(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転状態を検知する運転状態検知手段と、
前記運転状態検知手段によって検知された運転状態に基づき定常時の点火時期を演算する定常時点火時期演算手段と、
吸気又は排気の流量を制御する吸排気流量制御手段、又は、吸気の流動を制御する吸気流動制御手段と、を有する内燃機関の点火時期制御装置であって、
前記点火時期制御装置は、前記運転状態検知手段として、少なくとも前記吸排気流量制御手段又は前記吸気流動制御手段の動作特性の内の少なくとも一つを検出する手段を備え、
前記吸排気流量制御手段又は前記吸気流動制御手段の動作特性の時間変化が所定値以上であるとき、前記定常時点火時期演算手段によって演算された定常時の点火時期に、前記吸排気流量制御手段又は前記吸気流量制御手段の動作特性に基づく吸気管内の空気の挙動の遅れを一次遅れ系要素又は２次遅れ系要素として表現した関数である伝達関数を用いて過渡補正を施して、過渡時点火時期を演算する過渡時点火時期補正手段を有することを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項２】
内燃機関の回転速度又は負荷の動作特性の時間的変化が所定値以上であるとき、前記過渡時点火時期補正手段によって前記伝達関数を用いて点火時期の過渡補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項３】
前記二次遅れ系要素に基づく伝達関数が、固有振動数、減衰係数、ゲイン係数のうち少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項４】
前記固有振動数、減衰係数、ゲイン係数が、内燃機関を模擬した数値シミュレーション装置に基づき求められることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項５】
前記一次遅れ系要素に基づく伝達関数が、時定数、ゲイン係数のうち少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項６】
前記時定数、ゲイン係数が、前記内燃機関を模擬した数値シミュレーション装置に基づき求められることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項７】
前記吸排気流量制御手段が、吸気または排気バルブの開特性を任意に変化させることができる可変バルブであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項８】
前記吸排気流量制御手段が、排気管から吸気管へ既燃ガスを再循環させる通路に備えられた外部ＥＧＲバルブであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項９】
前記吸排気流量制御手段が、吸気通路の長さを変化させることができる可変吸気管長であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項１０】
前記吸気流動制御手段が、吸気通路の一部乃至は全部を遮蔽することができるスワールコントロールバルブあるいはタンブルコントロールバルブあることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項１１】
内燃機関の運転状態を検知する運転状態検知手段によって検知される運転状態に基づき定常時の点火時期を演算し、前記運転状態検知手段として、吸排気流量制御手段又は吸気流動制御手段の動作特性の内の少なくとも一つを検出し、前記吸排気流量制御手段又は前記吸気流動制御手段の前記動作特性の時間変化が所定値以上であるとき、前記定常時の点火時期に、前記動作特性に基づく吸気管内の空気の挙動の遅れを一次遅れ系要素又は２次遅れ系要素として表現した関数である伝達関数を用いて過渡補正を施し、過渡時点火時期を演算することを特徴とする内燃機関の点火時期制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火時期制御装置および方法に係り、特に、内燃機関の過渡状態に応じて点火時期を補正する点火時期制御装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルブの開特性を任意に変化させることができる可変バルブを備えた内燃機関において、バルブの開特性に応じて点火時期の制御が従来より行われている。
