WO2017033644A1 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

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儀信 有原
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for a spark ignition type internal combustion engine.
  • spark ignition internal combustion engines engines used in automobiles, etc.
  • fuel is supplied according to the operating state of the engine according to the amount of air that is inhaled, and sparks are ignited at the optimal timing, resulting in fuel efficiency and output.
  • sparks are ignited at the optimal timing, resulting in fuel efficiency and output.
  • an EGR Exhaust
  • an external EGR passage is provided between an exhaust pipe and an intake pipe of an engine, and exhaust gas is recirculated through the external EGR passage.
  • NOx which is a harmful exhaust component
  • gas recirculation it is generally known to reduce NOx, which is a harmful exhaust component, by gas recirculation.
  • EGR gas cooled through an external EGR passage equipped with an EGR cooler is introduced into the combustion chamber 106, and in addition to reducing NOx, an increase in combustion temperature can be suppressed. I am doing so.
  • Such suppression of the increase in combustion temperature is advantageous in improving combustion efficiency, suppressing knocking, improving the reliability of the exhaust purification catalyst, and the like.
  • the combustion state becomes unstable due to a decrease in the combustion speed, or the ignition of the air-fuel mixture is poor, and the fuel efficiency improvement effect cannot be derived due to misfire.
  • the ignition timing is advanced (accelerated) with respect to a state where EGR gas is not introduced or a state where there is little EGR gas, and the MBT (Minimum spark advance for Best Torque) has the best combustion efficiency.
  • the ignition timing for MBT is the influence of the amount of water in the intake air immediately before the combustion chamber 106, in which EGR gas recirculated from the exhaust pipe to the intake pipe is mixed with air (new air) drawn from the atmosphere. Receive greatly.
  • the object of the present invention is to control the ignition so that the ignition timing is always the optimum timing without changing the EGR amount or the EGR rate at which the best fuel consumption rate can be achieved, so that the optimal fuel consumption and stability are achieved. It is an object of the present invention to provide a control device for an in-cylinder fuel injection type internal combustion engine that can achieve the above-described combustion state.
  • the present invention provides an internal combustion engine controller for controlling an internal combustion engine to which a humidity sensor for detecting humidity in the atmosphere and an ignition device for igniting an air-fuel mixture in a combustion chamber are connected.
  • a moisture amount calculation unit that calculates the amount of moisture contained in the intake air flowing into the combustion chamber in accordance with a detection value of the sensor; and an ignition timing control unit that controls the ignition timing of the ignition device, the ignition timing
  • the control unit controls the ignition timing of the ignition device to move in the advance direction as the moisture amount in the intake air calculated by the moisture amount calculation unit increases.
  • FIG. 1 is an overall schematic diagram showing an embodiment of a control system for a spark ignition engine according to the present invention. It is a block diagram which shows one Embodiment of the input / output signal relationship of the engine control unit used for the control system of the spark ignition type engine which concerns on this invention. It is a figure which shows the relationship between a fuel consumption rate from an EGR rate and ignition timing. It is a figure which shows the relationship between combustion stability from an EGR rate and ignition timing. It is a figure which shows the relationship with the ignition timing used as MBT from the moisture content in air
  • FIG. 1 is an overall schematic diagram showing an embodiment of a control system for a spark ignition engine according to the present invention. It is a block
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the entire control system of a cylinder fuel injection internal combustion engine 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the direct injection internal combustion engine (DI) will be described.
  • the present invention is not limited to DI, and can be applied to an intake port injection internal combustion engine (PFI).
  • the intake air (fresh air) taken in from the inlet of the air cleaner 102 passes through a flow rate measurement unit in which an intake air flow meter (air flow sensor) 103 is disposed, and the flow rate is measured. Further, the humidity in the fresh air is measured by a humidity sensor 207 attached to the airflow sensor or provided separately. Thereafter, the intake air passes through the electric throttle valve 104 that controls the intake air flow rate, and after the intake air temperature is measured by the intake air temperature sensor 208 in the intake pipe, the intake air connected to each cylinder (each cylinder). Distributed to the tube 105. The intake air is distributed to the intake pipe 105 and then introduced into the combustion chamber 106 through an intake valve 119 provided in each cylinder.
  • an intake air flow meter air flow sensor
  • the combustion chamber 106 is formed by the inner wall surface of the cylinder 124 and the crown surface 125a of the piston 125 that reciprocates within the cylinder 124.
  • the volume of the combustion chamber 106 changes as the piston 125 reciprocates.
  • ECU engine control unit
  • a throttle opening sensor 107 for detecting the opening of the electric throttle valve 104 is attached to the electric throttle valve 104, and its output signal is also input to the engine control unit 101.
  • the fuel is first pressurized by a low-pressure fuel pump (not shown), then secondarily pressurized to a higher pressure by the high-pressure fuel pump 108, and a fuel injection valve provided in each cylinder via the common rail 117.
  • (Injector) 109 is injected into combustion chamber 106.
  • the fuel injected into the combustion chamber 106 generates an air-fuel mixture with intake air, is ignited by the ignition plug 111 by the ignition energy from the ignition coil 110, and burns in the combustion chamber 106.
  • the exhaust gas generated by the combustion of the air-fuel mixture is discharged from the combustion chamber 106 to the exhaust pipe 123 through the exhaust valve 122 provided in each cylinder.
  • an EGR outlet of an exhaust gas circulation (EGR) device is formed in the middle of the exhaust pipe 123.
  • a part of the exhaust gas (EGR gas) flowing through the exhaust pipe 123 flows from the EGR intake port to the EGR cooler 126 and is cooled, then flows through the EGR pipe 112 to the EGR control valve 113, and is taken in through the EGR introduction port. Reflux into tube 105.
  • the EGR gas flow rate is adjusted by the EGR control valve 113.
