(57)【要約】【課題】この発明は、点火プラグの燻りに起因する燃焼悪化と、他の原因による燃焼悪化とを識別することにより、燻りの発生を精度よく判定することを目的とする。【解決手段】ＥＣＵ５０は、第１の判定処理（ステップ１０６）により筒内で燃焼悪化が生じたか否かを判定し、燃焼悪化が生じたと判定した場合には、燃焼ガスに起因する燃焼悪化を回復するための燃焼回復制御を実行する。そして、燃焼回復制御の実行後には、第２の判定処理（ステップ１１０〜１１４）により燃焼悪化が点火プラグ２８の燻りに起因するものであるか否かを判定し、この判定が成立した場合には、点火プラグ２８の燻りを回復するための燻り回復制御を実行する。これにより、点火プラグ２８の燻りが原因である場合にのみ、燻り回復制御を効率よく実行することができ、他の原因により燻り回復制御が無駄に実行されるのを抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内で燃焼悪化が生じたか否かを判定する第１の判定処理と、
燃焼悪化が点火プラグの燻りに起因するものか否かを判定する第２の判定処理と、
前記点火プラグの燻りを回復するための燻り回復制御を実行する燻り回復処理と、
燃焼ガスに起因する燃焼悪化を回復するための燃焼回復制御を実行する燃焼回復処理と、前記燻り回復処理よりも短い時間だけ前記燻り回復制御を実行する試験的燻り回復処理のうち、少なくとも一方の処理を実行する予備回復処理と、を備え、
前記第１の判定処理により燃焼悪化が生じたと判定された場合に、前記予備回復処理を実行し、前記予備回復処理の実行後に前記第２の判定処理により燃焼悪化が前記点火プラグの燻りに起因すると判定された場合に、前記燻り回復処理を実行してなる点火プラグの燻り抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関に適用され、点火プラグの燻りを検出して抑制することが可能な点火プラグの燻り抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００２−１６１８４１号公報）に開示されているように、点火プラグの燻りを抑制する機能を備えた内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、内燃機関の運転状態に応じて増減する燻りカウンタを用意し、燻りカウンタが所定値よりも大きい場合には、燻り回復制御を実行するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６１８４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１２２０９号公報
【特許文献３】特開２０１０−２７５８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、点火プラグの燻りが発生していなくても、例えば過剰なＥＧＲ、空燃比のリーン化等により燃焼状態が悪化し、運転状態が変化することがある。即ち、従来技術では、燻り以外の原因によって運転状態が変化した場合でも、点火プラグの燻りが発生したと誤判定されることがあり、この場合には、不要な燻り回復制御が実行されて燃費が悪化するという問題がある。
【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、本発明の目的は、点火プラグの燻りに起因する燃焼悪化と、他の原因による燃焼悪化とを識別することにより、燻りの発生を精度よく判定し、燻りに対処する制御を適切なタイミングで実行することが可能な点火プラグの燻り抑制方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、筒内で燃焼悪化が生じたか否かを判定する第１の判定処理と、燃焼悪化が点火プラグの燻りに起因するものか否かを判定する第２の判定処理と、前記点火プラグの燻りを回復するための燻り回復制御を実行する燻り回復処理と、燃焼ガスに起因する燃焼悪化を回復するための燃焼回復制御を実行する燃焼回復処理と、前記燻り回復処理よりも短い時間だけ前記燻り回復制御を実行する試験的燻り回復処理のうち、少なくとも一方の処理を実行する予備回復処理と、を備え、前記第１の判定処理により燃焼悪化が生じたと判定された場合に、前記予備回復処理を実行し、前記予備回復処理の実行後に前記第２の判定処理により燃焼悪化が前記点火プラグの燻りに起因すると判定された場合に、前記燻り回復処理を実行するようにしている。