(57)【要約】【課題】要求２次電圧が発生２次電圧を上回ると予測される際に、シリンダ内の圧力を下げることなく、また発生２次電圧を上げることなく、失火の発生を防止する。【解決手段】シリンダボア１３内において、タンブルＴを強化する方向に燃料を噴射するインジェクタ１９を設ける。点火時期におけるシリンダ内圧力などの情報から点火プラグ２０の要求２次電圧を算出する。要求２次電圧と発生２次電圧とを比較し、要求２次電圧が発生２次電圧よりも大きいとき、インジェクタ１９からの燃料噴射および点火プラグ２０の点火のタイミングを、それ以外のときよりも進角する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に旋回流を発生させ燃焼速度の調整を行う内燃機関の制御システムであって、
前記シリンダ内において前記旋回流を強化する方向に燃料を噴射するインジェクタと、
前記インジェクタによる燃料噴射のタイミングと点火プラグによる点火のタイミングとを制御するタイミング制御手段と、
前記点火プラグの要求２次電圧を算出する要求２次電圧算出手段と、
前記点火プラグの発生２次電圧を取得する発生２次電圧取得手段とを備え、
前記タイミング制御手段は、前記要求２次電圧が前記発生２次電圧よりも高いとき、前記燃料噴射のタイミングと前記点火のタイミングとをそれ以外のときに比べて各々所定量進角させる
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項２】
前記内燃機関が過給機を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンブルやスワールなどの旋回流を活用するとともに筒内直接噴射を用いる火花点火式の内燃機関の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
点火プラグ電極間の放電に必要とされる要求２次電圧は、シリンダ内の圧力が高いほど、あるいは点火プラグ温度が低いほど、または点火プラグ電極間ギャップが大きいほど高い。したがって、例えば点火時期がＴＤＣ近くに設定され、シリンダ内圧力が高い場合、要求２次電圧は高くなる。
【０００３】
要求２次電圧の上昇に合わせて単に発生２次電圧を高くすると、放電が電極間で行なわれず、点火プラグ碍子突き抜け、あるいはフラッシュオーバーを発生し、失火の原因となる。したがって、例えば高過給圧かつＴＤＣ近傍で点火を行う内燃機関においては、高電圧に対応した点火プラグを用いる必要があり、コストの上昇および回路構成などの複雑さを招く。
【０００４】
また、過給機を備える内燃機関において、要求２次電圧が発生２次電圧を上回る可能性がある運転域において、目標過給圧を下げて失火を防止するエンジンの制御装置も提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−３３６５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、例えば過給機付き内燃機関において過給圧を下げる制御を行うと、ドライバビリティの悪化を招く。
【０００６】
本発明は、要求２次電圧が発生２次電圧を上回ると予測される際に、シリンダ内の圧力を下げることなく、また発生２次電圧を上げることなく、失火の発生を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の内燃機関の制御システムは、シリンダ内に旋回流を発生させ燃焼速度の調整を行う内燃機関の制御システムであって、シリンダ内において旋回流を強化する方向に燃料を噴射するインジェクタと、インジェクタによる燃料噴射のタイミングと点火プラグによる点火のタイミングとを制御するタイミング制御手段と、点火プラグの要求２次電圧を算出する要求２次電圧算出手段と、点火プラグの発生２次電圧を取得する発生２次電圧取得手段とを備え、タイミング制御手段は、要求２次電圧が発生２次電圧よりも高いとき、燃料噴射のタイミングと点火のタイミングとを、それ以外のときに比べて各々所定量進角させることを特徴としている。
【０００８】
