(57)【要約】【課題】限界的に燃費向上を図ることができる燃焼制御装置を提供する。【解決手段】点火サイクルごとにイオン検出信号Ｖｏの積分値ＳＵＭを算出する処理（ＳＴ１１）、積分値ＳＵＭに基づいて燃焼特定値（τ１０，τ９０）を特定する処理（ＳＴ１２）と、前後の燃焼特定値の差分値（δ１０，δ９０）を特定し、差分値（δ１０，δ９０）に基づいてバブルタイミングの制御量ＶＴを決定する処理（ＳＴ１３）と、を有して構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の燃焼状態を示すイオン電流に対応した検出信号を検出可能なイオン電流検出回路を設けてＥＧＲ制御を実行する燃焼制御装置であって、
各点火サイクルの所定区間において、前記検出信号の積分値を算出する第１手段と、
第１手段が算出した積分値に基づいて燃焼特定値（τ１０，τ９０）を特定する第２手段と、
今回点火サイクルで特定された燃焼特定値と、前回点火サイクルに特定された燃焼特定値との差分値（δ１０，δ９０）を特定する第３手段と、
第３手段が特定する差分値（δ１０，δ９０）に基づいてＥＧＲ制御量（ＶＴ）を決定する第４手段と、
を有して構成される内燃機関用の燃焼制御装置。
【請求項２】
第４手段は、過去のＥＧＲ制御量（ＶＴ）や、ＥＧＲ制御量の目標値を考慮することなく、第３手段が特定する差分値（δ１０，δ９０）に基づいて、その後の点火サイクルのＥＧＲ制御量を決定する請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項３】
燃料消費率が最良状態と評価される限界ＥＧＲ制御量と、燃料消費率が最良状態よりやや劣る適合ＥＧＲ制御量とが、エンジン回転数やエンジン負荷などの運転状態ごとに予め特定されており、
第４手段は、第３手段が特定する差分値（δ１０，δ９０）と、所定の閾値との大小関係に基づいて、限界ＥＧＲ制御量に近づくか、または、適合ＥＧＲ制御量に近づくようＥＧＲ制御量を変化させている請求項１又は２に記載の燃焼制御装置。
【請求項４】
第４手段は、第３手段が特定する差分値を所定の閾値（ＴＨ１０，ＴＨ９０）と比較することで、燃焼悪化状態か燃焼良好状態かを数値的に特定する制御基礎値ＣＴＬを決定し、この制御基礎値ＣＴＬに基づいてＥＧＲ制御量を決定する請求項１〜３の何れかに記載の燃焼制御装置。
【請求項５】
制御基礎値ＣＴＬが、有意に燃焼悪化状態を示す場合には、
制御基礎値ＣＴＬと制御基礎値ＣＴＬの時間微分値とを制御変数する一次式によってＥＧＲ制御量が決定される請求項４に記載の燃焼制御装置。
【請求項６】
制御基礎値ＣＴＬが、有意に燃焼良好状態を示す場合には、
直近複数回の制御基礎値ＣＴＬの平均値を制御変数とする一次式によってＥＧＲ制御量が決定される請求項４又は５に記載の燃焼制御装置。
【請求項７】
制御基礎値ＣＴＬは、燃焼良好状態か燃焼悪化状態かによって正負の値を採るよう構成され、
ＥＧＲ制御量は、制御基礎値の正負の値に基づき、ＥＧＲ基準値（ＳＵＴ）が増減変化するよう構成されている請求項４〜６の何れかに記載の燃焼制御装置。
【請求項８】
バルブタイミング可変機構を設けてバルブオーバーラップ量を制御可能な内燃機関において、
前記ＥＧＲ制御量は、バルブタイミングを規定している請求項１〜７の何れかに記載の燃焼制御装置。
【請求項９】
燃焼室への吸気通路と、燃焼室からの排気通路とを連通する排気還流通路を設けた内燃機関において、
前記ＥＧＲ制御量は、ＥＧＲ率を規定している請求項１〜７の何れかに記載の燃焼制御装置。
【請求項１０】
前記燃焼特定値は、前記積分値に対する所定％位置の、所定の基準位置からの経過時間によって特定される請求項１〜９の何れかに記載の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジンなどの内燃機関において、最適なＥＧＲ制御を可能にした燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、排気の一部を吸気通路に還流する外部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation ）量を制御する構成（図６（ｂ））や、吸気弁の動作特性を変更して内部ＥＧＲ量を制御する構成（図６（ａ））を採るエンジンが知られている。そして、外部ＥＧＲ量であるか内部ＥＧＲ量であるかに拘わらず、ＥＧＲ量を増加させるとポンピングロス（吸入抵抗損失）の低減などによって燃費が改善される。
