(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に吸入された混合気に点火する点火手段と、
前記内燃機関において、プレイグニッション発生時に比して低い筒内圧の最大値を生じる擬似プレイグニッションを発生させるために前記点火手段の点火時期を進角制御する点火時期制御手段と、
前記内燃機関の運転領域が、機関回転数と負荷とで規定される所定の低速プレイグ発生域にあるか否かを判定する低速プレイグ発生域判定手段と、
前記運転領域が前記所定の低速プレイグ発生域にある場合には、前記点火時期制御手段による進角制御自体の実行を禁止する進角制御禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
プレイグニッションの発生を検出するプレイグ検出手段と、
前記プレイグ検出手段によるプレイグニッションの発生が連続的に検出されたかに関する所定の連続検出条件の成否を判定する連続検出条件判定手段と、を備え、
前記点火時期制御手段は、前記連続検出条件が成立した場合に、前記点火時期を進角制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記点火時期制御手段は、前記擬似プレイグニッション発生時に生じる筒内圧の最大値が、前記内燃機関に用いるピストン毎に定まる所定の材料強度保証値に対応する保証圧力に近づくように前記点火時期を進角制御することを特徴とする請求項１または２に記載の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し、より詳細には、燃焼室内に堆積したデポジットを除去する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料および空気の混合気を点火プラグの火花により着火、燃焼させる内燃機関においては、点火プラグによる点火の前に、気筒内の混合気が自己着火する異常燃焼（以下、「プレイグ」ともいう。）が発生することが知られている。また、燃焼室内に堆積したデポジットがプレイグの発生要因のひとつであることも知られている。
【０００３】
プレイグ発生の抑制を目的としたデポジット除去技術として、例えば、特許文献１には、プレイグ発生気筒への燃料カット制御と、プレイグ発生気筒の点火時期遅角制御とを交互に実行する内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置によれば、上記の２つの制御を交互に実行することで、プレイグ発生気筒でノッキングを意図的に発生させ、その振動によりデポジットを除去することができる。
【０００４】
また、プレイグ発生とデポジットの関連性についての言及はないものの、特許文献２には、点火プラグへのデポジット付着を検出等した場合に、点火プラグの点火時期をＭＢＴ（Minimum spark advance for Best Torque）よりも前に進角させる過進角制御を実行する内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置によれば、過進角制御を実行することで燃焼室内の温度のピーク値を上昇して、点火プラグ周辺に付着したデポジットを酸化除去できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２２２０３０号公報
【特許文献２】特開２００８−２６７２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、エンジン運転領域の使用頻度を加味した場合、エンジン低回転の高負荷領域で発生するプレイグ（以下、「低速プレイグ」と称す。）は、他の領域、例えばエンジン高回転の高負荷領域で発生するプレイグ（以下、「高速プレイグ」と称す。）よりも発生確率が高い。そのため、低速プレイグの発生については、高速プレイグやその他の領域で発生するプレイグよりも優先的に抑制できることが望ましい。しかしながら、低速プレイグの抑制に特化したデポジット除去技術については、上記特許文献１や２には開示されておらず、故に、その開発を行う余地があると言える。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、低速プレイグ発生の抑制を目的としたデポジット除去が可能な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】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の気筒内に吸入された混合気に点火する点火手段と、
