JP2007309298A - エンジンの点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲの開始時および停止時に、過進角を抑制して良好な燃焼を行いつつ、円滑にＥＧＲオンまたはオフ状態に移行することができるエンジンの点火時期制御装置を提供する。
【解決手段】所定の点火時期に点火プラグ１１５から電気火花を発生させて燃焼を行わせるエンジンの点火時期制御装置において、排気ガスの一部を排気通路１２２から吸気通路１２１に還流させるＥＧＲを行うＥＧＲ手段１４２と、上記ＥＧＲの実行中に上記点火時期を進角させるとともに、上記ＥＧＲの開始時および停止時に進角量を目標値に向けて徐々に近づけるなまし処理を行う点火時期補正手段とを備え、上記なまし処理におけるなまし度合が、上記ＥＧＲ開始時は停止時に対して相対的に大きくなるように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の点火時期に点火プラグから電気火花を発生させて燃焼を行わせるエンジンの点火時期制御装置に関するものであり、特に排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に還流させるＥＧＲを行うものであって、そのＥＧＲの実行中に点火時期を進角させるものに関する。

従来、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減や燃費向上等の目的でＥＧＲを行う技術が知られている。ＥＧＲは、排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に還流させて再循環させるものである。一般的に、ＥＧＲを行うと吸気中の不活性成分が増大するため燃焼温度が低下するので、ＮＯｘの生成を抑制することができる。また、ＥＧＲを行うと吸気負圧が低減してポンピングロスが抑制されるので燃費を向上させることができる。

またＥＧＲを行うと、行わない場合に比べて燃焼速度が緩慢となるので、それに応じて点火時期を進角（早期化）させ、適正な燃焼を図る技術も知られている。

ところで、ＥＧＲを行うＥＧＲ手段として、排気通路と吸気通路とを繋ぐＥＧＲ通路と、そのＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブとを設けるのが一般的である。このような構成とした場合、ＥＧＲバルブを開閉してから実際のＥＧＲ量（またはＥＧＲ率）が目標値に達するまでにはある程度の時間が必要である。これに対して点火時期は、直ちに目標の進角量に変化させることができる。従って、単にＥＧＲバルブの開閉に同期させて点火時期を進角させたのでは、実際のＥＧＲ量に適した進角量よりも相対的に先行し過ぎる結果となる。つまりＥＧＲ開始時には過進角気味、ＥＧＲ停止時には進角不足気味となる。

このような問題に対し、実際のＥＧＲ量の変化に追従させることを目的として、点火時期の進角量を徐々に目標値に近づけるような処理（以下このような処理を「なまし処理」という）を行うものも知られている。例えば特許文献１には、吸気状態の変化割合に準じて徐々に点火時期を目標値に近づけるなまし処理を行うものが開示されている。
特開平７−１９７８７６号公報

しかしながら、本願発明者の研究により、従来のなまし処理では不都合となる場合があることがわかってきた。それは、ＥＧＲバルブの開度やその他の運転条件が同一であっても、ＥＧＲ開始時（オン時）とＥＧＲ停止時（オフ時）とでは、実際のＥＧＲ量（以下実ＥＧＲ量という）の変化速度、即ち応答性に差があることに起因する。実ＥＧＲ量の応答性は、ＥＧＲオン時よりもＥＧＲオフ時の方が高くなるのである。

従って、なまし処理のなまし度合を、ＥＧＲオン時を基準に設定した場合、実ＧＥＲ量の応答性の高いＥＧＲオフ時には相対的に点火時期の追従変化が遅れてしまう。ＥＧＲオフ時には、増大させた進角量を通常の進角量に戻す制御が行われるので、これが遅れるということは相対的に進角量が多すぎる状態（過進角）になることを意味する。この過進角は、ノッキング等の異常燃焼を招く要因となるので好ましくない。

一方、なまし度合を、ＥＧＲオフ時を基準に設定した場合、実ＧＥＲ量の応答性の低いＥＧＲオン時には相対的に点火時期の追従変化が先行してしまう。ＥＧＲオン時には、進角量を増大させる制御が行われるので、これが先行するということは相対的に過進角になることを意味する。

つまり何れの場合も、一方を基準になまし度合を設定すると、他方では過進角となり、ノッキング等の問題が生じ易くなるのである。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲの開始時および停止時に、過進角を抑制して良好な燃焼を行いつつ、円滑にＥＧＲオンまたはオフ状態に移行することができるエンジンの点火時期制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、所定の点火時期に点火プラグから電気火花を発生させて燃焼を行わせるエンジンの点火時期制御装置において、排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に還流させるＥＧＲを行うＥＧＲ手段と、上記ＥＧＲの実行中に上記点火時期を進角させるとともに、上記ＥＧＲの開始時および停止時に進角量を目標値に向けて徐々に近づけるなまし処理を行う点火時期補正手段とを備え、上記なまし処理におけるなまし度合が、上記ＥＧＲ開始時は停止時に対して相対的に大きくなるように設定されていることを特徴とする。

