JP4055632B2 - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents
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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に関し、特にＭＢＴ（最小点火進角値）となるように点火時期を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関の運転状態に基づいて点火時期を設定して制御する内燃機関の点火時期制御装置であって、所定の演算式を用いてＭＢＴ（最小点火進角値）を演算する点火時期制御装置が特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３１８１１０号公報
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１においてＭＢＴ演算手段は、内燃機関のコントロールユニットが点火指令を発信してから実際にシリンダ内で燃焼が開始するまでの無駄時間を、エンジン回転数の関数として扱っている。
【０００５】
このため、運転状態が変化した場合、例えば当量比が変化して燃焼反応確率に変動が生じた場合等には、正確な無駄時間を算出することができず、結果としてＭＢＴを正確に算出できないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、当量比が変化した場合にも正確な無駄時間を算出し、これにより正確なＭＢＴを算出することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の点火時期制御装置は、燃焼ガスの層流状態での燃焼速度である層流燃焼速度を算出する層流燃焼速度算出手段と、算出した層流燃焼速度からシリンダ内の燃焼ガスの燃焼速度を算出する燃焼速度算出手段と、燃焼ガス燃焼開始時のシリンダ内容積を算出するシリンダ内容積算出手段と、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燃焼ガス量算出手段と、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を示す反応確率を算出する反応確率算出手段と、前記燃焼速度と前記シリンダ内容積と前記燃焼ガス量と前記反応確率とに基づき燃焼期間を算出し、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基本点火時期算出手段と、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燃焼に関する複数のパラメータに応じて算出する点火無駄時間相当クランク角算出手段を備え、前記ＭＢＴの得られる基本点火時期を、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することを特徴とする。
【０００８】
【作用・効果】
本発明によれば、例えば内燃機関の空燃比、残留ガス率、シリンダ内温度、シリンダ内圧力から算出された点火無駄時間を用いてＭＢＴを算出するので、内燃機関の運転状態が変化した場合にも常に最適点火時期であるＭＢＴを正確に算出することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明のシステムを説明するための概略図である。
【００１１】
１はエンジンであり、エンジン１の燃焼室５の上部には、燃焼室５内に空気を導入するための吸気ポート４および燃焼後の排気ガスを排出するための排気ポート１０が開口している。吸気ポート４と排気ポート１０とは対向する位置に設けられる。また、吸気ポート４、排気ポート１０の開口部にはそれぞれ吸気弁１５、排気弁１６が設けられ、これらが作動することにより燃焼室５と吸気ポート４及び排気ポート１０との連通は断接される。
【００１２】
吸気ポート４の上流には吸気マニホールド３が、そのさらに上流には吸気コレクタ２が設けられる。吸気コレクタ２には吸気温度センサ４３、吸気圧力センサ４４が設けられ、これらの検出信号はエンジンコントローラ３１に読込まれる。
【００１３】
吸気マニホールド３には、燃料インジェクタ２１が設けられる。
【００１４】
排気ポート１０の下流には排気マニホールド８が設けられ、そのさらに下流には三元触媒９が設けられる。排気マニホールド８には排気温度センサ４５、排気圧力センサ４６が設けられ、これらの検出信号はエンジンコントローラ３１に読込まれる。
【００１５】
燃焼室５上部の略中央には燃焼室５内で圧縮された空気と燃料の混合気に点火するための点火プラグ１４が設けられる。
【００１６】
次に本システムの作用について説明する。空気は吸気コレクタ２に蓄えられた後、吸気マニホールド３を介して各気筒の燃焼室５に導入される。各気筒の吸気ポート４に配置された燃料インジェクタ２１から噴射された燃料が、気化しつつ空気と混合してガス（混合気）を作り、燃焼室５に流入する。この混合気は吸気弁１５と排気弁１６が閉じることで燃焼室５に閉じ込められ、ピストン６の上昇によって圧縮される。
【００１７】
この圧縮混合気に対して高圧火花により点火を行うため、パワートランジスタ内臓の点火コイルを各気筒に配した電子制御システムの点火装置１１を備える。
【００１８】
すなわち、点火装置１１は、バッテリからの電気エネルギーを蓄える点火コイル１３と、点火コイル１３の一次側への通電、遮断を行うパワートランジスタと、燃焼室５の天井に設けられた点火コイル１３の一次電流の遮断によって点火コイル１３の二次側に発生する高電圧を受けて、火花放電を行う点火プラグ１４とからなっている。
【００１９】
圧縮上死点より少し手前で点火プラグ１４により火花が飛ばされ圧縮混合気に着火されると、火炎が広がりやがて爆発的に燃焼し、この燃焼によるガス圧がピストン６を押し下げる仕事を行う。この仕事はクランクシャフト７の回転力として取り出される。燃焼後のガス（排気）は排気弁１６が開いたとき排気通路８へと排出される。
【００２０】
排気通路８に設けられた三元触媒９は、排気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲（ウインドウ）にあるとき、排気に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘといった有害三成分を同時に効率よく除去できる。空燃比は吸入空気量と燃料量の比であるので、エンジンの１サイクル（４サイクルエンジンではクランク角で７２０度区間）当たりに燃焼室５に導入される吸入空気量と、燃料インジェクタ２１からの燃料噴射量との比が理論空燃比となるように、エンジンコントローラ３１ではエアフローメータ３２からの吸入空気流量の信号とクランク角センサ（３３、３４）からの信号に基づいて燃料インジェクタ２１からの燃料噴射量を定めると共に、三元触媒９の上流に設けたＯ２センサ３５からの信号に基づいて空燃比をフィードバック制御している。
【００２１】
吸気コレクタ２の上流には、絞り弁２３がスロットルモータ２４により駆動される、いわゆる電子制御スロットル２２を備える。運転者が要求するトルクはアクセルペダル４１の踏み込み量（アクセル開度）に現れるので、エンジンコントローラ３１ではアクセルセンサ４２からの信号に基づいて目標トルクを定め、この目標トルクを実現するための目標空気量を定め、この目標空気量が得られるようにスロットルモータ２４を介して絞り弁２３の開度を制御する。
【００２２】
吸気弁用カムシャフト２５、排気弁用カムシャフト２６及びクランクシャフト７の各前部にはそれぞれカムスプロケット、クランクスプロケットが取り付けられ、これらスプロケットにタイミングチェーン（図示しない）を掛け回す事で、カムシャフト２５、２６がエンジンのクランクシャフト７により駆動されるのであるが、このカムスプロケットと吸気弁用カムシャフト２５との間に介在して、作動角一定のまま吸気弁用カムの位相を連続的に制御しうる吸気バルブタイミングコントロール機構（以下、「吸気ＶＴＣ機構」という。）２７と、カムスプロケットと排気弁用カムシャフト２６との間に介在して、作動角一定のまま排気弁用カムの位相を連続的に制御し得る排気バルブタイミングコントロール機構（以下、「排気ＶＴＣ機構」という。）２８とを備える。吸気弁１５の開閉時期や排気弁１６の開閉時期を変えると燃焼室５に残留する不活性ガスの量が変化する。燃焼室５内の不活性ガスの量が増えるとポンピングロスが減って燃費がよくなるので、運転条件によりどのくらい不活性ガスが燃焼室５内に残留したらよいかを目標吸気弁閉時期に予め定めており、エンジンコントローラ３１ではその時の運転条件（エンジンの負荷と回転速度）より目標吸気弁閉時期と目標排気弁閉時期を定め、それら目標値が得られるように吸気ＶＴＣ機構２７、排気ＶＴＣ機構２８の各アクチュエータを介して吸気弁閉時期と排気弁閉時期を制御する。
【００２３】
吸気温度センサ４３からの吸気温度の信号、吸気圧力センサ４４からの吸気圧力の信号、排気温度センサ４５からの排気温度の信号、排気圧力センサ４６からの排気圧力の信号が、水温センサ３７からの冷却水温の信号と共に入力されるエンジンコントローラ３１では、パワートランジスタを介して点火プラグ１４の一次側電流の遮断時期である点火時期を制御する。
【００２４】
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、からなる。
【００２５】
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。
【００２６】
点火時期制御部６１ではこのようにして算出された点火時期指令値ＱＡＤＶ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、点火コイル１３への通電角と非通電角を制御する。
【００２７】
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。
【００２８】
図３に示すようにＭＢＴ（最大トルクが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は燃焼方式に拠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。
【００２９】
図４に火花点火エンジンにおける燃焼室５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５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。
【００３０】
