JP2018115555A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気還流率が比較的高い状態で内燃機関の減速が行われたときに、点火時期を適切に制御することによって失火を抑制することができる制御装置を提供する。【解決手段】 排気還流率ＲＥＧＲＴが燃焼不安定化閾値ＲＥＧＲＴＨを超え（Ｓ１２）、かつ機関負荷を示す推定充填効率ＨＥＴＡＣが特定遅角制御閾値ＥＴＡＣＴＨより小さいときに（Ｓ１４）、圧縮行程終了時期を遅角限界として最適点火時期ＭＢＴより遅角側の特定点火時期ＩＧＲＴＤに点火時期ＩＧＬＯＧを設定する特定遅角制御を実行する（Ｓ１６）。圧縮行程では筒内ガス温度ＴＣＹＬは圧縮によって上昇するため、圧縮行程終了時期を遅角限界として最適点火時期ＭＢＴより遅角側の特定点火時期ＩＧＲＴＤに点火を行うことによって、最適点火時期ＭＢＴにおいて点火を行う場合に比べて安定した着火が行われ、失火を抑制することができる。【選択図】 図５

Description

本発明は、排気還流装置を備える内燃機関の制御装置に関し、特に排気還流率が比較的高い状態で内燃機関の減速が行われたときの制御を行う制御装置に関する。

特許文献１には、排気還流装置及び過給機を備える内燃機関において、排気還流を実行している状態で減速運転が行われたときは、スロットル弁の閉弁速度を低下させるようにした制御装置が示されている。この制御によって、吸気通路内に残留する還流排気の影響で吸入空気量が不足して失火が発生することが防止される。

特許文献２には、排気還流率に応じて点火時期を制御する点火時期制御装置が示されている。この装置によれば、排気還流率の増加に伴って点火時期を進角させる制御が行われる。さらに排気還流率の増加量に対する点火時期の進角量の比率（排気還流率と点火時期進角量との関係を示す線の傾き）を、排気還流率が増加するほど増加させる制御が行われる。

特開２０１５−１２４７１８号公報 特開２０１０−９０８７２号公報

排気還流率が比較的高い状態で機関の減速が行われると、特許文献１に記載されるように、吸入空気量が不足して失火が発生する可能性が高まる。特許文献１に示された手法は、スロットル弁の閉弁速度を低下させることによって吸入空気量の不足を抑制するものであるが、エンジンブレーキの効きが運転者の意図よりも低くなる可能性がある。したがって、吸入空気量の減少を抑制することなく失火を抑制することが望ましい。

特許文献２に示された点火時期制御手法は、機関の定常的な運転状態において、排気還流率に応じた適切な点火時期の設定を行うことによって、例えば排気還流率が大きいときに点火時期の進角量を大きくして失火を防止するものである。すなわち、特許文献２の制御手法では、機関の減速運転中において吸入空気量が減少し、一時的に排気還流率が過大となることで発生する失火については考慮されていない。

本発明は上述した点に着目してなされたものであり、排気還流率が比較的高い状態で内燃機関の減速が行われたときに、点火時期を適切に制御することによって失火を抑制することができる制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、排気を吸気通路（２）に還流する排気還流通路（１２）を備える内燃機関の制御装置において、前記機関の点火時期（ＩＧＬＯＧ）を制御する点火時期制御手段と、前記排気還流通路（１２）を介して前記吸気通路（２）に還流される排気量を制御する排気還流制御手段と、前記機関の燃焼室に存在する全ガス量に対する、前記燃焼室内の排気量の割合を示す排気還流率（ＲＥＧＲＴ）を算出する排気還流率算出手段とを備え、前記点火時期制御手段は、算出される排気還流率（ＲＥＧＲＴ）が所定閾値（ＲＥＧＲＴＨ）を超えたときは、制御対象気筒の圧縮行程終了時期を遅角限界として、前記機関の出力トルクを最大とする最適点火時期（ＭＢＴ）より遅角側の特定点火時期（ＩＧＲＴＤ）に前記点火時期（ＩＧＬＯＧ）を設定する特定遅角制御を実行することを特徴とする。

