JP4710788B2

JP4710788B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4710788B2
Application number: JP2006277661A
Authority: JP
Inventors: 圭助河井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-10-11
Also published as: JP2008095593A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、少なくとも２種類の性状の異なる燃料を用いることのできる内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、性状の異なる複数種類の燃料を用いて運転される内燃機関が知られており、例えば、燃料としてアルコール等の異なる成分が混入されたガソリン燃料を使用して運転可能な内燃機関がある。ここで、一般に、ガソリン燃料やアルコール燃料については高い蒸発性を有するものとして知られているが、各々の燃料性状が完全に一致するものではない。このような内燃機関では、ガソリン燃料のみでの燃焼、ガソリン燃料にアルコール燃料を混合した場合での燃焼、アルコール燃料のみでの燃焼の何れの場合においても、機関運転状態に応じた的確な点火時期に点火させなければノッキングが発生してしまう。そして、上記のような少なくとも２種類の性状の異なる燃料を用いて燃焼を行う内燃機関では、上述のとおり燃料性状が異なることから、点火時期をいずれかの燃料性状にあわせて設定していると、異なる燃料性状の燃料に変更された際に点火時期が適合せず、この結果、ノッキングが発生したりエンジン出力が低下したりしてしまうおそれがある。このため、従来の内燃機関では、点火時期をノック検出手段からのノッキング（ノック振動）の検知有無に応じて学習値（更新幅）にしたがって徐々に遅角又は進角させて最適値に収束させ、過度のノッキングの発生を抑制しているものがある。

そして、このような内燃機関の制御装置として、例えば、特許文献１に記載の学習制御装置は、燃料性状の異なる燃料に変更した際に、この学習値を大きくすることで、点火時期を早期に最適値へ収束させ、これにより、ノッキングの発生や出力の低下を最小限に押させている。

特開２００３−１８４６１５号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載されている内燃機関の学習制御装置では、例えば、ガソリン燃料にアルコール燃料が添加された際には、アルコール燃料はオクタン価が高くノッキングが起こりにくいことから点火時期を進角側に学習しようとする一方、アルコール燃料には酸素が多く含まれていることから、空燃比がリーン側に大きくずれてしまい、このため、フィードバック制御により燃料噴射量を増加させ、空燃比をストイキに制御する必要がある。ここで、実際にはノッキングが発生する限界の点火時期（ノック発生限界点火時期）は、空燃比をリーン側からストイキに制御すると、これに応じて遅角側に変動することから、空燃比をリーンからストイキに制御する際の過渡期において、上記のような最適な点火時期の学習を実行しても、目標の空燃比における最適な点火時期を早期に学習することができず、また、空燃比がずれたまま学習することで、目標空燃比でのノッキングを適正に回避できず、学習完了時までのノッキング回数が増加してしまうことがあった。

そこで本発明は、燃料性状が変更されても早期にノッキングを回避可能な点火時期を学習することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関の制御装置は、少なくとも２種類の性状の異なる燃料と空気との混合気が燃焼可能な燃焼室と、前記混合気に点火する点火プラグと、内燃機関のノッキングを検出するノック検出手段と、前記内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記ノック検出手段によりノッキングが検出された際のノッキング強度と前記燃焼室内の未燃燃料量及び該未燃燃料が自己着火するタイミングに基づいたノッキングモデルとに応じて予測される予測ノック発生限界点火時期の、前記ノック検出手段によりノッキングが検出された際の実ノック発生点火時期に対する遅角量を学習値に設定する学習値設定手段と、前記ノック検出手段によりノッキングが検出された際に、前記空燃比に応じて変化するノック発生限界点火時期を前記学習値に基づいて遅角側に更新する点火時期学習手段と、前記点火時期学習手段により更新された前記ノック発生限界点火時期に基づいて前記点火プラグによる点火時期を制御する点火時期制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明による内燃機関の制御装置では、前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、前記混合気に点火された際に前記未燃燃料量が予め設定された判定値以下になるノック判定クランク角度及び前記混合気に点火された際に前記未燃燃料が自己着火する自己着火クランク角度に基づいて前記予測ノック発生限界点火時期を予測する予測ノック発生限界点火時期予測手段とを備えることを特徴とする。

請求項３に係る発明による内燃機関の制御装置では、前記予測ノック発生限界点火時期予測手段は、前記実ノック発生点火時期に対応した実ノック判定クランク角度を基準として点火時期に対応する前記ノック判定クランク角度を更新し、前記実ノック発生点火時期に対応した実自己着火クランク角度を基準として点火時期に対応する前記自己着火クランク角度を更新し、前記更新されたノック判定クランク角度と自己着火クランク角度とが等しくなる点火時期を前記予測ノック発生限界点火時期とすることを特徴とする。

請求項４に係る発明による内燃機関の制御装置では、前記空燃比に応じて変化するノック発生限界点火時期を示す曲線データ、点火時期に対応した前記ノック判定クランク角度を示す直線データ及び点火時期に対応した前記自己着火クランク角度を示す直線データを記憶する記憶部を備え、前記点火時期学習手段は、前記記憶部に記憶された前記ノック発生限界点火時期を示す曲線データを前記学習値に基づいてオフセットすることで該ノック発生限界点火時期を更新し、前記予測ノック発生限界点火時期予測手段は、前記記憶部に記憶された前記ノック判定クランク角度を示す直線データを前記実ノック判定クランク角度に応じたポイント上にオフセットすると共に前記記憶部に記憶された前記自己着火クランク角度を示す直線データを前記実自己着火クランク角度に応じたポイント上にオフセットし、該オフセットされた前記ノック判定クランク角度を示す直線データと前記自己着火クランク角度を示す直線データとの交点に基づいて前記予測ノック発生限界点火時期を予測することを特徴とする。

