(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸排気弁の開期間が重複するバルブオーバーラップを生じさせるバルブオーバーラップ生成機構を備えるエンジンの残ガス率推定装置において、
ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積、ゲイン１及び切片を用いて、
ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率＝ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積
×ゲイン１＋切片
の一次式により、またはｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）と３つの係数ａ，ｂ，ｃを用いて、
ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率＝ａ×ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）＾２
＋ｂ×ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）＋ｃ
の二次式によりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を算出するｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率算出手段と、
前記バルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を算出するバルブオーバーラップ中残ガス率増加分算出手段と、
前記算出されるｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率と前記算出されるバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分との合計で残ガス率を算出する残ガス率算出手段と
を備え、
前記一次式によりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を算出する場合に前記ゲイン１をエンジン回転速度及びエンジン負荷に応じて、前記切片をエンジン負荷に応じてそれぞれ定め、前記二次式によりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を算出する場合に前記３つ係数ａ，ｂ，ｃをエンジン回転速度及びエンジン負荷に応じて定めることを特徴とするエンジンの残ガス率推定装置。
【請求項２】
前記バルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を、
バルブオーバーラップ中の残ガス率増加分＝基本残ガス率増加分×ゲイン２
の式で算出すると共に、
前記基本残ガス率増加分を前記バルブオーバーラップ期間に応じて算出し、
前記ゲイン２をエンジン回転速度及びエンジン負荷に応じて定めることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの残ガス率推定装置。
【請求項３】
前記バルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を、
バルブオーバーラップ中の残ガス率増加分＝ゲイン３×吸気圧
×バルブオーバーラップ期間
の式で算出すると共に、前記ゲイン３をエンジン回転速度及びエンジン負荷に応じて定めることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの残ガス率推定装置。
【請求項４】
前記エンジン負荷は充填効率であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のエンジンの残ガス率推定装置。
【請求項５】
燃焼室内に火花を飛ばす点火装置と、
ＭＢＴが得られる基本点火時期を算出する基本点火時期算出手段と、
前記請求項１から４までのいずれか一つに記載の残ガス率推定装置で推定した残ガス率で前記基本点火時期を進角側に補正して点火時期指令値を算出する点火時期指令値算出手段と、
前記算出した点火時期指令値を前記点火装置に出力する出力手段と
を備えることを特徴とする点火時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関（以下「エンジン」という。）の残ガス率推定装置及び点火時期制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室内の残ガス量を、残ガス量＝ＩＶＯ時筒内ガス量＋バルブオーバーラップ中吹返しガス量の式で算出するものがある（特許文献１参照）。このものでは、残ガス量を残ガス率に変換するため、残ガス率＝残ガス量／（吸入空気量＋燃料噴射量）または残ガス率＝残ガス量／（吸入空気量＋燃料噴射量＋残ガス量）の式で残ガス率を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２５５２０６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１の技術では、気体の状態方程式ｍ＝ＰＶ／ＲＴを用いて筒内ガス量ｍを算出している。その算出に際しては気体の状態方程式中のＰ（筒内圧力）やＴ（筒内温度）を推定する必要がある。その推定のために適合すべき定数が多く、適合に時間がかかっていた。
【０００５】
そこで本発明は、残ガス率の推定に際し適合を簡易にし得る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】
【０００６】
本発明は、吸排気弁の開期間が重複するバルブオーバーラップを生じさせる機構を備えるエンジンの残ガス率推定装置を前提とする。そして、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率算出手段と、バルブオーバーラップ中残ガス率増加分算出手段と、残ガス率算出手段とを備える。
【０００７】
上記ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率算出手段はｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積、ゲイン１及び切片を用いて、次の一次式によりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を算出する。
【０００８】
ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率＝ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積
×ゲイン１＋切片
また、上記ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率算出手段は、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）と３つの係数ａ，ｂ，ｃを用いて、次の二次式によりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を算出する。
【０００９】
ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率＝ａ×ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）＾２
＋ｂ×ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）＋ｃ
上記バルブオーバーラップ中残ガス率増加分算出手段は前記バルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を算出する。上記残ガス率算出手段は前記算出されるｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率と前記算出されるバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分との合計で残ガス率を算出する。
【００１０】
さらに、前記一次式によりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を算出する場合に前記ゲイン１をエンジン回転速度及びエンジン負荷に応じて、前記切片をエンジン負荷に応じてそれぞれ定める。
【００１１】