この構成によれば、排気還流率が所定閾値を超えたときは、圧縮行程終了時期を遅角限界として最適点火時期より遅角側の特定点火時期に点火時期を設定する特定遅角制御が実行される。機関の減速状態のような低負荷状態では、排気還流通路を介した排気還流は停止されるが吸気通路内に残留する排気が燃焼室に吸入されて燃焼室内の残留燃焼ガスに加わる一方、吸入空気量が小さいため、排気還流率が一時的に増大し、失火が発生する可能性が高まる。圧縮行程では燃焼室内のガス温度は圧縮によって上昇するため、圧縮行程終了時期を遅角限界として最適点火時期より遅角側の特定点火時期に点火を行うことによって、最適点火時期において点火を行う場合に比べて安定した着火が行われ、失火を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記点火時期制御手段は、前記排気還流率（ＲＥＧＲＴ）が前記所定閾値（ＲＥＧＲＴ）を超えた場合において、前記機関の負荷を示す負荷パラメータ（ＨＥＴＡＣ）が所定負荷パラメータ値（ＥＴＡＣＴＨ）以上であるときは、前記特定遅角制御を実行しないことを特徴とする。

この構成によれば、排気還流率が所定閾値を超えた場合において、機関の負荷を示す負荷パラメータが所定負荷パラメータ値以上であるときは、特定遅角制御が実行されない。機関負荷がある程度高い状態では、燃焼エネルギが大きく、失火が発生する可能性はほとんど無くなる一方、特定遅角制御を開始するときの機関出力トルクの低下量が大きくなる弊害が発生する。したがって、負荷パラメータが所定負荷パラメータ値以上であるときは、特定遅角制御を実行しない、すなわち点火時期を最適点火時期へ設定することによって、そのような弊害を防止できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、前記点火時期制御手段は、前記負荷パラメータ（ＨＥＴＡＣ）が減少するほど前記特定点火時期（ＩＧＲＴＤ）を遅角させることを特徴とする。
この構成によれば、特定点火時期は負荷パラメータが減少するほど遅角するように設定される。機関負荷が低下するほど燃焼エネルギが減少し、混合気が着火し難くなるので、負荷パラメータが減少するほど特定点火時期を遅角させることによって、安定した着火が可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関は前記吸気通路（２）に設けられたスロットル弁（３）を備え、前記スロットル弁の開度（ＴＨ）を検出するスロットル弁開度検出手段と、前記機関の吸気圧（ＰＢＡ）を検出する吸気圧検出手段とを備え、前記排気還流率算出手段は、検出されるスロットル弁開度（ＴＨ）及び吸気圧（ＰＢＡ）に基づいて前記燃焼室に吸入される新気量（ＧＡＩＲＣＹＬ）を算出し、該算出した新気量を前記排気還流率（ＲＥＧＲＴ）の算出に使用することを特徴とする。

この構成によれば、検出されるスロットル弁開度及び吸気圧に基づいて燃焼室に吸入される新気量が算出され、その新気量が排気還流率の算出に適用される。機関の定常運転状態では、吸気通路に配置される吸入空気流量センサによる検出値に基づいて、燃焼室に吸入される新気量を正確に算出することが可能であるが、減速状態（過渡状態）では検出されるスロットル弁開度及び吸気圧に基づいて算出される新気量の方が精度が高くなる。したがって、そのようにして算出される新気量を用いることにより、減速状態において高い精度の排気還流率が得られる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記負荷パラメータ（ＨＥＴＡＣ）は、前記機関の充填効率を示すパラメータであることを特徴とする。
この構成によれば、負荷パラメータとして充填効率が使用される。負荷パラメータとしては、上記新気量、あるいは吸気圧などを使用することも可能であるが、充填効率を使用することで機関の負荷をより的確に把握して、特定遅角制御の実行条件の判定、及び機関負荷に応じた特定点火時期の設定を適切に行うことが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 機関負荷に応じて外部排気還流率（ＲＥＧＲＥ）の目標値（ＲＥＧＲＣＭＤ）を設定するテーブルを示す図である。 機関負荷を示す充填効率（ＥＴＡＣ）と、排気還流率（ＲＥＧＲＴ）との関係、及び充填効率（ＥＴＡＣ）と、機関出力トルク（ＴＲＱ）との関係を示す図である。 減速状態における点火時期（ＩＧＬＯＧ）と、失火発生率（ＲＭＦ）との関係、及び圧縮行程におけるクランク角度（ＣＡ）と、燃焼室内のガス温度（ＴＣＹＬ）との関係を示す図である。 特定遅角制御を含む点火時期制御処理のフローチャートである。 特定遅角制御の第１の制御動作例を示すタイムチャートである。 特定遅角制御の第２の制御動作例を示すタイムチャートである。 図５に示す処理の変形例のフローチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図であり、この図に示す内燃機関（以下「エンジン」という）１は、例えば４気筒を有し、各気筒には、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタ６が設けられている。インジェクタ６の作動は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５により制御される。またエンジン１の各気筒には点火プラグ８が装着されており、ＥＣＵ５によって点火プラグ８による点火時期が制御される。エンジン１の吸気通路２にはスロットル弁３が配置されている。

