JP4069361B2 - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、EGR装置を備えた内燃機関(以下、エンジンという)の点火時期を制御する点火時期制御装置に関するものである。
【0002】
【関連する背景技術】
筒内での燃焼温度を低下させてNOx排出量を低減するために、エンジンの排ガスをEGRガスとして吸気側に還流させるEGR装置が広く実施されている。この種のEGR装置では、EGR還流により燃焼が緩慢化する対策として、EGR率(EGRガス/新気)に応じて点火時期を進角させる処理を実施している。一方でEGRの還流は、同一トルクでも吸気管内圧力が増大することからスロットルロスを低減させる作用も奏し、MBT(Minimum advance for the Best Torque)相当の適切な点火時期では、非EGR時に比較して寧ろ燃費を向上できるという別の利点が確認されている。
【0003】
しかしながら、上記したMBTによる燃費向上を達成するには、筒内に導入されるEGR率に応じて点火時期を適切に制御する必要があり、特にEGRの実行・中止に応じてEGR率が変化する過渡状態では、EGR率の変化に追従した適切な点火時期制御が非常に困難であった。
EGR率に応じた点火時期制御の例として、例えば本出願人が先に出願した特開2000−254659号公報の技術を挙げることができる。当該技術では、予めEGR時及び非EGR時で、それぞれマッチングによりエンジン回転速度及び吸気負圧に応じたMBT相当の最適な点火時期をマップとして設定しておき、筒内に導入されるEGR率を推定した上で、推定したEGR率に基づいて両マップを直線的に補間して、EGR率に対応する点火時期を算出している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記マップ間での直線補間は、EGR率の変化と点火時期の変化とが比例関係にあるとの観点に基づくが、実際の両者は比例しておらず、上記出願後に本発明者が実施した試験では、直線補間に基づく点火時期で制御を実施すると、EGR率が変化する過渡状態でMBT相当の点火時期より進角側に制御されてしまうことが確認された。よって、公報に記載の技術では、過渡状態で過進角によりノッキングが生じる場合があり、結果として燃費やドライバビリティを悪化させる可能性があった。
【0005】
そこで、本発明の目的は、EGR率が変化する過渡状態においても点火時期を適切に制御して、過進角によるノッキングの発生を抑制でき、もって、ノッキングによる燃費やドライバビリティの悪化を未然に防止することができる内燃機関の点火時期制御装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、機関から排出される排ガスをEGRガスとしてEGR弁を経て機関の吸気系に還流させると共に、機関の運転状態に応じた目標EGR率に基づいてEGR弁を開度制御するEGR制御手段と、機関の運転状態に基づいて機関のEGR率を推定するEGR率推定手段と、予め設定したマップから求めたEGR時の点火時期及び非EGR時の点火時期に基づき、EGR率推定手段により推定されたEGR率に対応する目標点火時期を設定する目標点火時期設定手段と、推定EGR率と目標EGR率との比に基づいてリタード量を設定するリタード量設定手段と、推定EGR率と目標EGR率との比が相関する過渡状態において、リタード量設定手段により設定されたリタード量に基づき、目標点火時期設定手段により設定された目標点火時期を遅角側に補正する点火時期補正手段と、点火時期補正手段による補正後の目標点火時期に基づいて機関の点火時期を制御する点火時期制御手段とを備えたものである。
【0007】
従って、目標EGR率に基づいてEGR弁の開度が制御され、それに応じて内燃機関の排ガスがEGRガスとして吸気系に還流されて機関のEGR率が調整される。機関のEGR率は運転状態に基づいて推定される一方、予め設定したマップからEGR時の点火時期及び非EGR時の点火時期が求められ、これらのマップからの点火時期に基づいて推定EGR率に対応する目標点火時期が設定される。
【0008】
目標EGR率が変化した場合には、上記EGR制御手段により実際のEGR率が追従して制御されるが、追従途中の過渡状態では、EGR率推定手段により推定されるEGR率と目標EGR率との比が0〜1.0の範囲で変化する。このときの推定EGR率と目標EGR率との比に基づいてリタード量が設定され、設定したリタード量により目標点火時期が補正され、補正後の点火時期に基づいて機関の点火時期が制御される。
