JP5223390B2 - エンジンの点火時期制御装置及びエンジンの点火時期制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）の点火時期制御装置及びエンジンの点火時期制御方法に関する。

吸気バルブの作動角は一定のまま吸気バルブの開閉タイミング（開時期と閉時期）を指令値に応じて進遅角する可変バルブタイミング機構を備えるエンジンにおいて、吸気バルブ閉時期ＩＶＣが吸気下死点（吸気行程が終了するときにおけるピストンの下死点のこと）であるのときのトレース点火時期をトレース点火時期基本値とし、これに吸気バルブ閉時期ＩＶＣが吸気下死点からズレたとき、このトレース点火時期基本値に吸気バルブ閉時期ＩＶＣの吸気下死点からのズレ量に応じたトレース点火時期補正量を進角補正量として加えることで、トレース点火時期推定値を算出するものがある（特許文献１参照）。
特開２００５−２３８０６公報

ところで、上記の可変バルブタイミング機構に加えて、吸気バルブのバルブリフト最大量及び吸気バルブの作動角を指令値に応じて可変制御する可変バルブ機構を備えるエンジンがある。こうしたエンジンでは、吸気バルブ中心角が同じでも、吸気バルブ閉時期や吸排気バルブのバルブオーバーラップ量を自由に変えることができるため、圧縮比や燃焼室内の内部不活性ガス率が大きく変わり最適なトレース点火時期推定値が変化してしまう。そのため、上記特許文献１の技術を、吸気バルブ中心角に加えて吸気バルブのバルブリフト最大量および吸気バルブのバルブ作動角も可変のエンジン、つまり可変バルブタイミング機構に加えて可変バルブ機構をも備えるエンジンに適用し、吸気バルブ中心角のみに応じて補正を行っても最適なトレース点火時期推定値を算出できない。

そこで本発明は、吸気バルブ側に可変バルブタイミング機構と可変バルブ機構とを備えるエンジンに対応した汎用性のある点火時期制御装置及び点火時期制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、吸気バルブの作動角は一定のまま吸気バルブの開閉タイミングを指令値に応じて進遅角する可変バルブタイミング機構（２７）と、吸気バルブのバルブリフト最大量及び吸気バルブの作動角を指令値に応じて可変制御する可変バルブ機構（２８）とを備えるエンジンにおいて、少なくともエンジンの回転速度と、エンジンの負荷と、最低圧縮比と最高圧縮比の間で前記可変バルブタイミング機構（２７）に与える指令値及び前記可変バルブ機構（２８）に与える指令値に応じて変化する圧縮比である実効圧縮比と、燃焼室内ガスの燃焼速度とに基づいてトレース点火時期推定値を算出し、この算出されたトレース点火時期推定値で火花点火を行うように構成すると共に、前記可変バルブタイミング機構（２７）に与える指令値及び前記可変バルブ機構（２８）に与える指令値により定まる吸気バルブ閉時期をシリンダ新気量で補正した値である実効吸気バルブ閉時期に基づいて前記実効圧縮比を算出する。

同じ回転速度、同じエンジン負荷でも、実効圧縮比が高いほどトレース点火時期は遅角方向に変化する。これに合わせて本発明によれば、少なくともエンジンの回転速度と、エンジンの負荷と、最低圧縮比と最高圧縮比の間で可変バルブタイミング機構に与える指令値及び可変バルブ機構に与える指令値に応じて変化する圧縮比である実効圧縮比とに基づいてトレース点火時期推定値を算出し、この算出されたトレース点火時期推定値で火花点火を行う。すなわち、実効圧縮比を任意に設定できる可変動弁機構を有するエンジンに対し、実効圧縮比が高くなるにつれトレース点火時期推定値が遅角するようにトレース点火時期推定値を算出するので、吸気バルブ側に可変バルブタイミング機構及び可変バルブ機構を備えるエンジンや、これらの機構に加えて排気バルブ側に可変バルブタイミング機構を備えるエンジンであっても、最適なトレース点火時期推定値を算出できる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１は、エンジンの点火時期制御装置の概略構成を示している。空気は吸気コレクタ２に蓄えられた後、吸気マニホールド３を介して各気筒の燃焼室５に導入される。燃料は各気筒の吸気ポート４に配置された燃料インジェクタ２１より噴射供給される。空気中に噴射された燃料は気化しつつ空気と混合してガス（混合気）を作り、燃焼室５に流入する。この混合気は吸気弁１５が閉じることで燃焼室５内に閉じこめられ、ピストン６の上昇によって圧縮される。

この圧縮混合気に対して高圧火花により点火を行うため、パワートランジスタ内蔵の点火コイルを各気筒に配した電子配電システムの点火装置１１を備える。すなわち、点火装置１１は、バッテリからの電気エネルギーを蓄える点火コイル１３と、点火コイル１３の一次側への通電、遮断を行うパワートランジスタ（図示しない）と、燃焼室５の天井に設けられ点火コイル１３の一次電流の遮断によって点火コイル１３の二次側に発生する高電圧を受けて、火花放電を行う点火プラグ１４とからなっている。

圧縮上死点より少し手前で点火プラグ１４により火花が飛ばされ圧縮混合気に着火されると、火炎が広がりやがて爆発的に燃焼し、この燃焼によるガス圧がピストン６を押し下げる仕事を行う。この仕事はクランクシャフト７の回転力として取り出される。燃焼後のガス（排気）は排気弁１６が開いたときに排気通路８へと排出される。

排気通路８には三元触媒９、１０を備える。三元触媒９、１０は排気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲（ウインドウ）にあるとき、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘといった有害三成分を同時に効率よく除去できる。空燃比は吸入空気量と燃料量の比であるので、エンジンの１サイクル（４サイクルエンジンではクランク角で７２０°区間）当たりに燃焼室５に導入される吸入空気量と、燃料インジェクタ２１からの燃料噴射量との比が理論空燃比となるように、エンジンコントローラ３１ではエアフローセンサ３２からの吸入空気流量の信号とクランク角センサ（３３、３４）からの信号に基づいて燃料インジェクタ２１からの燃料噴射量を定めると共に、三元触媒９の上流に設けたＯ₂センサ３５からの信号に基づいて空燃比をフィードバック制御している。

吸気バルブ１５、排気バルブ１６は、クランクシャフト７を動力源として、各々吸気側カムシャフト２５及び排気側カムシャフト２６に設けられたカムの動作により開閉駆動される。吸気バルブ１５側には、吸気バルブ１５のバルブリフト最大量及び吸気バルブ１５の作動角を連続的に可変制御する多節リンク状の機構で構成される可変バルブ機構（ＶＥＬ機構）２８を備える。このＶＥＬ機構２８には吸気バルブ１５のバルブリフト最大量及び吸気バルブ１５の作動角を検出するＶＥＬ角度センサ４３が併設されている。

同じく吸気バルブ１５側には、クランクシャフト７と吸気側カムシャフト２５との回転位相差を連続的に可変制御して、吸気バルブ１５の開閉タイミング（開時期ＩＶＯと閉時期ＩＶＣ）を進遅角する可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ機構）２７を備える。また、吸気側カムシャフト２５の他端には吸気側カムシャフト２５の回転位置を検出するためのカム角度センサ３４が併設されている。

これらＶＥＬ機構２８及びＶＴＣ機構２７を備える場合のバルブリフト特性を図２に示す。ＶＴＣ機構２７の非作動時かつＶＥＬ機構２８の非作動時のバルブリフト特性が実線であるとすると、ＶＴＣ機構２７の非作動状態でＶＥＬ機構２８に指令値（ＶＥＬ角度）を与えて作動させたときには吸気バルブ１５の作動角及びバルブリフト最大量がＶＥＬ機構２８の非作動時より大きくなるためバルブリフト特性が破線の特性へと移り、吸気バルブ開時期ＩＶＯはＶＥＬ機構２８の非作動時より進角され、吸気バルブ閉時期ＩＶＣはＶＥＬ機構２８の非作動時より遅角される。またＶＥＬ機構２８の非作動状態でＶＴＣ機構２７に指令値（ＶＴＣ角度）を与えて作動させたときには作動角一定のまま吸気バルブ開時期ＩＶＯ及び吸気バルブ閉時期ＩＶＣが進角されるためバルブリフト特性が一点鎖線の特性へと移る。さらに、ＶＴＣ機構２７に指令値を与えて作動させると共にＶＥＬ機構２８にも指令値を与えて作動させたときは二点鎖線の特性へと移る。

