(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-08
(45)【発行日】2024-07-17
(54)【発明の名称】エンジンの制御装置
(51)【国際特許分類】
F02D 45/00 20060101AFI20240709BHJP
F02D 41/22 20060101ALI20240709BHJP
F02D 43/00 20060101ALI20240709BHJP
【FI】
F02D45/00 368A
F02D41/22
F02D43/00 301B
F02D43/00 301H
(21)【出願番号】P 2023509890
(86)(22)【出願日】2021-03-29
(86)【国際出願番号】 JP2021013201
(87)【国際公開番号】W WO2022208575
(87)【国際公開日】2022-10-06
【審査請求日】2023-07-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000006286
【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100183689
【氏名又は名称】諏訪 華子
(74)【代理人】
【識別番号】110003649
【氏名又は名称】弁理士法人真田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】井上 欣也
(72)【発明者】
【氏名】朝倉 遼太
(72)【発明者】
【氏名】中田 涼太
(72)【発明者】
【氏名】城田 貴之
(72)【発明者】
【氏名】飯塚 捷
(72)【発明者】
【氏名】倉田 和郎
【審査官】戸田 耕太郎
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2014/049646(WO,A1)
【文献】特開2013-217335(JP,A)
【文献】特開平07-042557(JP,A)
【文献】特開2016-113982(JP,A)
【文献】特開2017-180247(JP,A)
【文献】特開2016-138463(JP,A)
【文献】特開2007-255370(JP,A)
【文献】特開2017-002728(JP,A)
【文献】特開2018-105171(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F02D 45/00
F02D 41/22
F02D 43/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
主室に燃料を供給する主室噴射手段と、
前記主室噴射手段による燃料供給後に副室に燃料を供給する副室噴射手段と、
ノッキングの強度及び発生頻度の指標であ
り、ノッキングが強く、あるいは発生頻度が高いほど値が大きくなるノッキング度合を推定する推定手段と、
前記副室噴射手段から供給される燃料量である副室燃料量を
制御する燃料制御手段と、
前記副室の内部に配置され前記副室内に形成される燃料混合気に点火する点火プラグと、
前記点火プラグの点火時期をリタードさせる点火制御を実施する点火制御手段と、
を備え、
前記ノッキング度合の値が第1所定値以上である場合に、前記燃料制御手段が前記副室燃料量を減少させる燃料制御を実施し、その後に前記ノッキング度合
の値が前記第1所定値以上である場合に
、前記点火制御手段が前記点火制御を実施する
ことを特徴とする、エンジンの制御装置。
【請求項2】
主室に燃料を供給する主室噴射手段と、
前記主室噴射手段による燃料供給後に副室に燃料を供給する副室噴射手段と、
ノッキングの強度及び発生頻度の指標であり、ノッキングが強く、あるいは発生頻度が高いほど値が大きくなるノッキング度合を推定する推定手段と、
前記副室噴射手段から供給される燃料量である副室燃料量を制御する燃料制御手段と、
前記副室の内部に配置され前記副室内に形成される燃料混合気に点火する点火プラグと、
前記点火プラグの点火時期をリタードさせる点火制御を実施する点火制御手段と、
を備え、
前記ノッキング度合の値の閾値として、第1所定値と前記第1所定値よりも大きい第2所定値とを設定し、
前記ノッキング度合の値が前記第1所定値以上で前記第2所定値未満である場合に、前記燃料制御手段が前記副室燃料量を減少させる燃料制御を実施し、その後に前記ノッキング度合の値が前記第1所定値以上である場合に、前記点火制御手段が前記点火制御を実施し、
前記ノッキング度合の値が前記第2所定値以上である場合に、前記点火制御手段が前記点火制御を実施し、その後に前記燃料制御手段が前記副室燃料量を減少させる燃料制御を実施する
ことを特徴とする、エンジンの制御装置。
【請求項3】
主室に燃料を供給する主室噴射手段と、
前記主室噴射手段による燃料供給後に副室に燃料を供給する副室噴射手段と、
ノッキングの強度及び発生頻度の指標であり、ノッキングが強く、あるいは発生頻度が高いほど値が大きくなるノッキング度合を推定する推定手段と、
前記副室噴射手段から供給される燃料量である副室燃料量を制御する燃料制御手段と、
前記副室の内部に配置され前記副室内に形成される燃料混合気に点火する点火プラグと、
前記点火プラグの点火時期をリタードさせる点火制御を実施する点火制御手段と、