また、内燃機関が過給機を備えるとき、本発明は特に顕著な効果を得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、要求２次電圧が発生２次電圧を上回ると予測される際に、シリンダ内の圧力を下げることなく、また発生２次電圧を上げることなく、失火の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である内燃機関の構成を模式的に示すブロック図である。なお、図１には１つのシリンダの模式的、部分的な断面図のみが示されるが、内燃機関は従来周知のように複数のシリンダを備える。
【００１１】
本実施形態の内燃機関１０のシリンダブロック１１には、ピストン１２が配置される複数のシリンダボア１３が設けられ、その上部はシリンダヘッド１４によって覆われる。シリンダヘッド１４には、各シリンダボア１３と連通する吸気ポート１５、排気ポート１６がそれぞれ設けられ、吸気ポート１５には吸気弁１７が、排気ポート１６には排気弁１８がそれぞれ配設される。
【００１２】
また、シリンダヘッド１４において、燃焼室の略中央頂面を形成する位置には、燃料噴射用のインジェクタ１９および火花点火用の点火プラグ２０が設けられる。シリンダボア１３内にはインジェクタ１９から直接燃料が噴射される。なお、インジェクタ１９の燃料噴射タイミングおよび点火プラグの点火タイミングは、ＥＣＵ２１によって制御され、ＥＣＵ２１には、各種センサから信号が入力される。
【００１３】
内燃機関１０は、吸気時に吸気ポート１５から流入する気流により燃焼室内にタンブルやスワールなどの旋回流を形成するものであり、インジェクタ１９のノズルは、形成された旋回流を強化する方向に燃料を噴射するように配置される。図１の例では、燃焼室内に破線で示される順方向タンブルＴが形成され、インジェクタ１９は、順方向タンブルＴを強化する方向に燃料を噴射する。
【００１４】
また、内燃機関１０は、例えば過給機を備える。本実施形態において過給機は例えばターボチャージャ２２であり、コンプレッサ２３において加圧されたエアが吸気ポート１５に供給され、排気ポート１６からの排ガスは、ターボチャージャ２２のタービン２４を介して排気される。
【００１５】
次に図２を参照して本実施形態における内燃機関１０の制御システムにおいて実行される制御処理について説明する。なお図２は、内燃機関１０の制御システムにおいて実行される制御処理のフローチャートであり、ＥＣＵ２１における一連の処理の中の１つとして、例えば１燃焼サイクル毎に実行される。
【００１６】
まずステップＳ１００では、点火プラグ２０の放電による点火に必要な要求２次電圧Ｖｄが算出される。要求２次電圧は、例えば、点火時におけるシリンダボア１３内の圧力、点火時の点火プラグ２０の温度、点火プラグ２０の電極間ギャップなどのパラメータに基づいて算出される。ここで、シリンダボア１３内の圧力は過給圧と実圧縮比とから求められ、点火プラグ２０の温度は、例えば、投入燃料量あるいはエンジン負荷とエンジン回転数との関係から求められる。また、点火プラグ２０の電極間ギャップは、過去に投入された点火エネルギーの総計に対応して算出される。
【００１７】
なお、過給圧は圧力センサ（図示せず）によりサージタンク内の圧力を検出することより求められ、実圧縮比は、メカニカル圧縮比と吸気弁が閉じられるタイミングとから求められる。また、点火エネルギーの総計は、例えば各々の点火（放電）で投入されたエネルギーに対応する変数の積分を行うことにより表される。なお、要求２次電圧Ｖｄの算出は、上記何れか１つのパラメータを用いて算出される構成であってもよいし、要求２次電圧の推定に適切な他のパラメータや、それらと上記パラメータとを組み合わせて算出されてもよい。
【００１８】
ステップＳ１０２では、点火プラグ２０の電極間で実際に発生する発生２次電圧Ｖａが求められる。発生２次電圧Ｖａを直接計測する構成とすることも可能であるが、実際に設定されている電圧値、あるいはこれらの値に一定の安全率を付加した値を用いることも可能である。ステップＳ１０４では、要求２次電圧が発生２次電圧よりも大きいか否かが判定される。
【００１９】
ステップＳ１０４において、要求２次電圧Ｖｄが発生２次電圧Ｖａよりも大きくないと判定されたときには、ステップＳ１０６において、インジェクタ１９からの噴射時期、および点火プラグ２０の点火時期が、通常のタイミングに設定される（通常設定）。ここで、通常設定時の噴射時期、点火時期を示すタイミングチャートを図３に示す。
