WO2013061697A1 - 火花点火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

火花点火式内燃機関の制御装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to combustion control for avoiding knocking in a spark ignition internal combustion engine.
  • Knocking is one of the factors that limit the output of internal combustion engines. As a means for preventing knocking, control for retarding the ignition timing when knocking occurs or when it is likely to occur is well known. In addition, exhaust gas recirculation (EGR) is also known in which a part of the exhaust gas is recirculated to the intake system to lower the combustion temperature so that the combustion chamber is less susceptible to knocking.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • the exhaust gas discharged from the internal combustion engine contains NOx, and NOx has a characteristic that it is easy to cause knocking. Therefore, if the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is recirculated to the intake system as it is, if the NOx concentration is high, the desired knocking prevention effect cannot be obtained, and knocking may occur more easily.
  • JP2000-282965A discloses a configuration in which an aftertreatment device for removing NOx is provided in the EGR passage.
  • JP2000-282965A a discharge device is used as a post-processing device, but NOx in the exhaust gas can be removed even if an exhaust purification catalyst such as a three-way catalyst is used.
  • NOx may remain in the exhaust gas that has passed through the post-treatment device, and NOx has a characteristic of easily causing knocking. Therefore, as a measure for preventing knocking due to the remaining NOx, it is necessary to control the ignition timing to be retarded in accordance with the NOx concentration in the EGR gas.
  • the purification performance of the aftertreatment device decreases due to deterioration over time or the like, the NOx concentration in the exhaust gas after passing through the aftertreatment device greatly increases, so the accurate NOx concentration in the exhaust gas after passing through the aftertreatment device can be grasped. Becomes difficult.
  • an object of the present invention is to provide a combustion control device capable of avoiding knocking even when the performance of the exhaust gas after-treatment device is deteriorated when executing EGR.
  • a spark ignition internal combustion engine includes an exhaust gas recirculation device that can recirculate exhaust gas that has passed through an exhaust purification catalyst to an intake passage, and knocking according to the NOx concentration in the intake pipe during exhaust gas recirculation.
  • Ignition timing control means for setting an ignition timing retard amount that can be prevented.
  • a NOx concentration estimating means for estimating the NOx concentration in the exhaust gas
  • a purification performance decrease determining means for determining a decrease in the purification performance of the catalyst are provided.
  • the ignition timing control means determines the ignition timing retard based on the NOx concentration in the exhaust gas before passing through the catalyst. Set the amount.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a system to which the first embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a map showing an operation region in which EGR is executed.
  • FIG. 3 is a flowchart for ignition timing control performed by the ECU during execution of EGR.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the NOx concentration in the intake pipe and the ignition timing for preventing knocking.
  • FIG. 5 is a flowchart for setting the ignition timing retard amount corresponding to the purification performance of the catalyst in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram of a system to which the second embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 7 is a flowchart for setting the ignition timing retard amount corresponding to the purification performance of the catalyst in the second embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart for setting the ignition timing retard amount corresponding to the purification performance of the catalyst in the third embodiment.
  • FIG. 9 is a time chart when the control routine of FIG. 8 is executed.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a system to which the first embodiment of the present invention is applied.
  • An intake manifold 2 and an exhaust manifold 12 are attached to the internal combustion engine 1.
  • An intake passage 5 and an EGR pipe 9 (exhaust gas recirculation device) are connected to the intake manifold 2.
  • An exhaust passage 8 is connected to the exhaust manifold 12.
  • An air flow meter 3 for measuring the intake air amount and a throttle chamber 4 for adjusting the intake air amount on the downstream side thereof are interposed in the intake passage 5.
  • a three-way catalyst 7 for exhaust purification is interposed in the exhaust passage 8, and an A / F sensor 18 is provided on the upstream side of the three-way catalyst 7, and an O 2 sensor 13 is provided on the downstream side.
  • the EGR pipe 9 is a passage for returning a part of the exhaust gas that has passed through the three-way catalyst 7 to the intake passage 5 as EGR gas.
  • the downstream side of the throttle chamber 4 is communicated.
  • the EGR pipe 9 is provided with an EGR cooler 11 that cools the EGR gas flowing inside, and an EGR valve 10 that adjusts the flow rate of the EGR gas. Note that the EGR cooler 11 is not essential.
  • Detection values of the A / F sensor 18 and the O 2 sensor 13 are input to an engine control unit (ECU) 20.
  • the detected value of the crank angle sensor 14 for detecting the rotational speed Ne of the internal combustion engine 1 and the detected values of the accelerator opening sensor 17 and the water temperature sensor 19 are also read into the ECU 20.
  • the ECU 20 controls the opening degree of the throttle chamber 4, the injection amount and injection timing control of the fuel injection valve 15, the ignition timing control of the spark plug 16 as ignition timing control means, and the opening degree of the EGR valve 10.
  • Various controls such as control are executed.
  • the fuel injection valve 15 is installed in the branch 6 of the intake manifold 2 connected to each cylinder of the internal combustion engine 1.
  • the fuel in the fuel tank 30 is supplied to the fuel injection valve 15 via the fuel supply pipe 31 by the fuel pump 32.
  • ECU20 is comprised with the microcomputer provided with the central processing unit (CPU), the read-only memory (ROM), the random access memory (RAM), and the input / output interface (I / O interface).
  • the ECU 20 can also be composed of a plurality of microcomputers.
  • the internal combustion engine 1 which is not provided with a supercharger is demonstrated here, this invention is applicable similarly even if it is an internal combustion engine provided with a turbo-type supercharger and another supercharger.
  • 1 is a so-called port injection type in which the fuel injection valve 15 is attached to the intake manifold 2, but it may be a direct injection type in which fuel is directly injected into the cylinder.
  • FIG. 2 is a map showing an operation region in which EGR is executed. 2
  • the vertical axis represents the torque of the internal combustion engine 1
  • the horizontal axis represents the rotational speed Ne of the internal combustion engine 1
  • the full load line is indicated by a solid line WOT.
  • the EGR is executed in the shaded area in the figure, that is, the area where the torque is equal to or higher than Te1.
  • NOx contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 has a characteristic of easily causing knocking. For this reason, when the NOx concentration in the exhaust gas is high, knocking is more likely to occur by increasing the EGR rate. Therefore, as will be described later, knocking during execution of EGR is prevented by retarding the ignition timing in accordance with the NOx concentration in the EGR gas.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an ignition timing control routine performed by the ECU 20 during execution of EGR.
  • EGR is not executed, control is performed so that the optimal ignition timing (MBT) is reached, as in the known ignition timing control.
  • MBT optimal ignition timing
  • step S100 the ECU 20 reads the torque of the internal combustion engine 1.
  • a required torque obtained based on the accelerator opening and the engine rotational speed Ne may be used, or a generated torque estimated based on the intake air amount may be used.
  • step S110 the ECU 20 estimates the NOx concentration in the intake pipe as NOx concentration estimating means.
  • the intake pipe NOx concentration is estimated based on, for example, the state of ⁇ control of the air-fuel ratio and the amount of NOx purified by the three-way catalyst 7.
