WO2012093515A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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WO2012093515A1
WO2012093515A1 PCT/JP2011/074603 JP2011074603W WO2012093515A1 WO 2012093515 A1 WO2012093515 A1 WO 2012093515A1 JP 2011074603 W JP2011074603 W JP 2011074603W WO 2012093515 A1 WO2012093515 A1 WO 2012093515A1
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ignition timing
intake air
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誠一郎 入江
浩志 久保
義朋 河野
裕彰 刀根
聡文 平星
純平 山本
弘崇 小松
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本田技研工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to a control device for an internal combustion engine that performs control based on an exhaust gas recirculation rate that indicates a ratio of exhaust gas (combustion gas) contained in gas sucked into a combustion chamber of the engine.
  • Patent Document 1 discloses a control device for an internal combustion engine that calculates a residual gas rate (internal exhaust gas recirculation rate) that is a residual rate of combustion gas remaining in a combustion chamber after combustion and controls ignition timing in accordance with the residual gas rate. It is shown. According to this control device, the residual gas rate is based on the engine speed, the valve overlap amount (the overlap period of the intake valve open period and the exhaust valve open period), the intake pressure, the exhaust temperature, and the intake air amount. Is calculated.
  • a residual gas rate internal exhaust gas recirculation rate
  • a method for calculating the exhaust gas recirculation rate using a map for calculating an exhaust gas recirculation rate (external exhaust gas recirculation rate) according to the opening degree of the exhaust gas recirculation control valve is conventionally used.
  • Patent Document 1 The method for calculating the residual gas ratio disclosed in Patent Document 1 has a problem that many parameters are applied to the calculation and the number of man-hours for setting tables and maps increases. Further, in the conventional method applied to the calculation of the external exhaust gas recirculation rate, many maps are required corresponding to various engine operating conditions. Therefore, in order to calculate the exhaust gas recirculation rate in consideration of both the internal exhaust gas recirculation and the external exhaust gas recirculation, more tables and maps are required, and the number of setting man-hours becomes enormous.
  • the present invention has been made paying attention to this point, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can calculate an accurate exhaust gas recirculation rate corresponding to the engine operating state by a relatively simple method. .
  • the present invention relates to a throttle valve (3) provided in the intake passage (2) and an evaporation which is a mixture of evaporated fuel and air generated in a fuel tank for supplying fuel to the engine.
  • a control device for an internal combustion engine comprising an evaporative fuel passage (25) for supplying a fuel mixture to the intake passage (2).
  • This control device is in a state in which the rotational speed detecting means for detecting the rotational speed (NE) of the engine, the intake pressure detecting means for detecting the intake pressure (PBA) of the engine, and the throttle valve (3) are fully opened.
  • a fully open intake air amount calculation means for calculating a fully open intake air amount (GAWOT) corresponding to the engine speed according to the engine speed (NE), and a state in which the exhaust of the engine is not recirculated to the combustion chamber
  • a theoretical intake air amount calculating means for calculating a theoretical intake air amount (GATH) according to the fully open intake air amount (GAWOT) and the intake pressure (PBA), and detecting an intake air amount (GAIRCYL) of the engine or
  • An estimated intake air amount obtaining means and an evaporated fuel mixture amount calculating means for calculating an evaporated fuel mixture amount (GPGC) supplied to the intake passage (2) via the evaporated fuel passage (25).
  • An intake gas amount calculating means for calculating an intake gas amount (GINGASCYL) by correcting the intake air amount (GAIRCYL) using the evaporated fuel gas mixture amount (GPGC); and the theoretical intake air amount (GATH);
  • An exhaust gas recirculation rate calculating means for calculating an exhaust gas recirculation rate (REGRT) using an intake gas amount (GINGASCYL) is provided, and the engine is controlled using the exhaust gas recirculation rate (REGRT).
  • the fully-open intake air amount that is the intake air amount corresponding to the state where the throttle valve is fully opened is calculated according to the engine speed, and the theoretical intake air amount corresponding to the state where there is no exhaust gas recirculation is obtained. It is calculated according to the fully open intake air amount and the intake pressure. Further, the amount of evaporated fuel mixture supplied to the intake passage via the evaporated fuel passage is calculated, the amount of intake gas is calculated by correcting the amount of intake air using the amount of evaporated fuel mixture, and the calculated intake gas The exhaust gas recirculation rate is calculated using the amount and the theoretical intake air amount, and the engine is controlled using the calculated exhaust gas recirculation rate.
  • the exhaust gas recirculation rate it is not necessary to set a large number of maps corresponding to various engine operating states in advance, and the map setting man-hour can be greatly reduced. Further, even if the atmospheric pressure changes, the correction calculation associated therewith is unnecessary, and the exhaust gas recirculation rate can be calculated easily and accurately. Further, since the exhaust gas recirculation rate is calculated using the intake gas amount corrected by the evaporated fuel mixture amount supplied to the intake passage through the evaporated fuel passage, even in the state where the evaporated fuel mixture is supplied An accurate exhaust gas recirculation rate can be obtained.
  • the control device includes optimum ignition timing calculation means for calculating an optimal ignition timing (IGMBT) that maximizes the output of the engine according to the exhaust gas recirculation rate (REGRT), and uses the optimal ignition timing (IGMBT). It is desirable to further include ignition timing control means for controlling the ignition timing of the engine.
  • IGMBT optimal ignition timing
  • REGRT exhaust gas recirculation rate
  • the optimal ignition timing is calculated according to the exhaust gas recirculation rate, and the ignition timing control is performed using the calculated optimal ignition timing. Since it has been confirmed that the relationship between the exhaust gas recirculation rate and the optimal ignition timing is not affected by the operating phase of the intake valve or the presence or absence of external exhaust gas recirculation, by setting the optimal ignition timing according to the exhaust gas recirculation rate The optimum ignition timing suitable for the engine operating state can be easily calculated.
  • the control device is calculated in accordance with an evaporated fuel concentration calculating means for calculating an evaporated fuel concentration (KAFEVACT) in the evaporated fuel mixture, and according to the evaporated fuel mixture amount (GPGC) and the evaporated fuel concentration (KAFEVACT).
  • Secondary fresh air amount calculation means for calculating a fresh air amount in the fuel vapor mixture as a secondary fresh air amount (GPGACYL), and the intake air amount (GAIRCYL) is corrected using the secondary fresh air amount.
  • a correction intake air amount calculation means for calculating a correction intake air amount is further provided, and the ignition timing control means calculates a knock limit ignition timing (IGKNOCK) corresponding to a knock generation limit in the engine, There is a knock limit ignition timing calculation means for calculating according to the exhaust gas recirculation rate (REGRT) and the corrected intake air amount (GAIRCYLC). , It is desirable to perform control of the ignition timing with the ignition timing of any retard side the optimum ignition timing (IGMBT) or knock limit ignition timing (IGKNOCK).
  • the evaporated fuel concentration in the evaporated fuel mixture is calculated, and the fresh air amount in the evaporated fuel mixture calculated according to the evaporated fuel mixture amount and the evaporated fuel concentration is used as the secondary fresh air amount.
  • the corrected intake air amount is calculated by correcting the intake air amount using this secondary fresh air amount, and the knock limit ignition timing is calculated according to the exhaust gas recirculation rate and the corrected intake air amount. Since the knock limit ignition timing is highly correlated with the exhaust gas recirculation rate, by calculating the knock limit ignition timing according to the exhaust gas recirculation rate, ignition timing control that maximizes engine output within a range where knocking can be reliably avoided Can be performed with high accuracy.
  • the amount of fresh air sucked into the cylinder is obtained by adding the amount of fresh air in the fuel vapor mixture to the amount of intake air. Therefore, by calculating the knock limit ignition timing according to the exhaust gas recirculation rate and the corrected intake air amount, the calculation accuracy of the knock limit ignition timing can be increased.
  • the engine includes an intake valve operation phase variable mechanism (42) for changing an operation phase (CAIN) of the intake valve, and the ignition timing control means is configured to change the knock limit ignition timing (IGKNOCK) according to the operation phase (CAIN). It is desirable to have correction means for correcting the above.
  • the correction means calculates an effective compression ratio (CMPR) of the engine according to the operating phase (CAIN), and corrects the knock limit ignition timing (IGKNOCK) according to the effective compression ratio (CMPR). desirable.
  • CMPR effective compression ratio
  • CAIN operating phase
  • IGKNOCK knock limit ignition timing
  • the effective compression ratio of the engine is calculated according to the intake valve operating phase, and the knock limit ignition timing is corrected according to the effective compression ratio. Since the knock limit ignition timing changes depending on the effective compression ratio, it is more appropriate to calculate the effective compression ratio according to the intake valve operating phase and correct the knock limit ignition timing according to the effective compression ratio. Correction can be performed.
  • the control device includes a throttle valve opening degree detecting means for detecting an opening degree (TH) of the throttle valve, and an increase rate of the intake pressure (PBA) with respect to an increase in the throttle valve opening degree (TH) is a predetermined increase rate or less.
  • an effective opening degree calculating means for calculating an effective opening degree (THEFCT) of the throttle valve according to the engine speed (NE), wherein the exhaust gas recirculation rate calculating means includes the throttle valve opening degree ( When (TH) is equal to or greater than the effective opening (THEFCT), the exhaust gas recirculation rate (REGRT) is preferably set to “0”.
  • the effective opening of the throttle valve is calculated according to the engine speed, and when the detected throttle valve opening is equal to or larger than the effective opening, the exhaust gas recirculation rate is Set to “0”.
  • the exhaust gas recirculation rate is calculated using the intake air amount and the theoretical intake air amount (calculated according to the intake pressure), a calculation error increases.
  • the detected throttle valve opening is greater than or equal to the effective opening, the actual exhaust gas recirculation rate is substantially “0”.
  • the actual exhaust gas recirculation rate is set to “0”. It can be approximated more accurately. Therefore, by performing engine control (ignition timing control, fuel supply amount control) using the exhaust gas recirculation rate calculated in this way, inappropriate control in a sudden acceleration transient operation state is prevented, and occurrence of knocking or exhaust gas is prevented. The deterioration of the characteristics can be prevented.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the structure of the internal combustion engine and its control apparatus concerning one Embodiment of this invention. It is a figure which shows schematic structure of the valve action characteristic variable apparatus shown in FIG. It is a figure which shows the change of the action
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and its control device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a valve operating characteristic variable device.
  • an internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 1 having four cylinders includes an intake valve and an exhaust valve, and a cam for driving them, and a crankshaft rotation angle of the cam for driving the intake valve.
  • a valve operation characteristic variable device 40 having a valve operation characteristic variable mechanism 42 as a cam phase variable mechanism for continuously changing the operation phase with reference to. The operation phase of the cam that drives the intake valve is changed by the variable valve operation characteristic mechanism 42, and the operation phase of the intake valve is changed.
  • a throttle valve 3 is disposed in the intake passage 2 of the engine 1.
  • the throttle valve 3 is connected to a throttle valve opening sensor 4 for detecting the throttle valve opening TH, and the detection signal is supplied to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 5.
  • An actuator 7 that drives the throttle valve 3 is connected to the throttle valve 3, and the operation of the actuator 7 is controlled by the ECU 5.
  • An intake air flow rate sensor 13 that detects an intake air flow rate GAIR of the engine 1 is provided in the intake passage 2.
  • a detection signal of the intake air flow rate sensor 13 is supplied to the ECU 5.
  • the evaporative fuel passage 25 is connected to the intake passage 2 downstream of the throttle valve 3, and the evaporative fuel passage 25 is connected to a canister (not shown).
  • the evaporative fuel passage 25 is provided with a purge control valve 26 for controlling the flow rate of a mixture of evaporative fuel and air (evaporated fuel mixture, hereinafter referred to as “purge gas”).
  • purge gas evaporated fuel mixture
  • the operation of the purge control valve 26 is controlled by the ECU 5.
  • the canister stores evaporated fuel generated in a fuel tank that supplies fuel to the engine 1. When the purge control valve 26 is opened, purge gas from the canister passes through the evaporated fuel passage 25 and the intake passage. 2 is supplied.
  • An exhaust gas recirculation passage 22 is provided between the exhaust passage 21 and the intake air passage 2, and the exhaust gas recirculation passage 22 is connected to the intake air passage 2 on the downstream side of the throttle valve 3.
  • the exhaust gas recirculation passage 22 is provided with an exhaust gas recirculation control valve 23 for controlling the exhaust gas recirculation amount, and the operation of the exhaust gas recirculation control valve 23 is controlled by the ECU 5.
  • An oxygen concentration sensor 24 (hereinafter referred to as “LAF sensor 24”) is attached to the exhaust passage 21, and this LAF sensor 24 supplies a detection signal substantially proportional to the oxygen concentration (air-fuel ratio) in the exhaust to the ECU 5. .
  • the fuel injection valve 6 is provided for each cylinder between the engine 1 and the throttle valve 3 and slightly upstream of the intake valve (not shown) in the intake passage 2, and each injection valve is connected to a fuel pump (not shown). At the same time, it is electrically connected to the ECU 5 and the valve opening time of the fuel injection valve 6 is controlled by a signal from the ECU 5.
  • the ignition plug 15 of each cylinder of the engine 1 is connected to the ECU 5, and the ECU 5 supplies an ignition signal to the ignition plug 15 to perform ignition timing control.
  • An intake pressure sensor 8 for detecting the intake pressure PBA and an intake temperature sensor 9 for detecting the intake temperature TA are mounted downstream of the throttle valve 3.
  • An engine cooling water temperature sensor 10 that detects the engine cooling water temperature TW is attached to the main body of the engine 1. Detection signals from these sensors are supplied to the ECU 5.
  • the ECU 5 includes a crank angle position sensor 11 that detects a rotation angle of a crankshaft (not shown) of the engine 1 and a cam angle that detects a rotation angle of a camshaft to which a cam that drives an intake valve of the engine 1 is fixed.
