特許 6044518 内燃機関の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6044518

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20161206BHJP

   F02P 5/153 20060101ALI20161206BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   F02D45/00 368S

   F02D45/00 368T

   F02D45/00 328

   F02P5/153

   F02D43/00 301H

   F02D43/00 301K

   F02D43/00 301B

【請求項の数】9

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2013-238077(P2013-238077)

(22)【出願日】2013年11月18日

(65)【公開番号】特開2015-98799(P2015-98799A)

(43)【公開日】2015年5月28日

【審査請求日】2016年2月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106150

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100082175

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 守

(74)【代理人】

【識別番号】100113011

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 秀和

(72)【発明者】

【氏名】浦野 繁幸

(72)【発明者】

【氏名】永井 正勝

(72)【発明者】

【氏名】坂柳 佳宏

【審査官】 藤村 泰智

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０４２６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０２４６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２６３６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３０１０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３１７５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６４３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−００７５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３１００４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４４６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２３２８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００８３６４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１６３７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１２９１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ４１／００ 〜 ４５／００

Ｆ０２Ｐ ５／１４５ 〜 ５／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出手段と、
燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の所定クランク角度を取得するクランク角度取得手段と、
点火時期から前記所定クランク角度までのクランク角期間もしくは当該クランク角期間の相関値と、前記クランク角期間もしくは前記相関値の目標値との第１の差に基づいて、燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの少なくとも１つを調整する調整手段と、
燃焼質量割合に基づいて主燃焼期間を取得する主燃焼期間取得手段と、
を備え、
前記目標値は、前記主燃焼期間取得手段により取得される主燃焼期間の長さに応じて変更されることを特徴とする内燃機関の制御装置。

【請求項2】

前記目標値は、前記主燃焼期間取得手段により取得される主燃焼期間が長いほど、より小さくされ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。

【請求項3】

前記目標値は、前記主燃焼期間取得手段により取得される主燃焼期間が所定値よりも短い状況下において、点火時期が遅いほど、より大きくされ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。

【請求項4】

前記目標値は、前記主燃焼期間取得手段により取得される主燃焼期間が所定値よりも短い場合に、筒内の混合気の着火限界時の値を超えない範囲内で当該主燃焼期間に基づいて大きくされ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。

【請求項5】

前記調整手段は、燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整する手段であって、
燃焼質量割合に基づいて燃焼重心位置を算出する燃焼重心位置算出手段と、
前記燃焼重心位置算出手段により算出される燃焼重心位置と目標燃焼重心位置との第２の差が無くなるように点火時期を調整する点火時期調整手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。

【請求項6】

前記調整手段は、燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整する手段であって、
燃焼期間中に筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角度を取得する筒内圧最大クランク角度取得手段と、
前記筒内圧最大クランク角度取得手段により取得される筒内圧最大クランク角度と目標筒内圧最大クランク角度との第２の差が無くなるように点火時期を調整する点火時期調整手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。

【請求項7】

前記目標値は、前記点火時期調整手段による調整によって前記第２の差が所定値以下となっている場合に、前記主燃焼期間取得手段により取得される主燃焼期間の長さに応じて変更されることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項8】

前記目標値は、前記調整手段による調整によって前記第１の差が所定値以下となっている場合に、前記主燃焼期間取得手段により取得される主燃焼期間の長さに応じて変更されることを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。

【請求項9】

前記所定燃焼質量割合は１０％であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば特許文献１には、リーンバーン運転を行う内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、排気エミッションを低下させつつリーンバーンを可能とするために、所定燃焼質量割合に到達する時の実際のクランク角度を検知し、検知したクランク角度と目標クランク角度との比較に基づき、燃料供給量を調整することとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−３１７５２２号公報

【特許文献2】特開２０１０−００７５８１号公報

【特許文献3】特開平８−２３２８２０号公報

【特許文献4】特開２００２−３１００４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した特許文献１の制御手法のように燃料噴射量の制御に利用するパラメータとして所定燃焼質量割合に到達する時のクランク角度を用いるだけでは、そのパラメータを用いて空燃比を適切に代表させることができない。また、リーンバーン運転時には、内燃機関の経年変化（例えば、筒内の壁面へのデポジットの堆積によるタンブル流の変化）などの要因によって主燃焼速度が変化し得る。主燃焼速度の変化は、希薄燃焼限界の変化に繋がる。以上の点について何らの考慮がなされていないと、内燃機関の燃焼を希薄燃焼限界の近傍において適切に制御することが困難となる可能性がある。

【0005】

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時のクランク角度を利用して希薄燃焼限界の近傍において燃焼を適切に制御することの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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出手段と、
燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の所定クランク角度を取得するクランク角度取得手段と、
点火時期から前記所定クランク角度までのクランク角期間もしくは当該クランク角期間の相関値と、前記クランク角期間もしくは前記相関値の目標値との第１の差に基づいて、燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの少なくとも１つを調整する調整手段と、
燃焼質量割合に基づいて主燃焼期間を取得する主燃焼期間取得手段と、
を備え、
前記目標値は、前記主燃焼期間取得手段により取得される主燃焼期間の長さに応じて変更されることを特徴とする。

【0007】

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記目標値は、前記主燃焼期間取得手段により取得される主燃焼期間が長いほど、より小さくされることを特徴とする。

【0008】

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記目標値は、前記主燃焼期間取得手段により取得される主燃焼期間が所定値よりも短い状況下において、点火時期が遅いほど、より大きくされることを特徴とする。

【0009】

また、第４の発明は、第１の発明において、
前記目標値は、前記主燃焼期間取得手段により取得される主燃焼期間が所定値よりも短い場合に、筒内の混合気の着火限界時の値を超えない範囲内で当該主燃焼期間に基づいて大きくされることを特徴とする。

【0010】

また、第５の発明は、第１〜第４の発明の何れか１つにおいて、
前記調整手段は、燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整する手段であって、
燃焼質量割合に基づいて燃焼重心位置を算出する燃焼重心位置算出手段と、
前記燃焼重心位置算出手段により算出される燃焼重心位置と目標燃焼重心位置との第２の差が無くなるように点火時期を調整する点火時期調整手段と、
をさらに備えることを特徴とする。

【0011】

また、第６の発明は、第１〜第４の発明の何れか１つにおいて、
前記調整手段は、燃料噴射量および吸入空気量の何れか一方もしくは双方を少なくとも調整する手段であって、
燃焼期間中に筒内圧力が最大となる筒内圧最大クランク角度を取得する筒内圧最大クランク角度取得手段と、
前記筒内圧最大クランク角度取得手段により取得される筒内圧最大クランク角度と目標筒内圧最大クランク角度との第２の差が無くなるように点火時期を調整する点火時期調整手段と、
をさらに備えることを特徴とする。

【0012】

また、第７の発明は、第５または第６の発明において、
前記目標値は、前記点火時期調整手段による調整によって前記第２の差が所定値以下となっている場合に、前記主燃焼期間取得手段により取得される主燃焼期間の長さに応じて変更されることを特徴とする。

【0013】

また、第８の発明は、第１〜第７の発明の何れか１つにおいて、
前記目標値は、前記調整手段による調整によって前記第１の差が所定値以下となっている場合に、前記主燃焼期間取得手段により取得される主燃焼期間の長さに応じて変更されることを特徴とする。

【0014】

また、第９の発明は、第１〜第８の発明の何れか１つにおいて、
前記所定燃焼質量割合は１０％であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

所定燃焼質量割合が得られる時の所定クランク角度だけでなく点火時期を用いて、点火時期から当該所定クランク角度までの期間として特定したクランク角期間およびその相関値は、空燃比と高い相関を有している。このため、第１の発明によれば、このクランク角期間もしくはその相関値と当該クランク角期間等の目標値との第１の差に基づいて燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの少なくとも１つを調整することで、燃焼を適切に制御できるようになる。そして、調整対象が燃料噴射量および吸入空気量の一方もしくは双方であった場合には、空燃比を適切に制御できるようになる。そのうえで、本発明によれば、主燃焼期間の長さに応じて上記目標値を変更することにより、経年変化等による主燃焼期間（主燃焼速度）の変化を考慮して、希薄燃焼限界を適切に設定できるようになる。

【0016】

第２の発明によれば、主燃焼期間が長いほど、上記目標値をより小さくすることにより、経年変化等による主燃焼期間（主燃焼速度）の変化を考慮して、希薄燃焼限界を適切に設定できるようになる。

【0017】

第３の発明によれば、主燃焼期間が短い（すなわち、主燃焼期間が高い）状況下では点火時期の遅角に伴って着火限界が向上する傾向があることに着目して、希薄燃焼限界を適切に設定できるようになる。

【0018】

第４の発明によれば、主燃焼期間が短い（すなわち、主燃焼期間が高い）状況下において着火限界を超えない範囲内で上記目標値を適切に設定できるようになる。

【0019】

第５の発明によれば、空燃比変化の影響を受けにくい燃焼重心位置を利用して、調整手段による調整に伴う空燃比の変化に起因する目標点火時期からの点火時期のずれを適切に補正できるようになる。