  • ⁇ control the air-fuel ratio is enriched or leaned according to the detected value of the A / F sensor 18, so the amount of NOx discharged from the internal combustion engine 1 is stoichiometric if the air-fuel ratio is enriched. If the air-fuel ratio is leaner, it can be estimated that the air-fuel ratio is greater than the stoichiometric state.
  • the NOx discharged from the internal combustion engine 1 is removed by the three-way catalyst 7, but the amount of NOx removed by the three-way catalyst 7 can be obtained in advance by experiments or the like.
  • the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 at the time of stoichiometry is obtained in advance, and this is corrected based on the rich degree and the lean degree detected by the A / F sensor 18, and then the three-way catalyst 7
  • the NOx concentration in the intake pipe is estimated by removing the amount of NOx purified in step. Further, based on the ignition timing, the NOx concentration may be corrected to be higher as the ignition timing is earlier.
  • a sensor that directly detects the NOx concentration can also be used.
  • step S120 the ECU 20 performs ignition timing control according to the NOx concentration in the intake pipe.
  • the relationship between the intake pipe NOx concentration and the ignition timing will be described.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the NOx concentration in the intake pipe and the ignition timing for preventing knocking.
  • the vertical axis represents the ignition timing
  • the horizontal axis represents the NOx concentration in the intake pipe.
  • the ignition timing on the vertical axis indicates the degree of deviation from MBT.
  • the increase rate of the ignition timing retard amount with respect to the change amount of the NOx concentration that is, the slope of the solid line in FIG. 4 increases as the torque decreases. This is because the lower the torque is, the more difficult the knocking occurs in the combustion chamber, so the effect of increasing the NOx concentration is relatively large. The higher the torque is, the more likely the knocking occurs in the combustion chamber, so the NOx concentration increases. This is because the influence is relatively small.
  • the ECU 20 determines the ignition timing from the NOx concentration in the intake pipe estimated in step S110 based on the above-described relationship between the NOx concentration in the intake pipe and the ignition timing.
  • the above-described estimation of the NOx concentration in the intake pipe by the A / F sensor 18 can be carried out on the premise that the purification performance of the three-way catalyst 7 has not deteriorated.
  • the purification performance of the catalyst 7 is reduced, the amount of NOx purified by the three-way catalyst 7 is reduced, and the NOx concentration in the exhaust gas after passing through the three-way catalyst 7 is greatly increased. It becomes difficult to grasp the NOx concentration.
  • the ECU 20 determines whether or not the purification performance of the three-way catalyst 7 is lowered in parallel with the ignition timing control of FIG. 3 described above, and if the purification performance is reduced, the ECU 20 of FIG. In step S120, an ignition timing different from the case where the purification performance has not deteriorated is set.
  • FIG. 5 is a flowchart of a control routine executed by the ECU 20 in parallel with the ignition timing control of FIG.
  • This control routine determines whether or not the purification performance of the three-way catalyst 7 has deteriorated as the purification performance determination means, and if so, retards the ignition timing calculated in step S120 of FIG. Is.
  • it demonstrates according to a step.
  • step S1000 the ECU 20 calculates the oxygen storage capacity (hereinafter referred to as catalyst OSC capacity) of the three-way catalyst 7 as oxygen storage capacity detection means. Specifically, the calculation is performed based on the air-fuel ratio and the intake air amount of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 7, that is, the detection value of the A / F sensor 18 and the detection value of the air flow meter 3.
  • catalyst OSC capacity oxygen storage capacity
  • step S1010 the ECU 20 determines whether or not the catalyst OSC capability is lower than a preset deterioration determination value. If it is deteriorated, the ECU 20 executes the process of step S1020. If not, step S1060 is performed. Execute the process.
  • the deterioration judgment value is, for example, the catalyst OSC capability in a state where the guaranteed years and distance of the purification performance required by the exhaust regulations have passed.
  • a deterioration determination value is set for each combination of a vehicle type to which the present system is applied, the internal combustion engine 1 and a transmission (not shown).
  • step S1020 the ECU 20 calculates an operating point determined from the torque and the rotational speed Ne of the internal combustion engine 1.
  • step S1030 the ECU 20 determines whether or not the current operating point is within the EGR region shown in FIG. If it is within the EGR area, the process of step S1040 is executed, and if it is outside the EGR area, the current routine is terminated.
  • step S1040 the ECU 20 estimates the NOx concentration in the intake pipe based on the detected value of the A / F sensor 18, and sets the ignition timing retard amount based on the estimated value. That is, when the catalyst OSC capacity is not reduced, the NOx concentration of the exhaust gas before passing through the three-way catalyst 7 estimated based on the detection value of the A / F sensor 18 and the amount of NOx purified by the three-way catalyst 7 From the above, the NOx concentration of the exhaust gas after passing through the three-way catalyst 7 is estimated and the ignition timing retard amount is set, whereas if it is lower, it is based on the NOx concentration of the exhaust gas before passing through the three-way catalyst 7. Set the ignition timing retard amount.
  • step S1040 the ignition timing retarded to prevent knocking is set based on the NOx concentration estimated based on the detection value of the A / F sensor 18, and this is set to the ignition timing set in step S120 of FIG. You may make it replace with.
  • step S1010 determines whether the catalyst OSC capacity has not deteriorated. If it is determined in step S1010 that the catalyst OSC capacity has not deteriorated, the same processing as in steps S1020 and S1030 is performed in step S1050 and step S1060. In the case of the EGR region, the processing in step S1070 is performed. To do.
  • step S1070 the ECU 20 determines execution of ignition timing control in the EGR region during normal operation.
  • the normal operation here refers to an operation in a state where the three-way catalyst 7 is not deteriorated. That is, in step S1070, it is determined that the ignition timing set in step S120 of FIG.
  • the ignition timing retard amount in the EGR region is calculated based on the detected value of the A / F sensor 18 and the NOx amount purified by the three-way catalyst 7 during normal operation. Set according to the concentration.
  • the catalyst OSC capability of the three-way catalyst 7, that is, the purification performance is deteriorated due to aging or the like it is set according to the NOx concentration before passing through the catalyst calculated based on the detection value of the A / F sensor 18. That is, if it is determined that the purification performance of the three-way catalyst 7 has deteriorated, the ignition timing retard amount is set assuming that NOx purification by the three-way catalyst 7 has not been performed at all. Thereby, even when the purification performance of the three-way catalyst 7 is lowered and it is difficult to accurately grasp the NOx concentration, it is possible to reliably avoid the occurrence of knocking.
  • the basic system configuration and the control routine shown in FIG. 3 are the same as those in the first embodiment. However, the difference is that a means for detecting the sulfur concentration in the fuel is provided, and that the reduction in the purification performance is due to sulfur poisoning.
  • FIG. 6 is a system configuration diagram of this embodiment.
  • a sulfur concentration sensor 33 as means for detecting the sulfur concentration in the fuel is installed in the fuel tank 30.
  • FIG. 7 is a flowchart of a control routine executed by the ECU 20 in parallel with the ignition timing control of FIG.