なお、上記なまし処理とは、点火時期の進角量を徐々に目標値に近づけるような処理をいう。また、なまし度合とは、点火時期変化の緩やかさの度合をいう。なまし度合が大きいほど緩やかに目標値に近づく。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のエンジンの点火時期制御装置において、上記ＥＧＲ手段によるＥＧＲ量を調節するＥＧＲ制御手段を備え、上記ＥＧＲ量は、アイドル運転状態よりも高負荷ないし高回転速度の運転領域において、エンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて設定されるとともに、エンジン負荷の変化に対するＥＧＲ率の変化度合が、高負荷側では低負荷側に対して相対的に大きくなるように設定されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２記載のエンジンの点火時期制御装置において、上記なまし度合が、ＥＧＲ量の増量側では減量側に対して相対的に大きくなるように設定されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載のエンジンの点火時期制御装置において、上記なまし度合が、エンジン回転速度の低速側では高速側に対して相対的大きくなるように設定されていることを特徴とする。

請求項１の発明によると、以下説明するように、ＥＧＲオン時およびオフ時に、過進角を抑制して良好な燃焼を行いつつ、円滑にＥＧＲオンまたはオフ状態に移行することができる。

本発明の構成によれば、ＥＧＲ量変化の応答性が比較的低いＥＧＲオン時には、なまし処理のなまし度合を大きくして緩やかに点火時期を目標の進角量に近づけることができる。またＥＧＲ量変化の応答性が比較的高いＥＧＲオフ時には、なまし度合を小さくして速やかに点火時期を通常の進角量に戻すことができる。こうして、ＥＧＲ量変化の応答性に応じた点火時期の変化度合を容易に設定することができる。従って、ＥＧＲオン時およびオフ時における過進角が抑制され、ノッキング等の異常燃焼を効果的に防止することができる。

請求項２の発明によると、以下説明するように、運転状態に応じた効果的なＥＧＲを行うとともに、ＥＧＲ量の増大側および低減側における過進角を効果的に抑制することができる。

本発明の構成によれば、ＥＧＲ量がエンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて設定されるので、運転状態に応じた効果的なＥＧＲを行うことができる。例えば、低・中負荷領域では、ＥＧＲを行うことによって燃焼温度を低減させてＮＯｘの排出を抑制するとともに、ポンピングロスを低減して燃費を向上させることができる。この場合、エンジン回転速度や負荷が大きいほどＥＧＲ率を増大させるのが好ましい。そして、このようなＥＧＲ増量側（オフからオンへの切換を含む）の制御において、なまし度合の比較的大きいなまし処理を行うことにより、点火時期を緩やかに増大させることができ、その先行し過ぎによる過進角を効果的に抑制することができる。

一方、高負荷領域ではＥＧＲ率を低減（ＥＧＲの停止を含む）させて新気割合を高め、高トルク・高出力を得ることができる。その際のエンジン負荷の変化に対するＥＧＲ率の変化度合は、上記低・中負荷領域よりも大きい方が好ましい。こうすれば、中負荷領域から高負荷領域への移行の際に、速やかにＥＧＲをオフにすることができるからである。そして、このようなＥＧＲ減量側（オンからオフへの切換を含む）の制御において、なまし度合の比較的小さいなまし処理を行うことにより、点火時期進角を速やかに通常値に戻すことができ、その遅れによる過進角を効果的に抑制することができる。

請求項３の発明によると、以下説明するように、ＥＧＲ量の変化方向に応じた点火時期のなまし処理を行うことができ、良好な燃焼を行いつつ滑らかに移行先のＥＧＲ状態に移行することができる。

ＥＧＲ量を変化させる場合、実ＥＧＲ量変化の応答性は、ＥＧＲ増量時よりもＥＧＲ減少時の方が高い。本発明の構成によれば、ＥＧＲ増量時には相対的になまし処理のなまし度合を大きくして緩やかに点火時期を目標の進角量に近づけ、ＥＧＲ減量時にはなまし度合を小さくして速やかに点火時期を通常の進角量に戻すことになる。従って、ＥＧＲ増量時と減量時との双方で、実ＥＧＲ量変化度合に応じた点火時期の変化度合を容易に設定することができ、ノッキング等が起こり難い良好な燃焼を行わせることができる。

