JP2008223688A - Ignition timing control system of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ignition timing control system of an internal combustion engine wherein a quantity of state of combustion (8° combustion rate) to the present combustion stroke for the ignition timing control is accurately estimated before determination of ignition-timing thereby correctly controlling the ignition timing even in a transient operation state. <P>SOLUTION: By this control system, ignition timing SA is controlled in the following procedure by which a calculated combustion-rate MFB8 cal(k) is predicted by an MFB calculation model A2, and the predicted value is corrected by a correction value HMFB so that the corrected combustion-rate MFB8mfd(k) becomes made a command correction-rate MFB8tgt. A real MFB calculation-means A7 calculates a previous real combustion-rate MFB8act(k-1) from the cylinder pressure indicated by a cylinder-pressure sensor 65. A correction base-quantity calculation means A9 obtains a correction base-quantity eMDL by subtracting the previous corrected combustion-rate MFB8mfd(k-1) from the real combustion-rate MFB8act(k-1). A low-pass filter A10 calculates a correction HMFB from the correction base quantity eMDL. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃焼行程における燃焼状態を表す燃焼状態量を取得し、その燃焼状態量に基づいて点火時期を制御する内燃機関の点火時期制御装置に関する。   The present invention relates to an ignition timing control device for an internal combustion engine that acquires a combustion state quantity representing a combustion state in a combustion stroke and controls an ignition timing based on the combustion state quantity.

従来より、筒内圧検出手段により検出される筒内圧(燃焼室内の圧力)に基づいて「燃焼状態」を表す量として燃焼割合MFB(Mass Fraction Burned)を算出し、所定のクランク角度における燃焼割合MFBが目標燃焼割合と一致するように点火時期(燃焼開始時期)を制御する内燃機関の制御装置が知られている。このような装置の一つは、例えば、圧縮上死点後のクランク角度8°における燃焼割合MFB8を求め、この燃焼割合MFB8が目標値(例えば50%)になるように点火時期SAを制御するようになっている。これにより、内燃機関に個体差がある場合でも、点火時期が個々の機関に応じて適切に制御される。その結果、燃焼効率が改善され、内燃機関の出力トルクを増大させることができる(例えば、特許文献1を参照)。燃焼割合MFB8は、燃焼行程における特定タイミング(圧縮上死点後のクランク角度8°)における燃焼状態量であり、8°燃焼割合とも称呼される。   Conventionally, a combustion ratio MFB (Mass Fraction Burned) is calculated as an amount representing the “combustion state” based on the in-cylinder pressure (pressure in the combustion chamber) detected by the in-cylinder pressure detecting means, and the combustion ratio MFB at a predetermined crank angle is calculated. 2. Description of the Related Art A control device for an internal combustion engine that controls ignition timing (combustion start timing) so as to match a target combustion ratio is known. One of such devices, for example, obtains a combustion rate MFB8 at a crank angle of 8 ° after compression top dead center, and controls the ignition timing SA so that the combustion rate MFB8 becomes a target value (for example, 50%). It is like that. Thereby, even when there are individual differences in the internal combustion engine, the ignition timing is appropriately controlled according to the individual engine. As a result, the combustion efficiency is improved and the output torque of the internal combustion engine can be increased (see, for example, Patent Document 1). The combustion ratio MFB8 is a combustion state quantity at a specific timing (crank angle 8 ° after compression top dead center) in the combustion stroke, and is also referred to as an 8 ° combustion ratio.

ここで、燃焼割合MFBは図示熱量の割合と実質的に等価な値である。従って、図示熱量の割合も燃焼状態を表す量の一つである。図示熱量の割合は、一回の燃焼行程に関して、「燃焼室において燃焼した総ての燃料によって発生した熱のうちピストンに対する仕事に変換された熱の総量Qtotalに対する、所定のタイミングまでに同燃焼室において燃焼した燃料によって発生した熱のうちピストンに対する仕事に変換された熱の積算量Qsumの割合Qsum/Qtotal」と定義される。燃焼割合MFBは、「燃焼室において燃焼した総ての燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の総量に対する、所定のタイミングまでに同燃焼室において燃焼した燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の積算量の割合」と定義される。
特開2006−144645号公報
Here, the combustion ratio MFB is a value substantially equivalent to the ratio of the indicated heat quantity. Therefore, the ratio of the indicated heat quantity is one of the quantities representing the combustion state. The ratio of the indicated amount of heat is as follows: “With respect to a single combustion stroke, the combustion chamber has a predetermined timing with respect to the total amount Qtotal of heat generated by all fuel combusted in the combustion chamber and converted into work for the piston. Is defined as the ratio Qsum / Qtotal of the cumulative amount Qsum of heat converted into work for the piston among the heat generated by the fuel combusted in FIG. The combustion ratio MFB is “of the fuel that contributed to work for the piston among the fuel burned in the combustion chamber by a predetermined timing relative to the total amount of fuel that contributed to work for the piston among all the fuel burned in the combustion chamber”. It is defined as “the percentage of the integrated amount”.
JP 2006-144645 A

ところで、8°燃焼割合MFB8は燃焼行程における筒内圧センサの検出値に基いて求められる。従って、上記従来の装置において、次に到来する燃焼行程(今回の燃焼行程)に対する点火時期は、前回の燃焼行程における8°燃焼割合MFBが目標値に一致するようにフィードバック制御される。このため、燃焼状態が大きく変化する加速時等の過渡運転状態においては、点火時期を適切に制御することができないという問題がある。   By the way, the 8 ° combustion ratio MFB8 is obtained based on the detection value of the in-cylinder pressure sensor in the combustion stroke. Accordingly, in the conventional apparatus, the ignition timing for the next combustion stroke (current combustion stroke) is feedback controlled so that the 8 ° combustion ratio MFB in the previous combustion stroke matches the target value. For this reason, there is a problem that the ignition timing cannot be appropriately controlled in a transient operation state such as an acceleration at which the combustion state greatly changes.

本発明は、上記課題に対処するように為されたものである。即ち、本発明の目的は、今回の燃焼行程に対する燃焼状態量を事前に精度良く予測し、その予測された燃焼状態量(予測燃焼状態量)に基づいて点火時期を決定することにより、過渡運転状態においても適切に点火時期を制御することができる内燃機関の点火時期制御装置を提供することにある。   The present invention has been made to cope with the above problems. That is, an object of the present invention is to predict the combustion state quantity for the current combustion stroke with high accuracy in advance, and determine the ignition timing based on the predicted combustion state quantity (predicted combustion state quantity), thereby enabling transient operation. An object of the present invention is to provide an ignition timing control device for an internal combustion engine that can appropriately control the ignition timing even in a state.

上記目的を達成するための本発明による点火時期制御装置は、燃焼状態検出センサと、実燃焼状態量取得手段と、運転状態量取得手段と、予測燃焼状態量取得手段と、予測燃焼状態量補正手段と、補正量算出手段と、点火時期制御手段と、を備える。   To achieve the above object, an ignition timing control device according to the present invention comprises a combustion state detection sensor, an actual combustion state amount acquisition means, an operating state amount acquisition means, a predicted combustion state amount acquisition means, and a predicted combustion state amount correction. Means, correction amount calculating means, and ignition timing control means.

燃焼状態検出センサは、前記機関の燃焼室内における混合気の燃焼状態に応じて変化する物理量を実際に検出する。燃焼状態検出センサの一例は筒内圧センサである。筒内圧センサは、燃焼室内における混合気の燃焼状態に応じて変化する物理量として燃焼室内の圧力(筒内圧)を検出する。   The combustion state detection sensor actually detects a physical quantity that changes in accordance with the combustion state of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine. An example of the combustion state detection sensor is an in-cylinder pressure sensor. The in-cylinder pressure sensor detects the pressure in the combustion chamber (in-cylinder pressure) as a physical quantity that changes according to the combustion state of the air-fuel mixture in the combustion chamber.

実燃焼状態量取得手段は、前記燃焼状態検出センサによって検出された物理量に基いて燃焼行程の特定タイミングにおける燃焼状態を表す量を実燃焼状態量として取得するようになっている。この実燃焼状態量の一例は、上述した8°燃焼割合MFB8である。   The actual combustion state quantity acquisition means acquires an amount representing the combustion state at a specific timing of the combustion stroke as the actual combustion state quantity based on the physical quantity detected by the combustion state detection sensor. An example of the actual combustion state quantity is the above-described 8 ° combustion ratio MFB8.

このように、実燃焼状態量は燃焼状態検出センサによって実際に検出された物理量に基づいて取得される。従って、今回の燃焼行程に対する点火時期を決定する際に使用することができる最新の実燃焼状態量は、前回(直前)の燃焼行程における実燃焼状態量である。   Thus, the actual combustion state quantity is acquired based on the physical quantity actually detected by the combustion state detection sensor. Therefore, the latest actual combustion state quantity that can be used when determining the ignition timing for the current combustion stroke is the actual combustion state quantity in the previous (immediate) combustion stroke.

運転状態量取得手段は、前記燃焼状態検出センサが検出する物理量と相違し且つ前記機関の運転状態を表す物理量である運転状態量を取得する。この運転状態量は燃焼状態に影響を及ぼす量であって、例えば、今回の燃焼行程に対する機関の負荷、今回の燃焼行程に対する機関回転速度及び今回の燃焼行程に対するVVT進角量等であり、これらに限定されない。VVTの進角量は、排気弁の開弁時期及び閉弁時期を一定とした場合での、吸気弁開弁時期が最も遅角側に設定されている場合を基準とした吸気弁開弁時期の進角量である。VVTの進角量が大きいほどオーバーラップ期間は長くなり、既燃ガス量(内部EGRガス量)が増大する。従って、VVT進角量に代えて、オーバーラップ期間又は内部EGRガス量を前記運転状態量の一つとして採用してもよい。なお、オーバーラップ期間とは、排気行程後期において吸気弁と排気弁とが共に開弁状態に維持される期間である。VVTの進角量、オーバーラップ期間又は内部EGRガス量等は、特に、オーバーラップ期間が変更されない場合、省略することができる。   The operating state quantity acquisition means acquires an operating state quantity that is a physical quantity that is different from the physical quantity detected by the combustion state detection sensor and represents the operating state of the engine. This amount of operating state is an amount that affects the combustion state, such as the engine load for the current combustion stroke, the engine speed for the current combustion stroke, the VVT advance amount for the current combustion stroke, etc. It is not limited to. The advance amount of VVT is the intake valve opening timing based on the case where the intake valve opening timing is set to the most retarded angle when the opening timing and closing timing of the exhaust valve are constant. Is the advance amount. The larger the VVT advance amount, the longer the overlap period, and the amount of burned gas (internal EGR gas amount) increases. Therefore, instead of the VVT advance amount, an overlap period or an internal EGR gas amount may be adopted as one of the operation state amounts. The overlap period is a period during which both the intake valve and the exhaust valve are maintained in the open state in the latter stage of the exhaust stroke. The advance amount of VVT, the overlap period, the internal EGR gas amount, and the like can be omitted particularly when the overlap period is not changed.

予測燃焼状態量取得手段は、前記運転状態量と燃焼行程の所定タイミングにおける燃焼状態を表す量との関係を記述する燃焼状態モデルを含む。予測燃焼状態量取得手段は、前記運転状態量取得手段によって取得された運転状態量を燃焼状態モデルに適用することにより前記燃焼行程の特定タイミングにおける燃焼状態を表す量を予測燃焼状態量として取得する。燃焼状態モデルの一例は、運転状態量と燃焼割合MFBとの関係を記述する公知のWiebe関数である。   The predicted combustion state quantity acquisition means includes a combustion state model that describes the relationship between the operation state quantity and the quantity representing the combustion state at a predetermined timing of the combustion stroke. The predicted combustion state quantity acquisition means acquires the quantity representing the combustion state at a specific timing of the combustion stroke as the predicted combustion state quantity by applying the operation state quantity acquired by the operation state quantity acquisition means to the combustion state model. . An example of the combustion state model is a well-known Wiebe function that describes the relationship between the operation state amount and the combustion ratio MFB.

このように、予測燃焼状態量は燃焼状態モデルに基づいて取得される。従って、燃焼状態モデルに今回の燃焼行程における運転状態量を適用することにより今回の予測燃焼状態量を今回の燃焼行程前(点火時期前、点火時期決定前)に得ることができる。しかしながら、燃焼状態モデルを完璧なモデルとすることはできない。従って、予測燃焼状態量は、燃焼状態モデルが有するモデル誤差に基く予測誤差を含んでいる。この誤差は、以下に述べる予測燃焼状態量補正手段、補正量算出手段及び点火時期制御手段によって低減される。   Thus, the predicted combustion state quantity is acquired based on the combustion state model. Therefore, by applying the operation state quantity in the current combustion stroke to the combustion state model, the current predicted combustion state quantity can be obtained before the current combustion stroke (before the ignition timing and before the ignition timing is determined). However, the combustion state model cannot be a perfect model. Therefore, the predicted combustion state quantity includes a prediction error based on the model error of the combustion state model. This error is reduced by a predicted combustion state amount correcting means, a correction amount calculating means, and an ignition timing control means described below.

予測燃焼状態量補正手段は、前記予測燃焼状態量を補正量によって補正することにより補正後予測燃焼状態量を取得する。この補正量は補正量算出手段により更新される。
補正量算出手段は、前記予測燃焼状態量取得手段と前記予測燃焼状態量補正手段とにより前回の燃焼行程に対して取得された補正後予測燃焼状態量と、前記実燃焼状態量取得手段により同前回の燃焼行程に対して取得された実燃焼状態量と、の差、に基づいて前記補正量を算出する。
The predicted combustion state quantity correction means acquires the corrected predicted combustion state quantity by correcting the predicted combustion state quantity with the correction amount. This correction amount is updated by the correction amount calculation means.
The correction amount calculation means is the same as the corrected predicted combustion state quantity acquired for the previous combustion stroke by the predicted combustion state quantity acquisition means and the predicted combustion state quantity correction means by the actual combustion state quantity acquisition means. The correction amount is calculated based on a difference from the actual combustion state amount acquired with respect to the previous combustion stroke.

実燃焼状態量の最新の値は前回の燃焼行程に対して取得された値である。そこで、補正量算出手段は、前回の燃焼行程に対する点火時期を決定する際に使用された前回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量と、前回の燃焼行程に対して取得された実燃焼状態量と、の差、に基づいて、その差を小さくするための前記補正量を算出する。   The latest value of the actual combustion state quantity is a value acquired for the previous combustion stroke. Therefore, the correction amount calculation means includes the corrected predicted combustion state amount for the previous combustion stroke used when determining the ignition timing for the previous combustion stroke, and the actual combustion state amount acquired for the previous combustion stroke. Based on the difference between and, the correction amount for reducing the difference is calculated.

そして、点火時期制御手段は、算出された前記補正量により、前記予測燃焼状態量取得手段により取得される今回の燃焼行程に対する前記予測燃焼状態量を補正することにより取得される「今回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量」に基づいて前記機関の点火時期を制御する。この場合、例えば、点火時期制御手段は、「今回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量」と「所定の目標燃焼状態量」とが一致するように前記機関の点火時期をフィードバック制御することが望ましい。   Then, the ignition timing control means obtains the “current combustion stroke obtained by correcting the predicted combustion state quantity with respect to the current combustion stroke obtained by the predicted combustion state quantity obtaining means by the calculated correction amount. The ignition timing of the engine is controlled based on the “corrected predicted combustion state quantity for”. In this case, for example, the ignition timing control means may feedback control the ignition timing of the engine so that the “corrected predicted combustion state quantity for the current combustion stroke” matches the “predetermined target combustion state quantity”. desirable.

これにより、今回の燃焼行程に対する点火時期を決定する際に使用される補正後予測燃焼状態量の精度が、前回の燃焼行程に対する実燃焼状態量と前回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量とに基づいて向上される。その結果、機関の過渡運転状態においても、今回の燃焼行程に対する燃焼状態量が精度良く予測されるので、その予測された燃焼状態量に基づいて決定される点火時期は最適な点火時期に近づく。   Thus, the accuracy of the corrected predicted combustion state quantity used when determining the ignition timing for the current combustion stroke is such that the actual combustion state quantity for the previous combustion stroke and the corrected predicted combustion state quantity for the previous combustion stroke are Improved based on As a result, even in the transient operation state of the engine, the combustion state quantity for the current combustion stroke is accurately predicted, so the ignition timing determined based on the predicted combustion state quantity approaches the optimal ignition timing.

この場合、前記予測燃焼状態量取得手段は、前記前回の燃焼行程に対する点火時期と前記運転状態量取得手段により取得された前記今回の燃焼行程に対する点火時期以外の運転状態量とを前記燃焼状態モデルに適用することにより、前記今回の燃焼行程に対する予測燃焼状態量を取得するように構成され得る。即ち、点火時期以外の運転状態量が変化した場合に今回の燃焼行程における燃焼状態量がどのようになるかを予測し、その予測値に基づいて今回の点火時期を修正する。この結果、点火時期を適切に制御することができる。   In this case, the predicted combustion state quantity acquisition means calculates the ignition state for the previous combustion stroke and the operation state quantity other than the ignition timing for the current combustion stroke acquired by the operation state quantity acquisition means. By applying to the above, the predicted combustion state quantity for the current combustion stroke can be obtained. In other words, when the operation state quantity other than the ignition timing changes, it is predicted what the combustion state quantity in the current combustion stroke will be, and the current ignition timing is corrected based on the predicted value. As a result, the ignition timing can be appropriately controlled.

一方、本発明による他の点火時期制御装置は、燃焼状態検出センサと、実燃焼状態量取得手段と、運転状態量取得手段と、前回予測燃焼状態量取得手段と、モデル誤差量取得手段と、今回予測燃焼状態量取得手段と、モデル誤差補償手段と、点火時期制御手段と、を備える。   On the other hand, another ignition timing control device according to the present invention includes a combustion state detection sensor, an actual combustion state amount acquisition unit, an operation state amount acquisition unit, a previous predicted combustion state amount acquisition unit, a model error amount acquisition unit, This time, a predicted combustion state quantity acquisition means, a model error compensation means, and an ignition timing control means are provided.

燃焼状態検出センサ、実燃焼状態量取得手段及び運転状態量取得手段は、前述した通りである。   The combustion state detection sensor, the actual combustion state amount acquisition unit, and the operation state amount acquisition unit are as described above.

前回予測燃焼状態量取得手段は、前記運転状態量と燃焼行程の所定タイミングにおける燃焼状態を表す量との関係を記述する燃焼状態モデルを含む。燃焼状態モデルの一例は、運転状態量と燃焼割合MFBとの関係を記述する前述した公知のWiebe関数である。更に、前回予測燃焼状態量取得手段は、前記運転状態量取得手段によって取得された前回の燃焼行程に対する運転状態量を燃焼状態モデルに適用することにより前回の燃焼行程の前記特定タイミングにおける燃焼状態を表す量を前回予測燃焼状態量として取得する。   The previous predicted combustion state quantity acquisition means includes a combustion state model that describes the relationship between the operating state quantity and the quantity representing the combustion state at a predetermined timing of the combustion stroke. An example of the combustion state model is the above-described known Wiebe function that describes the relationship between the operation state amount and the combustion ratio MFB. Further, the previous predicted combustion state quantity acquisition means applies the operation state quantity for the previous combustion stroke acquired by the operation state quantity acquisition means to the combustion state model, thereby determining the combustion state at the specific timing of the previous combustion stroke. The amount to be represented is acquired as the previous predicted combustion state amount.

モデル誤差量取得手段は、前記取得された前回予測燃焼状態量と、前記実燃焼状態量取得手段により取得された前回の燃焼行程に対する実燃焼状態量と、の差をモデル誤差量として取得する。前回予測燃焼状態量は燃焼状態モデルに基いて得られる値に対して何らの補正も加えられていない値である。従って、前回予測燃焼状態量と前回の燃焼行程に対する実燃焼状態量との差は、燃焼状態モデルに含まれるモデル誤差に基く誤差そのものを反映したモデル誤差量となる。   The model error amount acquisition unit acquires a difference between the acquired previous predicted combustion state amount and the actual combustion state amount with respect to the previous combustion stroke acquired by the actual combustion state amount acquisition unit as a model error amount. The previous predicted combustion state quantity is a value obtained by adding no correction to the value obtained based on the combustion state model. Therefore, the difference between the previous predicted combustion state amount and the actual combustion state amount with respect to the previous combustion stroke is a model error amount that reflects the error itself based on the model error included in the combustion state model.

