JP6174264B2 - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置及び制御方法に関し、特に、気筒に充填されるガスに含まれる排気（燃焼ガス）の割合を表すＥＧＲ率に基づいて制御を行う内燃機関の制御装置及び制御方法に関する。

従来、この種の制御装置として、例えば本出願人が出願した特許文献１に開示されたものが知られている。この制御装置では、スロットル弁が全開状態のときの吸入空気量である全開吸入空気量を、内燃機関の回転数に応じて算出し、排気が燃焼室に還流していないと仮定した理想状態に対応する理論吸入空気量を、全開吸入空気量及び吸気圧に応じて算出する。そして、この理論吸入空気量と気筒に実際に吸入された実吸入空気量を用いて、ＥＧＲ率を算出する。このようにＥＧＲ率を算出することで、内燃機関の種々の運転状態に対応する多数のマップをあらかじめ設定する必要がなくなり、マップの設定工数が大幅に低減される。算出したＥＧＲ率は、点火時期などの内燃機関の制御に用いられる。

特許第５２７０００８号公報

上記の制御装置では、理論吸入空気量を算出する際に、全開吸入空気量及び吸気圧が用いられるものの、気筒内のガスの温度（以下「筒内ガス温度」という）は反映されない。つまり、筒内ガス温度が一定であるという前提で、理論吸入空気量が算出される。しかし、例えば比較的多量の排気還流（ＥＧＲ）が導入された場合には、それに伴って筒内ガス温度が上昇し、実際の筒内ガス量（質量）は減少する。

このため、上記の制御装置による算出方法では、理論吸入空気量が実際の筒内ガス量よりも大きめに算出され、それに応じて、理論吸入空気量を用いて算出されるＥＧＲ率は過大に評価される。その結果、ＥＧＲ率を用いて点火時期がより進角側に制御されることで、ノッキングが生じることがある。このことは、例えば、吸気弁及び排気弁の両方に対して作動位相の変更を行うことで、多量の内部ＥＧＲが実行されるような場合に、特に顕著になる。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、内部ＥＧＲの実行によって筒内ガス温度が変化する場合でも、筒内ガス量及びＥＧＲ率を比較的簡便な手法で精度良く算出でき、そのようなＥＧＲ率を用いて内燃機関を適切に制御することができる内燃機関の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸気通路（本実施形態における（以下、本項において同じ）吸気管４）に設けられたスロットル弁６を介して気筒内に空気を吸入するとともに、吸気弁と排気弁とのオーバーラップにより排気通路（排気管５）側から吸気通路側に逆流した内燃機関１の排気を気筒内に還流させる内部ＥＧＲが実行される内燃機関の制御装置であって、内燃機関の回転数ＮＥを検出する回転数検出手段（クランク角センサ１７）と、内燃機関の吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧検出手段（吸気圧センサ１１）と、スロットル弁が全開である基準状態において気筒内に充填されるガス量である基準筒内ガス量Ｇｓｔｄを、内燃機関の回転数に応じて算出する基準筒内ガス量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１１〜１３）と、内燃機関の排気が気筒に還流していないと仮定した理想状態において気筒内に充填されるガス量である理想筒内ガス量Ｇｔｈを、基準筒内ガス量Ｇｓｔｄ及び吸気圧ＰＢＡに応じて算出する理想筒内ガス量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１４）と、理想状態における筒内ガスの温度（理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈ、基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄ）を算出する理想筒内ガス温度算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２）と、気筒に充填される実際の筒内ガスの温度（筒内ガス温度Ｔｃｙｌ）を算出する筒内ガス温度算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３）と、理想筒内ガス量Ｇｔｈを、理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈ（基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄ）を用い、筒内ガス温度Ｔｃｙｌに応じて補正することによって、気筒内に実際に充填される筒内ガスの量（筒内ガス量Ｇａｃｔ）を算出する筒内ガス量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４）と、気筒内に実際に吸入される吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌを取得する吸入空気量取得手段（吸入空気量センサ９）と、筒内ガス量Ｇａｃｔ及び吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌを用いて、筒内ガス量Ｇａｃｔに対するＥＧＲ量（Ｇａｃｔ−Ｇａｉｒｃｙｌ）の比率であるＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを算出するＥＧＲ率算出手段（ＥＣＵ２、ステップ５）と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、スロットル弁が全開である基準状態において気筒内に充填されるガス量が、基準筒内ガス量として、内燃機関の回転数に応じて算出される。この基準状態では、スロットル弁が全開状態であることで、排気側と吸気側との圧力差がほとんどないため、吸気弁と排気弁がオーバーラップにより同時に開弁した状態においても、排気側から吸気側への排気の逆流は生じず、吸気側からの吹き返しによる内部ＥＧＲ量はほぼ０になる。一方、基準状態においては、吸入空気の他に、気筒内のピストンが上死点にある状態で気筒内に残留する残留燃焼ガスが、気筒内に存在する。したがって、基準筒内ガス量は、吸入空気量と残留燃焼ガス量との和になる。

また、本発明によれば、気筒内に排気が還流していないと仮定した理想状態において気筒内に充填されるガス量が、理想筒内ガス量として、基準筒内ガス量及び吸気圧に応じて算出される。この理想状態は、気筒内に排気が還流していないと仮定した状態、すなわち吸入空気及び残留燃焼ガスが充填されると仮定した状態であるため、理想状態における筒内ガス温度は、上記の基準状態における筒内ガス温度と等しい。このように基準状態と理想状態の間で筒内ガス温度が一定であるという関係と気体の状態方程式から、理想状態における理想筒内ガス量は、基準状態における基準筒内ガス量を最大値とし、そのときの吸気圧に比例するように変化する。したがって、上記のように理想筒内ガス量を基準筒内ガス量及び吸気圧に応じて算出することによって、理想筒内ガス量の算出を精度良く行うことができる。

さらに、本発明によれば、理想状態における筒内ガスの温度である理想筒内ガス温度が算出され、気筒に充填される実際の筒内ガス温度が算出されるとともに、理想筒内ガス量を、理想筒内ガス温度を用い、筒内ガス温度に応じて補正することによって、気筒内に実際に充填される筒内ガス量が算出される。気筒内に排気が還流せず、吸入空気のみが充填されている理想状態と、吸入空気とともに排気が還流している実際の状態を、吸気圧が同一の条件で比較すると、気体の状態方程式における圧力（吸気圧）と容積（気筒容積）が同じであるため、次式（Ａ）が成立する。
理想筒内ガス量×理想筒内ガス温度＝実筒内ガス量×実筒内ガス温度 ・・・（Ａ）
この式（Ａ）から、上記のように、理想筒内ガス量を、理想筒内ガス温度を用い、実際の筒内ガス温度に応じて補正することによって、実際の筒内ガス量を精度良く算出することができる。

そして、本発明では、上記のように算出された筒内ガス量と、取得された実際の吸入空気量を用いて、ＥＧＲ率を算出する。以上から、本発明によれば、内部ＥＧＲの実行によって筒内ガス温度が変化する場合でも、筒内ガス量及びＥＧＲ率を比較的簡便な手法で精度良く算出できるとともに、そのようなＥＧＲ率を用いて、内燃機関を適切に制御することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、気筒に吸入される空気の温度を吸気温Ｔａとして検出する吸気温検出手段（吸気温センサ１０）と、内燃機関の排気の温度を検出又は推定し、排気温Ｔｅｘとして取得する排気温取得手段（ＥＣＵ２）と、理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈ（基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄ）、理想筒内ガス量Ｇｔｈ、吸気温Ｔａ、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ及び排気温Ｔｅｘを用いて、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒを算出する内部ＥＧＲ量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２４）と、をさらに備え、筒内ガス温度算出手段は、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ、吸気温Ｔａ、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒ及び排気温Ｔｅｘに基づいて、筒内ガス温度Ｔｃｙｌを算出する（ステップ２５）ことを特徴とする。

