(57)【要約】【課題】現在の運転状態に応じた最適点火時期に点火時期を制御する。【解決手段】内燃機関の点火時期制御装置は、設定点火時期に変動成分を加えて、点火を実施するための最終点火時期を算出する点火時期算出器と、最終点火時期に従って点火を実施した時に検出された筒内圧の図示平均有効圧を算出する平均有効圧算出器と、図示平均有効圧と前記変動成分とに基づいて、該図示平均有効圧と該変動成分との相関関係を表す点火時期特性曲線を推定し、該特性曲線から、最適点火時期を算出するＭＢＴ算出器と、最適点火時期に収束するように、設定点火時期を制御するコントローラと、を備える。点火時期に変動成分を含ませることにより、現在の運転状態に応じた最適点火時期を算出することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定点火時期に変動成分を加えて、点火を実施するための最終点火時期を算出する点火時期算出器と、
前記最終点火時期に従って点火を実施した時に検出された筒内圧の図示平均有効圧を算出する平均有効圧算出器と、
前記図示平均有効圧と前記変動成分とに基づいて、該図示平均有効圧と該変動成分との相関関係を表す点火時期特性曲線を推定し、該特性曲線から、最適点火時期を算出するＭＢＴ算出器と、
前記最適点火時期に収束するように、前記設定点火時期を制御するコントローラと、を備える、内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項２】
前記点火時期特性曲線は、前記変動成分を入力とし、前記図示平均有効圧を出力とする関数で表され、
前記ＭＢＴ算出器は、さらに、前記平均有効圧算出器により算出された図示平均有効圧に基づいて、該関数における該変動成分に関連付けられた係数を同定する同定器を備え、該係数の同定により前記点火時期特性曲線を推定する、請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項３】
さらに、前記変動成分を生成する生成器を備え、
前記変動成分生成器は、前記関数の前記係数を同定するための自己励起条件を満たすように該変動成分を生成する、請求項２に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項４】
前記同定器は、さらに、
前記平均有効圧算出器により算出された図示平均有効圧と、前記変動成分を入力として前記関数から推定された推定図示平均有効圧との偏差がゼロになるように、前記係数の更新成分を算出し、該偏差がゼロに近づくにつれ予め設定された基準値に該係数が収束するように、該基準値に該係数の更新成分を加算することにより該係数を算出するよう構成され、
前記係数が前記基準値に収束した時に、前記最適点火時期に前記設定点火時期を収束させる前記制御が停止するように、該基準値は設定される、請求項２に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項５】
前記係数のうちの少なくとも１つに所定の制限処理を実施し、前記点火時期特性曲線が、下側の凸状を持つ曲線として推定されることを防ぐようにする、請求項２に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項６】
前記平均有効圧算出器は、前記検出された筒内圧の交流成分を抽出し、該交流成分に基づいて前記図示平均有効圧を算出するよう構成される、請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項７】
前記コントローラは、前記設定点火時期の前記最適点火時期への応答特性を指定することのできる応答指定型制御を用いて、該設定点火時期を制御する、請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の点火時期を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）の燃焼室内の圧力（以下、筒内圧と呼ぶ）を検出して、点火時期を制御する手法が提案されている。下記の特許文献１には、上死点（ＴＤＣ）における筒内圧Ptdcと、最大筒内圧Pmaxとの間の差ΔPを所定のしきい値と比較し、該差ΔPが該しきい値より小さければ、点火時期を進角側に補正する。
【特許文献１】特開平２００３−２６２１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
点火は、最適点火時期（MBT：Minimum advance for the Best Torque）で行うのが好ましい。最適点火時期で点火を実施することにより、燃焼効率を良好にし、排ガスの浄化性能を高めることができる。
【０００４】
通常、エンジンの運転状態に応じた点火時期を、マップとしてメモリに格納している。検出された現在の運転状態に基づいて該マップを参照して、点火時期を決定する。バルブタイミング機構、可変圧縮比機構などの様々な機構を備える車両では、エンジンの運転状態の数が膨大であり、よって格納すべき点火時期の数も膨大になる。このような膨大な数の運転状態のそれぞれに最適な点火時期をマップ上に規定することは、困難となってきている。
【０００５】
また、最近の車両は、エンジンに関連する構成部品を多く備えているので、燃焼状態にバラツキが生じたり、構成部品ごとに経年変化が異なったりする。したがって、このような多くの構成部品に適合するよう点火時期を設定することが困難となってきている。
【０００６】
現在の運転状態に応じた最適点火時期ＭＢＴを明確に取得することができないので、ノッキングを確実に回避するためには、点火時期を遅らせる必要がある。点火時期の過度な遅角側への制御は、燃料効率の低下を招くおそれがある。
【０００７】
従来技術のように、所定の周期で筒内圧をしきい値と比較しながら点火時期を最適点火時期ＭＢＴに近づけようとすると、点火時期を最適点火時期ＭＢＴに収束させるまでに時間がかかり、やはり燃焼効率の低下を招くおそれがある。
【０００８】
したがって、現在の運転状態に応じた最適点火時期ＭＢＴを推定して、該推定された最適点火時期ＭＢＴに点火時期を速やかに収束させることのできる制御装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一つの側面によると、内燃機関の点火時期制御装置は、設定点火時期に変動成分を加えて、点火を実施するための最終点火時期を算出する点火時期算出器と、該最終点火時期に従って点火を実施した時に検出された筒内圧の図示平均有効圧を算出する平均有効圧算出器と、該図示平均有効圧と該変動成分とに基づいて、該図示平均有効圧と該変動成分との相関関係を表す点火時期特性曲線を推定し、該点火時期特性曲線から、最適点火時期を算出するＭＢＴ算出器と、該最適点火時期に収束するように、該設定点火時期を制御するコントローラと、を備える。
【００１０】
この発明によれば、点火時期に変動成分を加えるので、現在の運転状態に応じた最適点火時期を算出することができるようになる。最適点火時期に点火時期を収束させることにより、筒内圧を最大にして、燃焼効率の低下を防止することができる。現在の運転状態に応じた最適点火時期を算出することができるので、様々な運転状態に応じた膨大な数の点火時期を予めメモリに記憶する必要はない。
【００１１】
