(57)【要約】【課題】デポジットの付着量が大きくなってもノッキングを抑制できるようにした内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＣＰＵ５２は、ノッキングセンサ６４の出力信号に基づき算出される振動強度がノッキング判定値以上である場合、点火時期を遅角側に更新する。ＣＰＵ５２は、デポジットの堆積量が多い場合であって点火時期が圧縮上死点よりも進角側の所定範囲内に設定されている場合、点火時期の遅角側更新量を大きい値に設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノッキングセンサの出力信号に基づき、ノッキングが発生した場合に点火時期の遅角更新量を算出するフィードバック処理と、
前記遅角更新量に応じて遅角された点火時期に基づき、点火装置を操作する操作処理と、を実行し、
前記フィードバック処理は、内燃機関の気筒内におけるデポジットの付着量が所定量以上であって且つ前記点火時期が圧縮上死点よりも前の所定範囲内である場合には、そうではない場合と比較して前記遅角更新量を大きい値とする処理を含む内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火時期の操作によってノッキングを制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば下記特許文献１には、内燃機関の気筒内におけるデポジットの堆積量が所定値以上である場合、点火時期を遅角側に設定する制御装置が記載されている。また、この制御装置では、ノッキングが生じる場合にフィードバック制御によって点火時期を遅角させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−６０８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、点火時期が圧縮上死点よりも進角側の所定範囲内にある場合、ノッキングが生じた場合にフィードバック制御によって点火時期を遅角させても、ノッキングが迅速に収まらない傾向があり、その傾向はデポジットの堆積量が大きくなることにより顕在化することが発明者によって見出された。ここで、上記傾向は、圧縮上死点近傍では燃焼室内の圧力が高く且つピストンの移動速度が遅くなることから、点火に伴う混合気の燃焼が圧縮上死点の近傍で生じる場合、点火時期の遅角に伴う圧力の低下量が小さくなるためであると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決すべく、内燃機関の制御装置は、ノッキングセンサの出力信号に基づき、ノッキングが発生した場合に点火時期の遅角更新量を算出するフィードバック処理と、前記遅角更新量に応じて遅角された点火時期に基づき、点火装置を操作する操作処理と、を実行し、前記フィードバック処理は、内燃機関の気筒内におけるデポジットの付着量が所定量以上であって且つ前記点火時期が圧縮上死点よりも前の所定範囲内である場合には、そうではない場合と比較して前記遅角更新量を大きい値とする処理を含む。
【０００６】
点火に伴う混合気の燃焼が圧縮上死点の近傍で生じる場合に点火時期の遅角による圧力の低下量が小さくノッキングの抑制効果が小さくなる傾向は、デポジットが堆積している場合に、顕在化する。そこで上記構成では、デポジットの付着量が所定量以上であって且つ点火時期が圧縮上死点よりも前の所定範囲内である場合に遅角量を大きくすることにより、遅角によって圧力を効果的に低下させることができる。そして、これにより、ノッキングを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。
【図２】同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。
【図３】同実施形態におけるクランク角度と燃焼室内の温度との関係を示す図。
【図４】同実施形態における点火時期と圧力低減率との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０は、車両に搭載される。内燃機関１０の吸気通路１２には、上流側から順にスロットルバルブ１４およびポート噴射弁１６が設けられている。ポート噴射弁１６から噴射された燃料や吸気通路１２に吸入された空気は、吸気バルブ１８の開弁に伴って、シリンダ２０およびピストン２２によって区画された燃焼室２４に流入する。燃焼室２４において、燃料と空気との混合気は、点火装置２６の火花放電によって燃焼に供され、燃焼によって生じたエネルギは、ピストン２２を介してクランク軸２８の回転エネルギに変換される。燃焼室２４において燃焼に供された混合気は、排気バルブ３０の開弁に伴って排気として排気通路３２に排出される。排気通路３２には、酸素吸蔵能力を有した触媒３４が設けられている。
