JP4302843B2 - 内燃機関制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に設けられた圧電素子により検出された筒内圧に基づいて内燃機関の有効圧指数を算出し、算出した有効圧指数に基づいて内燃機関を制御する内燃機関制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関において、内燃機関の燃焼状態の判定、ノッキングの検出、燃費の向上および排気ガス正常化等を行うための方法として、燃焼室内の圧力（筒内圧）を検出し、この筒内圧に基づいて判断する方法がある。また、筒内圧は内燃機関の動作に応じて変化することから、筒内圧の変化に基づいて、内燃機関の動力源として使用された図示平均有効圧力を算出することが出来る。特に、１燃焼サイクル全体における筒内圧の変化に基づいて図示平均有効圧力を算出することで、内燃機関の燃焼状態が正確に反映された図示平均有効圧力を得ることが出来る。
【０００３】
そして、筒内圧を検出する方法としては、例えば、燃焼室に通じる圧力導孔をシリンダヘッドに設けて、圧力導孔に圧力センサを備えることにより、圧力導孔に伝播される燃焼室内の圧力変動を検出する方法がある。しかし、この筒内圧検出方法は、圧力導孔を設けるためにシリンダヘッドを加工する必要があるため、内燃機関の構造が複雑になるとともに、コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
この問題に対して、圧力センサを点火プラグの取り付け座部分に配置して、点火プラグをシリンダヘッドに締め付けた時の締め付け荷重の変動によって、筒内圧を検出する座型圧力センサが提案されている（特開平６−２９０８５３号公報参照）。これにより、シリンダヘッドに圧力導孔を設けるための加工作業が必要なくなり、内燃機関の構造を複雑に加工することなく低コストで筒内圧を検出することが可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、座型圧力センサは、点火プラグの締め付け荷重の変動により筒内圧を検出する構造であるため、吸気弁・排気弁の着座ノイズの影響を受けると、検出した筒内圧の出力信号が実際の圧力変化から大きく離れてしまうという問題がある。そのため、座型圧力センサを用いた場合、吸気弁・排気弁の動作時を含む１燃焼サイクル全体について、筒内圧を正確に検出することは難しく、１燃焼サイクル全体における筒内圧に基づいて算出される内燃機関の図示平均有効圧力を正確に算出することは精度的に困難となる。
【０００６】
ここで、吸気弁・排気弁によるノイズの影響を確認するために、内燃機関の運転時における、座型圧力センサの出力信号波形を図２に示す。図２に示す出力信号波形によれば、座型圧力センサでは、吸気弁の閉時（INTAKE VALVE CLOSE）と、排気弁の開時（EXHAUST VALVE OPEN）において、出力信号波形（筒内圧）が変動していることが判る。
【０００７】
また、圧力センサを構成する圧電素子は、温度によって出力特性が変化することも知られている。ここで、圧電素子の温度変化に対する特性の変化を図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）は、２０℃のときの圧力センサの出力電荷を０％として、温度変化による圧力センサの出力電荷の変化率を表しており、横軸を温度とし、縦軸を変化率とする座標平面上に変化率を表す。図１０（ａ）に示す圧力センサの特性から、圧力センサの出力電荷（以下、出力信号ともいう）が温度変化によって変化することが判る。
【０００８】
そして、圧力センサを構成する圧電素子には、僅かながら感度に個体差が存在し、出力信号に個体差に起因する若干の誤差があることが判っている。また、圧電素子が出力する電荷が微小であるため、一般に、圧電素子の出力信号は増幅回路によって増幅して用いられる。このため、圧電素子単体としては許容範囲である誤差も、増幅回路によって増幅されてしまうと、この誤差が無視できない値になってしまう。
【０００９】
ここで、圧電素子における出力信号の誤差の有無を確認するために行った測定の測定結果を図３（ａ）に示す。測定は、増幅回路を用いて、同型の２個の座型圧力センサ（センサ１、センサ２）と、燃焼室に通じる圧力導孔に設けた筒内挿通型圧力センサとにより筒内圧を検出し、上死点前と上死点後における筒内圧の積分値の差を算出することで行った。なお、図３（ａ）では、この積分値の差を有効圧指数と称して記し、筒内挿通型圧力センサを用いて算出した有効圧指数に対する、座型圧力センサを用いて算出した各有効圧指数の関係を示す。図３（ａ）に示す測定結果から、同型の座型圧力センサであっても、算出した有効圧指数が異なっていることが判る。このことから、圧電素子の感度の個体差による出力信号の誤差が存在することが判る。
【００１０】
さらに、座型圧力センサは、点火プラグの締め付け荷重を検出することで筒内圧を検出するため、点火プラグ取り付け時の締め付け荷重が異なると、筒内圧の変化による締め付け荷重の変動に差異が生じてしまう。仮に、トルクレンチなどの締め付け荷重を測定する器具を用いても、座型圧力センサの圧力検出に影響しない程度にまで厳密に締め付け荷重を統一することは現実的に困難である。そのため、座型圧力センサの検出圧力の出力特性は、点火プラグの締め付け荷重の個体差による影響を受けることになる。
【００１１】
ここで、締め付けトルクの変化による座型圧力センサの検出圧力の変化率を図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）は、締め付けトルクが２５N・m である時の座型圧力センサの出力信号を１００％として、締め付けトルクを変化させたときの締め付けトルクと出力信号との関係を示している。図１０（ｂ）に示すとおり、締め付けトルクが小さくなると変化率が低下し（出力電荷が小さくなり）、締め付けトルクが大きくなると変化率が上昇する（出力電荷が大きくなる）。このことから、締め付けトルクが変化することによって、座型圧力センサの出力信号が変化していることが判る。
【００１２】
このように、座型圧力センサは、温度、感度、および締め付けトルクなどの個体差によって出力信号に誤差が含まれることから、精度の高い筒内圧を検出することができない虞がある。このため、座型圧力センサにて検出される筒内圧の変化に基づいて、内燃機関の有効圧指数を正確に算出することは精度的に困難である。
【００１３】
また、筒内圧による締め付け荷重の変化は、燃焼ガスが点火プラグを押さえることで発生している。そして、同時に点火プラグの主体金具のネジ部とシリンダヘッドのネジ部との間に存在する空隙に燃焼ガスが入り込むため、実際の筒内圧が低下してもネジ部の空隙に存在する燃焼ガスの流出遅れによって残圧が発生してしまう。
【００１４】
ここで、座型圧力センサにより検出した筒内圧に、残圧による影響が存在することを確認するために行った測定の測定結果を図４に示す。測定は、座型圧力センサと、燃焼室に通じる圧力導孔に設けた筒内挿通型圧力センサを用いて、同一燃焼室内の筒内圧を検出することで行った。図４（ａ）では、横軸をクランク角とし、縦軸を筒内圧とする座標平面上に、座型圧力センサにより検出した筒内圧を実線で、筒内挿通型圧力センサにより検出した筒内圧を点線で記して、測定結果を示す。図４（ａ）に示す測定結果から、筒内圧のピーク値に達するまでは、各圧力センサとも同じ値の筒内圧を検出しているが、筒内圧のピーク値を経過した後は、筒内挿通型圧力センサの検出する筒内圧よりも座型圧力センサの検出する筒内圧の方が値が大きくなっている。また、図４（ｂ）に、縦軸に座型圧力センサにより検出した筒内圧を、横軸に筒内挿通型圧力センサにより検出した筒内圧を設定し、各圧力センサが検出した筒内圧に関するリサージュ波形を示す。図４（ｂ）の結果からも、筒内挿通型圧力センサの検出する筒内圧よりも座型圧力センサの検出する筒内圧の方が値が大きくなっていることが判る。
【００１５】
この測定結果から、上死点（以下、ＴＤＣともいう）後においては、座型圧力センサでは筒内挿通型圧力センサの検出する筒内圧よりも高い圧力（残圧）を検出していることが判る。そして、この残圧の影響により、混合気の燃焼後において座型圧力センサが検出する筒内圧は、筒内挿通型圧力センサの検出する筒内圧よりも緩やかに減少することになり、実際の筒内圧を正確に検出することが難しくなる。
【００１６】
したがって、座型圧力センサにより検出された筒内圧に基づいて算出する有効圧指数は、吸気弁・排気弁によるノイズ、点火プラグの締め付けトルクや温度などによる個体差、およびネジ部の残圧による影響により、誤差を生じてしまうことがある。そして、このような個体差や残圧の影響による誤差は、実際に座型圧力センサを内燃機関本体に取り付けた時点で決定されるため、例えば、取り付け前に予め座型圧力センサ毎の誤差を測定しておき、補正基準値を設定して補正を行うことは不可能である。また、座型圧力センサを取り付けた時点で誤差を測定し、誤差に応じて設定した補正基準値を用いて誤差を補正することも可能であるが、運転中の内燃機関は常に状態が変化しており、時間経過に伴い、座型圧力センサの出力特性が変化していく虞もあるため、経時変化による誤差を補正することが出来ないという問題がある。
【００１７】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、座型圧力センサの検出する筒内圧により精度良く有効圧指数を算出し、算出された有効圧指数に基づいて内燃機関の燃焼状態を最適に制御する内燃機関制御方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、点火プラグの取り付け座に備えた圧電素子により点火プラグ締め付け荷重の変化を検出することで内燃機関の筒内圧を検出し、この筒内圧に基づいて算出された内燃機関の動力源となる有効圧指数を基に内燃機関を制御する内燃機関制御方法であって、吸気弁が閉じてからクランク角が上死点に達するまでの間に定めた一定期間内における筒内圧を積分することにより上死点前圧力積分値を算出し、クランク角が上死点に達してから排気弁が開くまでの間に定めた一定期間内における筒内圧を積分することにより上死点後圧力積分値を算出し、上死点前圧力積分値の積分期間および上死点後圧力積分値の積分期間は、上死点に関して対称であるとともに、それぞれ同じ長さであり、上死点後圧力積分値と上死点前圧力積分値との差を有効圧指数として算出するとともに、失火運転時を含む全ての運転状態における有効圧指数を算出し、失火運転時に算出される有効圧指数を第２補正基準値として設定し、通常運転時に算出される有効圧指数から、第２補正基準値を引くことで、通常運転時の有効圧指数を補正し、該補正された有効圧指数に基づいて内燃機関を制御すること、を特徴とする内燃機関制御方法である。
