WO2014010022A1 - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

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crank angle
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中坂　幸博
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to an ignition timing control device for an internal combustion engine.
  • an ignition timing control device for an internal combustion engine capable of ignition timing control for avoiding knock is known.
  • This ignition timing control device can detect the occurrence of knocking by a knock sensor and execute knock control for feedback correction of the ignition timing in accordance with the detection result.
  • a control amount (knock control amount) is set such that the ignition timing is retarded when the frequency of knocking is high, while the ignition timing is advanced when the frequency of knocking is low. Then, the occurrence of knocking is suppressed by setting the control target value of the ignition timing based on this knock control amount.
  • the steady deviation between the knock control amount and its reference value is learned as a knock learning value.
  • the reference value since the reference value is set to zero, the steady component of the knock control amount is transferred to the knock learning value.
  • the knock learning value is learned as the ignition timing correction amount for the engine speed and the engine load.
  • Such a conventional learning technique has a limit in that knock learning is appropriately performed.
  • the conventional knock learning technique basically stores knock learning values simply in association with engine control amounts such as engine speed and engine load.
  • Such learning techniques based on engine control amounts store learned values according to engine speed and engine load, so there are major changes in the engine operating range, differences in engine systems, changes in operating conditions, and additions. If this happens, it will be difficult to perform appropriate knock learning in response to these environmental changes.
  • engine systems such as high supercharging, variable compression ratio, variable mechanism such as variable valve mechanism, lean burn, EGR device, etc. It is not preferable to perform knock learning in terms of its difficulty and complexity.
  • knock learning can be performed based on the relationship between the state of a physical phenomenon called engine combustion phenomenon and the knock suppression principle, it is considered possible to perform preferable knock learning that can cope with changes in the operation region, differences in engine systems, and the like.
  • the inventor of the present application diligently researched the relationship between the state of the physical phenomenon called engine combustion phenomenon and the knock suppression principle, and gained new knowledge about the principle of the knock suppression effect by the ignition delay.
  • the inventor of the present application uses a novel knock learning technique capable of performing appropriate knock learning by performing knock learning according to the engine combustion phenomenon, unlike the conventional case, using the knowledge obtained about the knock suppression principle. I found it.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an ignition timing control device for an internal combustion engine capable of appropriately performing knock learning by performing knock learning in accordance with an engine combustion phenomenon.
  • the purpose is to do.
  • the principle of the knock suppression effect by the ignition delay is “the in-cylinder volume during the combustion period increases when the combustion period moves to the retard side, and as a result, the unburned gas temperature and pressure The rise of the is suppressed. "
  • the ignition timing control device according to the present invention can perform novel knock learning based on this principle.
  • the crank angle at which the combustion ratio becomes a constant value also referred to as “predetermined combustion ratio crank angle” for convenience
  • the crank angle at which the combustion ratio is 50% (hereinafter also referred to as “CA50” for convenience) has a correlation with the ignition timing, and the CA50 moves to the retard side as the ignition timing is retarded.
  • the predetermined combustion rate crank angle moves to the retard side due to the ignition retard angle for avoiding knocking. The more the predetermined combustion rate crank angle is on the retard side, the more the piston position at the predetermined combustion rate is positioned below the top dead center, and the cylinder volume at the predetermined combustion rate is relatively growing.
  • An ignition timing control device for an internal combustion engine includes a knock control means, a first in-cylinder volume calculation means, a second in-cylinder volume calculation means, an in-cylinder volume ratio learning means, and a third cylinder content.
  • the knock control means performs ignition timing control so that knocking of the internal combustion engine is not more than a predetermined level.
  • the first in-cylinder volume calculating means calculates the in-cylinder volume at a predetermined combustion ratio crank angle in the combustion stroke performed at the first base ignition timing when the engine operation state is in the first operation state.
  • the predetermined combustion rate crank angle is preferably the crank angle at which the combustion rate is 50%.
  • the second in-cylinder volume calculating means is configured to obtain the predetermined combustion ratio in a combustion stroke performed at an ignition timing at which the ignition timing control is performed by the knock control means when the engine operating state is in the first operating state.
  • the in-cylinder volume at the crank angle is calculated.
  • the cylinder volume ratio learning means calculates the cylinder volume ratio and stores the calculated cylinder volume ratio as a learning value.
  • the in-cylinder volume ratio is a difference obtained by subtracting the in-cylinder volume calculated by the second in-cylinder volume calculation unit from the in-cylinder volume calculated by the first in-cylinder volume calculation unit by the first in-cylinder volume calculation unit. It is a value divided by the calculated cylinder volume.
  • the third in-cylinder volume calculating means is a cylinder at the predetermined combustion ratio crank angle in a combustion stroke performed at a second base ignition timing when the engine operating state is in a second operating state different from the first operating state. Calculate the internal volume.
  • the setting means sets the learning ignition timing.
  • the learned ignition timing is an ignition timing as an initial value when the ignition timing control by the knock control means is performed when the engine operating state is in the second operating state.
  • the setting means sets the learning ignition timing such that the larger the learning value, the larger the cylinder volume at the predetermined combustion ratio crank angle in the combustion stroke performed at the learning ignition timing.
  • the setting means adds the learned value to the in-cylinder volume calculated by the third in-cylinder volume calculating means for the in-cylinder volume at the predetermined combustion ratio crank angle in the combustion stroke performed at the learning ignition timing.
  • the learning ignition timing is set so as to change from the in-cylinder volume calculated by the third in-cylinder volume calculating means by an integrated value.
  • the predetermined combustion ratio crank angle is one crank angle selected from a crank angle range in which the combustion ratio is 50% or more.
  • the setting means performs the predetermined combustion according to a rule that the crank angle at which the predetermined combustion ratio is retarded in proportion to the retard amount of the learning ignition timing.
  • the fifth invention according to any one of the first to fourth inventions further comprises a base value storage means.
  • the base value storage means stores information defining a base in-cylinder volume value, which is a base value of the in-cylinder volume at a predetermined combustion rate crank angle, for each engine operating state.
  • the first in-cylinder volume calculation means calculates a value corresponding to the first operating state among a plurality of base in-cylinder volume values stored in the base value storage means at the cylinder at the predetermined combustion ratio crank angle.
  • a means for reading out the internal volume is included.
  • the third in-cylinder volume calculating means calculates a value corresponding to the second operating state among a plurality of base in-cylinder volume values stored in the base value storage means at the predetermined combustion rate crank angle.
  • a means for reading out the internal volume is included.
  • An ignition timing control device for an internal combustion engine includes a knock control means, a storage means, a first crank angle acquisition means, a first characteristic value calculation means, a learning means, and a second crank angle acquisition means. And a second characteristic value calculating means and a setting means.
  • the knock control means performs ignition timing control so that knocking of the internal combustion engine is not more than a predetermined level.
  • the storage means stores characteristics defining the relationship between the crank angle change amount per unit cylinder volume change rate and the crank angle.
  • the first crank angle acquisition means obtains a predetermined combustion ratio crank angle by detection or estimation in the combustion stroke when the engine operation state is in the first operation state.
  • the first characteristic value calculating means calculates the value of the crank angle change amount per unit cylinder volume change rate at the predetermined combustion ratio crank angle obtained by the first crank angle obtaining means according to the characteristic, as a first characteristic value.
  • the learning means uses a ratio between the retard amount obtained by the ignition timing control and the first characteristic value as a learning value.
  • the second crank angle acquisition means obtains the predetermined combustion ratio crank angle by detection or estimation in a combustion stroke when the engine operating state is in a second operating state different from the first operating state.
  • the second characteristic value calculating means calculates a value of the crank angle change amount per unit cylinder volume change rate at the predetermined combustion ratio crank angle obtained by the second crank angle obtaining means according to the characteristic, as a second characteristic value.
  • the setting means is a setting means for setting a learning retardation amount that is an initial value of an ignition timing retardation amount when the ignition timing control is performed by the knock control means when the engine operation state is in the second operation state. is there.
  • the setting means sets the learning retardation amount based on a value obtained by multiplying the second characteristic value by the learning value.
  • the first invention it is possible to perform appropriate knock learning in accordance with the engine combustion phenomenon by the novel knock learning based on the knock suppression principle found by the present inventor.
  • the knock learning based on the engine combustion phenomenon is performed, so that the ignition timing control can be performed by using one learning value in common even in a plurality of different operation states.
  • the learning ignition timing can be set so that the same knock suppression effect can be obtained every time even under different operating conditions.
  • the crank angle representative of combustion can be selected from the crank angle having an appropriate combustion ratio of 50% from the viewpoint of combustion balance, or the crank angle in the latter half of combustion that well represents the cause of knocking. it can.
  • the in-cylinder volume at a predetermined combustion rate crank angle can be calculated without relying on the in-cylinder pressure sensor.
  • an appropriate in-cylinder volume for each operating state is stored using the base value storage means, and the in-cylinder volume at a predetermined combustion rate crank angle can be read from there as needed.
  • the sixth invention it is possible to perform a novel knock learning based on the knock suppression principle found by the present inventor with a simple configuration.
  • FIG. 1 shows schematic structure of the ignition timing control apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. It is a schematic diagram for demonstrating the content of knock learning in the ignition timing control apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. It is a schematic diagram for demonstrating the content of knock learning in the ignition timing control apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. It is a schematic diagram for demonstrating the effect of knock learning in the ignition timing control apparatus concerning Embodiment 1 of this invention. 4 is a flowchart of a routine executed by an electronic control unit in the ignition timing control apparatus according to the first embodiment of the present invention. It is a schematic diagram for demonstrating the content of knock learning in the ignition timing control apparatus concerning Embodiment 2 of this invention. 6 is a flowchart of a routine executed by an electronic control unit in the ignition timing control apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the ignition timing control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the ignition timing control device according to the present embodiment is applied to the internal combustion engine 10.
  • the internal combustion engine 10 is a 4-stroke spark ignition engine.
  • the internal combustion engine 10 includes a plurality of cylinders and is an internal combustion engine for mounting on a vehicle.
  • the combustion chamber 13 of the internal combustion engine 10 is provided with a spark plug 14 that ignites and burns an air-fuel mixture sucked into the combustion chamber 13.
  • a knock sensor 15 is provided in the cylinder block 11 of the internal combustion engine 10. The knock sensor 15 is a sensor for detecting the occurrence of knocking accompanying combustion of the air-fuel mixture.
  • the internal combustion engine 10 is provided with an electronic control unit 16 related to its operation.
  • the electronic control unit 16 is a CPU that executes various controls, a ROM such as a ROM and a RAM that stores information necessary for the control, an input port for inputting a signal from the outside, and a command signal to be output to the outside. An output port and the like are provided.
  • Various sensors for detecting the engine operating state are connected to the input port of the electronic control unit 16.
  • a crank angle sensor 17 for detecting a crank angle which is a rotation phase of a crankshaft (not shown), and a throttle valve opening (throttle opening TA) are detected.
  • a throttle sensor 19 for detecting the intake air amount and an air flow meter 20 for detecting the intake air amount are included. From the detection signal of the crank angle sensor 17, the engine speed NE can be obtained. Further, the electronic control unit 16 calculates the engine load KL based on the intake air amount, the engine speed, and the like.
  • the output port of the electronic control unit 16 is connected to a drive circuit for actuators necessary for engine control, such as an igniter 14a for generating a high-voltage current necessary for ignition of the air-fuel mixture by the spark plug 14.
  • the electronic control unit 16 performs various calculations based on the detection signals of the sensors, and performs engine control by executing drive control of actuators based on the calculation results.
  • the electronic control unit 16 executes “knock control” that adjusts the ignition timing in accordance with the occurrence of knocking detected by the knock sensor 15.
  • a control value (knock control amount) is set such that the ignition timing is retarded when the occurrence frequency of knocking is high, while the ignition timing is advanced when the occurrence frequency of knocking is low. Then, the occurrence of knocking is suppressed by setting the control target value of the ignition timing based on this knock control amount.
  • a steady deviation between a knock control amount and its reference value is learned as a knock learning value. In the present embodiment, this knock learning is performed as described later.
  • the electronic control unit 16 stores a base in-cylinder volume map, which will be described later, in a memory.
  • the base in-cylinder volume map defines a base in-cylinder volume V base for each engine operating state.
  • the engine operating state is determined by the engine speed NE and the engine load KL.
  • the electronic control unit 16 can execute a process of reading one base cylinder volume V base from the base cylinder volume map using the engine speed NE and the engine load KL as input variables.
  • the combustion ratio (hereinafter also referred to as “MFB”) is a value defined as an index representing the progress of combustion. Specifically, it is assumed that the combustion ratio varies in the range of 0 to 1 (or in the range of 0% to 100%). When the combustion ratio is 0 (0%), the combustion start point is indicated. When the combustion ratio is 1 (100%), the combustion end point is indicated.
  • P ⁇ 0 and V ⁇ 0 are the in-cylinder pressure P and the in-cylinder volume V when the crank angle ⁇ is the predetermined combustion start timing ⁇ 0 , respectively
  • P ⁇ f and V ⁇ f are The in-cylinder pressure P and the in-cylinder volume V when the crank angle ⁇ is a predetermined combustion end timing ⁇ f , respectively.
  • P ⁇ and V ⁇ are the in-cylinder pressure P and the in-cylinder volume V when the crank angle ⁇ is an arbitrary value, respectively.
  • ⁇ is a specific heat ratio. Since the technology relating to the combustion ratio is already known, further explanation is omitted.
  • crank angle at which the combustion ratio becomes a constant value is also referred to as “predetermined combustion ratio crank angle” for convenience.
  • the crank angle at which the combustion ratio is 50% will be described below as “CA50” for convenience.
  • the CA50 is correlated with the ignition timing, and the CA50 moves to the retard side as the ignition timing is retarded. Assuming this relationship, the CA 50 also moves to the retard side due to the ignition retard for avoiding knocking. The closer the CA50 is to the retard side, the more the piston position at the CA50 is located below the top dead center, and the “in-cylinder volume at the CA50” becomes relatively large.
  • “In-cylinder volume at CA50” is the in-cylinder volume determined from the crank angle position when the combustion ratio reaches 50%.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the contents of knock learning in the ignition timing control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the graph shown in FIG. 2 shows the value of the in-cylinder volume determined by the piston position at each crank angle. When the crank angle that is the piston top dead center is 0 degree, the in-cylinder volume takes the minimum value, and the in-cylinder volume increases as the distance from the top dead center increases.
  • FIG. 2 also shows two different ignition timings SA1 and SA2.
  • FIG. 2 further schematically shows a combustion period in which combustion is performed at the ignition timing SA1 and a combustion period in which combustion is performed at the ignition timing SA2.
