JP5696568B2

JP5696568B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5696568B2
Application number: JP2011082664A
Authority: JP
Inventors: 真一郎能川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2031-04-04
Also published as: JP2012219627A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関の燃焼室内に旋回気流を生成させて燃焼性を向上させる技術が知られている。このような内燃機関では、燃焼室内に適切な速度の旋回気流を生成させると、点火タイミングにおいて吸入空気と噴射燃料との混合気の乱れが増大し、それによって火炎の伝播速度が増大することから、良好な燃焼を実現することができる。そして、一般的に、より速度の大きい旋回気流を生成させることで内燃機関の出力性能の向上や希薄燃焼領域の拡大を図ることができる。

このような技術としては、スロットル弁の下流側の吸気通路に設けた気流制御弁の開度を調節することで吸入空気を偏流させて燃焼室内に縦方向の旋回気流（タンブル流）を生成させる内燃機関において、噴射燃料によってタンブル流をアシスト強化する技術が特許文献１に開示されている。

特開２００８−２１５２６６号公報

その一方で、燃焼室内の旋回気流の速度があまりに大きくなり過ぎると、すなわち混合気の乱れ強度が増大し過ぎると、点火後の火炎が引き伸ばされてエネルギ密度が低下し、火炎伝播が不充分になるために良好な燃焼を実現できなくなる。そして、更に燃焼室内の混合気の乱れ強度が増大すると、火炎が伝播できなくなって内燃機関が失火してしまう。

このような混合気の乱れ強度の過剰な増大に基づく内燃機関の失火を抑制するためには、混合気の乱れ強度を推定しつつ、乱れ強度が過剰に増大しないように調節することが求められる。しかしながら、燃焼室内の混合気の乱れ強度を推定することが困難であるために、混合気の乱れ強度の過剰な増大に基づく内燃機関の失火を適切に抑制する方法はいまだ提案されていない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、燃焼室内における混合気の乱れ強度を推定し、乱れ強度の過剰な増大による内燃機関の失火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。

本願発明者は、火花点火式内燃機関の点火プラグの放電時間から燃焼室内の混合気の乱れ強度が推定可能であることを見出した。
すなわち、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の点火プラグの放電時間に基づいて、燃焼室内の乱れ強度を推定する乱れ強度推定手段と、前記乱れ強度推定手段の推定結果に基づいて、前記内燃機関の燃焼状態が安定領域にあるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて、前記燃焼室内の乱れ強度を低下させる乱れ強度低下手段と、を備え、前記点火プラグは、前記点火プラグの本体部が前記内燃機関のシリンダヘッドに収納され、前記点火プラグの電極部分が前記燃焼室の略中央部において前記燃焼室内に突出しており、前記点火プラグの前記電極部分に含まれる接地電極は、前記内燃機関の吸気弁側から排気弁側に向かう方向と直交する方向に沿って延びており、前記乱れ強度推定手段は、前記点火プラグの点火開始から放電の吹き消えが生じるまで放電維持時間を検出し、検出した放電維持時間に基づいて前記燃焼室内の乱れ強度を推定し、前記判定手段は、前記乱れ強度推定手段が推定した前記燃焼室内の乱れ強度と前記内燃機関の当量比から燃焼速度を算出し、前記燃焼速度と前記当量比から前記燃焼室内の乱れ強度の上限値を算出し、前記燃焼室内の乱れ強度の上限値と前記乱れ強度推定手段が推定した前記燃焼室内の乱れ強度とを比較することで、前記内燃機関の燃焼状態が安定領域にあるか否かを判定することを特徴とする。

上記の構成により、点火プラグの放電時間から燃焼室内の乱れ強度を推定し、推定した乱れ強度から燃焼状態が安定領域にない、すなわち混合気の乱れ強度が過剰に増大している状態にあると判定した場合に、燃焼室内の乱れ強度を低下させることができる。よって、乱れ強度の過剰な増大による内燃機関の失火を抑制することができる。また、点火プラグの放電維持時間から燃焼室内の乱れ強度を精度よく推定することができることから、推定した乱れ強度に基づいて燃焼室内の乱れ強度を適切に低下させることができる。よって、乱れ強度の過剰な増大による内燃機関の失火を抑制することができる。

