JP6094173B2 - 内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法に関する。

例えば、特許文献１には、ノッキング発生時に点火時期をリタードし、点火時期が所定のリタード限界に達しても、なおノッキングが発生するような場合に、吸気弁のバルブタイミングを有効圧縮比の減少方向に制御して、ノッキングを回避するようにした技術が開示されている。一般的に、リタード限界は、燃焼安定度が許容限界となる点火時期、あるいは排気ガス温度が排気系部品の許容温度限界となる点火時期に設定される。

特開２００１−２７１６６４号公報

ここで、近年の高圧縮比化が進んだ内燃機関では、特定運転領域（例えば、低回転高負荷）において、燃焼安定度から定まるリタード限界や、排気系部品温度から定まるリタード限界まで点火時期をリタードさせると、圧縮端温度の上昇によりプレイグニッションが発生する虞がある。

しかしながら、上述した特許文献１のように、プレイグニッションの発生を考慮しない場合、上記特定運転領域において、プレイグニッションが発生してしまい、場合によっては内燃機関に悪影響を及ぼす虞がある。

本発明は、ノッキングが検出されると所定のリタード限界の範囲内で点火時期をリタードするノッキング回避制御手段を有する内燃機関の制御装置において、上記ノッキング回避制御手段は、燃焼安定度が許容限界となる点火時期または排気ガス温度が排気系部品の許容温度限界となる点火時期をリタード限界として設定すると共に、上記内燃機関の運転状態が所定の特定運転領域にあるときには、プレイグニッションが発生し始める点火時期をリタード限界として設定することを特徴としている。

本発明によれば、特定運転領域においてプレイグニッションの発生を回避することができる。

本発明が適用された車両のシステム構成を模式的に示した説明図。 本発明が適用される内燃機関１のシステム構成を示した説明図。 特定運転領域を示す説明図。 本発明が適用された内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明が適用された車両のシステム構成を模式的に示した説明図である。図１に示すように、内燃機関１には、トルクコンバータ２を介して、自動変速機としてのＣＶＴ（無段変速機）３が接続されている。ＣＶＴ３は、図示せぬ終減速装置を介し、駆動輪４に動力を伝達している。

内燃機関１は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５によって制御されている。ＣＶＴ３は、ＣＶＴコントロールユニット（ＣＶＴ／ＣＵ）６によって制御されている。具体的には、ＣＶＴ３が具備するアクチュエータ（図示せず）の駆動をＣＶＴ／ＣＵ６で制御することでＣＶＴ３の変速比が制御されている。なお、ＥＣＵ５とＣＶＴ／ＣＵ６とは相互に通信可能に接続されており、互いに所定信号のやりとりが可能になっている。

図２は、本発明が適用される内燃機関１のシステム構成を示した説明図である。図２に示すように、内燃機関１のピストン１１により形成される燃焼室１２には、吸気弁１３を介して吸気通路１４が接続され、かつ排気弁１５を介して排気通路１６が接続されている。

吸気弁１３の動弁機構、排気弁１５の動弁機構は、いずれもバルブタイミングを可変可能な可変動弁機構１７となっている。可変動弁機構１７によるバルブタイミングは、ＥＣＵ５からの制御信号により制御される。

本実施例では、吸気弁１３側の可変動弁機構１７ａ及び排気弁１５側の可変動弁機構１７ｂが、いずれもクランクシャフト１８に対するカムシャフト（図示せず）の位相を変化させる周知の位相可変機構（ＶＴＣ）となっている。有効圧縮比可変機構である吸気弁１３側の可変動弁機構１７ａは、吸気弁１３のリフト中心角の位相を遅進させ、リフト特性の曲線自体は変わらずに全体を進角もしくは遅角させて、吸気弁１３の開閉時期を変更する。排気弁１５側の可変動弁機構１７ｂは、排気弁１５のリフト中心角の位相を遅進させ、リフト特性の曲線自体は変わらずに全体を進角もしくは遅角させて、排気弁１５の開閉時期を変更する。

吸気通路１４には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２０がエアクリーナ１９の下流側に配置されていると共に、ＥＣＵ５からの制御信号によりアクチュエータ２１を介して開度制御される電子制御式のスロットル弁２２が配置されている。

