(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023183493
(43)【公開日】2023-12-28
(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置
(51)【国際特許分類】
F02P 15/02 20060101AFI20231221BHJP
F02D 43/00 20060101ALI20231221BHJP
F02B 23/08 20060101ALI20231221BHJP
【FI】
F02P15/02
F02D43/00 301A
F02D43/00 301J
F02B23/08 M
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022097038
(22)【出願日】2022-06-16
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100154380
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 隆一
(74)【代理人】
【識別番号】100081972
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 豊
(72)【発明者】
【氏名】鳥居 建史
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼倉 史郎
(72)【発明者】
【氏名】岡田 大輔
(72)【発明者】
【氏名】木村 範孝
【テーマコード(参考)】
3G019
3G023
3G384
【Fターム(参考)】
3G019AB01
3G019AC06
3G019GA09
3G019KA11
3G019KA16
3G023AA01
3G023AA17
3G023AB02
3G023AC01
3G023AC04
3G023AD03
3G023AD25
3G384AA01
3G384BA13
3G384BA23
3G384CA03
3G384CA06
3G384CA07
3G384CA11
3G384CA17
3G384CA18
3G384CA22
3G384DA56
3G384EB08
3G384FA01Z
3G384FA58Z
(57)【要約】
【課題】点火モードの切換時の騒音レベルの急激な変化を抑える。
【解決手段】エンジンは、主燃焼室の内部の混合気を点火する主室点火プラグ9と、副燃焼室の内部の混合気を点火する副室点火プラグ8と、を有する。内燃機関の制御装置100は、吸気行程から排気行程に至るクランク角の範囲において、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて、主室点火プラグ9のみが点火する主室点火モード、副室点火プラグ8のみが点火する副室点火モード、および双方の点火プラグ8,9が点火する位相差点火モードとの間で点火モードを切り換えるように、点火プラグ8,9の作動を制御するコントローラ50を備える。コントローラ50は、副室点火モードおよび主室点火モードの一方から他方へ点火モードを切り換えるとき、位相差点火モードを経由して点火モードを切り換えるように点火プラグ8,9の作動を制御する。
【選択図】
図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
気筒内を往復動するピストンに面した主燃焼室と、噴孔を介して前記主燃焼室に連通する副燃焼室と、前記主燃焼室の内部の混合気を点火する第1点火部と、前記副燃焼室の内部の混合気を点火する第2点火部と、を有する内燃機関の制御装置であって、
吸気行程から排気行程に至るクランク角の範囲において、前記内燃機関の回転数と前記内燃機関に作用する負荷とに応じて、前記第1点火部のみが点火する第1点火モード、前記第2点火部のみが点火する第2点火モード、および前記第1点火部と前記第2点火部の双方が点火する第3点火モードとの間で点火モードを切り換えるように、前記第1点火部および前記第2点火部の作動を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第1点火モードおよび前記第2点火モードの一方から他方へ点火モードを切り換えるとき、前記第3点火モードを経由して点火モードを切り換えるように前記第1点火部および前記第2点火部の作動を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項2】
請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
前記第3点火モードでは、前記第1点火部の点火時期と前記第1点火部よりも遅角した前記第2点火部の点火時期との差である位相差が所定位相差となり、
前記制御部は、前記内燃機関の回転数と前記内燃機関に作用する負荷とに応じて、前記第1点火モードまたは前記第2点火モードから前記第3点火モードに、あるいは前記第3点火モードから前記第1点火モードまたは前記第2点火モードに点火モードを切り換えるように前記第1点火部および前記第2点火部を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項3】
請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御部は、前記第2点火モードから前記第3点火モードに点火モードを切り換えるとき、前記第1点火部を前記第2点火部と同時に点火させた後、前記位相差が前記所定位相差となるまで前記第1点火部の点火時期を徐々に進角させるように前記第1点火部および前記第2点火部を制御す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2または3に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御部は、前記第3点火モードから前記第1点火モードに点火モードを切り換えるとき、前記位相差が所定の最大位相差に到達するまで前記第2点火部の点火時期を徐々に遅角させ、前記位相差が前記所定の最大位相差に到達すると、前記第2点火部の点火を停止するように前記第1点火部および前記第2点火部を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項5】
