JP2011226297A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの首振り運動に伴う機関振動に起因する点火時期の誤遅角を好適に抑えることのできる内燃機関の点火時期制御装置を提供する。
【解決手段】この装置は、ノックセンサにより検出される機関振動の強度とノック判定レベルとの比較を通じてノッキングの発生の有無を判定するとともに、その判定結果に応じてノック学習値を更新する。このノック学習値に基づいて要求点火時期を設定する。内燃機関の始動開始後における吸入空気量ＧＡの積算値ΣＧＡを算出する（Ｓ２０２）。この積算値ΣＧＡが判定値ＶＧＡ未満であるときには（Ｓ２０３：ＮＯ）、ノック学習値の更新を禁止する（Ｓ２０４）。積算値ΣＧＡが判定値ＶＧＡ以上であるときには（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、ノック学習値の更新を許可する（Ｓ２０５）。
【選択図】図４

Description

本発明は、機関振動の強度と所定のノック判定レベルとの比較に基づきノッキング発生の有無を判定するとともにその判定結果に基づいて点火時期の遅角制御を実行する内燃機関の点火時期制御装置に関するものである。

この種の装置では、いわゆるノックセンサによって内燃機関の振動強度が検出されるとともにその振動強度が所定の判定レベルより大きくなっていることをもってノッキングが発生していると判定される。そして、ノッキングが発生していると判定されたときには点火時期が遅角側の時期に変更される。

ここで、レシプロ機関では、その構造上、ピストンの往復動に伴って同ピストンの姿勢が変化するために、これに伴って機関振動の強度が大きくなることがある。以下、そうした機関振動が発生するメカニズムを、図６を参照しつつ説明する。

先ず、同図（ａ）に示すように、圧縮行程では、コネクティングロッド１０１が斜め下方（同図では左斜め下方）からピストン１０２を機関上方に押し上げている。このとき、ピストン１０２は、機関上方に押し上げられる一方、コネクティングロッド１０１の傾斜に起因して図中に矢印Ａで示すシリンダ径方向（図では右方向）に作用する力によってシリンダ１０３の内壁へと押し付けられている。

その後、ピストン１０２が圧縮上死点（同図（ｂ）に示す位置）に近づくに伴って、ピストンリング１０４に高い燃焼圧力が作用するようになる。これにより、同ピストンリング１０４がピストン１０２に強く押し付けられるようになり、それらピストンリング１０４とピストン１０２との摺動面に作用する摩擦力により同ピストン１０２のシリンダ径方向への移動が規制されるようになる。

その後において膨張行程に移行すると、ピストン１０２が燃焼圧力によって押し下げられるようになる。また、同図（ｃ）に示すように、このときコネクティングロッド１０１は上記圧縮行程における傾き方向と反対の方向に傾斜している。このため、ピストン１０２には、この傾斜に起因して同図中に矢印Ｂで示すシリンダ径方向（図では左方向）の力が作用するようになる。このとき、ピストン１０２の上部はピストンリング１０４によってシリンダ径方向への移動が規制されているためにその場に留まり、移動が規制されていないピストン１０２の下部のみが、シリンダ１０３の内壁に押し付けられている。

その後、同図（ｄ）で示すように、膨張行程中期では、ピストン１０２の機関下方への移動に伴って燃焼圧力が低下し、これに伴って上記ピストンリング１０４によるピストン１０２のシリンダ径方向への移動についての拘束力も徐々に低下する。一方、コネクティングロッド１０１の傾斜角も徐々に増大し、これに伴って、同図中に矢印Ｃで示すピストン１０２に作用するシリンダ径方向の力についてもこれが徐々に大きくなる。そして、この力が上記ピストンリング１０４による拘束力を上回ったタイミングで、ピストン１０２の上部が、シリンダ１０３の内壁に接している点（Ｄ点）を支点として、同図中に一点鎖線で示す状態から実線で示す状態へと瞬時に回転する。なお、このように膨張行程中期に生じるピストンの揺動を以下では「首振り運動」と称する。この首振り運動により、ピストン１０２はシリンダ１０３の内壁に衝突し、このとき機関振動が発生する。

こうした首振り運動に起因する機関振動の強度が大きくなると、ノッキングが発生していないにも拘わらず、ノッキングが発生していると誤って判定されてしまう。そして、この場合には点火時期が不要に遅角側の時期に変更されてしまうために、内燃機関の出力性能の低下や燃料消費量の増加を招くおそれがある。

通常、ノッキングは燃焼圧力が最大になるタイミング近傍で発生するのに対して、首振り運動に伴う機関振動はそれよりも後のタイミング（圧縮行程中期）において発生するといったように、ノッキングが発生する期間と首振り運動に伴う機関振動が発生する期間とは異なる。この点をふまえて特許文献１に記載の装置では、首振り運動に伴う機関振動の発生期間を避けるようにノッキングの発生判定を行う期間を定めるようにしている。これにより、首振り運動に伴う機関振動に基づいてノッキングが発生したと誤って判定されることが抑えられるようになる。

