JP2007285280A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホットスポットのバラツキに対応したノック抑制のための制御を実行可能とする。
【解決手段】複数に分割された燃焼室１２内の領域Ａ１，Ａ２，・・・Ａ８毎に熱発生量を検出する熱発生量検出手段と、検出された熱発生量に基づいて熱発生量が相対的に多い領域Ａｍａｘを特定する領域特定手段と、特定された領域の熱発生を抑制するための所定の抑制制御を実行する抑制制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。前記所定の抑制制御は、前記特定された領域Ａｍａｘ以外の領域Ａ５に点火Ｐ５を実行するよう点火装置１５を制御することを含んでもよい。
【選択図】図５

Description

本発明は内燃機関の制御装置に係り、特に、ノックを抑制するのに好適な内燃機関の制御装置に関する。

一般に、ガソリンエンジンに代表される火花点火式内燃機関においては、シリンダ内の燃焼室に空気と燃料との混合気を形成し、この混合気を圧縮上死点付近のタイミングで点火プラグにより着火、燃焼させることで、動力を得るようにしている。一方、混合気が局部的に自己発火して急激に燃焼するノックという現象が知られている。ノックが発生すると異常な振動及び騒音が発生して不快であるばかりでなく、動力性能、排気性能及び耐久性の面でも悪化をもたらす。これに対し、点火時期を遅らせることがノックの抑制に有利であることが知られているが、点火時期を遅らせると動力性能や燃費の面で不利である。点火時期を徐々に進角していく過程で最初にノックが生じる点をノック限界と称するが、このノック限界にできるだけ近い早期のタイミングで点火を行うことが理想的である。実際には機差バラツキ等を考慮して、ノックを確実に防止できるよう、ノック限界から一定の余裕を持った時期を点火時期として設定しているのが実情である。しかしながら、ノック限界から点火時期までの期間であるノック余裕はできるだけ少ないのが望ましい。

ノックを抑制する技術としては既に多くのものが知られている。例えば特許文献１に記載の内燃機関の制御方法によれば、直噴式ガソリンエンジンの高負荷運転時において、圧縮によっては自着火しない程度にリーンの混合気をピストンで圧縮し、その圧縮途中で燃料を噴射して点火プラグ付近に比較的リッチな混合気を形成し、即ち燃焼室内に混合気の濃い領域と薄い領域とを形成しておいて、その濃い領域に点火を行うことで、ノックが出やすい状況下でもノックを抑制するようにしている。

特開２００４−２８０２２号公報

ところで、ノックが発生する箇所はホットスポット（高温点）になることが多いが、点火位置は通常、燃焼室の中心付近に設定された一箇所（点火プラグの電極間の位置）に固定されており、ホットスポットに応じて点火位置を変えることはできない。つまり、点火位置が一定との前提の下、機差バラツキや運転条件のバラツキ等によってホットスポットにバラツキがあったとしても、これに対応していずれの場合にもノックが必ず発生しないよう、エンジンの適合段階で比較的大きなノック余裕を持たせて代表的な点火時期を定めているのが現状である。このことは、前述したようなノック余裕をできるだけ少なくするという要請を必ずしも十分満足するものではない。

本発明はかかる実情に鑑みて創案されたもので、その目的は、ホットスポットのバラツキに対応したノック抑制のための制御を実行可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、複数に分割された燃焼室内の領域毎に熱発生量を検出する熱発生量検出手段と、該熱発生量検出手段によって検出された各領域の熱発生量に基づいて熱発生量が相対的に多い領域を特定する領域特定手段と、該領域特定手段によって特定された領域の熱発生を抑制するための所定の抑制制御を実行する抑制制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置を提供する。

この本発明の第１の態様によれば、熱発生量が相対的に多い領域を特定してその領域の熱発生を抑制するための所定の抑制制御を実行するので、熱発生量が相対的に多い領域（ホットスポットができやすい領域でもある）がバラついたとしても、その領域の熱発生を抑制し、これを以てホットスポットの形成を防止し、ノックを抑制することができる。

また、本発明の第２の態様は、複数に分割された燃焼室内の領域毎に熱発生量を検出する熱発生量検出手段と、該熱発生量検出手段によって検出された各領域の熱発生量に基づいてノックが発生した領域を特定する領域特定手段と、該領域特定手段によって特定された領域のノックを抑制するための所定の抑制制御を実行する抑制制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置を提供する。

この本発明の第２の態様によれば、ノックが発生した領域を特定してその領域のノックを抑制するための所定の抑制制御を実行するので、そのノックが発生した領域（ホットスポットが既にできた領域でもある）がバラついたとしても、その領域における再度のノック発生を防止することができる。

本発明の第３の態様は、前記第１又は第２の態様において、点火位置が可変な点火装置がさらに備えられ、前記所定の抑制制御が、前記特定された領域以外の領域に点火を実行するよう前記点火装置を制御することを含むことを特徴とする。

この本発明の第３の態様によれば、前記特定された領域以外の領域に点火を実行することができるので、その特定された領域の熱発生を抑制することができる。また、熱発生量が相対的に低い領域或いはノックが発生していない領域で点火が行われることになるので、結果的に燃焼室全体の温度を均等化することができる。こうして、ホットスポットの形成を防止し、ノックを好適に抑制することができる。

