(57)【要約】【課題】  内燃機関の燃焼室におけるイオン電流を検知等するシステム等の提供。【解決手段】  本発明のこの特徴は、異なるエンジン作動条件のもとで生成される異なるイオン化信号の波形を用いる最良トルク（ＭＢＴ）タイミングのための多基準の耐性ある最小タイミング推定方法である。本発明の特徴は、スパーク・プラグ・イオン化信号の波形に基づいてＭＢＴタイミング推定の信頼性及び耐性を増加させるように、多数のＭＢＴタイミング基準を判断し、これらを組み合わせる。好ましい実施形態において、本発明は、最大火炎加速位置、燃焼５０％位置、及び第２のピーク位置を含むＭＢＴタイミング推定基準を組み合わせる。【選択図】      図１１
2004156601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化信号を用いて最良トルク・タイミングのための最小タイミングを計算するステップをそなえていることを特徴とする、
最良トルク・タイミングのための最小タイミングを算出する方法。
【請求項２】
イオン化信号を用いて最良トルク・タイミングのための最小タイミングを計算する前記ステップが、イオン化信号をシリンダの圧力信号と相関させるステップを更に含むことを、
請求項１に記載の最良トルク・タイミングのための最小タイミングを推定する方法。
【請求項３】
イオン化信号を用いて最良トルク・タイミングのための最小タイミングを計算する前記ステップが、最大火炎加速点、最大放熱位置、及び第２のピーク位置のうちの１つ又はそれ以上を組み合わせるステップを更に含む、
請求項１に記載の最良トルク・タイミングのための最小タイミングを推定する方法。
【請求項４】
前記最大火炎加速点が上死点と相関し、前記最大放熱位置が質量割合５０％燃焼位置と相関し、前記第２のピーク位置がピーク圧力位置と相関する、
請求項３に記載の最良トルク・タイミングのための最小タイミングを推定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火システムに関する。より具体的には、本発明は、シリンダ内のイオン電流を用いてＭＢＴタイミングを推定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術は、内燃機関の燃焼室においてイオン電流を検知し使用するための様々な従来の方法を含む。しかしながら、様々な従来のシステムの各々は、多くの欠陥を有する。例えば、従来技術のイオン電流検知回路は、一般に遅すぎるものであり、信号対雑音比が低い電流信号を生成する。
【０００３】
（関連出願の相互関係）
本出願は、２００２年１１月１日に出願された米国特許仮出願番号６０／４２３，１６３号及び２００３年５月２日に出願された米国特許仮出願番号６０／４６７，６６０号に基づく優先権を主張するものであり、これらの出願の開示全体を本出願の開示の一部とみなし、引用によりここに組み入れる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エンジンが、所定の空気燃料混合気を有する最大制動トルクを生成するように点火／スパークを調節することが、内燃機関の点火システムの目的である。この点火／スパーク・タイミングは、最良トルク・タイミングのための最小タイミングと呼ばれる。これまで、従来技術に現れる最良トルク・タイミングのための最小タイミング制御戦略は、大部分は火炎ピーク後検知に基づくものである。通常、火炎ピーク後検知は、ピーク圧力位置と並ぶ。ＭＢＴタイミングは、ピーク圧力位置が、上死点後１５°あたりのときに生じることが認められた。イオン化信号の第２のピークが、上死点後１５°あたりでピークに達するまでスパーク・タイミングを進角又は遅延させることによって、最良トルク・タイミングを得る最小タイミングが見出されると考えられる。不幸なことに、イオン化信号の第２のピークが、全てのエンジン作動条件におけるイオン化信号の波形に常に現れるとは限らない。軽負荷においては、希薄混合比の混合気、又は高い排出ガス再循環率、第２のピークを識別するのは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上の点を考慮して、本発明の説明される特徴は、一般に、内燃機関の燃焼室におけるイオン電流を検知し、及び／又はこれを使用するための、一つ又はそれ以上の改善されたシステム、方法、及び／又は装置に関する。
【０００６】
一つの実施形態において、本発明は、イオン化信号を用いて最良トルク（ＭＢＴ）タイミングのための最小タイミングを推定し、ＭＢＴタイミングを計算する方法である。
【０００７】
別の好ましい実施形態において、ＭＢＴタイミングを推定する方法は、イオン化信号とシリンダの圧力信号を相関させるステップを更に含む。
【０００８】
更に別の好ましい実施形態において、ＭＢＴタイミングを推定する方法は、次の基準、すなわち最大火炎加速点、最大放熱位置、及び第２のピーク位置のうちの１つ又はそれ以上を組み合わせるステップを更に含む。
【０００９】
別の好ましい実施形態において、ＭＢＴタイミングを推定する方法は、どのケースにイオン化信号の波形が適合するかを判断し、ＭＢＴタイミングを計算するステップを更に含む。
【００１０】
更に別の好ましい実施形態において、本発明は、コントローラと、該コントローラに作動的に接続されたメモリと、該メモリに格納されたソフトウェアと、該コントローラに作動的に接続されたイオン化検知ユニットとからなるＭＢＴ推定器を備える。
【００１１】
別の好ましい実施形態において、ＭＢＴメモリは、どのケースにイオン化信号の波形が適合するかを判断する命令と、ＭＢＴタイミングを計算する命令とを含む。
【００１２】
本発明の適用可能性についての更に別の範囲は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び図面から明らかになるであろう。しかしながら、当業者には本発明の精神及び範囲内の様々な変更及び修正が明らかになるので、詳細な説明及び特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示すものであるが、例示のためだけに与えられることを理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、下記の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からより完全に理解することができる。
本発明は、イオン化検知回路からエンジンの燃焼室内のイオン化信号を検知する。ここで説明されるシステム及び関連したサブシステムは、検知されたイオン化信号を用いて、以下の実施形態に開示された他の特徴に加えて、点火パラメータを監視し、診断し、エンジンの性能を改善し、シリンダＩＤを検知し、空燃比を制御し、スパーク遅延タイミングを制御し、最良トルク・タイミングを得る最小タイミングを制御し、排出ガス再循環を制御する。明らかにするために、本発明による、スパーク・プラグ・イオン化信号を用いて、現在の作動条件における最良トルクのためのエンジンの最小スパーク・タイミングを求める方法及び装置に関する詳細の多くが、この詳細な説明のセクションＦにおいて説明されることを述べておく。
【００１４】
この詳細な説明は、一般にイオン電流を検知し、及び／又はこれを使用することに関する多くの発明的特徴を含む。この特徴を単独で用いることができ、又は説明された他の特徴と組み合わせて用いることができる。一つ又はそれ以上の特徴は、特許請求の範囲の主題であるが、添付の特許請求の範囲に含まれない他の特徴を、本出願の譲受人によって出願された、又は本出願の譲受人に代わって出願された一つ又はそれ以上の別個の出願における特許請求の範囲によって網羅することができる。
【００１５】
明確化のため、この詳細な説明の別個のセクションにおいて、特徴の各々を説明する。セクションＡは、１次充電タイミング（又は時間）、１次充電期間、点火すなわちスパーク・タイミング、及び将来の「スマートな」点火システム制御のための点火すなわちスパーク期間といった、点火パラメータを監視するイオン化検知回路からのイオン化信号の使用を開示する。
【００１６】
セクションＢは、この回路における内燃機関の燃焼室内のイオン電流と、点火電流と、点火コイルの２次巻線を通る同じ方向のイオン電流の流れとを測定するための回路を開示し、該回路は、スパーク・プラグのギャップの間にバイアス電圧を加えることによって、イオン化信号を検知する。説明された好ましい回路にもかかわらず、当業者であれば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、他のイオン化検知回路又は方法によって本発明の特徴の多くを実行できることを理解するであろう。
【００１７】
セクションＣは、個々のシリンダにおける検知されたイオン電流に基づいた、着火診断法・フィードバック制御システムを開示する。このシステムは、２つのサブシステム、すなわち着火診断法サブシステム及び点火フィードバック制御システムに分けられ、これらの両方が、燃料の経済性を改善し、エミッションのエンジン較正を減少させるように働く。
【００１８】
セクションＤは、エンジンが全開スロットルで作動する際に、燃焼混合気の空燃比を最適化するためにイオン化信号を用いることを開示する。このイオン化信号を用いて、全開スロットルにおいて最良トルクをもたらす空燃比を検知する。同時に、閉鎖ループ式コントローラを用いて、エンジンが全開スロットルで作動される際に空燃比を調節する。
【００１９】
セクションＥは、エンジンの不着火がなく、部分燃焼が最小になる状態で、できる限りエンジンのスパーク・タイミングを遅延させるように、エンジンの低温起動中にスパーク遅延タイミングを制御するための閉鎖ループ式スパーク・タイミング・コントローラを用いることを開示する。増加した排気温が触媒を急速に加熱し、その結果、炭化水素のエミッションを減少させる。
【００２０】
セクションＦは、点火プラグのイオン化信号を用いて、現在の作動条件における最良トルク・タイミングを得るエンジン最小スパーク・タイミングを求める方法を開示する。これは、最良トルク・タイミングを得るエンジン最小タイミングを求めるために、最大火炎加速位置、燃焼５０％位置、及び第２のピーク位置の組み合わせを利用する、最良トルク・タイミングのための多基準の最小タイミング推定方法である。
【００２１】
セクションＧは、エンジンの点火タイミングを制御するために、イオン化信号及びシリンダ内の圧力信号並びに着火診断法（ノッキング、部分焼、及び不着火）のいずれか（又は両方）から生じた最良トルク・タイミング基準のための推定最小タイミングを用いる閉鎖ループ式コントローラを含むサブシステムを開示する。最良トルク・タイミングのための閉ループ式最小タイミング制御構成の３つの異なる実施形態が、開示される。それらは、最良トルク・タイミングを得る最小タイミングが、シリンダごとに制御されるか、又は全体的に制御されるかによって区別化される。第１の実施形態は、各々のシリンダの最良トルク・スパーク・タイミングのためのエンジン最小タイミングを個別に制御する。つまり、所定のシリンダの最良トルクのための最小タイミング、ノッキング、及び不着火情報を用いて、最良トルク・タイミングのための、そのシリンダの最小タイミングを制御する。第２の実施形態は、平均化された手法を用いる。第３の実施形態は、混合した手法を用いる。
【００２２】
セクションＨは、個々のシリンダにおける空燃比をバランスさせるために、最良トルク基準のための最小タイミングに対する空燃比間の線形の関係を使用する。好ましい実施形態において、閉鎖ループ式コントローラを用いて、全てのシリンダが最良トルク・タイミング基準のための同じ最小タイミングを有するように、個々のシリンダの燃料を調整する（又はトリムする）。
【００２３】
セクションＩは、最良トルク・タイミングのための最小タイミングか、又はノッキング制限されたタイミングのいずれかをエンジンに与えて、排出ガスの再循環に関連した最大の燃料節約の利点を生み出すために、イオン化信号及び排出ガス再循環の閉鎖ループ式制御を用いる。
【００２４】
セクションＪは、スパーク・タイミングを制御するために、シリンダ内の燃焼から結果として生じる正味圧力増加の最大加速度を用いる。
【００２５】
セクションＡ：イオン化信号を用いる着火診断
【００２６】
この特徴は、１次充電タイミング（又は時間）、１次充電期間、点火すなわちスパーク・タイミング、及び将来の「スマートな」点火システム制御のための点火すなわちスパーク期間といった、点火パラメータを監視するイオン化検知回路からのイオン化信号を使用する。更に、イオン化信号は、スパーク・プラグの炭素付着物、絶縁体の過熱、過早着火、及び故障したイオン化回路又は点火コイルを検知するためにも用いられる。
【００２７】
エンジンの性能は、特に低負荷でＥＧＲ（排出ガス再循環）が高いでは、点火システムの性能に大きく依存する。点火システムを「スマートに」制御するために、様々なエンジン条件において点火システムがどのように動作するかを理解することは、非常に有益である。典型的には、点火システムの１次コイルが、局所的な混合気のＡ／Ｆ（空燃）比、圧力、温度、及びＥＧＲ濃度のようなエンジンの作動条件の関数として、所望のエネルギ量の近くまで充電される。実際に１次コイルに充電されたエネルギ及び２次コイルの放電されるエネルギは不明である。このことは、部品ごとのばらつき、エンジンの老化、エンジンの作動環境の帯電などに耐性のない点火システムをもたらす。点火システムの耐性を改善するために、放電されたエネルギに合致させるように充電されたエネルギを変化させ得る「スマートな」点火システムが望ましい。従って、２次的な放電情報は、非常に重要である。放電時の破壊電圧及びスパーク期間は、サイクルごとに異なり得るので、これらのパラメータの一部を監視することが望ましい。
【００２８】
本発明は、点火システム１１０の「スマートな」制御のための基礎を作るために、１次充電時間（又は１次充電タイミング１４６）及び１次充電期間、並びに２次的放電時間及び期間を監視する点火プラグのイオン化信号を用いる。更に、本発明は、炭素付着物又は絶縁体の加熱１９７、過早着火１９０、及び故障したイオン化回路又は／及び点火コイルのような、スパーク・プラグの不調を検知するために、イオン化信号を用いることも含む。
【００２９】
本発明の特徴は、一般に、イオン電流のフィードバックを用いる、着火診断法・フィードバック制御システムのサブシステムに向けられる。このサブシステムの診断法及び制御システムとの関係は、以下の点火パラメータ、すなわち点火持続時間１７０、充電期間１５０、警告信号１９７、１次充電時間１４６、点火タイミング１６０、及び事前充電１４０を含む上部の囲み「点火システム診断法」１４０、１５０、１４６、１６０、１７０及び１９７において、図１に示される。スパーク・タイミング１４８０に向けられた、４つのブロックのイオン電流フィードバックを用いる着火診断法・フィードバック制御システムは、ＣＬ式ノッキング（進角）限界制御１４５０、閉ループ式ＭＢＴスパーク制御１４３０、１４９０及び１４９５、ＣＬ式不着火及び部分燃焼（遅延）限界制御１４６０、及びＣＬ式低温起動遅延限界制御１０００である。燃料トリム・ベクトル９７５に向けられた２つのブロック、すなわち個々のシリンダのＡ／Ｆ比制御１３００及びＷＯＴ  Ａ／Ｆ比最適化１９００がある。所望のＥＧＲ率１６３０に向けられた一つのブロックである、ＥＧＲ率最適化１６００がある。図１に示される３つの他のブロックは、アナログ信号処理ブロックＡＳＰ、Ａ／Ｄ変換ブロックＡ／Ｄ、及びパラメータ推定ブロック１８００である。パラメータ推定ブロックは、ノッキング１４０４、ＭＢＴ１４３５、及び不着火１４１４信号を出力した状態で示される。アナログ信号処理ブロックＡＳＰへの入力は、イオン電流１００である。
【００３０】
クランク角に対する典型的なイオン化信号１００が、図２に示される。示される信号は、検知されたイオン化電流に比例した電圧であることに注意されたい。２次電圧１２０及び電流の波形１３０（図３）を比較すると、点火時期における急な変化の前のイオン信号の立ち上がりは、１次コイルの事前充電（又は充電の開始）１４０であることが明らかである。図２を参照。１次コイルの充電が終了した後、信号は下降し、クランク角に対してほぼ垂直に（すなわち、階段状に）上昇する。階段の立ち上がりにおいて、破壊が生じた。この点に基づいてスパーク・タイミングを検知することができる。つまり、イオン化信号が階段状に上昇する際に点火すなわちスパーク時期１６０が生じる。これが、点火すなわちスパーク時期１６０である。第１の上昇と階段状の上昇の間の時間差は、１次充電期間１５０である。スパークギャップ間の円弧が消えるとき、信号は急速に下降し、スパークによって２次電流１３０がゼロに達する（図３）。急な階段状の上昇と後続の下降の間の期間は、点火持続時間１７０である。従って、イオン化信号に基づいて、１次充電時間１４６、１次充電期間１５０、点火タイミング１６０、及び点火持続時間１７０を検知することができる。これらのパラメータを、各々のエンジン・サイクルについてのエンジンのシリンダごとに監視することができる。
【００３１】
点火プラグが汚れた場合、又はスパーク・プラグの絶縁体が過熱した場合、或いはプラグ自体が燃料の噴霧によって一時的に汚染された場合には、スパーク・プラグの絶縁体が導電体として働く。これらの条件において、イオン化信号のベースラインは、もはやバイアス電圧１０５と等しくはない。プラグがどれくらいひどく汚れたか、絶縁体がどのように過熱されたかによって、イオン化ベースラインをバイアス電圧１０５から上昇させる１８０（図４）。一方、点火エネルギの一部は、１次充電期間の間に汚れたプラグ又は絶縁体を通して漏れる。最終的に、残っているエネルギは、スパークギャップを急上昇させるには十分な程ではなく、不着火（ミスファイア：misfire）が生じる（１９６）（図６）。幾つかの場合には、ベースラインを高くすることができるので、該ベースラインはイオン化信号の限界に達し、信号はほとんど役に立たなくなる。一旦ベースラインが特定のしきい値（例えば、約２０％の上昇、又は最初のベースラインより１ボルト上）まで(又は該しきい値を超えて）上昇すると、プラグの汚れ又は過熱を示す警告信号が送り出される１９７（図６）。
【００３２】
シリンダにおいて過早着火が生じたときは、着火が生じる前に、イオン化信号１００がイオンを検知する（１９０）。過早着火による過早イオン化を示す図５を参照。一つの過早着火サイクルが、次のサイクル中にさらに早い過早着火をもたらし、エンジンを損傷させる。一旦過早着火が検知されると、エンジンを低温の作動条件に制御することが望ましい。
開イオン化回路又は短絡イオン化回路を検知するために、バイアス電圧（１０５）が、点火及び燃焼イベントから遥かに遠い点で（例えば、上死点後１８０度）サンプリングされる。サンプリングされたバイアス電圧が所定のしきい値（０．５ボルトのような）より下である場合には、開イオン化回路又は接地への短絡故障を検知することができ１９８（図６）、バイアス電圧がしきい値より大きい（例えば、４．５ボルト）場合には、バッテリに短絡されたイオン化回路を示すことができる１９９（図６）。次に、点火システムの状態を診断するために、開回路又は短絡回路の情報を用いることができる（図６及び図７を参照）。
【００３３】
セクションＢ：イオン電流を測定するための回路
【００３４】
図８は、内燃機関の燃焼室におけるイオン電流を測定するための回路１０の基本的な電気接続である。回路１０の部品と構成を最初に説明し、続いて回路の作動を説明する。
最初に、この特徴の部品及び構成について、回路１０は、内燃機関の燃焼室内に配置された点火コイル１２と、点火すなわちスパーク・プラグ１４とを含む。点火コイル１２は、１次巻線１６と２次巻線１８とを含む。点火プラグ１４は、２次巻線１８の第１端部と地電位との間に直列に電気接続される。２次巻線１８の第２端部への電気接続については、以下に更に説明される。１次巻線１６の第１端部は、バッテリ２０の正極に電気接続される。１次巻線１６の第２端部は、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）又は他の型のトランジスタ、或いはスイッチ２２の集電端子、及び第１の抵抗器の第１端部に電気接続される。ＩＧＢＴ２２のベース端子は、示されていない動力伝達系制御モジュール（ＰＣＭ）から、図８においてＶINと表記された制御信号を受け取る。制御信号ＶINは、ＩＧＢＴ２２の作動を断続的にゲート制御する。第２の抵抗器２５は、ＩＧＢＴ２２のエミッタ端子と接地との間に直列に電気接続される。第１の抵抗器２４の第２端部は、第１のダイオード２６の陽極に電気接続される。
【００３５】
回路１０は、コンデンサ２８を更に含む。コンデンサ２８の第１端部は、第１のダイオード２６の陰極及び電流ミラー回路３０に電気接続される。コンデンサ２８の第２端部は接地される。第１のツェナー・ダイオード３２は、コンデンサ２８の両端に、言い換えればこれと並列に電気接続され、該第１のツェナー・ダイオード３２の陰極がコンデンサ２８の第１端部に電気接続され、該第１のツェナー・ダイオード３２の陽極が接地に電気接続される。
【００３６】
