JP2016153635A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノッキングの抑制に伴う燃費の悪化をより確実に抑えることのできるエンジン制御装置を提供する。【解決手段】下限水温更新処理は、ノック学習量が規定値未満となるまで下限水温ＥＷＴＴＬを下限として目標水温を徐々に低下させる目標水温低下処理の実行中に周期的に実行される。下限水温更新処理では、燃料消費率ＳＦＣの現在値を算出し（Ｓ４００）、その現在値から定数δを減算した値を目標燃料消費率ＴＳＦＣに設定する（Ｓ４０１）。そして、現在のエンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷ＫＬにおいて最適点火時期の燃料消費率が目標燃料消費率ＴＳＦＣとなる水温を下限水温ＥＷＴＴＬとして算出する（Ｓ４０２）。【選択図】図７

Description

本発明は、エンジン制御装置に関し、より詳しくはノッキングの抑制にかかるエンジンの制御構造の改良に関する。

周知のように、車載等のエンジンの多くでは、ノッキングの有無を検出してノッキングが検出されるまで点火時期を徐々に進角するＫＣＳ（Knock Control System）点火補正処理を実施することでノッキングを抑制している。しかしながら、ＫＣＳ点火補正処理を実施すれば、ノッキングが発生しやすい条件では、トルク発生効率が最大となる最適点火時期（ＭＢＴ：Minimum advance for the Best Torque）から点火時期が乖離して、燃料消費率が悪化する。

そこで従来、特許文献１に記載のエンジン制御装置では、上記ＫＣＳ点火遅角処理と併せて、ノッキングの検出に応じてウォータポンプの吐出流量を増大してエンジンの冷却能力を高めるノック抑制冷却制御を実行するようにしている。エンジンの冷却能力を高めてシリンダ壁面温度を下げればノッキングが発生し難くなる。そのため、ノック抑制冷却制御を実施すれば、点火時期の更なる進角が許容されて、ＫＣＳ点火補正処理の実施に伴う燃料消費率の悪化が抑えられる。

特開２００９−０８５１６１号公報

しかしながら、ノック抑制冷却制御によるシリンダ壁面温度の低下によっても、冷却損失の増加によりエンジンの燃料消費率が悪化する。そのため、エンジンの運転状況によっては、点火時期の進角による改善よりも冷却損失の増加による悪化の方が優ってしまい、ノック抑制冷却制御を実行することで燃料消費率が却って悪化してしまう虞がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、ノッキングの抑制に伴う燃料消費率の悪化をより確実に抑えることのできるエンジン制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するエンジン制御装置は、ノッキングの有無を検出してノッキングが検出されるまで点火時期を徐々に進角するＫＣＳ点火補正処理と、同ＫＣＳ点火補正処理での点火時期の進角量に近づくようにノック学習量を徐々に更新するＫＣＳ学習処理とを実行する点火制御部と、エンジン冷却水の水温を目標水温に制御する水温制御部と、を備える。また、同エンジン制御装置の水温制御部は、ノック学習量が規定値未満となるまで、下限水温を下限として目標水温を徐々に低下させる目標水温低下処理を行う。

エンジン冷却水の水温を低くすると、シリンダ壁面温度が低下して、ノッキングの発生頻度が減少する。そのため、上記エンジン制御装置では、目標水温低下処理により目標水温を徐々に低下することで、ＫＣＳ点火補正処理において点火時期がより進角されるようになる。しかしながら、エンジン冷却水の水温が限度を超えて低下されると、点火時期の進角による改善よりも冷却損失の増加による悪化の方が優ってしまい、燃料消費率が却って悪化してしまう。

ここで、ＫＣＳ点火補正処理における点火時期の進角は、最大でも、点火時期が最適点火時期となるまでとなる。よって、現在のエンジン回転数およびエンジン負荷において点火時期が最適点火時期に設定された場合の燃料消費率が燃料消費率の現在の値よりも小さくなるエンジン冷却水の水温が現在の目標水温よりも低温側に存在しなければ、目標水温を低下しても燃料消費率の改善は見込めないことになる。

そこで、上記エンジン制御装置の水温制御部は、現在のエンジン回転数およびエンジン負荷において点火時期が最適点火時期に設定された場合の燃料消費率が燃料消費率の現在の値よりも小さくなるエンジン冷却水の水温を演算してその演算した水温に前記下限水温の値を更新する下限水温更新処理を、上記目標水温低下処理の実行中に周期的に実行するようにしている。そのため、その低下に応じた燃料消費率の変化が減少から増加に転じる水温を超えない範囲で目標水温が低下されるようになる。したがって、上記エンジン制御装置によれば、ノッキングの抑制に伴う燃料消費率の悪化をより確実に抑えることができるようになる。

エンジン制御装置の一実施形態が適用されるエンジンの燃焼室付近の断面図。 同エンジン制御装置が適用されるエンジンの冷却系及び制御系の構成を模式的に示す略図。 同エンジン制御装置において実行されるＫＣＳ点火補正処理のフローチャート。 同エンジン制御装置の一実施形態において実行されるＫＣＳ学習処理のフローチャート。 同ＫＣＳ点火補正処理での点火時期の設定態様を示すグラフ。 上記エンジン制御装置において実行される目標水温低下処理のフローチャート。 同エンジン制御装置において実行される下限水温更新処理のフローチャート。 同エンジン制御装置において実行される目標水温下限判定処理のフローチャート。 同エンジン制御装置において実行される噴射比率変更処理のフローチャート。 同エンジン制御装置が適用されるエンジンの水温、点火時期と燃料消費率との関係を示すグラフ。

