JP6497202B2 - 点火時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御装置に関する。

従来の点火時期制御装置は、内燃機関の運転状態を表す種々のパラメータ（運転状態パラメータ）に対する適切な点火時期を実験により予め求め、その種々の運転状態パラメータと求められた点火時期とを関連付けたルックアップテーブル（マップ）を記憶装置に格納している。更に、従来の点火時期制御装置は、機関の運転中、実際の運転状態パラメータをそのルックアップテーブルに適用することによって点火時期を決定するようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００６−２２７１６号公報

しかしながら、予め実験により求められた点火時期は、機関の運転状態が定常運転状態である場合に適切な点火時期であるので、従来の装置により求められる点火時期は、機関の運転状態が過渡運転状態である場合には必ずしも適切な点火時期とならない場合がある。

本発明は上述した課題に対処するためになされた。即ち、本発明の目的の一つは、過渡運転状態においても点火時期を適切に制御することができる点火時期制御装置を提供することにある。

本発明の点火時期制御装置は、内燃機関の点火プラグから火花が発生させられる点火時期を制御する制御部を備える。
その制御部は、
（１）前記機関の燃焼室内での燃料の燃焼に伴う熱の発生率が最大となる熱発生率最大時期の目標値である目標最大時期（目標熱発生率最大時期）を前記機関の運転状態を表すパラメータに基づいて決定し、
（２）前記燃焼室内に形成された混合気の燃料が実際に燃焼を開始する着火時期から前記目標最大時期までの期間である前半燃焼期間の長さを機関回転速度及び前記目標最大時期における燃焼室容積に基づいて計算により求め、
（３）前記目標最大時期と前記求められた前半燃焼期間の長さとから前記着火時期の目標値である目標着火時期を計算により求め、
（４）前記機関回転速度及び特定時期における前記燃焼室内の燃料密度に基づいて、前記点火時期から前記着火時期までの期間である着火遅れ期間の長さを計算により求め、
（５）前記求められた目標着火時期と前記求められた着火遅れ期間の長さとから目標点火時期を計算により求め、
（６）前記求められた目標点火時期にて実際の点火を行う。

機関が発生するトルクを所望の値に制御するためには、熱発生率最大時期を適切な時期に制御する必要がある。本発明の点火時期制御装置によれば、実際の熱発生率最大時期を所望の目標最大時期に一致させるための点火時期を計算により求めることができる。より具体的に述べると、図３から理解されるように、点火時期から熱発生率最大時期までの期間の長さは、着火遅れ期間の長さと前半燃焼期間の長さとの和と等しい。そこで、本発明の点火時期制御装置は、着火遅れ期間の長さと前半燃焼期間の長さとをそれぞれ計算により求め、それらの和の長さだけ目標最大時期（目標熱発生率最大時期）から進角したクランク角を目標点火時期として決定する。更に、着火遅れ期間の長さは、目標点火時期を決定する時点の「機関回転速度及び特定時期における燃焼室内の燃料密度」に基づいて計算により求められ、前半燃焼期間の長さは、目標点火時期を決定する時点の「機関回転速度及び目標最大時期における燃焼室容積」に基づいて計算により求められる。従って、本発明の点火時期制御装置は、機関の運転状態が過渡運転状態であっても、実際の点火時期を適切な点火時期に設定・制御することができる。

本発明の一態様において、
前記制御部は、前記目標着火時期が圧縮上死点後のクランク角である場合（即ち、ＡＴＤＣ着火の場合）、前記特定時期における前記燃焼室内の燃料密度として「前記目標着火時期における燃料密度」を採用して前記着火遅れ期間の長さを計算により求める。

後述するように、ＡＴＤＣ着火の場合、着火遅れ期間の長さに強い相関を有する「燃焼室内の燃料密度」として「着火時期における燃料密度」が適切である。従って、上記のようにＡＴＤＣ着火の場合の着火遅れ期間の長さを「前記目標着火時期における燃料密度」に基づいて計算により求めれば、ＡＴＤＣ着火の場合の着火遅れ期間の長さを精度良く求めることができる。その結果、実際の熱発生率最大時期を目標最大時期により精度良く一致させることができる。

更に、前記制御部は、前記目標着火時期が圧縮上死点前のクランク角である場合（即ち、ＢＴＤＣ着火の場合）、仮想の点火時期を設定し、前記特定時期における前記燃焼室内の燃料密度として「前記仮想の点火時期における燃料密度」を採用して仮想の着火遅れ期間の長さを算出する。加えて、前記制御部は、前記仮想の点火時期と前記仮想の着火遅れ期間の長さとから仮想の着火時期を計算により求め、前記仮想の着火時期が前記目標着火時期と一致する場合に前記仮想の着火遅れ期間の長さを前記着火遅れ期間の長さとして決定し、前記仮想の着火時期が前記目標着火時期と一致しない場合には前記仮想の点火時期を変更して前記仮想の着火遅れ期間の長さを再度計算により求め直す。

後述するように、ＢＴＤＣ着火の場合、着火遅れ期間の長さに強い相関を有する「燃焼室内の燃料密度」として「点火時期における燃料密度」が適切である。従って、上記のようにＢＴＤＣ着火の場合の着火遅れ期間の長さを「前記仮想の点火時期における燃料密度」に基づいて計算により求めれば、ＢＴＤＣ着火の場合の着火遅れ期間の長さを精度良く求めることができる。その結果、実際の熱発生率最大時期を目標最大時期により精度良く一致させることができる。

本発明の一態様において、
前記制御部は、「ＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque；機関の発生トルクが最大となる点火時期）にて燃料が点火された際に前記機関が発生するトルク」に対する「目標トルク」の比である、目標トルク効率を、前記機関の運転状態を表すパラメータに基づいて決定し、前記決定された目標トルク効率に基づいて前記目標最大時期を決定する。

この構成によれば、機関の効率が目標トルク効率と一致するように点火時期を制御することができる。

本発明の一態様において、
前記制御部は、
ＮＥを前記機関回転速度、
Ｖ@θdQpeak_tgtを前記目標最大時期における燃焼室容積、
ａを前記前半燃焼期間の長さ、
Ｃ３，α及びβのそれぞれを所定の定数とするとき、
ａ＝Ｃ３・（Ｖ@θdQpeak_tgt）^α・ＮＥ^β
なる前半燃焼期間長モデル式に基づいて前記前半燃焼期間の長さａを計算するように構成されている。