ＶＥＬ機構２８のアクチュエータに指令して、吸気バルブ１５の作動角及びバルブリフト最大量を変えることで、スロットルバルブに代わって吸入空気量を任意に制御することが可能となる。運転者が要求するトルクはアクセルペダル４１の踏み込み量（アクセル開度）に現れるので、エンジンコントローラ３１ではアクセルセンサ４２からの信号に基づいて目標トルクを定め、この目標トルクを実現するための目標空気量を定め、この目標空気量が得られるようにＶＥＬ機構２８を介して吸気バルブ１５の作動角及びバルブリフト最大量を制御する。

一方、排気バルブ１６側にも、クランクシャフト７と排気側カムシャフト２６との回転位相差を連続的に可変制御して、排気バルブ１６の開閉タイミング（開時期と閉時期）を進遅角する可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ機構）２９を備える。また、排気側カムシャフト２６の他端には排気側カムシャフト２６の回転位置を検出するためのカム角度センサ４４が併設されている。

この排気バルブ側ＶＴＣ機構２９や吸気バルブ側ＶＴＣ機構２７の各アクチュエータに指令して、排気バルブ１６や吸気バルブ１５のバルブタイミング（開閉時期）を変えると燃焼室５に残留する不活性ガスの量が変化する。燃焼室５内の不活性ガスの量が増えるほどポンピングロスが減って燃費がよくなるので、運転条件によりどのくらいの不活性ガスが燃焼室５内に残留したらよいかを目標排気バルブ閉時期や目標吸気バルブ閉時期にして予め定めており、エンジンコントローラ３１ではそのときの運転条件（エンジンの負荷と回転速度）より目標排気バルブ閉時期や目標吸気バルブ閉時期を定め、それら目標値が得られるように排気バルブ側ＶＴＣ機構２９や吸気バルブ側ＶＴＣ機構２７の各アクチュエータを介して排気バルブ１６の閉時期や吸気バルブ１５の閉時期を制御する。

上記の吸気バルブ側ＶＥＬ機構２８及び吸気バルブ側ＶＴＣ機構２７（これら２つは吸気バルブ側可変動弁装置）、排気バルブ側ＶＴＣ機構２９（排気バルブ側可変動弁装置）の具体的な構成は特開２００３−３８７２号公報により公知であるので、その詳しい説明は省略する。

また、エンジンの負荷と回転速度の信号がＶＥＬ角度センサ４３からのＶＥＬ角度の信号、カム角度センサ３４からの第１ＶＴＣ角度の信号、カム角度センサ４４からの第２ＶＴＣ角度の信号と共に入力されるエンジンコントローラ３１では、点火コイル１３を介して点火プラグ１４の一次側電流の遮断時期である点火時期を制御する。ここで、ＶＥＬ角度とは、ＶＥＬ機構２８に与える指令値のことで、このＶＥＬ角度が例えばゼロであるときＶＥＬ機構２８は非作動状態にあって吸気バルブ１５の作動角及びバルブリフト最大量が最小の状態にあり、ＶＥＬ角度が正の値で大きくなるほど吸気バルブ１５の作動角及びバルブリフト最大量が大きくなる。なお、これに限らずＶＥＬ角度が例えばゼロであるときＶＥＬ機構２８は非作動状態にあって吸気バルブ１５の作動角及びバルブリフト最大量が最大の状態にあり、ＶＥＬ角度が正の値で大きくなるほど吸気バルブ１５の作動角及びバルブリフト最大量が小さくなるようにすることもできる。

また、第１ＶＴＣ角度とは、吸気バルブ側ＶＴＣ機構２７に与える指令値のことで、この第１ＶＴＣ角度がゼロであるとき吸気バルブ側ＶＴＣ機構２７は非作動状態の最遅角位置にあり、第１ＶＴＣ角度が正の値で大きくなるほど吸気バルブ開時期ＩＶＯ及び吸気バルブ閉時期ＩＶＣが進角される。なお、これに限らず第１ＶＴＣ角度がゼロであるとき吸気バルブ側ＶＴＣ機構２７は非作動状態の最進角位置にあり、第１ＶＴＣ角度が正の値で大きくなるほど吸気バルブ開時期ＩＶＯ及び吸気バルブ閉時期ＩＶＣが遅角されるようにすることもできる。

同様にして、第２ＶＴＣ角度とは、排気バルブ側ＶＴＣ機構２９に与える指令値のことで、この第２ＶＴＣ角度がゼロであるとき排気バルブ側ＶＴＣ機構２９は非作動状態の最遅角位置にあり、第２ＶＴＣ角度が正の値で大きくなるほど排気バルブ開時期及び排気バルブ閉時期が進角される。なお、これに限らず第２ＶＴＣ角度がゼロであるとき排気バルブ側ＶＴＣ機構２９は非作動状態の最進角位置にあり、第２ＶＴＣ角度が正の値で大きくなるほど排気バルブ開時期及び吸気バルブ閉時期ＩＶＣが遅角されるようにすることもできる。

さて、点火時期は、ＭＢＴ（最大トルクの得られる最小進角値）とトレース点火時期とから定まる。ここで、トレース点火時期とは、エンジンにダメージを与えることのない軽いノックを許容している点火時期のことで、トレース点火時期よりも点火時期を進めることは避けなければならない。

この場合に、吸気バルブ側ＶＴＣ機構２７を備えるエンジンにおいて、吸気バルブ閉時期ＩＶＣが吸気下死点（吸気行程が終了するときにおけるピストンの下死点のこと）であるときのトレース点火時期をトレース点火時期基本値とし、これに吸気バルブ閉時期ＩＶＣが吸気下死点からズレたとき、このトレース点火時期基本値に吸気バルブ閉時期ＩＶＣの吸気下死点からのズレ量に応じたトレース点火時期補正量を進角補正量として加えることで、トレース点火時期推定値を算出する従来装置がある。

しかしながら、吸気バルブ側ＶＴＣ機構２７に加えて吸気バルブ側ＶＥＬ機構２８を備えるエンジンでは、吸気バルブ１５の中心角が同じでも、吸気バルブ１５の閉時期や吸排気バルブ１５、１６のバルブオーバーラップ量を自由に変えることができるため、圧縮比や燃焼室５内の内部不活性ガス率が大きく変わり最適なトレース点火時期推定値が変化してしまう。そのため、上記従来装置を、吸気バルブ中心角に加えて吸気バルブ１５の作動角およびバルブリフト最大量も可変のエンジン、つまり吸気バルブ側ＶＴＣ機構２７に加えて吸気バルブ側ＶＥＬ機構２８をも備えるエンジンに適用し、吸気バルブ中心角のみに応じてトレース点火時期推定値を算出しても最適なトレース点火時期推定値を算出できない。

また、吸気バルブ１５側に備えるＶＴＣ機構２７及びＶＥＬ機構２８に加えて、さらに排気バルブ１６側にもＶＴＣ機構２９を備えているエンジンでは、排気バルブ側ＶＴＣ機構２９の作動、非作動で燃焼室５内の内部不活性ガス率が大きく変わるため、吸気バルブ１５のバルブタイミングおよびバルブリフト最大量（あるいは吸気バルブのバルブ作動角）だけを考慮したのでは、排気バルブ１６側のＶＴＣ機構２９の作動、非作動に伴う燃焼室５内の内部不活性ガス率の影響をトレース点火時期推定値に反映できず最適なトレース点火時期推定値を算出できない。

そこで本発明は、吸気バルブ１５側にＶＴＣ機構２７とＶＥＬ機構２８とを備えるエンジンやこれらに加えて排気バルブ１６側にＶＴＣ機構２９を備えるエンジンにおいて、吸気バルブ１５の中心角やバルブリフト最大量など機構２７、２８の仕様に関するパラメータではなく、ノッキングに直接関与する物理パラメータである圧縮比、燃焼室５内ガスの燃焼速度、燃焼室５内の内部不活性ガス率に応じてトレース点火時期推定値を算出することで、吸気バルブ１５側にＶＴＣ機構２７とＶＥＬ機構２８とを備えるエンジンやこれらに加えて排気バルブ１６側にＶＴＣ機構２９を備えるエンジンであっても、最適なトレース点火時期推定値を精度良く算出し得るようにする。