電流ミラー回路３０は、第１のｐｎｐトランジスタ３４及び第２のｐｎｐトランジスタ３６を含む。ｐｎｐトランジスタ３４及び３６は、整合されたトランジスタである。ｐｎｐトランジスタ３４及び３６のエミッタ端子は、コンデンサ２８の第１端部に電気接続される。ｐｎｐトランジスタ３４及び３６のベース端子は、第１のノード３８にも互いに電気接続される。第１のｐｎｐトランジスタ３４の集電端子はまた、第１のノード３８にも電気接続され、これにより該第１のｐｎｐトランジスタ３４の該集電端子及びベース端子が短絡される。このように、第１のｐｎｐトランジスタ３４は、ダイオードとして機能する。第３の抵抗器４０は、第２のｐｎｐトランジスタ３６の集電端子と接地との間に直列に電気接続される。
【００３７】
第２のダイオード４２がまた、回路１０内に含まれる。第２のダイオード４２の陰極は、コンデンサ２８の第１端部、並びに第１のｐｎｐトランジスタ３４及び第２のｐｎｐトランジスタ３６のエミッタ端子に電気接続される。第２のダイオード４２の陽極は、第１のノード３８に電気接続される。
【００３８】
回路１０はまた、第４の抵抗器４４を含む。第４の抵抗器４４の第１端部は、第１のノード３８に電気接続される。第４の抵抗器４４の第２端部は、２次巻線１８の第２端部（点火プラグ１４の反対側）及び第２のツェナー・ダイオード４６の陰極に電気接続される。第２のツェナー・ダイオード４６の陽極は接地される。
【００３９】
ここで図８及び図９を参照すると、回路１０の作動が説明される。図９ａは、時間に対する、ＰＣＭからＩＧＢＴ２２までの制御信号ＶINのグラフである。図９ｂは、時間に対する、点火コイル１２の１次巻線１６を通る電流の流れＩPWのグラフである。図９ｃは、時間に対する、回路１０からの出力電圧信号のグラフである。上述のように、ＩＢＧＴ２２は、ＰＣＭから制御信号ＶINを受け取り、１）点火又は燃焼、及び２）コンデンサ２８の充電のタイミングを制御する。この回路構成において、ＩＧＢＴ２２は、オフ即ち非導電状態、及びオン即ち導電状態を有するスイッチとして作動される。
【００４０】
初めに、時間＝ｔ0において、コンデンサ２８は十分に充電されていない。ＰＣＭからの制御信号ＶINは弱く（図９ａを参照）、そのためＩＧＢＴ２２をオフ即ち非導電状態で作動させる。１次巻線１６は開回路と認識し、よって、該巻線１６を通して電流は流れない。
【００４１】
時間＝ｔ1において、ＰＣＭからの制御信号ＶINは、弱いものから強いものに切り換わり（図９ｂを参照）、そのためＩＧＢＴ２２をオン即ち導電状態で作動させる。バッテリ２０からの電流は、点火コイル１２の１次巻線１６、導電性のＩＧＢＴ２２、及び第２の抵抗器２５を通って接地まで流れ始める。１次巻線１６を通して電流を接続するために、多数のスイッチ又はスイッチ開閉装置のいずれかを用いることができる。好ましい実施形態においては、ＩＧＢＴ２２が用いられる。時間＝ｔ1から時間＝ｔ2までの間、１次巻線電流ＩPW（点線を用いて図８に示される）が、上昇し始める。時間＝ｔ1から時間＝ｔ2までの時間は、およそ１ミリ秒であり、これは用いられる点火コイルの種類によって変化する。
【００４２】
時間＝ｔ2において、ＰＣＭからの制御信号ＶINは、強いものから弱いものに切り換わり（図９ａを参照）、そのためＩＧＢＴ２２をオフ即ち非導電状態で作動させる。ＩＧＢＴ２２のスイッチが切られるので、点火コイル１２の１次巻線１６からのフライバック電圧は、必要とされるバイアス電圧までコンデンサ２８を急速に充電し始める。時間＝ｔ2から時間＝ｔ3までの間、点火プラグ１４に接続された２次巻線１８の第１端部の電圧は、点火が始まる電圧レベルまで上昇する。時間＝ｔ2から時間＝ｔ3までの時間は、およそ１０ミリ秒である。第１の抵抗器２４を用いて、コンデンサ２８への充電電流を制限する。第１の抵抗器２４の抵抗値は、フライバック電圧がツェナー・ダイオードより大きいときに、コンデンサ２８が十分に充電されるのを保証するように選択される。
【００４３】
時間＝ｔ3において、点火コイル１２の２次巻線１８からの着火電圧が点火プラグ１４に加えられ、点火が始まる。時間＝ｔ3から時間＝ｔ4までの間、空気／燃料混合気の燃焼が始まり、点火電流Ｉ点火（鎖線・点線を用いて図８に示される）が第２のツェナー・ダイオード４６、点火コイル１２の２次巻線１８、及び点火プラグ１４を通って接地点まで流れる。時間＝ｔ4において、点火は終了し、空気／燃料混合気の燃焼は継続する。
【００４４】
時間＝ｔ5において、燃焼プロセスは継続し、充電されたコンデンサ２８は、バイアス電圧を点火プラグ１４の電極の両端に加え、コンデンサ２８から流れる、該燃焼プロセスによって生じたイオンによるイオン電流Ｉイオンを生成する。電流ミラー回路３０は、イオン電流Ｉイオンと同じ隔離されたミラー電流Ｉミラーを生成する。コンデンサ２８から第２のノード４８に流れるバイアス電流Ｉバイアス（想像線又は長い破線・短い破線・短い破線を用いて図８に示される）は、イオン電流Ｉイオンと隔離されたミラー電流Ｉミラーの合計に等しい（すなわち、Ｉバイアス＝Ｉイオン＋Ｉミラー）。
【００４５】
イオン電流Ｉイオン（破線により図８に示される）は、第２のノード４８から、第１のｐｎｐトランジスタ３４、第１のノード３８、第４の抵抗器４４、点火コイル１２の２次巻線１８、及び点火プラグ１４を通って、接地まで流れる。このように、充電されたコンデンサ２８を電源として用い、スパーク・プラグ１４の両端に約８０ボルトのバイアス電圧を加え、イオン電流Ｉイオンを生成する。バイアス電圧は、２次巻線１８及び第４の抵抗器４４を通してスパーク・プラグ１４に加えられる。２次巻線の誘導、第４の抵抗器４４、及び点火コイルの有効静電容量が、イオン電流の帯域幅を制限する。従って、第４の抵抗器４４の抵抗値は、イオン化信号の帯域幅を最大にし、周波数応答を最適化し、イオン電流を制限するようにも選択される。本発明の一つの実施形態において、第４の抵抗器４４は、３３０ｋオームの抵抗値を有し、２０キロヘルツまでのイオン電流の帯域幅をもたらす。
【００４６】
電流ミラー回路３０を用いて、検知されたイオン電流Ｉイオン及び出力回路を隔離する。隔離されたミラー回路Ｉミラー（破線・点線・点線で図８に示される）は、イオン電流Ｉイオンに等しく、言い換えれば該イオン電流Ｉイオンのミラーである。隔離されたミラー電流Ｉミラーは、第２のノード４８から、第２のｐｎｐトランジスタ３６及び第３の抵抗器４０を通って、接地に流れる。同じくイオン電流Ｉイオンに比例する隔離されたミラー回路Ｉミラーを生成するために、第１及び第２のｐｎｐトランジスタ３４及び３６を整合させなければならない、すなわち、これらが同じ電子特性を持たなければならない。このように同じ特性を達成するための一つの方法は、同じシリコン片上にある２つのトランジスタを用いることである。隔離されたミラー電流Ｉミラーは、典型的には３００マイクロアンペアより小さい。第３の抵抗器４０は、隔離されたミラー回路Ｉミラーを、図８にＶoutと表記された対応する出力電圧信号に変換する。第３の抵抗器４０の抵抗値は、出力電圧信号Ｖoutの大きさに適合するように選択される。ノード３８における電圧がしきい値を超える場合、第２のダイオード４２は、付勢し、接地点までの経路を提供することによって、ミラー・トランジスタ３４及び３６を保護する。ミラー・トランジスタを保護するために、第３のトランジスタを用いることもできる。
【００４７】
図９ｃは、通常の燃焼イベントから結果として生じる出力電圧信号Ｖoutを示す。時間＝ｔ5及びそれ以降からの出力電圧信号Ｖoutの一部分を、燃焼性能に関する診断情報として用いることができる。エンジン全体についての燃焼性能を判断するために、一つ又はそれ以上の回路１０によって、該エンジンの一つ又はそれ以上の燃焼室におけるイオン電流をそれぞれ測定することができる。
【００４８】
本回路１０において、点火電流Ｉ点火及びイオン電流Ｉイオンは、点火コイル１２の２次巻線１８を通って同じ方向に流れる。その結果、イオン電流の開始、言い換えればイオン電流の流れは、同じくイオン電流の検知が、迅速なものとなる。本回路１０において、充電されたコンデンサ２８は、電源として作動する。このように、回路１０は受動的であり、言い換えれば、専用の電源を必要としない。充電されたコンデンサ２８は、イオン化検知及び電流ミラー回路３０の両方からの比較的高いバイアス電流を提供する。その結果、ミラーリングされ、隔離された電流信号Ｉミラーの大きさが大きくなり、よって、信号対雑音比は高いものとなる。
【００４９】
セクションＣ：イオン化信号を用いる着火診断・燃焼フィードバック制御システム
【００５０】
スパーク点火（ＳＩ）エンジンの燃焼プロセスは、シリンダ内の空燃（Ａ／Ｆ）比、温度及び圧力、排出ガス再循環（ＥＧＲ）率、点火時期及び点火持続時間、その他の要因によって支配される。エンジンのエミッション及び燃料経済性は、エンジンの燃焼プロセスによって決まる。均一燃焼型エンジンについては、ほとんどの場合、エンジンの空燃（Ａ／Ｆ）比は、加熱された排出ガス酸素（ＨＥＧＯ）、又は汎用排出ガス酸素（ＵＥＧＯ）センサのいずれかからのフィードバック信号を用いる閉ループによって制御される。排出ガス再循環（ＥＧＲ）率は、デルタ（Δ）圧力測定を用いて制御される。シリンダ内に圧力センサを設けると費用が高くなるために、エンジンのスパーク・タイミングは、開ループ制御され、ノッキング検知結果を用いて修正される。開ループ制御の結果として、エンジンの燃焼プロセスは、作動条件、エンジンごとのばらつき、エンジンの老化、その他の関連した要因に影響されやすい。この敏感さは、エンジンのマッピングによる較正プロセス、及び様々なスパーク・タイミング参照テーブル、トリム、及び加算器による較正プロセスを複雑なものにし、ここで、スパーク・タイミング・テーブルを用いて、エンジン速度及び負荷の関数として点火／スパーク・タイミングを変化させ、特別なエンジン作動条件が生じた際（例えば、過渡的な作動）には、トリム及び加算器を用いて、エンジンの点火／スパーク・タイミングを補償する。本発明は、エンジンの作動条件、エンジンごとのばらつき、エンジンの老化、その他の関連する要因について、点火システムの耐性を改善するために、フィードバック信号としてイオン電流を用いる着火診断法・フィードバック制御システムを提案し、エンジン較正の必要性を減少させるものである
【００５１】
従来のスパーク点火式のエンジン・システムは、幾つかの不利な点及び欠点を有する。例えば、点火制御プロセスが開ループ式であり、実際の点火時期及び点火持続時間が不明である。更に、エンジンの作動条件のばらつきを補償するために、トリム及び加算器と共にエンジン速度、負荷などの関数として参照テーブルを用いて、開ループによりコマンド点火時期が制御される。更に、加速度計ベースのエンジンのノッキング検知を用いることにより課される制限により、スパーク点火エンジンが必要とされるときにノッキング限界で作動することが防止され、燃料の経済性が減少される。
【００５２】
対照的に、本発明の特徴は、点火システム診断法、すなわち充電タイミング１４６、充電期間１４５、点火タイミング１６０、点火持続時間１７０、プラグの汚れ１９７、過早着火１９０など、不着火検知、すなわち不着火フラグ４１４、部分燃焼フラグ４１２、その他の関連した要因、ノッキング検知、すなわちノッキング・フラグ４０４、ノッキング強度４０２、及びＭＢＴタイミング検知、すなわち多基準の耐性あるＭＢＴタイミング推定器２００のような個々のシリンダの診断法特徴を含む。
更に、本発明の特徴はまた、イオン化フィードバック１０００を用いる閉ループ式低温起動遅延スパーク制御、イオン化フィードバック１４３０、１４９０、１４９５を用いる閉ループ式ＭＢＴタイミング制御、閉ループ式個々のシリンダＡ／Ｆ比平衡化１３００、最適な全開スロットル空燃比制御１９００、及びスパーク・プラグ・イオン化信号を用いる排出ガス制御１６００のような制御特徴も含む。
【００５３】
本発明は、個々のシリンダ８０１において検知されたイオン電流に基づく着火診断法・フィードバック制御システム８００を含む。このシステム８００は、図１０ａ及び図１０ｂに示されるような２つのサブシステムに分けられる。着火診断法サブシステム８０２及び点火フィードバック制御サブシステム８０３の両方が、燃料の経済性を改善し、エミッションのエンジン較正を減少させるように機能する。
【００５４】
典型的なイオン化信号が図１１にプロットされており、この図は、検知されたイオン電流信号１００を２つのセクション、すなわち充電点火信号１４１及び充電後点火信号１４３に分け得ることを示す。
【００５５】
着火診断法サブシステム８０２の構成が図１２に示され、この構成は４つの主な特徴を含む。第１に、点火システム診断法は、イオン電流信号１００の充電点火部分１４１を用いて、点火１次コイル充電タイミング１４６、充電期間１４５、２次コイル放電タイミング（言い換えれば、点火／スパーク・タイミング１６０）、点火持続時間１７０、故障点火システム（故障したコイル、故障したスパーク・プラグなど）を提供する。
【００５６】
第２に、不着火検知特徴は、点火後イオン電流信号１４３及び点火システム診断法の結果を用いて、不着火及び部分燃状態のような個々のシリンダの不着火情報１４１０を提供する。結果として生じる不着火検知は、特に現在の検知システムが正確な不着火を検知できないエンジンの減速条件において、既存のエンジン速度ベースの不着火検知システムよりずっと正確である。既存の速度ベースの不着火検知システムはまた、８以上のシリンダを有するエンジンについて不着火を検知する際に困難を有する。
【００５７】
第３に、ノッキング検知特徴により、イオン化信号１００の帯域通過フィルタがかけられた点火後部分に基づいて、ノッキング強度１４０２及びノッキング・フラグ１４０４が与えられる。ノッキング検知のためにイオン化信号１００を用いる１つの利点は、イオン化信号が、個々のシリンダのノッキング検知を可能にし、エンジン弁の雑音のために徹底的な較正を必要とする現在の加速度計ベースのノッキング技術と比べると、より明瞭なノッキング信号を生成するという点である。
【００５８】
第４に、多基準の耐性ＭＢＴ（最大のトルクのための最小タイミング）タイミング推定装置及び方法２００が、個々のシリンダについての点火後イオン電流信号１４３に基づいた複合インデックスを提供する。このインデックスは、質量割合１０％燃焼、質量割合５０％燃焼、及び改善された推定耐性のためのピーク・シリンダ圧力（ＰＣＰ）位置について、イオン電流信号１００により与えられた情報を用いて計算される多数のＭＢＴタイミング・インデックスを組み合わせる。エンジンがノッキング制限を受けていない場合には、エンジンの点火／スパーク・タイミングの閉ループ式制御のためにインデックスを用い、燃料の経済性を改善し、エミッションを減少させ、較正を減少させることができる。
【００５９】
イオン化フィードバック制御サブシステム８０３のシステム構成が、図１３に示され、このシステム構成は、４つのコントローラ、すなわち（１）イオン化フィードバック１０００を用いる閉ループ式低温起動遅延スパーク制御、（２）イオン化フィードバック１４３０、１４９０、１４９５を用いる閉ループ式ＭＢＴタイミング制御、（３）閉ループ式個々のシリンダ空燃比平衡化制御システム１３００、（４）最適な全開スロットル空燃比制御１９００、及び（５）スパーク・プラグ・イオン化信号１６００を用いる排出ガス制御１６００を含む。
【００６０】
イオン化フィードバック１０００を用いる閉ループ式低温起動遅延スパーク制御については、触媒温度が迅速に作動点に達しないので、ＦＴＰサイクル中のＨＣエミッションの７０％が低温起動中に生成される。低温起動中に触媒を迅速に加熱するために、従来技術において様々な手法が開発された。一つの技術は、触媒を迅速に加熱できるように排気温度を上げるように、スパーク・タイミングを著しく遅延させることを含む。しかしながら、スパーク・タイミングを遅延させることは、部分燃焼及び不着火制限を受けているので、低温起動のための開ループ式遅延スパーク・タイミングの較正は、エンジンごとのばらつき、エンジンの老化、作動条件の変化などのために非常に控え目に行われる。本発明の遅延スパーク・タイミングの閉ループ式制御のもとで、エンジンの遅延タイミング限界を、低温起動中に調整し、控え目の程度を減らし、触媒をより迅速に着火させ、これにより低温起動中のＨＣエミッションを減少させる。
【００６１】
イオン化フィードバック１４３０、１４９０、１４９５を用いる閉ループ式ＭＢＴタイミング制御については、内燃機関のスパーク・タイミングがノッキング制限を受けていず、不着火／部分燃焼制限も受けていない場合には、エミッションが満足のいくものであるとき、エンジンは、最大の燃料経済性のためのＭＢＴスパーク・タイミングで作動する。従来技術において開示された既存のＭＢＴタイミング制御は、エンジンのマッピング・データに基づいて、開ループにより制御される。この手法は、エンジンごとのばらつき、エンジンの作動条件、部品の老化、他の関連した他の要因を補償するものではない。従って、改善されたエンジン性能のために、加算器又はトリムと呼ばれる、これらの種々の条件を補償するために用いられる多くの点火／スパーク・タイミング修正を加えなければならない。エンジン１６１がノッキング制限も不着火制限も受けず、改善された燃料経済性がもたらされる場合には、本発明の閉ループ式ＭＢＴスパーク・タイミング制御戦略は、エンジンのスパーク・タイミングを調整する。エンジン１６１がノッキング制限を受けている場合には、該エンジン１６１がノッキング限界で作動し、これにより改善された燃料経済性及び高いトルク出力がもたらされるように、本発明の閉ループ式制御が、エンジンの点火／スパーク・タイミングを調整する。
【００６２】
第３のコントローラは、閉ループ式個々のシリンダ空燃比平衡化制御システム１３００である。従来技術において、個々のシリンダの各々についての吸気マニホルドの空気流の通路は、大きく異なっている。従って、定常状態の作動条件においてさえも、個々のシリンダの各々についての充電空気量及び流れのパターンが異なる。このように、全てのシリンダの平均空燃（Ａ／Ｆ）比が理論混合比のままであったとしても、個々のシリンダの各々の空燃比は、理論混合比とは異なり得る。本発明において、個々のシリンダの各々に対して噴射される燃料は、各々のシリンダが同じ空燃（Ａ／Ｆ）比を有することを保証するように調整される。提案された本発明による個々のシリンダにおける空燃比バランス化方法及び装置は、閉ループ式ＭＢＴタイミング制御の間に得られたＭＢＴタイミング推定を使用し、個々のシリンダの各々について燃料乗算器を用いて各々のシリンダについて計量された燃料を調整／トリムする。更に、ＨＥＧＯ又はＵＥＧＯセンサを用いる閉ループ式コントローラは、平均空燃比を理論混合比に保持する。濃混合比シリンダのＭＢＴスパーク・タイミングが、理論混合比の空燃（Ａ／Ｆ）比におけるものに比べて相対的に遅延されており、希薄混合比シリンダのＭＢＴスパーク・タイミングは、理論混合比のものに比べて相対的に進角されるという事実を用いることにより、検知されたＭＢＴタイミング・インデックス又は結果物としてのＭＢＴタイミング制御に基づいて、個々のシリンダの燃料乗算器を修正し、個々のシリンダ間の相対的な空燃（Ａ／Ｆ）比をバランスさせることができる。
【００６３】
上述のように、第４のコントローラは、最適な全開スロットル空燃比制御１９００である。通常、全開スロットル（ＷＯＴ）における空燃（Ａ／Ｆ）比は、エンジンのトルク出力を最大にするように調整される。この点において、エンジン１６１は、最小進角のＭＢＴタイミングで作動される。従来技術においては、ＷＯＴにおける空燃（Ａ／Ｆ）比は、エンジンのマッピング・データに基づいた開ループ式較正手法を用いて最適化される。本発明の装置及び方法は、エンジン１６１がＷＯＴで作動する際にＭＢＴスパーク進角を最小にするように空燃（Ａ／Ｆ）比を調整する。
【００６４】
最後に、スパーク・プラグ・イオン化信号１６００を用いる排出ガス制御により、イオン化信号１００を用いて燃焼安定性インデックスを計算する。燃焼安定性インデックスは、燃焼率、又は燃焼期間に関連したパラメータとすることができる。次に、燃焼安定性インデックスを用いて、排出ガス再循環（ＥＧＲ）率を制御し、該排出ガス再循環ＥＧＲの希釈を増加させる。燃焼安定性インデックスが、しきい値より下の場合には、ＥＧＲ率が増加する。このことは、エンジンが、安定した燃焼を維持しながら、増加したＥＧＲ率で作動することを可能にする。その結果、燃料の経済性は改善され、一方、エミッションは減少される。
【００６５】
セクションＤ：最適な全開スロットル空燃比制御
【００６６】
本発明のこの特徴は、イオン化信号を用いて、エンジンが全開スロットル（ＷＯＴ）で作動する際に燃焼混合気の空燃比（ＡＦＲ）を最適化する。このことは、最も高いＢＭＥＰ（正味平均有効圧力）をもたらし、言い換えれば、最良の燃料経済性でエンジンのトルク出力を最大にする。更に、スパーク・タイミングもまた最適化される。
【００６７】