を備え、
前記ノッキング度合の値の閾値として、第1所定値と前記第1所定値よりも小さい第3所定値とを設定し、
前記ノッキング度合の値が前記第1所定値以上である場合に、前記燃料制御手段が前記副室燃料量を減少させる燃料制御を実施し、その後に前記ノッキング度合の値が前記第1所定値以上である場合に、前記点火制御手段が前記点火制御を実施し、
前記ノッキング度合の値が前記第3所定値未満である場合に、前記燃料制御手段が前記副室燃料量を増加させる燃料制御を実施する
ことを特徴とする、エンジンの制御装置。
【請求項4】
前記点火制御手段は、前記点火時期をリタードさせた後にリタード量を徐々に減少させる
ことを特徴とする、請求項
1~3の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本件は、燃焼室内に主室及び副室を備えたエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、連通する主室(主燃焼室)及び副室(副燃焼室)を燃焼室内に形成し、副室の内部に点火プラグの電極を配した副室式エンジンが知られている。このエンジンでは、副室の内部で発生した火炎が、主室に向かってトーチ状に噴出するように形成される。これにより、主室内の空燃比が理論空燃比よりも希薄な状態であっても、燃料混合気を効率的に燃焼させることができる(特許文献1参照)。
【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】
副室式エンジンでは、副室の内部に適量の燃料を供給する必要があり、副室への燃料噴射が実施される噴射期間が他のエンジンと比較して制限されやすい。また、燃料の噴射期間と点火時期との相関も重要であることから、適切な点火時期の範囲が他のエンジンと比較して狭いという特性がある。そのため、例えばノッキングや燃焼不良といった不具合に対して点火時期を大幅に変更することが難しく、燃焼状態を安定させにくいという課題がある。
【0005】
本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、副室式エンジンの燃焼状態を改善することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本件のエンジンの制御装置は、主室に燃料を供給する主室噴射手段と、前記主室噴射手段による燃料供給後に副室に燃料を供給する副室噴射手段と、ノッキングの強度及び発生頻度の指標であり、ノッキングが強く、あるいは発生頻度が高いほど値が大きくなるノッキング度合を推定する推定手段と、前記副室噴射手段から供給される燃料量である副室燃料量を制御する燃料制御手段と、前記副室の内部に配置され前記副室内に形成される燃料混合気に点火する点火プラグと、前記点火プラグの点火時期をリタードさせる点火制御を実施する点火制御手段と、を備える。
(1)本件に係る制御装置は、前記ノッキング度合の値が第1所定値以上である場合に、前記燃料制御手段が前記副室燃料量を減少させる燃料制御を実施し、その後に前記ノッキング度合の値が前記第1所定値以上である場合に、前記点火制御手段が前記点火制御を実施する。
(2)本件に係る別の制御装置は、前記ノッキング度合の値の閾値として、第1所定値と前記第1所定値よりも大きい第2所定値とを設定する。また、前記ノッキング度合の値が前記第1所定値以上で前記第2所定値未満である場合に、前記燃料制御手段が前記副室燃料量を減少させる燃料制御を実施し、その後に前記ノッキング度合の値が前記第1所定値以上である場合に、前記点火制御手段が前記点火制御を実施する。一方、前記ノッキング度合の値が前記第2所定値以上である場合に、前記点火制御手段が前記点火制御を実施し、その後に前記燃料制御手段が前記副室燃料量を減少させる燃料制御を実施する。
(3)本件に係る別の制御装置は、前記ノッキング度合の値の閾値として、第1所定値と前記第1所定値よりも小さい第3所定値とを設定する。また、前記ノッキング度合の値が前記第1所定値以上である場合に、前記燃料制御手段が前記副室燃料量を減少させる燃料制御を実施し、その後に前記ノッキング度合の値が前記第1所定値以上である場合に、前記点火制御手段が前記点火制御を実施する。一方、前記ノッキング度合の値が前記第3所定値未満である場合に、前記燃料制御手段が前記副室燃料量を増加させる燃料制御を実施する。
(4)前記点火制御手段は、前記点火時期をリタードさせた後にリタード量を徐々に減少させることが好ましい。
【発明の効果】
【0007】
本件のエンジンの制御装置によれば、副室式エンジンの燃焼状態を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】実施例としての制御装置が適用されるエンジンの構造を示す模式図である。
【
図2】実施例としての制御装置が適用される他のエンジンの構造を示す模式図である。
【
図3】ノッキング度合に係る第1指標値を設定するためのマップである。
【
図4】(A)はノッキング度合に係る第2指標値を設定するためのグラフであり、(B)は第3指標値を設定するためのグラフである。
【
図5】ノッキング度合と制御の種類との関係を示す模式図である。
【
図6】制御内容を説明するためのフローチャートである。
【
