(57)【要約】【課題】多湿の環境条件下でも、内燃機関の安定した燃焼状態を確保することができ、商品性を向上させ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。【解決手段】内燃機関３の制御装置１は、ＥＣＵ２を備える。ＥＣＵ２は、内燃機関３の運転状態に応じて、基本目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｂｓを算出し（ステップ１２）、内燃機関３の吸気通路６内に吸入される空気中の水蒸気Ｇｗｔｒを算出し（ステップ１０）、水蒸気量Ｇｗｔｒを用いて、ＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒを算出し（ステップ１１）、基本目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｂｓからＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒを減算することにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを算出し（ステップ１３，１５）、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを用いて、内燃機関３の内部ＥＧＲ制御及び外部ＥＧＲ制御を実行する（ステップ１８〜２１）。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路内に吸入される空気である吸入空気の量を表す吸入空気量パラメータを取得する吸入空気量パラメータ取得手段と、
前記吸入空気中の水蒸気の割合及び量の一方を表す水蒸気パラメータを取得する水蒸気パラメータ取得手段と、
前記吸入空気量パラメータ及び前記水蒸気パラメータを用いて、前記吸入空気から水蒸気分を除いたドライ吸入空気の割合及び量の一方を表すドライ吸入空気パラメータを算出するドライ吸入空気パラメータ算出手段と、
当該ドライ吸入空気パラメータを用いて、前記内燃機関の混合気の着火時期を制御する着火時期制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記着火時期制御手段は、前記ドライ吸入空気パラメータとして前記ドライ吸入空気の量であるドライ吸入空気量を算出し、前記水蒸気パラメータとして前記水蒸気の量である水蒸気量を算出し、当該ドライ吸入空気量及び当該水蒸気量を用いて、気筒内のガス温度である筒内ガス温度を算出するとともに、当該筒内ガス温度を用いて、前記着火時期を制御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。
【請求項３】
前記着火時期制御手段は、前記ドライ吸入空気パラメータ及び前記水蒸気パラメータを用いて、気筒内の総ガス中のＥＧＲの割合を表す総ＥＧＲ割合を算出するとともに、当該総ＥＧＲ割合を用いて、前記着火時期を制御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。
【請求項４】
前記着火時期制御手段は、前記ドライ吸入空気パラメータとして前記ドライ吸入空気の量であるドライ吸入空気量を算出し、前記水蒸気パラメータとして前記水蒸気の量である水蒸気量を算出し、当該水蒸気量に値１より大きい換算係数を乗算することにより当該水蒸気量をＥＧＲ量に換算したＥＧＲ換算量を算出するとともに、前記ドライ吸入空気量及び当該ＥＧＲ換算量を用いて、前記総ＥＧＲ割合を算出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。
【請求項５】
内燃機関の運転状態に応じて、当該内燃機関の排気通路内の排ガスを当該内燃機関の吸気側に還流させる量であるＥＧＲ量の目標値の基本となる基本目標ＥＧＲ量を算出する基本目標ＥＧＲ量算出手段と、
前記内燃機関の吸気通路内に吸入される空気である吸入空気中の水蒸気の割合及び量の一方を表す水蒸気パラメータを取得する水蒸気パラメータ取得手段と、
当該水蒸気パラメータを用いて、前記水蒸気の量である水蒸気量を算出する水蒸気量算出手段と、
当該水蒸気量に値１より大きい換算係数を乗算することにより、当該水蒸気量をＥＧＲ量に換算したＥＧＲ換算量を算出するＥＧＲ換算量算出手段と、
当該ＥＧＲ換算量で前記基本目標ＥＧＲ量を補正することにより、目標ＥＧＲ量を算出する目標ＥＧＲ量算出手段と、
当該目標ＥＧＲ量を用いて、前記内燃機関の運転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。
【請求項６】
前記換算係数は、値１．３を含む当該値１．３近傍の値に設定されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気通路内に吸入される空気中の水蒸気の割合及び量の一方を表す水蒸気パラメータを用いて、内燃機関の運転を制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の制御装置として、特許文献１に記載されたものを本出願人は既に提案しており、この制御装置では、同文献の図４に示す算出処理によって、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが算出される。この算出処理の場合、まず、同文献の図５に示す算出処理により、理想筒内ガス量Ｇｔｈを算出し、エンジン回転数ＮＥなどに応じたマップ検索により、基準筒内ガス温度Ｔｃｙｌｓｔｄを算出した後、同文献の図６に示す算出処理により、筒内ガス温度Ｔｃｙｌを算出する（ステップ１〜３）。次いで、式（９）により、筒内ガス量Ｇａｃｔを算出し、式（１２）により、ＥＧＲ率ＲＥＧＲＴが最終的に算出される（ステップ４〜５）。
【０００３】
また、同文献の図７に示す点火時期制御処理では、エンジン回転数ＮＥ及びＥＧＲ率ＲＥＧＲＴに応じて、最適点火時期ＩＧＭＢＴを算出し、これを用いて、最終的な点火時期ＩＧＬＯＧが算出される（ステップ３１〜３６）。そして、この点火時期ＩＧＬＯＧに対応するタイミングで、点火プラグによる混合気の点火が実施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６/０１７２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、内燃機関の場合、大気中から吸入された空気（以下「吸入空気」という）を用いて混合気を生成している関係上、雨天時などには、吸入空気が多湿状態になることがある。その場合、吸入空気中の水蒸気は、後述するように、還流ガスと同様に、混合気の燃焼温度を低下させることになるとともに、燃焼温度を低下させる能力が還流ガスよりも高いという特性を有している。
【０００６】
これに対して、上記特許文献１の制御装置によれば、ＥＧＲ率を算出する場合において、吸入空気の湿度状態を考慮していないので、例えば、多湿の環境条件下にある場合には、吸入空気が多湿状態になるのに起因して、燃焼温度が過度に低下し、燃焼状態が不安定になってしまうことで、サージや失火が発生するおそれがある。また、同じ理由により、点火時期が過度に遅角側に制御されてしまうおそれがあり、その場合には、燃費性能が悪化してしまうことになる。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、多湿の環境条件下でも、内燃機関の安定した燃焼状態を確保することができ、商品性を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る内燃機関３の制御装置１は、内燃機関３の吸気通路６内に吸入される空気である吸入空気の量を表す吸入空気量パラメータ（吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ）を取得する吸入空気量パラメータ取得手段（ＥＣＵ２）と、吸入空気中の水蒸気の割合及び量の一方を表す水蒸気パラメータ（水蒸気量Ｇｗｔｒ）を取得する水蒸気パラメータ取得手段（ＥＣＵ２、ステップ３５）と、吸入空気量パラメータ（吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ）及び水蒸気パラメータ（水蒸気量Ｇｗｔｒ）を用いて、吸入空気から水蒸気分を除いたドライ吸入空気の割合及び量の一方を表すドライ吸入空気パラメータ（ドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ）を算出するドライ吸入空気パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３６）と、ドライ吸入空気パラメータを用いて、内燃機関３の混合気の着火時期（点火時期ＩＧＬＯＧ）を制御する着火時期制御手段（ＥＣＵ２、ステップ５０〜５６）と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の吸気通路内に吸入される空気である吸入空気の量を表す吸入空気量パラメータが取得され、吸入空気中の水蒸気の割合及び量の一方を表す水蒸気パラメータが取得され、吸入空気量パラメータ及び水蒸気パラメータを用いて、吸入空気から水蒸気分を除いたドライ吸入空気の割合及び量の一方を表すドライ吸入空気パラメータが算出されるので、ドライ吸入空気パラメータを、吸入空気中の水蒸気による還流ガスと同じ機能、すなわち燃焼温度を低下させる機能を排除した空気の割合及び量の一方を表す値として算出することができる。