【０００３】
そのため、燃焼室に流れるイオン電流に基づいて燃焼状態を把握し、その時々の燃焼状態に応じてＥＧＲ量を制御する発明も提案されている（特許文献１〜特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０３７７８７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１００７４５号公報
【特許文献３】特開２０１２−１３２３４４号公報
【特許文献４】特開２００９−１２７５０８号公報
【特許文献５】特開平１０−２６６９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＥＧＲ制御量の最適値は、エンジン回転数やエンジン負荷などの運転状態ごとに異なるので、一般的なＰＩＤフィードバック制御法を採ったのでは、運転状態ごとに相違する目標値（最適値）に収束するまでのオーバーシュートが避けられず、最適なＥＧＲ制御を継続させることができない。例えば、図４（ｂ）に示すボトム最適値ＢＴＭを上回るオーバーシュート時には、運転性能が悪化すると共に燃費率も大幅に劣化する。
【０００６】
そのため、一般的なフィードバック制御では、燃費率を最良にする限界的なボトム最適値を目標値に設定することができず、結局は、ボトム最適値ＢＴＭに余裕代を設けた適合ＶＴ値ＳＵＴ（図４（ｂ）参照）を目標値とするしかなく燃費向上に限界がある。
【０００７】
この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、従来の構成より更に燃費向上を図ることができるＥＧＲ制御が実現可能な燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明は、燃焼室の燃焼状態を示すイオン電流に対応した検出信号を検出可能なイオン電流検出回路を設けてＥＧＲ制御を実行する燃焼制御装置であって、各点火サイクルの所定区間において、前記検出信号の積分値を算出する第１手段と、第１手段が算出した積分値に基づいて燃焼特定値を特定する第２手段と、今回の点火サイクルで特定された燃焼特定値と、前回の点火サイクルに特定された燃焼特定値との差分値を特定する第３手段と、第３手段が特定する差分値（δ１０，δ９０）に基づいてＥＧＲ制御量（ＶＴ）を決定する第４手段と、を有して構成されている。
【０００９】
前記燃焼特定値は、好ましくは、前記積分値に対する所定％位置の、所定の基準位置からの経過時間によって特定される。所定の基準位置としては、実施例のように、点火放電開始時を採るのが簡易的である。
【００１０】
また、イオン検出信号の積分値は、実施例では、イオン面積がこれに該当し、イオン面積の１０％位置τ１０や９０％位置τ９０が、燃焼特定値に該当する。したがって、実施例では、二つの燃焼特定値に対応して、二つの差分値（δ１０，δ９０）が特定されるが、燃焼特定値や差分値の個数は、何ら限定されない。また、実施例では、ＥＧＲ制御量は、図６（ａ）に示す内部ＥＧＲにおけるバブルオーバラップ期間を規定するバルブタイミングに対応するが、何ら限定されず、図６（ｂ）に示す外部ＥＧＲにおいても本発明は適用可能である。
【００１１】
また、第４手段が決定したバルブタイミングなどのＥＧＲ制御量は、ＥＣＵに伝送されるのが一般的であるが、ＥＵＣは、伝送されたＥＧＲ制御量を他のセンサ出力などと共に検討して、実際のＥＧＲ制御量を最終決定するのが好適である。
【００１２】
本発明は、目標値（設定値）と実測値との偏差に基づいて操作量を決定する一般的なフィードバック制御ではないので、第４手段は、好ましくは、過去のＥＧＲ制御量（ＶＴ）や、ＥＧＲ制御量の目標値を考慮することなく、もっぱら、第３手段が特定する差分値（δ１０，δ９０）に基づいて、その後の点火サイクルのＥＧＲ制御量を決定するべきである。
【００１３】
また、本発明は、燃料消費率が最良状態と評価される限界ＥＧＲ制御量と、燃料消費率が最良状態よりやや劣る適合ＥＧＲ制御量とが、エンジン回転数やエンジン負荷などの運転状態ごとに予め特定されているのが好適であり、第４手段は、第３手段が特定する差分値（δ１０，δ９０）と、所定の閾値との大小関係に基づいて、限界ＥＧＲ制御量に近づくか、または、適合ＥＧＲ制御量に近づくようＥＧＲ制御量を変化させるのが好ましい。
【００１４】