図7】制御内容を説明するためのフローチャートである。
【
図8】制御内容を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
[1.構成]
図1~
図8は、車両に搭載されるエンジン10(内燃機関)の制御装置を説明するための図である。
図1及び
図2はいずれも、連通する主室8(主燃焼室)及び副室5(副燃焼室)がシリンダ内に形成された、パッシブ方式の副室式エンジン10の構造を模式的に示している。
図1は、副室5に燃料を供給するための噴射弁(副室噴射弁2)と主室8に燃料を供給するための噴射弁(ポート噴射弁1,筒内噴射弁3)とが別設されたエンジン10の構造を例示している。一方、
図2は単一の噴射弁(多機能噴射弁4)を用いて主室8と副室5とのそれぞれに燃料を吹き分けるエンジン10の構造を例示している。
【0010】
本件に係るエンジン10の制御装置は、主室8に燃料を供給する主室噴射手段(ポート噴射弁1,筒内噴射弁3,多機能噴射弁4)と、副室5に燃料を供給する副室噴射手段(副室噴射弁2,多機能噴射弁4)とを備える。副室噴射手段による燃料供給は、一つの燃焼サイクル(吸気行程,圧縮行程,燃焼行程,排気行程の四行程からなるサイクル)において、主室噴射手段による燃料供給の後に実施される。例えば、主室噴射手段による燃料供給は、排気行程後半から吸気行程にかけて実施される。これに対し、副室噴射手段による燃料供給は、主室噴射後の吸気行程や圧縮行程で実施される。したがって、単一の噴射弁のみで主室噴射と副室噴射が実施される場合であっても、噴射タイミングに基づいてそれらを明確に区別することが可能である。
【0011】
なお、主室噴射手段から噴射される燃料の全てが主室8のみで燃焼するとは限らず、一部の燃料は副室5にも流入しうる。同様に、副室噴射手段から噴射される燃料の全てが副室5のみで燃焼するとは限らず、一部の燃料は主室8にも流出しうる。しかしながら、主室噴射手段から噴射される燃料は、主室8で燃焼することが意図された燃料であって、主室8で燃焼しやすいタイミングで噴射され、そのほとんどが主室8で燃焼する。同様に、副室噴射手段から噴射される燃料は、副室5で燃焼することが意図された燃料であって、副室5で燃焼しやすいタイミングで噴射され、そのほとんどが副室5で燃焼する。したがって、主室噴射手段を「主室8での燃焼に適したタイミングで燃料を供給する手段」と定義してもよいし、副室噴射手段を「副室5での燃焼に適したタイミングで燃料を供給する手段」と定義してもよい。
【0012】
図1,
図2に示すように、副室5は、例えば燃焼室内の頂面中央部からピストン側に向かって膨出した中空の半球状に形成される。
図1,
図2は、ペントルーフ型のシリンダヘッドにおいて、吸気ポート11と排気ポート12との間に副室5が配置された事例を示している。副室5の位置は、燃焼室の全体形状を考慮して、あるいは、吸気バルブ13や排気バルブ14の動作範囲を考慮して設定することが好ましい。また、吸気ポート11や排気ポート12よりもシリンダの外側に副室5を配置してもよい。
【0013】
副室5と主室8とを隔てる隔壁6には、微小な孔7が形成される。また、副室5の内部には、点火プラグ9の電極が配置される。副室5の内部で燃料混合気が点火されると、その火炎が複数の孔7を介して副室5から主室8へと放射状にトーチ状の火炎として噴出するようになっている。なお、本件のエンジン10は、火炎を形成するための燃料が副室5の外部から供給されるパッシブ方式のうち、副室噴射手段からの燃料噴射により副室5内の混合気を形成するための燃料を供給する方式の副室式エンジン10であるが、パッシブ方式にはこれに限らず、副室5付近に火炎を形成するための燃料を供給し、圧縮行程で筒内圧が上昇することにより副室5の付近に供給された燃料が副室5内に導入される方式等、火炎を形成するための燃料が副室5の外部から供給される様々な方式が含まれる。一方、本件では特に説明しないが、副室5の内部に直接的に燃料を噴射するようなエンジン10も存在する。このようなエンジン10は、アクティブ方式の副室式エンジン10と呼ばれる。
【0014】
図1に示すポート噴射弁1は、主室噴射手段の一つであって、吸気ポート11に燃料を噴射するパッシブ型のインジェクタである。ポート噴射弁1による燃料の噴射方向は、例えば開放状態の吸気バルブ13と吸気ポート11との隙間に向かう方向に設定される。また、筒内噴射弁3も主室噴射手段の一つであって、主室8に燃料を噴射するインジェクタである。筒内噴射弁3による燃料の噴射方向は、例えば圧縮行程で燃焼室内に形成される気流(タンブル流やスワール流)の向きや流速に応じて設定される。ポート噴射弁1及び筒内噴射弁3のいずれか一方は省略可能である。
【0015】
図1に示す副室噴射弁2は、副室噴射手段の一つであって、副室5に燃料を噴射するパッシブ型のインジェクタである。副室噴射弁2の噴射方向は、例えば副室5へ向かう方向に設定される。ただし、副室噴射弁2の噴射方向は、副室5へ向かう方向のみに限定されるわけではない。例えば、シリンダ内に形成される気流(タンブル流やスワール流)の向きや流速を考慮して、副室5からややずれた位置に向かって燃料を噴射させてもよい。
【0016】
図2に示す多機能噴射弁4は、主室噴射手段としての機能と副室噴射手段としての機能とを兼ね備えたインジェクタである。多機能噴射弁4の先端には、少なくとも二つの噴孔が形成される。一方の噴孔は、
