JP2018080626A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低速プレイグニッションの発生をより確実に防止する。
【解決手段】燃焼室２へ通じる吸気通路１３と、燃焼室２から引き出される排気通路１４と、燃焼室２又は吸気通路１３に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室２に設けられる点火手段と、エンジン１の稼働状況に基づいて低速プレイグニッションの発生の情報を取得する低速プレイグニッション情報取得手段５１と、燃焼室２内の燃焼ガスを前記排気通路側へ掃気する掃気手段Ｓと、低速プレイグニッションの発生の情報に基づいて掃気手段Ｓに掃気の開始及び終了を指令する掃気制御手段５２と、掃気手段Ｓによる掃気中に低速プレイグニッションの発生を抑制する回避制御を行う低速プレイグニッション回避制御手段５３とを備えるエンジンの制御装置とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、低速プレイグニッションの発生を防止するエンジンの制御装置に関する。

エンジンの燃焼室内において、燃料がスパークプラグによる点火時期よりも早く燃焼を開始してしまう現象、いわゆるプレイグニッションと呼ばれる自着火現象を生じることがある。プレイグニッションの発生原因は、燃焼により高温になった点火プラグや排気バルブが熱源となり、それが自着火源になっているといわれている。プレイグニッションの発生は、必要以上にシリンダ内温度を上昇させるとともに、正規の時期よりも速く燃料が燃焼することから、エンジン不調の原因となり得る。

また、主に過給機を備えた直噴ガソリンエンジン等においては、低回転高負荷域において、低速プレイグニッションと呼ばれる現象を生じることがある。低速プレイグニッションの自着火源は、燃焼室内に堆積し、シリンダ壁面から剥離した後に燃焼にさらされて赤熱化したデポジットの他に、シリンダの内周壁から飛散する潤滑油の液滴が挙げられ、これらの液滴が燃焼室内の温度上昇とともに自然発火しているといわれている。

なお、特許文献１には、燃焼室内での燃料の自着火現象を抑制するため、吸気通路にブロワやコンプレッサといった機械的吸込み手段を配置して吸気圧力を高めることにより、燃焼室内に残留する燃焼ガスを掃気して、ノッキングの発生を防止する技術が開示されている。

特開平１１−１８２２５５号公報

上記特許文献１の技術では、燃焼室内に残留する燃焼ガスを掃気することで、ノッキングの発生を抑制している。しかし、この技術では、ノックセンサからのノッキング発生の情報に基づいて掃気を開始する制御を行うに留まるので、掃気を終了すれば再びノッキングを生じる恐れがある。また、上記特許文献１の技術では、低速プレイグニッションの発生を抑制する方策については、何ら開示されていない。

そこで、この発明の課題は、低速プレイグニッションの発生をより確実に防止することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、燃焼室へ通じる吸気通路と、前記燃焼室から引き出される排気通路と、前記燃焼室又は前記吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室に設けられる点火手段と、エンジンの稼働状況に基づいて低速プレイグニッションの発生の情報を取得する低速プレイグニッション情報取得手段と、前記燃焼室内の燃焼ガスを前記排気通路側へ掃気する掃気手段と、前記低速プレイグニッションの発生の情報に基づいて前記掃気手段に掃気の開始及び終了を指令する掃気制御手段と、前記低速プレイグニッションの発生を抑制する回避制御を行う低速プレイグニッション回避制御手段とを備え、前記低速プレイグニッション回避制御手段は、前記掃気手段による掃気中に前記回避制御を行うエンジンの制御装置を採用した。

ここで、前記掃気手段は、前記吸気通路に備えられる電動式過給機である構成を採用することができる。

また、前記排気通路に配置されたタービンと前記吸気通路に配置されたコンプレッサとを備えた機械式過給機と、前記排気通路における前記タービンの上流側と下流側とを結ぶ排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路を開閉する排気バイパスバルブとを備える場合に、前記掃気制御手段は、前記排気バイパスバルブを開放して前記電動式過給機による吸気の過給を行うことにより前記掃気を行う構成を採用することができる。

ここで、前記回避制御は、エンジン回転数を上昇させる制御を含む構成を採用することができる。

これらの各態様において、前記吸気通路と前記排気通路とを結ぶ排気再循環通路と、前記排気再循環通路を開閉する排気再循環バルブとを備え、前記回避制御は、前記排気再循環通路を通じて前記排気通路から前記吸気通路に導入される排気還流ガス量を増大させる制御を含む構成を採用することができる。

