JP5803791B2 - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の気筒配列で配置された複数の気筒を有する内燃機関の点火時期制御装置に関し、特に、気筒毎に設けられた複数のインジェクタと、複数のインジェクタに燃料を供給するデリバリパイプとを備える内燃機関の点火時期制御装置に関する。

従来、複数の気筒を有する内燃機関と、気筒毎に設けられた複数のインジェクタと、複数のインジェクタに燃料を供給するデリバリパイプとを備える直列４気筒の筒内直噴式内燃機関の燃料供給系（内燃機関の点火時期制御装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に開示された内燃機関のシリンダヘッドには、気筒毎に噴射孔が燃焼室内に臨むように複数のインジェクタが取り付けられている。各インジェクタには、高圧ポンプからの燃料を供給するためのデリバリパイプが取り付けられている。

デリバリパイプのインジェクタに取り付けられる部分は、インジェクタ毎に分割されており、分割されたデリバリパイプの各部分は、デリバリパイプの燃料流路系と略同径の連結部を有するフレキシブルな構造とされている。このように、デリバリパイプがフレキシブルな構造とされることにより、燃料圧力（燃圧）によるデリバリパイプの撓みを連結部において小さな撓みに分散して吸収することが可能になる。そして、燃料供給系の容積は、デリバリパイプの各部分を絞りなく連結した大きな容積となるので、燃料噴射を行う場合に変動の少ない安定した圧力が保たれる。

特開２０００−２１３４３５号公報

しかしながら、エンジン運転中には、シリンダヘッドやデリバリパイプに熱が加わることにより、シリンダヘッドやデリバリパイプが熱膨張するという不都合がある。特に、シリンダヘッドやデリバリパイプが気筒列方向へ熱膨張することにより、中央部近傍よりも端部近傍において周辺の部材に対して熱膨張の影響が大きくなる。すなわち、シリンダヘッドとデリバリパイプとの熱膨張差に起因する相対変位量（熱変位差）は、シリンダヘッドの中央部近傍よりも端部近傍の方が大きくなる。このため、シリンダヘッドの中央部近傍に取り付けられたインジェクタよりもシリンダヘッドの端部近傍に取り付けられたインジェクタに対して気筒列方向の大きい曲げ外力が作用するという問題点がある。

また、インジェクタには、燃焼室内に燃料を噴射制御するニードルが内蔵されている。エンジン運転中には、ニードルの燃焼室側の部分には燃料室からの燃焼圧力が加えられるとともに、ニードルのデリバリパイプ側の部分にはデリバリパイプからの燃料圧力が加えられる。そして、ニードルのデリバリパイプ側の部分に加えられる燃料圧力と、ニードルの燃焼室側の部分に加えられる燃焼室からの燃焼圧力とにより、ニードルに変形および摩耗が生じるため、インジェクタの噴射孔から噴射される燃料噴射量に影響を与えるという問題点がある。

具体的には、インジェクタのニードルが閉弁時に、上記のような熱膨張に起因する曲げ外力がインジェクタに作用する場合には、インジェクタ（ニードル）の燃焼室側の部分が曲がることが想定される。この状態でニードルのデリバリパイプ側の部分に燃料圧力がかかる場合には、ニードルのデリバリパイプ側の部分が変形することにより、インジェクタ内で部分的に片当たり（偏心）する状態となる。そして、燃焼室からの高い燃焼圧力によりニードルが強制的に開弁された場合には、ニードルの燃焼室側の部分に加えられる高い燃焼圧力と、ニードルのデリバリパイプ側に加えられる燃料圧力による押し戻し力とにより、ニードルにさらに変形や摩耗が生じるという問題点がある。

上記のような問題点から、インジェクタのニードルの変形および摩耗の進行を抑制することが望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、インジェクタのニードルの変形および摩耗の進行を抑制することが可能な内燃機関の点火時期制御装置を提供することである。

上述の課題を解決するための手段として、本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、以下のように構成されている。

すなわち、本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、所定の気筒配列で配置された複数の気筒を有する内燃機関と、前記気筒毎に噴射孔が燃焼室内に臨むようにシリンダヘッドに設けられた複数のインジェクタと、前記複数のインジェクタに燃料を供給するデリバリパイプとを備える構成を前提とするものである。また、本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、前記インジェクタの燃料の流量変化量が所定の変化量以上で、かつ、前記デリバリパイプおよび前記シリンダヘッドの熱変位差が所定の変位差以上であると判断された場合には、気筒内圧低下手段を用いて前記複数の気筒のうち端部に配置された前記気筒のうち少なくとも１つの前記気筒の前記燃焼室内の圧力を低下させるように制御することを特徴とするものである。

かかる構成を備える内燃機関の点火時期制御装置によれば、デリバリパイプとシリンダヘッドとの熱変位差による影響（相対変位量）が大きい場合に、複数の気筒のうちの端部に配置された気筒のうち少なくとも１つの気筒に対して、気筒内圧（燃焼室内の圧力）を低減させることにより、インジェクタのニードルの燃焼室側の部分に加えられる燃焼室からの燃焼圧力（ニードルの燃焼室側の部分に作用する外力）を低減することができる。これにより、ニードルがインジェクタ内において変形しにくくなるので、ニードルがインジェクタ内において部分的に片当たり（偏心）するのを抑制することができる。その結果、インジェクタのニードルの変形および摩耗の進行を抑制することができる。

