JP7209753B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、気筒に充填されるガスに含まれるＥＧＲガスの割合を表すＥＧＲ率を算出するとともに、算出されたＥＧＲ率に基づいて制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

従来、この種の制御装置として、例えば本出願人による特許文献１に開示されたものが知られている。この制御装置では、内燃機関の排気が気筒に還流していない（ＥＧＲ量＝０）と仮定した理想状態において気筒内に充填される筒内ガスの量及び温度を、理想筒内ガス量Ｇｔｈ及び基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄとして算出する。また、気筒内の温度の平衡関係から、気筒に実際に充填される筒内ガスの温度Ｔｃｙｌを、吸気温Ｔａ、排気温Ｔｅｘ（内部ＥＧＲ温度）、外部ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒ、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒ及び外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒを用い、次式（Ａ）によって算出する。
Ｔｃｙｌ
＝（Ｔａ×Ｇａｉｒｃｙｌ＋Ｔｅｘ×Ｇｉｎｅｇｒ＋Ｔｅｇｒ×Ｇｅｘｅｇｒ）
／（Ｇａｉｒｃｙｌ＋Ｇｉｎｅｇｒ＋Ｇｅｘｅｇｒ） ・・・（Ａ）

式（Ａ）のパラメータのうち、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒは、ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ制御弁の開度とその上流側及び下流側の圧力を、ノズルの式に適用することによって算出される。また、外部ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒは、検出された吸気温Ｔａに、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒなどに応じて算出された、外部ＥＧＲの実行による温度上昇量ＤＴｅｇｒを加算することによって、算出される。そして、理想状態と実際の充填状態における気体の状態方程式から、上記のように算出された理想筒内ガス量Ｇｔｈ、基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄ及び筒内ガス温度Ｔｃｙｌに基づき、実際の筒内ガス量Ｇａｃｔが算出される。

また、筒内ガス量Ｇａｃｔ及び吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌに基づき、筒内ガス量に対する内部及び外部ＥＧＲ量の割合であるＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが算出される。さらに、算出された筒内ガス温度ＴｃｙｌやＥＧＲ率ＲＥＧＲＴなどを用い、点火時期に関する内燃機関の制御として、最適点火時期やノック限界点火時期が算出される。

特許第６１７４２６４号公報

上記の制御装置では、式（Ａ）に示されるように、筒内ガス温度は、吸入空気、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスのそれぞれの量及び温度を用いて算出される。これらのパラメータのうち、外部ＥＧＲ量は、ＥＧＲ制御弁にノズルの式を適用することによって算出され、外部ＥＧＲ温度は、吸気温に外部ＥＧＲによる温度上昇量を加算することによって算出される。しかし、外部ＥＧＲは、排気通路側から吸気通路側まで比較的長いＥＧＲ通路を介して還流するため、吸気通路に到達するまでの輸送遅れが大きい。このため、外部ＥＧＲ量及び外部ＥＧＲ温度は、上記の方法で精度良く算出できたとしても、輸送遅れの影響により、気筒に実際に充填される状態では、算出結果からずれてしまう。この輸送遅れの影響は、特に内燃機関の過渡運転時に顕著になる。その結果、外部ＥＧＲ量及び外部ＥＧＲ温度を用いた筒内ガス温度の算出を精度良く行えず、ひいては、ＥＧＲ率の算出精度も低下するとともに、筒内ガス温度及びＥＧＲ率を用いた点火時期などの内燃機関の制御も適切に行うことができない。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたものであり、内部ＥＧＲと併せて外部ＥＧＲが実行される場合において、外部ＥＧＲの輸送遅れの影響を抑制しながら、気筒に充填される筒内ガスの温度及び量とＥＧＲ率を精度良く算出でき、算出されたＥＧＲ率を用いて内燃機関を適切に制御することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸気通路（実施形態における（以下、本項において同じ）吸気管４）に設けられたスロットル弁７を介して気筒内に空気を吸入するとともに、吸気弁と排気弁とのオーバーラップにより排気通路（排気管５）側から吸気通路側に逆流した内燃機関１の排気を、内部ＥＧＲガスとして気筒内に還流させる内部ＥＧＲと、気筒から排気通路に排出された排気の一部を、外部ＥＧＲガスとして吸気通路に還流させる外部ＥＧＲが実行される内燃機関の制御装置であって、気筒に内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスが還流していないと仮定した理想状態において気筒内に充填される筒内ガスの量を、理想筒内ガス量Ｇｔｈとして算出する理想筒内ガス量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１）と、理想状態における筒内ガスの温度を、理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈとして算出する理想筒内ガス温度算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２）と、内燃機関の回転数ＮＥを検出する回転数検出手段（クランク角センサ２７）と、吸気通路内のスロットル弁７よりも下流側の圧力を吸気圧ＰＢＡとして検出する吸気圧検出手段（吸気圧センサ２４）と、吸気通路のスロットル弁７よりも下流側に存在し、気筒内に充填される、吸入空気と外部ＥＧＲガスとの混合ガスの量（ＳＤ式吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＳＤ）を、内燃機関の回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＢＡに基づいて算出する混合ガス量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２１）と、混合ガスの温度（インマニガス温度Ｔａｉｎ）を検出する混合ガス温度検出手段（インマニ温度センサ２５）と、内部ＥＧＲ温度（排気温Ｔｅｘ）を取得する内部ＥＧＲ温度取得手段（ＥＣＵ２、ステップ２２）と、理想筒内ガス量Ｇｔｈ、理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈ、混合ガス量、混合ガス温度及び内部ＥＧＲ温度に基づき、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒを算出する内部ＥＧＲ量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２３）と、理想筒内ガス量Ｇｔｈ、理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈ、混合ガス温度、内部ＥＧＲ温度及び内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒに基づき、気筒に実際に充填される筒内ガスの温度Ｔｃｙｌを算出する筒内ガス温度算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２４）と、理想筒内ガス量Ｇｔｈ、理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈ及び筒内ガス温度Ｔｃｙｌに基づき、筒内ガスの量Ｇａｃｔを算出する筒内ガス量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４）と、気筒内に吸入される吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌを検出する吸入空気量検出手段（吸入空気量センサ２２）と、筒内ガス量Ｇａｃｔ及び吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌに基づき、筒内ガス量Ｇａｃｔに対する内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量を合わせたＥＧＲ量（Ｇａｃｔ－Ｇａｉｒｃｙｌ）の比率であるＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを算出するＥＧＲ率算出手段（ＥＣＵ２、ステップ５）と、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴに基づいて内燃機関１を制御する制御手段（ＥＣＵ２、図７）と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、気筒に内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスが還流していないと仮定した理想状態において気筒内に充填される筒内ガスの量が、理想筒内ガス量として算出され、理想状態における筒内ガスの温度が、理想筒内ガス温度として算出される。また、吸気通路のスロットル弁よりも下流側に存在する、吸入空気と外部ＥＧＲガスとの混合ガスの量が、検出された内燃機関の回転数及び吸気圧（吸気通路内のスロットル弁よりも下流側の圧力）に基づき、例えばスピード・デンシティ方式によって算出される。また、混合ガスの温度が検出される。以上のように、混合ガスは、吸入空気と外部ＥＧＲガスが混合した状態で、吸気通路のスロットル弁よりも下流側に存在するため、上記のように算出又は検出される混合ガスの量及び温度は、外部ＥＧＲガスを単独に取り扱う場合と異なり、輸送遅れの影響がほとんどなく、気筒に充填される実際の状態を良好に反映する。

