JP6340630B2

JP6340630B2 - エンジンの点火時期制御装置

Info

Publication number: JP6340630B2
Application number: JP2016068290A
Authority: JP
Inventors: 智彰藤山; 千華子大久; 信彦横山; 尚幸赤星; 博貴森本; 正一相賀; 佳朋松尾
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2018-06-13
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: JP2017180279A

Description

ここに開示する技術は、エンジンの点火時期制御装置に関する。

特許文献１には、自然吸気エンジンにおいて、エンジンの運転状態が所定の高負荷領域にあるときには、その高負荷領域よりも負荷の低い低中負荷領域にあるときに対して点火時期を遅角させることにより、ノッキングの発生を抑制することが記載されている。

特開２０１４−１５２６４０号公報

特許文献１に記載されているように高負荷領域において点火時期を遅角させることは、ノッキングの防止に有利になる一方で、出力が低下するため、燃費性能には不利になる。

また、エンジンにノックセンサを取り付け、ノックセンサがノッキングの発生を検出したときに、点火時期を遅角させることも行われている。この構成は、点火時期を予め遅角させないため、燃費性能の向上に有利である。しかしながら、この構成では、ノッキングが何度も発生してしまうと、運転者に不快感を与えてしまう恐れがある。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃費性能を低下させずに、ノッキングの発生を効果的に抑制することにある。

具体的に、ここに開示する技術は、エンジンの点火時期制御装置に係る。この点火時期制御装置は、気筒と、前記気筒内の混合気に点火するよう構成された点火プラグと、を有するエンジン本体と、前記点火プラグの点火時期を設定すると共に、設定した点火時期で、前記点火プラグを点火させるよう構成された点火制御部と、を備え、前記点火制御部は、前記エンジン本体の運転状態が高負荷領域にあるときには、前記点火時期の進角限界を、前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域よりも負荷の低い低中負荷領域にあるときに対して、同じか又は遅角側に設定し、前記点火制御部は、前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域の、高回転領域にあるときには、前記点火時期の進角限界を、前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域の、前記高回転領域よりも回転数の低い領域にあるときに対して、進角側に設定する。

この構成によると、点火制御部は、エンジン本体の運転状態が高負荷領域にあるときには、点火時期の進角限界を、低中負荷領域にあるときに対して、同じか又は遅角側に設定する。エンジン本体の運転状態が高負荷領域にあるときには、自然吸気エンジンでは圧力上昇によりノッキングが悪化しやすく（但し、吸気温度が同じ前提）、過給機付きエンジンでは吸気温度と圧力上昇によりノッキングが悪化しやすいが、前記の構成では、点火時期が遅角化することで、ノッキングの発生が効果的に抑制される。

また、前記の構成では、エンジン本体の運転状態が高負荷領域にあるときであって、高回転領域にあるときには、点火制御部は、点火時期の進角限界を、当該高回転領域よりも回転数の低い領域にあるときに対して、進角側に設定する。高回転領域にあるときには、クランク角の変化に対する実時間の経過が短いため、ノッキングが相対的に発生し難くなる。そこで、点火時期を進角化することによって、ノッキングの発生を抑制しながら、エンジンの出力が向上し、燃費性能の向上に有利になる。

一方で、高負荷領域の、前記高回転領域よりも回転数の低い領域は、高回転領域と比較して使用頻度が高い領域であるが、エンジン本体の運転状態が、この領域にあるときには、点火制御部は、点火時期の進角限界を相対的に遅角側に設定する。このことにより、ノッキングの発生を確実に回避すると共に、筒内最高圧力（Ｐmax）が低くなって、エンジンの信頼性の向上に有利になる。

前記エンジンの点火時期制御装置は、前記エンジン本体の排気側に配設されかつ、前記エンジン本体の排気によって駆動されるよう構成されたタービンと、前記エンジン本体の吸気側に配設されかつ、前記タービンによって駆動されることで、前記エンジン本体の吸気を過給するよう構成されたコンプレッサとを有するターボ過給機と、前記気筒内に供給する燃料のオクタン価を判定するハイオク判定部と、を備え、前記高負荷領域の、前記高回転領域よりも回転数の低い領域は、相対的に低回転側の低回転領域と、当該低回転領域と前記高回転領域との間の中回転領域とに分けられ、前記ハイオク判定部が、前記燃料が高オクタン価燃料であると判定したときに、前記点火制御部は、前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域の前記高回転領域にあるときの前記進角限界を、前記燃料が低オクタン価燃料であると判定したときに対して、進角側に設定し、前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域の前記低回転領域にあるときの前記進角限界を、前記燃料が低オクタン価燃料であると判定したときに対して、進角側に設定し、前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域の前記中回転領域にあるときの前記進角限界を、前記燃料が低オクタン価燃料であると判定したときと同じに設定する。

燃料が高オクタン価燃料であるときには、低オクタン価燃料と比較して、ノッキングの発生が抑制されるため、点火時期を進角側に設定することが可能になる。ハイオク判定部が、燃料が高オクタン価燃料であると判定したときには、点火制御部は、エンジン本体の運転状態が高負荷領域の高回転領域にあるときの進角限界を、燃料が低オクタン価燃料であると判定したときに対して、進角側に設定する。これにより、ノッキングの発生を効果的に抑制しながら、エンジンの最高出力を、より高く設定することが可能になる。

また、ハイオク判定部が、燃料が高オクタン価燃料であると判定したときには、点火制御部は、エンジン本体の運転状態が高負荷領域の低回転領域にあるときの進角限界を、燃料が低オクタン価燃料であると判定したときに対して、進角側に設定する。点火時期を進角することによるトルク向上が可能になるから、ターボ過給機付きエンジンにおいて、過給圧を、その分、低くすることが可能になる。これは、高負荷領域の低回転領域において、低速プレイグニッション（Low Speed Pre-Ignition：ＬＳＰＩ）の回避に有利になる。

