JP2001152908A - 自己着火・火花点火式内燃機関の制御装置 - Google Patents
自己着火・火花点火式内燃機関の制御装置Info
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Abstract
変化に拘わらず、内燃機関の自己着火燃焼の効率を安定
的に高度に保持する。 【解決手段】 燃焼パターン判定部5は、アクセル開度
信号及び回転数に応じて火花点火燃焼または自己着火燃
焼を選択する。自己着火燃焼時に、燃焼状態検出部2が
検出する燃焼状態が自己着火限界条件となるように、燃
焼パラメータ設定部8は燃焼パラメータを順次変更す
る。
Description
火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼とを使い分ける自己着
火・火花点火式内燃機関に関する。
が開始されるため燃焼速度が速く、通常の火花点火燃焼
に比べて空燃比がリーンな状態でも安定した燃焼を実現
することができて燃料消費率の向上が可能であり、また
空燃比がリーンなため燃焼温度が低下することから、排
気ガス中のNOxを大幅に低減することもできる。また
燃料と空気を十分に予混合しておけば、空燃比がより均
一となり、更にNOxを低減することができる。
点火燃焼を行わせ、低回転、低中負荷領域では火花点火
燃焼から圧縮自己着火燃焼に燃焼形態を切り替えること
によって、高回転、高負荷時の高出力確保と、低回転、
低中負荷時の燃料消費率向上、NOxの低減化の両立を
図ることができる。
機関の分野では、部分負荷時における燃焼不安定を解消
すると共に、HC(未燃炭化水素)排出量の低減を図る
ために、燃焼室内における自己着火燃焼を積極的に利用
した技術が提案されている。例えば、特開平7−712
79号公報には、低負荷時に排気通路の一部を遮断する
ことによってシリンダ内の残留ガス濃度を高めて、圧縮
行程開始時のシリンダ内圧や温度を高め、自己着火の燃
焼時期を制御する技術が開示されている。
上死点付近で作動ガスの温度と圧力があるレベル以上に
なる必要がある。その手段として、上記従来例のように
EGRガスの大量使用と高圧縮比化とを併用したり、単
に圧縮比を高めることにより、筒内温度と筒内圧力とが
あるレベル以上になるような燃焼パラメータを予め定
め、負荷に応じてそのパラメータになるように制御を行
っている。
を強く受ける。空燃比を例に取ると、空燃比が目標空燃
比よりもリッチになると燃焼が急激になりノッキングを
引き起こす。また空燃比が目標空燃比よりもリーンにな
ると燃焼が不安定になり、運転性の悪化を引き起こす。
従って、各燃焼パラメータを目標値に制御する必要があ
る。
うな従来の自己着火燃焼をする火花点火式内燃機関にあ
っては、内燃機関使用過程におけるデポやすすの燃焼室
への堆積により問題が生じる。
ッキングが生じ易くなり、要求オクタン価が上がる。
(SAE Trans vol.64,P76,195
6)。このため、あらかじめ定められた燃焼パラメー
タ、例えば従来例ではEGR量を調節するための排気通
路の絞りの度合いであり、一般的な自己着火燃焼では、
空燃比やEGR量、圧縮比などがパラメータであるが、
それがそのままですすやデポの堆積がおきると、エンジ
ンがノッキングを起こす可能性がある。
すすが堆積した状態での空燃比と発生トルクの関係か
ら、あらかじめエンジンの制御パラメータを定めるよう
にすると、工場から出荷されるような新品の状態ではデ
ポやすすが堆積していないため、自己着火は生じにく
く、エンジンの燃焼が不安定になり、そのままでは工場
から出荷できない状態となる。
積するとノッキングが生じてしまうという構成になって
いたため、ノッキングが生じることによる騒音が不快で
あるばかりか、熱的な負荷増大によるエンジン劣化や機
械的な圧力負荷増大によるエンジン劣化が生じる可能性
があるという問題点があった。
等により、各エンジン毎に圧縮比が若干異なる可能性が
ある。あるいはエンジンのウォータジャケットのバラツ
キ等により、冷却液温度を等しく制御しても各エンジン
毎に燃焼室温度が異なる可能性がある。このような場合
には、各エンジン毎に目標燃焼パラメータが異なり、バ
ラツキ幅の大きいエンジンにおいては、燃焼不安定ある
いはノッキングが生じるという問題点があった。
て、上述した理由により各気筒毎に圧縮比、燃焼室温度
が異なる可能性がある。このような場合においても、各
気筒毎に目標燃焼パラメータが異なり、バラツキ幅の大
きい気筒では、燃焼不安定あるいはノッキングが生じる
という問題点があった。
ジンやノックセンサ等の特性上のバラツキや経時変化等
に対処する技術として、特開平8−151951号公報
記載の技術が知られている。この技術によれば、定常運
転状態におけるノックセンサの検出値に基づいて、ノッ
キング判定レベルの補正値や点火時期補正等を変更して
いる。
ングが問題となる場合と燃焼安定度が問題となる場合が
存在する。
た場合には、燃焼パラメータが目標燃焼パラメータに制
御できずに、燃費、エミッション等の燃焼性能が悪化す
るという問題点があった。
転状態に応じて火花点火燃焼と自己着火燃焼とを使い分
ける内燃機関において、経時変化や経年変化に拘わら
ず、内燃機関の自己着火燃焼の効率を安定的に高度に保
持することである。
等の生産上のバラツキが発生した場合においても、内燃