以下、具体的に説明すると、エンジンの負荷と回転速度が同じでかつ吸気バルブ中心角が同じでも、ＶＥＬ機構２８の作動によって、ＶＥＬ機構２８が非作動状態のときよりも圧縮比が高くなることが考えられる。ＶＥＬ機構２８の使い方は様々なので、エンジンの負荷と回転速度が同じでかつ吸気バルブ中心角が同じである場合に、ＶＥＬ機構２８の非作動によって、ＶＥＬ機構２８が作動状態のときよりも圧縮比が高くなることも考え得る。このように、ＶＥＬ機構２８の作動、非作動によって圧縮比が大きく変化し得るので、ＶＥＬ機構２８の作動、非作動に拘わらず最低となる圧縮比を最低圧縮比、最高となる圧縮比を最高圧縮比として定め、ＶＥＬ機構２８の作動、非作動によってこの最低圧縮比と最高圧縮比との間で変化する圧縮比を「実効圧縮比」として定義する。また、実効圧縮比には最低圧縮比、最高圧縮比をも含めることとする。このように定義した実効圧縮比が具体的にどうなるかを、ＶＥＬ機構２８の作動によってＶＥＬ機構２８が非作動状態のときよりも圧縮比が高くなる場合で考えてみると、ＶＥＬ機構２８が非作動状態のとき実効圧縮比は最低圧縮比と一致し、ＶＥＬ機構２８の作動時になると、実効圧縮比はＶＥＬ角度が大きくなるほど（吸気バルブ１５のバルブ作動角及びバルブリフト最大量が大きくなるほど）、最低圧縮比より大きくなり、ＶＥＬ角度が最大のとき実効圧縮比は最高圧縮比と一致する。従って、実効圧縮比の採りうる範囲は最低圧縮比≦実効圧縮比≦最高圧縮比となる。

この場合に、同じ回転速度、同じシリンダ新気量でも、実効圧縮比が高いほどトレース点火時期は遅角方向に変化するので、本発明では新たに実効圧縮比補正率［−］を導入し、この実効圧縮比補正率で基本トレース点火時期［ｄｅｇＢＴＤＣ］を補正した値をトレース点火時期推定値［ｄｅｇＢＴＤＣ］として、つまり次式によりトレース点火時期推定値を算出する。
トレース点火時期推定値［ｄｅｇＢＴＤＣ］
＝基本トレース点火時期［ｄｅｇＢＴＤＣ］×実効圧縮比補正率［−］
…（１）

実効圧縮比が最低圧縮比である場合に基本トレース点火時期を適合しておけば、（１）式の実効圧縮比補正率は、図１０（Ｂ）に示したように、実効圧縮比が最低圧縮比のとき１．０であり、実効圧縮比が最低圧縮比より高くなるほど１．０より小さくなり、実効圧縮比が最高圧縮比のとき最小（正の値）となる。すなわち、実効圧縮比が最低圧縮比である場合に実効圧縮比補正率が１．０となり、トレース点火時期推定値は基本トレース点火時期に一致する。実効圧縮比が最低圧縮比より大きくなるほど実効圧縮比補正率が１．０より小さくなり、トレース点火時期推定値は基本トレース点火時期よりも遅角方向に変化していくこととなる。

一方、実効圧縮比が最高圧縮比である場合に基本トレース点火時期を適合しておけば、（１）式の実効圧縮比補正率は、今度は図１０（Ａ）に示したように、実効圧縮比が最高圧縮比のとき１．０であり、実効圧縮比が最高圧縮比より低くなるほど１．０より大きくなり、実効圧縮比が最低圧縮比のとき最大となる。すなわち、実効圧縮比が最低圧縮比である場合に実効圧縮比補正率が最大となり、トレース点火時期推定値は基本トレース点火時期から離れて最も進角側にくる。実効圧縮比が最低圧縮比より大きくなるほど実効圧縮比補正率が最大より１．０に向かって小さくなり、トレース点火時期推定値は基本トレース点火時期に向かって遅角方向に変化していくこととなる。実効圧縮比が最高圧縮比になると、実効圧縮比補正率が１．０となり、トレース点火時期推定値は基本トレース点火時期と一致する。上記図１０（Ｂ）、図１０（Ａ）の特性はエンジンコントローラ３１内のメモリに記憶させておく。

このように、トレース点火時期の実効圧縮比補正率を実効圧縮比に応じて算出することで、実効圧縮比が最低圧縮比と最高圧縮比の間で相違しても、最適なトレース点火時期推定値を与えることができる。

次に、以下では、ＶＥＬ機構２８の作動によってＶＥＬ機構２８が非作動状態のときよりも圧縮比が高くなる場合に限定して説明する。エンジンの負荷と回転速度とが同じ条件において、ＶＥＬ機構２８の作動によってＶＥＬ機構２８の非作動時より吸気バルブ１５のバルブ作動角及びバルブリフト最大量が大きくなって吸気圧力脈動が大きくなり、この大きくなった圧力脈動を受けて実質的にシリンダ新気量（吸気バルブ１５が開いたときに燃焼室５（＝シリンダ）に流入する新気量のこと。）が増え、その分、圧縮比が高くなる。つまり、吸気圧力脈動は、エンジン回転速度と吸気バルブ作動角とに依存し、エンジン回転速度が一定の条件では吸気バルブ作動角が大きくなるほど大きくなり、また吸気バルブ作動角が一定の条件ではエンジン回転速度が大きくなるほど大きくなることが分かっている。そこで、エンジン回転速度と吸気バルブ作動角とに応じた吸気バルブ閉時期の脈動補正量［ｄｅｇＣＡ］を導入し、ＶＴＣ機構２７及びＶＥＬ機構２８の仕様により機械的に定まる吸気バルブ閉時期［ｄｅｇＡＴＤＣ］からこの吸気バルブ閉時期の脈動補正量を差し引いた値を「実効吸気バルブ閉時期」として、つまり次式により実効吸気バルブ閉時期［ｄｅｇＡＴＤＣ］を算出する。
実効吸気バルブ閉時期［ｄｅｇＡＴＤＣ］
＝吸気バルブ閉時期［ｄｅｇＡＴＤＣ］−脈動補正量［ｄｅｇＣＡ］
…（２）

これは、本発明では上記の「実効圧縮比」をセンサにより検出することはしないので、実効圧縮比の代用値として「実効吸気バルブ閉時期」を導入するものである。すなわち、ＶＥＬ機構２８の作動によってＶＥＬ機構２８の非作動状態より吸気バルブ１５のバルブ作動角及びバルブリフト最大量が大きくなって吸気圧力脈動が大きくなり、この大きくなった圧力脈動を受けて実質的にシリンダ新気量が増え、その分、圧縮比が高くなる場合に、この吸気圧力脈動による実質的な圧縮比の増加分を吸気バルブ閉時期に反映させ、反映させた後の吸気バルブ閉時期を「実効吸気バルブ閉時期」として定義するものである。

言い替えると、（２）式右辺の脈動補正量はシリンダ新気量により定まるのであるから、（２）式は吸気バルブ閉時期をシリンダ新気量で補正した値を「実効吸気バルブ閉時期」とするものである。ただし、シリンダ新気量で吸気バルブ閉時期を補正するにはシリンダ新気量を検出したり推定する必要があるのに対して、脈動補正量を導入し、この値をすぐ後で述べるように吸気バルブ作動角とエンジン回転速度とから推定させるのであれば、シリンダ新気量を検出したり推定することは必要でなくなる。従って、本実施形態では、シリンダ新気量で吸気バルブ閉時期を補正することはしてない。もちろん、公知の方法を用いてシリンダ新気量を検出したり推定し、その検出したり推定したりしたシリンダ新気量で吸気バルブ閉時期を補正するようにしてもかまわない。