本発明の具体的な構成として、以下の複数のものが挙げられる。

本発明による内燃機関の点火時期制御装置において、好ましくは、前記気筒内圧低下手段は、点火時期を遅角させることにより、前記燃焼室内の圧力を低下させる制御を含むことを特徴とする。このように構成すれば、デリバリパイプとシリンダヘッドとの熱変位差による影響（相対変位量）が大きい場合に、複数の気筒のうち端部に配置された気筒のうち少なくとも１つの気筒に対して、点火時期を遅角制御することにより、容易に気筒内圧（燃焼室内の圧力）を低下させることができる。これにより、インジェクタのニードルの燃焼室側の部分に加えられる燃焼室からの燃焼圧力を低減することができる。その結果、点火時期の遅角制御により容易にインジェクタのニードルの変形および摩耗の進行を抑制することができる。

また、本発明による内燃機関の点火時期制御装置において、好ましくは、空燃比センサにより検出される空燃比の単位時間当たりの変化量に基づいて前記複数の気筒間の空燃比インバランス状態を判断する内燃機関の点火時期制御装置であって、前記複数の気筒のうち端部に配置された前記気筒のうち少なくとも１つの前記気筒が空燃比インバランス状態であると判断された場合には、前記気筒が異常気筒であると判断されるとともに、前記異常気筒の点火時期を遅角させるように制御することを特徴とする。このように構成すれば、複数の気筒のうち端部に配置された気筒のうち少なくとも１つの異常気筒（インバランス状態である気筒）のみが遅角制御されるので、異常気筒のみの燃焼室内の燃焼圧力を低下することができる。これにより、異常気筒に設けられたインジェクタのニードルの燃焼室側の部分に加えられる燃焼室からの燃焼圧力を低減することができる。その結果、異常気筒に設けられたインジェクタのニードルの変形および摩耗の進行を抑制することができる。

この場合、好ましくは、前記燃焼室内の燃焼圧力の大きさを取得する燃焼圧センサをさらに備え、前記燃焼圧センサにより取得された前記異常気筒の前記燃焼室内の圧力の大きさに応じて前記異常気筒の点火時期を可変させるように制御することを特徴とする。このように構成すれば、燃焼室内の圧力に応じて異常気筒の点火時期を可変制御することができるので、より精度よく燃焼室内の圧力を制御することができる。これにより、インジェクタの信頼性の確保と燃費の両立を実現することができる。

本発明によれば、インジェクタのニードルの変形および摩耗の進行を抑制することができる。

本発明の第１実施形態による多気筒エンジン（直列４気筒エンジン）の一例を示す概略構成図である。 図１のエンジンの１気筒を示す概略構成図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態によるＥＣＵによる気筒内圧低下制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態による両端気筒（気筒＃１および＃４）の点火遅角制御を行う際に参照するマップを示す図である。 本発明の第２実施形態によるＥＣＵの気筒内圧低下制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態による気筒＃１の点火遅角制御を行う際に参照するマップを示す図である。 本発明の第２実施形態による気筒＃４の点火遅角制御を行う際に参照するマップを示す図である。 本発明の第３実施形態によるＥＣＵの気筒内圧低下制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態によるＥＣＵの気筒内圧低下制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による内燃機関（エンジン１）の点火時期制御装置の構成について説明する。

−エンジン−
図１および図２は、本発明を適用する多気筒エンジンの概略構成を示す図である。なお、図２には、エンジンの１気筒の構成のみを示している。この例のエンジン１は、駆動力源としてエンジンのみが搭載されるコンベンショナル車両、および、駆動力源としてエンジンと電動機（モータジェネレータまたはモータ等）とが搭載されるハイブリッド車両（ＨＶ車両）のいずれにも適用可能である。

この例のエンジン１は、車両に搭載される筒内噴射式４気筒エンジン（火花点火式内燃機関）である。その各気筒＃１，＃２，＃３，＃４を構成するシリンダブロック１ａ（図２参照）内には、上下方向に往復動するピストン１ｃが設けられている。ピストン１ｃは、コネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン１ｃの往復運動は、コネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。

クランクシャフト１５には、シグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の外周面には、複数の歯（突起）１７ａが等角度（この例では、例えば１０°ＣＡ（クランク角度））ごとに設けられている。また、シグナルロータ１７は、歯１７ａの２枚分が欠落した欠歯部１７ｂを有している。

シグナルロータ１７の側方近傍には、クランク角を検出するクランクポジションセンサ３１が配置されている。クランクポジションセンサ３１は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の歯１７ａに対応するパルス状の信号（電圧パルス）を発生する。このクランクポジションセンサ３１の出力信号からエンジン回転数を算出することが可能である。

エンジン１のシリンダブロック１ａには、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ３２が配置されている。また、シリンダブロック１ａの上端には、シリンダヘッド１ｂが設けられている。このシリンダヘッド１ｂとピストン１ｃとの間には、燃焼室１ｄが形成されている。エンジン１の燃焼室１ｄには、点火プラグ３が配置されている。点火プラグ３の点火タイミングは、イグナイタ４によって調整される。イグナイタ４は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００によって制御される。

エンジン１の燃焼室１ｄには、吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１の一部は、吸気ポート１１ａおよび吸気マニホールド１１ｂによって形成されている。吸気通路１１には、サージタンク１１ｃが設けられている。また、排気通路１２の一部は、排気ポート１２ａおよび排気マニホールド１２ｂによって形成されている。