前記回避制御は、吸気の空燃比のリッチ化、燃焼室内の吸気の温度低下、バルブタイミング制御の中から選択される単一の又は複数の制御を含む構成を採用することができる。

前記低速プレイグニッション情報取得手段は、前記燃焼室内における筒内温度及び筒内圧力によって算定され圧縮行程での点火時期以前のクランク角における燃料の自着火の発生しやすさを示す自着火指標に基づいて低速プレイグニッションの発生を予測するものである構成を採用することができる。

前記自着火指標は、

τ＝ＡＰ^−ｎｅｘｐ（Ｂ／Ｔ）
ただし、
ＩＣ：吸気バルブ閉時期
ＣＡ：設定された点火時期以前のクランク角度
Ａ，Ｂ，ｎ：燃料に関するパラメータ
Ｐ：各クランク角での圧力
Ｔ：各クランク角での温度
で示されるＬｉｖｅｎｇｏｏｄ−Ｗｕ積分式からなる予測式である構成を採用することができる。

これらの各態様において、前記掃気制御手段は、前記回避制御によって低速プレイグニッションが発生しない通常運転領域に移行した後、前記掃気手段による掃気を終了する構成を採用することができる。

この発明は、低速プレイグニッションの発生の情報に基づいて燃焼室内の燃焼ガスの掃気を行い、その掃気中に、低速プレイグニッションの発生を抑制する回避制御を行うようにしたので、低速プレイグニッションの発生をより確実に防止することができる。

この発明の一実施形態を示すエンジンの制御装置の模式図である。 エンジンの要部を示す模式図である。

この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。この実施形態のエンジン１は、自動車用の４サイクルガソリンエンジンである。エンジン１のシリンダの気筒内にはピストン３が収容されている。シリンダの内面、及び、ピストン３の上面等により燃焼室２が形成されている。

エンジン１は、ピストン３を収容した各燃焼室２内に吸気を送り込む吸気通路１３、燃焼室２から引き出された排気通路１４、燃焼室２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁５等を備えている。また、シリンダヘッド側からシリンダの軸線に沿って下向きに、点火手段８として点火プラグが備えられている。

この実施形態では、燃料噴射弁５は、図２に示すように、燃焼室２内に臨んで配置される直噴弁であるが、これを、吸気通路１３内に臨んで配置されるポート噴射弁としてもよく、また、それらの直噴弁とポート噴射弁を併用した構成であってもよい。

これらの図面では、この発明に直接関係する部材、手段を中心に示し、他の部材等につ
いては図示省略している。また、図１では４気筒エンジンを示しているが、エンジン１の気筒数は限定されない。

吸気通路１３の燃焼室２への開口部である吸気弁孔は、吸気バルブ６によって開閉される。また、排気通路１４の燃焼室２への開口部である排気弁孔は、排気バルブ７によって開閉される。

吸気通路１３には、機械式過給機（ターボチャージャ）１０のコンプレッサ１１が、排気通路１４には、機械式過給機１０のタービン１２が配置されている。排気通路１４内の排気の圧力によってタービン１２が回転すると、その回転が連結軸を通じてコンプレッサ１１に伝達される。コンプレッサ１１の回転によって、吸気通路１３内の吸気に過給が行われ、燃焼室２に導入される吸気の圧力が高められる。

また、排気通路１４におけるタービン１２の上流側と下流側とを結ぶ排気バイパス通路４１と、排気バイパス通路４１を開閉する排気バイパスバルブ４２とを備えたウェイストゲートバルブ装置４０が設けられている。排気バイパスバルブ４２が流路を開閉することにより、排気バイパス通路４１を通過するガス量を調整できる。

排気バイパスバルブ４２を開放すれば、タービン１２に加わる排気の圧力が弱まるので、吸気に対する過給圧を低減することができる。また、排気バイパスバルブ４２を閉鎖すれば、タービン１２に加わる排気の圧力が高まるので、吸気に対する過給圧を増大させることができる。

また、排気通路１４と吸気通路１３とは、排気ガス再循環装置２０を構成する排気再循環通路２１によって連通している。排気ガス再循環装置２０は、燃焼室２から排出される排気ガスの一部を、機械式過給機１０のタービン１２より上流の排気通路１４から、排気還流ガスとして機械式過給機１０のコンプレッサ１１より下流の吸気通路１３に還流する機能を有する。

