JP5167005B2 - 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、特に内燃機関における点火時期を制御する技術に関する。

従来より、ＥＧＲ（Engine Gas Recirculation）システムが設けられた内燃機関が知られている。ＥＧＲシステムでは、気筒から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に再循環させる外部ＥＧＲにより、ポンピングロスならびに未燃焼ガスを低減することができる。

ＥＧＲシステムにより排気通路から吸気通路に再循環される排気ガスの量は、ＥＧＲガス通路上に設けられたＥＧＲバルブにより調整される。ＥＧＲバルブが開くと排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環が行なわれ、ＥＧＲバルブが閉じると排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環が停止される。

排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態とを切替えると、外部ＥＧＲにより気筒に充填される排気ガスの量が過渡的に変化する。外部ＥＧＲにより気筒に充填される排気ガスの量が過渡的に変化している間は、気筒内での燃焼状態が不安定になり、ノックが発生し得る。そこで、外部ＥＧＲを行なう状態と停止する状態との切替時には点火時期を遅角する技術が提案されている。

特開２００７−２３９７１号公報（特許文献１）は、ノック判定期間内におけるノックセンサのバックグランドノイズに基づいてノック判定レベルを学習するとともに、学習されたノック判定レベルとノック判定期間内におけるノックセンサの出力信号との比較を通じてノッキング（ノック）発生の有無を判定し、判定結果に基づいて設定される点火時期補正量に応じて機関の点火時期を進角側または遅角側に補正するノッキング判定制御部を備え、排気を吸気通路に再循環させる排気再循環装置による排気再循環の実行または停止による燃料噴射時期の変更により、燃料噴射弁の動作に伴う振動ノイズの発生時期がノック判定期間内に変化した場合には、機関運転状態の変化時に行われるノック判定レベルの学習に際し、ノック判定レベルの学習が完了するまで、ノッキング判定制御部によるノッキング判定を禁止するとともに、ノッキング判定制御部によって設定される時期よりもさらに機関の点火時期を遅角側に補正する内燃機関の点火時期制御装置を開示する。

この公報に記載の点火時期制御装置によれば、排気を吸気通路に再循環させる排気再循環装置による排気再循環の実行または停止により、振動ノイズがノック判定期間内で発生するようになった場合でもノック判定レベルの学習が行われる。これにより同振動ノイズがノックセンサのバックグランドノイズとして取り込まれる。したがって、ノック判定レベルは同振動ノイズが反映された値として学習され、同振動ノイズをノッキングとして誤判定することがない程度にノック判定レベルは大きく設定される。そのため、ノックセンサの出力信号に燃料噴射弁の動作に伴う振動ノイズが乗っていても、その振動ノイズのレベルが学習完了後のノック判定レベルを超えるようなことはない。したがって、同振動ノイズをノッキングとして誤判定することがなく、燃料噴射弁の動作に伴う振動ノイズに起因した誤遅角の発生は抑制され、ひいてはノック判定期間や燃料噴射時期をそれぞれ最適な時期に設定することができるようになる。

ただし、燃料噴射弁の動作に伴って発生する振動ノイズがノック判定レベルに反映されるまで、ノッキング判定が禁止される。これにより、振動ノイズをノッキングと判定してしまうといった誤判定の発生が防止され、もってそうした誤遅角の発生も防止することができる。

さらに、ノック判定レベルの学習が完了するまで、点火時期が遅角される。これにより、ノック判定レベルの学習が完了するまでノッキングの発生を抑えることができるようになる。
特開２００７−２３９７１号公報

しかしながら、外部ＥＧＲを行なう状態と停止する状態との切替時には、新たに内燃機関に吸入された新気と再循環された排気ガスとの混合状態は不明である。したがって、ノックの発生を防ぎ得る点火時期の遅角量を正確に定めるのは困難である。そのため、外部ＥＧＲの実行直後または停止直後に点火時期を遅角してもノックの発生を防ぐことができない場合があり得る。一方、ノックの発生を防ぐために点火時期を大きく遅角すると、内燃機関の出力が必要以上に低下し得る。

本発明は上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ノックが発生する回数を低減するとともに、内燃機関の出力の低下量を低減することができる内燃機関の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、気筒から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に再循環させる再循環システムが設けられた内燃機関の制御装置である。この制御装置は、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態とを切替えるように再循環システムを制御するための再循環制御手段と、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に、内燃機関における点火時期を遅角するように制御するための遅角手段と、ノックが発生したか否かを判定し、ノックが発生した場合には遅角するように点火時期を制御するためのノック制御手段とを備える。ノック制御手段は、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に、ノックが発生した場合には遅角するように点火時期を制御することを継続するための手段を含む。