気筒内に吸入空気とともに内部ＥＧＲによる排気が還流している実際の状態では、気筒内の温度の平衡関係から、次式（Ｂ）が成立する。
実筒内ガス温度×実筒内ガス量
＝ 吸気温×吸入空気量＋排気温×内部ＥＧＲ量 ・・・（Ｂ）
また、この式（Ｂ）と前記式（Ａ）から、式（Ｂ）の左辺を式（Ａ）の左辺に置き換えると、次式（Ｃ）が成立する。
理想筒内ガス温度×理想筒内ガス量
＝ 吸気温×吸入空気量＋排気温×内部ＥＧＲ量 ・・・（Ｃ）

したがって、この構成によれば、式（Ｃ）に基づき、内部ＥＧＲ量を、請求項１においてすでに算出されている理想筒内ガス温度及び理想筒内ガス量と、検出又は取得された吸気温及び排気温とを含む他の５つのパラメータを用いて、算出できる。また、このように内部ＥＧＲ量が算出されると、式（Ｂ）の実筒内ガス量は吸入空気量と内部ＥＧＲ量との和で表されるので、式（Ｂ）に基づき、実筒内ガス温度を、内部ＥＧＲ量を含む他の４つのパラメータに基づいて、精度良く算出できる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関は、吸気弁及び排気弁の作動位相ＣＡＩＮ及びＣＡＥＸを変更することによって内部ＥＧＲ量を変更する吸排気弁作動位相可変機構（弁作動特性可変装置３）を備えており、内燃機関の回転数ＮＥ、吸気弁及び排気弁の作動位相（ＣＡＩＮ及びＣＡＥＸ）と基準筒内ガス量Ｇｓｔｄ及び基準状態における筒内ガスの温度である基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄとの関係が、あらかじめ実行された実験の計測データ及び内燃機関の諸元に基づいて設定され、記憶されており、吸気弁及び排気弁の作動位相を取得する作動位相取得手段（吸気カム角センサ１８及び排気カム角センサ１９）をさらに備え、検出された内燃機関の回転数、及び取得された吸気弁及び排気弁の作動位相に応じ、記憶された関係に基づいて、基準筒内ガス量算出手段は基準筒内ガス量を算出し（ステップ１１〜１３）、理想筒内ガス温度算出手段は、基準筒内ガス温度を理想筒内ガス温度として算出する（ステップ２）ことを特徴とする。

この構成では、吸排気弁作動位相可変機構により吸気弁及び排気弁の作動位相を変更することによって、内部ＥＧＲ量が変更される。本発明によれば、内燃機関の回転数、吸気弁の作動位相及び排気弁の作動位相と基準筒内ガス量との関係、並びに上記の３つのパラメータと基準筒内ガス温度（基準状態における筒内ガスの温度）との関係が、あらかじめ実行された実験の計測データ及び内燃機関の諸元に基づいて設定され、記憶されている。基準状態は、スロットル弁が全開で、気筒内に吸入空気及び残留燃焼ガスが充填されるという比較的単純な状態であるので、この状態における基準筒内ガス量及び基準筒内ガス温度を、上記の３つのパラメータに応じ、計測データ及び内燃機関の諸元に基づいて、容易にかつ精度良く設定できる。

そして、本発明によれば、内燃機関の運転中に検出された内燃機関の回転数と取得された吸気弁及び排気弁の作動位相に応じ、記憶された上記の関係に基づいて、基準筒内ガス量を算出するので、基準筒内ガス量の算出を容易にかつ精度良く行うことができる。また、前述したように、理想筒内ガス温度は基準筒内ガス温度と等しい関係にある。この関係から、検出又は取得された上記の３つのパラメータに応じ、記憶された関係に基づいて、基準筒内ガス温度を求めるとともに、理想筒内ガス温度として算出するので、理想筒内ガス温度の算出を容易にかつ精度良く行うことができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、基準筒内ガス量Ｇｓｔｄは、基準状態における吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌと、気筒内のピストンが上死点にある状態で気筒内に残留する残留燃焼ガス量Ｇｅｇｒｄとの和（Ｇａｉｒｃｙｌ＋Ｇｅｇｒｄ）として設定されていることを特徴とする。

前述したように、排気行程の終了時、ピストンが上死点に達した状態では、燃焼ガスの一部は、気筒から排出されず、残留燃焼ガスとして、ピストンとシリンダヘッドとの間に残留する。この構成によれば、基準筒内ガス量を基準状態における吸入空気量と残留燃焼ガス量との和として設定するので、残留燃焼ガスの影響を反映させながら、基準筒内ガス量を適切に設定できるとともに、設定された基準筒内ガス量を用いて、筒内ガス量や筒内ガス温度などの算出をより精度良く行うことができる。

請求項５に係る発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関は、気筒から排気通路に排出された排気をＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流させる外部ＥＧＲを実行する外部ＥＧＲ装置（ＥＧＲ管１３及びＥＧＲ制御弁１４）をさらに備えており、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒを算出する外部ＥＧＲ量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２１）と、外部ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒ（吸気温Ｔａ＋温度上昇量ＤＴｅｇｒ）を検出又は推定する外部ＥＧＲ温度取得手段（ＥＣＵ２、ステップ２２）と、をさらに備え、筒内ガス温度算出手段は、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒ及び外部ＥＧＲ温度（吸気温Ｔａ＋温度上昇量ＤＴｅｇｒ）をさらに用いて、筒内ガス温度Ｔｃｙｌを算出する（ステップ２５）ことを特徴とする。

この構成によれば、内部ＥＧＲと併せて外部ＥＧＲが実行される場合には、外部ＥＧＲ量及び外部ＥＧＲ温度をさらに用いて、筒内ガス温度が算出される。これにより、外部ＥＧＲの影響を適切に反映させながら、筒内ガス温度及び筒内ガス量を精度良く算出することができる。

請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関におけるノッキングの発生限界に対応するノック限界点火時期の基本値ＩＧＫＮＯＣＫＢを算出する基本値算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４１）と、ＥＧＲ率に応じてＥＧＲノッキング補正量ＤＥＧＲＴを算出するＥＧＲノッキング補正量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４３）と、基準筒内ガス温度と筒内ガス温度との差（ＴＩＣＫＮＢＳ−Ｔｃｙｌ）に応じて温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣを算出する温度ノッキング補正量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ５３）と、基本値をＥＧＲノッキング補正量及び温度ノッキング補正量で補正することによって、ノック限界点火時期ＤＩＧＴＩＣを算出するノック限界点火時期算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４５）と、を有し、ノック限界点火時期を用いて内燃機関の点火時期ＩＧＬＯＧを制御する点火時期制御手段（ＥＣＵ２、ステップ３４、３６）をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、ノッキングの発生限界に対応するノック限界点火時期の基本値が算出され、この基本値を補正するための補正量として、ＥＧＲノッキング補正量がＥＧＲ率に応じて算出され、温度ノッキング補正量が基準筒内ガス温度と筒内ガス温度との差に応じて算出される。ノック限界点火時期とＥＧＲ率との相関性は高く、また、実際の筒内ガス温度が高いほどノッキングは生じやすい。したがって、上記のように算出されたＥＧＲノッキング補正量及び温度ノッキング補正量で基本値を補正することにより、ノック限界点火時期をＥＧＲ率及び筒内ガス温度に応じて適切に算出することができる。また、算出されたノック限界点火時期を用いて、点火時期を適切に制御できる。

請求項７に係る発明は、請求項６に記載の内燃機関の制御装置において、点火時期制御手段は、内燃機関の出力が最大になる最適点火時期ＩＧＭＢＴをＥＧＲ率に応じて算出する最適点火時期算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３１）をさらに有し、ノック限界点火時期又は最適点火時期のいずれか遅角側の点火時期を用いて、点火時期を制御する（ステップ３３〜３６）ことを特徴とする。