請求項４の発明によると、以下説明するように、エンジン回転速度に応じた点火時期のなまし処理を行うことができ、良好な燃焼を行いつつ滑らかに移行先のＥＧＲ状態に移行することができる。

エンジン回転速度が高いほど単位時間当たりの掃気量が増大するので、実ＥＧＲ量変化の応答性が高くなる。本発明の構成によれば、エンジン回転速度の低速側では相対的になまし処理のなまし度合を大きくして緩やかに点火時期を目標の進角量に近づけ、高速側ではなまし度合を小さくして速やかに点火時期を通常の進角量に戻すことになる。従って、低速から高速に亘る広い速度域で、実ＥＧＲ量変化度合に応じた点火時期の変化度合を容易に設定することができ、ノッキング等が起こり難い良好な燃焼を行わせることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係るエンジン１００の概略構成を示す図である。エンジン１００の概略構成は、エンジン本体部１１０、吸気通路１２１および排気通路１２２からなる。エンジン本体部１１０はシリンダヘッドやシリンダブロック等によって構成され、複数（例えば４つ）の気筒１１２が設けられている。各気筒１１２内にはそれぞれ燃焼室１１４が形成され、その頂部には点火プラグ１１５が設けられている。点火プラグ１１５の点火により燃焼室１１４内の混合気が燃焼し、その燃焼エネルギーがピストン１１３等を介してエンジン出力軸１０１（クランクシャフト）に出力されるように構成されている。

そしてエンジン本体部１１０には、エンジン出力軸１０１の回転角を検出するクランク角センサ１３０、カム角を検出するカム角センサ１３２、ノッキングを検知するノックセンサ１３１および冷却水温度を検知する水温センサ１３３が設けられている。

各燃焼室１１４の吸気側には吸気通路１２１が、排気側には排気通路１２２が、それぞれ接続されている。吸気通路１２１の最上流には吸気を浄化するエアクリーナ１２０が設けられ、その下流には吸気量を検出すエアフローセンサ１２５が設けられている。

エアフローセンサ１２５の下流には、吸気量を調節するスロットル弁１２３が設けられている。スロットル弁１２３のさらに下流にはサージタンクを介して各気筒１１２に向けて分岐した吸気マニホールド１２１ａが形成されている。

吸気マニホールド１２１ａには、吸気圧力を検出する吸気圧センサ１２６が設けられている。吸気圧センサ１２６は、ＭＡＰセンサとも呼ばれ、吸気マニホールド１２１ａの絶対圧力を検出する。吸気量は、この絶対圧力とエンジン回転速度とによって求めることができる。

吸気通路１２１の各気筒１１２に近い位置に、各燃焼室１１４に燃料を供給する燃料噴射弁１１６が設けられている。その下流の吸気通路１２１は吸気弁１１７を介して各燃焼室１１４に接続されている。

一方、各燃焼室１１４の排気側には、排気弁１１８を介して排気通路１２２が接続されている。排気通路１２２には排気を浄化する排気浄化装置１５２が設けられている。排気浄化装置１５２の上流側にはリニアＯ_２センサ１５１が、下流側にはラムダＯ_２センサ１５３が設けられ、それぞれ排気中の酸素濃度を検出する。

また、吸気通路１２１と排気通路１２２とを連通するＥＧＲ通路１４１が設けられている。そしてこのＥＧＲ通路１４１上に、これを開閉するＥＧＲバルブ１４２が設けられている。ＥＧＲ通路１４１とＥＧＲバルブ１４２とがＥＧＲを行うＥＧＲ手段を構成している。すなわち、ＥＧＲバルブ１４２を開弁することにより、排気通路１２２を流れる排気の一部（ＥＧＲガス）がＥＧＲ通路１４１を通って吸気通路１２１に還流され、ＥＧＲが行われる。ＥＧＲガスは吸気通路１２１で新気と合流して再び燃焼室１１４に導かれ、燃焼の際の不活性ガス成分となる。ＥＧＲバルブ１４２の開度を増大させるほどＥＧＲガス量（ＥＧＲ量）が増大する。またＥＧＲ率（新気に対するＥＧＲガスの割合）も増大する。ＥＧＲバルブ１４２を閉じるとＥＧＲガスの還流が遮断され、ＥＧＲは停止する。

図２は、エンジン１００を制御するＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール）７００の制御ブロック図である。

ＰＣＭ７００は、エンジン１００の運転や図外の自動変速機を統合的に制御する制御モジュールであって、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたコンピュータ等からなる。具体的には、予めＲＯＭ（又はＲＡＭ）に記憶されているプログラムがＣＰＵによって実行されることによって、パワートレイン各部の動作等が制御される。

