(57)【要約】【課題】火花点火式の内燃機関における点火時期の適正化を図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】混合気の燃焼期間のうち着火時期ＦＡから熱発生率が最大になる熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡまでの期間を前半燃焼期間として規定する。この前半燃焼期間の基準値を基準前半燃焼期間として規定する。また、実際の前半燃焼期間を実前半燃焼期間として算出する。基準前半燃焼期間と実前半燃焼期間との乖離が所定範囲内にある場合には、この乖離を小さくするように点火プラグの点火時期を補正する。前記乖離が所定量を超えている場合には故障と判定する。【選択図】図１２
2015218704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花点火式の内燃機関の制御装置において、
混合気の着火時期から熱発生率が最大になる熱発生率最大時期までの期間を前半燃焼期間として規定し、
この前半燃焼期間の基準値を基準前半燃焼期間とすると共に、センシングされた実際の前半燃焼期間を実前半燃焼期間として求め、
前記基準前半燃焼期間と前記実前半燃焼期間との乖離を小さくするように点火栓の点火時期を補正する構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
前記基準前半燃焼期間は、熱発生率最大時期における筒内ガスの状態量に基づいて算出されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の制御装置において、
前記筒内ガスの状態量は筒内体積であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の内燃機関の制御装置において、
前記基準前半燃焼期間を、機関回転速度に基づく補正係数を乗算して算出する構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の内燃機関の制御装置において、
前記機関回転速度に基づく補正係数は、タンブル比に応じた値を指数とする機関回転速度の指数関数であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
前記実前半燃焼期間が前記基準前半燃焼期間よりも長く、且つこれらの乖離が、予め設定された故障判定値以上である場合には故障が生じていると判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項２〜５のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
前記実前半燃焼期間は、筒内圧をセンシングする筒内圧センサの出力信号により求められた前記着火時期から前記熱発生率最大時期までの期間であり、
前記基準前半燃焼期間は、前記筒内圧センサの出力信号により求められた前記熱発生率最大時期における筒内ガスの状態量に基づいて算出された期間であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に係る。特に、本発明は、火花点火式の内燃機関における点火時期の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、火花点火式の内燃機関にあっては、燃焼効率を高めるべく、点火プラグの点火時期制御が行われている。特許文献１には、熱損失率に応じてＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）時の５０％燃焼点（点火時期がＭＢＴである場合において燃焼割合が５０％となるクランク角度位置）を設定し、このＭＢＴ時の５０％燃焼点と実際の５０％燃焼点との差分に応じて点火時期を補正することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記５０％燃焼点は空燃比等の各種運転条件の影響を受けて変動する。このため、５０％燃焼点を正確に求めるには、各種運転条件を高い精度で検出し、これら運転条件を反映させる必要がある。従って、前記ＭＢＴ時の５０％燃焼点は、熱損失率だけでなく各種運転条件を反映させた値として設定しておくことが好ましい。
【０００５】
しかしながら、前記運転条件を検出するセンサに経年劣化が生じている場合には、運転条件の検出精度が十分に得られなくなり、この運転条件を反映させて求めた５０％燃焼点の精度が悪化する可能性がある。このため、５０％燃焼点に基づいて点火時期を補正するものでは、適正な点火時期が得られない可能性がある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、火花点火式の内燃機関における点火時期の適正化を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
−発明の解決原理−
本発明の発明者は、混合気が着火してから熱発生率が最大になるまでの期間である前半燃焼期間が、空燃比等の内燃機関の運転条件の影響を受けないという新規な知見を得た。
【０００８】
本発明の解決原理は、この新規な知見に基づき、前記運転条件の影響を受けない前半燃焼期間の基準期間と実際の前半燃焼期間とが乖離した場合に、この乖離を小さくするように点火時期を補正することにある。
【０００９】
−解決手段−
具体的に、本発明は、火花点火式の内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、混合気の着火時期から熱発生率が最大になる熱発生率最大時期までの期間を前半燃焼期間として規定する。また、この前半燃焼期間の基準値を基準前半燃焼期間とすると共に、センシングされた実際の前半燃焼期間を実前半燃焼期間として求める。そして、前記基準前半燃焼期間と前記実前半燃焼期間との乖離を小さくするように点火栓の点火時期を補正する構成としている。
【００１０】