この構成によれば、ＥＧＲ率に応じて最適点火時期が算出される。ＥＧＲ率と最適点火時期との関係は、吸排気弁の作動位相や外部ＥＧＲの有無の影響を受けないことが確認されているので、上記の算出手法により、最適点火時期をＥＧＲ率に応じて簡便かつ精度良く設定できる。また、設定された最適点火時期とノック限界点火時期のうちのより遅角側の点火時期を用いて点火時期を制御するので、ノッキングを確実に回避可能な範囲で、最大の内燃機関の出力を得ることができる。

請求項８に係る発明は、吸気通路（吸気管４）に設けられたスロットル弁６を介して気筒内に空気を吸入するとともに、吸気弁と排気弁とのオーバーラップにより排気通路（排気管５）側から吸気通路側に逆流した内燃機関１の排気を気筒内に還流させる内部ＥＧＲが実行される内燃機関の制御方法であって、ａ）内燃機関の回転数ＮＥを検出し、ｂ）内燃機関の吸気圧ＰＢＡを検出し、ｃ）スロットル弁が全開である基準状態において気筒内に充填されるガス量である基準筒内ガス量Ｇｓｔｄを、内燃機関の回転数に応じて算出し（ステップ１１〜１３）、ｄ）内燃機関の排気が気筒に還流していないと仮定した理想状態において気筒内に充填されるガス量である理想筒内ガス量Ｇｔｈを、基準筒内ガス量Ｇｓｔｄ及び吸気圧ＰＢＡに応じて算出し（ステップ１４）、ｅ）理想状態における筒内ガスの温度である理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈ（基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄ）を算出し（ステップ２）、ｆ）気筒に充填される実際の筒内ガスの温度（筒内ガス温度Ｔｃｙｌ）を算出し（ステップ３）、ｇ）理想筒内ガス量Ｇｔｈを、理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈ（基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄ）を用い、筒内ガス温度Ｔｃｙｌに応じて補正することによって、気筒内に実際に充填される筒内ガスの量（筒内ガス量Ｇａｃｔ）を算出し（ステップ４）、ｈ）気筒内に実際に吸入される吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌを取得し、ｉ）筒内ガス量Ｇａｃｔ及び吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌを用いて、筒内ガス量Ｇａｃｔに対するＥＧＲ量（Ｇａｃｔ−Ｇａｉｒｃｙｌ）の比率であるＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを算出する（ステップ５）ことを特徴とする。

この構成によれば、請求項１の前述した作用、効果と同様の作用、効果を得ることができる。

請求項９に係る発明は、請求項８に記載の内燃機関の制御方法において、ｊ）気筒に吸入される空気の温度を吸気温Ｔａとして検出し、ｋ）内燃機関の排気の温度を検出又は推定することによって、排気温Ｔｅｘとして取得し、ｌ）理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈ（基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄ）、理想筒内ガス量Ｇｔｈ、吸気温Ｔａ、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ及び排気温Ｔｅｘを用いて、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒを算出するステップ（ステップ２４）をさらに備え、ステップｆ）では、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ、吸気温Ｔａ、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒ及び排気温Ｔｅｘに基づいて、筒内ガス温度Ｔｃｙｌを算出する（ステップ２５）ことを特徴とする。

この構成によれば、請求項２の前述した作用、効果と同様の作用、効果を得ることができる。

請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の内燃機関の制御方法において、内燃機関は、吸気弁及び排気弁の作動位相ＣＡＩＮ及びＣＡＥＸを変更することによって内部ＥＧＲ量を変更する吸排気弁作動位相可変機構（弁作動特性可変装置３）を備えており、内燃機関の回転数ＮＥ、吸気弁及び排気弁の作動位相（ＣＡＩＮ及びＣＡＥＸ）と基準筒内ガス量Ｇｓｔｄ及び基準状態における筒内ガスの温度である基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄとの関係が、あらかじめ実行された実験の計測データ及び内燃機関の諸元に基づいて設定され、記憶されており、ｍ）吸気弁及び排気弁の作動位相を取得するステップをさらに備え、検出された内燃機関の回転数、及び取得された吸気弁及び排気弁の作動位相に応じ、記憶された関係に基づいて、ステップｃ）では基準筒内ガス量を算出し（ステップ１１〜１３）、ステップｅ）では基準筒内ガス温度を理想筒内ガス温度として算出する（ステップ２）ことを特徴とする。

この構成によれば、請求項３の前述した作用、効果と同様の作用、効果を得ることができる。

請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の内燃機関の制御方法において、基準筒内ガス量Ｇｓｔｄは、基準状態における吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌと、気筒内のピストンが上死点にある状態で気筒内に残留する残留燃焼ガス量Ｇｅｇｒｄとの和（Ｇａｉｒｃｙｌ＋Ｇｅｇｒｄ）として設定されていることを特徴する。

この構成によれば、請求項４の前述した作用、効果と同様の作用、効果を得ることができる。

請求項１２に係る発明は、請求項９ないし１１のいずれかに記載の内燃機関の制御方法において、内燃機関は、気筒から排気通路に排出された排気をＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流させる外部ＥＧＲを実行する外部ＥＧＲ装置（ＥＧＲ管１３及びＥＧＲ制御弁１４）をさらに備えており、ｎ）外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒを算出し（ステップ２１）、ｏ）外部ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒ（吸気温Ｔａ＋温度上昇量ＤＴｅｇｒ）を検出又は推定し、ステップｆ）では、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒ及び外部ＥＧＲ温度（吸気温Ｔａ＋温度上昇量ＤＴｅｇｒ）をさらに用いて、筒内ガス温度Ｔｃｙｌを算出する（ステップ２５）ことを特徴とする。

この構成によれば、請求項５の前述した作用、効果と同様の作用、効果を得ることができる。

請求項１３に係る発明は、請求項８ないし１２のいずれかに記載の内燃機関の制御方法において、ｐ）内燃機関におけるノッキングの発生限界に対応するノック限界点火時期の基本値ＩＧＫＮＯＣＫＢを算出し（ステップ４１）、ｑ）ＥＧＲ率に応じてＥＧＲノッキング補正量ＤＥＧＲＴを算出し（ステップ４３）、ｒ）基準筒内ガス温度と筒内ガス温度との差（ＴＩＣＫＮＢＳ−Ｔｃｙｌ）に応じて温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣを算出し（ステップ５３）、ｓ）基本値をＥＧＲノッキング補正量及び温度ノッキング補正量で補正することによって、ノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫを算出し、ｔ）ノック限界点火時期を用いて内燃機関の点火時期ＩＧＬＯＧを制御するステップ（ステップ３４、３６）をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、請求項６の前述した作用、効果と同様の作用、効果を得ることができる。

請求項１４に係る発明は、請求項１３に記載の内燃機関の制御方法において、ステップｔ）では、内燃機関の出力が最大になる最適点火時期ＩＧＭＢＴをＥＧＲ率に応じて算出し（ステップ３１）、ノック限界点火時期又は最適点火時期のいずれか遅角側の点火時期を用いて、点火時期を制御する（ステップ３３〜３６）ことを特徴とする。