図1中の筒内噴射弁3と同様の燃料噴射を実現するための噴孔であって、主室8に供給される燃料が噴射される噴孔である。他方の噴孔は、
図1中の副室噴射弁2と同様の燃料噴射を実現するための噴孔であって、副室5に供給される燃料が噴射される噴孔である。各々の噴孔の開閉状態は、個別に制御される。
【0017】
エンジン10には、ノックセンサ15,筒内圧センサ16,エンジン回転数センサ17,アクセル開度センサ18,車速センサ19が設けられる。ノックセンサ15は、異常燃焼の一種であるノッキングの有無を把握するためのセンサであり、例えばシリンダの振動によって生じる力,圧力,加速度などを検出する。筒内圧センサ16は、燃焼室内における燃焼状態を把握するためのセンサであり、主室8の圧力を検出する。エンジン回転数センサ17は、エンジン10の作動状態を把握するためのセンサであり、例えば単位時間あたりのエンジン回転数(クランクシャフトの角速度)を検出する。アクセル開度センサ18は、エンジン10に要求されるトルク(ドライバ要求トルク)の大きさを把握するためのセンサであり、図示しないアクセルペダルの踏み込み操作量(アクセル開度)を検出する。車速センサ19は、エンジン10が搭載された車両の車速(走行速度)を検出するセンサである。これらのセンサ15~19で検出された各種情報は、ECU20に伝達される。
【0018】
ECU20は、エンジン10の作動状態を制御するための電子制御装置(Engine Control Unit, Electronic Control Unit)であって、プロセッサとメモリとを搭載した電子デバイスである。プロセッサは、例えばCPU(Central Processing Unit),MPU(Micro Processing Unit)などのマイクロプロセッサであり、メモリは、例えばROM(Read Only Memory),RAM(Random Access Memory),不揮発メモリなどである。ECU20で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録,保存される。プログラムの実行時には、プログラムの内容がメモリ空間内に展開され、プロセッサによって実行される。
【0019】
ECU20は、図示しない車載ネットワークを介して、制御対象となる装置及びセンサ15~19の各々に接続される。
図1,
図2に示すように、制御対象となる装置にはポート噴射弁1,副室噴射弁2,筒内噴射弁3,多機能噴射弁4,点火プラグ9が含まれる。エンジン10の燃料噴射量や点火時期は、ECU20によって統括的に管理される。なお、
図1,
図2に示されていないセンサで検出された情報を併用して、燃料噴射量や点火時期を補正することも可能である。例えば、外気温センサやエンジン冷却水温センサなどで検出された温度情報に基づき、燃料噴射量や点火時期を補正してもよい。
【0020】
ECU20には、推定手段21,燃料制御手段22,点火制御手段23が設けられる。これらの要素は、ECU20で実現される機能を表現したものであり、例えばECU20内のROMや補助記憶装置に記録,保存されるソフトウェアとしてプログラミングされうる。あるいは、そのソフトウェアに対応する電子回路(ハードウェア)として実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアとが混在するシステムとして実現されてもよい。
【0021】
推定手段21は、ノッキングの強度及び発生頻度の指標であるノッキング度合Nを推定するものである。ノッキング度合Nは、少なくともエンジン負荷に応じて算出される。好ましくは、エンジン負荷,エンジン回転数に応じて算出され、より好ましくは筒内圧やエンジン10の回転変動を考慮して算出される。ノッキング度合Nが高いほど(すなわちノッキング度合Nの値が大きいほど)、ノッキングの強度が強く、あるいは発生頻度が高いものと判断される。本件では、ノッキング度合Nの値が第1指標値M1,第2指標値M2,第3指標値M3の積で与えられるものとする。推定手段21は、第1指標値M1,第2指標値M2,第3指標値M3の各々を例えば燃焼サイクル毎に算出し、ノッキング度合Nの値をこれらの積として算出する。ここで算出されたノッキング度合Nの情報は、燃料制御手段22と点火制御手段23とに伝達される。
【0022】
第1指標値M
1は、少なくともエンジン負荷に基づいて算出される指標値である。本件では、エンジン負荷とエンジン回転数と基づいて第1指標値M
1が算出される。
図3は、第1指標値M
1とエンジン負荷とエンジン回転数との関係が規定された三次元マップである。エンジン負荷は、例えばアクセル開度と車速とに基づいて算出される。第1指標値M
1の値は、同一のエンジン回転数に対してエンジン負荷が大きいほど、大きな値に設定される。
【0023】
第1指標値M
1の値の増加勾配は、エンジン負荷が大きいほど増大するように設定される。つまり、
図3に示す三次元マップにおいて、第1指標値M
1の値が同一である点をつないで描かれる等高線の間隔は、エンジン負荷が大きい領域である上側に進むほど狭くなっている。また、エンジン回転数の変化に対しては、第1指標値M
1の値があまり大きく変動しないように設定される。つまり、