前述したように、本発明の発明者は、前記前半燃焼期間が、空燃比等の内燃機関の運転条件の影響を受けないことを新たな知見として見出した。このため、この前半燃焼期間の基準値（理想値）として基準前半燃焼期間を設定し、この基準前半燃焼期間と実測した前半燃焼期間である実前半燃焼期間との乖離を小さくするように点火栓の点火時期を補正すれば、前記運転条件の影響（運転条件の変動の影響）や、これら運転条件を検出するセンサの経年劣化の影響を受けることなく点火時期を適正に補正することができる。
【００１１】
また、前半燃焼期間は気筒内の乱れの影響を大きく受けると想定される。つまり、気筒内の乱れが強いほど火炎伝播が急速になって、前半燃焼期間は短くなると想定される。そして、気筒内の乱れは、筒内ガスの状態量、特に、筒内体積に応じて変化する。つまり、前記熱発生率最大時期における筒内体積が大きいほど（燃焼行程においてピストンが下死点に近い位置にあるほど）気筒内の乱れは弱くなる。そして、気筒内の乱れが弱くなると、火炎伝播が緩慢になって前半燃焼期間は長くなる。このため、前記熱発生率最大時期が、ピストンが圧縮上死点に達するタイミング（ＴＤＣ）よりも遅角側にある場合、熱発生率最大時期が遅角側にあって筒内体積が大きいほど気筒内の乱れは弱くなり前半燃焼期間は長くなる。一方、熱発生率最大時期が進角側にあって筒内体積が小さいほど気筒内の乱れは強くなり、火炎伝播が急速になって前半燃焼期間は短くなる。このように熱発生率最大時期における筒内体積は、気筒内の乱れに相関のあるパラメータとなっている。このため、前記基準前半燃焼期間を、前記熱発生率最大時期における筒内体積（筒内ガスの状態量）に基づいて算出することが好ましい。これにより、気筒内の乱れの影響を反映した基準前半燃焼期間を算出することができ、基準前半燃焼期間の算出精度が十分に確保され、この基準前半燃焼期間を用いて補正された点火時期が適正なものとなる。
【００１２】
また、気筒内の乱れは機関回転速度によっても変化する。つまり、機関回転速度が低いほど吸気系から気筒内に流入する空気の流速が低くなって気筒内の乱れは弱くなる。そして、気筒内の乱れが弱くなると、火炎伝播が緩慢になって前半燃焼期間は長くなる。逆に、機関回転速度が高いほど吸気系から気筒内に流入する空気の流速が高くなって気筒内の乱れは強くなる。そして、気筒内の乱れが強くなると、火炎伝播が急速になって前半燃焼期間は短くなる。このように機関回転速度も、気筒内の乱れに相関のあるパラメータとなっている。このため、前記基準前半燃焼期間を、機関回転速度に基づく補正係数（例えば機関回転速度の指数関数）を乗算して算出することが好ましい。これにより、気筒内の乱れの影響をよりいっそう反映した基準前半燃焼期間を算出することができ、基準前半燃焼期間の精度が十分に確保され、この基準前半燃焼期間を用いて補正された点火時期が適正なものとなる。
【００１３】
前記機関回転速度に基づく補正係数の一例として、タンブル比に応じた値を指数とする機関回転速度の指数関数とすることが好ましい。前記タンブル比は、機関回転速度と共に気筒内の乱れに大きく影響を及ぼすものであるため、機関回転速度に基づく補正係数を、タンブル比に応じた値を指数とする機関回転速度の指数関数とすることによって、気筒内の乱れの影響をよりいっそう反映した基準前半燃焼期間を算出することができる。
【００１４】
また、前記実前半燃焼期間が前記基準前半燃焼期間よりも長く、且つこれらの乖離が、予め設定された故障判定値以上である場合には故障が生じていると判定することが好ましい。
【００１５】
このように基準前半燃焼期間と実前半燃焼期間との乖離が大きい場合には、内燃機関に何らかの故障が生じており、点火時期を補正したとしても適正な燃焼が得られない状況であるとして故障判定がなされることになる。これにより、無駄な点火時期補正制御が実行されてしまうことがなくなる。
【００１６】
前記実前半燃焼期間および前記基準前半燃焼期間を求める手段として具体的には、前記実前半燃焼期間を、筒内圧をセンシングする筒内圧センサの出力信号により求められた前記着火時期から前記熱発生率最大時期までの期間として求める。また、前記基準前半燃焼期間を、前記筒内圧センサの出力信号により求められた前記熱発生率最大時期における筒内ガスの状態量に基づいて算出された期間として求める。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、基準前半燃焼期間と実前半燃焼期間との乖離を小さくするように点火栓の点火時期を補正するようにしている。これにより、内燃機関の運転条件の影響を考慮することなく点火時期を適正に補正することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係るエンジンおよび吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】エンジンの制御系を示すブロック図である。
【図３】熱発生率波形の一例を示す図である。
【図４】負荷率のみが互いに異なる各エンジン運転状態において得られる熱発生率波形であって、熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡを互いに一致させるように点火時期を調整した各熱発生率波形を重ねて表示した図である。
【図５】ＥＧＲ率のみが互いに異なる各エンジン運転状態において得られる熱発生率波形であって、熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡを互いに一致させるように点火時期を調整した各熱発生率波形を重ねて表示した図である。
【図６】空燃比のみが互いに異なる各エンジン運転状態において得られる熱発生率波形であって、熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡを互いに一致させるように点火時期を調整した各熱発生率波形を重ねて表示した図である。
【図７】油水温のみが互いに異なる各エンジン運転状態において得られる熱発生率波形であって、熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡを互いに一致させるように点火時期を調整した各熱発生率波形を重ねて表示した図である。