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、燃焼悪化が発生した場合には、当該燃焼悪化の原因が燃焼ガスと点火プラグの何れであるかを識別することができる。そして、点火プラグの燻りが原因である場合にのみ、燻り回復制御を実行し、点火プラグの燻りを抑制及び回復することができる。従って、燃焼ガスによる燃焼悪化を排除して燻りの発生を精度よく判定し、燻り回復制御を適切なタイミングで実行することができる。これにより、燻り回復制御が無駄に実行されるのを抑制し、内燃機関の運転効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に適用されるエンジンのシステム構成を説明するための構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される燻り抑制制御の一例を示すフローチャートである。
【図３】点火プラグの燻りが発生していない場合と燻りが進行した場合のそれぞれについて、着火遅れの大きさを示す特性線図である。
【図４】正常時と燻り進行時のそれぞれについて、着火遅れの分布状態を示す特性線図である。
【図５】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される燻り抑制制御の一例を示す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の構成］
以下、図１乃至図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に適用されるエンジンのシステム構成を説明するための構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１では、エンジン１０の１気筒のみを例示している。エンジン１０の筒内に設けられたピストン１２は、クランク軸１４に連結され、筒内に燃焼室１６を形成している。また、エンジン１０は、燃焼室１６内に空気を吸込む吸気通路１８と、吸気通路１８を流れる吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２０と、燃焼室１６内の排気ガスが排出される排気通路２２と、排気ガスを浄化する触媒２４とを備えている。また、エンジン１０の各気筒は、吸気通路１８内に燃料を噴射する燃料噴射弁２６と、筒内の混合気に点火する点火プラグ２８と、吸気バルブ３０、排気バルブ３２等を備えている。なお、エンジン１０には、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路１８に還流させるＥＧＲ回路を搭載してもよい。
【００１０】
また、本実施の形態のシステムは、エンジン１０の運転状態を検出するセンサ系統と、センサ系統の出力に基いてエンジン１０を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。センサ系統には、エンジン１０の回転数（機関回転数）及びクランク角を検出するための信号を出力するクランク角センサ４０、吸入空気量を検出するエアフローセンサ４２、燃焼室１６内の圧力（筒内圧）を検出する筒内圧センサ４４等が含まれている。ＥＣＵ５０は、センサ系統の出力に基いて吸入空気量（実空気量）、機関回転数、機関負荷等を算出し、これらの算出結果に基いてスロットルバルブ２０、燃料噴射弁２６、点火プラグ２８等のアクチュエータを駆動する。これにより、ＥＣＵ５０は、筒内の混合気を燃焼させつつ、エンジン１０の運転状態を制御することができる。また、ＥＣＵ５０は、点火プラグ２８の燻りを抑制するために、以下の燻り抑制制御を実行する。
【００１１】
［実施の形態１の特徴］
図２は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される燻り抑制制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジン運転中に繰り返し実行されるものとする。図２に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、ＥＣＵ５０に記憶された燻りカウンタのカウンタ値が制御開始用の判定値よりも大きいか否かを判定する。ここで、燻りカウンタは、例えば点火プラグ２８の燻りが発生し易い運転領域での運転中に加算されるもので、制御開始用の判定値は、燻り抑制制御が必要となるカウンタ値に応じて予め設定されている。
