(57)【要約】【課題】内燃機関の吸気通路に水を噴射する構成において燃焼状態を改善する。【解決手段】水噴射装置から水を噴射する運転領域に移行した時点から、水が内燃機関の気筒内に到達する時点までの所定時間は、水噴射装置から水を噴射する運転領域に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比、且つ、水噴射装置から水を噴射する運転領域に対応する点火時期よりも遅角した点火時期に設定して内燃機関を運転する。【選択図】図４
2017218994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路内に水を噴射する水噴射装置と、
前記内燃機関の運転領域に応じて前記水噴射装置による水の噴射を制御する制御装置であって、前記水噴射装置から水を噴射しない運転領域である非水噴射領域では、前記非水噴射領域に対応する空燃比及び点火時期に設定して前記内燃機関を運転し、前記水噴射装置から水を噴射する運転領域である水噴射領域では、前記水噴射領域に対応する空燃比及び点火時期に設定して前記内燃機関を運転する制御装置と、
を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御システムにおいて、
前記制御装置は、前記内燃機関の運転領域が前記非水噴射領域から前記水噴射領域に移行する場合に、前記内燃機関の運転領域が前記非水噴射領域から前記水噴射領域に移行した時点から、前記水噴射装置から最初に噴射された水が前記内燃機関の気筒内に到達する時点までの所定時間は、前記水噴射領域に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比、且つ、前記水噴射領域に対応する点火時期よりも遅角した点火時期に設定して前記内燃機関を運転する内燃機関の制御システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記内燃機関の運転領域が前記非水噴射領域から前記水噴射領域に移行することが予測される場合には、前記内燃機関の運転領域が前記非水噴射領域から前記水噴射領域に移行する前であっても、前記水噴射領域に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比、且つ、前記水噴射領域に対応する点火時期よりも遅角した点火時期に設定して前記内燃機関を運転する請求項１に記載の内燃機関の制御システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記内燃機関の運転領域が前記非水噴射領域から前記水噴射領域に移行することが予測される場合には、前記内燃機関の運転領域が前記非水噴射領域から前記水噴射領域に移行する前であっても、前記水噴射装置から水を噴射させる請求項２に記載の内燃機関の制御システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記内燃機関の吸入空気量が多いときは少ないときよりも、前記所定時間を短くする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒内に水を噴射する水噴射弁を備え、適正量の水噴射を行うために、ＭＢＴ（Minimum Spark Advance for Best Torque：機関トルクが最大となる点火時期）から
の点火時期の遅角量、および水の噴射後に予定される点火時期の進角量に応じて水の噴射量を設定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９９８６２号公報
【特許文献２】特開昭５８−０７７１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の最大トルクを大きくするためには燃料噴射量が増加されるが、このときに燃焼温度が上昇するため、ノッキングが発生したり、排気系に備わる部材が過熱したりする虞がある。このため、ノッキングの発生を抑制したり排気系に備わる部材の過熱を抑制したりするために、最大トルクが制限されてしまう場合がある。これに対して、気筒内に水を供給することにより、水の気化潜熱によって吸気の温度が低下するため、燃焼温度の上昇を抑制しつつ内燃機関の最大トルクをより大きくすることができる。このため、水噴射を実施する運転領域において、仮に気筒内に水が供給されていなければ、燃焼温度及び排気温度が過度に上昇してしまう。
【０００５】
ここで、水噴射弁を吸気通路に設ける場合もある。この場合、水噴射弁から水を噴射したとしても、この噴射された水が気筒内に到達するまでには時間を要する。一方、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えている場合には、気筒内への燃料噴射量を速やかに変更することができるため、水が噴射されてから気筒内に到達するまでの時間と比較すると、空燃比を変更するのに要する時間は短い。また、点火時期を変化させるのに要する時間も、水が噴射されてから気筒内に到達するまでの時間と比較すれば短い。そうすると、水噴射を実施する運転領域に移行するときに水を噴射し、さらに空燃比及び点火時期を変更しても、水噴射を実施する運転領域に入った直後は、気筒内に水が実際には供給されていないにも関わらず、水の供給を前提とした空燃比及び点火時期になり得る。水の供給を前提とした空燃比及び点火時期になっているのにも関わらず、気筒内に水が実際には供給されていない場合には、燃焼温度が増加してノッキングが発生したり、排気温度が上昇して排気系に備わる部材が過熱したりする虞がある。
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の吸気通路に水を噴射する構成において燃焼状態を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、内燃機関の吸気通路内に水を噴射する水噴射装置と、前記内燃機関の運転領域に応じて前記水噴射装置による水の噴射を制御する制御装置であって、前記水噴射装置から水を噴射しない運転領域である非水噴射領域では、前記非水噴射領域に対応する空燃比及び点火時期に設定して前記内燃機関を運転し、前記水噴射装置から水を噴射する運転領域である水噴射領域では、前記水噴射領域に対応する空燃比及び点火
時期に設定して前記内燃機関を運転する制御装置と、を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御システムにおいて、前記制御装置は、前記内燃機関の運転領域が前記非水噴射領域から前記水噴射領域に移行する場合に、前記内燃機関の運転領域が前記非水噴射領域から前記水噴射領域に移行した時点から、前記水噴射装置から最初に噴射された水が前記内燃機関の気筒内に到達する時点までの所定時間は、前記水噴射領域に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比、且つ、前記水噴射領域に対応する点火時期よりも遅角した点火時期に設定して前記内燃機関を運転する。
【０００８】
制御装置が水噴射装置から水を噴射させてから、この水が気筒内に到達するまでには時間を要する。一方、空燃比及び点火時期は、水が気筒内に到達するまでに要する時間と比較すると、短い時間で変更することができる。したがって、制御装置が水噴射装置から水を噴射させるのと同時に、水噴射領域に対応する空燃比及び点火時期に変化させると、水噴射領域に対応する空燃比及び点火時期に変化しているのにも関わらず、実際には水が気筒内に供給されていない状態となり得る。水噴射領域に対応する空燃比及び点火時期に調整されているのにも関わらず水が気筒内に供給されていない場合には、水が気筒内に供給されるまでの間は、燃焼温度及び排気温度が高くなって、ノッキングが発生したり排気系に備わる部材が過熱したりする虞がある。
