JP2024020875A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノッキングの発生頻度を抑制できる内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】吸気管と排気管とを連通したＥＧＲ管に設けられたＥＧＲ弁を開状態又は閉状態に切り替えるＥＧＲ装置を有した内燃機関の制御装置において、ノッキングの発生に基づいて所定の遅角量で点火時期を遅角させる点火時期制御部と、前記開状態及び閉状態の一方から他方への切替中であるか否かを判定する判定部と、前記判定部で肯定判定がなされた場合での前記遅角量を、前記判定部で否定判定がなされた場合での前記遅角量よりも大きい値に設定する設定部と、を備えた内燃機関の制御装置。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

排気通路と吸気通路とを連通したＥＧＲ通路上のＥＧＲ弁を開状態又は閉状態に切り替えるＥＧＲ装置を有した内燃機関が知られている。このような内燃機関において、ノッキングの発生に基づいて点火時期が遅角するが、ＥＧＲ弁の開状態及び閉状態の一方から他方への切替中では点火時期の遅角を禁止する技術がある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０－０２４９０１号公報

上述した切替中では、内燃機関の燃焼室内に導入される新気と排気ガスとの割合が変化し、燃焼状態が不安定となってノッキングの発生頻度が増大するおそれがある。このような状態において点火時期の遅角を禁止すると、ノッキングの発生頻度を抑制することができないおそれがある。

そこで本発明は、ノッキングの発生頻度を抑制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。

上記目的は、吸気管と排気管とを連通したＥＧＲ管に設けられたＥＧＲ弁を開状態又は閉状態に切り替えるＥＧＲ装置を有した内燃機関の制御装置において、ノッキングの発生に基づいて所定の遅角量で点火時期を遅角させる点火時期制御部と、前記開状態及び閉状態の一方から他方への切替中であるか否かを判定する判定部と、前記判定部で肯定判定がなされた場合での前記遅角量を、前記判定部で否定判定がなされた場合での前記遅角量よりも大きい値に設定する設定部と、を備えた内燃機関の制御装置によって達成できる。

前記遅角量に基づいて設定された点火時期を学習値として更新する更新部と、前記判定部で肯定判定がなされた場合に、前記学習値の更新を停止する停止部と、を備えてもよい。

前記開状態及び閉状態の一方から他方への切替中とは、前記一方から前記他方への切替要求があってから、前記他方に切り替えられてから前記内燃機関の燃焼状態が安定するまでの所定時間が経過するまでの期間であってもよい。

前記設定部は、前記判定部で否定判定がなされた場合での前記遅角量に、１よりも大きい所定の係数を乗算した値を、前記判定部で肯定判定がなされた場合での前記遅角量として設定してもよい。

本発明によれば、ノッキングの発生頻度を抑制できる内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は、本実施例のエンジンシステムの概略構成図である。 図２は、点火時期の設定方法を示したグラフである。 図３は、ＥＣＵが実行する点火時期制御の一例を示したフローチャートである。

［エンジンシステムの概略構成］
図１は、本実施例のエンジンシステムの概略構成図である。エンジン２０は、内燃機関の一例であり、４つの気筒を有した直列４気筒ガソリンエンジンであるが、これに限定されない。例えばエンジン２０は、ディーゼルエンジンであってもよいし、過給機付きのエンジンであってもよい。エンジン２０では、ピストン２４が収納されたシリンダブロック２１上に設置されたシリンダヘッド２２内の燃焼室２３内で混合気を燃焼させて、ピストン２４を往復動させる。ピストン２４の往復動は、クランクシャフト２６の回転運動に変換される。シリンダブロック２１の下部には、潤滑用のオイルを貯留したオイルパン２１ａが設けられている。

エンジン２０のシリンダヘッド２２には、吸気ポート１０ｉを開閉する吸気弁４２と、排気ポート３０ｅを開閉する排気弁４４とが気筒ごとに設けられている。また、シリンダヘッド２２の頂部には、燃焼室２３内の混合気に点火するための点火プラグ２７が気筒ごとに取り付けられている。また、シリンダヘッド２２には、燃焼室２３内に燃料を噴射する筒内噴射弁１２が設けられている。吸気弁４２の開弁時に燃焼室２３に吸入された吸入空気と筒内噴射弁１２から噴射された燃料とが混合されて混合気をなし、この混合気がピストン２４で圧縮され点火プラグ２７で点火燃焼させられる。

各気筒の吸気ポート１０ｉは気筒毎の枝管を介してサージタンク１８に接続されている。サージタンク１８の上流側には吸気管１０が接続されており、吸気管１０の上流端にはエアクリーナ１９が設けられている。吸気管１０には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１５、電子制御式のスロットルバルブ１３が設けられている。また、サージタンク１８には吸気圧を検出する吸気圧センサ１７が設けられている。

