JP3985419B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気系に排気ガスを還流する排気ガス還流手段（排気ガス再循環装置：ＥＧＲ装置）を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関には、排気ガスを吸気系に還流して排気ガスを再燃焼させる排気ガス還流手段（排気ガス再循環装置：ＥＧＲ装置）を備えたものがある。ＥＧＲ装置は、排気管から分岐して吸気管に接続されるＥＧＲ通路が設けられ、ＥＧＲ通路には、例えば、ステッパモータ式のＥＧＲ弁が設けられている。ＥＧＲ弁を開くことにより吸気管に排気ガスが還流し、排気ガスが再燃焼されて排気ガス性能を向上させている。そして、ＥＧＲ弁の切換時には、ＥＧＲガスの濃度に応じて点火時期等が制御されるようになっている。例えば、ＥＧＲガスを導入した時には、新気が減った分のトルクの落ち込みを防ぐために点火時期を進角させるようにしている。
【０００３】
一方、近年、燃費の向上を図るため、燃焼室に燃料を直接噴射して、通常の空燃比での燃焼を行う運転モード等の他に、リーン空燃比での燃焼を可能とした運転モードを有する筒内噴射型火花点火式内燃機関が実用化されている。このような筒内噴射型火花点火式内燃機関にもＥＧＲ装置が備えられたものがあり、燃費の向上と排気ガス性能の向上を両立させるようにしている。
【０００４】
ＥＧＲ装置を備えた内燃機関では、ＥＧＲ弁の開閉時（作動切換時）に、ＥＧＲ弁の動作に対し一次遅れの状態でＥＧＲガスが吸気系内に導入される。このため、従来から、例えば、特開平7-197876号公報に示されているように、ＥＧＲ装置の作動切換時に、燃焼室内のＥＧＲガスの濃度の変化の遅れ（応答遅れ）を加味するため、無駄時間及び一次遅れを考慮して点火時期を設定することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＥＧＲ装置では、ＥＧＲ弁の開閉時には、吸気ポートには圧力の変化が先に生じ、遅れてＥＧＲガスの濃度の変化が生じる。このため、例えば、ＥＧＲ弁を開いた直後は過渡的に吸気系内の空気量が多い状態になり、これにより、出力が増大してノックが発生し易くなる。従来の技術では、ＥＧＲガスの応答遅れを加味するため、無駄時間及び一次遅れを考慮して点火時期を設定しているが、ＥＧＲ弁の切換前の点火時期と切換後の点火時期の範囲内でのみ点火時期を制御している。このため、過渡的な吸気系内の空気量の変化に基づき発生するノックや出力低下によるドライバビリティの悪化を防止することが困難であった。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ＥＧＲ弁の切換時に過渡的な吸気系内の空気量の変化に応じて点火時期を制御することができ、また、必要に応じて燃料噴射量を合わせて制御することが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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１の本発明は、内燃機関の吸気系に排気ガスを還流する排気ガス還流手段を設け、前記内燃機関に供給される吸気量を算出する吸気量算出手段を前記排気ガス還流手段の排気ガス導入部よりも上流側における吸気系に備え、前記吸気量算出手段の出力及び前記排気ガス還流手段の作動状態に応じて目標点火時期を設定すると共に該排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標点火時期から切換後の目標点火時期に変更する点火時期制御手段を備え、点火時期制御手段には、前記排気ガス還流手段の切換直後は、該排気ガス還流手段の切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より進角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも遅角側の点火時期となるように一旦変更した後で切換後の目標点火時期に変更する機能、及び／または、該排気ガス還流手段の切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より遅角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも進角側の点火時期となるように変更する機能が備えられていることを特徴とする。
【０００８】
また、上記目的を達成するため請求項２の本発明は、内燃機関の吸気系に排気ガスを還流する排気ガス還流手段を設け、前記内燃機関に供給される吸気量を算出する吸気量算出手段を前記排気ガス還流手段の排気ガス導入部よりも上流側における吸気系に備え、前記吸気量算出手段の出力及び前記排気ガス還流手段の作動状態に応じて目標点火時期を設定すると共に該排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標点火時期から切換後の目標点火時期に変更する点火時期制御手段を備え、点火時期制御手段は、前記排気ガス還流手段により排気ガス還流量が増大側へ切り換わった直後は、目標点火時期を切換前の目標点火時期より遅角側に一旦変更した後で切換前の目標点火時期より進角側に変更し、及び／または、前記排気ガス還流手段により排気ガス還流量が減少側に切り換わった直後は、目標点火時期を切換前の目標点火時期より進角側に一旦変更した後で切換前の目標点火時期より遅角側に変更することを特徴とする。
【０００９】
そして、請求項３の本発明は、請求項１又は請求項２に係る内燃機関の制御装置において、前記排気ガス還流手段の切換時に前記吸気系に還流する排気ガスの応答遅れに応じて前記吸気量算出手段より算出される吸気量を補正する吸気量補正手段を更に備え、前記点火時期制御手段は、前記吸気量補正手段により補正された吸気量に応じて目標点火時期を制御することを特徴とする。更に、請求項４の本発明は、請求項３に係る内燃機関の制御装置において、前記内燃機関には、前記排気ガス還流手段の作動状態に応じた目標空燃比を設定し、前記排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標空燃比から切換後の目標空燃比に変更すると共に、該目標空燃比と前記吸気量算出手段より算出される吸気量に応じて燃料噴射量を制御する燃料噴射手段が備えられていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５の本発明は、請求項４に係る内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の一実施形態例を説明する。図１には本発明の一実施形態例に係る制御装置を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の概略構成、図２には点火時期制御手段及び燃料噴射手段のブロック構成、図３、図４にはＥＧＲ装置の切換時におけるタイムチャートを示してある。
【００１２】
図１に基づいて本発明の制御装置を備えた内燃機関の一例としての筒内噴射型内燃機関の構成を説明する。筒内噴射型内燃機関としては、例えば、４サイクル火花点火式の筒内噴射型直列４気筒エンジン（筒内噴射エンジン）１が適用される。筒内噴射エンジン１は、燃焼室や吸気装置及び排気ガス還流手段としての排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）等が筒内噴射専用に設計されている。
【００１３】
筒内噴射エンジン１は、例えば、燃焼モード（運転モード）を切り換えることで、吸気行程での燃料噴射（吸気運転モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮運転モード）が実施可能となっている。そして、この筒内噴射エンジン１は、吸気運転モードで理論空燃比（ストイキ）での運転（ストイキ運転モード）やリッチ空燃比での運転の他、吸気運転モード及び圧縮運転モードでリーン空燃比での運転が実現可能となっている。そして、リーン空燃比運転における圧縮運転モードでは、吸気運転モードでのリーン空燃比運転よりも大きな空燃比となる超リーン空燃比での運転が可能となっている。