本発明の一態様において、
前記制御部は、
ＮＥを前記機関回転速度、
ρfuel@FAを前記目標着火時期における燃料密度、
ρfuel@SAzを前記仮想の点火時期における燃料密度、
τを前記着火遅れ期間の長さ、
τｚを前記仮想の着火遅れ期間の長さ、
Ｃ１、Ｃ２、φ、ψ、χ及びδのそれぞれを所定の定数とするとき、
前記目標着火時期が圧縮上死点後のクランク角である場合、
τ＝Ｃ２・ρfuel@FA^φ・ＮＥ^ψ
なる着火遅れ期間長モデル式に基づいて前記着火遅れ期間の長さτを計算し、
前記目標着火時期が圧縮上死点前のクランク角である場合、
τｚ＝Ｃ１・ρfuel@SAz^χ・ＮＥ^δ
なる着火遅れ期間長モデル式に基づいて前記仮想の着火遅れ期間の長さτｚを計算するように構成されている。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る点火時期制御装置が適用された内燃機関の概略構成図である。 図２は、図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行する工程を示した概略フローチャートである。 図３は、モデル化された熱発生率波形である。 図４は、ＢＴＤＣ着火の場合における、点火時期での筒内燃料密度と着火遅れ期間の長さとの関係を示したグラフである。 図５は、ＢＴＤＣ着火の場合において、着火遅れ期間長モデル式により予測された着火遅れ期間の長さと実測された着火遅れ期間の長さとの関係を示したグラフである。 図６は、ＡＴＤＣ着火の場合における、着火時期での筒内燃料密度と着火遅れ期間の長さとの関係を示したグラフである。 図７は、ＡＴＤＣ着火の場合において、着火遅れ期間長モデル式により予測された着火遅れ期間の長さと実測された着火遅れ期間の長さとの関係を示したグラフである。 図８は、ＢＴＤＣ着火の場合における熱発生率波形を概念的に示した図である。 図９は、ＡＴＤＣ着火の場合における熱発生率波形を概念的に示した図である。 図１０は、種々の負荷率に対する熱発生率波形を示した図である。 図１１は、種々のＥＧＲ率に対する熱発生率波形を示した図である。 図１２は、種々の空燃比に対する熱発生率波形を示した図である。 図１３は、種々の冷却水温に対する熱発生率波形を示した図である。 図１４は、種々の点火時期に対する熱発生率波形を示した図である。 図１５は、種々の機関回転速度に対する熱発生率波形を示した図である。 図１６は、第１の型式の内燃機関について、前半燃焼期間長モデル式により予測された前半燃焼期間の長さと、実測された前半燃焼期間の長さと、の関係を示したグラフである。 図１７は、第２の型式の内燃機関について、前半燃焼期間長モデル式により予測された前半燃焼期間の長さと、実測された前半燃焼期間の長さと、の関係を示したグラフである。 図１８は、図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る「内燃機関の点火時期制御装置（以下、単に「本装置」とも称呼する。）」について図面を参照しながら説明する。

（構成）
図１は、本装置をピストン往復動型・火花点火式・ガソリン燃料・多気筒（４気筒）・４サイクル内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定の気筒の断面のみを図示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。

この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０と、を含んでいる。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を開閉駆動する吸気弁制御装置３３、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を開閉駆動する排気弁制御装置３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。

吸気弁制御装置３３は、インテークカムシャフト、複数種類の吸気カム及びアクチュエータを含む周知の構成を備え、「吸気弁位相角ＩＮＶＴ及び吸気弁作用角ＶＣＡＭ」を変更することができるようになっている。

なお、吸気弁作用角ＶＣＡＭは「吸気弁開弁時期ＩＶＯから吸気弁閉弁時期ＩＶＣまでの期間を示すクランク角幅」である。吸気弁位相角ＩＮＶＴは、吸気弁作用角ＶＣＡＭの中心を示す（即ち、吸気弁開弁時期ＩＶＯと吸気弁閉弁時期ＩＶＣとの中心が位置する）クランク角が「基準吸気弁クランク角」に対してどれだけ進角させられているかを示すクランク角幅である。ここで、基準吸気弁クランク角は、「吸気弁が開弁している期間が吸気弁制御装置の作動範囲内で最も遅角側に設定された場合における、吸気弁開弁時期ＩＶＯと吸気弁閉弁時期ＩＶＣとの中心が位置するクランク角」である。

排気弁制御装置３６は、エキゾーストカムシャフト、排気カム及びアクチュエータを含む周知の構成を備え、排気弁位相角ＥＸＶＴを変更することができるようになっている。なお、排気弁制御装置３６は、従来のエキゾーストカムシャフト及び排気カムのみを備える排気弁駆動装置であってもよい。

排気弁位相角ＥＸＶＴは、「排気弁開弁時期ＥＶＯと排気弁閉弁時期ＥＶＣとの中心が位置するクランク角」が「基準排気弁クランク角」に対してどれだけ進角させられているかを示すクランク角幅である。ここで、基準排気弁クランク角は、「排気弁が開弁している期間が排気弁制御装置の作動範囲内で最も遅角側に設定された場合における、排気弁開弁時期ＥＶＯと排気弁閉弁時期ＥＶＣとの中心が位置するクランク角」である。

吸気系統４０は、インテークマニホールド４１、吸気管（吸気ダクト）４２、エアフィルタ４３、スロットル弁４４及びスロットル弁アクチュエータ４４ａを備えている。

インテークマニホールド４１は、各気筒の吸気ポート３１に接続されている。より詳細には、インテークマニホールド４１は各吸気ポート３１に接続された複数の枝部４１ａと、それらの枝部が集合したサージタンク部４１ｂと、を備えている。吸気管４２はサージタンク部４１ｂに接続されている。インテークマニホールド４１及び吸気管４２は吸気通路を構成している。エアフィルタ４３は吸気管４２の端部に設けられている。スロットル弁４４は吸気管４２に回動可能設けられ、回動することにより吸気管４２が形成する吸気通路の開口断面積を変更するようになっている。スロットル弁アクチュエータ（スロットル弁駆動手段）４４ａは、ＤＣモータからなり、指示信号に応答してスロットル弁４４を回転駆動するようになっている。

排気系統５０は、各排気ポート３４に連通した枝部とそれらの枝部が集合した集合部とを有するエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ（排気管）５２、上流側の三元触媒５３及び下流側の三元触媒５４を備えている。上流側の三元触媒５３は、エキゾーストパイプ５２に配設されている。下流側の三元触媒５４は、上流側の三元触媒５３の下流においてエキゾーストパイプ５２に配設されている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。

更に、排気系統５０は、排気還流管５５と、ＥＧＲバルブ５６と、を備えている。
排気還流管５５の一端は、エキゾーストマニホールド５１の集合部に連通している。排気還流管５５の他端は、インテークマニホールド４１のサージタンク部４１ｂに連通している。
ＥＧＲバルブ５６は、排気還流管５５に配設されている。ＥＧＲバルブ５６は指示信号に応答して排気還流管５５が形成する通路（排気還流路）の断面積を変更するようになっている。

一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、冷却水温センサ６５、第１触媒５３の上流の排気通路に配設された上流側空燃比センサ６７、アクセル開度センサ６８及び電気制御装置（コントローラ）７０等を備えている。

熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４２内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量Ｇａを表す信号を出力するようになっている。
スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４４の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。
カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが所定角度から９０度、次いで９０度、更に１８０度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。
クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０度回転する毎にパルスを出力するようになっている。クランクポジションセンサ６４から出力されるパルスは機関回転速度ＮＥを表す信号に変換されるようになっている。更に、カムポジションセンサ６３及びクランクポジションセンサ６４からの信号に基いて、各気筒のクランク角θが求められるようになっている。

上流側空燃比センサ６７触媒５３の上流の排ガスの空燃比を検出し、空燃比を表す信号を出力するようになっている。
アクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、アクセルペダル８１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。

電気制御装置７０は、互いにバスで接続された「ＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、バックアップＲＡＭ７４、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース７５等」からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６８と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６８からの信号を供給するようになっている。インターフェース７５は、ＣＰＵ７１の指示に応じて吸気弁制御装置３３、排気弁制御装置３６、各気筒の燃料噴射弁３９、スロットル弁アクチュエータ４４ａ及びＥＧＲバルブ５６等に駆動信号（指示信号）を送出するとともに、各気筒のイグナイタ３８に設定点火時期を含む点火信号を送出するようになっている。イグナイタ３８は、設定点火時期にて点火用火花を発生するようになっている。

（点火時期制御の概要）
電気制御装置７０のＣＰＵ７１（以下、単に「ＣＰＵ」と称呼する。）は、後に詳述するように、図２に概略を示した工程に従って点火時期（目標点火時期）を決定し、実際の点火時期が「その決定した目標点火時期」に一致するように点火信号をイグナイタ３８に送信する。なお、本明細書において、単位［deg］及び単位［ＣＡ］は、何れも「クランク軸が１回転する角度を３６０°としたときのクランク角１°」を示す。一般に、［deg］は特定のクランク角を指し示す場合に使用され、［ＣＡ］はクランク角の幅を示す場合に使用される。