また、前記二次式によりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を算出する場合に前記３つ係数ａ，ｂ，ｃをエンジン回転速度及びエンジン負荷に応じて定める。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、残ガス量ではなく、残ガス率を直接算出できる。また、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス量は、気体の状態方程式（ｍ＝ＰＶ／ＲＴ）から算出できるが、本発明では筒内容積Ｖを算出する他には圧力Ｐ，温度Ｔを算出することはしていない。すなわち、圧力Ｐ、温度Ｔに加えて残ガス量を残ガス率に変換するための係数をもひっくるめて、回転速度とエンジン負荷をパラメータとするゲイン１のマップとして持たせている。さらに、隙間容積が最小時の残ガス量も同様に気体の状態方程式（ｍ＝ＰＶ／ＲＴ）から算出できるが、本発明では、圧力Ｐ，温度Ｔを算出することはしていない。すなわち、圧力Ｐ，温度Ｔに加えて残ガス量を残ガス率に変換するための係数をもひっくるめて、エンジン負荷をパラメータとする切片のテーブルとして持たせている。この結果、適合すべきはゲイン１のマップと切片のテーブルのみとなるので、残ガス率を推定する際の適合を簡易に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態のガソリンエンジンの概略構成図である。
【図２】本発明の残ガス率の推定方法を説明するためのリフト特性図である。
【図３】ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積と、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率の関係を示す特性図である。
【図４】ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積と、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率の関係を示す特性図である。
【図５】車両をアイドル状態から加速して定常状態を保ち、その後に減速してアイドル状態に戻したときのシミュレーション結果を示すタイミングチャートである。
【図６】残ガス率の算出を説明するためのフローチャートである。
【図７】ゲイン１の特性図である。
【図８】切片の特性図である。
【図９】基本残ガス率増加分の特性図である。
【図１０】ゲイン２の特性図である。
【図１１】点火時期指令値の算出を説明するためのフローチャートである。
【図１２】基本点火時期の特性図である。
【図１３】点火時期補正量の特性図である。
【図１４】第２実施形態の残ガス率の算出を説明するためのフローチャートである。
【図１５】第２実施形態のゲイン３の特性図である。
【図１６】第３実施形態の残ガス率の算出を説明するためのフローチャートである。
【図１７】第３実施形態の係数ａの特性図である。
【図１８】第３実施形態の係数ｂの特性図である。
【図１９】第３実施形態の係数ｃの特性図である。
【図２０】ＥＶＣとバルブオーバーラップがない場合のｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率の関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態のガソリンエンジンの制御装置の概略構成図である。
【００１６】
エンジン１はガソリンエンジン（以下、単に「エンジン」ともいう。）である。エンジン１は図示しない車両に搭載されている。エンジン１には、吸気通路４、排気通路１１を備える。上記の吸気通路４は、吸気管４ａ、吸気コレクタ４ｂ、吸気マニホールド４ｃで構成される。
【００１７】
吸気コレクタ４ｂのすぐ上流の吸気管４ａにはアクセルペダルの踏込量に応動する電子制御のスロットル装置を備える。スロットル装置は、スロットルバルブ５と、スロットルバルブ５を駆動するモータ（回転電機）６、実際のスロットル開度を検出するスロットルセンサ７により構成されている。吸入空気は吸気管４ａを経てスロットルバルブ５によって調量される。スロットルバルブ開度はアクセル開度とエンジン回転速度Ｎｅに応じて設定されている。調量された空気は吸気コレクタ４ｂに蓄えられ、吸気弁８が開いたときにこの吸気コレクタ４ｂから吸気マニホールド４ｃを介して各気筒の燃焼室７に分配供給される。実施形態は電子制御のスロットル装置の場合であるが、スロットルバルブとアクセルペダルとがワイヤーにより連結されたものであってよい。
【００１８】
エンジン１には点火装置１３を備える。点火装置１３は、点火プラグ１４、パワートランジスタ内蔵の点火コイル１５から構成される。点火プラグ１４が燃焼室１０に直接臨んで、かつ燃料噴射弁８が燃焼室１０に直接臨んでそれぞれ設けられている。
【００１９】
エンジンコントローラ４１では、吸入空気量Ｑａとエンジン回転速度Ｎｅから基本燃料噴射パルス幅Ｔｐ［ｍｓ］を算出し、このＴｐを目標当量比ＴＦＢＹＡ［無名数］や空燃比フィードバック補正係数α［無名数］で補正して燃料噴射パルス幅Ｔｉ［ｍｓ］を算出する。所定のタイミングでこのＴｉだけ燃料噴射弁８を開かせることで、燃料が燃焼室１０の内部に直接噴射される。一方、エンジンコントローラ４１では、エンジンの負荷と回転速度から所定のマップを参照することにより、基本点火時期ＡＤＶ０［ｄｅｇＣＡ（ＢＴＤＣ）］を算出する。そして、クランク角センサ４５により検出されるエンジンのクランク角がこのＡＤＶと一致するタイミングでパワートランジスタを介して点火コイル１５の一次側電流を遮断することで、点火プラグ１４から火花を発生させる。
【００２０】
燃焼室１０に噴射された燃料は、吸気弁８が閉じた後にスロットルバルブ５によって調量された空気と混合してガスとなり、このガスを点火プラグ１４で着火して燃焼させる。燃焼するガスは、シリンダを摺動するピストン１１を押し下げる仕事をした後、排気弁９が開いたときに排気通路２１に排出される。燃料噴射弁１２を設ける位置は燃焼室１０に限らない。吸気マニホールド４ｃ（吸気ポート）に燃料噴射弁を設けるものであってよい。
【００２１】
エンジン１には吸気弁用のカムシャフトに対する吸気弁８の作動角中心の位相を可変に調整し得る可変バルブタイミング機構（この機構を以下「吸気ＶＴＣ機構」という。）１６を備える。同様に、排気弁用のカムシャフトに対する排気弁９の作動角中心の位相を可変に調整し得る可変バルブタイミング機構（この機構を以下「排気ＶＴＣ機構」という。）１７を備える。これら２つのＶＴＣ機構１６，１７（バルブオーバーラップ生成機構）を用い、吸排気弁８，９の開期間が重複するバルブオーバーラップ（以下単に「バルブオーバーラップ」という。）を例えば低負荷域で生じさせることで、エンジンのポンピングロスが減少する。これによって、エンジンの燃費を良くすることができる。バルブオーバーラップを生じさせる運転域を予め定めており、エンジンコンローラ４１ではこの運転域になると、２つのＶＴＣ機構１６，１７に指令してバルブオーバーラップを生じさせる。具体的には、ＩＶＯ（吸気弁開時期）の特性及びＥＶＣ（排気弁閉時期）の特性がエンジンの負荷と回転速度Ｎｅをパラメータとするマップ上に予め定められている。エンジンコントローラ４１ではエンジンの負荷と回転速度Ｎｅから当該各マップを参照して、ＩＶＯとＥＶＣを求め、この求めたＩＶＯとＥＶＣが得られるように２つのＶＴＣ機構１６，１７に対して指令値を出力する。
【００２２】
排気通路２１は、各気筒のシリンダ１０からの排気が流入する排気マニホールド２１ａ、この排気マニホールド２１ａの集合部に接続される排気管２１ｂで構成される。排気中にはＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの有害三成分を含むので、これらを全て浄化するため排気マニホールド２１ａの集合部にマニホールド触媒２５を、それよりも下流の排気管２１ｂにメイン触媒２６を備えている。メイン触媒２６は例えば車両の床下に設けられる。これら各触媒２５，２６は例えば三元触媒で構成される。排気管２１ｂの末端にはマフラー２７を備えている。メイン触媒２６の活性化後になると、エンジンコンローラ４１では、空燃比フィードバック制御を開始する。空燃比フィードバック制御では、空燃比センサ４６及びＯ2センサ４７からの信号に基づいてメイン触媒２５の酸素ストレージ量が目標値となるように空燃比フィードバック補正係数α［無名数］を算出する。
【００２３】
エンジン１にはＥＧＲ装置３１を備える。ＥＧＲ装置３１は、ＥＧＲ通路３２、ＥＧＲ通路３２を開閉するＥＧＲ弁３３（例えばバタフライ弁）、ＥＧＲ弁３３を駆動するモータ（回転電機）３４で構成される。上記のＥＧＲ通路３２は、マニホールド触媒２５とメイン触媒２６の間の排気管１１ｂから分岐され、吸気マニホールド４ｃに合流している。エンジンの運転点がＥＧＲ領域になると、エンジンコンローラ４１ではＥＧＲ弁３３を開くことで、ＥＧＲ制御を行う。
【００２４】
さて、排気弁９を開いたとき、燃焼室１０から既燃ガスが排気ポートに向けて流れ出す一方で、排気ポートに出た既燃ガスの一部が燃焼室１０に吹き返す。この吹き返す既燃ガスは排気弁９が閉じたときに燃焼室１０の内部に残留する。この燃焼室１０に残留する既燃ガスを「残ガス」で定義すると、残ガス量は特に低負荷時に高負荷時より多くなる。今回に燃焼室１０に残る残ガスが次回に同じ燃焼室１０で未燃ガスが燃焼するときの燃焼速度に影響を及ぼす。低負荷時に残ガス量が多いと燃焼室１０での未燃ガスの燃焼速度が小さくなって燃焼が不安定となるのである。
【００２５】