  • An EGR gas flow sensor 114 for measuring the EGR gas flow rate is attached in the EGR pipe 112.
  • An output signal (flow rate detection signal) of the EGR gas flow rate sensor 114 is input to the engine control unit 101.
  • the crank angle sensor 116 attached to the crankshaft 115 of the engine outputs a signal indicating the rotational position of the crankshaft 115 to the engine control unit 101.
  • the cam angle sensor 121 attached to the cam shaft 120 of the engine outputs a signal indicating the rotational position of the cam shaft to the engine control unit 101.
  • the cam shaft 120 and the cam angle sensor 121 are provided for each of the intake valve 119 and the exhaust valve 122.
  • Figure 2 shows the input / output relationship of the engine control unit.
  • the engine control unit 101 includes an I / O LSI 101a including an A / D converter 101a-1, a CPU (Central processing unit) 101b that executes arithmetic processing, and the like.
  • the engine control unit 101 includes an airflow sensor 103, a throttle sensor 107, a cam angle sensor 121, a crank angle sensor 116, a water temperature sensor 202, an air-fuel ratio sensor 203, a fuel pressure sensor 204, an oil temperature sensor 205, and an EGR gas flow rate sensor 114.
  • a signal from a sensor or the like is taken as an input, and a predetermined calculation process is executed.
  • the calculated calculation result is supplied as a control signal to the electric throttle valve 104, the high pressure pump solenoid 206, the ignition coil 110, and the plurality of injectors 109, which are actuators, and the common rail internal combustion pressure control, fuel injection amount control, ignition timing control, etc. Is executed.
  • the I / O LSI 101a is provided with a drive circuit 101a-2 for driving each injector 109.
  • the drive circuit 101a-2 boosts the voltage supplied from the battery by a booster circuit (not shown), and supplies the voltage to each injector 109 by controlling the current with an IC (Integrated Circuit) (not shown). 109 is driven.
  • the EGR rate indicates the proportion of EGR gas contained in the intake air flowing into the combustion chamber 106.
  • the EGR rate is low (including 0% where the EGR is cut and the EGR gas is not recirculated)
  • the pumping loss is reduced as the EGR rate is increased, and a fuel consumption rate reduction effect is obtained.
  • the ignition timing remains constant, the combustion speed decreases due to the inert gas contained in the exhaust gas, and it is impossible to bring out the fuel efficiency effect due to the reduction in pumping loss. Therefore, in order to advance the combustion start timing by the amount corresponding to the decrease in the combustion speed, the fuel efficiency can be derived by advancing the ignition timing (advance).
  • combustion stability is the same as the fuel efficiency rate, and the EGR rate is low (including 0% when EGR is cut and EGR gas is not recirculated), and the combustion rate decreases as the EGR rate increases. Stability deteriorates. Vibrations and sounds due to deterioration in combustion stability are transmitted to the driver through the body of the automobile, etc., which may cause the driver to feel uncomfortable, and may significantly impair the merchantability of the automobile. Therefore, as with the fuel consumption rate, the ignition timing is advanced (advanced) in order to advance the combustion start timing by the reduction in the combustion speed, thereby preventing deterioration in combustion stability.
  • the top dead center TDC (Top Dead Centre) at the crank angle is 0 °
  • the bottom dead center BDC (Bottom Dead Centre) is 180 °
  • the angle reaching the top dead center TDC again is 360 °.
  • the top dead center TDC at the crank angle coincides with the top dead center TDC of the piston 125
  • the bottom dead center BDC at the crank angle coincides with the bottom dead center BDC of the piston 125.
  • the intake stroke is a period from the piston 125 to the bottom dead center BDC from the top dead center TDC
  • the compression stroke is the period from the piston 125 to the top dead center TDC from the bottom dead center BDC.
  • the combustion stroke is a period during which the air-fuel mixture ignited by the spark plug 111 burns, but the ignition timing may be set before the top dead center in the compression stroke in consideration of the time lag of flame propagation to the air-fuel mixture. In this case, the combustion stroke starts before top dead center and overlaps with the compression stroke defined as described above in a part of the period.
  • FIG. 5 is used to explain the relationship between the amount of water contained in the air taken into the engine and the fuel consumption rate.
  • the ignition timing for MBT is greatly affected by the amount of water contained in the air (fresh air) drawn into the engine. When the amount of water in the fresh air is large and when the amount of water in the fresh air is small, the ignition timing for MBT changes to the advance side.
  • the amount of change in the ignition timing resulting in MBT due to the amount of moisture in the fresh air also varies depending on the EGR rate that recirculates from the exhaust pipe to the intake pipe at that time, when the EGR rate is high and when the EGR rate is low The amount of change increases.
  • FIG. 6 is an example of a control block diagram of the ignition coil 110 implemented by the CPU 101b of the control unit 101 having the ignition coil control device.
  • the ignition coil control device includes a fuel property determination unit 601 that determines the fuel property supplied to the engine, a basic ignition timing calculation unit 602 that calculates an optimal ignition timing at the operating point from the engine speed and the engine load, Ignition timing correction unit 603 according to the operating state, Ignition timing correction unit 604 according to the operation state of various devices such as EGR, Ignition timing correction unit according to the amount of water contained in the intake air sucked into the combustion chamber 106 605.
  • the ignition coil control device includes a final ignition timing determination unit 606 that determines all of these in an integrated manner, and an ignition coil drive unit 607 that supplies a drive current to the ignition coil.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the control contents of an embodiment of the ignition timing control according to the present invention.
  • the control flow shown in FIG. 7 is programmed in the CPU of the engine control unit 101 and is repeatedly executed at a predetermined cycle.
  • the engine control unit 101 supplies a predetermined control signal to each ignition coil based on the final ignition timing calculated according to the processing content of FIG. 6, and executes one ignition in one combustion cycle.
  • the ignition timing is an amount corresponding to an angle, and in the present embodiment, it is an amount corresponding to a crank angle.
