JP5565295B2 - 内燃機関の排気ガス再循環制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス再循環制御装置に関し、特に、内外のＥＧＲ量を精度良く調整する際に用いて好適のものである。

近年、内燃機関の燃焼制御技術では、燃焼室内（シリンダ）で燃焼される混合ガスの燃焼状態（失火・燃焼判定，ノック判定，燻ぶり判定，ＥＧＲ量の適正判定等）を、イオン電流に基づいて解析する技術が知られている。イオン電流は、イオン電流検出回路によって、燃焼ガスの電離した雰囲気中を流れる電流として検出され、其の波形データがＥＣＵ（Engine Control Unit）でサンプリングされる。そして、ＥＣＵでは、イオン電流の波形データに基づいて混合ガスの燃焼状態に係る情報を抽出し、当該情報により種々の解析が実施される。

例えば、特開２０１０−２１６４０３号公報（特許文献１）では、内燃機関の排気ガス再循環制御方法に関する技術が紹介されている。ここで用いられる内燃機関には、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）の一部をインテークパイプ（吸気通路）へ導入させる排ガス再循環機構、又は、バルブオーバーラップの期間を制御して内部ＥＧＲを調整するＶＶＴ（Variable Valve Timing-control／吸排気バルブ機構）等が設けられている。ここで紹介される排気ガス再循環制御方法は、燃焼悪化することなく且つ燃費率が最大となる燃焼状態（以下、燃焼ボトム値と呼ぶ場合がある）の実験データを予め採取しておき、内燃機関の運転状態（回転数、負荷等を指す）毎に、燃焼ボトム値となる条件でのイオン電流の初期燃焼発生時期と主燃焼の終了時期とがマップ化されている。そして、実際の燃焼制御では、検出したイオン電流（波形データ）から初期燃焼発生時期と主燃焼終了時期とを検出し、燃焼ボトム値となる条件とイオン電流の検出結果とを比較させることにより、ＥＧＲ量が少ないか又は過多であるかの判定を行なっている。

しかし、特許文献１の方法によれば、イオン電流検出回路から出力される検出信号は、同じ条件での燃焼状態であったとしても、回路個々の電気的特性又はバッテリ電圧の変動に応じて信号値が変動してしまう（電気的バラツキ）。また、内燃機関にあっても、シリンダ表面の研磨状態又は形状誤差等が混合ガスの燃焼状態に影響を及ぼすため、これによっても、検出信号の出力値に誤差が生じる（機構的バラツキ）。このような検出信号のバラツキは、其の性質上不可避的なものであり、イオン電流（波形データ）から特定される初期燃焼発生時期と主燃焼終了時期とに誤差が生じてしまうため、燃焼ボトム値と一致するようなＥＧＲ制御が困難となる。

ＥＧＲ量が過多となる場合には、化石燃料を燃焼するための酸素量が不十分となる。従って、一般的な燃焼制御では、ＥＧＲ量を燃焼ボトム値より幾分少なめに制御させ、燃焼悪化を回避させている。このとき、燃焼室では、混合ガスの酸素濃度が適性条件よりも若干高くなるため、これに応じて、有害物質とされる窒素酸化物ＮＯｘが排気ガス中に幾分増加してしまう。

これを回避するため、特開２００９−１２７５０８号公報（特許文献２）では、イオン電流の積分値の割合に関するパラメータを用いて、ＥＧＲ量の制御が行われている。具体的に説明すると、或る燃焼サイクルにおける主燃焼の波形データを取得し、当該波形データ全体に係る積分値（全体積分値）を算出させる。また、同波形データに基づいて全体積分値の５０％に到達する瞬間のクランク角ＣＡ（５０％）を算定する。そして、当該クランク角ＣＡ（５０％）をＥＧＲ制御用のパラメータとし、燃焼ボトム値の条件と一致するようにＥＧＲ量を制御することで、燃焼悪化の回避及び燃費率の向上を狙うものである。

特許文献２に係るパラメータにあっては、積分値の割合に基づいて規定されるので、信号値の誤差又は変動に影響されることが無くなる。このため、同パラメータを用いたＥＧＲ制御では、上述した電気的バラツキ又は機構的バラツキが生じても、燃焼ボトムの条件を正確に特定することが可能となる。

特開２０１０−２１６４０３号公報 特開２００９−１２７５０８号公報

上述の如く、特許文献２の技術では、運転状態（回転数，負荷等）の条件に関わらず、全体積分値（主燃焼を現す波形データの全積分値）の５０％となる瞬間のクランク角をパラメータとして用いている。しかし、イオン電流は運転状態に影響を受け顕著に変動する性質を有するところ、このような画一的なパラメータの設定方法では、条件によってパラメータに不具合が生じ、例えば、回転数の領域，負荷状態によっては燃焼ボトムの条件を正しく特定できない場合がある。

また、本発明者は、適正なパラメータの設定手法について鋭意研究した結果、全体積分値の５０％となる瞬間のクランク角に限らず、他の割合となる瞬間のクランク角をパラメータとして用いた方が好適なＥＧＲ制御を実現できる場面が存在するという事実を見出した。

本発明は上記課題に鑑み、燃焼ボトムとなる条件を特定するにあたって、ＥＧＲ制御の為の最適なパラメータを用いることが可能な内燃機関の排気ガス再循環制御装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のような内燃機関の排気ガス再循環制御装置の構成とする。即ち、内燃機関の燃焼室及び吸気通路の連通部に設けられた吸気バルブと、前記燃焼室及び排気通路の連通部に設けられた排気バルブと、前記吸気バルブ及び前記排気バルブのバルブタイミングを変更自在に各々開閉動作させ前記燃焼室に残存する内部ＥＧＲ量を調整する吸排気バルブ機構と、混合ガスの燃焼状態を示すイオン電流を検出するイオン電流検出回路とを具備する機構に設けられ、
信号処理部及び所定の制御プログラムが協働して、前記イオン電流検出回路の検出信号を解析し、前記吸排気バルブ機構の制御信号を生成する内燃機関の排気ガス再循環制御装置であって、
前記信号処理部は、前記検出信号のうち放電ノイズ終了後の主燃焼が発生する区間に対応させて波形データを記憶するためのウィンドウ区間を設定するウィンドウ設定処理と、前記ウィンドウ区間について所定タイミング毎に前記検出信号の値を記憶する処理を繰返し前記ウィンドウ区間に現われる前記波形データを記憶する波形データ記憶処理と、前記波形データの各値を積算させて当該波形データの総積算値を算出する第１の積算処理と、前記総積算値に対する割合値を前記内燃機関の運転状態に応じて特定する割合特定処理と、前記割合値に到達する時点の特定クランク角を算定するクランク角算定処理と、前記特定クランク角を用いたパラメータに基づいて前記内部ＥＧＲ量を調整するバルブ機構制御処理と、を実行させることとする。

また、本発明では次のような内燃機関の排気ガス再循環制御装置の構成としても良い。即ち、内燃機関の燃焼室及び吸気通路の連通部に設けられた吸気バルブと、前記燃焼室及び排気通路の連通部に設けられた排気バルブと、前記排気通路及び前記吸気通路を連通させる帰還通路に設けられた再循環弁を有し前記再循環弁を駆動させて外部ＥＧＲ量を調整させる排気ガス再循環機構と、混合ガスの燃焼状態を示すイオン電流を検出するイオン電流検出回路とを具備する機構に設けられ、
信号処理部及び所定の制御プログラムが協働して、前記イオン電流検出回路の検出信号を解析し、前記再循環弁の制御信号を生成する内燃機関の排気ガス再循環制御装置であって、
前記信号処理部は、前記検出信号のうち放電ノイズ終了後の主燃焼が発生する区間に対応させて波形データを記憶するためのウィンドウ区間を設定するウィンドウ設定処理と、前記ウィンドウ区間について所定タイミング毎に前記検出信号の値を記憶する処理を繰返し前記ウィンドウ区間に現われる前記波形データを記憶する波形データ記憶処理と、前記波形データの各値を積算させて当該波形データの総積算値を算出する第１の積算処理と、前記総積算値に対する割合値を前記内燃機関の運転状態に応じて特定する割合特定処理と、前記割合値に到達する時点の特定クランク角を算定するクランク角算定処理と、前記特定クランク角を用いたパラメータに基づいて前記外部ＥＧＲ量を調整するバルブ機構制御処理と、を実行させることとする。

