JP2021161939A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室内に堆積したデポジットを効果的に除去するとともに、内燃機関の潤滑油の希釈化を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】制御装置１は、基準点火時期ＩＧＭＢＴを設定する基準点火時期設定手段（ＥＣＵ２）と、内燃機関の回転数ＮＥ及び負荷ＬＥをそれぞれ取得する回転数取得手段（クランク角センサ４２）及び負荷取得手段（アクセル開度センサ４５）と、内燃機関の回転数ＮＥ及び負荷ＬＥが所定の運転領域にあるときに（図４のステップ４０３）、点火時期を基準点火時期ＩＧＭＢＴから所定進角量、進角させる点火進角制御を所定回数、実行する点火進角制御手段（ＥＣＵ２、ステップ４０５）と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、点火時期を基準点火時期から所定の進角量、進角させる点火進角制御手段を有する内燃機関の燃料供給制御装置に関する。

火花着火式のガソリンエンジン等の内燃機関において、燃料や潤滑油の燃焼により生成されるデポジット（炭素系の化合物）が燃焼室内に堆積すると、燃焼室の容積が変化することによって圧縮比が変化したり、吸排気バルブとピストンの接触や、燃料噴射弁の噴射口の汚損などを生じることにより、内燃機関の性能を低下させる場合がある。そのため、燃焼室内に堆積したデポジットの除去を適切に行う必要がある。

特許文献１では、燃焼室内に直接、燃料を噴射する直噴式のガソリンエンジンにおいて、燃料噴射弁から燃料が液体の状態で噴射されるような時期や圧力で、燃料噴射弁から燃料を噴射することにより、液体状の燃料によって燃焼室の壁面に堆積したデポジットを洗浄・除去するようにしたデポジット除去装置が提案されている。

特開２０１０−１２７１８０号公報

特許文献１に記載の装置では、デポジットを除去するために、燃料が液体の状態で燃焼室内に噴射される。そのため、燃焼室の壁面に付着した液体状の燃料が、燃焼室内の潤滑油（エンジンオイル）に混入し、潤滑油が希釈されてしまう場合がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃焼室内に堆積したデポジットを効果的に除去するとともに、潤滑油の希釈化を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の請求項１に係る内燃機関の制御装置１は、内燃機関（実施形態における（以下、本項において同じ）エンジン３）の運転状態に応じて基準点火時期ＩＧＭＢＴを設定する基準点火時期設定手段（ＥＣＵ２）と、内燃機関の回転数（エンジン回転数ＮＥ）を取得する回転数取得手段（クランク角センサ４２）と、内燃機関の負荷（エンジン負荷ＬＥ）を取得する負荷取得手段（アクセル開度センサ４５）と、取得された内燃機関の回転数及び負荷が所定の運転領域にあるときに（図４のステップ４０３）、点火時期を基準点火時期ＩＧＭＢＴから所定の進角量、進角させる点火進角制御を所定の回数、実行する点火進角制御手段（ＥＣＵ２、ステップ４０５）と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、点火進角制御手段は、取得された内燃機関の回転数及び負荷が所定の運転領域にあるときに、点火時期を基準点火時期から所定の進角量、進角させる点火進角制御を実行する。これにより、たとえば、点火時期を基準点火時期から所定の進角量、進角させることによって、内燃機関のノッキングを意図的に発生させ、その圧力振動により燃焼室内のデポジットを剥離させて除去することができるので、燃焼室内に堆積したデポジットを効果的に除去することができる。また、燃焼室内に液体状の燃料を噴射する従来の装置とは異なり、内燃機関の潤滑油の希釈化を抑制することができる。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、燃焼室内のデポジットの堆積量を表すデポジット堆積パラメータを取得するデポジット堆積パラメータ取得手段（ＥＣＵ２）をさらに備え、点火進角制御手段は、取得されたデポジット堆積パラメータが所定のしきい値を超えており（図３のステップ３０４）、かつ、取得された内燃機関の回転数及び負荷が所定の運転領域にあるときに、点火進角制御を所定の回数、実行することを特徴とする。

