(57)【要約】【課題】燃焼安定性を確保しつつ、点火時期を大幅に遅角することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、複数の点火プラグと、気筒の燃焼室内の空燃比を検出する複数の空燃比センサと、を有する内燃機関に適用される。上記の内燃機関の制御装置は、判定手段及び制御手段を備える、判定手段は、複数の空燃比センサのうち、いずれの空燃比センサにより検出された空燃比が最適空燃比に最も早く到達したかを判定する。制御手段は、複数の空燃比センサのうち、所定の空燃比センサにより検出された空燃比が最適空燃比に最も早く到達した場合には、当該所定の空燃比センサの近傍の点火プラグを点火する。これにより、点火プラグ近傍の空燃比がサイクル毎に時系列的に変化した場合であっても、燃焼安定性を確保しつつ、点火時期を大幅に遅角することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の点火プラグと、気筒の燃焼室内の空燃比を検出する複数の空燃比センサと、を有する内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
前記複数の空燃比センサにより検出された空燃比に基づいて、前記複数の空燃比センサのうち、いずれの空燃比センサにより検出された空燃比が最適空燃比に最も早く到達したかを判定する判定手段と、
前記複数の空燃比センサのうち、所定の空燃比センサにより検出された空燃比が最適空燃比に最も早く到達したと前記判定手段により判定された場合には、前記所定の空燃比センサの近傍の点火プラグを点火する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記複数の空燃比センサにより検出された空燃比のいずれもが最適空燃比に到達しなかったと前記判定手段により判定された場合には、最遅角点火時期において、前記複数の点火プラグを点火する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記複数の点火プラグは、前記気筒のヘッドの中央よりも周辺側に取り付けられる請求項１又は２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、筒内直噴式の内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の制御装置として、筒内に直接燃料を噴射する筒内直噴式の内燃機関において、燃料噴射後における燃焼室内の空燃比を検出し、検出した空燃比に基づいて、点火時期等の運転条件を制御する装置が知られている。例えば、以下の特許文献１には、１つの点火プラグを備えた内燃機関において、燃料噴射後における点火プラグ近傍の空燃比を時系列的に検出し、検出した時系列的空燃比に基づいて最適空燃比となる点火時期を設定することにより燃焼安定性を確保する技術が記載されている。また、特許文献２には、要求負荷が低い場合に、混合気濃度の濃い領域に配置されている点火装置の点火時期を、当該混合気濃度の薄い領域に配置されている点火装置の点火時期よりも、進角させる技術が記載されている。また、特許文献３には、シリンダ内を流動する可燃混合気の分布状態に応じて該可燃混合気が存在する部位の点火プラグを選択して動作させる技術が記載されている。特許文献４及び５にも、本発明と関連する技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７９３７７号公報
【特許文献２】特開２００３−２５４２１６号公報
【特許文献３】特開２００２−１４７２４２号公報
【特許文献４】特開２００５−３２５６８７号公報
【特許文献５】特開２００５−１７１９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関の始動直後では、触媒暖機のために、成層混合気を生成する大幅な遅角時期の圧縮行程噴射と組み合わせて点火時期を大幅に遅角させるのが好適である。
【０００５】