一般に、エンジンは、触媒コンバータの性能を最適化するために、理論混合比の空燃比ＡＦＲ（これはガソリンの場合、約１４．７対１である）で作動される。理論混合比より下（１４．７対１より小さい）でエンジンを作動させることは、濃混合比の空燃比ＡＦＲでエンジンを作動させることである。この例においては、燃料は完全には燃焼せず、触媒コンバータは、結果物としてのエミッションのために詰まることがある。一方、理論混合比より上（１４．７対１より大きい）で作動させることは、希薄混合比の空燃比でエンジンを作動させることになる。この例においては、エミッション内に過剰な酸素がある。このことは、触媒コンバータを高温で作動させ、これにより窒素酸化物（「ＮＯX」）の変換が制限される。より重要なこととして、この状態で長期間作動させることは、触媒コンバータを損傷することになる。
【００６８】
通常、空燃比ＡＦＲを制御する際に酸素センサが用いられる。酸素センサは、空気／燃料混合気における酸素の存在を測定する。しかしながら、全開スロットルＷＯＴでエンジンを作動する際には、空気／燃料混合気は、理論混合比の範囲外にあり、通常は該理論混合比より下である。全開スロットルＷＯＴ状態で作動するエンジンについての空燃比ＡＦＲ及びスパーク・タイミングは、最良トルク出力を生成するために、広範な較正を用いる。全開スロットルＷＯＴにおける非理論混合比の作動のために、酸素センサ（濃混合比又は希薄混合比信号のいずれかを生成する）を、空燃比ＡＦＲの表示器として用いることはできない。従って、全開スロットル作動条件のもとでは、空燃比ＡＦＲは、閉ループにおいて制御されない。
【００６９】
本発明９００は、イオン化信号を用いて、全開スロットルＷＯＴにおいて最高のトルク又はＢＭＥＰを生み出す空燃比ＡＦＲを検知する。同時に、閉ループ式コントローラを用いて、エンジンが全開スロットルＷＯＴで作動される際に空燃比ＡＦＲを調節する。更に、エンジンのスパーク・タイミングが、対応する条件に対する最良トルク（ＭＢＴ）タイミングを得る最小タイミングで最適化される。
【００７０】
最適なＷＯＴ  Ａ／Ｆ比の検知は、全開スロットルＷＯＴ状態でＡ／Ｆ比を最適化することを含む。エンジンが全開スロットルＷＯＴ状態で作動する際に、エンジンが最も高いＢＭＥＰ（トルク）を出力し、トルクの要求を満たすことが望ましい。空燃比ＡＦＲが理論混合比の空燃比から外れることが許される場合には、各々のエンジン作動条件における最も高いＢＭＥＰは、スパーク・タイミングの関数であるだけでなく、空燃比ＡＦＲの関数でもある。作動条件について適切なスパーク・タイミングが見出された場合には、最も効率的な燃焼を通して最も高いＢＭＥＰが確立される。可燃混合気が最も速い層状火炎速度に達するとき、最良の燃焼効率を達成することができる。ほとんどの燃料の場合、通常、最も速い層状火炎速度は、等価比Φが１．１に等しい（ここで、Φの逆数として定められたλは、０．９に等しい）。空気過剰率λは、空燃比ＡＦＲが理論混合比の混合気より上又は下である量を示す要因である。従って、λ＝１．０において、空気／燃料混合気は、理論混合比となる。λ＝１．３において、空気／燃料混合気は、理論混合比の１３０％すなわち理論混合比より３０％上になる。
理論混合比の混合気から大きく離れた空燃比ＡＦＲを感知しようとする場合には、酸素センサ（濃混合比又は希薄混合比のスイッチ信号のいずれかを提供する）があまり役に立たないので、エンジンが全開スロットルＷＯＴ状態で作動するとき、既存の技術は、開ループ式制御戦略及び広範な較正作業を用いる。閉ループにおいて全開スロットルＷＯＴ状態で空燃比ＡＦＲを制御するために、効率的な燃焼条件を検知できるセンサが必要とされる。
【００７１】
図１１は、燃焼室内でスパーク・プラグ１０４から検知された典型的なイオン化信号１００である。これは、充電点火１４１及び充電後点火１４３の両方におけるイオン化信号１００のプロットである。スパークの絶縁破壊後、スパークギャップに火炎核が形成される。イオン化信号１００の第１のピーク１６２は、最初の火炎形成の結果として生成される。火炎形成により生じた化学反応が、エンジンのシリンダ内に存在するイオンの数を増加させる。火炎核がうまく確立された後、火炎の前部が、ギャップから遠ざかる方向に徐々に伝播し、イオン化信号１００が徐々に減少する。一方、火炎前部は、未燃ガス及び燃焼したガスの両方を該火炎前部の前及び後に押し付け、ギャップの近くの局所温度をシリンダの圧力と共に増大させる。スパークギャップの周りの混合気は、シリンダ内で燃焼した混合気の第１の部分であり、該シリンダに内で圧縮され燃焼した混合気の第１の部分であるので、該ギャップにおいては、空気／燃料混合気の局所温度は、常に最高となる。火炎が伝播していくので、イオン化信号１００は、高温のために再び増加し始める。シリンダ圧力がピークに達したとき、ギャップの温度もまた最高温の点に達する。従って、イオン化信号１００の第２のピーク１６６は、高温による２次イオン化の結果として生じるものである。
【００７２】
米国特許第６，０２９，６２７号明細書は、第１のピーク１６２は、空気過剰率λが０．９から０．９５までの間にあるときに最高値に達することを開示する。更に、第２のピーク１６６は、λが約１．１であるときに最高値に達する。図１４に示されるように、軽負荷状態において、第１のピーク１６２は、λが約０．９のあたりでピークに達する可能性が高い。しかしながら、エンジンの負荷が高くなると、λが０．９を超えて増加する際に第１のピーク１６２が増加する。第１のピーク１６２の増加は、増加した負荷状態による高温によりもたらされる炭素種の解離の増加によるものである。更に、第２のピーク１６６は、米国特許第６，０２９，６２７号明細書に説明されるように、通常、λ＝１．１のあたりではピークに達せず、代わりにλ＝０．９のあたりで生じる。
【００７３】
λ＝０．９のあたりでは、火炎速度及び火炎温度の両方が最高となる。最速の火炎速度は、最も効率的な燃焼プロセスを示す。第２のピーク１６６の外観及び配置は、異なる負荷、スパーク、及び空燃比によって決まり、幾つかの作動条件においては全く生じない。しかしながら、全開スロットルＷＯＴ状態においては、混合気が理論混合比のＡＦＲより濃い混合比のとき、第２のピーク１６６が常に現れる。
【００７４】
空燃比ＡＦＲに対する谷値１６４又は第２のピーク値１６６のいずれかを最大化することを、最も活発な燃焼状態を見出すための基準として用いることができる。通常、この状態は、λが０．９から０．９２５までの間にあるときに生じる。図１５及び図１７から、最良トルクのための最小タイミングＭＢＴタイミングが各々の空燃比ＡＦＲ状態に対して用いられる際に、この基準が当てはまることが明らかである。図１７において、λが０．９から０．９２５までの間であり、谷１６４が約１．３ボルトである際に、第２のピーク１６６は約２．６ボルトである。第２のピーク１６６及び谷１６４の両方が最大値にある。図１４及び図１６にそれぞれ示されるように、固定されたスパーク・タイミングが、１５００ｒｐｍの全開スロットルＷＯＴ状態及び２０００ｒｐｍの全開スロットルＷＯＴ状態に対して用いられる際にも、この基準が当てはまる。
【００７５】
最適空燃比ＡＦＲの検知能力の耐性を改善するために、谷１６４及び第２のピーク１６６の値を組み合わせて、全開スロットルＷＯＴ作動中の最適空燃比ＡＦＲを推定する。
ＣAFR＝（Ｖ谷＋Ｖ第2のピーク）／２（式１）
Ｖ谷＋Ｖ第2のピークは、図１７にプロットされる。これは、λ＝０．９のあたりで最大に達する。
【００７６】
リアルタイムの最適Ａ／Ｆ比がアルゴリズムを制御する。特定の空燃比ＡＦＲについての空燃比ＡＦＲインデックスＣAFRは、エンジンが作動される空燃比ＡＦＲが最適かどうかについての情報をもたらさないことに注意。ＣAFRと空燃比ＡＦＲの全体的な関係を用いて、全開スロットルＷＯＴ作動における好ましい空燃比ＡＦＲを判断する。しかしながら、この関係は、エンジンごとのばらつき、エンジンの老化、及びエンジンの作動条件（高度、湿度など）のような多くの要因の関数である。従って、オフライン最適化を用いて全開スロットルＷＯＴについての空燃比ＡＦＲを最適化するのは困難である。
【００７７】
本発明のこの特徴は、ＣAFRとＷＯＴにおける空燃比ＡＦＲの間の関係を用いて、全開スロットルＷＯＴの空燃比ＡＦＲをオンラインで最適化する。閉ループ式理論混合比の空燃比ＡＦＲ制御システムと同様に、空燃比ＡＦＲの摂動（すなわちオフセット）が、所望の平均空燃比ＡＦＲに付加される。ΔAFRとＴPが、それぞれ空燃比ＡＦＲ摂動すなわち空燃比ＡＦＲオフセットの大きさ及び期間である図１８を参照。摂動の大きさの典型的な値ΔAFRは０．０５であり、典型的な摂動期間は、負荷サイクル５０％の場合に１／４秒から１／２秒までの間である。最適なＷＯＴの空燃比ＡＦＲの制御勾配パラメータを、
ＰAFR＝（ＣAFR（Ｈ）−ＣAFR（Ｌ））／ΔAFR（式２）
と定めることができる。
ここで、空燃比ＡＦＲインデックスＣAFR（Ｈ）は、空燃比ＡＦＲがΔAFRを加えることにより摂動された際に得られる最大空燃比Ａ／Ｆ比インデックスに対応し、ＣAFR（Ｌ）は、空燃比ＡＦＲがΔAFRを引くことにより摂動された際に得られる最小空燃比ＡＦＲインデックスに対応する。エンジンが全開スロットルを用いて３０００ｒｐｍで作動するときに、公称λが０．９２５であり、ΔAFRが０．０５に等しい典型的な場合については、ＣAFR（Ｈ）が１．８５であり、ＣAFR（Ｌ）が１．９５となる。空燃比ＡＦＲインデックスＣAFRは、空燃比ＡＦＲの凸関数であるので（図１６及び図１７の両方を参照）、ＰAFRについて３つ比の勾配が考えられる（図１９を参照）。すなわち、
ＰAFR＞０：ＷＯＴにおける最適なＡＦＲに対するエンジン全体の空燃比ＡＦＲが濃混合比である。
ＰAFR＝０：エンジン全体の空燃比ＡＦＲが、最良トルクのために最適化される。
ＰAFR＜０：ＷＯＴにおける最適なＡＦＲに対するエンジン全体の空燃比ＡＦＲが希薄混合比である。
【００７８】
好ましい実施形態において、リアルタイム制御戦略は、空燃比ＡＦＲの勾配パラメータに基づいて、エンジンの空燃比ＡＦＲを調整する。全開スロットルＷＯＴ作動中、エンジンの所望の平均過剰空気修正要因Δλは、
Δλ所望（ｋ＋１）＝Δλ所望（ｋ）＋α*ＰAFR（式３）
を用いて更新される。
ここで、α＞０は、リアルタイムの最適化アルゴリズムについての較正可能な定数である。この場合、ＰAFRが０より大きい（空燃比ＡＦＲが濃混合比である）場合には、所望の燃料油量を減少させてエンジンの平均Ａ／Ｆ比を増加させ、これにより空気の割合を増加させることによって、正の修正（αＰAFR＞０）が所望の平均過剰空気修正要因（Δλ所望）に加えられる。ＰAFRが０より小さい（空燃比ＡＦＲが希薄混合比である）場合には、負の修正（αＰAFR＜０）を加え、所望の平均過剰空気修正要因Δλを減少させ、これにより所望の燃料油量が増加され、空気の割合が減少される。ＰAFRが０に等しい場合には、調整を必要としない。
【００７９】
図２０は、上述のＷＯＴ空燃比ＡＦＲ制御方法の図である。各々のステップは符号化され、詳細が以下に説明される。ステップ９１０において、谷及び第２のピーク値が見出される。より具体的には、谷１６４及び第２のピーク１６６の定義が、図１４及び図１６に見出される「最適なＷＯＴのＡ／Ｆ比の検知」に説明されたようなイオン化信号を用いて、谷の値１６４及び第２のピーク値１６６が計算される。このステップは、点火イベントごとに更新される。
【００８０】
ステップ９２０において、式１を用いて、ＣAFR（Ｈ）及びＣAFR（Ｌ）が計算される。図１８に説明されるように、正又は負の摂動が、所望の平均過剰空気修正要因Δλに加えられる。正の摂動が加えられた場合には、ＣAFR（Ｈ）が計算され、負の摂動が加えられた場合には、ＣAFR（Ｌ）が計算される。摂動期間のＣAFR（Ｈ）及びＣAFR（Ｌ）の平均値が、このステップの出力として用いられる。従って、このステップは、点火イベントごとに作動するが、摂動期間（ＴP）ごとに出力する。ポート噴射エンジンの場合は、燃料運搬の遅れのために、過渡期が終了するまで計算を遅らせる。
【００８１】
ステップ９３０において、空燃比ＡＦＲ制御勾配ＰAFRが計算される。このステップは、空燃比ＡＦＲの摂動サイクルごとに作動する。ＷＯＴの空燃比ＡＦＲが所定のエンジン速度で最適化されることを確かめるために、このステップは、エンジン速度の変化が較正可能な値の範囲内であるときにＰAFRを計算する。
【００８２】
ステップ９４０において、式２を用いて、更新された所望の空燃比修正要素Δλ所望（ｋ＋１）が計算される。このステップは、空燃比ＡＦＲの摂動期間ごとに作動する。エンジン速度の変化が大きいためにＰAFRが計算されない場合には、Δλ所望（ｋ＋１）は、ゼロに設定される。
【００８３】
ステップ９５０において、フィードフォワード空燃比λFFDが計算される。フィードフォワード空燃比ＡＦＲは、エンジン速度１３５及び他の要因の関数である参照テーブルに基づいている。このテーブルは、エンジン・システムに対して、開ループ式の所望の空燃比ＡＦＲを提供する。通常、このテーブルはエンジンの較正プロセスを通して得られる。フィードフォワード・テーブルを得るための従来の較正プロセスは、各々の所定のエンジン速度における空燃比の関数として、ＷＯＴエンジン出力トルクをマッピングするためのものである。次に、様々なエンジン速度における最大ＷＯＴトルク出力に関連したＡＦＲを選択することによって、フィードフォワード・テーブルを得ることができる。例えば、ステップ９６０のような、適応学習能力を有する制御システムの場合には、計算されたΔλ所望（ｋ＋１）を用いてフィードフォワード・テーブルを更新し、エンジンごとのばらつき、エンジンの老化などを補償する。
【００８４】
ステップ９６０において、フィードフォワード制御ＦＦＤが更新される。このステップは、ＷＯＴ空燃比ＡＦＲのフィードフォワード制御部分を更新する。このステップは、現在のフィードフォワード出力と最終的な所望の空燃比Δλ所望（ｋ＋１）との間の差を計算し、この差を用いて、フィードフォワード・テーブルを段階的に更新する。エンジンの速度信号１３５は、エンジン１６１内に配置されたエンジン速度センサ１３６から受け取る。エンジン速度は、フィードフォワード参照テーブルの入力として用いられる。このステップは、摂動期間ごとに作動する。
【００８５】
ステップ９７０において、命令された燃料信号が計算される。このステップは、所望の空燃比λ所望（ｋ＋１）に基づいて、命令された燃料信号を計算し、ここでは、λ所望（ｋ＋１）は、Δλ所望（ｋ＋１）＋λFFDに等しく、現在のエンジン空気流量ｍ空気１３７は、エンジン１６１内に配置された空気流量センサ１３８から受け取る。所望の燃料流量ｍ燃料（ｋ＋１）は、所望の空燃比λ所望（ｋ＋１）で割った現在のエンジン空気流量ｍ空気に等しい。このステップは、エンジンの燃焼イベントごとに命令されるエンジン燃料を更新するか、又は燃料供給ステップが作動するのと同じ速度で実行される。
【００８６】
最適な空燃比ＡＦＲ勾配ＰAFRをゼロに保持するのが、この制御方法の目的である。ＷＯＴ空燃比ＡＦＲの関数としてのＣAFRの凸特性を用いて、この勾配アプローチ方法は、適切に較正されたαに収斂する。
【００８７】
好ましい実施形態において、図２０及び図２１におけるステップ（又は命令）は、メモリ１１１（図２２を参照）に配置されたソフトウェアすなわちファームウェア１０７に格納される９００。このステップは、コントローラ１２１によって実行される。メモリ１１１をコントローラ上に配置することができ、又はコントローラ１２１から離れて配置することもできる。メモリ１１１は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、又は多くの他の形態のメモリ手段の一つとすることができる。コントローラ１２１は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、又は多くの他の形態のデジタル又はアナログ処理手段の一つとすることができる。好ましい実施形態において、コントローラは、エンジン制御ユニットＥＣＵ１２１である。
【００８８】
ＥＣＵ１２１は、イオン化検知回路１０からイオン化信号１００を受け取る。ＥＣＵ１２１は、メモリ１１１に格納された命令１０７を実行し、所望の空燃比ＡＦＲを判断する。次に、ＥＣＵ１２１は、エンジン１６１に配置された燃料噴射装置１５１のような、ある形態の燃料制御機構に所望の燃料コマンド９７５を出力する。
【００８９】
セクションＥ:イオン化フィードバックを用いる閉ループ式低温起動遅延スパーク制御
【００９０】
自動車の排気からの空気汚染は、部分的には炭化水素（ＨＣ）エミッションによって生じる。内燃機関において触媒コンバータを用い、有害な物質を無害な物質に変換することによって、これらの汚染物質を減少させる。触媒の温度が作動点より低いときには触媒コンバータが作動しないので、ＦＴＰ（連邦試験方法）サイクル中の炭化水素（ＨＣ）エミッションのおよそ７０％は、触媒の温度が作動点より低いときの低温起動中に生成される。低温起動中に触媒を迅速に加熱する（又は触媒の着火を達成する）ために、様々な手法が開発された。一つの方法は、スパーク時期（すなわち点火タイミング）を遅延させて（遅らせて）、排気温度を上げることを含む。その結果、低温起動中、触媒は迅速に加熱し、ＨＣエミッションを減少させる。スパーク遅延は、部分燃及び不着火制限を受けているので、低温起動の際の遅延スパークの開ループ式較正は、ゆっくりと控え目に行われる。開ループ式較正を控え目に行うのは、主に、エンジンごとのばらつき、エンジンの老化、作動条件の変化などによるものである。
【００９１】
本発明の遅延スパーク制御方法は、閉ループ式スパーク・タイミング・コントローラを用いて、低温起動中エンジンの遅延限界を調整する。この目的は、低温起動中、部分燃焼及び不着火なしでエンジンを遅延限界で作動させ、触媒を迅速に加熱するのに必要な時間を減少させることである。従って、低温起動中に触媒を迅速に加熱するための遅延スパークの使用が最大となり、低温起動中の低温起動炭化水素（ＨＣ）エミッションが減少される。
【００９２】
セクションＥに説明される本発明の特徴は、触媒の温度を迅速に上げるためにイオン化フィードバック電流を用いる、図１３に開示された着火診断法・フィードバック制御システムのサブシステムを含む。サブシステムと診断法及び制御システムの関係は、低温起動遅延スパーク制御が論理ブロック１０００と表示される図１３に示される。この方法は、閉ループを用いて、エンジンの低温起動中にスパーク遅延タイミングを制御し、エンジンの不着火がなく、最小の部分燃焼で、できる限りエンジンのスパーク・タイミングを遅延させることを含む。上昇した排気温度が触媒を迅速に加熱し、その結果、ＨＣエミッションを減少させる。
【００９３】
論理ブロック１０００のイオン化フィードバック・ループ１０１０を用いる閉ループ式低温起動遅延スパーク制御システム１０００が、図２３に示される。低温起動イネーブルフラグ１０２０（又はコマンド或いは信号）を用いて閉ループ式制御をイネーブルにする（作動させる）。イネーブルフラグ１０２０は、（測定された又は推定された）触媒の温度がしきい値を超えたときに生成される（１０１５）。このしきい値の典型的な範囲は、摂氏約４００度である。
【００９４】
閉ループ１０１０への入力は、部分燃焼インデックス１０３０、不着火インデックス１０４０、エンジン速度（ＲＰＭ）１３５、エンジン負荷１０６０、及びエンジン冷却剤温度１０７０を含む、以下に説明される信号の一部又は全てを含むことができる。更に、ループの入力は、これらの信号に限定されるものではないが、他の実施形態において、付加的な入力を受け取ることができる。部分燃焼インデックス信号１０３０は、不着火検知についてのパラメータ推定プロセス中に得られる。不着火インデックス信号１０４０は、燃焼プロセス中のイオン電流、及び／又は燃焼中のイオン電流のピーク値を積分することによって、不着火の検知計算中に得られる。不着火の計算のために、しきい値が用いられる。現在のエンジン速度１３５がＲＰＭ（１分間当たりの回転数）で測定される。エンジン負荷１０６０が、最大負荷、燃料供給、又は図示平均有効圧（ＩＭＥＰ）の割合として計算される。エンジン冷却剤温度信号１０７０は、調節されたエンジン冷却剤温度の信号である。
【００９５】
閉ループからの信号出力は、低温起動スパーク信号１０８０であり、これは、上死点後クランク角（ＣＡＴＤＣ）においてスパーク・プラグを発火させる点火タイミング信号である。一般に、シリンダ内のスパーク・プラグは、通常上死点（ＴＤＣ）前のＭＢＴタイミングにおいて発火させられる。しかしながら、点火タイミングを遅延させて（遅らせて）、遅延タイミングにおいて（例えば、上死点後）スパーク・プラグを発火させて、排出ガス温度を増大させ、これにより触媒を迅速に加熱することができる。
イオン電流フィードバック１０１０を用いる閉ループ式遅延スパーク制御は、エラー・利得生成装置１１００、比例・積分（ＰＩ）制御処理ブロック１２００、初期設定値スパーク・タイミング・プロセッサ１２１０、及び適応学習装置１２２０を含む、４つの主なコンポーネント又は機能から成る（図２３を参照）。これらは、詳細な説明と共に以下に列挙される。
【００９６】