  • the ECU 20 determines whether or not the purification performance of the three-way catalyst 7 is reduced due to sulfur poisoning as sulfur poisoning determination means, and if so, the calculation is performed in step S120 of FIG. This retards the ignition timing.
  • it demonstrates according to a step.
  • step S2000 the ECU 20 detects the sulfur concentration in the fuel using the sulfur concentration sensor 33. If sulfur is contained in the fuel at a relatively high concentration, the sulfur component in the exhaust accumulates in the three-way catalyst 7 and the oxygen adsorption and release functions of the three-way catalyst 7 are hindered. The OSC capability is reduced. Therefore, first, the sulfur concentration in the fuel is detected. The detected sulfur concentration is stored until the next operation.
  • step S2010 the ECU 20 determines whether or not the sulfur concentration is higher than the poisoning determination value.
  • the poisoning determination value a concentration at which sulfur poisoning is surely generated if the fuel is operated is set in advance.
  • ECU20 performs the process of step S2020 when the sulfur concentration is higher than the poisoning determination value, and executes the process of step S2050 when the sulfur concentration is low.
  • steps S2030 to S2040 is the same as that of steps S1020 to S1040 in FIG.
  • step S2050 the ECU 20 determines whether or not the sulfur concentration in the fuel during the previous operation is higher than the poisoning determination value. If it is higher, the process of step S2060 is executed, and if it is lower, the process of step S2130 is executed.
  • step S2060 the ECU 20 determines whether or not the sulfur poisoning release condition is satisfied.
  • the sulfur poisoning release condition is, for example, that the catalyst temperature has reached a predetermined value or more during the current operation, there is a rich operation period during which the air-fuel ratio can be released, or the current operation time is released from poisoning It is established when enough time has passed. It should be noted that the current operation time becomes the condition for canceling poisoning even if sulfur poisoning has occurred during the previous operation, if the fuel is operated with a fuel having a sulfur concentration lower than the current poisoning judgment value, This is because the poison is released.
  • step S2070 If the sulfur poisoning release condition is satisfied, the process of step S2070 is executed, and if not, the process of step S2100 is executed.
  • steps S2070 to S2090 is the same as that in steps S1050 to S1070 in FIG.
  • steps S2100 to S2120 is the same as that in steps S2020 to S2040, that is, steps S1020 to S1040 in FIG.
  • steps S2130 to S2150 is the same as that in steps S2070 to S2090, that is, steps S1050 to S1070 in FIG.
  • the normal operation here means an operation in a state where the three-way catalyst 7 is not deteriorated, as in the first embodiment.
  • the sulfur concentration in the fuel during the current operation is lower than the poisoning judgment value, it is determined whether or not the sulfur concentration in the fuel used during the previous operation is higher than the poisoning judgment value. If it is lower than the determination value, the ignition timing similar to that during normal operation is set (steps S2010, S2050, S2130-S2150). This is because, in both the previous operation and the current operation, when the sulfur concentration in the fuel is lower than the poisoning determination value, it can be estimated that the three-way catalyst 7 is not poisoned. However, knocking does not occur.
  • step S2010, S2050-S2090 the ignition timing similar to that during normal operation is set. This is because even if sulfur poisoning was performed during the previous operation, the sulfur poisoning has been released and knocking does not occur even at the same ignition timing as during normal operation.
  • the poisoning release condition is not satisfied, the three-way catalyst 7 remains poisoned from the previous operation and is in a state where knocking is likely to occur. Therefore, based on the NOx concentration in the exhaust before passing through the catalyst, An ignition timing retard amount larger than that during operation is set (steps S2010, S2050, S2100-S2120).
  • the ignition timing retard amount in the EGR region is calculated based on the detected value of the A / F sensor 18 and the NOx amount purified by the three-way catalyst 7 during normal operation. Set according to the concentration.
  • the catalyst OSC capability of the three-way catalyst 7, that is, the purification performance deteriorates due to sulfur poisoning it is set according to the NOx concentration before passing through the catalyst calculated based on the detection value of the A / F sensor 18. That is, when it is determined that the purification performance of the three-way catalyst 7 is deteriorated due to sulfur poisoning, the ignition timing retard amount is set assuming that NOx purification by the three-way catalyst 7 is not performed at all.
  • the poisoning state of the three-way catalyst 7 may be estimated or directly detected.
  • the basic system configuration and the control routine shown in FIG. 3 are the same as those in the first embodiment. However, the difference is that the reduction in the purification performance is due to excess oxygen inside the catalyst.
  • the reduction in the purification performance due to excessive oxygen is, for example, a state in which fresh air passes through the internal combustion engine 1 and flows into the three-way catalyst 7 as in fuel cut control, for example, and the oxygen storage amount of the three-way catalyst 7 This means that NOx cannot be reduced after the fuel cut is recovered.
  • FIG. 8 is a flowchart of a control routine executed by the ECU 20 in parallel with the ignition timing control of FIG.
  • the ECU 20 determines whether or not the purification performance of the three-way catalyst 7 as the catalyst atmosphere detection means is reduced due to excessive oxygen, and if so, the calculation is performed in step S120 of FIG.
  • the ignition timing is retarded.
  • it demonstrates according to a step.
  • step S3000 the ECU 20 determines whether or not the fuel cut has been recovered, that is, whether or not the fuel cut control has returned from the deceleration. If it has returned, the process of step S3010 is executed, and if it has not returned, the process of step S3070 is executed.
  • step S3010 the ECU 20 determines whether the output of the O 2 sensor 13 is smaller than the excess oxygen determination value.
  • an oxygen excess determination region having a width of about 50 mV on each of the rich side and the lean side may be used.
  • step S3020 if the output of the O 2 sensor 13 is smaller than the excess oxygen determination value, the process of step S3020 is executed. If the output is greater than the excess oxygen determination value, the process of step S3070 is executed.
  • steps S3020 and S3030 the ECU 20 executes the same processing as steps S1020 and S1030 in FIG.
  • step S3030 If the result of determination in step S3030 is that it is in the EGR area, processing in step S3040 is executed, and if it is not in the EGR area, this routine is terminated.
  • step S3040 the ECU 20 determines whether the output of the A / F sensor 18 is smaller than the A / F determination value.
  • step S3050 is executed, and if stoichiometric or lean, the process of step S3060 is executed.
  • step S3050 or step S3060 the ECU 20 sets a larger ignition timing retard amount than that during normal operation. That is, if the inside of the three-way catalyst 7 is in an excessive oxygen state, it is assumed that the purification performance has deteriorated, and an ignition timing retard amount larger than that in the normal operation is set based on the NOx concentration at the catalyst inlet. However, the ignition timing retard amount set in step S3050 is smaller than the ignition timing retard amount set in step S3060.
  • the setting of the ignition timing retard amount will be described.
  • the fact that the catalyst inlet side is rich means that the NOx concentration is lower than in the case of stoichiometric or lean. Therefore, the state of step S3050 in which the catalyst inlet side is rich and the catalyst outlet side is lean has a lower NOx concentration on the catalyst outlet side than the state of step S3060 in which the catalyst inlet side and the outlet side are lean. That is, the state of step S3050 has a lower intake pipe NOx concentration than the state of step S3060, and knocking is less likely to occur. Therefore, the ignition timing is set to the advance side in a state where knocking is difficult to occur compared to a state where knocking is likely to occur.