また、ハイオク判定部が、燃料が高オクタン価燃料であると判定したときには、エンジン本体の運転状態が高負荷領域の中回転領域にあるときの進角限界を、燃料が低オクタン価燃料であると判定したときと同じに設定する。使用頻度が相対的に高い、高負荷領域の中回転領域において、点火時期を、高回転領域及び低回転領域に比較して遅角側に設定することになるから、前述したように、ノッキングの発生を確実に回避しながら、エンジンの信頼性を向上させることが可能になる。また、使用頻度の高い高負荷領域の中回転領域において、放射音の抑制にも有利になる。

前記エンジンの点火時期制御装置は、前記エンジン本体に連結された変速機の変速段を検出する変速段検出部を備え、前記点火制御部は、前記ハイオク判定部が、前記燃料が高オクタン価燃料であると判定したときであって、前記変速段検出部が検知した変速段が低速段のときには、前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域の前記高回転領域にあるときの前記進角限界を、前記変速段が高速段のときに対して、遅角側に設定する、としてもよい。

変速機の変速段が低速段のときには、アクセルペダルの踏み込みに対して、エンジン本体の運転状態の変化が激しく（つまり、エンジン本体の回転数や負荷が、短時間で、大きく変化する）、それに伴い、エンジン本体の運転領域によって定まる進角限界に対応するように点火時期を短時間で大きく変更したり、エンジンの充填効率を短時間で大きく変更したりしなければならないが、それら点火時期や充填効率の変更が遅れる結果、トルクの変動によるショックが発生する場合がある。一方、変速機の変速段が高速段のときには、アクセルペダルの踏み込みに対して、エンジン本体の運転状態の変化が緩やかになるため、ショックの発生は回避可能である。

前述したように、燃料が高オクタン価燃料であるときには、高負荷領域において、高回転領域及び低回転領域は、中回転領域に対し、点火時期の進角限界が相対的に進角側に設定されるが、前記の構成ではさらに、変速段が低速段のときに、エンジン本体の運転状態が高負荷領域の高回転領域にあるときの進角限界を、前記変速段が高速段のときに対して、遅角側に設定する。こうすることで、変速段が低速段のときには、高回転領域の進角限界と、中回転領域の進角限界との差が小さくなる。その結果、点火時期の変更量が少なくなるから、エンジン本体の運転状態の変化が激しくなっても、ショックの発生を回避することができ、ドライビングフィールが向上する。

以上説明したように、前記のエンジンの点火時期制御装置によると、高負荷領域の高回転領域における点火時期の進角限界を、回転数の低い領域に対して進角側に設定するから、燃費性能を低下させずに、ノッキングの発生を効果的に抑制することができる。

図１は、エンジンの概略構成図である。図２は、トルクベース制御に係る処理のフローチャートである。図３は、ＥＣＵの機能構成図である。図４は、点火時期設定マップの概念を説明する説明図である。図５は、点火時期とエンジントルクと進角限界との関係を示す図である。図６は、点火時期の設定に関するフローチャートである。

以下、ここに開示する過給機付きエンジンの制御装置について、図面を参照しながら詳細に説明をする。尚、以下の説明は例示である。

〈エンジンの構成〉
図１は、実施形態によるエンジンの点火時期制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。エンジンは、４輪自動車に搭載されるエンジンである。図１に示すように、エンジン１００（例えばガソリンエンジン）は、主に、外部から導入された吸気（空気）が通過する吸気通路１０と、吸気通路１０から供給された吸気と燃料噴射弁２３から供給された燃料（ガソリン）との混合気を、吸気通路１０に接続された複数の気筒（１つのみ図示）２１各々の内部で燃焼させて自動車の動力を発生するエンジン本体２０と、このエンジン本体２０内の燃焼により発生した排気を排出する排気通路３０と、エンジン１００全体を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを有する。エンジン１００は、例えば前進６速の多段の自動変速機１０１に連結されている。エンジン１００の出力は、自動変速機１０１を介して駆動輪１０２に伝達される。

吸気通路１０には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナ２と、通過する吸気を昇圧させる、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａと、通過する吸気を冷却するインタークーラ９と、通過する吸気の流量を調整するスロットルバルブ１１と、エンジン本体２０に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク１３ａを有し、吸気ポート１４に接続された吸気マニホールド１３とが設けられている。

また、吸気通路１０には、コンプレッサ４ａによって過給された吸気の一部を、コンプレッサ４ａの上流側に還流するためのエアバイパス通路６が設けられている。エアバイパス通路６は、一端がコンプレッサ４ａの下流側で且つスロットルバルブ１１の上流側の吸気通路１０に接続され、他端がコンプレッサ４ａの上流側の吸気通路１０に接続されている。また、このエアバイパス通路６には、エアバイパス通路６を流れる吸気の流量を制御するエアバイパスバルブ７が設けられている。

エンジン本体２０は、主に、吸気ポート１４を開閉する吸気バルブ２２と、気筒２１内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２３と、気筒２１内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ２４と、気筒２１内での混合気の燃焼により往復運動するピストン２７と、ピストン２７の往復運動により回転されるクランクシャフト２８と、排気ポート３１を開閉する排気バルブ２９とを有する。