ＥＣＵ５には、エンジン１の吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ２１、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ２２、スロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ２３、吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ２４、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ２５、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２６、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダル操作量ＡＰを検出するアクセルセンサ２７、大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ２８、及び図示しない他のセンサ（例えば、車速センサなど）が接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ２６は、クランク角度位置を示す複数のパルス信号を出力するものであり、このパルス信号は、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、及びエンジン回転数（回転速度）ＮＥの検出に使用される。

排気通路１０には排気浄化触媒（例えば三元触媒）１１が設けられている。排気浄化触媒１１の上流側であって各気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側には、空燃比センサ２９が装着されており、排気中の酸素濃度を検出することにより、燃焼室内で燃焼する混合気の空燃比ＡＦを検出する。

エンジン１は排気還流装置を備えており、この排気還流装置は、排気通路１０と吸気通路２と接続する排気還流通路１２と、排気還流通路１２を通過する排気の流量を制御する排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）１３とを有する。ＥＧＲ弁１３の作動は、ＥＣＵ５によって制御される。

ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路等を備える周知の構成を有するものであり、エンジン運転状態（主としてエンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱＣＭＤ）に応じて、インジェクタ６による燃料噴射制御、点火プラグ８による点火時期制御、アクチュエータ３ａ及びスロットル弁３による吸入空気量制御、ＥＧＲ弁１３による排気還流制御を行う。要求トルクＴＲＱＣＭＤは、主としてアクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出され、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど増加するように算出される。また目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤは目標空燃比ＡＦＣＭＤ及び要求トルクＴＲＱＣＭＤに応じて算出され、目標空燃比ＡＦＣＭＤ及び要求トルクＴＲＱＣＭＤにほぼ比例するように算出される。実際の気筒吸入空気量が目標吸入空気量ＧＡＩＲＣＭＤと一致するように、アクチュエータ３ａによってスロットル弁３を駆動する吸入空気量制御が行われる。

排気還流通路１２を介して還流される排気量の割合を示す外部排気還流率ＲＥＧＲＥの目標値ＲＥＧＲＣＭＤは、例えば図２に示すように吸気圧ＰＢＡに応じて設定され、実際の外部排気還流率ＲＥＧＲＥが目標排気還流率ＲＥＧＲＣＭＤと一致するようにＥＧＲ弁１３の開度が制御される。図２に示す所定吸気圧ＰＢＡ１は例えば５３ｋＰａ（４００ｍｍＨｇ）程度に設定され、所定排気還流率ＲＥＧＲ１は例えば２０％に設定される。

インジェクタ６による燃料噴射量（質量）ＧＩＮＪは、吸入空気流量ＧＡＩＲを用いて算出される基本燃料量ＧＩＮＪＢを、目標当量比ＫＣＭＤ及び空燃比センサ２９により検出される空燃比ＡＦに応じた空燃比補正係数ＫＡＦを用いて補正することによって制御される。空燃比補正係数ＫＡＦは、検出される空燃比ＡＦ（検出当量比ＫＡＣＴ）が目標空燃比ＡＦＣＭＤ（目標当量比ＫＣＭＤ）と一致するように算出される。当量比は、空燃比ＡＦの逆数に比例し、空燃比ＡＦが理論空燃比（１４．７）と等しいときに「１．０」をとるパラメータである。なお、燃料噴射量ＧＩＮＪは公知の手法を用いて、燃圧ＰＦ及び燃料の密度などに応じてインジェクタ６の開弁時間ＴＯＵＴに変換され、１サイクル当たりに燃焼室内の供給する燃料量が燃料噴射量ＧＩＮＪとなるように制御される。燃料噴射量ＧＩＮＪは下記式（１）を用いて算出される。
ＧＩＮＪ＝ＧＩＮＪＢ×ＫＣＭＤ×ＫＡＦ×ＫＴＯＴＡＬ （１）

