(57)【要約】【課題】イオン電流検出手段３３によって検出されるイオン電流に基づいて、設定されている点火時期のＭＢＴからのずれを判定する上で、エンジン１の広い運転領域にわたって、その判定を可能にする。【解決手段】点火時期がＭＢＴに設定されている条件下において、燃焼室６における点火後、圧縮上死点付近までの期間に亘ってイオン電流検出手段３３によって検出されたクランク角の進行に対するイオン電流の波形形状に基づいて、設定されている点火時期がＭＢＴからずれているか否かを判定する。【選択図】図７
2008115817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のエンジン運転状態においては点火時期をＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）に設定して点火を行う点火手段と、
前記エンジンの燃焼室内に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
前記点火時期がＭＢＴに設定されている条件下において、前記燃焼室における点火後、圧縮上死点付近までの期間に亘って前記イオン電流検出手段によって検出されたクランク角の進行に対するイオン電流の波形形状に基づいて、前記設定されている点火時期がＭＢＴからずれているか否かを判定する判定手段と、を備えた点火時期検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の点火時期検出装置において、
前記イオン電流の波形形状に関連する評価指標が設定されていると共に、点火時期毎に、当該点火時期がＭＢＴであるときの前記評価指標の値であるＭＢＴ値が予め設定されており、
前記判定手段は、検出されたイオン電流値に基づいて前記評価指標の値を算出すると共に、その算出した評価指標の値を前記ＭＢＴ値と比較することによって、前記設定されている点火時期がＭＢＴからずれているか否かを判定する点火時期検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の点火時期検出装置において、
前記ＭＢＴ値はさらに、前記エンジンの運転状態毎に設定されている点火時期検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の点火時期検出装置において、
前記判定手段によって前記設定されている点火時期がＭＢＴからずれていると判定されたときに、点火時期がＭＢＴとなるように、前記点火手段による点火時期を補正する点火時期補正手段をさらに備える点火時期検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の点火時期検出装置において、
前記イオン電流検出手段は、前記エンジンの気筒毎に備えられ、
前記判定手段は、前記気筒毎に、前記設定されている点火時期がＭＢＴからずれているか否かを判定し、
前記点火時期補正手段は、前記気筒毎に、点火時期がＭＢＴとなるように、前記点火手段による点火時期を補正し、
前記点火時期補正手段による補正後において、ＭＢＴが気筒間でばらついているときに、当該ばらつき状態に応じて前記気筒毎に空燃比を補正する空燃比補正手段をさらに備える点火時期検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火時期のＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）に対するずれを検出する点火時期検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの制御として、所定の運転状態では、最大トルクが得られる最適点火時期、つまりＭＢＴとなるように点火時期を制御することが行われている。こうした制御においてはＭＢＴは基準エンジンに従って予め設定されている。ところが、例えばエンジン機差等の影響により点火時期がずれることで、点火時期をＭＢＴに設定していたとしても実際はＭＢＴからずれてしまう場合がある。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１には、燃焼室内で発生するイオン電流を、イオン電流検出回路によって検出すると共に、その検出したイオン電流波形における最大値と圧縮上死点との差に基づいてＭＢＴを検出し、制御点火時期とＭＢＴとのずれを判定する装置が開示されている。
【特許文献１】特開平６−３４４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記イオン電流検出回路によって検出されるイオン電流の波形には、例えば図２(b)に示すように、前半及び後半の２つの山が現れる。ここで、前半の山は、主に着火後の火炎面に発生するイオンを媒体とするイオン電流の変化を表すものと考えられる一方、後半の山の示すイオン電流は、燃焼の進行による燃焼室の温度上昇に伴い、既燃ガス中に存在するＮＯｘが熱電離して発生するイオンを媒体とするものと考えられる。
【０００５】
前記特許文献に開示された装置は、その後半の山のピーク（最大値）を検出することによってＭＢＴを検出しているが、例えば排気ガス還流量が多い運転領域、負荷が低い運転領域、又は空燃比がリーン側に設定された運転領域等では、燃焼が緩慢になることで後半の山は消滅してしまう。そのため、前記の装置では、後半の山が消滅してしまう運転領域ではＭＢＴを検出することができない。つまり、特許文献に開示された点火時期検出装置は、限られた運転領域でしかＭＢＴを検出することができないという不都合がある。
