JP6454538B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関制御装置に関し、特に二輪自動車等の車両の内燃機関に適用される内燃機関制御装置に関する。

近年、二輪自動車等の車両の内燃機関に対しては、コントローラを用いて、内燃機関に対する燃料の供給、空気の供給並びに燃料及び空気から成る混合気への点火を協働させながら内燃機関の運転状態を電子制御する電子制御式の内燃機関制御装置が採用されている。

具体的には、かかる内燃機関制御装置は、エアフローセンサ、スロットル開度センサ及び吸気マニホルド負圧センサ等のセンサからの各々の検出信号を用いて得られる内燃機関に対する吸入空気量やクランク角センサからの検出信号を用いて得られる内燃機関回転数等に基づき、内燃機関での適切な空燃比を実現するための燃料噴射量を算出して、この燃料噴射量で内燃機関に対して燃料噴射を実行すると共に、所定の点火時期で吸入空気及び噴射燃料の混合気に対して点火を実行する構成を有する。また、この際、内燃機関制御装置においては、内燃機関におけるＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）及びノック等に関する特性を考慮して、燃料噴射量及び点火時期における限界値が各々設定されている場合もある。また、このような内燃機関制御装置の中には、筒内圧センサ、ノックセンサ及びイオン電流センサ等のセンサからの各々の検出信号を用いて、燃焼室内の燃焼状態に応じた混合気への燃料噴射量及び点火時期の調整を各々実行する構成を有するものもある。

かかる状況下で、特許文献１は、エンジンの制御方法に関し、クランク角センサ、酸素濃度センサ、温度センサ、スロットル開度センサ、吸気管圧力センサ、熱線式吸入空気量センサ、吸入空気温度センサ、排気管温度センサ及び触媒温度センサを用いて、筒内温度の上昇によって点火以前に着火が起こるプレイグニッションを防止し、また点火以前に着火が起こってしまったときでも適切に処理を行ないエンジンの破損を防止する構成を有する。

特開平９−２７３４３６号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１の構成では、酸素濃度センサ、吸気管圧力センサ、熱線式吸入空気量センサ、排気管温度センサ及び触媒温度センサ等の付加的なセンサを各種設ける必要があり、その構成が煩雑であると共に車両全体のコストが上昇する傾向にあると考えられる。

また、本発明者の検討によれば、５〜１０ｋＨｚの周波数を有すると評価されるノック等の異常燃焼時の燃焼振動をより正確に捕らえるためには、少なくとも１００μｓ以下の周期のデータサンプリングが必要であることから、センサの高応答性や読み込み回路の高速化等が求められるものであり、その構成がより煩雑であると共に車両全体のコストがより上昇する傾向にあると考えられる。

つまり、現状では、特に軽量、且つ、小型であることが要求される二輪車用等の車両に好適に適用され得るような、簡便な構成で、燃焼室内の燃焼状態を検出しその燃焼状態に応じて内燃機関の運転状態を制御可能な内燃機関制御装置の実現が待望された状況にあるといえる。

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、簡便な構成で、燃焼室内の燃焼状態を検出しその燃焼状態に応じて内燃機関の運転状態を制御可能な内燃機関制御装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するべく、本発明は、燃料の供給、空気の供給並びに前記燃料及び前記空気から成る混合気への点火を協働させながら内燃機関の運転状態を制御する制御部を備えた内燃機関制御装置において、前記制御部は、前記内燃機関の燃焼室の壁表面温度に対応した第１の温度と前記内燃機関の瞬時トルクから算出した前記内燃機関の前記燃焼室の想定壁表面温度に対応した第２の温度との差分に応じて、前記第１の温度と前記第２の温度とが一致するように、前記第１の温度が前記第２の温度より大きい場合には前記混合気への前記点火の時期を遅角させる一方で、前記第１の温度が前記第２の温度より小さい場合には前記混合気への前記点火の時期を進角させる態様で前記混合気への前記点火の時期を制御することにより、前記内燃機関の前記運転状態を制御することを第１の局面とする。
また、本発明は、第１の局面に加えて、前記制御部は、前記内燃機関のクランクシャフトの回転速度の最大値から前記回転速度の最小値を引いた算出値に応じて前記瞬時トルクを算出することを第２の局面とする。

本発明は、第１又は２の局面に加えて、前記第１の温度は、前記内燃機関の吸気バルブ側における前記燃焼室の前記壁表面温度として、前記吸気バルブ側の前記内燃機関の装着部位に装着された温度センサにより検出されるものであることを第３の局面とする。