なお、実施例では、ボトム最適値ＢＴＭが限界ＥＧＲ制御量に対応し、適合ＶＴ値ＳＵＴが適合ＥＧＲ制御量に対応する。なお、より好ましくは、ＥＧＲ制御量が、限界ＥＧＲ制御量を上回らないようリミット処理を設けるべきである。但し、適合ＥＧＲ制御量を下回るＥＧＲ制御量は禁止されない。
【００１５】
また、第４手段は、好ましくは、第３手段が特定する差分値を所定の閾値（ＴＨ１０，ＴＨ９０）と比較することで、燃焼悪化状態か燃焼良好状態かを数値的に特定する制御基礎値ＣＴＬを決定し、この制御基礎値ＣＴＬに基づいてＥＧＲ制御量を決定するべきである。実施例では、差分値を所定の閾値（ＴＨ１０，ＴＨ９０）と比較して、二つの比較値ＶＲ１０，ＶＲ９０を算出し、二つの比較値ＶＲ１０，ＶＲ９０から制御基礎値ＣＴＬを決定している。
【００１６】
制御基礎値ＣＴＬは、実施例のように正負の値を採るのが好ましく、制御基礎値ＣＴＬの正負に応じて燃焼の良否が特定されるのが更に好ましい。すなわち、制御基礎値ＣＴＬは、燃焼良好状態か燃焼悪化状態かによって正負の値を採るよう構成され、ＥＧＲ制御量は、制御基礎値の正負の値に基づき、ＥＧＲ基準値（ＶＴ）が増減変化するよう構成するのが好適である。
【００１７】
何れにしても、制御基礎値ＣＴＬが、有意に燃焼悪化状態を示す場合には、制御基礎値ＣＴＬと制御基礎値ＣＴＬの時間微分値とを制御変数する一次式によってＥＧＲ制御量が決定されるのが好ましい。この場合には、時間微分値が機能することで迅速対応が可能となる。
【００１８】
一方、制御基礎値ＣＴＬが、有意に燃焼良好状態を示す場合には、直近複数回の制御基礎値ＣＴＬの平均値を制御変数とする一次式によってＥＧＲ制御量が決定されるのが好ましい。このようなＥＧＲ制御量によって、限界ＥＧＲ制御量に近づく制御が可能となる。但し、この場合には、制御基礎値ＣＴＬの平均値が機能するので、ゆっくりした慎重な制御動作が実現される。
【００１９】
本発明は、バルブタイミング可変機構を設けてバルブオーバーラップ量を制御可能な内燃機関において、前記ＥＧＲ制御量は、バルブタイミングを規定しているか、或いは、燃焼室への吸気通路と、燃焼室からの排気通路とを連通する排気還流通路を設けた内燃機関において、前記ＥＧＲ制御量は、ＥＧＲ率を規定しているのが典型的である。
【００２０】
何れの構成でも、前記燃焼特定値は、前記積分値に対する所定％位置の、所定の基準位置からの経過時間によって特定されるが、このような構成を採ることの有効性は、以下に説明する燃焼基礎実験によって確認されている。
【００２１】
先ず、本発明者は、所定頻度で燃焼悪化状態が生じる限界的なＥＧＲ量において燃焼実験を繰り返した。具体的には、図６（ｂ）に示すような機器構成において、ＥＧＲ弁２６を開閉制御して還流排気ガスの流量を調整する外部ＥＧＲ制御を実行し、理論空燃比の混合気に、限界量の排気ガスを混入させた状態（以下、限界ＥＧＲ制御状態という）で、筒内圧［ｋＰａ］の時間的推移と、熱発生率［Ｊ／ｄｅｇ］の時間的推移と、燃料質量割合ＭＦＢ（Mass Fraction of Burned fuel）［％］の時間的推移と、イオン電流波形の時間的推移との関係を、各点火サイクルにおいて観測した。
【００２２】
その結果、図７（ｂ）に示す筒内圧［ｋＰａ］のピーク値が高い場合（良好な燃焼状態Ｇ）は、筒内圧のピーク値の低い場合（燃焼悪化状態ＮＧ）と比較して、熱発生率［Ｊ／ｄｅｇ］の立上り特性や、燃料質量割合の１００％に向う立上り特性が急であり（図７（ｃ）及び図７（ｄ）参照）、これに対応してイオン電流の発生タイミングも早くなることが明らかとなった（図７（ａ）参照）。また、良好状態Ｇから悪化状態ＮＧへの燃焼悪化に対応して、イオン電流の発生タイミングが少なからず移動（変動）することも明らかとなった。
【００２３】
そこで、本発明者は、イオン電流の発生タイミングの変動に基づいて燃焼状態の良否を判定できるか否かを、各種の判定パラメータについて検討した。その結果、良否判定のパラメータとしては、先ず、各点火サイクルにおいて、放電ノイズが収束した後のイオン電流波形の時間積分値ＳＵＭ（イオン面積）が好ましく、特に、このイオン面積ＳＵＭに対する所定％位置を、基準位置からの経過時間［ｓ］として評価する手法が好適であることを見出した。ここで、基準位置は、点火タイミングとするのが好適である。
【００２４】