【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、イオン電流検出手段によって検出されるイオン電流に基づいて点火時期のＭＢＴからのずれを判定する上で、エンジンの広い運転領域において、その判定を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者は、前記課題を解決すべく検討した結果、前記イオン電流波形の前半の山の形状に基づいて、設定されている点火時期とＭＢＴとのずれを判定することができることを見出して、本願発明を完成するに至ったものである。
【０００８】
すなわち、本発明の一側面によると、点火時期検出装置は、所定のエンジン運転状態においては点火時期をＭＢＴに設定して点火を行う点火手段と、前記エンジンの燃焼室内に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、前記点火時期がＭＢＴに設定されている条件下において、前記燃焼室における点火後、圧縮上死点付近までの期間に亘って前記イオン電流検出手段によって検出されたクランク角の進行に対するイオン電流の波形形状に基づいて、前記設定されている点火時期がＭＢＴからずれているか否かを判定する判定手段と、を備える。
【０００９】
前述したように、イオン電流検出手段によって検出されるイオン電流の波形において、前半の山は、主に着火後の火炎面に発生するイオンを媒体とするイオン電流の変化を表すものと考えられ、この前半の山は、後半の山とは異なり、例えば排気ガス還流量が多い運転領域、負荷が低い運転領域、又は空燃比がリーン側に設定された運転領域等でも消滅しない。
【００１０】
そのため、燃焼室における点火後、圧縮上死点付近までの期間に亘ってイオン電流検出手段によって検出されたクランク角の進行に対するイオン電流の波形形状に基づいて、設定されている点火時期がＭＢＴからずれているか否かを判定することによって、広い運転領域で、点火時期のＭＢＴに対するずれを判定することが可能になる。
【００１１】
ここで、前記判定手段による具体的な判定手法としては、次のようにしてもよい。つまり、前記イオン電流の波形形状に関連する評価指標を設定すると共に、点火時期毎に、当該点火時期がＭＢＴであるときの前記評価指標の値であるＭＢＴ値を予め設定しておく。そして、前記判定手段は、検出されたイオン電流値に基づいて前記評価指標の値を算出すると共に、その算出した評価指標の値を前記ＭＢＴ値と比較することによって、前記設定されている点火時期がＭＢＴからずれているか否かを判定する、としてもよい。
【００１２】
つまり、点火時期がＭＢＴであるときの評価指標の値であるＭＢＴ値を、予め実験結果等に基づき設定しておけば、検出されたイオン電流値に基づいて前記評価指標の値を算出したときに、その算出した評価指標とＭＢＴ値とが異なっていれば、設定されている点火時期がＭＢＴからずれていると判定することが可能になる。従って、この構成により、点火時期がＭＢＴからずれているか否かを精度よく判定することが可能になる。
【００１３】
前記評価指標としては、例えば前記イオン電流波形における前半の山のピークが発生するクランク角位置としてもよい。また例えば、イオン電流波形に含まれるノイズ成分によって前半の山のピークのクランク角位置が正確に検出することが困難な場合には、点火終了から圧縮上死点付近までの特定期間全体に亘って検出されたイオン電流値を積算し、その総積算値の所定割合までが積算されたクランク角位置を、前記評価指標とすることもできる。
【００１４】
前記ＭＢＴ値はさらに、前記エンジンの運転状態毎に設定されている、ことが好ましい。エンジンの運転状態（例えば充填効率ｃｅ及び回転数ｎｅ等）に応じてＭＢＴは変化するため、エンジンの運転状態毎にＭＢＴ値を設定しておくことによって、広い運転状態に亘って、設定されている点火時期の、ＭＢＴに対するずれが判定可能になる。
【００１５】
前記点火時期検出装置は、前記判定手段によって前記設定されている点火時期がＭＢＴからずれていると判定されたときに、点火時期がＭＢＴとなるように、前記点火手段による点火時期を補正する点火時期補正手段をさらに備える、としてもよい。
【００１６】
設定されている点火時期がＭＢＴからずれているときには、そのずれが無くなるように点火時期が補正される、つまり点火時期がＭＢＴに正確に設定されることで、燃費向上、エミッション性の向上及びドライバビリティの向上が図られる。
【００１７】
前記イオン電流検出手段は、前記エンジンの気筒毎に備えられ、前記判定手段は、前記気筒毎に、前記設定されている点火時期がＭＢＴからずれているか否かを判定し、前記点火時期補正手段は、前記気筒毎に、点火時期がＭＢＴとなるように、前記点火手段による点火時期を補正するとして、前記点火時期検出装置は、前記点火時期補正手段による補正後において、ＭＢＴが気筒間でばらついているときに、当該ばらつき状態に応じて前記気筒毎に空燃比を補正する空燃比補正手段をさらに備える、としてもよい。
【００１８】
気筒毎に点火時期を補正した場合に、例えば空燃比の気筒間分配やＥＧＲの気筒間分配等に起因して、気筒間の燃焼ばらつきが生じ、それによってＭＢＴが気筒間でばらつく場合がある。その場合は、気筒毎に空燃比を補正することによって気筒間の燃焼ばらつきが低減、又は無くなり、気筒間のトルクばらつきが抑制される。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、燃焼室における点火後、圧縮上死点付近までの期間に亘って検出されたクランク角の進行に対するイオン電流の波形形状に基づいて、設定されている点火時期がＭＢＴからずれているか否かを判定するため、広い運転状態に亘って、点火時期のＭＢＴに対するずれを判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２１】
（エンジンの概略構成）