  • step 701 the property of the fuel supplied to the engine is determined.
  • the octane number of the fuel is detected, and it is determined whether the supplied fuel is high-octane or regular.
  • the octane number is detected by, for example, the magnitude (level) of knocking when the knocking occurs using the knock sensor (not shown) and the frequency of occurrence of knocking. Judgment from.
  • step 702 the basic ignition timing corresponding to the operating state of the engine is calculated.
  • the calculation is stored in advance in the CPU of the engine control unit 101 according to the high-octane and regular octane numbers, and is retrieved from data mapped with parameters representing the engine speed and engine load.
  • step 703 the basic ignition timing is determined from the supplied fuel and the operating state of the engine.
  • step 704 the correction value of the ignition timing according to the engine state such as the engine coolant temperature 202 detected by the water temperature sensor and the engine lubricating oil temperature detected by the oil temperature sensor 205 is calculated.
  • the ignition timing correction value is calculated according to the operating state of various devices mounted on the engine.
  • the devices include a variable valve timing mechanism (not shown) that changes the valve timing, and a variable air passage mechanism (not shown) that changes air flow characteristics such as a tumble flow and a swirl flow of intake air flowing into the combustion chamber 106. ) And the like.
  • step 706 the ignition timing is corrected in accordance with the amount of water contained in the intake air flowing into the combustion chamber 106.
  • the amount of moisture in the intake air is recirculated from the exhaust pipe 123 based on the amount of moisture detected by the humidity sensor 207 provided in the atmosphere introduction unit and the intake air temperature immediately before the combustion chamber 106 detected by the intake temperature sensor 208. It is calculated from the amount of water in the EGR gas.
  • step 707 the final ignition timing is determined by combining the correction values from the ignition timing correction values calculated in steps 704 to 706.
  • step 708 the drive current of the ignition coil 110 is controlled based on the ignition timing determined in step 707, and the air-fuel mixture in the combustion chamber 106 is ignited by the ignition plug 111 at a desired timing.
  • the ignition timing correction amount calculation unit corresponding to the amount of moisture in the intake air in step 704 will be described in more detail.
  • the humidity sensor 207 measures the amount of moisture in the intake air that is sucked into the engine from the atmosphere.
  • the humidity sensor includes one that measures only humidity, one that is combined with a temperature sensor, and one that is combined with an airflow sensor that measures the amount of intake air, but any type of humidity sensor may be used.
  • the humidity sensor is preferably an absolute humidity sensor, but may be a relative humidity sensor, and may be a combination of a temperature sensor and a pressure sensor.
  • an EGR gas amount is calculated.
  • the EGR flow sensor 114 is used for measurement.
  • measurement may be performed using a combination of a pressure sensor including a differential pressure and a temperature sensor.
  • the EGR gas amount may be estimated from the opening amount or the opening ratio of the EGR adjustment valve.
  • step 803 the EGR gas temperature is detected by the EGR gas temperature sensor 209 provided in the EGR pipe 112.
  • step 804 the amount of water in the EGR gas is calculated.
  • the amount of water in the EGR gas is calculated from the EGR gas amount calculated in the above-described step 802 and the EGR gas temperature detected in the above-described step 803. Further, the flow rate measurement accuracy is further improved by measuring the pressure of the EGR pipe.
  • the intake air temperature sensor 208 detects the intake air temperature sucked into the combustion chamber 106.
  • the intake air temperature is detected as a temperature at which fresh air sucked from the atmosphere is mixed with EGR gas recirculated from the exhaust pipe.
  • step 806 the amount of water in the intake air including EGR gas flowing into the combustion chamber 106 is calculated. Based on the amount of moisture in the atmosphere detected in step 806, the amount of moisture in the EGR gas calculated in step 804, and the intake air temperature detected in step 805, the air is finally sucked into the combustion chamber 106. Calculate the amount of moisture to be added.
  • the internal combustion engine control apparatus 101 of the present embodiment includes the humidity sensor 207 that detects the humidity in the atmosphere and the ignition device that ignites the air-fuel mixture inside the combustion chamber 106 (ignition coil 110, ignition plug 111). ) Is connected to the internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine control device 101 includes a moisture amount calculation unit that calculates the amount of moisture contained in the intake air flowing into the combustion chamber 106 in accordance with the detection value of the humidity sensor 207, and an ignition timing that controls the ignition timing of the ignition device.
  • a control unit final ignition timing determination unit 606.
  • the ignition timing control unit determines the water content in the intake air calculated by the water content calculation unit by determining the ignition timing correction amount according to the water content by the ignition timing correction unit 605. As the amount is higher, the ignition timing of the ignition device (ignition coil 110, ignition plug 111) is controlled to move in the advance direction.
  • the internal combustion engine 1 of this embodiment is connected to an exhaust gas recirculation part (EGR pipe 112) that recirculates part of the exhaust gas in the exhaust pipe 123 to the intake pipe 105, and is recirculated by the exhaust gas recirculation part (EGR pipe 112).
  • EGR pipe 112 exhaust gas recirculation part
  • the moisture contained in the intake air flowing into the combustion chamber 106 is corrected according to the state of the recirculated gas (EGR gas).
  • the ignition timing control unit (final ignition timing determination unit 606) is an ignition device (ignition coil 110, spark plug 111) when the moisture amount in the intake air calculated by the moisture amount calculation unit is the first calculated value.
  • the ignition device ignition coil 110, ignition The second ignition timing of the plug 111 is controlled to move in the advance direction.
  • the moisture amount calculation unit includes the atmospheric humidity detected by the humidity sensor 207, the amount of moisture contained in the reflux gas (EGR gas) recirculated by the exhaust gas recirculation unit (EGR pipe 112), and the exhaust gas in the intake pipe 105.
