JP7157556B2 - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置および制御方法に関する。

近年、自動車等の車両においては、燃料消費量（以下、燃費とも言う）や排気ガス有害成分に関する規制が強化され、このような規制は今後もますます強化される傾向にある。特に、燃費に関する規制は、燃料価格の高騰、地球温暖化への影響、エネルギ資源枯渇等の問題により、極めて関心の高い事項である。
このような状況下において、例えば自動車産業では車両の燃費性能の向上を目的として火花点火エンジンの過給化や高圧縮比化などが進められている。過給エンジンや高圧縮比エンジンではノッキング（以下、ノックとも言う）の抑制が課題であり、これに対して例えば、特開２０１７－１４１７２６号公報（特許文献１）に記載されている内燃機関の制御装置は、燃焼室内に冷却用の水を噴射する水噴射装置を備え、ノックセンサまたは筒内圧センサの出力信号に基づきノックが大きいほど水の噴射量を増加させるものである。

特開２０１７－１４１７２６号公報

このような水噴射装置を備えた内燃機関では、ノックを抑制するために噴射する水の量をできるだけ少なくすることが望ましい。これは水の消費量が多いと、水を補給するための頻度が多くなりユーザの手間が増えたり、水のコストが高くなったりするためである。また水の補給頻度を下げるために水タンクを大きくすると、車両重量の増加、搭載性悪化を招く。ノック強度（ノックの発生のし易さ）に応じて水の噴射量をノックが抑えられる最小量に制御することができれば余分な水の噴射を無くし水の消費量を抑えることができる。
内燃機関の多くは複数の気筒からなる多気筒エンジンである。このような多気筒エンジンでは気筒毎の冷却水温や空燃比などのばらつきによってノック強度が気筒毎に異なる。そのため特許文献１に記載の制御装置では、ノック強度に応じて気筒毎に水の噴射量を最小にするために気筒毎のノック強度を検出する必要がある。
この種の多気筒エンジンでは、ノックの強さを検出するノックセンサはシリンダブロックに１個設置され、複数の気筒で生じた振動をこの1個のノックセンサで検出するようになっている。しかしながら各気筒とノックセンサとの距離は異なり、その間の振動の伝播特性もそれぞれ異なることから、１個のノックセンサで気筒毎のノック強度を正確に検出するのは難しい。ノックセンサで気筒毎のノック強度を検出するにはノックセンサを気筒毎に設置する必要があり部品コスト及び製造コストが高くなってしまう。

したがって、本発明は、内燃機関の各気筒内に噴射する水の噴射量を、気筒毎にノッキングを抑制できる適切な噴射量に制御できる制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、内燃機関の複数の気筒の燃焼室内に水を供給する水供給機を制御する制御装置であって、前記複数の気筒の前記燃焼室内に供給する水の供給量を前記気筒毎に算出する水供給量算出部と、前記水供給量算出部により前記気筒毎に算出された水の供給量に基づいて前記水供給機を制御する水供給制御部と、を有する構成とした。

本発明によれば、内燃機関の各気筒内に噴射する水の噴射量を、気筒毎にノッキングを抑制できる適切な噴射量に制御できる。

内燃機関及び制御装置の概略構成図である。 図１に示す内燃機関及び制御装置の構成を説明する平面図である。 ノックセンサの出力波形の一例を説明する図である。 水供給量算出部の水分配比算出モードで行われる処理のフローチャートである。 水分配比算出モードで算出された気筒毎の水噴射量の一例を説明する図である。 エンジントルクと補正係数との関係の一例を説明する図である エンジントルクと水分配量との関係の一例を説明する図である。 各パラメータと補正係数との関係の一例を説明する図である。 エンジントルク及び回転数と補正係数との関係の一例を説明する図である。 複数の基本運転条件で複数の水分配比算出モードを行う場合の一例を説明する図である。