この構成によると、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に、点火時期が遅角されることに加えて、ノックが発生した場合には遅角するように点火時期を制御することが継続される。これにより、ノックが発生したか否かにかかわらず点火時期を遅角するとともに、ノックが発生した場合には点火時期をさらに遅角して、ノックが発生する回数を低減することができる。また、ノックが発生した場合には遅角するように点火時期を制御することが継続されているので、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態とを切替えたことによる点火時期が遅角量を必要以上に大きくしなくても、ノックが発生する回数を低減することができる。そのため、ノックが発生する回数を低減するとともに、内燃機関の出力の低下量を低減することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加え、ノック制御手段は、ノックが発生した場合には遅角し、ノックが発生していない場合には進角するように点火時期を制御するための手段を含む。制御装置は、ノックが発生した場合には遅角し、ノックが発生していない場合には進角するように制御された点火時期を学習するための手段をさらに備える。遅角手段は、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態における点火時期の学習値と、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態における点火時期の学習値との差が大きいほど、点火時期をより大きく遅角するように制御するための手段を含む。

この構成によると、ノックが発生した場合には遅角し、ノックが発生していない場合には進角するように点火時期が制御される。ノックが発生した場合には遅角し、ノックが発生していない場合には進角するように制御された点火時期が学習される。排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態における点火時期の学習値と、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態における点火時期の学習値との差が大きいほど、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に点火時期がより大きく遅角される。これにより、内燃機関の気筒内における燃焼状態の変化が大きいほど、点火時期をより大きく遅角することができる。そのため、ノックが発生する可能性が大きいほど、点火時期をより大きく遅角することができる。そのため、ノックが発生する回数を低減することができる。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加え、ノックが発生した場合には遅角し、ノックが発生していない場合には進角するように点火時期を制御するための手段を含む。制御装置は、ノックが発生した場合には遅角し、ノックが発生していない場合には進角するように制御された点火時期を学習するための手段と、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態における点火時期の学習値が予め定められた第１の点火時期よりも遅く、かつ排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態における点火時期の学習値が予め定められた第２の点火時期よりも遅い場合、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角するように制御することを許可するための手段と、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態における点火時期の学習値が第１の点火時期よりも早い場合および排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態における点火時期の学習値が第２の点火時期よりも早い場合のうちの少なくともいずれか一方の場合、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角するように制御することを禁止するための手段とをさらに備える。

この構成によると、ノックが発生した場合には遅角し、ノックが発生していない場合には進角するように点火時期が制御される。ノックが発生した場合には遅角し、ノックが発生していない場合には進角するように制御された点火時期が学習される。排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態における点火時期の学習値が予め定められた第１の点火時期よりも遅く、かつ排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態における点火時期の学習値が予め定められた第２の点火時期よりも遅い場合、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角するように制御することが許可される。排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態における点火時期の学習値が第１の点火時期よりも早い場合および排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態における点火時期の学習値が第２の点火時期よりも早い場合のうちの少なくともいずれか一方の場合、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角するように制御することが禁止される。これにより、点火時期が大きく遅角されている場合、すなわちノックが発生している回数が高い場合は、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角し、そうでない場合は遅角しないようにすることができる。そのため、点火時期を遅角する回数を最小限にすることができる。そのため、内燃機関の出力が必要以上に低下しないようにすることができる。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加え、内燃機関には、吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の開閉タイミングを変更する変更機構が設けられる。制御装置は、吸気弁および排気弁の両方が同時に開いた状態になる期間が無いように変更機構を制御するための手段をさらに備える。再循環制御手段は、吸気弁および排気弁の両方が同時に開いた状態になる期間が無いように変更機構が制御された後、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態を予め定められた時間だけ維持するように再循環システムを制御するための手段と、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態を予め定められた時間だけ維持するように再循環システムが制御された後、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態になるように再循環システムを制御するための手段とを含む。

この構成によると、吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の開閉タイミングが変更機構により変更される。たとえば、気筒から排気通路に排出された排気ガスを気筒に吸い戻す内部ＥＧＲから外部ＥＧＲへ切替える際、吸気弁および排気弁の両方が同時に開いた状態になる期間、すなわちオーバーラップが無いように変更機構が制御される。吸気弁と排気弁とのオーバーラップが無いように変更機構が制御された後、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態が、予め定められた時間だけ維持される。排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態を予め定められた時間だけ維持するように再循環システムが制御された後、排気通路から吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態になるように再循環システムが制御される。これにより、外部ＥＧＲを停止した状態から外部ＥＧＲを行なう状態への移行時に、外部ＥＧＲおよび内部ＥＧＲのいずれも行なわれない期間を設けることができる。そのため、外部ＥＧＲを停止した状態から外部ＥＧＲを行なう状態への移行時における気筒内の気流の乱れを低減することができる。その結果、ノックの発生を抑制することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両のエンジン１００について説明する。エンジン１００には４つの気筒が設けられる。なお、気筒の数は「４」限らず、「５」、「６」、「８」、「１０」および「１２」などであってもよい。

