JP2017133395A - エンジンの吸気温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖機完了前には燃費を向上させ、暖機完了後にはノッキングを回避すること。
【解決手段】電子制御装置（ＥＣＵ）５０は、エンジン１の運転状態に応じて流路変更弁６４を制御することにより、外気入口４ａからの外気、高温空気通路６３からの高温空気又は外気と高温空気との混合空気を選択的に吸気通路４の下流側へ流してエンジン１に導入される吸気の温度を制御する。ＥＣＵ５０は、吸気温センサ４７、回転速度センサ４４及び吸気圧センサ４８の検出結果に基づいてＭＢＴ点火時期とノック限界点火時期とを算出し、ノック限界点火時期がＭＢＴ点火時期より進角となる場合は、エンジン１へ高温空気又は混合空気を吸気として導入し、ノック限界点火時期がＭＢＴ点火時期と同じかＭＢＴ点火時期より遅角となる場合は、エンジン１へ外気を吸気として導入するように流路変更弁６４を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、吸気通路を介してエンジンに導入される吸気の温度を制御する吸気温度制御装置に係り、加熱されない非加熱空気、加熱された加熱空気又は非加熱空気と加熱空気との混合空気を吸気としてエンジンへ選択的に流すように構成したエンジンの吸気温度制御装置に関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される技術が知られている。この技術は、エンジンの吸気通路の途中が、吸気加熱通路及び吸気冷却通路からなる２つの通路に分かれて形成される。また、これら２つの通路より上流の吸気通路には、２つの通路を通過する吸気の通過割合を設定する吸気通路弁が設けられる。吸気加熱通路には、吸気を加熱する吸気加熱手段が設けられる。吸気冷却通路には、吸気を冷却する吸気冷却手段が設けられる。そして、電子制御装置（ＥＣＵ）が吸気通路弁を制御し、吸気加熱通路と吸気冷却通路とを通過したのち混合される吸気の温度を調節するようになっている。また、エンジンには、そのノッキングを検出するノックセンサが設けられる。ＥＣＵは、ノックセンサの出力に応じてノッキングを回避する方向に吸気通路弁をフィードバック制御するようになっている。エンジンの暖機完了後に高温空気をエンジンに入れ続けると、ノッキングが発生してしまうからである。

特開平７-２８６５６２号公報

ところが、特許文献１に記載の技術では、ノックセンサの出力に応じてノッキングを回避する方向に吸気通路弁を制御するものの、その制御がフィードバック制御であることから、吸気通路弁の制御に遅れが生じるおそれがある。また、ノックセンサの製品バラツキなどにより、ノッキング検出に誤差が生じることもある。そのため、ノッキングを回避できずにエンジンにダメージを与えたり、ノッキングを回避するために点火時期を必要以上に遅角させざるを得ずに、エンジンの燃費を悪化させたりするおそれがある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンの暖機完了前には、加熱空気又は混合空気を吸気としてエンジンに導入することでエンジンの燃費とエミッションを向上させ、エンジンの暖機完了後には、加熱空気又は混合空気を予測的に遮断し、非加熱空気を吸気としてエンジンに導入することでエンジンのノッキングを回避することを可能としたエンジンの吸気温度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に、請求項１に記載の発明は、エンジンに吸気を導入するための吸気通路と、吸気通路に加熱されない非加熱空気を導入するための非加熱空気通路と、吸気通路に加熱された加熱空気を導入するための加熱空気通路と、非加熱空気通路からの非加熱空気、加熱空気通路からの加熱空気又は非加熱空気と加熱空気との混合空気を選択的に吸気通路の下流側へ流すために流路を変更する流路変更手段と、エンジンの運転状態に応じて流路変更手段を制御するための制御手段とを備え、非加熱空気、加熱空気又は非加熱空気と加熱空気との混合空気を選択的に吸気通路の下流側へ流してエンジンに導入される吸気の温度を制御するエンジンの吸気温度制御装置であって、エンジンに燃料を供給するための燃料供給手段と、エンジンに供給される燃料とエンジンに導入される吸気とからなる可燃混合気に点火するための点火手段と、流路変更手段より下流の吸気通路を流れる吸気の性状を検出するための吸気性状検出手段と、エンジンの回転速度を検出するための回転速度検出手段と、エンジンの負荷を検出するための負荷検出手段とを備え、制御手段は、吸気性状検出手段、回転速度検出手段及び負荷検出手段の検出結果に基づいてエンジンのトルクが最大となるＭＢＴ点火時期とエンジンにノッキングが発生する直前のノック限界点火時期とを算出し、ノック限界点火時期がＭＢＴ点火時期より進角となる場合は、エンジンへ加熱空気又は混合空気を吸気として導入し、ノック限界点火時期がＭＢＴ点火時期と同じかＭＢＴ点火時期より遅角となる場合は、エンジンへ非加熱空気を吸気として導入するように流路変更手段を制御することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、吸気の性状、エンジンの回転速度及びエンジンの負荷に基づいてＭＢＴ点火時期とノック限界点火時期とが算出される。そして、ノック限界点火時期がＭＢＴ点火時期より進角となる場合は、加熱空気又は混合空気が吸気としてエンジンに導入されるように流路変更手段が制御される。従って、エンジンのトルクが最大となるＭＢＴ点火時期の領域では、エンジンに加熱空気又は混合空気が導入されるので、可燃混合気の霧化が促進される。一方、ノック限界点火時期がＭＢＴ点火時期と同じかＭＢＴ点火時期より遅角となる場合は、加熱空気又は混合空気が遮断され、非加熱空気が吸気としてエンジンに導入されるように流路変更手段が制御される。従って、エンジンが暖機状態に近付き、ノック限界点火時期がＭＢＴ点火時期と同じかＭＢＴ点火時期より遅角となる場合は、ノッキングの発生を予測して、非加熱空気が加熱空気又は混合空気に代わって吸気としてエンジンに導入されることになる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、流路変更手段は、電動弁よりなる流路変更弁であり、弁体と、弁体を駆動するためのモータとを含み、弁体は、非加熱空気のみを吸気通路に導入する第１の位置と、加熱空気のみを吸気通路に導入する第２の位置との間で切り替え配置可能に設けられると共に、第１の位置と第２の位置との間の任意の中間位置に保持可能に設けられ、吸気性状検出手段は、吸気の性状としての吸気温度を検出するための吸気温センサを含み、制御手段は、ノック限界点火時期がＭＢＴ点火時期より進角となる場合は、吸気温センサにより検出される吸気温度が所定の目標吸気温度となるように流路変更弁を制御することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、ノック限界点火時期がＭＢＴ点火時期より進角となる場合は、流路変更弁が制御され、エンジンに導入される吸気温度が所定の目標吸気温度に制御される。従って、吸気温度をエンジンの運転に最適な温度に調整することが可能となる。