今回予測燃焼状態量取得手段は、前回予測燃焼状態量取得手段が有する燃焼状態モデルと同じ燃焼状態モデルを含む。更に、今回予測燃焼状態量取得手段は、その燃焼状態モデルに運転状態量取得手段によって取得された今回の燃焼行程に対する運転状態量を適用することにより、今回の燃焼行程の前記特定タイミングにおける燃焼状態を表す量を今回予測燃焼状態量として取得する。   The current predicted combustion state quantity acquisition means includes the same combustion state model as the combustion state model possessed by the previous predicted combustion state quantity acquisition means. Further, the current predicted combustion state quantity acquisition means applies the operation state quantity for the current combustion stroke acquired by the operation state quantity acquisition means to the combustion state model, so that the combustion state at the specific timing of the current combustion stroke Is obtained as the current predicted combustion state amount.

モデル誤差補償手段は、前記取得された今回予測燃焼状態量を前記モデル誤差量取得手段によって取得されたモデル誤差量によって補正することにより、今回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量を取得する。
点火時期制御手段は、前記取得された今回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量に基づいて前記機関の点火時期を制御する。この場合、例えば、点火時期制御手段は、「今回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量」と「所定の目標燃焼状態量」とが一致するように前記機関の点火時期をフィードバック制御することが望ましい。
The model error compensating means obtains the corrected predicted combustion state quantity for the current combustion stroke by correcting the obtained current predicted combustion state quantity by the model error quantity obtained by the model error quantity obtaining means.
The ignition timing control means controls the ignition timing of the engine based on the corrected predicted combustion state quantity for the acquired current combustion stroke. In this case, for example, the ignition timing control means may feedback control the ignition timing of the engine so that the “corrected predicted combustion state quantity for the current combustion stroke” matches the “predetermined target combustion state quantity”. desirable.

このように、前回の燃焼行程に対する実燃焼状態量と前回予測燃焼状態量との差は、モデル誤差に基いて生じる誤差(モデル誤差量)そのものを反映した値である。従って、今回予測燃焼状態量をモデル誤差量によって補正することにより、今回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量が精度良く求められる。その結果、機関の過渡運転状態においても、今回の燃焼行程に対する燃焼状態量が精度良く予測されるので、その予測された燃焼状態量に基づいて決定される点火時期は最適な点火時期に近づく。   Thus, the difference between the actual combustion state amount and the previous predicted combustion state amount with respect to the previous combustion stroke is a value reflecting the error (model error amount) itself generated based on the model error. Therefore, the corrected predicted combustion state quantity for the current combustion stroke is accurately obtained by correcting the current predicted combustion state quantity with the model error amount. As a result, even in the transient operation state of the engine, the combustion state quantity for the current combustion stroke is accurately predicted, so the ignition timing determined based on the predicted combustion state quantity approaches the optimal ignition timing.

より具体的には、
前記前回予測燃焼状態量取得手段は、前記前回の燃焼行程に対する点火時期と前記運転状態量取得手段により取得された前記前回の燃焼行程に対する点火時期以外の運転状態量とを前記燃焼状態モデルに適用することにより前記前回予測燃焼状態量を取得するように構成され、
前記今回予測燃焼状態量取得手段は、前記前回の燃焼行程に対する点火時期と前記運転状態量取得手段により取得された前記今回の燃焼行程に対する点火時期以外の運転状態量とを前記燃焼状態モデルに適用することにより前記今回予測燃焼状態量を取得するように構成され得る。
More specifically,
The previous predicted combustion state amount acquisition means applies the ignition timing for the previous combustion stroke and the operation state amount other than the ignition timing for the previous combustion stroke acquired by the operation state amount acquisition means to the combustion state model. Configured to obtain the previous predicted combustion state quantity by
The current predicted combustion state quantity acquisition means applies an ignition timing for the previous combustion stroke and an operating state quantity other than the ignition timing for the current combustion stroke acquired by the operating state quantity acquisition means to the combustion state model. By doing so, the present predicted combustion state quantity can be obtained.

これによれば、前回の燃焼行程に対する実燃焼状態量をもたらした点火時期及び運転状態量と、前回予測燃焼状態量の基礎となった点火時期及び運転状態量と、が一致するので、モデル誤差量を精度良く取得することができる。   According to this, since the ignition timing and the operating state quantity that resulted in the actual combustion state quantity with respect to the previous combustion stroke coincide with the ignition timing and the operating state quantity that became the basis of the previous predicted combustion state quantity, The amount can be acquired with high accuracy.

前述したように、
前記燃焼状態検出センサは筒内圧センサであり、
前記実燃焼状態量取得手段は前記実燃焼状態量として前記燃焼室において燃焼した総ての燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の総量に対する前記特定タイミングまでに同燃焼室において燃焼した燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の積算量の割合である燃焼割合を取得するように構成され、
前記燃焼状態モデルは前記運転状態量と前記燃焼行程の所定タイミングにおける燃焼状態としての燃焼割合との関係を記述するモデルであることが好適である。
As previously mentioned,
The combustion state detection sensor is an in-cylinder pressure sensor,
The actual combustion state quantity acquisition means includes the fuel burned in the combustion chamber up to the specific timing relative to the total amount of fuel that has contributed to work on the piston among all the fuel burned in the combustion chamber as the actual combustion state quantity. It is configured to obtain a combustion ratio that is a ratio of an accumulated amount of fuel that has contributed to work on the piston,
The combustion state model is preferably a model that describes a relationship between the operation state amount and a combustion ratio as a combustion state at a predetermined timing of the combustion stroke.

これによれば、機関の効率を向上するように点火時期を定めるのに好適な燃焼割合が精度良く予測される。この結果、機関の燃費を改善し、及び/又は、機関のトルクを増大することができる。   According to this, a combustion ratio suitable for determining the ignition timing so as to improve the efficiency of the engine is accurately predicted. As a result, the fuel consumption of the engine can be improved and / or the torque of the engine can be increased.

更に、前記燃焼状態モデルは、圧縮上死点後のクランク角度θ(燃焼行程の所定のタイミング)における燃焼割合MFBθを、
MFBθ=1−exp{−c・((θ+αi)/αb)}
により近似するWiebe関数であり、
パラメータc及びパラメータdは一定値であり、パラメータαiは点火時期に基いて変化し、パラメータαbは吸気弁と排気弁とが同時に開弁するオーバーラップ期間に基いて変化するように構成されたモデルであることが望ましい。
Further, the combustion state model represents the combustion ratio MFBθ at the crank angle θ (predetermined timing of the combustion stroke) after compression top dead center,
MFBθ = 1−exp {−c · ((θ + αi) / αb) d }
Wiebe function approximated by
The parameters c and d are constant values, the parameter αi changes based on the ignition timing, and the parameter αb changes based on the overlap period in which the intake valve and the exhaust valve are simultaneously opened. It is desirable that

発明者は、Wiebe関数のパラメータαiを変更した場合に算出される燃焼割合MFBθと点火時期を変更した場合の実際の燃焼割合MFBθとは非常に良く類似した変化を示すことを見出した。より具体的には、点火時期を変更した場合、実際の燃焼割合MFBθのクランク角度θに対する増大速度は殆ど変化しないが、実際の燃焼割合MFBθが増大を開始するクランク角度θが変化する。同様に、パラメータαiを変更した場合、計算によるMFBθのクランク角度θに対する増大速度は殆ど変化しないが、計算によるMFBθが増大を開始するクランク角度θが変化する。   The inventor has found that the combustion ratio MFBθ calculated when the parameter αi of the Wiebe function is changed and the actual combustion ratio MFBθ when the ignition timing is changed show very similar changes. More specifically, when the ignition timing is changed, the increase rate of the actual combustion rate MFBθ with respect to the crank angle θ hardly changes, but the crank angle θ at which the actual combustion rate MFBθ starts increasing changes. Similarly, when the parameter αi is changed, the increase speed of the calculated MFBθ with respect to the crank angle θ hardly changes, but the calculated crank angle θ at which the MFBθ starts to increase changes.

更に、発明者は、Wiebe関数のパラメータαbを変更した場合に算出される燃焼割合MFBθとオーバーラップ期間を変更した場合の実際の燃焼割合MFBθとは非常に良く類似した変化を示すことを見出した。より具体的には、オーバーラップ期間(例えば、VVT進角量)を変更した場合、実際の燃焼割合MFBθが増大を開始するクランク角度θは殆ど変化しないが、実際の燃焼割合MFBθのクランク角度θに対する増大速度が変化する。同様に、パラメータαbを変更した場合、計算によるMFBθが増大を開始するクランク角度θは殆ど変化しないが、計算によるMFBθのクランク角度θに対する増大速度が変化する。   Furthermore, the inventor has found that the combustion rate MFBθ calculated when the parameter αb of the Wiebe function is changed and the actual combustion rate MFBθ when the overlap period is changed show very similar changes. . More specifically, when the overlap period (for example, VVT advance amount) is changed, the crank angle θ at which the actual combustion rate MFBθ starts to increase hardly changes, but the crank angle θ of the actual combustion rate MFBθ. The rate of increase with respect to changes. Similarly, when the parameter αb is changed, the crank angle θ at which the calculated MFBθ starts increasing hardly changes, but the calculated increase rate of the MFBθ with respect to the crank angle θ changes.

従って、上記のようにパラメータαi及びパラメータαbを定めることにより、燃焼割合をより精度良く求める燃焼状態モデルを提供することができる。   Therefore, by determining the parameter αi and the parameter αb as described above, it is possible to provide a combustion state model for obtaining the combustion ratio with higher accuracy.

以下、本発明の各実施形態に係る内燃機関の制御装置について図面を参照しつつ説明する。なお、本明細書において、圧縮上死点後のクランク角度X°を「ATDC X°、又は、ATDCX」と表記し、圧縮上死点前のクランク角度Y°を「BTDC Y°、又は、BTDCY」と表記する。   Hereinafter, an internal combustion engine control apparatus according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this specification, the crank angle X ° after compression top dead center is expressed as “ATDC X ° or ATDCX”, and the crank angle Y ° before compression top dead center is expressed as “BTDC Y ° or BTDCY. ".

1.第1実施形態
(構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係る点火時期制御装置をピストン往復動型の火花点火式多気筒(4気筒)4サイクル内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図1は、特定の気筒の断面のみを図示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
1. First embodiment (configuration)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a system in which an ignition timing control device according to a first embodiment of the present invention is applied to a piston reciprocating spark ignition type multi-cylinder (four-cylinder) four-cycle internal combustion engine 10. Although FIG. 1 shows only a cross section of a specific cylinder, other cylinders have the same configuration.

この内燃機関10は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部20と、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド部30と、シリンダブロック部20にガソリン混合気を供給するための吸気系統40と、シリンダブロック部20からの排ガスを外部に放出するための排気系統50とを含んでいる。   The internal combustion engine 10 includes a cylinder block portion 20 including a cylinder block, a cylinder block lower case, an oil pan, and the like, a cylinder head portion 30 fixed on the cylinder block portion 20, and a gasoline mixture to the cylinder block portion 20. An intake system 40 for supplying and an exhaust system 50 for releasing exhaust gas from the cylinder block 20 to the outside are included.

シリンダブロック部20は、シリンダ21、ピストン22、コンロッド23及びクランク軸24を含んでいる。ピストン22はシリンダ21内を往復動し、ピストン22の往復動がコンロッド23を介してクランク軸24に伝達され、これによりクランク軸24が回転するようになっている。シリンダ21とピストン22のヘッドは、シリンダヘッド部30とともに燃焼室25を形成している。   The cylinder block unit 20 includes a cylinder 21, a piston 22, a connecting rod 23, and a crankshaft 24. The piston 22 reciprocates in the cylinder 21, and the reciprocating motion of the piston 22 is transmitted to the crankshaft 24 through the connecting rod 23, whereby the crankshaft 24 rotates. The heads of the cylinder 21 and the piston 22 form a combustion chamber 25 together with the cylinder head portion 30.

シリンダヘッド部30は、燃焼室25に連通した吸気ポート31、吸気ポート31を開閉する吸気弁32、吸気弁32を開閉駆動する吸気弁制御装置33、燃焼室25に連通した排気ポート34、排気ポート34を開閉する排気弁35、排気弁35を駆動するエキゾーストカムシャフト36、点火プラグ37、点火プラグ37に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ38及び燃料を吸気ポート31内に噴射するインジェクタ(燃料噴射手段)39を備えている。   The cylinder head unit 30 includes an intake port 31 that communicates with the combustion chamber 25, an intake valve 32 that opens and closes the intake port 31, an intake valve control device 33 that opens and closes the intake valve 32, an exhaust port 34 that communicates with the combustion chamber 25, an exhaust An exhaust valve 35 that opens and closes the port 34, an exhaust camshaft 36 that drives the exhaust valve 35, an ignition plug 37, an igniter 38 that includes an ignition coil that generates a high voltage applied to the ignition plug 37, and fuel are injected into the intake port 31. An injector (fuel injection means) 39 is provided.

吸気弁制御装置33は、インテークカムシャフトとインテークカム(図示せず)との相対回転角度(位相角度)を油圧により調整・制御する周知の構成を備え、吸気弁32の開弁時期(吸気弁開弁時期)を変更することができるようになっている。本例において、吸気弁の開弁期間(開弁クランク角度幅)は一定である。従って、吸気弁開弁時期が所定角度だけ進角又は遅角させられると、吸気弁閉弁時期も同所定角度だけ進角又は遅角させられる。また、排気弁35の開弁時期及び閉弁時期は一定である。従って、吸気弁制御装置33によって吸気弁開弁時期が変更されることに伴ってオーバーラップ期間が変化する。   The intake valve control device 33 has a known configuration that adjusts and controls the relative rotation angle (phase angle) between an intake cam shaft and an intake cam (not shown) by hydraulic pressure, and opens the intake valve 32 (intake valve). The valve opening time) can be changed. In this example, the valve opening period (the valve opening crank angle width) of the intake valve is constant. Therefore, when the intake valve opening timing is advanced or retarded by a predetermined angle, the intake valve closing timing is also advanced or retarded by the predetermined angle. Further, the opening timing and closing timing of the exhaust valve 35 are constant. Accordingly, the overlap period changes as the intake valve opening timing is changed by the intake valve control device 33.

吸気系統40は、吸気ポート31に連通し吸気ポート31とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管41、吸気管41の端部に設けられたエアフィルタ42、吸気管41内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁43及びスロットル弁駆動手段を構成するDCモータからなるスロットル弁アクチュエータ43aを備えている。   The intake system 40 includes an intake manifold 41 including an intake manifold that communicates with the intake port 31 and forms an intake passage together with the intake port 31, an air filter 42 provided at an end of the intake pipe 41, and an intake pipe 41. A throttle valve 43 having a variable opening cross-sectional area of the passage and a throttle valve actuator 43a including a DC motor constituting throttle valve driving means are provided.

排気系統50は、排気ポート34に連通したエキゾーストマニホールド51、エキゾーストマニホールド51に接続されたエキゾーストパイプ(排気管)52、エキゾーストパイプ52に配設された上流側の三元触媒53及びこの触媒53の下流のエキゾーストパイプ52に配設された下流側の三元触媒54を備えている。排気ポート34、エキゾーストマニホールド51及びエキゾーストパイプ52は、排気通路を構成している。   The exhaust system 50 includes an exhaust manifold 51 communicating with the exhaust port 34, an exhaust pipe (exhaust pipe) 52 connected to the exhaust manifold 51, an upstream three-way catalyst 53 disposed in the exhaust pipe 52, and the catalyst 53. A downstream three-way catalyst 54 is provided in the downstream exhaust pipe 52. The exhaust port 34, the exhaust manifold 51, and the exhaust pipe 52 constitute an exhaust passage.

一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ61、スロットルポジションセンサ62、カムポジションセンサ63、クランクポジションセンサ64、各気筒に設けられた筒内圧センサ65、冷却水温センサ66、第1触媒53の上流の排気通路に配設された空燃比センサ67、第1触媒53の下流であって第2触媒54の上流の排気通路に配設された空燃比センサ68及びアクセル開度センサ69を備えている。   On the other hand, this system includes a hot-wire air flow meter 61, a throttle position sensor 62, a cam position sensor 63, a crank position sensor 64, an in-cylinder pressure sensor 65 provided in each cylinder, a coolant temperature sensor 66, and an upstream of the first catalyst 53. An air-fuel ratio sensor 67 disposed in the exhaust passage, an air-fuel ratio sensor 68 and an accelerator opening sensor 69 disposed in the exhaust passage downstream of the first catalyst 53 and upstream of the second catalyst 54 are provided.

熱線式エアフローメータ61は、吸気管41内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量Gaを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ62は、スロットル弁43の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ63は、インテークカムシャフトが所定角度から90度、次いで90度、更に180度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。この信号はG2信号とも称呼される。クランクポジションセンサ64は、クランク軸24が10度回転する毎にパルスを出力するようになっている。クランクポジションセンサ64から出力されるパルスは機関回転速度NEを表す信号に変換されるようになっている。   The hot-wire air flow meter 61 detects the mass flow rate per unit time of the intake air flowing through the intake pipe 41 and outputs a signal representing the mass flow rate Ga. The throttle position sensor 62 detects the opening of the throttle valve 43 and outputs a signal representing the throttle valve opening TA. The cam position sensor 63 outputs one pulse every time the intake camshaft rotates 90 degrees, 90 degrees, and 180 degrees from a predetermined angle. This signal is also referred to as a G2 signal. The crank position sensor 64 outputs a pulse every time the crankshaft 24 rotates 10 degrees. The pulse output from the crank position sensor 64 is converted into a signal representing the engine rotational speed NE.

筒内圧センサ65は、燃焼室25内の圧力である筒内圧を検出し、筒内圧Pcを表す信号を出力するようになっている。即ち、筒内圧センサ65は、燃焼室25内における混合気の燃焼状態に応じて変化する物理量(筒内圧Pc)を実際に検出する燃焼状態検出センサとして機能する。   The in-cylinder pressure sensor 65 detects the in-cylinder pressure that is the pressure in the combustion chamber 25 and outputs a signal representing the in-cylinder pressure Pc. That is, the in-cylinder pressure sensor 65 functions as a combustion state detection sensor that actually detects a physical quantity (in-cylinder pressure Pc) that changes in accordance with the combustion state of the air-fuel mixture in the combustion chamber 25.

上流側空燃比センサ67及び下流側空燃比センサ68は、触媒53の上下流の空燃比を検出し、その上下流の空燃比を表す信号をそれぞれ出力するようになっている。アクセル開度センサ69は、運転者によって操作されるアクセルペダル81の操作量を検出し、アクセルペダル81の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。   The upstream air-fuel ratio sensor 67 and the downstream air-fuel ratio sensor 68 detect the upstream and downstream air-fuel ratios of the catalyst 53 and output signals representing the upstream and downstream air-fuel ratios, respectively. The accelerator opening sensor 69 detects the operation amount of the accelerator pedal 81 operated by the driver, and outputs a signal representing the operation amount Accp of the accelerator pedal 81.

電気制御装置70は、互いにバスで接続されたCPU71、CPU71が実行するルーチン(プログラム)、テーブル(ルックアップテーブル、マップ)及び定数等を予め記憶したROM72、CPU71が必要に応じてデータを一時的に格納するRAM73、電源が投入された状態でデータを格納するとともに格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップRAM74、並びに、ADコンバータを含むインターフェース75等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース75は、前記センサ61〜69と接続され、CPU71にセンサ61〜69からの信号を供給するようになっている。インターフェース75は、CPU71の指示に応じて吸気弁制御装置33、インジェクタ39及びスロットル弁アクチュエータ43aに駆動信号を送出するとともに、イグナイタ38に点火信号を送出するようになっている。   The electric control device 70 includes a CPU 71 connected by a bus, a routine (program) executed by the CPU 71, a ROM 72 pre-stored with tables (look-up tables, maps), constants, and the like, and the CPU 71 temporarily stores data as necessary. The microcomputer 73 includes a RAM 73 that stores data, a backup RAM 74 that stores data while the power is on, and retains the stored data even when the power is shut off, and an interface 75 that includes an AD converter. The interface 75 is connected to the sensors 61 to 69 and supplies signals from the sensors 61 to 69 to the CPU 71. The interface 75 sends a drive signal to the intake valve control device 33, the injector 39, and the throttle valve actuator 43a in accordance with an instruction from the CPU 71, and sends an ignition signal to the igniter 38.

(制御)
次に、上記のように構成された内燃機関10の点火時期制御装置(以下、「第1制御装置」と称呼する。)により行われる、各種の制御内容について説明する。なお、本例において、燃焼状態量としての燃焼割合MFBは所定のタイミングを表すクランク角度θに対応して求められる。クランク角度θにおける燃焼割合MFBをMFBθと表す。このクランク角度θは圧縮上死点において0となり、圧縮上死点から圧縮上死点前に向って進角するほど絶対値が大きくなる負の値をとり、圧縮上死点から圧縮上死点後に向って遅角するほど絶対値が大きくなる正の値をとるように定義される。例えば、θ=−θ1°(θ1>0)であることは、クランク角度がBTDCθ1であることを示す。
(control)
Next, various control contents performed by the ignition timing control device (hereinafter referred to as “first control device”) of the internal combustion engine 10 configured as described above will be described. In this example, the combustion ratio MFB as the combustion state quantity is obtained corresponding to the crank angle θ representing a predetermined timing. The combustion ratio MFB at the crank angle θ is expressed as MFBθ. This crank angle θ is 0 at the compression top dead center, takes a negative value that increases in absolute value as it advances from the compression top dead center toward the compression top dead center, and from the compression top dead center to the compression top dead center. It is defined to take a positive value, the absolute value of which increases as the angle is retarded later. For example, θ = −θ1 ° (θ1> 0) indicates that the crank angle is BTDCθ1.