図２３は、本発明の閉ループ式コントローラ１０１０の４つの主なコンポーネントを示す。第１は、エラー・利得生成装置１１００である。部分燃焼インデックス信号１０３０及び不着火インデックス信号１０４０が、エラー・利得生成装置１１００に入力される。好ましい実施形態において、エラー・利得生成装置１１００は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、又は何らかの形態の処理手段とすることができる。不着火インデックスが、イオン電流信号を用いることによって、本明細書のセクションＡにおいて計算され、部分燃焼インデックスは、燃焼ウィンドウにわたるイオン電流、及び燃焼ウィンドウにわたるピーク値の領域積分のように、不着火検知プロセス中に計算された情報を用いて計算することができる。不着火のものより高い適切なしきい値を設定することによって、該しきい値と計算された値を比較することによって部分燃焼インデックスを得ることができる。エラー・利得生成装置１１００は、２つの信号すなわちＣＬ＿エラー１０９０と、ＣＬ＿利得が比例利得及び積分利得の両方から成るＣＬ＿利得１０９５とを出力する。信号ＣＬ＿エラー１０９０及びＣＬ＿利得１０９５は、部分燃焼インデックス及び不着火インデックスの状態によって決まる３つの出力値、すなわち「−１」、「１」及び「較正可能な正の値」のいずれかにすることができる。
【００９７】
部分燃焼インデックス信号１０３０及び不着火インデックス信号１０４０は、エラー・利得生成装置１１００に入力される（図２４を参照）。信号の状態を点検する１１１５。部分燃焼インデックス１０３０及び不着火インデックス１０４０の両方がアクティブでない場合には１１２０、閉ループ・エラー信号ＣＬ＿エラー１０９０が「１」に設定され、閉ループ利得信号ＣＬ＿利得１０９５の比例利得が「０」に設定され、一方、ＣＬ＿利得の積分利得は較正可能な正の値１１３０に設定される。較正可能な正の値の典型的な範囲は、０．０１から２までの間である。これらの入力に応答して、比例・積分（ＰＩ）制御処理ブロック１２００の制御出力１２０５は、閉ループ式制御出力信号１０８０を遅延方向１１４０に移動させ、そのため点火タイミングが遅くなる。このように、そのシリンダについてのスパーク・プラグの着火が遅くされ、先の点火イベントより大きな遅延クランク角でスパーク・プラグを着火させる。図２５ａは、ケース１であるこの場合に制御方法がどのように働くかを示す。
【００９８】
部分燃焼インデックスがアクティブであり、不着火インデックスがアクティブでない場合には１１５０、ＣＬ＿エラー１０９０が「−１」に設定され、ＣＬ＿利得１０９５の比例利得が「０」に設定され、一方、ＣＬ＿利得１０９５の積分利得は、ケース１に類似した範囲で較正可能な正の値１１６０に設定される。これらの入力に応答して、比例・積分（ＰＩ）制御処理ブロック１２００は、スパーク・タイミング出力信号１０８０をスパーク進角方向１１７０に移動させる。したがって、スパーク・プラグの発火は、そのシリンダについて進角され、先のスパーク・タイミングの前に該スパーク・プラグを発火させる。図２５ｂは、ケース２であるこの場合に制御方法がどのように働くかを示す。
【００９９】
不着火インデックス信号１０４０がアクティブである場合には１１８０、ＣＬ＿エラー１０９０が「−１」に設定され、ＣＬ＿利得１０９５の比例利得が「０」に設定され、一方、ＣＬ＿利得１０９５の積分利得は、ケース１及びケース２より大きな較正可能な正の値に設定される。次の燃焼イベントにおける不着火を回避するように、較正可能な正の値の上限は、４に達することができる。これらの入力に応答して、比例・積分（ＰＩ）制御処理ブロックは、較正可能な負の値（すなわち、例えば−５度のようなオフセット）をＰＩ積分器に加え、制御出力１２０５がスパーク・タイミング出力信号（又は点火タイミング信号）１０８０をスパーク進角方向に移動させるようにし、不着火を回避し、ケース１又はケース２のいずれかに戻す（１１９５）。不着火が生じた場合には、較正可能なスパーク進角（負の値）を既存の積分器レジスタに加えることによって、ＰＩ積分器をリセットし、迅速に不着火をなくす。図２５ｃは、ケース３であるこの場合に制御方法がどのように働くかを示す。
【０１００】
従って、本発明の一般的な方法は、エンジン・スパーク時期を遅延限界で作動させることを含む。すなわち、不着火がなく、空気・燃料Ａ／Ｆ混合気の部分燃焼を最小にした状態で、最大限許容可能な遅延時間でエンジンを作動させることである。従って、１）エンジンが部分燃焼状態でない場合には、スパーク・タイミングは、燃焼イベントあたり１／４クランク度のような特定の割合１１４０で遅延方向に移動し、２）スパーク・タイミングが部分燃焼状態である場合には、スパーク・タイミングは、ケース１と同様の特定の割合１１７０でスパーク・タイミングを進角方向に移動し、３）不着火が生じた場合には、修正がＰＩ積分器に加えられて、スパーク・タイミングを進角方向に迅速に移動させ、更なる不着火を回避する１１９５。
【０１０１】
第２の主なコンポーネントは、比例・積分（ＰＩ）制御処理ブロック１２００である。好ましい実施形態において、低温起動中、遅延スパークの閉ループ式制御のために、ＰＩコントローラ１２００又は積分コントローラ１２００の積分部分だけが用いられる。エラー・利得生成装置１１００によって、積分利得ＣＬ＿利得１０９５及び積分エラーＣＬ＿エラー信号１０９０の両方が、ＰＩコントローラ１２００に与えられる。
【０１０２】
第３の主なコンポーネントは、初期設定値スパーク・タイミング・プロセッサ１２１０である。初期設定値（又は基準値）スパーク・タイミングは、エンジン速度１３５、エンジン負荷１０６０、エンジン冷却剤温度１０７０及び他の要因の関数である参照テーブル１２１３に格納される。この初期設定値スパーク・タイミングは、エンジンの較正プロセスから得ることができる。参照テーブル１２１３は、初期設定値スパーク・タイミング・プロセッサ１２１０内に配置されたメモリ、又は別個のメモリ・チップに格納することができる。このプロセッサ又はコントローラ１２１０の適応学習特徴のために、初期設定値スパーク・タイミング・テーブル１２１３は、適応学習装置１２２０からの入力１２２５（適応学習出力信号）によって修正され、初期設定値（又は基準値）スパーク・タイミング信号１２１５は、エンジンごとのばらつき、エンジンの老化、及び他の関連した要因を考慮した形で初期設定値スパーク・タイミング・プロセッサ１２１０すなわちタイミング・プロセッサ１２１０によって補償される。初期設定値スパーク・タイミング装置１２１０からの出力は、基準信号１２１５であり、この基準信号は、加算器１２３０によってＰＩコントローラ１２００の出力１２０５と合計され、低温起動スパーク信号１０８０を生成する。
【０１０３】
第４の主なコンポーネントは、適応学習装置１２２０である。この適応学習装置１２２０は、該適応学習装置１２２０への入力として働くエンジンの現在作動条件（１３５、１０６、１０７０）に基づいて、現在の低温起動スパーク・タイミング出力信号ＳＴ現在１０８０（又は現在のスパーク・タイミング信号１０８０、或いは現在の点火タイミング修正信号１０８０）を、参照テーブル１２２３から生成された初期設定値低温起動スパーク・タイミング信号ＳＴ初期設定値１２２１と比較する（比較器１２２４において）。参照テーブル１２２３は、プロセッサ１２２２内に配置されたメモリ、又は別個のメモリ・チップに格納することができる。エンジンの作動条件が、初期設定値スパーク・タイミングの参照テーブル１２２３のメッシュ点のいずれかに近づくと、その特定の点ＳＴテーブルにおける該参照テーブル１２２３のスパーク・タイミング値ＳＴテーブル（古い）は、次の式：
ＳＴテーブル（新しい）＝ＳＴテーブル（古い）＋β*（ＳＴ現在−ＳＴ初期設定値）
を用いてＳＴテーブル（新しい）と置き換えられる１２２６。
ここで、βは、０．０２の典型的な値を有する較正可能な正の係数である。安全及び他の理由のために適応アルゴリズムの能力を制限するために、初期設定値較正からのＳＴテーブル（新しい）１２２６の最大許容変化を、較正可能なクランク度より大きくすることはできない。計算されたＳＴテーブル（新しい）１２２６の変化が限界を超えた場合には、境界値がＳＴテーブル（新しい）１２２６として用いられる。
【０１０４】
好ましい実施形態において、適応学習装置１２２０は、プロセッサ１２２２と、比較器１２２４と、命令１２２７を含むメモリ（テーブル１２２３が格納されているのと同じメモリ又は異なるメモリ）に格納されたソフトウェアとを含む。初期設定値スパーク・タイミングの参照テーブルについては、図２３を参照。作動条件には、エンジン速度（ｒｐｍ）１３５、エンジン負荷１０６０、及び冷却剤温度１０７０が含まれる。初期設定値スパーク・タイミング・プロセッサ１２１０と共に適応学習装置１２２０は、閉ループ１０１０のフィードバック部分１２１７すなわちフィードバック・コントローラ１２１７を構成する。
【０１０５】
セクションＦ：イオン化信号を用いる多基準の耐性あるＭＢＴタイミング推定
【０１０６】
エンジンが、所定の空気燃料混合気を有する最大制動トルクを生成するように点火／スパークを調節することが、内燃機関の点火システムの目的である。この点火／スパーク・タイミングは、最良トルク又はＭＢＴタイミングを得る最小タイミングと呼ばれる。内燃機関の平均制動トルクは、空燃比、点火／スパーク・タイミング、吸気温度、エンジン冷却剤の温度などのような多くの要因の関数である。内燃機関の平均制動トルクに影響を及ぼす全ての要因を固定することによって、点火／スパーク・タイミングが特定の範囲内で変化する場合に、エンジンの平均制動トルクを点火／スパーク・タイミングの凸関数とすることができ、ここでＭＢＴタイミングが、該凸関数のピーク位置に対応する。ＭＢＴタイミングに対してスパーク・タイミングが遅延されるか、進角される場合には、平均制動トルクは最大にならない。従って、内燃機関をＭＢＴタイミングで作動することにより、最高の燃料経済性がもたらされる。従って、エンジンの点火／スパーク・タイミングの閉ループ式制御について、ＭＢＴタイミングの信頼できる推定値を生成するのに用い得る基準を見出すことが望ましい。本発明は、スパーク・プラグ・イオン化信号を用いて、現在の作動条件におけるエンジンのＭＢＴタイミングを判断する方法を提案するものである。
【０１０７】
エンジン作動条件全体にわたって比較的安定した圧力曲線を示すシリンダの圧力信号とは異なり、スパーク・プラグ・イオン化信号の波形は、変化する負荷、速度、スパーク・タイミング、空燃Ａ／Ｆ比、排出ガス再循環ＥＧＲ率などと共に変化する。ピーク圧力位置と整列すると考えられるイオン化後火炎ピークを調べることは、低負荷におけるピークの消失、遅延スパーク・タイミング、希薄混合比の空燃比、又は高いＥＧＲ率のために、常に信頼できるＭＢＴタイミング基準とならない。本発明は、異なるエンジン作動条件のもとで生成される異なるイオン化信号の波形を用いる多基準の耐性あるＭＢＴタイミング推定方法を確立することによって、この問題を解決する。
【０１０８】
スパーク・プラグ・イオン化信号１００は、燃焼プロセス中、スパーク・プラグ電極間の局所的な燃焼混合気の導電性の尺度である。この信号１００は、燃焼中に起こる複雑な化学反応だけなく、プロセス中のスパークギャップにおける局所温度及び乱流にも影響される。イオン化信号１００は、一般的には、シリンダにおける全体的な圧力変化の尺度であるシリンダの圧力信号より安定性が低い。
これまで、従来技術に現れるＭＢＴタイミング制御戦略は、大部分は火炎ピーク後検知に基づくものである。通常、火炎ピーク後検知は、ピーク圧力位置と並ぶ。ＭＢＴタイミングは、ピーク圧力位置が、上死点後（ＡＴＤＣ）１５°あたりのときに生じることが認められた。イオン化信号の第２のピークが、ＡＴＤＣ１５°あたりでピークに達するまで、スパーク・タイミングを進角又は遅延させることによって、ＭＢＴタイミングが見出されると考えられる。
【０１０９】
不幸なことに、イオン化信号１００の第２のピークが、全てのエンジン作動条件におけるイオン化信号の波形に常に現れるとは限らない。軽負荷においては、希薄混合比の混合気、又は高いＥＧＲ率、第２のピークを識別するのは困難である。これらの状況において、イオン化信号１００の第２のピーク位置を用いてＭＢＴタイミングを見出すことは、不可能に近い。
【０１１０】
本発明は、スパーク・プラグ・イオン化信号１００の波形に基づいて、ＭＢＴタイミング推定の信頼性及び耐性を増加させる多数のＭＢＴタイミング基準を確立する。従って、この方法は、ＭＢＴタイミングに対応するサイクルにおいて、燃焼イベントが配置されるイオン化信号から推測することによって点火タイミングを最適化する。
【０１１１】
図１１は、クランク角に対する典型的なイオン化信号１００を示す。圧力信号の波形と異なり、イオン化信号１００の波形は、実際に、燃焼プロセスの詳細をより多く示す。例えば、イオン化信号１００の波形は、いつ火炎核が形成され、ギャップから伝播するか、いつ燃焼が大きく加速されるか、いつ燃焼がピーク燃焼速度に達するか、及びいつ燃焼が終わるかを示す。通常、イオン化信号１００は、２つのピークから成る。イオン化信号１００の第１のピーク１６２は、火炎核の成長及び発達を表し、第２のピーク１６６は、シリンダ内の圧力増加の結果生じる温度上昇による再イオン化によって生じる。
【０１１２】
内燃機関１６１の燃焼プロセスは、通常、クランク角に対する燃焼質量割合を用いて説明される。燃焼質量割合によって、いつ燃焼がピーク燃焼加速及びピーク燃焼速度を有するかを見出すことができる。これらのイベントを特定のクランク角で配置することにより、最も効率的な燃焼プロセスを得ることが可能になる。言い換えれば、これらのイベントによってＭＢＴタイミングを見出すことができる。第１のピーク１６２直後の変曲点１６３を、シリンダの圧力信号の最大加速点と相関させることができる。この点は、通常、質量割合１０％燃焼から質量割合１５％燃焼までの間である（図２７のケース１の点１６３を参照）。イオン化信号１００の第２のピーク１６６の直前の変曲点１６５は、シリンダの圧力信号の最大放熱点とよく相関し、質量割合５０％燃焼のあたりに配置される（図２７のケース１の点１６５を参照）。更に、第２のピーク１６６は、圧力信号のピーク圧力位置に関連するか又は相関する（図２７のケース１の点１６６を参照）。
【０１１３】
ＭＢＴタイミングにおいて、最大火炎加速点は、上死点ＴＤＣにある。燃焼プロセスがＭＢＴタイミングにおいて開始する際、質量割合５０％燃焼は上死点後（ＡＴＤＣ）８°から１０°あたりにあり、ピーク圧力位置はＡＴＤＣ１５°あたりにあることが分った。３つの個別ＭＢＴタイミング基準全てを一つに組み合わせることにより、ＭＢＴタイミングの信頼性及び耐性が増大される。
【０１１４】
図２７のケース１、２及び３は、イオン化信号が様々なエンジン作動条件を取る（ケース１−１５００ｒｐｍ、２．６２バールＢＭＥＰ、ＥＧＲ＝０％、ケース２−１５００ｒｐｍ、２．６２バールＢＭＥＰ、ＥＧＲ＝１５％、ケース３−３０００ｒｐｍ、ＷＯＴ、シリンダ第３）３つの波形を示す。ケース１は、両方のピーク１６２、１６６が波形内に存在する通常の波形を示す。ケース２において、高いＥＧＲ、希薄混合比の混合気、又は軽負荷、或いはこれらの３つの要因の組み合わせの結果として生じる相対的な低温のために、第２のピーク１６６が現れない。ケース３において、第１のピーク１６２は、高エンジン速度における比較的一定のスパーク期間の結果生じる長いクランク角点火持続時間のために、点火信号と重なる。
【０１１５】
図２８の位置１６２から１６６までは、次のように定義される。すなわち、１６２はイオン化信号の第１のピーク位置であり、１６３は最大火炎加速位置（ＭＢＴタイミングの上死点（ＴＤＣ）の近く又はこれと相関した）であり、１６４はイオン化信号の谷位置であり、１６５は最大放熱位置（質量割合５０％燃焼と相関し、ＭＢＴタイミングの上死点後（ＡＴＤＣ）８％から１０％までの近く）であり、及び１６６は第２のピーク位置（ピーク・シリンダ圧力位置と相関し、ＭＢＴタイミングの上死点後（ＡＴＤＣ）１５°から１７°までのの近く）である。
好ましい実施形態において、本発明は、図２７のケース１からケース３までに示される、最大火炎加速位置１６３、燃焼５０％位置１６５、及び第２のピーク位置１６６の組み合わせであるＭＢＴタイミング推定基準を用いる。
【０１１６】
イオン化信号１００の波形が、ケース１の波形を取る場合には、有用性のために、３つのＭＢＴタイミング基準全てが用いられる。すなわち、
ＬMBT＝（Ｌ163＋（Ｌ165−Ｌ燃焼50%）＋（Ｌ166−ＬPCP））／３  （式４）
である。ここで、ＬMBTは推定されたＭＢＴタイミング位置であり、Ｌ163は最大火炎加速位置であり、Ｌ165は最大放熱位置であり、Ｌ燃焼50%は、エンジンがＭＢＴタイミングで作動する際の圧力信号の燃焼５０％位置であり、Ｌ166は第２のピーク位置であり、ＬPCPは、エンジンがＭＢＴタイミングで作動する際のピーク・シリンダ圧力位置である。典型的には、Ｌ燃焼50%は、ＡＴＤＣ８°から１０°まであたりにあり、ＬPCPは、ＡＴＤＣ１５°から１７°まであたりにある。Ｌ燃焼50パーセント及びＬPCPについてのＭＢＴタイミングが、エンジンの作動条件の関数として変化するので、好ましい実施形態において、異なる作動条件について所望のＭＢＴタイミングを計算する際に、Ｌ燃焼50パーセント及びＬPCPの値を含む参照テーブルを用いることができる。
【０１１７】
ケース２の場合は、唯一使用可能なＭＢＴ基準は位置１６３である。従って、式４は、
ＬMBT＝Ｌ163  （式５）
になる。
ここで、ＬMBTは推定されたＭＢＴタイミング位置である。
ケース３の場合は、位置Ｌ165及びＬ166が利用可能である。ＭＢＴタイミングの計算は、Ｌ165及びＬ166の両方を利用し、次のように推定タイミング位置を計算する。
ＬMBT＝（（Ｌ165−Ｌ燃焼50%）＋（Ｌ166−ＬPCP））／２  （式６）
ケース１と同様に、Ｌ燃焼50%及びＬPCPの両方を一定値となるように選択することができ（すなわち、それぞれ（８°から１０°まで）及び（１５°から１７°まで））、或いは参照テーブルの出力を用いて、エンジンの作動条件による変化を反映させることができる。参照テーブル１１３は、メモリ１１１に格納することができる。ＲＡＭ、ＲＯＭのような何らかの形態のメモリ、又は磁気テープのようなアナログ記憶装置でさえ用いることができる。プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、エンジン制御ユニット、又は多数の処理又は制御手段１２２のいずれかによって、参照テーブル内のデータにアクセスすることができる。
【０１１８】
図２８は、本発明の多基準の耐性あるＭＢＴタイミング推定方法のブロック図である。図２９は、本発明の論理ブロック図１８００を示す。エンジン制御ユニットＥＣＵ１２１は、イオン化検知ユニット１０からイオン化信号１００を受け取る（ステップ１８０１）（図３０を参照）。次に、ＥＣＵ内のプロセッサ１２２が、メモリ（参照テーブル１１３が格納されているのと同じメモリ１１１、又は異なるメモリにすることができる）に格納されたソフトウェアすなわちファームウェア１０７を実行する。ソフトウェア１０７は、どのケース、すなわちケース１、２又は３のいずれが、イオン化信号１００の波形に適合するかを判断する命令を含む（１８１０）。イオン化信号１００が、ケース１に適合する場合には（１８１５）、位置Ｌ163、Ｌ165及びＬ166を計算する（１８１７）。次に、ソフトウェア１０７は、式４、
ＬMBT＝（Ｌ163＋（Ｌ165−Ｌ燃焼50%）＋（Ｌ166−ＬPCP））／３
を実行することによって、ＭＢＴタイミングを計算する（１８２０）。イオン化信号１００がケース２に適合する場合には（１８２５）、位置Ｌ163を計算する（１８２７）。次に、ソフトウェア１０７は、式５、ＬMBT＝Ｌ163を実行することによって、ＭＢＴタイミングを計算する（１８３０）。イオン化信号１００がケース３に適合する場合には（１８３５）、位置Ｌ165及びＬ166を計算する（１８３７）。次に、ソフトウェア１０７は、式６、
ＬMBT＝（（Ｌ165−Ｌ燃焼50%）＋（Ｌ166−ＬPCP））／２
を実行することによって、ＭＢＴタイミングを計算する（１８４０）。
【０１１９】
ＥＣＵ１２１は、閉ループ式ＭＢＴタイミング・コントローラ（例えば、セクションＧにおいて説明されたもの）を用いて、点火タイミング制御信号Ｖinを計算し、これをドライバ回路１０に出力する（１８５０）。ドライバ回路１０は、スパーク・プラグ１４の電極間に電流を流れさせる点火コイル１２を充電する。電極間の空気燃料（Ａ／Ｆ）混合気は、激しく導通し、スパーク・プラグ１４のギャップの点火コイル１２に蓄えられたエネルギを減衰させる。コイル１２に蓄えられたエネルギの突発的な放出が、シリンダ内の空気燃料（Ａ／Ｆ）混合気を着火させる。
【０１２０】
セクションＧ：イオン化フィードバックを用いる閉ループ式ＭＢＴタイミング制御
【０１２１】
本発明のこの特徴は、イオン化又は圧力フィードバックのいずれかを用いて、閉ループにおいて、最良トルク（ＭＢＴ）スパーク・タイミングのためのエンジン最小タイミングを制御する方法及び装置を含む。各々の個々のシリンダについて、エンジンＭＢＴタイミング基準を計算し推定するために、イオン化信号及びシリンダ内の圧力信号の両方を用いることができ、この基準は、現在のエンジン・スパーク・タイミングがどのくらいＭＢＴタイミングから離れているかについての相対的な尺度を提供する。セクションＦ「イオン化信号を用いる多基準の耐性あるＭＢＴタイミング推定」及びセクションＪ「燃焼プロセスの正味圧力加速によるＭＢＴタイミングの判断」を参照。エンジンが、ノッキング制限を受けず（すなわち、ＭＢＴスパークが、ノッキング制限されたスパーク・タイミングより多く進角される）、不着火制限も受けない（すなわち、所望のスパークが、不着火／部分燃焼制限を受けたスパーク・タイミングより多く遅延される（又は遅らせられる））場合には、ＭＢＴタイミング基準フィードバックを用いて、閉ループ式ＭＢＴタイミング制御モードにおいて作動する。