＜内燃機関＞
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、内燃機関１００及び制御装置１の概略構成図である。
図２は、図１に示す内燃機関１００及び制御装置１の構成を説明する平面図である。
図３は、ノックセンサ２３の出力波形の一例を説明する図である。
図１に示すように、内燃機関１００は火花点火式の４サイクルガソリン式の内燃機関であり、シリンダヘッド１０と、シリンダ１１と、ピストン１２と、吸気弁１３と、排気弁１４とによって燃焼室(以下、気筒Ｒとも言う)が形成されている。燃料噴射弁１５がシリンダヘッド１０に設けられており、その噴射ノズルは気筒Ｒ内に貫通しており、いわゆる筒内直接噴射式の内燃機関を構成している。また、シリンダヘッド１０には点火プラグ１６も併設されている。燃焼用の空気Ａは、スロットルバルブ１７、コレクタ１８、吸気管１９を通って気筒Ｒ内に吸入される。そして燃焼後の排気ガスＧは排気管２０を通って排出される。排気ガスＧの一部はＥＧＲ管２１、ＥＧＲ弁２２を通ってスロットルバルブ１７の吸気通路に戻され、いわゆる排ガス再循環（ＥＧＲ）システムを構成している。シリンダヘッド１０にはノックセンサ２３が設けられている。ノックセンサ２３はシリンダヘッド１０の振動を検出し、その振動の振幅を検出値として制御装置１に送信する。
また実施形態の内燃機関１００は気筒Ｒ内を冷却するための水を噴射する水噴射装置３０を備えている。水噴射装置３０は水タンク３１、水ポンプ３２、水配管３３、コモンレール３４、水供給弁３５により構成される。水タンク３１内の水は水ポンプ３２によって３気圧から５気圧程度に加圧され、水配管３３を通ってコモンレール３４に圧送される。コモンレール３４内の水は吸気管１９に設けられた水供給弁３５から吸気管１９内へ噴射され、空気Ａと供に気筒Ｒ内に供給され気筒Ｒ内が冷却される。

制御装置１のＣＰＵ（図示せず）は、燃料噴射弁１５による燃料の噴射時期と噴射期間、点火プラグ１６による点火時期、水供給弁３５による水の噴射時期と噴射期間、ＥＧＲ弁やストッロルバルブの開度などを制御し、内燃機関１００を所定の運転状態に制御する。
図１において、内燃機関１００の燃焼室の構成を示すために単一気筒のみを示したが、本発明の実施形態における内燃機関１００は、２つ以上の気筒から構成される多気筒の内燃機関である。以下では３気筒の内燃機関を例として説明するものであり、図２に、図１の内燃機関１００及び制御装置１を上側からみた平面図を示している。

図２に示すように、内燃機関１００には、３つの気筒Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が直列に配置されており、各気筒Ｒ１～Ｒ３のそれぞれに水供給弁３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃが設けられている。水供給弁３５Ａ～３５Ｃは各気筒Ｒ１～Ｒ３のそれぞれに独立に設けられており、制御装置１では、各気筒Ｒ１～Ｒ３への水の噴射量（噴射期間）を独立に制御可能となっている。

また、ノックセンサ２３はシリンダヘッド１０に１個設けられている。図３にはこの各気筒で共通に設けられたノックセンサ２３による検出結果（ノックセンサ２３の出力波形）の一例を示す。各気筒Ｒ１～Ｒ３で発生した振動がノックセンサ２３で検出され、その出力波形の時間履歴が制御装置１に送信される。

＜制御装置＞
図２に戻って、制御装置１は、複数の気筒Ｒ１～Ｒ３内に供給する水の供給量を気筒Ｒ１～Ｒ３毎に算出する水供給量算出部２と、水供給量算出部２により気筒Ｒ１～Ｒ３毎に算出された水の供給量に基づいて水供給弁３５を制御する水供給制御部３とを有する。水供給量算出部２は、複数の気筒Ｒ１～Ｒ３毎に水供給弁３５による水の供給量を順番に変化させながらノッキング強度を検出することでノッキングが許容限界以下となる水の最小供給量を気筒Ｒ１～Ｒ３毎に算出する。水供給制御部３は、水供給量算出部２により算出された気筒Ｒ１～Ｒ３毎の水の最小供給量に基づいて、ノッキングが許容限界以下となる最小供給量の水を水供給弁３５Ａ～３５Ｃから各気筒Ｒ１～Ｒ３内にそれぞれ供給するように水供給弁３５Ａ～３５Ｃを制御する。

制御装置１では、共通のノックセンサ２３で検出した各気筒Ｒ１～Ｒ３の振動の振幅を予め定めたノック判定閾値Ｋｔｈと比較し、検出した振動の振幅がノック判定閾値Ｋｔｈを超える場合にはノッキングが発生したと判断する。また検出した振動の振幅がノック判定閾値Ｋｔｈを超えていない場合にはノッキングは発生していないと判断する。ノック判定閾値Ｋｔｈは、振動の振幅０（ゼロ）に対して、上側のノック判定閾値＋Ｋｔｈと、下側のノック判定閾値―Ｋｔｈと、が設定されている（図３参照）。なお、前述のようにノックセンサ２３が１個の場合には、各気筒Ｒ１～Ｒ３とノックセンサ２３との間の距離がそれぞれ異なり、その間の振動の伝播特性もそれぞれ異なることから気筒Ｒ１～Ｒ３毎のノック強度を検出するのは難しい。従って実施形態では、ノックセンサ２３の出力は、何れの気筒Ｒ１～Ｒ３でノッキングが起こっているか否かの判断にのみ用いられる。