<点火時期制御の概要>
図2は、点火時期SAと、8°燃焼割合MFB8と、機関10の発生トルクTRQと、の関係を示したグラフである。なお、本明細書において、点火時期がSAであるとは、点火時期がBTDC SA°(SA>0)であることを意味する。
<Overview of ignition timing control>
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the ignition timing SA, the 8 ° combustion ratio MFB8, and the generated torque TRQ of the engine 10. In this specification, the ignition timing being SA means that the ignition timing is BTDC SA ° (SA> 0).

図2から明らかなように、発生トルクTRQが最大となる8°燃焼割合MFB8は約60%(図2の領域Aを参照。)である。従って、第1制御装置は、8°燃焼割合MFB8の目標値MFB8tgt(以下、「目標燃焼割合MFB8tgt」という。)を60%と定めるとともに、今回の燃焼行程における8°燃焼割合MFB8を推定する。   As is apparent from FIG. 2, the 8 ° combustion ratio MFB8 at which the generated torque TRQ is maximum is about 60% (see region A in FIG. 2). Therefore, the first control apparatus sets the target value MFB8tgt (hereinafter referred to as “target combustion ratio MFB8tgt”) of the 8 ° combustion ratio MFB8 to 60% and estimates the 8 ° combustion ratio MFB8 in the current combustion stroke.

実際には、第1制御装置は、今回の燃焼行程に対する8°燃焼割合MFB8を今回の燃焼行程前の時点にて燃焼状態モデルを用いて予測するとともに、その予測された値を補正値により補正する。更に、第1制御装置は、その補正された8°燃焼割合MFB8が目標燃焼割合MFB8tgtと一致するように点火時期SAをフィードバック制御する。加えて、第1制御装置は、前回の燃焼行程に対して点火時期を決定する基礎となった予測及び補正された8°燃焼割合MFB8と検出された筒内圧に基いて取得された前回の燃焼行程に対する実際の8°燃焼割合MFB8とに基き前記補正値を算出する。この結果、加速時等の過渡運転状態においても、今回の燃焼行程に対する8°燃焼割合MFB8が精度良く得られる。   Actually, the first control apparatus predicts the 8 ° combustion ratio MFB8 with respect to the current combustion stroke using the combustion state model at the time before the current combustion stroke, and corrects the predicted value with the correction value. To do. Further, the first control device feedback controls the ignition timing SA so that the corrected 8 ° combustion rate MFB8 matches the target combustion rate MFB8tgt. In addition, the first control unit obtains the previous combustion acquired based on the predicted and corrected 8 ° combustion ratio MFB8 and the detected in-cylinder pressure, which are the basis for determining the ignition timing with respect to the previous combustion stroke. The correction value is calculated based on the actual 8 ° combustion ratio MFB8 with respect to the stroke. As a result, an 8 ° combustion ratio MFB8 with respect to the current combustion stroke can be obtained with high precision even in a transient operation state such as during acceleration.

そして、第1制御装置は、推定及び補正された今回の燃焼行程に対する8°燃焼割合MFB8が目標燃焼割合MFB8tgtと一致するように今回の燃焼行程に対する点火時期SAを決定する。従って、機関10の発生トルクが増大し、燃焼効率も向上するので、機関10の燃費を改善することができる。また、特に過渡運転状態において、ノッキングの発生やエミッションの悪化を回避することが可能となる。   Then, the first control device determines the ignition timing SA for the current combustion stroke so that the estimated and corrected 8 ° combustion ratio MFB8 for the current combustion stroke matches the target combustion ratio MFB8tgt. Therefore, the generated torque of the engine 10 is increased and the combustion efficiency is improved, so that the fuel consumption of the engine 10 can be improved. Moreover, it becomes possible to avoid the occurrence of knocking and the deterioration of emission, particularly in a transient operation state.

なお、本明細書において、変数の後に付与される記号(k)は、その変数がある特定の気筒において次に発生する燃焼行程(即ち、今回の燃焼行程)に対する変数であることを示す。従って、(k−1)が付与された変数は、その特定の気筒において前回の燃焼行程(既に終了した直前の燃焼行程、即ち、1回前の燃焼行程)に対する変数である。   In the present specification, the symbol (k) given after a variable indicates that the variable is a variable for the combustion stroke that occurs next in a specific cylinder (that is, the current combustion stroke). Therefore, the variable to which (k-1) is assigned is a variable for the previous combustion stroke (the combustion stroke immediately before the completion, that is, the previous combustion stroke) in the specific cylinder.

<点火時期制御の詳細>
第1制御装置は、第1制御装置の機能ブロック図である図3に示した各手段を有する。以下、各ブロックの機能を順に説明する。
<Details of ignition timing control>
The first control device has each unit shown in FIG. 3 which is a functional block diagram of the first control device. Hereinafter, the function of each block will be described in order.

目標値設定手段A1は、目標燃焼割合MFB8tgtを出力するようになっている。目標燃焼割合MFB8tgtは本例において一定値(60%)である。なお、目標値設定手段A1は、機関10の負荷及び機関回転速度NE等の機関の運転状態を表す量を入力し、その運転状態を表す量に応じて目標燃焼割合MFB8tgtを変更するように構成されていてもよい。目標燃焼割合MFB8tgtは、機関の燃焼効率が良く、且つ、HCやCO等の排出量が低い値となり、且つ、ノッキング等によるトルク変動等が発生しないような値に設定される。   The target value setting means A1 outputs a target combustion ratio MFB8tgt. The target combustion ratio MFB8tgt is a constant value (60%) in this example. The target value setting means A1 is configured to input an amount representing the engine operating state such as the load of the engine 10 and the engine speed NE, and to change the target combustion ratio MFB8tgt according to the amount representing the operating state. May be. The target combustion ratio MFB8tgt is set to such a value that the combustion efficiency of the engine is good, the emission amount of HC, CO, etc. is low, and torque fluctuation due to knocking or the like does not occur.

MFB計算モデルA2は燃焼状態モデルを含んでいる。この燃焼状態モデルについては後に詳述する。MFB計算モデルA2は、燃焼状態に影響を及ぼす運転状態量として、前回の燃焼行程における点火時期SA(k−1)、現時点の機関の負荷KL(k)、現時点の機関回転速度NE(k)及び現時点のVVT進角量VVT(k)を入力するようになっている。点火時期SA(k−1)は、点火時期データ遅延手段A3から取得される。点火時期データ遅延手段A3は、後述するフィードバックコントローラA6から出力された今回の燃焼行程に対する点火時期SA(k)をRAM73内に格納し、格納したデータの中から前回の燃焼行程に対する点火時期SA(k−1)を出力するようになっている。   The MFB calculation model A2 includes a combustion state model. This combustion state model will be described in detail later. The MFB calculation model A2 includes the ignition timing SA (k-1), the current engine load KL (k), the current engine speed NE (k) in the previous combustion stroke as the operating state quantities that affect the combustion state. The current VVT advance amount VVT (k) is input. The ignition timing SA (k-1) is acquired from the ignition timing data delay unit A3. The ignition timing data delay means A3 stores the ignition timing SA (k) for the current combustion stroke output from the feedback controller A6, which will be described later, in the RAM 73. From the stored data, the ignition timing SA ( k-1) is output.

MFB計算モデルA2は、次に到来しようとしている燃焼行程(今回の燃焼行程)が開始する直前の計算タイミングにて、入力した運転状態量を燃焼状態モデルに適用することにより、今回の燃焼行程中の特定タイミングであるATDC 8°における燃焼割合MFB8(k)を予測(計算)するようになっている。MFB計算モデルA2により予測される8°燃焼割合MFB8(k)を「計算燃焼割合MFB8cal(k)」と称呼する。   The MFB calculation model A2 applies the input operation state amount to the combustion state model at the calculation timing immediately before the start of the next combustion stroke (current combustion stroke), so that during the current combustion stroke The combustion ratio MFB8 (k) at ATDC 8 °, which is the specific timing, is predicted (calculated). The 8 ° combustion ratio MFB8 (k) predicted by the MFB calculation model A2 is referred to as “calculated combustion ratio MFB8cal (k)”.

MFB計算モデルA2の計算タイミングは今回の燃焼行程の開始直前であるから、そのタイミングから今回の燃焼行程が終了するまでの間(又は、少なくともATDC 8°に至るまでの間)に機関の負荷KL、機関回転速度NE及びVVT進角量VVTは大きく変化しないとみなすことができる。従って、現時点の機関の負荷KL(k)、現時点の機関回転速度NE(k)及び現時点のVVT進角量VVT(k)は、それぞれ、今回の燃焼行程における機関の負荷KL(k)、今回の燃焼行程における機関回転速度NE(k)及び今回の燃焼行程におけるVVT進角量VVT(k)として扱われる。このように、点火時期SA(k−1)、機関の負荷KL(k)、機関回転速度NE(k)及びVVT進角量VVT(k)の運転状態量はMFB計算モデルA2に入力されるから、第1制御装置は実質的にこれらの運転状態量を取得する運転状態量取得手段(筒内圧センサ65が検出する物理量(筒内圧)と相違し且つ機関10の運転状態を表す物理量である運転状態量を取得する運転状態量取得手段)を備えていることになる。   Since the calculation timing of the MFB calculation model A2 is immediately before the start of the current combustion stroke, the engine load KL is between that timing and the end of the current combustion stroke (or at least until ATDC 8 °). The engine speed NE and the VVT advance amount VVT can be regarded as not changing significantly. Accordingly, the current engine load KL (k), the current engine speed NE (k), and the current VVT advance amount VVT (k) are respectively the engine load KL (k) and the current VVT advance amount VVT (k). Are treated as the engine speed NE (k) in the combustion stroke and the VVT advance amount VVT (k) in the current combustion stroke. As described above, the operating state quantities of the ignition timing SA (k−1), the engine load KL (k), the engine speed NE (k), and the VVT advance amount VVT (k) are input to the MFB calculation model A2. Thus, the first control device is a physical quantity that is substantially different from the physical quantity (in-cylinder pressure) detected by the in-cylinder pressure sensor 65 and that represents the operating state of the engine 10. The operation state quantity acquisition means for acquiring the operation state quantity is provided.

なお、負荷KLは吸入された筒内空気重量に比例する値(充填率)でありエアフローメータ61の検出する質量流量Ga及び機関回転速度NEにより求められる。負荷KLは、空気の挙動を記述した周知の空気モデルにより取得されてもよい。VVT進角量は、上述したように、排気弁の開弁時期及び閉弁時期を一定とした場合での、吸気弁開弁時期が最も遅角側に設定されている場合を基準とした吸気弁開弁時期の進角量である。また、機関の負荷KL(k)、機関回転速度NE(k)及びVVT進角量VVT(k)の運転状態量は、現時点における各値等に基いて点火時期近傍の時点(例えば、BTDC 5°)の各値を予測・推定した値であってもよい。   The load KL is a value (filling rate) proportional to the weight of the sucked cylinder air and is obtained from the mass flow rate Ga detected by the air flow meter 61 and the engine speed NE. The load KL may be acquired by a well-known air model describing the behavior of air. As described above, the VVT advance amount is determined based on the intake valve opening timing that is set to the most retarded angle when the opening timing and closing timing of the exhaust valve are constant. This is the advance amount of the valve opening timing. Further, the engine load KL (k), the engine speed NE (k), and the VVT advance amount VVT (k) are determined based on respective values at the present time and the like (for example, BTDC 5). It is also possible to predict and estimate each value of °).

MFB計算モデルA2により取得される計算燃焼割合MFB8cal(k)は、燃焼行程の所定のタイミングにおける燃焼状態を表す量である。従って、燃焼状態モデルは、前記運転状態量と燃焼行程の所定タイミングにおける燃焼状態を表す量との関係を記述するモデルであると言うことができる。更に、MFB計算モデルA2は、運転状態量を燃焼状態モデルに適用することにより燃焼行程の特定タイミングにおける燃焼状態を表す量(計算燃焼割合MFB8cal(k))を予測燃焼状態量として取得する予測燃焼状態量取得手段であると言うことができる。   The calculated combustion ratio MFB8cal (k) acquired by the MFB calculation model A2 is an amount representing the combustion state at a predetermined timing of the combustion stroke. Therefore, it can be said that the combustion state model is a model that describes the relationship between the operation state amount and the amount representing the combustion state at a predetermined timing of the combustion stroke. Further, the MFB calculation model A2 applies the operation state quantity to the combustion state model, and obtains a quantity representing the combustion state at a specific timing of the combustion stroke (calculated combustion ratio MFB8cal (k)) as a predicted combustion state quantity. It can be said that it is a state quantity acquisition means.

予測燃焼状態量補正手段A4は、前記予測燃焼状態量である計算燃焼割合MFB8cal(k)を補正量HMFBによって補正することにより補正後予測燃焼状態量である補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を取得するようになっている。より具体的に述べると、予測燃焼状態量補正手段A4は、計算燃焼割合MFB8cal(k)に補正量HMFBを加えることにより補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を取得する。補正量HMFBは後述するローパスフィルタA10から出力される。   The predicted combustion state quantity correction means A4 obtains the corrected combustion ratio MFB8mfd (k), which is the corrected predicted combustion state quantity, by correcting the calculated combustion ratio MFB8cal (k), which is the predicted combustion state quantity, with the correction amount HMFB. It is supposed to be. More specifically, the predicted combustion state amount correction means A4 acquires the corrected combustion rate MFB8mfd (k) by adding the correction amount HMFB to the calculated combustion rate MFB8cal (k). The correction amount HMFB is output from a low-pass filter A10 described later.

フィードバック制御用偏差算出手段A5は、目標燃焼割合MFB8tgtから補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を減じることによってフィードバック制御用偏差dMFB8(=dMFB8(k))を算出する。   The feedback control deviation calculating means A5 calculates the feedback control deviation dMFB8 (= dMFB8 (k)) by subtracting the corrected combustion ratio MFB8mfd (k) from the target combustion ratio MFB8tgt.

フィードバックコントローラA6は、フィードバック制御用偏差dMFB8が0になるように点火時期SA(k)を決定する。換言すると、フィードバック制御用偏差算出手段A5及びフィードバックコントローラA6は、今回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量である補正後燃焼割合MFB8mfd(k)と所定の目標燃焼状態量である目標燃焼割合MFB8tgtとが一致するように機関10の点火時期SA(k)をフィードバック制御(比例・積分制御)する点火時期制御手段を構成している。   The feedback controller A6 determines the ignition timing SA (k) so that the feedback control deviation dMFB8 becomes zero. In other words, the feedback control deviation calculating means A5 and the feedback controller A6 perform the corrected combustion ratio MFB8mfd (k) that is the corrected predicted combustion state quantity for the current combustion stroke and the target combustion ratio MFB8tgt that is the predetermined target combustion state quantity. The ignition timing control means for performing feedback control (proportional / integral control) of the ignition timing SA (k) of the engine 10 is configured so that.

より具体的に述べると、フィードバックコントローラA6は、下記(1)式に基いて今回の燃焼行程に対する点火時期SA(k)を決定するとともに、決定した点火時期SA(k)にて点火を実行するようにイグナイタ38に点火指示信号を送出する。

Figure 2008223688
(1)式のKpは比例定数であり、Kiは積分定数である。SdMFB8(k)はフィードバック制御用偏差dMFB8(k)の積分値であり、下記(2)式に基いて求められる。
Figure 2008223688
More specifically, the feedback controller A6 determines the ignition timing SA (k) for the current combustion stroke based on the following equation (1), and executes ignition at the determined ignition timing SA (k). Thus, an ignition instruction signal is sent to the igniter 38.
Figure 2008223688
In the equation (1), Kp is a proportional constant, and Ki is an integral constant. SdMFB8 (k) is an integral value of the feedback control deviation dMFB8 (k), and is obtained based on the following equation (2).
Figure 2008223688

実MFB算出手段A7は、前回の燃焼行程中のATDC 8°における燃焼割合MFB8(k−1)を少なくとも筒内圧センサ65によって検出された筒内圧Pc(θ)=PC(8°)に基いて算出するようになっている。実MFB算出手段A7により算出される8°燃焼割合MFB8(k−1)を「実燃焼割合MFB8act(k−1)」と称呼する。実燃焼割合MFB8act(k−1)は、前回の燃焼行程の特定タイミングにおける実際の燃焼状態を表す量(即ち、実燃焼状態量)である。   The actual MFB calculation means A7 is based on at least the in-cylinder pressure Pc (θ) = PC (8 °) detected by the in-cylinder pressure sensor 65 at the combustion rate MFB8 (k−1) at ATDC 8 ° during the previous combustion stroke. It comes to calculate. The 8 ° combustion ratio MFB8 (k−1) calculated by the actual MFB calculation means A7 is referred to as “actual combustion ratio MFB8act (k−1)”. The actual combustion ratio MFB8act (k-1) is an amount representing the actual combustion state at the specific timing of the previous combustion stroke (ie, the actual combustion state amount).

ところで、上述したように、燃焼割合MFBは図示熱量の割合Qsum/Qtotalを表す値として取得される。燃焼割合MFBを筒内圧センサ65によって検出された筒内圧Pcから求める手法の詳細は、例えば、特開2006−144645号公報に開示されているので、以下、その概略について述べる。   By the way, as described above, the combustion ratio MFB is acquired as a value representing the ratio Qsum / Qtotal of the indicated heat quantity. Details of the method for obtaining the combustion ratio MFB from the in-cylinder pressure Pc detected by the in-cylinder pressure sensor 65 are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-144645, and the outline thereof will be described below.

クランク角度θにおける燃焼割合MFBθは、下記の(3)式により推定される。(3)式において、クランク角度θs(θs<0)は、対象とする燃焼行程(膨張行程)に向う過程において吸気弁32及び排気弁35の両方が閉じた状態にあり且つ点火時期よりも十分に進角した時期(例えば、θs=−60°、即ち、BTDC 60°)であり、クランク角度θe(θe>0)は、対象とする燃焼行程における燃焼が実質的に終了する最も遅い時期よりも遅い所定の時期且つ排気弁開弁時期よりも進角した時期(例えば、θe=60°、即ち、ATDC 60°)である。

Figure 2008223688
The combustion ratio MFBθ at the crank angle θ is estimated by the following equation (3). In the equation (3), the crank angle θs (θs <0) is set so that both the intake valve 32 and the exhaust valve 35 are closed in the process toward the target combustion stroke (expansion stroke) and is sufficiently greater than the ignition timing. Is advanced (for example, θs = −60 °, ie, BTDC 60 °), and the crank angle θe (θe> 0) is later than the latest time when the combustion in the target combustion stroke is substantially ended. Is a predetermined time later than the exhaust valve opening timing (for example, θe = 60 °, ie, ATDC 60 °).
Figure 2008223688

この(3)式は、発生した熱のうちピストンに対する仕事に寄与した熱の積算量Qの変化パターンがPc(θ)V(θ)κの変化パターンと概ね一致するという知見に基いている。Pc(θ)はクランク角度θにおける筒内圧、V(θ)はクランク角度θにおける燃焼室25の容積、κは混合ガスの比熱比(例えば、1.32)である。 This equation (3) is based on the knowledge that the change pattern of the accumulated amount Q of heat that contributes to the work on the piston among the generated heat is substantially coincident with the change pattern of Pc (θ) V (θ) κ . Pc (θ) is the in-cylinder pressure at the crank angle θ, V (θ) is the volume of the combustion chamber 25 at the crank angle θ, and κ is the specific heat ratio (for example, 1.32) of the mixed gas.

実MFB算出手段A7は、上記(3)式のθに8°を代入すること等により、前回の燃焼行程に対する実燃焼割合MFB8act(k−1)を求める。   The actual MFB calculating means A7 obtains an actual combustion ratio MFB8act (k-1) with respect to the previous combustion stroke by substituting 8 ° into θ in the above equation (3).

燃焼割合データ遅延手段A8は、前述した補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を補正後燃焼割合MFB8mfd(k)が算出される毎にRAM73に格納し、格納したデータの中から前回の燃焼行程に対する補正後燃焼割合MFB8mfd(k−1)を出力するようになっている。   The combustion rate data delay means A8 stores the corrected combustion rate MFB8mfd (k) in the RAM 73 every time the corrected combustion rate MFB8mfd (k) is calculated, and corrects the previous combustion stroke from the stored data. The post-combustion ratio MFB8mfd (k-1) is output.