【０００９】
排気通路３２のうち触媒３４の上流の部分は、ＥＧＲ通路４０によって吸気通路１２に接続されている。ＥＧＲ通路４０には、その流路断面積を調整するＥＧＲバルブ４２が設けられている。
【００１０】
制御装置５０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量であるトルクや排気成分比率等を制御すべく、スロットルバルブ１４やポート噴射弁１６、点火装置２６、ＥＧＲバルブ４２等の内燃機関１０の操作部を操作する。制御装置５０は、制御量を制御するために、エアフローメータ６０によって検出される吸入空気量Ｇａや、クランク角センサ６２の出力信号Ｓｃｒ、ノッキングセンサ６４の出力信号Ｓｎ、吸気温センサ６６によって検出される吸気温Ｔｉｎを参照する。
【００１１】
制御装置５０は、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４、およびバックアップＲＡＭ５６を備えており、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が実行することにより上記制御量の制御を実行する。なお、バックアップＲＡＭ５６は、制御装置５０の主電源がオフとなり、ＣＰＵ５２等に電力が供給されないときであっても給電が維持されるＲＡＭである。
【００１２】
図２に、制御装置５０が実行する処理の手順を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が例えば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。
【００１３】
図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、まず、ノッキングセンサ６４の出力信号Ｓｎに基づき算出される振動強度がノッキング判定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１０）。そしてＣＰＵ５２は、ノッキング判定値以上であると判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ノッキングが発生したとして、フィードバック補正量ＫＣＳの遅角側更新量Δａを、回転速度ＮＥおよび充填効率ηに応じて算出する（Ｓ１２）。ここで、フィードバック補正量ＫＣＳは、ノッキングセンサ６４の出力信号Ｓｎに基づくフィードバック制御によって、ノッキングの発生を抑制できる範囲で点火時期を進角側に操作するための操作量である。詳しくは、回転速度ＮＥおよび充填効率ηを入力変数とし、遅角側更新量Δａを出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ５４に記憶された状態で、ＣＰＵ５２により遅角側更新量Δａをマップ演算する。なお、回転速度ＮＥは、ＣＰＵ５２により出力信号Ｓｃｒに基づき算出される。また、充填効率ηは、ＣＰＵ５２により、吸入空気量Ｇａおよび回転速度ＮＥに基づき算出される。
【００１４】
次にＣＰＵ５２は、前回、点火装置２６を操作した際の点火時期Ａｉｇが、第１時期Ａｆ（例えば「２０ＢＴＤＣ」）以上であって且つ第２時期Ａｓ（例えば「１０ＢＴＤＣ」）以下である旨の条件（ア）と、充填効率ηが規定値ηｔｈ以下である旨の条件（イ）との論理積が真であるか否かを判定する（Ｓ１４）。なお、本実施形態では、点火時期は、進角側であるほど大きい値とする。
【００１５】
上記条件（ア）は、混合気の燃焼温度が高くなる点火時期であって且つ点火時期の遅角による燃焼室２４内の圧力の低下量が小さくなる領域である旨の条件である。図３に、クランク角度と、燃焼室２４内の温度（筒内温度）との関係を示す。図３に示すように、クランク角度が圧縮上死点に近づくほど筒内温度が上昇する。このため、圧縮上死点付近で点火すると、混合気の燃焼温度が高くなり、ノッキングが生じやすい。なお、図３には、内燃機関１０の気筒内へのデポジットの堆積がない場合と堆積がある場合とを比較して示した。図３によれば、デポジットの堆積後においては堆積前と比較して筒内温度が高くなり、その傾向は圧縮上死点に近づくほど顕著となる。
【００１６】