  • a position sensor 12 is connected, and signals corresponding to the rotation angle of the crankshaft and the rotation angle of the camshaft are supplied to the ECU 5.
  • the crank angle position sensor 11 generates one pulse (hereinafter referred to as “CRK pulse”) for every predetermined crank angle cycle (for example, a cycle of 6 degrees) and a pulse for specifying a predetermined angular position of the crankshaft.
  • the cam angle position sensor 12 has a pulse (hereinafter referred to as “CYL pulse”) at a predetermined crank angle position of a specific cylinder of the engine 1 and a pulse (hereinafter referred to as “TDC”) at the start of the intake stroke of each cylinder. "TDC pulse”). These pulses are used for various timing controls such as fuel injection timing and ignition timing, and detection of engine speed (engine speed) NE. The actual operating phase CAIN of the camshaft is detected from the relative relationship between the TDC pulse output from the cam angle position sensor 12 and the CRK pulse output from the crank angle position sensor 11.
  • a knock sensor 14 for detecting high-frequency vibration is mounted at an appropriate position of the engine 1, and the detection signal is supplied to the ECU 5.
  • the ECU 5 includes an accelerator sensor 31 that detects an accelerator pedal depression amount (hereinafter referred to as “accelerator pedal operation amount”) AP of a vehicle driven by the engine 1, and a vehicle speed sensor that detects a travel speed (vehicle speed) VP of the vehicle. 32 and an atmospheric pressure sensor 33 for detecting the atmospheric pressure PA are connected. Detection signals from these sensors are supplied to the ECU 5.
  • the valve operating characteristic variable device 40 includes a valve operating characteristic variable mechanism 42 that continuously changes the operating phase of the intake valve, and an opening thereof that continuously changes the operating phase of the intake valve. And a solenoid valve 44 whose degree can be changed continuously.
  • the camshaft operating phase CAIN is used as a parameter indicating the operating phase of the intake valve (hereinafter referred to as “intake valve operating phase CAIN”).
  • Lubricating oil in the oil pan 46 is pressurized and supplied to the electromagnetic valve 44 by the oil pump 45.
  • a specific configuration of the valve operating characteristic variable mechanism 42 is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-227013.
  • the intake valve With the variable valve operation characteristic mechanism 42, the intake valve is centered on the characteristic indicated by the solid line L2 in FIG. 3, and the most advanced angle phase indicated by the dashed line L1 from the most advanced angle phase indicated by the broken line L1 with the change of the intake valve operation phase CAIN. It is driven at a phase up to the retarded phase.
  • the intake valve operation phase CAIN is defined as an advance amount based on the most retarded phase.
  • the ECU 5 shapes input signal waveforms from various sensors, corrects the voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, etc., and a central processing unit (hereinafter referred to as “CPU”). ), An output for supplying drive signals to the actuator 7, the fuel injection valve 6, the ignition plug 15, the exhaust gas recirculation control valve 23, and the electromagnetic valve 44, in addition to a storage circuit that stores a calculation program executed by the CPU, a calculation result, and the like. It consists of a circuit.
  • the CPU of the ECU 5 controls ignition timing, opening control of the throttle valve 3, control of the amount of fuel supplied to the engine 1 (opening time of the fuel injection valve 6), exhaust recirculation control valve in accordance with the detection signal of the sensor.
  • the exhaust gas recirculation control by 23 and the valve operating characteristic by the electromagnetic valve 44 are controlled.
  • the valve opening time TOUT of the fuel injection valve 6 is calculated by the following equation (1).
  • TOUT TIM ⁇ KCMD ⁇ KAF ⁇ KTOTAL (1)
  • TIM is a basic fuel amount, specifically, a basic fuel injection time of the fuel injection valve 6, and is determined by searching a TIM table set according to the intake air flow rate GAIR.
  • the TIM table is set so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is substantially the stoichiometric air-fuel ratio.
  • KCMD is a target air-fuel ratio coefficient set according to the operating state of the engine 1.
  • the target air-fuel ratio coefficient KCMD is proportional to the reciprocal of the air-fuel ratio A / F, that is, the fuel-air ratio F / A, and takes a value of 1.0 at the stoichiometric air-fuel ratio.
  • KAF is a PID (proportional-integral-derivative) control or adaptive controller so that the detected equivalent ratio KACT calculated from the detected value of the LAF sensor 24 matches the target equivalent ratio KCMD when the feedback control execution condition is satisfied. It is an air-fuel ratio correction coefficient calculated by adaptive control using Self Tuning Regulator).
  • KTOTAL is a product of other correction coefficients (a correction coefficient KTW corresponding to the engine coolant temperature TW, a correction coefficient KTA corresponding to the intake air temperature TA, etc.) calculated according to various engine parameter signals.
  • the dimension of the gas amount such as “intake air amount” and “recirculation exhaust amount” is exactly 1 TDC period (TDC pulse generation period, for example, the period in which the crank angle is rotated 180 degrees in a 4-cylinder engine). Gas mass.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a calculation method of the total exhaust gas recirculation rate (hereinafter referred to as “total EGR rate”) REGRT in the present embodiment, and shows the intake pressure PBA and the amount of gas (air amount + air) taken into the engine. (The engine speed NE and the intake valve operating phase CAIN are constant).
  • the total EGR rate REGRT is a ratio of the total recirculation exhaust amount due to the internal exhaust recirculation and the external exhaust recirculation via the exhaust recirculation passage 22 to the total intake gas amount (theoretical intake air amount GATH) (the following equations (12) (15 )reference).
  • FIG. 1 total exhaust gas recirculation rate
  • FIG. 4A corresponds to a state in which the purge control valve 26 is closed and purge gas is not supplied to the intake passage 2 (hereinafter referred to as “purge stop state”), and FIG. This corresponds to a state where the valve is opened and purge gas is supplied to the intake passage 2 (hereinafter referred to as “purge execution state”).
  • an operating point PWOT corresponds to a state in which the throttle valve 3 is fully opened, and shows an ideal operating point on the assumption that external exhaust gas recirculation is not performed and internal exhaust gas recirculation is not performed.
  • the intake air amount is maximized under a condition where the engine speed NE is constant. Note that the residual gas rate (internal exhaust gas recirculation rate) does not actually become “0” even when the throttle valve 3 is fully opened.
  • the intake pressure PBAWOT is substantially equal to the atmospheric pressure PA, the internal exhaust gas recirculation rate is minimized.
  • a straight line LTH passing through the operating point PWOT and the origin shows the relationship between the ideal intake air amount and the intake pressure, assuming that external exhaust gas recirculation is not performed and internal exhaust gas recirculation is not performed.
  • this straight line LTH is referred to as “theoretical intake air amount straight line LTH”.
  • Lines L11 and L12 show a relationship when only internal exhaust gas recirculation is considered, and a relationship when both internal exhaust gas recirculation and external exhaust gas recirculation are considered.
  • the lines L11 and L12 are not actually straight lines, but are shown as straight lines for explanation.
  • the theoretical intake air amount GATH is expressed by the following equation (11).
  • GAIRCYL is an intake air amount (fresh air amount)
  • GEGRIN, GEGREX, and GEGRT are an internal recirculation exhaust amount, an external recirculation exhaust amount, and a total recirculation exhaust amount, respectively.
  • the theoretical intake air amount GATH is given by the following equation (13).
  • GPGC in equation (13) is the amount of purge gas supplied from the evaporated fuel passage 26 to the intake passage 2, and as shown in the following equation (14), the amount of evaporated fuel GVAPOR contained in the purge gas and the fresh air contained in the purge gas.
  • GINGASCYL in the equation (13) is the sum of the intake air amount GAIRCYL and the purge gas amount GPGC, and is hereinafter referred to as “intake gas amount GINGASCYL”.
  • GATH GAIRCYL + GPGC + GEGRIN +
  • GEGREX GINGASCYL + GEGRT (13)
  • GPGC GVAPOR + GPGACYL (14)
  • a corrected intake air amount GAIRCYLC (see FIG. 4B) calculated by adding the secondary fresh air amount GPGACYL to the intake air amount GAIRCYL is used. .
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a case in which the atmospheric pressure changes.
  • the fully open operation point PWOT1 is an operation point corresponding to the reference state
  • the intake pressure PBA is a reference intake pressure PBASTD (for example, 100 kPa (750 mmHg)). It corresponds to a certain state.
  • PBASTD reference intake pressure
  • the operating point PWOT1 moves on the theoretical intake air amount straight line LTH as operating points PWOT2 and PWOT3.
  • Curves L21 to L23 starting from the operating points PWOT1 to PWOT3 indicate the intake gas amount GINGASCYL in consideration of internal exhaust gas recirculation (when external exhaust gas recirculation is not performed), respectively.
  • TASTD in the equation (16) is the intake air temperature in the reference state (for example, 25 ° C.)
  • GAWOTSTD is the intake air amount corresponding to the fully open operation point PWOT in the reference state, and is hereinafter referred to as “reference theoretical fully open air amount GAWOTSTD”.
  • GAWOT is the intake air amount corresponding to the fully open operation point PWOT in the operating state of the detected intake air temperature TA, and is referred to as “theoretical fully open air amount Gawot”.
  • N is a constant set to a value between “0” and “1” by experiment, and is set to “0.5”, for example.
  • a straight line LTHSTD shown in FIG. 6 is a theoretical intake air amount straight line in the reference state, and a straight line LTH is a theoretical intake air amount straight line corresponding to the detected intake air temperature TA.
  • FIG. 6 corresponds to an example in which the detected intake air temperature TA is higher than the reference intake air temperature TASTD.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the total EGR rate REGRT and the optimal ignition timing IGMBT (the engine speed NE is constant).
  • the optimal ignition timing IGMBT is an ignition timing at which the engine output torque becomes maximum.
  • symbols ⁇ and ⁇ correspond to operating states where the intake valve operating phase CAIN is 0 degrees
  • symbols ⁇ and ⁇ correspond to operating states where the intake valve operating phase CAIN is 20 degrees
  • symbols ⁇ and ⁇ Corresponds to an operating state in which the intake valve operating phase CAIN is 45 degrees.
  • the symbols ⁇ , ⁇ , and ⁇ correspond to the case where external exhaust gas recirculation is not performed (only internal exhaust gas recirculation), and the symbols ⁇ , ⁇ , and ⁇ indicate external exhaust gas recirculation (internal exhaust gas recirculation + external exhaust gas recirculation)
  • the symbols ⁇ , ⁇ , and ⁇ indicate external exhaust gas recirculation (internal exhaust gas recirculation + external exhaust gas recirculation)
  • the relationship between the total EGR rate REGRT and the optimal ignition timing IGMBT can be represented by the curve L31 without depending on the operation phase CAIN of the intake valve or the presence or absence of external exhaust gas recirculation. Is done. Therefore, by setting one optimal ignition timing calculation map (IGMBT map) set according to the engine speed NE and the total EGR rate REGRT, the optimal ignition timing corresponding to all operating states can be set. Is possible. Therefore, the map setting man-hour can be significantly reduced.
  • FIG. 8 is a graph showing a change characteristic (the horizontal axis is the crank angle CA) of the mass combustion ratio RCMB of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber.
  • FIG. 5A shows the characteristics when the total EGR rate REGRT is changed with the charging efficiency ⁇ c constant, and the curves L41 to L43 show the total EGR rate REGRT of 6.3%, 16. Corresponding to operating conditions of 2% and 26.3%. Curve L41 means the fastest burning rate. That is, it is confirmed that the total EGR rate REGRT is a main factor that changes the combustion speed of the air-fuel mixture.
  • FIG. 8B shows the characteristics (solid line, broken line, and alternate long and short dash line) when the charging efficiency ⁇ c is changed while keeping the total EGR rate constant.
  • the solid line, broken line, and alternate long and short dash line shown in the figure almost overlap each other, and it can be confirmed that the combustion rate of the air-fuel mixture hardly changes even when the charging efficiency ⁇ c is changed. Therefore, it can be confirmed that it is appropriate to set the optimal ignition timing IGMBT in accordance with the total EGR rate REGRT, not the charging efficiency ⁇ c (the amount of fresh intake air).
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the total EGR rate REGRT and the EGR knocking correction amount DEGRT (the engine speed NE is constant).
  • the EGR knock correction amount DEGRT is an ignition timing correction amount that is applied to the calculation of the knock limit ignition timing IGKNOCK that indicates the occurrence limit of knocking, and is applied to perform correction corresponding to the change in the recirculation exhaust amount.
  • Symbols ⁇ , ⁇ , and ⁇ shown in this figure indicate data corresponding to different filling efficiencies ⁇ c, and it can be confirmed that they do not depend on the filling efficiencies ⁇ c. Therefore, when the engine speed NE is constant, the relationship between the total EGR rate REGRT and the EGR knock correction amount DEGRT can be represented by the curve L51.
  • the EGR knock correction amount DEGRT can be appropriately set by using the DEGRT map set according to the engine speed NE and the total EGR rate REGRT.
  • the relationship indicated by the curve L51 does not basically depend on the intake valve operation phase CAIN, but it may be necessary to correct the intake valve operation phase CAIN due to variations in engine characteristics. In such a case, a plurality of tables corresponding to the intake valve operating phase CAIN may be provided, or correction corresponding to the intake valve operating phase CAIN may be performed.
  • FIG. 10 is a flowchart of a process for calculating the total EGR rate REGRT. This process is executed by the CPU of the ECU 5 in synchronization with the generation of the TDC pulse.
  • step S11 a GAWOTSTD map set according to the engine speed NE and the intake valve operating phase CAIN is searched to calculate a reference theoretical fully-open air amount GAWOTSTD.
  • step S12 correction according to the intake air temperature TA according to the above equation (16) is performed, and the theoretical fully-open air amount GAWOT is calculated.
  • step S13 the detected intake pressure PBA is applied to the following equation (17) to calculate the theoretical intake air amount GATH.
