(57)【要約】【課題】ＥＧＲを行う内燃機関において、燃費性能への跳ね返りを抑制しつつノッキングを確実に防止する。【解決手段】排気の一部を吸気通路５へ還流させるＥＧＲ通路９および還流させる排気の量を制御するＥＧＲ弁１０と、還流させる排気中のＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘ濃度検知手段２０と、点火時期を可変に制御する点火時期制御手段２０と、を備え、所定の条件が成立した場合に排気還流を実行し、還流させる排気中のＮＯｘ濃度が所定値以上になった場合に点火時期を遅角させる内燃機関の燃焼制御装置２０において、運転者が要求するトルクを検知する要求トルク検知手段１７を備え、点火時期の遅角量を排気中のＮＯｘ濃度および要求トルクに基づいて決定する。【選択図】図１
2012167556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気の一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ通路および還流させる排気の量を制御するＥＧＲ弁を含む排気還流手段と、
還流させる排気中のＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘ濃度検知手段と、
点火時期を可変に制御する点火時期制御手段と、を備え、
所定の条件が成立した場合に前記排気還流を実行し、還流させる排気中のＮＯｘ濃度が所定値以上になった場合に点火時期を遅角させる内燃機関の燃焼制御装置において、
運転者が要求するトルクを検知する要求トルク検知手段を備え、
前記点火時期の遅角量を前記排気中のＮＯｘ濃度および前記要求トルクに基づいて決定することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記排気中のＮＯｘ濃度が高くなるほど前記遅角量を大きくする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記要求トルクが小さいほど前記排気中のＮＯｘ濃度の変化量あたりの前記遅角量を大きくする請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
排気の空燃比を可変に制御する空燃比制御手段と、
内燃機関と前記ＥＧＲ通路の間に排気浄化用の触媒と、
を備え、
前記点火時期の遅角中に前記排気中のＮＯｘ濃度が前記判定値より大きい第２判定値以上になったら点火時期を最適点火時期に戻し、かつ空燃比をストイキよりリッチ化する請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記排気中のＮＯｘ濃度が前記判定値より大きい第３判定値以上になったら点火時期を遅角し、かつ空燃比をストイキよりリッチ化する請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記排気中のＮＯｘ濃度が前記判定値より大きい第４判定値以上になったら前記排気還流を停止する請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
前記第３判定値は前記第２判定値より大きく、前記第４判定値は前記第３判定値より大きい請求項６に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
排気の一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ通路および還流させる排気の量を制御するＥＧＲ弁を含む排気還流手段を備え、所定の条件が成立した場合に排気還流を実行する内燃機関の燃焼制御装置において、
還流させる排気中のＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘ濃度検知手段と、
点火時期を可変に制御する点火時期制御手段と、
運転者が要求するトルクを検知する要求トルク検知手段と、
排気の空燃比を可変に制御する空燃比制御手段と、
前記排気中のＮＯｘ濃度および前記要求トルクに基づいて、点火時期を遅角させる点火時期リタード制御、空燃比をストイキよりリッチ化させる空燃比リッチ化制御、排気還流率を増大させるＥＧＲ増大制御のいずれか、またはこれらの組み合わせを選択して実行する内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃費性能への跳ね返りを抑制しつつノッキングを防止し得る、内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の出力を制限する要因の一つにノッキングがある。ノッキングを防止する手段としては、ノッキングが発生したら、または発生しやすい状態になったら点火時期をリタードする制御が周知である。また、排気ガスの一部を吸気系統に戻すことによって燃焼温度を低下させ、燃焼室内をノッキングが発生し難い雰囲気にする排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）も知られている。
【０００３】