図４に、充填効率ηおよび点火時期の関係と、充填効率ηおよび点火時期を単位クランク角度だけ遅角させたときの燃焼室２４内の圧力Ｐの低減率の関係とを示す。図４に示すように、点火時期が上記第１時期Ａｆと第２時期Ａｓとの間にある場合には、それよりも遅角側にある場合と比較して、点火時期を遅角した割に圧力Ｐが低下しない。これは、圧縮上死点直前ではピストン２２の移動速度が小さくなることから、それよりも遅い期間と比較すると、点火に伴う燃焼によって圧力が最も高くなる際にピストンが上死点近くに位置することとなり、点火時期の遅角によって燃焼室２４内の圧力を効果的に低下させることができないためである。
【００１７】
なお、図４の右上には、点火時期が圧縮上死点である場合と、点火時期を圧縮上死点よりも２°ＣＡ遅角させた場合とを対比して示している。この場合、わずかな遅角量（２°ＣＡ）の遅角によって、筒内圧力を効果的に低下させることができる。
【００１８】
一方、上記条件（イ）は、内燃機関１０の気筒内へのデポジットの堆積量が大きいことに起因してノッキングが生じやすくなる旨の条件である。
図２に戻り、ＣＰＵ５２は、論理積が真であると判定する場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、遅角側更新量Δａに「１」以上の値を有する補正係数Ｋａを乗算することによって、遅角側更新量Δａを補正する（Ｓ１６）。ここで、ＣＰＵ５２は、吸気温Ｔｉｎが高い場合に低い場合よりも補正係数Ｋａを大きい値に算出する。またＣＰＵ５２は、第３学習値ｒが大きい場合に小さい場合よりも補正係数Ｋａをより大きい値に算出する。第３学習値ｒは、デポジットの堆積に起因してノッキングが生じる場合に、点火時期を遅角させるための学習値である。第３学習値ｒは、「０」から「１」までの値をとり、値が大きい場合に点火時期をより遅角側とする。特にＣＰＵ５２は、第３学習値ｒが「０」の場合、補正係数Ｋａを「１」とする。すなわち、ＣＰＵ５２は、第３学習値ｒが「０」の場合、遅角側更新量Δａの増加補正をしない。これは、本実施形態では、遅角側更新量Δａを増加補正する狙いが、デポジットの堆積に起因したノッキングを抑制することにあるためである。
【００１９】
すなわち、本実施形態にかかる内燃機関１０は、高圧縮比化のために燃焼室２４内の容積が小さく設計されているため、ピストン２２にデポジットが堆積する場合には、その膜厚が同一であっても、圧縮比が小さいものと比較すると、実圧縮比が大きく変化し、ノッキングが生じやすくなる。また、ピストン２２にデポジットが付着する場合には、付着していない場合と比較して、燃焼室２４内の熱がピストン２２を介して放熱されにくくなることから、燃焼室２４内の温度が高くなりやすい。そのため、本実施形態では、デポジットの付着により、ノッキングが生じやすくなり、また、上記第１時期Ａｆと第２時期Ａｓとの間に点火時期がある場合に点火時期を遅角してもノッキングを抑制しにくい問題が顕在化した。そこで、デポジットが付着している場合に、遅角側更新量Δａを増加補正することによって、上記問題が顕在化しない場合にまで遅角側更新量Δａを増加補正して燃料消費率が低下したり加速性能が低下したりすることを抑制する。
【００２０】
なお、ＣＰＵ５２は、補正係数Ｋａを気筒＃ｉ（ｉ＝１，２，…）毎に可変設定する。
ＣＰＵ５２は、Ｓ１６の処理が完了する場合や、Ｓ１４の処理において否定判定する場合には、フィードバック補正量ＫＣＳから遅角側更新量Δａを減算することによって、フィードバック補正量ＫＣＳを遅角側に補正する（Ｓ１８）。
【００２１】
一方、ＣＰＵ５２は、Ｓ１０の処理において否定判定する場合、フィードバック補正量ＫＣＳに、進角側更新量Δｂを加算することによって、フィードバック補正量ＫＣＳを進角側に補正する（Ｓ２０）。なお、進角側更新量Δｂは、遅角側更新量Δａよりも小さい値であることが望ましい。
【００２２】
ＣＰＵ５２は、Ｓ１８，Ｓ２０の処理が完了する場合、充填効率ηが規定値ηｔｈ以下であるか否かを判定する（Ｓ２２）。この処理は、内燃機関１０の気筒内へのデポジットの堆積量が大きいことに起因してノッキングが生じやすくなる領域であるか否かを判定するためのものである。
【００２３】
そしてＣＰＵ５２は、規定値ηｔｈ以下であると判定する場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、点火時期Ａｉｇに、「Ａｂ−ＡＲ＋ａ１＋ａ２−ｒ・ＤＬ＋ＫＣＳ」を代入する（Ｓ２４）。ここで、最進角点火時期Ａｂは、ＭＢＴ点火時期と第１ノック限界点とのうちの遅角側の時期である。ＭＢＴ点火時期は、最大トルクの得られる点火時期（最大トルク点火時期）である。また第１ノック限界点は、ノック限界の高い高オクタン価燃料の使用時に、想定される最良の条件下で、ノッキングを許容できるレベル以内に収めることのできる点火時期の進角限界値（ノック限界点火時期）である。
