(57)【要約】【課題】プレイグニッションを回避すると共に、燃費の低下を軽減することができる内燃機関の異常燃焼回避装置を提供する。【解決手段】内燃機関に設けられる点火プラグと、燃料を噴射する燃料噴射弁と、ノッキングを検出するために設けられるセンサと、クランク角センサと、を備えた内燃機関の異常燃焼回避装置において、ノッキングを検出するために設けられるセンサ及びクランク角センサの出力値に基づいて異常燃焼を検出し、検出した異常燃焼が正常な点火で発生したノッキングか、プレイグニッションかを判定し、プレイグニッションが発生したと判定された場合、燃料噴射量を増量すると共に点火時期の進角を行う。【選択図】図２
2015014229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に設けられる点火プラグと、
燃料を噴射する燃料噴射弁と、
異常燃焼を検出する異常燃焼検出センサと、
クランク角センサと、を備えた内燃機関の異常燃焼回避装置において、
前記クランク角センサの出力値に基づいて、前記異常燃焼検出センサが検出した異常燃焼が正常な点火で発生したノッキングか、プレイグニッションかを判定する異常燃焼判定手段と、
前記異常燃焼判定手段によってプレイグニッションが発生したと判定された場合、燃料噴射量を増量すると共に点火時期の進角を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の異常燃焼回避装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の異常燃焼回避装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の筒内において、火花点火による正常の燃焼開始時期よりも前に混合気が自着火する異常燃焼（以下、プレイグニッションという。）が発生することが知られている。特許文献１には、プレイグニッションの発生が検出された場合、プレイグニッションが発生することを回避するための制御が開示されている。この制御では、プレイグニッションの発生ごとに燃料噴射量を段階的に増加する。これにより、単位質量あたりの燃料の受熱量を減らすことで、圧縮上死点付近での筒内の燃料温度を低下させることができる。この結果、プレイグニッションの発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１４４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の制御では、プレイグニッションが連続的に発生した場合、それに伴い燃料噴射量も増加する。この結果、燃費が低下することが懸念される。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、プレイグニッションを回避すると共に、燃費の低下を軽減することができる内燃機関の異常燃焼回避装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の異常燃焼回避装置であって、
内燃機関に設けられる点火プラグと、
燃料を噴射する燃料噴射弁と、
異常燃焼を検出する異常燃焼検出センサと、
クランク角センサと、を備えた内燃機関の異常燃焼回避装置において、
前記クランク角センサの出力値に基づいて、前記異常燃焼検出センサが検出した異常燃焼が正常な点火で発生したノッキングか、プレイグニッションかを判定する異常燃焼判定手段と、
前記異常燃焼判定手段によってプレイグニッションが発生したと判定された場合、燃料噴射量を増量すると共に点火時期の進角を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、燃料噴射量の増量による燃費の低下を抑制しつつ、プレイグニッションの発生を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための概略構成図である。
【図２】空燃比（Ａ／Ｆ）とプレイグニッションの発生確率低減率との関係を表した図である。
【図３】実施の形態１において、ＥＣＵ１００で実行される異常燃焼判定ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための概略構成図である。図１に示すシステムは、エンジン１０を備える。エンジン１０は、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。通常、エンジン１０は複数の気筒で構成されるが、図１には１つの気筒のみが描かれている。本発明において、気筒数及び気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１０】
エンジン１０の各気筒には、ピストン１２の往復動作により拡大、縮小する燃焼室１１が設けられている。ピストン１２は、クランクシャフト１３に連結されている。
【００１１】
燃焼室１１には、燃料噴射弁１８と点火プラグ１６とが設けられている。なお、本発明において、燃料噴射弁１８の位置は、これに限定されるものではない。例えば、燃料噴射弁１８が吸気ポートに取り付けられていてもよい。または、燃焼室１１と吸気ポートの両方に取り付けられていてもよい。
【００１２】
