(57)【要約】【課題】ドライバビリティやエミッションへの影響を少なくしながら異常燃焼の連発を効果的に防止する。【解決手段】異常燃焼が検知された場合、異常燃焼が検知された後の所定数のサイクルにおいて異常燃焼防止処理を実施する。異常燃焼防止処理とは、異常燃焼が検知されていない通常運転時とは異なる燃料噴射量の設定によって異常燃焼の発生を防止する処理である。本発明では、異常燃焼防止処理における燃料噴射量の設定をサイクル毎に異ならせ、異常燃焼が検知された後の２サイクル目はその他のサイクルよりも異常燃焼の防止効果が大きくなるように燃料噴射量を設定する。例えば、異常燃焼が検知された後の２サイクル目は燃料噴射量をゼロにし、他のサイクルでは通常運転時よりも燃料噴射量を増量する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異常燃焼を検知する検知手段と、
異常燃焼が検知された場合、異常燃焼が検知された後の所定数のサイクルにおいて、異常燃焼が検知されていない通常運転時とは異なる燃料噴射量の設定によって異常燃焼の発生を防止する処理（以下、異常燃焼防止処理）を実施する異常燃焼防止手段とを備え、
前記異常燃焼防止手段は、前記異常燃焼防止処理における燃料噴射量の設定をサイクル毎に異ならせ、異常燃焼が検知された後の２サイクル目はその他のサイクルよりも異常燃焼の防止効果が大きくなるように燃料噴射量を設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記異常燃焼防止手段は、異常燃焼が検知された後の２サイクル目は燃料噴射量をゼロにし、その他のサイクルでは通常運転時よりも燃料噴射量を増量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】
前記異常燃焼防止手段は、異常燃焼が検知された後は通常運転時よりも燃料噴射量を増量し、異常燃焼が検知された後の２サイクル目は燃料噴射量の増量割合を他のサイクルよりも大きく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４】
前記異常燃焼防止手段は、異常燃焼が検知された後の３サイクル目以降における燃料噴射量の増量割合を後のサイクルほど小さくしていくことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記異常燃焼防止手段は、異常燃焼により生じるノックの大きさに応じて、燃料噴射量の増量を実施するサイクルにおける燃料噴射量の増量割合を変更することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御装置は筒内圧力を計測する手段をさらに備え、
前記異常燃焼防止手段は、異常燃焼が検知されたときに計測された筒内圧力に応じて、燃料噴射量の増量を実施するサイクルにおける燃料噴射量の増量割合を変更することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記制御装置は筒内に蓄積されたデポジットの量を推定する手段をさらに備え、
前記異常燃焼防止手段は、異常燃焼が検知されたときの推定デポジット蓄積量に応じて、燃料噴射量の増量を実施するサイクルにおける燃料噴射量の増量割合を変更することを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項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、詳しくは、異常燃焼の連発を防止する機能を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノッキングやプレイグといった異常燃焼は、内燃機関の出力を低下させるだけでなくその耐久性にも悪影響を及ぼす。このため、異常燃焼の発生を防止することは内燃機関の制御上重要な課題であって、今日までに様々な解決策が提案されている。例えば、下記の特許文献１には、異常燃焼が検知された場合に燃料噴射量を増量することが記載されている。また、特許文献８には、異常燃焼が検知された場合に燃料カットを実施することが記載されている。その他の特許文献２−７にも、異常燃焼の発生の防止に関連する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６３３２２号公報
【特許文献２】特開２００１−１５２９１８号公報
【特許文献３】特開２００４−１２４８８７号公報
【特許文献４】特開２０１０−０７７９０８号公報
