(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、製造ばらつき等の理由によって点火プラグと第２燃料噴射による燃料噴霧との距離が設計値から変化したとしても、点火時期の遅角に頼ることなく燃焼変動の増大を抑制できるようにする。【解決手段】排気浄化触媒を活性化させる制御として、吸気行程噴射を実行し、膨張行程中に位置する点火期間において点火を実行し、かつ、上記点火期間と少なくとも一部が重なる噴射期間を用いて当該噴射期間の終了時期が上記点火期間の終了時期よりも進角側となる態様で膨張行程噴射を実行する。燃焼変動が最小となるときの点火−噴射インターバルである最適インターバルを求める学習処理を実行する。【選択図】図１５
2017210887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒と、
燃焼室の天井部の中央付近に配置された点火プラグを有する点火装置と、
前記燃焼室の天井部の中央付近に配置され、少なくとも一部の燃料噴霧が前記点火プラグの方向に向かい当該燃料噴霧の外郭面が前記点火プラグの電極部の下方を通るように噴孔の向きが調整されている燃料噴射弁と、
前記燃焼室からの排気を浄化する排気浄化触媒と、を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
燃焼変動を取得する燃焼変動取得手段と、
前記排気浄化触媒を活性化させる制御として、吸気行程および圧縮行程のうちの少なくとも一方において第１燃料噴射が実行されるように前記燃料噴射弁を制御し、膨張行程中に位置する点火期間において点火が実行されるように前記点火装置を制御し、かつ、膨張行程中に、前記点火期間と少なくとも一部が重なる噴射期間を用いて当該噴射期間の終了時期が前記点火期間の終了時期よりも進角側となる態様で第２燃料噴射が実行されるように前記燃料噴射弁を制御する制御手段と、
前記点火期間の開始時期から前記噴射期間の開始時期までのインターバルに関し、前記燃焼変動が最小となるときの前記インターバルである最適インターバルを求める学習処理を実行する学習手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、燃焼室の天井面の中央付近に燃料噴射弁および点火プラグが配置された内燃機関が開示されている。この内燃機関では、燃料を噴射している期間中に点火を行うことで、燃料噴射によって生じる引き込み気流を利用して点火プラグの先端に生じる放電火花を引き延ばし、これにより着火性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１７３５６号公報
【特許文献２】特開２００６−５２６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、排気浄化触媒を早期に活性化させる際に、吸気行程および圧縮行程のうちの少なくとも一方において第１燃料噴射を実行し、膨張行程中に位置する点火期間において点火を実行し、かつ、膨張行程中に、上記点火期間と少なくとも一部が重なる噴射期間を用いて当該噴射期間の終了時期が上記点火期間の終了時期よりも進角側となる態様で第２燃料噴射を実行する構成が考えられる。
【０００５】
ここで、上記点火期間の開始時期から第２燃料噴射の噴射期間の開始時期までのインターバル（「点火−噴射インターバル」と称する）に着目する。点火−噴射インターバルは、燃焼変動を抑制するうえで重要なパラメータである。点火−噴射インターバルは、内燃機関の製造ばらつきや経時変化などに起因して点火プラグ（放電ギャップ）と第２燃料噴射による燃料噴霧との距離が変化したときに変化し得る。その結果、燃焼変動が設計値よりも増大する可能性がある。燃焼変動の増大は点火時期の遅角によって抑制することができる。しかしながら、点火時期を遅角すると排気エネルギが減少するので、排気浄化触媒の暖機促進を図るという点では不利となる。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、製造ばらつき等の理由によって点火プラグと第２燃料噴射による燃料噴霧との距離が設計値から変化したとしても、点火時期の遅角に頼ることなく燃焼変動の増大を抑制できるようにした内燃機関の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】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、複数の気筒と、燃焼室の天井部の中央付近に配置された点火プラグを有する点火装置と、前記燃焼室の天井部の中央付近に配置され、少なくとも一部の燃料噴霧が前記点火プラグの方向に向かい当該燃料噴霧の外郭面が前記点火プラグの電極部の下方を通るように噴孔の向きが調整されている燃料噴射弁と、前記燃焼室からの排気を浄化する排気浄化触媒と、を備える内燃機関を制御する。前記制御装置は、燃焼変動取得手段と、制御手段と、学習手段とを備える。前記燃焼変動取得手段は、燃焼変動を取得する。前記制御手段は、前記排気浄化触媒を活性化させる制御として、吸気行程および圧縮行程のうちの少なくとも一方において第１燃料噴射が実行されるように前記燃料噴射弁を制御し、膨張行程中に位置する点火期間において点火が実行されるように前記点火装置を制御し、かつ、膨張行程中に、前記点火期間と少なくとも一部が重なる噴射期間を用いて当該噴射期間の終了時期が前記点火期間の終了時期よりも進角側となる態様で第２燃料噴射が実行されるように前記燃料噴射弁を制御する。