ＧＩＮＪＢは、吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて混合気の空燃比が理論空燃比ＡＦＳＴ（＝１４．７）となるように算出される基本燃料量であり、目標当量比ＫＣＭＤは目標空燃比ＡＦＣＭＤを用いて下記式（２）で示される。ＫＴＯＴＡＬは、目標当量比ＫＣＭＤ及び空燃比補正係数ＫＡＦ以外の補正係数（例えばエンジン冷却水温に応じた補正係数など）の積である。
ＫＣＭＤ＝ＡＦＳＴ／ＡＦＣＭＤ （２）

次に本発明の概要を図３及び図４を参照して、より具体的に説明する。図３（ａ）はエンジン１の負荷を示す負荷パラメータである充填効率ＥＴＡＣと、排気還流率ＲＥＧＲＴとの関係を示す図である。排気還流率ＲＥＧＲＴは、外部排気還流率ＲＥＧＲＥと、排気されずに燃焼室内に残留した燃焼ガスの割合を示す内部排気還流率ＲＥＧＲＩとの和であり、この図の横軸は例えば２０％に設定される外部排気還流率ＲＥＧＲＥに相当する。アクセルペダルが踏み込まれた状態から戻されて減速状態に移行すると、充填効率ＥＴＡＣが急激に低下する一方、燃焼室内にはピストンが上死点にあるときの容積を満たす燃焼ガス（大気圧にほぼ等しい）が確実に残留するため、図３（ａ）に示すように内部排気還流率ＲＥＧＲＩが増加する。その結果、充填効率ＥＴＡＣが、図３（ａ）に示すＥＴＡＣＸ１（以下「燃焼不安定化境界値」という）より小さくなって、排気還流率ＲＥＧＲＴが燃焼不安定化閾値ＲＥＧＲＴＨ（例えば３０％）を超えると、失火が発生し易くなる。

車両のクルーズ走行状態でアクセルペダルを戻すと、エンジン回転数ＮＥが比較的高い状態では燃料カット運転が開始されるが、燃料カット運転が開始される直前、あるいは急ブレーキ操作が行われて、燃料カット運転を行うことなくエンジン回転数ＮＥがアイドル回転数に近い回転数まで低下したような場合に、失火が発生する。

図４（ａ）は、減速状態における点火時期ＩＧＬＯＧと、失火発生率ＲＭＦとの関係を示しており、点火時期ＩＧＬＯＧが進角するほど、失火発生率ＲＭＦが増加する。点火時期ＩＧＬＯＧを、この図に示すクランク角ＣＡＩＧＸまで遅角させることによって、失火発生率ＲＭＦを「０」とすることが可能である。減速状態のような低負荷運転状態では最適点火時期ＭＢＴ（エンジン１の出力トルクを最大とする点火時期）は、圧縮行程終了時期ＣＡＴＤＣよりかなり進角されたクランク角となるため、点火時期ＩＧＬＯＧを最適点火時期ＭＢＴに設定すると、クランク角ＣＡＩＧＸより進角側に設定され、失火発生率ＲＭＦが大きくなる。

図４（ｂ）は、圧縮行程におけるクランク角度ＣＡと、燃焼室内のガス温度である筒内ガス温度ＴＣＹＬとの関係を示す図である。この図に示すように、最適点火時期ＭＢＴにおける筒内ガス温度ＴＣＹＬは第１温度ＴＣＹＬ１であるが、クランク角ＣＡＩＧＸにおける筒内ガス温度ＴＣＹＬはピストンの上昇に伴って第２温度ＴＣＹＬ２まで上昇する。図４（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、点火時期ＩＧＬＯＧを遅角することによって筒内ガス温度ＴＣＹＬが高くなった状態で点火が行われ、失火を防止または抑制することができる。

