JP5397567B1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、異常燃焼が検出された場合に、異常燃焼の発生を抑制する制御と、触媒温度制御と、を両立することの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。
内燃機関の排気通路に配置された触媒の触媒温度を取得する。前記内燃機関の燃焼室内で発生した異常燃焼を検出する。前記燃焼室内に流入する吸気量、及び前記触媒に流入する排気の温度を制御するガス制御手段と、燃焼室内に供給される燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段を備える。異常燃焼が検出された場合に、触媒温度に基づいて、前記ガス制御手段により触媒温度を上昇させつつ異常燃焼の発生を抑制する第１モードと、前記燃料噴射量制御手段により触媒温度の上昇を抑制しつつ異常燃焼の発生を抑制する第２モードと、前記ガス制御手段及び前記燃料噴射量制御手段により異常燃焼の発生を抑制する第３モード、のいずれか１つを選択する異常燃焼抑制モード選択手段を備える。

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば日本特開２００６−０４６１４０号公報に開示されるように、内燃機関の燃焼室にプレイグニッション等の異常燃焼（点火時期よりも早期に燃焼が始まり、過大な筒内圧が発生する現象）が発生するおそれがある場合に、異常燃焼の発生を抑制することが知られている。本公報には、プレイグニッションの前兆現象を検出した場合に、燃料増量又は点火時期の遅角を実行して、プレイグニッションを抑制する制御が開示されている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

日本特開２００６−０４６１４０号公報 日本特開平１１−０５０８７８号公報 日本特開昭６１−２４４８３１号公報

ところで、内燃機関の排気通路には排気を浄化する触媒が設けられている。触媒の浄化能力を十分に発揮させるため、触媒温度を早期に活性温度まで上昇させる必要がある。その一方で、触媒が過度の高温に晒され続けると、その熱により触媒が物理的に破損する可能性が高まるため、上限閾値を超えないように制御する必要もある。すなわち、触媒温度を適切な温度範囲内に制御する必要がある。上述した燃料増量や点火時期の遅角により異常燃焼の発生を抑制する制御は、触媒温度に影響を与える。しかし、従来の制御では、触媒温度を考慮していないため、異常燃焼の発生を抑制する制御によって、触媒がその浄化能力を十分に発揮できないおそれがあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、異常燃焼が検出された場合に、異常燃焼の発生を抑制する制御と、触媒の浄化能力を好適に発揮できる温度範囲に触媒温度を制御する触媒温度制御と、を両立することの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。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置された触媒の触媒温度を取得する触媒温度取得手段と、
前記内燃機関の燃焼室内で発生した異常燃焼を検出する異常燃焼検出手段と、
前記燃焼室内に流入する吸気量、及び前記触媒に流入する排気の温度を制御するガス制御手段と、
燃焼室内に供給される燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、
前記異常燃焼検出手段が異常燃焼を検出した場合に、前記触媒温度取得手段が取得した触媒温度に基づいて、前記ガス制御手段により触媒温度を上昇させつつ異常燃焼の発生を抑制する第１モードと、前記燃料噴射量制御手段により触媒温度の上昇を抑制しつつ異常燃焼の発生を抑制する第２モードと、前記ガス制御手段及び前記燃料噴射量制御手段により異常燃焼の発生を抑制する第３モード、のいずれか１つを選択する異常燃焼抑制モード選択手段と、を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記異常燃焼抑制モード選択手段は、
前記触媒温度取得手段が取得した触媒温度が活性温度以下の場合において、前記異常燃焼検出手段が異常燃焼を検出した場合に、前記第１モードを選択し、
前記触媒温度取得手段が取得した触媒温度が、前記活性温度よりも高い上限閾値以上の場合において、前記異常燃焼検出手段が異常燃焼を検出した場合に、前記第２モードを選択し、
前記触媒温度取得手段が取得した触媒温度が、前記活性温度よりも高く前記上限閾値よりも低い場合において、前記異常燃焼検出手段が異常燃焼を検出した場合に、前記第３モードを選択すること、を特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明又は第２の発明において、
前記触媒上流の前記排気通路にタービンを有する過給機と、
前記タービンよりも上流の前記排気通路と、前記タービンから前記触媒までの間の前記排気通路とを接続して、前記タービンを迂回するバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉可能なウェイストゲートバルブと、を更に備え、
前記ガス制御手段は、前記ウェイストゲートバルブを開くＷＧＶ制御手段を含み、
前記第１モードは、前記ＷＧＶ制御手段によりウェイストゲートバルブを開き、
前記第２モードは、前記燃料噴射量制御手段により燃料噴射量を増量補正し、
前記第３モードは、前記ＷＧＶ制御手段によりウェイストゲートバルブを開き、かつ、前記燃料噴射量制御手段により燃料噴射量を増量補正すること、を特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
点火時期を変更可能な点火時期制御手段を更に備え、
前記第１モード及び前記第３モードは、前記点火時期制御手段により点火時期を遅角する制御を更に含むことを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、
前記内燃機関の吸気通路と前記燃焼室との間を開閉する吸気バルブと、
前記排気通路と前記燃焼室との間を開閉する排気バルブと、
前記吸気バルブと前記排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを変更可能な可変バルブタイミング装置と、を更に備え、
前記第１モード及び前記第３モードは、前記可変バルブタイミング装置によりバルブオーバーラップ量を増大させる制御を更に含むことを特徴とする。