燃焼質量割合０％から基準クランク角θＰＭＡＸ相当の約６０％までの燃焼期間は、燃焼ガス点火後、燃焼割合に殆ど変化が無く筒内圧力があまり変化しない期間である燃焼初期期間と、燃焼割合が急激に立上がり筒内圧力が高くなる燃焼主期間とに分けて考えることができる。燃焼初期期間は、燃焼開始から火炎核が形成される段階であり、一般に火炎核が形成されるまでの燃焼質量割合は２〜１０％である。この段階では、圧力・温度上昇が殆ど無いので燃焼速度が遅く、このため燃焼期間が長い。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。
【００３１】
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に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。
【００３２】
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に終了後、基準クランク角θＰＭＡＸに至るまでの区間（燃焼質量割合でいえば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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
図５に示すフローチャートは上述した燃焼期間の算出に必要な各物理量を算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００３６】
まずステップＳ１１では、吸気弁閉時期ＩＶＣ[ｄｅｇＢＴＤＣ]、温度センサ４３２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]を読込む。
【００３７】
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のポジションを検出するフェーズセンサ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。
【００３８】
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。あるいはフェーズセンサ３４により実際の吸気弁閉時期を検出してもかまわない。
【００３９】
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。
【００４０】
目標当量比ＴＦＢＹＡは図示しない燃焼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。
【００４１】
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。
【００４２】
ステップＳ１２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。
【００４３】
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。この時の燃焼室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。
【００４４】
ＶＩＶＣ＝ｆ1（θｉｖｃ）
＝Ｖｃ＋（π／４）・Ｄ2・Ｈ ・・・（２）
Ｖｃ＝（π／４）・Ｄ2・Ｈ／（ε−１） ・・・（３）
Ｈ＝[(ＣＮＤ＋ＳＴ2／２)−（ＣＲoff−ＰＩＳoff）2]1/2
−[(ＳＴ／２)・ｃｏｓ（θivc＋θoff）]
＋（ＣＮＤ2−Ｘ2）1/2 ・・・（４）
Ｘ＝（ＳＴ／２）・sin（θivc＋θoff）−ＣＲoff）−ＣＲoff＋ＰＩＳoff・・・（５）
θoff＝arcsin｛（ＣＲoff−ＰＩＳoff）／（ＣＮＤ・（ＳＴ／２））｝・・・（６）
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、
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７２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）にこの時のクランク角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を備えない時には定数で与えることができる。
【００４５】
ステップＳ１３では、燃焼室５の吸気弁閉時期ＩＶＣにおける温度（つまり圧縮開始時気温度）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。
【００４６】
ＴＩＮＩ＝ＴＥＸＨ×ＭＲＥＳＦＲ＋ＴＣＯＬ×（１−ＭＲＥＳＦＲ）・・・（７）
ステップＳ１４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。
【００４７】
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Ｓ１４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。
【００４８】
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。
【００４９】
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ＴＦＢＹＡ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。
【００５０】
ステップＳ１５では基準クランク角θＰＭＡＸ[ｄｅｇＡＴＤ]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。
【００５１】
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、基準クランク角θＰＭＡＸを一定とみなすことも可能である。
【００５２】
最後にステップＳ１６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[ｄｅｇ]は、エンジンコントローラ３１から点火指令値、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点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥで、次式により表すことができる。
【００５３】
ＩＧＮＤＥＡＤ＝ｆ５（ＤＥＡＤＴＩＭＥ、ＮＲＰＭ） ・・・（１０）
式（１０）中の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ［μｓｅｃ］の算出方法について説明する。
【００５４】
点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥは空燃比ＬＡＭＢＤＡ[-]、残留ガス率Ｒ[％]、シリンダ内圧力Ｐ[Ｐａ]、温度Ｔｓ[Ｋ]のパラメータとして表され、また、それぞれのパラメータの影響は互いに独立であるので、それぞれの影響をｆL（ＬＡＭＢＤＡ）、ｆR（Ｒ）、ｆP（Ｐ）、ｆT（Ｔｓ）とすると、以下の関数で表すことができる。
【００５５】
図１４はエンジンコントローラ３１が実行するＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するためのフローチャートである。
【００５６】
まずステップＳ１００で空燃比のパラメータとしてｆL（ＬＡＭＢＤＡ）を算出する。ｆL（ＬＡＭＢＤＡ）は図１８に示すようにストイキ（ＬＡＭＢＤＡ＝１）付近で最小となる下に凸な曲線であり、
ｆL（ＬＡＭＢＤＡ）＝ａ11（ＬＡＭＢＤＡ−１）2+１
・・・（１２）
もしくは
にて近似的に算出する。
【００５７】
なお、式（１２）、式（１３）の係数ａ11、ａ12、ａ13については、予め実験などにより求めておく。また、図１８のテーブルを参照してもよい。
【００５８】
次にステップＳ１０１で残留ガス率のパラメータとしてｆR（Ｒ）を求める。ｆR（Ｒ）は図２３に示すように残留ガス率が高くなるに従い２次曲線的に大きくなる曲線であり、次式により算出する。
【００５９】
ｆR（Ｒ）＝１／（１−Ｒ）a21 ・・・（１４）
ここで、残留ガス率Ｒは外部ＥＧＲ率と内部残留ガス率の和であり、外部ＥＧＲ装置がついてないエンジンについては、内部残留ガス率を指す。
【００６０】
残留ガス率Ｒの算出については、エンジン１の運転状態に応じて推定してもよいし、実験などにより求めた結果をテーブル参照してもよい。また、式（１４）の係数ａ21については燃料の種類、エンジンの形状等によって決まる定数であり、予め実験等により求めておく。
【００６１】
ステップＳ１０２でシリンダ内圧力のパラメータとしてｆP（Ｐ）を求める。ｆP（Ｐ）は図２４に示すようにシリンダ内圧力Ｐが高くなるにしたがって大きくなる曲線で、次式により算出する。
【００６２】
ｆP（Ｐ）＝ａ31×Ｐa32 ・・・（１５）
ここで、シリンダ内圧力Ｐは圧力センサ等を用いて直接計測してもよいし、実験等から求めた結果をテーブル参照してもよい。
【００６３】
有効圧縮比ＥC［−］、燃焼ガスの比熱比ｋ［−］（＝定圧比熱/定容比熱）、吸気バルブが閉じた時（ＩＶＣ）のシリンダ内圧力ＰＩＶＣ［Ｐａ］を用いて、次式にて求める。
【００６４】
Ｐ＝ＥC k×ＰＩＶＣ ・・・（１５）
ここで、有効圧縮比Ｅｃは次式にしたって算出する。
【００６５】
ＥC［−］＝ｆ７（Ｖ0［ｍ3］/ＶＩＶＣ［ｍ3］） ・・・（１６）
ＰＩＶＣは直接シリンダ内の圧力を測定してもよいし、インマニ内圧力ＰＩＮＴと同じとして計算してもよい。
【００６６】
また、式（１５）の係数ａ31、ａ32については燃料の種類、エンジン１の形状等によって決まる定数であり、予め実験などにより求めておく。
【００６７】
ステップＳ１０３で温度のパラメータとしてｆT（Ｔｓ）を求める。ｆT（Ｔｓ）は図２５に示すようにシリンダ内温度が高くなるに従い低くなる曲線であり、次式により求める。
【００６８】
ｆT（Ｔｓ）＝ｅ(a41/Ts) ・・・（１７）
ここで、ｅは自然対数の底である。温度Ｔｓは直接測定してもよいし、式（７）に従い算出してもよいし、実験等から求めた結果をテーブル参照してもよい。また、燃焼開始時の筒内圧力Ｐｓ、シリンダ内容積Ｖｓ、吸入空気量モル数ｎｓより、
Ｔ０＝（Ｐｓ×Ｖｓ）／（ｎｓ×Ｒ） Ｒ:気体定数 ・・・（１８）
で求めてもよい。ここで、ｎｓは（吸入空気量）／（混合気の平均分子量）で求めてもよい。
【００６９】
ステップＳ１０４では上述したステップＳ１００〜Ｓ１０３で求めた結果と式（５）からＤＥＡＤＴＩＭＥを求める。
【００７０】
以上のように算出したＤＥＡＤＴＩＭＥを用いて、式（１０）から点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤを算出する。
【００７１】