また、本発明の内燃機関の制御装置は、前記判定手段が、前記乱れ強度推定手段が推定した前記燃焼室内の乱れ強度と前記内燃機関の当量比から燃焼速度を算出し、算出した燃焼速度に基づいて前記内燃機関の燃焼状態が安定領域にあるか否かを判定する構成とすることができる。

燃焼室内の乱れ強度と内燃機関の当量比から算出した燃焼速度から内燃機関の燃焼状態が安定領域にあるか否かを精度よく判定することができることから、燃焼状態の判定結果に基づいて燃焼室内の乱れ強度を適切に低下させることができる。よって、乱れ強度の過剰な増大による内燃機関の失火を抑制することができる。

そして、本発明の内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の吸気弁の開閉弁タイミングを所望のタイミングに変更する可変動弁手段を備え、前記乱れ強度低下手段が、前記可変動弁手段が前記吸気弁の開閉弁タイミングを遅角させて前記燃焼室内の気流の速度を低下させることで、前記燃焼室内の乱れ強度を低下させる構成とすることができる。

上記の構成により、吸気弁の開閉弁タイミングを遅角させて、燃焼室内に流入する吸入空気の流速を低下させることができる。吸入空気の流速を低下させると燃焼室内の気流の速度が低下することから、それによって混合気の乱れ強度を低下させることができる。よって、乱れ強度の過剰な増大による内燃機関の失火を抑制することができる。

更に、本発明の内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の吸気通路を流通する吸入空気の流速を変更して前記燃焼室内に旋回気流を生成させる気流制御手段を備え、前記乱れ強度低下手段が、前記気流制御手段が前記吸気通路を流通する吸入空気の流速を低下させて前記燃焼室内の気流の速度を低下させることで、前記燃焼室内の乱れ強度を低下させる構成とすることができる。

上記の構成により、吸気通路を流通する吸入空気の流速を低下させることで、燃焼室内の気流の速度、すなわち混合気の乱れ強度を低下させることができる。よって、乱れ強度の過剰な増大による内燃機関の失火を抑制することができる。

また、本発明の内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の回転数を制御する回転数制御手段を備え、前記乱れ強度低下手段が、前記回転数制御手段が前記内燃機関の回転数を低回転側に制御して前記燃焼室内の気流の速度を低下させることで、前記燃焼室内の乱れ強度を低下させる構成とすることができる。

上記の構成により、内燃機関の回転数を低下させる、すなわちピストンの移動速度を低下させることで、燃焼室内の気流の速度、すなわち混合気の乱れ強度を低下させることができる。よって、乱れ強度の過剰な増大による内燃機関の失火を抑制することができる。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、燃焼室内における混合気の乱れ強度を推定し、乱れ強度の過剰な増大による内燃機関の失火を抑制することができる。

駆動制御システムの一構成例を示した図である。エンジンの燃焼室内の概略構成を示している。点火プラグの放電挙動を示している。点火プラグの放電維持時間と混合気の乱れ強度との相関を示している。混合気の乱れ強度と燃焼速度との相関を示している。当量比および乱れ強度に基づく燃焼速度の最大値および上限値を示している。吸気弁の閉弁タイミングと混合気の乱れ強度との相関を示している。エンジン回転数と混合気の乱れ強度との相関を示している。エンジンの運転動作線の変更例を示している。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の内燃機関の制御装置を組み込んだ駆動制御システム１の概略構成を示した構成図である。なお、図１にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。