特開２００４−１５０３７８号公報

ところで、暖機完了後などのように内燃機関の温度が十分に高いときと比較して、同内燃機関の温度が低いときには、ピストンとシリンダ内壁面とのクリアランスが大きい。そして先の図６から明らかなように、そうしたクリアランスが大きいときほど上述した首振り運動におけるピストンの回転角度は大きくなる。

こうしたことから内燃機関の温度が低いときには首振り運動におけるピストンの回転角度が大きくなる可能性が高いと云える。そして、この場合には首振り運動に伴う機関振動の発生期間が変化したり首振り運動に伴う機関振動の強度が大きくなったりしてしまう。そのため、場合によってはノッキングの発生期間と首振り運動に伴う機関振動の発生期間とが一部重複するなどしてそれら期間の切り分けが困難になってしまう。

したがって上記特許文献１に記載の装置においても、内燃機関の温度が低いときにおいて首振り運動に伴う機関振動をもとにノッキングが発生していると誤って判定されるおそれがあると云え、そうした誤判定が続くと点火時期が誤って大きく遅角されてしまう。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピストンの首振り運動に伴う機関振動に起因する点火時期の誤遅角を好適に抑えることのできる内燃機関の点火時期制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、ノックセンサにより検出される機関振動の強度とノック判定レベルとの比較を通じてノッキングの発生の有無を判定するとともにその判定結果に基づいて点火時期の制御目標値を設定する内燃機関の点火時期制御装置において、前記内燃機関の燃焼室内で発生する熱量の指標値についての同内燃機関の始動開始後における積算値を算出するとともに、同積算値が予め定められた判定値未満であるときには前記内燃機関のピストンの首振り運動に起因する機関振動によって前記制御目標値が誤って遅角側の時期に変化することを抑えるべく前記制御目標値をその遅角側の時期への変化を抑制しつつ設定し、前記積算値が前記判定値以上であるときには前記遅角側の時期への変化を抑制することなく前記制御目標値を設定することをその要旨とする。

上記構成によれば、内燃機関の始動開始後において燃焼室内で発生した熱の総量が多くなるまでの期間、換言すればピストンおよびシリンダ壁面の温度が高くなってそれらのクリアランスが適度に小さくなるまでの期間において点火時期の制御目標値の遅角側の時期への変化を抑えることができる。そのため、上記クリアランスが大きいためにピストンの首振り運動に伴う機関振動によるノッキングの誤判定が生じるおそれがあるときに、その誤判定により誤って点火時期が遅角されることを抑えることができる。しかも、上記クリアランスが適度に小さくなってそうした誤判定が生じる可能性が低くなった後においては遅角側の時期への変化を抑制することなく制御目標値を設定することができるため、ノッキングの発生状況に応じて点火時期を適切に制御することができる。したがって上記構成によれば、ピストンの首振り運動に伴う機関振動に起因する点火時期の誤遅角を好適に抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、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、当該装置は、前記判定結果に応じて学習値を更新するとともに同学習値に基づいて点火時期の制御目標値を設定するものであり、前記積算値が前記判定値未満であるときには前記制御目標値の遅角側の時期への変化を抑制するべく前記学習値の更新を禁止し、前記積算値が前記判定値以上であるときには前記遅角側の時期への変化を抑制することなく前記制御目標値を設定するために前記学習値の更新を許可することをその要旨とする。

従来、点火時期を補正するための学習値をノッキングの発生状況に応じて学習更新する学習制御を実行する装置が実用されている。こうした装置では通常、ノッキングが発生したと判定される頻度が高いときには点火時期を遅角側の時期に補正する値に学習値を変更する一方、そうした判定頻度が低いときには点火時期を進角側の時期に補正する値に学習値を変更するといったように上記学習値が更新される。このようにして学習更新された学習値はノッキングの発生しやすさの指標値となるために、内燃機関の運転制御に際して点火時期についての制御目標値の算出に用いられる。

上記構成によれば、そうした学習値の更新を、ピストンの首振り運動に伴う機関振動によるノッキングの誤判定が生じるおそれがあるときには禁止する一方、その誤判定が生じる可能性が低くなったことをもって許可することができる。したがって、ピストンの首振り運動に伴う機関振動に基づいて学習値が誤って更新されること、ひいては点火時期が誤って遅角されることを好適に抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、当該装置は、前記内燃機関の運転状態および前記学習値に基づいて前記点火時期の制御基本値を算出するとともに同制御基本値に前記学習値を反映させることによって前記制御目標値を設定するものであることをその要旨とする。

上記構成によれば、ピストンの首振り運動に伴う機関振動によって学習値が誤更新されることに起因して点火時期についての制御基本値が過度に遅角側の値に設定されることを抑えることができる。したがって、首振り運動に伴う機関振動に基づいて点火時期が不要に遅角側の時期に設定されることを抑えることができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいず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、前記内燃機関の始動開始時における同内燃機関の温度を検出するとともに該検出した温度に基づいて前記判定値を設定することをその要旨とする。