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）に実行する。図１０、１２は図５に続けて実行する。また、どちらを先に実行してもかまわない。
【００７２】
まず図１０から説明すると、ステップＳ２１では前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬ[ｄｅｇＢＴＤＣ]、図５のステップＳ１２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Ｓ１４で算出されている反応確率ＲＰＲＯＢＡ[％]を読込む。
【００７３】
ここで、全快燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬは、基本点火時期ＭＢＴＣＡＬ[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。
【００７４】
ステップＳ２２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。
【００７５】
Ｖ0[ｍ3]＝ｆ６（ＭＢＴＣＹＣＬ） ・・・（１９）具体的には前工程時の点火時期ＭＢＴＣＹＣＬ（ｄｅｇＢＴＤＣ）からピストン位置を算出し、ピストン位置とシリンダのボア径からピストン上面とシリンダ壁に囲まれた容積を算出し、これと燃焼室容積から燃焼開始時シリンダ内容積Ｖ0を求める。続いてステップＳ２３では燃焼開始時の有効圧縮比Ｅｃを算出する。有効圧縮比Ｅｃは燃焼開始時シリンダ内容積Ｖ0を吸気バルブ閉時（圧縮開始時）のシリンダ内容積ＶＩＶＣ（ｍｍ3）で除して求められ、下記式で表される。
【００７６】
Ｅｃ[−]＝ｆ７（Ｖ0[ｍ3]/ＶＩＶＣ[ｍ3]） ・・・（２０）
ステップＳ２４では吸気弁閉時期ＩＶＣから燃焼開始時までの燃焼室５内の温度上昇率ＴＣＯＭＰを燃焼開始時の有効圧縮比から算出する。
【００７７】
ＴＣＯＭＰ[−]＝ｆ８（Ｅｃκ-1[−]） ・・・（２１）
ただし、κ：比熱比
係数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。
【００７８】
図１１は（２１）式を図示したものである。従って、このような物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ＴＣＯＭＰを求めることも可能である。
【００７９】
そしてステップＳ２５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 ・・・（２２）
の式により算出する。
【００８０】
ステップＳ２６では、次式（公知）により層流燃焼速度ＳＬ１[ｍ/ｓｅｃ]を算出する。
【００８１】
ＳＬ１＝ＳＬstd×(Ｔ０×Ｔｓｔｄ)2.18×(Ｐ０／Ｐｓｔｄ)-0.16 ・・・（２３）
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。
【００８２】
燃焼室５の通常の圧力である２ｂａｒ以上の圧力下では上記式の圧力項(Ｐ０／Ｐｓｔｄ)-0.16は小さな値となる。したがって圧力項(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。
【００８３】
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。
【００８４】
ＳＬ１＝ｆ９（Ｔ０）
＝１．０×０．７×(Ｔ０/５５０)2.18 ・・・（２４）
ステップＳ２７では、初期燃焼におけるガス流動の乱れ強さＳＴ１を算出する。このガス流動の乱れ強さＳＴ１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ション２１の噴射燃料のペネトレーションとに依存する。
【００８５】
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、燃料噴射時間と、燃焼噴射タイミングに依存する。
【００８６】
最終的に、初期燃焼におけるガス流動の乱れ強さＳＴ１は、エンジン回転速度ＮＲＰＭの関数として次式で表されることができる。
【００８７】
ＳＴ１＝ｆ１０（ＮＲＰＭ）＝Ｃ１×ＮＲＰＭ ・・・（２５）
ただし、Ｃ１：定数、
ステップＳ２８では層流燃焼速度Ｓ１と乱れ強さＳＴ１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。
【００８８】
ＦＬＡＭＥ１＝ＳＬ１×ＳＴ１ ・・・（２６）
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。（２６）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。
【００８９】
ステップＳ２９では、次式により初期燃焼期間ＢＵＲＮ１［ｄｅｇ］を算出する。
【００９０】
ただし、ＡＦ１：火炎核の反応面積（固定値）[ｍ2]、
ここで、（２７）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。（２７）式右辺の（ＮＲＰＭ×６）は単位をｒｐｍからクランク角［ｄｅｇ］の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。
【００９１】
次に図１２のフローに移ると、ステップＳ３１では回転速度ＮＲＰＭ、図５のステップＳ１４で算出されている反応確率ＲＰＲＯＢＡを読込む。
【００９２】
ステップＳ３２では主燃焼におけるガス流動の乱れ強さＳＴ２を算出する。このガス流動の乱れ強さＳＴ２も初期燃焼におけるガス流動の乱れ強さＳＴ１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。
【００９３】
ＳＴ２＝ｆ１１（ＮＲＰＭ） ・・・（２８）
ただし、Ｃ２：定数、
乱れ強さＳＴ２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。
【００９４】
ステップＳ３３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ＳＴ２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。
【００９５】
ＦＬＡＭＥ２＝ＳＬ２×ＳＴ２ ・・・（２９）
ただし、ＳＬ２：層流燃焼速度［ｍ／ｓｅｃ］、
（２９）式は（２６）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。
【００９６】
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影響を受けにくい。したがって、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。
【００９７】
ステップＳ３４では、主燃焼期間ＢＵＲＮ２［ｄｅｇ］を（２７）式に類似した次式で算出する。
【００９８】
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、 （３０）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は火炎核の成長過程における平均の反応面積であり、 （２７）式のＡＦ１と同様に、予め実験的に定めた固定地とする。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。
【００９９】
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１０ｍｓ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。
【０１００】
ステップＳ４１では図１５のステップＳ２９で算出されている初期燃焼期間ＢＵＲＮ１、図１７のステップＳ３４で算出されている主燃焼期間ＢＵＲＮ２、図５のステップＳ１６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Ｓ１５で算出されている基準クランク角θＰＭＡＸを読込む。
【０１０１】
ステップＳ４２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。
【０１０２】
ステップＳ４３では次式により基本点火時期ＭＢＴＣＡＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出する。
【０１０３】
ＭＢＴＣＡＬ＝ＢＵＲＮ―θＰＭＡＸ＋ＩＧＮＤＥＡＤ ・・・（３１）
ステップＳ４４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時開始時気ＭＢＴＣＹＣＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］として算出する。
【０１０４】
このようにして算出した基本点火時期ＭＢＴＣＡＬは、部分燃焼発生限界点火時期（部分燃焼が発生しない進角側限界の点火時期）ＣＣＬＣＡＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］と比較され、より遅角側の値が点火時期指令値ＱＡＤＶ［ｄｅｇＢＴＤＣ］として選択される。この点火時期指令値ＱＡＤＶは点火レジスタに移され、実際のクランク角がこの点火時期指令値ＱＡＤＶ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。
【０１０５】
また、今サイクルの点火時期指令値としてステップＳ４３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Ｓ４４で算出された前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬが図１０のステップＳ２２において用いられる。
【０１０６】
以上により本実施形態では、従来は運転状態によらず一定のクランク角として扱っていた点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを、空燃比ＬＡＭＢＤＡ、残留ガス率Ｒ、シリンダ内圧力Ｐ、温度Ｔｓをパラメータとして算出するので、運転状態の変化に伴い当量比が変化して反応確率に変動が生じた場合にも、前記運転状態の変動に応じた点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出することができる。したがってこの点火時期無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを用いて算出する点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤ、および点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤを用いて算出するＭＢＴ点火時期も運転状態に応じたものとなる。