この発明の一実施形態によると、点火時期特性曲線は、変動成分を入力とし、図示平均有効圧を出力とする関数で表される。上記のＭＢＴ算出器は、さらに、平均有効圧算出器により算出された図示平均有効圧に基づいて、該関数における該変動成分に関連付けられた係数を同定する同定器を備える。該係数の同定により、点火時期特性曲線は推定される。この発明によれば、点火時期特性曲線を表す関数に含まれる係数をより正確に同定することができるので、点火時期特性曲線の推定精度を向上させることができる。
【００１２】
この発明の一実施形態によると、制御装置は、さらに、変動成分を生成する生成器を備える。変動成分生成器は、上記関数の係数を同定するための自己励起条件を満たすように該変動成分を生成する。一実施例では、自己励起条件の数は、点火時期特性曲線を推定するのに同定すべき係数の数に１を加算した値に等しいか、または該加算した値より大きい。この発明によれば、点火時期特性曲線を推定するための信号を適切に生成することができる。
【００１３】
この発明の一実施形態によると、上記同定器は、さらに、平均有効圧算出器により算出された図示平均有効圧と、変動成分を入力として上記関数に基づいて推定された推定図示平均有効圧との偏差がゼロになるように、該係数の更新成分を算出する。さらに、同定器は、該偏差がゼロに近づくにつれ、予め設定された基準値に該係数が収束するように、該基準値に該係数の更新成分を加算することにより該係数を算出する。該基準値は、該偏差がゼロに収束した時に、最適点火時期に設定点火時期を収束させる制御が停止するように、設定される。
【００１４】
この発明によれば、実際の平均有効圧が、点火時期特性曲線から推定された推定図示平均有効圧とほぼ等しくなる時には、すなわち同定誤差がほぼゼロに近づく時には、該係数が基準値に収束するので、係数のドリフトを防止することができる。さらに、係数が基準値に収束した時には、点火時期のフィードバック制御が停止するよう基準値が設定されるので、誤った同定が継続することを防ぐことができる。
【００１５】
この発明の一実施形態によると、係数のうちの少なくとも１つに所定の制限処理を実施し、点火時期特性曲線が、下側の凸状の形状を持つ曲線として推定されることを防ぐようにする。設定点火時期が最適点火時期近傍に収束すると、推定される特性曲線の曲率が平坦になるが、この発明によれば、このような状態においても、特性曲線の曲率が誤って推定されるのを防ぐことができる。
【００１６】
この発明の一実施形態によると、平均有効圧算出器は、検出された筒内圧の交流成分を抽出し、該交流成分に基づいて図示平均有効圧を算出する。この発明によれば、筒内圧センサの検出値に焦電効果や熱ドリフトの影響が現れても、これらの影響を取り除いて図示平均有効圧を算出することができる。したがって、セラミック系の圧電素子を筒内圧センサに用いることができる。さらに、筒内圧センサをエンジンシリンダの壁近くに設置することができる。
【００１７】
この発明の一実施形態によると、設定点火時期の最適点火時期への応答特性を指定することのできる応答指定型制御を用いて、設定点火時期を制御する。この発明によれば、オーバーシュートを生じさせることなく、設定点火時期を最適点火時期に収束させることができる。点火時期を過度に進角または遅角させて燃焼効率が低下することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
内燃機関および制御装置の構成
次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う、エンジンおよびその制御装置の全体的な構成図である。
【００１９】
電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース１ａ、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ１ｂ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ１ｃ、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース１ｄを備えている。メモリ１ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。この発明に従う点火時期制御のためのプログラムは、該ＲＯＭに格納される。ＲＯＭは、ＥＰＲＯＭのような書き換え可能なＲＯＭでもよい。ＲＡＭには、ＣＰＵ１ｂによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、ＲＡＭに一時的に記憶される。
【００２０】
エンジン２は、たとえば４サイクルのエンジンである。エンジン２は、吸気弁３を介して吸気管４に連結され、排気弁５を介して排気管６に連結されている。ＥＣＵ１からの制御信号に従って燃料を噴射する燃料噴射弁７が、吸気管４に設けられている。
【００２１】
エンジン２は、吸気管４から吸入される空気と、燃料噴射弁７から噴射される燃料との混合気を、燃焼室８に吸入する。燃料室８には、ＥＣＵ１からの点火時期信号に従って火花を飛ばす点火プラグ９が設けられている。点火プラグ９によって発せられた火花により、混合気は燃焼する。燃焼により混合気の体積は増大し、これによりピストン１０を下方に押し下げる。ピストン１０の往復運動は、クランク軸１１の回転運動に変換される。
【００２２】
筒内圧センサ１５は、例えば圧電素子からなるセンサであり、点火プラグ９のエンジンシリンダに接する部分に埋没されている。筒内圧センサ１５は、燃焼室８内の筒内圧に応じた筒内圧信号Ｐｃｙｌを生成し、それをＥＣＵ１に送る。
【００２３】
エンジン２には、クランク角センサ１７が設けられている。クランク角センサ１７は、クランクシャフト１１の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ１に出力する。
【００２４】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（この実施例では、１５度）で出力されるパルス信号である。ＥＣＵ１は、該ＣＲＫ信号に応じ、エンジン２の回転数ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、ピストン１０のＴＤＣ位置に関連したクランク角度で出力されるパルス信号である。
【００２５】
エンジン２の吸気管４には、スロットル弁１８が設けられている。スロットル弁１８の開度は、ＥＣＵ１からの制御信号により制御される。スロットル弁１８に連結されたスロットル弁開度センサ（θＴＨ）１９は、スロットル弁１８の開度に応じた電気信号を、ＥＣＵ１に供給する。
【００２６】
吸気管圧力（Ｐｂ）センサ２０は、スロットル弁１８の下流側に設けられている。Ｐｂセンサ２０によって検出された吸気管圧力ＰｂはＥＣＵ１に送られる。
【００２７】
スロットル弁１８の上流には、エアフローメータ（ＡＦＭ）２１が設けられている。エアフローメータ２１は、スロットル弁１８を通過する空気量を検出し、それをＥＣＵ１に送る。
【００２８】
アクセルペダル開度センサ２５が、ＥＣＵ１に接続されている。アクセルペダル開度センサ２５は、アクセルペダルの開度を検出し、それをＥＣＵ１に送る。
【００２９】
図示しないが、吸気弁および（または）排気弁の位相およびリフトを可変に駆動する機構、および燃焼室の圧縮比を可変にする機構などを備えることができる。
【００３０】
ＥＣＵ１に向けて送られた信号は入力インターフェース１ａに渡され、アナログ−デジタル変換される。ＣＰＵ１ｂは、変換されたデジタル信号を、メモリ１ｃに格納されているプログラムに従って処理し、車両のアクチュエータに送るための制御信号を作り出す。出力インターフェース１ｄは、これらの制御信号を、燃料噴射弁７、点火プラグ９、スロットル弁１８、およびその他の機械要素のアクチュエータに送る。