図3に示す三次元マップにおいて、第1指標値M
1の等高線は、左右方向に伸びた形状になる。したがって、仮にエンジン回転数を考慮することなく、エンジン負荷のみに基づいて第1指標値M
1を算出したとしても、その値の精度が大きく損なわれることはない。
【0024】
第2指標値M
2は、筒内圧に基づいて算出される指標値である。
図4(A)は、第2指標値M
2と筒内圧との関係を例示する二次元マップである。第2指標値M
2の値は、筒内圧が高いほど、大きな値に設定される。第2指標値M
2と筒内圧との関係は、筒内圧がノッキング度合Nに与える影響の大小に応じて設定され、例えば直線状のグラフで表現される関係に設定されることもあれば、曲線状のグラフで表現される関係に設定されることもある。
【0025】
第3指標値M
3は、エンジン10の回転変動に基づいて算出される指標値である。
図4(B)は、第3指標値M
3と回転変動との関係を例示する二次元マップである。回転変動は、例えばエンジン回転数の変化勾配(角加速度)の絶対値で与えられる。第3指標値M
3の値は、回転変動が大きいほど、大きな値に設定される。第3指標値M
3と回転変動との関係は、回転変動がノッキング度合Nに与える影響の大小に応じて設定され、例えば直線状のグラフで表現される関係に設定されることもあれば、曲線状のグラフで表現される関係に設定されることもある。
【0026】
燃料制御手段22は、主室噴射手段が供給する燃料量である主室燃料量と、副室噴射手段が供給する燃料量である副室燃料量とを制御するものである。これらの燃料量は、基本的にはエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて設定される。一方、エンジン10の通常の作動状態と比較してノッキング度合Nが高い場合には、副室燃料量を減少させる燃料制御が実施される。このとき、副室燃料量の削減量は、ノッキング度合Nの値が大きいほど増量される。反対に、エンジン10の通常の作動状態と比較してノッキング度合Nが低い場合には、副室燃料量を増加させる燃料制御が実施される。このとき、副室燃料量の増加量は、ノッキング度合Nの値が小さいほど増量される。
【0027】
副室燃料量は、副室噴射手段に供給される燃料の圧力や噴射圧をコントロールすることで増減させてもよい。この場合、燃料噴射の開始時期(SOI, Start Of Injection)や終了時期(EOI, End Of Injection)を変更することなく噴射の勢いを弱めたり強めたりすることで、一回の燃焼サイクルで供給される副室燃料量を増減させることができる。あるいは、燃料噴射の開始時期や終了時期をコントロールすることで副室燃料量を増減させてもよい。この場合、副室噴射手段に供給される燃料の圧力や噴射圧を一定に保ちつつ、燃料噴射期間を短縮したり延長したりすることで、一回の燃焼サイクルで供給される副室燃料量を増減させることができる。
【0028】
主室燃料量は、ノッキング度合Nの高低に関わらず、エンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて設定されることにしてもよい。あるいは、トータルの燃料噴射量が変化しないように、副室燃料量を減少(または増加)させた分だけ主室燃料量を増加(または減少)させてもよい。ここで、標準的な主室燃料量をFMAINと表記し、標準的な副室燃料量をFSUBと表記する。副室燃料量の減少量をFDECと表記すれば、実際に副室噴射手段から噴射される燃料量はFSUB-FDECとなる。このとき、主室噴射手段から噴射される燃料量はFMAINのままにしてもよいし、FMAIN+FDECとしてもよい。あるいは、FMAIN以上かつFMAIN+FDEC以下の範囲内で、主室噴射手段から噴射される燃料量を設定してもよい。同様に、副室燃料量の増加量をFINCと表記すれば、実際に副室噴射手段から噴射される燃料量はFSUB+FINCとなる。このとき、主室噴射手段から噴射される燃料量はFMAINのままにしてもよいし、FMAIN-FINCとしてもよい。あるいは、FMAIN-FINC以上かつFMAIN以下の範囲内で、主室噴射手段から噴射される燃料量を設定してもよい。
【0029】
点火制御手段23は、点火プラグ9の点火時期(燃料混合気を点火するタイミング)を制御するものである。点火時期は、基本的にはエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて設定される。一方、エンジン10の通常の作動状態と比較してノッキング度合Nが高い場合には、点火時期をリタードさせる点火制御が実施される。ただし、副室式エンジンにおいては、適切な点火時期の範囲が他のエンジンと比較して狭く、点火時期の変化をできるだけ抑制することが望まれる。そこで、ノッキング度合Nが高すぎる場合や、副室燃料量を減少させる燃料制御の効果が弱い場合に限って、点火リタード制御を開始することとする。
【0030】
図5は、上記の各種制御とノッキング度合Nの値との関係を例示する表である。ノッキング度合Nの値が第1所定値N
1以上であるとき、副室燃料量の削減制御や点火リタード制御が実施される。ここで、ノッキング度合Nの値が第1所定値N
1以上、かつ、第1所定値N
1よりも大きい第2所定値N
