JP2004301046A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の燃料からなる燃焼ガスでのＭＢＴ点火時期を精度良く算出する内燃機関の点火時期制御装置を提供する。
【解決手段】シリンダ内で燃焼する燃焼ガスを構成する燃料の種類と組成割合を算出し、シリンダ内の燃焼ガスが層流状態で燃焼する速度である層流燃焼速度を前記燃料の種類と組成割合に基づいて算出し、この層流燃焼速度に基づき算出される燃焼期間からＭＢＴの得られる点火時期を算出する。
【選択図】 図１
【解決手段】シリンダ内で燃焼する燃焼ガスを構成する燃料の種類と組成割合を算出し、シリンダ内の燃焼ガスが層流状態で燃焼する速度である層流燃焼速度を前記燃料の種類と組成割合に基づいて算出し、この層流燃焼速度に基づき算出される燃焼期間からＭＢＴの得られる点火時期を算出する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の点火時期制御装置、特に混合燃料を用いる内燃機関の点火時期制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の点火時期制御装置として、実際の排ガスの空燃比を空燃比センサを用いて検出し、実際の空燃比からガス燃料のガス組成に応じて定まる理論空燃比を検出し、この理論空燃比に応じて点火時期を制御する技術がある（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−５４３０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、点火時期をガス燃料の組成（比率）に応じて一定量の補正を加えるため、シリンダ内の燃焼ガスが層流燃焼速度が異なる２種類以上の燃料の混合気からなる場合、残留ガス率、当量比が変化し、ガソリンでのＭＢＴ点火時期とガス燃料のＭＢＴ点火時期の差が一定でない場合にＭＢＴの点火時期を正確に算出することができないという問題がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、上記問題点を解決し、２種類以上の燃料からなる混合燃料のＭＢＴの点火時期をより正確に得ることのできる内燃機関の点火時期制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、層流燃焼速度に基づき算出される燃焼期間からＭＢＴの得られる点火時期を算出する内燃機関の点火時期制御装置において、前記燃焼ガスは、複数の燃料を混合してなり、複数の燃料を混合した燃焼ガスの層流燃焼速度を各燃料の種類と組成割合に基づき算出することを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明においては、燃焼ガスを構成する各燃料の層流燃焼速度と組成割合から燃焼ガスの層流燃焼速度を精度良く算出することができ、これにより燃焼ガスの燃料が複数の燃料からなる場合であってもＭＢＴの点火時期を精度良く算出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のシステムを説明するための概略図であり、内燃機関１には吸気コレクタ２と、インジェクタ３を配置された吸気マニホールド４を介して吸気が導入され、内燃機関１からの排気は三元触媒２１を備えた排気マニホールド５からマフラー６を介して大気中に排出される。
【０００９】
吸気コレクタ２にはエアクリーナ７によって浄化された空気が吸気ダクト９を通して供給される。吸気コレクタ２上流にはスロットル開度センサとスロットルモータを備えた電子制御スロットル８が備えられる。
【００１０】
フューエルタンク１０内で蒸発した燃料ガスは、キャニスタ１１に導入された後にキャニスタ１１に導入された空気とともに吸気コレクタ２に送られる。さらに三元触媒２１下流と吸気コレクタ２とを連通するＥＧＲ通路１２が設置され、排気の一部が吸気中に還流される。
【００１１】
内燃機関１にはクランク角の位置を検出するポジションセンサ１３と冷却水温を検出する水温センサ１４とが設置され、吸気ダクト９には吸気温センサを内蔵した吸入空気量を検出するエアフロメータ１６が設けられる。エアフロメータ１６に代わって、吸気マニホールド４の温度と圧力を検出するセンサを設け、これらに基づいて吸入空気量を演算するようにしてもよい。
【００１２】
排気マニホールド５には排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１７が設けられ、ＥＧＲ通路１２の途中にはＥＧＲコントロールバルブ１８が、またキャニスタ１１から排出されたパージエアを制御するキャニスタパージエアコントロールバルブ１９が設置される。
【００１３】
内燃機関１には、更に、吸気バルブの作動角とリフト量とを連続的に変更可能な可変動弁機構２２と、吸気バルブの実作動角を検出する作動角センサ１５とが備えられ、作動角センサ１５の出力信号に基づいて吸気バルブの開時期（ＩＶＯ）、及び閉時期（ＩＶＣ）を算出することができる。
【００１４】
前記ポジションセンサ１３、水温センサ１４、作動角センサ１５、エアフローメータ１６及びそれに内蔵された吸気温センサの出力信号は、コントロールユニット２０に入力され、さらに酸素濃度センサ１７の出力信号、図示しないバッテリからの電圧信号も入力される。
【００１５】
コントロールユニット２０はこれら入力データに基づき、点火時期制御信号をイグニッションコイルに出力し、空燃比制御信号を燃料噴射用のインジェクタ３に、吸気バルブ作動角制御信号を可変動弁機構２２に、キャニスタ制御信号をキャニスタパージコントロールバルブ１９に、さらにＥＧＲ制御信号をＥＧＲコントロールバルブ１８に出力し、内燃機関１を適正な運転状態に維持する。
【００１６】
図２はエンジンコントローラ３１内で行われる点火時期制御のブロック図で、大きくは点火時期演算部５１と点火時期制御部６１とからなる。点火時期演算部５１はさらに初期燃焼期間算出部５２、主燃焼期間算出部５３、燃焼期間算出部５４、基本点火時期算出部５５、前回燃焼開始時期算出部５６、点火時期指令値算出部５７からなる。
【００１７】
初期燃焼期間算出部５２では、混合気が着火してから火炎核が形成されるまでの期間を初期燃焼期間ＢＵＲＮ１として算出する。主燃焼期間算出部５３では、火炎核が形成されてから燃焼圧力が最大値Ｐｍａｘに達するまでの期間を主燃焼期間ＢＵＲＮ２として算出する。燃焼期間算出部５４では、これら初期燃焼期間ＢＵＲＮ１と主燃焼期間ＢＵＲＮ２との合計を、点火より最大燃焼圧力Ｐｍａｘに至るまでの燃焼期間ＢＵＲＮとして算出する。基本点火時期算出部５５では、この燃焼期間ＢＵＲＮに基づいてＭＢＴの得られる点火時期（この点火時期を「基本点火時期」という。）ＭＢＴＣＡＬを算出する。
【００１８】
点火時期制御部６１ではこのようにして算出された基本点火時期ＭＢＴＣＡＬで点火プラグ１４が燃焼室５内の混合気に対して着火するように、イグニッションコイル１３への通電角と非通電角を制御する。
【００１９】
上記のように燃焼期間ＢＵＲＮを初期燃焼期間ＢＵＲＮ１と主燃焼期間ＢＵＲＮ２に分けて算出し、燃焼期間ＢＵＲＮに応じて基本点火時期ＭＢＴＣＡＬを求めるようにしたのは、燃焼解析より得られた結果に基づくものである。以下、燃焼解析に基づくこの点火時期制御をさらに説明する。
【００２０】
図３に示すようにＭＢＴ（最大トルクの得られる最小進角値）で混合気に点火した場合に混合気の燃焼圧力が最大値Ｐｍａｘとなるクランク角を基準クランク角θＰＭＡＸ［ｄｅｇＡＴＤＣ］とする。基準クランク角θＰＭＡＸは燃焼方式によらずほぼ一定であり、一般に圧縮上死点後１２〜１５度、最大で圧縮上死点後１０〜２０度の範囲にある。
【００２１】
図４に火花点火エンジンにおける燃焼室内の燃焼解析により得られた燃焼質量割合Ｒの変化を示す。燃焼室に供給された燃料に対する燃焼質量の比率を表す燃焼質量割合Ｒは、点火時に０％であり、完全燃焼によって１００％に達する。基準クランク角θＰＭＡＸにおける燃焼質量割合Ｒｍａｘは一定で約６０％である。
【００２２】
燃焼質量割合Ｒが０％から基準クランク角θＰＭＡＸ相当の約６０％に達するまでの燃焼期間は、点火直後で燃焼質量割合にも燃焼圧力にもほとんど変化のない期間である初期燃焼期間と、燃焼質量割合と燃焼圧力が急激に増加する主燃焼期間とに分けられる。初期燃焼期間は、燃焼の開始から火炎核が形成されるまでの段階であり、火炎核が形成されるのは燃焼質量割合で２％〜１０％のタイミングである。この期間中は、燃焼圧力や燃焼温度の上昇速度が小さく、燃焼質量割合の変化に対して初期燃焼期間は長い。初期燃焼期間の長さは燃焼室内の温度や圧力の変化の影響を受けやすい。
【００２３】
一方、主燃焼期間においては、火炎核から外側へと火炎が伝播し、燃焼速度が急上昇する。そのため、主燃焼期間の燃焼質量割合の変化は初期燃焼期間の燃焼質量割合の変化に比べて大きい。
【００２４】
エンジンコントローラ３１では、燃焼質量割合が２％に達するまでを初期燃焼期間ＢＵＲＮ１［ｄｅｇ］とし、初期燃焼期間ＢＵＲＮ１の終了後、基準クランク角θＰＭＡＸに至るまでの区間（燃焼室量割合でいえば２％より約６０％に達するまでの間）を主燃焼期間ＢＵＲＮ２［ｄｅｇ］として区別する。そして、初期燃焼期間ＢＵＲＮ１に主燃焼期間ＢＵＲＮ２を加えた合計である燃焼期間ＢＵＲＮ［ｄｅｇ］を算出し、この燃焼期間ＢＵＲＮから基準クランク角θＰＭＡＸ［ｄｅｇＡＴＤＣ］を差し引き、さらに後述する点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤ［ｄｅｇ］を加えたクランク角位置を、ＭＢＴの得られる点火時期である基本点火時期ＭＢＴＣＡＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］として設定する。
【００２５】
火炎核の形成される初期燃焼期間での燃焼室５内の圧力、温度は、点火時の圧力、温度とほぼ等価になるが、これから点火時期を算出しようとしているのに、最初から正確な点火時期を設定することはできない。そこで、図２に示したように前回燃焼開始時期算出部５６で基本点火時期の前回値を前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］として算出し、この値を初期燃焼期間算出部５２に対して与えるようにし、初期燃焼期間算出部５２において初期燃焼期間の算出をサイクリックに繰り返すことで、精度の高い結果を時間遅れなしに出すようにしている。
【００２６】
次に、エンジンコントローラ３１で実行される点火時期指令値ＱＡＤＶの算出を以下のフローチャートを参照しながら詳述する。
【００２７】
図５は点火時期の算出に必要な各種の物理量を算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。
【００２８】
まずステップ１１では、吸気弁閉時期ＩＶＣ［ｄｅｇＢＴＤＣ］、温度センサ４３により検出されるコレクタ内温度ＴＣＯＬ［Ｋ］、温度センサ４５により検出される排気温度ＴＥＸＨ［Ｋ］、内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲ［％］、温度センサ３７により検出される冷却水温ＴＷＫ［Ｋ］、目標当量比ＴＦＢＹＡ、クランク角センサにより検出されるエンジン回転速度ＮＲＰＭ［ｒｐｍ］、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ［μｓｅｃ］を読み込む。
【００２９】
ここで、クランク角センサはクランクシャフト７のポジションを検出するポジションセンサ３３と、吸気用カムシャフト２５ポジションを検出する作動角センサ３４とからなり、これら２つのセンサ３３、３４からの信号に基づいてエンジン回転速度ＮＲＰＭ［ｒｐｍ］が算出されている。
【００３０】
吸気弁閉時期ＩＶＣは吸気ＶＴＣ機構２７に与える指令値から既知である。あるいは作動角センサ３４により実際の吸気弁閉時期を検出してもかまわない。
【００３１】
内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲは燃焼室内に残留する不活性ガス量を燃焼室内の総ガス量で除した値で、その算出については後述する。点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥは一定値である。
【００３２】
目標当量比ＴＦＢＹＡは図示しない燃料噴射量の算出フローにおいて算出されている。目標当量比ＴＦＢＹＡは無名数であり、理論空燃比を１４．７とすると、次式により表される値である。
【００３３】
ＴＦＢＹＡ＝１４．７／目標空燃比…（１）
例えば（１）式より目標空燃比が理論空燃比のときＴＦＢＹＡ＝１．０となり、目標空燃比が例えば２２．０といったリーン側の値であるとき、ＴＦＢＹＡは１．０未満の正の値である。
【００３４】
ステップ１２では、燃焼室５の吸気弁閉時期ＩＶＣにおける容積（つまり圧縮開始時期での容積）ＶＩＶＣ［ｍ３］を算出する。燃焼室５の吸気弁閉時期における容積ＶＩＶＣは、ピストン６のストローク位置によって決まる。ピストン６のストローク位置はエンジンのクランク角位置によって決まる。
【００３５】
図６を参照して、エンジンのクランクシャフト７１の回転中心７２がシリンダの中心軸７３からオフセットしている場合を考える。コネクティングロッド７４、コネクティングロッド７４とクランクシャフト７１との結節点７５、コネクティングロッド７４とピストンをつなぐピストンピン７６が図に示す関係にあるとする。このときの、燃焼室５の吸気弁閉時期における容積ＶＩＶＣは次式（２）〜（６）で表すことができる。
【００３６】
ただし、Ｖｃ：隙間容積［ｍ３］、
ε ：圧縮比、