また、本発明によれば、理想筒内ガス量、理想筒内ガス温度、混合ガス量、混合ガス温度、及び検出された内部ＥＧＲ温度に基づき、内部ＥＧＲ量が算出される。また、理想筒内ガス量、理想筒内ガス温度、混合ガス温度、内部ＥＧＲ温度及び内部ＥＧＲ量に基づき、気筒に実際に充填される筒内ガスの温度が算出される。これらは、次の理由による。

まず、気筒内に内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスが還流せず、吸入空気のみが充填されている理想状態と、吸入空気とともに内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスが充填されている実際の状態を、吸気圧が同一の条件で比較すると、気体の状態方程式における圧力（吸気圧）と容積（気筒容積）が同じであるため、理想筒内ガスと実際の筒内ガスの間に、次式（Ｂ）が成立する。
理想筒内ガス量×理想筒内ガス温度＝筒内ガス量×筒内ガス温度 ・・・（Ｂ）

また、上記の実際の状態では、気筒内の温度の平衡関係から、次式（Ｃ）が成立する。
筒内ガス量×筒内ガス温度
＝内部ＥＧＲ量×内部ＥＧＲ温度＋吸入空気量×吸気温＋外部ＥＧＲ量×外部ＥＧＲ温度
＝内部ＥＧＲ量×内部ＥＧＲ温度＋混合ガス量×混合ガス温度 ・・・（Ｃ）
これらの式（Ｂ）及び（Ｃ）から、内部ＥＧＲ量は、上記の５つのパラメータ（理想筒内ガス量、理想筒内ガス温度、混合ガス量、混合ガス温度、内部ＥＧＲ温度）に基づいて算出される。同様に式（Ｂ）及び（Ｃ）から、実際の筒内ガス温度は、上記の５つのパラメータ（理想筒内ガス量、理想筒内ガス温度、混合ガス温度、内部ＥＧＲ温度、内部ＥＧＲ量）に基づいて算出される。また、内部ＥＧＲ量や筒内ガス温度の算出に、外部ＥＧＲの量及び温度ではなく、輸送遅れの影響がほとんどない混合ガス量や混合ガス温度を用いるので、内部ＥＧＲ量及び筒内ガス温度の算出を精度良く行うことができる。

さらに、本発明によれば、式（Ｂ）から、理想筒内ガス量、理想筒内ガス温度及び筒内ガス温度に基づき、実際の筒内ガス量が算出されるとともに、この筒内ガス量と検出された吸入空気量に基づき、筒内ガス量に対する内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量を合わせたＥＧＲ量の比率であるＥＧＲ率が算出される。以上により、内部ＥＧＲと併せて外部ＥＧＲが実行される場合において、外部ＥＧＲの輸送遅れの影響を抑制しながら、気筒に充填される筒内ガス温度及び筒内ガス量とＥＧＲ率を精度良く算出することができる。また、そのような高精度のＥＧＲ率を用いて、内燃機関を適切に制御することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関１は、吸気弁及び排気弁の作動位相（吸気位相ＣＡＩＮ、排気位相ＣＡＥＸ）を変更することによって内部ＥＧＲ量を変更する弁作動特性可変装置３を備えており、内燃機関の回転数ＮＥ、吸気弁及び排気弁の作動位相と、理想筒内ガス量Ｇｔｈ及び理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈとの関係を記憶する記憶手段（ＥＣＵ２）と、吸気弁及び排気弁の作動位相を取得する作動位相取得手段（吸気カム角センサ２８及び排気カム角センサ２９）をさらに備え、検出された内燃機関の回転数ＮＥ、及び取得された吸気弁及び排気弁の作動位相に応じ、記憶手段に記憶された関係に基づき、理想筒内ガス量算出手段は理想筒内ガス量Ｇｔｈを算出し、理想筒内ガス温度算出手段は理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈを算出することを特徴とする。

この構成では、弁作動特性可変装置により吸気弁及び排気弁の作動位相を変更することによって、内部ＥＧＲ量が変更される。本発明によれば、内燃機関の回転数、吸気弁の作動位相及び排気弁の作動位相と理想筒内ガス量との関係、並びに上記の３つのパラメータと理想筒内ガス温度との関係が、記憶手段に記憶されている。理想状態は、気筒内に内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスが還流せず、吸入空気のみが充填されるという比較的単純な状態であるので、この状態における理想筒内ガス量及び理想筒内ガス温度を、上記の３つのパラメータに応じて、容易にかつ精度良く設定できる。

そして、本発明によれば、内燃機関の運転中に検出された内燃機関の回転数と取得された吸気弁及び排気弁の作動位相に応じ、記憶された上記の関係に基づいて、理想筒内ガス量を算出するので、その算出を容易にかつ精度良く行うことができる。同様に、上記の３つのパラメータに応じ、記憶された関係に基づいて、理想筒内ガス温度を算出するので、その算出を容易にかつ精度良く行うことができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、制御手段は、内燃機関におけるノッキングの発生限界に対応するノック限界点火時期の基本値ＩＧＫＮＯＣＫＢを算出する基本値算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４１）と、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴに応じてＥＧＲノッキング補正量ＤＥＧＲＴを算出するＥＧＲノッキング補正量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４３）と、理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈと筒内ガス温度Ｔｃｙｌとの差に応じて温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣを算出する温度ノッキング補正量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４２、５２）と、基本値ＩＧＫＮＯＣＫＢをＥＧＲノッキング補正量ＤＥＧＲＴ及び温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣで補正することによって、ノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫを算出するノック限界点火時期算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４５）と、を有し、ノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫを用いて点火時期ＩＧＬＯＧを制御すること（ステップ３４、３６）を特徴とする。