図１に示す駆動制御システム１は、動力源であるエンジン１００およびモータジェネレータ（ＭＧ）２００を備えるハイブリッドシステムであって、エンジン１００およびＭＧ２００の運転動作を総括的に制御するＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１０を備えている。また、駆動制御システム１は、エンジン１００およびＭＧ２００の動力を分配する動力分割機構３００を備えている。そして、駆動制御システム１は、エンジン１００の吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングを変更する電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７を備えている。更に、駆動制御システム１は、エンジン１００の吸気通路２１にタンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）２８を備えている。また、エンジン１００は、クランク角センサ３１、エアフロメータ３２、吸気カム角センサ３３、Ａ／Ｆセンサ３５等の各種センサを備えている。

ＭＧ２００は、エンジン１００の出力をアシストする走行駆動源として、およびバッテリを充電する発電機として機能する回転電機である。ＭＧ２００は、動力分割機構３００を介してエンジン１００と連結している。動力分割機構３００は遊星歯車機構（プラネタリギアユニット）が適用されており、エンジン１００の出力を車両の駆動輪（図示しない）とＭＧ２００とに振り分ける。また、ＭＧ２００の回転数を制御することにより動力分割機構３００は無断変速機としても機能する。
なお、ＭＧ２００および動力分割機構３００は、本発明の乱れ強度低下手段および回転数制御手段の一構成例である。

エンジン１００は、車両に搭載される火花点火式の多気筒エンジンであって、各気筒は燃焼室を構成するピストンを備えている。各燃焼室のピストンはそれぞれコネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフトに連結されている。
吸気通路２１から燃焼室内へ流入した混合ガスは、ピストンの上昇運動により燃焼室内で圧縮される。ＥＣＵ１０は、エアフロメータ３２からの吸入空気量、クランク角センサ３１からのピストンの位置、および吸気カム角センサ３３からのカム軸回転位相の情報に基づき、点火タイミングを決定しイグナイタに信号を送る。イグナイタはＥＣＵ１０の信号に従って、指示された点火タイミングでバッテリからの電力を点火プラグ２９に通電する。点火プラグ２９はバッテリからの電力により点火し、圧縮混合ガスを着火させて、燃焼室内を膨張させピストンを下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフトの軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。エンジン１００としては、リーンバーン、ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）燃焼、ＨＣＣＩ（ＨｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓＣｈａｒｇｅＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＩｇｎｉｔｉｏｎ：予混合圧縮着火）等の様々な燃焼形態の内燃機関を適用することができる。

点火プラグ２９は、各燃焼室の略中央部のシリンダヘッド側に設けられている。点火プラグ２９は、その本体部分がシリンダヘッドに収納されており、混合気に点火するための電極部分が燃焼室内に突出している。点火プラグ２９は、その電極部分がエンジン１００のフロント側からリア側に向くよう配置される（図２参照）。燃焼室内には吸気弁２２側から排気弁２３側に向かう強い気流が生じるために、図２に示す方向に点火プラグ２９を配置することで、放電が電極部分に影響を受けずに効率よく気流に流される。そのため、点火プラグ２９の放電開始から放電が吹き消えるまでの時間をより精度よく把握することができる。本実施例においては各燃焼室に１つの点火プラグ２９を設ける構成としているが、各燃焼室に２つ以上の点火プラグ２９を設ける構成であってもよい。

エンジン１００のクランクシャフト出力軸の近傍には、クランク角センサ３１が設けられている。クランク角センサ３１は、クランクシャフト出力軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をＥＣＵ１０に送信する。それにより、ＥＣＵ１０は、エンジン１００の回転数や回転角速度など、クランク角に関する情報を取得し、エンジン１００の出力を認識する。

各気筒の燃焼室には、それぞれ燃焼室と連通して吸入空気を燃焼室へと導く吸気通路２１が接続されている。吸気通路２１には、インジェクタ、スロットルバルブ、およびエアフロメータ３２が設けられている。エアフロメータ３２は、吸気通路２１を流通する吸入空気量を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて燃焼室内へ導入される吸入空気量を認識し、認識した吸入空気量とＡ／Ｆセンサ３５から送信される空燃比情報からエンジン１００の当量比（理論空燃比／実空燃比）を認識する。