本実施の形態に係る制御装置は、たとえばエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００が実行するプログラムにより実現される。なお、エンジンＥＣＵ２００により実行されるプログラムをＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記録媒体に記録して市場に流通させてもよい。

エンジン１００は、エアクリーナ１０２から吸入された空気とインジェクタ１０４から噴射される燃料との混合気を、燃焼室内で点火プラグ１０６により点火して燃焼させる内燃機関である。

点火時期は、エンジン１００の運転状態に応じて設定される。以下、エンジン１００の運転状態に応じて設定される点火時期を基本点火時期とも記載する。ノッキングが発生した場合などには、点火時期は基本点火時期から遅角される。

基本点火時期は、エンジン回転数ＮＥおよび負荷ＫＬをパラメータとして有するマップに従って設定される。負荷ＫＬは、後述するエアフローメータ３１４により検出された吸入空気量およびエンジン回転数ＮＥなどに基づいて算出される。なお、負荷ＫＬを算出する方法は周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。

混合気が燃焼すると、燃焼圧によりピストン１０８が押し下げられ、クランクシャフト１１０が回転する。燃焼後の混合気（排気ガス）は、三元触媒１１２により浄化された後、車外に排出される。エンジン１００に吸入される空気の量は、スロットルバルブ１１４により調整される。吸気バルブ１１６が開いた際に燃焼室に混合気が導入される。排気バルブ１１８が開いた際に燃焼室から排気ガスが排出される。

吸気バルブ１１６の位相、すなわち開閉タイミングは、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構１２０により変更される。なお、吸気バルブ１１６に加えて排気バルブ１１８の位相を変更するようにしてもよい。

本実施の形態において、エンジン１００には、ＥＧＲシステムが設けられている。ＥＧＲシステムは、気筒から排気通路１３０に排出された排気ガスを吸気通路１３２に再循環させる外部ＥＧＲにより、ポンピングロスならびに未燃焼ガスを低減する。

ＥＧＲシステムにより排気通路１３０から吸気通路１３２に再循環される排気ガスの量は、ＥＧＲガス通路１３４上に設けられたＥＧＲバルブ１３６により調整される。ＥＧＲバルブ１３６が開くと排気通路１３０から吸気通路１３２への排気ガスの再循環が行なわれる。ＥＧＲバルブ１３６が閉じると排気通路１３０から吸気通路１３２への排気ガスの再循環が停止される。

エンジン１００は、エンジンＥＣＵ２００により制御される。エンジンＥＣＵ２００には、ノックセンサ３００と、水温センサ３０２と、タイミングロータ３０４に対向して設けられたクランクポジションセンサ３０６と、スロットル開度センサ３０８と、車速センサ３１０と、イグニッションスイッチ３１２と、エアフローメータ３１４とが接続されている。

ノックセンサ３００は、エンジン１００のシリンダブロックに設けられる。ノックセンサ３００は、圧電素子により構成されている。ノックセンサ３００は、エンジン１００の振動により電圧を発生する。電圧の大きさは、振動の大きさと対応した大きさとなる。ノックセンサ３００は、電圧を表わす信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。

本実施の形態において、エンジンＥＣＵ２００には、ノックセンサ３００から送信された信号に基づいてノックが発生したか否かを判定し、ノックが発生したと判定された場合には点火時期を遅角し、ノックが発生していないと判定された場合には点火時期を進角するノックコントロールシステムが実装されている。

たとえば、ノックセンサ３００により検出された振動の大きさがしきい値よりも大きい場合にノックが発生したと判定される。なお、ノックが発生したか否かを判定する方法には周知の一般的な技術を利用すればよいためここではその詳細な説明は繰り返さない。