以下ＰＣＭ７００の説明にあたり、本発明に密接に係る部分を中心に説明する。ＰＣＭ７００には、図１に示すエアフローセンサ１２５、吸気圧センサ１２６、クランク角センサ１３０、ノックセンサ１３１、カム角センサ１３２、水温センサ１３３、リニアＯ_２センサ１５１及びラムダＯ_２センサ１５３からの各検出信号が入力される。また、図外のアクセルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１３４や、車速を検出する車速センサ１３８からの検出信号もＰＣＭ７００に入力される。

ＰＣＭ７００は、吸気量制御部７１０、燃料噴射制御部７１５、点火時期制御部７２０及びＥＧＲ制御部７３０を機能的に含む。

吸気量制御部７１０は、エンジン回転速度Ｎｅやアクセル開度等の運転状態に基いて適切な吸気量を設定し、その吸気量に応じてスロットル弁１２３の開度（スロットル開度ＴＶＯ）を調節する。またＥＧＲを行う場合には、吸気通路１２１に還流されるＥＧＲガス量を考慮したスロットル開度ＴＶＯが設定される。

燃料噴射制御部７１５は、吸気量に応じた適切な燃料噴射量を設定し、各気筒１１２に対する適切な噴射時期に各燃料噴射弁１１６から燃料を噴射させる。所定のフィードバック運転領域においては、リニアＯ_２センサ１５１やラムダＯ_２センサ１５３によって検出される酸素濃度を参照し、各気筒１１２での燃焼が所定の空燃比、例えば理論空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック制御する。

点火時期制御部７２０は、適切な点火時期を設定し、各気筒１１２の点火プラグ１１５に電気火花（スパーク）を発生させる。エンジン１００の通常運転時においては、その点火時期が圧縮上死点よりも所定の進角量だけ早い時期に設定される。この点火時期は、ベースとなる基本点火時期に、後述する点火時期補正部７２１による補正を加えたものとなる。基本点火時期は、例えばエンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷ＣＥとをパラメータとするマップ値として予め設定されており、これを読込むことにより求められる。

点火時期制御部７２０は点火時期補正部７２１（点火時期補正手段）を含む。点火時期補正部７２１は、上記基本点火時期に、運転状態に応じた各種の補正を施し、最終的な点火時期（最終点火時期）を設定する。

ここでは、ＥＧＲを行う場合の補正、つまり点火時期ＥＧＲ補正について説明する。ＥＧＲを行うと、行わない場合に比べて燃焼速度が緩慢となるので、それを補うために点火時期を早期化させる。つまり基本点火時期よりもさらに点火時期を進角させる補正を行う。点火時期ＥＧＲ補正量の目標値Δｔｇｔは、例えばエンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷ＣＥ及びＥＧＲバルブ開度ＥＶＯをパラメータとするマップ値として予め設定されており、これを読込むことにより設定される。

但し、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＯが過渡状態にあるとき、つまりＥＧＲバルブ１４２がオンからオフ又はオフからオンに切換えられたとき、及びＥＧＲバルブ開度ＥＶＯが変動したときには、点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇに所定のなまし処理が施される。なまし処理とは、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＯの変化から実ＥＧＲ量の変化まで間に時間差があることを考慮して、ＥＧＲ補正量Δｔｇを徐々に目標値に近づけ、実ＥＧＲ量の変化に追従させる処理である。結果的に、最終点火時期も徐々に目標値相当の値に近づくこととなる。

当実施形態のなまし処理により、点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇは次の（式１）で求められる。

Δｔｇ（ｉ）＝α・Δｔｇ（ｉ−１）＋（１−α）・Δｔｇｔ（ｉ） ・・・（式１）
（式１）において、αはなまし係数、Δｔｇｔは点火時期ＥＧＲ補正量の目標値である。また添え字（ｉ）は処理ルーチンにおける今回値、（ｉ−１）は前回値を表す。

（式１）から明らかなように、点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ（ｉ）は、前回値Δｔｇ（ｉ−１）と現時点の目標値Δｔｇｔ（ｉ）とを、α：（１−α）の比率で加重平均したものである。

なまし係数α＝０のとき、Δｔｇ（ｉ）＝Δｔｇｔ（ｉ）となる。すなわち点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ（ｉ）は現時点の目標値そのものとなり、実質的にはなまし処理が行われないことを意味する。