【0020】

第６の発明によれば、空燃比変化の影響を受けにくい筒内圧最大クランク角度を利用して、調整手段による燃料噴射量などの調整に伴う空燃比の変化に起因する目標点火時期からの点火時期のずれを適切に補正できるようになる。

【0021】

第７の発明によれば、点火時期調整手段による調整によって第２の差が所定値以下となっている場合に主燃焼期間の長さに応じて上記目標値を変更することにより、調整手段による調整に伴う空燃比の変化に起因する目標点火時期からの点火時期のずれの影響を受けずに、主燃焼期間の長さに基づいて上記目標値をより適切に設定できるようになる。

【0022】

第８の発明によれば、調整手段による調整によって第１の差が所定値以下となっている場合に主燃焼期間の長さに応じて上記目標値を変更することにより、調整手段による調整が不十分なことが主燃焼期間に与える影響を切り離して、経年変化等に起因する主燃焼期間の長短を主燃焼期間の取得値に基づいてより正確に把握できるようになる。これにより、主燃焼期間の長さに基づいて上記目標値をより適切に設定できるようになる。

【0023】

第９の発明によれば、耐ノイズ性と適合工数の削減とを考慮して、上記クランク角期間を特定するための所定クランク角度を適切に設定できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。

【図2】点火時期と燃焼質量割合の波形とを表した図である。

【図3】ＮＯｘ排出量、燃費、トルク変動およびＳＡ−ＣＡ１０のそれぞれと空燃比（Ａ／Ｆ）との関係を表した図である。

【図4】リーンリミット付近の空燃比に対する、ＭＢＴとＭＢＴ制御時の燃焼重心位置（５０％燃焼点であるＣＡ５０）との関係を表した図である。

【図5】リーンリミット時の空燃比と点火時期との関係を表した図である。

【図6】経年変化等の影響によるリーンリミットの変化を説明するために、燃費、トルク変動およびＳＡ−ＣＡ１０のそれぞれと空燃比（Ａ／Ｆ）との関係を表した図である。

【図7】トルク変動とＣＡ１０−９０との関係を表した図である。

【図8】本発明の実施の形態１に係る各種フィードバック制御の概要を説明するためのブロック図である。

【図9】本発明の実施の形態１において実行されるメインルーチンのフローチャートである。

【図10】本発明の実施の形態１および２において実行されるサブルーチンのフローチャートである。

【図11】本発明の実施の形態１および２において実行されるサブルーチンのフローチャートである。

【図12】トルク変動限界に加えて着火限界を考慮した場合における目標ＳＡ−ＣＡ１０の設定を、ＭＢＴ付近のＣＡ５０との関係で表した図である。

【図13】本発明の実施の形態２において実行されるメインルーチンのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。
図１に示すシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２が設けられている。筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。

【0026】

吸気通路１６の吸気ポートには、当該吸気ポートを開閉する吸気弁２０が設けられており、排気通路１８の排気ポートには、当該排気ポートを開閉する排気弁２２が設けられている。また、吸気通路１６には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。

【0027】

内燃機関１０の各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁２６、および、混合気に点火するための点火プラグ２８が、それぞれ設けられている。さらに、各気筒には、筒内圧力を検出するための筒内圧センサ３０が組み込まれている。

【0028】

さらに、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述した筒内圧センサ３０に加え、エンジン回転速度を取得するためのクランク角センサ４２、および、吸入空気量を計測するためのエアフローメータ４４等の内燃機関１０の運転状態を取得するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力部には、上述したスロットルバルブ２４、燃料噴射弁２６および点火プラグ２８等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、それらのセンサ出力と所定のプログラムとに基づいて上記各種のアクチュエータを駆動することにより、燃料噴射制御および点火制御等の所定のエンジン制御を行うものである。また、ＥＣＵ４０は、筒内圧センサ３０の出力信号を、クランク角度と同期させてＡＤ変換して取得する機能を有している。これにより、ＡＤ変換の分解能が許す範囲で、任意のクランク角タイミングにおける筒内圧力を検出することができる。さらに、ＥＣＵ４０は、クランク角度の位置によって決まる筒内容積の値を、クランク角度に応じて算出する機能を有している。

【0029】

［実施の形態１におけるリーンリミット制御］
（点火時期と燃焼質量割合）
図２は、点火時期と燃焼質量割合の波形とを表した図である。
筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを備える本実施形態のシステムによれば、内燃機関１０の各サイクルにおいて、クランク角度（ＣＡ）ベースで筒内圧データ（筒内圧波形）を取得することができる。そして、公知の手法で絶対圧補正を行った後の筒内圧波形を用いて、図２に示すような波形となる燃焼質量割合（以下、「ＭＦＢ」と称する）を算出することができる。より具体的には、筒内圧データを用いて、任意のクランク角度θでの筒内の発熱量Ｑを次の（１）式にしたがって算出することができる。そして、算出された筒内の発熱量Ｑのデータを用いて、任意のクランク角度θにおけるＭＦＢを次の（２）式にしたがって算出することができる。したがって、この（２）式を利用して、ＭＦＢが所定割合α（％）となる時のクランク角度（以下、「ＣＡα」と称する）を取得することができる。

【0030】

【数1】

ただし、上記（１）式において、Ｐは筒内圧力、Ｖは筒内容積、κは筒内ガスの比熱比である。また、Ｐ_０およびＶ_０は、計算開始点θ_０（想定される燃焼開始点に対して余裕をもって定められた圧縮行程中（ただし、吸気弁２０の閉弁後）の所定クランク角度θでの筒内圧力および筒内容積である。また、上記（２）式において、θ_staは燃焼開始点（ＣＡ０）であり、θ_finは燃焼終了点（ＣＡ１００）である。

【0031】

ここでは、図２を参照して代表的なクランク角度ＣＡαについて説明する。筒内の燃焼は、点火時期にて混合気に点火を行った後に着火遅れを伴って開始する。この燃焼開始点、すなわち、ＭＦＢが立ち上がりを示す点をＣＡ０と称する。ＣＡ０からＭＦＢが１０％となる時のクランク角度ＣＡ１０までのクランク角期間（ＣＡ０−ＣＡ１０）が初期燃焼期間に相当し、ＣＡ１０からＭＦＢが９０％となる時のクランク角度ＣＡ９０までのクランク角期間（ＣＡ１０−ＣＡ９０）が主燃焼期間に相当する。また、ＭＦＢが５０％となる時のクランク角度ＣＡ５０が燃焼重心位置に相当する。

【0032】

（ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御）
図３は、ＮＯｘ排出量、燃費、トルク変動およびＳＡ−ＣＡ１０のそれぞれと空燃比（Ａ／Ｆ）との関係を表した図である。
内燃機関の低燃費技術としては、理論空燃比よりも希薄な空燃比にて行うリーンバーン運転が有効である。図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、空燃比がリーンになるほど、燃費が良くなり、ＮＯｘ排出量が減少する。ただし、空燃比をリーンにし過ぎると、燃焼が悪化することで、燃費が悪化する。その一方で、トルク変動は、図３（Ｃ）に示すように、空燃比がリーンになるにつれて徐々に大きくなり、空燃比がある値を超えてリーンになると急激に大きくなる。ここでいうトルク変動とは、時系列のトルク値に対する変動値のことであり、さらに具体的には、時系列のトルク値に対して特定の周波数帯のフィルタ処理を実施し、当該フィルタ処理後の時系列のトルク値の振幅、標準偏差、あるいは絶対値の平均値として得られるものである。以下、混合気の希薄燃焼限界の空燃比、より具体的には、内燃機関１０のドライバビリティの観点で限界となる閾値にトルク変動値が達する時の空燃比を、「リーンリミット」と称する。

【0033】

図３（Ａ）〜（Ｃ）より、低燃費および低ＮＯｘ排出を実現するためには、内燃機関１０の状態を監視し、ドライバビリティが悪化しない範囲内で出来るだけリーンとなるように空燃比を制御すること、すなわち、リーンリミット近傍で空燃比を制御することが好ましいといえる。以下、このような空燃比の制御を「リーンリミット制御」と称する。

【0034】

従来のリーンリミット制御は、一般的には、トルク（またはトルク相当値）を統計処理することによって運転中のトルク変動を検出し、検出したトルク変動に基づいてリーンリミット近傍で空燃比を制御するというものである。しかしながら、従来の統計処理に基づくトルク変動を利用するリーンリミット制御は、時間がかかり、かつ、過渡運転に適用することが困難であり、その結果、実用性が低いものであった。また、上記従来の手法は、トルク変動を統計量として扱うために突発的に発生する燃焼悪化に対応することができず、内燃機関の振動騒音の悪化を防ぐことができないという課題も有していた。さらに、上記従来の手法では、全気筒一律の制御以外の態様では行うことが難しいという課題も有していた。

【0035】

そこで、本実施形態では、上記のような課題を解決して統計処理に依らない手法でのリーンリミット制御手法として、点火時期（ＳＡ）から１０％燃焼点であるＣＡ１０までのクランク角期間（ＳＡ−ＣＡ１０）に基づく燃料噴射量のフィードバック制御を気筒別に行うこととした。より具体的には、このフィードバック制御は、リーンリミット付近の所定の目標ＳＡ−ＣＡ１０と、実ＳＡ−ＣＡ１０との差に基づいて（より具体的には、当該差がゼロとなるように）燃料噴射量を調整するというものである。ここでいう実ＳＡ−ＣＡ１０とは、点火時期から、筒内圧センサ（ＣＰＳ）３０とクランク角センサ４２とを利用して得られる筒内圧データの解析結果から求められたＣＡ１０までのクランク角期間として算出される値である。