【０００９】
これに対して、制御装置は、内燃機関の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に移行した時点から所定時間は、空燃比を水噴射領域に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比とし、且つ、点火時期を水噴射領域に対応する点火時期よりも遅角している。内燃機関の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に移行した時点から、水が気筒内に実際に供給されるまでの間に、空燃比を水噴射領域に対応する空燃比よりもリッチ側にすることにより、燃料の気化潜熱で燃焼温度を低下させる。これにより、燃焼温度及び排気温度が過度に上昇することを抑制できる。また、このときに点火時期を遅角させることによって、ノッキングの発生を抑制できる。なお、燃焼温度及び排気温度の過度の上昇を抑制し且つノッキングの発生を抑制するためには、少なくとも内燃機関の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に移行した時点から所定時間、水噴射領域に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比で且つ水噴射領域に対応する点火時期よりも遅角させた点火時期で内燃機関を運転していればよいため、内燃機関の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に移行する前から予め空燃比及び点火時期を水噴射領域に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比で且つ水噴射領域に対応する点火時期よりも遅角させた点火時期に変化させておいてもよく、または、内燃機関の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に移行するのと同時に空燃比及び点火時期を水噴射領域に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比で且つ水噴射領域に対応する点火時期よりも遅角させた点火時期に変化させてもよい。
【００１０】
そして、内燃機関の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に移行した時点から、気筒内に水が実際に供給された時点まで時間である所定時間経過後に、水噴領域に対応する空燃比及び点火時期に切り替えることにより、実際に水が気筒内に供給されている状態になってから、水噴射領域に対応する空燃比及び点火時期に切り替えることができる。したがって、ノッキングの発生及び排気温度の過度の上昇を抑制できる。
【００１１】
また、前記制御装置は、前記内燃機関の運転領域が前記非水噴射領域から前記水噴射領域に移行することが予測される場合には、前記内燃機関の運転領域が前記非水噴射領域から前記水噴射領域に移行する前であっても、前記水噴射領域に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比、且つ、前記水噴射領域に対応する点火時期よりも遅角した点火時期に設定して前記内燃機関を運転することができる。
【００１２】
内燃機関の運転領域が実際に水噴射領域に移行する前であっても、例えば内燃機関の運転状態に基づいて、内燃機関の運転領域が水噴射領域に移行することを予測することがで
きる。ここで、空燃比及び点火時期を変化させるのに要する時間は、水噴射装置から水が噴射されてから水が気筒内に到達するまでの時間と比較すると短いが、０ではない。したがって、水噴射領域に移行する時点において、制御装置が水噴射領域に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比、且つ、水噴射領域に対応する点火時期よりも遅角した点火時期に変更するように空燃比及び点火時期を変化させたとしても、水噴射領域に移行した直後には、空燃比及び点火時期が実際には変化していない場合も考えられる。これに対して、制御装置は、内燃機関の運転領域が水噴射領域に移行することが予測された場合には、実際に水噴射領域に移行する前に、予め、水噴射領域に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比、且つ、水噴射領域に対応する点火時期よりも遅角した点火時期に変化させておく。これにより、例え空燃比及び点火時期を変化させるのに時間を要したとしても、水噴射領域に移行したときに、水噴射領域に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比、且つ、水噴射領域に対応する点火時期よりも遅角した点火時期で内燃機関を運転することができる。また、例え、水噴射領域に移行するまでに空燃比及び点火時期の切り替えが間に合わなかったとしても、水噴射領域に移行後、より早期に、水噴射領域に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比、且つ、水噴射領域に対応する点火時期よりも遅角した点火時期で内燃機関を運転することができる。
【００１３】
また、前記制御装置は、前記内燃機関の運転領域が前記非水噴射領域から前記水噴射領域に移行することが予測される場合には、前記内燃機関の運転領域が前記非水噴射領域から前記水噴射領域に移行する前であっても、前記水噴射装置から水を噴射させることができる。
【００１４】
水噴射領域に移行すると予測される場合に、予め水噴射装置から水を噴射させておくことにより、内燃機関の運転領域が水噴射領域に移行した後に早期に気筒内に水を到達させることができる。したがって、水噴射領域に対応する空燃比及び点火時期で内燃機関を運転することが早期に可能となる。
【００１５】
また、前記制御装置は、前記内燃機関の吸入空気量が多いときは少ないときよりも、前記所定時間を短くすることができる。
【００１６】
吸気通路内に噴射された水は吸気の流れに乗って気筒内に運ばれるため、吸気の流速に応じた速度で吸気通路内を水が流通する。そして、吸入空気量が多いほど吸気の流速が高くなるため、吸入空気量が多いほど、内燃機関の運転領域が水噴射領域に移行してから、気筒内に水が到達するまでの時間が短くなる。すなわち、吸入空気量と、水が気筒内に到達するまでの時間（所定時間）と、には相関関係がある。したがって、吸入空気量に応じて所定時間を調整することにより、水噴射領域に対応した空燃比及び点火時期に変更する時期をより適切な時期に設定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、内燃機関の吸気通路に水を噴射する構成において燃焼状態を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例に係る内燃機関及びその吸気系の概略構成を表す図である。
【図２】機関回転速度と、機関トルクと、水噴射弁から水を噴射する領域との関係を示した図である。
【図３】水噴射を実施する前から水噴射を実施した後までの各種値の推移を示したタイムチャートである。
【図４】実施例１に係る水噴射時の空燃比および点火時期の設定フローを示したフローチャートである。
【図５】実施例２に係る水噴射を実施する前から水噴射を実施した後までの各種値の推移を示したタイムチャートである。
【図６】実施例２に係る水噴射時の空燃比および点火時期の設定フローを示したフローチャートである。
【図７】実施例３に係る水噴射を実施する前から水噴射を実施した後までの各種値の推移を示したタイムチャートである。