【0009】
その結果、EGR率が変化する過渡状態では、EGR時の点火時期と非EGR時の点火時期に基づいて直線補完等により目標点火時期を求めた場合に比較して、目標点火時期が遅角側に設定されることになり、よりMBT相当に近似する点火時期制御が実現されて、過渡状態での過進角によるノッキングの発生が抑制される。
【0010】
請求項2の発明は、リタード量設定手段が、推定EGR率と目標EGR率との比が0〜1.0の範囲内の中間域においてリタード量を増加設定するものである。
従って、推定EGR率と目標EGR率との比が0〜1.0の範囲内の中間域でリタード量が増加設定されるため、EGR率が変化する過渡状態ではリタード量が0から最大値を経て0まで変化し、過進角によるノッキングが確実に防止される。
【0011】
請求項3の発明は、機関の回転速度及び負荷に基づき、リタード量の上限を制限するためのクリップ値を設定するクリップ値設定手段を更に備え、点火時期補正手段が、クリップ値により上限を制限されたリタード量に基づいて目標点火時期を補正するものである。
EGR率が変化する過渡状態でのMBT相当の適切な点火時期特性は、内燃機関の運転状態に応じて変化するが、機関の回転速度及び負荷から設定されたクリップ値に基づいてリタード量の上限が制限されることで、機関の運転状態に関わらず適切な点火時期制御が可能となる。
【0012】
ここで、上記MBT相当の適切な点火時期特性は内燃機関の運転状態、より詳しくは機関のEGR率に応じて変化し、EGR率が大きいほど、MBT相当の点火時期特性が遅角側に遷移する。よって、好ましくは上記クリップ値設定手段を、回転速度及び負荷から求めた機関のEGR率が大きいほど、クリップ値を増加設定するように構成することが望ましい。この場合には、EGR率が大きくて過進角によるノッキングが発生し易いときほど、クリップ値の増加により目標点火時期が遅角側に大きく補正されて、一層適切に点火時期が制御される。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したエンジンの点火時期制御装置の一実施形態を説明する。
図1は本実施形態のエンジンの点火時期制御装置を示す全体構成図であり、当該エンジン1は吸気管噴射型の直列4気筒ガソリンエンジンとして構成されている。エンジン1の各気筒の筒内1aは、インテークマニホールド2のブランチ2aを介して共通のサージタンク3に連結され、サージタンク3は吸気通路4を経てエアクリーナ5に接続されている。エアクリーナ5を経て吸気通路4内に導入された吸気は、スロットル弁6の開度に応じて流量調整された後にサージタンク3内に導入され、インテークマニホールド2の各ブランチ2a内を流通して、各ブランチ2aに設けられた燃料噴射弁7から燃料を噴射された後、図示しない吸気弁の開弁に伴って各気筒の筒内1aに導入される。
【0014】
一方、各気筒の筒内1aは、エキゾーストマニホールド8を介して排気通路9が接続されている。排気通路9と上記サージタンク3とはEGR通路10により接続され、このEGR通路10にはEGR弁11が設けられている。吸気と共に筒内1aに導入された噴射燃料は、各気筒の点火プラグ12により所定タイミングで点火され、燃焼後の排ガスは図示しない排気弁の開弁に伴って筒内から排出され、エキゾーストマニホールド8、排気通路9、図示しない触媒を経て外部に排出される一方、排ガスの一部はEGRガスとして、EGR弁11の開度に応じてEGR通路10からサージタンク3内に還流される。
【0015】
ここで、周知のようにEGRガスは、サージタンク3に還流させる場合の他に各ブランチ2aに還流させる場合もあるが、双方の手法には利害得失がある。サージタンク3への還流は、各ブランチ2aへの還流のようにブランチ2a同士を連通させて慣性過給を減衰させることがないため、エンジン出力の点で有利な反面、筒内1aに導入される混合ガス(新気+EGRガス)のEGR率を推定するときに、サージタンク3内でのガス混合や各ブランチ2a内でのガス移送を考慮する必要が生じ、EGR率の推定が複雑になる傾向がある。
【0016】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置(ROM,RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えたECU(電子制御ユニット)21が設置されている。ECU21の入力側には、エンジン回転速度Neを検出する回転速度センサ22、サージタンク3内の吸気負圧Pbを検出する吸気圧センサ23等の各種センサ類が接続され、出力側には上記燃料噴射弁7、EGR弁11、点火プラグ12等の各種デバイス類が接続されている。