Ｄ ：シリンダボア径［ｍ］、
ＳＴ ：ピストンの全ストローク［ｍ］、
Ｈ ：ピストンピン７６のＴＤＣからの距離［ｍ］、
ＣＮＤ ：コネクティングロッド７４の長さ［ｍ］、
ＣＲｏｆｆ ：結節点７５のシリンダ中心軸７３からのオフセット距離［ｍ］、
ＰＩＳｏｆｆ：クランクシャフト回転中心７２のシリンダ中心 軸７３からのオフセット距離［ｍ］、
θｉｖｃ ：吸気弁閉時期のクランク角［ｄｅｇＡＴＤＣ］、
θｏｆｆ ：ピストンピン７６とクランクシャフト回転中心７ ２とを結ぶ線がＴＤＣにおいて垂直線となす角度 ［ｄｅｇ］、
Ｘ ：結節点７５とピストンピン７６との水平距離［ｍ ］ 、
吸気弁閉時期のクランク角θｉｖｃは前述のように、エンジンコントローラ３１から吸気ＶＴＣ機構２７への指令信号によって決まるので、既知である。式（２）〜（６）にこのときのクランク角θｉｖｃ（＝ＩＶＣ）を代入すれば、燃焼室５の吸気弁閉時期における容積ＶＩＶＣを算出することができる。したがって、実用上は燃焼室５の吸気弁閉時期における容積ＶＩＶＣは吸気弁閉時期ＩＶＣをパラメータとするテーブルで設定したものを用いる。吸気ＶＴＣ機構２７を備えないときには定数で与えることができる。
【００３７】
ステップ１３では、燃焼室５の吸気弁閉時期ＩＶＣにおける温度（つまり圧縮開始時期温度）ＴＩＮＩ［Ｋ］を算出する。燃焼室５の吸気弁閉時期ＩＶＣにおける温度ＴＩＮＩは、燃焼室５に流入する新気と燃焼室５に残留する不活性ガスとが混じったガスの温度であり、燃焼室５に流入する新気の温度は吸気コレクタ２内の新気温度ＴＣＯＬに等しく、また燃焼室５内に残留する不活性ガスの温度は排気ポート部近傍の排気温度ＴＥＸＨで近似できるので、吸気コレクタ２内の新気温度ＴＣＯＬ、排気温度ＴＥＸＨ、燃焼室５内に残留する不活性ガスの割合である内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲから次式により求めることができる。
【００３８】
ＴＩＮＩ＝ＴＥＸＨ×ＭＲＥＳＦＲ＋ＴＣＯＬ×（１−ＭＲＥＳＦＲ）…（７）
ステップ１４では、燃焼室５内の混合気の燃えやすさを表す反応確率ＲＰＲＯＢＡ［％］を算出する。反応確率ＲＰＲＯＢＡは無次元の値であり、残留不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲ、冷却水温ＴＷＫ［Ｋ］、目標当量比ＴＦＢＹＡの３つのパラメータに依存するので、次式により表すことができる。
【００３９】
ＲＰＲＯＢＡ＝ｆ３（ＭＲＥＳＦＲ、ＴＷＫ、ＴＦＢＹＡ）…（８）
具体的に説明すると、ＭＲＥＳＦＲ、ＴＷＫ、ＴＦＢＹＡの３つのパラメータの組み合わせによって得られる反応確率の最大値を１００％とし、これらのパラメータと反応確率ＲＰＲＯＢＡの関係を実験的に求め、求めた反応確率ＲＰＲＯＢＡをパラメータに応じたテーブルとしてエンジンコントローラ３１のメモリに予め格納しておく。ステップ１４ではパラメータに応じてこのテーブルを検索することにより反応確率ＲＰＲＯＢＡを求める。
【００４０】
具体的には、冷却水温ＴＷＫに応じて図７に示すような特性を有する水温補正係数のテーブルと、同様に設定された内部不活性ガス率補正係数のテーブル（図示しない）と、目標当量比Ｔｆｂｙａに応じて図８に示すような特性を有する当量比補正係数のテーブルを予めメモリに格納しておく。各補正係数の最大値はそれぞれ１．０であり、３種類の補正係数の積に反応確率の最大値１００％を掛け合わせることで、反応確率ＲＰＲＯＢＡを算出する。
【００４１】
各テーブルを説明すると、図７に示す水温補正係数は冷却水温ＴＷＫが高いほど大きく、冷却水温ＴＷＫが８０℃以上では１．０になる。図８に示す当量比補正係数は目標当量比ＴＦＢＹＡが１．０のとき、つまり理論空燃比のときに最大値の１．０となり、目標当量比が１．０より大きくても小さくても当量比補正係数は減少する。内部不活性ガス率補正係数は図示しないが、内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲがゼロの場合に１．０となる。
【００４２】
ステップ１５では、基準クランク角θＰＭＡＸ［ｄｅｇＡＴＤＣ］を算出する。前述のように基準クランク角θＰＭＡＸはあまり変動しないが、それでもエンジン回転速度ＮＲＰＭの上昇に応じて進角する傾向があるため、基準クランク角θＰＭＡＸはエンジン回転速度ＮＲＰＭの関数として次式で表すことができる。
【００４３】
θＰＭＡＸ＝ｆ４（ＮＲＰＭ）…（９）
具体的にはエンジン回転速度ＮＲＰＭから、エンジンコントローラ３１のメモリに予め格納された図９に示す特性のテーブルを検索することにより基準クランク角θＰＭＡＸを求める。算出を容易にするために、基準クランク角θＰＭＡＸを一定とみなすことも可能である。
【００４４】
最後にステップ１６では、点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤ［ｄｅｇ］を算出する。点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤは、エンジンコントローラ３１から点火指令信号、すなわち点火コイル１３の一次電流を遮断する信号を出力したタイミングから点火プラグ１４が実際に点火するまでのクランク角区間で、次式により表すことができる。
【００４５】
ＩＧＮＤＥＡＤ＝ｆ５（ＤＥＡＤＴＩＭＥ、ＮＲＰＭ）…（１０）
ここでは、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを２００μｓｅｃとする。（１０）式は、エンジン回転速度ＮＲＰＭから点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥに相当するクランク角である点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤを算出するためのものである。
【００４６】
図１０は初期燃焼期間ＢＵＲＮ１［ｄｅｇ］を算出するためのもの、また図１２は主燃焼期間ＢＵＲＮ２［ｄｅｇ］を算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。図１０、図１２は図５に続けて実行する。
図１０、図１２はどちらを先に実行してもかまわない。
【００４７】
まず図１０から説明すると、ステップ２１では、前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］、図５のステップ１２で算出されている燃焼室５の吸気弁閉時期における容積ＶＩＶＣ［ｍ３］、図５のステップ１３で算出されている燃焼室５の吸気弁閉時期における温度ＴＩＮＩ［Ｋ］、エンジン回転速度ＮＲＰＭ［ｒｐｍ］、図５のステップ１４で算出されている反応確率ＲＰＲＯＢＡ［％］を読み込む。
【００４８】
ここで、前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬは、基本点火時期ＭＢＴＣＡＬの［ｄｅｇＢＴＤＣ］の１サイクル前の値であり、その算出については後述する。
【００４９】
ステップ２２では燃焼室５の燃焼開始時期における容積Ｖ０［ｍ３］を算出する。前述したように、ここでの点火時期（燃焼開始時期）は今回のサイクルで演算する基本点火時期ＭＢＴＣＡＬではなく基本点火時期の１サイクル前の値である。すなわち、基本点火時期の１サイクル前の値であるＭＢＴＣＹＣＬから次式により燃焼室５の燃焼開始時期における容積Ｖ０を算出する。
【００５０】
Ｖ０＝ｆ６（ＭＢＴＣＹＣＬ）…（１１）
具体的には前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬにおけるピストン６のストローク位置と、燃焼室５のボア径から、燃焼室５のＭＢＴＣＹＣＬにおける容積Ｖ０を算出する。図５のステップ１２では、燃焼室５の吸気弁閉時期ＩＶＣにおける容積ＶＩＶＣを、吸気弁閉時期をパラメータとする吸気弁閉時期容積のテーブルを検索することにより求めたが、ここではＭＢＴＣＹＣＬをパラメータとする前回燃焼開始時期容積のテーブルを検索することにより、燃焼室５の前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬにおける容積Ｖ０を求めればよい。
【００５１】
ステップ２３では燃焼開始時期における有効圧縮比Ｅｃを算出する。有効圧縮比Ｅｃは無次元の値であり、次式に示すように燃焼室５の燃焼開始時期における容積Ｖ０を燃焼室５の吸気弁閉時期における容積ＶＩＶＣで除した値である。
【００５２】
Ｅｃ＝ｆ７（Ｖ０、ＶＩＶＣ）＝Ｖ０／ＶＩＶＣ…（１２）
ステップ２４では吸気弁閉時期ＩＶＣから燃焼開始時期に至る間の燃焼室５内の温度上昇率ＴＣＯＭＰを次式に示すように有効圧縮比Ｅｃに基づいて算出する。
【００５３】
ＴＣＯＭＰ＝ｆ８（Ｅｃ）＝Ｅｃ＾（κ−１）…（１３）
ただし、κ：比熱比、
（１３）式は断熱圧縮されるガスの温度上昇率の式である。なお、（１３）式右辺の「＾」は累乗計算を表している。
【００５４】
κは断熱圧縮されるガスの定圧比熱を定容比熱で除した値で、断熱圧縮されるガスが空気であればκ＝１．４であり、簡単にはこの値を用いればよい。ただし、混合気に対してκの値を実験的に求めることで、一層の算出精度の向上が可能である。
【００５５】
図１１は（１３）式を図示したものである。従って、このような特性のテーブルを予めエンジンコントローラ３１のメモリに格納しておき、有効圧縮比Ｅｃに基づき当該テーブルを検索することにより温度上昇率ＴＣＯＭＰを求めることも可能である。
【００５６】
ステップ２５では、燃焼室５の燃焼開始時期における温度Ｔ０［Ｋ］を、燃焼室５の吸気弁閉時期における温度ＴＩＮＩに温度上昇率ＴＣＯＭＰを乗じることで、つまり
Ｔ０＝ＴＩＮＩ×ＴＣＯＭＰ…（１４）
の式により算出する。
【００５７】
ステップ２６では、次式（公知）により層流燃焼速度ＳＬ１［ｍ／ｓｅｃ］を算出する。
【００５８】
ＳＬ１＝ＳＬｓｔｄ×（Ｔ０×Ｔｓｔｄ）２．１８×（Ｐ０／Ｐｓｔｄ）−０．１６…（１５）
ただし、Ｔｓｔｄ ：基準温度［Ｋ］、
Ｐｓｔｄ ：基準圧力［Ｐａ］、
ＳＬｓｔｄ：基準温度Ｔｓｔｄと基準圧力Ｐｓｔｄにおける基準層流燃焼 速度［ｍ／ｓｅｃ］、
Ｔ０ ：燃焼室５の燃焼開始時期における温度［Ｋ］、
Ｐ０ ：燃焼室５の燃焼開始時期における圧力［Ｐａ］、
基準温度Ｔｓｔｄと基準圧力Ｐｓｔｄと基準層流燃焼速度ＳＬｓｔｄは実験により予め定められる値である。
【００５９】
燃焼室５の通常の圧力である２ｂａｒ以上の圧力下では、（１５）式の圧力項（Ｐ０／Ｐｓｔｄ）−０．１６は小さな値となる。従って、圧力項（Ｐ０／Ｐｓｔｄ）−０．１６を一定値として、基準層流燃焼速度ＳＬｓｔｄを基準温度Ｔｓｔｄのみで規定することも可能である。
【００６０】
従って、基準温度Ｔｓｔｄが５５０［Ｋ］で、基準層流燃焼速度ＳＬｓｔｄが１．０［ｍ／ｓｅｃ］で、圧力項が０．７である場合の燃焼開始時期における温度Ｔ０と層流燃焼速度ＳＬ１との関係は近似的に次式で定義することができる。
【００６１】
ステップ２７では、初期燃焼におけるガス流動の乱れ強さＵ１を算出する。このガス流動の乱れ強さＵ１は無次元の値であり、燃焼室５に流入する新気の流速と燃料インジェクタ２１の噴射燃料のペネトレーションとに依存する。
【００６２】
燃焼室５に流入する新気の流速は、吸気通路の形状と、吸気弁１５の作動状態と、吸気弁１５を設ける吸気ポート４の形状に依存する。噴射燃料のペネトレーションは燃料インジェクタ２１の噴射圧力と、燃料噴射期間と、燃焼噴射タイミングに依存する。
【００６３】
最終的に、初期燃焼におけるガス流動の乱れ強さＵ１は、エンジン回転速度ＮＲＰＭの関数として次式で表すことができる。
【００６４】
Ｕ１＝ｆ１０（ＮＲＰＭ）＝Ｃ１×ＮＲＰＭ…（１７）
ただし、Ｃ１：定数、
乱れ強さＵ１を回転速度ＮＲＰＭをパラメータとするテーブルから求めることも可能である。
【００６５】
ステップ２８では層流燃焼速度ＳＬ１と乱れ強さＵ１から、初期燃焼におけるガスの燃焼速度ＦＬＡＭＥ１［ｍ／ｓｅｃ］を次式により算出する。
【００６６】
ＦＬＡＭＥ１＝ＳＬ１×Ｕ１…（１８）
燃焼室５内にガス乱れがあるとガスの燃焼速度が変化する。（１８）式はこのガス乱れに伴う燃焼速度への寄与（影響）を考慮したものである。
【００６７】
ステップ２９では、次式により初期燃焼期間ＢＵＲＮ１［ｄｅｇ］を算出する。
【００６８】
ただし、ＡＦ１：火炎核の反応面積（固定値）［ｍ２］、
ここで、（１９）式右辺のＢＲ１は燃焼開始時期より初期燃焼期間ＢＵＲＮ１の終了時期までの燃焼質量割合の変化量であり、ここではＢＲ１＝２％に設定している。（１９）式右辺の（ＮＲＰＭ×６）は単位をｒｐｍからクランク角（ｄｅｇ）に変換するための措置である。火炎核の反応面積ＡＦ１は実験的に設定される。
【００６９】
次に図１２のフローに移ると、ステップ３１では回転速度ＮＲＰＭ、図５のステップ１４で算出されている反応確率ＲＰＲＯＢＡを読み込む。
【００７０】
ステップ３２では主燃焼におけるガス流動の乱れ強さＵ２を算出する。このガス流動の乱れ強さＵ２も初期燃焼におけるガス流動の乱れ強さＵ１と同様に、エンジン回転速度ＮＲＰＭの関数として次式で表すことができる。
【００７１】
Ｕ２＝ｆ１１（ＮＲＰＭ）＝Ｃ２×ＮＲＰＭ…（２０）
ただし、Ｃ２：定数、
乱れ強さＵ２を回転速度をパラメータとするテーブルから求めることも可能である。
【００７２】
ステップ３３では、層流燃焼速度ＳＬ２［ｍ／ｓｅｃ］と主燃焼におけるガス流動の乱れ強さＵ２とから、主燃焼における燃焼速度ＦＬＡＭＥ２［ｍ／ｓｅｃ］を次式により算出する。
【００７３】
ＦＬＡＭＥ２＝ＳＬ２×Ｕ２…（２１）
ただし、ＳＬ２：層流燃焼速度［ｍ／ｓｅｃ］、