この構成によれば、ノッキングの発生限界に対応するノック限界点火時期の基本値が算出され、この基本値を補正するための補正量として、ＥＧＲノッキング補正量がＥＧＲ率に応じて算出され、温度ノッキング補正量が理想筒内ガス温度と筒内ガス温度との差に応じて算出される。ノック限界点火時期とＥＧＲ率との相関性は高く、また、実際の筒内ガス温度が高いほどノッキングは生じやすい。したがって、上記のように算出されたＥＧＲノッキング補正量及び温度ノッキング補正量で基本値を補正することにより、ノック限界点火時期をＥＧＲ率及び筒内ガス温度に応じて適切に算出することができる。また、算出されたノック限界点火時期を用いて、点火時期を適切に制御することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、制御手段は、内燃機関の出力が最大になる最適点火時期ＩＧＭＢＴをＥＧＲ率ＲＥＧＲＴに応じて算出する最適点火時期算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３１、図１４）をさらに有し、ノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫ又は最適点火時期ＩＧＭＢＴのいずれか遅角側の点火時期を用いて、点火時期ＩＧＬＯＧを制御すること（ステップ３３～３６）を特徴とする。

この構成によれば、ＥＧＲ率に応じて最適点火時期が算出される。ＥＧＲ率が変化すると、着火遅れや燃焼速度が変化することから、ＥＧＲ率と最適点火時期の間に密接な関係があることが確認されている。したがって、上記の算出手法により、最適点火時期をＥＧＲ率に応じて簡便かつ精度良く設定できる。また、設定された最適点火時期とノック限界点火時期のうちのより遅角側の点火時期を用いて点火時期を制御するので、ノッキングを確実に回避できる範囲で、最大の内燃機関の出力を得ることができる。

本発明の一実施形態による制御装置を、内燃機関とともに概略的に示す図である。 吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの変化を示すリフト曲線である。 筒内ガス量及び筒内ガス温度の算出方法を説明するための図である。 ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴの算出処理を示すフローチャートである。 理想筒内ガス量Ｇｔｈの算出処理を示すフローチャートである。 筒内ガス温度Ｔｃｙｌの算出処理を示すフローチャートである。 点火時期ＩＧＬＯＧの算出処理を示すフローチャートである。 ノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫの算出処理を示すフローチャートである。 温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣの算出処理を示すフローチャートである。 ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと最適点火時期ＩＧＭＢＴとの関係を示すマップである。 エンジン回転数ＮＥと補正係数ＫＩＧＴＩＣとの関係を示すマップである。 ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴとＥＧＲノッキング補正量ＤＥＧＲＴとの関係を示すマップである。 実効圧縮比ＣＭＰＲと圧縮比ノッキング補正量ＤＣＭＰＲとの関係を示すマップである。 最適点火時期ＩＧＭＢＴの算出処理を示すフローチャートである。 実施形態によって得られた、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴとノッキング限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫとの関係を示す図である。 実施形態によって得られた、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと最適点火時期ＩＧＭＢＴとの関係を示す図である。 本発明が適用される、図１と異なるタイプの内燃機関の一部を概略的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による制御装置を、内燃機関とともに概略的に示す。この内燃機関（以下「エンジン」という）１は、例えば車両用の４気筒ガソリンエンジンであり、４組の気筒及びピストンと、気筒ごとに設けられた吸気弁及び排気弁（いずれも図示せず）と、吸気弁及び排気弁の作動位相を変更するための弁作動特性可変装置３を備えている。

弁作動特性可変装置３は、吸気弁を駆動する吸気カムの位相を変更可能な吸気カム位相可変機構（いずれも図示せず）と、排気弁を駆動する排気カムの位相をそれぞれ変更可能な排気カム位相可変機構（いずれも図示せず）を有する。吸気カム位相可変機構は、エンジン１のクランクシャフト（図示せず）に対する吸気カムの相対的な位相を連続的に進角側又は遅角側に変更するように構成されており、それにより、吸気弁の作動位相（以下「吸気位相」という）ＣＡＩＮが変更される。同様に、排気カム位相可変機構は、クランクシャフトに対する排気カムの相対的な位相を、連続的に変更するように構成されており、それにより、排気弁の作動位相（以下「排気位相」という）ＣＡＥＸが変更される。また、弁作動特性可変装置３は、吸気弁のバルブリフト（最大揚程）を大小の２段階に変更可能なバルブリフト可変機構も有している。

エンジン１には、吸気管４（吸気通路）及び排気管５（排気通路）が接続されている。吸気管４には、エアクリーナ６及びスロットル弁７が上流側から順に設けられており、その下流側の吸気チャンバ４ａを含む吸気マニホルド（インマニ）４ｂを介して、エンジン１の各気筒に接続されている。スロットル弁７は、ＥＣＵ２で制御されるアクチュエータ８によって駆動される。また、スロットル弁７の開度は、スロットル弁開度センサ２１で検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

また、吸気管４には、エアクリーナ６の上流側に吸入空気量センサ２２が、エアクリーナ６に吸気温センサ２３が、それぞれ設けられている。これらのセンサ２２及び２３は、それぞれ吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ及び吸気温（吸入空気の温度）Ｔａを検出し、それらの検出信号をＥＣＵ２に出力する。さらに、吸気チャンバ４ａには、吸気圧センサ２４及びインマニ温度センサ２５が設けられている。吸気圧センサ２４は、スロットル弁７の下流側の圧力である吸気圧ＰＢＡを検出する。インマニ温度センサ２５は、吸気チャンバ４ａにおける吸入空気と後述する外部ＥＧＲガスとの混合ガス（インマニガス）の温度を、インマニガス温度Ｔａｉｎとして検出する。それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

また、吸気管４のインマニ４ｂには、気筒ごとに燃料噴射弁１２が設けられている。各燃料噴射弁１２は、燃料ポンプ（図示せず）に接続されており、その燃料噴射量及び燃料噴射時期は、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される。

吸気管４と排気管５の間には、エンジン１の気筒から排気管５に排出された排気の一部を外部ＥＧＲガスとして吸気管４側に還流させるためのＥＧＲ管１３が設けられている。ＥＧＲ管１３は、吸気チャンバ４ａに接続されている。ＥＧＲ管１３の途中には、外部ＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲ制御弁１４が設けられている。ＥＧＲ制御弁１４の開度は、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御され、それにより、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒが制御される。