内燃機関の始動開始時におけるピストンやシリンダ壁面の温度が低いときほど、その後において上記クリアランスが適度に小さくなるまでに必要になる熱量が多くなる。上記構成によれば、始動開始時における内燃機関の温度が低いときほど上記判定値として大きい値を設定するといったように、そうした傾向に合わせて同判定値を設定することができる。そのため、この判定値をもとに上記クリアランスが適度に小さくなったことを的確に判定した上で、制御目標値の遅角側の時期への変化を抑制することを解除することができる。

なお、例えば内燃機関の運転停止からさほど時間が経過していない状況で同内燃機関が再始動される場合など、内燃機関の温度が十分に高い状態で同内燃機関が始動される場合には、その始動に際して上記クリアランスが適度に小さくなっている。そうした場合に制御目標値の遅角側の時期への変化が抑制されると、ピストンの首振り運動に伴う機関振動によって制御目標値が遅角側の時期に誤って変化する可能性が低いにもかかわらずその変化が抑制されることとなるために、その分だけノッキングの発生状況に見合う時期への制御目標値の変化が遅れてしまう。この点、上記構成によれば、そうした場合における判定値として小さい値、すなわち制御目標値の遅角側の時期への変化が抑制されない状況に早期に移行するようになる値を設定することができる。そのため、制御目標値をノッキングの発生状況に見合う値に速やかに変更することができる。

通常、内燃機関の運転制御では、そのときどきの吸入空気量に見合う量になるように燃料噴射量が調節される。そのため、それら吸入空気量や燃料噴射量は燃焼室内において発生する熱量と相関の高い値であると云える。したがって、前記内燃機関の燃焼室内で発生する熱量の指標値としては、請求項５によるように吸入空気量を採用したり、請求項６によるように燃料噴射量を採用したりすることができる。

本発明を具体化した一実施の形態にかかる点火時期制御装置が適用される内燃機関、並びにその周辺装置の概略構成を示す略図。 点火時期制御処理の実行手順を示すフローチャート。 同点火時期制御処理において算出される各種制御値の関係を示す略図。 実行許可処理の実行手順を示すフローチャート。 始動時水温と判定値との関係を示すグラフ。 ピストンの首振り運動に伴う機関振動が発生するメカニズムを説明するための略図。

以下、本発明を具体化した一実施の形態にかかる内燃機関の点火時期制御装置について説明する。
ここでは先ず、図１を参照して、同実施の形態にかかる点火時期制御装置が適用される内燃機関、並びにその周辺装置の概略構成について説明する。

図１に示すように、内燃機関１１のシリンダ１２内にはピストン１３が往復移動可能に設けられている。このピストン１３は、コネクティングロッド１４を介して内燃機関１１の出力軸であるクランクシャフト１５に連結されている。またピストン１３にはピストンリング１６が取り付けられている。そして、このピストンリング１６の外周面全周がシリンダ１２の内周面に押圧されることにより、内燃機関１１の燃焼室１７の内部から外部への燃焼ガスの漏れが抑えられる。

内燃機関１１の吸気通路１８にはスロットルバルブ１９が設けられている。このスロットルバルブ１９の開度（スロットル開度ＴＡ）の変更を通じて、吸気通路１８を介して内燃機関１１の燃焼室１７内に吸入される空気の量（吸入空気量ＧＡ）が調節される。

また内燃機関１１の吸気通路１８には燃料噴射弁２０が設けられている。この燃料噴射弁２０には、燃料タンク２１内に備蓄された燃料が燃料ポンプ２２によって圧送されている。この燃料噴射弁２０の開弁駆動を通じて吸気通路１８の内部に燃料が噴射される。

内燃機関１１の運転に際しては、スロットル開度ＴＡの変更を通じて調量された吸入空気と燃料噴射弁２０から噴射された燃料とからなる混合気が燃焼室１７内に形成される。そして、その混合気に対して点火プラグ２３による点火が行われると、混合気が燃焼してピストン１３が往復移動するとともにクランクシャフト１５が回転するようになる。燃焼後の混合気は排気として内燃機関１１の燃焼室１７から排気通路２４に送り出される。

本実施の形態にかかる点火時期制御装置は、内燃機関１１の運転のための各種制御を実行する電子制御ユニット３０を備えている。この電子制御ユニット３０は、各種制御に関係する各種の演算処理を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）、その演算に必要なプログラムやデータが記憶された不揮発性メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果が一時的に記憶される揮発性メモリ（ＲＡＭ）、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えている。

電子制御ユニット３０の入力ポートには各種のセンサ類が接続されている。そうしたセンサ類としては、例えばスロットル開度ＴＡを検出するためのスロットルセンサ３１や、内燃機関１１の振動の強度を検出するためのノックセンサ３２、吸入空気量ＧＡを検出するための空気量センサ３３が設けられている。また、クランクシャフト１５の回転速度（機関回転速度ＮＥ）および回転角（クランク角「°ＣＡ」）を検出するためのクランクセンサ３４や、内燃機関１１の冷却水の温度ＴＨＷを検出するための水温センサ３５が設けられている。その他、アクセルペダル（図示略）の踏み込み量（アクセル踏み込み量ＡＣ）を検出するためのアクセルセンサ３６や、内燃機関１１の運転開始や運転停止に際して乗員によって操作される運転スイッチ３７なども設けられている。