また、本発明では次のような内燃機関の排気ガス再循環制御装置の構成としても良い。即ち、内燃機関の燃焼室及び吸気通路の連通部に設けられた吸気バルブと、前記燃焼室及び排気通路の連通部に設けられた排気バルブと、前記吸気バルブ及び前記排気バルブのバルブタイミングを変更自在に各々開閉動作させ前記燃焼室に残存する内部ＥＧＲ量を調整する吸排気バルブ機構と、前記排気通路及び前記吸気通路を連通させる帰還通路に設けられた再循環弁を有し前記再循環弁を駆動させて外部ＥＧＲ量を調整させる排気ガス再循環機構と、混合ガスの燃焼状態を示すイオン電流を検出するイオン電流検出回路とを具備する機構に設けられ、
信号処理部及び所定の制御プログラムが協働して、前記イオン電流検出回路の検出信号を解析し、前記吸排気バルブ機構の制御信号及び前記再循環弁の制御信号の各々を生成する内燃機関の排気ガス再循環制御装置であって、
前記信号処理部は、前記検出信号のうち放電ノイズ終了後の主燃焼が発生する区間に対応させて波形データを記憶するためのウィンドウ区間を設定するウィンドウ設定処理と、前記ウィンドウ区間について所定タイミング毎に前記検出信号の値を記憶する処理を繰返し前記ウィンドウ区間に現われる前記波形データを記憶する波形データ記憶処理と、前記波形データの各値を積算させて当該波形データの総積算値を算出する第１の積算処理と、前記総積算値に対する割合値を前記内燃機関の運転状態に応じて特定する割合特定処理と、前記割合値に到達する時点の特定クランク角を算定するクランク角算定処理と、前記特定クランク角を用いたパラメータに基づいて前記内部ＥＧＲ量及び／又は前記外部ＥＧＲ量を調整するバルブ機構制御処理と、を実行させることとする。

上述した各々の発明について好ましくは、前記波形データ記憶処理は、前記検出信号を検出したタイミングと当該検出信号に対応するクランク角とを関連付けてクランク角参照マップを作成し、
前記クランク角算定処理は、前記波形データの一部分を積算させた部分積算値の算出を開始する第２の積算処理と、前記部分積算値と前記総積算値との比である積算値比を算出する積算値比演算処理と、前記積算値比が前記割合値に略到達する時刻に基づいて前記クランク角参照マップから前記特定クランク角を参照するクランク角参照処理と、を実行させることとする。

前記パラメータは、前記特定クランク角そのものによって成ることとしても良く、前記特定クランク角の冪乗値から成ることとしても良く、前記特定クランク角に基づく統計的演算値から成ることとしても良く、前記特定クランク角を用いた多項式関数によって規定されることとしても良く、当該パラメータを構成する何れかの項に補正係数が与えられていることとしても良い。

また、前記割合特定処理は、前記割合値を異なる複数種類の値に設定し、前記特定クランク角算定処理は、当該複数の割合値に対応させて前記特定クランク角を各々算定するものであって、
前記パラメータは、加算，減算，乗算，又は除算のうち少なくとも一つの算術処理によって、複数の特定クランク角が合成されることとしても良い。

より好ましくは、前記信号処理部を構成するメモリ回路は、前記内部ＥＧＲ量及び／又は前記外部ＥＧＲ量によって成るＥＧＲ量と前記パラメータとの相関関係を記録させた現ＥＧＲ量参照マップと、前記内燃機関の運転状態と前記ＥＧＲ量の最適値とされる適正ＥＧＲ量との対応関係を記録した適性ＥＧＲ量参照マップと、が記録されていることとする。

更に好ましくは、前記バルブ機構制御処理は、前記現ＥＧＲ量参照マップを参照し、現在のＥＧＲ量を前記メモリ回路から抽出する現ＥＧＲ量参照処理と、前記適正ＥＧＲ量参照マップを参照し、前記適正ＥＧＲ量を前記メモリ回路から抽出する適正ＥＧＲ量参照処理と、前記適正ＥＧＲ量と前記現在のＥＧＲ量とを比較させる制御偏差検出処理と、前記現在のＥＧＲ量から前記適性ＥＧＲ量へ近づけるよう前記制御信号を出力させる制御信号出力処理と、を実行させることとする。

本発明に係る内燃機関の排気ガス再循環制御装置によると、同一条件の中から最適化されたパラメータが用いられるので、燃焼ボトム値とされる条件の特定、及び、当該条件に追従させるＥＧＲ制御が、より正確に行われることとなる。

また、当該排気ガス再循環制御装置によると、所定の物理現象に着目して特定クランク角を設定することも可能となるので、ＥＧＲの制御機構・制御モードに応じて適切なパラメータを個別的に作成することができる。

実施の形態に係る内燃機関周辺機構の構成を示す図。 実施の形態に係るイオン電流検出回路の構成を示す図。 実施の形態に係るＥＧＲ量調整プログラムを表すフローチャート。 実施の形態に係る、イオン電流，波形データ，総積分値，割合値，部分積分値を説明する図。 特定クランク角とＥＧＲ量との相関関係を示す図〔ＣＡ（１０％）〕。 特定クランク角とＥＧＲ量との相関関係を示す図〔ＣＡ（１０％）〜ＣＡ（９０％）〕。 イオン電流に含まれる物理的情報を説明する図 実施例１に係る波形データ，複数の割合値，複数の部分積分値，合成パラメータを説明する図。 実施例１に係るＥＧＲ量調整プログラムを表すフローチャート。 合成パラメータとＥＧＲ量との相関関係を示す図〔ＣＡ（１０％）＋ＣＡ（３０％）〕。 実施例１の第１変更例に係る、波形データ，複数の割合値，複数の部分積分値，合成パラメータを説明する図。 実施例１の第２変更例に係る、波形データ，複数の割合値，複数の部分積分値，合成パラメータを説明する図。

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１に示す如く、内燃機関自動車に設けられる燃焼制御システム１は、内燃機関Ａと燃料供給系統Ｂと点火系統Ｃと排気ガス再循環部Ｄと燃焼制御装置ＥＣＵとから構成される。本実施の形態では、燃焼制御装置ＥＣＵに内蔵される信号処理部（後述）と適宜の制御プログラム（後述）とによって、内燃機関の排気ガス再循環制御装置が構成される。

内燃機関Ａは、吸気通路Ｐｉ，排気通路Ｐｏ，吸排気バルブ機構Ｖｍを具備している。図示の如く、吸排気バルブ機構Ｖｍは、吸気バルブＶｉと排気バルブＶｏとこれらのバルブを駆動させるオーバーヘッドカムから成り、当該オーバーヘッドカムには、吸気バルブＶｉと排気バルブＶｏとのバルブオーバーラップ期間を変更自在とするように、各々のバルブを開閉動作させるアクチュエータＫｉ，Ｋｏが設けられている。この吸排気バルブ機構Ｖｍは、ＶＶＴ（Variable Valve Timing-control）と呼ばれ、モータ・ソレノイド等をアクチュエータとする電気制御式のものと、油圧制御式のものが知られている。また、吸排気バルブ機構Ｖｍは、吸気側及び排気側の双方にアクチュエータが設けられている型式のものと、吸気側及び排気側の何れか一方にのみアクチュエータが設けられている型式のものが知られている。このような吸排気バルブ機構Ｖｍは、バルブオーバーラップ期間を制御して、燃焼室Ｓｄに残存する内部ＥＧＲ量を調整する。

吸気バルブＶｉは、内燃機関Ａの燃焼室Ｓｄと吸気通路Ｐｉとの連通部に設けられ、アクチュエータＫｉによってバルブ開度が調節される。また、吸気通路Ｐｉには、エアクリーナ１０と吸気センサ２０とスロットルバルブ９１とが配備されている。エアクリーナ１０は、内部にフィルターエレメントが収容され、車体が取り込んだエアーをフィルターエレメントによって濾過させ、浄化されたエアーを吸気通路Ｐｉへと送り込む。吸気センサ２０は、吸気通路Ｐｉへ送り込まれたエアーの量を計測し、エアーの流量に関する情報を電気信号に変換して出力させる。スロットルバルブ９１は、燃焼制御装置ＥＣＵから送られる信号に応じて弁開度を制御させ、吸気通路Ｐｉに流れるエアーの流量を調節する。

一方、排気バルブＶｏは、燃焼室Ｓｄと吸気通路Ｐｏとの連通部に設けられ、アクチュエータＫｏによってバルブ開度が調節される。また、排気通路Ｐｏは、排気ガスの残留ガス濃度を検出するガス濃度センサＦＡを備え、図示されない消音器（マフラー）に接続される。