  • the ECU 20 executes the same processing as that of steps S1020 and S1030 of FIG. 5 in steps S3070 and S3080. If it is determined in step S3080 that the region is an EGR region, the processing in step S3090 is executed. If the region is not an EGR region, the current routine is terminated.
  • FIG. 9 is a time chart when this control routine is executed.
  • the air-fuel ratio at the catalyst inlet becomes rich. This is because the ECU 20 as the rich spike execution means executes the rich spike in order to quickly return the three-way catalyst 7 from the excessive oxygen state to the stoichiometric state. Even during the rich spike, the oxygen stored in the three-way catalyst 7 is released, so the air-fuel ratio at the catalyst outlet remains lean. Moreover, since the oxygen excess inside the three-way catalyst 7 is not eliminated, the NOx concentration at the catalyst outlet increases. The ignition timing is retarded compared to before the fuel cut.
  • step S3050 in FIG. 7 is performed.
  • the ignition timing is retarded as compared with the normal operation, but the ignition timing on the advance side is set as compared with the case where the operation is performed in the excessive oxygen state and the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the ignition timing is set based on the NOx concentration at the catalyst inlet, assuming that the purification performance has deteriorated. As a result, the ignition timing retarded from the normal operation is set, so that the occurrence of knocking can be prevented.
  • the operation is performed at the stoichiometric air-fuel ratio in the excessive oxygen state.
  • the ignition timing on the more advanced side in other words, a smaller ignition timing retard amount is set. As a result, the ignition timing is retarded more than necessary, and the output is not reduced and the fuel consumption is not deteriorated.

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Abstract

　排気浄化用の触媒を通過した排気ガスを吸気通路へ還流させ得る排気還流装置と、排気還流実行中は排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じてノッキングを防止し得る点火時期リタード量を設定する点火時期制御手段と、排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段と、触媒の浄化性能の低下を判定する浄化性能低下判定手段とを備え、触媒の浄化性能が予め設定した状態まで低下したと浄化性能低下判定手段が判定した場合には、点火時期制御手段は触媒を通過する前の排気ガス中のＮＯｘ濃度に基づいて点火時期リタード量を設定する。

Description

火花点火式内燃機関の制御装置
　本発明は、火花点火式内燃機関においてノッキングを回避するための燃焼制御に関する。
　内燃機関の出力を制限する要因の一つにノッキングがある。ノッキングを防止する手段としては、ノッキングが発生したら、または発生しやすい状態になったら点火時期をリタードする制御が周知である。また、排気ガスの一部を吸気系統に還流させることによって燃焼温度を低下させ、燃焼室内をノッキングが発生し難い雰囲気にする排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）も知られている。
　ところで、内燃機関から排出される排気ガスにはＮＯｘが含まれており、ＮＯｘにはノッキングを発生させ易くする特性がある。したがって、内燃機関から排出された排気ガスをそのまま吸気系統に還流させると、ＮＯｘ濃度が高い場合には所望のノッキング防止効果が得られず、かえってノッキングが発生し易くなるおそれがある。
　そこで、ＥＧＲ通路にＮＯｘを除去するための後処理装置を設ける構成がＪＰ２０００－２８２９６５Ａに開示されている。
　ＪＰ２０００－２８２９６５Ａでは、後処理装置として放電装置を用いているが、例えば三元触媒等の排気浄化触媒を用いても、排気中のＮＯｘを除去することができる。ただし、いずれの後処理装置を用いる場合でも、後処理装置を通過した排気ガス中にＮＯｘが残るおそれがあり、ＮＯｘにはノッキングを発生し易くする特性がある。そこで、残ったＮＯｘによるノッキングの防止策として、ＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度に応じて点火時期をリタードする制御が必要となる。
　しかし、後処理装置の浄化性能が経年劣化等により低下すると、後処理装置通過後の排気ガス中のＮＯｘ濃度が大きく増加するので、後処理装置通過後の排気ガス中の正確なＮＯｘ濃度の把握が難しくなる。
　このため、ノッキングを防止し得る点火時期リタード量を、後処理装置通過後の排気ガス中のＮＯｘ濃度に基づいて設定することは難しかった。
　本発明の目的は、したがって、ＥＧＲを実行する場合に、排気ガスの後処理装置の性能低下があってもノッキングを回避し得る燃焼制御装置を提供することである。
