(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼状態を適切に調整することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の燃焼室に設けられる筒内圧センサと、内燃機関の吸気通路に設けられるスワールコントロールバルブと、を備えた内燃機関の制御装置において、筒内圧センサの出力から筒内圧レベルの周波数特性を取得する手段と、燃焼室径に依存する１次共鳴周波数における筒内圧レベルが第１の基準値より大きく、かつ、ボア径に依存する２次共鳴周波数における筒内圧レベルが第２の基準値より大きい場合にはスワール比が目標スワール比よりも小さいと判定し（Ｓ１２０）、１次共鳴周波数における筒内圧レベルが第１の基準値以下、かつ、２次共鳴周波数における筒内圧レベルが第２の基準値以下である場合にはスワール比が目標スワール比よりも大きいと判定（Ｓ１２４）する判定手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
2016205180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に設けられる筒内圧センサと、
前記内燃機関の吸気通路に設けられるスワールコントロールバルブと、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記筒内圧センサの出力から筒内圧レベルの周波数特性を取得する手段と、
燃焼室径に依存する１次共鳴周波数における筒内圧レベルが第１の基準値より大きく、かつ、ボア径に依存する２次共鳴周波数における筒内圧レベルが第２の基準値より大きい場合にはスワール比が目標スワール比よりも小さいと判定し、前記１次共鳴周波数における筒内圧レベルが第１の基準値以下、かつ、前記２次共鳴周波数における筒内圧レベルが第２の基準値以下である場合にはスワール比が目標スワール比よりも大きいと判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする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する。
【背景技術】
【０００２】
従来、筒内の中心軸をまわる横渦の気流（以下、スワール流という。）を発生させるスワールコントロールバルブを備えた内燃機関が知られている。例えば、特許文献１には、スワールコントロールバルブの開度を制御することで、スワール流の流速とエンジン回転速度の比（以下、スワール比という。）を調整することができる内燃機関が開示されている。筒内のスワール比を調整することで、簡易的に燃焼状態を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７４９７７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／０３２６２７号
【特許文献３】特開昭６２−２４８８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の内燃機関では、実際のスワール比を検知していない。このため、燃焼状態を適切に調整することができないおそれがある。
【０００５】
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、燃焼状態を適切に調整することが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】
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、
内燃機関の燃焼室に設けられる筒内圧センサと、
前記内燃機関の吸気通路に設けられるスワールコントロールバルブと、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記筒内圧センサの出力から筒内圧レベルの周波数特性を取得する手段と、
