(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転状態に応じて燃焼方式が切り換えられるとともに、排気の一部が吸気系に再循環される内燃機関に適用され、排気再循環量が多いほど点火時期を進角させる点火時期制御装置において、
前記燃焼方式の切り換え時に切り換え後の燃焼方式での要求される排気再循環量及び現在の排気再循環量を算出する再循環量算出手段と、
それら求められた排気再循環量の差に基づき内燃機関の点火時期遅角量を算出する遅角量算出手段と、
排気再循環量が多くなる側へ前記燃焼方式が切り換えられた場合に前記点火時期遅角量を点火時期補正に反映する点火時期補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の点火時期制御装置において、
前記点火時期補正手段は、前記燃焼方式の切り換え後に前記点火時期遅角量を所定時間遅らせて点火時期補正に反映する点火時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼方式が切り換えられるとともに、排気の一部が吸気系に再循環される内燃機関の点火時期制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用の内燃機関においては、燃費を向上させるために燃焼室内における点火プラグ周りの混合気の燃料濃度を高めて着火性を向上させるとともに、混合気の平均空燃比を理論空燃比よりも大幅に大きくするようにした成層燃焼を行うものが提案され、実用されている。こうした成層燃焼を行う内燃機関の一例としては、特開平５−５２１４５号公報に記載されたものがあげられる。
【０００３】
通常「成層燃焼」という技術は、燃焼方式を運転状態に応じて切り換えるタイプの内燃機関に適用される。こうしたタイプの内燃機関は、高回転及び高負荷時には、均質混合気を燃焼させて比較的高出力を得やすい均質燃焼を実行する。また、低回転及び低負荷時には、点火プラグ周りの混合気の燃料濃度を高めて着火性を向上させるとともに、混合気の平均空燃比を均質燃焼時よりも大きくすることで燃費を向上させることが可能な成層燃焼を実行する。このように内燃機関の燃焼方式を切り換えることで、必要な機関出力を得るとともに燃費を向上させることができるようになる。
【０００４】
また、燃焼方式を切り換える内燃機関においても、通常の内燃機関と同じくエミッション低減を意図して排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環（ＥＧＲ）機構が採用される。このＥＧＲ機構によって排気が吸気系に再循環されると、燃焼室内の温度が下がって窒素酸化物（ＮＯx ）の生成が抑制され、エミッションの低減が図られるようになる。こうしたＥＧＲ機構によるＥＧＲ量は、均質燃焼時よりも成層燃焼時の方が多くされる。これは、成層燃焼では点火プラグの周りに燃料の濃い混合気が存在するため、ＥＧＲ量を増加してもトルク変動（出力変動）が増加しにくく、上記ＥＧＲ量増加によってエミッションを一層低減することができるためである。
【０００５】
また、上記内燃機関の点火時期は、均質燃焼時よりも成層燃焼時の方が進角されるようになる。これは成層燃焼時にはＥＧＲ量が多くなって混合気の火炎伝播速度が遅くなり、均質燃焼時にはＥＧＲ量が少なくなって混合気の火炎伝播速度が速くなるためである。このように点火時期を制御することで、燃焼室内での混合気の安定した燃焼が得られるようになる。そして、例えば内燃機関の燃焼方式が均質燃焼から成層燃焼に切り換えられるときには、ＥＧＲ量が増加されるとともに点火時期が進角されるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃焼方式が均質燃料から成層燃焼に切り換えられるとき、ＥＧＲ量が実際に増量されるのには応答遅れが生じるが、点火時期は上記燃焼方式の切り換え直後に進角する。従って、上記燃焼方式の切り換え直後には、ＥＧＲ量が実際に増量される応答遅れの分だけＥＧＲ量に対して点火時期が進角し過ぎた状態になり、その点火時期の過進角に起因してノッキングが生じることとなる。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃焼方式の切り換え時に点火時期が進角し過ぎることに起因するノッキングの発生を防止することの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。
