(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、プレイグの発生を良好に回避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。【解決手段】図４に示すルーチンでは、先ず、プレイグ抑制噴射の開始時期ＣＡｓｔ（ｋ）が設定される（ステップ１００）。続いて、インジェクタ１４の追加駆動が開始され、筒内圧Ｐｃｙｌと燃圧Ｐｆとの差圧ΔＰから、噴射流量Ｑｆが演算される（ステップ１１０）。続いて、噴射流量Ｑｆの演算値が積算され、実噴射量Ｑｒ（ｋ）が算出される（ステップ１２０）。続いて、算出した実噴射量Ｑｒ（ｋ）が目標噴射量Ｑｔ（ｋ）よりも大きいか否かが判定される（ステップ１３０）。実噴射量Ｑｒ（ｋ）が目標噴射量Ｑｔ（ｋ）よりも大きいと判定された場合には、インジェクタ１４の追加駆動が停止される（ステップ１４０）。【選択図】図４
2012189061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記燃料噴射手段に供給される燃料の圧力を取得する燃圧取得手段と、
前記内燃機関の筒内圧を取得する筒内圧取得手段と、
プレイグニッションの発生が予見された場合に、前記燃料噴射手段を一時的に作動させる作動制御手段と、
前記作動制御手段によって前記燃料噴射手段を作動させる際に、前記燃圧取得手段により取得した燃料の圧力と、前記筒内圧取得手段により取得した筒内圧との差圧を用いて、前記燃料噴射手段の作動終了タイミングを制御する作動終了タイミング制御手段と、
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】
前記作動終了タイミング制御手段は、
前記差圧を用いて、前記燃料噴射手段の作動中における実噴射量を算出する実噴射量算出手段と、
前記実噴射量算出手段により算出した実噴射量と、前記燃料噴射手段の作動中に噴射すべき燃料の目標値としての目標噴射量とを比較する噴射量比較手段と、
前記実噴射量算出手段により算出した実噴射量が前記目標燃料量を超えた場合に、前記燃料噴射手段の作動を停止する作動停止手段と、
を備え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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、プレイグニッションの発生を抑制する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、いわゆるプレイグニッション（以下、「プレイグ」ともいう。）が発生する場合がある。プレイグは、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をいう。
【０００３】
プレイグの発生を抑制する技術として、従来、例えば特許文献１には、筒内圧のモデル値と実測値との偏差を用いてプレイグの発生を予測し、その発生が予測された場合には、インジェクタを追加駆動して燃料を筒内に噴射する内燃機関の制御装置が開示されている。プレイグの発生が予測された場合に燃料を噴射すれば、その気化潜熱によって筒内を冷却できるので、プレイグの発生を遅らせて回避することができる。
【０００４】
また、例えば特許文献４には、内燃機関のある吸気行程において、プレイグが発生したと判断された場合には、その次のサイクルの点火前の圧縮行程において、インジェクタを追加駆動して燃料を筒内に噴射する内燃機関の制御装置が開示されている。プレイグは気筒内の圧力の上昇を伴う圧縮行程で発生し易いので、点火前の圧縮行程で燃料を噴射すれば、より効果的にプレイグの発生を回避することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０７１２８４号公報
【特許文献２】特開２００３−２０６７９６号公報
【特許文献３】特開２００５−００９４５７号公報
【特許文献４】特開平１１−１５９３６８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、上記特許文献１においては、インジェクタの追加駆動時に噴射する燃料量が、その通常駆動時に噴射した燃料量の１０％から２００％までの一定値に設定される。しかしながら上述のとおり、圧縮行程は気筒内の圧力の上昇を伴うので、その上昇分を考慮していない場合には、インジェクタの追加駆動中に、設定した燃料量を正確に噴射できない可能性がある。これに関し、上記特許文献４においても、点火前の圧縮行程において、設定した燃料量を正確に噴射するための具体的な方法は開示されていない。これらのことから、上記特許文献の技術では、プレイグの発生を十分に回避できず、ドライバビリティの悪化やエンジン破損に繋がる可能性があった。
