内燃機関の制御装置
【課題】ＥＧＲ装置の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じて目標点火時期を適切な値に補正することにより、内燃機関のノッキングを未然に回避する。
【解決手段】ＥＧＲ装置による還流が実施されているときのノック学習値と、還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときのノック学習値との差に基づいて、ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの目標点火時期を補正する内燃機関の制御装置において、ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの吸入空気量充填効率に対して還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときの吸入空気量充填効率の変動量が所定値以内に収まるようにスロットル開度を閉じ側に制御する。
【解決手段】ＥＧＲ装置による還流が実施されているときのノック学習値と、還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときのノック学習値との差に基づいて、ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの目標点火時期を補正する内燃機関の制御装置において、ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの吸入空気量充填効率に対して還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときの吸入空気量充填効率の変動量が所定値以内に収まるようにスロットル開度を閉じ側に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気系から排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備える内燃機関において、ＥＧＲ装置の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じて目標点火時期を適切な値に補正する内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用内燃機関において、排気ガス中のＮＯｘを低減するための装置として、排気系から排気ガスの一部を吸気系に還流することにより、シリンダ内における燃焼温度を下げて、ＮＯｘの生成量を減少させるＥＧＲ装置が知られている。ここで、ＥＧＲ装置による還流が実施されるとシリンダ内における混合気の燃焼伝播は遅くなる傾向にあるため、ＥＧＲ運転領域における目標点火時期はＥＧＲ非運転領域における目標点火時期に対して所定角量だけ進角側に設定することにより燃焼効率の良い点火を行うようにしている。
【０００３】
しかし、ＥＧＲ運転領域であるにも関わらずＥＧＲ装置の異常や経年変化により、排気ガスが吸気系に目標通りに還流されない場合には、予め設定される還流が実施されているときの目標点火時期で点火するとノッキングが発生したり、ノッキング発生領域より遅角側で点火することにより燃焼効率が悪くなってしまう。
【０００４】
ところが、ノッキングの発生は吸気系に還流される排気ガスの還流量だけにより決定されるものではなく、その他の要因、例えば、燃料の性状、シリンダ内のデポジットの堆積量、シリンダ内の温度、等によっても引き起こされる。すなわち、燃料のオクタン価が低い場合、シリンダ内のデポジットの堆積量が多い場合、あるいは吸入空気温度や冷却水温度が高い場合にはノッキングが発生し易くなる。
【０００５】
従って、ＥＧＲ運転領域におけるノッキングの発生頻度や強さ（以下、ノック強度と称する。）のみでＥＧＲ装置の異常や経年変化により還流量が変化したことを判定しようとすると、ＥＧＲ装置が正常であるにも関わらずその他の要因から誤判定される可能性がある。そこで従来、こうしたＥＧＲ装置の異常のみを判定したり、さらには、ＥＧＲ装置の異常に応じた点火時期を設定する技術として、特開平６−２００８３３号公報（特許文献１）、特開２０１０−５３７１９号公報（特許文献２）に開示されている技術が知られている。
【０００６】
前記特許文献１には、ＥＧＲ装置の異常を内燃機関のその他の要因と混同することなく、正確に判定する技術が開示されている。具体的には、ＥＧＲ運転領域とＥＧＲ非運転領域それぞれの運転状態でのノッキングの発生による点火時期の遅角量を比較することにより、ＥＧＲ装置の異常を判定するようにしている。
【０００７】
また、前記特許文献２には、ＥＧＲ領域が広く設定してある内燃機関においてもＥＧＲ装置の異常のみを判定し、運転状態に応じた点火時期を設定する技術が開示されている。具体的には、排気ガスの還流を強制的に停止する期間を設け、同期間とＥＧＲ装置による還流が実施されているときとのノッキングの発生による点火時期の遅角量を比較することにより、ＥＧＲ装置の異常に起因する点火時期の遅角量を定量している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２００８３３号公報
【特許文献２】特開２０１０−５３７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
まず、説明の都合上、図１３を参照しながらＥＧＲ装置による還流が実施されることによる運転状態、特に吸入空気量充填効率（以下、単に充填効率と称する。）への影響を説明する。図１３は、ＥＧＲ装置による還流が実施されるか否かにおける運転状態を示すパラメータのタイムチャートである。内燃機関の吸気通路に設けた電子制御式スロットルバルブのスロットル開度ＴＶが一定である状態で、ＥＧＲ装置のＥＧＲ開度ＥＶを開いた状態から閉じた状態へ変化させると、排気ガスが還流されなくなる分のインマニ圧ｐｅが低下する。また、一般的にスロットル部の吸入空気の流速ｕｔを等エントロピ流れと仮定すると、流速ｕｔは次式で表されるため、インマニ圧ｐｅが低下するほど流速ｕｔが上昇し、スロットル部の通過流量、及びシリンダ内への吸入空気流量が多くなり充填効率が高くなる。
【００１０】
【数１】
【００１１】
ここで、ａ０は音速、κは比熱比、ｐ０は大気圧を示す。つまり、スロットル開度ＴＶを一定の値で固定した状態でＥＧＲ開度ＥＶを変更すると、充填効率が変化してしまい、その充填効率により設定される基本点火時期、燃料噴射量、吸排気バルブタイミングといった図１３に図示されないパラメータも変化してしまう。
【００１２】
これらの内燃機関の特性によると、例えばＥＧＲ装置の還流弁を開弁状態から閉弁状態に制御すると、充填効率が変化してしまい、それに応じて点火時期、燃料噴射量、吸排気バルブタイミングも変化する。そのため、開弁状態と閉弁状態でのノッキングの発生による点火時期の遅角量を比較して目標点火時期を設定するような場合、異なる運転状態での遅角量を比較してしまい、ＥＧＲ以外の要因を含んで点火時期を設定してしまうという問題がある。その結果、ＥＧＲ装置の異常や経年変化によるノッキングへの影響を正確に見極めることができず、誤った点火時期で点火することにより余計にノッキングが発生してしまったり、ノッキング発生領域より遅角側で点火することにより燃焼効率が悪くなるといった制御性能の悪化が懸念される。
【００１３】
しかしながら、前記特許文献１あるいは前記特許文献２に開示されている技術は、このような問題点を積極的に解消するものとはなっていない。
【００１４】
前記特許文献１に開示されている技術では、そもそもＥＧＲ運転領域とＥＧＲ非運転領域とで運転状態が全く異なるため、運転状態の違いによる点火時期の違いにより、ＥＧＲ装置の異常を誤判定する可能性がある。
【００１５】
また、前記特許文献２に開示されている技術では、還流を強制的に停止することにより運転状態が変化することについて対策されていないため、ＥＧＲ装置の異常によるノッキングへの影響だけを抽出して点火時期を適切な値に設定することができない。
【００１６】
この発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、ＥＧＲ装置の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じて目標点火時期を適切な値に補正することにより、内燃機関のノッキングを未然に回避することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を制御することにより、前記吸気通路の開口面積を変化させて吸入空気流量の制御を行うスロットル開度制御手段と、前記内燃機関の排気系から排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置の還流弁を強制的に開閉制御する強制開閉制御手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて算出される基本点火時期に対し、少なくとも機関温度による温度補正と前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているか否かによる還流有無補正を行った目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、前記内燃機関のノッキングの発生を検出するノック検出手段によりノッキングが検出された場合は、前記内燃機関の点火時期を遅角側へ制御し、前記ノッキングが検出されない場合は、前記点火時期を進角側へ制御するノック制御手段と、前記ノック制御手段により制御された遅角量や進角量を学習するノック学習手段と、前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの前記ノック学習手段によるノック学習値と、前記強制開閉制御手段により前記還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときの前記ノック学習手段によるノック学習値の２つのノック学習値に基づいて前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの目標点火時期を補正する還流時目標点火時期算出手段と、前記強制開閉制御手段により前記還流弁を強制的に閉弁状態に制御している期間において、前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの内燃機関の充填効率に対して、前記強制開閉制御手段により前記還流弁が強制的に閉弁状態に制御されるときの充填効率が所定値以内の変動量に収まるように前記スロットルバルブの開度を調整する還流時スロットル開度制御手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係る内燃機関の制御装置によれば、前記構成により、ＥＧＲ装置の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じて目標点火時期を適切に補正し、内燃機関のノッキングを未然に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関の概略構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の基本的構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置で処理を行った場合のタイムチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の点火時期と出力トルクの相関図におけるＭＢＴとＢＬＤの関係図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置による制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置による制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置による制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によるＥＧＲ開度と点火時期の関係を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置による運転状態と還流時補正後の目標点火時期との関係を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によるＥＧＲ開度と点火時期の挙動を示すタイムチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のＥＧＲ装置による還流が実施される運転領域を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によるＥＧＲ開度とインマニ圧とトルクの挙動を示すタイムチャートである。