【0036】

ここで、本実施形態のリーンリミット制御のパラメータとしてＳＡ−ＣＡ１０を用いる利点について説明する。ＳＡ−ＣＡ１０は、着火遅れを代表するパラメータである。図３（Ｄ）に示すように、ＳＡ−ＣＡ１０は、空燃比との相関性が高く、リーンリミット付近においても空燃比に対して線形性を良好に保持している。このため、ＳＡ−ＣＡ１０の利用によって、リーンリミット近傍に空燃比をフィードバック制御し易くなる。

【0037】

また、ＳＡ−ＣＡ１０は、次のような理由により、空燃比自体よりもリーンリミットの代表性が高いといえる。すなわち、リーンリミットとなる空燃比は運転条件（例えば、エンジン水温の高低）により変化するが、ＳＡ−ＣＡ１０は空燃比よりも運転条件に応じて変化しにくいことが本件の発明者らの実験によって確認されている。言い換えると、リーンリミットとなる空燃比は混合気の着火要因に依るところが大きいため、着火遅れを代表するＳＡ−ＣＡ１０の方が空燃比自体よりも運転条件等による影響を受けにくいといえる。ただし、エンジン回転速度が変わると、１クランク角度当たりの時間が変化するため、ＳＡ−ＣＡ１０の目標値である目標ＳＡ−ＣＡ１０は、エンジン回転速度に応じて設定されていることが好ましい。より好適には、ＳＡ−ＣＡ１０はエンジン負荷率によっても変化するため、目標ＳＡ−ＣＡ１０は、エンジン回転速度に代え、或いはそれとともに、エンジン負荷率に応じて設定されていると良い。

【0038】

次に、本実施形態のリーンリミット制御の指標としてのクランク角期間を点火時期との間で特定するために用いる燃焼点（ＭＦＢが所定燃焼質量割合となる時の所定クランク角度）として、ＣＡ１０が他の燃焼点と比べて好ましい理由について説明する。上記所定クランク角度としては、ＣＡ１０に限らず、他の任意の燃焼点を用いることができる。そして、他の任意の燃焼点の利用時であっても、得られるクランク角期間は、上述した空燃比との相関性の高さおよびリーンリミットの代表性の高さという利点を基本的に有しているといえる。しかしながら、ＣＡ１０よりも後の主燃焼期間（ＣＡ１０−ＣＡ９０）内の燃焼点を利用した場合には、得られるクランク角期間は、火炎が燃え広がる時に燃焼に影響するパラメータ（ＥＧＲ率、吸気温度およびタンブル比など）の影響を大きく受けてしまう。つまり、この場合に得られるクランク角期間は、純粋に空燃比に着目したものではなく、外乱に弱くなる。このような外乱の影響を排除するために、クランク角期間を上記パラメータに応じて補正する構成とすることは、適合工数の増加となる。これに対し、初期燃焼期間（ＣＡ０−ＣＡ１０）内の燃焼点を利用した場合には、得られるクランク角期間は、上記パラメータの影響を受けにくく、着火に影響する因子の影響が良く表れたものとなる。その結果、制御性が良くなる。その一方で、燃焼開始点（ＣＡ０）や燃焼終了点（ＣＡ１００）は、ＥＣＵ４０が取得する筒内圧センサ３０からの出力信号に重畳するノイズの影響によって誤差が生じ易い。このノイズの影響は、燃焼開始点（ＣＡ０）や燃焼終了点（ＣＡ１００）から離れるにつれて小さくなる。したがって、耐ノイズ性と適合工数の削減（適合レスポテンシャル）とを考慮すると、本実施形態で用いるように、上記所定クランク角度としてはＣＡ１０が最も優れているといえる。

【0039】

（ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御）
図４は、リーンリミット付近の空燃比に対する、ＭＢＴとＭＢＴ制御時の燃焼重心位置（５０％燃焼点であるＣＡ５０）との関係を表した図である。図５は、リーンリミット時の空燃比と点火時期との関係を表した図である。

【0040】

図４（Ａ）に示すように、ＭＢＴとなる点火時期は空燃比に応じて変化する。これは、空燃比の変化に応じて燃焼速度が変わるためである。より具体的には、空燃比がリーンになると、燃焼が遅くなる。その結果、より早く点火する必要があるため、ＭＢＴが進角側の時期に変化する。特に、リーンリミット付近のリーン空燃比領域では、特に、微小な空燃比の変化に対しても、最適な点火時期が変化する。一方、ＭＢＴが得られる時のＣＡ５０は、図４（Ｂ）に示すようにリーンリミット付近の空燃比ではほぼ一定となる。

【0041】

上述したＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御によって目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差がゼロとなるように燃料噴射量が調整されると、空燃比が変化する（吸入空気量を調整する場合も同様）。より具体的には、このフィードバック制御が実行されると、図４（Ａ）中に例示したように、ある目標ＳＡ−ＣＡ１０に対応する空燃比に対し、ある振れ幅で空燃比が変動する。その結果、ＭＢＴもある振れ幅で変動することになる。一方、リーンリミット時の空燃比は、図５に示すように点火時期の影響を受けて変化する。したがって、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量の制御に伴う空燃比の変化によってＭＢＴが変化しているにもかかわらず、変化前のＭＢＴで点火時期が固定されたままであると、この点火時期は、現在の空燃比に応じた真のＭＢＴから外れてしまう結果となる。例えば、ＭＢＴが進角側に変化しているにもかかわらず、変化前のＭＢＴで点火時期が固定されたままであると、現在の点火時期は真のＭＢＴに対して遅角側の時期となり、図５に示す関係より、リーンリミット時の空燃比は、点火時期が真のＭＢＴに制御されている時と比べてリッチとなる。その結果、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御によって空燃比がリーン側の値に振れた場合に、失火が発生してしまうことが懸念される。

【0042】

以上のことから、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を行う場合（吸入空気量のフィードバック制御を行う場合も同様）には、当該フィードバック制御の実施に伴う空燃比の変化に起因するＭＢＴの変化の影響を無くすための点火時期制御を気筒毎に行うことが好ましいといえる。そこで、本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御とともに、上記のＭＢＴの変化の影響を無くすためにＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御を協調的に行うこととした。

【0043】

図４（Ｂ）を参照して上述したように、ＭＢＴが得られる時のＣＡ５０は、リーンリミット付近において空燃比に対してほぼ変化しない。したがって、ＭＢＴが得られるときのＣＡ５０を目標ＣＡ５０として、筒内圧データの解析結果により得られるＣＡ５０（以下、「実ＣＡ５０」と称する）と目標ＣＡ５０との差が無くなるように点火時期を補正することにより、上記の空燃比変化の影響を受けずに点火時期をＭＢＴに調整できるようになる。このように、ＣＡ５０の利用は、この場合の点火時期の制御に適しているといえる。なお、ここでいうＣＡ５０を利用した点火時期制御は、必ずしもＭＢＴが得られるように制御するものに限らない。すなわち、ＣＡ５０を利用した点火時期制御は、いわゆる遅角燃焼時のようにＭＢＴ以外のある点火時期を目標点火時期とする場合にも、後述する目標点火効率に応じて目標ＣＡ５０を設定することによって利用することができる。

【0044】

（目標点火効率に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の設定）
図５に示すように、点火時期をＭＢＴに設定するか、或いはＭＢＴよりも進角もしくは遅角した時期に設定するかに応じて、リーンリミット時の空燃比が変化する。そうであるのに、目標点火時期がＭＢＴであるかＭＢＴから離れた点火時期であるかに関係なく目標ＳＡ−ＣＡ１０を一律に設定したのでは、次のような問題が生じ得る。すなわち、例えば、図５中に示すＭＢＴに対応するリーンリミット時の空燃比を想定して目標ＳＡ−ＣＡ１０を設定した状況下において、目標点火時期がＭＢＴよりも遅角側の時期とされた場合には、この目標点火時期の遅角化によりリーンリミット時の空燃比がＭＢＴ制御時と比べてリッチとなる。その結果、上記設定の目標ＳＡ−ＣＡ１０のままでは、空燃比がリーン側に振れた時にリーンリミット時の空燃比よりも空燃比がリーンとなってしまい、失火が発生することが懸念される。

【0045】

そこで、本実施形態では、目標ＳＡ−ＣＡ１０を、ＭＢＴからの目標点火時期の乖離量に基づいて設定することとした。以下の明細書中においては、点火時期がＭＢＴである時に最大値を示し、かつ、ＭＢＴからの目標点火時期の乖離の度合いを示す指標として、目標点火効率を使用する。したがって、言い換えれば、目標ＳＡ−ＣＡ１０は、目標点火効率に基づいて設定されることになる。