上記（２）式の脈動補正量（吸気バルブ閉時期の脈動補正量）はゼロを中心とする値である。また、吸気バルブ閉時期の単位は図９に示したように基準位置から遅角側に測定したクランク角であり［ｄｅｇＡＴＤＣ］、このクランク角から脈動補正量を差し引くことは脈動補正量は吸気バルブ閉時期を進角させる補正量であることを表している。すなわち、エンジン回転速度が最低の回転速度の状態（例えばアイドル状態）でかつ吸気バルブ作動角が最小である場合に基本トレース点火時期を適合しておけば、脈動補正量は、図５に示したようにエンジン回転速度がアイドル状態でかつ吸気バルブ作動角が最小である場合にゼロであり、エンジン回転速度が一定の条件で吸気バルブ作動角が大きくなるほど大きくなり、また吸気バルブ作動角が一定の条件でエンジン回転速度が大きくなるほど大きくなる値となる。図５に示した脈動補正量の実際の特性を定めるに際しては、エンジン回転速度が最低の回転速度から大きくなったりあるいは吸気バルブ作動角が最小から外れて大きくなっても、つまりエンジン回転速度や吸気バルブ作動角が、これらの値がとりうる範囲内で相違しても最適なトレース点火時期推定値が得られるようにガス交換シミュレータを用いて予め計算し、エンジンコントローラ３１内のメモリに記憶させておく。

この結果、吸気バルブ作動角が一定の条件でエンジン回転速度が高くなるほどあるいはエンジン回転速度が一定の条件で吸気バルブ作動角が大きくなるほど実効吸気バルブ閉時期が、ＶＴＣ機構２７及びＶＥＬ機構２８の仕様により機械的に定まる吸気バルブ閉時期より進角されていくこととなる。

このようにして求めた実効吸気バルブ閉時期に応じてトレース点火時期の実効吸気バルブ閉時期補正率［−］を算出し、この実効吸気バルブ閉時期補正率で基本トレース点火時期［ｄｅｇＢＴＤＣ］を補正した値をトレース点火時期推定値［ｄｅｇＢＴＤＣ］として、つまり次式によりトレース点火時期推定値［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出する。
トレース点火時期推定値［ｄｅｇＢＴＤＣ］
＝基本トレース点火時期［ｄｅｇＢＴＤＣ］×実効吸気バルブ閉時期補正率［−］
…（３）

（３）式の実効吸気バルブ閉時期補正率は１．０を中心とする値である。すなわち、実効吸気バルブ閉時期が吸気下死点（吸気行程が終了するときにおけるピストンの下死点のこと）ＢＤＣにある場合に基本トレース点火時期を適合しておけば、実効吸気バルブ閉時期補正率は、図６に示したように実効吸気バルブ閉時期が吸気下死点ＢＤＣにあるとき最小の１．０であり、実効吸気バルブ閉時期が吸気下死点ＢＤＣより進角するほど１．０より大きくなり、また実効吸気バルブ閉時期が吸気下死点ＢＤＣより遅角するほど１．０より大きな値となる。図６に示した実効吸気バルブ閉時期補正率の実際の特性を定めるに際しては、実効吸気バルブ閉時期が吸気下死点ＢＤＣから相違しても、最適なトレース点火時期推定値が得られるように実際のエンジンを用いて適合し、エンジンコントローラ３１内のメモリに記憶させておく。

この結果、実効吸気バルブ閉時期が吸気下死点ＢＤＣより進角するほどあるいは実効吸気バルブ閉時期が吸気下死点ＢＤＣより遅角するほどトレース点火時期推定値が基本トレース点火時期より大きくなる、つまり基本トレース点火時期よりも進角されていくこととなる。

ここで、実効吸気バルブ閉時期や実効吸気バルブ閉時期補正率について具体的に考えてみる。ＶＴＣ機構２７及びＶＥＬ機構２８の仕様により機械的に定まる吸気バルブ閉時期を図６において吸気下死点ＢＤＣより遅角側に設定しているエンジンを考える。例えば所定のエンジン負荷と回転速度でＶＥＬ機構２８が非作動状態（吸気バルブ１５のバルブ作動角及びバルブリフト最大量は最低の状態）にあり、ＶＴＣ機構２７及びＶＥＬ機構２８の仕様により機械的に定まる吸気バルブ閉時期が図６で所定値Ｃにあったとすると、このときの実効吸気バルブ閉時期補正率は図６より所定値Ｇ１となり、この１．０より大きな値である所定値Ｇ１で上記（３）式により基本トレース点火時期が進角側に補正された値がトレース点火時期推定値として定まる。このときのトレース点火時期推定値、つまりＶＥＬ機構２８が非作動状態でのトレース点火時期推定値を第１トレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥ１［ｄｅｇＢＴＤＣ］とする。

一方、エンジン負荷と回転速度は同じでＶＥＬ機構２８が作動状態となれば、ＶＥＬ機構２８の作動によってＶＥＬ機構２８が非作動時より吸気バルブ１５のバルブ作動角及びバルブリフト最大量が大きくなって吸気圧力脈動が大きくなり、この大きくなった吸気圧力脈動を受けて実質的にシリンダ新気量が増え、その分、圧縮比が高くなって、ノッキングが生じやすくなると考えられるため、トレース点火時期推定値を上記の第１トレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥ１より遅角方向に制御してやる必要がある。

この場合に、ＶＥＬ機構２８の作動状態における吸気バルブ作動角が仮に図５において所定値Ｄでかつそのときのエンジン回転速度が図５において一番下の特性であったとすると、図５より実効吸気バルブ閉時期脈動補正量がゼロでない所定値Ｅとして算出される。すると、上記（２）式より吸気バルブ閉時期（つまり図６においてＣ）より所定値Ｅだけ進角させた値が実効吸気バルブ閉時期として定まる。これは、図６において所定値Ｃより所定値Ｅの分だけ進角側の値である所定値Ｆが、実効吸気バルブ閉時期となることを意味する。実効吸気バルブ閉時期が所定値Ｆであるときの実効吸気バルブ閉時期補正率は図６より所定値Ｇ２となり、この１．０より大きな値である所定値Ｇ２で上記（３）式により基本トレース点火時期が進角側に補正された値がトレース点火時期推定値として定まる。このときのトレース点火時期推定値、つまりＶＥＬ機構２８が作動状態でのトレース点火時期推定値を第２トレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥ２［ｄｅｇＢＴＤＣ］とすると、図６に示したように所定値Ｇ２は上記の所定値Ｇ１より小さいためにその差の分だけ実効吸気バルブ閉時期補正率が小さくなり、従ってＶＥＬ機構２８の作動状態でのトレース点火時期推定値である第２トレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥ２はＶＥＬ機構２８の非作動状態でのトレース点火時期推定値である第１トレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥ１より遅角側にくる。

このように、ＶＥＬ機構２８の作動によってＶＥＬ機構２８の非作動状態より吸気バルブ１５のバルブ作動角及びバルブリフト最大量が大きくなって吸気圧力脈動が大きくなり、この大きくなった圧力脈動を受けて実質的にシリンダ新気量が増え、その分、圧縮比が高くなって、ノッキングが生じやすくなることが考えられても、本実施形態によれば、ＶＥＬ機構２８の作動状態でのトレース点火時期推定値（ＴＲＡＣＥ２）がＶＥＬ機構２８の非作動状態でのトレース点火時期推定値（ＴＲＡＣＥ１）よりも遅角側の値として算出されることがわかる。

まとめると、上記（２）式により算出される実効吸気バルブ閉時期と実効圧縮比との間には図１１に示すような関係がある。すなわち、実効吸気バルブ閉時期が吸気下死点ＢＤＣに向かって進角するほど実効圧縮比が大きくなる関係である。図１１に示すこの関係を用いれば、センサを用いて実効圧縮比を検出しなくても、実効吸気バルブ閉時期から実効圧縮比を推定することができる。

