JP2012184661A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、燃料噴射弁の着座に影響されることなく、プレイグニッションを正確に検出することを目的とする。
【解決手段】ＥＣＵ５０は、運転領域及びクランク角の履歴データに基いて、プレイグニッションが発生し易い状態を要監視状態として検出する。そして、要監視状態を検出した場合には、個々の気筒における燃料噴射弁２６，２８の燃料噴射期間が他の気筒における圧縮行程の後半と重複しないように燃料噴射期間を制限する。具体的には、マルチ噴射制御において分割噴射の回数及び／又は間隔を減少させ、複数回の分割噴射が他気筒の圧縮行程の後半までに終了するように制限する。これにより、プレイグニッションの発生時に燃料噴射弁２６，２８が着座するのを回避することができ、振動センサ４４の出力に基いてプレイグニッションを正確に検出することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、プレイグニッション（点火前の自着火）に対応した制御を実行する内燃機関の制御装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（特開２００２−３３９７８０号公報）に開示されているように、エンジンで発生する振動に基いてプレイグニッションの発生を検出する構成とした内燃機関の制御装置が知られている。

特開２００２−３３９７８０号公報 特開２０００−５４９０７号公報

ところで、上述した従来技術では、エンジンの振動に基いてプレイグニッションを検出する構成としている。しかし、エンジンでは、燃料噴射弁の弁体が弁座に着座するときにも振動が発生する。このため、従来技術では、燃料噴射弁の着座時にプレイグニッションが発生すると、両者の振動が混在することになり、プレイグニッションの検出精度が低下するという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、燃料噴射弁の着座に影響されることなく、プレイグニッションを正確に検出することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

第１の発明は、内燃機関の複数気筒にそれぞれ設けられ、各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
プレイグニッションが発生し易い状態を実際の発生前に要監視状態として検出するプレイグニッション予備検出手段と、
前記プレイグニッション予備検出手段により前記要監視状態を検出した場合に、個々の気筒における前記燃料噴射弁の燃料噴射期間が他の気筒における圧縮行程の後半と重複しないように前記燃料噴射期間を制限する噴射期間制限手段と、
前記噴射期間制限手段により前記燃料噴射期間を制限した状態で、内燃機関で発生する振動に基いてプレイグニッションの発生を検出するプレイグニッション検出手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、１サイクル中に噴射すべき量の燃料を複数回に分けて分割噴射するマルチ噴射制御手段を備え、
前記噴射期間制限手段は、前記要監視状態が検出された場合に、前記燃料噴射期間の非制限時と比較して前記分割噴射の間隔及び／又は回数を減少させることにより、個々の気筒における前記複数回の分割噴射が当該気筒の吸気行程に対して圧縮行程が重複または近接する気筒の圧縮行程の後半までに終了するように制限する構成としている。

第３の発明は、プレイグニッションが過去に発生した運転領域を履歴データとして記憶するプレイグニッション発生領域記憶手段を備え、
前記プレイグニッション予備検出手段は、内燃機関の現在の運転領域が前記履歴データに含まれる場合に、この状態を前記要監視状態として検出する構成としている。

第４の発明は、プレイグニッションが過去に発生したクランク角を履歴データとして記憶するプレイグニッション発生角度記憶手段を備え、
前記プレイグニッション予備検出手段は、内燃機関の現在のクランク角が前記履歴データに含まれる場合に、この状態を前記要監視状態として検出する構成としている。

第１の発明によれば、各気筒における燃料噴射の終了時期を、プレイグニッションが発生し易い時期（圧縮行程の後半）から外すことができる。即ち、プレイグニッションの発生時に燃料噴射弁が着座するのを回避することができる。そして、この状態でプレイグニッションの検出を行うことができるので、プレイグニッションの誤検出や検出精度の低下を防止することができる。また、プレイグニッション予備検出手段によれば、プレイグニッションが実際に発生する前に、要監視状態を予め検出することができる。これにより、プレイグニッションが発生し易いタイミングに限って燃料噴射期間を制限することができる。従って、燃料噴射期間を過剰に制限することなく、プレイグニッションの検出精度を向上させることができる。

