(57)【要約】【課題】燃焼速度の低下を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】気筒２について筒内圧センサ２０で測定した圧縮行程（具体的にはクランク角＝ＢＴＤＣ９０ＣＡ）の筒内圧力Ｐｃｐｓを用いて、気筒２内で生成されるタンブル流の中心が気筒の中央位置から乖離している程度を推定し、その乖離の程度に応じて気筒２への点火エネルギを増加する。その判定処理の一形態として、まず、圧縮行程時の筒内圧センサ２０による測定筒内圧力Ｐｃｐｓと、気筒２内で生成されるタンブル流の中心が気筒２の中央に位置する理想状態における筒内圧力（理想筒内圧力）との間の差ΔＰを求める。この差ΔＰが所定値より大きい場合には、点火エネルギを増加する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒に設けられた筒内圧センサの出力に基づいて前記気筒の筒内圧力を測定する手段と、
前記気筒の圧縮行程時に前記筒内圧センサで測定した筒内圧力を用いて、前記気筒内で生成されるタンブル流の中心が前記気筒の中央位置から乖離している程度を推定し、前記乖離の程度に応じて前記気筒への点火エネルギを増加する手段と、
を備えることを特徴とする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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００７−３３２８９４号公報に開示されているように、点火プラグの火花スパークによって燃焼室内の混合気を着火する内燃機関の制御装置が知られている。この公報にかかる技術では、筒内圧センサで検出した筒内圧力に基づいて燃焼開始から燃焼終了までの燃焼区間の総熱発生量の重心位置を算出し、この総熱発生量重心位置を目標位置と比較する。そして、総熱発生量重心位置が目標位置よりも遅角側の場合は、吸気制御弁の開度が開方向にばらついて筒内のタンブル流の強度が低下した状態となっているため、燃焼状態が悪化して総熱発生量重心位置が目標位置よりも遅角側に変化したと判断して、吸気制御弁の開度を閉方向に補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３３２８９４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、タンブル流の中心位置が排気側に偏ると、点火プラグに対する上昇気流が強くなる。これにより点火プラグのスパークがシリンダヘッド側に流されると、シリンダヘッド近傍で初期火炎が発生し、燃焼速度が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃焼速度の低下を抑制することができる内燃機関の制御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】
本発明にかかる内燃機関の制御装置は、
内燃機関の気筒に設けられた筒内圧センサの出力に基づいて前記気筒の筒内圧力を測定する手段と、
前記気筒の圧縮行程時に前記筒内圧センサで測定した筒内圧力を用いて、前記気筒内で生成されるタンブル流の中心が前記気筒の中央位置から乖離している程度を推定し、前記乖離の程度に応じて前記気筒への点火エネルギを増加する手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、タンブル流の中心位置を圧縮行程時に推定して点火エネルギを制御するようにしたので、燃焼速度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】点火プラグのスパークの理想状態を説明するための図である。
【図２】点火プラグのスパークがシリンダヘッド側に流された状態を説明するための図である。
【図３】サイクル間で筒内圧力が異なることを示す図である。
【図４】タンブル流の理想状態を説明するための図である。
【図５】タンブル流がシリンダヘッド側に流された状態を説明するための図である。
【図６】タンブル流の状態を比較説明するための図である。
【図７】タンブル流の状態に応じた筒内圧力の違いを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置において実行される制御内容を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態の変形例にかかるタンブル流の状態を比較説明するための図である。
【図１０】実施の形態の変形例にかかるタンブル流の状態に応じた筒内圧力の違いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施の形態にかかる内燃機関は、自動車等の移動体に好適な４ストローク火花点火式レシプロエンジンであり、気筒に点火プラグおよび筒内圧センサ（ＣＰＳ）を備え、電子制御ユニット（ＥＣＵ）によりエンジン制御を行い、かつタンブル流を気筒内に生成する。本発明にかかる制御装置は、このＥＣＵの一機能として実施される。本実施の形態にかかる内燃機関のハードウェア構成および公知のエンジン制御に関するソフトウェア構成については、すでに公知の技術を適宜に用いることができるので、その詳細な説明は必要に応じて簡略化ないしは詳細する。例えば、タンブル流を生成する機構は、タンブルコントロールバルブなどすでに公知の技術を適用すればよい。