そして、前記学習手段は、前記点火期間の開始時期から前記噴射期間の開始時期までのインターバルに関し、前記燃焼変動が最小となるときの前記インターバルである最適インターバルを求める学習処理を実行する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、点火期間の開始時期から第２燃料噴射の噴射期間の開始時期までのインターバルに関し、燃焼変動が最小となるときの上記インターバルである最適インターバルを求める学習処理が実行される。これにより、燃焼変動の観点で上記インターバルを最適化することができる。このため、本発明によれば、製造ばらつき等の理由によって点火プラグと第２燃料噴射による燃料噴霧との距離が設計値から変化したとしても、点火時期の遅角に頼ることなく燃焼変動の増大を抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。
【図２】触媒暖機制御中の燃料噴射弁による各噴射期間と、点火プラグによる点火期間（電極部での放電期間）との一例を表した図である。
【図３】膨張行程噴射による放電火花や初期火炎の誘引作用を表した図である。
【図４】点火−噴射インターバルと、燃焼変動率との関係を示した図である。
【図５】ベース適合値マップの一例を示した図である。
【図６】内燃機関の冷間始動時における、点火プラグによる点火時期（点火期間の開始時期）とエンジン冷却水温の推移を示した図である。
【図７】点火プラグと膨張行程噴射（第２燃料噴射）による燃料噴霧との距離（プラグ−噴霧間距離）の定義を示す図である。
【図８】プラグ−噴霧間距離の変化要因の例を説明するための図である。
【図９】燃料変動率と点火−噴射インターバルとの関係に対するプラグ−噴霧間距離の影響を表した図である。
【図１０】点火−噴射インターバルが最適化されていないことによる弊害を説明するための図である。
【図１１】点火−噴射インターバルの最適化の必要性について説明するための図である。
【図１２】点火−噴射インターバルの最適化の必要性について説明するための図である。
【図１３】点火−噴射インターバルの最適化の必要性について説明するための図である。
【図１４】最適インターバルが気筒毎にばらついている場合における燃焼変動率と点火−噴射インターバルとの関係を表した図である。
【図１５】本発明の実施の形態１においてＥＣＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１６】燃焼変動率とＳＡ−ＣＡ１０変動率との関係を表した図である。
【図１７】点火−噴射インターバルの学習処理（補正処理）の効果を説明するための図である。
【図１８】本発明の実施の形態２において用いられる点火−噴射インターバルのベース適合値の設定を表した図である。
【図１９】本発明の実施の形態２においてＥＣＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施の形態４における点火−噴射インターバルの学習処理（補正処理）の概要を説明するための図である。
【図２１】本発明の実施の形態４においてＥＣＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の実施の形態５における点火−噴射インターバルの学習処理（補正処理）の概要を説明するための図である。
【図２３】本発明の実施の形態５においてＥＣＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態に係るシステムは、車両に搭載される内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は４ストローク１サイクルエンジンであり、複数の気筒を有している。ただし、図１には、そのうちの１つの気筒１２のみが描かれている。内燃機関１０は、気筒１２が形成されたシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４上に配置されるシリンダヘッド１６と、を有している。気筒１２内にはその軸方向（本実施の形態では鉛直方向）に往復動するピストン１８が配置されている。内燃機関１０の燃焼室２０は、少なくともシリンダブロック１４の壁面と、シリンダヘッド１６の下面と、ピストン１８の上面と、によって画定されている。
【００１１】
シリンダヘッド１６には、燃焼室２０に連通する吸気ポート２２および排気ポート２４が２つずつ形成されている。吸気ポート２２の燃焼室２０に連通する開口部には吸気バルブ２６が設けられ、排気ポート２４の燃焼室２０に連通する開口部には排気バルブ２８が設けられている。また、シリンダヘッド１６には、燃焼室２０の上部の略中央から先端が燃焼室２０を臨むように燃料噴射弁３０が設けられている。燃料噴射弁３０は燃料タンク、コモンレール、サプライポンプ等から構成される燃料供給系に接続されている。また、燃料噴射弁３０の先端には複数の噴孔が放射状に形成されており、燃料噴射弁３０を開弁するとこれらの噴孔から燃料が高圧状態で噴射される。
【００１２】
また、シリンダヘッド１６には、燃料噴射弁３０が設けられた箇所よりも排気バルブ２８の側の燃焼室２０の上部に点火プラグ３２が設けられている。点火プラグ３２は、中心電極と接地電極とからなる電極部３４を先端に備えている。電極部３４は、燃料噴射弁３０からの燃料噴霧の外郭面（以下「噴霧外郭面」ともいう。）よりも上方になる範囲（すなわち、噴霧外郭面からシリンダヘッド１６の下面までの範囲）に突き出すように配置されている。より詳しく述べると、電極部３４は、燃料噴射弁３０の噴孔から放射状に噴射された燃料噴霧のうち、点火プラグ３２に最も近づく燃料噴霧の外郭面よりも上方となる範囲に突き出すように配置されている。なお、図１に描かれる外郭線は、燃料噴射弁３０からの燃料噴霧のうちの点火プラグ３２に最も近づく燃料噴霧の外郭面を表している。
