JP2014092093A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、サイクル間の吹返し流の流速の変動を考慮して、精度高くＥＧＲ率（ＥＧＲ量）を検出することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】運転条件に応じたＥＧＲ率又はＥＧＲ量に相当するＥＧＲ相当値を取得する。気筒内に設けられた点火プラグの電極間に放電を生じさせる点火装置を備える。前記運転条件におけるバルブオーバーラップ期間中に前記点火装置により放電を生じさせ、放電が生じた電圧値又は電流値に相当する電気信号を取得する。前記電気信号に基づいて前記ＥＧＲ相当値を補正する。
【選択図】図６

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１（特開平５−１５７００９号公報）に開示されるように、排気通路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとして吸気通路に還流させる外部ＥＧＲ（排気再循環）装置を備えた内燃機関（以下、単にエンジンとも記す。）が知られている。特許文献１のシステムは、エンジンの燃焼室内に圧力を検出する筒内圧センサを備え、圧縮行程中の任意の２つのクランク角間での筒内圧力差を検出し第１のエンジン充填効率を求める。さらに、エンジンの吸気通路に吸入空気量を検出する吸入空気量センサを備え、吸入空気量から第２のエンジン充填効率を求める。そして、特許文献１には、第１の充填効率は不燃気体である還流された排気ガスを含んでおり、第２のエンジン充填効率は還流された排気ガスを含んでおらず、両充填効率の差分より還流された排気ガスの流量（ＥＧＲ量）を求め、吸入空気量との比率から排気ガス還流率（ＥＧＲ率）を求めることが開示されている。

また、特許文献２には、点火プラグに流れる２次電流又は点火プラグに印加される２次電圧を検出し、検出された２次電流又は２次電圧に基づいて、気筒内におけるガス流動速度を求めることが開示されている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

特開平５−１５７００９号公報 特開２００９−０１３８５０号公報

ところで、排気通路は正圧であるため、バルブオーバーラップ期間に気筒内に排気の一部が気筒内に吹き返す場合がある。この吹返し流の流速は、サイクル間で変動するためＥＧＲ率（ＥＧＲ量）も変動することとなる。近年更に高まる低燃費ニーズに対応し、リーン領域を拡大するためには、吹返し流の流速の変動により変動するＥＧＲ率を精度高く検出することが要求される。特許文献１の技術では、吹返し流の流速のサイクル間変動について考慮されておらず、これを考慮してＥＧＲ率を精度高く検出できるとは言えない。また、ＥＧＲ率の検出タイミングが圧縮行程以降であるため、補正後のＥＧＲ率を現サイクルにおける各種制御に反映させることが間に合わない場合がある。また、筒内圧センサが必要であるため、コストアップは避けられない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、サイクル間の吹返し流の流速の変動を考慮して、精度高くＥＧＲ率（ＥＧＲ量）を検出することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
運転条件に応じたＥＧＲ率又はＥＧＲ量に相当するＥＧＲ相当値を取得するＥＧＲ相当値取得手段と、
気筒内に設けられた点火プラグの電極間に放電を生じさせる点火装置と、
前記運転条件におけるバルブオーバーラップ期間中に前記点火装置により放電を生じさせ、放電が生じた電圧値又は電流値に相当する電気信号を取得するバルブオーバーラップ時電気信号取得手段と、
前記電気信号に基づいて前記ＥＧＲ相当値を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記補正手段は、前記バルブオーバーラップ時電気信号取得手段により取得される複数サイクルにおける電気信号から、サイクル間の電気信号の変動率を取得し、該変動率を乗じて前記ＥＧＲ相当値を補正すること、を特徴とする。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記バルブオーバーラップ時電気信号取得手段は、前記バルブオーバーラップ期間を複数の期間に分けた各期間中に前記点火装置により放電を生じさせ、各期間において放電が生じた電圧値又は電流値に相当する電気信号を取得すること、を特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、
現サイクルにおいて前記補正手段により補正されたＥＧＲ相当値である現サイクルＥＧＲ相当値が、前サイクルにおいて前記補正手段により補正されたＥＧＲ相当値である前サイクルＥＧＲ相当値よりも高い場合に点火時期を進角し、該現サイクルＥＧＲ相当値が該前サイクルＥＧＲ相当値よりも低い場合に点火時期を遅角する点火時期制御手段、を更に備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、
前記内燃機関の吸気通路を開閉可能なスロットルバルブと、
前記内燃機関の排気通路と、前記スロットルバルブ下流の前記吸気通路とを接続する外部ＥＧＲ通路と、該外部ＥＧＲ通路を開閉可能なＥＧＲバルブとを有する外部ＥＧＲ装置と、
現サイクルにおいて前記補正手段により補正されたＥＧＲ相当値である現サイクルＥＧＲ相当値が、前サイクルにおいて前記補正手段により補正されたＥＧＲ相当値である前サイクルＥＧＲ相当値よりも高い場合に前記スロットルバルブの開度を高め、該現サイクルＥＧＲ相当値が該前サイクルＥＧＲ相当値よりも低い場合に前記スロットルバルブの開度を低くするスロットル開度制御手段と、を更に備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明のいずれかにおいて、
前記内燃機関の吸気通路を開閉可能なスロットルバルブと、
前記内燃機関の排気通路と、前記スロットルバルブ下流の前記吸気通路とを接続する外部ＥＧＲ通路と、該外部ＥＧＲ通路を開閉可能なＥＧＲバルブとを有する外部ＥＧＲ装置と、
過給運転領域において、前記補正手段により補正されたＥＧＲ相当値から気筒内の換気率を算出する換気率算出手段と、
現サイクルにおいて前記換気率算出手段により算出された換気率である現サイクル換気率が、前サイクルにおいて換気率算出手段により算出された換気率である前サイクル換気率よりも高い場合に前記スロットルバルブの開度を低くすると共に点火時期を遅角し、該現サイクル換気率が該前サイクル換気率よりも低い場合に前記スロットルバルブの開度を高くすると共に点火時期を進角する制御手段と、を更に備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、バルブオーバーラップ期間中に燃焼に寄与しない放電をあえて生じさせる。放電が生じた電圧値又は電流値に相当する電気信号は、吹返し流の流速に応じて変動する。そのため、この電気信号に基づいて、サイクル間の吹返し流の流速の変動を考慮した精度の高いＥＧＲ率（ＥＧＲ量）を算出することができる。

