(57)【要約】      （修正有）【課題】スーパーノッキング等の異常燃焼が惹起されるおそれを予知する。【解決手段】気筒１の燃焼室内に当該気筒１における点火時期よりも前に電磁波を放射し、その電磁波の反射波の強度を検出し、これに基づいて異常燃焼が惹起されるおそれのある状況であるか否かを判断する。異常燃焼の原因である潤滑油や炭素粒子、残留ガス等の異物が燃焼室内に存在していると、アンテナからパワーメータ１９に向けて返ってくる反射電力の大きさが、異物の存在していない平常の場合と比較して変化する。このことを利用して、異常燃焼が惹起されるおそれを予知する。【選択図】図１
2013136974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒の燃焼室内に当該気筒における点火時期よりも前に電磁波を放射する電磁波放射部と、
前記電磁波放射部により燃焼室内に放射された電磁波の反射波の強度を検出し、その強度に基づき当該気筒において異常燃焼が惹起されるおそれのある状況であるか否かを判断する制御部と
を具備する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御部が、当該気筒において異常燃焼が惹起されるおそれのある状況であると判断した場合、そうでないと判断した場合と比較して当該気筒における点火時期をより遅角させる請求項１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する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式内燃機関の気筒におけるノッキングの発生をノックセンサを介して感知し、ノッキングが起こらなくなるまで点火時期を遅角させる（逆に言えば、ノッキングが起こる限界直前まで点火時期を進角させる）ノックコントロールシステムが公知である（例えば、下記特許文献を参照）。
【０００３】
近時、燃費性能の一層の向上を目論み、内燃機関の気筒の圧縮比をより高める方向に研究開発が進んでいる。圧縮比を向上させた内燃機関に、排気ターボ過給機等を併用して、気筒に充填する吸気の圧力を高めた結果、気筒の燃焼室内で点火前に混合気に自着火するプレイグニッションや、点火後に通常のノッキングよりも遙かに強いノッキングを発生させるリスクが増大している。
【０００４】
とりわけ、ピストンリングによりかき上げられて飛散した潤滑油や、炭素粒子、残留ガス等の異物が燃焼室内に存在していると、圧縮行程の終期、圧縮上死点近傍で自着火した際に燃料と異物とがともに燃焼し、スーパーノッキングと呼称される強烈な爆発を引き起こして、内燃機関の各所（コンロッド、シリンダヘッド等）を損傷させることになりかねない。
【０００５】
しかしながら、従前のノックコントロールシステムでは、スーパーノッキング等の異常燃焼が起こる可能性を予測することは不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１５９４７７号公報
【特許文献２】特開２０１１−０６４１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、スーパーノッキング等の異常燃焼が惹起されるおそれを予知することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、気筒の燃焼室内に当該気筒における点火時期よりも前に電磁波を放射する電磁波放射部と、前記電磁波放射部により燃焼室内に放射された電磁波の反射波の強度を検出し、その強度に基づき当該気筒において異常燃焼が惹起されるおそれのある状況であるか否かを判断する制御部とを具備する内燃機関の制御装置を構成した。
【０００９】
前記制御部が、当該気筒において異常燃焼が惹起されるおそれのある状況であると判断した場合には、そうでないと判断した場合と比較して当該気筒における点火時期をより遅角させる補正制御を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スーパーノッキング等の異常燃焼が惹起されるおそれを予知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関及びその制御装置の構成を示す図。
【図２】同実施形態における内燃機関の気筒の燃焼室内に電磁波を放射するアンテナの例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用の火花点火式内燃機関の概要を示す。この内燃機関は、筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１０と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ装置２とを具備している。
【００１３】
