内燃機関の制御装置
【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、新規な点火時期制御を可能とする内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明においては、混合気の燃焼速度の推定値を規定する特性マップを用いて点火時期を決定する。混合気の燃焼速度は、気筒外の要因により変化する混合気の状態を代表するものであるので、その推定値を規定した特性マップを用いれば、高精度に点火時期を決定できる。
【解決手段】本発明においては、混合気の燃焼速度の推定値を規定する特性マップを用いて点火時期を決定する。混合気の燃焼速度は、気筒外の要因により変化する混合気の状態を代表するものであるので、その推定値を規定した特性マップを用いれば、高精度に点火時期を決定できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の気筒内の混合気に点火する時期は、内燃機関の運転状態に基づいて基本点火時期を求め、更にこの基本点火時期を補正することで決定されるのが一般的である。例えば特許文献１には、気筒内に吸入される新気量に基づいて基本点火時期を求めると共に、この気筒内に残留する残留ガスの割合に基づいて点火時期補正量を決定し、この点火時期補正量で上記基本点火時期を補正して点火時期を決定する内燃機関の制御装置が開示されている。つまり、この制御装置においては、基本点火時期に対して内部ＥＧＲガス量に関する補正を行った上で、最終的な点火時期を決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４６７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１において、内部ＥＧＲガス量に関する補正を行うのは、筒内に吸入された空気量を正確に把握し最適な点火時期を決定する上で望ましいことである。このような観点からすると、その作動により吸入空気量の変化に影響を及ぼすアクチュエータが増加した場合は、その増加に伴う補正項目を追加すればよいことになる。例えば、排気還流システムを備える場合は、ＥＧＲ弁の作動による補正、即ち外部ＥＧＲガス量に関する補正を行えばよく、過給機を備える場合には、その作動による補正、即ち過給圧や排気圧の圧力変動に応じた補正を行えばよい。しかしながら、このような補正手法では、補正項目の増加に伴い点火時期の算出精度が低下する可能性がある。
【０００５】
また、上述した点火時期の補正は、定常運転時において行われるものである。換言すれば、過渡運転時においては、ノッキング抑制を目的とした補正、燃料増量に伴う補正やエミッション低減要求に基づく補正といった補正項目を更に追加する必要がある。そうすると、算出精度が低下する可能性が高くなるので、精度担保のために開発項目を増加する等の対策を講じなければならなくなる。従って、このような問題に対処しつつ点火時期の算出精度を担保するためには、新規な手法を確立する必要があった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、新規な点火時期制御を可能とする内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の気筒内における圧縮端温度を推定する圧縮端温度推定手段と、
前記気筒内における混合気の比熱比を算出する比熱比算出手段と、
前記気筒内における混合気の気流乱れに関するパラメータを算出するパラメータ算出手段と、
圧縮端温度、比熱比および気流乱れに関するパラメータと、点火時期との関係を規定した点火時期マップに、前記圧縮端温度推定手段で推定した圧縮端温度、前記比熱比算出手段で算出した比熱比および前記パラメータ算出手段で算出したパラメータを適用して、目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
内燃機関の空燃比制御に用いる目標空燃比に応じて、前記目標点火時期算出手段で算出した目標点火時期を補正する目標点火時期補正手段を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記気筒と前記吸気通路とを連通または遮断する吸気バルブと、
前記気筒と前記排気通路とを連通または遮断する排気バルブと、
前記点火時期算出手段で算出した目標点火時期の今回値と、その前回値との偏差が、機関負荷の変化に応じて決定される所定の許容範囲内に収まるように前記吸気バルブおよび／または前記排気バルブの開閉タイミングを制御するバルブタイミング制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３何れか１つの発明において、
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記気筒と前記吸気通路とを連通または遮断する吸気バルブと、
前記気筒と前記排気通路とを連通または遮断する排気バルブと、
点火時期の遅角側への変更要求の有無を判定する変更要求判定手段と、
前記変更要求があると判定された場合に、前記目標点火時期を遅角側に変更する目標点火時期変更手段と、
変更後の目標点火時期を含む所定サイクル数における目標点火時期の分散が、機関負荷毎に決定される所定の許容値よりも小さくなるように、前記吸気バルブおよび／または前記排気バルブの開閉タイミングを変更するバルブタイミング変更手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第４何れか１つの発明において、
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記気筒と前記吸気通路とを連通または遮断する吸気バルブと、
前記気筒と前記排気通路とを連通または遮断する排気バルブと、
機関負荷が低負荷から高負荷へ移行することが予測される場合に成立する所定条件の成否を判定する所定条件判定手段と、
前記所定条件が成立する場合に、前記吸気バルブおよび前記排気バルブが共に開弁するバルブオーバーラップ量が増加するように前記吸気バルブおよび／または前記排気バルブの開閉タイミングを制御するバルブオーバーラップ増量手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第３乃至第５何れか１つの発明において、
前記開閉タイミングは、機関負荷の変化方向に応じてそれぞれ決定される所定の限界値を超えないように補正されることを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第１乃至第６何れか１つの発明において、
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記吸気通路と前記排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブと、
前記点火時期算出手段で算出した目標点火時期の今回値と、その前回値との偏差が、機関負荷の変化に応じて決定される所定の許容範囲内に収まるように前記ＥＧＲバルブの開度を制御するＥＧＲバルブ開度制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第８の発明は、第７の発明において、
前記ＥＧＲバルブの開度は、機関負荷の変化方向に応じてそれぞれ決定される所定の限界値を超えないように補正されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
圧縮端温度、比熱比および気流乱れに関するパラメータを用いれば、気筒内の混合気の燃焼速度を推定できる。ここで、混合気の燃焼速度は、気筒外の要因により変化する混合気の状態を代表するものであるので、その推定値が分かれば高精度に点火時期を決定できる。従って、第１の発明によれば、圧縮端温度、比熱比および気流乱れに関するパラメータと、点火時期との関係を規定した点火時期マップに、圧縮端温度推定手段で推定した圧縮端温度、比熱比算出手段で算出した比熱比およびパラメータ算出手段で算出したパラメータを適用して、高精度に点火時期を決定できる。
【００１６】
通常、内燃機関の目標空燃比はストイキ域に設定されるが、ストイキ域外に設定された場合には、混合気を形成する燃料の供給量が変更される。そのため、目標空燃比によっては圧縮端温度や比熱比に影響し、その結果、混合気の燃焼速度にズレが生じることになる。この点、第２の発明によれば、内燃機関の空燃比制御に用いる目標空燃比に応じて、目標点火時期算出手段で算出した目標点火時期を補正することができる。従って、目標空燃比に左右されることなく、高精度に点火時期を決定できる。
【００１７】
第３の発明によれば、点火時期算出手段で算出した目標点火時期の今回値と、その前回値との偏差が、機関負荷の変化に応じて決定される所定の許容範囲内に収まるように吸気バルブおよび／または排気バルブの開閉タイミングを制御できるので、点火時期間に生じるばらつきを許容範囲内に収めることが可能となる。
【００１８】
目標点火時期を遅角すればその変動により燃焼が悪化する可能性がある。この点、第４の発明によれば、変更後の目標点火時期を含む所定サイクル数における目標点火時期の分散が、機関負荷毎に決定される所定の許容値よりも小さくなるように、吸気バルブおよび／または排気バルブの開閉タイミングを変更するので、点火時期の変動幅を小さくして燃焼の悪化を抑制できる。
【００１９】
機関負荷が低負荷から高負荷へ急速に移行するような場合、低温の新気が短時間で大量に筒内に吸入されるので圧縮端温度が大きく変化する。そのため、点火時期間に差が生じトルク変動が起こる可能性がある。この点、第５の発明によれば、低負荷から高負荷へ移行することが予測される場合に、バルブオーバーラップ量が増加するように吸気バルブおよび／または排気バルブの開閉タイミングを制御するので、高温の内部ＥＧＲガス量を増やすことができる。従って、新気量の増大による圧縮端温度の変動を緩和できトルク変動の発生リスクを低減できる。
【００２０】
内部ＥＧＲガス量は圧縮端温度や比熱比に影響を及ぼす、内部ＥＧＲガス量が極端に増量或いは減量された場合、混合気の燃焼速度にズレが生じてしまう。この点、第６の発明によれば、吸気バルブおよび／または排気バルブの開閉タイミングを、機関負荷の変化方向に応じてそれぞれ決定される所定の限界値を超えないように補正できるので、内部ＥＧＲガス量が極端に増量或いは減量されることを防止できる。
【００２１】
第７の発明によれば、点火時期算出手段で算出した目標点火時期の今回値と、その前回値との偏差が、機関負荷の変化に応じて決定される所定の許容範囲内に収まるようにＥＧＲバルブの開度を制御できるので、点火時期間に生じるばらつきを許容範囲内に収めることが可能となる。
【００２２】
ＥＧＲ通路を流れる排気ガス（外部ＥＧＲガス）量は、内部ＥＧＲガス量同様、圧縮端温度や比熱比に影響を及ぼすので、外部ＥＧＲガス量が極端に増量或いは減量された場合、混合気の燃焼速度にズレが生じてしまう。この点、第８の発明によれば、ＥＧＲバルブの開度を、機関負荷の変化方向に応じてそれぞれ決定される所定の限界値を超えないように補正できるので、外部ＥＧＲガス量が極端に増量或いは減量されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の各実施形態のシステム構成を説明するための図である。
【図２】ＥＧＲガス導入時の吸気バルブ閉弁後における気筒内を模式的に示した図である。
【図３】吸気バルブのリフト量とタンブル比との関係を示した図である。
【図４】本実施形態の特性マップにより決定される点火時期の概念的に示したものである。
【図５】実施の形態１において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】過渡運転時において、実施の形態１の特性マップにより決定された点火時期の履歴の一例を示したものである。
【図７】実施の形態２の制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】実施の形態２において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【図９】実施の形態３において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１０】機関回転数および負荷と、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲの許容値との関係を規定したマップである。
【図１１】実施の形態４において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１２】遅角補正量と補正係数との関係を示すマップである。
【図１３】実施の形態５における制御を説明するための図である。
【図１４】実施の形態５における制御を説明するための図である。
【図１５】実施の形態５において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
先ず、図１乃至図５を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、例えば車両の動力源として搭載される内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の各気筒には、ピストン１２と、吸気バルブ１４と、排気バルブ１６と、点火プラグ１８と、吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ２０とが設けられている。また、内燃機関１０には、吸気バルブ１４の開弁特性を可変とする可変動弁機構２２と、排気バルブ１６の開弁特性を可変とする可変動弁機構２４とが設けられている。
【００２５】
また、本実施形態のシステムは、ターボ過給機２６を有している。ターボ過給機２６は、吸気圧縮機２６ａと排気タービン２６ｂとを有している。吸気圧縮機２６ａは、吸気通路２８の途中に配置されており、排気タービン２６ｂは、排気通路３０の途中に配置されている。
【００２６】
吸気圧縮機２６ａよりも上流側の吸気通路２８には、吸入空気量Ｇａを検出するエアフローメータ３２が設置されている。一方、吸気圧縮機２６ａよりも下流側の吸気通路２８には、吸気圧縮機２６ａで圧縮された吸入空気を冷却するインタークーラ３４が設置されている。インタークーラ３４よりも下流側の吸気通路２８には、吸入空気量を調節するための電子制御式のスロットルバルブ３６が設置されている。スロットルバルブ３６の近傍には、その開度（スロットル開度ＴＡ）を検出するスロットル開度センサ３８が設置されている。スロットルバルブ３６よりも下流側の吸気通路２８には、吸気温度ＴＡｉｒを検出する吸気温センサ４０と、吸気圧Ｐｍを検出する吸気圧センサ４２とが設置されている。
【００２７】
排気タービン２６ｂよりも上流側の排気通路３０には、排気温度Ｔｅを検出する排気温センサ４４と、背圧Ｐｅを検出する背圧センサ４６とが設置されている。背圧センサ４６よりも下流側の排気通路３０には、排気タービン２６ｂの上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路４８が設けられている。バイパス通路４８には、ウェイストゲートバルブ５０が設置されている。ウェイストゲートバルブ５０を開くと、排気ガスの一部は、排気タービン２６ｂを通らずにバイパス通路４８を通って流れる。ウェイストゲートバルブ５０は、アクチュエータ５２により駆動されて、その開度が電子制御される。また、ウェイストゲートバルブ５０よりも下流側の排気通路３０には、排気浄化触媒５４が組み込まれている。
【００２８】