（２１）式は（１８）式と同様、ガス乱れに伴う燃焼速度への寄与を考慮したものである。
【００７４】
前述のように主燃焼期間ＢＵＲＮ２の長さは燃焼室５内の温度や圧力の変化の影響を受けにくい。従って、層流燃焼速度ＳＬ２には予め実験的に求めた固定値を適用する。
【００７５】
ステップ３４では、主燃焼期間ＢＵＲＮ２［ｄｅｇ］を（１９）式に類似した次式で算出する。
【００７６】
ただし、Ｖ２：燃焼室５の主燃焼期間開始時容積［ｍ３］、
ＡＦ２：火炎核の反応面積［ｍ２］
ここで、（２２）式右辺のＢＲ２は主燃焼期間の開始時期より終了時期までの燃焼質量割合の変化量である。初期燃焼期間の終了時期に燃焼質量割合が２％になり、その後、主燃焼期間が開始し、燃焼質量割合が６０％に達して主燃焼期間が終了すると考えているので、ＢＲ２＝６０％−２％＝５８％を設定している。ＡＦ２は火炎核の成長行程における平均の反応面積であり、（１９）式のＡＦ１と同様に、予め実験的に定めた固定値とする。燃焼室５の主燃焼期間開始時における容積Ｖ２も固定値である。
【００７７】
図１３は基本点火時期ＭＢＴＣＡＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。図１０、図１２のうち遅く実行されるフローに続けて実行する。
【００７８】
ステップ４１では、図１０のステップ２９で算出されている初期燃焼期間ＢＵＲＮ１、図１２のステップ３４で算出されている主燃焼期間ＢＵＲＮ２、図５のステップ１６で算出されている点火時期無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤ、図５のステップ１５で算出されている基準クランク角θＰＭＡＸを読み込む。
【００７９】
ステップ４２では、初期燃焼期間ＢＵＲＮ１と主燃焼期間ＢＵＲＮ２の合計を燃焼期間ＢＵＲＮ［ｄｅｇ］として算出する。
【００８０】
ステップ４３では次式により基本点火時期ＭＢＴＣＡＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出する。
【００８１】
ＭＢＴＣＡＬ＝ＢＵＲＮ−θＰＭＡＸ＋ＩＧＮＤＥＡＤ…（２３）
ステップ４４では、この基本点火時期ＭＢＴＣＡＬから点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤを差し引いた値を前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］として算出する。
【００８２】
このようにして算出した基本点火時期ＭＢＴＣＡＬは点火レジスタに移され、実際のクランク角がこの基本点火時期ＭＢＴＣＡＬと一致したタイミングでエンジンコントローラ３１より一次電流を遮断する点火信号が点火コイル１３に出力される。
【００８３】
また、今サイクルの点火時期指令値としてステップ４３で算出された基本点火時期ＭＢＴＣＡＬが用いられたとすると、次サイクルの点火時期になるまでの間、ステップ４４で算出された前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬが図１０のステップ２２において用いられる。
【００８４】
以上のように、本実施形態においては、燃焼室５内の未燃ガス量などの質量計算を行わずにＭＢＴの得られる点火時期である基本点火時期ＭＢＴＣＡＬを算出するので、計算負荷を小さく抑えることができる。
【００８５】
また、上記（１９）式に示したように初期燃焼期間ＢＵＲＮ１を、燃焼開始時期における燃焼室容積Ｖ０と、混合気の燃焼のしやすさを表す反応確率ＲＰＲＯＢＡと、燃焼速度ＦＬＡＭＥ１の関数で表している。ここで、燃焼開始時期における燃焼室容積Ｖ０が大きいほど、反応確率ＲＰＲＯＢＡが小さいほど、燃焼速度ＦＬＡＭＥ１が遅いほど、それぞれ初期燃焼期間ＢＵＲＮ１が長くなり、結果として基本点火時期ＭＢＴＣＡＬが進角する。
【００８６】
同様に、上記（２２）式に示したように主燃焼期間ＢＵＲＮ２を、主燃焼期間の開始時期における燃焼室容積Ｖ２と、混合気のしやすさを表す反応確率ＲＰＲＯＢＡと、燃焼速度ＦＬＡＭＥ２の関数で表している。ここで、主燃焼期間開始時期における燃焼室容積Ｖ２が大きいほど、反応確率ＲＰＲＯＢＡが小さいほど、燃焼速度ＦＬＡＭＥ２が遅いほど、それぞれ主燃焼期間ＢＵＲＮ２が長くなり、結果として点火時期ＭＢＴＣＡＬが進角する。
【００８７】
このように、燃焼期間ＢＵＲＮ１とＢＵＲＮ２を、燃焼期間に影響を与える様々なパラメータの関数として算出することで、燃焼期間ＢＵＲＮ１とＢＵＲＮ２を正確に算出することができる。結果として、燃焼期間ＢＵＲＮ１とＢＵＲＮ２に基づき算出される基本点火時期ＭＢＴＣＡＬも高精度に算出することができる。また、燃焼期間ＢＵＲＮを温度や圧力が大きく影響を受けやすい火炎核成長期間に相当する初期燃焼期間ＢＵＲＮ１と、温度や圧力の影響の少ない主燃焼期間とに分けて算出しているので、燃焼期間ＢＵＲＮの算出精度が向上する。燃焼期間ＢＵＲＮを３以上にさらに分割することで、算出精度のさらなる向上も可能である。
【００８８】
実施形態では、初期燃焼期間ＢＵＲＮ１の算出に用いる燃焼速度ＦＬＡＭＥ１を層流燃焼速度ＳＬ１と乱れ強さＵ１の積として、また主燃焼期間ＢＵＲＮ２の算出に用いる燃焼速度ＦＬＡＭＥ２を層流燃焼速度ＳＬ２と乱れ強さＵ２の積としてそれぞれ算出しているが、特開平１０−３０５３５号公報に記載されているように足し算による算出方法で求めても良い。
【００８９】
実施形態では、初期燃焼期間を燃焼質量割合でゼロから２％まで（つまりＢＲ１＝２％）、主燃焼期間を燃焼質量割合で２〜６０％まで（つまりＢＲ２＝５８％）と規定したが、本発明は必ずしもこの数値に限定されるものでない。
【００９０】
次に、初期燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ１、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２および点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥの算出方法について説明する。
【００９１】
ここで、シリンダ内で燃焼する燃焼ガスを構成する混合燃料は、２種類以上の燃料、例えばアルコールとガソリンとの混合燃料であり、便宜上、沸点の低い方の燃料をａ、沸点の高い方の燃料をｂと示す。燃料ａと燃料ｂからなる混合燃料のそれぞれの組成割合をｒａ、ｒｂ（ただし、ｒａ＋ｒｂ＝１）とする。
▲１▼算出方法１：組成割合ｒａ、ｒｂは、図示しない燃料濃度検出センサによって検出可能、または酸素濃度検出センサによって空燃比を算出し、空燃比の変化から組成割合ｒａ、ｒｂを推定可能な場合（なお、空燃比の変化から組成割合ｒａ、ｒｂを推定する手法については後述する。）
まず、初期燃焼期間での層流燃料速度ＳＬ１の算出方法について説明する。図示しない温度センサを用いて、燃焼開始時のシリンダ内の燃焼ガスの温度Ｔｓを検出し、このときの燃料ａ、ｂのそれぞれの層流燃焼速度をＳＬ１ａ、ＳＬ１ｂとすると、混合燃料の層流燃焼速度ＳＬ１は下式で算出される。
【００９２】
【数２４】
【００９３】
次に、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２の算出について説明する。前記温度センサを用いて圧縮上死点付近の燃焼ガス温度をＴｔを検出し、このときの燃料ａ、ｂのそれぞれの層流燃焼速度をＳＬ２ａ、ＳＬ２ｂとすると、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２は、
【００９４】
【数２５】
【００９５】
で算出できる。
【００９６】
さらに、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥは、燃料ａ、ｂのそれぞれの点火無駄時間をＤＥＡＤＴＩＭＥａ、ＤＥＡＤＴＩＭＥｂとすると、下式で算出できる。
【００９７】
【数２６】
【００９８】
なお、各燃料の点火無駄時間は、予め燃焼実験等により算出、記憶しておく。
▲２▼算出方法２：燃料濃度検出センサが故障、もしくは酸素濃度検出センサが故障の場合等、予め混合された燃料ａ、ｂのそれぞれの組成割合ｒａ、ｒｂが検出、推定不可能な場合
初期燃焼期間の層流燃焼速度ＳＬ１の算出方法は、まず前記温度センサを用いて、燃焼開始時のシリンダ内の燃焼ガスの温度Ｔｓを検出し、このときの燃料ａ、ｂのそれぞれの層流燃焼速度をＳＬ１ａ、ＳＬ１ｂとすると、混合燃料の層流燃焼速度ＳＬ１は下式で算出される。
【００９９】
【数２７】
【０１００】
次に、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２の算出について説明する。前記温度センサを用いて圧縮上死点付近の燃焼ガス温度をＴｔを検出し、このときの燃料ａ、ｂのそれぞれの層流燃焼速度をＳＬ２ａ、ＳＬ２ｂとすると、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２は、
【０１０１】
【数２８】
【０１０２】
で算出できる。
【０１０３】
さらに、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥは、燃料ａ、ｂのそれぞれの点火無駄時間をＤＥＡＤＴＩＭＥａ、ＤＥＡＤＴＩＭＥｂとすると、下式で算出できる。
【０１０４】
【数２９】
【０１０５】
なお、各燃料の点火無駄時間は、予め燃焼実験等により算出、記憶しておく。
▲３▼算出方法３：混合燃料に混合されている燃料の種類がわかっている場合
・燃料ａの沸点が燃料ｂの沸点より低い場合（例えば、燃料ａがアルコールで、燃料ｂがガソリンの場合）
初期燃焼期間の層流燃焼速度ＳＬ１の算出方法は、前記温度センサを用いて、燃焼開始時のシリンダ内の燃焼ガスの温度Ｔｓを検出し、このときの燃料ａの層流燃焼速度をＳＬ１ａとすると、混合燃料の層流燃焼速度ＳＬ１は下式で算出される。
【０１０６】
【数３０】
【０１０７】
また主燃焼期間の層流燃焼速度ＳＬ２は、前記温度センサを用いて圧縮上死点付近の燃焼ガス温度をＴｔを検出し、このときの燃料ｂの層流燃焼速度をＳＬ２ｂとすると、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２は、
【０１０８】
【数３１】
【０１０９】
で算出できる。
【０１１０】
さらに、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥは、燃料ａの点火無駄時間をＤＥＡＤＴＩＭＥａとすると、下式で算出できる。
【０１１１】
【数３２】
【０１１２】
なお、燃料ａの点火無駄時間は、予め燃焼実験等により算出、記憶しておく。
・燃料ａの沸点が燃料ｂの沸点より高い場合（例えば、燃料ａがガソリンで、燃料ｂがアルコールの場合）
初期燃焼期間の層流燃焼速度ＳＬ１の算出方法は、前記温度センサを用いて、燃焼開始時のシリンダ内の燃焼ガスの温度Ｔｓを検出し、このときの燃料ｂの層流燃焼速度をＳＬ１ｂとすると、混合燃料の層流燃焼速度ＳＬ１は下式で算出される。
【０１１３】
【数３３】
【０１１４】
また主燃焼期間の層流燃焼速度ＳＬ２は、前記温度センサを用いて圧縮上死点付近の燃焼ガス温度Ｔｔを検出し、このときの燃料ａの層流燃焼速度をＳＬ２ａとすると、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２は、
【０１１５】
【数３４】
【０１１６】
で算出できる。
【０１１７】
さらに、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥは、燃料ｂの点火無駄時間をＤＥＡＤＴＩＭＥｂとすると、下式で算出できる。
【０１１８】
【数３５】
【０１１９】
なお、燃料ｂの点火無駄時間は、予め燃焼実験等により算出、記憶しておく。
【０１２０】
ここで、燃料ａ、ｂの層流燃焼速度ＳＬ１ａ、ＳＬ１ｂは一般に以下の式によって表わされることが分かっている。
【０１２１】
ＳＬ１＝ＳＬｓｔｄ×（Ｔ０×Ｔｓｔｄ）２．１８×（Ｐ０／Ｐｓｔｄ）−０．１６…（１５）
基準温度Ｔ０、基準圧力Ｐ０での層流燃焼速度ＳＬ０を各燃料ａ、ｂ毎に実験等により予め検出しておく。
【０１２２】
ここで常用域である２ｂａｒ以上では上記式の圧力の項の値は小さくなるので、圧力感度を一定値として基準温度に対する層流燃焼速度ＳＬ０（ｍ／ｓｅｃ）を算出しても良く、基準温度等は実験で予め算出しておく。例えば基準温度５５０（Ｋ）の時、層流燃焼速度が１．０（ｍ／ｓｅｃ）であった場合、前記ステップＳ２４で算出した雰囲気温度Ｔｓ（Ｋ）を用いて近似的に下記式で求めることができる。
前述したように層流域に火炎が伝播し、燃焼速度が急速に速くなった初期燃焼期間の後は、圧力、温度に対する感度は鈍くなるため層流燃焼速度ＳＬ２ａ、ＳＬ２ｂは予め実験によって求めた固定値として定めてもよい。
【０１２３】
なお、ガス圧力Ｔｓは、温度センサを用いて直接測定してもよいが、燃焼開始時のシリンダ内圧力をＰｓ、シリンダ内容積をＶｓ、吸入空気量モル数をｎｓとして、下式より算出できる。
【０１２４】
【数３６】
【０１２５】
また、圧縮上死点付近の燃焼ガス温度Ｔｔについても同様に算出できる。
【０１２６】
このように、種類の異なる２種類の燃料を混合した燃料の組成割合を求め、この組成割合と各燃料の層流燃焼速度とから混合燃料の層流燃焼速度を混合燃料の初期燃焼期間と主燃焼期間とに分けて求めることにより、燃焼ガスの層流燃焼速度を精度良く算出することができ、結果としてＭＢＴの得られる点火時期を精度良く算出することができる。
【０１２７】
また、種類の異なる２種類の燃料を混合した燃料の組成割合を求め、この組成割合と各燃料の点火無駄時間とから混合燃料の点火無駄時間を求めることにより、燃焼ガスの点火無駄時間を精度良く算出することができ、結果としてＭＢＴの得られる点火時期を精度良く算出することができる。