燃焼室径に依存する１次共鳴周波数における筒内圧レベルが第１の基準値より大きく、かつ、ボア径に依存する２次共鳴周波数における筒内圧レベルが第２の基準値より大きい場合にはスワール比が目標スワール比よりも小さいと判定し、前記１次共鳴周波数における筒内圧レベルが第１の基準値以下、かつ、前記２次共鳴周波数における筒内圧レベルが第２の基準値以下である場合にはスワール比が目標スワール比よりも大きいと判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、目標スワール比に対して、実際のスワール比が高いか低いかを判定することができる。このため、例えば、この判定の結果に応じてＳＣＶの開度を調節してスワール比を調整することで、実際のスワール比を目標スワール比に追従させることができる。この結果、燃焼状態を適切に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】筒内圧レベルＣＰＬの周波数特性について説明するための図である。
【図２】実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるフローを表した図である。
【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］
実施の形態１のシステムは、ＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという。）を備える。ＥＧＲ装置は、排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室に還流する装置である。ＥＧＲ装置は、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路、ＥＧＲガス量を調節するＥＧＲバルブ、そしてＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを含む装置である。
【００１０】
エンジンの吸気通路には、筒内にスワール流を発生させるスワールコントロールバルブ（以下、ＳＣＶという。）が設けられる。ＳＣＶの開度を変更することで、スワール流の流速を調整することができる。
【００１１】
エンジンには、エンジンの運転状態を把握するために各種センサが取り付けられている。各種センサには、エンジンの筒内における圧力（以下、筒内圧という。）に応じた信号を出力する筒内圧センサ、エンジン回転速度に応じた信号を出力するクランク角センサ、吸入空気量に応じた信号を出力するエアフロメータなどのセンサが含まれている。
【００１２】
実施の形態１のシステムは、エンジンの運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)を備えている。上記の各種センサは、ＥＣＵの入力側に接続されている。ＥＣＵは、各種センサからの出力に基づいて、エンジンの運転状態を示すパラメータを算出する。ＥＣＵは、筒内圧センサの出力に基づいて、筒内圧を算出する。ＥＣＵは、クランク角センサの出力に基づいて、エンジン回転速度を算出する。ＥＣＵは、エアフロメータの出力に基づいて、吸入空気量を算出する。
【００１３】
また、ＥＣＵの出力側には、ＥＧＲバルブ、燃料噴射弁、ＳＣＶなどの各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵは、ＥＧＲバルブに信号を出力することで、ＥＧＲバルブの開度を調節する。ＥＣＵは、燃料噴射弁に信号を出力して、燃料噴射量を調節する。ＥＣＵは、ＳＣＶの開度を決定して、スワール流の流速を調整する。
【００１４】
ところで、実施の形態１のシステムには、目標スワール比が設定されている。目標スワール比とは、エンジンの運転状態に応じて設定されるものである。目標スワール比は、予め実験によって求められたデータがマップとしてＥＣＵに記憶されている。実施の形態１のエンジンでは、このマップに応じてＳＣＶの開度を調整することで、目標スワール比に実際のスワール比を追従させる制御が行われている。
【００１５】
しかしながら、ＳＣＶの製造精度が低い場合には、スワール流の流速が安定せずに、目標スワール比に実際のスワール比が追従しないことがある。実際のスワール比が目標スワール比より高くなると、燃料噴射弁の隣接する噴射口の周辺における混合気の干渉や、パイロット噴射とメイン噴射による混合気の干渉が発生し、空気利用率が低下する結果、排気性能が低下する。また、気流による冷却損失が発生するため、燃費が低下する。一方、実際のスワール比が目標スワール比よりも低くなると、噴霧と空気が混合不十分となり、空気利用率が低下し、排気性能が低下する。このように、スワール比は、燃焼を左右する重要な因子であるため、実際のスワール比をより高い精度で目標スワール比に追従させる必要がある。
