(57)【要約】【課題】ＥＧＲ率を低下させることなく、内燃機関の熱効率を高く維持したまま、ノックを抑制しつつ未燃焼の燃料量の増加やトルク変動の悪化を抑制する。【解決手段】トルクセンサ２２によって内燃機関１０２の出力のトルク変動を計測し、トルク変動が許容値以上のときに自着火促進手段によって内燃機関１０２に供給された混合気を自着火させる自着火制御を行うと共に、ＥＧＲ率変更手段によってＥＧＲ率を増加させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関からのトルクを計測するトルク計測手段と、
前記内燃機関に対する排気再循環率（ＥＧＲ率）を変更するＥＧＲ率変更手段と、
前記内燃機関に供給された混合気の自着火を促進させる自着火促進手段と、
を備え、
前記トルク計測手段によって前記内燃機関の出力のトルク変動を計測し、
前記トルク変動が許容値以上のときに前記自着火促進手段によって前記内燃機関に供給された混合気を自着火させる自着火制御を行うと共に、前記ＥＧＲ率変更手段によってＥＧＲ率を増加させるＥＧＲ率制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関からの排気ガス中の未燃焼の燃料量を計測する未燃燃料量計測手段と、
前記内燃機関に対する排気再循環率（ＥＧＲ率）を変更するＥＧＲ率変更手段と、
前記内燃機関に供給された混合気の自着火を促進させる自着火促進手段と、
を備え、
前記未燃燃料量計測手段によって前記内燃機関からの排気ガス中の未燃焼の燃料量を計測し、
前記未燃燃料量が許容値以上のときに前記自着火促進手段によって前記内燃機関に供給された混合気を自着火させる自着火制御を行うと共に、前記ＥＧＲ率変更手段によってＥＧＲ率を増加させるＥＧＲ率制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関におけるノックの発生を判定するノック判定手段をさらに備え、
前記自着火制御の後、前記ノック判定手段によってノックの有無を検知し、ノックが発生しているときには前記ＥＧＲ率変更手段による前記ＥＧＲ率制御を行ってノックが発生しない状態にし、その後、前記自着火制御に戻ることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記自着火制御及び前記ＥＧＲ率制御を前記内燃機関の燃焼室内の一部のみで行う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】
本発明は、排気再循環手段を有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室に供給した混合気を点火栓によって着火して火炎伝播燃焼を行わせた後、時間差をもって残りの混合気を自着火燃焼させる際に自着火燃焼させる混合気の割合が予め定められた下限値以上であってノッキング発生限界以下となるように点火時期を設定する技術が開示されている（特許文献１）。具体的には、オクタン価の異なる燃料を用いることで自着火割合を変化させる等の手段が採用される。
【０００３】
また、自着火燃焼時に発生する酸化窒素（ＮＯｘ）を低減するために、酸化窒素（ＮＯｘ）の量を計測しながら点火時期や排気再循環率（ＥＧＲ率）を制御し、酸化窒素（ＮＯｘ）の排出を抑制する技術が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５４６６０号公報
【特許文献２】特開２００７−２６２９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関における熱効率を向上させる手段の１つとして排気再循環（ＥＧＲ）を適用する技術が知られている。ＥＧＲでは、ポンプ損失や冷却損失を低減させるために熱効率が向上する。しかしながら、ＥＧＲを適用すると燃焼速度が低下し、火炎伝播の不良による未燃焼の燃料が増加したり、トルク変動の悪化をもたらしたりする。通常、トルクや回転数の要求値に対して燃焼が悪化する運転状態とならないようにＥＧＲ率は設定されるが、雰囲気温度や湿度等の外部環境の影響によって未燃焼の燃料の増加やトルク変動の悪化が生ずるおそれがある。その場合、ＥＧＲ率を低下させることで、これらの問題を抑制する方法が採られるが、内燃機関の熱効率の低下をまねくという問題がある。
【０００６】
なお、オクタン価を調整して自着火割合を調整する構成では、複数種の燃料を蓄えると共に、複数種の燃料を調整して供給する手段を備える必要があり、装置の構成が非常に複雑になるという問題がある。
【０００７】