ステップ２１０：ＣＰＵは、運転状態パラメータ（例えば、機関回転速度ＮＥ及びアクセルペダル操作量Accp）に基づいて目標トルク効率ηＴＱを決定する。目標トルク効率ηＴＱは、「ＭＢＴにて燃料が点火された際に機関１０が発生するトルクＴＱ＠MBT」に対する「目標トルクＴＱtgt」の比（＝ＴＱtgt／ＴＱ＠MBT）である。

ステップ２２０：ＣＰＵは、目標トルク効率ηＴＱ及び機関回転速度ＮＥに基づき目標熱発生率最大時期θdQpeak_tgtを決定する。具体的には、ＣＰＵは、目標トルク効率ηＴＱ及び機関回転速度ＮＥをルックアップテーブルＭａｐθdQpeak_tgt（ηＴＱ,ＮＥ)に適用することによって目標熱発生率最大時期θdQpeak_tgtを求める。

熱発生率最大時期θdQpeakは、図３に示したように、燃料の着火時期以降においてその燃料の燃焼に伴う熱の発生率（熱発生率ｄＱ／ｄθ）が最大となる時期である。熱発生率最大時期θdQpeakはクランク角θ［deg］により表される。目標熱発生率最大時期θdQpeak_tgtは、熱発生率最大時期θdQpeakの目標値［deg］を意味する。なお、図３は、熱発生率ｄＱ／ｄθの波形が実質的に三角形であるとの仮定に基づいて「熱発生率ｄＱ／ｄθとクランク角θとの関係」を描いた模式図である。本装置は、このように、熱発生率波形が三角形を描くと仮定して構築された「後述の種々のモデル式」に基づいて点火時期を決定する。

ステップ２３０：ＣＰＵは、目標熱発生率最大時期θdQpeak_tgt及び機関回転速度ＮＥに基づいて前半燃焼期間の長さ（前半燃焼期間長）ａを後述のモデル式（前半燃焼期間長モデル式）に従って計算により求める。前半燃焼期間は、図３に示したように、燃料の着火時期から熱発生率最大時期θdQpeakまでの期間である。

ステップ２４０：ＣＰＵは、ステップ２２０にて決定した目標熱発生率最大時期θdQpeak_tgt及び前半燃焼期間長ａに基づいて目標着火時期ＦＡを計算により求める。より具体的に述べると、ＣＰＵは、目標熱発生率最大時期θdQpeak_tgtから前半燃焼期間長ａだけ進角したクランク角を目標着火時期ＦＡとして算出する。

ステップ２５０：ＣＰＵは、所定の特定時期での筒内燃料密度ρfuel及び機関回転速度ＮＥに基づいて、着火遅れ期間の長さ（着火遅れ期間長）τを後述のモデル式（着火遅れ期間長モデル式）に従って計算により求める。着火遅れ期間は、図３に示したように、燃料の点火時期から着火時期までの期間である。

ステップ２６０：ＣＰＵは、ステップ２４０にて求めた目標着火時期ＦＡ及びステップ２５０にて求めた着火遅れ期間の長さτに基づいて目標点火時期ＳＡを計算により求める。より具体的に述べると、ＣＰＵは、目標着火時期ＦＡから着火遅れ期間の長さτだけ進角したクランク角を目標点火時期ＳＡとして算出する。

ステップ２７０：ＣＰＵは、実際の点火時期がステップ２７０にて求めた目標点火時期ＳＡと一致するようにイグナイタ３８に点火信号を送出する。この結果、クランク角が目標点火時期ＳＡと一致すると、点火プラグ３７の火花発生部（放電部）から点火用火花が発生する。よって、実際の熱発生率最大時期θdQpeakが目標熱発生率最大時期θdQpeak_tgtに略一致し、従って、機関１０のトルク効率は目標トルク効率ηＴＱに略一致する。

（本装置が点火時期制御に用いるモデル式について）
上述したように、本装置は、着火遅れ期間長モデル式及び前半燃焼期間長モデル式等を用いた計算を行うことにより、目標点火時期ＳＡを求める。従って、以下において、これらのモデル式及びそのモデル式の正当性について説明する。

１．着火遅れ期間長モデル式
（１）モデル式
着火遅れ期間長τは、図３を参照しながら既に説明したように、点火プラグから火花が発生させられる点火時期から、燃焼室内に形成された混合気の燃料が実際に燃焼を開始する着火時期までの期間の長さである。即ち、着火遅れ期間は、点火プラグの電極間に火花放電が行われる点火時期から、この火花によって生成された火炎核が成長して爆発的な燃焼が開始する着火時期までの期間である。着火遅れ期間長τの単位はクランク角幅［ＣＡ］であるが、モデル式の都合上［ｍｓ］の単位を有する長さとして計算される場合がある。

なお、着火時期は、点火時期以降に熱発生率ｄＱ／ｄθが所定閾値ｄｑｄθｔｈ（例えば、１［Ｊ／ＣＡ］）に達した時期であるとして定義される。但し、着火時期は、点火時期以降に熱発生率ｄＱ／ｄθが０［Ｊ／ＣＡ］よりも大きくなった時期であるとして定義されてもよく、点火時期ＳＡ以降の熱発生量が総熱発生量の所定割合（例えば、５％）の熱発生量に達した時期であるとして定義されてもよい。その他、着火時期は、当業者が認識する一般的な定義に従って定められた時期であってもよい。

着火遅れ期間長モデル式は、下記の（１）式及び（２）式により表される。（１）式及び（２）式により推定される着火遅れ期間長τ［ｍｓ］は以下の総ての条件が満たされる場合の着火遅れ期間長τである。

（条件τ１）燃焼に供される混合気の空燃比Ａ／Ｆは理論空燃比（例えば、１４．６）である。
（条件τ２）ＥＧＲ率Ｇegrは「０」である。即ち、外部ＥＧＲは実行されていない。
（条件τ３）冷却水温ＴＨＷは機関完全暖機終了を示す冷却水温閾値Ｔｔｈ（例えば、８０℃）以上である。この条件τ３は機関が完全暖機後であることという条件であるので、冷却水温ＴＨＷに代わり機関の潤滑油の温度が条件τ３の判定に用いられてもよい。
（条件τ４）吸気弁の開弁特性（吸気弁開弁時期ＩＶＯ、吸気弁閉弁時期ＩＶＣ、吸気弁作用角ＶＣＡＭ、吸気弁位相角ＩＮＶＴ及び吸気弁リフト量ＩＶＬiftの最大値等）が吸気弁の基準特性（吸気弁基準特性）に設定されている。即ち、吸気弁開弁時期ＩＶＯが基準開弁時期ＩＶＯｒに、吸気弁閉弁時期ＩＶＣが基準閉弁時期ＩＶＣｒに、吸気弁作用角ＶＣＡＭが基準作用角ＶＣＡＭｒに、吸気弁位相角ＩＮＶＴが基準位相角ＩＮＶＴｒに、吸気弁リフト量ＩＶＬiftの最大値が基準最大値に、それぞれ設定されている。
（条件τ５）排気弁の開弁特性（排気弁開弁時期ＥＶＯ、排気弁閉弁時期ＥＶＣ、排気弁位相角ＥＸＶＴ及び排気弁リフト量ＥＶＬiftの最大値等）が排気弁の基準特性に設定されている。即ち、排気弁開弁時期ＥＶＯ、排気弁閉弁時期ＥＶＣ、排気弁位相角ＥＸＶＴ及び排気弁リフト量ＥＶＬiftのそれぞれが、それぞれの基準値に設定されている。