【０００８】
【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記載の発明では、運転状態に応じて燃焼方式が切り換えられるとともに、排気の一部が吸気系に再循環される内燃機関に適用され、排気再循環量が多いほど点火時期を進角させる点火時期制御装置において、前記燃焼方式の切り換え時に切り換え後の燃焼方式での要求される排気再循環量及び現在の排気再循環量を算出する再循環量算出手段と、それら求められた排気再循環量の差に基づき内燃機関の点火時期遅角量を算出する遅角量算出手段と、排気再循環量が多くなる側へ前記燃焼方式が切り換えられた場合に前記点火時期遅角量を点火時期補正に反映する点火時期補正手段とを備えた。
【０００９】
一般に、排気再循環を行うための機構が作動しても実際の排気再循環量は直ちには変化しない。また、内燃機関の燃焼方式の切り換え後において、現在の排気再循環量は、時間経過に伴い燃焼方式の切り換え後での要求される排気際循環量に徐々に近づいてゆく。同構成によれば、排気再循環量算出手段が切り換え後の燃焼方式での要求される排気再循環量及び現在の排気再循環量を算出し、それら排気再循環量の差に基づいて遅角量算出手段が点火時期遅角量を算出する。そして、点火時期補正手段が上記点火時期遅角量を点火時期補正に反映する。そのため、燃焼方式が切り換えられるときに実際の排気再循環量の推移に応答遅れが生じたとしても点火時期が適正状態に維持されるようになる。
請求項２記載の発明では、請求項１に記載の点火時期制御装置において、前記点火時期補正手段は、前記燃焼方式の切り換え後に前記点火時期遅角量を所定時間遅らせて点火時期補正に反映する。
上記構成によれば、点火時期遅角量の推移態様を燃焼方式の切り換えに伴う実際のＥＧＲ量の推移に対応させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を直列４気筒の自動車用ガソリンエンジンに適用した一実施形態を図１〜図１１に従って説明する。
【００１１】
図１に示すように、エンジン１１は、そのシリンダブロック１１ａ内に往復移動可能に設けられた合計四つのピストン１２（図１には一つのみ図示）を備えている。これらピストン１２は、コンロッド１３を介して出力軸であるクランクシャフト１４に連結されている。そして、ピストン１２の往復移動は、上記コンロッド１３によってクランクシャフト１４の回転へと変換されるようになっている。
【００１２】
クランクシャフト１４にはシグナルロータ１４ａが取り付けられている。このシグナルロータ１４ａの外周部には、複数の突起１４ｂがクランクシャフト１４の軸線を中心とする等角度毎に設けられている。また、シグナルロータ１４ａの側方には、クランクポジションセンサ１４ｃが設けられている。そして、クランクシャフト１４が回転して、シグナルロータ１４ａの各突起１４ｂが順次クランクポジションセンサ１４ｃの側方を通過することにより、同センサ１４ｃからはそれら各突起１４ｂの通過に対応したパルス状の検出信号が出力されるようになる。
【００１３】
また、シリンダブロック１１ａの上端にはシリンダヘッド１５が設けられ、シリンダヘッド１５とピストン１２との間には燃焼室１６が設けられている。この燃焼室１６には、シリンダヘッド１５に設けられた一対の吸気ポート１７a，１７ｂと、同じく一対の排気ポート１８ａ，１８ｂとが連通している（図１には一方の吸気ポート１７ｂ及び排気ポート１８ｂのみ図示）。これら吸気及び排気ポート１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの平断面形状を図２に示す。
【００１４】
同図に示されるように、吸気ポート１７ａは湾曲して延びるヘリカルポートとなっており、吸気ポート１７ｂは直線状に延びるストレートポートとなっている。そして、吸気ポート（ヘリカルポート）１７ａを通過して燃焼室１６に空気が吸入されると、その燃焼室１６内に破線矢印で示す方向へスワールが発生するようになる。こうした吸気ポート１７ａ，１７ｂ及び排気ポート１８ａ，１８ｂには、それぞれ吸気バルブ１９及び排気バルブ２０が設けられている。
【００１５】