エンジン１のシリンダヘッドには、気筒ごとに、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグ１５が設けられている。各点火プラグ１５の点火時期は、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される。

また、エンジン１には、その冷却水の温度（エンジン水温）ＴＷを検出するエンジン水温センサ２６、クランクシャフトの回転角度を検出するクランク角センサ２７と、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの回転角度をそれぞれ検出する吸気カム角センサ２８及び排気カム角センサ２９が設けられている。これらのセンサ２６～２９の検出信号はＥＣＵ２に出力される。

クランク角センサ２７は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１°）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン１の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒において、ピストンが吸気行程開始時の上死点よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、エンジン１が４気筒の場合には、クランク角１８０°ごとに出力される。

また、ＥＣＵ２は、エンジン回転数ＮＥと、吸気圧センサ２４で検出された吸気圧ＰＢＡに基づき、スピード・デンシティ方式によって、インマニ４ｂから気筒に吸入される吸入空気量を算出する。以下、このように算出される吸入空気量を「ＳＤ式吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＳＤ」という。

吸気カム角センサ２８は、吸気カムが固定された吸気カムシャフトの回転に伴い、パルス信号である吸気ＣＡＭ信号を、所定のカム角（例えば１°）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この吸気ＣＡＭ信号及び前述したＣＲＫ信号に基づき、吸気位相ＣＡＩＮを算出する。一方、排気カムセンサ２９は、排気カムが固定された排気カムシャフトの回転に伴い、パルス信号である排気ＣＡＭ信号を、所定のカム角（例えば１°）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この排気ＣＡＭ信号及びＣＲＫ信号に基づき、排気位相ＣＡＥＸを算出する。

また、エンジン１には、高周波振動を検出するノックセンサ３０が取り付けられており、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

また、弁作動特性可変装置３の吸気カム位相可変機構によって、吸気カムの位相が変更されることにより、吸気位相ＣＡＩＮは、図２に実線で示す最遅角の位相と、一点鎖線で示す最進角の位相との間で、無段階に変更される。また、図示しないが、吸気弁のバルブリフトは、バルブリフト可変機構によって、大小２段階に変更される。さらに、排気カム位相可変機構によって、排気カムの位相が変更されることにより、排気位相ＣＡＥＸは、図２に実線で示す最進角の位相と、破線で示す最遅角の位相との間で、無段階に変更される。

また、図２に示すように、上死点（ＴＤＣ）付近では、吸気弁及び排気弁が同時に開弁するオーバーラップが発生する。これにより、排気管５に排出された排気の一部が吸気管４側に逆流し、それに続く吸入行程において気筒内に吸入され、還流することによって、内部ＥＧＲが得られる。この内部ＥＧＲ量は、吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸを変更することによって制御され、オーバーラップが大きいほど、すなわち吸気位相ＣＡＩＮが進角側にあり、また排気位相ＣＡＥＸが遅角側にあるほど、より大きくなり、比較的多量の内部ＥＧＲが得られる。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサからの検出信号に応じて、以下に述べるように、気筒内に実際に充填される筒内ガスの温度及び量（質量）の算出、ＥＧＲ率の算出や、点火時期制御を行う。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、理想筒内ガス量算出手段、理想筒内ガス温度算出手段、混合ガス量算出手段、内部ＥＧＲ温度取得手段、内部ＥＧＲ量算出手段、筒内ガス温度算出手段、筒内ガス量算出手段、ＥＧＲ率算出手段、制御手段、記憶手段、基本値算出手段、ＥＧＲノッキング補正量算出手段、温度ノッキング補正量算出手段、ノック限界点火時期算出手段、及び最適点火時期算出手段に相当する。

次に、図３を参照しながら、気筒に充填される実際の筒内ガス量Ｇａｃｔ及び筒内ガス温度Ｔｃｙｌの算出方法について説明する。同図は、エンジン回転数ＮＥが一定の所定値であり、また、吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸが、それぞれ一定の所定値であるときの吸気圧ＰＢＡと筒内ガス量Ｇとの関係を、吸気圧ＰＢＡが所定値ＰＢＡ１のときの５つの状態として示している。

まず、状態ｉ）は、基準点ＰＷＯＴを通る理想線Ｌｔｈで表される。この基準点ＰＷＯＴでは、スロットル弁７が全開状態であることで、吸気圧ＰＢＡはほぼ大気圧に等しい。以下、基準点ＰＷＯＴにおける吸気圧及び筒内ガス量を、それぞれ基準吸気圧ＰＢＡＷＯＴ及び基準筒内ガス量Ｇｓｔｄという。また、基準点ＰＷＯＴでは、排気側と吸気側との圧力差がほとんどないため、吸気弁と排気弁とのオーバーラップが発生している状態においても、排気側から吸気側への排気の逆流は生じず、排気側からの吹き返しによる内部ＥＧＲ量はほぼ０になる。

このため、基準点ＰＷＯＴと原点Ｏを結ぶ理想線Ｌｔｈは、排気が気筒内に還流していないと仮定した理想状態、すなわち、外部ＥＧＲが行われず、かつ内部ＥＧＲが無いと仮定したときの理想的な状態を表し、筒内ガス温度は一定とみなされる。以下、状態ｉ）を含む理想線Ｌｔｈ上の筒内ガス量を理想筒内ガス量Ｇｔｈ、筒内ガス温度を理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈという。

状態ii wo)は、上記の状態ｉ）における理想筒内ガス量Ｇｔｈを、外部ＥＧＲが行われていない状態（以下「外部ＥＧＲ非実施状態」という）（ＷＯ）での実際の筒内ガス温度Ｔｃｙｌｗｏで補正した状態に相当する。以下、このように補正された理想筒内ガス量を温度補正後筒内ガス量Ｇｔｈｗｏという。この温度補正後筒内ガス量Ｇｔｈｗｏは、外部ＥＧＲ非実施状態における内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒと吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌとの和に等しい。

状態ii wt)は、上記の状態ii wo)に対し、外部ＥＧＲが行われている状態（以下「外部ＥＧＲ実施状態」という）（ＷＴ）に相当する。したがって、状態ii wt)における筒内ガス量は、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒ、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒと吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌの和に等しい。また、状態iii wo) 及び状態iii wt) はそれぞれ、状態ii wo)及び状態ii wt)から内部ＥＧＲを除外した状態に相当する。以下、これらの５つの状態の関係について説明する。