この構成によれば、請求項７の前述した作用、効果と同様の作用、効果を得ることができる。

本発明の一実施形態による制御装置を、内燃機関とともに概略的に示す図である。 吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの変化を示すバルブリフト曲線である。 筒内ガス量及び筒内ガス温度の算出方法の概要を説明するための図である。 ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴの算出処理を示すフローチャートである。 理想筒内ガス量Ｇｔｈの算出処理を示すフローチャートである。 筒内ガス量Ｔｃｙｌの算出処理を示すフローチャートである。 点火時期ＩＧＬＯＧの算出処理を示すフローチャートである。 ノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫの算出処理を示すフローチャートである。 温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣの算出処理を示すフローチャートである。 ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと最適点火時期ＩＧＭＢＴとの関係を示すマップである。 エンジン回転数ＮＥと補正係数ＫＩＧＴＩＣとの関係を示すマップである。 ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴとＥＧＲノッキング補正量ＤＥＧＲＴとの関係を示すマップである。 実効圧縮比ＣＭＰＲと圧縮比ノッキング補正量ＤＣＭＰＲとの関係を示すマップである。 ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴとノッキング限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫとの関係を示す図である。 ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと最適点火時期ＩＧＭＢＴとの関係を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による制御装置を、内燃機関とともに概略的に示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）１は、例えば車両用の４気筒タイプのガソリンエンジンであり、４組の気筒及びピストンと、気筒ごとに設けられた吸気弁及び排気弁（いずれも図示せず）と、これらを駆動する吸気カム及び排気カムの位相をそれぞれ変更可能なカム位相可変機構を有する弁作動特性可変装置３などを備えている。吸気カム位相可変機構は、エンジン１のクランク軸に対する吸気カムの相対的な位相を連続的に進角側又は遅角側に変更するように構成されており、これにより、吸気弁の作動位相が変更される。一方、排気カム位相可変機構は、クランク軸に対する排気カムの相対的な位相を、上述した吸気カムと同様に、連続的に変更するように構成されており、これにより、排気弁の作動位相が変更される。また、弁作動特性可変装置３は、吸気弁のリフト量を大小の２段階に変更可能なバルブリフト可変機構も有している。

エンジン１には、吸気管４（吸気通路）及び排気管５（排気通路）が接続されている。吸気管４には、スロットル弁６が設けられており、ＥＣＵ２で制御されるアクチュエータ７によって駆動される。また、スロットル弁６の開度は、スロットル弁開度センサ８で検出され、その検出信号がＥＣＵ２に出力される。

また、吸気管４には、スロットル弁６の上流側に吸入空気量センサ９及び吸気温センサ１０が設けられる一方、スロットル弁６の下流側に吸気圧センサ１１が設けられている。これらのセンサ９、１０及び１１によってそれぞれ、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ、吸気温Ｔａ及び吸気圧ＰＢＡが検出され、それらの検出信号がＥＣＵ２に出力される。

さらに、吸気管４には、気筒ごとに燃料噴射弁１２が設けられている。各燃料噴射弁１２は、図示しない燃料ポンプに接続されるとともに、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの駆動信号によって、燃料の噴射量及び噴射タイミングが制御される。

吸気管４と排気管５の間には、気筒から排気管５に排出された排気の一部を外部ＥＧＲガスとして吸気管４側に還流させるためのＥＧＲ管１３が設けられている。このＥＧＲ管１３は、吸気管４のスロットル弁６の下流側に接続されている。また、ＥＧＲ管１３の途中には、外部ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ制御弁１４が設けられている。このＥＧＲ制御弁１４の開度は、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御され、それにより、吸気管４側に還流する外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒが制御される。

エンジン１のシリンダヘッドには、気筒ごとに点火プラグ１５が燃焼室に臨むように取り付けられている。各点火プラグ１５は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの駆動信号によって点火することにより、点火時期制御が行われる。

また、エンジン１には、その冷却水温ＴＷを検出するエンジン水温センサ１６、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１７、吸気カム及び排気カムが固定されたカム軸の回転角度をそれぞれ検出する吸気カム角センサ１８及び排気カム角センサ１９が設けられており、これらのセンサ１６、１７、１８及び１９による検出信号が、ＥＣＵ２に出力される。

クランク角センサ１７は、クランク軸の回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１°）ごとに出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン１の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒のピストンが吸気行程開始時の上死点よりも若干、手前の所定クランク角位置にあることを表す信号であり、エンジン１が４気筒の場合には、クランク角１８０°ごとに出力される。

吸気カム角センサ１８は、吸気カムのカム軸の回転に伴い、パルス信号である吸気ＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１°）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この吸気ＣＡＭ信号及び前述したＣＲＫ信号に基づき、吸気弁の作動位相ＣＡＩＮを算出する。一方、排気カムセンサ１９は、排気カムのカム軸の回転に伴い、パルス信号である排気ＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１°）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この排気ＣＡＭ信号及び前述したＣＲＫ信号に基づき、排気弁の作動位相ＣＡＥＸを算出する。

また、エンジン１には、高周波振動を検出するノックセンサ２０が取り付けられており、その検出信号がＥＣＵ２に出力される。さらに、ＥＣＵ２には、排気圧Ｐｅｘを検出する排気圧センサ２１から、その検出信号が出力される。

弁作動特性可変装置３の吸気カム位相可変機構によって、吸気カムの位相が変更されることにより、吸気弁の作動位相ＣＡＩＮは、図２に実線で示す最遅角の位相と、一点鎖線で示す最進角の位相との間で、無段階に変更される。また、図示は省略するが、吸気弁のリフト量は、前述したバルブリフト可変機構によって、大小の２段階に変更される。一方、弁作動特性可変装置３の排気カム位相可変機構によって、排気カムの位相が変更されることにより、排気弁の作動位相ＣＡＥＸは、図２に実線で示す最進角の位相と、破線で示す最遅角の位相との間で、無段階に変更される。

また、図２に示すように、上死点（ＴＤＣ）付近では、吸気弁及び排気弁が同時に開弁するオーバーラップが発生する。これにより、排気管５に排出された排気の一部が吸気管４側に逆流し、それに続く吸入行程において気筒内に吸入され、還流することによって、内部ＥＧＲが得られる。この内部ＥＧＲ量は、吸気弁及び排気弁の作動位相ＣＡＩＮ、ＣＡＥＸを変更することによって制御され、オーバーラップが大きいほど、すなわち吸気弁の作動位相ＣＡＩＮが進角側にあり、また排気弁の作動位相ＣＡＥＸが遅角側にあるほど、より大きくなり、比較的多量の内部ＥＧＲが得られる。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。このＥＣＵ２は、前述した各種センサからの検出信号に応じて、以下に述べるように、気筒内に実際に充填される筒内ガス量の算出、ＥＧＲ率の算出、及び点火時期制御を行う。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、本発明の基準筒内ガス量算出手段、理想筒内ガス量算出手段、理想筒内ガス温度算出手段、筒内ガス温度算出手段、筒内ガス量算出手段、ＥＧＲ率算出手段、内部ＥＧＲ量算出手段、外部ＥＧＲ量算出手段、外部ＥＧＲ温度取得手段、基本値算出手段、ＥＧＲノッキング補正量算出手段、温度ノッキング補正量算出手段、ノック限界点火時期算出手段、点火時期制御手段、及び最適点火時期算出手段に相当する。

ここで、図３を参照して、気筒に充填される実際の筒内ガス量Ｇａｃｔ及び筒内ガス温度Ｔｃｙｌの算出方法の概要について説明する。同図は、エンジン回転数ＮＥが一定の所定値であり、また、吸気弁の作動位相ＣＡＩＮ及び排気弁の作動位相ＣＡＥＸが、それぞれ一定の所定値であるときの吸気圧ＰＢＡと筒内ガス量Ｇとの関係を示している。

図３に示す基準点ＰＷＯＴは、スロットル弁６が全開である状態（基準状態）に対応している。この基準点ＰＷＯＴでは、スロットル弁６が全開状態であることで、吸気圧ＰＢＡはほぼ大気圧に等しい吸気圧ＰＢＡＷＯＴ（基準吸気圧）になる。また、排気側と吸気側との圧力差がほとんどないため、吸気弁と排気弁とのオーバーラップが発生した状態においても、排気側から吸気側への排気の逆流は生じず、吸気側からの吹き返しによる内部ＥＧＲ量がほぼ０になる。