機関の自己着火燃焼の効率を安定的に高度に保持するこ
とである。
前記課題を解決するために、火花点火燃焼と自己着火燃
焼とを運転条件により使い分ける自己着火・火花点火式
内燃機関の制御装置において、自己着火燃焼限界を検出
する検出手段と、燃焼パラメータを変更するパラメータ
変更手段を有し、自己着火燃焼運転中に、前記パラメー
タ変更手段により燃焼パラメータを燃焼状態が自己着火
燃焼限界となる値に順次近づけ、前記検出手段が自己着
火燃焼限界を検出している自己着火限界条件で自己着火
燃焼運転を行うことを要旨とする。
るために、請求項1記載の自己着火・火花点火式内燃機
関の制御装置において、前記燃焼パラメータは、点火時
期、燃料噴射時期、燃料噴射量、筒内温度、圧縮比、E
GR量、吸入空気温度、吸入空気圧力、燃焼室温度、バ
ルブタイミングのいずれか1つ、またはこれら複数の組
み合わせであることを要旨とする。
るために、請求項1または請求項2記載の自己着火・火
花点火式内燃機関の制御装置において、前記自己着火燃
焼限界は、筒内圧力、クランク軸の角速度、燃焼室構成
部材の振動、燃焼室構成部材の音響、燃焼ガス中のイオ
ンのいずれか1つまたはこれら複数の組み合わせにより
検出あるいは予測されるノッキング限界であることを要
旨とする。
るために、請求項1または請求項2記載の自己着火・火
花点火式内燃機関の制御装置において、前記自己着火燃
焼限界は、筒内圧力、クランク軸の角速度、燃焼室構成
部材の振動、燃焼室構成部材の音響、燃焼ガス中のイオ
ンのいずれか1つまたはこれら複数の組み合わせにより
検出あるいは予測される安定度限界であることを要旨と
する。
るために、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記
載の自己着火・火花点火式内燃機関の制御装置におい
て、前記自己着火燃焼限界を内燃機関の運転条件に応じ
てノッキング限界あるいは安定度限界のどちらか一方に
変えることを要旨とする。
るために、請求項5記載の自己着火・火花点火式内燃機
関の制御装置において、前記自己着火燃焼限界を低負荷
時は安定度限界とし中高負荷時はノッキング限界とする
ことを要旨とする。
るために、請求項5記載の自己着火・火花点火式内燃機
関の制御装置において、触媒温度を検出または推定する
手段を有し、前記触媒温度が所定値よりも低い場合に
は、前記自己着火燃焼限界を安定度限界とすることを要
旨とする。
るために、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記
載の自己着火・火花点火式内燃機関の制御装置におい
て、自己着火燃焼運転中に、燃焼パラメータを燃焼状態
が自己着火燃焼限界となる値に順次近づけ、自己着火限
界条件で自己着火燃焼運転を行うのは、自己着火領域中
の所定の領域であることを要旨とする。
るために、請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記
載の自己着火・火花点火式内燃機関の制御装置におい
て、燃焼パラメータを記憶する記憶手段を有し、自己着
火燃焼運転中に燃焼パラメータを燃焼状態が自己着火燃
焼限界となる値に順次近づけ、自己着火限界条件で自己
着火燃焼運転を行う際に、自己着火限界条件となる燃焼
パラメータを目標燃焼パラメータとして、前記記憶手段
に記憶させる学習制御することを要旨とする。
するために、請求項1ないし請求項9のいずれか1項に
記載の自己着火・火花点火式内燃機関の制御装置におい
て、自己着火限界を気筒毎に検出する手段と燃焼パラメ
ータを気筒毎に変更する手段を有し、自己着火燃焼運転
中に、前記各気筒の燃焼パラメータを燃焼状態が各気筒
毎に自己着火燃焼限界となる値に順次近づけ、各気筒毎
に自己着火限界条件で自己着火燃焼運転を行うことを要
旨とする。
するために、請求項10に記載の自己着火・火花点火式
内燃機関の制御装置において、各気筒毎に燃焼パラメー
タを記憶する記憶手段を有し、自己着火燃焼運転中に前
記各気筒の燃焼パラメータを燃焼状態が自己着火燃焼限
界となる値に順次近づけ、各気筒毎に自己着火限界条件
で自己着火燃焼運転を行う際に、自己着火限界条件とな
る燃焼パラメータを各気筒の目標燃焼パラメータとし
て、前記記憶手段に記憶させる学習制御することを要旨
とする。
火燃焼と自己着火燃焼とを運転条件により使い分ける自
己着火・火花点火式内燃機関の制御装置において、自己
着火燃焼限界を検出する検出手段と、燃焼パラメータを
変更するパラメータ変更手段を有し、自己着火燃焼運転
中に、前記パラメータ変更手段により燃焼パラメータを
燃焼状態が自己着火燃焼限界となる値に順次近づけ、前
記検出手段が自己着火燃焼限界を検出している自己着火
限界条件で自己着火燃焼運転を行うこととしている。
化によって自己着火燃焼限界が変化した場合において
も、常に最適な自己着火燃焼状態を維持し、燃焼効率と
排気性能を高度に保持することができるという効果があ
る。
載の発明の効果に加えて、前記燃焼パラメータは点火時
期、燃料噴射時期、燃料噴射量、筒内温度、圧縮比、E
GR量、吸入空気温度、吸入空気圧力、燃焼室温度、バ
ルブタイミングのいずれか1つ、またはこれら複数の組
み合わせであるとしているため、従来の内燃機関が備え
るデバイスの制御を変更するだけで、経時変化が起こっ
た場合あるいは生産上のバラツキが発生した場合におい
