(57)【要約】      （修正有）【課題】ノッキングの発生を抑制しつつ、過大な点火時期遅角を防止可能な内燃機関の制御装置および制御方法を提供する。【解決手段】内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、ノックセンサ１５の出力に基づき気筒のノック発生頻度を検出するノック発生頻度検出部と、前記ノック発生頻度検出部で検出したノック発生頻度および冷却水温度センサ１３の出力に基づいて前記気筒の壁温度を算出する気筒壁温度算出部と、を備える。【選択図】図３
2019148185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
気筒のノック発生頻度を検出するノック発生頻度検出部と、
前記ノック発生頻度検出部で検出したノック発生頻度に基づいて前記気筒の壁温度を算出する気筒壁温度算出部と、
を備える内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記気筒壁温度算出部で算出した前記気筒の壁温度に基づいて前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部を備える内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記点火時期制御部は、ノック発生後の遅角量を設定する点火遅角量制御部と、
遅角期間を設定する点火遅角期間制御部と、
進角速度及び進角量を設定する点火進角制御部と、
前記点火遅角量制御部により設定した遅角量、前記点火遅角期間制御部により設定した遅角期間、前記点火進角制御部により設定した進角速度及び進角量に基づいて前記内燃機関の点火制御パタンを設定する点火制御パタン設定部を備える内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関のノック発生を検出するノック検出部を備え、
前記点火時期制御部は、前記ノック検出部でノックを検出した直後、前記内燃機関の点火遅角制御を行い、前記気筒壁温度算出部で算出した前記気筒の壁温度に基づいて当該点火遅角期間を決定する内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記気筒壁温度算出部で算出した前記気筒の壁温度が所定の基準値よりも高い場合、前記点火時期制御部は、前記点火遅角期間または点火遅角量を大きくするように制御する内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項４に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記点火時期制御部は、前記ノック検出部で検出したノック強度が所定の基準値よりも高い場合、点火遅角量を大きくするように制御する内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項４に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記ノック検出部でノック発生を検出した場合、前記点火遅角量制御部及び前記点火遅角期間制御部により第１の燃焼サイクルで点火タイミングを遅角させ、
前記第１の燃焼サイクルに続く第２の燃焼サイクルで点火タイミングを進角させる場合であって、なおかつ、前記第１の燃焼サイクルにおける点火遅角量が所定の基準値より小さい場合、前記点火進角制御部は前記第２の燃焼サイクルの点火時期をノック発生を検出した点火時期と同じ点火進角量に制御する内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項４に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記ノック検出部でノック発生を検出した場合、前記点火遅角量制御部及び前記点火遅角期間制御部により第１の燃焼サイクルで点火タイミングを遅角させ、
前記第１の燃焼サイクルに続く第２の燃焼サイクルで点火タイミングを進角させる場合であって、なおかつ、前記第１の燃焼サイクルにおける点火遅角量が所定の基準値より小さい場合、前記点火進角制御部は前記第１の燃焼サイクルから前記第２の燃焼サイクルまでの点火進角量が大きくなるように点火進角量を制御する内燃機関の制御装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記気筒壁温度算出部で算出した前記気筒の壁温度が所定の基準値よりも高い場合、前記点火進角量を小さくするように制御する内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
内燃機関を制御する内燃機関の制御方法であって、
（ａ）気筒のノック発生頻度を検出するステップと、
（ｂ）前記（ａ）ステップにおいて検出したノック発生頻度に基づいて前記気筒の壁温度を算出するステップと、を有し、