【００１０】
図１は、点火プラグ１０のスパーク１２の理想状態を説明するための図である。図２は、点火プラグ１０のスパーク１２がシリンダヘッド側に流された状態を説明するための図である。図１と図２とを比較すると、点火プラグ１０のスパーク１２がシリンダヘッド１４の内壁に流されて紙面斜め右上方向に向かっている。この原因を説明すると、内燃機関のサイクル間で気流が変動することにより、サイクル間でタンブル流の形状が異なる。このようなタンブル流形状の変化により、サイクルによっては図２のようにスパークがシリンダヘッド１４の側に流される状態が発生しうる。点火プラグ１０に対する上昇気流が強いと、スパーク１２がシリンダヘッド側に流されてしまう。これによりシリンダヘッド１４の近傍で初期火炎が発生し、燃焼速度が低下するという問題がある。
【００１１】
図３は、サイクル間で筒内圧力が異なることを示す図である。図３に示すように、内燃機関の各サイクルにおいて、筒内圧センサで測定した筒内圧力がばらつくという現象がある。これはタンブル流の中心位置が理想的な場合とそうでない場合とがサイクルごとに変わってくることに起因している。
【００１２】
図４は、タンブル流の理想状態を説明するための図である。図５は、タンブル流がシリンダヘッド側に流された状態を説明するための図である。図４と図５を比較すると、タンブル流の中心Ｃｔが、図４では気筒の中央に位置するのに対し、図５では紙面右下方向つまり気筒のより下側かつシリンダブロック１６の内壁側へと移動している。図６は、タンブル流の状態を比較説明するための図である。図６には、気筒２に設けられた筒内圧センサ２０も図示している。図４に示すように、タンブル流の中心位置が理想的であるサイクルでは、圧縮行程でタンブル流の中心Ｃｔが筒内のほぼ中央に位置する。一方、そのような理想的なサイクルではない場合、例えば図５の場合は、タンブル流の中心Ｃｔが気筒２内の下方へと偏ったりシリンダヘッド１４の排気ポート側へと偏ったりし、それにより筒内圧力分布も変化する。理想的なサイクルではないときは、タンブル流の中心Ｃｔがシリンダヘッド側から遠いので、流速が上昇し、それにより理想的なサイクルに比べて筒内圧力が低下する。図７は、タンブル流の状態に応じた筒内圧力の違いを示す図である。上記のタンブル流の中心位置の相違に起因して、筒内圧力に違いが現れており、図４の理想状態のときの筒内圧力よりも、図５のようにタンブル流の中心位置がシリンダブロック側に偏ったときの筒内圧力のほうが低い。
【００１３】
図８は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置において実行される制御内容を示すフローチャートである。本実施の形態では、気筒２の圧縮行程中に筒内圧センサ２０（ＣＰＳ）により筒内圧力を感知し、この筒内圧力の値に基づく比較判定の結果に従って、通常の点火と点火エネルギを増加した点火とを切り替える。つまり、気筒２について筒内圧センサ２０で測定した圧縮行程（具体的にはクランク角＝ＢＴＤＣ９０ＣＡ）の測定筒内圧力Ｐｃｐｓを用いて、気筒２内で生成されるタンブル流の中心が気筒の中央位置から乖離している程度を推定し、その乖離の程度に応じて気筒２への点火エネルギを増加する。このような制御の一形態として、以下に述べる具体的処理では、まず、圧縮行程時の筒内圧センサ２０による測定筒内圧力Ｐｃｐｓと、気筒２内で生成されるタンブル流の中心が気筒２の中央に位置する理想状態における筒内圧力（つまり理想筒内圧力）との間の差ΔＰを求める。この差ΔＰが所定値より大きい場合には、点火エネルギを増加する。図８に示すように、ＥＣＵは、ステップＳ１にかかる測定処理と、ステップＳ２にかかる比較処理と、ステップＳ３、Ｓ４にかかる点火制御処理とを実行する。
【００１４】
測定処理（ステップＳ１）では、ＥＣＵは、内燃機関の気筒２に設けられた筒内圧センサ２０の出力に基づいて気筒２の筒内圧力を測定する。これにより測定筒内圧力Ｐｃｐｓが算出される。
【００１５】
次に、比較処理（ステップＳ２）では、ＥＣＵは、「気筒２の圧縮行程時に筒内圧センサ２０で測定した筒内圧力」と「気筒２内で生成されるタンブル流の中心が気筒の中央に位置するときの筒内圧力」との間の差ΔＰを計算し、この差ΔＰを所定値と比較する。具体的には、ＥＣＵは、まず、筒内圧センサ２０（ＣＰＳ）の出力からクランク角ＢＴＤＣ９０ＣＡにおける筒内圧力を計算することで、測定筒内圧力Ｐｃｐｓを算出する。一方、気筒２内においてタンブル流の中心が気筒の中央に位置するときの筒内圧力の値（以下、「理想筒内圧力Ｐｉ」とも称す）が、予め実験あるいはシミュレーションなどで決定され、この理想筒内圧力ＰｉがＥＣＵのメモリ（典型的にはＲＯＭ）に記憶されている。ＥＣＵは、測定筒内圧力Ｐｃｐｓと理想筒内圧力Ｐｉとの差ΔＰを計算する。