前述した内燃機関１００に設けられた水噴射装置３０は、内燃機関１００のノッキングを抑えるために用いられる。即ち、気筒Ｒ１～Ｒ３内に水噴射装置３０によって水が供給されると、水の気化に伴う冷却効果によって混合気の温度が下がりノッキングが抑制される。気筒Ｒ１～Ｒ３内への水の供給量が多いほど冷却効果が大きくなるので、ノッキング抑制効果も気筒Ｒ１～Ｒ３内への水の供給量が多いほど大きくなる。一方、ノッキングに起因する内燃機関１００の騒音や内燃機関１００の健全性のためにノッキングには許容限界があり、気筒Ｒ１～Ｒ３内への水の噴射によってノッキングが抑制され許容限界を下回れば、それ以上の量の水を気筒Ｒ１～Ｒ３内へ供給するのは水の浪費となる。また気筒Ｒ１～Ｒ３内への余剰な水の供給は、火炎の部分消炎を招き、燃焼効率が悪化する虞がある。従って各気筒Ｒ１～Ｒ３内に供給する水の量を、ノッキングの許容限界を最小限で下回るような最小供給量とすることが求められる。なお、ノッキングの許容限界以下にはノッキングが発生していない状態も含む。

一般的に多気筒エンジンでは、気筒Ｒ１～Ｒ３毎に冷却水温度、油温、空燃比、ＥＧＲ率、空気吸入量、外気の温度などの運転条件や環境条件にばらつきが生じる。このばらつきによって、気筒毎にノッキングの起こり易さや強度が異なる。従って、許容限界を下回るようにノッキングを抑制するための水の最小供給量は気筒Ｒ１～Ｒ３毎に異なる。気筒Ｒ１～Ｒ３毎のばらつきは冷却水路のレイアウトや吸気通路長さの違い、燃料噴射弁などの製造公差などが原因であるため、運転条件や環境条件が変化しても気筒Ｒ１～Ｒ３毎のノッキングの起こり易さの順列、ノッキング強度の順列は維持されることが多い。そこで、気筒Ｒ１～Ｒ３毎のノッキングの起こり易さの順列、ノッキング強度の順列に基づいて気筒Ｒ１～Ｒ３毎に供給される水の分配比（最小供給量の比率）を予め算出しておき、運転条件や環境条件の変化に応じて、気筒Ｒ１～Ｒ３毎に算出された水の分配比を維持しつつ水の最小供給量を補正するようにすれば、各気筒Ｒ１～Ｒ３に均等に水を供給する場合に比べてトータルの水の消費量を少なくすることができる。

本発明において気筒Ｒ１～Ｒ３毎の水の分配比の算出は、制御装置１の水供給量算出部２が有する水分配比算出モードによって行われる。水分配比算出モードは例えば内燃機関１００出荷前の試運転中に行われる。また内燃機関１００の経時変化に対応するため、水分配比算出モードは、車両の運転時間が一定時間経過した毎、又は一定距離走行した毎に実施するのが望ましい。

＜水分配比算出処理＞
図４は、水供給量算出部２の水分配比算出モードで行われる水分配比算出処理のフローチャートである。
図５は、水分配比算出モードで算出された気筒Ｒ１～Ｒ３毎の水噴射量（最小供給量）の一例を説明する図である。
図４に示すように、水供給量算出部２は、内燃機関１００の運転条件を予め決められた所定の基本運転条件に設定する（ステップＳ１０１）。ここで基本運転条件とは、何れの気筒Ｒ１～Ｒ３内にも水を供給しない状態において全ての気筒Ｒ１～Ｒ３でノッキングが発生する条件である。従って基本運転条件は、内燃機関１００の運転条件が高負荷かつ低回転の条件で、ＥＧＲを使用せず、点火時期を進角した条件が望ましい。例えば、始動後に内燃機関１００が十分に暖まった暖気完了後において、平均有効圧１ＭＰａ、ＥＧＲ弁閉、回転数１２００ｒｐｍ、点火時期－２０°ＣＡなどを満たす条件である。