【００１４】
図１に示すように、筒内噴射エンジン（エンジン）１のシリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ３が取り付けらると共に、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁４が取り付けられている。点火プラグ３は点火コイル１９によって高電圧が印加される。燃焼室５内には燃料噴射弁４の噴射口が開口し、燃料噴射弁４から噴射される燃料が燃焼室５内に直接噴射されるようになっている。筒内噴射エンジン１のシリンダ６にはピストン７が上下方向に摺動自在に支持され、ピストン７の頂面には半球状に窪んだキャビティ８が形成されている。キャビティ８により、図１では時計回りの逆タンブル流を発生させるようになっている。
【００１５】
シリンダヘッド２には燃焼室５を臨む吸気ポート９及び排気ポート１０が形成され、吸気ポート９は吸気弁１１の駆動によって開閉され、排気ポート１０は排気弁１２の駆動によって開閉される。排気ポート１０には大径の排気ガス再循環ポート（ＥＧＲポート）１５が斜め下方に向けて分岐している。また、エンジン１には、クランク角を検出するクランク角センサ１４が設けられ、クランク角センサ１４はエンジン回転速度Neを検出可能となっている。
【００１６】
吸気ポート９には吸気マニホールド２１を介して吸気管２２が接続され、吸気マニホールド２１にはサージタンク２３が備えられている。吸気管２２にはエアクリーナ２４及びスロットルボデー２５が備えられていると共に、吸気量算出手段としてのエアフローセンサ２７が備えられている。エアフローセンサ２７は吸入空気量を検出するもので、例えば、カルマン渦式フローセンサが用いられている。スロットルボデー２５には流路を開閉するバタフライ式のスロットル弁３０が設けられ、スロットルポジションセンサ３１によりスロットル弁３０の開度が認識されるようになっている。
【００１７】
一方、排気ポート１０には排気マニホールド４１を介して排気管４２が接続されており、排気マニホールド４１にはO2センサ４３が取り付けられている。ＥＧＲポート１５は大径のＥＧＲパイプ４４を介して吸気マニホールド２１の上流側に接続され、ＥＧＲパイプ４４にはステッパモータ式のＥＧＲ弁４５が設けられている。実開度センサ２９によりＥＧＲ弁４５の開度（実ＥＧＲ開度）が検出される。尚、図中の符号で４６は排気管４２に設けられた触媒である。ＥＧＲポート１５、ＥＧＲパイプ４４、ＥＧＲ弁４５及び実開度センサ２９により排気ガス還流手段としてのＥＧＲ装置が構成されている。
【００１８】
車両には制御装置としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）６１が設けられ、このＥＣＵ６１には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。ＥＣＵ６１によって筒内噴射型エンジン１の総合的な制御が実施される。前述した各種センサ類の検出情報はＥＣＵ６１に入力され、ＥＣＵ６１は各種センサ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや燃料噴射量を始めとして点火時期やＥＧＲガスの導入量等を決定し、燃料噴射弁４のドライバや点火コイル１９、ＥＧＲ弁４５等を駆動制御する。
【００１９】
ＥＣＵ６１には、ＥＧＲ装置の作動状態（ＥＧＲ弁４５の開閉状態）に応じて目標点火時期を設定すると共に、ＥＧＲ装置の切換時に切換前の目標点火時期から切換後の目標点火時期に変更する機能（点火時期制御手段）を備えている。点火時期制御手段では、ＥＧＲ装置の作動状態の切換直後は、切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より進角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも遅角側の点火時期となるように変更すると共に、切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より遅角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも進角側の点火時期となるように変更するようになっている。また、ＥＣＵ６１には、ＥＧＲ装置の作動状態の切換時に吸気系としての吸気マニホールド２１に還流する排気ガスの応答遅れに応じて、エアフローセンサ２７で検出される吸入空気量（吸入空気量とエンジン回転速度Neとから演算される体積効率）を補正する吸気補正手段が備えられている。点火時期制御手段では、補正された吸入空気量に応じて目標点火時期を制御するようになっている。
【００２０】
エンジン１では、吸気ポート９から燃焼室５内に流入した吸気流が逆タンブル流を形成し、圧縮行程中期以降に燃料を噴射して逆タンブル流を利用しながら燃焼室５の頂部中央に配設された点火プラグ３の近傍のみに少量の燃料を集め、点火プラグ３から離隔した部分で極めてリーンな空燃比状態とする。点火プラグ３の近傍のみを理論空燃比又はリッチな空燃比とすることで、安定した層状燃焼（層状超リーン燃焼）を実現しながら燃料消費を抑制する。
【００２１】
また、エンジン１から高出力を得る場合には、燃料噴射弁４からの燃料を吸気行程に噴射することにより燃焼室５全体に均質化し、燃焼室５内を理論空燃比やリーン空燃比の混合気状態にさせて予混合燃焼を行う。もちろん、理論空燃比もしくはリッチ空燃比の方がリーン空燃比よりも高出力が得られるため、この際にも、燃料の霧化及び気化が十分に行なわれるようなタイミングで燃料噴射を行ない、効率よく高出力を得るようにしている。
【００２２】
ＥＣＵ６１では、図示しないアクセルポジションセンサからのアクセル開度θとクランク角センサ１４からのエンジン回転速度Neとに基づいてエンジン負荷Peが求められ、更に、このエンジン負荷Peとエンジン回転速度Neとに応じてマップ（図示せず）より燃料噴射モードが設定される。例えば、エンジン負荷Peとエンジン回転速度Neとが共に小さいときは、燃料噴射モードは圧縮運転モードとされて燃料が圧縮行程で噴射され、一方、エンジン負荷Peが大きくなり、あるいはエンジン回転速度Neが大きくなると燃料噴射モードは吸気運転モードとされ、燃料が吸気行程で噴射される。そして、エンジン負荷Peとエンジン回転速度Neとから各運転モードでの制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標Ａ／Ｆに基づいて決定される。
【００２３】
また、ＥＣＵ６１では、ＥＧＲ装置の作動状態に応じた目標空燃比を設定し、ＥＧＲ装置の切換時に切換前の目標空燃比から切換後の目標空燃比に変更すると共に、目標空燃比とエアフローセンサ２７で検出される吸入空気量に応じて燃料噴射量を制御するようになっている（燃料噴射手段）。
【００２４】
ところで、ＥＧＲ装置では、例えば、ＥＧＲ弁４５が閉じている状態からＥＧＲ弁４５が開かれることにより、吸気ポート９の圧力が先に上がり、吸気マニホールド２１内の新気が燃焼室５内に吸入されるデッドタイムが経過した後、遅れてＥＧＲガスの濃度が濃くなる。このため、ＥＧＲ弁４５を開いた直後は過渡的に吸気系内の新気量が多い状態になるが、ＥＧＲ導入口よりも上流側に配置されたエアフローセンサ２７で検出される吸入空気量はＥＧＲの導入によって相対的に少なくなる。従って、ＥＧＲガスの導入に伴って減少した吸入空気量によって点火時期を進角側に設定すると、実際は新気量が増大しているため、過渡的に出力が増加してノックが発生する虞が生じる。また、ＥＧＲ弁４５が開いている状態からＥＧＲ弁４５が閉じられることにより、上述とは逆の現象が生じ、ＥＧＲガスの導入終了に伴って点火時期を遅角側に設定すると、過渡的に出力が低下してしまう。
【００２５】
このようなＥＧＲ装置の切換時の不具合をなくすための、本実施形態例におけるＥＧＲ装置の作動状態の切換時における作用を、図２に基づいて説明する。図２で示した作用は、ＥＧＲ装置のＥＧＲ弁４５の開弁時及び閉弁時の過渡的な作用について説明してある。