【００１９】
内燃機関では、燃焼室内で混合気を燃焼させることで発生する圧力により動力を発生させているが、内燃機関の動力源として使用される圧力は、上死点後の燃焼室内の圧力（筒内圧）である。しかし、上死点前に発生する燃焼室内の圧力は上死点後の燃焼室内の圧力を発生させるために使用される。このことから、上死点後の筒内圧の積分値と上死点前の筒内圧の積分値との差が、内燃機関の動力源として実際に使用される圧力であると判断できる。よって、本発明（請求項１）の内燃機関制御方法における有効圧指数の算出方法のように、上死点後圧力積分値と上死点前圧力積分値との差を求めることで、内燃機関の動力源として実際に使用される圧力を算出することができる。本明細書では、この圧力を有効圧指数と定義するものとする。
【００２０】
また、点火プラグの取り付け座に備えた圧電素子により検出される筒内圧は、締め付け荷重の変化により検出されることから、吸気弁・排気弁の着座による振動ノイズの影響を受けてしまう。そこで、筒内圧の検出期間を請求項１に記載の内燃機関制御方法における有効圧指数の算出方法のように定めることで、吸気弁・排気弁の着座による振動ノイズの影響を避けて筒内圧を検出することができ、有効圧指数の算出にあたり、着座ノイズによる誤差が生じることがなくなる。
【００２１】
ここで、本発明（請求項１）の内燃機関制御方法における有効圧指数の算出方法により有効圧指数として算出した値が、内燃機関の動力源として使用された図示平均有効圧力を示す値に代わる値となることを確認するために行った測定の測定結果を図１２に示す。測定は、座型圧力センサを用いて本発明方法における有効圧指数の算出方法で有効圧指数を算出すると共に、筒内挿通型圧力センサを用いて１燃焼サイクル全体における図示平均有効圧力を算出することで行った。なお、図示平均有効圧力は、排気量の異なる内燃機関の燃焼効率を比較する際にも用いられる指標であり、内燃機関の動力源として使用された圧力を正確に反映した値を示す。
【００２２】
図１２に示す測定結果から、有効圧指数は、図示平均有効圧力に対して比例関係があることが判る。よって、本発明方法における有効圧指数の算出方法により算出した有効圧指数は、内燃機関の動力源として使われた図示平均有効圧力を表す値に代わる値として用いることが可能である。
【００２３】
そして、有効圧指数は、内燃機関の燃焼状態に応じて値が変化することから、内燃機関における混合気の燃焼状態を表す指標として用いることができる。よって、この有効圧指数に基づき、燃焼状態が向上するように内燃機関を制御することで、最適な燃焼状態での内燃機関の運転が可能となる。
【００２４】
したがって、本発明（請求項１）の内燃機関制御方法によれば、座型圧力センサにより検出した筒内圧に基づいて、吸気弁・排気弁の着座ノイズの影響を受けることなく、内燃機関の有効圧指数を精度良く算出することができ、有効圧指数に基づき内燃機関の燃焼状態を最適に制御することが可能となる。
ところで、座型圧力センサは、点火プラグの締め付け荷重の変化を検出することにより筒内圧を検出している。そして、筒内圧による締め付け荷重の変化は、燃焼ガスが点火プラグを押さえることで発生している。そして、同時に点火プラグの主体金具のネジ部とシリンダヘッドのネジ部との間に存在する空隙に燃焼ガスが入り込むため、実際の筒内圧が低下してもネジ部の空隙に存在する燃焼ガスの流出遅れによって残圧が発生してしまう（図４参照）。この残圧の影響により、混合気の燃焼後における筒内圧の減少が緩やかになり、実際の筒内圧を正確に検出することが難しくなり、有効圧指数に誤差が生じる虞がある。
そこで、本発明（請求項１）の内燃機関制御方法のように、失火運転時を含む全ての運転状態における有効圧指数を算出し、失火運転時に算出される有効圧指数を第２補正基準値として設定し、通常運転時に算出される有効圧指数から、第２補正基準値を引くことで、通常運転時の補正有効圧指数を補正し、この補正された有効圧指数に基づいて内燃機関を制御するとよい。
つまり、内燃機関の失火運転時には、ＴＤＣ前の圧力積分値とＴＤＣ後の圧力積分値は、理想的には同一値になるが、実際に算出される圧力積分値は、前述したような残圧の影響により、ＴＤＣ後の圧力積分値の方が大きな値を示すことになる。そして、失火運転時の特定のエンジン条件下において算出される有効圧指数は、残圧により生じた筒内圧の増加分を示すこととなるため、このときの有効圧指数を記憶しておき、算出した有効圧指数から差し引くことで、残圧による誤差を補正した有効圧指数を算出することができる。
よって、この有効圧指数に基づき、燃焼状態が向上するように内燃機関を制御することで、最適な燃焼状態での内燃機関の運転が可能となる。したがって、本発明（請求項１）の内燃機関制御方法によれば、座型圧力センサにおける残圧の影響による誤差を補正して、有効圧指数を精度良く算出することができ、有効圧指数に基づき内燃機関の燃焼状態を最適に制御することが可能となる。
【００２５】
なお、筒内圧の圧力積分値の算出方法としては、例えば、筒内圧を一定時間毎にあるいは一定クランク角毎に積算することにより圧力積分値を算出する方法を用いてもよい。
また、内燃機関運転時の筒内圧は、上死点前９０゜ＣＡ（以下、ＢＴＤＣ９０゜ＣＡともいう）あたりから上昇を開始し、上死点をわずかに経過したあたりで最大値となり、その後下降を開始して、上死点後９０゜ＣＡ（以下、ＡＴＤＣ９０゜ＣＡともいう）あたりまで下降を続ける、という具合に変化する。また、一般に、吸気弁の閉鎖時期はＢＴＤＣ９０゜ＣＡよりも前であり、排気弁の開放時期はＡＴＤＣ９０゜ＣＡよりも後である。
【００２６】
このことから、上記の内燃機関制御方法においては、請求項２に記載のように、上死点前圧力積分値を、クランク角が上死点前９０゜ＣＡから上死点に達するまでの期間内における筒内圧を積分することにより算出し、上死点後圧力積分値を、クランク角が上死点に達してから上死点後９０゜ＣＡに達するまでの期間内における筒内圧を積分することにより算出するとよい。
【００２７】
つまり、このように上死点前圧力積分値と上死点後圧力積分値を算出することで、混合気の燃焼による筒内圧の変化を確実に検出することができ、かつ、吸気弁・排気弁の着座ノイズの影響を受けることなく筒内圧が検出でき、内燃機関の動力源として使われた有効圧指数を確実に算出することができるのである。
【００２８】
また、上死点前圧力積分値と上死点後圧力積分値とを算出する期間の長さがそれぞれ異なると、誤った有効圧指数を算出することになってしまう。しかし、本発明（請求項２）では、上死点前９０゜ＣＡから上死点までの積分期間と、上死点から上死点後９０゜ＣＡまでの積分期間は、ＴＤＣに関して対称であり、積分値を算出する期間の長さが同じであるため、有効圧指数を正確に算出することが出来る。
【００２９】
よって、この有効圧指数に基づき、燃焼状態が向上するように内燃機関を制御することで、最適な燃焼状態での内燃機関の運転が可能となる。
したがって、本発明（請求項２）の内燃機関制御方法によれば、座型圧力センサにより検出した筒内圧に基づいて、吸気弁・排気弁の着座ノイズの影響を受けることなく、内燃機関の有効圧指数を精度良く算出することができ、有効圧指数に基づき内燃機関の燃焼状態を最適に制御することが可能となる。
【００３０】
一方、圧電素子は、検出した圧力に応じて電荷を出力することで筒内圧を検出する仕組みであるが、出力する電荷は微小であることから、実際に使用するにあたっては、例えば、図１１に示すような増幅回路６１によって出力信号を増幅している。
【００３１】
ここで、増幅回路６１は、非反転入力端子６３ａが接地され、反転入力端子６３ｂが抵抗６５を介して圧電素子に接続され、出力端子６３ｃと反転入力端子６３ｂが、並列接続された抵抗６７およびコンデンサ６９により接続され、５Ｖの電源電圧が供給されているオペアンプ６３により構成されている。そして、検出する筒内圧に応じて圧電素子が出力する電荷によって、反転入力端子６３ｂに入力される電位が変動し、この電位の変動をオペアンプ６３が増幅して出力端子６３ｃから出力信号として出力している。これにより、圧電素子が、接続したケーブルの浮遊容量による影響を受けることがなくなり、圧電素子の出力信号を正確に検出することが可能になる。
【００３２】
しかしながら、圧電素子の出力信号を増幅すると、圧電素子単体としては許容範囲の誤差までもが増幅回路により増幅されてしまうため、筒内圧を正確に検出することが困難となることがある。そして、前述の測定結果を示す図３（ａ）からも判るとおり、同型の座型圧力センサであっても、算出した有効圧指数が異なっていることから、圧電素子の感度に個体差があると判断できる。
【００３３】
しかし、図３（ａ）に示す測定結果から、同一の座型圧力センサを用いて算出した有効圧指数の算出結果は、筒内挿通型圧力センサを用いて算出した有効圧指数の変化に対して一定の割合で変化しており、座型圧力センサの出力特性は、筒内圧に対して一定の比例関係を有していることが判る。
【００３４】
そして、実際に座型圧力センサがＴＤＣ前に検出する筒内圧は、座型圧力センサ間で異なっており、これは、図３（ａ）に示す測定結果からも判るように、座型圧力センサの感度の差から誤差が生じているためである。そして、この誤差の大きさは、各圧力センサの感度に応じて変わることから、ＴＤＣ前に検出される筒内圧の変化割合の大きさから座型圧力センサの感度を知ることが出来る。
【００３５】
そこで、内燃機関制御方法としては、請求項３に記載のように、吸気弁が閉じてから点火時期前までに検出される筒内圧のうち異なる２時点における筒内圧の差を第１補正基準値として設定し、上死点後圧力積分値と上死点前圧力積分値の差として算出される有効圧指数を、更に第１補正基準値によって除することにより補正し、この補正された有効圧指数に基づいて内燃機関を制御するとよい。
【００３６】