【図８】点火時期ＳＡのみが互いに異なる各エンジン運転状態において得られる熱発生率波形を重ねて表示した図である。
【図９】エンジン回転速度Ｎｅのみが互いに異なる各エンジン運転状態において得られる熱発生率波形であって、熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡを互いに一致させるように点火時期を調整した各熱発生率波形を重ねて表示した図である。
【図１０】あるエンジンに対して、式（１）で算出された予測前半燃焼期間と、実機において計測された実測前半燃焼期間との関係を検証した結果を示す図である。
【図１１】他のエンジンに対して、式（１）で算出された予測前半燃焼期間と、実機において計測された実測前半燃焼期間との関係を検証した結果を示す図である。
【図１２】点火時期補正制御の手順を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車用のガソリンエンジン（火花点火式の内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
【００２０】
図１は本発明を適用するエンジン１の一例を示す概略構成図である。
【００２１】
この例のエンジン１は、多気筒ガソリンエンジンであって、燃焼室１ａを形成するピストン１ｂおよび出力軸であるクランクシャフト１５を備えている。ピストン１ｂはコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｂの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転運動に変換される。
【００２２】
クランクシャフト１５には、外周面に複数の突起１７ａ，１７ａ，…を有するシグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の近傍にはクランクポジションセンサ３６が配置されている。
【００２３】
エンジン１の燃焼室１ａには点火プラグ３が配置されている。点火プラグ３の点火タイミングはイグナイタ４によって調整される。イグナイタ４は、後述するＥＣＵ（電子制御ユニット）１００によって制御される。エンジン１のシリンダブロック１ｃには、冷却水温を検出する水温センサ３１が配置されている。
【００２４】
エンジン１の燃焼室１ａには吸気通路１１および排気通路１２が接続されている。吸気通路１１と燃焼室１ａとの間には吸気バルブ１３が、排気通路１２と燃焼室１ａとの間には排気バルブ１４がそれぞれ設けられている。
【００２５】
吸気通路１１には、エアクリーナ７、エアフローメータ３２、吸気温センサ３３、および、電子制御式のスロットルバルブ５などが配置されている。スロットルバルブ５はスロットルモータ６によって駆動される。スロットルバルブ５の開度はスロットルポジションセンサ３７によって検出される。排気通路１２には、Ａ／Ｆセンサ３５、および、三元触媒８などが配置されている。
【００２６】
吸気通路１１と排気通路１２とは、ＥＧＲ通路２１によって接続されている。ＥＧＲ通路２１は、排気通路１２に排出された排気ガスの一部を吸気通路１１に還流させて燃焼室１ａへ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。ＥＧＲ通路２１には、ＥＧＲクーラ２２、および、ＥＧＲバルブ２３が設けられている。なお、ＥＧＲバルブ２３の開度はＥＣＵ１００によって制御される。
【００２７】
吸気通路１１には、燃焼室１ａに向けて燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）２が取り付けられている。インジェクタ２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１の燃焼室１ａに導入される。燃焼室１ａに導入された混合気は点火プラグ３の点火に伴って着火して燃焼・膨張する。この燃焼室１ａ内での混合気の燃焼・膨張によりピストン１ｂが往復運動してクランクシャフト１５が回転する。
【００２８】
シリンダヘッドには、筒内の燃焼圧を検出するための筒内圧センサ３９が設けられている。筒内圧センサ３９は各気筒それぞれに設けられている。
【００２９】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、および、バックアップＲＡＭ１０４を備えている。
【００３０】
ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４は、エンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。これらＲＯＭ１０２、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０３、バックアップＲＡＭ１０４はバス１０７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路１０５および外部出力回路１０６と接続されている。
【００３１】
外部入力回路１０５には、水温センサ３１、エアフローメータ３２、吸気温センサ３３、吸気圧センサ３４、Ａ／Ｆセンサ３５、クランクポジションセンサ３６、スロットルポジションセンサ３７、燃圧センサ３８、および、筒内圧センサ３９などの各種センサが接続されている。外部出力回路１０６には、インジェクタ２、点火プラグ３のイグナイタ４、スロットルバルブ５のスロットルモータ６、および、ＥＧＲバルブ２３などが接続されている。
【００３２】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、インジェクタ２の駆動制御（燃料噴射制御）、スロットルバルブ５のスロットルモータ６の駆動制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は、後述する点火プラグ３の点火時期補正制御を実行する。