ところで、内燃機関から排出された排気ガスにはＮＯｘが含まれており、ＮＯｘにはノッキングを発生させ易くする特性がある。したがって、内燃機関から排出された排気ガスをそのまま吸気系統に還流させると、ＮＯｘ濃度が高い場合には所望のノッキング防止効果が得られず、かえってノッキングが発生し易くなるおそれがある。
【０００４】
そこで、ＥＧＲ通路にＮＯｘを除去するための後処理装置を設ける構成が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２８２９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、ＮＯｘを除去するための後処理装置として放電装置を用いているが、例えば三元触媒のような、排気浄化用の触媒によってもＮＯｘを除去することができる。すなわち、ＥＧＲガス中のＮＯｘを除去するためだけに放電装置を設けなくても、触媒通過後の排気ガスを還流させるようにすれば、特許文献１と同様の効果が得られる。
【０００７】
ただし、三元触媒を用いる場合には、基本的には排気ガス中のＮＯｘを除去できるものの、例えば燃料カット制御により吸気が未燃のまま燃焼室を通過することで、三元触媒の酸素捕集量が過多になると、燃料カットリカバー後にストイキ空燃比で運転するとＮＯｘを除去できない状況が生じ得る。この場合、空燃比をストイキよりリッチ化することで燃焼室でのＮＯｘの発生量を減少させれば、ＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度を低下させることができるが、燃費性能への跳ね返りが生じる。また、点火時期をリタードすることでもノッキングの発生を防止できるが、同様に燃費性能への跳ね返りが生じる。
【０００８】
そもそも、ノッキングが発生するか否かはＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度だけで決まるものではなく、内燃機関の負荷の状態にもよる。したがって、ＥＧＲガス中にＮＯｘが含まれるというだけで点火時期をリタードしたり空燃比をストイキよりリッチ化すると、不必要に燃費性能を低下させることになる。
【０００９】
そこで、本発明では、ＥＧＲを実行する内燃機関において、燃費性能への跳ね返りを抑制しつつ、確実にノッキングを回避する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】
【００１０】
本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、排気の一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ通路および還流させる排気の量を制御するＥＧＲ弁を含む排気還流手段と、還流させる排気中のＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘ濃度検知手段と、点火時期を可変に制御する点火時期制御手段を備える。そして、所定の条件が成立した場合に排気還流を実行し、還流させる排気中のＮＯｘ濃度が所定値以上になった場合に点火時期を遅角させる。さらに、運転者が要求するトルクを検知する要求トルク検知手段を備え、点火時期の遅角量を排気中のＮＯｘ濃度および要求トルクに基づいて決定する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、排気中のＮＯｘ濃度及び要求トルクに基づいて点火時期遅角量を決定するので、ＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度が上昇してＥＧＲによる所望のノッキング防止効果が得られなくなっても、点火時期の遅角によって確実にノッキングを防止できる。また、遅角量を適切に設定できるので、燃費性能への跳ね返りを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態を適用するシステムの構成図である。
【図２】ＥＧＲを実行する運転領域を示すマップである。
【図３】内燃機関のトルクとＥＧＲ率との関係を示す図である。
【図４】低ＥＧＲ率における吸気管内ＮＯｘ濃度とノッキング防止用の点火時期との関係を示す図である。
【図５】高ＥＧＲ率における吸気管内ＮＯｘ濃度とノッキング防止用の点火時期との関係を示す図である。
【図６】第１実施形態でＥＣＵが実行するノッキング防止用の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】低ＥＧＲ率におけるＮＯｘ濃度判定値の一例を示す図である。
【図８】高ＥＧＲ率におけるＮＯｘ濃度判定値の一例を示す図である。
【図９】第２実施形態でＥＣＵが実行するノッキング防止用の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】低ＥＧＲ率におけるＮＯｘ濃度判定値の一例を示す図である。
【図１１】高ＥＧＲ率におけるＮＯｘ濃度判定値の一例を示す図である。