第２の発明によれば、サイクル間の電気信号の変動率に基づいて、吹返し流の流速の変動を考慮した精度の高いＥＧＲ率（ＥＧＲ量）を算出することができる。

第３の発明によれば、複数に分けたバルブオーバーラップ期間の各期間における放電電圧から、各期間における吹返し流の流速が分かる。そのため、より詳細に吹返し流の流速の変動を考慮でき、ＥＧＲ率の算出精度より向上させることが可能となる。

第４の発明によれば、補正後のＥＧＲ率に基づいて、点火時期を制御し、サイクル間のトルク変動を抑制することができる。

第５の発明によれば、補正後のＥＧＲ率に基づいて、スロットル開度を制御し、サイクル間のトルク変動を抑制することができる。

第６の発明によれば、過給運転領域におけるサイクル間のトルク変動を抑制することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。 内燃機関１０の点火装置４８の構成を示す模式図である。 バルブオーバーラップ期間中の排気ガスの吹返しについて説明するための図である。 吹返し流と点火ギャップに生じる火花放電の経路長との関係を説明するための図である。 バルブオーバーラップ期間中の吹返し流の流速と筒内残留ガス量との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行するＥＧＲ率補正ルーチンのフローチャートである。 バルブオーバーラップ期間中の吸排気バルブのバルブリフト量と、排気バルブからの吹返し流の流速との関係について説明するための図である。 本発明の実施の形態２のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行するＥＧＲ率補正ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行する点火時期制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態４のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行するスロットル開度制御ルーチンのフローチャートである。 過給運転領域における気流の流れについて説明するための図である。 本発明の実施の形態５のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１、図２を用いて本発明の実施の形態のシステム構成について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。
図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンとも記す。）１０を備えている。内燃機関１０は、火花点火式の４ストローク１サイクルエンジンである。また、所定の運転領域においてリーン燃焼を実施可能なエンジンであり、過給機と外部ＥＧＲ装置を備えている。

図１に示す内燃機関１０は直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。各気筒には、その内部を往復運動するピストンが配置されている。各気筒のピストン上面からシリンダヘッドまでの空間は燃焼室１２を形成している。各気筒には、燃焼室１２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１４が配置されている。燃料として、例えばガソリンやアルコールが用いられる。各気筒には、燃焼室１２の天井壁中央部には、混合気に点火するための点火プラグ１６が配置されている。また、ピストンの往復運動は、クランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の近傍には、クランク角、クランク角速度及びエンジン回転数を検出するためのクランク角センサ１８が取り付けられている。

内燃機関１０には、空気を気筒内に取り込むための吸気通路２０と、排気ガスを気筒内から排出するための排気通路２２とが接続されている。吸気通路２０の入口近傍には、吸気通路２０に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２４が取り付けられている。

エンジン１０は、排気ガスのエネルギによって過給を行うターボチャージャ２６を備えている。エアフローメータ２４の下流には、ターボチャージャ２６のコンプレッサ２６ａが配置されている。ターボチャージャ２６は、コンプレッサ２６ａと一体的に連結され排気ガスのエネルギによって回転するタービン２６ｂを備えている。コンプレッサ２６ａは、タービン２６ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。

コンプレッサ２６ａの下流には、コンプレッサ２６ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ２８が設けられている。インタークーラ２８の下流には、吸気通路２０を流れる空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ３０が設けられている。スロットルバルブ３０の近傍にはスロットルバルブ３０の開度に応じた信号を出力するスロットル開度センサ３２が取り付けられている。スロットルバルブ３０の下流には、吸気通路２０内の吸気管圧に応じた信号を出力する吸気管圧センサ３３が設けられている。吸気管圧センサ３３の下流には、気筒毎に吸気ポート３４が設けられている。吸気ポート３４の下流端には、燃焼室１２と吸気通路２０との間を開閉する吸気バルブ３６が設けられている。