【0017】
そして、ECU21は各種センサ類からの検出情報に基づいて燃料噴射量、EGR率、点火時期等の目標値を設定し、目標値に基づいて燃料噴射弁7、EGR弁11、点火プラグ12を制御する。上記点火時期や燃料噴射量の設定は、予め設定されたEGR時と非EGR時とのマップを現在のEGR率により補間して行われるため、各気筒の筒内1aに導入される混合ガスのEGR率(以下、筒内EGR率RC(n)という)を推定する必要がある。そこで、次に、筒内EGR率RC(n)の推定処理を詳述する。
【0018】
図2はエンジン1の吸気系を模式的に示した説明図であり、サージタンク3内には吸気通路4からの新気とEGR通路10からのEGRガスとが導入され、これらの新気とEGRガスの混合によりサージタンク3内の混合ガスはEGR率(以下、タンク内EGR率RS(n)という)を変化させた後、点火順序(#1−#3−#4−#2)に従って各ブランチ2aを移送されて対応する気筒の筒内1aに導入される。
【0019】
EGR率の推定処理は、以下の仮定に基づいて実施される。
1)各ブランチ2a内の容積は、気筒容積(排気量)の2倍に設定されているものとする。
2)サージタンク3内の混合ガスに対して、新たに導入された新気とEGRガスはエンジン1の1行程間に均一に混合するものとする。
3)各ブランチ2a内の混合ガスは、サージタンク3側からの圧力変化(後述する加減速に起因する)に応じて圧縮・膨張しながら、対応する気筒の吸気行程毎に下流側に移送されるものとする。
【0020】
従って、サージタンク3内の混合ガスは、気筒容積分、即ち、ブランチ長の半分のストロークで移送されるため、サージタンク3側からの圧力変化がない定常時には、図2に示すように、ブランチ上流と下流とで混合ガスのEGR率(以下、ブランチ上流EGR率RU(n)、ブランチ下流EGR率RL(n)という)が異なり、そのEGR率の混合ガスが順次筒内1aに導入されることになる。
【0021】
一方、筒内EGR率RC(n)は、大略的に2つのプロセスを経て推定される。即ち、まず、サージタンク3内に導入された混合ガスの混合過程を模擬して、タンク内EGR率RS(n)を推定し、その後、ブランチ2a内での混合ガスの移送過程を模擬して、筒内EGR率RC(n)を推定している。以上の推定処理は、ECU21により図3に示す制御フローに従ってエンジン1の1行程毎に実行され、以下に順次説明する。
【0022】
《タンク内EGR率RS(n)の推定》
まず、EGR開口面積演算部31にはEGR弁11の開度Sがステップ数(例えば、弁リフト量と相関する)として入力され、EGR開度Sを開口面積相当にリニアライズしたマップに基づき、EGR開度Sから開口面積と相関するEGR開度S’が求められる。一方、EGR流速演算部32にはエンジン回転速度Ne及び吸気負圧Pbが入力され、これらの情報に基づきマップからEGR流速Qが算出される。
【0023】
得られたEGR開口面積S及びEGR流速QはEGR量演算部33に入力され、次式(1)に従って1行程間にサージタンク3内に導入されるEGR量ΔPr(n)が算出される。尚、EGR量ΔPr(n)の単位は、サージタンク3の分圧相当で表現される。
ΔPr(n)=S×Q ………(1)
EGR量ΔPr(n)はEGR分圧演算部34に入力され、次式(2)に従ってサージタンク3内のEGR分圧Pr(n)が算出される。
Pr(n)=Pr(n-1)×(1−Vcyl/Vst)+ΔPr(n)×Vcyl/Vst ………(2)
ここに、Vcylは気筒容積、Vstはサージタンク容積であり、その比Vcyl/Vstは、1気筒当たりの混合ガスの流出入がサージタンク3全体に及ぼす影響度を表す。よって、式(2)の前半は、前回処理時(1行程前)のEGRガス分圧Pr(n-1) が気筒容積分だけ流出した後の残存分に相当し、式(2)の後半は、新たな流入分に相当し、これらの分圧の加算により現在のサージタンク3内のEGR分圧Pr(n)が求められる。
【0024】
EGR分圧Pr(n)はタンク内EGR率演算部35に入力され、次式(3)に従ってタンク内EGR率RS(n)が算出される。
RS(n)=EGR分圧/新気分圧×100
=Pr(n)/{Pb(n)−Pr(n)}×100 ………(3)
尚、吸気負圧Pbとしては1行程間の平均値が適用される。
【0025】
《筒内EGR率RC(n)の推定》