水温センサ３０２は、エンジン１００のウォータージャケット内の冷却水の温度（水温）を検出し、検出結果を表わす信号を、エンジンＥＣＵ２００に送信する。

タイミングロータ３０４は、クランクシャフト１１０に設けられており、クランクシャフト１１０と共に回転する。タイミングロータ３０４の外周には、予め定められた間隔で複数の突起が設けられている。クランクポジションセンサ３０６は、タイミングロータ３０４の突起に対向して設けられている。タイミングロータ３０４が回転すると、タイミングロータ３０４の突起と、クランクポジションセンサ３０６とのエアギャップが変化するため、クランクポジションセンサ３０６のコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。クランクポジションセンサ３０６は、起電力を表わす信号を、エンジンＥＣＵ２００に送信する。エンジンＥＣＵ２００は、クランクポジションセンサ３０６から送信された信号に基づいて、クランク角およびクランクシャフト１１０の回転数（エンジン回転数ＮＥ）を検出する。

スロットル開度センサ３０８は、スロットル開度を検出し、検出結果を表わす信号をエ
ンジンＥＣＵ２００に送信する。車速センサ３１０は、車輪（図示せず）の回転数を検出し、検出結果を表わす信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。エンジンＥＣＵ２００は、車輪の回転数から、車速を算出する。イグニッションスイッチ３１２は、エンジン１００を始動させる際に、運転者によりオン操作される。

エアフローメータ３１４は、エンジン１００に吸入される空気量を検出し、検出結果を表わす信号をエンジンＥＣＵ２００に送信する。本実施の形態において、エアフローメータ３１４には、吸気温センサが内蔵されたホットワイヤ式のエアフローメータが用いされる。したがって、エアフローメータ３１４は、エンジン１００に吸入される空気の温度（吸気温）を検出するとともに、エンジン１００に吸入される空気量を検出する。なお、吸気温センサをエアフローメータ３１４とは別に設けるようにしてもよい。

エンジンＥＣＵ２００は、電源である補機バッテリ３２０から供給された電力により作動する。エンジンＥＣＵ２００は、各センサおよびイグニッションスイッチ３１２から送信された信号、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、エンジン１００が所望の運転状態となるように、機器類を制御する。

図２を参照して、エンジンＥＣＵ２００の機能について説明する。なお、以下に説明する機能はソフトウェアにより実現するようにしてもよく、ハードウェアにより実現するようにしてもよい。

エンジンＥＣＵ２００は、ＶＶＴ制御部５００と、ＥＧＲ制御部５０２と、遅角部５０４と、ノック制御部５１０と、学習部５１２と、許可部５２０と、禁止部５２２とを備える。

ＶＶＴ制御部５００は、ＶＶＴ機構１２０を制御する。たとえば、吸気バルブ１１６の位相が、エンジン回転数ＮＥおよび負荷ＫＬをパラメータに有するマップに従って定められる位相になるようにＶＶＴ機構１２０が制御される。

また、エンジン１００の運転状態（エンジン回転数ＮＥおよび負荷ＫＬ）が図３に示すマップにおいて斜線で示される領域にある場合、吸気バルブ１１６および排気バルブ１１８の両方が同時に開いた状態になる期間、すなわち吸気バルブ１１６および排気バルブ１１８のオーバーラップが無いようにＶＶＴ機構１２０が制御される。

なお、図３において斜線で示される領域は、ＥＧＲシステムにより外部ＥＧＲが行なわれる領域を示す。よって、エンジン１００の運転状態が図３において斜線で示される領域外にある場合、ＥＧＲシステムにより外部ＥＧＲが停止されるとともに、吸気バルブ１１６と排気バルブ１１８とのオーバーラップによって、気筒から吸気通路１３２に排出された排気ガスが気筒に吸い戻される内部ＥＧＲが行なわれる。なお、ＶＶＴ機構１２０の制御方法はこれらに限らない。

ＥＧＲ制御部５０２は、気筒から排気通路１３０に排出された排気ガスを吸気通路１３２に再循環させる外部ＥＧＲを行なう状態と停止する状態とを切替えるようにＥＧＲバルブ１３６を制御する。

エンジン１００の運転状態が図３に示すマップにおいて斜線で示される領域にある場合、ＥＧＲバルブ１３６が開くように制御され、外部ＥＧＲが実行される。エンジン１００の運転状態が図３において斜線で示される領域外にある場合、ＥＧＲバルブ１３６が閉じるように制御され、外部ＥＧＲが停止される。

内部ＥＧＲから外部ＥＧＲへの切替時には、図４に示すように、時間Ｔ１において吸気バルブ１１６と排気バルブ１１８とのオーバーラップが無くなるようにＶＶＴ機構１２０が制御された後、すなわち内部ＥＧＲにより再循環される排気ガスの量（以下、再循環される排気ガスの量をＥＧＲ量とも記載する）が零になるように制御された後、外部ＥＧＲによるＥＧＲ量が徐々に増加するように、ＥＧＲバルブ１３６が制御される。