以下、エンジン制御装置の一実施形態を、図１〜図１０を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のエンジン制御装置が適用されるエンジン１０のシリンダブロック１１には、複数の気筒１２が設けられ、各気筒１２の内部には、ピストン１３が往復動可能にそれぞれ設けられている。また、エンジン１０のシリンダヘッド１４には、気筒１２に吸気を導入するための吸気ポート１５と、気筒１２から排気を排出するための排気ポート１６とが設けられている。そして、気筒１２と吸気ポート１５との接続部には吸気バルブ１７が、気筒１２と排気ポート１６との接続部には排気バルブ１８が、それぞれ設けられている。

吸気ポート１５には、その内部に燃料を噴射するポートインジェクタ１９が設けられている。また、気筒１２には、その内部に燃料を噴射する筒内インジェクタ２０が設けられている。さらに、気筒１２には、その内部に導入された吸気と燃料との混合気を点火する点火プラグ２１が設けられている。

こうしたエンジン１０のシリンダブロック１１およびシリンダヘッド１４の内部には、冷却水を流すためのウォータジャケット２２が形成されている。さらに、エンジン１０のシリンダブロック１１には、気筒１２内で発生したノッキングの強度に応じた信号を出力するノックセンサ２３が設置されている。

図２に示すように、エンジン１０は、ウォータジャケット２２を通って冷却水を循環させるための冷却水回路２４を備える。なお、同図には、冷却水回路２４における冷却水の流れの方向が、点線矢印により示されている。

冷却水回路２４におけるウォータジャケット２２よりも上流側の部分には、冷却水を加圧吐出する電動ウォータポンプ２５が設置されている。また、冷却水回路２４におけるウォータジャケット２２よりも下流側の部分には、ウォータジャケット２２から流出した冷却水の温度（以下、水温ＴＨＷと記載する）を検出する水温センサ２６が設置されている。さらに、冷却水回路２４は、水温センサ２６よりも下流側の部分において、バイパス水路２７およびラジエタ水路２８の２つの水路に分岐されている。ラジエタ水路２８には、空気との熱交換を通じて冷却水を冷却するラジエタ２９が設置されている。バイパス水路２７およびラジエタ水路２８は、冷却水回路２４における電動ウォータポンプ２５よりも上流側の部分において合流されている。バイパス水路２７およびラジエタ水路２８の合流部分には、ヒータ内蔵式の電子サーモスタット３０が設置されている。電子サーモスタット３０は、内蔵するサーモエレメントの温度に応じて開閉する感温式のバルブであり、閉弁時にはラジエタ水路２８の冷却水の流通を遮断し、開弁時にはラジエタ水路２８に冷却水を流す。さらに、電子サーモスタット３０の開弁時におけるバイパス水路２７およびラジエタ水路２８の冷却水の流量比は、同電子サーモスタット３０のバルブ開度に応じて変化するようになっている。なお、電子サーモスタット３０は、内蔵するヒータへの通電に応じてバルブ開度を制御可能に構成されている。

エンジン１０は、電子制御ユニット３１により制御されている。電子制御ユニット３１は、エンジン制御に係る各種演算処理を行う中央演算処理装置、エンジン制御用のプログラムやデータが記録された読込専用メモリ、中央演算処理装置の演算結果やセンサの検出結果などを一時的に記憶する読書可能メモリを備える。電子制御ユニット３１には、上述のノックセンサ２３、水温センサ２６に加え、エンジン回転数を検出するＮＥセンサ３２、吸入空気量を検出するエアフロメータ３３などの各種センサの検出信号が入力されている。また、電子制御ユニット３１には、ポートインジェクタ１９、筒内インジェクタ２０、点火プラグ２１、電動ウォータポンプ２５、電子サーモスタット３０などの各種アクチュエータの駆動回路が接続されている。

電子制御ユニット３１は、エンジン制御の一環として、ノッキングを抑制するための点火時期、水温および噴射比率の制御を行う。以下、これら制御の詳細を説明する。
（ＫＣＳ点火補正処理）
まず、ノッキング抑制のための点火時期の制御について説明する。本制御は、ノッキングの発生が検出されていないときには徐々に点火時期を進角し、検出されているときには徐々に点火時期を遅角するＫＣＳ点火補正処理を実行することで、ノッキングの発生限界の直前まで点火時期を進角させるために行われる。なお、本制御では、ノッキングの発生限界となる点火時期を学習するためのＫＣＳ学習処理が併せ実行されている。

図３に、ＫＣＳ点火補正処理のフローチャートを示す。本処理は、エンジン１０の運転中に電子制御ユニット３１により、規定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、以下の説明では、遅角方向を正方向、進角方向を負方向として点火時期を表している。