図１は、本発明に係る検出装置を備えた実施形態のエンジン１を模式的に示し、この例ではエンジン１は、複数のシリンダ２，２，…（図には１つのみ示す）が直列に配置された火花点火式エンジンである。図示の如く、シリンダ２の上端はシリンダブロック３の上端面に開口し、そこに載置されたシリンダヘッド４の下面により閉塞されている。シリンダ２内にはピストン５が往復動可能に嵌挿されていて、このピストン５の上面とシリンダヘッド４の下面との間に燃焼室６が区画される。一方、ピストン５の下方のクランクケース内には、図示しないがクランク軸が配設され、コネクティングロッドによってピストン５と連結されている。
【００２２】
前記シリンダヘッド４には各シリンダ２毎に点火プラグ７が配設され、その先端の電極が燃焼室６に臨むように配置される一方、該点火プラグ７の基端部は点火回路８に接続されている。この点火回路８には、図２(a)にのみ示すが、パワートランジスタからなるイグナイタ８ａとイグニッションコイル８ｂとが含まれており、後述のＰＣＭ３０からの制御信号を受けて各シリンダ２毎に所定のタイミング（点火時期）で点火プラグ７に通電するようになっている。この例では各点火回路８にイオン電流検出回路３３が接続されていて、同図(b)のようにシリンダ２毎にイオン電流を検出することができるようになっているが、これについては後述する。
【００２３】
また、シリンダヘッド４には、各シリンダ２毎の燃焼室６に臨んで開口するように吸気ポート９及び排気ポート１０がそれぞれ形成され、その各ポート開口部にはそれぞれカム軸により開閉されるように吸気弁１１及び排気弁１２が配設されている。同図には示さないが、カム軸は、吸気側及び排気側に１本ずつ設けられていて、共通のカムチェーンによりクランク軸に駆動連結されており、このクランク軸の回転に同期して吸気側及び排気側のカム軸がそれぞれ回転されることにより、吸気及び排気弁１１，１２がそれぞれ所定のタイミングで開閉されるようになっている。
【００２４】
また、この例では前記吸気側のカム軸に、クランク軸の回転に対する位相を所定の角度範囲（例えば４０〜６０°ＣＡ）内で連続的に変更可能な位相可変機構１３（Variable Valve Timing 以下、ＶＶＴともいう）が付設されており、このＶＶＴ１３によって、吸気弁１１のリフトカーブが進角側、遅角側に変更されるようになっている。このことで吸気の充填効率を高めることができ、また、排気弁１２のリフトカーブとのオーバーラップ期間を調整して、燃焼室６に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲ）の量を変化させることもできる。
【００２５】
さらに、シリンダヘッド４の一側（図１の左側）には、下流端が吸気ポート９に連通するように吸気通路１５が配設されている。この吸気通路１５の上流端は外部から導入される新気を濾過するためのエアクリーナ１６に接続されており、そこから下流側に向かって順に、吸気流量を検出するエアフローセンサ１７と、電動モータ１８ａにより駆動されて吸気通路１５を絞るスロットル弁１８と、各シリンダ２毎に燃料を噴射供給する４つのインジェクタ１９，１９，…（図には１つのみ示す）とが配設されている。
【００２６】
一方、シリンダヘッド４の反対側（図１の右側）には、排気ポート１０に連通して各シリンダ２内の燃焼室６から既燃ガス（排気ガス）を排出するように、排気通路２０が配設されている。この排気通路２０には上流側から順に、排気ガス中の酸素濃度を基に混合気の空燃比を検出するための酸素濃度センサ（以下、Ｏ2センサ）２１と、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ２２とが配設されている。
【００２７】
また、前記Ｏ2センサ２１よりも上流側の排気通路２０には、排気ガスの一部を吸気通路１５に還流するための排気還流通路２４（以下、ＥＧＲ通路）が分岐接続されていて、このＥＧＲ通路２４の下流端が前記スロットル弁１８よりも下流側の吸気通路１５に連通している。このＥＧＲ通路２４の下流端寄りには開度調節可能な電気式の流量制御弁２５（以下、ＥＧＲ弁）が配設されていて、ＥＧＲ通路２４を還流される排気ガス（外部ＥＧＲ）の流量を調節するようになっている。
【００２８】
さらにまた、エンジン１のシリンダブロック３下部のクランクケース内には、クランク軸の回転角（クランク角）を検出する電磁ピックアップ等からなるクランク角センサ２６が設けられている。このクランク角センサ２６は、クランク軸の端部に一体に回転するように取り付けられたロータ２７の回転に伴い、その外周部に設けられた凸部の通過に対応して信号を出力する電磁ピックアップコイル２６からなる。また、シリンダブロック３のウォータジャケット（図示せず）には、冷却水の温度状態を検出する水温センサ２８が臨設されている。
【００２９】
前記エアフローセンサ１７、Ｏ2センサ２１、クランク角センサ２６、水温センサ２８等からの出力信号は、それぞれＰＣＭ（Power-train Control Module）３０に入力されるようになっている。このＰＣＭ３０は、周知の如くＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えており、前記各センサ以外に、少なくとも、吸気側カム軸の回転角（回転位置）を検出するカム角センサ３１と、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ３２と、からそれぞれ出力される信号を受け入れる。
【００３０】
そして、ＰＣＭ３０は、前記各センサ等から入力した信号に基づいてエンジン１の運転状態を判定し、これに応じてエンジン１の運転制御を行うようになっている。すなわち、ＰＣＭ３０は、点火回路８に対し各シリンダ２毎の点火時期の制御信号を出力し、ＶＶＴ１３に対し吸気弁１１の作動タイミングを制御するための信号を出力するとともに、スロットル弁１８に対し吸気流量を制御するための信号を出力し、さらに、各シリンダ２毎のインジェクタ１９，１９，…に対し燃料噴射量及び噴射タイミングを制御するためのパルス信号を出力する。また、ＰＣＭ３０は、ＥＧＲ通路２４によって吸気系に環流する排気ガス（外部ＥＧＲ）の量を制御するために、ＥＧＲ弁２５に対し制御信号を出力する。