【図１３】ＥＧＲ装置により還流が実施されることによる運転状態への影響を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付の図面を参照して、この発明に係る内燃機関の制御装置について好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関（以下、エンジンと称する。）の概略構成を示すブロック図である。
図１において、エンジン１の吸気通路の上流に吸入空気流量を調整するために電子的に制御される電子制御式スロットルバルブ２が設けられている。また、電子制御式スロットルバルブ２の開度（以下、スロットル開度と称する。）を測定するために、スロットル開度センサ３が設けられている。さらに、電子制御式スロットルバルブ２の上流には吸入空気流量を測定するエアフロセンサ４が設けられており、電子制御式スロットルバルブ２の下流のエンジン１側には、サージタンク５内の圧力を測定するインマニ圧センサ６が設けられている。なお、エアフロセンサ４とインマニ圧センサ６は、両方とも設けてもよいし、いずれか一方のみを設けることでもよい。
【００２２】
さらに、サージタンク５には、排気系の排気ガスを吸気系へ還流して排気再循環を行うＥＧＲ装置７が設けられており、このＥＧＲ装置７の還流弁の開度（以下、ＥＧＲ開度と称する。）に応じて排気ガスの還流量が調整される。このように排気ガスの一部を吸気系に還流することにより、エンジン１のシリンダ内における燃焼温度を下げて、ＮＯｘの生成量の低減が図られる。
【００２３】
さらに、サージタンク５の下流の吸気通路には、燃料を噴射するインジェクタ８が設けられている。インジェクタ８は、エンジン１のシリンダに直接噴射できるように設けてもよい。サージタンク５の下流の吸気通路の端には吸気バルブ９が設けられており、この吸気バルブ９がシリンダ内に入る混合気を規制する。吸気バルブ９の上端は、エンジン１の駆動状態に応じて回転するカムシャフト１０のカム面に当接している。このカムシャフト１０の回転位置に応じて吸気バルブ９の軸方向位置を変化させて、シリンダの通路を開閉する可変吸気バルブタイミング機構１１が備えられている。なお、可変吸気バルブタイミング機構１１は、カムシャフト１０の位置（角度）を検出する図示しないカム角センサと、吸気バルブ９の閉弁タイミングを電動もしくは油圧で調整する機能を備えている。さらに、エンジン１のシリンダ内の混合気に点火するための点火コイル１２、及び点火プラグ１３が設けられている。点火プラグ１３は、その電極がエンジン１のシリンダ内に臨むようにして配置されており、要求電圧が印加されたときに火花を飛ばして混合気に点火する。
【００２４】
また、エンジン１にはエンジン１のノッキングの発生を検出するノック検出手段としてノックセンサ１４が設けられている。エンジン１にノッキングが発生するとシリンダ内では高周波の圧力振動が発生し、この圧力振動がシリンダブロックに伝わる。ノックセンサ１４は、圧電素子によりシリンダブロックに伝わる振動を検出し、この振動を電気信号に変換する。なお、ノック強度は、振動の振幅や、特定周波数におけるピークホールド値、圧力振動を離散フーリエ変換することによって得られるスペクトル信号、等によって推定することができる。
【００２５】
さらに、エンジン１の回転速度やクランク角度を検出するために、クランク軸に設けられたプレートのエッジを検出するクランク角センサ１５がエンジン１に設けられている。また、エンジン１には図示しないバッテリを充電するオルタネータや車載エアコンが設けられている。
【００２６】
エンジン１は、前記のように構成されており、エアフロセンサ４で測定された吸入空気流量Ｓ１と、インマニ圧センサ６で測定されたインマニ圧Ｓ２と、スロットル開度センサ３で測定された電子制御式スロットルバルブ２のスロットル開度Ｓ３と、クランク角センサ１５より出力されるクランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスＳ４と、ノックセンサ１４で測定されたシリンダブロックに伝わる振動Ｓ５は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する。）１６に入力される。なお、ＥＣＵ１６は、マイクロコンピュータを主体に構成されるユニットであり、前記各センサ及び検出装置の出力信号に加え、図示しないバッテリの出力電圧、スタータスイッチのオン・オフ信号、吸気温センサで測定された吸入空気温度（以下、吸気温と称する。）、水温センサで測定された冷却水温度（以下、水温と称する。）、大気圧センサで測定された大気圧力（以下、大気圧と称する。）、可変吸気バルブタイミング機構１１で測定されたカムシャフト１０の位置（角度）の信号が入力される。
【００２７】
ＥＣＵ１６は、入力された各種信号より電子制御式スロットルバルブ２の目標スロットル開度を設定し、電子制御式スロットルバルブ２のスロットル開度が目標値となるようにフィードバック制御を行うための目標スロットル開度Ｓ６を電子制御式スロットルバルブ２へ出力する。また、ＥＣＵ１６は、入力された各種信号に応じて点火コイル１２へ通電／遮断信号Ｓ７を出力することにより点火時期を制御する。さらに、入力された各種信号に応じてＥＧＲ装置７の還流弁の目標ＥＧＲ開度を設定し、ＥＧＲ開度が目標値となるように、フィードバック制御を行うための目標ＥＧＲ開度Ｓ８をＥＧＲ装置７へ出力する。さらに、ＥＣＵ１６は前記以外の各種アクチュエータへの指示信号も出力する。
【００２８】
図２は、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の基本的構成を説明するブロック図である。図２に示すように、ＥＣＵ１６は、吸気通路に設けられたスロットル開度を制御して吸入空気流量の可変制御を行うスロットル開度制御手段Ｍ１と、ＥＧＲ装置７の図示しない還流弁を強制的に開閉制御する強制開閉制御手段Ｍ２と、エンジン１の運転状態に基づいて算出される基本点火時期に対し、少なくとも機関温度による温度補正とＥＧＲ装置７による還流が実施されているか否かによる還流有無補正を行った目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段Ｍ３と、ノックセンサ１４によってノッキングが検出された場合にエンジン１の点火時期を遅角側へ制御し、ノッキングが検出されない場合に点火時期を進角側へ制御するノック制御手段Ｍ４と、ノック制御手段Ｍ４により制御された遅角量や進角量を学習するノック学習手段Ｍ５と、ＥＧＲ装置７による還流が実施されているときのノック学習手段Ｍ５によるノック学習値と、強制開閉制御手段Ｍ２により還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときのノック学習値の２つのノック学習値に基づいてＥＧＲ装置７による還流が実施されているときの目標点火時期を補正する還流時目標点火時期算出手段Ｍ６と、強制開閉制御手段Ｍ２により還流弁を強制的に閉弁状態に制御している期間において、ＥＧＲ装置７による還流が実施されているときのエンジン１の充填効率に対して、強制開閉制御手段Ｍ２により還流弁が強制的に閉弁状態に制御されるときの充填効率が所定値以内の変動量に収まるようにスロットル開度を調整する還流時スロットル開度制御手段Ｍ７と、を備えている。なお、前記スロットル開度制御手段Ｍ１、強制開閉制御手段Ｍ２、目標点火時期算出手段Ｍ３、ノック制御手段Ｍ４、ノック学習手段Ｍ５、還流時目標点火時期算出手段Ｍ６、還流時スロットル開度制御手段Ｍ７は、ソフトウェアにより構成されている。
【００２９】
前記のように構成された実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の基本動作を説明すれば、次のとおりである。図３は、ＥＧＲ装置７による還流が実施されるか否かにおける運転状態を示すパラメータのタイムチャートである。図３において、ＥＧＲ開度ＥＶを強制的に閉弁状態に制御している期間（図中Ａ）の充填効率の変動量が、ＥＧＲ開度ＥＶが開弁状態にある期間（図中Ｂ）の充填効率に対して、所定値（図中Ｃ）以内に収まるようにスロットル開度ＴＶを閉じ側に制御する。その結果、強制的に閉弁状態にする前後の期間において同一の負荷状態に制御することができ、ＥＧＲ装置の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じた点火時期の遅角量を速やかに且つ正確に検出し、運転状態に応じて目標点火時期を適切な値（例えば、図４に示す点火時期と出力トルクの関係図によると、出力トルクが最大となるＭＢＴ：Minimum spark advance for Best Torqueとノッキングを許容できる進角限界を表すＢＬＤ：Border line of Detonationとの遅角側である図中Ａ点）に制御することができる。
【００３０】
次に、上述した実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の詳細動作について、図５〜図７に示すフローチャートに基づいて説明する。図５は、還流時目標点火時期算出手段Ｍ６の動作を説明するフローチャートである。
図５において、還流時目標点火時期算出手段Ｍ６は、ステップ１０１において、クランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスＳ４の間隔から演算される回転速度と、吸入空気流量Ｓ１やインマニ圧Ｓ２から演算される実充填効率（以下、実Ｅｃと称する。）をパラメータとして、ＥＧＲ装置７による還流が実施されていないときの基本点火時期を設定する。ここで、この基本点火時期に対して、ノック制御実行条件が成立している場合にはノック学習値だけ遅角制御し、水温や吸気温による温度補正量だけ進角または遅角制御を実施する。ノック制御実行条件の具体例としては、水温が所定値以上、回転速度が所定値以上、充填効率が所定値以上、のうち少なくとも１つを満たすときにノック制御実行条件が成立していると判定するとよい。
【００３１】
ステップ１０２では、ＥＧＲ装置７による還流の実行条件が成立しているか否かを判定する。ＥＧＲ装置７による還流の実行条件の具体例としては、回転速度が所定の範囲内、充填効率が所定の範囲内、吸気温が所定の範囲内、のうち少なくとも１つを満たすときに実行条件が成立していると判定するとよい。ステップ１０２で肯定判定されるとステップ１０３に進み、一方、否定判定されるとＥＧＲ運転領域ではないと判定し、本処理を終了する。