第１の発明又は第２の発明によれば、異常燃焼が検出された場合に、異常燃焼の発生を抑制する制御と、触媒の浄化能力を好適に発揮できる温度範囲に触媒温度を制御する触媒温度制御とを両立することができる。

第３の発明によれば、第１モードにおいて、ウェイストゲートバルブが開かれる。ウェイストゲートバルブが開かれることで、高温の排気が、熱容量の大きいタービンを迂回して、バイパス通路から触媒に流入する。そのため、触媒暖機時に触媒温度の上昇を促進させることができる。また、ウェイストゲートバルブが開かれることで、過給圧が減少し、吸入空気量が減少する。そのため、異常燃焼の発生を抑制することができる。よって、触媒暖機と異常燃焼抑制とを両立することができる。
また、第２モードにおいて、燃料噴射量が増量補正される。燃料噴射量が増量補正されることで、筒内雰囲気温度が低下し、異常燃焼の発生を抑制できると共に、触媒温度の上昇を抑制することができる。
また、第３モードにおいて、ウェイストゲートバルブが開かれ、かつ、燃料噴射量が増量補正される。これにより、吸入空気量が低減し、かつ、筒内雰囲気温度が低下するため、より確実に異常燃焼の発生を抑制することができる。

第４の発明によれば、第１モードと第３モードに点火時期を遅角する制御が加えられているため、燃費・エミッション性能をさらに向上させることができる。

第５の発明によれば、第１モードと第３モードにバルブオーバーラップ量を増大させる制御が加えられているため、燃費・エミッション性能をさらに向上させることができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実装しているエンジンモデルの１つである。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実装しているエンジンモデルの１つである。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３において、ＥＣＵ５０が実装しているエンジンモデルの１つである。 本発明の実施の形態３において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態４において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態５において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態６において、ＥＣＵ５０が実装しているエンジンモデルの１つである。 本発明の実施の形態６において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、過給によるダウンサイジングが図られた内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、車両等に搭載され、その動力源とされる。図１に示す内燃機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

内燃機関１０の各気筒には、燃料を気筒内（燃焼室内）に直接噴射するインジェクタ１２、混合気に点火するための点火プラグ１３、および、筒内圧に応じた信号を出力する筒内圧センサ１４が設けられている。

内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１６および排気通路１８が接続されている。吸気通路１６の下流端には、気筒内（燃焼室内）と吸気通路１６との間を開閉する吸気バルブ２０が設けられている。排気通路１８の上流端には、気筒内（燃焼室内）と排気通路１８との間を開閉する排気バルブ２２が設けられている。排気通路１８の合流部近傍には排気空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサ２３が設けられている。

内燃機関１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気通路１８に流入する。内燃機関１０は、排気ガスのエネルギーによって過給を行うターボチャージャ２４を備えている。ターボチャージャ２４は、排気ガスのエネルギーによって回転するタービン２４ａと、タービン２４ａに駆動されて回転するコンプレッサ２４ｂとを備えている。タービン２４ａは、空燃比センサ２３下流の排気通路１８に配置されている。コンプレッサ２４ｂは、吸気通路１６の途中に設けられている。

タービン２４ａの近傍には、タービン２４ａの入口付近の排気通路１８と、タービン２４ａの出口付近の排気通路１８とを接続して、タービン２４ａを迂回するバイパス通路３２が設けられている。バイパス通路３２には、バイパス通路３２を任意に開閉可能な電子制御式のウェイストゲートバルブ（以下、ＷＧＶ（Waste Gate Valve）という。）３４が設けられている。

さらに、タービン２４ａ下流の排気通路１８には、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒３６が設けられている。触媒３６には、例えば三元触媒が用いられる。触媒３６の近傍には触媒温度に応じた信号を出力する温度センサ３７が設けられている。

吸気通路１６の入口付近には、エアクリーナ３８が設けられている。また、エアクリーナ３８の下流近傍には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ４０が設けられている。エアフローメータ４０の下流にはコンプレッサ２４ｂが設けられている。コンプレッサ２４ｂの下流には、水冷式のインタークーラ４２が設けられている。インタークーラ４２の下流には、電子制御式のスロットルバルブ４４が設けられている。

エアクリーナ３８を通って吸入された新気は、ターボチャージャ２４のコンプレッサ２４ｂで圧縮された後、インタークーラ４２で冷却される。冷却された新気は、スロットルバルブ４４を通過し、各気筒に分配されて流入される。

本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む記憶回路を備えた演算処理装置により構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、上述した筒内圧センサ１４、空燃比センサ２３、エアフローメータ４０の他、クランク角及びクランク角速度を検出するためのクランク角センサ５２等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。ＥＣＵ５０の出力側には、上述したインジェクタ１２、点火プラグ１３、ＷＧＶ３４、スロットルバルブ４４等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。

ＥＣＵ５０は、クランク角に応じて変化する各種のデータを、当該クランク角と共に時系列データとして記憶する機能を備えている。この時系列データには、各種センサ出力、及び当該出力に基づいて算出される各種の指標、パラメータ等が含まれる。

また、ＥＣＵ５０には、各種アクチュエータの動作量と燃費・出力（トルク）・エミッションとの間の関係を定めたエンジンモデルが実装されている。一例として、図２に示すエンジンモデルが含まれている。ＥＣＵ５０は、エンジンモデルを用いて、燃費・出力（トルク）・エミッションの各要求を満たす各種アクチュエータの動作量を算出可能である。