  • GATH GAWOT ⁇ PBA / PBASTD (17)
  • step S14 the detected intake air flow rate GAIR [g / sec] and the purge gas flow rate QPGC calculated in step S68 of FIG. 12 are applied to the following equations (18) and (19), respectively, and one intake of one cylinder is applied.
  • the intake air amount GAIRCYL and the purge gas amount GPGC in the stroke are converted.
  • KC in equations (18) and (19) is a conversion coefficient.
  • GAIRCYL GAIR ⁇ KC / NE (18)
  • GPGC QPGC ⁇ KC / NE (19)
  • step S15 the intake air amount GINGACYL is calculated by applying the intake air amount GAIRCYL and the purge gas amount GPGC to the following equation (20).
  • GINGASCYL GAIRCYL + GPGC (20)
  • step S15 the total EGR rate REGRT is calculated by the equation (15).
  • FIG. 11 is a flowchart of a process for performing the purge gas flow rate control, that is, the opening degree control of the purge control valve 26. This process is executed every predetermined time (for example, 80 msec) by the CPU of the ECU 5.
  • step S51 it is determined whether or not the purge execution flag FPGAACT is “1”.
  • the purge execution flag FPGAACT is set to “1” when in an operation state in which purge gas is supplied to the intake passage 2. If the answer to step S51 is negative (NO), the purge control valve drive duty DOUTPGC is set to “0” (step S52), and then the transient control coefficient KPGT is set to a predetermined initial value KPGTINI ( ⁇ 1.0). (Step S53).
  • the transient control coefficient KPGT is a coefficient for limiting the purge gas flow rate at the beginning of the supply of the purge gas, and is set so as to increase with the passage of time until reaching “1.0” after the purge gas supply is started (FIG. 12, see steps S65 to S67).
  • step S54 When the answer to step S51 is affirmative (YES), that is, when purge gas is supplied, it is determined whether or not the fuel cut flag FFC is “1” (step S54).
  • the fuel cut flag FFC is set to “1” in an operation state in which fuel supply to the engine 1 is temporarily stopped.
  • the transient control coefficient KPGT is set to a predetermined initial value KPGTINI, and the purge control valve drive duty DOUTPGC is set to “0” (steps S55 and S56).
  • step S57 the purge control valve drive duty DOUTPGC is set to the target drive duty PGCMD.
  • step S59 the purge gas flow rate QPGC and the basic purge gas flow rate QPGCBASE calculated in the process of FIG. 12 are applied to the following equation (21) to calculate the purge gas flow rate ratio QRATE.
  • FIG. 12 is a flowchart of the PGCMD calculation process executed in step S57 of FIG.
  • the detected intake air flow rate GAIR is applied to the following equation (22) to calculate the basic purge gas flow rate QPGCBASE.
  • KQPGB in the equation (22) is a predetermined target purge rate.
  • QPGCBASE GAIR ⁇ KQPGB (22)
  • step S62 it is determined whether or not the basic purge gas flow rate QPGCBASE is larger than the upper limit value QPGMAX. If the answer is negative (NO), the target purge gas flow rate QPGCMD is set to the basic purge gas flow rate QPGCBASE (step S63). When the basic purge gas flow rate QPGCBASE is larger than the upper limit value QPGMAX, the target purge gas flow rate QPGCMD is set to the upper limit value QPGMAX (step S64).
  • step S65 the transient control coefficient KPGT is increased by a predetermined amount DKKGT ( ⁇ 1.0).
  • step S66 it is determined whether or not the transient control coefficient KPGT is greater than “1.0”. If the answer to step S66 is negative (NO), the process immediately proceeds to step S68. If the answer to step S66 is affirmative (YES), the transient control coefficient KPGT is set to “1.0” (step S67), and the process proceeds to step S68.
  • step S68 the target purge gas flow rate QPGCMD and the transient control coefficient KPGT are applied to the following equation (23) to calculate the purge gas flow rate QPGC.
  • QPGC QPGCMD ⁇ KPGT (23)
  • step S69 the purge gas flow rate QPGC is applied to the following equation (24) to convert the purge gas flow rate QPGC into the target drive duty PGCMD.
  • KDUTY is a predetermined conversion coefficient
  • KDPBG is a differential pressure coefficient set according to the differential pressure between the intake pressure PBA and the atmospheric pressure PA.
  • PGCMD QPGC ⁇ KDUTY / KDPBG (24)
  • the purge gas flow rate ratio QRATE calculated in step S59 in FIG. 11 is larger than the upper limit value QPGMAX when the transient control coefficient KPGT is smaller than “1.0” and the basic purge gas flow rate QPGCBASE is larger than the upper limit value QPGMAX.
  • the value is smaller than “1.0”, and “1.0” is taken otherwise.
  • FIG. 13 is a flowchart of the process for calculating the evaporated fuel concentration coefficient KAFEVACT indicating the evaporated fuel concentration in the purge gas. This process is executed every predetermined time (for example, 80 msec) by the CPU of the ECU 5.
  • step S71 it is determined whether or not the feedback control flag FAFFB is “1”.
  • the feedback control flag FAFFB is set to “1” when executing the air-fuel ratio feedback control for matching the air-fuel ratio (KACT) detected by the LAF sensor 24 with the target air-fuel ratio (KCMD). If the answer to step S71 is negative (NO), the process immediately proceeds to step S76.
  • step S71 If the answer to step S71 is affirmative (YES) and air-fuel ratio feedback control is being performed, it is determined whether or not the air-fuel ratio correction coefficient KAF is smaller than a value obtained by subtracting the lower deviation DKAFVXL from the learned value KREFX.
  • the learning value KREFX is a moving average value of the air-fuel ratio correction coefficient KAF calculated when the purge gas is not supplied to the intake passage 2.
  • the lower deviation DKAFVXL is a parameter for determining a deviation in the decreasing direction of the air-fuel ratio correction coefficient KAF due to the purge gas supply, and is set to a smaller value as the intake air flow rate GAIR increases.
  • step S72 If the answer to step S72 is affirmative (YES), and if the deviation in the decreasing direction of the air-fuel ratio correction coefficient KAF due to the purge gas supply is large, it is determined that the evaporated fuel concentration in the purge gas is high, and the basic equation (25) below is used.
  • the density coefficient KAFEV is increased by a predetermined addition amount DKEVAPOP (step S74).
  • KAFEV KAFEV + DKEVAPOP (25)
  • step S73 it is determined whether or not the air-fuel ratio correction coefficient KAF is greater than a value obtained by adding the upper deviation DKAFVXH to the learning value KREFX (step S73).
  • the upper deviation DKAFVXH is a parameter for determining a deviation in the increasing direction of the air-fuel ratio correction coefficient KAF due to the purge gas supply, and is set to a smaller value as the intake air flow rate GAIR increases.
  • step S73 If the answer to step S73 is affirmative (YES), and the deviation in the increasing direction of the air-fuel ratio correction coefficient KAF due to supply of the purge gas is large, it is determined that the evaporated fuel concentration in the purge gas is low, and the basic equation (26) is used.
  • the density coefficient KAFEV is decreased by a predetermined subtraction amount DKEVAPOM (step S75).
  • KAFEV KAFEV ⁇ DKEVAPOM (26)
  • step S73 If the answer to step S73 is negative (NO), the process proceeds to step S76 without updating the basic concentration coefficient KAFEV.
  • step S76 it is determined whether or not the basic concentration coefficient KAFEV is greater than “0”. If the answer is negative (NO), the basic concentration coefficient KAFEV is set to “0” (step S77). When the basic density coefficient KAFEV is larger than “0”, it is further determined whether or not it is larger than the upper limit coefficient value KAFEVLMT (step S78). If the answer is affirmative (YES), the basic density coefficient KAFEV is set to the upper limit coefficient value KAFEVLMT (step S79), and the process proceeds to step S80. If the answer to step S78 is negative (NO), the process immediately proceeds to step S80.
  • step S80 the basic concentration coefficient KAFEV and the purge gas flow rate ratio QRATE are applied to the following equation (27) to calculate the evaporated fuel concentration coefficient KAFEVACT.
  • the fuel vapor concentration coefficient KAFEVACT is used in step S91 of FIG.
  • KAFEVACT KAFEV ⁇ QRATE (27)
  • FIG. 14 is a flowchart of a process for calculating the ignition timing IGLOG indicated by the advance amount from the compression top dead center. This process is executed by the CPU of the ECU 5 in synchronization with the generation of the TDC pulse.
  • step S21 an IGMBT map (see FIG. 7) is searched according to the engine speed NE and the total EGR rate REGRT, and the optimal ignition timing IGMBT is calculated.
  • step S22 the IGKNOCK calculation process shown in FIG. 15 is executed to calculate the knock limit ignition timing IGKNOCK.
  • step S23 it is determined whether or not the optimal ignition timing IGMBT is equal to or greater than the knock limit ignition timing IGKNOCK. If the answer is affirmative (YES), the basic ignition timing IGB is set to the knock limit ignition timing IGKNOCK (Ste S24). When the optimum ignition timing IGMBT is smaller than the knock limit ignition timing IGKNOCK in step S23, the basic ignition timing IGB is set to the optimum ignition timing IGMBT (step S25).
  • step S26 the ignition timing IGLOG is calculated by adding a correction value IGCR calculated according to, for example, the engine coolant temperature TW to the basic ignition timing IGB.
  • the CPU of the ECU 5 performs ignition by the spark plug 15 according to the calculated ignition timing IGLOG.
  • FIG. 15 is a flowchart of the IGKNOCK calculation process executed in step S22 of FIG.
  • the GAIRCYLC calculation process shown in FIG. 16 is executed to calculate the corrected intake air amount GAIRCYLC.
  • the purge gas amount GPGC and the evaporated fuel concentration coefficient KAFEVACT are applied to the following equation (31) to calculate the secondary fresh air amount GPGACYL indicating the fresh air amount contained in the barge gas.
  • GPGACYL GPGC ⁇ (1-KAFEVACT) (31)
  • step S92 the corrected intake air amount GAIRCYLC is calculated by adding the secondary fresh air amount GPGACYL to the intake air amount GAIRCYL (the following equation (32)).
  • GAIRCYLC GAIRCYL + GPGACYL (32)
  • step S31 the IGKNOCKB map is searched according to the engine speed NE and the corrected intake air amount GAIRCYLC to calculate the basic knock limit ignition timing IGKNOCKB.
  • the IGKNOCKB map is set corresponding to a state in which the total EGR rate REGRT is set to a predetermined reference value and the intake valve operating phase CAIN is set to “0 degree”.
  • step S32 the CMPR table shown in FIG. 17A is retrieved according to the intake valve operating phase CAIN to calculate the effective compression ratio CMPR.
  • the intake valve operation phase CAIN changes, the intake valve closing timing CACL changes, and the effective compression ratio CMPR changes.
  • the CMPR table a relationship between the intake valve operating phase CAIN calculated in advance and the effective compression ratio CMPR is set.
  • step S33 a DCMPR map is searched according to the effective compression ratio CMPR and the engine speed NE, and a compression ratio knocking correction amount DCMPR is calculated.
  • the compression ratio knocking correction amount DCMPR takes a value of “0” or less, and is set to decrease as the effective compression ratio CMPR increases.
  • step S34 a DEG map is searched according to the total EGR rate REGRT and the engine speed NE, and an EGR knock correction amount DEGRT is calculated.
  • the EGR knock correction amount DEGRT takes a value larger than “0”, and is set to increase as the total EGR rate REGRT increases as shown in FIG.
  • step S35 the basic knock limit ignition timing IGKNOCKB, the compression ratio knock correction amount DCMPR, and the EGR knock correction amount DEGRT are applied to the following equation (33) to calculate the knock limit ignition timing IGKNOCK.
  • IGKNOCK IGKNOCKB + DCMPR + DEGRT (33)
  • the valve opening time of the fuel injection valve 6, that is, the fuel injection amount TOUT is also calculated using the total EGR rate REGRT.
  • knock limit ignition timing IGKNOCK is corrected according to the detection result of knocking by the knock sensor 14, it is omitted in FIG.
  • FIG. 18A and 18B are diagrams for explaining a method for calculating the effective compression ratio CMPR.
  • FIG. 18A shows a lift curve of the intake valve
  • FIG. 18B shows a portion A in FIG. That is, the vicinity of the valve closing timing of the lift curve is shown enlarged.
  • the crank angle CA1 at which the lift amount LFT becomes equal to a predetermined lift amount threshold value LFTCMP (set to a lift amount slightly larger than “0”).
  • LFTCMP set to a lift amount slightly larger than “0”.
  • CA2 and CA3 are obtained, and cylinder volumes VCC1, VCC2 and VCC3 corresponding to the piston positions at the respective crank angles CA1 to CA3 are obtained as shown in FIG. 18 (c).
  • CMPR1, CMPR2, and CMPR3 corresponding to the lift curves L61 to L63 are calculated by the following equations (7) to (9).
  • VCCTDC is a cylinder volume when the piston is located at the top dead center position.
  • CMPR1 VCC1 / VCCCTDC (7)
  • CMPR2 VCC2 / VCCCTDC (8)
  • CMPR3 VCC3 / VCCCTDC (9)
  • FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the charging efficiency ⁇ c and the basic knock limit ignition timing IGKNOCKB, and the solid line shown in FIG.
  • the solid line shown in FIG. 19B shows an example in which the basic knock limit ignition timing IGKNOCKB is calculated according to the corrected intake air amount GAIRCYLC.
  • the symbols ⁇ and ⁇ shown in FIG. 19 indicate the actual knock limit ignition timing, and correspond to the state in which the purge gas flows in 25% and the state in which 75% flows in, respectively. That is, when the basic knock limit ignition timing IGKNOCKB is calculated according to the intake air amount GAIRCYL, the basic knock limit ignition timing IGKNOCKB becomes a value retarded from the actual knock limit ignition timing, and the basic knock limit ignition timing IGKNOCKB Setting error increases.