【図１２Ａ】第３実施形態でＥＣＵが実行するノッキング防止用の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２Ｂ】第３実施形態でＥＣＵが実行するノッキング防止用の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】内燃機関のトルクに対する基本ＥＧＲ率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態を適用するシステムの構成図である。
【００１５】
ターボ式過給機６を備える内燃機関１は、吸気クーラ３が一体化されたコレクタタンク２を備え、コレクタタンク２の入口には吸気量を調節するスロットルチャンバ４を備える。
【００１６】
吸気通路５にはターボ式過給機６のコンプレッサ６ａが介装されており、その上流には後述するＥＧＲ通路９が接続されている。
【００１７】
内燃機関１の排気通路８には、ターボ式過給機６のタービン６ｂが介装されており、その下流には排気浄化用の三元触媒７が介装されている。三元触媒７の下流には、三元触媒７を通過した排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ１３が設けられ、さらに下流にはＥＧＲ通路９が接続されている。
【００１８】
ＥＧＲ通路９は、三元触媒７を通過した排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路５に還流させるための通路であり、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１１およびＥＧＲガス量を調節するＥＧＲバルブ１０が介装されている。なお、ＥＧＲクーラ１１は必須の構成ではない。
【００１９】
空燃比センサ１３の検出値はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に入力される。ＥＣＵ２０には、この他に、内燃機関１の回転速度を検出するクランク角センサ１４の検出値や、アクセル開度センサ１７、水温センサ等の検出値も読み込まれる。そして、ＥＣＵ２０はこれらの検出値に基づいて、スロットルチャンバ４の開度制御、燃料噴射弁１５の噴射量制御、点火プラグ１６の点火時期制御、ＥＧＲバルブ１０の開度制御等の種々の制御を実行する。
【００２０】
なお、ＥＣＵ２０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＥＣＵ２０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
【００２１】
また、ここではターボ式過給機６を備える内燃機関１について説明するが、本発明はターボ式過給機６やその他の過給機を備えない、いわゆる自然吸気の内燃機関であっても同様に適用できる。
【００２２】
図２は、ＥＧＲを実行する運転領域を示すマップである。図２の縦軸は内燃機関１のトルク、横軸は内燃機関の回転速度であり、全負荷線を実線ＷＯＴで示している。ＥＧＲを実行するのは図中の網掛けした領域、すなわちトルクがＴｅ１以上の領域である。
【００２３】
図３は、図２の破線部分における、内燃機関１のトルクとＥＧＲ率との関係を示す図である。図３の縦軸はＥＧＲ率、横軸は内燃機関１のトルクである。図３に示すように、トルクＴｅ１からトルクＴｅ２の領域ではＥＧＲ率はＲ２、トルクＴｅ２以上の領域ではＥＧＲ率はＲ１である。なお、ＥＧＲ率Ｒ１は例えば１０％程度、ＥＧＲ率Ｒ２は例えば２０％程度である。トルクＴｅ１からトルクＴｅ２の領域よりトルクＴｅ２以上の領域の方が低ＥＧＲ率なのは、より高いトルクを発生させるために、より多くの吸気量が必要となり、導入できるＥＧＲガス量が制限されるためである。
【００２４】
ＥＧＲを実行すると、燃焼温度が低下して燃焼室の温度上昇を抑制することができるので、上記のように内燃機関１のトルクが比較的高い領域でＥＧＲを実行することでノッキングの発生を防止することができる。
【００２５】
ところで、内燃機関１から排出された排気ガス中に含まれるＮＯｘは、ノッキングを発生させやすくする特性がある。このため、排気ガス中のＮＯｘ濃度が高い場合には、ＥＧＲ率を高めることで、かえってノッキングが発生し易くなる。
【００２６】
図１のように三元触媒７を通過した後の排気ガスをＥＧＲガスとして還流させるシステムでは、基本的には排気ガス中のＮＯｘは三元触媒７により還元されるので、ＥＧＲガス中にＮＯｘが含有されることはない。しかし、例えば減速時の燃料カット制御中のように、新気がそのまま内燃機関１を通過して三元触媒７に流入する状態が続くことによって、三元触媒７の酸素ストレージ量が過多になり、燃料カットリカバー後のストイキ空燃比での運転中にＮＯｘを還元できなくなる場合がある。このような場合には、ＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度が高まることで吸気管内のＮＯｘ濃度が高まり、その結果、ＥＧＲ率を高めても所望のノッキング防止効果は得られなくなる。
【００２７】