一方、ＶＥＬ機構２８の作動によってＶＥＬ機構２８の非作動状態より吸気バルブ１５のバルブ作動角及びバルブリフト最大量が大きくなると、シリンダ新気量が増え、このシリンダ新気量の増加分だけ燃焼室内ガスの燃焼速度が速くなる。燃焼速度は大きく分けて層流燃焼速度と乱流燃焼速度の２つに分けられるのであるが、ノックの原因であるエンドガスに自己着火が起こる期間の燃焼速度は乱流燃焼速度が支配的であることが分かっている。また、その乱流燃焼速度は、エンジン回転速度、吸気バルブ１５の開閉時期および吸気バルブ１５のバルブリフト最大量（あるいは吸気バルブ作動角）によってほぼ決まる。従って、エンジン回転速度、吸気バルブ開時期および吸気バルブ１５のバルブリフト最大量で乱流燃焼速度を算出することが可能である。ただし、本発明では、これら３つの因子のうち吸気バルブ１５のバルブリフト最大量については上記の実効吸気バルブ閉時期補正率を算出する際の因子として考慮するものとし、燃焼速度補正率を算出する際の因子からは除外する。すなわち、エンジン回転速度と吸気バルブ開時期とに応じた、トレース点火時期の燃焼速度補正率［−］を導入し、上記（３）式に代えて、トレース点火時期推定値を次式で算出する。
トレース点火時期推定値［ｄｅｇＢＴＤＣ］
＝基本トレース点火時期［ｄｅｇＢＴＤＣ］×実効吸気バルブ閉時期補正率［−］
×燃焼速度補正率［−］
…（４）

（４）式の燃焼速度補正率も１．０を中心とする値である。すなわち、吸気バルブ開時期が所定値Ａ（最遅角位置）にある場合に基本トレース点火時期を適合しておけば、燃焼速度補正率は、図７に示したように吸気バルブ開時期が所定値Ａ（最遅角位置）にあるとき最小の１．０であり、エンジン回転速度が一定の条件で吸気バルブ開時期を最遅角位置より進角させていくほど大きくなり、吸気バルブ開時期が所定値Ｂのときピークをとり、さらに吸気バルブ開時期を進角させると小さくなる値である。また、吸気バルブ開時期が一定の条件で高回転速度になるほど燃焼速度補正率は大きくなる。これは、吸気バルブ開時期が所定値Ｂにあるとき燃焼室内ガスの燃焼速度が最も速くなりエンドガスに自己着火が生じる前にエンドガスまで燃焼伝播が生じ、従ってノッキングが生じることがないためにトレース点火時期を最も進角させることができ、この反対に吸気バルブ開時期が所定値Ｂから遅角されても進角されても燃焼室内ガスの燃焼速度が遅くなりエンドガスへの燃焼伝播が遅くなってノッキングが生じがちとなるため、トレース点火時期を遅角させなければならないことを意味している。図７に示した燃焼速度補正率の実際の特性を定めるに際しては、吸気バルブ開時期が最遅角位置より進角しても（燃焼室内ガスの燃焼速度が最遅角位置での燃焼速度より速くなっても）、言い替えると吸気バルブ開時期が所定値Ｂより遅角したり進角しても（燃焼室内ガスの燃焼速度が所定値Ｂでの燃焼速度より遅くなっても）、最適なトレース点火時期推定値が得られるように実際のエンジンを用いて適合し、エンジンコントローラ３１内のメモリに記憶させておく。

この結果、エンジン回転速度が一定の条件で吸気バルブ開時期が最遅角位置より進角するほどトレース点火時期推定値が基本トレース点火時期より進角され、吸気バルブ開時期が所定値Ｂのときトレース点火時期推定値が基本トレース点火時期より最も進角され、吸気バルブ開時期が所定値Ｂを超えて進角すると、トレース点火時期推定値が基本トレース点火時期へと遅角されることとなる。

なお、燃焼速度補正率の算出方法はこれに限られない。例えば、エンジン回転速度と吸気バルブ開時期とから図１２を内容とするマップを検索することにより燃焼室内ガスの燃焼速度を算出し、この算出した燃焼速度から図１３を内容とするテーブルを検索することによりトレース点火時期の燃焼速度補正率を算出するように構成してもかまわない。この場合、燃焼速度補正率は、例えば図１３に示したように燃焼速度が最小であるとき１．０で、燃焼速度が最小より大きくなるほど大きくなり、燃焼速度が最大のとき最大となる値である。ただし、この方法では、図１２に示したマップ特性と図１３に示したテーブル特性とが必要となるのに対して、上記のように吸気バルブ開時期とエンジン回転速度から直接、燃焼速度補正率を算出する方法では図７に示したマップ特性だけで足りるので、エンジン回転速度と吸気バルブ開時期とに基づいて燃焼室内ガスの燃焼速度を算出し、この算出した燃焼速度に応じて燃焼速度補正率を算出する場合よりメモリ容量を少なくすることができる。

また、吸排気バルブ１５、１６のバルブオーバーラップがある場合にはそのバルブオーバラップ量に応じて燃焼室５内の内部不活性ガス率（残ガス率）が変化し、最適なトレース点火時期推定値が変化してしまう。そこで本発明では、トレース点火時期の内部不活性ガス率補正率［−］を導入し、上記（４）式に代えて、トレース点火時期推定値を次式で算出する。
トレース点火時期推定値［ｄｅｇＢＴＤＣ］
＝基本トレース点火時期［ｄｅｇＢＴＤＣ］×実効吸気バルブ閉時期補正率［−］
×燃焼速度補正率［−］×内部不活性ガス率補正率［−］
…（５）

（５）式の内部不活性ガス率補正率も１．０を中心とする値である。すなわち、吸排気バルブ１５、１６のバルブオーバーラップ量が最大である場合に基本トレース点火時期を適合しておけば、内部不活性ガス率補正率は、図８に示したように内部不活性ガス率が最大（バルブオーバーラップ量が最大）のとき最小の１．０であり、内部不活性ガス率が最大より小さくなるほど１．０より大きくなり、内部不活性ガス率がゼロのとき最大となる。これは、内部不活性ガス率が高いほうがノッキングが生じがちとなることに対応するものである。すなわち、内部不活性ガス率が高いとエンドガスへの燃焼伝播が遅れてノッキングが生じがちとなるので、トレース点火時期を遅角させなければならない、逆に言えば内部不活性ガス率が低いとエンドガスへの燃焼伝播が遅れることがなくノッキングが生じにくくなるので、トレース点火時期を進角させることができることを意味している。図８に示した内部不活性ガス率補正率の実際の特性を定めるに際しては、燃焼室内の内部不活性ガス率が相違しても最適なトレース点火時期推定値が得られるように実際のエンジンを用いて適合し、エンジンコントローラ３１内のメモリに記憶させておく。

この結果、燃焼室内の内部不活性ガス率が最大より小さくなるほどトレース点火時期推定値が基本トレース点火時期より大きくなる、つまり基本トレース点火時期よりも進角されることとなる。

エンジンコントローラ３１で実行されるこうした点火時期制御を図３のブロック図に従って詳述する。

図３は点火時期指令値ＡＤＶ［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出するためのブロック図である。

基本トレース点火時期算出部５１ではエンジン回転速度ＮＲＰＭ［ｒｐｍ］とシリンダ新気量ＭＡＣＹＬ［ｇ］とから図４を内容とするマップを検索することにより、基本トレース点火時期ＴＲＡＣＥＢＡ［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出する。図４に示したように基本トレース点火時期ＴＲＡＣＥＢＡは同一のエンジン回転速度ＮＲＰＭの場合にシリンダ新気量ＭＡＣＹＬが大きくなるほど遅角側に、また同一のシリンダ新気量ＭＡＣＹＬの場合にエンジン回転速度ＮＲＰＭが低くなるほど遅角側にある値である。

ここで、基本トレース点火時期ＴＲＡＣＥＢＡのマップ値は次の４つの条件を全て満たすように適合し、エンジンコントローラ３１内のメモリに記憶させておく。
〈１〉エンジン回転速度が最低の回転速度の状態（例えばアイドル状態）でかつ吸気バ ルブ作動角が最小である。
〈２〉実効吸気バルブ閉時期が吸気下死点ＢＤＣにある。
〈３〉吸気バルブ開時期が最遅角位置にある。
〈４〉吸排気バルブのバルブオーバーラップ量が最大である。

上記シリンダ新気量ＭＡＣＹＬの算出方法は公知の方法（特開２００１−５００９１号公報）を用いればよい。なお、シリンダ新気量ＭＡＣＹＬは、エンジン負荷の代用値である。エンジン負荷の代用値はシリンダ新気量ＭＡＣＹＬに限られるものでなく、例えばエアフローメータ３２により検出される吸入空気量や燃料インジェクタ２１に与える基本噴射パルス幅などを用いることができる。