【００１３】
吸気ポート２２は、吸気通路側の入口から燃焼室２０に向けてほぼ真っ直ぐに延び、燃焼室２０との接続部分であるスロート３６において流路断面積が絞られている。吸気ポート２２のこのような形状は、吸気ポート２２から燃焼室２０に供給された吸気にタンブル流を生じさせる。タンブル流は燃焼室２０内で旋回する。より詳しく述べると、タンブル流は、燃焼室２０の上部では吸気ポート２２側から排気ポート２４側に向かい、排気ポート２４側では燃焼室２０の上部から下部に向かう。また、タンブル流は、燃焼室２０の下部では排気ポート２４側から吸気ポート２２側に向かい、吸気ポート２２側では燃焼室２０の下部から上方に向かう。燃焼室２０の下部を形成するピストン１８の上面には、タンブル流を保持するための凹みが形成されている。
【００１４】
また、図１に示すように、本実施の形態に係るシステムは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０を備えている。ＥＣＵ４０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備えている。ＥＣＵ４０は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサには、ピストン１８に接続されたクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ４２と、車両の運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ４４と、内燃機関１０の冷却水温（以下「エンジン冷却水温」ともいう。）を検出する温度センサ４６と、筒内圧を検出する筒内圧センサ４８とが少なくとも含まれている。ＥＣＵ４０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従って各種アクチュエータを操作する。ＥＣＵ４０によって操作されるアクチュエータには、上述した燃料噴射弁３０と点火プラグ３２とが少なくとも含まれている。
【００１５】
［エンジン始動時の制御］
本実施の形態では、図１に示したＥＣＵ４０による内燃機関１０の冷間始動直後の制御として、排気浄化触媒（図示省略）の活性化を促進する制御（以下「触媒暖機制御」ともいう。）が行われる。排気浄化触媒は、内燃機関１０の排気通路に設けられる触媒であり、一例として、活性化状態にある触媒の雰囲気がストイキ近傍にあるときに排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を浄化する三元触媒が挙げられる。
【００１６】
ＥＣＵ４０によって実行される触媒暖機制御について、図２乃至図６を参照して説明する。図２は、触媒暖機制御中の燃料噴射弁３０による各噴射期間と、点火プラグ３２による点火期間（電極部３４での放電期間）との一例を表した図である。図２に示すように、触媒暖機制御中は、燃料噴射弁３０による１回目の燃料噴射（第１燃料噴射）が吸気行程において行われ、圧縮上死点よりも後の膨張行程において、１回目の燃料噴射に比べて少量の２回目の燃料噴射（第２燃料噴射）が行われる。以下の説明においては、１回目の燃料噴射（第１燃料噴射）を「吸気行程噴射」とも称し、２回目の燃料噴射（第２燃料噴射）を「膨張行程噴射」とも称す。なお、吸気行程噴射と膨張行程噴射も含めた全燃料による空燃比が理論空燃比になるように各行程での燃料噴射量が決められるため、吸気行程噴射によって生成された混合気の空燃比は理論空燃比よりもややリーンとなる。なお、第１燃料噴射は、吸気行程噴射に代え、あるいはそれとともに圧縮行程において行われる燃料噴射であってもよい。
【００１７】
また、図２に示すように、触媒暖機制御中は、点火プラグ３２による点火期間の開始時期が、圧縮上死点よりも遅角側に設定される。なお、図２においては、点火期間の開始時期よりも遅角側で膨張行程噴射が行われているが、膨張行程噴射が点火期間の開始時期よりも進角側で開始されてもよい。より具体的には、後述する誘引作用を得るために、膨張行程噴射の噴射期間の少なくとも一部が点火期間と重複し、かつ、膨張行程噴射の終了時期が点火期間の終了時期よりも進角側に位置している必要がある。
【００１８】
（膨張行程噴射による誘引作用）
図３は、膨張行程噴射による放電火花や初期火炎の誘引作用を表した図である。なお、説明の便宜上、図３には、膨張行程噴射による燃料噴霧のうち、点火プラグ３２に最も近づく燃料噴霧のみを示す。ここでは、まず、図３（Ａ）を参照して、膨張行程噴射による放電火花や初期火炎の誘引効果について説明する。図３（Ｂ）と図３（Ｃ）は、図４を参照して点火−噴射インターバルと燃焼変動との関係を後述する際に、図３（Ａ）と比較して使用される。
【００１９】
膨張行程噴射が行われると、燃料噴霧の周囲には低圧部が形成される。このため、膨張行程点火において電極部３４の放電火花から生じた初期火炎は、図３（Ａ）に示すように、電極部３４の下方を通る燃料噴霧によって誘引される。膨張行程噴射の燃料噴霧によって、燃焼室２０内には空燃比が理論空燃比よりもややリッチでかつ乱れの大きい領域ができている。燃料噴霧によって誘引された初期火炎がこの領域まで到達することで、火炎は一気に成長して燃焼は急速に進行する。これにより、上述の膨張行程噴射を利用しない場合と比べ、混合気の燃焼速度が向上して燃焼が安定化し、ドライバビリティに悪影響を及ぼすサイクル間の燃焼変動は抑制される。
【００２０】