補正基本量算出手段A9は、実燃焼割合MFB8act(k−1)から補正後燃焼割合MFB8mfd(k−1)を減じることにより補正基本量eMDLを算出するようになっている。換言すると、補正基本量算出手段A9は、予測燃焼状態量取得手段としてのMFB計算モデルA2と予測燃焼状態量補正手段A4とにより前回の燃焼行程に対して取得された補正後予測燃焼状態量としての補正後燃焼割合MFB8mfd(k−1)と、実燃焼状態量取得手段としての実MFB算出手段A7により前回の燃焼行程に対して取得された実燃焼状態量としての実燃焼割合MFB8act(k−1)との差(補正基本量eMDL)を取得するようになっている。   The corrected basic amount calculation means A9 calculates the corrected basic amount eMDL by subtracting the corrected combustion rate MFB8mfd (k-1) from the actual combustion rate MFB8act (k-1). In other words, the corrected basic amount calculation means A9 is the corrected predicted combustion state quantity acquired for the previous combustion stroke by the MFB calculation model A2 as the predicted combustion state quantity acquisition means and the predicted combustion state quantity correction means A4. And the actual combustion ratio MFB8act (k−) as the actual combustion state quantity acquired for the previous combustion stroke by the actual MFB calculation means A7 as the actual combustion state quantity acquisition means. The difference (correction basic amount eMDL) from 1) is acquired.

ローパスフィルタA10は、補正基本量算出手段A9によって取得された補正基本量eMDLに対し周知のローパスフィルタ処理を施すことにより前述した補正量HMFBを算出するようになっている。このローパスフィルタ処理は、補正基本量eMDLを時間積分する処理と実質的に同じ処理である。   The low-pass filter A10 calculates the aforementioned correction amount HMFB by performing a known low-pass filter process on the correction basic amount eMDL acquired by the correction basic amount calculation means A9. This low-pass filter process is substantially the same as the process of time-integrating the correction basic quantity eMDL.

このように、燃焼割合データ遅延手段A8、補正基本量算出手段A9及びローパスフィルタA10は、前回の燃焼行程に対して取得された補正後燃焼割合MFB8mfd(k−1)と、前回の燃焼行程に対して取得された実燃焼割合MFB8act(k−1)と、の差、に基づいて補正量HMFBを算出する補正量算出手段を構成している。   As described above, the combustion rate data delay unit A8, the corrected basic amount calculation unit A9, and the low-pass filter A10 perform the corrected combustion rate MFB8mfd (k-1) acquired for the previous combustion stroke and the previous combustion stroke. On the other hand, a correction amount calculating means for calculating the correction amount HMFB based on the difference from the actual combustion ratio MFB8act (k−1) acquired for the above-described configuration is provided.

<燃焼状態モデル>
次に、MFB計算モデルA2が備える燃焼状態モデルについて説明する。この燃焼状態モデルは、Wiebe関数と称呼される燃焼割合MFBを求めるためのモデルであり、下記(4)式により表される。

Figure 2008223688
<Combustion state model>
Next, a combustion state model included in the MFB calculation model A2 will be described. This combustion state model is a model for obtaining a combustion rate MFB called a Wiebe function, and is represented by the following equation (4).
Figure 2008223688

本実施形態において、上記(4)式における変数(パラメータ)αi及び変数αbは下記(5)式及び(6)式に従って求められる。上記MFB計算モデルA2は、(5)式の点火時期SAにSA(k−1)を代入し、(5)式及び(6)式の負荷KL、機関回転速度NE及びVVT進角量VVTに、KL(k)、NE(k)及びVVT(k)をそれぞれ代入することにより、変数αi及び変数αbを求める。そして、上記MFB計算モデルA2は、上記(4)式に求めた変数αi及び変数αbを代入するとともに、上記(4)式のθに8°を代入することによって、今回の燃焼行程に対する計算燃焼割合MFB8cal(k)を算出する。従って、燃焼状態モデルは、運転状態量(SA(k−1)、KL(k)、NE(k)、VVT(k))と燃焼行程の所定タイミングにおける燃焼状態を表す量である計算燃焼割合MFB8cal(k)との関係を記述するモデルであるということができる。なお、k1〜k7は適合定数である。

Figure 2008223688
Figure 2008223688
In the present embodiment, the variable (parameter) αi and the variable αb in the above equation (4) are obtained according to the following equations (5) and (6). In the MFB calculation model A2, SA (k-1) is substituted into the ignition timing SA of the equation (5), and the load KL, the engine speed NE, and the VVT advance amount VVT of the equations (5) and (6) are substituted. , KL (k), NE (k), and VVT (k) are respectively substituted to obtain the variable αi and the variable αb. In the MFB calculation model A2, the calculated combustion for the current combustion stroke is performed by substituting the variable αi and the variable αb obtained in the equation (4) and by substituting 8 ° for θ in the equation (4). The ratio MFB8cal (k) is calculated. Therefore, the combustion state model is a calculated combustion ratio that is an amount representing the combustion state at a predetermined timing of the operation state (SA (k−1), KL (k), NE (k), VVT (k)) and the combustion stroke. It can be said that this is a model describing the relationship with MFB8cal (k). Note that k1 to k7 are fitness constants.
Figure 2008223688
Figure 2008223688

上述したWiebe関数は一般に下記(7)式により表される。Wiebe関数自体は、燃焼割合の変化の様子を模擬した近似関数モデルとして知られている。この関数においてパラメータc,dはパラメータαi,αbと相互に干渉する。従って、パラメータc,dは固定値とすることが推奨されている。そこで、発明者は、パラメータc及びパラメータdを上述のように「5」及び「4」にそれぞれ設定した。   The above-mentioned Wiebe function is generally expressed by the following equation (7). The Wiebe function itself is known as an approximate function model that simulates how the combustion ratio changes. In this function, the parameters c and d interfere with the parameters αi and αb. Therefore, it is recommended that the parameters c and d be fixed values. Therefore, the inventor set the parameter c and the parameter d to “5” and “4”, respectively, as described above.

しかし、パラメータαi及びαbを適切に設定しなければ、近似精度を向上することができない。そこで、発明者は以下に述べる検討を行った。その結果、発明者は、パラメータαi及びパラメータαbを上記(5)式及び上記(6)式に従って設定することが好適であることを見い出した。

Figure 2008223688
However, the approximation accuracy cannot be improved unless the parameters αi and αb are set appropriately. Therefore, the inventor conducted the following studies. As a result, the inventor has found that it is preferable to set the parameter αi and the parameter αb according to the above equations (5) and (6).
Figure 2008223688

先ず、発明者は、点火時期SAをBTDC 22°、BTDC 28°及びBTDC 32°に設定した場合における実際の燃焼割合MFBのクランク角度θに対する変化を測定した。図4はその結果を示すグラフである。一方、図5は、上記(7)式におけるパラメータαiを変化させ、他のパラメータc、d、及びαbを一定値としたときの変数xに対するyの変化を示すグラフである。   First, the inventor measured the change of the actual combustion ratio MFB with respect to the crank angle θ when the ignition timing SA was set to 22 ° BTDC, 28 ° BTDC, and 32 ° BTDC. FIG. 4 is a graph showing the results. On the other hand, FIG. 5 is a graph showing the change of y with respect to the variable x when the parameter αi in the equation (7) is changed and the other parameters c, d, and αb are set to constant values.

発明者は、図4及び図5を比較することにより、点火時期SAとパラメータαiとは非常に相関が強いこと(即ち、点火時期SAを変更した場合の実際の燃焼割合MFBの変化と、パラメータαiを変更した場合の計算値yの変化とが類似すること)を見いだした。より具体的には、図4に示したように、点火時期SAを変更した場合、実際の燃焼割合MFBのクランク角度θに対する増大速度は殆ど変化しないが、実際の燃焼割合MFBが増大を開始するクランク角度θが変化する。同様に、図5に示したように、パラメータαiを変更した場合、計算値yのxに対する傾き(増大速度)は殆ど変化しないが、計算値yが増大を開始するxの値が変化する。   The inventor has compared the ignition timing SA with the parameter αi by comparing FIG. 4 and FIG. 5 (that is, the actual change in the combustion ratio MFB when the ignition timing SA is changed, and the parameter It was found that the change in the calculated value y when αi is changed is similar. More specifically, as shown in FIG. 4, when the ignition timing SA is changed, the rate of increase of the actual combustion rate MFB with respect to the crank angle θ hardly changes, but the actual combustion rate MFB starts to increase. The crank angle θ changes. Similarly, as shown in FIG. 5, when the parameter αi is changed, the slope (increase speed) of the calculated value y with respect to x hardly changes, but the value of x at which the calculated value y starts to increase changes.

次に、発明者は、VVT進角量VVTを0°、20°及び40°に設定した場合における実際の燃焼割合MFBのクランク角度θに対する変化を測定した。図6はその結果を示すグラフである。一方、図7は、上記(7)式におけるパラメータαbを変化させ、他のパラメータc、d、及びαiを一定値としたときの変数xに対するyの変化を示すグラフである。   Next, the inventor measured the change of the actual combustion rate MFB with respect to the crank angle θ when the VVT advance amount VVT was set to 0 °, 20 °, and 40 °. FIG. 6 is a graph showing the results. On the other hand, FIG. 7 is a graph showing the change of y with respect to the variable x when the parameter αb in the above equation (7) is changed and the other parameters c, d, and αi are constant values.

発明者は、図6及び図7を比較することにより、VVT進角量VVT(即ち、オーバーラップ期間)とパラメータαbとは非常に相関が強いことを見いだした。換言すると、VVT進角量VVTを変更した場合の実際の燃焼割合MFBの変化と、パラメータαbを変更した場合の計算値yの変化とが類似することを見いだした。より具体的には、図6に示したように、VVT進角量VVTを変更した場合、実際の燃焼割合MFBが増大を開始するクランク角度θは殆ど変化しないが、実際の燃焼割合MFBの増大速度が変化する。同様に、図7に示したように、パラメータαbを変更した場合、計算値yが増大を開始するxの値は殆ど変化しないが、計算値yのxに対する傾き(増大速度)が変化する。   The inventor found that the VVT advance amount VVT (that is, the overlap period) and the parameter αb are very correlated by comparing FIG. 6 and FIG. In other words, it has been found that the actual change in the combustion ratio MFB when the VVT advance amount VVT is changed is similar to the change in the calculated value y when the parameter αb is changed. More specifically, as shown in FIG. 6, when the VVT advance amount VVT is changed, the crank angle θ at which the actual combustion rate MFB starts increasing hardly changes, but the actual combustion rate MFB increases. The speed changes. Similarly, as shown in FIG. 7, when the parameter αb is changed, the value of x at which the calculated value y starts to increase hardly changes, but the slope (increase rate) of the calculated value y with respect to x changes.

以上のことから、発明者は、パラメータαiは点火時期SAの一次式により表されること(少なくとも、パラメータαiは点火時期SAを変数とする関数により表されること)が好適であると判断し(上記(5)式を参照。)、パラメータαbはVVT進角量VVTの一次式により表されること(少なくとも、パラメータαbはVVT進角量VVTを変数とする関数により表されること)が好適であると判断した(上記(6)式を参照。)。更に、負荷KLが大きくなるほど且つNEが小さくなるほどクランク角度θに対する燃焼速度(クランク角度θに対する燃焼割合の増加速度)は大きくなるから、パラメータαb(パラメータαbを求める(6)式)に変数KL/NEを導入した。即ち、パラメータαbは変数KL/NEの一次式により表されることが好適であると判断した。そして、パラメータαbに変数KL/NEを導入したことに対する調整として、パラメータαiに変数KL/NE及び変数NEを導入した(上記(5)式を参照。)。   From the above, the inventor determines that it is preferable that the parameter αi is expressed by a linear expression of the ignition timing SA (at least, the parameter αi is expressed by a function having the ignition timing SA as a variable). The parameter αb is expressed by a linear expression of the VVT advance amount VVT (at least, the parameter αb is expressed by a function having the VVT advance amount VVT as a variable). It was judged that it was suitable (see the above formula (6)). Further, as the load KL increases and the NE decreases, the combustion speed with respect to the crank angle θ (the rate of increase of the combustion ratio with respect to the crank angle θ) increases, so the parameter KL / NE was introduced. That is, it is determined that the parameter αb is preferably expressed by a linear expression of the variable KL / NE. Then, as an adjustment to the introduction of the variable KL / NE into the parameter αb, the variable KL / NE and the variable NE were introduced into the parameter αi (see the above formula (5)).

図8は、加速時における点火時期SA、負荷KL、VVT進角量VVT、実際の8°燃焼割合MFB8(実測値)及び上記(4)〜(6)式により表された燃焼状態モデルによって計算された計算8°燃焼割合MFB8(モデル値)の変化の様子を示したグラフである。この図から明らかなように、実測値とモデル値との間にモデル誤差による誤差Δは存在するものの、実測値の変化のタイミングとモデル値の変化のタイミングは非常に近いことが理解される。更に、誤差Δは上記(5)式及び(6)式の適合定数k1〜k7を厳密に適合することにより低減可能である。即ち、上記(5)式及び(6)式のようにパラメータαi及びパラメータαbを決定すれば、8°燃焼割合MFB8を燃焼状態モデルを用いて精度良く推定することができる。   FIG. 8 is calculated by the ignition timing SA during acceleration, the load KL, the VVT advance amount VVT, the actual 8 ° combustion ratio MFB8 (actually measured value), and the combustion state model expressed by the above equations (4) to (6). It is the graph which showed the mode of the change of the calculated 8 degree combustion ratio MFB8 (model value). As is apparent from this figure, although there is an error Δ due to a model error between the actual measurement value and the model value, it is understood that the timing of the actual value change and the timing of the model value change are very close. Further, the error Δ can be reduced by strictly adapting the adaptation constants k1 to k7 in the above equations (5) and (6). That is, if the parameter αi and the parameter αb are determined as in the above equations (5) and (6), the 8 ° combustion ratio MFB8 can be accurately estimated using the combustion state model.

なお、パラメータαiを点火時期SA(上死点前の点火時期の進角度を正とする)に関して単調増加する関数により表し、パラメータαbをVVT進角量VVTに関して単調増加する関数により表しても良い。   The parameter αi may be represented by a function that monotonously increases with respect to the ignition timing SA (the advance angle of the ignition timing before top dead center is positive), and the parameter αb may be represented by a function that monotonously increases with respect to the VVT advance amount VVT. .

以上、説明したように、第1制御装置は、燃焼状態モデルを用いて今回の燃焼行程(爆発行程、膨張行程)に対する8°燃焼割合MFB8を予測しているので、加速時のような過渡運転状態においても点火時期を精度良く制御することができる。更に、何れも前回の燃焼行程に対する値である補正後燃焼割合MFB8mfd(k−1)と実燃焼割合MFB8act(k−1)の差に基づいて今回の燃焼行程に対して予測される計算燃焼割合MFB8cal(k)を補正することにより、点火時期制御に用いられる補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を求めているので、補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を精度良く求めることができる。その結果、燃焼状態モデルにモデル誤差が含まれていても、点火時期が最適値に近づくので、機関10のトルク及び燃費等を改善することができる。   As described above, the first controller predicts the 8 ° combustion ratio MFB8 with respect to the current combustion stroke (explosion stroke, expansion stroke) using the combustion state model. Even in the state, the ignition timing can be accurately controlled. Furthermore, the calculated combustion rate predicted for the current combustion stroke based on the difference between the corrected combustion rate MFB8mfd (k-1) and the actual combustion rate MFB8act (k-1), both of which are values relative to the previous combustion stroke. By correcting MFB8cal (k), the corrected combustion rate MFB8mfd (k) used for ignition timing control is obtained, and thus the corrected combustion rate MFB8mfd (k) can be obtained with high accuracy. As a result, even if a model error is included in the combustion state model, the ignition timing approaches the optimum value, so that the torque and fuel consumption of the engine 10 can be improved.

図9は、VVT進角量を急変させたときの従来の制御装置と第1制御装置とにおける各値の挙動を表したグラフである。図9において、細い破線C1は点火時期を変更しない場合における実際の8°燃焼割合を示し、太い破線C2は今回の燃焼行程に対する点火時期の制御に従来の実燃焼割合MFB8act(k−1)を用いた場合における実際の8°燃焼割合の挙動を示している。一方、細い実線C3は点火時期を変更しない場合における補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を示し、太い実線C4は今回の燃焼行程に対する点火時期の制御に補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を用いた場合における実際の8°燃焼割合の挙動を示している。   FIG. 9 is a graph showing the behavior of each value in the conventional control device and the first control device when the VVT advance amount is suddenly changed. In FIG. 9, the thin broken line C1 indicates the actual 8 ° combustion ratio when the ignition timing is not changed, and the thick broken line C2 indicates the conventional actual combustion ratio MFB8act (k−1) for controlling the ignition timing for the current combustion stroke. The behavior of the actual 8 ° combustion rate when used is shown. On the other hand, the thin solid line C3 shows the corrected combustion rate MFB8mfd (k) when the ignition timing is not changed, and the thick solid line C4 shows the case where the corrected combustion rate MFB8mfd (k) is used for controlling the ignition timing for the current combustion stroke. Shows the behavior of the actual 8 ° combustion rate.

この図からも理解されるように、点火時期の制御に従来の実燃焼割合MFB8act(k−1)を用いると、VVT進角量が急変した場合、VVT進角量に伴う8°燃焼割合のズレ分が1サイクルずつ遅れて修正されてゆく。このため、8°燃焼割合と目標値との差が大きくなり且つ8°燃焼割合が目標値に収束するまでに長い時間を要する(曲線C2を参照。)。これに対し、第1制御装置のように、点火時期の制御に補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を用いると、VVT進角量の急変に伴う8°燃焼割合の急変が予測されるので、その8°燃焼割合の急変分を抑制するように点火時期が制御される。その結果、VVT進角量に伴う8°燃焼割合の目標値からのズレ分を速やかに小さくすることができる(曲線C4を参照。)。また、図9において、「err」は燃焼状態モデルによる誤差を表すが、第1制御装置によればこの誤差を補正値HMFBによって小さくすることができるので、より一層、点火時期を適正値に近づけることができる。   As understood from this figure, when the conventional actual combustion rate MFB8act (k-1) is used for controlling the ignition timing, when the VVT advance amount suddenly changes, the 8 ° combustion rate associated with the VVT advance amount The gap is corrected one cycle later. For this reason, the difference between the 8 ° combustion ratio and the target value becomes large, and it takes a long time for the 8 ° combustion ratio to converge to the target value (see curve C2). On the other hand, when the corrected combustion rate MFB8mfd (k) is used to control the ignition timing as in the first control device, a sudden change in the 8 ° combustion rate accompanying a sudden change in the VVT advance amount is predicted. The ignition timing is controlled so as to suppress a sudden change in the 8 ° combustion ratio. As a result, the amount of deviation from the target value of the 8 ° combustion ratio accompanying the VVT advance amount can be quickly reduced (see curve C4). In FIG. 9, “err” represents an error due to the combustion state model. However, according to the first control device, this error can be reduced by the correction value HMFB, so that the ignition timing is made closer to an appropriate value. be able to.

(実際の作動)
次に、第1制御装置の実際の作動について説明する。なお、以下に説明するルーチンは電気制御装置70のCPU71が特定気筒に対して実行するルーチンである。CPU71は他の気筒に対しても同様なルーチンを実行するようになっている。
(Actual operation)
Next, the actual operation of the first control device will be described. The routine described below is a routine executed by the CPU 71 of the electric control device 70 for a specific cylinder. The CPU 71 executes the same routine for the other cylinders.

CPU71は、図示しない筒内圧取得ルーチンを所定の微小クランク角度が経過する毎に実行し、そのルーチンが実行された時点のクランク角度θと筒内圧Pc(θ)とをRAM73に格納している。   The CPU 71 executes an in-cylinder pressure acquisition routine (not shown) every time a predetermined minute crank angle elapses, and the crank angle θ and the in-cylinder pressure Pc (θ) at the time when the routine is executed are stored in the RAM 73.

更に、CPU71は図10に示したルーチンを、クランク角度が「燃焼行程が実質的に終了した後の所定クランク角度(例えば、ATDC 160°)」に一致する毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71は図10のルーチンの処理をステップ1000から開始し、ステップ1010〜ステップ1060にて以下の処理を行い、ステップ1095に進んで本ルーチンを一旦終了する。   Further, the CPU 71 repeatedly executes the routine shown in FIG. 10 every time the crank angle matches the “predetermined crank angle (for example, ATDC 160 °) after the combustion stroke is substantially finished”. Therefore, when the predetermined timing is reached, the CPU 71 starts the processing of the routine of FIG. 10 from step 1000, performs the following processing from step 1010 to step 1060, proceeds to step 1095, and once ends this routine.