吸気バルブ閉時期算出部５２では吸気バルブ中心角ＩＶＣＥＮＴ［ｄｅｇＡＴＤＣ］と吸気バルブ作動角ＩＶＥＬ［ｄｅｇＣＡ］とから次式により吸気バルブ閉時期ＩＶＣ［ｄｅｇＡＴＤＣ］を算出する。
ＩＶＣ＝ＩＶＣＥＮＴ＋ＩＶＥＬ／２ …（６）

同様にして、吸気バルブ開時期算出部５６では吸気バルブ中心角ＩＶＣＥＮＴ［ｄｅｇＡＴＤＣ］と吸気バルブ作動角ＩＶＥＬ［ｄｅｇＣＡ］とから次式により吸気バルブ開時期ＩＶＯ［ｄｅｇＡＴＤＣ］を算出する。
ＩＶＯ＝ＩＶＣＥＮＴ−ＩＶＥＬ／２ …（７）

ここで、（６）式、（７）式右辺の吸気バルブ中心角ＩＶＣＥＮＴは図９に示したように基準位置から遅角側に測定したクランク角であり、カム角度センサ３４により検出される第１ＶＴＣ角度（ＶＴＣ機構２７に与える指令値）から分かる。また、吸気バルブ作動角ＩＶＥＬは図９に示したように吸気バルブ閉時期から吸気バルブ開時期までのクランク角区間であり、ＶＥＬ角度センサ４３により検出されるＶＥＬ角度（ＶＥＬ機構２８に与える指令値）から分かる。

実効吸気バルブ閉時期脈動補正量算出部５３ではエンジン回転速度ＮＲＰＭと吸気バルブ作動角ＩＶＥＬ［ｄｅｇＣＡ］とから図５を内容とするマップを検索することにより、実効吸気バルブ閉時期の脈動補正量ＥＦＦＩＶＣＭ［ｄｅｇＣＡ］を算出し、減算器５４（実効吸気バルブ閉時期算出部）において、吸気バルブ閉時期算出部５２で算出済みの吸気バルブ閉時期ＩＶＣからこの実効吸気バルブ閉時期の脈動補正量ＥＦＦＩＶＣＭを差し引いた値を実効吸気バルブ閉時期ＥＦＦＩＶＣ［ｄｅｇＡＴＤＣ］として、つまり次式により実効吸気バルブ閉時期ＥＦＦＩＶＣを算出する。
ＥＦＦＩＶＣ＝ＩＶＣ−ＥＦＦＩＶＣＭ …（８）

（８）式は上記（２）式と同じ式である。（８）式右辺の実効吸気バルブ閉時期の脈動補正量ＥＦＦＩＶＣＭは、図５に示したように、吸気バルブ作動角ＩＶＥＬが最小でかつエンジン回転速度ＮＲＰＭが最低回転速度のときゼロであり、同一のエンジン回転速度ＮＲＰＭの場合に吸気バルブ作動角ＩＶＥＬが最小より大きくなるほど大きくなり、また同一の吸気バルブ作動角ＩＶＥＬの場合にエンジン回転速度ＮＲＰＭが最低回転速度より大きくなるほど大きくなる値である。この脈動補正量ＥＦＦＩＶＣＭは進角補正量であり、この脈動補正量ＥＦＦＩＶＣＭにより、ＶＴＣ機構２７及びＶＥＬ機構２８の仕様により機械的に定まる吸気バルブ閉時期ＩＶＣが進角補正された値が実効吸気バルブ閉時期となる。

実効吸気バルブ閉時期補正率算出部５５では、このようして算出した実効吸気バルブ閉時期ＥＦＦＩＶＣから図６を内容とするテーブルを検索することにより、トレース点火時期の実効吸気バルブ閉時期補正率ＫＥＦＦＩＶＣ［−］を、燃焼速度補正率算出部５７ではエンジン回転速度ＮＲＰＭと吸気バルブ開時期ＩＶＯとから図７を内容とするマップを検索することにより、トレース点火時期の燃焼速度補正率ＫＳＢ［−］を、内部不活性ガス率補正率算出部５８では内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲ［−］から図８を内容とするテーブルを検索することにより、トレース点火時期の内部不活性ガス率補正率ＫＲＥＳＦＲ［−］をそれぞれ算出し、乗算器５９（トレース点火時期推定値算出部）で基本トレース点火時期ＴＲＡＣＥＢＡ［ｄｅｇＢＴＤＣ］に実効吸気バルブ閉時期補正率ＫＥＦＦＩＶＣ、燃焼速度補正率ＫＳＢ、内部不活性ガス率補正率ＫＲＥＳＦＲを乗算して、つまり次式によりトレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥ［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出する。
ＴＲＡＣＥ＝ＴＲＡＣＥＢＡ×ＫＥＦＦＩＶＣ×ＫＳＢ×ＫＲＥＳＦＲ
…（９）

（９）式は上記（５）式と同じ式である。すなわち、（９）式は基本トレース点火時期ＴＲＡＣＥＢＡ［ｄｅｇＢＴＤＣ］に対して、実効吸気バルブ閉時期、燃焼室内ガスの燃焼速度、燃焼室内の内部不活性ガス率に応じた各補正を行うものである。

（９）右辺の実効吸気バルブ閉時期補正率ＫＥＦＦＩＶＣは図６に示したように吸気下死点ＢＤＣで最小の１．０をとり吸気下死点ＢＤＣより進角するにつれて１．０より大きくなり、また吸気下死点ＢＤＣより遅角するにつれて１．０より大きくなる値である。（９）右辺の燃焼速度補正率ＫＳＢは図７に示したように吸気バルブ開時期が所定値Ａ（最遅角位置）にあるとき最小の１．０であり、エンジン回転速度が一定の条件で吸気バルブ開時期を最遅角位置より進角させていくほど大きくなり吸気バルブ開時期が所定値Ｂのときピークをとり、さらに吸気バルブ開時期を進角させると小さくなる値である。また、吸気バルブ開時期が一定の条件で高回転速度になるほど燃焼速度補正率ＫＳＢは大きくなる。（９）右辺の内部不活性ガス率補正率ＫＲＥＳＦＲは図８に示したように内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲが最大のとき最小の１．０であり、内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲが最大より小さくなるほど大きくなり、内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲがゼロのとき最大となる値である。

これら実効吸気バルブ閉時期補正率ＫＥＦＦＩＶＣ、燃焼速度補正率ＫＳＢ、内部不活性率補正率ＫＲＥＳＦＲの３つの各補正率により、基本トレース点火時期ＴＲＡＣＥＢＡがそれぞれ進角側に補正された値がトレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥとなる。
上記燃焼室内の内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲは例えば次式により算出する。
ＭＲＥＳＦＲ＝ＭＲＥＳ／（ＭＲＥＳ＋ＭＡＣＹＬ（１＋ＴＦＢＹＡ／１４．７））
…（１０）
ただし、ＭＲＥＳ：内部不活性ガス量［ｇ］
ＭＡＣＹＬ：シリンダ新気量［ｇ］
ＴＦＢＹＡ：目標当量比［−］

ここで、（１０）式右辺の内部不活性ガス量ＭＲＥＳは公知の方法（特開２００４−３３２６４７号公報）により算出すればよい。目標当量比ＴＦＢＹＡは目標空燃比との間に、
ＴＦＢＹＡ＝１４．７／目標空燃比
なる関係のある値で、運転条件に応じて予め定められている。例えば目標空燃比が理論空燃比のときＴＦＢＹＡ＝１．０となり、目標空燃比が２２．０といったリーン側の空燃比であるときＴＦＢＹＡは１．０未満の正の値である。

基本点火時期算出部６０では、エンジンの負荷と回転速度（エンジンの運転条件）に基づいてＭＢＴ（最大の軸トルクを発生するのに必要な最小点火進角値のこと）の得られる基本点火時期ＭＢＴＣＡＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］を算出する。基本点火時期ＭＢＴＣＡＬの算出方法は公知の算出方法（特開２００４−３３２６４７号公報）を用いればよい。