気筒１の燃焼室の天井部には、点火プラグ１３を取り付けてある。点火プラグ１３は、点火コイル１２にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル１２は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ１１とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１４】
内燃機関の制御部たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０からの点火信号ｉをイグナイタ１１が受けると、まずイグナイタ１１が点弧して点火コイル１２の一次側に電流が流れ、その直後の点火タイミングでイグナイタ１１が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。この高い誘導電圧が点火プラグ１３の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電する。
【００１５】
また、気筒１の燃焼室内に電磁波を放射する電磁波放射部を付設している。本実施形態における電磁波放射部は、燃焼室内にマイクロ波電界を印可するものであり、車載バッテリを電源としてマイクロ波を発生させるマグネトロン１４及びこれを制御する制御回路１５と、マグネトロンが発生させたマイクロ波を伝送する伝送回路１６と、伝送回路１６に接続したアンテナ１７とを要素とする。
【００１６】
制御回路１５は、ＥＣＵ０から出力される制御信号ｊを受け、この制御信号ｊに基づいてマグネトロン１４が発振するマイクロ波の電力及びその発振時期を制御する。
【００１７】
伝送回路１６は、マイクロ波を伝搬させることのできる導波管や同軸ケーブル等を主体とする。この伝送回路１６には、アイソレータ１８及びパワーメータ１９が付随している。アイソレータ１８は、アンテナ１７からの反射波を吸収してマグネトロン１４を安定的に動作させるための保護機器であり、マグネトロン１４とアンテナ１７との間に介在している。
【００１８】
アイソレータ１８は、サーキュレータとダミーロードとからなる。サーキュレータは、マグネトロン１４から発振される入射電力と、アンテナ１７から返ってくる反射電力とを、導波管または同軸ケーブル等のＴ字部（または、分岐部）に設けたフェライト及び磁界の作用により分離する。そして、入射電量を殆ど損失なしにアンテナ１７へと伝送する一方、反射電力をダミーロード側へと導入する。ダミーロードは、例えば反射電力を水等により吸収し熱として排出する水冷式のものである。ダミーロードは、導波管または同軸ケーブル等の終端に接続しており、余剰のマイクロ波エネルギを効率よく吸収する。
【００１９】
パワーメータ１９は、マグネトロン１４からアンテナ１７に向けて伝搬する入射電力と、アンテナ１７から返ってくる反射電力とを分けて検出する。パワーメータ１９は、導波管または同軸ケーブル等の中途に挿入してある。このパワーメータ１９は、方向性結合器、同軸無反射終端器、マイクロ波用ダイオードであるクリスタルマウント、電流計、同軸ケーブル等を用いて構成される既知のものである。本実施形態では、双方向性結合器の進行波検出ポート及び反射波検出ポートの各々にクリスタルマウント、同軸無反射終端器及び電流計を接続することで入射電力及び反射電力の双方を同時に読み取り可能な態様のパワーメータ１９を採用している。
【００２０】
アンテナ１７は、マグネトロン１４から発振され伝送回路１６を伝搬するマイクロ波を気筒１の燃焼室内に放射する。アンテナ１７は、例えば燃焼室の天井の点火プラグ１３付近に配設したモノポール型アンテナであり、先端部を燃焼室内に表出させており、その他の部分を絶縁体により被覆してある。アンテナ１７の先端面は、燃焼室の内面と略面一とする。尤も、アンテナ１７の形状及び配設位置は一意には限定されない。
【００２１】
吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットルバルブ３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。
【００２２】
排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパスバルブであるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。
【００２３】
排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。
【００２４】
外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。
【００２５】
ＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２６】