クランクシャフト２８には、不図示の吸気カムシャフトと排気カムシャフトとが駆動連結されている。吸気カムシャフトは、クランクシャフト２８に連動して回転することにより、吸気バルブ２２を駆動する。この駆動によって、吸気バルブ２２は、吸気ポート１４を所定のタイミングで開閉するように往復運動する。同様に、排気カムシャフトは、クランクシャフト２８に連動して回転することにより、排気バルブ２９を駆動する。この駆動によって、排気バルブ２９は、排気ポート３１を所定のタイミングで開閉するように往復運動する。

エンジン本体２０は、吸気カムシャフトの位相を進角又は遅角させるバルブタイミング可変機構（吸気ＶＶＴ）２５と、排気カムシャフトの位相を進角又は遅角させるバルブタイミング可変機構（排気ＶＶＴ）２６とを備えている。

吸気ＶＶＴ２５は、吸気カムシャフトの位相を進角又は遅角させることによって、吸気バルブ２２の開時期及び閉時期を連続的に変更する。同様に、排気ＶＶＴ２６は、排気カムシャフトの位相を進角又は遅角させることによって、排気バルブ２９の開時期及び閉時期を連続的に変更する。

排気通路３０には、上流側から順に、通過する排気によって回転させられ、この回転によってコンプレッサ４ａを回転駆動する、ターボ過給機４のタービン４ｂと、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などの、排気の浄化機能を有する排気浄化触媒３７、３８とが設けられている。

また、排気通路３０には、排気を吸気通路１０に還流するＥＧＲ通路３２が接続されている。このＥＧＲ通路３２は、一端がタービン４ｂの上流側の排気通路３０に接続され、他端がスロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１０に接続されている。加えて、ＥＧＲ通路３２には、還流させる排気を冷却するＥＧＲクーラ３３と、ＥＧＲ通路３２を流れる排気の流量を制御するＥＧＲバルブ３４とが設けられている。

さらに、排気通路３０には、排気にターボ過給機４のタービン４ｂを迂回させるタービンバイパス通路３５が設けられている。このタービンバイパス通路３５には、タービンバイパス通路３５を流れる排気の流量を制御するウェイストゲートバルブ（以下、「ＷＧバルブ」と称する）３６が設けられている。

図１に示すエンジン１００には、各種のセンサが設けられている。具体的には、エンジン１００の吸気系においては、エアクリーナ２の下流側の吸気通路１０（詳しくは、エアクリーナ２とコンプレッサ４ａとの間の吸気通路１０）に、吸気流量を検出するエアフロセンサ６１と吸気温度を検出する第１温度センサ６２とが設けられ、コンプレッサ４ａとスロットルバルブ１１との間の吸気通路１０に、過給圧を検出する第１圧力センサ６３が設けられ、スロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１０（詳しくは、サージタンク１３ａ内）に、サージタンク１３ａ内の圧力であるインマニ圧力を検出する第２圧力センサ６４が設けられている。この第２圧力センサ６４には、サージタンク１３ａ内の温度であるインマニ温度を検出する温度センサが内蔵されている。

そして、エンジン本体２０においては、クランクシャフト２８のクランク角を検出するクランク角センサ６９、吸気カムシャフトのカム角を検出する吸気側カム角センサ７０、及び、排気カムシャフトのカム角を検出する排気側カム角センサ７１が設けられている。

さらに、エンジン１００の排気系においては、ＥＧＲバルブ３４の開度であるＥＧＲ開度を検出するＥＧＲ開度センサ６５、及び、ＷＧバルブ３６の開度であるＷＧ開度を検出するＷＧ開度センサ６６が設けられ、タービン４ｂの下流側の排気通路３０（詳しくは、タービン４ｂと排気浄化触媒３７との間の排気通路３０）に、排気中の酸素濃度を検出するＯ_２センサ６７と排気温度を検出する排気温度センサ６８とが設けられている。

エアフロセンサ６１は、検出した吸気流量に対応する検出信号Ｓ６１をＥＣＵ５０に供給し、第１温度センサ６２は、検出した吸気温度に対応する検出信号Ｓ６２をＥＣＵ５０に供給し、第１圧力センサ６３は、検出した過給圧に対応する検出信号Ｓ６３をＥＣＵ５０に供給し、第２圧力センサ６４は、検出したインマニ圧力とインマニ温度に対応する検出信号Ｓ６４をＥＣＵ５０に供給し、ＥＧＲ開度センサ６５は、検出したＥＧＲ開度に対応する検出信号Ｓ６５をＥＣＵ５０に供給し、ＷＧ開度センサ６６は、検出したＷＧ開度に対応する検出信号Ｓ６６をＥＣＵ５０に供給し、Ｏ_２センサ６７は、検出した酸素濃度に対応する検出信号Ｓ６７をＥＣＵ５０に供給し、排気温度センサ６８は、検出した排気温度に対応する検出信号Ｓ６８をＥＣＵ５０に供給する。クランク角センサ６９は、検出したクランク角に対応する検出信号Ｓ６９をＥＣＵ５０に供給する。吸気側カム角センサ７０及び排気側カム角センサ７１は、それぞれ、検出したカム角に対応する検出信号Ｓ７０，Ｓ７１をＥＣＵ５０に供給する。また、エンジン１００には、大気圧を検出する大気圧センサ６０が設けられており、この大気圧センサ６０は、検出した大気圧に対応する検出信号Ｓ６０をＥＣＵ５０に供給する。エンジン１００にはさらに、シリンダブロックに取り付けられかつ、振動の検出によりノッキングの発生を検知するノックセンサ７２と、図示を省略する燃料タンク内の燃料量を検出する燃料計７３と、自動変速機１０１の変速段を検出する変速段検出部７４と、が設けられている。ノックセンサ７２は、検知した信号Ｓ７２をＥＣＵ５０に供給し、燃料計７３は、検知した燃料量に対応する信号Ｓ７３をＥＣＵ５０に供給し、変速段検出部７４は、検知した変速段に対応する信号Ｓ７４をＥＣＵ５０に供給する。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵと、ＣＰＵ上で実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）や各種のデータを格納するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリと、を備えるコンピュータにより構成される。ＥＣＵ５０は、上述した各種センサから供給された検出信号に基づいて、種々の制御や処理を行う。