本発明は、第１から第３のいずれかの局面に加えて、前記制御部は、前記内燃機関の燃焼室構成部の伝熱特性を反映した所定の時間遅れを加味して、前記第２の温度を算出することを第４の局面とする。

本発明は、第４の局面に加えて、前記制御部は、前記第１の温度と前記第２の温度との前記差分と前記内燃機関の前記運転状態の所定の閾値との大小関係に応じて、前記差分の値を制限することを第５の局面とする。

以上の本発明の第１の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、制御部が、内燃機関の燃焼室の壁表面温度に対応した第１の温度と内燃機関の瞬時トルクから算出した内燃機関の燃焼室の想定壁表面温度に対応した第２の温度との差分に応じて、第１の温度と第２の温度とが一致するように、第１の温度が第２の温度より大きい場合には混合気への点火の時期を遅角させる一方で、第１の温度が第２の温度より小さい場合には混合気への点火の時期を進角させる態様で混合気への点火の時期を制御することにより、内燃機関の運転状態を制御するものであるため、簡便な構成で、燃焼室内の燃焼状態を検出しその燃焼状態に応じて適切に点火時期を制御しながら内燃機関の運転状態を制御することができる。特に、燃焼室内の混合気に着火生成された火炎が伝播しにくい燃焼室の壁表面温度と、内燃機関の瞬時トルクから算出した内燃機関の燃焼室の想定壁表面温度と、の差分は、燃焼室内の燃焼状態の良・不良を示す適切な指標として用いることができるため、内燃機関の暖機中等の過渡的な温度状態や内燃機関が比較的低負荷で運転されることに起因する低温度状態においても、燃焼室内の燃焼状態を精度よく把握して内燃機関の運転状態を制御することができる。また、このように内燃機関の運転状態を適切に制御することにより、内燃機関の燃料消費率を向上することができる。

また、本発明の第３の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、第１の温度が、内燃機関の吸気バルブ側における燃焼室の壁表面温度として、吸気バルブ側の内燃機関の装着部位に装着された温度センサにより検出されるものであるため、第１の温度として、燃焼室内の混合気に着火生成された火炎が伝播しにくい傾向が顕著に現れる内燃機関の吸気バルブ側における燃焼室の壁表面温度を用いることができ、かかる第１の温度を用いて、燃焼室内の燃焼状態を確実に検出しその燃焼状態に応じて内燃機関の運転状態を制御することができる。

また、本発明の第４の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、制御部が、内燃機関の燃焼室構成部の伝熱特性を反映した所定の時間遅れを加味して、第２の温度を算出するものであるため、内燃機関の瞬時トルクから第２の温度を適切に算出することができ、かかる第２の温度を用いて、適切に点火時期を制御しながら内燃機関の運転状態を適切に制御することができる。

また、本発明の第５の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、制御部が、第１の温度と第２の温度との差分と内燃機関の運転状態の所定の閾値との大小関係に応じて、差分の値を制限するものであるため、精度よく点火時期を制御しながら内燃機関の運転状態をノック等の異常燃焼状態の発生を抑制するように精度よく制御することができる。

図１は、本発明の実施形態における内燃機関及びそれに適用される内燃機関制御装置の構成を示す模式図である。 図２は、本実施形態の内燃機関制御装置における冷機電源投入時のセンサ補正処理の流れを示すフローチャートである。 図３は、本実施形態の内燃機関制御装置における内燃機関運転中の内燃機関運転状態制御処理の流れを示すフローチャートである。 図４（ａ）は、本実施形態の内燃機関制御装置における内燃機関運転状態制御処理で用いる内燃機関の瞬時トルクと燃焼室の想定壁表面温度との関係を示すテーブルデータの模式図であり、図４（ｂ）は、本実施形態の内燃機関制御装置における内燃機関運転状態制御処理で用いる内燃機関回転数及びスロットル開度とノック発生閾値との関係を示すテーブルデータの模式図である。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における内燃機関制御装置につき、詳細に説明する。

〔内燃機関の構成〕
まず、図１を参照して、本実施形態における内燃機関制御装置が適用される内燃機関の構成について説明する。

図１は、本実施形態における内燃機関及びそれに適用される内燃機関制御装置の構成を示す模式図である。

図１に示すように、内燃機関１は、図示を省略する二輪自動車等の車両に搭載され、１又は複数の気筒２ａを有するシリンダブロック２を備えている。シリンダブロック２の気筒２ａに対応する部分の側壁内には、シリンダブロック２を冷却するためのクーラントが流通するクーラント通路３が形成されている。なお、図１中では、便宜上、気筒２ａの個数を１個のみとした例を示している。