【００３１】
そして、この実施形態のエンジン１では、上述の如く点火回路８に接続したイオン電流検出回路３３によって、点火後に燃焼室６に発生するイオン電流をシリンダ２毎に検出し、これにより設定されている点火時期（制御点火時期）がＭＢＴからずれているか否かを判定する（以下、これをＭＢＴモニタという）と共に、制御点火時期がＭＢＴからずれていると判定されたときには、点火時期がＭＢＴとなるように、点火時期を補正する制御を行うようにしている。
【００３２】
（イオン電流に基づくＭＢＴモニタ）
まず、検出したイオン電流値からＭＢＴ（点火時期）と相関の高い評価値Ｉｐ（以下、イオンパラメータという）を求める考え方について説明する。イオン電流は、従来より、燃焼に伴い発生するイオンが媒体となって発生するものと考えられており、この実施形態では、前記図２(a)に示すように、エンジン１の点火回路８にイオン電流検出回路３３が接続されている。
【００３３】
図の例ではイオン電流検出回路３３は、イグニッションコイル８ｂの２次側が接地される点火プラグ７とは反対側の端部に直列に接続された電源コンデンサ３３ａと、検出回路３３ｂとからなり、イグナイタ８ａの作動によって点火プラグ７に通電される際（点火）に電源コンデンサ３３ａに蓄えられた電荷と、その後、燃焼室６において発生したイオンとで回路が構成されて電流が流れ、この電流を検出回路３３ｂが検出するようになっている。検出回路３３ｂからの信号はＰＣＭ３０へ出力される。
【００３４】
そうして検出されるイオン電流の値は、同図(b)に模式的に示すように点火後のクランク角の進行に伴い変化し、その波形には通常、前半及び後半の２つの山が現れる。前半の山に表されるイオン電流は、混合気が着火した後に、火炎核の成長に伴い拡大する火炎面に存在するイオン（ラジカル）を媒体とするものと考えられ、これは、特に初期燃焼の速度や燃焼室の流動強さの影響を強く受ける。すなわち、前半の山は、初期燃焼が活発であるほど急峻になり、そのピークが進角する。
【００３５】
一方、後半の山に表されるイオン電流は、前記のように燃焼反応そのものによって発生するイオン（ラジカル）の他に、燃焼室の温度上昇に伴い既燃ガス中に存在するＮＯｘが熱電離して発生するイオンをも媒体とするものと考えられ、そのピークは、燃焼室の温度が最高になるクランク角位置に現れて、全体として燃焼が活発であるほど高くなり、それが緩慢なほど低くなる。また、ＥＧＲ量が多い運転領域、負荷が低い運転領域、又は空燃比がリーン側に設定された運転領域等では、燃焼が全体として緩慢になることに伴い後半の山はそのピークが消滅する。
【００３６】
そこで、この実施形態では、図３に模式的に示すように、点火終了から圧縮上死点付近（圧縮上死点前後±１０％程度の任意のクランク角位置）までの特定の期間に検出されたイオン電流値を積算し、その総積算値（図に斜線を入れて示す範囲の面積に相当する）の所定割合（例えば５０％）までが積算されたクランク角位置を、イオン電流の立ち上がり特性を表す評価値、即ちイオンパラメータＩｐとして用いるようにしている。尚、この積算率５０％のクランク角は、初期燃焼の進行度合い（燃焼割合）５％前後のクランク角に相当する。ここで、前記積算率は、５０％に限らず、任意の率で設定することが可能であり、例えば積算率１０％や２５％、又は９０％であってもよい。
【００３７】
図４は、前記イオン電流の総積算値に対して５０％までが積算されたクランク角位置をイオンパラメータＩｐとして、所定のエンジン運転状態においてＥＧＲ率を変化させた場合の、点火時期（Igt）に対するイオンパラメータＩｐの関係を示す実験データである。尚、以下において、イオンパラメータＩｐ及び点火時期Igtはそれぞれ、ＡＴＤＣで表すものとする。
【００３８】
同図において、ＥＧＲ率が一定の場合には、点火時期の遅角に伴いイオンパラメータＩｐの値も遅角するため、各ＥＧＲ率一定のラインは同図において右上がりになると共に、ＥＧＲ率が高まるほど燃焼が緩慢になることから、同一の点火時期に対しては、ＥＧＲ率が高まるほど、イオンパラメータＩｐの値は遅角する。
【００３９】
また、同図において「ＭＢＴ」と示すラインは、各運転状態において、点火時期がＭＢＴであるときのイオンパラメータＩｐの値を示しており、ＭＢＴであるときのイオンパラメータＩｐの値は、ＥＧＲ率に拘わらず、ほぼ一定のクランク角位置に存在していることがわかる。尚、ＭＢＴラインは、点火時期の変化に対して非線形性を有する。
【００４０】
従って、各点火時期に対し、その点火時期がＭＢＴであるときのイオンパラメータ（Ｉｐmbt、以下、ＭＢＴ値と呼ぶ）を予め設定しておくことによって、エンジンの運転時にイオン電流検出回路３３によって検出されたイオン電流から算出したイオンパラメータＩｐと、予め設定しているＭＢＴ値Ｉｐmbtとを比較することによって、制御点火時期がＭＢＴからずれているか否かを判定する、つまりＭＢＴモニタを行うことが可能である。
【００４１】
ここで、初期燃焼の立ち上がりは、その温度や新気と合わせたシリンダ２への吸気充填量、空燃比等の影響を受けるから、ＭＢＴ値は、エンジンの運転状態毎に設定しておく必要がある。
【００４２】
そこで、この実施形態では、図５(a)に一例を示すように、基準エンジンを用いた実験により、エンジン１の負荷（同図では充填効率ｃｅ）と回転数ｎｅと空燃比ＡＦＲによって規定されるエンジン運転領域において、適当な間隔を空けて複数の格子点（ｘ，ｙ，ｚ）を設定する。そして、この各格子点毎に対応するエンジン運転状態において、前記図４のように、ＥＧＲ率を変化させて、各点火時期に対するＭＢＴ値Ｉｐmbtのデータを実験により求める。また、各点火時期におけるＭＢＴライン付近の勾配ΔIp／ΔIgt（ＥＧＲ率一定のラインの勾配）も実験により求める。