図８（ａ）は、限界ＥＧＲ制御状態において、各点火サイクルにおけるＩＭＥＰ値［ｋＰａ］と、イオン面積１０％位置［ｓ］との関係を図示したものであり、高相関が確認された。なお、限界ＥＧＲ制御状態とは、この実験では、ＥＧＲ率＝２０％程度を意味し、ＥＧＲ率は、ＥＧＲガス量Ｇｅと新気量Ｇａの総和に対するＥＧＲガス量Ｇｅの比率Ｇｅ／（Ｇｅ＋Ｇａ）×１００を意味する。なお、イオン面積の５０％位置、９０％位置、その他の％位置で判定しても所定の制御性能を実現できることを確認している。
【００２５】
また、一連の実験の結果、（ａ）限界ＥＧＲ制御状態では、同レベルのＩＭＥＰ値が連続するのではなく、一般に、低ＩＭＥＰ値の後は、ＩＭＥＰ値が回復傾向を示し、低ＩＭＥＰ値と高ＩＭＥＰ値とが繰り返される傾向にあること、（ｂ）この傾向は、燃焼悪化状態では特に顕著であり、ＩＭＥＰ値の振幅幅も大きいことが判明した。
【００２６】
これは、燃焼悪化状態では燃焼が緩慢となるため、排気工程（断熱膨張行程）での温度低下が緩慢となり、その結果、次回の点火サイクルで還流される排ガス温度が相対的に高まることで、燃焼速度が高まるためであると解される。
【００２７】
図８（ｂ）には、前サイクルの排気温度［℃］と、今サイクルと前サイクルのＩＭＥＰ差［ｋＰａ］との関係を示す実験結果が示されており、前サイクルの排気温度が高いと、今サイクルの燃焼状態が回復傾向になり、逆に、前サイクルの排気温度が低いと、今サイクルの燃焼状態が悪化傾向になることが示されている。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明した通り、本発明は、燃焼状態を監視したうえで最適なＥＧＲ量に設定することが可能となる。なお、本発明は、燃焼室に還流される排気ガスの流量を制御する外部ＥＧＲ制御に限らず、吸気弁と排気弁の双方を開放する重複開放期間を制御する内部ＥＧＲ制御にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例に係る燃焼制御装置の回路構成を示す回路図である。
【図２】燃焼制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】図２の制御動作を原理的に示す動作ブロック図である。
【図４】制御動作を説明する図面である。
【図５】制御性能を示す図面である。
【図６】実験対象の内燃機関を示す図面である。
【図７】実験結果を示す図面である。
【図８】実験結果を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、実施例について説明するが、具体的な記載内容は、特に本発明を限定するものではない。図１（ａ）は、実施例に係る内燃機関用の燃焼制御装置を示す回路ブロック図であり、図１（ｂ）は、処理モジュールのマイコンＭＣの動作概要を示すフローチャートである。
【００３１】
図１（ａ）に示す通り、この燃焼制御装置は、点火コイルＣＬやイオン電流検出回路ＩＯＮを内蔵したコイルモジュール１と、コイルモジュール１からイオン検出信号Ｖｏを受ける処理モジュール２と、コイルモジュール１に点火パルスＳＧを出力すると共に、処理モジュール２と通信可能に構成されたＥＣＵ（Engine Control Unit ）と、を設けて構成されている。
【００３２】
特に限定されないが、この実施例では、ＥＣＵと、処理モジュール２は、ＣＡＮ（Controller Area Network ）によるデータ転送ネットワークで、双方向通信可能に接続されている。また、コイルモジュール１は、ＥＵＣから受けた点火パルスＳＧを、処理モジュール２に転送している。
【００３３】
ＥＵＣは、内部ＥＧＲ制御又は外部ＥＧＲ制御によって内燃機関の動作を制御している。図６（ａ）は、内部ＥＧＲ制御が実行される内燃機関の概略構成を図示したものである。ここでは、吸入行程、圧縮行程、爆発行程、及び排気行程の４サイクルを繰り返して出力する典型的な自動車エンジンを例示している。
【００３４】
図６（ａ）には、ピストン２０やコンロッド２１が設けられた燃焼室２２と、燃焼室２２への吸気通路２３と、燃焼室２２からの排気通路２４とが示されている。また、吸気通路２３と排気通路２４に対応して、吸気弁２７と排気弁２８が配置され、吸気弁２５や排気弁２６は、ＥＣＵからの指令に基づき動作する可変機構によって、開閉タイミングが可変制御されるよう構成されている。
【００３５】