請求項１に記載の発明によれば、エンジンの暖機完了前には、加熱空気又は混合空気を吸気としてエンジンに導入することでエンジンの燃費とエミッションを向上させることができ、エンジンの暖機完了後には、加熱空気又は混合空気を予測的に遮断し、非加熱空気を吸気としてエンジンに導入することでエンジンのノッキングを回避することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に対し、エンジンの暖機完了前には、最適な温度の混合空気を吸気としてエンジンに導入することでエンジンの燃費とエミッションをより一層向上させることができる。

第１実施形態に係り、ガソリンエンジンシステムを示す概略構成図。 第１実施形態に係り、吸気温度に対するエンジンの燃費の関係を示すグラフ。 第１実施形態に係り、吸気温度制御の内容を示すフローチャート。 第１実施形態に係り、エンジン負荷と点火時期との関係における各種点火時期マップの関係を示すグラフ。 第１実施形態に係り、（ａ）自動車の車速、（ｂ）吸気温度、（ｃ）ノック限界点火時期とＭＢＴ点火時期、（ｄ）流路変更弁の外気位置（ＯＦＦ）と高温空気位置（ＯＮ）の切り替えの挙動を示すタイムチャート。 第２実施形態に係り、吸気温度制御の内容を示すフローチャート。 第２実施形態に係り、温度補正係数による点火時期補正のイメージを示すグラフ。 第２実施形態に係り、流路変更弁の開度と吸気温度との関係を示すグラフ。

＜第１実施形態＞
以下、本発明におけるエンジンの吸気温度制御装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態のガソリンエンジンシステムを概略構成図により示す。この実施形態で、自動車に搭載されるエンジン１は、４サイクルのレシプロエンジンであり、４つの気筒２と、クランクシャフト３とを含む。エンジン１には、エンジン１へ吸気を導入するための吸気通路４と、エンジン１から排気を導出するための排気通路５とが設けられる。吸気通路４には、上流側からエアクリーナ６、電子スロットル装置７及び吸気マニホルド８が設けられる。電子スロットル装置７は、モータ３１により開閉駆動されるバタフライ式のスロットル弁９と、スロットル弁９の開度（スロットル開度）ＴＡを検出するためのスロットルセンサ４１とを含む。吸気マニホルド８は、サージタンク８ａと、サージタンク８ａからエンジン１の各気筒２へ分岐する４つの分岐通路８ｂとを含む。排気通路５には、同通路５を流れる排気を浄化するための触媒コンバータ１０が設けられる。