なお、図５に示すように、内部ＥＧＲから外部ＥＧＲへの切替時、時間Ｔ２において吸気バルブ１１６と排気バルブ１１８とのオーバーラップが無くなるようにＶＶＴ機構１２０が制御された後、予め定められた時間ΔＴだけ外部ＥＧＲを停止した状態を維持し、さらにその後、時間Ｔ３から外部ＥＧＲによるＥＧＲ量が徐々に増加するように、ＥＧＲバルブ１３６を制御してもよい。

これにより、外部ＥＧＲを停止した状態から外部ＥＧＲを行なう状態への移行時に、外部ＥＧＲおよび内部ＥＧＲのいずれも行なわれない期間を設けることができる。そのため、外部ＥＧＲを停止した状態から外部ＥＧＲを行なう状態への移行時における気筒内の気流の乱れを低減することができる。その結果、ノックの発生を抑制することができる。

図２に戻って、遅角部５０４は、排気通路１３０から吸気通路１３２への排気ガスの再循環、すなわち外部ＥＧＲを実行する状態と停止するとの切替時に、点火時期を遅角するように点火プラグ１０６を制御する。図６に示すように、時間Ｔ４において予め定められた値だけ点火時期が遅角された後、予め定められた変化率で遅角量が低減される。

なお、図７に示すように、時間Ｔ５において吸気バルブ１１６と排気バルブ１１８とのオーバーラップが無くなるようにＶＶＴ機構１２０が制御された後、予め定められた時間ΔＴだけ外部ＥＧＲを停止した状態を維持する場合、吸気バルブ１１６と排気バルブ１１８とのオーバーラップが無くなった時間Ｔ５において点火時期を遅角するようにしてもよい。また、図８に示すように、時間Ｔ５からΔＴだけ経過して外部ＥＧＲによるＥＧＲ量が増加する時間Ｔ６において点火時期を遅角するようにしてもよい。

また、遅角部５０４は、後述する点火時期の学習値に応じた遅角量だけ点火時期を遅角するように点火プラグ１０６を制御する。外部ＥＧＲを実行する状態における点火時期の学習値と、外部ＥＧＲを停止する状態における点火時期の学習値との差が大きいほど点火時期がより大きく遅角される。

外部ＥＧＲを実行する状態における点火時期の学習値と、外部ＥＧＲを停止する状態における点火時期の学習値との差に加えて、外部ＥＧＲを実行する状態における点火時期の学習値もしくは外部ＥＧＲを停止する状態における点火時期の学習値自体に応じて遅角量を決定するようにしてもよい。なお、点火時期の遅角方法はこれらに限らない。

図２に戻って、ノック制御部５１０は、ノックセンサ３００から送信された信号に基づいてノックが発生したか否かを判定し、ノックが発生したと判定された場合には点火時期を遅角し、ノックが発生していないと判定された場合には点火時期を進角するように点火プラグ１０６を制御する。

より具体的には、ノックが発生したか否かに応じて基本点火時期に対する遅角量（補正量）akcsを増減することにより、点火時期が遅角されたり進角されたりする。基本点火時期に対する遅角量akcsは、ノックが発生したと判定される毎に予め定められた値だけ大きくされ、ノックが発生していないと判定される毎に予め定められた値だけ小さくされる。

なお、ノックコントロールシステムにおいて基本点火時期に対する遅角量akcsを算出する方法には周知の一般的な技術を利用すればよいためここではその詳細な説明は繰り返さない。

本実施の形態において、排気通路１３０から吸気通路１３２への排気ガスの再循環、すなわち外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態との切替時には、ノックが発生したと判定された場合には遅角するように点火時期を制御することが継続される。

なお、ノックが発生していないと判定された場合には進角するように点火時期を制御することを停止するようにしてもよく、継続するようにしてもよい。ノックが発生していないと判定された場合には進角するように点火時期を制御することを停止する場合には、たとえば、予め定められた時間だけ、進角するように点火時期を制御することが停止される。

学習部５１２は、ノックが発生したと判定された場合には点火時期を遅角し、ノックが発生していないと判定された場合には点火時期を進角するように制御された点火時期を学習する。すなわち、ノックコントロールシステムにより制御された点火時期が学習される。

たとえば、基本点火時期に対する遅角量akcsを学習することにより点火時期が学習される。図９に示すように、遅角量akcsがしきい値akcs1以上になった場合もしくはしきい値akcs2以下になった場合、遅角量akcsの学習値akgが更新される。