本処理が開始されると、まずステップＳ１００において、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷ＫＬに基づき、ベース点火時期ＡＢＳＥおよび限界遅角点火時期ＡＫＭＦが算出される。なお、エンジン負荷ＫＬは、エアフロメータ３３による吸入空気量の検出結果などから求められる。

ベース点火時期ＡＢＳＥは、エンジン１０のトルク発生効率が最大となる最適点火時期、点火時期の進角限界であるノック限界点火時期のうち、いずれか遅角側の時期となっている。なお、ノック限界点火時期は、ノッキングが確実に発生することが確認された点火時期の範囲の進角側の限界値である。また、限界遅角点火時期ＡＫＭＦは、ノッキングが確実に発生しないことが確認された点火時期の範囲の遅角側の限界値である。

なお、燃料消費率の改善の点では、最終的に設定される点火時期（目標点火時期ＡＯＰ）は、可能な限りベース点火時期ＡＢＳＥに近い時期に設定することが有利である。一方、限界遅角点火時期ＡＫＭＦよりも遅い時期に目標点火時期ＡＯＰを設定しても、ノッキングの抑制の点では無意味である。そのため、ＫＣＳ点火補正処理において目標点火時期ＡＯＰは、ベース点火時期ＡＢＳＥから限界遅角点火時期ＡＫＭＦまでの範囲内で制御される。

次に、ステップＳ１０１において、限界遅角点火時期ＡＫＭＦからベース点火時期ＡＢＳＥを引いた値が限界遅角量ＡＫＭＡＸの値に設定される。この限界遅角量ＡＫＭＡＸは、ＫＣＳ点火補正処理におけるベース点火時期ＡＢＳＥに対する目標点火時期ＡＯＰの遅角量の上限値となっている。

続いて、ステップＳ１０２において、ノックセンサ２３の検出結果に基づき、ノッキングの発生の有無が確認される。ここで、ノッキングの発生が確認されていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０３において、ノック制御量ＡＫＣＳの値が増加される。このときのノック制御量ＡＫＣＳの増加量は、検出されたノッキングの強度や発生頻度に応じて設定される。そして、ノッキングの強度が大きいほど、あるいはその発生頻度が高いほど、このときのノック制御量ＡＫＣＳの増加量は大きくされる。一方、ノッキングの発生が確認されていなければ（ＮＯ）、ステップＳ１０４において、ノック制御量ＡＫＣＳの値が減少される。このときのノック制御量ＡＫＣＳの減少量は、定数とされている。

これらステップＳ１０２、Ｓ１０３におけるノック制御量ＡＫＣＳの増減後には、ステップＳ１０５に処理が進められる。そして、そのステップＳ１０５において、ノック遅角量ＡＫＮＫが算出される。ノック遅角量ＡＫＮＫの算出は、限界遅角量ＡＫＭＡＸに、ノック制御量ＡＫＣＳを加算、ノック学習量ＡＧＫＮＫを減算することで行われる（ＡＫＮＫ←ＡＫＭＡＸ＋ＡＫＣＳ−ＡＧＫＮＫ）。なお、ノック学習量ＡＧＫＮＫの値は、後述のＫＣＳ学習処理において設定される。

そして、続くステップＳ１０６において、ベース点火時期ＡＢＳＥをノック遅角量ＡＫＮＫの分だけ遅角側に補正した時期が目標点火時期ＡＯＰに設定された後（ＡＯＰ←ＡＢＳＥ−ＡＫＮＫ）、今回の本処理が終了される。その後、電子制御ユニット３１は、ここで設定された目標点火時期ＡＯＰに点火が行われるように、点火プラグ２１の駆動回路を制御する。

図４に、ＫＣＳ学習処理のフローチャートを示す。本処理は、上記ＫＣＳ点火補正処理に引き続き、電子制御ユニット３１により実行される。
本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ２００において、ノック制御量ＡＫＣＳの徐変値が規定の正の値「α」よりも大きいか否かが判定される。ノック制御量ＡＫＣＳの徐変値とは、ノック制御量ＡＫＣＳに対してその増減速度を鈍化させる処理を施した値、いわゆるなまし値である。ここで、ノック制御量ＡＫＣＳの徐変値が「α」よりも大きければ（ＹＥＳ）、ステップＳ２０１において、ノック学習量ＡＧＫＮＫの値が規定の量だけ減少された後、今回の本処理が終了される。なお、このときのノック学習量ＡＧＫＮＫの減少量は、「α」よりも小さい値とされている。

一方、ノック制御量ＡＫＣＳの徐変値が「α」以下であれば（Ｓ２００：ＹＥＳ）、ステップＳ２０２において、ノック制御量ＡＫＣＳの徐変値が規定の負の値「−α」よりも小さいか否かが判定される。なお、ここでは、規定の負の値として、上記ステップＳ２００での判定に用いる正の値「α」の符号反転値が設定されている。ここで、ノック制御量ＡＫＣＳの徐変値が「−α」よりも小さければ（ＹＥＳ）、ステップＳ２０３において、ノック学習量ＡＧＫＮＫの値が規定の量だけ増加された後、今回の本処理が終了される。なお、このときのノック学習量ＡＧＫＮＫの増加量は、「α」よりも小さい値とされている。また、ノック制御量ＡＫＣＳの徐変値が「−α」以上、かつ「α」以下のときには、ノック学習量ＡＧＫＮＫの値の操作は行われず、そのまま今回の本処理が終了される。