【０１２８】
また、混合燃料を構成する各燃料の組成割合が検出できない場合には、各燃料の層流燃焼速度に基づいて混合燃料の層流燃焼速度を算出することができるため、混合燃料を構成する燃料の種類が分かれば混合燃料の層流燃焼速度が算出することができ、組成割合を検出するための濃度センサや組成割合の推定手段を設ける必要がなく、演算負荷を低減しつつ、従来のＭＢＴ算出法より精度良くＭＢＴの点火時期を算出できる。
【０１２９】
別の混合燃料を構成する燃料が分かっている場合の混合燃料の層流燃焼速度算出法としては、燃焼ガスの初期燃焼期間は、構成する燃料のうち最も沸点の低い燃料の層流燃焼速度を混合燃料の層流燃焼速度として用い、圧縮上死点付近での主燃焼期間は沸点の高い燃料の層流燃焼速度を混合燃料の層流燃焼速度として用いて、点火時期を算出することができる。この方法により、濃度センサを用いることなく、またさらに演算負荷を低減しつつ、従来のＭＢＴ算出法より精度良くＭＢＴの点火時期を算出できる。
【０１３０】
さらに本実施の形態における点火時期制御装置においては、ＣＶＴＣバルブ２２の吸気バルブが閉じられた時点のシリンダ内容積ＶＩＶＣとシリンダ内温度ＴＩＮＩが算出される（ステップＳ１２、Ｓ１３）。そして燃焼ガスの燃焼のしやすさを所定条件における燃焼状態を１とした場合における比で示した反応確率ＲＰＲＯＢＡが算出される（ステップＳ１４）。
【０１３１】
燃焼速度は、シリンダ内における雰囲気温度、燃焼速度の他に残留ガス率ＥＧＲＲＥＭ、水温ＴＷＫ、当量比に依存し、燃焼速度がこれらの値により変化する状態を実験で予め求めマップ化して保有しておくことができる。勿論、これらの因子に依存した相関関係を関数式でもつことも可能である。
【０１３２】
次に、ＭＢＴで点火した場合、燃焼ガスの圧力のピーク値である基準クランク角θＰｍａｘは略一定であり、エンジン高回転側で進角側にシフトする傾向があるためステップＳ１５の如く算出する。
【０１３３】
シリンダ内容積Ｖ０、有効圧縮比Ｅｃから吸気バルブが閉じられた時点のシリンダ内温度ＴＩＮＩからの温度上昇率を算出し（ステップＳ２１〜Ｓ２４）、燃焼ガスが点火される時点の雰囲気温度Ｔ０が算出される（ステップＳ２５）。算出した雰囲気温度Ｔ０に基づいて、層流燃焼速度ＳＬ１を算出する（ステップＳ２６）。
【０１３４】
燃焼速度は層流燃焼速度が早いほど早くなる傾向にあるため、シリンダ内の乱流速度も燃焼速度に大きく依存する。乱流速度は吸気ポート形状等に左右され、一般にエンジン回転数が高くなるほど速くなる。このためこれを乱れ強さＵ１として算出し（ステップＳ２７）、層流燃焼速度と掛け合わせて燃焼速度ＦＬＡＭＥ１を算出する（ステップＳ２８）。
【０１３５】
そして点火してから火炎核が形成されるまでの燃焼期間ＢＵＲＮ１をステップＳ２９で算出する。火炎核の形成には、燃焼ガス質量の内２％の燃焼によってなされることがわかっているため、燃焼ガス質量の２％を算出して用いる。火炎核形成段階では、点火時点のシリンダ内容積が大きいほど形成に時間が長くなるためこれを分子とし、反応確率ＲＰＲＯＢＡが大きいぼど時間が短く、燃焼速度が早いほど時間が短くなるため、これらを分母とした演算式を用いて演算することにより、正確且つ容易に火炎核形成段階の燃焼時間を求めることができる。
【０１３６】
火炎核が形成された後は、燃焼ガスが急速に燃焼される急速燃焼段階となり火炎核は急速に成長する。圧力がピークとなる６０％の燃焼ガスが燃焼される期間が演算される（ステップＳ３１〜ステップＳ３４）。ここでも火炎核の成長時点のシリンダ内容積が大きいほど形成に時間が長くなるためこれを分子とし、反応確率ＲＰＲＯＢＡが大きいほど時間が短く、燃焼速度が早いほど時間が短くなるため、これらを分母とした演算式を用いて演算することにより、正確且つ容易に火炎核成長段階の燃焼時間を求めることができる。
【０１３７】
以上の如く算出した火炎核形成段階の初期燃焼期間と火炎核成長段階の主燃焼期間とを足すことにより燃焼ガス質量６０％の燃焼に必要な期間を算出する事ができる（ステップＳ４２）。そして点火無駄時間とシリンダ内最大圧力となる基準クランク角θＰｍａｘを考慮してＭＢＴ点火時期を算出し、イグニッションコイルに出力指令を出すことができる（ステップＳ４３）。
【０１３８】
本実施の形態によれば、燃焼期間を算出する際に、圧力・温度に対する燃焼期間の感度が大きい火炎核形成段階と、圧力・温度に対する燃焼期間の感度が鈍くなる主燃焼期間とに分けて演算することで、燃焼期間をより正確に演算することができる。この際、分子に燃焼ガス質量、シリンダ容積、分母に反応面積、燃焼速度といった演算式を用いており、同一次元の単位が分子、分母に用いられることが無いので無駄な演算をすることなく正確に算出できる。
【０１３９】
燃焼状態を無次元の反応確率で置き換えて演算に用いており、当該反応確率は実験等で容易に求めることができるため正確な燃焼期間を算出することができる。また、本実施の形態では、吸気バルブの作動角とリフト量を連続的に可変にできる可変動弁機構を備えた内燃機関へ適用した例を示したが、吸気バルブが閉じた時点のシリンダ内容積が変化しても容易にＭＢＴを算出することができるため、例えば、バルブ開閉に電磁石を用い、バルブタイミングを任意に変化させることができるいわゆる電磁駆動吸排気弁等の可変動弁システムへの適用も行える。なお、吸気バルブの作動角とリフト量を連続的に可変にできる可変動弁機構の一例として特開平１１−１０７７２５号公報、特開２００３−４１９７６号公報に記載のものがある。
【０１４０】
本実施形態では燃焼質量割合から燃焼期間を求めるにあたり、燃焼期間ＢＴを初期燃焼期間ＢＵＲＮ１（燃焼質量割合２％まで）と主燃焼期間ＢＵＲＮ２（燃焼質量割合２％から６０％まで）とに分けて演算し、点火時期ＭＢＴＣＡＬを求めたが、さらに細分化してもよく、または細分化を行った上で、燃焼期間（燃焼質量割合）をたとえば、初期燃焼期間ＢＵＲＮ１と主燃焼期間ＢＵＲＮ２とで分けて加算するようにしてもよい。細分化して燃焼期間を求めることによって、燃焼期間の算出精度を向上できる。
【０１４１】
また、燃焼ガスの層流燃焼速度を算出する方法▲１▼で用いた酸素濃度検出センサによって空燃比を算出し、空燃比の変化から組成割合ｒａ、ｒｂを推定する手法について以下に説明する。
【０１４２】
ここでは、アルコールを含む燃料中のアルコール濃度を検出する方法を一例として説明する。アルコールを含む燃料は、Ｃ（炭素）の原子数がガソリンと異なることからガソリンに比べ、同一の当量比を得るには大きな噴射量が要求されることになる。そこで、酸素濃度センサ１７の検出値を利用して、燃料内のアルコール濃度を以下の手順で推定する。図１４は、燃料内のアルコール濃度推定値ＡＬＣを更新演算する制御の流れを示している。
【０１４３】
まず、ステップ（以下、単にＳと表記する）５１では、酸素濃度センサ１７の出力信号を基に算出された空燃比補正量としての空燃比フィードバック補正係数αを読み込む。
【０１４４】
Ｓ５２では、空燃比学習条件が成立しているか否かを判定し、空燃比学習条件が成立している場合には、Ｓ５３に進み、各運転領域領域毎のαｍ算出マップのマップ値の書き換えを行う。空燃比学習条件が成立していない場合には、各αｍ算出マップのマップ値の書き換えを行わずにＳ５４に進む。ここで、αｍは上記αに基づいて算出される空燃比学習補正係数である。尚、空燃比フィードバッ．ク補正係数α及び空燃比学習補正係数αｍは、空燃比のフィードバック制御に用いられるパラメータであり、インジェクタ３からの燃料噴射量がα及びαｍに応じて補正される。また空燃比フィードバック補正係数α及び空燃比学習補正係数αｍの算出方法は、公知のいかなる算出方法でも使用可能であるため、これらの算出方法についての詳細な説明は省略する。
【０１４５】
Ｓ５４では、現在の各運転領域毎のαｍマップを参照し、各運転領域毎に空燃比補正量としての空燃比学習補正係数αｍを求める。続いてＳ５５に進み、アルコール濃度推定を行うための許可条件が成立しているか否かを判定する。すなわち、このＳ５５においては、水温、エンジン始動後時間、空燃比学習制御の進行状況、給油履歴などの条件が整ったか否かを判定し、条件が整っている場合にはＳ５６に進み、条件が整っていない場合にはアルコール濃度推定を行うことなく終了する。
【０１４６】
Ｓ５６では、次式（３７）のように表される空燃比感度補正総量αｔを算出する。
【０１４７】
【数３７】
【０１４８】
ここで、ＥＴＡＨＯＳは前回のアルコール濃度推定値ＡＬＣから算出される燃料性状分補正量であって、後述する図１５を用い、前回のアルコール濃度推定値ＡＬＣから逆引きで算出されるαｔの前回値である。
【０１４９】
また、このＳ５６におけるαｍ’は、Ｓ５４にて求めた各運転領域別のαｍのうち代表的な回転負荷領域のαｍの平均値、換言すればエンジンとしての使用頻度が高い領域程度のαｍの平均値である。
【０１５０】
Ｓ５７では、図１５に示すマップを用い、Ｓ５６にて算出された空燃比感度補正総量αｔからアルコール濃度推定値ＡＬＣを算出する。
【０１５１】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関のシステム図である。
【図２】エンジンコントローラで実行される点火時期制御のブロック図である。
【図３】燃焼室の圧力変化図である。
【図４】燃焼質量割合の変化を説明する特性図である。
【図５】物理量の算出を説明するためのフローチャートである。
【図６】エンジンのクランクシャフトとコネクティングロッドの位置関係を説明するダイアグラムである。
【図７】水温補正係数の特性図である。
【図８】当量比補正係数の特性図である。
【図９】基準クランク角の特性図である。
【図１０】初期燃焼期間の算出を説明するためのフローチャートである。
【図１１】温度上昇率の特性図である。
【図１２】主燃焼期間の算出を説明するためのフローチャートである。
【図１３】基本点火時期の算出を説明するためのフローチャートである。
【図１４】燃料内のアルコール濃度推定値を算出する制御の流れを示すフローチャートである。
【図１５】空燃比感度補正総量αｔとアルコール濃度推定値ＡＬＣとの相関関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 吸気コレクタ
３ インジェクタ
４ 吸気マニホールド
５ 排気マニホールド
６ マフラ
７ エアクリーナ
８ 電子制御スロットル
９ 吸気ダクト
２０ コントロールユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の点火時期制御装置、特に混合燃料を用いる内燃機関の点火時期制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の点火時期制御装置として、実際の排ガスの空燃比を空燃比センサを用いて検出し、実際の空燃比からガス燃料のガス組成に応じて定まる理論空燃比を検出し、この理論空燃比に応じて点火時期を制御する技術がある（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−５４３０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、点火時期をガス燃料の組成（比率）に応じて一定量の補正を加えるため、シリンダ内の燃焼ガスが層流燃焼速度が異なる２種類以上の燃料の混合気からなる場合、残留ガス率、当量比が変化し、ガソリンでのＭＢＴ点火時期とガス燃料のＭＢＴ点火時期の差が一定でない場合にＭＢＴの点火時期を正確に算出することができないという問題がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、上記問題点を解決し、２種類以上の燃料からなる混合燃料のＭＢＴの点火時期をより正確に得ることのできる内燃機関の点火時期制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、層流燃焼速度に基づき算出される燃焼期間からＭＢＴの得られる点火時期を算出する内燃機関の点火時期制御装置において、前記燃焼ガスは、複数の燃料を混合してなり、複数の燃料を混合した燃焼ガスの層流燃焼速度を各燃料の種類と組成割合に基づき算出することを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明においては、燃焼ガスを構成する各燃料の層流燃焼速度と組成割合から燃焼ガスの層流燃焼速度を精度良く算出することができ、これにより燃焼ガスの燃料が複数の燃料からなる場合であってもＭＢＴの点火時期を精度良く算出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のシステムを説明するための概略図であり、内燃機関１には吸気コレクタ２と、インジェクタ３を配置された吸気マニホールド４を介して吸気が導入され、内燃機関１からの排気は三元触媒２１を備えた排気マニホールド５からマフラー６を介して大気中に排出される。
【０００９】
吸気コレクタ２にはエアクリーナ７によって浄化された空気が吸気ダクト９を通して供給される。吸気コレクタ２上流にはスロットル開度センサとスロットルモータを備えた電子制御スロットル８が備えられる。
【００１０】
フューエルタンク１０内で蒸発した燃料ガスは、キャニスタ１１に導入された後にキャニスタ１１に導入された空気とともに吸気コレクタ２に送られる。さらに三元触媒２１下流と吸気コレクタ２とを連通するＥＧＲ通路１２が設置され、排気の一部が吸気中に還流される。
【００１１】