【００３２】
ステップ１０３では、ＥＧＲ装置７による還流が実施されるか否かによる還流有無補正を行うことで目標点火時期を算出する。ここで、還流が実施されているときの基本点火時期は、還流が実施されていないときの基本点火時期とは個別に設定する構成としてもよいし、還流が実施されていないときの基本点火時期に対して所定量だけ進角側に設定する構成としてもよい。ステップ１０３の処理後はステップ１０４に進み、後述する方法を用いて算出される還流時補正量に基づいて、ステップ１０３にて設定された還流有無補正後の目標点火時期に対して補正を行うことで還流時目標点火時期を算出する。この処理を実行することで、例えば燃料のオクタン価が低い場合、シリンダ内のデポジットの堆積量が多い場合、吸入空気温度や冷却水温度が高い場合、等によって生じるノック遅角量を予め遅角設定することができる。ステップ１０４を実行後は、本処理を終了する。
【００３３】
次に、ＥＧＲ装置７による還流が実施されているときの還流時補正量を算出するために、ＥＣＵ１６にて実行される動作について、図６のフローチャートに基づいて説明する。
図６において、ステップ２０１では、ノック制御手段Ｍ４によりノック制御の実行条件が成立しているか否かを判定する。ステップ２０１で肯定判定されるとステップ２０２に進み、一方、否定判定されるとノック制御運転領域ではないと判定し、本処理を終了する。
【００３４】
ステップ２０２では、ノッキングが発生したか否かを判定する。ステップ２０２で肯定判定されるとステップ２０３へ進み、点火時期を遅角側へ制御し、その遅角量をノック学習値ＫＣＳＬとしてノック学習手段Ｍ５で学習する。ここで、点火時期の遅角量はノック強度や運転状態に応じて設定されることにより、ノッキングの発生頻度やノック強度を低減することができる。一方、ステップ２０２で否定判定されるとステップ２０４へ進み、点火時期を進角側へ制御し、その進角量をノック学習値ＫＣＳＬとして学習する。ここで、点火時期の制御可能範囲のうち、進角側に制限値を設定しておくことで、過進角による出力トルクの低下を防止することができる。ステップ２０３、及びステップ２０４の処理後はステップ２０５に進む。ステップ２０５ではノック学習値ＫＣＳＬが安定しているか否かを判定する。所定の期間におけるノック学習値ＫＣＳＬの変動量が所定値以内の場合に肯定判定してステップ２０６に進み、一方、否定判定されるとステップ２０１に戻り、点火時期がノッキングの発生する限界の点火時期に設定されてノック学習値ＫＣＳＬが安定するまで繰返し行われる。
【００３５】
次に、ステップ２０６ではノック学習値ＫＣＳＬを、還流が実施されているときのノック学習値ＫＣＳＬ１としてノック学習手段Ｍ５に記憶し、ステップ２０７に進む。ステップ２０７では強制開閉制御手段Ｍ２により、ＥＧＲ装置７の還流弁を強制的に開閉制御するための実行条件が成立しているか否かを判定する。この強制開閉制御の実行条件については詳細を後述する。ステップ２０７で肯定判定されるとステップ２０８に進み、一方、否定判定されるとステップ２０９に進んで還流弁を運転状態に応じた目標通りのＥＧＲ開度に制御して、本処理を終了する。ステップ２０８では、還流弁を強制的に閉弁制御することにより還流を実施しない。ここで、強制開閉制御により閉弁状態に制御する際は、目標ＥＧＲ開度をテーリング変化または段階的なステップ変化により徐徐に変化させることで、ノック強度の強いノッキングが頻繁に発生することを抑制することができる。この強制開閉制御手段Ｍ２での強制開閉制御が実施されているときの電子制御式スロットルバルブ２の目標スロットル開度については詳細を後述する。ステップ２０８の処理後はステップ２１０に進む。
【００３６】
ステップ２１０では、ノック制御手段Ｍ４によりノッキングが発生したか否かを判定する。ステップ２１０で肯定判定されるとステップ２１１へ進み、点火時期を遅角側へ制御し、その遅角量をノック学習値ＫＣＳＬとしてノック学習手段Ｍ５で学習する。一方、ステップ２１０で否定判定されるとステップ２１２へ進み、点火時期を進角側へ制御し、その進角量をノック学習値ＫＣＳＬとしてノック学習手段Ｍ５で学習する。ステップ２１１及びステップ２１２の処理後はステップ２１３に進む。ステップ２１３ではステップ２０５と同様にノック学習値ＫＣＳＬが安定しているか否かを判定する。ステップ２１３で肯定判定されるとステップ２１４に進み、一方否定判定されるとステップ２０７に戻り、還流弁が強制的に閉弁制御されている状態での点火時期がノッキングの発生する限界の点火時期に設定されてノック学習値ＫＣＳＬが安定するまで繰返し行われる。
【００３７】
次に、ステップ２１４ではノック学習値ＫＣＳＬを、還流が実施されていないときのノック学習値ＫＣＳＬ２としてノック学習手段Ｍ５に記憶し、ステップ２０８で実施した強制開閉制御手段Ｍ２での強制開閉制御による閉弁状態を解除してから本処理を終了する。ここで、強制開閉制御Ｍ２での閉弁状態を解除する際は、目標ＥＧＲ開度をテーリング変化または段階的なステップ変化により徐徐に変化させることで、急激に還流量が増加して運転状態が変化することによる出力トルクの急激な変化を抑制することができる。ステップ２０６で記憶されるノック学習値ＫＣＳＬ１と、ステップ２１４で記憶されるノック学習値ＫＣＳＬ２に基づいて、還流時目標点火時期算出手段Ｍ６により還流時の目標点火時期の補正量を算出する。この還流時目標点火時期補正量については詳細を後述する。
【００３８】
次に、強制開閉制御手段Ｍ２で強制開閉制御が実施されているときの電子制御式スロットルバルブ２の目標スロットル開度の演算について、図７のフローチャートに基づいて説明する。
図７において、還流時スロットル開度制御手段Ｍ７は、ステップ３０１で、強制開閉制御手段Ｍ２の強制開閉制御による閉弁制御が実施される前の実ＥｃをＥｃ１として記憶し、ステップ３０２に進む。ステップ３０２では強制開閉制御手段Ｍ２での強制開閉制御の実行条件が成立しているか否かを判定する。ステップ３０２で肯定判定されるとステップ３０３に進み、一方、否定判定されるとステップ３０４に進んで還流弁を運転状態に応じた目標通りのＥＧＲ開度及びスロットル開度に制御して、本処理を終了する。ステップ３０３では、還流弁を強制的に閉弁制御することにより還流を実施しない。ステップ３０３の処理後はステップ３０５に進む。
【００３９】
次に、ステップ３０５では実Ｅｃの変動量が所定値以上か否かを判定する。具体的には、ステップ３０１において記憶されたＥｃ１と実Ｅｃとの差δ（＝実Ｅｃ−Ｅｃ１）を求め、その差δが所定値Ｋ１以上であるか否かを判定する。差δが所定値Ｋ１未満である場合はステップ３０２に戻り、電子制御式スロットルバルブ２の目標スロットル開度に対して、還流時スロットル開度制御手段Ｍ７での還流時スロットル開度制御を実施しない。また、ステップ３０５において差δが所定値Ｋ１以上である場合には、ステップ３０６に進み、電子スロットルバルブ２の目標スロットル開度を所定量Ｋ２だけ閉じ側に制御して、ステップ３０２に戻る。このステップ３０６の処理を実行することで、強制的に閉弁状態にする前後が同等の負荷状態となり、基本点火時期、燃料噴射量、吸排気バルブタイミングも変化することなく、開弁状態と閉弁状態でのノッキングによる点火時期の遅角量を比較して点火時期を設定する際に、異なる運転状態での遅角量を比較してしまうことを防止できる。
【００４０】
なお、所定値Ｋ１や所定量Ｋ２は、負荷とスロットル開度に関する予備テスト（実際のエンジンを用いた試験により予め特性データを採取すること）により設定された値である。例えば、所定値Ｋ１には、スロットル開度を一定の値に保持したときの、吸気脈動によって生じる実Ｅｃの最大振幅値を設定すればよい。また、所定量Ｋ２には、所定値Ｋ１に相当する充填効率または出力トルクの偏差に相当する分を補えるだけのスロットル開度の偏差を設定すればよい。
【００４１】
次に、図５のステップ１０４で算出される還流時補正量について、図８及び図９を参照しながら説明する。
図８はＥＧＲ開度と点火時期の関係を示す図である。θ１、θ２はそれぞれ閉弁状態、開弁状態での還流有無補正後の基本点火時期である。ここで、閉弁状態と開弁状態とでは、還流弁の開度以外の回転速度や充填効率といった運転状態は同等とする。つまり開弁状態は強制開閉制御手段Ｍ２での閉弁制御が実施される前の状態であり、一方、閉弁状態は強制開閉制御手段Ｍ２での閉弁制御が実施されている最中の状態である。このθ１、θ２に対して、ノック制御により遅角側に学習された点火時期を、それぞれθ１Ｌ、θ２Ｌとする。θ１とθ１Ｌの差△１は、燃料の性状、シリンダ内のデポジットの堆積量、シリンダ内の温度、等によって発生するノッキングを学習したものであり、還流を実行することによる学習値分は含まれていない。この△１は、図６のステップ２１４にて記憶されたノック学習値ＫＣＳＬ２に相当する。一方、開弁状態でのθ２とθ２Ｌの差△２には、△１の学習値分を考慮した点火時期θ２Ｌ’に対して還流を実行することによる学習値分△Ｘを考慮した値となる。この△２は、図６のステップ２０６にて記憶されたノック学習値ＫＣＳＬ１に相当する。上述の通り、ノック学習値としては、閉弁状態、開弁状態によらず△１を設定し、還流を実行しているときだけ、ノック学習値偏差に相当する△Ｘを還流時補正量を考慮することにより、ＥＧＲ装置の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化による点火時期の遅角量を速やかに且つ正確に検出し、運転状態に応じて目標点火時期を適切な値（例えば、ＭＢＴとＢＬＤとの遅角側）に制御することができる。
【００４２】
次に、図９に示す運転状態と還流補正後の目標点火時期との関係によると、強制開閉制御手段Ｍ２での強制開閉制御を実行した運転状態Ａにおいて、閉弁状態、開弁状態での還流有無補正後の点火時期をそれぞれθ１、θ２とし、ノック学習値△１とノック学習値偏差△Ｘを考慮したθ２Ｌを還流時目標点火時期とする。これに対し、回転速度や実Ｅｃが変化して運転状態Ｂとなったときの還流時目標点火時期θ４Ｌは次式で表される。
【００４３】
【数２】
【００４４】
ここで、運転状態Ｂでの閉弁状態、開弁状態での還流有無補正後の基本点火時期をそれぞれθ３、θ４とし、ノック学習値△１とノック学習値偏差△Ｘは、強制開閉制御を実行した運転状態Ａでの値である。ただし、ノック学習値△１は強制開閉制御を実行した後、更に更新されていてもよい。また、上式において△Ｘ’が還流時補正量を表す。
【００４５】
ここまでの実施の形態１に係る内燃機関の制御装置による効果を、図１０のＥＧＲ開度と点火時期の挙動を示すタイムチャートを参照しながら説明する。
図１０において、運転状態Ａから運転状態Ｂへと変化してＥＧＲ開度ＥＶが開き側へ制御されたとき、還流有無補正後の基本点火時期に対してノック学習値△１を考慮し、更に還流時補正量△Ｘ’を考慮したものが、最終的な還流時目標点火時期となる。上述の構成にすることにより、ＥＧＲ運転領域全域において、その運転状態に応じた目標点火時期を適切に補正することができる。
【００４６】
次に、強制開閉制御手段Ｍ２における強制開閉制御の実行条件について、図１１のＥＧＲ装置７による還流が実施される運転領域を示す図を参照しながら説明する。