  • the amount of moisture contained in the intake air flowing into the combustion chamber 106 is calculated from the intake air temperature downstream from the introduction part of the gas recirculation part (EGR pipe 112).
  • the amount of water contained in the recirculation gas recirculated by the exhaust gas recirculation part (EGR pipe 112) is calculated from the temperature of the recirculation gas (EGR gas) and the amount of the recirculation gas (EGR gas).
  • the ignition timing control unit (final ignition timing determination unit 606) is an ignition device (ignition unit) when the load of the internal combustion engine 1 changes when the moisture amount in the intake air calculated by the moisture amount calculation unit is a constant value. Control is performed to change the correction amount of the ignition timing of the coil 110 and the spark plug 111).
  • the ignition timing control unit (final ignition timing determination unit 606) is an ignition device (when the load of the internal combustion engine 1 increases when the moisture amount in the intake air calculated by the moisture amount calculation unit is a constant value). Control is performed to reduce the correction amount of the ignition timing of the ignition coil 110 and the ignition plug 111).
  • the ignition timing control unit (final ignition timing determination unit 606), when the moisture amount in the intake air calculated by the moisture amount calculation unit is a constant value, the load of the internal combustion engine 1 is the first detection value.
  • the ignition timing control unit (final ignition timing determination unit 606) detects a second calculated value that is lower than the first calculated value after the water content calculated by the water content calculating unit calculates the first calculated value. In the case where the first calculated value is detected after the moisture amount calculated by the moisture amount calculating unit calculates the second calculated value with respect to the correction speed per unit time of the ignition timing of the internal combustion engine 1 in this case Control is performed such that the correction speed per unit time of the ignition timing of the engine 1 is reduced.
  • the amount of water sucked into the combustion chamber is calculated, and the optimal ignition timing corresponding to the amount of water is controlled, so that the target optimum EGR amount or EGR rate is not changed. It becomes possible to improve fuel consumption without impairing the performance.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations.

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Abstract

最良燃費率が実現可能なＥＧＲ量またはＥＧＲ率を変化させることなく、点火タイミングがＭＢＴとなるように、常に点火が最適なタイミングとなるように制御し、最良燃費及び安定した燃焼状態を得る。　そのため、大気中の湿度を検出する湿度センサと、燃焼室内の混合気に点火する点火装置とが接続される内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、前記湿度センサの検出値に応じて燃焼室に流入する吸入空気中に含まれる水分量を算出する水分量算出部と、前記点火装置の点火タイミングを制御する点火タイミング制御部と、を備え、前記点火タイミング制御部は、前記水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が高い程、前記点火装置の点火タイミングを進角方向に移動するように制御する。

Description

内燃機関制御装置
　本発明は、火花点火式内燃機関の制御装置に関する。