一方、図１に示すように、シリンダヘッド１５には、上記吸気バルブ１９及び排気バルブ２０を開閉駆動するための吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２が回転可能に支持されている。これら吸気及び排気カムシャフト２１，２２は、タイミングベルト及びギヤ（共に図示せず）等を介してクランクシャフト１４に連結され、同ベルト及びギヤ等によりクランクシャフト１４の回転が伝達されるようになる。そして、吸気カムシャフト２１が回転すると、吸気バルブ１９が開閉駆動されて、吸気ポート１７ａ，１７ｂと燃焼室１６とが連通・遮断される。また、排気カムシャフト２２が回転すると、排気バルブ２０が開閉駆動されて、排気ポート１８ａ，１８ｂと燃焼室１６とが連通・遮断される。
【００１６】
シリンダヘッド１５において、吸気カムシャフト２１（図１）の側方には、同シャフト２１の外周面に設けられた突起２１ａを検出して検出信号を出力するカムポジションセンサ２１ｂが設けられている。そして、吸気カムシャフト２１が回転すると、同シャフト２１の突起２１ａがカムポジションセンサ２１ｂの側方を通過する。この状態にあっては、カムポジションセンサ２１ｂから上記突起２１ａの通過に対応して所定間隔毎に検出信号が出力されるようになる。
【００１７】
吸気ポート１７ａ，１７ｂ及び排気ポート１８ａ，１８ｂには、それぞれ吸気管３０及び排気管３１が接続されている。この吸気管３０内及び吸気ポート１７ａ，１７ｂ内は吸気通路３２となっており、排気管３１内及び排気ポート１８ａ，１８ｂ内は排気通路３３となっている。吸気通路３２の上流部分にはスロットルバルブ２３が設けられている。このスロットルバルブ２３は、スロットル用モータ２４の駆動により回動されて開度調節がなされる。
【００１８】
また、上記スロットル用モータ２４の駆動は、自動車の室内に設けられたアクセルペダル２５の踏込量に基づき制御される。即ち、自動車の運転者がアクセルペダル２５を踏込操作すると、アクセルペダル２５の踏込量がアクセルポジションセンサ２６によって検出され、同センサ２６の検出信号に基づきスロットル用モータ２４が駆動制御される。このスロットル用モータ２４の駆動制御に基づくスロットルバルブ２３の開度調節により、吸気通路３２の空気流通面積が変化して燃焼室１６へ吸入される空気の量が調整されるようになる。
【００１９】
更に、吸気通路３２におけるスロットルバルブ２３よりも下流側に位置して吸気ポート（ストレートポート）１７ｂに連通する吸気通路３２には、スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）３４が設けられている。ＳＣＶ３４は、スワール用モータ３５の駆動により回動されて開度調節がなされる。そして、ＳＣＶ３４の開度が小さくなるほど、図２に示される吸気ポート（ヘリカルポート）１７ａを通過する空気の量が多くなり、燃焼室１６内に生じるスワールが強くなる。
【００２０】
図１に示すように、シリンダヘッド１５には、燃料噴射弁４０と点火プラグ４１とが設けられている。そして、燃料噴射弁４０から燃焼室１６内へ噴射された燃料が吸気通路３２を介して燃焼室１６に吸入された空気と混ぜ合わされることによって、燃焼室１６内で空気と燃料とからなる混合気が形成される。更に、燃焼室１６内の混合気は点火プラグ４１によって点火がなされて燃焼し、燃焼後の混合気は排気として排気通路３３に送り出される。なお、上記点火プラグ４１による混合気への点火時期は、点火プラグ４１の上方に設けられたイグナイタ４１ａによって調整される。
【００２１】
一方、スロットルバルブ２３よりも下流側の吸気通路３２は、排気再循環（ＥＧＲ）通路４２を介して排気通路３３と連通している。このＥＧＲ通路４２の途中には、ステップモータ４３ａを備えたＥＧＲバルブ４３が設けられている。そして、ＥＧＲバルブ４３は、ステップモータ４３ａを駆動制御することで開度調節が行われる。こうしたＥＧＲバルブ４３の開度調節により、排気通路３３を介して吸気通路３２へ再循環する排気の量が調整されるようになる。
【００２２】
次に、本実施形態におけるエンジン１１の点火時期制御装置の電気的構成を図３に基づいて説明する。
この点火時期制御装置は、燃料噴射時期制御、燃料噴射量制御、点火時期制御及びＳＣＶ３４の開度制御など、エンジン１１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）９２を備えている。このＥＣＵ９２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６等を備える論理演算回路として構成されている。
【００２３】