  • the theoretical fully open air amount GAWOT which is the intake air amount corresponding to the state in which the throttle valve 3 is fully opened, is calculated according to the intake valve operating phase CAIN and the engine speed NE, and the recirculated exhaust gas.
  • the theoretical intake air amount GATH corresponding to the virtual state in which the amount is “0” is calculated according to the theoretical fully open air amount GAWOT and the intake pressure PBA.
  • the purge gas amount GPGC supplied to the intake passage 2 via the evaporated fuel passage 25 is calculated, and the intake gas amount GINGASCYL is calculated by correcting the intake air amount GAIRCYL using the purge gas amount GPGC, and the intake gas amount GINGASCYL And the total intake air amount GATH are used to calculate the total EGR rate REGRT. Therefore, in order to calculate the exhaust gas recirculation rate, it is not necessary to set a large number of maps corresponding to various engine operating states in advance, and the map setting man-hour can be greatly reduced. Furthermore, even if the atmospheric pressure changes, the correction calculation associated therewith is unnecessary, and the exhaust gas recirculation rate can be calculated easily and accurately.
  • the total EGR rate REGRT is calculated using the intake gas amount GINGASCYL corrected by the purge gas amount GPGC supplied to the intake passage 2 via the evaporated fuel passage 25, it is accurate even when the purge gas is supplied. An exhaust gas recirculation rate can be obtained.
  • the optimal ignition timing IGMBT is calculated according to the total EGR rate REGRT, it is possible to obtain a highly accurate optimal ignition timing IGMBT that takes into account the internal exhaust gas recirculation. Further, since it has been confirmed that the relationship between the total EGR rate REGRT and the optimal ignition timing IGMBT is not affected by the intake valve operating phase CAIN or the presence or absence of the external exhaust gas recirculation (FIG. 7), By setting the optimal ignition timing IGMBT, the optimal ignition timing IGMBT suitable for the engine operating state can be easily calculated. Then, by performing the ignition timing control using the calculated optimal ignition timing IGMBT, the engine output performance can be sufficiently exhibited.
  • an evaporated fuel concentration coefficient KAFEVACT indicating the evaporated fuel concentration in the purge gas is calculated
  • a secondary fresh air amount GPGACYL is calculated in accordance with the purge gas amount GPGC and the evaporated fuel concentration coefficient KAFEVACT, and this secondary fresh air amount GPGACYL is used.
  • the corrected intake air amount GAIRCYLC is calculated by correcting the intake air amount GAIRCYL
  • the basic knock limit ignition timing IGKNOCKB is calculated according to the engine speed NE and the corrected intake air amount GAIRCYLC.
  • the EGR knock correction amount DEGRT is calculated according to the total EGR rate REGRT
  • the knock limit ignition timing IGKNOCK is calculated by correcting the basic knock limit ignition timing IGKNOCKB with the EGR knock correction amount DEGRT.
  • the knock limit ignition timing IGKNOCK is highly correlated with the total EGR rate REGRT (see FIG. 9), knocking is reliably avoided by performing correction using the EGR knock correction amount DEGRT calculated according to the total EGR rate REGRT. Ignition timing control that maximizes the engine output within a possible range can be performed with high accuracy.
  • the purge gas is supplied to the intake passage 2 via the evaporated fuel passage 25, the amount of fresh air sucked into the cylinder is obtained by adding the secondary fresh air amount GPGACYL to the intake air amount GAIRCYL.
  • the compression ratio knocking correction amount DCMPR is calculated according to the intake valve operating phase CAIN, and the basic knock limit ignition timing IGKNOCKB is corrected by the compression ratio knocking correction amount DCMPR. Therefore, the intake valve operating phase CAIN is set according to the engine operating state. Even in the case of changing, the accurate knock limit ignition timing IGKNOCK can be obtained.
  • the effective compression ratio CMPR of the engine is calculated according to the intake valve operating phase CAIN, and the compression ratio knocking correction amount DCMPR is calculated according to the effective compression ratio CMPR. Since the knock limit ignition timing IGKNOCK changes depending on the effective compression ratio CMPR, the effective compression ratio CMPR is calculated according to the intake valve operating phase CAIN, and the basic knock limit ignition timing IGKNOCKB is corrected according to the effective compression ratio CMPR. By doing so, more appropriate correction can be performed.
  • the crank angle position sensor 11 and the intake pressure sensor 8 correspond to the rotational speed detection means and the intake pressure detection means
  • the valve operation characteristic variable mechanism 42 corresponds to the intake valve operation phase variable mechanism
  • the sensor 13 corresponds to an intake air amount acquisition means
  • the ECU 5 is a fully open intake air amount calculation means, a theoretical intake air amount calculation means, an evaporated fuel mixture amount calculation means, an intake gas amount calculation means, an exhaust gas recirculation rate calculation means, an evaporation
  • the fuel concentration calculating means, the secondary fresh air amount calculating means, the corrected intake air amount calculating means, the optimum ignition timing calculating means, the knock limit ignition timing calculating means, and the correcting means are configured. Specifically, steps S11 and S12 in FIG.
  • step S 10 correspond to the fully-open intake air amount calculating means
  • step S13 corresponds to the theoretical intake air amount calculating means
  • step S15 corresponds to the intake gas amount calculating means
  • step S15 corresponds to the intake gas amount calculating means
  • step S15 corresponds to the intake gas amount calculating means
  • steps S61 to S68 in FIG. 12 correspond to the evaporated fuel mixture amount calculating means
  • the process in FIG. 15 corresponds to the ignition timing calculation means
  • the processing in FIG. 15 corresponds to the knock limit ignition timing calculation means
  • steps S32, S33, and S35 correspond to the correction means
  • step S91 in FIG. 16 corresponds to the secondary fresh air amount calculation means
  • Step S92 corresponds to a corrected intake air amount calculation means.
  • the total EGR rate REGRT calculated by the process shown in FIG. 10 described above matches the actual total exhaust gas recirculation rate with high accuracy when the change speed of the throttle valve opening TH is relatively low.
  • rapid acceleration operation state a transient operation state in which the throttle valve opening increase rate is high
  • FIG. 20 is a time chart for explaining this problem.
  • the total EGR rate REGRT is set to “0”.
  • the effective throttle valve opening THEFCT is a throttle valve opening at which the intake pressure PBA hardly increases with an increase in the throttle valve opening TH, more specifically, under the condition that the engine speed is constant, This is the throttle valve opening at which the increase rate of the intake pressure PBA with respect to the increase in the throttle valve opening TH is equal to or less than a predetermined increase rate.
  • the relationship between the throttle valve opening TH and the intake pressure PBA when the engine speed is 700 rpm is as shown in FIG. 21, where THEFCT is the effective throttle valve opening and THFO is fully opened. Opening degree. Since the intake pressure PBA is saturated at a relatively low opening when the engine speed is low, the effective throttle valve opening THEFCT is a relatively small opening (for example, an opening of about 15% to 20% of the fully opened opening THFO). It becomes.