エンジン１は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを含む。シリンダブロック１１は各気筒２を含み、各気筒２にはピストン１３が設けられる。各ピストン１３は、コンロッド１４を介してクランクシャフト３に連結される。各気筒２は、燃焼室１５を含む。燃焼室１５は、各気筒２にて、ピストン１３とシリンダヘッド１２との間に形成される。シリンダヘッド１２には、各気筒２の燃焼室１５に連通する吸気ポート１６と排気ポート１７が形成される。各吸気ポート１６は、それぞれ吸気通路４（吸気マニホルド８）に通じる。各排気ポート１７は、それぞれ排気通路５（排気マニホルド）に通じる。各吸気ポート１６には、吸気弁１８が、各排気ポート１７には、排気弁１９がそれぞれ設けられる。各吸気弁１８及び各排気弁１９は、クランクシャフト３の回転に連動して、つまりは、各ピストン１３の上下動に連動して、ひいてはエンジン１の一連の作動行程（吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程）に連動して、カムシャフト２０，２１を含む動弁機構により開閉駆動される。吸気弁１８は、吸気側のカムシャフト２０により開閉駆動され、排気弁１９は、排気側のカムシャフト２１により開閉駆動される。

シリンダヘッド１２には、各気筒２のそれぞれに対応して、各吸気ポート１６へ燃料を噴射するためのインジェクタ３２が設けられる。各インジェクタ３２は、燃料供給装置（図示略）から供給される燃料を噴射するように構成され、本発明の燃料供給手段の一例に相当する。各燃焼室１５では、インジェクタ３２から噴射される燃料と吸気マニホルド８から吸入される空気（吸気）とにより可燃混合気が形成される。

シリンダヘッド１２には、各気筒２のそれぞれに対応して点火プラグ３６が設けられる。各点火プラグ３６は、イグニションコイル３７から出力される点火信号を受けてスパーク動作する。両部品３６，３７は、各燃焼室１５にて可燃混合気に点火する点火装置を構成する。点火装置は、本発明の点火手段の一例に相当する。各燃焼室１５の中の可燃混合気は、圧縮行程で各点火プラグ３６のスパーク動作により爆発・燃焼し、爆発行程が経過する。燃焼後の排気は、排気行程で各燃焼室１５から排気ポート１７、排気通路５及び触媒コンバータ１０を経て外部へ排出される。このように各燃焼室１５における可燃混合気の燃焼等に伴い、各ピストン１３が上下運動し、一連の作動行程が進行してクランクシャフト３が回転することで、エンジン１に動力が得られる。

この実施形態では、エンジン１の付属装置として、エンジン１の各燃焼室１５に導入される吸気を外気、高温空気又は外気と高温空気との混合空気に選択的に切り替えるための吸気温度制御装置６１が設けられる。ここで、外気は、本発明の加熱されない非加熱空気の一例に相当する。また、高温空気は、本発明の加熱された加熱空気の一例に相当する。この実施形態では、シリンダヘッド１２の近傍にて排気通路５（排気マニホルド）の周囲で加熱された加熱空気を高温空気とする。そして、この装置６１は、その高温空気を回収するための漏斗形状をなすシュラウド６２と、そのシュラウド６２により回収された高温空気をエアクリーナ６より上流の吸気通路４へ導入するための高温空気通路６３と、エアクリーナ６の上流側にて吸気通路４に設けられた流路変更弁６４とを備える。流路変更弁６４は、本発明の流路変更手段の一例に相当する。吸気通路４の先端には、外気を取り入れるための外気入口４ａが設けられる。流路変更弁６４には、高温空気通路６３の先端が接続される。ここで、高温空気通路６３は、本発明の加熱空気通路の一例に相当し、流路変更弁６４より上流の吸気通路４は、本発明の非加熱空気通路の一例に相当する。吸気通路４の最先端は外気入口４ａとなっている。この実施形態では、シリンダヘッド１２の近傍における排気通路５（排気マニホルド）を加熱手段とし、その排気通路５で加熱された高温空気が高温空気通路６３へ流れるようになっている。流路変更弁６４は、電動弁であり、弁体６５と、弁体６５を駆動するモータ６６とを備える。弁体６５は、図１に実線で示す外気位置と、図１に２点鎖線で示す高温空気位置との間で切り替え配置可能に設けられると共に、外気位置と高温空気位置との間の任意な中間位置に保持可能に設けられる。弁体６５が外気位置に配置されることで、高温空気通路６３からの高温空気が遮断され、外気入口４ａからの外気がエアクリーナ６に導入される（外気導入時）。一方、弁体６５が高温空気位置に配置されることで、外気入口４ａからの外気が遮断され、高温空気通路６３からの高温空気がエアクリーナ６に導入される（高温空気導入時）。また、弁体６５が中間位置に配置されることで、外気入口４ａからの外気と高温空気通路６３からの高温空気とが所定の割合で混合された混合空気となってエアクリーナ６に導入される（混合空気導入時）。ここで、外気位置は、本発明の第１の位置の一例に相当し、高温空気位置は、本発明の第２の位置の一例に相当する。