請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御部は、前記第1点火モードから前記第3点火モードに点火モードを切り換えるとき、前記第1点火部から所定の最大位相差だけ遅角したクランク角で前記第2点火部を点火させた後、前記位相差が前記所定位相差となるまで、前記第2点火部の点火時期を徐々に進角させるように前記第1点火部および前記第2点火部を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項6】
請求項2または5に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御部は、前記第3点火モードから前記第2点火モードに点火モードを切り換えるとき、前記位相差が0になるまで前記第1点火部の点火時期を徐々に遅角させ、前記位相差が0になると、前記第1点火部の点火を停止するように前記第1点火部および前記第2点火部を制御す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】
本発明は、副燃焼室を有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の装置として、従来、主燃焼室と副燃焼室とにそれぞれ点火プラグを設け、エンジンの運転状態に応じてこれら点火プラグの作動を制御するようにした装置が知られている(例えば特許文献1参照)。特許文献1記載の装置では、エンジン負荷が所定値以上かつエンジン回転数が所定値未満の高負荷低回転領域で、主燃焼室の点火プラグを点火し、エンジン負荷が所定値未満の低中負荷領域およびエンジン負荷が所定値以上かつエンジン回転数が所定値以上の高負荷高回転領域で、副燃焼室の点火プラグを点火する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、主燃焼室の点火プラグにより点火される点火モード(便宜上、第1点火モードと呼ぶ)と副燃焼室の点火プラグにより点火される点火モード(便宜上、第2点火モードと呼ぶ)とでは、互いに燃焼形態が異なる。このため、第1点火モードと第2点火モードとの間で点火モードを切り換えると、エンジン騒音が急激に変化し、乗員が違和感を抱くおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様は、気筒内を往復動するピストンに面した主燃焼室と、噴孔を介して主燃焼室に連通する副燃焼室と、主燃焼室の内部の混合気を点火する第1点火部と、副燃焼室の内部の混合気を点火する第2点火部と、を有する内燃機関の制御装置であって、吸気行程から排気行程に至るクランク角の範囲において、内燃機関の回転数と内燃機関に作用する負荷とに応じて、第1点火部のみが点火する第1点火モード、第2点火部のみが点火する第2点火モード、および第1点火部と第2点火部の双方が点火する第3点火モードとの間で点火モードを切り換えるように、第1点火部および第2点火部の作動を制御する制御部を備える。制御部は、第1点火モードおよび第2点火モードの一方から他方へ点火モードを切り換えるとき、第3点火モードを経由して点火モードを切り換えるように第1点火部および第2点火部の作動を制御する。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、第1点火モードと第2点火モードとの間で点火モードを切り換えるときの、エンジン騒音の急激な変化が抑えられ、乗員が違和感を抱くことを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【
図1】本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関としてのエンジンの要部構成を概略的に示す図。
【
図2】
図1の矢印II-II線に沿って切断した場合のエンジンの要部を示す図。
【
図5】本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の要部構成を示すブロック図。
【
図6A】点火モードの切換に伴う点火プラグの動作の一例を示す図。
【
図6B】点火モードの切換に伴う点火プラグの動作の他の例を示す図。
【
図7】
図5のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。
【
図8A】本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作の一例を示す図。
【
図8B】本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作の他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、
図1~
図8Bを参照して本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本発明が適用される内燃機関の一例であるエンジン1の要部構成を概略的に示す図である。エンジン1は、例えばガソリンを燃料として火花点火により混合気の燃焼を行うガソリンエンジンであり、動作周期の間に吸気、膨張、圧縮および排気の4つの行程を経る4ストロークエンジンである。吸気行程の開始から排気行程の終了までを、便宜上、エンジン1の燃焼行程の1サイクルまたは燃焼サイクルと称する。エンジン1は4気筒、6気筒、8気筒等、複数の気筒を有するが、
図1には、単一の気筒の構成を示す。なお、各気筒の構成は互いに同一である。燃料は、アルコールを含む燃料であってもよい。
【0009】
図1に示すように、エンジン1は、シリンダブロック11に形成された略円筒形状のシリンダ2と、シリンダ2の内壁に沿って摺動可能に配置されたピストン3と、ピストン3とシリンダヘッド12との間に形成された燃焼室4と、を有する。ピストン3は、コンロッド5を介してクランクシャフト6に連結され、シリンダ2内をピストン3が往復動することにより、クランクシャフト6が回転する。なお、ピストン3の上面は例えば凹凸状に形成されるが、
図1では、便宜上、平坦面として示す。
【0010】