電子制御ユニット３０は、各種センサ類の出力信号に基づいて機関回転速度ＮＥや吸入空気量ＧＡなどといった内燃機関１１の運転状態を把握するとともに、その運転状態に応じたかたちで出力ポートに接続された各種の駆動回路に指令信号を出力する。本実施の形態にかかる装置では、この電子制御ユニット３０によって内燃機関１１の点火時期制御などといった各種制御が実行される。

以下、本実施の形態にかかる点火時期制御について、図２および図３を参照しつつ説明する。
図２は点火時期制御にかかる処理（点火時期制御処理）の具体的な実行手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として、電子制御ユニット３０により実行される。また図３は点火時期制御処理において算出される各種制御値の関係を示している。

図２に示すように、この処理では先ず、機関回転速度ＮＥ、吸入空気量ＧＡ、同処理における学習値（ノック学習値ＡＧＫＮＫ）に基づいて点火時期についての制御基本値（ベース点火時期Ａｂｓｅ）が算出される（ステップＳ１００）。このベース点火時期Ａｂｓｅとしては、ノッキングの発生を抑制し得る限界の点火時期（いわゆるノック限界）と、内燃機関１１の出力トルクおよび燃料消費率が最良となる点火時期（いわゆるＭＢＴ）とのうちの遅角側の時期が設定される。

その後、ノックセンサ３２により検出される内燃機関１１の振動強度に基づいてノッキングが発生しているか否かが判断される（ステップＳ１０１）。ここでは、ノックセンサ３２により検出された内燃機関１１の振動強度が予め定められたノック判定レベルＶＫＤより大きいことをもってノッキングが発生していると判断される。

そして、ノッキングが発生している場合には（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ノック制御量ＡＫＣＳが所定値Ａ１（例えば、０．４°ＣＡ）だけ加算・更新される（ステップＳ１０２）。なお、「°ＣＡ」はクランク角を表わしている。一方、上記振動強度がノック判定レベルＶＫＤ以下であるためにノッキングが発生していないと判断される場合には（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ノック制御量ＡＫＣＳが所定値Ａ２（例えば、０．０１°ＣＡ）だけ減算・更新される（ステップＳ１０３）。

このノック制御量ＡＫＣＳは、現在の内燃機関１１のノッキング発生状況に応じてその大きさが変化する量となる。具体的には図３に示すように、内燃機関１１にノッキングが生じているときには点火時期についての制御目標値（要求点火時期Ａｃａｌ）が遅角側（図３における下方側）の時期になる値にノック制御量ＡＫＣＳが変更される。これとは逆に、ノッキングが生じていないときには、要求点火時期Ａｃａｌが進角側（図３における上方側）の時期になる値にノック制御量ＡＫＣＳが設定される。このように、ノック制御量ＡＫＣＳは、そのときどきのノッキングの発生状況に応じて点火時期を制御するための量として用いられる。このノック制御量ＡＫＣＳにより、ノッキング発生時においては点火時期を直ちに遅角させてその発生の抑制が図られ、ノッキングが発生していないときには点火時期を進角させて機関出力の増大が図られる。

こうしてノック制御量ＡＫＣＳが更新された後、実行フラグがオン操作されていることを条件に（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、上記ノック学習値ＡＧＫＮＫを更新する処理（学習処理［ステップＳ１０５〜Ｓ１０８の処理］）が実行される。なお実行フラグがオフ操作されているときには（ステップＳ１０４：ＮＯ）、学習処理が実行されない（ステップＳ１０５〜Ｓ１０８の処理がジャンプされる）。また上記実行フラグの操作態様については後に詳述する。

学習処理は次のように実行される。すなわち先ず、上記ノック制御量ＡＫＣＳが所定値Ａ３（例えば、２．５°ＣＡ）よりも大きいか否かが判断される（図２のステップＳ１０５）。そして、所定値Ａ３よりも大きいと判断される場合には（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、ノック学習値ＡＧＫＮＫが所定値Ａ５（例えば、０．５°ＣＡ）だけ減算・更新される（ステップＳ１０６）。一方、ノック制御量ＡＫＣＳが所定値Ａ３以下であると判断される場合には（ステップＳ１０５：ＮＯ）、更に同ノック制御量ＡＫＣＳが所定値Ａ４（例えば、０．５°ＣＡ）よりも小さいか否かが判定される（ステップＳ１０７）。そして、所定値Ａ４よりも小さいと判断される場合には（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、ノック学習値ＡＧＫＮＫが所定値Ａ６（例えば、０．５°ＣＡ）だけ加算・更新される（ステップＳ１０８）。他方、ノック制御量ＡＫＣＳが所定値Ａ３以下であって、且つ所定値Ａ４以上であると判断される場合には（ステップＳ１０５：ＮＯ、およびステップＳ１０７：ＮＯ）、ノック学習値ＡＧＫＮＫを更新することなく次の処理に移行する。