本発明の第４の態様は、前記第３の態様において、前記点火装置がレーザ点火装置を有することを特徴とする。

本発明の第５の態様は、前記第１又は第２の態様において、燃料噴射方向が可変な燃料噴射装置がさらに備えられ、前記所定の抑制制御が、前記特定された領域に燃料を噴射するよう前記燃料噴射装置を制御することを含むことを特徴とする。

この本発明の第５の態様によれば、前記特定された領域に燃料を噴射することができるので、その噴射された燃料により、その領域を冷却することができる。よってその領域の温度上昇を抑制し、ホットスポットの形成を防止し、ノックを好適に抑制することができる。

本発明の第６の態様は、前記第１又は第２の態様において、前記領域毎の吸気流入量を可変とする可変吸気装置がさらに備えられ、前記所定の抑制制御が、前記特定された領域以外の領域よりも前記特定された領域の方が吸気流入量が多くなるように前記可変吸気装置を制御することを含むことを特徴とする。

この本発明の第６の態様によれば、前記特定された領域により多くの吸気を流入させることができるので、その流入された吸気により、その領域を冷却することができる。よってその領域の温度上昇を抑制し、ホットスポットの形成を防止し、ノックを好適に抑制することができる。

本発明の第７の態様は、前記第１の態様において、前記領域特定手段が、前記熱発生量検出手段によって検出された各領域の熱発生量に基づいて各領域の１燃焼当たりの総熱発生量を算出すると共に、この総熱発生量が相対的に多い領域を、前記熱発生量が相対的に多い領域として特定することを特徴とする。

本発明の第８の態様は、前記第７の態様において、前記総熱発生量が相対的に多い領域が、前記総熱発生量が最大となる領域であることを特徴とする。

本発明の第９の態様は、前記第７又は第８の態様において、前記抑制制御手段が、前記特定された領域の総熱発生量が所定のしきい値を超えたときに前記抑制制御を実行することを特徴とする。

総熱発生量が相対的に多い領域があっても、その領域は未だノックが生じるほどの高温に達していない可能性もある。この本発明の第９の態様によれば、特定された領域の総熱発生量が所定のしきい値を超えたときに前記抑制制御を実行するので、効率的に抑制制御を実行することができる。

本発明の第１０の態様は、前記第７の態様において、前記領域特定手段が、前記各領域の総熱発生量に対して所定の平均化処理を施し、これら平均化処理後の各領域の総熱発生量に基づいて、前記総熱発生量が相対的に多い領域を特定することを特徴とする。

ホットスポットの位置はサイクル毎にバラつく可能性があるものの、燃焼室内の熱発生量分布ないし温度分布には一定の傾向がある可能性がある。この本発明の第１０の態様によれば、総熱発生量を平均化して熱発生量が相対的に多い領域を特定するので、そのような熱発生量分布ないし温度分布の傾向を検知すると共に、その傾向に即した抑制制御を実行することができ、ノックを好適に抑制できる可能性がある。

本発明の第１１の態様は、前記第１乃至第１０のいずれかの態様において、前記熱発生量検出手段が、ガスケットに内蔵されたイオンセンサを有することを特徴とする。

本発明によれば、ホットスポットのバラツキに対応したノック抑制のための制御を実行可能な内燃機関の制御装置を提供することができるという、優れた効果が発揮される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき詳述する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御装置を示す。図示されるエンジン（内燃機関）１は車両用火花点火式エンジンであり、例えば多気筒エンジンである（１気筒のみ図示）。エンジン１は、互いに締結されたシリンダブロック２とシリンダヘッド３とを有し、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間にガスケット４が介装されている。シリンダブロック２内にはシリンダ５が区画形成され、シリンダ５内にはピストン６が摺動可能且つ昇降可能に配設されている。７はウォータジャケットである。シリンダヘッド３には吸気ポート８と排気ポート９とが区画形成されており、これら吸気ポート８及び排気ポート９はそれぞれ吸気弁１０及び排気弁１１によって開閉される。シリンダブロック２、シリンダヘッド３及びピストン６によって、シリンダ５内の燃焼室１２が画成されている。吸気ポート８には、燃料噴射のためのインジェクタ１３が配設されている。インジェクタ１３は燃料を仮想線Ｆ１で示す如く吸気ポート８内に噴射する。

シリンダヘッド３には、燃焼室１２内の混合気を点火するための点火装置を構成するレーザ点火装置１４が設けられている。レーザ点火装置１４はシリンダ５の中心部にその軸心に沿って配置され、その先端のレーザ光照射部１５が燃焼室１２内に臨まされ、レーザ光照射部１５から燃焼室１２内に向けてレーザ光を発するようになっている。レーザ点火装置１４は、例えば特開２００６−９５８５号公報に示されているように、燃焼室１２内の任意の位置で点火を実行可能なものである。本実施形態のレーザ点火装置１４はレーザ光源及び制御可能な複数の集光レンズを備え、レーザ光の焦点位置（即ち点火位置Ｐ、図中星印で示す）がシリンダ５の軸方向及び周方向に可変であり、一乃至複数個までの焦点位置を選択的に有するものである。

図２に示すように、シリンダ５内の燃焼室１２は複数の領域に分割されている。その分割数や分割方法は任意であるが、本実施形態では周方向に等角度で八つの領域Ａ１，Ａ２，・・・Ａ８に分割されている。そして、燃焼時に各領域Ａ１〜Ａ８において発生した熱の熱発生量を領域毎に検出するため、熱発生量検出手段を構成するイオンセンサ１６が設けられている。図１に示すように、イオンセンサ１６はガスケット４の厚さ方向の中間層としてガスケット４に内蔵されている。このようなガスケット内蔵式のイオンセンサは特開２００３−１８４６０５号公報等にも示されている。