ＥＣＵ５０は、各種センサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを駆動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。例えば、クランク角センサ５２の出力に基づいてクランク角やエンジン回転数（機関回転数）を算出し、エアフローメータ４０の出力に基づいて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基づいてエンジンの負荷（負荷率）を算出する。吸入空気量、負荷等に基づいて燃料噴射量を算出する。燃料噴射量の基本量として、例えば排気空燃比を理論空燃比（ストイキ）にする燃料量が設定される。クランク角に基づいて燃料噴射時期や点火時期を決定する。そして、これらの時期が到来したときに、インジェクタ１２及び点火プラグ１３を駆動する。これにより、筒内で混合気を燃焼させ、内燃機関１０を運転することができる。

［実施の形態１における特徴的制御］
本実施形態のシステムのような過給ダウンサイズエンジンでは、低回転高負荷の運転領域において異常燃焼（点火時期よりも早期に燃焼が始まり過大な筒内圧が発生する現象）が発生し易い。異常燃焼は内燃機関にダメージを与えるため、異常燃焼の発生を抑制する制御が必要である。異常燃焼の発生を抑制する制御として、吸入空気量の低減や燃料噴射量の増量補正などがある。吸入空気量の低減や燃料噴射量の増量補正は、触媒３６の触媒温度に影響を与える。触媒３６がその浄化能力を発揮するためには、触媒温度を早期に活性温度まで上昇させる必要がある。その一方で、触媒３６が過度の高温に晒され続けると、その熱により触媒３６が物理的に破損する可能性が高まるため、上限閾値を超えないように制御する必要もある。すなわち、触媒温度を適切な範囲内に制御する触媒温度制御が必要である。よって、異常燃焼が発生した場合に、異常燃焼の発生を抑制する制御と、触媒温度制御とを両立できることが望ましい。

そこで、本実施形態のシステムでは、異常燃焼が検出された場合に、触媒温度に基づいて、ガス制御手段により触媒温度を上昇させつつ異常燃焼の発生を抑制する第１モードと、燃料噴射量制御手段により触媒温度の上昇を抑制しつつ異常燃焼の発生を抑制する第２モードと、ガス制御手段及び燃料噴射制御手段により異常燃焼の発生を抑制する第３モード、のいずれか１つを選択することとした。

本実施形態のシステムにおける特徴的制御の概要について説明する。ＥＣＵ５０は、異常燃焼が検出された場合に、触媒温度に基づいて、第１〜第３モードのいずれか１つを選択し、次のような制御を実行する。
（１）第１モード
触媒温度が活性温度以下の場合には「第１モード」が選択される。第１モードでは、少なくともＷＧＶ３４が開かれる。ＷＧＶ３４が開かれることで、高温の排気が、熱容量の大きいタービン２４ａ部を迂回して、バイパス通路３２から触媒３６に流入する。そのため、触媒暖機時に触媒温度の上昇を促進させることができる。また、ＷＧＶ３４が開かれることで過給圧が減少し、吸入空気量が減少する。そのため、異常燃焼の発生を抑制することができる。よって、触媒暖機と異常燃焼抑制とを両立することができる。
（２）第２モード
触媒温度が、活性温度よりも高い上限閾値以上の場合には「第２モード」が選択される。第２モードでは、燃料噴射量が増量補正される。燃料噴射量が増量補正されることで、筒内雰囲気温度が低下し、異常燃焼の発生を抑制できると共に、触媒温度の上昇を抑制することができる。
（３）第３モード
触媒温度が、活性温度よりも高く上限閾値よりも低い場合には「第３モード」が選択される。第３モードでは、少なくともＷＧＶ３４が開かれ、かつ、燃料噴射量が増量補正される。これにより、吸入空気量が低減し、かつ、筒内雰囲気温度が低下するため、より確実に異常燃焼の発生を抑制することができる。

図３は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、例えば１サイクル毎に実行される。図３に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、異常燃焼が発生したか否かを判定する（ステップＳ１００）。例えば、エンジン回転数と負荷率とにより定まる運転領域が、低回転高負荷の異常燃焼発生領域にあって、かつ、点火時期近傍のクランク角における筒内圧センサ１４の出力値が、通常燃焼時における設定上限値を超えている場合に、ＥＣＵ５０は、燃焼室内に異常燃焼が発生したと判定する。異常燃焼が発生していない場合には、その後、本ルーチンの処理が終了される。

一方、異常燃焼が発生した場合には、ＥＣＵ５０は、触媒暖機が完了しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。例えば、ＥＣＵ５０は、温度センサ３７が出力した信号に基づいて触媒温度を取得する。ＥＣＵ５０は、この触媒温度が活性温度に達している場合に、触媒暖機が完了していると判定する。