そこで、バルブオーバーラップがない場合の残ガス量を次の（１）式、バルブオーバーラップがある場合の残ガス量を次の（２）式に分けて算出し、算出した残ガス量から次の（３）式または（４）式により残ガス率を算出する従来装置がある。
【００２６】
バルブオーバーラップがない場合の残ガス量＝ＥＶＣ時筒内ガス量                                                                            …（１）
バルブオーバーラップがある場合の残ガス量＝ＩＶＯ時筒内ガス量
＋バルブオーバーラップ中吹返しガス量
…（２）
残ガス率＝残ガス量／（吸入空気量＋燃料噴射量）          …（３）
残ガス率＝残ガス量／（吸入空気量＋燃料噴射量＋残ガス量）…（４）
従来装置では、バルブオーバーラップがない場合の残ガス量は上記（１）式のようにＥＶＣ（排気弁閉時期）によって定まるとし、ＥＶＣ時筒内ガス量を気体の状態方程式ｍ＝ＰＶ／ＲＴを用いて算出する。例えば、気体の状態方程式の圧力Ｐを大気圧＋脈動推定値から、気体の状態方程式の温度Ｔを排熱量との相関から算出している。
【００２７】
一方、上記（２）式右辺第２項のバルブオーバーラップ中の吹返しガス量を次のように算出する。すなわち、ＩＶＯ時排気弁周りのガス流量、排気弁周りガス流量が０ｄｅｇになるクランク角、バルブオーバーラップ期間経過後のクランク角での排気弁周りガス流量をそれぞれ推定する。そして、排気弁周りガス流量の時間変化を２本の直線で近似しその間を積算することでバルブオーバーラップ中の吹返しガス量を算出する。
【００２８】
しかしながら、従来装置では、ｍ＝ＰＶ／ＲＴの状態方程式を用いて筒内ガス量ｍを算出するに際しては、状態方程式中のＰ（筒内圧力）やＴ（筒内温度）を推定する必要がある。そのＰやＴの推定のために適合すべき定数が多く、適合に時間がかかることになっている。適合に時間がかかるとエンジンの開発コストを押し上げる。
【００２９】
そこで本発明の発明者は、従来装置より適合に時間の要しない残ガス率の推定方法を創作した。これについて図２を参照して説明すると、図２の上段にバルブオーバーラップ（図では「Ｏ／Ｌ」で略記）がない場合の吸排気弁８，９のリフト特性を、図２の下段にバルブオーバーラップがある場合の吸排気弁８，９のリフト特性を示している。本発明では、残ガス量を求めた後に残ガス量を残ガス率に変換するため上記（３）式または（４）式を用いて残ガス率を算出するのではなく、いきなり残ガス率を求めることを考える。まず、バルブオーバーラップがない場合には、図２上段に示したようにＥＶＣによって残ガス率が決まると考える。一方、バルブオーバーラップがある場合には、図２下段に示したようにＩＶＯ（吸気弁開時期）によって決まる残ガス率に対して、オーバーラップ中の残ガス率増加分が加わると考える。上記（１）式、（２）式に代えて、次の式を採用するのである。
【００３０】
バルブオーバーラップがない場合の残ガス率＝ＥＶＣ時残ガス率                                                                              …（５）
バルブオーバーラップがある場合の残ガス率＝ＩＶＯ時残ガス率
＋バルブオーバーラップ中残ガス率増加分
…（６）
ここで、バルブオーバーラップがない場合の残ガス率を定めるＥＶＣと、バルブオーバーラップがある場合の残ガス率を定めるＩＶＯを、まとめて「ｍｉｎ（ＩＶＯ、ＥＶＣ）」で定義する。このとき、次のようになる。
【００３１】
バルブオーバーラップがない場合のｍｉｎ（ＩＶＯ、ＥＶＣ）＝ＥＶＣ                                                                        …（７）
バルブオーバーラップがある場合のｍｉｎ（ＩＶＯ、ＥＶＣ）＝ＩＶＯ                                                                        …（８）
このように、「ｍｉｎ（ＩＶＯ、ＥＶＣ）」はＩＶＯとＥＶＣのいずれか小さい方を意味する。これは、ＩＶＯ、ＥＶＣの単位として［ｄｅｇＣＡ（ＡＴＤＣ）］を採用しているため、バルブオーバーラップがない場合にはｍｉｎ（ＩＶＯ、ＥＶＣ）＝ＥＶＣ、バルブオーバーラップがある場合にはｍｉｎ（ＩＶＯ、ＥＶＣ）＝ＩＶＯとなるためである。定義したｍｉｎ（ＩＶＯ、ＥＶＣ）の単位もＩＶＯ、ＥＶＣの単位と同じ［ｄｅｇＣＡ（ＡＴＤＣ）］である。なお、［ｄｅｇＣＡ（ＡＴＤＣ）］は、圧縮上死点後のクランク角を表す。
【００３２】
次に、ｍｉｎ（ＩＶＯ、ＥＶＣ）時筒内容積［ｍ3]と、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率［％]の関係を求めるため、模擬試験（シミュレーション）をしてみると、図３に示すように右上がりの直線の特性が得られた。
【００３３】
図３において上の３つの直線は充填効率ηｃ［％]が一定（所定値η１［％]）の条件でエンジン回転速度Ｎｅ［ｒｐｍ]を第１所定値Ｎ１［ｒｐｍ]，第２所定値Ｎ２［ｒｐｍ]，第３所定値Ｎ３［ｒｐｍ]と相違させたときのものである。上の３つの直線ではＮｅがＮ１，Ｎ２，Ｎ３と高くなるほど直線の傾きが緩やかになっている。一方、図３において下の３つの直線は充填効率ηｃが一定（所定値η１より大きな所定値η２［％]）の条件でエンジン回転速度Ｎｅを第１所定値Ｎ１［ｒｐｍ]，第２所定値Ｎ２［ｒｐｍ]，第３所定値Ｎ３［ｒｐｍ]と相違させたときのものである。下の３つの直線でもＮｅがＮ１，Ｎ２，Ｎ３と高くなるほど直線の傾きが緩やかになっている。また、充填効率ηｃが所定値η１から所定値η２へと大きくなったときにはｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率が小さくなっている。なお、本発明では、充填効率の単位を［％]で扱うが、［無名数]で扱うことであって良い。
【００３４】
直線の特性が得られたということは、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を、ｍｉｎ（ＩＶＯ、ＥＶＣ）時筒内容積を変数とする一次式で表現できるということである。なお、ここでいうｍｉｎ（ＩＶＯ、ＥＶＣ）時筒内容積としては隙間容積を除いたものを考える。ただし、隙間容積を除いたものに限定されるものでなく、多少精度は落ちるが、隙間容積を含めているものであってよい。
【００３５】
この場合、原点をＴＤＣ（圧縮上死点）以外に採るよりも、ＴＤＣに採る方が考えやすいので、図３に対して横軸のＴＤＣ時筒内容積の位置をずらして原点にもってくると図４が得られる。図４より、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率をｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積を変数とする一次式で、つまり次式により与えることができることになった。
【００３６】
ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率＝ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積
×ゲイン１＋切片    …（９）
図４に示したようにｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率が最も低くなるのは、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積がＴＤＣ時筒内容積に一致するとき、つまりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）がＴＤＣにくるときである。この理由は、残ガス量は気体の状態方程式（ｍ＝ＰＶ／ＲＴ）から算出できるが、ＴＤＣ時において筒内容積Ｖが最も小さく、吹き返しガスによる温度低下がないため、既燃ガス温度Ｔが最も高くなるためである。ｍ＝ＰＶ／ＲＴの状態方程式において既燃ガス温度Ｔが最も高くなるとき筒内ガス量が最も小さくなる（残ガス率が最も小さくなる）のである。
【００３７】
次に、（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積がＴＤＣ時筒内容積より大きくなるほど、つまりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）がＴＤＣより遅角側（ＢＤＣ側）に移動するほど、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率が大きくなる。この理由には２つある。理由の第１は筒内容積が増えるためである。すなわち、ｍ＝ＰＶ／ＲＴの状態方程式において筒内容積Ｖが増えると、筒内ガス量ｍが増える（残ガス率が大きくなる）のである。理由の第２は、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）がＢＤＣ側に移動するほど排気ポート周りの吹き返しガス量が増えるのであるが、排気ポート付近にいる間に既燃ガスが熱を大気に放出（放熱）し、既燃ガス温度Ｔが低くなるためである。ｍ＝ＰＶ／ＲＴの状態方程式において既燃ガス温度Ｔが下がると、筒内ガス量ｍが増える（残ガス率が大きくなる）のである。