ＣＰＵは、着火時期が、圧縮上死点よりも前の時期（クランク角が圧縮上死点よりも進角側のクランク角である時期）である場合、下記の（１）式により表される着火遅れ期間長モデル式に基づいて着火遅れ期間長τ［ｍｓ］を推定する。この場合を「ＢＴＤＣ着火」とも称呼する。

（１）式において、
Ｃ１は、実験等により予め適合された定数であり、
ρfuel@SAは、点火時期ＳＡにおける筒内（燃焼室内）の燃料密度（＝筒内燃料量［ｍｏｌ］／点火時期ＳＡでの燃焼室容積［Ｌ］）であり、
χ及びδは、何れも実験等により予め適合された定数である。
ＮＥは、機関回転速度（本明細書において同じ。）である。

ＣＰＵは、着火時期が、圧縮上死点よりも後の時点（クランク角が圧縮上死点よりも遅角側のクランク角である時点）である場合、下記の（２）式により表される着火遅れ期間長モデル式に基づいて着火遅れ期間長τ［ｍｓ］を推定する。この場合を「ＡＴＤＣ着火」とも称呼する。

（２）式において、
Ｃ２は、実験等により予め適合された定数であり、
ρfuel@FAは、着火時期における筒内の燃料密度（＝筒内燃料量［ｍｏｌ］／着火時期での燃焼室容積［Ｌ］］であり、
φ及びψは、何れも実験等により予め適合された定数である。

（２）着火遅れ期間長モデル式の正当性
次に、上記（１）式及び（２）式に基づくことにより、着火遅れ期間長τを精度良く推定できる点について説明する。即ち、（１）式及び（２）式が着火遅れ期間モデル式として適切である点について説明する。

・上記（１）式について（ＢＴＤＣ着火の場合）
図４はＢＴＤＣ着火であり且つ上記条件τ１〜τ５が総て成立している場合における、筒内燃料密度ρfuel@SAと着火遅れ期間長τ［ｍｓ］との関係を種々の機関回転速度ＮＥに対して実測した結果を示すグラフである。

図４から理解されるように、ＢＴＤＣ着火の場合、筒内燃料密度ρfuel@SAと着火遅れ期間長τ［ｍｓ］との間には機関回転速度ＮＥ別に強い相関がある。その相関関係は上記（１）式の関数形式により表される。実際、図４においては、機関回転速度ＮＥが１２００［ｒｐｍ］である場合の筒内燃料密度ρfuel@SAと着火遅れ期間長τ［ｍｓ］との関係を（１）式に基づいて算出した曲線と、機関回転速度ＮＥが２４００［ｒｐｍ］である場合の筒内燃料密度ρfuel@SAと着火遅れ期間長τ［ｍｓ］との関係を（１）式に基づいて算出した曲線と、が破線により描かれている。

物理的な観点から図４のグラフについて説明を加えると、ＢＴＤＣ着火においては筒内燃料密度ρfuel@SAが高いほど着火遅れ期間長τ［ｍｓ］は短くなっている。これは、筒内燃料密度ρfuel@SAが高いほど、点火時期ＳＡにおける点火プラグ周辺の燃料分子の数が多くなるから、点火用火花の発生後における火炎核の成長が急速に行われるようになるためであると推測される。一方、機関回転速度ＮＥが高いほど着火遅れ期間長τ［ｍｓ］は短くなっている。これは、機関回転速度ＮＥが高いほど、筒内における気流の乱れの強さがより強くなるから、点火用火花の発生後における火炎核の成長が急速に行われるようになるためであると推測される。

図５は、（１）式により算出（予測）された着火遅れ期間長（予測着火遅れ期間長）と、実測された着火遅れ期間長（実測着火遅れ期間長）と、の関係を検証した結果を示すグラフである。この図５からも明からなように、（１）式により算出される予測着火遅れ期間長は実測着火遅れ期間長に精度良く一致している。即ち、（１）式がＢＴＤＣ着火における着火遅れ期間長τの推定に適した着火遅れ期間長モデル式であることが理解される。

・上記（２）式について（ＡＴＤＣ着火の場合）
図６はＡＴＤＣ着火であり且つ上記条件τ１〜τ５が総て成立している場合であって機関回転速度ＮＥが１２００［ｒｐｍ］であるときに、筒内燃料密度ρfuel@FAと着火遅れ期間長τ［ｍｓ］との関係を種々の負荷率ＫＬに対して実測した結果を示すグラフである。なお、負荷率ＫＬは、空気充填率あり、着目する気筒が一回の吸気行程において吸入する空気量をＭｃ［ｇ］、空気密度をρ［ｇ／Ｌ］）、機関の排気量をＬｖ［Ｌ］、機関の気筒数を「４」であるとしたとき、次式により算出される。

ＫＬ＝｛Ｍｃ／（ρ・Ｌｖ／４）｝・100（％）

図６から理解されるように、ＡＴＤＣ着火の場合、筒内燃料密度ρfuel@FAと着火遅れ期間長τ［ｍｓ］との間には負荷率ＫＬに依らず（即ち、機関の負荷に関わらず）強い相関がある。その相関関係は上記（２）式の関数形式により表される。

物理的な観点から図６のグラフについて説明を加えると、ＡＴＤＣ着火においては筒内燃料密度ρfuel@FAが高いほど着火遅れ期間長τ［ｍｓ］は短くなっている。これは、ＢＴＤＣ着火の場合と同様、筒内燃料密度ρfuel@FAが高いほど、着火時期の直前の期間における点火プラグ周辺の燃料分子の数が多くなるから、火炎核の成長が急速に行われるようになるためであると推測される。更に、図示されていないが、機関回転速度ＮＥが高いほど、着火遅れ期間長τ［ｍｓ］は短くなった。これは、機関回転速度ＮＥが高いほど、筒内における気流の乱れの強さがより強くなるから、点火用火花の発生後における火炎核の成長が急速に行われるようになるためであると推測される。従って、機関回転速度ＮＥも着火遅れ期間長τ［ｍｓ］を決定するパラメータであると推測される。

図７は、（２）式により算出（予測）された予測着火遅れ期間長と、実測着火遅れ期間長と、の関係を検証した結果を示すグラフである。この図７からも明からなように、（２）式により算出される予測着火遅れ期間長は実測着火遅れ期間長に精度良く一致している。即ち、（２）式がＡＴＤＣ着火における着火遅れ期間長τの推定に適した着火遅れ期間長モデル式であることが理解される。

・ＢＴＤＣ着火とＡＴＤＣ着火とで着火遅れ期間長モデル式（（１）式及び（２）式）を使い分ける理由
着火遅れ期間においては点火用火花により生成された火炎核が成長している。一方、着火遅れ期間において燃焼室容積は時々刻々変化しているから、火炎核の成長に相関が強い筒内燃料密度ρfuelも時々刻々変化している。従って、本来的には時々刻々変化する筒内燃料密度ρfuelを変数として有する着火遅れ期間のモデル式により着火遅れ期間の長さを推定することが好適であると考えられる。しかしながら、そのような着火遅れ期間のモデル式は複雑化する。そこで、発明者は、着火遅れ期間における燃料密度ρfuelの平均的な値を代表する値として「特定の時期（所定時期）での燃料密度ρfuel」を着火遅れ期間のモデル式の変数として採用することを検討した。

ところで、ＢＴＤＣ着火の場合、図８に示したように、着火時期のみならず点火時期ＳＡも当然に圧縮上死点前である。よって、ＢＴＤＣ着火においては、着火遅れ期間中に燃焼室容積が小さくなって行き（単調に減少し）、これに伴って筒内燃料密度ρfuelは高くなって行く（単調に増加する。）。