【００１６】
さらに、差ΔＰの大きさが、予め定めた所定値よりも大きいか否かを比較判定する。この「所定値」は、燃焼速度の低下に影響を及ぼすほどに（つまり図２のように）点火プラグ１０のスパーク１２が流されてしまうか否かなどに基づいて定めればよい。あるいは、この「所定値」は、図７に示した理想状態での理想筒内圧力Ｐｉに対してのずれをどの程度許容できるかという許容範囲として定めてもよい。前述した差ΔＰがこの所定値より大きい場合には、現在のタンブル流の状態が理想的なタンブルの状態に対して許容できないほどに大きく乖離していると判断できる。続いて、図８のルーチンでは、点火制御処理として、ＥＣＵが、上記の差ΔＰが所定値よりも大きい場合には気筒２への点火エネルギを増加するように点火を実施し（ステップＳ４）、上記の差ΔＰが所定値以下である場合には気筒２に対し通常点火を行うように点火プラグ１０を制御する（ステップＳ３）。以上の処理によれば、タンブル流の状態に基づいて点火時期および点火エネルギを適切に制御することができる。
【００１７】
次に、実施の形態の変形例について説明する。
【００１８】
図８に示したルーチンのステップＳ２の処理の変形例の一つとして、「測定筒内圧力Ｐｃｐｓが図３に示した閾値Ｐｔｈよりも低いか否か」を検知するようにしてもよい。このような形態でも、気筒２内で生成されるタンブル流の中心が気筒の中央位置から乖離している程度を推定し、その乖離の程度に応じて気筒２への点火エネルギを増加することができる。具体的には、閾値Ｐｔｈよりも測定筒内圧力Ｐｃｐｓの値が低いときは理想的でないサイクルと判断してステップＳ４に進み、測定筒内圧力Ｐｃｐｓの値が閾値Ｐｔｈ以上であるときにはステップＳ３で通常点火を実施する。閾値Ｐｔｈは、予め実験あるいはシミュレーションを用いて決定しておき、ＥＣＵのメモリに記憶しておくものとする。
【００１９】
図９は、実施の形態の変形例にかかるタンブル流の状態を比較説明するための図である。図９には気筒２に設けられた筒内圧センサ２０も図示しており、図６と比較して筒内圧センサ２０の取り付け位置が排気ポート側に移動している。図１０は、実施の形態の変形例にかかる内燃機関の制御装置の動作を説明するための図である。図９に示す位置関係のように筒内圧センサ２０がよりシリンダヘッド１４の排気ポート側に設けられた場合には、理想状態ではない方がタンブル流中心Ｃｔと筒内圧センサ２０との距離が近くなる。この場合、図１０に示すように、理想状態ではない場合（シリンダヘッド側へ流された状態）のほうが筒内圧力が大きいという傾向となり、これは図７に示した場合とは逆の傾向である。ここで、図１０に示すように差ΔＰの大きさ（すなわち絶対値）を計算すれば、図７の場合と同様に理想状態との乖離が大きいか否かを判定できるので、図８に示すフローチャートの制御を同様に行って点火エネルギを調節してもよい。ただし、ステップＳ２で用いる「理想筒内圧力Ｐｉ」および「所定値」の値は、筒内圧センサ２０の位置に応じて適宜に最適化することが好ましい。
【００２０】
また、図９に示すように筒内圧センサ２０が取付けられた場合、「測定筒内圧力Ｐｃｐｓが閾値Ｐｔｈ２よりも高いか否か」を検知することで上記の比較処理を実現してもよい。閾値Ｐｔｈ２は、図３に示した閾値Ｐｔｈと同様の観点から定めることができる。このような形態でも、気筒２内で生成されるタンブル流の中心が気筒の中央位置から乖離している程度を推定し、その乖離の程度に応じて気筒２への点火エネルギを増加することができる。より具体的に説明すると、図９に示す配置関係の場合には、タンブル流が理想的ではないサイクルの時は、タンブル流の中心Ｃｔがシリンダヘッド側に近いので流速が上昇し、これにより理想的なサイクルに比べて筒内圧力がアップする。そこで、クランク角ＢＴＤＣ９０ＣＡに筒内圧センサ２０により測定した測定筒内圧力Ｐｃｐｓが閾値Ｐｔｈ２よりも「高いとき」は、理想的なタンブル流が生成されていないサイクルと判断してもよい。具体的には、ＥＣＵは、閾値Ｐｔｈ２よりも測定筒内圧力Ｐｃｐｓが高いときは「理想的でないサイクル」なのでステップＳ４に進み、測定筒内圧力Ｐｃｐｓが閾値Ｐｔｈ２以下であるときには「理想的なサイクル」なのでステップＳ３で通常点火を実施する。閾値Ｐｔｈ２は、予め実験あるいはシミュレーションを用いて決定しておき、ＥＣＵのメモリに記憶しておくものとする。
【００２１】
なお、上記のように図６と図９を用いて説明したように、筒内圧センサ２０の取り付け位置が異なると、理想筒内圧力Ｐｉに対する、理想的でないサイクルでの測定筒内圧力Ｐｃｐｓの大きさが異なってくる。よって、筒内圧センサ２０の取付位置ごとに制御に用いる閾値Ｐｔｈを設定することが好ましい。
【符号の説明】
【００２２】
２  気筒、１０  点火プラグ、１２  スパーク、１４  シリンダヘッド、１６  シリンダブロック、２０  筒内圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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