したがって、そのようなドライ吸入空気パラメータを用いて、内燃機関の混合気の着火時期を制御することによって、着火時期の制御精度を向上させることができる。その結果、前述したような、着火時期すなわち点火時期が過度に遅角側に制御されるのを回避でき、燃費性能を向上させることができる（なお、本明細書における「吸入空気量パラメータを取得」及び「水蒸気パラメータを取得」における「取得」は、センサなどによりこれを直接検出することに限らず、この値を他のパラメータを用いて算出することを含む）。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、着火時期制御手段は、ドライ吸入空気パラメータとしてドライ吸入空気の量であるドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙを算出し、水蒸気パラメータとして水蒸気の量である水蒸気量Ｇｗｔｒを算出し、ドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ及び水蒸気量Ｇｗｔｒを用いて、気筒内のガス温度である筒内ガス温度Ｔｉｃを算出するとともに、筒内ガス温度Ｔｉｃを用いて、着火時期（点火時期ＩＧＬＯＧ）を制御することを特徴とする。
【００１１】
この内燃機関の制御装置によれば、ドライ吸入空気量及び水蒸気量を用いて、気筒内のガス温度である筒内ガス温度が算出されるので、筒内ガス温度を、水蒸気の還流ガスと同じ機能を加味した温度として算出することができ、高い算出精度を確保することができる。したがって、そのような筒内ガス温度を用いて、着火時期を制御することにより、着火時期制御における高い制御精度を確保することができる。その結果、良好な燃費性能を確保することができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、着火時期制御手段は、ドライ吸入空気パラメータ（ドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ）及び水蒸気パラメータ（水蒸気量Ｇｗｔｒ）を用いて、気筒内の総ガス中のＥＧＲの割合を表す総ＥＧＲ割合（総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔ）を算出するとともに、総ＥＧＲ割合（総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔ）を用いて、着火時期（点火時期ＩＧＬＯＧ）を制御することを特徴とする。
【００１３】
この内燃機関の制御装置によれば、ドライ吸入空気パラメータ及び水蒸気パラメータを用いて、気筒内の総ガス中のＥＧＲの割合を表す総ＥＧＲ割合が算出されるので、この総ＥＧＲ割合は、還流ガスに加えて、水蒸気の還流ガスと同じ機能を加味したガスの割合として算出されることになる。したがって、そのような総ＥＧＲ割合を用いて、着火時期を制御することにより、着火時期制御における高い制御精度を確保することができる。その結果、良好な燃費性能を確保することができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関３の制御装置１において、着火時期制御手段は、ドライ吸入空気パラメータとしてドライ吸入空気の量であるドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙを算出し、水蒸気パラメータとして水蒸気の量である水蒸気量Ｇｗｔｒを算出し、水蒸気量Ｇｗｔｒに値１より大きい換算係数（ＥＧＲ換算係数Ｒｗｔｒ２ｅｇｒ）を乗算することにより水蒸気量ＧｗｔｒをＥＧＲ量に換算したＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒを算出するとともに、ドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ及びＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒを用いて、総ＥＧＲ割合（総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔ）を算出することを特徴とする。
【００１５】
この内燃機関の制御装置によれば、水蒸気量に値１より大きい換算係数を乗算することにより水蒸気量をＥＧＲ量に換算したＥＧＲ換算量が算出され、ドライ吸入空気量及びＥＧＲ換算量を用いて、気筒内の総ガス中のＥＧＲの割合を表す総ＥＧＲ割合が算出される。前述したように、吸入空気中の水蒸気は、還流ガスよりも高い度合いで燃焼温度を低下させるという特性を有しているので、ＥＧＲ量換算値を、そのような水蒸気の特性をＥＧＲ量に適切に換算した値として算出することができる。それにより、そのようなＥＧＲ量換算値を用いて算出した総ＥＧＲ割合を用いて、着火時期を制御することにより、着火時期制御の制御精度をさらに向上させることができる。その結果、燃費性能をさらに向上させることができる。
【００１６】
請求項５に係る内燃機関３の制御装置１は、内燃機関３の運転状態に応じて、内燃機関３の排気通路７内の排ガスを内燃機関３の吸気側に還流させる量であるＥＧＲ量の目標値の基本となる基本目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｂｓを算出する基本目標ＥＧＲ量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１２）と、内燃機関３の吸気通路６内に吸入される空気である吸入空気中の水蒸気の割合及び量の一方を表す水蒸気パラメータ（水蒸気量Ｇｗｔｒ）を取得する水蒸気パラメータ取得手段（ＥＣＵ２、ステップ１０）と、水蒸気パラメータ（水蒸気量Ｇｗｔｒ）を用いて、水蒸気の量である水蒸気量Ｇｗｔｒを算出する水蒸気量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１０）と、水蒸気量Ｇｗｔｒに値１より大きい換算係数（ＥＧＲ換算係数Ｒｗｔｒ２ｅｇｒ）を乗算することにより、水蒸気量をＥＧＲ量に換算したＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒを算出するＥＧＲ換算量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１１）と、ＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒで基本目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｂｓを補正することにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを算出する目標ＥＧＲ量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１３，１５）と、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを用いて、内燃機関３の運転を制御する制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１８〜２１）と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
