(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時のクランク角度を利用して燃焼を適切に制御することを目的とする。【解決手段】クランク角センサ４２と筒内圧センサ３０とを用いて取得した筒内圧データを利用して、燃焼質量割合（ＭＦＢ）を算出する。ＭＦＢが１０％となる時のクランク角度（ＣＡ１０）を取得する。点火時期（ＳＡ）からＣＡ１０までのクランク角期間についての実ＳＡ−ＣＡ１０と目標ＳＡ−ＣＡ１０との差が無くなるように燃料噴射量を補正する。【選択図】図４
2015094339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
燃焼質量割合を算出する燃料質量割合算出手段と、
燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の所定クランク角度を取得するクランク角度取得手段と、
点火時期から前記所定クランク角度までのクランク角期間もしくは当該クランク角期間の相関値と、前記クランク角期間もしくは前記相関値の目標値との第１の差に基づいて、燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの少なくとも１つを調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記調整手段は、筒内の混合気の空燃比を希薄燃焼限界付近で制御する際に、前記第１の差に基づいて燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記目標値は、エンジン回転速度に基づいて設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記目標値は、エンジン負荷率に基づいて設定されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記調整手段は、燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整する手段であって、
前記目標値は、最適点火時期からの目標点火時期の乖離量に基づいて設定されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記目標値は、最適点火時期に対する点火時期の遅角量が大きいほどより小さな値に設定されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記目標値は、最適点火時期に対する点火時期の進角量が大きいほどより大きな値に設定されることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記調整手段は、燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整する手段であって、
燃焼質量割合に基づいて燃焼重心位置を算出する燃焼重心位置算出手段と、
燃焼重心位置算出手段により算出される燃焼重心位置と目標燃焼重心位置との第２の差が無くなるように点火時期を調整する点火時期調整手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記調整手段は、燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整する手段であって、
燃焼期間中に筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角度を取得する筒内圧最大クランク角度取得手段と、
前記筒内圧最大クランク角度取得手段により取得される筒内圧最大クランク角度と目標筒内圧最大クランク角度との第２の差が無くなるように点火時期を調整する点火時期調整手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記調整手段は、前記点火時期調整手段による点火時期の調整によって前記第２の差が所定値以下となっている状態で、前記第１の差に基づいて燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整することを特徴とする請求項８または９に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記点火時期調整手段による点火時期の調整の応答速度が、前記調整手段による燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの少なくとも燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方の調整の応答速度よりも高くなるように制御が構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記所定燃焼質量割合は１０％であることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、リーンバーン運転を行う内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、排気エミッションを低下させつつリーンバーンを可能とするために、所定燃焼質量割合に到達する時の実際のクランク角度を検知し、検知したクランク角度と目標クランク角度との比較に基づき、燃料供給量を調整することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３１７５２２号公報
【特許文献２】特開平８−２３２８２０号公報
【特許文献３】特開２００２−３１００４９号公報
【特許文献４】特開平２−１５３２４３号公報
【特許文献５】特開２０１０−１９０１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１の制御手法のように燃料噴射量の制御に利用するパラメータとして所定燃焼質量割合に到達する時のクランク角度を用いるだけでは、そのパラメータを用いて空燃比を適切に代表させることができない。その結果、内燃機関の燃焼を適切に制御することが困難となる可能性がある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時のクランク角度を利用して燃焼を適切に制御することのできる内燃機関の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】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
燃焼質量割合を算出する燃料質量割合算出手段と、
燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の所定クランク角度を取得するクランク角度取得手段と、
点火時期から前記所定クランク角度までのクランク角期間もしくは当該クランク角期間の相関値と、前記クランク角期間もしくは前記相関値の目標値との第１の差に基づいて、燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの少なくとも１つを調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記調整手段は、筒内の混合気の空燃比を希薄燃焼限界付近で制御する際に、前記第１の差に基づいて燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの少なくとも１つを調整することを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記目標値は、エンジン回転速度に基づいて設定されることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、
前記目標値は、エンジン負荷率に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１〜第４の発明の何れか１つにおいて、
前記調整手段は、燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整する手段であって、
前記目標値は、最適点火時期からの目標点火時期の乖離量に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第５の発明において、
前記目標値は、最適点火時期に対する点火時期の遅角量が大きいほどより小さな値に設定されることを特徴とする。
【００１２】
また、第７の発明は、第５または第６の発明において、
前記目標値は、最適点火時期に対する点火時期の進角量が大きいほどより大きな値に設定されることを特徴とする。
【００１３】