排気通路２２の上流端には、燃焼室１２と排気通路２２との間を開閉する排気バルブ３８が設けられている。排気バルブ３８の下流には、排気ガスのエネルギによって回転するタービン２６ｂが配置されている。タービン２６ｂの下流には、排気ガス中の成分を浄化する触媒が設けられている。

また、本実施形態のシステムは、外部ＥＧＲ（排気再循環）装置を備えている。ＥＧＲ装置は、排気通路２２を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路２０に還流させる。具体的には、排気通路２２と吸気通路２０とを接続するＥＧＲ通路４０が設けられている。ＥＧＲ通路４０には、ＥＧＲクーラ４２が設けられている。ＥＧＲクーラ４２の下流には、ＥＧＲバルブ４４が設けられている。

（点火装置の構成）
図２は、内燃機関１０の点火装置４８の構成を示す模式図である。
内燃機関１０の点火装置４８は、天井壁中央部に設けられた点火プラグ１６（図１）を含む。点火プラグ１６は、点火コイル６０により２次電圧が印加されて、点火プラグ１６の火花放電部６１に点火火花（電気火花）を生じさせる。

点火プラグ１６の火花放電部６１は、天井壁中央部から燃焼室１２に突き出すように配設されている。火花放電部６１は、点火コイル６０の２次コイル６０ｃに接続されている中心電極６１ａと、シリンダヘッドに接地（アース）されている接地電極６１ｃとを有している。火花放電部６１は、点火コイル６０の２次コイル６０ｃにより印加された二次電圧が、絶縁破壊に要求される電圧（要求電圧）に達すると、中心電極６１ａと接地電極６１ｃとの間にある空隙、いわゆる点火ギャップに点火火花（電気火花）を生じさせる。

点火コイル６０は、１次コイル６０ａ、２次コイル６０ｃ、及び鉄芯６１ｂを有している。１次コイル６０ａの一端は、コンデンサ６２に接続されており、他端は、トランジスタ６３のコレクタに接続されている。一方、２次コイル６０ｃの一端は、点火プラグ１６の火花放電部６１の中心電極６１ａに接続されており、他端は、後述するＥＣＵ５０に接続されている。点火コイル６０の２次コイル６０ｃに発生する２次電圧（放電電圧）と、２次コイル６０ｃから点火プラグ１６の火花放電部６１に流れる２次電流は、ＥＣＵ５０により検出可能となっている。

また、点火装置４８には、点火コイル６０の１次コイル６０ａに１次電流を流すため、１次電流の電気エネルギを蓄えるコンデンサ６２とコンデンサ６２を充電するエネルギ発生装置６４（電源を含む）と、点火コイル６０の１次電流を断続するトランジスタ６３が設けられている。エネルギ発生装置６４とトランジスタ６３は、ＥＣＵ５０により制御される。点火制御については、例えば、特開２００９−１３８５０号公報に開示されているように公知の内容であるため、詳細な説明は省略する。

本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む記憶回路を備えた演算処理装置により構成されている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したクランク角センサ１８、エアフローメータ２４、スロットル開度センサ３２の他、内燃機関１０の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。

ＥＣＵ５０の出力部には、上述した点火装置４８、燃料噴射弁１４、点火プラグ１６、スロットルバルブ３０の他、内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを駆動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。

（バルブオーバーラップ期間中の吹返し流によるＥＧＲ率のサイクル間ばらつき）
次に、図３乃至図５を参照して、上述のシステム構成において生じるサイクル間のＥＧＲ率のばらつきについて説明する。

図３は、バルブオーバーラップ期間中の排気ガスの吹返しについて説明するための図である。
上述のように構成されたシステムにおいて、過給がなされない非過給運転領域（過給運転領域よりも低負荷側の運転領域）では、自然吸気エンジンと同様に、吸気管圧力が負圧、排気管圧力が正圧となる。バルブオーバーラップ期間中は、排気圧（≧大気圧）＞吸気圧（負圧）となるため、排気ガスの一部が燃焼室１２内に吹き返す現象が生じる。この吹返し流の流速は、サイクル間で変動する。そのため、運転条件に応じたＥＧＲ率を予め定めたＥＧＲ率マップ等に基づいて各種アクチュエータ（ＥＧＲバルブ４４、スロットルバルブ３０等）を制御しただけでは、吹返し流の流速の変動が考慮されず、実際のＥＧＲ率にばらつきが生じることとなる。この吹返しによるＥＧＲ率の増加は、排気バルブ３８から燃焼室１２内への排気ガスの吹返し流の流速に略比例して増加する。

燃費向上等の目的で、上述のＥＧＲバルブ４４やスロットルバルブ３０の開度を制御して排気ガスの一部をＥＧＲガスとして燃焼室１２に導入させる運転領域（ＥＧＲ導入領域）では、ＥＧＲ限界付近において、ＥＧＲ率の変動によりトルク変動が生じ易い。適切なトルク制御のためには、ＥＧＲ率を精度高く検出することが必要となる。

図４は、吹返し流と、点火ギャップに生じる火花放電の経路長との関係を説明するための図である。図５は、バルブオーバーラップ期間中の吹返し流の流速と筒内残留ガス量との関係を示す図である。