　自動車等に用いられる火花点火式内燃機関（エンジン）では、エンジンの運転状態に合わせて、吸入される空気量に応じた燃料を供給し、最適なタイミングで火花を点火することで、燃費や出力の向上等を図っている。
　また、特開平５－８６９８８号公報（特許文献１）に示されるように、エンジンの排気管と吸気管との間に外部ＥＧＲ通路を設け、この外部ＥＧＲ通路を通して排気ガスを還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）により有害な排気成分であるＮＯｘの低減を図ることが一般に知られている。上記公報に示される装置では、ＥＧＲクーラを備えた外部ＥＧＲ通路を通って冷やされたＥＧＲガスを燃焼室１０６に導入するようにし、ＮＯｘの低減に加え、燃焼温度の上昇を抑制することができるようにしている。このような燃焼温度の上昇抑制は、燃焼効率の向上、ノッキング抑制、排気浄化用の触媒の信頼性向上等に有利となる。
特開平５－８６９８８号公報
　前述の火花点火式内燃機関において、ＥＧＲガスが導入された燃焼では燃焼速度の低下により燃焼状態が不安定になったり、混合気の着火不良が生じたりして、失火により燃費向上効果が導き出せない場合がある。このような場合は、ＥＧＲガスが導入されない状態、またはＥＧＲガスが少ない状態に対して、点火タイミングを進角（早める）させ、点火タイミングを最も燃焼効率の良いＭＢＴ（Minimum spark advance for Best Torque）に設定することにより、着火性や燃焼安定性を向上させることができる。
　上記ＭＢＴとなる点火タイミングは、大気中から吸入される空気（新気）に、排気管より吸気管に還流されたＥＧＲガスが混ざり合った、燃焼室１０６直前における吸入空気中の水分量の影響を大きく受ける。
　本発明の目的は、最良燃費率が実現可能なＥＧＲ量またはＥＧＲ率を変化させることなく、点火タイミングがＭＢＴとなるように、常に点火が最適なタイミングとなるように制御し、最良燃費及び安定した燃焼状態が得られる筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置を提供することにある。
　　上記目的を達成するために本発明では、大気中の湿度を検出する湿度センサと、燃焼室内の混合気に点火する点火装置とが接続される内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、前記湿度センサの検出値に応じて燃焼室に流入する吸入空気中に含まれる水分量を算出する水分量算出部と、前記点火装置の点火タイミングを制御する点火タイミング制御部と、を備え、前記点火タイミング制御部は、前記水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が高い程、前記点火装置の点火タイミングを進角方向に移動するように制御することを特徴とする。
　本発明によれば、火花点火式内燃機関において、大気中の環境及び排気管から吸気管に還流されるＥＧＲの状態が変化しても、常に最良な点火タイミングに制御することが可能となり、安定した燃焼、及び燃費性能を向上する。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明に係る火花点火式エンジンの制御システムの一実施形態を示す全体の構成概略図である。 本発明に係る火花点火式エンジンの制御システムに用いられるエンジン制御ユニットの入出力信号関係の一実施形態を示すブロック線図である。 ＥＧＲ率と点火タイミングとから、燃費率との関係を示す図である。 ＥＧＲ率と点火タイミングとから、燃焼安定性との関係を示す図である。 大気中の水分量とＥＧＲ率とから、ＭＢＴとなる点火タイミングとの関係を示す図である。 本発明に係る火花点火式エンジン制御システムに用いられる、点火制御ブロック図である。 図６に示す点火タイミングの設定に関する処理内容を示すフローチャートである。 ステップ７０４の吸入空気中の水分量に応じた点火タイミング補正量算出部について説明する図である。
　以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。
　図１は、本発明の一実施形態をなす、筒内燃料噴射式内燃機関１の制御システム全体の構成概略図である。本実施例では、筒内直接噴射式内燃機関（ＤＩ）で説明するがＤＩに限定するものでは無く、吸気ポート噴射式内燃機関（ＰＦＩ）にも適用可能なものである。
　エアクリーナ１０２の入口部から取り入れられた吸入空気（新気）は、吸入空気流量計（エアフロセンサ）１０３が配置された流量計測部を通り、その流量が計測される。さらにエアフロセンサに付帯、または別体に設置された湿度センサ２０７にて新気中の湿度が計測される。その後、吸入空気は、吸入空気流量を制御する電制スロットル弁１０４を通り、吸気管内の吸入空気温度センサ２０８にて吸入空気温度が計測された後、各シリンダ（各気筒）に接続された吸気管１０５に分配される。吸入空気は、吸気管１０５に分配された後、各気筒に設けられた吸気弁１１９を通り燃焼室１０６に導入される。燃焼室１０６はシリンダ１２４の内壁面とシリンダ１２４内を往復動作するピストン１２５の冠面１２５ａとによって形成され、ピストン１２５の往復動作によってその容積が変化する。吸入空気流量計１０３からは、吸入空気流量を表す出力信号がエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１０１に入力される。電制スロットル弁１０４には電制スロットル弁１０４の開度を検出するスロットル開度センサ１０７が取り付けられており、その出力信号もエンジン制御ユニット１０１に入力される。
　燃料は、低圧燃料ポンプ（図示せず）により１次加圧された後、高圧燃料ポンプ１０８で更に高い圧力に２次加圧され、コモンレール１１７を介して各シリンダに設けられている燃料噴射弁（インジェクタ）１０９から燃焼室１０６に噴射される。燃焼室１０６に噴射された燃料は、吸入空気との混合気を生成し、点火コイル１１０からの点火エネルギにより点火プラグ１１１で着火され、燃焼室１０６内で燃焼する。
　混合気の燃焼によって生じた排気ガス、は燃焼室１０６から各気筒に設けられた排気弁１２２を通じて排気管１２３へ排出される。排気管１２３の途中には、排気ガス循環（ＥＧＲ）装置のＥＧＲ取出口が形成されている。排気管１２３を流れる排気ガスの一部（ＥＧＲガス）は、ＥＧＲ取入口からＥＧＲクーラ１２６へ流れて冷却された後、ＥＧＲ管１１２を通ってＥＧＲ制御弁１１３へ流れ、ＥＧＲ導入口を経て吸気管１０５内に還流する。
　ＥＧＲガス流量はＥＧＲ制御弁１１３によって調節される。ＥＧＲ管１１２内にはＥＧＲガス流量を計測するためのＥＧＲガス流量センサ１１４が取り付けられる。ＥＧＲガス流量センサ１１４の出力信号（流量検出信号）はエンジン制御ユニット１０１に入力される。
　エンジンのクランク軸１１５に取り付けられたクランク角センサ１１６は、クランク軸１１５の回転位置を表す信号をエンジン制御ユニット１０１に出力する。
　エンジンのカム軸１２０に取り付けられたカム角センサ１２１は、カム軸の回転位置を表す信号をエンジン制御ユニット１０１に出力する。カム軸１２０及びカム角センサ１２１は、吸気弁１１９及び排気弁１２２のそれぞれに対して設けられている。
　図２にエンジン制御ユニットの入出力関係を示す。