【図８】実施例３に係る水噴射時の空燃比および点火時期の設定フローを示したフローチャートである。
【図９】実施例４に係る水噴射時の空燃比および点火時期の設定フローを示したフローチャートである。
【図１０】吸入空気量と経過時間閾との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２０】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関１及びその吸気系の概略構成を表す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は、火花点火式のガソリン機関である。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。また、図１には１つの気筒２のみを示しているが、内燃機関１は、複数の気筒２を有していてもよい。
【００２１】
内燃機関１のシリンダヘッド１０には、吸気管４２及び排気管７２が接続されている。吸気ポート４１及び吸気管４２は、吸気通路４に含まれている。シリンダヘッド１０には、吸気管４２から気筒２に通じる吸気ポート４１、及び、排気管７２から気筒２に通じる排気ポート７１が形成されている。排気ポート７１及び排気管７２は、排気通路７に含まれている。吸気ポート４１の気筒２側の端部には、吸気弁５が備わる。吸気弁５の開閉は、吸気側カム６によって行われる。また、排気ポート７１の気筒２側の端部には、排気弁９が備わる。排気弁９の開閉は排気側カム１１によって行われる。吸気管４２の途中には、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル８が設けられている。スロットル８よりも上流の吸気通路４には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１９が取り付けられている。
【００２２】
そして、内燃機関１のクランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復する。内燃機関１には、気筒２内へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁８１が設けられている。なお、本実施例では、気筒２へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁８１を設けているが、これに代えて、吸気ポート４１内に燃料を噴射する燃料噴射弁を設けてもよい。また、内燃機関１には、気筒２内に電気火花を発生させる点火プラグ８３が設けられている。吸気管４２には、吸気通路４内に水を噴射する水噴射弁８４が設けられている。なお、図１においては、スロットル８よりも下流側に水噴射弁８４を設けているが、これに代えて、スロットル８よりも上流側に水噴射弁８４を設けてもよい。本実施例においては水噴射弁８４が、本発明における水噴射装置に相当する。
【００２３】
水噴射弁８４は、水通路５０を介して水タンク５１に接続されている。水タンク５１内には、水を水タンク５１から水噴射弁８４へ向けて吐出するポンプ５２が設けられている。水通路５０の途中には、水の噴射圧力を調整するレギュレータ５３が設けられており、余剰の水がリターン通路５４を介して水タンク５１へ戻される。
【００２４】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。ＥＣＵ９０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ９１、およびクランクシャフト１３の回転角に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ９２が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ９０に入力される。ＥＣＵ９０は、アクセル開度センサ９１からの信号に基づいて、要求機関トルクを算出する。また、ＥＣＵ９０は、クランクポジションセンサ９２からの信号に基づいて、機関回転速度を算出する。一方、ＥＣＵ９０には、スロットル８、ポンプ５２、燃料噴射弁８１、点火プラグ８３、及び、水噴射弁８４が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９０によりこれらの機器が制御される。
【００２５】
ＥＣＵ９０は、目標となる空燃比に応じて燃料噴射弁８１を制御する。この空燃比は、内燃機関１の運転状態（機関回転速度及び機関トルク）に応じて設定される空燃比である。ＥＣＵ９０は、エアフローメータ１９により検出される吸入空気量と、空燃比と、に基づいて燃料噴射量を算出し、この燃料噴射量となるように燃料噴射弁８１の開弁時間を調整する。内燃機関１の運転状態（機関回転速度及び機関トルク）と、空燃比との関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ９０に記憶させておく。なお、水噴射弁８４から水を噴射しない内燃機関１の運転領域（以下、非水噴射領域ともいう。）に対応する空燃比（以下、非水噴射領域空燃比ともいう。）、水噴射弁８４が水を噴射する運転領域（以下、水噴射領域ともいう。）に対応する空燃比（以下、水噴射領域空燃比ともいう。）、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に切り替わるときの空燃比（すなわち、水噴射弁８４に指令信号を与えているが、気筒２まで水が移動するのに時間がかかるために、気筒２内に水が実際に供給されていないときの空燃比。以下、変化時空燃比ともいう。）の夫々について、ＥＣＵ９０は内燃機関１の運転状態と空燃比との関係を記憶している。
【００２６】
また、ＥＣＵ９０は、点火プラグ８３の点火時期が適正時期となるように点火プラグ８３を制御する。内燃機関１の運転状態（機関回転速度及び機関トルク）と、点火時期との関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ９０に記憶させておく。なお、非水噴射領域に対応する点火時期（以下、非水噴射領域点火時期ともいう。）、水噴射領域に対応する点火時期（以下、水噴射領域点火時期ともいう。）、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に切り替わるときの点火時期（すなわち、水噴射弁８４に指令信号を与えているが気筒２内に水が実際に供給されていないときの点火時期。以下、変化時点火時期ともいう。）の夫々について、ＥＣＵ９０は内燃機関１の運転状態と点火時期との関係を記憶している。
【００２７】
また、ＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転状態（機関回転速度及び機関トルク）に基づいて、水噴射弁８４を制御する。図２は、機関回転速度と、機関トルクと、水噴射領域との関係を示した図である。実線は、水噴射を実施したときの最大トルクを示しており、破線は、水噴射を実施しないときの最大トルクを示している。この最大トルクは、空燃比を例えば理論空燃比に設定して内燃機関１を運転しているときの最大トルクである。破線よりトルクの大きな範囲（すなわち、ハッチングを施した範囲）は、水噴射を実施することにより運転領域が広がる範囲ということができる。水噴射弁８４からの単位時間当たり若しくはサイクル毎の水噴射量は、機関トルクに応じて変えており、ＥＣＵ９０は、同じ機関回転速度の場合において、機関トルクが大きいほど、水噴射量を多くする。なお、本実施例１においては、図２の破線と実線とで囲まれるハッチングを施した運転領域が水噴射領域である。また、図２の破線以下の運転領域が非水噴射領域である。
【００２８】