一方、なまし係数α＞０のとき、実質的ななまし処理が行われる。なまし係数αが大きいほど、点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ（ｉ）には前回値Δｔｇ（ｉ−１）が強く反映される。従って点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇは急激な変化が抑制され、より緩やかに変化する。つまりなまし係数αが大きいほどなまし度合が大きくなる。

ＥＧＲ制御部７３０は、ＥＧＲの要否を判定し、ＥＧＲを行う場合には、ＥＧＲバルブ１４２を所定のＥＧＲバルブ開度ＥＶＯ（またはＥＧＲ率）となるように開弁する。ＥＧＲバルブ開度ＥＶＯは、例えばエンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷ＣＥとをパラメータとするマップ値として予め設定されており、これを読込むことにより求められる。

図３は、定常エンジン回転速度におけるエンジン負荷ＣＥとＥＧＲ率との関係を示すグラフである。このグラフではエンジン回転速度Ｎｅ＝１５００ｒｐｍの場合を示す。横軸にエンジン負荷ＣＥ（ＣＥ＝１で全負荷）、縦軸にＥＧＲ率（％）を示す。

このグラフに示すように、エンジン負荷ＣＥ＝０のときＥＧＲ率＝０％である。つまりＥＧＲはオフであり、ＥＧＲバルブ１４２は閉弁される。そして０＜ＣＥ≦０．７５の領域ではＥＧＲがオンとなり、ＥＧＲバルブ１４２が開弁される。このうち、０＜ＣＥ≦０．７の低・中負荷領域では、エンジン負荷ＣＥが高くなるほどＥＧＲ率も高くなるように設定されている。逆に０．７＜ＣＥ≦０．７５の高荷領域では、エンジン負荷ＣＥが高くなるほどＥＧＲ率が低くなるように設定されている。このときのエンジン負荷ＣＥの変化に対するＥＧＲ率の変化度合は、それより低負荷側に対して格段に大きな設定となっている。さらに高負荷側領域の０．７＜ＣＥ≦１ではＥＧＲが停止される。

このように、ＥＧＲ率（ＥＧＲ量）がエンジン負荷ＣＥに応じて設定されるので、運転状態に応じた効果的なＥＧＲを行うことができる。例えば、低・中負荷領域では、ＥＧＲを行うことによって燃焼温度を低減させてＮＯｘの排出を抑制するとともに、ポンピングロスを低減して燃費を向上させることができる。この場合、エンジン回転速度Ｎｅやエンジン負荷ＣＥが大きいほどＥＧＲ率を増大させるのが好ましい。

一方、高負荷領域ではＥＧＲ率を低減（ＥＧＲの停止を含む）させて新気割合を高め、高トルク・高出力を得ることができる。その際のエンジン負荷ＣＥの変化に対するＥＧＲ率の変化度合は、図３に示すように低・中負荷領域よりも大きい方が好ましい。こうすれば、中負荷領域から高負荷領域への移行の際に、速やかにＥＧＲをオフにすることができるからである。

次に、点火時期制御部７２０による点火時期の設定について、特に点火時期補正部７２１の作用を中心に説明する。ＥＧＲがオンのとき、上述のように点火時期補正部７２１によって点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇが設定され、点火時期が進角側に補正される。ＥＧＲ率に時間的変化のない定常状態であれば、なまし処理は行われず、（式１）においてなまし係数α＝０とされる。従って、点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ＝目標値Δｔｇｔとなる。

一方、ＥＧＲ率が時間経過に伴って変化する過渡状態のとき、なまし処理が行われる。次に、なまし処理に用いられるなまし係数αについて説明する。当実施形態では、α＝０の場合以外に３種類のなまし係数α、すなわちα１、α２およびα３が設定されている（α１＜α２＜α３）。各なまし係数α１，α２，α３は、過渡状態の種類によって使い分けられる。つまり同じＥＧＲ率であっても、過渡状態の種類が異なれば、適用されるなまし係数αの値が異なり得る。

次に、代表的な５つの過渡状態を図３のグラフに即して列挙し、その際に適用されるなまし係数αについて説明する。

第１の過渡状態は、無負荷状態（エンジン負荷ＣＥ＝０）でＥＧＲオフの状態から、エンジン負荷ＣＥが増大し、ＥＧＲオンとされる変化（図３の矢印Ａ１）である。このときには、実ＥＧＲ量の変化度合が緩やかなので、それに対応して最も大きななまし係数α３が適用される。そうすることにより、緩やかに点火時期ＥＧＲ補正量が目標値に近づくので、点火時期の過進角が抑制される。

第２の過渡状態は、ＥＧＲオンの状態からエンジン負荷ＣＥが増大してＥＧＲ率が増大する変化（図３の矢印Ａ２）である。この場合も第１の過渡状態と同様、実ＥＧＲ量の変化度合が緩やかなので、それに対応したななまし係数α３が適用される。