そこで本実施形態では、エンジン１の燃料カット運転中を除く減速低負荷運転状態において排気還流率ＲＥＧＲＴが高くなったときは、点火時期ＩＧＬＯＧを最適点火時期ＭＢＴより遅角側の特定点火時期ＩＧＲＴＤに設定する特定遅角制御を実行し、失火を抑制している。ただし、クランク角度ＣＡが圧縮行程終了時期ＣＡＴＤＣを過ぎると、筒内ガス温度ＴＣＹＬは低下し始めるので、圧縮行程終了時期ＣＡＴＤＣを遅角限界とする。

図３（ｂ）は、充填効率ＥＴＡＣと、エンジン１の出力トルクＴＲＱとの関係を示しており、破線Ｌ１は点火時期ＩＧＬＯＧを最適点火時期ＭＢＴに設定した場合に対応し、実線Ｌ２は上述した特定遅角制御を実行した場合に対応する。また細い破線Ｌ３及びＬ４は、出力トルクＴＲＱが急変したときの許容限界を示している。すなわち、充填効率ＥＴＡＣが、実線Ｌ２と破線Ｌ４との交点に対応するトルク変化許容境界値ＥＴＡＣＸ２より大きいときは、点火時期ＩＧＬＯＧを最適点火時期ＭＢＴから特定点火時期ＩＧＲＴＤへ切り換えると、トルク変化量が許容限界を超える。そこで、本実施形態では、充填効率ＥＴＡＣが閾値ＥＴＡＣＴＨ（以下「特定遅角制御閾値」という）より小さくなったときに、特定遅角制御を実行するようにしている。これによって、特定遅角制御開始時におけるトルク変化量を許容限界内に抑制することができる。

なお、特定遅角制御閾値ＥＴＡＣＴＨは、トルク変化許容境界値ＥＴＡＣＸ２より小さく、かつ排気還流率ＲＥＧＲＴが燃焼不安定化閾値ＲＥＧＲＴＨに達する燃焼不安定化境界値ＥＴＡＣＸ１より大きな値に設定される。実際の点火時期制御では、後述するように充填効率ＥＴＡＣの推定値である推定充填効率ＨＥＴＡＣを使用するため、特定遅角制御閾値ＥＴＡＣＴＨは、推定充填効率ＨＥＴＡＣの推定誤差を考慮してトルク変化許容境界値ＥＴＡＣＸ２より１０％程度小さな値、例えば１８％程度に設定される。

図５は、上述した特定遅角制御を含む点火時期制御処理のフローチャートであり、この処理はエンジン１の回転に同期して、所定クランク角度（例えば３０度）毎に実行される。
ステップＳ１１では、外部排気還流率ＲＥＧＲＥ及び内部排気還流率ＲＥＧＲＩの合計である排気還流率ＲＥＧＲＴを算出する。この排気還流率ＲＥＧＲＴの算出は、例えば特許第５５１１８９８号公報に示されるような公知の排気還流率算出方法を用いて行う。排気還流率ＲＥＧＲＴの算出には、検出されるスロットル弁開度ＴＨ、吸気圧ＰＢＡ、及び大気圧ＰＡに基づいて算出される推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲが適用される。すなわち、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを用いて、新気量である気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬが算出され、排気還流率ＲＥＧＲＴの算出に適用される。推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲは、公知の算出方法、例えば特許第５１１８２４７号公報に示される算出方法を用いて算出される。

ステップＳ１２では、排気還流率ＲＥＧＲＴが燃焼不安定化閾値ＲＥＧＲＴＨより大きいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、特定遅角制御フラグＦＳＲＴＤを「０」に設定し、通常制御を行う（ステップＳ１５）。通常制御おいては、ノッキング限界点火時期が最適点火時期ＭＢＴより進角側にある、比較的低負荷の運転状態では、点火時期ＩＧＬＯＧは最適点火時期ＭＢＴに設定される。

ステップＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）であって、排気還流率ＲＥＧＲＴが燃焼不安定化閾値ＲＥＧＲＴＨを超えているときは、下記式（３）に気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬを適用して、推定充填効率ＨＥＴＡＣ［％］を算出する（ステップＳ１３）。
ＨＥＴＡＣ＝（ＧＡＩＲＣＹＬ／ＧＡＩＲＢＡＳＥ）×１００ （３）

ここでＧＡＩＲＢＡＳＥは、標準大気状態（例えば、気圧１０１．３ｋＰａ，温度２０℃、湿度６０％）において、ピストンが下死点にあるときに燃焼室内を満たす空気量であり、予め算出されている値が適用される。