【特許文献５】特開２００８−３０３８３２号公報
【特許文献６】特開２０１１−１９０７２９号公報
【特許文献７】特開２００９−０３０５４１号公報
【特許文献８】特開２０１１−０８５０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、異常燃焼が一回発生すると、その後続けて異常燃焼が発生する場合がある。これを異常燃焼の連発という。異常燃焼の発生によって筒内に付着したデポジットが剥離し、その一部が次回のサイクル以降も筒内に残って着火源となることで異常燃焼の連発が起きるものと考えられる。異常燃焼の発生を防ぐ方法としては、前述のように、燃料噴射量を増量したり燃料カットを実施したりすることが有効である。ただし、そのような処理を連続して実施する場合には、ドライバビリティやエミッション性能の低下を招いたり、触媒の床温を上昇させてその劣化を早めたりする等の背反も生じることになる。よって、燃料噴射量の増量や燃料カットによって異常燃焼の連発を防ぐ上では、ドライバビリティやエミッション性能への影響を如何にして少なくするかが課題である。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、ドライバビリティやエミッション性能への影響を少なくしながら異常燃焼の連発を効果的に防止することの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】
図１は、異常燃焼発生後のサイクル数によって異常燃焼が再度発生する確率がどのように変化するかについて調べた結果を示すグラフである。前述のように、異常燃焼の発生が起きる原因は最初の異常燃焼で剥離したデポジットであるから、筒内に残存する剥離デポジットが多いサイクルほど、つまり、最初の異常燃焼に近いサイクルほど、異常燃焼が再度発生する確率は高くなる。ただし、最初の異常燃焼の次のサイクル、つまり、１サイクル目は、筒内に残存する剥離デポジットは多いものの、着火する条件がまだ整っていないために異常燃焼の発生確率はあまり高くない。このため、図１に示すように、異常燃焼の発生確率は２サイクル目において急激に増大し、３サイクル目以降は徐々に低下することになる。つまり、異常燃焼の発生確率は、異常燃焼が検知された後の２サイクル目においてピークとなる。
【０００７】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであって、本発明が提供する制御装置は以下の動作を行うように構成される。
【０００８】
本発明が提供する制御装置は、異常燃焼をサイクル毎に検知する。そして、異常燃焼が検知された場合、異常燃焼が検知された後の所定数のサイクルにおいて異常燃焼防止処理を実施する。異常燃焼防止処理とは、異常燃焼が検知されていない通常運転時とは異なる燃料噴射量の設定によって異常燃焼を防止する処理を意味する。本制御装置は、異常燃焼防止処理における燃料噴射量の設定をサイクル毎に異ならせ、異常燃焼が検知された後の２サイクル目は他のサイクルよりも異常燃焼の防止効果が大きくなるように燃料噴射量を設定する。
【０００９】
異常燃焼の連発が発生する確率は、最初の異常燃焼の発生から２サイクル目がピークであることから、このサイクルにおける異常燃焼の防止効果が大きくなるように燃料噴射量を設定することで、異常燃焼の連発を効果的に防止することができる。また、異常燃焼の発生確率が比較的低いその他のサイクルでは、２サイクル目よりも異常燃焼の防止効果が小さくなるように燃料噴射量を設定することで、ドライバビリティやエミッション性能への影響を少なくすることができる。
【００１０】
本発明が提供する制御装置には、好ましい２つの形態が存在する。第１の形態によれば、制御装置は、異常燃焼が検知された後は通常運転時よりも燃料噴射量を増量し、異常燃焼が検知された後の２サイクル目は燃料噴射量の増量割合を他のサイクルよりも大きくする。燃料噴射量の増量割合を大きくするほど、気化潜熱による冷却効果が大きくなって異常燃焼の防止効果は大きくなることから、発生確率の高い２サイクル目の異常燃焼を効果的に防止することができる。
【００１１】
一方、第２の形態によれば、制御装置は、異常燃焼が検知された後の２サイクル目は燃料噴射量をゼロにし、その他のサイクルでは通常運転時よりも燃料噴射量を増量する。燃料噴射量をゼロにすること、すなわち、燃料カットは、燃料噴射量を増量することよりも異常燃焼の防止効果が大きい処理である。この形態によれば、発生確率の高い２サイクル目の異常燃焼を効果的に防止できるだけでなく、着火源となる燃焼状態の剥離デポジットの減少により、その次のサイクル、すなわち、３サイクル目における異常燃焼の発生確率を下げることもできる。