図１１において、ＥＧＲ運転領域とＥＧＲ非運転領域は、回転速度と充填効率をパラメータとして領域分けされる。ここでＥＧＲ運転領域内において、目標値通りにＥＧＲ開度を開弁制御したときの還流量が所定値Ｋ３以上となる運転領域を強制開閉制御の実行可能領域とする。つまり、強制開閉制御の実行可能領域を、回転速度と充填効率により予め設定しておく。前記実行可能領域でのみ強制開閉制御を実施することにより、還流制御中の排気還流量が少ない運転領域で還流時の実際の還流量が低下していたときの目標点火時期の補正量に比べて、還流時の実際の還流量が低下していたときの目標点火時期の補正量が大きく算出でき、もともと微量の排ガスしか還流されない運転状態において強制開閉制御を実行することによるＥＧＲ装置７の異常や経年変化に関する判断不良を回避することができる。また、強制開閉制御手段Ｍ２において、強制開閉制御を実施している最中に、アクセル開度の変化量が所定値Ｋ４以上になったときには強制開閉制御を解除して、運転状態に応じた目標ＥＧＲ開度に制御することにより、アクセル開度が変化して運転状態が変化することによる還流時補正量△Ｘ’の誤差を除くことができる。
【００４７】
前記を設定しない場合、ＥＧＲ装置７の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じた目標点火時期を適切に補正することができず、内燃機関のノッキングを未然に回避することができなくなる。なお、所定値Ｋ３、Ｋ４は判断不良を想定した予備テストにより設定された値である。例えば、所定値Ｋ３には、ＥＧＲ装置７が故障していない状態での定常運転状態において、還流量毎に強制開閉制御を実行することにより、ＥＧＲ装置７が故障しているとの判断不良が発生しない最低限度の還流量を設定すればよい。また、所定値Ｋ４には、強制開閉制御の最中にアクセル開度を変化させることによる還流時補正量△Ｘ’のばらつきが、許容範囲内に収まるように、アクセル開度の変化量の上限値を設定すればよい。
【００４８】
次に、この実施の形態における目標スロットル開度Ｓ６、通電／遮断信号Ｓ７、目標ＥＧＲ開度Ｓ８以外のＥＣＵ１６からの指示信号に関して、図１２のＥＧＲ装置７とインマニ圧とトルクの挙動を示すタイムチャートを参照しながら説明する。
図１２において、開弁状態から閉弁状態へと変化してＥＧＲ開度ＥＶが閉じ側へ制御されたとき、還流量の低下によりサージタンク５の負圧が上がることによりインマニ圧ｐｅが低下する。インマニ圧ｐｅが低下すると吸気損失によるロストルクが大きくなるため、その吸気損失に相当するトルク△Ｐｌｏｓｓを吸気損失トルク補正手段により補正する。
【００４９】
吸気損失トルク補正手段の具体例としては、オルタネータの発電電流量と車載エアコンの冷媒圧のうち少なくとも１つに上限の制限値を新たに設け、オルタ負荷トルクとエアコン負荷トルクの和がトルク△Ｐｌｏｓｓ相当だけ低減する方向に制御するものを用いる。つまり、吸気損失によるロストルクが大きくなる分、オルタネータや車載エアコンの負荷トルクを低減させることにより、エンジン１に付加されるロストルクの合計が変化しないように制御することができるため、ロストルクが大きくなることによるエンジン１の回転速度の低下を抑制でき、その結果として、回転速度を一定に維持することが可能となり、強制開閉制御を実施する前後の期間で同一の運転状態となって、ＥＧＲ装置７の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化による点火時期の遅角量を速やかに、且つ正確に検出し、運転状態に応じて目標点火時期を適切な値に補正することができる。
【００５０】
以上詳述したように、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によれば、ＥＧＲ装置７の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じて目標点火時期を適切に補正し、エンジン１のノッキングを未然に回避することができる。
【００５１】
また、還流時目標点火時期算出手段Ｍ６は、少なくともＥＧＲ装置７による還流が実施されているときのノック学習手段Ｍ５によるノック学習値と、強制開閉制御手段Ｍ２により還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときのノック学習値との差であるノック学習値偏差、及びＥＧＲ装置７による還流が実施されているか否かの還流有無補正による補正量に基づいて、ＥＧＲ装置７による還流が実施されているときの目標点火時期を補正することにより、ＥＧＲ運転領域全域において、その運転状態に応じた目標点火時期を適切に補正することができる。
【００５２】
また、強制開閉制御手段Ｍ２は、還流弁をテーリング変化または段階的なステップ変化により徐徐に変化させる構成にすることにより、急激に還流量が低下して強いノッキングが頻繁に発生することを抑制したり、急激に還流量が増加して運転状態が変化することによる出力トルクの急激な変化を抑制することができる。
【００５３】
また、強制開閉制御手段Ｍ２は、排気還流の流量が所定値以上となる運転領域をエンジン１の運転状態を示す回転速度、充填効率、機関温度のうち少なくとも１つの情報により予め記憶しておき、前記運転領域でのみ実施するようにしているので、還流制御中の排気還流量が少ない運転領域で還流時の実際の還流量が低下していたときの目標点火時期の補正量に比べて、還流時の実際の還流量が低下していたときの目標点火時期の補正量が大きく算出でき、もともと微量の排気ガスしか還流されない運転状態において強制開閉制御手段Ｍ２で強制開閉制御を実施することによるＥＧＲ装置７の異常や経年変化に関する判断不良を回避することができる。
【００５４】
また、強制開閉制御手段Ｍ２は、アクセル開度の変化量が所定値以上のときに強制的な開閉制御を解除する構成にすることにより、アクセル開度が変化して運転状態が変化することによる還流時補正量の誤差を除くことができる。前記を設定しない場合、ＥＧＲ装置７の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じた目標点火時期を適切に補正することができず、エンジン１のノッキングを未然に回避することができなくなる。
【００５５】
また、ＥＧＲ装置７による還流が実施されているときのインマニ圧と、強制開閉制御手段Ｍ２により還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときのインマニ圧との差に相当する吸気損失分のトルクを、吸気損失分のトルクを補正することにより、吸気損失が増大することによるエンジン１の回転速度の低下を抑制できる。その結果、回転速度を一定に維持することが可能となり、強制開閉制御を実施する前後の期間で同一の運転状態となり、ＥＧＲ装置７の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化による点火時期の遅角量を速やかに且つ正確に検出し、運転状態に応じて目標点火時期を適切な値に補正することができる。
【００５６】
なお、前記実施の形態はこの発明を実施するための例にすぎず、この発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されたこの発明の要旨の範囲内において、すべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５７】
１ エンジン（内燃機関） ２ 電子制御式スロットルバルブ
３ スロットル開度センサ ４ エアフロセンサ
５ サージタンク ６ インマニ圧センサ
７ ＥＧＲ装置 ８ インジェクタ
９ 吸気バルブ １０ カムシャフト
１１ 可変バルブタイミング機構 １２ 点火コイル
１３ 点火プラグ １４ ノックセンサ
１５ クランク角センサ １６ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｓ１ 吸入空気流量 Ｓ２ インマニ圧
Ｓ３ 電子制御式スロットルバルブの開度 Ｓ４ クランク軸のプレートのエッジに同期したパルス
Ｓ５ シリンダブロックに伝わる振動 Ｓ６ 目標スロットル開度
Ｓ７ 通電／遮断信号 Ｓ８ 目標ＥＧＲ開度
Ｍ１ ルロットル開閉制御手段 Ｍ２ 強制開閉制御手段
Ｍ３ 目標点火時期算出手段 Ｍ４ ノック制御手段
Ｍ５ ノック学習手段 Ｍ６ 環流時目標点火時期算出手段
Ｍ７ 環流時スロットル開度制御手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気系から排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備える内燃機関において、ＥＧＲ装置の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じて目標点火時期を適切な値に補正する内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用内燃機関において、排気ガス中のＮＯｘを低減するための装置として、排気系から排気ガスの一部を吸気系に還流することにより、シリンダ内における燃焼温度を下げて、ＮＯｘの生成量を減少させるＥＧＲ装置が知られている。ここで、ＥＧＲ装置による還流が実施されるとシリンダ内における混合気の燃焼伝播は遅くなる傾向にあるため、ＥＧＲ運転領域における目標点火時期はＥＧＲ非運転領域における目標点火時期に対して所定角量だけ進角側に設定することにより燃焼効率の良い点火を行うようにしている。
【０００３】
しかし、ＥＧＲ運転領域であるにも関わらずＥＧＲ装置の異常や経年変化により、排気ガスが吸気系に目標通りに還流されない場合には、予め設定される還流が実施されているときの目標点火時期で点火するとノッキングが発生したり、ノッキング発生領域より遅角側で点火することにより燃焼効率が悪くなってしまう。
【０００４】
ところが、ノッキングの発生は吸気系に還流される排気ガスの還流量だけにより決定されるものではなく、その他の要因、例えば、燃料の性状、シリンダ内のデポジットの堆積量、シリンダ内の温度、等によっても引き起こされる。すなわち、燃料のオクタン価が低い場合、シリンダ内のデポジットの堆積量が多い場合、あるいは吸入空気温度や冷却水温度が高い場合にはノッキングが発生し易くなる。
【０００５】
従って、ＥＧＲ運転領域におけるノッキングの発生頻度や強さ（以下、ノック強度と称する。）のみでＥＧＲ装置の異常や経年変化により還流量が変化したことを判定しようとすると、ＥＧＲ装置が正常であるにも関わらずその他の要因から誤判定される可能性がある。そこで従来、こうしたＥＧＲ装置の異常のみを判定したり、さらには、ＥＧＲ装置の異常に応じた点火時期を設定する技術として、特開平６−２００８３３号公報（特許文献１）、特開２０１０−５３７１９号公報（特許文献２）に開示されている技術が知られている。
【０００６】
前記特許文献１には、ＥＧＲ装置の異常を内燃機関のその他の要因と混同することなく、正確に判定する技術が開示されている。具体的には、ＥＧＲ運転領域とＥＧＲ非運転領域それぞれの運転状態でのノッキングの発生による点火時期の遅角量を比較することにより、ＥＧＲ装置の異常を判定するようにしている。
【０００７】
また、前記特許文献２には、ＥＧＲ領域が広く設定してある内燃機関においてもＥＧＲ装置の異常のみを判定し、運転状態に応じた点火時期を設定する技術が開示されている。具体的には、排気ガスの還流を強制的に停止する期間を設け、同期間とＥＧＲ装置による還流が実施されているときとのノッキングの発生による点火時期の遅角量を比較することにより、ＥＧＲ装置の異常に起因する点火時期の遅角量を定量している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２００８３３号公報
【特許文献２】特開２０１０−５３７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