　エンジン制御ユニット１０１は、Ａ／Ｄ変換器１０１ａ－１を含むＩ／Ｏ用ＬＳＩ１０１ａ、演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）１０１ｂ等から構成される。エンジン制御ユニット１０１は、エアフロセンサ１０３，スロットルセンサ１０７，カム角センサ１２１，クランク角センサ１１６，水温センサ２０２，空燃比センサ２０３，燃圧センサ２０４，油温センサ２０５，ＥＧＲガス流量センサ１１４を含む各種センサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行する。算出された演算結果は、アクチュエータである電制スロットル弁１０４，高圧ポンプソレノイド２０６，点火コイル１１０，複数のインジェクタ１０９に制御信号として供給され、コモンレール内燃圧制御，燃料噴射量制御及び点火時期制御等が実行される。Ｉ／Ｏ用ＬＳＩ１０１ａには各インジェクタ１０９を駆動する駆動回路１０１ａ－２が設けられている。駆動回路１０１ａ－２は、バッテリから供給される電圧を昇圧回路（図示しない）にて昇圧し、図示しないＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）によって電流制御することによって各インジェクタ１０９に供給し、各インジェクタ１０９を駆動する。
　図３を用いて、ＥＧＲ率と点火タイミングから、燃費率との関係を説明する。
ＥＧＲ率とは、燃焼室１０６に流れ込む吸入空気中に含まれるＥＧＲガスの割合を示すものである。ＥＧＲ率が低い（ＥＧＲがカットされていて、ＥＧＲガスが還流していない０％も含む）場合に対して、ＥＧＲ率が高くなるに従い、ポンピングロスが減少し、燃費率低減効果が得られる。このとき、点火タイミングが一定のままであると、排気ガス中に含まれる不活性ガスにより燃焼速度が低下し、ポンピングロス減少分での燃費効果を引き出すことが出来ない。そこで、燃焼速度が低下する分、燃焼開始時期を早めるために、点火タイミングを早める（進角）させることで、燃費効果を導き出すことが可能になる。
　図４を用いて、ＥＧＲ率と点火タイミングから、燃焼安定性との関係を説明する。燃焼安定性は前記燃費率と同様、ＥＧＲ率が低い（ＥＧＲがカットされ、ＥＧＲガスが還流していない０％も含む）場合に対して、ＥＧＲ率が高くなるに従い燃焼速度が低下して燃焼安定性が悪化する。燃焼安定性の悪化による振動や音は自動車の車体等を介して運転者に伝わり、運転者に不快感を与える事となり、自動車の商品性を著しく損なう可能性がある。そこで、前記燃費率と同様、燃焼速度が低下する分、燃焼開始時期を早めるために、点火タイミングを早める（進角）させることで、燃焼安定性の悪化を防止する。
　図４では、クランク角度における上死点ＴＤＣ（Top Dead Centre）を０°とし、下死点ＢＤＣ（Bottom Dead Centre）を１８０°、再び上死点ＴＤＣに至る角度を３６０°とする。クランク角度における上死点ＴＤＣはピストン１２５の上死点ＴＤＣに一致し、クランク角度における下死点ＢＤＣはピストン１２５の下死点ＢＤＣに一致する。
　本実施例では、吸気行程はピストン１２５が上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに至る期間、圧縮行程はピストン１２５が下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに至る期間とする。燃焼行程は点火プラグ１１１により点火された混合気が燃焼する期間であるが、混合気への火炎伝播のタイムラグを考慮し、点火タイミングが圧縮行程における上死点前に設定される場合がある。この場合、燃焼行程は上死点前に始まり、上述のように定義した圧縮行程と一部の期間においてオーバーラップすることになる。
　図５を用いて、エンジンに吸入される大気中に含まれる水分量と燃費率との関係を説明する。
　ＭＢＴとなる点火タイミングは、エンジンに吸入される空気（新気）に含まれる水分量により大きく影響を受ける。新気中の水分量が多い場合、新気中の水分量が少ない場合に対して、ＭＢＴとなる点火タイミングは進角側へと変化する。
　また、新気中の水分量によるＭＢＴとなる点火タイミングの変化量は、そのときの排気管から吸気管へと還流するＥＧＲ率によっても異なり、ＥＧＲ率が高い場合、ＥＧＲ率が低い場合に対して変化量は大きくなる。
　図６を用いて、本実施形態による点火タイミング制御の概要を説明する。
図６は、前記点火コイル制御装置を有するコントロールユニット１０１のＣＰＵ１０１ｂが実施する、点火コイル１１０の制御ブロック図の一態様である。
点火コイル制御装置は、エンジンに供給されている燃料性状を判定する燃料性状判定部６０１、エンジン回転数とエンジン負荷からその動作点において最適な点火タイミングを算出する基本点火タイミング算出部６０２、エンジンの運転状態に応じた点火時期補正部６０３、ＥＧＲ等の各種デバイスの動作状態に応じた点火時期補正部６０４、燃焼室１０６に吸入される吸入空気中に含まれる水分量に応じた点火時期補正部６０５とを備える。また点火コイル制御装置は、これらの全てを総合し決定する最終点火タイミング決定部６０６、点火コイルに駆動電流を与える点火コイル駆動部６０７から構成される。
　図７を用いて、本実施形態による内燃機関の点火タイミング制御の具体的な制御内容（制御フロー）について説明する。
　図７は、本発明に係る点火タイミング制御の一実施形態についてその制御内容を示すフローチャートである。
　図７に示す制御フローはエンジン制御ユニット１０１のＣＰＵにプログラミングされ、あらかじめ定められた周期で繰り返し実行される。エンジン制御ユニット１０１は図６の処理内容で算出された、最終点火タイミングに基づき、各点火コイルに所定の制御信号を供給し、１燃焼サイクル中に１回の点火を実行する。なお、以下の説明において、点火タイミングは角度に相当する量であり、特に本実施形態ではクランク角度に相当する量である。
　ステップ７０１では、エンジンに供給されている燃料の性状を判定する。ここでは燃料のオクタン価を検出し、供給されている燃料がハイオクかレギュラーかを判定する。オクタン価の検出は、直接検出する燃料性状センサ（図示せず）のほかに、例えば、ノックセンサ（図示せず）を用いてノッキングが発生した場合のノッキングの大きさ（レベル）やノッキングの発生頻度から判定する。
　ステップ７０２では、エンジンの運転状態に応じた基本点火タイミングを算出する。算出は、例えばあらかじめエンジン制御ユニット１０１のＣＰＵにハイオク、レギュラーのオクタン価別に記憶され、エンジン回転数とエンジン負荷を表すパラメータとでマッピングされたデータから検索される。
　ステップ７０３では、供給されている燃料とエンジンの運転状態から、基本点火タイミングが確定される。
　ステップ７０４では、水温センサで検出されるエンジン冷却水温度２０２や、油温センサ２０５で検出されるエンジン潤滑油温等のエンジン状態に応じた点火タイミングの補正値の算出を行う。
　ステップ７０５では、エンジンに装着された各種デバイスの動作状態に応じた点火タイミングの補正値の算出を行う。デバイスとは、バルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構（図示せず）や、燃焼室１０６に流入する吸入空気のタンブル流やスワール流等の空気流動特性を変化させる可変空気通路機構（図示せず）等が挙げられる。