【００４３】
そうして求めた実験データを整理して、図５(b)のように点火時期（Igt-1，Igt-2，…，Igt-a）に対するＭＢＴ値Ｉｐmbt及び勾配ΔIp／ΔIgtを設定したテーブルを作成し、ＰＣＭ３０のメモリに電子的に格納する。こうすれば、エンジン１の運転中に検出したイオン電流値から前記イオンパラメータＩｐを算出すると共に、そのときのエンジン運転状態に対応するテーブルを参照して、このイオンパラメータＩｐと、ＭＢＴ値Ｉｐmbtとを比較することにより、制御点火時期がＭＢＴに対してずれているか否かを判定することができる。
【００４４】
尚、前記図５(a)における格子点（ｘ，ｙ，ｚ）の間に相当するエンジン運転状態についてはデータ補間により対応すればよく、さらに、例えば外気温、エンジン水温、大気圧、ＶＶＴ１３の作動状態等に応じて、イオンパラメータＩｐや、ＭＢＴ値Ｉｐmbt及び勾配ΔIp／ΔIgtを補正するようにしてもよい。
【００４５】
また、ここでは、エンジンの運転領域を、充填効率ｃｅと回転数ｎｅと空燃比ＡＦＲとによって規定して、複数の格子点（ｘ，ｙ，ｚ）毎に対応するエンジン運転状態においてＭＢＴ値Ｉｐmbt及び勾配ΔIp／ΔIgtを求めているが、これとは異なり、例えばエンジンの運転領域を、充填効率ｃｅと回転数ｎｅとによって規定して、複数の格子点（ｘ，ｙ）毎に対応するエンジン運転状態においてＭＢＴ値Ｉｐmbt及び勾配ΔIp／ΔIgtを求めるようにしてもよい。この場合は、例えばそのときの空燃比に応じて、ＭＢＴ値Ｉｐmbt及び勾配ΔIp／ΔIgtを適宜補正するようにすればよい。
【００４６】
次に、図６〜８を参照して、前記のようにイオン電流の検出値からイオンパラメータＩｐを求めると共に、このイオンパラメータＩｐに基づくＭＢＴモニタの手順を具体的に説明する。まず、図６は、イオン電流の検出値からイオンパラメータＩｐを計算する手順のフローチャートであり、例えばＭＢＴモニタの実行フラグがオンされているときに、各シリンダ２の燃焼サイクル毎に実行される。
【００４７】
図示のスタート後のステップＳＡ１では、点火後、少なくともクランク角センサ２６及びイオン電流検出回路３３からの信号を入力して、点火ノイズがなくなったかどうか、すなわち点火終了かどうか判定し、この判定がＮＯであればリターンする一方、判定がＹＥＳで点火終了であればステップＳＡ２に進んで、検出したイオン電流値をクランク角と対応付けてメモリに記憶した後、ステップＳＡ３に進む。
【００４８】
ステップＳＡ３では、予め設定された積算終了点（特定期間の終了点、図３参照）に達したかどうか判定し、積算終了点に達するまではステップＳＡ２に戻って、所定時間間隔（例えば０．１ミリ秒）毎にクランク角位置とイオン電流値とを対応付けてメモリに記憶する一方、積算終了点に達すればステップＳＡ４に進んで、イオンパラメータＩｐの計算を行う。すなわち、それまでに記憶したイオン電流の総積算値を求め、予め設定された所定割合（例えば５０％）までが積算されたクランク角位置を、イオンパラメータＩｐとして特定する。
【００４９】
そして、ステップＳＡ５に進み、フラグオンであれば、ステップＳＡ１に戻って前記の手順を継続する（処理を継続）一方、例えばエンジン１の運転状態が変化して、フラグがオフになれば、処理を継続しないＮＯと判定して制御終了となる（エンド）。
【００５０】
次に、図７に示すフローチャートを参照しながら、前記ＰＣＭ３０によるＭＢＴモニタの手順について説明する。先ず、ステップＳ１１では、ＭＢＴモニタの実行のフラグを立て、続くステップＳ１２では、前記図６のフローのように、現運転状態（エンジン回転数ｎｅ、充填効率ｃｅ、空燃比ＡＦＲ及び制御点火時期Igt０）におけるイオンパラメータＩｐを算出する（Ｉｐ＝Ｉｐ０）と共に、ＰＣＭ３０に予め記憶されているテーブル（図５(b)参照）から、現在の制御点火時期Igt０に対応するＭＢＴ値Ｉｐmbt（Igt０）を得ておく。
【００５１】
続くステップＳ１３では、ステップＳ１２で得たイオンパラメータＩｐ０と、ＭＢＴ値Ｉｐmbt（Igt０）とが等しいか否かを判定し、両者が等しいのＹＥＳのときには、ステップＳ１４に移行して制御点火時期Igt０がＭＢＴに一致している（ＭＢＴ＝Igt０）として制御を終了する。
【００５２】
一方、ステップＳ１３で、両者が等しくないのＮＯのときには、制御点火時期がＭＢＴからずれているとして、ステップＳ１５に移行する。
【００５３】
尚、ステップＳ１３では、検出誤差等を考慮して、イオンパラメータＩｐ０と、ＭＢＴ値Ｉｐmbt（Igt０）との差が所定以下か否かを判定し、所定以下であればステップＳ１４に移行する一方、所定よりも大きいのであればステップＳ１５に移行するようにしてもよい。
【００５４】
ステップＳ１５以降のステップは、制御点火時期とＭＢＴとのずれ量を判断するためのステップであり、このフローでは、点火時期を計算上で所定角度ずつ変更させながら、そのときの点火時期におけるイオンパラメータＩｐを算出する（予測する）ことによって、前記Ｉｐ０とＭＢＴ値Ｉｐmbt（Igt０）との差に対応する、制御点火時期とＭＢＴとのずれ量を判定する。
【００５５】
先ずステップＳ１５では、イオンパラメータＩｐ０が、ＭＢＴ値Ｉｐmbt（Igt０）よりも大きいか否かを判定する。つまり、制御点火時期がＭＢＴに対して遅角側にずれているか否かを判定する。ステップＳ１５でＹＥＳのとき（遅角側にずれているとき）にはステップＳ１６に移行する一方、ＮＯのとき（進角側にずれているとき）にはステップＳ１９に移行する。
【００５６】