また、この基準点ＰＷＯＴと原点Ｏを結ぶ線Ｌｔｈ（以下「理想線Ｌｔｈ」という）は、排気が気筒内に還流していないと仮定した理想状態、すなわち、外部ＥＧＲが行われず、かつ内部ＥＧＲが無いと仮定したときの理想的な状態における吸気圧と筒内ガスとの関係を表している。すなわち、上記の基準状態と理想状態では、筒内ガス温度及び筒内ガスの気体定数が一定であるとみなせるため、理想線Ｌｔｈは、気体の状態方程式から直線として導かれる。

また、図３における線Ｌ１、Ｌ２及びＬ３は、実際の筒内ガスにおける各種ガスの量を示している。すなわち、線Ｌ１は筒内ガスにおける吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌを表し、線Ｌ２は筒内ガスにおける吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌと外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒとの和を表し、線Ｌ３は全筒内ガス量、すなわち吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒ及び内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒの和を表している。なお、これらの線Ｌ１〜Ｌ３は、前述した直線の理想線Ｌｔｈと異なり、実際には基準点ＰＷＯＴから下方に若干凸に湾曲して延びるが、便宜上、直線で示している。

ここで、吸気圧ＰＢＡが、基準点ＰＷＯＴにおける基準吸気圧ＰＢＡＷＯＴよりも小さな所定の吸気圧ＰＢＡ１であるときの理想線Ｌｔｈ及び線Ｌ１〜Ｌ３の状態の関係について説明する。

まず、理想線Ｌｔｈにおける状態Ｐ１と、線Ｌ３における状態Ｐ２との関係については、気体の状態方程式から、下式（１）が成立する。

Ｇｔｈ：状態Ｐ１における筒内ガス量（理想筒内ガス量）
Ｔｃｙｌｔｈ：状態Ｐ１における筒内ガス温度（理想筒内ガス温度）
Ｇａｃｔ：状態Ｐ２における筒内ガス量（実際の筒内ガス量）
Ｔｃｙｌ：状態Ｐ２における筒内ガス温度（実際の筒内ガス温度）

また、線Ｌ３上の状態Ｐ２、すなわち気筒内に吸入空気とともに内部ＥＧＲ及び外部ＥＧＲによる排気が還流する実際の状態では、気筒内の温度の平衡関係から、下式（２）が成立する。

Ｔａ：吸気温
Ｇａｉｒｃｙｌ：吸入空気量
Ｔｅｘ：排気温
Ｇｉｎｅｇｒ：内部ＥＧＲ量
Ｔｅｇｒ：外部ＥＧＲガス温度
Ｇｅｘｅｇｒ：外部ＥＧＲ量

上記の式（１）及び（２）の連立方程式を解くと、気筒内に実際に充填される筒内ガス量Ｇａｃｔ、及び筒内ガス温度Ｔｃｙｌが、以下のように算出される。すなわち、まず、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒは、下式（３）で表される。

なお、式（３）において、上段のＴｃｙｌｔｈは、理想線Ｌｔｈ上の筒内ガス温度である理想筒内ガス温度であるが、前述したように、理想筒内ガス温度は、理想線Ｌｔｈ上において一定であるので、式（３）の下段では、理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈを、基準点ＰＷＯＴの筒内ガス温度である基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄに置き換えている。

また、上記の基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄ、及び基準点ＰＷＯＴの筒内ガス量である基準筒内ガス量Ｇｓｔｄは、以下のようにして算出される。エンジンの排気行程の終了時、ピストンが上死点に達した状態では、燃焼ガスの一部は、気筒から排出されず、ピストンとシリンダヘッドとの間の燃焼室に残留する。この残留燃焼ガスは、スロットル弁が全開で、内部ＥＧＲ量などがほぼ０である基準状態においても、充填された吸入空気量とともに気筒内に存在する。上記の残留燃焼ガス量Ｇｅｇｒｄは、気体の状態方程式を用いて、下式（４）で表される。

Ｐｅｘ：排気圧
Ｖｄ：ピストン上死点時の気筒内の燃焼室の容積
Ｒ：気体定数
Ｔｅｘ：排気温

上式（４）で算出された残留燃焼ガス量Ｇｅｇｒｄを用いると、基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄは、基準状態における気筒内の温度の平衡関係から、下式（５）が成立する。

Ｔａ：吸気温
Ｇａｉｒｃｙｌ：吸入空気量
Ｔｅｘ：排気温

また、基準筒内ガス量Ｇｓｔｄは、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌと残留燃焼ガス量Ｇｅｇｒｄとの和であり、下式（６）が成立する。

したがって、基準点ＰＷＯＴと理想線Ｌｔｈ上の状態Ｐ１との関係から、状態Ｐ１における理想筒内ガス量Ｇｔｈは、基準点ＰＷＯＴの吸気圧ＰＢＡＷＯＴ、状態Ｐ１の吸気圧ＰＢＡ１、及び基準筒内ガス量Ｇｓｔｄを用いて、下式（７）で算出される。

以上のようにして算出された基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄ及び理想筒内ガス量Ｇｔｈを、前記式（３）に適用することにより、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒが得られる。

また、図３の状態Ｐ２における筒内ガス温度、すなわち実際の筒内ガス温度Ｔｃｙｌは、吸入空気、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスによる気筒内の温度の平衡関係から、算出された内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒなどを用いて、下式（８）によって算出される。

そして、前記式（１）の理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈを基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄに置き換え、筒内ガス量Ｇａｃｔについて表した下式（９）に、前記式（７）、（５）及び（８）でそれぞれ算出されたＧｔｈ、Ｔｃｙｌｓｔｄ及びＴｃｙｌを適用することによって、Ｇａｃｔが算出される。

なお、外部ＥＧＲが実行されないときには、式（３）及び（８）の右辺のＧｅｘｅｇｒを０として、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒ及び筒内ガス温度Ｔｃｙｌが算出される。

次に、図４〜図６を参照しながら、ＥＣＵ２で実行され、吸入空気量、内部ＥＧＲ量及び外部ＥＧＲ量による筒内ガス量に対する内部及び外部ＥＧＲ量の割合であるＥＧＲ率の算出処理について説明する。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。

図４に示すように、このＥＧＲ率の算出処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、理想筒内ガス量Ｇｔｈを算出する。図５は、理想筒内ガス量Ｇｔｈの算出処理を示している。本処理ではまず、ステップ１１において、バルブリフト可変機構による吸気弁のリフト量の大小、エンジン回転数ＮＥ、吸気弁の作動位相ＣＡＩＮ及び排気弁の作動位相ＣＡＥＸに応じ、図示しない基準筒内ガス量マップを検索して、マップ値Ｇｓｔｄｍを算出する。

上記の基準筒内ガス量マップは、スロットル弁６が全開である基準状態において、吸気弁のリフト量の大小、エンジン回転数ＮＥ、吸気弁の作動位相ＣＡＩＮ及び排気弁の作動位相ＣＡＥＸと、基準筒内ガス量Ｇｓｔｄとの関係を、あらかじめ実行された実験の計測データ及びエンジン１の諸元（気筒、燃焼室、及びスロットル弁の下流側の吸気管の容積など）に基づいて設定し、マップ値Ｇｓｔｄｍとして記憶したものである。

次いで、エンジン冷却水温ＴＷに応じ、図示しない温度補正係数マップを検索して、温度補正係数ＫＴＷを算出する（ステップ１２）。次いで、温度補正係数ＫＴＷを、ステップ１１で算出したマップ値Ｇｓｔｄｍに乗算することによって、マップ値Ｇｓｔｄｍを温度補正し、基準筒内ガス量Ｇｓｔｄを算出する（ステップ１３）。

そして、ステップ１４において、基準筒内ガス量Ｇｓｔｄ及び基準吸気圧ＰＢＡＷＯＴを用い、前述した理想線Ｌｔｈの傾きに相当するＧｓｔｄ／ＰＢＡＷＯＴに、検出された吸気圧ＰＢＡを乗算することによって、理想筒内ガス量Ｇｔｈを算出する。