【００３８】
ここまで、ｍｉｎ（ＩＶＯ、ＥＶＣ）時残ガス率（バルブオーバーラップがない場合の残ガス率）を説明した。本発明の第１実施形態では、バルブオーバーラップがない場合だけでなく、バルブオーバーラップがある場合をも含めた残ガス率を次の式で算出する。
【００３９】
残ガス率＝ｍｉｎ（ＩＶＯ、ＥＶＣ）時残ガス率
＋バルブオーバーラップ中の残ガス率増加分      …（１０）
ここで、残ガス量の定性的な説明を行うと、バルブオーバーラップがない場合には、排気ポートから燃焼室１０へと吹き返す既燃ガス量によって残ガス率が定まる。一方、バルブオーバーラップがある場合にも、バルブオーバーラップがない場合と同じに考えることができる。バルブオーバーラップ中は吸気ポートから新気が燃焼室１０に流入するので、既燃ガスが吸気ポートへと吹き抜けることはあまりないためである。バルブオーバーラップがある場合にも、排気ポートから燃焼室１０へと吹き返す既燃ガス量を考えておけば足りるのである。つまり、（１０）式右辺第２項のバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分は、この排気ポートから燃焼室１０へと吹き返す既燃ガス量の増加を扱っている。以下、（１０）式を概説する。詳細は後述する図６のフローにより説明する。上記（１０）式の右辺第１項のｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率は上記（９）式と同じ次の式で算出する。
【００４０】
ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率＝ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積
×ゲイン１＋切片    …（１１）
ここで、（１１）式右辺のｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積は、シリンダのボア径［ｍ]、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時のピストンストローク［ｍ]から算出する。（１１）式右辺のゲイン１［％／ｍ3]は、エンジン回転速度Ｎｅ［ｒｐｍ]と充填効率ηｃ［％]をパラメータとしたマップを参照することで求める。（１１）式右辺の切片［％]は、エンジン回転速度Ｎｅと充填効率ηｃをパラメータとしたマップを参照することで求める。
【００４１】
ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率をさらに説明する。従来装置では、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス量を気体の状態方程式（ｍ＝ＰＶ／ＲＴ）から算出した。一方、本実施形態では、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積Ｖを算出する他には、気体の状態方程式を用いる際に必要となる圧力Ｐ，温度Ｔを算出することはしていない。すなわち、圧力Ｐ、温度Ｔに代えて、回転速度Ｎｅと充填効率ηｃ（エンジン負荷）をパラメータとするゲイン１のマップとして持たせている。これは、圧力Ｐ，温度Ｔはエンジンの負荷と回転速度Ｎｅにより定まるエンジンの運転点により相違するのであるから、圧力Ｐ，温度Ｔに代えて、エンジンの負荷と回転速度Ｎｅをパラメータとすることができるためである。残ガス量を残ガス率に変換するための係数についても、これを別のゲインで扱うのではなく、ゲイン１に含めることで簡素化できる。
【００４２】
さらに、筒内容積が最小時の筒内ガス量も同様に気体の状態方程式（ｍ＝ＰＶ／ＲＴ）から算出できるが、本実施形態では、圧力Ｐ，温度Ｔを算出することはしていない。すなわち、圧力Ｐ，温度Ｔに代えて、充填効率ηｃ（エンジン負荷）をパラメータとする切片のテーブルとして持たせている。これは、筒内容積が最小時の筒内ガス量はエンジン回転速度Ｎｅに依存せず、充填効率ηｃのみで与えることができるためである。残ガス量を残ガス率に変換するための係数についても、これを別に扱うのではなく、切片に含めることで簡素化できる。
【００４３】
このように簡略化した結果、本実施形態で適合すべきは、ゲイン１のマップと切片のテーブルのみとなる。これによって、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を推定する際の適合を従来装置よりも簡易に行わせることが可能となった。
【００４４】
次に、上記（１０）式右辺第２項のバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分は、次の式で算出する。
【００４５】
バルブオーバーラップ中の残ガス率増加分＝基本残ガス率増加分×ゲイン２
…（１２）
ここで、（１２）式右辺の基本残ガス率増加分［％]は、基準運転点（Ｎｅとηｃから定まる）でバルブオーバーラップがある場合の残ガス率増加分である。この基本残ガス率増加分の値は、基準運転点のときにバルブオーバーラップ期間［ｄｅｇＣＡ]を相違させて予め求めておく。（１２）式右辺のゲイン２［無名数]は、エンジン回転速度Ｎｅと充填効率ηｃをパラメータとしたマップを参照することで求める。上記の基準運転点としては、特定の１つの運転点に限定されるものでない。例えば、オーバーラップ中の残ガス率増加分が相対的に大きくなる運転点に定めればよい。
【００４６】
バルブオーバーラップ中の残ガス率増加分をさらに説明する。従来装置では、オリフィス流量式で求まるガス流量をバルブオーバーラップ期間にわたって積分することでバルブオーバーラップ中排気バルブ周りガス流量を求めた。ここでいう、オリフィス流量式とは、後述する（１９）式のことである。本実施形態では、オリフィス流量式をそのままでは用いない。そして、簡易的に、基準運転点でのバルブオーバーラップ期間とバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分の関係をテーブルとする。排気弁前後差圧違いによる筒内ガス量の差、及び残ガス量を残ガス率に変換するための係数を充填効率ηｃで置き換え、バルブオーバーラップ時間［ｓ］による筒内ガス量の差を回転速度Ｎｅで置き換える。そして、充填効率ηｃと回転速度Ｎｅをパラメータとするゲイン２のマップを導入し、上記のテーブル値とゲイン２のマップ値との積でバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を算出する。
【００４７】
このように簡略化した結果、本実施形態で適合すべきは、基準運転点でのバルブオーバーラップ期間と残ガス率増加分の関係を表すテーブルとゲイン２のマップとなる。これによって、バルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を推定する際の適合を、従来装置のようにオリフィス流量式をそのままで用いる場合よりも容易に行わせることが可能となった。
【００４８】
上記のように、ゲイン１、ゲイン２のマップを参照する際のパラメータを回転速度Ｎｅと充填効率ηｃとし、切片のテーブルを参照する際のパラメータを充填効率ηｃとしている。ここで、充填効率ηｃには目標充填効率と実際の充填効率があり、いずれを採用してもかまわない。目標充填効率や実際の充填効率の算出方法については公知である（特開２００６−８３８０４号公報参照）。なお、エンジンコントローラ４１では、他の制御において既に目標充填効率や実際の充填効率を算出している。従って、新たに目標充填効率や実際の充填効率を算出させる必要はない。
【００４９】
さらに、本実施形態では、充填効率はエンジン負荷の代用値として構成している。本実施形態では、エンジン負荷の代用値が充填効率である場合で説明するが、エンジン負荷の代用値が充填効率である場合に限定されるものでない。エンジン負荷の代用値として、例えば、体積効率ηｖ（目標体積効率や実際の体積効率）、基本噴射パルス幅Ｔｐ、吸入空気量Ｑａ、アクセル開度、スロットルバルブ開度、さらにはエンジントルクなどを用いることができる。
【００５０】
次に、アクセルペダル４３を少しだけ踏み込んで車両をアイドル状態から加速して定常状態を保ち、その後に減速してアイドル状態に戻したときの模擬試験（シミュレーション）の結果が図５である。すなわち、図５には本発明者が創作した残ガス率の算出方法を用いて算出されるｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率、バルブオーバーラップ中残ガス率増加分、これらの合計である残ガス率がどのように変化するのかを第５段目、第６段目、第７段目に示している。
【００５１】