図２に示されるように、機関回転速度が同じであれば、水噴射を実施したほうが、最大トルクを大きくすることができる。ここで、図２の破線で示される水噴射を実施しないときの最大トルクは、非水噴射領域空燃比及び非水噴射領域点火時期において発生し得る最大トルクである。内燃機関１の最大トルクを大きくするためには吸入空気量及び燃料噴射量を増加する必要がある。この場合、燃焼温度の上昇を伴う。したがって、水噴射を実施しない状態で、破線で示される機関トルクよりも機関トルクを大きくすると、燃料噴射量の増加により燃焼温度が上昇して、ノッキングが発生したり、排気温度が過度に上昇したりする虞がある。
【００２９】
これに対して、気筒２内に水を供給することにより、水の気化潜熱によって吸気の温度が低下するため、燃焼温度の上昇を抑制しつつ内燃機関１の最大トルクをより大きくすることができる。すなわち、水噴射領域では水噴射を実施することにより、燃焼温度及び排気温度を低下させることができるため、燃料噴射量を増加させたとしても、燃焼温度及び排気温度が許容範囲を超えることを抑制できるので、最大トルクを増大させることができる。このため、ＥＣＵ９０は、水噴射領域では、水噴射が前提となる空燃比及び点火時期に設定しており、非水噴射領域では、水噴射を実施しないことが前提となる空燃比及び点火時期に設定している。
【００３０】
水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期は、水噴射を前提としているため、仮に水噴射を実施しなければ、燃焼温度の上昇によりノッキングが発生したり、排気温度の上昇により排気系の部材が過熱したりする虞がある空燃比及び点火時期である。すなわち、水噴射領域においては水噴射を実施しなければ、燃焼温度の上昇によりノッキングが発生したり、排気温度の上昇により排気系の部材が過熱したりする虞がある。そして、水噴射領域では、気筒２内に水が供給された状態を前提とした空燃比及び点火時期が、内燃機関１の運転状態に応じて設定される。したがって、気筒２内に供給される水の量と、空燃比と、点火時期と、の何れもが内燃機関１の運転状態に応じた値になっていなければ、ノッキングが発生したり、排気温度が過度に上昇したりする。
【００３１】
ところで、ＥＣＵ９０が水噴射弁８４に対して水を噴射するように指令信号を与えてから、水が吸気通路４を流通して気筒２内に実際に供給されるまでには、ある程度の時間がかかる。一方、ＥＣＵ９０が燃料噴射弁８１に対して燃料を噴射するように指令信号を与えてから、燃料が気筒２内に供給されるまでの時間は比較的短い。なお、吸気ポート４１内に燃料を噴射する燃料噴射弁を設けている場合であっても、燃料噴射弁に指令信号を与えれば、比較的短い時間で燃料が気筒２内に供給されるため、やはり、燃料が気筒２内に供給されるまでの時間は水噴射弁８４から噴射された水が気筒２内に供給されるまでの時間に比べれば短い。したがって、気筒２内に水を供給することと比較すると、燃料噴射量は速やかに変化させることができる。このため、気筒２内に水を供給することと比較すると、空燃比は速やかに変化させることができる。また、点火時期も、ＥＣＵ９０から点火プラグ８３へ指令信号を与えることによって速やかに変化させることができる。したがって、ＥＣＵ９０が水噴射弁８４からの水噴射を実施するように水噴射弁８４へ指令信号を与えるのと同時に、燃料噴射弁８１及び点火プラグ８３へ指令信号を与えて水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期に変更すると、気筒２内に水が実際に供給されるまえに、点火時期及び空燃比が変化してしまう。そして、気筒２内に水が実際に供給されるまでの間は、気筒２内に水が供給されていないのにも関わらず、水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期で内燃機関１が運転されてしまう。水噴射領域では、水の供給を前提として水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期が設定されているため、水噴射領域で気筒２内に水が供給されていなければ、水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期に変化した状態で内燃機関１が運転されると、ノッキングが発生する虞があり、また、燃焼温度及び排気温度が許容範囲を超える虞がある。
【００３２】
そこで本実施例１では、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に移行した時点から、気筒２内に水が到達する時点までの時間、水噴射領域空燃比よりもリッチ側の空燃比で且つ水噴射領域点火時期よりも遅角した点火時期で内燃機関１を運転する。すなわち、水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期に変化させるのに先立って、水噴射領域空燃比よりもリッチ側の空燃比とし、且つ、水噴射領域よりも遅角した点火時期とする。そして、その後に気筒２内に水が実際に供給されてから、水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期に切り替える。なお、本実施例においてＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴領域に移行した時点から、水噴射弁８４に対して水を噴射するための指令信号を与え始める。
【００３３】
図３は、水噴射を実施する前から水噴射を実施した後までの各種値の推移を示したタイムチャートである。図３は、図２における水噴射領域が存在する機関回転速度の範囲で内燃機関１が運転されているときの図である。図３中の水噴射要求フラグは、水噴射が要求されるときにＯＮになり、水噴射が要求されないときにＯＦＦになるフラグである。また、図３中の水噴射実行フラグは、ＥＣＵ９０が水噴射弁８４に対して指令信号を与えるか否かを示しており、ＯＮのときにはＥＣＵ９０が水噴射弁８４に対して指令信号を与え、ＯＦＦのときにはＥＣＵ９０が水噴射弁８４へ指令信号を与えない。
【００３４】
Ｔ１は、機関トルクがトルク閾値を超えた時点である。トルク閾値は、水噴射領域と、非水噴射領域との境になる機関トルクである。すなわち、図２の破線で示されるトルクである。Ｔ１以前には、空燃比及び点火時期が、非水噴射領域空燃比及び非水噴射領域点火時期に設定されている。各機関回転速度において、機関トルクがトルク閾値を超えると、内燃機関１の運転領域が水噴射領域に入るため、水噴射要求フラグがＯＮになる。さらに、Ｔ１において水噴射実行フラグがＯＮになり、水噴射弁８４からの水噴射が開始される。また、Ｔ２は、Ｔ１において水噴射弁８４から噴射され始めた水が、気筒２内に実際に供給される時点である。したがって、Ｔ１からＴ２までの時間は、ＥＣＵ９０が水噴射弁８４に対して指令信号を与えて水噴射が開始されてから、気筒２内に水が実際に供給されるまでの遅れ時間となる。本実施例では、Ｔ１からＴ２までの時間が、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴領域に移行した時点から、気筒２内に水が到達する時点までの時間といえる。Ｔ２以降は、水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期に設定されている。
【００３５】