図５に示すように、ＫＣＳ点火補正処理、およびＫＣＳ学習処理によれば、目標点火時期ＡＯＰ（ノック遅角量ＡＫＮＫ）は、限界遅角量ＡＫＭＡＸを、ノック学習量ＡＧＫＮＫの値の分だけ進角側に、ノック制御量ＡＫＣＳの値の分だけ遅角側にそれぞれ補正した時期に設定される。ここで、上述のように、ノック制御量ＡＫＣＳの値は、ノッキングの発生が確認されているときには増加され、確認されていないときには減少される。よって、目標点火時期ＡＯＰは、ノッキングの発生が確認されるようになるまで、徐々に進角されていき、やがてその値は、ノッキングが発生する／しないの境界となる点火時期（ノック発生点火時期）に落ち着くようになる。一方、ノック学習量ＡＧＫＮＫの値は、ノック制御量ＡＫＣＳの絶対値が小さくなるように徐々に更新される。すなわち、ノック学習量ＡＧＫＮＫの値は、ＫＣＳ点火補正処理での限界遅角点火時期ＡＫＭＦに対する目標点火時期ＡＯＰの進角量に近づくように徐々に更新される。なお、こうしたノック学習量ＡＧＫＮＫの値は、イグニッションスイッチのオフ後も記憶保持される。

（目標水温低下処理）
続いて、ノッキング抑制のための水温ＴＨＷの制御について説明する。本制御は、ノッキングが発生しやすい状況にあるときに水温ＴＨＷを低下させることで、シリンダ壁面温度を下げてノッキングの抑制を図るようにしている。そして、それにより、ＫＣＳ点火補正処理における点火時期の更なる進角を許容して、燃料消費率の更なる改善を図るようにしている。本制御は、下記の目標水温低下処理による目標水温ＥＷＴＴの更新を通じて実施される。なお、電子制御ユニット３１は、本処理にて設定される目標水温ＥＷＴＴに、水温センサ２６の水温ＴＨＷの検出値が近づくように、電動ウォータポンプ２５の冷却水吐出量、電子サーモスタット３０のヒータ通電量のフィードバック制御を行う。

図６に、目標水温低下処理のフローチャートを示す。本処理は、エンジン１０の運転中に電子制御ユニット３１により、規定の制御周期毎に繰り返し実行される。そして、電子制御ユニット３１は、水温センサ２６の検出する水温ＴＨＷが、本処理において設定される目標水温ＥＷＴＴに近づくように電動ウォータポンプ２５および電子サーモスタット３０を制御する。

本処理が開始されると、まずステップＳ３００において、カウンタＥＷＴＣの値が「０」となっているか否かが判定される。このとき、カウンタＥＷＴＣの値が「０」となっていなければ（ＮＯ）、ステップＳ３０１において、カウンタＥＷＴＣの値が「１」だけ減算される。なお、カウンタＥＷＴＣには、「０」が下限値として設定されており、このときのカウンタＥＷＴＣの値が既に「０」となっていた場合、その値は「０」に保持される。

一方、カウンタＥＷＴＣの値が「０」となっていれば（Ｓ３００：ＹＥＳ）、ステップＳ３０２において、エンジン負荷ＫＬがノック限界負荷ＫＬＫＮＫよりも大きいか否かが判定される。そして、エンジン負荷ＫＬがノック限界負荷ＫＬＫＮＫよりも大きければ（ＹＥＳ）、ステップＳ３０３に処理が進められ、エンジン負荷ＫＬがノック限界負荷ＫＬＫＮＫ以下であれば（ＮＯ）、そのまま今回の処理が終了される。なお、ノック限界負荷ＫＬＫＮＫは、予め実験等でノッキングが殆ど発生しないことが確認されているエンジン負荷ＫＬの範囲の上限値として設定されている。

ステップＳ３０３に処理が進められると、そのステップＳ３０３において、ノック学習量ＡＧＫＮＫが規定の判定値β１未満であるか否かが判定される。なお、上述のようにノック学習量ＡＧＫＮＫの値は、ノッキングが発生しやすい状態にあるほどその値は小さくなる。よって、ここでは、ノッキングが発生しやすい状態にあるか否かが判定されている。

ここで、ノック学習量ＡＧＫＮＫが判定値β１未満であれば（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、ステップＳ３０４において、目標水温ＥＷＴＴの値が規定の低下量γ１分減算されるとともに、カウンタＥＷＴＣの値が初期値にリセットされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。なお、目標水温ＥＷＴＴには、下限水温ＥＷＴＴＬが下限値として設定されており、このステップＳ３０４での減算の結果に依らず、その値は下限水温ＥＷＴＴＬ以上に保持される。下限水温ＥＷＴＴＬの値は、後述する下限水温更新処理にて更新される。