また、第８の発明は、第１〜第７の発明の何れか１つにおいて、
前記調整手段は、燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整する手段であって、
燃焼質量割合に基づいて燃焼重心位置を算出する燃焼重心位置算出手段と、
燃焼重心位置算出手段により算出される燃焼重心位置と目標燃焼重心位置との第２の差が無くなるように点火時期を調整する点火時期調整手段と、
をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第９の発明は、第１〜第７の発明の何れか１つにおいて、
前記調整手段は、燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整する手段であって、
燃焼期間中に筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角度を取得する筒内圧最大クランク角度取得手段と、
前記筒内圧最大クランク角度取得手段により取得される筒内圧最大クランク角度と目標筒内圧最大クランク角度との第２の差が無くなるように点火時期を調整する点火時期調整手段と、
をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第１０の発明は、第８または第９の発明において、
前記調整手段は、前記点火時期調整手段による点火時期の調整によって前記第２の差が所定値以下となっている状態で、前記第１の差に基づいて燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整することを特徴とする。
【００１６】
また、第１１の発明は、第１０の発明において、
前記点火時期調整手段による点火時期の調整の応答速度が、前記調整手段による燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの少なくとも燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方の調整の応答速度よりも高くなるように制御が構成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、第１２の発明は、第１〜第１１の発明の何れか１つにおいて、
前記所定燃焼質量割合は１０％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
所定燃焼質量割合が得られる時の所定クランク角度だけでなく点火時期を用いて、点火時期から当該所定クランク角度までの期間として特定したクランク角期間およびその相関値は、空燃比と高い相関を有している。このため、第１の発明によれば、このクランク角期間もしくはその相関値と当該クランク角期間等の目標値との第１の差に基づいて燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの少なくとも１つを調整することで、燃焼を適切に制御できるようになる。そして、調整対象が燃料噴射量および吸入空気量の一方もしくは双方であった場合には、空燃比を適切に制御できるようになる。
【００１９】
第２の発明による調整手段によれば、筒内の混合気の空燃比を希薄燃焼限界付近において適切に制御できるようになる。
【００２０】
第３の発明によれば、クランク角期間もしくはその相関値の目標値をエンジン回転速度の影響を考慮して適切に設定することができる。
【００２１】
第４の発明によれば、クランク角期間もしくはその相関値の目標値をエンジン負荷率の影響を考慮して適切に設定することができる。
【００２２】
第５〜第７の発明によれば、調整手段による調整に伴う空燃比の変化に起因する最適点火時期の変化を考慮して、クランク角期間もしくはその相関値の目標値を適切に設定できるようになる。
【００２３】
第８の発明によれば、空燃比変化の影響を受けにくい燃焼重心位置を利用して、調整手段による調整に伴う空燃比の変化に起因する目標点火時期からの点火時期のずれを適切に補正できるようになる。
【００２４】
第９の発明によれば、空燃比変化の影響を受けにくい筒内圧最大クランク角度を利用して、調整手段による燃料噴射量などの調整に伴う空燃比の変化に起因する目標点火時期からの点火時期のずれを適切に補正できるようになる。
【００２５】
第１０の発明によれば、点火時期調整手段による調整によって点火時期が適切な値に収束している状態で調整手段による燃料噴射量などの調整を行うことにより、調整手段による燃料噴射量などの調整によって空燃比をより適切に制御できるようになる。
【００２６】
第１１の発明によれば、点火時期調整手段による調整によって点火時期が適切な値に収束している状態で調整手段による燃料噴射量などの調整が行われる機会を多く確保できるようになる。
【００２７】
第１２の発明によれば、耐ノイズ性と適合工数の削減とを考慮して、上記クランク角期間を特定するための所定クランク角度を適切に設定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。
【図２】点火時期と燃焼質量割合の波形とを表した図である。
【図３】ＮＯｘ排出量、燃費、トルク変動およびＳＡ−ＣＡ１０のそれぞれと空燃比（Ａ／Ｆ）との関係を表した図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御の概要を説明するためのブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】リーンリミット付近の空燃比に対する、ＭＢＴとＭＢＴ制御時の燃焼重心位置（５０％燃焼点であるＣＡ５０）との関係を表した図である。
【図７】リーンリミット時の空燃比と点火時期との関係を表した図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御とＣＡ５０を利用したフィードバック制御の概要を説明するためのブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。
図１に示すシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２が設けられている。筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。
【００３０】
吸気通路１６の吸気ポートには、当該吸気ポートを開閉する吸気弁２０が設けられており、排気通路１８の排気ポートには、当該排気ポートを開閉する排気弁２２が設けられている。また、吸気通路１６には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。
【００３１】
内燃機関１０の各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁２６、および、混合気に点火するための点火プラグ２８が、それぞれ設けられている。さらに、各気筒には、筒内圧力を検出するための筒内圧センサ３０が組み込まれている。
【００３２】
さらに、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述した筒内圧センサ３０に加え、エンジン回転速度を取得するためのクランク角センサ４２、および、吸入空気量を計測するためのエアフローメータ４４等の内燃機関１０の運転状態を取得するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力部には、上述したスロットルバルブ２４、燃料噴射弁２６および点火プラグ２８等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、それらのセンサ出力と所定のプログラムとに基づいて上記各種のアクチュエータを駆動することにより、燃料噴射制御および点火制御等の所定のエンジン制御を行うものである。また、ＥＣＵ４０は、筒内圧センサ３０の出力信号を、クランク角度と同期させてＡＤ変換して取得する機能を有している。これにより、ＡＤ変換の分解能が許す範囲で、任意のクランク角タイミングにおける筒内圧力を検出することができる。さらに、ＥＣＵ４０は、クランク角度の位置によって決まる筒内容積の値を、クランク角度に応じて算出する機能を有している。
【００３３】
［実施の形態１の制御］
（点火時期と燃焼質量割合）
図２は、点火時期と燃焼質量割合の波形とを表した図である。
筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを備える本実施形態のシステムによれば、内燃機関１０の各サイクルにおいて、クランク角度（ＣＡ）ベースで筒内圧データ（筒内圧波形）を取得することができる。そして、公知の手法で絶対圧補正を行った後の筒内圧波形を用いて、図２に示すような波形となる燃焼質量割合（以下、「ＭＦＢ」と称する）を算出することができる。より具体的には、筒内圧データを用いて、任意のクランク角度θでの筒内の発熱量Ｑを次の（１）式にしたがって算出することができる。そして、算出された筒内の発熱量Ｑのデータを用いて、任意のクランク角度θにおけるＭＦＢを次の（２）式にしたがって算出することができる。したがって、この（２）式を利用して、ＭＦＢが所定割合α（％）となる時のクランク角度）（以下、「ＣＡα」と称する）を取得することができる。
【数１】
2015094339.tif 000003
ただし、上記（１）式において、Ｐは筒内圧力、Ｖは筒内容積、κは筒内ガスの比熱比である。また、Ｐ０およびＶ０は、計算開始点θ０（想定される燃焼開始点に対して余裕をもって定められた圧縮行程中（ただし、吸気弁２０の閉弁後）の所定クランク角度θ）での筒内圧力および筒内容積である。また、上記（２）式において、θstaは燃焼開始点（ＣＡ０）であり、θfinは燃焼終了点（ＣＡ１００）である。
【００３４】
ここでは、図２を参照して代表的なクランク角度ＣＡαについて説明する。筒内の燃焼は、点火時期にて混合気に点火を行った後に着火遅れを伴って開始する。この燃焼開始点、すなわち、ＭＦＢが立ち上がりを示す点をＣＡ０と称する。ＣＡ０からＭＦＢが１０％となる時のクランク角度ＣＡ１０までのクランク角期間（ＣＡ０−ＣＡ１０）が初期燃焼期間に相当し、ＣＡ１０からＭＦＢが９０％となる時のクランク角度ＣＡ９０までのクランク角期間（ＣＡ１０−ＣＡ９０）が主燃焼期間に相当する。また、ＭＦＢが５０％となる時のクランク角度ＣＡ５０が燃焼重心位置に相当する。
【００３５】
（ＳＡ−ＣＡ１０を用いたリーンリミット制御）
図３は、ＮＯｘ排出量、燃費、トルク変動およびＳＡ−ＣＡ１０のそれぞれと空燃比（Ａ／Ｆ）との関係を表した図である。
内燃機関の低燃費技術としては、理論空燃比よりも希薄な空燃比にて行うリーンバーン運転が有効である。図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、空燃比がリーンになるほど、燃費が良くなり、ＮＯｘ排出量が減少する。ただし、空燃比をリーンにし過ぎると、燃焼が悪化することで、燃費が悪化する。その一方で、トルク変動は、図３（Ｃ）に示すように、空燃比がリーンになるにつれて徐々に大きくなり、空燃比がある値を超えてリーンになると急激に大きくなる。ここでいうトルク変動とは、時系列のトルク値に対する変動値のことである。さらに具体的には、時系列のトルク値に対して特定の周波数帯のフィルタ処理を実施し、当該フィルタ処理後の時系列のトルク値の振幅、標準偏差、あるいは絶対値の平均値として得られるものである。以下、混合気の希薄燃焼限界の空燃比、より具体的には、内燃機関１０のドライバビリティの観点で限界となる閾値にトルク変動値が達する時の空燃比を、「リーンリミット」と称する。
【００３６】
図３（Ａ）〜（Ｃ）より、低燃費および低ＮＯｘ排出を実現するためには、内燃機関１０の状態を監視し、ドライバビリティが悪化しない範囲内で出来るだけリーンとなるように空燃比を制御すること、すなわち、リーンリミット近傍で空燃比を制御することが好ましいといえる。以下、このような空燃比の制御を「リーンリミット制御」と称する。
【００３７】
従来のリーンリミット制御は、一般的には、トルク（またはトルク相当値）を統計処理することによって運転中のトルク変動を検出し、検出したトルク変動に基づいてリーンリミット近傍で空燃比を制御するというものである。しかしながら、従来の手法では、迅速なリーンリミット制御を実現することができない（そのような空燃比の制御を行えない期間が存在する）。その理由は、トルク変動は統計処理に基づくパラメータであるため、所定の燃焼回数（例えば、１００回）が経過するまで算出することができない。また、定常運転中のエンジントルクの変動に基づく値であるため、各種要因（車両のアクセルペダル操作、および、空気やＥＧＲガスの応答遅れなど）によるトルクの過渡的な変化と切り分けて把握することが困難である。また、制御機会を増やすためには、過渡的な変化を許容する必要があり、そうすると、トルク変動の算出精度が低下する。さらに、上記従来の手法では、内燃機関の振動騒音の悪化を防ぐことができない。その理由は、トルク変動が統計量として扱われるので、突発的に発生する燃焼悪化に対応することができないためである。例えば、１００回の燃焼のうちの９９回が正常で１回だけ燃焼が悪化するような場合には、そのような突発的な燃焼悪化がトルク変動の算出値に現れないが、リーンリミット付近ではそのような燃焼悪化が起こり得る。さらに、上記従来の手法では、全気筒一律の制御以外の態様では行うことが難しい。その理由は、気筒毎ではなく全体としてのエンジン発生トルクを扱うものであるためである。仮に気筒毎の燃焼トルクを用いてトルク変動を算出しようとすると、最初に説明した課題がより顕著となる。すなわち、全気筒一律で行う場合には統計処理によってトルク変動を算出するために必要となる上記所定の燃焼回数が例えば１００回必要だとすると、気筒毎に統計処理を行う場合には１００回に気筒数を掛けた回数の燃焼が必要となる。このため、気筒毎にトルク変動を算出しようとすると、全気筒一律で行う場合と比べて、トルク変動の算出に要する時間が気筒数に応じて倍増する。
【００３８】
以上のように、統計処理に基づくトルク変動を利用する手法では、時間がかかり、過渡運転においては成立しないため、実用性が低いといえる。そこで、本実施形態では、このような課題を解決して統計処理に依らない手法でのリーンリミット制御手法として、点火時期（ＳＡ）から１０％燃焼点であるＣＡ１０までのクランク角期間（ＳＡ−ＣＡ１０）に基づく燃料噴射量のフィードバック制御を気筒別に行うこととした。
【００３９】
ここで、本実施形態のリーンリミット制御のパラメータとしてＳＡ−ＣＡ１０を用いる利点について説明する。ＳＡ−ＣＡ１０は、着火遅れを代表するパラメータである。図３（Ｄ）に示すように、ＳＡ−ＣＡ１０は、空燃比との相関性が高く、リーンリミット付近においても空燃比に対して線形性を良好に保持している。このため、ＳＡ−ＣＡ１０の利用によって、リーンリミット近傍に空燃比をフィードバック制御し易くなる。
【００４０】
また、ＳＡ−ＣＡ１０は、次のような理由により、空燃比自体よりもリーンリミットの代表性が高いといえる。すなわち、リーンリミットとなる空燃比は運転条件（例えば、エンジン水温の高低）により変化するが、ＳＡ−ＣＡ１０は空燃比よりも運転条件に応じて変化しにくいことが本件の発明者らの実験によって確認されている。言い換えると、リーンリミットとなる空燃比は混合気の着火要因に依るところが大きいため、着火遅れを代表するＳＡ−ＣＡ１０の方が空燃比自体よりも運転条件等による影響を受けにくいといえる。ただし、エンジン回転速度が変わると、１クランク角度当たりの時間が変化するため、ＳＡ−ＣＡ１０の目標値である目標ＳＡ−ＣＡ１０は、エンジン回転速度に応じて設定されていることが好ましい。より好適には、ＳＡ−ＣＡ１０はエンジン負荷率によっても変化するため、目標ＳＡ−ＣＡ１０は、エンジン回転速度に代え、或いはそれとともに、エンジン負荷率に応じて設定されていると良い。
【００４１】
次に、本実施形態のリーンリミット制御の指標としてのクランク角期間を点火時期との間で特定するために用いる燃焼点（ＭＦＢが所定燃焼質量割合となる時の所定クランク角度）として、ＣＡ１０が他の燃焼点と比べて好ましい理由について説明する。上記所定クランク角度としては、ＣＡ１０に限らず、他の任意の燃焼点を用いることができる。そして、他の任意の燃焼点の利用時であっても、得られるクランク角期間は、上述した空燃比との相関性の高さおよびリーンリミットの代表性の高さという利点を基本的に有しているといえる。しかしながら、ＣＡ１０よりも後の主燃焼期間（ＣＡ１０−ＣＡ９０）内の燃焼点を利用した場合には、得られるクランク角期間は、火炎が燃え広がる時に燃焼に影響するパラメータ（ＥＧＲ率、吸気温度およびタンブル比など）の影響を大きく受けてしまう。つまり、この場合に得られるクランク角期間は、純粋に空燃比に着目したものではなく、外乱に弱くなる。このような外乱の影響を排除するために、クランク角期間を上記パラメータに応じて補正する構成とすることは、適合工数の増加となる。これに対し、初期燃焼期間（ＣＡ０−ＣＡ１０）内の燃焼点を利用した場合には、得られるクランク角期間は、上記パラメータの影響を受けにくく、着火に影響する因子の影響が良く表れたものとなる。その結果、制御性が良くなる。その一方で、燃焼開始点（ＣＡ０）や燃焼終了点（ＣＡ１００）は、ＥＣＵ４０が取得する筒内圧センサ３０からの出力信号に重畳するノイズの影響によって誤差が生じ易い。このノイズの影響は、燃焼開始点（ＣＡ０）や燃焼終了点（ＣＡ１００）から離れるにつれて小さくなる。したがって、耐ノイズ性と適合工数の削減（適合レスポテンシャル）とを考慮すると、本実施形態で用いるように、上記所定クランク角度としてはＣＡ１０が最も優れているといえる。