図４、図５は、吸気管内ＮＯｘ濃度とノッキング防止のための点火時期との関係を、内燃機関１のトルク毎に示した図であり、図４は例えば図３のＲ１のようにＥＧＲ率が低い場合、図５は例えば図３のＲ２のようにＥＧＲ率が高い場合について示している。いずれも縦軸が点火時期、横軸が吸気管内ＮＯｘ濃度を示している。なお、縦軸の点火時期は、最適点火時期（ＭＢＴ）からの乖離の度合いを示している。
【００２８】
ＥＧＲ率が低い場合には、図４に示すように、低トルクであればＮＯｘ濃度Ｎ１まではＭＢＴのままでもノッキングが発生しないが、ＮＯｘ濃度Ｎ１以上では、ノッキング防止のためにＮＯｘ濃度が高くなるほど点火時期の遅角量を増大させる必要がある。
【００２９】
中トルクのときは、ＭＢＴのままでノッキングが発生しないのはＮＯｘ濃度がＮ１より低いＮ２までとなり、ＮＯｘ濃度Ｎ２以上では、低トルクのときと同様にＮＯｘ濃度が高くなるほど点火時期の遅角量を増大させる必要がある。
【００３０】
高トルクのときは、そもそもノッキングが発生し易い状態なので、ＮＯｘ濃度がゼロの状態でもＭＢＴより遅角させる必要があり、そこからＮＯｘ濃度が増大するほど点火時期の遅角量も増大させる必要がある。
【００３１】
ＮＯｘ濃度の変化量に対する点火時期遅角量の増大割合、つまり図４の実線の傾きは、トルクが低いほど大きくなっている。これは、トルクが低いほど、燃焼室内はノッキングが発生し難い状態になるためＮＯｘ濃度増大の影響が相対的に大きく、トルクが高いほど、燃焼室内はノッキングが発生し易い状態になるのでＮＯｘ濃度増大の影響が相対的に小さいからである。
【００３２】
ＥＧＲ率が高い場合も、基本的には図４と同様に、トルクが高いほどＮＯｘ濃度の増大に応じた点火時期遅角量も大きくなる。ただし、同一ＮＯｘ濃度かつ同一トルクの条件で、ＥＧＲ率が高い場合と低い場合の点火時期遅角量を比較すると、ＥＧＲ率が高い場合の方が、点火時期遅角量は小さい。これは、ＥＧＲ率が高いほど燃焼温度が低く、ノッキングが発生し難い状態になっているからである。
【００３３】
上述したように、ノッキングの発生し易さは、吸気管内のＮＯｘ濃度だけではなく、内燃機関１のトルク状態によっても変わる。この特性を踏まえて、運転者の要求するトルク（要求トルク）の大きさ及び吸気管内のＮＯｘ濃度に応じて、ノッキング防止の為の制御を実行することで、確実にノッキングを防止できる。
【００３４】
なお、図４、図５では横軸が吸気管内ＮＯｘ濃度になっているが、吸気管内ＮＯｘ濃度は内燃機関１から排出されるＮＯｘ量に依存するので、横軸をＥＧＲガス中のＮＯｘ濃度にしても同様の傾向になる。
【００３５】
図６は、ＥＣＵ２０が実行するノッキング防止用の制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、例えば１０ミリ秒程度の間隔で繰り返し実行する。
【００３６】
ノッキング防止用の制御として、燃焼を緩慢にさせるために点火時期を通常設定されているＭＢＴより遅角させる点火時期リタード制御、内燃機関１でのＮＯｘ発生量を低減するために空燃比をストイキよりリッチにする空燃比リッチ化制御、及び燃焼温度を低下させるためのＥＧＲ制御がある。ここでは、要求トルク及び吸気管内のＮＯｘ濃度に応じて、これらの制御のいずれか、または組み合わせによって、ノッキングの発生を防止する。以下、フローチャートのステップにしたがって説明する。
【００３７】
ステップＳ１００で、ＥＣＵ２０はＥＧＲを実行しているか否かを判定する。クランク角センサ１４で検出したエンジン回転速度及びアクセル開度センサ１７で検出したアクセル開度で定まる運転状態が、図２のマップのＥＧＲ領域であればステップＳ１１０の処理を実行し、ＥＧＲ領域でなければそのまま本ルーチンを終了する。
【００３８】
ステップＳ１１０で、ＥＣＵ２０は、低ＥＧＲ率か否かを判定する。ステップＳ１００で求めた運転状態が、ＥＧＲ領域のうちＥＧＲ率が低い領域であればステップＳ１２０の処理を実行し、高い領域であればステップＳ１８０の処理を実行する。
【００３９】
ステップＳ１２０で、ＥＣＵ２０は低ＥＧＲ率用のＮＯｘ濃度判定値を決定する。ＮＯｘ濃度判定値とは、ノッキング防止用の制御を決定するために用いる吸気管内ＮＯｘ濃度である。
【００４０】
ここで、低ＥＧＲ率用のＮＯｘ濃度判定値の一例について図７を参照して説明する。図７は、図４の中トルクの場合、つまり低ＥＧＲ率かつ中トルクの場合のＮＯｘ濃度判定値を示している。
【００４１】
低ＥＧＲ率判定値１は、点火時期がＭＢＴとなる吸気管内ＮＯｘ濃度の上限値である。図７中の実線は、図４と同様に、低ＥＧＲ率かつ中トルクの状態でノッキング防止のために必要な点火時期リタード量を示している。つまり、図７において点火時期リタード量が大きくなるほどノッキングが発生し易いということになり、点火時期がＭＢＴのままということは、ノッキング発生のおそれがないということになる。したがって、低ＥＧＲ率判定値１はノッキング防止用の制御が不要な吸気管内ＮＯｘ濃度の上限値である。
【００４２】
ところで、ノッキング防止用の制御を実行すると燃費性能への跳ね返りが生じる。跳ね返りの度合いはノッキング防止用の制御によって異なり、跳ね返りが大きいほどノッキング防止効果は高まる。跳ね返りは、点火時期リタード、空燃比リッチ化、点火時期リタードと空燃比リッチ化の組み合わせ、前記組み合わせにさらにＥＧＲ停止を加えた組み合わせ、の順に大きくなる。