ても、常に最適な自己着火燃焼状態を維持し、燃焼効率
と排気性能を高度に保持することができるという効果が
ある。
たは請求項2記載の発明の効果に加えて、前記自己着火
燃焼限界は、筒内圧力、クランク軸の角速度、燃焼室構
成部材の振動、燃焼室構成部材の音響、燃焼ガス中のイ
オンのいずれか1つまたはこれら複数の組み合わせによ
り検出あるいは予測されるノッキング限界としているた
め、高負荷側の自己着火燃焼限界の経時変化や経年変化
に対処することができる。
たは請求項2記載の発明の効果に加えて、前記自己着火
燃焼限界は、筒内圧力、クランク軸の角速度、燃焼室構
成部材の振動、燃焼室構成部材の音響、燃焼ガス中のイ
オンのいずれか1つまたはこれら複数の組み合わせによ
り検出あるいは予測される安定度限界としているため、
低負荷側の自己着火燃焼限界の経時変化や経年変化に対
処することができる。
いし請求項4記載の発明の効果に加えて、前記自己着火
燃焼限界を内燃機関の運転条件に応じてノッキング限界
あるいは安定度限界のどちらか一方に変えることとして
いるため、自己着火燃焼運転を行う各運転条件において
も、燃焼室等の経時変化や経年変化によって自己着火燃
焼限界が変化した場合も、常に最適な自己着火燃焼状態
を維持し、燃焼効率と排気性能を高度に保持することが
できるという効果がある。
載の発明の効果に加えて、自己着火燃焼限界を低負荷時
は安定度限界とし中高負荷時はノッキング限界としたた
め、常に最適な自己着火燃焼状態を維持し、燃焼効率と
排気性能を高度に保持することができるという効果があ
る。
載の発明の効果に加えて、触媒温度を検出または推定す
る手段を有し、前記触媒温度が所定値よりも低い場合に
は、前記自己着火燃焼限界を安定度限界としているた
め、触媒を活性化温度に維持でき、エミッションを低減
でできるという効果がある。
いし請求項7に記載の発明の効果に加えて、自己着火燃
焼運転中に、燃焼パラメータを燃焼状態が自己着火燃焼
限界となる値に順次近づけ、自己着火限界条件で自己着
火燃焼運転を行うのは、自己着火領域中の所定の領域で
あるとしているため、自己着火検出精度の高い運転領域
で自己着火限界設定を行うことができるという効果があ
る。
いし請求項8に記載の発明の効果に加えて、燃焼パラメ
ータを記憶する記憶手段を有し、自己着火燃焼運転中に
燃焼パラメータを燃焼状態が自己着火燃焼限界となる値
に順次近づけ、自己着火限界条件で自己着火燃焼運転を
行う際に、自己着火限界条件となる燃焼パラメータを目
標燃焼パラメータとして、前記記憶手段に記憶させる学
習制御するようにしているため、次回、学習した運転条
件となった場合に、学習した燃焼パラメータを記憶手段
より読み出して使うことによって、直ぐに自己着火限界
条件での運転が可能になるという効果がある。
ないし請求項9に記載の発明の効果に加えて、自己着火
限界を気筒毎に検出する手段と燃焼パラメータを気筒毎
に変更する手段を有し、自己着火燃焼運転中に、前記各
気筒の燃焼パラメータを燃焼状態が各気筒毎に自己着火
燃焼限界となる値に順次近づけ、各気筒毎に自己着火限
界条件で自己着火燃焼運転を行うこととしているため、
気筒間バラツキが発生した場合においても、各気筒共
に、常に最適な自己着火燃焼状態を維持し、燃焼効率と
排気性能を高度に保持することができるという効果があ
る。
0に記載の発明の効果に加えて、各気筒毎に燃焼パラメ
ータを記憶する記憶手段を有し、自己着火燃焼運転中に
前記各気筒の燃焼パラメータを燃焼状態が自己着火燃焼
限界となる値に順次近づけ、各気筒毎に自己着火限界条
件で自己着火燃焼運転を行う際に、自己着火限界条件と
なる燃焼パラメータを各気筒の目標燃焼パラメータとし
て、前記記憶手段に記憶させる学習制御することとして
いるため、次回、学習した運転条件となった場合に、学
習した各気筒毎の燃焼パラメータを前記記憶手段より読
み出して使うことによって、各気筒毎に直ぐに自己着火
限界条件での運転が可能になると言う効果がある。
施の形態について説明する。図1は本発明に係る自己着
火・火花点火式内燃機関の制御装置を適用した場合の第
1の実施の形態の構成を示すシステム構成図である。
圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切換可能となって
いる。図1において、内燃機関は、エンジン本体1と燃
焼状態検出部2とエンジンコントロールユニット(以
下、ECUと略す)3と燃焼パラメータ制御部4とを備
えている。
する筒内圧センサ、クランク軸角速度検出器、燃焼室構
成部材の振動を検出する振動センサ、燃焼室構成部材の
音響を検出する音響センサ、燃焼室内の燃焼ガス中のイ
オンを検出する着火燃焼ガス中イオン検出器などの各種
センサが設けられている。
界の判断は、センサを設置した代表気筒が自己着火燃焼
限界に達した時をそのエンジンの自己着火燃焼限界とし
て定義しても良いし、各気筒毎に自己着火限界を検出し
て、少なくとも1つ以上の気筒が自己着火限界に達した
時を、そのエンジンの自己着火燃焼限界として定義して
も良い。
した気筒を判別できるように、気筒内の状態を直接検出
する第1のタイプのものを各気筒毎にセンサを設けても
良いし、特定の気筒を代表気筒として、その気筒にのみ
設置してもよい。
くとも1つ以上の気筒が自己着火燃焼限界に達したこと
を判別できるものを用いても良い。