ＥＣＵ５０は、エンジン１００に要求される出力トルク（以下、「目標トルク」と称する）を基準として、スロットルバルブ１１及びＷＧバルブ３６の開度や点火プラグ２４による点火時期、吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の開閉時期、並びに、燃料噴射弁２３からの燃料噴射量などを制御する、いわゆるトルクベース制御を実行する。トルクベース制御では、自動車の走行状態に基づいて目標トルクを取得して、各アクチュエータの制御値を、この目標トルクが得られるような基本値に設定する。

ＥＣＵ５０によるトルクベース制御について図２を参照しながら説明する。図２は、トルクベース制御に係る処理のフローチャートである。

トルクベース制御では、まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ５０が自動車の走行状態を読み込む。具体的には、クランク角センサ６９に基づいて算出されたエンジン本体２０の回転速度（以下、「エンジン回転数」と称する）、車速、アクセル開度、及び、変速段等の、エンジン１００の運転状態を含む自動車の走行状態を読み込む。

ステップＳ２において、ＥＣＵ５０は、検知された走行状態に応じた目標加速度を取得する。

ステップＳ３において、ＥＣＵ５０は、設定された目標加速度を実現するために必要な目標トルクを取得する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ５０は、点火時期補正量の算出を行う。この点火時期補正量の算出は、詳細は後述する点火時期の設定に利用する３種類の点火時期マップ（ベースとなるｍａｐＡ（レギュラーガソリン用）、並びに、ｍａｐＡに対して点火時期が進角側に設定されるｍａｐＢ及びｍａｐＣ（共にハイオクガソリン用））において設定されている点火時期に基づいて行う。具体的には、自動車の走行状態に応じて選択された点火時期マップにおいて設定されている点火時期と、ｍａｐＡにおいて設定されている点火時期との差、つまり、ベースとなる点火時期に対する進角量を点火時期補正量とする。

ステップＳ５において、ＥＣＵ５０は、取得された目標トルクを実現するために必要なエンジン１００の充填効率の目標値（以下、「目標充填効率」と称する）を設定する。このときに、ステップＳ４で算出した点火時期補正量を考慮する。詳しくは、目標充填効率は、目標トルク、エンジン回転数、及び、図示平均有効圧力の目標値（以下、「目標図示平均有効圧力」と称する）に基づいて求められる。目標図示平均有効圧力は、目標トルク、並びに、トルク損失となる機械抵抗及びポンプ損失（ポンピングロス）に基づいて求められる。また、算出した点火時期補正量に基づき、ベースとなる点火時期に対して点火時期が進角しているときには、その分、目標充填効率を低下させる。

このステップＳ５の後には、ステップＳ６〜Ｓ９とステップＳ１０〜Ｓ１３とが並行して行われる。

ステップＳ６において、ＥＣＵ５０は、設定された目標充填効率を実現するために必要な吸気マニホールド１３内の吸気の量の目標値（以下、「目標インマニ空気量」と称する）を取得する。目標インマニ空気量は、吸気マニホールド１３内の吸気密度を基準とした体積効率、いわゆるインマニ基準の体積効率と、吸気マニホールド１３の容積（以下、「インマニ容積」と称する）Ｖｉと、気筒２１の容積（以下、「シリンダ容積」と称する）Ｖｃと、気筒２１内に吸入される１行程あたりの吸気の質量であるシリンダ吸入空気量Ｑｃｒの目標値（以下、「目標シリンダ空気量」と称する）とに基づいて求められる。インマニ容積Ｖｉは、予め規定されており、ＥＣＵ５０の内部メモリに記憶されている。シリンダ容積Ｖｃは、予め規定されており、ＥＣＵ５０の内部メモリに記憶されている。目標シリンダ空気量は、ステップＳ５で設定された目標充填効率と、シリンダ容積Ｖｃと、標準大気密度ρ０とに基づいて求められる。標準大気密度ρ０は、標準状態における大気の密度（約１．２ｋｇ［ｋｇ／ｍ^３］）である。

ステップＳ７において、ＥＣＵ５０は、目標インマニ空気量を実現するために必要となる、スロットルバルブ１１を通過する吸気の流量の目標値（以下、「目標スロットル通過流量」と称する）を取得する。この目標スロットル通過流量は、ステップＳ５で取得された目標充填効率と、ステップＳ６で取得された目標インマニ空気量と、現在のインマニ空気量の推定値（以下、「実インマニ空気量」と称する）とに基づいて求められる。実インマニ空気量は、第２圧力センサ６４により検出されたインマニ圧力及びインマニ温度に基づいて推定される。なお、この実インマニ空気量は、吸気マニホールド１３に流入する空気量と吸気マニホールド１３から気筒２１内へ流出する空気量との間の収支を計算することにより推定してもよい。

ステップＳ８において、ＥＣＵ５０は、取得された目標スロットル通過流量を実現するために必要となる、スロットルバルブ１１のバルブ開度の目標値（以下、「目標スロットル開度」と称する）を設定する。この目標スロットル開度は、目標スロットル通過流量と、第１圧力センサ６３により検出された、スロットルバルブ１１上流側の吸気圧力（過給圧）と、第２圧力センサ６４により検出された、スロットルバルブ１１下流側の吸気圧力とに基づいて設定される。