【０００３】
この種の点火時期制御を行う点火時期制御装置として、吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ期間より、シリンダ（燃焼室）内に閉じ込められる既燃ガス量、すなわち内部ＥＧＲ量を推定し、内部ＥＧＲ量に基づき点火時期を補正するものがある（例えば、特許文献１）。
【０００４】
しかし、特許文献１に示されている点火時期制御装置では、可変バルブの切り替え時などに、目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの間に差異を生じた場合には、実際のバルブオーバーラップ期間とは異なる点火時期補正が行われるために、正確に点火時期を制御できない。
【０００５】
このことに対して、実バルブタイミングを検知し、目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの差異に基づいて点火時期を補正する点火時期制御装置がある（例えば、特許文献２）。
【０００６】
この点火時期制御装置は、可変バルブの切り替え時であっても点火時期を精度よく補正できるが、可変バルブタイミング変位量に基づき点火時期の補正を行うため、可変バルブリフト機構を併せもつ内燃機関の点火時期制御には対応できない。
【０００７】
このことに鑑み、可変バルブタイミング機構と可変バルブリフト機構とを備えた内燃機関において、可変バルブの過渡状態で、目標開時期と実開時期との差異に基づき点火時期補正を行う構成として、可変バルブタイミング機構と可変バルブリフト機構とを備えた内燃機関の過渡状態においても点火時期補正を精度よく行えるようにした点火時期制御装置が提案されている（例えば、特許文献３）。
【０００８】
また、可変バルブの動作特性が変化したとき、負荷検出手段の検出遅れを負荷検出手段からその下流にある吸気バルブまでの吸気通路の遅れ系モデルを用いて補正し、補正された充填空気量に基づき燃料噴射量を演算する内燃機関制御装置が提案されている（例えば、特許文献４）。
【特許文献１】特開２００１−２２１１０５号公報
【特許文献２】特開平９−２０９８９５号公報
【特許文献３】特開２００３−２０１９４５号公報
【特許文献４】特開平１１−２６４３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献３に示されているような点火時期制御装置では、可変バルブの過渡時における点火時期補正が目標バルブ開時期と実バルブ開時期との差異に基づき行われるために、バルブ開閉動作の応答速度が十分に大きい場合には、内燃機関の吸気通路内ガスの動作速度が相対的に遅くなり、吸気通路内ガスの応答性に応じた点火時期過渡補正を行う必要性があるにもかからず、目標バルブ開時期と実バルブ開時期との間に差異をほとんど生じないことにより、点火時期の過渡補正が行われない。
【００１０】
また、点火時期制御には過渡的な充填空気量の影響のみならず、過渡的なＥＧＲ量や流動の影響なども考慮しなければならないが、特許文献４に示されているような内燃機関制御装置を、点火時期制御手段に適用しても、可変バルブの過渡状態での点火時期補正を精度よく行うことができない。
【００１１】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、運転状態を検知する手段と、吸排気流量制御手段または吸気流動制御手段を備えた内燃機関において、内燃機関の回転速度、負荷、吸排気流量制御手段または吸気流動制御手段のうちで、いずれかの動作特性の時間的変化量が所定の値以上であるような過渡状態においても、精度よく点火時期の過渡補正を行うことができる内燃機関の点火時期制御装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、内燃機関の運転状態を検知する運転状態検知手段と、前記運転状態検知手段によって検知された運転状態に基づき定常時の点火時期を演算する定常時点火時期演算手段と、吸気又は排気の流量を制御する吸排気流量制御手段、又は、吸気の流動を制御する吸気流動制御手段と、を有する内燃機関の点火時期制御装置であって、前記点火時期制御装置は、前記運転状態検知手段として、少なくとも前記吸排気流量制御手段又は前記吸気流動制御手段の動作特性の内の少なくとも一つを検出する手段を備え、前記吸排気流量制御手段又は前記吸気流動制御手段の動作特性の時間変化が所定値以上であるとき、前記定常時点火時期演算手段によって演算された定常時の点火時期に、前記吸排気流量制御手段又は前記吸気流量制御手段の動作特性に基づく吸気管内の空気の挙動の遅れを一次遅れ系要素又は２次遅れ系要素として表現した関数である伝達関数を用いて過渡補正を施して、過渡時点火時期を演算する過渡時点火時期補正手段を有する。