【００１２】
上述の各形態においては、異常燃焼が検知された後の３サイクル目以降における燃料噴射量の増量割合を後のサイクルほど小さくすることがより好ましい。異常燃焼の発生確率は後のサイクルほど低下することから、燃料噴射量の増量割合も後のサイクルほど小さくすることで、ドライバビリティやエミッション性能への影響をより抑えることができる。
【００１３】
上述の各形態においては、異常燃焼により生じるノックの大きさに応じて、或いは、異常燃焼が検知されたときに計測された筒内圧力に応じて、燃料噴射量の増量を実施するサイクルにおける燃料噴射量の増量割合を変更することがより好ましい。剥離するデポジットの量は、異常燃焼の規模や筒内圧力の大きさによって左右されるからである。また、筒内に付着したデポジット量を推定し、異常燃焼が検知されたときの推定デポジット蓄積量に応じて、燃料噴射量の増量を実施するサイクルにおける燃料噴射量の増量割合を変更することも好ましい。異常燃焼の発生確率は筒内に蓄積されたデポジット量に応じて変化するからである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ドライバビリティやエミッション性能への影響を少なくしながら異常燃焼の連発を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】異常燃焼発生後のサイクル数によって異常燃焼が再度発生する確率がどのように変化するかについて調べた結果を示すグラフである。
【図２】本発明の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による異常燃焼の連発防止のための燃料噴射制御について説明するための図である。
【図４】ノック或いは筒内圧力の大きさと増量係数との関係を示すグラフである。
【図５】負荷と回転数からデポジットの蓄積量／剥離量を計算するためのマップのイメージを示す図である。
【図６】負荷と回転数からデポジットの蓄積量を推定する制御のイメージを示す図である。
【図７】デポジットの蓄積量と増量係数との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２による異常燃焼の連発防止のための燃料噴射制御について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
【００１７】
図２は、実施の形態１及び後述する実施の形態２において本発明の制御装置が適用される自動車用のエンジンシステムの構成を示す図である。このエンジンシステムに備えられる内燃機関は、ターボ過給機３８付きのガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）１０である。
【００１８】
エンジン１０は、各気筒に吸入される空気が流れる吸気通路１８と、各気筒から排出された排気ガスが流れる排気通路２０とを備えている。吸気通路１０にはターボ過給機３８のコンプレッサ３８ｂが備えられている。吸気通路１８においてコンプレッサ３８ｂの下流にはスロットル弁２２が設けられている。一方、排気通路２０にはターボ過給機３８のタービン３８ａが取り付けられている。排気通路２０においてタービン３８ａの下流には排気ガスを浄化するための触媒装置２４が設けられている。
【００１９】
エンジン１０の各気筒の内部にはピストン１２が配置されている。気筒内壁とピストン１２により燃焼室１４が形成されている。各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁２６と、燃焼室１４の混合気に点火する点火プラグ２８と、吸気通路１８と燃焼室１４との間を開閉する吸気バルブ３０と、排気通路２０と燃焼室１４との間を開閉する排気バルブ３２とが設けられている。なお、図１には便宜上１つの気筒のみが図示されているが、実際にはエンジン１０は複数の気筒を備えている。
【００２０】
本エンジンシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備える。ＥＣＵ５０は、エンジンシステム全体を総合制御する制御装置である。ＥＣＵ５０は、本エンジンシステムが備える各種センサの信号を取り込み処理する。センサはエンジンシステムの各所に取り付けられている。例えば、クランク軸１６の近傍にはクランク角センサ４０が取り付けられ、吸気通路１８の入口にはエアフローメータ４２が取り付けられている。また、エンジン１０のシリンダブロックにはノックセンサ４４が取り付けられ、各気筒には筒内圧センサ４６が取り付けられている。ＥＣＵ５０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ＥＣＵ５０によって操作されるアクチュエータには、スロットル弁２２、燃料噴射弁２６、点火プラグ２８などが含まれている。なお、ＥＣＵ５０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