ここで、ＲＯＭ９３は各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されるメモリであり、ＣＰＵ９４はＲＯＭ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ９４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９６はエンジン１１の停止時に保存すべきデータを記憶する不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６は、バス９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路９８及び外部出力回路９９と接続されている。
【００２４】
外部入力回路９８には、クランクポジションセンサ１４ｃ、カムポジションセンサ２１ｂ及びクセルポジションセンサ２６等が接続されている。一方、外部出力回路９９には、スロットル用モータ２４、スワール用モータ３５、燃料噴射弁４０、イグナイタ４１ａ及びＥＧＲバルブ４３等が接続されている。
【００２５】
このように構成されたＥＣＵ９２は、クランクポジションセンサ１４ｃ及びアクセルポジションセンサ２６からの検出信号に基づき、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル踏込量ＡＣＣＰを求める。そして、求められたエンジン回転数ＮＥ及びアクセル踏込量ＡＣＣＰから図４に示すマップを参照して基本燃料噴射量Ｑを算出する。このマップから明らかなように、算出される基本燃料噴射量Ｑは、エンジン回転数ＮＥが高くなるとともにアクセル踏込量ＡＣＣＰが多くなるほど大きくなり、エンジン回転数ＮＥが低くなるとともにアクセル踏込量ＡＣＣＰが少なくなるほど小さくなる。
【００２６】
また、ＥＣＵ９２は、上記のように算出された基本燃料噴射量Ｑ（機関負荷）及びエンジン回転数ＮＥに基づき、図５に示すマップを参照してエンジン１１の燃焼方式を決定する。このマップは、均質燃焼領域Ａ、均質希薄燃焼領域Ｂ、弱成層燃焼領域Ｃ及び成層燃焼領域Ｄを備えている。そして、内燃機関における基本燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥとの関係が領域Ａ〜Ｄのいずれの領域にあるかにより、エンジン１１の燃焼方式は、ＥＣＵ９２によってそれぞれ均質燃焼、均質希薄燃焼、弱成層燃焼及び成層燃焼に決定される。
【００２７】
上記マップから明らかなように、エンジン１１の運転状態が高回転高負荷へと移行するに従い、エンジン１１の燃焼方式は成層燃焼、弱成層燃焼、均質希薄燃焼、均質燃焼へと順次変化することとなる。このように燃焼方式を変化させるのは、高出力が要求される高回転高負荷時には混合気の空燃比を小さくしてエンジン出力を高め、あまり高出力を必要としない低回転低負荷時には空燃比を大きくして燃費の向上を図るためである。
【００２８】
エンジン１１の燃焼方式が均質燃焼に決定された場合、ＥＣＵ９２は、スロットル用モータ２４を駆動制御し、燃焼室１６内の混合気の空燃比が理論空燃比に近い値（例えば１２〜１５）となるよう基本燃料噴射量Ｑに応じてスロットルバルブ２３の開度調整を行う。また、ＥＣＵ９２は、エンジン１１の吸気行程において、燃料噴射弁４０を駆動制御して基本燃料噴射量Ｑに基づいた燃料量を燃焼室１６内へ噴射供給し、理論空燃比に近い空燃比となる混合気を形成する。更に、ＥＣＵ９２は、スワール用モータ３５を駆動制御して燃焼室１６内の混合気が均質なものになるようＳＣＶ３４の開度調整を行う。
【００２９】
また、エンジン１１の燃焼方式が均質希薄燃焼に決定された場合、ＥＣＵ９２は、スロットル用モータ２４を駆動制御し、燃焼室１６内の混合気の空燃比が理論空燃比よりも大きい値（例えば１５〜２３）となるよう基本燃料噴射量Ｑに応じてスロットルバルブ２３の開度調整を行う。このようにスロットルバルブ２３の開度調整を行うことによって、スロットル開度が上記均質燃焼時よりも大きくなりポンピングロスの低減が図られる。また、ＥＣＵ９２は、エンジン１１の吸気行程において、燃料噴射弁４０を駆動制御して基本燃料噴射量Ｑに基づいた燃料量を燃焼室１６内へ噴射供給し、理論空燃比よりも大きい空燃比となる混合気を形成する。更に、ＥＣＵ９２は、スワール用モータ３５を駆動制御して燃焼室１６内にスワールが生じるようＳＣＶ３４を開度調整し、そのスワールによって理論空燃比よりも大きい空燃比の混合気を安定して燃焼させる。
【００３０】