【0046】

（ＣＡ１０−９０に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の設定）
図６は、経年変化等の影響によるリーンリミットの変化を説明するために、燃費、トルク変動およびＳＡ−ＣＡ１０のそれぞれと空燃比（Ａ／Ｆ）との関係を表した図である。図７は、トルク変動とＣＡ１０−９０との関係を表した図である。

【0047】

内燃機関１０の経年変化等によって、主燃焼速度（主燃焼期間（ＣＡ１０−９０）の長短）が変化し得る。主燃焼速度の変化は、リーンリミットの変化に繋がる。ここでは、経年変化の一例として、筒内の壁面へのデポジットの堆積に伴うタンブル流の変化によって、主燃焼速度が初期のエンジン状態と比べて遅くなったケースを挙げる。図６（Ｂ）に示すように、主燃焼速度が遅くなると、同一空燃比下でのトルク変動が増加し、その結果として、トルク変動が限界となる時の空燃比としてのリーンリミットがリッチ側の値に変化する。これに伴い、図６（Ａ）に示すように、燃費がＡ点の値からＢ点の値に悪化し、また、ここでは図示を省略しているが、ＮＯｘ排出量も増加する。

【0048】

上記のようなリーンリミットの変化分を事前に想定して余裕を持たせてリーンリミット制御の目標値（本実施形態では、目標ＳＡ−ＣＡ１０）を設定した場合、Ａ点とＢ点での値の差分だけ燃費がロスし、ＮＯｘ排出量が増加することを最初から許容する結果となる。このことを避けるためには、エンジン状態を把握して状況に応じて上記目標値を変化することが必要となる。しかしながら、先に述べた従来の手法によるトルク変動の直接的な検出には問題が多い。そこで、本実施形態では、次のような手法を用いて運転中にトルク変動を把握し、空燃比をリーンリミットにできるだけ近づけられるように目標ＳＡ−ＣＡ１０を設定することとした。

【0049】

図７に示すように、主燃焼期間（ここでは、ＣＡ１０−９０によって定義）とトルク変動との間には相関がある。具体的には、ＣＡ１０−９０が大きくなるほど、トルク変動が大きくなる。したがって、筒内圧データに基づくＭＦＢの算出結果を利用して得られるＣＡ１０−９０（以下、「実ＣＡ１０−９０」と称する）に基づいて現在のトルク変動の度合いを把握することができる。そこで、本実施形態では、実ＣＡ１０−９０から所定の目標ＣＡ１０−９０を引くことにより得られる差（ΔＣＡ１０−９０）に基づいて目標ＳＡ−ＣＡ１０を変更することとした。詳細は図８を参照して後述するが、上記の図６に示すケースの場合、すなわち、経年変化に伴って実ＣＡ１０−９０（トルク変動）が大きくなった場合には、リーンリミット近傍に制御しようとしている空燃比を相対的にリッチ側の値に変更するために、目標ＳＡ−ＣＡ１０が小さくされる。

【0050】

そのうえで、図７に示す関係を利用して運転中にＣＡ１０−９０からトルク変動を正確にかつ特別な補正を必要とせずに把握するためには、狙いとなる時期で点火時期が安定して制御されていることが好ましい。また、図６（Ｂ）と図６（Ｃ）より、ＳＡ−ＣＡ１０の値が変化してもトルク変動が変化する。そこで、本実施形態では、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御によって実ＣＡ５０と目標ＣＡ５０との差が所定値ＣＡ_ｔｈ１以下となっている状態であって、かつ、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御によって実ＳＡ−ＣＡ１０と目標ＳＡ−ＣＡ１０との差が所定値ＣＡ_ｔｈ１以下となっている状態で、ΔＣＡ１０−９０に基づいて目標ＳＡ−ＣＡ１０を変更することとした。なお、ＣＡ５０を利用したフィードバック制御とＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御の実行順序としては、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を自由に行うのではなく、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御によって目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差が所定値ＣＡ_ｔｈ１以下となっている状態としたうえで、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を行うこととした。

【0051】

（実施の形態１のフィードバック制御の概要）
図８は、本発明の実施の形態１に係る各種フィードバック制御の概要を説明するためのブロック図である。
先ず、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御では、図８に示すように、エンジン運転状態（具体的には、エンジン回転速度、エンジン負荷率および目標点火効率）に応じた目標ＳＡ−ＣＡ１０が設定される。実ＳＡ−ＣＡ１０は、筒内圧データの解析結果に基づいて、各気筒においてサイクル毎に算出される。

【0052】

このフィードバック制御では、目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差が無くなるように燃料噴射量を調整するために、一例としてＰＩ制御が使用されている。このＰＩ制御では、目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差と所定のＰＩゲイン（比例項ゲインと積分項ゲイン）とを用いて、当該差およびその積算値の大きさに応じた燃料噴射量補正率が算出される。そして、気筒毎に算出される燃料噴射量補正率が、対象となる気筒の燃料噴射量に反映される。これにより、内燃機関（ＥＮＧ）１０の各気筒に供給される燃料噴射量が上記フィードバック制御によって調整（補正）されることになる。

【0053】

上記のように筒内圧データの解析結果に基づいて取得される実ＳＡ−ＣＡ１０は、所定のばらつき（必然的に発生する燃焼変動分）を含むため、生値を使用してもよいが、そうすると上記の燃料噴射量の補正量が安定しなくなる。そこで、ここでは、実ＳＡ−ＣＡ１０に所定のなまし処理を実施することによって燃焼変動分を除去した後の値が燃料噴射量のフィードバック制御に使用される。このようななまし処理としては、例えば、今回の算出値を含む直近の所定数の実ＳＡ−ＣＡ１０の算出値の時系列の移動平均をとる手法を用いることができる。なお、このようななまし処理に代え、想定される燃焼変動分に起因する実ＳＡ−ＣＡ１０の算出値のばらつき幅相当を制御の不感帯として設定するようにしてもよい。すなわち、目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差が上記ばらつき幅相当以下である場合には、燃料噴射量の補正を行わないようにしてもよい。

【0054】

次に、ＣＡ５０のフィードバック制御について説明する。このフィードバック制御は、既述したように、目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差に基づいて（より具体的には、当該差がゼロとなるように）点火時期を調整するというものである。目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差が無くなるように点火時期を補正するために、このＣＡ５０を利用したフィードバック制御についても、一例としてＰＩ制御が使用されている。このＰＩ制御では、目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差と所定のＰＩゲイン（比例項ゲインと積分項ゲイン）とを用いて、当該差およびその差の積算値の大きさに応じた点火時期補正量が算出される。そして、気筒毎に算出される点火時期補正量が、対象となる気筒の点火時期に反映される。これにより、内燃機関（ＥＮＧ）１０の各気筒における点火時期が上記フィードバック制御によって調整（補正）されることになる。なお、実ＣＡ５０の算出に関しても、実ＳＡ−ＣＡ１０のために上述したのと同様の理由により、所定のなまし処理が実施される。

【0055】

さらに、目標ＳＡ−ＣＡ１０は、図８に示すように、ΔＣＡ１０−９０に応じて変更され得る。より具体的には、筒内圧データの解析結果に基づく実ＣＡ１０−９０と、エンジン運転状態に応じた値とされた目標ＣＡ１０−９０との差であるΔＣＡ１０−９０が、所定値ＣＡ_ｔｈ２よりも小さいかあるいは大きいかに応じて、エンジン運転状態に応じて設定された値に対して増減される。

【0056】

ΔＣＡ１０−９０が所定値ＣＡ_ｔｈ２よりも小さい場合、すなわち、実ＣＡ１０−９０が比較的小さいことで主燃焼速度が良好に高いといえる場合には、ＳＡ−ＣＡ１０の制御にはリーンリミットに対する余裕があるといえる。そこで、この場合には、実ＳＡ−ＣＡ１０をよりリーンリミットに近づけるために、エンジン運転状態に応じて設定された目標ＳＡ−ＣＡ１０の値に対して所定値αが加算される。なお、ＳＡ−ＣＡ１０の制御を燃料噴射量もしくは吸入空気量の調整にて行う場合には、実ＳＡ−ＣＡ１０をよりリーンリミットに近づけることは、空燃比をよりリーンリミットに近づけることを意味する。

【0057】

一方、ΔＣＡ１０−９０が所定値ＣＡ_ｔｈ２よりも大きい場合、すなわち、実ＣＡ１０−９０が大きい（燃焼速度が遅いためにトルク変動が大きい）場合には、ＳＡ−ＣＡ１０の制御にはリーンリミットに対する余裕があまりないといえる。そこで、この場合には、実ＳＡ−ＣＡ１０をリーンリミットから遠ざけるために、エンジン運転状態に応じて設定された目標ＳＡ−ＣＡ１０の値に対して所定値αが減算される。これにより、ＳＡ−ＣＡ１０の制御を燃料噴射量もしくは吸入空気量の調整にて行う場合には、空燃比がリッチ側の値に制御されることになる。

【0058】

また、本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御の応答速度よりも、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御の応答速度が高くなるようにするために、これらのフィードバック制御で用いるＰＩゲインとなまし処理とに対して次のような配慮がなされている。すなわち、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御で用いるＰＩゲインよりも、ＣＡ５０を利用したフィードバック制御で用いるＰＩゲインの方が大きな値に設定されている。また、なまし処理に関しては、既述した移動平均を利用した手法を例に挙げて説明すると、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御における移動平均に用いる筒内圧データの個数よりも、ＣＡ５０を利用したフィードバック制御における移動平均に用いる筒内圧データの個数が少なくされる。