前記（ｂ）ステップにおいて算出した前記気筒の壁温度に基づいて前記内燃機関の点火時期を制御する内燃機関の制御方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の内燃機関の制御方法であって、
（ｃ）前記（ｂ）ステップにおいて算出した前記気筒の壁温度が所定の範囲内であるか否かを判定するステップを有し、
前記気筒の壁温度が所定の範囲内であると判定した場合、前記気筒の壁温度に応じて前記内燃機関の点火遅角量を設定する内燃機関の制御方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の内燃機関の制御方法であって、
（ｃ）前記（ｂ）ステップにおいて算出した前記気筒の壁温度を所定の基準値と比較するステップを有し、
前記気筒の壁温度が所定の基準値以上であると判定した場合、前記気筒の壁温度に応じて前記内燃機関の点火遅角期間を設定する内燃機関の制御方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の内燃機関の制御方法であって、
（ｄ）前記設定した点火遅角量を所定の基準値と比較するステップを有し、
前記設定した点火遅角量が所定の基準値以上であると判定した場合、当該点火遅角量に応じて前記内燃機関の点火進角速度を設定し、さらに、前記気筒の壁温度に応じて前記設定した点火進角速度を補正する内燃機関の制御方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の内燃機関の制御方法であって、
前記内燃機関のＫサイクル目におけるノック発生頻度をＦｋ（Ｋ）、ノック発生間隔をＮ、所定の重み付け係数をａとした場合、前記（ａ）ステップにおいて、以下の式１によりノック発生頻度を算出する内燃機関の制御方法。
【数１】
2019148185.tif 000008
【請求項１５】
請求項１０に記載の内燃機関の制御方法であって、
前記内燃機関のＫサイクル目におけるノック発生頻度をＦｋ（Ｋ）、総サイクル数をＮｔｏｔａｌ、所定の係数をｂとした場合、前記（ａ）ステップにおいて、以下の式２によりノック発生頻度を算出する内燃機関の制御方法。
【数２】
2019148185.tif 000009
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置および制御方法に係り、特に、内燃機関の高効率化に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両においては、燃費や排気に関する規制が強化され、そのような規制は今後も益々強くなると考えられている。特に、燃費に関する規制は、近年の燃料価格の高騰や地球温暖化への影響、エネルギー資源枯渇等の問題により、極めて関心の高い事項である。
【０００３】
このような状況下において、例えば自動車産業では、車両の燃費性能や排気性能の向上を目的とした様々な技術開発が進められている。そのような燃費性能の向上を目的とした開発技術の一つとして、例えば、内燃機関の圧縮比を上げる高圧縮比化技術が挙げられる。また、排気性能の向上を目的とした開発技術の一つとして、例えば、吸気行程時に複数回に分けて燃料を噴射し、一回当たりの燃料噴射量を低減してＰＮ（Particulate Number）を低減する多段噴射技術が挙げられる。
【０００４】
ところで、上記した高圧縮比化技術では、内燃機関の圧縮比を上げると熱効率が向上して燃費が改善するものの、燃焼室内の温度が上昇してノッキングが発生し易くなることが知られている。
【０００５】
そのため、従来の内燃機関においては、ノッキング発生時にエンジンブロック振動や筒内圧の特定の周波数信号レベルが上昇することを利用して、シリンダーブロックに振動型のノックセンサを取り付け、ノックセンサから出力される所定の期間（ノックウインドウ）の信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析してノッキングの発生を検出し、この検出情報に基づいてノッキングの発生後に点火時期を遅角化することで、その後のノッキング発生を避けている。
【０００６】
ノッキングの発生を避けるための点火時期の制御方法として、例えば以下のような先行技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−２５４４９号公報
【特許文献２】特開２００４−４４５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１には、検出したノックの度合いとして振動信号のサンプリング値（周波数）に応じて点火遅角量を設定することが開示されている。更に、振動信号のサンプリング値が大きい程、点火遅角後の進角速度が遅くなるように設定することが開示されている。
【０００９】
また、上記特許文献２には、機関冷却水の温度に比べて遅れて応答する壁面温度の応答を考慮し、過渡的な期間において壁面温度と相関を有するパラメータを算出し、点火時期を補正する手段が開示されている。
【００１０】