【０１０７】
第２実施形態について説明する。
【０１０８】
本実施形態は、基本的に第１実施形態と同様であるが、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥの算出方法が異なる。
【０１０９】
本実施形態では、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]への影響が互いに独立であるエンジン１の総ガス量と燃料の重量比（Ｇ/Ｆ）ＧＢＹＦ[-]、シリンダ内圧力Ｐ[Pa]、温度Ｔｓ[Ｔ]をパラメータとして用いる。前記因子のそれぞれの影響を総ガス量と燃料の重量比のパラメータとしてｆG（ＧＢＹＦ）、シリンダ内圧力のパラメータとしてｆP（Ｐ）、温度のパラメータとしてｆT(Ｔｓ)とすると、以下の関数で表すことができる。
【０１１０】
ＤＥＡＤＴＩＭＥ＝ｆG(ＧＢＹＦ)×ｆP（Ｐ）×ｆT(Ｔｓ) ・・・（２６） 上式（２６）について図１２に示すサブルーチンにしたがって算出していく。
【０１１１】
ステップＳ２００では総ガス量と燃料量の重量比ＧＢＹＦの影響ｆG（ＧＢＹＦ）を算出する。ｆG（ＧＢＹＦ）は横軸をＧＢＹＦ、縦軸をｆG(ＧＢＹＦ)とすると図１９に示すように、ＧＢＹＦ＝１５付近で最小となる下に凸な曲線であり、
ｆG(ＧＢＹＦ)=ａ41（ＧＢＹＦ−１５）2+１ ・・・（２７）
にて近似的に算出する。
【０１１２】
なお、式（２７）の係数ａ41については、予め実験等により求めておく。また、図１０に示すようなテーブルデータを持つようにしてもよい。
【０１１３】
以下、ステップＳ２０１でシリンダ内圧力のパラメータとしてｆP(P)、ステップＳ２０２で温度のパラメータとしてｆT(Ｔｓ)を第１実施形態と同様に算出し、ステップＳ２０３で式（２６）を用いて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出する。
【０１１４】
上記のように点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出して、以下、第１実施形態と同様に点火時期ＭＢＴＣＹＣＬを求める。
【０１１５】
以上により、本実施形態ではエンジン１の総ガス量と燃料の重量比（Ｇ/Ｆ）ＧＢＹＦ、シリンダ内圧力Ｐ、温度Ｔｓを用いて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するので、第１実施形態と同様にいかなる運転状態においても正確なＭＢＴを算出することができる。
【０１１６】
第３実施形態について説明する。本実施形態も第２実施形態と同様に、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]の算出方法が第１実施形態と異なる。
【０１１７】
本実施形態では、空燃比ＬＡＭＢＤＡ[-]と、残ガス率Ｒ[％]、エンジン回転数ＮＲＰＭ[rpm]および充填効率ηｃ[％]を用いる。上記各値の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥへの影響は互いに独立であるとすると、
で表される。
【０１１８】
上式（２８）について、図１６のフローチャートにしたがって算出する。
【０１１９】
ステップＳ３００、Ｓ３０１では空燃比、残留ガス率のパラメータとしてそれぞれｆL(ＬＡＭＢＤＡ)、ｆR(Ｒ)を第１実施形態と同様に算出する。
【０１２０】
ステップＳ３０２でエンジン回転数および充填効率のパラメータとしてｆNI(ＮＲＰＭ、ηｃ)を算出する。ｆNI(ＮＲＰＭ、ηｃ)は、バルブタイミングが固定である場合、図２０に示すようにエンジン回転数が高いほど、また充填効率が高いほど大きくなる。これを予め実験等により測定しておき、マップ参照して求める。
【０１２１】
また、排気温度、残留ガス率はエンジン回転数、充填効率に依るため、暖機後であればシリンダ内温度、シリンダ内圧力もエンジン回転数、充填効率の関数となる。したがって、シリンダ内温度、シリンダ内圧力を予め計算、もしくは測定し、テーブル化（図２１、図２２）しておき、
ｆNI(ＮＲＰＭ、ηｃ)=ｆP（Ｐ）×ｆT(Ｔｓ) ・・・（２９）
にて算出してもよい。
【０１２２】
ステップＳ３０３で式（２８）をもちいて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出する。
【０１２３】
上記のように点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出して、以下、第１実施形態と同様に点火時期ＭＢＴＣＹＣＬを求める。
【０１２４】
以上により、本実施形態では空燃比ＬＡＭＢＤＡと、残留ガス率Ｒ、エンジン回転数ＮＲＰＭおよび充填効率ηｃを用いて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するので、第１実施形態と同様にいかなる運転状態においても正確なＭＢＴを算出することができる。
【０１２５】
第４実施形態について説明する。
【０１２６】
本実施形態も点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]の算出方法のみが第１実施形態と異なる。本実施形態ではエンジン１の総ガス量と燃料量の重量比ＧＢＹＦとエンジン回転数ＮＲＰＭ[ｒｐｍ]、充填効率ηｃ[％]をパラメータとして用いて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出する。
【０１２７】
上記各値の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥへの影響がそれぞれ独立であるとすると、
ＤＥＡＤＴＩＭＥ=ｆG(ＢＧＹＦ)×ｆNI(ＮＲＰＭ、ηｃ) ・・・（３０）
で表される。
【０１２８】
上式（３０）について、図１７にフローチャートにしたがって算出する。
【０１２９】
ステップＳ４００で総ガス量と燃料量の重量比のパラメータとしてｆG(ＢＧＹＦ)、ステップＳ４０１でエンジン回転数と充填効率のパラメータとしてｆNI(ＮＲＰＭ、ηｃ)をそれぞれ第２、第３実施例と同様に算出し、ステップＳ４０２で式（３０）を用いて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出する。
【０１３０】
上記のように点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出し、以下、第１実施形態と同様に点火時期ＭＢＴＣＹＣＬを求める。
【０１３１】
以上により、本実施形態ではエンジン１の総ガス量と燃料量の重量比ＧＢＹＦとエンジン回転数ＮＲＰＭ、充填効率ηｃを用いて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するので、第１実施形態と同様にいかなる運転状態においても正確なＭＢＴを算出することができる。
【０１３２】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のシステム構成図である。
【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】シリンダ内圧力の変化を説明する特性図である。
【図４】燃焼質量割合の変化を説明する特性図である。
【図５】燃焼期間の算出に用いる物理量の算出を説明する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フラムである。
【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】第１実施形態の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するためのフローチャートである。
【図１５】第２実施形態の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するためのフローチャートである。
【図１６】第３実施形態の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するためのフローチャートである。
【図１７】第４実施形態の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するためのフローチャートである。
【図１８】空燃比と着火遅れの関係を表す図である。
【図１９】総ガス量と燃料量の重量比と着火遅れの関係を表す図である。
【図２０】エンジン回転数、充填効率と着火遅れの関係を表す図である。
【図２１】エンジン回転数、充填効率とシリンダ内温度の関係を表す図である。
【図２２】エンジン回転数、充填効率とシリンダ内圧力の関係を表す図である。
【図２３】残ガス率と着火遅れの関係を表す図である。
【図２４】シリンダ内圧力と着火遅れの関係を表す図である。
【図２５】シリンダ内温度と着火遅れの関係を表す図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気コレクタ
３ 吸気マニホールド
４ 吸気ポート
５ 燃焼室
６ ピストン
７ クランクシャフト
８ 排気通路
９ 三元触媒
１１ 点火装置
１３ 点火コイル
１４ 点火プラグ
１５ 吸気弁
１６ 排気弁
２１ 燃料インジェクタ
２２ 電子制御スロットル
２３ 絞り弁
２４ スロットルモータ
２５ 吸気弁用カムシャフト
２６ 排気弁用カムシャフト
２７ 吸気ＶＴＣ機構
２８ 排気ＶＴＣ機構
３１ エンジンコントローラ
３２ エアフローメータ
３３、３４ クランク角センサ
３５ Ｏ2センサ
３７ 水温センサ
４１ アクセルペダル
４２ アクセルセンサ
４３ 吸気温度センサ
４４ 吸気圧力センサ（圧縮開始時圧力算出手段）
４５ 排気温度センサ
４６ 排気圧力センサ
【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に関し、特にＭＢＴ（最小点火進角値）となるように点火時期を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関の運転状態に基づいて点火時期を設定して制御する内燃機関の点火時期制御装置であって、所定の演算式を用いてＭＢＴ（最小点火進角値）を演算する点火時期制御装置が特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３１８１１０号公報
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１においてＭＢＴ演算手段は、内燃機関のコントロールユニットが点火指令を発信してから実際にシリンダ内で燃焼が開始するまでの無駄時間を、エンジン回転数の関数として扱っている。