気筒２ａの内部には、ピストン４が配置されている。ピストン４は、コンロッド５を介してクランクシャフト６に連結されている。クランクシャフト６には、それと共に同軸に回転するリラクタ７が設けられている。リラクタ７の外周面には、その周方向に所定のパターンで並置された複数の歯部７ａが立設されている。

シリンダブロック２の上部には、シリンダヘッド８が組み付けられている。シリンダブロック２の内壁面、ピストン４の上面、及びシリンダヘッド８の内壁面は、協働して気筒２ａの燃焼室９を画成している。

シリンダヘッド８には、燃焼室９内の燃料及び空気から成る混合気に点火する点火プラグ１０が設けられている。各燃焼室９に対する点火プラグ１０の個数は、複数であってもよい。

シリンダヘッド８には、燃焼室９と対応して連通する吸気管１１が組み付けられている。シリンダヘッド８内には、燃焼室９と吸気管１１とを対応して連通する吸気通路１１ａが形成されている。燃焼室９と吸気通路１１ａとの対応する接続部位には、吸気バルブ１２が設けられている。なお、吸気管１１は、気筒２ａの個数に応じた多岐管であってもよく、吸気通路１１ａの個数は、気筒２ａの個数に等しくなる。各燃焼室９に対する吸気バルブ１２の個数は、複数であってもよい。

吸気管１１には、その内部に燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。吸気管１１には、インジェクタ１３の上流側にスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４は、図示を省略するスロットル装置の構成部品であり、スロットル装置の本体部が吸気管１１に組み付けられている。なお、インジェクタ１３は、対応する燃焼室９に燃料を直接噴射するものであってもよい。また、インジェクタ１３及びスロットルバルブ１４の個数は、各々複数であってもよい。

また、シリンダヘッド８には、燃焼室９と対応して連通する排気管１５が組み付けられている。シリンダヘッド８内には、燃焼室９と排気管１５とを対応して連通する排気通路１５ａが形成されている。燃焼室９と排気通路１５ａとの対応する接続部位には、排気バルブ１６が設けられている。なお、排気管１５は、気筒２ａの個数に応じた多岐管であってもよく、排気通路１５ａの個数は、気筒２ａ及び排気管１５の個数に等しくなる。なお、各燃焼室９に対する排気バルブ１６の個数は、複数であってもよい。

〔内燃機関制御装置の構成〕
次に、図１を参照して、本実施形態における内燃機関制御装置の構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態における内燃機関制御装置１００は、クランク角センサ１０１、吸気温センサ１０２、スロットル開度センサ１０３、及び吸気側温度センサ１０４に電気的に接続されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０５を備えている。

クランク角センサ１０１は、リラクタ７の外周面に形成されている歯部７ａに対向した態様でシリンダブロック２の下部に組み付けられた図示を省略するロアケース等に装着され、クランクシャフト６の回転に伴って回転する歯部７ａを検出することによって、クランクシャフト６の回転速度を内燃機関１の回転速度（内燃機関回転速度ＮＥ）として検出する。クランク角センサ１０１は、このように検出した内燃機関回転速度ＮＥを示す電気信号をＥＣＵ１０５に入力する。

吸気温センサ１０２は、吸気管１１内に侵入した態様で吸気管１１に装着され、吸気管１１内に流入する空気の温度を吸気温ＴＡとして検出し、このように検出した吸気温ＴＡを示す電気信号をＥＣＵ１０５に入力する。

スロットル開度センサ１０３は、スロットル装置の本体部に装着され、スロットルバルブ１４の開度をスロットル開度ＴＨとして検出し、このように検出したスロットル開度ＴＨを示す電気信号をＥＣＵ１０５に入力する。