排気通路１６には、排気浄化用の触媒コンバータ２３が配置されていると共に、その上流側に空燃比センサ２４が配置されている。

燃焼室１２の頂部には、点火プラグ２５が配置されている。燃焼室１２の吸気通路１４側には、燃焼室１２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２６が配置されている。

また、内燃機関１には、機関回転数及びクランク角を検出するクランク角センサ２７、ノッキングを検知するノッキングセンサ２８、内燃機関１の冷却水温を検出する水温センサ２９が設けられている。

内燃機関１の燃料噴射量や噴射時期、点火時期、等は、ＥＣＵ５によって制御される。ＥＣＵ５には、上述した各種センサの検出信号以外にも、外気温を検出する外気温センサ３０、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３１等からの検出信号が入力されている。ＥＣＵ５は、これらの入力信号により検出される機関運転条件に応じて、ノッキングが発生しないようにノッキング回避制御を実施するとともに、プレイグニッションが発生しないように、プレイグニッション回避制御を実施する。

上記ノッキング回避制御は、所定の高負荷運転領域において、ノッキングが検出されると所定のリタード限界の範囲内で点火時期をリタードする。詳述すると、上記ノッキング回避制御は、燃焼安定度が許容限界となる点火時期または排気ガス温度が排気系の部品の許容温度限界となる点火時期を所定のリタード限界として設定するが、所定の特定運転領域においては、プレイグニッションが発生し始める点火時期をリタード限界として設定する。

上記特定運転領域は、例えば、低回転高負荷運転領域であり、燃焼安定度が許容限界となる点火時期または排気ガス温度が排気系の部品の許容温度限界となる点火時期まで点火時期をリタードさせるとプレイグニッションが発生するような運転領域である。

本実施例では、図３に示すように、低回転高負荷運転領域を上記特定運転領域として、低回転高負荷運転領域では、プレイグニッションが発生し始める点火時期をリタード限界として設定する。すなわち、上記特定運転領域では、プレイグニッションが発生し始める点火時期よりも小さい値をリタード限界として設定する。また、領域Ａで示す中回転高負荷運転領域では、燃焼安定度が許容限界となる点火時期をリタード限界として設定し、領域Ｂで示す高回転高負荷運転領域では、排気ガス温度が排気系の部品の許容温度限界となる点火時期をリタード限界として設定する。低回転高負荷運転領域で設定されるリタード限界は、中回転高負荷運転領域及び高回転高負荷運転領域で設定されるリタード限界よりも相対的に進角側に設定される。

これによりプレイグニッションが相対的に発生し易い上記特定運転領域での圧縮端温度の上昇を抑制することができ、プレイグニッションの発生を回避することができる。

そして、上記特定運転領域において、点火時期がリタード限界に到達しても、なおノッキングが検出される場合には、上記プレイグニッション回避制御を実施する。

上記プレイグニッション回避制御は、例えば、内燃機関１の圧縮端温度を低下させる制御である。圧縮端温度を低下させる方法としては、内燃機関１の有効圧縮比の低下、燃焼室１２内に直接噴射される燃料噴射量の増量、燃焼室１２内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２６の燃料噴射時期のリタード等がある。なお、内燃機関１の有効圧縮比の低下は、吸気弁閉弁時期が下死点位置から遠ざかるように、吸気弁１３側の可変動弁機構１７ａを制御することで実現される。

これにより、上記特定運転領域において、点火時期がリタード限界にあるときにノッキングが発生した場合にも、プレイグニッションの発生を回避しつつノッキングの発生を回避することができる。

また、上記プレイグニッション回避制御として、ＣＶＴ３の変速比を増大するように制御するようにしても、プレイグニッションの発生を回避しつつノッキングの発生を回避することができる。燃料が着火するためには、温度が高く反応が進む時間が必要となる。圧縮比が高い低回転時は、ピストン１１が上死点近傍に位置する時間が相対的に長くなり、燃焼室１２内に噴射された燃料が高温となる時間が相対的に長くなって反応が促進され、プレイグニッションが発生しやすくなる。しかし圧縮比が高くても、機関回転数が高回転となれば、ピストン１１が上死点近傍に位置する時間が相対的に短くなり、燃焼室１２内に噴射された燃料が高温となる時間が相対的に短くなって、プレイグニッションが発生しにくくなる。