この吸気温度制御装置６１によれば、高温空気導入時には、吸気マニホルド８を含む吸気通路４の暖機を促進し、エンジン１の燃費とエミッションを向上させることができ、吸気通路４における凝縮水の発生を抑えることができる。一方、外気導入時には、各燃焼室１５に導入される吸気の温度を低くすることができ、充填効率を向上させることができる。また、吸気の温度を低くすることで、圧縮端温度を下げることができ、エンジン１のノッキング抑制を図ることができる。また、混合空気導入時には、吸気温度をエンジン１の運転状態に応じた最適な温度に制御することができる。

図１に示すように、エンジン１に設けられる各種センサ４１〜４９は、エンジン１の運転状態を検出するための運転状態検出手段を構成する。運転席に設けられたアクセルペダル２７には、アクセルセンサ４２が設けられる。アクセルセンサ４２は、アクセルペダル２７の操作量である踏み込み角度をアクセル開度ＡＣＣとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられた水温センサ４３は、シリンダブロック１１に形成された水ジャケット１１ａ等を流れる冷却水の温度（冷却水温度）ＴＨＷを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられた回転速度センサ４４は、クランクシャフト３の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。このセンサ４４は、クランクシャフト３の一端に固定されたタイミングロータ２８の回転を所定の角度ごとに検出するように構成される。回転速度センサ４４は、本発明の回転速度検出手段の一例に相当する。電子スロットル装置７より上流の吸気通路４に設けられたエアフローメータ４５は、吸気通路４を流れる吸気量Ｇａを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。排気通路５に設けられた酸素センサ４６は、排気通路５へ排出される排気中の酸素濃度（出力電圧）Ｏｘを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エアクリーナ６に設けられた吸気温センサ４７は、流路変更弁６４より下流の吸気通路４における吸気温度ＴＨＡを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。吸気温センサ４７は、本発明の吸気性状検出手段の一例に相当する。サージタンク８ａに設けられた吸気圧センサ４８は、電子スロットル装置７より下流の吸気通路４における吸気圧力ＰＭを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。回転速度センサ４４とエアフローメータ４５は、本発明の負荷検出手段の一例に相当する。シリンダブロック１１に設けられたノックセンサ４９は、エンジン１のノッキングに係る振動を検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。

このエンジンシステムは、エンジン１の運転を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）５０を備える。ＥＣＵ５０には、各種センサ４１〜４９がそれぞれ接続される。また、ＥＣＵ５０には、電子スロットル装置７のモータ３１、各インジェクタ３２、各イグニションコイル３７及び流路変更弁６４のモータ６６がそれぞれ接続される。ＥＣＵ５０は、本発明の制御手段の一例に相当する。

この実施形態で、ＥＣＵ５０は、各種センサ４１〜４９からの出力信号に基づき燃料噴射制御、点火時期制御、ノック制御及び吸気温度制御等を実行するために、モータ３１、各インジェクタ３２、各イグニションコイル３７及びモータ６６をそれぞれ制御するようになっている。

周知のようにＥＣＵ５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、各種メモリ、外部入力回路及び外部出力回路等を備える。メモリには、エンジン１の各種制御に関する所定の制御プログラムが格納される。ＣＰＵは、入力回路を介して入力される各種センサ４１〜４９の検出信号に基づき、所定の制御プログラムに基づいて各種制御を実行する。

ここで、燃料噴射制御とは、エンジン１の運転状態に応じて各インジェクタ３２による燃料噴射量及びその噴射タイミングを制御することである。点火時期制御とは、エンジン１の運転状態に応じて各イグニションコイル３７を制御することにより、各点火プラグ３６による点火時期を制御することである。ノック制御とは、エンジン１のノッキングを回避するために、ノックセンサ４９の検出値に基づいて各イグニションコイル３７を制御することにより、各点火プラグ３６による点火時期を制御することである。