【００２４】
遅角差分ＡＲは、最進角点火時期Ａｂと第２ノック限界点との差分である。第２ノック限界点は、ノック限界の低い低オクタン価燃料の使用時であってデポジット付着が全く無いときにおいて、ノッキングを許容できるレベル以内に収めることのできる点火時期の進角限界（ノック限界点火時期）を示している。ＣＰＵ５２は、第２ノック限界点が内燃機関１０の動作点に応じて値が異なりうることに鑑み、遅角差分ＡＲを、内燃機関１０の動作点に基づき可変設定する。詳しくは、内燃機関１０の動作点を規定する回転速度ＮＥおよび充填効率ηを入力変数とし、遅角差分ＡＲを出力変数とするマップデータがＲＯＭ５４に予め記憶された状態で、ＣＰＵ５２により遅角差分ＡＲをマップ演算する。
【００２５】
また、第１学習値ａ１は、全負荷領域において、回転速度ＮＥによって分割された領域毎に、フィードバック補正量ＫＣＳの絶対値を小さくするように更新される値である。第２学習値ａ２は、低負荷領域および中負荷領域において、回転速度ＮＥおよび充填効率ηによって分割された領域毎に、フィードバック補正量ＫＣＳの絶対値を小さくするように更新される値である。
【００２６】
デポジット最大遅角量ＤＬは、第２ノック限界点と第３ノック限界点との差である。第３ノック限界点は、ノック限界の低い低オクタン価燃料の使用時であってデポジットが想定される最大量付着した場合において、ノッキングを許容できるレベル以内に収めることのできる点火時期の進角限界（ノック限界点火時期）を示している。ＣＰＵ５２は、デポジット最大遅角量ＤＬを、内燃機関１０の動作点に応じて可変設定する。詳しくは、内燃機関１０の動作点を規定する回転速度ＮＥおよび充填効率ηを入力変数とし、デポジット最大遅角量ＤＬを出力変数とするマップデータがＲＯＭ５４に予め記憶された状態で、ＣＰＵ５２によりデポジット最大遅角量ＤＬをマップ演算する。
【００２７】
これに対しＣＰＵ５２は、規定値ηｔｈよりも大きいと判定する場合（Ｓ２２：ＮＯ）、点火時期Ａｉｇに、「Ａｂ−ＡＲ＋ａ１＋ＫＣＳ」を代入する（Ｓ２６）。
ＣＰＵ５２は、Ｓ２４，Ｓ２６の処理が完了する場合、点火時期Ａｉｇにおいて点火装置２６による火花放電を生じさせるべく、点火装置２６に操作信号ＭＳ３を出力して点火装置２６を操作する（Ｓ２８）。
【００２８】
そして、ＣＰＵ５２は、充填効率ηが規定値ηｔｈ以下の場合には、第１学習値ａ１、第２学習値ａ２および第３学習値ｒを更新し、規定値ηｔｈよりも大きい場合には、第１学習値ａ１を更新する（Ｓ３０）。ここで、ＣＰＵ５２は、フィードバック補正量ＫＣＳの指数移動平均処理値によって、学習用補正量ＫＣＳｓを算出する。そしてＣＰＵ５２は、規定値ηｔｈ以下であって学習用補正量ＫＣＳｓが進角側基準値ＡＢよりも大きい場合、「ＫＣＳ−ＡＢ」を学習値の更新量とし、第１学習値ａ１、第２学習値ａ２および「ｒ・ＤＬ」のそれぞれの更新量の和が「ＫＣＳ−ＡＢ」となるように、第１学習値ａ１、第２学習値ａ２および第３学習値ｒを更新する。また、ＣＰＵ５２は、規定値ηｔｈ以下であって学習用補正量ＫＣＳｓが遅角側基準値ＡＡよりも小さい場合には、「ＫＣＳｓ−ＡＡ」を学習値の更新量とし、第１学習値ａ１、第２学習値ａ２および「ｒ・ＤＬ」のそれぞれの更新量の和が「ＫＣＳ−ＡＡ」となるように、第１学習値ａ１、第２学習値ａ２および第３学習値ｒを更新する。
【００２９】
一方、規定値ηｔｈよりも大きくて且つ学習用補正量ＫＣＳｓが進角側基準値ＡＢよりも大きい場合、「ＫＣＳ−ＡＢ」を第１学習値ａ１の更新量とし、第１学習値ａ１を更新する。また、ＣＰＵ５２は、規定値ηｔｈよりも大きくて且つ学習用補正量ＫＣＳｓが遅角側基準値ＡＡよりも小さい場合には、「ＫＣＳｓ−ＡＡ」を第１学習値ａ１の更新量とし、第１学習値ａ１を更新する。
【００３０】
ちなみに、ＣＰＵ５２は、学習値を更新する場合、学習用補正量ＫＣＳｓやフィードバック補正量ＫＣＳから、学習値の更新量を差し引く処理を実行する。また、第１学習値ａ１、第２学習値ａ２および第３学習値ｒは、バックアップＲＡＭ５６に記憶され、更新されるものである。
【００３１】
なお、ＣＰＵ５２は、Ｓ３０の処理が完了する場合には、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
【００３２】