図４は、上述した実施例の制御の流れを示すフローチャートである。

Ｓ１では、目標内燃機関トルクＴｑ［Ｎｍ］と機関回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］を読み込む。目標内燃機関トルクTｑは、例えば、検出されたアクセル開度を用いてＥＣＵ５にて算出される。Ｓ２では、目標内燃機関トルクＴｑと機関回転数Ｎｅに対応するリタード限界Ｌｉｍが割り付けられたリタード限界Ｌｉｍ算出マップ（図示せず）を用いて、リタード限界Ｌｉｍを読み込む。ここで、運転領域が低回転高負荷領域の場合のリタード限界Ｌｉｍはプレイグニッションが発生し始める点火時期となっている。運転領域が中回転高負荷領域の場合のリタード限界Ｌｉｍは燃焼安定度が許容限界となる点火時期となっている。運転領域が高回転高負荷領域の場合のリタード限界Ｌｉｍは排気ガス温度が排気系の部品の許容温度限界となる点火時期となっている。

Ｓ３では、ノッキングセンサ２８からの信号に基づいてノッキングの発生の有無を検出する。ノッキングが検出されるとＳ４へ進み、ノッキングが検出されなければＳ１１へ進む。

Ｓ４では、前回の点火時期リタード量ＲＥＴｚに所定の点火時期リタード量増大変更値αを加算したものを点火時期リタード量ＲＥＴとする。

Ｓ５では、Ｓ４で算出した点火時期リタード量ＲＥＴが、リタード限界Ｌｉｍよりも大きいか否かを判定し、大きい場合にはＳ６へ進み、そうでない場合にはＳ１２へ進む。

Ｓ６では、点火時期リタード量ＲＥＴをリタード限界Ｌｉｍとする。Ｓ７では、目標内燃機関トルクＴｑと機関回転数Ｎｅに対応する基本点火時期ＡＤＶｍからＳ６で設定した点火時期リタード量ＲＥＴ（＝リタード限界Ｌｉｍ）を減算したものを点火時期ＡＤＶとして算出する。

Ｓ８では、運転領域が上記特定運転領域であるか否かを判定する。運転領域が上記特定運転領域であればＳ９へ進み、運転領域が上記特定運転領域でなければＳ１０へ進む。

Ｓ９では、上述したプレイグニッション回避制御を実施する。また、Ｓ１０では、点火時期リタード以外の方法によるノッキング回避制御（第２ノッキング回避制御）を実施する。Ｓ１０で実施する第２ノッキング回避制御としては、例えば、有効圧縮比の低下や、燃料噴射量の増量等がある。

一方、Ｓ３でノッキングが検知されなかった場合には、Ｓ１１へ進み前回の点火時期リタード量ＲＥＴｚから所定の点火時期リタード量減少変更値βを減算したものを点火時期リタード量ＲＥＴしてＳ１２へ進む。

Ｓ１２では、目標内燃機関トルクＴｑと機関回転数Ｎｅに対応する基本点火時期ＡＤＶｍからＳ４またはＳ１１で設定した点火時期リタード量ＲＥＴを減算したものを点火時期ＡＤＶとして算出する。

すなわち、Ｓ１２では、Ｓ５を通過している場合には（ノッキングが検知されている場合）には、基本点火時期ＡＤＶｍからＳ４で設定した点火時期リタード量ＲＥＴ（＝ＲＥＴｚ＋α）を減算したものを点火時期ＡＤＶとして算出する。また、Ｓ１１を通過している場合には（ノッキングが検知されていない場合）には、基本点火時期ＡＤＶｍからＳ１１で設定した点火時期リタード量ＲＥＴ（＝ＲＥＴｚ−β）を減算したものを点火時期ＡＤＶとして算出する。

なお、上述した実施例において、上記特定運転領域におけるリタード限界を、外気温、内燃機関１の冷却水温度、吸気の水蒸気分圧、燃料のオクタン価等に基づいて補正するようにしてもよい。つまり、運転状態が上記特定運転領域内にある場合には、プレイグニッションの発生しやすさに応じて、リタード限界を変更するようにしてもよい。プレイグニッションは、外気温が高いほど、冷却水温度が高いほど、吸気の水蒸気分圧が低いほど、燃料のオクタン価が低いほど、発生しやすくなる。そこで、例えば、外気温が高いほど、冷却水温度が高いほど、吸気の水蒸気分圧が低いほど、燃料のオクタン価が低いほど、上記特定運転領域におけるリタード限界を相対的に進角側に設定するようにすれば、より精度よくプレイグニッションの発生を回避することができる。