つまり、吸気弁が閉じてから点火時期前までに検出される異なる２時点の筒内圧の差は、感度の良い圧力センサであれば大きくなり、感度の悪い圧力センサであれば小さくなる。また、感度の良い圧力センサであれば算出される有効圧指数は大きくなり、感度の悪い圧力センサであれば算出される有効圧指数は小さくなる。よって、圧力センサの感度を反映している吸気弁が閉じてから点火時期前までのうち異なる２時点の筒内圧の差によって有効圧指数を除することで、感度の個体差による筒内圧の誤差を補正することができ、有効圧指数を正確に算出することが出来るのである。
【００３７】
実際に、本発明（請求項３）の内燃機関制御方法における有効圧指数の算出方法で算出した有効圧指数の算出結果を、図３（ｂ）に示す。具体的には、図３（ａ）に示す有効圧指数の算出に用いた座型圧力センサにおける、ＢＴＤＣ９０゜ＣＡとＢＴＤＣ２０゜ＣＡとの筒内圧の差を用いて、図３（ａ）に示す有効圧指数を除することで補正を行い、有効圧指数を算出した。
【００３８】
感度補正前（図３（ａ））では、座型圧力センサ毎に異なる値を示していた有効圧指数が、感度補正後（図３（ｂ））ではほぼ同一の値を示しており、感度による誤差を補正できたことが判る。また、座型圧力センサが検出する筒内圧の誤差は、圧電素子の感度以外に、点火プラグの締め付けトルクの違いや測定時の温度の違いによっても生じてしまう。しかし、締め付けトルクや温度等による誤差も、圧電素子の感度の違いによる誤差と同様に、ＴＤＣ前に検出される筒内圧の大きさとして表れることから、本発明（請求項３）方法における有効圧指数の算出方法を用いることによって、誤差が補正された有効圧指数を得ることが出来る。
【００３９】
よって、この有効圧指数に基づき、燃焼状態が向上するように内燃機関を制御することで、最適な燃焼状態での内燃機関の運転が可能となる。したがって、本発明（請求項３）の内燃機関制御方法によれば、圧電素子の感度、締め付けトルクおよび温度変化等の個体差により生じる筒内圧の誤差を補正して、有効圧指数をより正確に算出することができ、有効圧指数に基づき内燃機関の燃焼状態を最適に制御することが可能となる。
【００４４】
一方、内燃機関は、例えば、回転数や機関負荷などの運転状態をパラメータとする計算式あるいはマップを用いて制御基準値を求め、点火時期、空燃比などを制御することで運転されている。つまり、点火時期、空燃比等を、運転状態を表す回転数や機関負荷等に基づいて設定している。そのため、回転数や機関負荷等が一定となる安定した運転状態では、同一の制御基準値が設定されて内燃機関が制御されることになる。しかし、内燃機関では、回転数や負荷が変動しない安定した運転状態においても、混合気の燃焼状態は僅かながら変化していることが知られている。このため、安定した運転状態においても、より最適な燃焼状態となるように、点火時期、空燃比等を制御することが望まれる。
【００４５】
そこで、内燃機関を制御する内燃機関制御方法としては、請求項４に記載のように、内燃機関の運転状態が安定しているか否かを判断し、少なくとも内燃機関の運転状態が安定している定常運転時には、有効圧指数を算出し、算出された有効圧指数に基づいて、内燃機関を制御するとよい。
【００４６】
なお、有効圧指数は、燃焼状態が良くなるほど大きな値を示すことから、内燃機関における混合気の燃焼状態を表す指標として用いることができる。そのため、安定した運転状態における内燃機関を、有効圧指数に基づいて制御することで、より良い燃焼状態での運転を実現することが出来る。
【００４７】
そして、内燃機関の定常運転時に算出した有効圧指数に基づき、点火時期を制御する内燃機関制御方法においては、請求項５に記載のように、点火時期を予め定められた点火時期変化量だけ変化させた後に算出される前記有効圧指数が、点火時期を変化させる前に算出された有効圧指数よりも大きくなるときには、次回の点火時期を前記点火時期変化量による変化方向と同じ方向に変化させ、反対に、点火時期を予め定められた点火時期変化量だけ変化させた後に算出される前記有効圧指数が、点火時期を変化させる前に算出された有効圧指数以下であるときには、次回の点火時期を前記点火時期変化量による変化方向とは反対方向に変化させることにより、点火時期を制御するとよい。
【００４８】
なお、一般に、点火時期は、進角させた場合に混合気の燃焼状態が良好になることが知られているが、過度に進角させてしまうとノッキングが発生するなどして、燃焼状態が低下してしまう。
ここで、点火時期に対する燃焼状態の変化を確認するために、点火時期を変化させたときの有効圧指数の変化を測定した。その測定結果を図５に示す。測定は、直噴型内燃機関を用いて行い、点火時期の他に燃料噴射時期を変化させたときの有効圧指数を、３段階の空燃比（Ａ／Ｆ）について算出した。図５では、縦軸を点火時期とし、横軸を燃料噴射時期とする座標平面上に、各空燃比における有効圧指数の分布を示すことで、測定結果を表している。なお、縦軸は、上死点を０゜ＣＡとして、点火時期の進角（上死点よりも前のクランク角）を正の値、遅角（上死点よりも後のクランク角）を負の値として表している。また、横軸は、上死点を０゜ＣＡとして、上死点よりも前のクランク角を正の値として表している。また、有効圧指数は、１３０〜１６０，１６０〜１８０，１８０〜２００，２００〜２１０の４段階を、それぞれ異なる模様で記載して分布を示している。
【００４９】
図５に示す測定結果から、同一の空燃比における有効圧指数の分布は、点火時期について、上死点（点火時期が０゜ＣＡの時）を基準として判断した場合、点火時期を進角させるに従い有効圧指数が増加していくが、過度に進角させると有効圧指数が低下することが判る。
【００５０】
そこで、本発明（請求項５）では、点火時期を単に進角させるのではなく、点火時期を変化させたことによる有効圧指数の変化によって燃焼状態を判断し、その判断結果に基づいて点火時期を設定することで、点火時期を最適に制御するようにしている。
【００５１】
例えば、点火時期を進角させた後に算出される有効圧指数が、進角させる前に算出された有効圧指数よりも大きくなる場合には、燃焼状態が良好となったことを表しており、次回の点火時期を進角させることで、次回の点火において更に燃焼状態が良好になる事が期待できる。反対に、点火時期を進角させた後に算出される有効圧指数が、進角させる前に算出された有効圧指数よりも小さくなる場合には、燃焼状態が不良となったことを表しており、次回の点火時期を遅角させることで、次回の点火における燃焼状態を良好にするのである。
【００５２】
このようにして、点火時期を制御することにより、安定した運転状態における燃焼状態を良好にすることができ、また、ノッキングの発生や燃焼状態が悪化することを回避することができる。
なお、点火時期を遅角させるように変化させたときの有効圧指数の変化から燃焼状態を判断して内燃機関を制御するに際しては、点火時期の変化後に算出される有効圧指数が変化前の有効圧指数よりも大きくなる場合には、次回の点火時期を更に遅角させることで、燃焼状態をより最適に制御することが可能になる。反対に、点火時期の変化後に算出される有効圧指数が変化前の有効圧指数よりも小さくなる場合には、次回の点火時期を進角させることで、燃焼状態をより最適に制御することが可能になる。
【００５３】
したがって、本発明（請求項５）の内燃機関制御方法によれば、内燃機関の運転状態が安定している定常運転時の燃焼状態が、より良好になるように点火時期を制御することができ、内燃機関の燃焼状態をより良好に制御することが可能になる。これにより、内燃機関の効率が最も良い点火時期であるＭＢＴ（MinimumSpark Advance for Best Torque ）に点火時期を設定することが可能になり、最適な状態で内燃機関を運転することが可能になる。
【００５４】
また、図５に示す測定結果から、空燃比（Ａ／Ｆ）が大きくなる（燃料噴射量が少なくなる）ほど、高い値を示す有効圧指数の領域が小さくなっており、空燃比が小さい（燃料噴射量が多い）ほど、良好な燃焼状態を実現し易いことが判る。しかし、燃費向上のためには、空燃比は大きく設定する方が良い。
【００５５】
そこで、内燃機関の定常運転時に算出した有効圧指数に基づき、空燃比またはＥＧＲ量を制御する内燃機関制御方法においては、請求項６に記載のように、燃料噴射量およびＥＧＲ量の少なくともいずれか一方を予め定められた量だけ変化させた後に、予め定められた回数だけ算出される有効圧指数の分布の広がりを表す値が、予め定められた判定値以下であるときは、燃料噴射量を減少させる制御、およびＥＧＲ量を増加させる制御の少なくともいずれか一方の制御を実行し、反対に、燃料噴射量およびＥＧＲ量の少なくともいずれか一方を予め定められた量だけ変化させた後に、予め定められた回数だけ算出される有効圧指数の分布の広がりを表す値が、予め定められた判定値よりも大きくなるときは、燃料噴射量を増加させる制御、およびＥＧＲ量を減少させる制御の少なくともいずれか一方の制御を実行することにより、空燃比またはＥＧＲ量を制御するとよい。
【００５６】
なお、有効圧指数の分布の広がりを表す値が小さいほど、算出された有効圧指数のばらつきが小さく、燃焼状態が安定していることを示し、反対に、この値が大きいほど、有効圧指数のばらつきが大きく、燃焼状態が不安定であることを示すことになる。
【００５７】
そこで、有効圧指数の分布の広がりを表す値が小さい時（燃焼状態が安定している時）には、空燃比を高くする（燃料噴射量を減少させる）ことで内燃機関の燃費の向上を図り、また、有効圧指数の分布の広がりを表す値が大きい時（燃焼状態が不安定である時）には、空燃比を低くする（燃料噴射量を増加させる）ことで内燃機関の燃焼状態を安定化させるとよい。
【００５８】
ここで、ＥＧＲ量とは、排気系から吸気系に再循環させる排気ガスの量のことであり、このように排気ガスを燃焼混合気中に混合することで、最高燃焼温度を低下させて、有害物質であるＮＯx の発生を低減させることができるのである。しかし、その反面、ＥＧＲ量が多くなると、燃焼状態が不安定になり、内燃機関のドライバビリティ（応答性や円滑性など）を低下させてしまうため、ＥＧＲ量は、内燃機関の運転状態に応じて制御する必要がある。
【００５９】
そこで、有効圧指数の分布の広がりを表す値が小さい時（燃焼状態が安定している時）には、ＥＧＲ量を多くすることで、排出ガス中の有害物質の発生を減少させることができる。また、有効圧指数の分布の広がりを表す値が大きいとき（燃焼状態が不安定である時）には、ＥＧＲ量を少なくすることで、内燃機関の燃焼状態を安定化させることができる。
【００６０】
そして、有害物質の発生を低減させるためにＥＧＲ量を制御するにあたっては、内燃機関のドライバビリティを低下させないよう燃焼状態を安定した状態に維持しつつ、ＥＧＲ量が最大値（限界値）となるよう制御すること（ＥＧＲ限界制御）が最も望ましい。