また、エンジン１１の燃焼方式が弱成層燃焼に決定された場合、ＥＣＵ９２は、スロットル用モータ２４を駆動制御し、燃焼室１６内の混合気の空燃比が上記均質希薄燃焼時の空燃比よりも大きい値（例えば２０〜２３）となるよう基本燃料噴射量Ｑに応じてスロットルバルブ２３の開度調整を行う。このようにスロットルバルブ２３の開度調整を行うことによって、スロットル開度が上記均質希薄燃焼時よりも大きくなって一層のポンピングロスの低減が図られる。また、ＥＣＵ９２は、燃料噴射弁４０を駆動制御してエンジン１１の吸気行程と圧縮行程とに燃焼室１６へ基本燃料噴射量Ｑに基づいた量の燃料を噴射供給する。吸気行程のときに噴射供給された燃料はスワールによって燃焼室１６内の空気に均等に分散され、圧縮行程のときに噴射供給された燃料はスワール及びピストン１２の頭部に設けられた窪み１２ａによって点火プラグ４１の周りに集められる。
【００３１】
ＥＣＵ９２は、スワールの強さが上記のような燃料の分散及び集合に適したものとなるよう、スワール用モータ３５を駆動制御してＳＣＶ３４の開度調整を行う。上記のように吸気行程と圧縮行程との二回に分けて燃料噴射を行うことで、上記均質希薄燃焼と後述する成層燃焼との中間の燃焼方式（弱成層燃焼）で混合気の燃焼が行われ、その弱成層燃焼によって均質希薄燃焼と成層燃焼との切り換え時のトルクショックが抑えられる。この弱成層燃焼では、混合気の空燃比が上記均質希薄燃焼時よりも大きいため、均質希薄燃焼時に比べて一層燃費が向上するようになる。
【００３２】
一方、エンジン１１の燃焼方式が成層燃焼に決定された場合、ＥＣＵ９２は、スロットル用モータ２４を駆動制御し、燃焼室１６内の空燃比が上記弱成層燃焼時の空燃比よりも大きい値（例えば２５〜５０）となるよう基本燃料噴射量Ｑに応じてスロットルバルブ２３の開度調整を行う。このようにスロットルバルブ２３の開度調整を行うことによって、スロットル開度が上記弱成層燃焼時よりも大きくなって一層のポンピングロスの低減が図られる。また、ＥＣＵ９２は、燃料噴射弁４０を駆動制御してエンジン１１の圧縮行程のみに燃焼室１６へ基本燃料噴射量Ｑに基づいた量の燃料を噴射供給し、上記弱成層燃焼時よりも大きい空燃比となる混合気を形成する。
【００３３】
更に、ＥＣＵ９２は、スワール用モータ３５を駆動制御して燃焼室１６内にスワールが生じるよう駆動制御してＳＣＶ３４を開度調整し、そのスワールによって噴射供給された燃料を点火プラグ４１の周りに集める。このように点火プラグ４１の周りに燃料を集めることによって、燃焼室１６内の混合気全体の平均空燃比を弱成層燃焼時より大きくしても、同プラグ４１周りの混合気の燃料濃度が高められて良好な混合気への着火が行われる。従って、成層燃焼では、上記弱成層燃焼時に比べて一層燃費が向上するようになる。
【００３４】
ＥＣＵ９２は、基本燃料噴射量Ｑ（機関負荷）とエンジン回転数ＮＥとに基づき要求ＥＧＲ量ＲＥＱと、基本点火時期ＡＢＳＥとをマップ演算によって求める。ＥＣＵ９２は、求められた要求ＥＧＲ量ＲＥＱに基づきステップモータ４３ａを駆動制御し、エンジン１１の運転状態に応じたＥＧＲ量の調整を行う。また、ＥＣＵ９２は、求められた基本点火時期ＡＢＳＥに基づきイグナイタ４１ａを駆動制御し、エンジン１１の運転状態に応じた点火時期の調整を行う。ここで、上記要求ＥＧＲ量ＲＥＱ及び基本点火時期ＡＢＳＥを算出するためのマップの一例を図６及び図７に示す。
【００３５】
図６に示される要求ＥＧＲ量ＲＥＱを算出するためのマップから明らかなように、求められた要求ＥＧＲ量ＲＥＱは、エンジン回転数ＮＥが一定である条件のもとで機関負荷が大きくなるほど少なくなる。このように成層燃焼時や弱成層燃焼時などの機関負荷が小さいときほど要求ＥＧＲ量ＲＥＱを多くするのは、これらの燃焼方式では点火プラグ４１の周りに燃料の濃い混合気が存在し、ＥＧＲ量を増加してもトルク変動（出力変動）が増加しにくく、上記ＥＧＲ量の増加によってエミッションを一層低減することができるためである。また、機関負荷の変化に対する要求ＥＧＲ量ＲＥＱの推移態様は燃焼方式毎に異なるものとなる。このように燃焼方式毎に要求ＥＧＲ量ＲＥＱの推移態様が変化することにより、燃焼方式の切り換え時には要求ＥＧＲ量ＲＥＱが瞬時に大きく変化するようになる。
【００３６】
また、図７に示される基本点火時期ＡＢＳＥを算出するためのマップから明らかなように、求められた基本点火時期ＡＢＳＥは、エンジン回転数ＮＥが一定である条件のもとで機関負荷が大きくなるほど進角する。このように成層燃焼時や弱成層燃焼時などの機関負荷が小さいときほど基本点火時期ＡＢＳＥを進角させるのは、機関負荷が小さいときには図６のマップから明らかなようにＥＧＲ量が多くなって燃焼室１６内の混合気における火炎伝播速度が遅くなり、早期に混合気への点火を行う必要が生じるためである。また、機関負荷の変化に対する基本点火時期ＡＢＳＥの推移態様は燃焼方式ごとに異なるものとなる。このように燃焼方式毎に基本点火時期ＡＢＳＥの推移態様が変化することにより、燃焼方式の切り換え時には基本点火時期ＡＢＳＥが瞬時に大きく変化するようになる。