まず、説明の都合上、図１３を参照しながらＥＧＲ装置による還流が実施されることによる運転状態、特に吸入空気量充填効率（以下、単に充填効率と称する。）への影響を説明する。図１３は、ＥＧＲ装置による還流が実施されるか否かにおける運転状態を示すパラメータのタイムチャートである。内燃機関の吸気通路に設けた電子制御式スロットルバルブのスロットル開度ＴＶが一定である状態で、ＥＧＲ装置のＥＧＲ開度ＥＶを開いた状態から閉じた状態へ変化させると、排気ガスが還流されなくなる分のインマニ圧ｐｅが低下する。また、一般的にスロットル部の吸入空気の流速ｕｔを等エントロピ流れと仮定すると、流速ｕｔは次式で表されるため、インマニ圧ｐｅが低下するほど流速ｕｔが上昇し、スロットル部の通過流量、及びシリンダ内への吸入空気流量が多くなり充填効率が高くなる。
【００１０】
【数１】
【００１１】
ここで、ａ０は音速、κは比熱比、ｐ０は大気圧を示す。つまり、スロットル開度ＴＶを一定の値で固定した状態でＥＧＲ開度ＥＶを変更すると、充填効率が変化してしまい、その充填効率により設定される基本点火時期、燃料噴射量、吸排気バルブタイミングといった図１３に図示されないパラメータも変化してしまう。
【００１２】
これらの内燃機関の特性によると、例えばＥＧＲ装置の還流弁を開弁状態から閉弁状態に制御すると、充填効率が変化してしまい、それに応じて点火時期、燃料噴射量、吸排気バルブタイミングも変化する。そのため、開弁状態と閉弁状態でのノッキングの発生による点火時期の遅角量を比較して目標点火時期を設定するような場合、異なる運転状態での遅角量を比較してしまい、ＥＧＲ以外の要因を含んで点火時期を設定してしまうという問題がある。その結果、ＥＧＲ装置の異常や経年変化によるノッキングへの影響を正確に見極めることができず、誤った点火時期で点火することにより余計にノッキングが発生してしまったり、ノッキング発生領域より遅角側で点火することにより燃焼効率が悪くなるといった制御性能の悪化が懸念される。
【００１３】
しかしながら、前記特許文献１あるいは前記特許文献２に開示されている技術は、このような問題点を積極的に解消するものとはなっていない。
【００１４】
前記特許文献１に開示されている技術では、そもそもＥＧＲ運転領域とＥＧＲ非運転領域とで運転状態が全く異なるため、運転状態の違いによる点火時期の違いにより、ＥＧＲ装置の異常を誤判定する可能性がある。
【００１５】
また、前記特許文献２に開示されている技術では、還流を強制的に停止することにより運転状態が変化することについて対策されていないため、ＥＧＲ装置の異常によるノッキングへの影響だけを抽出して点火時期を適切な値に設定することができない。
【００１６】
この発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、ＥＧＲ装置の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じて目標点火時期を適切な値に補正することにより、内燃機関のノッキングを未然に回避することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を制御することにより、前記吸気通路の開口面積を変化させて吸入空気流量の制御を行うスロットル開度制御手段と、前記内燃機関の排気系から排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置の還流弁を強制的に開閉制御する強制開閉制御手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて算出される基本点火時期に対し、少なくとも機関温度による温度補正と前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているか否かによる還流有無補正を行った目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、前記内燃機関のノッキングの発生を検出するノック検出手段によりノッキングが検出された場合は、前記内燃機関の点火時期を遅角側へ制御し、前記ノッキングが検出されない場合は、前記点火時期を進角側へ制御するノック制御手段と、前記ノック制御手段により制御された遅角量や進角量を学習するノック学習手段と、前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの前記ノック学習手段によるノック学習値と、前記強制開閉制御手段により前記還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときの前記ノック学習手段によるノック学習値の２つのノック学習値に基づいて前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの目標点火時期を補正する還流時目標点火時期算出手段と、前記強制開閉制御手段により前記還流弁を強制的に閉弁状態に制御している期間において、前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの内燃機関の充填効率に対して、前記強制開閉制御手段により前記還流弁が強制的に閉弁状態に制御されるときの充填効率が所定値以内の変動量に収まるように前記スロットルバルブの開度を調整する還流時スロットル開度制御手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係る内燃機関の制御装置によれば、前記構成により、ＥＧＲ装置の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じて目標点火時期を適切に補正し、内燃機関のノッキングを未然に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関の概略構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の基本的構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置で処理を行った場合のタイムチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の点火時期と出力トルクの相関図におけるＭＢＴとＢＬＤの関係図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置による制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置による制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置による制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によるＥＧＲ開度と点火時期の関係を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置による運転状態と還流時補正後の目標点火時期との関係を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によるＥＧＲ開度と点火時期の挙動を示すタイムチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のＥＧＲ装置による還流が実施される運転領域を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によるＥＧＲ開度とインマニ圧とトルクの挙動を示すタイムチャートである。
【図１３】ＥＧＲ装置により還流が実施されることによる運転状態への影響を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付の図面を参照して、この発明に係る内燃機関の制御装置について好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関（以下、エンジンと称する。）の概略構成を示すブロック図である。
図１において、エンジン１の吸気通路の上流に吸入空気流量を調整するために電子的に制御される電子制御式スロットルバルブ２が設けられている。また、電子制御式スロットルバルブ２の開度（以下、スロットル開度と称する。）を測定するために、スロットル開度センサ３が設けられている。さらに、電子制御式スロットルバルブ２の上流には吸入空気流量を測定するエアフロセンサ４が設けられており、電子制御式スロットルバルブ２の下流のエンジン１側には、サージタンク５内の圧力を測定するインマニ圧センサ６が設けられている。なお、エアフロセンサ４とインマニ圧センサ６は、両方とも設けてもよいし、いずれか一方のみを設けることでもよい。
【００２２】
さらに、サージタンク５には、排気系の排気ガスを吸気系へ還流して排気再循環を行うＥＧＲ装置７が設けられており、このＥＧＲ装置７の還流弁の開度（以下、ＥＧＲ開度と称する。）に応じて排気ガスの還流量が調整される。このように排気ガスの一部を吸気系に還流することにより、エンジン１のシリンダ内における燃焼温度を下げて、ＮＯｘの生成量の低減が図られる。
【００２３】
さらに、サージタンク５の下流の吸気通路には、燃料を噴射するインジェクタ８が設けられている。インジェクタ８は、エンジン１のシリンダに直接噴射できるように設けてもよい。サージタンク５の下流の吸気通路の端には吸気バルブ９が設けられており、この吸気バルブ９がシリンダ内に入る混合気を規制する。吸気バルブ９の上端は、エンジン１の駆動状態に応じて回転するカムシャフト１０のカム面に当接している。このカムシャフト１０の回転位置に応じて吸気バルブ９の軸方向位置を変化させて、シリンダの通路を開閉する可変吸気バルブタイミング機構１１が備えられている。なお、可変吸気バルブタイミング機構１１は、カムシャフト１０の位置（角度）を検出する図示しないカム角センサと、吸気バルブ９の閉弁タイミングを電動もしくは油圧で調整する機能を備えている。さらに、エンジン１のシリンダ内の混合気に点火するための点火コイル１２、及び点火プラグ１３が設けられている。点火プラグ１３は、その電極がエンジン１のシリンダ内に臨むようにして配置されており、要求電圧が印加されたときに火花を飛ばして混合気に点火する。
【００２４】
また、エンジン１にはエンジン１のノッキングの発生を検出するノック検出手段としてノックセンサ１４が設けられている。エンジン１にノッキングが発生するとシリンダ内では高周波の圧力振動が発生し、この圧力振動がシリンダブロックに伝わる。ノックセンサ１４は、圧電素子によりシリンダブロックに伝わる振動を検出し、この振動を電気信号に変換する。なお、ノック強度は、振動の振幅や、特定周波数におけるピークホールド値、圧力振動を離散フーリエ変換することによって得られるスペクトル信号、等によって推定することができる。
【００２５】
さらに、エンジン１の回転速度やクランク角度を検出するために、クランク軸に設けられたプレートのエッジを検出するクランク角センサ１５がエンジン１に設けられている。また、エンジン１には図示しないバッテリを充電するオルタネータや車載エアコンが設けられている。
【００２６】
エンジン１は、前記のように構成されており、エアフロセンサ４で測定された吸入空気流量Ｓ１と、インマニ圧センサ６で測定されたインマニ圧Ｓ２と、スロットル開度センサ３で測定された電子制御式スロットルバルブ２のスロットル開度Ｓ３と、クランク角センサ１５より出力されるクランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスＳ４と、ノックセンサ１４で測定されたシリンダブロックに伝わる振動Ｓ５は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する。）１６に入力される。なお、ＥＣＵ１６は、マイクロコンピュータを主体に構成されるユニットであり、前記各センサ及び検出装置の出力信号に加え、図示しないバッテリの出力電圧、スタータスイッチのオン・オフ信号、吸気温センサで測定された吸入空気温度（以下、吸気温と称する。）、水温センサで測定された冷却水温度（以下、水温と称する。）、大気圧センサで測定された大気圧力（以下、大気圧と称する。）、可変吸気バルブタイミング機構１１で測定されたカムシャフト１０の位置（角度）の信号が入力される。
