JP2020200769A - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明のエンジンの制御方法および制御装置が適用されたエンジンの全体構成を概略的に示したシステム図である。本図に示されるエンジンシステムは、車両に搭載されており、走行用の動力源となるエンジン本体1を備える。本実施形態では、エンジン本体1として、4サイクルのガソリン直噴エンジンが用いられている。エンジンシステムは、エンジン本体1に加えて、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路30と、エンジン本体1から排出される排気が流通する排気通路40と、排気通路40を流通する排気の一部を吸気通路30に還流するEGR装置50を備えている。
図2は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるECU100は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のCPU150、メモリ160(ROM、RAM)等から構成されている。
図3は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じた運転モードの相違を説明するためのマップ図である。本図に示すように、エンジンの運転領域は、3つの運転領域、第1運転領域Aと第2運転領域Bと第3運転領域Cとに大別される。
第1運転領域Aでは、燃費性能を高めるために、燃焼室6内の空燃比(A/F)が理論空燃比よりも高く(リーンに)されつつSPCCI燃焼が実施される。第1運転領域Aでは、燃焼室6内で生成されるNOxであるrawNOxの量が十分に小さくなる程度にまで燃焼室6内の空燃比が高くされる。例えば、第1運転領域Aにおいて燃焼室6内の空燃比は30程度とされる。
エンジン負荷が高い領域では、燃焼室6内に供給される燃料の量が多いことで混合気の空燃比を高く(リーンに)するのが困難になる。これより、第1運転領域Aよりもエンジン負荷が高い第2運転領域Bでは、燃焼室6内の空燃比を理論空燃比以下としつつ混合気をSPCCI燃焼させる。本実施形態では、第2運転領域Bにおいて、混合気の空燃比はほぼ理論空燃比とされる。
第3運転領域Cでは、比較的オーソドックスなSI燃焼が実行される。このSI燃焼の実現のために、第3運転領域Cでは、インジェクタ15は、少なくとも吸気行程と重複する所定の期間にわたって燃料を噴射する。点火プラグ16は、圧縮上死点付近で混合気に点火する。第3運転領域Cでは、この点火をきっかけにSI燃焼が開始され、燃焼室6内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。
第2運転領域Bでは、SPCCI燃焼が実施され、且つ、エンジン負荷が高いために、燃焼室6内の温度等が所望のレベルからずれたときに、筒内圧が所定の範囲を超えて急上昇するおそれがある。具体的には、燃焼室6内の温度が高い場合や混合気の空燃比が高い場合には、空気と燃料との混合および反応が促進されることで燃焼の進行度が速くなる。つまり、燃焼が早期に開始したり燃焼速度が速くなる。燃焼の進行度が過度に速くなると、点火プラグ16による点火よりも前あるいは点火直後といった早いタイミングであって圧縮上死点近傍のタイミングで混合気が自着火を開始したり、自着火後の混合気の燃焼速度が過度に速くなり、筒内圧が急上昇する。
筒内圧の大小は筒内圧センサSN3により検出することができる。しかしながら、本願発明者らは、単に筒内圧センサSN3で検出された値の最大値が所定値よりも高い場合に騒音が所望のレベルを超えるような異常燃焼が生じたと判定する構成では、混合気の燃焼時に気筒内で生じる空洞共鳴に起因して判定精度が十分に確保されないことを突き止めた。
次に、異常燃焼が発生した場合に、これが連続して生じるのを回避するための制御である異常燃焼回避制御について説明する。この異常燃焼回避制御は、異常燃焼回避制御部120によって実施される。
異常燃焼判定部110によりノックが発生したと判定された場合、異常燃焼回避制御部120は点火時期を遅角させる。具体的には、ノックが発生したと判定されると、異常燃焼回避制御部120は次の燃焼サイクルの点火時期を1燃焼サイクル前の点火時期よりも所定時期だけ遅角させる。なお、ノック判定時は、燃料噴射の噴射パターンは、通常制御時であって最大筒内圧強度CPLFが判定強度未満の時と同様に制御される。
異常燃焼判定部110によってプリイグが発生したと判定された場合、異常燃焼回避制御部120は、燃料噴射の実施時期を遅角させて、燃料の噴射パターンを通常制御時とは異なるパターンに切り替える。
以上のように、本実施形態では、異常燃焼判定部110によって、筒内圧センサSN3によって検出された筒内圧波形のうち第1周波数以下の周波数成分のスペクトルを用いて異常燃焼が生じたと判定する。そのため、前記のように、混合気の燃焼時の空洞共鳴の影響を除外でき、筒内圧センサSN3の位置によらず、異常燃焼が生じたか否かという混合気の燃焼状態を精度よく判定することができる。また、燃焼騒音と相関の高い筒内圧のスペクトルの最大値である最大筒内圧強度CPLFが判定強度以上の場合に、混合気の燃焼の進行度が過度に速く燃焼騒音が増大するような異常燃焼が生じたと判定している。そのため、この異常燃焼が生じたか否かを精度よく判定できる。