吸気の水蒸気分圧は、外気温が高くなるほど大きくなるので、例えば、この特性に基づく水蒸気分圧算出マップを予め求めておくことで算出可能である。また、水蒸気分圧は、湿度センサ等によって検出するようにしてもよい。燃料のオクタン価は、公知の手法（例えば、特開２０１０−２０９７２８号公報参照）を用いて推定可能であり、例えば、機関回転数、充填効率、冷却水温度、外気温、当量比、ノック信号、燃圧及び燃料噴射時期に基づいて推定可能である。充填効率は、例えば、吸気弁１３のバルブタイミング等から推定可能である。当量比は、例えば目標当量比を用いればよい。燃圧は、燃料噴射弁２６に燃料を圧送する燃料供給通路（図示せず）に設けた燃圧センサ（図示せず）により検出すればよい。

そして、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、吸気弁１３側の動弁機構に、吸気弁１３の作動角を可変可能な動弁機構を適用することも可能である。

また、高圧縮比化された内燃機関においては、ノッキングが発生しやすく、ノッキングの発生回避のために点火時期をリタードすると、排気温度の上昇により筒内温度も上昇し、プレイグニッションも発生し易い状態となるので、上述した本発明の上記ノッキング回避制御及び上記プレイグニッション回避制御の適用に特に好適である。

１…内燃機関
３…ＣＶＴ
５…ＥＣＵ
６…ＣＶＴ／ＣＵ
１２…燃焼室
１３…吸気弁
１７…可変動弁機構
２５…点火プラグ
２６…燃料噴射弁
２８…ノッキングセンサ

Claims (10)

1. 内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出手段と、
   ノッキングが検出されると所定のリタード限界の範囲内で点火時期をリタードするノッキング回避制御手段と、を有する内燃機関の制御装置において、
   上記ノッキング回避制御手段は、燃焼安定度が許容限界となる点火時期または排気ガス温度が排気系部品の許容温度限界となる点火時期をリタード限界として設定すると共に、上記内燃機関の運転状態が所定の特定運転領域にあるときには、プレイグニッションが発生し始める点火時期をリタード限界として設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 外気温、上記内燃機関の冷却水温度、吸気の水蒸気分圧及び燃料のオクタン価のうちの少なくとも一つの検出結果に応じて、上記特定運転領域のリタード限界を変更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。
3. 上記内燃機関の運転状態が上記特定運転領域にあるときに点火時期がリタード限界に到達し、かつノッキングが検出される場合には、プレイグニッション回避制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 上記プレイグニッション回避制御は、上記内燃機関の圧縮端温度を低下させる制御であ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。
5. 上記内燃機関の有効圧縮比を可変可能な有効圧縮比可変機構を有し、
   上記プレイグニッション回避制御は、上記有効圧縮比可変機構により有効圧縮比を低下させることにより上記内燃機関の圧縮端温度を低下させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 上記有効圧縮比可変機構は、吸気弁のバルブタイミングを可変可能な可変バルブタイミング機構であり、吸気弁閉時期を下死点位置から遠ざかるように制御することにより有効圧縮比を低下させることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 上記プレイグニッション回避制御は、燃料噴射量を増量することにより上記内燃機関の圧縮端温度を低下させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
8. 上記内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を有し、
   上記プレイグニッション回避制御は、上記燃料噴射弁による燃料噴射時期をリタードすることにより上記内燃機関の圧縮端温度を低下させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
9. 上記内燃機関は、自動変速機を有する車両に搭載されるものであって、
   上記プレイグニッション回避制御は、上記自動変速機の変速比を増加させる制御であ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。
10. 内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出手段と、
    ノッキングが検出されると所定のリタード限界の範囲内で点火時期をリタードするノッキング回避制御手段と、を有し、
    上記ノッキング回避制御手段は、燃焼安定度が許容限界となる点火時期または排気ガス温度が排気系部品の許容温度限界となる点火時期をリタード限界として設定すると共に、上記内燃機関の運転状態が所定の特定運転領域にあるときには、プレイグニッションが発生し始める点火時期をリタード限界として設定することを特徴とする内燃機関の制御方法。

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