【００２７】
ＥＣＵ１６は、入力された各種信号より電子制御式スロットルバルブ２の目標スロットル開度を設定し、電子制御式スロットルバルブ２のスロットル開度が目標値となるようにフィードバック制御を行うための目標スロットル開度Ｓ６を電子制御式スロットルバルブ２へ出力する。また、ＥＣＵ１６は、入力された各種信号に応じて点火コイル１２へ通電／遮断信号Ｓ７を出力することにより点火時期を制御する。さらに、入力された各種信号に応じてＥＧＲ装置７の還流弁の目標ＥＧＲ開度を設定し、ＥＧＲ開度が目標値となるように、フィードバック制御を行うための目標ＥＧＲ開度Ｓ８をＥＧＲ装置７へ出力する。さらに、ＥＣＵ１６は前記以外の各種アクチュエータへの指示信号も出力する。
【００２８】
図２は、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の基本的構成を説明するブロック図である。図２に示すように、ＥＣＵ１６は、吸気通路に設けられたスロットル開度を制御して吸入空気流量の可変制御を行うスロットル開度制御手段Ｍ１と、ＥＧＲ装置７の図示しない還流弁を強制的に開閉制御する強制開閉制御手段Ｍ２と、エンジン１の運転状態に基づいて算出される基本点火時期に対し、少なくとも機関温度による温度補正とＥＧＲ装置７による還流が実施されているか否かによる還流有無補正を行った目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段Ｍ３と、ノックセンサ１４によってノッキングが検出された場合にエンジン１の点火時期を遅角側へ制御し、ノッキングが検出されない場合に点火時期を進角側へ制御するノック制御手段Ｍ４と、ノック制御手段Ｍ４により制御された遅角量や進角量を学習するノック学習手段Ｍ５と、ＥＧＲ装置７による還流が実施されているときのノック学習手段Ｍ５によるノック学習値と、強制開閉制御手段Ｍ２により還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときのノック学習値の２つのノック学習値に基づいてＥＧＲ装置７による還流が実施されているときの目標点火時期を補正する還流時目標点火時期算出手段Ｍ６と、強制開閉制御手段Ｍ２により還流弁を強制的に閉弁状態に制御している期間において、ＥＧＲ装置７による還流が実施されているときのエンジン１の充填効率に対して、強制開閉制御手段Ｍ２により還流弁が強制的に閉弁状態に制御されるときの充填効率が所定値以内の変動量に収まるようにスロットル開度を調整する還流時スロットル開度制御手段Ｍ７と、を備えている。なお、前記スロットル開度制御手段Ｍ１、強制開閉制御手段Ｍ２、目標点火時期算出手段Ｍ３、ノック制御手段Ｍ４、ノック学習手段Ｍ５、還流時目標点火時期算出手段Ｍ６、還流時スロットル開度制御手段Ｍ７は、ソフトウェアにより構成されている。
【００２９】
前記のように構成された実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の基本動作を説明すれば、次のとおりである。図３は、ＥＧＲ装置７による還流が実施されるか否かにおける運転状態を示すパラメータのタイムチャートである。図３において、ＥＧＲ開度ＥＶを強制的に閉弁状態に制御している期間（図中Ａ）の充填効率の変動量が、ＥＧＲ開度ＥＶが開弁状態にある期間（図中Ｂ）の充填効率に対して、所定値（図中Ｃ）以内に収まるようにスロットル開度ＴＶを閉じ側に制御する。その結果、強制的に閉弁状態にする前後の期間において同一の負荷状態に制御することができ、ＥＧＲ装置の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じた点火時期の遅角量を速やかに且つ正確に検出し、運転状態に応じて目標点火時期を適切な値（例えば、図４に示す点火時期と出力トルクの関係図によると、出力トルクが最大となるＭＢＴ：Minimum spark advance for Best Torqueとノッキングを許容できる進角限界を表すＢＬＤ：Border line of Detonationとの遅角側である図中Ａ点）に制御することができる。
【００３０】
次に、上述した実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の詳細動作について、図５〜図７に示すフローチャートに基づいて説明する。図５は、還流時目標点火時期算出手段Ｍ６の動作を説明するフローチャートである。
図５において、還流時目標点火時期算出手段Ｍ６は、ステップ１０１において、クランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスＳ４の間隔から演算される回転速度と、吸入空気流量Ｓ１やインマニ圧Ｓ２から演算される実充填効率（以下、実Ｅｃと称する。）をパラメータとして、ＥＧＲ装置７による還流が実施されていないときの基本点火時期を設定する。ここで、この基本点火時期に対して、ノック制御実行条件が成立している場合にはノック学習値だけ遅角制御し、水温や吸気温による温度補正量だけ進角または遅角制御を実施する。ノック制御実行条件の具体例としては、水温が所定値以上、回転速度が所定値以上、充填効率が所定値以上、のうち少なくとも１つを満たすときにノック制御実行条件が成立していると判定するとよい。
【００３１】
ステップ１０２では、ＥＧＲ装置７による還流の実行条件が成立しているか否かを判定する。ＥＧＲ装置７による還流の実行条件の具体例としては、回転速度が所定の範囲内、充填効率が所定の範囲内、吸気温が所定の範囲内、のうち少なくとも１つを満たすときに実行条件が成立していると判定するとよい。ステップ１０２で肯定判定されるとステップ１０３に進み、一方、否定判定されるとＥＧＲ運転領域ではないと判定し、本処理を終了する。
【００３２】
ステップ１０３では、ＥＧＲ装置７による還流が実施されるか否かによる還流有無補正を行うことで目標点火時期を算出する。ここで、還流が実施されているときの基本点火時期は、還流が実施されていないときの基本点火時期とは個別に設定する構成としてもよいし、還流が実施されていないときの基本点火時期に対して所定量だけ進角側に設定する構成としてもよい。ステップ１０３の処理後はステップ１０４に進み、後述する方法を用いて算出される還流時補正量に基づいて、ステップ１０３にて設定された還流有無補正後の目標点火時期に対して補正を行うことで還流時目標点火時期を算出する。この処理を実行することで、例えば燃料のオクタン価が低い場合、シリンダ内のデポジットの堆積量が多い場合、吸入空気温度や冷却水温度が高い場合、等によって生じるノック遅角量を予め遅角設定することができる。ステップ１０４を実行後は、本処理を終了する。
【００３３】
次に、ＥＧＲ装置７による還流が実施されているときの還流時補正量を算出するために、ＥＣＵ１６にて実行される動作について、図６のフローチャートに基づいて説明する。
図６において、ステップ２０１では、ノック制御手段Ｍ４によりノック制御の実行条件が成立しているか否かを判定する。ステップ２０１で肯定判定されるとステップ２０２に進み、一方、否定判定されるとノック制御運転領域ではないと判定し、本処理を終了する。
【００３４】
ステップ２０２では、ノッキングが発生したか否かを判定する。ステップ２０２で肯定判定されるとステップ２０３へ進み、点火時期を遅角側へ制御し、その遅角量をノック学習値ＫＣＳＬとしてノック学習手段Ｍ５で学習する。ここで、点火時期の遅角量はノック強度や運転状態に応じて設定されることにより、ノッキングの発生頻度やノック強度を低減することができる。一方、ステップ２０２で否定判定されるとステップ２０４へ進み、点火時期を進角側へ制御し、その進角量をノック学習値ＫＣＳＬとして学習する。ここで、点火時期の制御可能範囲のうち、進角側に制限値を設定しておくことで、過進角による出力トルクの低下を防止することができる。ステップ２０３、及びステップ２０４の処理後はステップ２０５に進む。ステップ２０５ではノック学習値ＫＣＳＬが安定しているか否かを判定する。所定の期間におけるノック学習値ＫＣＳＬの変動量が所定値以内の場合に肯定判定してステップ２０６に進み、一方、否定判定されるとステップ２０１に戻り、点火時期がノッキングの発生する限界の点火時期に設定されてノック学習値ＫＣＳＬが安定するまで繰返し行われる。
【００３５】
次に、ステップ２０６ではノック学習値ＫＣＳＬを、還流が実施されているときのノック学習値ＫＣＳＬ１としてノック学習手段Ｍ５に記憶し、ステップ２０７に進む。ステップ２０７では強制開閉制御手段Ｍ２により、ＥＧＲ装置７の還流弁を強制的に開閉制御するための実行条件が成立しているか否かを判定する。この強制開閉制御の実行条件については詳細を後述する。ステップ２０７で肯定判定されるとステップ２０８に進み、一方、否定判定されるとステップ２０９に進んで還流弁を運転状態に応じた目標通りのＥＧＲ開度に制御して、本処理を終了する。ステップ２０８では、還流弁を強制的に閉弁制御することにより還流を実施しない。ここで、強制開閉制御により閉弁状態に制御する際は、目標ＥＧＲ開度をテーリング変化または段階的なステップ変化により徐徐に変化させることで、ノック強度の強いノッキングが頻繁に発生することを抑制することができる。この強制開閉制御手段Ｍ２での強制開閉制御が実施されているときの電子制御式スロットルバルブ２の目標スロットル開度については詳細を後述する。ステップ２０８の処理後はステップ２１０に進む。
【００３６】
ステップ２１０では、ノック制御手段Ｍ４によりノッキングが発生したか否かを判定する。ステップ２１０で肯定判定されるとステップ２１１へ進み、点火時期を遅角側へ制御し、その遅角量をノック学習値ＫＣＳＬとしてノック学習手段Ｍ５で学習する。一方、ステップ２１０で否定判定されるとステップ２１２へ進み、点火時期を進角側へ制御し、その進角量をノック学習値ＫＣＳＬとしてノック学習手段Ｍ５で学習する。ステップ２１１及びステップ２１２の処理後はステップ２１３に進む。ステップ２１３ではステップ２０５と同様にノック学習値ＫＣＳＬが安定しているか否かを判定する。ステップ２１３で肯定判定されるとステップ２１４に進み、一方否定判定されるとステップ２０７に戻り、還流弁が強制的に閉弁制御されている状態での点火時期がノッキングの発生する限界の点火時期に設定されてノック学習値ＫＣＳＬが安定するまで繰返し行われる。
【００３７】
次に、ステップ２１４ではノック学習値ＫＣＳＬを、還流が実施されていないときのノック学習値ＫＣＳＬ２としてノック学習手段Ｍ５に記憶し、ステップ２０８で実施した強制開閉制御手段Ｍ２での強制開閉制御による閉弁状態を解除してから本処理を終了する。ここで、強制開閉制御Ｍ２での閉弁状態を解除する際は、目標ＥＧＲ開度をテーリング変化または段階的なステップ変化により徐徐に変化させることで、急激に還流量が増加して運転状態が変化することによる出力トルクの急激な変化を抑制することができる。ステップ２０６で記憶されるノック学習値ＫＣＳＬ１と、ステップ２１４で記憶されるノック学習値ＫＣＳＬ２に基づいて、還流時目標点火時期算出手段Ｍ６により還流時の目標点火時期の補正量を算出する。この還流時目標点火時期補正量については詳細を後述する。
【００３８】