内燃機関１にはクランク角の位置を検出するポジションセンサ１３と冷却水温を検出する水温センサ１４とが設置され、吸気ダクト９には吸気温センサを内蔵した吸入空気量を検出するエアフロメータ１６が設けられる。エアフロメータ１６に代わって、吸気マニホールド４の温度と圧力を検出するセンサを設け、これらに基づいて吸入空気量を演算するようにしてもよい。
【００１２】
排気マニホールド５には排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１７が設けられ、ＥＧＲ通路１２の途中にはＥＧＲコントロールバルブ１８が、またキャニスタ１１から排出されたパージエアを制御するキャニスタパージエアコントロールバルブ１９が設置される。
【００１３】
内燃機関１には、更に、吸気バルブの作動角とリフト量とを連続的に変更可能な可変動弁機構２２と、吸気バルブの実作動角を検出する作動角センサ１５とが備えられ、作動角センサ１５の出力信号に基づいて吸気バルブの開時期（ＩＶＯ）、及び閉時期（ＩＶＣ）を算出することができる。
【００１４】
前記ポジションセンサ１３、水温センサ１４、作動角センサ１５、エアフローメータ１６及びそれに内蔵された吸気温センサの出力信号は、コントロールユニット２０に入力され、さらに酸素濃度センサ１７の出力信号、図示しないバッテリからの電圧信号も入力される。
【００１５】
コントロールユニット２０はこれら入力データに基づき、点火時期制御信号をイグニッションコイルに出力し、空燃比制御信号を燃料噴射用のインジェクタ３に、吸気バルブ作動角制御信号を可変動弁機構２２に、キャニスタ制御信号をキャニスタパージコントロールバルブ１９に、さらにＥＧＲ制御信号をＥＧＲコントロールバルブ１８に出力し、内燃機関１を適正な運転状態に維持する。
【００１６】
図２はエンジンコントローラ３１内で行われる点火時期制御のブロック図で、大きくは点火時期演算部５１と点火時期制御部６１とからなる。点火時期演算部５１はさらに初期燃焼期間算出部５２、主燃焼期間算出部５３、燃焼期間算出部５４、基本点火時期算出部５５、前回燃焼開始時期算出部５６、点火時期指令値算出部５７からなる。
【００１７】
初期燃焼期間算出部５２では、混合気が着火してから火炎核が形成されるまでの期間を初期燃焼期間ＢＵＲＮ１として算出する。主燃焼期間算出部５３では、火炎核が形成されてから燃焼圧力が最大値Ｐｍａｘに達するまでの期間を主燃焼期間ＢＵＲＮ２として算出する。燃焼期間算出部５４では、これら初期燃焼期間ＢＵＲＮ１と主燃焼期間ＢＵＲＮ２との合計を、点火より最大燃焼圧力Ｐｍａｘに至るまでの燃焼期間ＢＵＲＮとして算出する。基本点火時期算出部５５では、この燃焼期間ＢＵＲＮに基づいてＭＢＴの得られる点火時期（この点火時期を「基本点火時期」という。）ＭＢＴＣＡＬを算出する。
【００１８】
点火時期制御部６１ではこのようにして算出された基本点火時期ＭＢＴＣＡＬで点火プラグ１４が燃焼室５内の混合気に対して着火するように、イグニッションコイル１３への通電角と非通電角を制御する。
【００１９】
上記のように燃焼期間ＢＵＲＮを初期燃焼期間ＢＵＲＮ１と主燃焼期間ＢＵＲＮ２に分けて算出し、燃焼期間ＢＵＲＮに応じて基本点火時期ＭＢＴＣＡＬを求めるようにしたのは、燃焼解析より得られた結果に基づくものである。以下、燃焼解析に基づくこの点火時期制御をさらに説明する。
【００２０】
図３に示すようにＭＢＴ（最大トルクの得られる最小進角値）で混合気に点火した場合に混合気の燃焼圧力が最大値Ｐｍａｘとなるクランク角を基準クランク角θＰＭＡＸ［ｄｅｇＡＴＤＣ］とする。基準クランク角θＰＭＡＸは燃焼方式によらずほぼ一定であり、一般に圧縮上死点後１２〜１５度、最大で圧縮上死点後１０〜２０度の範囲にある。
【００２１】
図４に火花点火エンジンにおける燃焼室内の燃焼解析により得られた燃焼質量割合Ｒの変化を示す。燃焼室に供給された燃料に対する燃焼質量の比率を表す燃焼質量割合Ｒは、点火時に０％であり、完全燃焼によって１００％に達する。基準クランク角θＰＭＡＸにおける燃焼質量割合Ｒｍａｘは一定で約６０％である。
【００２２】
燃焼質量割合Ｒが０％から基準クランク角θＰＭＡＸ相当の約６０％に達するまでの燃焼期間は、点火直後で燃焼質量割合にも燃焼圧力にもほとんど変化のない期間である初期燃焼期間と、燃焼質量割合と燃焼圧力が急激に増加する主燃焼期間とに分けられる。初期燃焼期間は、燃焼の開始から火炎核が形成されるまでの段階であり、火炎核が形成されるのは燃焼質量割合で２％〜１０％のタイミングである。この期間中は、燃焼圧力や燃焼温度の上昇速度が小さく、燃焼質量割合の変化に対して初期燃焼期間は長い。初期燃焼期間の長さは燃焼室内の温度や圧力の変化の影響を受けやすい。
【００２３】
一方、主燃焼期間においては、火炎核から外側へと火炎が伝播し、燃焼速度が急上昇する。そのため、主燃焼期間の燃焼質量割合の変化は初期燃焼期間の燃焼質量割合の変化に比べて大きい。
【００２４】
エンジンコントローラ３１では、燃焼質量割合が２％に達するまでを初期燃焼期間ＢＵＲＮ１［ｄｅｇ］とし、初期燃焼期間ＢＵＲＮ１の終了後、基準クランク角θＰＭＡＸに至るまでの区間（燃焼室量割合でいえば２％より約６０％に達するまでの間）を主燃焼期間ＢＵＲＮ２［ｄｅｇ］として区別する。そして、初期燃焼期間ＢＵＲＮ１に主燃焼期間ＢＵＲＮ２を加えた合計である燃焼期間ＢＵＲＮ［ｄｅｇ］を算出し、この燃焼期間ＢＵＲＮから基準クランク角θＰＭＡＸ［ｄｅｇＡＴＤＣ］を差し引き、さらに後述する点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤ［ｄｅｇ］を加えたクランク角位置を、ＭＢＴの得られる点火時期である基本点火時期ＭＢＴＣＡＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］として設定する。
【００２５】
火炎核の形成される初期燃焼期間での燃焼室５内の圧力、温度は、点火時の圧力、温度とほぼ等価になるが、これから点火時期を算出しようとしているのに、最初から正確な点火時期を設定することはできない。そこで、図２に示したように前回燃焼開始時期算出部５６で基本点火時期の前回値を前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］として算出し、この値を初期燃焼期間算出部５２に対して与えるようにし、初期燃焼期間算出部５２において初期燃焼期間の算出をサイクリックに繰り返すことで、精度の高い結果を時間遅れなしに出すようにしている。
【００２６】
次に、エンジンコントローラ３１で実行される点火時期指令値ＱＡＤＶの算出を以下のフローチャートを参照しながら詳述する。
【００２７】
図５は点火時期の算出に必要な各種の物理量を算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。
【００２８】
まずステップ１１では、吸気弁閉時期ＩＶＣ［ｄｅｇＢＴＤＣ］、温度センサ４３により検出されるコレクタ内温度ＴＣＯＬ［Ｋ］、温度センサ４５により検出される排気温度ＴＥＸＨ［Ｋ］、内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲ［％］、温度センサ３７により検出される冷却水温ＴＷＫ［Ｋ］、目標当量比ＴＦＢＹＡ、クランク角センサにより検出されるエンジン回転速度ＮＲＰＭ［ｒｐｍ］、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ［μｓｅｃ］を読み込む。
【００２９】
ここで、クランク角センサはクランクシャフト７のポジションを検出するポジションセンサ３３と、吸気用カムシャフト２５ポジションを検出する作動角センサ３４とからなり、これら２つのセンサ３３、３４からの信号に基づいてエンジン回転速度ＮＲＰＭ［ｒｐｍ］が算出されている。
【００３０】
吸気弁閉時期ＩＶＣは吸気ＶＴＣ機構２７に与える指令値から既知である。あるいは作動角センサ３４により実際の吸気弁閉時期を検出してもかまわない。
【００３１】
内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲは燃焼室内に残留する不活性ガス量を燃焼室内の総ガス量で除した値で、その算出については後述する。点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥは一定値である。
【００３２】
目標当量比ＴＦＢＹＡは図示しない燃料噴射量の算出フローにおいて算出されている。目標当量比ＴＦＢＹＡは無名数であり、理論空燃比を１４．７とすると、次式により表される値である。
【００３３】
ＴＦＢＹＡ＝１４．７／目標空燃比…（１）
例えば（１）式より目標空燃比が理論空燃比のときＴＦＢＹＡ＝１．０となり、目標空燃比が例えば２２．０といったリーン側の値であるとき、ＴＦＢＹＡは１．０未満の正の値である。
【００３４】
ステップ１２では、燃焼室５の吸気弁閉時期ＩＶＣにおける容積（つまり圧縮開始時期での容積）ＶＩＶＣ［ｍ３］を算出する。燃焼室５の吸気弁閉時期における容積ＶＩＶＣは、ピストン６のストローク位置によって決まる。ピストン６のストローク位置はエンジンのクランク角位置によって決まる。
【００３５】
図６を参照して、エンジンのクランクシャフト７１の回転中心７２がシリンダの中心軸７３からオフセットしている場合を考える。コネクティングロッド７４、コネクティングロッド７４とクランクシャフト７１との結節点７５、コネクティングロッド７４とピストンをつなぐピストンピン７６が図に示す関係にあるとする。このときの、燃焼室５の吸気弁閉時期における容積ＶＩＶＣは次式（２）〜（６）で表すことができる。
【００３６】
ε ：圧縮比、
Ｄ ：シリンダボア径［ｍ］、
ＳＴ ：ピストンの全ストローク［ｍ］、
Ｈ ：ピストンピン７６のＴＤＣからの距離［ｍ］、
ＣＮＤ ：コネクティングロッド７４の長さ［ｍ］、
ＣＲｏｆｆ ：結節点７５のシリンダ中心軸７３からのオフセット距離［ｍ］、
ＰＩＳｏｆｆ：クランクシャフト回転中心７２のシリンダ中心 軸７３からのオフセット距離［ｍ］、
θｉｖｃ ：吸気弁閉時期のクランク角［ｄｅｇＡＴＤＣ］、
θｏｆｆ ：ピストンピン７６とクランクシャフト回転中心７ ２とを結ぶ線がＴＤＣにおいて垂直線となす角度 ［ｄｅｇ］、
Ｘ ：結節点７５とピストンピン７６との水平距離［ｍ ］ 、
吸気弁閉時期のクランク角θｉｖｃは前述のように、エンジンコントローラ３１から吸気ＶＴＣ機構２７への指令信号によって決まるので、既知である。式（２）〜（６）にこのときのクランク角θｉｖｃ（＝ＩＶＣ）を代入すれば、燃焼室５の吸気弁閉時期における容積ＶＩＶＣを算出することができる。したがって、実用上は燃焼室５の吸気弁閉時期における容積ＶＩＶＣは吸気弁閉時期ＩＶＣをパラメータとするテーブルで設定したものを用いる。吸気ＶＴＣ機構２７を備えないときには定数で与えることができる。
【００３７】
ステップ１３では、燃焼室５の吸気弁閉時期ＩＶＣにおける温度（つまり圧縮開始時期温度）ＴＩＮＩ［Ｋ］を算出する。燃焼室５の吸気弁閉時期ＩＶＣにおける温度ＴＩＮＩは、燃焼室５に流入する新気と燃焼室５に残留する不活性ガスとが混じったガスの温度であり、燃焼室５に流入する新気の温度は吸気コレクタ２内の新気温度ＴＣＯＬに等しく、また燃焼室５内に残留する不活性ガスの温度は排気ポート部近傍の排気温度ＴＥＸＨで近似できるので、吸気コレクタ２内の新気温度ＴＣＯＬ、排気温度ＴＥＸＨ、燃焼室５内に残留する不活性ガスの割合である内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲから次式により求めることができる。
【００３８】
ＴＩＮＩ＝ＴＥＸＨ×ＭＲＥＳＦＲ＋ＴＣＯＬ×（１−ＭＲＥＳＦＲ）…（７）
ステップ１４では、燃焼室５内の混合気の燃えやすさを表す反応確率ＲＰＲＯＢＡ［％］を算出する。反応確率ＲＰＲＯＢＡは無次元の値であり、残留不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲ、冷却水温ＴＷＫ［Ｋ］、目標当量比ＴＦＢＹＡの３つのパラメータに依存するので、次式により表すことができる。
【００３９】
ＲＰＲＯＢＡ＝ｆ３（ＭＲＥＳＦＲ、ＴＷＫ、ＴＦＢＹＡ）…（８）
具体的に説明すると、ＭＲＥＳＦＲ、ＴＷＫ、ＴＦＢＹＡの３つのパラメータの組み合わせによって得られる反応確率の最大値を１００％とし、これらのパラメータと反応確率ＲＰＲＯＢＡの関係を実験的に求め、求めた反応確率ＲＰＲＯＢＡをパラメータに応じたテーブルとしてエンジンコントローラ３１のメモリに予め格納しておく。ステップ１４ではパラメータに応じてこのテーブルを検索することにより反応確率ＲＰＲＯＢＡを求める。
【００４０】
具体的には、冷却水温ＴＷＫに応じて図７に示すような特性を有する水温補正係数のテーブルと、同様に設定された内部不活性ガス率補正係数のテーブル（図示しない）と、目標当量比Ｔｆｂｙａに応じて図８に示すような特性を有する当量比補正係数のテーブルを予めメモリに格納しておく。各補正係数の最大値はそれぞれ１．０であり、３種類の補正係数の積に反応確率の最大値１００％を掛け合わせることで、反応確率ＲＰＲＯＢＡを算出する。
【００４１】
各テーブルを説明すると、図７に示す水温補正係数は冷却水温ＴＷＫが高いほど大きく、冷却水温ＴＷＫが８０℃以上では１．０になる。図８に示す当量比補正係数は目標当量比ＴＦＢＹＡが１．０のとき、つまり理論空燃比のときに最大値の１．０となり、目標当量比が１．０より大きくても小さくても当量比補正係数は減少する。内部不活性ガス率補正係数は図示しないが、内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲがゼロの場合に１．０となる。
【００４２】