内燃機関Ａは、更に、点火プラグＰＧ及び点火コイルＣＬ（点火系統Ｃ）と、燃焼室Ｓｄの内部を摺動自在とするピストンＰｔと、ピストンＰｔの動作を伝達させるピストンロッドＰｒと、ピストンロッドＰｒの動作によって回転力を発生させるクランクシャフトＣｓとから構成される。当該内燃機関Ａは、吸気バルブＶｉから混合気を吸入し、点火コイルＣＬによって高電圧が印加されると、点火プラグＰＧがシリンダ内の混合気を燃焼させる。このとき、ピストンＰｔは、混合気の熱膨張によって押し下げられ、クランクシャフトＣｓに回転力が与えられる。尚、クランクシャフトＣｓには、内燃機関（クランクシャフト）の回転数を検出するクランクポジションセンサ５０が設けられ、当該クランクポジションセンサ５０は、内燃機関Ａの回転数に関する電気信号を出力させる。

燃料供給系統Ｂは、燃料タンクＴＫと燃料ポンプＰＭとインジェクションＩＮＪとから構成され、燃焼制御装置ＥＣＵによって、燃料ポンプＰＭが制御され、インジェクションＩＮＪに内蔵されるバルブ直前の管内圧力が適宜に調節される。

排気ガス再循環部Ｄは、排気通路Ｐｏに接続された帰還通路Ｐｅｏと、排気通路Ｐｉに接続された帰還通路Ｐｅｉと、双方の帰還通路Ｐｅｏ，Ｐｅｉの間に設けられた再循環バルブＶｅとから構成される。図示の如く、排気ガス再循環部Ｄは、排気通路Ｐｏと吸気通路Ｐｉとを連通させ、再循環バルブＶｅを駆動させることにより、外部ＥＧＲ量を調整する。

燃焼制御装置ＥＣＵは、各センサとの接続端子、信号出力端子、電源入出力端子、各種回路を備え、内燃機関の制御に特化した「Engine Control Unit」と呼ばれる装置である。図示の如く、燃焼制御装置ＥＣＵは、吸気流量に関する信号、スロットルバルブ９１の開度信号、内燃機関の回転数に関する信号、排気ガスの残存ガス濃度に関する信号、アクセルペダルモジュール８０の踏込み操作に関する信号、この他、イオン電流検出回路による検出信号（後述）が入力される。当該装置ＥＣＵには、これらの信号に基づいて各機構部の制御信号を生成出力させる信号処理部ＳＧＰが搭載されている。信号処理部ＳＧＰは、ＣＰＵ、所定のプログラムを格納させたメモリ回路、Ａ／Ｄ変換回路、クロック回路等を内蔵させている。

信号処理部ＳＧＰを構成するメモリ回路は、各種の制御プログラムが格納されている。そして、信号処理部ＳＧＰは、演算回路等のハードウェアと所定の制御プログラムとが協働し、使用目的に応じた演算処理を実行させることにより、インジェクションＩＮＪ、イグナイタＩｇ、スロットルバルブ９１、吸排気バルブ機構Ｖｍ、再循環弁Ｖｅ等の各々についての制御装置が構築されている。また、当該メモリ回路には、後述するクランク角参照マップ、割合値参照マップ、現ＥＧＲ量参照マップ、適正ＥＧＲ量参照マップが記憶されている。これらのマップの構造については、追って説明することとする。

図２は、点火系統Ｃに組込まれるイオン電流検出回路が示されている。イオン電流検出回路１００は、点火プラグＰＧと、点火コイルＣＬと、イグナイタＩｇと、イオン電流検出部ＩＮＳとから構成される。

点火プラグＰＧは、内燃機関のプラグホール内へ各々設けられ、印加電圧（二次コイルの誘導電圧）に応じてプラグギャップ間を放電させ、シリンダ内の混合気を燃焼させる。

点火コイルＣＬは、一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２及び鉄心等から構成され、一次コイルＬ１に流れる電流が変動すると、当該電流値の変動に応じて、二次コイルＬ２から誘導電圧を発生させる。かかる点火コイルＣＬは、絶縁樹脂によってパッケージされ、点火プラグＰＧの端子部へ装着される。これにより、二次コイルＬ２は、点火プイラグＰＧへ電気的に接続され、一次コイルＬ１の通過電流が変動すると点火プラグＰＧへ誘導電圧を出力させる。尚、一次コイル側に示されるＶＢは、車載バッテリから供給されるバッテリ電圧を指す。

イグナイタＩｇは、制御ＩＣとスイッチング素子Ｔｒとから構成され、点火信号ＳＧに応じてスイッチング素子ＴｒのＯＮ／ＯＦＦ状態を制御させる。当該スイッチング素子Ｔｒは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transister）、ＭＯＳＦＥＴ等のパワートランジスタが用いられる。かかるスイッチング素子Ｔｒは、一次コイルＬ１の出力端とグランドとの間に介挿され、点火信号ＳＧに応じて、一次コイルＬ１の通電状態を制御させる。尚、点火信号ＳＧは、点火制御用の制御プログラムが機能することによって生成される信号であって、燃焼制御装置ＥＣＵから出力される。

イオン電流検出部ＩＮＳは、図示の如く、ツェナーダイオードＺＤ、ダイオードＤ１，Ｄ２、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、オペアンプＡＭＰとから構成され、オペアンプＡＭＰの出力端子からイオン電流Ｉ２の増幅値を出力させる（以下、検出信号Ｓｉｏｎと呼ぶ）。かかるイオン電流検出部ＩＮＳは、シリンダＳｄ内に発生するイオン電流を検出する回路であって、イグナイタＩｇ又は燃焼制御装置ＥＣＵ等の回路部に内蔵される。

ここで、燃焼制御装置ＥＣＵから点火信号ＳＧが出力されると、点火プラグＰＧのプラグギャップが放電し、点火プラグＰＧ→二次コイルＬ２→コンデンサＣ１→ダイオードＤ１、に示す経路で放電電流Ｉ１が流れる。このとき、コンデンサＣ１は、イオン電流検出のための電力がチャージされることとなる。その後、燃焼による化学反応が進行すると、周知の通り、回路内には、抵抗Ｒ２→抵抗Ｒ１→コンデンサＣ１→二次コイルＬ２→点火プラグＰＧ、に示す経路でイオン電流Ｉ２が流れる。このイオン電流Ｉ２は、燃焼・失火状態、ＥＧＲ量の状態等、混合ガスの燃焼状態を示すこととなる。

イオン電流検出部ＩＮＳは、上述した回路構成によって、イオン電流Ｉ２をその電流値に比例する電圧値へと変換させる。この電圧値によって現される検出信号Ｓｉｏｎは、燃焼制御装置ＥＣＵのＡＤ入力端子へ入力される。

燃焼制御装置ＥＣＵでは、ＥＧＲ量の制御を行う場合、ＥＧＲ制御用の制御プログラムを起動させることにより、排気ガス再循環制御装置が構築される。この排気ガス再循環制御装置は、イオン電流検出回路１００から出力された検出信号Ｓｉｏｎを解析し、吸排気バルブ機構Ｖｍの制御信号及び再循環弁Ｖｅの制御信号の各々を生成する。ＥＧＲ制御用の制御プログラムは、ウィンドウ設定処理と、波形データ記憶処理と、積分演算処理と、割合特定処理と、バルブ機構制御処理について規定されている。以下、ＥＧＲ量制御の場面での燃焼制御装置ＥＣＵのことを、排気ガス再循環制御装置ＥＣＵと呼ぶこととする。

図３は、本実施の形態に係るＥＧＲ制御プログラム１００のフローチャートが示されている。ＥＧＲ制御プログラム１００が起動されると、先ず、ウィンドウ設定処理Ｓ１１０が実行される。当該処理Ｓ１１０は、波形データを記憶するウィンドウ区間を設定するものであって（図４ａ参照）、其のウィンドウ区間は、放電ノイズＡの終了後であって、且つ、主燃焼波形Ｂ〜Ｃが発生する区間に対応させて設定される。ここで、ウィンドウ区間の開始点及び終了点は、内燃機関Ａの運転状態（回転数，負荷等）によって推定すると良い。また、特開２００２−１８８５５２号公報，特開２００９−１１５０２３等で紹介される方法によって、主燃焼の開始点を推測するようにしても良い。

尚、図４ｂは、実際のイオン電流の波形が現されており、図４ｃ〜図４ｆは、イオン電流検出回路１００から出力される検出信号Ｓｉｎの波形が現されている。また、この波形には、ＡＤタイミングｔ１〜ｔｎが示されており、これに対応する値Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎは、Ａ／Ｄ変換回路によって認識された検出信号の離散値を意味する。以下、Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎを、検出信号値と呼ぶこととする。かかる検出信号値の各々は、イオン電流検出用に設けられた閾値より大きい場合、信号検出部によって認識されることとなる。