燃焼室２２の頂部には、点火コイルＣＬに接続されて高電圧を受ける点火プラグＰＧが配置されている。特に限定されるものではないが、このエンジンには、アクセルの踏込量に応じた信号を出力するアクセルポジションセンサや、クランクシャフトの回転速度（エンジン回転数）を出力する回転速度センサや、吸気通路２３を通じて燃焼室２２に導入される吸入空気量に応じた信号を出力するエアフロメータや、吸気通路２３内の吸気圧に応じた信号を出力する吸気圧センサや、燃焼室２２内の筒内圧に応じた信号を出力する筒内圧センサなどが設けられ、各センサからの信号は、各々ＥＣＵに供給されている。
【００３６】
何れにしても、図６（ａ）の構成では、ＥＵＣは、内部ＥＧＲ制御として、吸気弁２３と排気弁２４の開放状態が重複するバルブオーバーラップ期間を制御するが、この実施例では、バルブタイミングとして、吸気弁の開弁タイミングを制御してオーバーラップ期間を制御している。したがって、バルブタイミングが、ＢＴＤＣ（Before Top Dead Center）において進角すると、オーバーラップ期間が増加してＥＧＲ量が増加することになる。
【００３７】
但し、このような内部ＥＧＲ制御に、何ら限定されるものではなく、図６（ｂ）の構成を有する自動車エンジンにおいて、外部ＥＧＲ制御を実行するのも好適である。図６（ｂ）の構成では、吸気通路２３と排気通路２４とを連通するＥＧＲ通路２５が設けられており、排気ガスの一部がＥＧＲ通路２５を経由して吸気通路２３に還流されている。このＥＧＲ通路２５には、ＥＣＵによって制御されるＥＧＲ弁２６が配置され、還流される排気ガスの流量を調整する外部ＥＧＲ制御を可能にしている。
【００３８】
図１に戻って説明を続けると、コイルモジュール１は、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２が電磁結合されてなる点火コイルＣＬと、１次コイルＬ１を断続的に駆動する点火制御トランジスタＱ１と、２次コイルＬ２に接続されたイオン電流検出回路ＩＯＮと、を有して構成されている。そして、２次コイルＬ２とグランドラインとの間に点火プラグＰＧが接続されている。
【００３９】
点火制御トランジスタＱ１は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）で構成され、そのベース端子には、点火パルスＳＧが供給され、コレクタ端子は、１次コイルＬ１に接続され、エミッタ端子は、グランドラインに接続されている。そして、点火制御トランジスタＱ１のＯＦＦ遷移時に発生する２次コイルＬ２の誘起電圧によって、点火プラグＰＧが点火放電される。
【００４０】
イオン電流検出回路ＩＯＮは、点火プラグＰＧの放電電流で充電されるバイアス用のコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１に並列接続されてコンデンサＣ１の充電電圧を規制するツェナーダイオードＺＤと、ツェナーダイオードＺＤに直列接続されたダイオードＤ１と、ダイオードＤ１の両端電圧を受ける増幅部ＡＭＰと、で構成されている。
【００４１】
図示の通り、ツェナーダイオードＺＤとダイオードＤ１のアノード端子は、互いに直結され、ダイオードＤ１のカソード端子はグランドラインに接続されている。また、ツェナーダイオードＺＤのカソード端子は、２次コイルＬ２に接続されている。
【００４２】
イオン電流検出回路ＩＯＮの増幅部ＡＭＰは、反転端子と非反転端子と出力端子とを有する増幅素子Ｑ３と、増幅素子Ｑ３の反転端子に接続される入力抵抗Ｒ１と、増幅素子Ｑ３の反転端子と出力端子の間に接続される帰還抵抗Ｒ２とで構成されている。また、増幅素子Ｑ３の反転端子とグランドラインとの間に、増幅素子Ｑ３を保護するためのダイオードＤ２が接続されている。
【００４３】
増幅素子Ｑ３として、この実施例では、ＯＰアンプを使用している。ＯＰアンプは、その入力インピーダンスがほぼ無限大で、反転端子と非反転端子との間が、仮想的に短絡状態である。そのため、図１（ａ）に示す電流Ｉは、入力抵抗Ｒ１と帰還抵抗Ｒ２に共通して流れることになり、増幅部ＡＭＰの出力電圧Ｖｏは、電流Ｉと帰還抵抗Ｒ２の積となる（Ｖｏ＝Ｉ＊Ｒ２）。つまり、この増幅部ＡＭＰでは、帰還抵抗Ｒ２が、電流レベルを検出する検出抵抗として機能している。
【００４４】