なお、排気ガス再循環装置２０は上記に限らず、燃焼室２から排出される排気ガスの一部を、機械式過給機１０のタービン１２より下流の排気通路１４から、排気還流ガスとして機械式過給機１０のコンプレッサ１１より上流の吸気通路１３へ還流するものとしてもよい。

排気再循環通路２１には、流路を開閉することにより通過するガス量を調整できる排気再循環バルブ２２が設けられている。排気再循環バルブ２２の制御と、吸気通路１３内に設けたスロットルバルブ９等の制御に伴う吸気通路１３内の圧力状態に応じて、排気再循環通路２１を通じて、必要な量だけ排気還流ガスが吸気通路１３に導入される。

また、吸気通路１３には、電動式過給機３０が配置されている。電動式過給機３０は、吸気通路１３の途中に配置される電動コンプレッサ３１と、吸気通路１３における電動コンプレッサ３１の上流側と下流側とを結ぶ吸気バイパス通路３２と、吸気バイパス通路３２を開閉する吸気バイパスバルブ３３とを備えている。吸気バイパスバルブ３３が流路を閉鎖した状態で、電力により電動コンプレッサ３１を駆動することにより、吸気への過給を行うことができる。吸気バイパスバルブ３３が流路を開放すれば、電動コンプレッサ３１による過給は行われない状態となる。

この電動式過給機３０は、燃焼室２内に高い圧力で吸気を送り込むことにより、燃焼室２内の燃焼ガスを燃焼室２内から排出し、排気通路１４側へと掃気させる掃気手段Ｓとしても機能するようになっている。

これらの吸気バルブ６や排気バルブ７、点火手段８、燃料噴射弁５、機械式過給機１０、排気ガス再循環装置２０、電動式過給機３０、ウェイストゲートバルブ装置４０、その他エンジンの動作に必要な機器は、それぞれケーブル等を通じて、電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０に備えられた制御手段５４によって制御される。

エンジン１やその周辺には、エアフローセンサ１５、回転センサ１６、筒内圧センサ等の各種センサが配置されている。エアフローセンサ１５は、吸気通路１３を通過して燃焼室２内に吸入される空気量を検出するので、その空気量を基に空燃比を算出することができる。回転センサ１６は、エンジン１のクランクシャフトの回転数を検出するので、その回転数を基に、エンジンの稼働状態が低速プレイグニッションの発生領域であるかどうかを判別することができる。筒内圧センサは、燃焼室２内の圧力、及び、その圧力の変動を検出することができる。これらのセンサ類からの情報は、電子制御ユニット５０が取得する。

電子制御ユニット５０は、エンジン１の稼働状況に基づいて、低速プレイグニッションの発生の情報を取得する低速プレイグニッション情報取得手段５１を備えている。低速プレイグニッション情報取得手段５１は、低速プレイグニッションが発生したことをセンサ等により検出したり、あるいは、低速プレイグニッションが発生することを予測することで、低速プレイグニッションの発生に係わる各種情報を取得することができる。このとき、電子制御ユニット５０は、各種のセンサ類からの情報や、エンジン１に対する各種指令の情報等を、エンジン１の稼働状況に関する情報として利用することができる。

また、電子制御ユニット５０は、低速プレイグニッションの発生の情報に基づいて、掃気手段Ｓに対して、掃気の開始及び終了を指令する掃気制御手段５２を備えている。

さらに、電子制御ユニット５０は、掃気手段Ｓによる燃焼室２内の掃気中に、低速プレイグニッションの発生を抑制する回避制御を行う低速プレイグニッション回避制御手段５３を備えている。

燃焼室２内において、燃料噴射弁５から噴射される燃料は、通常、燃焼室２内に収容されたピストン３が上死点寄りに位置する間はピストン３の頂面を指向し、ピストン３が下死点寄りに位置する間は燃料室２の壁面を指向する位置に配置されている。

低速プレイグニッション情報取得手段５１に関し、ここでは、プレイグニッションの発生原因の一つが、シリンダの円筒状の壁面から飛散する潤滑油の液滴等が、燃焼室２内の温度上昇とともに発火し、それが混合気を自着火させる火種になっていることに鑑み、燃焼室２内の状況に応じて、低速プレイグニッションの発生を予測する構成を採用する。さらに、その低速プレイグニッションの発生予測に際して、燃焼室２の壁面への燃料の付着状況や、吸入空気中の排気還流ガスの比率等を考慮し、より的確な予測を行う。