処理Ｓ１１０が終了すると、次に、波形データ記憶処理Ｓ１２０が実行される。当該処理Ｓ１２０は、ＡＤタイミング毎に検出信号値を記憶する。この処理１２０は、ウィンドウ区間について、検出信号値の記憶を逐次繰返し、ウィンドウ区間が終了する時刻迄に、Ｄ１〜Ｄｎの検出信号値をメモリ回路へ記憶させる。かかる検出信号値Ｄ１〜Ｄｎは、信号処理部ＳＧＰによって読込まれることにより、検出した主燃焼の波形を再現するデータの役割を果たす。以下、検出信号値Ｄ１〜Ｄｎの全体集合を、波形データＤｗと呼ぶこととする。

また、波形データ記憶処理Ｓ１２０は、上記の処理と併せて、クランク角参照マップを作成させる。当該クランク角参照マップは、検出信号値を検出したＡＤタイミングと当該ＡＤタイミングに対応するクランク角とを関連付けて、双方の情報がメモリ回路に記録されたものである。当該マップを格納したメモリ回路は、所定のＡＤタイミングを指定すると、これに対応するクランク角を出力させるように構成されている。クランク角参照マップを作成する場面では、例えば、ＡＤタイミングｔ１において、検出信号値Ｄ１が記録されると、そのタイミングでのクランク角ＣＡ１についても記録される。かかる記録処理は、ＡＤタイミングＤ２，Ｄ３，・・・、と順次繰返される。そして、クランク角参照マップからクランク角を抽出する場面では、メモリ回路に対して参照したいＡＤタイミングｔｋを指定すると、当該メモリ回路からＡＤタイミングＡＤｋに対応するクランク角ＣＡｋが出力される。

処理１２０が終了すると、第１の積算処理Ｓ１３０が実行される。当該処理Ｓ１３０は、メモリ回路から波形データＤｗを呼び出し、当該波形データＤｗの各値Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎを積算させる。そして、かかる積算処理によって総積算値Ｓｗを算出し（図４ｄ参照）、其の値Ｓｗをメモリ回路へ一時的に記憶させる。尚、第１の積算処理Ｓ１３０は、検出信号値Ｄ１〜Ｄ２の全てを積算させるようにしても良く、ノイズ等の影響を受けている検出値については積算処理をスキップさせたり、適宜な補正を行う等の処理を加えても良い。また、ここで説明するところの積算とは、検出信号値の各成分Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎを単純に加算（Ｄ１＋Ｄ２＋・・・＋Ｄｎ−１＋Ｄｎ）させる演算のほか、図４ｄの斜線部に相当する面積Ｓｗを実際に算出する演算をも含む。

その後、割合特定処理Ｓ１４０が実行される。当該処理Ｓ１４０では、予め作成されている割合値参照マップから割合値ＲＡＴＥｔｈが参照される（図４ｅ参照）。割合値ＲＡＴＥｔｈは、先に算出された総積算値Ｓｗに対する割合を規定するものである。例えば、割合値ＲＡＴＥｔｈ（１０％）と示される場合、其の割合値は、或る全体に対する１０％の割合を意味する。割合値参照マップは、この割合値ＲＡＴＥｔｈと内燃機関の運転状態（回転数、負荷状態等）との相関関係が記録されている。この割合値参照マップは、予め実験的に把握されるものであって、後述するパラメータについて同一運転条件の中から最適なパラメータを設定する役割を担う。後述するが、本実施の形態の場合、同一の運転条件（回転数、負荷状態）であったとしても、先の割合値ＲＡＴＥｔｈを種々変更することにより、ＥＧＲ量制御に用いられるパラメータを複数作成することが可能である。そして、これらのパラメータの中には、ＥＧＲ量制御を行う際に好適なものと不適なものとが存在する。このため、割合値参照マップには、かかるパラメータが最適なものとなるように、内燃機関の運転状態と割合値との関係が記録されているのである。

処理１４０が終了すると、クランク角算定処理Ｓ１５０が実行される。当該処理Ｓ１５０は、第２の積算処理Ｓ１５０ａと、積算値比演算処理Ｓ１５０ｂと、クランク角参照処理Ｓ１５０ｃとから構成される。先ず、第２の積算処理１５０ａは、波形データＤｗの部分積算値Ｓｒの算出を開始させる。当該部分積算値Ｓｒは、最初のＡＤタイミングｔ１から順に検出信号値を積算させることで算出される（図４ｆ参照）。

第２の積算処理Ｓ１５０ａが終了すると、次に、積算値比演算処理Ｓ１５０ｂが実行される。当該処理Ｓ１５０ｂは、算出された直後の部分積算値Ｓｒと先の総積算値Ｓｗとの比（以下、積算値比と呼ぶ）を算出する。具体的には、積算値比Ｒｓ（Ｘ％）＝（部分積算値Ｓｒ／総積算値Ｓｗ）×１００，によって算出される。

尚、算出された積算値比Ｒｓが割合値ＲＡＴＥｔｈを上回らなければ（又は、到達しなければ）、第２の積算処理Ｓ１５０ａ及び積算値比演算処理Ｓ１５０ｂが繰返される。そして、算出された積算値比Ｒｓが割合値ＲＡＴＥｔｈを上回った時点で（又は、到達した時点で）、次のクランク角参照処理Ｓ１５０ｃが実行される。図４では、ＡＤタイミングｔ１，ｔ２，・・・、といった具合に、各ＡＤタイミングを迎える毎に積算値比Ｒｓが算出され、ＡＤタイミングｔ３に至った時点で積算値比Ｒｓが割合値ＲＡＴＥｔｈ（１０％）に略一致する。

クランク角参照処理Ｓ１５０ｃは、積算値比Ｒｓと割合値ＲＡＴＥｔｈとが略一致した時点のＡＤタイミングに基づいて、先のクランク角参照マップからクランク角を抽出する。具体的に説明すると、図４（ｆ）にあっては、積算値比Ｒｓと割合値ＲＡＴＥｔｈとが略一致した時点のＡＤタイミングがｔ３であるところ、クランク角参照マップが格納されたメモリ回路では、ＡＤタイミングｔ３が指定され、当該ＡＤタイミングｔ３に対応するクランク角の情報が出力される。以下、積算値比と割合値とが一致した局面でのＡＤタイミングに対応するクランク角を「特定クランク角」と呼ぶこととする。

ここで、本実施の形態で用いられるパラメータは、クランク角算定処理Ｓ１５０ｃにて算定された「特定クランク角」を用いて成るものであり、具体的には、「特定クランク角」そのものとされる。図５（ａ）は、運転状態（回転数、負荷状態）を同一条件とした場合における特定クランク角の実測結果が示されている。より具体的には、割合値ＲＡＴＥｔｈ（１０％）とした場合における特定クランク角ＣＡ（１０％）がプロットされている。尚、本実測方法にあっては、観測する為のＥＧＲ量を複数点設定して計測が行なわれている。

かかる実測結果（図５ａ）を参照すると、ＥＧＲ量（内部ＥＧＲ量及び外部ＥＧＲ量の双方を含む）が小さいほど、特定クランク角ＣＡ（１０％）の分布が収束し、ＥＧＲ量が大きくなるにつれ、特定クランク角ＣＡ（１０％）の分布が拡大する傾向が見られる（傾向１）。また、実測結果を全体的に観察すると、ＥＧＲ量の増加に応じて特定クランク角も増加する傾向が見られる（傾向２）。傾向２については、ＥＧＲ量を増加させるとイオン電流が全体的に遅角側へシフトする一般的傾向に合致するものであり、本観測結果は、特に、割合値ＲＡＴＥｔｈ（１０％）におけるイオン電流の状態を現すものである。

尚、イオン電流検出回路等の電気的バラツキ、又は、燃焼室内部の形状誤差等による機構的バラツキが生じたとしても、この実測結果は、特定クランク角ＣＡ（Ｘ％）が割合値に基づいて算出されるところ、「特定クランク角」の各々の実測値に影響を及ぼすことは殆ど無い。

図５（ｂ）には、本実施の形態に係るパラメータの一形態が示されている。当該パラメータＰｍ１は、実測対象として設定されたＥＧＲ量毎に平均値が求められた後、其の平均値を繋いで形成される。このように、ＥＧＲ量制御で用いられパラメータＰｍ１は、所定ＥＧＲ量の実測結果群の中から「特定クランク角」の値を見極めることで、特定クランク角とＥＧＲ量との相関関係が得られる。尚、当該パラメータＰｍ１は、上述のように平均値を用いて所定ＥＧＲ量に対応する特定クランク角を割出しているが、これに限らず、平均値、標準偏差値、中間値、この他、最大値又は最小値等によって特定クランク角を割り出すようにしても良い。