ステップＳ１６では、点火時期を予め設定された計算間隔ΔCA（例えば０．１°ＣＡ）だけ進角側にずらした（点火時期Igt１）と仮定したときの、イオンパラメータの値（Ｉｐ（Igt１））を、テーブルに記憶されているＭＢＴ値Ｉｐmbt（Igt１）及び勾配ΔIp／ΔIgt（Igt１）を利用して算出する。つまり、
Igt１＝Igt１（-1）−ΔCA  （但し、Igt１（-1）は前回値であり、初期値はIgt０である）
Ｉｐ（Igt１)＝Ｉｐmbt（Igt１）＋（Igt１−Igt０）・ΔIp／ΔIgt（Igt１）
そうして、続くステップＳ１７において、ステップＳ１６で算出したイオンパラメータＩｐ（Igt１）と、現在の制御点火時期Igt０におけるイオンパラメータＩｐ０とを比較し、Ｉｐ０−Ｉｐ（Igt１）＜０であるのＹＥＳのときには、ステップＳ１８に移行して、ＭＢＴはIgt１であるとする一方、Ｉｐ０−Ｉｐ（Igt１）≧０であるのＮＯのときには、ステップＳ１６に戻り、前述の演算及び判定を繰り返す。
【００５７】
ここで、ステップＳ１６及びＳ１７における演算及び判定について図８(a)を参照しながら説明する。先ず、現在の運転状態における制御点火時期がIgt０であるときに、検出されたイオンパラメータＩｐ０が、ＭＢＴ値Ｉｐmbt（Igt０）よりも大きいとする。そして、点火時期をΔCAだけ進角側に変更した点火時期Igt１（１回目）のイオンパラメータＩｐ（Igt１）は、図８(a)からも分かるように、そのときのＭＢＴ値Ｉｐmbt（Igt１）に、ΔCA分の傾き量ΔIp／ΔIgt（Igt１）を加えた値になる（Ｉｐ（Igt１）＝Ｉｐmbt（Igt１）＋（Igt０−Igt１）・ΔIp／ΔIgt（Igt１））。
【００５８】
そして、そのイオンパラメータＩｐ（Igt１）が、制御点火時期のイオンパラメータＩｐ０よりも小さいときには、制御点火時期とＭＢＴとのずれ量が未だ存在しているとして、点火時期をΔCAだけさらに進角側に変更する（点火時期Igt１（２回目））。そうして再び点火時期Igt１（２回目）に対応するイオンパラメータＩｐ（Igt１）を算出して、制御点火時期Ｉｐ０と比較する。図８(a)の例では、２回目のＩｐ（Igt１）が制御点火時期Ｉｐ０を超える（ずれ量が無くなる）ことから、エンジンの当該運転状態におけるＭＢＴは、その２回目の点火時期Igt１であることが判明する。尚、ステップＳ１７の判定としては、算出したＩｐ（Igt１）と制御点火時期のイオンパラメータＩｐ０との大小関係が反転したことを判定すればよいため、Ｉｐ０−Ｉｐ（Igt１）＜０を判定することになる。
【００５９】
一方、ステップＳ１５で制御点火時期がＭＢＴに対して進角側にずれているとして移行したステップＳ１９では、点火時期を予め設定された計算間隔ΔCA（例えば０．１°ＣＡ）だけ遅角側にずらした（点火時期Igt１）と仮定したときの、イオンパラメータの値（Ｉｐ（Igt１））を、テーブルに記憶されているＭＢＴ値Ｉｐmbt（Igt１）及び勾配ΔIp／ΔIgt（Igt１）を利用して算出する。つまり、
Igt１＝Igt１（-1）＋ΔCA
Ｉｐ（Igt１)＝Ｉｐmbt（Igt１）−（Igt１−Igt０）・ΔIp／ΔIgt（Igt１）
そうして、続くステップＳ１１０において、ステップＳ１９で算出したイオンパラメータＩｐ（Igt１）と、現在の制御点火時期Igt０に対するイオンパラメータＩｐ０とを比較し、Ｉｐ０−Ｉｐ（Igt１）＞０であるのＹＥＳのときには、ステップＳ１１１に移行して、ＭＢＴはIgt１であるとする一方、Ｉｐ０−Ｉｐ（Igt１）≦０であるのＮＯのときには、ステップＳ１９に戻り、前述の演算及び判定を繰り返す。
【００６０】
ここで、ステップＳ１９及びＳ１１０における演算及び判定について図８(b)を参照しながら説明する。ここでの演算及び判定は、前記ステップＳ１６及びＳ１７における演算及び判定と逆である。
【００６１】
先ず、現在の運転状態における制御点火時期がIgt０であるときに、検出されたイオンパラメータＩｐ０が、ＭＢＴ値Ｉｐmbt（Igt０）よりも小さいとする。そして、点火時期をΔCAだけ遅角側に変更した点火時期Igt１（１回目）のイオンパラメータＩｐ（Igt１）は、図８(b)からも分かるように、そのときのＭＢＴ値Ｉｐmbt（Igt１）に、ΔCA分の傾き量ΔIp／ΔIgt（Igt１）を差し引いた値になる（Ｉｐ（Igt１）＝Ｉｐmbt（Igt１）−（Igt１−Igt０）・ΔIp／ΔIgt（Igt１））。
【００６２】
そして、そのイオンパラメータＩｐ（Igt１）が、制御点火時期のイオンパラメータＩｐ０よりも大きいときには、制御点火時期とＭＢＴとのずれ量が未だ存在しているとして、点火時期をΔCAだけさらに遅角側に変更する（点火時期Igt１（２回目））。そうして再び点火時期Igt１（２回目）に対応するイオンパラメータＩｐ（Igt１）を算出して、制御点火時期Ｉｐ０と比較する。図８(b)の例では、２回目のＩｐ（Igt１）が制御点火時期Ｉｐ０を下回る（ずれ量が無くなる）ことから、エンジンの当該運転状態におけるＭＢＴは、その２回目の点火時期Igt１であることが判明する。尚、ステップＳ１１０の判定としては、算出したＩｐ（Igt１）と制御点火時期のイオンパラメータＩｐ０との大小関係が反転したことを判定すればよいため、Ｉｐ０−Ｉｐ（Igt１）＞０を判定することになる。
【００６３】
このようにしてステップＳ１８又はステップＳ１１１において制御点火時期とＭＢＴとのずれ量が判明すれば、そのずれ量が無くなるように、制御点火時期の補正が行われる。
【００６４】
このように本実施形態では、燃焼室６における点火後、圧縮上死点付近までの期間に亘ってイオン電流検出回路３３によって検出されたクランク角の進行に対するイオン電流の波形形状に基づいて、制御点火時期がＭＢＴからずれているか否かを判定し、その際にイオン電流波形の後半の山は見ないことで、広い運転領域でＭＢＴモニタが可能になる。
【００６５】