そして、ステップＳ９において、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ１１のバルブ開度が目標スロットル開度となるようにスロットルバルブ１１を駆動するための制御信号を出力すると共に、目標トルクを実現するように、吸気ＶＶＴ２５、排気ＶＶＴ２６及び燃料噴射弁２３に対して各々の制御値に対応する制御信号を出力する。

一方で、ステップＳ１０において、ＥＣＵ５０は、目標充填効率を実現するために必要となる、過給圧の目標値である目標過給圧を取得する。

ステップＳ１１において、ＥＣＵ５０は、設定された目標過給圧に基づいて、タービン４ｂを通過する流量の目標値である目標タービン流量を取得する。詳しくは、目標タービン流量は、コンプレッサ駆動力の目標値である目標コンプレッサ駆動力、及び、エンジン回転数等に基づいて求められる。目標コンプレッサ駆動力は、目標過給圧に基づいて求められる。

ステップＳ１２において、ＥＣＵ５０は、算出された目標タービン流量を実現するために必要な、ＷＧバルブ３６のバルブ開度の目標値（以下、「目標ＷＧ開度」と称する）を設定する。目標ＷＧ開度は、目標タービン流量と排気の総流量とに基づいて求められる。

そして、ステップＳ１３において、ＥＣＵ５０は、ＷＧバルブ３６のバルブ開度が目標ＷＧ開度となるようにＷＧバルブ３６を駆動するための制御信号を出力する。

なお、これらのステップの順番は一例であり、ステップの順番を可能な範囲で適宜入れ替えたり、複数のステップを並行して処理したりしてもよい。例えば、ステップＳ６からステップＳ９まで続くステップと、ステップＳ１０からステップＳ１３まで続くステップとを並行に処理せずに、一つずつ順番に処理してもよい。

〈点火時期の設定〉
図３は、ここに開示するエンジンの点火時期制御装置に関連するＥＣＵ５０の機能構成図を示す。ＥＣＵ５０は、ノッキングの発生を判定するノッキング判定部５１と、燃料のオクタン価を判定するハイオク判定部５２と、自動変速機１０１の変速段の情報を取得する変速段取得部５３と、点火プラグ２４の点火時期を設定すると共に、点火プラグ２４を設定した点火時期で点火させる点火制御部５４と、を備えている。

ノッキング判定部５１は、ノックセンサ７２の検出信号Ｓ７２に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判定する。ノッキングが発生した場合、点火制御部５４は、ノッキングの発生を回避するように、点火時期を遅角側に変更する。

ハイオク判定部５２は、燃料タンク内の燃料のオクタン価を判定する。ハイオク判定部５２は、燃料が、高オクタン価燃料であるか、又は、低オクタン価燃料であるかを判定する。燃料タンク内の燃料のオクタン価は、給油が行われることによって変更され得ることから、ハイオク判定部５２は、燃料計７３の検知結果から給油が行われたことを判定すると共に、エンジン１００の運転状態が所定の状態にあるときに、オクタン価判定を行う。オクタン価判定は、具体的には、エンジン１００の運転状態が所定の状態にあるときに、点火時期を、所定の進角量だけ進角させ、それによって、ノッキングが発生するか否かを判定することにより行う。ノッキングが発生するときには、当該燃料は低オクタン価燃料であると判定し、ノッキングが発生しないときには、当該燃料は高オクタン価燃料であると判定する。判定結果は、次の給油が行われるまでＥＣＵ５０の内部メモリに保存され、給油が行われると、ハイオク判定部５２は、オクタン価判定を改めて行う。

変速段取得部５３は、変速段検出部７４の検出結果に基づいて、自動変速機１０１の変速段の情報を取得する。

点火制御部５４は、予め設定されている点火時期マップと、ノッキング判定部５１の判定と、ハイオク判定部５２の判定結果と、変速段取得部５３の取得結果と、に基づいて、点火時期を設定する。点火時期マップは、エンジン１００の回転数及び充填効率に応じて、点火時期の進角限界を設定している。ここで、図４を参照しながら、点火時期マップについて詳細に説明をする。

図４は、点火時期マップの概念を示している。このエンジン１００は、点火時期マップとして、３種類のマップを有している。３種類のマップは、燃料が低オクタン価燃料（つまり、レギュラーガソリン）のときに用いるｍａｐＡと、燃料が高オクタン価燃料（つまり、ハイオクガソリン）のときに用いるｍａｐＢ及びｍａｐＣと、である。

図４に示す点火時期マップ中の「９１」「９３」及び「９８」は、燃料のオクタン価に相当する。図５に示すように、点火時期とエンジントルクとの間には、ＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）タイミングにおいて、トルクが最大となり、点火時期がＭＢＴよりも進角及び遅角すると、エンジントルクは低下する関係がある。図５に破線で示すように、燃料のオクタン価によって、ノッキングの発生を回避することができる進角限界（Borderline Detonation：ＢＬＤ）が定まる。９８ＲＯＮはオクタン価が最も高く、進角限界は最も進角側、換言すると最もＭＢＴに近づく。逆に、９１ＲＯＮはオクタン価が最も低く、進角限界は最も遅角側、換言すると最もＭＢＴから離れる。

図４に示す点火時期マップ中の「９１」「９３」及び「９８」はそれぞれ、図５における進角限界を意味する。点火制御部５４は、点火時期マップを用い、エンジン１００の運転状態に応じて設定される進角限界に基づいて点火時期を設定する。つまり、図５に白抜きの矢印で示すように、点火時期は、進角限界よりも遅角側となるように設定される。