触媒暖機が完了していない場合には、ＥＣＵ５０は「第１モード」を選択する（ステップＳ１２０）。第１モードでは、ＷＧＶ３４が開かれる。ＷＧＶ３４が開かれると、排気ガスが、バイパス通路３２から触媒３６に流入する。排気が、熱容量の大きいタービン２４ａを迂回するため、高温の排気を触媒３６に流入させることができる。そのため、触媒暖機時に異常燃焼が発生した場合であっても、触媒温度を上昇させることができる。また、ＷＧＶ３４が開かれることで過給圧が減少し、吸入空気量が減少する。そのため、異常燃焼の発生を抑制することができる。よって、触媒暖機と異常燃焼抑制とを両立することができる。なお、ステップＳ１２０の処理では、要求トルクを満たすため、ＷＧＶ３４を開くと共にスロットルバルブ４４のスロットル開度を高めている。ＥＣＵ５０は、エンジンモデルに基づいて、要求トルクを満たすスロットル開度及びＷＧＶ開度を算出している。

一方、ステップＳ１１０において、触媒暖機が完了していると判定される場合には、ＥＣＵ５０は、触媒温度が上限閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。上限閾値は、触媒３６の過昇温（ＯＴ）を防ぐための上限値であり、活性温度よりも高い値に設定されている。触媒温度が上限閾値以上である場合には、ＥＣＵ５０は「第２モード」を選択する（ステップＳ１４０）。第２モードでは、燃料噴射量が増量補正される。例えば、負荷率に応じた燃料噴射量の基本量に補正量を加えた新たな燃料噴射量が設定される。燃料噴射量が増量補正されることで、筒内雰囲気温度が低下し、異常燃焼の発生を抑制できると共に、触媒温度の上昇を抑制することができる。

一方、ステップＳ１３０において、触媒温度が上限閾値よりも低いと判定される場合には、ＥＣＵ５０は「第３モード」を選択する（ステップＳ１５０）。第３モードでは、ＷＧＶ３４が開かれ、スロットルバルブ４４の開度が高められ、かつ、燃料噴射量が増量補正される。吸入空気量が低減し、かつ、筒内雰囲気温度が低下するため、より確実に異常燃焼の発生を抑制することができる。具体的には、ＥＣＵ５０は、図２に示すエンジンモデルを用いて、トルク≧閾値、かつ、エミッション≦閾値を確保しつつ燃費を最高とする条件を満たす、スロットルバルブ４４の開度、ＷＧＶ３４の開度、および燃料噴射量の組み合わせを算出する。ステップＳ１５０における触媒温度は好適な範囲内であるため、触媒温度の上昇や抑制を図る必要はない。そのため、異常燃焼の発生を抑制する制御に際し、最高燃費となるアクチュエータ制御を選択することができる。

ステップＳ１２０、ステップＳ１４０、又はステップＳ１５０の処理後、ＥＣＵ５０は、異常燃焼指標が閾値以下であるか否かを判定する。異常燃焼閾値とは、例えば、異常燃焼の発生回数や発生頻度などである。異常燃焼指標が閾値以下である場合には、再びステップＳ１１０以降の処理が実行される。異常燃焼指標が閾値よりも大きい場合には、本ルーチンの処理が終了される。

以上説明したように、図３に示すルーチンによれば、異常燃焼発生時に触媒温度に応じて第１モード、第２モード、第３モードのいずれかを選択することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、異常燃焼が検出された場合であっても、触媒温度を好適な温度範囲に制御しつつ、異常燃焼の発生を抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、触媒温度を、温度センサ３７の出力信号から取得することとしているが、触媒温度の取得方法は、これに限定されるものではない。例えば、内燃機関１０の運転履歴から触媒温度を推定することとしても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、異常燃焼が発生したか否かの判定（ステップＳ１００）を、筒内圧センサ１４の出力値に基づいて処理することとしているが、この判定方法は、これに限定されるものではない。例えば、内燃機関１０はノッキング強度を検出するためのノックセンサを備え、運転領域が異常燃焼発生領域にあって、かつ、ノッキング強度がノック閾値以上である場合に、異常燃焼が発生したと判定することとしても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、本発明は、このような筒内噴射式の内燃機関に限らず、吸気ポート内に燃料をポート噴射するポートインジェクタを備えたポート噴射式の内燃機関や、インジェクタ１２とポートインジェクタとを併用する内燃機関にも同様に適用可能である。

尚、上述した実施の形態１においては、温度センサ３７が前記第１の発明における「触媒温度取得手段」に、ＷＧＶ３４及びＥＣＵ５０が前記第１の発明における「ガス抑制手段」に、インジェクタ１２及びＥＣＵ５０が前記第１の発明における「燃料噴射量制御手段」に、タービン２４ａが前記第３の発明における「タービン」に、バイパス通路３２が前記第３の発明における「バイパス通路」に、ＷＧＶ３４が前記第３の発明における「ウェイストゲートバルブ」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常燃焼検出手段」が、上記ステップＳ１００−ステップＳ１５０の処理を実行することにより前記第１又は第２の発明における「異常燃焼抑制モード選択手段」が、それぞれ実現されている。
更に、実施の形態１においては、上記ステップＳ１２０の処理が前記第１の発明における「第１モード」に、上記ステップＳ１４０の処理が前記第１の発明における「第２モード」に、上記ステップＳ１５０の処理が前記第１の発明における「第３モード」に、それぞれ対応している。

実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図４と図５を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態は実施の形態１の変形例の１つである。本実施形態のシステムは、図１に示すシステム構成を備え、ＥＣＵ５０に後述する図５のルーチンを実施させることで実現することができる。