圧力を測定する筒内圧力センサ、点火プラグの電極を利
用して燃焼ガス中のイオンによる電流または電圧を測定
することにより燃焼状態を診断することができる燃焼ガ
ス中イオン測定器などがある。後者は例えば特開平5−
87036号公報に詳細に説明されている。
部材であるシリンダヘッドやシリンダブロックの振動を
検出する振動検出器、燃焼室構成部材であるシリンダヘ
ッドやシリンダブロックの音響を検出する音響検出器、
クランク軸角速度検出器などがある。
用いられる検出器が利用できる。音響検出器は、マイク
ロホンが利用できる。振動検出器及び音響検出器はエン
ジンに1つ備え、その検出結果に基づいて、エンジンの
自己着火限界として検出しても良い。
2または3個の検出器を配設し、これら複数の検出器出
力レベルの組み合わせにより、特定の気筒が自己着火限
界に達したことを判別して、自己着火燃焼限界と判断す
ることもできる。
転角速度センサの出力信号を時間微分、または一定の回
転角度に要した時間を計測すること等により、クランク
軸角速度を検出することができる。
ッキング限界を判断することができるし、角速度の変動
率から安定度限界を判断することができる。
したクランク軸回転位相における角速度から、ノッキン
グ限界となっている気筒あるいは安定度限界となってい
る気筒を判断することができる。
検出するハードあるいは検出方法等のソフトは公知の技
術である。
センサ信号から燃焼パターンを判断する燃焼パターン判
断部5と火花点火燃焼時に制御を行う火花点火燃焼制御
部6、自己着火燃焼時に制御を行う自己着火燃焼制御部
7と、自己着火燃焼時に各種燃焼パラメータを設定する
燃焼パラメータ制御部8と、燃焼状態検出部2の各種セ
ンサ出力信号レベルを判定して自己着火燃焼限界が否か
を判定する自己着火燃焼限界判定部9と、自己着火燃焼
限界における各種燃焼パラメータの設定値を記憶する目
標燃焼パラメータ記憶部10とを備えている。
着火燃焼限界には、ノッキング限界または安定度燃焼限
界がある。またはこれら双方の限界を判定する様にして
も良い。
自己着火燃焼限界判定部の判定方法の例を以下に説明す
る。自己着火燃焼限界の判定に用いるセンサは、以下の
センサをいずれか単独または複数のセンサの任意の組み
合わせでも良い。
た負荷または空燃比に対応した第1のピーク燃焼圧を超
える頻度が所定レベルに達するとノッキング限界に達し
たと判定する。あるいは筒内圧力の変化すなわち圧力上
昇率が所定レベルに達した時にノッキング限界に達した
と判定する。
場合、予め記憶した負荷または空燃比に対応した第2の
ピーク燃焼圧を下回る頻度が所定レベルに達すると安定
度限界に達したと判定する。あるいは筒内圧力の変化す
なわち圧力上昇率が所定レベル以下となった時、安定度
限界に達したと判定する。
グ限界を検出する場合には、角速度の変化すなわち角加
速度が所定レベルに達した時をノッキング限界と判定す
る。
場合、角速度の変動率が所定レベルに達すると安定度限
界と判定する。あるいは特定の気筒の膨張行程に対応す
る回転位相における角速度が他の回転位相における角速
度よりも所定の比率以上小さい頻度が所定レベルを超え
れば、その気筒が安定度限界に達したと判定する。
グ限界を検出する場合には、燃焼ガス中イオン検出器に
よる燃焼室の通電電流波形のピーク値が第1の所定値を
超える頻度が所定レベルを超えれば、その気筒がノッキ
ング限界に達したと判定する。
界を検出する場合には、燃焼ガス中イオン検出器による
燃焼室の通電電流波形のピーク値が第2の所定値を下回
る頻度が所定レベルを超えれば、その気筒が安定度限界
に達したと判定する。
装置、燃料噴射時期制御装置、燃料噴射量制御装置、E
GR等により筒内温度を制御する筒内温度制御装置、燃
焼室の容積を可変としたり、吸気バルブの閉タイミング
制御により圧縮比を制御する圧縮比制御装置、EGRバ
ルブあるいはバルブタイミングによりEGR量を制御す
るEGR制御装置、インタクーラ、吸気加熱器等の吸入
空気の温度を制御する吸気温度制御装置、スロットル開
度、ターボチャージャー、スーパーチャージャー等によ
り吸入空気圧力を制御する吸気圧力制御装置、冷却水流
量を制御することにより燃焼室壁面温度を制御する燃焼
室温度制御装置、吸排気バルブタイミングを制御するバ
ルブタイミング制御装置等のデバイスを備えていて、点
火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、筒内温度、圧縮
比、EGR量、吸気温度、吸気圧力、燃焼室温度、バル
ブタイミング等の燃焼パラメータを制御するものであ
る。
内燃機関の制御装置を適用した場合の第1の実施の形態
の構成を示す図である。図中のエンジン本体1は、吸気
ポート11、排気ポート12、ピストン13、吸気バル
ブ14、排気バルブ15、クランク角センサ16、燃料
噴射装置17、点火プラグ18、を備えている。
は、図1に示すように、運転条件に応じて火花点火燃焼
または自己着火燃焼のいずれを行うかを判断する燃焼パ
ターン判断部5と、火花点火燃焼時の制御を行う火花点
火燃焼制御部6と、自己着火燃焼時の制御を行う自己着
火燃焼制御部7と、燃焼パラメータを変更するパラメー
タ変更手段としての燃焼パラメータ設定部8と、エンジ
ン1の燃焼状態を検出する燃焼状態検出部2と、燃焼状
態検出部2が検出した燃焼状態に基づいて自己着火燃焼