次に、ｍａｐＡ、ｍａｐＢ及びｍａｐＣの詳細について、順に説明をする。先ず、レギュラーガソリン用のｍａｐＡでは、充填効率Ｃｅが１以下の非過給領域（言い換えると、低中負荷領域）では、低回転、中回転及び高回転の一部を含む、相対的にエンジン回転数が低い領域において、進角限界を９３ＲＯＮにする。また低中負荷領域において、相対的にエンジン回転数が高い領域においては、進角限界を９１ＲＯＮにする。

ｍａｐＡにおいて、充填効率Ｃｅが１を超える過給領域、言い換えると、低中負荷領域よりも負荷の高い高負荷領域では、低回転及び中回転領域において、進角限界を９１ＲＯＮにする。従って、低中回転領域において、高負荷領域では、点火時期の進角限界を、低中負荷領域よりも遅角側に設定することになる。高負荷領域では、吸気温度と圧力上昇によりノッキングが悪化しやすい。そこで、高負荷領域における低中回転領域では、点火時期の進角限界を遅角側に設定することにより、使用頻度の高い領域において、ノッキングの発生を効果的に抑制することが可能になる。

ｍａｐＡの高負荷領域における高回転領域では、点火時期の進角限界を９３ＲＯＮにする。高回転領域では、クランク角の変化に対する実時間の経過が短いため、ノッキングが、相対的に発生し難くなる。そこで、高負荷領域における高回転領域では、進角限界を、低中回転領域よりも進角側に設定する。このことにより、ノッキングの発生を効果的に抑制しながら、点火時期の進角化により、エンジン出力が向上する。これは、燃費性能の向上に有利になる。

従って、ｍａｐＡにおいては、エンジン１００の運転状態が高負荷領域にあるときに、点火時期の進角限界を９１ＲＯＮ又は９３ＲＯＮに設定することで、エンジン１００の運転状態が低中負荷領域にあるときの進角限界（つまり、９３ＲＯＮ）に対して、同じか又は遅角側になると共に、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の、高回転領域にあるときには、点火時期の進角限界を９３ＲＯＮに設定することで、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の低中回転領域にあるときの進角限界（つまり、９１ＲＯＮ）に対して、進角側になる。

次に、ハイオクガソリン用のｍａｐＢ及びｍａｐＣの内、ｍａｐＢは、自動変速機１０１の変速段が低速段のとき、具体的には、１速及び２速のときに用いるマップであり、ｍａｐＣは、自動変速機１０１の変速段が高速段のとき、具体的には、３速以上のときに用いるマップである。

先ず、ｍａｐＢにおいて、充填効率Ｃｅが１以下の非過給領域（つまり、低中負荷領域）では、相対的にエンジン回転数が低い領域において、進角限界を９８ＲＯＮにする。低中負荷領域において、相対的にエンジン回転数が高い領域においては、進角限界を９１ＲＯＮにする。燃料のオクタン価が高いため、ノッキングが回避し易く、点火時期が相対的に進角側に設定される。

ｍａｐＢにおいて、充填効率Ｃｅが１を超える過給領域（つまり、高負荷領域）では、低回転領域において、進角限界を９８ＲＯＮにする。点火時期を進角側に設定することによってエンジントルクが向上するから、その分、過給圧を低くすることが可能になる。これは、高負荷領域の低回転領域において、低速プレイグニッション（ＬＳＰＩ）を回避する上で有利になる。

ｍａｐＢにおいて、高負荷領域の中回転領域においては、進角限界を９１ＲＯＮにする。高負荷領域における使用頻度が、低回転領域及び高回転領域と比較して高い中回転領域において、点火時期を遅角化することにより、ノッキングを確実に回避することが可能になると共に、筒内最高圧力（Ｐmax）が低くなるため、エンジン１００の信頼性が向上する。また、使用頻度の高い中回転領域において、放射音の抑制にも有利になる。

ｍａｐＢにおいて、高負荷領域の高回転領域においては、進角限界を９３ＲＯＮにする。中回転領域と比較してノッキングが発生し難い高回転領域においては、点火時期を進角させることによって、ノッキングの発生を効果的に回避しながら、エンジン１００の出力の向上が図られ、燃費性能の向上に有利になる。

従って、ｍａｐＢにおいては、エンジン１００の運転状態が高負荷領域にあるときには、点火時期の進角限界を９１ＲＯＮ、９３ＲＯＮ又は９８ＲＯＮに設定することで、エンジン１００の運転状態が低中負荷領域にあるときの進角限界（つまり、９８ＲＯＮ）に対して、同じか又は遅角側になると共に、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の、高回転領域にあるときには、点火時期の進角限界を９３ＲＯＮに設定することで、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の中回転領域にあるときの進角限界（つまり、９１ＲＯＮ）に対して、進角側になる。

次に、ｍａｐＣにおいて、充填効率Ｃｅが１以下の非過給領域（つまり、低中負荷領域）では、相対的にエンジン回転数が低い領域において、進角限界を９８ＲＯＮにする。低中負荷領域において、相対的にエンジン回転数が高い領域においては、進角限界を９１ＲＯＮにする。低中負荷領域における進角限界は、ハイオクガソリン用のｍａｐＢ及びｍａｐＣで同じである。

ｍａｐＣにおいて、充填効率Ｃｅが１を超える過給領域（つまり、高負荷領域）では、低回転領域において、進角限界を９８ＲＯＮにする。これは、ｍａｐＢと同じである。これにより、ノッキングの発生の回避と共に、低速プレイグニッションも回避可能になる。

ｍａｐＣにおいて、高負荷領域の中回転領域においては、進角限界を９１ＲＯＮにする。これも、ｍａｐＢと同じである。使用頻度が高い中回転領域において、ノッキングの確実な回避と共に、エンジン１００の信頼性が向上し、さらに、放射音の抑制に有利になる。