ステップＳ１４では、推定充填効率ＨＥＴＡＣが特定遅角制御閾値ＥＴＡＣＴＨより小さいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときはステップＳ１５に進む。ステップＳ１４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、特定遅角制御フラグＦＳＲＴＤを「１」に設定し、点火時期ＩＧＬＯＧを特定点火時期ＩＧＲＴＤに設定する特定遅角制御を実行する。特定点火時期ＩＧＲＴＤは、エンジン回転数ＮＥ及び推定充填効率ＨＥＴＡＣに応じて設定されたＩＧＲＴＤマップ（図示せず）を検索することにより算出される。ＩＧＲＴＤマップは、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど特定点火時期ＩＧＲＴＤが進角し、推定充填効率ＨＥＴＡＣが低くなるほど特定点火時期ＩＧＲＴＤが遅角するように設定される。ただし、上述したように圧縮行程終了時期ＣＡＴＤＣが遅角限界とされる。点火時期ＩＧＬＯＧは、圧縮行程終了時期ＣＡＴＤＣを基準（「０」）とした進角量で定義されるので、特定点火時期ＩＧＲＴＤは、最適点火時期ＭＢＴより小さく「０」以上の値に設定される。

図６は、上述した特定遅角制御の第１の制御動作例を示すタイムチャートであり、アクセルペダル操作量ＡＰ、推定充填効率ＨＥＴＡＣ、外部排気還流率ＲＥＧＲＥ、排気還流率ＲＥＧＲＴ、特定遅角制御フラグＦＳＲＴＤ、及び点火時期ＩＧＬＯＧの推移を示す。

時刻ｔ０にアクセルペダルが戻されると、外部排気還流率の目標値ＲＥＧＲＣＭＤは所定排気還流率ＲＥＧＲ１から「０」に戻される（同図（ａ）（ｃ））。推定充填効率ＨＥＴＡＣは、時刻ｔ０から減少し始めて、時刻ｔ１において特定遅角制御閾値ＥＴＡＣＴＨを下回る（同図（ｂ））。目標値ＲＥＧＲＣＭＤが「０」に設定されても、外部排気還流率ＲＥＧＲＥの減少は遅れる一方、内部排気還流率ＲＥＧＲＩは時刻ｔ０直後から増加するので、時刻ｔ２（時刻ｔ１直後）において排気還流率ＲＥＧＲＴが燃焼不安定化閾値ＲＥＧＲＴＨを超える（同図（ｃ）（ｄ））。その結果、特定遅角制御フラグＦＳＲＴＤが「１」に設定され、特定遅角制御が開始される（同図（ｅ）（ｆ））。

外部排気還流率ＲＥＧＲＥの減少によって時刻ｔ３において排気還流率ＲＥＧＲＴが燃焼不安定化閾値ＲＥＧＲＴＨを下回る（同図（ｄ））。その結果、特定遅角制御フラグＦＳＲＴＤが「０」に戻され、特定遅角制御が終了する（同図（ｅ）（ｆ））。

図７は、上述した特定遅角制御の第２の制御動作例を示すタイムチャートであり、図６と同様に、アクセルペダル操作量ＡＰ、推定充填効率ＨＥＴＡＣ、外部排気還流率ＲＥＧＲＥ、排気還流率ＲＥＧＲＴ、特定遅角制御フラグＦＳＲＴＤ、及び点火時期ＩＧＬＯＧの推移を示す。

時刻ｔ１０にアクセルペダルが戻されると、外部排気還流率の目標値ＲＥＧＲＣＭＤは所定排気還流率ＲＥＧＲ１から「０」に戻される（同図（ｃ））。推定充填効率ＨＥＴＡＣは、時刻ｔ１０から減少し始めて、時刻ｔ１１において特定遅角制御閾値ＥＴＡＣＴＨを下回る（同図（ｂ））。目標値ＲＥＧＲＣＭＤが「０」に設定されても、外部排気還流率ＲＥＧＲＥの減少は遅れる一方、内部排気還流率ＲＥＧＲＩは時刻ｔ１０直後から増加するので、時刻ｔ１２（ｔ１１直後）において排気還流率ＲＥＧＲＴが燃焼不安定化閾値ＲＥＧＲＴＨを超える（同図（ｃ）（ｄ））。その結果、特定遅角制御フラグＦＳＲＴＤが「１」に設定され、特定遅角制御が開始される（同図（ｅ）（ｆ））。