　本発明のある実施形態による火花点火式内燃機関は、排気浄化用の触媒を通過した排気ガスを吸気通路へ還流させ得る排気還流装置と、排気還流実行中は吸気管内ＮＯｘ濃度に応じてノッキングを防止し得る点火時期リタード量を設定する点火時期制御手段とを備える。さらに、排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段と、触媒の浄化性能の低下を判定する浄化性能低下判定手段とを備える。そして、触媒の浄化性能が予め設定した状態まで低下したと浄化性能低下判定手段が判定した場合には、点火時期制御手段は触媒を通過する前の排気ガス中のＮＯｘ濃度に基づいて点火時期リタード量を設定する。
　本発明の実施形態、本発明の利点については添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態を適用するシステムの構成図である。 図２はＥＧＲを実行する運転領域を示すマップである。 図３はＥＧＲ実行中にＥＣＵが行う点火時期制御のためのフローチャートである。 図４は吸気管内ＮＯｘ濃度とノッキング防止のための点火時期との関係の一例を示す図である。 図５は第１実施形態において触媒の浄化性能に応じた点火時期遅角量を設定するためのフローチャートである。 図６は本発明の第２実施形態を適用するシステムの構成図である。 図７は第２実施形態において触媒の浄化性能に応じた点火時期遅角量を設定するためのフローチャートである。 図８は第３実施形態において触媒の浄化性能に応じた点火時期遅角量を設定するためのフローチャートである。 図９は図８の制御ルーチンを実行した場合のタイムチャートである。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態を適用するシステムの構成図である。
　内燃機関１には、吸気マニホールド２と排気マニホールド１２が取付けられている。吸気マニホールド２には、吸気通路５とＥＧＲ配管９（排気還流装置）が接続されている。排気マニホールド１２には排気通路８が接続されている。吸気通路５には、吸気量を計測するエアフローメータ３と、その下流側で吸気量を調節するスロットルチャンバ４が介装されている。
　排気通路８には、排気浄化用の三元触媒７が介装されており、三元触媒７の上流側にはＡ／Ｆセンサ１８、下流側にはＯ2センサ１３が設けられている。
　ＥＧＲ配管９は、三元触媒７を通過した排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路５に還流させるための通路であり、排気通路８の三元触媒７より下流側と、吸気通路５のスロットルチャンバ４より下流側を連通している。ＥＧＲ配管９には、内部を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１１と、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブ１０が設けられている。なお、ＥＧＲクーラ１１は必須ではない。
　Ａ／Ｆセンサ１８及びＯ2センサ１３の検出値はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に入力される。ＥＣＵ２０には、この他に、内燃機関１の回転速度Ｎｅを検出するクランク角センサ１４の検出値や、アクセル開度センサ１７、水温センサ１９等の検出値も読み込まれる。ＥＣＵ２０はこれらの検出値に基づいて、スロットルチャンバ４の開度制御、燃料噴射弁１５の噴射量及び噴射タイミング制御、点火時期制御手段としての点火プラグ１６の点火時期制御、ＥＧＲバルブ１０の開度制御等の種々の制御を実行する。燃料噴射弁１５は、内燃機関１の各気筒につながる吸気マニホールド２のブランチ６に設置されている。燃料噴射弁１５には、燃料タンク３０内の燃料が燃料ポンプ３２によって燃料供給配管３１を介して供給される。
　ＥＣＵ２０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＥＣＵ２０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
　なお、ここでは過給機を備えない内燃機関１について説明するが、本発明はターボ式過給機やその他の過給機を備える内燃機関であっても同様に適用できる。また、図１の内燃機関１は、燃料噴射弁１５が吸気マニホールド２に取り付けられている、いわゆるポート噴射式だが、筒内に直接燃料を噴射する直噴式であっても構わない。
　図２は、ＥＧＲを実行する運転領域を示すマップである。図２の縦軸は内燃機関１のトルク、横軸は内燃機関１の回転速度Ｎｅであり、全負荷線を実線ＷＯＴで示している。ＥＧＲを実行するのは図中の網掛けした領域、すなわちトルクがＴｅ１以上の領域である。
　ＥＧＲを実行すると、燃焼温度が低下するので燃焼室の温度上昇を抑制することができる。そこで、上記のように内燃機関１のトルクが比較的高い領域でＥＧＲを実行することでノッキングの発生を防止することができる。
　ところで、内燃機関１から排出された排気ガス中に含まれるＮＯｘは、ノッキングを発生させ易くする特性がある。このため、排気ガス中のＮＯｘ濃度が高い場合には、ＥＧＲ率を高めることで、かえってノッキングが発生し易くなる。そこで、後述するようにＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度に応じて点火時期を遅角させることにより、ＥＧＲ実行中のノッキングを防止する。
　図３は、ＥＧＲ実行中にＥＣＵ２０が行う点火時期制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、ＥＧＲを実行していない場合は、公知の点火時期制御と同様に最適点火時期（ＭＢＴ）となるような制御を行う。
　ステップＳ１００で、ＥＣＵ２０は内燃機関１のトルクを読み込む。トルクは、アクセル開度とエンジン回転速度Ｎｅに基づいて求まる要求トルクを用いてもよいし、吸入空気量に基づいて推定した発生トルクを用いてもよい。
　ステップＳ１１０で、ＥＣＵ２０はＮＯｘ濃度推定手段として吸気管内ＮＯｘ濃度を推定する。吸気管内ＮＯｘ濃度は、例えば、空燃比のλコントロールの状態と三元触媒７で浄化されるＮＯｘ量に基づいて推定する。λコントロールではＡ／Ｆセンサ１８の検出値に応じて空燃比をストイキに対してリッチ化またはリーン化するので、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量は、空燃比がリッチ化していればストイキ状態よりも少なく、空燃比がリーン化していればストイキ状態よりも多い、と推定できる。そして、内燃機関１から排出されるＮＯｘは三元触媒７で除去されるが、三元触媒７で除去されるＮＯｘ量は予め実験等により求めておくことができる。
　したがって、ストイキのときの内燃機関１から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度を予め求めておき、これをＡ／Ｆセンサ１８で検出したリッチ度合、リーン度合に基づいて補正した後に三元触媒７で浄化されるＮＯｘ量を除くことにより吸気管内ＮＯｘ濃度を推定する。また、点火時期に基づいて、点火時期が早いほどＮＯｘ濃度が高くなるよう補正してもよい。もちろん、ＮＯｘ濃度を直接検出するセンサを用いることもできる。
　なお、本説明において、単にリッチ、リーンという場合は、ストイキよりもリッチ、ストイキよりもリーンであることを意味する。