【００３７】
今、エンジン１１の燃焼方式が例えば均質希薄燃焼から弱成層燃焼に切り換えられると、要求ＥＧＲ量ＲＥＱが増加側へ大きく変化するとともに、基本点火時期ＡＢＳＥが瞬時に進角側に大きく変化する。この要求ＥＧＲ量ＲＥＱの変化に応じてＥＣＵ９２は、ＥＧＲバルブ４３のステップモータ４３ａを駆動制御するが、要求ＥＧＲ量の変化に対しＥＧＲバルブ４３の開度変化には応答遅れが生じることとなる。加えて、ＥＧＲバルブ４３の開度変化に対する実際のＥＧＲ量の変化にも応答遅れが生じることとなる。一方、上記燃焼方式切り換え時の基本点火時期ＡＢＳＥの変化に応じてＥＣＵ９２は、その基本点火時期ＡＢＳＥに基づきイグナイタ４１ａを駆動制御して応答遅れを生じさせることなく瞬時に点火時期を進角側へ移行させる。
【００３８】
このように実際のＥＧＲ量の変化に応答遅れが生じるのに対し、点火時期は瞬時に変化するため、上記燃焼方式の切り換え時には点火時期が実際のＥＧＲ量に対して進角し過ぎた状態になり、ノッキングが生じることとなる。そこで本実施形態では、燃焼方式が均質希薄燃焼から弱成層燃焼に切り換えられたとき、点火時期をＥＧＲ量の応答遅れに応じて適宜に遅角補正することで上記ノッキングを防止するようにしている。
【００３９】
次に、上記ノッキング防止に用いられる点火時期遅角量ＡＥＧＲを算出する手順について図８を参照して説明する。この図８は、上記点火時期遅角量ＡＥＧＲを算出するための点火時期遅角量算出ルーチンを示すフローチャートである。この点火時期遅角量算出ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば１８０°ＣＡ毎の角度割り込みにて実行される。
【００４０】
同ルーチンにおいてＥＣＵ９２は、ステップＳ１０１の処理として、ＥＧＲバルブ４３におけるステップモータ４３ａのステップ数に基づき、現在ＥＧＲ量ＮＯＷを算出する。次いでＥＣＵ９２は、ステップＳ１０２の処理として、基本燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転数ＮＥに基づき弱成層燃焼時の要求ＥＧＲ量ＲＥＱＫを算出する。この求められた要求ＥＧＲ量ＲＥＱＫは、エンジン回転数ＮＥが一定という条件のもとでの機関負荷の変化に対し、図６の実線（破線）Ｌ２で示す態様で推移することとなる。
【００４１】
上記ステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理を経てステップＳ１０３に進むと、ＥＣＵ９２は、弱成層燃焼時の要求ＥＧＲ量ＲＥＱＫから現在ＥＧＲ量ＮＯＷを減算し、その減算値に係数αを乗算したものを点火時期遅角量ＡＥＧＲとして設定する。このステップＳ１０３の処理を実行した後、ＥＣＵ９２は、当該点火時期遅角量算出ルーチンを一旦終了する。なお、上記係数αは要求ＥＧＲ量ＲＥＱＫと現在ＥＧＲ量ＮＯＷとの差を点火時期遅角量へと変換するためのものであって、本実施形態では固定値となっている。
【００４２】
従って、図１０のタイムチャートにおいて、波形（ａ）の実線及び破線で示されるように、上記燃焼方式の切り換え後には時間経過に伴い現在ＥＧＲ量ＮＯＷが上記要求ＥＧＲ量ＲＥＱＫに徐々に近づいてゆく。その結果、要求ＥＧＲ量ＲＥＱＫと現在ＥＧＲ量ＮＯＷとの差（「ＲＥＱＫ−ＮＯＷ」）が徐々に小さくなるとともに、波形（ｂ）の実線で示される点火時期遅角量ＡＥＧＲが徐々に小さくなる。
【００４３】
次に、最終点火時期ＡＯＰを算出する手順について図９を参照して説明する。この図９は、上記最終点火時期ＡＯＰを算出するための最終点火時期算出ルーチンを示すフローチャートである。この最終点火時期算出ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば１８０°ＣＡ毎の角度割り込みにて実行される。
【００４４】
