JP5939263B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
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。
前記シリンダ壁温を変化させることが可能なシリンダ壁温可変手段と、
プレイグニッションの発生頻度と前記シリンダ壁温との関係に基いてプレイグニッションの発生頻度が許容限度以下に低下する温度領域として設定されたプレイグニッション抑制温度領域を予め記憶したプレイグニッション温度領域記憶手段と、
内燃機関の部品が悪影響を受ける程度にプレイグニッションが発生する運転領域として設定されたプレイグニッション好発運転領域を基準として、内燃機関を実際に運転している領域である実運転領域が前記プレイグニッション好発運転領域に入っている場合に、前記シリンダ壁温可変手段を用いて前記壁温パラメータが前記プレイグニッション抑制温度領域に収まるように制御するシリンダ壁温制御手段と、を備え、
前記シリンダ壁温制御手段は、前記壁温パラメータ取得手段により取得される前記壁温パラメータの取得値が前記プレイグニッション抑制温度領域よりも低い場合に、当該取得値が前記プレイグニッション抑制温度領域に収まる温度まで上昇するように前記シリンダ壁温可変手段を用いて実際のシリンダ壁温を上昇させ、前記壁温パラメータの取得値が前記プレイグニッション抑制温度領域よりも高い場合に、当該取得値が前記プレイグニッション抑制温度領域に収まる温度まで低下するように前記シリンダ壁温可変手段を用いて実際のシリンダ壁温を低下させる構成としたことを特徴とする。
前記シリンダ壁温制御手段は、前記壁温パラメータが前記プレイグニッション抑制温度領域から外れた場合に、前記冷却水量可変機構を用いて冷却水量を変化させることにより前記壁温パラメータを前記プレイグニッション抑制温度領域に収める構成としている。
前記プレイグニッション抑制手段は、前記実運転領域が前記プレイグニッション好発運転領域に入った状態において、前記壁温パラメータが前記プレイグニッション抑制温度領域から外れた場合に、前記シリンダ壁温制御手段により前記壁温パラメータが前記プレイグニッション抑制温度領域に収められるまでの期間中に作動し、前記壁温パラメータが前記プレイグニッション抑制温度領域に収まるか、または、前記実運転領域が前記プレイグニッション好発運転領域から外れた場合に停止する構成としている。
前記プレイグニッション抑制手段の作動開始前にプレイグニッションが発生した場合に、前記壁温パラメータと前記作動開始時期との関係を前記作動開始時期が早くなるように補正する遅延補正手段と、を備える。
前記プレイグニッション抑制温度領域のうち少なくとも一部の領域で前記プレイグニッションの発生頻度が前記許容限度を超えた場合に、前記一部の領域でもプレイグニッションの発生頻度が前記許容限度以下となるように前記プレイグニッション抑制温度領域の範囲を変更する温度領域可変手段と、を備え、
前記シリンダ壁温制御手段は、前記温度領域可変手段により変更されたプレイグニッション抑制温度領域に対して、前記壁温パラメータが当該プレイグニッション抑制温度領域に収まるように制御する構成としている。
前記プレイグニッション好発運転領域は、内燃機関のトルクが最大出力の60%以上となり、かつ、機関回転数が最大回転数の50%以下となる低回転高負荷領域である構成としている。
[実施の形態1の構成]
以下、図1乃至図8を参照しつつ、本発明の実施の形態1について説明する。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全体構成図である。本実施の形態のシステムは、多気筒型内燃機関としてのエンジン10を備えている。なお、図1では、エンジン10の1気筒のみを例示している。また、本発明は、単気筒を含む任意の気筒数のエンジンに適用されるものである。エンジン10の各気筒には、ピストン12により燃焼室14が画成され、ピストン12はエンジンのクランク軸16に連結されている。また、エンジン10は、各気筒の燃焼室14内(筒内)に吸入空気を吸込む吸気通路18と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路20とを備えている。
まず、図2及び図3を参照して、例えば過給機付きのエンジンにおけるプレイグニッションの発生傾向について説明する。図2は、プレイグニッション好発運転領域Aを示す説明図であり、図3は、プレイグニッションが発生した場合の筒内圧を示す特性線図である。過給機付きのエンジンでは、図2に示すように、例えばエンジン回転数とトルクに応じて定められる運転領域のうち、低回転高負荷領域においてプレイグニッションが発生し易い。プレイグニッションが発生した場合には、図3に示すように、通常の燃焼時と比較して最大筒内圧(Pmax)及び筒内温度が異常に高くなるので、エンジンの部品が悪影響を受け易い。なお、低回転高負荷領域とは、例えばトルクが最大出力の60〜70%以上となり、かつ、エンジン回転数が最大回転数の40〜50%以下となるような運転領域である。本実施の形態では、過給機付きのエンジンにおける低回転高負荷領域をプレイグニッション好発運転領域Aの一例として、以下の制御を説明する。