【００２６】
ＥＣＵ６１の第１演算部８１にはエンジン回転速度Ne及び吸入空気量の情報が入力される。第１演算部８１では、エンジン回転速度Ne及び吸入空気量から体積効率Evが算出され、エンジン回転速度Neと体積効率Evとから目標ＥＧＲ開度がマップにより導出される。また、エンジン回転速度Neと体積効率Evとから目標ＥＧＲマップに基づいて定常ＥＧＲ率（過渡変化が生じないと仮定した時のＥＧＲ率）が導出される。更に、エンジン回転速度Neと体積効率Evとからフィルタゲインがマップにより導出される。第１演算部８１で導出された目標ＥＧＲ開度、定常ＥＧＲ率及びフィルタゲインはＥＧＲ率演算部８２に送られる。ＥＧＲ率演算部８２には実開度センサ２９で検出されたＥＧＲ弁４５の開度（実ＥＧＲ開度）の情報が入力される。
【００２７】
ＥＧＲ率演算部８２では、定常ＥＧＲ率、実ＥＧＲ開度及び目標ＥＧＲ開度に基づいて演算により瞬時ＥＧＲ率（過渡変化が生じている実際のＥＧＲ率）が求められる。即ち、目標ＥＧＲ開度に対し実ＥＧＲ開度がどの程度の割合であるかに応じて、定常ＥＧＲ率をその割合に乗じることで瞬時ＥＧＲ率が求められる。そして、ＥＧＲ率演算部８２では、瞬時ＥＧＲ率、前回演算されたＥＧＲ率、一次遅れの時定数から決まるフィルタゲインに基づいてサージタンク２３内のＥＧＲ率(n) が算出される。ＥＧＲ率演算部８２で算出されたＥＧＲ率(n) は記憶部８３に記憶され、デッドタイム行程数Td前のＥＧＲ率(n-Td)が点火時期演算に用いられる吸入ＥＧＲ率として設定部８４に入力される。
【００２８】
一方、ＥＧＲ率演算部８２で算出されたＥＧＲ率(n) と設定部８４の吸入ＥＧＲ率が補正部８５に入力され、補正部８５では、ＥＧＲ率(n) と吸入ＥＧＲ率とを比べて体積効率Evの補正値Eva を算出する。即ち、ＥＧＲ弁４５の開閉時に、吸気ポート９の圧力が先に上がり、遅れてＥＧＲガスの濃度が変化した時の、遅れの状況を体積効率Evの補正値Eva として算出する。体積効率Evの補正値Eva は点火時期設定部８６に入力され、点火時期設定部８６では、設定部８４で設定された吸入ＥＧＲ率、体積効率Evの補正値Eva 、エンジン回転速度Ne及び吸入空気量に基づいて、ＥＧＲガスの濃度が遅れて変化する状況に合わせて点火時期が変更される。
【００２９】
また、ＥＣＵ６１の空燃比演算部９１にはエンジン回転速度Ne及び吸入空気量の情報が入力される。空燃比演算部９１では、エンジン回転速度Ne及び吸入空気量から体積効率Evが算出され、エンジン回転速度Neと体積効率Evとから目標Ａ／Ｆがマップにより導出される。目標Ａ／Ｆのマップは、ＥＧＲの有無によりそれぞれ設けられている。空燃比演算部９１で導出された目標Ａ／Ｆは、燃料噴射量算出部９２に入力され、燃料噴射量算出部９２では、入力された目標Ａ／Ｆと吸入空気量とにより燃料噴射量が算出される。
【００３０】
以上の処理により、ＥＧＲ装置の切換時にサージタンク２３に還流するＥＧＲガスの応答遅れに応じて体積効率Evを補正して補正値Eva とし、補正値Eva に応じて目標点火時期が制御される。そして、ＥＧＲ装置の切換直後は、ＥＧＲ装置の切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より進角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも遅角側の点火時期となるように変更され、切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より遅角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも進角側の点火時期となるように変更される。
【００３１】
従って、ＥＧＲ装置の切換時の吸気量を補正して実際に燃焼室５内に供給される吸気量を算出し、この吸気量により点火時期を制御するので、ノックを防止しつつ出力を所定の値に維持することが可能になり、ドライバビリティを向上できる。また、ＥＧＲ装置の切換時の新気量増加（ＥＧＲ弁４５閉→開）に基づく出力の増加による過渡ノックの発生を防止することができると共に、ＥＧＲガス増加（ＥＧＲ弁４５開→閉）に基づく過渡時の出力低下を防止することができる。
【００３２】
また、ＥＧＲ装置の作動状態に応じた目標Ａ／Ｆが設定され、ＥＧＲ装置の切換時に切換前の目標Ａ／Ｆから切換後の目標Ａ／Ｆに変更されると共に、目標Ａ／Ｆと吸入空気量に応じて燃料噴射量が制御される。従って、燃料噴射量がエアフローセンサ２７で検出される吸気量に応じて設定されるため、ＥＧＲ弁４５が開き新気量が増大するときは空燃比が薄くなり、新気量増大によるトルク増大が抑制され、逆に、ＥＧＲ弁４５が閉まり新気量が減少するときは空燃比が濃くなり、新気量減少によるトルク減少が補われ、運転者の要求する出力を得ることができドライバビリティを向上できる。
【００３３】
また、上述した実施形態例は、内燃機関として燃料を直接燃焼室５に噴射する筒内噴射型のエンジン１を適用しているため、燃料噴射量の変化の応答性がよく、出力増加による過渡ノックの発生や、出力低下の発生を速やかに防止することができる。
【００３４】
図３、図４に基づいてＥＧＲ弁４５が開閉する際の、圧力とＥＧＲガス濃度の経時変化状況、筒内新気量とスロットル通過空気量の経時変化状況、点火時期の経時変化状況を説明する。図３にはＥＧＲ弁４５が開弁する際の経時変化、図４にはＥＧＲ弁４５が閉弁する際の経時変化を示してある。
【００３５】
図３(a) に示すように、ＥＧＲ弁４５のポジションが閉から開に切換わると、図３(b) に実線で示すように、吸気ポート９の圧力が先に上がり、図３(b) に点線で示すように、遅れてＥＧＲガスの濃度が濃くなる。このため、図３(c) に実線で示すように、吸気系内に存在する混合気（空気）が筒内に流入して筒内の新気量が一時的に増加する。この時、図３(c) に点線で示すように、ＥＧＲ装置側からＥＧＲガスが流入してくるため、スロットル通過空気量はそれに合わせて減少する。スロットル通過空気量に合わせて点火時期を設定すると、図３(d) に点線で示すように、空気量が減少する分点火時期を進角することになる。実際に筒内に流入する新気は一時的に増加しているので、点火時期を進角すると出力増加によりノックが生じてしまう。このため、図３(d) に実線で示すように、点火時期を一旦遅角させている。これにより、出力増加による過渡ノックを防止することができる。
【００３６】
また、このときの燃料噴射量を実際に筒内に流入する新気によらずエアフローセンサ２７の出力により設定するため、新気増大によって燃料噴射量が増大することがなく、出力が増加してドライバビリティが悪化することがなく、また、上述の点火時期制御による効果を減少させることがない。
【００３７】
図４(a) に示すように、ＥＧＲ弁４５のポジションが開から閉に切換わると、図４(b) に実線で示すように、吸気ポート９の圧力が先に下がり、図４(b) に点ーで示すように、遅れてＥＧＲガスの濃度が低下する。このため、図４(c) に実線で示すように、筒内の新気量が一時的に減少する。この時、図４(c) に点線で示すように、ＥＧＲ装置側からのＥＧＲガスがなくなってくるため、スロットル通過空気量はそれに合わせて増加する。スロットル通過空気量に合わせて点火時期を設定すると、図４(d) に点線で示すように、空気量が増加する分点火時期を遅角することになる。実際に筒内に流入する新気は一時的に減少しているので、点火時期を遅角すると出力低下が発生してしまう。このため、図４(d) に実線で示すように、点火時期を一旦進角させている。これにより、過渡的な出力低下を防止することができる。
【００３８】
また、このときの燃料噴射量を実際に筒内に流入する新気によらず、エアフローセンサ２７の出力により設定するため、新気減少によって燃料噴射量が減少することがなく、出力が低下してドライバビリティが悪化することがなく、また、上述の点火時期制御による効果を減少させることがない。
【００３９】