  • the total EGR rate REGRT is set to “0” in the vicinity of time t1 in FIG. 20 by setting the total EGR rate REGRT to “0”. Therefore, the above problem can be solved.
  • FIG. 22 is a flowchart of the total EGR rate calculation process in the present embodiment. This process is obtained by adding steps S21 to S23 to the process shown in FIG.
  • step S21 the THEFCCT table shown in FIG. 23 is searched according to the engine speed NE, and the effective throttle valve opening THEFCT is calculated.
  • the THEFCT table is set so that the effective throttle valve opening THEFCT increases as the engine speed NE increases.
  • step S22 it is determined whether or not the throttle valve opening TH is equal to or greater than the effective throttle valve opening THEFCT. If the answer is affirmative (YES), it is determined that the engine 1 is in the above-described rapid acceleration overspeed state, and the total EGR rate REGRT is set to “0” (step S23). If the answer to step S22 is negative (NO), that is, if the throttle valve opening TH is smaller than the effective throttle valve opening THEFCT, the process proceeds to step S15, and the total EGR rate REGRT is calculated using equation (15).
  • the effective throttle valve opening THEFCT is calculated according to the engine speed NE, and when the detected throttle valve opening TH is equal to or greater than the effective opening THEFCT, the total EGR rate REGRT is Set to “0”.
  • the increase in the amount of air actually supplied to the cylinder is delayed from the increase in the intake pressure PBA (see FIG. 20). If the total EGR rate REGRT is calculated using the air amount GAIRCYL and the theoretical intake air amount GATH calculated according to the intake pressure PBA, the calculation error increases.
  • the throttle valve opening sensor 4 corresponds to the throttle valve opening detection means
  • step S21 in FIG. 22 corresponds to the effective opening calculation means
  • steps S15, S22, and S23 correspond to the exhaust gas recirculation rate calculation means. It corresponds to.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible.
  • the total EGR rate REGRT is calculated using the intake air flow rate GAIR detected by the intake air flow rate sensor 13, but the throttle valve opening TH, the atmospheric pressure PA, and the intake pressure PBA are calculated. Accordingly, the estimated intake air flow rate HGAIR may be calculated, and the estimated intake air flow rate HGAIR may be used to calculate the total EGR rate REGRT.
  • the present invention is also applicable to control of an internal combustion engine.
  • the effective compression ratio CMPR is calculated according to the intake valve operating phase CAIN, and the compression ratio knocking correction amount DCMPR is calculated according to the effective compression ratio CMPR. Accordingly, the compression ratio knocking correction amount DCMPR may be calculated directly.
  • the present invention can also be applied to the control of a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a vertical crankshaft.
  • Throttle valve opening sensor (throttle valve opening detection means) 5 Electronic control unit (fully opened intake air amount calculating means, theoretical intake air amount calculating means, evaporated fuel mixture amount calculating means, intake gas amount calculating means, exhaust gas recirculation rate calculating means, evaporated fuel concentration calculating means, secondary fresh air amount Calculation means, corrected intake air amount calculation means, optimum ignition timing calculation means, knock limit ignition timing calculation means, correction means, effective opening degree calculation means) 8 Intake pressure sensor (Intake pressure detection means) 11 Crank angle position sensor (rotational speed detection means) 13 Intake air flow sensor (intake air quantity acquisition means) 42 Valve operation characteristic variable mechanism (Intake valve operation phase variable mechanism)

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Abstract

 吸気通路内に設けられたスロットル弁を備える内燃機関の制御装置が提供される。スロットル弁を全開にした状態に対応する吸入空気量である全開吸入空気量が、機関回転数に応じて算出され、機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸入空気量が、全開吸入空気量及び吸気圧に応じて算出される。機関の吸入空気量が検出または推定され、蒸発燃料通路を介して吸気通路に供給される蒸発燃料混合気量が算出される。蒸発燃料混合気量を用いて吸入空気量を補正することにより、吸入ガス量が算出され、理論吸入空気量及び吸入ガス量を用いて排気還流率が算出される。算出された排気還流率を用いて機関が制御される。

Description

内燃機関の制御装置
 本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に機関の燃焼室に吸入されるガスに含まれる排気(燃焼ガス)の割合を示す排気還流率に基づいて制御を行う内燃機関の制御装置に関する。
 特許文献1には、燃焼後に燃焼室内に残留する燃焼ガスの残留率である残留ガス率(内部排気還流率)を算出し、残留ガス率に応じて点火時期を制御する内燃機関の制御装置が示されている。この制御装置によれば、機関回転数、バルブオーバラップ量(吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間の重複期間)、吸気圧、排気温度、及び吸入空気量に基づいて残留ガス率が算出される。
 また排気還流機構を備えた内燃機関の制御装置では、排気還流制御弁の開度に応じて、排気還流率(外部排気還流率)を算出するためのマップを用いて排気還流率を算出する手法が従来より使用されている。
特開2003-269306号公報
 特許文献1に示された残留ガス率の算出手法は、算出に適用するパラメータが多く、テーブルやマップの設定工数が多くなるという課題がある。また、外部排気還流率の算出に適用される従来の手法において、種々の機関運転状態に対応して多くのマップが必要となる。そのため、内部排気還流及び外部排気還流をともに考慮して、排気還流率を算出するためには、さらに多くのテーブルやマップを必要とし、設定工数が膨大なものとなる。
 本発明はこの点に着目してなされたものであり、比較的簡便な手法で機関運転状態に対応した正確な排気還流率を算出可能とした内燃機関の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本発明は、吸気通路(2)内に設けられたスロットル弁(3)と、前記機関に燃料を供給する燃料タンク内で発生する蒸発燃料と空気の混合気である蒸発燃料混合気を前記吸気通路(2)に供給する蒸発燃料通路(25)とを備える内燃機関の制御装置を提供する。この制御装置は、前記機関の回転数(NE)を検出する回転数検出手段と、前記機関の吸気圧(PBA)を検出する吸気圧検出手段と、前記スロットル弁(3)を全開にした状態に対応する吸入空気量である全開吸入空気量(GAWOT)を、前記機関回転数(NE)に応じて算出する全開吸入空気量算出手段と、前記機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸入空気量(GATH)を、前記全開吸入空気量(GAWOT)及び前記吸気圧(PBA)に応じて算出する理論吸入空気量算出手段と、前記機関の吸入空気量(GAIRCYL)を検出または推定する吸入空気量取得手段と、前記蒸発燃料通路(25)を介して前記吸気通路(2)に供給される蒸発燃料混合気量(GPGC)を算出する蒸発燃料混合気量算出手段と、前記蒸発燃料混合気量(GPGC)を用いて前記吸入空気量(GAIRCYL)を補正することにより、吸入ガス量(GINGASCYL)を算出する吸入ガス量算出手段と、前記理論吸入空気量(GATH)及び吸入ガス量(GINGASCYL)を用いて排気還流率(REGRT)を算出する排気還流率算出手段とを備え、前記排気還流率(REGRT)を用いて前記機関を制御することを特徴とする。
 この構成によれば、スロットル弁を全開にした状態に対応する吸入空気量である全開吸入空気量が、機関回転数に応じて算出され、排気還流が全くない状態に対応する理論吸入空気量が、全開吸入空気量及び吸気圧に応じて算出される。さらに蒸発燃料通路を介して吸気通路に供給される蒸発燃料混合気量が算出され、蒸発燃料混合気量を用いて吸入空気量を補正することにより吸入ガス量が算出され、算出される吸入ガス量と理論吸入空気量とを用いて排気還流率が算出され、算出された排気還流率を用いて機関の制御が行われる。したがって、排気還流率を算出するために、種々の機関運転状態に対応する多数のマップを予め設定しておく必要がなく、マップ設定工数を大幅に低減することができる。また大気圧が変化してもそれに伴う補正演算は不要であり、排気還流率を簡便かつ正確に算出することが可能となる。さらに蒸発燃料通路を介して吸気通路に供給される蒸発燃料混合気量により補正された吸入ガス量を用いて、排気還流率が算出されるので、蒸発燃料混合気が供給されている状態においても正確な排気還流率を得ることができる。
 前記制御装置は、前記機関の出力を最大とする最適点火時期(IGMBT)を前記排気還流率(REGRT)に応じて算出する最適点火時期算出手段を有し、前記最適点火時期(IGMBT)を用いて前記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が望ましい。
 この構成によれば、最適点火時期が排気還流率に応じて算出され、算出された最適点火時期を用いて点火時期制御が行われる。排気還流率と最適点火時期との関係は、吸気弁の作動位相や外部排気還流の有無の影響を受けないことが確認されているので、排気還流率に応じて最適点火時期を設定することにより、機関運転状態に適した最適点火時期を簡便に算出することができる。
 前記制御装置は、前記蒸発燃料混合気中の蒸発燃料濃度(KAFEVACT)を算出する蒸発燃料濃度算出手段と、前記蒸発燃料混合気量(GPGC)及び蒸発燃料濃度(KAFEVACT)に応じて算出される前記蒸発燃料混合気中の新気量を二次新気量(GPGACYL)として算出する二次新気量算出手段と、前記二次新気量を用いて前記吸入空気量(GAIRCYL)を補正することにより、補正吸入空気量(GAIRCYLC)を算出する補正吸入空気量算出手段とをさらに備え、前記点火時期制御手段は、前記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(IGKNOCK)を、前記排気還流率(REGRT)及び補正吸入空気量(GAIRCYLC)に応じて算出するノック限界点火時期算出手段を有し、前記最適点火時期(IGMBT)またはノック限界点火時期(IGKNOCK)の何れか遅角側の点火時期を用いて前記点火時期の制御を行うことが望ましい。
 この構成によれば、蒸発燃料混合気中の蒸発燃料濃度が算出され、蒸発燃料混合気量及び蒸発燃料濃度に応じて算出される蒸発燃料混合気中の新気量が二次新気量として算出され、この二次新気量を用いて吸入空気量を補正することにより補正吸入空気量が算出され、排気還流率及び補正吸入空気量に応じてノック限界点火時期が算出される。ノック限界点火時期は排気還流率との相関性が高いので、排気還流率に応じてノック限界点火時期を算出することにより、ノッキングを確実に回避可能な範囲で機関出力を最大化する点火時期制御を高精度に行うことができる。また、蒸発燃料通路を介して蒸発燃料混合気が吸気通路に供給されるときは、気筒に吸入される新気量は、吸入空気量に蒸発燃料混合気中の新気量を加算したものとなるので、排気還流率及び補正吸入空気量に応じてノック限界点火時期を算出することにより、ノック限界点火時期の算出精度を高めることができる。
 前記機関は吸気弁の作動位相(CAIN)を変更する吸気弁作動位相可変機構(42)を備え、前記点火時期制御手段は、前記作動位相(CAIN)に応じて前記ノック限界点火時期(IGKNOCK)を補正する補正手段を有することが望ましい。
 この構成によれば、吸気弁の作動位相に応じてノック限界点火時期が補正されるので、吸気弁の作動位相を機関運転状態に応じて変化させる機関においても正確なノック限界点火時期を得ることができる。
 前記補正手段は、前記作動位相(CAIN)に応じて前記機関の実効圧縮比(CMPR)を算出し、該実効圧縮比(CMPR)に応じて前記ノック限界点火時期(IGKNOCK)を補正することが望ましい。
 この構成によれば、吸気弁作動位相に応じて機関の実効圧縮比が算出され、該実効圧縮比に応じてノック限界点火時期が補正される。ノック限界点火時期は実効圧縮比に依存して変化するので、吸気弁作動位相に応じて実効圧縮比を算出し、その実効圧縮比に応じてノック限界点火時期を補正することにより、より適切な補正を行うことができる。