エンジン１の吸気通路１１には、吸気を濾過するエアクリーナ７、熱線式のエアフロメータ３３、吸気温センサ３４（エアフロメータ３３に内蔵）、エンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ５などが配置されている。スロットルバルブ５は、サージタンク１１ｃの上流側（吸気流れの上流側）に設けられているとともに、スロットルモータ６によって駆動される。スロットルバルブ５の開度は、スロットル開度センサ３５によって検出される。スロットルバルブ５のスロットル開度は、ＥＣＵ２００によって駆動制御される。

エンジン１の排気通路１２には、三元触媒８が配置されている。この三元触媒８の上流側（排気流れの上流側）の排気通路１２には、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３７が配置されている。三元触媒８の下流側の排気通路１２には、Ｏ₂センサ３８が配置されている。

空燃比センサ３７は、例えば限界電流式の酸素濃度センサが適用されている。これにより、広い空燃比領域にわたって空燃比を連続的に検出することが可能である。また、空燃比センサ３７の出力信号は、ＥＣＵ２００に入力される。

Ｏ₂センサ３８は、理論空燃比（ストイキ）近傍で出力値がステップ状に変化する特性を示すセンサである。この例では、例えば起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサが適用されている。Ｏ₂センサ３８の各出力信号は、ＥＣＵ２００に入力される。

また、吸気通路１１と燃焼室１ｄとの間には、吸気バルブ１３が設けられている。この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ｄとの間には、排気バルブ１４が設けられている。この排気バルブ１４を開閉駆動することにより排気通路１２と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３および排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転がタイミングチェーン等を介して伝達される吸気カムシャフト２１および排気カムシャフト２２の各回転によって行われる。

吸気カムシャフト２１の近傍には、特定の気筒（例えば、第１気筒＃１）のピストン１ｃが圧縮上死点（ＴＤＣ）に達したときにパルス状の信号を発生するカムポジションセンサ３９が設けられている。カムポジションセンサ３９は、例えば電磁ピックアップであって、吸気カムシャフト２１に一体的に設けられたロータ外周面の１個の歯（図示せず）に対向するように配置されている。カムポジションセンサ３９は、吸気カムシャフト２１が回転する際にパルス状の信号（電圧パルス）を出力する。なお、吸気カムシャフト２１（および排気カムシャフト２２）は、クランクシャフト１５の１／２の回転速度で回転するので、クランクシャフト１５が２回転（７２０°回転）するごとにカムポジションセンサ３９が１つのパルス状の信号を発生する。

エンジン１のシリンダヘッド１ｂには、燃焼室１ｄ内に噴射孔が臨むようにインジェクタ（燃料噴射弁）２が配置されている。このインジェクタ２は、図１に示すように、各気筒＃１〜＃４毎に設けられており、各燃焼室１ｄ内に燃料を直接噴射するように配置されている。これらインジェクタ２・・・２は、共通のデリバリパイプ１０１に接続されている。デリバリパイプ１０１には、後述する燃料供給系１００の燃料タンク１０４に貯溜の燃料が供給される。これにより、インジェクタ２から各燃焼室１ｄ内に燃料が噴射される。

図２に示すように、燃焼室１ｄ内の混合気（燃料＋空気）は、点火プラグ３にて点火されて燃焼および爆発する。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン１ｃが往復動されることにより、クランクシャフト１５が回転されてエンジン１の駆動力（出力トルク）が得られる。燃焼ガスは、排気バルブ１４の開弁にともない排気通路１２に排出される。なお、エンジン１は、第１気筒＃１→第３気筒＃３→第４気筒＃４→第２気筒＃２の順で燃焼および爆発する。以上のエンジン１の運転状態は、ＥＣＵ２００によって制御される。

一方、燃料供給系１００は、各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２・・・２に共通に接続されたデリバリパイプ１０１、このデリバリパイプ１０１に接続された燃料供給管１０２、燃料ポンプ（例えば電動ポンプ）１０３、および、燃料タンク１０４などを備えている。そして、燃料ポンプ１０３を駆動することにより、燃料タンク１０４内に貯留の燃料を、燃料供給管１０２を介してデリバリパイプ１０１に供給することが可能となる。そして、燃料供給系１００によって各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２に燃料が供給される。燃料供給系１００の燃料ポンプ１０３の駆動は、ＥＣＵ２００によって制御される。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、図３に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０３およびバックアップＲＡＭ２０４などを備えている。

ＲＯＭ２０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。このＲＯＭ２０２に記憶されたマップには、ＥＣＵ２００による後述する「気筒内圧低下制御」を実行する際に参照するマップ（図５、図７および図８）が含まれている。

ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ２０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

以上のＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３およびバックアップＲＡＭ２０４は、バス２０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース２０５および出力インターフェース２０６と接続されている。

入力インターフェース２０５には、クランクポジションセンサ３１、水温センサ３２、エアフロメータ３３、吸気温センサ３４、スロットル開度センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ３６、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３７、Ｏ₂センサ３８、カムポジションセンサ３９、および、車両の速度を検出する車速センサ４０などの各種センサ類が接続されている。また、入力インターフェース２０５には、イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）４１が接続されている。

出力インターフェース２０６には、インジェクタ２、点火プラグ３のイグナイタ４、スロットルバルブ５のスロットルモータ６、および、燃料供給系１００の燃料ポンプ１０３などが接続されている。