本実施例では、機関トルクがトルク閾値を超える時点Ｔ１から、気筒２内に水が実際に供給される時点Ｔ２までは、水噴射弁８４から水が噴射されてはいるが、気筒２内に水が実際には供給されていない状態である。したがって、Ｔ１からＴ２までの時間に、水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期に設定すると、燃焼温度及び排気温度が過度に高くなる虞がある。そこで、Ｔ１からＴ２までは、Ｔ２以降と比較して、燃焼温度及び排気温度が低くなるように、さらに、ノッキングの発生を抑制するように、空燃比及び点火時期を変化時空燃比及び変化時点火時期を設定している。すなわち、Ｔ１からＴ２までの時間は、Ｔ２以降よりも、空燃比をリッチ側とし且つ点火時期を遅角させている。なお、Ｔ１以前、Ｔ１からＴ２までの時間、Ｔ２以降、の夫々の空燃比及び点火時期は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ９０に記憶させておく。変化時空燃比及び変化時点火時期は、水噴射領域において気筒２内に水が実際には供給されていない状態であっても燃焼温度及び排気温度が許容範囲内となるように設定される。
【００３６】
このように、機関トルクがトルク閾値を超えたときに空燃比及び点火時期を水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期に変化させるのに先立って、空燃比を水噴射領域空燃比よりもリッチ側の空燃比である変化時空燃比に設定し且つ点火時期を水噴射領域点火時期よりも遅角した点火時期である変化時点火時期に設定することにより、気筒２内に水が実際に供給される前であっても、燃焼温度及び排気温度を低下させ、さらに、ノッキングの発
生を抑制できることができる。これにより、ＥＣＵ９０が水噴射弁８４に対して指令信号を与えてから、気筒２内に水が実際に供給されるまでの間に燃焼温度が過剰に高くなってノッキングが発生したり、排気温度の上昇により排気系の部材が過熱したりすることを抑制できる。なお、変化時空燃比及び変化時点火時期に設定して内燃機関１を運転すると、燃費にとっては最適な空燃比でなく且つ最適な点火時期でない状態で内燃機関１を運転することになるため、燃費が悪化する虞がある。したがって、変化時空燃比及び変化時点火時期に設定して内燃機関１を運転するのは、気筒２内に水が実際に供給されるまでの時間としている。
【００３７】
図４は、本実施例１に係る水噴射時の空燃比および点火時期の設定フローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ９０により所定の時間毎に繰り返し実行される。所定の時間毎は、１サイクル毎としてもよいし、複数のサイクル毎としてもよい。なお、本実施例１においてはＥＣＵ９０が図４に示したフローチャートを処理することにより、本発明における制御装置として機能する。
【００３８】
ステップＳ１０１では、ＥＣＵ９０は、水噴射要求フラグがＯＮであるか否か判定する。水噴射要求フラグは、図３において説明したように、機関トルクがそのときの機関回転速度に対応するトルク閾値を超えるとＯＮになり、機関トルクがそのときの機関回転速度に対応するトルク閾値以下の場合にはＯＦＦとなる。本ステップＳ１０１では、水噴射弁８４からの水噴射を必要とする運転領域で内燃機関１が運転されているか否か判定しているといえる。なお、機関トルクは、アクセルペダルの踏込量の単位時間当たりの変化量、または、スロットル開度と相関関係にあるため、これらの値に基づいて、機関トルクがトルク閾値以下であるか否か判定することができる。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。
【００３９】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ９０は、水噴射実行フラグをＯＮにする。これにより、ＥＣＵ９０が水噴射弁８４に対して指令信号を与え、水噴射弁８４からの水噴射が実施される。ステップＳ１０２の処理が終了すると、ステップＳ１０３へ進む。
【００４０】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に移行した時点からの経過時間が、経過時間閾値未満であるか否か判定する。本ステップＳ１０３では、図３におけるＴ１の時点よりも後で且つＴ２の時点よりも前の時点であるか否か判定している。すなわち、内燃機関１の運転領域が水噴射領域に移行した後であって、水噴射弁８４から噴射された水が気筒２内に実際に供給される前であるか否か判定している。なお、本実施例における経過時間は、水噴射実行フラグがＯＦＦからＯＮに切り替わってからの経過時間に等しい。この経過時間はＥＣＵ９０によりカウントされる。経過時間閾値は、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に移行した時点から、噴射された水が気筒２内に到達する時点までの時間であり、本実施例では、ＥＣＵ９０が水噴射弁８４に対して水を噴射するように指令信号を与えた時点から、気筒２内に水が到達する時点までの時間と等しい。この経過時間閾値は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ９０に記憶させておく。なお、本実施例１においては経過時間閾値が、本発明における所定時間に相当する。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【００４１】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ９０は、空燃比を変化時空燃比に設定する。変化時空燃比は、水噴射領域空燃比よりもリッチ側の空燃比であって、図３に示したＴ１からＴ２の時間に対応する空燃比である。ＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転状態に基づいて、変化時空燃比を設定する。本ステップＳ１０４を処理する時点では、内燃機関１の運転領域が水
噴射領域に入っているのにも関わらず、水噴射弁８４から噴射された水が気筒２内に供給されていないため、本ステップＳ１０４では、燃焼温度を低下させるために空燃比を水噴射領域空燃比よりもリッチ側にしている。ここで、水噴射弁８４に対して指令信号を与えてから、気筒２内に水が実際に供給されるまでには時間を要するが、燃料噴射弁８１から燃料を噴射した場合には比較的短時間で気筒２内に燃料が供給される。そして、空燃比を変化時空燃比に設定することにより、燃料噴射量が水噴射時の機関トルクに対応した量よりも多くなるため、燃料の気化潜熱により吸気からより多くの熱を奪うことができる。したがって、水噴射弁８４から噴射された水が気筒２内に供給されるまでの間、空燃比を水噴射領域空燃比よりもリッチ側の空燃比にしておくことにより、燃焼温度の上昇を抑制することができる。ステップＳ１０４の処理が終了するとステップＳ１０５へ進む。
【００４２】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ９０は、点火時期を変化時点火時期に設定する。変化時点火時期は、水噴射領域点火時期よりも遅角した点火時期であって、図３に示したＴ１からＴ２までの時間に対応する点火時期である。ＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転状態に基づいて、変化時点火時期を設定する。本ステップＳ１０５を処理する時点では、内燃機関１の運転領域が水噴射領域に入っているのにも関わらず、水噴射弁８４から噴射された水が気筒２内に供給されていないため、本ステップＳ１０５では、ノッキングの発生を抑制するために点火時期を水噴射領域点火時期よりも遅角させている。ここで、水噴射弁８４に対して指令信号を与えてから、気筒２内に水が実際に供給されるまでには時間を要するが、点火プラグ８３の点火時期は比較的短時間で変更することができる。したがって、水噴射弁８４から噴射された水が気筒２内に供給されるまでの間、点火時期を遅角しておくことにより、ノッキングの発生を抑制することができる。ステップＳ１０５の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。なお、ステップＳ１０４、ステップＳ１０５を処理する順番は任意に変更することができる。