またＭＢＴモニタにおいては、予め実験結果等に基づきＭＢＴ値を設定しておくことによって、制御点火時期がＭＢＴからずれているか否か及び、そのずれ量を精度よく判定することが可能になる。
【００６６】
また、前記のＭＢＴ値をエンジンの運転状態（例えば充填効率ｃｅ及び回転数ｎｅ等）毎に設定しておくことによって、広い運転状態に亘ってＭＢＴモニタが可能になる。
【００６７】
そうして、制御点火時期がＭＢＴからずれているときには、そのずれが無くなるように点火時期が補正されるため、燃費向上、エミッション性の向上及びドライバビリティの向上を図ることができる。
【００６８】
（点火時期をＭＢＴに一致させるためのフィードバック制御）
図７に示すフローは、制御点火時期のＭＢＴからのずれ量を判定して、そのずれ量が無くなるように点火時期を補正するためのフローであったが、図９に示すフローは、制御点火時期のＭＢＴからずれているときに、そのずれ量は判定せずに、フィードバック制御によりそのずれが無くなるように点火時期を変更するためのフローである。尚、この制御は、後述するように、エンジン１の気筒毎に行ってもよい。
【００６９】
先ず、ステップＳ２１では、ＭＢＴのフィードバック制御の実行のフラグを立て、続くステップＳ２２では、処理を実行するか（続行するか）否かを判定する。ここで、処理を実行しない（中止する）条件としては、エンジンの運転状態がＭＢＴ制御を行わない状態である（例えばノーロードかつアイドル状態）、変更した点火時期の制御値（このことについては後述する）がノック限界に入った、燃焼安定性が低下した、及び他の処理を行うことにより本制御を中止する必要がある、等が具体的に挙げられる。ステップＳ２２で処理を実行する（続行する）のＹＥＳのときにはステップＳ２３に移行し、処理を実行しない（中止する）のＮＯのときにはそのまま制御を終了する。
【００７０】
ステップＳ２３では、前記図６のフローのように、現運転状態（エンジン回転数ｎｅ、充填効率ｃｅ、空燃比ＡＦＲ及び制御点火時期Igtｃ）におけるイオンパラメータＩｐを算出する（Ｉｐ＝Ｉｐｃ）と共に、ＰＣＭ３０に予め記憶されているテーブル（図５(b)参照）から、現在の制御点火時期Igtｃ（初期値はＰＣＭ３０に記憶されている制御値であり、２回目以降のルーチンにおいては、後述するステップＳ２５又はＳ２６で変更した制御点火時期）に対応するＭＢＴ値Ｉｐmbt（Igtｃ）を得て、現運転状態におけるイオンパラメータＩｐｃとＭＢＴ値Ｉｐmbt（Igtｃ）との差ΔＩｐｃを算出する（ΔＩｐｃ＝Ｉｐｃ−Ｉｐmbt（Igtｃ））。尚、この制御においては、図５(b)に示すテーブルの、勾配ΔIp／ΔIgtの値は不要である。
【００７１】
続くステップＳ２４では、ステップＳ２３で算出した差ΔＩｐｃが０よりも大きいか否か、つまり、制御点火時期IgtｃがＭＢＴに対して遅角側にずれているか否かを判定し、遅角側にずれているのＹＥＳのときにはステップＳ２５に移行する一方、遅角側にずれていない（進角側にずれている又はＭＢＴである）のＮＯのときにはステップＳ２６に移行する。つまり、図１０に示すように、制御点火時期Igtｃ１のときには、ΔＩｐｃ１が正であるためステップＳ２５に移行する一方、制御点火時期Igtｃ２のときには、ΔＩｐｃ２が負であるためステップＳ２６に移行することになる。
【００７２】
ステップＳ２５では、現在の制御点火時期Igtｃを所定の補正幅Igtcorr（実験等に基づいて設定すればよく、例えば０．２°ＣＡ程度）だけ進角側に変更することによって、新たな制御点火時期Igtｃを設定し、ステップＳ２２に戻る。一方、ステップＳ２６では、現在の制御点火時期Igtｃを所定の補正幅Igtcorrだけ遅角側に変更することによって、新たな制御点火時期Igtｃを設定し、ステップＳ２２に戻る。つまり、図１０に示すように、制御点火時期Igtｃ１のときには、制御点火時期が進角側に変更される一方、制御点火時期Igtｃ２のときには、制御点火時期が遅角側に変更される（同図の矢印参照）。
【００７３】
このフィードバック制御を行うことによって、制御点火時期Igtｃは、ＭＢＴ付近で収束することになる。
【００７４】
このように、イオンパラメータＩｐに基づいて制御点火時期がＭＢＴに対してずれていることが判明したときには、前述のフィードバック制御を実行することによって、制御点火時期をＭＢＴにすることが可能になり、その結果、燃費向上、エミッション性の向上及びドライバビリティの向上を図ることができる。
【００７５】
（ＭＢＴの気筒間ばらつき補正）
図９のフローに示すフィードバック制御を気筒毎に行うことによって、気筒毎に点火時期をＭＢＴにすることが可能になる。しかしながら、例えば空燃比の気筒間分配やＥＧＲの気筒間分配等によって、気筒間の燃焼ばらつきが生じ、その結果、ＭＢＴが気筒間でばらつく場合がある。
【００７６】
図１１に示すフローは、気筒毎に点火時期をＭＢＴにした結果として、ＭＢＴの気筒間ばらつきが生じているときに、そのばらつき（燃焼ばらつき）を、気筒毎に空燃比を変更することによって低減、又は無くすための制御に係る。
【００７７】
先ずステップＳ３１では、図９に示すフローに従って、気筒毎にフィードバック制御を行い、続くステップＳ３２において、各気筒の制御値は収束したか、換言すれば各気筒の点火時期がＭＢＴになったか否かを判定する。ここでの判定例としては、
（ΔＩｐｃ（−２）−ΔＩｐｃ（−１））×（ΔＩｐｃ（−１）−ΔＩｐｃ）＜０
であるか否かを判定することが挙げられる。ここで、ΔＩｐｃ（−１）は前回値、ΔＩｐｃ（−２）は前々回値である。つまり、例えば図１２に示すように、ΔＩｐｃの正負がルーチン毎に反転するときに各気筒の制御値が収束したと判定すればよい。
【００７８】
ステップＳ３２において各気筒の制御値は収束していないのＮＯのときには、ステップＳ３１に戻り、図９に示すフローを繰り返す一方、各気筒の制御値が収束したのＹＥＳのときにはステップＳ３３に移行する。
【００７９】