【００１３】
本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、好ましくは、内燃機関の回転速度又は負荷の動作特性の時間的変化が所定値以上であるとき、前記過渡時点火時期補正手段によって前記伝達関数を用いて点火時期の過渡補正を行う。
【００１４】
本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、好ましくは、前記二次遅れ系要素に基づく伝達関数が、固有振動数、減衰係数、ゲイン係数のうち少なくとも一つを備える。
【００１５】
本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、好ましくは、前記固有振動数、減衰係数、ゲイン係数が、内燃機関を模擬した数値シミュレーション装置に基づき求められる。
【００１６】
本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、好ましくは、前記一次遅れ系要素に基づく伝達関数が、時定数、ゲイン係数のうち少なくとも一つを備える。
【００１７】
本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、好ましくは、前記時定数、ゲイン係数が、前記内燃機関を模擬した数値シミュレーション装置に基づき求められる。
【００１８】
本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、好ましくは、前記吸排気流量制御手段が、吸気または排気バルブの開特性を任意に変化させることができる可変バルブである。
【００１９】
本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、好ましくは、前記吸排気流量制御手段が、排気管から吸気管へ既燃ガスを再循環させる通路に備えられた外部ＥＧＲバルブである。
【００２０】
本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、好ましくは、前記吸排気流量制御手段が、吸気通路の長さを変化させることができる可変吸気管長である。
【００２１】
本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、好ましくは、前記吸気流動制御手段が、吸気通路の一部乃至は全部を遮蔽することができるスワールコントロールバルブあるいはタンブルコントロールバルブある。
【００２２】
前記目的を達成するために、本発明による内燃機関の点火時期制御方法は、内燃機関の運転状態を検知する運転状態検知手段によって検知される運転状態に基づき定常時の点火時期を演算し、前記運転状態検知手段として、吸排気流量制御手段又は吸気流動制御手段の動作特性の内の少なくとも一つを検出し、前記吸排気流量制御手段又は前記吸気流動制御手段の前記動作特性の時間変化が所定値以上であるとき、前記定常時の点火時期に、前記動作特性に基づく吸気管内の空気の挙動の遅れを一次遅れ系要素又は２次遅れ系要素として表現した関数である伝達関数を用いて過渡補正を施し、過渡時点火時期を演算する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による内燃機関の点火時期制御装置によれば、定常時の点火時期に、伝達関数によって定義される過渡補正を施し、過渡時点火時期を演算するから、内燃機関の過渡時においても、精度よく点火時期を制御することがでる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明による内燃機関の点火時期制御装置の一つの実施形態を、図を参照して説明する。
図１は、本発明による点火時期制御装置が適用される内燃機関の構成を示している。
内燃機関１０は、シリンダブロック１０Ａに形成されたシリンダボア１０Ｂにピストン１０Ｃを往復動可能に有し、ピストン１０Ｃの上側に燃焼室２３を画定している。内燃機関１０には、吸気流路１１と、排気流路１２が連通接続されている。
【００２５】