時刻ｔ１３においてアクセルペダルが踏み込まれ、推定充填効率ＨＥＴＡＣが少し遅れて増加し始める（同図（ａ）（ｂ））。時刻ｔ１４において推定充填効率ＨＥＴＡＣが特定遅角制御閾値ＥＴＡＣＴＨを超えるため、特定遅角制御フラグＦＳＲＴＤが「０」に戻され、特定遅角制御が終了する（同図（ｂ）（ｅ）（ｆ））。なお、目標値ＲＥＧＲＣＭＤの一時的な減少に対応して、外部排気還流率ＲＥＧＲＥは、時刻ｔ１４の直前から減少し始め、その後所定排気還流率ＲＥＧＲ１に戻る（同図（ｃ））。

以上のように本実施形態では、排気還流率ＲＥＧＲＴが燃焼不安定化閾値ＲＥＧＲＴＨを超え、推定充填効率ＨＥＴＡＣが特定遅角制御閾値ＥＴＡＣＴＨより小さいときは、圧縮行程終了時期を遅角限界として最適点火時期ＭＢＴより遅角側の特定点火時期ＩＧＲＴＤに点火時期ＩＧＬＯＧを設定する特定遅角制御が実行される。エンジン１の減速状態のような低負荷状態では、外部排気還流は停止されるが吸気通路２内に残留する排気が燃焼室に吸入されて燃焼室内の残留燃焼ガスに加わる一方、吸入空気量が小さいため、排気還流率ＲＥＧＲＴが一時的に増大し、失火が発生する可能性が高まる。圧縮行程では筒内ガス温度ＴＣＹＬは圧縮によって上昇するため、圧縮行程終了時期ＣＡＴＤＣを遅角限界として最適点火時期ＭＢＴより遅角側の特定点火時期ＩＧＲＴＤに点火を行うことによって、最適点火時期ＭＢＴにおいて点火を行う場合に比べて安定した着火が行われ、失火を抑制することができる。

また排気還流率ＲＥＧＲＴが燃焼不安定化閾値ＲＥＧＲＴＨを超えた場合において、エンジン１の負荷を示す推定充填効率ＨＥＴＡＣが特定遅角制御閾値ＥＴＡＣＴＨ以上であるときは、特定遅角制御は実行されない。エンジン負荷がある程度高い状態では、燃焼エネルギが大きく、失火が発生する可能性はほとんど無くなる一方、特定遅角制御を開始するときのエンジン出力トルクの低下量が大きくなる弊害が発生する。したがって、推定充填効率ＨＥＴＡＣが特定遅角制御閾値ＥＴＡＣＴＨ以上であるときは、特定遅角制御を実行しない、すなわち点火時期ＩＧＬＯＧの最適点火時期ＭＢＴへ設定することによって、そのような弊害を防止できる。

また特定点火時期ＩＧＲＴＤは推定充填効率ＨＥＴＡＣが減少するほど遅角するように設定される。エンジン負荷が低下するほど燃焼エネルギが減少し、混合気が着火し難くなるので、推定充填効率ＨＥＴＡＣが減少するほど特定点火時期ＩＧＲＴＤを遅角させることによって、安定した着火が可能となる。

また検出されるスロットル弁開度ＴＨ及び吸気圧ＰＢＡに基づいて燃焼室に吸入される新気量である気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬが算出され、その気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬが排気還流率ＲＥＧＲＴの算出に適用される。エンジン１の定常運転状態では、吸気通路２に配置される吸入空気流量センサ２１によって検出される吸入空気流量ＧＡＩＲに基づいて、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬを正確に算出することが可能であるが、減速状態（過渡状態）では検出されるスロットル弁開度ＴＨ及び吸気圧ＰＢＡに基づいて算出される気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬの方が精度が高くなる。したがって、そのようにして算出される気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬを用いることにより、減速状態において高い精度の排気還流率ＲＥＧＲＴが得られる。

またエンジン１の負荷を示すパラメータとしては、上記気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬ、あるいは吸気圧ＰＢＡなどを使用することも可能であるが、推定充填効率ＨＥＴＡＣを使用することでエンジン１の負荷をより的確に把握して、特定遅角制御の実行条件の判定、及びエンジン負荷に応じた特定点火時期ＩＧＲＴＤの設定を適切に行うことが可能となる。