【００４３】
確実にノッキングを防止しつつ、燃費性能への跳ね返りは抑制することが望ましいので、ノッキングのしやすさに応じて、ノッキング防止と燃費性能への跳ね返り抑制を両立できるようにノッキング防止用の制御を選択する。すなわち、点火時期リタードで確実にノッキングを防止できるなら点火時期リタードを実行し、点火時期リタードではノッキング防止効果が十分でない場合には空燃比リッチ化を実行し、それでもノッキング防止効果が十分でない場合はこれらを組み合わせる。そして、点火時期リタードと空燃比リッチ化の組み合わせでもノッキング防止効果が十分でない場合には、点火時期リタードと空燃比リッチ化を実行しつつ、さらにＥＧＲを停止する。
【００４４】
低ＥＧＲ率判定値２から低ＥＧＲ率判定値４は、上記のようにノッキング防止用の制御を切り替える境界値である。具体的な値は、内燃機関１の燃焼室形状や吸気ポート形状等によって異なるので、本実施形態を適用する内燃機関１について、ＥＧＲ率毎かつ要求トルク毎に実験等により予め決定してＥＣＵ２０に格納しておき、ステップＳ１２０で運転状態に応じた判定値を設定する。
【００４５】
ステップＳ１３０で、ＥＣＵ２０は吸気管内ＮＯｘ濃度を判定する。吸気管内ＮＯｘ濃度は、例えば、空燃比のλコントロールの状態に基づいて推定する。すなわち、λコントロールでは空燃比センサ１３の検出値に応じて空燃比をストイキに対してリッチ化またはリーン化するので、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量はリッチ化していれば少なく、リーン化していれば多い、と推定できる。そして、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量が少なければ吸気管内ＮＯｘ濃度は低く、多ければ吸気管内ＮＯｘ濃度は高い、と推定できる。
【００４６】
これに加えて、燃料カット制御により三元触媒７の酸素ストレージ量が増大してＮＯｘの転化率低下が予測される場合には、ＮＯｘ濃度を高い側に補正するようにしてもよい。また、点火時期に基づいて、点火時期が早いほどＮＯｘ濃度が高いと推定してもよい。もちろん、ＮＯｘ濃度検知用のセンサを用いて直接検出してもよい。
【００４７】
ステップＳ１３０での判定の結果、吸気管内ＮＯｘ濃度が低ＥＧＲ率判定値１未満であれば、本ルーチンを終了する。上述したように低ＥＧＲ率判定値１未満であればノッキング発生のおそれがないからである。
【００４８】
吸気管内ＮＯｘ濃度が低ＥＧＲ率判定値１以上、低ＥＧＲ率判定値２未満の場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ１４０で点火時期リタードを実行する。リタード量は、ノッキングしやすいほど、つまり吸気管内ＮＯｘ濃度が高いほど大きくなる。
【００４９】
なお、図４で説明したように、低トルクほどＮＯｘ濃度の変化に対するノッキングの発生しやすさの感度が大きい。したがって、例えば吸気管内ＮＯｘ濃度がＮ１からＮ１より高濃度へと変化した場合には、低トルクほど点火時期遅角量も大きく変化する。
【００５０】
吸気管内ＮＯｘ濃度が低ＥＧＲ率判定値２以上、低ＥＧＲ率判定値３未満の場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ１５０で空燃比リッチ化を実行する。リッチ化の度合いは、吸気管内ＮＯｘ濃度が高いほど大きくする。ただし、リッチ失火しない程度に制限される。なお、このとき点火時期はＭＢＴに戻す。
【００５１】
吸気管内ＮＯｘ濃度が低ＥＧＲ率判定値３以上、低ＥＧＲ率判定値４未満の場合は、点火時期リタードまたは空燃比リッチ化だけではノッキング防止が不可能なので、ＥＣＵ２０はステップＳ１６０で点火時期リタードと空燃比リッチ化の組み合わせを実行する。
【００５２】
吸気管内ＮＯｘ濃度が低ＥＧＲ率判定値４以上の場合は、点火時期リタード及び空燃比リッチ化の組み合わせではノッキング防止が不可能なので、ＥＣＵ２０は点火時期リタード、空燃比リッチ化、及びＥＧＲ停止の組み合わせを実行する。
【００５３】
一方、ステップＳ１１０で高ＥＧＲ率と判定された場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ１８０の処理を実行する。
【００５４】
ステップＳ１８０で、ＥＣＵ２０は高ＥＧＲ率用のＮＯｘ濃度判定値である高ＥＧＲ率判定値１から高ＥＧＲ率判定値３を決定する。高ＥＧＲ率における吸気管ＮＯｘ濃度とノッキング防止可能な点火時期との関係に基づいて、ステップＳ１２０と同様の考え方で決定する。高ＥＧＲ率用の判定値の一例を図８に示す。
【００５５】
ステップＳ１９０はステップＳ１３０と同様の処理なので説明を省略する。
【００５６】
ステップＳ１９０で吸気管内ＮＯｘ濃度が高ＥＧＲ率判定値１未満であれば、そのまま本ルーチンを終了する。
【００５７】