また、自着火燃焼時の酸化窒素（ＮＯｘ）の排出を抑制する制御を適用しているのは、燃料成層によって全体をリーンな状態にしているために三元触媒を使用することができないからである。そこで、三元触媒を用いて酸化窒素（ＮＯｘ）を浄化しつつ、安定した内燃機関の運転を可能とする技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関からのトルクを計測するトルク計測手段と、前記内燃機関に対する排気再循環率（ＥＧＲ率）を変更するＥＧＲ率変更手段と、前記内燃機関に供給された混合気の自着火を促進させる自着火促進手段と、を備え、前記トルク計測手段によって前記内燃機関の出力のトルク変動を計測し、前記トルク変動が許容値以上のときに前記自着火促進手段によって前記内燃機関に供給された混合気を自着火させる自着火制御を行うと共に、前記ＥＧＲ率変更手段によってＥＧＲ率を増加させるＥＧＲ率制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置である。
【０００９】
また、本発明の別の態様は、内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関からの排気ガス中の未燃焼の燃料量を計測する未燃燃料量計測手段と、前記内燃機関に対する排気再循環率（ＥＧＲ率）を変更するＥＧＲ率変更手段と、前記内燃機関に供給された混合気の自着火を促進させる自着火促進手段と、を備え、前記未燃燃料量計測手段によって前記内燃機関からの排気ガス中の未燃焼の燃料量を計測し、前記未燃燃料量が許容値以上のときに前記自着火促進手段によって前記内燃機関に供給された混合気を自着火させる自着火制御を行うと共に、前記ＥＧＲ率変更手段によってＥＧＲ率を増加させるＥＧＲ率制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置である。
【００１０】
ここで、前記内燃機関におけるノックの発生を判定するノック判定手段をさらに備え、前記自着火制御の後、前記ノック判定手段によってノックの有無を検知し、ノックが発生しているときには前記ＥＧＲ率変更手段による前記ＥＧＲ率制御を行ってノックが発生しない状態にし、その後、前記自着火制御に戻ることが好適である。
【００１１】
また、前記自着火制御及び前記ＥＧＲ率制御を前記内燃機関の燃焼室内の一部のみで行うことが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＥＧＲ率を低下させることなく、内燃機関の熱効率を高く維持したまま、ノックを抑制しつつ未燃焼の燃料量の増加やトルク変動の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態における内燃機関のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における内燃機関の制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態における内燃機関の制御を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態における内燃機関の制御を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態における内燃機関の制御を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態における内燃機関の制御を示すフローチャートである。
【図７】変形例における内燃機関の制御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】
【００１４】
［システム構成］
本発明の実施の形態における内燃機関の制御装置１００は、図１に示すように、エアクリーナ１０、スロットルバルブ１２、燃料噴射弁１４、点火プラグ１６、排気再循環クーラ（ＥＧＲクーラ）１８、排気再循環バルブ（ＥＧＲバルブ）２０、トルクセンサ２２、回転数センサ２４及び制御部（ＥＣＵ）２６を含んで構成される。制御装置１００は、内燃機関１０２に設けられ、内燃機関１０２の駆動制御に用いられる。
【００１５】
内燃機関１０２は、シリンダブロック、シリンダヘッド及びシリンダブロック内を移動するピストンを備える。シリンダブロック、シリンダヘッド及びピストンで囲まれる空間が燃焼室となる。
【００１６】
内燃機関１０２の燃焼室には、シリンダヘッドに設けられた吸気ポートから空気が供給される。吸気ポートの開閉タイミングは、機械的又は制御部２６からの制御信号によって制御される。エアクリーナ１０は、内燃機関１０２の燃焼室に供給される空気に含まれる塵や埃等の異物を取り除くために吸気配管に設けられる。エアクリーナ１０を通過した空気はスロットルバルブ１２によって流量が調整されて内燃機関１０２の燃焼室へ供給される。スロットルバルブ１２の開度は、アクセル操作等に応じて制御部２６からの制御信号によって調整される。供給される空気には燃料噴射弁１４から供給される燃料が混合され、混合気として内燃機関１０２の燃焼室に供給される。燃料噴射弁１４からの燃料噴射の量及び噴射タイミングは制御部２６からの制御信号によって調整される。
【００１７】
内燃機関１０２の燃焼室に供給された混合気は点火プラグ１６によって点火され、混合気の燃焼によって生じた圧力によってピストンが駆動される。燃焼後の混合気は排気ガスとしてシリンダヘッドに設けられた排気ポートから内燃機関１０２の燃焼室から排気される。吸気ポートの開閉タイミングは、機械的又は制御部２６からの制御信号によって制御される。