尚、上述した実施形態例では、ＥＧＲ率(n) や体積効率Evの補正値Eva 等を求めているが、ＥＧＲ弁４５の開閉作動から所定期間は、図２で示した線図を模擬した特性の強制制御をマップに基づいて実施することも可能である。また、吸気系への排気ガス導入部よりも上流側に吸気量算出手段が備えられた内燃機関であれば、吸気管に燃料を噴射して混合気を燃焼室に導入する内燃機関に本発明を適用することも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気系に排気ガスを還流する排気ガス還流手段を設け、前記内燃機関に供給される吸気量を算出する吸気量算出手段を前記排気ガス還流手段の排気ガス導入部よりも上流側における吸気系に備え、前記吸気量算出手段の出力及び前記排気ガス還流手段の作動状態に応じて目標点火時期を設定すると共に該排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標点火時期から切換後の目標点火時期に変更する点火時期制御手段を備え、点火時期制御手段には、前記排気ガス還流手段の切換直後は、該排気ガス還流手段の切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より進角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも遅角側の点火時期となるように一旦変更した後で切換後の目標点火時期に変更する機能、及び／または、該排気ガス還流手段の切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より遅角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも進角側の点火時期となるように変更する機能が備えられていることで、排気ガス還流手段の切換時における過渡的な新気量の増減に応じて目標点火時期を制御することができる。この結果、排気ガス還流手段の切換時の新気量増加（閉→開）に基づく出力の増加による過渡ノックの発生を防止することが可能になると共に、還流排気ガス増加（開→閉）に基づく過渡時の出力低下を防止することが可能になる。
【００４１】
請求項２の本発明の内燃機関の制御装置内燃機関は、内燃機関の吸気系に排気ガスを還流する排気ガス還流手段を設け、前記内燃機関に供給される吸気量を算出する吸気量算出手段を前記排気ガス還流手段の排気ガス導入部よりも上流側における吸気系に備え、前記吸気量算出手段の出力及び前記排気ガス還流手段の作動状態に応じて目標点火時期を設定すると共に該排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標点火時期から切換後の目標点火時期に変更する点火時期制御手段を備え、点火時期制御手段は、前記排気ガス還流手段により排気ガス還流量が増大側へ切り換わった直後は、目標点火時期を切換前の目標点火時期より遅角側に一旦変更した後で切換前の目標点火時期より進角側に変更し、及び／または、前記排気ガス還流手段により排気ガス還流量が減少側に切り換わった直後は、目標点火時期を切換前の目標点火時期より進角側に一旦変更した後で切換前の目標点火時期より遅角側に変更することで、排気ガス還流手段の切換時における過渡的な新気量の増減に応じて目標点火時期を制御することができる。この結果、排気ガス還流手段の切換時の新気量増加（閉→開）に基づく出力の増加による過渡ノックの発生を防止することが可能になると共に、還流排気ガス増加（開→閉）に基づく過渡時の出力低下を防止することが可能になる。
【００４２】
請求項３の本発明の内燃機関の制御装置内燃機関は、前記排気ガス還流手段の切換時に前記吸気系に還流する排気ガスの応答遅れに応じて前記吸気量算出手段より算出される吸気量を補正する吸気量補正手段を更に備え、前記点火時期制御手段は、前記吸気量補正手段により補正された吸気量に応じて目標点火時期を制御することで、実際に燃焼室内に供給される吸気量に基づいて点火時期を制御することができる。この結果、排気ガス還流手段の切換時の吸気量を補正して実際に燃焼室内に供給される吸気量が算出され、この吸気量により点火時期が制御されるので、ノックを防止しつつ出力を所定の値に維持することが可能になり、ドライバビリティを向上できる。
【００４３】
請求項４の本発明の内燃機関の制御装置内燃機関は、前記内燃機関には、前記排気ガス還流手段の作動状態に応じた目標空燃比を設定し、前記排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標空燃比から切換後の目標空燃比に変更すると共に、該目標空燃比と前記吸気量算出手段より算出される吸気量に応じて燃料噴射量を制御する燃料噴射手段が備えられていることで、排気ガス還流手段の切換時に変動する新気量に影響されずに所定空燃比とすることができる。この結果、排気ガス還流手段の切換時に変動する新気量に燃料噴射量が影響されず、運転者の要求する出力を得ることができドライバビリティを向上できる。
【００４４】
請求項５の本発明の内燃機関の制御装置内燃機関は、前記内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関であるので、燃料噴射量の変化の応答性がよく、出力増加による過渡ノックの発生や、出力低下の発生を速やかに防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る制御装置を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の概略構成図。
【図２】点火時期制御手段及び燃料噴射手段のブロック構成図。
【図３】ＥＧＲ装置の切換時におけるタイムチャート。
【図４】ＥＧＲ装置の切換時におけるタイムチャート。
【符号の説明】
１ 筒内噴射エンジン
４ 燃料噴射弁
５ 燃焼室
９ 吸気ポート
１４ クランク角センサ
１５ 再循環ポート（ＥＧＲポート）
１９ 点火コイル
２１ 吸気マニホールド
２２ 吸気管
２７ エアフローセンサ
４４ ＥＧＲパイプ
４５ ＥＧＲ
２９ 弁実開度センサ
６１ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
８１ 第１演算部
８２ ＥＧＲ率演算部
８３ 記憶部
８４ 設定部
８５ 補正部
８６ 点火時期設定部
９１ 空燃比演算部
９２燃料噴射量算出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気系に排気ガスを還流する排気ガス還流手段（排気ガス再循環装置：ＥＧＲ装置）を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関には、排気ガスを吸気系に還流して排気ガスを再燃焼させる排気ガス還流手段（排気ガス再循環装置：ＥＧＲ装置）を備えたものがある。ＥＧＲ装置は、排気管から分岐して吸気管に接続されるＥＧＲ通路が設けられ、ＥＧＲ通路には、例えば、ステッパモータ式のＥＧＲ弁が設けられている。ＥＧＲ弁を開くことにより吸気管に排気ガスが還流し、排気ガスが再燃焼されて排気ガス性能を向上させている。そして、ＥＧＲ弁の切換時には、ＥＧＲガスの濃度に応じて点火時期等が制御されるようになっている。例えば、ＥＧＲガスを導入した時には、新気が減った分のトルクの落ち込みを防ぐために点火時期を進角させるようにしている。
【０００３】
一方、近年、燃費の向上を図るため、燃焼室に燃料を直接噴射して、通常の空燃比での燃焼を行う運転モード等の他に、リーン空燃比での燃焼を可能とした運転モードを有する筒内噴射型火花点火式内燃機関が実用化されている。このような筒内噴射型火花点火式内燃機関にもＥＧＲ装置が備えられたものがあり、燃費の向上と排気ガス性能の向上を両立させるようにしている。
【０００４】