【０００７】
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ある。即ち、プレイグの発生を良好に回避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燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記燃料噴射手段に供給される燃料の圧力を取得する燃圧取得手段と、
前記内燃機関の筒内圧を取得する筒内圧取得手段と、
プレイグニッションの発生が予見された場合に、前記燃料噴射手段を一時的に作動させる作動制御手段と、
前記作動制御手段によって前記燃料噴射手段を作動させる際に、前記燃圧取得手段により取得した燃料の圧力と、前記筒内圧取得手段により取得した筒内圧との差圧を用いて、前記燃料噴射手段の作動終了タイミングを制御する作動終了タイミング制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、
前記作動終了タイミング制御手段は、
前記差圧を用いて、前記燃料噴射手段の作動中における実噴射量を算出する実噴射量算出手段と、
前記実噴射量算出手段により算出した実噴射量と、前記燃料噴射手段の作動中に噴射すべき燃料の目標値としての目標噴射量とを比較する噴射量比較手段と、
前記実噴射量算出手段により算出した実噴射量が前記目標燃料量を超えた場合に、前記燃料噴射手段の作動を停止する作動停止手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、上記作動制御手段によって上記燃料噴射手段を作動させる際に、上記燃圧取得手段により取得した燃料の圧力と、上記筒内圧取得手段により取得した筒内圧との差圧を用いて、上記燃料噴射手段の作動終了タイミングを制御できる。上記燃料噴射手段の作動中に噴射される燃料量は、上記差圧に応じて時々刻々変化する。そのため、上記差圧を用いれば、噴射される燃料量の正確な算出が可能となるので、燃料噴射手段の作動終了タイミングを高精度に制御でき、プレイグの発生を良好に回避できる。
【００１１】
第２の発明によれば、上記燃料噴射手段の作動中に実際に噴射した燃料量を算出し、この燃料量が目標燃料量を超えた場合に、上記作動停止手段によって燃料噴射手段の作動を停止できる。目標燃料量は、上記燃料噴射手段の作動中に噴射すべき燃料量の目標値であるので、この目標燃料量を超えるまで上記燃料噴射手段を作動すれば、燃料を過不足なく使用しつつ、プレイグの発生を良好に回避できる。また、噴射される燃料量の安定化を図ることが可能となるので、上記燃料噴射手段の作動中における空燃比制御性を向上させて排気エミッションの悪化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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２】実施の形態における噴射終了時期制御の一例を示した図である。
【図３】差圧ΔＰと噴射流量係数φとの関係を示した図である。
【図４】実施の形態において、ＥＣＵ５０により実行される噴射終了時期制御を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態において、ＥＣＵ５０により実行されるプレイグ抑制噴射の開始時期ＣＡｓｔ（ｋ）の設定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】
【００１３】
［システム構成の説明］
以下、図１乃至図５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。
【００１４】
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Ｐｃｙｌ」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、燃料タンク２２と燃料パイプ２４を介して接続されている。燃料パイプ２４上には、サプライポンプ２６が接続され、サプライポンプ２６によって加圧された高圧の燃料がコモンレール２０内に貯留される。コモンレール２０には、その内部の燃料の圧力（以下、「燃圧Ｐｆ」と称す。）を検出する燃圧センサ２８が設置されている。