そして、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、インジェクタ２の駆動制御（燃料噴射量調整制御）、点火プラグ３の点火時期制御、スロットルバルブ５のスロットルモータ６の駆動制御（吸入空気量制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、第１実施形態では、ＥＣＵ２００は、気筒＃１〜＃４毎に燃焼室１ｄ内の燃焼圧力を低下させる下記の「気筒内圧低下制御」を実行する。

以上のＥＣＵ２００により実行されるプログラムによって、本発明の内燃機関の点火時期制御装置が実現される。

−気筒内圧低下制御−
この第１実施形態では、ＥＣＵ２００は、各気筒＃１〜＃４に取り付けられたインジェクタ２・・・２の燃料の流量変化量が所定の変化量以上で、かつ、デリバリパイプ１０１およびシリンダヘッド１ｂの熱変位差（相対変位量）が所定の変位差以上であると判断した場合に、気筒＃１〜＃４のうちの端部に配置されている気筒（図１に示す＃１、＃４）の燃焼室１ｄ内の圧力（燃焼圧力）を低下させるために、気筒＃１および＃４の両方の気筒の点火時期の遅角制御を実施する。これにより、気筒＃１および＃４の両方の気筒の燃焼室１ｄ内の圧力（燃焼圧力）を低下させることが可能となる。その結果、気筒＃１および＃４に取り付けられたインジェクタ２の噴射孔（インジェクタ２の燃焼室１ｄ側の部分）に加えられる燃焼圧力が低下するので、インジェクタ２に内蔵されている燃料の噴射を制御するニードルなどへの不具合（変形や摩耗など）を抑制することが可能となる。なお、デリバリパイプ１０１およびシリンダヘッド１ｂの熱変位差（相対変位量）とは、主に、デリバリパイプ１０１およびシリンダヘッド１ｂに熱が加えられることより、デリバリパイプ１０１およびシリンダヘッド１ｂが横方向（気筒が配置される方向）に熱膨張する際のデリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱膨張差を指している。また、第１実施形態では、シリンダヘッド１ｂおよびデリバリパイプ１０１の熱膨張差の影響が比較的大きいと考えられるシリンダヘッド１ｂの端部に配置された気筒＃１および＃４における燃焼圧力を低下させることを目的としているので、熱膨張差の影響が比較的小さいと考えられるシリンダヘッド１ｂの中央部近傍に配置された気筒＃２および＃３に関しては、気筒内圧低下制御は行わないものとする。

次に、図４および図５を参照して、ＥＣＵ２００による「気筒内圧低下制御」について詳細に説明する。

まず、図４に示すように、ステップＳＴ１０１において、燃料供給系１００のＦ／Ｂ（フィードバック）補正値を取得する。ステップＳＴ１０１では、エンジン１の排気通路１２に配置された空燃比センサ３７やＯ₂センサ３８などの各出力信号に基づいて、排気ガス中の酸素濃度を算出し、算出された酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）に一致するように、インジェクタ２から燃焼室１ｄ内に噴射する燃料噴射量がフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御される際に、燃料供給系１００のＦ／Ｂ（フィードバック）補正値を取得する。そして、ステップＳＴ１０２に処理を進める。

次に、ステップＳＴ１０２において、燃料供給系１００のＦ／Ｂ補正値（インジェクタ２の燃料の流量変化量）が所定値（所定の変化量）以上か否かが判断される。ステップＳＴ１０２において、ステップＳＴ１０１で取得された燃料供給系１００のＦ／Ｂ補正値が所定値以上であると判定された場合（肯定判定：Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ１０３に処理を進める。

ステップＳＴ１０３において、燃料温度または外気温度を取得する。具体的には、上記した各種センサの検出信号に基づいて、燃料タンク１０４に貯留の燃料温度を推定する。なお、図示しない燃温センサを燃料タンク１０４や燃料ポンプ１０３などに設けることにより、燃料温度を取得してもよい。また、図示しない外気温センサを車両の任意の個所に取り付けて外気温を取得し、取得された外気温に基づいて燃料温度を推定してもよい。その後、ステップＳＴ１０４に処理を進める。

ステップＳＴ１０４において、デリバリパイプ１０１の温度を推定する。ステップＳＴ１０４では、ステップＳＴ１０３で取得された燃料温度に基づいて、ＲＯＭ２０２に記憶されているマップを参照して、デリバリパイプ１０１の温度が推定される。そして、ステップＳＴ１０５に処理を進める。

ステップＳＴ１０５において、エンジン１の回転数、吸入空気量、および、冷却水温を取得する。ステップＳＴ１０５では、エンジン１に設けられたクランクポジションセンサ３１の出力信号によりエンジン回転数が取得され、エンジン１の吸気通路１１に設けられたエアフロメータ３３の出力信号により吸入空気量が取得され、エンジン１のシリンダブロック１ａに設けられた水温センサ３２の出力信号により冷却水温が取得される。そして、ステップＳＴ１０６に処理を進める。

ステップＳＴ１０６において、シリンダヘッド１ｂの温度を推定する。ステップＳＴ１０６では、ステップＳＴ１０５で取得したエンジン１の回転数、吸入空気量、および、冷却水温に基づいて、ＲＯＭ２０２に記憶されているマップを参照して、シリンダヘッド１ｂの温度が推定される。そして、ステップＳＴ１０７に処理を進める。