ｍａｐＣにおいて、高負荷領域の高回転領域においては、進角限界を９８ＲＯＮにする。中回転領域と比較してノッキングが発生し難い高回転領域においては、点火時期を進角させることによって、ノッキングの発生を効果的に回避しながら、出力の向上が図られ、燃費性能の向上に有利になる。また、ｍａｐＢとの比較において、ｍａｐＣにおいては、高負荷領域の高回転領域における進角限界を、ｍａｐＢよりもさらに進角化している。こうすることで、エンジン１００の出力をさらに高めることが可能になり、エンジン１００の最高出力を、より高く設定することが可能になる。

従って、ｍａｐＣにおいては、エンジン１００の運転状態が高負荷領域にあるときには、点火時期の進角限界を９１ＲＯＮ又は９８ＲＯＮに設定することで、エンジン１００の運転状態が中負荷領域にあるときの進角限界（つまり、９８ＲＯＮ）に対して遅角側になると共に、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の、高回転領域にあるときには、点火時期の進角限界を９８ＲＯＮに設定することで、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の中回転領域にあるときの進角限界（つまり、９１ＲＯＮ）に対して、進角側になる。

また、ｍａｐＣにおいては、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の高回転領域にあるときの進角限界を９８ＲＯＮとすることで、燃料が低オクタン価燃料であるときのｍａｐＡにおける９３ＲＯＮに対して、進角側になる。

さらに、ｍａｐＣにおいては、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の低回転領域にあるときの進角限界を９８ＲＯＮとすることで、ｍａｐＡにおける９１ＲＯＮに対して、進角側になる。

加えて、ｍａｐＣにおいては、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の中回転領域にあるときの進角限界を９１ＲＯＮとすることで、ｍａｐＡにおける９１ＲＯＮと同じになる。

そして、変速段が低速段であるときのｍａｐＢにおいては、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の高回転領域にあるときの進角限界を９３ＲＯＮとし、変速段が高速段のときのｍａｐＣの９８ＲＯＮに対して、遅角側に設定することになる。これにより、トルク変動によるショックの発生を回避することが可能になる。

つまり、自動変速機１０１の変速段が低速段のときには、アクセルペダルの踏み込みに対して、エンジン１００の運転状態の変化が激しくなる。例えば、図４のｍａｐＢにおける点Ａの状態から、運転者がアクセルペダルを踏み込んで加速を行ったとすると、エンジン回転数及びエンジン負荷がそれぞれ、短時間で大きく変化することで、エンジンの運転ポイントは、同図に矢印で示すように、低中負荷領域の低回転領域から、高負荷領域の低回転領域をかすめるように移動し、高負荷領域の中回転領域を通過して高回転領域へと至るようになる。この運転ポイント移動の速度は比較的速い。運転ポイントが移動することに伴い、エンジンの充填効率を変化させると共に、点火時期も、ｍａｐＢに定めた進角限界に従って変化させる必要がある。

ここで、高負荷領域の中回転領域の進角限界と、高回転領域の進角限界との差が、ｍａｐＣのように大きいと、運転ポイントの移動に伴い、進角限界は、低中負荷領域の低回転領域の９３ＲＯＮから、高負荷領域の中回転領域の９１ＲＯＮに至り、そこから高負荷領域の高回転領域９８ＲＯＮへと、短時間で、大きく変更される。その結果、点火時期の変更が遅れると共に、点火時期に応じて設定される充填効率の変更も遅れる結果、トルク変動によるショックが発生する場合がある。

また、図４のｍａｐＢにおける点Ｂの状態から、運転者がアクセルペダルを踏み込んで加速を行ったとすると、自動変速機１０１のシフトアップが行われることによって、同図に矢印で示すように、エンジン１００の運転ポイントは、エンジン回転数が一旦、低下した後、エンジン回転数が再び上昇するように移動をするが、このエンジン回転数の変化も、短時間で大きく変化することになる。ここで、エンジン回転数が一旦、低下して、高回転領域から中回転領域へと移行すると、進角限界が遅角側に変更されることに伴い、点火時期が次第に遅角側に変更される。また、点火時期が変更されることに伴い、充填効率も変更されるが（図２のステップＳ５参照）、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａの回転数は急には変化しないため、充填効率の変更には時間を要する。点Ｂの状態から、運転者がアクセルペダルを踏み込んで加速を行うケースでは、エンジン１００のトルクが、目標トルクに対し過剰になった後、エンジン１００のトルクが目標トルクに収束するようになり、それがショックとなる。

そこで、ｍａｐＢにおいては、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の高回転領域にあるときの進角限界を９３ＲＯＮにして、点火時期を、相対的に遅角側に設定する。こうすることで、高負荷領域の高回転領域の進角限界と、中回転領域の進角限界との差が小さくなる。その結果、運転ポイントの移動が激しい低速段において、点火時期や充填効率の変化の遅れが抑制され、ショックの発生を防止することが可能になる。これより、ドライビングフィールが向上する。

尚、変速段が高速段のときに、前述したように、点Ａの状態から加速を行ったり、点Ｂの状態から加速を行ったりしたときには、エンジン１００の運転ポイントの移動速度が遅くなる。そのため、ｍａｐＣに示すように、高負荷領域の高回転領域の進角限界と、中回転領域の進角限界との差が大きくても、ショックの発生が防止される。

次に、図６に示すフローチャートを参照しながら、点火時期マップの選択を含む点火制御について説明をする。先ずスタート後のステップＳ２１では、自動車の走行状態の読み込みを行う。このステップは、図２のフローのステップＳ１と基本的に同じであり、前述したように、エンジン本体２０の回転数、車速、アクセル開度、及び、変速段等の、エンジン１００の運転状態を含む自動車の走行状態を読み込む。また、ハイオク判定部５２が判定をした燃料のオクタン価に関する情報も読み込む。