図１（ａ）の回路構成において、２次コイルＬ２に負の高電圧が発生すると、点火プラグＰＧが点火放電し、このときに流れる点火電流がコンデンサＣ１を充電する。コンデンサＣ１にはツェナーダイオードＺＤが並列接続されているので、コンデンサＣ１の両端電圧は、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧に一致する。なお、この放電時には、ダイオードＤ１が短絡状態（ＯＮ）となるので、入力抵抗Ｒ１やその他の回路素子に流れる電流を無視することができる。
【００４５】
その後、２次コイルＬ２の高電圧が消滅すると、コンデンサＣ１に充電されたバイアス電圧は、図１（ａ）の矢印で示す経路で放電する。この放電電流は、イオン電流Ｉに他ならず、イオン電流Ｉは、増幅素子Ｑ３の出力端子→帰還抵抗Ｒ２→入力抵抗Ｒ１→コンデンサＣ１→２次コイルＬ２→点火プラグＰＧの経路で流れる。先に説明した通り、出力電圧Ｖｏ＝Ｒ２＊Ｉの関係が成立するので、増幅部ＡＭＰからはイオン電流Ｉに比例した出力電圧Ｖｏが得られる。そこで、以下、増幅部ＡＭＰの出力電圧Ｖｏを、特に、イオン検出信号Ｖｏという。
【００４６】
次に、処理モジュール２について説明すると、処理モジュール２は、ＰＩＣ（Peripheral Interface Controller ）などで構成されたマイコンＭＣを中心に構成されている。図示の通り、マイコンＭＣには、ＣＡＮプロトコルコントローラＣＡＮＣＴＬが内蔵され、トランシーバＴＲＮを経由して、例えば、二線式差動電圧方式のＣＡＮバスライン３に接続されている。ここで、マイコンＭＣは、イオン電流Ｉに基づいて検出された燃焼情報を、ＥＣＵに送信する一方、リアルタイムに変化する運転状態を特定する運転情報をＥＣＵから受けている。
【００４７】
また、マイコンＭＣは、ＣＰＵ，ＲＡＭ、ＲＯＭなどの他、ＤＡコンバータ、ＡＤコンバータ、タイマカウンタＴＣなどが内蔵されている。そして、コイルモジュール１で取得されたイオン検出信号Ｖｏは、処理モジュール２のAD Port を経由してＡＤコンバータに供給されるよう構成されている。
【００４８】
そして、ＣＰＵは、ＡＤコンバータが出力するイオン検出信号（デジタル値）Ｖｏに基づいて、点火サイクルごとに燃焼状態を把握している。ＥＧＲ制御動作の手法は、特に限定されないが、例えば、図６（ａ）に示す構成を有して吸気弁２７と排気弁２８を制御する内部ＥＧＲ制御時には、ＣＰＵは、把握した燃焼状態に応じて、その後の点火サイクルにおけるバルブタイミングの補正値として、タイミング修正値ＶＴを算出している。また、ＣＰＵは、デジタル入力ポートIN Port を経由して、点火パルスＳＧのレベル遷移を把握できるよう構成されている。
【００４９】
図１（ｂ）は、マイコンＭＣの動作概要を示している。以下、説明すると、先ず、マイコンのＣＰＵは、点火パルスＳＧの立下り遷移によって点火動作の開始（点火タイミング）を把握し、点火動作後のイオン電流を取得して、ＢＰＦ処理などの必要処理を施した上で記憶する（ＳＴ１０）。
【００５０】
次に、放電ノイズ終了後のイオン電流波形を解析する。具体的には、放電ノイズ終了後のイオン電流の時間積分値ＳＵＭ（イオン面積）を算出する（ＳＴ１１）。また、イオン面積ＳＵＭの１０％位置（τ１０）と、９０％位置（τ９０）を特定して記憶する（ＳＴ１２）。なお、１０％位置や９０％位置は、点火タイミングからの経過時間を意味し、１０％位置や９０％位置を総称して、本明細書では、燃焼特定値と言うことがある。
【００５１】
続いて、今回の点火サイクルで特定された燃焼特定値（τ１０，τ９０）と、前回の点火サイクルで特定された燃焼特定値（τ１０’，τ９０’）との差分値（δ１０，δ９０）に基づいてバルブタイミングの補正量を決定し（ＳＴ１３）、これをタイミング修正値ＶＴとしてＥＣＵに通知する（ＳＴ１４）。そして、タイミング修正値ＶＴの通知を受けたＥＣＵは、他のセンサからのセンサ出力なども踏まえ検討して、最終的なバルブタイミング（指示ＶＴ）を決定して次回の点火動作を実行する。
【００５２】
以上、図１（ｂ）のフローチャートに基づいて概略動作を説明したので、次に、図２〜図３に基づいて、バルブタイミングの補正量であるタイミング修正値ＶＴの決定手法について更に説明する。特に限定されないが、本実施例では、先ず、図３に示すように、今回の燃焼特定値（τ１０，τ９０）と、前回の燃焼特定値（τ１０’，τ９０’）との差分値（δ１０，δ９０）を、イオンパラメータとして特定する。
【００５３】