シリンダヘッド12には、吸気ポート13と排気ポート14とが設けられる。燃焼室4には、吸気ポート13を介して吸気通路15が連通する一方、排気ポート14を介して排気通路16が連通する。吸気ポート13は吸気バルブ17により開閉され、排気ポート14は排気バルブ18により開閉される。吸気バルブ17の上流側の吸気通路15には、スロットルバルブ19が設けられ、スロットルバルブ19により燃焼室4へ流れる吸気量が調整される。吸気バルブ17と排気バルブ18とは、不図示の動弁機構により、クランクシャフト6の回転に同期した所定のタイミングで開閉される。
【0011】
シリンダヘッド12には、燃焼室4に臨むようにインジェクタ7が装着される。インジェクタ7は、例えばシリンダブロック11の側方かつ吸気バルブ17の近傍に、先端の燃料噴射口を斜め下方に向けて配置される。インジェクタ7は、コントローラ(
図5)からの指令により、吸気行程から圧縮行程にかけての範囲内で1回または複数回、燃焼室4内に燃料を噴射する。すなわち、インジェクタ7は、筒内噴射型の燃料噴射弁として構成される。なお、インジェクタ7の配置はこれに限らず、例えば吸気ポート13に面してインジェクタ7を配置し、ポート噴射型の燃料噴射弁として構成してもよい。
【0012】
図2は、吸気バルブ17と排気バルブ18の配置を概略的に示す図であり、シリンダ2を下方から見た図(
図1の矢印II-II線に沿って切断した図)である。
図2には、シリンダ2の中央を通り、互いに直交する一対の基準線L1,L2と、基準線L1,L2の交点を通って、基準線L1,L2に直交する軸線CL1と、が示される。さらに基準線L1上には、シリンダ2の中心線である軸線CL1と平行に、軸線CL2が示される。
図2に示すように、吸気バルブ17は、基準線L2の一方側に、基準線L1を挟んで一対設けられる。排気バルブ18は、基準線L2の他方側に、基準線L1を挟んで一対設けられる。なお、吸気ポート13と排気ポート14も、吸気バルブ17と排気バルブ18に対応してそれぞれ一対設けられる。一対の排気バルブ18間の距離は、一対の吸気バルブ17間の距離よりも長い。
図1のインジェクタ7は、基準線L1上(
図2の領域A1)に配置され、基準線L1に沿って吸気ポート側から排気ポート側へ燃料を噴射する。
【0013】
図1,
図2に示すように、シリンダヘッド12の中央部には、吸気ポート13と排気ポート14との間において、ピストン3に向けてハウジング45が突設される。
図3は、ハウジング45の周囲の構成を拡大して示す
図1の要部拡大図である。
図3に示すように、ハウジング45は、軸線CL2を中心とした断面略U字状、より具体的には、突出側の先端部46が略円弧状(例えば半円状ないしドーム状)に形成され、先端部46は、軸線CL2を中心とした対称形状を呈する。なお、軸線CL2は、
図1のシリンダ2の中心線(軸線CL1)からインジェクタ7の反対側にずれているが(
図1)、軸線CL2が軸線CL1に一致するようにハウジング45を設けてもよい。
【0014】
ハウジング45の先端部46には、軸線CL2を中心として周方向等間隔に周方向複数の貫通孔、すなわち噴孔47が開口される。噴孔47は、軸線CL2からピストン3側かつ径方向外側に斜めに延在する軸線CL3に沿って放射状に開口される。なお、軸線CL2と軸線CL3とのなす角α1は、燃焼室壁に火炎ジェットが触れないような角度に設定することが好ましく、例えば30°~60°の範囲にある。
【0015】
燃焼室4は、ハウジング45により、ハウジング45の外側の主燃焼室41と、ハウジング45の内側の副燃焼室42とに分けられる。
図1に示すように、インジェクタ7は主燃焼室41に面して配置され、主燃焼室41に燃料が噴射される。吸気ポート13と排気ポート14との間のシリンダヘッド12の中央部、より具体的には、軸線CL2上には、点火プラグ8が設けられる。点火プラグ8は、先端の点火部が副燃焼室42に面するようにその長手方向の中心線が例えば軸線CL2に沿って配置され、コントローラからの指定に応じて電気エネルギーにより点火部で火花を発生するように構成される。
【0016】
インジェクタ7から主燃焼室41に燃料が噴射されると、主燃焼室41で空気と燃料との混合気が生成される。この混合気の一部は、周方向複数の噴孔47を介して副燃焼室42に流入し、点火プラグ8で点火されて燃焼する。副燃焼室42で生成された燃焼ガスは、噴孔近傍の混合気を未燃ガスジェットとして主燃焼室41に追いやった後、複数の噴孔47からトーチ状の火炎ジェット48として放射状に噴出し、主燃焼室41の混合気を燃焼させる。膨張行程では、主燃焼室41で燃焼した高温高圧の燃焼ガスによってピストン3が押し下げられ、クランクシャフト6が回転される。
【0017】
図2に示すように、シリンダヘッド12には、一対の排気バルブ18の間に、より詳しくは基準線L1上に、さらに点火プラグ9が設けられる。点火プラグ9は、シリンダ2の中心線(軸線CL1)からシリンダ壁部までの中間地点(シリンダ半径の1/2の地点)ないしほぼ中間地点において、先端の点火部が主燃焼室41に面するようにその長手方向の中心線が軸線CL2と平行に配置され、コントローラからの指定に応じて電気エネルギーにより点火部で火花を発生するように構成される。なお、シリンダ半径の1/2の地点よりも中心側またはシリンダ壁部側に、点火プラグ9を配置してもよい。インジェクタ7から主燃焼室41に燃料が噴射された後、点火プラグ9が点火されると、主燃焼室41で混合気が燃焼してピストン3が押し下げられ、クランクシャフト6が回転される。
【0018】
このように本実施形態では、主燃焼室41と副燃焼室42とにそれぞれ点火プラグ8,9が設けられる。以下では、主燃焼室41に設けられる点火プラグ9を主室点火プラグと呼び、副燃焼室42に設けられる点火プラグ8を副室点火プラグと呼ぶことがある。点火プラグ8,9の作動はコントローラ(
図5)により制御される。点火モードには、各燃焼サイクルで主室点火プラグ9のみが点火される主室点火モード、副室点火プラグ8のみが点火される副室点火モード、および主室点火プラグ9と副室点火プラグ8の双方が点火される位相差点火モードが含まれる。
【0019】
位相差点火モードでは、同一の燃焼サイクルで、主室点火プラグ9が点火された後、クランク角が所定クランク角(所定位相差)だけ変化すると、副室点火プラグ8が点火される。このときの主室点火プラグ9の点火時期と副室点火プラグ8の点火時期との差は、クランクシャフト6の回転角度の差(位相差Δθ)によって表される。位相差点火モードのクランク角差Δθは所定クランク角差Δθ1である。なお、クランク角差Δθを位相差とも呼ぶ。
【0020】