【００２１】
本実施の形態においてＥＣＵ５０により実行されるエンジン制御には、異常燃焼の連発を防止するための燃料噴射制御が含まれる。以下、この目的での燃料噴射制御を連発防止制御と称す。本実施の形態の連発防止制御では、ノッキングやプレイグといった異常燃焼が一回発生した後、燃料噴射量を異常燃焼が発生していない通常運転時よりも増量し、その気化潜熱によって燃焼室１４内を冷却することによって異常燃焼の再度の発生を防止する。ただし、燃料噴射量を単に増量しただけではドライバビリティやエミッション性能を損なうことになりかねないし、それを恐れて燃料噴射量の増量を抑えた場合には異常燃焼の発生を効果的に防止することができない。
【００２２】
そこで、本実施の形態の連発防止制御では、図３のグラフに示すように、異常燃焼発生後のサイクル数に応じて燃料噴射量の増量係数を変更することにした。増量係数は燃料噴射量の基本量に乗じられる係数であって、燃料噴射量の増量割合を示している。異常燃焼の発生はノックセンサ４４が捉えるノック信号から検知することもできるし、筒内圧センサ４６によって計測される筒内圧から検知することもできる。
【００２３】
図３のグラフには、増量係数と異常燃焼発生後のサイクル数との関係を示す曲線に加えて、異常燃焼発生後のサイクル数毎の異常燃焼の発生確率が併せて示されている。それらの対比から分かるように、本実施の形態の連発防止制御では、異常燃焼の発生確率の高さに応じて増量係数が変更される。異常燃焼の発生確率は、異常燃焼発生後の１サイクル目は比較的低く、２サイクル目において急激に増大してピークを迎え、３サイクル目以降は徐々に低下する。よって、本実施の形態の連発防止制御による燃料噴射量の増量係数は、異常燃焼が検知された後の１サイクル目は比較的小さい値に抑えられ、２サイクル目において最大値とされ、３サイクル目以降は徐々に小さい値へと変更されていく。このように燃料噴射量の増量係数を設定することにより、ドライバビリティやエミッション性能への影響を少なくしながら異常燃焼の連発を効果的に防止することが可能となる。
【００２４】
また、本実施の形態の連発防止制御では、異常燃焼によって生じるノックの大きさに応じて増量係数の設定を変更することが行われる。ノックの大きさは、ノックセンサ４４によって得られるノック信号の強度から判断することができる。ノックの大きさは異常燃焼の規模を表している。異常燃焼の規模が大きいほど剥離するデポジットの量は多くなり、デポジットの剥離量が多いほど異常燃焼の発生確率は高くなる。このため、図４に示すように、本実施の形態の連発防止制御によれば、ノックの大きさが大きいときには増量係数は全体的に大きい値に変更され、ノックの大きさが小さいときには増量係数は全体的に小さい値に変更される。
【００２５】
なお、ノックの大きさに代えて異常燃焼が検知されたときの筒内圧力に応じて増量係数の設定を変更してもよい。異常燃焼の発生時の筒内圧力が大きいほど、剥離するデポジットの量は多くなり、異常燃焼の発生確率も高くなるからである。異常燃焼の発生時の筒内圧力は筒内圧センサ４６によって計測することができる。
【００２６】
さらに、本実施の形態の連発防止制御では、増量係数の設定を筒内のデポジットの蓄積量に応じて変更することが行われる。筒内にデポジットが多く蓄積されているほど、最初の異常燃焼の発生時に剥離するデポジットの量は多くなり、結果として異常燃焼の発生確率が高くなるからである。デポジットの蓄積量はエンジン１０の負荷と回転数の履歴から推定することができる。
【００２７】