ステップ１５では、基準クランク角θＰＭＡＸ［ｄｅｇＡＴＤＣ］を算出する。前述のように基準クランク角θＰＭＡＸはあまり変動しないが、それでもエンジン回転速度ＮＲＰＭの上昇に応じて進角する傾向があるため、基準クランク角θＰＭＡＸはエンジン回転速度ＮＲＰＭの関数として次式で表すことができる。
【００４３】
θＰＭＡＸ＝ｆ４（ＮＲＰＭ）…（９）
具体的にはエンジン回転速度ＮＲＰＭから、エンジンコントローラ３１のメモリに予め格納された図９に示す特性のテーブルを検索することにより基準クランク角θＰＭＡＸを求める。算出を容易にするために、基準クランク角θＰＭＡＸを一定とみなすことも可能である。
【００４４】
最後にステップ１６では、点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤ［ｄｅｇ］を算出する。点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤは、エンジンコントローラ３１から点火指令信号、すなわち点火コイル１３の一次電流を遮断する信号を出力したタイミングから点火プラグ１４が実際に点火するまでのクランク角区間で、次式により表すことができる。
【００４５】
ＩＧＮＤＥＡＤ＝ｆ５（ＤＥＡＤＴＩＭＥ、ＮＲＰＭ）…（１０）
ここでは、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを２００μｓｅｃとする。（１０）式は、エンジン回転速度ＮＲＰＭから点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥに相当するクランク角である点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤを算出するためのものである。
【００４６】
図１０は初期燃焼期間ＢＵＲＮ１［ｄｅｇ］を算出するためのもの、また図１２は主燃焼期間ＢＵＲＮ２［ｄｅｇ］を算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。図１０、図１２は図５に続けて実行する。
図１０、図１２はどちらを先に実行してもかまわない。
【００４７】
まず図１０から説明すると、ステップ２１では、前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］、図５のステップ１２で算出されている燃焼室５の吸気弁閉時期における容積ＶＩＶＣ［ｍ３］、図５のステップ１３で算出されている燃焼室５の吸気弁閉時期における温度ＴＩＮＩ［Ｋ］、エンジン回転速度ＮＲＰＭ［ｒｐｍ］、図５のステップ１４で算出されている反応確率ＲＰＲＯＢＡ［％］を読み込む。
【００４８】
ここで、前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬは、基本点火時期ＭＢＴＣＡＬの［ｄｅｇＢＴＤＣ］の１サイクル前の値であり、その算出については後述する。
【００４９】
ステップ２２では燃焼室５の燃焼開始時期における容積Ｖ０［ｍ３］を算出する。前述したように、ここでの点火時期（燃焼開始時期）は今回のサイクルで演算する基本点火時期ＭＢＴＣＡＬではなく基本点火時期の１サイクル前の値である。すなわち、基本点火時期の１サイクル前の値であるＭＢＴＣＹＣＬから次式により燃焼室５の燃焼開始時期における容積Ｖ０を算出する。
【００５０】
Ｖ０＝ｆ６（ＭＢＴＣＹＣＬ）…（１１）
具体的には前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬにおけるピストン６のストローク位置と、燃焼室５のボア径から、燃焼室５のＭＢＴＣＹＣＬにおける容積Ｖ０を算出する。図５のステップ１２では、燃焼室５の吸気弁閉時期ＩＶＣにおける容積ＶＩＶＣを、吸気弁閉時期をパラメータとする吸気弁閉時期容積のテーブルを検索することにより求めたが、ここではＭＢＴＣＹＣＬをパラメータとする前回燃焼開始時期容積のテーブルを検索することにより、燃焼室５の前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬにおける容積Ｖ０を求めればよい。
【００５１】
ステップ２３では燃焼開始時期における有効圧縮比Ｅｃを算出する。有効圧縮比Ｅｃは無次元の値であり、次式に示すように燃焼室５の燃焼開始時期における容積Ｖ０を燃焼室５の吸気弁閉時期における容積ＶＩＶＣで除した値である。
【００５２】
Ｅｃ＝ｆ７（Ｖ０、ＶＩＶＣ）＝Ｖ０／ＶＩＶＣ…（１２）
ステップ２４では吸気弁閉時期ＩＶＣから燃焼開始時期に至る間の燃焼室５内の温度上昇率ＴＣＯＭＰを次式に示すように有効圧縮比Ｅｃに基づいて算出する。
【００５３】
ＴＣＯＭＰ＝ｆ８（Ｅｃ）＝Ｅｃ＾（κ−１）…（１３）
ただし、κ：比熱比、
（１３）式は断熱圧縮されるガスの温度上昇率の式である。なお、（１３）式右辺の「＾」は累乗計算を表している。
【００５４】
κは断熱圧縮されるガスの定圧比熱を定容比熱で除した値で、断熱圧縮されるガスが空気であればκ＝１．４であり、簡単にはこの値を用いればよい。ただし、混合気に対してκの値を実験的に求めることで、一層の算出精度の向上が可能である。
【００５５】
図１１は（１３）式を図示したものである。従って、このような特性のテーブルを予めエンジンコントローラ３１のメモリに格納しておき、有効圧縮比Ｅｃに基づき当該テーブルを検索することにより温度上昇率ＴＣＯＭＰを求めることも可能である。
【００５６】
ステップ２５では、燃焼室５の燃焼開始時期における温度Ｔ０［Ｋ］を、燃焼室５の吸気弁閉時期における温度ＴＩＮＩに温度上昇率ＴＣＯＭＰを乗じることで、つまり
Ｔ０＝ＴＩＮＩ×ＴＣＯＭＰ…（１４）
の式により算出する。
【００５７】
ステップ２６では、次式（公知）により層流燃焼速度ＳＬ１［ｍ／ｓｅｃ］を算出する。
【００５８】
ＳＬ１＝ＳＬｓｔｄ×（Ｔ０×Ｔｓｔｄ）２．１８×（Ｐ０／Ｐｓｔｄ）−０．１６…（１５）
ただし、Ｔｓｔｄ ：基準温度［Ｋ］、
Ｐｓｔｄ ：基準圧力［Ｐａ］、
ＳＬｓｔｄ：基準温度Ｔｓｔｄと基準圧力Ｐｓｔｄにおける基準層流燃焼 速度［ｍ／ｓｅｃ］、
Ｔ０ ：燃焼室５の燃焼開始時期における温度［Ｋ］、
Ｐ０ ：燃焼室５の燃焼開始時期における圧力［Ｐａ］、
基準温度Ｔｓｔｄと基準圧力Ｐｓｔｄと基準層流燃焼速度ＳＬｓｔｄは実験により予め定められる値である。
【００５９】
燃焼室５の通常の圧力である２ｂａｒ以上の圧力下では、（１５）式の圧力項（Ｐ０／Ｐｓｔｄ）−０．１６は小さな値となる。従って、圧力項（Ｐ０／Ｐｓｔｄ）−０．１６を一定値として、基準層流燃焼速度ＳＬｓｔｄを基準温度Ｔｓｔｄのみで規定することも可能である。
【００６０】
従って、基準温度Ｔｓｔｄが５５０［Ｋ］で、基準層流燃焼速度ＳＬｓｔｄが１．０［ｍ／ｓｅｃ］で、圧力項が０．７である場合の燃焼開始時期における温度Ｔ０と層流燃焼速度ＳＬ１との関係は近似的に次式で定義することができる。
【００６１】
【００６２】
燃焼室５に流入する新気の流速は、吸気通路の形状と、吸気弁１５の作動状態と、吸気弁１５を設ける吸気ポート４の形状に依存する。噴射燃料のペネトレーションは燃料インジェクタ２１の噴射圧力と、燃料噴射期間と、燃焼噴射タイミングに依存する。
【００６３】
最終的に、初期燃焼におけるガス流動の乱れ強さＵ１は、エンジン回転速度ＮＲＰＭの関数として次式で表すことができる。
【００６４】
Ｕ１＝ｆ１０（ＮＲＰＭ）＝Ｃ１×ＮＲＰＭ…（１７）
ただし、Ｃ１：定数、
乱れ強さＵ１を回転速度ＮＲＰＭをパラメータとするテーブルから求めることも可能である。
【００６５】
ステップ２８では層流燃焼速度ＳＬ１と乱れ強さＵ１から、初期燃焼におけるガスの燃焼速度ＦＬＡＭＥ１［ｍ／ｓｅｃ］を次式により算出する。
【００６６】
ＦＬＡＭＥ１＝ＳＬ１×Ｕ１…（１８）
燃焼室５内にガス乱れがあるとガスの燃焼速度が変化する。（１８）式はこのガス乱れに伴う燃焼速度への寄与（影響）を考慮したものである。
【００６７】
ステップ２９では、次式により初期燃焼期間ＢＵＲＮ１［ｄｅｇ］を算出する。
【００６８】
ここで、（１９）式右辺のＢＲ１は燃焼開始時期より初期燃焼期間ＢＵＲＮ１の終了時期までの燃焼質量割合の変化量であり、ここではＢＲ１＝２％に設定している。（１９）式右辺の（ＮＲＰＭ×６）は単位をｒｐｍからクランク角（ｄｅｇ）に変換するための措置である。火炎核の反応面積ＡＦ１は実験的に設定される。
【００６９】
次に図１２のフローに移ると、ステップ３１では回転速度ＮＲＰＭ、図５のステップ１４で算出されている反応確率ＲＰＲＯＢＡを読み込む。
【００７０】
ステップ３２では主燃焼におけるガス流動の乱れ強さＵ２を算出する。このガス流動の乱れ強さＵ２も初期燃焼におけるガス流動の乱れ強さＵ１と同様に、エンジン回転速度ＮＲＰＭの関数として次式で表すことができる。
【００７１】
Ｕ２＝ｆ１１（ＮＲＰＭ）＝Ｃ２×ＮＲＰＭ…（２０）
ただし、Ｃ２：定数、
乱れ強さＵ２を回転速度をパラメータとするテーブルから求めることも可能である。
【００７２】
ステップ３３では、層流燃焼速度ＳＬ２［ｍ／ｓｅｃ］と主燃焼におけるガス流動の乱れ強さＵ２とから、主燃焼における燃焼速度ＦＬＡＭＥ２［ｍ／ｓｅｃ］を次式により算出する。
【００７３】
ＦＬＡＭＥ２＝ＳＬ２×Ｕ２…（２１）
ただし、ＳＬ２：層流燃焼速度［ｍ／ｓｅｃ］、
（２１）式は（１８）式と同様、ガス乱れに伴う燃焼速度への寄与を考慮したものである。
【００７４】
前述のように主燃焼期間ＢＵＲＮ２の長さは燃焼室５内の温度や圧力の変化の影響を受けにくい。従って、層流燃焼速度ＳＬ２には予め実験的に求めた固定値を適用する。
【００７５】
ステップ３４では、主燃焼期間ＢＵＲＮ２［ｄｅｇ］を（１９）式に類似した次式で算出する。
【００７６】
ＡＦ２：火炎核の反応面積［ｍ２］
ここで、（２２）式右辺のＢＲ２は主燃焼期間の開始時期より終了時期までの燃焼質量割合の変化量である。初期燃焼期間の終了時期に燃焼質量割合が２％になり、その後、主燃焼期間が開始し、燃焼質量割合が６０％に達して主燃焼期間が終了すると考えているので、ＢＲ２＝６０％−２％＝５８％を設定している。ＡＦ２は火炎核の成長行程における平均の反応面積であり、（１９）式のＡＦ１と同様に、予め実験的に定めた固定値とする。燃焼室５の主燃焼期間開始時における容積Ｖ２も固定値である。
【００７７】
図１３は基本点火時期ＭＢＴＣＡＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。図１０、図１２のうち遅く実行されるフローに続けて実行する。
【００７８】
ステップ４１では、図１０のステップ２９で算出されている初期燃焼期間ＢＵＲＮ１、図１２のステップ３４で算出されている主燃焼期間ＢＵＲＮ２、図５のステップ１６で算出されている点火時期無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤ、図５のステップ１５で算出されている基準クランク角θＰＭＡＸを読み込む。
【００７９】
ステップ４２では、初期燃焼期間ＢＵＲＮ１と主燃焼期間ＢＵＲＮ２の合計を燃焼期間ＢＵＲＮ［ｄｅｇ］として算出する。
【００８０】
ステップ４３では次式により基本点火時期ＭＢＴＣＡＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出する。
【００８１】
ＭＢＴＣＡＬ＝ＢＵＲＮ−θＰＭＡＸ＋ＩＧＮＤＥＡＤ…（２３）
ステップ４４では、この基本点火時期ＭＢＴＣＡＬから点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤを差し引いた値を前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］として算出する。
【００８２】
このようにして算出した基本点火時期ＭＢＴＣＡＬは点火レジスタに移され、実際のクランク角がこの基本点火時期ＭＢＴＣＡＬと一致したタイミングでエンジンコントローラ３１より一次電流を遮断する点火信号が点火コイル１３に出力される。
【００８３】
また、今サイクルの点火時期指令値としてステップ４３で算出された基本点火時期ＭＢＴＣＡＬが用いられたとすると、次サイクルの点火時期になるまでの間、ステップ４４で算出された前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬが図１０のステップ２２において用いられる。
【００８４】
以上のように、本実施形態においては、燃焼室５内の未燃ガス量などの質量計算を行わずにＭＢＴの得られる点火時期である基本点火時期ＭＢＴＣＡＬを算出するので、計算負荷を小さく抑えることができる。
【００８５】
また、上記（１９）式に示したように初期燃焼期間ＢＵＲＮ１を、燃焼開始時期における燃焼室容積Ｖ０と、混合気の燃焼のしやすさを表す反応確率ＲＰＲＯＢＡと、燃焼速度ＦＬＡＭＥ１の関数で表している。ここで、燃焼開始時期における燃焼室容積Ｖ０が大きいほど、反応確率ＲＰＲＯＢＡが小さいほど、燃焼速度ＦＬＡＭＥ１が遅いほど、それぞれ初期燃焼期間ＢＵＲＮ１が長くなり、結果として基本点火時期ＭＢＴＣＡＬが進角する。
【００８６】
同様に、上記（２２）式に示したように主燃焼期間ＢＵＲＮ２を、主燃焼期間の開始時期における燃焼室容積Ｖ２と、混合気のしやすさを表す反応確率ＲＰＲＯＢＡと、燃焼速度ＦＬＡＭＥ２の関数で表している。ここで、主燃焼期間開始時期における燃焼室容積Ｖ２が大きいほど、反応確率ＲＰＲＯＢＡが小さいほど、燃焼速度ＦＬＡＭＥ２が遅いほど、それぞれ主燃焼期間ＢＵＲＮ２が長くなり、結果として点火時期ＭＢＴＣＡＬが進角する。
【００８７】