上述したように、ＥＧＲ率はバルブオーバーラップ期間中の吹返し流の流速に比例して増加するため、吹返し流の流速を検出する必要がある。図４に示すように、バルブオーバーラップ期間中に火花放電を生じさせると、吹返し流により火花放電の経路長は長くなる。点火ギャップの吹返し流の流速が高いほど、火花放電が気流により伸ばされるため、電気抵抗が増大し、より高い２次電圧（放電電圧）が必要となる。この点に着目することで、放電電圧の変動率から吹返し流の流速の変動率を算出することができる。また、バルブオーバーラップ期間中の吹返し流の流速が速いほど、排気通路２２から燃焼室１２内に流入する排気ガス量が増大する。そのため、図５に示すように、バルブオーバーラップ期間中の吹返し流の流速が高いほど筒内残留ガス量が高くなる、すなわち、ＥＧＲ率が高くなる。このように、各サイクルのバルブオーバーラップ期間中に燃焼に寄与しない放電をあえて生じさせることで、その放電電圧の変動率から、吹返し流の流速の変動率、ひいては吹返し流の流速の変動を考慮したＥＧＲ率を算出することができる。

［実施の形態１における特徴的制御］
そこで、本実施形態のシステムでは、バルブオーバーラップ期間中に放電を生じさせてその放電電圧に基づいて、現サイクルにおけるＥＧＲ率を算出することとした。具体的には、バルブオーバーラップ期間中の放電電圧のサイクル間の変動率を算出し、この変動率を前サイクルまでの平均ＥＧＲ率に乗じて、現サイクルにおけるＥＧＲ率を算出することとした。

（ＥＧＲ率補正ルーチン）
図６は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するＥＧＲ率補正ルーチンのフローチャートである。
ＥＧＲ率補正ルーチンは、各サイクルにおいて気筒毎に実行される。ＥＣＵ５０には、運転条件（負荷率、吸気管圧、スロットル開度、ＥＧＲバルブ開度等）に応じた基準ＥＧＲ率を定めたＥＧＲ率マップが記憶されている。なお、各基準ＥＧＲ率に対応する基準放電電圧がＥＧＲ率マップ又は他のマップに記憶されている。

まず、ＥＣＵ５０は、サイクル間で運転条件が変化しない定常運転であるか否かを判断する（ステップＳ１００）。前サイクルと運転条件が異なる場合には、定常運転でないと判断され、ステップＳ１１０の処理が実行される。ステップＳ１１０では、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率マップから現運転条件に応じた基準ＥＧＲ率を取得し、「平均ＥＧＲ率」の初期値として代入する。さらに、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率マップ又は他のマップから当該基準ＥＧＲ率に対応する基準放電電圧を「平均放電電圧」の初期値として代入する。

次に、ステップＳ１２０において、ＥＣＵ５０は、排気行程後半から吸気行程前半にかけての吸気バルブ３６と排気バルブ３８とのバルブオーバーラップ期間中に点火装置４８により放電を生じさせ、点火コイル６０の２次コイル６０ｃに発生する２次電圧（放電電圧）を検出する。

次に、ステップＳ１３０において、ＥＣＵ５０は、平均放電電圧とステップＳ１２０で検出した現サイクルの放電電圧とから放電電圧の変動率を算出する。

次に、ステップＳ１４０において、ＥＣＵ５０は、平均ＥＧＲ率に放電電圧の変動率を乗じて現サイクルにおける補正後のＥＧＲ率を算出する。

さらに、ＥＣＵ５０は、平均ＥＧＲ率と現サイクルにおける補正後のＥＧＲ率と定常運転の継続サイクル数とに基づいて平均ＥＧＲ率を更新する。また、平均放電電圧と現サイクルの放電電圧と定常運転の継続サイクル数とに基づいて平均放電電圧を更新する（ステップＳ１５０）。更新した平均ＥＧＲ率及び平均放電電圧は、次サイクルの平均ＥＧＲ率及び平均放電電圧として用いるためＥＣＵ５０に記憶される。

次サイクルにおいて、運転条件が変化せず、ステップＳ１００において定常運転であると判断される場合には、ステップＳ１１１の処理が実行される。ステップＳ１１１では、ＥＣＵ５０は、前サイクルのステップＳ１４０で更新した平均ＥＧＲ率と平均放電電圧とを取得する。その後、ステップＳ１２０以降の処理を継続する。なお、次サイクルにおいて、運転条件が変化した場合には、再びステップＳ１１０の処理が実行される。

以上説明したように、図６に示すＥＧＲ率補正ルーチンによれば、バルブオーバーラップ期間中に燃焼に寄与しない放電をあえて生じさせ、その放電電圧の変動率から、吹返し流の流速の変動を考慮した精度の高いＥＧＲ率を算出することができる。ＥＧＲ率を精度高く算出できるため、燃費を向上させることが可能となる。

また、吸気行程の初期に補正後のＥＧＲ率を算出できるため、現サイクルにおいて補正後のＥＧＲ率を用いた各種フィードバック制御（スロットル、点火時期等）が可能となり応答性を高めることができる。これらのフィードバック制御ついては実施の形態３、４において説明する。