この構成によれば、デポジット堆積パラメータ取得手段は、燃焼室内のデポジットの堆積量を表すデポジット堆積パラメータを取得し、点火進角制御手段は、デポジット堆積パラメータが所定のしきい値を超えており、かつ、取得された内燃機関の回転数及び負荷が所定の運転領域にあるときに、点火進角制御を実行する。このように、デポジット堆積パラメータが所定のしきい値を超えることを条件として、点火進角制御を実行するので、燃焼室内に堆積したデポジットをより効率的に除去することができる。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、デポジット堆積パラメータ取得手段は、内燃機関が、燃焼室内にデポジットが堆積すると推定される所定の堆積運転状態にあるか否を判定する堆積運転状態判定手段（ＥＣＵ２）と、内燃機関が堆積運転状態にある時間ＴＤＥＰの積算値ΣＴＤＥＰを、デポジット堆積パラメータとして算出する積算値算出手段（ＥＣＵ２）と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、点火進角制御手段は、内燃機関が堆積運転状態にある時間の積算値が所定時間を超えており、かつ、取得された内燃機関の回転数及び負荷が所定の運転領域にあるときに、点火進角制御を実行する。このように、内燃機関が堆積運転状態にある時間の積算値が所定時間を超えることを条件として、点火進角制御を実行するので、燃焼室内のデポジットの堆積が進行していると推定される状況下においてのみ、点火進角制御を実行し、ノッキングを発生させることで、デポジットを効率よく除去することができる。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、所定の運転領域は、所定の低回転・高負荷領域であることを特徴とする。

一般に、ノッキングは内燃機関が高温・高圧の状態にあるときに発生しやすい。内燃機関が低回転・高負荷の運転状態にあるときは、吸気量及び燃料噴射量を増加させて燃焼温度を高めることで、燃焼室内の温度が上昇する一方で、排気の圧力はさほど上昇しないため、燃焼室内の熱が逃げにくく、結果として燃焼室内が高温状態となり、ノッキングが発生しやすくなる。その一方で、内燃機関の回転数が低い場合、ノッキングが生じても、内燃機関に対する熱的・機械的ダメージは小さい。

以上の観点に基づき、上述の構成では、点火進角制御手段は、取得された内燃機関の回転数及び負荷が所定の低回転・高負荷領域であることを条件として、点火進角制御を実行するので、ノッキングがもともと発生しやすい低回転・高負荷領域において、点火進角制御を実行して燃焼室内の圧力を上昇させることで、ノッキングをより確実に発生させることができる。したがって、堆積したデポジットの除去をより確実に行うことができるとともに、内燃機関の回転数が低いため、ノッキングの発生による内燃機関へのダメージを抑制することができる。

内燃機関の構成を模式的に示す図である。 制御装置の構成を示すブロック図である。 デポジット堆積状態の判定処理を示すフローチャートである。 点火進角の制御処理を示すフローチャートである。 点火進角を実行する所定の運転領域を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置１は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）２を備えており、ＥＣＵ２は、内燃機関（以下「エンジン」という）３の点火時期制御などを含む各種の制御処理を実行する。

エンジン３は、たとえば４つの気筒３ａ（１つのみ図示）を有するガソリンエンジンであり、車両（不図示）に動力源として搭載されている。各気筒３ａには吸気管４及び排気管５が接続され、それらの吸気ポート及び排気ポートに設けられた吸気弁６及び排気弁７は、それぞれ吸気カムシャフト８及び排気カムシャフト９によって駆動される。

シリンダヘッド３ｂには、各気筒３ａの中央に燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）１０が燃焼室３ｃに臨むように取り付けられ、それに隣接して点火プラグ１１が取り付けられている。すなわち、エンジン３は、インジェクタ１０から気筒３ａの燃焼室３ｃに燃料を直接、噴射する直噴式のものである。インジェクタ１０の燃料噴射動作及び点火プラグ１１の点火時期は、ＥＣＵ２によって制御される。

各インジェクタ１０は、デリバリパイプ及び燃料供給管を介して燃料タンクに接続されており（いずれも不図示）、燃料ポンプ（不図示）によって加圧された燃料が各インジェクタ１０に供給される。加圧された燃料は、インジェクタ１０の開弁によって、燃焼室３ｃに供給される。