【００１２】
ステップ１００の判定が成立した場合には、燻り抑制制御を実行するためにステップ１０２に移行し、ステップ１０２では、センサ系統の出力等に基いて検出または算出された各種の制御パラメータを読込む。このパラメータには、例えば機関回転数ＮＥ、機関負荷ＫＬ、ＥＧＲ量等が含まれている。一方、ステップ１００の判定が不成立の場合には、当該判定が成立するまで待機する。
【００１３】
次に、ステップ１０４では、着火遅れの基準値μと、着火遅れの標準偏差３σ（ＣＡ１０−ＳＡ）とを算出する。ここで、着火遅れとは、例えば点火プラグ２８により点火が行われてから燃焼割合ＭＦＢが特定の値に到達するまでのクランク角の期間として定義される。より具体的に述べると、本実施の形態において、着火遅れ（ＣＡ１０−ＳＡ）は、点火時期ＳＡと、燃焼割合ＭＦＢが１０％に到達した時点のクランク角ＣＡ１０との差分として算出される。なお、燃焼割合ＭＦＢ（Mass Fraction Burned）は、筒内圧センサ４４の出力等に基いて算出される公知のパラメータである。また、着火遅れの算出に用いるＭＦＢの特定の値は、必ずしも１０％である必要はなく、他の値でもよい。
【００１４】
ステップ１０４では、まず、点火プラグ２８の燻りが発生していない場合（正常時）の着火遅れである基準値μを算出する。着火遅れは、機関回転数ＮＥ、機関負荷ＫＬ、ＥＧＲ量等のパラメータに応じて変化するので、基準値μは、これらのパラメータを引数とするデータマップに記憶されている。ステップ１０４では、前記ステップ１０２により取得した現時点のパラメータと、前記データマップとに基いて、基準値μを算出する。このようにして算出された基準値μは、現時点の運転状態において、点火プラグ２８の燻りが生じていない場合の着火遅れ（ＣＡ１０−ＳＡ）に相当した値となる。
【００１５】
また、ステップ１０４では、現時点を含む一定のサイクル数における着火遅れの標準偏差３σ（ＣＡ１０−ＳＡ）を算出する。ＥＣＵ５０には、複数のサイクルにわたる着火遅れの時系列データが記憶されており、標準偏差３σ（ＣＡ１０−ＳＡ）は、この時系列データの一部を用いて、公知の標準偏差の算出方法により算出される。なお、各サイクルの着火遅れを算出する処理は、ステップ１０４で実行してもよいし、図２と異なるルーチンで実行してもよい。また、以下の説明では、「標準偏差３σ（ＣＡ１０−ＳＡ）」を単に「標準偏差３σ」と表記する場合がある。
【００１６】
このようにして算出された着火遅れの標準偏差３σは、筒内の燃焼状態が反映された指標となる。具体的に述べると、点火プラグ２８の燻りまたは他の原因により燃焼悪化が生じた場合には、着火遅れ（ＣＡ１０−ＳＡ）及び標準偏差３σが増加する傾向がある。ここで、図３は、点火プラグの燻りが発生していない正常時と燻りが進行した場合（燻り進行時）のそれぞれについて、着火遅れの大きさを示す特性線図である。また、図４は、正常時と燻り進行時のそれぞれについて、着火遅れの分布状態を示す特性線図である。これらの図に示すように、着火遅れ及びその標準偏差３σは、点火プラグ２８の燻りが進行するほど大きくなる傾向がある。従って、他の原因による燃焼悪化を排除した状態では、着火遅れ及び標準偏差３σに基いて燻りの進行度を判定することができる。
【００１７】
（第１の判定処理）
前述のステップ１０４により、着火遅れの基準値μ及び標準偏差３σが算出されるので、ステップ１０６では、基準値μと標準偏差３σとの比率である指標（３σ／μ）を算出し、この指標（３σ／μ）が燃焼判定用の判定値Ｘよりも大きいか否かを判定する。筒内で燃焼悪化が生じた場合には、指標（３σ／μ）が増加する傾向があり、判定値Ｘは、燃焼悪化が生じたときの指標（３σ／μ）に対応して予め設定されている。このため、ステップ１０６の判定が成立した場合には、何らかの理由により燃焼悪化が生じたと判定されるので、ステップ１０８に移行する。一方、ステップ１０６の判定が不成立の場合には、燃焼悪化が生じていないので、ステップ１００に戻る。
【００１８】
（燃焼回復処理）