遅角量akcsがしきい値akcs1以上になった場合、学習値akgがしきい値akcs1の絶対値分だけ大きくされ、遅角量akcsがしきい値akcs2以下になった場合、学習値akgがしきい値akcs2の絶対値分だけ小さくされる。

たとえば遅角量akcsと学習値akgとの和が正である場合、基本点火時期を遅角量akcsと学習値akgとの和の絶対値分だけ遅角した値が、ノックコントロールシステムにより制御された点火時期である。遅角量akcsと学習値akgとの和が負である場合、基本点火時期を遅角量akcsと学習値akgとの和の絶対値分だけ進角した値が、ノックコントロールシステムにより制御された点火時期である。

また、学習値akgが正である場合、基本点火時期を学習値akgの絶対値分だけ遅角した値が、ノックコントロールシステムにより制御された点火時期の学習値である。学習値akgが負である場合、基本点火時期を学習値akgの絶対値分だけ進角した値が、ノックコントロールシステムにより制御された点火時期の学習値である。

点火時期の学習は、外部ＥＧＲが実行される状態ならびに外部ＥＧＲが停止される状態のそれぞれにおいて行なわれる。

なお、点火時期の学習方法はこれらに限らない。また、ノックコントロールシステムにおいて点火時期を学習する方法については、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。

許可部５２０は、排気通路１３０から吸気通路１３２への排気ガスの再循環、すなわち外部ＥＧＲを実行する状態における点火時期の学習値が予め定められた第１点火時期よりも遅く、かつ、外部ＥＧＲを停止する状態における点火時期の学習値が予め定められた第２点火時期よりも遅く、かつ吸気温が予め定められた温度以上である場合、外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角するように制御することを許可する。なお、吸気温を考慮しないようにしてもよい。

禁止部５２２は、排気通路１３０から吸気通路１３２への排気ガスの再循環、すなわち外部ＥＧＲを実行する状態における点火時期の学習値が予め定められた第１点火時期よりも早い場合、外部ＥＧＲを停止する状態における点火時期の学習値が予め定められた第２点火時期よりも早い場合、および吸気温が予め定められた温度より低い場合のうちのいずれか一つ場合、外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角するように制御することを禁止する。なお、吸気温を考慮しないようにしてもよい。

図１０を参照して、エンジンＥＣＵ２００が実行するプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノックが発生したか否かを判定する。ノックが発生したと判定されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１０４に移される。

Ｓ１０２にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期を遅角する。Ｓ１０４にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期を進角する。

Ｓ１０６にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノックが発生したと判定された場合には点火時期を遅角し、ノックが発生していないと判定された場合には点火時期を進角するように制御された点火時期を学習する。

Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ２００は、外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態とを切替えるか否かを判断する。外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態とを切替える場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ２０２に移される。もしそうでないと（Ｓ２０４にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。

Ｓ２０２にて、エンジンＥＣＵ２００は、内部ＥＧＲから外部ＥＧＲに切替えるか否かを判断する。すなわち、外部ＥＧＲを停止する状態から実行する状態に切替えるかが判断される。内部ＥＧＲから外部ＥＧＲに切替える場合（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、処理はＳ２０４に移される。もしそうでないと（Ｓ２０２にてＮＯ）、処理はＳ２０８に移される。

Ｓ２０４にて、エンジンＥＣＵ２００は、吸気バルブ１１６および排気バルブ１１８の両方が同時に開いた状態になる期間、すなわち吸気バルブ１１６および排気バルブ１１８のオーバーラップが無いようにＶＶＴ機構１２０を制御する。

Ｓ２０６にて、エンジンＥＣＵ２００は、外部ＥＧＲを実行する。すなわち、ＥＧＲバルブ１３６が開くように制御する。

Ｓ２０８にて、エンジンＥＣＵ２００は、外部ＥＧＲを停止する。すなわち、ＥＧＲバルブ１３６が閉じるように制御する。

Ｓ２１０にて、エンジンＥＣＵ２００は、外部ＥＧＲを実行する状態における点火時期の学習値が予め定められた第１点火時期よりも遅く、外部ＥＧＲを停止する状態における点火時期の学習値が予め定められた第２点火時期よりも遅く、かつ吸気温が予め定められた温度以上であるか否かを判断する。

外部ＥＧＲを実行する状態における点火時期の学習値が予め定められた第１点火時期よりも遅く、かつ、外部ＥＧＲを停止する状態における点火時期の学習値が予め定められた第２点火時期よりも遅く、かつ吸気温が予め定められた温度以上であると（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、処理はＳ２１２に移される。もしそうでないと（Ｓ２１０にてＮＯ）、処理はＳ２１８に移される。