請求項５に係る発明による内燃機関の制御装置では、前記燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉自在な吸気弁及び排気弁と、前記吸気弁及び前記排気弁を用いて前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉可能であると共に開閉タイミングを変更可能な可変動弁手段と、前記内燃機関の負荷を調節する負荷調節手段とを備え、前記点火時期学習手段が前記ノック発生限界点火時期を更新する場合に、前記可変動弁手段は、前記吸気弁及び前記排気弁の開弁期間のオーバーラップをなくし、前記負荷調節手段は、前記内燃機関の負荷を予め設定された所定値以下に調節することを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、空燃比に応じて変化するノック発生限界点火時期を学習値に基づいて遅角側に更新する点火時期学習手段と、点火時期学習手段により更新されたノック発生限界点火時期に基づいて点火プラグによる点火時期を制御する点火時期制御手段とを備えるので、燃料性状が変更されても早期にノッキングを回避可能な点火時期を学習することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンを表す概略構成図、図２は、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンのＥＣＵを表すブロック図、図３は、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンにおける給油後点火時期学習制御を説明するフローチャート、図４は、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンにおける空燃比とノック発生限界点火時期との関係の一例を表すグラフ、図５は、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンにおけるノッキングモデルを説明する模式図、図６は、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンにおけるクランク角度と燃料燃焼割合との関係の一例を表すグラフ、図７は、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンにおける点火時期とノック判定クランク角度及び自己着火クランク角度との関係の一例を表すグラフである。

本実施例の内燃機関の制御装置において、図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１０は、性状の異なる少なくとも２種類の燃料を使用して運転される内燃機関であり、本実施例では、燃料としてアルコール燃料とガソリン燃料を使用して運転可能である。

このエンジン１０は、多気筒筒内噴射式であって、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。

燃焼室１８は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面とピストン１４の頂面により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。燃焼室１８は、アルコール燃料及びガソリン燃料と空気との混合気が燃焼可能であり、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。

なお、図示しないが、クランクシャフト１６に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４にそれぞれ固結された各カムシャフトシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト１６と吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が連動可能となっている。

従って、クランクシャフト１６に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、エンジン１０は、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が１回転することとなる。

また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１及び排気弁２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２７，２８となっている。この可変動弁手段としての吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４の軸端部にＶＶＴコントローラ２９，３０が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ３１，３２からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２９，３０の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対するカムシャフト２３，２４の位相を変更し、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気弁２１及び排気弁２２の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ３３，３４が設けられている。

吸気ポート１９には、吸気マニホールド３５を介してサージタンク３６が連結され、このサージタンク３６に吸気管３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にはエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の空気流動方向下流側にスロットル弁３９を有する負荷調節手段としての電子スロットル装置４０が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）４１が装着されており、このインジェクタ４１は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜して配置されている。各気筒に装着されるインジェクタ４１はデリバリパイプ４２に連結され、このデリバリパイプ４２には高圧燃料供給管４３を介して高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）４４が連結されている。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ４５が装着されている。

一方、排気ポート２０には、排気マニホールド４６を介して排気管４７が連結されており、この排気管４７には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する三元触媒４８，４９が装着されている。また、エンジン１０には、クランキングを行うスタータモータ５０が設けられており、エンジン始動時に図示しないピニオンギヤがリングギヤと噛み合った後、回転力がピニオンギヤからリングギヤへと伝わり、クランクシャフト１６を回転することができる。

ところで、車両にはマイクロコンピュータを中心として構成されエンジン１０の各部を制御可能な電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１が搭載されており、このＥＣＵ５１は、インジェクタ４１や点火プラグ４５などを制御可能となっている。即ち、吸気管３７の空気流動方向上流側にはエアフローセンサ５２及び吸気温センサ５３が装着され、また、サージタンク３６には吸気圧センサ５４が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、吸気圧（吸気管負圧）をＥＣＵ５１に出力している。また、電子スロットル装置４０にはスロットルポジションセンサ５５が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ５１に出力しており、アクセルポジションセンサ５６は、現在のアクセル開度をＥＣＵ５１に出力している。更に、エンジン１０のクランク角度を検出するクランク角度検出手段としてのクランク角センサ５７は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ５１に出力し、このＥＣＵ５１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。なおここで、エンジン回転数は、言い換えれば、クランクシャフト１６の回転速度に対応し、このクランクシャフト１６の回転速度が高くなれば、クランクシャフト１６の回転数、すなわち、エンジン１０のエンジン回転数も高くなる。

また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ５８が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ５１に出力している。更に、シリンダヘッド１２には燃焼室１８内の圧力、つまり、筒内圧力を検出する筒内圧検出手段としての筒内圧センサ５９が設けられており、検出した筒内圧力をＥＣＵ５１に出力している。この筒内圧センサ５９は、筒内圧を例えば印加圧力に応じて抵抗値が変化する検知素子に基づいて検出し、検出結果をＥＣＵ５１に出力するものである。なお、筒内圧センサ５９は、筒内圧を検出できるものであれば他の形式のセンサを用いてもよい。

また、各インジェクタ４１に連通するデリバリパイプ４２には燃料圧力を検出する燃圧センサ６０が設けられており、検出した燃料圧力をＥＣＵ５１に出力している。一方、排気管４７には、三元触媒４８の排気ガス流動方向上流側にエンジン１０の空燃比を検出する空燃比検出手段としてのＡ／Ｆセンサ６１、排気ガス流動方向下流側に酸素センサ６２が設けられている。Ａ／Ｆセンサ６１は、三元触媒４８に導入される前の排気ガスの排気ガス空燃比を検出し、検出した空燃比をＥＣＵ５１に出力し、酸素センサ６２は、三元触媒４８から排出された後の排気ガスの酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をＥＣＵ５１に出力している。このＡ／Ｆセンサ６１により検出された空燃比（推定空燃比）は、吸入空気と燃料とからなる混合ガスの空燃比（理論空燃比）をフィードバック制御するために用いられる。すなわち、Ａ／Ｆセンサ６１は、排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度から排気空燃比をリッチ域からリーン域までの全域にわたり検出し、これをＥＣＵ５１にフィードバックすることにより燃料噴射量を補正し、燃焼を運転状態に合わせた最適な燃焼状態に制御可能となる。なお、空燃比検出手段としてＡ／Ｆセンサ６１の代わりに酸素センサ等を用いてもよい。

さらに、ＥＣＵ５１には、エンジン１０のノッキングを検出するノック検出手段としてのノックセンサ６３と、燃料タンク内の燃料量を検出する燃料量センサ６４が電気的に接続されている。ノックセンサ６３は、エンジン１０におけるノッキングの発生を例えばシリンダブロック１１の振動により電圧が変化する圧電素子に基づいて検出し、検出結果をＥＣＵ５１に出力するものである。なお、ノックセンサ６３は、ノッキングの発生を検出できるものであれば他の形式のセンサを用いてもよい。