また、吸気管４には、スロットル弁２１が設けられ、スロットル弁２１にはスロットルアクチュエータ（以下「ＴＨアクチュエータ」という）２２が連結されている。スロットル弁２１の開度は、ＥＣＵ２によりＴＨアクチュエータ２２を介して制御され、それにより、スロットル弁２１を通り、燃焼室３ｃに吸入される吸入空気量が制御される。吸気管４のスロットル弁２１よりも上流側には、吸気の圧力である吸気圧ＰＡを検出する吸気圧センサ４１が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２に入力される。

エンジン３のクランクシャフト３ｄには、クランク角センサ４２が設けられている。このクランク角センサ４２は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号を、所定のクランク角（たとえば３０度）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。

また、図２に示すように、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ４５から、車両のアクセルペダル（不図示）の操作量であるアクセル開度ＡＰを表す検出信号が入力される。本実施形態では、アクセル開度ＡＰがそのままエンジン３の負荷（以下「エンジン負荷」という）ＬＥとして用いられる。また、ＥＣＵ２は、後述するように、エンジン３が、燃焼室３ｃ内にデポジットが堆積すると推定される所定の堆積運転状態にあるか否かを判定するとともに、堆積運転状態の継続時間である堆積運転時間ＴＤＥＰを算出し、その積算時間ΣＴＤＥＰを記憶する。また、ＥＣＵ２には、水温センサ４４から、エンジン３の本体を冷却する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを表す検出信号が入力される。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも不図示）などからなるマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ類４１〜４５の検出信号等に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラム等に従って、各シリンダ３ａの燃焼状態を判定するとともに、点火時期及び燃料噴射時間を演算し、点火プラグ１１の点火時期の制御や、インジェクタ１０の燃料噴射制御等の各種のエンジン制御を実行する。

本実施形態では特に、ＥＣＵ２は、本発明における基準点火時期設定手段、及び点火進角制御手段として機能する。

図３は、デポジット堆積状態の判定処理のフローを示す。本判定処理では、車両の運転状態に基づき、燃焼室３ｃ内のデポジットの堆積状態を判定する。本処理は、所定の周期で繰り返し実行される。まず、ステップ３０１（「Ｓ３０１」と図示。以下同じ）において、堆積運転時間ＴＤＥＰを算出する。堆積運転時間ＴＤＥＰの算出は、まず、エンジン３の運転状態が、燃焼室３ｃ内にデポジットを堆積させると推定される所定の堆積運転状態にあるか否かを判定し、堆積運転状態であると判定された場合にその継続時間を算出することによって行われる。

一般に、エンジン３の低回転・低負荷領域での運転や、エンジン水温ＴＷが低い低温状態での運転などでは、燃焼室３ｃにデポジットが堆積しやすい。本実施形態では、このようなデポジットが堆積しやすい運転状態を堆積運転領域として設定したマップ（不図示）があらかじめＥＣＵ２に記憶されており、ＥＣＵ２は、このマップを検索することで、エンジン３が堆積運転状態にあるか否かを判定する。

続くステップ３０２では、算出された堆積運転時間ＴＤＥＰを、現在の積算値ΣＴＤＥＰに加算することによって新たな積算値ΣＴＤＥＰを算出する。次に、ステップ３０３において、積算値ΣＴＤＥＰが、所定時間ＴＲＥＦを超えているか否かを判別する。

ステップ３０３の答えがＹＥＳで、積算値ΣＴＤＥＰが所定時間ＴＲＥＦを超えているときは、燃焼室３ｃ内に除去が必要な量のデポジットが堆積していると判定し、ステップ３０４において、デポジット堆積フラグＦ＿ＤＥＰを「１」にセットし、本処理を終了する。一方、ステップ３０３の答えがＮＯで、積算値ΣＴＤＥＰが所定時間ＴＲＥＦ以下であるときは、燃焼室３ｃ内に除去が必要な量のデポジットは堆積していないと判定し、ステップ３０５において、デポジット堆積フラグＦ＿ＤＥＰを「０」にセットし、本処理を終了する。