ステップ1010:CPU71は、筒内圧取得ルーチンによって取得した各クランク角度θに対する筒内圧Pc(θ)と、クランク角度θに対応する燃焼室容積V(θ)を上記(3)式に代入することにより、各クランク角度θに対する燃焼割合MFBθを算出する。ここで算出される各燃焼割合MFBθは、前回の燃焼行程における実燃焼割合MFBθact(k−1)である。算出される実燃焼割合MFBθact(k−1)にはATDC8°における実燃焼割合MFB8act(k−1)が含まれている。   Step 1010: The CPU 71 substitutes the in-cylinder pressure Pc (θ) for each crank angle θ acquired by the in-cylinder pressure acquisition routine and the combustion chamber volume V (θ) corresponding to the crank angle θ into the above equation (3). Then, the combustion ratio MFBθ for each crank angle θ is calculated. Each combustion ratio MFBθ calculated here is an actual combustion ratio MFBθact (k−1) in the previous combustion stroke. The calculated actual combustion ratio MFBθact (k−1) includes the actual combustion ratio MFB8act (k−1) at ATDC 8 °.

ステップ1020:CPU71は、ステップ1010にて算出された実燃焼割合MFBθact(k−1)を用いてN°(ここではクランク角度15°)幅における実燃焼割合MFBθact(k−1)の変化量ΔMFBを、前記所定の微小クランク角度毎に算出する。即ち、ΔMFB=MFBθact(k−1)−MFBθbact(k−1)(但し、θb=θ−N)に従って変化量ΔMFBが計算される。   Step 1020: The CPU 71 uses the actual combustion ratio MFBθact (k−1) calculated in Step 1010 to change the amount ΔMFB of the actual combustion ratio MFBθact (k−1) in the N ° (here, crank angle 15 °) width. Is calculated for each predetermined minute crank angle. That is, the amount of change ΔMFB is calculated according to ΔMFB = MFBθact (k−1) −MFBθbact (k−1) (where θb = θ−N).

ステップ1030:CPU71は、ステップ1020にて算出された複数の燃焼割合変化量ΔMFBの中から最大値(燃焼割合最大変化速度)ΔMFBmaxを取得する(図11を参照。)。更に、CPU71は、その燃焼割合最大変化速度ΔMFBmaxに対するクランク角度θをクランク角度CAmaxとして取得するとともに、クランク角度CAmaxにおける実燃焼割合MFBθact(k−1)をMFBcamaxとして取得する。   Step 1030: The CPU 71 obtains a maximum value (combustion rate maximum change rate) ΔMFBmax from the plurality of combustion rate change amounts ΔMFB calculated in Step 1020 (see FIG. 11). Further, the CPU 71 acquires the crank angle θ with respect to the maximum combustion rate change rate ΔMFBmax as the crank angle CAmax, and acquires the actual combustion rate MFBθact (k−1) at the crank angle CAmax as MFBcamax.

ステップ1040:CPU71は、ステップ1030にて求めた各値と直前の燃焼行程に対する点火時期SA(=SA(k−1))を下記(8)式に適用することにより、図11に示した全燃焼対応期間CPを推定(算出)する。全燃焼対応期間CPはクランク角度の幅(クランク角度の大きさ、単位(°))によって表される。

Figure 2008223688
Step 1040: The CPU 71 applies the ignition timing SA (= SA (k−1)) for each combustion value obtained in step 1030 and the immediately preceding combustion stroke to the following equation (8) to obtain all the values shown in FIG. The combustion corresponding period CP is estimated (calculated). The total combustion correspondence period CP is represented by a crank angle width (crank angle magnitude, unit (°)).
Figure 2008223688

上記(8)式により求められる全燃焼対応期間CPは、点火時期SA(k−1)から燃焼終了時期CAeまでの期間である。燃焼終了時期CAeは燃焼室内の混合ガスの燃焼が実質的に終了する時期である。燃焼終了時期CAeは以下の手法により求められるから、上記(8)式が得られる。   The total combustion correspondence period CP obtained by the above equation (8) is a period from the ignition timing SA (k−1) to the combustion end timing CAe. The combustion end timing CAe is a timing at which the combustion of the mixed gas in the combustion chamber substantially ends. Since the combustion end timing CAe is obtained by the following method, the above equation (8) is obtained.

(1)図11に示したように、実燃焼割合MFBθact(k−1)の変化を近似する直線(外挿線)Lextを引く。直線Lextは、ステップ1030にて得られた燃焼割合変化量ΔMFBの最大値ΔMFBmax(燃焼割合最大変化速度)に対応するクランク角度CAmaxと、そのクランク角度CAmaxにおける実燃焼割合MFBcamaxと、によって定まる点Pmaxを通る。直線Lextの傾きはΔMFBmax/Nである。   (1) As shown in FIG. 11, a straight line (extrapolated line) Lext that approximates a change in the actual combustion ratio MFBθact (k−1) is drawn. The straight line Lext is a point Pmax determined by the crank angle CAmax corresponding to the maximum value ΔMFBmax (the maximum combustion rate change rate) of the combustion rate change amount ΔMFB obtained in step 1030 and the actual combustion rate MFBcamax at the crank angle CAmax. Pass through. The slope of the straight line Lext is ΔMFBmax / N.

(2)直線Lextが燃焼割合100%に到達した点Peに対応するクランク角度CAeを燃焼終了時期CAeとして求める。なお、燃焼割合100%は、クランク角度θs(BTDC 60°)からクランク角度θe(ATDC 60°)までに燃焼室において燃焼した総ての燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の総量に対応する値であり、(3)式の分母に相当する値である。   (2) The crank angle CAe corresponding to the point Pe at which the straight line Lext reaches the combustion rate of 100% is obtained as the combustion end timing CAe. The combustion rate of 100% corresponds to the total amount of fuel that contributed to the work for the piston among all the fuel burned in the combustion chamber from the crank angle θs (BTDC 60 °) to the crank angle θe (ATDC 60 °). Value, which corresponds to the denominator of equation (3).

ステップ1050:CPU71は、ATDC8°における実燃焼割合MFB8act(k−1)から補正後燃焼割合MFB8mfd(k−1)を減じることにより補正基本量eMDLを算出する。補正後燃焼割合MFB8mfd(k−1)は、後述する図15に示したルーチンのステップ1570にて求められている。   Step 1050: The CPU 71 calculates the corrected basic amount eMDL by subtracting the corrected combustion rate MFB8mfd (k−1) from the actual combustion rate MFB8act (k−1) at ATDC 8 °. The corrected combustion ratio MFB8mfd (k−1) is obtained in step 1570 of the routine shown in FIG.

ステップ1060:CPU71は、ステップ1050にて取得された補正基本量eMDLに対しローパスフィルタ処理を施すことにより前述した補正量HMFBを算出する。このローパスフィルタ処理は、例えば、簡易的に下記(9)式に基いて行われる。(9)式における値nは、0より大きく1より小さい所定の定数である。

Figure 2008223688
Step 1060: The CPU 71 calculates the above-described correction amount HMFB by performing low-pass filter processing on the correction basic amount eMDL acquired in step 1050. This low-pass filter process is simply performed based on the following equation (9), for example. The value n in the equation (9) is a predetermined constant greater than 0 and less than 1.
Figure 2008223688

加えて、CPU71は図12に示したVVT進角量を制御するためのルーチンを、クランク角度が所定のクランク角度(例えば、燃焼行程が実質的に終了した後の所定クランク角度(例えば、BTDC180°)に一致する毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71は図12のルーチンの処理をステップ1200から開始してステップ1210に進み、先に説明したステップ1040にて求めた全燃焼対応期間CPが目標全燃焼対応期間CPtgtより大きいか否かを判定する。   In addition, the CPU 71 performs a routine for controlling the VVT advance amount shown in FIG. 12 according to a predetermined crank angle (for example, BTDC 180 ° after the combustion stroke is substantially finished). Therefore, at a predetermined timing, the CPU 71 starts the routine of FIG.12 from step 1200, proceeds to step 1210, and obtains it in step 1040 described above. It is determined whether or not the total combustion correspondence period CP is longer than the target total combustion correspondence period CPtgt.

目標全燃焼対応期間CPtgtは、HC及びCOの排出量が増加しない範囲内であって最も長いオーバーラップ期間(最も進角側のVVT進角量)に対応する全燃焼対応期間CPとなるように予め定められている。なお、オーバーラップ期間が長くなると、燃焼室から吸気ポートに排出され且つその後に燃焼室に再び吸入される既燃ガス(「内部EGRガス」又は「自己EGRガス」とも称呼される。)の量が増大する。その結果、燃焼速度が小さくなるので全燃焼対応期間CPは長くなる。反対に、オーバーラップ期間が短くなると、内部EGRガスの量が減少する。その結果、燃焼速度が大きくなるので全燃焼対応期間CPは短くなる。   The target total combustion correspondence period CPtgt is set to the total combustion correspondence period CP corresponding to the longest overlap period (the most advanced VVT advance amount) within a range in which the HC and CO emissions do not increase. It is predetermined. When the overlap period becomes longer, the amount of burned gas (also referred to as “internal EGR gas” or “self EGR gas”) that is discharged from the combustion chamber to the intake port and then sucked back into the combustion chamber. Will increase. As a result, the combustion speed becomes smaller, so that the total combustion correspondence period CP becomes longer. Conversely, when the overlap period is shortened, the amount of internal EGR gas decreases. As a result, the combustion speed increases, so the total combustion response period CP is shortened.

ステップ1210の判定時点において、全燃焼対応期間CPが目標全燃焼対応期間CPtgtより大きければ、燃焼速度が小さすぎる(既燃ガス量が過大である)ことを意味する。従って、CPU71はステップ1220に進んでオーバーラップ期間を短くして燃焼速度が増大するように吸気弁開弁時期IOを所定角度ΔIOだけ遅角する。即ち、VVT進角量を減少する。一方、全燃焼対応期間CPが目標全燃焼対応期間CPtgtより小さければ、燃焼速度が大きすぎる(既燃ガス量が過小である)ことを意味する。従って、CPU71はステップ1230に進んでオーバーラップ期間を長くして燃焼速度が減少するように吸気弁開弁時期IOを所定角度ΔIOだけ進角する。即ち、VVT進角量を増大する。   If the total combustion corresponding period CP is larger than the target total combustion corresponding period CPtgt at the time of determination in step 1210, it means that the combustion speed is too low (the amount of burned gas is excessive). Accordingly, the CPU 71 proceeds to step 1220 to retard the intake valve opening timing IO by a predetermined angle ΔIO so that the overlap period is shortened and the combustion speed is increased. That is, the VVT advance amount is decreased. On the other hand, if the total combustion correspondence period CP is smaller than the target total combustion correspondence period CPtgt, it means that the combustion speed is too high (the amount of burned gas is too small). Accordingly, the CPU 71 proceeds to step 1230 to advance the intake valve opening timing IO by a predetermined angle ΔIO so that the overlap period is lengthened and the combustion speed is decreased. That is, the VVT advance amount is increased.

なお、本例において、吸気弁開弁時期IOは、吸気上死点(排気上死点)から吸気上死点前に向って進角するほど絶対値が大きくなる正の値をとり、吸気上死点から吸気上死点後に向って遅角するほど絶対値が大きくなる負の値をとるクランク角度により表される。   In this example, the intake valve opening timing IO takes a positive value that increases in absolute value as it advances from the intake top dead center (exhaust top dead center) toward the intake top dead center. It is represented by a crank angle that takes a negative value, the absolute value of which increases as the angle is retarded from the dead center toward the intake top dead center.

その後、CPU71はステップ1240に進み、上記ステップ1220又はステップ1230にて決定された吸気弁開弁時期IOにて吸気弁32が開弁するように、吸気弁開弁時期IOを設定する。この結果、吸気弁制御装置33が吸気弁32を設定された吸気弁開弁時期IOにて開弁させる。なお、吸気弁制御装置33は、吸気弁開示弁時期IOに一定の吸気弁開弁角度IOθを加えた時期が吸気弁閉弁時期ICとなるように、吸気弁32を閉弁させる。   Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1240, and sets the intake valve opening timing IO so that the intake valve 32 opens at the intake valve opening timing IO determined in step 1220 or step 1230. As a result, the intake valve control device 33 opens the intake valve 32 at the set intake valve opening timing IO. The intake valve control device 33 closes the intake valve 32 so that a timing obtained by adding a constant intake valve opening angle IOθ to the intake valve disclosure valve timing IO becomes the intake valve closing timing IC.

次いで、CPU71はステップ1250に進み、吸気弁開弁時期IOから吸気弁開弁基準時期IOintを減じた値を今回の燃焼行程に対するVVT進角量VVT(k)として格納する。吸気弁開弁基準時期IOintは、吸気弁開弁時期が変更され得る範囲内において最も遅角側に設定された場合の吸気弁開弁時期IOである。その後、CPU71はステップ1295に進み、本ルーチンを一旦終了する。   Next, the CPU 71 proceeds to step 1250 and stores the value obtained by subtracting the intake valve opening reference timing IOint from the intake valve opening timing IO as the VVT advance amount VVT (k) for the current combustion stroke. The intake valve opening reference timing IOint is the intake valve opening timing IO when it is set to the most retarded side within a range in which the intake valve opening timing can be changed. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1295 to end the present routine tentatively.

ところで、図13は、VVT進角量に対し、CO及びHCの排出量並びに全燃焼対応期間CPがどのように変化するかについての測定結果を表している。この測定において、点火時期SAは8°燃焼割合MFB8が、20、30、40及び50%となるように変化させられた。 By the way, FIG. 13 represents the measurement results on how the CO 2 and HC emissions and the total combustion response period CP change with respect to the VVT advance amount. In this measurement, the ignition timing SA was changed so that the 8 ° combustion ratio MFB8 was 20, 30, 40, and 50%.

図13から理解されるように、点火時期SAが変動しても、VVT進角量と全燃焼対応期間CPとは実質的に1:1の関係を維持する。換言すると、VVT進角量(オーバーラップ期間、既燃ガス量)がある一定値であれば、点火時期SAが変化しても、全燃焼対応期間CPは殆ど変化しない。従って、領域Aにより示したように、CO及びHCの排出量が増大しない範囲(COの排出量が減少せず且つHCの排出量が増大しない範囲)においてVVT進角量が出来るだけ大きくなる(オーバーラップ期間が最長となって、既燃ガス量が最大となる)ようにVVT進角量を制御するには、全燃焼対応期間CPが領域Aにおける全燃焼対応期間CP(図13の例ではCP=70°)と一致するようにVVT進角量を制御すれば良い。 As understood from FIG. 13, even if the ignition timing SA varies, the VVT advance amount and the total combustion correspondence period CP maintain a substantially 1: 1 relationship. In other words, if the VVT advance amount (overlap period, burned gas amount) is a certain value, even if the ignition timing SA changes, the total combustion correspondence period CP hardly changes. Therefore, as shown by the region A, the VVT advance amount is increased as much as possible in a range where the CO and HC emission amounts do not increase (the CO 2 emission amount does not decrease and the HC emission amount does not increase). In order to control the VVT advance amount so that the overlap period is the longest and the burnt gas amount is the maximum, the total combustion correspondence period CP is the total combustion correspondence period CP in the region A (example in FIG. 13). Then, the VVT advance amount may be controlled so as to coincide with CP = 70 °.

そこで、第1制御装置は、全燃焼対応期間CPが予め定められた目標全燃焼対応期間CPtgtと一致するようにVVT進角量を制御する。目標全燃焼対応期間CPtgtは、CO及びHCの排出量が増大しない範囲においてオーバーラップ期間ができるだけ長くなる期間に設定される。従って、第1制御装置は、HC及びCOの排出量の増大を招くことなくNOxの排出量を低減し、且つ、ポンピングロスを低減することができる。その結果、排ガスの排出量が小さく、且つ、優れた燃費の内燃機関が提供される。   Therefore, the first control device controls the VVT advance amount so that the total combustion correspondence period CP coincides with a predetermined target total combustion correspondence period CPtgt. The target total combustion correspondence period CPtgt is set to a period in which the overlap period is as long as possible within a range where the CO and HC emission amounts do not increase. Therefore, the first control device can reduce the NOx emission amount without increasing the HC and CO emission amounts and reduce the pumping loss. As a result, an internal combustion engine having a small exhaust gas emission amount and excellent fuel efficiency is provided.

なお、図13は、VVT進角量に対する、実質燃焼期間CPaとCO及びHCの排出量の関係も示している。実質燃焼期間CPaは、図11に示したように、直線Lextにより近似された燃焼割合が0から100%に到達するまでのクランク角度幅である。図13の領域Aに対する領域Bに示したように、CO及びHCの排出量が増大を開始するVVT進角量に対応する実質燃焼期間CPaは、点火時期SAが変化すると変動する。従って、実質燃焼期間CPaよりも上述した全燃焼対応期間CPをVVT進角量のフィードバック制御に使用する方が好ましいということが理解される。 FIG. 13 also shows the relationship between the substantial combustion period CPa and the CO 2 and HC emissions with respect to the VVT advance amount. The substantial combustion period CPa is a crank angle width until the combustion ratio approximated by the straight line Lext reaches 0 to 100% as shown in FIG. As shown in the region B with respect to the region A in FIG. 13, the substantial combustion period CPa corresponding to the VVT advance amount at which the CO and HC emission starts to increase varies as the ignition timing SA changes. Therefore, it is understood that it is preferable to use the above-described total combustion correspondence period CP for feedback control of the VVT advance amount rather than the substantial combustion period CPa.

図14は、別の機関10について、実質燃焼期間CPaとHC排出量との関係、及び、全燃焼対応期間CPとHC排出量との関係を測定した結果を示すグラフである。この測定において、点火時期SAは、8°燃焼割合MFB8が、20、30、40及び50%となるように変化させられた。   FIG. 14 is a graph showing the results of measuring the relationship between the substantial combustion period CPa and the HC emission amount and the relationship between the total combustion response period CP and the HC emission amount for another engine 10. In this measurement, the ignition timing SA was changed so that the 8 ° combustion ratio MFB8 was 20, 30, 40, and 50%.

図14の(A)によれば、8°燃焼割合MFB8が、20、30、40及び50%であるとき、HCの排出量が増大しない範囲における実質燃焼期間CPaの最適値は、直線L1、L2、L3及びL4により示したように、点火時期SAに依存して変化し、ある幅Wを有するように存在している。換言すると、ある点火時期にて点火が行われている状態において実質燃焼期間CPaを最適な目標燃焼期間に一致させるようにVVT進角量をフィードバック制御しても、点火時期が変化した場合にはそのVVT進角量が過大又は過小になってしまうので、HC及びCOの排出量の増大を招くか、又は、NOxの排出量の増大及びポンピングロスの低減幅が減少してしまう場合が生じる。   According to FIG. 14A, when the 8 ° combustion ratio MFB8 is 20, 30, 40, and 50%, the optimum value of the substantial combustion period CPa in a range where the HC emission amount does not increase is the straight line L1, As indicated by L2, L3, and L4, it varies depending on the ignition timing SA and exists so as to have a certain width W. In other words, when the ignition timing changes even if the VVT advance amount is feedback controlled so that the actual combustion period CPa matches the optimum target combustion period in a state where ignition is performed at a certain ignition timing. Since the VVT advance amount is excessively large or small, the HC and CO emissions may be increased, or the NOx emissions may be increased and the pumping loss reduction width may be decreased.

図14の(B)によれば、8°燃焼割合MFB8が、20、30、40及び50%に一致するように点火時期SAが変更されても、HCの排出量が増大し始める全燃焼対応期間CPは直線Loptにて示した一点のみとなる。従って、直線Loptにより示される全燃焼対応期間CPを目標全燃焼対応期間CPtgtに設定し、実際に推定される全燃焼対応期間CPがこの目標全燃焼対応期間CPtgtと一致するようにVVT進角量を制御すれば、点火時期SAに関わらずHCの排出量(従って、COの排出量)が増大しない範囲においてオーバーラップ期間をできるだけ長く(既燃ガス量をできるだけ多く)設定することができ、以って、NOxの排出量が低減でき且つポンピングロスを低減できる。   According to FIG. 14B, even if the ignition timing SA is changed so that the 8 ° combustion ratio MFB8 matches 20, 30, 40, and 50%, the HC emission amount starts to increase. The period CP is only one point indicated by the straight line Lopt. Accordingly, the total combustion corresponding period CP indicated by the straight line Lopt is set to the target total combustion corresponding period CPtgt, and the VVT advance amount is set so that the actually estimated total combustion corresponding period CP coincides with the target total combustion corresponding period CPtgt. , The overlap period can be set as long as possible (the amount of burned gas as much as possible) within a range in which the HC emission amount (and hence the CO emission amount) does not increase regardless of the ignition timing SA. Thus, the NOx emission amount can be reduced and the pumping loss can be reduced.