【００６１】
よって、有効圧指数の分布の広がりを表す値を予め定められた判定値と比較した結果に基づき、燃料噴射量およびＥＧＲ量の少なくともいずれか一方の制御を実行して、空燃比制御またはＥＧＲ限界制御することにより、内燃機関の燃焼状態を安定化させることができる。
【００６２】
したがって、本発明（請求項６）によれば、有効圧指数の分布の広がりを表す値に基づいて、燃焼状態を判断することで、空燃比を最適な値に制御することができるため、燃費の向上を図ることができ、また、ノッキングの発生を防ぐことが出来る。また、ＥＧＲ量を最適な値に制御することができるため、排出ガス中の有害物質を減少させることができ、また、内燃機関の燃焼状態を安定化させることが出来る。
【００６３】
次に、燃料を燃焼室内に直接噴射して混合気を生成する直噴型内燃機関においては、点火時期、空燃比、ＥＧＲ量の他に、燃料噴射時期についても、回転数や負荷などの運転状態をパラメータとする計算式あるいはマップを用いて制御基準値を求めて、制御を行っている。
【００６４】
そこで、直噴型内燃機関において、内燃機関の定常運転時に算出した有効圧指数に基づき、燃料噴射時期を制御する内燃機関制御方法においては、請求項７に記載のように、燃料噴射時期を予め定められた燃料噴射時期変化量だけ変化させた後に算出される有効圧指数が、燃料噴射時期を変化させる前に算出された有効圧指数よりも大きくなるときには、次回の燃料噴射時期を前記燃料噴射時期変化量による方向と同じ方向に変化させ、反対に燃料噴射時期を予め定められた燃料噴射時期変化量だけ変化させた後に算出される有効圧指数が、燃料噴射時期を変化させる前に算出された有効圧指数以下であるときには、次回の燃料噴射時期を前記燃料噴射時期変化量による方向と反対方向に変化させることにより、燃料噴射時期を制御するとよい。
【００６５】
なお、前述の図５に示す測定結果より、直噴型内燃機関では、燃料噴射時期が変化することによって、有効圧指数が変化することが判る。そこで、上述の請求項５において点火時期を制御した場合と同様に、燃料噴射時期を変化させたことによる有効圧指数の変化によって燃焼状態を判断し、その判断結果に基づいて燃料噴射時期を設定することで、燃料噴射時期を最適に制御することが可能になる。
【００６６】
例えば、燃料噴射時期を進めた後に算出される有効圧指数が、進める前に算出された有効圧指数よりも大きくなる場合には、燃焼状態が良好となったことを表しており、次回の燃料噴射時期を進めることで、更に燃焼状態が良好になる事が期待できる。反対に、燃料噴射時期を進めた後に算出される有効圧指数が、進める前に算出された有効圧指数よりも小さくなる場合には、燃焼状態が不良となったことを表しており、次回の燃料噴射時期を遅らせることで、燃焼状態が良好になるようにするのである。
【００６７】
このようにして、燃料噴射時期を制御することにより、安定した運転状態における燃焼状態を良好にすることができ、また、燃焼状態が悪化することを回避することができる。
なお、燃料噴射時期を遅らせるように変化させたときの有効圧指数の変化から燃焼状態を判断するには、燃料噴射時期の変化後に算出される有効圧指数が変化前の有効圧指数よりも大きくなる場合には、次回の燃料噴射時期を更に遅らせることで、燃焼状態をより最適に制御することが可能になる。反対に、燃料噴射時期の変化後に算出される有効圧指数が変化前の有効圧指数よりも小さくなる場合には、次回の燃料噴射時期を進めることで、燃焼状態をより最適に制御することが可能になる。
【００６８】
したがって、本発明（請求項７）の内燃機関制御方法によれば、直噴型内燃機関における、内燃機関の運転状態が安定しているときの燃焼状態がより良好になるように燃料噴射時期を制御することができ、直噴型内燃機関の燃焼状態をより良好に制御することが可能になる。
【００６９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は、本発明の内燃機関制御方法が適用された内燃機関の構成を表す説明図である。
【００７０】
尚、制御装置（ＥＣＵ）１９、ＥＧＲバルブ１７、クランク軸４７以外の構成は、内燃機関の各気筒毎に設けられるものであるが、図１では図面を見やすくするために１気筒分のみを表している。
図１に示すように、本実施例の内燃機関用点火装置は、混合気を燃焼させるための火花放電を発生するとともに、締め付け荷重の変化から燃焼室３１の圧力（筒内圧）検出する圧電素子を備えた圧力センサ内蔵点火プラグ（以下、点火プラグともいう）１１と、点火プラグ１１に火花放電を発生させるための点火用高電圧を発生するイグナイタ１３と、混合気を生成するために燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）１５と、排気ポート３５の排気ガスを吸気ポート３３に循環させるためのＥＧＲバルブ１７と、外部からの指令に従い、イグナイタ１３、燃料噴射弁１５、ＥＧＲバルブ１７に対して指令信号を出力し、内燃機関１の運転を制御するマイクロコンピュータからなる制御装置（ＥＣＵ）１９とを備えている。なお、本実施例の内燃機関は、直噴型内燃機関であるため、燃料噴射弁１５は、燃料を燃焼室内に直接噴射するように備えられている。
【００７１】
また、点火プラグ１１は、図１３に示すような構造であり、主体金具１１ａの内部に圧力センサ１１ｂ（図示省略）を内蔵しており、締め付け荷重の変化を検出することで筒内圧を検出し、出力ケーブル１１ｃから筒内圧に応じた電荷を出力している。そして、圧力センサ１１ｂの出力電荷は微小であるため、例えば、前述した図１１に示すような増幅回路６１によって増幅された圧力信号が、ＥＣＵ１９に入力される。なお、図１では、増幅回路の図示を省略している。また、点火プラグ１１は、イグナイタ１３から供給される点火用高電圧を端子部１１ｆで受電し、中心電極１１ｅと外側電極１１ｄとの間に火花放電を発生する。
【００７２】
そして、内燃機関１は、気筒（シリンダ）４３の内部を往復運動するピストン４１が、連接棒４５を介してクランク軸４７を回転させることで、内燃機関１の外部に動力を伝達している。また、内燃機関１は直噴型であるため、ピストン４１が吸気行程で下降するときに、吸気弁３７が開くことで燃焼室３１に空気を送り込み、ピストン４１が圧縮行程で上昇するときに燃料噴射弁１５が燃焼室３１に燃料を噴射して混合気を生成する。このときの燃料噴射時期および燃料噴射量は、ＥＣＵ１９にて実行される後述の制御処理によって設定される。
【００７３】
そして、燃焼工程では、ピストン４１が上死点に達する前に点火プラグ１１で火花放電を発生させ、混合気を燃焼させることで、燃焼室内の圧力（筒内圧）を上昇させてピストン４１を下降させることで、内燃機関の動力を発生する。続いて、ピストン４１が排気行程で上昇するときには、排気弁３９が開くことで燃焼室３１の内部の排気ガスを排気ポート３５に排出する。そして、続いて圧縮行程が行われ、次の燃焼サイクルに移行するという処理を繰り返すことにより、内燃機関の運転が行われる。
【００７４】
このような内燃機関の運転は、ＥＣＵ１９によって制御されており、以下にＥＣＵ１９で行われる点火時期制御、空燃比制御（燃料噴射量制御）、ＥＧＲ制御および燃料噴射時期制御について説明する。
なお、制御装置１９は、以下に説明する制御処理のために、別途、内燃機関の吸入空気量（吸気管圧力），回転速度，スロットル開度，冷却水温，吸気温等、機関各部の運転状態を検出する運転状態検出処理を行っている。
【００７５】
まず、本実施例の点火時期制御処理について、図６に示すフローチャートに従って説明する。この点火時期制御処理は、内燃機関の運転が開始されると共に起動され、内燃機関の運転を停止するまで実行される。
図６に示すように、点火時期制御処理が開始されると、まずＳ１１０（Ｓはステップを表す）では、別途実行される運転状態検出処理にて検出されたエンジン回転数およびスロットル開度を測定する。続く、Ｓ１２０では、内燃機関の運転状態が安定した状態であるか（規定条件内であるか）否かを判断しており、具体的には、Ｓ１１０にて測定したエンジン回転数およびスロットル開度の変動が一定範囲内に収束しているか否かを判断している。そして、Ｓ１２０で肯定判定されるとＳ１４０に移行し、Ｓ１２０で否定判定されるとＳ１３０に移行する。
【００７６】
Ｓ１２０に移行した際に、内燃機関の運転状態が変化していると、Ｓ１２０で否定判定され、Ｓ１３０に移行する。Ｓ１３０では、Ｓ１１０で測定されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、予め設定されたマップから点火時期Ｔｉｇを読込むことで点火時期Ｔｉｇを設定し、さらに、初期ＦＬＧをリセット（ＲＥＳＥＴ）する。なお、初期ＦＬＧは、有効圧指数Ａｎの比較を行うための初期値が算出されたことを表す指標である。Ｓ１３０の処理が行われると、Ｓ２４０に移行する。
【００７７】
そして、Ｓ２４０では、最後に算出された最新の点火時期Ｔｉｇにて点火を行い、点火が行われるとＳ１１０に移行する。
また、Ｓ１２０に移行した際に、内燃機関の運転状態が安定していると、Ｓ１２０で肯定判定され、Ｓ１４０に移行する。Ｓ１４０では、初期ＦＬＧがセット（ＳＥＴ）されているか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ１６０に移行し、否定判定されるとＳ１５０に移行する。このとき、初期ＦＬＧがリセットされていると、Ｓ１４０で否定判定され、Ｓ１５０に移行する。
【００７８】
Ｓ１５０では、まず、Ｓ１１０で測定されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、予め設定されたマップから点火時期Ｔｉｇを読込むことで点火時期Ｔｉｇを設定する。そして、点火プラグ１１の圧力センサ１１ｂにて検出された燃焼圧信号が記憶された図示しない記憶部から、クランク角が９０°ＣＡ（ＢＴＤＣ９０゜ＣＡ）から２７０°ＣＡ（ＡＴＤＣ９０°ＣＡ）までの燃焼圧信号（筒内圧）を取込み、取込んだ筒内圧を用いて有効圧指数Ａｎを算出する。
【００７９】