シリンダ壁温制御では、エンジンを実際に運転している領域(以下、実運転領域と称す)がプレイグニッション好発運転領域Aに入っている場合に、冷却水量可変機構38を用いてエンジンの冷却水量を変化させ、シリンダ壁温tがプレイグニッション抑制温度領域(t1≦t≦t2)に収まるように制御する。詳しく述べると、まず、本実施の形態のプレイグニッション温度領域記憶手段を構成するECU50には、プレイグニッション抑制温度領域を規定するデータ(図4中に示す特性線のデータ、または、少なくとも温度下限値t1及び温度上限値t2)が予め記憶されている。また、ECU50には、シリンダ壁温tとエンジン水温twとの関係をデータ化したデータマップ(図5参照)も予め記憶されている。そして、ECU50は、このデータマップに基いてエンジン水温twからシリンダ壁温tを算出し、例えばシリンダ壁温tが温度下限値t1よりも低い場合には、冷却水量可変機構38を制御してエンジンの冷却水量を通常の冷却水量よりも減少させる。
上述したように、シリンダ壁面制御は、プレイグニッションを効果的に抑制することができる。しかし、本実施の形態では、シリンダ壁温tがプレイグニッション抑制温度領域から外れた状態におけるプレイグニッションの抑制効果を高めるために、プレイグニッション抑制制御を実行する構成としてもよい。プレイグニッション抑制制御としては、空燃比リッチ化制御やトルクダウン(出力ダウン)制御等のような公知の制御が用いられる。一例を挙げると、空燃比リッチ化制御は、燃料の気化潜熱を利用して筒内温度を低下させ、プレイグニッションの発生を抑制するものである。
次に、図8を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図8は、本発明の実施の形態1において、ECUにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。図8に示すルーチンにおいて、まず、ステップ100では、例えばエンジン回転数及び負荷率(トルク)に基いて、エンジンの実運転領域がプレイグニッション好発運転領域Aに入っているか否かを判定する。具体的に述べると、ステップ100では、エンジン回転数が所定の低回転判定値以下であり、かつ、負荷が所定の高負荷判定値以上である場合に、プレイグニッション好発運転領域Aで運転しているものと判定する。
次に、図9乃至11を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態1と同様の構成及び制御に加えて、燃料性状が変化した場合に対処する制御を行うことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
上述したように、特に低温時のシリンダ壁温とプレイグニッションの発生頻度との関係は、燃料希釈の発生状況(燃料の揮発特性)に大きく影響される。即ち、前記図4に示す特性線(温度下限値t1及び温度上限値t2)は、例えばガソリン(燃料中のアルコール濃度が零)の場合のような一定の基準状態に基いて得られたものであるから、燃料性状(燃料の重質度や軽質度、燃料中のアルコール濃度や不純物の量等)によっては、図4の特性線が変化し、シリンダ壁温を適切に制御できなくなる虞れがある。
ここで、プレイグニッションの検出手段について説明しておく。プレイグニッションの発生を検出する手段としては、例えば筒内圧センサ(CPS)、ノックセンサ(KCS)が知られている。CPSは、前記図3に示すように、プレイグニッションの発生時に最大筒内圧Pmaxが極端に大きくなるのを利用して検出動作を行う。また、KCSは、図3に示すように、プレイグニッションの発生時に特有の周波数成分が発生するのを利用して検出動作を行う。さらに、プレイグニッションが発生するときに点火プラグの電極間にイオン電流が流れるのを利用して、このイオン電流の挙動によりプレイグニッションの発生を検出する方法も知られている。
次に、図11を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図11は、本発明の実施の形態2において、ECUにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。図11において、まず、ステップ200では、エンジンの実運転領域がプレイグニッション好発運転領域Aに入っているか否かを判定し、ステップ202では、プレイグニッションの発生頻度を計測する。そして、ステップ204では、温度領域補正制御を実行し、ベースの状態に対するプレイグニッションの発生頻度の変化に基いて、プレイグニッション抑制温度領域を補正する。なお、プレイグニッションの発生頻度の計測方法については後述する。次に、ステップ206〜216では、実施の形態1(図8)のステップ102〜110と同様の処理を実行し、必要に応じてシリンダ壁温制御及びプレイグニッション抑制制御を実行する。