【０００５】
このため、運転状態が変化した場合、例えば当量比が変化して燃焼反応確率に変動が生じた場合等には、正確な無駄時間を算出することができず、結果としてＭＢＴを正確に算出できないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、当量比が変化した場合にも正確な無駄時間を算出し、これにより正確なＭＢＴを算出することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の点火時期制御装置は、燃焼ガスの層流状態での燃焼速度である層流燃焼速度を算出する層流燃焼速度算出手段と、算出した層流燃焼速度からシリンダ内の燃焼ガスの燃焼速度を算出する燃焼速度算出手段と、燃焼ガス燃焼開始時のシリンダ内容積を算出するシリンダ内容積算出手段と、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燃焼ガス量算出手段と、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を示す反応確率を算出する反応確率算出手段と、前記燃焼速度と前記シリンダ内容積と前記燃焼ガス量と前記反応確率とに基づき燃焼期間を算出し、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基本点火時期算出手段と、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燃焼に関する複数のパラメータに応じて算出する点火無駄時間相当クランク角算出手段を備え、前記ＭＢＴの得られる基本点火時期を、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することを特徴とする。
【０００８】
【作用・効果】
本発明によれば、例えば内燃機関の空燃比、残留ガス率、シリンダ内温度、シリンダ内圧力から算出された点火無駄時間を用いてＭＢＴを算出するので、内燃機関の運転状態が変化した場合にも常に最適点火時期であるＭＢＴを正確に算出することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明のシステムを説明するための概略図である。
【００１１】
１はエンジンであり、エンジン１の燃焼室５の上部には、燃焼室５内に空気を導入するための吸気ポート４および燃焼後の排気ガスを排出するための排気ポート１０が開口している。吸気ポート４と排気ポート１０とは対向する位置に設けられる。また、吸気ポート４、排気ポート１０の開口部にはそれぞれ吸気弁１５、排気弁１６が設けられ、これらが作動することにより燃焼室５と吸気ポート４及び排気ポート１０との連通は断接される。
【００１２】
吸気ポート４の上流には吸気マニホールド３が、そのさらに上流には吸気コレクタ２が設けられる。吸気コレクタ２には吸気温度センサ４３、吸気圧力センサ４４が設けられ、これらの検出信号はエンジンコントローラ３１に読込まれる。
【００１３】
吸気マニホールド３には、燃料インジェクタ２１が設けられる。
【００１４】
排気ポート１０の下流には排気マニホールド８が設けられ、そのさらに下流には三元触媒９が設けられる。排気マニホールド８には排気温度センサ４５、排気圧力センサ４６が設けられ、これらの検出信号はエンジンコントローラ３１に読込まれる。
【００１５】
燃焼室５上部の略中央には燃焼室５内で圧縮された空気と燃料の混合気に点火するための点火プラグ１４が設けられる。
【００１６】
次に本システムの作用について説明する。空気は吸気コレクタ２に蓄えられた後、吸気マニホールド３を介して各気筒の燃焼室５に導入される。各気筒の吸気ポート４に配置された燃料インジェクタ２１から噴射された燃料が、気化しつつ空気と混合してガス（混合気）を作り、燃焼室５に流入する。この混合気は吸気弁１５と排気弁１６が閉じることで燃焼室５に閉じ込められ、ピストン６の上昇によって圧縮される。
【００１７】
この圧縮混合気に対して高圧火花により点火を行うため、パワートランジスタ内臓の点火コイルを各気筒に配した電子制御システムの点火装置１１を備える。
【００１８】
すなわち、点火装置１１は、バッテリからの電気エネルギーを蓄える点火コイル１３と、点火コイル１３の一次側への通電、遮断を行うパワートランジスタと、燃焼室５の天井に設けられた点火コイル１３の一次電流の遮断によって点火コイル１３の二次側に発生する高電圧を受けて、火花放電を行う点火プラグ１４とからなっている。
【００１９】
圧縮上死点より少し手前で点火プラグ１４により火花が飛ばされ圧縮混合気に着火されると、火炎が広がりやがて爆発的に燃焼し、この燃焼によるガス圧がピストン６を押し下げる仕事を行う。この仕事はクランクシャフト７の回転力として取り出される。燃焼後のガス（排気）は排気弁１６が開いたとき排気通路８へと排出される。
【００２０】
排気通路８に設けられた三元触媒９は、排気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲（ウインドウ）にあるとき、排気に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘといった有害三成分を同時に効率よく除去できる。空燃比は吸入空気量と燃料量の比であるので、エンジンの１サイクル（４サイクルエンジンではクランク角で７２０度区間）当たりに燃焼室５に導入される吸入空気量と、燃料インジェクタ２１からの燃料噴射量との比が理論空燃比となるように、エンジンコントローラ３１ではエアフローメータ３２からの吸入空気流量の信号とクランク角センサ（３３、３４）からの信号に基づいて燃料インジェクタ２１からの燃料噴射量を定めると共に、三元触媒９の上流に設けたＯ２センサ３５からの信号に基づいて空燃比をフィードバック制御している。
【００２１】
吸気コレクタ２の上流には、絞り弁２３がスロットルモータ２４により駆動される、いわゆる電子制御スロットル２２を備える。運転者が要求するトルクはアクセルペダル４１の踏み込み量（アクセル開度）に現れるので、エンジンコントローラ３１ではアクセルセンサ４２からの信号に基づいて目標トルクを定め、この目標トルクを実現するための目標空気量を定め、この目標空気量が得られるようにスロットルモータ２４を介して絞り弁２３の開度を制御する。
【００２２】
吸気弁用カムシャフト２５、排気弁用カムシャフト２６及びクランクシャフト７の各前部にはそれぞれカムスプロケット、クランクスプロケットが取り付けられ、これらスプロケットにタイミングチェーン（図示しない）を掛け回す事で、カムシャフト２５、２６がエンジンのクランクシャフト７により駆動されるのであるが、このカムスプロケットと吸気弁用カムシャフト２５との間に介在して、作動角一定のまま吸気弁用カムの位相を連続的に制御しうる吸気バルブタイミングコントロール機構（以下、「吸気ＶＴＣ機構」という。）２７と、カムスプロケットと排気弁用カムシャフト２６との間に介在して、作動角一定のまま排気弁用カムの位相を連続的に制御し得る排気バルブタイミングコントロール機構（以下、「排気ＶＴＣ機構」という。）２８とを備える。吸気弁１５の開閉時期や排気弁１６の開閉時期を変えると燃焼室５に残留する不活性ガスの量が変化する。燃焼室５内の不活性ガスの量が増えるとポンピングロスが減って燃費がよくなるので、運転条件によりどのくらい不活性ガスが燃焼室５内に残留したらよいかを目標吸気弁閉時期に予め定めており、エンジンコントローラ３１ではその時の運転条件（エンジンの負荷と回転速度）より目標吸気弁閉時期と目標排気弁閉時期を定め、それら目標値が得られるように吸気ＶＴＣ機構２７、排気ＶＴＣ機構２８の各アクチュエータを介して吸気弁閉時期と排気弁閉時期を制御する。
【００２３】
吸気温度センサ４３からの吸気温度の信号、吸気圧力センサ４４からの吸気圧力の信号、排気温度センサ４５からの排気温度の信号、排気圧力センサ４６からの排気圧力の信号が、水温センサ３７からの冷却水温の信号と共に入力されるエンジンコントローラ３１では、パワートランジスタを介して点火プラグ１４の一次側電流の遮断時期である点火時期を制御する。
【００２４】
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、からなる。
【００２５】
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。
【００２６】
点火時期制御部６１ではこのようにして算出された点火時期指令値ＱＡＤＶ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、点火コイル１３への通電角と非通電角を制御する。
【００２７】
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。
【００２８】
図３に示すようにＭＢＴ（最大トルクが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は燃焼方式に拠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。
【００２９】
図４に火花点火エンジンにおける燃焼室５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５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。
【００３０】
燃焼質量割合０％から基準クランク角θＰＭＡＸ相当の約６０％までの燃焼期間は、燃焼ガス点火後、燃焼割合に殆ど変化が無く筒内圧力があまり変化しない期間である燃焼初期期間と、燃焼割合が急激に立上がり筒内圧力が高くなる燃焼主期間とに分けて考えることができる。燃焼初期期間は、燃焼開始から火炎核が形成される段階であり、一般に火炎核が形成されるまでの燃焼質量割合は２〜１０％である。この段階では、圧力・温度上昇が殆ど無いので燃焼速度が遅く、このため燃焼期間が長い。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。
【００３１】
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に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。
【００３２】
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に終了後、基準クランク角θＰＭＡＸに至るまでの区間（燃焼質量割合でいえば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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