また、吸気温度制御とは、エンジン１の運転状態に応じて、外気入口４ａからの外気、高温空気通路６３からの高温空気又は外気と高温空気との混合空気を選択的に吸気通路４の下流側へ流してエンジン１の各燃焼室１５に導入するために、流路変更弁６４を制御することである。これによりエンジン１の運転状態に応じて各燃焼室１５に導入される吸気温度を制御するようになっている。図２に、吸気温度に対するエンジン１の燃費の関係をグラフにより示す。図２に示すように、エンジン１の燃費は、吸気温度が低温から中間的な所定温度ＴＨ１へ上昇するに連れて曲線的に減少し、所定温度ＴＨ１から高温へ向けて上昇するに連れて曲線的に増大する。ここで、所定温度ＴＨ１より低い吸気温度の範囲では、燃料を霧化させることで可燃混合気の燃焼改善を図ることができ、所定温度ＴＨ１より高い吸気温度の範囲では、エンジン１でノッキングが発生し易くなる。

次に、この実施形態における吸気温度制御について詳しく説明する。図３に、その吸気温度制御の内容をフローチャートにより示す。図４に、エンジン負荷ＫＬと点火時期との関係における各種点火時期マップＭＭＣ，ＭＭＨ，ＭＫＣ，ＭＫＨの関係をグラフにより示す。ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動と同時に図３のルーチンの処理を開始する。

処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ１００で、ＥＣＵ５０は、水温センサ４３、回転速度センサ４４、エアフローメータ４５及び吸気温センサ４７の検出結果から、冷却水温度ＴＨＷ、エンジン回転速度ＮＥ、吸気温度ＴＨＡ及びエンジン負荷ＫＬをそれぞれ取り込む。ＥＣＵ５０は、エンジン負荷ＫＬを、エンジン回転速度ＮＥと吸気量Ｇａの関係から求めることができる。

次に、ステップ１１０で、ＥＣＵ５０は、エンジン１のトルクが最大となるＭＢＴ（Minimum Spark Advance for Best Torque）点火時期ＴＩＭＢＴを算出する。ＥＣＵ５０は、取り込まれたエンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬから、所定のＭＢＴ点火時期マップを参照することにより、このＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴを算出することができる。ここで、ＥＣＵ５０は、所定のＭＢＴ点火時期マップとして、外気導入時のための外気用マップＭＭＣ（図４参照）と、高温空気導入時のための高温空気用マップＭＭＨ（図４参照）を備える。従って、ＥＣＵ５０は、外気導入時と高温空気導入時で、それらのマップＭＭＣ，ＭＭＨを使い分けてＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴを算出するようになっている。ＥＣＵ５０は、取り込まれた吸気温度ＴＨＡを参照することで、２つのマップＭＭＣ，ＭＭＨのうち使うべきマップを決定することができる。

次に、ステップ１２０で、ＥＣＵ５０は、エンジン１にノッキングが発生する直前のノック限界点火時期ＴＩＫＭＸを算出する。ＥＣＵ５０は、取り込まれたエンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬから、所定のノック限界点火時期マップを参照することにより、このノック限界点火時期ＴＩＫＭＸを算出することができる。ここで、ＥＣＵ５０は、所定のノック限界点火時期マップとして、外気導入時のための外気用マップＭＫＣ（図４参照）と、高温空気導入時のための高温空気用マップＭＫＨ（図４参照）を備える。従って、ＥＣＵ５０は、外気導入時と高温空気導入時で、それらのマップＭＫＣ，ＭＫＨを使い分けてノック限界点火時期ＴＩＫＭＸを算出するようになっている。ＥＣＵ５０は、取り込まれた吸気温度ＴＨＡを参照することで、２つのマップＭＫＣ，ＭＫＨのうち使うべきマップを決定することができる。

次に、ステップ１３０で、ＥＣＵ５０は、吸気温度制御の前提条件が成立したか否かを判断する。ここで、ＥＣＵ５０は、例えば「冷却水温度ＴＨＷが所定値以上であること（エンジン１の暖機が完了していること）」、「外気導入が所定時間以上継続していること」及び「ノッキングが発生していないこと」などを前提条件としてその成立を判断することができる。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１４０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１６０へ移行する。

ステップ１４０では、ＥＣＵ５０は、それぞれ算出されたノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴより進角となるか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１５０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１６０へ移行する。

そして、ステップ１５０では、ＥＣＵ５０は、流路変更弁６４の弁体６５を高温空気位置に切り替えてから処理をステップ１００へ戻す。これにより、エンジン１の各燃焼室１５には、高温空気が吸気として導入される。