（変形例）
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、運転条件に応じた基準ＥＧＲ率毎に基準放電電圧を定めたマップを用意しているが、これに限定されるものではない。所定の運転条件における１サイクル目の放電電圧を検出して、これに基づいて２サイクル目以降に放電電圧の変動率を算出することとしても良い。この場合、運転条件に応じた基準放電電圧を定めたマップの適合が不要である点、ＥＣＵ５０の記憶容量の低減の点で有利である。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、点火コイル６０の２次コイル６０ｃに発生する２次電圧（放電電圧）を用いることとしているが、これに限定されるものではない。２次コイル６０ｃから点火プラグ１６の火花放電部６１に流れる２次電流を用いることとしても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、運転条件に応じたＥＧＲ率を補正することとしているが、これに限定されるものではない。運転条件に応じたＥＧＲ量を補正することとしても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、平均ＥＧＲ率及び平均放電電圧として前サイクルまでの平均値を用いることとしているが、これに限定されるものではない。前サイクルにおける補正後のＥＧＲ率及び前サイクルにおいて検出した放電電圧を用いることとしても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、本発明が適用されるエンジンは、上述の実施の形態のような筒内直噴エンジンには限定されない。ポート噴射式のエンジンにも本発明の適用は可能である。

尚、上述した実施の形態１においては、前記点火プラグ１６が前記第１の発明における「点火プラグ」に、前記点火装置４８が前記第１の発明における「点火装置」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１００とＳ１１０又はＳ１００とＳ１１１の処理を実行することにより前記第１の発明における「ＥＧＲ相当値取得手段」が、上記ステップＳ１２０の処理を実行することにより前記第１の発明における「バルブオーバーラップ時電気信号取得手段」が、上記ステップＳ１３０、Ｓ１４０の処理を実行することにより前期第１又は第２の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。
更に、実施の形態１においては、上記ステップＳ１１０において取得される基準ＥＧＲ率又は上記ステップＳ１１１において取得される前サイクルまでの平均ＥＧＲ率が前記第１の発明における「ＥＧＲ相当値」に、上記ステップＳ１２０において検出される２次電圧（放電電圧）又は２次電流が前記第１の発明における「電気信号」に、それぞれ対応している。

実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図７を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述するルーチンを実行させることで実現することができる。

［実施の形態２における特徴的制御］
上述した実施の形態１においては、バルブオーバーラップ期間中に放電を１回生じさせてその放電電圧がバルブオーバーラップ全期間におけるものと仮定している。しかしながら、バルブオーバーラップ期間中にける吹き返し流の流速は、バルブリフト量の変化と共に変化するため一定ではない。

そこで、本実施形態のシステムでは、バルブオーバーラップ期間を複数の期間に分けて、各期間中に点火装置４８により放電を生じさせ、各期間における放電電圧を取得することとした。各期間における放電電圧から、各期間における吹返し流の流速が分かるため、１サイクル内の吹返し流の流速の変化を考慮でき、ＥＧＲ率の算出精度より向上させることが可能となる。

図７は、バルブオーバーラップ期間中の吸排気バルブのバルブリフト量と、排気バルブからの吹返し流の流速との関係について説明するための図である。
図７に示すように、吸気バルブ３６が開弁すると差圧が生じ、吹返し流速は開弁直後に急激に高まった後、排気バルブ３８のリフト量変化の少ない時期（例えば、最大リフト量の約３／４以上の時期）まで略一定となる（期間Ａ）。その後、吹返し流速は、排気バルブ３８が閉弁するにつれて高まり、閉弁直前で急激に低下して閉弁と同時に０になる（期間Ｂ）。

図７に示す例では、期間Ａの中央付近で第１放電を、期間Ｂの中央付近で第２放電を生じさせる。この場合、現サイクルのバルブオーバーラップ期間中の放電電圧は、次の式（１）により求めることができる。なお、式（１）においては、バルブオーバーラップ期間を１とし、期間Ａ＋期間Ｂ＝１が成立するものとする。
現サイクルの放電電圧＝第１放電電圧×期間Ａ＋第２放電電圧×期間Ｂ …（１）

（ＥＧＲ率補正ルーチン）
図８は、上述の機能を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するＥＧＲ率補正ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ステップＳ１２０の処理がステップＳ２２０に置き換えられている点を除き、図６に示すルーチンと同様である。以下、図８において、図６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。

ステップＳ１１０又はＳ１１１の処理後、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２２０の処理を実行する。ステップＳ２２０において、ＥＣＵ５０は、まず、バルブオーバーラップ期間を複数の期間に分けて、各期間中に点火装置４８により放電を生じさせ、各期間における放電電圧を取得する。そして、バルブオーバーラップ全期間を１として、分割した期間割合に各放電電圧を乗じ、それらを加算することで、現サイクルの放電電圧を算出する。具体的には、バルブオーバーラップ期間を２つの期間Ａ、Ｂに分けた場合は、上述した式（１）に基づいて現サイクルの放電電圧を算出する。以降の処理に関しては実施の形態１で述べた内容と同様である。このように、バルブオーバーラップ期間中の各期間の放電電圧を精度高く算出することで、補正後のＥＧＲ率の算出精度をより向上させることができる。