図５に示すフローチャートは上述した燃焼期間の算出に必要な各物理量を算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００３６】
まずステップＳ１１では、吸気弁閉時期ＩＶＣ[ｄｅｇＢＴＤＣ]、温度センサ４３２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]を読込む。
【００３７】
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のポジションを検出するフェーズセンサ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。
【００３８】
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。あるいはフェーズセンサ３４により実際の吸気弁閉時期を検出してもかまわない。
【００３９】
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。
【００４０】
目標当量比ＴＦＢＹＡは図示しない燃焼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。
【００４１】
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。
【００４２】
ステップＳ１２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。
【００４３】
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。この時の燃焼室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。
【００４４】
ＶＩＶＣ＝ｆ1（θｉｖｃ）
＝Ｖｃ＋（π／４）・Ｄ2・Ｈ ・・・（２）
Ｖｃ＝（π／４）・Ｄ2・Ｈ／（ε−１） ・・・（３）
Ｈ＝[(ＣＮＤ＋ＳＴ2／２)−（ＣＲoff−ＰＩＳoff）2]1/2
−[(ＳＴ／２)・ｃｏｓ（θivc＋θoff）]
＋（ＣＮＤ2−Ｘ2）1/2 ・・・（４）
Ｘ＝（ＳＴ／２）・sin（θivc＋θoff）−ＣＲoff）−ＣＲoff＋ＰＩＳoff・・・（５）
θoff＝arcsin｛（ＣＲoff−ＰＩＳoff）／（ＣＮＤ・（ＳＴ／２））｝・・・（６）
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、
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７２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）にこの時のクランク角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を備えない時には定数で与えることができる。
【００４５】
ステップＳ１３では、燃焼室５の吸気弁閉時期ＩＶＣにおける温度（つまり圧縮開始時気温度）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。
【００４６】
ＴＩＮＩ＝ＴＥＸＨ×ＭＲＥＳＦＲ＋ＴＣＯＬ×（１−ＭＲＥＳＦＲ）・・・（７）
ステップＳ１４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。
【００４７】
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Ｓ１４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。
【００４８】
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。
【００４９】
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ＴＦＢＹＡ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。
【００５０】
ステップＳ１５では基準クランク角θＰＭＡＸ[ｄｅｇＡＴＤ]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。
【００５１】
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、基準クランク角θＰＭＡＸを一定とみなすことも可能である。
【００５２】
最後にステップＳ１６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[ｄｅｇ]は、エンジンコントローラ３１から点火指令値、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点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥで、次式により表すことができる。
【００５３】
ＩＧＮＤＥＡＤ＝ｆ５（ＤＥＡＤＴＩＭＥ、ＮＲＰＭ） ・・・（１０）
式（１０）中の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ［μｓｅｃ］の算出方法について説明する。
【００５４】
点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥは空燃比ＬＡＭＢＤＡ[-]、残留ガス率Ｒ[％]、シリンダ内圧力Ｐ[Ｐａ]、温度Ｔｓ[Ｋ]のパラメータとして表され、また、それぞれのパラメータの影響は互いに独立であるので、それぞれの影響をｆL（ＬＡＭＢＤＡ）、ｆR（Ｒ）、ｆP（Ｐ）、ｆT（Ｔｓ）とすると、以下の関数で表すことができる。
【００５５】
【００５６】
まずステップＳ１００で空燃比のパラメータとしてｆL（ＬＡＭＢＤＡ）を算出する。ｆL（ＬＡＭＢＤＡ）は図１８に示すようにストイキ（ＬＡＭＢＤＡ＝１）付近で最小となる下に凸な曲線であり、
ｆL（ＬＡＭＢＤＡ）＝ａ11（ＬＡＭＢＤＡ−１）2+１
・・・（１２）
もしくは
【００５７】
なお、式（１２）、式（１３）の係数ａ11、ａ12、ａ13については、予め実験などにより求めておく。また、図１８のテーブルを参照してもよい。
【００５８】
次にステップＳ１０１で残留ガス率のパラメータとしてｆR（Ｒ）を求める。ｆR（Ｒ）は図２３に示すように残留ガス率が高くなるに従い２次曲線的に大きくなる曲線であり、次式により算出する。
【００５９】
ｆR（Ｒ）＝１／（１−Ｒ）a21 ・・・（１４）
ここで、残留ガス率Ｒは外部ＥＧＲ率と内部残留ガス率の和であり、外部ＥＧＲ装置がついてないエンジンについては、内部残留ガス率を指す。
【００６０】
残留ガス率Ｒの算出については、エンジン１の運転状態に応じて推定してもよいし、実験などにより求めた結果をテーブル参照してもよい。また、式（１４）の係数ａ21については燃料の種類、エンジンの形状等によって決まる定数であり、予め実験等により求めておく。
【００６１】
ステップＳ１０２でシリンダ内圧力のパラメータとしてｆP（Ｐ）を求める。ｆP（Ｐ）は図２４に示すようにシリンダ内圧力Ｐが高くなるにしたがって大きくなる曲線で、次式により算出する。
【００６２】
ｆP（Ｐ）＝ａ31×Ｐa32 ・・・（１５）
ここで、シリンダ内圧力Ｐは圧力センサ等を用いて直接計測してもよいし、実験等から求めた結果をテーブル参照してもよい。
【００６３】
有効圧縮比ＥC［−］、燃焼ガスの比熱比ｋ［−］（＝定圧比熱/定容比熱）、吸気バルブが閉じた時（ＩＶＣ）のシリンダ内圧力ＰＩＶＣ［Ｐａ］を用いて、次式にて求める。
【００６４】
Ｐ＝ＥC k×ＰＩＶＣ ・・・（１５）
ここで、有効圧縮比Ｅｃは次式にしたって算出する。
【００６５】
ＥC［−］＝ｆ７（Ｖ0［ｍ3］/ＶＩＶＣ［ｍ3］） ・・・（１６）
ＰＩＶＣは直接シリンダ内の圧力を測定してもよいし、インマニ内圧力ＰＩＮＴと同じとして計算してもよい。
【００６６】
また、式（１５）の係数ａ31、ａ32については燃料の種類、エンジン１の形状等によって決まる定数であり、予め実験などにより求めておく。
【００６７】
ステップＳ１０３で温度のパラメータとしてｆT（Ｔｓ）を求める。ｆT（Ｔｓ）は図２５に示すようにシリンダ内温度が高くなるに従い低くなる曲線であり、次式により求める。
【００６８】
ｆT（Ｔｓ）＝ｅ(a41/Ts) ・・・（１７）
ここで、ｅは自然対数の底である。温度Ｔｓは直接測定してもよいし、式（７）に従い算出してもよいし、実験等から求めた結果をテーブル参照してもよい。また、燃焼開始時の筒内圧力Ｐｓ、シリンダ内容積Ｖｓ、吸入空気量モル数ｎｓより、
Ｔ０＝（Ｐｓ×Ｖｓ）／（ｎｓ×Ｒ） Ｒ:気体定数 ・・・（１８）
で求めてもよい。ここで、ｎｓは（吸入空気量）／（混合気の平均分子量）で求めてもよい。
【００６９】
ステップＳ１０４では上述したステップＳ１００〜Ｓ１０３で求めた結果と式（５）からＤＥＡＤＴＩＭＥを求める。
【００７０】
以上のように算出したＤＥＡＤＴＩＭＥを用いて、式（１０）から点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤを算出する。
【００７１】
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）に実行する。図１０、１２は図５に続けて実行する。また、どちらを先に実行してもかまわない。
【００７２】
まず図１０から説明すると、ステップＳ２１では前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬ[ｄｅｇＢＴＤＣ]、図５のステップＳ１２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Ｓ１４で算出されている反応確率ＲＰＲＯＢＡ[％]を読込む。
【００７３】
ここで、全快燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬは、基本点火時期ＭＢＴＣＡＬ[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。
【００７４】
ステップＳ２２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。
【００７５】