吸気側温度センサ１０４は、燃焼室９内の混合気に点火プラグ１０により点火されてそれが着火されることにより生成された火炎が伝播しにくい部位である吸気バルブ１２側の壁表面温度（シリンダブロック２又はシリンダヘッド８における吸気バルブ１２側であって燃焼室９側の内壁表面温度）ＴＣＣを検出するようにシリンダブロック２又はシリンダヘッド８に装着され、このように検出した吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣを示す電気信号をＥＣＵ１０５に入力する。ここで、吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣは、燃焼室９内の混合気が着火されることにより生成された火炎が伝播しにくい部位の温度であるため、燃焼室９内の混合気の燃焼の状態に敏感に反応する温度である。一方で、詳細は後述する内燃機関１の瞬時トルクから算出される燃焼室９の想定壁表面温度ＴＣＣＴＱは、内燃機関１のベストトルクを発生させる燃焼室９内の混合気の燃焼の状態を反映する温度である。なお、燃焼室９内の混合気の燃焼の状態に敏感に反応する温度となるものであれば、吸気側温度センサ１０４以外の温度センサで検出されるシリンダブロック２等の壁表面温度を壁表面温度ＴＣＣとして採用することも可能であり、内燃機関１のベストトルクを発生させる燃焼室９内の混合気の燃焼の状態を反映する温度であれば、瞬時トルク以外のものから算出される燃焼室９の想定壁表面温度を想定壁表面温度ＴＣＣＴＱとして採用することも可能である。

ＥＣＵ１０５は、車両が備えるバッテリからの電力を利用して動作する。ＥＣＵ１０５は、マイコン１０６を備え、マイコン１０６は、メモリ１０６ａ及びＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０６ｂを備えている。ＣＰＵ１０６ｂは、センサ補正処理や内燃機関運転状態制御処理等の車両の各種制御処理を実行する制御部として機能する。

メモリ１０６ａは、不揮発性の記憶装置によって構成され、センサ補正処理や内燃機関運転状態制御処理用等の制御プログラムや制御データを格納している。

ＣＰＵ１０６ｂは、クランク角センサ１０１、吸気温センサ１０２、スロットル開度センサ１０３、及び吸気側温度センサ１０４からの電気信号を用いて、ＥＣＵ１０５全体の動作を制御する。

以上のような構成を有する内燃機関制御装置１００は、以下に示す冷機電源投入時におけるセンサ補正処理や内燃機関運転中における内燃機関運転状態制御処理を実行することによって、簡便な構成で、燃焼室９内の燃焼状態を検出して内燃機関１の運転状態を制御する。以下、更に図２から図４をも参照して、冷機電源投入時におけるセンサ補正処理及び内燃機関運転中における内燃機関運転状態制御処理を実行する際の内燃機関制御装置１００の動作について、詳細に説明する。

〔冷機電源投入時のセンサ補正処理〕
まず、図２を参照して、冷機電源投入時のセンサ補正処理を実行する際の内燃機関制御装置１００の動作について説明する。なお、かかる冷機電源投入時のセンサ補正処理は、内燃機関運転中の内燃機関運転状態制御処理をより精度よく実行するために、実行されることが好ましいものである。つまり、かかる冷機電源投入時のセンサ補正処理が実行される場合には、その完了後に内燃機関運転中の内燃機関運転状態制御処理が実行されるものである。

図２は、本実施形態の内燃機関制御装置１００における冷機電源投入時のセンサ補正処理の流れを示すフローチャートである。

図２に示すフローチャートは、車両の図示を省略するイグニッションスイッチがオンされて内燃機関制御装置１００が稼働されたタイミングで開始となり、冷機電源投入時のセンサ補正処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、ＣＰＵ１０６ｂが、車両のイグニッションスイッチが初めてオンされたか否か、つまり車両が製造されてから初めて冷機電源が投入されたか否かを判別する。車両が製造されてから初めて冷機電源が投入されたか否かは、例えば、車両が製造されてから初めて冷機電源が投入されたタイミングでオンされるメモリ１０６ａ中のフラグのオン／オフ情報を参照することによって判別することができる。判別の結果、既に冷機電源が投入されたことがある場合には、ＣＰＵ１０６ｂは、今回の一連のセンサ補正処理を終了する。一方、初めての冷機電源の投入である場合には、ＣＰＵ１０６ｂは、センサ補正処理をステップＳ２の処理に進める。

ステップＳ２の処理では、ＣＰＵ１０６ｂが、クランク角センサ１０１から入力される電気信号に基づいて内燃機関回転速度ＮＥを検出し、その内燃機関回転速度ＮＥに基づいて内燃機関１の始動前であるか否かを判別する。判別の結果、既に内燃機関１が始動している場合には、ＣＰＵ１０６ｂは、今回の一連のセンサ補正処理を終了する。一方、内燃機関１がまだ始動していない場合には、ＣＰＵ１０６ｂは、センサ補正処理をステップＳ３の処理に進める。