  • the in-cylinder volume graph of FIG. 2 is compared with the arrow of the combustion period by SA1, the in-cylinder volume decreases after ignition and the in-cylinder volume becomes the minimum value at the top dead center. It is a certain period after it started to increase.
  • the combustion period by SA2 is a certain period after the in-cylinder volume starts to increase from the top dead center. As a whole, it is located in the crank angle region where the cylinder volume is larger than SA1.
  • the in-cylinder volume at each time point in the combustion period is relatively larger in the combustion period by SA2 than in the combustion period by SA1. That is, it can be said that the in-cylinder volume during the combustion period is increased during the combustion period of SA2.
  • the in-cylinder volume during the combustion period can be relatively increased. Since SA2 has a larger in-cylinder volume during the combustion period than SA1, SA2 is in a state in which the increase in unburned gas temperature and pressure is suppressed, and the knock suppression effect is enhanced.
  • the ignition timing control apparatus can perform knock learning based on such a knock suppression principle.
  • “in-cylinder volume ratio” described later is learned.
  • the in-cylinder volume ratio is a parameter determined from the amount of change in the in-cylinder volume. Even when the operating state changes, the learned ignition timing by the knock control means can be set to an appropriate value by reflecting the learned in-cylinder volume ratio.
  • the electronic control unit 16 stores a base in-cylinder volume map.
  • the base in-cylinder volume map defines a base in-cylinder volume V base for each operation state determined by the engine speed and the engine load.
  • the “base in-cylinder volume V base ” is the value of the in-cylinder volume at CA50 in the combustion stroke performed at the base ignition timing SA base .
  • the base ignition timing is an ignition timing set as a base value of the ignition timing of the internal combustion engine 10 and is stored in the electronic control unit 16 as an ignition timing map.
  • the base ignition timing of the first operating state corresponding to the first operating state at the first engine speed NE 1 and the first engine load KL 1 is shown.
  • the first base in-cylinder volume V base1 when combustion is performed in SA base1 is stored.
  • the second base when corresponding to the second operation state when the second engine speed NE 2 and the second engine load KL 2, combustion is performed in the base ignition timing SA base2 of the second operating condition
  • An in-cylinder volume V base1 is stored.
  • n is an integer
  • each of the operating states is corresponding to n operating states (first operating state, second operating state,..., Nth operating state) one by one.
  • the base ignition timing (SA base1, SA base2, ⁇ SA basen) in the base cylinder volume when combustion is performed (V base1, V base2 ⁇ , V basen) are stored.
  • the base cylinder volume map is created in advance and stored in the memory area of the electronic control unit 16. By using the base in-cylinder volume map, when a certain engine speed NE and engine load KL are given, one base in-cylinder volume V base corresponding to these values can be obtained.
  • the ignition timing control device is roughly divided into the following “learning process” and “learned value reflection process”.
  • learning process and “learned value reflection process”.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the contents of knock learning in the ignition timing control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the graph shown in FIG. 3 shows the value of the in-cylinder volume for each crank angle, as in FIG. When the crank angle, which is the top dead center of the piston, is 0 degree, the in-cylinder volume takes the minimum value.
  • Four points are plotted on the in-cylinder volume graph of FIG. These four points are V base1, V base2, V KC1 , V KC2.
  • V base1, V base2 respectively show the base cylinder volume under different operating conditions.
  • V KC1 and V KC2 are respectively referred to as “actual cylinder internal volumes”.
  • This actual in-cylinder volume is the in-cylinder volume at CA50 in the combustion stroke when combustion is performed at the ignition timing after being retarded from the base ignition timing by the ignition timing control. When the ignition timing is retarded to avoid knocking, it means the ignition timing when the knocking avoidance is realized.
  • V KC1 and V KC2 are actual in-cylinder volumes in different operating states.
  • the learning process includes a cylinder volume detection process, a knock control process, a first cylinder volume calculation process, a second cylinder volume calculation process, and a cylinder volume ratio learning process.
  • the electronic control unit 16 can execute an in-cylinder volume detection process.
  • the cylinder volume at CA50 is obtained by estimation for each combustion stroke of the internal combustion engine.
  • the in-cylinder volume at CA50 is obtained by estimation by executing a calculation process in the in-cylinder volume detection process.
  • the CA50 is retarded when the ignition timing is retarded, and the ignition timing retard amount and the CA50 retard amount coincide with each other.
  • This premise is based on the premise that the combustion period from 0% to 50% is constant regardless of the ignition timing. According to this premise, first, the value of the in-cylinder volume corresponding to CA50 when combustion is performed at the base ignition timing, that is, the base in-cylinder volume is obtained. If the retardation amount with respect to the base ignition timing is determined, the retardation amount of the CA 50 is determined according to the retardation amount.
  • the base in-cylinder volume is increased by the retard amount in accordance with the relationship between the piston position determined from the crank angle and the in-cylinder volume. Can be calculated. Also in the present embodiment, based on this assumption, an in-cylinder volume detection processing program for calculating the in-cylinder volume at the CA 50 reflecting the ignition timing retardation amount is created, and the electronic control unit 16 executes this process. To do.
  • the electronic control unit 16 executes a knock control process.
  • the knock control process is a process for performing ignition timing control so that knocking of the internal combustion engine 10 is not more than a predetermined level. Specifically, the corrected ignition timing is obtained by correcting (retarding or advancing) the base ignition timing so that knocking detected by the knock sensor 15 is below an allowable level. This process avoids knocking.
  • the electronic control unit 16 performs a first in-cylinder volume calculation process.
  • the first in-cylinder volume calculation process calculates a first base in-cylinder volume V base1 also shown in FIG.
  • the first base in-cylinder volume V base1 is combustion performed at the first base ignition timing SA base1 when the engine operating state is in the first operating state (the first engine speed NE 1 and the first engine load KL 1 ). This is the in-cylinder volume at CA50 in the stroke.
  • the electronic control unit 16 calculates a value corresponding to the engine speed NE 1 and the engine load KL 1 among the plurality of base cylinder volume values stored in the base cylinder volume map. Read as internal volume Vbase1 .
  • the electronic control unit 16 executes a second cylinder volume calculation process.
  • the second cylinder volume calculation process calculates the actual cylinder volume V KC1 also shown in FIG.
  • the actual in-cylinder volume V KC1 is calculated at the CA50 in the combustion stroke performed at the ignition timing after the ignition timing control by the knock control is performed after the engine operation state is in the first operation state. This is the cylinder volume.
  • the ignition timing is corrected (retarded or advanced) based on the detection value of the knock sensor 15 so that the knocking is below a predetermined level.
  • a certain correction amount ⁇ SA is added to the base ignition timing SA base .
  • the CA50 during the combustion stroke is determined. Due to the engine structure, the piston position is determined from the crank angle, and as a result the in-cylinder volume is determined. If the CA50 value is determined, the value of one in-cylinder volume is determined accordingly.
  • the in-cylinder volume is calculated from such a series of relationships between the ignition timing, the combustion ratio, the crank angle, and the in-cylinder volume.
  • a function that uniquely defines the relationship between the ignition timing and the in-cylinder volume is stored in the electronic control unit 16 in the form of a mathematical expression or a map.
  • the electronic control unit 16 executes a process of calculating V KC1 from the ignition timing correction amount (retard amount) according to a mathematical expression or map representing this function.
  • the electronic control unit 16 performs an in-cylinder volume ratio learning process.
  • the cylinder volume ratio learning process calculates the cylinder volume ratio and stores it as a learning value.
  • the in-cylinder volume ratio is the difference obtained by subtracting the “in-cylinder volume calculated by the second in-cylinder volume calculation process” from the “in-cylinder volume calculated by the first in-cylinder volume calculation process”. It is a value divided by the “in-cylinder volume calculated by the dispensing process”.
  • the in-cylinder volume ratio to be stored as the learning value is expressed by the following equation.
  • the electronic control unit 16 executes a learning value storage process for storing the value of ⁇ V / V base1 as a knock learning value in a predetermined memory area.
  • the learning value reflecting process is for using the learning value acquired by the learning process described above at the time of knock control under a different driving state (referred to as “second driving state” in the present embodiment). It is a step.
  • the learned value reflecting process includes a third in-cylinder volume calculating process and a learning ignition timing setting process.
  • the electronic control unit 16 executes a third in-cylinder volume calculation process.
  • the third in-cylinder volume calculation process calculates the second base in-cylinder volume V base2 also shown in FIG.
  • the second base cylinder volume V base2 the second base ignition timing SA when the engine operating condition is in the second operating condition different from the first operating state (second engine rotational speed NE2 and a second engine load KL2) in the combustion stroke to be performed by base2, a cylinder volume of at CA50.
  • the electronic control unit 16 reads the value of the base cylinder volume determined from the second engine speed NE2 and the second engine load KL2 from the base cylinder volume map, and this is read as the second base cylinder volume. Let Vbase2 .
  • the electronic control unit 16 executes a setting process for setting the “learning ignition timing”.
  • the “learning ignition timing” is an ignition timing as an initial value when the ignition timing control by the knock control process is performed when the engine operating state is in the second operating state. That is, in the knock control process, the ignition timing control is started with the learning ignition timing as an initial value, and further correction (generally, retarding) is performed on the initial value.
  • this setting process sets an initial value of a correction amount ( ⁇ SA) to be added to the base ignition timing SA base , and this correction amount is used to calculate the learning ignition timing.
  • ⁇ SA correction amount
  • the learning ignition timing is set so that the actual in-cylinder volume V KC2 increases as the learning value increases.
  • the actual in-cylinder volume V KC2 is the actual in-cylinder volume in the combustion stroke at the learning ignition timing, and is also shown in FIG.
  • “learning ignition timing at which actual cylinder volume V KC2 is achieved” is set. That is, as shown in FIG. 3, the V KC2, the V base2 within second base cylinder volume is an enlarged cylinder volume by increment ⁇ V' with.
  • this in-cylinder volume expansion amount ⁇ V ′ is calculated using a learning value as follows.
  • ⁇ V' V base2 ⁇ ( ⁇ V / V base1) ⁇ (4)
  • the ignition timing retard amount with respect to the base ignition timing is calculated so that a learning ignition timing at which the actual in-cylinder volume V KC2 is achieved is obtained.
  • the present embodiment introduces the premise that the ignition timing retardation amount and the CA50 retardation amount coincide. According to this assumption, in the present embodiment, as the ignition timing retard amount and CA50 retard amount matches the actual cylinder volume V KC2 at present combustion stroke by adding ⁇ V' the "V base2 The ignition timing retardation amount is calculated so as to be “in-cylinder volume”.
  • the learning result by the above series of processes is used for ignition timing control. That is, in the knock control, the ignition timing control is started after the initial value of the ignition timing is set to the learning ignition timing.
  • the learning process and the learning value reflection process are repeated again. That is, a series of processes such as correction of the base ignition timing and learning of the in-cylinder volume ratio are performed so that knocking detected by the knock sensor 15 is below the allowable level.
  • the portion relating to the first operating state is read as “the operating state at the time of the previous combustion stroke”, and the portion relating to the second operating state is referred to as “the time after the combustion stroke. "Operating state at time of”.
  • the same process may be executed each time a combustion stroke occurs with the operation of the internal combustion engine 10.
  • a plurality of operating states can be dealt with by having one cylinder volume ratio learning value. That is, the learning value is updated while the learning process and the learning value reflection process are repeated as the operation time of the internal combustion engine 10 elapses. Using the latest updated learning value, the amount of retardation with respect to the base ignition timing is calculated by using the above equation (4) so that a learning ignition timing at which an appropriate actual cylinder volume is achieved is obtained. can do. Therefore, the learning value can be unified.
  • the knock learning technique of the ignition timing control device uses a single in-cylinder volume ratio learning value in a consistent learning method even in a plurality of different operating states, and uses the knock learning value. Can be set appropriately.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operational effects of knock learning in the ignition timing control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the vertical axis in FIG. 4 represents “in-cylinder volume change rate”, which is a value of (dV / d ⁇ ) / V.
  • V is the in-cylinder volume
  • dV / d ⁇ is the change in the in-cylinder volume per degree (deg) of the crank angle.
  • the knock suppression effect per crank angle turns from increasing to decreasing at a predetermined crank angle.
  • FIG. 4 it can be seen that the in-cylinder volume change rate turns from increasing to decreasing at a certain crank angle (crank angle of 30 degrees in FIG. 4).
  • the in-cylinder volume ratio is used as a learning value, and the ignition timing at the time of knock avoidance is determined using the learned value.
  • the in-cylinder volume change rate is the same, the unburned gas temperature and pressure change rate are also the same. Based on this relationship, by making the in-cylinder volume change rate accompanying the ignition timing retardation constant, the same knock suppression effect can be obtained every time even under different operating conditions.
  • multiplication of the same learning value is performed every time according to the above equation (4). Then, the ignition timing retardation amount is determined so that the actual in-cylinder volume determined from the calculation result is realized. Thereby, it is possible to make the knock suppression effect uniform every time.
  • FIG. 5 is a flowchart of a routine executed by the electronic control unit 16 in the ignition timing control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the electronic control unit 16 repeats this routine during the operation of the internal combustion engine 10 and executes it every combustion stroke (for each combustion cycle).
  • the routine of FIG. 5 is executed again from the state where the routine of FIG. 5 has already been executed once and the learning value has been obtained once will be described.
  • step S100 the electronic control unit 16 executes a process of detecting the vehicle state and the engine state. In this step, the following three detection processes are performed.
  • the first detection process is a process for detecting the speed of the vehicle.
  • the speed detection is realized by the electronic control unit 16 receiving an output signal from the speedometer of the vehicle.
  • the second detection process is a process for detecting a driver request for the vehicle.
  • the detection of the driver request specifically includes detection of the accelerator opening and detection of the shift position.
  • the electronic control unit 16 detects these signals by receiving signals from an accelerator opening sensor and a shift position detection circuit (not shown).
  • the third detection process is a process for detecting the engine state of the internal combustion engine 10.
  • the engine state includes engine cooling water temperature, engine speed, intake air amount, compression ratio, and the like. These detections are performed when the electronic control unit 16 obtains outputs of various sensors mounted on the internal combustion engine such as an engine water temperature sensor, a crank position sensor, an air flow meter, and the like.
  • step S102 the electronic control unit 16 performs fuel injection amount control based on the detected intake air amount. More specifically, in this step, engine control other than the ignition timing control is performed using the detection result in step S100. Since the engine control performed here may use various known engine control techniques, detailed description thereof is omitted.
  • step S104 the electronic control unit 16 executes processing for calculating the cylinder volume ratio correction value.
  • This step is a step of calculating the ignition timing correction value required in accordance with the change in the environment such as the intake air temperature, the outside air temperature, and the supercharging pressure in units of in-cylinder volume ratio ⁇ V / V. Note that the method of calculating the cylinder volume ratio correction value described here is different from the calculation content described in the “learning process” according to the first embodiment.