イオンセンサ１６は各領域Ａ１〜Ａ８毎に計八つ設けられている。イオンセンサ１６は、燃焼室１２側の内周端縁部を燃焼室１２内に露出させた電極１７となし、その電極１７に達した火炎の有無を検知する。イオンセンサ１６と、接地電極としてのシリンダヘッド３、シリンダブロック２等との間に電位がかけられ、電極１７への火炎の到達状態に応じて変化する電流値を計測することにより燃焼室１２内の燃焼状態を検出する。より詳しくは、電極１７と接地電極の間に火炎が存在すれば、その火炎中のイオンやラジカル、電子等が導電媒体となって、電極１７と接地電極の間は開回路から閉回路となり、電流を生じる。この電流をイオン電流という。

図１に示すように、前述のインジェクタ１３、レーザ点火装置１４及びイオンセンサ１６は、制御手段としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１００に電気的に接続されている。ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態（例えば回転速度と負荷）に応じてインジェクタ１３の開閉時期を制御し、燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する。また、ＥＣＵ１００は、レーザ点火装置１４を制御することにより点火時期と、燃焼室１２内における点火位置Ｐとを制御する。レーザ点火装置１４は通常、図１に示されるように燃焼室１２の中心位置に点火を行うよう制御される。加えて、ＥＣＵ１００は、各領域Ａ１〜Ａ８のイオンセンサ１６からのイオン電流を入力し、これらイオン電流を各領域Ａ１〜Ａ８の熱発生量に換算する。

このほか図示省略するが、ＥＣＵ１００には周知のように、クランク角を検出するクランク角センサ、吸入空気量を検出するエアフローメータ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、電子制御式スロットル弁等、各種センサ及びデバイス類が接続されている。そしてＥＣＵ１００は、クランク角センサの出力に基づいてエンジンのクランク角及び回転速度を検出し、エアフローメータの出力に基づいてエンジンの吸入空気量及び負荷を検出すると共に、主にこれらの値に基づいてエンジンの制御を実行する。

さて、前述のイオンセンサ１６から出力されるイオン電流の大きさは、そのイオンセンサ１６が設置される燃焼室領域における熱発生量と比例関係にあることが判明している。図３は、各燃焼室領域Ａｎ（ｎ＝１，２，３，・・・８）における熱発生量Ｑｎの変化の様子を示したグラフである。横軸がクランク角ＣＡ、縦軸が熱発生量Ｑで、代表的にＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ５のみを示してある。見られるように、圧縮上死点ＴＤＣ付近で点火が実行されると、燃焼室１２内で着火燃焼が起こり、各領域の熱発生量Ｑｎは急激に増大し、その後徐々に減少していく。このとき、各領域Ａｎの熱発生量Ｑｎにはバラツキが見られ、熱が相対的に多量に発生する領域（図示例ではＡ１）もあれば、熱が相対的に少量しか発生しない領域（図示例ではＡ５）もある。このように各イオンセンサ１６から出力される電流値を監視することにより、領域毎の熱発生量Ｑ１・・を検出し、さらには燃焼室１２全体における熱発生量の分布ないし偏りをも検出し、さらには温度分布をも推定することができる。本実施形態ではこのような監視及び検出が後述のように実行される。

ここで、熱発生量が相対的に多い領域、とりわけ熱発生量が最大となる領域には、ノックの原因となるホットスポットができやすいと考えられる。従ってこの熱発生量が相対的に多い領域、特に最大となる領域の熱発生及び温度上昇を避け、好ましくはその領域の熱発生量及び温度を減少するように、エンジンを制御することが好適である。より言えば、燃焼室内におけるホットスポットの形成を回避し、燃焼室内の各領域の温度をできるだけ均等化することが、ノックの抑制に有効である。このことを実現すべく、本実施形態における内燃機関の制御装置は以下のような制御を実行するようにしている。

図４には本実施形態によって実行される第１の制御のルーチンを示す。このルーチンはＥＣＵ１００により７２０°のクランク角周期で、つまり４ストロークエンジンの１サイクル毎に、繰り返し実行され、例えば燃焼行程後期以降の、燃焼が完全に終了しているような所定のタイミングで実行される。

ＥＣＵ１００はまずステップＳ１０１において、燃焼室１２内の各領域Ａｎ毎に総熱発生量ＴＱｎを算出する。具体的には、図３に示されるように、燃焼室１２内の各領域Ａｎ毎に、イオンセンサ１６の出力電流から換算された熱発生量Ｑｎをクランク角ＣＡについて積分し、１燃焼当たり、即ち１サイクル当たりの総熱発生量ＴＱｎを算出する。この総熱発生量ＴＱｎは次式により表される。

次にＥＣＵ１００は、ステップＳ１０２において、これら各領域の総熱発生量ＴＱｎを比較し、総熱発生量ＴＱｎが相対的に多い領域を特定する。本実施形態の場合、総熱発生量ＴＱｎが相対的に高い領域として、総熱発生量ＴＱｎが最大となる領域即ち最大領域Ａｍａｘを特定する。

この後ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０３において、その最大領域Ａｍａｘの総熱発生量ＴＱｍａｘを、予め記憶してある所定のしきい値ＴＱｓと比較し、総熱発生量ＴＱｍａｘがしきい値ＴＱｓを超えているか否か（ＴＱｍａｘ＞ＴＱｓが成立しているか否か）を判断する。