第２の発明によれば、噴射期間制限手段は、分割噴射の休止期間及び／又は回数を減少させるようにしたので、例えば分割噴射の回数を減少させなくても、休止期間を短くすることにより燃料噴射の終了時期を早くすることができる。これにより、プレイグニッションを正確に検出しつつ、マルチ噴射制御手段の効果を可能な限り発揮することができる。

第３の発明によれば、プレイグニッション予備検出手段は、プレイグニッションが発生した運転領域の履歴データに基いて、プレイグニッションが実際に発生する前に、要監視状態を予め検出することができる。

第４の発明によれば、プレイグニッション予備検出手段は、プレイグニッションが発生したクランク角の履歴データに基いて、プレイグニッションが実際に発生する前に、要監視状態を予め検出することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための構成図である。 ４気筒における噴射期間制限制御の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図３を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための構成図である。本実施の形態のシステムは、多気筒型の内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１では、エンジン１０の１気筒のみを例示している。エンジン１０の各気筒には、ピストン１２により燃焼室１４が画成されており、ピストン１２はエンジンのクランク軸１６に連結されている。また、エンジン１０は、各気筒の燃焼室１４内（筒内）に吸入空気を吸込む吸気通路１８と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路２０とを備えている。

吸気通路１８には、アクセル開度等に基いて吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられている。一方、排気通路２０には、排気ガスを浄化する触媒２４が設けられている。また、各気筒には、吸気ポート及び筒内にそれぞれ燃料を噴射する例えば２つの燃料噴射弁２６，２８と、筒内の混合気に点火する点火プラグ３０と、吸気ポートを筒内に対して開，閉する吸気バルブ３２と、排気ポートを筒内に対して開，閉する排気バルブ３４とが設けられている。燃料噴射弁２６，２８は、公知の電磁式ニードル弁等により構成され、弁体が弁座に対して離着座することにより開，閉する。なお、本実施の形態では、２つの燃料噴射弁２６，２８を搭載したシステムを例示したが、本発明はこれに限らず、燃料噴射弁２６，２８の何れか一方のみを搭載したシステムにも適用することができる。

また、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ４０、エアフローセンサ４２、振動センサ４４等を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。クランク角センサ４０は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力するもので、エアフローセンサ４２は吸入空気量を検出する。また、振動センサ４４は、例えば各気筒の近傍でシリンダブロックに取付けられ、プレイグニッションやノッキングにより発生した振動を気筒毎に検出する。また、センサ系統には、この他にも、エンジン制御に必要な各種のセンサ（例えばエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ等）が含まれている。これらのセンサは、ＥＣＵ５０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルバルブ２２、燃料噴射弁２６，２８、点火プラグ３０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。

ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を含む記憶回路を備えた演算処理装置により構成されている。そして、ＥＣＵ５０は、エンジンの運転情報をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動し、運転制御を実行する。具体的には、クランク角センサ４０の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサ４２の出力に基いて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基いてエンジンの負荷（負荷率）を算出する。そして、クランク角に基いて燃料噴射時期や点火時期を決定し、これらの時期が到来したときには、燃料噴射弁２６，２８や点火プラグ３０を駆動する。これにより、筒内で混合気を燃焼させ、エンジンを運転することができる。

また、ＥＣＵ５０は、１サイクル中に噴射すべき量の燃料を吸気行程中に複数回に分けて分割噴射するマルチ噴射制御を実行する。マルチ噴射制御は、噴射燃料の気化等を促進する公知の燃料噴射方法であり、この制御による分割噴射の回数、間隔（分割噴射の休止期間）、噴射開始時期及び噴射終了時期等は、例えばエンジン回転数、負荷率、燃料噴射量の総量等に基いて可変に設定される。

一方、ＥＣＵ５０は、振動センサ４４の出力に基いてプレイグニッションを検出する公知のプレイグニッション検出制御を実行する。プレイグニッションの発生時には、例えば燃焼室１４で発生する振動に特有の周波数成分が含まれるようになるので、ＥＣＵ５０は、振動センサ４４の出力を解析して前記周波数成分の有無や強度を判定することにより、プレイグニッションの発生を検出することができる。なお、プレイグニッションの発生を検出した場合には、例えばバルブタイミングの変更、圧縮行程での燃料噴射等により筒内温度を低下させ、プレイグニッションを抑制する制御が実行される。