（変形例）
ところで、上述した実施の形態２のシステムにおいては、バルブオーバーラップ期間を期間Ａと期間Ｂとに分けて各期間における放電電圧を取得することとしているが、これに限定されるものではない。更に期間を細分化（特に期間Ｂを細分化することが好ましい）することで、現サイクルの放電電圧をより精度高く求めることができる。

尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ２２０の処理を実行することにより前記第３の発明における「バルブオーバーラップ時電気信号取得手段」が実現されている。

実施の形態３．
［実施の形態３のシステム構成］
次に、図９を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図９のルーチンを実行させることで実現することができる。

［実施の形態３における特徴的制御］
上述した実施の形態１又は２によれば、バルブオーバーラップ期間中に放電を生じさせ、その放電電圧に基づいて、吹返し流の流速を考慮した補正後のＥＧＲ率を算出することができる（図６、図８）。実施の形態３では、図６又は図８で算出した現サイクルにおける補正後のＥＧＲ率と、前サイクルにおける補正後のＥＧＲ率との変化に基づいて、サイクル間のトルク変動を低減するように点火時期を制御する。これにより、ＥＧＲ率変動によるトルク変動悪化を抑制することができる。

（点火時期制御ルーチン）
図９は、上述の機能を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する点火時期制御ルーチンのフローチャートである。この点火時期制御ルーチンは、図６又は図８のＥＧＲ率補正ルーチンの処理後にサイクル毎に実行される。

まず、ＥＣＵ５０は、上述したＥＧＲ率補正ルーチンにより算出された現サイクルにおける補正後のＥＧＲ率を取得する（ステップＳ３００）。次に、ＥＣＵ５０は、現サイクルにおける補正後のＥＧＲ率と、前サイクルにおける補正後のＥＧＲ率とを比較する（ステップＳ３１０）。

ステップＳ３１０において、現サイクルにおける補正後のＥＧＲ率が前サイクルにおける補正後のＥＧＲ率よりも高いと判定される場合には、ＥＣＵ５０はベース点火時期よりも点火時期を進角する（ステップＳ３２０）。ＥＧＲ率増加により燃焼速度が低下するとＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）が進角側にずれるため、点火時期を進角することでトルク変動を抑制することができる。なお、ベース点火時期として、定常運転時においては、前サイクルにおいて本ルーチンで設定した点火時期を用いる。一方、過渡運転時においては、運転条件に応じて基準点火時期を定めた点火時期マップから現運転条件に応じた基準点火時期を取得し、これをベース点火時期として用いる。

一方、ステップＳ３１０において、現サイクルにおける補正後のＥＧＲ率が前サイクルにおける補正後のＥＧＲ率よりも低いと判定される場合には、ＥＣＵ５０は点火時期を遅角する（Ｓ３３０）。ステップＳ３２０又はＳ３３０の処理後、本ルーチンの処理は終了される。

以上説明したように、図９に示す点火時期制御ルーチンによれば、特に定常運転時におけるサイクル間の吹返し流の流速の変動を考慮して算出された補正後のＥＧＲ率に基づいて、点火時期を制御し、サイクル間のトルク変動を抑制することができる。また、現サイクルにおける点火時期を制御できるため、応答性の高い制御を実現することができる。

（変形例）
ところで、上述した実施の形態３のシステムにおいては、ステップＳ３１０において前サイクルにおける補正後のＥＧＲ率を用いることとしているが、ＥＧＲ率補正ルーチンにより算出された前サイクルまでの平均ＥＧＲ率を用いることとしてもよい。

尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ３００−Ｓ３３０の処理を実行することにより前記第４の発明における「点火時期制御手段」が実現されている。

実施の形態４．
［実施の形態４のシステム構成］
次に、図１０を参照して本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図１０のルーチンを実行させることで実現することができる。

［実施の形態４における特徴的制御］
上述した実施の形態１又は２によれば、バルブオーバーラップ期間中に放電を生じさせ、その放電電圧に基づいて、吹返し流の流速を考慮した補正後のＥＧＲ率を算出することができる（図６、図８）。実施の形態４では、図６又は図８で算出した現サイクルにおける補正後のＥＧＲ率と、前サイクルにおける補正後のＥＧＲ率との変化に基づいて、サイクル間のトルク変動を低減するようにスロットルバルブ３０の開度を制御する。これにより、ＥＧＲ率変動によるトルク変動悪化を抑制することができる。

（スロットル開度制御ルーチン）
図１０は、上述の機能を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するスロットル開度制御ルーチンのフローチャートである。このスロットル開度制御ルーチンは、図６又は図８のＥＧＲ率補正ルーチンの処理後にサイクル毎に実行される。

まず、ＥＣＵ５０は、上述したＥＧＲ率補正ルーチンにより算出された現サイクルにおける補正後のＥＧＲ率を取得する（ステップＳ４００）。次に、ＥＣＵ５０は、現サイクルにおける補正後のＥＧＲ率と、前サイクルにおける補正後のＥＧＲ率とを比較する（ステップＳ４１０）。