　ステップＳ１２０で、ＥＣＵ２０は、吸気管内ＮＯｘ濃度に応じて点火時期制御を行う。ここで吸気管内ＮＯｘ濃度と点火時期との関係について説明する。
　図４は、吸気管内ＮＯｘ濃度とノッキング防止のための点火時期との関係の一例を示した図である。縦軸は点火時期、横軸は吸気管内ＮＯｘ濃度を示している。なお、縦軸の点火時期は、ＭＢＴからの乖離の度合いを示している。
　低トルクであればＮＯｘ濃度Ｎ１まではＭＢＴのままでもノッキングが発生しないが、ＮＯｘ濃度Ｎ１以上では、ＮＯｘ濃度が高くなるほどノッキング防止のために点火時期のリタード量を増大させる必要がある。中トルクのときは、ＭＢＴのままでノッキングが発生しないのはＮＯｘ濃度がＮ１より低いＮ２までとなり、ＮＯｘ濃度Ｎ２以上では、低トルクのときと同様にＮＯｘ濃度が高くなるほど点火時期のリタード量を増大させる必要がある。高トルクのときは、そもそもノッキングが発生し易い状態なので、ＮＯｘ濃度がゼロの状態でもＭＢＴより遅角させ、そこからＮＯｘ濃度が増大するほど点火時期のリタード量も増大させる必要がある。
　ＮＯｘ濃度の変化量に対する点火時期リタード量の増大割合、つまり図４の実線の傾きは、トルクが低いほど大きくなっている。これは、トルクが低くなるほど燃焼室内はノッキングが発生し難い状態になるためＮＯｘ濃度増大の影響が相対的に大きく、トルクが高くなるほど燃焼室内はノッキングが発生し易い状態になるのでＮＯｘ濃度増大の影響が相対的に小さいからである。
　ＥＣＵ２０は、上述した吸気管内ＮＯｘ濃度と点火時期との関係に基づいて、ステップＳ１１０で推定した吸気管内ＮＯｘ濃度から点火時期を決定する。
　ところで、上記したＡ／Ｆセンサ１８による吸気管内のＮＯｘ濃度推定は、三元触媒７の浄化性能が低下していないことが前提で実施できるが、触媒の経時劣化や触媒内雰囲気等により三元触媒７の浄化性能が低下した場合には、三元触媒７で浄化されるＮＯｘ量が減って、三元触媒７通過後の排気ガス中のＮＯｘ濃度が大幅に高まるので、吸気管内の正確なＮＯｘ濃度の把握が難しくなる。
　そこで、ＥＣＵ２０は、上述した図３の点火時期制御と並行して、三元触媒７の浄化性能が低下しているか否かを判定し、浄化性能が低下している場合には、図３のステップＳ１２０において、浄化性能が低下していない場合とは異なる点火時期を設定する。
　図５は、ＥＣＵ２０が図３の点火時期制御と並行して実行する制御ルーチンのフローチャートである。本制御ルーチンは、浄化性能判定手段として三元触媒７の浄化性能が低下しているか否かを判定し、低下している場合には、図３のステップＳ１２０で算出した点火時期を遅角するものである。以下、ステップにしたがって説明する。
　ステップＳ１０００で、ＥＣＵ２０は酸素ストレージ能力検知手段として三元触媒７の酸素吸蔵能力（以下、触媒ＯＳＣ能力という）を算出する。具体的には、三元触媒７に流入する排気の空燃比と吸入空気量、つまりＡ／Ｆセンサ１８の検出値とエアフローメータ３の検出値とに基づいて算出する。
　ステップＳ１０１０で、ＥＣＵ２０は触媒ＯＳＣ能力が予め設定した劣化判定値より低下しているか否かを判定し、劣化している場合にはステップＳ１０２０の処理を実行し、劣化していない場合はステップＳ１０６０の処理を実行する。
　劣化判定値は、例えば、排気規制で要求される浄化性能の保証年数・距離を経過した状態における触媒ＯＳＣ能力とする。この場合、本システムを適用する車種、内燃機関１及び図示しない変速機の組み合わせ毎に劣化判定値を設定することになる。
　触媒ＯＳＣ能力の劣化を、保証年数・距離が経過したか否かで判定する方法も考えられるが、それでは経年劣化以外の理由による劣化を判定することができない。しかし、本ステップの判定方法によれば、経年劣化以外の理由による劣化も判定することができる。
　ステップＳ１０２０で、ＥＣＵ２０は内燃機関１のトルク及び回転速度Ｎｅから定まる運転点を算出する。
　ステップＳ１０３０で、ＥＣＵ２０は現在の運転点が図２で示したＥＧＲ領域内であるか否かを判定する。ＥＧＲ領域内の場合はステップＳ１０４０の処理を実行し、ＥＧＲ領域外の場合は今回のルーチンを終了する。
　ステップＳ１０４０で、ＥＣＵ２０は吸気管内ＮＯｘ濃度をＡ／Ｆセンサ１８の検出値に基づいて推定し、その推定値に基づいて点火時期リタード量を設定する。すなわち、触媒ＯＳＣ能力が低下していない場合には、Ａ／Ｆセンサ１８の検出値に基づいて推定した三元触媒７通過前の排気のＮＯｘ濃度と三元触媒７で浄化されるＮＯｘ量とから、三元触媒７を通過後の排気のＮＯｘ濃度を推定して点火時期リタード量を設定するのに対し、低下している場合には三元触媒７通過前の排気のＮＯｘ濃度に基づいて点火時期リタード量を設定する。これにより、触媒ＯＳＣ能力が低下していない場合に比べて高い吸気管内ＮＯｘ濃度が算出され、触媒ＯＳＣ能力が低下していない場合より大きなリタード量が設定される。そして、図３のステップＳ１２０で設定した点火時期を、本ステップで設定したリタード量だけ遅角する。
　なお、ステップＳ１０４０において、Ａ／Ｆセンサ１８の検出値に基づいて推定したＮＯｘ濃度に基づいてノッキングを防止し得るだけリタードした点火時期を設定し、これを図３のステップＳ１２０で設定した点火時期と置き換えるようにしてもよい。
　一方、ステップＳ１０１０で触媒ＯＳＣ能力が劣化していないと判定された場合は、ステップＳ１０５０、ステップＳ１０６０でステップＳ１０２０、ステップＳ１０３０と同様の処理を行ない、ＥＧＲ領域の場合にはステップＳ１０７０の処理を実行する。
　ステップＳ１０７０で、ＥＣＵ２０は通常運転時におけるＥＧＲ領域での点火時期制御の実行を決定する。ここでいう通常運転とは、三元触媒７が劣化していない状態での運転のことをいう。すなわち、ステップＳ１０７０では、図３のステップＳ１２０で設定した点火時期をそのまま採用することを決定する。
　以上のように本実施形態では、ＥＧＲ領域における点火時期リタード量を、通常運転時にはＡ／Ｆセンサ１８の検出値と三元触媒７で浄化されるＮＯｘ量に基づいて算出した触媒通過後のＮＯｘ濃度に応じて設定する。一方、三元触媒７の触媒ＯＳＣ能力、つまり浄化性能が経年劣化等により劣化した場合には、Ａ／Ｆセンサ１８の検出値に基づいて算出した触媒通過前のＮＯｘ濃度に応じて設定する。すなわち、三元触媒７の浄化性能が低下していると判定した場合には、三元触媒７によるＮＯｘ浄化が全く行なわれていないものとみなして点火時期リタード量を設定する。これにより、三元触媒７の浄化性能が低下して正確なＮＯｘ濃度の把握が困難になる状況でも、確実にノッキングの発生を回避することができる。
　（第２実施形態）
　第２実施形態は、基本的なシステムの構成及び図３に示した制御ルーチンは第１実施形態と同様である。ただし、燃料中の硫黄濃度を検出する手段を備える点と、対象とする浄化性能の低下が硫黄被毒によるものである点が異なる。
　図６は本実施形態のシステム構成図である。燃料中の硫黄濃度を検出する手段としての硫黄濃度センサ３３が、燃料タンク３０に設置されている。
　図７は、ＥＣＵ２０が図３の点火時期制御と並行して実行する制御ルーチンのフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ２０が硫黄被毒判定手段として三元触媒７の浄化性能が硫黄被毒によって低下しているか否かを判定し、低下している場合には、図３のステップＳ１２０で算出した点火時期を遅角するものである。以下、ステップにしたがって説明する。