まず運転点の推移を説明すると、図５第１段目に示したように、充填効率ηｃは加速を開始するｔ２のタイミングから徐々に大きくなり、ｔ６のタイミングで一定値となり、ｔ７のタイミングより徐々に減少し、ｔ１０のタイミングでアイドル時の値に戻っている。図５第２段目に示したように、エンジン回転速度Ｎｅはｔ２より少し遅れたｔ３のタイミングより徐々に上昇し、ｔ８のタイミングでピークとなった後にアイドル状態の回転速度へと徐々に減少している。
【００５２】
ηｃとＮｅとで定まるエンジンの運転点がこのように推移するとき、図５第３段目に示したように、ＩＶＯ（細実線参照）、ＥＶＣ（破線参照）が変化する。このＩＶＯ、ＥＶＣの変化によって、ＩＶＯがＥＶＣより小さくなったときに、つまり図５ではｔ４からｔ９の期間でバルブオーバーラップ（図５では「Ｏ／Ｌ」で略記。）が生じている。
【００５３】
このように、運転点の推移によってＮｅ、ＩＶＯ、ＥＶＣが変化するとき、本実施形態のｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率及びバルブオーバーラップ中残ガス率増加分は図５第５段目、第６段目に示したように変化する。すなわち、図５第５段目に示したように、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率はｔ２までのアイドル状態で大きく、ｔ２からの加速によってゼロになっている。そして、ｔ７からの減速によってｔ１０でアイドル状態に戻るときにはｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率がゼロから再び大きな値となっている。一方、図５第６段目に示したように、バルブオーバーラップ中残ガス率増加分は、オーバーラップ期間の影響を多く受けている。すなわち、バルブオーバーラップ期間が相対的に大きくなるｔ４からｔ５までの期間及びｔ７からｔ９までの期間で、バルブオーバーラップ期間が相対的に小さいｔ５からｔ７までの期間よりバルブオーバーラップ中残ガス率増加分が大きくなっている。なお、第５段目と第６段目を単純に加算した値が第７段目となっていないのは、第５段目と第６段目とで縦軸のスケールが異なっているためである。第７段目に示したように、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率とバルブオーバーラップ中残ガス率増加分を比較すると、バルブオーバーラップ中残ガス率増加分のほうが大きいことが分かる。
【００５４】
このように、新たに開発した残ガス率推定方法を本発明者が仕様の異なる様々なエンジンに試してみたところ、良好な結果を得ている。本実施形態によれば、簡易な構成でｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率及びバルブオーバーラップ中残ガス率増加分を算出するようにしたことで、実際をよくトレースする結果となったのである。なお、従来装置は精緻な構成であるために、アトキンソンサイクルになると、残ガス率の推定精度が低下してしまうのであるが、本実施形態のように簡易な構成であると、アトキンソンサイクルであっても、問題ないレベルの誤差で済むこことも判明している。本実施形態では、簡素な構成であることによって、返ってロバスト性を獲得しているといえるのである。
【００５５】
図１に示したように、ＥＧＲ弁３３に加えて、燃料噴射弁１２及び点火プラグ１４を含む点火装置１３を制御するため、エンジンコントローラ４１を備える。エンジンコントローラ４１はマイクロプロセッサ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の周辺機器を備えたコンピュータユニットとして構成されている。エンジンコントローラ４１には、スロットルセンサ７、エアフローメータ４２、アクセルセンサ４４、クランク角センサ４５、空燃比センサ４６、Ｏ2センサ４７からの信号が入力する。ここで、スロットルセンサ７はスロットルバルブ開度を検出する。エアフローメータ４２は吸気管４ａ内に流入する空気量を検出する。アクセルセンサ４４はアクセルペダル４３の踏込量（アクセル開度）及びその変化量を検出する。クランク角センサ４５はピストン位置を定める実際のクランク角とエンジン回転速度Ｎｅを検出する。空燃比センサ４６はマニホールド触媒２５上流の排気の空燃比を検出する。Ｏ2センサ４７はマニホールド触媒下流の排気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側にあるかリーン側にあるかを検出する。エンジンコントローラ４１では、上記のように燃料噴射弁１２を介した燃料噴射量制御及び空燃比制御、点火装置１３を介した点火時期制御を行う他、新たに次の制御を行う。すなわち、上記（１０）〜（１２）式を用いて残ガス率を算出し、算出した残ガス率で基本点火時期ＡＤＶ０を進角側に補正して点火時期指令値ＡＤＶを求め、この求めた点火時期指令値ＡＤＶを点火装置１３のパワートランジスタに出力する。
【００５６】
エンジンコントローラ４１で実行されるこの制御を以下のフローチャートに基づいて説明する。まず、図６のフローは残ガス率ＭＢＴＲＧＲ［％］を算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００５７】
ステップ１では、バルブオーバーラップ（図６では「Ｏ／Ｌ」で略記）があるか否かをみる。これは、ＶＴＣ機構１６，１７への指令値よりエンジンコントローラ４１が知り得る。バルブオーバーラップがあるときにはステップ２に進み、１気筒分のＩＶＯ時筒内容積［ｍ3］を算出する。このＩＶＯ時筒内容積は、シリンダのボア径［ｍ］、ＩＶＯ時のピストンストローク［ｍ］から算出する。シリンダのボア径はエンジンの仕様からシリ得る。ＩＶＯ時のピストンストロークは、クランク角センサ４５によりＩＶＯ時のクランク角を検出することで知り得る。このＩＶＯ時筒内容積からは隙間容積を除く。隙間容積はエンジンの仕様から予め知り得る。隙間容積を除いたＩＶＯ時筒内容積をステップ３でｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積［ｍ3］に移す。
【００５８】
一方、ステップ１でバルブオーバーラップがないときにはステップ４に進む。ステップ４はステップ２と同様である。すなわち、ステップ４では、１気筒分のＥＶＣ時筒内容積［ｍ3］を算出する。このＥＶＣ時筒内容積は、シリンダのボア径［ｍ］、ＥＶＣ時のピストンストローク［ｍ］から算出する。このＥＶＣ時筒内容積からも隙間容積を除く。隙間容積を除いたＥＶＣ時筒内容積をステップ５でｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積［ｍ3］に移す。なお、図６では、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積を「ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時容積」で略記している。
【００５９】
ステップ６では、エンジン回転速度Ｎｅ［ｒｐｍ］と充填効率ηｃ［％］から図７を内容とするマップを参照することにより、ゲイン１［％／ｍ3］を算出する。図７に示したようにゲイン１は、低回転速度かつ低充填効率（低負荷）ほど大きく、高回転速度かつ高充填効率（高負荷）ほど小さい値である。充填効率ηｃが一定の条件で回転速度Ｎｅが低いほどゲイン１を大きくしているのは、次の理由からである。すなわち、回転速度Ｎｅが低いほど吹き返し時間が長くなる。吹き返し時間が長いと、燃焼室１０から大気への既燃ガスの放熱量が増えるため、既燃ガス温度Ｔが低くなる。このことは、ｍ＝ＰＶ／ＲＴの状態方程式において温度Ｔが低くなることを意味する。ｍ＝ＰＶ／ＲＴの状態方程式において温度Ｔが低くなると、筒内ガス量ｍが大きくなるので、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率が大きくなる。この傾向に合わせて、Ｎｅが低いほど傾きを大きくするためである。次に、Ｎｅが一定の条件で充填効率ηｃが小さくなるほどゲイン１を大きくしている。この理由は不明であるが、このような特徴が見受けられたのでその特徴を反映させたものである。
【００６０】
ステップ７では、充填効率ηｃから図８を内容とするマップを参照することにより、切片［％］を算出する。切片は（ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）がＴＤＣにあるときの残ガス率を演算するための値である。図８に示したように切片は充填効率ηｃが小さい（低負荷）ほど大きく、充填効率ηｃが大きい（高負荷）ほど小さい値である。この理由は次の通りである。すなわち、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）がＴＤＣ（圧縮上死点）に一致するときの残ガス率が、充填効率ηｃが高いほど低くなる理由は、既燃ガス温度が高くなるためである。ｍ＝ＰＶ／ＲＴの状態方程式において既燃ガス温度Ｔが高いと筒内ガス量ｍが減る（つまり残ガス率が小さくなる）のである。
【００６１】