まず、状態ｉ）と状態ii wo)における気体の状態方程式から、次式（１）が成立する。

Ｇｔｈ：理想線Ｌｔｈにおける理想筒内ガス量
Ｔｃｙｌｔｈ：理想線Ｌｔｈにおける理想筒内ガス温度
Ｇｔｈｗｏ：筒内ガス温度Ｔｃｙｌによる温度補正後筒内ガス量
Ｔｃｙｌｗｏ：外部ＥＧＲ非実施状態での筒内ガス温度
なお、実施形態で用いられる、理想筒内ガス温度Ｇｔｈなどの温度パラメータの単位は、すべて絶対温度（ケルビン）で表される。

また、状態ii wo)にボイル・シャルルの法則を適用すると、次式（２）が得られる。

Ｔａｉｎ：インマニガス温度
Ｇａｉｒｃｙｌ：吸入空気量
Ｔｅｘ：排気温
Ｇｉｎｅｇｒ：内部ＥＧＲ量

状態iii wo) と状態ii wo)の関係から、式（２）のＧａｉｒｃｙｌ＋Ｇｉｎｅｇｒは、式（１）の温度補正後筒内ガス量Ｇｔｈｗｏに等しい。したがって、式（２）は、次式（３）のように書き換えられる。

また、式（３）の左辺を上記式（１）の左辺に置き換えると、次式（４）が成立する。

状態ii wo)での吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌは、前述したＳＤ式吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＳＤに置き換え可能であるので、式（４）を書き換え、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒについて表すと、次式（５）が成立する。

ＧＡＩＲＣＹＬＳＤ：ＳＤ式吸入空気量

このように、式（５）によれば、前述した従来の算出式（Ａ）との比較から明らかなように、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒは、吸気温Ｔａや外部ＥＧＲ量Ｇｅｇｒに代えて、インマニガス温度Ｔａｉｎ及びＳＤ式吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＳＤを用いて算出される。

また、状態ii wt)における筒内ガス温度Ｔｃｙｌは、ボイル・シャルルの法則から次式（６）で表される。

Ｔｃｙｌ：筒内ガス温度
Ｔｅｘ：排気温
Ｔａ：吸気温
Ｔｅｇｒ：外部ＥＧＲ温度
Ｇｅｇｒ’：状態ii wt)における外部ＥＧＲ量

式（６）の吸気温Ｔａと外部ＥＧＲ温度Ｔｅｇｒは、吸入空気と外部ＥＧＲガスが吸気チャンバ４ａにおいて混合した状態で、インマニ温度センサ２５により、インマニガス温度Ｔａｉｎとして検出される。このため、式（６）は次式（７）のように書き換えられる。

また、状態iii wt) におけるガス量をＧＧＡＳ’（図３参照）とすると、ＧＧＡＳ’＝Ｇａｉｒｃｙｌ＋Ｇｅｇｒ’の関係にあることから、式（７）は次式（８）のように書き換えられる。

さらに、状態ii wo)と状態ii wt)における気体の状態方程式から、式（９）の第１式が成立するとともに、式（１０）のように、第１式中の（ＧＡＩＲＣＹＬＳＤ＋Ｇｉｎｅｇｒ）×Ｔｃｙｌｗｏを係数Ａに置き換えることによって、式（９）の第２式が得られる。

この式（９）の第２式を式（８）に代入し、展開すると次式（１１）が得られ、さらに式（１１）を筒内ガス温度Ｔｃｙｌについて解くと、式（１２）が成立する。

さらに、式（１）（１０）から、係数Ａ＝Ｇｔｈ×Ｔｃｙｌｔｈが成立する。これを式（１２）に代入することによって、筒内ガス温度Ｔｃｙｌの最終的な算出式である式（１３）が得られる。

また、状態ｉ）と状態ii wt)における気体の状態方程式から、次式（１４）が成立する。したがって、式（１３）で算出された筒内ガス温度Ｔｃｙｌを式（１４）に代入することによって、このときの実際の筒内ガス量Ｇａｃｔが算出される。

また、算出された筒内ガス量Ｇａｃｔを用い、次式（１５）によって、総筒内ガス量に対する内部ＥＧＲ量及び外部ＥＧＲ量の和の割合であるＥＧＲ率ＲＥＧＲＴ（％）が算出される。

次に、図４～図６を参照しながら、筒内ガス温度Ｔｃｙｌや筒内ガス量Ｇａｃｔなどを用いてＥＧＲ率ＲＥＧＲを算出するＥＧＲ率算出処理について説明する。本処理は、ＥＣＵ２により、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。

本処理では、図４のステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、理想筒内ガス量Ｇｔｈを算出する。図５はその算出処理を示す。この算出処理では、まずステップ１１において、基準筒内ガス量Ｇｓｔｄ（図３の基準点ＰＷＯＴにおける筒内ガス量）のマップ値Ｇｓｔｄｍを算出する。その算出は、例えば、バルブリフト可変機構による吸気弁のバルブリフトの大小と、検出されたエンジン回転数ＮＥ、吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸに応じ、所定の基準筒内ガス量マップ（図示せず）を検索することによって、行われる。

この基準筒内ガス量マップは、スロットル弁７が全開である基準状態において、上記の４つのパラメータと筒内ガス量との関係を、実験などによってあらかじめ求め、得られた筒内ガス量を、基準筒内ガス量のマップ値Ｇｓｔｄｍとして記憶したものである。

次に、検出されたエンジン水温ＴＷに応じ、所定の温度補正係数マップ（図示せず）を検索することによって、温度補正係数ＫＴＷを算出する（ステップ１２）。次に、温度補正係数ＫＴＷを、ステップ１１で算出したマップ値Ｇｓｔｄｍに乗算することによって、マップ値Ｇｓｔｄｍを温度補正し、基準筒内ガス量Ｇｓｔｄを算出する（ステップ１３）。

そして、ステップ１４において、基準筒内ガス量Ｇｓｔｄ及び基準吸気圧ＰＢＡＷＯＴを用い、理想線Ｌｔｈの傾きに相当するＧｓｔｄ／ＰＢＡＷＯＴに、検出された吸気圧ＰＢＡを乗算することによって、理想筒内ガス量Ｇｔｈを算出する。

図４に戻り、前記ステップ１に続くステップ２では、理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈを算出する。その算出は、例えば、吸気弁のバルブリフトの大小、エンジン回転数ＮＥ、吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸに応じ、所定の理想筒内ガス温度マップ（図示せず）を検索することによって、行われる。この理想筒内ガス温度マップは、スロットル弁７が全開である基準状態において、上記の４つのパラメータと筒内ガス温度との関係を、実験などによってあらかじめ求め、得られた筒内ガス温度を理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈとして記憶したものである。