この内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の運転状態に応じて、基本目標ＥＧＲ量が算出され、補正値で基本目標ＥＧＲ量を補正することにより、目標ＥＧＲ量が算出される。この補正値は、内燃機関の吸気通路内に吸入される空気である吸入空気中の水蒸気の割合及び量の一方を表す水蒸気パラメータを用いて、水蒸気量を算出し、この水蒸気量に値１より大きい換算係数を乗算することにより、水蒸気量をＥＧＲ量に換算した値として算出されるので、吸入空気中の水蒸気量を反映した値として算出されることになる。そして、目標ＥＧＲ量は、そのような補正値で基本目標ＥＧＲ量を補正することにより算出されるので、吸入空気中の水蒸気による還流ガスと同じ機能、すなわち燃焼温度を低下させる機能を考慮した値として算出されることになる。したがって、そのような目標ＥＧＲ量を用いて、内燃機関の運転を制御することによって、多湿の環境条件下でも、内燃機関の安定した燃焼状態を確保することができ、商品性を向上させることができる。
【００１８】
また、特許文献１のように、水蒸気による燃焼温度を低下させる機能を考慮していない目標ＥＧＲ量を用いて各種制御処理を実行した場合、各種制御処理における制御精度を向上させるには、水蒸気に応じた補正処理やマップ検索手法によって各種の制御処理を実行する必要があり、その結果、演算負荷や制御工程数の増大を招いてしまうことになる。これに対して、この内燃機関の制御装置によれば、目標ＥＧＲ量を、吸入空気中の水蒸気による燃焼温度を低下させる機能を反映させた値として算出できることで、上記のような、演算負荷や制御工程数の増大を回避することができ、商品性をさらに向上させることができる。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載の内燃機関３の制御装置１において、換算係数は、値１．３を含む当該値１．３近傍の値に設定されていることを特徴とする。
【００２０】
後述するように、本出願人の実験により、水蒸気の場合、混合気の燃焼速度を遅らせる能力が還流ガスと比べて１．３倍ほど大きいことが確認できた。したがって、この内燃機関の制御装置によれば、換算係数は、値１．３を含む値１．３近傍の値に設定されているので、水蒸気における混合気の燃焼速度を遅らせる能力を適切に反映させながら、ＥＧＲ換算量を算出することができ、その算出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置及びこれを適用した内燃機関の構成を模式的に示す図である。
【図２】制御装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】可変吸気カム位相機構により吸気カム位相が最進角値（実線）及び原点値（破線）に設定されているときの吸気弁のバルブリフト曲線と、可変排気カム位相機構により排気カム位相が最遅角値（実線）及び原点値（破線）に設定されているときの排気弁のバルブリフト曲線をそれぞれ示す図である。
【図４】水蒸気割合算出処理を示すフローチャートである。
【図５】ＥＧＲ制御処理を示すフローチャートである。
【図６】水蒸気及び還流ガスの燃焼感度に及ぼす影響度合いの関係を互いの体積割合で表した図である。
【図７】基本目標ＥＧＲ量の算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図８】総ＥＧＲ率算出処理を示すフローチャートである。
【図９】総ＥＧＲ率の算出に用いる各種のパラメータの算出アルゴリズムの導出原理を説明するための図である。
【図１０】点火時期制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】多湿の環境条件下での点火時期制御を、本発明の制御手法と従来の制御手法で実行したときの制御結果例を示す図である。
【図１２】多湿の環境条件下での点火時期制御を、本発明の制御手法と従来の制御手法で実行したときの燃焼の不安定度合いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図２に示すように、この制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、ＥＧＲ制御処理などの各種の制御処理を実行する。
【００２３】
エンジン３は、４組の気筒３ａ及びピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に動力源として搭載されている。また、エンジン３は、気筒３ａごとに設けられた吸気弁４（１つのみ図示）と、気筒３ａごとに設けられた排気弁５（１つのみ図示）と、吸気弁４を開閉駆動する吸気動弁機構４０と、排気弁５を開閉駆動する排気動弁機構５０などを備えている。
【００２４】
この吸気動弁機構４０は、吸気カム４１ａによって吸気弁４を駆動する吸気カムシャフト４１と、可変吸気カム位相機構４２などで構成されている。この可変吸気カム位相機構４２は、吸気カム４１ａすなわち吸気カムシャフト４１のクランクシャフト３ｃに対する相対的な位相（以下「吸気カム位相」という）ＣＡＩＮを無段階に（すなわち連続的に）進角側又は遅角側に変更することで、吸気弁４のバルブタイミングを変更するものであり、吸気カムシャフト４１の吸気スプロケット（図示せず）側の端部に設けられている。
【００２５】
可変吸気カム位相機構４２は、油圧駆動式のものであり、具体的には、本出願人が特開５００７−４００５２２号公報などで提案済みのものと同様に構成されているので、その詳細な説明は省略するが、吸気カム位相制御弁４２ａ（図２参照）及び図示しない油圧回路などを備えている。
【００２６】
この可変吸気カム位相機構４２では、吸気カム位相制御弁４２ａがＥＣＵ２によって制御されることで、油圧回路から可変吸気カム位相機構４２の進角室及び遅角室に供給される油圧が制御される。それにより、吸気カム位相ＣＡＩＮが、所定の原点値ＣＡＩＮ＿０と所定の最進角値ＣＡＩＮ＿ＡＤＶとの間で変更されることによって、吸気弁４のバルブタイミングが、図３に破線で示す原点タイミングと、図３に実線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。
【００２７】
この場合、原点値ＣＡＩＮ＿０は値０に設定され、最進角値ＣＡＩＮ＿ＡＤＶは、所定の正値に設定されている。したがって、吸気カム位相ＣＡＩＮが原点値ＣＡＩＮ＿０から増大するほど、吸気弁４のバルブタイミングが原点タイミングから進角側に変更され、それにより、吸気弁４と排気弁５のバルブオーバーラップ期間がより長くなる。その結果、内部ＥＧＲ量が増大側に変更される。
【００２８】
また、排気動弁機構５０は、排気カム５１ａによって排気弁５を駆動する排気カムシャフト５１と、可変排気カム位相機構５２などで構成されている。この可変排気カム位相機構５２は、排気カム５１ａすなわち排気カムシャフト５１のクランクシャフト３ｃに対する相対的な位相（以下「排気カム位相」という）ＣＡＥＸを無段階に（すなわち連続的に）進角側又は遅角側に変更することで、排気弁５のバルブタイミングを変更するものであり、排気カムシャフト５１の排気スプロケット（図示せず）側の端部に設けられている。
【００２９】
可変排気カム位相機構５２は、上述した可変吸気排気カム位相機構４２と同様に構成された油圧駆動式のものであり、排気カム位相制御弁５２ａ（図２参照）及び図示しない油圧回路などを備えている。
【００３０】
この可変排気カム位相機構５２では、排気カム位相制御弁５２ａがＥＣＵ２によって制御されることで、油圧回路から可変排気カム位相機構５２の進角室及び遅角室に供給される油圧が制御される。それにより、排気カム位相ＣＡＥＸが、所定の原点値ＣＡＥＸ＿０と所定の最遅角値ＣＡＥＸ＿ＲＥＴとの間で変更されることによって、排気弁５のバルブタイミングが、図３に破線で示す原点タイミングと、図３に実線で示す最遅角タイミングとの間で無段階に変更される。
【００３１】
この場合、原点値ＣＡＥＸ＿０は値０に設定され、最遅角値ＣＡＥＸ＿ＲＥＴは、所定の正値に設定されている。したがって、排気カム位相ＣＡＥＸが原点値ＣＡＥＸ＿０から増大するほど、排気弁５のバルブタイミングが原点タイミングから遅角側に変更され、それにより、バルブオーバーラップ期間がより長くなる。その結果、内部ＥＧＲ量が増大側に変更される。
【００３２】
また、エンジン３には、図２に示す燃料噴射弁８及び点火プラグ９が気筒３ａごとに設けられている（いずれも１つのみ図示）。この燃料噴射弁８は、各気筒３ａ内に燃料を直接噴射するようにシリンダヘッドに取り付けられており、ＥＣＵ２に電気的に接続されているとともに、ＥＣＵ２によって、燃料噴射弁８による燃料の噴射量及び噴射時期が制御される。
【００３３】
さらに、点火プラグ９は、エンジン３のシリンダヘッドに取り付けられており、ＥＣＵ２に電気的に接続されているとともに、ＥＣＵ２によって、後述するように、点火プラグ９による点火時期が制御される。