排気バルブ１６と背圧センサ４６と間の排気通路３０には、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路５６の一端が接続されている。ＥＧＲ通路５６の他端は、吸気通路２８に接続されている。本システムでは、このＥＧＲ通路５６を通して、排気ガスの一部を吸気通路２８に還流させることができる。ＥＧＲ通路５６の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５８と、外部ＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲバルブ６０とが設けられている。また、ＥＧＲバルブ６０の近傍には、その開度を検出するＥＧＲ開度センサ６２が設置されている。
【００２９】
また、本実施形態のシステムは、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度Ａｃｃｌ）を検出するアクセルポジションセンサ６４と、内燃機関１０のクランク角を検出するクランク角センサ６６と、内燃機関１０に生ずるノッキングを検知するノックセンサ６８とを備えている。
【００３０】
上述した各種のセンサおよびアクチュエータは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit)７０に電気的に接続されている。ＥＣＵ７０は、上述したセンサ等からの信号に基づいて、各アクチュエータの作動を制御することにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００３１】
［点火時期の決定手法］
上述したように、アクチュエータ数の増加に伴う補正項目の追加や、過渡運転時における補正項目の追加は、点火時期の算出精度を低下させる可能性がある。これは、基本点火時期を気筒外の要因に基づいて補正しているからに他ならない。そこで、本実施形態においては、混合気の燃焼速度の推定値を規定する特性マップを用いて点火時期を決定する。混合気の燃焼速度は、気筒外の要因により変化する混合気の状態を代表するものであるので、その推定値を規定した特性マップを用いれば、高精度に点火時期を決定できる。ここで、混合気の燃焼速度の推定値は、圧縮上死点における混合気の温度（圧縮端温度）、比熱比、排気空燃比の目標値（目標空燃比）や、気筒内における気流の乱れによって算出される。
【００３２】
図２は、ＥＧＲガス導入時の吸気バルブ閉弁後における気筒内を模式的に示した図である。図２に示すように、気筒内には、新気の他に、外部ＥＧＲガスや残留ガス（内部ＥＧＲガス）が存在する。これらのガスはその温度がそれぞれ異なるので、ガス組成の変化に伴い圧縮端温度が変化し混合気の燃焼速度にズレが生じることになる。同様に、これらのガスは比熱比もそれぞれ異なるので、ガス組成の変化に伴い比熱比が変化して混合気の燃焼速度にズレが生じることになる。加えて、これらのガスと混合気を形成する燃料の供給量は、目標空燃比に応じて決定されている。そのため、目標空燃比によっては圧縮端温度や比熱比に影響し、その結果、混合気の燃焼速度にズレが生じることになる。
【００３３】
また、気筒内における気流の乱れは、吸気バルブのリフト量と相関を有する。具体的に、吸気バルブのリフト量が大きくなると、気流の乱れが増加する。このことについて、図３を参照して説明する。図３は、吸気バルブのリフト量とタンブル比との関係を示した図である。図３に示すように、吸気バルブのリフト量が大きくなれば、タンブル比が大きくなる。タンブル比が大きくなれば、火炎伝播速度が速くなり燃焼が早期に終了する。そのため、吸気バルブのリフト量によっては、混合気の燃焼速度にズレが生じることになる。
【００３４】
図４は、本実施形態の特性マップにより決定される点火時期の概念的に示したものである。図４に示すように、点火時期は、圧縮端温度、比熱比および気流乱れを基本軸とする三次元空間上のデータとして表される。これらのデータは、予め実験やシミュレーション等により求められた上で、ＥＣＵ７０の内部に記憶されているものとする。
【００３５】
［本実施形態における具体的処理］
次に、図５を参照しながら、点火時期の決定のための具体的な処理について説明する。図５は、本実施形態において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【００３６】
図５に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、吸入空気量Ｇａを算出する（ステップ１００）。具体的に、ＥＣＵ７０は、エアフローメータ３２の検出値を取得し、この検出値に基づいて、吸入空気量Ｇａを算出する。続いて、ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１４と排気バルブ１６の両方が開いているバルブオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）の有無を判定し（ステップ１１０）、バルブオーバーラップが有ると判定した場合には、下記式（１）を用いて内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲを算出する（ステップ１２０）。
【００３７】
【数１】
【００３８】
上記式（１）において、Ｐｍ（θ１）は、バルブオーバーラップ中の所定タイミング（クランク角がθ１となるタイミング）における吸気圧であり、吸気圧センサ４２の検出値が用いられる。また、Ｐｅ（θ１）およびＴｅは、同タイミングにおける背圧および排気温度であり、それぞれ背圧センサ４６および排気温センサ４４の検出値が用いられる。また、Ｒは気体定数である。また、Ｓはバルブオーバーラップ中にガスの通過を許容する有効面積を示し、下記式（２）により算出される。
【００３９】
【数２】
【００４０】
上記式（２）において、Ｎｅ（θ１）は、クランク角がθ１となるタイミングにおける機関回転数である。また、Ｒｉは吸気バルブ１４のバルブ直径であり、Ｒｅは排気バルブ１６のバルブ直径である。また、Ｌｉ（θ）およびＬｅ（θ）はそれぞれ、吸気バルブ１４および排気バルブ１６のリフト量であり、クランク角θの関数として表される。また、ＩＶＯは吸気バルブ１４の開弁タイミングにおけるクランク角であり、ＥＶＣは排気バルブ１６の閉弁タイミングにおけるクランク角である。
【００４１】
また、上記式（１）において、φ（Ｐｍ（θ１）／Ｐｅ（θ１））は、下記式（３）または式（４）により表される。なお、下記式（３）および式（４）において、κＩＥＧＲは内部ＥＧＲガスの比熱比を表す。
【００４２】
【数３】
【００４３】
一方、ステップ１１０において、バルブオーバーラップが無いと判定した場合には、排気バルブの閉弁タイミングにおける筒内ガス量がそのまま内部ＥＧＲガス量となるので、下記式（５）を用いて内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲを算出する（ステップ１３０）。
ＧＩＥＧＲ＝Ａ＋ＬＢｏｒｅ・Ｌ（θ２）・・・（５）
【００４４】
上記式（５）において、Ａは吸気上死点における筒内容積であり、ＬＢｏｒｅはシリンダボア径であり、Ｌ（θ２）は排気バルブの閉弁タイミングにおける、吸気上死点からのピストン移動距離である。
【００４５】
ステップ１２０またはステップ１３０に続いて、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲバルブ６０が開弁状態であるか否かを判定する（ステップ１４０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲ開度センサ６２の検出値を取得し、この検出値を用いてＥＧＲバルブ６０が開弁状態であるか否かを判定する。ステップ１４０において、ＥＧＲバルブ６０が開弁状態であると判定した場合、ＥＣＵ７０は、下記式（６）を用いて外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲを算出する（ステップ１５０）。一方、ステップ１４０において、ＥＧＲバルブ６０が閉弁状態であると判定した場合は、ステップ１５０の処理を実行せずにステップ１６０に進む。
【００４６】
【数４】
【００４７】
上記式（６）において、Ｐｍ（θ３）は、排気バルブ閉弁後における所定タイミング（クランク角がθ３となるタイミング）における吸気圧であり、吸気圧センサ４２の検出値が用いられる。また、Ｐｅ（θ３）は、同タイミングにおける背圧であり、背圧センサ４６の検出値が用いられる。また、αは流量係数を表す。
【００４８】
続いて、ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１４が開弁状態であるか否かを判定する（ステップ１６０）。本ステップの処理は、吸気バルブ１４が開弁状態であると判定されるまで継続される。開弁状態であると判定した場合には、ＥＣＵ７０は、吸気バルブリフト量を算出する（ステップ１７０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１４の開弁中における吸気圧Ｐｍを取得し、吸気バルブリフト量と吸気圧との関係を規定したマップデータを参照して、吸気バルブリフト量を算出する。なお、このマップデータについては、機関回転数毎に予め実験等により求めた上で、ＥＣＵ７０の内部に記憶されているものとする。
【００４９】
続いて、ＥＣＵ７０は、ステップ１７０で算出した吸気バルブリフト量を用いて、タンブル比を算出する（ステップ１８０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、図３に示したマップをデータ化したものに、ステップ１７０で算出した吸気バルブリフト量を適用してタンブル比を算出する。なお、本ステップで使用するマップデータは、機関回転数毎に予め実験等により求めた上で、ＥＣＵ７０の内部に記憶されているものとする。
【００５０】
続いて、ＥＣＵ７０は、下記式（７）を用いて比熱比を算出する（ステップ１９０）。
【００５１】
【数５】
【００５２】
上記式（７）において、κＡｉｒ、κＩＥＧＲおよびκＥＥＧＲは各ガスの比熱比であり、κＡＶＥは平均比熱比である。また、Ｇａ、ＧＩＥＧＲおよびＧＥＥＧＲは各ガスのガス量であり、Ｇａについてはステップ１００で算出した値が、ＧＩＥＧＲについてはステップ１２０または１３０で算出した値が、ＧＥＥＧＲについてはステップ１５０で算出した値が用いられる。また、ＴＡｉｒ、ＴＩＥＧＲおよびＴＥＥＧＲは各ガスの温度であり、ガス量の算出タイミングにおける温度が用いられる。具体的に、ＴＡｉｒについてはステップ１００の処理タイミングにおける吸気温センサ４０の検出値が、ＴＩＥＧＲについてはステップ１２０またはステップ１３０の処理タイミングにおける排気温センサ４４の検出値が、ＴＥＥＧＲについてはステップ１５０の処理タイミングにおける排気温センサ４４の検出値とＥＧＲクーラ５８による温度低下代とにより推定した値が用いられる。
【００５３】
続いて、ＥＣＵ７０は、吸気バルブの閉弁タイミングにおける吸気圧Ｐｍを取得し（ステップ２００）、圧縮端温度を算出する（ステップ２１０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、吸気バルブの閉弁タイミングにおける吸気圧センサ４２の検出値を取得すると共に、同タイミングにおける筒内容積を用いて実圧縮比を算出し、これらの値を用いて圧縮端温度を推定する。
【００５４】
続いて、ＥＣＵ７０は、点火時期ＳＡを算出する（ステップ２２０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、ステップ１８０で算出したタンブル比、ステップ１９０で算出した比熱比およびステップ２１０で算出した圧縮端温度を、図４で説明した特性マップに適用して点火時期ＳＡを決定する。
【００５５】
続いて、ＥＣＵ７０は、目標空燃比が所定のストイキ領域外に設定されているか否かを判定する（ステップ２３０）。本ステップにおいて、ストイキ領域外に設定されていると判定された場合、ＥＣＵ７０は、ストイキ領域からの偏差に応じた補正量マップを参照して、点火時期補正量ＳＡｒｅｖｉｓｅを特定し（ステップ２４０）、この点火時期補正量ＳＡｒｅｖｉｓｅをステップ２２０で算出した点火時期ＳＡに加算して最終的な点火時期ＳＡを決定する（ステップ２５０）。一方、本ステップにおいて、ストイキ領域内に設定されていると判定された場合は、ステップ２２０で算出した点火時期ＳＡを最終的な点火時期ＳＡとして決定する。
【００５６】
以上、図５に示したルーチンによれば、タンブル比、比熱比および圧縮端温度を算出し、これらを混合気の燃焼速度の推定値を規定した特性マップに適用し、目標空燃比のストイキ領域からの偏差に応じて適宜補正した上で点火時期を決定できる。従って、アクチュエータ数や機関運転状態に左右されることなく高精度に点火時期を決定できる。
【００５７】
なお、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が図５のステップ２００、２１０の処理を実行することにより上記第１の発明における「圧縮端温度推定手段」が、同図のステップ１９０の処理を実行することにより上記第１の発明における「比熱比算出手段」が、同図のステップ１７０、１８０の処理を実行することにより上記第１の発明における「パラメータ算出手段」が、同図のステップ２２０のステップを実行することにより上記第１の発明における「目標点火時期算出手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が図５のステップ２３０〜２５０の処理を実行することにより上記第２の発明における「目標点火時期補正手段」が実現されている。
【００５８】
実施の形態２．
次に、図６乃至図８を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。なお、本実施形態は、図１の構成において、ＥＣＵ７０に、後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現される。そのため、本実施形態では、上記実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
【００５９】
上記実施の形態１によれば、アクチュエータ数や機関運転状態に左右されることなく高精度に点火時期を決定できる。しかしながら、その精度が高いが故に、特に過渡運転時において、点火時期間にばらつきが生じ易い。図６は、過渡運転時において、上記実施の形態１の特性マップにより決定された点火時期の履歴の一例を示したものである。図６に示す複数の点はそれぞれ点火時期のデータを示すものであり、このうち、点Ａは、定常運転から過渡運転に切り替わった時点でのデータであり、点Ｂは、その後に再び定常運転に切り替わった時点でのデータである。図６に示すように、点Ａと点Ｂとの間、即ち過渡運転中においては、点火時期が連続的に推移せずにばらつきが生じている。このようなばらつきの発生は、内部ＥＧＲガス量や外部ＥＧＲガス量の変動によるものであり、ドライバビリティの悪化の原因となる。
【００６０】
そこで、本実施形態においては、定常運転から過渡運転に切り替わった際には、その過渡運転が終了するタイミングでの点火時期を推定し、その点火時期と、現在の点火時期とを線形補間するように、内部ＥＧＲガス量および外部ＥＧＲガス量を制御することとした。図７は、本実施形態の制御を説明するためのタイミングチャートである。図７（Ａ）に示すように、時刻ｔ１においてＫＬ１であった負荷の目標値が、ＫＬ１よりも高負荷側のＫＬ２となったとする。本実施形態においては、この時刻ｔ１において、負荷がＫＬ２となる際の点火時期ＳＡ２が推定される。そして、時刻ｔ１の点火時期である点火時期ＳＡ１から、推定した点火時期ＳＡ２までの点火時期が線形に変化するようにＥＧＲバルブ６０の開度や、吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングが設定される（図７（Ｂ）、（Ｃ）の実線）。これにより、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの点火時期のばらつきが抑制される（図７（Ｄ））。