前記の実施形態では、1の気筒において最大筒内圧強度CPLFが判定強度以上となり且つ指標期間が判定期間以上となる燃焼サイクルが、複数回(判定回数以上)連続したときに、プリイグが生じたと判定した場合について説明したが、前記の燃焼サイクルが1回生じただけでプリイグが生じたと判定するようにしてもよい。ただし、前記実施形態の構成にすれば、最大筒内圧強度CPLFや指標期間の誤算出によってプリイグが生じたと判定されるのを回避できる。また、一時的に最大筒内圧強度CPLFが判定強度以上となり且つ指標期間が判定期間以上となった際に、プリイグが生じたと判定されて、その後に燃料噴射のパターンの変更等がなされてしまうのを回避でき、燃料噴射パターンの変更等の機会を少なく抑えることができる。
2 気筒
6 燃焼室
15 インジェクタ(燃料供給手段)
32 スロットル弁(空気量変更手段)
100 ECU
110 異常燃焼判定部(異常燃焼判定手段)
111 バンドパスフィルタ部(フィルタ部)
114 最大筒内圧強度算出部(強度算出部)
115 比較判定部(判定部)
SN6 筒内圧センサ
Claims (8)
- 気筒内に燃料を供給する燃料供給手段を備えるエンジンを制御する装置であって、
気筒内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサの検出値に基づいて気筒内の混合気の燃焼が異常であるか否かを判定する異常燃焼判定手段とを備え、
前記異常燃焼判定手段は、前記筒内圧センサによって検出された筒内圧波形のうち予め設定された基準周波数以下の周波数成分のスペクトルの値である筒内圧強度が予め設定された判定強度以上の場合は、混合気の燃焼の進行度が過度に早い異常燃焼が生じたと判定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項1に記載のエンジンの制御装置において、
前記異常燃焼判定手段は、前記筒内圧センサによって検出された筒内圧波形から前記基準周波数以下且つ所定の第2基準周波数以上の周波数成分を抽出するフィルタ部と、当該フィルタ部によって抽出された周波数成分のスペクトルの値を前記筒内圧強度として算出する強度算出部と、当該強度算出部で算出された前記筒内圧強度が前記判定強度以上の場合に前記異常燃焼が生じたと判定する判定部とを備える、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項1または2に記載のエンジンの制御装置において、
気筒内の混合気に対して所定の点火時期に点火を行う点火手段を備え、
前記異常燃焼判定手段は、
前記点火時期から、1燃焼サイクル中に気筒に供給される燃料のうち所定の割合の量の燃料の燃焼が完了する時期までの期間である指標期間が所定の判定期間以上であり、且つ、前記筒内圧強度が前記判定強度以上のときは、前記点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更可能な第1の異常燃焼が生じたと判定し、
前記指標期間が前記判定期間未満であり、且つ、前記筒内圧強度が前記判定強度以上のときは、前記点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更不能な第2の異常燃焼が生じたと判定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項3に記載のエンジンの制御装置において、
前記異常燃焼判定手段によって前記第2の異常燃焼が生じたと判定されたとき、前記燃料供給手段は、燃料を噴射する時期を遅角する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項3または4に記載のエンジンの制御装置において、
気筒内に導入される空気の量を変更可能な空気量変更手段を備え、
前記異常燃焼判定手段によって前記第2の異常燃焼が生じたと判定されたとき、前記空気量変更手段は、気筒内に導入される空気の量を低減する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項3〜5のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置において、
前記異常燃焼判定手段によって前記第1の異常燃焼が生じたと判定されたとき、前記点火手段は、混合気に点火を行う時期を遅角する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項3〜6のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置において、
前記異常燃焼判定手段は、1の気筒において前記筒内圧強度が前記判定強度以上となり且つ前記指標期間が前記判定期間以上となる燃焼サイクルが所定の回数以上連続したときに、前記第2の異常燃焼が生じたと判定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項3〜7のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置において、
前記燃料供給手段および前記点火手段は、前記点火手段からの点火によって気筒内の混合気の一部が火花点火燃焼するとともに残りの混合気が自着火により燃焼するように、気筒内に燃料を供給するとともに気筒内の混合気に点火を行う、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
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