【００３４】
一方、吸気通路６には、上流側から順に、エアクリーナ１０及びスロットル弁機構１１が設けられている。エアクリーナ１０は、吸気通路６の空気吸い込み口に設けられており、フィルタ（図示せず）を内蔵している。エンジン３の運転中、吸気通路６内に吸入される空気（以下「吸入空気」という）中のゴミなどがエアクリーナ１０のフィルタによって除去される。
【００３５】
また、スロットル弁機構１１は、スロットル弁１１ａ及びこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１１ｂなどを備えている。スロットル弁１１ａは、吸気通路６の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化によりスロットル弁１１ａを通過する空気の流量を変化させる。
【００３６】
ＴＨアクチュエータ１１ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２によって制御されることにより、スロットル弁１１ａの開度を変化させる。
【００３７】
また、エンジン３には、ＥＧＲ装置１２が設けられている。このＥＧＲ装置１２は、排気通路７の排ガスの一部を吸気通路６に還流させるものであり、ＥＧＲ通路１２ａ、ＥＧＲ弁１２ｂ及びＥＧＲアクチュエータ１２ｃ（図２参照）などで構成されている。このＥＧＲ通路１２ａの一端部は、吸気通路６のスロットル弁１１ａよりも下流側の所定部位に接続され、他端部は排気通路７の所定部位に接続されている。
【００３８】
一方、ＥＧＲ弁１２ｂは、バタフライ弁タイプのものであり、ＥＧＲアクチュエータ１２ｃに連結されている。このＥＧＲアクチュエータ１２ｃは、ＤＣモータなどで構成されている。このＥＧＲ装置１２の場合、ＥＣＵ２からの制御入力信号がＥＧＲアクチュエータ１２ｃに供給されることによって、ＥＧＲ弁１２ｂの開度が制御され、それにより、排気通路７から吸気通路６に還流される排ガス量、すなわち外部ＥＧＲ量が制御される。
【００３９】
なお、以下の説明では、内部ＥＧＲ及び外部ＥＧＲを合わせて「ＥＧＲ」といい、内部ＥＧＲ量及び外部ＥＧＲ量の和を「ＥＧＲ量」という。
【００４０】
また、図２に示すように、ＥＣＵ２には、クランク角センサ２０、水温センサ２１、エアフローセンサ２２、大気圧センサ２３、吸気温センサ２４、湿度センサ２５、吸気圧センサ２６、排気温センサ２７、排気圧センサ２８、吸気カム角センサ２９、排気カム角センサ３０及びＥＧＲ弁開度センサ３１が電気的に接続されている。
【００４１】
クランク角センサ２０は、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、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、所定クランク角ごとに１パルスが出力される。
【００４２】
また、水温センサ２１は、エンジン３のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４３】
さらに、上述した４つのセンサ２２〜２５はいずれもエアクリーナ１０に設けられており、エアフローセンサ２２は、エアクリーナ１０を介して吸気通路６内に流れ込む空気量を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このエアフローセンサ２２の検出信号に基づいて、１燃焼サイクル中に１気筒内に流れ込む空気量である吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ（吸入空気量パラメータ）を算出する。
【００４４】
また、大気圧センサ２３は、大気圧ＰＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力し、吸気温センサ２４は、エアクリーナ１０を介して吸気通路６内に流れ込む空気の温度である吸気温ＴＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力し、湿度センサ２５は、エアクリーナ１０を介して吸気通路６内に流れ込む空気の相対湿度ＲＨを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４５】
さらに、吸気圧センサ２６は、吸気通路６のＥＧＲ通路１２ａとの合流部よりも下流側に設けられており、吸気通路６内のガス圧力である吸気圧ＰＢを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４６】
一方、排気温センサ２７は、排気通路７内を流れる排ガスの温度である排気温Ｔｅｘを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力し、排気圧センサ２８は、排気通路７内のガス圧力である排気圧Ｐｅｘを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４７】
また、吸気カム角センサ２９は、吸気カムシャフト４１の可変吸気カム位相機構４２と反対側の端部に設けられており、吸気カムシャフト４１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１０゜）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、吸気カム位相ＣＡＩＮを算出する。
【００４８】
さらに、排気カム角センサ３０は、排気カムシャフト５１の可変排気カム位相機構５２と反対側の端部に設けられており、排気カムシャフト５１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１０゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この排気ＣＡＭ信号及び前述したＣＲＫ信号に基づき、排気カム位相ＣＡＥＸを算出する。
【００４９】
また、ＥＧＲ弁開度センサ３１は、ＥＧＲ弁１２ｂの開度であるＥＧＲ弁開度φＥＧＲを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００５０】
さらに、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）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、以上の各種のセンサ２０〜３１の検出信号などに基づいて、以下に述べるように、ＥＧＲ制御処理などを実行する。
【００５１】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、吸入空気量パラメータ取得手段、水蒸気パラメータ取得手段、ドライ吸入空気パラメータ算出手段、着火時期制御手段、基本目標ＥＧＲ量算出手段、水蒸気量算出手段、ＥＧＲ換算量算出手段、目標ＥＧＲ量算出手段及び制御手段に相当する。
【００５２】
次に、図４を参照しながら、水蒸気割合算出処理について説明する。この算出処理は、吸入空気中の水蒸気の割合である水蒸気割合Ｒｗｔｒを算出するものであり、ＥＣＵ２によって所定の制御周期ΔＴ（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。
【００５３】
同図に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、下式（１）により、水蒸気分圧Ｐｗを算出する。
【数１】
2018193859.tif 000003
【００５４】
次いで、ステップ２に進み、下式（２）により、水蒸気割合Ｒｗｔｒを算出した後、本処理を終了する。
【数２】
2018193859.tif 000004
【００５５】
次に、図５を参照しながら、ＥＧＲ制御処理について説明する。このＥＧＲ制御処理は、ＥＧＲ装置１２を介して外部ＥＧＲ量を制御すると同時に、可変吸気カム位相機構４２及び可変排気カム位相機構５２を介して内部ＥＧＲ量を制御するものであり、ＥＣＵ２により前述した制御周期ΔＴで実行される。
【００５６】
同図に示すように、まず、ステップ１０で、下式（３）により、水蒸気量Ｇｗｔｒを算出する。この水蒸気量Ｇｗｔｒ（水蒸気パラメータ）は、吸入空気中の水蒸気量に相当する。
【数３】
2018193859.tif 000005
【００５７】
次いで、ステップ１１に進み、下式（４）により、ＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒを算出する。このＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒは、水蒸気を還流ガスと見なして、水蒸気量ＧｗｔｒをＥＧＲ量に換算した値である。