【００６１】
［本実施形態における具体的処理］
次に、図８を参照しながら、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図８は、本実施形態において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【００６２】
図８に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、トルク要求の有無を判定する（ステップ２６０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、スロットル開度ＴＡの変化量｜ΔＴＡ｜が｜ΔＴＡ｜＞０であるか否かによってトルク要求の有無を判定する。そして、トルク要求があると判定された場合、ＥＣＵ７０は、現時点におけるトルクを読み取る（ステップ２７０）。一方、トルク要求が無いと判定された場合はステップ２６０に戻る。
【００６３】
ステップ２７０に続いて、ＥＣＵ７０は、目標トルクを読み取り（ステップ２８０）、この目標トルクに基づいて目標スロットル開度ＴＡを算出する（ステップ２９０）。続いて、ＥＣＵ７０は、点火時期ＳＡ、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲおよび外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲについて、その現状値と目標値とを読み込み（ステップ３００）、これらの値の偏差に基づいて、傾きΔＳＡ、ΔＧＩＥＧＲおよびΔＧＥＥＧＲをそれぞれ算出する（ステップ３１０）。
【００６４】
続いて、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲ（＝内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲ＋外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲ）が、その目標値よりも所定値ζ以上乖離しているか否かを判定する（ステップ３２０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、ステップ３１０で算出した傾きΔＧＩＥＧＲ、ΔＧＥＥＧＲを用いて目標値ΔＧＥＧＲ×ｔ（ΔＧＥＧＲ＝ΔＧＩＥＧＲ＋ΔＧＥＥＧＲ、ｔ：トルク要求時点からＥＧＲ算出時点までの経過時間）を算出し、次いで、算出した目標値ΔＧＥＧＲ×ｔと、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲとの差が所定値ζ以上あるか否かを判定する。
【００６５】
ステップ３２０において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲがその目標値よりも所定値ζ以上乖離していると判定された場合は、点火時期の今回値と次回値との間にばらつきが生じると判断できる。そのため、ＥＣＵ７０は、内部ＥＧＲガス量の今回値と次回値との差ΔＩＥＧＲと、外部ＥＧＲガス量の今回値と次回値との差ΔＥＥＧＲとの大小を比較する（ステップ３３０）。一方、ステップ３２０において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲがその目標値よりも所定値ζ以上乖離していないと判定された場合は、ＥＣＵ７０は、本ルーチンを終了する。
【００６６】
ステップ３３０において、ΔＩＥＧＲがΔＥＥＧＲよりも大きい場合は、内部ＥＧＲガス量の変動が点火時期のばらつきに影響を及ぼすと判断できるので、ΔＩＥＧＲの正負に応じて、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲを補正する（ステップ３５０、３６０）。一方、ステップ３３０において、ΔＩＥＧＲがΔＥＥＧＲよりも小さい場合は、外部ＥＧＲガス量の変動が点火時期のばらつきに影響を及ぼすと判断できるので、ΔＥＥＧＲの正負に応じて、外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲを補正する（ステップ３７０、３８０）。
【００６７】
以上、図８に示したルーチンによれば、トルク要求があり、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲとその目標値との差が所定値ζ以上ある場合には、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲや外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲを補正できる。従って、目標トルク要求を満たしつつ、点火時期のばらつきを抑制できる。
【００６８】
ところで、上述した実施形態においては、過渡運転中に内部ＥＧＲガス量および外部ＥＧＲガス量を制御したが、定常運転中に同様の制御を行うことも可能である。つまり、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲの目標値を負荷に応じて設定すれば、幅広い運転状態において点火時期のばらつきを抑制できる。
【００６９】
なお、上述した実施形態においては、ＥＣＵ７０が図８のルーチンを実行することにより上記第３の発明の「バルブタイミング制御手段」および上記第７の発明の「ＥＧＲバルブ開度制御手段」が実現されている。
【００７０】
実施の形態３．
次に、図９および図１０を参照しながら、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態は、図１の構成において、ＥＣＵ７０に、後述する図９に示すルーチンを実行させることにより実現される。
【００７１】
上記実施の形態２の制御によれば、負荷が変わった際に内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲや外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲを補正するので、点火時期のばらつきを抑制できる。しかしながら、この補正によってＥＧＲガス量ＧＥＧＲが増量されていき、やがて過多となった場合には燃焼の悪化に繋がる可能性がある。同様に、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが減量されていき、やがて過少となった場合にはノックが発生し易くなる。そこで、本実施形態においては、負荷の変化方向に応じてＥＧＲガス量ＧＥＧＲの許容値（上限値または下限値）を定め、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲがこの許容値を超える場合には、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲや外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲを再補正することとした。これにより、過渡運転時において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが極端に増量或いは減量されることを防止できる。従って、燃焼の悪化やノックの発生、更にはこれに伴うドラビリの悪化や燃費の低下を未然に防止することができる。
【００７２】
また、ＥＧＲガス量の多少に関わらず、圧縮端温度が上昇してある一定温度以上となった場合にはノックが発生し易くなる。そこで、本実施形態においては、上記ＥＧＲガス量ＧＥＧＲの判定と同時にノック発生の有無を判定し、ノック発生と判定された場合には、点火時期を遅角側に補正することとした。従って、ノックが発生したとしてもその頻度を低減することができる。
【００７３】
［本実施形態における具体的処理］
次に、図９を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図９は、本実施形態において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【００７４】
図９に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、上記実施の形態２の制御が実行中か否かを判定し（ステップ４００）、制御実行中であると判定した場合には、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲの許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを取得する（ステップ４１０）。図１０は、機関回転数および負荷と、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲの許容値との関係を規定したマップである。ステップ４１０において、ＥＣＵ７０は、図１０に示したマップを参照してＥＧＲガス量ＧＥＧＲの許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを設定する。
【００７５】
続いて、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲがステップ４１０で設定した許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えたか否かを判定する（ステップ４２０）。ステップ４２０において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えたと判定された場合は、ＥＣＵ７０は、その要因が（１）内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲ、（２）外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲ、（３）内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲおよび外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲのうちの何れであるかを判定する（ステップ４３０、４４０）。
【００７６】
具体的に、ステップ４３０において、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲが許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えていると判定された場合は、上記要因が内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲによるものであると判断できる（上記（１））。そのため、ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１４および排気バルブ１６の開閉タイミングの補正量を算出し（ステップ４５０）、この開閉タイミングについてフィードバック制御を実行する（ステップ４６０）。
【００７７】
また、ステップ４４０において、外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲが許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えていると判定された場合は、上記要因が外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲによるものであると判断できる（上記（２））。そのため、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲバルブ６０の開度の補正量を算出し（ステップ４７０）、この開度についてフィードバック制御を実行する（ステップ４８０）。
【００７８】
また、ステップ４４０において、外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲが許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えていると判定された場合は、上記要因が内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲおよび外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲによるものであると判断できる（上記（３））。そのため、ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングの補正量およびＥＧＲバルブ６０の開度の補正量を算出し（ステップ４９０）、両者についてフィードバック制御を実行する（ステップ５００）。
【００７９】
一方、ステップ４２０において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えていないと判定された場合は、ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１４および排気バルブ１６の開閉タイミングについてのフィードバック制御や、ＥＧＲバルブ６０の開度についてのフィードバック制御を終了する（ステップ５１０）。
【００８０】
ステップ４６０、４８０、５００または５１０に続いて、ＥＣＵ７０は、ノックフラグがＯＮであるか否かを判定する（ステップ５２０）。本ステップにおいて、ノックフラグの判定は、ノックセンサ６８の検出値に基づいて行われる。そして、ノックフラグがＯＮであると判定された場合には、所定の点火時期補正量ＳＡｒｅｖｉｓｅを点火時期ＳＡに加算して遅角側に補正する（ステップ５３０）。
【００８１】
以上、図９に示したルーチンによれば、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えた場合には、その要因に応じてＥＧＲガス量を調整できるので、燃焼の悪化やノックの発生を未然に防止することができる。また、ノック発生と判定された場合には、点火時期を遅角側に補正するので、ノックが発生したとしてもその頻度を低減することができる。
【００８２】
実施の形態４．
次に、図１１および図１２を参照しながら、本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態は、図１の構成において、ＥＣＵ７０に、後述する図１１に示すルーチンを実行させることにより実現される。
【００８３】
本実施形態においては、上記実施の形態２や３の制御に加えて、機関始動時における排気浄化触媒５４の早期活性化を目的とした触媒暖機制御が実行される。この触媒暖機制御は、具体的に、図５のルーチン等により算出した点火時期を遅角して排出ガスの温度を上昇させて、排気浄化触媒５４の暖機を促進するものである。しかしながら、単に点火時期を遅角すればその変動により燃焼が悪化する可能性がある。そこで、本実施形態においては、触媒暖機制御の実行中、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲの分散を算出し、その値が所定値よりも小さくなるように吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングを制御することとした。これにより、点火時期の変動幅を小さくできるので、燃焼を悪化させることなく排気浄化触媒５４を活性化できる。
【００８４】
［本実施形態における具体的処理］