[実施の形態１の特徴]
上述のように、プレイグニッション検出制御では、振動センサ４４の出力に基いてプレイグニッションを検出する。しかし、エンジンの運転中には、プレイグニッションにより発生する振動が燃料噴射弁２６，２８の着座時に生じる振動と重複する場合がある。この場合には、噴射弁着座時の振動をプレイグニッションとして誤検出する虞れがある。また、燃料噴射弁の着座によりバックグラウンドの振動が大きくなると、プレイグニッションの振動が目立たなくなるので、プレイグニッションの検出精度が低下する。特に、直噴型の燃料噴射弁２８は、燃料噴射圧が高いために着座時の振動が大きいので、当該噴射弁の着座時期にプレイグニッションが発生すると、その検出が一層難しくなる。このため、本実施の形態では、以下に述べるプレイグニッション予備検出制御と、噴射期間制限制御とを実行する構成としている。

（プレイグニッション予備検出制御）
本制御は、プレイグニッションが発生し易い状態が生じた場合に、この状態を実際の発生前に要監視状態として検出するもので、エンジンの運転中に継続的に実行される。具体的に述べると、ＥＣＵ５０には、プレイグニッションが過去に発生した運転領域及びクランク角が履歴データとして記憶されている。この履歴データは、例えばプレイグニッション検出制御によりプレイグニッションを検出したときの運転領域やクランク角に基いて作成されたもので、ＥＣＵ５０の不揮発性メモリ等に記憶されている。そして、プレイグニッション予備検出制御では、エンジンの現在の運転領域やクランク角が前記履歴データに含まれる場合に、この状態を要監視状態として検出する。

（噴射期間制限制御）
この制御では、上記の要監視状態が検出された場合に、個々の気筒における燃料噴射期間が他の気筒における圧縮行程の後半と重複しないように燃料噴射期間を制限する。プレイグニッションは、筒内に存在するオイルやデポジット等の異物が点火前に自着火する現象であり、これらの異物に対して圧縮により十分なエネルギが与えられた時点で発生する。このため、混合気の圧縮が十分に進行していない圧縮行程の前半（初期〜中期）には、プレイグニッションが殆ど発生しない。従って、各気筒の燃料噴射期間が他気筒の圧縮行程の後半と重複しないように制限すれば、燃料噴射弁の着座時期をプレイグニッションが発生し易い時期から外すことができる。

図２は、４気筒における噴射期間制限制御の一例を示すタイミングチャートである。この図に示すように、本実施の形態ではマルチ噴射制御を実行する。マルチ噴射制御では、例えば図２中の＃２気筒に示すように、噴射の休止期間が存在するので、同一の噴射量であっても、通常の燃料噴射（１サイクル中に１回）と比較して燃料噴射（最後の分割噴射）の終了時期が遅れることになる。しかし、例えば通常のノックであれば、＃３気筒に示すように、点火後の特定期間に発生する傾向がある。このため、＃３気筒で発生するノックのタイミングを外して＃４気筒の燃料噴射期間を制御（適合）することは、＃３気筒の点火時期等を基準として比較的容易に行うことができる。これに対し、プレイグニッション（異常燃焼）は、通常のノックと発生タイミングが異なり、点火前の圧縮行程中に発生し易い上に、その発生時期を予測し難い。

従って、噴射期間制限制御では、マルチ噴射制御で行われる分割噴射の間隔及び／又は回数を、本制御の非実行時（燃料噴射期間の非制限時）と比較して減少させる。これにより、噴射期間制限制御では、個々の気筒において１サイクル中に行われる複数回の分割噴射が、当該気筒の吸気行程に対して圧縮行程が重複または近接する気筒の圧縮行程の後半までに終了するように制限する。具体的には、図２中の最下段に示すように、例えば制御対象気筒（＃４気筒）における分割噴射の回数を減少させ、当該気筒における燃料噴射（最後の分割噴射）の終了時期を遅くても＃３気筒の圧縮行程の前半中に終了させる。なお、図２では、４気筒エンジンの点火順序が＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒である場合を例示している。