一方、ノック学習量ＡＧＫＮＫが判定値β１以上であれば（Ｓ３０３：ＮＯ）、ステップＳ３０５において、ノック学習量ＡＧＫＮＫが、判定値β１に規定のヒステリシス値ＨＹＳ１を加算した値（β１＋ＨＹＳ１）以上であるか否かが判定される。ここで、ノック学習量ＡＧＫＮＫが「β１＋ＨＹＳ１」以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ３０６に処理が進められ、ノック学習量ＡＧＫＮＫが「β１＋ＨＹＳ１」未満であれば（ＮＯ）、そのまま今回の本処理が終了される。

ステップＳ３０６に処理が進められると、そのステップＳ３０６において、目標水温ＥＷＴＴの値が規定の上昇量γ２分増加されるとともに、カウンタＥＷＴＣの値が初期値にリセットされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。目標水温ＥＷＴＴには、上限水温ＥＷＴＴＨが上限値として設定されており、このステップＳ３０６での増加の結果に依らず、その値は上限水温ＥＷＴＴＨ以下に保持される。上限水温ＥＷＴＴＨの値は、定数とされている。

なお、カウンタＥＷＴＣの初期値や低下量γ１、上昇量γ２の値は、目標水温ＥＷＴＴの変更に対する水温ＴＨＷの追従性や水温ＴＨＷの変化がノッキングの発生状況に与える影響の度合（感度）などに鑑み、適宜に調整された値が設定されている。

（下限水温更新処理）
図７に、上述の下限水温ＥＷＴＴＬの値を更新するための下限水温更新処理のフローチャートを示す。本処理は、エンジン１０の運転中に電子制御ユニット３１により、規定の制御周期毎に繰り返し実行される。

本処理が開始されると、まずステップＳ４００において、現在のエンジン回転数ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、目標点火時期ＡＯＰ、水温ＴＨＷに基づき、エンジン１０の現在の燃料消費率ＳＦＣの値が算出される。ここでの燃料消費率ＳＦＣの現在値の算出は、電子制御ユニット３１の読込専用メモリに記憶された燃料消費率の演算マップを用いて行われる。同演算マップは、エンジン回転数ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、目標点火時期ＡＯＰ、水温ＴＨＷを引数とし、燃料消費率ＳＦＣを戻り値とするマップであり、実験やシミュレーションなどにより予め求められたエンジン回転数ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、目標点火時期ＡＯＰ、水温ＴＨＷと燃料消費率ＳＦＣとの関係に基づいて作成されている。

続いてステップＳ４０１において、現在の燃料消費率ＳＦＣの値から規定の定数δを減算した値（ＳＦＣ−δ）が目標燃料消費率ＴＳＦＣの値に設定される。そして、ステップＳ４０２において、現在のエンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷ＫＬにおいて点火時期が最適点火時期に設定された場合の燃料消費率が目標燃料消費率ＴＳＦＣとなる水温が下限水温ＥＷＴＴＬに設定された後、今回の本処理が終了される。

ここで更新する下限水温ＥＷＴＴＬの値の演算は、電子制御ユニット３１の読込専用メモリに記憶された燃料消費率の演算マップを用いて行われる。この演算マップは、上記エンジン回転数ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、目標点火時期ＡＯＰ、水温ＴＨＷと燃料消費率との関係に基づいて作成されている。ちなみに、最適点火時期における燃料消費率は、エンジン回転数ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、及び水温ＴＨＷから一義的に定まるため、この演算マップは、エンジン回転数ＮＥ、エンジン負荷ＫＬおよび目標燃料消費率ＴＳＦＣを引数とし、下限水温ＥＷＴＴＬを戻り値とするものとなっている。

すなわち、本処理では、現在のエンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷ＫＬにおいて点火時期が最適点火時期に設定された場合の燃料消費率ＳＦＣが同燃料消費率ＳＦＣの現在の値よりも小さくなるエンジン冷却水の水温を演算している。そして、その演算した水温に、下限水温ＥＷＴＴＬの値を更新している。

（噴射比率変更処理）
続いて、ノッキング抑制のための噴射比率の変更制御について説明する。上述のように、本実施形態の適用されるエンジン１０は、ポートインジェクタ１９および筒内インジェクタ２０の２種のインジェクタを備え、吸気ポート噴射および筒内噴射の噴き分けが可能となっている。こうしたエンジン１０では、筒内噴射の噴射比率を高めることで、噴射した燃料の気化潜熱によりシリンダ壁面温度を低下してノッキングを抑制することができる。そこで、本制御では、下記の噴射比率変更処理により、ノッキングが発生しやすい状況にあるときに筒内噴射の噴射比率を高めることで、ＫＣＳ点火補正処理での点火時期の更なる進角を許容して、燃料消費率の更なる改善を図るようにしている。

なお、噴射比率の変更に対するノッキング発生状況の感度は、水温ＴＨＷの変化に対するものよりも小さいため、噴射比率変更処理による筒内噴射の噴射比率の増加よりも、上述の目標水温低下処理による目標水温ＥＷＴＴの低下を優先して行うようにしている。すなわち、噴射比率変更処理での筒内噴射の噴射比率の増加は、目標水温ＥＷＴＴが下限水温ＥＷＴＴＬに張り付き、それ以上低下できないときに行われるようになっている。