【００４３】
一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。ここで、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には、気筒２内に水が実際に供給されている。したがって、ステップＳ１０６では、ＥＣＵ９０は、空燃比を水噴射領域空燃比に設定する。水噴射領域空燃比は、水噴射領域に対応した空燃比であって、図３に示したＴ２以降の時期に対応する空燃比である。ＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転状態に基づいて、水噴射領域空燃比を設定する。本ステップＳ１０６を処理する時点では、水噴射弁８４から噴射された水が気筒２内に供給されているため、この水によって燃焼温度が低下される。ステップＳ１０６の処理が終了するとステップＳ１０７へ進む。
【００４４】
ステップＳ１０７では、ＥＣＵ９０は、点火時期を水噴射領域点火時期に設定する。水噴射領域点火時期は、水噴射領域に対応した点火時期であって、図３に示したＴ２以降の時期に対応する点火時期である。ＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転状態に基づいて、水噴射領域点火時期を設定する。本ステップＳ１０７を処理する時点では、水噴射弁８４から噴射された水が気筒２内に供給されているため、この水によって燃焼温度が低下されるので、ノッキングの発生が抑制される。ステップＳ１０７の処理が終了すると、本フローチャートを終了する。なお、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７を処理する順番は任意に変更することができる。
【００４５】
また、ステップＳ１０１で否定判定がなされるとステップＳ１０８へ進む。ここで、ステップＳ１０１で否定判定がなされた場合には、水噴射が要求されていない。したがって、ステップＳ１０８では、ＥＣＵ９０は、水噴射実行フラグをＯＦＦにする。水噴射弁８４から水噴射を実施していた場合には、水噴射弁８４に対して指令信号が与えられないので、水噴射が停止される。ステップＳ１０８の処理が終了すると、ステップＳ１０９へ進む。
【００４６】
ステップＳ１０９では、ＥＣＵ９０は、空燃比を非水噴射領域空燃比に設定する。非水噴射領域空燃比は、非水噴射領域に対応した空燃比であって、図３に示したＴ１以前の時期に対応する空燃比である。ＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転状態に基づいて、非水噴射領域空燃比を設定する。ステップＳ１０９の処理が終了するとステップＳ１１０へ進む。
【００４７】
ステップＳ１１０では、ＥＣＵ９０は、点火時期を非水噴射領域点火時期に設定する。非水噴射領域点火時期は、非水噴射領域に対応した点火時期であって、図３に示したＴ１以前の時期に対応する点火時期である。ＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転状態に基づいて、非水噴射領域点火時期を設定する。ステップＳ１１０の処理が終了するとステップＳ１１１へ進む。
【００４８】
ステップＳ１１１では、ＥＣＵ９０は、ステップＳ１０３で用いる経過時間をリセットする。すなわち、水噴射要求フラグがＯＦＦになると、経過時間がリセットされる。ステップＳ１１１の処理が終了すると、本フローチャートを終了する。なお、ステップＳ１０８、ステップＳ１０９、ステップＳ１１０、ステップＳ１１１を処理する順番は任意に変更することができる。
【００４９】
なお、水噴射領域空燃比及び非水噴射領域空燃比は、別々のマップに記憶しておくこともできるが、１つのマップに記憶しておくこともできる。同様に、水噴射領域点火時期及び非水噴射領域点火時期は、別々のマップに記憶しておくこともできるが、１つのマップに記憶しておくこともできる。また、ＥＣＵ９０は変化時空燃比及び変化時点火時期を予め記憶しておくこともできるが、これに代えて、水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期を所定の計算式により補正することで変化時空燃比及び変化時点火時期を算出してもよい。また、本実施例では、図２で説明したように、機関回転速度が同じ場合には、非水噴射領域よりも水噴射領域のほうのトルクが大きな場合について説明したが、これは一例であって、水噴射領域よりもトルクが大きな運転領域に非水噴射領域が存在している場合であっても本実施例を適用することができる。ただし、本実施例のように、非水噴射領域よりも水噴射領域のほうのトルクが大きな場合には、非水噴射領域から水噴射領域に移行した後に水が気筒２内に実際に供給されていなければ、燃焼温度及び排気の温度が許容範囲を超える可能性が高いため、本願の課題がより顕著になる。
【００５０】
以上説明したように本実施例によれば、ＥＣＵ９０が、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に移行した時点から所定時間は、水噴射領域空燃比よりもリッチ側の空燃比で且つ水噴射領域点火時期よりも遅角させた点火時期に設定して内燃機関１を運転するため、水噴射弁８４から噴射された水が気筒２内に実際に供給されるまでの燃焼温度及び排気温度が許容範囲を超えることを抑制できる。これにより、排気系に備わる部材の過熱を抑制できる。さらに、ノッキングの発生を抑制できる。
【００５１】
＜実施例２＞
上記実施例１では、機関トルクがトルク閾値を超えたときに、空燃比を変化時空燃比に設定し、点火時期を変化時点火時期に設定し、且つ、水噴射弁８４に対して指令信号を与えている。これに代えて、本実施例２では、機関トルクがトルク閾値を超えると予測される場合に、空燃比を変化時空燃比に設定し、点火時期を変化時点火時期に設定し、且つ、水噴射弁８４へ指令信号を与える。なお、ＥＣＵ９０は、機関トルクがそのときの機関回転速度に対応する第二トルク閾値を超えた場合に、機関トルクがトルク閾値を超えると予測する。この第二トルク閾値は、トルク閾値よりも小さな値である。なお、機関トルクがトルク閾値を超えることを予測する方法はこれに限らない。例えば、機関トルクの大きさ及び増加率に基づいて、機関トルクがトルク閾値を超えることを予測してもよい。
【００５２】
図５は、本実施例２に係る水噴射を実施する前から水噴射を実施した後までの各種値の
推移を示したタイムチャートである。図５は、図２における水噴射領域が存在する機関回転速度の範囲で内燃機関１が運転されているときの図である。図５において、Ｔ１１は、機関トルクが第二トルク閾値を超えた時点であり、Ｔ１は、機関トルクがトルク閾値を実際に超えた時点である。図５におけるＴ１及びＴ２は、図３に示したＴ１及びＴ２と同じ時点を示している。
【００５３】
Ｔ１１以前には、空燃比及び点火時期が、非水噴射領域空燃比及び非水噴射領域点火時期に設定されている。各機関回転速度において、機関トルクが第二トルク閾値を超えると、内燃機関１の運転領域が水噴射領域に入ると予測されるため、本実施例２ではＴ１１において水噴射要求フラグがＯＮになる。さらに、Ｔ１１において水噴射実行フラグがＯＮになり、水噴射弁８４に対して指令信号が与えられて水噴射が開始される。また、Ｔ１２は、Ｔ１１において水噴射弁８４から噴射され始めた水が、気筒２内に実際に供給される時点である。したがって、Ｔ１１からＴ１２までの時間は、ＥＣＵ９０が水噴射弁８４に対して指令信号を与えてから、気筒２内に水が実際に供給されるまでの遅れ時間となる。また、Ｔ１からＴ１２までの時間は、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴領域に移行した時点から、気筒２内に水が到達する時点までの時間といえる。Ｔ１２以降は、空燃比及び点火時期が、水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期に設定されている。