【００４２】
（実施の形態１のフィードバック制御の概要）
図４は、本発明の実施の形態１に係るＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御の概要を説明するためのブロック図である。
本実施形態のリーンリミット制御に相当する制御であるＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御は、リーンリミット付近の所定の目標ＳＡ−ＣＡ１０と、実ＳＡ−ＣＡ１０との差に基づいて（より具体的には、当該差がゼロとなるように）燃料噴射量を調整するというものである。
【００４３】
このフィードバック制御では、図４に示すように、エンジン運転状態（具体的には、エンジン回転速度およびエンジン負荷率）に応じた目標ＳＡ−ＣＡ１０が設定される。ここでいう実ＳＡ−ＣＡ１０とは、点火時期から、筒内圧センサ（ＣＰＳ）３０とクランク角センサ４２とを利用して得られる筒内圧データの解析結果から求められたＣＡ１０までのクランク角期間として算出される値である。実ＳＡ−ＣＡ１０は、各気筒においてサイクル毎に算出される。
【００４４】
このフィードバック制御では、目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差が無くなるように燃料噴射量を調整するために、一例としてＰＩ制御が使用されている。このＰＩ制御では、目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差と所定のＰＩゲイン（比例項ゲインと積分項ゲイン）とを用いて、当該差およびその積算値の大きさに応じた燃料噴射量補正率が算出される。そして、気筒毎に算出される燃料噴射量補正率が、対象となる気筒の燃料噴射量に反映される。これにより、内燃機関（ＥＮＧ）１０の各気筒に供給される燃料噴射量が上記フィードバック制御によって調整（補正）されることになる。
【００４５】
（実施の形態１における具体的処理）
図５は、本発明の実施の形態１に係るＳＡ−ＣＡ１０を利用したリーンリミット制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、各気筒において燃焼終了後の所定タイミングにて、サイクル毎に繰り返し実行されるものとする。
【００４６】
図５に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、先ず、リーンバーン運転中であるか否かを判定する（ステップ１００）。内燃機関１０では、所定の運転領域において理論空燃比よりもリーンな空燃比でのリーンバーン運転が行われるようになっている。ここでは、そのようなリーンバーン運転を行う運転領域に該当するか否かが判定される。
【００４７】
ステップ１００においてリーンバーン運転中であると判定した場合には、クランク角センサ４２とエアフローメータ４４とを用いて、エンジン回転速度およびエンジン負荷率を取得する（ステップ１０２）。エンジン負荷率は、エンジン回転速度と吸入空気量とに基づいて算出することができる。
【００４８】
次に、ＥＣＵ４０は、目標ＳＡ−ＣＡ１０を算出する（ステップ１０４）。ＥＣＵ４０は、実験等の結果に基づいてエンジン回転速度およびエンジン負荷率との関係で目標ＳＡ−ＣＡ１０を予め定めたマップ（図示省略）を記憶している。本ステップ１０４では、そのようなマップを参照して、ステップ１０２において取得したエンジン回転速度およびエンジン負荷率に基づいて目標ＳＡ−ＣＡ１０が取得される。
【００４９】
次に、ＥＣＵ４０は、筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを利用して燃焼時に計測された筒内圧データを取得する（ステップ１０６）。次いで、ＥＣＵ４０は、点火時期を取得する（ステップ１０８）。ＥＣＵ４０は、エンジン負荷率とエンジン回転速度との関係で目標（要求）点火時期（基本的には、最適点火時期（以下、「ＭＢＴ」と称する））を定めたマップ（図示省略）を記憶しており、本ステップ１０８では、そのようなマップを参照して点火時期を取得する。
【００５０】
次に、ＥＣＵ４０は、実ＳＡ−ＣＡ１０を算出する（ステップ１１０）。実ＳＡ−ＣＡ１０は、ステップ１０８において取得した点火時期から、ステップ１０６において取得した筒内圧データの解析結果として得られるＣＡ１０までのクランク角期間として算出される。このような手法で取得される実ＳＡ−ＣＡ１０は、所定のばらつき（必然的に発生する燃焼変動分）を含むため、生値を使用してもよいが、そうすると後述の燃料噴射量の補正量が安定しなくなる。そこで、ここでは、実ＳＡ−ＣＡ１０に所定のなまし処理を実施することによって燃焼変動分を除去した後の値が燃料噴射量のフィードバック制御に使用される。このようななまし処理としては、例えば、今回の算出値を含む直近の所定数の実ＳＡ−ＣＡ１０の算出値の時系列の移動平均をとる手法を用いることができる。なお、このようななまし処理に代え、想定される燃焼変動分に起因する実ＳＡ−ＣＡ１０の算出値のばらつき幅相当を制御の不感帯として設定するようにしてもよい。すなわち、後述の目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差が上記ばらつき幅相当以下である場合には、燃料噴射量の補正を行わないようにしてもよい。
【００５１】
次に、ＥＣＵ４０は、ステップ１０４および１１０において算出した目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差を算出する（ステップ１１２）。ＥＣＵ４０は、次いで、算出された差と所定のＰＩゲイン（比例項ゲインと積分項ゲイン）とを用いて、当該差およびその積算値の大きさに応じた燃料噴射量補正率を算出する（ステップ１１４）。そのうえで、ＥＣＵ４０は、算出した燃料噴射量補正率に基づいて、次のサイクルで使用する燃料噴射量を補正する（ステップ１１６）。具体的には、例えば、目標ＳＡ−ＣＡ１０よりも実ＳＡ−ＣＡ１０が大きい場合には、図３（Ｄ）に示す関係より、空燃比が狙い値よりもリーン側にずれていることに相当するため、空燃比をリッチ補正するために燃料噴射量が燃料噴射量のベース値に対して増やされることになる。
【００５２】
以上説明した図５に示すルーチンによれば、目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差が無くなるように燃料噴射量のフィードバック制御が実行される。既述したように、ＳＡ−ＣＡ１０はリーンリミット付近においても空燃比に対して線形性を有している。本実施形態の手法とは異なり、所定燃焼質量割合が得られる時の所定クランク角度のみを用いて当該所定クランク角度がある目標値となるように燃料噴射量を調整することとした場合には、次のような問題がある。すなわち、点火時期が変化すると、それに伴い、所定燃焼質量割合が得られる時の所定クランク角度が変化する。これに対し、点火時期が変化しても、点火時期から上記所定クランク角度になるまでのクランク角期間はほとんど変化しない。このため、燃料噴射量の調整のための指標として上記クランク角期間（本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０）を用いることで、上記所定クランク角度のみを用いる場合と比べ、点火時期の影響を排除して空燃比との相関性を好適に把握できるようになる。また、リーンバーン運転時や大量のＥＧＲガスを導入して行うＥＧＲ運転時などの緻密な燃焼制御を必要とする運転時においては、現状の空燃比センサによる空燃比制御では、リーンリミット近傍で空燃比を正確に制御することは難しいという問題もある。したがって、本実施形態の手法によって目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差に基づいて燃料噴射量を調整することで、リーンバーン運転時に空燃比をリーンリミット近傍に好適に制御できるようになる。
【００５３】
また、本実施形態の手法は、既述した従来の手法のように統計処理を用いたものではないため、本手法によれば、迅速なフィードバック制御が実施可能となる。このため、過渡運転時にも良好に適用可能である。したがって、本手法によれば、幅広い運転条件において、リーンリミット制御が実現可能であり、その結果、燃費性能および排気エミッション性能を引き出せるようになる。また、気筒毎の制御も行えるようになる。
【００５４】