そして、イオンパラメータたる差分値（δ１０，δ９０）を、各々の閾値（ＴＨ１０，ＴＨ９０）と比較して、各偏差に基づいて制御基礎値ＣＴＬを特定し、制御基礎値ＣＴＬの比例値（Ｐ値）や、微分比例値（ＰＤ値）に基づいてタイミング修正値ＶＴを決定する。図３に示す通り、この実施例では、制御基礎値ＣＴＬの変化に対して、迅速に反応する高速ＰＤ制御の制御量ＨｉＰＤと、制御基礎値ＣＴＬの変化に対して、ゆっくり対応する低速Ｐ制御の制御量ＬｏＰとが算出され、これらの総合値（＝ＨｉＰＤ＋ＬｏＰ）がタイミング修正値ＶＴとなる。
【００５４】
一方、タイミング修正値ＶＴを受けたＥＣＵは、その時々の運転状態や各種センサからのセンサ信号に基づいて、標準バルブタイミング（適合ＶＴ値ＳＵＴ）を特定すると共に、適合ＶＴ値ＳＵＴをタイミング修正値ＶＴで補正することで、実際のバブルタイミング（指示ＶＴ＝ＶＴ＋ＳＵＴ）を決定する。
【００５５】
以上を踏まえて、タイミング修正値ＶＴの決定処理（ＳＴ１３）の動作を図２に基づいて確認する。先ず、イオン面積の１０％位置（τ１０）について、今サイクルと前サイクルの差分値δ１０の絶対値を算出する（ＳＴ２１）。そして、閾値ＴＨ１０と、差分値δ１０との偏差を比較値ＶＲ１０とする（ＳＴ２２）。同様に、イオン面積の９０％位置（τ９０）について、今サイクルと前サイクルの差分値δ９０の絶対値を算出し（ＳＴ２３）、閾値ＴＨ９０と差分値δ９０との偏差を比較値ＶＲ９０とする（ＳＴ２４）。
【００５６】
これらの処理において、比較値ＶＲ１０や比較値ＶＲ９０は、正負の値を採るよう最適な閾値（ＴＨ１０，ＴＨ９０）が設定されているが、比較値ＶＲ１０，ＶＲ９０が正の場合は、その値が大きいほど、変動量が小さく燃焼が良好であることを意味する。逆に、比較値ＶＲ１０，ＶＲ９０が負の場合は、その負の値が、絶対値として大きいほど、変動量が大きく燃焼が悪化しているあることを意味する。また、これらの傾向は、比較値ＶＲ１０と、比較値ＶＲ９０で共通する場合もあれば、何れか一方の比較値だけが燃焼悪化状態を示す場合もある。
【００５７】
そこで、本実施例では、悪化傾向を優先する判定手法を採り、比較値ＶＲ９０と、比較値ＶＲ１０を、この順番で判定して（ＳＴ２５，ＳＴ２７）、燃焼悪化状態が検出されれば、燃焼悪化状態を示す比較値を燃焼判定値ＶＲとする。
【００５８】
具体的には、比較値ＶＲ９０＜１０であれば、燃焼悪化状態と判定して、燃焼判定値ＶＲ＝ＶＲ９０とし（ＳＴ２６）、比較値ＶＲ９０＞＝１０であっても、比較値ＶＲ１０＜０であれば、燃焼悪化状態と判定して、燃焼判定値ＶＲ＝ＶＲ１０とする（ＳＴ２８）。そして、比較値ＶＲ９０＞＞＝１０、且つ比較値ＶＲ１０＞＝０の場合に限り、燃焼良好状態と判定して、燃焼判定値ＶＲ＝ＶＲ９０とする（ＳＴ２９）。なお、比較値ＶＲ９０の基準基準値を、例えば１０としたが、適宜に変更可能である。
【００５９】
比較値ＶＲ１０，ＶＲ９０の正負関係と同様、燃焼判定値ＶＲも正負の値を採り、正の値が大きいほど燃焼が良好であり、逆に、負の値の絶対値が大きいほど燃焼が悪化していることになる。すなわち、本実施例では、燃焼判定値ＶＲの値に基づいて、燃焼状態の良否レベルを一意に判定できることになる。
【００６０】
ところで、自動車エンジンは、一般に、複数の気筒が機能するよう構成されているので、上記の燃焼判定値ＶＲは、気筒ごとに特定される。そこで、複数の気筒で特定される燃焼判定値ＶＲのうち最悪値（正負を含む最小値）を制御基礎値ＣＴＬとする（ＳＴ３０）。
【００６１】
次に、制御基礎値ＣＴＬに比例ゲインＨＰＧを積算する演算（ＨＰ←ＨＰＧ＊ＣＴＬ）によって、比例値ＨＰを決定する（ＳＴ３１）。また、比例ゲインＨＤＧを積算する演算（ＨＤ←ＨＤＧ＊（ΔＣＴＬ／ΔＴ））によって、比例微分値ＨＤを決定する（ＳＴ３２）。ここで、ΔＣＴＬ／ΔＴは、制御基礎値ＣＴＬの時間微分値であり、ΔＴは、点火サイクルの時間周期である。
【００６２】
最後に、先に算出した比例値ＨＰと比例微分値ＨＤを加算して、燃焼悪化に迅速に対応可能な高速制御用の制御量ＨｉＰＤを決定する（ＳＴ３３）。この制御量ＨｉＰＤは、燃焼悪化時には、負の大きな値となるが、燃焼良好時には正の値を示す場合もある。しかし、燃焼良好時のＥＧＲ制御は、ゆっくり慎重に行う意図から、制御量ＨｉＰＤ＞０の場合には、これをゼロに補正する（ＳＴ３５）。
【００６３】
以上の処理（ＳＴ３１〜ＳＴ３５）によって、ＥＧＲ量を抑制するための負の制御量ＨｉＰＤが決定されるので、次に、ＥＧＲ量を増やすための制御量ＬｏＰを算出する。先ず、直近複数回に得られた制御基礎値ＣＴＬについて移動平均値を算出して、制御補正値ＣＴＬ’とする（ＳＴ３６）。この処理によって、仮に、制御基礎値ＣＴＬが急激に変動しても、急激変動が抑制された制御が可能となる。