本実施形態のシステムのＥＣＵ５０は、点火プラグ１３による点火時期を変更可能な点火時期制御装置を備えている。また、ＥＣＵ５０には、各種アクチュエータの動作量と燃費・出力（トルク）・エミッションとの間の関係を定めたエンジンモデルが実装されている。一例として、図４に示すエンジンモデルが含まれている。ＥＣＵ５０は、エンジンモデルを用いて、燃費・出力（トルク）・エミッションの各要求を満たす各種アクチュエータの動作量を算出可能である。

［実施の形態２における特徴的制御］
本実施形態のシステムにおける特徴的制御の概要について説明する。実施の形態１と同様にＥＣＵ５０は、異常燃焼が検出された場合に、触媒温度に基づいて、第１モード、第２モード、第３モードのいずれかを選択する。本実施形態のシステムの主な特徴は、第１モード及び第３モードの異常燃焼抑制制御に、点火遅角制御が加えられている点にある。

図５は、本実施形態のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ステップＳ１２０の処理がステップＳ１２１に、ステップＳ１５０の処理がステップＳ１５１に置き換えられている点を除き、図３に示すルーチンと同様である。以下、図５において、図３に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図５に示すルーチンでは、ステップＳ１１０において、触媒暖機が完了していないと判定された場合には、ＥＣＵ５０は「第１モード」を選択する（ステップＳ１２１）。本実施形態における第１モードでは、ＷＧＶ３４が開かれると共に、点火時期が遅角される。点火時期が遅角されることで、異常燃焼の発生を抑制できると共に、触媒温度を上昇させることができる。よって、異常燃焼抑制と触媒暖機とを両立することができる。

また、実施の形態１で述べた通り、ＷＧＶ３４が開かれることで、高温の排気ガスが触媒３６に流入し、触媒温度を上昇させることができる。また、ＷＧＶ３４が開かれることで過給圧が減少し、吸入空気量が減少するため、異常燃焼の発生を抑制することができる。よって、触媒暖機と異常燃焼抑制とを両立することができる。なお、上述したステップＳ１２０と同様に、ステップＳ１２１の処理では、要求トルクを満たすため、ＷＧＶ３４を開くと共にスロットルバルブ４４のスロットル開度を高めている。

また、図５に示すルーチンでは、ステップＳ１３０において、触媒温度が上限閾値よりも低いと判定される場合には、ＥＣＵ５０は「第３モード」を選択する（ステップＳ１５１）。本実施形態における第３モードでは、ＷＧＶ３４が開かれ、スロットルバルブ４４のスロットル開度が高められ、燃料噴射量が増量補正されると共に、点火時期が遅角される。実施の形態１におけるステップＳ１５０の処理に、更に点火遅角制御が加わることにより、より確実に異常燃焼の発生を抑制することができる。具体的には、ＥＣＵ５０は、図４に示すエンジンモデルを用いて、トルク≧閾値、かつ、エミッション≦閾値を確保しつつ燃費を最高とする条件を満たす、スロットルバルブ４４の開度、ＷＧＶ３４の開度、燃料噴射量、および点火時期の組み合わせを算出する。点火時期が追加されることで、実施の形態１に比して、更に燃費・エミッション性能を向上させることができる。

以上説明したように、図５に示すルーチンによれば、第１モードと第３モードに点火遅角制御が加えられているため、実施の形態１における効果に加えて、更に燃費・エミッション性能を向上させることができる。

また、本発明は、このような筒内噴射式の内燃機関に限らず、吸気ポート内に燃料をポート噴射するポートインジェクタを備えたポート噴射式の内燃機関や、インジェクタ１２とポートインジェクタとを併用する内燃機関にも同様に適用可能である。

尚、上述した実施の形態２においては、上述の点火時期制御装置が前記第４の発明における「点火時期制御手段」に相当している。更に、実施の形態２においては、上記ステップＳ１２１の処理が前記第４の発明における「第１モード」に、上記ステップＳ１５１の処理が前記第４の発明における「第３モード」に、それぞれ対応している。

実施の形態３．
［実施の形態３のシステム構成］
次に、図６と図７を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態は実施の形態１の変形例の１つである。本実施形態のシステムは、図１に示すシステム構成を備え、ＥＣＵ５０に後述する図７のルーチンを実施させることで実現することができる。

本実施形態のシステムのＥＣＵ５０は、実施の形態２と同様に、点火プラグ１３による点火時期を変更可能な点火時期制御装置を備えている。さらに、インタークーラ４２は冷却水路を備え、ＥＣＵ５０は、冷却水路を流れる冷却水流量を変更可能な冷却水流量制御装置を備えている。加えて、ＥＣＵ５０の出力部には、吸気バルブ２０及び排気バルブ２２の少なくとも一方のバルブタイミングを変更することのできる可変バルブタイミング装置（以下、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）という。）５４が接続されている。また、ＥＣＵ５０には、各種アクチュエータの動作量と燃費・出力（トルク）・エミッションとの間の関係を定めたエンジンモデルが実装されている。一例として、図６に示すエンジンモデルが含まれている。ＥＣＵ５０は、エンジンモデルを用いて、燃費・出力（トルク）・エミッションの各要求を満たす各種アクチュエータの動作量を算出可能である。

［実施の形態３における特徴的制御］
本実施形態のシステムにおける特徴的制御の概要について説明する。ＥＣＵ５０は、実施の形態２と同様に、異常燃焼が検出された場合に、触媒温度に基づいて、第１モード、第２モード、第３モードのいずれかを選択する。本実施形態のシステムの主な特徴は、実施の形態２における第１モード及び第３モードの異常燃焼抑制制御に、更にバルブオーバーラップ量増大制御が加えられている点、及び、第２モードの異常燃焼抑制制御に、冷却水流量増大制御が加えられている点にある。