【0059】

なお、ΔＣＡ１０−９０に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の変更は、基本的には、経年変化のように非常に緩やかに進行するＣＡ１０−９０の変化を主に想定したものである。したがって、この目標ＳＡ−ＣＡ１０の変更は、以下の図９に示すルーチンの処理のように頻繁に行われるものであってもよいが、基本的にはこのような処理よりも非常に緩やかな処理によってなされるものであればよい。すなわち、例えば、目標ＳＡ−ＣＡ１０の変更のために使用される所定値（αもしくは−α）は、他の上記２つのフィードバック制御よりも十分に長いスパンで行われる学習処理によって得られる学習値として記憶されるようにし、エンジン運転状態に応じて目標ＳＡ−ＣＡ１０を設定する際に、そのような学習値が目標ＳＡ−ＣＡ１０に反映されるようになっていてもよい。また、実ＣＡ１０−９０の算出に関しても、実ＳＡ−ＣＡ１０等と同様の理由により、所定のなまし処理が実施される。既述した移動平均を利用した手法を例に挙げて説明すると、この実ＣＡ１０−９０の算出のための移動平均に用いる筒内圧データの個数は、実ＳＡ−ＣＡ１０および実ＣＡ５０の算出のための移動平均に用いる筒内圧データの個数よりも十分に大きくされる。

【0060】

（実施の形態１における具体的処理）
図９は、本発明の実施の形態１に係る特徴的なリーンリミット制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するメインルーチンを示すフローチャートである。図１０は、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御に関する処理を規定したサブルーチンを示すフローチャートである。図１１は、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御に関する処理を規定したサブルーチンを示すフローチャートである。なお、図９に示すルーチンは、各気筒において燃焼終了後の所定タイミングにて、サイクル毎に繰り返し実行されるものとする。

【0061】

図９に示すメインルーチンでは、ＥＣＵ４０は、先ず、リーンバーン運転中であるか否かを判定する（ステップ１００）。内燃機関１０では、所定の運転領域において理論空燃比よりもリーンな空燃比でのリーンバーン運転が行われるようになっている。ここでは、そのようなリーンバーン運転を行う運転領域に該当するか否かが判定される。

【0062】

ステップ１００においてリーンバーン運転中であると判定した場合には、ＥＣＵ４０は、ステップ１０２に進み、図１０に示すサブルーチンの一連の処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ４０は、先ず、クランク角センサ４２とエアフローメータ４４とを用いて、エンジン回転速度およびエンジン負荷率を取得するとともに、目標点火効率を取得する（ステップ２００）。エンジン負荷率は、エンジン回転速度と吸入空気量とに基づいて算出することができる。ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の運転条件に応じて目標点火効率を定めたマップ（図示省略）を記憶しており、本ステップ２００では、そのようなマップを参照して目標点火効率が取得される。

【0063】

次に、ＥＣＵ４０は、目標ＣＡ５０を算出する（ステップ２０２）。目標ＣＡ５０は、ステップ２００において取得したエンジン回転速度、エンジン負荷率および目標点火効率に基づいて設定される。より具体的には、目標点火効率が１である場合、すなわち、ＭＢＴを目標点火時期とする場合には、ＭＢＴが得られる時のＣＡ５０が目標ＣＡ５０として使用される。また、目標点火効率が１より小さい所定値である場合、すなわち、目標点火時期がＭＢＴに対して進角側または遅角側の所定時期とされる場合には、目標ＣＡ５０は、当該所定時期が得られる時のＣＡ５０が目標ＣＡ５０として使用される。

【0064】

次に、ＥＣＵ４０は、筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを利用して燃焼時に計測された筒内圧データを取得する（ステップ２０４）。次いで、ＥＣＵ４０は、取得した筒内圧データの解析結果を利用して実ＣＡ５０を算出する（ステップ２０６）。実ＣＡ５０の算出については、図８を参照して既述した配慮がなされたなまし処理が実施される。

【0065】

次に、ＥＣＵ４０は、ステップ２０２および２０６において算出した目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差を算出する（ステップ２０８）。次いで、ＥＣＵ４０は、ステップ２０８において算出された差と所定のＰＩゲイン（比例項ゲインと積分項ゲイン）とを用いて、当該差およびその積算値の大きさに応じた点火時期補正量を算出する（ステップ２１０）。上述したように、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御で用いるＰＩゲインよりも、ＣＡ５０を利用したフィードバック制御で用いるＰＩゲインの方が大きな値に設定されている。そのうえで、ＥＣＵ４０は、算出した点火時期補正量に基づいて、次のサイクルで使用する点火時期を補正する（ステップ２１２）。具体的には、ＣＡ５０と点火時期との間には、ほぼ１対１の関係があり、例えば、目標ＣＡ５０よりも実ＣＡ５０が大きい場合（すなわち、目標ＣＡ５０よりも実ＣＡ５０が遅角している場合）には、燃焼を早めるために点火時期が進角されることになる。

【0066】

図９に示すメインルーチンにおいてステップ１０２の処理が実行された後は、ＥＣＵ４０は、目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差（絶対値）が所定値ＣＡ_ｔｈ１以下であるか否かを判定する（ステップ１０４）。その結果、上記差が所定値ＣＡ_ｔｈ１以下ではないと判定した場合、すなわち、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御によって実ＣＡ５０が目標ＣＡ５０の近傍に十分に収束していないと判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、今回の処理サイクルにおける処理を速やかに終了する。その結果、ステップ１００の成立を条件として、同一気筒の次サイクルにおいてステップ１０２以降の処理が再び実行される。つまり、ステップ１０４の判定が不成立となったサイクルでは、ステップ１０６の処理で特定されるＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御以降の処理は実行されない。

【0067】

一方、上記ステップ１０４の判定が成立する場合、すなわち、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御によって実ＣＡ５０が目標ＣＡ５０の近傍に十分に収束していると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御を実行するために、ステップ１０６に進む。

【0068】

ステップ１０６では、図１１に示すサブルーチンの一連の処理が実行される。すなわち、ＥＣＵ４０は、先ず、目標ＳＡ−ＣＡ１０を算出する（ステップ３００）。ＥＣＵ４０は、実験等の結果に基づいてエンジン回転速度、エンジン負荷率および目標点火効率との関係で目標ＳＡ−ＣＡ１０を予め定めたマップ（図示省略）を記憶している。本ステップ３００では、そのようなマップを参照して、ステップ２００において取得したエンジン回転速度、エンジン負荷率および目標点火効率に基づいて目標ＳＡ−ＣＡ１０が取得される。目標点火時期との関係に関し、目標ＳＡ−ＣＡ１０は、目標点火効率に応じて（すなわち、ＭＢＴからの目標点火時期の乖離量に応じて）、ＭＢＴに対する点火時期の遅角量が大きいほど、基準値に対してより小さな値となるように設定され、逆に、ＭＢＴに対する点火時期の進角量が大きいほど、基準値に対してより大きな値となるように設定される。

【0069】

次に、ＥＣＵ４０は、点火時期を取得する（ステップ３０２）。ＥＣＵ４０は、エンジン負荷率とエンジン回転速度との関係で目標（要求）点火時期（基本的には、最適点火時期（以下、「ＭＢＴ」と称する））を定めたマップ（図示省略）を記憶しており、本ステップ３０２では、そのようなマップを参照して点火時期を取得する。

【0070】

次に、ＥＣＵ４０は、実ＳＡ−ＣＡ１０を算出する（ステップ３０４）。実ＳＡ−ＣＡ１０は、ステップ３０２において取得した点火時期から、ステップ２０４において取得した筒内圧データの解析結果として得られるＣＡ１０までのクランク角期間として算出される。

【0071】

次に、ＥＣＵ４０は、ステップ３００および３０４において算出した目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差を算出する（ステップ３０６）。ＥＣＵ４０は、次いで、算出された差と所定のＰＩゲイン（比例項ゲインと積分項ゲイン）とを用いて、当該差およびその積算値の大きさに応じた燃料噴射量補正率を算出する（ステップ３０８）。そのうえで、ＥＣＵ４０は、算出した燃料噴射量補正率に基づいて、次のサイクルで使用する燃料噴射量を補正する（ステップ３１０）。具体的には、例えば、目標ＳＡ−ＣＡ１０よりも実ＳＡ−ＣＡ１０が大きい場合には、図３（Ｄ）に示す関係より、空燃比が狙い値よりもリーン側にずれていることに相当するため、空燃比をリッチ補正するために燃料噴射量が燃料噴射量のベース値に対して増やされることになる。