しかしながら、点火プラグ近傍の空燃比はサイクル毎に時系列的に変化するため、触媒暖機のために点火時期を大幅に遅角させた場合には、燃焼が不安点となり失火しやすくなる。特許文献１に示すように、安定的な燃焼を得るために、点火プラグ近傍の空燃比が最適空燃比となるように点火時期を補正した場合には、上述の触媒暖機性能を得ることができなくなる恐れがある。この点について、特許文献２乃至５のいずれにも何ら記載されていない。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、点火プラグ近傍の空燃比がサイクル毎に時系列的に変化した場合であっても、燃焼安定性を確保しつつ、点火時期を大幅に遅角することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点では、複数の点火プラグと、気筒の燃焼室内の空燃比を検出する複数の空燃比センサと、を有する内燃機関に適用される内燃機関の制御装置は、前記複数の空燃比センサにより検出された空燃比に基づいて、前記複数の空燃比センサのうち、いずれの空燃比センサにより検出された空燃比が最適空燃比に最も早く到達したかを判定する判定手段と、前記複数の空燃比センサのうち、所定の空燃比センサにより検出された空燃比が最適空燃比に最も早く到達したと前記判定手段により判定された場合には、前記所定の空燃比センサの近傍の点火プラグを点火する制御手段と、を備える。
【０００８】
上記の内燃機関の制御装置は、複数の点火プラグと、気筒の燃焼室内の空燃比を検出する複数の空燃比センサと、を有する内燃機関に適用される。上記の内燃機関の制御装置は、判定手段と、制御手段と、を備える、前記判定手段及び前記制御手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）である。前記判定手段は、前記複数の空燃比センサにより検出された空燃比に基づいて、前記複数の空燃比センサのうち、いずれの空燃比センサにより検出された空燃比が最適空燃比に最も早く到達したかを判定する。前記制御手段は、前記複数の空燃比センサのうち、所定の空燃比センサにより検出された空燃比が最適空燃比に最も早く到達したと前記判定手段により判定された場合には、前記所定の空燃比センサの近傍の点火プラグを点火する。このようにすることで、点火プラグ近傍の空燃比がサイクル毎に時系列的に変化した場合であっても、燃焼安定性を確保しつつ、点火時期を大幅に遅角することができる。
【０００９】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記複数の空燃比センサにより検出された空燃比のいずれもが最適空燃比に到達しなかったと前記判定手段により判定された場合には、最遅角点火時期において、前記複数の点火プラグを点火する。これにより、前記複数の空燃比センサにより検出された空燃比のいずれもが最適空燃比に到達しなかった場合であっても、触媒暖機時において、排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００１０】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記複数の点火プラグは、前記気筒のヘッドの中央よりも周辺側に取り付けられる。これにより、排気ガスの温度をより効果的に上昇させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１２】
［全体構成］
図１は、本発明の内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の構成を示す構成図である。図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の流れを示している。
【００１３】
内燃機関（エンジン）は、自動車などの車両に走行用動力源として搭載され、主に、複数の気筒１０と、各気筒１０にそれぞれ接続される吸気通路３及び排気通路４と、排気通路４に設けられた触媒８と、を備えている。なお、触媒８は、例えば三元触媒であり、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、などを浄化する機能を有する。ここで、触媒８の代わりに、排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと触媒とを組み合わせた排気浄化装置を用いるとしてもよい。
【００１４】
エンジンは、筒内直噴式のエンジンであり、気筒１０には、燃焼室１５内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁１８が設けられている。気筒１０のヘッド部分には、点火プラグ１９ａ、１９ｂが取り付けられるとともに、空燃比センサ２０ａ、２０ｂが取り付けられている。空燃比センサ２０ａ、２０ｂは、燃焼室１５内の混合気の空燃比を検出するためのセンサである。空燃比センサ２０ａ、２０ｂは、混合気の空燃比を検出し、検出した空燃比に対応する検出信号Ｓ２０ａ、Ｓ２０ｂをＥＣＵ５０に送信する。点火プラグ１９ａは空燃比センサ２０ａの近傍に設けられ、点火プラグ１９ｂは空燃比センサ２０ｂの近傍に設けられている。なお、図１に示す例では、空燃比センサ、点火プラグは夫々、２つずつ気筒１０に取り付けられるとしているが、これに限られるものではない。代わりに、空燃比センサ、点火プラグは夫々、３つ以上気筒１０に取り付けられるとしても良い。