ＥＣＵ５０は、図５にイメージを示すようなデポジット蓄積マップを備えている。このマップに示すように、負荷と回転数とによって定義されるエンジン１０の運転領域には、デポジットが蓄積される領域とデポジットが剥離する領域とが存在する。デポジット蓄積マップでは、デポジット蓄積領域における単位時間当たり蓄積量が負荷と回転数に関連付けて記憶されるとともに、デポジット剥離領域における単位時間当たり剥離量が負荷と回転数に関連付けて記憶されている。図６は、負荷と回転数からデポジットの蓄積量を推定する制御のイメージを示す図である。この図に示すように、ＥＣＵ５０は、負荷と回転数のそれぞれを一定時間間隔で計測し、計測した負荷と回転数に応じた単位時間当たり蓄積量或いは剥離量をデポジット蓄積マップを用いて算出する。そして、算出した単位時間当たり蓄積量或いは剥離量を積算していくことによって、デポジット蓄積量を常時更新していく。本実施の形態の連発防止制御によれば、図７に示すように、デポジット蓄積量が多いときには増量係数は全体的に大きい値に変更され、デポジット蓄積量が少ないときには増量係数は全体的に小さい値に変更される。
【００２８】
ＥＣＵ５０は、増量係数の値をサイクル数、ノックの大きさ（或いは筒内圧力）及びデポジット蓄積量に関連付けたマップを有し、異常燃焼が検知されてから所定数のサイクルが経過するまでは、このマップを用いて燃料噴射量の計算に使用する増量係数の値を決定する。
【００２９】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。
【００３０】
本実施の形態は実施の形態１とは連発防止制御の内容に違いがある。本実施の形態の連発防止制御では、図８のグラフに示すように、異常燃焼が検知された後の２サイクル目において燃料噴射量をゼロにすること、すなわち、燃料カットが行われる。異常燃焼発生後の２サイクル目は異常燃焼の発生確率が最大となるが、燃料カットを行えばそのサイクルにおける異常燃焼の発生を確実に防止することができる。ただし、燃料カットは燃料噴射量を増量するよりも異常燃焼の防止効果は大きいものの、それを長く続けると触媒装置２４を劣化させてしまうしドライバビリティへの影響も大きい。よって、燃料カットの実行は異常燃焼の発生確率が最大となる２サイクル目に限定され、その他のサイクルでは燃料噴射量の増量によって異常燃焼の発生を防止することが行われる。
【００３１】
異常燃焼が検知された後の１サイクル目と３サイクル目以降は、実施の形態１の場合と同様、燃料噴射量の増量係数が通常運転時よりも大きい値に設定される。ただし、異常燃焼が検知された後の３サイクル目における増量係数の値は、実施の形態１のそれよりも小さい値に設定される。２サイクル目で燃料カットが実行されることにより、３サイクル目は着火源となる燃焼状態の剥離デポジットが少なくなるからである。図８のグラフには、増量係数と異常燃焼発生後のサイクル数との関係を示す曲線に加えて、２サイクル目に燃料カットを実行した場合のサイクル数ごとの異常燃焼の発生確率が併せて示されている。図８と図３との対比から分かるように、本来３サイクル目は２サイクル目の次に異常燃焼の発生確率が高いが、２サイクル目で燃料カットを実行することにより、３サイクル目の異常燃焼の発生確率を大きく低下させることができる。
【００３２】
以上述べたように、本実施の形態の連発防止制御によれば、発生確率の高い２サイクル目の異常燃焼を燃料カットによって効果的に防止できるだけでなく、着火源となる燃焼状態の剥離デポジットの減少により、２サイクル目の次に異常燃焼の発生確率が高い３サイクル目における異常燃焼の発生確率を下げることもできる。異常燃焼の発生確率が下がれば、その分、燃料噴射量の増量を抑えることができるので、ドライバビリティやエミッション性能への影響をより少なくすることができる。
【００３３】
なお、本実施の形態の連発防止制御では、実施の形態１と同様に、異常燃焼によって生じるノックの大きさに応じて、或いは、異常燃焼が検知されたときの筒内圧力に応じて、１サイクル目及び３サイクル目以降の増量係数の設定を変更することが行われる。また、実施の形態１と同様に、１サイクル目及び３サイクル目以降の増量係数の設定を筒内のデポジットの蓄積量に応じて変更することも行われる。
【００３４】
その他．
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、本発明はガソリンエンジン以外のエンジン、例えばディーゼルエンジンにも適用することができるし、過給エンジンではなく自然吸気エンジンにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ガソリンエンジン
１４  燃焼室
２６  燃料噴射弁
４４  ノックセンサ
４６  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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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