これに対し、ＡＴＤＣ着火の場合、図９の（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、点火時期ＳＡが圧縮上死点前である場合（図９の（Ａ）を参照。）と、点火時期ＳＡが圧縮上死点後である場合（図９の（Ｂ）を参照。）との２つの場合が存在する。

図９の（Ｂ）に示した場合においては、点火時期ＳＡ以降においてピストンは膨張下死点に向かって移動して行く。つまり、着火遅れ期間において、燃焼室容積は大きくなって行き（単調に増加し）、これに伴って筒内燃料密度ρfuelは低くなって行く（単調に減少する）。また、図９の（Ａ）に示した場合であっても、殆どの場合において点火時期ＳＡと圧縮上死点とのクランク角差の大きさの方が着火時期と圧縮上死点とのクランク角差の大きさよりも小さい。更に、クランク角が上死点近傍にある場合、クランク角の変化に対する燃焼室容積の変化は非常に小さく、その後、クランク角が上死点近傍から離れるとクランク角の変化に対する燃焼室容積は急激に増加する。よって、ＡＴＤＣ着火においては、着火遅れ期間中に筒内燃料密度ρfuelは単調に減少すると考えて良い。

これらのことから、ＢＴＤＣ着火の場合（つまり、筒内燃料密度ρfuelが単調に増加する場合）、着火遅れ期間における燃料密度ρfuelの平均的な値を代表する値としては、「所定の特定時期としての点火時期での燃料密度ρfuel@SA」が適切であると考えられる。更に、ＡＴＤＣ着火の場合（つまり、筒内燃料密度ρfuelが単調に減少する場合）、着火遅れ期間における燃料密度ρfuelの平均的な値を代表する値としては、「所定の特定時期としての着火時期での燃料密度ρfuel@FA」が適切であると考えられる。以上が、（１）式と（２）式とを使い分ける理由である。

２．前半燃焼期間長モデル式
（１）モデル式
前半燃焼期間長ａは、図３を参照しながら既に説明したように、着火時期から熱発生率ｄＱ／ｄθが最大となる時期（即ち、熱発生率最大時期θdQpeak）までの期間の長さである。熱発生率最大時期θdQpeakの単位は圧縮上死点後のクランク角［deg］であり、前半燃焼期間長ａの単位はクランク角（クランク角の幅）［ＣＡ］である。

前半燃焼期間長モデル式は、下記の（３）式により表される。（３）式により推定される前半燃焼期間長ａ［ＣＡ］は以下の条件（条件ａ１及びａ２）が満たされる場合の前半燃焼期間長ａである。換言すると、（３）式は、負荷率ＫＬ、ＥＧＲ率Ｇegr、空燃比Ａ／Ｆ及び冷却水温ＴＨＷ（機関暖機状態）に関わらず成立する。

（条件ａ１）吸気弁の開弁特性（吸気弁開弁時期ＩＶＯ、吸気弁閉弁時期ＩＶＣ、吸気弁作用角ＶＣＡＭ、吸気弁位相角ＩＮＶＴ及び吸気弁リフト量ＩＶＬiftの最大値等）が吸気弁の基準特性（吸気弁基準特性）に設定されている。即ち、吸気弁開弁時期ＩＶＯが基準開弁時期ＩＶＯｒに、吸気弁閉弁時期ＩＶＣが基準閉弁時期ＩＶＣｒに、吸気弁作用角ＶＣＡＭが基準作用角ＶＣＡＭｒに、吸気弁位相角ＩＮＶＴが基準位相角ＩＮＶＴｒに、吸気弁リフト量ＩＶＬiftの最大値が基準最大値に、それぞれ設定されている。
（条件ａ２）排気弁の開弁特性（排気弁開弁時期ＥＶＯ、排気弁閉弁時期ＥＶＣ、排気弁位相角ＥＸＶＴ及び排気弁リフト量ＥＶＬiftの最大値等）が排気弁の基準特性に設定されている。即ち、排気弁開弁時期ＥＶＯ、排気弁閉弁時期ＥＶＣ、排気弁位相角ＥＸＶＴ及び排気弁リフト量ＥＶＬiftの最大値のそれぞれが、それぞれの基準値に設定されている。なお、実際には、この条件ａ２は必須ではなく、排気弁の開弁特性は任意の特性であってもよい。

（３）式において、
Ｃ３は、実験等により予め適合された定数であり、
Ｖ@θdQpeakは、熱発生率最大時期θdQpeakにおける燃焼室容積［Ｌ］であり、
α及びβは、何れも実験等により予め適合された定数である。

（２）前半燃焼期間長モデル式の正当性
次に、上記（３）式に基づくことにより、前半燃焼期間長ａを精度良く推定できる点について説明する。即ち、（３）式が前半燃焼期間長モデル式として適切である点について説明する。

図１０は、点火時期ＳＡを除く機関運転状態パラメータのうち負荷率ＫＬのみが互いに異なる複数の機関運転状態のそれぞれにおいて取得された熱発生率波形であって、熱発生率最大時期θdQpeakを互いに一致させるように点火時期ＳＡを調整した熱発生率波形を重ねて表示したグラフである。
図１１は、点火時期ＳＡを除く機関運転状態パラメータのうちＥＧＲ率Ｇegrのみが互いに異なる複数の機関運転状態において取得された熱発生率波形であって、熱発生率最大時期θdQpeakを互いに一致させるように点火時期ＳＡを調整した熱発生率波形を重ねて表示したグラフである。
図１２は、点火時期ＳＡを除く機関運転状態パラメータのうち空燃比Ａ／Ｆのみが互いに異なる複数の機関運転状態において取得された熱発生率波形であって、熱発生率最大時期θdQpeakを互いに一致させるように点火時期ＳＡを調整した熱発生率波形を重ねて表示したグラフである。
図１３は、点火時期ＳＡを除く機関運転状態パラメータのうち冷却水温ＴＨＷのみが互いに異なる複数の機関運転状態（即ち、機関暖機状態のみが互いに異なる運転状態）において取得された熱発生率波形であって、熱発生率最大時期θdQpeakを互いに一致させるように点火時期ＳＡを調整した熱発生率波形を重ねて表示したグラフである。

これらの図１０乃至図１３から理解されるように、前半燃焼期間長ａは、負荷率ＫＬ、ＥＧＲ率Ｇegr、空燃比Ａ／Ｆ及び冷却水温ＴＨＷの何れが変化しても一定に維持されている。換言すると、前半燃焼期間長ａは、負荷率ＫＬ、ＥＧＲ率Ｇegr、空燃比Ａ／Ｆ及び冷却水温ＴＨＷ（即ち、機関暖機状態）に依存せず、これらの影響を受けないことが理解される。

これに対し、図１４は、機関運転状態パラメータのうち点火時期ＳＡのみが互いに異なる複数の機関運転状態において取得された熱発生率波形を重ねて表示したグラフである。図１４から、点火時期ＳＡが遅角されるほど、前半燃焼期間長ａは長くなることが理解される。

これは、点火時期が、着火時期から熱発生率最大時期θdQpeakに到るまでの間の筒内の気流の乱れの強さ（以下、「前半燃焼期間中の気流乱れの程度」とも称呼する。）に相関を有するためであると考えられる。即ち、点火時期ＳＡがより遅角側に移行されるほど、着火時期及び熱発生率最大時期θdQpeakも遅角側に移行する。その結果、前半燃焼期間中の気流乱れの程度が弱くなり、且つ、熱発生率最大時期θdQpeakにおける燃焼室容積Ｖ@θdQpeakが大きくなる。従って、点火時期ＳＡがより遅角側に移行されるほど、火炎伝搬速度が小さくなるから、前半燃焼期間長ａは長くなると推察される。