【００２０】
図３において、横軸はクランク角度であり、通常設定時、インジェクタ１９からは、ＢＤＣ付近で燃料が噴射されるように設定される。したがって、燃焼室内においては、タンブルやスワールなどの旋回流が十分に強化され、これにより燃焼速度は速くなり、点火時期はＴＤＣ近傍にまで遅角して設定される。
【００２１】
一方、ステップＳ１０４において、要求２次電圧Ｖｄが発生２次電圧Ｖａよりも大きいと判定されると、ステップＳ１０８においてインジェクタ１９からの噴射時期、および点火プラグ２０の点火時期が、通常設定時よりも進角されたタイミングで設定される（進角設定）。図４に、進角設定時の噴射時期、点火時期を示すタイミングチャートを示す。
【００２２】
進角設定時、インジェクタ１９の噴射時期は、ＢＤＣから所定角度θ１進角した時期に設定される。すなわち、進角設定時には、通常設定時に比べ燃料噴射時期が進角され、タンブルやスワールなどの旋回流の強化が弱められる。これにより燃焼速度は遅くなり、点火時期の最適値は、通常設定時に比べ圧縮ＴＤＣから例えば所定角度θ２進角された時点に対応する。したがって、進角設定時には、点火時期は圧縮ＴＤＣから角度θ２進角した時点に設定される。
【００２３】
ＴＤＣから角度θ２進角された時点では、混合気の圧縮の度合いがＴＤＣ近傍に設定された通常設定時に比べ相対的に低いので、要求２次電圧Ｖｄが低下する。したがって、発生２次電圧を上げたり、過給圧を下げたりしなくとも、失火の発生を抑止できる。
【００２４】
なお、進角量θ１、θ２は、一定値に設定することも可能であるが、電圧差（Ｖｄ−Ｖａ）の大きさに応じて増大させる構成とすることも可能である。また、電圧差（Ｖｄ−Ｖａ）と進角量θ１、θ２との対応は、予めメモリに記憶させたマップデータを用いて求める構成としてもよいし、実験的に求められた関数を用いて算出する構成としてもよい。
【００２５】
以上のように、要求２次電圧Ｖｄが発生２次電圧Ｖａよりも大きいか否かの判定（ステップＳ１０４）に基づいて、燃料噴射時期と点火時期が、通常設定（ステップＳ１０６）または進角設定（ステップＳ１０８）として設定されると、この燃焼サイクルにおける制御処理は終了し、その後同様の処理が、続く燃焼サイクルにおいて順次繰り返される。
【００２６】
以上のように、本実施形態によれば、要求２次電圧が発生２次電圧を上回ると予想される場合にも、発生２次電圧を上げたり、シリンダボア内の圧力を下げたりすることなく失火の発生を抑止できる。したがって、点火プラグをより高圧用の点火プラグに変更したり、過給機を用いた内燃機関において過給圧を下げたりすることなく、失火の問題に対応することができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、過給機を備えた内燃機関を例に本実施形態の内燃機関の制御システムについて説明を行ったが、過給機を備えない内燃機関においても、本実施形態の制御システムを適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態である内燃機関の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本実施形態の制御システムにおいて実行される制御処理のフローチャートである。
【図３】通常設定時の噴射および点火のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】進角設定時の噴射および点火のタイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１０  内燃機関
１１  シリンダブロック
１２  ピストン
１３  シリンダボア
１４  シリンダヘッド
１５  吸気ポート
１６  排気ポート
１７  吸気弁
１８  排気弁
１９  インジェクタ
２０  点火プラグ
２１  ＥＣＵ
２２  ターボチャージャ
２３  コンプレッサ
２４  タービン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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