【００１６】
そこで、実施の形態１では、筒内圧に基づいて算出される筒内圧レベルＣＰＬ（ｃｙｌｉｎｄｅｒ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｌｅｖｅｌ）［ｄＢ］というパラメータの周波数特性に基づいて、目標スワール比に対して実際のスワール比が高いか低いかを判定する処理が行われる。以下、筒内圧レベルＣＰＬの周波数特性について、図１を参照して説明する。
【００１７】
［筒内圧レベルＣＰＬの周波数特性］
図１は、筒内圧レベルＣＰＬの周波数特性について説明するための図である。図１の縦軸には筒内圧レベルＣＰＬ［ｄＢ］が、横軸には周波数ｆ［Ｈｚ］が示されている。図１には、スワール比２．０、スワール比１．６、そしてスワール比１．４のそれぞれのスワール比における筒内圧レベルＣＰＬの波形が表されている。
【００１８】
図１に示すような筒内圧レベルＣＰＬと周波数ｆとの関係は、まず、筒内圧センサにより検出された筒内圧から筒内圧レベルＣＰＬをＥＣＵによって算出し、次いで、筒内圧レベルＣＰＬと時間（上死点後クランク角）との関係を、例えばＥＣＵによって演算（例えば高速フーリエ変換）することにより、得られる。
【００１９】
図１に示すように、燃焼室径に依存する１次共鳴周波数帯域（約５０００〜６６００［Ｈｚ］）において、スワール比が高いほど筒内圧レベルＣＰＬ［ｄＢ］が低くなり、ボア径に依存する２次共鳴周波数帯域（約６６００〜９０００［Ｈｚ］）において、スワール比が高いほど筒内圧レベルＣＰＬ［ｄＢ］が低くなる。このように、１次共鳴周波数帯域及び２次共鳴周波数帯域では、スワール比が高いほど筒内圧レベルＣＰＬ［ｄＢ］が低くなる特性が見出された。実施の形態１のシステムでは、この特性を利用して、予め設定されている目標スワール比に対して、実際のスワール比が大きいか小さいかを判定する制御が行われる。以下、実施の形態１で行われる具体的な制御内容について、図２を参照して説明する。
【００２０】
［具体的処理］
図２は、実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるフローを表した図である。ＥＣＵは、本フローを記憶するためのメモリーを有している。ＥＣＵは、記憶した本フローを実行するためのプロセッサを有している。
【００２１】
まず、ＥＣＵは、運転状態がアイドリング、または定常運転であるかを判定する（Ｓ１００）。ＥＣＵは、エンジン回転速度などのパラメータに基づいて運転状態を判定する。Ｓ１００は、安定した運転状態、つまり検出される筒内圧が安定している状態で本制御を実行するためのステップである。運転状態がアイドリングではなく、かつ定常運転ではないと判定された場合、本フローは終了する。
【００２２】
一方、ＥＣＵは、運転状態がアイドリング、または定常運転であると判定した場合、ＥＧＲカットが行われているか否かを判定する（Ｓ１０２）。ＥＧＲカットとは、ＥＧＲ率が０％であり、ＥＧＲバルブ全閉、かつ内部ＥＧＲも導入されていない制御をいう。ＥＧＲカットが行われていないと判定した場合、本フローは終了する。
【００２３】
一方、ＥＣＵは、ＥＧＲカットが行われていると判定した場合、筒内圧を算出する（Ｓ１０４）。ＥＣＵは、筒内圧センサの出力に基づいて筒内圧を算出する。
【００２４】
次に、ＥＣＵは、算出した筒内圧が目標スワール比の際の筒内圧と同一であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。ＥＣＵは、目標スワール比の際の筒内圧をマップとして記憶している。Ｓ１０６は、算出した筒内圧から筒内圧センサに大きな異常があるかないかを判定するためのステップである。算出した筒内圧が目標スワール比の際の筒内圧と異なると判定された場合、本フローは終了する。
【００２５】