ここで、有効圧指数Ａｎの算出には、まず、取り込んだ燃焼圧信号（筒内圧）のうち、クランク角が９０゜ＣＡ（ＢＴＤＣ９０゜ＣＡ）から上死点（ＴＤＣ）まで移動する期間の筒内圧を、クランク角１°ＣＡ毎に積算して、上死点前圧力積分値Ａを求める。同様に、取り込んだ筒内圧を用いて、クランク角が上死点（ＴＤＣ）から２７０゜ＣＡ（ＡＴＤＣ９０゜ＣＡ）までに移動する期間の筒内圧を、クランク角１°ＣＡ毎に積算した上死点後圧力積分値Ｂを求める。また、クランク角が１６０゜ＣＡ（ＢＴＤＣ２０゜ＣＡ）である時の筒内圧、および９０゜ＣＡ（ＢＴＤＣ９０゜ＣＡ）である時の筒内圧の差を求め、第１補正基準値Ｃとして設定する。
【００８０】
なお、筒内圧の積算間隔はクランク角１°ＣＡ毎に限ることはなく、積算間隔を短くすれば、筒内圧のデータ数をより多くすることが可能になり、より精度の高い有効圧指数Ａｎを算出することができる。反対に、積算間隔を長くすることで、ＥＣＵ１９の処理負荷を低減することができるが、同時に、積算する筒内圧のデータ数が減少してしまうため、有効圧指数Ａｎの精度が低下してしまう。このため、積算間隔としては、少なくとも有効圧指数Ａｎの算出に必要なデータ数を収集できる程度に長く、また、ＥＣＵ１９の処理負荷が異常に高くならない程度に短くなる範囲内に設定するとよい。
【００８１】
さらに、本ステップでは、このときの燃焼サイクルが燃料カット（燃料遮断）であるか否かを判断しており、燃料カットでない場合には、燃料カット時の有効圧指数の値が記憶された第２補正基準値Ｄの値を取り込む。
そして、有効圧指数Ａｎを、数１に記す計算式に従い、上死点後圧力積分値Ｂから上死点前圧力積分値Ａを差し引いた値を、第１補正基準値Ｃで除した後、第２補正基準値Ｄを差し引くことで算出する。
【００８２】
【数１】

【００８３】
なお、このときの燃焼サイクルが燃料遮断である場合には、数１において第２補正基準値Ｄを差し引くことをせず、上死点後圧力積分値Ｂから上死点前圧力積分値Ａを差し引いた値を第１補正基準値Ｃで除して得られる値を有効圧指数Ａｎとして算出するとともに、この有効圧指数Ａｎを第２補正基準値Ｄに代入して記憶する。
【００８４】
さらに、Ｓ１５０では、算出した有効圧指数Ａｎの値を、前回の有効圧指数Ａｎ-1に代入し、また、点火時期Ｔｉｇを予め定められた進角量Ｔａだけ進めた値に更新し、そして、初期ＦＬＧをセット（ＳＥＴ）する。こうしてＳ１５０の処理が行われると、Ｓ２４０に移行する。
【００８５】
そして、Ｓ２４０では、最後に算出された点火時期Ｔｉｇにて点火を行い、点火が行われるとＳ１１０に移行する。
また、Ｓ１４０に移行した際に、初期ＦＬＧがセットされていると、Ｓ１４０で肯定判定され、Ｓ１６０に移行する。Ｓ１６０では、まず、点火プラグ１１の圧力センサ１１ｂにて検出された燃焼圧信号が記憶された図示しない記憶部から、クランク角が９０°ＣＡ（ＢＴＤＣ９０゜ＣＡ）から２７０°ＣＡ（ＡＴＤＣ９０°ＣＡ）までの燃焼圧信号（筒内圧）を取込み、取込んだ筒内圧を用いて有効圧指数Ａｎを算出する。なお、有効圧指数Ａｎの算出方法は、Ｓ１５０の処理における算出方法と同様である。
【００８６】
続くＳ１７０では、最新（ｎ回目）の有効圧指数Ａｎが、前回（ｎ−１回目）の有効圧指数Ａｎ-1よりも大きいか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ１８０に移行し、否定判定されるとＳ２１０に移行する。
Ｓ１７０に移行した際に、最新の有効圧指数Ａｎが前回の有効圧指数Ａｎ-1よりも大きい場合、Ｓ１７０で肯定判定され、Ｓ１８０に移行する。Ｓ１８０では、最新の有効圧指数Ａｎの値を前回の有効圧指数Ａｎ-1に代入し、点火時期Ｔｉｇを予め定められた進角量Ｔａだけ進めた値に更新する。
【００８７】
続くＳ１９０では、Ｓ１８０で更新した点火時期Ｔｉｇの値が、点火時期の進角限界値として予め定められた進角リミット点火時期ＴＬａよりも大きいか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ２００に移行し、否定判定されるとＳ２４０に移行する。このとき、点火時期Ｔｉｇが進角リミット点火時期ＴＬａよりも大きい場合、Ｓ１９０で肯定判定されてＳ２００に移行し、Ｓ２００では、進角リミット点火時期ＴＬａの値を点火時期Ｔｉｇに代入する。これにより、点火時期が過度に進角してしまい、内燃機関の運転状態が不安定になることを防いでいる。Ｓ２００の処理が行われると、Ｓ２４０に移行する。
【００８８】
Ｓ１９０に移行した際に、点火時期Ｔｉｇが進角リミット点火時期ＴＬａ以下である場合、Ｓ１９０で否定判定されてＳ２４０に移行し、Ｓ２４０では、最後に算出された点火時期Ｔｉｇにて点火を行い、点火が行われるとＳ１１０に移行する。
【００８９】
また、Ｓ１７０に移行した際に、最新の有効圧指数Ａｎが前回の有効圧指数Ａｎ-1以下である場合、Ｓ１７０で否定判定され、Ｓ２１０に移行する。Ｓ２１０では、最新の有効圧指数Ａｎの値を前回の有効圧指数Ａｎ-1に代入し、点火時期Ｔｉｇを予め定められた遅角量Ｔｒだけ遅らせた値に更新する。
【００９０】
続くＳ２２０では、Ｓ２１０で更新した点火時期Ｔｉｇの値が、点火時期の遅角限界値として予め定められた遅角リミット点火時期ＴＬｒよりも小さいか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ２３０に移行し、否定判定されるとＳ２４０に移行する。このとき、点火時期Ｔｉｇが遅角リミット点火時期ＴＬｒよりも小さい場合、Ｓ２２０で肯定判定され、Ｓ２３０に移行し、Ｓ２３０では、遅角リミット点火時期ＴＬｒの値を点火時期Ｔｉｇに代入する。これにより、点火時期が過度に遅角してしまい、内燃機関の運転状態が不安定になることを防いでいる。Ｓ２３０の処理が行われると、Ｓ２４０に移行する。
【００９１】
Ｓ２２０に移行した際に、点火時期Ｔｉｇが遅角リミット点火時期ＴＬｒ以上である場合、Ｓ２２０で否定判定され、Ｓ２４０に移行し、Ｓ２４０では、最後に算出された点火時期Ｔｉｇにて点火を行い、点火が行われるとＳ１１０に移行する。
【００９２】
このように、本点火時期制御処理では、Ｓ２４０で点火を行うと、Ｓ１１０に移行し、上述の処理を繰り返し実行することで、有効圧指数Ａｎに基づいて点火時期Ｔｉｇを更新して、点火時期Ｔｉｇを制御している。
以上説明したように、本点火時期制御処理では、運転状態が変化しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて点火時期Ｔｉｇを制御している。そして、運転状態が安定しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて設定された点火時期Ｔｉｇを初期値として、点火時期Ｔｉｇを変化させたことによる有効圧指数Ａｎの変動に基づいて、内燃機関の燃焼状態を判断し、点火時期Ｔｉｇを制御している。
【００９３】
つまり、Ｓ１５０にて点火時期Ｔｉｇを進角させた後に、Ｓ１６０で算出される有効圧指数Ａｎが、進角させる前に算出された有効圧指数Ａｎ-1よりも大きくなる場合（Ｓ１７０で肯定判定される場合）には、燃焼状態が良好となったと判断できる。このため、続くＳ１８０にて次回の点火時期Ｔｉｇを更に進角させることで、次回の点火における燃焼状態を更に良好になるようにしている。
【００９４】
反対に、Ｓ１５０にて点火時期Ｔｉｇを進角させた後に、Ｓ１６０で算出される有効圧指数Ａｎが、進角させる前に算出された有効圧指数Ａｎ-1以下になる場合（Ｓ１７０で否定判定される場合）には、燃焼状態が不良となったと判断できる。このため、続くＳ２１０にて次回の点火時期Ｔｉｇを遅角させることで、次回の点火において燃焼状態が良好になるようにしている。
【００９５】
そして、内燃機関の運転状態が安定している状態が続く間、Ｓ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１４０、Ｓ１６０からＳ２４０の各ステップが繰り返し実行されて、点火時期Ｔｉｇが有効圧指数Ａｎに基づいて最適な値に制御される。これにより、内燃機関の効率が最も良い点火時期であるＭＢＴ（Minimum Spark Advance for Best Torque ）に点火時期を設定して、内燃機関を運転することが可能になる。
【００９６】
なお、本実施例では、進角量Ｔａおよび遅角量Ｔｒは、予め設定された固定値としているが、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。また、遅角量Ｔｒを進角量Ｔａよりも大きい値に設定することで、不安定な燃焼状態からの回避を迅速に行うことが可能になる。また、進角リミット点火時期ＴＬａおよび遅角リミット点火時期ＴＬｒについても、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。
【００９７】
また、数１において第２補正基準値Ｄを差し引くことをせず有効圧指数Ａｎを算出し、この有効圧指数Ａｎを第２補正基準値Ｄに代入して記憶する処理は、燃料カット（燃料遮断）時に限ることはなく、失火運転時において筒内圧の残圧が検出可能な特定のエンジン条件下となる時に行うようにしてもよい。
【００９８】
次に、本実施例の空燃比制御処理について、図７に示すフローチャートに従って説明する。この空燃比制御処理は、内燃機関の運転が開始されると共に起動され、内燃機関の運転を停止するまで実行される。また、空燃比は混合気を形成する燃料と空気との比率を表していることから、本実施例の内燃機関では、空燃比制御は燃料噴射量を制御することで行っている。
【００９９】
図７に示すように、空燃比制御処理が開始されると、まずＳ３１０（Ｓはステップを表す）では、別途実行される運転状態検出処理にて検出されたエンジン回転数およびスロットル開度を測定する。続く、Ｓ３２０では、内燃機関の運転状態が安定した状態であるか（規定条件内であるか）否かを判断しており、具体的には、Ｓ３１０にて測定したエンジン回転数およびスロットル開度の変動が一定範囲内に収束しているか否かを判断している。そして、Ｓ３２０で肯定判定されるとＳ３４０に移行し、Ｓ３２０で否定判定されるとＳ３３０に移行する。
【０１００】
Ｓ３２０に移行した際に、内燃機関の運転状態が変化していると、Ｓ３２０で否定判定され、Ｓ３３０に移行する。Ｓ３３０では、Ｓ３１０で測定されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、予め設定されたマップから燃料噴射量Ｆｉｎを読込むことで燃料噴射量Ｆｉｎを設定し、さらに、初期ＦＬＧをリセット（ＲＥＳＥＴ）し、初期Ｓ算出カウンタＳＰＣＮＴをクリアする。なお、初期ＦＬＧは、有効圧指数Ａｎの比較を行うための初期値が算出されたことを表す指標であり、初期Ｓ算出カウンタＳＰＣＮＴは、有効圧指数Ａｎの標準偏差および平均を算出するための、データ数をカウントするためのカウンタである。Ｓ３３０の処理が行われると、Ｓ４６０に移行する。