第３の過渡状態は、ＥＧＲオンの状態からエンジン負荷ＣＥが減少してＥＧＲ率が減少する変化（図３の矢印Ａ３）である。この場合、実ＥＧＲ量の変化度合は第２の過渡状態に比べて速やかになる。従って、それに対応して２番目に大きななまし係数α２が適用される。そうすることにより、第２の過渡状態よりも速やかに点火時期ＥＧＲ補正量が目標値に近づくので、点火時期の過進角が抑制される。

第４の過渡状態は、ＥＧＲオンの状態からエンジン負荷ＣＥが減少してＥＧＲオフとなる変化（図３の矢印Ａ４）である。この場合、実ＥＧＲ量の変化度合は第３の過渡状態に比べてさらに速やかになる。またノッキング等の異常燃焼の懸念も少ないので、ななまし係数α＝０が適用される。そうすることにより、なまし処理が行われず、直ちに点火時期を目標値に戻すことができる。

第５の過渡状態は、ＥＧＲオンの状態からエンジン負荷ＣＥが増大し、ＥＧＲ率が急速に減少する高負荷領域を経てＥＧＲオフとなる変化（図３の矢印Ａ５）である。この場合、実ＥＧＲ量の変化度合は第３の過渡状態に比べてさらに速やかになる。従って、それに対応して最も小さななまし係数α１が適用される。そうすることにより、実ＥＧＲ量の変化に追従した適正ななまし処理が行われ、点火時期の過進角が抑制される。その結果、ノッキング等の異常燃焼が効果的に抑制される。

以上、５つの過渡状態を例に挙げて説明したが、これ以外にもＥＧＲ率の変化する過渡状態は様々であるから、それぞれの場合において適切ななまし係数αが設定される。また、ＥＧＲ率の変化は必ずしもエンジン回転速度Ｎｅが一定の条件下で起こるものではなく、エンジン回転速度Ｎｅの変動によっても起こり、さらに一般的にはエンジン負荷ＣＥの変動とエンジン回転速度Ｎｅの変動との組合せによって最終的なＥＧＲ率の変化度合が決定する。従って、エンジン回転速度Ｎｅも考慮に入れたなまし係数αの設定を行う必要がある。

図４は、エンジン回転速度Ｎｅとなまし係数αとの関係を示すグラフである。横軸にエンジン回転速度Ｎｅ、縦軸になまし係数αの値（０＜α＜１）を示す。

このグラフに示すように、なまし係数α１，α２，α３は、α１＜α２＜α３の関係を保ちつつ、全体的に低速側では大きく、高速になるほど小さな値となるように設定されている。これは、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど単位時間当たりの掃気量が増大し、実ＥＧＲ量変化の応答性が高くなることを反映したものである。こうすることにより、低速側では相対的になまし度合を大きくして緩やかに点火時期を目標の進角量に近づけ、高速側ではなまし度合を小さくして速やかに点火時期を通常の進角量に戻すことができる。従って、低速から高速に亘る広い速度域で、実ＥＧＲ量変化度合に応じた点火時期の設定がなされ、ノッキング等が起こり難い良好な燃焼を行わせることができる。

図５は、低負荷領域における過渡状態のタイムチャートである。横軸に時間ｔを示し、縦軸には上段から順にエンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷ＣＥ、スロットル開度ＴＶＯ、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＯ及び点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇを示す。そしてそれぞれの特性をＮｅ１、ＣＥ１、ＴＶＯ１、ＥＶＯ１およびΔｔｇ１で示す。

このタイムチャートは、上記第１の過渡状態（図３の矢印Ａ１）に相当するものであり、なまし係数α＝α３＝０．９３が設定されたものである。また、なまし処理の効果を明瞭に確認するために、点火時期ＥＧＲ補正以外の点火時期補正を行わないようにしている。

このタイムチャートに示すように、スロットル開度ＴＶＯ１の緩やかな増大に伴い、エンジン負荷ＣＥ１が増大し、時点ｔ１付近においてＥＧＲがオフからオンに切換っている。すなわちＥＧＲバルブ１４２が開弁し、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＯ１＞０となる。それに伴って実ＥＧＲ量も緩やかに増大する。そして点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ１が大きななまし度合でなまし処理されながら緩やかに増大する。こうすることにより、点火時期の進角量増大速度が緩やかになり、過進角が抑制された良好な燃焼が行われる。