【００３１】
本願発明の原理
発明の理解を助けるため、図２を参照して、本願発明の原理を簡単に説明する。図２において、縦軸は、筒内圧の図示平均有効圧を示し、横軸は、点火時期を示す。点火時期の特性曲線３１は、点火時期と図示平均有効圧との相関関係を示す。図示平均有効圧の算出手法については、後述される。図に示されるように、特性曲線３１は極大値３２を持ち、該極大値３２に対応する点火時期は、最大の燃焼効率を実現することができる最適点火時期ＭＢＴと呼ばれる。
【００３２】
現在設定されている点火時期が、ＩＧ１であると仮定する。本願発明の一実施形態では、該点火時期ＩＧ１に変動成分を加える。変動成分の加算は、点火時期を、ＩＧ１を含む所定範囲内で揺動させる働きを持つ。一実施例では、参照符号３３に示されるように、変動成分は、連続するサイクルにわたり、点火時期がＩＧ１を中心としてプラスとマイナスの両方向に揺動するように設定される。
【００３３】
こうして点火時期を揺動させた時の図示平均有効圧を取得する。加えられた変動成分と取得した図示平均有効圧とに基づいて、特性曲線３１の、範囲３３に対応する部分３４（実線で示されている）を取得することができる。この部分３４に基づいて、特性曲線３１の形状を推定することができる。推定された特性曲線３１から、最適点火時期ＭＢＴが算出される。最適点火時期ＭＢＴに収束するように、点火時期が制御される。
【００３４】
本願発明によれば、現在の運転状態に応じた最適点火時期ＭＢＴを算出することができるので、点火時期を速やかに最適点火時期ＭＢＴに収束させることができる。最適点火時期に点火時期を収束させることにより、筒内圧を最大にして、燃焼効率の低下を防止することができる。この発明によれば、様々な運転状態および多数のエンジン関連部品に応じた膨大な数の点火時期を予めメモリに記憶しておく必要はない。
【００３５】
点火時期制御装置
図３は、本願発明の一実施形態に従う、点火時期制御装置のブロック図である。変動信号生成器４１は、変動信号ＤＩＧＩＤを生成する。変動信号ＤＩＧＩＤは、図２を参照して説明した変動成分に対応する。変動信号ＤＩＧＩＤの今回値は、点火時期信号生成器４２に渡される。一実施例では、変動信号ＤＩＧＩＤの値は、予めメモリ１ｃに記憶しておくことができる。
【００３６】
点火時期信号生成器４２は、検出された現在のエンジンの運転状態に基づいて所定のマップを参照し、基本値ＩＧＢＡＳＥを求める。この実施例では、吸入空気量Ｇｃｙｌと、エンジン回転数ＮＥとに基づいて所定のマップを参照し、基本値ＩＧＢＡＳＥを求める。所定のマップの一例が図４に示されており、これは、図１のメモリ１ｃに格納されることができる。
【００３７】
好ましくは、このマップは、代表的な運転状態についてのみ点火時期を規定すする。膨大な数の運転状態に対応して点火時期を規定する必要はない。後述されるが、このようなマップは、必ずしも必要とされない点に注意すべきである。しかしながら、このようなマップがあれば、最適点火時期ＭＢＴへの収束速度を向上させることができる。
【００３８】
吸入空気量Ｇｃｙｌは、式（１）に従って算出される。ここで、Ｇｔｈは、エアフローメータ２１（図１）によって検出された値を示す。Ｐｂは、吸気管圧力センサ２０（図１）によって検出された値を示す。Ｖｂは、吸気管の体積（m3）を示す。Ｔｂは、吸気管の温度（Ｋ）を示す。Ｒは、気体定数である。ｋは、制御サイクルを識別する符号であり、ｋは今回のサイクルを示し、（ｋ−１）は前回のサイクルを示す。
【００３９】
以下の実施例の説明では、制御サイクルが「ｋ」で表される処理は、燃焼サイクル（４サイクルエンジンでは、クランク角０〜７２０度の周期）に同期して実施される。
【数１】
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【００４０】
点火時期信号生成器４２は、式（２）に示されるように、基本値ＩＧＢＡＳＥおよび補正値ＤＩＧＯＰの和に、変動信号生成器４１から受け取った変動信号ＤＩＧＩＤを加算することによって、点火時期信号ＩＧＬＯＧを算出する。点火時期信号ＩＧＬＯＧに従って、点火プラグ９（図１）は駆動される。
【００４１】
ＩＧＬＯＧ＝ＩＧＢＡＳＥ＋ＤＩＧＯＰ＋ＤＩＧＩＤ      （２）
補正値ＤＩＧＯＰは、最適点火時期ＭＢＴに収束させるための補正値である。点火時期信号ＩＧＬＯＧに、変動信号ＤＩＧＩＤが含まれることに注意されたい。信号ＤＩＧＩＤのような変動成分を意図的に点火時期信号ＩＧＬＯＧに含ませることにより、（ＩＧＢＡＳＥ＋ＤＩＧＯＰ）を所定範囲内で揺動させる。
【００４２】
以下の説明では、便宜上、（ＩＧＢＡＳＥ＋ＤＩＧＯＰ）を設定点火時期と呼ぶ。設定点火時期は、現在の運転状態に基づく点火時期信号であり、最適点火時期に収束させる制御対象である。図２を参照して説明したように、設定点火時期に対して所定範囲内で点火時期が揺動するように変動信号ＤＩＧＩＤが加えられる。変動信号ＤＩＧＩＤは、燃焼状態に大きな変動を生じさせないような大きさを持つよう生成されるのが好ましい。
【００４３】
変動信号ＤＩＧＩＤが加えられた点火時期信号ＩＧＬＯＧに従って点火された時、筒内圧センサ１５によって筒内圧Ｐｃｙｌが検出される。平均有効圧算出器４３は、該検出された筒内圧Ｐｃｙｌについて、図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔを算出する。
【００４４】
ＭＢＴ算出器４４は、図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔおよび該図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔに対応する変動信号ＤＩＧＩＤに基づいて、点火時期の特性曲線を推定する。推定された特性曲線から、最適点火時期ＭＢＴが算出される。
【００４５】
点火時期コントローラ４５は、設定点火時期が最適点火時期ＭＢＴに収束するように、上記の補正値ＤＩＧＯＰを算出する。
【００４６】
この実施例では、基準値ＩＧＢＡＳＥと補正値ＤＩＧＯＰの和を、最適点火時期ＭＢＴに収束させる。運転状態が急激に変化したときに、該変化後の運転状態に応じた基準値を用いれば、より速やかに点火時期を最適点火時期ＭＢＴに収束させることができる。代替的に、このような基準値を用いることなく、最適点火時期に収束させるよう点火時期を制御サイクル毎に算出するように、コントローラ４５を構成してもよい。
【００４７】
平均有効圧算出器
図５を参照して、図示平均有効圧を簡単に説明する。図５は、エンジンの燃焼室の体積と筒内圧との関係を示す。点Ｐにおいて、吸気弁が開き、吸気行程が開始する。筒内圧は、ピストンが上死点ＴＤＣにある点Ｎを経て、最小値である点Ｕに至るまで減少する。その後、ピストンが下死点ＢＤＣである点Ｋを経て、筒内圧は増加する。点Ｑにおいて圧縮行程が開始する。圧縮行程において、筒内圧は増加する。点Ｒにおいて燃焼行程が開始し、混合気の燃焼により筒内圧は急激に増加し、点Ｓにおいて、筒内圧は最大になる。混合気の燃焼により、ピストンは押し下げられ、点Ｍで示されるＢＤＣに向かって移動する。この移動により、筒内圧は減少する。点Ｔにおいて排気弁が開き、排気工程が開始する。排気工程では、筒内圧はさらに減少する。
【００４８】
図に示される筒内圧の曲線で囲まれる面積を、ピストンの行程容積で割った値を、図示平均有効圧と呼ぶ。
【００４９】
代替の実施形態では、ＢＤＣである点Ｋから、ＴＤＣである点Ｌを経てＢＤＣである点Ｍに至るまでの平均有効圧を、図示平均有効圧として算出するようにしてもよい。