ステップＳ４１０において、現サイクルにおける補正後のＥＧＲ率が前サイクルにおける補正後のＥＧＲ率よりも高いと判定される場合には、ＥＣＵ５０はベーススロットル開度よりもスロットルバルブ３０の開度を高くする（ステップＳ４２０）。ＥＧＲ率が増加した場合、スロットルバルブ３０の開度を高くすることで、吸気管負圧を減少させて、ＥＧＲバルブ４４からの外部ＥＧＲ量を減少させることができる。なお、ベーススロットル開度として、定常運転時においては、前サイクルにおいて本ルーチンで設定したスロットル開度を用いる。一方、過渡運転時においては、運転条件に応じて基準スロットル開度を定めたスロットル開度マップから現運転条件に応じた基準スロットル開度を取得し、これをベーススロットル開度として用いる。

一方、ステップＳ４１０において、現サイクルにおける補正後のＥＧＲ率が前サイクルにおける補正後のＥＧＲ率よりも低いと判定される場合には、ＥＣＵ５０はスロットル開度を低くする（Ｓ４３０）。ステップＳ４２０又はＳ４３０の処理後、本ルーチンの処理は終了される。

以上説明したように、図１０に示すスロットル開度制御ルーチンによれば、特に定常運転時におけるサイクル間の吹返し流の流速の変動を考慮して算出された補正後のＥＧＲ率に基づいて、スロットル開度を制御し、サイクル間のトルク変動を抑制することができる。また、現サイクルの吸気行程におけるスロットル開度を制御できるため、応答性の高い制御を実現することができる。

（変形例）
ところで、上述した実施の形態４のシステムにおいては、ステップＳ４１０において前サイクルにおける補正後のＥＧＲ率を用いることとしているが、ＥＧＲ率補正ルーチンにより算出された前サイクルまでの平均ＥＧＲ率を用いることとしてもよい。

また、上述した実施の形態４のシステムにおいては、スロットル開度制御ルーチンと併せて、実施の形態３で説明した点火時期制御ルーチンも実行することとしても良い。

尚、上述した実施の形態４においては、スロットルバルブ３０が前記第５の発明における「スロットルバルブ」に、ＥＧＲ通路４０が前記第５の発明における「外部ＥＧＲ通路」に、ＥＧＲバルブ４４が前記第５の発明における「ＥＧＲバルブ」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ４００−Ｓ４３０の処理を実行することにより前記第５の発明における「スロットル開度制御手段」が実現されている。

実施の形態５．
［実施の形態５のシステム構成］
次に、図１１及び図１２を参照して本発明の実施の形態５について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図１２のルーチンを実行させることで実現することができる。

［実施の形態５における特徴的制御］
本発明の実施の形態５は、図１１に示すように吸気管圧力が正圧、排気管圧力が大気圧となる過給運転領域における制御である。本実施形態では、実施の形態１又は２において検出されるバルブオーバーラップ期間中の放電電圧に基づいて、過給ダウンサイズエンジンのスカベンジングによる筒内残留ガスの換気率を算出する。換気率の変動に対して、図１２に示す制御ルーチンを実行することで、Ａ／Ｆ変動及びトルク変動の抑制を図るものである。なお、換気率は、ＥＧＲ率と逆の指標であり、ＥＧＲ率と換気率との合計が１００％となる関係にある。そのため、換気率は、上述したＥＧＲ率補正ルーチンにより算出されたＥＧＲ率から算出することができる。

（制御ルーチン）
図１２は、上述の機能を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。この制御ルーチンは、図６又は図８のＥＧＲ率補正ルーチンの処理後にサイクル毎に実行される。また、他のルーチンにより新気量に応じて目標空燃比（例えばストイキ）を満たす燃料噴射量が噴射される。

まず、ＥＣＵ５０は、上述したＥＧＲ率補正ルーチンにより算出された現サイクルにおける補正後のＥＧＲ率から換気率を算出する（ステップＳ５００）。次に、ＥＣＵ５０は、現サイクルにおける補正後の換気率と、前サイクルにおける補正後の換気率とを比較する（ステップＳ５１０）。

ステップＳ５１０において、現サイクルにおける補正後の換気率が前サイクルにおける補正後の換気率よりも高いと判定される場合には、ＥＣＵ５０はベーススロットル開度よりもスロットルバルブ３０の開度を低くし、かつ、ベース点火時期よりも点火時期を遅角する（ステップＳ５２０）。換気率が高い場合、新気量が増えるため、燃料噴射量を増量し、Ａ／Ｆ変動を抑えると共に、残留ガス減少による燃焼速度増加、ＭＢＴ遅角化に応じて点火時期を遅角することでトルク変動を抑制することができる。

なお、ベーススロットル開度として、定常運転時においては、前サイクルにおいて本ルーチンで設定したスロットル開度を用いる。一方、過渡運転時においては、運転条件に応じて基準スロットル開度を定めたスロットル開度マップから現運転条件に応じた基準スロットル開度を取得し、これをベーススロットル開度として用いる。また、ベース点火時期として、定常運転時においては、前サイクルにおいて本ルーチンで設定した点火時期を用いる。一方、過渡運転時においては、運転条件に応じて基準点火時期を定めた点火時期マップから現運転条件に応じた基準点火時期を取得し、これをベース点火時期として用いる。

一方、ステップＳ５１０において、現サイクルにおける補正後の換気率が前サイクルにおける補正後の換気率よりも低いと判定される場合には、ＥＣＵ５０はスロットル開度を高くし、かつ、ベース点火時期よりも点火時期を進角する（Ｓ５３０）。ステップＳ５２０又はＳ５３０の処理後、本ルーチンの処理は終了される。