また、吸気通路２１には、吸入空気の流れを制御するタンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）２８が設けられている。ＴＣＶ２８は、吸気通路２１内壁の底面側に設けられた板状の弁体であって、アクチュエータによって吸気通路２１内を開放または閉鎖する方向に回動する。ＴＣＶ２８は、ＥＣＵ１０の指令に従ってバルブ開度を調節することで、燃焼室内に縦方向の旋回気流（タンブル流）を生成させて燃焼室内を撹拌し、燃料の気化霧化を促進させるとともに、混合気の乱れを増大させて火炎の伝播速度を向上させる。ＴＣＶ２８の弁開度が小さくなるほど吸気通路２１の開口面積が小さくなるために吸入空気の流速が増大し、それに応じて燃焼室内の旋回気流の速度も増大する。一方、ＴＣＶ２８の弁開度が大きくなるほど吸気通路２１の開口面積が大きくなるために吸入空気の流速が低下し、それに応じて燃焼室内の旋回気流の速度も低下する。
この場合、ＴＣＶ２８に代えて、燃焼室内に横方向の旋回気流（スワール）を生成させるスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）や、斜め方向の渦流を生成させるタンブル・スワールコントロールバルブ（ＴＳＣＶ）を適用することもできる。
なお、ＴＣＶ２８は、本発明の乱れ強度低下手段および気流制御手段の一構成例である。

各燃焼室には複数の吸気弁、排気弁が設けられている。図１には吸気弁、排気弁をそれぞれ１つずつ示している。燃焼室の各吸気ポートには、それぞれ吸気弁２２が配置されており、吸気弁２２を開閉駆動させるための吸気カムシャフト２４が配置されている。更に、燃焼室の各排気ポートには、それぞれ排気弁２３が配置されており、排気弁２３を開閉駆動させるための排気カムシャフト２５が配置されている。

吸気弁２２および排気弁２３はクランクシャフトの回転が連結機構（例えばタイミングベルト、タイミングチェーンなど）により伝達された吸気カムシャフト２４および排気カムシャフト２５の回転により開閉され、吸気ポートおよび排気ポートと燃焼室とを連通・遮断する。なお、吸気弁２２、および排気弁２３の位相は、クランク角を基準にして表される。

吸気カムシャフト２４は可変動弁機構（以下、ＶＶＴ機構という）である電動ＶＶＴ機構２６を有している。この電動ＶＶＴ機構２６はエンジンＥＣＵ１０の指示により電動モータで吸気カムシャフト２４を回転させる。それにより吸気カムシャフト２４のクランクシャフトに対する回転位相が変更されることから、吸気弁２２の開閉弁タイミング（バルブタイミング）が変更される。この場合、吸気カムシャフト２４の回転位相は、吸気カム角センサ３３にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、吸気カムシャフト２４の位相を取得することができるとともに、吸気弁２２の位相を取得することができる。また、吸気カムシャフト２４の位相は、クランク角を基準にして表される。
なお、電動ＶＶＴ機構２６は、本発明の乱れ強度低下手段および可変動弁手段の一構成例である。

排気カムシャフト２５は油圧ＶＶＴ機構２７を有している。この油圧ＶＶＴ機構２７はエンジンＥＣＵ１０の指示によりオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）で排気カムシャフト２５を回転させる。それにより排気カムシャフト２５のクランクシャフトに対する回転位相が変更されることから、排気弁２３のバルブタイミングが変更される。この場合、排気カムシャフト２５の回転位相は、排気カム角センサ３４にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、排気カムシャフト２５の位相を取得することができるとともに、排気弁２３の位相を取得することができる。また、排気カムシャフト２５の位相は、クランク角を基準にして表される。