入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるエンジン回転信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３３の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム信号ｆ、マグネトロン１４から発される入射波の強度及びアンテナ１７から返ってくる反射波の強度を検出するパワーメータ１９から出力される入射波信号ｇ及び反射波信号ｈ等が入力される。エンジン回転センサは、１０°ＣＡ（クランク角度）毎にパルス信号ｂを発する。カム角センサは、７２０°ＣＡを気筒数で割った角度、三気筒エンジンであれば２４０°ＣＡ毎にパルス信号ｇを発する。
【００２７】
出力インタフェースからは、イグナイタ１１に対して点火信号ｉ、マグネトロン１４の制御回路１５に対してマイクロ波発生指令信号ｊ、スロットルバルブ３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｌ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｍ、インジェクタ１０に対して燃料噴射信号ｎ等を出力する。
【００２８】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、燃焼室内にマイクロ波電界を発生させるか否か及びその発生タイミング、ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）及びＥＧＲバルブ２２の開度といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能であるので説明を割愛する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００２９】
本実施形態におけるＥＣＵ０は、気筒１における圧縮行程中の点火時期の前に当該気筒１の燃焼室内に電磁波を放射し、パワーメータ１９を介して反射波の強度を検出する。そして、その反射波の強度に基づき、当該気筒１にてプレイグニッション、スーパーノッキング等の異常燃焼が惹起されるおそれがあるか否かを判断する。
【００３０】
気筒１の燃焼室内に、ピストンリングによりかき上げられて飛散した潤滑油や、炭素粒子、残留ガス等の異物が存在していると、この異物が燃料とともに燃焼して、通常のノッキングと比較して遙かに強い衝撃を伴う異常燃焼状態に陥ることがある。このような異物が燃焼室内に存在しているときに、燃焼室内に電磁波を放射すると、アンテナ１７からパワーメータ１９に向けて返ってくる反射電力の大きさが、異物の存在していない平常の場合と比較して変化する。
【００３１】
ＥＣＵ０は、パワーメータ１９を介して検出した反射波の強度が、予め実験的に（適合により）求められた、平常時の強度として予想される所定範囲から逸脱している、または所定閾値を超えて大きく／小さくなっている場合に、異常燃焼が惹起されるおそれのある状況にあると判断する。
【００３２】
異常燃焼が惹起されるおそれのある状況にあると判断した暁には、ＥＣＵ０が、当該気筒１における異常燃焼を回避するための手立てを実施する。以下に、その具体例を列挙する。
【００３３】
（Ａ）当該気筒１における今回の点火時期を、平常時と比較して顕著に遅角させる補正を行う；
異常燃焼のおそれがある状況下で、平常時のタイミングで点火を行うと、気筒１内で強烈なノッキングが発生するおそれがある。そこで、点火時期を遅角して点火、燃焼させることで、強烈なノッキングを回避する。その際、点火後に当該気筒１内に電磁波を放射して燃焼速度を向上させ、未燃燃料を残さないように燃やしきることも好ましい。当該気筒１において今回は点火せず、排気行程にて未燃燃料（及び、異物）を含む混合気を排出することも考えられる（但し、エミッションの悪化を防ぐための処置が別途必要になる）。
【００３４】
（Ｂ）当該気筒１における今回の燃料噴射を中止し、または燃料噴射量（若しくは、噴射回数）を平常時と比較して削減する補正を行う；
圧縮行程中に気筒１内に燃料を噴射する運転領域にある場合に、異常燃焼が惹起される状況にあることを感知したときには即座に燃料噴射を中断し、またはこれから噴射する燃料の量を減少させることで、プレイグニッション、スーパーノック等を回避する。燃料噴射量を削減し、混合気の空燃比をリーン化したとしても、気筒１内に電磁波を放射することで燃焼速度を向上させることができ、機関の出力トルクが過剰に低下することは避けられる。
【００３５】
（Ｃ）当該気筒１における今回の燃焼の促進のための電磁波放射を中止し、または、電磁波放射強度を平常時と比較して減らし、放射時間を平常時と比較して短縮し、若しくは電磁波の放射時期を平常時のそれとは変更する補正を行う；