ステップＳＴ１０７において、デリバリパイプ１０１およびシリンダヘッド１ｂの熱変位差（相対変位量）が所定値（所定の変位差）以上であるか否かが判断される。ステップＳＴ１０７において、デリバリパイプ１０１およびシリンダヘッド１ｂの熱変位差が所定値（所定の変位差）以上であると判定された場合（肯定判定：Ｙｅｓ）には、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱膨張差が比較的大きいと判断され、この熱膨張差に起因してシリンダヘッド１ｂに取り付けられているインジェクタ２に外力が加えられることにより、インジェクタ２が変形する恐れがあると判断される。その後、ステップＳＴ１０８に処理を進める。

ここで、第１実施形態では、ステップＳＴ１０８において、両端気筒（気筒＃１および＃４）の点火遅角制御を実行する。具体的には、ＲＯＭ２０２に記憶されているマップ（図５参照）を参照して、両端気筒（気筒＃１および＃４）の点火遅角制御を実行する。図５では、横軸に燃料供給系１００のＦ／Ｂ補正値を示しており、縦軸にデリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差を示している。図５に示すマップでは、燃料供給系１００のＦ／Ｂ補正値が小さく、かつ、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差が小さい場合には、両端気筒（気筒＃１および＃４）の点火時期の遅角量を比較的小さくするように制御する。これにより、両端気筒（気筒＃１および＃４）の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力を低下させることが可能となる。その一方で、燃料供給系１００のＦ／Ｂ補正値が大きく、かつ、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差が大きい場合には、両端気筒（気筒＃１および＃４）の点火時期の遅角量を比較的大きくするように制御する。これにより、両端気筒（気筒＃１および＃４）の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力をさらに低下させることが可能となる。すなわち、燃料供給系１００のＦ／Ｂ補正値と、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差との大きさに応じて、点火時期の遅角量が制御されることにより、両端気筒（気筒＃１および＃４）の燃焼室１ｄ内の圧力が制御される。

また、図４に示すように、ステップＳＴ１０２において、燃料供給系１００のＦ／Ｂ補正値が所定値（所定の変化量）以上か否かが判断され、ステップＳＴ１０１で取得された燃料供給系１００のＦ／Ｂ（フィードバック）補正値が所定値以上ではない（小さい）と判定された場合（否定判定：Ｎｏ）には、ステップＳＴ１０９に処理を進める。そして、ステップＳＴ１０９において、通常の点火制御を行う（図５に示す「遅角なし」の範囲）。

また、ステップＳＴ１０７において、デリバリパイプ１０１およびシリンダヘッド１ｂの熱変位差が所定値（所定の変位差）以上であるか否かが判断され、デリバリパイプ１０１およびシリンダヘッド１ｂの熱変位差が所定値（所定の変位差）以上ではない（小さい）と判定された場合（否定判定：Ｎｏ）には、ステップＳＴ１０９に処理を進める。そして、ステップＳＴ１０９において、通常の点火制御を行う（図５に示す「遅角なし」の範囲）。

以上説明したように、第１実施形態によるＥＣＵ２００の気筒内圧低下制御によれば、以下に列記するような効果が得られる。

第１実施形態では、上記のように、インジェクタ２の燃料の流量変化量が所定の変化量以上で、かつ、デリバリパイプ１０１およびシリンダヘッド１ｂの熱変位差が所定の変位差以上であると判断された場合には、気筒内圧低下手段を用いて複数の気筒＃１〜＃４のうち端部に配置された気筒＃１および＃４の両方の燃焼室１ｄ内の圧力を低下させる。これにより、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差による影響（相対変位量）が大きい場合に、複数の気筒＃１〜＃４のうちの端部に配置された気筒＃１および＃４の両方に対して、気筒内圧（燃焼室１ｄ内の圧力）を低減させることにより、インジェクタ２のニードルの燃焼室１ｄ側の部分に加えられる燃焼室１ｄからの燃焼圧力（ニードルの燃焼室１ｄ側の部分に作用する外力）を低減することができる。これにより、ニードルがインジェクタ２内において変形しにくくなるので、ニードルがインジェクタ２内において部分的に片当たり（偏心）するのを抑制することができる。その結果、インジェクタ２のニードルの変形および摩耗の進行を抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、点火時期を遅角させることにより、燃焼室１ｄ内の圧力を低下させる。これにより、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差による影響（相対変位量）が大きい場合に、複数の気筒＃１〜＃４のうちの端部に配置されている気筒＃１および＃４の両方に対して、点火時期を遅角制御することにより、容易に気筒内圧（燃焼室１ｄ内の圧力）を低下させることができる。その結果、インジェクタ２のニードルの燃焼室１ｄ側の部分に加えられる燃焼室１ｄからの燃焼圧力を低減することができる。これにより、点火時期の遅角制御により容易にインジェクタ２のニードルの変形および摩耗の進行を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図６〜図８を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、両端気筒（気筒＃１および＃４の両方）の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力を低下させる制御を行った上記第１実施形態とは異なり、気筒＃１および＃４の各々について気筒内圧低下制御を行うか否かを判断する例について説明する。

図６に示すように、ステップＳＴ２０１〜ステップＳＴ２０６の処理は、上記第１実施形態で説明したステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１０６の処理とそれぞれ同様であるので、詳細な説明は省略する。