Ａ／Ｆセンサ３５は、排気浄化装置の上流側に設けられており、排ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度からエンジン１００内の空燃比を検出し、その結果をエンジンＥＣＵ１０へと送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、様々な負荷状態におけるエンジン１００の空燃比情報を取得することができる。Ａ／Ｆセンサ３５としては、ジルコニア表面に白金をコートし、外側電極の外周に拡散律速層を設けたものを適用するが、これに限られない。Ａ／Ｆセンサ３５は、素子に電圧を印加するとリーン側（Ａ／Ｆ＞１４．６）で排ガス中の酸素濃度に、リッチ側（Ａ／Ｆ＜１４．６）で未燃ガス濃度に応じた酸素イオン電流が発生する。この場合、Ａ／Ｆセンサ３５の出力電流は空燃比に対して正の相関があることから、これにより広範囲での空燃比の検出が可能になる。

ＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（ＮｏｎＶｏｌａｔｉｌｅＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。ＥＣＵ１０は、エンジン１００およびＭＧ２００の各部に備えられた複数のセンサの検出結果を読み込み、それら検出結果に基づいてエンジン１００およびＭＧ２００の運転動作を統合的に制御する。

更に、ＥＣＵ１０は、エンジン１００の点火プラグ２９の放電時間に基づいて燃焼室内の乱れ強度を推定する。そして、推定した乱れ強度からエンジン１００の燃焼状態が安定領域にあるか否かを判定し、判定結果に基づいて燃焼室内の乱れ強度を低下させる失火抑制制御を実行する。以下に、ＥＣＵ１０の指令に基づき駆動制御システム１が実行する失火抑制制御について説明する。
［燃焼室内の気流速度の推定］
図３は、点火プラグ２９の放電挙動を示している。燃焼室内の気流の速度が過剰に増大すると、すなわち混合気の乱れ強度が過剰に増大すると、点火プラグ２９の火花が点火期間の途中で消炎する「放電の吹き消え」が生じる。放電の吹き消えが生じた場合、放電の吹き消え及び再放電に対応する電圧の変動が点火プラグ２９に生じる。
ここで、点火プラグ２９の点火開始から放電の吹き消えによる電圧の変動が生じるまでの期間（放電維持時間）は、燃焼室内の気流の速度が大きいほど短くなる傾向がある。そのため、点火プラグ２９の放電維持時間を検出することで、燃焼室内の気流の速度、すなわち混合気の乱れ強度を推定することができる（図４参照）。

［燃焼速度の算出および乱れ強度の上限値の設定］
つづいて、ＥＣＵ１０は、点火プラグ２９の放電維持時間から推定した燃焼室内の混合気の乱れ強度と、エアフロメータ３２およびＡ／Ｆセンサ３５の検出結果から把握したエンジン当量比（理論空燃比／実空燃比）から燃焼速度を算出する。図５は、混合気の乱れ強度と燃焼速度との相関を示している。図５に示すように、混合気の乱れ強度が増大すると燃焼速度も増大するが、乱れ強度が過剰に増大すると火炎帯が引き伸ばされてエネルギ密度が低下し、火炎伝播が不充分になって失火する。そして、エンジン１００の空燃比がリーン化するほど（当量比が小さくなるほど）より小さい混合気の乱れ強度によって失火が生じる。すなわち、ＥＣＵ１０は、算出した燃焼速度とエンジン当量比から、燃焼速度が最大となる混合気の乱れ強度（乱れ強度の目標値）、およびエンジン失火が生じる混合気の乱れ強度（乱れ強度の上限値）を算出し設定する（図６参照）。

そして、ＥＣＵ１０は、設定した乱れ強度の上限値と現在の混合気の乱れ強度とを比較して、エンジン１００の燃焼状態が安定領域にあるか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、現在の混合気の乱れ強度が乱れ強度の上限値未満である場合は、エンジン１００の燃焼状態が安定領域にある、すなわち混合気の乱れ強度が適切で失火が生じる可能性が低い状態にあると判定し、制御の処理を終了する。一方、ＥＣＵ１０は、現在の混合気の乱れ強度が乱れ強度の上限値以上である場合は、エンジン１００の燃焼状態が安定領域にない、すなわち混合気の乱れ強度が過剰に増大しており失火が生じる可能性が高い状態にある、と判定し、燃焼室内の乱れ強度を低下させる処理を実行する。