時に自己着火燃焼限界であるか否かを判定する自己着火
燃焼限界判定部9と、学習した目標燃焼パラメータを記
憶する目標燃焼パラメータ記憶部10からなり、マイク
ロコンピュータのプログラムとして実現されている。
検出したエンジン回転信号、及びアクセル開度センサ
(図示せず)が検出したアクセル開度信号(負荷)に基
づいて、運転条件を判定し、燃焼パターンを判断する。
また運転条件に応じて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火
時期を算出する。そして、この算出結果に基づき、燃料
噴射装置17、点火プラグ18に信号を送る。
いが空気量調整用のスロットルバルブと空気量測定用の
エアフロメータとエアクリーナと配管からなる吸気系が
設けられている。
3に示すような、低回転、低中負荷の特定の運転条件に
おいて圧縮自己着火燃焼を行い、極低負荷、高負荷また
は高回転域においては火花点火燃焼を行う。
る。図4は、空燃比に対する自己着火燃焼が成立する範
囲を示すものである。燃料噴射は上死点から十分に進角
した時期に行われており、混合気は予混合状態となって
いる。空燃比をリーンにしていくと燃焼安定度が悪化
し、機関のトルク変動が大きくなる。このため、内燃機
関として設計値、またはこの内燃機関を搭載し車両の性
格等として許容できる安定度限界が安定度限界値Sth
となる空燃比AFLがリーン限界となる。
キング強度が増大する。これによりノッキング限界Nt
hにおける空燃比AFRがリッチ限界となる。従って、
安定度限界空燃比AFLとノッキング限界空燃比AFR
で囲まれる空燃比領域が自己着火燃焼成立範囲となる。
このように、自己着火は限られた空燃比範囲でしか成立
しない。尚、ここではガスと燃料の割合を表す指標とし
て空燃比A/Fを例に説明した。残留ガスあるいはEG
Rガスが含まれる場合についても同様の傾向を示す。こ
の際には横軸は新気と既燃ガスを合わせたトータルのガ
ス量と燃料量割合G/Fとなる。
する自己着火燃焼成立範囲を示したが、空燃比以外にも
燃料噴射時期IT、燃料噴射量q、筒内温度、圧縮比、
EGR量、吸気温度、吸気圧力、燃焼室壁温あるいは点
火時期進角(ADV)等の燃焼パラメータに対しても同
様な傾向を示す。
方向に変化すると、ノッキング強度が増大し、燃焼パラ
メータが燃焼を悪化する方向に変化すると、安定度が悪
化する。
界制御を行う運転領域である自己着火限界制御領域を示
す。本実施形態では、自己着火燃焼領域の高負荷限界付
近の領域で自己着火限界制御を行う。また、自己着火限
界条件はノッキング限界となる。
期とした時の、燃料噴射時期とノッキング強度を示す。
燃料噴射時期を圧縮行程とした時に、燃料噴射時期を遅
角して上死点付近にすると、混合気の成層化が強くなっ
て、ノッキングが強くなる。従って、検出されたノッキ
ング強度に応じて、燃料噴射時期を制御することによっ
て、燃焼状態をノッキング限界条件に制御することがで
きる。運転条件によって、自己着火までの時間が短くな
るため、燃料噴射時期を遅角するとノッキングが弱くな
る場合もある。この場合、ITの制御を逆にする。
るメインフローチャートを示す。ステップ11(以下S
11)でエンジン回転数Nと負荷Tを検出する。次にS
12で図3のマップを参照して、エンジン回転数Nと負
荷Tから運転領域に応じた燃焼パターンを判断する。火
花点火燃焼と判断された場合にはS13で火花点火燃焼
制御を開始する。自己着火燃焼と判断された場合にはS
14で自己着火燃焼制御を開始する。
説明するフローチャートを示す。まず、S21でエンジ
ン回転数N、負荷Tを検出する。次に、S22で図5の
マップから自己着火限界制御を行うかどうか判断する。
自己着火限界制御を行わない場合には、S23で通常の
制御を行う。S22で自己着火限界制御を行うと判断さ
れた場合には、S24でノッキング強度を検出する。S
25でノッキング強度を判断する。
場合には、S26でノッキング強度が低減する方向に燃
焼パラメータを変更する。S25でノッキング強度が目
標範囲よりも弱かった場合には、S29でノッキング強
度が増加する方向に燃焼パラメータを変更する。S25
でノッキング強度が目標範囲に入っていた場合には、S
27で燃焼パラメータを変更せずに、S28で燃焼パラ
メータを記憶する。
場合には記憶した燃焼パラメータを使用することによっ
て、ノッキング限界に制御するまでの時間を短縮でき
る。
ンジンの経時劣化が発生した場合においても、あるいは
エンジンに生産バラツキが発生した場合においても、ノ
ッキングが悪化することなく、自己着火燃焼を行うこと
ができる。
料噴射時期を用いたが、他の燃焼パラメータを用いても
良い。図9には燃料噴射量に対するノッキング強度を示
す。燃料噴射量を増加するとノッキングが強くなり、燃
料噴射量を減量するとノッキングが弱くなる。よって、
燃料噴射量を制御することによって、ノッキング限界に
制御することができる。またこの時、燃料噴射量の変化
は微量であるため、負荷が変動することはない。
度を示す。筒内温度を高温にするとノッキングが強くな
り、筒内温度を低下するとノッキングが弱くなる。よっ
て、筒内温度を制御することによって、ノッキング限界
に制御することができる。筒内温度は高温の内部EGR
ガスあるいは低温の外部EGRガスを用いて制御するこ
とができる。
を示す。圧縮比を高くするとノッキングが強くなり、圧