ステップＳ３の処理では、ＣＰＵ１０６ｂが、吸気温センサ１０２、及び吸気側温度センサ１０４から入力された電気信号に基づいて、吸気温ＴＡ、吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣが、所定の誤差範囲内にあるか否かを判別する。判別の結果、これらの温度が各々の所定の誤差範囲内にない場合には、ＣＰＵ１０６ｂは、今回の一連のセンサ補正処理を終了する。一方、これらの温度が各々の所定の誤差範囲内にある場合には、ＣＰＵ１０６ｂは、センサ補正処理をステップＳ４の処理に進める。

ステップＳ４の処理では、ＣＰＵ１０６ｂが、メモリ１０６ａに格納されていたマスタデータを対応して参照しながら、吸気温ＴＡと吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣとを比較することにより、吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣの誤差を各々補正する。例えば、壁表面温度ＴＣＣが吸気温ＴＡを用いて得られるべきそのマスタデータ中の標準温度よりも２℃高い場合には、ＣＰＵ１０６ｂは、壁表面温度ＴＣＣを２℃低くなるように補正する。ここで、マスタデータとしては、量産中央値の出力特性を発揮する内燃機関１における吸気温ＴＡと吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣとの対応関係をこれらの実測検出温度に基づき予め設定してメモリ１０６ａに格納されていたものを用いる。なお、かかる補正は、必要に応じて、更に別の基準温度を用いてなされていてもよい。この結果、吸気側温度センサ１０４の補正が、内燃機関１の量産中央仕様の性能が発揮できるように精度よくなされることになり、内燃機関運転中の内燃機関運転状態制御処理が、精度よく実行される結果につながることになる。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、今回の一連のセンサ補正処理は終了する。

〔内燃機関運転中の内燃機関運転状態制御処理〕
次に、図３から図４をも更に参照して、内燃機関運転中の内燃機関運転状態制御処理を実行する際の内燃機関制御装置１００の動作について説明する。

図３は、本実施形態の内燃機関制御装置１００における内燃機関運転中の内燃機関運転状態制御処理の流れを示すフローチャートである。また、図４（ａ）は、本実施形態の内燃機関制御装置１００における内燃機関運転状態制御処理で用いる内燃機関１の瞬時トルクと燃焼室９の想定壁表面温度との関係を示すテーブルデータの模式図であり、図４（ｂ）は、本実施形態の内燃機関制御装置１００における内燃機関運転状態制御処理で用いる内燃機関回転数及びスロットル開度とノック発生閾値との関係を示すテーブルデータの模式図である。

図３に示すフローチャートは、車両の図示を省略するイグニッションスイッチがオンされて内燃機関制御装置１００が稼働されたタイミングで開始となり、内燃機関運転中の内燃機関運転状態制御処理はステップＳ１１の処理に進む。内燃機関運転中の内燃機関運転状態制御処理は、内燃機関制御装置１００が稼働している間、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１１の処理では、ＣＰＵ１０６ｂが、クランク角センサ１０１から入力される電気信号に基づいて内燃機関回転速度ＮＥを検出し、その内燃機関回転速度ＮＥに基づいて内燃機関１が運転中であるか否かを判別する。判別の結果、内燃機関１が運転中でない場合には、ＣＰＵ１０６ｂは、今回の一連の内燃機関運転状態制御処理を終了する。一方、内燃機関１が運転中である場合には、ＣＰＵ１０６ｂは、内燃機関運転状態制御処理をステップＳ１２の処理に進める。

ステップＳ１２の処理では、ＣＰＵ１０６ｂが、吸気側温度センサ（燃焼室温度センサ）１０４を介して吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣに関する情報を取得する。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、燃焼室温度制御処理はステップＳ１３の処理に進む。

ステップＳ１３の処理では、ＣＰＵ１０６ｂが、クランク角センサ１０１から入力される電気信号に基づいて、内燃機関１の動作行程の所定周期におけるクランクシャフト６の回転速度の最大値から回転速度の最小値を引いた値（回転速度変動値）を算出し、この算出値に応じて内燃機関１が実際に発生させているべきトルクを内燃機関１の瞬時トルクとして算出する。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、燃料室温度制御処理はステップＳ１４の処理に進む。