一方、図８では、充填効率ηｃだけをパラメータとしており、回転速度Ｎｅをパラメータとしていない。Ｎｅをパラメータとしてない（回転速度感度がない）理由は、ピストン１１が停止するＴＤＣでは既燃ガスの吹き返しがないため、燃焼室１０から大気への既燃ガスの放熱分がないためである。あるいは、残ガス率は残ガス率＝残ガス量／（新気量＋残ガス量＋燃料量）の式で定義される値であるが、この式の右辺の分母は充填効率ηｃで決まるため、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）がＴＤＣに一致するときの残ガス率は充填効率ηｃで決まる値となるためである。
【００６２】
ステップ８では、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積にゲイン１を乗算し、その乗算した値に切片を加算することによってｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率ＭＢＴＲＧＲＮＯ［％］を、つまり次式によりＭＢＴＲＧＲＮＯ算出する。
【００６３】
ＭＢＴＲＧＲＮＯ＝ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時容積×ゲイン１＋切片
…（１３）
（１３）式は上記（１１）と同じ式である。
【００６４】
ステップ９では、ステップ１と同様にしてバルブオーバーラップがあるか否かをみる。バルブオーバーラップがあるときにはステップ１０に進み、ＥＶＣ［ｄｅｇＣＡ（ＢＴＤＣ）］とＩＶＯ［ｄｅｇＣＡ（ＢＴＤＣ）］からバルブオーバーラップ期間（図では「Ｏ／Ｌ」略記。）［ｄｅｇＣＡ］を次式により算出する。ここで、ＥＶＣ，ＩＶＯはＶＴＣ機構１６，１７への指令値よりエンジンコントローラ４１が知り得る。
【００６５】
バルブオーバーラップ期間＝ＥＶＣ−ＩＶＯ                …（１４）
（１４）式のバルブオーバーラップ期間はクランク角の単位であるので、エンジン回転速度Ｎｅに影響されない値である。ステップ１１では、バルブオーバーラップ期間から図９を内容とするテーブルを参照することにより、基本残ガス率増加分［％］を算出する。図９に示したように、基本残ガス率増加分はバルブオーバーラップ期間が小さいほど小さくなり、バルブオーバーラップ期間が長いほど大きくなる値である。この理由は次の通りである。すなわち、バルブオーバーラップ期間が長いほど、排気ポートから燃焼室１０内への既燃ガスの吹き返し時間が長くなり、その分、基本残ガス率増加分が大きくなるためである。
【００６６】
また、図９に示したように基本残ガス率増加分がバルブオーバーラップ期間に対し二次的に増える理由は次の通りである。すなわち、バルブオーバーラップ中に排気弁９のリフト量は二次的に増えていく。バルブオーバーラップ中に排気弁９のリフト量が二次的に増えると、基本残ガス率増加分も二次的に増えてゆく。この基本残ガス率増加分が排気弁９のリフト量に依存する点を表すため、基本残ガス率増加分がバルブオーバーラップ期間に対し二次的に増えることとしたものである。
【００６７】
ステップ１２では、エンジン回転速度Ｎｅと充填効率ηｃから図１０を内容とするマップを参照することにより、ゲイン２［無名数］を算出する。ここで、ゲイン２は基本残ガス率増加分ゲインを表す。図１０に示したように、ゲイン２は低回転速度かつ低充填効率（低負荷）ほど大きく、高回転速度かつ高充填効率（高負荷）ほど小さくなる値である。充填効率ηｃが一定の条件で低回転速度ほどゲイン２が大きくなる理由は次の通りである。すなわち、バルブオーバーラップ期間［ｄｅｇＣＡ］は同じであっても、回転速度Ｎｅが低いほどバルブオーバーラップ中にある時間［ｓ］が長くなる。バルブオーバーラップ中にある時間が長くなる分、燃焼室１０へと既燃ガスが吹き返す時間も長くなり、基本残ガス率増加分が増えるためである。
【００６８】
一方、回転速度Ｎｅが一定の条件で充填効率ηｃが高いほどゲイン２が小さくなる理由は次の通りである。すなわち、充填効率ηｃが高いほど、吸気圧が高くなり、排気圧との差圧が小さくなる。差圧が小さくなることで、燃焼室１０へと吹き返す既燃ガス量（残ガス率増加分）が減るためである。
【００６９】
ステップ１３では、基本残ガス率増加分にゲイン２を乗算することによって、つまり次式によりバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分ＭＢＴＲＧＲＯＬ［％］を算出する。
【００７０】
ＭＢＴＲＧＲＯＬ＝基本残ガス率増加分×ゲイン２          …（１５）
（１５）式は上記（１２）式と同じである。
【００７１】
一方、ステップ９でバルブオーバーラップがないときにはステップ１４に進み、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率ＭＢＴＲＧＲＮＯにゼロを入れる。
【００７２】
ステップ１５では、ステップ８で算出したｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率ＭＢＴＲＧＲＮＯとステップ１３，１４で求めたバルブオーバーラップ中残ガス率増加分ＭＢＴＲＧＲＯＬを加算して残ガス率ＭＢＴＲＧＲ［％］を算出する。つまり次式によりＭＢＴＲＧＲを算出する。
【００７３】
ＭＢＴＲＧＲ＝ＭＢＴＲＧＲＮＯ＋ＭＢＴＲＧＲＯＬ        …（１６）
（１６）式は上記（１０）式と同じである。
【００７４】
このように算出した残ガス率ＭＢＴＲＧＲはメモリに記憶する。なお、図６で用いる充填効率ηｃはエンジンコントローラ４１が他の制御のため算出済みであるので、その算出済みの値を用いる。エンジンコントローラ４１が充填効率ηｃを算出していない場合には、前述したように公知の算出方法を用いればよい。
【００７５】
次に、図１１のフローチャートは、点火時期指令値ＡＤＶを算出するためのものである。図１１のフローは一定時間毎（たとえば１０ｍｓ毎）に図６のフローに続けて実行する。
【００７６】
ステップ２１では、エンジンの負荷と回転速度Ｎｅから図１２を内容とするマップを参照することにより、ＭＢＴが得られる基本点火時期ＡＤＶ０［ｄｅｇＣＡ（ＢＴＤＣ）］を算出する。エンジンの負荷としては、上記の充填効率ηｃでもよいし、基本燃料噴射パルス幅Ｔｐ、吸入空気量Ｑａなどであってよい。
【００７７】
ステップ２２では、残ガス率（図６のフローにより算出済み）から図１３を内容とするテーブルを参照することにより、点火時期補正量ＨＯＳ［ｄｅｇＣＡ］を算出する。点火時期補正量ＨＯＳは基本点火時期ＡＤＶ０を進角側に補正するための値である。図１３に示したように点火時期補正量ＨＯＳは残ガス率が所定値ｄ（正の値）から大きくなるほど大きくなる値である。所定値ｄは適合により設定する。図１３に示した特性とした理由を説明すると、残ガス率をゼロにすることはできず、ある量の残ガス率が存在する。このときの残ガス率を所定値ｄとしたとき、残ガス率を所定値ｄのときでも、ＭＢＴが得られるように適合した点火時期が基本点火時期ＡＤＶ０である。このため、残ガス率が所定値ｄより大きくなるほど燃焼室１０内での未燃ガスの燃焼状態が悪くなり燃焼速度が低下する。そこで、所定値ｄより残ガス率が大きくなった分だけ基本点火時期ＡＤＶ０を進角側に補正することで、燃焼状態を良くして燃焼速度が低下しないようにするため、残ガス率が所定値ｄより大きくなるほど点火時期補正量ＨＯＳを大きくするのである。
【００７８】
ステップ２３では、基本点火時期ＡＤＶ０に点火時期補正量ＨＯＳを加算した値を点火時期指令値ＡＤＶ［ｄｅｇＣＡ（ＢＴＤＣ）］として、つまり次式により点火時期指令値ＡＤＶを算出する。
【００７９】
ＡＤＶ＝ＡＤＶ０＋ＨＯＳ                                …（１７）
（１７）式で基本点火時期ＡＤＶ０に点火時期補正量ＨＯＳを加算する理由は次の通りである。すなわち、点火時期指令値ＡＤＶはＴＤＣ（圧縮上死点）から進角側に計測した値［ｄｅｇＣＡ（ＢＴＤＣ）］であるので、点火時期補正量ＨＯＳで基本点火時期ＡＤＶを進角するにはＡＤＶ０に加算する必要があるためである。
【００８０】
エンジンコントローラ４１に備えている図示しないフローでは、このようにして算出した点火時期指令値ＡＤＶを点火装置１３のパワートランジスタに出力する。パワートランジスタは、点火コイル１５の一次側に設けられており、点火時期指令値ＡＤＶのタイミングで点火コイル１５の１次側電流を遮断することで、点火プラグ１４により火花点火が行われる。
【００８１】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００８２】