副室点火プラグ8による燃焼は火炎ジェットによる急速燃焼であるため、副室点火プラグ8による混合気の燃焼速度は、主室点火プラグ9による燃焼速度よりも速い。したがって、位相差Δθが小さすぎると、主燃焼室41における主室点火プラグ9の点火による火炎の伝播を、副室点火プラグ8の点火による火炎の伝播が追い越し、主室点火プラグ9の点火による効果が得られない。一方、位相差Δθが大きすぎると、主室点火プラグ9の点火によって混合気が十分に燃焼されるため、副室点火プラグ8の点火による火炎が主燃焼室41に到達するとき、主燃焼室41では混合気の未燃部分が残っておらず、副室点火プラグ8による急速燃焼の効果を生じさせることができない。そこで、位相差点火モードにおいて、主室点火プラグ9の点火による燃焼の効果と副室点火プラグ8の点火による燃焼の効果とを同時に得られるように、本実施形態では、所定位相差Δθ1が例えば6度以上かつ10度以下(一例を挙げると8度)に設定される。
【0021】
コントローラは、エンジン回転数やエンジン1に作用する負荷等のエンジン1の運転状態に応じて点火モードを決定し、点火モードに応じて点火プラグ8,9に制御信号を出力する。これにより、運転状態に応じて、主室点火モード、副室点火モードおよび位相差点火モードの間で、点火モードが切り換えられる。
【0022】
ところで、点火モードが異なると、混合気の燃焼形態が異なる。このため、エンジン出力トルクが同一であっても、筒内圧力波形が互いに異なり、筒内圧力が起振力となって発生するエンジン1の振動や騒音に差異が生じる。
図4は、副室点火モード、位相差点火モードおよび主室点火モードでのエンジン1の騒音レベルを示す図である。
図4に示すように、騒音レベルは、主室点火モード、位相差点火モードおよび副室点火モードの順に大きくなり、副室点火モードと位相差点火モードおよび主室点火モードとでは騒音レベルが大きく異なる。その結果、点火モードが切り換えられると、騒音レベルが急激に変化し、乗員が違和感を抱くおそれがある。このような乗員の違和感を緩和するために、本実施形態は以下のように内燃機関の制御装置を構成する。
【0023】
図5は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の要部構成を示すブロック図である。
図5に示すように、内燃機関の制御装置100は、コントローラ50を中心として構成され、コントローラ50にそれぞれ接続されたクランク角センサ51と、吸気量センサ52と、点火プラグ8,9とを有する。
【0024】
クランク角センサ51は、クランクシャフト6に設けられ、クランクシャフト6の回転に伴いパルス信号を出力するように構成される。コントローラ50は、クランク角センサ51からのパルス信号に基づいて、ピストン3の吸気行程開始時の上死点TDCの位置を基準としたクランクシャフト6の回転角度(クランク角)を特定するとともに、エンジン回転数を算出する。したがって、クランク角センサ51は、エンジン回転数センサとしても機能する。以下では、便宜上、クランク角センサ51がエンジン回転数を検出するものとして扱う。
【0025】
吸気量センサ52は、シリンダ2への吸入空気量を検出するセンサであり、例えば吸気通路15(より具体的にはスロットルバルブの上流)に配置されたエアフロメータにより構成される。コントローラ50は、吸気量センサ52からの信号に基づいてインジェクタ7の目標噴射量を算出する。吸気量センサ52により検出される吸気量は、エンジン1の出力トルクと相関関係を有する。したがって、吸気量センサ52は、エンジン負荷を検出するセンサとしても機能する。なお、エンジン負荷(エンジン出力トルク)はコントローラ50で演算されるものであるが、以下では、便宜上、吸気量センサ52がエンジン負荷を検出するものとして扱う。
【0026】
コントローラ50は、電子制御ユニット(ECU)により構成され、CPU等の演算部と、ROM,RAM等の記憶部と、その他の周辺回路とを有するコンピュータを含んで構成される。コントローラ50は、機能的構成として、点火モード決定部50Aと、点火プラグ制御部50Bとを有する。
【0027】
点火モード決定部50Aは、クランク角センサ51により検出されたエンジン回転数と、吸気量センサ52により検出されたエンジン負荷とに応じて、副室点火モード、位相差点火モードおよび主室点火モードの中から点火モードを決定する。副室点火モードでは、副燃焼室42の噴孔47から主燃焼室41内に火炎を噴出させることで主燃焼室41での燃焼伝搬を早める。このため、副室点火モードは、エンジン1の熱効率が最も高い。一方、燃焼騒音のレベルは、上述したように副室点火モードが最も高い(
図4)。この点を考慮して、点火モード決定部50Aは、熱効率と騒音の観点から点火モードを決定する。
【0028】
具体的には、エンジン回転数が所定値Ne1以上かつエンジン負荷が所定値G1以上の高回転高負荷時には、ロードノイズや風切り音などの走行騒音や、エンジン1の作動による機械的な騒音(エンジン機械騒音)が大きいため、燃焼騒音は他の騒音に比べて目立ちにくい。そこで、この場合には、点火モード決定部50Aは、熱効率を優先し、点火モードを副室点火モードに決定する。エンジン回転数が所定値Ne1未満かつエンジン負荷が所定値G1未満の低回転低負荷時には、走行騒音やエンジン機械騒音は小さいが、低負荷であるため燃焼騒音も小さい。そこで、この場合にも、点火モード決定部50Aは、熱効率を優先し、点火モードを副室点火モードに決定する。
【0029】
エンジン回転数が所定値Ne1以上かつエンジン負荷が所定値G1未満の高回転低負荷時には、走行騒音やエンジン機械騒音が大きく、低負荷であるため燃焼騒音は小さい。そこで、この場合にも、点火モード決定部50Aは、熱効率を優先し、点火モードを副室点火モードに決定する。エンジン回転数が所定値Ne1未満かつエンジン負荷が所定値G1以上の低回転高負荷時には、走行騒音やエンジン機械騒音が小さく、高負荷であるため燃焼騒音が目立ちやすい。そこで、この場合には、点火モード決定部50Aは、騒音低減を優先し、点火モードを位相差点火モードまたは主室点火モードに決定する。なお、点火モードを決定する基準となる、エンジン回転数の閾値(所定値Ne1)とエンジン負荷の閾値(所定値G1)とは、予めコントローラ50のメモリに記憶される。
【0030】