一方、ステップ１３０又はステップ１４０から移行してステップ１６０では、ＥＣＵ５０は、流路変更弁６４の弁体６５を外気位置に切り替えてから処理をステップ１００へ戻る。これにより、エンジン１の各燃焼室１５には、比較的温度の低い外気が吸気として導入される。

上記制御によれば、ＥＣＵ５０は、吸気温センサ４７、回転速度センサ４４及び吸気圧センサ４８の検出結果に基づいてＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴとノック限界点火時期ＴＩＫＭＸとを算出する。そして、ＥＣＵ５０は、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴより進角となる場合は、エンジン１へ高温空気を吸気として導入し、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴと同じかＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴより遅角となる場合は、エンジン１へ外気を吸気として導入するように流路変更弁６４を制御するようになっている。

図５に、（ａ）自動車の車速ＳＰＤ、（ｂ）吸気温度ＴＨＡ、（ｃ）ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸとＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴ、（ｄ）流路変更弁６４の外気位置（ＯＦＦ）と高温空気位置（ＯＮ）の切り替えの挙動をタイムチャートにより示す。図５において、例えば、時刻ｔ１で、車速ＳＰＤが増加し始め、即ちエンジン１が加速し、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴより進角となると、流路変更弁６４が高温空気位置（ＯＮ）に切り替えられる。その後、時刻ｔ２で、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴと同じになると、流路変更弁６４が外気位置（ＯＦＦ）に切り替えられる。その結果、時刻ｔ３では、一旦上昇し始めた吸気温度ＴＨＡが低下し始める。その後、吸気温度ＴＨＡがある程度低下した時刻ｔ４で、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴより進角となると、流路変更弁６４が外気位置（ＯＦＦ）から高温空気位置（ＯＮ）に切り替えられる。その結果、吸気温度ＴＨＡが上昇し始める。その後、車速ＳＰＤの変化と共にノック限界点火時期ＴＩＫＭＸとＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴはそれぞれ変動するが、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴより進角となる状態が続き、流路変更弁６４は高温空気位置（ＯＮ）に保持される。そして、時刻ｔ５で、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴと同じになると、流路変更弁６４が高温空気位置（ＯＮ）から外気位置（ＯＦＦ）に切り替えられる。すると、時刻ｔ６で、吸気温度ＴＨＡが低下し始める。その後、時刻ｔ７で、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴより進角となると、流路変更弁６４が外気位置（ＯＦＦ）から高温空気位置（ＯＮ）に切り替えられる。その結果、吸気温度ＴＨＡが再び上昇し始める。そして、時刻ｔ８で、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴと同じになると、再び流路変更弁６４が高温空気位置（ＯＮ）から外気位置（ＯＦＦ）に切り替えられる。その結果、その後に吸気温度ＴＨＡが低下し始める。このようにノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴより進角となる状態から、吸気温度ＴＨＡが比較的高くなる場合は、吸気が外気に切り替えられて吸気温度ＴＨＡが低下するので、エンジン１の暖機完了後に高温空気が吸気として各燃焼室１５に導入され続けることがなく、ノッキングの発生を未然に防止することができる。

以上説明したようにこの実施形態におけるエンジンの吸気温度制御装置によれば、吸気温度ＴＨＡ、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬに基づいてＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴとノック限界点火時期ＴＩＫＭＸとが算出される。そして、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴより進角となる場合は、高温空気又は混合空気が吸気としてエンジン１の各燃焼室１５に導入されるように流路変更弁６４が制御される。従って、エンジン１のトルクが最大となるＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴの領域では、エンジン１に高温空気又は混合空気が導入されるので、可燃混合気の霧化が促進される。この結果、エンジン１の燃費とエミッションを向上させることができる。一方、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴと同じかＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴより遅角となる場合は、高温空気又は混合空気が遮断され、外気が吸気としてエンジン１の各燃焼室１５に導入されるように流路変更弁６４が制御される。すなわち、ノッキングの発生を予測して、フィードフォワード制御によって流路変更弁６４が外気位置に切り替えられる。従って、エンジン１が暖機状態に近付き、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴと同じかＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴより遅角となる場合は、ノッキングの発生を予測して、高温空気又は混合空気に代わって外気が吸気としてエンジン１の各燃焼室１５に導入されることになる。このため、エンジン１の暖機完了後にノッキングの発生を回避することができる。すなわち、この実施形態では、エンジン１の暖機完了前には、高温空気又は混合空気を吸気としてエンジン１に導入することでエンジン１の燃費とエミッションを向上させることができ、エンジン１の暖機完了後には、高温空気又は混合空気を予測的に遮断し、外気を吸気としてエンジン１に導入することでエンジン１のノッキングを回避することができる。