以上の説明から理解されるように、第1制御装置は、全燃焼対応期間CPを用いてVVT進角量を制御しているので、オーバーラップ量が適切となり、既燃ガス量が適量となる。この結果、第1制御装置は、HC及びCOの排出量の増大を招くことなく、NOxの排出量を低減し、且つ、ポンピングロスを低減することができる。   As can be understood from the above description, the first control device controls the VVT advance amount by using the total combustion correspondence period CP, so that the overlap amount becomes appropriate and the burned gas amount becomes an appropriate amount. . As a result, the first control device can reduce the NOx emission amount and the pumping loss without increasing the HC and CO emission amounts.

一方、CPU71は図15に示したルーチンを、クランク角度が燃焼行程開始直前の所定のクランク角度(例えば、BTDC90°)に一致する毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71は図15のルーチンの処理をステップ1500から開始し、ステップ1510〜ステップ1560にて以下の処理を行った後、ステップ1595に進んで本ルーチンを一旦終了する。   On the other hand, the CPU 71 repeatedly executes the routine shown in FIG. 15 every time the crank angle coincides with a predetermined crank angle (for example, BTDC 90 °) immediately before the start of the combustion stroke. Accordingly, when the predetermined timing comes, the CPU 71 starts the processing of the routine of FIG. 15 from step 1500, performs the following processing in steps 1510 to 1560, then proceeds to step 1595 to end the present routine tentatively.

ステップ1510:CPU71は、燃焼状態に影響を及ぼす運転状態量として、現時点の機関回転速度NE(k)、現時点の機関の負荷KL(k)、現時点のVVT進角量VVT(k)及び前回の燃焼行程における点火時期SA(k−1)を入力し、それらを機関回転速度NE、負荷KL、VVT進角量VVT及び点火時期SAとして格納する。   Step 1510: The CPU 71 sets the current engine rotational speed NE (k), the current engine load KL (k), the current VVT advance amount VVT (k), and the previous operating state quantities that affect the combustion state. Ignition timing SA (k-1) in the combustion stroke is input and stored as engine speed NE, load KL, VVT advance amount VVT, and ignition timing SA.

ステップ1520:CPU71は、ステップ1510にて格納した運転状態量(NE,KL,VVT及びSA)を上記(4)式乃至(6)式により表された燃焼状態モデル(Wiebe関数)に適用するとともに、(4)式のクランク角度θに8°を代入することにより、計算燃焼割合MFB8cal(k)を算出する。   Step 1520: The CPU 71 applies the operating state quantities (NE, KL, VVT and SA) stored in Step 1510 to the combustion state model (Wiebe function) expressed by the above equations (4) to (6). The calculated combustion ratio MFB8cal (k) is calculated by substituting 8 ° into the crank angle θ in the equation (4).

ステップ1530:CPU71は、ステップ1520にて求められた計算燃焼割合MFB8cal(k)に補正値HMFBを加えた値を補正後燃焼割合MFB8mfd(k)として格納する。補正値HMFBは、図10のステップ1060にて求められている。   Step 1530: The CPU 71 stores a value obtained by adding the correction value HMFB to the calculated combustion ratio MFB8cal (k) obtained in Step 1520 as a corrected combustion ratio MFB8mfd (k). The correction value HMFB is obtained in step 1060 of FIG.

ステップ1540:CPU71は、8°目標燃焼割合MFB8tgtを決定する。ここでは、目標燃焼割合MFB8tgtは一定値である。なお、目標燃焼割合決定用の機関10の運転状態を表すパラメータに基づいて8°目標燃焼割合MFB8tgtを変更してもよい。目標燃焼割合決定用の運転状態を表すパラメータは、負荷KL及び機関回転速度NEである。この運転状態を表すパラメータとして、冷却水温THW等の他のパラメータを加えてもよい。   Step 1540: The CPU 71 determines an 8 ° target combustion ratio MFB8tgt. Here, the target combustion ratio MFB8tgt is a constant value. Note that the 8 ° target combustion ratio MFB8tgt may be changed based on a parameter representing the operating state of the engine 10 for determining the target combustion ratio. The parameters representing the operation state for determining the target combustion ratio are the load KL and the engine speed NE. Other parameters such as the cooling water temperature THW may be added as parameters representing this operating state.

ステップ1550:CPU71は、目標燃焼割合MFB8tgtから補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を減じることによってフィードバック制御用偏差dMFB8(k)を算出する。
ステップ1560:CPU71は、フィードバック制御用偏差dMFB8(k)の値が「0」となるように点火時期をフィードバック制御(比例・積分制御)する。
ステップ1570:CPU71は、図10のステップ1050にて使用される補正後燃焼割合MFB8mfd(k−1)にステップ1530にて算出された補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を格納する。
Step 1550: The CPU 71 calculates a feedback control deviation dMFB8 (k) by subtracting the corrected combustion ratio MFB8mfd (k) from the target combustion ratio MFB8tgt.
Step 1560: The CPU 71 performs feedback control (proportional / integral control) of the ignition timing so that the value of the feedback control deviation dMFB8 (k) becomes “0”.
Step 1570: The CPU 71 stores the corrected combustion rate MFB8mfd (k) calculated in step 1530 in the corrected combustion rate MFB8mfd (k-1) used in step 1050 of FIG.

以上、説明したように、第1実施形態に係る点火時期制御装置によれば、ATDC8°における実燃焼割合MFB8act(k−1)から補正後燃焼割合MFB8mfd(k−1)を減じることにより補正基本量eMDLを算出し(図10のステップ1050)、補正基本量eMDLをローパスフィルタ処理した補正量HMFBを算出する(ステップ1060)。そして、この点火時期制御装置は、計算燃焼割合MFB8cal(k)に補正値HMFBを加えた値を補正後燃焼割合MFB8mfd(k)として求め(図15のステップ1530)、その補正後燃焼割合MFB8mfd(k)が目標燃焼割合MFB8tgtと一致するように今回の点火時期SAを決定する(ステップ1540〜ステップ1560)。   As described above, according to the ignition timing control apparatus according to the first embodiment, the correction basics are obtained by subtracting the corrected combustion rate MFB8mfd (k-1) from the actual combustion rate MFB8act (k-1) at ATDC 8 °. An amount eMDL is calculated (step 1050 in FIG. 10), and a correction amount HMFB obtained by low-pass filtering the correction basic amount eMDL is calculated (step 1060). The ignition timing control device obtains a value obtained by adding the correction value HMFB to the calculated combustion rate MFB8cal (k) as a corrected combustion rate MFB8mfd (k) (step 1530 in FIG. 15), and the corrected combustion rate MFB8mfd ( This ignition timing SA is determined so that k) coincides with the target combustion ratio MFB8tgt (steps 1540 to 1560).

従って、燃焼行程開始前(点火時期計算前)において補正後燃焼割合MFB8mfd(k)が精度良く求められるので、加速時のような過渡運転状態においても点火時期を精度良く制御することができる。また、VVT進角量がHC及びCOの排出量が増大しない範囲において大きくなる(オーバーラップ期間が長くなる)ので、機関10のトルク及び燃費を改善することができる。なお、第1実施形態に係る点火時期制御装置は、「外乱オブザーバ」手法により補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を求めている装置ということもできる。   Therefore, since the corrected combustion ratio MFB8mfd (k) is accurately obtained before the start of the combustion stroke (before the ignition timing is calculated), the ignition timing can be accurately controlled even in a transient operation state such as during acceleration. In addition, since the VVT advance amount increases in a range where the HC and CO emission amounts do not increase (the overlap period becomes longer), the torque and fuel consumption of the engine 10 can be improved. Note that the ignition timing control device according to the first embodiment can also be said to be a device that obtains the corrected combustion rate MFB8mfd (k) by the “disturbance observer” method.

2.第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態に係る点火時期制御装置(以下、「第2制御装置」と称呼する。)について説明する。第2制御装置は、電気制御装置70の機能(作動)のみが上記第1制御装置と相違している。従って、以下、第1制御装置との相違点について説明する。
2. Second Embodiment Next, an ignition timing control device (hereinafter referred to as “second control device”) according to a second embodiment of the present invention will be described. The second control device is different from the first control device only in the function (operation) of the electric control device 70. Accordingly, differences from the first control device will be described below.

<点火時期制御の概要>
第2制御装置は、第1制御装置と同様、今回の燃焼行程に対する8°燃焼割合MFB8を今回の燃焼行程前の時点にて燃焼状態モデルを用いて予測するとともに、その予測された値を補正値により補正する。そして、その補正された8°燃焼割合が目標燃焼割合MFB8tgtと一致するように点火時期SAをフィードバック制御する。但し、第2制御装置は、第1制御装置と同様に推定された今回の燃焼行程に対する8°燃焼割合MFB8を第1制御装置とは異なる方法により補正する。
<Overview of ignition timing control>
Similar to the first control device, the second control device predicts the 8 ° combustion ratio MFB8 with respect to the current combustion stroke using the combustion state model at the time before the current combustion stroke, and corrects the predicted value. Correct by value. Then, the ignition timing SA is feedback-controlled so that the corrected 8 ° combustion ratio matches the target combustion ratio MFB8tgt. However, the second control device corrects the 8 ° combustion ratio MFB8 for the current combustion stroke estimated in the same manner as the first control device by a method different from that of the first control device.

第1制御装置において、補正後燃焼割合MFB8mfd(k)は前回の燃焼行程における点火時期SA(k−1)に基いて決定される。従って、燃焼状態モデルの有する誤差を補償することを目的として実燃焼割合MFB8act(k−1)と比較される補正後燃焼割合MFB8mfd(k−1)は、前々回(2回前)の点火時期SA(k−2)に基いて決定されていることになる。一方、実燃焼割合MFB8act(k−1)は前回(1回前)の点火時期SA(k−1)にて点火及び燃焼が行われた結果として得られる値である。つまり、実燃焼割合MFB8act(k−1)と補正後燃焼割合MFB8mfd(k−1)とは、その基本となっている点火時期SAが相違している。このため、実燃焼割合MFB8act(k−1)と補正後燃焼割合MFB8mfd(k−1)との差である補正基本量eMDLは、燃焼状態モデルが有する誤差そのものを表す値とはならないので、ローパスフィルタ処理を行って補正値HMFBを求める必要があり、補正が遅れる場合があった。   In the first control device, the corrected combustion ratio MFB8mfd (k) is determined based on the ignition timing SA (k-1) in the previous combustion stroke. Therefore, the corrected combustion rate MFB8mfd (k-1) compared with the actual combustion rate MFB8act (k-1) for the purpose of compensating for the error of the combustion state model is the ignition timing SA two times before (two times before). It is determined based on (k-2). On the other hand, the actual combustion ratio MFB8act (k-1) is a value obtained as a result of ignition and combustion performed at the previous (one time before) ignition timing SA (k-1). That is, the basic ignition timing SA is different between the actual combustion ratio MFB8act (k-1) and the corrected combustion ratio MFB8mfd (k-1). For this reason, the corrected basic quantity eMDL, which is the difference between the actual combustion rate MFB8act (k-1) and the corrected combustion rate MFB8mfd (k-1), does not represent the error itself of the combustion state model. It is necessary to perform a filter process to obtain the correction value HMFB, and correction may be delayed.

<点火時期制御の詳細>
第2制御装置は、上述した第1制御装置が有する課題に着目した装置であり、その機能ブロック図である図16に示した各手段を有する。以下、各ブロックの機能を順に説明する。
<Details of ignition timing control>
The second control device is a device that pays attention to the problems of the first control device described above, and includes each unit illustrated in FIG. 16 that is a functional block diagram thereof. Hereinafter, the function of each block will be described in order.

目標値設定手段B1は、上記目標値設定手段A1と同一の手段である。即ち、目標値設定手段B1は、目標燃焼割合MFB8tgtを出力するようになっている。   The target value setting means B1 is the same means as the target value setting means A1. That is, the target value setting means B1 outputs the target combustion ratio MFB8tgt.

第1MFB計算モデルB2は、上記MFB計算モデルA2と同一の手段である。即ち、第1MFB計算モデルB2は、上記MFB計算モデルA2が備える燃焼状態モデル(即ち、上記(4)式乃至(6)式により表されたWiebe関数)を含んでいる。第1MFB計算モデルB2は、燃焼状態に影響を及ぼす運転状態量として、前回の燃焼行程における点火時期SA(k−1)、今回の燃焼行程に対する(現時点の)機関の負荷KL(k)、今回の燃焼行程に対する機関回転速度NE(k)及び今回の燃焼行程に対するVVT進角量VVT(k)を入力するようになっている。点火時期SA(k−1)は、点火時期データ遅延手段A3と同一の手段である点火時期データ遅延手段B3から取得される。   The first MFB calculation model B2 is the same means as the MFB calculation model A2. That is, the first MFB calculation model B2 includes the combustion state model (that is, the Wiebe function expressed by the above expressions (4) to (6)) included in the MFB calculation model A2. The first MFB calculation model B2 includes, as the operating state quantity that affects the combustion state, the ignition timing SA (k-1) in the previous combustion stroke, the (current) engine load KL (k) for the current combustion stroke, and the current time The engine rotational speed NE (k) for the current combustion stroke and the VVT advance amount VVT (k) for the current combustion stroke are input. The ignition timing SA (k-1) is acquired from the ignition timing data delay means B3 which is the same means as the ignition timing data delay means A3.

第1MFB計算モデルB2は、次に到来しようとしている燃焼行程(今回の燃焼行程)が開始する直前の計算タイミングにて、前記入力した運転状態量(SA(k−1)、KL(k)、NE(k)及びVVT(k))を前記燃焼状態モデルに適用することにより、今回の燃焼行程中の所定タイミングであるATDC 8°における燃焼割合MFB8(k)(即ち、計算燃焼割合MFB8cal(k))を予測(算出)するようになっている。   In the first MFB calculation model B2, the input operation state quantities (SA (k-1), KL (k), KL, k) are calculated at a calculation timing immediately before the next combustion stroke (current combustion stroke) is about to start. By applying NE (k) and VVT (k)) to the combustion state model, the combustion rate MFB8 (k) at ATDC 8 ° which is a predetermined timing during the current combustion stroke (that is, the calculated combustion rate MFB8cal (k) )) Is predicted (calculated).

予測燃焼状態量補正手段B4は、予測燃焼状態量である計算燃焼割合MFB8cal(k)をモデル誤差量GosaMDL(補正量)によって補正することにより補正後予測燃焼状態量である補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を取得するようになっている。より具体的に述べると、予測燃焼状態量補正手段B4は、計算燃焼割合MFB8cal(k)にモデル誤差量GosaMDLを加えることにより補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を取得する。モデル誤差量GosaMDLは後述するモデル誤差量算出手段B10から出力される。   The predicted combustion state quantity correction means B4 corrects the calculated combustion ratio MFB8cal (k), which is the predicted combustion state quantity, with the model error amount GosaMDL (correction quantity), thereby correcting the corrected combustion ratio MFB8mfd, which is the corrected predicted combustion state quantity. k). More specifically, the predicted combustion state amount correction means B4 acquires the corrected combustion rate MFB8mfd (k) by adding the model error amount GosaMDL to the calculated combustion rate MFB8cal (k). The model error amount GosaMDL is output from model error amount calculation means B10 described later.

フィードバック制御用偏差算出手段B5は、上記フィードバック制御用偏差算出手段A5と同一の手段である。即ち、フィードバック制御用偏差算出手段B5は、目標燃焼割合MFB8tgtから補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を減じることによってフィードバック制御用偏差dMFB8(=dMFB8(k))を算出する。   The feedback control deviation calculating means B5 is the same means as the feedback control deviation calculating means A5. That is, the feedback control deviation calculating means B5 calculates the feedback control deviation dMFB8 (= dMFB8 (k)) by subtracting the corrected combustion ratio MFB8mfd (k) from the target combustion ratio MFB8tgt.

フィードバックコントローラB6は、上記フィードバックコントローラA6と同一の手段である。即ち、フィードバックコントローラB6は、フィードバック制御用偏差dMFB8(k)が0になるように点火時期SA(k)を決定する。換言すると、フィードバック制御用偏差算出手段B5及びフィードバックコントローラB6は、今回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量である補正後燃焼割合MFB8mfd(k)と所定の目標燃焼状態量である目標燃焼割合MFB8tgtとが一致するように機関10の点火時期SA(k)をフィードバック制御(比例・積分制御)する点火時期制御手段を構成している。   The feedback controller B6 is the same means as the feedback controller A6. That is, the feedback controller B6 determines the ignition timing SA (k) so that the feedback control deviation dMFB8 (k) becomes zero. In other words, the feedback control deviation calculating means B5 and the feedback controller B6 perform the corrected combustion ratio MFB8mfd (k) that is the corrected predicted combustion state quantity for the current combustion stroke and the target combustion ratio MFB8tgt that is the predetermined target combustion state quantity. The ignition timing control means for performing feedback control (proportional / integral control) of the ignition timing SA (k) of the engine 10 is configured so that.

実MFB算出手段B7は、上記実MFB算出手段A7と同一の手段である。即ち、実MFB算出手段B7は、前回の燃焼行程中のATDC 8°における燃焼割合MFB8(k−1)である「実燃焼割合MFB8act(k−1)」を、上記(3)式のθに8°を代入すること等により算出するようになっている。   The real MFB calculation means B7 is the same means as the real MFB calculation means A7. That is, the actual MFB calculating means B7 sets “actual combustion ratio MFB8act (k−1)”, which is the combustion ratio MFB8 (k−1) at ATDC 8 ° during the previous combustion stroke, to θ in the above equation (3). It is calculated by substituting 8 °.

運転状態量遅延手段B8は、燃焼状態に影響を及ぼす運転状態量である今回の燃焼行程に対する機関の負荷KL(k)、今回の燃焼行程に対する機関回転速度NE(k)及び今回の燃焼行程に対するVVT進角量VVT(k)を入力するようになっている。運転状態量遅延手段B8は、これらのデータをRAM73内に格納し、格納したデータの中から前回の燃焼行程に対する機関の負荷KL(k−1)、前回の燃焼行程に対する機関回転速度NE(k−1)及び前回の燃焼行程に対するVVT進角量VVT(k−1)を出力するようになっている。   The operating state amount delay means B8 is the engine load KL (k) for the current combustion stroke, which is the operating state amount that affects the combustion state, the engine speed NE (k) for the current combustion stroke, and the current combustion stroke. The VVT advance amount VVT (k) is input. The operating state quantity delay means B8 stores these data in the RAM 73, and among the stored data, the engine load KL (k-1) for the previous combustion stroke, the engine speed NE (k for the previous combustion stroke). -1) and the VVT advance amount VVT (k-1) with respect to the previous combustion stroke are output.

第2MFB計算モデルB9は、上記MFB計算モデルA2及び上記第1MFB計算モデルB2が備える燃焼状態モデルと同一の燃焼状態モデル(即ち、上記(4)式乃至(6)式により表されたWiebe関数)を備えている。第2MFB計算モデルB9は、点火時期データ遅延手段B3から出力される点火時期SA(k−1)を入力するとともに、運転状態量遅延手段B8から出力される運転状態量(負荷KL(k−1)、NE(k−1)及びVVT(k−1))を入力するようになっている。   The second MFB calculation model B9 is the same combustion state model as the combustion state model included in the MFB calculation model A2 and the first MFB calculation model B2 (that is, the Wiebe function expressed by the equations (4) to (6)). It has. The second MFB calculation model B9 receives the ignition timing SA (k-1) output from the ignition timing data delay means B3 and the operating state quantity (load KL (k-1) output from the operating state quantity delay means B8. ), NE (k-1) and VVT (k-1)).

更に、第2MFB計算モデルB9は、前記入力した運転状態量(SA(k−1)、KL(k−1)、NE(k−1)及びVVT(k−1))を前記燃焼状態モデルに適用することにより、前回の燃焼行程中の所定タイミングであるATDC 8°における燃焼割合MFB8(k−1)(即ち、計算燃焼割合MFB8cal(k−1))を予測(算出)するようになっている。   Further, the second MFB calculation model B9 uses the input operation state quantities (SA (k-1), KL (k-1), NE (k-1), and VVT (k-1)) as the combustion state model. By applying, the combustion ratio MFB8 (k-1) (that is, the calculated combustion ratio MFB8cal (k-1)) at ATDC 8 ° which is a predetermined timing during the previous combustion stroke is predicted (calculated). Yes.

モデル誤差量算出手段B10は、実燃焼割合MFB8act(k−1)から計算燃焼割合MFB8cal(k−1)を減じることによりモデル誤差量GosaMDLを算出するようになっている。   The model error amount calculation means B10 calculates the model error amount GosaMDL by subtracting the calculated combustion rate MFB8cal (k-1) from the actual combustion rate MFB8act (k-1).