特許文献１の技術では、ノックの度合いに応じた点火遅角量と点火遅角後の進角速度の設定が可能であるが、ノックの制御要因の一つである壁温度の影響を考慮しておらず、過大な点火遅角期間を生じる可能性がある。
【００１１】
また、特許文献２の技術は、機関冷却水温度の変化と壁面温度の変化に差が発生する条件での点火時期制御手法としては有効である。しかし、短時間の高負荷運転により壁温度は変化するものの、機関冷却水の温度変化が小さい変化に留まるような条件下では適用が難しい。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、気筒の壁温度と相関のあるノック指標に基づき壁温度の状態を推定し、推定した壁温度に基づいて点火時期を制御することで、ノッキングの発生を抑制しつつ、過大な点火時期遅角を防止可能な内燃機関の制御装置および制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、気筒のノック発生頻度を検出するノック発生頻度検出部と、前記ノック発生頻度検出部で検出したノック発生頻度に基づいて前記気筒の壁温度を算出する気筒壁温度算出部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、内燃機関を制御する内燃機関の制御方法であって、（ａ）気筒のノック発生頻度を検出するステップと、（ｂ）前記（ａ）ステップにおいて検出したノック発生頻度に基づいて前記気筒の壁温度を算出するステップと、を有し、前記（ｂ）ステップにおいて算出した前記気筒の壁温度に基づいて前記内燃機関の点火時期を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、内燃機関において、ノッキングの発生を抑制しつつ、過大な点火時期遅角を防止することができ、燃費効率の向上が図れる。
【００１６】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の全体構成図である。
【図２】図１における制御装置（ＥＣＵ）の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図２における制御装置（ＥＣＵ）のシステム構成図である。
【図４】点火時期制御値の例を示す図である。
【図５】図３におけるノック発生頻度検出部の処理を示すフローチャートである。
【図６】ノック発生時のエンジンブロックの周波数と振動強度の関係を示す図である。
【図７】ノック発生頻度（ノック発生間隔）の例を示す図である。
【図８】図３における気筒壁温度算出部の処理を示すフローチャートである。
【図９】ノック発生頻度と壁温度の関係を示す図である。
【図１０】ノック発生頻度と壁温度相対値（温度適合値との差分）の関係を示す図である。
【図１１】図３における点火時期制御部のシステム構成図である。
【図１２】図１１における点火遅角量制御部の処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１１における点火遅角期間制御部の処理を示すフローチャートである。
【図１４】図１１における点火進角制御部の処理を示すフローチャートである。
【図１５】点火時期とトルクの関係を示す図である。
【図１６】壁（壁面）温度と点火進角速度補正量の関係を示す図である。
【図１７】低壁温条件での本発明の一実施形態の動作例を示す図である。
【図１８】高壁温条件での本発明の一実施形態の動作例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００１９】
先ず、図１を参照して、本実施例の内燃機関について説明する。図１は、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施形態が適用された内燃機関の全体構成を示したものであり、例えば、火花点火式燃焼を実施する自動車用４気筒ガソリンエンジンを示したものである。
【００２０】
図示するエンジン（内燃機関）１００は、吸気管５の適宜の位置に、吸入空気量を計測するエアフローセンサ１と、気筒に流入する空気量を調整する電子制御スロットル２と、吸入空気温度検出器の一態様であって吸入空気温度を計測する吸気温度センサ１４と、を備えている。
【００２１】
また、エンジン１００は、各吸気管５と連通する気筒（♯１〜♯４）毎に、各気筒の燃焼室１１の内部に燃料を噴射する燃料噴射装置（筒内直接噴射用インジェクタもしくは単にインジェクタともいう）３と、点火エネルギーを供給する点火システム４を備えている。また、エンジン１００は、シリンダヘッド６の適宜の位置に、エンジン１００の冷却水温度を計測する冷却水温度センサ１３を備えている。
【００２２】
また、エンジン１００のクランク軸（不図示）には、その回転角度を算出するクランク角度センサ１２が設けられており、エンジン１００のシリンダブロック（不図示）には、エンジン１００の振動（ノック）を検出するノックセンサ１５が設けられている。
【００２３】