【数４】
2018193859.tif 000006
【００５８】
この式（４）のＲｗｔｒ２ｅｇｒは、水蒸気量ＧｗｔｒをＥＧＲ量に換算するためのＥＧＲ換算係数であり、本実施形態では、このＥＧＲ換算係数Ｒｗｔｒ２ｅｇｒは、値１．３に設定されている。これは、以下の理由による。すなわち、水蒸気の場合、還流ガスと比べて比熱が大きく、それに起因して、両者の燃焼感度に及ぼす影響度合いを互いの体積割合で表した場合には、図６に示すように、水蒸気の体積割合３％≒還流ガス体積割合４％の関係が成立する。すなわち、水蒸気の場合、混合気の燃焼速度を遅らせる能力が、還流ガスと比べて１．３倍ほど大きいので、それを反映させるために、ＥＧＲ換算係数Ｒｗｔｒ２ｅｇｒは上述した値１．３に設定されている。
【００５９】
次に、ステップ１２で、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、マップを検索することにより、基本目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｂｓを算出する。この場合、基本目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｂｓの算出マップは、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥ１のときに、図７に示すものとなる。
【００６０】
ステップ１２に続くステップ１３で、下式（５）により、暫定目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｔｍｐを算出する。
【数５】
2018193859.tif 000007
【００６１】
次いで、ステップ１４に進み、暫定目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｔｍｐが値０以上であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、Ｇｅｇｒ＿ｔｍｐ≧０が成立しているときには、ステップ１５に進み、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを暫定目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｔｍｐに設定する。
【００６２】
一方、ステップ１４の判別結果がＮＯで、Ｇｅｇｒ＿ｔｍｐ＜０が成立しているときには、ステップ１６に進み、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを値０に設定する。
【００６３】
以上のように、暫定目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｔｍｐは、基本目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｂｓから水蒸気量Ｇｗｔｒを減算することにより算出され、この暫定目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｔｍｐに値０を下限値とする下限リミット処理を施すことにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄが算出される。その結果、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、図７に破線で示すような値として算出されることになる。
【００６４】
ステップ１５又は１６に続くステップ１７で、内部ＥＧＲ割合Ｒ＿ｉｎを算出する。この内部ＥＧＲ割合Ｒ＿ｉｎは、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄにおける目標内部ＥＧＲ量の割合を規定するものであり、エンジン回転数ＮＥ及びエンジン負荷（例えば、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌ）に応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。
【００６５】
次いで、ステップ１８に進み、下式（６）により、目標内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒ＿ｃｍｄを算出する。この目標内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒ＿ｃｍｄは、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒの目標となる値である。
【数６】
2018193859.tif 000008
【００６６】
次に、ステップ１９で、下式（７）により、目標外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒ＿ｃｍｄを算出する。この目標外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒ＿ｃｍｄは、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒの目標となる値である。
【数７】
2018193859.tif 000009
【００６７】
ステップ１９に続くステップ２０で、内部ＥＧＲ制御処理を実行する。具体的には、まず、目標内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒ＿ｃｍｄ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標吸気カム位相ＣＡＩＮ＿ｃｍｄ及び目標排気カム位相ＣＡＥＸ＿ｃｍｄを算出する。
【００６８】
次いで、目標吸気カム位相ＣＡＩＮ＿ｃｍｄ及び目標排気カム位相ＣＡＥＸ＿ｃｍｄに対応する制御入力信号を、吸気カム位相制御弁４２ａ及び排気カム位相制御弁５２ａにそれぞれ供給する。それにより、吸気カム位相ＣＡＩＮが目標吸気カム位相ＣＡＩＮ＿ｃｍｄになるように制御されるとともに、排気カム位相ＣＡＥＸが目標排気カム位相ＣＡＥＸ＿ｃｍｄになるように制御される。その結果、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒが目標内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒ＿ｃｍｄになるように制御される。
【００６９】
ステップ２０で、内部ＥＧＲ制御処理を以上のように実行した後、ステップ２１に進み、外部ＥＧＲ制御処理を実行する。具体的には、目標外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒ＿ｃｍｄに対応する制御入力信号をＥＧＲアクチュエータ１２ｃに供給する。それにより、実際の外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒが目標外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒ＿ｃｍｄになるように、ＥＧＲ弁開度φＥＧＲが制御される。ステップ２１で、外部ＥＧＲ制御処理を以上のように実行した後、本処理を終了する。
【００７０】
次に、図８を参照しながら、総ＥＧＲ率算出処理について説明する。この算出処理は、以下に述べるように、総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを算出するものであり、ＥＣＵ２によって前述した制御周期ΔＴで実行される。この総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔは、ＥＧＲ（外部ＥＧＲ及び内部ＥＧＲ）に加えて水蒸気を還流ガスと見なしたときのＥＧＲ率、すなわち気筒３ａ内の総ガス中のＥＧＲの割合に相当する。また、以下に述べる各種のパラメータの算出アルゴリズムの導出原理については後述する。
【００７１】
同図に示すように、まず、ステップ３０で、下式（８）により、理想筒内ガス量Ｇｔｈを算出する。
【数８】
2018193859.tif 000010
【００７２】