吸気流路１１には吸気温度センサ１３が組付けられている。吸気温度センサ１３の下流にはエアフローセンサ１４が組付けられている。エアフローセンサ１４の下流にはスロットルバルブ１５が設けられている。スロットルバルブ１５はアクセル踏量とは独立にスロットル開度を制御することができる電子制御式スロットルバルブである。スロットルバルブ１５の下流にはサージタンク１６が連通している。サージタンク１６には吸気管内圧力センサ１７が組付けられている。サージタンク１６の下流には吸気ポート１０Ｃに向けて燃料を噴射する燃料噴射バルブ１８が配置されている。
【００２６】
内燃機関１０は、吸気ポート１０Ｄを開閉する吸気バルブ１９と、排気ポート１０Ｅを開閉する排気バルブ２２を有する。
【００２７】
吸気バルブ１９は可変バルブ機構３１を有する可変バルブ機構付きの吸気バルブとして構成されている。可変バルブ機構３１は、可変バルブタイミング機構と可変バルブリフト機構とを具備しており、バルブタイミングとバルブリフトを可変設定する。可変バルブ機構３１には、バルブタイミングを検知するためのタイミングセンサ２０と、バルブリフトを検知するためのリフトセンサ２１とが組付けられている。
【００２８】
シリンダブロック１０Ａには燃焼室２３内に電極部を露出させた点火プラグ２４が取り付けられている。シリンダブロック１０Ａにはノックの発生を検知するノックセンサ２５が取り付けられている。内燃機関１０のクランク軸１０Ｆにはクランク角度センサ２６が組付けられている
排気流路１２にはＡ／Ｆセンサ２７が取り付けられている。排気流路１２には排気流路１２から吸気流路１１へ排ガスを還流させるためのＥＧＲ管２８が接続されている。ＥＧＲ管２８の流路中にはＥＧＲ量を調節するためのＥＧＲバルブ２９が配置されている。
【００２９】
吸気流路１１には燃焼室２３内のガスにタンブル流を形成するためのタンブルコントロールバルブ３０が設けられている。
【００３０】
本実施形態のシステムは、図１に示すように、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、コンピュータ式のものであり、上述した各種センサを接続され、スロットルバルブ１５、燃料噴射バルブ１８、可変バルブ機構付き吸気バルブ１９、ＥＧＲバルブ２９およびタンブルコントロールバルブ３０などのアクチュエータを制御する。
【００３１】
ＥＣＵ５０は、さらに、上述した各種センサから入力された信号に基づき内燃機関１０の運転状態を検知し、運転状態に応じて点火時期（タイミング）を決定し、点火プラグ２４による点火時期を制御する。
【００３２】
図２は、ＥＣＵ５０による点火時期制御装置５５の一つの実施形態を示している。
点火時期制御装置５５は、運転状態検知手段１０１より内燃機関１０の運転状態を示す情報を入力し、点火時期指令信号を点火プラグ２４へ出力するものであり、過渡状態判定手段１０２と、定常時点火時期演算手段１０３と、過渡時点火時期補正手段１０４とを有する。
【００３３】
運転状態検知手段１０１が検知する内燃機関１０の運転状態としては、クランク角センサ２６より出力される矩形波の周波数に基づき求められる内燃機関１０の回転速度、吸気通路１１中に設けられたエアフローセンサ１４からの出力より求められる一サイクル当たりの吸気充填量に基づき推定される機関負荷、あるいはサージタンク１６に設けられた吸気管内圧力センサ１７からの出力より推定される機関負荷、スロットルバルブ１５の開度、タイミングセンサ２０およびリフトセンサ２１の出力により求められる可変吸気バルブ１９の開特性、ＥＧＲ管２８に配置されたＥＧＲバルブ２９の開度により推定される外部ＥＧＲ率、タンブルコントロールバルブ３０の開度などを挙げることができる。
【００３４】
過渡状態判定手段１０２は、運転状態検知手段１０１より内燃機関１０の運転状態を示す情報を入力し、運転状態検知手段１０１によって検出された運転状態の単位時間当たりの変化量が所定値以上となるときをもって過渡状態とみなす。
【００３５】
定常時点火時期演算手段１０３は、運転状態検知手段１０１が検知した内燃機関１０の運転状態に基づき定常時の点火時期を演算する。
【００３６】
定常時点火時期演算手段１０３は、内燃機関１０の各運転状態を独立変数（説明変数）、内燃機関１０の運転状態に対応する最適点火時期を従属変数（目的変数）とした多次元の点火時期マップを有し、運転状態に応じた定常時の点火時期を点火時期マップを参照して設定する。なお、この定常時の点火時期の演算は、点火時期マップを多元高次多項式によって近似した回帰モデルを用いることとしてもよい。
【００３７】