　ステップ７０６では、燃焼室１０６内に流入する吸入空気中に含まれる水分量に応じた点火タイミングの補正を行う。吸入空気中水分量は、大気導入部に設けられた湿度センサ２０７により検出された水分量を基本に、吸気温度センサ２０８により検出される燃焼室１０６直前の吸気温度、排気管１２３から還流されるＥＧＲガス中の水分量から算出される。
　ステップ７０７では、前記ステップ７０４からステップ７０６までで算出された点火タイミング補正値から、補正値を総合して最終的な点火タイミングを決定する。
　ステップ７０８では、前記ステップ７０７で決定された点火タイミングに基づいて、点火コイル１１０の駆動電流を制御し、点火プラグ１１１にて所望のタイミングで燃焼室１０６内の混合気に点火する。
　図８を用いて、前述のステップ７０４の吸入空気中の水分量に応じた点火タイミング補正量算出部について、さらに詳細に説明する。
　ステップ８０１では、湿度センサ２０７により大気中からエンジンに吸入される、吸入空気中の水分量を計測する。湿度センサは、湿度のみを計測するもの、温度センサと組み合わされたもの、さらには吸入空気量を計測するエアフロセンサと組み合わされた一体型のものがあるが、いずれのタイプのものでも構わない。
　また、湿度センサは、絶対湿度センサが望ましいが、相対湿度センサであっても構わず、温度センサ、さらには圧力センサとの組合せであれば構わない。
　ステップ８０２では、ＥＧＲガス量を算出する。本実施例ではＥＧＲ流量センサ１１４を用いて計量しているが、差圧を含む圧力センサと温度センサとの組合せで計量してもよい。また、ＥＧＲ調整弁の開口量または開口割合から、ＥＧＲガス量を推定しても良い。
　ステップ８０３では、ＥＧＲ管１１２に設けられたＥＧＲガス温度センサ２０９により、ＥＧＲガス温度を検出する。
　ステップ８０４では、ＥＧＲガス中の水分量を算出する。前述のステップ８０２にて算出されたＥＧＲガス量と、前述のステップ８０３にて検出したＥＧＲガス温度から、ＥＧＲガス中の水分量を算出する。また、ＥＧＲ管の圧力を計測することにより、さらに流量計測精度が向上する。
　ステップ８０５では、吸入空気温度センサ２０８にて燃焼室１０６に吸入される吸入空気温度を検出する。吸入空気温度は、大気中から吸入される新気と、排気管から還流されるＥＧＲガスとが混合された温度を検出する。
　ステップ８０６では、燃焼室１０６に流入するＥＧＲガスを含んだ吸入空気中の水分量を算出する。前述ステップ８０６にて検出した大気中の水分量と、前述ステップ８０４にて算出したＥＧＲガス中の水分量と、前述ステップ８０５にて検出した吸入空気温度とから、最終的に燃焼室１０６に吸入される水分量を算出する。
　以上に説明したように本実施例の内燃機関制御装置１０１は、大気中の湿度を検出する湿度センサ２０７と、燃焼室１０６の内部の混合気に点火する点火装置（点火コイル１１０、点火プラグ１１１）とが接続される内燃機関１を制御する。そして、内燃機関制御装置１０１は湿度センサ２０７の検出値に応じて燃焼室１０６に流入する吸入空気中に含まれる水分量を算出する水分量算出部と、点火装置の点火タイミングを制御する点火タイミング制御部（最終点火タイミング決定部６０６）と、を備える。そして点火時期補正部６０５により水分量に応じて点火タイミングの補正量を決定することで、点火タイミング制御部（最終点火タイミング決定部６０６）は、水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が高い程、点火装置（点火コイル１１０、点火プラグ１１１）の点火タイミングを進角方向に移動するように制御する。
　また本実施例の内燃機関１は排気管１２３内の排気ガスの一部を吸気管１０５に還流する排気ガス還流部（ＥＧＲ管１１２）に接続され、排気ガス還流部（ＥＧＲ管１１２）により還流される還流ガス（ＥＧＲガス）の状態に応じて、燃焼室１０６に流入する吸入空気中に含まれる水分を補正する。
　また点火タイミング制御部（最終点火タイミング決定部６０６）は、水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が第１の算出値である場合の点火装置（点火コイル１１０、点火プラグ１１１）の第１の点火タイミングに対して、水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が第１の算出値よりも大きい第２の算出値である場合の点火装置（点火コイル１１０、点火プラグ１１１）の第２の点火タイミングが進角方向に移動するように制御する。
　また水分量算出部は、湿度センサ２０７により検出される大気湿度と、排気ガス還流部（ＥＧＲ管１１２）により還流される還流ガス中（ＥＧＲガス）に含まれる水分量と、吸気管１０５における排気ガス還流部（ＥＧＲ管１１２）の導入部よりも下流の吸気温度と、から燃焼室１０６に流入する吸入空気中に含まれる水分量を算出する。
　また排気ガス還流部（ＥＧＲ管１１２）により還流される還流ガス中に含まれる水分量は、還流ガス（ＥＧＲガス）の温度と、還流ガス（ＥＧＲガス）の量とから算出される。
　点火タイミング制御部（最終点火タイミング決定部６０６）は、水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が一定値である場合において、内燃機関１の負荷が変化した場合に点火装置（点火コイル１１０、点火プラグ１１１）の点火タイミングの補正量を変更するように制御する。
　点火タイミング制御部（最終点火タイミング決定部６０６）は、水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が一定値である場合において、内燃機関１の負荷が大きくなった場合に点火装置（点火コイル１１０、点火プラグ１１１）の点火タイミングの補正量を少なくするように制御する。
　点火タイミング制御部（最終点火タイミング決定部６０６）は、水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が一定値である場合において、内燃機関１の負荷が第１の検出値である場合の点火装置の点火タイミングの第１の補正量に対して、内燃機関１の負荷が第１の検出値よりも大きい第２の検出値である場合の点火装置の点火タイミングの第２の補正量が減少方向に移動するように制御する。
　点火タイミング制御部（最終点火タイミング決定部６０６）は、水分量算出部により算出された水分量が第１の算出値を算出した後に第１の算出値よりも低い第２の算出値を検出した場合における内燃機関１の点火タイミングの単位時間当たりの補正速度に対して、水分量算出部により算出された水分量が第２の算出値を算出した後に第１の算出値を検出した場合における内燃機関１の点火タイミングの単位時間当たりの補正速度が小さくなるように制御する。
　このようにして、燃焼室に吸入される水分量を算出し、その水分量に応じた最適な点火タイミングに制御することにより、目標とする最適なＥＧＲ量又はＥＧＲ率を変化させることなく、運転性を損なうことなく、燃費を向上させることが可能となる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　１…筒内燃料噴射式内燃機関　　　　　　１０１…エンジン制御ユニット