一方、算出されたタンク内EGR率RS(n)は、4行程前のブランチ上流EGR率RU(n-4)、4行程前のブランチ下流EGR率RL(n-4)、今回の吸気負圧Pb(n)、4行程前の吸気負圧Pb(n-4)と共に、ブランチ上流EGR率演算部36、ブランチ下流EGR率演算部37、筒内EGR率演算部38の処理に利用され、各EGR率演算部36〜38によりブランチ上流EGR率RU(n)、ブランチ下流EGR率RL(n)、筒内EGR率RC(n)が算出される(EGR率推定手段)。
【0026】
ここで、本実施形態では、ブランチ2a内での混合ガスの圧縮・膨張を加味した上で上記各EGR率RU(n),RL(n),RC(n)を算出している。混合ガスの圧縮・膨張は、スロットル弁6の開閉に伴うサージタンク3内の圧力変化により発生するため、吸気負圧Pbの変化量(例えば、Pb(n)−Pb(n-4)の偏差)に基づいて定常、加速、減速を判定し、対応する算出処理を各EGR率演算部36〜38で実施しており、以下に順次説明する。
【0027】
〈定常時〉
定常時の混合ガスは、ブランチ2a内で圧縮・膨張することなく移送される。従って、このときの推定処理としては、例えば特開2000−254659号公報の従来技術と同様に、8行程前のタンク内EGR率RS(n-8)を筒内EGR率RC(n)と推定できる。但し、本実施形態では、加減速時の推定処理において4行程前のブランチ上流EGR率RU(n-4)及びブランチ上流EGR率RL(n-4)を必要とすることから、次式に従って各値が算出された上で、ブランチ上流EGR率RU(n)及びブランチ上流EGR率RL(n)が前回値としてECU21に記憶されると共に、その記憶値は算出の度に更新される。
RC(n)=RL(n-4)………(4)
RL(n)=RU(n-4)………(5)
RU(n)=RS(n) ………(6)
〈加速時〉
図4は加速時におけるサージタンク3内、ブランチ上流、ブランチ下流、筒内1aでの混合ガスの挙動を示す模式図である。スロットル弁6が開操作された瞬間の加速初期には、混合ガスは慣性により未だ圧縮されておらず、サージタンク3内には今回のタンク内EGR率RS(n)の混合ガスが存在し、ブランチ上流には4行程前のブランチ上流EGR率RU(n-4)の混合ガスが存在し、ブランチ下流には4行程前のブランチ上流EGR率RL(n-4)の混合ガスが存在している。
【0028】
その直後、新気及びEGRガスの導入量の増加に伴ってサージタンク3内の圧力が増加し、吸気弁により閉鎖された筒内1aとの間で、ブランチ内の混合ガスが圧縮される。このときの混合ガスは、今回と各気筒が1巡する4行程前との吸気負圧の比Pb(n-4)/Pb(n)に従って下流側に向けて圧縮され、結果として、サージタンク3内の混合ガスの一部がブランチ上流に侵入し、ブランチ上流の混合ガスの一部がブランチ下流に侵入することになる。そして、対応する気筒の吸気弁が開放されると、混合ガスはブランチ長の半分のストロークだけ移送される。
【0029】
このときの筒内1aには、加速初期においてブランチ下流に存在していた混合ガスの全て、及び加速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部が、上記した比Pb(n-4)/Pb(n)に従って圧縮された状態で導入され、筒内EGR率RC(n)は次式(7)で表すことができる。
RC(n)=RL(n-4)×Pb(n-4)/Pb(n)+
RU(n-4)×{1−Pb(n-4)/Pb(n)}………(7)
つまり、筒内1aに導入される混合ガスは、移送前(圧縮後)にはブランチ下流に存在していたものであり、移送前のブランチ下流において、ブランチ下流EGR率RL(n-4)の混合ガスの占有率(換言すれば、筒内EGR率RC(n)に対する影響度)は式(7)の前半で表される一方、ブランチ上流EGR率RU(n-4)の混合ガスの占有率(筒内EGR率RC(n)に対する影響度)は式(7)の後半で表されるため、これらに基づいて筒内EGR率RC(n)が算出される。
【0030】
又、このときのブランチ下流には、加速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部(上記筒内に導入された残存分)、及び加速初期においてサージタンク3内に存在していた混合ガスが、比Pb(n-4)/Pb(n)に従って圧縮された状態で移送され、ブランチ下流EGR率RL(n)は次式(8)で表すことができる。
RL(n)=RU(n-4)×{2×Pb(n-4)/Pb(n)−1}+
RS(n)×{2−2×Pb(n-4)/Pb(n)}………(8)