従って、ＥＣＵ５１は、検出した燃料圧力に基づいてこの燃料圧力が所定圧力となるように高圧燃料ポンプ４４を駆動すると共に、検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量（燃料噴射時間）、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ４１及び点火プラグ４５を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。また、ＥＣＵ５１は、検出した排気ガスの酸素濃度をフィードバックして空燃比がストイキ（理論空燃比）となるように燃料噴射量を補正している。

また、ＥＣＵ５１は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７，２８を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９または燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。

ここで、このようなエンジン１０では、ガソリン燃料のみでの燃焼、ガソリン燃料にアルコール燃料を混合した場合での燃焼、アルコール燃料のみでの燃焼の何れの場合においても、ノッキングの発生を防止すると共に高い出力を得るために、機関運転状態に応じた的確な点火時期で混合気に点火する必要がある。そして、上記のような少なくとも２種類の性状の異なる燃料を用いて燃焼を行うエンジン１０では、点火時期をいずれかの燃料性状にあわせて設定していると、異なる燃料性状の燃料に変更された際に点火時期が適合せず、この結果、ノッキングが発生したりエンジン出力が低下したりしてしまうおそれがある。そこで、燃料性状が変更された際にはこの点火時期を早期に最適な点火時期に収束させることが、過度のノッキングの発生の抑制及び出力の向上にとって重要である。

ところで、例えば、ガソリン燃料にアルコール燃料が添加された際には、アルコール燃料はオクタン価が高くノッキングが起こりにくいことから点火時期を進角側に学習しようとする一方、このアルコール燃料に酸素が多く含まれていることから、空燃比がリーン側に大きくずれてしまい、このため、フィードバック制御により燃料噴射量を増加させ、空燃比をストイキに制御する必要がある。ここで、実際にはノック発生限界点火時期は空燃比をリーン側からストイキに制御すると、これに応じて遅角側に変動することから、空燃比をリーンからストイキに制御する際の過渡期において、上記のような最適な点火時期の学習を実行しても、目標の空燃比における最適な点火時期を早期に学習することができず、また、空燃比がずれたまま学習することで、目標空燃比でのノッキングを適正に回避できず、学習完了時までのノッキング回数が増加してしまうおそれがある。なお、ここで、ノック発生限界点火時期は、ノッキングが発生する限界の点火時期であり、このノック発生限界点火時期よりも進角側で点火されるとノッキングが発生する一方、遅角側で点火されるとノッキングは発生しない。ただし、点火時期を遅角させすぎると十分な出力を確保できなくなるおそれがある。このため、ノッキングを回避しつつ適正な出力を確保するためには、ノッキングが発生しない程度にこのノック発生限界点火時期近傍で点火される必要がある。

そこで、本実施例のエンジン１０の制御装置では、図２に示すように、ＥＣＵ５１に、点火プラグ４５による点火時期を制御する点火時期制御手段としての点火時期制御部７１と、空燃比に応じて変化するノック発生限界点火時期を学習値に基づいて更新する点火時期学習手段としての点火時期学習部７２を設けることで、早期にノッキングを回避可能な点火時期を学習している。

さらに、具体的には、エンジン１０では、ＥＣＵ５１に、学習値を設定する学習値設定手段としての学習値設定部７３と、予測ノック発生限界点火時期を予測する予測ノック発生限界点火時期予測手段としての予測ノック発生限界点火時期予測部７４を設けている。そして、この学習値設定部７３は、ノックセンサ６３によりノッキングが検出された際の実ノック発生点火時期に対する予測ノック発生限界点火時期の遅角量に基づいて学習値を設定し、点火時期学習部７２は、ノックセンサ６３によりノッキングが検出された際に、ノック発生限界点火時期をこの学習値に基づいて遅角側に更新する。そして、点火時期制御部７１は、点火時期学習部７２により更新されたノック発生限界点火時期に基づいて点火プラグ４５による点火時期を制御する。

ここで、ＥＣＵ５１は、処理部７５、記憶部７６及び入出力部７７を有し、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。入出力部７７にはエンジン１０の各部を駆動する不図示の駆動回路、上述した各種センサが接続されており、入出力部７７は、これらのセンサ等との間で信号の入出力を行なう。また、記憶部７６には、エンジン１０を制御するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部７６は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）のような揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。

処理部７５は、不図示のメモリ及びＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）により構成されており、上述の点火時期制御部７１、点火時期学習部７２、学習値設定部７３、予測ノック発生限界点火時期予測部７４を有している。

当該エンジン１０における給油後の点火時期学習制御は、車両の各部に設けられたセンサによる検出結果に基づいて、処理部７５が前記コンピュータプログラムを当該処理部７５に組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じて制御信号を送ることにより実行される。その際に処理部７５は、適宜記憶部７６へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、エンジン１０を制御する場合には、前記コンピュータプログラムの代わりに、ＥＣＵ５１とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。

ここで、本実施例のエンジン１０の制御装置による給油後点火時期学習制御について、図３のフローチャートに基づいて詳細に説明する。以下の動作は、主としてＥＣＵ５１により実行される。

先ず、運転者がエンジン１０を始動させると点火時期学習制御が開始され、ＥＣＵ５１は各種センサからエンジン１０の運転状態を取得する（Ｓ１００）。次に、ＥＣＵ５１は、燃料量センサ６４により所定期間における燃料タンク内の燃料増加量に基づいて給油の有無を判定する（Ｓ１０２）。ＥＣＵ５１は、燃料の増加量が予め設定される値よりも大きければ、給油ありと判定し（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、給油フラグをＯＮにし（Ｓ１０４）、給油後点火時期学習条件が成立したか否かを判定する（Ｓ１０６）。燃料の増加量が予め設定される値よりも小さければ、給油なしと判定し（Ｓ１０２：Ｎｏ）、Ｓ１０４をパスして給油後点火時期学習条件が成立したか否かを判定する（Ｓ１０６）。

給油後点火時期学習条件が成立したか否かの判定においては、具体的には、ＥＣＵ５１は、給油フラグがＯＮになっているか否か、燃焼が安定しているか否か及び始動後の燃料使用量が予め定められる規定値以上であるか否かを判定する。燃焼安定性の判定は、不安定な運転状態での学習を避けるために判定するものであり、例えば、クランク角センサ５７が検出する回転数や筒内圧センサ５９が検出する筒内圧に応じて判定することができ、また、単にエンジン始動からの経過時間に応じて判定することもできる。始動後の燃料使用量が予め定められる規定値以上であるか否かの判定は、燃料配管内に残留していた旧燃料を使い切ったか否かを判定するものであり、燃料噴射量と予め分かっている配管容積に応じて判定することができ、また、単にエンジン始動からの経過時間に応じて判定することもできる。