点火モード決定部50Aは、エンジン1の暖機状態も考慮して点火モードを決定する。すなわち、エンジン1の低温始動時には副燃焼室42の壁面温度が低下しており、燃焼が安定しない。そこで、この場合には、点火モード決定部50Aは、点火モードを主室点火モードに決定する。エンジン1は、走行時に所定の燃料カット条件が成立すると、インジェクタ7からの燃料噴射を停止する燃料カット機能を有し、燃料カット時にも副燃焼室42の壁面温度が低下する。このため、点火モード決定部50Aは、燃料カットからの復帰時(例えば復帰から所定時間内)にも点火モードを主室点火モードに決定する。なお、燃料カット条件は、例えばアクセル開度が所定値以下、かつ、エンジン回転数所定値以上、かつ、車速が所定値以上のときに成立する。
【0031】
点火プラグ制御部50Bは、点火モードが副室点火モードであるときに、点火モード決定部50Aにより主室点火モードへの切換が決定されると、あるいは点火モードが主室点火モードであるときに、点火モード決定部50Aにより副室点火モードへの切換が決定されると、その決定に従って点火モードを徐々に切り換えるように点火プラグ8,9の作動を制御する。点火プラグ制御部50Bは、点火モードが副室点火モードまたは主室点火モードであるときに、点火モード決定部50Aにより位相差点火モードへの切換が決定されるとき、あるいは点火モードが位相差点火モードであるときに点火モード決定部50Aにより副室点火モードまたは主室点火モードへの切換が決定されるときも、その決定に従って点火モードを徐々に切り換えるように点火プラグ8,9の作動を制御する。
【0032】
図6Aは、点火モードが副室点火モードから主室点火モードへ切り換わる場合の点火プラグ8,9の動作の一例を模式的に示す図であり、副室点火モード(時点t11)から主室点火モード(時点t15)に至るまでの点火時期の推移を示す。図中、副室点火プラグ8による点火を〇印で、主室点火プラグ9による点火を△印でそれぞれ示す。
図6Aに示すように、時点t11の副室点火モードでは、点火プラグ制御部50Bは、クランク角センサ51により検出された所定のクランク角θ1で副室点火プラグ8のみを点火する。クランク角θ1は、例えば最大トルクが得られる最適点火時期MBTである。
【0033】
時点t12では、まずクランク角θ1で主室点火プラグ9を副室点火プラグ8と同時に点火する。主室点火プラグ9の点火による燃焼速度は遅いため、主室点火プラグ9を点火しても混合気の燃焼形態の変化はほとんどない。次いで、副室点火プラグ8をクランク角θ1で点火させながら、主室点火プラグ9の点火時期を、位相差Δθが所定位相差Δθ1となるまで徐々に進角させる。なお、位相差Δθはクランク角センサ51により検出される。時点t13では、位相差Δθが所定位相差Δθ1であり、点火モードが位相差点火モードに一旦切り換わる。このとき、主室点火プラグ9は所定のクランク角θ2で点火する。
【0034】
時点t11からt13に至るまでの主室点火プラグ9の進角割合(単位時間当たりの進角量)は一定であってもよく、騒音レベルに応じて変化してもよい。例えば、副室点火モードと位相差点火モードとの騒音レベルの差が大きいほど、進角割合を小さくし、主室点火プラグ9の点火時期がθ1からθ2に変化するまでに要する時間Δt1aを長くしてもよい。騒音レベルの差は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて定まるため、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて進角割合を決定してもよい。
【0035】
時点t14では、主室点火プラグ9をクランク角θ2で点火させながら、副室点火プラグ8の点火時期を、位相差Δθが所定位相差Δθ2となるまで、すなわちクランク角θが所定クランク角θ3になるまで徐々に遅角させる。所定位相差Δθ2は、副室点火プラグ8の点火による火炎が主燃焼室41に到達するときに、主燃焼室41における混合気の未燃部分が残っていないような角度、すなわち、副室点火プラグ8による燃焼効果を発揮できないような角度であり、例えば15度である。時点t15では、副室点火プラグ8の点火が停止して、クランク角θ2で主室点火プラグ9のみが点火する。これにより、点火モードが主室点火モードに切り換わる。
【0036】
時点t13からt15に至るまでの副室点火プラグ8の遅角割合(単位時間当たりの遅角量)は一定であってもよく、騒音レベルに応じて変化してもよい。例えば、副室点火モードと位相差点火モードとの騒音レベルの差が大きいほど、遅角割合を小さくし、副室点火プラグ8の点火時期がθ1からθ3に変化するまでに要する時間Δt1bを長くしてもよい。騒音レベルの差は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて定まるため、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて遅角割合を決定してもよい。
図6Aでは、副室点火モードから主室点火モードに切り換わるまでに要する時間は、Δt1a+Δt1bである。
【0037】
図6Bは、点火モードが主室点火モードから副室点火モードへ切り換わる場合の点火プラグ8,9の動作の一例を模式的に示す図であり、主室点火モード(時点t21)から副室点火モード(時点t25)に至るまでの点火時期の推移を示す。
図6Bの動作は、
図6Aの動作の時系列を逆にした動作に相当する。すなわち、
図6Bに示すように、時点t21の主室点火モードでは、
図6Aの時点t15と同様、点火プラグ制御部50Bは、所定のクランク角θ2で主室点火プラグ9のみを点火する。
【0038】
時点t22では、位相差Δθが所定位相差Δθ2であるクランク角θ3で、副室点火プラグ8を点火した後、副室点火プラグ8の点火時期を、位相差Δθが所定位相差Δθ1であるクランク角θ1となるまで所定の進角割合で徐々に進角させる。この場合の進角割合は、
図6Aの時点t14における主室点火プラグ9の遅角割合と同一である。時点t23では、位相差Δθが所定位相差Δθ1であり、点火モードが一旦、位相差点火モードに切り換わる。
【0039】
時点t24では、副室点火プラグ8をクランク角θ1で点火させながら、主室点火プラグ9の点火時期を、位相差Δθが0になるまで、すなわちクランク角θが所定クランク角θ1になるまで徐々に遅角させる。この場合の遅角割合は、