縮比を低くするとノッキングが弱くなる。よって、圧縮
比を制御することによって、ノッキング限界に制御する
ことができる。圧縮比は燃焼室容積を変更する可変圧縮
比機構あるいは吸気バルブを閉じるタイミングで制御す
ることができる。
グ強度を示す。外部EGRは温度が低く、比熱の大きい
不活性ガスを多く含むため、外部EGR量を少なくする
とノッキングが強くなり、外部EGR量を多くするとノ
ッキングが弱くなる。よって、外部EGR量を制御する
ことによって、ノッキング限界に制御することができ
る。外部EGR量はEGRバルブの開度で制御すること
ができる。
グ強度を示す。内部EGRは高温のガスとなるため、内
部EGR量を多くするとノッキングが強くなり、外部E
GR量を少なくするとノッキングが弱くなる。よって、
内部EGR量を制御することによって、ノッキング限界
に制御することができる。内部EGR量はバルブタイミ
ングで制御することができる。内部EGR量の制御装置
としては、本願出願人による特開2000−64863
号公報(特願平10−235730号)、及び特開平1
1−132066号公報(特願平9−296567号)
が公知である。
度を示す。吸気温度を高くするとノッキングが強くな
り、吸気温度を低くするとノッキングが弱くなる。よっ
て、吸気温度を制御することによって、ノッキング限界
に制御することができる。吸気温度はインタクーラある
いは吸気加熱装置で制御することができる。
度を示す。吸気圧力を高くするとノッキングが強くな
り、吸気圧力を低くするとノッキングが弱くなる。よっ
て、吸気圧力を制御することによって、ノッキング限界
に制御することができる。吸気圧力はスロットルバルブ
開度、ターボチャージャー、スーパーチャージャーで制
御することができる。
温度)に対するノッキング強度を示す。燃焼室温度を高
くするとノッキングが強くなり、燃焼室温度を低くする
とノッキングが弱くなる。よって、燃焼室温度を制御す
ることによって、ノッキング限界に制御することができ
る。燃焼室温度は冷却水流量で制御することができる。
着火燃焼の筒内圧力波形を示す。この例では、燃料の一
部を火花点火燃焼して、その燃焼温度、圧力を利用し
て、残りの燃料を自己着火させている。この場合の点火
時期ADVに対するノッキング強度を図18に示す。点
火時期を進角するとノッキングが強くなり、点火時期を
遅角するとノッキングが弱くなる。よって、点火時期を
制御することによって、ノッキング限界に制御すること
ができる。
る。本発明に係る圧縮自己着火式ガソリン機関の第2の
実施の形態のシステム構成およびハード構成は第1の実
施形態のシステム構成(図1)、ハード構成(図2)と
同じである。
負荷域で、自己着火限界制御を行うことを特徴としてい
る。またこの際に自己着火燃焼限界は安定度限界とな
る。
御を行う領域を示す。本実施形態では低負荷領域で自己
着火燃焼を行い、自己着火限界は安定度限界となる。
時期ITを用いた場合における燃料噴射時期と安定度の
関係を示す。燃料噴射時期を圧縮行程とした場合には、
燃料噴射時期を進角すると燃料の成層度合いが弱くなっ
て、安定度が悪化する。また逆に燃料噴射時期を遅角す
ると燃料の成層度合いが強くなって、安定度が改善す
る。よって、燃料噴射時期を制御することによって、燃
焼状態を安定度限界に制御することができる。
進角すると燃料が自己着火するまでの時間が長くなって
自己着火燃焼し易くなり、安定度が改善する場合もあ
る。この場合には、燃料噴射時期の制御方向は逆にな
る。
を示す。本実施形態を説明するフローチャートは第1実
施形態を説明するフローチャート(図8)と同様であ
る。異なる所のみ説明する。S34で安定度を検出す
る。安定度が目標値よりも悪い場合にはS36で安定度
が改善する方向に燃焼パラメータを変更する。安定度が
目標範囲よりも良い場合には、S39で安定度が悪化す
る方向に燃焼パラメータを変更する。
ジンの経時劣化が発生した場合においてもあるいはエン
ジンに生産バラツキが発生した場合においても、安定度
が悪化することなく、自己着火燃焼を行うことができ
る。
ータとして、燃料噴射量、筒内温度、圧縮比、外部EG
R量、内部EGR量、吸気温度、吸気圧力、燃焼室壁温
および点火時期を用いた場合の制御方向を図22〜図3
0に示す。
る。本発明に係る圧縮自己着火式ガソリン機関の第3の
実施の形態のシステム構成およびハード構成は第1実施
形態のシステム構成(図1)、ハード構成(図2)と同
じである。
負荷域および高負荷域で、自己着火限界制御を行うこと
を特徴としている。またこの際に自己着火燃焼限界は低
負荷域は安定度限界となり、高負荷域ではノッキング限
界となる。
を行う領域を示す。本実施形態では低負荷領域で安定度
限界制御を行い、高負荷時にノッキング限界制御を行
う。
トを図32に示す。S41でエンジン回転数N、負荷T
を検出する。S42で図31のマップから領域を判断す
る。安定度限界制御領域の場合にはS43で安定度限界
制御を開始する。S42で通常制御領域と判断された場
合にはS43で通常制御を行う。S42でノッキング限
界制御領域と判断された場合にはS45でノッキング限
界制御を行う。
の方法は第1実施形態および第2実施形態と同じであ
る。
る。本発明に係る圧縮自己着火式ガソリン機関の第4の
実施の形態のシステム構成およびハード構成は第1実施