  • the electronic control unit 16 stores a correction value calculation program for calculating the in-cylinder volume ratio correction value ( ⁇ V / V) dst corresponding to the intake air temperature, the outside air temperature and other disturbances.
  • In-cylinder volume ratio correction value ( ⁇ V / V) dst is a value that indicates how much the ignition timing is delayed with respect to a change amount (for example, change temperature) when an environment such as intake air temperature, outside air temperature, supercharging pressure, or the like changes. It is an index value indicating whether or not to make a corner.
  • the relationship between the in-cylinder volume ratio correction value ( ⁇ V / V) dst and the “disturbance change amount” is created in advance in the form of a correction value formula or a correction value map. Is stored in the electronic control unit 16 in advance.
  • An in-cylinder volume ratio correction value ( ⁇ V / V) dst is calculated by inputting the amount of change in disturbance to the correction value calculation program.
  • the amount of change in disturbance is specifically the amount of intake air temperature change based on the output of an intake air temperature sensor (not shown), the amount of outside air temperature change based on the output of an outside air temperature sensor (not shown), and the output of an intake pressure sensor (not shown). Assume the amount of change in supercharging pressure.
  • a plurality of the above correction value formulas and correction value maps are created for each type of disturbance or for each operating state.
  • the cylinder volume ratio correction value ( ⁇ V / V) dst calculated in step S104 is used together with the cylinder volume ratio learning value according to the present embodiment in subsequent steps. Thereby, the in-cylinder volume ratio to be finally realized is calculated.
  • the electronic control unit 16 executes a process of calculating the KCS ignition timing learning amount (step S106). And the electronic control unit 16 performs the process which reflects the correction amount by an ignition timing learning value (step S108). In these steps, the electronic control unit 16 carries out the contents of the “learning ignition timing setting process” in the “learning value reflection process” described above.
  • step S106 the electronic control unit 16 executes a process of reading the knock learning value learned by the “learning process” described above.
  • the previous knock learning is performed in the first operating state, and the value of ⁇ V / V base1 is stored in the knock learning value.
  • the in-cylinder volume ratio correction value ( ⁇ V / V) dst and the knock learning value ⁇ V / V base1 are added together to calculate the integrated in-cylinder volume ratio ( ⁇ V / V) Total .
  • This “summation” means a calculation for reflecting a plurality of correction values in the ignition timing control.
  • a value obtained by collecting correction values and learning values into one numerical value is obtained by multiplying a value of (V + ⁇ V) / V.
  • a specific numerical value will be described as an example.
  • knock learning value ⁇ V / V base1 is 0.2
  • an integrated value of 1.32 is obtained.
  • the value of 1.32 is converted into a plurality of correction values and learning values (that is, in-cylinder volume ratio correction value ( ⁇ V / V) dst and knock learning value ⁇ V / V base1 ). It shall be handled as an aggregated (summed) value.
  • the electronic control unit 16 calculates the in-cylinder volume expansion amount ⁇ V 2 ′ according to the following mathematical formula (6) using the integrated in-cylinder volume ratio ( ⁇ V / V) Total .
  • ⁇ V 2 ′ V base2 ⁇ ( ⁇ V / V) Total (6)
  • the content of the calculation of Expression (6) is similar to Expression (4) related to the “learning value reflection process” described above.
  • the current operation state is the second operation state, and the in-cylinder volume expansion amount ⁇ V 2 ′ with respect to the base in-cylinder volume V base2 is calculated.
  • the electronic control unit 16 calculates the ignition timing retard amount with respect to the base ignition timing SA base2 .
  • the ignition timing retard quantity as [Delta] V 2 'worth only this base cylinder volume V base2 cylinder volume from expanding, a retard amount calculated with respect to the base ignition timing SA base2.
  • the ignition timing retard amount is a retard amount calculated with respect to the base ignition timing SA base2 so that a learning ignition timing at which the actual in-cylinder volume V KC2 is achieved is obtained.
  • step S110 the electronic control unit 16 executes an ignition timing feedback control process based on the output of the knock sensor 15 (step S110). Note that at the stage of reaching this step, it is assumed that the combustion stroke is being performed in the internal combustion engine 10 and that knocking can be detected by the knock sensor 15. In this step, the ignition timing control is performed so that the knocking is below the allowable level by the electronic control unit 16 executing the knock control. The initial value of this knock control is the ignition timing (learning ignition timing) reflected in step S108.
  • step S112 the electronic control unit 16 executes a process of determining whether or not the feedback correction amount is larger than a predetermined value.
  • Changes in intake air temperature, intake pipe pressure, in-cylinder deposit accumulation, octane number, and other environmental conditions are disturbances, but the learning value may not be appropriate due to the change in disturbances. Therefore, in this step, it is determined whether or not the feedback correction amount in step S110, that is, the ignition timing retardation amount by knock control, deviates from the learning ignition timing by a predetermined value or more. This makes it possible to evaluate whether the current learning value is appropriate. If it is determined in this step that the feedback correction amount is larger than the predetermined value, it can be determined that the current learning value is no longer appropriate and an update process described later is necessary.
  • step S112 If it is not determined in step S112 that the feedback correction amount is greater than the predetermined value, the current routine ends without updating the knock learning value. Then, the routine of FIG. 5 is executed again in the next combustion stroke.
  • step S112 If it is determined in step S112 that the feedback correction amount is greater than the predetermined value, the electronic control unit 16 executes a process of calculating a time when the 50% combustion ratio is reached (step S114). Then, the electronic control unit 16 calculates ⁇ V / V base2, that is, the in-cylinder volume ratio, and executes a process of updating the learning value with the calculated value (step S116). That is, in the series of processes in steps S114 and S116, the electronic control unit 16 performs the in-cylinder volume detection process, the first in-cylinder volume calculation process, the second in-cylinder volume calculation process, and the “learning process” described above, and The contents of the cylinder volume ratio learning process are executed.
  • step S114 the time (crank angle) at which the combustion ratio reaches 50% is calculated.
  • the actual in-cylinder volume V KCX is calculated.
  • the actual in-cylinder volume V KCX is the actual in-cylinder volume at CA50 after the ignition timing feedback control in step S112.
  • the actual in-cylinder volume V KCX is realized by the electronic control unit 16 executing the second in-cylinder volume calculation process related to the “learning process” described above.
  • step S108 the determination routine in step S112 indicates that the ignition timing is inappropriate. Therefore, it is considered that the ignition timing determined by the ignition timing feedback control process in step S110 is significantly different from the ignition timing that realizes the actual in-cylinder volume V KC2 . Therefore, the actual in-cylinder volume V KCX is different from the actual in-cylinder volume V KC2 .
  • the base cylinder volume is read from the base cylinder volume map.
  • V base2 is read from the base cylinder volume map. This process corresponds to the first in-cylinder volume calculation process in the aforementioned “learning process”.
  • step S116 using the actual cylinder volume V KCX and the base cylinder volume V base2, according to the following equation, cylinder volume ratio is calculated.
  • This process corresponds to the cylinder volume ratio learning process in the “learning process” described above.
  • In-cylinder volume ratio ⁇ V / V base2 (7)
  • ⁇ V V base2 -V KCX ⁇ ( 8)
  • the electronic control unit 16 executes a learning value storing process for storing the value of ⁇ V / V base2 in a predetermined memory area as a knock learning value. Thereby, the update of the knock learning value is completed.
  • the in-cylinder volume determined by the crank angle at which the combustion ratio is 50% is used for knock learning.
  • the “crank angle at which the combustion ratio is 50%”, that is, CA50 plays a role as “a crank angle representing combustion”. This is because it is possible to detect whether the combustion period is on the advance side or the retard side as a whole by looking at the relative positional relationship of CA50.
  • the present invention is not limited to this, and an in-cylinder volume determined by a crank angle at which the combustion ratio is other than 50% may be used.
  • the combustion ratio is any point from 0 to 100%, specifically, any one of the combustion ratios such as 10%, 20%, 30%,..., 60%, 70%, 80%, etc.
  • One may be used as a predetermined combustion ratio instead of the 50% combustion ratio.
  • the 10% increments are merely examples.
  • the crank angle corresponding to each of these combustion ratios is written as CA10, CA20, CA30,..., CA60, CA70, CA80 according to the same rules as CA50.
  • the in-cylinder volume determined by the selected crank angle at the desired combustion ratio may be used as a learning parameter for knock learning according to the first embodiment.
  • the crank angle at which the predetermined combustion ratio is obtained is abbreviated as “predetermined combustion ratio crank angle”.
  • CA50 is preferable in that it can represent the entire combustion in a well-balanced manner compared to CA10 and CA20 in the first half of combustion or CA70 and CA80 in the second half of combustion.
  • the ignition timing control apparatus In the second half of the combustion, that is, the period when the combustion ratio is later than 50%, the unburned gas temperature and pressure become higher, and the contribution to the occurrence of knocking is large. Therefore, with emphasis on the latter half of the combustion, that is, for example, CA60, CA70, etc. may be selected as the predetermined combustion ratio crank angle instead of CA50, and the ignition timing control apparatus according to the first embodiment may be constructed.
  • the in-cylinder volume at CA50 is estimated by the in-cylinder volume detection process.
  • the present invention is not limited to this, and direct detection using an in-cylinder pressure sensor may be performed. That is, an in-cylinder pressure sensor may be installed in the internal combustion engine 10 and the pressure in the cylinder may be directly sensed to calculate the combustion ratio according to Equation (1). A crank angle at a 50% combustion rate may be specified from the calculated combustion rate, and the in-cylinder volume may be calculated from the specified crank angle. As described above, the in-cylinder volume at the CA 50 may be obtained using the detection result of the in-cylinder pressure based on the in-cylinder pressure sensor.
  • FIG. [Configuration of Apparatus According to Second Embodiment]
  • the hardware configuration of the ignition timing control device according to the second embodiment is the same as the device configuration of the first embodiment (configuration shown in FIG. 1). Therefore, illustration of the hardware configuration is omitted.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the contents of knock learning in the ignition timing control apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the characteristic curve indicated by the bold line with the symbol d ⁇ / (dV / V) is also referred to as “base characteristic curve”.
  • This base characteristic curve indicates the crank angle change amount per unit cylinder volume change rate.
  • the in-cylinder volume change rate dV / V is a value obtained by dividing the minute in-cylinder volume change dV by the in-cylinder volume V.
  • the base characteristic curve shows the crank angle change amount d ⁇ necessary to change the in-cylinder volume so that the in-cylinder volume change rate dV / V becomes 1 for a plurality of operating states with different CA50. is there.
  • This base characteristic curve is a theoretical value calculated from the crank diameter and the connecting rod length, which are geometric dimensions of the internal combustion engine 10.
  • thin characteristic curves S1 and S2 in FIG. 6 each represent an ignition timing correction amount.
  • the ignition timing correction amount is a retard amount with respect to the base ignition timing.
  • the knock learning according to the second embodiment will be schematically described.
  • “the amount of change in each crank per volume change rate” and the “ignition timing correction amount” are proportional.
  • “change amount of each crank per volume change rate” may be described as d ⁇ / (dV / V)).
  • FIG. 6 is a diagram created based on such a premise, and d ⁇ / (dV / V) and the ignition timing correction amount are both shown on the vertical axis of a graph having the same scale.
  • the base characteristic curve is calculated so that “the whole is equal to the learning coefficient”.
  • characteristic curves S1 and S2 are obtained, and the ignition timing correction amount is calculated using the characteristic curves S1 and S2.
  • a characteristic curve S1 obtained by multiplying the base characteristic curve as a whole by the learning coefficient is obtained.
  • a value determined from this characteristic curve S1 is set as the ignition timing retard amount for each crank angle of CA50 in each operating state.
  • the ignition timing control apparatus finally calculates the ignition timing correction amount using the base characteristic curve and the learning coefficient to be multiplied by the base characteristic curve.
  • the electronic control unit 16 stores a map that defines the base characteristic curve, and also includes a storage area that enables writing and reading of learning coefficients.
  • the electronic control unit 16 performs the ignition timing feedback control so that the knock level is below the allowable level based on the knock control, that is, the output of the knock sensor 15.
  • knock control is performed in an operating state in which the CA50 is located at a crank angle of 15 degrees, and the result of this knock control (ignition timing retard amount) is represented on the map shown in FIG. 6, the result of that knock control Assuming that the ignition timing retardation amount is P2 (° CA).
  • the electronic control unit 16 executes a process of storing the value of P2 / P1 as a learning coefficient.
  • the crank angle change amount of P1 (° CA) is theoretically necessary, whereas the actual knock control results.
  • the ignition timing retardation obtained as follows is P2 (° CA) which is smaller than this. Accordingly, the value P2 / P1 represents the in-cylinder volume change rate changed by the previous knock control.
  • the learning coefficient P2 / P1 described above represents the in-cylinder volume change rate when the in-cylinder volume changes due to the ignition timing being retarded by the previous knock control.
  • In-cylinder volume expansion at the same in-cylinder volume change rate means that the in-cylinder volume is increased at CA50 so that the in-cylinder volume change rate takes a value of 0.4.
  • the value of d ⁇ / (dV / V) is P3 (° CA). This means that the ignition timing needs to be changed by P3 (° CA) in order to obtain an in-cylinder volume change rate (dV / V) of 1 in an operating state in which the CA50 has a crank angle of 30 degrees. .
  • the in-cylinder volume change rate can be set to 1 if the crank angle is changed by 4 ° CA.
  • the electronic control unit 16 multiplies the learning coefficient P2 / P1 and the value of P3 described above. Based on the in-cylinder volume change rate obtained by this calculation, an appropriate ignition timing retard amount at the present time in an operating state in which the CA50 is a crank angle of 30 degrees is calculated.
  • the electronic control unit 16 sets the value of P4 (° CA) as the ignition timing retard amount. As a result, knock learning can be performed in another driving state, and the ignition timing of the current driving state can be set appropriately using the learning result.
  • FIG. 7 is a flowchart of a routine executed by the electronic control unit 16 in the ignition timing control apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the electronic control unit 16 repeats this routine during the operation of the internal combustion engine 10 and executes it every combustion stroke (each combustion cycle).
  • the routine of FIG. 7 is executed again from the state where the routine of FIG. 7 has already been executed once and the learning coefficient has been obtained once.
  • the electronic control unit 16 executes the processes of steps S100 and S102 in the same manner as the specific process of the first embodiment shown in FIG.
  • step S206 the electronic control unit 16 executes a process for calculating an ignition timing correction value.
  • the process of step S206 is a process of calculating the ignition timing correction amount as a crank angle for disturbances such as intake air temperature that can be individually determined. It should be noted that the relationship between the amount of each disturbance (intake temperature change amount, etc.) and the ignition timing correction amount is stored in advance in the electronic control unit 16 in the form of a map or a calculation formula.