図6Aの時点t12における主室点火プラグ9の進角割合と同一である。時点t25では、主室点火プラグ9の点火が停止する。これにより、点火モードが副室点火モードに切り換わる。
図6Bでは、主室点火モードから副室点火モードに切り換わるまでに要する時間は、Δt2a+Δt2bであり、副室点火モードから主室点火モードに切り換わるまでに要する時間(Δt1a+Δt1b)と等しい。
【0040】
図7は、予め記憶されたプログラムに従い、
図5のコントローラ50で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、エンジン始動後に開始され、所定周期で繰り返される。なお、
図7は、副室点火モードと主室点火モードとの間での点火モードの切換に係る処理の一例である。すなわち、点火モード決定部50Aが、点火モードを副室点火モードまたは主室点火モードに決定する場合の処理の一例を示す。点火モード決定部50Aは、点火モードを位相差点火モードに決定することもあるが、その場合の処理については
図7での説明を省略する。
【0041】
図7に示すように、まず、ステップS1で、クランク角センサ51と吸気量センサ52とからの信号を読み込む。次いで、ステップS2で、ステップS1で読み込まれた信号に基づき、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じた点火モードを決定する。例えば、エンジン回転数とエンジン負荷と点火モードとの関係を示すマップを予め記憶し、このマップに基づいて点火モードを決定する。次いで、ステップS3で、ステップS2で決定された点火モードと現在の点火モードとが異なるか否かを判定する。この判定は、点火モードの切換が必要か否かの判定である。
【0042】
ステップS3で否定、すなわち、点火モードの切換が不要と判定されるとステップS4に進む。ステップS4では、現在の点火モードが副室点火モードと主室点火モードのいずれであるかを判定する。ステップS4で、現在の点火モードが副室点火モードであると判定されるとステップS5に進み、副室点火プラグ8を、クランク角センサ51により検出された所定クランク角θ1で点火させ、処理を終了する。ステップS4で、現在の点火モードが主室点火モードであると判定されるとステップS6に進み、主室点火プラグ9を、クランク角センサ51により検出された所定クランク角θ2で点火させ、処理を終了する。
【0043】
一方、ステップS3で肯定、すなわち、点火モードの切換が必要と判定されるとステップS7に進む。ステップS7では、切換前(例えば現時点)の点火モードが副室点火モードと主室点火モードのいずれであるかを判定する。ステップS7で、切換前の点火モードが副室点火モードであると判定されると、ステップS8に進む。ステップS8では、
図6Aに示すように、位相差点火モードを経由して副室点火モードから主室点火モードへと点火モードを徐々に切り換えるように、例えば所定時間Δt1a、Δt1bをかけて点火モードを徐々に切り換えるように、クランク角センサ51の信号に基づいて点火プラグ8,9に制御信号を出力し、処理を終了する。
【0044】
ステップS7で、切換前の点火モードが主室点火モードであると判定されると、ステップS9に進む。ステップS9では、
図6Bに示すように、位相差点火モードを経由して主室点火モードから副室点火モードへと徐々に点火モードを切り換えるように、例えば所定時間Δt2a、Δt2bをかけて点火モードを徐々に切り換えるように、クランク角センサ51の信号に基づいて点火プラグ8,9に制御信号を出力し、処理を終了する。
【0045】
なお、図示は省略するが、点火モード決定部50Aにより位相差点火モードが決定され、現在の点火モードも位相差点火モードであるときは、所定クランク角θ2で主室点火プラグ9が点火した後、所定クランク角θ1で副室点火プラグ8が点火するように点火プラグ8,9に制御信号を出力する。また、点火モード決定部50Aにより副室点火モードから位相差点火モードへの切換が決定されるときは、
図6Aの時点t11から時点t13に示すように、点火時期を徐々に位相差点火モードへ切り換えるように点火プラグ8,9に制御信号を出力する。点火モード決定部50Aにより主室点火モードから位相差点火モードへの切換が決定されるときは、
図6Bの時点t21から時点t23に示すように、点火時期を徐々に位相差点火モードへ切り換えるように点火プラグ8,9に制御信号を出力する。点火モード決定部50Aにより位相差点火モードから主室点火モードへの切換が決定されるときは、
図6Aの時点t13から時点t15に示すように、点火時期を徐々に主室点火モードへ切り換えるように点火プラグ8,9に制御信号を出力する。点火モード決定部50Aにより位相差点火モードから副室点火モードへの切換が決定されるときは、
図6Bの時点t23から時点t25に示すように、点火時期を徐々に副室点火モードへ切り換えるように点火プラグ8,9に制御信号を出力する。
【0046】
本実施形態に係る内燃機関の制御装置100の動作をまとめると以下のようになる。
図8Aは、副室点火モードから主室点火モードへの点火モードの切換動作を示す図である。図中、副室点火プラグ8による点火を〇印で、主室点火プラグ9による点火を△印でそれぞれ示す。
図8Aに示すように、副室点火プラグ8のみが点火された副室点火モードであるときに(t11)、主室点火モードへの切換が指令されると、点火モードが位相差点火モードを経由して主室点火モードへ切り換わる(ステップS8)。
【0047】
この場合、まず、主室点火プラグ9が副室点火プラグ8と同時に点火し、その後、副室点火プラグ8の点火時期は一定のまま、所定の進角割合で主室点火プラグ9の点火時期が徐々に進角される。主室点火プラグ9の点火時期が所定クランク角θ2となり、位相差Δθが所定位相差Δθ1になると、点火モードは一旦、位相差点火モードに切り換わる(時点t13)。その後、主室点火プラグ9の点火時期は一定のまま、所定の遅角割合で副室点火プラグ8の点火時期が徐々に遅角される。副室点火プラグ8の点火時期が所定クランク角θ3となり、位相差Δθが所定位相差Δθ2になると、副室点火プラグ8の点火が停止され、点火モードが主室点火モードに切り換わる(時点t15)。
【0048】
図8Bは、主室点火モードから副室点火モードへの点火モードの切換動作を示す図である。
図8Bは
図8Aと逆の順序で点火時期が変化する。