ステップＳ２００からＳ２２０は、ステップＳ１４０からＳ１６０と同様の処理である。すなわち、吸気管内ＮＯｘ濃度が高ＥＧＲ率判定値１以上、高ＥＧＲ率判定値２未満の場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ２００で点火時期リタードを実行する。吸気管内ＮＯｘ濃度が高ＥＧＲ率判定値２以上、高ＥＧＲ率判定値３未満の場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ２１０で空燃比リッチ化を実行する。なお、このとき点火時期はＭＢＴに戻す。吸気管内ＮＯｘ濃度が高ＥＧＲ率判定値３以上の場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ２２０で点火時期リタードと空燃比リッチ化の組み合わせを実行する。
【００５８】
なお、ＮＯｘ濃度判定値が高ＥＧＲ率判定値３までなのは、高ＥＧＲ率の場合にはＥＧＲガス導入による燃焼温度の低下によって低ＥＧＲ率の場合よりノッキングが発生しにくいので、ノッキング防止のためにＥＧＲ停止が必要になることはないからである。
【００５９】
以上のように本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
【００６０】
（１）ノッキング防止用の点火時期遅角量を、吸気管内ＮＯｘ濃度、つまり排気中のＮＯｘ濃度と要求トルクとに基づいて決定するので、排気中のＮＯｘ濃度が高まり所望のノッキング防止効果が得られなくなっても、ノッキングの発生しやすさに応じた適切な点火時期遅角量を設定できる。
【００６１】
（２）排気中のＮＯｘ濃度が高くなるほど遅角量を大きくするので、ノッキングが発生しやすいほど遅角量が大きくなる。これにより、確実にノッキングを防止しつつ、ノッキング防止による燃費性能への跳ね返りを抑制できる。
【００６２】
（３）要求トルクが小さいほど排気中のＮＯｘ濃度の変化量あたりの遅角量を大きくするので、ＮＯｘ濃度の変化に対するノッキングの発生しやすさの変化量が大きい低トルクほど遅角量が大きくなる。これにより、確実にノッキングを防止しつつ、ノッキング防止による燃費性能への跳ね返りを抑制できる。
【００６３】
（４）点火時期の遅角中に排気中のＮＯｘ濃度がＮＯｘ濃度判定値２以上になったら点火時期を最適点火時期に戻し、かつ空燃比をストイキよりリッチ化する。これにより、燃費性能への跳ね返りが小さい点火時期リタードと、より確実にノッキング防止できる空燃比リッチ化を適切に使い分けることができる。
【００６４】
（５）排気中のＮＯｘ濃度がＮＯｘ濃度判定値３以上になったら点火時期を遅角し、かつ空燃比をストイキよりリッチ化する。これにより、燃費性能への跳ね返りが小さい点火時期リタードと、より確実にノッキング防止できる点火時期リタードと空燃比リッチ化の組み合わせを適切に使い分けることができる。
【００６５】
（６）排気中のＮＯｘ濃度がＮＯｘ濃度判定値４以上になったらＥＧＲを停止する、つまり、ＥＧＲによってかえってノッキングが発生しやすくなる場合にはＥＧＲを停止するので、ノッキングを防止できる。
【００６６】
（７）ＮＯｘ濃度判定値には、ＮＯｘ濃度判定値１（判定値）＜ＮＯｘ濃度判定値２（第２判定値）＜ＮＯｘ濃度判定値３（第３判定値）＜ＮＯｘ濃度判定値４（第４判定値）という関係が成立する。これにより、確実なノッキング防止と燃費性能への跳ね返りとを両立することができる。
【００６７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００６８】
本実施形態を第１実施形態と比較すると、内燃機関１のシステム構成は同様であり、ノッキング防止のための制御ルーチンの一部が異なる。
【００６９】
図９はＥＣＵ２０が実行するノッキング防止のための制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００７０】
ステップＳ１１００及びＳ１１１０は図６のステップＳ１００及びＳ１１０と同様なので説明を省略する。
【００７１】
ステップＳ１１２０で、ＥＣＵ２０は低ＥＧＲ率用のＮＯｘ濃度判定値を決定する。基本的には図６のステップＳ１２０と同様であるが、ここでは図１０に示すように、低ＥＧＲ率判定値４よりも高濃度側の低ＥＧＲ率判定値５まで決定する。
【００７２】
ステップＳ１１３０で、ＥＣＵ２０は図６のステップＳ１３０と同様に吸気管内ＮＯｘ濃度を判定する。吸気管内ＮＯｘ濃度が低ＥＧＲ率判定値１未満の場合は、そのまま本ルーチンを終了する。
【００７３】
吸気管内ＮＯｘ濃度が低ＥＧＲ率判定値１以上、低ＥＧＲ率判定値２未満の場合は、ステップＳ１１３２でＥＧＲバルブ１０の開度を増大させてＥＧＲガス量を増量する。ＥＧＲガス量を増量すれば、燃焼温度はさらに低下し、また、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量が減少するので、ノッキング防止効果が得られる。すなわち、ノッキングが比較的発生しにくい低ＥＧＲ率判定値１以上、低ＥＧＲ率判定値２未満の領域では、ＥＧＲガスの増量によってノッキングを防止する。これにより、ノッキングを防止することによる燃費性能への跳ね返りを、点火時期リタードや空燃比リッチ化よりも小さくできる。