【0072】

図９に示すメインルーチンにおいてステップ１０６の処理が実行された後は、ＥＣＵ４０は、目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差（絶対値）が所定値ＣＡＰ_ｔｈ以下であるか否かを判定する（ステップ１０８）。その結果、上記差が所定値ＣＡＰ_ｔｈ以下ではないと判定した場合、すなわち、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御によって実ＳＡ−ＣＡ１０が目標ＳＡ−ＣＡ１０の近傍に十分に収束していないと判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、今回の処理サイクルにおける処理を速やかに終了する。その結果、ステップ１００の成立を条件として、同一気筒の次サイクルにおいてステップ１０２以降の処理が再び実行される。つまり、ステップ１０８の判定が不成立となったサイクルでは、ステップ１１０以降の処理は実行されない。

【0073】

一方、上記ステップ１０８の判定が成立する場合、すなわち、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御によって実ＳＡ−ＣＡ１０が目標ＳＡ−ＣＡ１０の近傍に十分に収束していると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、ＣＡ１０−９０を利用した目標ＳＡ−ＣＡ１０の修正のための処理を実行するために、ステップ１１０に進む。

【0074】

ステップ１１０では、ＥＣＵ４０は、目標ＣＡ１０−９０を算出する。目標ＣＡ１０−９０についても、目標ＣＡ５０と同様に、ステップ２００において取得したエンジン回転速度、エンジン負荷率および目標点火効率に基づいて設定される。より具体的には、目標点火効率が１である場合、すなわち、ＭＢＴを目標点火時期とする場合には、ＭＢＴが得られる時のＣＡ１０−９０が目標ＣＡ１０−９０として使用される。また、目標点火効率が１より小さい所定値である場合、すなわち、目標点火時期がＭＢＴに対して進角側または遅角側の所定時期とされる場合には、目標ＣＡ１０−９０は、当該所定時期が得られる時のＣＡ１０−９０が目標ＣＡ１０−９０として使用される。

【0075】

次に、ＥＣＵ４０は、ステップ２０４において取得した筒内圧データの解析結果を利用して実ＣＡ１０−９０を算出する（ステップ１１２）。実ＣＡ１０−９０の算出についてもは、図８を参照して既述した配慮がなされたなまし処理が実施される。

【0076】

次に、ＥＣＵ４０は、ステップ１１０および１１２において算出した目標ＣＡ１０−９０と実ＣＡ１０−９０との差分であるΔＣＡ１０−９０を算出する（ステップ１１４）。次いで、ＥＣＵ４０は、算出されたΔＣＡ１０−９０が所定値ＣＡ_ｔｈ２より小さいか否かを判定する（ステップ１１６）。この所定値ＣＡ_ｔｈ２は、エンジン運転状態（ここでは、エンジン回転速度、エンジン負荷率および目標点火効率）に応じた目標ＣＡ１０−９０に対する実ＣＡ１０−９０の大きさの程度（主燃焼速度の程度）を判断するための閾値として予め設定された値である。

【0077】

上記ステップ１１６の判定が成立する場合、すなわち、実ＣＡ１０−９０が比較的小さいことで主燃焼速度が良好に高いといえる場合には、ＥＣＵ４０は、ステップ３００において算出された目標ＳＡ−ＣＡ１０の値に対して所定値αを加算する（ステップ１１８）。

【0078】

一方、上記ステップ１１６の判定が不成立となる場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、ΔＣＡ１０−９０が所定値ＣＡ_ｔｈ２より大きいか否かを判定する（ステップ１２０）。その結果、本ステップ１２０の判定が成立する場合、すなわち、実ＣＡ１０−９０が大きい（主燃焼速度が遅い）場合には、ＥＣＵ４０は、ステップ３００において算出された目標ＳＡ−ＣＡ１０の値に対して所定値αを減算する（ステップ１２２）。

【0079】

次に、以上説明した図９〜１１に示すルーチンの処理に従うリーンリミット制御の効果について説明する。

【0080】

（ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御の効果）
先ず、本リーンリミット制御の中心となる図１１に示すサブルーチンの処理によれば、目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差が無くなるように燃料噴射量のフィードバック制御が実行される。既述したように、ＳＡ−ＣＡ１０はリーンリミット付近においても空燃比に対して線形性を有している。本実施形態の手法とは異なり、所定燃焼質量割合が得られる時の所定クランク角度のみを用いて当該所定クランク角度がある目標値となるように燃料噴射量を調整することとした場合には、次のような問題がある。すなわち、点火時期が変化すると、それに伴い、所定燃焼質量割合が得られる時の所定クランク角度が変化する。これに対し、点火時期が変化しても、点火時期から上記所定クランク角度になるまでのクランク角期間はほとんど変化しない。このため、燃料噴射量の調整のための指標として上記クランク角期間（本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０）を用いることで、上記所定クランク角度のみを用いる場合と比べ、点火時期の影響を排除して空燃比との相関性を好適に把握できるようになる。また、リーンバーン運転時や大量のＥＧＲガスを導入して行うＥＧＲ運転時などの緻密な燃焼制御を必要とする運転時においては、現状の空燃比センサによる空燃比制御では、リーンリミット近傍で空燃比を正確に制御することは難しいという問題もある。したがって、本実施形態の手法によって目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差に基づいて燃料噴射量を調整することで、リーンバーン運転時に空燃比をリーンリミット近傍に好適に制御できるようになる。

【0081】

また、本実施形態の手法は、既述した従来の手法のように統計処理を用いたものではないため、本手法によれば、迅速なフィードバック制御が実施可能となる。このため、過渡運転時にも良好に適用可能である。したがって、本手法によれば、幅広い運転条件において、リーンリミット制御が実現可能であり、その結果、燃費性能および排気エミッション性能を引き出せるようになる。また、気筒毎の制御も行えるようになる。

【0082】

また、本実施形態の手法によれば、エンジン回転速度、エンジン負荷率および目標点火効率のそれぞれに基づいて目標ＳＡ−ＣＡ１０が設定される。これにより、これらのエンジン回転速度、エンジン負荷率および目標点火効率の変化の影響を考慮して、目標ＳＡ−ＣＡ１０を適切に設定できるようになる。既述したように、リーンリミット時の空燃比は、点火時期の影響を受ける（図５参照）。したがって、特に、目標点火効率に応じて（すなわち、ＭＢＴからの目標点火時期の乖離量に応じて）目標ＳＡ−ＣＡ１０を設定することで、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御に伴う空燃比の変化に起因するＭＢＴの変化を考慮して、目標ＳＡ−ＣＡ１０を適切に設定できるようになる。そして、その結果として、狙いの点火時期（ＭＢＴ、またはＭＢＴから進角もしくは遅角した時期）に応じたリーンリミットの設定が可能となり、内燃機関１０のポテンシャルを最大限に引き出せるようになる。

【0083】

（ＣＡ１０−９０を利用した目標ＳＡ−ＣＡ１０の設定の効果）
さらに、図９に示すメインルーチンの処理によれば、ΔＣＡ１０−９０が所定値ＣＡ_ｔｈ２より小さいかあるいは大きいかに応じて（すなわち、実ＣＡ１０−９０の大きさに応じて）、目標ＳＡ−ＣＡ１０が修正される。より具体的には、ΔＣＡ１０−９０が小さいほど（実ＣＡ１０−９０が小さいほど）目標ＳＡ−ＣＡ１０がより大きな値（空燃比としてはよりリーン側の値）に変更され、換言すると、ΔＣＡ１０−９０が大きいほど（実ＣＡ１０−９０が大きいほど）目標ＳＡ−ＣＡ１０がより小さな値（空燃比としてはよりリッチ側の値）に変更される。これにより、経年変化等により主燃焼期間（ＣＡ１０−９０）が変化したことでトルク変動限界が変化した場合であっても、主燃焼期間の変化に応じた適切なリーンリミットを選択できるようになる。特に、従来の手法のように、初期状態からの経年変化によるトルク変動の増加を想定して目標ＳＡ−ＣＡ１０に対して余裕を設ける必要がなくなる。その結果、初期状態から適切にリーンリミットを設定することができ、初期状態において上記の余裕分に起因する燃費ロスおよびＮＯｘ排出量の増加を防止することができる。そのうえで、設計通りに着火は行われるが経年変化により主燃焼期間が長くなってしまった場合であっても、ＣＡ１０−９０を利用した目標ＳＡ−ＣＡ１０の修正により、トルク変動を悪化させることなく、適切なリーンリミットを選択できるようになる。

【0084】

（ＣＡ５０を利用したフィードバック制御の効果）
図１０に示すサブルーチンの処理によれば、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御とともに、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御が実行される。この点火時期のフィードバック制御によれば、ＳＡ−ＣＡ１０の制御に伴う空燃比の変化に起因してＭＢＴに変化が生じた場合に、ＭＢＴが得られる時の値がリーンリミット付近において空燃比に応じてほとんど変化しないＣＡ５０を利用して（つまり、ＭＢＴと空燃比との関係を点火時期制御のために考慮する必要なしに）、点火時期を真のＭＢＴに適切に制御できるようになる。換言すると、ＳＡ−ＣＡ１０の制御に伴う空燃比の変化の影響を受けにくいＣＡ５０を用いて、ＳＡ−ＣＡ１０の制御に伴う空燃比の変化に起因するＭＢＴのずれを補正できるようになる。このように、燃料噴射量（空燃比）と点火時期の両方のフィードバック制御を協調して実施できるので、常に最適な燃焼を実現することができる。また、目標点火効率に応じて目標ＣＡ５０を設定しているため、所定の点火効率の下でＭＢＴ以外の点火時期が目標点火時期として使われる場合であっても同様に、上記要因でのＭＢＴのずれに起因する目標点火時期からの点火時期のずれを補正できるようになる。