給油後点火時期学習条件が成立していないと判定された場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、すなわち、給油フラグがＯＦＦである、燃焼が安定していない又は燃料配管内に残留していた旧燃料を使い切っていないと判定された場合には、Ｓ１００に戻って以降の処理を繰り返す。給油後点火時期学習条件が成立した判定された場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、すなわち、給油フラグがＯＮであり、燃焼が安定し、燃料配管内に残留していた旧燃料を使い切ったと判定された場合には、ＥＣＵ５１は、負荷調節手段としての電子スロットル装置４０により、燃焼室１８に吸入される吸入空気量を調節しエンジン１０の負荷を予め設定された所定値以下に調節し、可変動弁手段しての吸気・排気可変動弁機構２７，２８により吸気弁２１及び排気弁２２の開弁期間のオーバーラップをなくす（Ｓ１０８）。Ｓ１０８の前に既にエンジン１０の負荷が所定値以下に調節され、吸気弁２１及び排気弁２２の開弁期間のオーバーラップが０に制御されていた場合にはこれを継続する。

ここで、アルコール燃料はオクタン価が高くノッキングが発生しにくいことから、例えば、アルコール燃料使用時には点火時期が比較的進角側に学習されている可能性がある。このとき、燃料がアルコール燃料から通常のガソリン燃料に変更された場合には、ガソリン燃料はアルコール燃料よりもオクタン価が低いことから、上記のように進角側に学習されていた点火時期に対して、実際のノック発生限界点火時期が遅角側に移動し、この結果、大きなノッキングが発生するおそれがある。しかしながら、上記のようにエンジン１０の負荷が所定値以下に調節され、吸気弁２１及び排気弁２２の開弁期間のオーバーラップをなくすことで、燃焼室１８への吸入空気の充填効率を抑制すると共に内部ＥＧＲ量が抑えられ筒内温度の上昇が抑制されるため、大きなノッキングを起こしやすい運転状態を避けることがきる。

次に、ＥＣＵ５１は、ノックセンサ６３によりノッキングの発生の有無を判定する（Ｓ１１０）。ノッキングの発生を検出した場合（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、ノック発生限界点火時期を更新するための学習値を学習値設定部７３により予測的に算出し（Ｓ１１２）、点火時期学習部７２により空燃比に応じて変化するノック発生限界点火時期をこの学習値に基づいて更新する（Ｓ１１４）。

ここで、図４は、エンジンに１０おける空燃比とノック発生限界点火時期との関係の一例を表すグラフであり、横軸を空燃比（Ａ／Ｆ）、縦軸を点火時期（ｄｅｇ．ＢＴＤＣ：Before Top Dead Center）としている。図中点線は学習値に基づいて更新する前のノック発生限界点火時期を示す曲線Ｘ₀の一例を表し、実線は更新後のノック発生限界点火時期を示す曲線Ｘ₁の一例を表す。本図に示すように、ノッキングが発生する限界の点火時期は、実際には空燃比が変化することでこれに伴って変化する。さらに、具体的には、ノック発生限界点火時期は、リッチ側からストイキ側に向かって徐々に遅角側に移動していき、その後、所定の空燃比からリーン側に向かって再び進角側に移動する特性を有している。

例えば、いま、リーン側の空燃比Ａにおいてノッキングの発生が検出された点火時期を点火時期ａとし、仮に曲線Ｘ₁が実際のノック発生限界点火時期を示す曲線であるとすると、空燃比Ａにおけるノック発生限界点火時期は点火時期ｂである。このとき、上述したようなノック発生限界点火時期が空燃比に応じて変化するという特性を考慮せずに、空燃比Ａをストイキ側の目標空燃比に制御すると共に点火時期ｂで点火を行うと、目標空燃比におけるノック発生限界点火時期は実際には遅角側に変化して点火時期ｃになっており、この結果、点火時期の遅角量が足りず、曲線Ｘ₁を境界として進角側の領域であるノッキング発生領域内の点火時期で点火を実行してしまうことになる。すなわち、空燃比Ａをストイキ側の目標空燃比に制御する間にノッキングが多発することになる。

しかしながら、本実施例では、点火時期学習部７２により空燃比に応じて変化するノック発生限界点火時期を学習値に基づいて遅角側に更新する。すなわち、点火時期学習部７２は、更新前のノック発生限界点火時期を示す曲線Ｘ₀を学習値に応じて遅角側に曲線Ｘ₁までオフセットする。そして、点火時期制御部７１は、このオフセットされたノック発生限界点火時期を示す曲線Ｘ₁に基づいて、目標空燃比に応じた適正な点火時期を設定し、点火プラグ４５による点火時期を制御することで、空燃比を目標空燃比に制御する際にもノッキング発生領域を通過することがなく、このため、空燃比を目標空燃比に制御する過渡期においても、適正に点火時期の学習を実行することができ、早期にノッキングを回避可能な点火時期を学習することができる。

ここで、図４に示した空燃比とノック発生限界点火時期との関係は、エンジン１０の運転状態に応じて変化する。このため、空燃比とノック発生限界点火時期との関係は、エンジン１０の各運転状態に応じてマップ化し記憶部７６に記憶しておいてもよいし、運転状態を示す各種パラメータに基づいて近似式としてデータ化して記憶部７６に記憶しておいてもよい。点火時期学習部７２は、記憶部７６に記憶されたノック発生限界点火時期を運転状態に応じて読み出して更新する。

ここで、ノック発生限界点火時期を更新するための学習値は、学習値設定部７３によって、ノッキングが検出された際のノッキング強度と、図５に模式的に示すような、燃焼室１８内の未燃燃料量及び該未燃燃料が自己着火するタイミングに基づいたノッキングモデルとに応じて設定される。

燃焼室１８内の未燃燃料が自己着火するタイミングを表す自着火予測式は、例えば、下記数式（１）を用いてモデル化することができる。ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅａは適合値、Ｐは筒内圧、Ｔｕは筒内未燃燃料温度、φは当量比を示す。この数式（１）は、いわゆるＬｉｖｅｎｇｏｏｄ−Ｗｕ積分であり、この式が成立するタイミングで燃焼室１８内の未燃燃料が自己着火する。