  • the ignition timing correction amount (° CA) is calculated as a retard amount or an advance amount.
  • step S206 the electronic control unit 16 executes a process of calculating the KCS ignition timing learning amount.
  • the electronic control unit 16 performs the above-described “coefficient use process”.
  • step S206 the electronic control unit 16 executes a process of reading the learning coefficient K learned by the above-described “coefficient learning process” from a predetermined storage area of the memory.
  • the previous knock learning is “an operating state in which the CA50 has a crank angle of 15 degrees (that is, engine speed NE 21 , certain engine load KL 21 , certain ignition timing SA 21 )”. It is assumed that the value of P2 / P1 is stored in the learning coefficient K. Note that the specific numerical value of the learning coefficient K exemplified in the above description is 0.4.
  • the electronic control unit 16 executes a process for calculating the ignition timing retardation amount necessary for knock suppression using the learning coefficient K according to the equation (9) described above.
  • the current operation state is “an operation state in which the CA50 has a crank angle of 30 degrees”.
  • the engine speed NE 22 , the engine load KL 22 , and the ignition timing SA 22 are assumed.
  • the ignition timing retardation amount P4 (° CA) is calculated as (P2 / P1) ⁇ P3 by the calculation according to Equation (9).
  • the ignition timing retardation amount P4 can be calculated so as to obtain the same knock suppression effect as the knock control performed in the driving state at the time of learning coefficient acquisition.
  • the specific numerical value exemplified in the above description is 1.6 (° CA).
  • the ignition timing retardation amount and the CA50 retardation amount coincide with each other.
  • step S206 a process of adding the ignition timing correction amount in step S206 and the ignition timing retardation amount P4 obtained from the learning coefficient K described above is executed. Thereby, the final ignition timing correction amount is calculated.
  • the electronic control unit 16 executes processing for reflecting the ignition timing correction amount calculated in step S206 in the ignition timing (step S208).
  • the electronic control unit 16 only a series of ignition timing retard amount obtained by the process described above is carried out the ignition timing control to retard the ignition timing for the current ignition timing SA 22.
  • the electronic control unit 16 executes a feedback control process for the ignition timing based on the output of the knock sensor 15 (step S110). Note that at the stage of reaching this step, it is assumed that the combustion stroke is being performed in the internal combustion engine 10 and that knocking can be detected by the knock sensor 15. In this step, the ignition timing control is performed so that the knocking is below the allowable level by the electronic control unit 16 executing the knock control.
  • the initial value of this knock control is the ignition timing (learning ignition timing) set in step S208 above.
  • step S212 the electronic control unit 16 executes a process of determining whether or not the feedback correction amount is larger than a predetermined value.
  • the processing contents are the same as in step S212 of the first embodiment, and it is determined whether or not the ignition timing feedback correction amount, that is, the ignition timing retardation amount by knock control, deviates from the learning ignition timing by a predetermined value or more. Is done.
  • step S212 If it is not determined in step S212 that the feedback correction amount is greater than the predetermined value, the current routine ends without the learning coefficient K being updated. Then, the routine of FIG. 7 is executed again in the next combustion stroke.
  • step S212 If it is determined in step S212 that the feedback correction amount is larger than the predetermined value, the electronic control unit 16 calculates a learning coefficient K and executes a process of updating the learning coefficient with the calculated value (step S216). ).
  • step S216 the learning coefficient K is calculated according to the above-described “coefficient learning process”. That is, the ignition timing retardation amount P ′ obtained as a result of the current knock control is divided by P3.
  • the value P ′ / P3 is a newly learned learning coefficient K, and the electronic control unit 16 executes a storage process for storing the P ′ / P3 in a predetermined memory area. Thereby, the update of the learning coefficient K is completed.

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Abstract

　エンジン燃焼現象に即したノック学習を行うことで、ノック学習を適切に行うことのできる内燃機関の点火時期制御装置を提供する。　本願発明者の知見によれば、点火遅角によるノック抑制効果の原理は、「燃焼期間が遅角側に移動すると燃焼期間中の筒内容積が拡大し、その結果、未燃ガス温度および圧力の上昇が抑制される」というものである。本発明にかかる点火時期制御装置は、この原理にもとづく新規なノック学習を行うことができる。本発明にかかる点火時期制御装置は、「筒内容積率」を学習する。筒内容積率は、筒内容積の変化量から決まるパラメータである。運転状態が変化したときにも、学習した筒内容積率を反映させることにより、ノック制御手段による学習点火時期を適切な値に設定することができる。

Description

内燃機関の点火時期制御装置
　本発明は、内燃機関の点火時期制御装置に関する。
　従来、例えば、特開２０１１－２５６７２５号公報に開示されているように、ノック回避のための点火時期制御が可能な内燃機関の点火時期制御装置が知られている。この点火時期制御装置は、ノックセンサによってノッキングの発生状況を検出するとともに、その検出結果に応じて点火時期をフィードバック補正するノック制御を実行することができる。
　このノック制御では、ノッキングの発生頻度が高いときには点火時期を遅角させ、その一方で、ノッキングの発生頻度が低いときには点火時期を進角させるといった制御量（ノック制御量）が設定される。そして、このノック制御量に基づいて点火時期の制御目標値を設定することによりノッキングの発生が抑制される。
　ノック制御量とその基準値との定常的な偏差は、ノック学習値として学習される。上記公報にかかる技術では、当該基準値がゼロに設定されているので、ノック制御量の定常的な成分がノック学習値に移し替えられることになる。
日本特開２０１１－２５６７２５号公報 日本特開２００８－１２１５９７号公報 日本特開２００９－２１５９８９号公報 日本特開２０１０－１９０１３４号公報
　しかしながら、上記従来の技術にかかるノック学習技術では、機関回転数および機関負荷に対する点火時期補正量としてノック学習値を学習している。このような従来の学習技術では、ノック学習を適切に行うという点で限界があった。
　すなわち、従来のノック学習技術は、基本的には、機関回転数および機関負荷というエンジン制御量に関連付けて、単純にノック学習値を記憶するというものであった。このようなエンジン制御量に基づく学習技術は機関回転数および機関負荷に応じて学習値を記憶するものであるため、機関運転領域の大きな変化、エンジンシステムの相違、運転条件の変動や追加があったりするとそれらの環境変化に対応して適切なノック学習を行うことが困難となる。例えば、高過給、可変圧縮比、可変動弁機構等の可変機構、リーンバーン、ＥＧＲ装置など多種多様なエンジンシステムがあるが、それらの多種多様なエンジンシステムが有する運転条件を漏れなく想定してノック学習を実施することは、その困難性や煩雑さの点で好ましくない。
　ところで、運転領域の変化、エンジンシステムの相違等があっても、エンジン燃焼現象という物理現象が起きている点では根本的に共通している。エンジン燃焼現象という物理現象の状態とノック抑制原理との関係に基づいてノック学習を行うことができれば、運転領域の変化、エンジンシステムの相違等にも対処可能な好ましいノック学習が可能と考えられる。
　そこで本願発明者は、エンジン燃焼現象という物理現象の状態とノック抑制原理との関係について鋭意研究を進めたところ、点火遅角によるノック抑制効果の原理について新たな知見を得た。本願発明者は、このノック抑制原理について得た知見を利用して、従来とは異なり、エンジン燃焼現象に即したノック学習を行うことで適切なノック学習を行うことができる新規なノック学習技術を見出した。
　本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エンジン燃焼現象に即したノック学習を行うことで、ノック学習を適切に行うことのできる内燃機関の点火時期制御装置を提供することを目的とする。
　本願発明者の知見によれば、点火遅角によるノック抑制効果の原理は、「燃焼期間が遅角側に移動すると燃焼期間中の筒内容積が拡大し、その結果、未燃ガス温度および圧力の上昇が抑制される」というものである。本発明にかかる点火時期制御装置は、この原理にもとづく新規なノック学習を行うことができる。
　すなわち、点火時期と、燃焼割合が一定の値となるクランク角（便宜上、「所定燃焼割合クランク角」とも称す）との間には、相関がある。例えば燃焼割合が５０％となるクランク角（以下、便宜上「ＣＡ５０」とも記す）は点火時期と相関があり、点火時期を遅角させるほどＣＡ５０も遅角側に移動する。この関係を前提とすると、ノック回避のための点火遅角により、所定燃焼割合クランク角が遅角側に移動する。所定燃焼割合クランク角が遅角側であればあるほど、その所定燃焼割合のときのピストン位置が上死点から下方に位置することとなり、その所定燃焼割合のときの筒内容積が相対的に大きくなる。つまり、ある２つの燃焼行程を比較した場合に、同じ燃焼割合のときの筒内容積が大きいほうが、燃焼期間中の各時点での筒内容積も大きく、燃焼期間中の筒内容積が全体的に大きいと言うことができる。この筒内容積拡大により、ノック抑制効果が高まるものである。