「燃焼室内の乱れ強度の低下制御」
ＥＣＵ１０は、エンジン１００の燃焼状態が安定領域にないと判定すると、以下の（１）〜（３）の少なくとも１つを実行することで、混合気の乱れ強度を乱れ強度の目標値に近づけるよう、燃焼室内の気流の速度を低下させる。
（１）吸気弁のバルブタイミング変更による乱れ強度の低下制御
吸気弁２２のバルブタイミングを遅角側に変更することで燃焼室内の気流の速度を低下させて、乱れ強度を低下させることができる。図７は、吸気弁２２の閉弁タイミングと混合気の乱れ強度との相関を示している。吸気弁２２の閉弁タイミングを遅角させると、燃焼室内に流入した吸入空気の一部が吸気通路２１に戻されるために、吸入空気の流速が低下する。そして、吸入空気の流速が低下することで燃焼室内の気流の速度が低下することから、混合気の乱れ強度も低下する。
すなわち、ＥＣＵ１０は、エンジン１００の燃焼状態が安定領域にないと判定した場合、吸気弁２２の閉弁タイミングをベースタイミングに対して遅角させるよう電動ＶＶＴ機構２６に指令することで、混合気の乱れ強度を乱れ強度の目標値に近づけるよう調節する。

（２）気流制御弁の開度調節による乱れ強度の低下制御
吸気通路２１に設けられた気流制御弁（ＴＣＶ２８）の開度を大きくするように調節することで燃焼室内の気流の速度を低下させて、乱れ強度を低下させることができる。ＴＣＶ２８の弁開度が大きくなると、吸気通路２１の開口面積が大きくなるために吸入空気の流速が低下する。そして、吸入空気の流速が低下することで燃焼室内の気流の速度が低下することから、混合気の乱れ強度も低下する。
すなわち、ＥＣＵ１０は、エンジン１００の燃焼状態が安定領域にないと判定した場合、ＴＣＶ２８の弁開度を大きくするよう指令することで、混合気の乱れ強度を乱れ強度の目標値に近づけるよう調節する。

（３）低回転・高負荷運転による乱れ強度の低下制御
燃焼室内の気流速度は、ピストンの移動速度に律速されるために、エンジン回転数が増大するほど燃焼室内の気流の速度が増大し、それによって混合気の乱れ強度も増大する（図８参照）。そのため、エンジン１００の運転状態を低回転側・高負荷側へシフトさせることで燃焼室内の気流の速度を低下させて、乱れ強度を低下させることができる。図９は、エンジン１００の運転動作線の変更例を示している。本実施例の駆動制御システム１のように動力源として内燃機関とモータとを組み合わせたハイブリットシステムや、エンジンの駆動力の伝達機構としてＣＶＴを適用する場合、エンジンの運転動作線（回転数・トルク）を等出力で任意に制御することができる。この場合、運転動作線を等出力で低回転側・高負荷側にシフトさせるとエンジン回転数を低下させることができるために、混合気の乱れ強度を低下させることができる。
すなわち、ＥＣＵ１０は、エンジン１００の燃焼状態が安定領域にないと判定した場合、予め台上試験等にて求めたエンジン回転数・トルクと混合気の乱れ強度との相関マップに基づき、等出力ライン上においてエンジン回転数を低回転数側に、負荷を高トルク側（図９の動作線Ａから動作線Ｂ）にシフトさせる。つづいて、ＥＣＵ１０は、変更した動作線に基づきＭＧ２００および動力分割機構３００に低回転・高負荷運転を指令することで、混合気の乱れ強度を乱れ強度の目標値に近づけるよう調節する。