図７は、本実施形態のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ステップＳ１２１の処理がステップＳ１２２に、ステップＳ１４０の処理がステップＳ１４２に、ステップＳ１５１の処理がステップＳ１５２に置き換えられている点を除き、図５に示すルーチンと同様である。以下、図７において、図５に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図７に示すルーチンでは、ステップＳ１１０において、触媒暖機が完了していないと判定された場合には、ＥＣＵ５０は「第１モード」を選択する（ステップＳ１２２）。本実施形態における第１モードでは、ＷＧＶ３４が開かれ、点火時期が遅角されると共に、ＶＶＴ５４によりバルブオーバーラップ量が増大される。バルブオーバーラップ量が増大されることで、混合気が吹き抜け、触媒温度を上昇させることができる。

また、実施の形態２で述べた通り、点火時期が遅角されることで、異常燃焼の発生を抑制できると共に、触媒温度を上昇させることができる。ＷＧＶ３４が開かれることで、高温の排気ガスが触媒３６に流入し、触媒温度を上昇させることができる。また、ＷＧＶ３４が開かれることで過給圧が減少し、吸入空気量が減少するため、異常燃焼の発生を抑制することができる。よって、触媒暖機と異常燃焼抑制とを両立することができる。なお、上述したステップＳ１２１と同様に、ステップＳ１２２の処理では、要求トルクを満たすため、ＷＧＶ３４を開くと共にスロットルバルブ４４のスロットル開度を高めている。

図７に示すルーチンでは、ステップＳ１３０において、触媒温度が上限閾値以上であると判定される場合には、ＥＣＵ５０は「第２モード」を選択する（ステップＳ１４２）。本実施形態における第２モードでは、燃料噴射量が増量補正されると共に、冷却効率が高められる。例えば、インタークーラ４２を冷却する冷却水路を流れる冷却水流量を増大させることで、冷却効率を高めることができる。冷却効率を高めることで、吸気温度が低下し、異常燃焼の発生を抑制することができる。

また、上述したステップＳ１４０と同様に、燃料噴射量が増量補正されることで、筒内雰囲気温度が低下し、異常燃焼の発生を抑制できると共に、触媒温度の上昇を抑制することができる。

図７に示すルーチンでは、ステップＳ１３０において、触媒温度が上限閾値よりも低いと判定される場合には、ＥＣＵ５０は「第３モード」を選択する（ステップＳ１５２）。本実施形態における第３モードでは、ＷＧＶ３４が開かれ、スロットルバルブ４４のスロットル開度が高められ、燃料噴射量が増量補正され、点火時期が遅角されると共に、バルブオーバーラップ量が増大される。実施の形態２におけるステップＳ１５１の処理に、更にバルブオーバーラップ量増大制御が加わることにより、より好適に異常燃焼の発生を抑制することができる。具体的には、ＥＣＵ５０は、図６に示すエンジンモデルを用いて、トルク≧閾値、かつ、エミッション≦閾値を確保しつつ燃費を最高とする条件を満たす、スロットルバルブ４４の開度、ＷＧＶ３４の開度、燃料噴射量、点火時期、およびバルブオーバーラップ量の組み合わせを算出する。バルブオーバーラップ量が追加されることで、実施の形態２に比して、更に燃費・エミッション性能を向上させることができる。

また、本発明は、このような筒内噴射式の内燃機関に限らず、吸気ポート内に燃料をポート噴射するポートインジェクタを備えたポート噴射式の内燃機関や、インジェクタ１２とポートインジェクタとを併用する内燃機関にも同様に適用可能である。

尚、上述した実施の形態３においては、上述のＶＶＴ５４が前記第５の発明における「可変バルブタイミング装置」に相当している。更に、実施の形態３においては、上記ステップＳ１２２の処理が前記第５の発明における「第１モード」に、上記ステップＳ１５２の処理が前記第５の発明における「第３モード」に、それぞれ対応している。

実施の形態４．
［実施の形態４のシステム構成］
次に、図８を参照して本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態のシステムは、実施の形態１−３のいずれかの構成に加えて、ＥＣＵ５０に後述する図８のルーチンを実施させることで実現することができる。

［実施の形態４における特徴的制御］
上述した実施の形態１−３では、第２モードの異常燃焼抑制制御において、燃料噴射量の増量補正による異常燃焼抑制制御を実施する（ステップＳ１４０、又はステップＳ１４２）。ところで、増量分の燃料が筒内壁面に付着すれば、筒内雰囲気温度の低下に寄与できないため、燃料の壁面付着を抑制することが望ましい。そこで、本実施形態のシステムでは、壁面付着しない条件で燃料噴射を実行することとした。

図８は、本実施形態のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、実施の形態１−３のステップＳ１４０又はステップＳ１４２の処理と併せて実行される。

図８に示すルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、燃料噴射量の増量補正による異常燃焼抑制制御（第２モード）が選択されているか否かを判定する（ステップＳ２００）。第２モードが選択されている場合には、負荷率に応じた燃料噴射量の基本量対する補正量（増量値）が取得される（ステップＳ２１０）。増量値は、ＥＣＵ５０に実装されたエンジンモデルや、ＥＣＵ５０に予め記憶されたマップ等に基づいて算出される。