図8Bに示すように、主室点火プラグ9のみが点火された主室点火モードであるときに(t21)、副室点火モードへの切換が指令されると、点火モードが位相差点火モードを経由して副室点火モードへ切り換わる(ステップS9)。
【0049】
この場合、まず、副室点火プラグ8が、位相差Δθが所定位相差Δθ2となる所定クランク角θ3で点火し、その後、主室点火プラグ9の点火時期は一定のまま、所定の進角割合で副室点火プラグ8の点火時期が徐々に進角される。副室点火プラグ8の点火時期が所定クランク角θ1となり、位相差Δθが所定位相差Δθ1になると、点火モードは一旦、位相差点火モードに切り換わる(時点t23)。その後、副室点火プラグ8の点火時期は一定のまま、所定の遅角割合で主室点火プラグ9の点火時期が徐々に遅角される。主室点火プラグ9の点火時期が所定クランク角θ1になって、位相差Δθが0になると、主室点火プラグ9の点火が停止され、点火モードが副室点火モードに切り換わる(時点t25)。
【0050】
このように本実施形態では、副室点火モードと主室点火モードとの間で点火モードを切り換えるとき、位相差点火モードを経由して点火モードを切り換える。すなわち、副室点火プラグ8と主室点火プラグ9のいずれか一方が点火したモードから、いずれか他方が点火したモードへ切り換えるとき、同一の燃焼サイクルにおいて所定位相差Δθ1で副室点火プラグ8と主室点火プラグ9の双方を点火する位相差点火モードへと一旦切り換える。これにより副室点火モードから主室点火モードへの切換および主室点火モードから副室点火モードへの切換が徐々に行われるようになり、騒音レベルの急激な変化を抑えることができる。その結果、点火モードの切換時に、騒音レベルの急激な変化によって乗員が違和感を抱くことを抑制できる。なお、
図8A、
図8Bでは、位相差点火モードが所定時間継続しているが、位相差点火モードを継続させなくてもよい。
【0051】
さらに本実施形態では、
図8Aに示すように、点火モードを副室点火モードから位相差点火モードへ切り換えるとき、主室点火プラグ9を副室点火プラグ8と同一のクランク角θ1で点火させた後、主室点火プラグ9の点火時期を徐々に進角させる。主室点火プラグ9を副室点火プラグ8と同一のクランク角θ1で点火させた場合、主室点火プラグ9の点火による燃焼速度は遅いため、混合気の燃焼形態はほとんど変化せず、燃焼騒音の変化は小さい。この状態から、所定時間Δt1aをかけて主室点火プラグ9の点火時期を徐々に進角させるので、単位時間当たりの燃焼形態の変化は小さく、騒音レベルの変化を抑制することができる。
【0052】
また、点火モードを位相差点火モードから主室点火モードへ切り換えるとき、主室点火プラグ9を所定クランク角θ2で点火した状態で、副室点火プラグ8の点火時期を徐々に遅角させる。そして、位相差Δθが所定位相差Δθ2になると、副室点火プラグ8の点火を停止する。位相差Δθが所定位相差Δθ2になると、混合気の未燃部分は残っていないため、副室点火プラグ8の点火を停止しても混合気の燃焼形態は変化しない。これに加え、副室点火プラグの点火時期を所定時間Δt1bかけて遅角させるので、単位時間当たりの燃焼形態の変化は小さく、これにより騒音レベルの変化を抑制することができる。
【0053】
さらに本実施形態では、
図8Bに示すように、点火モードを主室点火モードから位相差点火モードへ切り換えるとき、位相差Δθが所定位相差Δθ2となるクランク角θ3で、副室点火プラグ8を点火させる。その後、副室点火プラグの点火時期を所定時間Δt2aかけて進角させるので、単位時間当たりの燃焼形態の変化は小さく、騒音レベルの変化を抑制することができる。また、点火モードを位相差点火モードから副室点火モードへ切り換えるとき、主室点火プラグ9の点火時期を所定時間Δt2bかけて遅角させるので、単位時間当たりの燃焼形態の変化は小さく、この場合も騒音レベルの変化を抑制することができる。
【0054】
なお、図示は省略するが、コントローラ50(点火モード決定部50A)により位相差点火モードへの切換または位相差点火モードからの切換が決定され、位相差点火モードへの切換または位相差点火モードからの切換が指令されると、点火モードは以下のように切り換わる。副室点火モードから位相差点火モードへの切換が指令されると、
図8Aの時点t11からt13に示すように、点火プラグ8,9の点火時期が制御されて、点火モードが位相差点火モードへ切り換わる。主室点火モードから位相差点火モードへの切換が指令されると、
図8Bの時点t21からt23に示すように、点火プラグ8,9の点火時期が制御されて、点火モードが位相差点火モードへ切り換わる。位相差点火モードから主室点火モードへの切換が指令されると、
図8Aの時点t13からt15に示すように、点火プラグ8,9の点火時期が制御されて、点火モードが主室点火モードへ切り換わる。位相差点火モードから副室点火モードへの切換が指令されると、
図8Bの時点t23からt25に示すように、点火プラグ8,9の点火時期が制御されて、点火モードが主室点火モードへ切り換わる。
【0055】
本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)エンジン1は、シリンダ2(気筒)内を往復動するピストン3に面した主燃焼室41と、噴孔47を介して主燃焼室41に連通する副燃焼室42と、主燃焼室41の内部の混合気を点火する主室点火プラグ9と、副燃焼室42の内部の混合気を点火する副室点火プラグ8と、を有する(
図1~
図3)。内燃機関の制御装置100は、吸気行程から排気行程に至るクランク角θの範囲(燃焼サイクル)において、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて、主室点火プラグ9のみが点火する主室点火モード、副室点火プラグ8のみが点火する副室点火モード、および主室点火プラグ9と副室点火プラグ8の双方が点火する位相差点火モードとの間で点火モードを切り換えるように、主室点火プラグ9および副室点火プラグ8の作動を制御するコントローラ50を備える(
図5)。コントローラ50(点火プラグ制御部50B)は、主室点火モードおよび副室点火モードの一方から他方へ点火モードを切り換えるとき、位相差点火モードを経由して点火モードを切り換えるように主室点火プラグ9および副室点火プラグ8の作動を制御する(
図7)。
【0056】