【００１５】
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３０を備えている。ターボ過給機３０は、排気タービン３０ａと、この排気タービン３０ａによって駆動される吸気コンプレッサ３０ｂとを有している。排気タービン３０ａは、排気通路３２の途中に配置されている。吸気コンプレッサ３０ｂは、吸気通路３４の途中に配置されている。
【００１６】
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）５０を備えている。ＥＣＵ５０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。ＥＣＵ５０の入力側には、筒内圧センサ１８、燃圧センサ２８、クランク角センサ３６等が接続されている。ＥＣＵ５０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。
【００１７】
［本実施形態の特徴］
ところで、近年の燃費に対する要求の高まりから、大排気量のエンジンと同等の出力を確保しつつ、小排気量化による燃費向上を狙った小型の過給エンジンが開発されており、このような小型過給エンジンに対しては、より厳しい運転領域における出力向上が求められている。本実施形態のエンジン１０は、このような小型過給エンジンであり、その出力の向上のためには、より多くの混合気を気筒１２内に充填する必要がある。しかしながら、気筒１２内の混合気量が増えるほど圧縮行程における筒内圧Ｐｃｙｌや、混合気温度が上昇するのでプレイグが発生し易くなる。従って、このような小型過給エンジンでのプレイグの発生には、十分な対策が望まれるところである。
【００１８】
プレイグの発生を事前に検知等した場合、圧縮行程でインジェクタ１４を追加駆動するプレイグ抑制噴射を実行すれば、効果的にプレイグの発生を回避できるので望ましい。また、このプレイグ抑制噴射に際しては、噴射すべき燃料量の目標値（以下、「目標噴射量Ｑｔ」と称す。）を設定し、この目標噴射量Ｑｔに基づいてインジェクタ１４の追加駆動期間を設定すれば、必要以上に燃料噴射されずに済むので望ましい。
【００１９】
しかしながら、圧縮行程における筒内圧Ｐｃｙｌは、クランク角度に応じて変わり、圧縮行程の後半ほど高くなる。そのため、圧縮行程においては、筒内圧Ｐｃｙｌと燃圧Ｐｆとの差圧ΔＰが、圧縮行程の後半ほど小さくなる。従って、差圧ΔＰが大きい間は燃料が勢い良く噴射されるが、差圧ΔＰが小さくなるに連れてその勢いが低下するので噴射量が減少する。故に、設定した追加駆動期間内に、目標噴射量Ｑｔが正確に噴射されない可能性がある。
【００２０】
そこで、本実施形態では、上記追加駆動期間ではなく、プレイグ抑制噴射の開始後から差圧ΔＰを逐次演算して実際に噴射した燃料量（以下、「実噴射量Ｑｒ」と称す。）を求めて、その終了時期ＣＡｅｄを制御することとした（噴射終了時期制御）。図２は、本実施形態における噴射終了時期制御の一例を示した図である。図２に示すように、筒内圧Ｐｃｙｌは、吸気行程後に徐々に増加し、点火後は更に増加して最大値に到達し、その後減少する。一方、燃圧Ｐｆは、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程において一定の値を取る。実噴射量Ｑｒは、図２の網掛け部分の面積に相当するものであり、プレイグ抑制噴射の開始時期ＣＡｓｔ以降の差圧ΔＰを逐次演算し、この演算値を用いることで求められる。
【００２１】
差圧ΔＰの演算値は、それぞれ噴射流量Ｑｆの算出に用いられる。噴射流量Ｑｆは、インジェクタ１４のノズル開口面積Ｓに、噴射流量係数φを乗算することで求められる（Ｑｆ＝Ｓ×φ）。ここで、ノズル開口面積Ｓは、インジェクタ１４のノズル形状によって決定される固定値である。一方、噴射流量係数φは、いわゆる絞りの式と差圧ΔＰとから決定される。図３は、差圧ΔＰと噴射流量係数φとの関係を示した図である。図３に示すように、噴射流量係数φは、差圧ΔＰが大きい領域においては差圧ΔＰとほぼ比例関係を示し、差圧ΔＰが小さい領域においては、その低下の度合いを強めながらゼロに向かう。このような関係は、マップデータ化し予めＥＣＵ５０内部に記憶されているものとする。
【００２２】
本実施形態における噴射終了時期制御は、このように求めた噴射流量Ｑｆを積算して実噴射量Ｑｒを求め、求めた実噴射量Ｑｒと目標噴射量Ｑｔとを比較する。そして、求めた実噴射量が目標噴射量Ｑｔを超えた場合に、プレイグ抑制噴射を終了する。これにより、燃料を無駄なく使用しつつ、プレイグの発生を効果的に回避できる。また、噴射量の安定化を図ることが可能となるので、プレイグ抑制噴射時における空燃比制御性を向上させて排気エミッションの悪化を抑制できる。