つまり、ブランチ下流に移送される混合ガスは、移送前(圧縮後)にはブランチ上流に存在していたものであり、移送前のブランチ上流において、ブランチ上流EGR率RU(n-4)の混合ガスの占有率は式(8)の前半で表される一方、タンク内EGR率RS(n)の混合ガスの占有率は式(8)の後半で表されるため、これらに基づいてブランチ下流EGR率RL(n)が算出される。
【0031】
更に、このときのブランチ上流には、加速初期においてサージタンク3内に存在していた混合ガスのみが移送されるため、圧縮状態に関係なく、ブランチ上流EGR率RU(n)は次式(9)で表すことができる。
RU(n)=RS(n) ………(9)
〈減速時〉
図5は減速時におけるサージタンク内、ブランチ上流、ブランチ下流、筒内1aでの混合ガスの挙動を示す模式図である。スロットル弁6が閉操作された瞬間の減速初期には、混合ガスは慣性により未だ膨張していないため、各部位での混合ガスのEGR率は上記した加速初期と同様となる。
【0032】
その直後、新気及びEGRガスの導入量の減少に伴ってサージタンク3内の圧力が低下し、吸気弁により閉鎖された筒内1aとの間で、ブランチ内の混合ガスが膨張する。このときの混合ガスは、今回と各気筒が1巡する4行程前との吸気負圧の比Pb(n-4)/Pb(n)に従って上流側に向けて膨張し、結果として、ブランチ下流の混合ガスの一部がブランチ上流に進入し、ブランチ上流の混合ガスの一部がサージタンク3内に侵入することになる。そして、対応する気筒の吸気弁が開放されると、混合ガスはブランチ長の半分のストロークだけ移送される。
【0033】
このときの筒内1aには、減速初期においてブランチ下流に存在していた混合ガスの一部のみが移送されるため、圧縮状態に関係なく、筒内EGR率RC(n)は次式(10)で表すことができる。
RC(n)=RL(n-4) ………(10)
又、このときのブランチ下流には、減速初期においてブランチ下流に存在していた混合ガスの一部(上記筒内1aに導入された残存分)、及び減速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部が、比Pb(n-4)/Pb(n)に従って膨張した状態で移送され、ブランチ下流EGR率RL(n)は次式(11)で表すことができる。
RL(n)=RL(n-4)×{Pb(n-4)/Pb(n)−1}+
RU(n)×{2−Pb(n-4)/Pb(n)}………(11)
つまり、ブランチ下流に移送される混合ガスは、移送前(膨張後)にはブランチ上流に存在していたものであり、移送前のブランチ上流において、ブランチ下流EGR率RL(n-4)の混合ガスの占有率は式(11)の前半で表される一方、ブランチ上流EGR率RU(n)の混合ガスの占有率は式(11)の後半で表されるため、これらに基づいてブランチ下流EGR率RL(n)が算出される。
【0034】
更に、このときのブランチ上流には、減速初期においてブランチ上流に存在していた混合ガスの一部(上記ブランチ下流に移送された残存分)、及びサージタンク3内に存在していた混合ガスが、比Pb(n-4)/Pb(n)に従って膨張した状態で移送され、ブランチ上流EGR率RU(n)は次式(12)で表すことができる。
RU(n)=RU(n-4)×{2×Pb(n-4)/Pb(n)−2}+
RS(n)×{3−2×Pb(n-4)/Pb(n)}………(12)
つまり、ブランチ上流に移送される混合ガスは、移送前(膨張後)にはサージタンク3内に存在していたものであり、移送前のサージタンク3内において、ブランチ上流EGR率RL(n-4)の混合ガスの占有率は式(12)の前半で表される一方、タンク内EGR率RS(n)の混合ガスの占有率は式(12)の後半で表されるため、これらに基づいてブランチ上流EGR率RU(n-4)が算出される。
【0035】
以上の手順に従って、図3の各EGR率演算部35〜38では1行程毎に各EGR率RS(n),RU(n),RL(n),RC(n)が順次算出されると共に、EGR率RU(n),RL(n)が前回値として記憶・更新され、当該気筒の次回の推定処理では4行程前のEGR率RU(n-4),RL(n-4)として用いられる。そして、得られた筒内EGR率RC(n)が点火時期SAの設定に適用される。
【0036】
図6は点火時期SAを設定する処理手順を示す制御フローであり、まず、エンジン回転速度Ne及び吸気負圧Pbに基づき、EGR時点火時期演算部41でマップからEGR時の点火時期SAwが算出される一方、非EGR時点火時期演算部42ではマップから非EGR時の点火時期SAw/oが算出される。又、エンジン回転速度Ne及び吸気負圧Pbに基づき、目標EGR演算部43でマップから目標EGR率RSTDが算出される一方、クリップ値演算部44ではマップから後述するリタード量OFSの上限を制限するクリップ値CPが算出される(クリップ値設定手段)。