こうした学習処理の実行を通じてノック学習値ＡＧＫＮＫは、ノックキングが頻繁に発生する傾向がある場合には相対的に小さい値が設定される一方、ノッキングの発生頻度が低い場合には相対的に大きい値が設定される。このようにノック学習値ＡＧＫＮＫはノッキングの発生しやすさの指標値となる。そして、このノック学習値ＡＧＫＮＫはベース点火時期Ａｂｓｅの算出に用いられる。具体的には、ノック学習値ＡＧＫＮＫが小さい値であるほど、ベース点火時期Ａｂｓｅとして遅角側の時期が設定される。また、ノック学習値ＡＧＫＮＫは、要求点火時期Ａｃａｌの設定に際してベース点火時期Ａｂｓｅから減算される。このように本処理では、図３に示すように、ノック学習値ＡＧＫＮＫが小さい値であるときほど要求点火時期Ａｃａｌが遅角側（図３における下方側）の時期に設定されるようになる。本実施の形態では、こうしたノック学習値ＡＧＫＮＫにより、ノッキングの発生を抑制するべく要求点火時期Ａｃａｌが定常的に補正されるようになる。

このようにノック学習値ＡＧＫＮＫが算出された後、ノッキングの発生状況に基づくノック遅角反映量ＡＫＮＫの算出が実行される。すなわち先ず、機関回転速度ＮＥおよび吸入空気量ＧＡに基づいてノック遅角反映量ＡＫＮＫの制御限界となる限界遅角値Ａｋｍｆが算出される（図２のステップＳ１０９）。この限界遅角値Ａｋｍｆは、図３に示すように、ノッキングを生じさせない点火時期の範囲における最も進角側の点火時期を表す値が算出される。

その後、下式のように、ベース点火時期Ａｂｓｅと限界遅角値Ａｋｍｆとの差分が限界遅角量Ａｋｍａｘとして算出される（図２のステップＳ１１０）。

Ａｋｍａｘ＝Ａｋｍｆ−Ａｂｓｅ

そして、この限界遅角量Ａｋｍａｘ、上記ノック学習値ＡＧＫＮＫ、およびノック制御量ＡＫＣＳに基づいて下式から、ノック遅角反映量ＡＫＮＫが算出される（ステップＳ１１１）。

ＡＫＮＫ＝Ａｋｍａｘ−ＡＧＫＮＫ＋ＡＫＣＳ

その後、要求点火時期Ａｃａｌが、下式のように上記ベース点火時期Ａｂｓｅを上記ノック遅角反映量ＡＫＮＫに基づいて遅角補正することによって設定される（ステップＳ１１２）。

Ａｃａｌ＝Ａｂｓｅ＋ＡＫＮＫ

このようにしてノック制御量ＡＫＣＳおよびノック学習値ＡＧＫＮＫを反映させた値が要求点火時期Ａｃａｌとして設定された後、本処理が一旦終了される。

そして、上記電子制御ユニット３０は、上述した一連の処理とは別の処理において、点火プラグ２３による点火時期がこの要求点火時期Ａｃａｌと一致するように同点火プラグ２３の作動を制御する。

ところで、内燃機関１１の温度が低いときには前述した首振り運動（図６参照）におけるピストン１３の回転角度が大きくなる可能性が高いために、首振り運動に伴う機関振動の発生期間が変化したり同機関振動の強度が大きくなったりしてしまう。そのため、そうしたピストン１３の首振り運動に伴う機関振動をもとにノッキングが発生していると誤って判定されるおそれがあるばかりか、そうした誤判定が続くようなことかあると点火時期が誤って大きく遅角されてしまう。そして、この場合には内燃機関１１の出力性能の低下や燃料消費量の増加を招いてしまう。

この点をふまえて本実施の形態では、内燃機関１１の始動開始後における吸入空気量ＧＡの積算値ΣＧＡを算出するとともに、この積算値ΣＧＡが判定値ＶＧＡ未満であるときには学習処理（ノック学習値ＡＧＫＮＫの更新）の実行を禁止する一方、積算値ΣＧＡが判定値ＶＣＡ以上になったことをもって学習処理の実行を許可するようにしている。

内燃機関１１の運転制御では、そのときどきの吸入空気量ＧＡに見合う量になるように燃料噴射弁２０から噴射される燃料の量（燃料噴射量）が調節される。そのため、吸入空気量ＧＡは燃焼室１７内において発生する熱量と相関の高い値であると云える。したがって、内燃機関１１の始動後における吸入空気量ＧＡの積算値ΣＧＡは、同内燃機関１１の始動後において燃焼室１７内において発生した熱の総量の指標値になる。

本実施の形態では、そうした吸入空気量ＧＡの積算値ΣＧＡが判定値ＶＧＡ未満であるときには、内燃機関１１の始動開始後において燃焼室１７内で発生した熱の総量が少ないために、シリンダ１２の内壁面およびピストン１３の温度が低くそれらのクリアランスが大きい可能性があると判断される。そして、このときピストン１３の首振り運動に伴う機関振動によってノッキングの誤判定が生じるおそれがあるとして、ノック学習値ＡＧＫＮＫの更新が禁止される。