【００１５】
気筒１０の作動行程の１サイクルは、具体的には、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程、の４つの行程より構成される。まず、吸入行程において、新気ガスが、吸気通路３より気筒１０の燃焼室１５内へ供給される。次に、圧縮行程において、燃料噴射弁１８より燃料ＦＬが燃焼室１５内へ供給される圧縮行程噴射が実行されるとともに、ピストン１２が上死点（ＴＤＣ）まで上がることにより、燃料と新気ガスとが混合された混合気が圧縮される。そして、燃焼行程において、点火プラグ１９ａ、１９ｂのうち少なくとも一方が点火されることにより混合気の燃焼が開始され、燃焼による混合気の膨張により、ピストン１２が下死点（ＢＤＣ）まで押し下げられる。その後、排気行程において、ピストン１２が上がり、排気ガスが排気通路４へ排出される。燃焼行程におけるピストン１２が下死点まで押し下げられる力が、コンロッド１６を介してクランク軸１７にトルクとして伝達され、クランク軸１７が回転する。ここで、クランク軸１７近傍には、クランク軸１７の回転角を検出して、検出された回転角に対応する検出信号をＥＣＵ５０へ送信するクランク角センサ４１が設けられている。
【００１６】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイスなどを有し、各種センサからの検出信号に基づいて、エンジンの制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ４１からの検出信号Ｓ４１に基づいて、クランク角を検出するとともに、空燃比センサ２０ａ、２０ｂからの検出信号Ｓ２０ａ、２０ｂに基づいて、燃焼室１５内の空燃比を検出する。そして、ＥＣＵ５０は、検出されたクランク角及び空燃比に基づいて、点火プラグ１９ａ、１９ｂの点火時期の制御を行う。
【００１７】
［制御方法］
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御方法について説明する。
【００１８】
筒内直噴式のエンジンでは、燃料噴射弁と点火プラグとの間の距離が短く、点火プラグの近傍の混合気の空燃比は噴射後の燃料の形態の影響を大きく受ける。つまり、図１の燃料ＦＬにも示すように、燃焼室内の燃料の分布が燃料の形態により変動するため、点火プラグの近傍の混合気の空燃比も変動する。そのため、筒内直噴式のエンジンでは、燃料の形態の経時変化を考慮して点火時期を決定する必要がある。一般的な内燃機関の制御装置では、気筒に点火プラグが１つだけ設けられており、ＥＣＵは、燃料噴射後における点火プラグ近傍の空燃比を時系列的に検出し、検出した時系列的空燃比に基づいて最適空燃比となる点火時期を設定することにより燃焼安定性を確保している。この場合、ＥＣＵは、点火プラグの近傍において、最適空燃比となるタイミングがずれた場合には、それに合わせて点火時期を補正する必要がある。例えば、最適空燃比となるタイミングが進角側にずれた場合には、点火時期を進角側へ補正する必要がある。
【００１９】
ところで、エンジンの始動時には触媒の暖機が行われる。具体的には、触媒の暖機は、燃焼室内より排出される排気ガスの温度を上昇させることにより行われる。排気ガスの温度を上昇させるためには、なるべくゆっくりと燃焼室内で混合気を燃焼させる必要がある。そのため、触媒の暖機を行う場合には、成層混合気を生成する大幅な遅角時期の圧縮行程噴射と組み合わせて点火時期が大幅に遅角されるのが望ましい。なぜなら、ＴＤＣ付近で混合気が燃焼された場合には、燃焼室内の圧力上昇が大きく、燃焼熱がピストンを下げる仕事に変換され易くなるため、点火時期が大幅に遅角された場合と比較して、排気ガスの温度の上昇が小さくなるからである。
【００２０】
しかしながら、一般的な内燃機関の制御方法では、点火時期を大幅に遅角すると、点火プラグ近傍の空燃比のサイクル間変動が比較的大きい場合に、燃焼が不安定になり失火しやすくなる。また、通常の制御、即ち、先に述べたように、点火時期を最適点火時期のタイミングに合わせて補正した場合には、点火時期を遅角側に設定できずに触媒暖機性能を得ることができなくなる恐れがある。
【００２１】
そこで、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ２０ａ、２０ｂの夫々により検出された空燃比に基づいて、空燃比センサ２０ａ、２０ｂのうち、いずれの空燃比センサにより検出された空燃比が最適空燃比に最も早く到達したかを判定し、最適空燃比に最も早く空燃比が到達したと判定された空燃比センサの近傍の点火プラグを点火することとする。以下、図２を用いて具体的に説明する。