【００３３】
−熱発生率波形−
図３は、燃焼室１ａ内で混合気が燃焼した際の熱発生率（クランクシャフト１５の単位回転角度当たりの熱発生量）波形の一例を示している。
【００３４】
この図３のタイミングＳＡは点火時期である。この点火時期ＳＡは、点火プラグ３に点火された時期、即ち点火プラグ３の電極間に火花放電が行われた時期である。図中のタイミングＦＡは着火時期である。この着火時期ＦＡは、前記火花放電によって混合気が着火し初期火炎核が形成される時期である。このため、図中のτが着火遅れ期間となる。
【００３５】
また、図中においてｄＱｐｅａｋＡは熱発生率最大時期である。この熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡは、混合気の燃焼期間のうち、火炎核の成長に伴って熱発生率が最大となるタイミング（点火時期ＳＡから燃焼終了時期ＥＡまでの期間中で熱発生率が最大となるタイミング）である。
【００３６】
また、着火時期ＦＡから熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡまでの期間である図中のａを前半燃焼期間と呼ぶ。また、熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡから燃焼終了時期ＥＡまでの期間である図中のｃを後半燃焼期間と呼ぶ。図中のＱ１は前半燃焼期間ａにおける熱発生量であり、Ｑ２は後半燃焼期間ｃにおける熱発生量である。そして、燃焼期間の全期間において発生する熱発生量（総熱発生量Ｑall）は、これら熱発生量Ｑ１と熱発生量Ｑ２との和として表される。
【００３７】
−点火時期補正制御−
次に、本実施形態の特徴である点火時期補正制御について説明する。先ず、この点火時期補正制御の概略について説明する。本実施形態の点火時期補正制御は、燃焼室１ａ内における混合気の着火時期ＦＡから熱発生率が最大になる熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡまでの期間である前半燃焼期間ａの基準値を基準前半燃焼期間として規定する。この基準前半燃焼期間は、例えば、燃焼室１ａ内において理想的な燃焼が行われたと仮定した場合の前半燃焼期間ａに相当する。また、この基準前半燃焼期間は、前記ＥＣＵ１００に格納された演算式（後述する式（１））によって算出される。なお、この基準前半燃焼期間は、予め実験やシミュレーションによって求められて前記ＥＣＵ１００に格納されたものであってもよい。
【００３８】
また、実際に燃焼室１ａ内において混合気が燃焼した際における着火時期ＦＡから熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡまでの期間を実前半燃焼期間として求める。この実前半燃焼期間は、例えば、前記筒内圧センサ３９からの出力信号に基づいて算出される。
【００３９】
そして、前記基準前半燃焼期間と前記実前半燃焼期間との乖離に応じて、この乖離を小さくするように点火プラグ３の点火時期を補正するようになっている。
【００４０】
また、実前半燃焼期間が基準前半燃焼期間よりも長く、且つこれらの乖離が、予め設定された故障判定値以上である場合には故障が生じていると判定するようになっている。
【００４１】
具体的な点火時期補正制御を説明する前に、この点火時期補正制御に際して前半燃焼期間を利用する理由について説明する。
【００４２】
前半燃焼期間は、前述した如く、着火時期ＦＡから熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡまでの期間である。そして、前記基準前半燃焼期間［ＣＡ］は、以下の式（１）を利用して規定される。
【００４３】
【数１】
2015218704.tif 000003
【００４４】
Ｖ@dQpeakは前記熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡにおける筒内ガスの状態量としての筒内体積［Ｌ］であり、以下では、熱発生率最大時筒内体積という。Ｎｅはエンジン回転速度（機関回転速度）である。
【００４５】
この式（１）は、吸排気の各バルブの開閉タイミングが固定されていることを条件に成立する式となっている。また、この式（１）は、負荷率、ＥＧＲ率、空燃比、油水温といった運転条件の影響を受けることなく成立するものとなっている。つまり、式（１）は、基準前半燃焼期間が、前記運転条件（負荷率、ＥＧＲ率、空燃比、油水温）の影響を受けないことに基づいて成立している。このため、この式（１）により基準前半燃焼期間を算出した場合には、前記運転条件（負荷率、ＥＧＲ率、空燃比、油水温）の変動の影響や、これら運転条件を検出するセンサの経年劣化の影響を受けない値、即ち、これらの影響を考慮する必要のない値として基準前半燃焼期間が求められることになる。つまり、この式（１）で算出された基準前半燃焼期間は、前記運転条件の変動等に対するロバスト性の高い値として求められている。
【００４６】
この式（１）によって基準前半燃焼期間が算出可能である根拠について以下に説明する。
【００４７】
図４〜図７それぞれは、互いに異なるエンジン運転状態において得られる熱発生率波形であって、熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡを互いに一致させるように点火時期ＳＡを調整した各熱発生率波形を重ねて表示したものである。図４は、負荷率のみが互いに異なる各エンジン運転状態において得られる熱発生率波形を重ねて表示したものである。図５は、ＥＧＲ率のみが互いに異なる各エンジン運転状態において得られる熱発生率波形を重ねて表示したものである。図６は、空燃比のみが互いに異なる各エンジン運転状態において得られる熱発生率波形を重ねて表示したものである。また、図７は、エンジンの暖機運転の途中のように油水温のみが互いに異なる場合に得られる熱発生率波形を重ねて表示したものである。
【００４８】