次に、ステップ１０８では、少なくとも燃焼ガスに起因する燃焼悪化を回復するための燃焼回復制御を実行する。燃焼ガスに起因する燃焼悪化とは、例えばＥＧＲ量が多過ぎたり、空燃比がリーン化し過ぎることにより生じる燃焼悪化を意味している。燃焼回復制御の一例としては、点火プラグ２８の通電時間を通常時（燃焼回復制御の非実行時）よりも増加させる制御が挙げられる。燃焼回復制御によれば、ステップ１０６により燃焼悪化が生じたと判定された場合に、燃焼ガスに起因する燃焼悪化を回復することができる。なお、本実施の形態において、燃焼回復処理は、予備回復処理の一例を示すものである。
【００１９】
（第２の判定処理）
次に、ステップ１１０，１１２，１１４では、燃焼悪化が点火プラグ２８の燻りに起因するものか否かを判定する第２の判定処理を実行する。詳しく述べると、ステップ１１０では、まず、前記ステップ１０６と同様に指標（３σ／μ）を算出する。そして、新たに算出した指標（３σ／μ）が前記判定値Ｘよりも大きいか否かを判定する。この判定が成立した場合には、燃焼回復制御の効果が得られなかったので、燃焼ガス以外の原因、即ち、点火プラグ２８が原因で燃焼悪化が生じたと判定し、ステップ１１２に移行する。一方、ステップ１１０の判定が不成立の場合には、燃焼回復制御の効果が得られたので、燃焼悪化の原因は燃焼ガスであり、点火プラグ２８ではないと判定する。この場合には、後述の燻り回復制御を実行せずに、ステップ１００に戻る。
【００２０】
次に、ステップ１１２では、燃焼悪化の原因が点火プラグ２８のカーボンデポジットであるか金属デポジットであるかを判定するために、試験的燻り回復制御を実行する。試験的燻り回復制御とは、後述のステップ１１６で実行する燻り回復制御を、ステップ１１６と比較して短い時間だけ実行するものである。ここで、点火プラグ２８の燻りが発生している場合、即ち、点火プラグ２８にカーボンデポジットが付着している場合には、試験的燻り回復制御により燻りが軽減されるので、燃焼悪化の程度は、試験的燻り回復制御の実行前よりも実行後の方が小さくなる。これに対し、点火プラグ２８に付着した金属デポジットにより燃焼悪化が生じている場合には、燻り回復制御（試験的燻り回復制御）により金属デポジットが除去されないので、燃焼悪化の程度は、試験的燻り回復制御の実行前後で大きく変化しない傾向がある。
【００２１】
そこで、ステップ１１４では、試験的燻り回復制御により得られた効果に基いて、燃焼悪化の原因が点火プラグ２８のカーボンデポジットであるか金属デポジットであるかを判定する。具体的に述べると、ステップ１１４では、試験的燻り回復制御の実行後に前記指標（３σ／μ）を再び算出し、当該制御の実行前と実行後における前記指標（３σ／μ）の変化量Δ（３σ／μ）を算出する。そして、この変化量Δ（３σ／μ）が予め設定された判定値Ｙよりも大きいか否かを判定する。ここで、判定値Ｙは、変化量Δ（３σ／μ）のノイズ、ばらつき等による誤判定を防止するためのものである。
【００２２】
ステップ１１４の判定が成立した場合には、燃焼悪化の指標である指標（３σ／μ）が試験的燻り回復制御の実行前後で変化しているので、試験的燻り回復制御の効果が得られている。従って、点火プラグ２８の燻り（カーボンデポジット）が燃焼悪化の原因であると判定し、ステップ１１６に移行する。一方、ステップ１１４の判定が不成立の場合には、試験的燻り回復制御の実行前後で指標（３σ／μ）が殆ど変化していないとみなされる。この場合には、試験的燻り回復制御の効果が得られないので、金属デポジットが燃焼悪化の原因であると判定し、ステップ１００に戻る。
【００２３】
（燻り回復処理）
上記ステップ１０６，１１０，１１４の判定が全て成立した場合には、燃焼悪化の原因が点火プラグ２８の燻りであると特定される。この場合、ステップ１１６では、点火プラグ２８の燻りを回復するための燻り回復制御を実行する。燻り回復制御は、燃焼室１６及び点火プラグ２８の温度を上昇させることにより、点火プラグ２８にカーボンデポジットが付着するのを抑制すると共に、付着したカーボンデポジットの焼失を促進するものである。温度を上昇させる方法としては、例えば燃料噴射量を変化させたり、点火プラグ２８の通電時間を増加させる制御、エンジン回転数を増加させる制御等が知られている。また、例えば特開２００２−１６１８４１号公報に記載されているように、エンジン１０に付設された発電機を制御して、当該発電機によりエンジン１０に付加する電気負荷を増大させることにより、燃焼室１６内の温度を上昇させてもよい。
【００２４】