【００２２】
図２は、空燃比のクランク角に対する変化を示す図である。図２に示すグラフは、１つのサイクルにおいて、空燃比センサ２０ａ、２０ｂにより時系列的に空燃比が測定されたものである。
【００２３】
ＥＣＵ５０は、空燃比センサ２０ａ、２０ｂのうち、いずれかの空燃比センサにより検出された空燃比が最適空燃比に到達したと判定した場合には、最適空燃比に空燃比が到達したと判定された方の空燃比センサの近傍の点火プラグを点火することとする。ここで、最適空燃比とは、予め着火性が高い空燃比の適合値として設定され、具体的には、理論空燃比よりも若干濃い空燃比として設定される。また、図２では、空燃比が最適空燃比となるときの点火時期を「標準点火時期」として示している。この標準点火時期は、遅角側の点火時期となっている。
【００２４】
例えば、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ２０ａにより検出された空燃比が最も早く最適空燃比に到達したと判定した場合には、点火プラグ１９ａを点火することとし、一方、空燃比センサ２０ｂにより検出された空燃比が最も早く最適空燃比に到達したと判定した場合には、点火プラグ１９ｂを点火することとする。つまり、本実施形態では、２つの点火プラグ１９ａ、１９ｂが気筒１０に設けられているので、それらのうち、どちらか一方の点火プラグの近傍の空燃比が最適空燃比となっていれば、混合気に着火可能である。これにより、２つの点火プラグ１９ａ、１９ｂのうち、一方の点火プラグの近傍の空燃比が最適空燃比となるタイミングからずれた場合であっても、他方の点火プラグの近傍の空燃比が最適空燃比となるタイミングからずれさえしなければ、点火時期を補正することなく着火可能となる。このため、点火プラグ近傍の空燃比のサイクル間変動が比較的大きい場合であっても、点火時期を補正することなく、安定した燃焼を得ることができ、燃焼変動やトルク変動を低下させることができる。従って、一般的な内燃機関の制御装置と比較して、点火時期を大幅に遅角し易くなり、触媒暖機時において、排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００２５】
なお、本実施形態に係る内燃機関では、点火プラグ１９ａ、１９ｂは、気筒１０のヘッドの中央よりも周辺側に取り付けられるとしている。これは、気筒１０のヘッドの中央に点火プラグを取り付けるよりも、気筒１０のヘッドの中央の周辺側に点火プラグを取り付ける方が、点火プラグを点火した際に、混合気の燃焼に時間がかかり、結果的に排気ガスの温度をより効果的に上昇させることができるからである。
【００２６】
ＥＣＵ５０は、１サイクルの間において、点火プラグ１９ａ、１９ｂのうち、どちらか一方が点火された後では、そのサイクル中においては、点火プラグ１９ａ、１９ｂのどちらも点火しないこととする。
【００２７】
ＥＣＵ５０は、点火時期が最遅角点火時期となるまでに、空燃比センサ２０ａ、２０ｂにより検出された空燃比のいずれもが最適空燃比に到達しなかったと判定した場合には、最遅角点火時期において、点火プラグ１９ａ、１９ｂの両方を点火することとする。ここで、最遅角点火時期とは、点火時期の過剰な遅角化による出力の低下等の不具合を抑制するための制限値であり、予め実験などにより求められる。このようにすることで、空燃比センサ２０ａ、２０ｂにより検出された空燃比のいずれもが最適空燃比に到達しなかった場合であっても、点火時期を遅角側とすることができ、触媒暖機時において、排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００２８】
次に、上述の内燃機関の制御処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。図３のフローチャートに示す制御処理は、主に、触媒８の急速暖機制御運転が行われる際における制御処理を示しており、作動行程のサイクル毎に繰り返し行われる。
【００２９】
まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ５０は、最遅角点火時期を設定する。最遅角点火時期は、予め実験などにより求められ、ＥＣＵ５０のＲＯＭなどに記録されている。