これにより、主室点火プラグ9と副室点火プラグ8のいずれか一方のみが点火するモードからいずれか他方のみが点火するモードに点火モードを切り換える際に、同一の燃焼サイクルで主室点火プラグ9と副室点火プラグ8の双方が点火するモードを経由することになる。このため、点火モードが徐々に切り換わり、混合気の燃焼形態の急激な変化を抑えることができる。その結果、騒音レベルの急激な変化が抑えられ、騒音レベルの変化によって乗員が違和感を抱くことを防止できる。
【0057】
(2)位相差点火モードでは、主室点火プラグ9の点火時期と主室点火プラグ9よりも遅角した副室点火プラグ8の点火時期との差である位相差Δθが所定位相差Δθ1となる(
図6A,
図6B)。コントローラ50は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて、主室点火モードまたは副室点火モードから位相差点火モードに、あるいは位相差点火モードから主室点火モードまたは副室点火モードに点火モードを切り換えるように点火プラグ8,9を制御する。これにより主室点火モードと副室点火モードへの切換だけでなく、エンジン1の運転状態に応じて位相差点火モードへ切り換えることも可能となり、騒音と熱後逸とを考慮した最適な点火モードへの切換が可能となる。
【0058】
(3)コントローラ50は、副室点火モードから位相差点火モードに点火モードを切り換えるとき、主室点火プラグ9を副室点火プラグ8と同時に点火させた後、位相差Δθが所定位相差Δθ1となるまで主室点火プラグ9の点火時期を徐々に進角させるように点火プラグ8,9を制御する(
図6A)。主室点火プラグ9を副室点火プラグ8と同時に点火させた場合、主室点火プラグ9の点火による混合気の燃焼の程度は副室点火プラグ8の点火による燃焼の程度よりも小さいため、混合気の燃焼形態の変化は小さい。また、主室点火プラグ9の点火時期を徐々に進角させることで、単位時間当たりの燃焼形態の変化も小さい。これにより、騒音レベルの変化を抑えながら、副室点火モードから位相差点火モードへの切換が可能である。
【0059】
(4)コントローラ50は、位相差点火モードから主室点火モードに点火モードを切り換えるとき、副室点火プラグ8の点火時期を徐々に遅角させ、位相差Δθが所定位相差Δθ2(最大位相差)に到達すると、副室点火プラグ8の点火を停止するように点火プラグ8,9を制御する(
図6A)。位相差Δθが所定位相差Δθ2になると、混合気の未燃部分が残っていないため、副室点火プラグ8の点火を停止しても混合気の燃焼形態は変化しない。また、副室点火プラグ8の点火時期を徐々に遅角させることで、単位時間当たりの燃焼形態の変化も小さい。これにより、騒音レベルの変化を抑えながら、位相差点火モードから主室点火モードへの切換が可能である。
【0060】
(5)コントローラ50は、主室点火モードから位相差点火モードに点火モードを切り換えるとき、主室点火プラグ9から所定位相差Δθ2(最大位相差)だけ遅角したクランク角θ3で副室点火プラグ8を点火させた後、位相差Δθが所定位相差Δθ1となるまで、副室点火プラグ8の点火時期を徐々に進角させるように点火プラグ8,9を制御する(
図6B)。位相差Δθが所定位相差Δθ2の状態では、混合気の未燃部分が残っていないため、副室点火プラグ8を点火しても混合気の燃焼形態は変化しない。また、副室点火プラグ8の点火時期を徐々に進角させることで、単位時間当たりの燃焼形態の変化も小さい。これにより、騒音レベルの変化を抑えながら、主室点火モードから位相差点火モードへの切換が可能である。
【0061】
(6)コントローラ50は、位相差点火モードから副室点火モードに点火モードを切り換えるとき、位相差Δθが0になるまで主室点火プラグ9の点火時期を徐々に遅角させた後、主室点火プラグ9の点火を停止するように点火プラグ8,9を制御する(
図6B)。主室点火プラグ9の点火時期が副室点火プラグ8の点火時期と同一であると、主室点火プラグ9の点火による混合気の燃焼の程度は小さいため、主室点火プラグ9の点火を停止しても、混合気の燃焼形態の変化は小さい。また、主室点火プラグ9の点火時期を徐々に遅角させることで、単位時間当たりの燃焼形態の変化も小さい。これにより、騒音レベルの変化を抑えながら、位相差点火モードから副室点火モードへの切換が可能である。
【0062】
なお、上記実施形態では、制御部としてのコントローラ50がエンジン1の回転数とエンジン1に作用する負荷とに応じて点火モードを決定し、主室点火モード(第1点火モード)と副室点火モード(第2点火モード)と位相差点火モード(第3点火モード)との間で、点火モードを切り換えるようにした。すなわち、第1点火モードと第2点火モードと第3モードのいずれかを目標点火モードとして点火モードを切り換えるようにしたが、目標点火モードは第1点火モードと第2点火モードのみでもよい。すなわち、第3点火モードは、第1点火モードと第2点火モードとの切換時に経由するだけであってもよい。
【0063】
上記実施形態では、点火モードの切換時の点火プラグ8,9の進角割合および遅角割合を一定にしたが、進角割合と遅角割合をエンジン1の運転状態に応じて変更するようにしてもよい。騒音レベルの差に応じて進角割合と遅角割合とを変更するようにしてもよい。例えば副室点火モードと位相差点火モードとの間の騒音レベルの差は、位相差点火モードと主室点火モードとの間の騒音レベルの差よりも大きい点を考慮し、副室点火モードと位相差点火モードとの間での進角割合および遅角割合を、位相差点火モードと主室点火モードとの間での進角割合および遅角割合よりも小さくしてもよい。上記実施形態では、インジェクタ7と副室点火プラグ8(第2点火部)と主室点火プラグ9(第1点火部)とを同一直線(基準線L1)上に配置したが、第1点火部と第2点火部の配置は上述したものに限らない。上記実施形態では、副室点火プラグ8をシリンダ2の中心線(軸線CL1)からずらして配置したが、シリンダ2の中心線上に配置してもよい。すなわち、シリンダ2の略中央部に配置されるのであれば、第2点火部の位置は上述したものに限らない。
【0064】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の1つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【0065】
1 エンジン、2 シリンダ、3 ピストン、4 燃焼室、8 副室点火プラグ、9 主室点火プラグ、41 主燃焼室、42 副燃焼室、47 噴孔、50 コントローラ、50B 点火プラグ制御部、100 制御装置