【００７４】
なお、どの程度ＥＧＲガス量を増量するかについては、内燃機関１の仕様毎に実験等により予め求めておく。
【００７５】
吸気管内ＮＯｘ濃度が低ＥＧＲ率判定値２以上、低ＥＧＲ率判定値３未満の場合は、ステップＳ１１３５でＥＧＲガス量を増量してから、ステップＳ１１４０で図６のステップＳ１４０と同様に点火時期リタードを行う。なお、ステップＳ１１３５でＥＧＲガスを増量することにより、ステップＳ１１４０での点火時期のリタード量を図６のステップＳ１４０に比べて小さくすることができる。すなわち、ノッキングを防止することによる燃費性能への跳ね返りを、点火時期リタードだけでノッキング防止する場合より小さくすることができる。
【００７６】
吸気管内ＮＯｘ濃度が低ＥＧＲ率判定値３以上、低ＥＧＲ率判定値４未満の場合は、ステップＳ１１４５でＥＧＲガス量を増量してから、ステップＳ１１５０で図６のステップＳ１５０と同様に空燃比リッチ化を行う。なお、ステップＳ１１４５でＥＧＲガスを増量することにより、ステップＳ１１５０での空燃比のリッチ化度合を、図６のステップＳ１５０に比べて小さくすることができる。すなわち、ノッキングを防止することによる燃費性能への跳ね返りを、空燃比リッチ化だけでノッキング防止する場合より小さくすることができる。
【００７７】
吸気管内ＮＯｘ濃度が低ＥＧＲ率判定値４以上、低ＥＧＲ率判定値５未満の場合は、ステップＳ１１５５でＥＧＲガス量を増量してから、ステップＳ１１６０で図６のステップＳ１６０と同様に点火時期リタード及び空燃比リッチ化を行う。なお、ステップＳ１１５５でＥＧＲガスを増量することにより、ステップＳ１１６０での点火時期のリタード量及び空燃比のリッチ化度合を図６のステップＳ１６０に比べて小さくすることができる。すなわち、ノッキングを防止することによる燃費性能への跳ね返りを、点火時期リタードだけでノッキング防止する場合より小さくすることができる。
【００７８】
吸気管内ＮＯｘ濃度が低ＥＧＲ率判定値５以上の場合は、ＥＧＲガスを増量せずに、ステップＳ１１７０で図６のステップＳ１７０と同様に点火時期リタード及び空燃比リッチ化を行い、さらにＥＧＲを停止する。ここでＥＧＲガスを増量しないのは、ＮＯｘ濃度が低ＥＧＲ率判定値５を超える程度に高くなると、ＥＧＲガスを増量しても所望のノッキング防止効果が得られなくなるからである。
【００７９】
一方、ステップＳ１１１０で高ＥＧＲ率と判定された場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ１１８０の処理を実行する。
【００８０】
ステップＳ１１８０で、ＥＣＵ２０は高ＥＧＲ率用のＮＯｘ濃度判定値を決定する。基本的には図６のステップＳ１８０と同様であるが、ここでは図１１に示すように、高ＥＧＲ率判定値３よりも高濃度側の高ＥＧＲ率判定値４まで決定する。
【００８１】
ステップＳ１１９０で、ＥＣＵ２０は図６のステップＳ１９０と同様に吸気管内ＮＯｘ濃度を判定する。吸気管内ＮＯｘ濃度が高ＥＧＲ率判定値１未満の場合は、そのまま本ルーチンを終了する。
【００８２】
吸気管内ＮＯｘ濃度が高ＥＧＲ率判定値１以上、高ＥＧＲ率判定値２未満の場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ１１９２で、ノッキングを防止し得る量だけＥＧＲガスを増量する。
【００８３】
吸気管内ＮＯｘ濃度が高ＥＧＲ率判定値２以上、高ＥＧＲ率判定値３未満の場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ１１９５でＥＧＲガスを増量し、ステップＳ１２００で図６のステップＳ２００と同様に点火時期リタードを実行する。ただし、ＥＧＲガスを増量した分、点火時期のリタード量は図６のステップＳ２００に比べて小さい。
【００８４】
吸気管内ＮＯｘ濃度が高ＥＧＲ率判定値３以上、高ＥＧＲ率判定値４未満の場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ１２０５でＥＧＲガスを増量し、ステップＳ１２１０で図６のステップＳ２１０と同様に空燃比リッチ化を行う。ただし、ＥＧＲガスを増量した分、空燃比のリッチ化度合は小さい。
【００８５】
吸気管内ＮＯｘ濃度が高ＥＧＲ率判定値４以上の場合は、ＥＣＵ２０はステップＳ１２１５でＥＧＲガスを増量し、ステップＳ１２２０で図６のステップＳ２２０と同様に点火時期リタード及び空燃比リッチ化を行う。ただし、ＥＧＲガスを増量した分、点火時期のリタード量及び空燃比のリッチ化度合は小さい。
【００８６】
上記のように、点火時期リタード、空燃比リッチ化等の制御にＥＧＲガスの増量を組み合わせることで、ノッキングを防止することによる燃費性能への跳ね返りをさらに抑制することができる。
（８）排気中のＮＯｘ濃度および要求トルクに基づいて、点火時期リタード、空燃比リッチ化、ＥＧＲガスの増量のいずれか、またはこれらの組み合わせを選択して実行するので、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００８８】
本実施形態を第２実施形態と比較すると、内燃機関１のシステム構成は同様であり、ノッキング防止のための制御ルーチンの一部が異なる。
