JP2001152952A - 内燃機関制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 実施例の内燃機関では、圧力センサ内蔵
点火プラグ１１にて検出した筒内圧を積算して算出した
上死点後圧力積算値Ｂから上死点前圧力積算値Ａを差し
引いた値を、ＢＴＣ２０゜ＣＡおよびＢＴＤＣ９０゜Ｃ
Ａにおける筒内圧の差である第１補正基準値Ｃで除した
後、燃料遮断時の有効圧指数の値である第２補正基準値
Ｄを差し引くことで、有効圧指数Ａｎを算出する。これ
により、検出された筒内圧の誤差が補正されて、正確な
有効圧指数Ａｎを算出できる。また、内燃機関の定常時
に、有効圧指数Ａｎに基づいて、点火時期、空燃比、Ｅ
ＧＲ量および燃料噴射時期を制御することで、燃焼状態
を最適に制御している。

Description

【発明の詳細な説明】

【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１
０（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し、この有効
圧指数に基づき内燃機関を制御することを特徴とする。

【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。

【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し、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
し、この有効圧指数に基づき内燃機関を制御するとよ
い。

【００２７】つまり、このように上死点前積分値と上死
点後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、上死点前積分値と上死点後積分値と
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。

【００４０】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。

【００４１】そこで、請求項４に記載の内燃機関制御方
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。

【００４２】つまり、内燃機関の失火運転時には、ＴＤ
Ｃ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。

【００４３】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４）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。

【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５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６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、１３０〜１６０，１６０〜１８０，１８０〜２０
０，２００〜２１０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６）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６）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（MinimumSpa
rk 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７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、ＥＧ
Ｒ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７）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、ＥＧ
Ｒ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
８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６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８）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１
１ｂ（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１
１ｄ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、ＥＣ
Ｕ１９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、Ｓ
１１０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、Ｓ１
３０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、Ｓ１
５０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（Ｂ
ＴＤＣ９０゜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（Ｔ
ＤＣ）まで移動する期間の筒内圧を、クランク角１°Ｃ
Ａ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（ＳＥ
Ｔ）する。こうしてＳ１５０の処理が行われると、Ｓ２
４０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Ｓ１
１０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（ＡＴ
ＤＣ９０°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、Ｓ
２４０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、Ｓ１９
０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。Ｓ
２１０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、Ｓ
２４０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、Ｓ２２
０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、Ｓ
２４０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Ｓ２
１０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、Ｓ１
６０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、Ｓ３
２０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Ｓ３
４０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、Ｓ３
３０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Ａ
ｎ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、Ｓ
３２０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１
１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（ＡＴＤＣ９
０°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Ｓ
ＰＣＮＴ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Ｆ
ｉｎにて燃料噴射を行い、燃料噴射が行われるとＳ３１
０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。Ｓ３
７０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、Ｓ４
６０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、Ｓ
３９０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Ｆ
ｂ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、Ｓ４
６０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、Ｓ４
６０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（Ｓ３
９０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（Ｓ３
９０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、Ｓ３
８０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、Ｓ３
１０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Ｓ
６００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Ｓ４６
０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ＥＬ
ａ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、Ｓ
６２０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。Ｓ６３
０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Ｅ
ＧＲ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、Ｓ
６６０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Ｅｇ
ｒ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（Ｓ
５９０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Ｅ
ＧＲ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（Ｓ
５９０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Ｅｇ
ｒ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、Ｓ３
８０、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Ｓ
８４０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Ｓ８
００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。Ｓ８
００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。Ｓ
８１０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Ｓ８
３０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。Ｓ８
３０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Ｔ
ｉｎ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Ｓ
７８０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、Ｓ１
６０、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９
０゜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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｎ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ Ｆターム(参考） 3G022 AA10 CA00 DA01 DA02 EA07 FA01 FA02 FA03 FA04 FA06 FA10 GA00 GA01 GA02 GA05 GA15 3G062 CA00 DA01 DA02 FA01 FA02 FA05 FA06 FA08 GA00 GA04 GA06 GA18 GA26 3G084 BA09 BA13 BA15 BA17 BA20 CA05 DA04 EA05 EA08 EA11 EB09 EB25 FA00 FA10 FA21 FA33 FA35 FA38 FA39 3G301 HA01 HA04 JA03 KA21 MA01 MA11 MA18 NA04 NB03 NB05 NC04 ND02 NE01 NE02 NE11 NE12 NE18 NE20 PA11Z PC01Z PC02Z PE01Z PE03Z PE04Z PE09Z PE10Z

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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ことを特徴とする内燃機
   関制御方法。
2. 【請求項２】 前記上死点前積分値を、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し、 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し、この有効圧指数に基づき
   内燃機関を制御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. 【請求項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. 【請求項４】 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において、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。
5. 【請求項５】 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４のいずれかに記載の内燃機関制御
   方法。
6. 【請求項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、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５に記載の内燃機関制
   御方法。
7. 【請求項７】 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５または請求項６に記載の内燃機関
   制御方法。
8. 【請求項８】 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５から請
   求項７のいずれかに記載の内燃機関制御方法。