信号処理部ＳＧＰを構成するメモリ回路には、上述の如く、現ＥＧＲ量参照マップが記録されている。この現ＥＧＲ量参照マップは、図５（ｂ）に示されるような、パラメータ（本実施の形態にあっては特定クランク角）とＥＧＲ量との相関関係が記録されている。当該マップを記録させたメモリ回路は、パラメータ（特定クランク角）が指定されると、これに対応するＥＧＲ量を出力させるよう機能する。このため、指定されるパラメータが現時点の値であれば、出力されるＥＧＲ量についても現時点の値を示すこととなる。

図５（ｂ）に示されるＲＷｔｈ（以下、燃焼ボトム値又は適正ＥＧＲ量と呼ぶ）は、燃焼悪化を招くことなく且つ燃費率が最大となる燃焼状態を示す値であって、言い換えると、ＥＧＲ量の最適値を現すものである。内燃機関の燃焼制御では、要求負荷が変動する場合、燃料の供給量が調整される他、スロットルバルブの開度調節によって燃焼室への外気投入量が制御される。このため、適正ＥＧＲ量ＲＷｔｈは、負荷に応じて適宜変更される。本実施の形態では、信号処理部ＳＧＰを構成するメモリ回路に適正ＥＧＲ量参照マップが記録されている。この適正ＥＧＲ量参照マップは、負荷を示すパラメータ（例えば、エアーフローメータの値）と適性ＥＧＲ量ＲＷｔｈとの情報によって構成される。かかるマップを記録させたメモリ回路は、負荷パラメータが指定されると、これに対応する適正ＥＧＲ量ＲＷｔｈを出力するよう機能する。

図３に示す如く、これらのマップを参照して機能するバルブ機構制御処理は（Ｓ１６０〜Ｓ１８０）、処理Ｓ１５０の後に実行される。当該バルブ機構制御処理は、パラメータＰｍ１に基づいて、内部ＥＧＲ量及び外部ＥＧＲ量（以下、ＥＧＲ量と呼ぶ）を調整させる役割を担う。

先ず、処理１６０では、現ＥＧＲ量参照処理と適正ＥＧＲ量参照処理と制御偏差検出処理とが実行される。このうち、現ＥＧＲ量参照処理は、メモリ回路に対して現在の特定クランク角ＣＡ（Ｘ％）を与え、これに対応するＥＧＲ量を現ＥＧＲ量参照マップから抽出する。特定クランク角（Ｘ％）が現在の値であるところ、当該処理によって抽出されるＥＧＲ量についても、現在の値を示すこととなる。

また、適正ＥＧＲ量参照処理は、メモリ回路に対して現在の運転状態（例えば、エアーフローメータの値）を与え、これに対応する適正ＥＧＲ量ＲＷｔｈを抽出する。当該適正ＥＧＲ量についても、現在の運転状態を反映させたものとなる。

これらの処理が終了すると、制御偏差検出処理が実行される。当該制御偏差検出処理では、先の処理で認識した「現在のＥＧＲ量」と「適正ＥＧＲ量ＲＷｔｈ」とを比較させ、「現在のＥＧＲ量」と「適正ＥＧＲ量ＲＷｔｈ」との大小関係に応じて、制御信号出力処理（Ｓ１７０及びＳ１８０）の動作モードを決定する。かかる処理では、大小関係だけでなく差分値についても算出しておくと良い。この場合、次の制御信号出力処理では、差分値を用いてフィードバック制御を行うことができるので、応答特性又はオーバーシュート等の制御上の問題を改善させることが可能となる。

かかる制御信号出力処理では、「現在のＥＧＲ量」が「適正ＥＧＲ量ＲＷｔｈ」より大きい場合（図５ｂにおけるＲＷ１を参照）、吸排気バルブ機構のバルブオーバーラップ期間を減少させる、又は、再循環バルブの開度を閉成させる制御信号を出力させる。このとき、ＥＧＲ量は、減少するので、適正ＥＧＲ量ＲＷへ近づくよう制御される。一方、「現在のＥＧＲ量」が「適正ＥＧＲ量ＲＷｔｈ」より小さい場合（図５ｂにおけるＲＷ２を参照）、吸排気バルブ機構のバルブオーバーラップ期間を増加させる、又は、再循環バルブの開度を開成させる制御信号を出力させる。このとき、ＥＧＲ量は、増大するので、適正ＥＧＲ量ＲＷへ近づくよう制御される。

図６は、複数種類に係る特定クランク角とＥＧＲ量との相関関係が示されている。具体的には、割合値ＲＡＴＥｔｈを１０％とした場合の相関関係Ｌ（１０％）、割合値ＲＡＴＥｔｈを３０％とした場合の相関関係Ｌ（３０％）、割合値ＲＡＴＥｔｈを５０％とした場合の相関関係Ｌ（５０％）、割合値ＲＡＴＥｔｈを９０％とした場合の相関関係Ｌ（９０％）、が示されている。これらの相関関係の各々は、先と同様、実測対象として設定されたＥＧＲ量毎に平均値が求められた後、其の平均値を繋いで形成されている。これらの相関関係Ｌ（１０％）〜Ｌ（９０％）は、一つの波形データから求められており、同一の運転条件に対応している。

図示の如く、ＥＧＲ量の区間ａ−ｂにあっては、何れの相関関係Ｌ（１０％）〜Ｌ（９０％）を参照しても特定クランク角の変動が殆ど無い。このため、特定クランクに基づいて現在のＥＧＲ量を定める際、何れの関係を用いても誤差を生じる危険がある。即ち、区間ａ−ｂをデータ化して現ＥＧＲ量参照マップとして用いることは、制御上好ましく無い。

次に、区間ｂ−ｃについて検討すると、相関関係Ｌ（９０％）は、極小値となる点を具備しているので、この関係を用いて現ＥＧＲ量参照マップを作成するのは好ましくない。また、相関関係Ｌ（１０％）〜Ｌ（５０％）は、共に単調増加傾向を示しているが、相関関係Ｌ（１０％）にあっては、他の相関関係Ｌ（３０％）及びＬ（５０％）と比較して、傾きが緩慢である。そうすると、区間ｂ−ｃにあっては、相関関係Ｌ（３０％）又はＬ（５０％）をデータ化し、現ＥＧＲ量参照マップとして用いるのが好ましいことが判る。

次に、区間ｃ−ｄについて検討すると、全ての相関関係Ｌ（１０％）〜Ｌ（９０％）が単調増加を示しているが、このうち、相関関係Ｌ（１０％）の変化率がもっとも大きい。そうすると、区間ｃ−ｄにあっては、相関関係Ｌ（１０％）をデータ化し、現ＥＧＲ量参照マップとして用いるのが好ましいことが判る。

このような検討結果によると、最適ＥＧＲ量ＲＷｔｈの位置が区間ｂ−ｃに配される場合、当該区間ｂ−ｃに係るＥＧＲ量を現ＥＧＲ量参照マップから参照することになるので、現ＥＧＲ量参照マップを相関関係Ｌ（３０％）又はＬ（５０％）のデータに基づいて作成するのが好ましい。

また、最適ＥＧＲ量ＲＷｔｈの位置が区間ｃ−ｄに配される場合、当該区間ｃ−ｄに係るＥＧＲ量を現ＥＧＲ量参照マップから参照することになるので、現ＥＧＲ量参照マップを相関関係Ｌ（１０％）のデータに基づいて作成するのが好ましい。

このように、同一の運転条件であったとしても、割合値ＲＡＴＥｔｈを種々変更することにより、パラメータ（特定クランク角）とＥＧＲ量との相関関係を複数見出すことが可能である。しかし、これらのパラメータの中には、ＥＧＲ量制御を行う際に好適なものと不適なものとが存在する。このため、実験段階では、パラメータとＥＧＲ量との相関関係のうち最適なものを予め把握しておき、実際の信号処理段階では、好適な相関関係を示す割合値及びパラメータ（特定クランク角）を用いて、より確実なＥＧＲ量制御（再循環バルブの弁開度の制御，バルブオーバーラップ期間の制御）が実現されるのである。

上述の如く、本実施の形態に係る排気ガス再循環制御装置ＥＣＵによると、同一条件の中から最適化されたパラメータが用いられるので、最適ＥＧＲ量ＲＷｔｈ（燃焼ボトム値）とされる条件の特定、及び、当該条件に追従させるＥＧＲ制御が、より正確に行われることとなる。

また、特定クランク角ＣＡ（Ｘ％）は、波形データの絶対的な値でなく割合値に基づき算出されるので、仮に、イオン電流検出回路等の電気的バラツキ、又は、燃焼室内部の形状誤差等による機構的バラツキが生じたとしても、当該特定クランク角の値について誤差を生じさせることは殆ど無い。