ステップＳ３３では、各気筒のＭＢＴ（ＭＢＴ＊、尚、＊は気筒番号を示す。＊＝１，２，３，…）、つまりフィードバック制御によって収束した各気筒の点火時期の平均値（ＭＢＴave）を算出し、各気筒のＭＢＴの、その平均からのずれ量（ΔＭＢＴ＊）を算出する（ΔＭＢＴ＊＝ＭＢＴ＊−ＭＢＴave）。
【００８０】
続くステップＳ３４では、各気筒のＭＢＴのずれ量ΔＭＢＴ＊が、０よりも小さい（ΔＭＢＴ＊＜０）か否かを判定し、０よりも小さい気筒についてはステップＳ３５に移行する一方、０以上である気筒についてはステップＳ３６に移行する。
【００８１】
ステップＳ３５では、当該気筒のＭＢＴが平均よりも進角側にずれている、つまり燃焼状態が平均に比べて遅いとして、空燃比をリッチにして燃焼速さを速めるべく、制御燃焼噴射量InjPulseに所定の補正量（InjPlsecorr)を加える（InjPulse＝InjPulse＋InjPlsecorr）。一方、ステップＳ３６では、当該気筒のＭＢＴが平均よりも遅角側にずれている、つまり燃焼状態が平均に比べて速いとして、空燃比をリーンにして燃焼速さを低下させるべく、制御燃焼噴射量InjPulseに所定の補正量（InjPlsecorr)を差し引く（InjPulse＝InjPulse−InjPlsecorr）。
【００８２】
そうして、ステップＳ３７では、処理を続行するか否かを判定する。ここで、処理を続行しない条件としては、前記図９のフローと同様に、エンジンの運転状態がＭＢＴ制御を行わない状態になった（例えばノーロードかつアイドル状態）、変更した点火時期の制御値がノック限界に入った、燃焼安定性が低下した、及び他の処理を行うことにより本制御を中止する必要がある、が具体的に挙げられる。ステップＳ３７で処理を続行するのＹＥＳのときにはステップＳ３１に戻る一方、処理を続行しないのＮＯのときにはそのまま終了する。
【００８３】
このように、気筒毎に点火時期を補正した場合に、気筒間の燃焼ばらつきが生じてＭＢＴが気筒間でばらついた場合は、気筒毎に空燃比を補正することによって、その気筒間の燃焼ばらつきが低減、又は無くなり、気筒間のトルクばらつきを抑制することができる。
【００８４】
尚、図１１のフローにおいて、空燃比を大幅に変更することはエミッション性の低下を招くことから、変更を許容することができる上限空燃比及び下限空燃比を予め設定しておき、ステップＳ３５又はＳ３６において燃焼噴射量の補正を行った場合に、その上限空燃比及び下限空燃比を超えてしまうときには、燃焼噴射量の補正を中止するようにしてもよい。
【００８５】
（他の実施形態）
前記実施形態では、イオンパラメータＩｐとして、点火終了から点火圧縮上死点付近までの特定期間に亘って検出されたイオン電流値を積算し、その総積算値の所定割合までが積算されたクランク角位置をイオンパラメータＩｐとしているが、これに代えて、例えばイオン電流波形における前半の山のピークのクランク角位置を、イオンパラメータＩｐとしてもよい。尚、点火時期がＭＢＴ付近に設定されている場合、前記の積算割合５０％のクランク角位置と、前半の山のピークのクランク角位置とはほぼ一致するという特徴がある。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上説明したように、本発明は、エンジンの広い運転状態にわたって、制御点火時期がＭＢＴからずれているか否かを判定することができるから、例えば自動車等に搭載されるエンジンのＭＢＴをモニタする装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態に係る点火時期検出装置を備えたエンジンの概略構成図である。
【図２】（ａ）イオン電流検出回路の構成、（ｂ）イオン電流検出回路の出力信号の一例である。
【図３】イオンパラメータの定義を模式的に示す説明図である。
【図４】所定の運転状態における点火時期とイオンパラメータとの関係を示す実験結果のグラフ図である。
【図５】エンジンの運転領域に格子点を設定したイメージ図(a)と、その各格子点毎に対応するエンジン運転状態において、点火時期とＭＢＴ値と勾配との関係を示すテーブル(b)とを模式的に示す説明図である。
【図６】イオンパラメータの計算の手順を示すフローチャートである。
【図７】ＭＢＴモニタの手順を示すフローチャートである。
【図８】制御点火時期とＭＢＴとのずれ量を算出するための考え方を示す説明図である。
【図９】ＭＢＴのフィードバック制御の手順を示すフローチャートである。
【図１０】点火時期の補正方向（進角側又は遅角側）を決定する考え方を示す説明図である。
【図１１】ＭＢＴの気筒間ばらつきを補正する制御手順を示すフローチャートである。
【図１２】フィードバック制御が収束した状態の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１    エンジン
３０  ＰＣＭ（点火手段、判定手段、点火時期補正手段、空燃比補正手段）
３３  イオン電流検出回路（イオン電流検出手段）
６    燃焼室
７  点火プラグ（点火手段）
８  点火回路（点火手段）
【図１】
2008115817.tif 000003
【図２】
2008115817.tif 000004
【図３】
2008115817.tif 000005
【図４】
2008115817.tif 000006
【図５】
2008115817.tif 000007
【図６】
2008115817.tif 000008
【図７】
2008115817.tif 000009
【図８】
2008115817.tif 000010
【図９】
2008115817.tif 000011
【図１０】
2008115817.tif 000012
【図１１】
2008115817.tif 000013
【図１２】
2008115817.tif 000014