これら図４〜図７に示すように、負荷率、ＥＧＲ率、空燃比、油水温の何れが変化しても前半燃焼期間ａは一定に維持されている。つまり、前半燃焼期間ａは、負荷率、ＥＧＲ率、空燃比、油水温の影響を受けないものであることが解る。
【００４９】
一方、図８は、点火時期ＳＡのみが互いに異なる各エンジン運転状態において得られる熱発生率波形を重ねて表示したものである。この図８から解るように、点火時期ＳＡが遅角されるほど前半燃焼期間ａは長くなっている。
【００５０】
また、図９は、エンジン回転速度Ｎｅのみが互いに異なる各エンジン運転状態において得られる熱発生率波形であって、熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡを互いに一致させるように点火時期ＳＡを調整した各熱発生率波形を重ねて表示したものである。エンジン回転速度Ｎｅが高いほど単位時間［ｍｓ］当たりにおけるクランクの回転角度［ＣＡ］は大きくなるので、その分、前半燃焼期間ａは長くなる（クランク角度軸上で長くなる）はずであるが、図９に示すものでは、エンジン回転速度Ｎｅが異なっても前半燃焼期間ａは殆ど変化していない。これは、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど前半燃焼期間ａが短くなる要因が存在しているものと考えられる。つまり、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど単位時間当たりにおけるクランクの回転角度が大きくなることに起因して前半燃焼期間ａが長くなることとは別に、「他の要因」によって前半燃焼期間ａが短くなっていると想定できる。
【００５１】
このように前半燃焼期間ａは、点火時期ＳＡおよびエンジン回転速度Ｎｅの影響を受けるものであることが解る。
【００５２】
前半燃焼期間ａが、点火時期ＳＡおよびエンジン回転速度Ｎｅの影響を受ける要因としては、点火時期ＳＡおよびエンジン回転速度Ｎｅが、気筒内の乱れに影響を与えることが考えられる。
【００５３】
つまり、熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡがＴＤＣよりも遅角側にある場合を考えると、点火時期ＳＡが遅角側に移行するほど着火時期ＦＡおよび熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡも遅角側に移行し、この熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡにおける筒内体積（熱発生率最大時筒内体積Ｖ@dQpeak）が大きくなると共に、気筒内の乱れは弱くなる。そして、気筒内の乱れが弱くなると、火炎伝播が緩慢になって前半燃焼期間ａは長くなる。逆に、点火時期ＳＡが進角側に移行するほど着火時期ＦＡおよび熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡも進角側に移行し、熱発生率最大時筒内体積Ｖ@dQpeakが小さくなると共に、気筒内の乱れは強くなる。これにより火炎伝播が急速になって、前半燃焼期間ａは短くなる。
【００５４】
また、エンジン回転速度Ｎｅが低いほど吸気系から気筒内に流入する空気の流速が低くなって気筒内の乱れは弱くなる。そして、気筒内の乱れが弱くなると、火炎伝播が緩慢になって前半燃焼期間ａは長くなる。逆に、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど吸気系から気筒内に流入する空気の流速が高くなって気筒内の乱れは強くなる。そして、気筒内の乱れが強くなると、火炎伝播が急速になって前半燃焼期間ａは短くなる。前述した「他の要因（前半燃焼期間ａを短くする要因）」は、このエンジン回転速度Ｎｅが高いほど気筒内の乱れが強くなることに起因して火炎伝播が急速になっていることである。
【００５５】
本発明の発明者は、この新たな知見に基づいて前記式（１）を導き出した。そして、この式（１）においては、制御量である点火時期ＳＡに相関のある筒内ガスの状態量として筒内体積、特に、熱発生率最大時筒内体積Ｖ@dQpeakを変数として用いている。つまり、前述した如く、点火時期ＳＡが遅角側に移行するほど熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡも遅角側に移行し、筒内体積Ｖ@dQpeakが大きくなることから、点火時期ＳＡに相関のある筒内ガスの状態量として、熱発生率最大時筒内体積Ｖ@dQpeakを変数として用いている。
【００５６】
式（１）における各係数について具体的に説明すると、Ｃおよびαは実験等に基づいた同定によって得られる。また、βは気筒内でのタンブル比に応じた値となっており、タンブル比が大きいほど大きな値として与えられる。なお、βは実験等に基づいた同定によって設定するようにしてもよい。また、これら係数は、吸排気の各バルブの開閉タイミングの変化に対して同定することも可能である。このように、式（１）は、熱発生率最大時筒内体積Ｖ@dQpeakに基づき、且つタンブル比に応じた値βを指数とするエンジン回転速度Ｎｅの指数関数（補正係数）を乗算することにより、基準前半燃焼期間を算出するものとなっている。
【００５７】
図１０および図１１は、互いに異なるエンジンに対して、式（１）で算出された基準前半燃焼期間としての予測前半燃焼期間と、実機において計測された実測前半燃焼期間との関係を検証した結果を示すグラフである。この検証に使用したエンジンは、筒内や吸排気の各バルブにデポジット等の付着がなく設計どおりの圧縮比が得られ、また、点火プラグの能力低下も無い理想的な燃焼が得られているものとなっている。つまり、経年変化を生じていないエンジンを利用して、予測前半燃焼期間と実測前半燃焼期間との関係を検証したものである。図１０では、「○」「△」「□」「◇」「×」「＋」「▽」の順でエンジン回転速度Ｎｅが高くなっている。例えば「○」は８００ｒｐｍ、「△」は１０００ｒｐｍ、「□」は１２００ｒｐｍ、「◇」は１６００ｒｐｍ、「×」は２４００ｒｐｍ、「＋」は３２００ｒｐｍ、「▽」は３６００ｒｐｍである。また、図１１では、「○」「×」「＋」「△」「□」の順でエンジン回転速度Ｎｅが高くなっている。例えば「○」は８００ｒｐｍ、「×」は１２００ｒｐｍ、「＋」は２４００ｒｐｍ、「△」は３６００ｒｐｍ、「□」は４８００ｒｐｍである。