　ステップＳ２０００で、ＥＣＵ２０は硫黄濃度センサ３３を用いて燃料中の硫黄濃度を検出する。燃料中に硫黄が比較的高濃度で含まれていると、排気中の硫黄成分が三元触媒７に蓄積して三元触媒７の酸素吸着、放出機能が妨げられ、硫黄被毒と呼ばれる酸素ＯＳＣ能力の低下を招く。そこで、まず燃料中の硫黄濃度を検出する。なお、検出した硫黄濃度は次回運転時まで記憶しておく。
　ステップＳ２０１０で、ＥＣＵ２０は硫黄濃度が被毒判定値より高いか否かを判定する。被毒判定値は、その燃料で運転をすれば確実に硫黄被毒が発生する濃度を予め設定しておく。
　ＥＣＵ２０は、硫黄濃度が被毒判定値より高い場合はステップＳ２０２０の処理を実行し、低い場合はステップＳ２０５０の処理を実行する。
　ステップＳ２０３０－Ｓ２０４０の処理は図５のステップＳ１０２０－Ｓ１０４０と同様なので説明を省略する。
　ステップＳ２０５０で、ＥＣＵ２０は前回運転時の燃料中の硫黄濃度が被毒判定値より高かったか否かを判定する。高かった場合はステップＳ２０６０の処理を実行し、低かった場合はステップＳ２１３０の処理を実行する。
　ステップＳ２０６０で、ＥＣＵ２０は硫黄被毒解除条件が成立したか否かを判定する。硫黄被毒解除条件は、例えば、今回運転中に触媒温度が所定値以上になった、空燃比が被毒解除されうるリッチ状態での運転期間があった、または今回の運転時間が被毒解除され得るだけ経過したときに成立する。なお、今回の運転時間が被毒解除条件になるのは、前回運転時に硫黄被毒が発生していても、今回の被毒判定値より低い硫黄濃度の燃料で運転をすれば、徐々に被毒が解除されるためである。
　硫黄被毒解除条件が成立していれば、ステップＳ２０７０の処理を実行し、成立していなければステップＳ２１００の処理を実行する。
　ステップＳ２０７０－Ｓ２０９０の処理は、図５のステップＳ１０５０－Ｓ１０７０と同様なので説明を省略する。
　また、ステップＳ２１００－Ｓ２１２０の処理は、ステップＳ２０２０－Ｓ２０４０、つまり図５のステップＳ１０２０－Ｓ１０４０と同様なので説明を省略する。
　また、ステップＳ２１３０－Ｓ２１５０の処理は、ステップＳ２０７０－Ｓ２０９０、つまり図５のステップＳ１０５０－Ｓ１０７０と同様なので説明を省略する。
　上記の本制御ルーチンの内容をまとめると、次の通りである。
　今回運転時の燃料中の硫黄濃度が被毒判定値より高い場合には、三元触媒７はやがて被毒して浄化性能が低下するものとして、触媒通過前の排気中のＮＯｘ濃度に基づいて、通常運転時より大きな点火時期リタード量を設定する（ステップＳ２０１０－Ｓ２０４０）。ここでいう通常運転時とは第１実施形態と同様に、三元触媒７が劣化していない状態での運転のことをいう。
　今回運転時の燃料中の硫黄濃度が被毒判定値より低い場合には、前回運転時に使用した燃料中の硫黄濃度が被毒判定値より高かったか否かを判定し、前回運転時も被毒判定値より低ければ、通常運転時と同様の点火時期を設定する（ステップＳ２０１０、Ｓ２０５０、Ｓ２１３０－Ｓ２１５０）。これは、前回運転と今回運転のいずれも燃料中の硫黄濃度が被毒判定値より低い場合には、三元触媒７は被毒していないと推定できるため、通常運転時と同様の点火時期でもノッキングは発生しないからである。
　今回運転時の燃料中の硫黄濃度は被毒判定値より低くても、前回運転時の燃料中の硫黄濃度が被毒判定値より高かった場合には、硫黄被毒解除条件が成立したか否かで点火時期制御を変える。被毒解除条件が成立していれば、通常運転時と同様の点火時期を設定する（ステップＳ２０１０、Ｓ２０５０－Ｓ２０９０）。これは、仮に前回運転時に硫黄被毒していても、現在は硫黄被毒解除されており、通常運転時と同様の点火時期でもノッキングは発生しないからである。一方、被毒解除条件が成立していなければ、三元触媒７は前回運転時から被毒したままでノッキングが発生し易い状態であるため、触媒通過前の排気中のＮＯｘ濃度に基づいて通常運転時よりも大きな点火時期リタード量を設定する（ステップＳ２０１０、Ｓ２０５０、Ｓ２１００－Ｓ２１２０）。
　以上のように本実施形態では、ＥＧＲ領域における点火時期リタード量を、通常運転時にはＡ／Ｆセンサ１８の検出値と三元触媒７で浄化されるＮＯｘ量に基づいて算出した触媒通過後のＮＯｘ濃度に応じて設定する。一方、三元触媒７の触媒ＯＳＣ能力、つまり浄化性能が硫黄被毒により劣化した場合には、Ａ／Ｆセンサ１８の検出値に基づいて算出した触媒通過前のＮＯｘ濃度に応じて設定する。すなわち、三元触媒７の浄化性能が硫黄被毒により低下していると判定した場合には、三元触媒７によるＮＯｘ浄化が全く行なわれていないものとみなして点火時期リタード量を設定する。これにより、三元触媒７の浄化性能が低下して正確なＮＯｘ濃度の把握が困難になる状況でも、確実にノッキングの発生を回避することができる。また、硫黄被毒しているか否かを確実に判定することができるので、ノッキング発生のおそれが無い状況で点火時期を大幅にリタードさせて出力低下や燃費悪化を招くことがない。
　なお、硫黄濃度に基づいて硫黄被毒の有無を判定しているが、三元触媒７の被毒状態を推定したり、直接検知したりしてもよい。
　（第３実施形態）
　第３実施形態は、基本的なシステムの構成及び図３に示した制御ルーチンは第１実施形態と同様である。ただし、対象とする浄化性能の低下が触媒内部の酸素過多によるものである点が異なる。酸素過多による浄化性能の低下とは、例えば燃料カット制御中のように、新気がそのまま内燃機関１を通過して三元触媒７に流入する状態が続いて、三元触媒７の酸素ストレージ量が過多になり、燃料カットリカバー後にＮＯｘを還元できなくなることをいう。
　図８は、ＥＣＵ２０が図３の点火時期制御と並行して実行する制御ルーチンのフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ２０が触媒内雰囲気検知手段として三元触媒７の浄化性能が酸素過多により低下しているか否かを判定し、低下している場合には、図３のステップＳ１２０で算出した点火時期を遅角するものである。以下、ステップにしたがって説明する。
　ステップＳ３０００で、ＥＣＵ２０は燃料カットリカバーしているか否か、つまり減速時の燃料カット制御から復帰しているか否かを判定する。復帰している場合はステップＳ３０１０の処理を実行し、復帰していない場合はステップＳ３０７０の処理を実行する。
　ステップＳ３０１０で、ＥＣＵ２０はＯ2センサ１３の出力が酸素過多判定値より小さいか否かを判定する。酸素過多判定値は、例えば三元触媒７内部がλ＝１となる時のセンサ出力（約６００ｍＶ）とする。なお、リッチからリーン、またはリーンからリッチへ変化する場合があることを考慮して、リッチ側及びリーン側にそれぞれ５０ｍＶ程度の幅をもたせた酸素過多判定領域としてもよい。
　判定の結果、Ｏ2センサ１３の出力が酸素過多判定値より小さい場合はステップＳ３０２０の処理を実行し、酸素過多判定値以上の場合はステップＳ３０７０の処理を実行する。
　ステップＳ３０２０、Ｓ３０３０で、ＥＣＵ２０は図５のステップＳ１０２０、Ｓ１０３０と同様の処理を実行する。
　ステップＳ３０３０での判定の結果、ＥＧＲ領域である場合はステップＳ３０４０の処理を実行し、ＥＧＲ領域でない場合は今回のルーチンを終了する。