 前記制御装置は、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、前記スロットル弁開度(TH)の増加に対する前記吸気圧(PBA)の増加率が所定増加率以下となる前記スロットル弁の有効開度(THEFCT)を、前記機関回転数(NE)に応じて算出する有効開度算出手段とをさらに備え、前記排気還流率算出手段は、前記スロットル弁開度(TH)が前記有効開度(THEFCT)以上であるときは、前記排気還流率(REGRT)を「0」とすることが望ましい。
 請求項6に記載の発明の発明によれば、機関回転数に応じてスロットル弁の有効開度が算出され、検出されるスロットル弁開度が有効開度以上であるときは、排気還流率が「0」に設定される。機関の低回転状態でスロットル弁開度が急激に増加する急加速が行われると、実際に気筒に供給される空気量の増加は、吸気圧の増加より遅れる。そのため、吸入空気量と理論吸入空気量(吸気圧に応じて算出される)とを用いて排気還流率を算出すると、算出誤差が大きくなる。検出されるスロットル弁開度が有効開度以上であるときは、実際の排気還流率はほぼ「0」となるので、排気還流率を「0」に設定することにより、実際の排気還流率をより正確に近似することができる。したがって、このように算出される排気還流率を用いて機関制御(点火時期制御、燃料供給量制御)を行うことにより、急加速過渡運転状態における不適切な制御を防止し、ノッキングの発生あるいは排気特性の悪化を防止することができる。
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。 図1に示す弁作動特性可変装置の概略構成を示す図である。 吸気弁の作動位相の変化を示す図である。 全排気還流率(REGRT)の算出手法を説明するための図である。 大気圧の変化に対する理論全開空気量(GAWOT)の変化を説明するための図である。 吸気温補正を説明するための図である。 全排気還流率(REGRT)と最適点火時期(IGMBT)との関係を示す図である。 質量燃焼割合(RCMB)の推移を示す図である。 全排気還流率(REGRT)とEGRノッキング補正量(DEGRT)との関係を示す図である。 全排気還流率を算出する処理(第1の実施形態)のフローチャートである。 蒸発燃料混合気の流量を制御する処理のフローチャートである。 図11の処理で実行されるPGCMD算出処理のフローチャートである。 蒸発燃料濃度係数(KAFEVACT)を算出する処理のフローチャートである。 点火時期(IGLOG)を算出する処理のフローチャートである。 図14の処理で実行されるIGKNOCK算出処理のフローチャートである。 図15の処理で実行されるGAIRCYLC算出処理のフローチャートである。 図15の処理で参照されるテーブル及びマップの設定を説明するための図である。 実効圧縮比(CMPR)の算出手法を説明するための図である。 充填効率(ηc)と基本ノック限界点火時期(IGKNOCKB)との関係を示す図である。 第1の実施形態における課題を説明するためのタイムチャートである。 有効スロットル弁開度(THEFCT)を説明するための図である。 全排気還流率を算出する処理(第2の実施形態)のフローチャートである。 図22の処理で参照されるテーブルを示す図である。
 以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
 [第1の実施形態]
 図1は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、図2は弁作動特性可変装置の構成を示す図である。図1において、例えば4気筒を有する内燃機関(以下単に「エンジン」という)1は、吸気弁及び排気弁と、これらを駆動するカムを備えるとともに、吸気弁を駆動するカムの、クランク軸回転角度を基準とした作動位相を連続的に変更するカム位相可変機構としての弁作動特性可変機構42を有する弁作動特性可変装置40を備えている。弁作動特性可変機構42により吸気弁を駆動するカムの作動位相が変更され、吸気弁の作動位相が変更される。
 エンジン1の吸気通路2にはスロットル弁3が配されている。また、スロットル弁3にはスロットル弁開度THを検出するスロットル弁開度センサ4が連結されており、その検出信号は、電子コントロールユニット(以下(ECU)という)5に供給される。スロットル弁3には、スロットル弁3を駆動するアクチュエータ7が接続されており、アクチュエータ7は、ECU5によりその作動が制御される。
 吸気通路2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13が設けられている。吸入空気流量センサ13の検出信号は、ECU5に供給される。
 吸気通路2のスロットル弁3の下流側には、蒸発燃料通路25が接続されており、蒸発燃料通路25は図示しないキャニスタに接続されている。蒸発燃料通路25には、蒸発燃料と空気の混合気(蒸発燃料混合気、以下「パージガス」という))の流量を制御するパージ制御弁26が設けられている。パージ制御弁26はECU5によりその作動が制御される。キャニスタは、エンジン1に燃料を供給する燃料タンク内で発生する蒸発燃料を貯蔵するものであり、パージ制御弁26が開弁されると、キャニスタからパージガスが蒸発燃料通路25を介して、吸気通路2に供給される。
 排気通路21と吸気通路2の間には、排気還流通路22が設けられており、排気還流通路22は、スロットル弁3の下流側において吸気通路2と接続されている。排気還流通路22には、排気還流量を制御する排気還流制御弁23が設けられており、排気還流制御弁23はECU5によりその作動が制御される。
 排気通路21には、酸素濃度センサ24(以下「LAFセンサ24」という)が装着されており、このLAFセンサ24は排気中の酸素濃度(空燃比)にほぼ比例した検出信号をECU5に供給する。
 燃料噴射弁6はエンジン1とスロットル弁3との間かつ吸気通路2の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にECU5に電気的に接続されて当該ECU5からの信号により燃料噴射弁6の開弁時間が制御される。
 エンジン1の各気筒の点火プラグ15は、ECU5に接続されており、ECU5は点火プラグ15に点火信号を供給し、点火時期制御を行う。
 スロットル弁3の下流には吸気圧PBAを検出する吸気圧センサ8及び吸気温TAを検出する吸気温センサ9が取付けられている。またエンジン1の本体には、エンジン冷却水温TWを検出するエンジン冷却水温センサ10が取り付けられている。これらのセンサの検出信号は、ECU5に供給される。
 ECU5には、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11及び、エンジン1の吸気弁を駆動するカムが固定されたカム軸の回転角度を検出するカム角度位置センサ12が接続されており、クランク軸の回転角度及びカム軸の回転角度に応じた信号がECU5に供給される。クランク角度位置センサ11は、一定クランク角周期毎(例えば6度周期)に1パルス(以下「CRKパルス」という)と、クランク軸の所定角度位置を特定するパルスを発生する。また、カム角度位置センサ12は、エンジン1の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス(以下「CYLパルス」という)と、各気筒の吸入行程開始時の上死点(TDC)でパルス(以下「TDCパルス」という)を発生する。これらのパルスは、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(エンジン回転速度)NEの検出に使用される。なお、カム角度位置センサ12より出力されるTDCパルスと、クランク角度位置センサ11より出力されるCRKパルスとの相対関係からカム軸の実際の作動位相CAINが検出される。
 エンジン1の適宜の位置に、高周波振動を検出するノックセンサ14が装着されており、その検出信号がECU5に供給される。またECU5には、エンジン1によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量(以下「アクセルペダル操作量」という)APを検出するアクセルセンサ31、当該車両の走行速度(車速)VPを検出する車速センサ32、及び大気圧PAを検出する大気圧センサ33が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ECU5に供給される。
 弁作動特性可変装置40は、図2に示すように、吸気弁の作動位相を連続的に変更する弁作動特性可変機構42と、吸気弁の作動位相を連続的に変更するために、その開度が連続的に変更可能な電磁弁44とを備えている。吸気弁の作動位相を示すパラメータとして、上記カム軸の作動位相CAINが用いられる(以下「吸気弁作動位相CAIN」という)。電磁弁44には、オイルパン46の潤滑油がオイルポンプ45により、加圧されて供給される。なお、弁作動特性可変機構42の具体的な構成は、例えば特開2000-227013号公報に示されている。
 弁作動特性可変機構42により、吸気弁は、図3に実線L2で示す特性を中心として、吸気弁作動位相CAINの変化に伴って破線L1で示す最進角位相から、一点鎖線L3で示す最遅角位相までの間の位相で駆動される。本実施形態では、吸気弁作動位相CAINは、最遅角位相を基準とした進角量として定義される。
 ECU5は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)、CPUで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ7、燃料噴射弁6、点火プラグ15、排気還流制御弁23、及び電磁弁44に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
 ECU5のCPUは、上記センサの検出信号に応じて、点火時期制御、スロットル弁3の開度制御、エンジン1に供給する燃料量(燃料噴射弁6の開弁時間)の制御、排気還流制御弁23による排気還流制御、及び電磁弁44による弁作動特性の制御を行う。
 燃料噴射弁6の開弁時間TOUTは、下記式(1)により算出される。
 TOUT=TIM×KCMD×KAF×KTOTAL      (1)
 ここに、TIMは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁6の基本燃料噴射時間であり、吸入空気流量GAIRに応じて設定されたTIMテーブルを検索して決定される。TIMテーブルは、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。
 KCMDはエンジン1の運転状態に応じて設定される目標空燃比係数である。目標空燃比係数KCMDは、空燃比A/Fの逆数、すなわち燃空比F/Aに比例し、理論空燃比のとき値1.0をとるので、以下「目標当量比」という。
 KAFは、フィードバック制御の実行条件が成立するときは、LAFセンサ24の検出値から算出される検出当量比KACTが目標当量比KCMDに一致するようにPID(比例積分微分)制御あるいは適応制御器(Self Tuning Regulator)を用いた適応制御により算出される空燃比補正係数である。
 KTOTALは夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数(エンジン冷却水温TWに応じた補正係数KTW、吸気温TAに応じた補正係数KTAなど)の積である。
 次に本実施形態における排気還流率の算出手法の概要を説明する。以下の説明における「吸入空気量」、「還流排気量」などのガス量の次元は正確には1TDC期間(TDCパルスの発生周期、例えば4気筒エンジンではクランク角が180度回転する期間)当たりのガス質量である。
 図4は、本実施形態における全排気還流率(以下「全EGR率」という)REGRTの算出手法を説明するための図であり、吸気圧PBAと、エンジンに吸入されるガス量(空気量+還流排気量)との関係(エンジン回転数NE及び吸気弁作動位相CAINは一定)を示す。全EGR率REGRTは、内部排気還流と排気還流通路22を介した外部排気還流による全還流排気量の、全吸入ガス量(理論吸入空気量GATH)に対する比率である(下記式(12)(15)参照)。図4(a)は、パージ制御弁26が閉弁され、パージガスが吸気通路2に供給されない状態(以下「パージ停止状態」という)に対応し、図4(b)は、パージ制御弁26が開弁され、パージガスが吸気通路2に供給されている状態(以下「パージ実行状態」という)に対応する。
 図4において、動作点PWOTは、スロットル弁3を全開とした状態に対応し、外部排気還流が行われず、かつ内部排気還流が無いと仮定した理想的な動作点を示す。動作点PWOTでは、吸入空気量はエンジン回転数NE一定の条件下で最大となる。なお、スロットル弁3を全開とした状態においても実際には残留ガス率(内部排気還流率)が「0」となることはない。ただし、吸気圧PBAWOTはほぼ大気圧PAと等しくなるので、内部排気還流率は最小となる。動作点PWOTと原点を通る直線LTHは、外部排気還流が行われず、かつ内部排気還流が無いと仮定した理想的な吸入空気量と吸気圧との関係を示す。以下この直線LTHを、「理論吸入空気量直線LTH」という。また線L11及びL12は、それぞれ内部排気還流のみを考慮したときの関係、及び内部排気還流及び外部排気還流をともに考慮したときの関係を示す。なお、線L11及びL12は、実際には直線とはならないが、説明のために直線で示している。
 先ず図4(a)を参照してパージ停止状態における全EGR率REGRTの算出手法を説明する。
 吸気圧PBAがPBA1である状態に対応する、理論吸入空気量直線LTH上のガス量を「理論吸入空気量GATH」とすると、理論吸入空気量GATHは、下記式(11)で表される。式(11)のGAIRCYLは吸入空気量(新気量)であり、GEGRIN,GEGREX,及びGEGRTは、それぞれ内部還流排気量、外部還流排気量、及び全還流排気量である。
 GATH=GAIRCYL+GEGRIN+GEGREX
     =GAIRCYL+GEGRT           (11)
 したがって、全EGR率REGRTは、下記式(12)により算出される。
 REGRT=GEGRT/GATH
      =(GATH-GAIRCYL)/GATH    (12)
 一方、パージ実行状態では、理論吸入空気量GATHは、下記式(13)で与えられる。式(13)のGPGCは、蒸発燃料通路26から吸気通路2に供給されるパージガス量であり、下記式(14)で示すように、パージガスに含まれる蒸発燃料量GVAPOR及びパージガスに含まれる新気量(以下「二次新気量」という)GPGACYLの和で与えられる。また式(13)のGINGASCYLは、吸入空気量GAIRCYLとパージガス量GPGCとの和であり、以下「吸入ガス量GINGASCYL」という。
 GATH=GAIRCYL+GPGC+GEGRIN+GEGREX
     =GINGASCYL+GEGRT         (13)
 GPGC=GVAPOR+GPGACYL          (14)
 したがって、全EGR率REGRTは、下記式(15)により算出される。
 REGRT=GEGRT/GATH
      =(GATH-GINGASCYL)/GATH  (15)
 なお、後述するように点火時期IGLOGの制御においては、吸入空気量GAIRCYLに二次新気量GPGACYLを加算することにより算出される補正吸入空気量GAIRCYLC(図4(b)参照)が使用される。
 パージ実行状態に対応する式(13)及び(15)において、パージガス量GPGCを「0」とすれば、パージ停止状態に対応する式(11)及び(12)が得られるので、パージ実行状態に対応する式(13)及び(15)を基本式として以下の説明を行う。
 図5は、大気圧が変化した場合を説明するための図であり、全開動作点PWOT1が基準状態に対応する動作点であり、吸気圧PBAが基準吸気圧PBASTD(例えば100kPa(750mmHg))である状態に相当する。当該車両が高地に移動し大気圧が低下するのに伴って、動作点PWOT1は理論吸入空気量直線LTH上を、動作点PWOT2,PWOT3のように移動する。各動作点PWOT1~PWOT3から出発する曲線L21~L23は、それぞれ内部排気還流を考慮した(外部排気還流を行わない場合の)吸入ガス量GINGASCYLを示す。
 このように本実施形態では、大気圧変化に対して理論吸入空気量直線LTHを変更する必要がなく、高地においても正確な全EGR率REGRTを算出することができる。
 ただし、吸気温TAの変化に伴う空気密度補正を行う必要があり、検出される吸気温TAに応じて下記式(16)による補正を行う。式(16)のTASTDは、基準状態の吸気温(例えば25℃)であり、GAWOTSTDは、基準状態における全開動作点PWOTに対応する吸入空気量であり、以下「基準理論全開空気量GAWOTSTD」という。またGAWOTは、検出される吸気温TAの運転状態における全開動作点PWOTに対応する吸入空気量であり、「理論全開空気量GAWOT」という。「n」は、実験により「0」から「1」の間の値に設定される定数であり、例えば「0.5」に設定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 図6に示す直線LTHSTDが基準状態における理論吸入空気量直線であり、直線LTHが検出吸気温TAに対応する理論吸入空気量直線である。なお図6は、検出吸気温TAが基準吸気温TASTDより高い例に対応する。
 図7は、全EGR率REGRTと、最適点火時期IGMBTとの関係(エンジン回転数NEは一定)を示す図である。最適点火時期IGMBTは、エンジン出力トルクが最大となる点火時期である。この図において、記号●及び○は、吸気弁作動位相CAINが0度の運転状態に対応し、記号■及び□は、吸気弁作動位相CAINが20度の運転状態に対応し、記号▲及び△は、吸気弁作動位相CAINが45度の運転状態に対応する。また記号●,■及び▲は、外部排気還流を行わない場合(内部排気還流のみ)に対応し、記号○,□及び△は、外部排気還流を行った場合(内部排気還流+外部排気還流)に対応する。