一方、吸入空気量ＧＡの積算値ΣＧＡが判定値ＶＧＡ以上になると、内燃機関１１の始動開始後において燃焼室１７内で発生した熱の総量が十分に多くなってシリンダ１２の内壁面およびピストン１３の温度が高くなっているために、それらのクリアランスが適度に小さくなっていると判断される。そして、このときには首振り運動に伴う機関振動によってノッキングの誤判定が生じる可能性が低くなっているとして、ノック学習値ＡＧＫＮＫの更新が許可される。

このように本実施の形態では、内燃機関１１の始動開始後に上記クリアランスが適度に小さくなるまでの期間においてノック学習値ＡＧＫＮＫの更新が禁止される。そのため、ピストン１３の首振り運動に伴う機関振動に基づいてノック学習値ＡＧＫＮＫが誤って更新されることが抑えられるようになる。

本実施の形態では、ノック学習値ＡＧＫＮＫがベース点火時期Ａｂｓｅの算出に用いられる。そのため、首振り運動に伴う機関振動によってノック学習値ＡＧＫＮＫが誤って更新されると、ベース点火時期Ａｂｓｅが過度に遅角側の時期に設定されてしまうため、これに伴って要求点火時期Ａｃａｌが遅角側の時期になってしまう。本実施の形態によれば、そうしたノック学習値ＡＧＫＮＫの誤更新が抑えられるために、同ベース点火時期Ａｂｓｅが過度に遅角側の時期に設定されること、ひいては要求点火時期Ａｃａｌが誤って遅角されることが好適に抑えられるようになる。

ここで、内燃機関１１の始動開始時におけるピストン１３やシリンダ１２壁面の温度が低いときほど、その後において上記クリアランスが適度に小さくなるまでに必要になる熱量が多くなる。そのため、吸入空気量ＧＡの積算値ΣＧＡをもとに上記クリアランスが適度に小さくなったことを精度よく判定するためには、そうした内燃機関１１の始動開始時におけるピストン１３やシリンダ１２壁面の温度に応じたかたちで上記判定値ＶＧＡを設定することが望ましい。そして内燃機関１１の始動開始時におけるピストン１３やシリンダ１２壁面の温度は、同内燃機関１１の始動開始時における冷却水温度ＴＨＷと相関が高い。

こうした実情をふまえて本実施の形態では、内燃機関１１の始動開始時における冷却水温度（始動時水温ＴＨＷｓｔ）を検出するとともに同温度に基づいて上記判定値ＶＧＡを設定するようにしている。具体的には、この始動時水温ＴＨＷｓｔが低いときほど、上記クリアランスが適度に小さくなるまでに必要になる熱量が多いとして、上記判定値ＶＧＡとして大きい値が設定される。このように本実施の形態によれば、内燃機関１１の始動開始時におけるピストン１３やシリンダ１２壁面の温度が低いときほど上記クリアランスが適度に小さくなるまでに必要になる熱量が多くなるといった傾向に応じたかたちで、上記判定値ＶＧＡが設定されている。そのため、この判定値ＶＧＡをもとに上記クリアランスが適度に小さくなったことが的確に判定された上で、ノック学習値ＡＧＫＮＫの更新が許可される。

なお、例えば内燃機関１１の運転停止からさほど時間が経過していない状況で同内燃機関１１が再始動される場合など、内燃機関１１の温度が十分に高い状態で同内燃機関１１が始動される場合には、その始動に際して上記クリアランスが適度に小さくなっている。そうした場合において仮にノック学習値ＡＧＫＮＫの更新を禁止すると、首振り運動に伴う機関振動によってノック学習値ＡＧＫＮＫが誤学習される可能性が低いにもかかわらずその更新が禁止されることとなるために、その分だけノッキングの発生状況に見合う時期への要求点火時期Ａｃａｌの変化が遅れてしまう。この点、本実施の形態では、そうした場合に判定値ＶＧＡとして小さい値が設定されるために、ノック学習値ＡＧＫＮＫの更新が許可される状況に早期に移行するようになる。そのため、ノック学習値ＡＧＫＮＫおよびベース点火時期Ａｂｓｅ、ひいては要求点火時期Ａｃａｌをノッキングの発生状況に見合う値に速やかに変更することができるようになる。

ちなみに近年、駆動源として内燃機関と電動機とを備えたハイブリッド車両や交差点等での車両停止時に内燃機関の運転を一時的に停止させる車両など、車両の運転に際して内燃機関の運転を間欠的に停止させる制御を実行することが実用されている。こうした車両に搭載される内燃機関では、その温度が十分に高い状態で内燃機関が始動されるといった状況になる頻度が極めて高い。そのため、そうした内燃機関に本実施の形態にかかる装置を適用することにより、始動時水温ＴＨＷｓｔに基づいて判定値ＶＧＡを設定することによって得られる効果、詳しくは要求点火時期Ａｃａｌをノッキングの発生状況に見合う値に速やかに変更することができるようになるとの効果が顕著になる。