以下、図７を参照して、イオン電流の波形と燃焼サイクルにおける点火動作との関係について説明する。同図には、主燃焼時に現われるイオン電流Ｓｉｏｎとクランク角ＣＡとの関係が示されている。尚、当該波形Ｓｉｏｎには、図示の如く、燃焼室内を摺動するピストンＰｔの上死点ＴＤＣ，下死点ＢＤＣが示されている。また、Ｄは初期燃焼を示す波形、Ｉｐ２は第２ピーク値、Ｉｐ３は第３ピーク値と呼ぶこととする。また、Ｂは第２ピーク値Ｉｐ２の前後周辺の波形、Ｃは第３ピーク値Ｉｐ３の前後周辺の波形を指す。

通常の燃焼制御では、ピストンＰｔが上死点ＴＤＣに到達する前段にて、点火プラグにおけるギャップ間の放電が開始する。燃焼室内では、放電によって火炎核が成長し始めると、火炎面に電離した物質（イオン）が形成され、当該電離物質を介してイオン電流が流れ始める。このため、イオン電流は、図７に示す如く、上死点ＴＤＣの手前で流れ始めることとなる。

一般に、ＥＧＲ量が制御されている局面において、火炎核の成長速度は、ＥＧＲ量の増加に応じて低下するので、イオン電流は、ＥＧＲ量が増加すると、波形全体が遅角側へオフセットされる傾向がある。但し、このＥＧＲ量のうち内部ＥＧＲによるものは、火炎核の成長速度を低下させることに変わりは無いが、高温状態のまま燃焼室内に停滞するので、初期燃焼を促進させる働きをする。このため、初期燃焼に係る波形Ｄは、内部ＥＧＲを増加させても、あまり変化が現われない傾向がある。これに対し、外部ＥＧＲは、燃焼室内に還流されるまでに温度が低下してしまうので、初期燃焼に係る波形Ｄを遅角側へオフセットさせる働きをする。

また、初期燃焼から第２ピーク値前後に至る範囲（波形Ｄ〜波形Ｂ）では、投入された混合ガスが燃焼し、ＮＯｘが形成されることとなる。かかる範囲では、波形Ｂの大きさによって燃焼の度合が示されることとなるが、当該範囲では、初期燃焼波Ｄに影響を受けるので、内部ＥＧＲが多い場合には顕著な変化が見られず、外部ＥＧＲが多い場合には遅角側へオフセットされるという違いが見られる。

第２ピーク値から更に点火動作が進行すると、ピストンＰｔは、上死点ＴＤＣを通過するに至る。このような場面において、火炎角は、燃焼室内の空間全域に到達し、燃焼室内では、当該燃焼に伴いラジカルなＮＯｘが多量に形成されることとなる。このように、燃焼室内では、ＮＯｘの電離物質が増加してゆく為、イオン電流が流れる環境が整えられることとなる。第３ピーク値Ｃの近傍の波形Ｃは、このようなプロセスでＮＯｘの電離物質が増加した時に検出されるものと考えられている。

ここで、本実施の形態に係る排気ガス再循環制御装置ＥＣＵによると、特定クランク角ＣＡ（Ｘ％）を算出させるために割合値ＲＡＴＥｔｈを適宜に設定するとされている。例えば、この割合値ＲＡＴＥｔｈが１０％程度に設定される場合、特定クランク角ＣＡ（１０％）には、初期燃焼時の情報が組み込まれることとなる。また、割合値ＲＡＴＥｔｈが８０％程度に設定される場合、特定クランク角ＣＡ（８０％）には、初期燃焼時の情報の他、第３ピーク値Ｉｐ３の前後周辺の波形Ｃに係る情報が追加されることとなる。

かかる如く、特定クランク角ＣＡ（Ｘ％）は、割合値ＲＡＴＥｔｈを適宜に設定することで、内部ＥＧＲ量の程度，ＥＧＲ量全体の程度といった物理的意味が含まれることとなる。従って、内部ＥＧＲの制御割合が多い場合には、パラメータを特定クランク角ＣＡ（１０％）〜ＣＡ（３０％）程度に設定し、即ち、初期燃焼に係る特定クランク角をパラメータとすることで、吸排気バルブの好適な制御が期待できる。また、外部ＥＧＲの制御割合が多い場合には、パラメータを特定クランク角ＣＡ（７０％）〜ＣＡ（９０％）程度に設定し、即ち、燃焼時全体に亘る火炎核の成長速度に着目することで、再循環バルブの好適な制御が期待できる。

このように、本実施の形態に係る排気ガス再循環制御装置ＥＣＵによると、所定の物理現象に着目して特定クランク角ＣＡ（Ｘ％）を設定することも可能となるので、ＥＧＲの制御機構・制御モードに応じて適切なパラメータを個別的に作成することができる。このため、当該排気ガス再循環制御装置ＥＣＵでは、かかる適切なパラメータが採用されることで、最適ＥＧＲ量ＲＷｔｈ（燃焼ボトム値）とされる条件の特定、及び、当該条件に追従させるＥＧＲ制御が、より正確に行われることとなる。

尚、本実施の形態に係るパラメータは、所定の物理現象に着目して作成し、併せて、当該パラメータの相関関係に起因する制御性が考慮されていると尚良い。また、当該パラメータについて、何れの性質を優先させるかは、ＥＧＲ量の制御機構、適合化等に基づいて適宜解決すれば良い。

以下、実施の形態に係る排気ガス再循環制御装置ＥＣＵの改変例について説明する。図８は、本実施例に係るＥＧＲ制御プログラム２００のフローチャートが示されている。尚、便宜上、実施の形態で既に説明された同一処理部については、同一符号を付し、其の説明を省略することとする。

図示の如く、ＥＧＲ制御プログラム２００が起動されると、ウィンドウ設定処理Ｓ１１０，波形データ記憶処理Ｓ１２０，第１の積算処理Ｓ１３０の流れで処理が進み、最初の割合特定処理Ｓ２１０が実行される。本実施例に係る処理Ｓ２１０では、割合値ＲＡＴＥｔｈを１０％に設定し、次の処理Ｓ２２０では、波形データＤｗの積算処理をＤ１から開始させ、割合値ＲＡＴＥｔｈ（１０％）に到達した時点でのクランク角（特定クランク角）を、クランク角参照マップから抽出する（図９ａ参照）。尚、本処理では、ＡＤタイミングｔ２にて特定クランク角が到来したものとする。

その後、次の割合特定処理Ｓ２３０が実行される。当該処理Ｓ２３０では、割合値ＲＡＴＥｔｈを３０％に設定し、処理Ｓ２４０では、波形データＤｗの積算処理をＤ１から開始させ、特定クランク角ＣＡ（３０％）をクランク角参照マップから抽出する（図９ｂ参照）。尚、本処理では、ＡＤタイミングｔ３にて特定クランク角が到来したものとする。このように、本実施例では、割合値を異なる複数種類の値に設定し、特定クランク角算定処理では、当該複数の割合値に対応させて特定クランク角が各々算出されることとなる。

かかる後、合成演算処理Ｓ２５０が実行される。当該処理Ｓ２５０では、先に算出した特定クランク角ＣＡ（１０％）及びＣＡ（３０％）を加算処理させ、新たなパラメータＰｍ２が算出される（図９ｃ参照）。尚、本実施例では、特定クランク角を合成させるにあたって、加算処理が用いられているが、これに限らず、異なる特定クランク角を減算処理，乗算処理，除算処理させても良い。

図９（ｃ）に示す如く、本実施例では、特定クランク角の加算演算によってパラメータＰｍ２が算出される。パラメータＰｍ２は、割合値ＲＡＴＥｔｈが１０％〜３０％に設定されるので、初期燃焼の情報が含まれることとなる。また、当該パラメータＰｍ２は、割合値ＲＡＴＥｔｈ（１０％）迄の物理的情報が強調されることとなる。

このように、図９（ｃ）にて示されるパラメータＰｍ２によると、初期燃焼の物理的情報が現される上、当該初期燃焼の前段の情報が強く現されることとなる。かかるパラメータＰｍ２を用いる場合、排気ガス再循環制御装置ＥＣＵでは、吸排気バルブの挙動が詳細に解析され、これに基づいて、正確なＥＧＲ制御が実現される。

以下、図１０を参照し、本実施例で算出されたパラメータＰｍ２による制御性について検討する。尚、同図には、先に説明された特定クランク角ＣＡ（１０％）とＥＧＲ量の相関関係Ｌ（１０％）、特定クランク角ＣＡ（３０％）とＥＧＲ量の相関関係Ｌ（３０％）、パラメータＰｍ２とＥＧＲ量の相関関係Ｌ（Ｐｍ２）、について各々示されている。