また、本実施形態の手法によれば、エンジン回転速度およびエンジン負荷率のそれぞれに基づいて目標ＳＡ−ＣＡ１０が設定される。これにより、これらのエンジン回転速度およびエンジン負荷率の変化の影響を考慮して、目標ＳＡ−ＣＡ１０を適切に設定できるようになる。
【００５５】
ところで、上述した実施の形態１においては、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したリーンリミット制御において、目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差が無くなるようにフィードバック制御を利用して燃料噴射量を調整することとしている。しかしながら、本発明において、点火時期から所定燃焼質量割合が得られる時の所定クランク角度までのクランク角期間と、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間との第１の差に基づく調整は、燃料噴射量に代えて、吸入空気量もしくは点火エネルギーに対するものであってもよい。さらには、燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの複数が上記調整の対象とされていてもよい。具体的には、目標ＳＡ−ＣＡ１０よりも実ＳＡ−ＣＡ１０が大きい場合には、吸入空気量の調整であれば空燃比をリッチ補正するために吸入空気量を減らすこととなり、点火エネルギーの調整であれば着火遅れを短縮するために点火エネルギーを高めることとなる。なお、ここでいう吸入空気量の調整は、例えば、各サイクルにおいて筒内に吸入される空気量を高応答に制御可能な公知の吸気可変動弁機構を用いて行うことが好適である。また、点火エネルギーの調整は、例えば、点火プラグ２８のために複数の点火コイルを備えるようにしておき、必要に応じて放電に用いる点火コイルの数を変更することによって行うことができる。なお、燃料噴射量もしくは吸入空気量が調整対象となる場合には、本制御によって空燃比が直接的に制御されることになる。
【００５６】
なお、上述した実施の形態１においては、ＣＡ１０が前記第１の発明における「所定クランク角度」に、目標ＳＡ−ＣＡ１０が前記第１の発明における「目標値」に、目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差が前記第１の発明における「第１の差」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０がクランク角センサ４２を用いてクランク角度を検出することにより前記第１の発明における「クランク角検出手段」が実現されており、ＥＣＵ４０が筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを用いて取得した燃焼期間中の筒内圧データを使用して燃焼質量割合を算出することにより前記第１の発明における「燃料質量割合算出手段」が実現されており、ＥＣＵ４０が燃焼質量割合の算出結果を利用してＣＡ１０を取得することにより前記第１の発明における「クランク角度取得手段」が実現されており、そして、ＥＣＵ４０が上記ステップ１１２〜１１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「調整手段」が実現されている。
【００５７】
実施の形態２．
次に、図６〜図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図５に示すルーチンに代えて後述の図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
【００５８】
［実施の形態２の制御］
図６は、リーンリミット付近の空燃比に対する、ＭＢＴとＭＢＴ制御時の燃焼重心位置（５０％燃焼点であるＣＡ５０）との関係を表した図である。図７は、リーンリミット時の空燃比と点火時期との関係を表した図である。
【００５９】
（ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御とＣＡ５０を利用して点火時期のフィードバック制御との協調）
図６（Ａ）に示すように、ＭＢＴとなる点火時期は空燃比に応じて変化する。これは、空燃比の変化に応じて燃焼速度が変わるためである。より具体的には、空燃比がリーンになると、燃焼が遅くなる。その結果、より早く点火する必要があるため、ＭＢＴが遅角側の時期に変化する。特に、リーンリミット付近のリーン空燃比領域では、特に、微小な空燃比の変化に対しても、最適な点火時期が変化する。一方、ＭＢＴが得られる時のＣＡ５０は、図６（Ｂ）に示すようにリーンリミット付近の空燃比ではほぼ一定となる。
【００６０】
上述した実施の形態１におけるＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御によって目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差がゼロとなるように燃料噴射量が調整されると、空燃比が変化する（吸入空気量を調整する場合も同様）。より具体的には、このフィードバック制御が実行されると、図６（Ａ）中に例示したように、ある目標ＳＡ−ＣＡ１０に対応する空燃比に対し、ある振れ幅で空燃比が変動する。その結果、ＭＢＴもある振れ幅で変動することになる。一方、リーンリミット時の空燃比は、図７に示すように点火時期の影響を受けて変化する。したがって、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量の制御に伴う空燃比の変化によってＭＢＴが変化しているにもかかわらず、変化前のＭＢＴで点火時期が固定されたままであると、この点火時期は、現在の空燃比に応じた真のＭＢＴから外れてしまう結果となる。例えば、ＭＢＴが進角側に変化しているにもかかわらず、変化前のＭＢＴで点火時期が固定されたままであると、現在の点火時期は真のＭＢＴに対して遅角側の時期となり、図７に示す関係より、リーンリミット時の空燃比は、点火時期が真のＭＢＴに制御されている時と比べてリッチとなる。その結果、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御によって空燃比がリーン側の値に振れた場合に、失火が発生してしまうことが懸念される。
【００６１】
以上のことから、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を行う場合（吸入空気量のフィードバック制御を行う場合も同様）には、当該フィードバック制御の実施に伴う空燃比の変化に起因するＭＢＴの変化の影響を無くすための点火時期制御を気筒毎に行うことが好ましいといえる。そこで、本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御とともに、上記のＭＢＴの変化の影響を無くすためにＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御を協調的に行うこととした。
【００６２】
図６（Ｂ）を参照して上述したように、ＭＢＴが得られる時のＣＡ５０は、リーンリミット付近において空燃比に対してほぼ変化しない。したがって、ＭＢＴが得られるときのＣＡ５０を目標ＣＡ５０として、筒内圧データの解析結果により得られるＣＡ５０（以下、「実ＣＡ５０」と称する）と目標ＣＡ５０との差が無くなるように点火時期を補正することにより、上記の空燃比変化の影響を受けずに点火時期をＭＢＴに調整できるようになる。このように、ＣＡ５０の利用は、この場合の点火時期の制御に適しているといえる。なお、ここでいうＣＡ５０を利用した点火時期制御は、必ずしもＭＢＴが得られるように制御するものに限らない。すなわち、ＣＡ５０を利用した点火時期制御は、いわゆる遅角燃焼時のようにＭＢＴ以外のある点火時期を目標点火時期とする場合にも、後述する点火効率に応じて目標ＣＡ５０を設定することによって利用することができる。
【００６３】
（２つのフィードバック制御の実行順序と応答速度の設定）
本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を自由に行うのではなく、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御によって目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差が所定値以下となっている状態で、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を行うこととした。
【００６４】
さらに、本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御の応答速度よりも、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御の応答速度が高くなるように制御を構成した。