ここで、低速プレイグニッション情報取得手段５１は、燃焼室２内における筒内温度及び筒内圧力によって算定され、圧縮行程での点火時期以前のクランク角における燃料の自着火の発生しやすさを示す自着火指標に基づいて、低速プレイグニッションの発生を予測する。

自着火指標としては、Ｌｉｖｅｎｇｏｏｄ−Ｗｕ積分式を使用する。Ｌｉｖｅｎｇｏｏｄ−Ｗｕ積分式による自着火指標、又は、その自着火指標に基づいて算定される指標の値と、予め決められた所定値との比較により、低速プレイグニッションの発生を予測することができる。

Ｌｉｖｅｎｇｏｏｄ−Ｗｕ積分式に用いるクランク角の圧力と温度は、筒内圧センサによる計測値、若しくは、吸入空気量、吸気バルブ６の閉時期のインマニ圧力と温度から、状態方程式を用いて算出することができる。

以下、低速プレイグニッションの発生の予測手法について説明する。

電子制御ユニット５０は、燃焼室２内における筒内温度及び筒内圧力によって算定され圧縮行程での点火時期以前のクランク角における燃料の自着火の発生しやすさを示す自着火指標Ｋ０を算定する自着火指標算定手段５５を備える。

自着火指標算定手段５５は、

τ＝ＡＰ^−ｎｅｘｐ（Ｂ／Ｔ）
ただし、ＩＣ：吸気バルブ閉時期、ＣＡ：設定された点火時期以前のクランク角度、Ａ，
Ｂ，ｎ：燃料に関するパラメータ、Ｐ：各クランク角での圧力、Ｔ：各クランク角での温
度、で示されるＬｉｖｅｎｇｏｏｄ−Ｗｕ積分式からなる予測式によって、自着火指標Ｋ
０を算定する。予測式中の積分範囲の終期ＣＡ：点火時期以前のクランク角度は、低速プ
レイグニッションが発生する可能性がある範囲の終期、すなわち、点火時期直前のクラン
ク角に設定されることが考えられる。

なお、自着火指標算定手段５５は、上記のＬｉｖｅｎｇｏｏｄ−Ｗｕ積分式からなる予測式に代えて、少なくとも燃焼室２内における筒内温度及び筒内圧力をその算定要素として含む他の予測式を用いてもよい。

電子制御ユニット５０は、圧縮行程での点火時期以前のクランク角における燃焼室２内の壁面への燃料付着量に基づいて、自着火指標Ｋ０を補正する壁面付着燃料補正係数Ｃ１を算定する第一補正係数算定手段５６を備える。

前述の自着火指標Ｋ０と壁面付着燃料補正係数Ｃ１とによって算定される第一修正自着火指標Ｋ１に基づいて、低速プレイグニッションが発生するか否かが予測される。この予測は、低速プレイグニッション情報取得手段５１が行う。

すなわち、第一修正自着火指標Ｋ１は、

である。

第一修正自着火指標Ｋ１が予め決められた所定値以上となれば、圧縮行程における所定の点火時期まで（すなわち、予測式で設定された点火時期以前のクランク角度ＣＡまで。以下同じ。）の間に、低速プレイグニッションが発生すると予測される。第一修正自着火指標Ｋ１が所定値未満であれば、圧縮行程における点火時期までの間に、低速プレイグニッションは発生しないと予測される。

一般に、燃料付着量が増大すると、自着火指標Ｋ０の値ではプレイグニッションの発生が予測されない場合でも、低速プレイグニッションの発生率が増大する傾向がある。このため、自着火指標Ｋ０を補正する壁面付着燃料補正係数Ｃ１の概念を導入したものである。このため、壁面付着燃料補正係数Ｃ１による補正が必要でない場合は、自着火指標Ｋ０と所定値との比較により、低速プレイグニッションの発生を予測してよい。

ここで、Ｐ：各クランク角での圧力、及び、Ｔ：各クランク角での温度は、前述のように、例えば、燃焼室２への吸入空気量と、ＩＣ：吸気バルブ閉時期の筒内温度及び筒内圧力に基づいて、状態方程式によって算定することができる。

壁面付着燃料補正係数Ｃ１を算定する根拠となる燃料付着量は、例えば、横軸に燃料の噴射時期（圧縮上死点前のクランク角で表記）を、縦軸にエンジンの冷却媒体温度（エンジンの冷却水温度）をプロットしたマップ図によって推定することができる。そのマップ図によって推定された燃料付着量に基づいて、適正な壁面付着燃料補正係数Ｃ１を設定することができる。このマップ図は、複数の吸気温度に対してそれぞれ別々に設定することができ、マップ図を設定する吸気温度の温度間隔は、例えば、１℃毎、５℃毎等自由に設定できる。