ステップＳＴ２０７において、各気筒＃１〜＃４のインバランス量を取得して、各気筒＃１〜＃４の燃料噴射量のばらつきを特定する。ここで、気筒＃１〜＃４間の空燃比にばらつき（インバランス：ｉｍｂａｌａｎｃｅ）が発生する場合には、各気筒＃１〜＃４に設けられたインジェクタ２の噴射性能のばらつきや、気筒＃１〜＃４毎の吸入空気配分量のばらつきなどによって、実際の空燃比が気筒＃１〜＃４間でばらつくことがある。気筒＃１〜＃４間に空燃比インバランスが発生した場合には、１機関サイクル間（＝７２０°ＣＡ）での排気空燃比の変動が大きくなり、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３７の出力が変動する。空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３７の出力波形は、ストイキ（理論空燃比）を中心として振動する傾向にあるが、気筒＃１〜＃４間の空燃比インバランスが発生すると、そのインバランス度合に応じて空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３７の出力波形の振動の振幅が大きくなる。このような現象を利用して、気筒＃１〜＃４間の空燃比インバランス量を取得することが可能となる。そして、気筒＃１〜＃４間の空燃比インバランス量を取得した後に、ステップＳＴ２０８およびステップＳＴ２１１に処理を進める。

ここで、第２実施形態では、ステップＳＴ２０８において、気筒＃１がインバランス状態（異常）であるか否かが判断される。このステップＳＴ２０８では、空燃比センサ３７により検出される空燃比の単位時間当たりの変化量に基づいて気筒＃１の空燃比インバランス状態を判断する。具体的には、ステップＳＴ２０７で取得されたインバランス量と所定の判定閾値とを比較する。そして、ステップＳＴ２０８において、取得されたインバランス量が判定閾値以上であると判定した場合（肯定判定：Ｙｅｓ）には、気筒＃１が異常気筒であると判定して、ステップＳＴ２０９に処理を進める。

ステップＳＴ２０９において、気筒＃１の点火遅角制御を実行する。具体的には、ＲＯＭ２０２に記憶されているマップ（図７参照）を参照して、気筒＃１の点火遅角制御を実行する。図７では、横軸にインバランス量を示しており、縦軸にデリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差を示している。図７に示すマップでは、インバランス量が小さく、かつ、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差が小さい場合には、気筒＃１の点火時期の遅角量を比較的小さくするように制御する。その一方で、インバランス量が大きく、かつ、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差が大きい場合には、気筒＃１の点火時期の遅角量を比較的大きくするように制御する。これにより、インバランス量と、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差との大きさに応じて、点火時期の遅角量が制御される。すなわち、インバランス量と、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差との大きさに応じて、気筒＃１の燃焼室１ｄ内の圧力が制御される。

また、図６に示すように、ステップＳＴ２０８において、気筒＃１がインバランス状態（異常）であるか否かが判断され、ステップＳＴ２０７で取得されたインバランス量が判定閾値以上ではない（判定閾値よりも小さい）と判定した場合（否定判定：Ｎｏ）には、気筒＃１について通常の点火制御（図７に示す「遅角なし」の範囲）を実行するとともに、ステップＳＴ２１１に処理を進める。

また、第２実施形態では、ステップＳＴ２１１において、気筒＃４がインバランス状態（異常）であるか否かが判断される。このステップＳＴ２１１では、空燃比センサ３７により検出される空燃比の単位時間当たりの変化量に基づいて気筒＃４の空燃比インバランス状態を判断する。具体的には、ステップＳＴ２０７で取得されたインバランス量と所定の判定閾値とを比較する。そして、ステップＳＴ２１１において、取得されたインバランス量が判定閾値以上であると判定した場合（肯定判定：Ｙｅｓ）は、気筒＃４が異常気筒であると判定して、ステップＳＴ２１２に処理を進める。

ステップＳＴ２１２において、気筒＃４の点火遅角制御を実行する。具体的には、ＲＯＭ２０２に記憶されているマップ（図８参照）を参照して、気筒＃４の点火遅角制御を実行する。図８では、横軸にインバランス量を示しており、縦軸にデリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差を示している。図８に示すマップでは、インバランス量が小さく、かつ、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差が小さい場合には、気筒＃４の点火時期の遅角量を比較的小さくするように制御する。その一方で、インバランス量が大きく、かつ、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差が大きい場合には、気筒＃４の点火時期の遅角量を比較的大きくするように制御する。これにより、インバランス量と、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差との大きさに応じて、点火時期の遅角量が制御される。すなわち、インバランス量と、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差との大きさに応じて、気筒＃４の燃焼室１ｄ内の圧力が制御される。

また、図６に示すように、ステップＳＴ２１１において、気筒＃４がインバランス状態（異常）であるか否かが判断され、ステップＳＴ２０７で取得されたインバランス量が判定閾値以上ではない（判定閾値よりも小さい）と判定した場合（否定判定：Ｎｏ）には、ステップＳＴ２１０に進み、気筒＃４について通常の点火制御を実行する（図８に示す「遅角なし」の範囲）。

以上説明したように、第２実施形態によるＥＣＵ２００の気筒内圧低下制御によれば、以下に列記するような効果が得られる。

第２実施形態では、上記のように、複数の気筒＃１〜＃４のうち端部に配置された気筒＃１および＃４のうち少なくとも１つの気筒が空燃比インバランス状態であると判断された場合には、気筒＃１および＃４のうちの少なくとも１つの気筒が異常気筒であると判断されるとともに、異常気筒の点火時期を遅角させる。これにより、複数の気筒＃１〜＃４のうち端部に配置された気筒＃１および＃４のうち異常気筒（インバランス状態である気筒）のみが遅角制御されるので、異常気筒のみの燃焼室１ｄ内の燃焼圧力を低下することができる。その結果、異常気筒に設けられたインジェクタ２のニードルの燃焼室１ｄ側の部分に加えられる燃焼室１ｄからの燃焼圧力を低減することができる。これにより、異常気筒に設けられたインジェクタ２のニードルの変形および摩耗の進行を抑制することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施と同様である。