同ルーチンにおいてＥＣＵ９２は、ステップＳ２０１の処理として、上記点火時期遅角量算出ルーチンにて算出された点火時期遅角量ＡＥＧＲを、新たな記憶値ＡＥＧＲ１としてＲＡＭ９５に記憶する。このＲＡＭ９５には合計五つの記憶値ＡＥＧＲ１〜ＡＥＧＲ５が記憶されている。そして、新たな記憶値ＡＥＧＲ１がＲＡＭ９５に記憶されると、以前の記憶値ＡＥＧＲ１は新たな記憶値ＡＥＧＲ２としてＲＡＭ９５に記憶され、以前の記憶値ＡＥＧＲ２は新たな記憶値ＡＥＧＲ３としてＲＡＭ９５に記憶される。更に、以前の記憶値ＡＥＧＲ３は新たな記憶値ＡＥＧＲ４としてＲＡＭ９５に記憶され、以前の記憶値ＡＥＧＲ４は新たな憶値ＡＥＧＲ５としてＲＡＭ９５に記憶される。
【００４５】
ＥＣＵ９２は、続くステップＳ２０２の処理として、基本燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転数ＮＥに基づき、現在の燃焼方式が弱成層燃焼であるか否かを判断する。そして、ステップＳ２０２において、現在の燃焼方式が弱成層燃焼である旨判断されるとステップＳ２０３に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０３の処理で、ＲＡＭ９５に記憶された記憶値ＡＥＧＲ５を遅角量反映値ＡＥＧＲＸとして設定した後、ステップＳ２０５に進む。
【００４６】
このように設定された遅角量反映値ＡＥＧＲＸは、図１１に示すように、５点火前に算出された点火時期遅角量ＡＥＧＲということになる。即ち、１８０°ＣＡ毎に行われる点火プラグ４１による点火に応じて、点火時期遅角量算出ルーチン（図８）により１８０°ＣＡ毎に点火時期遅角量ＡＥＧＲが算出される。そして、上記ステップＳ２０１，Ｓ２０３の処理によって、今回の遅角量反映値ＡＥＧＲＸの設定に５点火前（９００°ＣＡ前）に算出された点火時期遅角量ＡＥＧＲが用いられるため、同遅角量反映値ＡＥＧＲＸが５点火前に算出された点火時期遅角量ＡＥＧＲになる。
【００４７】
一方、上記ステップＳ２０２において、現在の燃焼方式が弱成層燃焼でない旨判断されるとステップＳ２０４に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０４の処理で、「０」を遅角量反映値ＡＥＧＲＸとして設定した後、ステップＳ２０５に進む。
【００４８】
上記ステップＳ２０３若しくはステップＳ２０４を経てステップＳ２０５に進むと、ＥＣＵ９２は、基本点火時期ＡＢＳＥから遅角量反映値ＡＥＧＲＸを減算したものを最終点火時期ＡＯＰとして設定し、この最終点火時期算出ルーチンを一旦終了する。そして、ＥＣＵ９２は、別途のルーチンを実行することによりイグナイタ４１ａを駆動制御し、上記最終点火時期ＡＯＰに基づいた点火時期にて点火プラグ４１による点火を行う。
【００４９】
上記ステップＳ２０３にて弱成層燃焼でない旨判断され、ステップＳ２０４を経てステップＳ２０５に進んだ場合、遅角量反映値ＡＥＧＲＸが「０」になって「ＡＯＰ＝ＡＢＳＥ」となるために実際の点火時期が遅角補正されることはない。また、上記ステップＳ２０３にて弱成層燃焼である旨判断され、ステップＳ２０３を経てステップＳ２０５に進んだ場合、「ＡＯＰ＝ＡＢＳＥ−ＡＥＧＲＸ」となるために実際の点火時期が遅角補正されるようになる。
【００５０】
ここで、エンジン１１の燃焼方式が均質希薄燃焼から弱成層燃焼へと切り換えられるときにおける遅角量反映値ＡＥＧＲＸや最終点火時期ＡＯＰ等の推移態様について、図１０のタイムチャートを参照して説明する。
【００５１】
図１０の波形（ａ）に示すように、燃焼方式が切り換えられると、ＥＧＲバルブ４３が均質希薄燃焼時の要求ＥＧＲ量ＲＥＱに対応した開度から、弱成層燃焼時の要求ＥＧＲ量ＲＥＱＫに対応した開度へと大きくなるよう制御されるが、そのＥＧＲバルブ４３における実際の開度変化には応答遅れが生じる。そして、現在ＥＧＲ量ＮＯＷは、時間経過に伴い弱成層燃焼時の要求ＥＧＲ量ＲＥＱＫへと徐々に近づいてゆく。また、ＥＧＲバルブ４３の開度変化に対するＥＧＲ量変化にも応答遅れが生じるため、実際のＥＧＲ量は二点鎖線で示すように上記燃焼方式の切り換え対して非常に応答が遅れた状態で増加側に推移する。
【００５２】
一方、波形（ｂ）に実線で示される点火時期遅角量ＡＥＧＲは、上記燃焼方式の切り換え後、上記要求ＥＧＲ量ＲＥＱＫと現在ＥＧＲ量ＮＯＷとの差に応じて徐々に小さくなる。そして、弱成層燃焼となったとき「０」以外の値として設定される遅角量反映値ＡＥＧＲＸは、５点火前の点火時期遅角量ＡＥＧＲであるため、その点火時期遅角量ＡＥＧＲの推移に対して波形（ｃ）に実線で示されるように５点火分だけ遅れて推移する。こうした遅角量反映値ＡＥＧＲＸの推移態様は、上記燃焼方式の切り換え伴う実際のＥＧＲ量の推移（波形（ａ）の二点鎖線）に対応したものとなる。