過渡時点火時期補正手段１０４は、過渡状態判定手段１０２によって内燃機関１０の運転状態が過渡状態と判別された場合に起動されるものであり、定常時点火時期演算手段１０３によって演算された定常時の点火時期に、運転状態検知手段１０１によって検知される内燃機関１０の運転状態に応じて過渡補正を施す。
【００３８】
過渡状態判定手段１０２によって内燃機関１０の運転状態が定常状態と判別された場合には、定常時点火時期演算手段１０３にて設定された点火時期による点火時期指令信号が点火プラグ２４へ出力される。
【００３９】
これに対し、過渡状態判定手段１０２によって内燃機関１０の運転状態が過渡状態と判別された場合には、過渡時点火時期補正手段１０４によって点火時期の過渡補正が施され、過渡補正された点火時期による点火時期指令信号が点火プラグ２４へ出力される。
【００４０】
図３は、可変バルブタイミング機構と可変バルブリフト機構とを備えた可変吸気バルブのリフト特性と開特性を示している。
【００４１】
内燃機関によっては、燃焼室２３への吸気充填率の制御を、スロットルバルブ１５によらず、図３に示されているように、吸気バルブ１９の開特性を変化させることにより、実現するものがある。
【００４２】
吸気充填率を増加させる場合には、可変バルブ機構３１が含む可変バルブリフト機構によりバルブリフトを増加させる側に制御し、吸気充填率を減少させる場合には、可変バルブリフト機構によりバルブリフトを減少させる側に制御する。
【００４３】
図３に示すように、リフト可変と同時に、可変バルブ機構３１が含む可変バルブタイミング機構によって吸気バルブの開時期から閉時期までの作動角を変化させることにより、吸気バルブ１９の開時期を制御し、燃焼室２３内に残留する既燃ガス量を同時に制御することができる。
【００４４】
このように吸気バルブ１９の開特性を可変化させることにより、吸気充填率の制御を実現することで、スロットルバルブ１５により吸気充填率の制御を実現する場合と比較して、トルクレスポンスの向上、燃料消費率削減といった利点がある。この場合、スロットルバルブ１５の開度は、外部ＥＧＲ供給のために、サージタンク１６内の圧力を大気圧より若干低い値にとなるように制御される。
【００４５】
図４は、図３において説明した可変バルブタイミング機構と可変バルブリフト機構とを備えた可変吸気バルブの開特性を切り替えたときの、吸気管圧力および燃焼室内へ供給される吸気充填率の時間的変化を示している。
【００４６】
ある瞬間に、機関要求トルクが増加すると、その機関要求トルクを実現するための吸気充填率が演算され、上記吸気充填率を実現するための吸気バルブリフトが推定される。そして、推定された吸気バルブリフトを目標値として、図４（ａ）に示されているように、吸気バルブ１９のバルブリフトが状態Ａ（図４ｄ参照）から状態Ｂ（図４ｄ参照）へと切り替えられる。これと同時に、スロットルバルブ開度が切り替えられ、サージタンク内の圧力を所定圧力に制御する。
【００４７】
上述したように、吸気バルブ１９の開特性を変化させて吸気充填率の制御を行うことにより、吸気充填率の応答性が向上し、可変バルブの切り替えと共に、目標充填率を実現する空気量が瞬時に燃焼室２３内へ取り込まれる。
【００４８】
このことに対して、吸気バルブ上流側圧力はスロットルバルブ開度によって制御されるが、スロットルバルブ１５はサージタンク１６の上流側に備えられているために、可変バルブによる吸気充填率制御の応答性と比較して遅れを生じる。
【００４９】
そのため、可変バルブの開特性を瞬時に変化させた場合には、図４（ｂ）に示されているように、吸気管内に圧力脈動を生じることがある。この場合には、燃焼室２３内への吸気充填率が、図４（ｃ）に示されているように、二次遅れ系の過渡状態を示すことがある。吸気充填率は、燃焼室２３内の乱れ特性やＥＧＲ率にも大きな影響を与えるために、燃焼室２３内の乱れ特性やＥＧＲ率についても二次遅れ系の過渡状態を示す。
【００５０】
以上述べたような影響を考慮して、最適点火時期の過渡制御を行うには、定常時点火時期に対して二次遅れ系要素に基づく伝達関数Ｇ（ｓ）で定義された過渡補正を行う必要がある。伝達関数Ｇ（ｓ）は、二次遅れ系要素の動特性を数学的に表現する関数である。
【００５１】
図５は、図２に示されている点火時期制御装置５５の過渡時点火時期補正手段１０４を、二次遅れ系要素に基づく過渡補正を行う補正手段として構成した一つの実施形態を示している。
【００５２】
過渡時点火時期補正手段１０４は、ゲイン設定器２０３と、固有振動数演算手段２０４と、減衰係数演算手段２０５と、二次遅れ系過渡時点火時期演算手段２０６とを有する。