【0085】

また、図９に示すメインルーチンによれば、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御によって目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差が所定値以下となっている場合に限って、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御が行われる。既述したように、ＳＡ−ＣＡ１０の制御によって空燃比が変化することでＭＢＴが変化し（図４参照）、また、リーンリミット時の空燃比は点火時期の影響を受ける（図５参照）。そうであるのに、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御とＣＡ５０を利用したフィードバック制御とが独立して自由に実行されるようになっていると、これらのフィードバック制御が互いに干渉し合って、安定したフィードバック制御が行われにくくなる可能性がある（例えば、リーンリミットよりもリーンな空燃比に空燃比が制御されてしまうタイミングが生じてしまう可能性がある）。２つのフィードバック制御の協調を図るためには、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御に先立って、点火時期がＭＢＴなどの目標点火時期近傍で安定して制御されていることが好ましい。また、点火時期の調整については基本的に燃焼に対して遅れが発生しないが、燃料噴射量の調整（特にポート噴射の場合）については、噴射してから燃焼に使われるまでに時間差がある。したがって、この点からも、点火時期のフィードバック制御が十分に収束している状態を基礎として、燃料噴射量のフィードバック制御を行う方が制御性が良いといえる。以上のことから、上記ルーチンによって実現される順番で２つのフィードバック制御を行うことにより、これらのフィードバック制御をより安定して行えるようになり、また、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御を単独で行う場合と比べて、当該フィードバック制御によってリーンリミット近傍で空燃比をより適切に制御できるようになる。

【0086】

また、本実施形態の手法によれば、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御の応答速度よりも、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御の応答速度が高くなる。点火時期のフィードバック制御の応答性が良くないと、ステップ２１２の判定が安定して成立しにくくなり、その結果、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御が継続的に実施されにくくなってしまう。これに対し、上記ルーチンによれば、点火時期のフィードバック制御が速やかに収束し易くさせられるので、ステップ２１２の判定が安定して成立し易くなる。これにより、２つのフィードバック制御を実行するループが継続的に成立し易くなるので、点火時期が適切な値に収束している状態でＳＡ−ＣＡ１０を利用したフィードバック制御が行われる機会を多く確保できるようになる。

【0087】

（ＣＡ１０−９０に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の変更に先立って、それぞれのフィードバック制御によってＣＡ５０およびＳＡ−ＣＡ１０をそれぞれの目標値付近に収束させることによる効果）
図９に示すメインルーチンによれば、ステップ１０４および１０８の判定がともに成立した場合に限って、ＣＡ１０−９０に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の修正がステップ１１６もしくは１２０の判定の成立を条件として実行される。

【0088】

既述したように、ＳＡ−ＣＡ１０の制御によって空燃比が変化することでＭＢＴが変化し（図４参照）、また、リーンリミット時の空燃比は点火時期の影響を受ける（図５参照）。そこで、ステップ１０４の判定が成立する状態（すなわち、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御によって点火時期が適切な値に収束している状態）でＣＡ１０−９０に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の変更を行うことにより、ＳＡ−ＣＡ１０の制御に伴う空燃比の変化に起因するＭＢＴのずれの影響を受けずに、ＣＡ１０−９０に基づいて目標ＳＡ−ＣＡ１０をより適切に設定できるようになる。

【0089】

また、フィードバック制御によって実ＳＡ−ＣＡ１０が目標ＳＡ−ＣＡ１０付近に十分に収束していないと、このことに起因して着火遅れの変化が主燃焼期間にも影響を与えてしまう可能性がある。そこで、ステップ１０８の判定が成立する状態（すなわち、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御によってＳＡ−ＣＡ１０が適切な値に収束している状態）でＣＡ１０−９０に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の変更を行うことにより、ＳＡ−ＣＡ１０に関するフィードバック制御が不十分なことに起因する影響を切り離して、経年変化等に起因する主燃焼期間の長短をΔＣＡ１０−９０（実ＣＡ１０−９０）に基づいてより正確に把握できるようになる。これにより、ＣＡ１０−９０に基づいて目標ＳＡ−ＣＡ１０をより適切に設定できるようになる。

【0090】

ところで、上述した実施の形態１においては、ＳＡ−ＣＡ１０を利用したリーンリミット制御において、目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差が無くなるようにフィードバック制御を利用して燃料噴射量を調整することとしている。しかしながら、本発明において、点火時期から所定燃焼質量割合が得られる時の所定クランク角度までのクランク角期間と、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間との第１の差に基づく調整は、燃料噴射量に代えて、吸入空気量もしくは点火エネルギーに対するものであってもよい。さらには、燃料噴射量、吸入空気量および点火エネルギーのうちの複数が上記調整の対象とされていてもよい。具体的には、目標ＳＡ−ＣＡ１０よりも実ＳＡ−ＣＡ１０が大きい場合には、吸入空気量の調整であれば空燃比をリッチ補正するために吸入空気量を減らすこととなり、点火エネルギーの調整であれば着火遅れを短縮するために点火エネルギーを高めることとなる。なお、ここでいう吸入空気量の調整は、例えば、各サイクルにおいて筒内に吸入される空気量を高応答に制御可能な公知の吸気可変動弁機構を用いて行うことが好適である。また、点火エネルギーの調整は、例えば、点火プラグ２８のために複数の点火コイルを備えるようにしておき、必要に応じて放電に用いる点火コイルの数を変更することによって行うことができる。なお、燃料噴射量もしくは吸入空気量が調整対象となる場合には、本制御によって空燃比が直接的に制御されることになる。

【0091】

また、上述した実施の形態１においては、ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御を行うこととしている。しかしながら、本発明における点火時期調整手段は、燃焼重心位置（ＣＡ５０）を利用した点火時期の調整に代え、筒内圧最大クランク角度（θ_Ｐｍａｘ）を利用した点火時期の調整であってもよい。すなわち、燃焼期間中に筒内圧力が最大となるクランク角度であるθ_Ｐｍａｘについても、図４（Ｂ）を参照して既述したＣＡ５０の性質と同様に、リーンリミット付近において空燃比に対してほぼ変化しないという性質を有している。したがって、このような性質を有するθ_Ｐｍａｘを利用して、例えば、実施の形態１において上述したものと同様の手法によって、目標θ_Ｐｍａｘと実θ_Ｐｍａｘとの差がなくなるように点火時期のフィードバック制御を行うようにしてもよい。なお、θ_Ｐｍａｘは、例えば、筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを利用して取得した筒内圧データを利用して取得することができる。

【0092】

また、上述した実施の形態１においては、ΔＣＡ１０−９０が所定値ＣＡ_ｔｈ２よりも小さいかあるいは大きいかに応じて目標ＳＡ−ＣＡ１０を修正することとしている。しかしながら、本発明における主燃焼期間の長さに基づくクランク角期間もしくはその相関値の目標値は、ΔＣＡ１０−９０の大きさに応じて変更されるものに必ずしも限定されない。すなわち、当該目標値は、主燃焼期間の長さに応じて変更されるものであれば、例えば、実ＣＡ１０−９０と所定値との比較結果に基づくものであってもよい。なお、所定値は、エンジン運転状態（例えば、エンジン回転速度、エンジン負荷率および目標点火効率に基づく値とすることが好適である。

【0093】

なお、上述した実施の形態１においては、ＣＡ１０が前記第１の発明における「所定クランク角度」に、目標ＳＡ−ＣＡ１０が前記第１の発明における「目標値」に、目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差が前記第１の発明における「第１の差」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０がクランク角センサ４２を用いてクランク角度を検出することにより前記第１の発明における「クランク角検出手段」が実現されており、ＥＣＵ４０が筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを用いて取得した燃焼期間中の筒内圧データを使用して燃焼質量割合を算出することにより前記第１の発明における「燃焼質量割合算出手段」が実現されており、ＥＣＵ４０が燃焼質量割合の算出結果を利用してＣＡ１０を取得することにより前記第１の発明における「クランク角度取得手段」が実現されており、そして、ＥＣＵ４０が上記ステップ３０６〜３１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「調整手段」が実現されており、ＥＣＵ４０が上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「主燃焼期間取得手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差が前記第５の発明における「第２の差」に相当している。また、ＥＣＵ４０が上記ステップ２０６の処理を実行することにより前記第５の発明における「燃焼重心位置算出手段」が実現されており、そして、ＥＣＵ４０が上記ステップ２０８〜２１２の処理を実行することにより前記第８の発明における「点火時期調整手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１の変形例においては、目標θ_Ｐｍａｘと実θ_Ｐｍａｘとの差が前記第６の発明における「第２の差」に相当している。また、ＥＣＵ４０が筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを利用して取得した筒内圧データを利用してθ_Ｐｍａｘを取得することにより前記第６の発明における「筒内圧最大クランク角度取得手段」が実現されており、そして、ＥＣＵ４０がＣＡ５０に代えてθ_Ｐｍａｘをパラメータとして上記ステップ２０８〜２１２と同様の処理を実行することにより前記第６の発明における「点火時期調整手段」が実現されている。