上記制御によれば、各気筒における燃料噴射の終了時期を、プレイグニッションが発生し易い時期（圧縮行程の後半）から外すことができる。即ち、プレイグニッションの発生時に燃料噴射弁２６，２８が着座するのを回避することができる。そして、この状態でプレイグニッション検出制御を実行することができるので、プレイグニッションの誤検出や検出精度の低下を防止することができる。従って、マルチ噴射制御を実行した状態でも、プレイグニッションを正確に検出することができる。また、噴射期間制限制御によれば、分割噴射の休止期間及び／又は回数を減少させるようにしたので、例えば分割噴射の回数を減少させなくても、休止期間を短くすることにより燃料噴射の終了時期を早くすることができる。これにより、マルチ噴射制御の効果を可能な限り発揮することができる。

また、プレイグニッション予備検出制御によれば、プレイグニッションが実際に発生する前に、過去の履歴データに基いて要監視状態を予め検出することができる。これにより、プレイグニッションが発生し易いタイミングに限って噴射期間制限制御を実行することができる。従って、燃料噴射期間を過剰に制限することなく、プレイグニッションの検出精度を向上させることができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図３を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図３は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。なお、図３は、ＥＣＵによるエンジン制御のうち、プレイグニッション予備検出制御と噴射期間制限制御に関連したルーチンのみを示すもので、マルチ噴射制御の噴射処理やプレイグニッション検出制御については、その記載を省略している。エンジンの運転中には、図３に示すルーチン、マルチ噴射制御の噴射処理及びプレイグニッション検出制御が並行して繰返されるものとする。

図３に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、マルチ噴射制御を行う要求があるか否かを判定する。この判定処理は、例えばエンジン回転数Ｎe、負荷率、エンジン冷却水の温度等に基いて行われる。ステップ１００の判定が成立した場合には、マルチ噴射制御を実行するので、ステップ１０２において、分割噴射の回数、休止期間の長さ、噴射量及び噴射開始時期を算出する。これらの算出処理は、エンジン回転数Ｎe、負荷率、エンジン冷却水の温度等に基いて実行される。また、ステップ１０４では、例えばエンジン回転数Ｎe、分割噴射の回数及び休止期間の長さ、噴射量等に基いて、噴射終了時期を決定する。

次に、ステップ１０６では、エンジンの現在の運転状態において、プレイグニッションの発生履歴があるか否かを判定する（プレイグニッション予備検出制御）。具体的には、まず、エンジン回転数Ｎe、負荷率等に基いてエンジンの現在の運転領域を確定すると共に、現在のクランク角を検出する。そして、これらの運転領域及びクランク角がＥＣＵ５０に記憶された前述の履歴データに含まれるか否かを判定する。この判定が成立した場合には、現在の運転状態においてプレイグニッションの発生履歴が有るので、この状態を要監視状態として検出する。

このように、ステップ１０６の判定が成立し、要監視状態が検出された場合には、プレイグニッションの検出精度を向上させる必要があるので、以下のステップ１０８〜１１６では、マルチ噴射制御に対して噴射期間制限制御を実行する。また、ステップ１０６の判定が成立しない場合には、そのまま本ルーチンを終了し、燃料噴射期間を制限しない通常の状態でマルチ噴射制御を実行する。

次に、噴射期間制限制御では、まず、ステップ１０８において、前記ステップ１０４で算出した噴射終了時期が所定の噴射終了限界よりも大きい（時間的に遅い）か否かを判定する。ここで、噴射終了限界とは、制御対象気筒の燃料噴射期間を他の気筒における圧縮行程の後半と重複させないための制限値、即ち、制御対象気筒の分割噴射を当該気筒の吸気行程に対して圧縮行程が重複または近接する気筒の圧縮行程の後半までに終了させるための制限値である。噴射終了限界は、気筒間の位相差、点火順序、吸気行程及び圧縮行程の設定等に基いて設定される。

そして、ステップ１０８の判定が成立した場合には、設定しようとする噴射終了時期が他の気筒において圧縮行程の後半に重複している。この場合には、まず、ステップ１１０において、新たな休止期間（休止期間′）を算出する。休止期間′は、噴射終了時期を早くして圧縮行程の前半に収めることを目的とするもので、前記ステップ１０２で算出した当初の休止期間よりも短い期間として算出される。この算出処理は、例えばエンジン回転数Ｎe、分割噴射の回数、噴射開始時期、噴射量等に基いて行われる。