更に、図１５は、点火時期ＳＡを除く機関運転状態パラメータのうち機関回転速度ＮＥのみが互いに異なる複数の機関運転状態において取得された熱発生率波形であって、熱発生率最大時期θdQpeakを互いに一致させるように点火時期ＳＡを調整した熱発生率波形を重ねて表示したグラフである。図１５から理解されるように、機関回転速度ＮＥが高いほど前半燃焼期間長ａ［ＣＡ］は長くなっている。このことから、機関回転速度ＮＥが高いほど前半燃焼期間長ａ［ＣＡ］を長くする要因が存在していると推察される。

この要因について検討すると、機関回転速度ＮＥが前半燃焼期間中の気流乱れの程度に相関を有することが考えられる。一般に、機関回転速度ＮＥが高いほど吸気系から気筒内に流入する空気の流速が高くなるので、燃焼室内に形成される気流の乱れの程度は大きくなる。しかしながら、その気流の乱れの程度により前半燃焼期間長ａ［ＣＡ］が短くなる程度（割合）は機関回転速度ＮＥの増大程度（割合）と反比例の関係にない。即ち、例えば、機関回転速度ＮＥが２倍となったとしても、前半燃焼期間長ａ［ＣＡ］は（１／２）倍にはならず、（１／２）倍した値よりも長くなる。従って、機関回転速度ＮＥが高いほど前半燃焼期間長ａ［ＣＡ］は長くなり、機関回転速度ＮＥが低いほど前半燃焼期間長ａ［ＣＡ］は短くなると推察される。

以上の検討の結果、発明者は、前半燃焼期間長ａに影響を与えるパラメータ（前半燃焼期間長ａを推定するための主要なパラメータ）として、点火時期ＳＡに相関のある物理量としての「熱発生率最大時期θdQpeakにおける燃焼室容積Ｖ@θdQpeak」と、「機関回転速度ＮＥ」と、を採用し、上記（３）式を得た。

ここで、上記（３）式における各係数について説明を加える。（３）式における「Ｃ３及びα」は実験等に基いて同定される。（３）式におけるβはタンブル比が大きいほど多くなる値として決定されるが、実験等に基いて同定されてもよい。

図１６及び図１７は、互いに異なる内燃機関に対して、（３）式を用いて算出された前半燃焼期間（予測前半燃焼期間）と、実際に測定された前半燃焼期間（実測前半燃焼期間）と、の関係を検証した結果を示すグラフである。これらの図１６及び図１７からも明からなように、（３）式により算出される予測前半燃焼期間は実測前半燃焼期間に精度良く一致している。即ち、（３）式が前半燃焼期間長ａの推定に適した前半燃焼期間長モデル式であることが理解される。

（本装置の具体的作動）
次に、本装置の点火時制御制御のための具体的な作動について説明する。ＥＣＵ７０は、上記（１）乃至（３）式により表されるモデル式であって「吸気弁位相角ＩＮＶＴ及び吸気弁作用角ＶＣＡＭ」の組み合わせ毎に適合・作成されたモデル式を、ＲＯＭ７２内に格納している。更に、ＣＰＵは、点火時期を制御するために図１８にフローチャートにより示したルーチンをクランク角が１８０［ＣＡ］回転する毎に繰り返し実行する。なお、このルーチンは、上述の条件τ１（空燃比Ａ／Ｆ＝理論空燃比）、条件τ２（ＥＧＲ率Ｇegr＝０）、条件τ３（冷却水温ＴＨＷ≧Ｔｔｈ）及び条件τ５（排気弁の開弁特性が排気弁の基準特性である：条件ａ２）が成立している場合に実行される。

従って、適当なタイミングになると、ＣＰＵは図１８のステップ１８００から処理を開始し、以下に述べるステップ１８０５乃至ステップ１８３０の処理を順に行い、ステップ１８３５に進む。

ステップ１８０５：ＣＰＵは、運転状態パラメータとして「機関回転速度ＮＥ、アクセルペダル８１の操作量Accp、吸気弁位相角ＩＮＶＴ及び吸気弁作用角ＶＣＡＭ」を入力する。なお、ＣＰＵは、運転状態パラメータとして、機関の負荷率ＫＬ、燃料噴射量Ｆinj、排気弁位相角ＥＸＶＴ、冷却水温ＴＨＷ、目標空燃比ＡＦtg及びＥＧＲ率γegr等も入力してもよい。

ステップ１８１０：ＣＰＵは、運転状態パラメータ（本例において、機関回転速度ＮＥ及びアクセルペダル８１の操作量Accp）をルックアップテーブルＭａｐηＴＱ（ＮＥ，Accp）に適用することにより目標トルク効率ηＴＱを決定する。目標トルク効率ηＴＱは、ＭＢＴにて燃料が点火された際に機関１０が発生するトルクに対する目標トルクの比である。なお、ＣＰＵは、計算式により目標トルク効率ηＴＱを決定してもよく、機関回転速度ＮＥ及びアクセルペダル８１の操作量Accp以外のパラメータに基づいて目標トルク効率ηＴＱを決定してもよい。

ステップ１８１５：ＣＰＵは、目標トルク効率ηＴＱと機関回転速度ＮＥをルックアップテーブルＭａｐθdQpeak_tgt（ηＴＱ，ＮＥ）に適用することにより目標熱発生率最大時期θdQpeak_tgtを決定する。ルックアップテーブルＭａｐθdQpeak_tgt（ηＴＱ，ＮＥ）は、予め定め実験により求められた「ηＴＱ及びＮＥと、熱発生率最大時期θdQpeakと、の関係」を示すデータに基づいて作成され、ＲＯＭ７２内に格納されている。

ステップ１８２０：ＣＰＵは、目標熱発生率最大時期θdQpeak_tgtに基づいて目標熱発生率最大時期θdQpeak_tgtにおける燃焼室容積（筒内容積）Ｖ@θdQpeak_tgtを計算により求める。なお、筒内容積Ｖはクランク角が定まれば一意に計算されるので、燃焼室容積Ｖ@θdQpeak_tgtも直ちに計算される。

ステップ１８２５：ＣＰＵは、ＲＯＭ７２に格納されている「上記（３）式により表される前半燃焼期間長モデル式」の中から、ステップ１８０５にて入力した「吸気弁位相角ＩＮＶＴ及び吸気弁作用角ＶＣＡＭ」の組み合わせに応じたモデル式を選択する。更に、ＣＰＵは、その選択した前半燃焼期間長モデル式に、ステップ１８０５にて入力した機関回転速度ＮＥ及びステップ１８２０にて計算した燃焼室容積Ｖ@θdQpeak_tgtを適用することにより、前半燃焼期間長ａを計算により求める。

ステップ１８３０：ＣＰＵは、ステップ１８１５にて決定した目標熱発生率最大時期θdQpeak_tgtからステップ１８２５にて求めた前半燃焼期間長ａを減じる（前半燃焼期間長ａだけ進角させる）ことにより、目標着火時期ＦＡを計算により求める（図３を参照。）。

次に、ＣＰＵはステップ１８３５に進み、ステップ１８３０にて求めた目標着火時期ＦＡが圧縮上死点よりも後の時点であるか否かを判定する。即ち、目標熱発生率最大時期θdQpeak_tgtを得るための着火時期が、圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）であるか否かを判定する。これは、上述したように、着火遅れ期間長モデル式がＡＴＤＣ着火の場合とＢＴＤＣ着火の場合とで異なるからである。

いま、ステップ１８３０にて求めた目標着火時期ＦＡが圧縮上死点よりも後の時点であると仮定する。この場合、ＣＰＵはステップ１８３５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１８４０乃至ステップ１８５７の処理を順に行い、ステップ１８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１８４０：ＣＰＵは、ステップ１８０５にて入力した燃料噴射量Ｆinjを「ステップ１８３０にて求めた目標着火時期ＦＡにおける燃焼室容積Ｖ@FA」により除することによって「目標着火時期ＦＡにおける筒内燃料密度ρfuel@FA」を計算により求める。なお、筒内容積Ｖはクランク角が定まれば一意に計算されるので、燃焼室容積Ｖ@FAも直ちに計算される。