次に、図１１を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図１１は、本実施形態において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、上記図９のルーチンと同時並行で実行されるものとする。
【００８５】
図１１に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、触媒暖機要求の有無を判定する（ステップ５４０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、吸気温度ＴＡｉｒが所定値よりも低く、かつ、アクセル開度Ａｃｃｌの変化量ΔＡｃｃｌが所定値よりも高いか否かを判定する。そして、触媒暖機要求があると判定された場合、ＥＣＵ７０は、点火時期ＳＡを所定量遅角する（ステップ５５０）。ここで、点火時期ＳＡの遅角補正量は、吸気温度ＴＡｉｒに応じてＥＣＵ７０が記憶する関数またはマップに従って演算される。一方、触媒暖機要求が無いと判定された場合はステップ５４０に戻る。
【００８６】
続いて、ＥＣＵ７０は、点火時期ＳＡの分散ＳＡｄｉｓが所定値（固定値）よりも大きいか否かを判定する（ステップ５６０）。この分散ＳＡｄｉｓは、点火時期ＳＡの今回値を含む所定サイクルに亘る点火時期ＳＡの履歴を基に算出される。ステップ５６０において、分散ＳＡｄｉｓが所定値よりも小さいと判定された場合、ＥＣＵ７０は、本ルーチンを終了する。
【００８７】
一方、ステップ５６０において、分散ＳＡｄｉｓが所定値よりも大きいと判定された場合、ＥＣＵ７０は、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲの分散ＧＩＥＧＲｄｉｓが遅角補正量に応じて定まる所定値よりも大きいか否かを判定する（ステップ５７０）。図１２は、遅角補正量と補正係数との関係を示すマップである。本ステップにおいて、ＥＣＵ７０は、ステップ５５０で算出した遅角補正量を図１２のマップに適用して補正係数を求め、上記の所定値を算出する。また、ＥＣＵ７０は、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲの今回値を含む所定サイクルに亘る内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲの履歴を基に分散ＧＩＥＧＲｄｉｓを算出する。
【００８８】
ステップ５７０において、分散ＧＩＥＧＲｄｉｓが所定値よりも大きいと判定された場合は、燃焼が悪化する可能性があると判断できる。そのため、ＥＣＵ７０は、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲが減少するように吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングを制御する（ステップ５８０）。一方、ステップ５７０において、分散ＳＡｄｉｓが所定値よりも小さいと判定された場合は、排気浄化触媒５４の暖機を促進すべく、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲが増加するように吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングを制御する（ステップ５９０）。
【００８９】
以上、図１１に示したルーチンによれば、分散ＳＡｄｉｓが所定値よりも大きく、かつ、分散ＧＩＥＧＲｄｉｓが所定値よりも大きいと判定された場合に、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲが減少するように吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングを制御するので、燃焼を悪化させることなく排気浄化触媒５４を活性化できる。
【００９０】
ところで、上述した実施形態においては、触媒暖機要求があった場合に分散ＳＡｄｉｓついての判定等を行って、吸気バルブ１４や排気バルブ１６の開閉タイミングを制御したが、この一連の処理は、触媒暖機要求があった場合に限られない。例えば、機関回転数が急激に変化した場合はいわゆる過渡ノックが発生するので、この過渡ノックの防止を目的として点火時期を遅角する過渡ノック防止制御が実行される。点火時期を遅角すれば、本実施形態同様、燃焼の悪化の可能性が生じる。そこで、過渡ノック防止要求があった場合に上記の処理を行えば、燃焼を悪化させることなく過渡ノックを防止できる。このように、本実施形態における一連の処理は、点火時期の遅角側への変更要求があった場合に広く適用できる。
【００９１】
なお、上述した実施形態においては、ＥＣＵ７０が図１１のステップ５４０の処理を実行することにより上記第４の発明の「変更要求判定手段」が、同図のステップ５５０の処理を実行することにより上記第４の発明の「目標点火時期変更手段」が、同図のステップ５８０の処理を実行することにより上記第４の発明の「バルブタイミング変更手段」が、それぞれ実現されている。
【００９２】
実施の形態５．
次に、図１３乃至図１５を参照しながら、本発明の実施の形態５について説明する。なお、本実施形態は、図１の構成において、ＥＣＵ７０に、後述する図１５に示すルーチンを実行させることにより実現される。
【００９３】
上記実施の形態２によれば、負荷が変わった際に内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲや外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲを補正するので、点火時期のばらつきを抑制できる。しかしながら、低負荷から高負荷に急変した場合は、低温の新気が短時間で大量に筒内に吸入されるので圧縮端温度が大きく変化する。ここで、圧縮端温度は、本発明による点火時期決定に使用されるパラメータの一つである。そのため、圧縮端温度が大きく変化すれば、その前後の点火時期間に差が生じトルク変動が起こる可能性がある。
【００９４】
そこで、本実施の形態においては、低負荷から高負荷となることが予測される場合には、その予測がされた時点で、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲを強制的に増量することとした。内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲは高温であるため、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲを増量すれば、新気量の増大による圧縮端温度の変動を緩和できるのでトルク変動の発生リスクを低減できる。
【００９５】
図１３および図１４を参照して、本実施形態における制御を説明する。図１３は、低負荷から高負荷に変化した際におけるＯ／Ｌ量の履歴を示したものである。図１３に示す複数の点は、それぞれＯ／Ｌ量のデータであり、低負荷時には少なく、高負荷時に多くなっている。一方、図１３に示す実線は、本実施形態における点火時期の制御イメージを示したものである。本実施形態では、低負荷から高負荷となることが予測された時点でＯ／Ｌ量が増加するように吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングが設定される。
【００９６】
また、図１４は、低負荷から高負荷に変化した際における点火時期の履歴を示したものである。図１４に示す複数の点は、それぞれ点火時期のデータであり、低負荷から高負荷となる際に、徐々に進角側に移動している。一方、図１４に示す実線は、本実施形態における点火時期の制御イメージを示したものである。図１３に示したように、低負荷から高負荷となることが予測された時点でＯ／Ｌ量を増加させれば、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲが増量するので、点火時期が進角して過渡運転中における点火時期の差ΔＳＡを小さすることが可能となる。従って、トルク変動の発生リスクを低減できる。
【００９７】
［本実施形態における具体的処理］
次に、図１５を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図１５は、本実施形態において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、上記図９のルーチンと同時並行で実行されるものとする。
【００９８】
図１５に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、変曲点の有無を判定する（ステップ６００）。具体的に、ＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃｌの変化量ΔＡｃｃｌが所定量以上で、かつ、カーナビ情報による道路勾配が一定値以上あるか否かを判定する。そして、変曲点があると判定された場合、負荷が低負荷から高負荷に変化すると予測できるので、ＥＣＵ７０は、図１０に示したマップを参照してＥＧＲガス量ＧＥＧＲの許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを設定する（６１０）。
【００９９】
続いて、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲがステップ６１０で設定した許容上限値ＥＧＲＭＡＸよりも小さく、かつ、許容下限値ＥＧＲＭＩＮよりも大きいか、即ち、許容範囲内にあるか否かを判定する（ステップ６２０）。ステップ６２０において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが許容範囲内にあると判定された場合は、ＥＣＵ７０は、Ｏ／Ｌ量を増加すべく吸気バルブ１４および排気バルブ１６の開閉タイミングの制御を実行する（ステップ６３０）。一方、ステップ６２０において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが許容範囲外にあると判定された場合は、本ルーチンを終了する。
【０１００】
以上、図１５に示したルーチンによれば、変曲点があると判定され、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが許容範囲内にある場合に、Ｏ／Ｌ量を増加するように吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングを制御するので、低負荷から高負荷となることが予測された時点で、新気量の増大による圧縮端温度の変動を緩和してトルク変動の発生リスクを低減できる。
【０１０１】
なお、上述した実施形態においては、ＥＣＵ７０が図１５のステップ６００の処理を実行することにより上記第５の発明の「所定条件判定手段」が、同図のステップ６１０の処理を実行することにより上記第５の発明の「バルブオーバーラップ増量手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【０１０２】
１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ 吸気バルブ
１６ 排気バルブ
１８ 点火プラグ
２０ インジェクタ
２２、２４ 可変動弁機構
２６ ターボ過給機
２６ａ 吸気圧縮機
２６ｂ 排気タービン
２８ 吸気通路
３０ 排気通路
３２ エアフローメータ
３４ インタークーラ
３６ スロットルバルブ
３８ スロットル開度センサ
４０ 吸気温センサ
４２ 吸気圧センサ
４４ 排気温センサ
４６ 背圧センサ
４８ バイパス通路
５０ ウェイストゲートバルブ
５２ アクチュエータ
５４ 排気浄化触媒
５６ ＥＧＲ通路
５８ ＥＧＲクーラ
６０ ＥＧＲバルブ
６２ ＥＧＲ開度センサ
６４ アクセルポジションセンサ
６６ クランク角センサ
６８ ノックセンサ
７０ ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の気筒内の混合気に点火する時期は、内燃機関の運転状態に基づいて基本点火時期を求め、更にこの基本点火時期を補正することで決定されるのが一般的である。例えば特許文献１には、気筒内に吸入される新気量に基づいて基本点火時期を求めると共に、この気筒内に残留する残留ガスの割合に基づいて点火時期補正量を決定し、この点火時期補正量で上記基本点火時期を補正して点火時期を決定する内燃機関の制御装置が開示されている。つまり、この制御装置においては、基本点火時期に対して内部ＥＧＲガス量に関する補正を行った上で、最終的な点火時期を決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４６７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１において、内部ＥＧＲガス量に関する補正を行うのは、筒内に吸入された空気量を正確に把握し最適な点火時期を決定する上で望ましいことである。このような観点からすると、その作動により吸入空気量の変化に影響を及ぼすアクチュエータが増加した場合は、その増加に伴う補正項目を追加すればよいことになる。例えば、排気還流システムを備える場合は、ＥＧＲ弁の作動による補正、即ち外部ＥＧＲガス量に関する補正を行えばよく、過給機を備える場合には、その作動による補正、即ち過給圧や排気圧の圧力変動に応じた補正を行えばよい。しかしながら、このような補正手法では、補正項目の増加に伴い点火時期の算出精度が低下する可能性がある。
【０００５】
また、上述した点火時期の補正は、定常運転時において行われるものである。換言すれば、過渡運転時においては、ノッキング抑制を目的とした補正、燃料増量に伴う補正やエミッション低減要求に基づく補正といった補正項目を更に追加する必要がある。そうすると、算出精度が低下する可能性が高くなるので、精度担保のために開発項目を増加する等の対策を講じなければならなくなる。従って、このような問題に対処しつつ点火時期の算出精度を担保するためには、新規な手法を確立する必要があった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、新規な点火時期制御を可能とする内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の気筒内における圧縮端温度を推定する圧縮端温度推定手段と、
前記気筒内における混合気の比熱比を算出する比熱比算出手段と、
前記気筒内における混合気の気流乱れに関するパラメータを算出するパラメータ算出手段と、
圧縮端温度、比熱比および気流乱れに関するパラメータと、点火時期との関係を規定した点火時期マップに、前記圧縮端温度推定手段で推定した圧縮端温度、前記比熱比算出手段で算出した比熱比および前記パラメータ算出手段で算出したパラメータを適用して、目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
内燃機関の空燃比制御に用いる目標空燃比に応じて、前記目標点火時期算出手段で算出した目標点火時期を補正する目標点火時期補正手段を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記気筒と前記吸気通路とを連通または遮断する吸気バルブと、
前記気筒と前記排気通路とを連通または遮断する排気バルブと、
前記点火時期算出手段で算出した目標点火時期の今回値と、その前回値との偏差が、機関負荷の変化に応じて決定される所定の許容範囲内に収まるように前記吸気バルブおよび／または前記排気バルブの開閉タイミングを制御するバルブタイミング制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３何れか１つの発明において、