次に、筒内ガス温度Ｔｃｙｌを算出する（ステップ３）。図６はその算出処理を示す。この算出処理では、まずステップ２１において、ＳＤ式吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＳＤを算出する。その算出は、例えば、検出されたエンジン回転数ＮＥ、吸気圧ＰＢＡ、吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸに応じ、所定のＳＤ式吸入空気量マップ（図示せず）を検索することによって、行われる。このＳＤ式吸入空気量マップは、外部ＥＧＲを導入していない状態で、上記の４つのパラメータと吸入空気量との関係を、実験などによってあらかじめ求め、得られた吸入空気量をＳＤ式吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＳＤとして記憶したものである。

次に、排気温Ｔｅｘを算出する（ステップ２２）。その算出は、例えば、吸気弁のバルブリフトの大小、エンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌなどに応じ、所定の排気温マップ（図示せず）を検索することによって、行われる。この排気温マップでは、排気温Ｔｅｘは、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、また吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌが大きいほど、より大きくなるように設定されている。

次に、前記ステップ１、２で算出された理想筒内ガス量Ｇｔｈ及び理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈ、検出されたインマニガス温度Ｔａｉｎ、ステップ２１、２２で算出されたＳＤ式吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＳＤ及び排気温Ｔｅｘを、前記式（５）に適用することによって、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒを算出する（ステップ２３）。

次に、算出した内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒを、理想筒内ガス量Ｇｔｈ、理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈ、インマニガス温度Ｔａｉｎ及び排気温Ｔｅｘとともに、前記式（１３）に適用することによって、筒内ガス温度Ｔｃｙｌを算出し（ステップ２４）、本処理を終了する。

図４に戻り、前記ステップ３に続くステップ４では、ステップ１～３でそれぞれ算出された理想筒内ガス量Ｇｔｈ、理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈ及び筒内ガス温度Ｔｃｙｌを、前記式（１４）に適用することによって、実際の筒内ガス量Ｇａｃｔを算出する。

そして、ステップ５において、算出された筒内ガス量Ｇａｃｔと吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌを、前記式（１５）に適用することによって、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを算出し、本処理を終了する。

次に、図７～図１３を参照しながら、ＥＣＵ２で実行される点火時期の算出処理について説明する。この点火時期は、圧縮上死点を基準とし、進角側を正値として表される。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。

本処理ではまず、ステップ３１において、最適点火時期ＩＧＭＢＴ（エンジン１の出力トルクが最大になる点火時期）を算出する。図１４はその算出処理を示す。この算出処理では、まずステップ６１において、エンジン回転数ＮＥ、及び前述したように算出されたＥＧＲ率ＲＥＧＲＴに応じ、図１０に示すＩＧＭＢＴＢマップを検索することによって、最適点火時期の基本値ＩＧＭＢＴＢを算出する。ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが大きくなるにつれて、着火遅れが大きくなるとともに、燃焼速度が小さくなるため、最適点火時期はより進角側に移行する。この関係から、ＩＧＭＢＴＢマップでは、最適点火時期の基本値ＩＧＭＢＴＢは、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが大きいほど、より大きくなるように（進角側に）設定されている。

次に、ステップ６２において、エンジン回転数ＮＥ及び充填効率ＥＴＡＣに応じ、所定のＤＩＧＭＥＴＡＣマップ（図示せず）を検索することによって、充填効率補正量ＤＩＧＭＥＴＡＣを算出する。充填効率ＥＴＡＣが大きくなるにつれて、気筒内の酸素量が大きくなり、着火遅れが小さくなるため、最適点火時期はより遅角側に移行する。この関係から、ＤＩＧＭＥＴＡＣマップでは、充填効率補正量ＤＩＧＭＥＴＡＣは、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが大きいほど、より小さくなるように（遅角側）に設定されている。

次に、ステップ６３において、エンジン回転数ＮＥ及び吸気位相ＣＡＩＮに応じ、所定のＤＩＧＭＣＡＩＮマップ（図示せず）を検索することによって、バルブタイミング補正量ＤＩＧＭＣＡＩＮを算出する。吸気位相ＣＡＩＮが変化すると、筒内流動（気筒内の混合ガスの流動）が変化し、それに応じて燃焼速度が変化するため、最適点火時期に影響を及ぼす。ＤＩＧＭＣＡＩＮマップでは、この影響を反映するように、バルブタイミング補正量ＤＩＧＭＣＡＩＮが設定されている。

そして、ステップ６４において、前記ステップ６１～６３でそれぞれ算出された基本値ＩＧＭＢＴＢ、充填効率補正量ＤＩＧＭＥＴＡＣ、及びバルブタイミング補正量ＤＩＧＭＣＡＩＮを、次式（１６）に適用することによって、最適点火時期ＩＧＭＢＴを算出し、本処理を終了する。

図７に戻り、前記ステップ３１に続くステップ３２では、エンジン１におけるノッキングの発生限界に対応するノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫを算出する。図８はその算出処理を示す。この算出処理では、まずステップ４１において、エンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌに応じ、所定のＩＧＫＮＯＣＫＢマップ（図示せず）を検索することによって、ノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫの基本値ＩＧＫＮＯＣＫＢを算出する。このＩＧＫＮＯＣＫＢマップでは、基本値ＩＧＫＮＯＣＫＢは、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが所定の基準値に設定され、かつ、吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸがそれぞれ基準位相（例えば最遅角位相、最進角位相）に設定されているときの最適点火時期に相当するように設定されている。

次に、ステップ４２において、温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣを算出する。図９はその算出処理を示す。この算出処理では、まずステップ５１において、吸気弁のバルブリフトの大小及びエンジン回転数ＮＥに応じ、図１１に示すＫＩＧＴＩＣマップを検索することによって、補正係数ＫＩＧＴＩＣを算出する。このＫＩＧＴＩＣマップでは、補正係数ＫＩＧＴＩＣは、エンジン回転数ＮＥが大きくなるにつれて、次第に大きくなるように設定されている。

次に、前記ステップ２及び３で算出された理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈ及び筒内ガス温度Ｔｃｙｌと、補正係数ＫＩＧＴＩＣを、次式（１７）に適用することによって、温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣを算出し（ステップ５２）、本処理を終了する。

以上の算出方法から明らかなように、温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣは、理想筒内ガス温度Ｔｃｙｌｔｈに対して筒内ガス温度Ｔｃｙｌが相対的に高いほど、より小さくなるように、すなわち遅角側に設定される。