次に、図４に示す点火進角の制御処理について説明する。本処理は、所定の周期で繰り返し実行される。まず、ステップ４０１において、基準点火時期ＩＧＭＢＴを算出する。この基準点火時期ＩＧＭＢＴは、エンジン３の最大の出力トルクが得られる最適な点火時期であり、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＡに応じ、所定のマップ（不図示）を検索することによって算出される。

次に、ステップ４０２において、デポジット堆積フラグＦ＿ＤＥＰが「１」であるか否かを判別する。この答えがＮＯで、燃焼室３ｃ内に除去が必要な量のデポジットは堆積していないと判定されている場合は、点火時期の進角は行わず、本処理を終了する。したがって、この場合は、ステップ４０１で算出された基準点火時期ＩＧＭＢＴに基づき、点火時期を制御する。

一方、ステップ４０２の答えがＹＥＳで、デポジット堆積フラグＦ＿ＤＥＰが「１」である場合は、続くステップ４０３以降において、点火進角制御を実行する。まず、ステップ４０３では、エンジン３が点火時期の進角を実行するのに適した運転状態にあるか否かを判定する。

ステップ４０３では、エンジン回転数ＮＥが所定の低回転領域にあり、エンジン負荷ＬＥが所定の高負荷領域にあるか否かを判別する。本実施形態においては、図５のマップを検索することで、エンジン３が所定の低回転・高負荷領域にあるか否かを判定する。この低回転・高負荷領域は、エンジン３の燃焼室３ｃ内が比較的高温の状態であって、ノッキングが発生しやすい領域であるとともに、ノッキングが発生しても、エンジン３に対する熱的・機械的ダメージが小さい領域である。

ステップ４０３の答えがＮＯで、エンジン３の運転領域が所定の低回転・高負荷領域にない場合は、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ４０３の答えがＹＥＳで、エンジン３の運転領域が所定の低回転・高負荷領域にある場合は、次のステップ４０４に進む。

ステップ４０４では、エンジン３の運転状態に基づき、点火進角の進角量を決定するとともに、点火進角の回数を設定する。

点火進角の進角量及び回数は、固定値に設定してもよく、あるいは適宜、変更してもよい。たとえば、堆積運転時間ＴＤＥＰの積算値ΣＴＤＥＰに基づきデポジットの堆積量を推定し、推定された堆積量に応じて進角量や回数を増減するように設定してもよい。本実施形態では、点火進角の進角量は、たとえば固定値として２０度に設定されており、点火進角の回数は、たとえば固定値として１回に設定されている。

続くステップ４０５では、ステップ４０４で設定された進角量及び回数に基づき、点火時期を進角させる点火進角制御を実行する。エンジン３は、ノッキングが発生しやすい低回転・高負荷領域にあり、この状態で点火進角制御が実行されることにより、燃焼室３ｃ内の圧力が上昇し、ノッキングをより確実に発生させることができる。そして、ノッキングの圧力振動により、燃焼室３ｃ内に堆積したデポジットが剥離し、その後の燃焼行程で焼却されるか、排気行程で燃焼室３ｃの外部に排出される。

その後、ステップ４０６において、前記ステップ４０５で点火進角を実行したことにより、燃焼室３ｃ内に除去が必要な量のデポジットは堆積していないと判定し、デポジット堆積フラグＦ＿ＤＥＰを「０」にセットする。続いて、ステップ４０７において、堆積運転時間ＴＤＥＰの積算値ΣＴＤＥＰをリセットし、本処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、エンジン３が堆積運転状態にある堆積運転時間ＴＤＥＰの積算値ΣＴＤＥＰが所定時間ＴＲＥＦを超えており、かつ、エンジン回転数ＮＥ及びエンジン負荷ＬＥが所定の低回転・高負荷領域にあるときに、点火時期を基準点火時期ＩＧＭＢＴから所定の進角量、進角させる点火進角制御を所定回数、実行する。これにより、エンジン３のノッキングを意図的に発生させ、その圧力振動により燃焼室３ｃ内のデポジットを剥離させて除去することができるので、燃焼室３ｃ内に堆積したデポジットを効果的に除去することができる。また、燃焼室３ｃ内に液体状の燃料を噴射する従来の装置とは異なり、エンジンオイルの希釈化を抑制することができる。