形態のシステム構成(図1)、ハード構成(図2)と同
じである。
べての領域において、自己着火限界制御を行うことを特
徴としている。またこの際に自己着火燃焼限界は低負荷
域は安定度限界となり、中高負荷域ではノッキング限界
となる。
御領域を示す。本実施形態では低負荷域は安定度限界制
御を行い、中高負荷域でノッキング限界を行う。
きくなるため、自己着火燃焼により発生する燃焼音の影
響は小さくなる。
DVに対する燃費、HC、ノッキング強度を示す。エン
ジンの生産バラツキ、経時劣化を考慮した設定点に対し
て、点火時期を進角すると燃焼時期が進角するため、ノ
ッキングは強くなるものの、HCを低減でき、燃費が改
善する。従って、燃焼音が問題にならない中高負荷域で
は燃費、HC性能を改善するために、ノッキング限界制
御を行う。
が小さいため、燃焼音が大きくなると、騒音となる。
Vに対する排温、燃焼音、安定度を示す。エンジンの生
産バラツキ、経時劣化を考慮した設定点に対して、点火
時期を遅角すると燃焼時期が遅角するため、安定度は悪
化するものの、燃焼音を低減でき、排気も昇温する。
燃焼音を改善するために、安定度限界制御を行う。ま
た、低負荷域では排気ガス温度も低下するため、安定度
限界制御を行うことによって、排温を昇温でき、触媒の
転化率を向上することができるため、エミッションを低
減することができる。
ートを示す。S51でエンジン回転数N、負荷Tを検出
する。
火限界制御を判断する。安定度限界制御領域と判断され
た場合にはS53で安定度限界制御を行う。S52でノ
ッキング限界制御領域と判断された場合にはS54でノ
ッキング限界制御を行う。
は第1実施形態および第2実施形態と同じである。
る。本発明に係る圧縮自己着火式ガソリン機関の第5の
実施の形態のシステム構成は第1実施形態のシステム構
成(図1)と同じである。
示す。第5実施形態のハード構成図は第1実施形態のハ
ード構成(図2)に対して、排気浄化用触媒19と触媒
温度センサ20を設けている。
自己着火限界制御の方法を変えることを特徴としてい
る。
ス温度が低い。特に低負荷では排気ガス温度が低くな
る。
係を示す。触媒温度が低下すると転化率が悪化する。従
って、自己着火燃焼の低負荷運転が続くと触媒温度が低
下して、転化率が悪化する可能性がある。例えば、触媒
の活性判定レベルにおける触媒温度をT1とすると、触
媒温度Tcatを検出して、T1≦Tcatならば触媒活性し
ている状態と判断し、そうでなければ、触媒が活性して
いない可能性があるとして、排気ガス温度を昇温させ、
触媒を活性状態とするように制御する。
安定度限界制御を行うと排温を昇温させることができ
る。そこで、本実施形態では、運転条件にかかわらず、
触媒の温度が低下した場合には安定度限界制御を行う。
ローチャートを示す。第5実施形態の制御フローは第4
実施形態(図36)と同様である。異なる所を説明す
る。S61で触媒温度Tcatを検出する。S62で触
媒温度Tcatと触媒活性判定温度T1とを比較し、触
媒の活性状態を判断する。T1>Tcatならば、触媒が
活性していないと判断して、S63で安定度限界制御を
行う。
触媒温度を検出しているが、温度センサを使わずに、冷
却水温度やエンジン始動からの時間経過や燃料噴射量の
時間変化等のエンジンの運転状態から触媒温度を推定し
ても良い。
る。第6実施形態は自己着火限界制御を気筒毎に行うこ
とを特徴としている。
の第6の実施の形態のシステム構成を図40に示す。第
6実施形態のシステム構成は第1実施形態(図1)と同
様である。第6実施形態の内燃機関は、エンジン本体1
と気筒別燃焼状態検出部102とエンジンコントロール
ユニットECU3と気筒別燃焼パラメータ制御部104
とを備えている。
ンサ信号から燃焼パターンを判断する燃焼パターン判断
部5と火花点火燃焼時に制御を行う火花点火燃焼制御部
6、自己着火燃焼時に制御を行う自己着火燃焼制御部7
と、自己着火燃焼時に各種燃焼パラメータを気筒別に設
定する気筒別燃焼パラメータ制御部108と、気筒別燃
焼状態検出部102の各種センサ出力信号レベルを判定
して気筒毎に自己着火燃焼限界が否かを判定する気筒別
自己着火燃焼限界判定部109と、自己着火燃焼限界に
おける各種燃焼パラメータの設定値を気筒毎に記憶する
気筒別目標燃焼パラメータ記憶部110とを備えてい
る。
てきた実施形態と同様に筒内圧センサ、クランク軸角速
度検出器、振動検出器、音響検出器および燃焼ガス中イ
オン測定器の一つまたはこれら複数の組み合わせとす
る。
気筒別に制御できるパラメータとして、点火時期、燃料
噴射時期、燃料噴射量、筒内温度、圧縮比およびEGR
量の一つまたはこれら複数の組み合わせとする。
また筒内温度もバルブタイミングに基づいた内部EGR
量で制御する。圧縮比も吸気バルブ閉時期で制御する。
なお、この際にはバルブの開閉は気筒毎に制御可能な電
磁バルブを用いる。
す。第6実施形態の制御の流れは第1実施形態〜第4実
施形態と同様である。各気筒毎に図41を説明するフロ
ーチャートを流すことになる。異なる所のみ説明する。
S73では該当気筒のノッキング限界を検出する。S7
7では該当気筒の燃焼パラメータを記憶する。S79で
は該当気筒の安定度を検出する。S83では該当気筒の
燃焼パラメータを記憶する。
バラツキで気筒間でバラツキが発生した場合において
も、特定の気筒のノッキングの発生や安定度の悪化を防