さらに、エンジン１００は、排気管７の適宜の位置に、排気を浄化する三元触媒９と、空燃比検出器の一態様であって三元触媒９の上流側で排気の空燃比を検出する空燃比センサ８と、排気温度検出器の一態様あって三元触媒９の上流側で排気温度を計測する排気温度センサ１０と、を備えている。
【００２４】
エンジン１００は、当該エンジン１００の燃焼状態を制御する制御装置（エンジンコントロールユニット：ＥＣＵ）２０を備えており、上記したエアフローセンサ１と空燃比センサ８と冷却水温度センサ１３と吸気温度センサ１４と排気温度センサ１０とクランク角度センサ１２と点火システム４とノックセンサ１５とから得られる信号が、ＥＣＵ２０に送信される。また、ＥＣＵ２０には、アクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１６から得られる信号も送信される。
【００２５】
ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１６から得られる信号に基づいてエンジン１００への要求トルクを演算する。また、ＥＣＵ２０は、クランク角度センサ１２から得られる信号に基づいてエンジン１００の回転速度を演算する。また、ＥＣＵ２０は、上記した各種センサの出力から得られる信号に基づいてエンジン１００の運転状態を演算すると共に、点火システム４の点火時期、電子制御スロットル２のスロットル開度等のエンジン１００に関する主要な作動量を演算する。
【００２６】
ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は、開弁パルス信号に変換されて燃料噴射装置３に送信される。また、ＥＣＵ２０で演算された点火時期で点火されるように生成された点火信号が、ＥＣＵ２０から点火システム４へ送信される。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル２に送信される。
【００２７】
ＥＣＵ２０から燃料噴射装置３へ送信された開弁パルス信号に基づいて、吸気管５から吸気バルブ（不図示）を介して燃焼室１１内に流入した空気に対し燃料噴射装置３から所定量の燃料が噴射されることにより、混合気が形成される。燃焼室１１内に形成された混合気は、点火信号に基づいて所定の点火時期で点火システム４の点火プラグ（不図示）から発生される火花により爆発され、その燃焼圧によりピストン（不図示）が押し下げられてエンジン１００の駆動力が発生する。爆発後の排気ガスは、排気管７を介して三元触媒９に送出され、排気ガスの排気成分が三元触媒９内で浄化されて外部へ排出される。
【００２８】
次に、図２を参照して、本実施例の制御装置（ＥＣＵ）について説明する。図２は、図１に示す制御装置（ＥＣＵ）２０の内部構成を示したものである。図示するＥＣＵ２０は、主に、入力回路２０ａと、入力ポートおよび出力ポートからなる入出力ポート２０ｂと、演算処理内容を記述した制御プログラムが格納されるＲＯＭ（Read Only Memory）２０ｄと、前記制御プログラムに従って演算処理するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）２０ｅと、前記制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値を格納するＲＡＭ（Random Access Memory）２０ｃと、点火プラグの作動量を示す値に基づいて点火プラグから発生される火花を制御する点火出力回路２０ｆと、を備えている。
【００２９】
図示するように、ＥＣＵ２０の入力回路２０ａには、エアフローセンサ１、空燃比センサ８、排気温度センサ１０、クランク角度センサ１２、冷却水温度センサ１３、吸気温度センサ１４、ノックセンサ１５、アクセル開度センサ１６等の出力信号が入力される。なお、入力回路２０ａに入力される入力信号はこれらに限定されない。入力回路２０ａに入力された各センサの入力信号は、入出力ポート２０ｂ内の入力ポートに送信され、ＲＡＭ２０ｃに保管された後、ＣＰＵ２０ｅでＲＯＭ２０ｄに予め格納された制御プログラムに従って演算処理される。
【００３０】
ＣＰＵ２０ｅで制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ２０ｃに保管された後、入出力ポート２０ｂ内の出力ポートに送信され、点火出力回路２０ｆを介して点火システム４に送信される。なお、ＥＣＵ２０内の駆動回路は、これに限定されない。また、これらの駆動回路は、ＥＣＵ２０の外に設けることもできる。
【００３１】
ここで、ＥＣＵ２０の入力回路２０ａには、ノックセンサ１５の出力信号が入力されており、ＥＣＵ２０は、その入力信号（ノックセンサ信号）に基づいて、ＣＰＵ２０ｅでＲＯＭ２０ｄに予め格納された制御プログラムに従ってエンジン１００のノッキングの発生を検出する。ＥＣＵ２０は、エンジン１００のノッキング発生を検出した場合には、点火出力回路２０ｆを介して点火システム４へ制御信号を送信し、その点火時期を制御する。
【００３２】