次に、強制開閉制御手段Ｍ２で強制開閉制御が実施されているときの電子制御式スロットルバルブ２の目標スロットル開度の演算について、図７のフローチャートに基づいて説明する。
図７において、還流時スロットル開度制御手段Ｍ７は、ステップ３０１で、強制開閉制御手段Ｍ２の強制開閉制御による閉弁制御が実施される前の実ＥｃをＥｃ１として記憶し、ステップ３０２に進む。ステップ３０２では強制開閉制御手段Ｍ２での強制開閉制御の実行条件が成立しているか否かを判定する。ステップ３０２で肯定判定されるとステップ３０３に進み、一方、否定判定されるとステップ３０４に進んで還流弁を運転状態に応じた目標通りのＥＧＲ開度及びスロットル開度に制御して、本処理を終了する。ステップ３０３では、還流弁を強制的に閉弁制御することにより還流を実施しない。ステップ３０３の処理後はステップ３０５に進む。
【００３９】
次に、ステップ３０５では実Ｅｃの変動量が所定値以上か否かを判定する。具体的には、ステップ３０１において記憶されたＥｃ１と実Ｅｃとの差δ（＝実Ｅｃ−Ｅｃ１）を求め、その差δが所定値Ｋ１以上であるか否かを判定する。差δが所定値Ｋ１未満である場合はステップ３０２に戻り、電子制御式スロットルバルブ２の目標スロットル開度に対して、還流時スロットル開度制御手段Ｍ７での還流時スロットル開度制御を実施しない。また、ステップ３０５において差δが所定値Ｋ１以上である場合には、ステップ３０６に進み、電子スロットルバルブ２の目標スロットル開度を所定量Ｋ２だけ閉じ側に制御して、ステップ３０２に戻る。このステップ３０６の処理を実行することで、強制的に閉弁状態にする前後が同等の負荷状態となり、基本点火時期、燃料噴射量、吸排気バルブタイミングも変化することなく、開弁状態と閉弁状態でのノッキングによる点火時期の遅角量を比較して点火時期を設定する際に、異なる運転状態での遅角量を比較してしまうことを防止できる。
【００４０】
なお、所定値Ｋ１や所定量Ｋ２は、負荷とスロットル開度に関する予備テスト（実際のエンジンを用いた試験により予め特性データを採取すること）により設定された値である。例えば、所定値Ｋ１には、スロットル開度を一定の値に保持したときの、吸気脈動によって生じる実Ｅｃの最大振幅値を設定すればよい。また、所定量Ｋ２には、所定値Ｋ１に相当する充填効率または出力トルクの偏差に相当する分を補えるだけのスロットル開度の偏差を設定すればよい。
【００４１】
次に、図５のステップ１０４で算出される還流時補正量について、図８及び図９を参照しながら説明する。
図８はＥＧＲ開度と点火時期の関係を示す図である。θ１、θ２はそれぞれ閉弁状態、開弁状態での還流有無補正後の基本点火時期である。ここで、閉弁状態と開弁状態とでは、還流弁の開度以外の回転速度や充填効率といった運転状態は同等とする。つまり開弁状態は強制開閉制御手段Ｍ２での閉弁制御が実施される前の状態であり、一方、閉弁状態は強制開閉制御手段Ｍ２での閉弁制御が実施されている最中の状態である。このθ１、θ２に対して、ノック制御により遅角側に学習された点火時期を、それぞれθ１Ｌ、θ２Ｌとする。θ１とθ１Ｌの差△１は、燃料の性状、シリンダ内のデポジットの堆積量、シリンダ内の温度、等によって発生するノッキングを学習したものであり、還流を実行することによる学習値分は含まれていない。この△１は、図６のステップ２１４にて記憶されたノック学習値ＫＣＳＬ２に相当する。一方、開弁状態でのθ２とθ２Ｌの差△２には、△１の学習値分を考慮した点火時期θ２Ｌ’に対して還流を実行することによる学習値分△Ｘを考慮した値となる。この△２は、図６のステップ２０６にて記憶されたノック学習値ＫＣＳＬ１に相当する。上述の通り、ノック学習値としては、閉弁状態、開弁状態によらず△１を設定し、還流を実行しているときだけ、ノック学習値偏差に相当する△Ｘを還流時補正量を考慮することにより、ＥＧＲ装置の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化による点火時期の遅角量を速やかに且つ正確に検出し、運転状態に応じて目標点火時期を適切な値（例えば、ＭＢＴとＢＬＤとの遅角側）に制御することができる。
【００４２】
次に、図９に示す運転状態と還流補正後の目標点火時期との関係によると、強制開閉制御手段Ｍ２での強制開閉制御を実行した運転状態Ａにおいて、閉弁状態、開弁状態での還流有無補正後の点火時期をそれぞれθ１、θ２とし、ノック学習値△１とノック学習値偏差△Ｘを考慮したθ２Ｌを還流時目標点火時期とする。これに対し、回転速度や実Ｅｃが変化して運転状態Ｂとなったときの還流時目標点火時期θ４Ｌは次式で表される。
【００４３】
【数２】
【００４４】
ここで、運転状態Ｂでの閉弁状態、開弁状態での還流有無補正後の基本点火時期をそれぞれθ３、θ４とし、ノック学習値△１とノック学習値偏差△Ｘは、強制開閉制御を実行した運転状態Ａでの値である。ただし、ノック学習値△１は強制開閉制御を実行した後、更に更新されていてもよい。また、上式において△Ｘ’が還流時補正量を表す。
【００４５】
ここまでの実施の形態１に係る内燃機関の制御装置による効果を、図１０のＥＧＲ開度と点火時期の挙動を示すタイムチャートを参照しながら説明する。
図１０において、運転状態Ａから運転状態Ｂへと変化してＥＧＲ開度ＥＶが開き側へ制御されたとき、還流有無補正後の基本点火時期に対してノック学習値△１を考慮し、更に還流時補正量△Ｘ’を考慮したものが、最終的な還流時目標点火時期となる。上述の構成にすることにより、ＥＧＲ運転領域全域において、その運転状態に応じた目標点火時期を適切に補正することができる。
【００４６】
次に、強制開閉制御手段Ｍ２における強制開閉制御の実行条件について、図１１のＥＧＲ装置７による還流が実施される運転領域を示す図を参照しながら説明する。
図１１において、ＥＧＲ運転領域とＥＧＲ非運転領域は、回転速度と充填効率をパラメータとして領域分けされる。ここでＥＧＲ運転領域内において、目標値通りにＥＧＲ開度を開弁制御したときの還流量が所定値Ｋ３以上となる運転領域を強制開閉制御の実行可能領域とする。つまり、強制開閉制御の実行可能領域を、回転速度と充填効率により予め設定しておく。前記実行可能領域でのみ強制開閉制御を実施することにより、還流制御中の排気還流量が少ない運転領域で還流時の実際の還流量が低下していたときの目標点火時期の補正量に比べて、還流時の実際の還流量が低下していたときの目標点火時期の補正量が大きく算出でき、もともと微量の排ガスしか還流されない運転状態において強制開閉制御を実行することによるＥＧＲ装置７の異常や経年変化に関する判断不良を回避することができる。また、強制開閉制御手段Ｍ２において、強制開閉制御を実施している最中に、アクセル開度の変化量が所定値Ｋ４以上になったときには強制開閉制御を解除して、運転状態に応じた目標ＥＧＲ開度に制御することにより、アクセル開度が変化して運転状態が変化することによる還流時補正量△Ｘ’の誤差を除くことができる。
【００４７】
前記を設定しない場合、ＥＧＲ装置７の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じた目標点火時期を適切に補正することができず、内燃機関のノッキングを未然に回避することができなくなる。なお、所定値Ｋ３、Ｋ４は判断不良を想定した予備テストにより設定された値である。例えば、所定値Ｋ３には、ＥＧＲ装置７が故障していない状態での定常運転状態において、還流量毎に強制開閉制御を実行することにより、ＥＧＲ装置７が故障しているとの判断不良が発生しない最低限度の還流量を設定すればよい。また、所定値Ｋ４には、強制開閉制御の最中にアクセル開度を変化させることによる還流時補正量△Ｘ’のばらつきが、許容範囲内に収まるように、アクセル開度の変化量の上限値を設定すればよい。
【００４８】
次に、この実施の形態における目標スロットル開度Ｓ６、通電／遮断信号Ｓ７、目標ＥＧＲ開度Ｓ８以外のＥＣＵ１６からの指示信号に関して、図１２のＥＧＲ装置７とインマニ圧とトルクの挙動を示すタイムチャートを参照しながら説明する。
図１２において、開弁状態から閉弁状態へと変化してＥＧＲ開度ＥＶが閉じ側へ制御されたとき、還流量の低下によりサージタンク５の負圧が上がることによりインマニ圧ｐｅが低下する。インマニ圧ｐｅが低下すると吸気損失によるロストルクが大きくなるため、その吸気損失に相当するトルク△Ｐｌｏｓｓを吸気損失トルク補正手段により補正する。
【００４９】
吸気損失トルク補正手段の具体例としては、オルタネータの発電電流量と車載エアコンの冷媒圧のうち少なくとも１つに上限の制限値を新たに設け、オルタ負荷トルクとエアコン負荷トルクの和がトルク△Ｐｌｏｓｓ相当だけ低減する方向に制御するものを用いる。つまり、吸気損失によるロストルクが大きくなる分、オルタネータや車載エアコンの負荷トルクを低減させることにより、エンジン１に付加されるロストルクの合計が変化しないように制御することができるため、ロストルクが大きくなることによるエンジン１の回転速度の低下を抑制でき、その結果として、回転速度を一定に維持することが可能となり、強制開閉制御を実施する前後の期間で同一の運転状態となって、ＥＧＲ装置７の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化による点火時期の遅角量を速やかに、且つ正確に検出し、運転状態に応じて目標点火時期を適切な値に補正することができる。
【００５０】
以上詳述したように、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によれば、ＥＧＲ装置７の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じて目標点火時期を適切に補正し、エンジン１のノッキングを未然に回避することができる。
【００５１】
また、還流時目標点火時期算出手段Ｍ６は、少なくともＥＧＲ装置７による還流が実施されているときのノック学習手段Ｍ５によるノック学習値と、強制開閉制御手段Ｍ２により還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときのノック学習値との差であるノック学習値偏差、及びＥＧＲ装置７による還流が実施されているか否かの還流有無補正による補正量に基づいて、ＥＧＲ装置７による還流が実施されているときの目標点火時期を補正することにより、ＥＧＲ運転領域全域において、その運転状態に応じた目標点火時期を適切に補正することができる。
【００５２】
また、強制開閉制御手段Ｍ２は、還流弁をテーリング変化または段階的なステップ変化により徐徐に変化させる構成にすることにより、急激に還流量が低下して強いノッキングが頻繁に発生することを抑制したり、急激に還流量が増加して運転状態が変化することによる出力トルクの急激な変化を抑制することができる。
【００５３】
また、強制開閉制御手段Ｍ２は、排気還流の流量が所定値以上となる運転領域をエンジン１の運転状態を示す回転速度、充填効率、機関温度のうち少なくとも１つの情報により予め記憶しておき、前記運転領域でのみ実施するようにしているので、還流制御中の排気還流量が少ない運転領域で還流時の実際の還流量が低下していたときの目標点火時期の補正量に比べて、還流時の実際の還流量が低下していたときの目標点火時期の補正量が大きく算出でき、もともと微量の排気ガスしか還流されない運転状態において強制開閉制御手段Ｍ２で強制開閉制御を実施することによるＥＧＲ装置７の異常や経年変化に関する判断不良を回避することができる。
【００５４】
また、強制開閉制御手段Ｍ２は、アクセル開度の変化量が所定値以上のときに強制的な開閉制御を解除する構成にすることにより、アクセル開度が変化して運転状態が変化することによる還流時補正量の誤差を除くことができる。前記を設定しない場合、ＥＧＲ装置７の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化に応じた目標点火時期を適切に補正することができず、エンジン１のノッキングを未然に回避することができなくなる。