【０１０１】
そして、Ｓ４６０では、最後に算出された最新の燃料噴射量Ｆｉｎにて燃料噴射を行い、燃料噴射が行われるとＳ３１０に移行する。
また、Ｓ３２０に移行した際に、内燃機関の運転状態が安定していると、Ｓ３２０で肯定判定され、Ｓ３４０に移行する。Ｓ３４０では、初期ＦＬＧがセット（ＳＥＴ）されているか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ３８０に移行し、否定判定されるとＳ３５０に移行する。このとき、初期ＦＬＧがリセットされていると、Ｓ３４０で否定判定され、Ｓ３５０に移行する。
【０１０２】
Ｓ３５０では、まず、Ｓ３１０で測定されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、予め設定されたマップから燃料噴射量Ｆｉｎを読込むことで燃料噴射量Ｆｉｎを設定する。そして、点火プラグ１１の圧力センサ１１ｂにて検出された燃焼圧信号が記憶された図示しない記憶部から、クランク角が９０°ＣＡ（ＢＴＤＣ９０゜ＣＡ）から２７０°ＣＡ（ＡＴＤＣ９０°ＣＡ）までの燃焼圧信号（筒内圧）を取込み、取込んだ筒内圧を用いて有効圧指数Ａｎを算出する。なお、有効圧指数Ａｎの算出方法は、前述の点火時期制御処理のＳ１５０での処理における算出方法と同様である。
【０１０３】
そして、本空燃比制御処理が実行される間に算出された、最新の初期Ｓ算出回数Ｎ個の有効圧指数Ａｎにおける標準偏差および平均を算出し、標準偏差を平均で除することで得られる値を偏差／平均Ｓに設定する。このとき、標準偏差の算出には数２の計算式を用い、平均の算出には数３の計算式を用いる。
【０１０４】
【数２】

【０１０５】
【数３】

【０１０６】
なお、有効圧指数Ａｎの個数が、初期Ｓ算出回数Ｎに満たない場合には、標準偏差および平均の算出は行わない。
さらに、Ｓ３５０では、初期Ｓ算出カウンタＳＰＣＮＴを１加算（インクリメント）して、初期Ｓ算出カウンタＳＰＣＮＴを更新する。
【０１０７】
続くＳ３６０では、初期Ｓ算出カウンタＳＰＣＮＴが、初期Ｓ算出回数Ｎ以上であるか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ３７０に移行し、否定判定されるとＳ４６０に移行する。このとき、初期Ｓ算出カウンタＳＰＣＮＴが、初期Ｓ算出回数Ｎよりも小さい場合、Ｓ３６０で否定判定され、Ｓ４６０に移行する。そして、Ｓ４６０では、最後に算出された燃料噴射量Ｆｉｎにて燃料噴射を行い、燃料噴射が行われるとＳ３１０に移行する。
【０１０８】
また、Ｓ３６０に移行した際に、初期Ｓ算出カウンタＳＰＣＮＴが、初期Ｓ算出回数Ｎ以上である場合、Ｓ３６０で肯定判定され、Ｓ３７０に移行する。そして、Ｓ３７０では、初期ＦＬＧをセットする。
Ｓ３７０の処理が行われるか、あるいは、Ｓ３４０にて肯定判定されると、Ｓ３８０に移行し、Ｓ３８０では、まず、点火プラグ１１の圧力センサ１１ｂにて検出された燃焼圧信号が記憶された図示しない記憶部から、クランク角が９０°ＣＡ（ＢＴＤＣ９０゜ＣＡ）から２７０°ＣＡ（ＡＴＤＣ９０°ＣＡ）までの燃焼圧信号（筒内圧）を取込み、取込んだ筒内圧を用いてＳ３５０での処理と同様の計算方法で有効圧指数Ａｎを算出する。そして、Ｓ３５０で算出した場合と同様に、本空燃比制御処理が実行される間に算出された、最新の初期Ｓ算出回数Ｎ個の有効圧指数Ａｎにおける標準偏差および平均を算出し、標準偏差を平均で除することで得られる値を偏差／平均Ｓに設定する。
【０１０９】
続くＳ３９０では、Ｓ３８０で算出した偏差／平均Ｓが、空燃比の希薄限界として予め設定されたリーンリミット判定値ＬＬ以下であるか否かを判定しており、肯定判定されるとＳ４００に移行し、否定判定されるとＳ４３０に移行する。このとき、偏差／平均Ｓがリーンリミット判定値ＬＬ以下である場合、Ｓ３９０で肯定判定され、Ｓ４００に移行する。Ｓ４００では、燃料噴射量Ｆｉｎを予め定められた燃料減量量Ｆａだけ減量した値に更新する。
【０１１０】
続くＳ４１０では、Ｓ４００で更新した燃料噴射量Ｆｉｎの値が、燃料噴射量の希薄限界値として予め定められた噴射燃料減量リミットＦＬａよりも小さいか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ４２０に移行し、否定判定されるとＳ４６０に移行する。このとき、燃料噴射量Ｆｉｎが噴射燃料減量リミットＦＬａよりも小さい場合、Ｓ４１０で肯定判定されてＳ４２０に移行し、Ｓ４２０では、噴射燃料減量リミットＦＬａの値を燃料噴射量Ｆｉｎに代入する。これにより、燃料噴射量が過度に減量されてしまい、内燃機関の運転状態が不安定になることを防いでいる。Ｓ４２０の処理が行われると、Ｓ４６０に移行する。
【０１１１】
また、Ｓ４１０に移行した際に、燃料噴射量Ｆｉｎが噴射燃料減量リミットＦＬａ以上である場合、Ｓ４１０で否定判定されてＳ４６０に移行し、Ｓ４６０では、最後に算出された燃料噴射量Ｆｉｎにて燃料噴射を行い、燃料噴射が行われるとＳ３１０に移行する。
【０１１２】
また、Ｓ３９０に移行した際に、偏差／平均Ｓがリーンリミット判定値ＬＬよりも大きい場合、Ｓ３９０で否定判定され、Ｓ４３０に移行する。Ｓ４３０では、燃料噴射量Ｆｉｎを予め定められた燃料増量量Ｆｂだけ増量した値に更新する。
【０１１３】
続くＳ４４０では、Ｓ４３０で更新した燃料噴射量Ｆｉｎの値が、燃料噴射量の増量限界値として予め定められた噴射燃料増量リミットＦＬｂよりも大きいか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ４５０に移行し、否定判定されるとＳ４６０に移行する。このとき、燃料噴射量Ｆｉｎが噴射燃料増量リミットＦＬｂよりも大きい場合、Ｓ４４０で肯定判定されてＳ４５０に移行し、Ｓ４５０では、噴射燃料増量リミットＦＬｂの値を燃料噴射量Ｆｉｎに代入する。これにより、燃料噴射量が過度に増量されてしまい、内燃機関の運転状態が不安定になることを防いでいる。Ｓ４５０の処理が行われると、Ｓ４６０に移行する。
【０１１４】
また、Ｓ４４０に移行した際に、燃料噴射量Ｆｉｎが噴射燃料増量リミットＦＬｂ以下である場合、Ｓ４４０で否定判定されてＳ４６０に移行し、Ｓ４６０では、最後に算出された燃料噴射量Ｆｉｎにて燃料噴射を行い、燃料噴射が行われるとＳ３１０に移行する。
【０１１５】
このように、本空燃比制御処理では、Ｓ４６０で燃料噴射を行うと、Ｓ３１０に移行し、上述の処理を繰り返し実行することで、有効圧指数Ａｎの標準偏差および平均から算出される偏差／平均Ｓの値に基づいて燃料噴射量Ｆｉｎを更新して、燃料噴射量Ｆｉｎを制御している。
【０１１６】
なお、有効圧指数Ａｎの標準偏差は、算出した有効圧指数Ａｎの分布の広がりを表す尺度であり、この値が小さいほど、算出した有効圧指数Ａｎのばらつきが小さく、燃焼状態が安定していることを示し、反対に、この値が大きいほど、算出した有効圧指数Ａｎのばらつきが大きく、燃焼状態が不安定であることを示すことになる。
【０１１７】
また、有効圧指数Ａｎの標準偏差を有効圧指数Ａｎの平均で除することで正規化した偏差／平均Ｓと判定値とを比較して内燃機関の燃焼状態を判定することで、運転状態に応じて判定値を更新する必要がなくなり、判定値として定数の値を用いることができる。
【０１１８】
以上説明したように、本空燃比制御処理では、運転状態が変化しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて燃料噴射量Ｆｉｎを制御している。そして、運転状態が安定しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて設定された燃料噴射量Ｆｉｎを初期値として、燃料噴射量Ｆｉｎを変化させたことによる有効圧指数Ａｎの標準偏差の値に基づいて、内燃機関の燃焼状態を判断し、燃料噴射量Ｆｉｎを制御している。
【０１１９】
つまり、Ｓ３８０にて算出された偏差／平均Ｓがリーンリミット判定値ＬＬ以下であるとき（Ｓ３９０で肯定判定される時）には、燃焼状態が安定していると判断できる。このため、続くＳ４００で次回の燃料噴射量Ｆｉｎを減量させる（空燃比を高くする）ことで、内燃機関の燃費の向上を図るようにしている。
【０１２０】
また、Ｓ３８０にて算出された偏差／平均Ｓがリーンリミット判定値ＬＬよりも大きいとき（Ｓ３９０で否定判定される時）には、燃焼状態が不安定であると判断できる。このため、続くＳ４３０で次回の燃料噴射量Ｆｉｎを増量させる（空燃比を低くする）ことで、内燃機関の燃料状態を安定化させている。
【０１２１】
そして、内燃機関の運転状態が安定している状態が続く間、Ｓ３１０、Ｓ３２０、Ｓ３４０、Ｓ３８０からＳ４６０までの各ステップが繰り返し実行されて、燃料噴射量Ｆｉｎが有効圧指数Ａｎの標準偏差に基づいて最適な値に制御される。これにより、最も薄い混合気となる空燃比（リーンリミット）での内燃機関の運転が可能になる。
【０１２２】
なお、有効圧指数Ａｎの平均の算出には、数４の計算式を用いてもよい。
【０１２３】
【数４】

【０１２４】
平均値を算出する際に、数３の計算式での算出には、ｎ個分のデータ（有効圧指数Ａｎ）を記憶しておく必要があるが、数４の計算式では、前回までの平均値と有効圧指数Ａｎの２個のデータで平均を算出することが出来るため、メモリ容量の節約が可能になる。
【０１２５】
なお、本実施例では、燃料減量量Ｆａおよび燃料増量量Ｆｂは、予め設定された固定値としているが、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。また、燃料増量量Ｆｂを燃料減量量Ｆａよりも大きい値に設定することで、不安定な燃焼状態からの回避を迅速に行うことが可能になる。また、噴射燃料減量リミットＦＬａおよび噴射燃料増量リミットＦＬｂについても、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。
【０１２６】
次に、本実施例のＥＧＲ量制御処理について、図８に示すフローチャートに従って説明する。このＥＧＲ量制御処理は、内燃機関の運転が開始されると共に起動され、内燃機関の運転を停止するまで実行される。
また、ＥＧＲ量制御処理は、空燃比制御処理と基本的な制御処理の流れは同様であることから、処理内容が同一のステップについては同一ステップ番号を付してフローチャートを表し、空燃比制御処理と異なる部分を中心に、ＥＧＲ量制御処理について以下に説明する。