図８に、目標水温ＥＷＴＴが下限水温ＥＷＴＴＬに張り付きの有無を判定するための目標水温下限判定処理のフローチャートを示す。本処理は、エンジン１０の運転中に電子制御ユニット３１により、規定の制御周期毎に繰り返し実行される。

本処理が開始されると、まずステップＳ５００において、目標水温ＥＷＴＴが下限水温ＥＷＴＴＬ以下であるか否かが判定される。ここで、目標水温ＥＷＴＴが下限水温ＥＷＴＴＬ以下であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ５０１に処理が進められ、そのステップＳ５０１において、下限張付フラグＦＬＡＧがセットされた後、今回の本処理が終了される。

一方、目標水温ＥＷＴＴが下限水温ＥＷＴＴＬを超えていれば（Ｓ５００：ＮＯ）、ステップＳ５０２に処理が進められる。ステップＳ５０２に処理が進められると、そのステップＳ５０２において、目標水温ＥＷＴＴが、下限水温ＥＷＴＴＬに規定のヒステリシス値ＨＹＳ２を加算した値（ＥＷＴＴＬ＋ＨＹＳ２）以上であるか否かが判定される。ここで、目標水温ＥＷＴＴが「ＥＷＴＴＬ＋ＨＹＳ２」未満であれば（ＮＯ）、下限張付フラグＦＬＡＧの操作は行われず、そのまま今回の本処理が終了される。一方、目標水温ＥＷＴＴが「ＥＷＴＴＬ＋ＨＹＳ２」以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ５０３において、下限張付フラグＦＬＡＧがクリアされた後、今回の本処理が終了される。なお、下限張付フラグＦＬＡＧが元よりクリアされていた場合には、このときの下限張付フラグＦＬＡＧは、クリアされた状態のまま維持される。

図９に、噴射比率変更処理のフローチャートを示す。本処理は、エンジン１０の運転中に電子制御ユニット３１により、規定の制御周期毎に繰り返し実行される。
本処理が開始されると、まずステップＳ６００において、カウンタＥＫＰＦＩＣの値が「０」となっているか否かが判定される。そして、カウンタＥＫＰＦＩＣの値が「０」となっていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ６０２に処理が進められる。一方、カウンタＥＫＰＦＩＣの値が「０」となっていなければ（ＮＯ）、ステップＳ６０１においてカウンタＥＫＰＦＩＣの値が「１」だけ減算された後、今回の本処理が終了される。なお、カウンタＥＫＰＦＩＣの値には、「０」が下限値として設定されており、このときのカウンタＥＫＰＦＩＣの値が既に「０」となっていた場合、その値は「０」に保持される。

カウンタＥＫＰＦＩＣの値が「０」となっていてステップＳ６０２に処理が進められると、そのステップＳ６０２において、下限張付フラグＦＬＡＧがセットされているか否かが判定される。ここで、下限張付フラグＦＬＡＧがセットされていなければ（ＮＯ）、そのまま今回の本処理が終了される。一方、下限張付フラグＦＬＡＧがセットされていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ６０３に処理が進められる。

ステップＳ６０３に処理が進められると、そのステップＳ６０３において、ノック学習量ＡＧＫＮＫが規定の判定値β２未満であるか否かが判定される。すなわち、ノッキングが発生し易い状態にあるか否かが判定される。

ここで、ノック学習量ＡＧＫＮＫが判定値β２未満であれば（Ｓ６０３：ＹＥＳ）、ステップＳ６０４に処理が進められる。そして、そのステップＳ６０４において、ポート噴射比率ＥＫＰＦＩが規定の減少量ε１分減算され、カウンタＥＫＰＦＩＣの値が初期値にリセットされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。なお、ポート噴射比率ＥＫＰＦＩは、燃料噴射量の全体に占める、ポート噴射の燃料噴射量の比率であり、その下限値は「０」となっている。

一方、ノック学習量ＡＧＫＮＫが判定値β２以上であれば（Ｓ６０３：ＮＯ）、ステップＳ６０５において、ノック学習量ＡＧＫＮＫが、判定値β２に規定のヒステリシス値ＨＹＳ３を加算した値（β２＋ＨＹＳ３）以上であるか否かが判定される。ここで、ノック学習量ＡＧＫＮＫが「β２＋ＨＹＳ３」以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ６０６に処理が進められ、ノック学習量ＡＧＫＮＫが「β１＋ＨＹＳ１」未満であれば（ＮＯ）、そのまま今回の本処理が終了される。

ステップＳ６０６に処理が進められると、そのステップＳ６０６において、ポート噴射比率ＥＫＰＦＩが規定の増加量ε２分増加され、カウンタＥＫＰＦＩＣの値が初期値にリセットされた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。このときのポート噴射比率ＥＫＰＦＩの増加には、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷ＫＬに基づき算出される基本ポート噴射比率ＥＫＰＦＩＢを上限として行われる。基本ポート噴射比率ＥＫＰＦＩＢは、現在のエンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷ＫＬにおいて、ノッキングが発生していない場合のポート噴射比率ＥＫＰＦＩの最適値となっている。