各気筒の排気ポート３０ｅは気筒毎の枝管を介して排気管３０に接続されている。排気管３０には、三元触媒３１が設けられている。三元触媒３１の上流側には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３３が設置されている。

エンジン２０には、ＥＧＲ装置５０が設けられている。ＥＧＲ装置５０は、ＥＧＲ管５１とＥＧＲ弁５２とを備えている。ＥＧＲ管５１は、排気管３０と吸気管１０とを連通する。ＥＧＲ弁５２は、ＥＧＲ管５１上に設けられており、開状態又は閉状態に切り替えられる。詳細には、１００によりＥＧＲ弁５２の開度が調整される。ＥＧＲ弁５２が開状態では、排気ガスの一部が吸気管１０に還流され、ＥＧＲ弁５２の開度を調整することにより、燃焼室２３に吸入される吸気ガスの総量に対するＥＧＲガスの量の比率であるＥＧＲ率を調整することができる。ＥＧＲ弁５２が閉状態では、排気管３０と吸気管１０との連通が遮断され、排気ガスの吸気管１０への還流が停止する。尚、ＥＧＲ管５１には、ＥＧＲクーラが備えられていてもよい。

ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、及びバックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはイグニッションオフ時などにおいて保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びバックアップＲＡＭは、詳しくは後述する点火時期制御部、設定部、判定部、更新部、及び停止部を機能的に実現する。

ＥＣＵ１００には、上述の点火プラグ２７、スロットルバルブ１３、筒内噴射弁１２、及びＥＧＲ弁５２が電気的に接続されている。またＥＣＵ１００には、上述したエアフロメータ１５、吸気圧センサ１７、及び空燃比センサ３３に加えて、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１、スロットルバルブ１３のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１４、クランクシャフト２６のクランク角を検出するクランク角センサ２５、エンジン２０でのノッキングの発生を検出するノックセンサ２８、その他の各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ１００は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ２７、スロットルバルブ１３、筒内噴射弁１２、ＥＧＲ弁５２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度、ＥＧＲ率等を制御する。

［点火時期制御］
ＥＣＵ１００が実行する、ノッキングの発生状況に応じてエンジン２０での点火プラグ２７による点火時期を制御する点火時期制御について説明する。ＥＣＵ１００は、ノックセンサ２８の出力信号に基づいてノッキングの発生の有無を判定し、その判定結果に基づいて点火時期を所定時期から徐々に進角させることにより、ノッキングが発生しない範囲内でできる限り点火時期が進角側となるように点火時期を最適化する。

図２は、点火時期の設定方法を示したグラフである。最初にＥＣＵ１００は、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷率ＫＬに基づき、最大遅角点火時期akmf及び基本点火時期abseがそれぞれ算出される。最大遅角点火時期akmfは、現在のエンジン２０の動作点において確実にノッキングが発生しない点火時期の進角限界の点火時期を示す。基本点火時期abseは、現在のエンジン２０の動作点において最大の燃焼トルクが得られる点火時期とノッキングを抑制可能な点火時期の進角限界の点火時期とのうち、遅角側の点火時期を示すものであり、エンジン２０の機種に応じて予め設定される点火時期である。本処理は、点火時期制御部が実行する処理の一例である。

次に、ＥＣＵ１００は基本点火時期abseからの遅角量akcsを算出する。遅角量akcsは、後述する学習値［°ＣＡ］に、ノッキングが発生しなかった場合には所定の微小な進角量Δα［°ＣＡ］が所定時間毎に加算され、ノッキングが発生した場合にはその都度所定の遅角量（－Δβ）［°ＣＡ］が加算される。即ち、ノッキングが発生しない場合には、遅角量akcsは０に近づくように算出され、ノッキングが発生した場合には遅角量akcsは０から離れるように負の角度が増大する。進角量Δαの大きさは、遅角量（－Δβ）の大きさよりも小さい値に設定されている。点火時期は、このようにして基本点火時期abseからの遅角量akcsに基づいて設定される。尚、遅角量akcsがとり得る最大値は、基本点火時期abseから最大遅角点火時期akmfを引いた差である。本処理は、更新部が実行する処理の一例である。

次にＥＣＵ１００は、このようにノッキングの発生状況に応じて算出される遅角量akcsに対してその増減速度を鈍化させる処理を施した値、いわゆる「なまし値」である、遅角量なまし値akcssmを算出する。ＥＣＵ１００は、この遅角量なまし値akcssmを学習値として更新する。尚、遅角量akcsはイグニッションオフにより０にリセットされるが、学習値はイグニッションオフ後もＥＣＵ１００のバックアップＲＡＭに保持され、次のエンジン２０の始動の際の点火時期制御に引き継がれる。

ここで、ＥＧＲ弁５２が開状態及び閉状態の一方から他方への切替中では、燃焼状態が不安定となりノッキングの発生頻度が増えるおそれがある。このためＥＣＵ１００は以下のような点火時期制御を実行する。