エンジン１０は、燃焼室１１に空気を吸込む吸気通路２３を備えている。吸気通路２３と燃焼室１１との接続部には、吸気弁２０が設けられている。吸気弁２０が開弁することで、吸気通路２３から燃焼室１１に空気が流入する。逆に、吸気弁２０が閉弁することで、吸気通路２３から燃焼室１１に空気が流入されなくなる。また、吸気弁２０には、吸気弁２０の開閉時期を変更するために、吸気可変動弁装置４４が備えられる。
【００１３】
吸気通路２３には、吸気弁２０から上流に向かって、スロットルバルブ２４、コンプレッサ２６、エアクリーナー２５が設けられている。空気は、エアクリーナー２５側から流入し、コンプレッサ２６に圧縮されて、スロットルバルブ２４を通過する。そして、吸気弁２０が開いたときに燃焼室１１に流入する。
【００１４】
エンジン１０は、燃焼室１１で発生したガスを排出する排気通路３８を備えている。排気通路３８と燃焼室１１との接続部には、排気弁２２が設けられている。排気弁２２が開弁することで、燃焼室１１からガスが排出される。逆に、排気弁２２が閉弁することで、燃焼室１１からガスが排出されなくなる。また、排気弁２２には、排気弁２２の開閉時期を変更するために、排気可変動弁装置４６が備えられる。
【００１５】
排気通路３８には、タービン４０が設けられている。排気通路３８を流れるガスによってタービン４０が回転する。タービン４０の回転と連動して、コンプレッサ２６が回転する。これにより、吸入した空気をコンプレッサ２６で圧縮することができる。
【００１６】
エンジン１０には、エンジン１０の運転状態を把握するために、各種センサが取り付けられている。例えば、エンジン１０において、ノッキングを検出するために、燃焼室１１の近傍にノックセンサ１５が、燃焼室１１に筒内圧センサ１４がそれぞれ設けられている。また、クランクシャフト１３の軸の近傍には、クランク角センサ３０が設けられている。
【００１７】
実施の形態１のシステムの構成は、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）１００を備える。ＥＣＵ１００の入力側には、クランク角センサ３０、ノックセンサ１５、筒内圧センサ１４などの各種センサがそれぞれ接続される。これらの各種センサは、エンジン１０を制御するための情報を検出し、検出した情報を信号としてＥＣＵ１００に出力する。具体的には、クランク角センサ３０は、クランクシャフト１３の軸の回転に同期したパルス信号を出力する。ノックセンサ１５は、燃焼で発生するノッキングに応じた信号を出力する。筒内圧センサ１４は、燃焼室１１内の圧力である筒内圧に応じた信号を出力する。
【００１８】
ＥＣＵ１００は、上記の各種センサが出力した信号に基づいて、エンジン１０の運転状態を検知する。例えば、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ３０の出力から、クランク角を検知して、エンジン回転数を算出する。ＥＣＵ１００は、ノックセンサ１５の出力から、ノッキング及びプレイグニッションを検出する。ＥＣＵ１００は、筒内圧センサ１４が出力した信号と、クランク角とを紐付けることで、筒内圧の変化を算出する。
【００１９】
ＥＣＵ１００の出力側には、点火プラグ１６、燃料噴射弁１８、吸気可変動弁装置４４、排気可変動弁装置４６、スロットルバルブ２４などの各種アクチュエータがそれぞれ接続される。ＥＣＵ１００は、点火プラグ１６に駆動信号を供給して、燃焼室１１の混合気に着火する点火時期を決定する。ＥＣＵ１００は、燃料噴射弁１８に信号を供給して燃料噴射弁１８を開弁させることで、燃料噴射量を設定する。ＥＣＵ１００は、吸気可変動弁装置４４に信号を供給して動作させることで、吸気弁２０の開閉時期を変更する。ＥＣＵ１００は、排気可変動弁装置４６に信号を供給して動作させることで、排気弁２２の開閉時期を変更する。ＥＣＵ１００は、スロットルバルブ２４に信号を供給して開度を調節することで、吸入空気量を調節する。
【００２０】
［異常燃焼の判定］
ところで、エンジン１０における燃焼では、ノッキング及びプレイグニッションという２種類の異常燃焼がそれぞれ発生することがある。ノッキングとは、火花点火をきっかけにして混合気の燃焼が始まった後、その火炎が伝播していく過程で、混合気の未燃分が自着火してしまう現象である。
【００２１】
一方、プレイグニッションとは、火花点火による正常の燃焼開始時期よりも前に、混合気が自着火してしまう現象である。プレイグニッションは、燃焼室１１に残留する高温のオイル及びデポジットが着火源となり発生する。プレイグニッションは低回転高負荷時に発生しやすく、ヘビーノックを伴うことが多い。一度ヘビーノックが発生すると、そのヘビーノックにより燃焼室１１及びピストン１２の表面に残存付着しているデポジット、オイルが剥がされる。この結果、剥がれたデポジット及びオイルが次の燃焼サイクル以降の着火源となり、プレイグニッションが連続的に発生してしまう。
【００２２】
そこで、本実施形態のエンジン１０では、ＥＣＵ１００に入力される信号から、ノック強度あるいは筒内圧最大値及び発生時期が算出される。そして、算出された情報から、エンジン１０で発生している異常燃焼が正常な点火で発生したノッキングか、それとも自着火によるプレイグニッションなのかが判定される。プレイグニッションが発生していると判定された場合、プレイグニッションを回避するための制御が行われる。
【００２３】
以下、ノッキングまたはプレイグニッションが発生したことを判定するために、ノックセンサ１５の出力を用いる方法、さらに筒内圧センサ１４の出力を用いる方法のそれぞれについて説明する。