2未満であれば、先に副室燃料量の削減制御が実施され、その後に点火リタード制御が開始される。点火リタード制御が開始される前にノッキング度合Nの値が第1所定値N
1未満まで低下した場合には、結果的に点火リタード制御が実施されず、すなわち点火時期を移動させずに燃焼状態を改善できる。
【0031】
一方、ノッキング度合Nの値が第2所定値N2以上であれば、ノッキング度合Nが高すぎるものと判断され、先に点火リタード制御が実施され、その後に副室燃料量の削減制御が開始される。点火リタード制御は、副室燃料量の削減制御と比較して、高応答でエンジン10の燃焼状態を改善できる。つまり、ノッキング度合Nが高すぎる場合には、点火リタード制御を優先することで、燃焼状態を素早く確実に改善している。なお、副室燃料量の削減制御が開始される前にノッキング度合Nの値が第2所定値N2未満まで低下した場合には、点火リタード制御が一旦終了し、副室燃料量の削減制御が実施されることになる。
【0032】
ノッキング度合Nの値が第1所定値N1未満の場合には、通常の点火時期(エンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて設定される点火時期)で点火制御が実施される。また、燃料噴射量については、ノッキング度合Nの値が第1所定値N1よりも小さい第3所定値N3未満である場合に、副室燃料量を増加させる燃料制御が実施される。また、ノッキング度合Nの値が第3所定値N3以上、かつ、第1所定値N1未満であれば、通常の燃料量(エンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて設定される主室燃料量及び副室燃料量)でエンジン10が制御される。
【0033】
[2.フローチャート]
図6~
図8は、ECU20で実施される制御の内容を説明するためのフローチャートである。これらのフローチャートに示される制御は、一回の燃焼サイクルに対応する周期で繰り返し実行される。
図6のステップA1では、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づき、その燃焼サイクルでの標準的な燃料量が算出されるとともに、その燃焼サイクルでの標準的な点火時期が算出される。燃料量は、主室燃料量と副室燃料量とが個別に算出される。本件では、副室燃料量が主室燃料量よりも少ない値として算出される。例えば、副室燃料量が燃料量全体に対して数パーセントから十数パーセント程度とされる。
【0034】
ステップA2では、推定手段21において、ノッキングの強度及び発生頻度の指標であるノッキング度合Nが推定される。ここでは、例えばエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて第1指標値M
1が算出される。また、筒内圧に基づいて第2指標値M
2が算出され、回転変動に基づいて第3指標値M
3が算出される。その後、これらの積としてノッキング度合Nの値が算出される。
ステップA3では、ノッキング度合Nの値が第1所定値N
1以上であるか否かが判定される。この条件が成立する場合には、少なくとも副室燃料量を減少させる燃料制御が実施される。本件ではステップA4に進み、さらなる条件判定がなされる。なお、ステップA3においてノッキング度合Nの値が第1所定値N
1未満であった場合には、後述する
図8のフロー(記号BからステップA22)に進む。
【0035】
ステップA4では、ノッキング度合Nの値が第1所定値N
1よりも大きい第2所定値N
2以上であるか否かが判定される。この条件が成立する場合には、ノッキングの発生を直ちに抑制する必要があるものと判断され、点火リタード制御を先行させるべくステップA5に進む。なお、ステップA4においてノッキング度合Nの値が第2所定値N
2未満であった場合には、後述する
図7のフロー(記号AからステップA12)に進む。
ステップA5では、経過時間Yがリセットされる。経過時間Yは、
図7のフローで参照されるパラメータであり、N
1≦N<N
2である状態が継続した時間を意味する。また、ステップA6で経過時間Xの計測が開始され、ステップA7に進む。経過時間Xは、N≧N
2である状態が継続した時間を意味する。なお、経過時間X,Yの単位は秒であってもよいし、燃焼サイクル数であってもよい。
【0036】
ステップA7では、経過時間Xが所定時間X1以下であるか否かが判定される。所定時間X1は、予め設定された時間や燃焼サイクル数であってもよいし、エンジン回転数に応じて設定される時間や燃焼サイクル数であってもよい。この条件が成立する場合にはステップA8に進み、標準的な主室燃料量,副室燃料量で燃料噴射が実施される。また、ステップA9では、所定のリタード量で点火リタード制御が実施される。このときのリタード量は、標準的な点火時期を基準として制御される。この燃焼サイクルでの制御はこれで終了し、次回の燃焼サイクルではステップA1から制御が繰り返される。ステップA8,A9の制御は、ノッキング度合Nの値が第2所定値N2以上の状態で、経過時間Xが所定時間X1になるまで継続される。経過時間Xが所定時間X1を超えた場合には、ステップA10に進む。
【0037】