次に、図３から図１８を参照して、ＥＣＵ２０によるエンジン１００の壁温度算出（推定）及び点火時期制御方法について説明する。
【００３３】
図３は、本実施例によるエンジンの制御装置（ＥＣＵ）２０内で実施されるノック発生頻度検出、気筒壁温度推定及び点火時期制御を実施する制御ロジックの概要を示す図である。ノックセンサ１５の出力に基づきノッキング（ノック）の発生頻度を算出するノック発生頻度検出部、算出したノック発生頻度及び冷却水温度センサ１３の出力に基づき、気筒の壁温度を算出する気筒壁温度算出部、算出した気筒壁温度及び算出したノック発生頻度に基づき点火システム４に対する点火時期制御の制御方法を設定する点火（時期）制御部から構成される。
【００３４】
図４は、点火（時期）制御部で設定する点火時期制御に関する制御値の例を示している。図４おける×（クロス）は、サイクルを示す。ノック発生後のサイクルで設定する点火時期とノック発生時の点火時期の差が遅角量である。点火遅角状態で点火時期を維持する期間が点火維持期間である。また、点火遅角状態から点火進角を実施する際に単位時間当たりに進角する量が進角速度である。図４に示すように、ノック発生後の点火遅角は１サイクルで行い、進角制御する場合は、ノック発生時の点火時期に至るまで複数サイクルかけて戻す場合が多い。
【００３５】
図５は、ノック発生頻度検出部で実施する処理を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ５０１でノック強度を計算する。ノック強度については、ノックセンサ１５にて検出したエンジンブロックの振動強度を信号処理することで検出する。
【００３６】
図６にノック発生時のエンジンブロックの周波数と振動強度の関係を示す。ノック発生時には、気筒内にて発生する圧力波やエンジンブロックの特性に応じて、特定の周波数（例えば、図６のｆ１、ｆ２、ｆ３）にピークを持つ周波数特性を示すことが知られている。このような特定の周波数にピークが現れることを活用し、特定の周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）のパワースペクトルやバンドパスフィルタを用いて抽出した特定の周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）の信号により振動強度（ノック強度）を定義できる。
【００３７】
例えば、周波数ｆ１のパワースペクトル、周波数ｆ２のパワースペクトル、周波数ｆ３のパワースペクトルの加重和、で定義することが可能である。
【００３８】
続いて、ステップＳ５０２でノック頻度を計算する。例えば、Ｋサイクル目におけるノックの発生頻度Ｆｋ（Ｋ）は、過去の複数サイクル（Ｎｔｏｔａｌ）の中で、ノックが発生したサイクル数（Ｎｋｎｏｃｋ）の占める割合で定義ができ、以下の式１で表すことができる。
【００３９】
【数１】
2019148185.tif 000003
【００４０】
例えば、図７に示すノック発生頻度（ノック発生間隔）の例の場合、Ｎｔｏｔａｌが１０、Ｎｋｎｏｃｋは２、Ｆｋ（Ｋ）は０．２である。
【００４１】
式１の場合、対象とするサイクルの中でノックの発生したサイクルを記憶し、サイクルが進むに連れて、メモリ内に格納しているノックの発生したサイクルの情報を更新する必要が有り、多くの記憶容量が必要となる。そこで、他の方法として、図７に示すようなノック発生間隔Ｎを用い、Ｎサイクルに１回ノックが発生すると仮定し、以下の式２で計算することもできる。
【００４２】
【数２】
2019148185.tif 000004
【００４３】
ここで、ａは１以下の正の実数で設定する重み付け係数である。現時刻に近い情報に重みをおく場合は、ａを大きくすればよい。式２においても、前のノックが発生してからの間隔をメモリに保持する必要がある。そこで、更に簡単化し、以下の式３で計算することも出来る。
【００４４】
【数３】
2019148185.tif 000005
【００４５】
ここで、ｂ（Ｋ）はＫサイクル目にノックが発生しない場合０であり、Ｋサイクル目にノックが発生した場合に正の値に設定される数値であり、１以下の正の実数で設定することが適当である。以上のような式で、ノック頻度の計算ができる。
【００４６】
図８は、気筒壁温度算出部で実施する処理のフローチャートである。先ず、ステップＳ８０１に進み、検出したノック発生頻度（検出頻度）と適合値条件における頻度（頻度適合値）との差が所定の値（判定値）未満か否かを判定する。頻度基準値（判定値）は予め決定し、ＥＣＵ２０に値を保持しておく。ノックの検出誤差が小さい場合は、頻度基準値（判定値）を小さくできる。
【００４７】
ステップＳ８０１で差が頻度基準値（判定値）未満と判定した場合、ステップＳ８０２に進み、気筒壁温度（壁面温度）が温度適合値と同じであると算出する。一方、ステップＳ８０１で、頻度基準値（判定値）以上と判定した場合、ステップＳ８０３に進み、ノック発生頻度検出部で検出したノック（発生）頻度に基づき、ノック（発生）頻度と壁温度の対応関係に基づき気筒壁温度（壁面温度）を算出する。