（点火−噴射インターバルの制御）
触媒暖機制御では、点火プラグ３２による点火時期の開始から膨張行程噴射の開始までのインターバル（以下、「点火−噴射インターバル」と称する）がＥＣＵ４０によって制御される。図４は、点火−噴射インターバルと、燃焼変動率との関係を示した図である。図４に示す燃焼変動率と点火−噴射インターバルとの関係は、点火期間の開始時期と終了時期とを固定しつつ、噴射期間（つまり噴射量）が固定された膨張行程噴射の開始時期を変更することで得られたものである。図４に示すように、点火−噴射インターバルに対して燃焼変動率は下に凸の曲線となる。
【００２１】
より具体的には、初期火炎が膨張行程噴射による燃料噴霧に到達し、かつ点火−噴射インターバルが最も短くなるときに燃焼変動率（燃焼変動の大きさを示す指標値の一例）が最小となる。このときの点火−噴射インターバルを「最適インターバル」と称する。図４中の点Ａは、最適インターバルに対応しており、上述の図３（Ａ）は最適インターバルが用いられた場合に対応している。一方、点Ｂのように最適インターバルよりも点火−噴射インターバルが短くなると、図３（Ｂ）に示すように初期火炎が燃料噴霧に到達しなくなる。その結果、初期火炎の近傍において混合気の当量比が低くなり、かつ、乱れが小さくなるため、燃焼変動が増加する。また、点Ｃのように最適インターバルよりも点火−噴射インターバルが長くなると、燃料噴霧が初期火炎に到達するタイミングが遅くなる。より具体的には、図３（Ｃ）に示すように、膨張行程噴射による燃料噴霧を利用することなく成長した初期火炎に対して燃料噴霧が到達するようになる。その結果、最適インターバルの場合と比べて初期火炎の成長が促進されなくなるので燃焼変動が増加する。以上のように、燃焼変動率と点火−噴射インターバルとの関係を求めると、図４に示すように、燃焼変動率が最小となる点火−噴射インターバル（すなわち、最適インターバル）が得られるようになる。
【００２２】
ＥＣＵ４０のＲＯＭには、点火−噴射インターバルのベース適合値を、エンジン運転状態に関連付けたマップ（以下「ベース適合値マップ」ともいう。）が記憶されており、触媒暖機制御の際にはここから読み出される。本実施形態では、一例として、ベース適合値は、図４に示すように、最適インターバル付近の点火−噴射インターバルの値が用いられている。
【００２３】
図５は、ベース適合値マップの一例を示した図である。図５に示すように、ベース適合値マップは、エンジン回転速度とエンジン負荷率ｋｌを両軸とする２次元マップとして作成されている。因みにベース適合値マップは、所定の温度刻みで区切ったエンジン冷却水温域ごとに作成されているので、実際にはこのような２次元マップが複数存在している。また、図５に矢印で示すように、ベース適合値は、エンジン回転速度が高くなるほど、または、エンジン負荷率ｋｌが低くなるほど遅角側の値を取るように設定されている。この理由は、エンジン回転速度が高い場合には初期火炎の成長が相対的に遅くなるからであり、エンジン負荷率ｋｌが高い場合には筒内環境の改善により初期火炎の成長が相対的に速くなるからである。
【００２４】
触媒暖機制御において、点火プラグ３２による点火期間の開始時期と膨張行程噴射の開始時期は、具体的には次のように決定される。まず、エンジン冷却水温によって点火プラグ３２による点火期間の開始時期が決定される。そして、ベース適合値マップとエンジン運転状態とから求めたベース適合値を、決定した点火期間の開始時期に加算することで、膨張行程噴射の開始時期が決定される。図６は、内燃機関の冷間始動時における、点火プラグ３２による点火時期（より正確には、点火期間の開始時期）とエンジン冷却水温の推移を示した図である。図６に示す時刻ｔ０においてエンジンが始動されたとすると、その直後の時刻ｔ１から触媒暖機制御を実行する運転モード（以下「触媒暖機モード」ともいう。）が開始され、点火時期が徐々に遅角側の値に設定される。そして、エンジン冷却水温がクライテリア（一例として５０℃）に到達した時刻ｔ２において触媒暖機モードを伴うファストアイドリング（ＦＩ）運転が終了され、その後は点火時期が徐々に進角側の値に設定される。
【００２５】
なお、点火プラグ３２による点火期間の開始時期は、点火プラグ３２による点火期間の開始時期をエンジン冷却水温に関連付けたマップ（以下「点火時期マップ」ともいう。）に基づいて決定される。因みにこの点火時期マップは、ベース適合値マップと同じくＥＣＵ４０のＲＯＭに記憶されており、触媒暖機制御の際にはここから読み出される。
【００２６】
（触媒暖機制御時の課題）
図７は、点火プラグ３２と膨張行程噴射（第２燃料噴射）による燃料噴霧との距離（プラグ−噴霧間距離）の定義を示す図である。より具体的には、プラグ−噴霧間距離は、図７に示すように、燃料噴霧の中心線と電極部３４のプラグギャップの中心との距離である。プラグ−噴霧間距離は、内燃機関１０の製造ばらつきや経時変化などに起因して変化し得る。
【００２７】
図８は、プラグ−噴霧間距離の変化要因の例を説明するための図である。まず、図８（Ａ）は、燃料噴射弁３０の搭載位置のばらつきに起因してプラグ−噴霧間距離が拡大した例を示している。図８（Ｂ）は、点火プラグ３２の搭載位置のばらつきに起因してプラグ−噴霧間距離が縮小した例を示している。図８（Ｃ）は、噴射方向の製造ばらつきに起因してプラグ−噴霧間距離が拡大した例を示している。図８（Ｄ）は、例えば噴孔へのデポジットの付着等による噴射方向の経時変化に起因してプラグ−噴霧間距離が縮小した例を示している。
【００２８】