このように、燃焼期間ＢＵＲＮ１とＢＵＲＮ２を、燃焼期間に影響を与える様々なパラメータの関数として算出することで、燃焼期間ＢＵＲＮ１とＢＵＲＮ２を正確に算出することができる。結果として、燃焼期間ＢＵＲＮ１とＢＵＲＮ２に基づき算出される基本点火時期ＭＢＴＣＡＬも高精度に算出することができる。また、燃焼期間ＢＵＲＮを温度や圧力が大きく影響を受けやすい火炎核成長期間に相当する初期燃焼期間ＢＵＲＮ１と、温度や圧力の影響の少ない主燃焼期間とに分けて算出しているので、燃焼期間ＢＵＲＮの算出精度が向上する。燃焼期間ＢＵＲＮを３以上にさらに分割することで、算出精度のさらなる向上も可能である。
【００８８】
実施形態では、初期燃焼期間ＢＵＲＮ１の算出に用いる燃焼速度ＦＬＡＭＥ１を層流燃焼速度ＳＬ１と乱れ強さＵ１の積として、また主燃焼期間ＢＵＲＮ２の算出に用いる燃焼速度ＦＬＡＭＥ２を層流燃焼速度ＳＬ２と乱れ強さＵ２の積としてそれぞれ算出しているが、特開平１０−３０５３５号公報に記載されているように足し算による算出方法で求めても良い。
【００８９】
実施形態では、初期燃焼期間を燃焼質量割合でゼロから２％まで（つまりＢＲ１＝２％）、主燃焼期間を燃焼質量割合で２〜６０％まで（つまりＢＲ２＝５８％）と規定したが、本発明は必ずしもこの数値に限定されるものでない。
【００９０】
次に、初期燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ１、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２および点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥの算出方法について説明する。
【００９１】
ここで、シリンダ内で燃焼する燃焼ガスを構成する混合燃料は、２種類以上の燃料、例えばアルコールとガソリンとの混合燃料であり、便宜上、沸点の低い方の燃料をａ、沸点の高い方の燃料をｂと示す。燃料ａと燃料ｂからなる混合燃料のそれぞれの組成割合をｒａ、ｒｂ（ただし、ｒａ＋ｒｂ＝１）とする。
▲１▼算出方法１：組成割合ｒａ、ｒｂは、図示しない燃料濃度検出センサによって検出可能、または酸素濃度検出センサによって空燃比を算出し、空燃比の変化から組成割合ｒａ、ｒｂを推定可能な場合（なお、空燃比の変化から組成割合ｒａ、ｒｂを推定する手法については後述する。）
まず、初期燃焼期間での層流燃料速度ＳＬ１の算出方法について説明する。図示しない温度センサを用いて、燃焼開始時のシリンダ内の燃焼ガスの温度Ｔｓを検出し、このときの燃料ａ、ｂのそれぞれの層流燃焼速度をＳＬ１ａ、ＳＬ１ｂとすると、混合燃料の層流燃焼速度ＳＬ１は下式で算出される。
【００９２】
【数２４】
次に、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２の算出について説明する。前記温度センサを用いて圧縮上死点付近の燃焼ガス温度をＴｔを検出し、このときの燃料ａ、ｂのそれぞれの層流燃焼速度をＳＬ２ａ、ＳＬ２ｂとすると、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２は、
【００９４】
【数２５】
で算出できる。
【００９６】
さらに、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥは、燃料ａ、ｂのそれぞれの点火無駄時間をＤＥＡＤＴＩＭＥａ、ＤＥＡＤＴＩＭＥｂとすると、下式で算出できる。
【００９７】
【数２６】
なお、各燃料の点火無駄時間は、予め燃焼実験等により算出、記憶しておく。
▲２▼算出方法２：燃料濃度検出センサが故障、もしくは酸素濃度検出センサが故障の場合等、予め混合された燃料ａ、ｂのそれぞれの組成割合ｒａ、ｒｂが検出、推定不可能な場合
初期燃焼期間の層流燃焼速度ＳＬ１の算出方法は、まず前記温度センサを用いて、燃焼開始時のシリンダ内の燃焼ガスの温度Ｔｓを検出し、このときの燃料ａ、ｂのそれぞれの層流燃焼速度をＳＬ１ａ、ＳＬ１ｂとすると、混合燃料の層流燃焼速度ＳＬ１は下式で算出される。
【００９９】
【数２７】
次に、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２の算出について説明する。前記温度センサを用いて圧縮上死点付近の燃焼ガス温度をＴｔを検出し、このときの燃料ａ、ｂのそれぞれの層流燃焼速度をＳＬ２ａ、ＳＬ２ｂとすると、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２は、
【０１０１】
【数２８】
で算出できる。
【０１０３】
さらに、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥは、燃料ａ、ｂのそれぞれの点火無駄時間をＤＥＡＤＴＩＭＥａ、ＤＥＡＤＴＩＭＥｂとすると、下式で算出できる。
【０１０４】
【数２９】
なお、各燃料の点火無駄時間は、予め燃焼実験等により算出、記憶しておく。
▲３▼算出方法３：混合燃料に混合されている燃料の種類がわかっている場合
・燃料ａの沸点が燃料ｂの沸点より低い場合（例えば、燃料ａがアルコールで、燃料ｂがガソリンの場合）
初期燃焼期間の層流燃焼速度ＳＬ１の算出方法は、前記温度センサを用いて、燃焼開始時のシリンダ内の燃焼ガスの温度Ｔｓを検出し、このときの燃料ａの層流燃焼速度をＳＬ１ａとすると、混合燃料の層流燃焼速度ＳＬ１は下式で算出される。
【０１０６】
【数３０】
また主燃焼期間の層流燃焼速度ＳＬ２は、前記温度センサを用いて圧縮上死点付近の燃焼ガス温度をＴｔを検出し、このときの燃料ｂの層流燃焼速度をＳＬ２ｂとすると、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２は、
【０１０８】
【数３１】
で算出できる。
【０１１０】
さらに、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥは、燃料ａの点火無駄時間をＤＥＡＤＴＩＭＥａとすると、下式で算出できる。
【０１１１】
【数３２】
なお、燃料ａの点火無駄時間は、予め燃焼実験等により算出、記憶しておく。
・燃料ａの沸点が燃料ｂの沸点より高い場合（例えば、燃料ａがガソリンで、燃料ｂがアルコールの場合）
初期燃焼期間の層流燃焼速度ＳＬ１の算出方法は、前記温度センサを用いて、燃焼開始時のシリンダ内の燃焼ガスの温度Ｔｓを検出し、このときの燃料ｂの層流燃焼速度をＳＬ１ｂとすると、混合燃料の層流燃焼速度ＳＬ１は下式で算出される。
【０１１３】
【数３３】
また主燃焼期間の層流燃焼速度ＳＬ２は、前記温度センサを用いて圧縮上死点付近の燃焼ガス温度Ｔｔを検出し、このときの燃料ａの層流燃焼速度をＳＬ２ａとすると、主燃焼期間での層流燃焼速度ＳＬ２は、
【０１１５】
【数３４】
で算出できる。
【０１１７】
さらに、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥは、燃料ｂの点火無駄時間をＤＥＡＤＴＩＭＥｂとすると、下式で算出できる。
【０１１８】
【数３５】
なお、燃料ｂの点火無駄時間は、予め燃焼実験等により算出、記憶しておく。
【０１２０】
ここで、燃料ａ、ｂの層流燃焼速度ＳＬ１ａ、ＳＬ１ｂは一般に以下の式によって表わされることが分かっている。
【０１２１】
ＳＬ１＝ＳＬｓｔｄ×（Ｔ０×Ｔｓｔｄ）２．１８×（Ｐ０／Ｐｓｔｄ）−０．１６…（１５）
基準温度Ｔ０、基準圧力Ｐ０での層流燃焼速度ＳＬ０を各燃料ａ、ｂ毎に実験等により予め検出しておく。
【０１２２】
ここで常用域である２ｂａｒ以上では上記式の圧力の項の値は小さくなるので、圧力感度を一定値として基準温度に対する層流燃焼速度ＳＬ０（ｍ／ｓｅｃ）を算出しても良く、基準温度等は実験で予め算出しておく。例えば基準温度５５０（Ｋ）の時、層流燃焼速度が１．０（ｍ／ｓｅｃ）であった場合、前記ステップＳ２４で算出した雰囲気温度Ｔｓ（Ｋ）を用いて近似的に下記式で求めることができる。
【０１２３】
なお、ガス圧力Ｔｓは、温度センサを用いて直接測定してもよいが、燃焼開始時のシリンダ内圧力をＰｓ、シリンダ内容積をＶｓ、吸入空気量モル数をｎｓとして、下式より算出できる。
【０１２４】
【数３６】
また、圧縮上死点付近の燃焼ガス温度Ｔｔについても同様に算出できる。
【０１２６】
このように、種類の異なる２種類の燃料を混合した燃料の組成割合を求め、この組成割合と各燃料の層流燃焼速度とから混合燃料の層流燃焼速度を混合燃料の初期燃焼期間と主燃焼期間とに分けて求めることにより、燃焼ガスの層流燃焼速度を精度良く算出することができ、結果としてＭＢＴの得られる点火時期を精度良く算出することができる。
【０１２７】
また、種類の異なる２種類の燃料を混合した燃料の組成割合を求め、この組成割合と各燃料の点火無駄時間とから混合燃料の点火無駄時間を求めることにより、燃焼ガスの点火無駄時間を精度良く算出することができ、結果としてＭＢＴの得られる点火時期を精度良く算出することができる。
【０１２８】
また、混合燃料を構成する各燃料の組成割合が検出できない場合には、各燃料の層流燃焼速度に基づいて混合燃料の層流燃焼速度を算出することができるため、混合燃料を構成する燃料の種類が分かれば混合燃料の層流燃焼速度が算出することができ、組成割合を検出するための濃度センサや組成割合の推定手段を設ける必要がなく、演算負荷を低減しつつ、従来のＭＢＴ算出法より精度良くＭＢＴの点火時期を算出できる。
【０１２９】
別の混合燃料を構成する燃料が分かっている場合の混合燃料の層流燃焼速度算出法としては、燃焼ガスの初期燃焼期間は、構成する燃料のうち最も沸点の低い燃料の層流燃焼速度を混合燃料の層流燃焼速度として用い、圧縮上死点付近での主燃焼期間は沸点の高い燃料の層流燃焼速度を混合燃料の層流燃焼速度として用いて、点火時期を算出することができる。この方法により、濃度センサを用いることなく、またさらに演算負荷を低減しつつ、従来のＭＢＴ算出法より精度良くＭＢＴの点火時期を算出できる。
【０１３０】
さらに本実施の形態における点火時期制御装置においては、ＣＶＴＣバルブ２２の吸気バルブが閉じられた時点のシリンダ内容積ＶＩＶＣとシリンダ内温度ＴＩＮＩが算出される（ステップＳ１２、Ｓ１３）。そして燃焼ガスの燃焼のしやすさを所定条件における燃焼状態を１とした場合における比で示した反応確率ＲＰＲＯＢＡが算出される（ステップＳ１４）。
【０１３１】
燃焼速度は、シリンダ内における雰囲気温度、燃焼速度の他に残留ガス率ＥＧＲＲＥＭ、水温ＴＷＫ、当量比に依存し、燃焼速度がこれらの値により変化する状態を実験で予め求めマップ化して保有しておくことができる。勿論、これらの因子に依存した相関関係を関数式でもつことも可能である。
【０１３２】
次に、ＭＢＴで点火した場合、燃焼ガスの圧力のピーク値である基準クランク角θＰｍａｘは略一定であり、エンジン高回転側で進角側にシフトする傾向があるためステップＳ１５の如く算出する。
【０１３３】
シリンダ内容積Ｖ０、有効圧縮比Ｅｃから吸気バルブが閉じられた時点のシリンダ内温度ＴＩＮＩからの温度上昇率を算出し（ステップＳ２１〜Ｓ２４）、燃焼ガスが点火される時点の雰囲気温度Ｔ０が算出される（ステップＳ２５）。算出した雰囲気温度Ｔ０に基づいて、層流燃焼速度ＳＬ１を算出する（ステップＳ２６）。
【０１３４】
燃焼速度は層流燃焼速度が早いほど早くなる傾向にあるため、シリンダ内の乱流速度も燃焼速度に大きく依存する。乱流速度は吸気ポート形状等に左右され、一般にエンジン回転数が高くなるほど速くなる。このためこれを乱れ強さＵ１として算出し（ステップＳ２７）、層流燃焼速度と掛け合わせて燃焼速度ＦＬＡＭＥ１を算出する（ステップＳ２８）。
【０１３５】
そして点火してから火炎核が形成されるまでの燃焼期間ＢＵＲＮ１をステップＳ２９で算出する。火炎核の形成には、燃焼ガス質量の内２％の燃焼によってなされることがわかっているため、燃焼ガス質量の２％を算出して用いる。火炎核形成段階では、点火時点のシリンダ内容積が大きいほど形成に時間が長くなるためこれを分子とし、反応確率ＲＰＲＯＢＡが大きいぼど時間が短く、燃焼速度が早いほど時間が短くなるため、これらを分母とした演算式を用いて演算することにより、正確且つ容易に火炎核形成段階の燃焼時間を求めることができる。
【０１３６】
火炎核が形成された後は、燃焼ガスが急速に燃焼される急速燃焼段階となり火炎核は急速に成長する。圧力がピークとなる６０％の燃焼ガスが燃焼される期間が演算される（ステップＳ３１〜ステップＳ３４）。ここでも火炎核の成長時点のシリンダ内容積が大きいほど形成に時間が長くなるためこれを分子とし、反応確率ＲＰＲＯＢＡが大きいほど時間が短く、燃焼速度が早いほど時間が短くなるため、これらを分母とした演算式を用いて演算することにより、正確且つ容易に火炎核成長段階の燃焼時間を求めることができる。
【０１３７】
以上の如く算出した火炎核形成段階の初期燃焼期間と火炎核成長段階の主燃焼期間とを足すことにより燃焼ガス質量６０％の燃焼に必要な期間を算出する事ができる（ステップＳ４２）。そして点火無駄時間とシリンダ内最大圧力となる基準クランク角θＰｍａｘを考慮してＭＢＴ点火時期を算出し、イグニッションコイルに出力指令を出すことができる（ステップＳ４３）。
【０１３８】
本実施の形態によれば、燃焼期間を算出する際に、圧力・温度に対する燃焼期間の感度が大きい火炎核形成段階と、圧力・温度に対する燃焼期間の感度が鈍くなる主燃焼期間とに分けて演算することで、燃焼期間をより正確に演算することができる。この際、分子に燃焼ガス質量、シリンダ容積、分母に反応面積、燃焼速度といった演算式を用いており、同一次元の単位が分子、分母に用いられることが無いので無駄な演算をすることなく正確に算出できる。
【０１３９】