続くステップＳ２２において、燃料が高オクタン価燃料であるか否かを判定する。高オクタン価燃料であるときにはステップＳ２３に移行し、低オクタン価燃料であるときにはステップＳ２６に移行する。ステップＳ２６では、ｍａｐＡを選択し、ステップＳ２７に移行する。

ステップＳ２３では、変速段が１速又は２速であるか否かを判定する。判定がＹＥＳのときにはステップＳ２５に移行して、ｍａｐＢを選択し、ステップＳ２７に移行する。判定がＮＯのときにはステップＳ２４に移行して、ｍａｐＣを選択し、ステップＳ２７に移行する。

ステップＳ２７では、選択したマップと、ノック検出とに基づいて点火時期を設定し、ステップＳ２８で、設定した点火時期に従い、点火プラグ２４を制御する。

このようにして、前記の構成のエンジンの点火時期制御装置では、点火制御部５４は、エンジン１００の運転状態が高負荷領域にあるときには、点火時期の進角限界を、エンジン１００の運転状態が低中負荷領域にあるときに対して、同じか又は遅角側に設定することで、ノッキングの発生を効果的に抑制すると共に、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の、高回転領域にあるときには、点火時期の進角限界を、エンジンの運転状態が高負荷領域の、高回転領域よりも回転数の低い領域にあるときに対して、進角側に設定することにより、エンジン出力の向上が図られるから、燃費性能の向上に有利になる。

また、点火制御部５４は、燃料が高オクタン価燃料であるときには、エンジンの運転状態が高負荷領域の高回転領域にあるときの進角限界を、燃料が低オクタン価燃料であるときに対して、進角側に設定することにより、燃費性能の向上と共に、エンジン１００の最高出力を高く設定することが可能になる。

さらに、点火制御部５４は、燃料が高オクタン価燃料であるときには、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の低回転領域にあるときの進角限界を、燃料が低オクタン価燃料であるときに対して、進角側に設定することにより、燃費性能の向上と共に、低速プレイグニッションの回避に有利になる。

加えて、点火制御部５４は、燃料が高オクタン価燃料であるときには、エンジン１００の運転状態が高負荷領域の中回転領域にあるときの進角限界を、燃料が低オクタン価燃料であると判定したときと同じに設定することにより、使用頻度の高い領域において、エンジン１００の信頼性を向上させることができると共に、放射音の抑制にも有利になる。

点火制御部５４は、燃料が高オクタン価燃料であると判定したときであって、変速段が低速段のときには、エンジンの運転状態が高負荷領域の高回転領域にあるときの進角限界を、変速段が高速段のときに対して、遅角側に設定することにより、ショックの発生が回避され、ドライビングフィールを向上させることができる。

尚、前記の構成では、ターボ過給機付きエンジンを例に、ここに開示する技術について説明をしたが、ここに開示する技術は、自然吸気エンジンに適用することも可能である。

また、エンジンの構成は、前述した構成に限らず、その他、様々な構成のエンジンに、ここに開示する技術を適用することが可能である。

１００エンジン
２０エンジン本体
２１気筒
２４点火プラグ
５０ＥＣＵ
５４点火制御部
４ターボ過給機
４ａコンプレッサ
４ｂタービン
５２ハイオク判定部
７４変速段検出部

Claims

気筒と、前記気筒内の混合気に点火するよう構成された点火プラグと、を有するエンジン本体と、
前記点火プラグの点火時期を設定すると共に、設定した点火時期で、前記点火プラグを点火させるよう構成された点火制御部と、
前記エンジン本体の排気側に配設されかつ、前記エンジン本体の排気によって駆動されるよう構成されたタービンと、前記エンジン本体の吸気側に配設されかつ、前記タービンによって駆動されることで、前記エンジン本体の吸気を過給するよう構成されたコンプレッサとを有するターボ過給機と、
前記気筒内に供給する燃料のオクタン価を判定するハイオク判定部と、を備え、
前記点火制御部は、前記エンジン本体の運転状態が高負荷領域にあるときには、前記点火時期の進角限界を、前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域よりも負荷の低い低中負荷領域にあるときに対して、同じか又は遅角側に設定し、
前記点火制御部は、前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域の、高回転領域にあるときには、前記点火時期の進角限界を、前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域の、前記高回転領域よりも回転数の低い領域にあるときに対して、進角側に設定し、
前記高負荷領域の、前記高回転領域よりも回転数の低い領域は、相対的に低回転側の低回転領域と、当該低回転領域と前記高回転領域との間の中回転領域とに分けられ、
前記ハイオク判定部が、前記燃料が高オクタン価燃料であると判定したときに、
前記点火制御部は、
前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域の前記高回転領域にあるときの前記進角限界を、前記燃料が低オクタン価燃料であると判定したときに対して、進角側に設定し、
前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域の前記低回転領域にあるときの前記進角限界を、前記燃料が低オクタン価燃料であると判定したときに対して、進角側に設定し、
前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域の前記中回転領域にあるときの前記進角限界を、前記燃料が低オクタン価燃料であると判定したときと同じに設定するエンジンの点火時期制御装置。
請求項１に記載のエンジンの点火時期制御装置において、
前記エンジン本体に連結された変速機の変速段を検出する変速段検出部を備え、
前記点火制御部は、前記ハイオク判定部が、前記燃料が高オクタン価燃料であると判定したときであって、前記変速段検出部が検知した変速段が低速段のときには、前記エンジン本体の運転状態が前記高負荷領域の前記高回転領域にあるときの前記進角限界を、前記変速段が高速段のときに対して、遅角側に設定するエンジンの点火時期制御装置。