Ｖ0[ｍ3]＝ｆ６（ＭＢＴＣＹＣＬ） ・・・（１９）具体的には前工程時の点火時期ＭＢＴＣＹＣＬ（ｄｅｇＢＴＤＣ）からピストン位置を算出し、ピストン位置とシリンダのボア径からピストン上面とシリンダ壁に囲まれた容積を算出し、これと燃焼室容積から燃焼開始時シリンダ内容積Ｖ0を求める。続いてステップＳ２３では燃焼開始時の有効圧縮比Ｅｃを算出する。有効圧縮比Ｅｃは燃焼開始時シリンダ内容積Ｖ0を吸気バルブ閉時（圧縮開始時）のシリンダ内容積ＶＩＶＣ（ｍｍ3）で除して求められ、下記式で表される。
【００７６】
Ｅｃ[−]＝ｆ７（Ｖ0[ｍ3]/ＶＩＶＣ[ｍ3]） ・・・（２０）
ステップＳ２４では吸気弁閉時期ＩＶＣから燃焼開始時までの燃焼室５内の温度上昇率ＴＣＯＭＰを燃焼開始時の有効圧縮比から算出する。
【００７７】
ＴＣＯＭＰ[−]＝ｆ８（Ｅｃκ-1[−]） ・・・（２１）
ただし、κ：比熱比
係数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。
【００７８】
図１１は（２１）式を図示したものである。従って、このような物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ＴＣＯＭＰを求めることも可能である。
【００７９】
そしてステップＳ２５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 ・・・（２２）
の式により算出する。
【００８０】
ステップＳ２６では、次式（公知）により層流燃焼速度ＳＬ１[ｍ/ｓｅｃ]を算出する。
【００８１】
ＳＬ１＝ＳＬstd×(Ｔ０×Ｔｓｔｄ)2.18×(Ｐ０／Ｐｓｔｄ)-0.16 ・・・（２３）
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。
【００８２】
燃焼室５の通常の圧力である２ｂａｒ以上の圧力下では上記式の圧力項(Ｐ０／Ｐｓｔｄ)-0.16は小さな値となる。したがって圧力項(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。
【００８３】
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。
【００８４】
ＳＬ１＝ｆ９（Ｔ０）
＝１．０×０．７×(Ｔ０/５５０)2.18 ・・・（２４）
ステップＳ２７では、初期燃焼におけるガス流動の乱れ強さＳＴ１を算出する。このガス流動の乱れ強さＳＴ１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ション２１の噴射燃料のペネトレーションとに依存する。
【００８５】
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、燃料噴射時間と、燃焼噴射タイミングに依存する。
【００８６】
最終的に、初期燃焼におけるガス流動の乱れ強さＳＴ１は、エンジン回転速度ＮＲＰＭの関数として次式で表されることができる。
【００８７】
ＳＴ１＝ｆ１０（ＮＲＰＭ）＝Ｃ１×ＮＲＰＭ ・・・（２５）
ただし、Ｃ１：定数、
ステップＳ２８では層流燃焼速度Ｓ１と乱れ強さＳＴ１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。
【００８８】
ＦＬＡＭＥ１＝ＳＬ１×ＳＴ１ ・・・（２６）
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。（２６）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。
【００８９】
ステップＳ２９では、次式により初期燃焼期間ＢＵＲＮ１［ｄｅｇ］を算出する。
【００９０】
ここで、（２７）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。（２７）式右辺の（ＮＲＰＭ×６）は単位をｒｐｍからクランク角［ｄｅｇ］の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。
【００９１】
次に図１２のフローに移ると、ステップＳ３１では回転速度ＮＲＰＭ、図５のステップＳ１４で算出されている反応確率ＲＰＲＯＢＡを読込む。
【００９２】
ステップＳ３２では主燃焼におけるガス流動の乱れ強さＳＴ２を算出する。このガス流動の乱れ強さＳＴ２も初期燃焼におけるガス流動の乱れ強さＳＴ１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。
【００９３】
ＳＴ２＝ｆ１１（ＮＲＰＭ） ・・・（２８）
ただし、Ｃ２：定数、
乱れ強さＳＴ２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。
【００９４】
ステップＳ３３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ＳＴ２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。
【００９５】
ＦＬＡＭＥ２＝ＳＬ２×ＳＴ２ ・・・（２９）
ただし、ＳＬ２：層流燃焼速度［ｍ／ｓｅｃ］、
（２９）式は（２６）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。
【００９６】
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影響を受けにくい。したがって、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。
【００９７】
ステップＳ３４では、主燃焼期間ＢＵＲＮ２［ｄｅｇ］を（２７）式に類似した次式で算出する。
【００９８】
ＡＦ２：火炎核の反応面積［ｍ2］、
ここで、 （３０）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は火炎核の成長過程における平均の反応面積であり、 （２７）式のＡＦ１と同様に、予め実験的に定めた固定地とする。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。
【００９９】
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１０ｍｓ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。
【０１００】
ステップＳ４１では図１５のステップＳ２９で算出されている初期燃焼期間ＢＵＲＮ１、図１７のステップＳ３４で算出されている主燃焼期間ＢＵＲＮ２、図５のステップＳ１６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Ｓ１５で算出されている基準クランク角θＰＭＡＸを読込む。
【０１０１】
ステップＳ４２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。
【０１０２】
ステップＳ４３では次式により基本点火時期ＭＢＴＣＡＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出する。
【０１０３】
ＭＢＴＣＡＬ＝ＢＵＲＮ―θＰＭＡＸ＋ＩＧＮＤＥＡＤ ・・・（３１）
ステップＳ４４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時開始時気ＭＢＴＣＹＣＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］として算出する。
【０１０４】
このようにして算出した基本点火時期ＭＢＴＣＡＬは、部分燃焼発生限界点火時期（部分燃焼が発生しない進角側限界の点火時期）ＣＣＬＣＡＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］と比較され、より遅角側の値が点火時期指令値ＱＡＤＶ［ｄｅｇＢＴＤＣ］として選択される。この点火時期指令値ＱＡＤＶは点火レジスタに移され、実際のクランク角がこの点火時期指令値ＱＡＤＶ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。
【０１０５】
また、今サイクルの点火時期指令値としてステップＳ４３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Ｓ４４で算出された前回燃焼開始時期ＭＢＴＣＹＣＬが図１０のステップＳ２２において用いられる。
【０１０６】
以上により本実施形態では、従来は運転状態によらず一定のクランク角として扱っていた点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを、空燃比ＬＡＭＢＤＡ、残留ガス率Ｒ、シリンダ内圧力Ｐ、温度Ｔｓをパラメータとして算出するので、運転状態の変化に伴い当量比が変化して反応確率に変動が生じた場合にも、前記運転状態の変動に応じた点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出することができる。したがってこの点火時期無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを用いて算出する点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤ、および点火無駄時間相当クランク角ＩＧＮＤＥＡＤを用いて算出するＭＢＴ点火時期も運転状態に応じたものとなる。
【０１０７】
第２実施形態について説明する。
【０１０８】
本実施形態は、基本的に第１実施形態と同様であるが、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥの算出方法が異なる。
【０１０９】
本実施形態では、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]への影響が互いに独立であるエンジン１の総ガス量と燃料の重量比（Ｇ/Ｆ）ＧＢＹＦ[-]、シリンダ内圧力Ｐ[Pa]、温度Ｔｓ[Ｔ]をパラメータとして用いる。前記因子のそれぞれの影響を総ガス量と燃料の重量比のパラメータとしてｆG（ＧＢＹＦ）、シリンダ内圧力のパラメータとしてｆP（Ｐ）、温度のパラメータとしてｆT(Ｔｓ)とすると、以下の関数で表すことができる。
【０１１０】
ＤＥＡＤＴＩＭＥ＝ｆG(ＧＢＹＦ)×ｆP（Ｐ）×ｆT(Ｔｓ) ・・・（２６） 上式（２６）について図１２に示すサブルーチンにしたがって算出していく。
【０１１１】
ステップＳ２００では総ガス量と燃料量の重量比ＧＢＹＦの影響ｆG（ＧＢＹＦ）を算出する。ｆG（ＧＢＹＦ）は横軸をＧＢＹＦ、縦軸をｆG(ＧＢＹＦ)とすると図１９に示すように、ＧＢＹＦ＝１５付近で最小となる下に凸な曲線であり、
ｆG(ＧＢＹＦ)=ａ41（ＧＢＹＦ−１５）2+１ ・・・（２７）
にて近似的に算出する。
【０１１２】