　第１の発明にかかる内燃機関の点火時期制御装置は、ノック制御手段と、第１筒内容積算出手段と、第２筒内容積算出手段と、筒内容積率学習手段と、第３筒内容積算出手段と、前記学習点火時期を設定する設定手段と、を備えている。
　ノック制御手段は、内燃機関のノッキングを所定レベル以下とするように点火時期制御を実施する。
　第１筒内容積算出手段は、機関運転状態が第１運転状態にあるときに第１ベース点火時期で実施される燃焼行程における、所定燃焼割合クランク角での筒内容積を算出する。この所定燃焼割合クランク角は、燃焼割合が５０％となるときのクランク角とすることが好ましい。
　第２筒内容積算出手段は、機関運転状態が前記第１運転状態にあるときに前記ノック制御手段での当該点火時期制御が実施された点火時期で実施される燃焼行程における、前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積を算出する。
　筒内容積率学習手段は、筒内容積率を算出し、算出した筒内容積率を学習値として記憶する。筒内容積率とは、前記第１筒内容積算出手段で算出した筒内容積から前記第２筒内容積算出手段で算出した筒内容積を減算した差分を前記第１筒内容積算出手段で算出した筒内容積で除算した値である。
　第３筒内容積算出手段は、機関運転状態が前記第１運転状態と異なる第２運転状態にあるときに第２ベース点火時期で実施される燃焼行程における、前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積を算出する。
　設定手段は、学習点火時期を設定する。学習点火時期とは、機関運転状態が前記第２の運転状態にあるときに前記ノック制御手段による点火時期制御を実施するときの初期値としての点火時期である。この設定手段は、前記学習値が大きいほど、前記学習点火時期で実施される燃焼行程における前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積が大きくなるように、前記学習点火時期を設定する。
　第２の発明は、第１の発明において、
　前記設定手段は、前記学習点火時期で実施される燃焼行程における前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積が、前記第３筒内容積算出手段で算出した筒内容積に前記学習値を積算した積算値分だけ前記第３筒内容積算出手段で算出した筒内容積から変化するように、前記学習点火時期を設定するものである。
　第３の発明は、第１の発明において、前記所定燃焼割合クランク角は、燃焼割合が５０％以上となるクランク角範囲から選択した１つのクランク角である。
　第４の発明は、第１の発明において、前記設定手段は、前記学習点火時期の遅角量に比例して前記所定の燃焼割合となるクランク角が遅角するという規則にしたがって、前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積を算出する手段を含む。
　第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれか１つにおいて、ベース値記憶手段をさらに備えている。ベース値記憶手段は、所定燃焼割合クランク角での筒内容積のベース値であるベース筒内容積値を機関運転状態ごとに定めた情報を記憶したものである。さらに、前記第１筒内容積算出手段は、前記ベース値記憶手段で記憶した複数個のベース筒内容積値のうち前記第１運転状態に対応する値を、前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積として読み出す手段を含む。さらに、前記第３筒内容積算出手段は、前記ベース値記憶手段で記憶した複数個のベース筒内容積値のうち前記第２運転状態に対応する値を、前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積として読み出す手段を含む。
　第６の発明にかかる内燃機関の点火時期制御装置は、ノック制御手段と、記憶手段と、第１クランク角取得手段と、第１特性値算出手段と、学習手段と、第２クランク角取得手段と、第２特性値算出手段と、設定手段と、を備えている。
　ノック制御手段は、内燃機関のノッキングを所定レベル以下とするように点火時期制御を実施する。
　記憶手段は、単位筒内容積変化率あたりのクランク角変化量とクランク角との間の関係を定めた特性を記憶したものである。
　第１クランク角取得手段は、機関運転状態が第１運転状態にあるときの燃焼行程における、所定燃焼割合クランク角を検知又は推定により求める。
　第１特性値算出手段は、前記特性に従って、前記第１クランク角取得手段で求めた前記所定燃焼割合クランク角における、単位筒内容積変化率あたりのクランク角変化量の値を、第１特性値として算出する。
　学習手段は、前記第１運転状態で前記ノック制御手段による点火時期制御が実施された場合に、この点火時期制御により得られた遅角量と前記第１特性値との比を、学習値として記憶する。
　第２クランク角取得手段は、機関運転状態が前記第１運転状態と異なる第２運転状態にあるときの燃焼行程における、前記所定燃焼割合クランク角を検知又は推定により求める。
　第２特性値算出手段は、前記特性に従って、前記第２クランク角取得手段で求めた前記所定燃焼割合クランク角における、単位筒内容積変化率あたりのクランク角変化量の値を、第２特性値として算出する。
　設定手段は、機関運転状態が前記第２運転状態にあるときに前記ノック制御手段による点火時期制御を実施するときの点火時期遅角量の初期値である学習遅角量を設定する設定手段である。設定手段は、前記第２特性値に対して前記学習値を乗じた値に基づいて、前記学習遅角量を設定する。
　第１の発明によれば、本願発明者が見出したノック抑制原理にもとづく新規なノック学習により、エンジン燃焼現象に即した適切なノック学習を行うことができる。この新規なノック学習ではエンジン燃焼現象に基づくノック学習を行っているので、複数の異なる運転状態においても、１つの学習値を共通に使用して点火時期制御を行うことができる。
　第２の発明によれば、異なる運転状態下においても、毎回、同一のノック抑制効果を得ることができるように、学習点火時期を設定することができる。
　第３の発明によれば、燃焼を代表するクランク角を、燃焼バランスの観点から適切な燃焼割合５０％のクランク角、或いはノック発生要因を良好に表す燃焼後半のクランク角から、選択することができる。
　第４の発明によれば、筒内圧センサに頼らずに、所定燃焼割合クランク角での筒内容積を計算することができる。
　第５の発明によれば、ベース値記憶手段を利用して運転状態ごとの適切な筒内容積を記憶し、そこから随時、所定燃焼割合クランク角での筒内容積を読み出すことができる。
　第６の発明によれば、簡易な構成で、本願発明者が見出したノック抑制原理にもとづく新規なノック学習を行うことができる。
本発明の実施の形態１にかかる点火時期制御装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる点火時期制御装置における、ノック学習の内容を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１にかかる点火時期制御装置における、ノック学習の内容を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１にかかる点火時期制御装置における、ノック学習の作用効果を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１にかかる点火時期制御装置において、電子制御ユニットが実行するルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２にかかる点火時期制御装置における、ノック学習の内容を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態２にかかる点火時期制御装置において、電子制御ユニットが実行するルーチンのフローチャートである。
実施の形態１．
［実施の形態１にかかる装置の構成］
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる点火時期制御装置の概略構成を示す図である。本実施の形態にかかる点火時期制御装置は、内燃機関１０に適用される。内燃機関１０は４ストローク式の火花点火式エンジンである。図示を省略するが、内燃機関１０は、複数の気筒を備えており、車両搭載用の内燃機関である。
　内燃機関１０の燃焼室１３には、同燃焼室１３に吸入された空気と燃料との混合気を点火及び燃焼させる点火プラグ１４が設けられている。内燃機関１０のシリンダブロック１１には、ノックセンサ１５が設けられている。ノックセンサ１５は、混合気の燃焼に伴うノッキングの発生状況を検出するためのセンサである。
　内燃機関１０には、その運転に係る電子制御ユニット１６が備えられている。電子制御ユニット１６は、各種制御を実行するＣＰＵ、同制御に必要な情報が記憶されるＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリ、外部から信号を入力するための入力ポート、外部に指令信号を出力するための出力ポート等を備えて構成されている。
　電子制御ユニット１６の入力ポートには、機関運転状態を検出するための各種センサが接続されている。各種センサとしては、上記ノックセンサ１５の他、クランクシャフト（図示略）の回転位相であるクランク角を検出するためのクランク角センサ１７や、スロットルバルブの開度（スロットル開度ＴＡ）を検出するためのスロットルセンサ１９、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ２０等が含まれる。クランク角センサ１７の検出信号からは、機関回転速度ＮＥを求めることができる。また、電子制御ユニット１６は、吸入空気量、機関回転数等に基いて機関負荷ＫＬを算出する。
　電子制御ユニット１６の出力ポートには、上記点火プラグ１４による混合気の点火に必要な高圧電流を発生させるイグナイタ１４ａ等、機関制御に必要なアクチュエータ類の駆動回路が接続されている。電子制御ユニット１６は、上記各センサの検出信号に基づき各種の演算を行うとともに、その演算結果をもとにアクチュエータ類の駆動制御を実行して機関制御を行う。
　電子制御ユニット１６は、上記ノックセンサ１５によって検出されるノッキングの発生状況に応じて点火時期を調整する「ノック制御」を実行する。ノック制御では、ノッキングの発生頻度が高いときには点火時期を遅角させ、その一方で、ノッキングの発生頻度が低いときには点火時期を進角させるといった制御値（ノック制御量）が設定される。そして、このノック制御量に基づいて点火時期の制御目標値を設定することによりノッキングの発生が抑制される。一般に、ノック制御量とその基準値との定常的な偏差を、ノック学習値として学習することが行われている。本実施の形態では、このノック学習を後述のように実施する。
　また、本実施の形態では、電子制御ユニット１６が、後述するベース筒内容積マップをメモリに記憶している。ベース筒内容積マップには、機関運転状態ごとに、ベース筒内容積Ｖｂａｓｅが定められている。本実施の形態では、機関運転状態は、機関回転数ＮＥおよび機関負荷ＫＬで定まるものとする。電子制御ユニット１６は、機関回転数ＮＥおよび機関負荷ＫＬを入力変数として、ベース筒内容積マップから一つのベース筒内容積Ｖｂａｓｅを読み出す処理を実行することができる。
［実施の形態１にかかる装置の動作］
（点火遅角によるノック抑制効果の原理）
　本願発明者の知見によれば、点火遅角によるノック抑制効果の原理は、「点火時期が遅角されて燃焼期間が遅角側に移動すると、燃焼期間の筒内容積が拡大し、その結果、未燃ガス温度および圧力の上昇が抑制される」というものである。本実施の形態にかかる点火時期制御装置によれば、この原理にもとづくノック学習が可能である。
　より詳細に説明すると、ノック抑制に関して、点火時期、燃焼割合、クランク角、および筒内容積の間には一定の関係がある。
　燃焼割合（以下、「ＭＦＢ」とも称す）とは、燃焼の進行状態を表す指標として定義された値である。具体的には、燃焼割合は、０～１の範囲（或いは、０％～１００％の範囲）で変化するものとし、燃焼割合が０（０％）である場合には燃焼開始時点を示し、燃焼割合が１（１００％）である場合には燃焼終了時点を示すものとしている。
ＭＦＢ＝(ＰθＶθ κ－Ｐθ０Ｖθ０ κ)／(ＰθｆＶθｆ κ－Ｐθ０Ｖθ０ κ)・・・（１）
　但し、上記（１）式において、Ｐθ０およびＶθ０は、それぞれクランク角度θが所定の燃焼開始時期θ０である場合の筒内圧Ｐおよび筒内容積Ｖであり、ＰθｆおよびＶθｆは、それぞれクランク角度θが所定の燃焼終了時期θfである場合の筒内圧Ｐおよび筒内容積Ｖである。また、ＰθおよびＶθは、それぞれクランク角度θが任意の値である場合の筒内圧Ｐおよび筒内容積Ｖである。κは、比熱比である。燃焼割合に関する技術は既に公知であるため、これ以上の説明は省略する。
　点火時期と、燃焼割合が一定の値となるクランク角との間には、相関がある。以下、「燃焼割合が一定の値となるクランク角」を、便宜上、「所定燃焼割合クランク角」とも称す。例えば燃焼割合が５０％となるクランク角を、以下、便宜上「ＣＡ５０」とも記して説明する。ＣＡ５０は点火時期と相関があり、点火時期を遅角させるほどＣＡ５０も遅角側に移動する。この関係を前提とすると、ノック回避のための点火遅角により、ＣＡ５０も遅角側に移動する。ＣＡ５０が遅角側であればあるほど、ＣＡ５０のときのピストン位置が上死点から下方に位置することとなり、「ＣＡ５０での筒内容積」が相対的に大きくなる。「ＣＡ５０での筒内容積」とは、燃焼割合が５０％に至ったときのクランク角位置から決まる筒内容積である。
　上記の関係に基づくと、ある２つの燃焼行程を比較した場合に、同じ燃焼割合のときの筒内容積が大きいほうが、燃焼期間中の各時点での筒内容積も大きく、燃焼期間中の筒内容積が全体的に大きいということができる。このような燃焼期間中の筒内容積拡大により、未燃ガス温度および圧力の上昇が抑制され、ノック抑制効果が高まるのである。この原理について図２を用いて説明する。
　図２は、本発明の実施の形態１にかかる点火時期制御装置における、ノック学習の内容を説明するための模式図である。図２に示すグラフは、クランク角ごとに、そのクランク角でのピストン位置によって決まる筒内容積の値を示している。ピストン上死点であるクランク角が０度のときに筒内容積は最小値を取り、上死点から離れるほど筒内容積が大きくなっている。
　また、図２には、２つの異なる点火時期ＳＡ１およびＳＡ２が記載されている。図２には、さらに、点火時期ＳＡ１で燃焼が実施された燃焼期間と、点火時期ＳＡ２で燃焼が実施されたときの燃焼期間とが、それぞれ模式的に示されている。
　図２から分かるように、点火時期が遅角されているほど、燃焼期間も遅角側に位置する。図２の筒内容積のグラフとＳＡ１による燃焼期間の矢印とを照らし合わせると、ＳＡ１による燃焼期間は、点火後、筒内容積が減少し、上死点で筒内容積が最小値となってから増加に転じた後の一定期間である。これに対し、図２の筒内容積のグラフとＳＡ２による燃焼期間の矢印とを照らし合わせると、ＳＡ２による燃焼期間は、筒内容積が上死点から増加傾向に転じた後の一定期間であり、全体的にＳＡ１よりも筒内容積が大きいクランク角領域に位置している。この２つの燃焼期間を対比すると、ＳＡ１による燃焼期間よりも、ＳＡ２による燃焼期間のほうが、燃焼期間中の各時点での筒内容積が相対的に大きい。つまり、ＳＡ２による燃焼期間のほうが、燃焼期間中の筒内容積が拡大されているということができる。点火時期を遅角して燃焼期間を全体的に遅角させることにより、燃焼期間中における筒内容積を相対的に大きくすることができる。ＳＡ１よりもＳＡ２のほうが燃焼期間中の筒内容積が拡大されているので、ＳＡ２のほうが未燃ガス温度および圧力の上昇が抑制された状態となっており、ノック抑制効果が高くなるのである。