この実施形態では、エンジン１への高温空気導入時又は混合空気導入時に、ノックセンサ４９でノッキングを検出するよりも前に、ノッキングの発生を予測して、エンジン１の運転状態に基づき流路変更弁６４を外気位置へ切り替えることで、外気導入へ切り替えるようにしている。このため、ノックセンサ４９に検出誤差が有る無しにかかわらず、ノックセンサ４９に頼ることなく、エンジン１のノッキングを回避することができる。

＜第２実施形態＞
次に、この発明におけるエンジンの吸気温度制御装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において、前記第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

この実施形態では、吸気温度制御の内容の点で第１実施形態と構成が異なる。図６に、その吸気温度制御の内容をフローチャートにより示す。図６のフローチャートでは、ステップ１１５及び１２５の内容の点で図３のフローチャートのステップ１１０及び１２０と異なる。また、図６のフローチャートでは、ステップ１００とステップ１１５との間にステップ２００が、ステップ１４０の後にステップ１５０の代わりステップ２１０〜２３０が設けられる点で図３のフローチャートと異なる。

処理が図６のルーチンへ移行すると、ＥＣＵ５０は、ステップ１００の処理を実行した後、ステップ２００で、点火時期の温度補正係数ＣＴＩＭ，ＣＴＩＫを算出する。ここで、温度補正係数ＣＴＩＭは、後述するＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴを補正するための係数であり、温度補正係数ＣＴＩＫは、後述するノック限界点火時期ＴＩＫＭＸを補正するための係数である。ＥＣＵ５０は、例えば、所定の別々のマップを参照することによりこれら温度補正係数ＣＴＩＭ，ＣＴＩＫを求めることができる。図７に、これら温度補正係数ＣＴＩＭ，ＣＴＩＫによる点火時期補正のイメージをグラフにより示す。これら温度補正係数ＣＴＩＭ，ＣＴＩＫにより点火時期を補正することで、図７に示すように、吸気温度ＴＨＡが所定の基準値から増大するに連れて点火時期を遅角させることができる。

次に、ステップ１１５では、ＥＣＵ５０は、ＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴを算出する。ＥＣＵ５０は、取り込まれたエンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬから、所定のＭＢＴ点火時期マップ（図４参照）を参照することにより、基本点火時期を算出し、その基本点火時期に温度補正係数ＣＴＩＭを乗算することでＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴを算出することができる。

次に、ステップ１２５では、ＥＣＵ５０は、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸを算出する。ＥＣＵ５０は、取り込まれたエンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ＫＬから、所定のノック限界点火時期マップ（図４参照）を参照することにより、基本点火時期を算出し、その基本点火時期に温度補正係数ＣＴＩＫを乗算することでノック限界点火時期ＴＩＫＭＸを算出することができる。

その後、ＥＣＵ５０は、ステップ１３０及びステップ１４０の処理を実行し、ステップ１４０の判断結果が肯定となる場合に処理をステップ２１０へ移行する。ステップ２１０では、ＥＣＵ５０は、吸気温度ＴＨＡが目標吸気温度ＴＴＨＡより高いか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ２２０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ２３０へ移行する。

そして、ステップ２２０では、ＥＣＵ５０は、流路変更弁６４を外気位置（０％）の方向へ閉弁させる。図８に、流路変更弁６４の開度と吸気温度ＴＨＡとの関係をグラフにより示す。図８において、流路変更弁６４の開度が「０％」とは、弁体６５が外気位置に配置された状態を意味し、同開度が「１００％」とは、弁体６５が高温空気位置に配置された状態を意味する。従って、吸気温度ＴＨＡが目標吸気温度ＴＴＨＡより高い場合は、吸気温度ＴＨＡを目標吸気温度ＴＴＨＡへ近付けるために、流路変更弁６４を現在の開度より小さい開度（外気位置へ近付ける方向）へ閉弁させる。その後、ＥＣＵ５０は、処理をステップ１００へ戻す。

一方、ステップ２３０では、ＥＣＵ５０は、流路変更弁６４を高温空気位置（１００％）の方向へ開弁させる。従って、吸気温度ＴＨＡが目標吸気温度ＴＴＨＡより低い場合は、吸気温度ＴＨＡを目標吸気温度ＴＴＨＡへ近付けるために、流路変更弁６４を現在の開度より大きい開度（高温空気位置へ近付ける方向）へ開弁させる。その後、ＥＣＵ５０は、処理をステップ１００へ戻す。