 図7から、全EGR率REGRTと、最適点火時期IGMBTとの関係が、吸気弁の作動位相CAIN、あるいは外部排気還流の有無に依存せず、曲線L31で代表させることが可能であることが確認される。したがって、エンジン回転数NE及び全EGR率REGRTに応じて設定された最適点火時期算出マップ(IGMBTマップ)を1つ設けておくことにより、すべての運転状態に対応した最適点火時期の設定を行うことが可能となる。よって、マップ設定工数を大幅に低減することができる。
 図8は、燃焼室内に吸入された混合気の質量燃焼割合RCMBの変化特性(横軸はクランク角度CA)を示す図である。同図(a)は、充填効率ηcを一定として、全EGR率REGRTを変化させたときの特性を示しており、曲線L41~L43は、それぞれ、全EGR率REGRTが6.3%,16.2%,及び26.3%である運転状態に対応する。曲線L41が最も燃焼速度が速いことを意味する。すなわち、全EGR率REGRTは、混合気の燃焼速度を変化させる主要因であることが確認される。
 一方図8(b)は、全EGR率を一定として充填効率ηcを変化させたときの特性(実線、破線、及び一点鎖線)を示している。図に示す実線、破線、及び一点鎖線は、ほとんど重なっており、充填効率ηcを変化させても混合気の燃焼速度はほとんど変化しないことが確認できる。したがって、最適点火時期IGMBTを充填効率ηc(吸入新気量)ではなく、全EGR率REGRTに応じて設定することが適切であることが確認できる。
 図9は、全EGR率REGRTと、EGRノッキング補正量DEGRTとの関係(エンジン回転数NEは一定)を示す図である。EGRノッキング補正量DEGRTは、ノッキングの発生限界を示すノック限界点火時期IGKNOCKの算出に適用される点火時期補正量であり、還流排気量の変化に対応した補正を行うために適用される。この図に示す記号○,□及び△は、充填効率ηcが異なる状態に対応するデータを示しており、充填効率ηcに依存しないことが確認できる。したがって、エンジン回転数NEが一定の状態では、全EGR率REGRTと、EGRノッキング補正量DEGRTとの関係は、曲線L51で代表させることができる。よって、EGRノッキング補正量DEGRTは、エンジン回転数NE及び全EGR率REGRTに応じて設定されたDEGRTマップを用いることにより、適切に設定することができる。なお、曲線L51で示される関係は、基本的には吸気弁作動位相CAINに依存しないが、エンジン特性のばらつきなどによって吸気弁作動位相CAINに応じた修正が必要となることも考えられる。そのような場合には、吸気弁作動位相CAINに応じた複数のテーブルを設けるか、あるいは吸気弁作動位相CAINに応じた補正を行うようにしてもよい。
 図10は、全EGR率REGRTを算出する処理のフローチャートである。この処理はTDCパルスの発生に同期してECU5のCPUで実行される。
 ステップS11では、エンジン回転数NE及び吸気弁作動位相CAINに応じて設定されたGAWOTSTDマップを検索し、基準理論全開空気量GAWOTSTDを算出する。ステップS12では、上記式(16)による吸気温TAに応じた補正を行い、理論全開空気量GAWOTを算出する。
 ステップS13では、検出される吸気圧PBAを下記式(17)に適用し、理論吸入空気量GATHを算出する。
 GATH=GAWOT×PBA/PBASTD        (17)
 ステップS14では、検出される吸入空気流量GAIR[g/sec]及び図12のステップS68で算出されるパージガス流量QPGCをそれぞれ下記式(18)及び(19)に適用し、1つの気筒の1吸気行程における吸入空気量GAIRCYL及びパージガス量GPGCに変換する。式(18)及び(19)のKCは、変換係数である。
 GAIRCYL=GAIR×KC/NE           (18)
 GPGC=QPGC×KC/NE              (19)
 ステップS15では、下記式(20)に吸入空気量GAIRCYL及びパージガス量GPGCを適用し、吸入ガス量GINGASCYLを算出する。
 GINGASCYL=GAIRCYL+GPGC       (20)
 ステップS15では、前記式(15)により、全EGR率REGRTを算出する。
 図11は、パージガス流量制御、すなわちパージ制御弁26の開度制御を行う処理のフローチャートである。この処理は、ECU5のCPUで所定時間(例えば80msec)毎に実行される。
 ステップS51では、パージ実行フラグFPGACTが「1」であるか否かを判別する。パージ実行フラグFPGACTは、パージガスを吸気通路2に供給する運転状態であるとき「1」に設定される。ステップS51の答が否定(NO)であるときは、パージ制御弁駆動デューティDOUTPGCを「0」に設定し(ステップS52)、次いで過渡制御係数KPGTを所定初期値KPGTINI(<1.0)に設定する(ステップS53)。過渡制御係数KPGTは、パージガスの供給開始当初においてパージガス流量を制限するための係数であり、パージガス供給開始後、「1.0」に達するまで時間経過にともなって増加するように設定される(図12,ステップS65~S67参照)。
 ステップS51の答が肯定(YES)、すなわちパージガス供給を行うときは、燃料カットフラグFFCが「1」であるか否かを判別する(ステップS54)。燃料カットフラグFFCは、エンジン1への燃料供給を一時的に停止する運転状態において「1」に設定される。燃料カットフラグFFCが「1」であるときは、過渡制御係数KPGTを所定初期値KPGTINIに設定するとともに、パージ制御弁駆動デューティDOUTPGCを「0」に設定する(ステップS55,S56)。
 ステップS54の答が否定(NO)であるときは、図12に示すPGCMD算出処理を実行し、目標駆動デューティPGCMDを算出する(ステップS57)。ステップS58では、パージ制御弁駆動デューティDOUTPGCを目標駆動デューティPGCMDに設定する。ステップS59では、図12の処理で算出されるパージガス流量QPGC及び基本パージガス流量QPGCBASEを下記式(21)に適用し、パージガス流量比QRATEを算出する。パージガス流量比QRATEは、図13のステップS80で使用される。
 QRATE=QPGC/QPGCBASE          (21)
 図12は、図11のステップS57で実行されるPGCMD算出処理のフローチャートである。
 ステップS61では、検出される吸入空気流量GAIRを下記式(22)に適用し、基本パージガス流量QPGCBASEを算出する。式(22)のKQPGBは、所定目標パージ率である。
 QPGCBASE=GAIR×KQPGB          (22)
 ステップS62では、基本パージガス流量QPGCBASEが上限値QPGMAX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、目標パージガス流量QPGCMDを基本パージガス流量QPGCBASEに設定する(ステップS63)。基本パージガス流量QPGCBASEが上限値QPGMAXより大きいときは、目標パージガス流量QPGCMDを上限値QPGMAXに設定する(ステップS64)。
 ステップS65では、過渡制御係数KPGTを所定量DKPGT(<1.0)だけ増加させる。ステップS66では、過渡制御係数KPGTが「1.0」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、直ちにステップS68に進む。ステップS66の答が肯定(YES)であるときは、過渡制御係数KPGTを「1.0」に設定し(ステップS67)、ステップS68に進む。
 ステップS68では、目標パージガス流量QPGCMD及び過渡制御係数KPGTを下記式(23)に適用し、パージガス流量QPGCを算出する。
 QPGC=QPGCMD×KPGT             (23)
 ステップS69では、パージガス流量QPGCを下記式(24)に適用し、パージガス流量QPGCを目標駆動デューティPGCMDに変換する。KDUTYは、所定の変換係数であり、KDPBGは吸気圧PBAと大気圧PAとの差圧に応じて設定される差圧係数である。
 PGCMD=QPGC×KDUTY/KDPBG       (24)
 図12の処理から明らかなように、図11のステップS59で算出されるパージガス流量比QRATEは、過渡制御係数KPGTが「1.0」より小さいとき、及び基本パージガス流量QPGCBASEが上限値QPGMAXより大きいとき、「1.0」より小さい値をとり、それ以外のとき「1.0」をとる。
 図13は、パージガス中の蒸発燃料濃度を示す蒸発燃料濃度係数KAFEVACTを算出する処理のフローチャートである。この処理は、ECU5のCPUで所定時間(例えば80msec)毎に実行される。
 ステップS71では、フィードバック制御フラグFAFFBが「1」であるか否かを判別する。フィードバック制御フラグFAFFBは、LAFセンサ24により検出される空燃比(KACT)を目標空燃比(KCMD)と一致させる空燃比フィードバック制御を実行するとき「1」に設定される。ステップS71の答が否定(NO)であるときは、直ちにステップS76に進む。
 ステップS71の答が肯定(YES)であって空燃比フィードバック制御が行われているときは、空燃比補正係数KAFが学習値KREFXから下側偏差DKAFVXLを減算した値より小さいか否かを判別する(ステップS72)。学習値KREFXは、パージガスを吸気通路2に供給していないときに算出される空燃比補正係数KAFの移動平均値である。下側偏差DKAFVXLは、パージガス供給による空燃比補正係数KAFの減少方向のずれを判定するためのパラメータであり、吸入空気流量GAIRが大きくなるほど小さな値に設定される。
 ステップS72の答が肯定(YES)であって、パージガス供給による空燃比補正係数KAFの減少方向のずれが大きいときは、パージガス中の蒸発燃料濃度が高いと判定し、下記式(25)によって基本濃度係数KAFEVを所定加算量DKEVAPOPだけ増加させる(ステップS74)。
 KAFEV=KAFEV+DKEVAPOP         (25)
 ステップS72の答が否定(NO)であるときは、空燃比補正係数KAFが学習値KREFXに上側偏差DKAFVXHを加算した値より大きいか否かを判別する(ステップS73)。上側偏差DKAFVXHは、パージガス供給による空燃比補正係数KAFの増加方向のずれを判定するためのパラメータであり、吸入空気流量GAIRが大きくなるほど小さな値に設定される。
 ステップS73の答が肯定(YES)であって、パージガス供給による空燃比補正係数KAFの増加方向のずれが大きいときは、パージガス中の蒸発燃料濃度が低いと判定し、下記式(26)によって基本濃度係数KAFEVを所定減算量DKEVAPOMだけ減少させる(ステップS75)。
 KAFEV=KAFEV-DKEVAPOM         (26)
 ステップS73の答が否定(NO)であるときは、基本濃度係数KAFEVの更新を行うことなくステップS76に進む。
 ステップS76では、基本濃度係数KAFEVが「0」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、基本濃度係数KAFEVを「0」に設定する(ステップS77)。基本濃度係数KAFEVが「0」より大きいときはさらに、上限係数値KAFEVLMTより大きいか否かを判別する(ステップS78)。その答が肯定(YES)であるときは、基本濃度係数KAFEVを上限係数値KAFEVLMTに設定し(ステップS79)、ステップS80に進む。ステップS78の答が否定(NO)であるときは直ちにステップS80に進む。
 ステップS80では、下記式(27)に基本濃度係数KAFEV及びパージガス流量比QRATEを適用し、蒸発燃料濃度係数KAFEVACTを算出する。蒸発燃料濃度係数KAFEVACTは、図16のステップS91で使用される。
 KAFEVACT=KAFEV×QRATE         (27)
 図14は、圧縮上死点からの進角量で示される点火時期IGLOGを算出する処理のフローチャートである。この処理はTDCパルスの発生に同期してECU5のCPUで実行される。
 ステップS21では、エンジン回転数NE及び全EGR率REGRTに応じてIGMBTマップ(図7参照)を検索し、最適点火時期IGMBTを算出する。ステップS22では、図15に示すIGKNOCK算出処理を実行し、ノック限界点火時期IGKNOCKを算出する。
 ステップS23では、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し、その答が肯定(YES)であるときは、基本点火時期IGBをノック限界点火時期IGKNOCKに設定する(ステップS24)。ステップS23で最適点火時期IGMBTがノック限界点火時期IGKNOCKより小さいときは、基本点火時期IGBを最適点火時期IGMBTに設定する(ステップS25)。
 ステップS26では、基本点火時期IGBに例えばエンジン冷却水温TWに応じて算出される補正値IGCRを加算して、点火時期IGLOGを算出する。
 ECU5のCPUは、算出された点火時期IGLOGに応じて点火プラグ15による点火を行う。
 図15は、図14のステップS22で実行されるIGKNOCK算出処理のフローチャートである。
 ステップS30では、図16に示すGAIRCYLC算出処理を実行し、補正吸入空気量GAIRCYLCを算出する。図16のステップS91では、パージガス量GPGC及び蒸発燃料濃度係数KAFEVACTを下記式(31)に適用し、バージガスに含まれる新気量を示す二次新気量GPGACYLを算出する。
 GPGACYL=GPGC×(1-KAFEVACT)    (31)
 ステップS92では、吸入空気量GAIRCYLに二次新気量GPGACYLを加算することにより(下記式(32))、補正吸入空気量GAIRCYLCを算出する。
 GAIRCYLC=GAIRCYL+GPGACYL     (32)
 図15に戻り、ステップS31では、エンジン回転数NE及び補正吸入空気量GAIRCYLCに応じてIGKNOCKBマップを検索し、基本ノック限界点火時期IGKNOCKBを算出する。IGKNOCKBマップは、全EGR率REGRTが所定基準値に設定され、かつ吸気弁作動位相CAINが「0度」に設定された状態に対応して設定されている。
 ステップS32では、吸気弁作動位相CAINに応じて図17(a)に示すCMPRテーブルを検索し、実効圧縮比CMPRを算出する。吸気弁作動位相CAINが変化すると、吸気弁の閉弁時期CACLが変化し、実効圧縮比CMPRが変化する。CMPRテーブルには、予め算出された吸気弁作動位相CAINと実効圧縮比CMPRとの関係が設定されている。
 ステップS33では、実効圧縮比CMPR及びエンジン回転数NEに応じてDCMPRマップを検索し、圧縮比ノッキング補正量DCMPRを算出する。圧縮比ノッキング補正量DCMPRは、図17(b)に示すように、「0」以下の値をとり、実効圧縮比CMPRが増加するほど減少するように設定されている。
 ステップS34では、全EGR率REGRT及びエンジン回転数NEに応じてDEGRTマップを検索し、EGRノッキング補正量DEGRTを算出する。EGRノッキング補正量DEGRTは、「0」より大きい値をとり、図9に示すように全EGR率REGRTが増加するほど増加するように設定されている。
 ステップS35では、下記式(33)に基本ノック限界点火時期IGKNOCKB、圧縮比ノッキング補正量DCMPR、及びEGRノッキング補正量DEGRTを適用し、ノック限界点火時期IGKNOCKを算出する。
 IGKNOCK=IGKNOCKB+DCMPR+DEGRT (33)
 なお、本実施形態では、燃料噴射弁6の開弁時間、すなわち燃料噴射量TOUTも、全EGR率REGRTを用いて算出される。
 またノックセンサ14によるノッキングの検出結果に応じてノック限界点火時期IGKNOCKの修正が行われるが、図15においては省略されている。
 図18は、実効圧縮比CMPRを算出する手法を説明するための図であり、同図(a)は吸気弁のリフトカーブを示し、同図(b)は同図(a)のA部、すなわちリフトカーブの閉弁時期近傍を拡大して示す。これらの図に示す各リフトカーブL61,L62,L63のそれぞれに対応して、リフト量LFTが所定リフト量閾値LFTCMP(「0」より若干大きいリフト量に設定される)と等しくなるクランク角度CA1,CA2,CA3を求め、図18(c)に示すように各クランク角度CA1~CA3におけるピストン位置に対応する気筒容積VCC1,VCC2,VCC3を求める。各リフトカーブL61~L63に対応する実効圧縮比CMPR1,CMPR2,CMPR3は、下記式(7)~(9)により算出される。VCCTDCは、ピストンが上死点位置するときの気筒容積である。
 CMPR1=VCC1/VCCTDC             (7)
 CMPR2=VCC2/VCCTDC             (8)
 CMPR3=VCC3/VCCTDC             (9)
 図19は、充填効率ηcと基本ノック限界点火時期IGKNOCKBとの関係を示す図であり、図19(a)に示す実線はパージガス供給時においても吸入空気量GAIRCYLに応じて基本ノック限界点火時期IGKNOCKBを算出した例を示し、図19(b)に示す実線は補正吸入空気量GAIRCYLCに応じて基本ノック限界点火時期IGKNOCKBを算出した例を示す。
 図19に示す記号□及び△は、実際のノック限界点火時期を示し、それぞれパージガスが25%流入した状態及び75%流入した状態に対応する。すなわち、吸入空気量GAIRCYLに応じて基本ノック限界点火時期IGKNOCKBを算出した場合には、基本ノック限界点火時期IGKNOCKBが実際のノック限界点火時期より遅角側の値となり、基本ノック限界点火時期IGKNOCKBの設定誤差が大きくなる。
 これに対し、補正吸入空気量GAIRCYLCに応じて基本ノック限界点火時期IGKNOCKBを算出した場合には、基本ノック限界点火時期IGKNOCKBと、実際のノック限界点火時期との差はほとんどなくなり、基本ノック限界点火時期IGKNOCKBの設定精度を高めることができる。