この式（８）のＧｓｔｄｍは、基準筒内ガス量のマップ値であり、エンジン回転数ＮＥ、吸気カム位相ＣＡＩＮ及び排気カム位相ＣＡＥＸに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。また、式（８）のＫＴＷは、水温補正係数であり、エンジン水温ＴＷに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。さらに、式（８）のＰＢｗｏｔは、基準吸気圧であり、スロットル弁１１ａが全開状態にあるときの吸気圧ＰＢに相当する所定値である。
【００７３】
次いで、ステップ３１に進み、エンジン回転数ＮＥ、吸気カム位相ＣＡＩＮ及び排気カム位相ＣＡＥＸに応じて、図示しないマップを検索することにより、基準筒内ガス温度Ｔｉｃ＿ｓｔｄを算出する。
【００７４】
次に、ステップ３２で、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒを算出する。具体的には、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒは、ＥＧＲ弁開度φＥＧＲ、吸気圧ＰＢ及び排気圧Ｐｅｘに基づき、ＥＧＲ弁１２ｂをノズルと見なして導出したノズルの式（図示せず）を用いて算出される。
【００７５】
ステップ３２に続くステップ３３で、外部ＥＧＲ温Ｔｅｇｒを算出する。この外部ＥＧＲ温Ｔｅｇｒは、具体的には、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、基準外部ＥＧＲ温Ｔｅｇｒ＿ｂｓを算出し、この基準外部ＥＧＲ温Ｔｅｇｒ＿ｂｓをエンジン水温ＴＷに応じて補正することによって算出される。
【００７６】
次いで、ステップ３４に進み、下式（９）により、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒを算出する。
【数９】
2018193859.tif 000011
【００７７】
次に、ステップ３５で、前述した式（３）により、水蒸気量Ｇｗｔｒを算出する。
【００７８】
ステップ３５に続くステップ３６で、下式（１０）により、ドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙを算出する。このドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ（ドライ吸入空気パラメータ）は、吸入空気から水蒸気分を除いた乾燥空気の量に相当する。
【数１０】
2018193859.tif 000012
【００７９】
次いで、ステップ３７に進み、下式（１１）により、筒内ガス温度Ｔｉｃを算出する。
【数１１】
2018193859.tif 000013
【００８０】
次に、ステップ３８で、下式（１２）により、筒内ガス量Ｇｇａｓ＿ｃｙｌを算出する。
【数１２】
2018193859.tif 000014
【００８１】
ステップ３８に続くステップ３９で、前述した式（４）により、ＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒを算出する。
【００８２】
次いで、ステップ４０に進み、下式（１３）により、総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを算出した後、本処理を終了する。この総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔ（総ＥＧＲ割合）は、水蒸気をＥＧＲと見なして算出したＥＧＲ率に相当する。
【数１３】
2018193859.tif 000015
なお、この式（１３）の右辺の分子における括弧内の値が、内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量の和に相当する。
【００８３】
次に、図９を参照しながら、以上の総ＥＧＲ率算出処理で用いた算出アルゴリズムの導出原理について説明する。同図は、エンジン回転数ＮＥ、吸気カム位相ＣＡＩＮ及び排気カム位相ＣＡＥＸがそれぞれ一定の所定値にあるときの吸気圧ＰＢと筒内ガス量との関係を示している。
【００８４】
同図に示す基準点Ｐｗｏｔは、スロットル弁１１ａが全開状態（基準状態）にあるときの動作点を表している。この基準点Ｐｗｏｔでは、スロットル弁１１ａが全開状態にあることで、吸気圧ＰＢは大気圧ＰＡにほぼ等しい基準吸気圧ＰＢｗｏｔとなる。同じ理由により、排気側と吸気側との圧力差がほとんどない状態となることで、バルブオーバーラップが発生している状態にあるときでも、排気側から吸気側への排気の逆流は生じず、吸気側からの吹き返しによる内部ＥＧＲ量がほぼ０になる。
【００８５】
また、この基準点Ｐｗｏｔと原点Ｏを結ぶ線Ｌｔｈ（以下「理想線Ｌｔｈ」という）は、排気が気筒３ａ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における吸気圧と筒内ガスとの関係を表している。すなわち、上記の基準状態と理想状態では、筒内ガス温度及び筒内ガスの気体定数が一定であるとみなせる関係上、理想線Ｌｔｈは、気体の状態方程式から直線として導かれる。
【００８６】
また、図９における線Ｌ１〜Ｌ４は、実際の筒内ガスにおける各種のガス量を表している。すなわち、線Ｌ１は筒内ガス中のドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙを表し、線Ｌ２は筒内ガス中のドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ及び水蒸気量Ｇｗｔｒの和、すなわち吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌを表している。また、線Ｌ３は、ドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ、水蒸気量Ｇｗｔｒ及び外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒの和を表し、線Ｌ４は、全筒内ガス量Ｇｇａｓ＿ｃｙｌ、すなわちドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ、水蒸気量Ｇｗｔｒ、外部ＥＧＲ量Ｇｅｘｅｇｒ及び内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒの和を表している。
【００８７】
ここで、吸気圧ＰＢが、基準点Ｐｗｏｔにおける基準吸気圧ＰＢｗｏｔよりも小さい所定の吸気圧ＰＢ１であるときの理想線Ｌｔｈと線Ｌ４の状態などの関係について説明する。
【００８８】
まず、理想線Ｌｔｈにおける状態Ｐ１と、線Ｌ４における状態Ｐ２との関係については、気体の状態方程式から、下式（１４）が成立する。
【数１４】
2018193859.tif 000016
この式（１４）のＴｉｃ＿ｔｈは、状態Ｐ１における筒内ガス温度（理想筒内ガス温度）である。
【００８９】
また、線Ｌ４上の状態Ｐ２の状態では、気筒３ａ内の温度の平衡関係から、下式（１５）が成立する。
【数１５】
2018193859.tif 000017
【００９０】
以上の式（１４）及び（１５）に基づき、内部ＥＧＲ量Ｇｉｎｅｇｒの算出式を導出すると、下式（１６）のようになる。
【数１６】
2018193859.tif 000018
【００９１】
ここで、前述したように、理想筒内ガス温度は、理想線Ｌｔｈ上において一定であるので、上式（１６）の理想筒内ガス温度Ｔｉｃ＿ｔｈを、基準点Ｐｗｏｔの筒内ガス温度である基準筒内ガス温度Ｔｉｃ＿ｓｔｄに置き換えると、前述した式（９）が導出される。
【００９２】
また、基準筒内ガス温度Ｔｉｃ＿ｓｔｄ及び基準筒内ガス量Ｇｓｔｄの算出式は、以下のように導出される。エンジン３の排気行程の終了時、ピストン３ｂが上死点に達した状態では、燃焼ガスの一部は、気筒３ａから排出されず、ピストン３ｂとシリンダヘッドとの間の燃焼室に残留する。この残留燃焼ガスは、スロットル弁１１ａが全開で、内部ＥＧＲ量などがほぼ０である基準状態においても、充填された吸入空気量とともに気筒３ａ内に存在する。
【００９３】
この場合の残留燃焼ガス量Ｇｅｇｒｄは、気体の状態方程式に基づき、下式（１７）で表すことができる。
【数１７】
2018193859.tif 000019
この式（１７）のＶｄは、ピストン３ｂが上死点にあるときの燃焼室の容積であり、Ｒは気体定数である。
【００９４】
また、基準筒内ガス温度Ｔｉｃ＿ｓｔｄは、基準状態における気筒３ａ内の温度の平衡関係から、上式（１７）で算出された残留燃焼ガス量Ｇｅｇｒｄを用いて、下式（１８）で算出されることになる。
【数１８】
2018193859.tif 000020
【００９５】