上記制御によれば、ＥＣＵ５０は、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴより進角となる場合は、吸気温センサ４７により検出される吸気温度ＴＨＡが所定の目標吸気温度ＴＴＨＡとなるように流路変更弁６４を制御するようになっている。

以上説明したこの実施形態におけるエンジンの吸気温度制御装置によれば、第１実施形態の作用効果に加え、次のような作用効果を得ることができる。すなわち、ノック限界点火時期ＴＩＫＭＸがＭＢＴ点火時期ＴＩＭＢＴより進角となる場合は、流路変更弁６４が制御され、エンジン１に導入される吸気温度ＴＨＡが所定の目標吸気温度ＴＴＨＡに制御される。従って、吸気温度ＴＨＡをエンジン１の運転に最適な温度に調整することが可能となる。このため、エンジン１の暖機完了前には、最適な温度の混合空気を吸気としてエンジン１に導入することでエンジン１の燃費とエミッションを第１実施形態のそれよりも一層向上させることができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することができる。

前記各実施形態では、吸気の性状としての吸気温度を検出するための吸気温センサ４７を設けたが、吸気の性状として吸気湿度を検出するための吸気湿度センサを設けることもできる。

この発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに導入される吸気の温度を制御するために利用することができる。

１ エンジン
４ 吸気通路
８ 吸気マニホルド
３２ インジェクタ（燃料供給手段）
３６ 点火プラグ（点火手段）
３７ イグニションコイル（点火手段）
４４ 回転速度センサ（回転速度検出手段、負荷検出手段）
４５ エアフローメータ（負荷検出手段）
４７ 吸気温センサ（吸気性状検出手段）
５０ ＥＣＵ（制御手段）
６３ 高温空気通路（加熱空気通路）
６４ 流路変更弁（流路変更手段）
６５ 弁体
６６ モータ

Claims (2)

1. エンジンに吸気を導入するための吸気通路と、
   前記吸気通路に加熱されない非加熱空気を導入するための非加熱空気通路と、
   前記吸気通路に加熱された加熱空気を導入するための加熱空気通路と、
   前記非加熱空気通路からの前記非加熱空気、前記加熱空気通路からの前記加熱空気又は前記非加熱空気と前記加熱空気との混合空気を選択的に前記吸気通路の下流側へ流すために流路を変更する流路変更手段と、
   前記エンジンの運転状態に応じて前記流路変更手段を制御するための制御手段と
   を備え、前記非加熱空気、前記加熱空気又は前記非加熱空気と前記加熱空気との混合空気を選択的に前記吸気通路の下流側へ流して前記エンジンに導入される吸気の温度を制御するエンジンの吸気温度制御装置であって、
   前記エンジンに燃料を供給するための燃料供給手段と、
   前記エンジンに供給される燃料と前記エンジンに導入される前記吸気とからなる可燃混合気に点火するための点火手段と、
   前記流路変更手段より下流の前記吸気通路を流れる前記吸気の性状を検出するための吸気性状検出手段と、
   前記エンジンの回転速度を検出するための回転速度検出手段と、
   前記エンジンの負荷を検出するための負荷検出手段と
   を備え、前記制御手段は、前記吸気性状検出手段、前記回転速度検出手段及び前記負荷検出手段の検出結果に基づいて前記エンジンのトルクが最大となるＭＢＴ点火時期と前記エンジンにノッキングが発生する直前のノック限界点火時期とを算出し、前記ノック限界点火時期が前記ＭＢＴ点火時期より進角となる場合は、前記エンジンへ前記加熱空気又は前記混合空気を吸気として導入し、前記ノック限界点火時期が前記ＭＢＴ点火時期と同じか前記ＭＢＴ点火時期より遅角となる場合は、前記エンジンへ前記非加熱空気を吸気として導入するように前記流路変更手段を制御することを特徴とするエンジンの吸気温度制御装置。
2. 前記流路変更手段は、電動弁よりなる流路変更弁であり、弁体と、弁体を駆動するためのモータとを含み、前記弁体は、前記非加熱空気のみを前記吸気通路に導入する第１の位置と、前記加熱空気のみを前記吸気通路に導入する第２の位置との間で切り替え配置可能に設けられると共に、前記第１の位置と前記第２の位置との間の任意の中間位置に保持可能に設けられ、
   前記吸気性状検出手段は、前記吸気の性状としての吸気温度を検出するための吸気温センサを含み、
   前記制御手段は、前記ノック限界点火時期が前記ＭＢＴ点火時期より進角となる場合は、前記吸気温センサにより検出される吸気温度が所定の目標吸気温度となるように前記流路変更弁を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気温度制御装置。

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