プラグ−噴霧間距離が例えば図８を参照して説明した要因によって変化すると、初期火炎が燃料噴霧に到達するタイミングが変化する。このため、プラグ−噴霧間距離が変化すると、最適インターバルが変化することになる。より具体的には、プラグ−噴霧間距離は気筒毎に変化し得るため、最適インターバルも気筒毎に変化し得る。
【００２９】
図９は、燃料変動率と点火−噴射インターバルとの関係に対するプラグ−噴霧間距離の影響を表した図である。図９に示すように、最適インターバルは、プラグ−噴霧間距離が短くなるほど短くなる。また、最適インターバルでの燃焼変動率の値は、プラグ−噴霧間距離が短くなるほど小さくなる。
【００３０】
図１０は、点火−噴射インターバルが最適化されていないことによる弊害を説明するための図である。図１０は、同一の点火−噴射インターバルを使用した際の気筒Ａ〜Ｄの燃焼変動率がばらついている例を示している。気筒Ａでは、燃焼変動率が燃焼変動率クライテリアを下回っているため、図１０に示すように燃焼変動率クライテリアまで点火時期の遅角によって燃焼変動率を増大させる余裕があるといえる。したがって、そのような点火時期の遅角によって排気エネルギを増大させて排気浄化触媒の暖機を促進させられる。一方、気筒Ｂ〜Ｄでは、燃焼変動率が燃焼変動率クライテリアを上回っているため、このクライテリアまで燃焼変動率を低下させるために点火時期を進角させる必要がある。このことは、排気エネルギの低下を招き、触媒暖機の促進の観点では不利となる。以上のように、点火−噴射インターバルが最適化されていないと、燃焼変動率を低減するために、点火時期を過度に進角させる必要が生じる場合があり、その結果として、排気エネルギの低下を招いてしまう。
【００３１】
次に、図１１〜図１３を参照して、点火−噴射インターバルの最適化の必要性について説明を補足する。まず、図１１は、ベース適合値が最適インターバルである場合の例を示している。この場合には、図１１（Ａ）に示すように点火時期の遅角によって燃焼変動率クライテリアまで燃焼変動率を増大させることが許容される。このため、そのような点火時期の遅角を行うことで、図１１（Ｂ）に示すように排気エネルギを増大させられるようになる。
【００３２】
次に、図１２は、プラグ−噴霧間距離が設計値よりも拡大し、最適インターバルがベース適合値よりも長くなった例を示している。この場合には、図１０を参照して説明したように、最適インターバルでの燃焼変動率がプラグ−噴霧間距離の拡大によって大きくなる。この例においてベース適合値が最適インターバルであるときと同等の燃焼変動率を得ようとすると、図１２（Ａ）に示すように点火時期の進角が必要になる。また、そのような点火時期の進角を行うと、図１２（Ｂ）に示すように排気エネルギが減少する。プラグ−噴霧間距離が拡大した際に点火−噴射インターバルを最適化できるのであれば、このような点火時期の進角の必要がなくなる。
【００３３】
一方、図１３は、プラグ−噴霧間距離が設計値よりも縮小し、最適インターバルがベース適合値よりも短くなった例を示している。この場合には、最適インターバルでの燃焼変動率がプラグ−噴霧間距離の縮小によって小さくなる。この例では、ベース適合値が最適インターバルであるときと同等の燃焼変動率を得るためには、図１３（Ａ）に示すように点火時期を遅角すればよい。この場合には、図１３（Ｂ）に示すように点火時期の遅角により排気エネルギが微増する。プラグ−噴霧間距離が縮小した際に点火−噴射インターバルを最適化できるのであれば、点火時期の遅角量を増やして排気エネルギの更なる増大が可能となる。
【００３４】
（実施の形態１における点火−噴射インターバルの学習処理）
図７〜図１３を参照して説明したように、製造ばらつき等の要因によりプラグ−噴霧間距離が設計値と異なることで、最適インターバルが設計値と異なる場合があり、また、プラグ−噴霧間距離が気筒毎に異なることで、最適インターバルが気筒毎に異なる場合がある。図１４は、最適インターバルが気筒毎にばらついている場合における燃焼変動率と点火−噴射インターバルとの関係を表した図である。なお、図１４中のＳＡ−ＣＡ１０変動率とは、燃焼変動率と相関のある指標値の一例として本実施形態で用いられるものであり、その詳細は図１６を参照して後述する。
【００３５】
本実施形態では、プラグ−噴霧間距離の変化が生じていても最適インターバルを得られるようにするための学習処理が実行される。より具体的には、本学習処理は、工場出荷時などに初期学習が行われる際に実行される。本学習処理は、点火−噴射インターバルを所定量Δαだけ縮小もしくは拡大した際の燃焼変動率の変化に基づいて、最適インターバルの学習値を求めるというものである。
【００３６】
（実施の形態１における具体的な処理）
図１５は、本発明の実施の形態１においてＥＣＵ４０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。なお、図１５によって示されるルーチンは、ＥＣＵ４０による初期学習の実行時に気筒毎に実行されるものとする。
【００３７】
図１５に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、まず、今回の処理の対象気筒の燃焼変動率が取得される（ステップＳ１００）。ステップＳ１００では、燃焼変動率の取得手法の一例として、筒内圧センサ４８を利用する次の手法が用いられる。図１６は、燃焼変動率とＳＡ−ＣＡ１０変動率との関係を表した図である。ここで用いられるＳＡ−ＣＡ１０変動率とは、点火時期（ＳＡ；点火期間の開始時期）から燃焼質量割合（ＭＦＢ）が１０％となるときのクランク角度（ＣＡ１０）までのクランク角期間であるＳＡ−ＣＡ１０の変動率のことである。ＭＦＢは、燃焼室２０に備えられた筒内圧センサ４８とクランク角センサ４２とを利用して得られる筒内圧データの解析結果に基づいて算出することができ、１０％燃焼点ＣＡ１０は算出したＭＦＢに基づいて算出することができる。したがって、任意の複数の燃焼サイクルでのＳＡ−ＣＡ１０の値からＳＡ−ＣＡ１０変動率を算出することができる。