【００５０】
本願発明の一実施形態では、平均有効圧算出器４３は、筒内圧センサの検出値を、所定のクランク角度（この実施例では、１５度）のサイクルでサンプリングする。サンプリングされた筒内圧を、Ｐｃｙｌ（ｎ）で表し、ここでｎは、サンプリングサイクルを表す。
【００５１】
平均有効圧算出器４３は、式（３）に従って、図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔを算出する。式（３）は、筒内圧の交流成分のみを抽出して、図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔを算出する手法を示しており、これについては、特公平８−２０３３９号公報に詳細が示されている。
【００５２】
ｈは、１燃焼サイクルに要する行程数に応じた係数であり、４サイクルエンジンの場合には、ｈ＝１／２である。２サイクルエンジンでは、ｈ＝１となる。λは、コンロッドの長さｓとクランクシャフトの半径ｒとの比で表され、λ＝ｓ／ｒである。
【００５３】
Ｃ１は、筒内圧Ｐｃｙｌにおける、エンジン回転数の１次成分（すなわち、エンジン回転数の１倍の周波数成分）の振幅を示し、φ１は、筒内圧Ｐｃｙｌにおける、エンジン回転数の１次成分のＴＤＣに対する位相差を示す。Ｃ２は、筒内圧Ｐｃｙｌにおける、エンジン回転数の２次成分（すなわち、エンジン回転数の２倍の周波数成分）の振幅を示し、φ２は、筒内圧Ｐｃｙｌにおける、エンジン回転数の２次成分のＴＤＣに対する位相差を示す。前述したように、ｋは、燃焼サイクルに同期した制御時刻を表しており、よって図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔの算出は、燃焼サイクル毎に回実施される。
【数２】
2005146988.tif 000004
【００５４】
このように、平均有効圧算出器４３は、筒内圧Ｐｃｙｌの交流成分（この実施例では、１次成分と２次成分）に基づいて、図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔを算出する。
【００５５】
筒内圧Ｐｃｙｌの１次成分と２次成分を抽出する手法について説明する。この抽出手法は、上記の特公平８−２０３３９とは異なる点に注意されたい。該公報では、アナログフィルタを用いて抽出するのに対し、本願発明の一実施形態では、デジタルフィルタを用いて抽出する。
【００５６】
平均有効圧算出器４３は、サンプリングされた筒内圧Ｐｃｙｌ（ｎ）に対し、式（４）および（５）にそれぞれ示すように、１次フィルタおよび２次フィルタを適用する。ｎは、前述したように、所定のクランク角度（たとえば、１５度）に同期したサンプリングサイクルを表す。
【数３】
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【００５７】
これらのデジタルフィルタの特性が、それぞれ、図６の（ａ）および（ｂ）に示されている。１次フィルタ（ａ）は、エンジン回転数の１次成分を抽出するような特性を持つバンドパスフィルタであり、２次フィルタ（ｂ）は、エンジン回転数の２次成分を抽出するような特性を持つバンドパスフィルタである。横軸は、ナイキスト周波数で正規化された周波数を表す。
【００５８】
エンジン回転数に同期した周期で筒内圧Ｐｃｙｌがサンプリングされるので、ナイキスト周波数がエンジン回転数に従って変わる。したがって、現在のエンジンの回転数がどのような値であっても、これらのフィルタの係数を変更することなく、エンジン回転数の１次成分および２次成分を筒内圧Ｐｃｙｌから抽出することができる。
【００５９】
一定の時間間隔でフィルタを適用する手法では、エンジン回転数が低い時には通過帯域が極度に低周波となり、よってフィルタ係数が極度に小さくなってフィルタの出力を不安定にするおそれがある。エンジン回転数に同期してフィルタを適用することにより、このような事象を防止することができる。
【００６０】
１次フィルタの適用によって得られた値Ｐｃｙｌｏｄ１（ｎ）をアナログ波形として表すと、Ｃ１・ｓｉｎ（θｎｅ＋φ１）と表される。２次フィルタの適用によって得られた値Ｐｃｙｌｏｄ２（ｎ）をアナログ波形として表すと、Ｃ２・ｓｉｎ（２θｎｅ＋φ２）と表される。ここで、θｎｅは、０〜２πの値を持つエンジン回転角を表しており、ピストンがＴＤＣにある時、θｎｅ＝０ｒａｄである。
【００６１】
ところで、式（３）のＣ１・ｃｏｓ（φ１）およびＣ２・ｃｏｓ（φ２）は、それぞれ、式（６）および（７）のように表すことができる。
【数４】
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【００６２】
１次フィルタの出力Ｃ１・ｓｉｎ（θｎｅ＋φ１）と式（６）とを比較して明らかなように、エンジン回転角がπ／２である（すなわち、θｎｅ＝π／２）時に１次フィルタの出力をサンプリングすれば、式（３）の１次成分Ｃ１・ｃｏｓ（φ１）を得ることができる。同様に、２次フィルタの出力Ｃ２・ｓｉｎ（２θｎｅ＋φ２）と式（７）とを比較して明らかなように、エンジン回転角がπ／４である（すなわち、θｎｅ＝π／４）時に２次フィルタの出力をサンプリングすれば、式（３）の２次成分Ｃ２・ｃｏｓ（φ２）を得ることができる。
【００６３】
ここで、図７を参照すると、クランク角に対する筒内圧Ｐｃｙｌ、１次フィルタの出力についてのアナログ波形Ｃ１・ｓｉｎ（θｎｅ＋φ１）、および２次フィルタの出力についてのアナログ波形Ｃ２・ｓｉｎ（２θｎｅ＋φ２）が示されている。アナログ波形Ｃ１・ｓｉｎ（θｎｅ＋φ１）およびＣ２・ｓｉｎ（２θｎｅ＋φ２）は、太い線で表されており、比較のため、Ｃ１・ｓｉｎ（θｎｅ）およびＣ２・ｓｉｎ（２・θｎｅ）が細い線で表されている。
【００６４】
前述したように、θｎｅ＝π／２である時、すなわちＴＤＣ後９０度の所で、１次フィルタの出力Ｃ１・ｓｉｎ（θｎｅ＋φ１）をサンプリングした値５１は、式（３）の１次成分Ｃ１・ｃｏｓ（φ１）を表す。θｎｅ＝π／４である時、すなわちＴＤＣ後４５度の所で、２次フィルタの出力Ｃ２・ｓｉｎ（２θｎｅ＋φ２）をサンプリングした値５２は、式（３）の２次成分Ｃ２・ｃｏｓ（φ２）を表す。
【００６５】
こうして、所定のクランク角度において１次フィルタおよび２次フィルタの出力をサンプリング・ホールドすることにより、式（３）に従って図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔを算出することができる。
【００６６】
ＴＤＣ後４５度と９０度においてデジタルフィルタからの出力をサンプリングすることができればよいので、代替的に、筒内圧のサンプリング周期を、４５度の整数分の１のクランク角度（たとえば、５度、３度）としてもよい。
【００６７】
図８を参照して、上記の、筒内圧の交流成分のみを抽出して図示有効平均圧を算出する手法の効果を説明する。波形５５は、図１に示されるように車載用の筒内圧センサ１５を車両に搭載した場合の、該筒内圧センサの検出値を示す。波形５６は、試験用に用いられるセンサの検出値を示す。試験用センサは、燃焼室内の混合気に直接触れるように配置され、該センサの圧電素子は、高価な単結晶で形成されている。
【００６８】
通常、車両に搭載される筒内圧センサに使用されている圧電素子は、コストと耐久性の観点から、多結晶のセラミック系で形成される。また、車両に搭載されているために、該圧電素子の温度を一定に保つことが困難な場合がある。そのため、試験用センサの出力を示す波形５６と比較して明らかなように、車載用センサの波形５５では、焦電効果や熱ドリフトに起因して検出値Ｐｃｙｌに“ずれ”が生じるおそれがある。