燃焼状態を無次元の反応確率で置き換えて演算に用いており、当該反応確率は実験等で容易に求めることができるため正確な燃焼期間を算出することができる。また、本実施の形態では、吸気バルブの作動角とリフト量を連続的に可変にできる可変動弁機構を備えた内燃機関へ適用した例を示したが、吸気バルブが閉じた時点のシリンダ内容積が変化しても容易にＭＢＴを算出することができるため、例えば、バルブ開閉に電磁石を用い、バルブタイミングを任意に変化させることができるいわゆる電磁駆動吸排気弁等の可変動弁システムへの適用も行える。なお、吸気バルブの作動角とリフト量を連続的に可変にできる可変動弁機構の一例として特開平１１−１０７７２５号公報、特開２００３−４１９７６号公報に記載のものがある。
【０１４０】
本実施形態では燃焼質量割合から燃焼期間を求めるにあたり、燃焼期間ＢＴを初期燃焼期間ＢＵＲＮ１（燃焼質量割合２％まで）と主燃焼期間ＢＵＲＮ２（燃焼質量割合２％から６０％まで）とに分けて演算し、点火時期ＭＢＴＣＡＬを求めたが、さらに細分化してもよく、または細分化を行った上で、燃焼期間（燃焼質量割合）をたとえば、初期燃焼期間ＢＵＲＮ１と主燃焼期間ＢＵＲＮ２とで分けて加算するようにしてもよい。細分化して燃焼期間を求めることによって、燃焼期間の算出精度を向上できる。
【０１４１】
また、燃焼ガスの層流燃焼速度を算出する方法▲１▼で用いた酸素濃度検出センサによって空燃比を算出し、空燃比の変化から組成割合ｒａ、ｒｂを推定する手法について以下に説明する。
【０１４２】
ここでは、アルコールを含む燃料中のアルコール濃度を検出する方法を一例として説明する。アルコールを含む燃料は、Ｃ（炭素）の原子数がガソリンと異なることからガソリンに比べ、同一の当量比を得るには大きな噴射量が要求されることになる。そこで、酸素濃度センサ１７の検出値を利用して、燃料内のアルコール濃度を以下の手順で推定する。図１４は、燃料内のアルコール濃度推定値ＡＬＣを更新演算する制御の流れを示している。
【０１４３】
まず、ステップ（以下、単にＳと表記する）５１では、酸素濃度センサ１７の出力信号を基に算出された空燃比補正量としての空燃比フィードバック補正係数αを読み込む。
【０１４４】
Ｓ５２では、空燃比学習条件が成立しているか否かを判定し、空燃比学習条件が成立している場合には、Ｓ５３に進み、各運転領域領域毎のαｍ算出マップのマップ値の書き換えを行う。空燃比学習条件が成立していない場合には、各αｍ算出マップのマップ値の書き換えを行わずにＳ５４に進む。ここで、αｍは上記αに基づいて算出される空燃比学習補正係数である。尚、空燃比フィードバッ．ク補正係数α及び空燃比学習補正係数αｍは、空燃比のフィードバック制御に用いられるパラメータであり、インジェクタ３からの燃料噴射量がα及びαｍに応じて補正される。また空燃比フィードバック補正係数α及び空燃比学習補正係数αｍの算出方法は、公知のいかなる算出方法でも使用可能であるため、これらの算出方法についての詳細な説明は省略する。
【０１４５】
Ｓ５４では、現在の各運転領域毎のαｍマップを参照し、各運転領域毎に空燃比補正量としての空燃比学習補正係数αｍを求める。続いてＳ５５に進み、アルコール濃度推定を行うための許可条件が成立しているか否かを判定する。すなわち、このＳ５５においては、水温、エンジン始動後時間、空燃比学習制御の進行状況、給油履歴などの条件が整ったか否かを判定し、条件が整っている場合にはＳ５６に進み、条件が整っていない場合にはアルコール濃度推定を行うことなく終了する。
【０１４６】
Ｓ５６では、次式（３７）のように表される空燃比感度補正総量αｔを算出する。
【０１４７】
【数３７】
ここで、ＥＴＡＨＯＳは前回のアルコール濃度推定値ＡＬＣから算出される燃料性状分補正量であって、後述する図１５を用い、前回のアルコール濃度推定値ＡＬＣから逆引きで算出されるαｔの前回値である。
【０１４９】
また、このＳ５６におけるαｍ’は、Ｓ５４にて求めた各運転領域別のαｍのうち代表的な回転負荷領域のαｍの平均値、換言すればエンジンとしての使用頻度が高い領域程度のαｍの平均値である。
【０１５０】
Ｓ５７では、図１５に示すマップを用い、Ｓ５６にて算出された空燃比感度補正総量αｔからアルコール濃度推定値ＡＬＣを算出する。
【０１５１】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関のシステム図である。
【図２】エンジンコントローラで実行される点火時期制御のブロック図である。
【図３】燃焼室の圧力変化図である。
【図４】燃焼質量割合の変化を説明する特性図である。
【図５】物理量の算出を説明するためのフローチャートである。
【図６】エンジンのクランクシャフトとコネクティングロッドの位置関係を説明するダイアグラムである。
【図７】水温補正係数の特性図である。
【図８】当量比補正係数の特性図である。
【図９】基準クランク角の特性図である。
【図１０】初期燃焼期間の算出を説明するためのフローチャートである。
【図１１】温度上昇率の特性図である。
【図１２】主燃焼期間の算出を説明するためのフローチャートである。
【図１３】基本点火時期の算出を説明するためのフローチャートである。
【図１４】燃料内のアルコール濃度推定値を算出する制御の流れを示すフローチャートである。
【図１５】空燃比感度補正総量αｔとアルコール濃度推定値ＡＬＣとの相関関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 吸気コレクタ
３ インジェクタ
４ 吸気マニホールド
５ 排気マニホールド
６ マフラ
７ エアクリーナ
８ 電子制御スロットル
９ 吸気ダクト
２０ コントロールユニット
Claims (21)
- シリンダ内で燃焼する燃焼ガスを構成する燃料の種類と組成割合を算出する手段と、
シリンダ内の燃焼ガスが層流状態で燃焼する速度である層流燃焼速度を前記燃料の種類と組成割合に基づいて算出する手段と、
この層流燃焼速度に基づき算出される燃焼期間からＭＢＴの得られる点火時期を算出する手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。 - シリンダ内で燃焼する燃焼ガスを構成する燃料の種類と組成割合を算出する手段と、
シリンダ内の燃焼ガスが層流状態で燃焼する速度である層流燃焼速度を前記燃料の種類と組成割合に基づいて算出する手段と、
運転状態に基づいて燃焼の乱れを示す指標である乱れ強さを算出する手段と、
燃焼ガス燃焼開始時のシリンダ内容積を算出する手段と、
所定のクランク角までにシリンダ内で燃焼する燃焼ガス量を算出する手段と、
所定運転条件での燃焼ガスの燃焼しやすさに対する前記シリンダ内での燃焼ガスの燃焼のしやすさのを示す反応確率を算出する手段と、
前記層流燃焼速度、前記乱れ強さ、前記シリンダ内容積、前記燃焼ガス量、及び前記反応確率に基づいて燃焼期間を算出し、この燃焼期間に基づきＭＢＴの得られる基本点火時期を算出する手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。 - 前記シリンダ内の燃焼ガスの燃焼圧力が最大になるクランク角を算出する基準クランク角算出手段と、
前記シリンダ内の燃焼ガスに着火する点火プラグの点火指令信号を出力したタイミングから点火プラグが点火するまでのクランク角区間を算出する点火無駄時間相当クランク角算出手段とを備え、
前記ＭＢＴの得られる基本点火時期は、前記燃焼期間と前記算出した基準クランク角と点火無駄時間相当クランク角とから算出されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の点火時期制御装置。 - 前記燃焼期間は、火炎核が形成される初期燃焼期間と火炎が伝播する主燃焼期間とに分けられ、それぞれの初期燃焼期間と主燃焼期間とにおいて燃焼ガスに混合される燃料の種類と組成割合に基づき燃焼ガスの層流燃焼速度を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の点火時期制御装置。
- 前記燃焼ガス中の燃料の濃度を検出する濃度検出手段を備え、
前記燃焼ガスの層流燃焼速度は、各燃料の層流燃焼速度を検出した各燃料の濃度に応じて加重平均して算出したことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関の点火時期制御装置。 - 前記燃焼ガスの層流燃焼速度は、各燃料の層流燃焼速度を平均して算出したことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関の点火時期制御装置。
- 前記燃焼ガスの層流燃焼速度は、初期燃焼期間では燃料のうち最も低い沸点を有する燃料の層流燃焼速度とし、主燃焼期間では燃料のうち最も高い沸点を有する燃料の層流燃焼速度とすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
- 前記燃焼ガスの層流燃焼速度は、初期燃焼期間では燃料のうち最も低い沸点を有する燃料の層流燃焼速度とし、主燃焼期間では燃料のうち最も高い沸点を有する燃料の層流燃焼速度とすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
- シリンダ内で燃焼する燃焼ガスを構成する燃料の種類と組成割合を算出する手段と、
燃焼ガスの目標点火時間に対する実点火時間の遅れを示す点火無駄時間を前記燃料の種類と組成割合に基づいて算出する手段と、
この点火無駄時間に基づき算出される燃焼期間からＭＢＴの得られる点火時期を算出する手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。 - シリンダ内で燃焼する燃焼ガスを構成する燃料の種類と組成割合を算出する手段と、
目標点火時間に対する実点火時間の遅れを示す点火無駄時間を前記燃料の種類と組成割合に基づいて算出する手段と、
運転状態に基づいて燃焼の乱れを示す指標である乱れ強さを算出する手段と、
燃焼ガス燃焼開始時のシリンダ内容積を算出する手段と、
所定のクランク角までにシリンダ内で燃焼する燃焼ガス量を算出する手段と、
所定運転条件での燃焼ガスの燃焼しやすさに対する前記シリンダ内での燃焼ガスの燃焼のしやすさのを示す反応確率を算出する手段と、
前記点火無駄時間、前記乱れ強さ、前記シリンダ内容積、前記燃焼ガス量、及び前記反応確率に基づいて燃焼期間を算出し、この燃焼期間に基づきＭＢＴの得られる基本点火時期を算出する手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。 - 前記燃焼ガス中の燃料の濃度を検出する濃度検出手段を備え、
前記点火無駄時間は、各燃料の点火無駄時間を検出した各燃料の濃度に応じて加重平均して算出したことを特徴とする請求項９または１０に記載の内燃機関の点火時期制御装置。 - 前記点火無駄時間は、各燃料の点火無駄時間を平均して算出したことを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
- 前記燃焼期間は、シリンダ内容積と燃焼ガス質量とを掛けた値を反応確率と燃焼ガス質量とを掛けた値で除した演算値に基づいて算出することを特徴とする請求項２または１０に記載の点火時期制御装置。
- 前記反応確率は、所定の残留ガス率における燃焼のしやすさを１とし、所定の残留ガス率より小さいほど１より大きな値で設定し、所定の残留ガス率より大きいほど１より小さな値で設定することを特徴とする請求項２、１０または１３のいずれか一つに記載の内燃機関の点火時期制御装置。
- 前記反応確率は、所定の水温における燃焼のしやすさを１とし、所定の水温より高いほど１より大きな値で設定し、所定の水温より低いほど１より小さな値で設定することを特徴とする請求項２、１０または１３のいずれか一つに記載の内燃機関の点火時期制御装置。
- 前記反応確率は、所定の当量比における燃焼のしやすさを１とし、所定の当量比よりリッチ側、リーン側いずれにおいても１より小さな値で設定することを特徴とする請求項２、１０または１３のいずれか一つに記載の内燃機関の点火時期制御装置。
- 前記所定クランク角までに燃焼する燃焼ガス量は、燃焼ガスの着火後燃焼圧力が最大となるまでに燃焼される燃焼ガス量としたことを特徴とする請求項２、１０または１６のいずれか一つに記載の内燃機関の点火時期制御装置。
- 前記所定クランク角までに燃焼する燃焼ガス量を複数に分割し、それぞれの燃焼ガス量に対応する燃焼期間を算出し、すべての燃焼期間を合計して燃焼期間を求めることを特徴とする請求項１７に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
- 前記所定クランク角までに燃焼する燃焼ガス量を、燃焼ガスの着火後火炎核形成に費やされる燃焼ガス量と、火炎核形成後から燃焼ガスの着火後燃焼圧力が最大となるまでに燃焼される燃焼ガス量とに分割したことを特徴とする請求項１８に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
- 前記シリンダ内の燃焼ガスの燃焼開始時の雰囲気温度と、前記シリンダ内の燃焼ガスの燃焼開始時の雰囲気圧力とを算出し、前記シリンダ内の燃焼ガスの燃焼速度は、燃焼ガスの所定温度、所定圧力における基本層流燃焼速度から、前記雰囲気温度、雰囲気圧力とに基づいて算出することを特徴とする請求項２、１０または１９のいずれか一つに記載の内燃機関の点火時期制御装置。
- 吸入弁が閉じられた時の燃焼ガスの温度を算出し、この算出した温度に有効圧縮比に基づいて算出した温度上昇率を掛けることによって前記雰囲気温度を算出することを特徴とする請求項２０に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
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