【００５４】
図５では、図３と比較して、水噴射要求フラグがＯＦＦからＯＮに変化する時点、空燃比が非水噴射領域空燃比から変化時空燃比に変化する時点、点火時期が非水噴射領域点火時期から変化時点火時期に変化する時点、及び、水噴射実行フラグがＯＦＦからＯＮに変化する時点が、何れも、Ｔ１よりも早い時点であるＴ１１にずれている。また、Ｔ１２の時点は、水噴射の実行開始時点がＴ１からＴ１１に早くなった分だけ、図３におけるＴ２の時点よりも早い時点になる。
【００５５】
図６は、本実施例２に係る水噴射時の空燃比および点火時期の設定フローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ９０により所定の時間毎に繰り返し実行される。所定の時間毎は、１サイクル毎としてもよいし、複数のサイクル毎としてもよい。図４に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例２においてはＥＣＵ９０が図６に示したフローチャートを処理することにより、本発明における制御装置として機能する。
【００５６】
図６に示したフローチャートでは、まず、ステップＳ２０１が処理される。ステップＳ２０１では、ＥＣＵ９０は、機関トルクがその時の機関回転速度に対応する第二トルク閾値を超えたか否か判定する。すなわち、内燃機関１の運転領域が水噴射領域に入ると予測されるか否か判定している。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進んで、ＥＣＵ９０が、水噴射要求フラグをＯＮにする。ステップＳ２０２の処理が終了すると、ステップＳ１０２へ進む。一方、ステップＳ２０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０４へ進んで、ＥＣＵ９０が、水噴射要求フラグをＯＦＦにする。ステップＳ２０４の処理が終了すると、ステップＳ１０８へ進む。
【００５７】
また、図６に示したフローチャートでは、ステップＳ１０２の処理が終了すると、ステップＳ２０３へ進む。ステップＳ２０３では、ＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に移行した時点からの経過時間が、経過時間閾値未満であるか否か判定する。この経過時間は、図５におけるＴ１からの経過時間であり、ＥＣＵ９０によりカウントされる。また、実施例１で説明したように、経過時間閾値は、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に移行した時点から、噴射された水が気筒２内に到達する時点までの時間であり、本実施例では、図５におけるＴ１からＴ１２までの時間に相当する。本実施例２に係る経過時間閾値は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ９０に記憶させておく。なお、本実施例２においては経過時間閾値が、本
発明における所定時間に相当する。そして、本実施例２においてはＥＣＵ９０が図６に示したフローチャートを処理することにより、本発明における制御装置として機能する。ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【００５８】
このように、内燃機関１の運転領域が実際に水噴射領域に入る前から水噴射弁８４に指令信号を与えることにより、水噴射領域に入った後の比較的早い時期に気筒２内に水を供給することができる。また、燃料噴射弁８１及び点火プラグ８３に例え応答遅れがあるとしても、この応答遅れを考慮して水噴射領域に入る前から変化時空燃比及び変化時点火時期に設定しておくことで、水噴射領域に入った時点から、より確実に変化時空燃比及び変化時点火時期で内燃機関１を運転することができる。したがって、水噴射領域に入った時点において、気筒２内に水が供給されていない状態であっても、燃焼温度及び排気温度が許容範囲を超えることを抑制できる。
【００５９】
＜実施例３＞
実施例２では、機関トルクが第二トルク閾値を超えた場合に、機関トルクがトルク閾値を超えると予測している。ここで、第二トルク閾値の設定の仕方にもよるが、機関トルクが第二トルク閾値を超えた場合であっても、その後に機関トルクがトルク閾値を超えない場合も考えられる。内燃機関１の運転領域が非水噴射領域であるのにも関わらず気筒２内に水が供給されると、トルク変動が生じる虞がある。また、水を無駄に消費することにもなる。そこで本実施例３では、空燃比及び点火時期を、変化時空燃比及び変化時点火時期に設定する時点は、実施例２と同じ内燃機関１の運転領域が水噴射領域に入ると予測された時点とし、水噴射弁８４からの水噴射を開始する時点は実施例１と同じ内燃機関１の運転領域が実際に水噴射領域に入った時点としている。すなわち、本実施例３では、機関トルクがトルク閾値を超えた時点に、水噴射弁８４に対して指令信号を与える。また、空燃比及び点火時期は、機関トルクが第二トルク閾値を超えた時点で変化時空燃比及び変化時点火時期に変化させる。すなわち、空燃比及び点火時期を、変化時空燃比及び変化時点火時期に変化させる時点と、水噴射弁８４に対して指令信号を与える時点とをずらしている。
【００６０】
図７は、本実施例３に係る水噴射を実施する前から水噴射を実施した後までの各種値の推移を示したタイムチャートである。図７は、図２における水噴射領域が存在する機関回転速度の範囲で内燃機関１が運転されているときの図である。図７において、Ｔ１１は、機関トルクが第二トルク閾値を超えた時点であり、Ｔ１は、機関トルクがトルク閾値を超えた時点であり、Ｔ２は、Ｔ１において水噴射弁８４から噴射され始めた水が、気筒２内に実際に供給される時点である。
【００６１】
Ｔ１１以前には、空燃比及び点火時期が、非水噴射領域空燃比及び非水噴射領域点火時期に設定されている。各機関回転速度において、機関トルクが第二トルク閾値を超えると、内燃機関１の運転領域が水噴射領域に入ると予測されるため、水噴射要求フラグがＯＮになる。しかし、内燃機関１の運転領域は、実際には水噴射領域に入っていないため、本実施例３では、水噴射実行フラグはＯＦＦのまま変化させない。そして、Ｔ１において機関トルクがトルク閾値を超えると水噴射実行フラグがＯＮになり、水噴射弁８４からの水噴射が開始される。また、Ｔ２は、Ｔ１において水噴射弁８４から噴射され始めた水が、気筒２内に実際に供給される時点であるため、Ｔ１からＴ２までの時間は、ＥＣＵ９０が水噴射弁８４へ指令信号を与えてから、気筒２内に水が実際に供給されるまでの遅れ時間となる。そして、本実施例３に係るＴ１からＴ２までの時間は、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴領域に移行した時点から、気筒２内に水が到達する時点までの時間といえる。Ｔ２以降は、空燃比及び点火時期が水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期に設定されている。
【００６２】
図７では、図３と比較して、水噴射要求フラグがＯＦＦからＯＮに変化する時点、空燃比が非水噴射領域空燃比から変化時空燃比に変化する時点、及び、点火時期が非水噴射領域点火時期から変化時点火時期に変化する時点が、Ｔ１よりも早い時点であるＴ１１にずれている。一方、水噴射実行フラグがＯＦＦからＯＮに変化する時点は、図３におけるＴ１の時点と同時点である。また、水噴射弁８４から噴射され始めた水が気筒２内に実際に供給される時点は、図３におけるＴ２の時点と同時点である。