あるいは、特定のクランク角における燃焼室２内の壁面への燃料付着量が、既に予測されている場合には、その予測された燃料付着量に基づいて、自着火指標Ｋ０を補正する壁面付着燃料補正係数Ｃ１を設定してもよい。なお、壁面付着燃料補正係数Ｃ１は燃料付着が無い場合を１とする係数であり、そのため、燃料付着がある場合は１以上の数値をとる。

さらに正確な低速プレイグニッションの発生予測を行いたい場合には、吸気酸素濃度補
正係数Ｃ２を導入する。

吸気酸素濃度補正係数Ｃ２を導入する制御装置の場合、電子制御ユニット５０は、燃焼
室２への吸入空気中の排気還流ガスの比率に基づいて、第一修正自着火指標Ｋ１を補正する吸気酸素濃度補正係数Ｃ２を算定する第二補正係数算定手段５７を備える。

吸気酸素濃度補正係数Ｃ２は、例えば、燃焼室２への吸入空気中の還流ガスの比率に基づいて、マップ図によりそれぞれの対応する値を算定することができる。なお、吸気酸素濃度補正係数Ｃ２は吸入空気中に還流ガスを含まない場合を１とする係数であり、そのため、吸入空気中に還流ガスを多く含むほど数値が小さくなる１以下且つ０以上の数値である。

そして、第一修正自着火指標Ｋ１と吸気酸素濃度補正係数Ｃ２とによって算定される第
二修正自着火指標Ｋ２に基づいて、低速プレイグニッションが発生するか否かが予測され
る。この予測も、低速プレイグニッション情報取得手段５１が行う。

すなわち、第二修正自着火指標Ｋ２は、

である。

第二修正自着火指標Ｋ２が所定値以上となれば、圧縮行程における所定の点火時期までの間に、低速プレイグニッションが発生すると予測される。第二修正自着火指標Ｋ２が所定値未満であれば、圧縮行程における点火時期までの間に、低速プレイグニッションは発生しないと予測される。

これは、一般に、還流ガス率が増大し吸気の酸素濃度が減少すると、混合気が着火せず、低速プレイグニッションの発生率が低下する傾向がある。このため、燃焼室２へ導入される吸気の還流ガス率によって第一修正自着火指標Ｋ１を補正する吸気酸素濃度補正係数Ｃ２の概念を導入したものである。

ここで、第一修正自着火指標Ｋ１に対する前述の所定値と第二修正自着火指標Ｋ２に対
する所定値とは同一の値としてもよいが、これらの所定値を、互いに異なる値としてもよい。

なお、壁面付着燃料補正係数Ｃ１による補正は、吸気酸素濃度補正係数Ｃ２を用いて低速プレイグニッションの発生を予測する場合には省略することもできる。

この場合、自着火指標Ｋ０と吸気酸素濃度補正係数Ｃ２とによって算定される第三修正自着火指標Ｋ３に基づいて、低速プレイグニッションが発生するか否かが予測される。この予測は、同じく、低速プレイグニッション情報取得手段５１が行う。

第三修正自着火指標Ｋ３は、自着火指標Ｋ０と吸気酸素濃度補正係数Ｃ２とによって算
定され、

である。

ここで、第三修正自着火指標Ｋ３に対する所定値は、第一修正自着火指標Ｋ１、第二修
正自着火指標Ｋ２に対する各所定値が同一の場合、その所定値と同一の値としてもよいし
、それとは異なる値としてもよい。また、これらの各所定値が異なる場合は、それらの各
所定値のいずれかと同一の値としてもよいし、全ての所定値とは異なる値としてもよい。

自着火指標Ｋ０、第一修正自着火指標Ｋ１、第二修正自着火指標Ｋ２や第三修正自着火指標Ｋ３等の評価によって、低速プレイグニッション情報取得手段５１が低速プレイグニッションの発生を予測した場合に、掃気制御手段５２は、掃気手段Ｓによって、燃焼室２内の燃焼ガスの掃気を行う。掃気を行うことにより、当面の低速プレイグニッションの発生を抑制できる。