次に水供給量算出部２は、水の噴射量を算出するターゲットとなる気筒を１つ決める（例えば、気筒Ｒ１）と共に、全気筒Ｒ１～Ｒ３への水の噴射量を初期値Ｑ０に設定する（ステップＳ１０２）。ここで水の噴射量の初期値Ｑ０は、基本運転条件において何れの気筒Ｒ１～Ｒ３においてもノッキングが許容限界以下となるように予め設定されている値である。また初期値Ｑ０は、水供給量算出部２により最終的に算出される水の最小供給量に比べて充分に多い値に設定されている。

次に水供給量算出部２は、ターゲットとなる気筒Ｒ１へ水を噴射する水供給弁３５Ａへの噴射量要求値を一定量（例えば、噴射量の初期値Ｑ０の１／１０程度）減らすことで、ターゲットとなる気筒Ｒ１への水の供給量を減らし（ステップＳ１０３）、ノックセンサ２３の出力に基づいてノック発生の有無を判断する（ステップＳ１０４）。水供給量算出部２は、ノッキングが発生していないと判断した場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ターゲットとなる気筒Ｒ１への水噴射量要求値を記憶領域へ保存しステップＳ１０３へ戻る。一方、水供給量算出部２は、ノッキングが発生したと判断した場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ターゲットとなる気筒Ｒ１を別の気筒（例えば、次の気筒Ｒ２）に変更する。水供給量算出部２は、前述したステップＳ１０１からステップＳ１０５を全ての気筒Ｒ１～Ｒ３について順番に実施して水分配比算出モードの処理を終了する。これによってノッキングが許容限界以下となる最小の水の噴射量（以下、最小供給量Ｑ）が気筒毎に求められる。

前述したように一般的な多気筒エンジンでは、ノッキングの起こり易さやノッキング強度が気筒毎に異なる。従って図５に示すようにノッキングが許容限界を下回るようにするための水の最小供給量Ｑは気筒によって異なる。例えばノッキングが起こりにくい気筒Ｒ３の水の最小供給量Ｑ３はノッキングが起こりやすい気筒Ｒ２の水の最小供給量Ｑ２より少なくなる。気筒毎に水の最小供給量Ｑを決めることで、余剰な水噴射が抑制され、各気筒Ｒに均一な量の水を噴射した場合に比べ、水の消費量を少なくすることができる。ここで求まった最小供給量Ｑは基準運転条件における基準供給量（基準噴射量）であり、この基準供給量に、車両の運転条件や環境条件により算出される補正係数ｋを乗算することで水噴射要求値を決定することができる。ここで補正係数ｋはエンジントルクや回転数など、運転条件や環境条件の変化に応じて変更するのが望ましい。

図６は、エンジントルクと補正係数ｋとの関係の一例を説明する図である。
図７は、エンジントルクと水分配量との関係の一例を説明する図である。
内燃機関１００では、エンジントルクが高い場合はトルクが低い場合に比べてノッキングが起こり易くなる。そこで図６に示すように水供給量算出部２は、エンジントルクが高くなるほど補正係数ｋを大きくしている。このようにエンジントルクが高くなるほど補正係数ｋを大きくすると、図７に示すように気筒Ｒ１～Ｒ３毎に予め決められた水分配量の関係（差異）を保ったまま、所定の基準トルクに比べてエンジントルクが大きい場合には水の噴射量を増加し、基準トルクに比べてエンジントルクが小さい場合には水の噴射量を減少させる。よって制御装置１は、エンジントルクが変化した場合においても水噴射によるノッキングの抑制を効率的に行うことができる。またエンジントルクが変わっても気筒毎の水分配量の関係（差異）は維持されるので、余剰な水の噴射を防ぐことができる。