なお、カウンタＥＫＰＦＩＣの初期値や減少量ε１、増加量ε２の値は、ポート噴射比率ＥＫＰＦＩの変化がノッキングの発生状況に与える影響の度合（感度）などに鑑み、適宜に調整された値が設定されている。

ちなみに、本実施形態では、ＫＣＳ点火補正処理、およびＫＣＳ学習処理が電子制御ユニット３１により実行されており、この電子制御ユニット３１が点火制御部に相当する構成となっている。また、目標水温低下処理、および下限水温更新処理も電子制御ユニット３１により実行されており、電子制御ユニット３１は水温制御部にも相当する構成となっている。

（作用）
次に、以上のように構成された本実施形態のエンジン制御装置の作用を説明する。
本実施形態のエンジン制御装置では、ＫＣＳ点火補正処理によって点火時期が、ノックセンサ２３がノッキングの発生を検出するまで徐々に進角される。その結果、点火時期は、ノッキングを抑制可能な点火時期の進角限界であるノック発生点火時期の近傍まで進角される。

一方、ノッキングが発生しやすい状態にあって、ＫＣＳ点火補正処理による点火時期の進角量が小さくなり、ノック学習量ＡＧＫＮＫの値も小さくなると、目標水温低下処理により目標水温ＥＷＴＴが徐々に低下される。目標水温ＥＷＴＴが低下され、それにより水温ＴＨＷが低下されると、シリンダ壁面温度が下がってノッキングが発生し難くなる。その結果、ＫＣＳ点火補正処理による点火時期の進角量が大きくなって、燃料消費率が改善されるようになる。ただし、シリンダ壁面温度が下がると、エンジン１０の冷却損失が増加して、それによる分の燃料消費率の悪化が生じる。そのため、目標水温ＥＷＴＴを下げ過ぎると、点火時期の進角による改善よりも冷却損失の増加による悪化の方が優ってしまい、却って燃料消費率が悪化する虞がある。

そこで、本実施形態では、目標水温低下処理による目標水温ＥＷＴＴの低下に、下限水温ＥＷＴＴＬよる下限を設けるようにしている。そして、その下限水温ＥＷＴＴＬを下限水温更新処理により更新していくことで、ノッキングの抑制に伴う燃料消費率の悪化をより確実に抑えるようにしている。

図１０に、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷ＫＬが一定の状態でエンジン１０が運転されているときの点火時期および水温と、燃料消費率との関係を示す。同図の曲線Ｌ１〜Ｌ３はそれぞれ、水温ＴＨＷが「Ｔ１」、「Ｔ２」、「Ｔ３」のときの点火時期に対する燃料消費率の変化曲線を示している（Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３）。

同図に示すように、同一水温における燃料消費率は、点火時期が最適点火時期にあるときに最小となり、点火時期が最適点火時期から離れるほど大きくなる。一方、同一点火時期における燃料消費率は、水温が低いほど、大きくなる。

上記のようなＫＣＳ点火補正処理によれば、現在の水温におけるノック発生点火時期まで点火時期が進角される。また、ノック発生点火時期は、水温の低下に応じて進角側に変化する。ただし、実際に水温を低下させなければ、そのときのノック発生点火時期が何処まで進角するかを確認する術はない。

一方、水温が一定であれば、燃料消費率は、点火時期が最適点火時期に設定されたときに最小となる。よって、水温をある温度「Ｔｘ」まで低下させたときに、次の場合には、燃料消費率の改善は殆ど期待できないことになる。すなわち、水温を「Ｔｘ」としたときの最適点火時期での燃料消費率が、現在の燃料消費率と同程度、あるいは現在の燃料消費率よりも大きい場合である。

例えば、図１０において現在の水温が「Ｔ１」、現在の点火時期が「Ａ１」となっていたとする。水温が「Ｔ３」のときの最適点火時期（Ａ３）における燃料消費率（Ｓ３）は、現在の燃料消費率（Ｓ１）とあまり変わらない。そのため、水温を「Ｔ３」まで低下させ、点火時期を進角させたところで、燃料消費率の改善は殆ど期待できない。すなわち、水温の低下により燃料消費率の改善が期待できるのは、低下した水温における最適点火時期の燃料消費率が現在の燃料消費率に対して十分に小さい場合となる。

本実施形態では、下限水温更新処理により、現在のエンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷ＫＬにおいて点火時期が最適点火時期に設定された場合の燃料消費率が現在の燃料消費率ＳＦＣよりも定数δ分小さくなる水温が下限水温ＥＷＴＴＬに設定される。上記図１０の例では、水温が「Ｔ２」のときの最適点火時期（Ａ２）における燃料消費率（Ｓ２）が現在の燃料消費率（Ｓ１）よりも「δ」分小さい値となっているため、下限水温ＥＷＴＴＬは「Ｔ２」に設定される。この「Ｔ２」までの範囲であれば、水温の低下により燃料消費率の改善が十分に期待できる。そのため、燃料消費率が却って悪化してしまうまで、水温が低下されてしまうことが抑制される。

ちなみに、目標水温ＥＷＴＴの値が下限水温ＥＷＴＴＬに達してもなお、点火時期の進角量（ノック学習量ＡＧＫＮＫ）が十分増加していないときには、噴射比率変更処理により筒内噴射の噴射比率が増加され、それにより、点火時期の進角が図られるようになる。