ステップ１８４５：ＣＰＵは、ＲＯＭ７２に格納されている「上記（２）式により表される着火遅れ期間長モデル式」の中から、ステップ１８０５にて入力した「吸気弁位相角ＩＮＶＴ及び吸気弁作用角ＶＣＡＭ」の組み合わせに応じたモデル式を選択する。更に、ＣＰＵは、その選択した着火遅れ期間長モデル式に、ステップ１８０５にて入力した機関回転速度ＮＥ及びステップ１８４５にて計算した筒内燃料密度ρfuel@FAを適用することにより、着火遅れ期間の長さτ［ｍｓ］を計算により求める。

ステップ１８４７：ＣＰＵは、着火遅れ期間の長さτ［ｍｓ］をステップ１８０５にて入力した機関回転速度ＮＥに基づいて着火遅れ期間の長さτ［ＣＡ］に変換する。即ち、着火遅れ期間の長さτの単位をクランク角幅［ＣＡ］の単位に変換する。

ステップ１８５５：ＣＰＵは、ステップ１８３０にて求めた着火時期［ATDC deg］から着火遅れ期間の長さτ［ＣＡ］を減じる（即ち、着火遅れ期間の長さτ［ＣＡ］だけ進角させる）ことにより、目標点火時期ＳＡを計算により求める。

ステップ１８５７：実際の点火時期がステップ１８５５にて求めた目標点火時期ＳＡと一致するようにイグナイタ３８に点火信号を送出する。この結果、クランク角が目標点火時期ＳＡと一致すると、点火プラグ３７の火花発生部（放電部）から点火用火花が発生する。

一方、ＣＰＵがステップ１８３５の処理を実行する時点において、ステップ１８３０にて求めた目標着火時期ＦＡが圧縮上死点よりも前の時点である場合（即ち、ＢＴＤＣ着火である場合）、ＣＰＵはステップ１８３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１８６０に進む。そして、ＣＰＵはステップ１８６０にて、仮想点火時期ＳＡｚに初期値ＳＡ０を代入する。本例において、初期値ＳＡ０は「０［deg］」である。即ち、ＣＰＵは仮想点火時期ＳＡｚが圧縮上死点であると仮定する。仮想点火時期ＳＡｚは着火遅れ期間長τを求めるために仮想的（暫定的）に設定される点火時期である。

その後、ＣＰＵは、以下に述べるステップ１８６５乃至ステップ１８７５の処理を順に行い、ステップ１８８０に進む。

ステップ１８６５：ＣＰＵは、ステップ１８０５にて入力した燃料噴射量Ｆinjを仮想点火時期ＳＡｚにおける燃焼室容積Ｖ@SAzにより除することによって「仮想点火時期ＳＡｚにおける筒内燃料密度ρfuel@SAz」を計算により求める。なお、筒内容積Ｖはクランク角が定まれば一意に計算されるので、燃焼室容積Ｖ@SAzも直ちに計算される。

ステップ１８７０：ＣＰＵは、ＲＯＭ７２に格納されている「上記（１）式により表される着火遅れ期間長モデル式」の中から、ステップ１８０５にて入力した「吸気弁位相角ＩＮＶＴ及び吸気弁作用角ＶＣＡＭ」の組み合わせに応じたモデル式を選択する。更に、ＣＰＵは、その選択した着火遅れ期間長モデル式に、ステップ１８０５にて入力した機関回転速度ＮＥ及びステップ１８６５にて計算した筒内燃料密度ρfuel@SAzを適用することにより、仮想着火遅れ期間長τｚ［ｍｓ］を計算により求める。

ステップ１８７２：ＣＰＵは、仮想着火遅れ期間長τｚ［ｍｓ］をステップ１８０５にて入力した機関回転速度ＮＥに基づいて仮想着火遅れ期間長τｚ［ＣＡ］に変換する。即ち、仮想着火遅れ期間長τｚの単位をクランク角幅［ＣＡ］の単位に変換する。

ステップ１８７５：ＣＰＵは、仮想点火時期ＳＡｚに仮想着火遅れ期間長τｚを加えることにより（即ち、仮想点火時期ＳＡｚを仮想着火遅れ期間長τｚだけ遅角させることにより）、仮想着火時期ＦＡｚを計算により求める。

次に、ＣＰＵはステップ１８８０に進み、仮想着火時期ＦＡｚがステップ１８３０にて求めた目標着火時期ＦＡに一致しているか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵは、仮想着火時期ＦＡｚが、「目標着火時期ＦＡから微小な正の所定クランク角dfaを減じたクランク角」よりも大きく且つ「目標着火時期ＦＡに前記所定クランク角dfaを加えたクランク角」よりも小さいか否かを判定する。

仮想着火時期ＦＡｚが目標着火時期ＦＡに一致している場合、ＣＰＵはステップ１８８５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８８５に進み、その時点の仮想着火遅れ期間長τを真の（適正な）着火遅れ期間長τとして格納する。その後、ＣＰＵは、前述した「ステップ１８５５及びステップ１８５７」の処理を実行する。この結果、目標点火時期ＳＡが計算により求められ、クランク角が目標点火時期ＳＡと一致するときに点火プラグ３７の火花発生部（放電部）から点火用火花が発生させられる。

これに対し、ＣＰＵがステップ１８８０の処理を実行する時点において、仮想着火時期ＦＡｚが目標着火時期ＦＡに一致していない場合、ＣＰＵはステップ１８８５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１８９０に進む。そして、ＣＰＵはステップ１８９０にて仮想点火時期ＳＡｚを微小な所定値dsaだけ減少させる。即ち、仮想点火時期ＳＡｚを微小な所定値dsaだけ進角側のクランク角へと変更する。その後、ＣＰＵはステップ１８６５に進む。

このような処理が繰り返され、仮想点火時期ＳＡｚが初期値ＳＡ０である圧縮上死点から次第に進角側の値へと変更される期間において、仮想着火時期ＦＡｚが目標着火時期ＦＡに一致すれば、ステップ１８８０にて「Ｙｅｓ」と判定されてステップ１８８５の処理が行われる。よって、その時点の仮想着火遅れ期間長τが真の（適正な）着火遅れ期間長τとして取得され、その着火遅れ期間長τと目標着火時期ＦＡとから目標点火時期ＳＡが決定される。その後、ＣＰＵは、前述した「ステップ１８５５及びステップ１８５７」の処理を実行する。この結果、目標点火時期ＳＡが計算により求められ、クランク角が目標点火時期ＳＡと一致するときに点火プラグ３７の火花発生部（放電部）から点火用火花が発生させられる。

以上、説明したように、制御部としてのＥＣＵ７０は、
熱発生率最大時期の目標値である目標最大時期（目標熱発生率最大時期θdQpeak_tgt）を機関の運転状態を表すパラメータ（運転状態パラメータ）に基づいて決定し（ステップ１８１０及びステップ１８１５）、
前半燃焼期間の長さ（前半燃焼期間長ａ）を機関回転速度（ＮＥ）及び目標最大時期における燃焼室容積（Ｖ@θdQpeak_tgt）に基づいて計算により求め（ステップ１８２５）、
目標最大時期と前半燃焼期間の長さとから目標着火時期（ＦＡ）を計算により求め（ステップ１８３０）、
機関回転速度（ＮＥ）及び「特定時期における前記燃焼室内の燃料密度（ρfuel@FA又はρfuel@SAz)に基づいて着火遅れ期間の長さ（τ）を計算により求め（ステップ１８４５、又は、ステップ１８６０乃至ステップ１８９０）
求められた目標着火時期と求められた着火遅れ期間の長さとから目標点火時期（ＳＡ）を計算により求め（ステップ１８５５）、
求められた目標点火時期にて実際の点火を行う（ステップ１８５７）。