【００３８】
図１６に示すように、ＳＡ−ＣＡ１０変動率は燃焼変動率と相関を有している。このため、ＳＡ−ＣＡ１０変動率の高低に基づいて燃焼変動率の高低を判定することができる。なお、この判定に用いられる燃焼点は、１０％燃焼点ＣＡ１０に限られず、他の任意のＭＦＢでの燃焼点（例えば、５０％燃焼点ＣＡ５０）であってもよい。
【００３９】
ＥＣＵ４０は、ステップＳ１００に続いて、点火−噴射インターバルを所定量Δαだけ縮小させる（ステップＳ１０２）。次いで、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０２の処理による点火−噴射インターバルの縮小の結果として、燃焼変動率（ＳＡ−ＣＡ１０変動率）が低下したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。その結果、本判定が成立する場合には、ステップＳ１０２に進み、点火−噴射インターバルがさらに所定量Δαだけ縮小される。
【００４０】
一方、ステップＳ１０２の判定が不成立となった場合、つまり、点火−噴射インターバルを縮小したにも関わらず燃焼変動率が低下しなかった場合には、ＥＣＵ４０は、上記とは逆に、点火−噴射インターバルを所定量Δαだけ拡大させる（ステップＳ１０６）。次いで、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０６の処理による点火−噴射インターバルの拡大の結果として、燃焼変動率（ＳＡ−ＣＡ１０変動率）が低下したか否かを判定する（ステップＳ１０８）。その結果、本判定が成立する場合には、ステップＳ１０６に進み、点火−噴射インターバルがさらに所定量Δαだけ拡大される。
【００４１】
一方、ステップＳ１０８の判定が不成立となった場合、つまり、点火−噴射インターバルを拡大したにも関わらず燃焼変動率が低下しなかった場合には、ＥＣＵ４０は、再び、点火−噴射インターバルを所定量Δαだけ縮小させる（ステップＳ１１０）。次いで、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１１０による調整後の点火−噴射インターバルを学習値として取得する（ステップＳ１１２）。その結果、本ルーチンの処理により求められた学習値となるように点火−噴射インターバルが補正される。点火−噴射インターバルの補正は、膨張行程噴射の噴射期間の開始時期を調整することにより行われる。
【００４２】
以上説明した図１５に示すルーチンの処理によれば、所定量Δαを用いた点火−噴射インターバルの変更に伴う燃焼変動率（ＳＡ−ＣＡ１０変動率）の変化の傾向を利用して、燃焼変動率が最小となる点火−噴射インターバル（すなわち、最適インターバル）を探索（学習）できるようになる。
【００４３】
図１７は、点火−噴射インターバルの学習処理（補正処理）の効果を説明するための図である。図１７は、上述の図１０と同様のばらつきが気筒Ａ〜Ｄに生じている例において、点火−噴射インターバルの学習処理が反映された結果を示している。まず、気筒Ａについては、点火−噴射インターバルの最適化により、図１０と比べて、点火時期の遅角量を増やすことができる。このため、点火時期の遅角による排気エネルギの最大化が可能となる。また、気筒Ｂ〜Ｄについては、点火−噴射インターバルの最適化を利用して、つまり、点火時期の進角に頼ることなく、燃焼変動率クライテリアを超えないように燃焼変動率を低減させることができる。このため、排気エネルギの減少を回避しつつ燃焼変動率を燃焼変動率クライテリア未満に制御することができる。
【００４４】
実施の形態２．
次に、図１８および図１９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。以下の説明では、実施の形態２のシステム構成の一例として、図１に示す構成が用いられているものとする。このことは、後述の実施の形態３〜５についても同様である。
【００４５】
（実施の形態２における点火−噴射インターバルの学習処理）
図１８は、本発明の実施の形態２において用いられる点火−噴射インターバルのベース適合値の設定を表した図である。上述した実施の形態１においては、ベース適合値として、最適インターバル付近の点火−噴射インターバルの値が用いられている（図４参照）。これに対し、本実施形態では、ベース適合値は、図１８に示すように各気筒の最適インターバルがばらついている場合であっても全気筒の最適インターバルよりも大きくなる値として事前に設定されている。換言すると、この設定は、気筒間の燃焼変動率のばらつきが十分に小さくなるときの点火−噴射インターバルの値をベース適合値として用いるものである。
【００４６】
本実施形態における点火−噴射インターバルの学習処理は、図１８に示すベース適合値の設定を有するシステムを前提として、ＥＣＵ４０による初期学習時に実行されるものである。この前提の下では、各気筒の最適インターバルは、ベース適合値よりも短い側に存在することになる。そこで、本実施形態の学習処理は、実施の形態１の内容を基本としつつ、所定量Δαを用いた点火−噴射インターバルの縮小のみを利用して、燃焼変動率が最小となる点火−噴射インターバル（すなわち、最適インターバル）を探索（学習）するように構成されている。
【００４７】
（実施の形態２における具体的な処理）