【００５８】
これら図１０および図１１から明らかなように、予測前半燃焼期間は実測前半燃焼期間に略一致しており、式（１）によって基準前半燃焼期間が高い精度で算出されていることが解る。
【００５９】
以上述べたように基準前半燃焼期間は、負荷率、空燃比、ＥＧＲ率、油水温の影響を受けないものとして、熱発生率最大時筒内体積Ｖ@dQpeakとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて規定することができる。これら熱発生率最大時筒内体積Ｖ@dQpeakおよびエンジン回転速度Ｎｅは前述した如く気筒内の乱れに相関のあるパラメータとなっている。言い換えると、負荷率、空燃比、ＥＧＲ率、油水温は、気筒内の乱れに殆ど相関が無いことから基準前半燃焼期間に影響を与えないものと想定される。そして、これら負荷率、空燃比、ＥＧＲ率、油水温を考慮することなしに、気筒内の乱れに相関のあるパラメータである熱発生率最大時筒内体積Ｖ@dQpeakとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて基準前半燃焼期間を規定できることから、これら負荷率、空燃比、ＥＧＲ率、油水温といった運転条件が変化した場合や、これら運転条件を検出するセンサに経年劣化が生じていることに起因して検出された運転条件に誤差が含まれる場合や、これら運転条件を調整するアクチュエータの経年変化によって運転条件が変動した場合であっても、基準前半燃焼期間は、熱発生率最大時筒内体積Ｖ@dQpeakとエンジン回転速度Ｎｅとから一律に求められることになる。このため、式（１）により基準前半燃焼期間を算出した場合には、前記運転条件の変動の影響や、これら運転条件を検出するセンサの経年劣化の影響を考慮する必要のない値として基準前半燃焼期間が求められることになる。つまり、この式（１）で算出された基準前半燃焼期間は、前記運転条件の変動等に対するロバスト性の高い値として求められている。
【００６０】
具体的に、負荷率の影響を受けないということは、吸入空気量の予測誤差、サイクル毎の吸入空気量の変動、および、エアフローメータ３２の劣化による吸入空気量測定誤差などに対するロバスト性が高いということになる。また、空燃比の影響を受けないということは、Ａ／Ｆセンサ３５の劣化による空燃比測定誤差、サイクル毎の吸入空気量の変動、および、吸気通路１１の内壁面への燃料付着に起因する気筒内への燃料導入量の変動などに対するロバスト性が高いということになる。また、ＥＧＲ率の影響を受けないということは、ＥＧＲバルブ２３におけるデポジットの付着に起因するＥＧＲガス導入量の変動、内部ＥＧＲ量の経年変化、および、サイクル毎のＥＧＲ量の変動などに対するロバスト性が高いということになる。また、油水温の影響を受けないということは、水温センサ３１の劣化による水温検出誤差、および、油温センサの劣化による油温検出誤差などに対するロバスト性が高いということになる。
【００６１】
また、基準前半燃焼期間を算出するにあたって、負荷率、空燃比、ＥＧＲ率、油水温を考慮する必要がないことから、基準前半燃焼期間を決定するための工数が少なくて済む。
【００６２】
以下、点火時期補正制御について具体的に説明する。図１２は点火時期補正制御の手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、前記ＥＣＵ１００において、各気筒の燃焼サイクル毎に実行される。つまり、このＥＣＵ１００によって本発明でいう内燃機関の制御装置が構成されている。
【００６３】
先ず、ステップＳＴ１において、燃焼行程が行われている気筒を対象とした筒内燃焼圧の計測が行われる。この計測では、前記筒内圧センサ３９からの出力信号をＥＣＵ１００が受け、この出力信号に応じた筒内燃焼圧の情報を前記ＲＡＭ１０３に蓄積していく。
【００６４】
ステップＳＴ２では、この筒内燃焼圧の計測が完了したか否かが判定される。本点火時期補正制御では、着火時期ＦＡと熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡとが取得されれば、前記基準前半燃焼期間および前記実前半燃焼期間それぞれの算出が可能であるので、これら着火時期ＦＡと熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡとが取得された時点で、筒内燃焼圧の計測が完了したと判定されることになる。
【００６５】
具体的に、本実施形態では、着火時期ＦＡは、点火時期ＳＡ以降（点火プラグ３に点火指令信号が出力された以降）に熱発生率が１［Ｊ／ＣＡ］に達した時期（クランク角度位置）として規定される。つまり、筒内圧センサ３９の出力信号に基づいて熱発生率が１［Ｊ／ＣＡ］に達した時期として着火時期ＦＡが規定される。この値はこれに限らず適宜設定可能であり、例えば、点火時期ＳＡ以降に熱発生率が０［Ｊ／ＣＡ］を超えた時期を着火時期ＦＡとしてもよい。また、点火時期ＳＡ以降の熱発生量が総熱発生量に対して所定割合（例えば５％）に達した時期を着火時期ＦＡとしてもよい。
【００６６】
また、熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡは、熱発生率が上昇から下降に転じたタイミング（クランク角度位置）として規定されるので、前記筒内圧センサ３９の出力信号に基づいて求められた熱発生率が上昇から下降に転じた際に、その時点が熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡとして規定されて筒内燃焼圧の計測が完了したと判定されることになる。
【００６７】
筒内燃焼圧の計測が完了しておらず、ステップＳＴ２でＮＯ判定された場合にはリターンされて筒内燃焼圧の計測を継続する。
【００６８】