遅角側選択部６１では上記のトレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥ［ｄｅｇＢＴＤＣ］とこの基本点火時期ＭＢＴＣＡＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］とを比較し、遅角側の値を点火時期指令値ＡＤＶ［ｄｅｇＢＴＤＣ］として設定する。

このようにして設定された点火時期指令値ＡＤＶは、点火レジスタに移され、実際のクランク角がこの点火時期指令値ＡＤＶと一致したタイミングでエンジンコントローラ３１により一次電流を遮断する点火信号が点火コイル１３に出力される。

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。

同じ回転速度、同じエンジン負荷でも、実効圧縮比が高いほどトレース点火時期は遅角方向に変化する。これに合わせて本実施形態（請求項１、７に記載の発明）によれば、少なくともエンジンの回転速度と、エンジンの負荷と、最低圧縮比と最高圧縮比の間で第１ＶＴＣ角度（吸気バルブ側の可変バルブタイミング機構に与える指令値）及びＶＥＬ角度（可変バルブ機構に与える指令値）に応じて変化する圧縮比である実効圧縮比とに基づいてトレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥを算出し、この算出されたトレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥで火花点火を行う。すなわち、実効圧縮比を任意に設定できる可変動弁機構（２７、２８）を有するエンジンに対し、実効圧縮比が高くなるにつれトレース点火時期推定値が遅角するようにトレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥを算出するので（図１０及び上記（１）式参照）、吸気バルブ１５側にＶＴＣ機構２７（可変バルブタイミング機構）及びＶＥＬ機構２８（可変バルブ機構）を備えるエンジンや、これらの機構に加えて排気バルブ１６側にＶＴＣ機構２９（可変バルブタイミング機構）を備えるエンジンであっても、最適なトレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥを算出できる。

同じ回転速度でも、吸気バルブ１５のバルブタイミング、バルブリフト最大量の相違によって燃焼室内ガスの燃焼速度が大きく変化する。また、燃焼速度はトレース点火時期推定値に多大な影響を及ぼす。これに対応して、本実施形態（請求項１、７に記載の発明）によれば、燃焼室内ガスの燃焼速度に基づいてもトレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥを算出するので（図３の燃焼速度補正率算出部５７及び乗算器５９参照）、吸気バルブ１５のバルブタイミング、バルブリフト最大量の相違によって燃焼室内ガスの燃焼速度が大きく変化することがあっても、最適なトレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥを精度良く算出することができる。

燃焼室５内の内部不活性ガス率は、燃焼室５内ガスの燃焼速度およびエンドガスの自己着火性に大きな影響を与えるため、トレース点火時期推定値に対する感度が大きい。ここで、トレース点火時期推定値に対する感度が大きいとは、燃焼室５内の内部不活性ガス率が少し変化してもトレース点火時期推定値が敏感に変化することをいっている。従って、燃焼室５内の内部不活性ガス率を考慮しないとすれば、最適なトレース点火時期推定値を精度良く算出できないのであるが、本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、燃焼室５内の内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲに基づいてもトレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥを算出するので（図３の内部不活性ガス率補正率算出部５８及び乗算器５９参照）、内部不活性ガス率ＭＲＥＳＦＲの相違で燃焼室５内ガスの燃焼速度およびエンドガスの自己着火性が変化することがあっても、最適なトレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥを精度良く算出することができる。

本実施形態（請求項１、７に記載の発明）によれば、第１ＶＴＣ角度（可変バルブタイミング機構に与える指令値）及びＶＥＬ角度（可変バルブ機構に与える指令値）により定まる吸気バルブ閉時期ＩＶＣをシリンダ新気量で補正した値である実効吸気バルブ閉時期ＥＦＦＩＶＣに基づいて実効圧縮比を算出するので（上記（２）式、図１１参照）、センサにより実効圧縮比を直接的に求めることが必要なくなり、簡易な構成で実効圧縮比を算出することができる。

吸気バルブ中心角のみ可変のエンジンを対象としている従来装置では実効圧縮比をエンジン回転速度と吸気バルブ閉時期とをパラメータとして求めることはできる。しかしながら、吸気バルブ１５のバルブリフト最大量及び吸気バルブ作動角も可変のエンジンでは、吸気バルブ中心角が同じでも吸気バルブのバルブリフト最大量や吸気バルブ作動角に応じて吸気圧力脈動が変化するため、実効吸気バルブ閉時期が変化してしまう。この場合に、吸気バルブのバルブリフト最大量及び吸気バルブ作動角も可変のエンジンで実効吸気バルブ閉時期を正確に算出するには、ガス交換シミュレータ等に見られる複雑な演算処理が必要である。しかしながら、これらの演算をエンジンコントローラ３１でリアルタイムに演算させることは事実上不可能である。

これに対して、本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、エンジン回転速度ＮＲＰＭと吸気バルブ作動角ＩＶＥＬの２つをパラメータとする吸気脈動補正量ＥＦＦＩＶＣＭを予めシミュレーションで計算しその吸気脈動補正量ＥＦＦＩＶＣＭのデータを記憶しているメモリ（データ記憶手段）と、第１ＶＴＣ角度（可変バルブタイミング機構に与える指令値）及びＶＥＬ角度（可変バルブ機構に与える指令値）に基づいて吸気バルブ閉時期ＩＶＣを算出する吸気バルブ閉時期算出部５２（吸気バルブ閉時期算出手段）とを備え、エンジン回転速度ＮＲＰＭと、ＶＥＬ角度（可変バルブ機構に与える指令値）により定まる吸気バルブ作動角ＩＶＥＬとから前記メモリ（データ記憶手段）を検索することにより吸気脈動補正量ＥＦＦＩＶＣＭを算出し、吸気バルブ閉時期算出部５２（吸気バルブ閉時期算出手段）により算出される吸気バルブ閉時期ＩＶＣよりこの吸気脈動補正量ＥＦＦＩＶＣＭだけ進角側の値を実効吸気バルブ閉時期ＥＦＦＩＶＣとして算出するので（図３の実効吸気バルブ閉時期脈動補正量算出部５３、減算器５４参照）、演算負荷の低減が図られており、エンジンコントローラ３１で実効吸気バルブ閉時期ＥＦＦＩＶＣの演算を行わせることができる。

通常、燃焼室５内ガスの燃焼速度を算出する場合、複雑な演算が必要になり、演算能力の高い高価なエンジンコントローラが必要になるのであるが、本実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、燃焼室５内ガスの燃焼速度を、エンジン回転速度と、吸気バルブ開時期とに基づいて算出するので（図１２参照）、演算能力の低いエンジンコントローラ３１でも燃焼室５内ガスの燃焼速度を演算することが可能になり、コスト低減に貢献できる。

各回転速度、各エンジン負荷、各実効圧縮比のすべての入力毎にトレース点火時期推定値を記憶させるには多次元のマップが必要になり、適合工数、記憶容量とも増大してしまうのであるが、本実施形態によれば、基本トレース点火時期ＴＲＡＣＥＢＡを、各エンジン回転速度、各エンジン負荷毎に記憶している第１のメモリ（基本トレース点火時期記憶手段）と、実効圧縮比毎に実効圧縮比補正率を記憶している第２のメモリ（実効圧縮比補正率記憶手段）とを備え、エンジン回転速度とエンジン負荷から前記第１のメモリ（基本トレース点火時期記憶手段）を検索することにより基本トレース点火時期ＴＲＡＣＥＢＡを算出し、実効圧縮比から前記第２のメモリ（実効圧縮比補正率記憶手段）を検索することにより実効圧縮比補正率を算出し、この実効圧縮比補正率で基本トレース点火時期ＴＲＡＣＥＢＡを補正してトレース点火時期推定値ＴＲＡＣＥを算出している（図４、図１０及び上記（１）式参照）。この場合、第１のメモリ（基本トレース点火時期記憶手段）はエンジン回転速度とエンジン負荷とをパラメータとするマップ（図４参照）、第２のメモリ（実効圧縮比補正率記憶手段）は実効圧縮比をパラメータとするテーブル（図１０参照）で構成することが可能となり、これにより適合工数、記憶容量の削減に貢献できる。