一方、ＥＣＵは、算出した筒内圧が目標スワール比の際の筒内圧と同一であると判定した場合、燃焼騒音（Ｃ／Ｎ）を算出する（Ｓ１０８）。燃焼騒音（Ｃ／Ｎ）は、筒内圧をフーリエ変換して、構造減衰フィルタを通した後に算出される。燃焼騒音（Ｃ／Ｎ）は、各周波数での筒内圧レベルＣＰＬの平均値であり、全体での音の大きさの指標になるものである。燃焼騒音の単位はｄＢである。
【００２６】
次に、ＥＣＵは、算出した燃焼騒音（Ｃ／Ｎ）が目標値ｘと同じ値でないか否かを判定する（Ｓ１１０）。ＥＣＵは、燃焼騒音の目標値ｘを記憶している。Ｓ１１０は、全体での音が目標からずれていることを検知するためのステップである。算出した燃焼騒音（Ｃ／Ｎ）が目標値Ｘと同じ値であると判定された場合、本フローは終了する。
【００２７】
一方、ＥＣＵは、算出した燃焼騒音（Ｃ／Ｎ）が目標値ｘと同じ値でないと判定した場合、筒内圧を周波数解析する（Ｓ１１２）。ＥＣＵは、筒内圧にフーリエ変換を行い、周波数解析をすることで、図１で説明した筒内圧レベルＣＰＬの周波数特性を取得する。
【００２８】
次に、ＥＣＵは、燃焼室径の１次共鳴周波数及びボア径の２次共鳴周波数を読み込む（Ｓ１１４）。１次共鳴周波数は下記式（１）を算出することで、２次共鳴周波数は下記式（２）を算出することで得ることができる。
【００２９】
燃焼室径の１次共鳴周波数＝音速ｃ／燃焼室径ｄ１・・・（１）
ボア径の２次共鳴周波数＝音速ｃ×２／ボア径ｄ２・・・（２）
【００３０】
また、上記式（１）及び式（２）における音速ｃは、下記式（３）によって算出される。ここで、Ｐは圧力、κは比熱比、ｐは密度、Ｒは気体定数、Ｔは温度、Ｍは分子量である。
【００３１】
【数１】
2016205180.tif 000003
【００３２】
次に、ＥＣＵは、１次共鳴周波数の筒内圧レベルＺ及び２次共鳴周波数の筒内圧レベルＹを算出する（Ｓ１１６）。
【００３３】
次に、ＥＣＵは、１次共鳴周波数の筒内圧レベルＺが第１の基準値Ｚｔより大きく、かつ、２次共鳴周波数の筒内圧レベルＹが第２の基準値Ｙｔより大きいか否かを判定する（Ｓ１１８）。ここで、第１の基準値Ｚｔとは、目標スワール比で運転したときの１次共鳴周波数の筒内圧レベルＣＰＬの値であり、第２の基準値Ｙｔとは、目標スワール比で運転したときの２次共鳴周波数の筒内圧レベルＣＰＬの値である。ＥＣＵは、１次共鳴周波数の筒内圧レベルＺが第１の基準値Ｚｔより大きく、かつ、２次共鳴周波数の筒内圧レベルＹが第２の基準値Ｙｔより大きいと判定した場合、実際のスワール比が目標スワール比よりも低いと判定する（Ｓ１２０）。
【００３４】
一方、ＥＣＵは、Ｓ１１８において、１次共鳴周波数の筒内圧レベルＺ及び２次共鳴周波数の筒内圧レベルＹが、それぞれの基準値よりも大きくないと判定した場合、１次共鳴周波数の筒内圧レベルＺが第１の基準値Ｚｔより小さく、かつ、２次共鳴周波数の筒内圧レベルＹが第２の基準値Ｙｔより小さいか否かを判定する（Ｓ１２２）。ＥＣＵは、１次共鳴周波数の筒内圧レベルＺが第１の基準値Ｚｔより小さく、かつ、２次共鳴周波数の筒内圧レベルＹが第２の基準値Ｙｔより小さいと判定した場合、実際のスワール比が目標スワール比よりも高いと判定する（Ｓ１２４）。
【００３５】
一方、ＥＣＵは、Ｓ１２２において、１次共鳴周波数の筒内圧レベルＺ及び２次共鳴周波数の筒内圧レベルＹがそれぞれの基準値よりも小さくないと判定した場合、本フローは終了する。
【００３６】
実施の形態１の制御が行われることで、目標スワール比に対して、実際のスワール比が高いか低いかを判定することができる。このため、例えば、この判定の結果に応じてＳＣＶの開度を調節してスワール比を調整することで、実際のスワール比を目標スワール比に追従させることができる。この結果、燃焼状態を適切に調整することができる。
【００３７】
実施の形態１では、ＳＣＶの開度を調節してスワール比を調整したがこれに限るものではない。例えば、バルブリフト可変機構を設置し、スワール比が低い場合には、ヘリカルポートのバルブリフト量を小さく、タンジェンシャルポートのバルブリフト量を大きくし、スワール比が高い場合には、ヘリカルポートのバルブリフト量を大きく、タンジェンシャルポートのバルブリフト量を小さくすることでスワール比を調整してもよい。
【図１】
2016205180.tif 000004
【図２】
2016205180.tif 000005