筒内燃焼圧の計測が完了し、ステップＳＴ２でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ３に移り、前記蓄積された筒内燃焼圧の情報に基づいて、着火時期ＦＡおよび熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡの算出が行われる。つまり、前述した如く、熱発生率が所定値に達した時期におけるクランク角度位置を着火時期ＦＡとして算出し、また、熱発生率が上昇から下降に転じた時期におけるクランク角度位置を熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡとして算出する。
【００６９】
その後、ステップＳＴ４に移り、実前半燃焼期間の算出を行う。この実前半燃焼期間の算出は、前記熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡのクランク角度位置から着火時期ＦＡのクランク角度位置を減算することにより行われる。
【００７０】
また、ステップＳＴ５では、基準前半燃焼期間の算出を行う。この基準前半燃焼期間の算出は、前記式（１）を利用して行われる。つまり、前記蓄積された筒内燃焼圧の情報に基づいて算出された熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡにおける筒内体積である熱発生率最大時筒内体積Ｖ@dQpeak、および、エンジン回転速度Ｎｅを、式（１）に代入することにより基準前半燃焼期間が算出される。この際、熱発生率最大時筒内体積Ｖ@dQpeakは熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡのクランク角度位置（ピストンの位置）によって幾何学的に求められる。
【００７１】
このようにして実前半燃焼期間および基準前半燃焼期間の算出が行われた後、ステップＳＴ６に移り、実前半燃焼期間から基準前半燃焼期間を減算した値が所定値Ａ以下であるか否かを判定する。つまり、基準前半燃焼期間に対する実前半燃焼期間の正側への乖離が所定値以下であるか否かを判定する。この所定値Ａとしては、任意の値に設定可能であり、予め実験やシミュレーションに基づいて設定されている。
【００７２】
実前半燃焼期間から基準前半燃焼期間を減算した値が所定値Ａ以下である場合（基準前半燃焼期間に対する実前半燃焼期間の正側への乖離が小さい場合）には、ステップＳＴ６でＹＥＳ判定されて、そのままリターンされる。つまり、点火時期の補正は必要ないとしてリターンされる。
【００７３】
一方、実前半燃焼期間から基準前半燃焼期間を減算した値が所定値Ａを超えており、ステップＳＴ６でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ７に移り、実前半燃焼期間から基準前半燃焼期間を減算した値が所定値Ｂ（前記故障判定値）未満であるか否かを判定する。この所定値Ｂは前記所定値Ａよりも大きな値として設定されている。つまり、ステップＳＴ７では、基準前半燃焼期間に対する実前半燃焼期間の正側への乖離が、所定値Ａよりも大きく且つ所定値Ｂ未満であるか否かを判定する。この所定値Ｂとしては、任意の値に設定可能であり、予め実験やシミュレーションに基づいて設定されている。一例として、前記所定値Ａはクランク角度で３°ＣＡに設定され、前記所定値Ｂはクランク角度で１０°ＣＡに設定されている。これら値はこれに限定されるものではない。
【００７４】
実前半燃焼期間から基準前半燃焼期間を減算した値が所定値Ｂ未満である場合（基準前半燃焼期間に対する実前半燃焼期間の正側への乖離が所定値Ａよりも大きく且つ所定値Ｂ未満である場合）には、ステップＳＴ７でＹＥＳ判定されてステップＳＴ８に移る。
【００７５】
このステップＳＴ８では、実前半燃焼期間から基準前半燃焼期間を減算した値（実前半燃焼期間と基準前半燃焼期間との乖離）に基づいて、最適トルクを得るための熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡがマップから抽出される。このマップは、予め実験やシミュレーションによって作成されて前記ＥＣＵ１００に格納されている。つまり、実前半燃焼期間から基準前半燃焼期間を減算した値と、最適トルクを得るための熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡとの関係がエンジン回転速度毎にマップ化されてＥＣＵ１００に格納されており、このマップから、最適トルクを得るための熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡが抽出される。具体的には、実前半燃焼期間から基準前半燃焼期間を減算した値が大きいほど、つまり、基準前半燃焼期間に対して実前半燃焼期間が長いほど、熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡを進角側に移行させるようなマップ値が抽出されることになる。
【００７６】
ステップＳＴ９では、前記ステップＳＴ８で抽出された熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡが得られるように点火時期の補正を行う。つまり、前記マップから抽出された熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡが進角側に位置するほど（実前半燃焼期間から基準前半燃焼期間を減算した値が大きいほど）、点火時期の進角側への移行量を大きくするように点火時期の補正を行う。この場合、補正前の点火時期としては、前回ルーチンにおいて設定された点火時期である。または、周知技術によって設定された点火時期（例えば、ノッキングが検知された場合に、遅角補正を行うことで設定された点火時期）である。
【００７７】
このようにして補正された点火時期は、同一気筒における次回の燃焼行程における点火時期として利用されることになる。また、次に燃焼行程を迎える気筒のその燃焼行程における点火時期として利用してもよい。