止できる。また気筒毎に経時劣化が異なった場合におい
ても、特定の気筒のノッキングの発生や安定度の悪化を
防止できる。
1の実施形態のシステム構成図である。
1の実施形態のハード構成図である。
ンを説明する図である。
グ強度、安定度、燃焼時期を説明する図である。
る図である。
明する図である。
ローチャートである。
ローチャートである。
る図である。
図である。
である。
する図である。
する図である。
する図である。
する図である。
る図である。
を説明する図である。
明する図である。
する図である。
図である。
フローチャートである。
ある。
る。
ある。
ある。
ある。
ある。
る。
である。
する図である。
フローチャートである。
する図である。
係を説明する図である。
を説明する図である。
フローチャートである。
第6の実施形態のハード構成図である。
フローチャートである。
明する図である。
第6の実施形態のシステム構成図である。
フローチャートである。
Claims (11)
- 【請求項1】 火花点火燃焼と自己着火燃焼とを運転条
件により使い分ける自己着火・火花点火式内燃機関の制
御装置において、 自己着火燃焼限界を検出する検出手段と、 燃焼パラメータを変更するパラメータ変更手段を有し、 自己着火燃焼運転中に、前記パラメータ変更手段により
燃焼パラメータを燃焼状態が自己着火燃焼限界となる値
に順次近づけ、前記検出手段が自己着火燃焼限界を検出
している自己着火限界条件で自己着火燃焼運転を行うこ
とを特徴とする自己着火・火花点火式内燃機関の制御装
置。 - 【請求項2】 前記燃焼パラメータは、点火時期、燃料
噴射時期、燃料噴射量、筒内温度、圧縮比、EGR量、
吸入空気温度、吸入空気圧力、燃焼室温度、バルブタイ
ミングのいずれか1つ、またはこれら複数の組み合わせ
であることを特徴とする請求項1記載の自己着火・火花
点火式内燃機関の制御装置。 - 【請求項3】 前記自己着火燃焼限界は、筒内圧力、ク
ランク軸の角速度、燃焼室構成部材の振動、燃焼室構成
部材の音響、燃焼ガス中のイオンのいずれか1つまたは
これら複数の組み合わせにより検出あるいは予測される
ノッキング限界であることを特徴とする請求項1または
請求項2記載の自己着火・火花点火式内燃機関の制御装
置。 - 【請求項4】 前記自己着火燃焼限界は、筒内圧力、ク
ランク軸の角速度、燃焼室構成部材の振動、燃焼室構成
部材の音響、燃焼ガス中のイオンのいずれか1つまたは
これら複数の組み合わせにより検出あるいは予測される
安定度限界であることを特徴とする請求項1または請求
項2記載の自己着火・火花点火式内燃機関の制御装置。 - 【請求項5】 前記自己着火燃焼限界を内燃機関の運転
条件に応じてノッキング限界あるいは安定度限界のどち
らか一方に変えることを特徴とする請求項1ないし請求
項4のいずれか1項に記載の自己着火・火花点火式内燃
機関の制御装置。 - 【請求項6】 前記自己着火燃焼限界を低負荷時は安定
度限界とし中高負荷時はノッキング限界とすることを特
徴とする請求項5記載の自己着火・火花点火式内燃機関
の制御装置。 - 【請求項7】 触媒温度を検出または推定する手段を有
し、前記触媒温度が所定値よりも低い場合には、前記自
己着火燃焼限界を安定度限界とすることを特徴とする請
求項5記載の自己着火・火花点火式内燃機関の制御装
置。 - 【請求項8】 自己着火燃焼運転中に、燃焼パラメータ
を燃焼状態が自己着火燃焼限界となる値に順次近づけ、
自己着火限界条件で自己着火燃焼運転を行うのは、自己
着火領域中の所定の領域であることを特徴とする請求項
1ないし請求項7のいずれか1項に記載の自己着火・火
花点火式内燃機関の制御装置。 - 【請求項9】 燃焼パラメータを記憶する記憶手段を有
し、自己着火燃焼運転中に燃焼パラメータを燃焼状態が
自己着火燃焼限界となる値に順次近づけ、自己着火限界
条件で自己着火燃焼運転を行う際に、自己着火限界条件
となる燃焼パラメータを目標燃焼パラメータとして、前
記記憶手段に記憶させる学習制御することを特徴とする
請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の自己着
火・火花点火式内燃機関の制御装置。 - 【請求項10】 自己着火限界を気筒毎に検出する手段
と燃焼パラメータを気筒毎に変更する手段を有し、自己
着火燃焼運転中に、前記各気筒の燃焼パラメータを燃焼
状態が各気筒毎に自己着火燃焼限界となる値に順次近づ
け、各気筒毎に自己着火限界条件で自己着火燃焼運転を
行うことを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれ
か1項に記載の自己着火・火花点火式内燃機関の制御装
置。 - 【請求項11】 各気筒毎に燃焼パラメータを記憶する
記憶手段を有し、自己着火燃焼運転中に前記各気筒の燃
焼パラメータを燃焼状態が自己着火燃焼限界となる値に
順次近づけ、各気筒毎に自己着火限界条件で自己着火燃
焼運転を行う際に、自己着火限界条件となる燃焼パラメ
ータを各気筒の目標燃焼パラメータとして、前記記憶手
段に記憶させる学習制御することを特徴とする請求項1
0に記載の自己着火・火花点火式内燃機関の制御装置。
Priority Applications (4)
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