図８に戻り、前記ステップ４２に続くステップ４３では、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、図１２に示すＤＥＧＲＴマップを検索することによって、ＥＧＲノッキング補正量ＤＥＧＲＴを算出する。このＤＥＧＲＴマップでは、ＥＧＲノッキング補正量ＤＥＧＲＴは、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが大きいほど、より大きくなるように、すなわち進角側に設定されている。

次に、ステップ４４において、圧縮比ノッキング補正量ＤＣＭＰＲを算出する。この圧縮比ノッキング補正量ＤＣＭＰＲについてはまず、吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸに応じ、所定のＣＭＰＲテーブル（図示せず）を検索することによって、実効圧縮比ＣＭＰＲを算出する。このＣＭＰＲテーブルでは、吸気位相ＣＡＩＮの進角量が大きくなるほど、実効圧縮比ＣＭＰＲがより大きくなるように設定されている。そして、算出された実効圧縮比ＣＭＰＲ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、図１３に示すＤＣＭＰＲマップを検索することによって、圧縮比ノッキング補正量ＤＣＭＰＲを算出する。図１３に示すように、ＤＣＭＰＲマップでは、圧縮比ノッキング補正量ＤＣＭＰＲは、「０」以下の値をとり、実効圧縮比ＣＭＰＲが増加するほど、より小さくなるように、すなわち遅角側に設定されている。

そして、ステップ４５において、前記ステップ４１～４４でそれぞれ算出された基本値ＩＧＫＮＯＣＫＢ、温度ノッキング補正量ＤＩＧＴＩＣ、ＥＧＲノッキング補正量ＤＥＧＲＴ、及び実効圧縮比補正量ＤＣＭＰＲを、次式（１８）に適用することによって、ノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫを算出し、本処理を終了する。

図７に戻り、前記ステップ３２に続くステップ３３では、最適点火時期ＩＧＭＢＴがノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、最適点火時期ＩＧＭＢＴがノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫに対して同一又は進角側に算出されたときには、ノッキングの発生を回避するために、基本点火時期ＩＧＢをノック限界点火時期に設定する（ステップ３４）。一方、ステップ３３の判別結果がＮＯで、最適点火時期ＩＧＭＢＴがノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫよりも遅角側に算出されたときには、ノッキングの発生を回避しながらエンジン１の最大出力を得るために、基本点火時期ＩＧＢを最適点火時期ＩＧＭＢＴに設定する（ステップ３５）。

そして、上記ステップ３４又は３５で設定された基本点火時期ＩＧＢに、例えばエンジン冷却水温ＴＷに応じて算出された補正値ＩＧＣＲを加算することによって、点火時期ＩＧＬＯＧを算出し（ステップ３６）、本処理を終了する。以上のようにして算出された点火時期ＩＧＬＯＧに基づき、点火プラグ１５による点火が行われる。

図１５は、上述した点火時期の算出処理によって得られた、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴとノッキング限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫとの関係を示す。より具体的には、吸気位相ＣＡＩＮと排気位相ＣＡＥＸの互いに異なる６つの組み合わせ（異なる６つの符号で示す）についてそれぞれ、筒内ガス温度ＴｃｙｌやＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを用いて補正したノッキング限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫを、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴとの関係でプロットしたものである。同図から明らかなように、ノッキング限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫは、吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸに依存せず、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと高い相関性を有することが確認された。

また、図１６は、上述した点火時期の算出処理によって得られた、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと最適点火時期ＩＧＭＢＴとの関係を示す。より具体的には、図１５の場合と同様の吸気位相ＣＡＩＮと排気位相ＣＡＥＸの互いに異なる６つの組み合わせ（異なる６つの符号で示す）についてそれぞれ、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを用いて算出した最適点火時期ＩＧＭＢＴを、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴとの関係でプロットしたものである。同図から明らかなように、最適点火時期ＩＧＭＢＴもまた、上述したノッキング限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫと同様、吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸに依存せず、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴと高い相関性を有することが確認された。

以上のように、本実施形態によれば、吸気管４のスロットル弁７よりも下流側に存在する、吸入空気と外部ＥＧＲガスとの混合ガスの量を、ＳＤ式吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＳＤとして算出し、混合ガスの温度を、インマニガス温度Ｔａｉｎとして検出する。また、得られたＳＤ式吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＳＤ及びインマニガス温度Ｔａｉｎを用いて、筒内ガス温度Ｔｃｙｌ、筒内ガス量Ｇａｃｔや、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴなどを順次、算出する。これにより、内部ＥＧＲと併せて外部ＥＧＲが実行される場合において、外部ＥＧＲの輸送遅れの影響を抑制しながら、筒内ガス温度Ｔｃｙｌ、筒内ガス量Ｇａｃｔ及びＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを精度良く算出することができる。また、算出されたＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを用いて、ノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫ及び最適点火時期ＩＧＭＢＴを適切に算出し、点火時期ＩＧＬＯＧを適切に制御することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態のエンジンは、過給を行わない自然吸気式のものであるが、これに限らず、本発明は、過給式のエンジンにも適用できる。

図１７は、そのような過給式エンジンの一例を示す。このエンジンでは、吸気管４のエアクリーナ６とスロットル弁７の間に、ターボチャージャ１７のコンプレッサ１７ａとインタークーラ１８が、上流側から順に設けられ、ＥＧＲ管１３は、コンプレッサ１７ａのすぐ上流側に接続されている。また、吸気圧センサ２４及びインマニ温度センサ２５は、図１のエンジンと同様、スロットル弁７の下流側の吸気チャンバ４ａに配置されている。他の構成は、図１のエンジンと同じである。

そして、図１のエンジンの場合と同様、吸気圧センサ２４で検出された吸気圧ＰＢＡとエンジン回転数ＮＥに基づき、吸入空気と外部ＥＧＲガスとの混合ガス量としてのＳＤ式吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＳＤを算出し、インマニ温度センサ２５によって、混合ガス温度としてのインマニガス温度Ｔａｉｎを検出する。また、これらのＳＤ式吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＳＤ及びインマニガス温度Ｔａｉｎを用いて、筒内ガス温度Ｔｃｙｌ、筒内ガス量Ｇａｃｔや、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴなどを順次、算出する。これにより、図１のエンジンの場合と同様の効果を得ることができる。

また、実施形態では、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴを用い、点火時期ＩＧＬＯＧを制御する例について説明したが、これに限らず、本発明は、エンジン１の他の制御にも用いることが可能である。