ステップA10では、ノッキング度合Nに応じて副室燃料量を減少させる燃料制御が実施される。ここでは、ノッキング度合Nの値が大きいほど、副室燃料量がより削減される。また、ステップA11では、経過時間Xが進むほど徐々にリタード量を削減する点火リタード制御が実施される。つまり、所定のリタード量で点火リタード制御が実施されるのは所定時間X1だけであり、その後は徐々に点火時期が標準的な点火時期へ近づくように制御される。また、所定のリタード量での点火リタード制御は、副室燃料量の削減制御に先行して実施される。この燃焼サイクルでの制御はこれで終了し、次回の燃焼サイクルではステップA1から制御が繰り返される。ステップA10,A11の制御は、経過時間Xが所定時間X1を超えた後、ノッキング度合Nの値が第2所定値N2以上である限り継続される。
【0038】
図6のステップA4において、ノッキング度合Nの値が第2所定値N
2未満になると、制御が
図7のフローに進む。
図7のステップA12では、経過時間Xがリセットされる。また、ステップA13で経過時間Yの計測が開始され、ステップA14に進む。ステップA14では、経過時間Yが所定時間Y
1以下であるか否かが判定される。所定時間Y
1は、予め設定された時間や燃焼サイクル数であってもよいし、エンジン回転数に応じて設定される時間や燃焼サイクル数であってもよい。この条件が成立する場合にはステップA15に進み、ノッキング度合Nに応じて副室燃料量を減少させる燃料制御が実施される。ここでは、ノッキング度合Nの値が大きいほど、副室燃料量がより削減される。
【0039】
また、ステップA16では、標準的な点火時期で点火制御が実施される。この燃焼サイクルでの制御はこれで終了し、次回の燃焼サイクルではステップA1から制御が繰り返される。ステップA15,A16の制御は、ノッキング度合Nの値が第1所定値N1以上かつ第2所定値N2未満の状態で、経過時間Yが所定時間Y1になるまで継続される。経過時間Yが所定時間Y1に達する前にノッキング度合Nの値が第1所定値N1未満まで低下すれば、点火リタードが開始されることなく、副室燃料量を減少させる燃料制御のみが実施されることになる。一方、経過時間Yが所定時間Y1を超えた場合には、ステップA17に進む。
【0040】
ステップA17では、経過時間Yが所定時間Y1よりも大きい所定時間Y2以下であるか否かが判定される。所定時間Y2は、予め設定された時間や燃焼サイクル数であってもよいし、エンジン回転数に応じて設定される時間や燃焼サイクル数であってもよい。この条件が成立する場合にはステップA18に進み、ノッキング度合Nに応じて副室燃料量を減少させる燃料制御が継続される。また、ステップA19では、所定のリタード量で点火リタード制御が実施される。このときのリタード量は、標準的な点火時期を基準として制御される。この燃焼サイクルでの制御はこれで終了し、次回の燃焼サイクルではステップA1から制御が繰り返される。ステップA18,A19の制御は、ノッキング度合Nの値が第1所定値N1以上かつ第2所定値N2未満の状態で、経過時間Yが所定時間Y2になるまで継続される。経過時間Yが所定時間Y2を超えた場合には、ステップA20に進む。
【0041】
ステップA20では、ノッキング度合Nに応じて副室燃料量を減少させる燃料制御が継続される。また、ステップA21では、経過時間Yが進むほど徐々にリタード量を削減する点火リタード制御が実施される。つまり、所定のリタード量で点火リタード制御が実施されるのは所定時間Y2-Y1だけであり、その後は徐々に点火時期が標準的な点火時期へ近づくように制御される。この燃焼サイクルでの制御はこれで終了し、次回の燃焼サイクルではステップA1から制御が繰り返される。ステップA20,A21の制御は、経過時間Yが所定時間Y2を超えた後、ノッキング度合Nの値が第1所定値N1以上かつ第2所定値N2未満である限り継続される。
【0042】
図6のステップA3において、ノッキング度合Nの値が第1所定値N
1未満になると、制御が
図8のフローに進む。
図8のステップA22では、経過時間X,Yがともにリセットされる。また、ステップA23では、ノッキング度合Nの値が第1所定値N
1よりも小さい第3所定値N
3未満であるか否かが判定される。この条件が成立する場合にはステップA24に進み、ノッキング度合Nに応じて副室燃料量を増加させる燃料制御が実施される。ここでは、ノッキング度合Nの値が小さいほど、副室燃料量がより増量される。また、ステップA25では、標準的な点火時期で点火制御が実施される。この燃焼サイクルでの制御はこれで終了し、次回の燃焼サイクルではステップA1から制御が繰り返される。ステップA24,A25の制御は、ノッキング度合Nの値が第3所定値N
3未満である限り継続される。
【0043】
ステップA23において、ノッキング度合Nの値が第3所定値N3以上である場合には、ステップA26に進み、標準的な主室燃料量,副室燃料量で燃料噴射が実施される。また、ステップA27では、標準的な点火時期で点火制御が実施される。このように、ノッキング度合NがN3≦N<N1であれば、通常の燃料制御及び点火制御が実施される。この燃焼サイクルでの制御はこれで終了し、次回の燃焼サイクルではステップA1から制御が繰り返される。
【0044】
[3.作用,効果]