ステップＳ１４の処理では、ＣＰＵ１０６ｂが、ステップＳ１３の処理において算出された内燃機関１の瞬時トルクから燃焼室９の想定壁表面温度ＴＣＣＴＱを算出する。詳しくは、本実施形態では、メモリ１０６ａ内に図４（ａ）に示すような量産中央値の出力特性を発揮する内燃機関１の温度特性に基づいて予め設定された瞬時トルクと想定壁表面温度ＴＣＣＴＱとの関係を示す特性曲線Ｌ１を規定したテーブルデータが格納されている。ＣＰＵ１０６ｂは、ステップＳ１３の処理において算出された内燃機関１の瞬時トルクに対応する想定壁表面温度ＴＣＣＴＱを図４（ａ）に示すテーブルデータを参照することにより、想定壁表面温度ＴＣＣＴＱを算出する。このようなマスタテーブルデータを参照して想定壁表面温度ＴＣＣＴＱを算出することにより、内燃機関１に存在する性能のばらつき、具体的には内燃機関１に関する機械的公差及び電気的交差に起因する点火時期の公差を吸収することができる。ここで、想定壁表面温度ＴＣＣＴＱは、内燃機関１の瞬時トルクに応じた熱量がセンサに伝わって検出されるまでの遅れ時間及び減衰量を加重平均やディレイタイマ等で再現ししながら算出することがより好ましい。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、燃焼室温度制御処理はステップＳ１５の処理に進む。

ステップＳ１５の処理では、ＣＰＵ１０６ｂが、ステップＳ１２の処理において取得した吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣとステップＳ１４の処理において算出された想定壁表面温度ＴＣＣＴＱとの差分ＴＣＣＤＩＧＤを算出する。ここで、吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣは、燃焼室９内の混合気が着火されることにより生成された火炎が伝播しにくい部位の温度であって燃焼室９内の混合気の燃焼の状態に敏感に反応する温度であり、想定壁表面温度ＴＣＣＴＱは、内燃機関１のベストトルクを発生させる燃焼室９内の混合気の燃焼の状態を反映する温度であるから、これらの差分ＴＣＣＤＩＧＤは、所定の範囲内に収まっていることが好ましい。これ故、吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣと想定壁表面温度ＴＣＣＴＱとの差分ＴＣＣＤＩＧＤの値は、燃焼室９内の燃焼状態の良・不良を示す指標となる。これにより、ステップＳ１５の処理は完了し、燃焼室温度制御処理はステップＳ１６の処理に進む。

ステップＳ１６の処理では、ＣＰＵ１０６ｂが、ステップＳ１５の処理において算出された差分ＴＣＣＤＩＧＤの値が内燃機関１の所定の閾値以上であるか否かを判別する。具体的には、かかる所定の閾値としては、本実施形態では、想定壁表面温度ＴＣＣＴＱに一致するように吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣを制御することで内燃機関１のベストトルクでの運転状態を実現すること企図しているため、内燃機関１のトルクが最大となる点火時期に対応する閾値（ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）閾値）や内燃機関１の所定（例えば５０％）の質量燃焼クランク角に対応する閾値（質量燃焼点閾値）よりも大きな値となる内燃機関１のノッキングレベルに対応する閾値（ノック発生閾値）を採用することが好ましい。詳しくは、メモリ１０６ａ内に図４（ｂ）に示すような内燃機関回転数ＮＥ及びスロットル開度ＴＨに対するノック発生閾値の値に対応した特性曲線Ｌ２を規定したテーブルデータが格納されている。ＣＰＵ１０６ｂは、クランク角センサ１０１及びスロットル開度センサ１０３から入力された電気信号に基づいて、内燃機関回転数ＮＥ及びスロットル開度ＴＨに対応する特性曲線Ｌ２上の値であるノック発生閾値を図４（ｂ）に示すテーブルデータから読み出す。そして、ＣＰＵ１０６ｂは、差分ＴＣＣＤＩＧＤの値が読み出されたノック発生閾値以上であるか否かを判別する。判別の結果、差分ＴＣＣＤＩＧＤの値がノック発生閾値以上である場合には、ＣＰＵ１０６ｂは、内燃機関運転状態制御処理をステップＳ１７の処理に進める。一方、差分ＴＣＣＤＩＧＤの値がノック発生閾値未満である場合には、ＣＰＵ１０６ｂは、内燃機関運転状態制御処理をステップＳ１８の処理に進める。なお、所定の閾値としては、必要に応じて、ＭＢＴ閾値及び質量燃焼点閾値を組み合わせて採用してもよい。

