JP6777120B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
前記制御装置は、前記燃焼室の筒内圧を検出する筒内圧センサを含み、前記エンジンの運転状態を検出する複数のセンサと、前記点火プラグ、前記燃料噴射弁、及び前記センサの各々と電気的に接続されていて、前記センサの各々から出力される入力信号に基づいて、前記点火プラグ及び前記燃料噴射弁に制御信号を出力するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記燃料噴射弁を作動させて、前記燃焼室の内部に混合気を形成する燃料噴射制御部と、前記点火プラグを作動させて、前記燃焼室の内部の混合気に点火する点火制御部と、前記エンジンの運転状態に基づいて、その燃焼の行われる運転領域が、所定の強さ以上のノックが発生する強ノック発生領域であるか否かを判定する強ノック領域判定部と、その燃焼の初期のタイミングで、前記筒内圧センサの検出値を所定の閾値と比較することにより、所定の強さ以上のノックの発生を予測する強ノック予測部と、前記強ノック予測部の予測に基づいて、その燃焼と同一の燃焼サイクル内で前記ノックの発生を抑制する強ノック抑制処理が実行可能な強ノック抑制部と、を有し、
前記強ノック領域判定部で前記強ノック発生領域であると判定され、かつ、前記強ノック予測部で前記ノックの発生が予測された場合に、前記強ノック抑制部が前記強ノック抑制処理を実行する、とすることができる。
図1に、本実施形態で開示するエンジン1を示す。このエンジン1は、燃焼サイクルとして、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の4つの行程を繰り返す4ストロークエンジンである。エンジン1は、動力源として自動車に搭載されており、自動車は、エンジン1が運転することによって走行する。
図4に、エンジン1の運転制御に用いられる運転領域マップ70の一例を示す。この運転領域マップ70は、温間時の運転に用いられるものであり、互いに区画された次の3つの領域を含む。
A2:全開負荷を含みかつ、低負荷領域A1よりも負荷が高い、低回転及び中回転の領域に広がる「高負荷領域」
A3:低負荷領域A1及び高負荷領域A2よりも回転数が高く、かつ、低負荷から高負荷まで負荷領域の全域にわたる「高回転領域」
エンジン1は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、低負荷領域A1において、SPCCI燃焼を行う。
図6に、SPCCI燃焼による燃焼波形(熱発生率の波形)を示す。SPCCI燃焼の熱発生率は、通常、SI燃焼時よりもCI燃焼時の方が急峻になる。容積が最小になる上死点の近傍でSI燃焼が生じると、燃焼室の温度および圧力が急激に上昇する。それにより、未燃混合気が自着火し、CI燃焼が開始される。CI燃焼は、SI燃焼よりも急峻なので、燃焼波形の傾きが急増する。すなわち、SPCCI燃焼の燃焼波形は、CI燃焼が開始するタイミングで変曲点Xを有している。
エンジン1は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、高負荷領域A2において、SPCCI燃焼を行う。
エンジン1は、安定した運転を実現するため、高回転領域A3において、SI燃焼を行う。
ノックは、一般に、SI燃焼が行われる火花点火式エンジンにおいて問題視されている現象である。詳しくは、点火プラグによる着火で混合気の燃焼が開始すると、火炎伝播によって燃焼が拡大していく。その間、未燃混合気(エンドガス)の温度及び圧力が局所的に高まって、自着火による燃焼が発生する場合がある。自着火による燃焼は火炎伝播による燃焼よりも急峻なため、その圧力振動が騒音や衝撃を形成し、ノックを発生させる。
本発明者らは、様々な実験を行った結果、燃焼初期の燃焼状態に基づいて、ノック強度が精度高く検知できることを見出した。具体的には、燃焼初期に相当する、50%よりも小さい所定の質量燃焼割合となる時期、好ましくは、質量燃焼割合が10%となる時期(mfb10%時期)により、ノック強度が精度高く検知できることを見出した。
mfb10%時期は、筒内圧に基づき、ECU8によって算出される。そのmfb10%時期の算出手順を、図8のフローチャートを用いて説明する。
mfb10%時期は、点火時期が略同一であっても、燃焼条件が異なれば、進角したり遅角したりする。燃焼条件が同じでも、燃焼の開始タイミング等のバラツキにより、進角したり遅角したりする。すなわち、点火時期が略同一でも、mfb10%時期のデータは、バラツキを持った一定の分布を形成する。
強ノックは、頻度が低いうえに突発的に発生する。更に、強ノックは、単発でもエンジン1の信頼性に与える影響は大きい。従って、予測が行われた燃焼サイクル以降の燃焼サイクルにおいて、ノックを抑制する処理を行っても、予測した強ノックは抑制できないし、強ノックが続いて発生するとは限らないので、適切でない。
上述したように、燃焼状態に関連したmfb10%時期の分布情報を用いることで、所望する強ノックの発生確率に基づいた強ノック判定閾値Psを取得することができる。この強ノック判定閾値Psが、強ノック予測部82に設定され、強ノック予測部82が強ノック判定閾値Psに基づいて強ノックの発生を予測することで、強ノックの発生の有無が精度高く行える。
強ノック発生領域は、エンジン1の全運転領域のうち、強ノックが発生する確率の高い領域である(強ノック高発生領域ともいえる)。強ノック発生領域以外の領域は、強ノックが発生する確率は低く、実用的な観点からは、強ノックが発生しない領域とみなすことができる。その強ノック発生領域を、図4に、符号Rkで示す(周囲がハッチングされた領域)。