【００６９】
このような“ずれ”を防止するためには、圧電素子を、高価な単結晶のものとし、エンジンの運転状態の変動による燃焼室内の温度の影響を回避するよう、燃焼室から離れた所にセンサを配置する必要がある。しかしながら、これは、コスト高となる。また、センサ出力の絶対値が小さくなるのでＳＮ比が低下するおそれがある。
【００７０】
本願発明の一実施形態では、筒内圧の交流成分に基づいて図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔを算出するので、焦電効果や熱ドリフトに起因して現れる、１次成分よりも遅い周波数成分を除去することができる。図８の（ｂ）に示されるように、筒内圧センサ１５の検出値に基づいて算出された図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔ（波形５７により表される）は、試験用センサの検出値に基づいて同様に算出された図示平均有効圧（波形５８により表される）とほぼ同じ値を示す。
【００７１】
変動信号生成器およびＭＢＴ算出器
図９を参照すると、図２と同様の図が示されている。点火時期の特性曲線７１は極大値７２を持ち、極大値７２に対応する点火時期が、最適点火時期ＭＢＴである。しかしながら、実際には、燃焼サイクルごとに燃焼状態が変動するので、点火時期に対する図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔは、通常、幅７３を持つ網掛け領域７４に示されるような範囲内に分布する。
【００７２】
エンジンをテストする環境では、点火時期を遅角側から進角側に向けて変更させながら図示平均有効圧を測定することで、特性曲線７１を得ることができる。しかしながら、車両が走行している状態では、このような操作はドライバビリティを悪化させるおそれがある。
【００７３】
また、従来技術のように、点火時期を、マップから抽出された値（たとえば、ＩＧ１で示されている）に固定すると、該抽出された値の点火時期に対して図示平均有効圧は、線７５上に分布する。このような図示平均有効圧の１次元の分布からは、特性曲線７１の形状（曲率および傾き）を推定することはできない。
【００７４】
そこで、本願発明の一実施形態では、点火時期の特性曲線７１を推定するため、図３を参照して説明したように、変動信号生成器４１を導入する。変動信号生成器４１は、特性曲線７１を推定するための自己励起条件を満たす変動信号を生成する。自己励起条件の数は、推定すべき特性曲線７１を表す関数（これについては、後述される）に含まれる同定すべき係数の数に１を加算した値に等しいか、または該加算した値より大きい。この実施例では、推定すべき特性曲線７１を表す関数に、同定すべき係数が３個含まれ、自己励起（ＰＥ）条件の数は４に設定される。
【００７５】
この実施例では、変動信号生成器４１は、式（８）に示されるように、３個の正弦波を合成した信号ＤＩＧＩＤを生成する。δ１、δ２およびδ３は、振幅を表す。ω１、ω２およびω３は、制御周波数（この実施例では、燃焼サイクルに相当する周波数）の整数分の１の周波数に相当するよう設定される。ψおよびψ’は、位相を表す。これらのパラメータの値は、予め決められる。
【数５】
2005146988.tif 000007
【００７６】
代替的に、変動信号ＤＩＧＩＤは、５個以上の自己励起条件を満たすよう生成されてもよい。たとえば、無限大数の正弦波を含むランダム波を、変動信号ＤＩＧＩＤとして生成してもよい。また、一連のパルス信号（たとえば、Ｍ系列）の形態で、変動信号ＤＩＧＩＤを生成してもよい。
【００７７】
図１０に、一例として、変動信号ＤＩＧＩＤの波形を示す。横軸は、カウンタＣｄｉｇｉｄの値を示す。変動信号ＤＩＧＩＤは、Ｃｄｉｇｉｄ＿ｍａｘの周期を持つよう生成される。カウンタ値Ｃｄｉｇｉｄに対応する変動信号ＤＩＧＩＤを、マップとしてメモリ１ｃ（図１）に格納することができる。
【００７８】
各制御サイクルにおいて、カウンタの値がインクリメントされる。カウンタ値に対応する変動信号ＤＩＧＩＤの値が、該マップから抽出される。カウンタがＣｄｉｇｉｄ＿ｍａｘに達したならば、該カウンタはゼロにリセットされる。
【００７９】
符号７７は、変動信号ＤＩＧＩＤのとりうる値の範囲を示す。変動信号ＤＩＧＩＤは、ゼロを中心にプラス方向とマイナス方向に揺動するよう生成される。しかしながら、変動信号ＤＩＧＩＤの揺動する範囲を、プラスまたはマイナスに偏らせるようにしてもよい。
【００８０】
変動信号ＤＩＧＩＤの変動幅７７は、通常の運転状態で現れる、図９に示されるような図示平均有効圧の変動幅７３内に収まるように設定されるのが好ましい。このように変動信号ＤＩＧＩＤを生成することにより、変動信号ＤＩＧＩＤによって燃焼状態が影響されることを回避することができる。
【００８１】
図１１を参照して、ＭＢＴ算出器４４により実施される、変動信号ＤＩＧＩＤを用いて点火時期の特性曲線７１を推定する手法を説明する。図に示される範囲８１は、図１０の変動信号ＤＩＧＩＤが揺動する範囲７７に対応する。設定点火時期は、前述したように、基準値ＩＧＢＡＳＥと補正値ＤＩＧＯＰとの和である。この設定点火時期に、変動信号ＤＩＧＩＤを加えることにより、結果としての点火時期信号ＩＧＬＯＧが範囲８１内で揺動する。
【００８２】
変動信号ＤＩＧＩＤによって点火時期が範囲８１内で揺動した時の図示平均有効圧の分布する範囲が、網掛けされた領域８２で表されている。この領域８２内に分布した図示平均有効圧に基づいて、特性曲線７１を推定することができる。
【００８３】
図９を参照して説明したように、マップから抽出された値に固定される点火時期に対しては、図示平均有効圧は線７５上にしか分布しないので、特性曲線の形状（傾きおよび曲率）を推定することはできない。しかしながら、本願発明の一実施形態では、変動信号ＤＩＧＩＤを用いて点火時期を範囲８１内で揺動させることにより、線のような１次元ではなく、２次元の広がりを持つ領域８２上の図示平均有効圧が取得され、よって特性曲線の形状を推定することができる。
【００８４】
特性曲線７１を推定する具体的な方法を説明する。まず、特性曲線７１を、式（９）に示されるような、変動信号ＤＩＧＩＤの２次関数Fmbtとして定義することができる。
【数６】
2005146988.tif 000008
【００８５】
Ａｉｇｏｐ、ＢｉｇｏｐおよびＣｉｇｏｐは、同定すべき係数である。これらの係数を、変動信号ＤＩＧＩＤによって領域８２内に分布した図示平均有効圧から同定することができる。同定手法の詳細については、後述する。
【００８６】
図１２を参照すると、同定された係数Ａｉｇｏｐ、ＢｉｇｏｐおよびＣｉｇｏｐにより導き出された推定曲線８３が示されている。推定曲線８３が、実際の特性曲線７１にほぼ一致しているのがわかる。設定点火時期と最適点火時期ＭＢＴとの偏差ＥＩＧＯＰが、矢印８４により示されている。推定曲線８３の極大値７２は式（９）を微分することにより求められるので、偏差ＥＩＧＯＰは、式（１０）のように算出される。
【数７】
2005146988.tif 000009
【００８７】
設定点火時期は、最適点火時期ＭＢＴに対して偏差ＥＩＧＯＰを持つ。この偏差をなくすように設定点火時期を制御すれば、最適点火時期ＭＢＴにおける点火を実現することができる。この制御手法については、「点火時期コントローラ」のセクションで説明する。
【００８８】