そして、この燃焼室１８内の未燃燃料が自己着火タイミングにおいて、燃焼室１８内に未燃燃料が所定量残留していれば、ノッキングが発生することになる。

図６は、エンジンにおけるクランク角度と燃料燃焼割合との関係の一例を表すグラフであり、横軸をクランク角度（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ：After Top Dead Center）、縦軸を燃料の燃焼割合（％）としている。燃焼室１８内の未燃燃料量は、図６に示すように、クランク角度に応じて変化し、行程が進む程に減少する。

ここで、燃焼室１８内の未燃燃料が自己着火するタイミングにおいて、ノッキングが発生するために最低限必要な未燃燃料量をＴＫ判定値とする。このＴＫ判定値は、エンジン回転数や負荷等に応じて予め設定される。そして、ある点火時期において燃焼室１８内の混合気に点火された際に未燃燃料量がこのＴＫ判定値以下になるクランク角度をノック判定クランク角度Ｃｂとし、未燃燃料が自己着火するタイミングにおけるクランク角度を自己着火クランク角度Ｃｌとする。

図７は、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンにおける点火時期と自己着火クランク角度Ｃｌ及びノック判定クランク角度Ｃｂとの関係の一例を表すグラフである。本図に示すように、自己着火クランク角度Ｃｌ及びノック判定クランク角度Ｃｂは、所定の点火時期に対応し、近似一次式で表すことができる。すなわち、ある点火時期に対応した自己着火クランク角度Ｃｌ及びノック判定クランク角度Ｃｂは、当該点火時期に応じて一義的に算出することができる。本図中、点火時期に応じた自己着火クランク角度Ｃｌを直線Ｙ（Ｙ₀及びＹ₁）で示し、点火時期に応じたノック判定クランク角度Ｃｂを直線Ｚ（Ｚ₀及びＺ₁）で示す。自己着火クランク角度Ｃｌ及びノック判定クランク角度Ｃｂは、点火時期が遅角されるほど大きくなる。

ここで、未燃燃料量がＴＫ判定値以下になるノック判定クランク角度Ｃｂよりも行程が進むと、既にノッキングの発生に必要な未燃燃料量が燃焼室１８内に残留していないことから、自己着火クランク角度Ｃｌに到達してもノッキングは発生しない。すなわち、図７において、直線Ｚを境界として、クランク角度が大きくなる側（図中上側）の領域ではノッキングが発生することはない。

一方、ノック判定クランク角度Ｃｂよりも前の行程では、ノッキングの発生に必要な未燃燃料量が十分に燃焼室１８内に残留していることから、自己着火クランク角度Ｃｌに到達した時点でノッキングが発生する。すなわち、[ノック判定クランク角度Ｃｂ]＞[自己着火クランク角度Ｃｌ]となる点火時期領域においてはノッキングが発生する。

なお、自己着火クランク角度Ｃｌに到達した時点で未燃燃料量が多いほど、そのノッキングの強度は大きくなる。すなわち、 [ノック判定クランク角度Ｃｂ]−[自己着火クランク角度Ｃｌ]の値が大きくなるほど、自己着火クランク角度Ｃｌに到達した時点での未燃燃料量が多くなるため、そのノッキングの強度は大きくなる。つまり、[ノック判定クランク角度Ｃｂ]−[自己着火クランク角度Ｃｌ]の値は、ノッキングの強度に相当する値であり、その値が大きくなるほどノッキングの強度も大きくなる。

予測ノック発生限界点火時期予測部７４は、上述したこのノッキングモデルの特性を利用し、ノック判定クランク角度Ｃｂと自己着火クランク角度Ｃｌに基づいて予測ノック発生限界点火時期を予測する。点火時期とノック判定クランク角度Ｃｂ及び自己着火クランク角度Ｃｌとの関係は、エンジン１０の各運転状態に応じてマップ化し記憶部７６に記憶しておいてもよいし、近似一次式（直線Ｙ、Ｚ）としてデータ化して記憶部７６に記憶しておいてもよい。予測ノック発生限界点火時期予測部７４は記憶部７６に記憶されたノック判定クランク角度Ｃｂ及び自己着火クランク角度Ｃｌを点火時期に応じて読み出して予測ノック発生限界点火時期を予測する。

図７を続けて参照して、上述した予測ノック発生限界点火時期予測部７４による予測ノック発生限界点火時期の予測を具体的に説明する。いま、ノックセンサ６３によりノッキングが検出された際の点火時期を実ノック発生点火時期Ａとする。このとき、実際にノッキングによる振動が検出され始めたクランク角度が、実際に未燃燃料が自己着火したタイミング、すなわち、実ノック発生点火時期Ａにおける実自己着火クランク角度Ｃｌ₀である。

そして、所定の点火時期に対応した自己着火クランク角度Ｃｌを示す直線Ｙは、この実ノック発生点火時期Ａ及び実自己着火クランク角度Ｃｌ₀で表されるポイントを通ることになる。つまり、予測ノック発生限界点火時期予測部７４は、図中点線で示した自己着火クランク角度Ｃｌを示す直線Ｙ₀をその傾きを変えずに、実ノック発生点火時期Ａ及び実自己着火クランク角度Ｃｌ₀で表されるポイントを通過する実線で示した直線Ｙ₁までオフセットすることで、実ノック発生点火時期Ａに対応した実自己着火クランク角度Ｃｌ₀を基準としてこの自己着火クランク角度Ｃｌを更新する。

次に、この実ノック発生点火時期Ａに対応する実ノック判定クランク角度Ｃｂ₀は、この実ノック発生点火時期Ａにおいて実際にノッキングが発生していることから、少なくとも、実自己着火クランク角度Ｃｌ₀よりも大きい値をとっているはずである。そして、この[実ノック判定クランク角度Ｃｂ₀]−[実自己着火クランク角度Ｃｌ₀]の値が今回のノッキング強度に相当することになる。

具体的には、予測ノック発生限界点火時期予測部７４は、ノッキングが発生した際に筒内圧センサ５９により検出される筒内圧力に応じて発熱割合を算出し燃料の燃焼割合を算出する。そして、この燃焼割合とクランク角度との関係は、上述した図６に示したようになることから、今回のノッキングが発生した際に残留していた未燃燃料量に応じたクランク角度を算出することができる。このとき、実ノック発生点火時期Ａにおいて実際にノッキングが発生していることから、この燃焼割合においては、燃焼室１８内の未燃燃料量が少なくともＴＫ判定値以上残留していることになる。すなわち、このクランク角度を実ノック判定クランク角度Ｃｂ₀と予測することができる。