【０１２２】
一方、エンジンがノッキング制限を受けている場合には、ノッキング制限マネジャーが、閉ループ式ノッキング限界制御を用いて、非可聴のノッキング限界でエンジンの作動を保持する。エンジンが不着火／部分燃焼制限を受けている場合には（例えば、低温起動中、触媒を迅速に加熱するために、エンジンを遅延限界で作動させることが望ましい。セクションＥを参照）、不着火制限マネジャーは、エンジンを不着火／部分燃焼限界に保持する。
【０１２３】
改善された燃料の経済性のために、可能であれば、自動車の内燃機関のエンジンをＭＢＴスパーク・タイミングで作動させることが望ましい。従来技術においては燃焼フィードバック制御システムがないために、点火タイミングは、エンジンのマッピング・データに準拠したＭＢＴタイミング・テーブルに基づいて、開ループにおいて制御される。この手法の不利な点は、この手法が長い較正プロセスを必要とし、ＭＢＴタイミング制御システムが、システム・パラメータの変化に影響されやすいことである。言い換えれば、開ループ式ＭＢＴタイミング制御は、エンジンごとのばらつき、エンジンの老化、及びエンジンの作動条件の変化（高度、温度など）のために、ＭＢＴスパーク・タイミングの変化を補償することができない。更に、長い較正プロセスにより、開発期間が延長され、費用が増加される。開ループ式点火タイミング制御は、較正を控え目な較正に制限するので、エンジンは、物理的な限界（例えば、ノッキング限界）で作動することができない。このことにより、燃料の経済性が減少される。
【０１２４】
本発明は、ノッキング及び不着火／部分燃焼限界の管理の助けにより、閉ループ式ＭＢＴタイミング制御を用い、開ループ式点火タイミング制御の耐性を改善させる。これにより、エンジンのシステムの較正が減少され、エンジンの燃料経済性が改善される。
【０１２５】
本発明は、イオン化フィードバックを用いる着火診断法・フィードバック制御システムのサブシステムを含む。このサブシステムと診断及び制御システムの関係が、図１３に示され、論理ブロックが１４５０（１４３０、１４９０、１４９５）及び１４６０と表記される。このサブシステムは、イオン化信号１００及びシリンダ内の圧力信号並びに着火診断法（ノッキング、部分燃焼、及び不着火）のいずれか（又は両方）から生成された推定されたＭＢＴタイミング基準を用いてエンジンの点火タイミングを制御する、閉ループ式コントローラを含む。エンジンがノッキング制限を受けない場合には、該エンジンは、最良の燃料経済性のためにＭＢＴタイミングで作動することができる。エンジンがノッキング制限を受けている場合には、該エンジンは、最良トルク出力のための非可聴のノッキング制限で作動する。エンジンが不着火／部分燃焼制限を受けている場合には、該エンジンは、不着火／部分燃焼限界で保持される。
【０１２６】
閉ループ式ＭＢＴタイミング制御構成の３つの異なる実施形態が、以下に説明される。すなわち、ａ）シリンダごとの手法、ｂ）平均的な方法、及びｃ）混合した方法である。それらは、ＭＢＴタイミングがシリンダごとに制御されるか、又は全体的に制御されるかによって区別される。第１の実施形態は、各々のシリンダのエンジンＭＢＴスパーク・タイミングを個別に制御する。所定のシリンダのＭＢＴ、ノッキング、及び不着火情報を用いて、そのシリンダのＭＢＴタイミングを制御する。第２の実施形態は、平均的な手法を用いる。より具体的には、単一のＭＢＴタイミング制御パラメータを用いて、全てのシリンダを制御する。第３の実施形態は、混合した手法を用いる。つまり、ＭＢＴタイミングを全体的に制御しながら、エンジンの不着火及びノッキングを個別に制御する。以下は、各々の実施形態の詳細な説明である。
【０１２７】
シリンダごとの手法において、各々の個々のシリンダのＭＢＴタイミング基準１４３５、ノッキング情報１４００、及び不着火情報１４１０が、別個に計算される。更に、エンジンの個々のＭＢＴタイミング・コントローラ１４３０が、点火タイミングを制御する（図３１を参照）。シリンダごとの閉ループ式コントローラ１４３０は、点火イベントごとに作動する。この閉ループ式コントローラの出力は、個々のシリンダについて推奨されたＭＢＴタイミング信号１４８０である。この閉ループ式コントローラ１４３０への入力は、以下に列挙される。
【０１２８】
個々のシリンダのＭＢＴ基準１４３５すなわち個々のシリンダのＭＢＴタイミング基準１４３５は、イオン化の場合に、パラメータ推定方法（セクションＦ「イオン化信号を用いる多基準の耐性あるＭＢＴタイミング推理」、及びセクションＪ「燃焼プロセスの正味圧力加速によるＭＢＴタイミングの判断」を参照）を用いて生成されたイオン化信号１００又はシリンダ内の圧力信号から計算される。このパラメータは、その個々のシリンダについて、現在のエンジン・スパークがＭＢＴスパーク・タイミングの前か後かを開示する。
【０１２９】
個々のシリンダのノッキング情報１４００は、ノッキング強度パラメータ１４０２及びノッキング・フラグ１４０４から成る。ノッキング強度パラメータ１４０２は、ノッキングがどれくらい強いかを示し、ノッキング・フラグ１４０４は、可聴のノッキングが存在するかどうかを示す。イオン化信号１００又はシリンダ内の圧力信号のいずれかから、ノッキング強度１４０２及びノッキング・フラグ１４０４の両方を獲得できることに注意。
個々のシリンダの不着火情報１４１０は、部分燃焼１４１２及び不着火フラグ１４１４から成る。また、イオン電流１００又はシリンダ内の圧力信号から、部分燃焼１４１２及び不着火フラグ１４１４の両方を得ることもできる。
【０１３０】
本発明のシリンダごとの閉ループ式ＭＢＴタイミング・コントローラ１４３０は、３つの主なサブシステム、すなわち、１）閉ループ式ＭＢＴタイミングの比例・積分（ＰＩ）コントローラ１４４０、２）ノッキング・スパーク進角制限マネジャー１４５０、及び３）不点火／スパーク遅延制限マネジャー１４６０から成る。ＭＢＴ基準１４３５をＭＢＴ基準信号１４３７と比較し（１５００）、結果として生じるエラー１４３８をＰＩコントローラ１４４０に入力する（１５１０）（図３２を参照）。ＰＩコントローラ１４４０の出力１４４２は、エンジン１６１がノッキング制限も、不着火制限も受けない場合には、所望のＭＢＴタイミングを提供する。飽和マネジャー１４７０が、その特定のシリンダについて点火タイミングを制御するのに用いられる点火／スパーク・タイミング信号１４８０を出力する。好ましい実施形態において、飽和マネジャー１４７０は、出力の終わりを回避することができる。
【０１３１】
ノッキング制限マネジャー１４５０は、現在のエンジン１６１の作動条件において許容された最大スパーク進角を与える。例えば、エンジン１６１がノッキング制限を受けていない場合には、ノッキング・マネジャー１４５０は、該エンジン１６１の物理的形状及び較正に関連したスパーク進角限界信号１４５２を生成する。エンジン１６１が、ノッキング制限を受けている場合には、ノッキング・マネジャー１４５０は、該エンジン１６１がノッキング限界において作動することを可能にし、言い換えれば、該エンジン１６１が軽い又は非可聴のノッキングを有した状態で作動することを可能にするスパーク進角限界信号１４５２を生成する。
【０１３２】
同様に、不着火制限マネジャー１４６０は、不着火限界信号１４６２を生成する。例えば、エンジン１６１に部分燃焼も不着火もない場合には、該エンジン１６１にエンジン１６１の物理的形状及び較正に関連した物理的遅延スパーク限界信号１４６２がもたらされる。エンジン１６１のスパーク・タイミングが不着火制限を受けている場合には、該エンジン１６１を部分燃焼／不着火限界において作動させるのを可能にする遅延限界信号１４６２がもたらされる。遅延スパーク限界信号１４６２が、飽和マネジャー１４７０に入力される。
【０１３３】
エンジン１６１がノッキング制限又は不着火制限のいずれかを受けている（つまり、飽和マネジャー１４７０がアクティブである）場合には、対応するノッキング１４５２又は遅延限界１４６２情報が、飽和マネジャー１４７０によって送られ、これを用いてＰＩ積分器（以下の積分リセット論理を参照）をリセットし、積分のリワインド問題を回避する。
【０１３４】
図３１のＰＩコントローラ１４４０（詳細な構成については、図３３を参照）は、比例１４４１及び積分コントローラ１４４４、適応学習能力１４４７を有するフィードフォワード・コントローラ１４４６、及び積分リセット論理マネジャー１１４８から構成され、積分制御のオーバーフロー及びリワインド問題を防止する。これらの論理デバイスの機能性については以下に説明される。
【０１３５】
フィードフォワード・コントローラ１４４６は、所定のエンジン作動マップにわたって開ループ式ＭＢＴタイミングを修正するように設計される。更に、適応学習マネジャー１４４７を用いて、エンジンごとのばらつき、エンジンの老化、及び作動環境の変化などを補償する。フィードフォワード・混合気１４４６は、フィードフォワード出力１４４９を出力する。
【０１３６】
比例コントローラ１４４１及び積分コントローラ１４４４は、それぞれ比例制御出力１４４３及び積分コントローラ出力１４４５を出力する。比例制御出力１４４３は、ＭＢＴエラー入力１４３８に比例利得を掛けることによって生成され（１５２０）、比例エラー信号１４４３を生成する。比例利得の典型的な値は、約０．２である。積分コントローラ出力１４４５は、積分されたＭＢＴエラー１４３８に積分利得を掛けることによって生成され（１５３０）、積分エラー信号１４４５を生成する。積分利得の典型的な値は、約０．１である。エンジンがノッキング又は不着火制限を受けている場合には、積分エラー信号をリセットすることができる（以下を参照）。比例エラー信号１４４３、積分エラー信号１４４５、及びフィードフォワード出力を合計して、タイミング１４４２が生成される。
【０１３７】
積分リセットマネジャー１４４８は、エンジン１６１がノッキング制限又は不着火制限を受けている場合にアクティブになる論理デバイス１４４８である。リセットされた積分エラー信号は、フィードフォワード１４４９、比例１１４３、及び積分コントローラ１４４５の出力の合計が、ノッキング１４５０、又は不着火制限１４６０マネジャーのいずれかによって制限されるように計算される。つまり、エンジンがノッキング又は不着火制限を受けている場合には、最終的な出力が、まさにノッキング限界又は不着火／部分燃焼限界のいずれかのままとなるように、積分エラー信号がリセットされる（１５４０）。
【０１３８】
第２の主なサブシステム、すなわちノッキング・スパーク進角制限マネジャー１４５０は、閉ループ式ノッキング限界を制御する。これは、ＰＩコントローラ５１４４１、５１４４４、５１４４６、５１４４８、５１４４７、ノッキング・エラー・利得生成装置１４５４、及び飽和マネジャー１４７０を含む。
【０１３９】
比例利得が常にゼロに設定されるので、閉ループ式ノッキング制限制御１４５０（図３４を参照）のために、ＰＩコントローラ（ノッキング・マネジャー１４５０におけるブロック５１４４１、５１４４４、５１４４６、５１４４８、５１４４７を含む）の積分部分だけが用いられる。ＰＩコントローラ５１４４１、５１４４４、５１４４６、５１４４８、５１４４７によって用いられる積分利得及びエラーは、ノッキング・エラー・利得生成装置１４５４によってもたらされる（１５５２）（図３５を参照）。積分リセット論理デバイス５１４４８を用いて、積分利得及び積分器コントローラ５１４４４の出力５１４４５をリセットし、出力が飽和された際にオーバーフロー及びリワインドを回避する（１５４０）。
【０１４０】
閉ループ式ノッキング・スパーク進角制限マネジャー１４５０（詳細な構成については、図３４を参照）は、図３４のノッキング・マネジャー１４５０において開示されたＰＩコントローラ５１４４１、５１４４４、５１４４６、５１４４８、５１４４７に作動的に接続されたノッキング・エラー・利得生成装置１４５４から成る。
【０１４１】
ノッキング・エラー・利得生成装置１４５４は、好ましい実施形態においてイオン化信号１００を用いることによって計算されたノッキング強度１４０２及びノッキング・フラグ１４０４が、入力として用いられた論理ブロック又はデバイスである。この生成装置１４５４は、２つの信号、すなわち「エラー」１４５５及び「利得」１４５９を出力し、ここで「利得」１４５９は、比例利得及び積分利得の両方から成る。「エラー」１４５５及び「利得」１４５９の両方の出力は、ノッキング強度１４０２及びノッキング・フラグ１４０４信号を用いて生成され、３つの状態、すなわちａ）ノッキングがない状態、ｂ）非可聴のノッキングがある状態、ｃ）可聴のノッキングがある状態に分けられる。
【０１４２】
ノッキング・フラグ信号１４０４がアクティブでなく、ノッキング強度１４０２がノッキングのないしきい値より下であるときに、ノッキングがない状態が生じる。この場合、ノッキング・フラグ信号１４０４はアクティブでなく、ノッキング強度１４０２がノッキングのないしきい値より下である場合には（１５５４）、「エラー」出力１４５５が１に設定される。更に、「利得」出力１４５９の比例利得が、ゼロに設定され、一方、積分利得は、０．２のような較正可能な正の値に設定される（１５５６）。このように、ＰＩコントローラ５１４４１、５１４４４、５１４４６、５１４４８、５１４４７の比例制御出力５１４４３がゼロとなり、一方、積分コントローラの出力５１４４５は、正の値に等しくなる。タイミング出力５１４４２が境界の外にある場合、積分リセット論理５１４４８は、１４５６及び１４５８によって定められたタイミング境界内にタイミング出力を制限するように積分器をリセットするので、ノッキング・エラー・利得生成装置１４５４は、閉ループ式タイミング出力５１４４２を、ハード進角下限１４５６とハード進角上限１４５８の間の進角方向に移動させる。
【０１４３】
ノッキング・フラグ信号１４０４がアクティブでなく、ノッキング強度１４０２がノッキングしきい値を超えたときに、非可聴のノッキング状態が生じる。エンジン１６１がノッキング制限を受けている場合には、これは望ましい作動条件である。この場合は、ノッキング・フラグ信号１４０４がアクティブでなく、ノッキング強度１４０２が非可聴のノッキングしきい値を超えた場合に（１５６０）、「エラー」出力１４４５がゼロに設定される。更に、「利得」出力１４５９の比例利得がゼロに設定され、一方、積分利得は、ノッキングがない場合におけるような較正された値のままである。このように、ＰＩコントローラ５１４４１、５１４４４、５１４４６、５１４４８、５１４４７の比例制御出力５１４４３がゼロとなり、一方、積分コントローラの出力５１４４５は、先の正の値のままとなる。このことは、タイミング進角限界信号１４５２を変わらないままにすることを可能にする。
【０１４４】
ノッキング・フラグ１４０４がアクティブになるときに、可聴のノッキング状態が生じる。この場合、ノッキング・フラグ１４０４がアクティブである場合には（１５６５）、「エラー」出力１４５５が−１に設定される。更に、「利得」出力１４５９の比例利得がゼロに設定され、一方、積分利得は、０．４のような較正可能な値に設定される（１５６７）。更に、較正可能な負の値を積分器に加えて、スパーク・タイミングを遅延方向に移動させ、エンジンのノッキングを回避し、状態Ａ又は状態Ｂに即座に戻ることを回避する。
【０１４５】
閉ループ式ノッキング限界管理の一般的な方法は、エンジンが、まさに進角限界で（ハード進角上限１４５８）又は該進角限界のできる限り近くで、スパーク・タイミングを作動させるのを可能にすることである。つまり、エンジン１６１がノッキング制限を受けている場合には、該エンジン１６１は、非可聴のノッキングを有した状態で最大進角タイミング限界で作動する（すなわち、状態Ｂのノッキング限界ＤＢＴＤＣにおけるタイミング）。エンジン１６１がノッキング制限を受けていない場合には、スパーク・タイミング信号１４５２は、ハード限界に達するまで、一定の割合で進角方向に移動する。エンジン１６１が、まさに非可聴のノッキング限界で作動する場合には、スパーク・タイミング限界信号１４５２は変化しないままである。また、エンジン１６１が可聴のノッキングを有する状態で作動している場合には、ＰＩコントローラ５１４４１、５１４４４、５１４４６、５１４４８、５１４４７に修正を加えて、スパーク・タイミング信号１４８０を遅延方向に迅速に移動させ、それ以上のエンジンのノッキングを回避する。
【０１４６】
フィードフォワード・ノッキング・スパーク限界コントローラ５１４４６及び適応ノッキング・スパーク限界コントローラ５１４４７は、エンジン速度１３５及びエンジン負荷１０６０の関数であるフィードフォワード・スパーク限界を設定する。これは、エンジンの較正プロセスによって得ることができる。このコントローラ５１４４７の適応学習特徴のために、フィードフォワード・スパーク限界は、適応学習方法の出力に基づいて修正され、該フィードフォワード・スパーク限界は、エンジンごとのばらつき、エンジンの老化などを補償することができるようになる。適応学習コントローラ５１４４７は、現在のスパーク限界を、現在のエンジンの作動条件（エンジン速度及び負荷のような）におけるフィードフォワード・タイミング限界信号５１４４２と比較し、該フィードフォワード・タイミング限界５１４４２を適応可能に修正する。
【０１４７】
第３の主なサブシステムである閉ループ式不着火コントローラ１４６０すなわち不着火遅延制限マネジャー１４６０は、閉ループ不着火を制御する。閉ループ不着火コントローラ１４６０（詳細な構成については、図３６を参照）は、不着火エラー・利得生成装置１４６３から成る。ここで、ＰＩコントローラ６１４４１、６１４４４、６１４４６、６１４４８、６１４４７を用いて、スパーク進角限界信号を生成する。ＰＩコントローラ６１４４１、６１４４４、６１４４６、６１４４８、６１４４７によって用いられる積分利得及びエラーは、不着火エラー・利得生成装置１４６３によってもたらされる（１５７２）（図３７を参照）。
【０１４８】
遅延スパーク限界の閉ループ式制御のために、ＰＩコントローラ６１４４１、６１４４４、６１４４６、６１４４８、６１４４７の積分部分だけが用いられる。積分利得及びエラーの両方が、エラー及び利得生成ブロック（又はエラー・利得生成装置）１４６３により与えられる。不着火が生じた場合には、較正可能なスパーク進角（正の値）を既存の積分器レジスタに加えることによって、ＰＩ積分器６１４４４がリセットされ、不着火を迅速になくす。
【０１４９】
不着火エラー・利得生成装置ブロック１４６３において、好ましい実施形態において、イオン化信号１００を用いて計算される部分燃焼フラグ１４１２及び不着火フラグ１４１４の両方が、入力として用いられる。このブロックは、信号「エラー」６１４４５、及び比例利得及び積分利得の両方から成る「利得」６１４５９を出力する。それらを３つの状態、すなわちｄ）部分燃焼１４１２及び不着火フラグ１４１４の両方がアクティブでない状態、ｅ）部分燃焼フラグ１４１２はアクティブであるが、不着火フラグ１４１４はアクティブでない状態、及びｆ）アクティブな不着火フラグ（又はインデックス）１４１４状態に分けられる。
【０１５０】
部分燃焼フラグ１４１２及び不着火フラグ１４１４の両方がアクティブでない場合には（１５７４）、「エラー」出力６１４５５が−１に設定され、「利得」出力６１４５９の比例利得がゼロに設定され、一方、「利得」出力６１４５９の積分利得は、０．２のような較正可能な正の値に設定される（１５７６）。このように、ＰＩコントローラ６１４４１、６１４４４、６１４４６、６１４４８、６１４４７の比例制御出力６１４４３はゼロとなり、一方、積分コントローラ出力６１４５５は減少する。このことにより、閉ループ式制御出力１４６２を、ハード遅延限界１４６８に達するまで遅延方向に移動させることが可能になる。出力１４６２がハード上限１４６８とハード下限１４６６の間にないときはいつでも、積分器は、出力が範囲内になるようにリセットされた論理１６４４８によってリセットされる。
【０１５１】
部分燃焼フラグ１４１２がアクティブであるが、不着火フラグ１４１４がアクティブではない状態では（１５７８）、状態Ｄと同様に、「エラー」出力６１４５５が１に設定され、「利得」出力６１４５９の比例利得がゼロに設定され、一方、「利得」出力６１４５９の積分利得は、ケースｄと同じ較正可能な正の数に設定される（１５８０）。このように、ＰＩコントローラ６１４４１、６１４４４、６１４４６、６１４４８、６１４４７の比例制御出力６１４４３はゼロとなり、一方、積分コントローラ出力６１４４５は正の値に設定される。これにより、スパーク・タイミング１４６２を進角方向に移動させることが可能になる。
【０１５２】