実際の特性曲線７１が厳密な２次関数ではないので、設定点火時期が最適点火時期ＭＢＴから離れている場合には、推定曲線８３に誤差が含まれるおそれがある。しかしながら、点火時期コントローラ４５により偏差ＥＩＧＯＰをゼロに収束させることにより、設定点火時期を最適点火時期ＭＢＴに収束させることができる。
【００８９】
ここで、上記の関数Ｆｍｂｔに含まれる係数Ａｉｇｏｐ、ＢｉｇｏｐおよびＣｉｇｏｐの同定手法について説明する。変動信号ＤＩＧＩＤの前回値を推定曲線の関数Ｆｍｂｔに代入することにより得られる推定平均有効圧Ｐｍｉ＿ｈａｔが、該変動信号を用いた結果実際に検出された筒内圧に基づいて平均有効圧算出器４３により算出されたＰｍｉ＿ａｃｔに一致するように、該係数は同定される。
【００９０】
この同定手法には、最小２乗法および最尤法などの既知の手法を用いることができる。この発明の一実施形態では、より効率的な手法であるδ修正法を用いる。δ修正法については、本願の出願人による、特許第３３０４８４５号公報に詳細が記載されている。ここでは、簡単に、δ修正法を用いてこれらの係数を同定する手法について説明する。
【００９１】
δ修正法に従う逐次型同定アルゴリズムは、式（１１）のように表される。係数ベクトルθ（ｋ）は、その基準値θ＿ｂａｓｅ（ｋ）と、その更新成分ｄθ（ｋ）との和で表される。δは、式（１６）で表される忘却係数ベクトルである。
【数８】
2005146988.tif 000010
【００９２】
忘却係数ベクトルδにおいて、Ａｉｇｏｐに対応する要素は値１に設定され、ＢｉｇｏｐおよびＣｉｇｏｐに対応する要素は、ゼロより大きく１より小さい値δ’に設定される。これは、同定誤差Ｅ＿ｉｄがゼロに収束した時、Ａｉｇｏｐだけが残り、ＢｉｇｏｐおよびＣｉｇｏｐが忘れられる、という効果を持つ。
【００９３】
式（１２）で示される式に表される同定誤差Ｅ＿ｉｄ（ｋ）は、式（１７）により表される。すなわち、同定誤差Ｅ＿ｉｄは、変動信号ＤＩＧＩＤの前回値が点火時期信号に含められた結果検出された筒内圧に基づいて平均有効圧算出器４３により算出された図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔと、変動信号ＤＩＧＩＤの前回値を入力として関数Ｆｍｂｔに基づいて算出された推定図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ｈａｔとの差である。
【数９】
2005146988.tif 000011
【００９４】
ゲインＫＰ（ｋ）は、式（２０）により表される。Ｐは、式（２１）により表される。式（２０）の係数λ１およびλ２の設定により、同定アルゴリズムの種類が、以下のように決まる。
【００９５】
λ１＝１、λ２＝０：固定ゲインアルゴリズム
λ１＝１、λ２＝１：最小２乗法アルゴリズム
λ１＝１、λ２＝λ：漸減ゲインアルゴリズム（λは、０、１以外の所定値）
λ１＝＝λ、λ２＝１：重み付き最小２乗法アルゴリズム（λは、０、１以外の所定値）。
【数１０】
2005146988.tif 000012
【００９６】
点火時期が最適点火時期ＭＢＴに十分収束すると、点火時期の揺動に対する図示平均有効圧の変動が小さくなる。このような定常状態において、他の同定手法によると、同定する係数がドリフトするおそれがある。
【００９７】
本願発明の上記手法によれば、上記の式（１１）に示されるように、係数ベクトルθ（ｋ）は、その基準値θ＿ｂａｓｅ（ｋ）と、その更新成分ｄθ（ｋ）との和で表される。同定誤差Ｅ＿ｉｄが十分ゼロに近づくと、式（１２）から明らかなように、更新成分ｄθは（Ａｉｇｏｐ（ｋ−１）−Ａｉｇｏｐ＿ｂａｓｅ,０,０）に収束し、よって式（１１）から明らかなように、係数ベクトルθは（Ａｉｇｏｐ（ｋ−１）,０,Ｃｉｇｏｐ＿ｂａｓｅ）に収束する。係数Ａｉｇｏｐの値がゼロとならないように同定されるので、式（１０）においてゼロによる除算が回避され、よって最適点火時期ＭＢＴへの制御が発散することを回避することができる。
【００９８】
また、同定誤差Ｅ＿ｉｄが十分ゼロに近づくと、係数Ｂｉｇｏｐはゼロに収束するので、式（１０）に示される、最適点火時期ＭＢＴに対する偏差ＥＩＧＯＰはゼロになる。偏差ＥＩＧＯＰがゼロに収束するので、最適点火時期ＭＢＴに点火時期を収束させるフィードバック制御が自動的に停止する。
【００９９】
また、何らかの異常な燃焼により、点火時期の揺動に対する図示平均有効圧の変動が大きくなった場合、変動信号ＤＩＧＩＤと平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔとの間の相関性がなくなるおそれがある。このような場合、誤差Ｅ＿ｉｄが白色雑音状態となり、該誤差Ｅ＿ｉｄの平均値がゼロになる。その結果、係数ベクトルθは基準値θ＿ｂａｓｅに収束し、これによって、最適点火時期ＭＢＴへのフィードバック制御が自動的に停止する。
【０１００】
このように、δ修正法によれば、同定誤差Ｅ＿ｉｄが十分小さい定常状態において、同定すべき係数の値がドリフトすることを防止することができる。
【０１０１】
本願発明の一実施形態では、このように同定された係数Ａｉｇｏｐに対して、式（２２）に示されるように関数Ｌｉｍ＿ａを適用する。関数Ｌｉｍ＿ａ(x)は、xをゼロより小さい値に拘束する関数である。Ｌｉｍ＿ａ（Ａｉｇｏｐ）により、Ａｉｇｏｐは、負の値を持つよう拘束される。
【数１１】
2005146988.tif 000013
【０１０２】
係数Ａｉｇｏｐを負の値に拘束する関数Ｌｉｍ＿ａを適用する理由を、図１３を参照して説明する。図１３は、設定点火時期が最適点火時期ＭＢＴに十分に収束し、変動信号ＤＩＧＩＤによって図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔがほとんど変化しない（すなわち平坦な）状態を示す。実際の特性曲線は符号９１によって表されている。このような状態では、推定曲線が、下向きに凸を持つ形状（すなわち、Ａｉｇｏｐ≧０）の曲線９４として、誤って推定されるおそれがある。このような誤った推定は、最適点火時期ＭＢＴの算出に誤差が生じさせるおそれがある。これを回避するため、関数Ｌｉｍ＿ａを適用して、上向きに凸を持つ形状（すなわち、Ａｉｇｏｐ＜０）の曲線９３として推定曲線が算出されるようにする。
【０１０３】
点火時期コントローラ
点火時期コントローラ４５は、推定曲線から算出された最適点火時期に収束するよう点火時期を制御する。具体的には、最適点火時期ＭＢＴに対する偏差ＥＩＧＯＰがゼロに収束するように、補正値ＤＩＧＯＰを算出する。補正値ＤＩＧＯＰを基準値ＩＧＢＡＳＥに加えることにより、偏差ＥＩＧＯＰが補償されるようにする。
【０１０４】
点火時期コントローラ４５は、応答指定型制御を用いて、偏差ＥＩＧＯＰをゼロに収束させるための制御入力すなわち補正値ＤＩＧＯＰを算出する。算出式は、式（２３）により示される。
【数１２】
2005146988.tif 000014
【０１０５】
応答指定型制御は、制御量（ここでは、偏差ＥＩＧＯＰ）の目標値（ここでは、ゼロ）への収束特性を指定することができる制御である。応答指定型制御によれば、偏差ＥＩＧＯＰを、オーバーシュートを生じさせることなくゼロに収束させることができる。
【０１０６】
応答指定型制御では切り換え関数σが設定される。ＰＯＬＥは切換関数σの応答指定パラメータであり、偏差ＥＩＧＯＰの収束速度を規定する。ＰＯＬＥは、好ましくは、−１＜ＰＯＬＥ＜０を満たすよう設定される。
【０１０７】
切換関数σ(k)＝０とした式は等価入力系と呼ばれ、偏差ＥＩＧＯＰの収束特性を規定する。σ(k)＝０とすると、式（２４）の切り換え関数σは式（２５）のように表されることができる。