ＥＣＵ１０は、上記（１）〜（３）の制御の少なくとも１つを実行することで、燃焼室内の旋回気流の速度を低下させて適切な混合気の乱れ強度に調節することができる。よって、乱れ強度の過剰な増大による内燃機関の失火を抑制することができる。この場合、ＥＣＵ１０は、上記（１）〜（３）の制御を複数組み合わせて実行してもよいし、全部の制御を実行してもよい。

ＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転中（イグニッションスイッチＯＮ）に上記の制御を繰り返すことで、燃焼状態が常に安定領域にあるように混合気の乱れ強度を調節する。
なお、ＥＣＵ１０は、本発明の判定手段の一構成例である。

エンジン回転数が増大するほど燃焼室内の気流の速度が増大し、それによって混合気の乱れ強度も増大する。また、エンジンが継続使用されると、デポジット付着等により吸気通路が経時変化することで吸入空気の流速が増大してゆき、それによって混合気の乱れ強度も増大してゆく。更に、エンジンの製造上のバラツキによって、他のエンジンよりも燃焼室内の気流の速度が大きいものが存在する。このような原因によって燃焼室内の気流の速度が過剰に増大し、適切な混合気の乱れ強度を超えると、点火後の火炎が引き伸ばされてエネルギ密度が低下し、火炎伝播が不充分になってエンジンが失火してしまう。このような混合気の乱れ強度の過剰な増大に基づくエンジンの失火を抑制するためには、混合気の乱れ強度を精度よく推定し、適切な混合気の乱れ強度に調節することが求められる。しかしながら、従来、燃焼室内の気流の速度を直接的に計測できる指標が無いため、混合気の乱れ強度の過剰な増大に基づくエンジンの失火を抑制するための制御ロジックを構築することが困難であった。

一方、本実施例の駆動制御システムは、エンジンの点火プラグの放電時間に基づいて、燃焼室内の乱れ強度を推定する乱れ強度推定手段と、乱れ強度推定手段の推定結果に基づいて、エンジンの燃焼状態が安定領域にあるか否かを判定する判定手段と、判定手段の判定結果に基づいて、燃焼室内の乱れ強度を低下させる乱れ強度低下手段と、を備えることにより、燃焼室内における混合気の乱れ強度を推定し、乱れ強度の過剰な増大によるエンジンの失火を抑制することができる。

また、本実施例の駆動制御システムは、点火プラグの点火開始から放電の吹き消えが生じるまで放電維持時間を検出し、検出した放電維持時間に基づいて燃焼室内の乱れ強度を精度よく推定することができる。そして、本実施例の駆動制御システムは、推定した点火プラグの放電維持時間とエンジン当量比から燃焼速度を算出し、算出した燃焼速度に基づいて燃焼状態が安定領域にあるか否かを精度よく判定することができる。

更に、本実施例の駆動制御システムは、エンジンの吸気弁の開閉弁タイミングを所望のタイミングに変更する電動ＶＶＴ機構と、エンジンの吸気通路を流通する吸入空気の流速を変更して燃焼室内に旋回気流を生成させるＴＣＶと、エンジンの回転数を制御するＭＧおよび動力分割機構と、を備え、電動ＶＶＴ機構が吸気弁の開閉弁タイミングを遅角させること、ＴＣＶが吸気通路を流通する吸入空気の流速を低下させること、ＭＧおよび動力分割機構がエンジンの回転数を低回転側に制御すること、の少なくとも１つを実行することで、燃焼室内の気流の速度を低下させて、適切に乱れ強度を低下させることができる。よって、乱れ強度の過剰な増大によるエンジンの失火を適切に抑制することができる。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれら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。