区間ａ−ｂについて検討すると、先にも説明したように、各々の特定クランク角は、勾配が殆ど形成されないため制御性に不適とされる。これに対し、パラメータＰｍ２に対応する相関関係Ｌ（Ｐｍ２）は、区間ａ−ｂの後段において、勾配が形成されているのが認められる。従って、当該区間ａ−ｂの後段については、パラメータＰｍ２による制御性は改善されたことになる。

また、区間ｂ−ｃについて検討すると、パラメータＰｍ２に対応する相関関係Ｌ（Ｐｍ２）は、ＣＡ（１０％），ＣＡ（３０％）に対応する相関関係よりも勾配が大きくなり、制御性が改善されているのが認められる。このような傾向は、区間ｃ−ｄについても同様に認められる。

かかる如く、本実施例に係るパラメータＰｍ２は、各々の特定クランク角が単調増加傾向を示していれば、複数の特定クランク角が加算されることにより、当該パラメータＰｍ２の勾配が増幅され、ＥＧＲ量に係る制御性を向上させることとなる。従って、燃焼状態の現象に着目して特定クランク角を複数設定させるだけで、パラメータＰｍ２は、ＥＧＲ制御に係る制御性を向上させることとなる。

そして、かかるパラメータＰｍ２，これに基づき作成された現ＥＧＲ量参照マップを用いることにより、ＥＧＲ制御プログラム２００では、バルブ機構制御処理（Ｓ２６０〜Ｓ２８０）においてバルブ開度等が精度良く調節され、ＥＧＲ量の制御が精度良く行われる。

尚、本実施例では、ＥＧＲ制御に用いるパラメータを減算処理によって算出させても良い。例えば、図１１に示されるＥＧＲ制御処理では、減算処理によって算出されたパラメータＰｍ３が設定される。

具体的に説明すると、パラメータＰｍ３を用いるＥＧＲ制御プログラムでは、特定クランク角（９０％）を算出させ（図１１ａ）、その後、特定クランク角ＣＡ（６０％）を算出させる（図１１ｂ）。そして、合成演算処理Ｓ２５０では、Ｐｍ３＝ＣＡ（９０％）−ＣＡ（６０％），の演算を実行させ、パラメータＰｍ３の値を得る。かかるパラメータＰｍ３は、図１１（ｃ）に示す如く、割合値ＲＡＴＥｔｈ６０％〜９０％に関する燃焼波形の情報が含まれる。このため、当該パラメータＰｍ３は、内部ＥＧＲに関する情報が希薄化され、其の反面、外部ＥＧＲに関する情報が強調される。

また、図１２に示されるＥＧＲ制御処理では、複数の演算処理によって算出されたパラメータＰｍ４が設定される。具体的に説明すると、パラメータＰｍ４を用いるＥＧＲ制御プログラムでは、特定クランク角（４０％）、特定クランク角（６０％）、及び、特定クランク角（９０％）、を算出させる（図１２ａ〜図１２ｃ）。そして、合成演算処理Ｓ２５０では、Ｐｍ４＝ＣＡ（９０％）−ＣＡ（６０％）＋ＣＡ（４０％），の演算を実行させ、パラメータＰｍ４の値を得る。かかるパラメータＰｍ４は、図１２（ｄ）に示す如く、初期燃焼に係る情報と、クランク角ＣＡが６０％〜９０％に関する燃焼波形の情報とが強調されることとなる。従って、かかるパラメータＰｍ４は、内部ＥＧＲ及び外部ＥＧＲの双方を好適に制御させたい場面で好適である。

尚、ＥＧＲ量との相関関係についても、これらのパラメータＰｍ３，Ｐｍ４を幾分調整することで、ＥＧＲ量の制御性を向上させることが可能である。例えば、パラメータＰｍ３では、第２項〔クランク角ＣＡ（６０％）〕に係る割合値ＲＡＴＥｔｈを幾分低く設定しなおすことで、当該パラメータとＥＧＲ量との相関関係を改善させることが可能である。また、パラメータＰｍ４では、第３項〔クランク角ＣＡ（４０％）〕に係る割合値ＲＡＴＥｔｈを幾分大きく設定しなおすことで、当該パラメータとＥＧＲ量との相関関係を改善できる。

実施の形態，実施例１では、ＥＧＲ制御に用いるパラメータの算出方法の一例について述べたが、当該パラメータの算出手法は、これに限定されるものではない。以下、当該算出方法のバリエーションについて説明する。

尚、以下紹介するパラメータを用いる場合にも、現ＥＧＲ量参照マップは、解析に用いるパラメータとＥＧＲ量との相関関係が記録されることとなる。例えば、補正係数を加味したパラメータＰｍ５が用いられる場合、このときの現ＥＧＲ量参照マップは、先に説明したパラメータ（例えば、Ｐｍ１）の代わりにパラメータＰｍ５へと置き換えられる。これにより、パラメータＰｍ５を用いたＥＧＲ制御プログラムでは、パラメータＰｍ５に基づいて、適正なＥＧＲ量を特定することが可能となる。

（パラメータＰｍ５／補正係数）
補正係数を採り入れたパラメータＰｍ５は、Ｐｍ５＝Ｋ・ＣＡ（Ｘ％），といったように、特定クランク角ＣＡ（Ｘ％）へ定数Ｋを乗算させて算出される。パラメータＰｍ５は、補正係数Ｋが「１以上」であれば、当該パラメータとＥＧＲ量との相関関係が改善される。尚、ここで用いられる定数Ｋは、整数であるか否かを問うものではない。

（パラメータＰｍ６／冪乗演算）
冪乗演算を採り入れたパラメータＰｍ６は、Ｐｍ６＝ＣＡ（Ｘ％）・ＣＡ（Ｘ％），といったように、同一の特定クランク角ＣＡ（Ｘ％）同士を複数回乗算させて算出される。この場合、パラメータＰｍ６は、燃焼が進行した場面での物理情報を強調させる。

（パラメータＰｍ７，Ｐｍ８／多項式関数）
多項式関数を採り入れたパラメータは、例えば、Ｐｍ７＝α・ＣＡ（Ｘ％）・ＣＡ（Ｘ％）＋β・ＣＡ（Ｘ％）＋γ、又は、Ｐｍ８＝α・ＣＡ（Ｘ％）＋β・ＣＡ（Ｙ％）＋γ・ＣＡ（Ｚ％），といったように算出される。かかるパラメータＰｍ７，Ｐｍ８は、物理的に有意な特定クランク角が各々設定され、併せて、当該パラメータとＥＧＲ量との相関関係を好適化させるよう定数α〜γが設定される。

（パラメータＰｍ９／統計的演算）
統計的演算を採り入れたパラメータＰｍ９は、現パラメータ，前回のパラメータ，前々回のパラメータといったように、過去に算出されたパラメータを合成させて算出される。平均値によって算出されるパラメータＰｍ９について説明すると、パラメータＰｍ９の算出にあたっては、現在算出された特定クランク角と、過去に演算された特定クランク角の数点とが解析に必要な事象の集合とされる。パラメータＰｍ９は、当該集合について平均値Ｐｍ（ａｖｅ）を算出させる。そして、これによるＥＧＲ制御プログラムでは、当該平均値に係る参照マップを用いて、ＥＧＲ量の制御が行われる。尚、統計的演算には、平均値によるものの他、標準偏差，変動率（標準偏差／平均），相加・相乗平均、荷重平均，及び、これらの適宜な組合せによって算出されるものを含む。当然のことながら、統計的演算を採り入れたパラメータＰｍ９では、かかる統計値が適宜に用いられ、これを構成する特定クランク角は、物理現象に着目して有意に決定される。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記された技術的思想の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、上述した内燃機関は、外部ＥＧＲを制御する再循環バルブと内部ＥＧＲを制御するＶＶＴ機構とが組み込まれているが、これらのうち一方の機構のみを具備する内燃機関であっても、本発明による効果は十分に奏される。仮に、ＶＶＴのみを具備する内燃機関とされる場合、初期燃焼の情報を反映させたパラメータを作成することで、吸排気バルブのバルブ調節が燃焼状態に対応したものとなり、内部ＥＧＲ量が好適に制御される。また、外部ＥＧＲ用の再循環バルブのみによるＥＧＲ制御の場合、イオン電流の第３ピーク値近傍の情報をパラメータに与えることで、再循環バルブのバルブ調節が燃焼状態に対応したものとなり、外部ＥＧＲ量が好適に制御される。