１０１ａ…Ｉ／Ｏ用ＬＳＩ　　　　　　　　１０１ａ－１…Ａ／Ｄ変換器
１０１ａ－２…駆動回路　　　　　　　　　１０１ｂ…ＣＰＵ
１０２…エアクリーナ　　　　　　　　　　１０３…エアフロセンサ
１０４…電制スロットル弁　　　　　　　　１０５…吸気管
１０６…燃焼室　　　　　　　　　　　　　１０７…スルットルセンサ
１０８…高圧燃料ポンプ　　　　　　　　　１０９…インジェクタ（燃料噴射弁）
１１０…点火コイル　　　　　　　　　　　１１１…点火プラグ
１１２…ＥＧＲ管　　　　　　　　　　　　１１３…ＥＧＲ制御弁
１１４…ＥＧＲ流量センサ　　　　　　　　１１５…クランク軸
１１６…クランク角センサ　　　　　　　　１１７…コモンレール
１１９…吸気弁　　　　　　　　　　　　　１２０…カム軸
１２１…カム角センサ　　　　　　　　　　１２２…排気弁
１２３…排気管　　　　　　　　　　　　　１２４…シリンダ（気筒）
１２５…ピストン　　　　　　　　　　　　１２６…ＥＧＲクーラ
２０２…水温センサ　　　　　　　　　　　２０３…空燃比センサ
２０４…燃圧センサ　　　　　　　　　　　２０５…油温センサ
２０６…高圧ポンプソレノイド　　　　　　２０７…湿度センサ
２０８…吸気温度センサ　　　　　　　　　２０９…ＥＧＲガス温度センサ

Claims (9)

  1. 　大気中の湿度を検出する湿度センサと、燃焼室内の混合気に点火する点火装置とが接続される内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、
    　前記湿度センサの検出値に応じて燃焼室に流入する吸入空気中に含まれる水分量を算出する水分量算出部と、
    　前記点火装置の点火タイミングを制御する点火タイミング制御部と、を備え、
    　前記点火タイミング制御部は、前記水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が高い程、前記点火装置の点火タイミングを進角方向に移動するように制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
  2. 　請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
    　前記内燃機関は排気管内の排気ガスの一部を吸気管に還流する排気ガス還流部に接続され、
    　前記排気ガス還流部により還流される還流ガスの状態に応じて、燃焼室に流入する吸入空気中に含まれる水分量である前記燃焼室吸入空気水分量を補正することを特徴とする請求項１記載の内燃機関制御装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置において、
    　前記点火タイミング制御部は、前記水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が第１の算出値である場合の前記点火装置の第１の点火タイミングに対して、前記水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が前記第１の算出値よりも大きい第２の算出値である場合の前記点火装置の第２の点火タイミングが進角方向に移動するように制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
  4. 　請求項１に記載の内燃機関制御装置において、
    　前記水分量算出部は、前記湿度センサにより検出される大気湿度と、前記排気ガス還流部により還流される還流ガス中に含まれる水分量と、前記吸気管における前記排気ガス還流部の導入部よりも下流の吸気温度と、から前記燃焼室に流入する吸入空気中に含まれる水分量を算出することを特徴とする内燃機関制御装置。
  5. 　請求項４に記載の内燃機関制御装置において、
    　前記排気ガス還流部により還流される還流ガス中に含まれる水分量は、還流ガスの温度と、還流ガスの量とから算出されることを特徴とする内燃機関制御装置。
  6. 　請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置において、
    　前記点火タイミング制御部は、前記水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が一定値である場合において、前記内燃機関の負荷が変化した場合に前記点火タイミングの補正量を変更するように制御することを特徴とする内燃機関制御装置
  7. 　請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置において、
    　前記点火タイミング制御部は、前記水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が一定値である場合において、前記内燃機関の負荷が大きくなった場合に前記点火タイミングの補正量を少なくするように制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
  8. 　請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置において、
    　前記点火タイミング制御部は、前記水分量算出部により算出された吸入空気中の水分量が一定値である場合において、前記内燃機関の負荷が第１の検出値である場合の前記点火装置の点火タイミングの第１の補正量に対して、前記内燃機関の負荷が前記第１の検出値よりも大きい第２の検出値である場合の前記点火装置の点火タイミングの第２の補正量が減少方向に移動するように制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
  9. 　大気中の湿度を検出する湿度センサと、燃焼室内の混合気に点火する点火装置とが接続される内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、
    　前記湿度センサの検出値に応じて燃焼室に流入する吸入空気中に含まれる水分量を算出する水分量算出部と、
    　前記水分量算出部により算出された水分量が高い程、前記点火装置の点火タイミングを進角方向に移動するように制御する点火タイミング制御部と、を備え
    　前記点火タイミング制御部は、前記水分量算出部により算出された水分量が第１の算出値を算出した後に前記第１の算出値よりも低い第２の算出値を検出した場合における前記内燃機関の点火タイミングの単位時間当たりの補正速度に対して、前記水分量算出部により算出された水分量が前記第２の算出値を算出した後に前記第１の算出値を検出した場合における前記内燃機関の点火タイミングの単位時間当たりの補正速度が小さくなるように制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
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