【００４８】
図９にノック発生頻度と壁温度の対応関係を示す。ノック発生頻度と壁温度は、正の相関をもち、ノック発生頻度が高いほど壁温度が高くなる。この関係から、Ｆｋ（Ｋ）がエンジン制御適合試験で定めた基準値（頻度適合値）よりも高い場合は、壁温度は温度適合値（Ｔｗ，ｃ）に比べ相対的に高い状態に有り、逆にノック頻度Ｆｋ（Ｋ）が基準値（頻度適合値）よりも低い場合は、壁温度が温度適合値（Ｔｗ，ｃ）に比べ相対的に低い状態にある。
【００４９】
この関係は、図１０に示すように、ノック発生頻度と適合条件（頻度適合値）における状態を基準とした相対的な温度差（図中のΔＴｗ）で表すこともできる。図９、図１０に示すような対応関係をＥＣＵ２０に保持しておくと、保持した関係と、算出したノック発生頻度Ｆｋ（Ｋ）から壁温度の絶対値や、温度適合値からの温度差を算出することができる。
【００５０】
なお、この対応関係は、実験やシミュレーションに基づき予め明らかにする（予め設定しておく）。以上に示した処理によって、エンジンに備えられている汎用的なセンサ出力に基づくノッキング（ノック）情報から気筒壁温度を算出することができ、エンジンの点火時期の制御に壁温度を適用することが可能になる。
【００５１】
図１１を参照して、本実施例の制御装置（ＥＣＵ）の点火時期制御部の構成を説明する。点火時期制御部では、ノック発生後の遅角量を設定する点火遅角量制御部、遅角期間を設定する点火遅角期間制御部、進角速度及び進角量を設定する点火進角制御部、更に、設定した遅角量、遅角期間、進角速度、進角量に基づき点火制御パタンを設定する点火制御パタン設定部を備える。
【００５２】
図１２を参照して、点火遅角量制御部（遅角量設定部）で実施する処理を説明する。
【００５３】
先ず、ステップＳ１２０１にて、壁温度が遅角量判定下限よりも小さい（低い）か否かを判定する。壁温度が遅角量判定下限よりも小さい（低い）場合は、ステップＳ１２０２に進み、点火遅角量を遅角下限値に設定する。続いてステップＳ１２０６に進む。
【００５４】
ステップＳ１２０１での判定で、壁温度が遅角量判定下限以上と判定した場合、ステップＳ１２０３に進む。ステップＳ１２０３では壁温度が遅角量判定上限よりも大きい（高い）か否かを判定する。遅角量判定上限よりも大きい（高い）と判定した場合は、ステップＳ１２０４に進み、点火遅角量を遅角上限値に設定する。このように予め所定の遅角上限値を設定することで、過大な点火遅角量を防ぐ。
【００５５】
なお、ステップＳ１２０３で、壁温度が遅角量判定上限以下と判定した場合、ステップＳ１２０５に進み、点火遅角量を壁温度に応じて設定する。ここでは、壁温度と点火遅角量に正の相関をもつ対応関係を予めＥＣＵ２０に保持しておき、この対応関係に基づき点火遅角量を設定する。この場合、壁温度が高いほど、点火遅角量が大きくなる。壁温度を定常の適合状態に早く近づけるためには、壁温度が高いほど壁面への熱伝達量を減らす必要がある。ステップＳ１２０５の説明で示したように壁温度が高いほど、点火遅角量を大きくすることで、壁面への熱伝達量をより小さく設定することができ、壁面温度の冷却を促進することができる。この結果、壁温度を適合時の状態により早く近づけることが可能となる。続いてステップＳ１２０６に進み、ノック強度に基づく点火遅角量を補正する。
【００５６】
ここではノック強度と点火遅角補正量の間に正の相関を持つ対応関係を予めＥＣＵ２０に保持しておき、この関係から点火遅角補正量を決定する。上記の対応関係の場合、ノック強度が大きい程、点火遅角量補正量が大きくなる。この結果、ノック強度の大きさに応じて点火遅角量を適切に設定することができ、過小な点火遅角とこれに伴う高強度ノックの再発を抑制することができる。
【００５７】
続いて、ステップＳ１２０７に進み、決定した点火遅角量が１サイクル当りの点火遅角量上限値（図１２における遅角上限値）に比べて大きいか否かを判定する。遅角量が遅角上限値より大きい場合は、ステップＳ１２０４に進み、点火遅角量を遅角上限値に設定する。一方、遅角量が遅角上限値より小さい場合は、終了し、本フローを抜ける。
【００５８】
図１３を参照して、点火遅角期間制御部で実施する処理を説明する。
【００５９】
先ず、ステップＳ１３０１にて、壁温度が遅角期間判定基準よりも小さい（低い）か否かを判定する。壁温度が遅角期間判定基準値よりも小さい（低い）場合、ステップＳ１３０２に進み、遅角制御の維持期間を予め規定した所定の規定サイクルに設定する。壁温度が遅角期間判定基準よりも小さい（低い）条件では、壁温度の冷却の必要性が無いため、例えば、維持期間を１サイクルのみとし、ノック発生後のサイクルのみ点火遅角を実施するように設定する。このように設定することで、点火遅角を実施する期間を過大に設定することが避けられ、過大な点火遅角による効率悪化を防ぐことができる。
【００６０】