　本実施の形態にかかる点火時期制御装置は、このようなノック抑制原理に基づくノック学習を行うことができる。本実施の形態では、後述する「筒内容積率」を学習する。筒内容積率は、筒内容積の変化量から決まるパラメータである。運転状態が変化したときにも、学習した筒内容積率を反映させることにより、ノック制御手段による学習点火時期を適切な値に設定することができる。
（点火時期制御装置の動作の詳細説明）
　本実施の形態にかかる点火時期制御装置の動作の前提として、先ずはじめに、電子制御ユニット１６がベース筒内容積マップを記憶している。ベース筒内容積マップには、機関回転数および機関負荷で定まる運転状態ごとに、ベース筒内容積Ｖｂａｓｅが定められている。本実施の形態では、「ベース筒内容積Ｖｂａｓｅ」とは、ベース点火時期ＳＡｂａｓｅで実施した燃焼行程における、ＣＡ５０での筒内容積の値のことである。ベース点火時期は、内燃機関１０の点火時期のベース値として設定された点火時期であり、電子制御ユニット１６に点火時期マップとして記憶されている。
　より具体的に説明すると、ベース筒内容積マップにおいては、第１機関回転数ＮＥ１かつ第１機関負荷ＫＬ１のときの第１運転状態に対応して、その第１運転状態のベース点火時期ＳＡｂａｓｅ１で燃焼が行われたときの第１ベース筒内容積Ｖｂａｓｅ１が記憶されている。また、第２機関回転数ＮＥ２かつ第２機関負荷ＫＬ２のときの第２運転状態に対応して、その第２運転条件のベース点火時期ＳＡｂａｓｅ２で燃焼が行われたときの第２ベース筒内容積Ｖｂａｓｅ１が記憶されている。同様に、ｎを整数とした場合に、ｎ個の運転状態（第１運転状態、第２運転状態、・・・、第ｎ運転状態）に対応して、一つずつ、それらの各運転状態のベース点火時期（ＳＡｂａｓｅ１、ＳＡｂａｓｅ２、・・・ＳＡｂａｓｅｎ）で燃焼が行われたときのベース筒内容積（Ｖｂａｓｅ１、Ｖｂａｓｅ２・・・、Ｖｂａｓｅｎ）が記憶されている。このベース筒内容積マップは、予め作成されて電子制御ユニット１６のメモリ領域に記憶されている。ベース筒内容積マップを利用することで、ある機関回転数ＮＥおよび機関負荷ＫＬが与えられたときに、これらの値に対応する一つのベース筒内容積Ｖｂａｓｅを得ることができる。
　本実施の形態にかかる点火時期制御装置は、大きく分けて下記の「学習処理」および「学習値反映処理」を実施するものである。以下、図３を用いて説明する。
　図３は、本発明の実施の形態１にかかる点火時期制御装置における、ノック学習の内容を説明するための模式図である。図３に示すグラフは、図２と同様に、クランク角ごとの筒内容積の値を示している。ピストン上死点であるクランク角が０度のときに、筒内容積は最小値を取る。図３の筒内容積グラフ上には、４つの点がプロットされている。これら４つの点はＶｂａｓｅ１、Ｖｂａｓｅ２、ＶＫＣ１、ＶＫＣ２である。
　Ｖｂａｓｅ１、Ｖｂａｓｅ２は、それぞれ、異なる運転状態下におけるベース筒内容積を示している。
　一方、ＶＫＣ１、ＶＫＣ２は、それぞれ、「実筒内容積」と称す。この実筒内容積とは、点火時期制御によりベース点火時期から遅角された後の点火時期で燃焼が実施された場合に、その燃焼行程におけるＣＡ５０での筒内容積である。ノック回避のための点火時期遅角がなされたときは、そのノック回避が実現したときの点火時期のことである。ＶＫＣ１、ＶＫＣ２は、それぞれ、互いに異なる運転状態での実筒内容積である。
（学習処理）
　学習処理には、筒内容積検出処理、ノック制御処理、第１筒内容積算出処理、第２筒内容積算出処理、および筒内容積率学習処理が含まれている。
　電子制御ユニット１６は、筒内容積検出処理を実行することができる。筒内容積検出処理は、ＣＡ５０での筒内容積を、内燃機関の燃焼行程ごとに、推定により求めるものである。本実施の形態では、筒内容積検出処理において計算処理を実行することで、推定によりＣＡ５０での筒内容積を求める。
　筒内容積検出処理における計算処理には、点火時期を遅角するとＣＡ５０も遅角し、その点火時期遅角量とＣＡ５０遅角量とが一致するという前提が導入されている。この前提は、点火時期によらず、燃焼割合０％～５０％までの燃焼期間が一定であるという前提に基づいている。この前提によれば、先ず、ベース点火時期で燃焼を実施したときのＣＡ５０に対応する筒内容積の値、すなわちベース筒内容積を求めておく。ベース点火時期に対する遅角量が決まれば、この遅角量に応じてＣＡ５０の遅角量が決まる。ＣＡ５０の遅角量が決まれば、クランク角から決まるピストン位置および筒内容積の関係に従ってベース筒内容積をその遅角量分だけ増加することで、「遅角後のＣＡ５０に対応する筒内容積の値」を計算することができる。本実施の形態においてもこの前提に基づいて、点火時期遅角量を反映したＣＡ５０での筒内容積を算出する筒内容積検出処理プログラムを作成しておき、電子制御ユニット１６がこの処理を実行する。
　電子制御ユニット１６は、ノック制御処理を実行する。ノック制御処理は、内燃機関１０のノッキングを所定レベル以下とするように点火時期制御を実施する処理である。具体的には、ノックセンサ１５によって検出されるノッキングが許容レベル以下になるように、ベース点火時期に補正（遅角あるいは進角）を施した補正後点火時期を求めるものである。この処理によってノッキングが回避される。
　電子制御ユニット１６は、第１筒内容積算出処理を実行する。本実施の形態では、第１筒内容積算出処理が、図３にも示す第１ベース筒内容積Ｖｂａｓｅ１を算出するものとする。
　第１ベース筒内容積Ｖｂａｓｅ１は、機関運転状態が第１運転状態（第１機関回転数ＮＥ１および第１機関負荷ＫＬ１）にあるときに第１ベース点火時期ＳＡｂａｓｅ１で実施される燃焼行程における、ＣＡ５０での筒内容積である。
　本実施の形態では、電子制御ユニット１６が、ベース筒内容積マップに記憶された複数個のベース筒内容積値のうち、機関回転数ＮＥ１と機関負荷ＫＬ１に対応する値を、ベース筒内容積Ｖｂａｓｅ１として読み出す。
　電子制御ユニット１６は、第２筒内容積算出処理を実行する。本実施の形態では、第２筒内容積算出処理が、図３にも示す実筒内容積ＶＫＣ１を算出するものとする。
　この実筒内容積ＶＫＣ１は、機関運転状態が第１運転状態にあるときにノック制御による点火時期制御が実施された後、その制御後の点火時期で実施された燃焼行程における、ＣＡ５０での筒内容積である。
　すなわち、ノック制御処理によって、ノックセンサ１５の検出値に基づいて、ノッキングが所定レベル以下となるように点火時期が補正（遅角あるいは進角）される。この補正により、ベース点火時期ＳＡｂａｓｅに対して、ある補正量ΔＳＡが加算されることになる。その補正後の点火時期で燃焼が実施されることで、その燃焼行程中のＣＡ５０が決まる。エンジン構造上、クランク角からピストン位置が決まり、その結果筒内容積が定まるので、ＣＡ５０の値が決まればこれに応じて一つの筒内容積の値が決まる。
　本実施の形態では、このような点火時期、燃焼割合、クランク角、および筒内容積の一連の関係から、筒内容積を計算する。その計算のために、点火時期と筒内容積の関係を一義的に定めた関数を、数式又はマップの形式で電子制御ユニット１６に記憶しておくものとする。電子制御ユニット１６は、この関数を表す数式又はマップに従って、点火時期補正量（遅角量）から、ＶＫＣ１を算出する処理を実行する。
　電子制御ユニット１６は、筒内容積率学習処理を実行する。筒内容積率学習処理は、筒内容積率を算出し、学習値として記憶するものである。筒内容積率とは、「第１筒内容積算出処理で算出した筒内容積」から「第２筒内容積算出処理で算出した筒内容積」を減算した差分を、「第１筒内容積算出処理で算出した筒内容積」で除算した値である。本実施の形態においては、学習値として記憶すべき筒内容積率は、下記の式で表される。
　「筒内容積率」＝ΔＶ／Ｖｂａｓｅ１　　　　　・・・（２）
　ΔＶ＝Ｖｂａｓｅ１－ＶＫＣ１　　　　　　　・・・（３）
　本実施の形態では、電子制御ユニット１６が、このΔＶ／Ｖｂａｓｅ１の値をノック学習値として所定メモリ領域に記憶する学習値記憶処理を実行する。
（学習値反映処理）
　学習値反映処理は、上記の学習処理により獲得された学習値を、その後、異なる運転状態下（本実施の形態では、「第２運転状態」と称している）におけるノック制御時に活用するためのステップである。学習値反映処理には、第３筒内容積算出処理、および学習点火時期の設定処理が含まれている。
　先ず、電子制御ユニット１６は、第３筒内容積算出処理を実行する。本実施の形態では、第３筒内容積算出処理が、図３にも示す第２ベース筒内容積Ｖｂａｓｅ２を算出するものとする。この第２ベース筒内容積Ｖｂａｓｅ２は、機関運転状態が上記第１運転状態と異なる第２運転状態（第２機関回転数ＮＥ２および第２機関負荷ＫＬ２）にあるときに第２ベース点火時期ＳＡｂａｓｅ２で実施される燃焼行程における、ＣＡ５０での筒内容積である。
　本実施の形態では、電子制御ユニット１６が、ベース筒内容積マップから、第２機関回転数ＮＥ２および第２機関負荷ＫＬ２から決まるベース筒内容積の値を読み出し、これを第２ベース筒内容積Ｖｂａｓｅ２とする。
　電子制御ユニット１６は、「学習点火時期」を設定する設定処理を実行する。「学習点火時期」とは、機関運転状態が第２運転状態にあるときに、ノック制御処理による点火時期制御を実施するときの初期値としての点火時期である。つまり、ノック制御処理では、この学習点火時期を初期値として点火時期制御が開始され、この初期値に対してさらに補正（一般的には遅角）が行われる。具体的には、この設定処理はベース点火時期ＳＡｂａｓｅに対して加算される補正量（ΔＳＡ）の初期値を設定するものであり、この補正量が学習点火時期を算出するために用いられる。
　設定処理は、学習値が大きいほど実筒内容積ＶＫＣ２が大きくなるように、学習点火時期を設定する。実筒内容積ＶＫＣ２は、学習点火時期での燃焼行程における実筒内容積であり、図３にも示してある。本実施の形態では、この設定処理において、「実筒内容積ＶＫＣ２が達成される学習点火時期」を設定する。すなわち、図３に示すように、ＶＫＣ２とは、第２ベース筒内容積であるＶｂａｓｅ２から、ある増加分ΔＶ´だけ拡大した筒内容積である。本実施の形態では、この筒内容積拡大量ΔＶ´が、下記のように学習値を利用して算出される。
　ΔＶ´＝Ｖｂａｓｅ２×（ΔＶ／Ｖｂａｓｅ１）　　　　　・・・（４）
　そして、このΔＶ´分だけＶｂａｓｅ２から筒内容積が拡大するように、ベース点火時期に対する点火時期遅角量を算出する。すなわち、実筒内容積ＶＫＣ２が達成される学習点火時期が得られるように、ベース点火時期に対する点火時期遅角量を算出する。
　前述した筒内容積検出処理で説明したように、本実施の形態では、点火時期遅角量とＣＡ５０遅角量とが一致するという前提が導入されている。この前提にしたがって、本実施の形態では、点火時期遅角量とＣＡ５０遅角量とが一致するものとして、今回の燃焼行程での実筒内容積ＶＫＣ２が「Ｖｂａｓｅ２にΔＶ´を加算した筒内容積」となるように、点火時期遅角量を計算する。
　その後、上記の一連の処理による学習結果が点火時期制御に利用される。すなわち、ノック制御において、点火時期の初期値がこの学習点火時期に設定されたうえで点火時期制御が開始される。
　その後、再び、学習処理および学習値反映処理が繰り返される。すなわち、ノックセンサ１５で検出されるノッキングが許容レベル以下となるようにベース点火時期に対する補正が施されたり、筒内容積率の学習が行われたりする等の一連の処理が実行される。この場合、上記説明のうち、第１運転状態にかかる部分を「時間的に先の燃焼行程のときの運転状態」と読み替えるとともに、第２運転状態にかかる部分を「時間的に後の燃焼行程のときの運転状態」と読み替える。そのうえで、内燃機関１０の運転に伴って燃焼行程が生じるごとに、同様の処理を実行すればよい。
　内燃機関１０の運転中、運転状態が変化したり、外乱（吸気温度、吸気管圧力、オクタン価、その他の環境条件の変化）が発生したりするなかで、繰り返し、上記の一連の処理が実施される。
　本実施の形態によれば、一つの筒内容積率学習値を持つことで、複数の運転状態に対処することができる。すなわち、内燃機関１０の運転時間の経過に伴って上記の学習処理および学習値反映処理が繰り返される中で、学習値が更新されていく。更新された最新の学習値を用いて、上記の式（４）を利用して、適切な実筒内容積が達成される学習点火時期が得られるように、ベース点火時期に対する遅角量を算出することができる。従って、学習値を統一することができる。このように、本実施の形態にかかる点火時期制御装置のノック学習技術は、異なる複数の運転状態においても、一貫した学習方法で、一つの筒内容積率学習値を利用して、ノック学習値を適切に設定することができる。
　図４は、本発明の実施の形態１にかかる点火時期制御装置における、ノック学習の作用効果を説明するための模式図である。
　図４の縦軸は、「筒内容積変化率」を表しており、（ｄＶ／ｄθ）／Ｖの値である。Ｖは筒内容積であり、ｄＶ／ｄθは、クランク角の１度（ｄｅｇ）あたりの筒内容積の変化分である。
　クランク角１度あたりの筒内容積変化率が大きいほど、ノック抑制効果が高まる。エンジンの幾何寸法であるクランク径およびコンロッド長から、クランク角１度あたりのノック抑制効果は、所定クランク角を境に増加から減少に転じる。これを表したのが図４である。図４によれば、あるクランク角（図４のクランク角３０度）を境に、筒内容積変化率が増加から減少に転じていることがわかる。つまり、条件が同じ（外乱の状況が一定）であれば、あるクランク角進角側で遅角量が相対的に小さくなり、あるクランク角より遅角側では遅角量が相対的に大きくなる。実施の形態１にかかるノック学習によれば、筒内容積率を学習値として持ち、その学習値を利用してノック回避時の点火時期を決めているので、このような筒内容積変化率の傾向が盛り込まれた点火時期制御が達成されるという利点がある。
　また、筒内容積変化率が同じであれば、未燃ガス温度および圧力の変化率も同じになるという関係がある。この関係に基づくと、点火時期遅角に伴う筒内容積変化率を一定とすることにより、異なる運転状態下においても、毎回、同一のノック抑制効果を得ることができる。この点、実施の形態１では、学習値の更新がなされない限り、上記の式（４）によって毎回同じ学習値（同じ筒内容積率）の乗算が実施される。そして、その計算結果から決まる実筒内容積が実現されるように、点火時期遅角量が決定される。これにより、毎回のノック抑制効果の均一化を図ることもできる。
［実施の形態１にかかる装置の具体的制御処理］
　図５は、本発明の実施の形態１にかかる点火時期制御装置において、電子制御ユニット１６が実行するルーチンのフローチャートである。電子制御ユニット１６は、このルーチンを、内燃機関１０の運転中に、繰り返し、燃焼行程（燃焼サイクルごと）ごとに実行する。以下では、既に図５のルーチンが一度実行されて学習値が一度得られた状態から、再度、図５のルーチンが実行される場合を説明するものとする。
　図５のルーチンでは、先ず、電子制御ユニット１６が、車両状態およびエンジン状態を検出する処理を実行する（ステップＳ１００）。このステップでは、下記の３つの検出処理が行われる。
　本実施の形態では内燃機関１０が車両に搭載されているものとする。第１検出処理は、この車両の速度を検出する処理である。速度検出は車両のスピードメータからの出力信号を電子制御ユニット１６が受けることで実現される。
　第２検出処理は、その車両に対するドライバー要求を検出する処理である。ドライバー要求の検出は、具体的には、アクセル開度の検出およびシフトポジションの検出を含む。電子制御ユニット１６が図示しないアクセル開度センサやシフト位置検出回路からの信号を受けることにより、これらの検出が実施される。
　第３検出処理は、内燃機関１０のエンジン状態を検出する処理である。エンジン状態には、エンジン冷却水温、機関回転数、吸入空気量、圧縮比などが含まれる。これらの検出は、エンジン水温センサやクランクポジションセンサ、エアフローメータ等といった、内燃機関に搭載される各種センサの出力を電子制御ユニット１６が得ることにより実施される。
　次に、電子制御ユニット１６は、検出した吸入空気量に基づいて燃料噴射量制御を実施する（ステップＳ１０２）。