所定の点火時期に対応したノック判定クランク角度Ｃｂを示す直線Ｚは、この実ノック発生点火時期Ａ及び実ノック判定クランク角度Ｃｂ₀で表されるポイントを通ることになる。つまり、予測ノック発生限界点火時期予測部７４は、図中点線で示したノック判定クランク角度Ｃｂを示す直線Ｚ₀をその傾きを変えずに、実ノック発生点火時期Ａ及び実ノック判定クランク角度Ｃｂ₀で表されるポイントを通過する実線で示した直線Ｚ₁までオフセットすることで、実ノック発生点火時期Ａに対応した実ノック判定クランク角度Ｃｂ₀を基準としてこのノック判定クランク角度Ｃｂを更新する。

そして、上述したように、[ノック判定クランク角度Ｃｂ]＞[自己着火クランク角度Ｃｌ]となる点火時期領域においてノッキングが発生する一方、[ノック判定クランク角度Ｃｂ]＜[自己着火クランク角度Ｃｌ]となる点火時期領域においてはノッキングは発生しない。つまり、[ノック判定クランク角度Ｃｂ]＝[自己着火クランク角度Ｃｌ]となるクランク角度Ｃ₁（Ｃ₁＝Ｃｂ₁＝Ｃｌ₁）に対応した点火時期をこのときのノッキングが発生する限界の点火時期であると予測することができる。すなわち、予測ノック発生限界点火時期予測部７４は、実ノック発生点火時期Ａ及び実自己着火クランク角度Ｃｌ₀で表されるポイントを通るようにオフセットされた直線Ｙ₁と、実ノック発生点火時期Ａ及び実ノック判定クランク角度Ｃｂ₀で表されるポイントを通るようにオフセットされた直線Ｚ₁との交点における点火時期を予測ノック発生限界点火時期Ｂと予測することができる。

学習値設定部７３は、実ノック発生点火時期Ａと予測ノック発生限界点火時期予測部７４により予測される予測ノック発生限界点火時期Ｂとに基づいて学習値を設定する。すなわち、学習値設定部７３は、実ノック発生点火時期Ａに対する予測ノック発生限界点火時期Ｂの遅角量を学習値に設定する。点火時期学習部７２は、学習値設定部７３により設定されたこの学習値に応じて、図４で示したノック発生限界点火時期を示す曲線Ｘ₀を遅角側に曲線Ｘ₁までオフセットする。点火時期制御部７１は、このオフセットされた曲線Ｘ₁において、目標空燃比に応じたノック発生限界点火時期に基づいて点火プラグ４５の最適な点火時期を制御する。これにより、予測ノック発生限界点火時期Ｂを予測し、実ノック発生点火時期Ａからの遅角量を学習値に設定してノック発生限界点火時期を更新するので、例えば、アルコール燃料からガソリン燃料に変更された際等大きなノッキングが発生しやすい場合でも、ノッキングが発生した点火時期からの学習値（遅角量）を早期に設定することができ、学習の収束性が向上し、迅速に最適な点火時期を学習することができる。

再び、図３を参照して、ＥＣＵ５１は、ノックセンサ６３によりノッキングの発生の有無を判定し（Ｓ１１０）、ノッキングの発生を検出していない場合（Ｓ１１０：Ｎｏ）、学習値設定部７３により給油後の点火時期更新幅（進角量）で、ノック発生限界点火時期の学習値を進角方向に更新し（Ｓ１１６）、この学習値に基づいて点火時期学習部７２によりノック発生限界点火時期を更新する（Ｓ１１４）。ここで、給油後の点火時期更新幅（進角量）は、進角側への学習を早期に完了できるように、通常の更新幅よりも大きな値を予め設定しておく。

そして、Ｓ１１４においてノック発生限界点火時期が更新された後、点火時期制御部７１によりこの更新されたノック発生限界点火時期に基づいて点火プラグ４５の点火時期を制御する。その後、ＥＣＵ５１は、給油後点火時期学習終了条件が成立したか否かを判定する（Ｓ１１８）。

給油後点火時期学習終了条件が成立したか否かの判定においては、具体的には、ＥＣＵ５１は、前回のノック発生限界点火時期の更新時と比較して、学習値の更新幅が小さくなり、学習の方向が反転し、かつ、所定期間内にノッキングが発生しなかった場合に、給油後点火時期学習終了条件が成立したと判定する。なお、学習方向が反転するのは、前回の更新時に進角側に学習し、今回の更新時に遅角側に学習した場合やその逆の場合である。

給油後点火時期学習終了条件が成立していないと判定された場合（Ｓ１１８：Ｎｏ）、Ｓ１００に戻って以降の処理を繰り返す。給油後点火時期学習終了条件が成立したと判定された場合（Ｓ１１８：Ｙｅｓ）、Ｓ１０４でＯＮにした給油フラグをＯＦＦにした後にＳ１００に戻って以降の処理を繰り返す。

以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１０の制御装置によれば、少なくとも２種類の性状の異なる燃料と空気との混合気が燃焼可能な燃焼室１８と、混合気に点火する点火プラグ４５と、エンジン１０のノッキングを検出するノックセンサ６３と、エンジン１０の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ６１とを備え、ＥＣＵ５１に、ノックセンサ６３によりノッキングが検出された際に、空燃比に応じて変化するノック発生限界点火時期を学習値に基づいて遅角側に更新する点火時期学習部７２と、点火時期学習部７２により更新されたノック発生限界点火時期に基づいて点火プラグ４５による点火時期を制御する点火時期制御部７１を設けている。