なお、ノッキングの発生のし易さはエンジントルクだけでなく、エンジン回転数、冷却水の温度や油温や外気の温度、燃料のオクタン価、ガソリンとアルコールとの混合燃料の場合における燃料のアルコール濃度、排気ガス再循環システム（ＥＧＲ）におけるＥＧＲ率などにも影響される。次に、これら内燃機関１００の運転条件や環境条件に応じて補正係数ｋを変更する一例を説明する。
図８は、各パラメータと補正係数ｋとの関係の一例を説明する図である。
初めに図８の（Ａ）に示すように、内燃機関１００の回転数が低い場合は回転数が高い場合に比べてノッキングが起こり易くなる。そこで実施形態では、内燃機関１００の回転数が低くなるほど補正係数ｋを大きくしている。
また図８の（Ｂ）に示すように、冷却水の温度または油温度または外気の温度が高い場合は冷却水の温度または油温度または外気の温度が低い場合に比べてノッキングが起こり易くなる。そこで実施形態では、冷却水の温度または油温度または外気温度が高くなるほど補正係数ｋを大きくしている。
また図８の（Ｃ）に示すように、燃料のオクタン価が低い場合はオクタン価が高い場合に比べてノッキングが起こり易くなる。そこで実施形態では、オクタン価が低くなるほど補正係数ｋを大きくしている。
さらに図８の（Ｄ）に示すように、内燃機関１００の燃料噴射弁１５から噴射される燃料がガソリンとアルコールとの混合燃料の場合、アルコール濃度が低い場合はアルコール濃度が高い場合に比べてノッキングが起こり易くなる。そこで実施形態では、アルコール濃度が低くなるほど補正係数ｋを大きくしている。
また図８の（Ｅ）に示すように、ＥＧＲ率が低い場合はＥＧＲ率が高い場合に比べてノッキングが起こり易くなる。そこで実施形態では、ＥＧＲ率が低くなるほど補正係数ｋを大きくしている。

なお、実際にはノッキングの起こりやすさには複数のパラメータが関係している。よって水供給量算出部２は、最小供給量Ｑをより正確に算出するために複数のパラメータの組み合わせによって補正係数ｋを変更してもよい。
図９は、エンジントルク及び回転数と補正係数ｋとの関係の一例を説明する図である。
図９に示すように、水供給量算出部２は、補正係数ｋを内燃機関１００の回転数と内燃機関１００のトルク（負荷）双方への依存性を考慮して変更してもよい。この場合には補正係数ｋを内燃機関１００の回転数と内燃機関１００のトルクの２つのパラメータにより規定される平面における二次元マップデータとして与えるのが効率的である。一般的に内燃機関１００では、高負荷で低回転になるほどノッキングが起き易いので、水供給量算出部２は、図９に示す内燃機関１００の回転数と内燃機関１００のトルクの二次元マップデータに基づいて補正係数ｋを大きくし（例えば、補正係数ｋ＝２）、低負荷で高回転になるほどノッキングが起きに難いので補正係数ｋを小さくする（例えば、補正係数ｋ＝０．５）。また、一定の低負荷状態ではノッキングが発生しない又はノッキングが許容限界以下となるので補正係数ｋを０（ゼロ）に設定し、水噴射を行わないようにしている。よって常に一定量の水噴射を行う場合に比べ水の使用量をさらに低減することができる。

前述した実施形態では、水供給量算出部２の水分配比算出モードを１つの所定の基本運転条件で行い、これによって求まった1つの水分配比に基づいて各気筒Ｒ１～Ｒ３の水の噴射量を決定したが、水分配比算出モードを複数の基本運転条件で行い、これによって求まった複数の水分配比に基づいて各気筒Ｒ１～Ｒ３の水の噴射量を決定してもよい。
図１０は、複数の基本運転条件で複数の水分配比算出モードを行う場合の一例を説明する図である。
図１０に示すように、内燃機関１００の回転数と内燃機関１００のトルクで規定される二次元マップデータ上のノック領域を低回転側のノック領域Ａと高回転側のノック領域Ｂに分け、水供給量算出部２は、ノック領域Ａにおける基本運転条件Ａ１とノック領域Ｂにおける基本運転条件Ｂ１とにおいて、それぞれ前述した水分配比算出モードにより各気筒Ｒ１～Ｒ３の水の分配比を求める。そして水供給量算出部２は、ノック領域Ａでは基本運転条件Ａ１の水分配比に基づいてノッキングが許容限界を下回る水の最小供給量を算出し、ノック領域Ｂでは基本運転条件Ｂ１の水の分配比に基づいてノッキングが許容限界を下回る水の最小供給量を算出する。このようにすると、内燃機関１００の運転状態の大幅な変化によって、気筒毎の冷却水の温度、空燃比、ＥＧＲ率、空気吸入量などのばらつき状態が変化した場合でも、制御装置１は、その変化に追従して水噴射量を適正化することができる。
また前述したように、内燃機関１００の経時変化に対応するため、水分配比算出モードは内燃機関１００の所定の運転時間毎または所定の走行距離毎に実施するのが望ましい。