【0094】

実施の形態２．
次に、図１２および図１３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図９に示すルーチンに代えて後述の図１３に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。

【0095】

［実施の形態２におけるリーンリミット制御］
（ＣＡ１０−９０に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の設定）
上述した実施の形態１では、ＣＡ１０−９０に基づいて目標ＳＡ−ＣＡ１０を変更することとしている。これに対し、本実施形態では、実施の形態１のリーンリミット制御を同様に行うようにしたうえで、ＣＡ１０−９０に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の変更に関し、さらに着火限界を考慮することとしている。

【0096】

図１２は、トルク変動限界に加えて着火限界を考慮した場合における目標ＳＡ−ＣＡ１０の設定を、ＭＢＴ付近のＣＡ５０との関係で表した図である。
実施の形態１において既述したように、目標ＳＡ−ＣＡ１０は、リーンリミット（内燃機関１０のドライバビリティの観点でトルク変動が限界となる時の空燃比）近傍で空燃比を制御するための指標値として高い意義を有する値である。ある運転条件において、ＣＡ５０とＳＡ−ＣＡ１０とが両者のフィードバック制御によってそれぞれの目標値に収束しているとした場合には、図１２に示すように、トルク変動が等しい等トルク変動ライン（細い破線）は、ＣＡ５０が遅角するほど（言い換えれば、点火時期が遅角するほど）目標ＳＡ−ＣＡ１０が小さくなる傾向を有するものとなる。

【0097】

ここで、内燃機関１０の状態として、「初期状態Ａ」と「状態Ｂ」とを想定する。初期状態Ａでの目標ＳＡ−ＣＡ１０は、図１２中に白丸印で示すように、初期状態Ａでのトルク変動限界ライン（太い実線）を超えない範囲内で、ＭＢＴ付近でＣＡ５０（点火時期）が遅角するほど小さくなるという傾向を有する（実施の形態１における目標点火効率に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の設定を参照）。状態Ｂは、初期状態Ａに対し、燃焼を安定させるような変化（主燃焼速度が高くなる変化）が内燃機関１０に生じた後の状態（例えば、タンブル流を強めるように筒内の壁面にデポジットが堆積した状態）であるものとする。なお、燃焼を安定させるような変化が生ずる要因としては、経年変化以外にも、例えば、デポジット除去のためにエンジン内部の洗浄を行うメンテナンスの実行が該当する。

【0098】

初期状態Ａから状態Ｂへの内燃機関１０の状態の変化（筒内環境の変化など）が生じた場合には、トルク変動限界ラインが、太い実線で示すラインから太い破線で示すラインに変化する。実施の形態１におけるＣＡ１０−９０に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の変更によれば、このような変化が生じた場合、すなわち、ΔＣＡ１０−９０が所定値ＣＡ_ｔｈ２よりも小さいことで主燃焼速度が高い状況に該当する場合には、図１２中に白丸印から黒三角印への変化として表したように、変化後のトルク変動限界ライン（太い破線）を超えない範囲内で目標ＳＡ−ＣＡ１０が大きくされる。

【0099】

その一方で、ＭＢＴ付近において点火時期を遅角すると、主燃焼速度が低下するけれども筒内ガスがより高温かつ高圧となるタイミングで着火することになる。その結果、ＭＢＴ付近においては、点火時期が遅角するほど、筒内の混合気の着火限界となる空燃比が高くなる。したがって、状態Ｂのように主燃焼速度が良好に高いといえる状態であることで点火時期を遅角しても主燃焼速度の低下によるトルク変動が発生しない状況であれば、着火限界が伸びた分に応じて、よりリーン側でも安定した運転が可能となる。このため、図１２に示すように、ＣＡ５０（点火時期）が遅角するほど、着火限界時の目標ＳＡ−ＣＡ１０が大きくなる。

【0100】

しかしながら、ＣＡ１０−９０に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の変更に関して図１２に示す着火限界ラインの傾向が考慮されていないと、主燃焼速度が良好に高い（ＣＡ１０−９０が小さい）ことで白丸印から黒三角印のように目標ＳＡ−ＣＡ１０を大きくしようとした際に、ＣＡ５０（点火時期）次第では、着火限界を超えてしまう可能性がある（図１２中の破線で示す三角印がこれに相当）。

【0101】

そこで、本実施形態では、ΔＣＡ１０−９０が所定値ＣＡ_ｔｈ２よりも小さい場合（実ＣＡ１０−９０が小さい場合）には、筒内の混合気の着火限界時の値を超えない範囲内で、ＣＡ１０−９０に基づいて目標ＳＡ−ＣＡ１０を大きくすることとした。このような思想に基づく目標ＳＡ−ＣＡ１０の変更は、換言すると、ある点火時期範囲（図１２中の左端から４つの黒三角印が属するＣＡ５０の範囲）では、ΔＣＡ１０−９０が所定値ＣＡ_ｔｈ２よりも小さい状況下（実ＣＡ１０−９０が小さい状況下）において、点火時期（ＣＡ５０）が遅いほど目標ＳＡ−ＣＡ１０をより大きな値に変更するものであるといえる。

【0102】

（実施の形態２における具体的処理）
図１３は、本発明の実施の形態２に係る特徴的なリーンリミット制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するメインルーチンを示すフローチャートである。なお、図１３において、実施の形態１における図９に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

【0103】

図１３に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、ステップ１１６においてΔＣＡ１０−９０が所定値ＣＡ_ｔｈ２より小さいと判定した場合には、ステップ１１８において目標ＳＡ−ＣＡ１０に所定値αを加算した後に、ステップ４００に進む。

【0104】

ステップ４００では、ＥＣＵ４０は、ステップ１１８の処理による加算後の目標ＳＡ−ＣＡ１０が着火限界時の値よりも小さいか否かを判定する。ＥＣＵ４０は、図１２に示す着火限界ラインのような関係、すなわち、ＣＡ５０（もしくは点火時期）との関係で着火限界時の目標ＳＡ−ＣＡ１０の値（より厳密には、着火限界時の値に対して所定の余裕代を持たせた値）を定めたマップを記憶しており、本ステップ４００では、そのようなマップを参照して、現在のＣＡ５０（点火時期）に応じた着火限界時の目標ＳＡ−ＣＡ１０の値が取得される。

【0105】

上記ステップ４００の判定が成立する場合、すなわち、上記加算後の目標ＳＡ−ＣＡ１０が着火限界時の値に対して未だ余裕があると認められる場合には、目標ＳＡ−ＣＡ１０のさらなる修正は行われない。一方、上記ステップ４００の判定が不成立となる場合、すなわち、上記加算後の目標ＳＡ−ＣＡ１０が着火限界時の値以上となる場合には、ＥＣＵ４０は、着火限界時の値を超えて目標ＳＡ−ＣＡ１０が変更されるのを防止するために、目標ＳＡ−ＣＡ１０の値を上記加算後の値から着火限界時の値に変更する（ステップ４０２）。

【0106】

以上説明した図１３に示すメインルーチンの処理によれば、実施の形態１において上述した効果に加え、次のような効果が得られる。すなわち、ΔＣＡ１０−９０が所定値ＣＡ_ｔｈ２よりも小さい場合（実ＣＡ１０−９０が小さい場合）には、筒内の混合気の着火限界時の値を超えない範囲内で、ＣＡ１０−９０に基づいて目標ＳＡ−ＣＡ１０が大きくされる。これにより、実ＣＡ１０−９０が小さいことで主燃焼速度が良好に高い状況下において、着火限界を超えない範囲内で空燃比を出来るだけリーン側に制御し、リーンリミットを良好に拡大することができる。さらに付け加えると、図１２に示すように着火限界ラインとトルク変動限界ラインとの傾向が異なる点に着目して、ＣＡ１０−９０に基づいて目標ＳＡ−ＣＡ１０を適切に設定できるようになる。

【0107】

ところで、上述した実施の形態１および２においては、ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御について説明を行った。しかしながら、本発明は、ＳＡ−ＣＡ１０のように点火時期から所定燃焼質量割合が得られる時の所定クランク角度までのクランク角期間自体を直接的に用いるものに限らず、当該クランク角期間に代えてその相関値を用いるものであってもよい。

【0108】

また、上述した実施の形態１および２においては、燃焼質量割合（ＭＦＢ）を算出するために、筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを用いて取得した筒内圧データの解析結果を利用している。しかしながら、本発明における燃焼質量割合の算出は、筒内圧データを利用したものに必ずしも限定されるものではない。すなわち、燃焼質量割合は、例えば、燃焼に伴って発生するイオン電流をイオンセンサによって検出し、検出したイオン電流を利用して算出されるものであってもよいし、或いは、筒内温度を計測できる場合には、筒内温度の履歴を利用して算出されるものであってもよい。

【符号の説明】

【0109】

１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ 吸気通路
１８ 排気通路
２０ 吸気弁
２２ 排気弁
２４ スロットルバルブ
２６ 燃料噴射弁
２８ 点火プラグ
３０ 筒内圧センサ
４０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２ クランク角センサ
４４ エアフローメータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】