次に、ステップ１１８では、燻り回復処理により点火プラグ２８の燻りが回復されたか否かを判定する。具体的には、燻り回復処理の実行後に前記指標（３σ／μ）を再び算出し、算出した指標（３σ／μ）が前記判定値Ｘよりも小さいか否かを判定する。ステップ１１８の判定が成立した場合には、燻り回復処理により点火プラグ２８の燻りが減少して、燃焼悪化が回復したと判定し、本ルーチンを終了する。一方、ステップ１１８の判定が不成立の場合には、燻り抑制制御を一旦終了して最初から実行するために、ステップ１００に戻る。
【００２５】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、燃焼悪化が発生した場合には、当該燃焼悪化の原因が燃焼ガス、点火プラグ２８のカーボンデポジット、金属デポジットのうち何れであるかを識別することができる。そして、カーボンデポジットが原因である場合にのみ、燻り回復制御を実行し、点火プラグ２８の燻りを抑制及び回復することができる。従って、他の原因を排除して燻りの発生を精度よく判定し、燻り回復制御を適切なタイミングで実行することができる。そして、燻り以外の原因で燻り回復制御が無駄に実行されるのを抑制し、エンジン１０の運転効率を向上させることができ、省エネルギ化及び燃費の向上を促進することができる。
【００２６】
なお、前記実施の形態１では、第１及び第２の判定処理（ステップ１０６，１１０〜１１４）を実行することにより、燃焼悪化の原因が燃焼ガス、カーボンデポジット及び金属デポジットの何れであるかを識別するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第２の判定処理としてステップ１１０のみを実行し、ステップ１１２，１１４を省略してもよい。具体的には、図２において、ステップ１１０の判定が成立した場合にステップ１１６を実行する制御とすればよい。この制御によっても、特に金属デポジットが発生し難い環境等においては、燃焼ガスに起因する燃焼悪化を排除して燻りの発生を十分な精度で判定することができ、本発明の目的を達成することができる。
【００２７】
実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様の燻り抑制制御に対して、燃焼回復処理及び第２の判定処理を変更したことを特徴としている。図５は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される燻り抑制制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すように、本実施の形態による燻り抑制制御は、図２中のステップ１０８，１１０をステップ１０８′，１１０′に変更したものである。ここで、ステップ１０８′は、予備回復処理の一例である試験的燻り回復処理を示している。また、ステップ１１０′は、前記ステップ１１０と同様に、第２の判定処理の一部を構成している。
【００２８】
図２に示すルーチンでは、まず、ステップ１０６により燃焼悪化が生じたと判定した場合に、ステップ１０８′により前述した試験的燻り回復制御を実行する。次に、ステップ１１０′では、着火遅れが予め設定された判定値Ｚよりも小さいか否かを判定する。ステップ１１０′の判定が成立した場合には、燃焼悪化が点火プラグ２８に起因するものであると判定し、ステップ１１２に移行する。一方、ステップ１１０′の判定が不成立の場合には、燃焼悪化が燃焼ガスに起因するものであると判定し、ステップ１００に戻る。
【００２９】
このように構成される本実施の形態でも、燃焼悪化の原因が燃焼ガス、点火プラグ２８のカーボンデポジット、金属デポジットのうち何れであるかを識別することができ、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、本発明では、実施の形態２においても、第２の判定処理としてステップ１１０′のみを採用してステップ１１２，１１４を省略し、ステップ１１０′の判定が成立した場合にステップ１１６を実行する制御としてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  ピストン
１６  燃焼室
１８  吸気通路
２２  排気通路
２６  燃料噴射弁
２８  点火プラグ
４４  筒内圧センサ
５０  ＥＣＵ
【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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