(57)【要約】【課題】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できる内燃機関の点火時期制御装置を提供する。【解決手段】目標ＥＧＲ率ＲＳＴＤに対して筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）が追従して制御される過渡状態において（ＲＣ（ｎ）＝０〜２０％）、マップから求めたＥＧＲ時及び非ＥＧＲ時の点火時期に基づき、筒内ＥＧＲ率ＲＣ（ｎ）に対応する点火時期ＳＡを直線補完により算出すると共に、算出した点火時期ＳＡから比ＲＣ（ｎ）／ＲＳＴＤに基づいて設定したリタード量ＯＦＳを減算し、減算後の点火時期ＳＡに基づいて点火リタードを実施する。【選択図】　　　図７
2004011619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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、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（４）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（４）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）
【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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