ＥＧＲ装置を備えた内燃機関では、ＥＧＲ弁の開閉時（作動切換時）に、ＥＧＲ弁の動作に対し一次遅れの状態でＥＧＲガスが吸気系内に導入される。このため、従来から、例えば、特開平7-197876号公報に示されているように、ＥＧＲ装置の作動切換時に、燃焼室内のＥＧＲガスの濃度の変化の遅れ（応答遅れ）を加味するため、無駄時間及び一次遅れを考慮して点火時期を設定することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＥＧＲ装置では、ＥＧＲ弁の開閉時には、吸気ポートには圧力の変化が先に生じ、遅れてＥＧＲガスの濃度の変化が生じる。このため、例えば、ＥＧＲ弁を開いた直後は過渡的に吸気系内の空気量が多い状態になり、これにより、出力が増大してノックが発生し易くなる。従来の技術では、ＥＧＲガスの応答遅れを加味するため、無駄時間及び一次遅れを考慮して点火時期を設定しているが、ＥＧＲ弁の切換前の点火時期と切換後の点火時期の範囲内でのみ点火時期を制御している。このため、過渡的な吸気系内の空気量の変化に基づき発生するノックや出力低下によるドライバビリティの悪化を防止することが困難であった。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ＥＧＲ弁の切換時に過渡的な吸気系内の空気量の変化に応じて点火時期を制御することができ、また、必要に応じて燃料噴射量を合わせて制御することが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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１の本発明は、内燃機関の吸気系に排気ガスを還流する排気ガス還流手段を設け、前記内燃機関に供給される吸気量を算出する吸気量算出手段を前記排気ガス還流手段の排気ガス導入部よりも上流側における吸気系に備え、前記吸気量算出手段の出力及び前記排気ガス還流手段の作動状態に応じて目標点火時期を設定すると共に該排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標点火時期から切換後の目標点火時期に変更する点火時期制御手段を備え、点火時期制御手段には、前記排気ガス還流手段の切換直後は、該排気ガス還流手段の切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より進角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも遅角側の点火時期となるように一旦変更した後で切換後の目標点火時期に変更する機能、及び／または、該排気ガス還流手段の切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より遅角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも進角側の点火時期となるように変更する機能が備えられていることを特徴とする。
【０００８】
また、上記目的を達成するため請求項２の本発明は、内燃機関の吸気系に排気ガスを還流する排気ガス還流手段を設け、前記内燃機関に供給される吸気量を算出する吸気量算出手段を前記排気ガス還流手段の排気ガス導入部よりも上流側における吸気系に備え、前記吸気量算出手段の出力及び前記排気ガス還流手段の作動状態に応じて目標点火時期を設定すると共に該排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標点火時期から切換後の目標点火時期に変更する点火時期制御手段を備え、点火時期制御手段は、前記排気ガス還流手段により排気ガス還流量が増大側へ切り換わった直後は、目標点火時期を切換前の目標点火時期より遅角側に一旦変更した後で切換前の目標点火時期より進角側に変更し、及び／または、前記排気ガス還流手段により排気ガス還流量が減少側に切り換わった直後は、目標点火時期を切換前の目標点火時期より進角側に一旦変更した後で切換前の目標点火時期より遅角側に変更することを特徴とする。
【０００９】
そして、請求項３の本発明は、請求項１又は請求項２に係る内燃機関の制御装置において、前記排気ガス還流手段の切換時に前記吸気系に還流する排気ガスの応答遅れに応じて前記吸気量算出手段より算出される吸気量を補正する吸気量補正手段を更に備え、前記点火時期制御手段は、前記吸気量補正手段により補正された吸気量に応じて目標点火時期を制御することを特徴とする。更に、請求項４の本発明は、請求項３に係る内燃機関の制御装置において、前記内燃機関には、前記排気ガス還流手段の作動状態に応じた目標空燃比を設定し、前記排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標空燃比から切換後の目標空燃比に変更すると共に、該目標空燃比と前記吸気量算出手段より算出される吸気量に応じて燃料噴射量を制御する燃料噴射手段が備えられていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５の本発明は、請求項４に係る内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の一実施形態例を説明する。図１には本発明の一実施形態例に係る制御装置を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の概略構成、図２には点火時期制御手段及び燃料噴射手段のブロック構成、図３、図４にはＥＧＲ装置の切換時におけるタイムチャートを示してある。
【００１２】
図１に基づいて本発明の制御装置を備えた内燃機関の一例としての筒内噴射型内燃機関の構成を説明する。筒内噴射型内燃機関としては、例えば、４サイクル火花点火式の筒内噴射型直列４気筒エンジン（筒内噴射エンジン）１が適用される。筒内噴射エンジン１は、燃焼室や吸気装置及び排気ガス還流手段としての排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）等が筒内噴射専用に設計されている。
【００１３】
筒内噴射エンジン１は、例えば、燃焼モード（運転モード）を切り換えることで、吸気行程での燃料噴射（吸気運転モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮運転モード）が実施可能となっている。そして、この筒内噴射エンジン１は、吸気運転モードで理論空燃比（ストイキ）での運転（ストイキ運転モード）やリッチ空燃比での運転の他、吸気運転モード及び圧縮運転モードでリーン空燃比での運転が実現可能となっている。そして、リーン空燃比運転における圧縮運転モードでは、吸気運転モードでのリーン空燃比運転よりも大きな空燃比となる超リーン空燃比での運転が可能となっている。
【００１４】
図１に示すように、筒内噴射エンジン（エンジン）１のシリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ３が取り付けらると共に、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁４が取り付けられている。点火プラグ３は点火コイル１９によって高電圧が印加される。燃焼室５内には燃料噴射弁４の噴射口が開口し、燃料噴射弁４から噴射される燃料が燃焼室５内に直接噴射されるようになっている。筒内噴射エンジン１のシリンダ６にはピストン７が上下方向に摺動自在に支持され、ピストン７の頂面には半球状に窪んだキャビティ８が形成されている。キャビティ８により、図１では時計回りの逆タンブル流を発生させるようになっている。
【００１５】
シリンダヘッド２には燃焼室５を臨む吸気ポート９及び排気ポート１０が形成され、吸気ポート９は吸気弁１１の駆動によって開閉され、排気ポート１０は排気弁１２の駆動によって開閉される。排気ポート１０には大径の排気ガス再循環ポート（ＥＧＲポート）１５が斜め下方に向けて分岐している。また、エンジン１には、クランク角を検出するクランク角センサ１４が設けられ、クランク角センサ１４はエンジン回転速度Neを検出可能となっている。
【００１６】