【００２４】
ノックセンサ１５の出力を用いる方法について説明する。ノッキングまたはプレイグニッションが発生すると、急激な燃焼圧力の変動等に起因して、通常の燃焼に比較して大きな振動が発生する。この大きな振動をノックセンサ１５の出力値に基づき調べることにより、ノッキングまたはプレイグニッションを検出するようにしている。
【００２５】
筒内圧センサ１４の出力を用いる方法について説明する。プレイグニッションはノッキングと比較して、進角側で発生することが知られている。このため、プレイグニッションが発生した際に検出される最大筒内圧は、ノッキング及び正常の燃焼における最大筒内圧よりも進角側で検出される。これを利用して、正常の燃焼よりも進角側で最大筒内圧が検出されたときに、プレイグニッションが発生したと判定する。
【００２６】
［プレイグニッションの回避制御］
次に、プレイグニッションが発生したと判定された場合における、プレイグニッションの回避制御について説明する。この回避制御では、所定サイクルにわたり、燃料噴射量が増量されると共に、点火時期の進角補正が行われる。ここでいう所定サイクルとは、着火源になるデポジット及びオイルが冷却あるいは排出されるまでの回数である。
【００２７】
上記の回避制御では、燃料噴射量の増量により筒内ガスの冷却効果が促進されるため、ノッキングが生じにくくなり、点火時期の進角補正を行うことが可能となる。このため、燃料噴射量の増量と点火時期の進角補正を同時に行うことができ、燃焼効率が改善し、排気損失が低下する。また、燃焼後のガス温度が下がることにより、オイル及びデポジットなどの着火源の温度が低下する。この結果、プレイグニッションが抑制される。
【００２８】
加えて、次サイクルへ持ち越す残留ガス温度も低下するため、新気と混ざりあう吸気、ガス温度が低下し、さらにプレイグニッションの抑制効果が高まる。
【００２９】
ここで、プレイグニッションの回避制御において、燃料噴射量の増量と共に点火時期の進角補正が行われることによるプレイグニッション抑制効果について、図２を用いて説明する。
【００３０】
図２は、空燃比（Ａ／Ｆ）とプレイグニッションの発生確率低減率との関係を表した図である。プレイグニッションの発生確率低減率は、Ａ／Ｆ１４．５を基準とした低減率であり、数字が大きくなるほどプレイグニッションが低減されることを示している。
【００３１】
図２のＸは、点火時期の進角補正を行わず燃料噴射量を増量した場合のプレイグニッション発生確率低減率を示している。図２のＹは、点火時期の進角補正と燃料噴射量の増量とを同時に行った場合のプレイグニッション発生確率低減率を示している。Ｘ及びＹは、空燃比が低下する、つまり燃料噴射量を増量するに従って、プレイグニッション発生確率低減率が高くなる様子を示している。
【００３２】
図２のＸとＹとを比べると、Ｙのほうがプレイグニッション発生を低減させることができることがわかる。このように、燃料噴射量の増量と共に点火時期の進角補正を行うことで、燃料噴射量の増量のみの場合よりプレイグニッションの発生を低減させることできる。この結果、点火時期の進角補正により燃料噴射量の増量を抑えることができるため、プレイグニッションの回避制御により燃費が低下することを抑制することができる。
【００３３】
［異常燃焼判定ルーチン］
上記説明した異常燃焼の判定及びプレイグニッションの回避制御の具体的な処理について、以下に図３を用いて説明する。
【００３４】
図３は、実施の形態１において、ＥＣＵ１００で実行される異常燃焼判定ルーチンのフローチャートである。ＥＣＵ１００は、本ルーチンを記憶するためのメモリーを有している。ＥＣＵ１００は、記憶した本ルーチンを実行するためのプロセッサを有している。
【００３５】
本ルーチンでは、まず、異常燃焼の検出が行われる（Ｓ１００）。ＥＣＵ１００は、ノック強度あるいは筒内圧最大値を算出し、異常燃焼の発生を検出する。
【００３６】
次に、検出した異常燃焼がプレイグニッション起因の異常燃焼か否かが判定される（Ｓ１０２）。ＥＣＵ１００は、上記ノック強度あるいは筒内圧最大値の発生時期から、プレイグニッションが発生していることを判定する。
【００３７】
ＥＣＵ１００は、検出した異常燃焼がプレイグニッション起因の異常燃焼と判定した場合、燃料噴射量を増加すると共に、点火時期の進角補正が行われる（Ｓ１０４）。Ｓ１０４の処理が、上記のプレイグニッションの回避制御に相当する。
【００３８】
一方、Ｓ１０２において、検出した異常燃焼がプレイグニッション起因の異常燃焼ではないと判定された場合、点火時期の遅角補正が行われる（Ｓ１０６）。
【００３９】
本実施形態のエンジン１０の異常燃焼を検出する目的ならば、ノックセンサ１５または筒内圧センサ１４のいずれか一方が設けられていればよい。
【００４０】
なお、ＥＣＵ１００が、Ｓ１０２を実行することにより前記第１の発明における「異常燃焼判定手段」が、Ｓ１０４を実行することにより前記第１の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００４１】
１０  エンジン
１１  燃焼室
１４  筒内圧センサ
１５  ノックセンサ
１６  点火プラグ
１８  燃料噴射弁
３０  クランク角センサ
１００  ＥＣＵ
【図１】
2015014229.tif 000003
【図２】
2015014229.tif 000004
【図３】
2015014229.tif 000005