総熱発生量ＴＱｍａｘがしきい値ＴＱｓを超えていない場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、ＥＣＵ１００はステップＳ１０５に進み、点火位置が図１に示したような燃焼室中心の通常の点火位置Ｐになるように、レーザ点火装置１４を制御する。これにより、次回の点火はそのような通常の点火位置Ｐで実行されることになる。

他方、総熱発生量ＴＱｍａｘがしきい値ＴＱｓを超えている場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、最大領域Ａｍａｘの熱発生を抑制するための所定の抑制制御（熱発生抑制制御）を実行する。即ち、ＥＣＵ１００はステップＳ１０４に進み、点火位置が少なくとも最大領域Ａｍａｘ以外の領域内に位置するように、レーザ点火装置１４を制御する。これにより、次回の点火は最大領域Ａｍａｘ以外の領域内で実行されることになる。これをオフセット点火という。ステップＳ１０４，１０５を終えると本ルーチンが終了される。

本実施形態によれば、総熱発生量ＴＱｎが相対的に高い領域、特に最大となる最大領域Ａｍａｘを特定し、この最大領域Ａｍａｘの熱発生を抑制するための抑制制御（熱発生抑制制御）、特にオフセット点火制御を実行するので、最大領域Ａｍａｘがいかなる位置にあっても、最大領域Ａｍａｘを避けて点火を実行することができる。よって、ホットスポットができやすい最大領域Ａｍａｘがバラついたとしても、最大領域Ａｍａｘの熱発生及び温度上昇を抑制し、或いは熱発生量及び温度を減少することができ、ホットスポットの形成を防止することができる。また同時に、総熱発生量ＴＱｎが相対的に低い領域で点火を行うことから、その領域の温度が上昇することになり、結果的に燃焼室内全体として温度が均等化され、ホットスポットの形成を防止しノックを好適に抑制することができる。

ここで、ステップＳ１０３に関連して、総熱発生量ＴＱｍａｘがしきい値ＴＱｓを超えている場合にのみオフセット点火する理由は、総熱発生量ＴＱｍａｘがしきい値ＴＱｓを超えていない場合には未だ最大領域Ａｍａｘの温度がノックが生じるほどの高温に達しておらず、或いはホットスポットの形成までに未だ余裕があると考えられるからである。このように総熱発生量ＴＱｍａｘがしきい値ＴＱｓを超えた場合にのみオフセット点火を行うことで、オフセット点火を効率的に実行することができる。

ここで、オフセット点火については例えば次のような態様が可能である。まず図５に示す第１の態様において、ＥＣＵ１００は、最大領域Ａｍａｘの特定と同時に、実線ＴＱで示す燃焼室１２内全体での総熱発生量の分布を算出する。図示例では領域Ａ１が最大領域Ａｍａｘとなっており、領域Ａ１の反対側に位置する領域Ａ５が、総熱発生量が最小の領域となっている。そして点火は図示されるようにその最小領域Ａ５において実行される。点火位置Ｐ５は例えば、領域Ａ５の周方向の中間位置、且つ領域Ａ５の半径方向の中間位置よりやや外側よりの位置、且つ点火時期における領域Ａ５の高さ方向の中間位置である。

図６に示すオフセット点火の第２の態様を説明する。ＥＣＵ１００は前記同様に最大領域Ａｍａｘの特定と同時に総熱発生量の分布ＴＱを算出する。図示例では領域Ａ１が最大領域Ａｍａｘとなっており、また、領域Ａ５，Ａ６，Ａ３という順番で総熱発生量が最小から順次大きくなっている。点火は、それら最小から三番目までの領域Ａ５，Ａ６，Ａ３において同時に実行される。つまりここでは複数の領域内で多点点火が実行される。各領域内における点火位置Ｐ５，Ｐ６，Ｐ３は前記同様である。

なお、領域特定及びオフセット点火の態様としては様々なものが考えられる。例えば、総熱発生量の高い順から幾つかの領域を特定領域とし、この特定領域以外の領域のうち、一つの領域、複数の領域、或いは全部の領域に、点火を実行してもよい。

本実施形態によれば、最大領域ないしホットスポットの位置の変化に応じて、そのような位置を避けるように点火位置を変えることができる。このため、ホットスポットのバラツキの原因である機差バラツキ、運転状態のバラツキ、気筒間の燃焼バラツキ、燃料性状のバラツキ等を吸収することができる。また、適合は実質的にしきい値ＴＱｓの設定のみであり、適合作業を容易化できる。さらに、ホットスポットの形成が防止されるので、ノック限界をより進角側に設定できると共に、ノック余裕をより削減することが可能になって、内燃機関の性能を最大限に引き出すことが可能になる。