吸気ポート９には吸気マニホールド２１を介して吸気管２２が接続され、吸気マニホールド２１にはサージタンク２３が備えられている。吸気管２２にはエアクリーナ２４及びスロットルボデー２５が備えられていると共に、吸気量算出手段としてのエアフローセンサ２７が備えられている。エアフローセンサ２７は吸入空気量を検出するもので、例えば、カルマン渦式フローセンサが用いられている。スロットルボデー２５には流路を開閉するバタフライ式のスロットル弁３０が設けられ、スロットルポジションセンサ３１によりスロットル弁３０の開度が認識されるようになっている。
【００１７】
一方、排気ポート１０には排気マニホールド４１を介して排気管４２が接続されており、排気マニホールド４１にはO2センサ４３が取り付けられている。ＥＧＲポート１５は大径のＥＧＲパイプ４４を介して吸気マニホールド２１の上流側に接続され、ＥＧＲパイプ４４にはステッパモータ式のＥＧＲ弁４５が設けられている。実開度センサ２９によりＥＧＲ弁４５の開度（実ＥＧＲ開度）が検出される。尚、図中の符号で４６は排気管４２に設けられた触媒である。ＥＧＲポート１５、ＥＧＲパイプ４４、ＥＧＲ弁４５及び実開度センサ２９により排気ガス還流手段としてのＥＧＲ装置が構成されている。
【００１８】
車両には制御装置としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）６１が設けられ、このＥＣＵ６１には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。ＥＣＵ６１によって筒内噴射型エンジン１の総合的な制御が実施される。前述した各種センサ類の検出情報はＥＣＵ６１に入力され、ＥＣＵ６１は各種センサ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや燃料噴射量を始めとして点火時期やＥＧＲガスの導入量等を決定し、燃料噴射弁４のドライバや点火コイル１９、ＥＧＲ弁４５等を駆動制御する。
【００１９】
ＥＣＵ６１には、ＥＧＲ装置の作動状態（ＥＧＲ弁４５の開閉状態）に応じて目標点火時期を設定すると共に、ＥＧＲ装置の切換時に切換前の目標点火時期から切換後の目標点火時期に変更する機能（点火時期制御手段）を備えている。点火時期制御手段では、ＥＧＲ装置の作動状態の切換直後は、切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より進角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも遅角側の点火時期となるように変更すると共に、切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より遅角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも進角側の点火時期となるように変更するようになっている。また、ＥＣＵ６１には、ＥＧＲ装置の作動状態の切換時に吸気系としての吸気マニホールド２１に還流する排気ガスの応答遅れに応じて、エアフローセンサ２７で検出される吸入空気量（吸入空気量とエンジン回転速度Neとから演算される体積効率）を補正する吸気補正手段が備えられている。点火時期制御手段では、補正された吸入空気量に応じて目標点火時期を制御するようになっている。
【００２０】
エンジン１では、吸気ポート９から燃焼室５内に流入した吸気流が逆タンブル流を形成し、圧縮行程中期以降に燃料を噴射して逆タンブル流を利用しながら燃焼室５の頂部中央に配設された点火プラグ３の近傍のみに少量の燃料を集め、点火プラグ３から離隔した部分で極めてリーンな空燃比状態とする。点火プラグ３の近傍のみを理論空燃比又はリッチな空燃比とすることで、安定した層状燃焼（層状超リーン燃焼）を実現しながら燃料消費を抑制する。
【００２１】
また、エンジン１から高出力を得る場合には、燃料噴射弁４からの燃料を吸気行程に噴射することにより燃焼室５全体に均質化し、燃焼室５内を理論空燃比やリーン空燃比の混合気状態にさせて予混合燃焼を行う。もちろん、理論空燃比もしくはリッチ空燃比の方がリーン空燃比よりも高出力が得られるため、この際にも、燃料の霧化及び気化が十分に行なわれるようなタイミングで燃料噴射を行ない、効率よく高出力を得るようにしている。
【００２２】
ＥＣＵ６１では、図示しないアクセルポジションセンサからのアクセル開度θとクランク角センサ１４からのエンジン回転速度Neとに基づいてエンジン負荷Peが求められ、更に、このエンジン負荷Peとエンジン回転速度Neとに応じてマップ（図示せず）より燃料噴射モードが設定される。例えば、エンジン負荷Peとエンジン回転速度Neとが共に小さいときは、燃料噴射モードは圧縮運転モードとされて燃料が圧縮行程で噴射され、一方、エンジン負荷Peが大きくなり、あるいはエンジン回転速度Neが大きくなると燃料噴射モードは吸気運転モードとされ、燃料が吸気行程で噴射される。そして、エンジン負荷Peとエンジン回転速度Neとから各運転モードでの制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標Ａ／Ｆに基づいて決定される。
【００２３】
また、ＥＣＵ６１では、ＥＧＲ装置の作動状態に応じた目標空燃比を設定し、ＥＧＲ装置の切換時に切換前の目標空燃比から切換後の目標空燃比に変更すると共に、目標空燃比とエアフローセンサ２７で検出される吸入空気量に応じて燃料噴射量を制御するようになっている（燃料噴射手段）。
【００２４】
ところで、ＥＧＲ装置では、例えば、ＥＧＲ弁４５が閉じている状態からＥＧＲ弁４５が開かれることにより、吸気ポート９の圧力が先に上がり、吸気マニホールド２１内の新気が燃焼室５内に吸入されるデッドタイムが経過した後、遅れてＥＧＲガスの濃度が濃くなる。このため、ＥＧＲ弁４５を開いた直後は過渡的に吸気系内の新気量が多い状態になるが、ＥＧＲ導入口よりも上流側に配置されたエアフローセンサ２７で検出される吸入空気量はＥＧＲの導入によって相対的に少なくなる。従って、ＥＧＲガスの導入に伴って減少した吸入空気量によって点火時期を進角側に設定すると、実際は新気量が増大しているため、過渡的に出力が増加してノックが発生する虞が生じる。また、ＥＧＲ弁４５が開いている状態からＥＧＲ弁４５が閉じられることにより、上述とは逆の現象が生じ、ＥＧＲガスの導入終了に伴って点火時期を遅角側に設定すると、過渡的に出力が低下してしまう。
【００２５】
このようなＥＧＲ装置の切換時の不具合をなくすための、本実施形態例におけるＥＧＲ装置の作動状態の切換時における作用を、図２に基づいて説明する。図２で示した作用は、ＥＧＲ装置のＥＧＲ弁４５の開弁時及び閉弁時の過渡的な作用について説明してある。
【００２６】
ＥＣＵ６１の第１演算部８１にはエンジン回転速度Ne及び吸入空気量の情報が入力される。第１演算部８１では、エンジン回転速度Ne及び吸入空気量から体積効率Evが算出され、エンジン回転速度Neと体積効率Evとから目標ＥＧＲ開度がマップにより導出される。また、エンジン回転速度Neと体積効率Evとから目標ＥＧＲマップに基づいて定常ＥＧＲ率（過渡変化が生じないと仮定した時のＥＧＲ率）が導出される。更に、エンジン回転速度Neと体積効率Evとからフィルタゲインがマップにより導出される。第１演算部８１で導出された目標ＥＧＲ開度、定常ＥＧＲ率及びフィルタゲインはＥＧＲ率演算部８２に送られる。ＥＧＲ率演算部８２には実開度センサ２９で検出されたＥＧＲ弁４５の開度（実ＥＧＲ開度）の情報が入力される。
【００２７】
ＥＧＲ率演算部８２では、定常ＥＧＲ率、実ＥＧＲ開度及び目標ＥＧＲ開度に基づいて演算により瞬時ＥＧＲ率（過渡変化が生じている実際のＥＧＲ率）が求められる。即ち、目標ＥＧＲ開度に対し実ＥＧＲ開度がどの程度の割合であるかに応じて、定常ＥＧＲ率をその割合に乗じることで瞬時ＥＧＲ率が求められる。そして、ＥＧＲ率演算部８２では、瞬時ＥＧＲ率、前回演算されたＥＧＲ率、一次遅れの時定数から決まるフィルタゲインに基づいてサージタンク２３内のＥＧＲ率(n) が算出される。ＥＧＲ率演算部８２で算出されたＥＧＲ率(n) は記憶部８３に記憶され、デッドタイム行程数Td前のＥＧＲ率(n-Td)が点火時期演算に用いられる吸入ＥＧＲ率として設定部８４に入力される。
【００２８】