更に、制御部は、目標着火時期が圧縮上死点後のクランク角である場合、前記特定時期における前記燃焼室内の燃料密度として「前記目標着火時期における燃料密度（ρfuel@FA）」を採用して前記着火遅れ期間の長さを計算により求める（ステップ１８４５）。

加えて、制御部は、前記目標着火時期が圧縮上死点前のクランク角である場合、仮想の点火時期を設定し（ステップ１８６０及びステップ１８９０）、前記特定時期における前記燃焼室内の燃料密度として「前記仮想の点火時期における燃料密度（ρfuel@SAz）」を採用して仮想の着火遅れ期間の長さを計算により求め（ステップ１８７０）、前記仮想の点火時期と前記仮想の着火遅れ期間の長さとから仮想の着火時期を求め（ステップ１８７２及びステップ１８７５）、前記仮想の着火時期が前記目標着火時期と一致する場合に前記仮想の着火遅れ期間の長さを前記着火遅れ期間の長さとして決定し（ステップ１８８０及びステップ１８８５）、前記仮想の着火時期が前記目標着火時期と一致しない場合には前記仮想の点火時期を変更して前記仮想の着火遅れ期間の長さを再度計算により求め直す（ステップ１８８０及びステップ１８９０を参照。）。

更に、制御部は、
目標トルク効率（ηＴＱ）を機関１０の運転状態を表すパラメータに基づいて決定し（ステップ１８１０）、前記決定された目標トルク効率に基づいて前記目標最大時期を決定する（ステップ１８１５）。

従って、本実施形態に係る点火時期制御装置は、着火遅れ期間長モデル式及び前半燃焼期間長モデル式に、瞬時瞬時の運転状態パラメータを適用した計算によって「目標トルク効率及び目標熱発生率最大時期」を実現する目標点火時期ＳＡを決定することができる。その結果、機関１０の運転状態が定常運転状態であるか過渡運転状態にあるかに関わらず、適切な点火時期を設定することができる。

更に、点火時期を求める際に考慮すべき運転状態パラメータは種類が多いので、総ての運転状態パラメータの組み合わせに対する点火時期をルックアップテーブルの形式にてＲＯＭ等の記憶装置に格納しておくことは、その記憶装置の記憶容量を非常に大きくしなければならず、コストが増加する。これに対し、本実施形態に係る点火時期制御装置は、考慮すべき運転状態パラメータのうちモデル式の変数となっていないパラメータ（例えば、吸気弁位相角ＩＮＶＴ、吸気弁作用角ＶＣＡＭ、冷却水温、目標空燃比及びＥＧＲ率等）の組み合わせのそれぞれに対して、着火遅れ期間長モデル式及び前半燃焼期間長モデル式を作成し且つ記憶しておけばよいので、記憶装置の記憶容量を小さくすることができる。従って、装置（ＥＣＵ）のコストを低減することもできる。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、本発明の点火時期制御装置は、上記着火遅れ期間長モデル式とは相違する着火遅れ期間長モデル式及び／又は上記前半燃焼期間長モデル式とは相違する前半燃焼期間長モデル式を用いて目標点火時期を算出してもよい。

１０…内燃機関、２５…燃焼室、３２…吸気弁、３３…吸気弁制御装置、３５…排気弁、３６…排気弁制御装置、３７…点火プラグ、３８…イグナイタ、３９…燃料噴射弁、７０…電気制御装置。

Claims (5)

1. 内燃機関の点火プラグから火花が発生させられる点火時期を制御する制御部を備えた点火時期制御装置において、
   前記制御部は、
   前記機関の燃焼室内での燃料の燃焼に伴う熱の発生率が最大となる熱発生率最大時期の目標値である目標最大時期を前記機関の運転状態を表すパラメータに基づいて決定し、
   前記燃焼室内に形成された混合気の燃料が実際に燃焼を開始する着火時期から前記目標最大時期までの期間である前半燃焼期間の長さを機関回転速度及び前記目標最大時期における燃焼室容積に基づいて計算により求め、
   前記目標最大時期と前記求められた前半燃焼期間の長さとから前記着火時期の目標値である目標着火時期を計算により求め、
   前記機関回転速度及び特定時期における前記燃焼室内の燃料密度に基づいて、前記点火時期から前記着火時期までの期間である着火遅れ期間の長さを計算により求め、
   前記求められた目標着火時期と前記求められた着火遅れ期間の長さとから目標点火時期を計算により求め、
   前記求められた目標点火時期にて実際の点火を行う、
   ように構成された点火時期制御装置。
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、
   前記制御部は、
   前記目標着火時期が圧縮上死点後のクランク角である場合、前記特定時期における前記燃焼室内の燃料密度として前記目標着火時期における燃料密度を採用して前記着火遅れ期間の長さを計算により求め、
   前記目標着火時期が圧縮上死点前のクランク角である場合、仮想の点火時期を設定し、前記特定時期における前記燃焼室内の燃料密度として前記仮想の点火時期における燃料密度を採用して仮想の着火遅れ期間の長さを計算により求め、前記仮想の点火時期と前記仮想の着火遅れ期間の長さとから仮想の着火時期を計算により求め、前記仮想の着火時期が前記目標着火時期と一致する場合に前記仮想の着火遅れ期間の長さを前記着火遅れ期間の長さとして決定し、前記仮想の着火時期が前記目標着火時期と一致しない場合には前記仮想の点火時期を変更して前記仮想の着火遅れ期間の長さを再度計算により求め直すように構成された、
   点火時期制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
   前記制御部は、
   ＭＢＴにて燃料が点火された際に前記機関が発生するトルクに対する目標トルクの比である目標トルク効率を前記機関の運転状態を表すパラメータに基づいて決定し、前記決定された目標トルク効率に基づいて前記目標最大時期を決定するように構成された、
   点火時期制御装置。
4. 請求項１又は２に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
   前記制御部は、
   ＮＥを前記機関回転速度、
   Ｖ@θdQpeak_tgtを前記目標最大時期における燃焼室容積、
   ａを前記前半燃焼期間の長さ、
   Ｃ３，α及びβのそれぞれを所定の定数とするとき、
   ａ＝Ｃ３・（Ｖ@θdQpeak_tgt）^α・ＮＥ^β
   なる前半燃焼期間長モデル式に基づいて前記前半燃焼期間の長さａを計算するように構成された点火時期制御装置。
5. 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、
   前記制御部は、
   ＮＥを前記機関回転速度、
   ρfuel@FAを前記目標着火時期における燃料密度、
   ρfuel@SAzを前記仮想の点火時期における燃料密度、
   τを前記着火遅れ期間の長さ、
   τｚを前記仮想の着火遅れ期間の長さ、
   Ｃ１、Ｃ２、φ、ψ、χ及びδのそれぞれを所定の定数とするとき、
   前記目標着火時期が圧縮上死点後のクランク角である場合、
   τ＝Ｃ２・ρfuel@FA^φ・ＮＥ^ψ
   なる着火遅れ期間長モデル式に基づいて前記着火遅れ期間の長さτを計算し、
   前記目標着火時期が圧縮上死点前のクランク角である場合、
   τｚ＝Ｃ１・ρfuel@SAz^χ・ＮＥ^δ
   なる着火遅れ期間長モデル式に基づいて前記仮想の着火遅れ期間の長さτｚを計算するように構成された点火時期制御装置。
   

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