不着火フラグ（又はインデックス）１４１４がアクティブである状態では（１５８２）、「エラー」信号が１に設定され、「利得」出力６１４５９の比例利得がゼロに設定され、一方、「利得」出力６１４５９の積分利得は、０．４のような状態Ｅより大きい較正可能な値に設定される（１５８４）。このように、ＰＩコントローラ６１４４１、６１４４４、６１４４６、６１４４８、６１４４７の比例制御出力６１４４３はゼロとなり、一方、積分コントローラ出力６１４４５は進角方向に移動する。較正可能な正の値をＰＩ積分器６１４４４に加えて、閉ループ式制御信号１４６２を即座に進角方向に移動させ、不着火を回避し、状態Ｄ又は状態Ｅのいずれかに即座に戻ることを回避する。
【０１５３】
閉ループ式不点火／スパーク限界制御の一般的な方法は、エンジンのスパーク・タイミング信号１４６２をまさに遅延限界で提供することである。つまり、エンジンが、不着火がなく最小の部分燃焼を有する状態で、最大限許容された遅延時間（すなわち、そのシリンダについて、ＭＢＴタイミングからの最大の遅延）で作動するのを可能にすることである。エンジン１６１が部分燃焼状態にない場合には、スパーク・タイミング信号１４６２は、状態Ｄにおいて較正された積分利得によって定められた一定の割合で遅延方向に移動する。エンジン１６１が部分燃焼状態にある場合には、スパーク・タイミング信号１４６２は、状態Ｂにおいて定められた積分利得によって較正された一定の割合で進角方向に移動する。不着火が生じる場合には、ＰＩ積分器６１４４４に修正を加えて、スパーク・タイミング信号１４６２を進角方向に迅速に移動させ、更なる不着火を回避する。
【０１５４】
フィードフォワード遅延スパーク限界コントローラ６１４４６及び適応遅延スパーク限界学習コントローラ６１４４７は、エンジン速度１３５及びエンジン負荷１０６０の関数であるフィードフォワード遅延スパーク限界を設定する。エンジンの較正プロセスの間にフィードフォワード遅延スパーク限界を計算することができる。コントローラ６１４４７の適応学習特徴のために、フィードフォワード・スパーク限界は、適応学習方法の出力に基づいて修正され、該フィードフォワード・スパーク制限が、エンジンごとのばらつき、エンジンの老化などを補償できるようになる。適応学習回路６１４４７は、現在の遅延スパーク限界を、現在のエンジン作動条件（エンジン速度１３５及び負荷１０６０のような）における初期設定値限界と比較して、フィードフォワード遅延スパーク限界を適応可能に修正する。
【０１５５】
上述のように、ＭＢＴタイミング制御構成の第２の実施形態は、平均的な手法を用いる。この実施形態において、全ての個々のシリンダのノッキング情報１４００及び不着火情報１４１０を用いて、最悪事態ノッキング１４０６及び最悪事態不着火情報１４１６を計算し、これらを、進角限界１４５０及び遅延制限１４６０マネジャーに送る。ノッキング・プロセッサ１４０８及び不着火プロセッサ１４１８は、計算を行う。更に、図３８に示されているように、最も新しいエンジンのＭＢＴ基準１４３５を用いて、点火タイミングを制御する。
【０１５６】
最悪事態ノッキングフラグ１４０６は、最悪事態ノッキング・フラグ１４０７及び最悪事態ノッキング強度１４０９から成る。最悪事態ノッキング・フラグ１４０７は、個々のシリンダのノッキング・フラグ１４０４の一つが１エンジン・サイクルにわたってアクティブである限り、アクティブに設定される。最悪事態ノッキング強度１４０９は、全てのシリンダについての１エンジン・サイクルにわたる全てのノッキング強度１４０２の最大値に等しい。
【０１５７】
最悪事態ノッキング情報１４０６と同様に、最悪事態不着火情報１４１６は、最悪事態部分燃焼フラグ１４１７及び最悪事態不着火フラグ１４１９の両方から成る。部分燃焼１４１２又は不着火１４１４フラグの一つが、１エンジン・サイクルにわたってアクティブである限り、対応する最悪事態部分燃焼１４１７又は不着火フラグ１４１９が、１エンジン・サイクルにわたってアクティブに設定される。
【０１５８】
平均的な手法の実施形態のＭＢＴタイミング・コントローラ１４９０の機能は、シリンダごとの方法の実施形態に用いられるコントローラの機能と同じである（図３１と図３８を比較）。更に、平均的な手法の方法は、ＰＩコントローラ１４４０、一つのノッキング制限マネジャー１４５０、及び一つの不着火制限マネジャー１４６０だけを用いて、全てのシリンダの着火を制御するのに用いられる一つの平均ＭＢＴ点火タイミング制御信号１４８０を生成する。図３８に示されているように、この実施形態とシリンダごとの実施形態の間の違いは、最悪事態ノッキング情報１４０６及び不着火情報１４１６が、それぞれノッキング進角限界１４５０及び不着火遅延限界１４６０によって用いられることである。
【０１５９】
更に、現在のシリンダについての現在のＭＢＴ基準１４３５が、ＭＢＴ  ＰＩコントローラ１４４０に入力される。平均的な方法の利点は、たった一つのＰＩコントローラ１４４０が、全てのシリンダに対して用いられ、全般的な必要条件を減少させることである。しかしながら、この方法は、個々のシリンダのノッキング及び不着火限界管理を使用しないので、一つの平均信号１４８０を全てのシリンダに対して用いられるために、各々のシリンダの控え目なノッキング制御及び不点火制御が多く生じる。
【０１６０】
上述のように、ＭＢＴタイミング制御構成の第２の実施形態は、混合した手法を用いる。この実施形態において、個々のノッキング１４００及び不着火情報１４１０を用いて、各々のシリンダについて、ノッキング１４００及び不着火情報１４１０の両方を計算する。更に、現在のノッキング１４００及び不着火情報１４１０が、ＭＢＴ  ＰＩコントローラ１４４０に入力される。また、現在のシリンダについての現在のエンジンＭＢＴ基準１４３５を用いて、点火タイミングを制御する。図３９を参照。
【０１６１】
混合したＭＢＴ制御方法１４９５は、燃焼イベントごとに作動する。ノッキング１４５０及び不着火制限１４６０マネジャーは、現在のシリンダについてノッキング及び不着火限界を選択し、ノッキング・プロセッサ１４０８及び不着火プロセッサ１４１８を用いて、これらをＰＩ飽和のために用いる。しかしながら、ＰＩ積分器は、次のシリンダのノッキング及び不着火限界を用いてリセットされる。つまり、次のシリンダについてのノッキングまたは不着火のいずれかによって出力を飽和させ得る場合には、積分器は、対応する境界値にリセットされる。
【０１６２】
混合した方法１４９５のＭＢＴタイミング・コントローラは、平均的な手法の方法と同じである（図３８と図３９を比較）。平均的な方法及び混合した方法の両方が、一つだけのＰＩコントローラ１４４０を用いる。違いは、平均的な方法が単一のノッキング・マネジャー１４５０及び単一の不着火マネジャー１４６０を用いるのに対して、混合した方法は、多数のマネジャーを使用する点である。このように、出力タイミング限界信号１４８０は、個々のノッキング及び不着火限界を有する。混合した方法を用いる利点は、全てのシリンダに対して一つだけのＰＩコントローラ１４４０が用いられ、そのことが、全般的な必要条件を減少させることである。また、多数のノッキング１４５０及び不着火マネジャー１４６０を使用することにより、改善された燃料経済性がもたらされる。
【０１６３】
セクションＨ：閉ループ式個々のシリンダ空燃比平衡化
【０１６４】
本発明のこの特徴は、閉ループ１３００及びイオン化信号１００を用いて、個々のシリンダの空燃（Ａ／Ｆ）比を制御する方法を含む。個々のシリンダのイオン化信号１００を用いて、そのシリンダの最良トルク（ＭＢＴ）タイミング情報を得る最小タイミングを計算する。次に、このＭＢＴタイミング情報１３２０を使用し、閉ループ１３００を用いて個々のシリンダのＡ／Ｆ比を制御する。この制御は、ＭＢＴタイミング情報とＡ／Ｆ比との間の関係に基づいている。更に、適法学習方法を用いて、本発明のフィードフォワード制御論理ブロックを修正（又は更新）する。
【０１６５】
全体のＡ／Ｆ比（すなわち、全てのシリンダの平均Ａ／Ｆ比）が理論混合比に保持されたときでさえ、吸気マニホルドが空気の流れを個々のシリンダ内に均等に配分することができないという事実のために、内燃機関１６１の個々のシリンダのＡ／Ｆ比は変化する。個々のシリンダ間のＡ／Ｆ比の差が、エンジンのエミッション、燃料経済性、アイドリング安定性、車両の雑音、振動及び操縦（ＮＶＨ）などに影響を及ぼす。
【０１６６】
本発明の個々のシリンダのＡ／Ｆの閉ループ式制御は、ＭＢＴ基準を使用する。セクションＦ：イオン化信号１００又はシリンダ内の圧力信号によって生成されたイオン化信号を用いる多基準の耐性あるＭＢＴタイミング推定を参照。セクションＪ：個々のシリンダのＡ／Ｆ比を平衡させるための、燃焼プロセスの正味圧力加速によるＭＢＴタイミングの判断を参照。
【０１６７】
本発明は、図１３に示されるイオン電流のフィードバックを用いる、着火診断法・フィードバック制御システムのサブシステムである。これは、図１３において１３００と表記される。エンジン１６１がＭＢＴスパーク・タイミングの近くで作動するとき、シリンダ内の圧力又はイオン化信号１００のいずれかから計算されたエンジンのＭＢＴタイミング基準が、該エンジン１６１が作動するＡ／Ｆ比の関数であることが、当該技術分野において知られている。Ａ／Ｆ比が増大するか、又は希薄混合比の方向（すなわち、より希薄な混合比のＡ／Ｆ比）に移動するとき、ＭＢＴスパーク・タイミングが進角され、上死点（ＴＤＣ）から前方に移動する。この移動は、Ａ／Ｆ比の混合比が希薄であるほど、燃焼火炎が発達するのに時間がかかるという事実による。図４０は、全開スロットル（ＷＯＴ）を用いて３０００ＲＰＭで作動する２．０Ｌ、４シリンダのエンジンを用いる、Ａ／Ｆに対するＭＢＴスパーク・タイミングの試験関係曲線を示す。
【０１６８】
エンジン１６１がＭＢＴスパーク・タイミングの近くで作動されるとき、Ａ／Ｆ比とＭＢＴスパーク・タイミング情報又は基準（イオン化信号１００又はシリンダ内の圧力信号のいずれかを用いて得られた）との間の関係もまた、個々のシリンダのレベルに保持される。上述したものと同じ理由により、相対的に濃い混合比シリンダで作動するシリンダと照らして、相対的に希薄な混合比のシリンダ（すなわち、希薄混合比のＡ／Ｆ比で作動するシリンダ）のＭＢＴタイミングが進角される。
【０１６９】
図４１は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）２０％を有し、上死点前ＢＴＤＣ４７°の点火タイミングを有する、１５００ＲＰＭ、２．６２バールの制御平均有効圧力ＢＭＥＰで作動する２．０Ｌ、４シリンダのエンジンの個々のシリンダについての、ＭＢＴタイミング情報とＡ／Ｆ比の試験関係を示す。エンジン１６１は、１４．５４のＡ／Ｆ比で理論混合比の極めて近くで運転された。更に、相対的に最も希薄な混合比のシリンダ（例えば、１４．９６のＡ／Ｆ比を有する第４シリンダ）が、平均ＭＢＴ基準より２度多く進角されたＭＢＴタイミング基準（シリンダの現在のスパーク・タイミングがＭＢＴタイミングからどのくらい離れているかを示す相対的な基準）を有していた。同様に、最も濃い混合比のＡ／Ｆ比を有するシリンダ（１４．１３のＡ／Ｆ比を有する第３シリンダ）が、平均ＭＢＴスパーク・タイミングの１度後（又は比較すると遅延された）のＭＢＴタイミング基準を有していた。
【０１７０】
図４１は、個々のシリンダのＡ／Ｆ比とＭＢＴ基準の関係を示すように、図４２に描き直された。図４２から、たとえデータが個々のシリンダから収集されても、ＭＢＴ基準に対するＡ／Ｆ比の関係は、全体的に線形であることが分かる。図４２から、エンジンがＭＢＴタイミングの近くで作動するときの個々のシリンダ・レベルにおいてさえ、ＭＢＴタイミング情報とＡ／Ｆ比との間に主として線形の関係が存在することを判断できる。
【０１７１】
本発明は、この関係を用いて、個々のシリンダについてＡ／Ｆ比をバランスさせる。本発明に用いられる方法は、閉ループ式コントローラを用いて、全てのシリンダが同じＭＢＴタイミング基準を有するように、個々のシリンダの燃料を調整（又はトリム）する。図４０及び４２に示される関係を用いて、個々のシリンダのＡ／Ｆ比が平衡化される。図４３は、個々のシリンダのＡ／Ｆ比をバランスさせるための、本発明の閉ループ式制御方法を示す。
【０１７２】
この制御方法は、７つの主な論理ブロック又はステップ、すなわちａ）平均ＭＢＴタイミング係数を計算する１３２０、ｂ）不平衡のエラーを計算する１３３０、ｃ）個々のシリンダの差のエラー積分１３４０、ｄ）個々のシリンダの各々についてのフィードフォワード燃料トリム係数１３５０、ｅ）個々のシリンダの各々についてのリスケール・トリム係数１３６０、ｆ）適応更新フィードフォワード燃料トリム係数１３７０、及びｇ）個々のシリンダの最終燃料供給係数計算１３８０から成る。本発明の制御方法は、エンジンごとのばらつき、吸気マニホルドの幾何学的形状のために一様でない吸入空気流量、その他の関連した要因により生じる個々のシリンダ間のＡ／Ｆ比をバランスさせる。このコントローラは、エンジンがノッキング及び不着火制限のいずれかを受けている場合には使用できなくなる。好ましい実施形態において、エンジンのサイクルごとに１度作動するので、ＭＢＴタイミング情報は、各々のシリンダについて更新される。
【０１７３】
本制御方法への入力は、セクションＦ:イオン化を用いる多基準の耐性あるＭＢＴタイミング推定において説明された方法を用いて得られたＭＢＴタイミング基準である。本発明の閉ループ式制御１３００からの出力は、個々のシリンダの燃料コマンドの乗算器として用いられ、個々のシリンダのＡ／Ｆ比を修正する。以下は、本発明方法及び装置の７つの機能ブロック又はステップ或いは論理ブロックの各々の説明である（図４４を参照）。
【０１７４】
第１に、平均ＭＢＴタイミング係数が計算される１３２０。シリンダ内の圧力方法、又はイオン化信号１００を用いる推定のいずれかからのＭＢＴタイミング推定方法の出力を、上死点後度数（ＤＡＴＤＣ）のユニットにおいて測定されたシリンダの数に等しい大きさを有するベクトルとして表すことができる。ＬMBT（ｉ）を、セクションＦのＭＢＴタイミング推定から得られたＭＢＴタイミング基準を表すものとし、ここで、インデックスｉは、シリンダの数を表す。全てのシリンダについてのＭＢＴタイミング基準の平均は、次の式、
ＬMBT-平均＝１／ｎΣＬMBT（ｉ）  （式７）
を用いて計算することができる１３２０。ここで、ｎはシリンダの数であり、ＬMBT（ｉ）は、１からｎまで合計される。
次に、不平衡エラーが計算される１３３０。以下の式：
ＬMBTエラー（ｉ）＝ＬMBT（ｉ）−ＬMBT-平均、Ｉ＝１、２、・・・、ｎ  （式８）
に示されるように、個々のシリンダの不平衡により生じたＭＢＴタイミング係数のエラー、すなわちＭＢＴタイミング係数エラーＬMBTエラー（ｉ）は、ＭＢＴタイミング係数の平均ＬMBT平均からＭＢＴタイミング基準ＬMBT（ｉ）を引くことによって計算される１３３０。
【０１７５】
第３に、個々のシリンダの差のエラー積分１３４０が実行される。次の式：
ＥＲＲMBT（ｋ＋１）＝Ｋ1*[ＥＲＲMBT（ｋ）＋ＬMBTエラー（ｋ）］  （式９）
を用いて、個々のシリンダについてのＭＢＴタイミング・エラー、すなわちＭＢＴタイミング係数積分エラー、ＥＲＲMBT（ｋ＋１）を計算することができる１３４０。
ここで、ｋは、ｋ番目のエンジン・サイクルを表す時間ステップインデックスであり、ＬMBTエラー（ｋ）は、ｋ番目のエンジン・サイクルにおけるステップｂから得られたエラー・ベクトルであり、Ｋ1は、０．００１の典型的な値を有する積分利得係数であり、これを本発明の閉ループ式制御方法のための較正係数として用いることができる。
【０１７６】
第４に、個々のシリンダの各々について、フィードフォワード燃料トリム係数１３５０が計算される。フィードフォワード燃料トリム係数のベクトルＦＴFDD（各々の要素は、対応する個々のシリンダを表す）は、参照テーブル１３５２の出力である。これは、エンジン速度及び負荷の関数である。吸気マニホルドの幾何学的形状のために、空気流量が変化するに従って、個々のシリンダの不平衡も変化する。参照テーブル１３５２を用いて、この変化を補償する。組み合わせられた燃料トリム係数は、粗燃料トリム係数ＦＴ粗と呼ばれ、ＭＢＴタイミング・エラーＥＲＲMBT、及びフィードフォワード燃料トリム係数ＦＴFDDを加えることによって計算される１３５０。下の式１０：
ＦＴ粗＝ＥＲＲMBT＋ＦＴFDD  （式１０）
を参照１３５０。
【０１７７】
エンジン１６１が、正常でない燃焼条件（ノッキング、不着火／部分燃焼などのような）で作動される場合には、信頼できないＭＢＴタイミング推定のために、ＭＢＴタイミング基準はＡ／Ｆ比平衡化計算ために用いられず１３５３、この場合、積分された値が更新されないことに注意。従って、粗燃料トリム係数ＦＴ粗は、フィードフォワード燃料トリム係数ＦＴFDDに設定される１３５４。
【０１７８】
図４５は、メモリ１１２に格納された参照テーブル１３５２の例である。このメモリは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、又は多くの他の形態のメモリ手段の一つとしてもよい。エンジン速度は、６５０ｒｐｍ（例えば、アイドリング状態）から６５００ｒｐｍ（例えば、定格ｒｐｍ）まで、縦軸に沿って１２ステップにマッピングされる。標準化されたエンジン負荷は、０から１まで、横軸に沿って１０ステップにマッピングされる。従って、１２×１０のデータ・パラメータ・マトリクスが、エンジン速度及びエンジン負荷の組み合わせの各々について、フィードフォワード燃料トリム係数ベクトルＦＴFDDのために格納された値を有する。通常、このテーブル１３５２は、エンジンの較正プロセスによって得られる。
【０１７９】
第５に、個々のシリンダの各々についてのトリム係数がリスケールされる１３６０。粗燃料トリム係数ＦＴ粗は、ベクトルＦＴ粗の合計が、シリンダの数に等しく、全体の燃料流量が変わらないという制約を満たさなくてもよい。次のリスケール作動１３６０は、これを処理し、粗燃料トリム係数ＦＴ粗がリスケールされ、リスケール・トリム係数ＦＴリスケールを生み出す：
ＦＴリスケール（ｋ）＝（ｎ*ＦＴ粗（ｋ））／（ΣＦＴ粗（ｋ）） (式１１)１３６０。
ここで、インデックスｋはｋ番目のシリンダを表し、ｎはシリンダの数であり、ＦＴ粗（ｋ）は、１からｎまで合計される。つまり、リスケールされたトリム係数ＦＴリスケールは、粗燃料トリム係数ＦＴ粗にエンジン１６１におけるシリンダの数を掛け、次に、この合計をエンジンにおける各々のシリンダについて全ての粗燃料トリム係数ＦＴ粗の合計で割ることによって計算される１３６０。
【０１８０】
このステップを用いて、所定のエンジン・サイクルについての燃料流量を、命令されたものと同じにすることができる。しかしながら、燃料流量は、個々のシリンダ間でバランスするように再分配される。フェールセーフ作動を保証するために、個々のシリンダについて、飽和（すなわち、上限及び下限）を燃料トリムに適用する１３６２。ＦＴ上及びＦＴ下は、燃料トリム・ベクトルについての上限ベクトル及び下限ベクトルを表す。ＦＴ上及びＦＴ下の両方が、較正係数である。通常、上下飽和ベクトルＦＴ上及びＦＴ下は、適度な変化範囲を有するように、全てのシリンダについてのＡ／Ｆ比をバランスさせるのに十分な自由度があるような方法で設定される。ＦＴ上及びＦＴ下の典型的な値は、０．９及び１．１であり、これは、空燃比の変化１０パーセントを補償することができる。ＦＴスケールの何らかの要素が上限又は下限の外にある場合には、境界値にリセットされ、（式５）に類似したプロセスを用いて、関連した飽和されていない要素がリスケールされ１３６４、トリム・ベクトルの平均が、エンジン１６１におけるシリンダの数と等しくなる。飽和された燃料トリム・ベクトルは、最終トリム・ベクトルＦＴ最終と呼ばれる。
【０１８１】
ＦＴリスケールの飽和されていない要素をリスケールすることによって、最終の燃料トリム・ベクトルＦＴ最終が計算された後１３６４、（ｋ＋１）番目のエンジン・サイクルＥＲＲMBT（ｋ＋１）についての個々のシリンダのエラー積分器をリセットして１３６６、スケール及び飽和作動を反映させる。これは、最終の燃料トリム・ベクトルＦＴ最終からフィードフォワード燃料トリム係数ＦＴFDDを引き、次に、この合計を積分利得係数Ｋ1で割ることによって計算される。下記の式１２：
ＥＲＲMBT（ｋ＋１）＝［ＦＴ最終（ｋ＋１）−ＦＴFFD（ｋ＋１）］／Ｋ1  （式１２）
を参照１３６６。
個々のシリンダのエラー積分器ＥＲＲMBT（Ｋ＋１）のこのリセットは、オーバーフロー及び典型的な積分器のリワインド問題を防止するように働く。
【０１８２】
第６のステップにおいて、フィードフォワード燃料トリム係数が、適応可能に更新される１３７０。好ましい実施形態において、閉ループ式制御方法の適応部分は、現在のエンジン作動条件（エンジン速度及び負荷）に基づいてフィードフォワード参照テーブル１３５２を修正又は更新する１３７２。エンジン１６１が、参照テーブルのメッシュ点の近くで作動されるときには、適応アルゴリズムが、
ＦＴＭ新しい（ｋ）＝ＦＴＭ古い（ｋ）＋ＥＲＲMBT（ｋ）
によって、新しいメッシュ点の値ＦＴＭを更新する。
ここで、ｋはエンジンのサイクル数であり、ＦＴＭ新しい及びＦＴＭ古いの両方が、更新された新しいメッシュ点の値を表す。この目的は、全てのシリンダについてＡ／Ｆ比がバランスされたとき、フィードフォワード出力が最終の燃料トリム係数をもたらすことである。
【０１８３】