本実施形態では、ＶＴＣ機構１６，１７（吸排気弁の開期間が重複するバルブオーバーラップを生じさせるバルブオーバーラップ生成機構）を備えるエンジンの残ガス率推定装置を前提とする。そして、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率算出手段（４１）と、バルブオーバーラップ中残ガス率増加分算出手段（４１）と、残ガス率算出手段（４１）とを備える。上記ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率算出手段（４１）はｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時筒内容積、ゲイン１及び切片を用いて、上記（１１）式（一次式）によりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を算出する。上記バルブオーバーラップ中残ガス率増加分算出手段（４１）はバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を算出する。上記残ガス率算出手段（４１）は前記算出されるｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率と前記算出されるバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分との合計で残ガス率を算出する。さらに、上記（１１）式によりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を算出する場合にゲイン１をエンジン回転速度Ｎｅ及び充填効率ηｃ（エンジン負荷）に応じて、切片を充填効率ηｃ（エンジン負荷）に応じてそれぞれ定める。本実施形態では、残ガス量ではなく、残ガス率を直接算出できる。また、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス量は、気体の状態方程式（ｍ＝ＰＶ／ＲＴ）から算出できるが、本実施形態では、筒内容積Ｖを算出する他には圧力Ｐ，温度Ｔを算出することはしていない。すなわち、圧力Ｐ、温度Ｔに加えて残ガス量を残ガス率に変換するための係数をもひっくるめて、回転速度Ｎｅと充填効率ηｃ（エンジン負荷）をパラメータとするゲイン１のマップとして持たせている。さらに、筒内容積が最小時の筒内ガス量も同様に気体の状態方程式（ｍ＝ＰＶ／ＲＴ）から算出できるが、本実施形態では、圧力Ｐ，温度Ｔを算出することはしていない。すなわち、圧力Ｐ，温度Ｔに加えて残ガス量を残ガス率に変換するための係数をもひっくるめて、充填効率ηｃ（エンジン負荷）をパラメータとする切片のテーブルとして持たせている。このように簡略化した結果、本実施形態で適合すべきは、ゲイン１のマップと切片のテーブルのみとなる。これによって、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を推定する際の適合を従来装置よりも簡易に行わせることができる。
【００８３】
本実施形態では、バルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を、上記（１２）式で算出すると共に、基本残ガス率増加分をバルブオーバーラップ期間に応じて算出し、ゲイン２をエンジン回転速度及び充填効率ηｃ（エンジン負荷）に応じて定める。バルブオーバーラップ中排気バルブ周りガス流量は、オリフィス流量式で求まるガス流量をバルブオーバーラップ期間にわたって積分することで求めることができるが、本実施形態ではそうしていない。すなわち、本実施形態では、簡易的に、基準運転点でのバルブオーバーラップ期間とバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分の関係をテーブルとしている。排気弁前後差圧違いによる差、及び残ガス量を残ガス率に変換するための係数は充填効率ηｃで置き換え、バルブオーバーラップ時間（ｔｉｍｅ）による差は回転速度Ｎｅで置き換え、充填効率ηｃと回転速度Ｎｅをパラメータとするゲイン２のマップを導入する。そして、テーブル値とゲイン２のマップ値の積でバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を算出する。このように簡略化した結果、本実施形態で適合すべきは、基準運転点でのバルブオーバーラップ期間と残ガス率増加分の関係を表すテーブルとゲイン２のマップとなる。これによって、バルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を推定する際の適合を、従来装置のようにオリフィス流量式をそのままで用いる場合よりも容易に行わせることできる。
【００８４】
本実施形態では、エンジン負荷は充填効率である。エンジンコントローラ４１が目標充填効率や実際の充填効率といった充填効率ηｃを算出している場合には、改めてこれら充填効率を算出させる必要が無く、これによってコストの上昇を抑制できる。
【００８５】
本実施形態では、点火装置１３と、基本点火時期算出手段（４１）と、点火時期指令値算出手段（４１）と、出力手段（４１）とを備える。上記点火装置１３は燃焼室内に火花を飛ばす。上記基本点火時期算出手段（４１）はＭＢＴが得られる基本点火時期ＡＤＶ０を算出する。上記点火時期指令値算出手段（４１）は残ガス率ＭＢＴＲＧＲで基本点火時期ＡＤＶ０を進角側に補正して点火時期指令値ＡＤＶを算出する。上記出力手段（４１）は前記算出した点火時期指令値ＡＤＶを点火装置に出力する。これによって、特に低負荷から部分負荷への加速時に燃焼室１０内に残ガスが多く存在することになっても、燃焼室１０内での未燃ガスの燃焼速度を低下させることなく良好な燃焼を得ることができる。
【００８６】
（第２実施形態）
図１４のフローは第２実施形態の残ガス率を算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。第１実施形態の図６のフローと同一部分には同一の符号を付している。
【００８７】
第１実施形態と相違する分を主に説明する。ステップ９でバルブオーバーラップがあるときにはステップ１０に進み、ＥＶＣとＩＶＯからバルブオーバーラップ期間［ｄｅｇＣＡ］を算出する。
【００８８】
ステップ３１では、エンジン回転速度Ｎｅと充填効率ηｃから図１５を内容とするマップを参照することにより、ゲイン３［％／ｄｅｇＣＡ・ｋＰａ］を算出する。
【００８９】
ステップ３２ではバルブオーバーラップ期間とゲイン３と吸気圧を用いてバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分ＭＢＴＲＧＲＯＬ［％］を、つまり次式によりバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分ＭＢＴＲＧＲＯＬを算出する。
【００９０】
ＭＢＴＲＧＲＯＬ＝ゲイン３×吸気圧×バルブオーバーラップ期間
…（１８）
（１８）式右辺の吸気圧［ｋＰａ］はスロットルセンサ７により検出されるスロットルバルブ開度と大気圧から所定のマップを参照することで推定する。あるいは、吸気コレクタ４ｂに設けた圧力センサにより検出することであってよい。
【００９１】
上記（１８）式は本発明者がオリフィス流量式を新たに簡素化したものである。これについて説明すると、従来装置では、オーバーラップ中の吹き返しガス量の算出にオリフィス流量式を用い、次の式により吹き返しガス量を算出している。
【００９２】
吹き返しガス量＝比例定数×排気弁前後差圧×排気弁リフト量／排気温度
…（１９）
そして、（１９）の吹き返しガス量を積分してバルブオーバーラップ中の残ガス量を算出するのであるが、積分する区間はバルブオーバーラップ期間［ｄｅｇＣＡ］と時間（エンジン回転速度）で決まる。
【００９３】
ここで、第２実施形態では、上記（１９）式右辺の排気弁リフト量をバルブオーバーラップ期間で代用する。また、排気弁９の排気側の圧力を大気圧と仮定すると、上記（１９）式右辺の排気弁前後差圧は吸気圧で代用できる。すると、オリフィス流量式である上記（１９）式は次式に変換される。
【００９４】
吹き返しガス量＝比例係数×吸気圧×バルブオーバーラップ期間／排気温度
…（２０）
残る検討事項は、時間と（２０）式右辺の排気温度及び比例係数、さらには残ガス量を残ガス率に変換するための係数である。第２実施形態では、これらをひっくるめてゲイン３とし、上記（１８）式のように書き換える。
【００９５】
（１８）式のゲイン３をエンジン回転速度Ｎｅと充填効率ηｃのマップで表現する。このようにして、上記（１８）式及びエンジン回転速度Ｎｅと充填効率ηｃをパラメータとするゲイン３のマップにより、簡易的にバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を算出できることとなったのである。
【００９６】
このように第２実施形態では、バルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を、上記（１８）式で算出すると共に、上記（１８）式右辺のゲイン３をエンジン回転速度Ｎｅ及び充填効率ηｃ（エンジン負荷）に応じて定める。これにより、従来装置のように積分を行うなど複雑な計算をしなくても、簡易的にバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を計算できる。
【００９７】
なお、第２実施形態でも、充填効率ηｃはエンジン負荷の代用値として構成している。エンジン負荷の代用値として、例えば、体積効率ηｖ（目標体積効率や実際の体積効率）、基本噴射パルス幅Ｔｐ、吸入空気量Ｑａ、アクセル開度、スロットルバルブ開度、さらにはエンジントルクなどを用いることができる。
【００９８】
（第３実施形態）