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記気筒と前記吸気通路とを連通または遮断する吸気バルブと、
前記気筒と前記排気通路とを連通または遮断する排気バルブと、
点火時期の遅角側への変更要求の有無を判定する変更要求判定手段と、
前記変更要求があると判定された場合に、前記目標点火時期を遅角側に変更する目標点火時期変更手段と、
変更後の目標点火時期を含む所定サイクル数における目標点火時期の分散が、機関負荷毎に決定される所定の許容値よりも小さくなるように、前記吸気バルブおよび／または前記排気バルブの開閉タイミングを変更するバルブタイミング変更手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第４何れか１つの発明において、
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記気筒と前記吸気通路とを連通または遮断する吸気バルブと、
前記気筒と前記排気通路とを連通または遮断する排気バルブと、
機関負荷が低負荷から高負荷へ移行することが予測される場合に成立する所定条件の成否を判定する所定条件判定手段と、
前記所定条件が成立する場合に、前記吸気バルブおよび前記排気バルブが共に開弁するバルブオーバーラップ量が増加するように前記吸気バルブおよび／または前記排気バルブの開閉タイミングを制御するバルブオーバーラップ増量手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第３乃至第５何れか１つの発明において、
前記開閉タイミングは、機関負荷の変化方向に応じてそれぞれ決定される所定の限界値を超えないように補正されることを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第１乃至第６何れか１つの発明において、
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記吸気通路と前記排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブと、
前記点火時期算出手段で算出した目標点火時期の今回値と、その前回値との偏差が、機関負荷の変化に応じて決定される所定の許容範囲内に収まるように前記ＥＧＲバルブの開度を制御するＥＧＲバルブ開度制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第８の発明は、第７の発明において、
前記ＥＧＲバルブの開度は、機関負荷の変化方向に応じてそれぞれ決定される所定の限界値を超えないように補正されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
圧縮端温度、比熱比および気流乱れに関するパラメータを用いれば、気筒内の混合気の燃焼速度を推定できる。ここで、混合気の燃焼速度は、気筒外の要因により変化する混合気の状態を代表するものであるので、その推定値が分かれば高精度に点火時期を決定できる。従って、第１の発明によれば、圧縮端温度、比熱比および気流乱れに関するパラメータと、点火時期との関係を規定した点火時期マップに、圧縮端温度推定手段で推定した圧縮端温度、比熱比算出手段で算出した比熱比およびパラメータ算出手段で算出したパラメータを適用して、高精度に点火時期を決定できる。
【００１６】
通常、内燃機関の目標空燃比はストイキ域に設定されるが、ストイキ域外に設定された場合には、混合気を形成する燃料の供給量が変更される。そのため、目標空燃比によっては圧縮端温度や比熱比に影響し、その結果、混合気の燃焼速度にズレが生じることになる。この点、第２の発明によれば、内燃機関の空燃比制御に用いる目標空燃比に応じて、目標点火時期算出手段で算出した目標点火時期を補正することができる。従って、目標空燃比に左右されることなく、高精度に点火時期を決定できる。
【００１７】
第３の発明によれば、点火時期算出手段で算出した目標点火時期の今回値と、その前回値との偏差が、機関負荷の変化に応じて決定される所定の許容範囲内に収まるように吸気バルブおよび／または排気バルブの開閉タイミングを制御できるので、点火時期間に生じるばらつきを許容範囲内に収めることが可能となる。
【００１８】
目標点火時期を遅角すればその変動により燃焼が悪化する可能性がある。この点、第４の発明によれば、変更後の目標点火時期を含む所定サイクル数における目標点火時期の分散が、機関負荷毎に決定される所定の許容値よりも小さくなるように、吸気バルブおよび／または排気バルブの開閉タイミングを変更するので、点火時期の変動幅を小さくして燃焼の悪化を抑制できる。
【００１９】
機関負荷が低負荷から高負荷へ急速に移行するような場合、低温の新気が短時間で大量に筒内に吸入されるので圧縮端温度が大きく変化する。そのため、点火時期間に差が生じトルク変動が起こる可能性がある。この点、第５の発明によれば、低負荷から高負荷へ移行することが予測される場合に、バルブオーバーラップ量が増加するように吸気バルブおよび／または排気バルブの開閉タイミングを制御するので、高温の内部ＥＧＲガス量を増やすことができる。従って、新気量の増大による圧縮端温度の変動を緩和できトルク変動の発生リスクを低減できる。
【００２０】
内部ＥＧＲガス量は圧縮端温度や比熱比に影響を及ぼす、内部ＥＧＲガス量が極端に増量或いは減量された場合、混合気の燃焼速度にズレが生じてしまう。この点、第６の発明によれば、吸気バルブおよび／または排気バルブの開閉タイミングを、機関負荷の変化方向に応じてそれぞれ決定される所定の限界値を超えないように補正できるので、内部ＥＧＲガス量が極端に増量或いは減量されることを防止できる。
【００２１】
第７の発明によれば、点火時期算出手段で算出した目標点火時期の今回値と、その前回値との偏差が、機関負荷の変化に応じて決定される所定の許容範囲内に収まるようにＥＧＲバルブの開度を制御できるので、点火時期間に生じるばらつきを許容範囲内に収めることが可能となる。
【００２２】
ＥＧＲ通路を流れる排気ガス（外部ＥＧＲガス）量は、内部ＥＧＲガス量同様、圧縮端温度や比熱比に影響を及ぼすので、外部ＥＧＲガス量が極端に増量或いは減量された場合、混合気の燃焼速度にズレが生じてしまう。この点、第８の発明によれば、ＥＧＲバルブの開度を、機関負荷の変化方向に応じてそれぞれ決定される所定の限界値を超えないように補正できるので、外部ＥＧＲガス量が極端に増量或いは減量されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の各実施形態のシステム構成を説明するための図である。
【図２】ＥＧＲガス導入時の吸気バルブ閉弁後における気筒内を模式的に示した図である。
【図３】吸気バルブのリフト量とタンブル比との関係を示した図である。
【図４】本実施形態の特性マップにより決定される点火時期の概念的に示したものである。
【図５】実施の形態１において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】過渡運転時において、実施の形態１の特性マップにより決定された点火時期の履歴の一例を示したものである。
【図７】実施の形態２の制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】実施の形態２において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【図９】実施の形態３において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１０】機関回転数および負荷と、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲの許容値との関係を規定したマップである。
【図１１】実施の形態４において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１２】遅角補正量と補正係数との関係を示すマップである。
【図１３】実施の形態５における制御を説明するための図である。
【図１４】実施の形態５における制御を説明するための図である。
【図１５】実施の形態５において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
先ず、図１乃至図５を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、例えば車両の動力源として搭載される内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の各気筒には、ピストン１２と、吸気バルブ１４と、排気バルブ１６と、点火プラグ１８と、吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ２０とが設けられている。また、内燃機関１０には、吸気バルブ１４の開弁特性を可変とする可変動弁機構２２と、排気バルブ１６の開弁特性を可変とする可変動弁機構２４とが設けられている。
【００２５】
また、本実施形態のシステムは、ターボ過給機２６を有している。ターボ過給機２６は、吸気圧縮機２６ａと排気タービン２６ｂとを有している。吸気圧縮機２６ａは、吸気通路２８の途中に配置されており、排気タービン２６ｂは、排気通路３０の途中に配置されている。
【００２６】
吸気圧縮機２６ａよりも上流側の吸気通路２８には、吸入空気量Ｇａを検出するエアフローメータ３２が設置されている。一方、吸気圧縮機２６ａよりも下流側の吸気通路２８には、吸気圧縮機２６ａで圧縮された吸入空気を冷却するインタークーラ３４が設置されている。インタークーラ３４よりも下流側の吸気通路２８には、吸入空気量を調節するための電子制御式のスロットルバルブ３６が設置されている。スロットルバルブ３６の近傍には、その開度（スロットル開度ＴＡ）を検出するスロットル開度センサ３８が設置されている。スロットルバルブ３６よりも下流側の吸気通路２８には、吸気温度ＴＡｉｒを検出する吸気温センサ４０と、吸気圧Ｐｍを検出する吸気圧センサ４２とが設置されている。
【００２７】
排気タービン２６ｂよりも上流側の排気通路３０には、排気温度Ｔｅを検出する排気温センサ４４と、背圧Ｐｅを検出する背圧センサ４６とが設置されている。背圧センサ４６よりも下流側の排気通路３０には、排気タービン２６ｂの上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路４８が設けられている。バイパス通路４８には、ウェイストゲートバルブ５０が設置されている。ウェイストゲートバルブ５０を開くと、排気ガスの一部は、排気タービン２６ｂを通らずにバイパス通路４８を通って流れる。ウェイストゲートバルブ５０は、アクチュエータ５２により駆動されて、その開度が電子制御される。また、ウェイストゲートバルブ５０よりも下流側の排気通路３０には、排気浄化触媒５４が組み込まれている。
【００２８】
排気バルブ１６と背圧センサ４６と間の排気通路３０には、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路５６の一端が接続されている。ＥＧＲ通路５６の他端は、吸気通路２８に接続されている。本システムでは、このＥＧＲ通路５６を通して、排気ガスの一部を吸気通路２８に還流させることができる。ＥＧＲ通路５６の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５８と、外部ＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲバルブ６０とが設けられている。また、ＥＧＲバルブ６０の近傍には、その開度を検出するＥＧＲ開度センサ６２が設置されている。
【００２９】
また、本実施形態のシステムは、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度Ａｃｃｌ）を検出するアクセルポジションセンサ６４と、内燃機関１０のクランク角を検出するクランク角センサ６６と、内燃機関１０に生ずるノッキングを検知するノックセンサ６８とを備えている。
【００３０】
上述した各種のセンサおよびアクチュエータは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit)７０に電気的に接続されている。ＥＣＵ７０は、上述したセンサ等からの信号に基づいて、各アクチュエータの作動を制御することにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００３１】
［点火時期の決定手法］
上述したように、アクチュエータ数の増加に伴う補正項目の追加や、過渡運転時における補正項目の追加は、点火時期の算出精度を低下させる可能性がある。これは、基本点火時期を気筒外の要因に基づいて補正しているからに他ならない。そこで、本実施形態においては、混合気の燃焼速度の推定値を規定する特性マップを用いて点火時期を決定する。混合気の燃焼速度は、気筒外の要因により変化する混合気の状態を代表するものであるので、その推定値を規定した特性マップを用いれば、高精度に点火時期を決定できる。ここで、混合気の燃焼速度の推定値は、圧縮上死点における混合気の温度（圧縮端温度）、比熱比、排気空燃比の目標値（目標空燃比）や、気筒内における気流の乱れによって算出される。
【００３２】
図２は、ＥＧＲガス導入時の吸気バルブ閉弁後における気筒内を模式的に示した図である。図２に示すように、気筒内には、新気の他に、外部ＥＧＲガスや残留ガス（内部ＥＧＲガス）が存在する。これらのガスはその温度がそれぞれ異なるので、ガス組成の変化に伴い圧縮端温度が変化し混合気の燃焼速度にズレが生じることになる。同様に、これらのガスは比熱比もそれぞれ異なるので、ガス組成の変化に伴い比熱比が変化して混合気の燃焼速度にズレが生じることになる。加えて、これらのガスと混合気を形成する燃料の供給量は、目標空燃比に応じて決定されている。そのため、目標空燃比によっては圧縮端温度や比熱比に影響し、その結果、混合気の燃焼速度にズレが生じることになる。
【００３３】
また、気筒内における気流の乱れは、吸気バルブのリフト量と相関を有する。具体的に、吸気バルブのリフト量が大きくなると、気流の乱れが増加する。このことについて、図３を参照して説明する。図３は、吸気バルブのリフト量とタンブル比との関係を示した図である。図３に示すように、吸気バルブのリフト量が大きくなれば、タンブル比が大きくなる。タンブル比が大きくなれば、火炎伝播速度が速くなり燃焼が早期に終了する。そのため、吸気バルブのリフト量によっては、混合気の燃焼速度にズレが生じることになる。
【００３４】
図４は、本実施形態の特性マップにより決定される点火時期の概念的に示したものである。図４に示すように、点火時期は、圧縮端温度、比熱比および気流乱れを基本軸とする三次元空間上のデータとして表される。これらのデータは、予め実験やシミュレーション等により求められた上で、ＥＣＵ７０の内部に記憶されているものとする。
【００３５】
［本実施形態における具体的処理］
次に、図５を参照しながら、点火時期の決定のための具体的な処理について説明する。図５は、本実施形態において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【００３６】
図５に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、吸入空気量Ｇａを算出する（ステップ１００）。具体的に、ＥＣＵ７０は、エアフローメータ３２の検出値を取得し、この検出値に基づいて、吸入空気量Ｇａを算出する。続いて、ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１４と排気バルブ１６の両方が開いているバルブオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）の有無を判定し（ステップ１１０）、バルブオーバーラップが有ると判定した場合には、下記式（１）を用いて内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲを算出する（ステップ１２０）。