第７のステップにおいて、個々のシリンダの最終燃料供給係数が計算される１３８０。次の式：
ＦＵＥＬ最終(ｉ)１４０＝ＦＵＥＬCMD*ＦＴ最終(ｉ)、ｉ＝１、２、・・、ｎ（式１３）
に示されるように、個々のシリンダの各々についての最終燃料供給（ＦＵＥＬ最終）コマンドが、命令された燃料供給又は燃料供給コマンド（ＦＵＥＬCMD）に対応するシリンダの最終燃料トリム係数ＦＴ最終を掛けることによって計算される１３８０。
【０１８４】
好ましい実施形態において、図４３におけるステップ（又は命令）は、メモリ１１１内に配置されたソフトウェアすなわちファイアウェア１０７に格納される（本発明の空燃比制御システムの論理ブロック図である図４６を参照）。このステップは、コントローラ１２１によって実行される。メモリ１１１は、コントローラ１２１上に配置することができ、又は該コントローラ１２１から離れて配置することもできる。メモリ１１１を、ＲＡＭ、ＲＯＭ、又は多くの他の形態のメモリ手段の一つにすることができる。コントローラ１２１を、プロセッサ、マイクロプロセッサ、又は他の形態のデジタル又はアナログ処理手段にすることができる。好ましい実施形態において、コントローラは、エンジン制御ユニットＥＣＵ１２１である。
ＥＣＵ１２１は、イオン化検知回路１０からイオン化信号１００を受け取る。ＥＣＵ１２１は、メモリ１１１に格納された命令１０７を実行し、各々のシリンダについて所望の空燃比ＡＦＲを判断する。次に、ＥＣＵ１２１は、所望の燃料コマンド９７５を、エンジン１６１に配置された燃料噴射器１５１のような、ある形態の燃料制御機構に出力する。
【０１８５】
セクションＩ：スパーク・プラグ・イオン化信号を用いる排出ガス制御
【０１８６】
排出ガス再循環（ＥＧＲ）は、内燃機関１６１におけるＮＯｘエミッションを減少させるのに有効な方法である。従来技術において広く用いられる外部排出ガス再循環ＥＧＲは、エンジンのマッピング点を用いて較正される。つまり、エンジンを制御する際に用いられる所望の排出ガス再循環ＥＧＲ率は、負荷及び速度のような様々なエンジンの作動条件にマッピングされる。ＥＧＲの量が、エンジンのエミッション及びその燃焼安定性に影響を及ぼすことに注意。燃料の経済性を犠牲にすることなくＮＯｘエミッションの減少を最大にするために、高いＥＧＲ率を有することが望ましいが、一方、ＥＧＲが多すぎると、エンジンの燃焼プロセスを不安定になることがある。従って、場合によっては、安定した燃焼を用いてできる限り多くのＥＧＲを有することが望ましい。エンジンごとのばらつき、エンジンの老化、及びエンジンの作動環境の変化のために、所望のＥＧＲ率の開ループ式較正は、非常に控え目なものである。本発明においては、閉ループ式コントローラを用いて、外部排出ガス再循環ＥＧＲを調整し、燃料の経済性を最大にし、エミッションを最小にする。別の好ましい実施形態においては、内部排出ガス再循環ＥＧＲは、閉ループ１６００によって制御される。
【０１８７】
火炎温度を減少させ、燃焼プロセスを減速させるために、排出ガス再循環ＥＧＲが用いられる。このために、排出ガス再循環ＥＧＲは、エンジンが軽負荷又はアイドリング状態で作動される際には用いられない。排出ガス再循環ＥＧＲは、部分負荷状態において用いられる際に最大の利点を見出し、そこでは、相対的に大きく開いたスロットルよって、ポンプ損失が減少される。燃焼プロセスもまた比較的大きく開いたスロットルの恩恵に浴する。
【０１８８】
ポンプ損失が最小であり、トルク出力が優先事項である全開スロットルにおいて、排出ガス再循環ＥＧＲでは、もはや使用されない。先に述べたように、排出ガス再循環ＥＧＲの開ループ式制御は、様々な部分負荷状態における所望の排出ガス再循環ＥＧＲ率を設定するために、エンジン較正に大きな労力を用いる。排出ガス再循環ＥＧＲ及びスパーク・タイミングの開ループ式制御のために、所望の排出ガス再循環ＥＧＲは、通常、控え目過ぎるので、排出ガス再循環ＥＧＲの燃料経済性の利点を十分に利用することができない。更に、排出ガス再循環ＥＧＲ率１６１０は、一般的に、排出ガス再循環ＥＧＲ弁位置１６２０によって制御される。エンジンが老化するにつれて、排出ガス再循環ＥＧＲ弁及びその配管は、排気沈積物によって詰まり、シリンダに送られる真の排出ガス再循環ＥＧＲは、劇的に変化し得る。
【０１８９】
本発明のこの特徴は、イオン化信号１００及び排出ガス再循環ＥＧＲの閉ループ式制御１６００を用いて、エンジン１６１に、最良トルク（ＭＢＴ）タイミングを得る最小スパーク・タイミングか、ノッキング制限を受けているタイミングのいずれかを与え、排出ガス再循環ＥＧＲに関連した最大の燃料経済性の利点を生み出す。
【０１９０】
排出ガス再循環ＥＧＲの目的は、１）ＮＯｘエミッションを減少させ、２）所定のＮＯｘエミッション・レベルを有する内燃機関１６１の燃料経済性を改善することである。ＮＯｘの形成は、２つの要因によって決まる。すなわち、第１に、Ｎ2を酸化させるのに十分な酸素がなければならないこと、及び他方は、ＮＯｘの形成反応を加速するのに温度が十分に高くなければならないことである。排出ガス再循環ＥＧＲが燃焼室に導かれるとき、排出ガスは不活性ガスのように働き、燃焼反応から熱を吸収する。その結果、全体的なガス温度、すなわち燃焼が行われる温度が、ＥＧＲの希釈効果によって減少される。減少した温度は、ＮＯｘの形成を減速させる。ＥＧＲのＮＯｘの形成についての抑制効果は、エンジン内に取り入れられる外気の体積に対する再循環された排出ガスの体積が増加するにつれて増大する、すなわちＥＧＲ率が増加する。
【０１９１】
排出ガス再循環ＥＧＲがエンジン１６１において用いられるときには、室内で大きな体積をとる高温排出ガスによって、燃焼室に入る外気が少なくなる。従って、シリンダ内に酸素のための場所が少なくなるので（すなわち、希釈効果）、空気／燃料混合気が希釈される。同じ負荷要求を満たすため、排出ガス再循環による吸気マニホルドの圧力増加を補償し、よって同じ空気流量（すなわち酸素）を保持するために、スロットルを大きく開けなければならない。増大したスロットル開口は、ポンプ損失を減少させるだけでなく、吸気マニホルドの圧力増加の結果生じる強い乱流のために燃焼プロセスをも加速させる。
【０１９２】
シリンダ内の希釈効果のために、排出ガス再循環ＥＧＲを加えることにより燃焼速度が減少されるが、これは強い乱流によりある程度まで打ち消される。２つの効果の結果、ＥＧＲ率１６１０が増加するにつれて、排出ガス再循環ＥＧＲの希釈が燃焼を徐々に減速させることになる。過剰の排出ガス再循環ＥＧＲが燃焼室に付加される際には、燃焼が不安定になる。このように、高いＥＧＲ率を用いることは、エンジン作動の不安定性をもたらす傾向がある。従って、ＮＯｘエミッションの抑制とエンジンの燃焼安定性の間の均衡を保持するように、ＥＧＲ率を制御しなければならない。
【０１９３】
燃焼が不安定になるにつれて平均有効圧力（ＩＭＥＰ）の共分散（ＣＯＶ）が増加するので、燃焼安定性の尺度の一つは、この指示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）の共分散（ＣＯＶ）である。できる限り最良の燃料経済性を有するために、制御戦略により、燃焼の質を低下させることなく、できるだけ多くの排出ガス再循環ＥＧＲを燃焼室に加えるべきである。従来技術においては、ＩＭＥＰのＣＯＶの計算には、シリンダ内の圧力信号が用いられる。しかしながら、生産対応の、低コストで、信頼できるシリンダ内圧力センサの欠如のために、生産エンジンが燃焼安定性を測定することは困難である。本発明は、燃焼安定性の基準を生成するためにイオン化信号１００を用い、排出ガス再循環ＥＧＲを最大にし、これにより所定のエミッション許容差における燃料の経済性が最大になるように、この基準を使用する。
【０１９４】
排出ガス再循環ＥＧＲ率１６１０が増加するにつれて、燃焼は、早いスパーク・タイミングを用いて最良の燃料経済性のために燃焼期間を長くする、言い換えれば、最良トルク（ＭＢＴ）を得る最小タイミングでエンジンを作動させる。スパーク・タイミングが、ノッキング制限を受けない場合には、排出ガス再循環ＥＧＲ率１６１０が上がるにつれて、最良トルクＭＢＴスパーク・タイミングのための最小時間が増加する。その間、燃焼の不安定性は、長い燃焼期間への要求のため、徐々に増加する。一般的に、燃焼期間の０％から９０％までが７０度より大きいクランク角を取る場合、燃焼が不安定になる傾向があり、通常、それ以上は許容できない。この点において、低下した燃焼プロセスのために、燃料の消費が増加し始める。また、多くの排出ガス再循環ＥＧＲが用いられた場合には、未燃焼の燃料のために、炭化水素（ＨＣ）エミッションが急速に上昇する。最良トルクＭＢＴタイミングを得る最小時間が、典型的には４０度の値を有する特定のクランク度の上死点前（ＢＴＤＣ）を超えて進角される場合には、この不安定性の限界に達する。これが起こらないようにするために、エンジンの排出ガス再循環ＥＧＲ率１６１０は、最良トルクＭＢＴタイミングを得る最小時間が、ＢＴＤＣ４０度のような較正可能な値より小さくなるように較正される。この手法の不利な点は、実際の排出ガス再循環ＥＧＲ率１６１０が、エンジンの老化などのために変化するという事実のために、較正が非常に控え目であることである。
【０１９５】
提案された閉ループ式最大排出ガス再循環ＥＧＲ率のコントローラ１６００は、最良トルクＭＢＴタイミングのためのエンジン最小時間とＩＭＥＰのＣＯＶの間の関係を利用する（図４７を参照）。一般に、ＩＭＥＰのＣＯＶは、燃焼の不安定性の指示器として用いられ、３％未満が良好な燃焼であると考えられる。図４７に示されるように、多くの排出ガス再循環ＥＧＲがシリンダに付加される場合には、最良トルクＭＢＴタイミングのための最小時間が増加するにつれて、ＩＭＥＰのＣＯＶが増加する。ＩＭＥＰのＣＯＶが３％より大きい場合には、ＭＢＴタイミングがおよそＢＴＤＣ４３度であり、排出ガス再循環ＥＧＲ率１６１０は、約２０％となる。
【０１９６】
本発明においては、ＩＭＥＰのＣＯＶの代わりに、最良トルクＭＢＴスパーク・タイミングのための最小最良時間が、最大希釈率（排出ガス再循環ＥＧＲ率１６１０）の制御のための尺度として用いられる。図４７は、ＩＭＥＰのＣＯＶと、２．６２バールＢＭＥＰで１５００ＲＰＭで作動する２．０Ｌ、４シリンダのエンジンについて、ＩＭＥＰのＣＯＶと最良トルクＭＢＴスパーク・タイミングのための最小時間との間の相関を示す。
【０１９７】
排出ガス再循環ＥＧＲがシリンダに付加されるとき、未燃焼の混合気の最初の温度は、高温の排出ガスのために増加する。最初の温度がより高く、エンジンをノッキングさせる場合には、未燃焼の混合気は、自己着火する傾向がある。排出ガス再循環ＥＧＲが付加されない場合には、最良トルクＭＢＴタイミングのためのエンジンの最小最良時間は、ノッキング制限されなくてもよいであろう。しかしながら、排出ガス再循環ＥＧＲ率が増加するにつれて、エンジンのスパーク・タイミングは、ノッキング制限を受けるようになる。更に、多くの排出ガス再循環ＥＧＲが付加される場合には、混合したガスが高温になり、ノッキングがより激しくなる。その結果、スパーク・タイミングは、ノッキングを回避するようにＭＢＴタイミングから後退させられる。このことは、燃料経済性を悪化させる。
【０１９８】
一方、排出ガス再循環ＥＧＲ率の増加は、エンジンのポンプ損失を減少させる。従って、最良の燃料経済性のための好ましく又は最適な排出ガス再循環率ＥＧＲ１６０６は、ノッキング制限された排出ガス再循環率ＥＧＲ１６０８よりわずかに高い排出ガス再循環ＥＧＲ率である。図４８を参照。費用が高いために、ＥＧＲ率の直接測定は好ましくないので、本発明は、イオン化信号１００から生成されたＭＢＴタイミング基準を用いることによって、ノッキング制限を受けている好ましいスパーク・タイミングを計算する。エンジンが、排出ガス再循環ＥＧＲによってノッキング制限を受けている場合には、エンジンは、最良トルクＭＢＴスパーク・タイミング１６１２のための最小最良時間では作動されない。代わりに、エンジンは、ＭＢＴスパーク・タイミングから遅延させられた、遅延した（又は遅れた）スパーク・タイミングで作動される。遅れの量は、「ＭＢＴオフセット」１６１４と呼ばれ、ＭＢＴタイミング基準によって定量化される（図４８を参照）。排出ガス再循環ＥＧＲは、ノッキング制限されたスパーク・タイミングに減少される。
【０１９９】
要約すれば、エンジン１６１がノッキング制限を受けているかどうかについて、判断がなされる（１６０３）（図５０を参照）。排出ガス再循環ＥＧＲがノッキング制限を受けていない場合には、エンジン１６１は、該エンジン１６１が排出ガス再循環ＥＧＲの最良トルク・スパーク・タイミング限界のための最小最良時間（すなわち、ＥＧＲ  ＭＢＴタイミング限界）で作動するように、排出ガス再循環ＥＧＲ１６１０を最適な排出ガス再循環ＥＧＲ１６０６に設定する（１６０７）。排出ガス再循環ＥＧＲがノッキング制限を受けている場合には、エンジン１６１は、該エンジン１６１が遅延したＭＢＴスパーク・タイミング限界で作動するノッキング制限されたＥＧＲ率に、排出ガス再循環ＥＧＲ率を設定する。エンジン１６１は、較正可能なＭＢＴタイミング基準を用いて、遅延したＭＢＴタイミング限界を判断する。遅延したＭＢＴスパーク・タイミング限界とＥＧＲ  ＭＢＴタイミング限界との間の差は、ＭＢＴオフセット１６１４と呼ばれる。
【０２００】
イオン化フィードバック制御システム（セクションＣを参照）の一部として、図４９は、希釈率を最大にする閉ループ式ＥＧＲ率制御１６００の論理ブロック図を示す。ＥＧＲの閉ループ式コントローラ１６００は、閉ループ式ＭＢＴタイミング・コントローラ１４３０、１４９０、１４９５と共に働く（セクションＩを参照）。コントローラ１６００は、５つの入力及び７つの論理ブロック又は論理デバイスを有する。コントローラ１６００の出力は、ＥＧＲ弁のコマンド１６３０である。５つの入力信号、すなわち、エンジン速度（ＲＰＭ）１３５、エンジン負荷１０６０、ノッキング限界フラグ１４０４、ＭＢＴタイミング信号１４８０、及びＭＢＴ基準エラー１４３８の各々の機能の詳細は、以下に列挙される。
【０２０１】
ＲＰＭ（１分間当たりの回転数）で測定された現在のエンジン速度１３５は、定常状態のエンジン速度を表す濾波されたエンジン速度である。エンジン負荷情報１０６０は、最大負荷、燃料供給、又は指示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）の割合として計算される。ノッキング限界フラグ１４０４は、閉ループ式ＭＢＴタイミング・コントローラ１４３０、１４９０、１４９５から得られる（セクションＧ、イオン化フィードバックを用いる閉ループ式ＭＢＴタイミング制御を参照）。ノッキング制限マネジャー１４５０は、ノッキング・フラグ１４０４及びノッキング強度１４０２のいずれかが、ノッキング状態又は非可聴のノッキング状態にある場合に、いつエンジン１６１がノッキング制限モードで作動するかを感知する。ＭＢＴタイミング入力信号１４８０はまた、閉ループ式ＭＢＴタイミング・コントローラ１４３０、１４９０、１４９５から得られる（セクションＧを参照）。ＭＢＴ基準１４３５のエラー１４３８の絶対値が、較正可能な値より小さい場合には、現在の点火タイミングが、ＭＢＴタイミングであると考えられる。このコントローラ１６００に用いられるＭＢＴタイミングは、濾波されたものである。ＭＢＴ基準エラー１４３８は、閉ループ式ＭＢＴタイミング・コントローラ１４３０、１４９０、１４９５のコントローラ・エラーである。個々のシリンダのＭＢＴタイミング基準１４３５は、パラメータ推定方法を用いて生成されたイオン化信号１００又はシリンダ内の圧力信号から計算される（セクションＦ、Ｊを参照）。このパラメータは、その個々のシリンダについて、現在のエンジン・スパークがＭＢＴタイミング１６１２の前か後かを開示する。基準エラー１４３５は濾波され、燃焼ごとのばらつきの要因が取り除かれる。
【０２０２】
論理ブロック（又は論理デバイス）すなわちＥＧＲ  ＭＢＴ限界テーブル１６４０、比例・積分（ＰＩ）利得及エラー生成装置１６５０、比例・積分（ＰＩ）コントローラ１６６０、フィードフォワードＥＧＲ率テーブル１６７０、適応学習ＥＧＲ率アダプタ１６８０、飽和マネジャー１６９０、及びＥＧＲ弁計量コントローラ１６９５の各々の機能性が以下に説明される。
【０２０３】
ＥＧＲ  ＭＢＴ限界テーブル１６４０は、入力としてエンジン速度１３５及びエンジン負荷１０６０を用いる参照テーブルとして機能する論理ブロックである。これは、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、テープ、ＣＤ、又は何らかの多数のデジタル又はアナログ・メモリ記憶装置に格納することができる。ＥＧＲ率１６１０を特定のエンジン速度１３５及び負荷１０６０条件にマッピングすることによって、参照テーブル上の個々の点の各々を較正することができる（図５１ａのステップ１７００を参照）。ＩＭＥＰのＣＯＶのような燃焼安定性基準に相関した推奨されたＥＧＲ  ＭＢＴタイミング限界信号１６４２が、ＰＩ利得・エラー生成装置１６５０に与えられる（又は出力される）（１７１０）。所望の燃焼安定性基準（ＩＭＥＰのＣＯＶが２．５％より小さいような）を用いて、ＭＢＴタイミング限界を判断することができる。
【０２０４】
好ましい実施において、ＰＩ利得・エラー生成装置１６５０は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、又は何らかの形態の処理手段とすることができる。この論理デバイスは、２つの異なるエンジン状態、すなわちノッキング制限を受けている状態又はノッキング制限を受けていない状態において作動することができる。ノッキング限界フラグ入力１４０４を用いて、ＰＩ利得・エラー生成装置が、２つの状態すなわちａ）ノッキング制限を受けている状態、又はｂ）ノッキング制限を受けていない状態のいずれで作動するかを判断する（１７２０）。ＰＩ利得・エラー生成装置１６５０の出力信号１６５２は、ＰＩコントローラ１６６０の利得（比例及び積分）ＰＩ＿利得、及びＰＩコントローラ１６６０の入力エラーＰＩ＿エラーの両方を含む。比例利得は、常にゼロに設定される。
【０２０５】
ノッキング制限を受けている状態において、ＰＩ利得（ＰＩ＿利得）及びエラー（ＰＩ＿エラー）は、ＭＢＴ基準エラー１４３８の入力信号を用いて生成される。ＭＢＴ基準エラー１４３８が、クランク角３度のような較正可能な遅延ＭＢＴタイミング限界より小さい場合に、第１のステップが判断される。基準エラー１４３８が較正可能な遅延ＭＢＴタイミング限界より小さい場合には、スパーク・タイミングは、ＭＢＴタイミングからのオフセットの下になる。従って、排出ガス再循環率ＥＧＲを、ノッキング制限されたＥＧＲに達するまで増加させることができる（図４８を参照）。
【０２０６】
このように、ＭＢＴ基準エラー１４３８が較正可能な遅延ＭＢＴタイミング限界より小さい（つまり、より高いＥＧＲが必要とされる）場合には、ＰＩエラー（ＰＩ＿エラー）が１に設定され、ＰＩ＿利得の積分利得が、０．１のような較正可能な値（１７３２）に設定される。その結果、ＰＩ制御出力１６６２が増加し、ＥＧＲを増大させる。
【０２０７】
ＭＢＴ基準エラー１４３８が較正可能な遅延ＭＢＴタイミング限界より大きいか又はこれに等しい場合には、スパーク・タイミングは、ＭＢＴタイミングからのオフセットより上になる。スパーク・タイミングがオフセットＭＢＴタイミング又はＥＧＲ  ＭＢＴタイミングになるまで、排出ガス再循環率ＥＧＲを減少させるべきである。従って、ノッキング制限されたＥＧＲ１６０８に達するまで、排出ガス再循環率ＥＧＲを減少させることができる（図４８を参照）。
【０２０８】
このように、ＭＢＴ基準エラー１４３８が較正可能な遅延ＭＢＴタイミング限界より大きい（つまり、より低いＥＧＲが必要とされる）場合には、ＰＩ＿エラーが−１に設定され、ＰＩ＿利得の積分利得が、較正可能な値に設定される（１７３４）。その結果、ＰＩ制御出力１６６２は減少し、ＥＧＲ率１６１０を減少させる。
【０２０９】
ノッキング制限を受けていない状態において、ＰＩ利得及びエラー出力信号１６５２は、ＭＢＴコントローラ１４４０、１４９０、１４９５からのＭＢＴ点火タイミング信号１４８０を用いて生成される。第１のステップは、ＭＢＴ点火タイミング信号１４８０が、ＥＧＲ  ＭＢＴスパーク限界より小さい場合に判断されることになる。ＭＢＴタイミングがＥＧＲ  ＭＢＴスパーク限界より小さい場合には、ＰＩ＿エラーが１に設定され、ＰＩ＿利得の積分利得が、較正可能な値に設定される。その結果、ＰＩ制御出力１６６２は増加し、最適な排出ガス再循環ＥＧＲ率１６０６に達するまでＥＧＲ率１６１０を増加させる。ＭＢＴ点火タイミング信号１４８０が、ＥＧＲ  ＭＢＴスパーク限界より大きいか又はこれに等しい場合には、ＰＩ＿エラーが−１に設定され、ＰＩ＿利得の積分利得が、較正可能な値に設定される（１７３９）。その結果、ＰＩ制御出力１６６２は、最適な排出ガス再循環ＥＧＲ率１６０６に達するまでＥＧＲ率１６１０を減少させる。
【０２１０】