（第３実施形態）
次に、図９および図１０を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、気筒＃１〜＃４毎に燃焼室内に燃焼圧センサを取り付けた構成において、燃焼圧センサにより気筒＃１〜＃４毎の燃焼室内の燃焼圧（筒内圧力）を取得し、取得された筒内圧力の大きさに基づいて気筒＃１および＃４の各々について気筒内圧低下制御を行うか否かを判断する例について説明する。

図９に示すように、ステップＳＴ３０１〜ステップＳＴ３０６の処理は、上記第１実施形態で説明したステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１０６の処理とそれぞれ同様であるので、詳細な説明は省略する。また、ステップＳＴ３０７、ステップＳＴ３０８およびステップＳＴ３１７（図１０参照）の処理は、図６に示す上記第２実施形態で説明したステップＳＴ２０７、ステップＳＴ２０８およびステップＳＴ２１１の処理とそれぞれ同様であるので、詳細な説明は省略する。

図９に示すように、ステップＳＴ３０８において、気筒＃１がインバランス状態（異常）であるか否かが判断され、ステップＳＴ３０７で取得されたインバランス量が判定閾値以上であると判定した場合（肯定判定：Ｙｅｓ）には、気筒＃１が異常気筒であると判定して、ステップＳＴ３０９に処理を進める。

ステップＳＴ３０９において、気筒＃１の燃焼室１ｄ内に取り付けられた燃焼圧センサ（図示せず）の出力信号により、気筒＃１の燃焼室１ｄ内の燃焼圧（筒内圧力）を取得する。そして、ステップＳＴ３１０に処理を進める。

ステップＳＴ３１０において、ステップＳＴ３０９で取得された気筒＃１の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力（筒内圧力）が第１の基準値以上か否かが判断される。そして、ステップＳＴ３１０において、気筒＃１の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力（筒内圧力）が第１の基準値以上であると判定された場合（肯定判定：Ｙｅｓ）には、気筒＃１の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力（筒内圧力）が比較的大きいため、気筒＃１に取り付けられたインジェクタ２のニードルに不具合が発生する恐れがあると判断される。その後、ステップＳＴ３１１に処理を進める。

そして、ステップＳＴ３１１において、気筒＃１の点火遅角制御を実行する。具体的には、上記第２実施形態と同様に、ＲＯＭ２０２に記憶されているマップ（図７参照）を参照して、気筒＃１の点火遅角制御を実行する。すなわち、インバランス量が小さく、かつ、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差が小さい場合には、気筒＃１の点火時期の遅角量を比較的小さくするように制御する。その一方で、インバランス量が大きく、かつ、デリバリパイプ１０１とシリンダヘッド１ｂとの熱変位差が大きい場合には、気筒＃１の点火時期の遅角量を比較的大きくするように制御する。そして、ステップＳＴ３１２に処理を進める。

ステップＳＴ３１２において、点火時期ガード処理を行う。この点火時期ガード処理では、標準的な環境条件下においてノッキングを生じさせない最も進角側のベース点火制御値と、最も遅角側の最遅角値との間のＩＮＪ（インジェクタ）保護遅角制御値の範囲内において、点火時期を可変させて点火時期のガード処理が行われる。

また、ステップＳＴ３１０において、ステップＳＴ３０９で取得された気筒＃１の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力（筒内圧力）が第１の基準値以上か否かが判断され、気筒＃１の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力（筒内圧力）が第１の基準値以上ではない（基準値よりも小さい）と判定された場合（否定判定：Ｎｏ）には、ステップＳＴ３１３に処理を進める。

そして、ステップＳＴ３１３において、ステップＳＴ３０９で取得された気筒＃１の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力（筒内圧力）が第２の基準値以下か否かが判断される。なお、第２の基準値は、上記第１の基準値よりも小さい値とする。そして、ステップＳＴ３１３において、気筒＃１の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力（筒内圧力）が第２の基準値以下であると判定された場合（肯定判定：Ｙｅｓ）には、気筒＃１の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力（筒内圧力）が比較的小さいため、気筒＃１に取り付けられたインジェクタ２のニードルに不具合が発生する恐れが少ないと判定される。その後、ステップＳＴ３１４に処理を進める。

そして、ステップＳＴ３１４において、気筒＃１の点火進角制御を実行する。具体的には、ＲＯＭ２０２に記憶されているマップを参照して、気筒＃１の点火進角制御を実行する。すなわち、気筒＃１の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力（筒内圧力）が所定の圧力になるように制御される。そして、ステップＳＴ３１２に処理を進める。その後、ステップＳＴ３１２において、点火時期ガード処理を行う。

また、ステップＳＴ３１３において、ステップＳＴ３０９で取得された気筒＃１の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力（筒内圧力）が第２の基準値以下か否かが判断され、気筒＃１の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力（筒内圧力）が第２の基準値以下ではない（基準値よりも大きい）と判定された場合（否定判定：Ｎｏ）には、気筒＃１の燃焼室１ｄ内の燃焼圧力（筒内圧力）が第１の基準値よりも小さくかつ第２の基準値よりも大きいと判定される。その後、ステップＳＴ３１５に処理を進める。