前記第１の制御に換えて、図７に示す第２の制御を実行してもよい。このルーチンでは、図４に示された第１の制御のルーチンのステップＳ１０１とステップＳ１０２との間にステップＳ１０１’が追加されている。ステップＳ１０１’においては、ステップＳ１０１で算出された各領域Ａｎの総熱発生量ＴＱｎに対し以下のような平均化処理が実行される。即ち、ＥＣＵ１００は、前回サイクルから遡って所定数ｍ（例えばｍ＝９９）のサイクル分の総熱発生量ＴＱｎをサイクル毎に更新しながら記憶している。そして今回サイクルにおいて、ＥＣＵ１００は、その記憶してある所定数ｍのサイクル分の総熱発生量ＴＱｎ［ｍ］（ｍ＝１，２，・・・９９）と、今回サイクルでステップＳ１０１において算出した総熱発生量ＴＱｎとを全て加算し、その結果を（ｍ＋１）で除して、（ｍ＋１）個の総熱発生量ＴＱｎの値を平均化する。そしてＥＣＵ１００は、次のステップＳ１０２において、平均化処理後の各領域の総熱発生量ＴＱｎ’を比較し、総熱発生量ＴＱｎ’が最大となる最大領域Ａｍａｘを特定する。

ホットスポットの位置はサイクル毎にバラつく可能性があるものの、燃焼室内の熱発生量分布ないし温度分布には一定の傾向がある可能性がある。この手法によれば、総熱発生量ＴＱｎをサイクル平均して最大領域を特定するので、そのような熱発生量分布ないし温度分布の傾向を検知すると共に、その傾向に即したオフセット点火を実行することができ、ノックを好適に抑制できる可能性がある。

平均化処理については他にも様々な方法が考えられる。例えば前回サイクルの平均化処理後の総熱発生量と、今回サイクルで算出された総熱発生量とをそれぞれに対し所定の重み付けを行いつつ平均化する方法（所謂なまし処理）も可能である。

図８には本実施形態によって実行される第３の制御のルーチンを示す。このルーチンもＥＣＵ１００により７２０°のクランク角周期で繰り返し実行され、例えば燃焼行程後期以降の、燃焼が完全に終了しているような所定のタイミングで実行される。

ＥＣＵ１００はまずステップＳ２０１において、燃焼室１２内の各領域Ａｎ毎に検出された熱発生量Ｑｎを所定のしきい値Ｑｓｋと比較し、熱発生量Ｑｎがしきい値Ｑｓｋを超えている（Ｑｎ＞Ｑｓｋ）領域Ａｎがあるか否かを判断する。

図３に仮想線Ｋで示されているように、ある燃焼室内領域でノックが発生していると、その領域における熱発生量の検出値が瞬時的に極端に増大する。従って全領域の熱発生量の検出値Ｑｎと、ノック発生時の熱発生量相当に設定されたしきい値（ノック判定しきい値）Ｑｓｋとの比較により、ノックの発生の有無と、ノックが発生した領域とを特定することができる。なお、ノック判定しきい値Ｑｓｋは、ノックが発生していないときの熱発生量よりも大きな値に設定される。従ってノックが発生していないときには、いずれの領域の熱発生量もノック判定しきい値Ｑｓｋに達せず、ノック発生有りとされることはない。

ステップＳ２０１において、熱発生量Ｑｎがしきい値Ｑｓｋを超える領域Ａｎが無いと判断した場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、即ち、いずれの領域でもノックが発生していないと判断した場合、ＥＣＵ１００はステップＳ２０４に進み、点火位置が図１に示したような燃焼室中心の通常の点火位置Ｐになるように、レーザ点火装置１４を制御する。これにより、次回の点火はそのような通常の点火位置Ｐで実行されることになる。

他方、ステップＳ２０１において、熱発生量Ｑｎがしきい値Ｑｓｋを超えている領域Ａｎがあると判断した場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００はステップＳ２０２に進み、その熱発生量Ｑｎがしきい値Ｑｓｋを超えている領域をノック発生領域Ａｋとして特定する。なおこのノック発生領域は複数である場合もあり得る。

次にＥＣＵ１００は、ステップＳ２０３に進み、そのノック発生領域Ａｋにおけるノックを抑制するための所定の抑制制御（ノック抑制制御）を実行する。即ち、ＥＣＵ１００は、前述の熱発生抑制制御（図４のステップＳ１０４）と同様に、点火位置が少なくともノック発生領域Ａｋ以外の領域内に位置するように、レーザ点火装置１４を制御する。これにより、次回の点火はノック発生領域Ａｋ以外の領域内で実行され、オフセット点火が実行されることになる。オフセット点火の態様は図５及び図６に関連して説明した態様のほか、前で述べたあらゆる態様が選択可能である。ステップＳ２０３，２０４を終えると本ルーチンが終了される。

この第３の制御によれば、ノック発生領域Ａｋを特定し、このノック発生領域Ａｋに関連して抑制制御（ノック抑制制御）、特にオフセット点火制御を実行するので、ノック発生領域Ａｋを避けて点火を実行することができる。よって、ノックの原因となるホットスポットがバラついたとしても、そのホットスポットを避けるようにして後の点火を実行でき、再度のノック発生を防止することができる。また、そのようなノック発生領域の温度上昇を抑制し、或いは温度を下げることができので、一旦できたホットスポットの消失を促し、さらなるノックの発生を防止することができる。そして燃焼室内温度の均等化によりノックを好適に抑制することができる。

この第３の制御についても様々な変形例が考えられる。例えば、大きさの異なるノック判定しきい値を予め複数設定しておき、これらノック判定しきい値と熱発生量との比較により、ノックの程度を分ける（例えば大ノック、中ノック、小ノック等）ことも可能である。そしてこれらノックの程度に応じてオフセット点火の態様を変えることも可能である。例えば、ある領域で大ノックが検出されたときには総熱発生量が最小となる１領域でのみ点火を行い、小ノックのみが検出されたときにはその小ノック領域を外して多点点火する、といった方法等が可能である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置を図９を参照しつつ説明する。この第２実施形態の構成は前記第１実施形態と大略同様であり、同様の部分については図中同一符号を付して説明を省略する。