好ましい実施形態において、比例・積分（ＰＩ）コントローラ１６６０は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、又は何らかの形態の処理手段とすることができる。上述のように、ＰＩコントローラ１６６０は、入力として、ＰＩコントローラ１６６０の利得（比例及び積分）ＰＩ＿利得及び該ＰＩコントローラ１６６０の入力エラーＰＩ＿エラーの両方を含むＰＩ利得・エラー生成装置１６５０の出力信号１６５２を受け取る（１７４０）。ＰＩコントローラ１６６０の出力１６６２は、比例及び積分制御出力の合計である。比例制御出力は、ＰＩ＿エラーと比例利得の積を取ることによって計算される（１７４２）。積分制御出力は、積分利得とＰＩエラーの積分の積を取ることによって計算される（１７４４）。
このコントローラの新規な特徴は、組み合わせられた出力（フィードフォワード出力及びＰＩ出力）が飽和した場合に、積分値がリセットされることである。この状況が生じた場合には、ＰＩ積分値は、組み合わせられた出力が飽和値（以下を参照）と等しくなり、オーバーフロー及びリワインドを回避するような値に設定される。
【０２１１】
フィードフォワードＥＧＲ率テーブル１６７０は、エンジン速度１３５及び負荷１０６０の関数である。このテーブル１６７０は、満足のいく燃焼安定性基準（ＩＭＥＰのＣＯＶのような）を用いて、エンジンの最大ＥＧＲ率１６１０をマッピングすることによって最初に得ることができる１７５０（図５１ｂを参照）。このマッピング・プロセスの精度は、適応学習プロセス・コントローラ１６８０によって修正することができる（以下を参照）。これは、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、テープ、ＣＤ、又は何らかの多数のデジタル又はアナログ・メモリ記憶装置に格納することができる。テーブル１６７０は、フィードフォワードＥＧＲ率１６７２を出力し（１７５２）、これは、加算器１６６３によってＰＩコントローラ１６６０の出力１６６２に加えられ、所望のＥＧＲ率の信号１６６４を生成する（１７５４）。
【０２１２】
上述のように、適応学習ＥＧＲ率アダプタ１６８０は、最終の所望のＥＧＲ率１６６４を、適応学習装置１６８０への入力として働く現在のエンジン１６１の作動条件（すなわち、所定のエンジン速度１３５及び負荷１０６０）から生成された初期設定値のＥＧＲ率と比較する（１７５６）。（従って、一つの好ましい実施において、適応学習装置１６８０は、プロセッサと比較器とを含む。）適応学習ＥＧＲ率アダプタ１６８０は、フィードフォワード・テーブル１６７０についての修正値信号１６８２を生成する（１７５８）。エンジン１６１が、較正可能な期間、現在の作動条件で作動する場合には、その作動条件における更新された値１６８２が、フィードフォワード・テーブル１６７０に送られ、テーブル１６７０における値を適応可能に修正する。適応学習装置１６８０は、フィードフォワードＥＧＲ率のテーブル１６７０と共にループ１６００のフィードバック部分を構成する。
【０２１３】
飽和マネジャー１６９０は、許容される最大所望ＥＧＲ率１６１０について上限及び下限を課す論理デバイスである。組み合わせられた出力信号１６６４（フィードフォワード１６７２及びＰＩ出力１６６２）が飽和されたとき、すなわち所望の排出ガス再循環ＥＧＲ率が上限又は下限のいずれかを超えた場合には、ＰＩコントローラ出力１６６２の積分出力がリセットされる（１７６０）。この状況が生じた場合、ＰＩ積分値は、組み合わせられた出力が飽和値１６９２と等しくなるような値に設定される。通常、下限はゼロであり、上限は、ＥＧＲ弁の最大開口、排気及び吸気マニホルドの圧力差などのような多数の要因によって決まる。上限はまた、エンジン１６１の作動条件の関数でもある。
【０２１４】
ＥＧＲ弁計量コントローラ１６９５は、ＥＧＲ弁コマンド１６３０を出力することによって、所望のＥＧＲ率１６６４を所望の弁開口１６２０に変換する。閉ループ式制御のために、この変換に必要とされる精度は、従来の開ループ式ＥＧＲ率制御を用いるものよりずっと小さいものとなる。
【０２１５】
セクションＪ：燃焼プロセスの正味圧力加速によるＭＢＴタイミングの判断
【０２１６】
様々なエンジン作動条件におけるＭＢＴタイミング（最良トルクを得る最小スパーク・タイミング）には、マッピングに多大な労力が必要とされる。ピーク圧力位置、質量割合５０％位置、及び圧力比管理のようなＭＢＴタイミング制御のために開発された制御方法に基づいた既存のシリンダ圧力センサは、依然として圧力信号の観察に基づいており、較正に一定の労力を要する。
【０２１７】
本発明は、シリンダ内の燃焼の結果生じた正味圧力の増加の最大加速率を用いて、スパーク・タイミングを制御するように意図される。正味圧力の最大加速点が上死点（ＴＤＣ）と並ぶ際に、ＭＢＴタイミングが達成される。本発明は、スパーク・タイミング制御方法を簡単化するだけでなく、ＭＢＴタイミングの探索を非常に信頼できるものにする。
【０２１８】
ＭＢＴタイミングはまた、最良トルクのための最小スパーク・タイミング、又は最大制動トルクのためのスパーク・タイミングとも呼ばれる。特定のエンジン作動条件におけるスパーク・タイミングが、ノッキング制限を受けるか、特定の条件のために意図的に遅らせられるのではない限り、同じ量の空気／燃料混合気が最大仕事を生成し得る最大スパーク・タイミングが必ず存在する。理想的な燃焼サイクルの場合には、着火、火炎核の成長、火炎の伝播の全てが同時に生じる際に燃焼プロセスが瞬時に発生する。ＴＤＣは、理想的な燃焼が生じる場所である。実際には、燃焼は瞬時に終わるものではない。ＭＢＴタイミングは、ピストンの移動及び理想的なものでない燃焼プロセスによる燃焼室の体積の一定の変化の結果物である。
【０２１９】
従来より、ＭＢＴタイミングの探索は、スパークの掃引によってなされている。作動条件により、遅くされたスパーク・タイミングが求められない限り、エンジンをＭＢＴタイミング条件で作動できるかどうかを調べるため、ほとんど全ての較正点がスパークの掃引を必要とする。スパークの掃引を必要としない場合には、過早着火又はノッキングを回避するために、条件に対して一定の度合いの安全マージンが必要とされる。開ループ式スパーク・マッピングは、通常、満足のいく較正を達成するのに多大な労力を必要とする。
【０２２０】
近年、シリンダ圧力測定又はスパーク・イオン化感知に基づいて、様々な閉ループ式スパーク・タイミング制御方法が提案された。大量の試験データ観察に基づいて、通常、ピーク圧力は、ＭＢＴタイミングのＡＴＤＣ１５度あたりで生じ、質量割合５０％燃焼は、ＭＢＴタイミングのＡＴＤＣ７度から９度までの間で主として起こることが分かった。従来技術ＳＡＥ２０００−０１−０９３２に発表されたアルゴリズムは、ＭＢＴタイミングを得るために、０．５５のあたりでＰＲＭ（圧力比管理）を制御する。基準が観察に基づいており、異なる作動条件において変化し得るので、各々のアルゴリズムは、依然として較正にある程度の労力を必要とする。最良トルクを得るために、燃焼プロセスをエンジンのシリンダの体積変化と合致させなければならないことは明らかである。しかしながら、何故ピーク圧力がＡＴＤＣ１５度あたりで生じるべきなのか、又は何故質量割合５０％燃焼がＡＴＤＣ８度あたりで起きるべきなのか、或いは何故ＲＰＭがＭＢＴタイミング条件に対して０．５５付近となるべきなのかを説明する確実な理論はない。
【０２２１】
燃焼プロセスは、厳密には化学プロセスではない。実際には、これは、化学プロセスでも物理的プロセスでもあり、通常は、クランク角に対する燃焼した質量割合（ＭＦＢ）によって説明される。燃焼質量割合は、燃焼中にクランク角ごとにどれだけの化学エネルギが放出されたかを意味するだけでなく、どのくらい速く化学エネルギが放出されたかも示す。燃焼質量割合は、特徴的なＳ形状を有し、燃焼の初めから終わりまでゼロから１まで変化する。図５２は、燃焼質量割合、及びその第１及び第２の導関数を示す。ＭＦＢ（燃焼質量割合）の第１の導関数は、放熱率又は燃焼プロセスの速度として扱うことができ、一方、第２の導関数は、燃焼プロセスの加速度として扱うことができる。スパーク放出後、火炎核が形成し始める。一旦火炎が安定すると、火炎は非常に早く成長し、燃焼プロセスは、最大加速点に達する。次に、急速な燃焼期間が始まり、最大放熱速度に達し、その後、燃焼プロセスは減速し、最大減速点に達する。燃焼は瞬時に完了せず、室の体積が絶えず変化するので、クランク角に対してこれらの重要な点をどこに調整するかということが、燃焼プロセス中にどれだけの有用な仕事を達成するかに著しい影響を与える。混合気への着火が早すぎる場合には、ＴＤＣ前の放熱によって圧力の増加が負の仕事をもたらす。混合気に時間どおりに着火しない場合には、放熱プロセスは、まさにＴＤＣ又はＴＤＣのわずか後の小さな体積の利点を利用するのに十分な程ではない。従って、どこで燃焼混合気に着火するかが、特定のスパーク・タイミングにおいて最良トルクを達成するのに重要となる。
【０２２２】
燃焼質量割合は、圧力測定によって１９３８年に確立された公知のＲａｓｓｗｅｉｌｅｒ−Ｗｉｔｈｒｏｗ法によって主として求められる。これは、着火における燃焼室の体積を基準として使用し、全体の燃焼プロセスについてクランク角ごとの正味圧力の増加を計算し、燃焼の最後に向けての最大圧力増加による圧力を標準化する。この手順は、燃焼中の熱損失及び混合気の漏れを無視する。圧力増加の割合の各々は、対応するクランク角における燃焼質量割合の割合を意味する。
【０２２３】
燃焼質量割合を用いる代わりに、燃焼プロセスの距離、速度、及び加速を表すために、正味圧力の変化及びその第１及び第２の導関数を用いる。正味圧力は、次のように導き出される。
【０２２４】
着火後のクランク角ごとに、先のクランク角Ｐ（ｉ）と比較した圧力Ｐ（ｉ＋１）の差は、２つの部分から構成される。体積変化による圧力変化の１つの部分は、
Ｐ（ｉ）*（Ｖ（ｉ）／Ｖ（Ｉ＋１））1.3−Ｐ（ｉ）の間の差によって見出すことができ、圧力が等エントロピー圧縮又は膨張を受けると仮定する。これらの２つのクランク角間の燃焼から生じた圧力差は、
Ｐ（ｉ＋１）−Ｐ（ｉ）*（Ｖ（ｉ）／Ｖ（Ｉ＋１））1.3
である。この差は、体積Ｖ（ｉ）において更に評価される。点火以来如何なる体積の変化もない場合の正味圧力を知りたい場合には、あたかも燃焼が定積燃焼で行われるものとして、再び着火点における体積と差を比較する。次に２つのクランク角の間の正味圧力の変化は、
ｄＰ（ｉ）＝(Ｐ（ｉ＋１）−Ｐ（ｉ）*（Ｖ（ｉ）／Ｖ（ｉ＋１））1.3）*Ｖ(ｉ)／Ｖig
である。
【０２２５】
最後に、各々のクランク角における正味圧力は、
Ｐ正味（ｉ）＝Ｐ正味（ｉ−１）＋ｄＰ（ｉ）となり、
ここで、Ｐは圧力であり、Ｖは体積であり、Ｖigは着火点における室の体積である。全体の燃焼プロセスについて正味圧力が見出される。第１及び第２の導関数を、正味圧力の速度及び加速度として扱うことができ、これらを燃焼プロセスの速度及び加速度として示すように用いることもできる（図５３に示される）。一旦空燃比及びＥＧＲ率が求められると、燃焼プロセスのピーク速度及びピーク加速度は、スパーク・タイミングと共にあまり変化しない。全体の燃焼プロセスは、レースに参加する距離ランナのようである。どこで最大加速を達成し、どこでピーク速度に達するかが、最終結果がどれだけ良いかを求める。周知のように、上死点（ＴＤＣ）前に生成された仕事は、移動するピストンと戦い、熱を生成するのに費やされる。しかしながら、火炎を更に発達させることは、必要なステップである。有用な仕事はＴＤＣ後に行われる。図５２及び図５３から、燃焼プロセスが比較的早いステップにおいて最大加速点に達することが分かり、これは、初期の火炎形成がこの点で終了することを示す。ＴＤＣ前に最大加速点に達した場合には、急速な燃焼期間の一部がＴＤＣ前に費やされる。ＴＤＣ後に最大加速点に達した場合には、最大加速点直後の急速な燃焼期間が、低い燃焼効率をもたらす大きなシリンダ体積において生じる。従って、最も有用な仕事を最も効率的に生じさせ得るまさに上死点において急速燃焼期間を開始するのは妥当である。言い換えれば、最大加速点が上死点と並ぶ点にスパーク・タイミングが進角される場合には、燃焼プロセスから最も有用な仕事を得ることができ、ＭＢＴタイミングを達成することができる。
【０２２６】
図５４は、２５００ｒｐｍ、７．８６バール（１１４ｐｓｉ）のＢＭＥＰについての異なるスパーク・タイミングにおけるトルク値を示し、図５５は、異なるスパーク・タイミングにおける、対応する正味圧力加速曲線を示す。ＭＢＴタイミングが、ＢＴＤＣ２８度となることが、図５４から明らかである。図５５に示すピーク加速点は、スパーク・タイミングが進角されるにつれて徐々に進む。ＢＴＤＣ２８度において、圧力のピーク加速は、ＴＤＣの近くに位置する。
様々なエンジン作動条件において行われた試験により、ＴＤＣに位置する最大加速点が、ＭＢＴタイミングを達成する場所であることも分かった。この規則は、ＰＦＩ（ポート燃料噴射）エンジン、天然ガスエンジン、及びシリンダにおいて１回だけ燃料噴射をするＧＤＩ（直噴式ガソリン・エンジン）のような、一つのピーク放熱曲線を有する燃焼プロセスにあてはまる。
【０２２７】
本発明は、本発明の好ましい実施形態の詳細を参照することによってこの特許明細書に開示されたが、当業者には、本発明の精神及び添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内で修正を容易に生み出すことが予期されるので、この開示は、限定の意味ではなく例示的なものであることが意図されることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０２２８】
【図１】イオン化フィードバック制御システムを示す。
【図２】イオン化信号のグラフである。
【図３】２次信号とイオン化信号を比較するグラフである。
【図４】プラグが汚れ、絶縁体が過熱したときのイオン化信号を示すグラフである。
【図５】イオン化信号についての過早着火の影響を示す。
【図６】着火効率を監視する本実施形態の方法において取られたステップの診断法フローチャートである。
【図７】イオン化信号を用いて着火を診断する本実施形態において取られたステップのフローチャートである。
【図８】内燃機関の燃焼室においてイオン電流を測定するための電気回路の概略である。
【図９ａ】時間に対する、ＰＣＭからＩＧＢＴまでの制御信号ＶINのグラフである。
【図９ｂ】時間に対する、点火コイルの１次巻線を通る電流の流れＩPWのグラフである。
【図９ｃ】通常の燃焼イベントから生じる出力電圧信号Ｖ出力を示す。
【図１０ａ】本発明の着火診断法・フィードバック制御システムのブロック図である。
【図１０ｂ】各々のサブシステムの特徴を含む、本発明の着火診断法・フィードバック制御システムのブロック図である。
【図１１】充電された電流フィードバック信号を用いて多重化されたイオン化電流信号のグラフである。
【図１２】本発明の着火診断法サブシステムの図である。
【図１３】着火診断法・フィードバック制御システムのシステム構成の論理ブロック図である。
【図１４】クランク角に対する空燃比の範囲を示す。
【図１５】ラムダ＝１．２、１．１、１．０、０．９５、０．９、０．８５、０．８の場合のＭＢＴの、全開スロットル状態の空燃比の範囲における３００サイクルの平均イオン化のプロットである。
【図１６】ＷＯＴにおけるＡ／Ｆ比の範囲を示す。
【図１７】ＷＯＴにおける、３０００ｒｐｍ  ＳＡ＝２０ＢＴＤＣの空燃比の範囲を示す。
【図１８】本発明のＡ／Ｆ比の摂動を示す。
【図１９】本発明のＡ／Ｆ比の最適化を示す。
【図２０】本発明のリアルタイムのＷＯＴのＡ／Ｆ比の最適化方法を示す。
【図２１】本発明のリアルタイムのＷＯＴのＡ／Ｆ比の最適化方法のフローチャートである。
【図２２】本発明のリアルタイムのＷＯＴのＡ／Ｆ比の最適化コントローラの論理ブロック図である。
【図２３】本発明の、イオン電流フィードバック装置を用いる閉ループ式遅延スパーク制御を示す。
【図２４】点火タイミングを進角するか遅延させるかを求める際に本発明において取られるステップのフローチャートである。
【図２５ａ】部分燃焼インデックス及び不着火インデックスがアクティブでない場合の閉ループ式低温起動制御方法を示す。
【図２５ｂ】部分燃焼インデックスがアクティブであり、不着火インデックスがアクティブでない場合の閉ループ式低温起動制御方法を示す。
【図２５ｃ】不着火インデックスがアクティブである場合の閉ループ式低温起動制御方法を示す。
【図２６】適応学習マネジャーの論理ブロック図である。
【図２７】イオン化波形の３つの場合のプロットである。
【図２８】本発明の多基準のＭＢＴタイミング推定方法のブロック図である。
【図２９】本発明の論理ブロック図を示す。
【図３０】本発明の多基準のＭＢＴタイミング推定方法及び装置により取られたステップのフローチャートである。
【図３１】個々のシリンダのＭＢＴタイミング・コントローラの論理ブロック図である。
【図３２】本発明のＰＩコントローラによって取られたステップのフローチャートである。
【図３３】本発明の閉ループ式ＭＢＴタイミング・ＰＩコントローラの論理ブロック図である。
【図３４】本発明の閉ループのノッキング・スパーク限界管理の論理ブロック図である。
【図３５】エンジンがノッキング制限を受けている際の閉ループ制御の間、本発明によって取られたステップのフローチャートである。
【図３６】本発明の閉ループ式遅延タイミング限界管理の論理ブロック図である。
【図３７】エンジンが不着火制限を受けている際の閉ループ制御の間、本発明によって取られたステップのフローチャートである。
【図３８】本発明の平均的なＭＢＴタイミング制御の論理ブロック図である。
【図３９】本発明の混合したＭＢＴタイミング制御の論理ブロック図である。
【図４０】Ａ／Ｆ比とＭＢＴスパーク・タイミングの間の関係のプロットである。
【図４１】２．０Ｌ、４シリンダ・エンジンの個々のシリンダについてのＡ／Ｆ比とＭＢＴスパーク・タイミングの間の関係を示す。
【図４２】２．０Ｌ、４シリンダ・エンジンの個々のシリンダについてのＡ／Ｆ比とＭＢＴスパーク・タイミングの間の線形の関係のプロットである。
【図４３】本発明の制御方法を平衡化させる閉ループ式個々のシリンダのＡ／Ｆ比の論理ブロック図である。
【図４４】本発明の制御方法を平衡化させる閉ループ式個々のシリンダのＡ／Ｆ比のフローチャートである。
【図４５】フィードフォワード燃料トリム係数ベクトルＦＴFDDを含む参照テーブルを示す。
【図４６】本発明の空燃比制御システムの論理ブロック図である。
【図４７】ＥＧＲ率の関数としてのＭＢＴタイミングに対するＩＭＥＰ  ＣＯＰのプロットである。
【図４８】本発明のノッキング制限されたＥＧＲ率のプロットである。
【図４９】本発明の閉ループ式ＥＧＲ率制御の論理ブロック図である。
【図５０】本発明の閉ループ式ＥＧＲ率コントローラによって取られたステップのフローチャートである。
【図５１ａ】図４９の論理ブロックによって取られたステップのフローチャートである。
【図５１ｂ】図４９の論理ブロックによって取られたステップのフローチャートである。
【図５２】燃焼質量割合及びその第１及び第２の導関数のグラフである。
【図５３】クランク角に対する正味圧力の導関数のグラフである。
【図５４】スパーク・タイミングを有するトルク変化のグラフである。
【図５５】スパーク・タイミングを有する正味圧力の加速変化のグラフである。
【符号の説明】
【０２２９】
１０：回路
１２：点火コイル
２８：コンデンサ
１００：イオン化信号
１３５：エンジン速度
１６１：エンジン
１６２：第１のピーク
１６６：第２のピーク
１０６０：エンジン負荷
１３５２：参照テーブル
【図１】
2004156601.tif 000003
【図２】
2004156601.tif 000004
【図３】
2004156601.tif 000005
【図４】
2004156601.tif 000006
【図５】
2004156601.tif 000007
【図６】
2004156601.tif 000008
【図７】
2004156601.tif 000009
【図８】
2004156601.tif 000010
【図９ａ】
2004156601.tif 000011
【図９ｂ】
2004156601.tif 000012
【図９ｃ】
2004156601.tif 000013
【図１０ａ】
2004156601.tif 000014
【図１０ｂ】
2004156601.tif 000015
【図１１】
2004156601.tif 000016
【図１２】
2004156601.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５ａ】
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【図２５ｂ】
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【図２５ｃ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１ａ】
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【図５１ｂ】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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