【００５３】
ゲイン設定器２０３は、定常時点火時期演算手段１０３より定常時点火時期信号を入力し、点火時期の過渡補正を特徴付けるゲイン係数Ｋａを設定する。
【００５４】
固有振動数演算手段２０４は、運転状態検知手段１０１によって検知される内燃機関１０の運転状態に基づいて点火時期の過渡補正を特徴付ける固有振動数ωを演算する。固有振動数演算手段２０４には、固有振動数ωと内燃機関１０の運転状態との関係が、マップあるいはこれを近似した回帰モデルとして格納されており、マップあるいは回帰モデルに基づき機関運転状態に対応する固有振動数ωが求められる。
【００５５】
減衰係数演算手段２０５は、運転状態検知手段１０１によって検知される内燃機関１０の運転状態に基づいて点火時期の過渡補正を特徴付ける減衰係数ζを演算する。減衰係数演算手段２０５には、減衰係数ζと内燃機関１０の運転状態との関係が、マップあるいはこれを近似した回帰モデルとして格納されており、マップあるいは回帰モデルに基づき機関運転状態に対応する減衰係数ζが求められる。
【００５６】
二次遅れ系過渡時点火時期演算手段２０６は、ゲイン設定器２０３よりのゲイン係数Ｋａと、固有振動数演算手段２０４よりの固有振動数ωと、減衰係数演算手段２０５よりの減衰係数ζによって特徴付けられた二次遅れ系要素に基づく伝達関数Ｇ（ｓ）を以下のように定義している。
Ｇ（ｓ）＝Ｋａ／｛１＋２ζ（ｓ／ω）＋（ｓ／ω）｝
【００５７】
二次遅れ系過渡時点火時期演算手段２０６は、上記定義された二次遅れ系要素に基づく伝達関数Ｇ（ｓ）によって点火時期の過渡補正を施し、過渡時点火時期指令信号を出力する。
【００５８】
図６は、図２に示されている点火時期制御装置５５の過渡時点火時期補正手段１０４を、一次遅れ系要素に基づく過渡補正を行う補正手段として構成した一つの実施形態を示している。
【００５９】
過渡時点火時期補正手段１０４は、ゲイン設定器３０３と、時定数演算手段３０４と、一次遅れ系過渡時点火時期演算手段３０５とを有する。
【００６０】
ゲイン設定器３０３は、定常時点火時期演算手段１０３より定常時点火時期信号を入力し、点火時期の過渡補正を特徴付けるゲイン係数Ｋｂを設定する。ゲイン係数Ｋｂは、最適値として、二次遅れ系の点火時期補正を行うゲイン設定器２０３のゲイン係数Ｋａと同値であっても、異なる値であってもよい。
【００６１】
時定数演算手段３０４は、運転状態検知手段１０１によって検知される内燃機関１０の運転状態に基づいて点火時期の過渡補正を特徴付ける時定数τを演算する。時定数演算手段３０４には時定数τと内燃機関１０の運転状態との関係が、マップあるいはこれを近似した回帰モデルとして格納されており、マップあるいは回帰モデルに基づき機関運転状態に対応する時定数τが求められる。
【００６２】
一次遅れ系過渡時点火時期演算手段３０５は、ゲイン設定器２０３よりのゲイン係数Ｋｂと、時定数演算手段３０４よりの時定数τによって特徴付けられた一次遅れ系要素に基づく伝達関数Ｇ（ｓ）を以下のように定義している。
Ｇ（ｓ）＝Ｋｂ／（１＋ｓτ）
【００６３】
一次遅れ系過渡時点火時期演算手段３０５は、上記定義された一次遅れ系要素に基づく伝達関数Ｇ（ｓ）によって点火時期の過渡補正を施し、過渡時点火時期指令信号を出力する。
【００６４】
上述した二次遅れ系要素に基づく過渡補正を行う二次遅れ系過渡時点火時期演算手段２０６と、一次遅れ系要素に基づく過渡補正を行う一次遅れ系過渡時点火時期演算手段３０５は、運転状態検知手段１０１によって検知される内燃機関１０の運転状態より検出される過渡状態を示す運転パラメータによって、使い分けることができる。
【００６５】
例えば、外部ＥＧＲバルブ２９の過渡状態に対しては、一次遅れ系要素によって過渡時の点火時期制御を精度よく行うことができる。
【００６６】
上述した過渡補正伝達関数を特徴付ける固有振動数、減衰係数、ゲイン係数、時定数は、対象とする内燃機関を模擬した数値シミュレーション装置に基づき、あらかじめ開発段階において求められ、上述の固有振動数、減衰係数、ゲイン係数、時定数と運転状態との関係が、マップあるいはこれを近似した回帰モデルとしてＥＣＵ５０に格納される。内燃機関を模擬した数値シミュレーション装置によることで、実測にて直接的に精度よく計測することが困難なＥＧＲ率や乱れ特性などの影響をも考慮して過渡的な機関要求点火時期を精度良く求めることができ、もってより適切な固有振動数、減衰係数、ゲイン係数、時定数を求めることができる。
【００６７】