以下、このようにして学習処理の実行を許可する処理（実行許可処理）の詳細について説明する。
図４は上記実行許可処理の具体的な実行手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、所定時間毎の割り込み処理として、電子制御ユニット３０により実行される。

同図４に示すように、この処理では先ず、運転スイッチ３７の操作によって内燃機関１１の始動が開始されると（ステップＳ２００：ＹＥＳ）、このときの冷却水温度ＴＨＷ（前記始動時水温ＴＨＷｓｔ）に基づいて前記判定値ＶＧＡが設定される（ステップＳ２０１）。本実施の形態では、上記クリアランスが適度に小さくなる吸入空気量ＧＡの積算値ΣＧＡと始動時水温ＴＨＷｓｔとの関係が実験やシミュレーションの結果をもとに予め求められて電子制御ユニット３０に記憶されている。具体的には、そうした関係として、図５に示すように、始動時水温ＴＨＷｓｔが低いときほど上記判定値ＶＧＡが大きい値になる関係が記憶されている。ステップＳ２０１の処理では、そうした関係に基づいて上記判定値ＶＧＡが設定される。

また、このようにして判定値ＶＧＡが設定された後、内燃機関１１の始動開始後における吸入空気量ＧＡの積算値ΣＧＡの算出が開始される（ステップＳ２０２）。そして、上記積算値ΣＧＡが判定値ＶＧＡ未満である場合には（ステップＳ２０３：ＮＯ）、学習処理の実行が禁止された後（ステップＳ２０４）、本処理は一旦終了される。この場合には詳しくは、前記実行フラグ（図２のステップＳ１０４の処理を参照）がオフ操作されてノック学習値ＡＧＫＮＫの更新が禁止される。

その後において本処理が繰り返し実行されて、上記積算値ΣＧＡが判定値ＶＧＡ以上になると（図４のステップＳ２０３：ＹＥＳ）、学習処理の実行が許可された後（ステップＳ２０５）、本処理は一旦終了される。この場合には詳しくは、上記実行フラグがオン操作されることにより、以後においてノック学習値ＡＧＫＮＫの更新が許可されるようになる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）内燃機関１１の始動開始後における吸入空気量ＧＡの積算値ΣＧＡを算出するとともに、この積算値ΣＧＡが判定値ＶＧＡ未満であるときには学習処理の実行を禁止する一方、積算値ΣＧＡが判定値ＶＣＡ以上になったことをもって学習処理の実行を許可するようにした。そのため、内燃機関１１の始動開始後にピストン１３とシリンダ１２壁面とのクリアランスが適度に小さくなるまでの期間においてノック学習値ＡＧＫＮＫの更新を禁止することができる。したがって、首振り運動に伴う機関振動に基づくノック学習値ＡＧＫＮＫの誤更新を抑えることができ、点火時期が誤って遅角されることを抑えることができる。

（２）始動時水温ＴＨＷｓｔに基づいて判定値ＶＧＡを設定するようにしたために、内燃機関１１の始動開始時におけるピストン１３やシリンダ１２壁面の温度が低いときほど上記クリアランスが適度に小さくなるまでに必要になる熱量が多くなるといった傾向に応じたかたちで上記判定値ＶＧＡを設定することができる。そのため、判定値ＶＧＡをもとに上記クリアランスが適度に小さくなったことを的確に判定した上で、ノック学習値ＡＧＫＮＫの更新を許可することができる。しかも、内燃機関１１の温度が十分に高い状態で同内燃機関１１が始動される場合に、判定値ＶＧＡとして小さい値を設定することができるため、ノック学習値ＡＧＫＮＫおよびベース点火時期Ａｂｓｅ、ひいては要求点火時期Ａｃａｌをノッキングの発生状況に見合う値に速やかに変更することができるようになる。

（３）ノック学習値ＡＧＫＮＫの誤更新を抑えることにより、ベース点火時期Ａｂｓｅが過度に遅角側の時期に設定されることを抑えることができるために、要求点火時期Ａｃａｌが誤って遅角されることを好適に抑えることができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・判定値ＶＧＡの算出に用いる算出パラメータとしては、始動時水温ＴＨＷｓｔを採用することに限らず、内燃機関１１の始動開始時における同内燃機関１１の潤滑油の温度などを採用することができる。要は、始動開始時における内燃機関１１の温度の指標値であれば、上記算出パラメータとして用いることができる。また、内燃機関１１の温度そのものを検出して上記算出パラメータとして用いるようにしてもよい。