【０１２７】
まず、空燃比制御処理において燃料噴射量Ｆｉｎを読み込んでいたＳ３３０、Ｓ３５０に対応する、ＥＧＲ量制御処理のＳ５３０、Ｓ５５０では、Ｓ３１０で測定されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、予め設定されたマップからＥＧＲ量Ｅｇｒを読込むことでＥＧＲ量Ｅｇｒを設定している。また、Ｓ５３０の処理が行われると、Ｓ６６０に移行する。
【０１２８】
そして、Ｓ３９０に対応するＳ５９０では、Ｓ３８０で算出した偏差／平均Ｓが、ＥＧＲ量増量限界として予め設定されたＥＧＲ量リミット判定値ＥＬ以下であるか否かを判定しており、肯定判定されるとＳ６００に移行し、否定判定されるとＳ６３０に移行する。なお、空燃比制御処理におけるＳ４００からＳ４６０が、ＥＧＲ量制御処理におけるＳ６００からＳ６６０に対応する。
【０１２９】
Ｓ５９０に移行したとき、偏差／平均ＳがＥＧＲ量リミット判定値ＥＬ以下である場合、Ｓ５９０で肯定判定され、Ｓ６００に移行する。Ｓ６００では、ＥＧＲ量Ｅｇｒを予め定められたＥＧＲ増量量Ｅａだけ増量した値に更新する。
続くＳ６１０では、Ｓ６００で更新したＥＧＲ量Ｅｇｒの値が、ＥＧＲ量Ｅｇｒの増量限界値として予め定められたＥＧＲ量増量リミットＥＬａよりも大きいか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ６２０に移行し、否定判定されるとＳ６６０に移行する。このとき、ＥＧＲ量ＥｇｒがＥＧＲ量増量リミットＥＬａより大きい場合、Ｓ６１０で肯定判定され、Ｓ６２０に移行し、Ｓ６２０では、ＥＧＲ量増量リミットＥＬａの値をＥＧＲ量Ｅｇｒに代入する。Ｓ６２０の処理が行われると、Ｓ６６０に移行する。
【０１３０】
また、Ｓ６１０に移行した際に、ＥＧＲ量ＥｇｒがＥＧＲ量増量リミットＥＬａ以下である場合、Ｓ６１０で否定判定され、Ｓ６６０に移行し、Ｓ６６０では、最後に算出されたＥＧＲ量ＥｇｒにてＥＧＲ制御動作を行い、ＥＧＲ制御動作が行われるとＳ３１０に移行する。
【０１３１】
また、Ｓ５９０に移行したとき、偏差／平均ＳがＥＧＲ量リミット判定値ＥＬよりも大きい場合、Ｓ５９０で否定判定され、Ｓ６３０に移行する。Ｓ６３０では、ＥＧＲ量Ｅｇｒを予め定められたＥＧＲ減量量Ｅｂだけ減量した値に更新する。
【０１３２】
続くＳ６４０では、Ｓ６３０で更新したＥＧＲ量Ｅｇｒの値が、ＥＧＲ量Ｅｇｒの減量限界値として予め定められたＥＧＲ量減量リミットＥＬｂよりも小さいか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ６５０に移行し、否定判定されるとＳ６６０に移行する。このとき、ＥＧＲ量ＥｇｒがＥＧＲ量減量リミットＥＬｂより小さい場合、Ｓ６４０で肯定判定され、Ｓ６５０に移行し、Ｓ６５０では、ＥＧＲ量減量リミットＥＬｂの値をＥＧＲ量Ｅｇｒに代入する。Ｓ６５０の処理が行われると、Ｓ６６０に移行する。
【０１３３】
また、Ｓ６４０に移行した際に、ＥＧＲ量ＥｇｒがＥＧＲ量減量リミットＥＬｂ以上である場合、Ｓ６４０で否定判定され、Ｓ６６０に移行し、Ｓ６６０では、最後に算出されたＥＧＲ量ＥｇｒにてＥＧＲ制御動作を行い、ＥＧＲ制御動作が行われるとＳ３１０に移行する。
【０１３４】
このように、本ＥＧＲ量制御処理では、Ｓ６６０でＥＧＲ制御動作を行うと、Ｓ３１０に移行し、上述の処理を繰り返し実行することで、有効圧指数Ａｎの標準偏差および平均から算出される偏差／平均Ｓの値に基づいてＥＧＲ量Ｅｇｒを更新して、ＥＧＲ量Ｅｇｒを制御している。
【０１３５】
以上説明したように、本ＥＧＲ量制御処理では、運転状態が変化しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいてＥＧＲ量Ｅｇｒを制御している。そして、運転状態が安定しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて設定されたＥＧＲ量Ｅｇｒを初期値として、ＥＧＲ量Ｅｇｒを変化させたことによる有効圧指数Ａｎの標準偏差の値に基づいて、内燃機関の燃焼状態を判断し、ＥＧＲ量Ｅｇｒを制御している。
【０１３６】
つまり、Ｓ３８０にて算出された偏差／平均ＳがＥＧＲ量リミット判定値ＥＬ以下であるとき（Ｓ５９０で肯定判定される時）には、燃焼状態が安定していると判断できる。このため、続くＳ６００で次回のＥＧＲ量Ｅｇｒを増量させることで、排出ガス中の有害物質を更に減少させるようにしている。
【０１３７】
また、Ｓ３８０にて算出された偏差／平均ＳがＥＧＲ量リミット判定値ＥＬよりも大きいとき（Ｓ５９０で否定判定される時）には、燃焼状態が不安定であることを表しており、Ｓ６３０で次回のＥＧＲ量Ｅｇｒを減量させることで、内燃機関の燃料状態を安定化させている。
【０１３８】
そして、内燃機関の運転状態が安定している状態が続く間、Ｓ３１０、Ｓ３２０、Ｓ３４０、Ｓ３８０、Ｓ５９０からＳ６６０までの各ステップが繰り返し実行されて、ＥＧＲ量Ｅｇｒが有効圧指数Ａｎの標準偏差に基づいて最適な値に制御される。これにより、燃焼状態を低下させることなく、有害物質の発生を抑えた状態での内燃機関の運転が可能になる。
【０１３９】
なお、本実施例では、ＥＧＲ増量量ＥａおよびＥＧＲ減量量Ｅｂは、予め設定された固定値としているが、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。また、ＥＧＲ量増量リミットＥＬａおよびＥＧＲ量減量リミットＥＬｂについても、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。
【０１４０】
次に、本実施例の燃料噴射時期制御処理について、図９に示すフローチャートに従って説明する。この燃料噴射時期制御処理は、内燃機関の運転が開始されると共に起動され、内燃機関の運転を停止するまで実行される。
また、燃料噴射時期制御処理は、点火時期制御処理と基本的な制御処理の流れ方法は同様であることから、処理内容が同一のステップについては同一ステップ番号を付してフローチャートを表し、点火時期制御処理と異なる部分を中心に、燃料噴射時期制御について以下に説明する。
【０１４１】
まず、点火時期制御処理において点火時期Ｔｉｇを読み込んでいたＳ１３０、Ｓ１５０に対応する、燃料噴射時期制御処理のＳ７３０、Ｓ７５０では、Ｓ１１０で測定されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、予め設定されたマップから燃料噴射時期Ｔｉｎを読込むことで燃料噴射時期Ｔｉｎを設定している。そして、Ｓ７５０では、燃料噴射時期Ｔｉｎを予め定められた進角量Ｔｉａだけ進めた値に更新する。
【０１４２】
また、点火時期制御におけるＳ１８０からＳ２４０が、燃料噴射時期制御におけるＳ７８０からＳ８４０に対応しており、Ｓ１７０に移行した際に、最新の有効圧指数Ａｎが前回の有効圧指数Ａｎ-1よりも大きい場合、Ｓ１７０で肯定判定され、Ｓ７８０に移行する。Ｓ７８０では、最新の有効圧指数Ａｎの値を前回の有効圧指数Ａｎ-1に代入し、燃料噴射時期Ｔｉｎを予め定められた進角量Ｔｉａだけ進めた値に更新する。
【０１４３】
続くＳ７９０では、Ｓ７８０で更新した燃料噴射時期Ｔｉｎの値が、燃料噴射時期の進角限界値として予め定められた噴射時期進角リミットＴＬｉａよりも大きいか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ８００に移行し、否定判定されるとＳ８４０に移行する。このとき、燃料噴射時期Ｔｉｎが噴射時期進角リミットＴＬｉａよりも大きい場合、Ｓ７９０で肯定判定され、Ｓ８００に移行し、Ｓ８００では、噴射時期進角リミットＴＬｉａの値を燃料噴射時期Ｔｉｎに代入する。Ｓ８００の処理が行われると、Ｓ８４０に移行する。
【０１４４】
そして、Ｓ７９０に移行した際に、燃料噴射時期Ｔｉｎが噴射時期進角リミットＴＬｉａ以下である場合、Ｓ７９０で否定判定されてＳ８４０に移行し、Ｓ８４０では、最後に算出された燃料噴射時期Ｔｉｎにて燃料噴射を行い、燃料噴射点火が行われるとＳ１１０に移行する。
【０１４５】
また、Ｓ１７０に移行した際に、最新の有効圧指数Ａｎが前回の有効圧指数Ａｎ-1以下である場合、Ｓ１７０で否定判定され、Ｓ８１０に移行する。Ｓ８１０では、最新の有効圧指数Ａｎの値を前回の有効圧指数Ａｎ-1に代入し、燃料噴射時期Ｔｉｎを予め定められた遅角量Ｔｉｒだけ遅らせた値に更新する。
【０１４６】
続くＳ８２０では、Ｓ８１０で更新した燃料噴射時期Ｔｉｎの値が、燃料噴射時期の遅角限界値として予め定められた噴射時期遅角リミットＴＬｉｒよりも小さいか否かを判断しており、肯定判定されるとＳ８３０に移行し、否定判定されるとＳ８４０に移行する。このとき、燃料噴射時期Ｔｉｎが噴射時期遅角リミットＴＬｉｒよりも小さい場合、Ｓ８２０で肯定判定されてＳ８３０に移行し、Ｓ８３０では、噴射時期遅角リミットＴＬｉｒの値を燃料噴射時期Ｔｉｎに代入する。Ｓ８３０の処理が行われると、Ｓ８４０に移行する。
【０１４７】
そして、Ｓ８２０に移行した際に、燃料噴射時期Ｔｉｎが噴射時期遅角リミットＴＬｉｒ以上である場合、Ｓ８２０で否定判定されてＳ８４０に移行し、Ｓ８４０では、最後に算出された燃料噴射時期Ｔｉｎにて燃料噴射を行い、燃料噴射が行われるとＳ１１０に移行する。
【０１４８】
このように、本燃料噴射時期制御処理では、Ｓ８４０で点火を行うと、Ｓ１１０に移行し、上述の処理を繰り返し実行することで、有効圧指数Ａｎに基づいて燃料噴射時期Ｔｉｎを更新して、燃料噴射時期Ｔｉｎを制御している。
以上説明したように、本燃料噴射時期制御処理では、運転状態が変化しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて燃料噴射時期Ｔｉｎを制御している。そして、運転状態が安定しているときには、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて設定された燃料噴射時期Ｔｉｎを初期値として、燃料噴射時期Ｔｉｎを変化させたことによる有効圧指数Ａｎの変動に基づいて、内燃機関の燃焼状態を判断し、燃料噴射時期Ｔｉｎを制御している。
【０１４９】