なお、本実施形態において、過渡時補正手段１０４は、二次遅れ系要素あるいは一次遅れ系要素によって行われることとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、三次遅れ系要素以上の高次遅れ系要素によって行うものでもよい。
【００６８】
図７は、過渡時の可変バルブ開特性、機関要求点火時期（真の最適点火時期）、点火時期制御装置５５において演算される点火時期の各時間的推移を説明するための図である。
【００６９】
ケースＩは、可変バルブの応答性が遅く、吸気管内の空気の輸送が上記可変バルブの応答性に追随よく制御される場合の例を示している。
【００７０】
この場合には、点火時期は可変バルブの制御量に対応した点火時期制御を行うのみでよく、図５あるいは図６で説明した点火時期の過渡補正を実施する必要がない。
【００７１】
ケースIIは、可変バルブの応答性が十分に速く、吸気管内の空気の輸送が上記可変バルブの応答性に追随できない場合で、図５あるいは図６で説明した点火時期の過渡補正を実施しない場合の例を示している。
【００７２】
応答性の遅い吸気管内の空気の影響によって、吸気充填率、乱れ特性、ＥＧＲ率の過渡的な影響を受けて、機関要求点火時期は振動的な振る舞いを呈する。点火時期の過渡補正を実施しない場合には、可変バルブの制御量に応じた点火時期制御が行われるので、機関要求点火時期をうまくトレースできない。
【００７３】
ケースIIIは、可変バルブの応答性が十分に速く、吸気管内の空気の輸送が上記可変バルブの応答性に追随できない場合で、図５で説明した点火時期の二次遅れ系要素に基づく過渡補正を実施する場合の例を示している。
【００７４】
機関要求点火時期が振動的な振る舞いを呈するのに対して、点火時期の過渡補正を実施する場合には、二次遅れ系要素に基づく過渡補正により上記吸気充填率、乱れ特性、ＥＧＲ率の過渡的な影響を表現するため、機関要求点火時期を精度良くトレースすることができる。
【００７５】
また、点火時期の過渡補正を実施する構成であるか否かを、ケースIIとケースIIIとの違いをＥＣＵ５０の入出力関係を見ることによって判別することができる。
【００７６】
図４から図７を用いて、吸排気流量制御バルブとして吸気可変バルブが過渡状態である場合の点火時期過渡補正について説明したが、本発明の実施形態は、これに限定されるものではない。すなわち、回転速度、負荷の過渡状態についても同様の点火時期過渡補正を実施することができる。
【００７７】
また、吸排気流量制御バルブとして、排気バルブ２２の動作特性を可変とする排気可変バルブ、排気管から吸気管へ既燃ガスを再循環させる外部ＥＧＲバルブ、吸気流路１１の長さを可変とする可変吸気長、さらに、吸気流動制御バルブとして、吸気通路の一部乃至は全部を遮蔽することで燃焼室２３内流動にスワール流やタンブル流を形成することができるスワールコントロールバルブあるいはタンブルコントロールバルブについても可変吸気バルブと同様の点火時期過渡補正を実施することができる。
【００７８】
また、本実施形態では、図２で求められた点火時期においてＥＣＵ５０より点火信号が出力される構成としたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、外部要求トルクによっては、点火時期の遅延制御あるいは進角制御を行うことでトルクを制御する場合がある。そのときには、図２で求められた点火時期に、付加的な点火補正を行う構成としてもよい。この場合であっても、基本点火時期としての機関要求点火時期を精度良く演算できる本発明を実施することにより、外部要求トルクを精度良く実現する点で、より好適なトルク制御を実施することができる。
【００７９】
本発明による内燃機関の点火時期制御装置の効果を、以下のように要約する。
（１）検知された運転状態に基づき定常時の点火時期を演算し、伝達関数によって定義される過渡時点火時期補正手段によって定常時の点火時期を補正するため、内燃機関の過渡時においても精度よく点火時期を制御することがでる。
（２）内燃機関の回転速度、負荷、吸排気流量制御手段または吸気流動制御手段のうちで、いずれかの動作特性の時間的変化が所定値以上であるときにのみ、前記伝達関数によって定義される点火時期過渡補正手段に基づき、点火時期の過渡補正を行うので、定常状態と判断された場合には定常時点火時期の演算のみ行えばよく、演算負荷を軽減することができる。