　このステップでは、より具体的には、ステップＳ１００の検出結果を利用して、点火時期制御以外のエンジン制御が実施される。ここで実施されるエンジン制御は各種公知のエンジン制御技術を利用すればよいため、詳細な説明は省略する。
　次に、電子制御ユニット１６は、筒内容積率補正値を算出する処理を実行する（ステップＳ１０４）。このステップは、吸気温や外気温、過給圧などの環境が変化した場合にこれに応じて必要となる点火時期補正値を、筒内容積率ΔＶ／Ｖの単位で算出するステップである。なお、ここで説明する筒内容積率補正値の算出方法は、上述した実施の形態１にかかる「学習処理」で説明した計算内容とは異なるものである。
　このステップの前提として、電子制御ユニット１６は、吸気温、外気温その他の外乱に対応させて筒内容積率補正値（ΔＶ／Ｖ）ｄｓｔを算出するための補正値算出プログラムを記憶している。筒内容積率補正値（ΔＶ／Ｖ）ｄｓｔは、吸気温や外気温、過給圧などの環境が変化した場合に、その変化量（例えば変化温度）に対して、点火時期をどの程度遅角させたらよいかを示す指標値である。
　本実施の形態では、筒内容積率補正値（ΔＶ／Ｖ）ｄｓｔと「外乱の変化量」との間の関係を、補正値数式或いは補正値マップの形で予め作成しておくとともに、これを利用した補正値算出プログラムを電子制御ユニット１６に予め記憶しておく。この補正値算出プログラムに対して、外乱の変化量を入力することで、筒内容積率補正値（ΔＶ／Ｖ）ｄｓｔを算出する。なお、外乱の変化量は、具体的には、図示しない吸気温度センサの出力に基づく吸気温度変化量や、図示しない外気温度センサの出力に基づく外気温度変化量、図示しない吸気圧センサの出力に基づく過給圧変化量などを想定するものとする。外乱の種類ごとに、或いは運転状態ごとに、上記の補正値数式や補正値マップを複数作成しておくものとする。
　このステップＳ１０４で算出した筒内容積率補正値（ΔＶ／Ｖ）ｄｓｔは、以降のステップで、本実施の形態にかかる筒内容積率学習値とともに使用される。これにより最終的に実現すべき筒内容積率が算出される。
　次に、電子制御ユニット１６は、ＫＣＳ点火時期学習量を算出する処理を実行する（ステップＳ１０６）。そして、電子制御ユニット１６は、点火時期学習値による補正量を反映させる処理を実行する（ステップＳ１０８）。これらのステップでは、電子制御ユニット１６が、前述した「学習値反映処理」における「学習点火時期の設定処理」の内容を実施する。
　先ず、ステップＳ１０６では、電子制御ユニット１６が、上述した「学習処理」により学習されたノック学習値を読み出す処理を実行する。ここで、説明の便宜上、本実施の形態では前回のノック学習が第１運転状態において実施されたものとし、ノック学習値にΔＶ／Ｖｂａｓｅ１の値が記憶されているものとする。
　本実施の形態では、筒内容積率補正値（ΔＶ／Ｖ）ｄｓｔとノック学習値ΔＶ／Ｖｂａｓｅ１との合算を行って、積算筒内容積率（ΔＶ／Ｖ）Ｔｏｔａｌを算出する。この「合算」とは、複数の補正値を点火時期制御に反映させるための計算を意味している。
　本実施の形態においては、（Ｖ＋ΔＶ）／Ｖという値を乗算することで、補正値や学習値を１つの数値に集約した値を求めるものとする。具体的数値を例示して説明すると、先ず、ステップＳ１０４で算出した（ΔＶ／Ｖ）ｄｓｔが０．１である場合には、これを（Ｖ＋ΔＶ）／Ｖに代入することで、（１＋０．１）＝１．１という値を求める。ノック学習値ΔＶ／Ｖｂａｓｅ１が０．２である場合には、これを（Ｖ＋ΔＶ）／Ｖに代入することで、（１＋０．２）＝１．２という値を求める。これら１．１と１．２とを乗算することで、１．３２という積算値を求める。本実施の形態では、この１．３２という値を、複数の補正値、学習値（つまり、筒内容積率補正値（ΔＶ／Ｖ）ｄｓｔおよびノック学習値ΔＶ／Ｖｂａｓｅ１）を１つの値に集約（合算）した値として取り扱うものとする。
　ここで、（ΔＶ／Ｖ）Ｔｏｔａｌ、ΔＶ／Ｖｂａｓｅ１、および（ΔＶ／Ｖ）ｄｓｔの間の関係を式で表すと、下記のとおりである。
　１＋（ΔＶ／Ｖ）Ｔｏｔａｌ＝（１＋ΔＶ／Ｖｂａｓｅ１）×（１＋（ΔＶ／Ｖ）ｄｓｔ）　　・・・（５）
この数式（５）から、（ΔＶ／Ｖ）ｄｓｔが０．１でありΔＶ／Ｖｂａｓｅ１が０．２である場合には、（ΔＶ／Ｖ）Ｔｏｔａｌが０．３２となることが導かれる。
　本実施の形態のように乗算を行うようにし、筒内容積率補正値やノック学習値の値を単純に加算しない理由は、これらの値はそれぞれ変化率を表しているので、単純に加算した値とすると誤差が生ずるからである。
　電子制御ユニット１６は、上記の積算筒内容積率（ΔＶ／Ｖ）Ｔｏｔａｌを用いて、下記の数式（６）に従って、筒内容積拡大量ΔＶ２´を算出する。
　ΔＶ２´＝Ｖｂａｓｅ２×（ΔＶ／Ｖ）Ｔｏｔａｌ　　　　　・・・（６）
数式（６）の計算の内容は、上述した「学習値反映処理」にかかる数式（４）と類似している。ただし、本実施の形態では、説明の便宜上、現在の運転状態が第２運転状態であるものとし、ベース筒内容積Ｖｂａｓｅ２に対する筒内容積拡大量ΔＶ２´を算出するものとする。
　さらに、ステップＳ１０８では、電子制御ユニット１６が、ベース点火時期ＳＡｂａｓｅ２に対する点火時期遅角量を算出する。この点火時期遅角量は、ΔＶ２´分だけ今回のベース筒内容積Ｖｂａｓｅ２から筒内容積が拡大するように、ベース点火時期ＳＡｂａｓｅ２に対して算出される遅角量である。言い換えると、この点火時期遅角量は、実筒内容積ＶＫＣ２が達成される学習点火時期が得られるように、ベース点火時期ＳＡｂａｓｅ２に対して算出される遅角量である。
　次に、電子制御ユニット１６は、ノックセンサ１５の出力に基づいて、点火時期のフィードバック制御処理を実行する（ステップＳ１１０）。なお、このステップに至る段階で、内燃機関１０では燃焼行程が実施されており、ノックセンサ１５によりノッキングが検出されうる状況となっているものとする。このステップでは、電子制御ユニット１６がノック制御を実行することで、ノッキングが許容レベル以下となるように点火時期制御が実施される。このノック制御の初期値が、上記のステップＳ１０８で反映された点火時期（学習点火時期）である。
　次に、電子制御ユニット１６は、フィードバック補正量が所定値より大きいか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１１２）。吸気温度、吸気管圧力、筒内デポジット堆積、オクタン価、その他の環境条件の変化が外乱となるが、この外乱の変化により学習値が適切でなくなる場合がある。そこで、このステップでは、ステップＳ１１０のフィードバック補正量、つまりノック制御による点火時期遅角量が、学習点火時期に対して、所定値以上乖離しているかどうかが判別される。これにより、現在の学習値が適切かどうかを評価することができる。このステップにおいてフィードバック補正量が所定値より大きいと判定された場合には、現在の学習値がもはや適切ではなく、後述の更新処理が必要であると判断することができる。
　ステップＳ１１２において、フィードバック補正量が所定値より大きいと判定されなかった場合には、ノック学習値の更新がされることなく、今回のルーチンが終了する。そして、次回の燃焼行程において再び図５のルーチンが実行される。
　ステップＳ１１２において、フィードバック補正量が所定値より大きいと判定された場合には、電子制御ユニット１６が、５０％燃焼割合となる時期を算出する処理を実行する（ステップＳ１１４）。そして、電子制御ユニット１６が、ΔＶ／Ｖｂａｓｅ２すなわち筒内容積率を算出し、この算出した値により学習値を更新する処理を実行する（ステップＳ１１６）。すなわち、このステップＳ１１４およびＳ１１６の一連の処理では、電子制御ユニット１６が、前述した「学習処理」にかかる筒内容積検出処理、第１筒内容積算出処理、第２筒内容積算出処理、および筒内容積率学習処理の内容が実行される。
　ステップＳ１１４では、燃焼割合が５０％となる時期（クランク角）が算出される。ここでは、先ず、実筒内容積ＶＫＣＸが算出される。実筒内容積ＶＫＣＸは、ステップＳ１１２の点火時期フィードバック制御後における、ＣＡ５０での実筒内容積である。実筒内容積ＶＫＣＸは、電子制御ユニット１６が上述した「学習処理」にかかる第２筒内容積算出処理を実行することで実現される。
　なお、ステップＳ１０８において実筒内容積ＶＫＣ２を実現する点火時期が設定されたものの、その点火時期では不適当であったということがステップＳ１１２の判定ルーチンで示されている。従って、ステップＳ１１０での点火時期フィードバック制御処理により定まった点火時期は、実筒内容積ＶＫＣ２を実現する点火時期とは有意に異なると考えられる。従って、実筒内容積ＶＫＣＸは実筒内容積ＶＫＣ２とは異なる値である。
　また、今回の運転状態に基づいて、ベース筒内容積マップからベース筒内容積が読み出される。前述したように、現在の運転状態を、便宜上、第２運転状態としているので、ベース筒内容積マップからＶｂａｓｅ２が読み出される。この処理は、前述の「学習処理」における第１筒内容積算出処理に相当している。
　ステップＳ１１６では、実筒内容積ＶＫＣＸおよびベース筒内容積Ｖｂａｓｅ２を用いて、次の式に従って、筒内容積率が算出される。この処理は、前述の「学習処理」における筒内容積率学習処理に相当している。
　筒内容積率＝ΔＶ／Ｖｂａｓｅ２　　　　　・・・（７）
　ΔＶ＝Ｖｂａｓｅ２－ＶＫＣＸ　　　　　　　・・・（８）
これらの式は、前述の数式（２）および（３）に相当している。電子制御ユニット１６は、このΔＶ／Ｖｂａｓｅ２の値をノック学習値として所定メモリ領域に記憶する学習値記憶処理を実行する。これにより、ノック学習値の更新が完了する。
　その後今回のルーチンが終了する。そして、次回の燃焼行程において再び図５のルーチンが実行される。
　なお、上述した実施の形態１では、燃焼割合が５０％となるクランク角で決まる筒内容積を、ノック学習に利用している。具体的には、図３にも示すベース筒内容積Ｖｂａｓｅ１、Ｖｂａｓｅ２、や実筒内容積ＶＫＣ１、ＶＫＣ２である。実施の形態１において、この「燃焼割合５０％となるクランク角」すなわちＣＡ５０は、「燃焼を代表するクランク角」としての役割を果たしている。ＣＡ５０の相対的な位置関係を見ることで、燃焼期間が全体的に進角側にあるか遅角側にあるかを検出できるからである。
　しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、燃焼割合が５０％以外となるクランク角で決まる筒内容積を用いてもよい。例えば、燃焼割合は０～１００％のいずれかの点、具体的には、例えば、１０％、２０％、３０％、・・・６０％、７０％、８０％などの各燃焼割合のいずれか１つを、５０％燃焼割合に代えて、所定燃焼割合として用いても良い。なお、１０％刻みとしているのは例示である。これらの各燃焼割合に対応するクランク角は、ＣＡ５０と同じ規則に則って、それぞれＣＡ１０、ＣＡ２０、ＣＡ３０、・・・、ＣＡ６０、ＣＡ７０、ＣＡ８０と記される。選定した所望燃焼割合となるクランク角で決まる筒内容積を、実施の形態１にかかるノック学習の学習パラメータに利用しても良い。所定の燃焼割合となるクランク角を、「所定燃焼割合クランク角」と略称する。
　なお、燃焼割合５０％となる時期は燃焼重心としての役割を果たしている。従って、ＣＡ５０は、燃焼前半のＣＡ１０やＣＡ２０或いは燃焼後半のＣＡ７０やＣＡ８０などと比べて、燃焼全体をバランスよく代表することができるという点で好ましい。
　なお、燃焼後半、すなわち燃焼割合が５０％より後の時期では、未燃ガス温度および圧力がより高くなり、ノック発生への寄与が大きい。そこで、この燃焼後半に重点を置いて、すなわち例えばＣＡ６０、ＣＡ７０などを、ＣＡ５０に代えて所定燃焼割合クランク角として選定し、実施の形態１にかかる点火時期制御装置を構築してもよい。
　なお、実施の形態１では、筒内容積検出処理により、推定的に、ＣＡ５０での筒内容積を求めた。しかしながら、本発明はこれに限られず、筒内圧センサを用いた直接的な検知を実施してもよい。すなわち、内燃機関１０に筒内圧センサを設置して、気筒内の圧力を直接にセンシングすることで、数式（１）に従って燃焼割合を算出してもよい。算出した燃焼割合から５０％燃焼割合となるクランク角を特定し、その特定したクランク角から筒内容積を算出しても良い。このように、筒内圧センサに基づく筒内圧の検知結果を利用して、ＣＡ５０での筒内容積を求めても良い。
実施の形態２．
［実施の形態２にかかる装置の構成］
　実施の形態２にかかる点火時期制御装置のハードウェア構成は、実施の形態１の装置構成（図１に示す構成）と同様であるものとする。従って、ハードウェア構成については図示を省略する。
［実施の形態２にかかる装置の動作］
　図６は、本発明の実施の形態２にかかる点火時期制御装置における、ノック学習の内容を説明するための模式図である。図６において、符号ｄθ／（ｄＶ／Ｖ）を付した太線の特性カーブを、「ベース特性カーブ」とも称す。このベース特性カーブは、単位筒内容積変化率あたりのクランク角変化量を示している。ここでいう筒内容積変化率ｄＶ／Ｖとは、微小筒内容積変化分ｄＶを筒内容積Ｖで除した値である。ＣＡ５０が異なる複数の運転状態について、筒内容積変化率ｄＶ／Ｖが１という値となるように筒内容積を変化させるために必要なクランク角変化量ｄθを表したのが、ベース特性カーブである。このベース特性カーブは、内燃機関１０の幾何寸法であるクランク径およびコンロッド長から算出される理論値である。
　一方、図６における細線の特性カーブＳ１およびＳ２は、それぞれ、点火時期補正量を表している。この点火時期補正量は、ベース点火時期に対する遅角量である。
　実施の形態２のノック学習を概略的に説明する。実施の形態２における前提として、「容積変化率あたりのクランク各変化量」と「点火時期補正量」とが比例するものとみなしている。以下の説明では、簡略化のため、「容積変化率あたりのクランク各変化量」をｄθ／（ｄＶ／Ｖ））と記すことがある。図６は、このような前提に基づいて作成された図であり、ｄθ／（ｄＶ／Ｖ）と点火時期補正量とがともに同一の目盛を有するグラフの縦軸上に記載されている。本実施の形態では、模式的には、図６に矢印で示すように、ベース特性カーブについて「全体を学習係数分だけ等倍」する計算が行われる。その結果、特性カーブＳ１やＳ２が得られ、この特性カーブＳ１やＳ２を利用して点火時期補正量が算出される。
　つまり、ベース特性カーブに対して学習係数を乗じることで、ベース特性カーブが全体として学習係数倍された特性カーブＳ１が得られる。本実施の形態では、各々の運転状態においてＣＡ５０のクランク角ごとにこの特性カーブＳ１から決まる値を点火時期遅角量に設定する。これにより、ノック制御により得られた適切な点火時期学習値を点火時期制御に利用することができる。
　実施の形態２にかかる点火時期制御装置は、ベース特性カーブと、ベース特性カーブに乗ずべき学習係数とを用いて、最終的に点火時期補正量を算出する。電子制御ユニット１６は、このベース特性カーブを定めたマップを記憶しており、学習係数の書き込みおよび読み出しを可能とする記憶領域も備えている。
　以下、実施の形態２において電子制御ユニット１６の実行する処理内容を、「係数学習処理」と、「係数利用処理」の２つの処理に区分して説明する。
（係数学習処理）
　内燃機関１０において、第１の燃焼行程が、クランク角１５度の位置にＣＡ５０が位置する運転状態で実施されたとする。つまり、この第１の燃焼行程は、ある機関回転数ＮＥ２１、ある機関負荷ＫＬ２１、ある点火時期ＳＡ２１において燃焼が行われた結果、ＣＡ５０がクランク角１５度に位置するものである。この場合、ベース特性カーブ上におけるｄθ／（ｄＶ／Ｖ）の値は、Ｐ１（°ＣＡ）である。これは、筒内容積変化率（ｄＶ／Ｖ）が１という値をとるように筒内容積を変化させるために、ｄθ＝Ｐ１（°ＣＡ）だけ点火時期を変化させる必要があるという意味である。
　実施の形態１と同様に、実施の形態２においても、電子制御ユニット１６がノック制御すなわちノックセンサ１５の出力に基づいてノックレベルが許容レベル以下となるように点火時期フィードバック制御を実施する。クランク角１５度の位置にＣＡ５０が位置する運転状態でノック制御が実施され、このノック制御の結果（点火時期遅角量）を図６に示すマップ上に表した場合に、そのノック制御の結果としての点火時期遅角量がＰ２（°ＣＡ）であったとする。