【００２３】
［本実施形態における具体的処理］
次に、図４および図５を参照して、上述した噴射終了時期制御を実現するための具体的な処理について説明する。図４は、本実施形態において、ＥＣＵ５０により実行される噴射終了時期制御を示すフローチャートである。図４に示すルーチンは、本ルーチンとは別の公知のルーチンによって、プレイグの発生が予測された際に実行されるものとする。
【００２４】
図４に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ５０は、プレイグ抑制噴射の開始時期ＣＡｓｔ（ｋ）を設定する（ステップ１００）。本ステップにおいて、プレイグ抑制噴射の開始時期ＣＡｓｔ（ｋ）は、本ルーチンと同時並行で実行される図５のサブルーチン（詳細は後述）によって算出された値を用いる。なお、開始時期ＣＡｓｔ（ｋ）の初期値即ち開始時期ＣＡｓｔ（１）としては、吸気ＢＤＣ後３０°ＣＡが用いられているものとする。
【００２５】
続いて、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１４の追加駆動を開始すると共に、筒内圧Ｐｃｙｌと燃圧Ｐｆとの差圧ΔＰから、噴射流量Ｑｆを演算する（ステップ１１０）。具体的に、ＥＣＵ５０は、開始時期ＣＡｓｔ（ｋ）以降にＥＣＵ５０に入力された筒内圧Ｐｃｙｌと燃圧Ｐｆとから差圧ΔＰを算出し、この差圧ΔＰから噴射流量係数φをマップサーチし、この噴射流量係数φを、予め記憶しておいた算出式（Ｑｆ＝Ｓ×φ）に代入することで、噴射流量Ｑｆを演算する。これらの演算値は、筒内圧Ｐｃｙｌや燃圧Ｐｆの入力時期毎にＥＣＵ５０内に一時的に記憶されるものとする。
【００２６】
続いて、ＥＣＵ５０は、噴射流量Ｑｆの演算値を積算して、実噴射量Ｑｒ（ｋ）を算出する（ステップ１２０）。本ステップにおいて、ＥＣＵ５０は、筒内圧Ｐｃｙｌや燃圧Ｐｆの入力時期毎に実噴射量Ｑｒ（ｋ）を算出し、その内部に一時的に記憶しておくものとする。続いて、ＥＣＵ５０は、記憶しておいた実噴射量Ｑｒ（ｋ）が目標噴射量Ｑｔ（ｋ）よりも大きいか否かを判定する（ステップ１３０）。なお、本ステップにおいて、実噴射量Ｑｒ（ｋ）と比較される目標噴射量Ｑｔ（ｋ）は、プレイグ抑制噴射の直前に、エンジン１０の駆動を目的として噴射された通常噴射時の目標噴射量に所定の係数を乗算した値が用いられるものとする。なお、通常噴射時の目標噴射量の決定方法は公知であるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００２７】
ステップ１３０で実噴射量Ｑｒ（ｋ）が目標噴射量Ｑｔ（ｋ）よりも大きいと判定された場合には、プレイグの発生が回避されたと判断できるので、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１４の追加駆動を停止してプレイグ抑制噴射を終了する（ステップ１４０）。本ステップの処理に際しては、プレイグ抑制噴射の終了時期ＣＡｅｄ（ｋ）が、ＥＣＵ５０内に記憶されるものとする。一方、ステップ１３０で実噴射量Ｑｒ（ｋ）が目標噴射量Ｑｔ（ｋ）以下であると判定された場合には、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１４の追加駆動を停止せずにステップ１１０に戻り、噴射流量Ｑｆを再度演算する。
【００２８】
次に、図５を参照しながら、プレイグ抑制噴射の開始時期ＣＡｓｔ（ｋ）の設定方法について説明する。図５は、本実施形態において、ＥＣＵ５０により実行されるプレイグ抑制噴射の開始時期ＣＡｓｔ（ｋ）の算出ルーチンを示すフローチャートである。図５に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ５０は、前回のプレイグ抑制噴射の終了時期ＣＡｅｄ（ｋ−１）と、前回のプレイグ抑制噴射の終了限界時期ＣＡｌｍｔ（ｋ−１）とを取得する（ステップ２００）。本ステップでは、ＥＣＵ５０は、図４のステップ１４０でＥＣＵ５０内に記憶した終了時期ＣＡｅｄ（ｋ−１）を取得する。また、ＥＣＵ５０は、本ルーチンとは別の処理により設定し、ＥＣＵ５０内に記憶された終了限界時期ＣＡｌｍｔ（ｋ−１）を取得する。
【００２９】