一方、ＥＧＲ率演算部８２で算出されたＥＧＲ率(n) と設定部８４の吸入ＥＧＲ率が補正部８５に入力され、補正部８５では、ＥＧＲ率(n) と吸入ＥＧＲ率とを比べて体積効率Evの補正値Eva を算出する。即ち、ＥＧＲ弁４５の開閉時に、吸気ポート９の圧力が先に上がり、遅れてＥＧＲガスの濃度が変化した時の、遅れの状況を体積効率Evの補正値Eva として算出する。体積効率Evの補正値Eva は点火時期設定部８６に入力され、点火時期設定部８６では、設定部８４で設定された吸入ＥＧＲ率、体積効率Evの補正値Eva 、エンジン回転速度Ne及び吸入空気量に基づいて、ＥＧＲガスの濃度が遅れて変化する状況に合わせて点火時期が変更される。
【００２９】
また、ＥＣＵ６１の空燃比演算部９１にはエンジン回転速度Ne及び吸入空気量の情報が入力される。空燃比演算部９１では、エンジン回転速度Ne及び吸入空気量から体積効率Evが算出され、エンジン回転速度Neと体積効率Evとから目標Ａ／Ｆがマップにより導出される。目標Ａ／Ｆのマップは、ＥＧＲの有無によりそれぞれ設けられている。空燃比演算部９１で導出された目標Ａ／Ｆは、燃料噴射量算出部９２に入力され、燃料噴射量算出部９２では、入力された目標Ａ／Ｆと吸入空気量とにより燃料噴射量が算出される。
【００３０】
以上の処理により、ＥＧＲ装置の切換時にサージタンク２３に還流するＥＧＲガスの応答遅れに応じて体積効率Evを補正して補正値Eva とし、補正値Eva に応じて目標点火時期が制御される。そして、ＥＧＲ装置の切換直後は、ＥＧＲ装置の切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より進角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも遅角側の点火時期となるように変更され、切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より遅角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも進角側の点火時期となるように変更される。
【００３１】
従って、ＥＧＲ装置の切換時の吸気量を補正して実際に燃焼室５内に供給される吸気量を算出し、この吸気量により点火時期を制御するので、ノックを防止しつつ出力を所定の値に維持することが可能になり、ドライバビリティを向上できる。また、ＥＧＲ装置の切換時の新気量増加（ＥＧＲ弁４５閉→開）に基づく出力の増加による過渡ノックの発生を防止することができると共に、ＥＧＲガス増加（ＥＧＲ弁４５開→閉）に基づく過渡時の出力低下を防止することができる。
【００３２】
また、ＥＧＲ装置の作動状態に応じた目標Ａ／Ｆが設定され、ＥＧＲ装置の切換時に切換前の目標Ａ／Ｆから切換後の目標Ａ／Ｆに変更されると共に、目標Ａ／Ｆと吸入空気量に応じて燃料噴射量が制御される。従って、燃料噴射量がエアフローセンサ２７で検出される吸気量に応じて設定されるため、ＥＧＲ弁４５が開き新気量が増大するときは空燃比が薄くなり、新気量増大によるトルク増大が抑制され、逆に、ＥＧＲ弁４５が閉まり新気量が減少するときは空燃比が濃くなり、新気量減少によるトルク減少が補われ、運転者の要求する出力を得ることができドライバビリティを向上できる。
【００３３】
また、上述した実施形態例は、内燃機関として燃料を直接燃焼室５に噴射する筒内噴射型のエンジン１を適用しているため、燃料噴射量の変化の応答性がよく、出力増加による過渡ノックの発生や、出力低下の発生を速やかに防止することができる。
【００３４】
図３、図４に基づいてＥＧＲ弁４５が開閉する際の、圧力とＥＧＲガス濃度の経時変化状況、筒内新気量とスロットル通過空気量の経時変化状況、点火時期の経時変化状況を説明する。図３にはＥＧＲ弁４５が開弁する際の経時変化、図４にはＥＧＲ弁４５が閉弁する際の経時変化を示してある。
【００３５】
図３(a) に示すように、ＥＧＲ弁４５のポジションが閉から開に切換わると、図３(b) に実線で示すように、吸気ポート９の圧力が先に上がり、図３(b) に点線で示すように、遅れてＥＧＲガスの濃度が濃くなる。このため、図３(c) に実線で示すように、吸気系内に存在する混合気（空気）が筒内に流入して筒内の新気量が一時的に増加する。この時、図３(c) に点線で示すように、ＥＧＲ装置側からＥＧＲガスが流入してくるため、スロットル通過空気量はそれに合わせて減少する。スロットル通過空気量に合わせて点火時期を設定すると、図３(d) に点線で示すように、空気量が減少する分点火時期を進角することになる。実際に筒内に流入する新気は一時的に増加しているので、点火時期を進角すると出力増加によりノックが生じてしまう。このため、図３(d) に実線で示すように、点火時期を一旦遅角させている。これにより、出力増加による過渡ノックを防止することができる。
【００３６】
また、このときの燃料噴射量を実際に筒内に流入する新気によらずエアフローセンサ２７の出力により設定するため、新気増大によって燃料噴射量が増大することがなく、出力が増加してドライバビリティが悪化することがなく、また、上述の点火時期制御による効果を減少させることがない。
【００３７】
図４(a) に示すように、ＥＧＲ弁４５のポジションが開から閉に切換わると、図４(b) に実線で示すように、吸気ポート９の圧力が先に下がり、図４(b) に点ーで示すように、遅れてＥＧＲガスの濃度が低下する。このため、図４(c) に実線で示すように、筒内の新気量が一時的に減少する。この時、図４(c) に点線で示すように、ＥＧＲ装置側からのＥＧＲガスがなくなってくるため、スロットル通過空気量はそれに合わせて増加する。スロットル通過空気量に合わせて点火時期を設定すると、図４(d) に点線で示すように、空気量が増加する分点火時期を遅角することになる。実際に筒内に流入する新気は一時的に減少しているので、点火時期を遅角すると出力低下が発生してしまう。このため、図４(d) に実線で示すように、点火時期を一旦進角させている。これにより、過渡的な出力低下を防止することができる。
【００３８】
また、このときの燃料噴射量を実際に筒内に流入する新気によらず、エアフローセンサ２７の出力により設定するため、新気減少によって燃料噴射量が減少することがなく、出力が低下してドライバビリティが悪化することがなく、また、上述の点火時期制御による効果を減少させることがない。
【００３９】
尚、上述した実施形態例では、ＥＧＲ率(n) や体積効率Evの補正値Eva 等を求めているが、ＥＧＲ弁４５の開閉作動から所定期間は、図２で示した線図を模擬した特性の強制制御をマップに基づいて実施することも可能である。また、吸気系への排気ガス導入部よりも上流側に吸気量算出手段が備えられた内燃機関であれば、吸気管に燃料を噴射して混合気を燃焼室に導入する内燃機関に本発明を適用することも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気系に排気ガスを還流する排気ガス還流手段を設け、前記内燃機関に供給される吸気量を算出する吸気量算出手段を前記排気ガス還流手段の排気ガス導入部よりも上流側における吸気系に備え、前記吸気量算出手段の出力及び前記排気ガス還流手段の作動状態に応じて目標点火時期を設定すると共に該排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標点火時期から切換後の目標点火時期に変更する点火時期制御手段を備え、点火時期制御手段には、前記排気ガス還流手段の切換直後は、該排気ガス還流手段の切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より進角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも遅角側の点火時期となるように一旦変更した後で切換後の目標点火時期に変更する機能、及び／または、該排気ガス還流手段の切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より遅角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも進角側の点火時期となるように変更する機能が備えられていることで、排気ガス還流手段の切換時における過渡的な新気量の増減に応じて目標点火時期を制御することができる。この結果、排気ガス還流手段の切換時の新気量増加（閉→開）に基づく出力の増加による過渡ノックの発生を防止することが可能になると共に、還流排気ガス増加（開→閉）に基づく過渡時の出力低下を防止することが可能になる。