ステップＳ１７の処理では、ＣＰＵ１０６ｂが、差分ＴＣＣＤＩＧＤの値をステップＳ１６の処理において求められた好ましくはノック発生閾値である所定の閾値に設定して制限する。これにより、ステップＳ１７の処理は完了し、燃焼室温度制御処理はステップＳ１９の処理に進む。

ステップＳ１８の処理では、ＣＰＵ１０６ｂが、ステップＳ１５の処理において算出された差分ＴＣＣＤＩＧＤの値をそのまま維持する。これにより、ステップＳ１８の処理は完了し、燃焼室温度制御処理はステップＳ１９の処理に進む。

ステップＳ１９の処理では、ＣＰＵ１０６ｂが、ステップＳ１５の処理において算出された差分ＴＣＣＤＩＧＤの値、又はステップＳ１７の処理において好ましくはノック発生閾値である所定の閾値に設定された差分ＴＣＣＤＩＧＤの値に応じて、吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣと想定壁表面温度ＴＣＣＴＱとが一致するように燃焼室９内の混合気への点火時期をフィードバック制御することにより内燃機関１の運転状態を制御する。詳しくは、吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣが想定壁表面温度ＴＣＣＴＱより大きい場合には、ＣＰＵ１０６ｂは、点火時期は進角傾向にあると判断し、点火時期を遅角する。一方、吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣが想定壁表面温度ＴＣＣＴＱより小さい場合には、ＣＰＵ１０６ｂは、点火時期は遅角（リタード）傾向にあると判断し、点火時期を進角する。ここで、一般に、内燃機関１において、ベストトルクとなる平均有効圧（ＩＭＥＰ）に対応するピーク筒内圧は一義的に定まり、このピーク筒内圧と瞬時トルクから求めた想定壁表面温度ＴＣＣＴＱとは正の相関関係を有するものである。このため、想定壁表面温度ＴＣＣＴＱに一致するように吸気バルブ１２側の壁表面温度ＴＣＣを制御することは、内燃機関１のベストトルクでの運転状態を実現することと同義になる。これにより、ステップＳ１９の処理は完了し、一連の内燃機関運転状態制御処理は終了する。

なお、内燃機関運転中の内燃機関運転状態制御処理を簡素化するために、ステップＳ１５の処理において算出された差分ＴＣＣＤＩＧＤの値に直接的に基づいて、点火時期を制御することも可能であり、かかる場合には、ステップＳ１６からステップＳ１８の各々の処理を省略することも可能である。また、内燃機関１の運転状態を制御するパラメータには、点火時期の他に燃料噴射量や空気供給量が挙げられるため、点火時期の調整の他に燃料噴射量や空気供給量を調整して内燃機関１の運転状態を制御してもよいし、これらを適宜組み合わせて内燃機関１の運転状態を制御してもよい。

以上の説明から明らかなように、本実施形態における内燃機関制御装置１００では、制御部１０６ｂが、内燃機関１の燃焼室９の壁表面温度に対応した第１の温度ＴＣＣと内燃機関１の瞬時トルクから算出した内燃機関１の燃焼室９の想定壁表面温度に対応した第２の温度ＴＣＣＴＱとの差分ＴＣＣＤＩＧＤに応じて、第１の温度ＴＣＣと第２の温度ＴＣＣＴＱとが一致するように内燃機関１の運転状態を制御するものであるため、簡便な構成で、燃焼室９内の燃焼状態を検出しその燃焼状態に応じて内燃機関１の運転状態を制御することができる。特に、燃焼室９内の混合気に着火生成された火炎が伝播しにくい燃焼室９の壁表面温度ＴＣＣと、内燃機関１の瞬時トルクから算出した内燃機関１の燃焼室９の想定壁表面温度ＴＣＣＴＱと、の差分ＴＣＣＤＩＧＤは、燃焼室９内の燃焼状態の良・不良を示す適切な指標として用いることができるため、内燃機関１の暖機中等の過渡的な温度状態や内燃機関１が比較的低負荷で運転されることに起因する低温度状態においても、燃焼室９内の燃焼状態を精度よく把握して内燃機関１の運転状態を制御することができる。また、このように内燃機関１の運転状態を適切に制御することにより、内燃機関１の燃料消費率を向上することができる。