【0037】
図中のマップから明らかなように、目標EGR率RSTDとクリップ値CPとの設定特性は近似しており、エンジン回転速度Ne及び吸気負圧Pbが中程度の領域でそれぞれ最大値が設定される一方、当該領域より外れるほど設定値は減少され、最外周の領域では目標EGR率RSTDが0(非EGR)に、クリップ値CPが最小値に設定される。
【0038】
一方、得られた点火時期SAw,SAw/o、目標EGR率RSTD、及び上記した筒内EGR率RC(n)は補間処理部45に入力され、次式(13)に従って現在の筒内EGR率RC(n)に対応する点火時期SAが直線補間により算出される(目標点火時期設定手段)。
SA=SAw/o+(SAw−SAw/o)×RC(n)/RSTD ………(13)
又、筒内EGR率RC(n)及び目標EGR率RSTDはリタード量演算部46に入力され、その比RC(n)/RSTDに基づきマップからリタード量OFSが算出される(リタード量設定手段)。図中のマップから明らかなように、リタード量OFSは、比RC(n)/RSTDが0及び1.0のときに0に設定され、0〜1.0の範囲内の中間域において最大値に設定される。又、当該マップでは、設定したリタード量OFSが上記クリップ値CPを越える場合には、リタード量OFSをクリップ値CPに制限する。そして、減算部47では上記点火時期SAからリタード量OFSが減算され(点火時期補正手段)、減算後の点火時期SAが点火時期制御において目標値として用いられる(点火時期制御手段)。
【0039】
以上のECU21の処理により、点火時期SAはエンジン1の運転状態に応じて以下のように制御される。
まず、EGR制御では、上記目標EGR演算部43で設定された目標EGR率RSTDに基づいてEGR弁11の開度が制御されており、筒内1aに導入される実際のEGR率RC(n)が目標EGR率RSTDに調整されている(EGR制御手段)。エンジン1の運転領域の変化に伴って、例えば目標EGR率RSTDが0%から20%に増加方向に切換えられると、これに追従すべく筒内EGR率RC(n)が増加方向に制御される。
【0040】
補間処理部45では、このときの筒内EGR率RC(n)に対応する点火時期SAが逐次算出され、図7に破線で示すように、算出された点火時期SAは、筒内EGR率RC(n)=0%の相当値からRC(n)=20%の相当値まで直線的に変化する。尚、この補間処理部45での点火時期SAの設定は、例えば特開2000−254659号公報に記載の従来技術と同様である。
【0041】
一方、切換えられた目標EGR率RSTDに対して筒内EGR率RC(n)が追従することで、その比RC(n)/RSTDは0〜1.0まで変化し、リタード量演算部46で設定されるリタード量OFSは0から最大値を経て0まで変化する。上記点火時期SAからリタード量OFSが減算されるため、結果として図7に実線で示すように、点火時期SAは筒内EGR率RC(n)が変化する過渡状態でリタードされることになる。
【0042】
上記筒内EGR率RC(n)の過渡状態では、図7に破線で示す直線補間による特性に対して、MBT相当の点火時期SAが2点鎖線のように遅角側に存在することを本発明者は試験により確認しているが、上記点火時期SAのリタードにより、この過渡状態においてもMBT相当に近似する点火時期制御が実現される。よって、本実施形態のエンジン1の点火時期制御装置によれば、過渡状態での過進角によるノッキングの発生を抑制して、ノッキングによる燃費やドライバビリティの悪化を未然に防止することができる。
【0043】
しかも、本発明者が実施した試験では、MBT相当の点火時期特性(2点鎖線)は筒内EGR率RC(n)の影響を受け、筒内EGR率RC(n)が大きいほど、MBT相当の点火時期特性が遅角側に遷移する(点火リタードの必要性が高まる)ことが確認されている。上記のようにリタード量OFSの上限は目標EGR率RSTDと近似する特性で設定されたクリップ値CPにより制限されるため、結果として、筒内EGR率RC(n)が高くて過進角によるノッキングが発生し易いときほど、大きなクリップ値CP(=リタード量OFS)に基づいて点火時期SAが大きくリタードされる。
【0044】