次に、ステップ１１２では、新たに算出した休止期間′が所定の休止期間限界よりも大きいか否かを判定する。休止期間限界は、制御対象気筒の分割噴射を他気筒の圧縮行程の後半までに終了させるための制限値であり、噴射終了限界とほぼ同様のパラメータに基いて設定される。ステップ１１２の判定が成立した場合には、可能な限り短くした休止期間′が噴射期間制限制御の要求を満たしていないことになる。この場合には、休止期間の短縮化を諦めて、ステップ１１４で分割噴射の回数を減少させる。

一方、ステップ１１２の判定が不成立の場合には、ステップ１１６において、当初の休止期間を休止期間′により更新し、休止期間′を用いて実際のマルチ噴射制御を実行する。このように、本実施の形態によれば、噴射終了時期を早くする場合に、まず、休止期間を優先的に短縮化し、それでも要求が満たされないときに分割噴射の回数を減少させることができ、マルチ噴射制御の効果を可能な限り発揮することができる。

なお、前記実施の形態１では、図３中のステップ１０６は、請求項１，３，４におけるプレイグニッション予備検出手段の具体例を示し、ステップ１０８〜１１６は、請求項１，２における噴射期間制限手段の具体例を示している。また、ＥＣＵ５０は、請求項３，４におけるプレイグニッション発生領域記憶手段及びプレイグニッション発生角度記憶手段の具体例を示している。また、明細書中に記載したマルチ噴射制御及びプレイグニッション検出制御は、それぞれマルチ噴射制御手段のプレイグニッション検出手段の具体例を示すものである。

前記実施の形態では、内燃機関として４気筒エンジンを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、２気筒以上の任意の気筒をもつ内燃機関に適用することができる。また、実施の形態では、マルチ噴射制御を実行し、分割噴射の回数や間隔を減少（短縮）するものとしたが、本発明はこれに限らず、１サイクル中に１回の燃料噴射を行う通常の燃料噴射に適用してもよい。この場合、噴射期間制限制御では、例えば燃料噴射期間を進角して噴射終了時期を早くする構成とすればよい。

１０ エンジン（内燃機関）
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ クランク軸
１８ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ スロットルバルブ
２４ 触媒
２６，２８ 燃料噴射弁
３０ 点火プラグ
３２ 吸気バルブ
３４ 排気バルブ
４０ クランク角センサ
４２ エアフローセンサ
４４ 振動センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関の複数気筒にそれぞれ設けられ、各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   プレイグニッションが発生し易い状態を実際の発生前に要監視状態として検出するプレイグニッション予備検出手段と、
   前記プレイグニッション予備検出手段により前記要監視状態を検出した場合に、個々の気筒における前記燃料噴射弁の燃料噴射期間が他の気筒における圧縮行程の後半と重複しないように前記燃料噴射期間を制限する噴射期間制限手段と、
   前記噴射期間制限手段により前記燃料噴射期間を制限した状態で、内燃機関で発生する振動に基いてプレイグニッションの発生を検出するプレイグニッション検出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. １サイクル中に噴射すべき量の燃料を複数回に分けて分割噴射するマルチ噴射制御手段を備え、
   前記噴射期間制限手段は、前記要監視状態が検出された場合に、前記燃料噴射期間の非制限時と比較して前記分割噴射の間隔及び／又は回数を減少させることにより、個々の気筒における前記複数回の分割噴射が当該気筒の吸気行程に対して圧縮行程が重複または近接する気筒の圧縮行程の後半までに終了するように制限する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. プレイグニッションが過去に発生した運転領域を履歴データとして記憶するプレイグニッション発生領域記憶手段を備え、
   前記プレイグニッション予備検出手段は、内燃機関の現在の運転領域が前記履歴データに含まれる場合に、この状態を前記要監視状態として検出する構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. プレイグニッションが過去に発生したクランク角を履歴データとして記憶するプレイグニッション発生角度記憶手段を備え、
   前記プレイグニッション予備検出手段は、内燃機関の現在のクランク角が前記履歴データに含まれる場合に、この状態を前記要監視状態として検出する構成としてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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