　実施の形態２では、電子制御ユニット１６が、このＰ２／Ｐ１の値を学習係数として記憶する処理を実行する。上記の状況は、筒内容積変化率が１となるように筒内容積を変化させるためにＰ１（°ＣＡ）のクランク角変化量が理論上必要であるのに対し、実際のノック制御の結果として得られた点火時期遅角量はこれよりも少ないＰ２（°ＣＡ）であったことを意味している。従って、Ｐ２／Ｐ１という値は、前回のノック制御によって変化させられた筒内容積変化率を表すことになる。
　図６に示すグラフの値と異なる数値ではあるが、理解を容易にするため、具体的に数値を例示して説明する。例えば、ベース特性カーブ上でのＰ１が５°ＣＡであり、Ｐ２すなわちノック制御での遅角量が２°ＣＡであったとする。この場合、クランク角を５°ＣＡだけ変化させれば、筒内容積変化率が１となるような筒内容積変化を生じさせることができる。一方、クランク角を２°ＣＡだけ変化させた場合は、これに応じて、筒内容積変化率は２／５すなわち０．４という値をとることになる。この場合の学習係数Ｐ２／Ｐ１は、０．４ということになる。
　言い換えると、ノック制御において所望のノック抑制効果を実現するために点火時期を遅角させたのであるが、その遅角量は、筒内容積変化率が０．４という値を取るように筒内容積を変化（拡大）させる程度の遅角量だったことになる。
（係数利用処理）
　次に、学習係数を利用する方法を説明する。上述した第１の燃焼行程の後に、内燃機関１０において、第２の燃焼行程が、クランク角３０度の位置にＣＡ５０が位置する運転状態で実施されるとする。つまり、この第２の燃焼行程は、ある機関回転数ＮＥ２２、ある機関負荷ＫＬ２２、ある点火時期ＳＡ２２において燃焼が行われた結果、ＣＡ５０がクランク角３０度に位置するものである。この場合、図６のベース特性カーブの値は、Ｐ３（°ＣＡ）である。これは、１という筒内容積変化率（ｄＶ／Ｖ）を得るために、Ｐ３（°ＣＡ）だけ点火時期を変化させる必要があるという意味である。
　ここで、実施の形態２では、上述した学習係数Ｐ２／Ｐ１を利用する。前述したように、この学習係数Ｐ２／Ｐ１は、前回のノック制御によって点火時期が遅角されたことで筒内容積が変化したときの、筒内容積変化率を表している。今回の運転状態（ＣＡ５０がクランク角３０度となる運転条件の場合）においても前回の運転状態（ＣＡ５０がクランク角１５度となる運転条件の場合）とときに実施したノック制御と同じノック抑制効果を得るためには、同じ筒内容積変化率での筒内容積拡大を生じさせる程度に、点火時期を遅角すればよい。同じ筒内容積変化率での筒内容積拡大とは、すなわち、筒内容積変化率が０．４という値をとるように、ＣＡ５０での筒内容積の拡大を生じさせるという意味である。
　ベース特性カーブをみると、ＣＡ５０がクランク角３０度となる運転状態では、ｄθ／（ｄＶ／Ｖ）の値がＰ３（°ＣＡ）である。これは、ＣＡ５０がクランク角３０度となる運転状態では、１という筒内容積変化率（ｄＶ／Ｖ）を得るために、Ｐ３（°ＣＡ）だけ点火時期を変化させる必要があるという意味である。
　図６に示すグラフの値と異なるが、理解を容易にするため、具体的に数値を例示して説明する。例えば、Ｐ３が４°ＣＡであるとする。この場合、ＣＡ５０がクランク角３０度となる運転状態では、クランク角を４°ＣＡだけ変化させれば筒内容積変化率を１とすることができる。
　電子制御ユニット１６は、上述した学習係数Ｐ２／Ｐ１とＰ３の値とを乗算する。この計算で得た筒内容積変化率に基づいて、ＣＡ５０がクランク角３０度となる運転状態における、現時点での適切な点火時期遅角量を算出する。
　例えば、前述の係数学習処理において、最終的に得られた学習係数の具体例は、Ｐ２／Ｐ１＝０．４であった。そこで、ＣＡ５０がクランク角３０度となる運転状態においても、同様にベース特性カーブ値の０．４倍となる筒内容積変化率を実現するように点火時期を遅角すれば、ＣＡ５０がクランク角１５度となる運転状態で実現したノック制御と同じノック抑制効果を得ることができる。すなわち、ＣＡ５０がクランク角３０度となる運転状態においては、クランク角を４°ＣＡだけ変化させれば筒内容積変化率を１とすることができる。この規則に従えば、筒内容積変化率をベース特性カーブ値の０．４倍としたいのであれば、４×０．４＝１．６（°ＣＡ）だけ点火時期を遅角させればよい。
　この計算方法を図６に記載した符号で説明すると、下記の式によってＰ４（°ＣＡ）が導き出される。
Ｐ４＝（Ｐ２／Ｐ１）×Ｐ３　・・・（９）
　電子制御ユニット１６は、このＰ４（°ＣＡ）の値を点火時期遅角量として設定する。これにより、他の運転状態においてノック学習を実施し、その学習結果を利用して今回の運転状態の点火時期を適切に設定することができる。
［実施の形態２にかかる装置の具体的制御処理］
　図７は、本発明の実施の形態２にかかる点火時期制御装置において、電子制御ユニット１６が実行するルーチンのフローチャートである。電子制御ユニット１６は、このルーチンを、内燃機関１０の運転中に、繰り返し、燃焼行程ごと（燃焼サイクルごと）に実行する。以下では、既に図７のルーチンが一度実行されて学習係数が一度得られた状態から、再度、図７のルーチンが実行される場合を説明するものとする。
　図７のルーチンでは、先ず、電子制御ユニット１６が、図５に示した実施の形態１の具体的処理と同様に、ステップＳ１００、Ｓ１０２の処理を実行する。
　次に、電子制御ユニット１６は、点火時期補正値を算出する処理を実行する（ステップＳ２０６）。このステップＳ２０６の処理は、吸気温等、個別に判断可能な外乱について、点火時期補正量をクランク角度として算出する処理である。なお、それぞれの外乱の量（吸気温度変化量など）と、点火時期補正量との間の関係は、予めマップや計算式の形態で電子制御ユニット１６内に記憶しておくものとする。このステップＳ２０６の処理の実行により、点火時期補正量（°ＣＡ）が、遅角量または進角量として算出される。
　次に、電子制御ユニット１６は、ＫＣＳ点火時期学習量を算出する処理を実行する（ステップＳ２０６）。
　これらのステップでは、電子制御ユニット１６が、前述した「係数利用処理」を実施する。
　先ず、ステップＳ２０６では、電子制御ユニット１６が、上述した「係数学習処理」により学習された学習係数Ｋをメモリの所定記憶領域から読み出す処理を実行する。ここで、説明便宜上、本実施の形態では前回のノック学習が、「ＣＡ５０がクランク角１５度となる運転状態（すなわち、機関回転数ＮＥ２１、ある機関負荷ＫＬ２１、ある点火時期ＳＡ２１）」において実施されたものとし、学習係数ＫにＰ２／Ｐ１の値が記憶されているものとする。なお、上記説明において例示した学習係数Ｋの具体的数値は０．４である。
　電子制御ユニット１６は、上記の学習係数Ｋを用いて、前述の数式（９）に従って、ノック抑制に必要な点火時期遅角量を計算するための処理を実行する。本実施の形態では、説明の便宜上、現在の運転状態が「ＣＡ５０がクランク角３０度となる運転状態」であるものとする。つまり、機関回転数ＮＥ２２、ある機関負荷ＫＬ２２、ある点火時期ＳＡ２２であるものとする。
　数式（９）に従う計算により、点火時期遅角量Ｐ４（°ＣＡ）が、（Ｐ２／Ｐ１）×Ｐ３と算出される。その結果、学習係数取得時の運転状態で実施したノック制御と同じ程度のノック抑制効果を得るように、点火時期遅角量Ｐ４を算出することができる。なお、前述の説明で例示した具体的数値は１．６（°ＣＡ）である。実施の形態２においても、点火時期遅角量とＣＡ５０の遅角量とが一致するものと取り扱う。
　本実施の形態では、このステップＳ２０６において、ステップＳ２０６の点火時期補正量と、上述した学習係数Ｋから求めた点火時期遅角量Ｐ４とを、加算する処理が実行される。これにおより、最終的な点火時期補正量が算出される。
　そして、電子制御ユニット１６は、ステップＳ２０６で計算した点火時期補正量を点火時期に反映させる処理を実行する（ステップＳ２０８）。電子制御ユニット１６は、上記の一連の処理により求めた点火時期遅角量だけ、現在の点火時期ＳＡ２２に対して点火時期を遅角するように点火時期制御を実施する。
　次に、電子制御ユニット１６は、実施の形態１と同様に、ノックセンサ１５の出力に基づいて、点火時期のフィードバック制御処理を実行する（ステップＳ１１０）。なお、このステップに至る段階で、内燃機関１０では燃焼行程が実施されており、ノックセンサ１５によりノッキングが検出されうる状況となっているものとする。このステップでは、電子制御ユニット１６がノック制御を実行することで、ノッキングが許容レベル以下となるように点火時期制御が実施される。このノック制御の初期値が、上記のステップＳ２０８で設定された点火時期（学習点火時期）である。
　次に、電子制御ユニット１６は、フィードバック補正量が所定値より大きいか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２１２）。処理内容は、実施の形態１のステップＳ２１２と同様であり、点火時期フィードバック補正量、つまりノック制御による点火時期遅角量が、学習点火時期に対して、所定値以上乖離しているかどうかが判別される。
　ステップＳ２１２において、フィードバック補正量が所定値より大きいと判定されなかった場合には、学習係数Ｋの更新がされることなく、今回のルーチンが終了する。そして、次回の燃焼行程において再び図７のルーチンが実行される。
　ステップＳ２１２において、フィードバック補正量が所定値より大きいと判定された場合には、電子制御ユニット１６が、学習係数Ｋを算出し、この算出した値で学習係数を更新する処理を実行する（ステップＳ２１６）。
　ステップＳ２１６では、前述した「係数学習処理」に従って、学習係数Ｋが算出される。つまり、今回のノック制御の結果として得られた点火時期遅角量Ｐ´を、Ｐ３で除算する。その値Ｐ´／Ｐ３の値が、新たに学習された学習係数Ｋであり、電子制御ユニット１６はこのＰ´／Ｐ３を所定メモリ領域に記憶する記憶処理を実行する。これにより、学習係数Ｋの更新が完了する。
　その後今回のルーチンが終了する。そして、次回の燃焼行程において再び図７のルーチンが実行される。
１０　内燃機関
１１　シリンダブロック
１３　燃焼室
１４　点火プラグ
１４ａ　イグナイタ
１５　ノックセンサ
１６　電子制御ユニット
１７　クランク角センサ
１９　スロットルセンサ
２０　エアフローメータ

Claims (6)

  1. 　内燃機関のノッキングを所定レベル以下とするように点火時期制御を実施するノック制御手段と、
    　機関運転状態が第１運転状態にあるときに第１ベース点火時期で実施される燃焼行程における、所定燃焼割合クランク角での筒内容積を算出する第１筒内容積算出手段と、
    　機関運転状態が前記第１運転状態にあるときに前記ノック制御手段での当該点火時期制御が実施された点火時期で実施される燃焼行程における、前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積を算出する第２筒内容積算出手段と、
    　前記第１筒内容積算出手段で算出した筒内容積から前記第２筒内容積算出手段で算出した筒内容積を減算した差分を前記第１筒内容積算出手段で算出した筒内容積で除算した値である筒内容積率を算出し、算出した筒内容積率を学習値として記憶する筒内容積率学習手段と、
    　機関運転状態が前記第１運転状態と異なる第２運転状態にあるときに第２ベース点火時期で実施される燃焼行程における、前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積を算出する第３筒内容積算出手段と、
    　機関運転状態が前記第２運転状態にあるときに前記ノック制御手段による点火時期制御を実施するときの初期値としての点火時期である学習点火時期を設定する設定手段であって、前記学習値が大きいほど、前記学習点火時期で実施される燃焼行程における前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積が大きくなるように、前記学習点火時期を設定する設定手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
  2. 　前記設定手段は、
    　前記学習点火時期で実施される燃焼行程における前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積が、前記第３筒内容積算出手段で算出した筒内容積に前記学習値を積算した積算値分だけ前記第３筒内容積算出手段で算出した筒内容積から変化するように、前記学習点火時期を設定するものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
  3. 　前記所定燃焼割合クランク角は、燃焼割合が５０％以上となるクランク角範囲から選択した１つのクランク角であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
  4. 　前記設定手段は、前記学習点火時期の遅角量に比例して前記所定の燃焼割合となるクランク角が遅角するという規則にしたがって、前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積を算出する手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
  5. 　所定燃焼割合クランク角での筒内容積のベース値であるベース筒内容積値を機関運転状態ごとに定めた情報を記憶したベース値記憶手段をさらに備え、
    　前記第１筒内容積算出手段は、前記ベース値記憶手段で記憶した複数個のベース筒内容積値のうち前記第１運転状態に対応する値を、前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積として読み出す手段を含み、
    　前記第３筒内容積算出手段は、前記ベース値記憶手段で記憶した複数個のベース筒内容積値のうち前記第２運転状態に対応する値を、前記所定燃焼割合クランク角での筒内容積として読み出す手段を含む、
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
  6. 　内燃機関のノッキングを所定レベル以下とするように点火時期制御を実施するノック制御手段と、
    　単位筒内容積変化率あたりのクランク角変化量とクランク角との間の関係を定めた特性を記憶した記憶手段と、
    　機関運転状態が第１運転状態にあるときの燃焼行程における、所定燃焼割合クランク角を検知又は推定により求める第１クランク角取得手段と、
    　前記特性に従って、前記第１クランク角取得手段で求めた前記所定燃焼割合クランク角における、単位筒内容積変化率あたりのクランク角変化量の値を、第１特性値として算出する第１特性値算出手段と、
    　前記第１運転状態で前記ノック制御手段による点火時期制御が実施された場合に、この点火時期制御により得られた遅角量と前記第１特性値との比を、学習係数として記憶する学習手段と、
    　機関運転状態が前記第１運転状態と異なる第２運転状態にあるときの燃焼行程における、前記所定燃焼割合クランク角を検知又は推定により求める第２クランク角取得手段と、
    　前記特性に従って、前記第２クランク角取得手段で求めた前記所定燃焼割合クランク角における、単位筒内容積変化率あたりのクランク角変化量の値を、第２特性値として算出する第２特性値算出手段と、
    　機関運転状態が前記第２運転状態にあるときに前記ノック制御手段による点火時期制御を実施するときの点火時期遅角量の初期値である学習遅角量を設定する設定手段であって、前記第２特性値に対して前記学習係数を乗じた値に基づいて、前記学習遅角量を設定する設定手段と、
    　を備え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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