前記第１実施形態に対する主な相違点は、点火位置が可変なレーザ点火装置１４の代わりに、燃料噴射方向が可変な燃料噴射装置２０が設けられている点である。なお、点火装置としては、図示しないが、公知の点火プラグ等からなる、一定位置に点火を行う点火装置が設けられている。

燃料噴射装置２０は、冷却用の燃料を噴射するための冷却用インジェクタ２１を有する。冷却用インジェクタ２１は、シリンダ軸に沿ってシリンダヘッド３に設けられると共に、その先端の噴孔２２が燃焼室１２内に臨まされ、シリンダ５の中心部に配置されている。そして燃料Ｆ２を、噴孔２２から燃焼室１２内に向けて、シリンダ軸と所定角度をなすよう斜め下に噴射するようになっている。ピストン６の頂面部にはその噴射された燃料Ｆ２を受け入れるための凹部２３が設けられており、これにより噴射された燃料Ｆ２がシリンダ５壁面に付着してオイルを希釈するのを防止している。

冷却用インジェクタ２１は軸受２４を介してシリンダヘッド３に取り付けられ、シリンダ軸回りに回転可能である。なお軸受２４は、燃焼室１２内のガスの漏出を防止するためのシール構造をも有する。また、冷却用インジェクタ２１をシリンダ軸回りに回転駆動するための回転駆動装置２５も設けられている。本実施形態の回転駆動装置２５は、冷却用インジェクタ２１の外周部に設けられたリングギヤ２６と、リングギヤ２６に噛合されるラック２７と、ラック２７を長手方向に往復動させるアクチュエータ２８とを備える。アクチュエータ２８はＥＣＵ１００により制御される。

アクチュエータ２８によりラック２７が長手方向に駆動されると、これに伴ってリングギヤ２６が回転駆動され、冷却用インジェクタ２１がシリンダ軸回りに回転するようになる。そして、噴孔２２の向きもシリンダ軸回りに回転し、これにより各領域Ａｎ毎に個別に燃料噴射可能となる。

なお、燃料噴射方向が可変な燃料噴射装置はこのような構成に限られない。例えば切換可能で且つ異なる向きの複数の噴孔を有するインジェクタを用い、これら噴孔を切り換えて使用することにより燃料噴射方向を切り換えてもよい。なお噴孔数に応じて領域数を設定してもよい（例えば２噴孔２領域、３噴孔３領域等）。

図１０には本実施形態によって実行される第４の制御のルーチンを示す。このルーチンもＥＣＵ１００により７２０°のクランク角周期で繰り返し実行される。

このルーチンにおいて、ステップＳ３０１〜３０３は図４に示したステップＳ１０１〜１０３と同じである。そしてステップＳ３０３において、総熱発生量ＴＱｍａｘがしきい値ＴＱｓを超えていない場合（Ｓ３０３：ＮＯ）、本ルーチンが終了される。

他方、ステップＳ３０３において総熱発生量ＴＱｍａｘがしきい値ＴＱｓを超えている場合（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、最大領域Ａｍａｘの熱発生を抑制するための所定の抑制制御（熱発生抑制制御）を実行する。即ち、ＥＣＵ１００は先ずステップＳ３０４に進み、適宜アクチュエータ２８を駆動して冷却用インジェクタ２１を回転させ、噴孔２２が最大領域Ａｍａｘに指向されるよう、冷却用インジェクタ２１をセットする。そして次にステップＳ３０５に進み、所定のタイミングで冷却用インジェクタ２１から燃料を噴射させる。こうすると最大領域Ａｍａｘに燃料が噴射され、最大領域Ａｍａｘが燃料の持つ気化潜熱により冷却されることとなる。こうして本ルーチンが終了される。

本実施形態によれば、総熱発生量ＴＱｎが相対的に高い領域、特に最大となる最大領域Ａｍａｘを特定し、この最大領域Ａｍａｘに関連して抑制制御（熱発生抑制制御）、特に燃料冷却制御（Ｓ３０４，３０５）を実行するので、その燃料冷却により最大領域Ａｍａｘの温度上昇を抑制し、或いは温度を下げることができ、ホットスポットの形成を防止することができる。また同時に、燃焼室内全体として温度を均等化することができる。こうしてホットスポットの形成を防止し、ノックを好適に抑制することができる。

ここで、噴射された冷却用燃料Ｆ２は、そのまま燃焼用に用いることができる。この場合、冷却用燃料量だけ、メインのインジェクタ１３からの燃料噴射量が減少される。また、シリンダ壁面のオイル希釈化防止のため、冷却用燃料Ｆ２がピストン６の凹部２３に入るようなタイミング、即ちピストン６が十分上昇したタイミング（例えば圧縮行程後期の所定タイミング）で、冷却用燃料Ｆ２が噴射されるのがよい。なお、ポート噴射用インジェクタを省略し、冷却用インジェクタにメインインジェクタとしての機能を持たせ、エンジンを直噴エンジンとすることも可能である。この場合、総熱発生量ＴＱｎが相対的に高い領域、特に最大領域Ａｍａｘに常に燃料を噴射するよう、インジェクタの噴射方向を制御することが考えられる。