なお図３に示すように制御装置１は、各気筒においてノッキングの許容限界を下回る水の基本供給量の所定運転時間毎又は所定走行距離毎の変化幅に基づいて内燃機関１００の異常を診断する異常診断部４を有している。異常診断部４は、水供給量算出部２による水分配比算出モードで新たに算出された基本供給量と、前回のタイミングで算出された基本供給量との比較から内燃機関１００の異常診断を行う。例えば気筒Ｒ１の基本供給量の変化ΔＱｎ＝Ｑｎ（ｎｅｗ）―Ｑｎ（ｏｌｄ）の絶対値が、予め定めた閾値Ｑｔｈより大きい場合には内燃機関１００の異常とみなし、警告灯を点灯することで、内燃機関１００の異常をユーザに知らせることが可能である。

本発明によれば、気筒間のノッキングの起こり易さやノック強度のばらつきに応じて、水噴射量が適正化され、水噴射による水消費量を抑えることができる。これによって、水補給に伴うユーザの手間やコストの低減や、水タンクの小容量化による軽量化、設置スペースの小型化などのメリットがある。また燃焼室への過剰な水供給を防ぎ、部分消炎による燃焼効率の低下を防止できる。また単一のノックセンサを用いて水噴射量を気筒毎に適正化できるため、コストを低く抑えることができる。
さらに、水分配比の算出を、エンジン出荷前や一定経過時間毎、一定走行距離毎に行うことで、水分配比の算出に伴う演算負荷、水消費量の増加、燃焼・運転性の悪化を最小限に抑えることが可能である。

以上説明した通り、実施の形態では、
（１）内燃機関１００の複数の気筒Ｒ（実施形態では、気筒Ｒ１～Ｒ３）の燃焼室内に水を供給する水供給弁３５（水供給機）を制御する制御装置１であって、複数の気筒Ｒ１～Ｒ３の燃焼室内に供給する水の供給量を気筒毎に算出する水供給量算出部２と、水供給量算出部２により気筒毎に算出された水の供給量に基づいて水供給弁３５を制御する水供給制御部３と、を有する構成とした。

このように構成すると、制御装置１では、水供給量算出部２により気筒１～Ｒ３毎に水の供給量を算出すると共に、水供給制御部３により水供給量算出部２で算出された気筒毎の水の供給量に基づいて水供給弁３５を制御することで、水の供給量を気筒Ｒ１～Ｒ３毎に適切に制御することができる。よって、制御装置１では、気筒Ｒ１～Ｒ３毎のノッキングの発生のし易さに応じて気筒を冷却する水の供給量を気筒毎に設定することで、各気筒に対する水の供給を適切に行うことができる。

（２）また水供給量算出部２は、複数の気筒Ｒ１～Ｒ３毎に水供給弁３５による水の供給量を変化させながら検出されたノッキング強度に基づいてノッキングが許容限界以下となる水の最小供給量を気筒Ｒ１～Ｒ３毎に算出する構成とした。

このように構成すると、水供給制御部３は、気筒Ｒ１～Ｒ３毎に供給する水の供給量をノッキングが許容限界以下となる最小供給量に制御することができる。よって、制御装置１では、ノッキングの発生を抑えつつ水の消費量を最小限に抑えることができる。

（３）また水供給量算出部２は、複数の気筒Ｒ１～Ｒ３毎に順番に水供給弁３５による水の供給量を変化させながら検出されたノッキング強度に基づいてノッキングが許容限界以下となる水の最小供給量を気筒Ｒ１～Ｒ３毎に順番に算出する構成とした。

このように構成すると、水供給量算出部２は、ノッキングの発生しない水の最小供給量を気筒Ｒ１～Ｒ３毎に順番に算出することができるので、気筒毎の水の最小供給量の算出を効率的に行うことができる。

（４）また水供給量算出部２は、ノッキングが許容限界以下となる水の最小供給量の算出を内燃機関１００の予め設定された運転時間毎または予め設定された運転距離毎に行う構成とした。

このように構成すると、水供給量算出部２は、所定の運転時間毎または所定の運転距離毎に最小供給量の算出を行うので、水分配比の算出に伴う演算負荷、水の消費量の増加、内燃機関の燃焼や運転性の悪化を最小限に抑えることができる。

（５）また水供給量算出部２は、内燃機関１００の負荷（エンジントルク）、内燃機関１００の回転数、冷却水の温度、油温、外気の温度、燃料性状、ＥＧＲ率に基づいて水の最小供給量を補正する構成とした。

このように構成すると、内燃機関１００のノッキングの発生のし易さはエンジントルクや回転数などの運転条件や外気の温度などの環境条件に応じて変動するが、水供給量算出部２は、このような運転条件や環境条件に応じて気筒毎の水の最小供給量を補正することで、ノッキングの発生を抑えることができる水の最小供給量を適切に算出することができる。