以上の各手段により、第2制御装置は、モデル誤差量GosaMDLを、実燃焼割合MFB8act(k−1)から計算燃焼割合MFB8cal(k−1)を減じることにより取得する。この実燃焼割合MFB8act(k−1)と計算燃焼割合MFB8cal(k−1)とは、互いに同じ点火時期SA(k−1)及び運転状態量(KL(k−1)、NE(k−1)及びVVT(k−1))によりもたらされた値である。しかも、計算燃焼割合MFB8cal(k−1)は、燃焼状態モデルに基づいて算出された値に何らの補正も加えられていない値である。   By each means described above, the second control apparatus acquires the model error amount GosaMDL by subtracting the calculated combustion ratio MFB8cal (k-1) from the actual combustion ratio MFB8act (k-1). The actual combustion ratio MFB8act (k-1) and the calculated combustion ratio MFB8cal (k-1) are equal to each other in the ignition timing SA (k-1) and the operating state quantities (KL (k-1), NE (k-1). ) And VVT (k-1)). Moreover, the calculated combustion ratio MFB8cal (k-1) is a value obtained by adding no correction to the value calculated based on the combustion state model.

従って、モデル誤差量GosaMDLは、燃焼状態モデルが有するモデル誤差を直接的に反映した値となるので、モデル誤差量GosaMDLにより今回の燃焼行程に対して予測された計算燃焼割合MFB8cal(k)を補正する第2制御装置は、より直接的に燃焼状態モデルが有するモデル誤差を補償することができる。その結果、点火時期制御に使用される補正後燃焼割合MFB8mfd(k)が迅速且つより精度良く推定されるので、過渡運転状態を含めて機関の点火時期をより適正値に近づけることができる。   Accordingly, the model error amount GosaMDL is a value that directly reflects the model error of the combustion state model, and thus the calculated combustion ratio MFB8cal (k) predicted for the current combustion stroke is corrected by the model error amount GosaMDL. The second control device can compensate the model error of the combustion state model more directly. As a result, the corrected combustion ratio MFB8mfd (k) used for the ignition timing control is estimated quickly and more accurately, so that the ignition timing of the engine can be made closer to an appropriate value including the transient operation state.

図17は、負荷KL及びVVT進角量VVTが変化した場合における各値の変化を測定した結果を示したタイムチャートである。図17において実線Daは第2制御装置における点火時期、破線Dbは従来の装置における点火時期を示している。また、実線Eaは第2制御装置における8°燃焼割合MFB8、破線Ebは従来の装置(実燃焼割合MFB8act(k−1)によって点火時期を定める装置)における8°燃焼割合MFB8を示している。なお、この例において目標燃焼割合MFB8tgtは60%である。   FIG. 17 is a time chart showing the results of measuring changes in each value when the load KL and the VVT advance amount VVT change. In FIG. 17, the solid line Da represents the ignition timing in the second control device, and the broken line Db represents the ignition timing in the conventional device. The solid line Ea indicates the 8 ° combustion rate MFB8 in the second control device, and the broken line Eb indicates the 8 ° combustion rate MFB8 in the conventional device (device that determines the ignition timing by the actual combustion rate MFB8act (k−1)). In this example, the target combustion ratio MFB8tgt is 60%.

図17から明らかなように、従来の装置による8°燃焼割合MFB8は負荷KL及びVVT進角量VVTが変化してから収束するまでに長い時間Tbを要し、且つ、8°燃焼割合MFB8の変動幅もWbと大きくなっている。これに対し、第2制御装置による8°燃焼割合MFB8は負荷KL及びVVT進角量VVTが変化してから短時間Taにて収束し、且つ、8°燃焼割合MFB8の変動幅もWaと小さくなっている。従って、第2制御装置によれば、過渡運転状態においても点火時期SAが適切に制御され、その結果、8°燃焼割合MFB8が目標燃焼割合MFB8tgtから大きく偏移することがないことが確認された。   As is apparent from FIG. 17, the 8 ° combustion rate MFB8 according to the conventional apparatus requires a long time Tb from the change of the load KL and the VVT advance amount VVT until it converges, and the 8 ° combustion rate MFB8 The fluctuation range is as large as Wb. On the other hand, the 8 ° combustion rate MFB8 by the second control device converges in a short time Ta after the load KL and the VVT advance amount VVT change, and the fluctuation range of the 8 ° combustion rate MFB8 is as small as Wa. It has become. Therefore, according to the second control device, it is confirmed that the ignition timing SA is appropriately controlled even in the transient operation state, and as a result, the 8 ° combustion ratio MFB8 does not deviate significantly from the target combustion ratio MFB8tgt. .

(実際の作動)
次に、第2制御装置の実際の作動について説明する。なお、以下に説明するルーチンは電気制御装置70のCPU71が特定気筒に対して実行するルーチンである。CPU71は他の気筒に対しても同様なルーチンを実行するようになっている。
(Actual operation)
Next, the actual operation of the second control device will be described. The routine described below is a routine executed by the CPU 71 of the electric control device 70 for a specific cylinder. The CPU 71 executes the same routine for the other cylinders.

CPU71は、第1実施形態と同様、図示しない筒内圧取得ルーチンを微小クランク角度が経過する毎に実行し、そのルーチンが実行された時点のクランク角度θと筒内圧Pc(θ)とをRAM73に格納している。   As in the first embodiment, the CPU 71 executes an in-cylinder pressure acquisition routine (not shown) every time a minute crank angle elapses, and stores the crank angle θ and the in-cylinder pressure Pc (θ) at the time when the routine is executed in the RAM 73. Storing.

更に、CPU71は図18に示したルーチンを、クランク角度が「燃焼行程が実質的に終了した後の所定クランク角度(例えば、ATDC 160°)」に一致する毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71は図18のルーチンの処理をステップ1800から開始し、ステップ1810〜ステップ1840にて以下の処理を行う。   Further, the CPU 71 repeatedly executes the routine shown in FIG. 18 every time the crank angle matches the “predetermined crank angle (for example, ATDC 160 °) after the combustion stroke is substantially finished”. Therefore, when the predetermined timing is reached, the CPU 71 starts the processing of the routine of FIG. 18 from step 1800, and performs the following processing in steps 1810 to 1840.

ステップ1810:CPU71は、ステップ1010と同様に、上記(3)式を用いて各クランク角度θに対する実燃焼割合MFBθact(k−1)を算出する。算出される実燃焼割合MFBθact(k−1)には実燃焼割合MFB8act(k−1)が含まれている。
ステップ1820:CPU71は、ステップ1020と同様に、N°(ここではクランク角度15°)幅における実燃焼割合MFBθact(k−1)の変化量ΔMFBを、前記所定の微小クランク角度毎に算出する。
Step 1810: The CPU 71 calculates the actual combustion ratio MFBθact (k−1) with respect to each crank angle θ using the above equation (3), similarly to step 1010. The calculated actual combustion ratio MFBθact (k−1) includes the actual combustion ratio MFB8act (k−1).
Step 1820: As in step 1020, the CPU 71 calculates a change amount ΔMFB of the actual combustion ratio MFBθact (k−1) in the width of N ° (here, the crank angle is 15 °) for each predetermined minute crank angle.

ステップ1830:CPU71は、ステップ1030と同様に、ステップ1820にて算出された燃焼割合変化量ΔMFBの中から最大値(燃焼割合最大変化速度)ΔMFBmaxを取得する。更に、CPU71は、その燃焼割合最大変化速度ΔMFBmaxに対するクランク角度θをクランク角度CAmaxとして取得するとともに、クランク角度CAmaxにおける実燃焼割合MFBθact(k−1)をMFBcamaxとして取得する。   Step 1830: The CPU 71 obtains the maximum value (combustion rate maximum change rate) ΔMFBmax from the combustion rate change amount ΔMFB calculated in step 1820, similarly to step 1030. Further, the CPU 71 acquires the crank angle θ with respect to the maximum combustion rate change rate ΔMFBmax as the crank angle CAmax, and acquires the actual combustion rate MFBθact (k−1) at the crank angle CAmax as MFBcamax.

ステップ1840:CPU71は、ステップ1040と同様に、ステップ1830にて求めた各値と直前の燃焼に対する点火時期SA(k−1)を上記(8)式に適用することにより全燃焼対応期間CPを推定(算出)する。   Step 1840: Similar to step 1040, the CPU 71 applies the ignition timing SA (k-1) for the previous combustion and the ignition timing SA (k-1) for the previous combustion to the above equation (8) to set the total combustion correspondence period CP. Estimate (calculate).

次に、CPU71は上述したステップ1210乃至ステップ1240の処理を実行する。これにより、全燃焼対応期間CPが目標全燃焼対応期間CPtgtと一致するようにVVT進角量が制御される。次いで、CPU71はステップ1850に進み、この時点において今回の燃焼行程に対するVVT進角量VVT(k)として格納されている値を前回の燃焼行程に対するVVT進角量VVT(k−1)として格納する。   Next, the CPU 71 executes the processes of steps 1210 to 1240 described above. Thereby, the VVT advance amount is controlled so that the total combustion correspondence period CP matches the target total combustion correspondence period CPtgt. Next, the CPU 71 proceeds to step 1850, and stores the value stored as the VVT advance amount VVT (k) for the current combustion stroke at this time as the VVT advance amount VVT (k-1) for the previous combustion stroke. .

次いで、CPU71はステップ1250に進み、吸気弁開弁時期IOから吸気弁開弁基準時期IOintを減じた値を今回の燃焼行程に対するVVT進角量VVT(k)として格納する。吸気弁開弁基準時期IOintは、吸気弁開弁時期が変更され得る範囲内において最も遅角側に設定された場合の吸気弁開弁時期IOである。その後、CPU71はステップ1895に進み、本ルーチンを一旦終了する。   Next, the CPU 71 proceeds to step 1250 and stores the value obtained by subtracting the intake valve opening reference timing IOint from the intake valve opening timing IO as the VVT advance amount VVT (k) for the current combustion stroke. The intake valve opening reference timing IOint is the intake valve opening timing IO when it is set to the most retarded side within a range in which the intake valve opening timing can be changed. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1895 to end the present routine tentatively.

一方、CPU71は図19に示したルーチンを、クランク角度が所定のクランク角度(例えば、BTDC 90°)に一致する毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71は図19のルーチンの処理をステップ1900から開始し、ステップ1910〜ステップ1990の以下に述べる処理を行った後、ステップ1995に進んで本ルーチンを一旦終了する。   On the other hand, the CPU 71 repeatedly executes the routine shown in FIG. 19 every time the crank angle matches a predetermined crank angle (for example, BTDC 90 °). Accordingly, when the predetermined timing is reached, the CPU 71 starts the processing of the routine of FIG. 19 from step 1900, performs the processing described below in steps 1910 to 1990, and then proceeds to step 1995 to end this routine once.

ステップ1910:CPU71は、燃焼状態に影響を及ぼす運転状態量として、前回の燃焼行程に対する運転状態量、即ち、前回の燃焼行程に対する機関回転速度NE(k−1)、前回の燃焼行程に対する機関の負荷KL(k−1)、前回の燃焼行程に対するVVT進角量VVT(k−1)及び前回の燃焼行程に対する点火時期SA(k−1)を入力し、それらを機関回転速度NE、負荷KL、VVT進角量VVT及び点火時期SAとして格納する。   Step 1910: The CPU 71 sets the operating state quantity for the previous combustion stroke as the operating state quantity that affects the combustion state, that is, the engine speed NE (k-1) for the previous combustion stroke, and the engine speed for the previous combustion stroke. The load KL (k-1), the VVT advance amount VVT (k-1) with respect to the previous combustion stroke, and the ignition timing SA (k-1) with respect to the previous combustion stroke are input, and these are input to the engine speed NE and the load KL. , VVT advance amount VVT and ignition timing SA are stored.

ステップ1920:CPU71は、ステップ1910にて格納した運転状態量(NE,KL,VVT及びSA)を上記(4)式乃至(6)式により表された燃焼状態モデル(Wiebe関数)に適用するとともに、(4)式のクランク角度θに8°を代入すること等により、計算燃焼割合MFB8cal(k−1)を算出する。計算燃焼割合MFB8cal(k−1)は、前回の燃焼行程の前記特定タイミングにおける燃焼状態の予測量(前回予測燃焼状態量)である。   Step 1920: The CPU 71 applies the operation state quantities (NE, KL, VVT and SA) stored in Step 1910 to the combustion state model (Wiebe function) expressed by the above equations (4) to (6). The calculated combustion ratio MFB8cal (k−1) is calculated by substituting 8 ° into the crank angle θ in the equation (4). The calculated combustion ratio MFB8cal (k-1) is a predicted amount of combustion state at the specific timing of the previous combustion stroke (previous predicted combustion state amount).

ステップ1930:CPU71は、図18のステップ1810にて求められている実燃焼割合MFB8act(k−1)から図19のステップ1920にて求められた計算燃焼割合MFB8cal(k−1)を減じることによってモデル誤差量GosaMDL(補正値)を算出する。   Step 1930: The CPU 71 subtracts the calculated combustion ratio MFB8cal (k-1) obtained in Step 1920 of FIG. 19 from the actual combustion ratio MFB8act (k-1) obtained in Step 1810 of FIG. A model error amount GosaMDL (correction value) is calculated.

ステップ1940:CPU71は、燃焼状態に影響を及ぼす運転状態量として、今回の燃焼行程に対する(現時点の)機関回転速度NE(k)、今回の燃焼行程に対する(現時点の)機関の負荷KL(k)、今回の燃焼行程に対する(現時点の)VVT進角量VVT(k)及び前回の燃焼行程における点火時期SA(k−1)を入力し、それらを機関回転速度NE、負荷KL、VVT進角量VVT及び点火時期SAとして格納する。   Step 1940: The CPU 71 sets (current) engine rotational speed NE (k) for the current combustion stroke, and (current) engine load KL (k) for the current combustion stroke as operating state quantities that affect the combustion state. The (current) VVT advance amount VVT (k) for the current combustion stroke and the ignition timing SA (k-1) in the previous combustion stroke are input, and these are input to the engine speed NE, load KL, and VVT advance amount. Stored as VVT and ignition timing SA.

ステップ1950:CPU71は、ステップ1940にて格納した運転状態量(NE,KL,VVT及びSA)を上記(4)式乃至(6)式により表された燃焼状態モデル(Wiebe関数)に適用するとともに、(4)式のクランク角度θに8°を代入することにより、計算燃焼割合MFB8cal(k)を算出する。計算燃焼割合MFB8cal(k)は、今回の燃焼行程の前記特定タイミングにおける燃焼状態を表す量を今回予測燃焼状態量である。   Step 1950: The CPU 71 applies the operation state quantities (NE, KL, VVT and SA) stored in Step 1940 to the combustion state model (Wiebe function) represented by the above equations (4) to (6). The calculated combustion ratio MFB8cal (k) is calculated by substituting 8 ° into the crank angle θ in the equation (4). The calculated combustion ratio MFB8cal (k) is a current predicted combustion state amount that represents the combustion state at the specific timing of the current combustion stroke.

ステップ1960:CPU71は、ステップ1950にて求められた計算燃焼割合MFB8cal(k)にステップ1930にて求められたモデル誤差量GosaMDLを加えた値を補正後燃焼割合MFB8mfd(k)として格納する。   Step 1960: The CPU 71 stores a value obtained by adding the model error amount GosaMDL obtained in Step 1930 to the calculated combustion rate MFB8cal (k) obtained in Step 1950 as a corrected combustion rate MFB8mfd (k).

ステップ1970:CPU71は、ステップ1540と同様に、目標燃焼割合MFB8tgtを決定する。ここでは、目標燃焼割合MFB8tgtは一定値である。
ステップ1980:CPU71は、目標燃焼割合MFB8tgtから補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を減じることによりフィードバック制御用偏差dMFB8(=dMFB8(k))を算出する。
ステップ1990:CPU71は、フィードバック制御用偏差dMFB8(k)の値が「0」となるように点火時期をフィードバック制御(比例・積分制御)する。
Step 1970: The CPU 71 determines the target combustion ratio MFB8tgt, similarly to step 1540. Here, the target combustion ratio MFB8tgt is a constant value.
Step 1980: The CPU 71 calculates a feedback control deviation dMFB8 (= dMFB8 (k)) by subtracting the corrected combustion ratio MFB8mfd (k) from the target combustion ratio MFB8tgt.
Step 1990: The CPU 71 performs feedback control (proportional / integral control) of the ignition timing so that the value of the feedback control deviation dMFB8 (k) becomes “0”.

以上、説明したように、第2制御装置によれば、燃焼状態モデルが有するモデル誤差を直接的に反映したモデル誤差量GosaMDLが求められ、そのモデル誤差量GosaMDLにより今回の燃焼行程に対して予測された計算燃焼割合MFB8cal(k)が補正される。その結果、点火時期制御に使用される補正後燃焼割合MFB8mfd(k)が遅れなく、且つ、より一層精度良く推定されるので、過渡運転状態を含めて機関の点火時期をより適正値に近づけることができる。   As described above, according to the second control device, the model error amount GosaMDL that directly reflects the model error of the combustion state model is obtained, and the model error amount GosaMDL is used to predict the current combustion stroke. The calculated calculated combustion ratio MFB8cal (k) is corrected. As a result, the corrected combustion rate MFB8mfd (k) used for the ignition timing control is estimated with higher accuracy without delay, so that the ignition timing of the engine is brought closer to an appropriate value including the transient operation state. Can do.

なお、上記第2装置において、筒内圧センサ65は、燃焼室内における混合気の燃焼状態に応じて変化する物理量を実際に検出する燃焼状態検出センサに相当する。実MFB算出手段B7は、前記燃焼状態検出センサによって検出された物理量に基いて燃焼行程の特定タイミングにおける燃焼状態を表す量を実燃焼状態量(実燃焼割合MFB8act(k−1))として取得する実燃焼状態量取得手段に相当する。   In the second device, the in-cylinder pressure sensor 65 corresponds to a combustion state detection sensor that actually detects a physical quantity that changes in accordance with the combustion state of the air-fuel mixture in the combustion chamber. The actual MFB calculation means B7 acquires, as an actual combustion state quantity (actual combustion ratio MFB8act (k-1)), an amount representing the combustion state at a specific timing of the combustion stroke based on the physical quantity detected by the combustion state detection sensor. It corresponds to actual combustion state quantity acquisition means.

第2MFB計算モデルB9は、運転状態量と燃焼行程の所定タイミングにおける燃焼状態を表す量との関係を記述する燃焼状態モデルを含むとともに前回の燃焼行程に対する運転状態量を同燃焼状態モデルに適用することにより前回の燃焼行程の前記特定タイミングにおける燃焼状態を表す量を前回予測燃焼状態量(計算燃焼割合MFB8cal(k−1))として取得する前回予測燃焼状態量取得手段に相当している。   The second MFB calculation model B9 includes a combustion state model that describes the relationship between the operation state amount and the amount that represents the combustion state at a predetermined timing of the combustion stroke, and applies the operation state amount for the previous combustion stroke to the combustion state model. This corresponds to the previous predicted combustion state quantity acquisition means for acquiring the quantity representing the combustion state at the specific timing of the previous combustion stroke as the previous predicted combustion state quantity (calculated combustion ratio MFB8cal (k-1)).

モデル誤差量算出手段B10は、前記取得された前回予測燃焼状態量(計算燃焼割合MFB8cal(k−1))と、前記実燃焼状態量取得手段により取得された前回の燃焼行程に対する実燃焼状態量(実燃焼割合MFB8act(k−1))と、の差をモデル誤差量(GosaMDL)として取得するモデル誤差量取得手段に相当している。
第1MFB計算モデルB2は、燃焼状態モデルを含むとともに今回の燃焼行程に対する運転状態量を同燃焼状態モデルに適用することにより今回の燃焼行程の前記特定タイミングにおける燃焼状態を表す量を今回予測燃焼状態量(計算燃焼割合MFB8cal(k))として取得する今回予測燃焼状態量取得手段に相当している。
The model error amount calculation means B10 is the actual predicted combustion state quantity (calculated combustion ratio MFB8cal (k-1)) obtained and the actual combustion state quantity for the previous combustion stroke obtained by the actual combustion state quantity obtaining means. This corresponds to model error amount acquisition means for acquiring the difference between (actual combustion ratio MFB8act (k-1)) as the model error amount (GosaMDL).
The first MFB calculation model B2 includes a combustion state model, and applies an operation state amount corresponding to the current combustion stroke to the combustion state model to thereby calculate a quantity representing the combustion state at the specific timing of the current combustion stroke. This corresponds to the current predicted combustion state quantity acquisition means which is acquired as a quantity (calculated combustion ratio MFB8cal (k)).