ステップＳＴ３１５において、気筒＃１に対する遅角制御が固定される（遅角制御を行わない）。そして、ステップＳＴ３１２に処理を進める。その後、ステップＳＴ３１２において、点火時期ガード処理を行う。

また、ステップＳＴ３０８において、気筒＃１がインバランス状態（異常）であるか否かが判断され、ステップＳＴ３０７で取得されたインバランス量が判定閾値以上ではない（判定閾値よりも小さい）と判定した場合（否定判定：Ｎｏ）には、気筒＃１が異常気筒ではないと判定して、気筒＃１について通常の点火制御を実行するとともに、図１０に示すステップＳＴ３１７に処理を進める。

また、図１０に示すように、ステップＳＴ３１７において、気筒＃４がインバランス状態（異常）であるか否かが判断され、ステップＳＴ３０７（図９参照）で取得されたインバランス量が判定閾値以上であると判定した場合（肯定判定：Ｙｅｓ）には、気筒＃４が異常気筒であると判定して、ステップＳＴ３１８に処理を進める。なお、図１０に示すステップＳＴ３１８〜ステップＳＴ３２４は、図９に示す上記したステップＳＴ３０９〜ステップＳＴ３１５までの処理を気筒＃４に対して行うものであるので、詳細な説明は省略する。

以上説明したように、第３実施形態によるＥＣＵ２００の気筒内圧低下制御によれば、以下に列記するような効果が得られる。

第３実施形態では、上記のように、燃焼圧センサにより取得された異常気筒の燃焼室１ｄ内の圧力の大きさに応じて異常気筒の点火時期を可変させる。これにより、燃焼室１ｄ内の圧力に応じて異常気筒の点火時期を可変制御することができるので、より精度よく燃焼室１ｄ内の圧力を制御することができる。その結果、インジェクタ２の信頼性の確保と燃費の両立を実現することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。

−他の実施形態−
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、本発明による内燃機関の点火時期制御装置を直列４気筒のエンジンに適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明を直列４気筒以外の多気筒（２気筒、３気筒、６気筒など）エンジンに適用してもよいし、Ｖ型エンジンや水平対向エンジンに適用することも可能である。

また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の気筒内圧低下手段の一例として、点火時期を遅角させることにより、燃焼室内の圧力を低下させる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、燃焼室内の圧力を低下させることが可能であれば、点火時期を遅角させる以外の方法（制御）でも適用可能である。

また、上記第１〜第３実施形態では、デリバリパイプの温度を推定した後にシリンダヘッドの温度を推定する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、シリンダヘッドの温度を推定した後にデリバリパイプの温度を推定してもよい。

また、上記第２および第３実施形態では、気筒＃１が異常か否かを判断した後に気筒＃４が異常か否かを判断する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、気筒＃４が異常か否かを判断した後に気筒＃１が異常か否かを判断してもよい。また、気筒＃１が異常か否かの判断と、気筒＃４が異常か否かの判断とを時間的に略同時に実行するように制御してもよい。

また、上記第３実施形態では、燃焼圧センサにより燃焼室内の燃焼圧力を取得する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、燃焼室内の燃焼圧力を取得することが可能であれば、燃焼圧センサ以外のセンサでも適用可能である。

本発明は、所定の気筒配列で配置された複数の気筒を有する内燃機関の点火時期制御装置に利用可能であり、さらに詳しくは、気筒毎に設けられた複数のインジェクタと、複数のインジェクタに燃料を供給するデリバリパイプとを備える内燃機関の点火時期制御装置に利用することができる。

１ エンジン（内燃機関）
１ｂ シリンダヘッド
１ｄ 燃焼室
２ インジェクタ
１０１ デリバリパイプ
２００ ＥＣＵ
＃１、＃２、＃３、＃４ 気筒

Claims (4)

1. 所定の気筒配列で配置された複数の気筒を有する内燃機関と、
   前記気筒毎に噴射孔が燃焼室内に臨むようにシリンダヘッドに設けられた複数のインジェクタと、
   前記複数のインジェクタに燃料を供給するデリバリパイプとを備える内燃機関の点火時期制御装置において、
   前記インジェクタの燃料の流量変化量が所定の変化量以上で、かつ、前記デリバリパイプおよび前記シリンダヘッドの熱変位差が所定の変位差以上であると判断された場合には、気筒内圧低下手段を用いて前記複数の気筒のうち端部に配置された前記気筒のうち少なくとも１つの前記気筒の前記燃焼室内の圧力を低下させるように制御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、
   前記気筒内圧低下手段は、点火時期を遅角させることにより、前記燃焼室内の圧力を低下させる制御を含む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１または２に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
   空燃比センサにより検出される空燃比の単位時間当たりの変化量に基づいて前記複数の気筒間の空燃比インバランス状態を判断する内燃機関の点火時期制御装置であって、
   前記複数の気筒のうち端部に配置された前記気筒のうち少なくとも１つの前記気筒が空燃比インバランス状態であると判断された場合には、前記気筒が異常気筒であると判断されるとともに、前記異常気筒の点火時期を遅角させるように制御す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３に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
   前記燃焼室内の燃焼圧力の大きさを取得する燃焼圧センサをさらに備え、
   前記燃焼圧センサにより取得された前記異常気筒の前記燃焼室内の圧力の大きさに応じて前記異常気筒の点火時期を可変させるように制御す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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