本実施形態では、スロットル弁開度センサ２３及び吸気圧センサ２４がそれぞれスロットル弁開度検出手段及び吸気圧検出手段に相当し、ＥＣＵ５が、点火時期制御手段、排気還流制御手段の一部、及び排気還流率算出手段を構成し、ＥＧＲ弁１３が排気還流制御手段の一部を構成する。

［変形例］
図８は図５に示す処理の変形例のフローチャートであり、図５のステップＳ１６をステップＳ１６ａに代えたものである。

ステップＳ１６ａでは、特定遅角制御を実行するときに、図示しない空燃比制御処理で設定される目標当量比ＫＣＭＤを「１．０」より大きいリッチ当量比ＫＣＭＤＲに変更する。なお、ステップＳ１５において通常制御を実行するときは、目標当量比ＫＣＭＤは空燃比制御処理で「１．０」に設定される。

本変形例は、エンジン１の各気筒に設けられるインジェクタ６の特性ばらつき、あるいは劣化状態のばらつきによって、気筒毎の空燃比にばらつきが発生し、一部の気筒の空燃比が理論空燃比よりリーン側にずれる場合を考慮したものであり、特定遅角制御を実行するときに、目標当量比ＫＣＭＤをリッチ当量比ＫＣＭＤＲに設定することによって、燃料噴射量が相対的に減少しているインジェクタを備えた気筒においても確実に失火を防止または抑制することが可能となる。リッチ当量比ＫＣＭＤＲは、気筒間の空燃比ばらつきが許容範囲内で最大である状態に対応する値、例えば「１．１」程度に設定される。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、推定充填効率ＨＥＴＡＣが低くなるほど特定点火時期ＩＧＲＴＤを遅角させるようにしたが、推定充填効率ＨＥＴＡＣには依存せずに、エンジン回転数ＮＥのみに応じて設定するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では燃焼室内に直接燃料を噴射する気筒インジェクタを備える内燃機関の制御装置に本発明を適用した例を示したが、本発明は吸気通路２内に燃料を噴射する吸気通路インジェクタを備える内燃機関、あるいは気筒インジェクタ及び吸気通路インジェクタを備える内燃機関の制御装置にも適用可能である。また本発明は、過給機を備える内燃機関の制御装置に適用可能である。

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ スロットル弁
５ 電子制御ユニット（点火時期制御手段、排気還流制御手段、排気還流率算出手段） ６ インジェクタ
１０ 排気通路
１２ 排気還流通路
１３ 排気還流制御弁（排気還流制御手段）
２３ スロットル弁開度センサ（スロットル弁開度検出手段）
２４ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
２７ アクセルセンサ
２８ 大気圧センサ

Claims (5)

1. 排気を吸気通路に還流する排気還流通路を備える内燃機関の制御装置において、
   前記機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
   前記排気還流通路を介して前記吸気通路に還流される排気量を制御する排気還流制御手段と、
   前記機関の燃焼室に存在する全ガス量に対する、前記燃焼室内の排気量の割合を示す排気還流率を算出する排気還流率算出手段とを備え、
   前記点火時期制御手段は、
   算出される排気還流率が所定閾値を超えたときは、制御対象気筒の圧縮行程終了時期を遅角限界として、前記機関の出力トルクを最大とする最適点火時期より遅角側の特定点火時期に前記点火時期を設定する特定遅角制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記点火時期制御手段は、前記排気還流率が前記所定閾値を超えた場合において、前記機関の負荷を示す負荷パラメータが所定負荷パラメータ値以上であるときは、前記特定遅角制御を実行しない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. 前記点火時期制御手段は、前記負荷パラメータが減少するほど前記特定点火時期を遅角させ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制御装置。
4. 前記機関は前記吸気通路に設けられたスロットル弁を備え、
   前記スロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度検出手段と、
   前記機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段とを備え、
   前記排気還流率算出手段は、検出されるスロットル弁開度及び吸気圧に基づいて前記燃焼室に吸入される新気量を算出し、該算出した新気量を前記排気還流率の算出に使用することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記負荷パラメータは、前記機関の充填効率を示すパラメータであることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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