図４に戻り、ステップ１に続くステップ２において、吸気弁のリフト量の大小、エンジン回転数ＮＥ、吸気弁の作動位相ＣＡＩＮ及び排気弁の作動位相ＣＡＥＸに応じ、図示しない基準筒内ガス温度マップを検索して、基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄを算出する。上記の基準筒内ガス温度マップは、吸気弁のリフト量の大小、エンジン回転数ＮＥ、吸気弁の作動位相ＣＡＩＮ及び排気弁の作動位相ＣＡＥＸと、基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄとの関係を、あらかじめ実行された実験の計測データ及びエンジン１の諸元に基づいて設定し、記憶したものである。

次いで、筒内ガス温度Ｔｃｙｌを算出する（ステップ３）。図６は、筒内ガス温度Ｔｃｙｌの算出処理を示している。本処理ではまず、ステップ２１において、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒを算出する。この外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒは、例えばＥＧＲ制御弁１４の開度、ＥＧＲ制御弁１４の上流側の圧力（例えば排気圧Ｐｅｘ）、及びその下流側の圧力（例えば吸気圧ＰＢＡ）を、ノズルの式に適用することによって算出される。

次いで、上記ステップ２１で算出された外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、図示しない温度上昇量マップを検索して、外部ＥＧＲの実行による温度上昇量ＤＴｅｇｒを算出する（ステップ２２）。この温度上昇量マップでは、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒが大きいほど、またエンジン回転数ＮＥが大きいほど、温度上昇量ＤＴｅｇｒが大きくなるように設定されている。

次いで、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、図示しない排気温マップを検索して、排気温Ｔｅｘを算出する（ステップ２３）。この排気温マップでは、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌが大きいほど、またエンジン回転数ＮＥが大きいほど、排気温Ｔｅｘが大きくなるように設定されている。

次いで、前記ステップ１で算出された理想筒内ガス量Ｇｔｈ、ステップ２で算出された基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄ、検出された吸気温Ｔａ及び吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ、並びにステップ２１、２２及び２３でそれぞれ算出された外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒ、温度上昇量ＤＴｅｇｒ及び排気温Ｔｅｘを、前記式（３）に対応する下式（１０）に適用することにより、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒを算出する（ステップ２４）。

次いで、吸気温Ｔａ及び吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ、並びに算出された外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒ、温度上昇量ＤＴｅｇｒ、排気温Ｔｅｘ及び内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒを、前記式（８）に対応する下式（１１）に適用することにより、筒内ガス温度Ｔｃｙｌを算出し（ステップ２５）、本処理を終了する。

図４に戻り、ステップ３に続くステップ４において、前記ステップ１、２及び３でそれぞれ算出された理想筒内ガス量Ｇｔｈ、基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄ及び筒内ガス温度Ｔｃｙｌを、前記式（９）に適用することにより、筒内ガス量Ｇａｃｔを算出する（ステップ４）。

そして、ステップ５において、上記ステップ４で算出された筒内ガス量Ｇａｃｔ及び吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌを、下式（１２）に適用することにより、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを算出して、本処理を終了する。

次に、図７〜図１３を参照しながら、ＥＣＵ２で実行される点火時期の算出処理について説明する。この点火時期は、圧縮上死点からの進角量で表される。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。

本処理ではまず、ステップ３１において、エンジン回転数ＮＥ、及び前述したように算出されたＥＧＲ率ＲＥＧＲＴに応じて、図１０に示すＩＧＭＢＴマップを検索することにより、エンジン１の出力トルクが最大となる最適点火時期ＩＧＭＢＴを算出する。このＩＧＭＢＴマップでは、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが大きいほど、最適点火時期ＩＧＭＢＴが大きくなるように（進角側に）設定されている。なお、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと最適点火時期ＩＧＭＢＴとの関係については、吸気弁の作動位相ＣＡＩＮ、排気弁の作動位相ＣＡＥＸ、あるいは外部ＥＧＲの実行の有無に依存せず、図１０に示すＩＧＭＢＴマップで表せることが確認されている。

次いで、エンジン１におけるノッキングの発生限界に対応するノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫを算出する（ステップ３２）。図８は、このノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫの算出処理のサブルーチンを示している。同図に示すように、本処理ではまず、ステップ４１において、エンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌに応じ、図示しないＩＧＫＮＯＣＫＢマップを検索することにより、ノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫの基本値ＩＧＫＮＯＣＫＢを算出する。上記のＩＧＫＮＯＣＫＢマップは、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが所定の基準値に設定され、かつ、吸気弁の作動位相ＣＡＩＮ及び排気弁の作動位相ＣＡＥＸがそれぞれ基準位相（例えば最遅角位相、最進角位相）に設定された状態に対応して設定されている。

次いで、ステップ４２において、温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣを算出する。図９は、この温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣの算出処理のサブルーチンを示している。同図に示すように、本処理ではまず、ステップ５１において、基準筒内ガス温度ＴＩＣＫＮＢＳを算出する。この基準筒内ガス温度ＴＩＣＫＮＢＳは、吸気弁のリフト量の大小、エンジン回転数ＮＥ、並びに吸気弁及び排気弁の上記の基準位相に応じ、前述したステップ２の基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄの算出に用いた基準筒内ガス温度マップを検索して、算出される。

次いで、吸気弁のリフト量の大小及びエンジン回転数ＮＥに応じ、図１１に示すＫＩＧＴＩＣマップを検索して、補正係数ＫＩＧＴＩＣを算出する（ステップ５２）。このＫＩＧＴＩＣマップでは、エンジン回転数ＮＥが大きくなるほど、補正係数ＫＩＧＴＩＣが次第に大きくなるように設定されている。

そして、ステップ５１及び５２でそれぞれ算出された基準筒内ガス温度ＴＩＣＫＮＢＳ及び補正係数ＫＩＧＴＩＣ、並びに前記ステップ３で算出された筒内ガス温度Ｔｃｙｌを、下式（１３）に適用することにより、温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣを算出して、本処理を終了する（ステップ５３）。

以上の算出方法から明らかなように、温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣは、基準筒内ガス温度ＴＩＣＫＮＢＳに対して筒内ガス温度Ｔｃｙｌが高いほど、小さくなるように、すなわち、より遅角側に設定される。

図８に戻り、ステップ４２に続くステップ４３において、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、図１２に示すＤＥＧＲＴマップを検索することにより、ＥＧＲノッキング補正量ＤＥＧＲＴを算出する。このＤＥＧＲＴマップでは、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが大きいほど、ＥＧＲノッキング補正量ＤＥＧＲＴが大きくなるように、すなわち遅角側に設定されている。

次いで、ステップ４４において、圧縮比ノッキング補正量ＤＣＭＰＲを算出する。この圧縮比ノッキング補正量ＤＣＭＰＲについてはまず、吸気弁及び排気弁の作動位相ＣＡＩＮ及びＣＡＥＸに応じて、図示しないＣＭＰＲテーブルを検索し、実効圧縮比ＣＭＰＲを算出する。なお、上記のＣＭＰＲテーブルでは、吸気弁の作動位相ＣＡＩＮの進角量が大きくなるほど、また排気弁の作動位相ＣＡＥＸの遅角量が大きくなるほど、実効圧縮比ＣＭＰＲが大きくなるように設定されている。そして、算出された実効圧縮比ＣＭＰＲ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、図１３に示すＤＣＭＰＲマップを検索して、圧縮比ノッキング補正量ＤＣＭＰＲを算出する。図１３に示すように、ＤＣＭＰＲマップでは、圧縮比ノッキング補正量ＤＣＭＰＲは、「０」以下の値をとり、実効圧縮比ＣＭＰＲが増加するほど、小さくなるように、すなわち遅角側に設定されている。