Ｓ２１２にて、エンジンＥＣＵ２００は、外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角するように制御することを許可する。Ｓ２１４にて、エンジンＥＣＵ２００は、点火時期を遅角するように制御する。

Ｓ２１６にて、エンジンＥＣＵ２００は、ノックが発生した場合には遅角するように点火時期を制御することを継続する。

Ｓ２１８にて、エンジンＥＣＵ２００は、外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角するように制御することを禁止する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置の動作について説明する。

エンジン１００の運転中、ノックが発生したか否かを判定される（Ｓ１００）。ノックが発生したと判定されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、点火時期が遅角される（Ｓ１０２）。これにより、ノックが発生する回数を低減することができる。ノックが発生していないと判定されると（Ｓ１００にてＮＯ）、点火時期が進角される（Ｓ１０４）。これにより、エンジン１００の出力を向上することができる。

その後、ノックが発生したと判定された場合には点火時期を遅角し、ノックが発生していないと判定された場合には点火時期を進角するように制御された点火時期が学習される（Ｓ１０６）。

外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態とを切替える場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）、内部ＥＧＲから外部ＥＧＲに切替えるか否かが判断される（Ｓ２０２）。

内部ＥＧＲから外部ＥＧＲに切替える場合（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、吸気バルブ１１６および排気バルブ１１８の両方が同時に開いた状態になる期間、すなわち吸気バルブ１１６および排気バルブ１１８のオーバーラップが無いようにＶＶＴ機構１２０が制御される（Ｓ２０４）。その後、外部ＥＧＲが実行される（Ｓ２０６）。

外部ＥＧＲから内部ＥＧＲに切替える場合（Ｓ２０２にてＮＯ）、外部ＥＧＲが停止される（Ｓ２０８）。

外部ＥＧＲを実行する状態における点火時期の学習値が予め定められた第１点火時期よりも遅く、外部ＥＧＲを停止する状態における点火時期の学習値が予め定められた第２点火時期よりも遅く、かつ吸気温が予め定められた温度以上であると（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角するように制御することが許可される（Ｓ２１２）。

したがって、点火時期が遅角するように制御される（Ｓ２１４）。また、ノックが発生した場合には遅角するように点火時期を制御することが継続される（Ｓ２１６）。

これにより、ノックが発生したか否かにかかわらず点火時期を遅角するとともに、ノックが発生した場合には点火時期をさらに遅角して、ノックが発生する回数を低減することができる。また、ノックが発生した場合には遅角するように点火時期を制御することが継続されているので、外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態との切替時における点火時期が遅角量を必要以上に大きくしなくても、ノックが発生する回数を低減することができる。そのため、ノックが発生する回数を低減するとともに、内燃機関の出力の低下量を低減することができる。

また、前述したように、外部ＥＧＲを実行する状態における点火時期の学習値と、外部ＥＧＲを停止する状態における点火時期の学習値との差が大きいほど点火時期がより大きく遅角される。これにより、エンジン１００の気筒内における燃焼状態の変化が大きいほど、点火時期をより大きく遅角することができる。そのため、ノックが発生する可能性が大きいほど、点火時期をより大きく遅角することができる。その結果、ノックが発生する回数を低減することができる。

一方、外部ＥＧＲを実行する状態における点火時期の学習値が予め定められた第１点火時期よりも早い場合、外部ＥＧＲを停止する状態における点火時期の学習値が予め定められた第２点火時期よりも早い場合、および吸気温が予め定められた温度より低い場合のうちのいずれか一つ場合（Ｓ２１０にてＮＯ）、外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角するように制御することが禁止される（Ｓ２１８）。

これにより、点火時期が大きく遅角されている場合、すなわちノックが発生している回数が高い場合は、外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角し、そうでない場合は遅角しないようにすることができる。そのため、点火時期を遅角する回数を最小限にすることができる。そのため、内燃機関の出力が必要以上に低下しないようにすることができる。

以上のように、本実施の形態に係る制御装置によれば、外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態との切替時に、点火時期が遅角するように制御されるとともに、ノックが発生した場合には遅角するように点火時期を制御することが継続される。これにより、ノックが発生したか否かにかかわらず点火時期を遅角するとともに、ノックが発生した場合には点火時期をさらに遅角して、ノックが発生する回数を低減することができる。また、ノックが発生した場合には遅角するように点火時期を制御することが継続されているので、外部ＥＧＲを実行する状態と停止する状態との切替時における点火時期が遅角量を必要以上に大きくしなくても、ノックが発生する回数を低減することができる。そのため、ノックが発生する回数を低減するとともに、内燃機関の出力の低下量を低減することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