掃気の開始の制御は、排気バイパスバルブ４２の開放と、電動式過給機３０による吸気の過給の開始で構成される。電動式過給機３０による過給は、電動コンプレッサ３１を駆動し、吸気バイパスバルブ３３を閉じることで行われる。電動コンプレッサ３１の駆動開始と、吸気バイパスバルブ３３の閉弁は同時に行ってよい。

機械式過給機１０による過給を行っている運転状態において、排気通路１４側には機械式過給機１０のタービン１２があるため、そのタービン１２が排気の抵抗となって、排気側の圧力が高くなってしまう傾向がある。このため、タービン１２に排気の圧力が作用した状態では、吸気側の過給圧力と排気側の圧力差が小さくなり、燃焼室２内における筒内ガスの掃気効果は小さいという問題がある。

この点、電動式過給機３０を用いれば、排気バイパスバルブ４２を開放することにより排気側の圧力が低減し、掃気の円滑化を図ることができる。また、電動式過給機３０を用いれば、排気側のタービン１２によらずに過給できるので、排気側の圧力が小さい状態でも、過給された吸気側の圧力との圧力差を大きく確保でき、大きな掃気効果が期待できる。

この掃気手段Ｓによる掃気中に、低速プレイグニッションの発生を抑制する回避制御が行われる。回避制御が行われることにより、掃気が終了した後の低速プレイグニッションの再発を抑制することができる。回避制御は、低速プレイグニッション回避制御手段５３が行う。

回避制御は、自着火指標又は自着火指標に基づいて算定される指標の値、すなわち、前述の自着火指標Ｋ０、第一修正自着火指標Ｋ１、第二修正自着火指標Ｋ２や第三修正自着火指標Ｋ３等のいずれかが、それぞれの対応する所定値未満となるまで継続して行われる。

回避制御の具体的内容としては、例えば、掃気の制御中に、運転モードを変更して吸気の空燃比のリッチ化を図る手法が挙げられる。吸気の空燃比のリッチ化を行う場合は、自着火指標又は自着火指標に基づく指標の値が所定値未満となるまで、その回避制御を継続する。

自着火指標算定の際に、筒内温度を計算する状態方程式のＰＶ＝ｎＲＴのｎ（混合気モル数）を、充填効率と空燃比（混合気中のガソリンと空気の質量の比）から求めているので、空燃比をリッチにした方がｎが大きくなり、温度が低下する。その結果、自着火指標の積分値が低下するので、吸気の空燃比のリッチ化は低速プレイグニッションの回避制御となる。また、それ以外にも、吸気の空燃比のリッチ化は、通常の気化潜熱による筒内冷却効果もあると考えられる。

また、回避制御の具体的内容として、例えば、掃気の制御中に、燃焼室２内のピストン３やその周囲の部材に潤滑油を噴射する制御を行う手法も考えられる。潤滑油の噴射により、燃焼室２内の温度が低下し、燃焼室２内に導入された吸気の温度も低下するので、吸気の空燃比のリッチ化の場合と同様、自着火指標の積分値が低下するので、低速プレイグニッションの発生は抑制される。

また、回避制御として、バルブタイミングの制御による手法も挙げられる。例えば、吸気バルブ６の閉弁時期を遅角させることにより、積分値算定のベースとなる積分の始期が遅くなるので、自着火指標の積分値を低下させることができ、低速プレイグニッションの回避制御となる。

このほかにも、通常の運転モードで使用する燃料と回避制御を行う際の燃料を、互いに異なる種類のものとし、運転モードに応じて燃料の種類を切り替えることができる装置を用いることにより、低速プレイグニッションの発生を抑制する回避制御を行うこともできる。すなわち、低速プレイグニッションの発生が予測される場合には、低速プレイグニッションが発生しにくい燃料（着火しにくい燃料）を用いる。着火しにくい燃料の使用は、燃料に関するパラメータＡ，Ｂ，ｎの値を下げるので、自着火指標の積分値を低下させると考えられる。

このように、回避制御は、吸気の空燃比のリッチ化、燃焼室２内の吸気の温度低下、バルブタイミングの制御、燃料の変更等による種々の手法の中から選択される単一の又は複数の制御を含む構成とすることができる。これらの手法による回避制御は、自着火指標又は自着火指標に基づいて算定される指標の値が、対応する所定値未満となるまで継続して行われる。すなわち、自着火指標又は自着火指標に基づいて算定される指標の値が、対応する所定値未満となった時点を、回避制御の終了の時期とすることができる。