そして、ステップ４５において、前記ステップ４１〜４４でそれぞれ算出された基本値ＩＧＫＮＯＣＫＢ、温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣ、ＥＧＲノッキング補正量ＤＥＧＲＴ、及び圧縮比ノッキング補正量ＤＣＭＰＲを、下式（１４）に適用することにより、ノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫを算出して、本処理を終了する。

図７に戻り、ステップ３２に続くステップ３３において、最適点火時期ＩＧＭＢＴがノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、最適点火時期ＩＧＭＢＴがノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫに対して同一又は進角側に算出されたときには、ノッキングの発生を回避するために、基本点火時期ＩＧＢをノック限界点火時期に設定する（ステップ３４）。一方、ステップ３３の判別結果がＮＯで、最適点火時期ＩＧＭＢＴがノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫよりも遅角側に算出されたときには、ノッキングの発生を回避しながらエンジン１の最大出力を得るために、基本点火時期ＩＧＢを最適点火時期ＩＧＭＢＴに設定する（ステップ３５）。

そして、上記ステップ３４又は３５で設定された基本点火時期ＩＧＢに、例えばエンジン冷却水温ＴＷに応じて算出された補正値ＩＧＣＲを加算して、点火時期ＩＧＬＯＧを算出し（ステップ３６）、本処理を終了する。以上のようにして算出された点火時期ＩＧＬＯＧに基づき、点火プラグ１５による点火が行われる。

図１４は、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴとノッキング限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫとの関係を示しており、より具体的には、吸気弁及び排気弁の作動位相ＣＡＩＮ、ＣＡＥＸを、互いに異なる６組の作動位相にそれぞれ設定し、筒内ガス温度Ｔｃｙｌを用いて補正したノッキング限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫを、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴとの関係でプロットしたものである。同図から明らかなように、筒内ガス温度Ｔｃｙｌを用いて補正されたノッキング限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫは、吸気弁及び排気弁の作動位相ＣＡＩＮ、ＣＡＥＸ、あるいは外部ＥＧＲの実行の有無に依存せず、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと高い相関性を有することが確認された。

図１５は、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと最適点火時期ＩＧＭＢＴとの関係を示しており、より具体的には、吸気弁及び排気弁の作動位相ＣＡＩＮ、ＣＡＥＸを、図１４と同様に設定し、筒内ガス温度Ｔｃｙｌを用いて補正した最適点火時期ＩＧＭＢＴを、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴとの関係でプロットしたものである。同図から明らかなように、筒内ガス温度Ｔｃｙｌを用いて補正された最適点火時期ＩＧＭＢＴも、上述したノッキング限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫと同様に、吸気弁及び排気弁の作動位相ＣＡＩＮ、ＣＡＥＸ、あるいは外部ＥＧＲの実行の有無に依存せず、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと高い相関性を有することが確認された。

以上詳述したように、本実施形態によれば、内部ＥＧＲ及び外部ＥＧＲの実行によって筒内ガス温度Ｔｃｙｌが変化する場合でも、筒内ガス量Ｇａｃｔ及びＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを比較的簡便な手法で精度良く算出することができる。また、そのようなＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを用いて、ノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫ及び最適点火時期ＩＧＭＢＴを適切に算出することができ、それらを用いて、点火時期ＩＧＬＯＧを適切に制御することができる。

なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを用いて、点火時期ＩＧＬＯＧを制御する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のエンジン１の他の制御にも用いることが可能である。

また、実施形態は、本発明を車両用のガソリンエンジンに適用した例であるが、ディーゼルエンジンにも適用可能であり、また、他の用途のエンジン、例えばクランク軸を鉛直方向に延びるように配置した船外機のような船舶推進機用エンジンなどにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することができる。

１ 内燃機関
２ ＥＣＵ（基準筒内ガス量算出手段、理想筒内ガス量算出手段、理想筒内ガス温度算出手段、筒内ガス温度算出手段、筒内ガス量算出手段、ＥＧＲ率算出手段、内部ＥＧＲ量算出手段、外部ＥＧＲ量算出手段、外部ＥＧＲ温度取得手段、基本値算出手段、ＥＧＲノッキング補正量算出手段、温度ノッキング補正量算出手段、ノック限界点火時期算出手段、点火時期制御手段、最適点火時期算出手段）
３ 弁作動特性可変装置（吸排気弁作動位相可変機構）
４ 吸気管（吸気通路）
５ 排気管（排気通路）
６ スロットル弁
９ 吸入空気量センサ（吸入空気量取得手段）
１０ 吸気温センサ（吸気温検出手段）
１１ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
１３ ＥＧＲ管（ＥＧＲ装置）
１４ ＥＧＲ制御弁（ＥＧＲ装置）
１６ エンジン水温センサ
１７ クランク角センサ（回転数検出手段）
１８ 吸気カム角センサ（作動位相取得手段）
１９ 排気カム角センサ（作動位相取得手段）
Ｇａｉｒｃｙｌ 吸入空気量
Ｔａ 吸気温
ＰＢＡ 吸気圧
ＴＷ エンジン冷却水温
ＮＥ エンジン回転数
ＣＡＩＮ 吸気弁の作動位相
ＣＡＥＸ 排気弁の作動位相
Ｇａｃｔ 筒内ガス量
Ｔｃｙｌ 筒内ガス温度
Ｇｔｈ 理想筒内ガス量
Ｔｃｙｌｔｈ 理想筒内ガス温度
Ｇｓｔｄ 基準筒内ガス量
Ｔｃｙｌｓｔｄ 基準筒内ガス温度
Ｔａ 吸気温
Ｔｅｘ 排気温
Ｇｉｎｅｇｒ 内部ＥＧＲ量
Ｔｅｇｒ 外部ＥＧＲガス温度
Ｇｅｘｅｇｒ 外部ＥＧＲ量
ＲＥＧＲＴ ＥＧＲ率
ＰＢＡＷＯＴ 基準状態の吸気圧
ＤＴｅｇｒ 外部ＥＧＲによる温度上昇量
ＩＧＭＢＴ 最適点火時期
ＩＧＫＮＯＣＫ ノック限界点火時期
ＩＧＫＮＯＣＫＢ ノック限界点火時期の基本値
ＤＩＧＴＩＣ 温度ノッキング補正量
ＤＥＧＲＴ ＥＧＲノッキング補正量

Claims (14)