本実施形態の電磁波放射部は、気筒１内の混合気に着実に着火して安定した火炎を得る、または気筒１内に存在する火炎を増強する（燃焼速度を向上させる）目的で、気筒１内に電界を形成してプラズマを発生させる用途に供することができる。前者では、点火直前、点火と同時または点火直後に電磁波を放射し、点火プラグ１３の電極近傍に火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きな火炎核を生成する。後者では、点火後の所望の時期に電磁波を放射し、プラズマを（特に、燃焼温度が低下する気筒１の内周面近傍に）発生させて火炎伝搬の増強を図る。後者では、膨張行程の中途で火炎が弱まる等して燃焼が不安定化したとしても、同じ膨張行程の中で再度燃焼を促進することができる。因みに、異常燃焼が惹起されるおそれがあるか否かの判断のために点火前に放射する電磁波のエネルギは、燃焼の促進のために点火以後に放射する電磁波のエネルギよりも小さい。何れにせよ、異常燃焼が惹起されるおそれのある状況とは、激しく燃焼しやすい状況であって、敢えて燃焼を促進する必要性に乏しいと言える。それ故、異常燃焼が惹起される状況にあることを感知したときには、電磁波の放射を止めるか、電磁波の放射電力を下げるか、放射期間を短くするか、放射タイミングを遅角する。
【００３６】
上掲の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、何れか一つを単独で実施してもよいし、複数を併用してもよい。
【００３７】
本実施形態によれば、気筒１の燃焼室内に当該気筒１における点火時期よりも前に電磁波を放射する電磁波放射部（マグネトロン１４、制御回路１５、伝送回路１６、アンテナ１７）と、前記電磁波放射部により燃焼室内に放射された電磁波の反射波の強度を検出し、その強度に基づき当該気筒１において異常燃焼が惹起されるおそれのある状況であるか否かを判断する制御部０とを具備する内燃機関の制御装置を構成したため、プレイグニッション、スーパーノッキング等の異常燃焼が惹起されるおそれを予知することが可能となり、そのような異常燃焼を防止するための制御を実施して内燃機関の各所の損傷を回避することができる。
【００３８】
気筒１の燃焼室内に電磁波を放射して気筒１内での燃料の燃焼を促進するシステムにあっては、上記の異常燃焼のおそれを感知した場合には、電磁波の放射強度を弱めたり、放射時間を短縮したりする補正制御を実施することで、電磁波放射により消費されるエネルギを節約し、燃費性能の向上に資する。
【００３９】
加えて、前記制御部０が、当該気筒１において異常燃焼が惹起されるおそれのある状況であると判断した場合に、そうでないと判断した場合と比較して当該気筒１における点火時期をより遅角させるものとして、より確実に内燃機関の損傷を阻止することもできる。さらに、当該気筒１における燃料噴射量を減量補正すると、一層効果的である。
【００４０】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。燃焼室内に電界を発生させる（燃焼室内にプラズマを生成する目的と兼用であることがある）電磁波放射部は、マイクロ波発生装置には限定されない。換言すれば、燃焼室内にアンテナからマイクロ波を放射する代わりに、高周波を放射してもよい。
【００４１】
マイクロ波発生装置以外の電界発生装置として、高周波の交流電圧を印加する交流電圧発生回路や、高周波の脈流電圧を印加する脈流電圧発生回路等を採用することができる。脈流電圧発生回路を採用する場合、周期的に電圧が変化する直流電圧を発生させるものであればよく、その波形も任意であってよい。脈流電圧は、基準電圧（０Ｖであることがある）から一定周期で一定電圧まで変動するパルス電圧、交流電圧を半波整流した電圧、交流電圧に直流バイアスを加味した電圧等をおしなべて含む。電界発生装置が発振する高周波電圧は、周波数が２００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚ程度、振幅が３ｋＶｐ−ｐ〜１０ｋＶｐ−ｐ程度であることが好ましい。
【００４２】
気筒の燃焼室内にマイクロ波または電磁波を放射するアンテナと、燃焼室内に放射された電磁波の反射波を受信するアンテナとを別個のものとしてもよい。この場合、制御部は、後者のアンテナが受信した電磁波の強度に基づき、当該気筒において異常燃焼が惹起されるおそれのある状況であるか否かを判断する。
【００４３】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、車両等に搭載される火花点火式内燃機関に適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
０…制御部（ＥＣＵ）
１…気筒
１４、１５、１６、１７…電磁波放射部
【図１】
2013136974.tif 000003
【図２】
2013136974.tif 000004