また、回避制御としては、例えば、掃気の制御中に、運転モードを変更してエンジン回転数の上昇を図る手法が挙げられる。エンジン回転数が、予め決められた所定回転数以上となれば低速プレイグニッションの発生は防止できるので、エンジン回転数が所定回転数以上となるまで、その回避制御を継続する。この場合、自着火指標に基づかず、エンジン回転数が所定回転数以上となった時点を、回避制御の終了の時期とすることができる。

一般的には、低速プレイグニッションは、エンジンの回転数が概ね３０００回転／分以下の領域において発生するので、所定回転数は、例えば、３０００回転／分とすることができる。

さらに、回避制御としては、例えば、掃気の制御中に、運転モードを変更して排気還流ガスの導入量を増大させる手法が挙げられる。排気還流ガスの導入量が、予め決められた所定量以上となれば低速プレイグニッションの発生は防止できるので、排気還流ガスの導入量が所定量以上となるまで、その回避制御を継続する。この場合、自着火指標に基づかず、排気還流ガスの導入量が所定量以上となった時点を、回避制御の終了の時期とすることができる。なお、排気還流ガスの導入量は、燃焼室２内の温度を過剰に上昇させない量にとどめることが望ましい。

掃気制御手段５２は、回避制御によって低速プレイグニッションが発生しない通常運転領域に移行した後、掃気手段Ｓによる掃気を終了する制御を行う。すなわち、掃気の終了は、回避制御の終了の時期と同時、又は、回避制御の終了の時期のすぐ後とすることができる。

この実施形態では、掃気手段Ｓとして電動式過給機３０を採用しているので、掃気の終了に際しては、ウェイストゲートバルブ装置４０を閉じ、その後、電動コンプレッサ３１の駆動の停止、吸気バイパスバルブ３３の閉鎖を行う。電動コンプレッサ３１の駆動の停止、吸気バイパスバルブ３３の閉鎖は、同時とすることができる。ウェイストゲートバルブ装置４０の閉鎖後は、機械式過給機１０による過給を行うことにより、電動式過給機３０の停止による過給圧減少を補うことができる。

このように、この発明では、燃焼室２内の掃気中に、同時に低速プレイグニッションの回避制御を行うものとし、回避制御により低速プレイグニッションが発生しない通常運転領域に移行したら、回避制御とともに掃気制御を終了するようにしたので、低速プレイグニッションの発生をより確実に防止できる。また、その掃気制御、回避制御の開始、終了の時期を、Ｌｉｖｅｎｇｏｏｄ−Ｗｕ積分値等の自着火指標や、エンジンの回転数、排気還流ガスの導入量と、それらに対応する所定値との比較で決定するようにしたので、低速プレイグニッションが発生しやすい運転領域から通常運転領域への移行が円滑である。

上記の実施形態では、低速プレイグニッション情報取得手段５１は、エンジン１の稼働状況に基づいて低速プレイグニッションの発生を予測する構成を採用したが、それ以外にも、低速プレイグニッションが発生したことをセンサ等により検出する構成を採用することができる

低速プレイグニッションの発生の検出は、例えば、回転センサ１６からの回転数変動の情報、筒内圧センサからの圧力変動の情報や、あるいは、エンジン１やエンジン１周囲の振動の情報、音の情報等により行うことができる。

この実施形態では、掃気手段Ｓとして電動式過給機３０を採用したが、掃気手段Ｓは、電動式過給機３０以外で構成することもできる。

例えば、掃気手段Ｓとして、吸気通路１３の途中に、吸気通路１３内に外気を取り込んで送り込むポンプ機能を備えたいわゆる二次空気導入装置を設けることにより、その取り込んだ外気の圧力で、燃焼室２内の掃気を行う構成を採用することができる。この場合、取り込んだ外気を吸気通路１３内に送り出す噴射口は、燃焼室２に近い位置であることが望ましく、また、燃焼室２へ向かう吸気の流れに沿って下流側に向いて開口していることが望ましい。また、取り込んだ外気を送り出す噴射口を、燃焼室２内に直接臨ませてもよい。

あるいは、掃気手段Ｓとして、排気通路１４の途中に、排気通路１４内の燃焼ガスを取り込んで（吸引して）、それを外部に送り込す燃焼ガス排出装置を設けることにより、燃焼室２内の掃気を行う構成を採用することができる。燃焼ガスを取り込む（吸引する）取込口は、燃焼室２に近い位置であることが望ましく、また、燃焼室２から排出される排気の流れに対面する方向に向いて開口していることが望ましい。また、その取込口を、燃焼室２内に直接臨ませてもよい。