【００６４】
次に、制御補正値ＣＴＬ’に比例ゲインＬＰＧを積算して（ＬｏＰ←ＬＰＧ＊ＣＴＬ’）、低速制御用の制御量ＬｏＰを決定する（ＳＴ３７）。なお、燃焼悪化状態が継続している場合には、低速制御用の制御量ＬｏＰが負となるが、無闇に制御量ＨｉＰＤの負レベルを増加させないため、このような場合には、制御量ＬｏＰをゼロに補正する（ＳＴ３９）。
【００６５】
以上の処理によって、ＥＧＲ量を増加させるための正の制御量ＬｏＰが算出されたことになるので、最後に、高速制御用の制御量ＨｉＰＤと低速制御用の制御量ＬｏＰを加算してタイミング修正値ＶＴを特定する（ＳＴ４０）。
【００６６】
このタイミング修正値ＶＴは、その時々の運転状態や各種センサからのセンサ信号に基づいてＥＣＵにおいて特定される適合ＶＴ値ＳＵＴに対する補正値を意味する。そこで、タイミング修正値ＶＴを受けたＥＣＵは、指示ＶＴ＝ＳＵＴ＋ＶＴによって、次回の点火サイクルのバブルタイミングを規定することになる（図３参照）。なお、ＳＵＴ＋ＶＴの値が、ボトム最適値ＢＴＭを超える場合には、指示ＶＴ＝ＢＴＭのリミット処理が実行される。
【００６７】
図４（ａ）は、上記の制御動作について、燃焼良好時と燃焼悪化時について例示的に図示したものである。燃料良好状態が継続する図４（ａ）の左側の状態では、制御基礎値ＣＴＬが正の有意値を維持する。したがって、高速制御用の制御量ＨｉＰＤはＨｉＰＤ＝０であり（ＳＴ３５）、低速制御用の制御量ＬｏＰによって、タイミング修正値ＶＴ（進角量）が増加傾向となる制御が実行される。すなわち、燃費が最良値なるボトム最適値ＢＴＭに向う制御、換言すると、ＥＧＲ量が図４（ｂ）の右方に移動するＥＧＲ制御が実現される。
【００６８】
このように、本実施例では、燃焼状態が安定している運転状態では、限界的に燃費に優れる燃焼動作を実現することができる。
【００６９】
一方、燃料悪化状態が継続する図４（ａ）の右側の状態では、制御基礎値ＣＴＬが負の有意値を維持する。したがって、低速制御用の制御量ＬｏＰは、ＬｏＰ＝０であり（ＳＴ３９）、高速制御用の制御量ＨｉＰＤによって、進角量が抑制されることで燃焼悪化を回復される。
【００７０】
すなわち、燃焼悪化時には、迅速に適合ＶＴ値ＳＵＴに向う制御、換言すると、ＥＧＲ量が図４（ｂ）の左方に移動するＥＧＲ制御が実現される。但し、それでも燃焼悪化状態が回復されない場合は、適合ＶＴ値ＳＵＴを超えてバルブタイミングが遅角される。
【００７１】
このように、本実施例では、ＥＣＵは、制御量ＨｉＰＤを参酌してバブルタイミングを決定することで、通常の燃焼制御より迅速に燃焼悪化状態を回復させることができる。図５は、適合ＶＴ値ＳＵＴが２５ＣＡ（Crank Angle ）、Ｂボトム最適値ＢＴＭが３４ＣＡである自動車エンジンに本実施例の制御を実施した場合の動作を示している。図５（ａ）は、バブルタイミングと、燃焼消費率について、複数サイクルの取得データの平均値を示しており、左右二つの黒角記号において、左側は、制御設定値（指示ＶＴ）を安全側に設定した際の結果、右側は、攻めの設定にした場合の結果である。なお、ＥＣＵが制御指示する指示ＶＴと、センサからの計測値である実ＶＴが示されているが、可変機構などの動作遅れのために、実ＶＴは、指示ＶＴから遅れ、且つ、波形が鈍って検出される。
【００７２】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、具体的な制御手法は、何ら本発明を限定するものではなく、他の構成も含め、適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００７３】
Ｖｏ  検出信号
τ１０，τ９０  燃焼特定値
δ１０，δ９０  差分値
ＶＴ    ＥＧＲ制御量
ＳＴ１１  第１手段
ＳＴ１２  第２手段
ＳＴ１３  第３手段
ＳＴ１３  第４手段
ＳＵＭ  積分値
【図１】
2017207025.tif 000003
【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】
2017207025.tif 000009
【図８】
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