次に、図12を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態1と同様の構成及び制御において、プレイグニッション抑制温度領域の温度下限値のみを可変とすることを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
プレイグニッション抑制温度領域の温度上限値t2は、本来、プレイグニッションの発生頻度に基いて設定されるのが好ましい。しかし、例えばエンジンの構造上の特性や周囲の温度環境(耐熱性等)によっては、シリンダ壁温tを温度上限値t2よりも高温側にシフトさせることが難しい場合がある。そこで、本実施の形態では、このような場合に対応する制御について説明する。図12は、本発明の実施の形態3において、燃料性状の変化等によりプレイグニッション抑制温度領域を低温側にシフトさせた場合を示す特性線図である。本実施の形態では、プレイグニッション抑制温度領域でのプレイグニッションの発生頻度がクライテリアCを超えた場合に、温度下限値t1のみを高温側または低温側にシフトさせる。このシフト動作は、冷却水量可変機構38により実行されるもので、実施の形態2と同様のものである。また、シリンダ壁温tがプレイグニッション抑制温度領域Aから低温側及び高温側に外れた場合には、前述のプレイグニッション抑制制御が実行される。
次に、図13を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態1と同様の構成及び制御において、プレイグニッションの発生頻度とシリンダ壁温との関係を、燃料性状や環境の変化に基いて学習することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
学習制御では、プレイグニッションの発生頻度を検出し、温度下限値t1及び温度上限値t2を変更するときに、発生頻度と温度領域との関係を学習する。具体例を挙げると、まず、予め設定されたベースの状態において、特定の冷却水量wにてシリンダ温度tが実現されているものとする。ここで、例えば燃料性状の変化等が生じることにより、プレイグニッションの発生頻度が増加した場合には、シリンダ壁温制御により冷却水量を減少させてシリンダ壁温を上昇させ、発生頻度を減少させる。そして、プレイグニッションの発生頻度がクライテリアC以下まで減少したときに、そのときのシリンダ壁温(シリンダ壁温とプレイグニッション発生頻度との関係)を学習する。そして、この学習制御の結果は、例えば図4、図9、図10等に示す特性線の記憶データを更新することにより、ECU50に記憶される。
次に、図13を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図13は、本発明の実施の形態4において、ECUにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。図14に示すルーチンは、前記実施の形態2(図11)のルーチンに対してステップ300,302の学習制御を追加したものである。
次に、図14乃至図16を参照して、本発明の実施の形態5について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態1と同様の構成及び制御において、プレイグニッション抑制制御を実行する場合に、シリンダ壁温に応じて制御の開始時期を遅延させることを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
次に、図16を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図16は、本発明の実施の形態5において、ECUにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。図16に示すルーチンにおいて、まず、ステップ400では、実運転領域がプレイグニッション好発運転領域A内であるか否かを判定し、この判定が不成立の場合には、本ルーチンをそのまま終了する。また、ステップ400の判定成立時には、ステップ402において、前記運転領域Aに突入したときのシリンダ壁温である突入時のシリンダ壁温tを取得し、ステップ404では、例えば図15の特性線に基いて、突入時のシリンダ壁温tから遅延時間taを算出する。
次に、図17を参照して、本発明の実施の形態6について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態5の制御において、突入時のシリンダ壁温とプレイグニッション抑制制御の遅延時間との関係を学習することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態5と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
12 ピストン
14 燃焼室
16 クランク軸
18 吸気通路
20 排気通路
22 スロットルバルブ
24 インタークーラ
26 排気浄化触媒
28 燃料噴射弁
30 点火プラグ
32 吸気バルブ
34 排気バルブ
36 ターボ過給機
38 冷却水量可変機構(シリンダ壁温可変手段)
40 クランク角センサ
42 エアフローセンサ
44 水温センサ(壁温パラメータ取得手段)