【００１８】
本実施の形態では、内燃機関１０２の排気系に排気再循環（ＥＧＲ）システムが設けられる。排気再循環システムとは、燃焼後の排気ガスの一部を内燃機関１０２の燃焼室に再び吸気させる技術である。燃焼後の排気ガス中の酸素濃度は希薄であり、この排気を吸気と混ぜると吸気中の酸素濃度が低下する。このことにより、大気より酸素濃度が低い状態での燃焼となり、燃焼温度が低下し、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生が抑制される。また、燃焼温度の低下は、シリンダブロック及びシリンダヘッド等の内燃機関１０２の構造物からの熱エネルギーの放散を低減し、熱解離による損失を低減させる。さらに、吸気管の負圧を小さくでき、スロットル損失の減少により燃料消費率を向上させることができる。
【００１９】
なお、ＥＧＲシステムは、内部ＥＧＲであっても、外部ＥＧＲであってもよい。本実施の形態では、外部ＥＧＲの例を示している。排気再循環クーラ１８は、高温の排気ガスを冷却することによりガス密度を高め、内燃機関１０２の損失低減及びノッキングを抑制する。排気再循環バルブ２０は、再循環される排気ガスの量を調整するためのバルブである。排気再循環バルブ２０は、制御部２６からの制御信号によって開閉度が調整される。すなわち、制御部２６からの制御によって排気再循環バルブ２０の開閉度を調整することによって、内燃機関１０２の排気再循環率（ＥＧＲ率）が制御される。
【００２０】
なお、内部ＥＧＲを採用した場合、吸気ポート及び排気ポートの開閉タイミングを制御することによって、内燃機関１０２の燃焼室の残留ガスの量が調整され、ＥＧＲ率が調整される。
【００２１】
トルクセンサ２２は、内燃機関１０２の運転時の出力トルクを検出するセンサである。トルクセンサ２２の出力値は、制御部２６へ入力される。トルクセンサ２２は、内燃機関１０２のサイクル間のトルクのばらつき量を計測することによってトルク変動計測手段として機能する。また、トルクの変動から内燃機関１０２に生じているノッキングを検知するノック検知手段としても機能させることができる。なお、トルク変動計測手段としては、筒内圧センサによって内燃機関１０２の筒内圧を測定し、筒内圧から算出されるサイクル間の平均有効圧のばらつきからトルクのばらつき量を得るようにしてもよい。また、ノック検知手段としては、筒内圧センサによって測定された内燃機関１０２の筒内圧からノッキングの成分を抽出し、その値からノッキングを検出するようにしてもよい。また、さらに内燃機関１０２や内燃機関１０２を搭載した車両等の振動の大きさからトルクのばらつき量の計測やノッキングの有無の検知をしてもよい。
【００２２】
回転数センサ２４は、内燃機関１０２の回転数を計測するセンサである。回転数センサ２４の出力は、制御部２６へ入力される。
【００２３】
制御部２６は、アクセル操作によるアクセル開度や内燃機関１０２の回転数等の入力に応じて燃料噴射量、空気量、点火時期及びＥＧＲ率等を設定し、その設定値となるようにスロットルバルブ１２、燃料噴射弁１４、点火プラグ１６、排気再循環バルブ２０を制御する。
【００２４】
［内燃機関の制御方法］
以下、図２のフローチャートを参照して、本発明の実施の形態における内燃機関１０２の制御について説明する。
【００２５】
ステップＳ１０では、制御部２６は、アクセルセンサ（図示しない）からのアクセル開度、回転数センサ２４からの内燃機関１０２の回転数、トルクセンサ２２からの内燃機関１０２の出力トルク等の制御に必要な情報（パラメータ）を取得する。
【００２６】
ステップＳ１２では、制御部２６は、ステップＳ１０において入力された情報（パラメータ）に基づいて燃料噴射量、空気量、点火時期及びＥＧＲ率等の制御値を設定し、その制御値となるように内燃機関１０２を制御する。このとき、情報（パラメータ）の組み合わせと燃料噴射量、空気量、点火時期及びＥＧＲ率等の制御値との関係を予めマップとして登録しておき、ステップＳ１０において入力された情報（パラメータ）の組み合わせに対応する制御値を読み出して制御に用いるようにすればよい。
【００２７】
ステップＳ１４では、内燃機関１０２のトルク変動が許容基準値以下であるか否かが判定される。トルク変動の許容基準値は、例えば３％とすればよい。制御部２６は、トルクセンサ２２から入力されるトルクのサイクル間のばらつき量（トルク変動量）が許容基準値以下である場合にはステップＳ１２において設定された条件にて内燃機関１０２の駆動制御を維持する。この場合、ステップＳ１０から処理を繰り返してもよい。また、トルクセンサ２２から入力されるトルクのサイクル間のばらつき量（トルク変動量）が許容基準値を超える場合にはステップＳ１６に処理を移行させる。
【００２８】