【数１３】
2005146988.tif 000015
【０１０８】
ここで、図１４を参照して、切り換え関数について説明する。縦軸がＥＩＧＯＰ(k)および横軸がＥＩＧＯＰ(k-1)の位相平面上に、式（２５）の切り換え関数σが、線９５で表現されている。この線９５を切換線と呼ぶ。ＥＩＧＯＰ(k-1)およびＥＩＧＯＰ(k)の組合せからなる状態量（ＥＩＧＯＰ(k-1), ＥＩＧＯＰ(k)）の初期値が、点９６で表されているとする。応答指定型制御は、点９６で表される状態量を、切換線９５上に載せて該切換線９５上に拘束するよう動作する。
【０１０９】
応答指定型制御によると、状態量を切換線９５上に保持することにより、該状態量を、外乱等の影響されることなく、極めて安定的に位相平面上の原点０に収束させることができる。言い換えると、状態量（ＥＩＧＯＰ(k-1), ＥＩＧＯＰ(k)）を、式（２５）に示される入力の無い安定系に拘束することにより、外乱およびモデル化誤差に対してロバストに、偏差ＥＩＧＯＰをゼロに収束させることができる。
【０１１０】
この実施例では、切換関数σに関する位相空間が２次元であるので、切換線は直線９５で表される。位相空間が３次元である場合には、切換線は平面で表され、位相空間が４次元以上になると、切換線は超平面となる。
【０１１１】
応答指定パラメータＰＯＬＥは、可変に設定することができる。応答指定パラメータＰＯＬＥを調整することにより、偏差ＥＩＧＯＰの収束速度を指定することができる。
【０１１２】
図１５を参照すると、参照番号９７、９８および９９は、応答指定パラメータＰＯＬＥが、それぞれ、−１、−０．８、−０．５の場合の偏差ＥＩＧＯＰの収束速度を示す。応答指定パラメータＰＯＬＥの絶対値が小さくなるにつれ、偏差ＥＩＧＯＰの収束速度は速くなる。
【０１１３】
一実施形態に従う点火時期制御の効果
図１６および図１７を参照して、本願発明の一実施形態に従う点火時期制御の効果を説明する。
【０１１４】
図１６は、点火時期ＩＧＬＯＧを、現在の運転状態に基づいて所定のマップから求めた基準値ＩＧＢＡＳＥに、変動信号ＤＩＧＩＤを加算することによって算出した場合の、図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔを示す。補正値ＤＩＧＯＰを用いた最適点火時期ＭＢＴへのフィードバック制御は行われていない。
【０１１５】
時間ｔ１において、エンジンの運転状態が変化する。変化後の運転状態に基づく基準値ＩＧＢＡＳＥが新たにマップから抽出される。マップから抽出される基準値ＩＧＢＡＳＥが、最適点火時期よりも、遅角した値を持つと仮定する。その結果、点火時期は遅角側に変化する（すなわち、リタードする）。点火時期がリタードしたことにより、図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔは低下する。最適点火時期ＭＢＴに対応する図示平均有効圧のレベルが、参照符号１０１により示されている。点火時期が最適点火時期ＭＢＴに収束することができないので、図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔとレベル１０１との“ずれ”は解消されない。
【０１１６】
このように、点火時期を最適点火時期に収束させるフィードバック制御を実施しないと、図示平均有効圧が低下した状態に維持され、よって燃焼効率の低下を招くおそれがある。
【０１１７】
図１７は、本願発明の一実施形態に従う点火時期のフィードバック制御を実施した場合を示す。変動信号ＤＩＧＩＤが設定点火時期信号（ＩＧＢＡＳＥ＋ＤＩＧＯＰ）に加算されているので、点火時期信号ＩＧＬＯＧは揺動している。
【０１１８】
時間ｔ０〜ｔ１の間、点火時期信号ＩＧＬＯＧは最適点火時期ＭＢＴに収束しており、よって図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔも、該ＭＢＴに対応するレベルにある。点火時期信号ＩＧＬＯＧが最適点火時期ＭＢＴに収束しているので、補正値ＤＩＧＯＰの値はほぼゼロである。
【０１１９】
時間ｔ１において、エンジンの運転状態が変化する。この変化に起因して、基準値ＩＧＢＡＳＥは最適点火時期ＭＢＴから外れ、よって点火時期信号ＩＧＬＯＧも最適点火時期ＭＢＴから外れる。その結果、図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔが低下し、最適点火時期ＭＢＴに対応するレベル１０５よりも低下する。
【０１２０】
ＭＢＴ算出器４４は、変動信号ＤＩＧＩＤに基づいて関数Ｆｍｂｔにより推定された図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ｈａｔが、実際の図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔと一致するように、係数Ａｉｇｏｐ、ＢｉｇｏｐおよびＣｉｇｏｐを同定する。その結果、推定図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ｈａｔが、実平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔに追従して推移する。係数Ａｉｇｏｐ、ＢｉｇｏｐおよびＣｉｇｏｐの同定により、最適点火時期ＭＢＴが算出される。さらに、設定点火時期（ＩＧＢＡＳＥ＋ＤＩＯＰ）の最適点火時期ＭＢＴに対する偏差ＥＩＧＯＰが算出される。
【０１２１】
時間ｔ２のあたりで、偏差ＥＩＧＯＰが上昇しているのがわかる。点火時期コントローラ４５は、偏差ＥＩＧＯＰが補償されるように、補正値ＤＩＧＯＰを算出する。偏差ＥＩＧＯＰの立ち上がりに追従するように、補正値ＤＩＧＯＰが上昇しているのがわかる。
【０１２２】
補正値ＤＩＧＯＰが加えられることにより、点火時期信号ＩＧＬＯＧは、進角側に補正される。その結果、およそ時間ｔ３において、点火時期信号ＩＧＬＯＧは最適点火時期ＭＢＴに復帰する。点火時期信号ＩＧＬＯＧが最適点火時期ＭＢＴに収束したので、実図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔは、最適なレベル１０５に復帰する。
【０１２３】
このシミュレーションでは、基準値について、Ａｉｇｏｐ＿ｂａｓｅ＝−２、Ｂｉｇｏｐ＿ｂａｓｅ＝０、Ｃｉｇｏｐ＿ｂａｓｅ＝３００のように設定している。前述したように、同定誤差が十分ゼロに収束して点火時期信号ＩＧＬＯＧが最適点火時期ＭＢＴに収束すると、係数Ｂｉｇｏｐが基準値ゼロに収束する。その結果、偏差ＥＩＧＯＰにゼロが設定され、フィードバック制御が自動的に停止する。
【０１２４】
制御フロー
図１８は、点火時期制御のプロセスのメインルーチンを示す。このルーチンは、燃焼サイクルに同期して実施される。このフローチャートは、単気筒エンジンについてのプロセスを一例として示している。多気筒エンジンの場合には、各気筒の燃焼サイクルごとに、該気筒についての該プロセスが実施される。たとえば、４気筒エンジンの場合には、１８０度のクランク角度ごとに、いずれかの気筒のプロセスが開始される。
【０１２５】
ステップＳ１において、動弁系（可変位相機構、可変リフト機構等を含むことができる）および圧縮比可変機構などに、何らかの故障が検知されたかどうかを判断する。故障が検知されたならば、動弁系によってトルク制御を実施することができない。したがって、エンジン回転数を一定に保つように点火時期を算出するフェールセーフ制御を実施する。
【０１２６】