図３は、ＥＣＵ１００が実行する点火時期制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ１００は、ノックセンサ２８の出力信号に基づいてノッキングが発生したか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＮｏの場合、ＥＣＵ１００は点火時期を上述した進角量Δαだけ進角させ（ステップＳ２）、点火時期の学習値の更新処理を実行する（ステップＳ３）。ステップＳ３は、更新部が実行する処理の一例である。

ステップＳ１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００はＥＧＲ弁５２が開状態及び閉状態の一方から他方への切替中であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ここで切替中とは、開状態及び閉状態の一方から他方への切替要求があってから、他方に切り替えられてからエンジン２０の燃焼状態が安定するまでの所定時間が経過するまでの期間である。例えばＥＧＲ弁５２が開状態の場合には、切替中とは、閉状態への切替要求があってから閉状態に切り替えられ、閉状態に切り替えられてからエンジン２０の燃焼状態が安定するまでの所定時間が経過するまでの間である。所定時間は、ＥＧＲ弁５２が閉状態又は開状態に切り替えられた直後から、燃焼室２３内を流れる気流が安定して燃焼状態が安定するのに必要な時間である。この所定時間は、予め実験結果に基づいて規定されておりＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。ステップＳ４は、判定部が実行する処理の一例である。

ステップＳ４でＮｏの場合、即ちＥＧＲ弁５２が開状態及び閉状態の何れかに維持されている場合、ＥＣＵ１００は点火時期を上述した遅角量（－Δβ）だけ遅角させる（ステップＳ５）。次にＥＣＵ１００は、点火時期の学習値の更新処理を実行する（ステップＳ３）。

ステップＳ４でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００は遅角量（－Δγ）に設定して、この遅角量（－Δγ）だけ点火時期を遅角させる（ステップＳ６）。ここで、Δγ＞Δβの関係が成立する。即ちステップＳ４で切替中ではないと判定された場合よりも、ステップＳ４で切替中であると判定された場合での方が点火時期は大きく遅角される。開状態及び閉状態の一方から他方への切替中の場合には、上述したようにノッキングの発生頻度が増えるおそれがあり、この場合に大きい遅角量に設定することにより、ノッキングの発生頻度を抑制できる。尚、Δγ＝Ｋ×Δβとして定められ、Ｋは１よりも大きい係数である。ステップＳ６は、設定部が実行する処理の一例である。

次にＥＣＵ１００は、点火時期の学習値の更新処理を停止する（ステップＳ７）。燃焼状態が不安定な切替中に学習値を更新すると、この更新された学習値に基づいて、燃焼状態が安定した切替完了後での点火時期が制御される。これにより、点火時期が切替完了後の燃焼状態に適しておらず、ノッキングが発生又は出力が低下するおそれがある。このため、切替中に学習値の更新処理を停止することにより、切替完了後の安定した燃焼状態に適した点火時期に制御することができる。ステップＳ７は、停止部が実行する処理の一例である。

本実施例のエンジンシステムは、ハイブリッド車両に搭載されたエンジンシステムであってもよい。また、エンジンは過給機付きエンジンであってもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

２０ エンジン（内燃機関）
５０ ＥＧＲ装置
５１ ＥＧＲ管
５２ ＥＧＲ弁
１００ ＥＣＵ（点火時期制御部、判定部、設定部、更新部、停止部）

Claims (4)

1. 吸気管と排気管とを連通したＥＧＲ管に設けられたＥＧＲ弁を開状態又は閉状態に切り替えるＥＧＲ装置を有した内燃機関の制御装置において、
   ノッキングの発生に基づいて所定の遅角量で点火時期を遅角させる点火時期制御部と、
   前記開状態及び閉状態の一方から他方への切替中であるか否かを判定する判定部と、
   前記判定部で肯定判定がなされた場合での前記遅角量を、前記判定部で否定判定がなされた場合での前記遅角量よりも大きい値に設定する設定部と、を備えた内燃機関の制御装置。
2. 前記遅角量に基づいて設定された点火時期を学習値として更新する更新部と、
   前記判定部で肯定判定がなされた場合に、前記学習値の更新を停止する停止部と、を備えた請求項１の内燃機関の制御装置。
3. 前記開状態及び閉状態の一方から他方への切替中とは、前記一方から前記他方への切替要求があってから、前記他方に切り替えられてから前記内燃機関の燃焼状態が安定するまでの所定時間が経過するまでの期間である、請求項２の内燃機関の制御装置。
4. 前記設定部は、前記判定部で否定判定がなされた場合での前記遅角量に、１よりも大きい所定の係数を乗算した値を、前記判定部で肯定判定がなされた場合での前記遅角量として設定する、請求項３の内燃機関の制御装置。
   

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