1. 吸気通路に設けられたスロットル弁を介して気筒内に空気を吸入するとともに、吸気弁と排気弁とのオーバーラップにより排気通路側から前記吸気通路側に逆流した前記内燃機関の排気を前記気筒内に還流させる内部ＥＧＲが実行される内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記内燃機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
   前記スロットル弁が全開である基準状態において前記気筒内に充填されるガス量である基準筒内ガス量を、前記内燃機関の回転数に応じて算出する基準筒内ガス量算出手段と、
   前記内燃機関の排気が前記気筒に還流していないと仮定した理想状態において前記気筒内に充填されるガス量である理想筒内ガス量を、前記基準筒内ガス量及び前記吸気圧に応じて算出する理想筒内ガス量算出手段と、
   前記理想状態における筒内ガスの温度を算出する理想筒内ガス温度算出手段と、
   前記気筒に充填される実際の筒内ガスの温度を算出する筒内ガス温度算出手段と、
   前記理想筒内ガス量を、前記理想筒内ガス温度を用い、前記筒内ガス温度に応じて補正することによって、前記気筒内に実際に充填される筒内ガスの量である筒内ガス量を算出する筒内ガス量算出手段と、
   前記気筒内に実際に吸入される吸入空気量を取得する吸入空気量取得手段と、
   前記筒内ガス量及び前記吸入空気量を用いて、前記筒内ガス量に対するＥＧＲ量の比率であるＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記気筒に吸入される空気の温度を吸気温として検出する吸気温検出手段と、
   前記内燃機関の排気の温度を検出又は推定し、排気温として取得する排気温取得手段と、
   前記理想筒内ガス温度、前記理想筒内ガス量、前記吸気温、前記吸入空気量及び前記排気温を用いて、内部ＥＧＲ量を算出する内部ＥＧＲ量算出手段と、をさらに備え、
   前記筒内ガス温度算出手段は、前記吸入空気量、前記吸気温、前記内部ＥＧＲ量及び前記排気温に基づいて、前記筒内ガス温度を算出することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関は、前記吸気弁及び前記排気弁の作動位相を変更することによって内部ＥＧＲ量を変更する吸排気弁作動位相可変機構を備えており、
   前記内燃機関の回転数、前記吸気弁及び前記排気弁の作動位相と前記基準筒内ガス量及び前記基準状態における筒内ガスの温度である基準筒内ガス温度との関係が、あらかじめ実行された実験の計測データ及び前記内燃機関の諸元に基づいて設定され、記憶されており、
   前記吸気弁及び前記排気弁の作動位相を取得する作動位相取得手段をさらに備え、
   前記検出された内燃機関の回転数、及び前記取得された吸気弁及び排気弁の作動位相に応じ、前記記憶された関係に基づいて、前記基準筒内ガス量算出手段は前記基準筒内ガス量を算出し、前記理想筒内ガス温度算出手段は、前記基準筒内ガス温度を前記理想筒内ガス温度として算出することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記基準筒内ガス量は、前記基準状態における吸入空気量と、前記気筒内のピストンが上死点にある状態で前記気筒内に残留する残留燃焼ガス量との和として設定されていることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関は、前記気筒から前記排気通路に排出された排気をＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に還流させる外部ＥＧＲを実行する外部ＥＧＲ装置をさらに備えており、
   外部ＥＧＲ量を算出する外部ＥＧＲ量算出手段と、
   外部ＥＧＲ温度を検出又は推定する外部ＥＧＲ温度取得手段と、をさらに備え、
   前記筒内ガス温度算出手段は、前記外部ＥＧＲ量及び前記外部ＥＧＲ温度をさらに用いて、前記筒内ガス温度を算出することを特徴とする、請求項２ないし４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関におけるノッキングの発生限界に対応するノック限界点火時期の基本値を算出する基本値算出手段と、
   前記ＥＧＲ率に応じてＥＧＲノッキング補正量を算出するＥＧＲノッキング補正量算出手段と、
   前記基準筒内ガス温度と前記筒内ガス温度との差に応じて温度ノッキング補正量を算出する温度ノッキング補正量算出手段と、
   前記基本値を前記ＥＧＲノッキング補正量及び前記温度ノッキング補正量で補正することによって、前記ノック限界点火時期を算出するノック限界点火時期算出手段と、を有し、
   前記ノック限界点火時期を用いて前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記点火時期制御手段は、前記内燃機関の出力が最大になる最適点火時期を前記ＥＧＲ率に応じて算出する最適点火時期算出手段をさらに有し、前記ノック限界点火時期又は前記最適点火時期のいずれか遅角側の点火時期を用いて、前記点火時期を制御することを特徴とする、請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
   
8. 吸気通路に設けられたスロットル弁を介して気筒内に空気を吸入するとともに、吸気弁と排気弁とのオーバーラップにより排気通路側から前記吸気通路側に逆流した前記内燃機関の排気を前記気筒内に還流させる内部ＥＧＲが実行される内燃機関の制御方法であって、
   ａ）前記内燃機関の回転数を検出し、
   ｂ）前記内燃機関の吸気圧を検出し、
   ｃ）前記スロットル弁が全開である基準状態において前記気筒内に充填されるガス量である基準筒内ガス量を、前記内燃機関の回転数に応じて算出し、
   ｄ）前記内燃機関の排気が前記気筒に還流していないと仮定した理想状態において前記気筒内に充填されるガス量である理想筒内ガス量を、前記基準筒内ガス量及び前記吸気圧に応じて算出し、
   ｅ）前記理想状態における筒内ガスの温度を算出し、
   ｆ）前記気筒に充填される実際の筒内ガスの温度を算出し、
   ｇ）前記理想筒内ガス量を、前記理想筒内ガス温度を用い、前記筒内ガス温度に応じて補正することによって、前記気筒内に実際に充填される筒内ガスの量を算出し、
   ｈ）前記気筒内に実際に吸入される吸入空気量を取得し、
   ｉ）前記筒内ガス量及び前記吸入空気量を用いて、前記筒内ガス量に対するＥＧＲ量の比率であるＥＧＲ率を算出するステップ
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御方法。
9. ｊ）前記気筒に吸入される空気の温度を吸気温として検出し、
   ｋ）前記内燃機関の排気の温度を検出又は推定することによって、排気温として取得し、
   ｌ）前記理想筒内ガス温度、前記理想筒内ガス量、前記吸気温、前記吸入空気量及び前記排気温を用いて、内部ＥＧＲ量を算出するステップをさらに備え、
   前記ステップｆ）では、前記吸入空気量、前記吸気温、前記内部ＥＧＲ量及び前記排気温に基づいて、前記筒内ガス温度を算出することを特徴とする、請求項８に記載の内燃機関の制御方法。
10. 前記内燃機関は、前記吸気弁及び前記排気弁の作動位相を変更することによって内部ＥＧＲ量を変更する吸排気弁作動位相可変機構を備えており、
    前記内燃機関の回転数、前記吸気弁及び前記排気弁の作動位相と前記基準筒内ガス量及び前記基準状態における筒内ガスの温度である基準筒内ガス温度との関係が、あらかじめ実行された実験の計測データ及び前記内燃機関の諸元に基づいて設定され、記憶されており、
    ｍ）前記吸気弁及び前記排気弁の作動位相を取得するステップをさらに備え、
    前記検出された内燃機関の回転数、及び前記取得された吸気弁及び排気弁の作動位相に応じ、前記記憶された関係に基づいて、前記ステップｃ）では前記基準筒内ガス量を算出し、前記ステップｅ）では前記基準筒内ガス温度を前記理想筒内ガス温度として算出することを特徴とする、請求項９に記載の内燃機関の制御方法。
11. 前記基準筒内ガス量は、前記基準状態における吸入空気量と、前記気筒内のピストンが上死点にある状態で前記気筒内に残留する残留燃焼ガス量との和として設定されていることを特徴する、請求項１０に記載の内燃機関の制御方法。
12. 前記内燃機関は、前記気筒から前記排気通路に排出された排気をＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に還流させる外部ＥＧＲを実行する外部ＥＧＲ装置をさらに備えており、
    ｎ）外部ＥＧＲ量を算出し、
    ｏ）外部ＥＧＲ温度を検出又は推定し、
    前記ステップｆ）では、前記外部ＥＧＲ量及び前記外部ＥＧＲ温度をさらに用いて、前記筒内ガス温度を算出することを特徴とする、請求項９ないし１１のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
13. ｐ）前記内燃機関におけるノッキングの発生限界に対応するノック限界点火時期の基本値を算出し、
    ｑ）前記ＥＧＲ率に応じてＥＧＲノッキング補正量を算出し、
    ｒ）前記基準筒内ガス温度と前記筒内ガス温度との差に応じて温度ノッキング補正量を算出し、
    ｓ）前記基本値を前記ＥＧＲノッキング補正量及び前記温度ノッキング補正量で補正することによって、前記ノック限界点火時期を算出し、
    ｔ）前記ノック限界点火時期を用いて前記内燃機関の点火時期を制御するステップをさらに備えることを特徴とする、請求項８ないし１２のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
14. 前記ステップｔ）では、前記内燃機関の出力が最大になる最適点火時期を前記ＥＧＲ率に応じて算出し、前記ノック限界点火時期又は前記最適点火時期のいずれか遅角側の点火時期を用いて、前記点火時期を制御することを特徴とする、請求項１３に記載の内燃機関の制御方法。

Images