続いて、ＥＣＵ５０に実装されたエンジンモデル等に基づいて算出された燃料噴射時期が、吸気行程にあるか圧縮行程にあるかが判定される（ステップＳ２２０）。吸気行程である場合には、噴射終了時期の遅角量が算出される（ステップＳ２３０）。一方、圧縮行程である場合には、噴射開始時期の進角量が算出される（ステップＳ２４０）。ＥＣＵ５０は、ステップＳ２３０又はステップＳ２４０において算出された遅角量・進角量に基づいて燃料噴射時期を延長することにより、燃料噴射量を増量補正する。その後、燃料噴射を実行させる（ステップＳ２５０）。異常燃焼指標が閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２６０）。異常燃焼閾値とは、例えば、異常燃焼の発生回数や発生頻度などである。異常燃焼指標が閾値以下である場合には、再びステップＳ２１０以降の処理が実行される。異常燃焼指標が閾値よりも大きい場合には、本ルーチンの処理が終了される。

以上説明したように、図８に示すルーチンによれば、吸気行程噴射時は噴射終了時期を遅角側に延長することで燃料噴射量を増量補正することができる。吸気工程時は遅角側がインジェクタ１２とピストンの距離が長くなる方向であるため、壁面付着の影響を小さくすることができる。また、圧縮行程噴射時は噴射開始時期を進角側に延長することで燃料噴射量を増量補正することができる。圧縮行程時は進角側がインジェクタ１２とピストンの距離が長くなる方向であるため、壁面付着の影響を小さくすることができる。

実施の形態５．
［実施の形態５のシステム構成］
次に、図９を参照して本発明の実施の形態５について説明する。本実施形態は実施の形態４の変形例の１つである。本実施形態のシステムは、実施の形態１−３のいずれかの構成に加えて、ＥＣＵ５０に後述する図９のルーチンを実施させることで実現することができる。また、ＥＣＵ５０の出力部には、インジェクタ１２に供給される燃圧を変更可能な燃料ポンプ５６が接続されている。

［実施の形態５における特徴的制御］
上述した実施の形態４では、燃料噴射期間を進角側又は遅角側に延長して燃料噴射量を増量補正することとしている。しかしながら、通常燃圧では、延長された燃料噴射期間内に増量補正された燃料噴射量を噴射できない場合もある。この場合、燃料の壁面付着の影響が大きくなり、異常燃焼の発生を十分に抑制できない可能性がある。そこで、本実施形態のシステムでは、通常燃圧では延長された燃料噴射内に増量補正された燃料噴射量を噴射できない場合には、燃圧を高めることとした。

図９は、本実施形態のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ステップＳ２３１−ステップＳ２３２の処理がステップＳ２３０とステップＳ２５０との間に加えられている点、ステップＳ２４１−ステップＳ２４２の処理がステップＳ２４０とステップＳ２５０との間に加えられていう点を除き、図８に示すルーチンと同様である。以下、図９において、図８に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図９に示すルーチンでは、ステップＳ２３０の処理後、噴射終了時期を遅角側に延長することで延長された燃料噴射期間内に増量補正された燃料噴射量を噴射できるか否かが判定される（ステップＳ２３１）。通常燃圧では噴射できないと判定された場合には、ＥＣＵ５０は、要求燃圧を算出する（ステップＳ２３２）。ＥＣＵ５０は、エンジンモデル等を用いて、延長された燃料噴射期間内に増量補正された燃料噴射量を噴射完了可能な要求燃圧を算出し、燃料ポンプ５６を制御する。

同様に、図９に示すルーチンでは、ステップＳ２４０の処理後、噴射開始時期を進角側に延長することで延長された燃料噴射期間内に増量補正された燃料噴射量を噴射できるか否かが判定される（ステップＳ２４１）。通常燃圧では噴射できないと判定された場合には、ＥＣＵ５０は、要求燃圧を算出する（ステップＳ２４２）。ＥＣＵ５０は、エンジンモデル等を用いて、延長された燃料噴射期間内に増量補正された燃料噴射量を噴射完了可能な要求燃圧を算出し、燃料ポンプ５６を制御する。

以上説明したように、図９に示すルーチンによれば、実施の形態４の効果に加えて、燃圧を高めることで、通常燃圧では不可避な異常燃焼においても性能を大きく損なうことなく、異常燃焼の発生を抑制することができる。

実施の形態６．
［実施の形態６のシステム構成］
次に、図１０と図１１を参照して本発明の実施の形態６について説明する。本実施形態は実施の形態４の変形例の１つである。本実施形態のシステムは、実施の形態１−３のいずれかの構成に加えて、ＥＣＵ５０に後述する図１１のルーチンを実施させることで実現することができる。

本実施形態のシステムのＥＣＵ５０の出力部には、インジェクタ１２に供給される燃圧を変更可能な燃料ポンプ５６が接続されている。また、ＥＣＵ５０には、各種アクチュエータの動作量と、燃料ポンプ５６による燃費損失・総燃料噴射量との間の関係を定めたエンジンモデルが実装されている。一例として、図１０に示すエンジンモデルが含まれている。ＥＣＵ５０は、エンジンモデルを用いて、燃料ポンプ５６による燃費損失・総燃料噴射量の各要求を満たす各種アクチュエータの動作量を算出可能である。