【００７８】
一方、実前半燃焼期間から基準前半燃焼期間を減算した値が所定値Ｂ以上となっており、ステップＳＴ７でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ１０に移り、故障判定を行う。つまり、エンジン１に故障が発生しているとして、点火時期の補正を行うことなく故障判定を行う。この故障としては、気筒内の乱れに影響を与える故障が挙げられる。例えば、吸気バルブ１３や排気バルブ１４にデポジットが付着して（バルブフェースにデポジットが付着して）燃焼行程での筒内の気密性が確保できずに気筒内からのガス抜けが生じている場合や、点火プラグ３の能力低下によって良好な燃焼が行えなかったり失火が発生している場合などが挙げられる。
【００７９】
このように故障判定が行われた場合、車室内のメータパネル上のＭＩＬ（警告灯）を点灯させて運転者に警告を促すと共に、前記ＥＣＵ１００に備えられたダイアグノーシスに異常情報が書き込まれることになる。
【００８０】
以上説明したように本実施形態では、点火時期の補正制御を行う場合に、前半燃焼期間を用いている。この前半燃焼期間は、エンジンの負荷率、ＥＧＲ率、空燃比および油水温の運転条件の影響を受けないことが新たな知見として見出されている。そして、前記基準前半燃焼期間を、エンジンの負荷率、ＥＧＲ率、空燃比および油水温のいずれにも依らないものとして、熱発生率最大時筒内体積Ｖ@dQpeakとエンジン回転速度Ｎｅ（より具体的にはタンブル比に応じた値βを指数とするエンジン回転速度Ｎｅの指数関数）とに基づいて算出している。そして、この基準前半燃焼期間を利用して点火時期の補正制御を行っている。このため、負荷率、ＥＧＲ率、空燃比および油水温といった運転条件の影響や、これら運転条件を検出するセンサの経年劣化の影響を受けることなく点火時期を適正に補正することができる。つまり、実前半燃焼期間が基準前半燃焼期間に近付くように点火時期を補正することで、現状でのハード構成の変化（経年変化）に適応した適切な点火時期を得ることができる。
【００８１】
また、本実施形態では、熱発生率波形の全体を作成しなくても、着火時期ＦＡと熱発生率最大時期ｄＱｐｅａｋＡとが得られれば、基準前半燃焼期間と実前半燃焼期間とを算出できて、点火時期の適正化を図ることができる。このため、点火時期補正制御の簡素化を図ることができる。
【００８２】
更に、本実施形態では、基準前半燃焼期間と実前半燃焼期間との乖離が大きい場合には、エンジン１に何らかの故障が生じており、点火時期を補正したとしても適正な燃焼が得られない状況であるとして故障判定を行っている。これにより、無駄な点火時期補正制御が実行されてしまうことがなくなる。
【００８３】
−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車用のガソリンエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車用以外の火花点火機関に対しても適用が可能である。また、ガソリンエンジンにも特に限定されるものではなく、例えばガスエンジンに対しても適用が可能である。
【００８４】
また、前記実施形態では、熱発生率最大時期における筒内ガスの状態量として筒内体積を挙げたが、気筒内の乱れを規定する（気筒内の乱れに影響を与える）他の状態量であってもよい。
【００８５】
また、前記実施形態では、実前半燃焼期間から基準前半燃焼期間を減算した値が所定値Ａ以下である場合には、点火時期の補正は行わないようにしていた。本発明はこれに限らず、実前半燃焼期間から基準前半燃焼期間を減算した値が負の値であった場合（実前半燃焼期間が基準前半燃焼期間よりも短い場合）には、その値に応じて点火時期を遅角側に補正するようにしてもよい。
【００８６】
また、前記実施形態では、基準前半燃焼期間を、エンジンの負荷率、ＥＧＲ率、空燃比および油水温のいずれにも依らないものとして算出していたが、これら運転条件のうち少なくとも一つに依らないものとして算出するようにしてもよい。
【００８７】
また、前記実施形態では、式（１）を利用して基準前半燃焼期間を算出していた。本発明はこれに限らず、熱発生率最大時筒内体積Ｖ@dQpeakおよびエンジン回転速度Ｎｅ等から基準前半燃焼期間を抽出するマップをＥＣＵ１００に記憶させておき、このマップから基準前半燃焼期間を抽出するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明によると、火花点火式の内燃機関における点火時期の適正化が可能になるので、例えば自動車用の内燃機関に適用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１                エンジン（内燃機関）
３                点火プラグ（点火栓）
３９              筒内圧センサ
１００            ＥＣＵ
ＦＡ              混合気の着火時期
ａ                前半燃焼期間
ｄＱｐｅａｋＡ    熱発生率最大時期
Ｖ@dQpeak        熱発生率最大時筒内体積
Ｎｅβ             エンジン回転速度に基づく補正係数
Ｖ@dQpeakα       熱発生率最大時筒内体積に基づく補正係数
【図１】
2015218704.tif 000004
【図２】
2015218704.tif 000005
【図３】
2015218704.tif 000006
【図４】
2015218704.tif 000007
【図５】
2015218704.tif 000008
【図６】
2015218704.tif 000009
【図７】
2015218704.tif 000010
【図８】
2015218704.tif 000011
【図９】
2015218704.tif 000012
【図１０】
2015218704.tif 000013
【図１１】
2015218704.tif 000014
【図１２】
2015218704.tif 000015