【００６５】
（目標点火効率に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の設定）
図７に示すように、点火時期をＭＢＴに設定するか、或いはＭＢＴよりも進角もしくは遅角した時期に設定するかに応じて、リーンリミット時の空燃比が変化する。そうであるのに、目標点火時期がＭＢＴであるかＭＢＴから離れた点火時期であるかに関係なく目標ＳＡ−ＣＡ１０を一律に設定したのでは、次のような問題が生じ得る。すなわち、例えば、図７中に示すＭＢＴに対応するリーンリミット時の空燃比を想定して目標ＳＡ−ＣＡ１０を設定した状況下において、目標点火時期がＭＢＴよりも遅角側の時期とされた場合には、この目標点火時期の遅角化によりリーンリミット時の空燃比がＭＢＴ制御時と比べてリッチとなる。その結果、上記設定の目標ＳＡ−ＣＡ１０のままでは、空燃比がリーン側に振れた時にリーンリミット時の空燃比よりも空燃比がリーンとなってしまい、失火が発生することが懸念される。
【００６６】
そこで、本実施形態では、目標ＳＡ−ＣＡ１０を、ＭＢＴからの目標点火時期の乖離量に基づいて設定することとした。以下の明細書中においては、点火時期がＭＢＴである時に最大値を示し、かつ、ＭＢＴからの目標点火時期の乖離の度合いを示す指標として、目標点火効率を使用する。したがって、言い換えれば、目標ＳＡ−ＣＡ１０は、目標点火効率に基づいて設定されることになる。
【００６７】
（実施の形態２のフィードバック制御の概要）
図８は、本発明の実施の形態２に係るＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御とＣＡ５０を利用したフィードバック制御の概要を説明するためのブロック図である。
図８において、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御に関する構成については、上述した実施の形態１の図４に示すものと同じである。そのうえで、ＣＡ５０のフィードバック制御は、目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差に基づいて（より具体的には、当該差がゼロとなるように）点火時期を調整するというものである。
【００６８】
目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差が無くなるように点火時期を補正するために、このＣＡ５０を利用したフィードバック制御についても、一例としてＰＩ制御が使用されている。このＰＩ制御では、目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差と所定のＰＩゲイン（比例項ゲインと積分項ゲイン）とを用いて、当該差およびその差の積算値の大きさに応じた点火時期補正量が算出される。そして、気筒毎に算出される点火時期補正量が、対象となる気筒の点火時期に反映される。これにより、内燃機関（ＥＮＧ）１０の各気筒における点火時期が上記フィードバック制御によって調整（補正）されることになる。
【００６９】
また、本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御の応答速度よりも、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御の応答速度が高くなるようにするために、これらのフィードバック制御で用いるＰＩゲインとなまし処理とに対して次のような配慮がなされている。すなわち、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御で用いるＰＩゲインよりも、ＣＡ５０を利用したフィードバック制御で用いるＰＩゲインの方が大きな値に設定されている。また、なまし処理に関しては、既述した移動平均を利用した手法を例に挙げて説明すると、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御における移動平均に用いる筒内圧データの個数よりも、ＣＡ５０を利用したフィードバック制御における移動平均に用いる筒内圧データの個数が少なくされる。
【００７０】
（実施の形態２における具体的処理）
図９は、本発明の実施の形態２に係るＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御とＣＡ５０を利用したフィードバック制御とを実現するために、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図９において、実施の形態１における図５に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００７１】
図９に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、ステップ１０２においてエンジン回転速度とエンジン負荷率とを取得した後に、目標点火効率を取得する（ステップ２００）。ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の運転条件に応じて目標点火効率を定めたマップ（図示省略）を記憶しており、本ステップ２００では、そのようなマップを参照して目標点火効率が取得される。
【００７２】
次に、ＥＣＵ４０は、目標ＣＡ５０を算出する（ステップ２０２）。目標ＣＡ５０は、ステップ１０２において取得したエンジン回転速度およびエンジン負荷率だけでなく、ステップ２００において取得した目標点火効率にも基づいて設定される。より具体的には、目標点火効率が１である場合、すなわち、ＭＢＴを目標点火時期とする場合には、ＭＢＴが得られる時のＣＡ５０が目標ＣＡ５０として使用される。また、目標点火効率が１より小さい所定値である場合、すなわち、目標点火時期がＭＢＴに対して進角側または遅角側の所定時期とされる場合には、目標ＣＡ５０は、当該所定時期が得られる時のＣＡ５０が目標ＣＡ５０として使用される。
【００７３】
次に、ＥＣＵ４０は、ステップ１０６において筒内圧データを取得した後に、取得した筒内圧データの解析結果を利用して実ＣＡ５０を算出する（ステップ２０４）。実ＣＡ５０の算出に関しても、実施の形態１において実ＳＡ−ＣＡ１０のために上述したのと同様の理由により、所定のなまし処理が実施される。そのうえで、なまし処理に関し、図８を参照して既述した配慮がなされている。ＥＣＵ４０は、次いで、ステップ２０２および２０４において算出した目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差を算出する（ステップ２０６）。
【００７４】
次に、ＥＣＵ４０は、ステップ２０６において算出された差と所定のＰＩゲイン（比例項ゲインと積分項ゲイン）とを用いて、当該差およびその積算値の大きさに応じた点火時期補正量を算出する（ステップ２０８）。上述したように、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御で用いるＰＩゲインよりも、ＣＡ５０を利用したフィードバック制御で用いるＰＩゲインの方が大きな値に設定されている。そのうえで、ＥＣＵ４０は、算出した点火時期補正量に基づいて、次のサイクルで使用する点火時期を補正する（ステップ２１０）。具体的には、ＣＡ５０と点火時期との間には、ほぼ１対１の関係があり、例えば、目標ＣＡ５０よりも実ＣＡ５０が大きい場合（すなわち、目標ＣＡ５０よりも実ＣＡ５０が遅角している場合）には、燃焼を早めるために点火時期が進角されることになる。
【００７５】
次に、ＥＣＵ４０は、目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差（絶対値）が所定値以下であるか否かを判定する（ステップ２１２）。その結果、上記差が所定値以下ではないと判定した場合、すなわち、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御によって実ＣＡ５０が目標ＣＡ５０の近傍に十分に収束していないと判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、ステップ１０２に戻り、同一気筒の次サイクルにおいてステップ１０２以降の処理が再び実行される。つまり、ステップ２１２の判定が不成立となったサイクルでは、ステップ２１４および２１６の処理で特定されるＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御は実行されない。
【００７６】