したがって、空燃比に応じて変化するノック発生限界点火時期を学習値に基づいて遅角側に更新し、この更新されたノック発生限界点火時期に基づいて点火時期を制御することから、空燃比を目標空燃比に制御する過渡期においても、適正に点火時期の学習を実行することができるので、燃料性状が変更されても早期にノッキングを回避可能な点火時期を学習することができる。また、早期に最適な点火時期を学習することができるので、早期に適正な出力を確保することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１０の制御装置によれば、ノックセンサ６３によりノッキングが検出された際のノッキング強度と、燃焼室１８内の未燃燃料量及び該未燃燃料が自己着火するタイミングに基づいたノッキングモデルとに応じて学習値を設定する学習値設定部７３を備える。したがって、点火時期学習部７２は、ノッキング発生時のノッキング強度とノッキングモデルに基づいてノッキングが発生するごとに設定される学習値に応じてノック発生限界点火時期を更新するので、点火時期を過度のノッキングが発生しない適正な点火時期まで素早く遅角することができ、最適な点火時期への収束性が向上し、早期に最適な点火時期を学習することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１０の制御装置によれば、エンジン１０のクランク角度を検出するクランク角センサ５７と、混合気に点火された際に未燃燃料量が予め設定された判定値以下になるノック判定クランク角度Ｃｂ及び混合気に点火された際に未燃燃料が自己着火する自己着火クランク角度Ｃｌに基づいて予測ノック発生限界点火時期を予測する予測ノック発生限界点火時期予測部７４とを備え、学習値設定部７３は、ノックセンサ６３によりノッキングが検出された際の実ノック発生点火時期に対する予測ノック発生限界点火時期の遅角量に基づいて学習値を設定する。したがって、ノック判定クランク角度Ｃｂと自己着火クランク角度Ｃｌとに基づいて予測ノック発生限界点火時期を予測し、実ノック発生点火時期に対するこの予測ノック発生限界点火時期の遅角量を学習値に設定することから、例えば、アルコール燃料からガソリン燃料に変更された際等大きなノッキングが発生しやすい場合でも、予測ノック発生限界点火時期に応じた最適な学習値を早期に設定することができ、この結果、最適な点火時期への収束性をさらに向上することができると共にノッキングの発生を効果的に抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１０の制御装置によれば、予測ノック発生限界点火時期予測部７４は、実ノック発生点火時期に対応した実ノック判定クランク角度Ｃｂ₀を基準として点火時期に対応するノック判定クランク角度Ｃｂを更新し、実ノック発生点火時期に対応した実自己着火クランク角度Ｃｌ₀を基準として点火時期に対応する自己着火クランク角度Ｃｌを更新し、この更新されたノック判定クランク角度Ｃｂと自己着火クランク角度Ｃｌとが等しくなる点火時期を予測ノック発生限界点火時期とする。したがって、実ノック判定クランク角度Ｃｂ₀及び実自己着火クランク角度Ｃｌ₀を基準としてノック判定クランク角度Ｃｂ及び自己着火クランク角度Ｃｌを更新することで、[ノック判定クランク角度Ｃｂ]＝[自己着火クランク角度Ｃｌ]となるクランク角度Ｃ₁に対応した点火時期をノック発生限界点火時期であると予測することができる。この結果、容易に実ノック発生点火時期に対する予測ノック発生限界点火時期の遅角量を算出することができ、この遅角量を学習値に設定することで、学習値を予測ノック発生限界点火時期に応じた値にすることができる。このため、点火時期の学習の初期の段階で最適な学習値を設定することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１０の制御装置によれば、空燃比に応じて変化するノック発生限界点火時期を示す曲線Ｘ、点火時期に対応した自己着火クランク角度Ｃｌを示す直線Ｙ及び点火時期に対応したノック判定クランク角度Ｃｂを示す直線Ｚを記憶する記憶部７６を備え、点火時期学習部７２は、記憶部７６に記憶されたノック発生限界点火時期を示す曲線Ｘを学習値に基づいてオフセットすることで該ノック発生限界点火時期を更新し、予測ノック発生限界点火時期予測部７４は、記憶部７６に記憶された自己着火クランク角度Ｃｌを示す直線Ｙを実自己着火クランク角度Ｃｌ₀に応じたポイント上にオフセットすると共に記憶部７６に記憶されたノック判定クランク角度Ｃｂを示す直線Ｚを実ノック判定クランク角度Ｃｂ₀に応じたポイント上にオフセットし、該オフセットされた自己着火クランク角度Ｃｌを示す直線Ｙとノック判定クランク角度Ｃｂを示す直線Ｚとの交点に基づいて予測ノック発生限界点火時期を予測する。したがって、ＥＣＵ５１における演算量を少なくすることでき、この結果、高速で給油後点火時期学習制御を実行することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１０の制御装置によれば、燃焼室１８に連通する吸気ポート１９及び排気ポート２０と、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉自在な吸気弁２１及び排気弁２２と、吸気弁２１及び排気弁２２を用いて吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉可能であると共に開閉タイミングを変更可能な吸気・排気可変動弁機構２７、２８と、エンジン１０の負荷を調節する電子スロットル装置４０とを備え、点火時期学習部７２がノック発生限界点火時期を更新する場合に、吸気・排気可変動弁機構２７、２８は、吸気弁２１及び排気弁２２の開弁期間のオーバーラップをなくし、電子スロットル装置４０は、エンジン１０の負荷を予め設定された所定値以下に調節する。したがって、エンジン１０の負荷が所定値以下に調節され、吸気弁２１及び排気弁２２の開弁期間のオーバーラップをなくすことで、燃焼室１８への吸入空気の充填効率を抑制すると共に内部ＥＧＲ量が抑えられ筒内温度の上昇が抑制されるため、大きなノッキングを起こしやすい運転状態を避けることがきる。この結果、以降の点火時期学習において、大きなノッキングの発生を回避しながらより正確な点火時期学習を実行することができる。

なお、上述した本発明の実施例に係るエンジン１０の制御装置は、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。以上の説明では、本発明の内燃機関の制御装置を筒内噴射式の多気筒エンジンに適用して説明したが、この形式のエンジンに限らず、直列型またはＶ型エンジンに適用することもでき、ポート噴射式の内燃機関に適用しても同様の作用効果を奏することができる。また、以上の説明では、性状の異なる少なくとも２種類の燃料としてアルコール燃料とガソリン燃料を使用して運転可能な内燃機関であるものとして説明したが、これに限らず、例えば、炭化水素燃料と水素ガスの双方を燃料として使用可能な内燃機関であってもよい。

また、以上の説明では、学習値は学習値設定部７３によりノッキングが検出された際のノッキング強度とノッキングモデルに応じて設定されるものとして説明したが、運転状態に応じて予め設定した値を用いるようにしてもよい。