図１６のフローは第３実施形態の残ガス率を算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。第１実施形態の図６のフローと同一部分には同一の符号を付している。
【００９９】
第１実施形態と相違する分を主に説明する。ステップ４１，４２，４３では、エンジン回転速度Ｎｅと充填効率ηｃから図１７，図１８，図１９を内容とするテーブルを参照することにより、係数ａ［％／ｄｅｇＣＡ2］，係数ｂ［％／ｄｅｇＣＡ］，係数ｃ［％］を参照する。
【０１００】
ステップ４４では、ＥＶＣ［ｄｅｇＣＡ（ＡＴＤＣ）］と３つの係数ａ，ｂ，ｃを用いて、次式によりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率ＭＢＴＲＧＲＮＯ［％］を算出する。
【０１０１】
ＭＢＴＲＧＲＮＯ＝ａ×ＥＶＣ2＋ｂ×ＥＶＣ＋ｃ          …（２１）
ここで、（２１）式に示したようにｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率ＭＢＴＲＧＲＮＯをＥＶＣ（排気弁閉時期）の二次式で与えることとした理由を説明する。
【０１０２】
ＥＶＣ（排気弁閉時期）とバルブオーバーラップがない場合のｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率の関係を求めるため、模擬試験（シミュレーション）をしてみると、図２０に示すように下に凸の二次曲線の特性が得られた。すなわち、一般的に筒内容積はＥＶＣがＴＤＣ（圧縮上死点）より遅角側である下死点側に行くほど、二次的に増えるため、等充填効率かつ等エンジン回転速度でみると、ＥＶＣとｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率の関係は二次曲線で表現できる。
【０１０３】
具体的には、充填効率ηｃが一定の条件といっても、図２０に示す上４つの曲線群は充填効率が相対的に低い場合、図２０に示す下３つの曲線群は充填効率が相対的に高い場合である。いずれも場合にも、充填効率ηｃが一定の条件では回転速度Ｎｅが高いほど既燃ガスが早期に排気されるため、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率が最も小さくなるクランク角（二次曲線の極小点のクランク角）がＴＤＣ側に進む。また、充填効率ηｃが一定の条件で回転速度Ｎｅが高いほど掃気される（吹き返しガス量が減る）ため、極小点の残ガス率が低くなる。一方、充填効率ηｃが相対的に高い下３つの曲線群の場合と充填効率ηｃが相対的に低い上４つの曲線群の場合を比較すれば、充填効率が相対的に高い下３つの曲線群のほうが既燃ガス温度が高くなる。ｍ＝ＰＶ／ＲＴの状態方程式より既燃ガス温度Ｔが高くなると、筒内ガス量ｍが小さくなる（残ガス率は下がる）。
【０１０４】
このように、回転速度Ｎｅ、充填効率ηｃ及びＥＶＣでｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率が決まる。よって、上記（２１）式の３つの係数ａ，ｂ，ｃをエンジン回転速度Ｎｅと充填効率ηｃをパラメータとするマップで表現することで、簡易的にｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を算出することが可能となった。
【０１０５】
第３実施形態では、ＶＴＣ機構１６，１７（吸排気弁の開期間が重複するバルブオーバーラップを生じさせる機構）を備えるエンジンの残ガス率推定装置を前提とする。そして、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率算出手段（４１）と、バルブオーバーラップ中残ガス率増加分算出手段（４１）と、残ガス率算出手段（４１）とを備える。上記ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率算出手段はｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）と３つの係数ａ，ｂ，ｃを用いて、上記（２１）式（二次式）によりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を算出する。上記バルブオーバーラップ中残ガス率増加分算出手段はバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分を算出する。上記残ガス率算出手段は前記算出されるｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率と前記算出されるバルブオーバーラップ中の残ガス率増加分との合計で残ガス率を算出する。さらに、上記（２１）式によりｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を算出する場合に３つ係数ａ，ｂ，ｃをエンジン回転速度Ｎｅ及び充填効率ηｃ（エンジン負荷）に応じて定める。第３実施形態で適合すべきは、３つの係数ａ，ｂ，ｃのマップとなるので、第３実施形態においてもｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率を推定する際の適合を簡易に行わせることができる。
【０１０６】
第１実施形態は、回転速度Ｎｅの相違に関係なく、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）がＴＤＣと一致するときに筒内容積が最小であるとみなすものであった。実際には回転速度Ｎｅが高い場合に、誤差レベルではあるが、多少ズレが生じてくる。そこで、第２実施形態では、回転速度Ｎｅが高いときでも、ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率の高い推定精度が得られるようにしたものである。言い換えると、第１実施形態は、二次曲線を一次式で近似したものに相当する。このように一次式で近似したとき、回転速度Ｎｅが高くなければ、十分な精度が得られている。一方、第１実施形態によれば、１つのマップと１つのテーブルでよかったものが、第３実施形態によれば、３つのマップが必要となるので、第１実施形態よりＲＯＭ容量が増える。しかしながら、高回転速度側での残ガス率の推定精度は第１実施形態より向上する。
【０１０７】
なお、第３実施形態でも、充填効率ηｃはエンジン負荷の代用値として構成している。エンジン負荷の代用値として、例えば、体積効率ηｖ（目標体積効率や実際の体積効率）、基本噴射パルス幅Ｔｐ、吸入空気量Ｑａ、アクセル開度、スロットルバルブ開度、さらにはエンジントルクなどを用いることができる。
【０１０８】
実施形態では、エンジン１に吸気ＶＴＣ機構及び排気ＶＴＣ機構を備える場合で説明したが、この場合に限られるものでない。吸気弁８の作動角中心の位相はそのままで吸気弁８の作動角を可変に調整し得る可変バルブ機構を「吸気ＶＥＬ機構」で定義すると、次の場合にも本発明の適用がある。
【０１０９】
〈１〉吸気ＶＴＣのみの場合、
〈２〉排気ＶＴＣのみの場合、
〈３〉吸気ＶＥＬ機構と排気ＶＴＣ機構を備える場合、
〈４〉吸気ＶＴＣ機構と吸気ＶＥＬ機構と排気ＶＴＣ機構を備える場合、
これら４つの各場合のいずれもバルブオーバーラップ生成機構の態様を表すものである。
【符号の説明】
【０１１０】
１  エンジン
４ａ  吸気管
４ｂ  吸気コレクタ
５  スロットルバルブ
１２  燃料噴射弁
１３  点火装置
１４  点火プラグ
１５  点火コイル
１６  吸気ＶＴＣ機構（バルブオーバーラップ生成機構）
１７  排気ＶＴＣ機構（バルブオーバーラップ生成機構）
２１ｂ  排気管
４１  エンジンコントローラ（ｍｉｎ（ＩＶＯ，ＥＶＣ）時残ガス率算出手段、バルブオーバーラップ中残ガス率増加分算出手段、残ガス率算出手段、基本点火時期算出手段、点火時期指令値算出手段、出力手段）
【図１】
0006269370.tif 000002
【図２】
0006269370.tif 000003
【図３】
0006269370.tif 000004
【図４】
0006269370.tif 000005
【図５】
0006269370.tif 000006
【図６】
0006269370.tif 000007
【図７】
0006269370.tif 000008
【図８】
0006269370.tif 000009
【図９】
0006269370.tif 000010
【図１０】
0006269370.tif 000011
【図１１】
0006269370.tif 000012
【図１２】
0006269370.tif 000013
【図１３】
0006269370.tif 000014
【図１４】
0006269370.tif 000015
【図１５】
0006269370.tif 000016
【図１６】
0006269370.tif 000017
【図１７】
0006269370.tif 000018
【図１８】
0006269370.tif 000019
【図１９】
0006269370.tif 000020
【図２０】
0006269370.tif 000021