ステップＳ１６では、自着火により内燃機関１０２の燃焼室に供給された混合気の一部を自着火させる。制御部２６は、自着火促進手段によって内燃機関１０２の燃焼室に供給された混合気を自着火させる。例えば、図３に示すように、制御部２６は、自着火促進手段として点火プラグ１６による点火時期を進める。
【００２９】
なお、自着火促進手段は、これに限定されるものではない。図４に示すように、ステップＳ１６−１における点火時期の進角処理に加えて、ステップＳ１６−２においてヒータ等による混合気の加熱等を適用してもよい。このような構成とすることにより、出力トルクが下がることを防ぐことができる。なお、負のオーバーラップを利用した内燃機関１０２の燃焼室内のガス温度上昇を利用してもよい。また、図５に示すように、ステップＳ１６において、外部ＥＧＲに代えて又は外部ＥＧＲに加えて、吸気ポート及び排気ポートの開閉タイミングの制御による残留ガスの増加により自着火を促進させてもよい。
【００３０】
ステップＳ１８では、ノッキングが発生しているか否かが判定される。制御部２６は、ノッキングが発生していればステップＳ１４に処理を戻し、ノッキングが発生していなければステップＳ２０に処理を移行させる。
【００３１】
ステップＳ２０では、ＥＧＲ率を増加させる処理が行われる。例えば、本実施の形態のように外部ＥＧＲの構成を備える場合には、図３に示すように、制御部２６は、排気再循環バルブ２０に対して制御信号を出力し、ＥＧＲ率を増加させる制御を行う。その後、処理をステップＳ１８に戻す。
【００３２】
なお、図６に示すように、外部ＥＧＲの代わりに内部ＥＧＲを適用して、吸気ポート及び排気ポートの開閉タイミングの制御による残留ガスの増加により自着火を促進させてもよい。
【００３３】
以上の処理によって、ＥＧＲ率を低減することなく、火炎伝播の不良によるトルク変動やノッキングを抑制することができる。すなわち、火炎伝播燃焼の途中で未燃焼の混合気が自着火しても、ＥＧＲ率が高い場合にはノッキングは発生せず、トルク変動を抑制すると共に未燃焼の燃料の排出を抑制することができる。
【００３４】
［変形例］
上記実施の形態では、トルク変動に基づいて自着火を促進するか否かを判定する態様としたが、これに限定されるものではない。図７のフローチャートに示すように、未燃焼の燃料量に基づいて自着火を促進するか否かを制御するようにしてもよい。
【００３５】
本変形例では、ステップＳ１４において、排気ガスに含まれる未燃焼の燃料量が許容基準量以下であるかが判定される。制御部２６は、未燃焼の燃料量が許容基準量以下である場合にはステップＳ１２において設定された条件にて内燃機関１０２の駆動制御を維持する。この場合、ステップＳ１０から処理を繰り返してもよい。また、未燃焼の燃料量が許容基準量を超える場合にはステップＳ１６に処理を移行させて、自着火促進処理を施す。それ移行の処理は、上記実施の形態と同様とする。
【００３６】
ここで、未燃焼の燃料量を測定する方法としては、内燃機関１０２の排気管内の排気ガスに対する水素炎イオン化法（ＦＩＤ：Ｆｌａｍｅ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）や赤外吸収法（ＮＤＩＲ：Ｎｏｎ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  ＩｎｆｒａＲｅｄ）等が挙げられる。水素炎イオン化法は、排気ガスを水素炎中で燃焼させることによって発生するプラズマ電子を検知する方法である。赤外吸収法は、排気ガスに対して赤外線を照射してその吸収波長を測定する方法である。いずれの方法も、排気ガス中の炭化水素の濃度に対して高い感度を有している。
【００３７】
本変形例によっても、上記実施の形態と同様に、ＥＧＲ率を低減することなく、火炎伝播の不良によるトルク変動やノッキングを抑制することができる。
【００３８】
なお、上記実施の形態及び変形例での制御は、内燃機関１０２の燃焼室内全体が均一の混合気であっても、燃焼室の一部でＥＧＲ率が成層化している混合気であってもよい。また、自着火促進手段による自着火の促進処理は、内燃機関１０２の燃焼室全体に適用してもよいし、燃焼室の一部に適用してもよい。また、ＥＧＲ率の変更は、内燃機関１０２の燃焼室全体に適用してもよいし、燃焼室の一部に適用してもよい。自着火の促進処理及びＥＧＲ率の変更処理を燃焼室の一部のみで行う場合、火炎伝播の到達が遅れる場所、具体的には点火プラグ１６による点火位置から離れた場所において実施することが好適である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  エアクリーナ、１２  スロットルバルブ、１４  燃料噴射弁、１６  点火プラグ、１８  排気再循環クーラ、２０  排気再循環バルブ、２２  トルクセンサ、２４  回転数センサ、２６  制御部、１００  制御装置、１０２  内燃機関。
【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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