また、以上の説明では、予測ノック発生限界点火時期予測部７４は、クランク角度を用いて予測ノック発生限界点火時期を予測するものとして説明したが、単純に時間を用いて予測するようにしてもよい。また、以上の説明では、予測ノック発生限界点火時期予測部７４は、[ノック判定クランク角度Ｃｂ]＝[自己着火クランク角度Ｃｌ]となるクランク角度Ｃ₁に対応した点火時期を予測ノック発生限界点火時期と予測するものとして説明したが、[ノック判定クランク角度Ｃｂ]＜[自己着火クランク角度Ｃｌ]となる点火時期領域ではノッキングは発生しないことから、[ノック判定クランク角度Ｃｂ]＝[自己着火クランク角度Ｃｌ]となるクランク角度Ｃ₁に若干のマージンを持たせて[ノック判定クランク角度Ｃｂ] ＜[自己着火クランク角度Ｃｌ]となるクランク角度に対応した点火時期を予測ノック発生限界点火時期としてもよい。

また、以上の説明では、筒内圧センサ５９が検出する筒内圧に応じてノッキングが発生した際に残留していた未燃燃料量に応じたクランク角度を算出するものとしたが、運転状態を示す各種パラメータに基づいた数式モデルとして記憶部７６に記憶しておき、この数式モデルに基づいて算出するようにしてもよい。この場合、筒内圧センサ５９を設ける必要がなくなるため構成をより簡単にすることができ、製造コストの低減にも資することができる。また、Ａ／Ｆセンサ６１により検出されるノッキング発生時の空燃比は、燃焼室１８から排出される排気ガスがＡ／Ｆセンサ６１に接触するまでの時間を考慮して算出するとよい。この場合、より正確な点火時期学習が可能となる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、早期にノッキングを回避可能な点火時期を学習するものであり、種々の内燃機関に用いて好適である。

本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンを表す概略構成図である。本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンのＥＣＵを表すブロック図である。本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンにおける給油後点火時期学習制御を説明するフローチャートである。本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンにおける空燃比とノック発生限界点火時期との関係の一例を表すグラフである。本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンにおけるノッキングモデルを説明する模式図である。本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンにおけるクランク角度と燃焼割合との関係の一例を表すグラフである。本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンにおける点火時期とノック判定クランク角度及び自己着火クランク角度との関係の一例を表すグラフである。

符号の説明

１０エンジン（内燃機関）
１４ピストン
１６クランクシャフト
１８燃焼室
１９吸気ポート
２０排気ポート
２１吸気弁
２２排気弁
２７吸気可変動弁機構（可変動弁手段）
２８排気可変動弁機構（可変動弁手段）
４０電子スロットル装置（負荷調節手段）
４１インジェクタ
４５点火プラグ
５１ＥＣＵ
５７クランク角センサ（クランク角度検出手段）
６１Ａ／Ｆセンサ（空燃比検出手段）
６３ノックセンサ（ノック検出手段）
７１点火時期制御部（点火時期制御手段）
７２点火時期学習部（点火時期学習手段）
７３学習値設定部（学習値設定手段）
７４予測ノック発生限界点火時期予測部（予測ノック発生限界点火時期予測手段）
７５処理部
７６記憶部

Claims

少なくとも２種類の性状の異なる燃料と空気との混合気が燃焼可能な燃焼室と、
前記混合気に点火する点火プラグと、
内燃機関のノッキングを検出するノック検出手段と、
前記内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記ノック検出手段によりノッキングが検出された際のノッキング強度と前記燃焼室内の未燃燃料量及び該未燃燃料が自己着火するタイミングに基づいたノッキングモデルとに応じて予測される予測ノック発生限界点火時期の、前記ノック検出手段によりノッキングが検出された際の実ノック発生点火時期に対する遅角量を学習値に設定する学習値設定手段と、
前記ノック検出手段によりノッキングが検出された際に、前記空燃比に応じて変化するノック発生限界点火時期を前記学習値に基づいて遅角側に更新する点火時期学習手段と、
前記点火時期学習手段により更新された前記ノック発生限界点火時期に基づいて前記点火プラグによる点火時期を制御する点火時期制御手段とを備えることを特徴とする、
内燃機関の制御装置。
前記内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、
前記混合気に点火された際に前記未燃燃料量が予め設定された判定値以下になるノック判定クランク角度及び前記混合気に点火された際に前記未燃燃料が自己着火する自己着火クランク角度に基づいて前記予測ノック発生限界点火時期を予測する予測ノック発生限界点火時期予測手段とを備えることを特徴とする、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記予測ノック発生限界点火時期予測手段は、前記実ノック発生点火時期に対応した実ノック判定クランク角度を基準として点火時期に対応する前記ノック判定クランク角度を更新し、前記実ノック発生点火時期に対応した実自己着火クランク角度を基準として点火時期に対応する前記自己着火クランク角度を更新し、前記更新されたノック判定クランク角度と自己着火クランク角度とが等しくなる点火時期を前記予測ノック発生限界点火時期とすることを特徴とする、
請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記空燃比に応じて変化するノック発生限界点火時期を示す曲線データ、点火時期に対応した前記ノック判定クランク角度を示す直線データ及び点火時期に対応した前記自己着火クランク角度を示す直線データを記憶する記憶部を備え、
前記点火時期学習手段は、前記記憶部に記憶された前記ノック発生限界点火時期を示す曲線データを前記学習値に基づいてオフセットすることで該ノック発生限界点火時期を更新し、
前記予測ノック発生限界点火時期予測手段は、前記記憶部に記憶された前記ノック判定クランク角度を示す直線データを前記実ノック判定クランク角度に応じたポイント上にオフセットすると共に前記記憶部に記憶された前記自己着火クランク角度を示す直線データを前記実自己着火クランク角度に応じたポイント上にオフセットし、該オフセットされた前記ノック判定クランク角度を示す直線データと前記自己着火クランク角度を示す直線データとの交点に基づいて前記予測ノック発生限界点火時期を予測することを特徴とする、
請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
前記燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、
前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉自在な吸気弁及び排気弁と、
前記吸気弁及び前記排気弁を用いて前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉可能であると共に開閉タイミングを変更可能な可変動弁手段と、
前記内燃機関の負荷を調節する負荷調節手段とを備え、
前記点火時期学習手段が前記ノック発生限界点火時期を更新する場合に、
前記可変動弁手段は、前記吸気弁及び前記排気弁の開弁期間のオーバーラップをなくし、
前記負荷調節手段は、前記内燃機関の負荷を予め設定された所定値以下に調節することを特徴とする、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。