エンジンを示す概略構成図である。 エンジンＥＣＵの機能ブロック図である。 外部ＥＧＲが実行される運転領域を示す図である。 内部ＥＧＲによるＥＧＲ量および外部ＥＧＲによるＥＧＲ量を示す図（その１）ある。 内部ＥＧＲによるＥＧＲ量および外部ＥＧＲによるＥＧＲ量を示す図（その２）ある。 点火時期が遅角されるタイミングを示す図（その１）である。 点火時期が遅角されるタイミングを示す図（その２）である。 点火時期が遅角されるタイミングを示す図（その３）である。 点火時期の遅角量akcsの学習値akgを算出するために用いられるしきい値akcs1およびしきい値akcs2を示す図である。 エンジンＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示す図である。

符号の説明

１００ エンジン、１０４ インジェクタ、１０６ 点火プラグ、１１０ クランクシャフト、１１２ 三元触媒、１１４ スロットルバルブ、１１６ 吸気バルブ、１１８ 排気バルブ、１２０ ＶＶＴ機構、１３０ 排気通路、１３２ 吸気通路、１３４ ＥＧＲガス通路、１３６ ＥＧＲバルブ、２００ エンジンＥＣＵ、２０２ ＲＯＭ、３００ ノックセンサ、３０２ 水温センサ、３０４ タイミングロータ、３０６ クランクポジションセンサ、３０８ スロットル開度センサ、３１０ 車速センサ、３１２ イグニッションスイッチ、３１４ エアフローメータ、３２０ 補機バッテリ、５００ ＶＶＴ制御部、５０２ ＥＧＲ制御部、５０４ 遅角部、５１０ ノック制御部、５１２ 学習部、５２０ 許可部、５２２ 禁止部。

Claims (3)

1. 気筒から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に再循環させる再循環システムが設けられた内燃機関の制御装置であって、
   前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態とを切替えるように前記再循環システムを制御するための再循環制御手段と、
   前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に、前記内燃機関における点火時期を遅角するように制御するための遅角手段と、
   ノックが発生したか否かを判定し、ノックが発生した場合には遅角し、ノックが発生していない場合には進角するように点火時期を制御するためのノック制御手段と、
   ノックが発生した場合には遅角し、ノックが発生していない場合には進角するように制御された点火時期を学習するための手段とを備え、
   前記ノック制御手段は、前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に、ノックが発生した場合には遅角するように点火時期を制御することを継続するための手段を含み、
   前記遅角手段は、前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態における点火時期の学習値と、前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態における点火時期の学習値との差が大きいほど、点火時期をより大きく遅角するように制御するための手段を含む、内燃機関の制御装置。
2. 気筒から排気通路に排出された排気ガスを吸気通路に再循環させる再循環システムが設けられた内燃機関の制御装置であって、
   前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態とを切替えるように前記再循環システムを制御するための再循環制御手段と、
   前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に、前記内燃機関における点火時期を遅角するように制御するための遅角手段と、
   ノックが発生したか否かを判定し、ノックが発生した場合には遅角し、ノックが発生していない場合には進角するように点火時期を制御するためのノック制御手段と、
   ノックが発生した場合には遅角し、ノックが発生していない場合には進角するように制御された点火時期を学習するための手段と、
   前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態における点火時期の学習値が予め定められた第１の点火時期よりも遅く、かつ前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態における点火時期の学習値が予め定められた第２の点火時期よりも遅い場合、前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角するように制御することを許可するための手段と、
   前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態における点火時期の学習値が前記第１の点火時期よりも早い場合および前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態における点火時期の学習値が前記第２の点火時期よりも早い場合のうちの少なくともいずれか一方の場合、前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に点火時期を遅角するように制御することを禁止するための手段とを備え、
   前記ノック制御手段は、前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態と停止する状態との切替時に、ノックが発生した場合には遅角するように点火時期を制御することを継続するための手段を含む、内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関には、吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方の開閉タイミングを変更する変更機構が設けられ、
   前記吸気弁および排気弁の両方が同時に開いた状態になる期間が無いように前記変更機構を制御するための手段をさらに備え、
   前記再循環制御手段は、
   前記吸気弁および排気弁の両方が同時に開いた状態になる期間が無いように前記変更機構が制御された後、前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態を予め定められた時間だけ維持するように前記再循環システムを制御するための手段と、
   前記排気通路から前記吸気通路への排気ガスの再循環を停止する状態を前記予め定められた時間だけ維持するように前記再循環システムが制御された後、前記排気通路から前記
   吸気通路への排気ガスの再循環を行なう状態になるように前記再循環システムを制御するための手段とを含む、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。

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