この実施形態では、自動車用の４サイクルガソリンエンジンを例に、この発明の構成を説明したが、プレイグニッションを生じさせる可能性のある他の形式のエンジンにおいても、この発明を適用できる。

１ エンジン
２ 燃焼室
３ ピストン
５ 燃料噴射弁
６ 吸気バルブ
７ 排気バルブ
８ 点火手段
９ スロットルバルブ
１０ 機械式過給機
１１ コンプレッサ
１２ タービン
１３ 吸気通路
１４ 排気通路
１５ エアフローセンサ
１６ 回転センサ
２０ 排気ガス再循環装置
２１ 排気再循環通路
２２ 排気再循環バルブ
３０ 電動式過給機
３１ 電動コンプレッサ
３２ 吸気バイパス通路
３３ 吸気バイパスバルブ
４０ ウェイストゲートバルブ装置
４１ 排気バイパス通路
４２ 排気バイパスバルブ
５０ 電子制御ユニット(Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ)
５１ 低速プレイグニッション情報取得手段
５２ 掃気制御手段
５３ 低速プレイグニッション回避制御手段
５４ 制御手段
５５ 自着火指標算定手段
５６ 第一補正係数算定手段
５７ 第二補正係数算定手段
Ｓ 掃気手段

Claims (9)

1. 燃焼室へ通じる吸気通路と、
   前記燃焼室から引き出される排気通路と、
   前記燃焼室又は前記吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃焼室に設けられる点火手段と、
   エンジンの稼働状況に基づいて低速プレイグニッションの発生の情報を取得する低速プレイグニッション情報取得手段と、
   前記燃焼室内の燃焼ガスを前記排気通路側へ掃気する掃気手段と、
   前記低速プレイグニッションの発生の情報に基づいて前記掃気手段に掃気の開始及び終了を指令する掃気制御手段と、
   前記低速プレイグニッションの発生を抑制する回避制御を行う低速プレイグニッション回避制御手段とを備え、
   前記低速プレイグニッション回避制御手段は、前記掃気手段による掃気中に前記回避制御を行う
   エンジンの制御装置。
2. 前記掃気手段は、前記吸気通路に備えられる電動式過給機である
   請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記排気通路に配置されたタービンと前記吸気通路に配置されたコンプレッサとを備えた機械式過給機と、
   前記排気通路における前記タービンの上流側と下流側とを結ぶ排気バイパス通路と、
   前記排気バイパス通路を開閉する排気バイパスバルブと、
   を備え、
   前記掃気制御手段は、
   前記排気バイパスバルブを開放して前記電動式過給機による吸気の過給を行うことにより前記掃気を行う
   請求項２に記載のエンジンの制御装置。
4. 前記回避制御は、エンジン回転数を上昇させる制御を含む
   請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
5. 前記吸気通路と前記排気通路とを結ぶ排気再循環通路と、
   前記排気再循環通路を開閉する排気再循環バルブと、
   を備え、
   前記回避制御は、前記排気再循環通路を通じて前記排気通路から前記吸気通路に導入される排気還流ガス量を増大させる制御を含む
   請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
6. 前記回避制御は、吸気の空燃比のリッチ化、燃焼室内の吸気の温度低下、バルブタイミング制御の中から選択される単一の又は複数の制御を含む
   請求項１〜５の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
7. 前記低速プレイグニッション情報取得手段は、
   前記燃焼室内における筒内温度及び筒内圧力によって算定され圧縮行程での点火時期以
   前のクランク角における燃料の自着火の発生しやすさを示す自着火指標に基づいて低速プレイグニッションの発生を予測するものである
   請求項１〜６の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
8. 前記自着火指標は、
   

   

   τ＝ＡＰ^−ｎｅｘｐ（Ｂ／Ｔ）
   ただし、
   ＩＣ：吸気バルブ閉時期
   ＣＡ：設定された点火時期以前のクランク角度
   Ａ，Ｂ，ｎ：燃料に関するパラメータ
   Ｐ：各クランク角での圧力
   Ｔ：各クランク角での温度
   で示されるＬｉｖｅｎｇｏｏｄ−Ｗｕ積分式からなる予測式である
   請求項７に記載のエンジンの制御装置。
9. 前記掃気制御手段は、
   前記回避制御によって低速プレイグニッションが発生しない通常運転領域に移行した後、前記掃気手段による掃気を終了する
   請求項１〜８の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。

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