JP2020200771A - 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。エンジン本体1は、後述するように、燃料と空気とが混合した混合気の少なくとも一部を自着火により燃焼させることが可能な圧縮着火式エンジンである。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EGRガスとして吸気通路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。 ECU100には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ECU100は、前述したクランク角センサSN1、エンジン水温センサSN2、筒内圧センサSN3、エアフローセンサSN4、吸気温センサSN5、差圧センサSN6と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報(つまりクランク角、エンジン回転数、エンジン水温、筒内圧、吸気量、吸気温、EGR弁53の前後差圧)がECU100に逐次入力されるようになっている。
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。筒内圧が急上昇すると燃焼騒音が増大してしまう。そこで、本実施形態では、第2運転領域Bにおいて、燃焼騒音が所望のレベルを超えるような燃焼が生じたか否かを判定する。そして、このような燃焼が生じた場合には、これが連続して生じるのを回避するための制御を実施する。
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、ノックおよびプリイグが発生した場合に、これら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。
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、ECU100は、点火時期を遅角させる。つまり、ECU100は、ノックが発生したと判定されないときよりも遅角側に時期で点火を行うように点火プラグ16を制御する。具体的には、ノックが発生したと判定されると、ECU100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。
プリイグ判定時、つまり、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とき、ECU100は、燃料噴射の実施時期つまり燃料の噴射時期を遅角させて、燃料の噴射パターンを通常制御時(プリイグが発生したと判定されないとき)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、プリイグが発生したと判定されたとき、つまり、混合気の燃焼の進行度が過度に速い異常燃焼が発生したと判定されたときで、且つ、EGR率の目標値との偏差の絶対値であるEGR率の目実差が判定値以下であるという条件(第1判定条件)の成立時に、吸気量低減制御を実施して、空気充填量が低下するようにスロットル弁32の開度を低下(閉じ側に)する。
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)
16 点火プラグ(点火手段)
100 ECU(制御手段)
110 異常燃焼判定部(判定部)
SN6 筒内圧センサ
Claims (5)
- 気筒が形成されたエンジン本体と、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、気筒に導入される空気が流通する吸気通路と、気筒から排出される排気ガスが流通する排気通路と、当該排気通路内の排気ガスの一部であるEGRガスを前記吸気通路に還流させるEGR装置とを備え、気筒内の少なくとも一部の混合気を自着火により燃焼させることが可能な圧縮着火式エンジンを制御する装置であって、
混合気の燃焼の進行度が過度に速い異常燃焼の有無を判定する第1判定手段と、
気筒内の全ガス量に対する気筒内のEGRガス量の割合であるEGR率と予め設定された目標EGR率との差の絶対値である目実差が所定の判定値以下であるか否かを判定する第2判定手段と、
気筒に導入される空気の量である空気充填量を変更可能な空気充填量変更手段と、
前記空気充填量変更手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記異常燃焼の発生が前記第1判定手段により判定され、且つ、前記EGR率の目実差が前記判定値以下であることが前記第2判定手段により判定されたという第1判定条件の成立時、前記空気充填量が低下するように前記空気充填量変更手段を制御し、
前記異常燃焼の発生が前記第1判定手段により判定され、且つ、前記EGR率の目実差が前記判定値より大きいことが前記第2判定手段により判定されたという第2判定条件の成立時、前記第1判定条件の成立時よりも前記空気充填量が多くなるように前記空気充填量変更手段を制御する、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、
前記制御手段は、前記第1判定条件の成立時、前記空気充填量が低下するように前記空気充填量変更手段を制御し、且つ、気筒に燃料が噴射される時期が遅くなるように前記燃料噴射手段を制御する、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、
前記エンジン本体は前記吸気通路とそれぞれ連通する複数の気筒を有し、
前記空気充填量変更手段は、前記吸気通路を開閉するスロットル弁を有し、
前記制御手段は、
前記第1判定条件の成立時、前記スロットル弁の開度を閉じ側の開度に変更することで前記空気充填量を低下させるとともに、当該スロットル弁の開度を変更してから全ての気筒で燃焼が終了するまでの期間は、前記スロットル弁のさらなる開度変更を禁止する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置において、
前記排気通路に設けられて排気ガス中のNOxを浄化可能な浄化装置を備え、
前記EGR装置は、前記浄化装置よりも下流側の前記排気通路内の排気ガスを前記吸気通路に還流させる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のエンジンの制御装置において、
前記燃料噴射手段は、第1の燃料噴射と、当該第1の燃料噴射よりも噴射時期の遅い第2の燃料噴射とを実施し、
前記制御手段は、
混合気の燃焼の進行度が遅いときは、少なくとも前記第1の燃料噴射が吸気行程中に実施されるように前記燃料噴射手段を制御し、
混合気の燃焼の進行度が速いときは、前記第1の燃料噴射と前記第2の燃料噴射の双方が圧縮行程中に実施されるように前記燃料噴射手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
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