さらに、実施形態は、本発明を車両用のガソリンエンジンに適用した例であるが、内部ＥＧＲ及び外部ＥＧＲが実行される限り、他のエンジンにも適用可能であり、また、他の用途のエンジン、例えばクランクシャフトを鉛直方向に配置した船外機のような船舶用エンジンなどにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することができる。

１ 内燃機関
２ ＥＣＵ（理想筒内ガス量算出手段、理想筒内ガス温度算出手段、混合ガス量算出手段、内部ＥＧＲ温度取得手段、内部ＥＧＲ量算出手段、筒内ガス温度算出手段、筒内ガス量算出手段、ＥＧＲ率算出手段、制御手段、記憶手段、基本値算出手段、ＥＧＲノッキング補正量算出手段、温度ノッキング補正量算出手段、ノック限界点火時期算出手段、最適点火時期算出手段）
３ 弁作動特性可変装置
４ 吸気管（吸気通路）
５ 排気管（排気通路）
７ スロットル弁
２２ 吸入空気量センサ（吸入空気量検出手段）
２４ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
２５ インマニ温度センサ（混合ガス温度検出手段）
２７ クランク角センサ（回転数検出手段）
２８ 吸気カム角センサ（作動位相取得手段）
２９ 排気カム角センサ（作動位相取得手段）
Ｇｔｈ 理想筒内ガス量
Ｔｃｙｌｔｈ 理想筒内ガス温度
ＮＥ エンジン回転数
ＰＢＡ 吸気圧
ＧＡＩＲＣＹＬＳＤ ＳＤ式吸入空気量（混合ガス量）
Ｔａｉｎ インマニガス温度（混合ガス温度）
Ｔｅｘ 排気温（内部ＥＧＲ温度）
Ｇｉｎｅｇｒ 内部ＥＧＲ量
Ｔｃｙｌ 筒内ガス温度
Ｇａｃｔ 筒内ガス量
Ｇａｉｒｃｙｌ 吸入空気量
ＲＥＧＲＴ ＥＧＲ率
ＣＡＩＮ 吸気位相（吸気弁の作動位相）
ＣＡＥＸ 排気位相（排気弁の作動位相）
ＩＧＫＮＯＣＫＢ ノック限界点火時期の基本値
ＤＥＧＲＴ ＥＧＲノッキング補正量
ＤＩＧＴＩＣ 温度ノッキング補正量
ＩＧＫＮＯＣＫ ノック限界点火時期
ＩＧＬＯＧ 点火時期
ＩＧＭＢＴ 最適点火時期

Claims (4)

1. 吸気通路に設けられたスロットル弁を介して気筒内に空気を吸入するとともに、吸気弁と排気弁とのオーバーラップにより排気通路側から前記吸気通路側に逆流した内燃機関の排気を、内部ＥＧＲガスとして前記気筒内に還流させる内部ＥＧＲと、前記気筒から前記排気通路に排出された排気の一部を、外部ＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流させる外部ＥＧＲが実行される内燃機関の制御装置であって、
   前記気筒に内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスが還流していないと仮定した理想状態において前記気筒内に充填される筒内ガスの量を、理想筒内ガス量として算出する理想筒内ガス量算出手段と、
   前記理想状態における筒内ガスの温度を、理想筒内ガス温度として算出する理想筒内ガス温度算出手段と、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記吸気通路内の前記スロットル弁よりも下流側の圧力を、吸気圧として検出する吸気圧検出手段と、
   前記吸気通路の前記スロットル弁よりも下流側に存在し、前記気筒内に充填される、吸入空気と外部ＥＧＲガスとの混合ガスの量を、前記内燃機関の回転数及び前記吸気圧に基づいて算出する混合ガス量算出手段と、
   前記混合ガスの温度を検出する混合ガス温度検出手段と、
   内部ＥＧＲ温度を取得する内部ＥＧＲ温度取得手段と、
   前記理想筒内ガス量、前記理想筒内ガス温度、前記混合ガス量、前記混合ガス温度及び前記内部ＥＧＲ温度に基づき、内部ＥＧＲ量を算出する内部ＥＧＲ量算出手段と、
   前記理想筒内ガス量、前記理想筒内ガス温度、前記混合ガス温度、前記内部ＥＧＲ温度及び前記内部ＥＧＲ量に基づき、前記気筒に実際に充填される筒内ガスの温度を算出する筒内ガス温度算出手段と、
   前記理想筒内ガス量、前記理想筒内ガス温度及び前記筒内ガス温度に基づき、前記筒内ガスの量を算出する筒内ガス量算出手段と、
   前記気筒内に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   前記筒内ガス量及び前記吸入空気量に基づき、前記筒内ガス量に対する前記内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量を合わせたＥＧＲ量の比率であるＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率算出手段と、
   前記ＥＧＲ率に基づいて前記内燃機関を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関は、前記吸気弁及び前記排気弁の作動位相を変更することによって内部ＥＧＲ量を変更する弁作動特性可変装置を備えており、
   前記内燃機関の回転数、前記吸気弁及び前記排気弁の作動位相と、前記理想筒内ガス量及び前記理想筒内ガス温度との関係を記憶する記憶手段と、
   前記吸気弁及び前記排気弁の作動位相を取得する作動位相取得手段をさらに備え、
   前記検出された内燃機関の回転数、及び前記取得された吸気弁及び排気弁の作動位相に応じ、前記記憶手段に記憶された関係に基づき、前記理想筒内ガス量算出手段は前記理想筒内ガス量を算出し、前記理想筒内ガス温度算出手段は前記理想筒内ガス温度を算出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。
3. 前記制御手段は、
   前記内燃機関におけるノッキングの発生限界に対応するノック限界点火時期の基本値を算出する基本値算出手段と、
   前記ＥＧＲ率に応じてＥＧＲノッキング補正量を算出するＥＧＲノッキング補正量算出手段と、
   前記理想筒内ガス温度と前記筒内ガス温度との差に応じて温度ノッキング補正量を算出する温度ノッキング補正量算出手段と、
   前記基本値を前記ＥＧＲノッキング補正量及び前記温度ノッキング補正量で補正することによって、前記ノック限界点火時期を算出するノック限界点火時期算出手段と、を有し、
   前記ノック限界点火時期を用いて点火時期を制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記内燃機関の出力が最大になる最適点火時期を前記ＥＧＲ率に応じて算出する最適点火時期算出手段をさらに有し、前記ノック限界点火時期又は前記最適点火時期のいずれか遅角側の点火時期を用いて、前記点火時期を制御することを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。

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