【００８９】
図１２Ａ、図１２Ｂは、ＥＣＵ２０が実行するノッキング防止のための制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００９０】
ステップＳ２１００からＳ２１３０、ステップＳ２１８０、およびステップＳ２１９０は、図９のステップＳ１１００からＳ１１３０、ステップＳ１１８０、およびステップＳ１１９０と同様なので説明を省略する。
【００９１】
ステップＳ２１３１で、ＥＣＵ２０はアクセル開度センサ１７の検出値から求まる要求トルクが予め設定した低ＥＧＲ率用規定値Ｔｅ２Ｌ以下であるか否かを判定する。要求トルクが低ＥＧＲ率用規定値Ｔｅ２Ｌ以下の場合はステップＳ２１３２で図９のステップＳ１１３２と同様にＥＧＲガスを増量し、低ＥＧＲ率用規定値Ｔｅ２Ｌより大きい場合はステップＳ２１４０で図９のステップＳ１１４０と同様に点火時期リタードを行う。
【００９２】
ここで、低ＥＧＲ率用規定値Ｔｅ２Ｌ及び後述する高ＥＧＲ率用規定値Ｔｅ１Ｌについて、図１３を参照して説明する。
【００９３】
図１３は、内燃機関１のトルクに対する基本ＥＧＲ率を示す図であり、Ｔｅ１Ｌは高ＥＧＲ率用の規定値、Ｔｅ２Ｌは低ＥＧＲ率用の規定値である。基本ＥＧＲ率は図３と同様に、トルクＴｅ１からＴｅ２の範囲ではＥＧＲ率は高ＥＧＲ率であるＲ２、トルクＴｅ２以上では低ＥＧＲ率であるＲ１となっている。
【００９４】
ステップＳ２１３２でＥＧＲガスを増量するということは、ＥＧＲ率を低ＥＧＲ率Ｒ１より高くすることになる。このとき、基本となるＥＧＲ率Ｒ１の大きさ次第では、要求トルクが高い領域で、それ以上ＥＧＲガスを増量できなくなる。このような低ＥＧＲ率でのＥＧＲ増量ができる上限のトルクを、低ＥＧＲ率用規定値Ｔｅ２Ｌとする。高ＥＧＲ率の場合も同様に、ＥＧＲガスを増量できる上限のトルクがあり、これを高ＥＧＲ率用規定値ＴＥ１Ｌとする。すなわち、要求トルクがＴｅ１Ｌ以上Ｔｅ２未満の領域と、Ｔｅ２Ｌ以上の領域では、ＥＧＲガスを増量することができない。
【００９５】
ステップＳ２１３１で要求トルクが低ＥＧＲ率用規定値Ｔｅ２Ｌより大きい場合は、ＥＧＲガスを増量できないので、ノッキング防止用の制御として図９のステップＳ１１４０と同様に点火時期リタードを行う。
【００９６】
これと同様に、ＥＧＲガスを増量するステップＳ２１３５、Ｓ２１４５、Ｓ２１５５の前には、ステップＳ２１３１と同様に要求トルクが低ＥＧＲ率用規定値Ｔｅ２Ｌ以下であるか否か、つまりＥＧＲガスを増量できるか否かを判定するステップＳ２１３３、Ｓ２１４３、Ｓ２１５３を行う。そして、ＥＧＲガスを増量できない場合は、低ＥＧＲ率用判定値で分割した領域のうち、吸気管内ＮＯｘ濃度が高い側に隣接する領域で行うノッキング防止用制御を行う。
【００９７】
図１２ＢのステップＳ２１９２、Ｓ２１９５、Ｓ２２０５も、上記と同様にＥＧＲガスを増量できるか否かを判定し、判定結果に応じてノッキング防止用の制御を切り替える。
【００９８】
上述したようにＥＧＲガスを増量できるか否かに応じてノッキング防止用の制御を切り替えることにより、ＥＧＲガスを増量できる場合にはＥＧＲガスを増量することで燃費性能への跳ね返りを抑制することができる。そして、ＥＧＲガスを増量できない場合には、ＥＧＲガスを増量しないことを前提としたノッキング防止用の制御を実行するので、ノッキングの発生を確実に防止することができる。
【００９９】
以上のように、本実施形態でも第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１００】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。例えば図６では、吸気管内ＮＯｘ濃度の上昇に応じて、点火時期リタード、空燃比リッチ化、点火時期リタードと空燃比リッチ化の組み合わせ、の順にノッキング防止用制御を切り替えているが、例えば、点火時期リタードの次の領域で点火時期リタードと空燃比リッチ化の組み合わせを実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１    内燃機関
２    コレクタタンク
３    吸気クーラ
４    スロットルチャンバ
５    吸気通路
６    ターボ式過給機
７    三元触媒
８    排気通路
９    ＥＧＲ通路
１０  ＥＧＲバルブ
１１  ＥＧＲクーラ
１２  排気マニホールド
１３  空燃比センサ
１４  クランク角センサ
１５  燃料噴射弁
１６  点火プラグ
１７  アクセル開度センサ
２０  エンジンコントロールユニット（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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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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