（６）また水供給量算出部２は、内燃機関１００の負荷が高くなるに従って水の最小供給量を増加させるように補正する構成とした。

一般的に内燃機関１００の負荷が高くなるとノッキングが発生し易くなる。よって水供給量算出部２は、内燃機関１００の負荷が高くなるにしたがって水の最小供給量を増加させるように補正することでノッキングの発生を確実に防止する。

（７）また水供給量算出部２は、内燃機関１００の回転数が低くなるに従って水の最小供給量を増加させるように補正する構成とした。

一般的に内燃機関１００の回転数が低くなるとノッキングが発生し易くなる。よって水供給量算出部２は、内燃機関１００の回転数が低くなるにしたがって水の最小供給量を増加させるように補正することでノッキングの発生を確実に防止する。

（８）また水供給量算出部２は、内燃機関１００の冷却水温度、内燃機関１００の油温または外気の温度が高くなるに従って水の最小供給量を増加させるように補正する構成とした。

一般的に内燃機関１００の冷却水温度、油温、外気の温度が高くなるとノッキングが発生し易くなる。よって水供給量算出部２は、内燃機関１００の冷却水温度、油温、外気温度が高くなるにしたがって水の最小供給量を増加させるように補正することでノッキングの発生を確実に防止する。

（９）また水供給量算出部２は、燃料のオクタン価が低くなるに従って水の最小供給量を増加させるように補正する構成とした。

一般的に内燃機関１００で使用される燃料のオクタン価が低くなるとノッキングが発生し易くなる。よって水供給量算出部２は、内燃機関１００で使用される燃料のオクタン価が低くなるにしたがって水の最小供給量を増加させるように補正することでノッキングの発生を確実に防止する。

（１０）また水供給量算出部２は、燃料のアルコール濃度が低くなるに従って水の最小供給量を増加させるように補正する構成とした。

一般的に内燃機関１００で使用される燃料のアルコール濃度が低くなるとノッキングが発生し易くなる。よって水供給量算出部２は、内燃機関１００で使用される燃料のアルコール濃度が低くなるにしたがって水の最小供給量を増加させるように補正することでノッキングの発生を確実に防止する。

（１１）また水供給量算出部２は、内燃機関１００のＥＧＲ率が低くなるに従って水の最小供給量を増加させるように補正する構成とした。

一般的に内燃機関１００に設けられるＥＧＲシステムのＥＧＲ率が低くなるとノッキングが発生し易くなる。よって水供給量算出部２は、内燃機関１００に設けられるＥＧＲシステムのＥＧＲ率が低くなるにしたがって水の最小供給量を増加させるように補正することでノッキングの発生を確実に防止する。

（１２）内燃機関１００にはノッキングを検出する共通のノックセンサ２３（ノッキング検出センサ）が設けられており、水供給量算出部２は、共通のノックセンサ２３で検出されたノッキング強度を検出することでノッキングが許容限界以下となる水の最小供給量を気筒Ｒ１～Ｒ３毎に算出する構成とした。

このように構成すると、共通のノックセンサ２３により各気筒Ｒ１～Ｒ３のノッキングを検出し、水供給量算出部２は、この検出結果であるノッキング強度に基づいてノッキングが許容限界以下となる水の最小供給量を気筒Ｒ１～Ｒ３毎に算出する。よって、気筒毎に設けられた複数のノックセンサ２３により各気筒のノッキング強度を検出する場合に比べてて、ノックセンサ２３を共通にした分だけ製造コストを抑えつつ、ノッキングの抑制を行うことができる。

（１３）また予め設定された内燃機関１００の運転時間毎に算出した水の供給量の変化幅、または予め設定された内燃機関１００の運転距離毎に算出した水の供給量の変化幅に基づいて内燃機関１００の異常を診断する異常診断部を有する構成とした。

このように構成すると、異常診断部４は、所定の運転時間毎又は運転距離毎に水供給量算出部２により算出された水の供給量の変化幅が、内燃機関１００が正常動作している場合の所定の運転時間毎又は運転距離毎の水の供給量の変化幅に基づいて設定される所定の閾値よりも大きいと判断した場合、内燃機関１００に異常が発生していると判断することができる。

なお、前述した実施形態において、ノッキングが許容限界を超えている状態からノッキングが許容限界を下回った時の値を最小供給量とする場合を例示して説明したが、ノッキングが許容限界を下回った状態からノッキングが許容限界を超えた時の値よりも所定値だけ低い値を最小供給量としてもよい。