【００４１】
請求項２の本発明の内燃機関の制御装置内燃機関は、内燃機関の吸気系に排気ガスを還流する排気ガス還流手段を設け、前記内燃機関に供給される吸気量を算出する吸気量算出手段を前記排気ガス還流手段の排気ガス導入部よりも上流側における吸気系に備え、前記吸気量算出手段の出力及び前記排気ガス還流手段の作動状態に応じて目標点火時期を設定すると共に該排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標点火時期から切換後の目標点火時期に変更する点火時期制御手段を備え、点火時期制御手段は、前記排気ガス還流手段により排気ガス還流量が増大側へ切り換わった直後は、目標点火時期を切換前の目標点火時期より遅角側に一旦変更した後で切換前の目標点火時期より進角側に変更し、及び／または、前記排気ガス還流手段により排気ガス還流量が減少側に切り換わった直後は、目標点火時期を切換前の目標点火時期より進角側に一旦変更した後で切換前の目標点火時期より遅角側に変更することで、排気ガス還流手段の切換時における過渡的な新気量の増減に応じて目標点火時期を制御することができる。この結果、排気ガス還流手段の切換時の新気量増加（閉→開）に基づく出力の増加による過渡ノックの発生を防止することが可能になると共に、還流排気ガス増加（開→閉）に基づく過渡時の出力低下を防止することが可能になる。
【００４２】
請求項３の本発明の内燃機関の制御装置内燃機関は、前記排気ガス還流手段の切換時に前記吸気系に還流する排気ガスの応答遅れに応じて前記吸気量算出手段より算出される吸気量を補正する吸気量補正手段を更に備え、前記点火時期制御手段は、前記吸気量補正手段により補正された吸気量に応じて目標点火時期を制御することで、実際に燃焼室内に供給される吸気量に基づいて点火時期を制御することができる。この結果、排気ガス還流手段の切換時の吸気量を補正して実際に燃焼室内に供給される吸気量が算出され、この吸気量により点火時期が制御されるので、ノックを防止しつつ出力を所定の値に維持することが可能になり、ドライバビリティを向上できる。
【００４３】
請求項４の本発明の内燃機関の制御装置内燃機関は、前記内燃機関には、前記排気ガス還流手段の作動状態に応じた目標空燃比を設定し、前記排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標空燃比から切換後の目標空燃比に変更すると共に、該目標空燃比と前記吸気量算出手段より算出される吸気量に応じて燃料噴射量を制御する燃料噴射手段が備えられていることで、排気ガス還流手段の切換時に変動する新気量に影響されずに所定空燃比とすることができる。この結果、排気ガス還流手段の切換時に変動する新気量に燃料噴射量が影響されず、運転者の要求する出力を得ることができドライバビリティを向上できる。
【００４４】
請求項５の本発明の内燃機関の制御装置内燃機関は、前記内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関であるので、燃料噴射量の変化の応答性がよく、出力増加による過渡ノックの発生や、出力低下の発生を速やかに防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る制御装置を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の概略構成図。
【図２】点火時期制御手段及び燃料噴射手段のブロック構成図。
【図３】ＥＧＲ装置の切換時におけるタイムチャート。
【図４】ＥＧＲ装置の切換時におけるタイムチャート。
【符号の説明】
１ 筒内噴射エンジン
４ 燃料噴射弁
５ 燃焼室
９ 吸気ポート
１４ クランク角センサ
１５ 再循環ポート（ＥＧＲポート）
１９ 点火コイル
２１ 吸気マニホールド
２２ 吸気管
２７ エアフローセンサ
４４ ＥＧＲパイプ
４５ ＥＧＲ
２９ 弁実開度センサ
６１ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
８１ 第１演算部
８２ ＥＧＲ率演算部
８３ 記憶部
８４ 設定部
８５ 補正部
８６ 点火時期設定部
９１ 空燃比演算部
９２燃料噴射量算出部
Claims (5)
- 内燃機関の吸気系に排気ガスを還流する排気ガス還流手段を設け、前記内燃機関に供給される吸気量を算出する吸気量算出手段を前記排気ガス還流手段の排気ガス導入部よりも上流側における吸気系に備え、
前記吸気量算出手段の出力及び前記排気ガス還流手段の作動状態に応じて目標点火時期を設定すると共に該排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標点火時期から切換後の目標点火時期に変更する点火時期制御手段を備え、
点火時期制御手段には、前記排気ガス還流手段の切換直後は、該排気ガス還流手段の切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より進角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも遅角側の点火時期となるように一旦変更した後で切換後の目標点火時期に変更する機能、及び／または、該排気ガス還流手段の切換後の目標点火時期が切換前の目標点火時期より遅角側であれば目標点火時期を切換前の点火時期よりも進角側の点火時期となるように一旦変更した後で切換後の目標点火時期に変更する機能が備えられている
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 内燃機関の吸気系に排気ガスを還流する排気ガス還流手段を設け、
前記内燃機関に供給される吸気量を算出する吸気量算出手段を前記排気ガス還流手段の排気ガス導入部よりも上流側における吸気系に備え、
前記吸気量算出手段の出力及び前記排気ガス還流手段の作動状態に応じて目標点火時期を設定すると共に該排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標点火時期から切換後の目標点火時期に変更する点火時期制御手段を備え、
点火時期制御手段は、前記排気ガス還流手段により排気ガス還流量が増大側へ切り換わった直後は、目標点火時期を切換前の目標点火時期より遅角側に一旦変更した後で切換前の目標点火時期より進角側に変更し、及び／または、前記排気ガス還流手段により排気ガス還流量が減少側に切り換わった直後は、目標点火時期を切換前の目標点火時期より進角側に一旦変更した後で切換前の目標点火時期より遅角側に変更する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記排気ガス還流手段の切換時に前記吸気系に還流する排気ガスの応答遅れに応じて前記吸気量算出手段より算出される吸気量を補正する吸気量補正手段を更に備え、前記点火時期制御手段は、前記吸気量補正手段により補正された吸気量に応じて目標点火時期を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関には、前記排気ガス還流手段の作動状態に応じた目標空燃比を設定し、前記排気ガス還流手段の切換時に切換前の目標空燃比から切換後の目標空燃比に変更すると共に、該目標空燃比と前記吸気量算出手段より算出される吸気量に応じて燃料噴射量を制御する燃料噴射手段が備えら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。
- 前記内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
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