以上説明した本実施形態のエンジン制御装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、現在のエンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷ＫＬにおいて点火時期が最適点火時期に設定された場合の燃料消費率が燃料消費率の現在の値よりも規定の定数δ分小さくなるエンジン冷却水の水温を演算してその演算した水温に下限水温ＥＷＴＴＬの値を更新する下限水温更新処理を行うようにしている。そして、ノック学習量ＡＧＫＮＫが規定の判定値β１値未満となるまで、その下限水温ＥＷＴＴＬを下限として、目標水温ＥＷＴＴを徐々に低下させる目標水温低下処理を行うようにしている。そのため、低下に応じた燃料消費率の変化が減少から増加に転じる水温を超えない範囲で目標水温ＥＷＴＴが低下されるようになる。したがって、ノッキングの抑制に伴う燃料消費率の悪化をより確実に抑えることができるようになる。

（２）目標水温ＥＷＴＴが下限水温ＥＷＴＴＬに張り付き、それ以上低下できない状態となってもなお、ノック学習量ＡＧＫＮＫの値が大きくならないときには、ポート噴射比率ＥＫＰＦＩを小さく（全噴射に占める筒内噴射の比率を大きく）している。そのため、水温低下による燃料消費率の改善が限界に達しても、その限界を超える燃料消費率の改善が可能となる。

（３）同時に操作するパラメータが多いほど、制御性は悪化しやすくなる。例えば、点火時期、目標水温ＥＷＴＴおよびポート噴射比率ＥＫＰＦＩの３つのパラメータを同時に操作すると制御性の悪化を招きやすくなる。その点、本実施形態では、下限水温ＥＷＴＴＬに達して目標水温ＥＷＴＴをそれ以上操作できなくなったときに限りポート噴射比率ＥＫＰＦＩを操作している。しかも、ノッキングに対する感度がより高い目標水温ＥＷＴＴを、同感度がより低いポート噴射比率ＥＫＰＦＩに優先して操作している。そのため、制御性の悪化を招きにくい。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、目標水温ＥＷＴＴの値が下限水温ＥＷＴＴＬに達しているときに限り、ポート噴射比率ＥＫＰＦＩを増大させていたが、目標水温ＥＷＴＴの低下と並行してポート噴射比率ＥＫＰＦＩを増大させるようにしてもよい。この場合、図９に示した噴射比率変更処理は、ステップＳ６０２の判定をスキップして実施することになる。また、この場合には、図８に示した目標水温下限判定処理は、割愛することが可能である。

・噴射比率の変更は行わず、点火時期および水温のフィードバック制御のみでノッキングの抑制を図るようにしてもよい。この場合、図９に示した噴射比率変更処理は割愛することになる。また、この場合、図８に示した目標水温下限判定処理も割愛することが可能である。なお、そうした場合には、ポート噴射、筒内噴射のいずれかのみを行うエンジンにも適用可能である。

・上記実施形態では、電動ウォータポンプ２５の冷却水吐出量および電子サーモスタット３０のヒータ通電量のフィードバック制御制御を通じて水温ＴＨＷをコントロールしていたが、他の態様で水温ＴＨＷのコントロールを行うようにしてもよい。例えばラジエタ２９に風を送る電動ファンの送風量の制御により、あるいはそれに加え、電動ウォータポンプ２５の冷却水吐出量および電子サーモスタット３０のヒータ通電量のいずれか一方又は双方の制御により水温ＴＨＷをコントロールするようにしてもよい。

１０…エンジン、１１…シリンダブロック、１２…気筒、１３…ピストン、１４…シリンダヘッド、１５…吸気ポート、１６…排気ポート、１７…吸気バルブ、１８…排気バルブ、１９…ポートインジェクタ、２０…筒内インジェクタ、２１…点火プラグ、２２…ウォータジャケット、２３…ノックセンサ、２４…冷却水回路、２５…電動ウォータポンプ、２６…水温センサ、２７…バイパス水路、２８…ラジエタ水路、２９…ラジエタ、３０…電子サーモスタット、３１…電子制御ユニット（点火制御部、水温制御部）、３２…ＮＥセンサ、３３…エアフロメータ。

Claims (1)

1. ノッキングの有無を検出してノッキングが検出されるまで点火時期を徐々に進角するＫＣＳ点火補正処理と、同ＫＣＳ点火補正処理での点火時期の進角量に近づくようにノック学習量を徐々に更新するＫＣＳ学習処理とを実行する点火制御部と、エンジン冷却水の水温を目標水温に制御する水温制御部と、を備えるエンジン制御装置において、
   前記水温制御部は、前記ノック学習量が規定値未満となるまで、下限水温を下限として目標水温を徐々に低下させる目標水温低下処理を行うとともに、現在のエンジン回転数およびエンジン負荷において点火時期が最適点火時期に設定された場合の燃料消費率が燃料消費率の現在の値よりも小さくなるエンジン冷却水の水温を演算してその演算した水温に前記下限水温の値を更新する下限水温更新処理を前記目標水温低下処理の実行中に周期的に実行する、
   ことを特徴とするエンジン制御装置。