【００５３】
即ち、燃焼方式が均質希薄燃焼から弱成層燃焼に切り換えられると、最終点火時期ＡＯＰは、上記遅角量反映値ＡＥＧＲＸを減算した分だけ遅角側の値とされる。その結果、最終点火時期ＡＯＰが波形（ｄ）に実線で示す態様で推移し、実際のＥＧＲ量と同様の推移傾向を示すようになる。このように均質希薄燃焼から弱成層燃焼への切り換え時には、上記遅角補正によって実際のＥＧＲ量に適した点火時期とされるため、点火時期が適正状態に対して進角し過ぎることに起因してノッキングが発生するのを防止することができるようになる。
【００５４】
なお、本実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・本実施形態では、遅角量反映値ＡＥＧＲＸを５点火前に算出された点火時期遅角量ＡＥＧＲとし、その５点火前の点火時期遅角量ＡＥＧＲを燃焼方式切り換え時の点火時期遅角補正に反映させたが、本発明はこれに限定されない。即ち、上記遅角量反映値ＡＥＧＲＸを必ずしも５点火前の点火時期遅角補正量ＡＥＧＥとする必要はなく、要はＥＧＲバルブ４３の開度変化に対する実際のＥＧＲ量の変化の応答遅れ時間に対応する所定時間前の点火時期遅角量ＡＥＧＲを上記遅角量反映値ＡＥＧＲＸとすればよい。
【００５５】
・本実施形態では、弱成層燃焼時の要求ＥＧＲ量ＲＥＱＫと現在ＥＧＲ量ＮＯＷとの差に基づき点火時期遅角量ＡＥＧＲを算出したが、これに代えて上記要求ＥＧＲ量ＲＥＱＫと現在ＥＧＲ量ＮＯＷとの比に基づき点火時期遅角量ＡＥＧＲを算出してもよい。
【００５６】
・本実施形態では、ステップモータ４３ａを備えたＥＧＲバルブ４３を例示したが、これに代えてエンジン１１の吸気負圧によって駆動されるアクチュエータによって開閉するＥＧＲバルブを設けてもよい。
【００５７】
・本実施形態では、均質希薄燃焼から弱成層燃焼への切り換え時における点火時期制御について説明したが、均質燃焼から均質希薄燃焼時への切り換え時や、弱成層燃焼から成層燃焼への切り換え時にも上記と同様の点火時期制御を実行してもよい。この場合、ＥＧＲ量が大きくなる側への燃焼方式の切り換え時全てにおいて、ＥＧＲ量に対する点火時期の進角し過ぎに起因したノッキングの発生を防止することができる。
【００５８】
・本実施形態では、四つの燃焼方式を行うエンジン１１に本発明を適用したが、これに代えて例えば均質燃焼と均質希薄燃焼とを切り換えて実行するエンジンや、均質燃焼、均質希薄燃焼及び成層燃焼を切り換えて実行するエンジンに本発明を適用してもよい。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によれば、内燃機関の燃焼方式の切り換え時に実際の排気再循環量の推移に応答遅れが生じたとしても点火時期を適正状態に維持することができる。従って、上記実際の排気再循環量の応答遅れに基づき点火時期が進角し過ぎた状態になり、その点火時期の進角し過ぎに起因してノッキングが生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の点火時期制御装置が適用されたエンジン全体を示す断面図。
【図２】吸気及び排気ポートの形状を示すシリンダヘッドの断面図。
【図３】点火時期制御装置の電気的構成を示すブロック図。
【図４】基本燃料噴射量を算出する際に参照されるマップ。
【図５】燃焼方式を決定する際に参照されるマップ。
【図６】要求ＥＧＲ量を算出する際に参照されるマップ。
【図７】基本点火時期を算出する際に参照されるマップ。
【図８】点火時期遅角量の算出手順を示すフローチャート。
【図９】最終点火時期の算出手順を示すフローチャート。
【図１０】均質希薄燃焼から弱成層燃焼へと切り換えられる際の要求ＥＧＲ量、現在ＥＧＲ量、点火時期遅角量、遅角量反映値及び最終点火時期の推移態様を示すタイムチャート。
【図１１】最終点火時期への点火時期遅角量の反映態様を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１１…エンジン、１４ｃ…クランクポジションセンサ、２６…アクセルポジションセンサ、３０…吸気管、３１…排気管、３２…吸気通路、３３…排気通路、４１…点火プラグ、４１ａ…イグナイタ、４２…ＥＧＲ通路、４３…ＥＧＲバルブ、９２…電子制御ユニット（ＥＣＵ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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