また、基準筒内ガス量Ｇｓｔｄは、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌと残留燃焼ガス量Ｇｅｇｒｄとの和であるので、下式（１９）で表すことができる。
【数１９】
2018193859.tif 000021
【００９６】
したがって、基準点Ｐｗｏｔと理想線Ｌｔｈ上の状態Ｐ１との関係から、状態Ｐ１における理想筒内ガス量Ｇｔｈは、基準点Ｐｗｏｔの吸気圧ＰＢｗｏｔ、状態Ｐ１の吸気圧ＰＢ１及び基準筒内ガス量Ｇｓｔｄを用いて、下式（２０）で算出されることになる。
【数２０】
2018193859.tif 000022
【００９７】
この式（２０）において、基準筒内ガス量Ｇｓｔｄを基準筒内ガス量のマップ値と水温補正係数の積Ｇｓｔｄｍ・ＫＴＷに、状態Ｐ１の吸気圧ＰＢ１をその時点の吸気圧ＰＢに置き換えると、理想筒内ガス量Ｇｔｈの算出式として、前述した式（８）が導出される。
【００９８】
また、図９の状態Ｐ２における筒内ガス温度、すなわち実際の筒内ガス温度Ｔｉｃは、吸入空気、内部ＥＧＲ及び外部ＥＧＲによる気筒３ａ内の温度の平衡関係から、下式（２１）によって算出されることになる。
【数２１】
2018193859.tif 000023
【００９９】
この式（２１）に対して、Ｇａｉｒｃｙｌ＝Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ＋Ｇｗｔｒを代入すると、筒内ガス温度Ｔｉｃの算出式として、前述した式（１１）が導出される。
【０１００】
また、前述した式（１４）の理想筒内ガス温度Ｔｉｃ＿ｔｈを基準筒内ガス温度Ｔｉｃ＿ｓｔｄに置き換えるとともに、筒内ガス量Ｇｇａｓ＿ｃｙｌを左辺において整理すると、筒内ガス量Ｇｇａｓ＿ｃｙｌの算出式として、前述した式（１２）が導出される。
【０１０１】
次に、図１０を参照しながら、点火時期制御処理について説明する。この点火時期制御処理は、着火時期としての点火時期ＩＧＬＯＧを気筒３ａごとに算出するものであり、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。なお、点火時期ＩＧＬＯＧは、圧縮行程のＴＤＣ位置でのクランク角を値０として、このＴＤＣ位置よりも進角側であるほど、より大きな正の値になるように算出される。また、４つの気筒３ａにおける点火時期制御処理の手法は互いに同じであるので、以下、１気筒分の点火時期制御処理の手法を例にとって説明する。
【０１０２】
同図に示すように、まず、ステップ５０で、エンジン回転数ＮＥ及び総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔに応じて、図示しないマップを検索することにより、最適点火時期ＩＧＭＢＴを算出する。この最適点火時期ＩＧＭＢＴは、ＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）に相当する点火時期であり、このマップでは、総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔが大きいほど、より大きい値すなわちより進角側の値に設定されている。
【０１０３】
次いで、ステップ５１に進み、ノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫを算出する。このノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫは、ノッキングの発生限界を規定する値（すなわちノッキングの発生を抑制可能な進角側の値）であり、その具体的な算出手法はここでは図示しないが、特許文献１と同様の手法によって算出される。
【０１０４】
次に、ステップ５２で、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のとき、すなわち最適点火時期ＩＧＭＢＴがノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫと同じ値かそれよりも進角側に設定されているときには、ノッキングの発生を回避するために、ステップ５３に進み、基本点火時期ＩＧＢＡＳＥをノック限界点火時期ＩＧＫＮＯＣＫに設定する。
【０１０５】
一方、ステップ５２の判別結果がＮＯのときには、最大トルクを確保するために、ステップ５４に進み、基本点火時期ＩＧＢＡＳＥを最適点火時期ＩＧＭＢＴに設定する。
【０１０６】
以上のステップ５３又は５４に続くステップ５５で、エンジン水温ＴＷなどに応じて、補正項ＩＧＣＲを算出する。
【０１０７】
次いで、ステップ５６に進み、点火時期ＩＧＬＯＧを基本点火時期ＩＧＢＡＳＥと補正項ＩＧＣＲの和ＩＧＢＡＳＥ＋ＩＧＣＲに設定した後、本処理を終了する。以上のように、点火時期ＩＧＬＯＧが算出されると、この点火時期ＩＧＬＯＧに対応するタイミングで、ＥＣＵ２から点火プラグ９に制御入力信号が供給され、点火プラグ９が放電する。それにより、混合気が点火される。
【０１０８】
次に、図１１及び１２を参照しながら、本発明の点火時期制御処理を多湿の環境条件下で実行したときの効果について説明する。両図において、網掛けで示すデータが本発明の制御手法によるものであり、ハッチングで示すデータが特許文献１に記載された従来の制御手法によるものである。
【０１０９】
図１１を参照すると明らかなように、従来制御手法の場合、吸入空気中に多量に含まれる水蒸気の影響によって、点火時期が最適点火時期ＩＧＭＢＴから大幅に遅角側に制御されているのに対して、本発明の制御手法の場合、点火時期を最適点火時期ＩＧＭＢＴまで進角制御できていることが判る。その結果、多湿の環境条件下でも良好な燃費性能を確保することができる。
【０１１０】
また、図１２において、縦軸の値ＳＤＭは、燃焼の不安定度合いを表すパラメータであり、この値ＳＤＭが大きいほど、燃焼の不安定度合いが大きいことを示している。言い換えれば、値ＳＤＭが小さいほど、燃焼の安定性が高いことを示しており、同図を参照すると明らかなように、本発明の制御手法の場合、従来制御手法と比べて、燃焼の安定性が向上していることが判る。その結果、多湿の環境条件下でもサージや失火の発生を抑制することができる。
【０１１１】
以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、エンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌに応じて、基本目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｂｓが算出され、水蒸気量ＧｗｔｒにＥＧＲ換算係数Ｒｗｔｒ２ｅｇｒを乗算することにより、ＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒが算出されるとともに、基本目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｂｓからＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒを減算することにより、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄが算出される。この場合、吸入空気中の水蒸気は、還流ガスと同じ機能すなわち燃焼温度を低下させる機能を備えているので、ＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒは、そのような機能を有する水蒸気量ＧｗｔｒをＥＧＲ量に適切に換算した値として算出されるので、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを、吸入空気中の水蒸気による還流ガスと同じ機能の影響を適切に考慮した値として算出することができる。
【０１１２】
したがって、そのような目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを用いて、ＥＧＲ装置１２、可変吸気カム位相機構４２及び可変排気カム位相機構５２を制御することによって、ＥＧＲ制御を実行したときの燃焼の安定性を向上させることができる。また、特許文献１のように、水蒸気による燃焼温度を低下させる機能を考慮していない目標ＥＧＲ量を用いて各種制御処理を実行した場合と比べて、演算負荷や制御工程数を減らすことができ、商品性をさらに向上させることができる。
【０１１３】