一方、ステップＳ１３０１にて壁温度が遅角期間判定基準以上であると判定した場合、ステップＳ１３０３に進み、壁温度に応じて点火遅角期間を設定する。ここでは、壁温度と点火遅角期間に正の相関を持つ対応関係を予めＥＣＵ２０に保持しておき、この対応関係に基づき遅角制御の維持期間を設定する。この対応関係に基づく場合、壁温度が高いほど点火遅角維持期間が大きくなる。このように設定することで、壁温度が高い条件で壁面への熱伝達量をより小さくすることができ、この結果、壁温度をより早く温度適合値に近づけることができる。
【００６１】
次に、ステップＳ１３０４に進み、設定した遅角（維持）期間が設定可能な上限値を超えないか否かを判断する。設定可能な上限値より設定した遅角（維持）期間が大きい（長い）と判定した場合は、ステップＳ１３０５に進み、遅角（維持）期間を遅角期間の上限値に設定する。このようにすることで、壁温度に基づいて遅角期間に限度を設けることができ、遅角（維持）期間が過大になり効率が悪化する状況が続くことを防ぐことができる。一方、遅角（維持）期間が上限値より小さい（短い）場合は、終了し、本フローを抜ける。
【００６２】
図１４を参照して、点火進角制御部（進角速度設定部）で実施する処理を説明する。
【００６３】
先ず、ステップＳ１４０１にて、点火遅角量制御部（遅角量設定部）で設定した点火遅角量が進角速度判定基準よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ１４０１において、小さいと判定した場合、ステップＳ１４０２に進み、点火遅角及び遅角維持期間後に戻す点火時期を、ノック発生サイクルにおける点火時期と同じになるように点火進角速度を設定する。例えば、点火進角速度を燃焼サイクル毎の点火時期進角量として設定できる場合は、進角速度を以下の式４で決定する。
【００６４】
【数４】
2019148185.tif 000006
【００６５】
エンジン回転速度は、クランク角度センサ１２で検出されるクランクの角度から演算できる。また、一定時間毎に目標値を更新する場合は単位時間当たりでの進角速度を演算する。進角速度を単位時間当たりの進角量で設定できる場合は以下の式５で決定する。
【００６６】
【数５】
2019148185.tif 000007
【００６７】
以上のように進角速度を決めることで、点火遅角後に点火時期を戻す際に、ノック発生サイクルにおける点火時期と同等の点火時期に設定できる。このように設定することで、点火遅角量が小さい条件で、点火遅角される期間を短くし、排気損失が増加する期間を減少させることが出来るため、内燃機関の効率悪化を防ぐことができる。続いてステップＳ１４０３に進む。
【００６８】
一方、ステップＳ１４０１において、点火遅角量が進角速度判定基準以上と判定した場合は、ステップＳ１４０４に進み、点火遅角量に応じた点火進角速度を設定する。ここでは、点火遅角量と点火進角速度に負の相関をもつ対応関係を予めＥＣＵ２０に保持しておき、この関係を用いて設定する。このときの点火進角速度は、制御仕様に合わせて、燃焼サイクル毎の進角量や、単位時間当たりの進角量とすることができる。点火遅角量と点火進角速度に負の相関をもつ対応関係を用いて点火進角速度を設定すれば、点火遅角量が大きいほど、進角速度を小さくできる。
【００６９】
ここで、図１５に示すように、点火遅角量に対するトルクの変動量は非線形であり、トルクは点火時期に対して上に凸の関数となる。また、遅角量小の条件に比べ、遅角量大の条件では、点火時期に対するトルクの変化率が大きい。つまり、遅角量小の条件と遅角量大の条件で同じ量の点火進角を行う場合、トルクの変動は遅角量大の条件で大きくなる。
【００７０】
このため、点火進角によるトルク変動の程度（度合）を合わせるには、点火遅角量に合わせて進角速度を変化させることが有効である。このように、点火遅角量を考慮して点火進角速度を設定することで、遅角量によって変化する点火時期変化に対するトルク変動を考慮した点火進角ができるため、トルク変動の程度（度合）を適切な水準に抑制することができる。
【００７１】
続いて、ステップＳ１４０５に進み、壁面温度に応じて点火進角速度を補正する。ここでは、壁面温度と点火進角速度補正量に負の相関を持つ対応関係や、図１６に示すような壁面温度と点火進角速度補正量の対応関係を予めＥＣＵ２０に保持しておき、この関係を用いて補正する。壁温度と点火進角速度補正量に負の相関をもつ対応関係を用いて点火進角速度を補正すれば、壁温度が高いほど、点火進角速度を小さくできる。これにより、壁温度が高い条件において、点火リタード（遅角）している期間を長くできるので、壁温度を温度適合値により早く近づけることができる。
【００７２】
また、壁温が高い条件ではノック進角に伴うノック発生確率が高い。進角中にノックが発生すると、大きな点火遅角を招き、燃費悪化に繋がる。壁温が高い条件で点火進角速度を小さくすることで、進角中のノック発生とこれに伴う点火遅角実施の回数を減らし、結果として効率悪化を防ぐことができる。
【００７３】
また、図１６に示すように、補正を実施する温度条件に基準値（温度補正基準）を設けることで、壁温度が低い条件での点火進角速度低下を抑制でき、また、補正量に補正制限値を設けることで、過剰に点火進角速度を小さくすることを避けることができる。このような設定により、不要な点火進角速度の低下を防ぐことができ、点火遅角期間の過度な長期化による効率悪化を防ぐことができる。