ＣＰＵ５２は、点火時期が第１時期Ａｆと第２時期Ａｓとの間にあるときにデポジットの付着量が大きい場合、ノッキングが生じた際の点火時期の遅角側更新量Δａを大きくする。これにより、点火時期が第１時期Ａｆと第２時期Ａｓとの間にあるときに点火時期の遅角によるノッキングの抑制効果が低くなる傾向がデポジットの堆積に起因して顕在化する場合に、遅角側更新量Δａを大きくすることができる。そして大きくした遅角側更新量Δａによれば、遅角によって圧力を効果的に低下させることができることから、ノッキングを抑制できる。
【００３３】
なお、遅角側更新量Δａを増加補正する以外にも、ノッキングを抑制するためには以下の対策が考えられる。
対策１．燃焼室２４内に燃料を噴射する筒内噴射弁を備え、噴射タイミングを圧縮下死点付近として気化潜熱によって燃焼室２４内の温度の上昇を抑制する。
【００３４】
対策２．吸気バルブ１８の開弁タイミングを可変とするアクチュエータを備え、吸気バルブ１８の閉弁時期を遅角して実圧縮比を下げる。
対策３．ＥＧＲバルブ４２の開口度を拡大し、燃焼室２４に吸入される流体に占めるＥＧＲ通路４０からの排気の割合であるＥＧＲ率を増加させる。
【００３５】
ここで、対策１の場合、噴射時期を遅角したことに起因して空気と燃料との混合度合いが低下したり、シリンダ２０の壁面に付着する燃料量が増加したりして、排気成分が悪化したり、燃料消費率が増加したりするおそれがある。
【００３６】
また、対策２の場合、吸気バルブ１８の閉弁タイミングの変更を点火時期のように迅速に行う場合には吸入空気量が安定しないことから、一度ノッキングが生じると、ノッキングが生じなくなった場合であっても、吸気バルブ１８の閉弁タイミングを復帰させるまでには、点火時期を進角側に復帰させるよりも長い時間を要する。このため、燃料消費率が増加する。
【００３７】
また、対策３の場合、ＥＧＲバルブ４２の開口度の変更を点火時期のように迅速に行う場合にはＥＧＲ率が安定しないことから、一度ノッキングが生じると、ノッキングが生じなくなった場合であっても、ＥＧＲバルブ４２の開口度を復帰させるまでには、点火時期を進角側に復帰させるよりも長い時間を要する。このため、排気特性が悪化したり燃料消費率が増加したりする。
【００３８】
そして上記対策１〜３は、いずれも、本実施形態の場合と比較して排気特性の悪化度合いと燃料消費率の増加度合いとのうちの少なくとも一方が大きくなる。
＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。フィードバック処理は、Ｓ１０〜Ｓ１６の処理に対応し、操作処理は、Ｓ２８の処理に対応する。
【００３９】
＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【００４０】
・上記実施形態では、Ｓ１４の処理において肯定判定する場合に、遅角側更新量Δａを補正係数Ｋａにて補正したが、これに限らない。例えばＳ１４の処理に代えて、上記条件（ア）および条件（イ）に加えて、第３学習値ｒが所定値以上である旨の条件の３つの条件の論理積が真であるか否かに応じて、遅角側更新量Δａをマップ演算するためのマップデータとして異なるデータを用いてもよい。この場合、論理積が真である場合に用いるマップデータを用いて演算される値は、論理積が偽である場合に用いるマップデータを用いて演算される値よりも大きい値となることがあるようにする。
【００４１】
・上記実施形態では、デポジットの付着を、第３学習値ｒによって把握したが、これに限らない。たとえば内燃機関１０の動作点を規定する回転速度ＮＥおよび充填効率ηに応じて、デポジットの堆積量を推定してもよい。この場合、ＣＰＵ５２は、低回転低負荷運転領域となる期間が長い場合に短い場合よりもデポジットの堆積量が大きいとし、高回転高負荷領域となる期間が長い場合に短い場合よりもデポジットの堆積量が小さいとすればよい。
【００４２】
・燃料噴射弁としては、吸気通路１２に燃料を噴射するポート噴射弁に限らず、燃焼室２４内に燃料を噴射する筒内噴射弁であってもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１６…ポート噴射弁、１８…吸気バルブ、２０…シリンダ、２２…ピストン、２４…燃焼室、２６…点火装置、２８…クランク軸、３０…排気バルブ、３２…排気通路、３４…触媒、４０…ＥＧＲ通路、４２…ＥＧＲバルブ、５０…制御装置、５２…ＣＰＵ、５４…ＲＯＭ、５６…バックアップＲＡＭ、６０…エアフローメータ、６２…クランク角センサ、６４…ノッキングセンサ、６６…吸気温センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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