［実施の形態６における特徴的制御］
上述した実施の形態５では、燃料噴射期間を進角側又は遅角側に延長して燃料噴射量を増量補正することに加え、必要に応じて燃圧を高めることとしている。ところで、単噴射では異常燃焼の発生を十分に抑制できない場合もある。そこで、本実施形態のシステムでは、実施の形態５における要求燃圧を高める制御と共に、分割噴射制御を実施することとした。

図１１は、本実施形態のシステムにおいて、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ステップＳ２３２の処理がステップＳ２３３に、ステップＳ２４２の処理がステップＳ２４３に置き換えられている点を除き、図９に示すルーチンと同様である。以下、図１１において、図９に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図１１に示すルーチンでは、ステップＳ２３０において、通常燃圧では、延長された燃料噴射期間内に増量補正された燃料噴射量を噴射できないと判定された場合に、ＥＣＵ５０は、要求燃圧と要求噴射回数を算出する（ステップＳ２３３）。具体的には、ＥＣＵ５０は、図１０エンジンモデルを用いて、増量補正された総燃料噴射量を延長された燃焼噴射機関内に噴射できる条件下で、燃料ポンプ５６による燃費損失を最小とする条件を満たす、燃圧、噴射回数、噴射間隔の組み合わせを算出する。なお、ステップＳ２４３においても、同様の処理を実行する。

以上説明したように、図１１に示すルーチンによれば、実施の形態５の効果に加えて、分割噴射制御を実施することで、単噴射では不可避な異常燃焼においても性能を大きく損なうことなく、異常燃焼の発生を抑制することができる。

１０ 内燃機関
１２ インジェクタ
１３ 点火プラグ
１４ 筒内圧センサ
１６ 吸気通路
１８ 排気通路
２０ 吸気バルブ
２２ 排気バルブ
２３ 空燃比センサ
２４ ターボチャージャ
２４ａ タービン
２４ｂ コンプレッサ
３２ バイパス通路
３４ ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）
３６ 触媒
３７ 温度センサ
３８ エアクリーナ
４０ エアフローメータ
４２ インタークーラ
４４ スロットルバルブ
５２ クランク角センサ
５０ ＥＣＵ
５４ 可変バルブタイミング装置（ＶＶＴ）
５６ 燃料ポンプ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に配置された触媒の触媒温度を取得する触媒温度取得手段と、
   前記内燃機関の燃焼室内で発生した異常燃焼を検出する異常燃焼検出手段と、
   前記燃焼室内に流入する吸気量、及び前記触媒に流入する排気の温度を制御するガス制御手段と、
   燃焼室内に供給される燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、
   前記異常燃焼検出手段が異常燃焼を検出した場合に、前記触媒温度取得手段が取得した触媒温度に基づいて、前記ガス制御手段により触媒温度を上昇させつつ異常燃焼の発生を抑制する第１モードと、前記燃料噴射量制御手段により触媒温度の上昇を抑制しつつ異常燃焼の発生を抑制する第２モードと、前記ガス制御手段及び前記燃料噴射量制御手段により異常燃焼の発生を抑制する第３モード、のいずれか１つを選択する異常燃焼抑制モード選択手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記異常燃焼抑制モード選択手段は、
   前記触媒温度取得手段が取得した触媒温度が活性温度以下の場合において、前記異常燃焼検出手段が異常燃焼を検出した場合に、前記第１モードを選択し、
   前記触媒温度取得手段が取得した触媒温度が、前記活性温度よりも高い上限閾値以上の場合において、前記異常燃焼検出手段が異常燃焼を検出した場合に、前記第２モードを選択し、
   前記触媒温度取得手段が取得した触媒温度が、前記活性温度よりも高く前記上限閾値よりも低い場合において、前記異常燃焼検出手段が異常燃焼を検出した場合に、前記第３モードを選択すること、
   を特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記触媒上流の前記排気通路にタービンを有する過給機と、
   前記タービンよりも上流の前記排気通路と、前記タービンから前記触媒までの間の前記排気通路とを接続して、前記タービンを迂回するバイパス通路と、
   前記バイパス通路を開閉可能なウェイストゲートバルブと、を更に備え、
   前記ガス制御手段は、前記ウェイストゲートバルブを開くＷＧＶ制御手段を含み、
   前記第１モードは、前記ＷＧＶ制御手段によりウェイストゲートバルブを開き、
   前記第２モードは、前記燃料噴射量制御手段により燃料噴射量を増量補正し、
   前記第３モードは、前記ＷＧＶ制御手段によりウェイストゲートバルブを開き、かつ、前記燃料噴射量制御手段により燃料噴射量を増量補正すること、
   を特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 点火時期を変更可能な点火時期制御手段を更に備え、
   前記第１モード及び前記第３モードは、前記点火時期制御手段により点火時期を遅角する制御を更に含むこと、
   を特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関の吸気通路と前記燃焼室との間を開閉する吸気バルブと、
   前記排気通路と前記燃焼室との間を開閉する排気バルブと、
   前記吸気バルブと前記排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを変更可能な可変バルブタイミング装置と、を更に備え、
   前記第１モード及び前記第３モードは、前記可変バルブタイミング装置によりバルブオーバーラップ量を増大させる制御を更に含むこと、
   を特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。

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