【００３０】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、エンジンの各種センサからの検出信号に基づいて、触媒８の急速暖機制御運転を行う必要があるか否かについて判定する。ＥＣＵ５０は、触媒８の急速暖機制御運転を行う必要があると判定した場合には（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３の処理へ進み、触媒８の急速暖機制御運転を行う必要がないと判定した場合には（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、本制御処理を終了する。例えば、ＥＣＵ５０は、エンジン始動時には、触媒８の急速暖機制御運転を行う必要があるものとして、ステップＳ１０３の処理へ進み、そうでない場合には、本制御処理を終了する。
【００３１】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ４１からの検出信号Ｓ４１に基づいて、クランク角を検出するとともに、空燃比センサ２０ａ、２０ｂからの検出信号Ｓ１９ａ、Ｓ１９ｂに基づいて、空燃比を検出する。続くステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、クランク角が最遅角点火時期以上となっているか否かについて判定する。ＥＣＵ５０は、クランク角が最遅角点火時期以上となっていると判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、点火プラグ１９ａ、１９ｂの両方を点火し（ステップＳ１０６）、本制御処理を終了する。このようにすることで、空燃比センサ２０ａ、２０ｂにより検出された空燃比のいずれもが最適空燃比に到達しなかった場合であっても、触媒暖機時において、排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００３２】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、クランク角が最遅角点火時期よりも小さくなっていると判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０５の処理へ進む。ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ２０ａ、２０ｂのうち、いずれかの空燃比センサにより検出された空燃比が最適空燃比に到達したか否かについて判定する。ＥＣＵ５０は、空燃比センサ２０ａ、２０ｂのうち、いずれの空燃比センサにより検出された空燃比も最適空燃比に到達していないと判定した場合には（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ステップＳ１０４の処理へ戻る。一方、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ２０ａ、２０ｂのうち、いずれかの空燃比センサにより検出された空燃比が最適空燃比に到達したと判定した場合には（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、最適空燃比に到達したと判定された空燃比センサの近傍の点火プラグを点火した後（ステップＳ１０７）、本制御処理を終了する。このようにすることで、点火時期を大幅に遅角することが可能となり、触媒暖機時において、排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００３３】
以上に述べたことから分かるように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、２つの点火プラグ１９ａ、１９ｂのうち、一方の点火プラグの近傍における空燃比の最適空燃比となるタイミングがずれた場合であっても、他方の点火プラグの近傍における空燃比の最適空燃比となるタイミングがずれさえしなければ、点火時期を補正することなく着火可能となる。このようにすることで、点火プラグ近傍の空燃比のサイクル間変動が比較的大きい場合であっても、点火時期を補正することなく、安定した燃焼を得ることができ、燃焼変動やトルク変動を低下させることができる。このため、一般的な内燃機関の制御装置と比較して、点火時期を大幅に遅角し易くなり、触媒暖機時において、排気ガスの温度を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の構成を示す構成図である。
【図２】空燃比のクランク角に対する変化を示す図である。
【図３】本実施形態に係る内燃機関の制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
３  吸気通路
４  排気通路
８  触媒
１０  気筒
１５  燃焼室
１９ａ、１９ｂ  点火プラグ
２０ａ、２０ｂ  空燃比センサ
５０  ＥＣＵ
【図１】
2009287431.tif 000003
【図２】
2009287431.tif 000004
【図３】
2009287431.tif 000005