また、前記第１実施形態の第３の制御（図８）に関連して説明したような、一旦発生したノックの抑制を図るため、本実施形態の燃料冷却制御を適用することも可能である。この場合、図８に示したルーチンは次のように変形される。即ち、ステップＳ２０３が図１０のステップＳ３０４，３０５に置き換えられ、置換後のステップＳ３０４においては、ノック発生領域Ａｋに向かって燃料が噴射されるよう、冷却用インジェクタ２１の向きがセットされる。そしてステップＳ２０４は省略される。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の制御装置を図１１を参照しつつ説明する。以下の説明において、前記第１実施形態と同様の部分については図中同一符号を付して説明を省略する。

図１１は、エンジンの一気筒の構成を概略的に描いた平面図である。なおこの構成は全気筒に共通である。図示されるように、シリンダ５内の燃焼室１２には二つの吸気ポート８Ａ，８Ｂと二つの排気ポート９Ａ，９Ｂとが連通されており、これら吸気ポート８Ａ，８Ｂと排気ポート９Ａ，９Ｂとはそれぞれ吸気弁１０Ａ，１０Ｂと排気弁１１Ａ，１１Ｂとにより開閉されるようになっている。そして一定位置に点火を行う点火装置（点火プラグ２９）がシリンダの中心部に配設されている。シリンダ５内の燃焼室１２は、二つの吸気ポート８Ａ，８Ｂのちょうど中間を通る仮想分割面Ｄを境に二つの領域Ａ１，Ａ２に等分割されている。そして、燃焼時における各領域Ａ１，Ａ２の熱発生量を個別に検出するため、イオンセンサ１６が領域毎に設けられている。一方の吸気ポート８Ａは一方の領域Ａ１に接続され、他方の吸気ポート８Ｂは他方の領域Ａ２に接続されている。なお図示しないが、いずれか一方の吸気ポートに燃料噴射用インジェクタが設けられている。

特に本実施形態においては、領域毎の吸気流入量を可変とする可変吸気装置３０が設けられている。本実施形態の可変吸気装置３０は、それぞれの吸気ポート８Ａ，８Ｂに設けられた開閉可能な気流制御弁３１Ａ，３１Ｂと、これら気流制御弁３１Ａ，３１Ｂを個別に開閉駆動するアクチュエータ（図示せず）とを備え、アクチュエータがＥＣＵ１００により制御されることにより気流制御弁３１Ａ，３１Ｂの開度が個別に制御されるようになっている。

図１２には本実施形態によって実行される第５の制御のルーチンを示す。このルーチンもＥＣＵ１００により７２０°のクランク角周期で繰り返し実行される。

このルーチンにおいて、ステップＳ４０１〜４０３は図４に示したステップＳ１０１〜１０３と同じである（但しｎ＝１，２）。そしてステップＳ４０３において、最大領域Ａｍａｘ（ここでは領域Ａ１，Ａ２のいずれか）の総熱発生量ＴＱｍａｘがしきい値ＴＱｓを超えていない場合（Ｓ４０３：ＮＯ）、本ルーチンが終了される。

他方、ステップＳ４０３において、最大領域Ａｍａｘの総熱発生量ＴＱｍａｘがしきい値ＴＱｓを超えている場合（Ｓ４０３：ＹＥＳ）、ステップＳ４０４において、最大領域Ａｍａｘの熱発生を抑制するための所定の抑制制御（熱発生抑制制御）を実行する。即ちＥＣＵ１００は、最大領域Ａｍａｘ以外の領域よりも最大領域Ａｍａｘの方が吸気流入量が多くなるように可変吸気装置３０を制御する。

例えば、最大領域Ａｍａｘが領域Ａ１の場合、図１３に示すように、ＥＣＵ１００は、可変吸気装置３０のアクチュエータを制御し、領域Ａ１に対応する気流制御弁３１Ａを全開に、また領域Ａ２に対応する気流制御弁３１Ｂを全閉に作動させる。これにより領域Ａ１のみに新気としての吸気が流入し、この流入された吸気により領域Ａ１が冷却される。なおこのような偏った吸気流入によりシリンダ内には図中Ｓ１で示される順方向のスワールが形成される。

また逆に、最大領域Ａｍａｘが領域Ａ２の場合、図１４に示すように、ＥＣＵ１００は、可変吸気装置３０のアクチュエータを制御し、領域Ａ２に対応する気流制御弁３１Ｂを全開に、また領域Ａ１に対応する気流制御弁３１Ａを全閉に作動させる。これにより領域Ａ２のみに新気からなる吸気が流入し、この流入された吸気により領域Ａ２が冷却される。なおこのような偏った吸気流入によりシリンダ内には図中Ｓ２で示される逆方向のスワールが形成される。

本実施形態によれば、総熱発生量ＴＱｎが相対的に高い領域、特に最大となる最大領域Ａｍａｘを特定し、この最大領域Ａｍａｘに関連して抑制制御（熱発生抑制制御）、特に吸気冷却制御（Ｓ４０４）を実行するので、その吸気冷却により最大領域Ａｍａｘの温度上昇を抑制し、或いは温度を下げることができ、ホットスポットの形成を防止することができる。また同時に、燃焼室内全体として温度を均等化することができる。こうしてホットスポットの形成を防止し、ノックを好適に抑制することができる。