例えば、本発明の適用範囲は内燃機関とモータジェネレータを備えるハイブリッドシステムに限られずに、動力源として内燃機関のみを備える構成に適用してもよい。この場合、内燃機関の回転数制御手段として無断変速機を備えることが望ましい。
また、本発明は、乱れ強度低下手段として電動ＶＶＴ機構等の可変動弁手段、タンブルコントロールバルブ等の気流制御手段、モータジェネレータ等の回転数制御手段の少なくとも１つを備えていればよく、すべての機構を備えることを要しない。

１駆動制御システム
１０ＥＣＵ（判定手段）
２１吸気通路
２２吸気弁
２６電動ＶＶＴ機構（乱れ強度低下手段，可変動弁手段）
２８ＴＣＶ（乱れ強度低下手段，気流制御手段）
２９点火プラグ
３１クランク角センサ
３２エアフロメータ
３３吸気カム角センサ
３５Ａ／Ｆセンサ
１００エンジン
２００ＭＧ（乱れ強度低下手段，回転数制御手段）
３００動力分割機構（乱れ強度低下手段，回転数制御手段）

Claims

内燃機関の点火プラグの放電時間に基づいて、燃焼室内の乱れ強度を推定する乱れ強度推定手段と、
前記乱れ強度推定手段の推定結果に基づいて、前記内燃機関の燃焼状態が安定領域にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に基づいて、前記燃焼室内の乱れ強度を低下させる乱れ強度低下手段と、
を備え、
前記点火プラグは、前記点火プラグの本体部が前記内燃機関のシリンダヘッドに収納され、前記点火プラグの電極部分が前記燃焼室の略中央部において前記燃焼室内に突出しており、
前記点火プラグの前記電極部分に含まれる接地電極は、前記内燃機関の吸気弁側から排気弁側に向かう方向と直交する方向に沿って延びており、
前記乱れ強度推定手段は、前記点火プラグの点火開始から放電の吹き消えが生じるまで放電維持時間を検出し、検出した放電維持時間に基づいて前記燃焼室内の乱れ強度を推定し、
前記判定手段は、前記乱れ強度推定手段が推定した前記燃焼室内の乱れ強度と前記内燃機関の当量比から燃焼速度を算出し、前記燃焼速度と前記当量比から前記燃焼室内の乱れ強度の上限値を算出し、前記燃焼室内の乱れ強度の上限値と前記乱れ強度推定手段が推定した前記燃焼室内の乱れ強度とを比較することで、前記内燃機関の燃焼状態が安定領域にあるか否かを判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記判定手段は、前記乱れ強度推定手段が推定した前記燃焼室内の乱れ強度が前記燃焼室内の乱れ強度の上限値未満である場合、前記内燃機関の燃焼状態が安定領域にあると判定し、前記乱れ強度推定手段が推定した前記燃焼室内の乱れ強度が前記燃焼室内の乱れ強度の上限値以上である場合、前記内燃機関の燃焼状態が安定領域にないと判定し、
前記乱れ強度低下手段は、前記内燃機関の燃焼状態が安定領域にないと判定された場合に、前記燃焼室内の乱れ強度を低下させ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。
前記内燃機関の吸気弁の開閉弁タイミングを所望のタイミングに変更する可変動弁手段を備え、
前記乱れ強度低下手段は、前記可変動弁手段が前記吸気弁の開閉弁タイミングを遅角させて前記燃焼室内の気流の速度を低下させることで、前記燃焼室内の乱れ強度を低下させることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の吸気通路を流通する吸入空気の流速を変更して前記燃焼室内に旋回気流を生成させる気流制御手段を備え、
前記乱れ強度低下手段は、前記気流制御手段が前記吸気通路を流通する吸入空気の流速を低下させて前記燃焼室内の気流の速度を低下させることで、前記燃焼室内の乱れ強度を低下させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の回転数を制御する回転数制御手段を備え、
前記乱れ強度低下手段は、前記回転数制御手段が前記内燃機関の回転数を低回転側に制御して前記燃焼室内の気流の速度を低下させることで、前記燃焼室内の乱れ強度を低下させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。