また、エンジン３の堆積運転時間ＴＤＥＰの積算値ΣＴＤＥＰが所定時間ＴＲＥＦを超えることを条件として、点火進角制御を実行するので、燃焼室３ｃ内のデポジットの堆積が進行していると推定される状況下においてのみ、点火進角制御を実行し、ノッキングを発生させることで、デポジットを効率よく除去することができる。

また、エンジン回転数ＮＥ及びエンジン負荷ＬＥが所定の低回転・高負荷領域であることを条件として、点火進角制御を実行するので、ノッキングがもともと発生しやすい低回転・高負荷領域において、点火進角制御を実行して燃焼室３ｃ内の圧力を上昇させることで、より確実にノッキングを発生させることができる。したがって、堆積したデポジットの除去をより確実に行うことができるとともに、エンジン回転数ＮＥが低いため、ノッキングの発生によるエンジン３へのダメージを抑制することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。たとえば、実施形態では、デポジット堆積パラメータとして、エンジン３の堆積運転状態の継続時間である堆積運転時間ＴＤＥＰの積算値ΣＴＤＥＰを用いているが、燃焼室３ｃ内のデポジットの堆積量を適切に表す限り、他の適当なパラメータを採用することが可能である。たとえば、デポジット堆積パラメータとして、堆積運転状態が出現した回数の積算値を用いてもよく、あるいは、エンジン３の総運転時間を用いてもよい。

また、実施形態では、前記ステップ４０３において、エンジン３が点火進角制御を実行するのに適した所定の低回転・高負荷領域にあるか否かを２次元のマップを用いて判定しているが、点火進角制御を実行するのに適した運転領域を、その適合度合いに応じて複数設定し、それぞれの領域によって点火進角の進角量及び回数を変更するようにしてもよい。

また、実施形態では、エンジン３の負荷として、アクセル開度ＡＰを用いているが、これに限らず、エンジン３の負荷を表す他の適当なパラメータ、たとえば要求トルクや吸入空気量、吸気圧等を用いてもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（基準点火時期設定手段、デポジット堆積パラメータ取得手段、点火進角制御手段、堆積運転状態判定手段、積算値算出手段）
３ エンジン（内燃機関）
３ｃ 燃焼室
４２ クランク角センサ（回転数取得手段）
４５ アクセル開度センサ（負荷取得手段）
ＩＧＭＢＴ 基準点火時期
ＬＥ エンジン負荷（内燃機関の負荷）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の回転数）
ＴＤＥＰ 堆積運転時間
ΣＴＤＥＰ 堆積運転時間の積算値

Claims (4)

1. 内燃機関の運転状態に応じて基準点火時期を設定する基準点火時期設定手段と、
   前記内燃機関の回転数を取得する回転数取得手段と、
   前記内燃機関の負荷を取得する負荷取得手段と、
   前記取得された内燃機関の回転数及び負荷が所定の運転領域にあるときに、前記点火時期を前記基準点火時期から所定の進角量、進角させる点火進角制御を所定の回数、実行する点火進角制御手段と、
   を備える内燃機関の制御装置。
2. 燃焼室内のデポジットの堆積量を表すデポジット堆積パラメータを取得するデポジット堆積パラメータ取得手段をさらに備え、
   前記点火進角制御手段は、前記取得されたデポジット堆積パラメータが所定のしきい値を超えており、かつ、前記取得された内燃機関の回転数及び負荷が所定の運転領域にあるときに、前記点火進角制御を所定の回数、実行することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記デポジット堆積パラメータ取得手段は、
   前記内燃機関が、前記燃焼室内にデポジットが堆積すると推定される所定の堆積運転状態にあるか否を判定する堆積運転状態判定手段と、
   前記内燃機関が前記堆積運転状態にある時間の積算値を、前記デポジット堆積パラメータとして算出する積算値算出手段と、
   を有することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記所定の運転領域は、所定の低回転・高負荷領域であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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