 以上のように本実施形態では、スロットル弁3を全開にした状態に対応する吸入空気量である理論全開空気量GAWOTが、吸気弁作動位相CAIN及びエンジン回転数NEに応じて算出され、還流排気量が「0」である仮想的な状態に対応する理論吸入空気量GATHが、理論全開空気量GAWOT及び吸気圧PBAに応じて算出される。さらに蒸発燃料通路25を介して吸気通路2に供給されるパージガス量GPGCが算出され、パージガス量GPGCを用いて吸入空気量GAIRCYLを補正することにより、吸入ガス量GINGASCYLが算出され、吸入ガス量GINGASCYLと理論吸入空気量GATHとを用いて全EGR率REGRTが算出される。したがって、排気還流率を算出するために、種々のエンジン運転状態に対応する多数のマップを予め設定しておく必要がなく、マップ設定工数を大幅に低減することができる。さらに大気圧が変化してもそれに伴う補正演算は不要であり、排気還流率を簡便かつ正確に算出することが可能となる。さらに蒸発燃料通路25を介して吸気通路2に供給されるパージガス量GPGCにより補正された吸入ガス量GINGASCYLを用いて、全EGR率REGRTが算出されるので、パージガスが供給されている状態においても正確な排気還流率を得ることができる。
 また最適点火時期IGMBTが全EGR率REGRTに応じて算出されるので、内部排気還流まで考慮された高精度の最適点火時期IGMBTを得ることができる。また全EGR率REGRTと最適点火時期IGMBTとの関係は、吸気弁作動位相CAINや外部排気還流の有無の影響を受けないことが確認されているので(図7)、全EGR率REGRTに応じて最適点火時期IGMBTを設定することにより、エンジン運転状態に適した最適点火時期IGMBTを簡便に算出することができる。そして、算出された最適点火時期IGMBTを用いて点火時期制御を行うことにより、エンジンの出力性能を十分に発揮させることができる。
 またパージガス中の蒸発燃料濃度を示す蒸発燃料濃度係数KAFEVACTが算出され、パージガス量GPGC及び蒸発燃料濃度係数KAFEVACTに応じて二次新気量GPGACYLが算出され、この二次新気量GPGACYLを用いて吸入空気量GAIRCYLを補正することにより補正吸入空気量GAIRCYLCが算出され、基本ノック限界点火時期IGKNOCKBがエンジン回転数NE及び補正吸入空気量GAIRCYLCに応じて算出される。さらに全EGR率REGRTに応じてEGRノッキング補正量DEGRTが算出され、基本ノック限界点火時期IGKNOCKBを、EGRノッキング補正量DEGRTにより補正することによりノック限界点火時期IGKNOCKが算出される。
 ノック限界点火時期IGKNOCKは全EGR率REGRTとの相関性が高いので(図9参照)、全EGR率REGRTに応じて算出されるEGRノッキング補正量DEGRTによる補正を行うことにより、ノッキングを確実に回避可能な範囲でエンジン出力を最大化する点火時期制御を高精度に行うことができる。また、蒸発燃料通路25を介してパージガスが吸気通路2に供給されるときは、気筒に吸入される新気量は、吸入空気量GAIRCYLに二次新気量GPGACYLを加算したものとなるので、全EGR率REGRT及び補正吸入空気量GAIRCYLCに応じてノック限界点火時期IGKNOCKを算出することにより、ノック限界点火時期IGKNOCKの算出精度を高めることができる。
 また吸気弁作動位相CAINに応じて圧縮比ノッキング補正量DCMPRが算出され、基本ノック限界点火時期IGKNOCKBが圧縮比ノッキング補正量DCMPRにより補正されるので、吸気弁作動位相CAINをエンジン運転状態に応じて変化させる場合においても正確なノック限界点火時期IGKNOCKを得ることができる。
 より具体的には、吸気弁作動位相CAINに応じてエンジンの実効圧縮比CMPRが算出され、該実効圧縮比CMPRに応じて圧縮比ノッキング補正量DCMPRが算出される。ノック限界点火時期IGKNOCKは実効圧縮比CMPRに依存して変化するので、吸気弁作動位相CAINに応じて実効圧縮比CMPRを算出し、その実効圧縮比CMPRに応じて基本ノック限界点火時期IGKNOCKBを補正することにより、より適切な補正を行うことができる。
 本実施形態では、クランク角度位置センサ11及び吸気圧センサ8が、回転数検出手段及び吸気圧検出手段に相当し、弁作動特性可変機構42が吸気弁作動位相可変機構に相当し、吸入空気流量センサ13が吸入空気量取得手段に相当し、ECU5が、全開吸入空気量算出手段、理論吸入空気量算出手段、蒸発燃料混合気量算出手段、吸入ガス量算出手段、排気還流率算出手段、蒸発燃料濃度算出手段、二次新気量算出手段、補正吸入空気量算出手段、最適点火時期算出手段、ノック限界点火時期算出手段、及び補正手段を構成する。具体的には、図10のステップS11及びS12が全開吸入空気量算出手段に相当し、ステップS13が理論吸入空気量算出手段に相当し、ステップS15が吸入ガス量算出手段に相当し、ステップS15が排気還流率算出手段に相当し、図12のステップS61~S68が蒸発燃料混合気量算出手段に相当し、図13の処理が蒸発燃料濃度算出手段に相当し、図14のステップS21が最適点火時期算出手段に相当し、図15の処理がノック限界点火時期算出手段に相当し、ステップS32,S33,及びS35が補正手段に相当し、図16のステップS91が二次新気量算出手段に相当し、ステップS92が補正吸入空気量算出手段に相当する。
 [第2の実施形態]
 上述した図10に示す処理により算出される全EGR率REGRTは、スロットル弁開度THの変化速度が比較的低いときは、実際の全排気還流率と精度よく一致する。しかし、スロットル弁開度増加速度が高い過渡運転状態(以下「急加速運転状態」という)においては、実際に気筒に吸入される空気量GAIRACTの変化遅れのために、算出精度が低下するという課題がある。図20は、この課題を説明するためのタイムチャートであり、エンジン回転数NEが低回転の状態(例えば700rpm程度)から急加速運転状態に移行したときにおけるスロットル弁開度TH、吸気圧PBA、吸入空気量GAIRACT、及び算出される全EGR率REGRTの推移を示す。
 図20(a)~図20(c)を比較すると明らかなように、吸気圧PBAの増加はスロットル弁開度THの増加より遅れ、実吸入空気量GAIRACTの増加は、吸気圧PBAの増加よりさらに遅れる。そのため、急加速運転状態における実際の全EGR率は、加速開始前より減少するにもかかわらず、吸気圧PBA及び検出吸気流量GAIRを用いて算出される全EGR率REGRTは、60%程度まで増加する(図20(d))。その結果、この全EGR率REGRTを用いて算出される点火時期IGLOGは、所望値より大幅に進角されて、ノッキングを発生させることになる。
 そこで本実施形態では、スロットル弁開度THが有効スロットル弁開度THEFCT以上であるときは、全EGR率REGRTを「0」に設定するようにしている。有効スロットル弁開度THEFCTは、スロットル弁開度THの増加に対して吸気圧PBAがほとんど増加しなくなるスロットル弁開度、より具体的には、エンジン回転数が一定であるという条件の下で、スロットル弁開度THの増加に対する吸気圧PBAの増加率が所定増加率以下となるスロットル弁開度である。例えば、エンジン回転数が700rpmであるときのスロットル弁開度THと吸気圧PBAとの関係は、図21に示すようになり、同図に示すTHEFCTが有効スロットル弁開度であり、THFOが全開開度である。エンジン回転数が低いときは比較的低開度で吸気圧PBAが飽和するため、有効スロットル弁開度THEFCTは比較的小さな開度(例えば全開開度THFOの15%~20%程度の開度)となる。
 スロットル弁開度THが有効スロットル弁開度THEFCT以上であるときは、全EGR率REGRTを「0」に設定することにより、図20の時刻t1近傍で全EGR率REGRTが「0」に設定されるので、上記課題を解決することができる。
 図22は、本実施形態における全EGR率算出処理のフローチャートである。この処理は、図10に示す処理にステップS21~S23を追加したものである。
 ステップS21では、エンジン回転数NEに応じて図23に示すTHEFCTテーブルを検索し、有効スロットル弁開度THEFCTを算出する。THEFCTテーブルは、エンジン回転数NEが増加するほど有効スロットル弁開度THEFCTが増加するように設定されている。
 ステップS22では、スロットル弁開度THが有効スロットル弁開度THEFCT以上であるか否かを判別する。この答が肯定(YES)であるときは、エンジン1が上述した急加速過転状態にあると判定し、全EGR率REGRTを「0」に設定する(ステップS23)。ステップS22の答が否定(NO)、すなわちスロットル弁開度THが有効スロットル弁開度THEFCTより小さいときは、ステップS15に進み、式(15)を用いて全EGR率REGRTを算出する。
 以上のように本実施形態では、エンジン回転数NEに応じて有効スロットル弁開度THEFCTが算出され、検出されるスロットル弁開度THが有効開度THEFCT以上であるときは、全EGR率REGRTが「0」に設定される。エンジンの低回転状態でスロットル弁開度THが急激に増加する急加速運転状態では、実際に気筒に供給される空気量の増加は、吸気圧PBAの増加より遅れるため(図20参照)、吸入空気量GAIRCYLと、吸気圧PBAに応じて算出される理論吸入空気量GATHとを用いて全EGR率REGRTを算出すると、算出誤差が大きくなる。検出されるスロットル弁開度THが有効スロットル弁開度THEFCT以上であるときは、実際の排気還流率はほぼ「0」となるので、全EGR率REGRTを「0」に設定することにより、実際の排気還流率を正確に近似することができる。その結果、全EGR率REGRTを用いて点火時期IGLOG及び燃料噴射量TOUTの制御を行うことにより、急加速過渡運転状態における不適切な制御を防止し、ノッキングの発生や排気特性の悪化を防止することができる。
 本実施形態では、スロットル弁開度センサ4がスロットル弁開度検出手段に相当し、図22のステップS21が有効開度算出手段に相当し、ステップS15,S22,及びS23が排気還流率算出手段に相当する。
 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、吸入空気流量センサ13により検出される吸入空気流量GAIRを用いて全EGR率REGRTを算出するようにしたが、スロットル弁開度TH,大気圧PA,及び吸気圧PBAに応じて推定吸入空気流量HGAIRを算出し、推定吸入空気流量HGAIRを用いて全EGR率REGRTを算出するようにしてもよい。
 また上述した実施形態では、排気還流通路22による外部排気還流が行われる内燃機関の制御に本発明を適用した例を示したが、外部排気還流が行われない(内部排気還流のみが行われる)内燃機関の制御にも本発明は適用可能である。
 また上述した実施形態では、吸気弁作動位相CAINに応じて実効圧縮比CMPRを算出し、実効圧縮比CMPRに応じて圧縮比ノッキング補正量DCMPRを算出するようにしたが、吸気弁作動位相CAINに応じて直接、圧縮比ノッキング補正量DCMPRを算出するようにしてもよい。
 また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。
 1 内燃機関
 2 吸気通路
 3 スロットル弁
 4 スロットル弁開度センサ(スロットル弁開度検出手段)
 5 電子制御ユニット(全開吸入空気量算出手段、理論吸入空気量算出手段、蒸発燃料混合気量算出手段、吸入ガス量算出手段、排気還流率算出手段、蒸発燃料濃度算出手段、二次新気量算出手段、補正吸入空気量算出手段、最適点火時期算出手段、ノック限界点火時期算出手段、補正手段、有効開度算出手段)
 8 吸気圧センサ(吸気圧検出手段)
 11 クランク角度位置センサ(回転数検出手段)
 13 吸入空気流量センサ(吸入空気量取得手段)
 42 弁作動特性可変機構(吸気弁作動位相可変機構)

Claims (12)

  1.  吸気通路内に設けられたスロットル弁と、前記機関に燃料を供給する燃料タンク内で発生する蒸発燃料と空気の混合気である蒸発燃料混合気を前記吸気通路に供給する蒸発燃料通路とを備える内燃機関の制御装置において、
     前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
     前記機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
     前記スロットル弁を全開にした状態に対応する吸入空気量である全開吸入空気量を、前記機関回転数に応じて算出する全開吸入空気量算出手段と、
     前記機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸入空気量を、前記全開吸入空気量及び前記吸気圧に応じて算出する理論吸入空気量算出手段と、
     前記機関の吸入空気量を検出または推定する吸入空気量取得手段と、
     前記蒸発燃料通路を介して前記吸気通路に供給される蒸発燃料混合気量を算出する蒸発燃料混合気量算出手段と、
     前記蒸発燃料混合気量を用いて前記吸入空気量を補正することにより、吸入ガス量を算出する吸入ガス量算出手段と、
     前記理論吸入空気量及び吸入ガス量を用いて排気還流率を算出する排気還流率算出手段とを備え、
     前記排気還流率を用いて前記機関を制御することを特徴とする制御装置。
  2.  前記機関の出力を最大とする最適点火時期を前記排気還流率に応じて算出する最適点火時期算出手段を有し、前記最適点火時期を用いて前記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請求項1の制御装置。
  3.  前記蒸発燃料混合気中の蒸発燃料濃度を算出する蒸発燃料濃度算出手段と、
     前記蒸発燃料混合気量及び蒸発燃料濃度に応じて、前記蒸発燃料混合気中の新気量を二次新気量として算出する二次新気量算出手段と、
     前記二次新気量を用いて前記吸入空気量を補正することにより、補正吸入空気量を算出する補正吸入空気量算出手段とをさらに備え、
     前記点火時期制御手段は、前記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を、前記排気還流率及び補正吸入空気量に応じて算出するノック限界点火時期算出手段を有し、前記最適点火時期またはノック限界点火時期の何れか遅角側の点火時期を用いて前記点火時期の制御を行う請求項2の制御装置。
  4.  前記機関は吸気弁の作動位相を変更する吸気弁作動位相可変機構を備え、
     前記点火時期制御手段は、前記作動位相に応じて前記ノック限界点火時期を補正する補正手段を有する請求項3の制御装置。
  5.  前記補正手段は、前記作動位相に応じて前記機関の実効圧縮比を算出し、該実効圧縮比に応じて前記ノック限界点火時期を補正する請求項4の制御装置。
  6.  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、
     前記スロットル弁開度の増加に対する前記吸気圧の増加率が所定増加率以下となる前記スロットル弁の有効開度を、前記機関回転数に応じて算出する有効開度算出手段とをさらに備え、
     前記排気還流率算出手段は、前記スロットル弁開度が前記有効開度以上であるときは、前記排気還流率を「0」に設定する請求項1からの5の何れか1項の制御装置。
  7.  吸気通路内に設けられたスロットル弁と、前記機関に燃料を供給する燃料タンク内で発生する蒸発燃料と空気の混合気である蒸発燃料混合気を前記吸気通路に供給する蒸発燃料通路とを備える内燃機関の制御方法であって、
     a)前記機関の回転数を検出し、
     b)前記機関の吸気圧を検出し、
     c)前記スロットル弁を全開にした状態に対応する吸入空気量である全開吸入空気量を、前記機関回転数に応じて算出し、
     d)前記機関の排気が燃焼室に還流されない状態に対応する理論吸入空気量を、前記全開吸入空気量及び前記吸気圧に応じて算出し、
     e)前記機関の吸入空気量を検出または推定し、
     f)前記蒸発燃料通路を介して前記吸気通路に供給される蒸発燃料混合気量を算出し、
     g)前記蒸発燃料混合気量を用いて前記吸入空気量を補正することにより、吸入ガス量を算出し、
     h)前記理論吸入空気量及び吸入ガス量を用いて排気還流率を算出し、
     i)前記排気還流率を用いて前記機関を制御するステップを備えることを特徴とする制御方法。
  8.  前記ステップi)は、
     j)前記機関の出力を最大とする最適点火時期を前記排気還流率に応じて算出し、
     k)前記最適点火時期を用いて前記機関の点火時期を制御するステップを含む請求項7の制御方法。
  9.  l)前記蒸発燃料混合気中の蒸発燃料濃度を算出し、
     m)前記蒸発燃料混合気量及び蒸発燃料濃度に応じて、前記蒸発燃料混合気中の新気量を二次新気量として算出し、
     n)前記二次新気量を用いて前記吸入空気量を補正することにより、補正吸入空気量を算出するステップをさらに備え、
     前記ステップk)は、
     o)前記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を、前記排気還流率及び補正吸入空気量に応じて算出するステップを含み、
     前記最適点火時期またはノック限界点火時期の何れか遅角側の点火時期を用いて前記点火時期の制御が行われる請求項8の制御方法。
  10.  前記機関は吸気弁の作動位相を変更する吸気弁作動位相可変機構を備え、
     前記ステップk)は、p)前記作動位相に応じて前記ノック限界点火時期を補正するステップをさらに含む請求項9の制御方法。
  11.  前記ステップp)は、
     q)前記作動位相に応じて前記機関の実効圧縮比を算出し、
     r)該実効圧縮比に応じて前記ノック限界点火時期を補正するステップを含む請求項10の制御方法。
  12.  s)前記スロットル弁の開度を検出し、
     t)前記スロットル弁開度の増加に対する前記吸気圧の増加率が所定増加率以下となる前記スロットル弁の有効開度を、前記機関回転数に応じて算出するステップをさらに備え、
     前記ステップh)では、前記スロットル弁開度が前記有効開度以上であるときは、前記排気還流率が「0」に設定される請求項7からの11の何れか1項の制御方法。
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