（３）過渡補正を行う伝達関数が固有振動数、減衰係数、ゲインのうちいずれかを備えた二次遅れ系要素にもとづいており、オーバーシュートを表現した点火時期の過渡制御を行うことができる。また、前記固有振動数、減衰係数、ゲインが回転速度、負荷、吸排気流量制御バルブまたは吸気流動制御バルブの動作特性のいずれかに基づき求められるので、回転速度、負荷、吸排気流量制御バルブまたは吸気流動制御バルブの動作特性に応じた点火時期の過渡制御を行うことができる。
（４）過渡補正を行う伝達関数が時定数、ゲインのうちいずれかを備えた一次遅れ系要素にもとづいており、二次遅れ系要素に基づく点火時期過渡制御と比較して演算負荷を軽減することができる。また、前記時定数、ゲインが回転速度、負荷、吸排気流量制御バルブまたは吸気流動制御バルブの動作特性のいずれかに基づき求められるので、回転速度、負荷、吸排気流量制御バルブまたは吸気流動制御バルブの動作特性に応じた点火時期の過渡制御を行うことができる。
（５）固有振動数、減衰係数、ゲイン係数、時定数が、内燃機関を模擬した数値シミュレーション装置に基づき求められるため、実測にて直接的に精度良く計測することが困難なＥＧＲ率や乱れ特性などの影響をも考慮して、過渡的な機関要求点火時期を精度よく求めることができ、もって前記固有振動数、減衰係数、ゲイン係数、時定数を精度よく求めることができる。
（６）吸気あるいは排気バルブの開特性を任意に変化させることができる可変バルブの動作特性が過渡状態である場合においても、点火時期の過渡補正を精度よく行うことができる。
（７）排気管から吸気管へ既燃ガスを再循環させる通路に備えられた外部ＥＧＲバルブの動作特性が過渡状態である場合においても、点火時期の過渡補正を精度よく行うことができる。
（８）吸気通路の長さを変化させることができる可変吸気管長が切り替え時である場合においても、点火時期の過渡補正を精度よく行うことができる。
（９）吸気通路の一部乃至は全部を遮蔽することで、燃焼室内流動にスワール流やタンブル流を形成することができるスワールコントロールバルブあるいはタンブルコントロールバルブの開特性が過渡状態である場合においても、点火時期の過渡補正を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明による点火時期制御装置が適用される内燃機関の構成を示す図。
【図２】本発明による内燃機関の点火時期制御装置の一つの実施形態を示すブロック図。
【図３】可変バルブタイミング機構と可変バルブリフト機構とを備えた可変吸気バルブの開特性を示す図。
【図４】吸気管圧力および燃焼室内へ供給される吸気充填率の時間的変化を示す図。
【図５】二次遅れ系要素に基づく過渡時点火時期補正手段の実施形態を詳細に示すブロック図。
【図６】一次遅れ系要素に基づく過渡時点火時期補正手段の実施形態を詳細に示すブロック図。
【図７】過渡時の可変バルブ開特性、機関要求点火時期（真の最適点火時期）、点火時期制御装置において演算される点火時期の各時間的推移を示す図。
【符号の説明】
【００８１】
１０    内燃機関
１１    吸気流路
１２    排気流路
１３    吸気温度センサ
１４    エアフローセンサ
１５    スロットルバルブ
１６    サージタンク
１７    吸気管内圧力センサ
１８    燃料噴射バルブ
１９    吸気バルブ
２０    タイミングセンサ
２１    リフトセンサ
２２    排気バルブ
２３    燃焼室
２４    点火プラグ
２５    ノックセンサ
２６    クランク角度センサ
２７    Ａ／Ｆセンサ
２８    ＥＧＲ管
２９    ＥＧＲバルブ
３０    タンブルコントロールバルブ
３１    可変バルブ機構
５０    ＥＣＵ
５５    点火時期制御装置
１０１  運転状態検知手段
１０２  過渡状態判定手段
１０３  定常時点火時期演算手段
１０４  過渡時点火時期補正手段
２０３  ゲイン設定器
２０４  固有振動数演算手段
２０５  減衰係数演算手段
２０６  二次遅れ系過渡時点火時期演算手段
３０３  ゲイン設定器
３０４  時定数演算手段
３０５  一次遅れ系過渡時点火時期演算手段
【図１】
0004496162.tif 000002
【図２】
0004496162.tif 000003
【図３】
0004496162.tif 000004
【図４】
0004496162.tif 000005
【図５】
0004496162.tif 000006
【図６】
0004496162.tif 000007
【図７】
0004496162.tif 000008