【００３７】
【数１】
【００３８】
上記式（１）において、Ｐｍ（θ１）は、バルブオーバーラップ中の所定タイミング（クランク角がθ１となるタイミング）における吸気圧であり、吸気圧センサ４２の検出値が用いられる。また、Ｐｅ（θ１）およびＴｅは、同タイミングにおける背圧および排気温度であり、それぞれ背圧センサ４６および排気温センサ４４の検出値が用いられる。また、Ｒは気体定数である。また、Ｓはバルブオーバーラップ中にガスの通過を許容する有効面積を示し、下記式（２）により算出される。
【００３９】
【数２】
【００４０】
上記式（２）において、Ｎｅ（θ１）は、クランク角がθ１となるタイミングにおける機関回転数である。また、Ｒｉは吸気バルブ１４のバルブ直径であり、Ｒｅは排気バルブ１６のバルブ直径である。また、Ｌｉ（θ）およびＬｅ（θ）はそれぞれ、吸気バルブ１４および排気バルブ１６のリフト量であり、クランク角θの関数として表される。また、ＩＶＯは吸気バルブ１４の開弁タイミングにおけるクランク角であり、ＥＶＣは排気バルブ１６の閉弁タイミングにおけるクランク角である。
【００４１】
また、上記式（１）において、φ（Ｐｍ（θ１）／Ｐｅ（θ１））は、下記式（３）または式（４）により表される。なお、下記式（３）および式（４）において、κＩＥＧＲは内部ＥＧＲガスの比熱比を表す。
【００４２】
【数３】
【００４３】
一方、ステップ１１０において、バルブオーバーラップが無いと判定した場合には、排気バルブの閉弁タイミングにおける筒内ガス量がそのまま内部ＥＧＲガス量となるので、下記式（５）を用いて内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲを算出する（ステップ１３０）。
ＧＩＥＧＲ＝Ａ＋ＬＢｏｒｅ・Ｌ（θ２）・・・（５）
【００４４】
上記式（５）において、Ａは吸気上死点における筒内容積であり、ＬＢｏｒｅはシリンダボア径であり、Ｌ（θ２）は排気バルブの閉弁タイミングにおける、吸気上死点からのピストン移動距離である。
【００４５】
ステップ１２０またはステップ１３０に続いて、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲバルブ６０が開弁状態であるか否かを判定する（ステップ１４０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲ開度センサ６２の検出値を取得し、この検出値を用いてＥＧＲバルブ６０が開弁状態であるか否かを判定する。ステップ１４０において、ＥＧＲバルブ６０が開弁状態であると判定した場合、ＥＣＵ７０は、下記式（６）を用いて外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲを算出する（ステップ１５０）。一方、ステップ１４０において、ＥＧＲバルブ６０が閉弁状態であると判定した場合は、ステップ１５０の処理を実行せずにステップ１６０に進む。
【００４６】
【数４】
【００４７】
上記式（６）において、Ｐｍ（θ３）は、排気バルブ閉弁後における所定タイミング（クランク角がθ３となるタイミング）における吸気圧であり、吸気圧センサ４２の検出値が用いられる。また、Ｐｅ（θ３）は、同タイミングにおける背圧であり、背圧センサ４６の検出値が用いられる。また、αは流量係数を表す。
【００４８】
続いて、ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１４が開弁状態であるか否かを判定する（ステップ１６０）。本ステップの処理は、吸気バルブ１４が開弁状態であると判定されるまで継続される。開弁状態であると判定した場合には、ＥＣＵ７０は、吸気バルブリフト量を算出する（ステップ１７０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１４の開弁中における吸気圧Ｐｍを取得し、吸気バルブリフト量と吸気圧との関係を規定したマップデータを参照して、吸気バルブリフト量を算出する。なお、このマップデータについては、機関回転数毎に予め実験等により求めた上で、ＥＣＵ７０の内部に記憶されているものとする。
【００４９】
続いて、ＥＣＵ７０は、ステップ１７０で算出した吸気バルブリフト量を用いて、タンブル比を算出する（ステップ１８０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、図３に示したマップをデータ化したものに、ステップ１７０で算出した吸気バルブリフト量を適用してタンブル比を算出する。なお、本ステップで使用するマップデータは、機関回転数毎に予め実験等により求めた上で、ＥＣＵ７０の内部に記憶されているものとする。
【００５０】
続いて、ＥＣＵ７０は、下記式（７）を用いて比熱比を算出する（ステップ１９０）。
【００５１】
【数５】
【００５２】
上記式（７）において、κＡｉｒ、κＩＥＧＲおよびκＥＥＧＲは各ガスの比熱比であり、κＡＶＥは平均比熱比である。また、Ｇａ、ＧＩＥＧＲおよびＧＥＥＧＲは各ガスのガス量であり、Ｇａについてはステップ１００で算出した値が、ＧＩＥＧＲについてはステップ１２０または１３０で算出した値が、ＧＥＥＧＲについてはステップ１５０で算出した値が用いられる。また、ＴＡｉｒ、ＴＩＥＧＲおよびＴＥＥＧＲは各ガスの温度であり、ガス量の算出タイミングにおける温度が用いられる。具体的に、ＴＡｉｒについてはステップ１００の処理タイミングにおける吸気温センサ４０の検出値が、ＴＩＥＧＲについてはステップ１２０またはステップ１３０の処理タイミングにおける排気温センサ４４の検出値が、ＴＥＥＧＲについてはステップ１５０の処理タイミングにおける排気温センサ４４の検出値とＥＧＲクーラ５８による温度低下代とにより推定した値が用いられる。
【００５３】
続いて、ＥＣＵ７０は、吸気バルブの閉弁タイミングにおける吸気圧Ｐｍを取得し（ステップ２００）、圧縮端温度を算出する（ステップ２１０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、吸気バルブの閉弁タイミングにおける吸気圧センサ４２の検出値を取得すると共に、同タイミングにおける筒内容積を用いて実圧縮比を算出し、これらの値を用いて圧縮端温度を推定する。
【００５４】
続いて、ＥＣＵ７０は、点火時期ＳＡを算出する（ステップ２２０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、ステップ１８０で算出したタンブル比、ステップ１９０で算出した比熱比およびステップ２１０で算出した圧縮端温度を、図４で説明した特性マップに適用して点火時期ＳＡを決定する。
【００５５】
続いて、ＥＣＵ７０は、目標空燃比が所定のストイキ領域外に設定されているか否かを判定する（ステップ２３０）。本ステップにおいて、ストイキ領域外に設定されていると判定された場合、ＥＣＵ７０は、ストイキ領域からの偏差に応じた補正量マップを参照して、点火時期補正量ＳＡｒｅｖｉｓｅを特定し（ステップ２４０）、この点火時期補正量ＳＡｒｅｖｉｓｅをステップ２２０で算出した点火時期ＳＡに加算して最終的な点火時期ＳＡを決定する（ステップ２５０）。一方、本ステップにおいて、ストイキ領域内に設定されていると判定された場合は、ステップ２２０で算出した点火時期ＳＡを最終的な点火時期ＳＡとして決定する。
【００５６】
以上、図５に示したルーチンによれば、タンブル比、比熱比および圧縮端温度を算出し、これらを混合気の燃焼速度の推定値を規定した特性マップに適用し、目標空燃比のストイキ領域からの偏差に応じて適宜補正した上で点火時期を決定できる。従って、アクチュエータ数や機関運転状態に左右されることなく高精度に点火時期を決定できる。
【００５７】
なお、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が図５のステップ２００、２１０の処理を実行することにより上記第１の発明における「圧縮端温度推定手段」が、同図のステップ１９０の処理を実行することにより上記第１の発明における「比熱比算出手段」が、同図のステップ１７０、１８０の処理を実行することにより上記第１の発明における「パラメータ算出手段」が、同図のステップ２２０のステップを実行することにより上記第１の発明における「目標点火時期算出手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が図５のステップ２３０〜２５０の処理を実行することにより上記第２の発明における「目標点火時期補正手段」が実現されている。
【００５８】
実施の形態２．
次に、図６乃至図８を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。なお、本実施形態は、図１の構成において、ＥＣＵ７０に、後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現される。そのため、本実施形態では、上記実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
【００５９】
上記実施の形態１によれば、アクチュエータ数や機関運転状態に左右されることなく高精度に点火時期を決定できる。しかしながら、その精度が高いが故に、特に過渡運転時において、点火時期間にばらつきが生じ易い。図６は、過渡運転時において、上記実施の形態１の特性マップにより決定された点火時期の履歴の一例を示したものである。図６に示す複数の点はそれぞれ点火時期のデータを示すものであり、このうち、点Ａは、定常運転から過渡運転に切り替わった時点でのデータであり、点Ｂは、その後に再び定常運転に切り替わった時点でのデータである。図６に示すように、点Ａと点Ｂとの間、即ち過渡運転中においては、点火時期が連続的に推移せずにばらつきが生じている。このようなばらつきの発生は、内部ＥＧＲガス量や外部ＥＧＲガス量の変動によるものであり、ドライバビリティの悪化の原因となる。
【００６０】
そこで、本実施形態においては、定常運転から過渡運転に切り替わった際には、その過渡運転が終了するタイミングでの点火時期を推定し、その点火時期と、現在の点火時期とを線形補間するように、内部ＥＧＲガス量および外部ＥＧＲガス量を制御することとした。図７は、本実施形態の制御を説明するためのタイミングチャートである。図７（Ａ）に示すように、時刻ｔ１においてＫＬ１であった負荷の目標値が、ＫＬ１よりも高負荷側のＫＬ２となったとする。本実施形態においては、この時刻ｔ１において、負荷がＫＬ２となる際の点火時期ＳＡ２が推定される。そして、時刻ｔ１の点火時期である点火時期ＳＡ１から、推定した点火時期ＳＡ２までの点火時期が線形に変化するようにＥＧＲバルブ６０の開度や、吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングが設定される（図７（Ｂ）、（Ｃ）の実線）。これにより、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの点火時期のばらつきが抑制される（図７（Ｄ））。
【００６１】
［本実施形態における具体的処理］
次に、図８を参照しながら、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図８は、本実施形態において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【００６２】
図８に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、トルク要求の有無を判定する（ステップ２６０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、スロットル開度ＴＡの変化量｜ΔＴＡ｜が｜ΔＴＡ｜＞０であるか否かによってトルク要求の有無を判定する。そして、トルク要求があると判定された場合、ＥＣＵ７０は、現時点におけるトルクを読み取る（ステップ２７０）。一方、トルク要求が無いと判定された場合はステップ２６０に戻る。
【００６３】
ステップ２７０に続いて、ＥＣＵ７０は、目標トルクを読み取り（ステップ２８０）、この目標トルクに基づいて目標スロットル開度ＴＡを算出する（ステップ２９０）。続いて、ＥＣＵ７０は、点火時期ＳＡ、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲおよび外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲについて、その現状値と目標値とを読み込み（ステップ３００）、これらの値の偏差に基づいて、傾きΔＳＡ、ΔＧＩＥＧＲおよびΔＧＥＥＧＲをそれぞれ算出する（ステップ３１０）。
【００６４】
続いて、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲ（＝内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲ＋外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲ）が、その目標値よりも所定値ζ以上乖離しているか否かを判定する（ステップ３２０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、ステップ３１０で算出した傾きΔＧＩＥＧＲ、ΔＧＥＥＧＲを用いて目標値ΔＧＥＧＲ×ｔ（ΔＧＥＧＲ＝ΔＧＩＥＧＲ＋ΔＧＥＥＧＲ、ｔ：トルク要求時点からＥＧＲ算出時点までの経過時間）を算出し、次いで、算出した目標値ΔＧＥＧＲ×ｔと、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲとの差が所定値ζ以上あるか否かを判定する。
【００６５】
ステップ３２０において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲがその目標値よりも所定値ζ以上乖離していると判定された場合は、点火時期の今回値と次回値との間にばらつきが生じると判断できる。そのため、ＥＣＵ７０は、内部ＥＧＲガス量の今回値と次回値との差ΔＩＥＧＲと、外部ＥＧＲガス量の今回値と次回値との差ΔＥＥＧＲとの大小を比較する（ステップ３３０）。一方、ステップ３２０において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲがその目標値よりも所定値ζ以上乖離していないと判定された場合は、ＥＣＵ７０は、本ルーチンを終了する。
【００６６】
ステップ３３０において、ΔＩＥＧＲがΔＥＥＧＲよりも大きい場合は、内部ＥＧＲガス量の変動が点火時期のばらつきに影響を及ぼすと判断できるので、ΔＩＥＧＲの正負に応じて、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲを補正する（ステップ３５０、３６０）。一方、ステップ３３０において、ΔＩＥＧＲがΔＥＥＧＲよりも小さい場合は、外部ＥＧＲガス量の変動が点火時期のばらつきに影響を及ぼすと判断できるので、ΔＥＥＧＲの正負に応じて、外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲを補正する（ステップ３７０、３８０）。
【００６７】
以上、図８に示したルーチンによれば、トルク要求があり、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲとその目標値との差が所定値ζ以上ある場合には、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲや外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲを補正できる。従って、目標トルク要求を満たしつつ、点火時期のばらつきを抑制できる。