【００６３】
図８は、本実施例３に係る水噴射時の空燃比および点火時期の設定フローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ９０により所定の時間毎に繰り返し実行される。所定の時間毎は、１サイクル毎としてもよいし、複数のサイクル毎としてもよい。図４または図６に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例３においてはＥＣＵ９０が図８に示したフローチャートを処理することにより、本発明における制御装置として機能する。
【００６４】
図８に示したフローチャートでは、ステップＳ２０２の処理が終了するとステップＳ３０１へ進む。ステップＳ３０１では、ＥＣＵ９０は、機関トルクがトルク閾値を超えたか否か判定する。すなわち、内燃機関１の運転領域が実際に水噴射領域に入ったか否か判定している。ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進んで、ＥＣＵ９０は、水噴射実行フラグをＯＮにする。一方、ステップＳ３０１で否定判定がなされた場合には、水噴射実行フラグがＯＦＦのまま、ステップＳ１０３へ進む。なお、水噴射実行フラグがＯＮになるまでは、ステップＳ１０３において、経過時間を０として判定が行われる。本実施例３においては、ステップＳ１０３における経過時間は、図７におけるＴ１からの経過時間であり、ＥＣＵ９０によりカウントされる。また、実施例１で説明したように、経過時間閾値は、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域に移行した時点から、噴射された水が気筒２内に到達する時点までの時間であり、本実施例では、図７におけるＴ１からＴ２までの時間に相当する。
【００６５】
このようにして、内燃機関１の運転領域が非水噴射領域から水噴射領域へ移行するという予測が外れて内燃機関１の運転領域が水噴射領域に入らなかったとしても、水が無駄にならずに済み、非水噴射領域において気筒２内に水が供給されることによるトルク変動も抑制できる。また、予め変化時空燃比及び変化時点火時期に設定して内燃機関１を運転しておくことで、燃料噴射弁８１及び点火プラグ８３の応答遅れを見込んだ制御が可能となる。したがって、内燃機関１の運転領域が水噴射領域に入った後に、より確実にノッキングの発生を抑制でき、より確実に排気温度の過度の上昇を抑制できる。
【００６６】
＜実施例４＞
本実施例４では、実施例１で説明した経過時間閾値を、内燃機関１の吸入空気量に基づいて変更する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。
【００６７】
ここで、内燃機関１の吸入空気量が多いほど、吸気の流速が高くなるため、水噴射弁８４から噴射された水が内燃機関１の気筒２内に供給されるまでの時間が短くなる。すなわち、水噴射弁８４から噴射された水が気筒２内に供給されるまでの時間は、吸入空気量に反比例する。このため、本実施例では、内燃機関１の吸入空気量が多いときは少ないときよりも、経過時間閾値を小さくする。吸入空気量と経過時間閾値との関係は予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ９０に記憶させておく。吸入空気量は、エアフローメータ１９を用いて検出される。
【００６８】
図９は、本実施例４に係る水噴射時の空燃比および点火時期の設定フローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ９０により所定の時間毎に繰り返し実行さ
れる。所定の時間毎は、１サイクル毎としてもよいし、複数のサイクル毎としてもよい。図４に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例４においてはＥＣＵ９０が図９に示したフローチャートを処理することにより、本発明における制御装置として機能する。
【００６９】
図９に示したフローチャートでは、ステップＳ１０２の処理が終了すると、ステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１では、ＥＣＵ９０は、経過時間閾値を設定する。ＥＣＵ９０は、エアフローメータ１９を用いて検出される現時点での吸入空気量と、予め記憶している吸入空気量から経過時間閾値を求めるマップと、に基づいて、現時点での吸入空気量に対応する経過時間閾値を設定する。ここで図１０は、吸入空気量と経過時間閾値との関係を示した図である。図１０の関係がマップとしてＥＣＵ９０に記憶されている。吸入空気量が多くなるほど経過時間閾値が小さくなる。そして、ステップＳ４０１の処理が終了するとステップＳ１０３へ進む。
【００７０】
以上説明したように本実施例によれば、変化時空燃比及び変化時点火時期から、水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期に切り替える時期を好適な時期に設定することができる。ここで、変化時空燃比及び変化時点火時期から、水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期への切り替えが早すぎる場合には、水の気化潜熱により燃焼温度が低下する前に空燃比及び点火時期が切り替わってしまうため、ノッキングが発生したり、排気系に備わる部材が過熱したりする虞がある。一方、変化時空燃比及び変化時点火時期から、水噴射領域空燃比及び水噴射領域点火時期への切り替えが遅すぎる場合には、最適な空燃比及び点火時期で運転しない期間が長くなることにより、燃費が悪化する虞がある。本実施例では、空燃比及び点火時期の切り替え時期を好適な時期に設定することができるため、排気温度が過剰に高くなることを抑制し、ノッキングが発生することを抑制し、且つ、燃費の悪化を抑制できる。なお、実施例２及び実施例３で説明した経過時間閾値についても、内燃機関１の吸入空気量が多いときは少ないときよりも、経過時間閾値を小さくすることにより、空燃比及び点火時期の切り替え時期を好適な時期に設定することができる。そして、実施例２及び実施例３においても、吸入空気量と経過時間閾値との関係は予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ９０に記憶させておく。実施例２における図６、及び、実施例３における図８の何れのフローチャートにおいても、ステップＳ１０２の処理が終了した後に、ステップＳ４０１を処理すればよい。
【符号の説明】
【００７１】
１  内燃機関
２  気筒
４  吸気通路
５  吸気弁
６  吸気側カム
７  排気通路
８  スロットル
９  排気弁
１０  シリンダヘッド
１１  排気側カム
１３  クランクシャフト
１４  コンロッド
１５  ピストン
１９  エアフローメータ
４１  吸気ポート
４２  吸気管
５０  水通路
５１  水タンク
５２  ポンプ
５３  レギュレータ
５４  リターン通路
７１  排気ポート
７２  排気管
８１  燃料噴射弁
８３  点火プラグ
８４  水噴射弁
９０  ＥＣＵ
９１  アクセル開度センサ
９２  クランクポジションセンサ
【図１】
2017218994.tif 000003
【図２】
2017218994.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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