また、本発明は、前述した実施の形態の全ての構成を備えているものに限定されるものではなく、前述した実施の形態の構成の一部を、他の実施の形態の構成に置き換えてもよく、また、前述した実施の形態の構成を、他の実施の形態の構成に置き換えてもよい。

また、前述した実施の形態の一部の構成について、他の実施の形態の構成に追加、削除、置換をしてもよい。

１：制御装置、２：水供給量算出部、３：水供給制御部、４：異常診断部、１０：シリンダヘッド、１１：シリンダ、１２：ピストン、１３：吸気弁、１４：排気弁、１５：燃料噴射弁、１６：点火プラグ、１７：スロットルバルブ、１８：コレクタ、１９：吸気管、２０：排気管、、２１：ＥＧＲ管、２２：ＥＧＲ弁、２３：ノックセンサ、３０：水噴射装置、３１：水タンク、３２：水ポンプ、３３：水配管、３４：コモンレール、３５：水供給弁、１００：内燃機関、Ａ：空気、Ｇ：排気ガス、Ｒ１～Ｒ３：気筒

Claims (11)

1. 内燃機関の複数の気筒の燃焼室内に水を供給する水供給機を制御する制御装置であって、
   前記複数の気筒の前記燃焼室内に供給する水の供給量を前記気筒毎に算出する水供給量算出部と、
   前記水供給量算出部により前記気筒毎に算出された水の供給量に基づいて前記水供給機を制御する水供給制御部と、を有し、
   前記内燃機関にはノッキングを検出する共通のノッキング検出センサが設けられており、
   前記水供給量算出部は、
   前記複数の気筒毎に前記水供給機による水の供給量を順番に変化させながら検出されたノッキング強度に基づいてノッキングが許容限界以下となる水の最小供給量を前記気筒毎に順番に算出し、
   前記内燃機関の負荷、前記内燃機関の回転数、冷却水の温度、油温、外気の温度、燃料性状、ＥＧＲ率に基づいて水の最小供給量を補正する制御装置。
2. 前記水供給量算出部は、ノッキングが許容限界以下となる水の最小供給量の算出を前記内燃機関の予め設定された運転時間毎または予め設定された運転距離毎に行う請求項２または請求項１に記載の制御装置。
3. 前記水供給量算出部は、前記内燃機関の負荷が高くなるに従って水の最小供給量を増加させるように補正する請求項１に記載の制御装置。
4. 前記水供給量算出部は、前記内燃機関の回転数が低くなるに従って水の最小供給量を増加させるように補正する請求項１に記載の制御装置。
5. 前記水供給量算出部は、前記内燃機関の冷却水温度、前記内燃機関の油温または外気の温度が高くなるに従って水の最小供給量を増加させるように補正する請求項１に記載の制御装置。
6. 前記水供給量算出部は、前記燃料のオクタン価が低くなるに従って水の最小供給量を増加させるように補正する請求項１に記載の制御装置。
7. 前記水供給量算出部は、前記燃料のアルコール濃度が低くなるに従って水の最小供給量を増加させるように補正する請求項１に記載の制御装置。
8. 前記水供給量算出部は、前記内燃機関のＥＧＲ率が低くなるに従って水の最小供給量を増加させるように補正する請求項１に記載の制御装置。
9. 前記水供給量算出部は、前記ノッキング検出センサで検出されたノッキング強度を検出することでノッキングが許容限界以下となる水の最小供給量を前記気筒毎に算出する請求項１に記載の制御装置。
10. 前記予め設定された前記内燃機関の運転時間毎に算出した水の供給量の変化幅、または前記予め設定された前記内燃機関の運転距離毎に算出した水の供給量の変化幅に基づいて前記内燃機関の異常を診断する異常診断部を有する請求項１に記載の制御装置。
11. ノッキングを検出する共通のノッキング検出センサが設けられた内燃機関の複数の気筒の燃焼室内に水を供給する水供給機を制御する制御方法であって、
    前記複数の気筒の前記燃焼室内に供給する水の供給量を前記気筒毎に算出するステップと、
    前記水の供給量を算出するステップにより前記気筒毎に算出された水の供給量に基づいて前記水供給機を制御するステップと、を有し、
    前記水の供給量を算出するステップは、前記複数の気筒毎に前記水供給機による水の供給量を順番に変化させながら検出されたノッキング強度に基づいてノッキングが許容限界以下となる水の最小供給量を前記気筒毎に順番に算出し、前記内燃機関の負荷、前記内燃機関の回転数、冷却水の温度、油温、外気の温度、燃料性状、ＥＧＲ率に基づいて水の最小供給量を補正する制御方法。

Images