なお、式（２７）の係数ａ41については、予め実験等により求めておく。また、図１０に示すようなテーブルデータを持つようにしてもよい。
【０１１３】
以下、ステップＳ２０１でシリンダ内圧力のパラメータとしてｆP(P)、ステップＳ２０２で温度のパラメータとしてｆT(Ｔｓ)を第１実施形態と同様に算出し、ステップＳ２０３で式（２６）を用いて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出する。
【０１１４】
上記のように点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出して、以下、第１実施形態と同様に点火時期ＭＢＴＣＹＣＬを求める。
【０１１５】
以上により、本実施形態ではエンジン１の総ガス量と燃料の重量比（Ｇ/Ｆ）ＧＢＹＦ、シリンダ内圧力Ｐ、温度Ｔｓを用いて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するので、第１実施形態と同様にいかなる運転状態においても正確なＭＢＴを算出することができる。
【０１１６】
第３実施形態について説明する。本実施形態も第２実施形態と同様に、点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]の算出方法が第１実施形態と異なる。
【０１１７】
本実施形態では、空燃比ＬＡＭＢＤＡ[-]と、残ガス率Ｒ[％]、エンジン回転数ＮＲＰＭ[rpm]および充填効率ηｃ[％]を用いる。上記各値の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥへの影響は互いに独立であるとすると、
【０１１８】
上式（２８）について、図１６のフローチャートにしたがって算出する。
【０１１９】
ステップＳ３００、Ｓ３０１では空燃比、残留ガス率のパラメータとしてそれぞれｆL(ＬＡＭＢＤＡ)、ｆR(Ｒ)を第１実施形態と同様に算出する。
【０１２０】
ステップＳ３０２でエンジン回転数および充填効率のパラメータとしてｆNI(ＮＲＰＭ、ηｃ)を算出する。ｆNI(ＮＲＰＭ、ηｃ)は、バルブタイミングが固定である場合、図２０に示すようにエンジン回転数が高いほど、また充填効率が高いほど大きくなる。これを予め実験等により測定しておき、マップ参照して求める。
【０１２１】
また、排気温度、残留ガス率はエンジン回転数、充填効率に依るため、暖機後であればシリンダ内温度、シリンダ内圧力もエンジン回転数、充填効率の関数となる。したがって、シリンダ内温度、シリンダ内圧力を予め計算、もしくは測定し、テーブル化（図２１、図２２）しておき、
ｆNI(ＮＲＰＭ、ηｃ)=ｆP（Ｐ）×ｆT(Ｔｓ) ・・・（２９）
にて算出してもよい。
【０１２２】
ステップＳ３０３で式（２８）をもちいて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出する。
【０１２３】
上記のように点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出して、以下、第１実施形態と同様に点火時期ＭＢＴＣＹＣＬを求める。
【０１２４】
以上により、本実施形態では空燃比ＬＡＭＢＤＡと、残留ガス率Ｒ、エンジン回転数ＮＲＰＭおよび充填効率ηｃを用いて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するので、第１実施形態と同様にいかなる運転状態においても正確なＭＢＴを算出することができる。
【０１２５】
第４実施形態について説明する。
【０１２６】
本実施形態も点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]の算出方法のみが第１実施形態と異なる。本実施形態ではエンジン１の総ガス量と燃料量の重量比ＧＢＹＦとエンジン回転数ＮＲＰＭ[ｒｐｍ]、充填効率ηｃ[％]をパラメータとして用いて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出する。
【０１２７】
上記各値の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥへの影響がそれぞれ独立であるとすると、
ＤＥＡＤＴＩＭＥ=ｆG(ＢＧＹＦ)×ｆNI(ＮＲＰＭ、ηｃ) ・・・（３０）
で表される。
【０１２８】
上式（３０）について、図１７にフローチャートにしたがって算出する。
【０１２９】
ステップＳ４００で総ガス量と燃料量の重量比のパラメータとしてｆG(ＢＧＹＦ)、ステップＳ４０１でエンジン回転数と充填効率のパラメータとしてｆNI(ＮＲＰＭ、ηｃ)をそれぞれ第２、第３実施例と同様に算出し、ステップＳ４０２で式（３０）を用いて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出する。
【０１３０】
上記のように点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥ[μｓｅｃ]を算出し、以下、第１実施形態と同様に点火時期ＭＢＴＣＹＣＬを求める。
【０１３１】
以上により、本実施形態ではエンジン１の総ガス量と燃料量の重量比ＧＢＹＦとエンジン回転数ＮＲＰＭ、充填効率ηｃを用いて点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するので、第１実施形態と同様にいかなる運転状態においても正確なＭＢＴを算出することができる。
【０１３２】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のシステム構成図である。
【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】シリンダ内圧力の変化を説明する特性図である。
【図４】燃焼質量割合の変化を説明する特性図である。
【図５】燃焼期間の算出に用いる物理量の算出を説明する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フラムである。
【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】第１実施形態の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するためのフローチャートである。
【図１５】第２実施形態の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するためのフローチャートである。
【図１６】第３実施形態の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するためのフローチャートである。
【図１７】第４実施形態の点火無駄時間ＤＥＡＤＴＩＭＥを算出するためのフローチャートである。
【図１８】空燃比と着火遅れの関係を表す図である。
【図１９】総ガス量と燃料量の重量比と着火遅れの関係を表す図である。
【図２０】エンジン回転数、充填効率と着火遅れの関係を表す図である。
【図２１】エンジン回転数、充填効率とシリンダ内温度の関係を表す図である。
【図２２】エンジン回転数、充填効率とシリンダ内圧力の関係を表す図である。
【図２３】残ガス率と着火遅れの関係を表す図である。
【図２４】シリンダ内圧力と着火遅れの関係を表す図である。
【図２５】シリンダ内温度と着火遅れの関係を表す図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気コレクタ
３ 吸気マニホールド
４ 吸気ポート
５ 燃焼室
６ ピストン
７ クランクシャフト
８ 排気通路
９ 三元触媒
１１ 点火装置
１３ 点火コイル
１４ 点火プラグ
１５ 吸気弁
１６ 排気弁
２１ 燃料インジェクタ
２２ 電子制御スロットル
２３ 絞り弁
２４ スロットルモータ
２５ 吸気弁用カムシャフト
２６ 排気弁用カムシャフト
２７ 吸気ＶＴＣ機構
２８ 排気ＶＴＣ機構
３１ エンジンコントローラ
３２ エアフローメータ
３３、３４ クランク角センサ
３５ Ｏ2センサ
３７ 水温センサ
４１ アクセルペダル
４２ アクセルセンサ
４３ 吸気温度センサ
４４ 吸気圧力センサ（圧縮開始時圧力算出手段）
４５ 排気温度センサ
４６ 排気圧力センサ
Claims (5)
- 燃焼ガスの層流状態での燃焼速度である層流燃焼速度を算出する層流燃焼速度算出手段と、
算出した層流燃焼速度からシリンダ内の燃焼ガスの燃焼速度を算出する燃焼速度算出手段と、
燃焼ガス燃焼開始時のシリンダ内容積を算出するシリンダ内容積算出手段と、
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燃焼ガス量算出手段と、
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を示す反応確率を算出する反応確率算出手段と、
前記燃焼速度と前記シリンダ内容積と前記燃焼ガス量と前記反応確率とに基づき燃焼期間を算出し、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基本点火時期算出手段と、
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燃焼に関する複数のパラメータに応じて算出する点火無駄時間相当クランク角算出手段を備え、
前記ＭＢＴの得られる基本点火時期を、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することを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。 - 前記点火無駄時間相当クランク角は、内燃機関の空燃比、残留ガス率、シリンダ内温度、シリンダ内圧力に基づいて算出される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。
- 前記点火無駄時間相当クランク角は、内燃機関の総ガス量と燃料量の重量比、シリンダ内温度、シリンダ内圧力に基づいて算出される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。
- 前記点火無駄時間相当クランク角は、内燃機関の空燃比、残留ガス率、回転数、負荷に基づいて算出される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。
- 前記点火無駄時間相当クランク角は、内燃機関の総ガス量と燃料量の重量比、回転数、負荷に基づいて算出される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。
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