予測燃焼状態量補正手段B4は、前記取得された今回予測燃焼状態量(計算燃焼割合MFB8cal(k))を前記モデル誤差量取得手段によって取得されたモデル誤差量(GosaMDL)によって補正して同今回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量(補正後燃焼割合MFB8mfd(k))を取得するモデル誤差補償手段に相当している。なお、第2実施形態に係る点火時期制御装置は、「スミス予測器」により補正後燃焼割合MFB8mfd(k)を求めている装置ということもできる。   The predicted combustion state quantity correction means B4 corrects the acquired current predicted combustion state quantity (calculated combustion ratio MFB8cal (k)) with the model error amount (GosaMDL) acquired by the model error amount acquisition means. This corresponds to the model error compensation means for obtaining the corrected predicted combustion state quantity (corrected combustion ratio MFB8mfd (k)) for the combustion stroke of the engine. Note that the ignition timing control device according to the second embodiment can also be said to be a device that obtains the corrected combustion rate MFB8mfd (k) by the “Smith predictor”.

以上、本発明による点火時期制御装置の各実施形態について説明した。本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各実施形態においては、吸気弁制御装置33は吸気弁32の開弁時期及び閉弁時期のみを調整するように構成されているが、更に吸気弁32の開弁期間における最大リフト量を調整できるように構成されていてもよい。また、吸気弁制御装置33は、吸気弁32の開弁時期及び閉弁時期を互いに独立して調整することができるように構成されていてもよい。更に、上記実施形態において、吸気弁制御装置33に加え、排気弁35の閉弁時期、開弁時期、開弁期間中のリフト量等を独立して調整する排気弁制御装置が備えられてもよい。   The embodiments of the ignition timing control device according to the present invention have been described above. The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, in each of the above-described embodiments, the intake valve control device 33 is configured to adjust only the opening timing and closing timing of the intake valve 32, but further, the maximum lift amount during the opening period of the intake valve 32 You may be comprised so that can be adjusted. Further, the intake valve control device 33 may be configured to be able to adjust the valve opening timing and the valve closing timing of the intake valve 32 independently of each other. Furthermore, in the above embodiment, in addition to the intake valve control device 33, an exhaust valve control device that independently adjusts the valve closing timing, the valve opening timing, the lift amount during the valve opening period of the exhaust valve 35, and the like may be provided. Good.

また、上記実施形態において、燃焼速度に影響を与えるパラメータとして、燃料噴射量TAU、冷却水温THW及び空燃比A/Fを採用し、これらと下記(10)式乃至(13)式に基いて全燃焼対応期間CPを修正し、得られた修正値CPmfdを上記全燃焼対応期間に代えて使用することによりVVT進角量(吸気弁開弁時期IO)を制御してもよい。もちろん、これらの何れか一つ、又は、これらのうちの任意の二つの組み合わせによって全燃焼対応期間CPを修正してもよい。

Figure 2008223688
Figure 2008223688
Figure 2008223688
In the above embodiment, the fuel injection amount TAU, the cooling water temperature THW, and the air-fuel ratio A / F are adopted as parameters that affect the combustion speed, and all of them are based on the following formulas (10) to (13). The VVT advancement amount (intake valve opening timing IO) may be controlled by correcting the combustion correspondence period CP and using the obtained correction value CPmfd instead of the total combustion correspondence period. Of course, the total combustion correspondence period CP may be modified by any one of these or a combination of any two of them.
Figure 2008223688
Figure 2008223688
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また、VVT進角量は、圧縮上死点からATDC15°までの燃焼割合MFBact(k−1)の変化量が一定の目標変化量となるように制御されてもよい。更に、上記各実施形態における「燃焼行程の特定タイミングにおける燃焼状態を表す量」は、8°燃焼割合MFB8に限定されることはなく、例えば、7°燃焼割合MFB7や9°燃焼割合MFB9であってもよい。更に、吸気弁制御装置を備えない内燃機関に本発明を適用することもできる。この場合、8°燃焼割合MFB8を求める際に使用される上記VVT進角量VVTを一定値に置換しておけばよい。   Further, the VVT advance amount may be controlled so that the change amount of the combustion ratio MFBact (k−1) from the compression top dead center to ATDC 15 ° becomes a constant target change amount. Further, the “amount representing the combustion state at the specific timing of the combustion stroke” in each of the above embodiments is not limited to the 8 ° combustion rate MFB8, and is, for example, 7 ° combustion rate MFB7 or 9 ° combustion rate MFB9. May be. Furthermore, the present invention can also be applied to an internal combustion engine that does not include an intake valve control device. In this case, the VVT advance amount VVT used when obtaining the 8 ° combustion ratio MFB8 may be replaced with a constant value.

本発明の第1実施形態に係る点火時期制御装置を適用した内燃機関の概略図である。1 is a schematic view of an internal combustion engine to which an ignition timing control device according to a first embodiment of the present invention is applied. 点火時期と8°燃焼割合と機関の発生トルクとの関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between ignition timing, an 8 degree combustion ratio, and the generated torque of an engine. 図1に示した電気制御装置(点火時期制御装置)の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of the electric control device (ignition timing control device) shown in FIG. 1. 点火時期を変更した場合における実際の燃焼割合のクランク角度に対する変化を示したグラフである。It is the graph which showed the change with respect to the crank angle of the actual combustion rate at the time of changing ignition timing. Wiebe関数におけるパラメータαiを変化させ、他のパラメータc、d、及びαbを一定値としたときの変数xに対するyの変化を示したグラフである。It is the graph which showed the change of y with respect to the variable x when changing parameter (alpha) i in a Wiebe function and making other parameters c, d, and (alpha) b into a constant value. VVT進角量を変更した場合における実際の燃焼割合のクランク角度に対する変化を示したグラフである。It is the graph which showed the change with respect to the crank angle of the actual combustion ratio at the time of changing VVT advance amount. Wiebe関数におけるパラメータαbを変化させ、他のパラメータc、d、及びαiを一定値としたときの変数xに対するyの変化を示したグラフである。It is the graph which showed the change of y with respect to the variable x when changing parameter (alpha) b in a Wiebe function and making other parameters c, d, and (alpha) i into a constant value. 加速時における点火時期、負荷、VVT進角量、実際の8°燃焼割合及び改良された燃焼状態モデルによって計算された計算8°燃焼割合MFB8の変化の様子を示したグラフである。It is the graph which showed the mode of change of the ignition timing at the time of acceleration, load, VVT advance amount, actual 8 degree combustion rate, and calculation 8 degree combustion rate MFB8 calculated by the improved combustion state model. 従来の制御装置と図1に示した点火時期制御装置とにおける各値の挙動を表したグラフである。It is the graph showing the behavior of each value in the conventional control apparatus and the ignition timing control apparatus shown in FIG. 図1に示した電気制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the electric control apparatus shown in FIG. 1 performs. 膨張行程(燃焼行程)における燃焼割合のクランク角度に対する変化の様子を示したグラフである。It is the graph which showed the mode of the change with respect to the crank angle of the combustion ratio in an expansion stroke (combustion stroke). 図1に示した電気制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the electric control apparatus shown in FIG. 1 performs. 点火時期を変化させた場合における、CO排出量、HC排出量、実質燃焼期間及び全燃焼対応期間のVVT進角量に対する変化の様子を示したグラフである。In the case of changing the ignition timing, CO 2 emissions, HC emissions, is a graph showing how changes to the VVT advancement amount of real combustion period and the full combustion correspondence period. 図14の(A)は実質燃焼期間に対するHCの排出量を点火時期別に示したグラフであり、図14の(B)は全燃焼対応期間に対するHCの排出量を点火時期別に示したグラフである。14A is a graph showing the HC emission amount for each ignition timing with respect to the substantial combustion period, and FIG. 14B is a graph showing the HC emission amount for each ignition timing for each ignition timing. . 図1に示した電気制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the electric control apparatus shown in FIG. 1 performs. 本発明の第2実施形態に係る電気制御装置(点火時期制御装置)の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the electric control device (ignition timing control device) concerning a 2nd embodiment of the present invention. 負荷及びVVT進角量が変化した場合における各値の変化を示したタイムチャートである。It is a time chart which showed change of each value when load and VVT advance amount change. 本発明の第2実施形態に係る電気制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the electric control apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention performs. 本発明の第2実施形態に係る電気制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the electric control apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention performs.

符号の説明Explanation of symbols

25…燃焼室、37…点火プラグ、38…イグナイタ、39…インジェクタ、65…筒内圧センサ、70…電気制御装置、A1…目標値設定手段、A2…MFB計算モデル、A3…点火時期データ遅延手段、A4…予測燃焼状態量補正手段、A5…フィードバック制御用偏差算出手段、A6…フィードバックコントローラ、A7…実MFB算出手段、A9…補正基本量算出手段、A10…ローパスフィルタ、B1…目標値設定手段、B2…第1MFB計算モデル、B3…点火時期データ遅延手段、B4…予測燃焼状態量補正手段、B5…フィードバック制御用偏差算出手段、B6…フィードバックコントローラ、B7…実MFB算出手段、B8…運転状態量遅延手段、B9…第2MFB計算モデル、B10…モデル誤差量算出手段。   25 ... Combustion chamber, 37 ... Spark plug, 38 ... Igniter, 39 ... Injector, 65 ... In-cylinder pressure sensor, 70 ... Electric controller, A1 ... Target value setting means, A2 ... MFB calculation model, A3 ... Ignition timing data delay means A4: Predicted combustion state quantity correction means, A5: Feedback control deviation calculation means, A6: Feedback controller, A7: Actual MFB calculation means, A9: Correction basic quantity calculation means, A10: Low pass filter, B1: Target value setting means B2 ... First MFB calculation model, B3 ... Ignition timing data delay means, B4 ... Predicted combustion state quantity correction means, B5 ... Feedback control deviation calculation means, B6 ... Feedback controller, B7 ... Actual MFB calculation means, B8 ... Operating state Amount delay means, B9... Second MFB calculation model, B10... Model error amount calculation means.

Claims (6)

内燃機関の点火時期制御装置であって、
前記機関の燃焼室内における混合気の燃焼状態に応じて変化する物理量を実際に検出する燃焼状態検出センサと、
前記燃焼状態検出センサによって検出された物理量に基いて燃焼行程の特定タイミングにおける燃焼状態を表す量を実燃焼状態量として取得する実燃焼状態量取得手段と、
前記燃焼状態検出センサが検出する物理量と相違し且つ前記機関の運転状態を表す物理量である運転状態量を取得する運転状態量取得手段と、
前記運転状態量と燃焼行程の所定タイミングにおける燃焼状態を表す量との関係を記述する燃焼状態モデルを含むとともに前記運転状態量取得手段によって取得された運転状態量を同燃焼状態モデルに適用することにより前記燃焼行程の特定タイミングにおける燃焼状態を表す量を予測燃焼状態量として取得する予測燃焼状態量取得手段と、
前記予測燃焼状態量を補正量によって補正することにより補正後予測燃焼状態量を取得する予測燃焼状態量補正手段と、
前記予測燃焼状態量取得手段と前記予測燃焼状態量補正手段とにより前回の燃焼行程に対して取得された補正後予測燃焼状態量と、前記実燃焼状態量取得手段により同前回の燃焼行程に対して取得された実燃焼状態量と、の差、に基づいて前記補正量を算出する補正量算出手段と、
前記予測燃焼状態量補正手段が前記補正量算出手段により算出された補正量によって前記予測燃焼状態量取得手段により取得される今回の燃焼行程に対する前記予測燃焼状態量を補正することにより取得される同今回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量に基づいて前記機関の点火時期を制御する点火時期制手段と、
を備えた点火時期制御装置。
An ignition timing control device for an internal combustion engine,
A combustion state detection sensor that actually detects a physical quantity that changes according to the combustion state of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine;
An actual combustion state quantity acquisition means for acquiring, as an actual combustion state quantity, an amount representing a combustion state at a specific timing of a combustion stroke based on a physical quantity detected by the combustion state detection sensor;
An operating state quantity acquisition unit that acquires an operating state quantity that is a physical quantity that is different from a physical quantity detected by the combustion state detection sensor and represents an operating state of the engine;
Including a combustion state model describing a relationship between the operating state quantity and a quantity representing a combustion state at a predetermined timing of the combustion stroke, and applying the operating state quantity acquired by the operating state quantity acquiring means to the combustion state model Predicted combustion state quantity acquisition means for acquiring, as a predicted combustion state quantity, an amount representing a combustion state at a specific timing of the combustion stroke,
A predicted combustion state amount correcting means for acquiring a corrected predicted combustion state amount by correcting the predicted combustion state amount by a correction amount;
The corrected predicted combustion state quantity acquired for the previous combustion stroke by the predicted combustion state quantity acquisition means and the predicted combustion state quantity correction means, and the previous combustion stroke by the actual combustion state quantity acquisition means. A correction amount calculating means for calculating the correction amount based on the difference between the actual combustion state amount acquired in the step;
The predicted combustion state quantity correction means is obtained by correcting the predicted combustion state quantity for the current combustion stroke obtained by the predicted combustion state quantity acquisition means with the correction amount calculated by the correction quantity calculation means. Ignition timing control means for controlling the ignition timing of the engine based on the corrected predicted combustion state quantity for the current combustion stroke;
Ignition timing control device.
請求項1に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
前記予測燃焼状態量取得手段は、前記前回の燃焼行程に対する点火時期と前記運転状態量取得手段により取得された前記今回の燃焼行程に対する点火時期以外の運転状態量とを前記燃焼状態モデルに適用することにより、前記今回の燃焼行程に対する予測燃焼状態量を取得するように構成された点火時期制御装置。
The ignition timing control device for an internal combustion engine according to claim 1,
The predicted combustion state quantity acquisition means applies an ignition timing for the previous combustion stroke and an operation state quantity other than the ignition timing for the current combustion stroke acquired by the operation state quantity acquisition means to the combustion state model. Thus, an ignition timing control device configured to acquire a predicted combustion state quantity for the current combustion stroke.
内燃機関の点火時期制御装置であって、
前記機関の燃焼室内における混合気の燃焼状態に応じて変化する物理量を実際に検出する燃焼状態検出センサと、
前記燃焼状態検出センサによって検出された物理量に基いて燃焼行程の特定タイミングにおける燃焼状態を表す量を実燃焼状態量として取得する実燃焼状態量取得手段と、
前記燃焼状態検出センサが検出する物理量と相違し且つ前記機関の運転状態を表す物理量である運転状態量を取得する運転状態量取得手段と、
前記運転状態量と燃焼行程の所定タイミングにおける燃焼状態を表す量との関係を記述する燃焼状態モデルを含むとともに前記運転状態量取得手段によって取得された前回の燃焼行程に対する運転状態量を同燃焼状態モデルに適用することにより前回の燃焼行程の前記特定タイミングにおける燃焼状態を表す量を前回予測燃焼状態量として取得する前回予測燃焼状態量取得手段と、
前記取得された前回予測燃焼状態量と、前記実燃焼状態量取得手段により取得された前回の燃焼行程に対する実燃焼状態量と、の差をモデル誤差量として取得するモデル誤差量取得手段と、
前記燃焼状態モデルを含むとともに前記運転状態量取得手段によって取得された今回の燃焼行程に対する運転状態量を同燃焼状態モデルに適用することにより今回の燃焼行程の前記特定タイミングにおける燃焼状態を表す量を今回予測燃焼状態量として取得する今回予測燃焼状態量取得手段と、
前記取得された今回予測燃焼状態量を前記モデル誤差量取得手段によって取得されたモデル誤差量によって補正して同今回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量を取得するモデル誤差補償手段と、
前記取得された今回の燃焼行程に対する補正後予測燃焼状態量に基づいて前記機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
を備えた点火時期制御装置。
An ignition timing control device for an internal combustion engine,
A combustion state detection sensor that actually detects a physical quantity that changes according to the combustion state of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine;
Actual combustion state quantity acquisition means for acquiring, as an actual combustion state quantity, an amount representing a combustion state at a specific timing of a combustion stroke based on a physical quantity detected by the combustion state detection sensor;
An operating state quantity acquisition unit that acquires an operating state quantity that is a physical quantity that is different from a physical quantity detected by the combustion state detection sensor and represents an operating state of the engine;
A combustion state model that describes the relationship between the operating state quantity and the quantity that represents the combustion state at a predetermined timing of the combustion stroke is included, and the operating state quantity for the previous combustion stroke acquired by the operating state quantity acquisition means is the same combustion state. A previous predicted combustion state quantity acquisition means for acquiring a quantity representing a combustion state at the specific timing of the previous combustion stroke as a previous predicted combustion state quantity by applying to a model;
Model error amount acquisition means for acquiring a difference between the acquired previous predicted combustion state amount and the actual combustion state amount for the previous combustion stroke acquired by the actual combustion state amount acquisition means as a model error amount;
An amount representing the combustion state at the specific timing of the current combustion stroke by applying the operation state amount for the current combustion stroke acquired by the operating state amount acquisition means to the combustion state model, including the combustion state model. The current predicted combustion state quantity acquisition means for acquiring the current predicted combustion state quantity;
Model error compensation means for correcting the obtained current predicted combustion state quantity by the model error quantity obtained by the model error quantity obtaining means to obtain a corrected predicted combustion state quantity for the current combustion stroke;
Ignition timing control means for controlling the ignition timing of the engine based on the corrected predicted combustion state quantity for the acquired current combustion stroke;
Ignition timing control device.
請求項3に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
前記前回予測燃焼状態量取得手段は、前記前回の燃焼行程に対する点火時期と前記運転状態量取得手段により取得された前記前回の燃焼行程に対する点火時期以外の運転状態量とを前記燃焼状態モデルに適用することにより前記前回予測燃焼状態量を取得するように構成され、
前記今回予測燃焼状態量取得手段は、前記前回の燃焼行程に対する点火時期と前記運転状態量取得手段により取得された前記今回の燃焼行程に対する点火時期以外の運転状態量とを前記燃焼状態モデルに適用することにより前記今回予測燃焼状態量を取得するように構成された点火時期制御装置。
In the internal combustion engine ignition timing control device according to claim 3,
The previous predicted combustion state amount acquisition means applies the ignition timing for the previous combustion stroke and the operation state amount other than the ignition timing for the previous combustion stroke acquired by the operation state amount acquisition means to the combustion state model. Configured to obtain the previous predicted combustion state quantity by
The current predicted combustion state quantity acquisition means applies an ignition timing for the previous combustion stroke and an operating state quantity other than the ignition timing for the current combustion stroke acquired by the operating state quantity acquisition means to the combustion state model. An ignition timing control device configured to acquire the current predicted combustion state quantity by doing.
請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
前記燃焼状態検出センサは前記混合気の燃焼状態に応じて変化する物理量として前記燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサであり、
前記実燃焼状態量取得手段は前記実燃焼状態量として前記燃焼室において燃焼した総ての燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の総量に対する前記特定タイミングまでに同燃焼室において燃焼した燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の積算量の割合である燃焼割合を取得するように構成され、
前記燃焼状態モデルは前記運転状態量と前記燃焼行程の所定タイミングにおける燃焼状態を表す量としての燃焼割合との関係を記述してなる点火時期制御装置。
The ignition timing control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
The combustion state detection sensor is an in-cylinder pressure sensor that detects an in-cylinder pressure that is a pressure in the combustion chamber as a physical quantity that changes according to a combustion state of the air-fuel mixture,
The actual combustion state quantity acquisition means includes the fuel burned in the combustion chamber up to the specific timing relative to the total amount of fuel that has contributed to work on the piston among all the fuel burned in the combustion chamber as the actual combustion state quantity. It is configured to obtain a combustion ratio that is a ratio of an accumulated amount of fuel that has contributed to work on the piston,
The combustion state model is an ignition timing control device that describes a relationship between the operation state quantity and a combustion ratio as a quantity representing a combustion state at a predetermined timing of the combustion stroke.
請求項5に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
前記燃焼状態モデルは、圧縮上死点後のクランク角度θにおける燃焼割合MFBθを、
MFBθ=1−exp{−c・((θ+αi)/αb)d}
により近似するWiebe関数であり、
パラメータc及びパラメータdは一定値であり、パラメータαiは点火時期に基いて変化し、パラメータαbは吸気弁と排気弁とが同時に開弁するオーバーラップ期間に基いて変化するように構成されたモデルである点火時期制御装置。
In the internal combustion engine ignition timing control device according to claim 5,
In the combustion state model, the combustion ratio MFBθ at the crank angle θ after compression top dead center is expressed as follows:
MFBθ = 1−exp {−c · ((θ + αi) / αb) d }
Wiebe function approximated by
The parameters c and d are constant values, the parameter αi changes based on the ignition timing, and the parameter αb changes based on the overlap period in which the intake valve and the exhaust valve are simultaneously opened. Is an ignition timing control device.
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