前記内燃機関において、プレイグニッション発生時に比して低い筒内圧の最大値を生じる擬似プレイグニッションを発生させるために前記点火手段の点火時期を進角制御する点火時期制御手段と、
前記内燃機関の運転領域が、機関回転数と負荷とで規定される所定の低速プレイグ発生域にあるか否かを判定する低速プレイグ発生域判定手段と、
前記運転領域が前記所定の低速プレイグ発生域にある場合には、前記点火時期制御手段による進角制御自体の実行を禁止する進角制御禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
プレイグニッションの発生を検出するプレイグ検出手段と、
前記プレイグ検出手段によるプレイグニッションの発生が連続的に検出されたかに関する所定の連続検出条件の成否を判定する連続検出条件判定手段と、を備え、
前記点火時期制御手段は、前記連続検出条件が成立した場合に、前記点火時期を進角制御することを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記点火時期制御手段は、前記擬似プレイグニッション発生時に生じる筒内圧の最大値が、前記内燃機関に用いるピストン毎に定まる所定の材料強度保証値に対応する保証圧力に近づくように前記点火時期を進角制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
擬似プレイグニッションは、その発生時にプレイグ発生時よりも低い筒内圧の最大値を生じさせて、燃焼室内のデポジットを安定的に剥離するものである。第１の発明によれば、内燃機関の運転領域が所定の低速プレイグ発生域にある場合に、この擬似プレイグニッションの発生を禁止できる。換言すれば、内燃機関の運転領域が上記低速プレイグ発生域以外にある場合に、擬似プレイグニッションを発生させることができる。つまり、本発明によれば、上記低速プレイグ発生域以外においてデポジットを積極的に剥離できるので、上記低速プレイグ発生域において発生するプレイグ、即ち低速プレイグの発生を抑制できる。
【００１２】
デポジット堆積に起因したプレイグの発生は、デポジット堆積量の増加に伴って連続的に起こり易いという特徴がある。この点、第２の発明によれば、所定の連続検出条件として、プレイグニッションの連続発生を判定し、当該連続検出条件の成立時に擬似プレイグニッションを発生させることができる。従って、本発明によれば、デポジット由来のプレイグの発生時に、確実にデポジット堆積量を低下させることができる。
【００１３】
擬似プレイグニッションによるデポジット剥離は、その発生時の筒内圧の最大値が大きいほど効果が高くなる。この点、第３の発明によれば、擬似プレイグニッション発生時に生じる筒内圧の最大値が、内燃機関に用いるピストン毎に定まる所定の材料強度保証値に対応する保証圧力に近づくように点火時期が進角制御できる。従って、本発明によれば、ピストンの信頼性を確保しつつ、擬似プレイグニッション発生時の筒内圧の最大値を上昇させて、デポジット剥離効果を発揮させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態のシステム構成を説明するための図である。
【図２】エンジン１０の運転領域を示した図である。
【図３】擬似プレイグ発生制御を実行した場合における、ピストンに堆積するデポジット厚さの推移を説明するための図である。
【図４】実施形態においてＥＣＵ３２により実行される擬似プレイグ発生制御のルーチン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】
【００１５】
［システム構成の説明］
以下、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１に示すエンジン１０は直列４気筒型エンジンであるが、本実施形態に適用可能なエンジンの気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１６】
エンジン１０の気筒１２には、燃料を気筒１２内に直接噴射するインジェクタ１４、筒内の混合気に点火する点火プラグ１６、気筒１２内の圧力（以下、「筒内圧Ｐ」と称す。）を検出する筒内圧センサ１８がそれぞれ設置されている。インジェクタ１４は、これらに共通のコモンレール２０に接続されている。コモンレール２０は、図示しない燃料タンクと接続されている。
【００１７】