・始動開始時における内燃機関１１の温度に基づいて判定値を設定する構成を省略してもよい。
・吸入空気量ＧＡの積算値ΣＧＡが判定値ＶＧＡ以上であるときにノック学習値ＡＧＫＮＫの更新を許可することに代えて、燃料噴射量Ｑについての積算値ΣＱを算出するとともに同積算値ΣＱが判定値ＶＱ以上であるときにノック学習値ＡＧＫＮＫの更新を許可するようにしてもよい。こうした構成によっても、内燃機関１１の燃焼室１７内で発生する熱量の指標値である燃料噴射量Ｑの積算値ΣＱが判定値ＶＱ以上になるまでの期間、換言すれば内燃機関１１の始動開始後にピストン１３とシリンダ１２壁面とのクリアランスが適度に小さくなるまでの期間においてノック学習値ＡＧＫＮＫの更新を禁止することができる。その他、機関回転速度ＮＥについての積算値ΣＮＥ（例えば、実行許可処理の実行タイミングにおける機関回転速度ＮＥを積算した値）を算出するとともに同積算値ΣＮＥが判定値ＶＮＥ以上であるときにノック学習値ＡＧＫＮＫの更新を許可することも可能である。また、内燃機関１１の始動開始後における時間の積算値ΣＴを算出するとともに同積算値ΣＴが判定値ＶＴ以上であるときにノック学習値ＡＧＫＮＫの更新を許可することもできる。

・上記実施の形態にかかる装置は、ノック学習値ＡＧＫＮＫがベース点火時期Ａｂｓｅの算出に用いられる装置に限らず、同ノック学習値ＡＧＫＮＫが最遅角時期Ａｋｍｆの算出に用いられる装置などにも適用することができる。

・吸入空気量ＧＡの積算値ΣＧＡが判定値ＶＧＡ以上であるときにおいて採用する構成としては、同積算値ΣＧＡが判定値ＶＧＡ未満であるときと比較して要求点火時期Ａｏｐの遅角側の時期への変化を抑制することができる構成であれば、ノック学習値ＡＧＫＮＫの更新を禁止するといった構成に限らず、任意の構成を採用することができる。そうした構成としては、例えばノック制御量ＡＫＣＳの更新を禁止するとの構成や、ノック学習値ＡＧＫＮＫ（あるいはノック制御量ＡＫＣＳ）の変化速度を低い速度に抑えるとの構成、ノック学習値ＡＧＫＮＫ（あるいはノック制御量ＡＫＣＳ）についての限界値を設定してその変化を抑えるとの構成などを採用することができる。また、ノック判定レベルＶＫＤとしてノッキングの発生が判定され難くなる値（上記実施の形態では、大きい値）を設定するといった構成を採用することなども可能である。このように上記構成としては、要求点火時期Ａｏｐの設定に用いられる各種の設定パラメータの更新を禁止する構成、同設定パラメータの単位時間あたりの変化量を少なく抑える構成、あるいは同設定パラメータについての限界値を設定する構成などを採用することができる。

・本発明は、内燃機関の燃焼室内において燃料を直接噴射するタイプ、いわゆる直噴タイプの内燃機関にも適用することができる。

１１…内燃機関、１２…シリンダ、１３…ピストン、１４…コネクティングロッド、１５…クランクシャフト、１６…ピストンリング、１７…燃焼室、１８…吸気通路、１９…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…燃料タンク、２２…燃料ポンプ、２３…点火プラグ、２４…排気通路、３０…電子制御ユニット、３１…スロットルセンサ、３２…ノックセンサ、３３…空気量センサ、３４…クランクセンサ、３５…水温センサ、３６…アクセルセンサ、３７…運転スイッチ。

Claims (6)

1. ノックセンサにより検出される機関振動の強度とノック判定レベルとの比較を通じてノッキングの発生の有無を判定するとともにその判定結果に基づいて点火時期の制御目標値を設定する内燃機関の点火時期制御装置において、
   前記内燃機関の燃焼室内で発生する熱量の指標値についての同内燃機関の始動開始後における積算値を算出するとともに、同積算値が予め定められた判定値未満であるときには前記内燃機関のピストンの首振り運動に起因する機関振動によって前記制御目標値が誤って遅角側の時期に変化することを抑えるべく前記制御目標値をその遅角側の時期への変化を抑制しつつ設定し、前記積算値が前記判定値以上であるときには前記遅角側の時期への変化を抑制することなく前記制御目標値を設定する
   ことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
2. 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、
   当該装置は、前記判定結果に応じて学習値を更新するとともに同学習値に基づいて点火時期の制御目標値を設定するものであり、前記積算値が前記判定値未満であるときには前記制御目標値の遅角側の時期への変化を抑制するべく前記学習値の更新を禁止し、前記積算値が前記判定値以上であるときには前記遅角側の時期への変化を抑制することなく前記制御目標値を設定するために前記学習値の更新を許可する
   ことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
   当該装置は、前記内燃機関の運転状態および前記学習値に基づいて前記点火時期の制御基本値を算出するとともに同制御基本値に前記学習値を反映させることによって前記制御目標値を設定するものである
   ことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
4. 請求項１〜３のいず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、
   前記内燃機関の始動開始時における同内燃機関の温度を検出するとともに該検出した温度に基づいて前記判定値を設定する
   ことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
5. 請求項１〜４のいず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、
   前記指標値は前記内燃機関の吸入空気量である
   ことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
6. 請求項１〜４のいず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、
   前記指標値は前記内燃機関の燃料噴射量である
   ことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。

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