図１９は、本発明の実施の形態２においてＥＣＵ４０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図１９に示されるルーチンでは、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０２およびＳ１０４の処理を繰り返し実行することにより、点火−噴射インターバルを拡大したにも関わらず燃焼変動率が低下しなくなるまで、所定量Δαずつ縮小されていく。そのうえで、燃焼変動率が低下しなかったとステップＳ１０４において判定した場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０６において、点火−噴射インターバルを所定量Δαだけ拡大させる。次いで、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０６による調整後の点火−噴射インターバルを学習値として取得する（ステップＳ２００）。
【００４８】
以上説明した図１９に示すルーチンの処理によれば、図１８に示すように全気筒の最適インターバルよりも大きくなる値としてベース適合値が設定されている構成において、所定量Δαを用いた点火−噴射インターバルの変更に伴う燃焼変動率（ＳＡ−ＣＡ１０変動率）の変化の傾向を利用して、燃焼変動率が最小となる点火−噴射インターバル（すなわち、最適インターバル）を探索（学習）できるようになる。
【００４９】
実施の形態３．
（実施の形態３における点火−噴射インターバルの学習処理）
上述した実施の形態１および２においては、点火−噴射インターバルの学習処理（補正処理）を初期学習時に行うこととしている。プラグ−噴霧間距離の変化は、製造ばらつきといった初期的な要因以外に、上述の経時変化（噴射方向の変化）、さらには点火プラグ３２の交換などの要因によっても変化し得る。そこで、本実施形態では、初期学習時に代え、定期的に（例えば、内燃機関１０を搭載する車両の航続距離が所定値に達する度に）に実施の形態１または２と同様の学習処理（補正処理）が実施される。なお、この学習処理は、内燃機関１０の運転中に常時実施してもよいし、あるいは、初期学習時とともに定期的もしくは常時実施してもよい。
【００５０】
以上説明した実施の形態３の学習処理によれば、経時変化や点火プラグ３２の交換等の理由によってプラグ−噴霧間距離が変化した場合であっても、燃焼変動率が最小となる点火−噴射インターバル（すなわち、最適インターバル）を探索（学習）できるようになる。
【００５１】
実施の形態４．
次に、図２０および図２１を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
【００５２】
（実施の形態１における点火−噴射インターバルの学習処理）
図２０は、本発明の実施の形態４における点火−噴射インターバルの学習処理（補正処理）の概要を説明するための図である。図２０は、初期学習時に実施の形態１または２の学習処理を実行して得られた初期学習時の最適インターバルが気筒間でばらついている例を示している。
【００５３】
本実施形態の学習処理は、実施の形態３において上述したような学習処理の定期的な実施時期が到来した後にファストアイドリング運転が実行されるときに実施される（ファストアイドリング運転時に毎回実施してもよい）。具体的には、本実施形態の学習処理は、点火時期（膨張行程での点火期間の開始時期）が同一となっている複数の気筒を対象として次のような態様で実行される。すなわち、初期学習で得られた最適インターバルを用いて行われた燃焼での燃焼変動率（ＳＡ−ＣＡ１０変動率）が気筒毎に取得される。
【００５４】
次いで、取得された各気筒の燃焼変動率が、初期学習で得られた最適インターバルが短いほど低くなるという関係を満たしているか否かが判定される。この判定が不成立となる場合には、比較対象の複数の気筒（点火時期が同一である複数の気筒）のうちで最長の最適インターバルの値で比較対象の複数の気筒の点火−噴射インターバルが揃えられる。例えば、図２０は、初期学習により得られた最適インターバルが２番目に短い気筒Ｂ（すなわち、燃焼変動率も２番目に低い気筒）の燃焼変動率が経時変化等により最も大きくなった例を示している。このように最適インターバルの長短と燃焼変動率の高低とに関する気筒の順序の変更があった場合には、上述の態様で比較対象の複数の気筒の点火−噴射インターバルが揃えられる。そのうえで、点火時期が同一である複数の気筒を対象として、実施の形態１の学習処理が実行される。なお、本実施形態の学習処理を実施する際に気筒間で点火時期が異なっている場合には、点火時期が気筒間で同一となるように制御したうえで本学習処理を実施してもよい。
【００５５】
（実施の形態４における具体的な処理）
図２１は、本発明の実施の形態４においてＥＣＵ４０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図２１に示されるルーチンでは、ＥＣＵ４０は、まず、ＦＩ終了判断（触媒暖機制御の終了判断）を実行する（ステップＳ３００）。本ステップＳ３００の判断は、一例として、エンジン冷却水温が５０℃よりも高いか否かに基づいて行うことができる。
【００５６】
ＥＣＵ４０は、ステップＳ３００においてＦＩが終了したと判断した場合には今回のルーチンの処理を終了し、一方、ＦＩ中（触媒暖機制御中）であると判断した場合には、ステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２では、点火時期が同一となっている複数の気筒（比較対象の複数の気筒）の燃焼変動率が、上述のＳＡ−ＣＡ１０変動率を利用して取得される。
【００５７】