また、本実施形態における内燃機関制御装置１００では、第１の温度ＴＣＣが、内燃機関１の吸気バルブ１２側における燃焼室９の壁表面温度として、吸気バルブ１２側の内燃機関の装着部位に装着された温度センサ１０４により検出されるものであるため、第１の温度ＴＣＣとして、燃焼室９内の混合気に着火生成された火炎が伝播しにくい傾向が顕著に現れる内燃機関の吸気バルブ１２側における燃焼室９の壁表面温度を用いることができ、かかる第１の温度ＴＣＣを用いて、燃焼室９内の燃焼状態を確実に検出しその燃焼状態に応じて内燃機関１の運転状態を制御することができる。

また、本実施形態における内燃機関制御装置１００では、制御部１０６ｂが、内燃機関１の燃焼室９の構成部の伝熱特性を反映した所定の時間遅れを加味して、第２の温度ＴＣＣを算出するものであるため、内燃機関１の瞬時トルクから第２の温度ＴＣＣを適切に算出することができ、かかる第２の温度ＴＣＣを用いて、適切に点火時期を制御しながら内燃機関１の運転状態を適切に制御することができる。

また、本実施形態における内燃機関制御装置１００では、制御部１０６ｂが、第１の温度ＴＣＣと第２の温度ＴＣＣＴＱとの差分ＴＣＣＤＩＧＤに基づいて、混合気への点火の時期を制御することにより内燃機関１の運転状態を制御するものであるため、適切に点火時期を制御しながら内燃機関１の運転状態を適切に制御することができる。

また、本実施形態における内燃機関制御装置１００では、制御部１０６ｂが、第１の温度ＴＣＣＴＱと第２の温度ＴＣＣＴＱとの差分ＴＣＣＤＩＧＤと内燃機関１の運転状態の所定の閾値との大小関係に応じて、差分の値ＴＣＣＤＩＧＤを制限するものであるため、精度よく点火時期を制御しながら内燃機関１の運転状態をノック等の異常燃焼状態の発生を抑制するように精度よく制御することができる。

なお、本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明は、簡便な構成で、燃焼室内の燃焼状態を検出しその燃焼状態に応じて内燃機関の運転状態を制御可能な内燃機関制御装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から車両等の内燃機関制御装置に広く適用され得るものと期待される。

１…内燃機関
２…シリンダブロック
２ａ…気筒
３…クーラント通路
４…ピストン
５…コンロッド
６…クランクシャフト
７…リラクタ
７ａ…歯部
８…シリンダヘッド
９…燃焼室
１０…点火プラグ
１１…吸気管
１１ａ…吸気通路
１２…吸気バルブ
１３…インジェクタ
１４…スロットルバルブ
１５…排気管
１５ａ…排気通路
１６…排気バルブ
１００…内燃機関制御装置
１０１…クランク角センサ
１０２…吸気温センサ
１０３…スロットル開度センサ
１０４…吸気側温度センサ
１０５…ＥＣＵ
１０６…マイコン
１０６ａ…メモリ
１０６ｂ…ＣＰＵ

Claims (5)

1. 燃料の供給、空気の供給並びに前記燃料及び前記空気から成る混合気への点火を協働させながら内燃機関の運転状態を制御する制御部を備えた内燃機関制御装置において、
   前記制御部は、前記内燃機関の燃焼室の壁表面温度に対応した第１の温度と前記内燃機関の瞬時トルクから算出した前記内燃機関の前記燃焼室の想定壁表面温度に対応した第２の温度との差分に応じて、前記第１の温度と前記第２の温度とが一致するように、前記第１の温度が前記第２の温度より大きい場合には前記混合気への前記点火の時期を遅角させる一方で、前記第１の温度が前記第２の温度より小さい場合には前記混合気への前記点火の時期を進角させる態様で前記混合気への前記点火の時期を制御することにより、前記内燃機関の前記運転状態を制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記制御部は、前記内燃機関のクランクシャフトの回転速度の最大値から前記回転速度の最小値を引いた算出値に応じて前記瞬時トルクを算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記第１の温度は、前記内燃機関の吸気バルブ側における前記燃焼室の前記壁表面温度として、前記吸気バルブ側の前記内燃機関の装着部位に装着された温度センサにより検出されるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記制御部は、前記内燃機関の燃焼室構成部の伝熱特性を反映した所定の時間遅れを加味して、前記第２の温度を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関制御装置。
5. 前記制御部は、前記第１の温度と前記第２の温度との前記差分と前記内燃機関の前記運転状態の所定の閾値との大小関係に応じて、前記差分の値を制限することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関制御装置。

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