フェールセーフ制御は、たとえば、前述した応答指定型制御により実現することができる。エンジン回転数が所定の目標値（たとえば、２０００ｒｐｍ）に収束するように、点火時期Ｉｇ＿ｆｓを算出する。この応答指定型制御を実現する算出式を、以下に示す。
【数１４】
2005146988.tif 000016
【０１２７】
ステップＳ３において、算出されたＩｇ＿ｆｓが、点火時期ＩＧＬＯＧに設定される。
【０１２８】
ステップＳ１において故障が検知されなければ、エンジンが始動中かどうかを判断する（Ｓ４）。始動中ならば、点火時期ＩＧＬＯＧは、所定値（たとえば、＋１０度）に設定される（Ｓ５）。
【０１２９】
エンジンが始動中でなければ、ステップＳ６において、アクセルペダルが全閉かどうかを判断する。アクセルペダルが全閉ならば、エンジンはアイドル状態にあることを示す。ステップＳ７に進み、触媒昇温制御を実施するために設定された所定時間が経過したかどうかを判断する。該所定時間が経過していなければ、触媒昇温制御が実行中であることを示す。触媒昇温制御は、触媒の温度を急速に上昇させて、触媒を活性化させる制御である。触媒昇温制御では、エンジン回転数が目標値に収束するように、点火時期をリタードさせる。この制御を、ステップＳ２と同様に、応答指定型制御で実現することができる。以下に、触媒昇温制御を実現するための算出式を示す。
【数１５】
2005146988.tif 000017
【０１３０】
ステップＳ９において、算出されたＩｇ＿ａｓｔが、点火時期ＩＧＬＯＧに設定される。
【０１３１】
ステップＳ７において触媒昇温制御が終了したならば、本願発明に従う最適点火時期ＭＢＴへのフィードバック制御（図１９）を実施する（Ｓ１０）。
【０１３２】
図１９は、最適点火時期ＭＢＴへのフィードバック制御のフローチャートを示す。
【０１３３】
ステップＳ２１において、１次フィルタと２次フィルタの出力についてサンプリングされた値を受け取り、前述した式（３）に従って、図示平均有効圧Ｐｍｉ＿ａｃｔを算出する。１次フィルタと２次フィルタの出力をサンプリングするフローチャートは、図２０に示される。
【０１３４】
ステップＳ２２において、前述した式（１１）〜（２２）に従い、係数Ａｉｇｏｐ、ＢｉｇｏｐおよびＣｉｇｏｐを算出し、式（９）で表されるような推定曲線を特定する。ステップＳ２３において、式（１０）に基づいて、偏差ＥＩＧＯＰを算出する。
【０１３５】
ステップＳ２４において、式（２３）および（２４）に示される応答指定型制御を実施して、偏差ＥＩＧＯＰをゼロに収束させるための補正値ＤＩＧＯＰを算出する。
【０１３６】
ステップＳ２５において、現在のエンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量Ｇｃｙｌに基づいて、図４に示されるようなマップを参照し、基準値ＩＧＢＡＳＥを求める。
【０１３７】
ステップＳ２６において、カウンタＣｄｉｇｉｄを１だけインクリメントする。図１０を参照して説明したように、カウンタＣｄｉｇｉｄの値により、使用すべき変動信号が決まる。ステップＳ２７において、カウンタＣｄｉｇｉｄの値が、Ｃｄｉｇｉｄ＿ｍａｘ（これは、変動信号ＤＩＧＩＤの１周期に相当する値）より大きくなったならば、カウンタをクリアする（Ｓ２８）。カウンタＣｄｉｇｉｄの値がＣｄｉｇｉｄ＿ｍａｘ以下ならば、ステップＳ２９に進む。
【０１３８】
ステップＳ２９において、図１０に示されるようなテーブルを参照し、カウンタＣｄｉｇｉｄに対応する変動信号ＤＩＧＩＤの今回値を求める。
【０１３９】
ステップＳ３０において、基準値ＩＧＢＡＳＥ、補正値ＤＩＧＯＰ、および変動信号ＤＩＧＩＤを加算し、点火時期信号ＩＧＬＯＧを算出する。
【０１４０】
ステップＳ２１〜Ｓ２４と、ステップＳ２５〜Ｓ２９とを並列に処理してもよい。
【０１４１】
図２０は、筒内圧のサンプリングプロセスを示すフローチャートである。このルーチンは、１５度のクランク角のサイクルで実行される。
【０１４２】
ステップＳ３１において、筒内圧センサの検出値Ｐｃｙｌをサンプリングする。ステップＳ３２において、該検出値Ｐｃｙｌに、１次フィルタを適用する。ステップＳ３３において、該検出値Ｐｃｙｌに、２次フィルタを適用する。
【０１４３】
ステップＳ３４において、現在のクランク角度が、ＴＤＣ後４５度であるかどうかを判断する。ＴＤＣ後４５度にならば、２次フィルタの出力値をサンプリングし、メモリに記憶する（Ｓ３５）。ステップＳ３６において、現在のクランク角度が、ＴＤＣ後９０度であるかどうかを判断する。ＴＤＣ後９０度にならば、１次フィルタの出力値をサンプリングし、メモリに記憶する（Ｓ３７）。
【０１４４】
ステップＳ３５でサンプリングされる２次フィルタの出力Ｃ２・ｃｏｓ（φ２）、およびステップＳ３７においてサンプリングされる１次フィルタの出力Ｃ１・ｃｏｓ（φ１）は、図１９のステップＳ２１に渡される。
【０１４５】
本発明は、汎用の（例えば、船外機等の）内燃機関に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】この発明の一実施例に従う、エンジンおよびその制御装置を概略的に示す図。
【図２】この発明の一実施例に従う、点火時期制御の原理を説明するための図。
【図３】この発明の一実施例に従う、点火時期制御装置のブロック図。
【図４】この発明の一実施例に従う、点火時期の基準値を規定するマップを示す図。
【図５】燃焼室の体積と筒内圧との関係を示す図。
【図６】この発明の一実施例に従う、１次フィルタおよび２次フィルタの特性を示す図。
【図７】この発明の一実施例に従う、筒内圧の１次成分および２次成分を抽出する手法を説明するための図。
【図８】この発明の一実施例に従う、筒内圧の交流成分に基づいて図示平均有効圧を算出することの効果を説明するための図。
【図９】点火時期と図示平均有効圧との関係を示す図。
【図１０】この発明の一実施例に従う、変動信号の波形を示す図。
【図１１】この発明の一実施例に従う、変動信号による点火時期の揺動を説明するための図。
【図１２】この発明の一実施例に従って算出された点火時期の推定曲線および最適点火時期を示す図。
【図１３】この発明の一実施例に従う、同定すべき係数のうちの１つに制限処理を施す理由を説明するための図。
【図１４】この発明の一実施例に従う、応答指定型制御における切換関数を示す図。
【図１５】この発明の一実施例に従う、応答指定型制御において、応答指定パラメータによって指定される制御量の収束速度を示す図。
【図１６】最適点火時期へのフィードバック制御を実施しない場合の図示平均有効圧を示す図。
【図１７】この発明の一実施例に従う、最適点火時期へのフィードバック制御を実施する場合の各種パラメータの挙動を示す図。
【図１８】この発明の一実施例に従う、点火時期制御のメインルーチンを示すフローチャート。
【図１９】この発明の一実施例に従う、最適点火時期へのフィードバック制御を示すフローチャート。
【図２０】この発明の一実施例に従う、筒内圧のサンプリングプロセスを示すフローチャート。
【符号の説明】
【０１４７】
１  ＥＣＵ
２  エンジン
１５  筒内圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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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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