１ 内燃機関の燃焼制御システム， Ａ 内燃機関， Ｓｄ 燃焼室， Ｐｉ 吸気通路， Ｖｉ 吸気バルブ， Ｐｏ 排気通路， Ｖｏ 排気バルブ， ＥＣＵ 内燃機関の排気ガス再循環制御装置， ＣＮＴ 信号処理部， Ｉｉｏｎ イオン電流， Ｄ１〜Ｄｎ 検出信号， Ｄｗ 波形データ， Ｓｗ 総積分値， ＲＡＴＥｔｈ 割合値， ＣＡ（Ｘ％） 特定クランク角， １１０ ウィンドウ設定処理， １２０ 波形データ記憶処理， １３０ 第１の積分演算処理， １４０ 割合特定処理， １５０ クランク角算定処理，１６０〜１８０ バルブ機構制御処理，

Claims (12)

1. 内燃機関の燃焼室及び吸気通路の連通部に設けられた吸気バルブと、前記燃焼室及び排気通路の連通部に設けられた排気バルブと、前記吸気バルブ及び前記排気バルブのバルブタイミングを変更自在に各々開閉動作させ前記燃焼室に残存する内部ＥＧＲ量を調整する吸排気バルブ機構と、混合ガスの燃焼状態を示すイオン電流を検出するイオン電流検出回路とを具備する機構に設けられ、
   信号処理部及び所定の制御プログラムが協働して、前記イオン電流検出回路の検出信号を解析し、前記吸排気バルブ機構の制御信号を生成する内燃機関の排気ガス再循環制御装置であって、
   前記信号処理部は、
   前記検出信号のうち放電ノイズ終了後の主燃焼が発生する区間に対応させて波形データを記憶するためのウィンドウ区間を設定するウィンドウ設定処理と、
   前記ウィンドウ区間について所定タイミング毎に前記検出信号の値を記憶する処理を繰返し前記ウィンドウ区間に現われる前記波形データを記憶する波形データ記憶処理と、
   前記波形データの各値を積算させて当該波形データの総積算値を算出する第１の積算処理と、
   前記総積算値に対する割合値を前記内燃機関の運転状態に応じて特定する割合特定処理と、
   前記割合値に到達する時点の特定クランク角を算定するクランク角算定処理と、
   前記特定クランク角を用いたパラメータに基づいて前記内部ＥＧＲ量を調整するバルブ機構制御処理と、を実行させることを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環制御装置。
2. 内燃機関の燃焼室及び吸気通路の連通部に設けられた吸気バルブと、前記燃焼室及び排気通路の連通部に設けられた排気バルブと、前記排気通路及び前記吸気通路を連通させる帰還通路に設けられた再循環弁を有し前記再循環弁を駆動させて外部ＥＧＲ量を調整させる排気ガス再循環機構と、混合ガスの燃焼状態を示すイオン電流を検出するイオン電流検出回路とを具備する機構に設けられ、
   信号処理部及び所定の制御プログラムが協働して、前記イオン電流検出回路の検出信号を解析し、前記再循環弁の制御信号を生成する内燃機関の排気ガス再循環制御装置であって、
   前記信号処理部は、
   前記検出信号のうち放電ノイズ終了後の主燃焼が発生する区間に対応させて波形データを記憶するためのウィンドウ区間を設定するウィンドウ設定処理と、
   前記ウィンドウ区間について所定タイミング毎に前記検出信号の値を記憶する処理を繰返し前記ウィンドウ区間に現われる前記波形データを記憶する波形データ記憶処理と、
   前記波形データの各値を積算させて当該波形データの総積算値を算出する第１の積算処理と、
   前記総積算値に対する割合値を前記内燃機関の運転状態に応じて特定する割合特定処理と、
   前記割合値に到達する時点の特定クランク角を算定するクランク角算定処理と、
   前記特定クランク角を用いたパラメータに基づいて前記外部ＥＧＲ量を調整するバルブ機構制御処理と、を実行させることを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環制御装置。
3. 内燃機関の燃焼室及び吸気通路の連通部に設けられた吸気バルブと、前記燃焼室及び排気通路の連通部に設けられた排気バルブと、前記吸気バルブ及び前記排気バルブのバルブタイミングを変更自在に各々開閉動作させ前記燃焼室に残存する内部ＥＧＲ量を調整する吸排気バルブ機構と、前記排気通路及び前記吸気通路を連通させる帰還通路に設けられた再循環弁を有し前記再循環弁を駆動させて外部ＥＧＲ量を調整させる排気ガス再循環機構と、混合ガスの燃焼状態を示すイオン電流を検出するイオン電流検出回路とを具備する機構に設けられ、
   信号処理部及び所定の制御プログラムが協働して、前記イオン電流検出回路の検出信号を解析し、前記吸排気バルブ機構の制御信号及び前記再循環弁の制御信号の各々を生成する内燃機関の排気ガス再循環制御装置であって、
   前記信号処理部は、
   前記検出信号のうち放電ノイズ終了後の主燃焼が発生する区間に対応させて波形データを記憶するためのウィンドウ区間を設定するウィンドウ設定処理と、
   前記ウィンドウ区間について所定タイミング毎に前記検出信号の値を記憶する処理を繰返し前記ウィンドウ区間に現われる前記波形データを記憶する波形データ記憶処理と、
   前記波形データの各値を積算させて当該波形データの総積算値を算出する第１の積算処理と、
   前記総積算値に対する割合値を前記内燃機関の運転状態に応じて特定する割合特定処理と、
   前記割合値に到達する時点の特定クランク角を算定するクランク角算定処理と、
   前記特定クランク角を用いたパラメータに基づいて前記内部ＥＧＲ量及び／又は前記外部ＥＧＲ量を調整するバルブ機構制御処理と、を実行させることを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環制御装置。
4. 前記波形データ記憶処理は、
   前記検出信号を検出したタイミングと当該検出信号に対応するクランク角とを関連付けてクランク角参照マップを作成し、
   前記クランク角算定処理は、
   前記波形データの一部分を積算させた部分積算値の算出を開始する第２の積算処理と、
   前記部分積算値と前記総積算値との比である積算値比を算出する積算値比演算処理と、
   前記積算値比が前記割合値に略到達する時刻に基づいて前記クランク角参照マップから前記特定クランク角を参照するクランク角参照処理と、を実行させることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の内燃機関用の排気ガス再循環制御装置。
5. 前記パラメータは、前記特定クランク角そのものによって成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の内燃機関用の排気ガス再循環制御装置。
6. 前記パラメータは、前記特定クランク角の冪乗値から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の内燃機関用の排気ガス再循環制御装置。
7. 前記パラメータは、前記特定クランク角に基づく統計的演算値から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の内燃機関用の排気ガス再循環制御装置。
8. 前記割合特定処理は、前記割合値を異なる複数種類の値に設定し、前記特定クランク角算定処理は、当該複数の割合値に対応させて前記特定クランク角を各々算定するものであって、
   前記パラメータは、加算，減算，乗算，又は除算のうち少なくとも一つの算術処理によって、複数の特定クランク角が合成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の内燃機関用の排気ガス再循環制御装置。
9. 前記パラメータは、前記特定クランク角を用いた多項式関数によって規定されることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の内燃機関用の排気ガス再循環制御装置。
10. 前記パラメータは、当該パラメータを構成する何れかの項に補正係数が与えられていることを特徴とする請求項５乃至請求項９に記載の内燃機関用の排気ガス再循環制御装置。
11. 前記信号処理部を構成するメモリ回路は、
    前記内部ＥＧＲ量及び／又は前記外部ＥＧＲ量によって成るＥＧＲ量と前記パラメータとの相関関係を記録させた現ＥＧＲ量参照マップと、
    前記内燃機関の運転状態と前記ＥＧＲ量の最適値とされる適正ＥＧＲ量との対応関係を記録した適性ＥＧＲ量参照マップと、
    が記録されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０に記載の内燃機関の排気ガス再循環制御装置。
12. 前記バルブ機構制御処理は、
    前記現ＥＧＲ量参照マップを参照し、現在のＥＧＲ量を前記メモリ回路から抽出する現ＥＧＲ量参照処理と、
    前記適正ＥＧＲ量参照マップを参照し、前記適正ＥＧＲ量を前記メモリ回路から抽出する適正ＥＧＲ量参照処理と、
    前記適正ＥＧＲ量と前記現在のＥＧＲ量とを比較させる制御偏差検出処理と、
    前記現在のＥＧＲ量から前記適性ＥＧＲ量へ近づけるよう前記制御信号を出力させる制御信号出力処理と、
    を実行させることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関用の排気ガス再循環制御装置。

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