図11、図12に、このエンジン1で行われる強ノックの予測制御及び抑制制御の一例を示す。図11は、強ノックの、領域判定制御、予測制御、及び抑制制御に関するフローチャートであり、図12は、これら制御に関連する主な状態量の変化を、クランク角度に沿って例示した状態図である。
6 インジェクタ(燃料噴射弁)
10 エンジン本体
11 シリンダ(気筒)
17 燃焼室
25 点火プラグ
70 運転領域マップ
82 強ノック予測部
83 強ノック抑制部
84 強ノック領域判定部
Claims (9)
- 燃焼室の内部に燃料を噴射して形成される混合気に点火することによって燃焼を行うエンジンの制御装置であって、
前記エンジンは、
往復するピストンによって容積が変化するように筒内に区画された燃焼室と、
前記燃焼室に臨むように配置された点火プラグと、
前記燃焼室の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
を備え、
前記制御装置は、
前記点火プラグ及び前記燃料噴射弁の各々と電気的に接続されていて、前記点火プラグ及び前記燃料噴射弁に制御信号を出力するとともに、
前記エンジンの運転状態に基づいて、その燃焼の行われる運転領域が、所定の強さ以上のノックが発生する強ノック発生領域であるか否かを判定する強ノック領域判定部と、
その燃焼の初期のタイミングで、筒内圧を所定の閾値と比較することにより、前記ノックの発生を予測する強ノック予測部と、
前記強ノック予測部の予測に基づいて、その燃焼と同一の燃焼サイクル内で前記ノックの発生を抑制する強ノック抑制処理が実行可能な強ノック抑制部と、
を有し、
前記強ノック領域判定部で前記強ノック発生領域であると判定され、かつ、前記強ノック予測部で前記ノックの発生が予測された場合に、前記強ノック抑制部が前記強ノック抑制処理を実行するエンジンの制御装置。 - 請求項1に記載のエンジンの制御装置において、
前記強ノック抑制部は、前記強ノック抑制処理として、前記燃焼室の内部に燃料を追加噴射するエンジンの制御装置。 - 請求項2に記載のエンジンの制御装置において、
追加噴射される燃料の量は、前記筒内圧の値に基づいて設定されるエンジンの制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載のエンジンの制御装置において、
前記エンジンは、少なくとも一部の運転領域で、点火による燃焼が開始した後に、混合気の残部が自己着火により燃焼する所定形態の燃焼を行うように構成され、
前記ノックの発生の予測及び抑制の各処理が、前記運転領域で実行されるエンジンの制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載のエンジンの制御装置において、
前記強ノック発生領域は、前記エンジンの運転領域のうち、少なくとも最高回転が存在する高回転側の運転領域を含むエンジンの制御装置。 - 請求項5に記載のエンジンの制御装置において、
前記強ノック発生領域は、更に、前記高回転側の運転領域のうち、最低負荷から最高負荷までの全負荷の領域を含むエンジンの制御装置。 - 請求項6に記載のエンジンの制御装置において、
前記強ノック発生領域は、更に、前記エンジンの運転領域のうち、最低回転が存在する低回転側の運転領域を含まない中回転の運転領域であって、最高負荷が存在する高負荷側の運転領域を含むエンジンの制御装置。 - 請求項1〜7のいずれか1つに記載のエンジンの制御装置において、
前記強ノック領域判定部で前記強ノック発生領域でないと判定された場合、前記強ノック抑制部は、前記強ノック抑制処理を実行しないエンジンの制御装置。 - エンジンの制御装置であって、
前記エンジンは、
往復するピストンによって容積が変化するように筒内に区画された燃焼室と、
前記燃焼室に臨むように配置された点火プラグと、
前記燃焼室の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
を備え、
前記制御装置は、
前記燃焼室の筒内圧を検出する筒内圧センサを含み、前記エンジンの運転状態を検出する複数のセンサと、
前記点火プラグ、前記燃料噴射弁、及び前記センサの各々と電気的に接続されていて、前記センサの各々から出力される入力信号に基づいて、前記点火プラグ及び前記燃料噴射弁に制御信号を出力するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記燃料噴射弁を作動させて、前記燃焼室の内部に混合気を形成する燃料噴射制御部と、
前記点火プラグを作動させて、前記燃焼室の内部の混合気に点火する点火制御部と、
前記エンジンの運転状態に基づいて、その燃焼の行われる運転領域が、所定の強さ以上のノックが発生する強ノック発生領域であるか否かを判定する強ノック領域判定部と、
その燃焼の初期のタイミングで、前記筒内圧センサの検出値を所定の閾値と比較することにより、所定の強さ以上のノックの発生を予測する強ノック予測部と、
前記強ノック予測部の予測に基づいて、その燃焼と同一の燃焼サイクル内で前記ノックの発生を抑制する強ノック抑制処理が実行可能な強ノック抑制部と、
を有し、
前記強ノック領域判定部で前記強ノック発生領域であると判定され、かつ、前記強ノック予測部で前記ノックの発生が予測された場合に、前記強ノック抑制部が前記強ノック抑制処理を実行するエンジンの制御装置。
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JP2018125867A JP6777120B2 (ja) | 2018-07-02 | 2018-07-02 | エンジンの制御装置 |
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