また、図１に示すように、本実施形態のシステムは、ターボ過給機２２を備えている。ターボ過給機２２は、排気タービン２２ａと、この排気タービン２２ａによって駆動される吸気コンプレッサ２２ｂとを有している。排気タービン２２ａは、排気通路２４の途中に配置されている。吸気コンプレッサ２２ｂは、吸気通路２６の途中に配置されている。
【００１８】
また、本実施形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３２を備えている。ＥＣＵ３２の出力側には、インジェクタ１４、点火プラグ１６等が接続されている。ＥＣＵ３２の入力側には、筒内圧センサ１８の他、エンジン回転数を検出するクランク角センサ２８、スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ３０等が接続されている。ＥＣＵ３２は、これらのセンサ信号に基づいて、インジェクタ１４、点火プラグ１６といった各種アクチュエータを制御することができる。
【００１９】
［実施の形態の特徴］
上述したように、内燃機関の気筒内へのデポジットの堆積は、プレイグ発生要因のひとつである。デポジット堆積に起因したプレイグの発生は、エンジン１０の高負荷（筒内高温）運転時において、ピストン等に堆積したデポジットが着火源となることに起因するものである。ここで、デポジット由来のプレイグは、デポジット堆積量の増加に伴って連続的に発生し易いという特徴がある。
【００２０】
また、上述したように、エンジン低回転の高負荷域は、高回転の高負荷域に比して使用頻度が高いので、低速プレイグは高速プレイグに比してその発生確率が高い。加えて、低速プレイグ発生時には、強度的に無限保証している以上のなましＰｍａｘ（燃焼圧力の最大値の平均化処理値をいう。以下同じ。）を生じる。そのため、デポジット由来の低速プレイグが連続的に発生した場合、エンジン１０の破損に至るおそれがある。そこで、本実施形態においては、このような不具合を回避するべく、デポジット由来のプレイグを検知した場合には、以下に説明する擬似プレイグ発生制御を実行することとしている。
【００２１】
［擬似プレイグ発生制御］
擬似プレイグ発生制御とは、具体的に、点火プラグ１６の点火時期を過進角制御して、プレイグ発生時の圧力よりも低いなましＰｍａｘを生じる擬似的なプレイグを発生させる制御である。点火時期を過進角制御すれば、燃焼圧力の最大値を上昇させることができるので、なましＰｍａｘを高めることができる。なましＰｍａｘを高めることができれば、ピストン等に堆積したデポジットを剥離することが可能となるので、その堆積量を低減できる。
【００２２】
但し、擬似プレイグ発生制御の実行に際しては、エンジン１０のピストンの材料強度保証値に対応する保証圧力（設計値）よりも低いなましＰｍａｘとなるように筒内圧Ｐをモニタしながら点火時期を過進角制御する。筒内圧Ｐをモニタしながら点火時期を過進角制御すれば、点火時期の進角中に、プレイグ発生時同等のなましＰｍａｘが発生し、意図しないダメージをピストン等に与えることを未然に防止できる。なお、デポジットの剥離効果は、なましＰｍａｘが高圧であるほど高くなる。そのため、擬似プレイグ発生制御の実行に際しては、当該保証圧力に到達しない限りにおいて、点火時期が漸次進角させられる。つまり、擬似プレイグ発生制御においては、なましＰｍａｘが当該保証圧力に近づくように、点火時期が進角させられる。
【００２３】
また、本実施形態においては、低回転の高負荷域を除くエンジン１０の運転領域において、擬似プレイグ発生制御を実行する。図２は、エンジン１０の運転領域を示した図である。低速プレイグは、図２に低速プレイグ発生域として示す運転領域において発生する。ここで、上述したように、デポジット由来の低速プレイグが連続的に発生した場合、エンジン１０の破損に至るおそれがある。そのため、本実施形態においては、図２に示す低速プレイグ発生域以外の領域において積極的に擬似プレイグ発生制御を実行する。こうすることで、低回転、高負荷域以外の領域においてはプレイグの発生を許容しつつも、低速プレイグの発生を効果的に抑制することができる。
【００２４】
図３は、擬似プレイグ発生制御を実行した場合における、ピストンに堆積するデポジット厚さの推移を説明するための図である。図３に示すように、堆積デポジット厚さはエンジン１０の運転時間の経過と共に増加する。図３中に示す厚さｘは、その値を超えるとプレイグの発生確率が急激に増加する厚さに相当する。この点、図３のｔ１〜ｔ２，ｔ３〜ｔ４，ｔ５〜ｔ６において擬似プレイグ発生制御を実行すれば、その期間中に堆積デポジットを減らすことができる。つまり、堆積デポジット厚さを当該厚さｘ以下に留めることができるので、デポジット由来のプレイグの発生を抑制できる。