一方、上記ステップ２１２の判定が成立する場合、すなわち、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御によって実ＣＡ５０が目標ＣＡ５０の近傍に十分に収束していると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を実行するために、ステップ２１４に進み、目標ＳＡ−ＣＡ１０を算出する。本ルーチンでは、上記図５に示すルーチンとは異なり、目標ＳＡ−ＣＡ１０は、エンジン回転速度およびエンジン負荷率だけでなく、ステップ２００において取得された目標点火効率にも基づく値として設定される。より具体的には、目標ＳＡ−ＣＡ１０の基準値は、エンジン回転速度およびエンジン負荷率に基づいて設定されるＭＢＴを想定したときの値として設定されている。最終的な目標ＳＡ−ＣＡ１０は、目標点火効率に応じて（すなわち、ＭＢＴからの目標点火時期の乖離量に応じて）設定される。より詳細に説明すると、最終的な目標ＳＡ−ＣＡ１０は、ＭＢＴに対する点火時期の遅角量が大きいほど、基準値に対してより小さな値となるように設定され、逆に、ＭＢＴに対する点火時期の進角量が大きいほど、基準値に対してより大きな値となるように設定される。次いで、ＥＣＵ４０は、ステップ２１６の処理を実行する。ステップ２１６は、上記図５に示すルーチンにおけるステップ１０８〜１１６を総称したものである。
【００７７】
以上説明した図９に示すルーチンによれば、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御とともに、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御が実行される。この点火時期のフィードバック制御によれば、ＳＡ−ＣＡ１０の制御に伴う空燃比の変化に起因してＭＢＴに変化が生じた場合に、ＭＢＴが得られる時の値がリーンリミット付近において空燃比に応じてほとんど変化しないＣＡ５０を利用して（つまり、ＭＢＴと空燃比との関係を点火時期制御のために考慮する必要なしに）、点火時期を真のＭＢＴに適切に制御できるようになる。換言すると、ＳＡ−ＣＡ１０の制御に伴う空燃比の変化の影響を受けにくいＣＡ５０を用いて、ＳＡ−ＣＡ１０の制御に伴う空燃比の変化に起因するＭＢＴのずれを補正できるようになる。このように、燃料噴射量（空燃比）と点火時期の両方のフィードバック制御を協調して実施できるので、常に最適な燃焼を実現することができる。また、目標点火効率に応じて目標ＣＡ５０を設定しているため、所定の点火効率の下でＭＢＴ以外の点火時期が目標点火時期として使われる場合であっても同様に、上記要因でのＭＢＴのずれに起因する目標点火時期からの点火時期のずれを補正できるようになる。
【００７８】
また、上記ルーチンによれば、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御によって目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差が所定値以下となっている場合に限って、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御が行われる。既述したように、ＳＡ−ＣＡ１０の制御によって空燃比が変化することでＭＢＴが変化し（図６参照）、また、リーンリミット時の空燃比は点火時期の影響を受ける（図７参照）。そうであるのに、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御とＣＡ５０を利用したフィードバック制御とが独立して自由に実行されるようになっていると、これらのフィードバック制御が互いに干渉し合って、安定したフィードバック制御が行われにくくなる可能性がある（例えば、リーンリミットよりもリーンな空燃比に空燃比が制御されてしまうタイミングが生じてしまう可能性がある）。２つのフィードバック制御の協調を図るためには、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御に先立って、点火時期がＭＢＴなどの目標点火時期近傍で安定して制御されていることが好ましい。また、点火時期の調整については基本的に燃焼に対して遅れが発生しないが、燃料噴射量の調整（特にポート噴射の場合）については、噴射してから燃焼に使われるまでに時間差がある。したがって、この点からも、点火時期のフィードバック制御が十分に収束している状態を基礎として、燃料噴射量のフィードバック制御を行う方が制御性が良いといえる。以上のことから、上記ルーチンによって実現される順番で２つのフィードバック制御を行うことにより、これらのフィードバック制御をより安定して行えるようになり、また、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御を単独で行う場合と比べて、当該フィードバック制御によってリーンリミット近傍で空燃比をより適切に制御できるようになる。
【００７９】
また、上記ルーチンによれば、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御の応答速度よりも、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御の応答速度が高くなる。点火時期のフィードバック制御の応答性が良くないと、ステップ２１２の判定が安定して成立しにくくなり、その結果、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御が継続的に実施されにくくなってしまう。これに対し、上記ルーチンによれば、点火時期のフィードバック制御が速やかに収束し易くさせられるので、ステップ２１２の判定が安定して成立し易くなる。これにより、２つのフィードバック制御を実行するループが継続的に成立し易くなるので、点火時期が適切な値に収束している状態でＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御が行われる機会を多く確保できるようになる。
【００８０】
さらに、上記ルーチンによれば、目標点火効率に応じて、すなわち、ＭＢＴからの目標点火時期の乖離量に応じて、目標ＳＡ−ＣＡ１０が設定される。既述したように、リーンリミット時の空燃比は、点火時期の影響を受ける（図７参照）。したがって、目標点火効率に応じて目標ＳＡ−ＣＡ１０を設定することで、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御に伴う空燃比の変化に起因するＭＢＴの変化を考慮して、目標ＳＡ−ＣＡ１０を適切に設定できるようになる。そして、その結果として、狙いの点火時期（ＭＢＴ、またはＭＢＴから進角もしくは遅角した時期）に応じたリーンリミットの設定が可能となり、内燃機関１０のポテンシャルを最大限に引き出せるようになる。
【００８１】
ところで、上述した実施の形態２においては、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御を行うこととしている。しかしながら、本発明における点火時期調整手段は、燃焼重心位置（ＣＡ５０）を利用した点火時期の調整に代え、筒内圧最大クランク角度（θＰｍａｘ）を利用した点火時期の調整であってもよい。すなわち、燃焼期間中に筒内圧力が最大となるクランク角度であるθＰｍａｘについても、図６（Ｂ）を参照して既述したＣＡ５０の性質と同様に、リーンリミット付近において空燃比に対してほぼ変化しないという性質を有している。したがって、このような性質を有するθＰｍａｘを利用して、例えば、実施の形態２において上述したものと同様の手法によって、目標θＰｍａｘと実θＰｍａｘとの差がなくなるように点火時期のフィードバック制御を行うようにしてもよい。なお、θＰｍａｘは、例えば、筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを利用して取得した筒内圧データを利用して取得することができる。
【００８２】
なお、上述した実施の形態２においては、目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差が前記第８の発明における「第２の差」に相当している。また、ＥＣＵ４０が上記ステップ２０４の処理を実行することにより前記第８の発明における「燃焼重心位置算出手段」が実現されており、そして、ＥＣＵ４０が上記ステップ２０６〜２１０の処理を実行することにより前記第８の発明における「点火時期調整手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態２の変形例においては、目標θＰｍａｘと実θＰｍａｘとの差が前記第９の発明における「第２の差」に相当している。また、ＥＣＵ４０が筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを利用して取得した筒内圧データを利用してθＰｍａｘを取得することにより前記第９の発明における「筒内圧最大クランク角度取得手段」が実現されており、そして、ＥＣＵ４０がＣＡ５０に代えてθＰｍａｘをパラメータとして上記ステップ２０６〜２１０と同様の処理を実行することにより前記第９の発明における「点火時期調整手段」が実現されている。