よって、上記筒内EGR率RC(n)による影響が排除され、例えば比RC(n)/RSTDに基づいて一義的にリタード量OFSを設定した場合(クリップ値CPを適用しない場合)に比較して、点火時期SAを一層適切に制御して、燃費やドライバビリティを更に向上させることができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、吸気管噴射型の直列4気筒ガソリンエンジン1用の点火時期制御装置に具体化したが、エンジンの形式等はこれに限ることはなく、例えば筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型ガソリンエンジンに適用したり、気筒配列や気筒数の異なるエンジンに適用したりしてもよい。
【0045】
又、上記実施形態では、ブランチ上流とブランチ下流での混合ガスの圧縮・膨張を考慮して筒内EGR率RC(n)を推定し、その推定値を比RC(n)/RSTDとしてリタード量OFSの設定に利用したが、筒内EGR率RC(n)の推定手法はこれに限定されるものではなく、例えば混合ガスの圧縮・膨張を考慮せずに推定してもよい。
【0046】
更に、上記実施形態では、クリップ値CPによりリタード量OFSの上限を制限し、これにより筒内EGR率RC(n)に応じた点火リタードを実現したが、この手法は限定されることはなく、例えばクリップ値CPに基づく処理を省略したり、或いは、エンジン回転速度Ne及び吸気負圧Pbから設定した補正係数をリタード量OFSに乗算して、クリップ値CPと同様の効果を得るようにしてもよい。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の内燃機関の点火時期制御装置によれば、EGR率が変化する過渡状態においても点火時期を適切に制御して、過進角によるノッキングの発生を抑制でき、もって、ノッキングによる燃費やドライバビリティの悪化を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のエンジンの点火時期制御装置を示す全体構成図である。
【図2】エンジンの吸気系を模式的に示した説明図である。
【図3】筒内EGR率RC(n)を推定するときの制御フローを示す説明図である。
【図4】加速時における混合ガスの挙動を示す模式図である。
【図5】減速時における混合ガスの挙動を示す模式図である。
【図6】点火時期SAを設定するときの制御フローを示す説明図である。
【図7】筒内EGR率RC(n)が変化する過渡状態での点火リタードの実施状況を示す説明図である。
【符号の説明】
1 エンジン(内燃機関)
11 EGR弁
21 ECU(EGR制御手段、EGR率推定手段、目標点火時期設定手段、リタード量設定手段、点火時期補正手段、点火時期制御手段、クリップ値設定手段)
Claims (3)
- 機関から排出される排ガスをEGRガスとしてEGR弁を経て該機関の吸気系に還流させると共に、該機関の運転状態に応じた目標EGR率に基づいて上記EGR弁を開度制御するEGR制御手段と、
上記機関の運転状態に基づいて該機関のEGR率を推定するEGR率推定手段と、
予め設定したマップから求めたEGR時の点火時期及び非EGR時の点火時期に基づき、上記EGR率推定手段により推定されたEGR率に対応する目標点火時期を設定する目標点火時期設定手段と、
上記推定EGR率と上記目標EGR率との比に基づいてリタード量を設定するリタード量設定手段と、
上記推定EGR率と上記目標EGR率との比が相関する過渡状態において、上記リタード量設定手段により設定されたリタード量に基づき、上記目標点火時期設定手段により設定された目標点火時期を遅角側に補正する点火時期補正手段と、
上記点火時期補正手段による補正後の目標点火時期に基づいて上記機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。 - 上記リタード量設定手段は、上記推定EGR率と目標EGR率との比が0〜1.0の範囲内の中間域において上記リタード量を増加設定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
- 上記機関の回転速度及び負荷に基づき、上記リタード量の上限を制限するためのクリップ値を設定するクリップ値設定手段を更に備え、
上記点火時期補正手段は、上記クリップ値により上限を制限された上記リタード量に基づいて上記目標点火時期を補正することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
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