　ステップＳ３０４０で、ＥＣＵ２０はＡ／Ｆセンサ１８の出力がＡ／Ｆ判定値より小さいか否かを判定する。Ａ／Ｆ判定値は、三元触媒７が浄化機能を発揮し得るλ＝１のときの出力とする。つまり、本ステップでは、Ａ／Ｆセンサ１８で検出した空燃比がリッチか否かを判定している。この判定は、リッチスパイク実行手段としてのＥＣＵ２０が、後述するように燃料カット中に酸素過多状態となった三元触媒７の内部をストイキ状態にするためのリッチスパイクを実行中であるか否かを検知するためのものである。
　判定の結果、リッチであればステップＳ３０５０の処理を実行し、ストイキ又はリーンであればステップＳ３０６０の処理を実行する。
　ステップＳ３０５０及びステップＳ３０６０のいずれでも、ＥＣＵ２０は通常運転時より大きな点火時期リタード量を設定する。すなわち、三元触媒７内部が酸素過多の状態であれば、浄化性能が低下しているものとして、触媒入口のＮＯｘ濃度に基づいて通常運転時より大きな点火時期リタード量を設定する。ただし、ステップＳ３０５０で設定する点火時期リタード量は、ステップＳ３０６０で設定する点火時期リタード量よりも小さい。
　このような点火時期リタード量の設定について説明する。触媒入口側がリッチということは、ストイキやリーンの場合に比べてＮＯｘ濃度が低い。したがって、触媒入口側がリッチかつ触媒出口側がリーンであるステップＳ３０５０の状態は、触媒入口側及び出口側がリーンであるステップＳ３０６０の状態に比べて触媒出口側のＮＯｘ濃度が低い。すなわち、ステップＳ３０５０の状態はステップＳ３０６０の状態に比べて吸気管ＮＯｘ濃度が低く、ノッキングが発生し難い。そこで、ノッキングが発生し難い状態では発生し易い状態に比べて点火時期を進角側に設定している。
　一方、Ｏ2センサ１３出力が酸素過多判定値以上の場合には、ＥＣＵ２０はステップＳ３０７０、Ｓ３０８０で、図５のステップＳ１０２０、Ｓ１０３０と同様の処理を実行する。そして、ステップＳ３０８０での判定の結果、ＥＧＲ領域であればステップＳ３０９０の処理を実行し、ＥＧＲ領域でない場合は今回のルーチンを終了する。
　図９は、本制御ルーチンを実行した場合のタイムチャートである。
　タイミングｔ１でアクセルペダルが全閉になり、燃料カット制御が開始されると、吸入空気はそのまま内燃機関１から排出されるので、Ａ／Ｆセンサ１８で検出する触媒入口の空燃比はリーンになる。これに伴い、Ｏ2センサ１３で検出する触媒出口の空燃比もリーンになる。また、燃料カット制御中はＥＧＲを停止するので、触媒出口のＮＯｘ濃度は低下する。
　この状態が燃料カットされている間継続することで、三元触媒７の内部は酸素過多の状態となる。
　タイミングｔ２で燃料カットリカバーされると、触媒入口の空燃比はリッチになる。これは、三元触媒７を酸素過多の状態からストイキ状態に速やかに戻すために、リッチスパイク実行手段としてのＥＣＵ２０がリッチスパイクを実行するからである。リッチスパイク中も、三元触媒７内に吸蔵されていた酸素が放出されるため、触媒出口の空燃比はリーンのままである。また、三元触媒７内部の酸素過多が解消されていないため、触媒出口のＮＯｘ濃度が増大する。点火時期は燃料カット前に比べて遅角化する。
　タイミングｔ３でアクセルペダルが踏みこまれると、エンジン回転速度Ｎｅの上昇に伴って触媒出口のＮＯｘ濃度はさらに増大し、点火時期は進角化する。また、三元触媒７内の酸素過多状態が徐々に解消されて、触媒出口の空燃比が徐々にリッチ方向へ変化する。
　タイミングｔ４でＥＧＲが開始されると、触媒出口のＮＯｘ濃度はＥＧＲ実行の効果によって低下する。このとき、触媒入口の空燃比はリッチで、触媒出口の空燃比はリーンなので、図７のステップＳ３０５０の処理を行なうことになる。つまり、通常運転時に比べると遅角しているが、酸素過多状態かつストイキ空燃比で運転する場合に比べれば進角側の点火時期を設定する。
　タイミングｔ５で触媒出口の空燃比がストイキに達すると、三元触媒７の酸素過多状態が解消したものとして、リッチスパイクを終了して通常運転に戻る。
　以上のように本実施形態では、三元触媒７内部が酸素過多の状態であれば、浄化性能が低下しているものとして、触媒入口のＮＯｘ濃度に基づいて点火時期を設定する。これにより通常運転時よりリタードした点火時期が設定されるので、ノッキングの発生を防止できる。
　また、触媒入口のＮＯｘ濃度に基づいて点火時期を設定している場合に、酸素過多状態を解消するためにリッチスパイクをしているときは、酸素過多状態でストイキ空燃比で運転している場合よりも進角側の点火時期、言い換えると、小さい点火時期リタード量を設定する。これにより、点火時期を必要以上にリタードさせて出力低下や燃費悪化を招くことがない。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　本願は２０１１年１０月２４日に日本国特許庁に出願された特願２０１１－２３２６７８に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (6)

  1. 　排気浄化用の触媒を通過した排気ガスを吸気通路へ還流させ得る排気還流装置と、
    　排気還流実行中は吸気管内ＮＯｘ濃度に応じてノッキングを防止し得る点火時期リタード量を設定する点火時期制御手段と、
    　排気ガス中のＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段と、
    　前記触媒の浄化性能の低下を判定する浄化性能低下判定手段と、
    を備え、
    　前記触媒の浄化性能が予め設定した状態まで低下したと前記浄化性能低下判定手段が判定した場合には、前記点火時期制御手段は前記触媒を通過する前の排気ガス中のＮＯｘ濃度に基づいて点火時期リタード量を設定する火花点火式内燃機関。
  2. 　請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
    　前記点火時期制御手段は、前記触媒の浄化性能が低下していない場合には前記触媒通過後の排気ガス中のＮＯｘ濃度に基づいて点火時期リタード量を設定する火花点火式内燃機関。
  3. 　請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
    　前記触媒の酸素ストレージ能力を検知する酸素ストレージ能力検知手段をさらに備え、
    　前記浄化性能判定手段は、酸素ストレージ能力が予め設定した状態まで低下したら浄化性能が低下したと判定する火花点火式内燃機関。
  4. 　請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
    　前記触媒が硫黄被毒しているか否かを判定する硫黄被毒判定手段をさらに備え、
    　前記浄化性能判定手段は、硫黄被毒判定手段で硫黄被毒が発生していると判定した場合に浄化性能が低下したと判定する火花点火式内燃機関。
  5. 　請求項１に記載の火花点火式内燃機関において、
    　前記触媒内の雰囲気を検知する触媒内雰囲気検知手段をさらに備え、
    　前記浄化性能判定手段は、触媒内が酸素過多状態の場合には浄化性能が低下したと判定する火花点火式内燃機関。
  6. 　請求項５に記載の火花点火式内燃機関において、
    　前記触媒内を酸素過多状態からストイキ状態にするためにリッチスパイクを実行するリッチスパイク実行手段をさらに備え、
    　前記点火時期制御手段は、酸素過多状態かつリッチスパイク実行中には、酸素過多状態かつストイキ空燃比運転中に比べて小さい点火時期リタード量を設定する火花点火式内燃機関。
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