(1)上記のエンジン10の制御装置(すなわちECU20)では、推定手段21で推定されたノッキング度合Nが第1所定値N1以上である場合に、副室燃料量を減少させる燃料制御が燃料制御手段22によって実施される。このような構成により、例えば点火時期を変更することなくノッキング度合Nを低下させることができ、ノッキングの発生を抑制できる。したがって、エンジン10の燃焼状態を安定させることができる。また、減少させる燃料量が副室燃料量であることから、主室8での燃焼状態に悪影響を与える可能性が極めて小さい。したがって、エンジン10の燃焼状態を改善することができる。なお、主室燃料量を保ったまま副室燃料量のみを減少させた場合には、主室噴射手段側の制御を変更することなく容易にエンジン10の燃焼状態を改善することができる。また、副室燃料量の減少量に応じて主室燃料量を増加させた場合には、トータルの燃料量の変化を小さくすることができ、エンジン10の燃焼状態をさらに安定させることができる。
【0045】
(2)上記のエンジン10の制御装置では、燃料制御手段22による燃料制御の実施後に、ノッキング度合Nが第1所定値N1以上である場合には、点火時期をリタードさせる点火制御が点火制御手段23によって実施される。このような構成により、例えば燃料制御だけではノッキングを短時間で解消できないような場合に、点火リタード制御を併用することができ、ノッキング度合Nを確実に低下させることができる。したがって、エンジン10の燃焼状態を改善することができる。
【0046】
(3)上記のエンジン10の制御装置では、ノッキング度合Nが第1所定値N1よりも大きい第2所定値N2以上である場合に、点火制御手段23が点火リタード制御を先に実施し、その後に燃料制御手段22が副室燃料量を減少させる燃料制御を実施する。このように、ノッキング度合Nが高すぎる場合には、燃料制御と比較して応答性に優れる点火リタード制御を先行させることで、ノッキング度合Nを素早く低下させることができる。したがって、エンジン10の燃焼状態を改善することができる。
【0047】
(4)上記のエンジン10の制御装置では、点火制御手段23が点火時期をリタードさせた後にリタード量を徐々に減少させる制御を実施する。このような構成により、点火時期を急に標準的な点火時期まで戻した場合と比較して、エンジン10の燃焼状態を安定させることができる。また、点火時期を標準的な点火時期よりもリタードさせた状態が、ある程度の時間は継続されるため、ノッキング度合Nを確実に低下させることができる。
【0048】
(5)上記のエンジン10の制御装置では、ノッキング度合Nが第1所定値N1よりも小さい第3所定値N3未満である場合に、燃料制御手段22が副室燃料量を増加させる燃料制御を実施する。このように、ノッキング度合Nが低すぎる燃焼不良状態では、副室燃料量を増加させることで、エンジン10の燃焼状態を安定させることができる。また、増加させる燃料量が副室燃料量であることから、主室8での燃焼状態に悪影響を与える可能性が極めて小さい。したがって、エンジン10の燃焼状態を改善することができる。なお、主室燃料量を保ったまま副室燃料量のみを増加させた場合には、主室噴射手段側の制御を変更することなく容易にエンジン10の燃焼状態を改善することができる。また、副室燃料量の増加量に応じて主室燃料量を減少させた場合には、トータルの燃料量の変化を小さくすることができ、エンジン10の燃焼状態をさらに安定させることができる。
【0049】
[4.変形例]
上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、本実施例の各構成は、必要に応じて取捨選択でき、あるいは適宜組み合わせることができる。例えば、上記の実施例では車両に搭載されるエンジン10の制御装置について詳述したが、本件に係る制御装置の適用対象は車載エンジンのみに制限されることはなく、例えば船舶や発電施設に設置されるエンジンにも適用可能である。少なくとも、主室噴射手段と副室噴射手段とを備えた内燃機関であれば、本件に係る制御装置を適用することが可能である。
【0050】
また、上記の実施例では、ノッキング度合Nが第1所定値N1よりも大きい第2所定値N2以上である場合に、点火制御手段23が点火リタード制御を先に実施し、その後に燃料制御手段22が副室燃料量を減少させる燃料制御を実施しているが、第2所定値N2よりも大きい第4所定値N4以上で点火制御手段23及び燃料制御手段22が、点火リタード制御及び燃料制御を同時に開始することも可能である。このように、リタード制御と燃料制御を同時に開始することで、ノッキング度合Nをより素早く確実に低下させることができる。
【符号の説明】
【0051】
1 ポート噴射弁(主室噴射手段)
2 副室噴射弁(副室噴射手段)
3 筒内噴射弁(主室噴射手段)
4 多機能噴射弁(主室噴射手段,副室噴射手段)
5 副室
6 隔壁
7 孔
8 主室
9 点火プラグ
10 エンジン
11 吸気ポート
12 排気ポート
13 吸気バルブ
14 排気バルブ
15 ノックセンサ
16 筒内圧センサ
17 エンジン回転数センサ
18 アクセル開度センサ
19 車速センサ
20 ECU(制御装置)
21 推定手段
22 燃料制御手段
23 点火制御手段
M1 第1指標値
M2 第2指標値
M3 第3指標値
N ノッキング度合
N1 第1所定値
N2 第2所定値
N3 第3所定値
X 経過時間
Y 経過時間
X1 所定時間
Y1 所定時間
Y2 所定時間