ここで、終了限界時期ＣＡｌｍｔ（ｋ−１）とは、プレイグ抑制噴射を強制終了する時期であり、本実施の形態においては、噴射燃料が上昇中のピストン頂面に接触する接触時期ＣＡｐｔ（ｋ−１）と、点火プラグ１６の点火時期ＣＡｉｇｔ（ｋ−１）とのうち、早期に到来する方に設定されている。このような終了限界時期ＣＡｌｍｔ（ｋ−１）を設定するのは、噴霧燃料の気化が不十分で冷却性能が低下する接触時期ＣＡｐｔ（ｋ−１）や、プレイグが発生し得ない点火後を除外するためである。接触時期ＣＡｐｔ（ｋ−１）には、別途実験等により設定されＥＣＵ５０内に記憶されている値が用いられている。また、点火時期ＣＡｉｇｔ（ｋ−１）には、エンジン１０の運転状態に基づいて決定される基本点火時期を各種公知のパラメータで補正することで算出した値が用いられている。なお、点火時期ＣＡｉｇｔ（ｋ−１）の算出方法は公知であるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００３０】
続いて、ＥＣＵ５０は、ステップ２００で取得した終了時期ＣＡｅｄ（ｋ−１）と、終了限界時期ＣＡｌｍｔ（ｋ−１）との差ΔＣＡを算出する（ステップ２１０）。続いて、ＥＣＵ５０は、ステップ２１０で算出したΔＣＡを、前回のプレイグ抑制噴射の開始時期ＣＡｓｔ（ｋ−１）から減算することで今回の開始時期ＣＡｓｔ（ｋ）を算出する（ステップ２２０）。これにより、今回のプレイグ抑制噴射の開始時期ＣＡｓｔ（ｋ）が設定される。
【００３１】
以上、図４および図５に示したルーチンによれば、筒内圧Ｐｃｙｌと燃圧Ｐｆとの差圧ΔＰから噴射流量Ｑｆを求め、この噴射流量Ｑｆを積算して求めた実噴射量Ｑｒ（ｋ）が、目標噴射量Ｑｔ（ｋ）を超えた場合に、プレイグ抑制噴射を終了することができる。従って、燃料を無駄なく使用しつつ、プレイグの発生を効果的に回避できる。また、噴射量の安定化を図ることが可能となるので、プレイグ抑制噴射時における空燃比制御性を向上させて排気エミッションの悪化を抑制できる。
【００３２】
ところで、本実施形態においては、インジェクタ１４を追加駆動するプレイグ抑制噴射を実施したが、このプレイグ抑制噴射は、インジェクタ１４の追加駆動でなくても実施できる。例えば、インジェクタ１４の他に、吸気ポートに燃料を噴射するポートインジェクタを設けたいわゆるデュアルインジェクタ方式のエンジン１０において、通常時はポートインジェクタを使用し、プレイグ抑制噴射時にインジェクタ１４を使用してもよい。つまり、プレイグの発生を事前に検知等した場合に、気筒１２内に燃料を追加噴射できるシステムであれば、本実施形態の変形としてその適用が可能である。
【００３３】
また、本実施形態は、ターボ過給機３０を備えるシステムを前提としたが、ターボ過給機３０は必ずしも必要ではなく、ターボ過給機３０を備えないシステムにも適用が可能である。
【００３４】
なお、上述した実施の形態においては、インジェクタ１４が上記第１の発明における「燃料噴射手段」に、筒内圧センサ１８が上記第１の発明における「筒内圧取得手段」に、燃圧センサ２８が上記第１の発明における「燃圧取得手段」に、ＥＣＵ５０が上記第１の発明における「作動制御手段」に、それぞれ相当する。また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が図４の一連のルーチンを実行することにより上記第１の発明における「作動終了タイミング制御手段」が実現されている。
【００３５】
また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が図４のステップ１１０、１２０の処理を実行することにより上記第２の発明における「実噴射量算出手段」が、同図のステップ１３０の処理を実行することにより上記第２の発明における「噴射量比較手段」が、同図のステップ１４０の処理を実行することにより上記第２の発明における「作動停止手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００３６】
１０  エンジン
１２  気筒
１４  インジェクタ
１６  点火プラグ
１８  筒内圧センサ
２０  コモンレール
２２  燃料タンク
２４  燃料パイプ
２６  サプライポンプ
２８  燃圧センサ
３０  ターボ過給機
３０ａ  排気タービン
３０ｂ  吸気コンプレッサ
３２  排気通路
３４  吸気通路
３６  クランク角センサ
５０  ＥＣＵ
【図１】
2012189061.tif 000003
【図２】
2012189061.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012189061.tif 000007