次に、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３０２で取得された比較対象の複数の気筒の燃焼変動率が初期学習で得られた最適インターバルが短いほど低くなっているか否かを判定する（ステップＳ３０４）。その結果、本判定が成立する間は、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３００以降の処理を繰り返し実行する。一方、本判定が不成立となる場合には、ＥＣＵ４０は、比較対象の複数の気筒の点火−噴射インターバルを揃える処理を実行する（ステップＳ３０６）。具体的には、比較対象の複数の気筒の中で最長の最適インターバルとなるように各気筒の点火−噴射インターバルが変更される。次いで、ＥＣＵ４０は、実施の形態１の点火−噴射インターバルの学習処理（図１５に示すルーチンの一連の処理）を実行する（ステップＳ３０８）。
【００５８】
以上説明した図２１に示すルーチンの処理によっても、経時変化や点火プラグ３２の交換等の理由によってプラグ−噴霧間距離が変化した場合に、燃焼変動率が最小となる点火−噴射インターバル（すなわち、最適インターバル）を探索（学習）できるようになる。
【００５９】
実施の形態５．
次に、図２２および図２３を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
【００６０】
（実施の形態１における点火−噴射インターバルの学習処理）
図２２は、本発明の実施の形態５における点火−噴射インターバルの学習処理（補正処理）の概要を説明するための図である。図２２は、図２０に示す例に対応する関係であって、点火時期の遅角量と点火−噴射インターバルとの関係を表している。なお、本実施形態の前提として、燃焼変動率が燃焼変動率クライテリア未満である気筒では、排気エネルギを増やすために、燃焼変動率が燃焼変動率クライテリア相当になるまで点火時期を遅角する制御が気筒毎に行われるものとする。
【００６１】
上述のように、図２０に示す例は、初期学習により得られた最適インターバルが２番目に短い気筒Ｂ（すなわち、燃焼変動率も２番目に低い気筒）の燃焼変動率が経時変化等により最も大きくなったものである。本来的には、図２２中に黒丸印で示すように、最適インターバルが短いほど、燃焼変動率が低くなるので点火時期の遅角量が大きくなる。しかしながら、経時変化等により燃焼変動率が増大した気筒Ｂにおいてその燃焼変動率の増大を解消するべく点火時期が進角されると、図２２中に白丸印で示すように、点火時期の遅角量が減少する。したがって、最適インターバルが短いほど点火時期の遅角量が大きくなっているかを調べることで、最適インターバルの変化を検出できるといえる。このように、本実施形態の学習処理は、気筒間での最適インターバルと燃焼変動率との関係の比較結果を利用することに代えて、気筒間での最適インターバルと点火時期の遅角量との関係の比較結果を利用するという点において、実施の形態４の学習処理と相違している。
【００６２】
（実施の形態５における具体的な処理）
図２３は、本発明の実施の形態５においてＥＣＵ４０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図２３に示されるルーチンでは、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３００においてＦＩ中（触媒暖機制御中）であると判断した場合には、ステップＳ４００に進む。ステップＳ４００では、各気筒の点火時期の遅角量が取得される。
【００６３】
次に、ＥＣＵ４０は、ステップＳ４００で取得された各気筒の点火時期の遅角量が初期学習で得られた最適インターバルが短いほど大きくなっているか否かを判定する（ステップＳ４０２）。その結果、本判定が成立する間は、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３００以降の処理を繰り返し実行する。一方、本判定が不成立となる場合には、ＥＣＵ４０は、各気筒の点火−噴射インターバルを揃える処理を実行する（ステップＳ４０４）。具体的には、対象となる複数の気筒の中で最長の最適インターバルとなるように各気筒の点火−噴射インターバルが変更される。次いで、ＥＣＵ４０は、実施の形態１の点火−噴射インターバルの学習処理（図１５に示すルーチンの一連の処理）を実行する（ステップＳ３０８）。
【００６４】
以上説明した図２３に示すルーチンの処理によっても、経時変化や点火プラグ３２の交換等の理由によってプラグ−噴霧間距離が変化した場合に、燃焼変動率が最小となる点火−噴射インターバル（すなわち、最適インターバル）を探索（学習）できるようになる。
【符号の説明】
【００６５】
１０  内燃機関
１２  気筒
１４  シリンダブロック
１６  シリンダヘッド
１８  ピストン
２０  燃焼室
２２  吸気ポート
２４  排気ポート
３０  燃料噴射弁
３２  点火プラグ
３４  電極部
３６  スロート
４０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４２  クランク角センサ
４４  アクセル開度センサ
４６  温度センサ
４８  筒内圧センサ
【図１】
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【図２】
2017210887.tif 000004
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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