以上説明したように、図１２に示す制御ルーチンによれば、過給運転領域において、特に定常運転時におけるサイクル間の吹抜け流の流速の変動を考慮して、サイクル間で変動する換気率を算出し、この換気率の変動に基づいて、スロットル開度及び点火時期を制御してサイクル間のトルク変動を抑制することができる。また、現サイクルにおけるスロットル開度及び点火時期を制御できるため、応答性の高い制御を実現することができる。

（変形例）
ところで、上述した実施の形態５のシステムにおいては、ステップＳ５１０において前サイクルにおける補正後のＥＧＲ率を用いることとしているが、ＥＧＲ率補正ルーチンにより算出された前サイクルまでの平均ＥＧＲ率を用いることとしてもよい。

尚、上述した実施の形態５においては、スロットルバルブ３０が前記第６の発明における「スロットルバルブ」に、ＥＧＲ通路４０が前記第６の発明における「外部ＥＧＲ通路」に、ＥＧＲバルブ４４が前記第６の発明における「ＥＧＲバルブ」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ５００−Ｓ５３０の処理を実行することにより前記第６の発明における「制御手段」が実現されている。

１０ 内燃機関（エンジン）
１２ 燃焼室
１４ 燃料噴射弁
１６ 点火プラグ
１８ クランク角センサ
２０ 吸気通路
２２ 排気通路
２４ エアフローメータ
２６ ターボチャージャ
２６ａ コンプレッサ
２６ｂ タービン
３０ スロットルバルブ
３２ スロットル開度センサ
３３ 吸気管圧センサ
３６ 吸気バルブ
３８ 排気バルブ
４０ ＥＧＲ通路
４４ ＥＧＲバルブ
４８ 点火装置
６０ 点火コイル
６０ａ １次コイル
６０ｃ ２次コイル
６１ 火花放電部
６１ａ 中心電極
６１ｃ 接地電極

Claims (6)

1. 運転条件に応じたＥＧＲ率又はＥＧＲ量に相当するＥＧＲ相当値を取得するＥＧＲ相当値取得手段と、
   気筒内に設けられた点火プラグの電極間に放電を生じさせる点火装置と、
   前記運転条件におけるバルブオーバーラップ期間中に前記点火装置により放電を生じさせ、放電が生じた電圧値又は電流値に相当する電気信号を取得するバルブオーバーラップ時電気信号取得手段と、
   前記電気信号に基づいて前記ＥＧＲ相当値を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記補正手段は、前記バルブオーバーラップ時電気信号取得手段により取得される複数サイクルにおける電気信号から、サイクル間の電気信号の変動率を取得し、該変動率を乗じて前記ＥＧＲ相当値を補正すること、
   を特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記バルブオーバーラップ時電気信号取得手段は、前記バルブオーバーラップ期間を複数の期間に分けた各期間中に前記点火装置により放電を生じさせ、各期間において放電が生じた電圧値又は電流値に相当する電気信号を取得すること、
   を特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 現サイクルにおいて前記補正手段により補正されたＥＧＲ相当値である現サイクルＥＧＲ相当値が、前サイクルにおいて前記補正手段により補正されたＥＧＲ相当値である前サイクルＥＧＲ相当値よりも高い場合に点火時期を進角し、該現サイクルＥＧＲ相当値が該前サイクルＥＧＲ相当値よりも低い場合に点火時期を遅角する点火時期制御手段、
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関の吸気通路を開閉可能なスロットルバルブと、
   前記内燃機関の排気通路と、前記スロットルバルブ下流の前記吸気通路とを接続する外部ＥＧＲ通路と、該外部ＥＧＲ通路を開閉可能なＥＧＲバルブとを有する外部ＥＧＲ装置と、
   現サイクルにおいて前記補正手段により補正されたＥＧＲ相当値である現サイクルＥＧＲ相当値が、前サイクルにおいて前記補正手段により補正されたＥＧＲ相当値である前サイクルＥＧＲ相当値よりも高い場合に前記スロットルバルブの開度を高め、該現サイクルＥＧＲ相当値が該前サイクルＥＧＲ相当値よりも低い場合に前記スロットルバルブの開度を低くするスロットル開度制御手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関の吸気通路を開閉可能なスロットルバルブと、
   前記内燃機関の排気通路と、前記スロットルバルブ下流の前記吸気通路とを接続する外部ＥＧＲ通路と、該外部ＥＧＲ通路を開閉可能なＥＧＲバルブとを有する外部ＥＧＲ装置と、
   過給運転領域において、前記補正手段により補正されたＥＧＲ相当値から気筒内の換気率を算出する換気率算出手段と、
   現サイクルにおいて前記換気率算出手段により算出された換気率である現サイクル換気率が、前サイクルにおいて換気率算出手段により算出された換気率である前サイクル換気率よりも高い場合に前記スロットルバルブの開度を低くすると共に点火時期を遅角し、該現サイクル換気率が該前サイクル換気率よりも低い場合に前記スロットルバルブの開度を高くすると共に点火時期を進角する制御手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。

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