【００２５】
［実施の形態における具体的処理］
次に、図４を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的処理について説明する。図４は、本実施形態においてＥＣＵ３２により実行される擬似プレイグ発生制御のルーチンを示すフローチャートである。
【００２６】
図４に示すように、ＥＣＵ３２は先ず、プレイグが連続発生したか否かを判定する（ステップ１００）。具体的に、ＥＣＵ３２は、筒内圧センサ１８から検出した筒内圧Ｐが、プレイグ発生時の圧力に相当する圧力（設定値）を連続して（例えば、５回）上回った場合には、プレイグが連続発生していると判定する。本ステップにおいて、プレイグが連続発生していると判定された場合、ＥＣＵ３２は、デポジット由来のプレイグであると判断し、ステップ１１０に進む。一方、プレイグが連続発生していないと判定された場合、ＥＣＵ３２は、プレイグ自体が発生していない、或いは、プレイグが発生したもののデポジット由来のものではないと判断し、ステップ１００に戻る。
【００２７】
ステップ１１０において、ＥＣＵ３２は、エンジン１０の運転領域が低回転、高負荷域にあるか否かを判定する。具体的に、ＥＣＵ３２は、クランク角センサ２８およびスロットル開度センサ３０のセンサ出力から運転領域を特定する。そして、低回転、高負荷域以外の運転領域にある場合、ＥＣＵ３２は１２０に進み、過進角制御を実行する。この過進角制御の実行については、エンジン１０が停止するまで継続される（ステップ１３０）。なお、過進角制御の実行に際しては、なましＰｍａｘが上記保証圧力に近づくように点火時期を進角することについては既述のとおりである。一方、ステップ１１０において、エンジン１０の運転領域が低回転、高負荷域の場合、ＥＣＵ３２はステップ１００に戻る。
【００２８】
以上、図４に示したルーチンによれば、プレイグが連続発生したと判定された場合に、低回転、高負荷域以外の運転領域であることを確認した上で、過進角制御を実行できる。従って、低回転、高負荷域以外の運転領域において、デポジット由来のプレイグが発生した場合に積極的にデポジットを剥離できる。よって、低速プレイグの発生を効果的に抑制できる。
【００２９】
ところで、上記実施の形態においては、ターボ過給機２２を備えるシステム構成を前提として説明したが、非ターボ型のシステムに対しても適用が可能である。デポジット由来の低速プレイグは、非ターボ型システムにおいても発生する可能性があるためである。
また、上記実施の形態においては、筒内圧センサ１８によってプレイグの発生を検出したが、振動周波数に基づいてプレイグ検出を行うプレイグ検出装置をエンジン１０に取り付けてプレイグを検出してもよい。また、ＥＣＵ３２の演算処理によりプレイグの発生を検出してもよい。
【００３０】
なお、上述した実施形態においては、点火プラグ１６が上記第１の発明における「点火手段」に相当している。
また、上述した実施形態においては、ＥＣＵ３２が、図４のステップ１２０の処理を実行することにより上記第１の発明における「点火時期制御手段」が、同図のステップ１１０の処理を実行することにより上記第１の発明における「低速プレイグ発生域判定手段」が、ステップ１１０においてエンジン１０の運転領域が低回転、高負荷域にあると判定された場合にステップ１００に戻る処理を実行することにより上記第１の発明における「進角制御禁止手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施形態においては、筒内圧センサ１８が上記第２の発明における「プレイグ検出手段」に相当している。
また、上述した実施形態においては、ＥＣＵ３２が、図４のステップ１００の処理を実行することにより上記第２の発明における「連続検出条件判定手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００３１】
１０  内燃機関
１２  気筒
１６  点火プラグ
１８  筒内圧センサ
２８  クランク角センサ
３０  スロットル開度センサ
３２  ＥＣＵ
【図１】
0005810930.tif 000002
【図２】
0005810930.tif 000003
【図３】
0005810930.tif 000004
【図４】
0005810930.tif 000005