46 筒内圧センサ(プレイグニッション検出手段)
50 ECU(プレイグニッション温度領域記憶手段)
A プレイグニッション好発運転領域
t シリンダ壁温
tw エンジン水温(壁温パラメータ)
t1,t1′,t1″ 温度下限値
t2,t2′,21″ 温度上限値
ta 遅延時間
Claims (7)
- 内燃機関のシリンダ壁温または当該シリンダ壁温に対応するパラメータを壁温パラメータとして取得する壁温パラメータ取得手段と、
前記シリンダ壁温を変化させることが可能なシリンダ壁温可変手段と、
プレイグニッションの発生頻度と前記シリンダ壁温との関係に基いてプレイグニッションの発生頻度が許容限度以下に低下する温度領域として設定されたプレイグニッション抑制温度領域を予め記憶したプレイグニッション温度領域記憶手段と、
内燃機関の部品が悪影響を受ける程度にプレイグニッションが発生する運転領域として設定されたプレイグニッション好発運転領域を基準として、内燃機関を実際に運転している領域である実運転領域が前記プレイグニッション好発運転領域に入っている場合に、前記シリンダ壁温可変手段を用いて前記壁温パラメータが前記プレイグニッション抑制温度領域に収まるように制御するシリンダ壁温制御手段と、を備え、
前記シリンダ壁温制御手段は、前記壁温パラメータ取得手段により取得される前記壁温パラメータの取得値が前記プレイグニッション抑制温度領域よりも低い場合に、当該取得値が前記プレイグニッション抑制温度領域に収まる温度まで上昇するように前記シリンダ壁温可変手段を用いて実際のシリンダ壁温を上昇させ、前記壁温パラメータの取得値が前記プレイグニッション抑制温度領域よりも高い場合に、当該取得値が前記プレイグニッション抑制温度領域に収まる温度まで低下するように前記シリンダ壁温可変手段を用いて実際のシリンダ壁温を低下させる構成としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記シリンダ壁温可変手段は、内燃機関に供給される冷却水量を調整する冷却水量可変機構を備え、
前記シリンダ壁温制御手段は、前記壁温パラメータが前記プレイグニッション抑制温度領域から外れた場合に、前記冷却水量可変機構を用いて冷却水量を変化させることにより前記壁温パラメータを前記プレイグニッション抑制温度領域に収める構成としてなる請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 内燃機関の空燃比をリッチ化するか、または、トルクを減少させることによりプレイグニッションの発生を抑制するプレイグニッション抑制手段を備え、
前記プレイグニッション抑制手段は、前記実運転領域が前記プレイグニッション好発運転領域に入った状態において、前記壁温パラメータが前記プレイグニッション抑制温度領域から外れた場合に、前記シリンダ壁温制御手段により前記壁温パラメータが前記プレイグニッション抑制温度領域に収められるまでの期間中に作動し、前記壁温パラメータが前記プレイグニッション抑制温度領域に収まるか、または、前記実運転領域が前記プレイグニッション好発運転領域から外れた場合に停止する構成としてなる請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。 - 内燃機関が冷間始動されてから前記プレイグニッション抑制手段が初めて作動する場合に、前記実運転領域が前記プレイグニッション好発運転領域に入った時点での前記壁温パラメータが高いほど、前記プレイグニッション抑制手段の作動開始時期を遅延させる遅延手段を備えてなる請求項3に記載の内燃機関の制御装置。
- プレイグニッションの発生を検出するプレイグニッション検出手段と、
前記プレイグニッション抑制手段の作動開始前にプレイグニッションが発生した場合に、前記壁温パラメータと前記作動開始時期との関係を前記作動開始時期が早くなるように補正する遅延補正手段と、
を備えてなる請求項4に記載の内燃機関の制御装置。 - プレイグニッションが時間当たりに発生する発生頻度を検出する発生頻度検出手段と、
前記プレイグニッション抑制温度領域のうち少なくとも一部の領域で前記プレイグニッションの発生頻度が前記許容限度を超えた場合に、前記一部の領域でもプレイグニッションの発生頻度が前記許容限度以下となるように前記プレイグニッション抑制温度領域の範囲を変更する温度領域可変手段と、を備え、
前記シリンダ壁温制御手段は、前記温度領域可変手段により変更されたプレイグニッション抑制温度領域に対して、前記壁温パラメータが当該プレイグニッション抑制温度領域に収まるように制御する請求項1乃至5のうち何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機を備え、
前記プレイグニッション好発運転領域は、内燃機関のトルクが最大出力の60%以上となり、かつ、機関回転数が最大回転数の50%以下となる低回転高負荷領域である請求項1乃至6のうち何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
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