【００６８】
ところで、上述した実施形態においては、過渡運転中に内部ＥＧＲガス量および外部ＥＧＲガス量を制御したが、定常運転中に同様の制御を行うことも可能である。つまり、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲの目標値を負荷に応じて設定すれば、幅広い運転状態において点火時期のばらつきを抑制できる。
【００６９】
なお、上述した実施形態においては、ＥＣＵ７０が図８のルーチンを実行することにより上記第３の発明の「バルブタイミング制御手段」および上記第７の発明の「ＥＧＲバルブ開度制御手段」が実現されている。
【００７０】
実施の形態３．
次に、図９および図１０を参照しながら、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態は、図１の構成において、ＥＣＵ７０に、後述する図９に示すルーチンを実行させることにより実現される。
【００７１】
上記実施の形態２の制御によれば、負荷が変わった際に内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲや外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲを補正するので、点火時期のばらつきを抑制できる。しかしながら、この補正によってＥＧＲガス量ＧＥＧＲが増量されていき、やがて過多となった場合には燃焼の悪化に繋がる可能性がある。同様に、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが減量されていき、やがて過少となった場合にはノックが発生し易くなる。そこで、本実施形態においては、負荷の変化方向に応じてＥＧＲガス量ＧＥＧＲの許容値（上限値または下限値）を定め、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲがこの許容値を超える場合には、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲや外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲを再補正することとした。これにより、過渡運転時において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが極端に増量或いは減量されることを防止できる。従って、燃焼の悪化やノックの発生、更にはこれに伴うドラビリの悪化や燃費の低下を未然に防止することができる。
【００７２】
また、ＥＧＲガス量の多少に関わらず、圧縮端温度が上昇してある一定温度以上となった場合にはノックが発生し易くなる。そこで、本実施形態においては、上記ＥＧＲガス量ＧＥＧＲの判定と同時にノック発生の有無を判定し、ノック発生と判定された場合には、点火時期を遅角側に補正することとした。従って、ノックが発生したとしてもその頻度を低減することができる。
【００７３】
［本実施形態における具体的処理］
次に、図９を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図９は、本実施形態において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。
【００７４】
図９に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、上記実施の形態２の制御が実行中か否かを判定し（ステップ４００）、制御実行中であると判定した場合には、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲの許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを取得する（ステップ４１０）。図１０は、機関回転数および負荷と、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲの許容値との関係を規定したマップである。ステップ４１０において、ＥＣＵ７０は、図１０に示したマップを参照してＥＧＲガス量ＧＥＧＲの許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを設定する。
【００７５】
続いて、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲがステップ４１０で設定した許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えたか否かを判定する（ステップ４２０）。ステップ４２０において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えたと判定された場合は、ＥＣＵ７０は、その要因が（１）内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲ、（２）外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲ、（３）内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲおよび外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲのうちの何れであるかを判定する（ステップ４３０、４４０）。
【００７６】
具体的に、ステップ４３０において、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲが許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えていると判定された場合は、上記要因が内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲによるものであると判断できる（上記（１））。そのため、ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１４および排気バルブ１６の開閉タイミングの補正量を算出し（ステップ４５０）、この開閉タイミングについてフィードバック制御を実行する（ステップ４６０）。
【００７７】
また、ステップ４４０において、外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲが許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えていると判定された場合は、上記要因が外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲによるものであると判断できる（上記（２））。そのため、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲバルブ６０の開度の補正量を算出し（ステップ４７０）、この開度についてフィードバック制御を実行する（ステップ４８０）。
【００７８】
また、ステップ４４０において、外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲが許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えていると判定された場合は、上記要因が内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲおよび外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲによるものであると判断できる（上記（３））。そのため、ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングの補正量およびＥＧＲバルブ６０の開度の補正量を算出し（ステップ４９０）、両者についてフィードバック制御を実行する（ステップ５００）。
【００７９】
一方、ステップ４２０において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えていないと判定された場合は、ＥＣＵ７０は、吸気バルブ１４および排気バルブ１６の開閉タイミングについてのフィードバック制御や、ＥＧＲバルブ６０の開度についてのフィードバック制御を終了する（ステップ５１０）。
【００８０】
ステップ４６０、４８０、５００または５１０に続いて、ＥＣＵ７０は、ノックフラグがＯＮであるか否かを判定する（ステップ５２０）。本ステップにおいて、ノックフラグの判定は、ノックセンサ６８の検出値に基づいて行われる。そして、ノックフラグがＯＮであると判定された場合には、所定の点火時期補正量ＳＡｒｅｖｉｓｅを点火時期ＳＡに加算して遅角側に補正する（ステップ５３０）。
【００８１】
以上、図９に示したルーチンによれば、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを超えた場合には、その要因に応じてＥＧＲガス量を調整できるので、燃焼の悪化やノックの発生を未然に防止することができる。また、ノック発生と判定された場合には、点火時期を遅角側に補正するので、ノックが発生したとしてもその頻度を低減することができる。
【００８２】
実施の形態４．
次に、図１１および図１２を参照しながら、本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態は、図１の構成において、ＥＣＵ７０に、後述する図１１に示すルーチンを実行させることにより実現される。
【００８３】
本実施形態においては、上記実施の形態２や３の制御に加えて、機関始動時における排気浄化触媒５４の早期活性化を目的とした触媒暖機制御が実行される。この触媒暖機制御は、具体的に、図５のルーチン等により算出した点火時期を遅角して排出ガスの温度を上昇させて、排気浄化触媒５４の暖機を促進するものである。しかしながら、単に点火時期を遅角すればその変動により燃焼が悪化する可能性がある。そこで、本実施形態においては、触媒暖機制御の実行中、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲの分散を算出し、その値が所定値よりも小さくなるように吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングを制御することとした。これにより、点火時期の変動幅を小さくできるので、燃焼を悪化させることなく排気浄化触媒５４を活性化できる。
【００８４】
［本実施形態における具体的処理］
次に、図１１を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図１１は、本実施形態において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、上記図９のルーチンと同時並行で実行されるものとする。
【００８５】
図１１に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、触媒暖機要求の有無を判定する（ステップ５４０）。具体的に、ＥＣＵ７０は、吸気温度ＴＡｉｒが所定値よりも低く、かつ、アクセル開度Ａｃｃｌの変化量ΔＡｃｃｌが所定値よりも高いか否かを判定する。そして、触媒暖機要求があると判定された場合、ＥＣＵ７０は、点火時期ＳＡを所定量遅角する（ステップ５５０）。ここで、点火時期ＳＡの遅角補正量は、吸気温度ＴＡｉｒに応じてＥＣＵ７０が記憶する関数またはマップに従って演算される。一方、触媒暖機要求が無いと判定された場合はステップ５４０に戻る。
【００８６】
続いて、ＥＣＵ７０は、点火時期ＳＡの分散ＳＡｄｉｓが所定値（固定値）よりも大きいか否かを判定する（ステップ５６０）。この分散ＳＡｄｉｓは、点火時期ＳＡの今回値を含む所定サイクルに亘る点火時期ＳＡの履歴を基に算出される。ステップ５６０において、分散ＳＡｄｉｓが所定値よりも小さいと判定された場合、ＥＣＵ７０は、本ルーチンを終了する。
【００８７】
一方、ステップ５６０において、分散ＳＡｄｉｓが所定値よりも大きいと判定された場合、ＥＣＵ７０は、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲの分散ＧＩＥＧＲｄｉｓが遅角補正量に応じて定まる所定値よりも大きいか否かを判定する（ステップ５７０）。図１２は、遅角補正量と補正係数との関係を示すマップである。本ステップにおいて、ＥＣＵ７０は、ステップ５５０で算出した遅角補正量を図１２のマップに適用して補正係数を求め、上記の所定値を算出する。また、ＥＣＵ７０は、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲの今回値を含む所定サイクルに亘る内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲの履歴を基に分散ＧＩＥＧＲｄｉｓを算出する。
【００８８】
ステップ５７０において、分散ＧＩＥＧＲｄｉｓが所定値よりも大きいと判定された場合は、燃焼が悪化する可能性があると判断できる。そのため、ＥＣＵ７０は、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲが減少するように吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングを制御する（ステップ５８０）。一方、ステップ５７０において、分散ＳＡｄｉｓが所定値よりも小さいと判定された場合は、排気浄化触媒５４の暖機を促進すべく、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲが増加するように吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングを制御する（ステップ５９０）。
【００８９】
以上、図１１に示したルーチンによれば、分散ＳＡｄｉｓが所定値よりも大きく、かつ、分散ＧＩＥＧＲｄｉｓが所定値よりも大きいと判定された場合に、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲが減少するように吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングを制御するので、燃焼を悪化させることなく排気浄化触媒５４を活性化できる。
【００９０】
ところで、上述した実施形態においては、触媒暖機要求があった場合に分散ＳＡｄｉｓついての判定等を行って、吸気バルブ１４や排気バルブ１６の開閉タイミングを制御したが、この一連の処理は、触媒暖機要求があった場合に限られない。例えば、機関回転数が急激に変化した場合はいわゆる過渡ノックが発生するので、この過渡ノックの防止を目的として点火時期を遅角する過渡ノック防止制御が実行される。点火時期を遅角すれば、本実施形態同様、燃焼の悪化の可能性が生じる。そこで、過渡ノック防止要求があった場合に上記の処理を行えば、燃焼を悪化させることなく過渡ノックを防止できる。このように、本実施形態における一連の処理は、点火時期の遅角側への変更要求があった場合に広く適用できる。
【００９１】
なお、上述した実施形態においては、ＥＣＵ７０が図１１のステップ５４０の処理を実行することにより上記第４の発明の「変更要求判定手段」が、同図のステップ５５０の処理を実行することにより上記第４の発明の「目標点火時期変更手段」が、同図のステップ５８０の処理を実行することにより上記第４の発明の「バルブタイミング変更手段」が、それぞれ実現されている。