また、吸入空気中の水蒸気は、還流ガスよりも高い度合いで燃焼温度を低下させるという特性を有しており、ＥＧＲ換算係数Ｒｗｔｒ２ｅｇｒがその度合いを適切に反映した値１．３に設定されているので、ＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒを、そのような水蒸気の特性をＥＧＲ量に適切に換算した値として算出することができ、その算出精度を向上させることができる。
【０１１４】
さらに、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌから水蒸気量Ｇｗｔｒを減算することにより、ドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙが算出され、ドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ、水蒸気量Ｇｗｔｒ及びＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒを用いて、総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔが算出されるので、総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを、ＥＧＲ（外部ＥＧＲ及び内部ＥＧＲ）に加えて、水蒸気の還流ガスと同じ機能を加味したガスの割合として算出することができる。したがって、そのような総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを用いて、点火時期制御を実行することにより、高い制御精度を確保することができる。その結果、点火時期が過度に遅角側に制御されるのを回避でき、良好な燃費性能を確保することができる。
【０１１５】
これに加えて、ドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ及び水蒸気量Ｇｗｔｒを用いて、筒内ガス温度Ｔｉｃが算出され、この筒内ガス温度Ｔｉｃを用いて、筒内ガス量Ｇｇａｓ＿ｃｙｌが算出されるとともに、この筒内ガス量Ｇｇａｓ＿ｃｙｌを用いて、総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔが算出されるので、総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔの算出精度をさらに向上させることができる。その結果、点火時期制御において、高い制御精度を確保することができ、燃費性能をさらに向上させることができる。
【０１１６】
なお、実施形態は、水蒸気パラメータとして、水蒸気量Ｇｗｔｒを用いた例であるが、本発明の水蒸気パラメータはこれに限らず、吸気通路内に吸入される空気中の水蒸気の割合及び量の一方を表すものであればよい。例えば、水蒸気パラメータとして、水蒸気割合Ｒｗｔｒを用いてもよい。
【０１１７】
また、実施形態は、制御手段を、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを用いて、内燃機関３の点火時期ＩＧＬＯＧを制御するものとして構成した例であるが、本発明の制御手段はこれに限らず、目標ＥＧＲ量を用いて内燃機関の運転を制御するものであればよい。例えば、制御手段を、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを用いて、内燃機関３の空燃比制御や燃料噴射制御を実行するものとして構成してもよい。
【０１１８】
さらに、実施形態は、吸入空気量パラメータとして、吸入空気量Ｇａｉｒｃｙｌを用いた例であるが、本発明の吸入空気量パラメータはこれに限らず、内燃機関の吸気通路内に吸入される空気の量を表すものであればよい。例えば、吸入空気量パラメータとして、スロットル弁１１ａが全開状態のときの吸入空気量に対する現在の吸入空気量の割合を用いてもよい。
【０１１９】
一方、実施形態は、点火プラグを備えた内燃機関において着火時期制御として点火時期制御を実行した例であるが、本発明の着火時期制御はこれに限らず、着火時期を制御するものであればよい。例えば、点火プラグを備えていない圧縮着火式の内燃機関において、その混合気の着火時期を制御するように構成してもよい。
【０１２０】
また、実施形態は、ドライ吸入空気パラメータとして、ドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙを用いた例であるが、本発明のドライ吸入空気パラメータはこれに限らず、吸気通路内に吸入された空気から水蒸気分を除いたドライ吸入空気の割合及び量の一方を表すものであればよい。例えば、ドライ吸入空気パラメータとして、値１−Ｒｗｔｒを用いてもよい。
【０１２１】
さらに、実施形態は、総ＥＧＲ割合として、総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを用いた例であるが、本発明の総ＥＧＲ割合はこれに限らず、気筒内の総ガス中のＥＧＲの割合を表すものであればよい。例えば、総ＥＧＲ割合として、総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔの逆数を用いてもよい。
【０１２２】
一方、実施形態は、式（１３）を用いて、総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを算出した例であるが、これに代えて、式（１３）の筒内ガス量Ｇｇａｓ＿ｃｙｌを筒内ガス量割合ηｃ＿ｔｈｃｌに、ドライ吸入空気量Ｇａｉｒ＿ｄｒｙをドライ空気量割合ηｃａｉｒ＿ｄｒｙに、水蒸気量Ｇｗｔｒを水蒸気量割合ηｃ＿ｗｔｒに、ＥＧＲ換算量Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒをＥＧＲ換算量割合ηｃｅｇｒ＿ｗｔｒにそれぞれ置き換えた式を用いて、総ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ＿ｔを算出してもよい。なお、これらの割合ηｃ＿ｔｈｃｌ，ηｃａｉｒ＿ｄｒｙ，ηｃ＿ｗｔｒ，ηｃｅｇｒ＿ｗｔｒは、前述した基準筒内ガス量Ｇｓｔｄに対する各種のガス量Ｇｇａｓ＿ｃｙｌ，Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ，Ｇｗｔｒ，Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒの割合に相当する。
【０１２３】
また、実施形態は、ＥＧＲ換算係数Ｒｗｔｒ２ｅｇｒとして、値１．３を用いた例であるが、本発明のＥＧＲ換算係数はこれに限らず、値１よりも大きい所定値や、値１．３近傍の値（例えば、値１．２〜１．４）を用いてもよい。
【０１２４】
さらに、実施形態は、排気温センサ２７を用いて、排気温Ｔｅｘを検出したが、これに代えて、エンジン３の運転状態に応じて、排気温Ｔｅｘを推定するように構成してもよい。
【０１２５】
一方、実施形態は、排気圧センサ２８を用いて、排気圧Ｐｅｘを検出したが、これに代えて、エンジン３の運転状態に応じて、排気圧Ｐｅｘを推定するように構成してもよい。
【０１２６】
また、実施形態は、本発明の制御装置を車両用の内燃機関に適用した例であるが、本発明の制御装置は、これに限らず、船舶用の内燃機関や、他の産業機器用の内燃機関にも適用可能である。
【符号の説明】
【０１２７】
１  制御装置
２  ＥＣＵ（吸入空気量パラメータ取得手段、水蒸気パラメータ取得手段、ドライ吸        入空気パラメータ算出手段、着火時期制御手段、基本目標ＥＧＲ量算出手段、水        蒸気量算出手段、ＥＧＲ換算量算出手段、目標ＥＧＲ量算出手段、制御手段）
３  エンジン
６  吸気通路
７  排気通路
Ｇａｉｒｃｙｌ  吸入空気量（吸入空気量パラメータ）
Ｇｗｔｒ  水蒸気量（水蒸気パラメータ）
Ｒｗｔｒ２ｅｇｒ  ＥＧＲ換算係数（換算係数）
Ｇｅｇｒ＿ｗｔｒ  ＥＧＲ換算量
Ｇｅｇｒ＿ｂｓ  基本目標ＥＧＲ量
Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ  目標ＥＧＲ量
Ｇａｉｒ＿ｄｒｙ  ドライ吸入空気量（ドライ吸入空気パラメータ）
Ｔｉｃ  筒内ガス温度
Ｒｅｇｒ＿ｔ  総ＥＧＲ率（総ＥＧＲ割合）
ＩＧＬＯＧ  点火時期（着火時期）
【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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【図１２】
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