なお参考特性として、なまし係数αを小さくした場合（α＝０．５）の、点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ１’を破線で示す。点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ１’は、なまし係数α＝０．９３である点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ１よりも急峻な立ち上がり特性となっている。このとき、過進角（進角量増大の先行し過ぎ）によるノッキングが発生した。これにより、なまし係数α＝α３＝０．９３としたことによるノッキング抑制効果が確認された。

図６は、高負荷領域における過渡状態のタイムチャートである。横軸に時間ｔを示し、縦軸には上段から順にエンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷ＣＥ、スロットル開度ＴＶＯ、ＥＧＲバルブ開度ＥＶＯ及び点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇを示す。そしてそれぞれの特性をＮｅ２、ＣＥ２、ＴＶＯ２、ＥＶＯ２およびΔｔｇ２で示す。

このタイムチャートは、上記第５の過渡状態（図３の矢印Ａ５）に相当するものであり、なまし係数α＝α１＝０．５が設定されたものである。また、なまし処理の効果を明瞭に確認するために、点火時期ＥＧＲ補正以外の点火時期の補正を行わないようにしている。

このタイムチャートに示すように、スロットル開度ＴＶＯ２の急速な増大に伴い、エンジン負荷ＣＥ２が増大し、時点ｔ２付近においてＥＧＲバルブ開度ＥＶＯが減少に転じ、最終的にはＥＧＲバルブ開度ＥＶＯ＝０となっている。時点ｔ２以降、実ＥＧＲ量も急速に減少する。そして点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ２が小さななまし度合でなまし処理されながら減少する。こうすることにより、点火時期の進角量の戻し速度が速やかになり、過進角が抑制された良好な燃焼の過渡特性となっている。

なお参考特性として、なまし係数αをα１より大きくした場合（α＝０．９３。上記α３に相当する。）の、点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ２’を破線で示す。点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ２’は、なまし係数α＝０．５である点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ２よりも緩やかな戻り特性となっている。このとき、過進角（進角量の戻し遅れ）によるノッキングが発生した。これにより、なまし係数α＝α１＝０．５としたことによるノッキング抑制効果が確認された。

以上、図５および図６を参照して説明したように、ＥＧＲ量変化の応答性が比較的低いＥＧＲオン時やＥＧＲ率増大時には、なまし度合（なまし係数α）を大きくして緩やかに点火時期を目標の進角量に近づけることができる。またＥＧＲ量変化の応答性が比較的高いＥＧＲオフ時やＥＧＲ率減少時には、なまし度合を小さくして速やかに点火時期を通常の進角量に戻すことができる。こうして、ＥＧＲ量変化の応答性に応じた点火時期の変化度合を容易に設定することができる。従って、ＥＧＲオン時およびオフ時における過進角が抑制され、ノッキング等の異常燃焼を効果的に防止することができる。

図７は、ＥＧＲ率の過渡的変化を伴う場合の、点火時期制御部７２０による点火時期設定のフローチャートである。このフローチャートがスタートすると、まずエンジン回転速度Ｎｅやスロットル開度ＴＶＯなど、必要な各種信号データが読込まれ（ステップＳ１）、続いて点火時期の補正を考慮しない基本点火時期がマップから読込まれる等して設定される（ステップＳ２）。

次に、運転状態がＥＧＲを行うＥＧＲ領域であるか否かの判定がなされ（ステップＳ３）、ＹＥＳの場合にはさらにＥＧＲ率の設定がなされる（ステップＳ４）。続いて点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇの目標値Δｔｇｔがマップ等から読込まれ、設定される（ステップＳ５）。

次に、ＥＧＲ率が増大するような過渡状態であるか否かの判定がなされ（ステップＳ６）、ＹＥＳの場合（図３の矢印Ａ１、Ａ２に相当）、なまし係数としてα３（例えばα３＝０．９３）が設定される（ステップＳ７）。そしてなまし係数α３が適用された（式１）を用いてなまし処理が行われる（ステップＳ９）。

さらに、上記説明では省略したが、点火時期ＥＧＲ補正以外の点火時期補正（例えば自動変速機の変速時の点火時期制御等）がある場合には、それを付加的に設定し（ステップＳ１０）、最終点火時期が設定される（ステップＳ１１）。そして点火プラグ１１５により、その最終点火時期に点火が行われる（ステップＳ１２）。

遡って、ステップＳ６でＮＯ、つまりＥＧＲ率が減少するような過渡状態である場合（図３の矢印Ａ３に相当）、なまし係数としてα２（例えばα２＝０．７）が設定され（ステップＳ８）、ステップＳ９に移行する。