【００５５】
また、ＥＧＲ装置７による還流が実施されているときのインマニ圧と、強制開閉制御手段Ｍ２により還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときのインマニ圧との差に相当する吸気損失分のトルクを、吸気損失分のトルクを補正することにより、吸気損失が増大することによるエンジン１の回転速度の低下を抑制できる。その結果、回転速度を一定に維持することが可能となり、強制開閉制御を実施する前後の期間で同一の運転状態となり、ＥＧＲ装置７の異常や経年変化に伴う排気ガスの還流量の変化による点火時期の遅角量を速やかに且つ正確に検出し、運転状態に応じて目標点火時期を適切な値に補正することができる。
【００５６】
なお、前記実施の形態はこの発明を実施するための例にすぎず、この発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されたこの発明の要旨の範囲内において、すべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５７】
１ エンジン（内燃機関） ２ 電子制御式スロットルバルブ
３ スロットル開度センサ ４ エアフロセンサ
５ サージタンク ６ インマニ圧センサ
７ ＥＧＲ装置 ８ インジェクタ
９ 吸気バルブ １０ カムシャフト
１１ 可変バルブタイミング機構 １２ 点火コイル
１３ 点火プラグ １４ ノックセンサ
１５ クランク角センサ １６ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｓ１ 吸入空気流量 Ｓ２ インマニ圧
Ｓ３ 電子制御式スロットルバルブの開度 Ｓ４ クランク軸のプレートのエッジに同期したパルス
Ｓ５ シリンダブロックに伝わる振動 Ｓ６ 目標スロットル開度
Ｓ７ 通電／遮断信号 Ｓ８ 目標ＥＧＲ開度
Ｍ１ ルロットル開閉制御手段 Ｍ２ 強制開閉制御手段
Ｍ３ 目標点火時期算出手段 Ｍ４ ノック制御手段
Ｍ５ ノック学習手段 Ｍ６ 環流時目標点火時期算出手段
Ｍ７ 環流時スロットル開度制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を制御することにより、前記吸気通路の開口面積を変化させて吸入空気流量の制御を行うスロットル開度制御手段と、
前記内燃機関の排気系から排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置の還流弁を強制的に開閉制御する強制開閉制御手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて算出される基本点火時期に対し、少なくとも機関温度による温度補正と前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているか否かによる還流有無補正を行った目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、
前記内燃機関のノッキングの発生を検出するノック検出手段によりノッキングが検出された場合は、前記内燃機関の点火時期を遅角側へ制御し、前記ノッキングが検出されない場合は、前記点火時期を進角側へ制御するノック制御手段と、
前記ノック制御手段により制御された遅角量や進角量を学習するノック学習手段と、
前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの前記ノック学習手段によるノック学習値と、前記強制開閉制御手段により前記還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときの前記ノック学習手段によるノック学習値の２つのノック学習値に基づいて前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの目標点火時期を補正する還流時目標点火時期算出手段と、
前記強制開閉制御手段により前記還流弁を強制的に閉弁状態に制御している期間において、前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの内燃機関の充填効率に対して、前記強制開閉制御手段により前記還流弁が強制的に閉弁状態に制御されるときの充填効率が所定値以内の変動量に収まるように前記スロットルバルブの開度を調整する還流時スロットル開度制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記還流時目標点火時期算出手段は、少なくとも前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの前記ノック学習手段によるノック学習値と、前記強制開閉制御手段により前記還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときのノック学習値との差であるノック学習値偏差、及び前記還流有無補正による補正量に基づいて、前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの目標点火時期を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記強制開閉制御手段は、前記還流弁をテーリング変化または段階的なステップ変化により徐徐に変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記強制開閉制御手段は、排気還流の流量が所定値以上となる運転領域を前記内燃機関の運転状態を示す回転速度、吸入空気量充填効率、機関温度のうち少なくとも１つの情報により予め記憶し、前記運転領域でのみ実施することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記強制開閉制御手段は、アクセル開度の変化量が所定値以上のときに強制的な開閉制御を解除することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときのインマニ圧と、前記強制開閉手段により前記還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときのインマニ圧の差に相当する吸気損失分のトルクを補正することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を制御することにより、前記吸気通路の開口面積を変化させて吸入空気流量の制御を行うスロットル開度制御手段と、
前記内燃機関の排気系から排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置の還流弁を強制的に開閉制御する強制開閉制御手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて算出される基本点火時期に対し、少なくとも機関温度による温度補正と前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているか否かによる還流有無補正を行った目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、
前記内燃機関のノッキングの発生を検出するノック検出手段によりノッキングが検出された場合は、前記内燃機関の点火時期を遅角側へ制御し、前記ノッキングが検出されない場合は、前記点火時期を進角側へ制御するノック制御手段と、
前記ノック制御手段により制御された遅角量や進角量を学習するノック学習手段と、
前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの前記ノック学習手段によるノック学習値と、前記強制開閉制御手段により前記還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときの前記ノック学習手段によるノック学習値の２つのノック学習値に基づいて前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの目標点火時期を補正する還流時目標点火時期算出手段と、
前記強制開閉制御手段により前記還流弁を強制的に閉弁状態に制御している期間において、前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの内燃機関の充填効率に対して、前記強制開閉制御手段により前記還流弁が強制的に閉弁状態に制御されるときの充填効率が所定値以内の変動量に収まるように前記スロットルバルブの開度を調整する還流時スロットル開度制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記還流時目標点火時期算出手段は、少なくとも前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの前記ノック学習手段によるノック学習値と、前記強制開閉制御手段により前記還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときのノック学習値との差であるノック学習値偏差、及び前記還流有無補正による補正量に基づいて、前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときの目標点火時期を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記強制開閉制御手段は、前記還流弁をテーリング変化または段階的なステップ変化により徐徐に変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記強制開閉制御手段は、排気還流の流量が所定値以上となる運転領域を前記内燃機関の運転状態を示す回転速度、吸入空気量充填効率、機関温度のうち少なくとも１つの情報により予め記憶し、前記運転領域でのみ実施することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記強制開閉制御手段は、アクセル開度の変化量が所定値以上のときに強制的な開閉制御を解除することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記ＥＧＲ装置による還流が実施されているときのインマニ圧と、前記強制開閉手段により前記還流弁を強制的に閉弁状態に制御しているときのインマニ圧の差に相当する吸気損失分のトルクを補正することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２４１５７７（Ｐ２０１２−２４１５７７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１１２２７（Ｐ２０１１−１１１２２７）
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【特許番号】特許第５０３３２５４号（Ｐ５０３３２５４）
【特許公報発行日】平成２４年９月２６日（２０１２．９．２６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【特許番号】特許第５０３３２５４号（Ｐ５０３３２５４）
【特許公報発行日】平成２４年９月２６日（２０１２．９．２６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]