【００９２】
実施の形態５．
次に、図１３乃至図１５を参照しながら、本発明の実施の形態５について説明する。なお、本実施形態は、図１の構成において、ＥＣＵ７０に、後述する図１５に示すルーチンを実行させることにより実現される。
【００９３】
上記実施の形態２によれば、負荷が変わった際に内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲや外部ＥＧＲガス量ＧＥＥＧＲを補正するので、点火時期のばらつきを抑制できる。しかしながら、低負荷から高負荷に急変した場合は、低温の新気が短時間で大量に筒内に吸入されるので圧縮端温度が大きく変化する。ここで、圧縮端温度は、本発明による点火時期決定に使用されるパラメータの一つである。そのため、圧縮端温度が大きく変化すれば、その前後の点火時期間に差が生じトルク変動が起こる可能性がある。
【００９４】
そこで、本実施の形態においては、低負荷から高負荷となることが予測される場合には、その予測がされた時点で、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲを強制的に増量することとした。内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲは高温であるため、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲを増量すれば、新気量の増大による圧縮端温度の変動を緩和できるのでトルク変動の発生リスクを低減できる。
【００９５】
図１３および図１４を参照して、本実施形態における制御を説明する。図１３は、低負荷から高負荷に変化した際におけるＯ／Ｌ量の履歴を示したものである。図１３に示す複数の点は、それぞれＯ／Ｌ量のデータであり、低負荷時には少なく、高負荷時に多くなっている。一方、図１３に示す実線は、本実施形態における点火時期の制御イメージを示したものである。本実施形態では、低負荷から高負荷となることが予測された時点でＯ／Ｌ量が増加するように吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングが設定される。
【００９６】
また、図１４は、低負荷から高負荷に変化した際における点火時期の履歴を示したものである。図１４に示す複数の点は、それぞれ点火時期のデータであり、低負荷から高負荷となる際に、徐々に進角側に移動している。一方、図１４に示す実線は、本実施形態における点火時期の制御イメージを示したものである。図１３に示したように、低負荷から高負荷となることが予測された時点でＯ／Ｌ量を増加させれば、内部ＥＧＲガス量ＧＩＥＧＲが増量するので、点火時期が進角して過渡運転中における点火時期の差ΔＳＡを小さすることが可能となる。従って、トルク変動の発生リスクを低減できる。
【００９７】
［本実施形態における具体的処理］
次に、図１５を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図１５は、本実施形態において、ＥＣＵ７０により実行されるルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、上記図９のルーチンと同時並行で実行されるものとする。
【００９８】
図１５に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ７０は、変曲点の有無を判定する（ステップ６００）。具体的に、ＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃｌの変化量ΔＡｃｃｌが所定量以上で、かつ、カーナビ情報による道路勾配が一定値以上あるか否かを判定する。そして、変曲点があると判定された場合、負荷が低負荷から高負荷に変化すると予測できるので、ＥＣＵ７０は、図１０に示したマップを参照してＥＧＲガス量ＧＥＧＲの許容上限値ＥＧＲＭＡＸまたは許容下限値ＥＧＲＭＩＮを設定する（６１０）。
【００９９】
続いて、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲがステップ６１０で設定した許容上限値ＥＧＲＭＡＸよりも小さく、かつ、許容下限値ＥＧＲＭＩＮよりも大きいか、即ち、許容範囲内にあるか否かを判定する（ステップ６２０）。ステップ６２０において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが許容範囲内にあると判定された場合は、ＥＣＵ７０は、Ｏ／Ｌ量を増加すべく吸気バルブ１４および排気バルブ１６の開閉タイミングの制御を実行する（ステップ６３０）。一方、ステップ６２０において、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが許容範囲外にあると判定された場合は、本ルーチンを終了する。
【０１００】
以上、図１５に示したルーチンによれば、変曲点があると判定され、ＥＧＲガス量ＧＥＧＲが許容範囲内にある場合に、Ｏ／Ｌ量を増加するように吸気バルブ１４と排気バルブ１６の開閉タイミングを制御するので、低負荷から高負荷となることが予測された時点で、新気量の増大による圧縮端温度の変動を緩和してトルク変動の発生リスクを低減できる。
【０１０１】
なお、上述した実施形態においては、ＥＣＵ７０が図１５のステップ６００の処理を実行することにより上記第５の発明の「所定条件判定手段」が、同図のステップ６１０の処理を実行することにより上記第５の発明の「バルブオーバーラップ増量手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【０１０２】
１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ 吸気バルブ
１６ 排気バルブ
１８ 点火プラグ
２０ インジェクタ
２２、２４ 可変動弁機構
２６ ターボ過給機
２６ａ 吸気圧縮機
２６ｂ 排気タービン
２８ 吸気通路
３０ 排気通路
３２ エアフローメータ
３４ インタークーラ
３６ スロットルバルブ
３８ スロットル開度センサ
４０ 吸気温センサ
４２ 吸気圧センサ
４４ 排気温センサ
４６ 背圧センサ
４８ バイパス通路
５０ ウェイストゲートバルブ
５２ アクチュエータ
５４ 排気浄化触媒
５６ ＥＧＲ通路
５８ ＥＧＲクーラ
６０ ＥＧＲバルブ
６２ ＥＧＲ開度センサ
６４ アクセルポジションセンサ
６６ クランク角センサ
６８ ノックセンサ
７０ ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内における圧縮端温度を推定する圧縮端温度推定手段と、
前記気筒内における混合気の比熱比を算出する比熱比算出手段と、
前記気筒内における混合気の気流乱れに関するパラメータを算出するパラメータ算出手段と、
圧縮端温度、比熱比および気流乱れに関するパラメータと、点火時期との関係を規定した点火時期マップに、前記圧縮端温度推定手段で推定した圧縮端温度、前記比熱比算出手段で算出した比熱比および前記パラメータ算出手段で算出したパラメータを適用して、目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、
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】
内燃機関の空燃比制御に用いる目標空燃比に応じて、前記目標点火時期算出手段で算出した目標点火時期を補正する目標点火時期補正手段を更に備え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】
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記気筒と前記吸気通路とを連通または遮断する吸気バルブと、
前記気筒と前記排気通路とを連通または遮断する排気バルブと、
前記点火時期算出手段で算出した目標点火時期の今回値と、その前回値との偏差が、機関負荷の変化に応じて決定される所定の許容範囲内に収まるように前記吸気バルブおよび／または前記排気バルブの開閉タイミングを制御するバルブタイミング制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記気筒と前記吸気通路とを連通または遮断する吸気バルブと、
前記気筒と前記排気通路とを連通または遮断する排気バルブと、
点火時期の遅角側への変更要求の有無を判定する変更要求判定手段と、
前記変更要求があると判定された場合に、前記目標点火時期を遅角側に変更する目標点火時期変更手段と、
変更後の目標点火時期を含む所定サイクル数における目標点火時期の分散が、機関負荷毎に決定される所定の許容値よりも小さくなるように、前記吸気バルブおよび／または前記排気バルブの開閉タイミングを変更するバルブタイミング変更手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記気筒と前記吸気通路とを連通または遮断する吸気バルブと、
前記気筒と前記排気通路とを連通または遮断する排気バルブと、
機関負荷が低負荷から高負荷へ移行することが予測される場合に成立する所定条件の成否を判定する所定条件判定手段と、
前記所定条件が成立する場合に、前記吸気バルブおよび前記排気バルブが共に開弁するバルブオーバーラップ量が増加するように前記吸気バルブおよび／または前記排気バルブの開閉タイミングを制御するバルブオーバーラップ増量手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至４何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記開閉タイミングは、機関負荷の変化方向に応じてそれぞれ決定される所定の限界値を超えないように補正されることを特徴とする請求項３乃至５何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記吸気通路と前記排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブと、
前記点火時期算出手段で算出した目標点火時期の今回値と、その前回値との偏差が、機関負荷の変化に応じて決定される所定の許容範囲内に収まるように前記ＥＧＲバルブの開度を制御するＥＧＲバルブ開度制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至６何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記ＥＧＲバルブの開度は、機関負荷の変化方向に応じてそれぞれ決定される所定の限界値を超えないように補正されることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の気筒内における圧縮端温度を推定する圧縮端温度推定手段と、
前記気筒内における混合気の比熱比を算出する比熱比算出手段と、
前記気筒内における混合気の気流乱れに関するパラメータを算出するパラメータ算出手段と、
圧縮端温度、比熱比および気流乱れに関するパラメータと、点火時期との関係を規定した点火時期マップに、前記圧縮端温度推定手段で推定した圧縮端温度、前記比熱比算出手段で算出した比熱比および前記パラメータ算出手段で算出したパラメータを適用して、目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、
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】
内燃機関の空燃比制御に用いる目標空燃比に応じて、前記目標点火時期算出手段で算出した目標点火時期を補正する目標点火時期補正手段を更に備え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】
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記気筒と前記吸気通路とを連通または遮断する吸気バルブと、
前記気筒と前記排気通路とを連通または遮断する排気バルブと、
前記点火時期算出手段で算出した目標点火時期の今回値と、その前回値との偏差が、機関負荷の変化に応じて決定される所定の許容範囲内に収まるように前記吸気バルブおよび／または前記排気バルブの開閉タイミングを制御するバルブタイミング制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記気筒と前記吸気通路とを連通または遮断する吸気バルブと、
前記気筒と前記排気通路とを連通または遮断する排気バルブと、
点火時期の遅角側への変更要求の有無を判定する変更要求判定手段と、
前記変更要求があると判定された場合に、前記目標点火時期を遅角側に変更する目標点火時期変更手段と、
変更後の目標点火時期を含む所定サイクル数における目標点火時期の分散が、機関負荷毎に決定される所定の許容値よりも小さくなるように、前記吸気バルブおよび／または前記排気バルブの開閉タイミングを変更するバルブタイミング変更手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記気筒と前記吸気通路とを連通または遮断する吸気バルブと、
前記気筒と前記排気通路とを連通または遮断する排気バルブと、
機関負荷が低負荷から高負荷へ移行することが予測される場合に成立する所定条件の成否を判定する所定条件判定手段と、
前記所定条件が成立する場合に、前記吸気バルブおよび前記排気バルブが共に開弁するバルブオーバーラップ量が増加するように前記吸気バルブおよび／または前記排気バルブの開閉タイミングを制御するバルブオーバーラップ増量手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至４何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記開閉タイミングは、機関負荷の変化方向に応じてそれぞれ決定される所定の限界値を超えないように補正されることを特徴とする請求項３乃至５何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記気筒と連通する吸気通路および排気通路と、
前記吸気通路と前記排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブと、
前記点火時期算出手段で算出した目標点火時期の今回値と、その前回値との偏差が、機関負荷の変化に応じて決定される所定の許容範囲内に収まるように前記ＥＧＲバルブの開度を制御するＥＧＲバルブ開度制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至６何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記ＥＧＲバルブの開度は、機関負荷の変化方向に応じてそれぞれ決定される所定の限界値を超えないように補正されることを特徴とする請求項７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１４】
【図１５】
【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１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−７２７１（Ｐ２０１３−７２７１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８４４４（Ｐ２０１１−１３８４４４）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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