さらに遡って、ステップＳ３でＮＯ、つまり現時点の運転状態がＥＧＲ領域ではない場合、まずＥＧＲ率の目標値が０％とされる（ステップＳ２１）。ＥＧＲバルブ１４２が開いている場合には閉じられる。そして、それが高負荷側であるか否かの判定がなされ（ステップＳ２２）、ＮＯの場合（図３の矢印Ａ４に相当）、なまし処理は行われず、点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇは目標値そのものの値、つまり０とされ（ステップＳ２５）、ステップＳ１０に移行する。

また、ステップＳ２２でＹＥＳ、つまり高負荷側の場合、さらに現在の実ＥＧＲ量が０より大であるか否かが判定される（ステップＳ２３）。これは、例えばＥＧＲバルブ１４２が閉弁されてからの時間（タイマー等により計測）が所定値以内であるときにＹＥＳであると判定される。ステップＳ２３でＹＥＳの場合（図３の矢印Ａ５に相当）、なまし係数としてα１（例えばα１＝０．５）が設定され（ステップＳ２４）、ステップＳ９に移行する。一方、ステップＳ２３でＮＯの場合は、既に過渡状態が完了しているとみなされ、ステップＳ２５に移行して点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ＝０とされる。

なお、このフローチャートは過渡状態の制御のためのものであるが、定常状態においてもこのフローチャートを適宜省略することによって用いることができる。その場合、例えばステップＳ３でＹＥＳの場合、ステップＳ４、Ｓ５の後にステップＳ１０に移行すれば良い。またステップＳ３でＮＯの場合、点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇ＝０と設定してステップＳ１０に移行すれば良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、この実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば上記実施形態では、なまし処理を行うために（式１）を用いたが、必ずしもこの式を用いる必要はなく、なまし度合に応じて点火時期ＥＧＲ補正量Δｔｇが目標値Δｔｇｔに徐々に近づくようなものであれば他の方法に依っても良い。またなまし係数αとして、３種類のα１，α２，α３を設定したが、これ以外にも設定しても良く、またその具体的な値も上記各値に限定するものではない。

また、エンジン負荷ＣＥに対するＥＧＲ率の特性は、必ずしも図３に示すものに限定するものではなく、ＥＧＲの目的等に応じて適宜設定すれば良い。但し、図３に示す特性のように、ＥＧＲオン時（矢印Ａ１）とＥＧＲオフ時（矢印Ａ５）とで、ＥＧＲ率の変化度合に大きな差異がある場合に、本発明の効果を顕著に奏することができる。

本発明の実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。 エンジンを制御するパワートレイン・コントロール・モジュールの制御ブロック図である。 定常エンジン回転速度におけるエンジン負荷とＥＧＲ率との関係を示すグラフである。 エンジン回転速度となまし係数との関係を示すグラフである。 低負荷領域における過渡状態のタイムチャートである。 高負荷領域における過渡状態のタイムチャートである。 ＥＧＲ率の過渡的変化を伴う場合の、点火時期設定のフローチャートである。

符号の説明

１００ エンジン
１１５ 点火プラグ
１２１ 吸気通路
１２２ 排気通路
１４１ ＥＧＲ通路（ＥＧＲ手段）
１４２ ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ手段）
７２１ 点火時期補正部（点火時期補正手段）
７３０ ＥＧＲ制御部（ＥＧＲ制御部手段）
Ｎｅ エンジン回転速度
ＣＥ エンジン負荷

Claims (4)

1. 所定の点火時期に点火プラグから電気火花を発生させて燃焼を行わせるエンジンの点火時期制御装置において、
   排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に還流させるＥＧＲを行うＥＧＲ手段と、
   上記ＥＧＲの実行中に上記点火時期を進角させるとともに、上記ＥＧＲの開始時および停止時に進角量を目標値に向けて徐々に近づけるなまし処理を行う点火時期補正手段とを備え、
   上記なまし処理におけるなまし度合が、上記ＥＧＲ開始時は停止時に対して相対的に大きくなるように設定されていることを特徴とするエンジンの点火時期制御装置。
2. 上記ＥＧＲ手段によるＥＧＲ量を調節するＥＧＲ制御手段を備え、
   上記ＥＧＲ量は、アイドル運転状態よりも高負荷ないし高回転速度の運転領域において、エンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて設定されるとともに、エンジン負荷の変化に対するＥＧＲ率の変化度合が、高負荷側では低負荷側に対して相対的に大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの点火時期制御装置。
3. 上記なまし度合が、ＥＧＲ量の増量側では減量側に対して相対的に大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項２記載のエンジンの点火時期制御装置。
4. 上記なまし度合が、エンジン回転速度の低速側では高速側に対して相対的大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のエンジンの点火時期制御装置。

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