【００８３】
ところで、上述した実施の形態１および２においては、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御について説明を行った。しかしながら、本発明は、ＳＡ−ＣＡ１０のように点火時期から所定燃焼質量割合が得られる時の所定クランク角度までのクランク角期間自体を直接的に用いるものに限らず、当該クランク角期間に代えてその相関値を用いるものであってもよい。
【００８４】
また、上述した実施の形態１および２においては、燃焼質量割合（ＭＦＢ）を算出するために、筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを用いて取得した筒内圧データの解析結果を利用している。しかしながら、本発明における燃焼質量割合の算出は、筒内圧データを利用したものに必ずしも限定されるものではない。すなわち、燃料質量割合は、例えば、燃焼に伴って発生するイオン電流をイオンセンサによって検出し、検出したイオン電流を利用して算出されるものであってもよいし、或いは、筒内温度を計測できる場合には、筒内温度の履歴を利用して算出されるものであってもよい。
【００８５】
また、上述した実施の形態１および２においては、筒内の混合気の空燃比をリーンリミット付近に制御するリーンバーン運転を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明の対象となる運転で用いられる空燃比は、理論空燃比よりもリーンな空燃比に必ずしも限られるものではなく、理論空燃比もしくは理論空燃比よりもリッチな空燃比であってもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０  内燃機関
１２  ピストン
１４  燃焼室
１６  吸気通路
１８  排気通路
２０  吸気弁
２２  排気弁
２４  スロットルバルブ
２６  燃料噴射弁
２８  点火プラグ
３０  筒内圧センサ
４０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２  クランク角センサ
４４  エアフローメータ
【図１】
2015094339.tif 000004
【図２】
2015094339.tif 000005
【図３】
2015094339.tif 000006
【図４】
2015094339.tif 000007
【図５】
2015094339.tif 000008
【図６】
2015094339.tif 000009
【図７】
2015094339.tif 000010
【図８】
2015094339.tif 000011
【図９】
2015094339.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月28日(2014.8.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出手段と、
燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の所定クランク角度を取得するクランク角度取得手段と、
点火時期から前記所定クランク角度までのクランク角期間もしくは当該クランク角期間の相関値と、前記クランク角期間もしくは前記相関値の目標値との第１の差に基づいて、燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの少なくとも１つを調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
前記調整手段は、燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整する手段であって、
燃焼質量割合に基づいて燃焼重心位置を算出する燃焼重心位置算出手段と、
前記燃焼重心位置算出手段により算出される燃焼重心位置と目標燃焼重心位置との第２の差が無くなるように点火時期を調整する点火時期調整手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出手段と、
燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の所定クランク角度を取得するクランク角度取得手段と、
点火時期から前記所定クランク角度までのクランク角期間もしくは当該クランク角期間の相関値と、前記クランク角期間もしくは前記相関値の目標値との第１の差に基づいて、燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの少なくとも１つを調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、第８の発明は、第１〜第７の発明の何れか１つにおいて、
前記調整手段は、燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整する手段であって、
燃焼質量割合に基づいて燃焼重心位置を算出する燃焼重心位置算出手段と、
前記燃焼重心位置算出手段により算出される燃焼重心位置と目標燃焼重心位置との第２の差が無くなるように点火時期を調整する点火時期調整手段と、
をさらに備えることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
なお、上述した実施の形態１においては、ＣＡ１０が前記第１の発明における「所定クランク角度」に、目標ＳＡ−ＣＡ１０が前記第１の発明における「目標値」に、目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差が前記第１の発明における「第１の差」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０がクランク角センサ４２を用いてクランク角度を検出することにより前記第１の発明における「クランク角検出手段」が実現されており、ＥＣＵ４０が筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを用いて取得した燃焼期間中の筒内圧データを使用して燃焼質量割合を算出することにより前記第１の発明における「燃焼質量割合算出手段」が実現されており、ＥＣＵ４０が燃焼質量割合の算出結果を利用してＣＡ１０を取得することにより前記第１の発明における「クランク角度取得手段」が実現されており、そして、ＥＣＵ４０が上記ステップ１１２〜１１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「調整手段」が実現されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
（ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御とＣＡ５０を利用して点火時期のフィードバック制御との協調）
図６（Ａ）に示すように、ＭＢＴとなる点火時期は空燃比に応じて変化する。これは、空燃比の変化に応じて燃焼速度が変わるためである。より具体的には、空燃比がリーンになると、燃焼が遅くなる。その結果、より早く点火する必要があるため、ＭＢＴが進角側の時期に変化する。特に、リーンリミット付近のリーン空燃比領域では、特に、微小な空燃比の変化に対しても、最適な点火時期が変化する。一方、ＭＢＴが得られる時のＣＡ５０は、図６（Ｂ）に示すようにリーンリミット付近の空燃比ではほぼ一定となる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
また、上述した実施の形態１および２においては、燃焼質量割合（ＭＦＢ）を算出するために、筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを用いて取得した筒内圧データの解析結果を利用している。しかしながら、本発明における燃焼質量割合の算出は、筒内圧データを利用したものに必ずしも限定されるものではない。すなわち、燃焼質量割合は、例えば、燃焼に伴って発生するイオン電流をイオンセンサによって検出し、検出したイオン電流を利用して算出されるものであってもよいし、或いは、筒内温度を計測できる場合には、筒内温度の履歴を利用して算出されるものであってもよい。