つまり、Ｓ７５０にて燃料噴射時期Ｔｉｎを進めた後に、Ｓ１６０で算出される有効圧指数Ａｎが、進める前に算出された有効圧指数Ａｎ-1よりも大きくなる場合（Ｓ１７０で肯定判定される場合）には、燃焼状態が良好となったと判断できる。このため、続くＳ７８０にて次回の燃料噴射時期Ｔｉｎを進めることで、次回の燃焼における燃焼状態が更に良好になるようにしている。
【０１５０】
反対に、Ｓ７５０にて燃料噴射時期Ｔｉｎを進めた後に、Ｓ１６０で算出される有効圧指数Ａｎが、進める前に算出された有効圧指数Ａｎ-1以下になる場合（Ｓ１７０で否定判定される場合）には、燃焼状態が不良となったと判断できる。このため、続くＳ８１０にて次回の燃料噴射時期Ｔｉｎを遅らせることで、次回の燃焼において燃焼状態が良好になるようにしている。
【０１５１】
そして、内燃機関の運転状態が安定している状態が続く間、Ｓ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１４０、Ｓ１６０、Ｓ１７０、Ｓ７８０からＳ８４０の各ステップが繰り返し実行されて、燃料噴射時期Ｔｉｎが有効圧指数Ａｎに基づいて最適な値に制御される。これにより、燃料噴射時期を、内燃機関の効率が最も良い燃料噴射時期に設定して、内燃機関を運転することが可能になる。
【０１５２】
なお、本実施例では、進角量Ｔｉａおよび遅角量Ｔｉｒは、予め設定された固定値としているが、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。また、噴射時期進角リミットＴＬｉａおよび噴射時期遅角リミットＴＬｉｒについても、例えば、運転状態に応じて設定される可変値としてもよい。
【０１５３】
以上説明したように、本実施例の内燃機関では、有効圧指数の算出に用いる筒内圧を、圧力センサ内蔵型点火プラグによって検出しているが、上死点前９０゜ＣＡから上死点後９０゜ＣＡまでの期間における筒内圧を用いているため、吸気弁・排気弁の着座ノイズの影響を受けることなく、有効圧指数を正確に算出することができる。そして、圧力センサ内蔵型点火プラグにおける、感度、締め付けトルクおよび温度などの個体差によって生じる筒内圧の誤差を補正して有効圧指数を算出している。さらに、圧力センサ内蔵型点火プラグが検出する筒内圧における残圧の影響による誤差を補正して有効圧指数を算出している。これらのことから、本実施例の内燃機関では、精度良く有効圧指数を算出することができる。
【０１５４】
よって、本実施例の内燃機関は、このように精度良く算出された有効圧指数に基づいて、点火時期、空燃比（燃料噴射量）、ＥＧＲ量および燃料噴射時期を制御しており、内燃機関の燃焼状態を最適に制御することが可能になる。これにより、燃焼効率を向上させることができ、燃費の向上や有害物質の低減などを図ることもできる。
【０１５５】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
本実施例では、有効圧指数を算出するための筒内圧積分値を、クランク角１°ＣＡ毎に積算することで算出しているが、例えば、圧電素子の出力した電荷をコンデンサに蓄積し、蓄積された電荷の容量によって筒内圧積分値を算出する方法を用いてもよい。
【０１５６】
また、筒内圧を検出する圧力センサとしては、点火プラグとは別体に備えられ、点火プラグと内燃機関本体との間にガスケットと共に挟持されることで、締め付け荷重の変化を検出する形式のものを用いてもよい。
さらに、本実施例は、直噴型内燃機関であるが、吸気管内に燃料を噴射する方式の内燃機関において、本発明の制御方法を用いることにより、点火時期、空燃比、ＥＧＲ量を制御することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の内燃機関の構成を表す説明図である。
【図２】 座型圧力センサにより検出した筒内圧の波形を示す説明図である。
【図３】 座型圧力センサを用いて算出した感度補正前および感度補正後の有効圧指数を示すグラフである。
【図４】 座型圧力センサおよび筒内挿通型圧力センサにより検出した筒内圧の波形を示す説明図である。
【図５】 有効圧指数を測定した結果を表す説明図である。
【図６】 制御装置による点火時期制御処理を表すフローチャートである。
【図７】 制御装置による空燃比制御処理を表すフローチャートである。
【図８】 制御装置によるＥＧＲ量制御処理を表すフローチャートである。
【図９】 制御装置による燃料噴射時期制御処理を表すフローチャートである。
【図１０】 温度変化および点火プラグの締め付けトルクの変化に対する圧電素子の出力特性を示すグラフである。
【図１１】 増幅回路の構成を表す説明図である。
【図１２】 座型圧力センサを用いて算出した有効圧指数と、筒内挿通型圧力センサを用いて算出した図示平均有効圧力との関係を示すグラフである。
【図１３】 圧力センサ内蔵プラグの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、１１…点火プラグ、１１ａ…主体金具、１１ｂ…圧力センサ、１１ｃ…出力ケーブル、１１ｄ…外側電極、１１ｅ…中心電極、１１ｆ…端子部、１３…イグナイタ、１５…燃料噴射弁、１７…ＥＧＲバルブ、１９…制御装置（ＥＣＵ）、３１…燃焼室、６１…増幅回路、６３…オペアンプ。

Claims (7)

1. 点火プラグの取り付け座に備えた圧電素子により点火プラグ締め付け荷重の変化を検出することで内燃機関の筒内圧を検出し、該筒内圧に基づいて算出された内燃機関の動力源となる有効圧指数を基に内燃機関を制御する内燃機関制御方法であって、
   吸気弁が閉じてからクランク角が上死点に達するまでの間に定めた一定期間内における前記筒内圧を積分することにより上死点前圧力積分値を算出し、
   クランク角が前記上死点に達してから排気弁が開くまでの間に定めた一定期間内における前記筒内圧を積分することにより上死点後圧力積分値を算出し、
   前記上死点前圧力積分値の積分期間および前記上死点後圧力積分値の積分期間は、上死点に関して対称であるとともに、それぞれ同じ長さであり、
   前記上死点後圧力積分値と前記上死点前圧力積分値との差を有効圧指数として算出するとともに、
   失火運転時を含む全ての運転状態における有効圧指数を算出し、
   前記失火運転時に算出される有効圧指数を第２補正基準値として設定し、
   前記通常運転時に算出される有効圧指数から、前記第２補正基準値を引くことで、前記通常運転時の有効圧指数を補正し、
   該補正された有効圧指数に基づいて内燃機関を制御すること、
   を特徴とする内燃機関制御方法。
2. 前記上死点前圧力積分値を、クランク角が上死点前９０゜ＣＡから前記上死点に達するまでの期間内における前記筒内圧を積分することにより算出し、
   前記上死点後圧力積分値を、クランク角が前記上死点に達してから上死点後９０゜ＣＡに達するまでの期間内における前記筒内圧を積分することにより算出すること、
   を特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御方法。
3. 吸気弁が閉じてから点火時期前までに検出される前記筒内圧のうち異なる２時点における前記筒内圧の差を第１補正基準値として設定し、
   前記上死点後圧力積分値と前記上死点前圧力積分値の差として算出される前記有効圧指数を、更に前記第１補正基準値によって除することにより補正し、該補正された有効圧指数に基づいて内燃機関を制御すること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関制御方法。
4. 内燃機関の運転状態が安定しているか否かを判断し、
   少なくとも内燃機関の運転状態が安定している定常運転時には、前記有効圧指数を算出し、該算出された有効圧指数に基づいて、内燃機関を制御すること、
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の内燃機関制御方法。
5. 内燃機関の定常運転時に算出した前記有効圧指数に基づき、点火時期を制御する内燃機関制御方法であって、
   点火時期を予め定められた点火時期変化量だけ変化させた後に算出される前記有効圧指数が、点火時期を変化させる前に算出された有効圧指数よりも大きくなるときには、次回の点火時期を前記点火時期変化量による変化方向と同じ方向に変化させ、
   反対に、点火時期を予め定められた点火時期変化量だけ変化させた後に算出される前記有効圧指数が、点火時期を変化させる前に算出された有効圧指数以下であるときには、次回の点火時期を前記点火時期変化量による変化方向とは反対方向に変化させることにより、点火時期を制御すること、
   を特徴とする請求項４に記載の内燃機関制御方法。
6. 内燃機関の定常運転時に算出した前記有効圧指数に基づき、空燃比またはＥＧＲ量を制御する内燃機関制御方法であって、
   燃料噴射量およびＥＧＲ量の少なくともいずれか一方を予め定められた量だけ変化させた後に、予め定められた回数だけ算出される有効圧指数の分布の広がりを表す値が、予め定められた判定値以下であるときは、燃料噴射量を減少させる制御、およびＥＧＲ量を増加させる制御の少なくともいずれか一方の制御を実行し、
   反対に、燃料噴射量およびＥＧＲ量の少なくともいずれか一方を予め定められた量だけ変化させた後に、予め定められた回数だけ算出される有効圧指数の分布の広がりを表す値が、予め定められた判定値よりも大きくなるときは、燃料噴射量を増加させる制御、およびＥＧＲ量を減少させる制御の少なくともいずれか一方の制御を実行することにより、空燃比またはＥＧＲ量を制御すること、
   を特徴とする請求項４または請求項５に記載の内燃機関制御方法。
7. 直噴型の内燃機関の定常運転時に算出した前記有効圧指数に基づき、燃料噴射時期を制御する内燃機関制御方法であって、
   燃料噴射時期を予め定められた燃料噴射時期変化量だけ変化させた後に算出される有効圧指数が、燃料噴射時期を変化させる前に算出された有効圧指数よりも大きくなるときには、次回の燃料噴射時期を前記燃料噴射時期変化量による方向と同じ方向に変化させ、
   反対に燃料噴射時期を予め定められた燃料噴射時期変化量だけ変化させた後に算出される有効圧指数が、燃料噴射時期を変化させる前に算出された有効圧指数以下であるときには、次回の燃料噴射時期を前記燃料噴射時期変化量による方向と反対方向に変化させることにより、燃料噴射時期を制御すること、
   を特徴とする請求項４から請求項６のいずれかに記載の内燃機関制御方法。

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