実施形態では、エンジン回転速度と吸気バルブ作動角の２つをパラメータとする吸気脈動補正量を予めシミュレーションで計算しその吸気脈動補正量のデータを記憶しているデータ記憶手段と、可変バルブタイミング機構に与える指令値及び可変バルブ機構に与える指令値に基づいて吸気バルブ閉時期を算出する吸気バルブ閉時期算出手段とを備え、エンジン回転速度と、可変バルブ機構に与える指令値により定まる吸気バルブ作動角とから前記データ記憶手段を検索することにより吸気脈動補正量を算出し、前記吸気バルブ閉時期算出手段により算出される吸気バルブ閉時期よりこの吸気脈動補正量だけ進角側の値を実効吸気バルブ閉時期として算出する場合で説明したが（請求項５に記載の発明）、エンジン回転速度、吸気バルブ閉時期及び吸気バルブのバルブリフト最大量の３つまたはエンジン回転速度、吸気バルブ閉時期及び吸気バルブ作動角の３つをパラメータとする実効吸気バルブ閉時期を予めシミュレーションで計算してその実効吸気バルブ閉時期のデータを記憶しているデータ記憶手段を備え、エンジン回転速度と、可変バルブタイミング機構に与える指令値及び可変バルブ機構に与える指令値により定まる吸気バルブ閉時期と、可変バルブ機構に与える指令値により定まるバルブリフト最大量とから、またはエンジン回転速度と、可変バルブタイミング機構に与える指令値及び可変バルブ機構に与える指令値により定まる吸気バルブ閉時期と、可変バルブ機構に与える指令値により定まる吸気バルブ作動角とから前記データ記憶手段を検索することにより実効吸気バルブ閉時期を算出するようにしてもかまわない（請求項４に記載の発明）。この請求項４に記載の発明によっても、演算負荷の低減が図られており、エンジンコントローラ３１で実効吸気バルブ閉時期の演算を行わせることができる。

実施形態では、燃焼室内ガスの燃焼速度を、エンジン回転速度と、吸気バルブ開時期とに基づいて算出する場合で説明したが（請求項６に記載の発明）、燃焼室内ガスの燃焼速度を、エンジン回転速度と、吸気バルブのバルブリフト最大量とに基づいて算出するようにしてもかまわない（請求項６に記載の発明）。

請求項１に記載の発明において、トレース点火時期推定値算出手段の機能は図３の基本トレース点火時期算出部５１、図１０及び上記（１）式により、火花点火実行手段の機能はエンジンコントローラ３１、点火プラグ１３、点火プラグ１４によりそれぞれ果たされている。

請求項７に記載の発明において、トレース点火時期推定値算出処理手順は図３の基本トレース点火時期算出部５１、図１０及び上記（１）式により、火花点火実行処理手順はエンジンコントローラ３１、点火プラグ１３、点火プラグ１４によりそれぞれ果たされている。

本発明の第１実施形態のエンジンの点火時期制御装置の概略構成図。 吸気バルブ側にＶＥＬ機構及びＶＴＣ機構を備える場合のバルブリフト特性図。 点火時期指令値を算出するためのブロック図。 基本トレース点火時期の特性図。 実効吸気バルブ閉時期脈動補正量の特性図。 トレース点火時期の実効吸気バルブ閉時期補正率の特性図。 トレース点火時期の燃焼速度補正率の特性図。 トレース点火時期の内部不活性ガス率補正率の特性図。 吸気バルブのバルブリフト特性図。 実効圧縮比に対する実効圧縮比補正率の特性図。 実効吸気バルブ閉時期に対する実効圧縮比の特性図。 燃焼速度の特性図。 燃焼速度補正率の特性図。

符号の説明

１１ 点火装置
２７ 吸気バルブ側ＶＴＣ機構（可変バルブタイミング機構）
２８ ＶＥＬ機構（可変バルブ機構）
２９ 排気バルブ側ＶＴＣ機構（可変バルブタイミング機構）
３１ エンジンコントローラ
３４ カム角度センサ
４３ ＶＥＬ角度センサ

Claims (7)

1. 吸気バルブの作動角は一定のまま吸気バルブの開閉タイミングを指令値に応じて進遅角する可変バルブタイミング機構と、
   吸気バルブのバルブリフト最大量及び吸気バルブの作動角を指令値に応じて可変制御する可変バルブ機構と
   を備えるエンジンにおいて、
   少なくともエンジンの回転速度と、エンジンの負荷と、最低圧縮比と最高圧縮比の間で前記可変バルブタイミング機構に与える指令値及び前記可変バルブ機構に与える指令値に応じて変化する圧縮比である実効圧縮比と、燃焼室内ガスの燃焼速度とに基づいてトレース点火時期推定値を算出するトレース点火時期推定値算出手段と、
   この算出されたトレース点火時期推定値で火花点火を行う火花点火実行手段と
   を備え、
   前記可変バルブタイミング機構に与える指令値及び前記可変バルブ機構に与える指令値により定まる吸気バルブ閉時期をシリンダ新気量で補正した値である実効吸気バルブ閉時期に基づいて前記実効圧縮比を算出することを特徴とするエンジンの点火時期制御装置。
2. 前記可変バルブタイミング機構及び前記可変バルブ機構に加えて、排気バルブの作動角は一定のまま排気バルブの開閉タイミングを指令値に応じて進遅角する可変バルブタイミング機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火時期制御装置。
3. 燃焼室内の内部不活性ガス率に基づいても前記トレース点火時期推定値を算出することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの点火時期制御装置。
4. エンジン回転速度、吸気バルブ閉時期及び吸気バルブのバルブリフト最大量の３つまたはエンジン回転速度、吸気バルブ閉時期及び吸気バルブ作動角の３つをパラメータとする実効吸気バルブ閉時期を予めシミュレーションで計算してその実効吸気バルブ閉時期のデータを記憶しているデータ記憶手段を備え、
   エンジン回転速度と、前記可変バルブタイミング機構に与える指令値及び前記可変バルブ機構に与える指令値により定まる吸気バルブ閉時期と、前記可変バルブ機構に与える指令値により定まるバルブリフト最大量またはバルブ作動角から前記データ記憶手段を検索することにより前記実効吸気バルブ閉時期を算出することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
5. エンジン回転速度と吸気バルブ作動角の２つをパラメータとする吸気脈動補正量を予めシミュレーションで計算しその吸気脈動補正量のデータを記憶しているデータ記憶手段と、
   前記可変バルブタイミング機構に与える指令値及び前記可変バルブ機構に与える指令値に基づいて吸気バルブ閉時期を算出する吸気バルブ閉時期算出手段と
   を備え、
   エンジン回転速度と、前記可変バルブ機構に与える指令値により定まる吸気バルブ作動角とから前記データ記憶手段を検索することにより吸気脈動補正量を算出し、
   前記吸気バルブ閉時期算出手段により算出される吸気バルブ閉時期よりこの吸気脈動補正量だけ進角側の値を前記実効吸気バルブ閉時期として算出することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
6. 前記燃焼室内ガスの燃焼速度を、エンジン回転速度と、吸気バルブ開時期との２つに基づいてまたはエンジン回転速度と、吸気バルブのバルブリフト最大量との２つに基づいて算出することを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。
7. 吸気バルブの作動角は一定のまま吸気バルブの開閉タイミングを指令値に応じて進遅角する可変バルブタイミング機構と、
   吸気バルブのバルブリフト最大量及び吸気バルブの作動角を指令値に応じて可変制御する可変バルブ機構と
   を備えるエンジンにおいて、
   少なくともエンジンの回転速度と、エンジンの負荷と、最低圧縮比と最高圧縮比の間で前記可変バルブタイミング機構に与える指令値及び前記可変バルブ機構に与える指令値に応じて変化する圧縮比である実効圧縮比と、燃焼室内ガスの燃焼速度とに基づいてトレース点火時期推定値を算出するトレース点火時期推定値算出処理手順と、
   この算出されたトレース点火時期推定値で火花点火を行う火花点火実行処理手順と
   を含み、
   前記可変バルブタイミング機構に与える指令値及び前記可変バルブ機構に与える指令値により定まる吸気バルブ閉時期をシリンダ新気量で補正した値である実効吸気バルブ閉時期に基づいて前記実効圧縮比を算出することを特徴とするエンジンの点火時期制御方法。

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