前記第１実施形態の第３の制御（図８）に関連して説明したような、一旦発生したノックの抑制を図るため、本実施形態の吸気冷却制御を適用することも可能である。この場合、図８に示したルーチンは次のように変形される。即ち、ステップＳ２０３が図１２のステップＳ４０４に置き換えられ、置換後のステップＳ４０４においては、ノック発生領域Ａｋに吸気流が相対的に多く流入するように可変吸気装置３０が制御される。そしてステップＳ２０４は省略される。

本実施形態の変形例も様々なものが考えられる。例えば、前述の例では気流制御弁３１Ａ，３１Ｂを全開又は全閉としたが、これらを中間開度に制御することも可能である。また、例えば最大領域Ａｍａｘが領域Ａ１の場合、領域Ａ１に対応する気流制御弁３１Ａを、領域Ａ２に対応する気流制御弁３１Ｂより大きい開度にするのが好ましい。本実施形態は２領域、２ポート、２気流制御弁の態様であったが、数についての制限はなく、例えば３領域、３ポート、３気流制御弁の態様などとすることもできる。

以上、本発明の第１〜第３実施形態を説明したが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、前記実施形態では総熱発生量が相対的に多い領域として、総熱発生量が最大となる唯一の最大領域を用いたが、そのような領域としては複数の領域とすることが可能であり、例えば総熱発生量が多い順から幾つかの領域を特定領域としてもよい。また、燃焼室の分割領域数や分割方法も任意に選択可能である。領域毎に熱発生量を検出する熱発生量検出手段は前述のようなガスケット内蔵型イオンセンサに限られないが、ガスケット内蔵型イオンセンサを用いた場合、これをシリンダ軸方向に複数設置すると、シリンダ軸方向に分割された燃焼室内の領域毎に熱発生量を検出可能となる。本発明は吸気通路噴射式（典型的にはポート噴射式）エンジンのみならず、筒内噴射式エンジンにも適用可能である。前記第１〜第３実施形態及び前記第１〜第５の制御は、可能な限りにおいて、適宜組み合わせることが可能である。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御装置を示すシステム図である。 複数に分割されたシリンダ内燃焼室の領域を示す概略平面図である。 各燃焼室領域における熱発生量の変化の様子を示したグラフである。 第１の制御のルーチンを示すフローチャートである。 オフセット点火の第１の態様を示す概略平面図である。 オフセット点火の第２の態様を示す概略平面図である。 第２の制御のルーチンを示すフローチャートである。 第３の制御のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置を示すシステム図である。 第４の制御のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る内燃機関の制御装置を示す概略平面図である。 第５の制御のルーチンを示すフローチャートである。 可変吸気装置の制御の一例を示し、総熱発生量が最大となる最大領域が領域Ａ１の場合である。 可変吸気装置の制御の一例を示し、総熱発生量が最大となる最大領域が領域Ａ２の場合である。

符号の説明

１ エンジン
４ ガスケット
１２ 燃焼室
１４ レーザ点火装置
１６ イオンセンサ
２１ 冷却用インジェクタ
２２ 噴孔
２５ 回転駆動装置
３０ 可変吸気装置
Ａｎ 領域
Ａｍａｘ 最大領域
Ａｋ ノック発生領域
Ｑｎ 熱発生量
ＴＱｎ 総熱発生量
ＴＱｍａｘ 最大領域の総熱発生量
ＴＱｓ しきい値
Ｑｓｋ しきい値

Claims (11)

1. 複数に分割された燃焼室内の領域毎に熱発生量を検出する熱発生量検出手段と、
   該熱発生量検出手段によって検出された各領域の熱発生量に基づいて熱発生量が相対的に多い領域を特定する領域特定手段と、
   該領域特定手段によって特定された領域の熱発生を抑制するための所定の抑制制御を実行する抑制制御手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 複数に分割された燃焼室内の領域毎に熱発生量を検出する熱発生量検出手段と、
   該熱発生量検出手段によって検出された各領域の熱発生量に基づいてノックが発生した領域を特定する領域特定手段と、
   該領域特定手段によって特定された領域のノックを抑制するための所定の抑制制御を実行する抑制制御手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 点火位置が可変な点火装置をさらに備え、
   前記所定の抑制制御が、前記特定された領域以外の領域に点火を実行するよう前記点火装置を制御することを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記点火装置がレーザ点火装置を有することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
5. 燃料噴射方向が可変な燃料噴射装置をさらに備え、
   前記所定の抑制制御が、前記特定された領域に燃料を噴射するよう前記燃料噴射装置を制御することを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記領域毎の吸気流入量を可変とする可変吸気装置をさらに備え、
   前記所定の抑制制御が、前記特定された領域以外の領域よりも前記特定された領域の方が吸気流入量が多くなるように前記可変吸気装置を制御することを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記領域特定手段が、前記熱発生量検出手段によって検出された各領域の熱発生量に基づいて各領域の１燃焼当たりの総熱発生量を算出すると共に、この総熱発生量が相対的に多い領域を、前記熱発生量が相対的に多い領域として特定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記総熱発生量が相対的に多い領域が、前記総熱発生量が最大となる領域であることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記抑制制御手段が、前記特定された領域の総熱発生量が所定のしきい値を超えたときに前記抑制制御を実行することを特徴とする請求項７又は８記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記領域特定手段が、前記各領域の総熱発生量に対して所定の平均化処理を施し、これら平均化処理後の各領域の総熱発生量に基づいて、前記総熱発生量が相対的に多い領域を特定することを特徴とする請求項７記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記熱発生量検出手段が、ガスケットに内蔵されたイオンセンサを有することを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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