【００７４】
次に、ステップＳ１４０６に進み、これまでに決めた点火進角速度が進角速度下限値よりも小さいか否かを判定する。小さい場合は、ステップＳ１４０７に進み、点火進角速度を進角速度下限値に設定する。ステップＳ１４０６で、大きいと判断した場合は、ステップＳ１４０３に進む。
【００７５】
ステップＳ１４０３においては、制御周期、手法に合わせて、点火進角量の設定を行う。例えば、点火進角量を制御周期で設定するのであれば、単位時間当たりの進角量で定義した点火進角速度と制御周期（時間）の積で進角量が与えられる。一方、燃焼サイクル毎の点火進角量を与えられるのであれば、燃焼サイクル毎の進角量で定義した進角速度に基づき進角量を与える。例えば、先の燃焼サイクル（第１の燃焼サイクル）における点火遅角量が所定の基準値よりも小さい場合は、先の燃焼サイクル（第１の燃焼サイクル）から後の燃焼サイクル（第２の燃焼サイクル）までの点火進角量が大きくなるように点火進角量を制御する。
【００７６】
以上によって、点火進角速度及び点火進角量が設定でき、点火遅角量や壁温度に応じて適切な進角制御ができ、トルク変動の抑制、壁温度の早期冷却、点火進角中のノック発生の抑制を図ることができる。
【００７７】
図１７及び図１８を参照して、本実施例の動作結果を説明する。図１７、図１８おける×（クロス）は、サイクルを示す。図１７は壁温度が低い条件における動作結果であり、図１８は壁温度が高い条件における動作結果である。
【００７８】
図１７（壁温度が低い条件）では、時刻ｔ１でノック強度がノック判定基準を超えておりノック発生と判定される。ノック発生に伴い、時刻ｔ２にて推定温度（壁温度算出値）が増加する。また、時刻ｔ２はノック発生に次ぐ（直後の）燃焼サイクルなので点火時期の遅角化（遅角制御）を行う。この条件では、点火遅角量が基準値に比べて小さいので、図１４のステップＳ１４０２における設定に基づき、点火時期がｔ３においてノック発生サイクルと同等の時期に戻る。ｔ３以降では、推定温度（壁温度算出値）はサイクルの経過と共に下がる。
【００７９】
遅角時の点火遅角量が小さい条件においては、このように点火時期の遅角及び進角制御を実施することができる。このように設定した結果、壁温度が低い条件における過大な点火遅角量や遅角（維持）期間を抑制でき、システムの効率悪化を抑制することができる。
【００８０】
一方、図１８（壁温度が高い条件）では、時刻ｔ１と時刻ｔ４でノック強度がノック判定基準値を超えている。この結果、算出した壁温度は基準値を超えており、時刻ｔ５以降では、図１３のステップＳ１３０３の処理において、壁温度に基づく点火遅角期間の設定がなされる。このように推定した壁温に基づき遅角量や遅角（維持）期間を設定し、更に、遅角量が大きい場合に過大な進角速度を設定することがなくなるので、過度な壁温度低下の抑制と、トルク変動を抑制した効率的な点火時期制御を行うことができる。
【００８１】
以上説明したように、本発明によれば、ノッキングの発生を抑制しつつ、過大な点火時期遅角を防止することができ、燃費効率の向上を図ることができる。
【００８２】
なお、本発明の実施の有無は、エンジン制御装置（ＥＣＵ）のハードウェア構成を確認する以外にも、例えば、ＥＣＵからの点火遅角制御信号（パタン）等からも確認することができる。
【００８３】
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１…エアフローセンサ
２…電子制御スロットル
３…燃料噴射装置（インジェクタ）
４…点火システム
５…吸気管
６…シリンダヘッド
７…排気管
８…空燃比センサ
９…三元触媒
１０…排気温度センサ
１１…燃焼室
１２…クランク角度センサ
１３…冷却水温度センサ
１４…吸気温度センサ
１５…ノックセンサ
１６…アクセル開度センサ
２０…制御装置（エンジンコントロールユニット：ＥＣＵ）
２０ａ…入力回路
２０ｂ…入出力ポート
２０ｃ…ＲＡＭ（Random Access Memory）
２０ｄ…ＲＯＭ（Read Only Memory）
２０ｅ…ＣＰＵ（Central Processing Unit）
２０ｆ…点火出力回路
１００…エンジン（内燃機関）
【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】
2019148185.tif 000022
【図１４】
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【図１５】
2019148185.tif 000024
【図１６】
2019148185.tif 000025
【図１７】
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【図１８】
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