気筒の小許容点火時期差Δθｍａｘｓ（４）（＝１）だけ進角側の第４気筒の気筒別進角側上限点火時期θａｃｍａｘ（４）（＝θｒｍａｘ＋Δθｍａｘｓ（４））との範囲内に制限される。
【００５６】
２−３．点火制御部５３
点火制御部５３は、点火時期算出部５２により算出された各気筒の点火時期θｒｆ（ｍ）で、各気筒の混合気を点火させる点火制御処理を行う。点火制御部５３は、通電期間、各気筒の点火コイル１６を通電させた後、各気筒の点火時期θｒｆ（ｍ）で、各気筒の点火コイル１６への通電を遮断し、各気筒の点火プラグ１８に火花放電を生じさせる。例えば、点火制御部５３は、第１気筒の点火時期θｒｆ（１）で、第１気筒の点火コイル１６への通電を遮断し、第１気筒の点火プラグ１８に火花放電を生じさせる。
【００５７】
２−４．フローチャート
本実施の形態に係る制御装置５０の概略的な処理の手順（内燃機関１の制御方法）について、図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。図１０のフローチャートの処理は、演算処理装置９０が記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行することにより、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【００５８】
ステップＳ０１で、ノック検出部５１は、上記のように、複数の気筒２５が設けられた内燃機関１において発生したノックを気筒毎に検出するノック検出処理（ノック検出ステップ）を実行する。
【００５９】
次に、ステップＳ０２で、点火時期算出部５２は、上記のように、ノックが検出された気筒の点火時期を気筒毎に遅角する気筒別ノック遅角制御を行って、気筒毎に点火時期θｒｆ（ｍ）を算出する点火時期算出処理（点火時期算出ステップ）を実行する。点火時期算出部５２は、気筒別ノック遅角制御により遅角した各気筒の点火時期θｒ（ｍ）の内、最も遅角された点火時期である最遅角点火時期θｒｍａｘを判定し、気筒間に許容する最大トルク差である気筒間許容トルク差ΔＴｍａｘを算出する。そして、点火時期算出部５２は、各気筒が発生するトルクと点火時期との関係が予め設定されたトルク点火時期特性を用い、最遅角点火時期θｒｍａｘにおいて、気筒間許容トルク差ΔＴｍａｘに対応する点火時期の差であるトルク許容点火時期差Δθｍａｘを算出する。点火時期算出部５２は、各気筒の点火時期θｒ（ｍ）を、最遅角点火時期θｒｍａｘと、最遅角点火時期θｒｍａｘよりもトルク許容点火時期差Δθｍａｘだけ進角側の点火時期である進角側上限点火時期θａｍａｘとの範囲内に制限した点火時期を最終的な各気筒の点火時期θｒｆ（ｍ）として算出する。
【００６０】
そして、ステップＳ０３で、点火制御部５３は、点火時期算出部５２により算出された各気筒の点火時期θｒｆ（ｍ）で、各気筒の混合気を点火させる点火制御処理（点火制御ステップ）を実行する。
【００６１】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１  内燃機関、１２  ノックセンサ、５０  内燃機関の制御装置、５１  ノック検出部、５２  点火時期算出部、５３  点火制御部、θ  点火時期、θａｍａｘ  進角側上限点火時期、θａｃｍａｘ  気筒別進角側上限点火時期、θｒｆ（ｍ）  各気筒の点火時期、θｒｍａｘ  最遅角点火時期、Δθｒ  ノック遅角量、Δθｍ  点火時期差、Δθｍａｘ  トルク許容点火時期差、Δθｃｍａｘ  気筒別許容点火時期差、Δθｍａｘｓ  小許容点火時期差、Ｔ  トルク、Ｔｒｍａｘ  最遅角トルク、ΔＴｍａｘ  気筒間許容トルク差
【図１】
2018178927.tif 000003
【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】
2018178927.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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