内燃機関のノック制御装置
【課題】本発明は、コストの上昇を抑制しつつ、ノッキングの発生を抑制することのできる内燃機関のノック制御装置を提供する。
【解決手段】ノッキングが発生すると(S10)、ノッキングが吸気側で発生しているのか、排気側で発生しているのかを判別する(S12)。そして、吸気側で発生している場合には、圧縮行程後半にある気筒の吸気側の酸素吸蔵部材に、或いは排気側でノッキングが発生している場合には、圧縮行程後半にある気筒の排気側の酸素吸蔵部材にプラスの所定電圧を印加する(S14-S16,S26-S28)。そして、圧縮行程後半にあった気筒が膨張行程前半になると、吸気側の酸素吸蔵部材或いは排気側の酸素吸蔵部材にマイナスの所定電圧を印加するようにしている(S18-S24,S30-S34)。
【解決手段】ノッキングが発生すると(S10)、ノッキングが吸気側で発生しているのか、排気側で発生しているのかを判別する(S12)。そして、吸気側で発生している場合には、圧縮行程後半にある気筒の吸気側の酸素吸蔵部材に、或いは排気側でノッキングが発生している場合には、圧縮行程後半にある気筒の排気側の酸素吸蔵部材にプラスの所定電圧を印加する(S14-S16,S26-S28)。そして、圧縮行程後半にあった気筒が膨張行程前半になると、吸気側の酸素吸蔵部材或いは排気側の酸素吸蔵部材にマイナスの所定電圧を印加するようにしている(S18-S24,S30-S34)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のノック制御装置に係り、特に高負荷運転におけるノッキングの発生の防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の出力及び燃費の向上には、熱効率の向上が必要であることが知られている。そして、熱効率向上の手法の一つとして、圧縮比の高圧縮比化がある。
ところが、圧縮比が高圧縮比化されると、内燃機関の圧縮行程で燃焼室内の混合気の圧力が高圧となる。そして、内燃機関のピストンが圧縮上死点近傍で、点火プラグにより燃焼室内の高圧の混合気に点火されると、点火プラグを中心に火炎が広がるように混合気が燃焼及び膨張する。混合気が燃焼及び膨張すると、点火プラグから遠い燃焼室外周部の混合気（エンドガス）が燃焼ガスにより燃焼室壁面に押し付けられる。そして、エンドガスは、更に高温高圧となり一気に自己着火し、衝撃波を発するノッキングが発生する。当該ノッキングは、衝撃波により金属製の音の発生やシリンダヘッド、ピストン及びシリンダブロックの破損に繋がり好ましいことではない。したがって、圧縮比の高圧縮比化にはノッキングの発生により限界がある。
【０００３】
このようなことから、特許文献１では、シリンダヘッドに予備燃焼用の燃料を噴射する予備燃焼用噴射ノズルと、ピストンのトップランドに予備燃焼用噴射ノズルより噴射された燃料を自己着火温度より低い温度で燃焼させる予備燃焼を行う触媒層とを設けて、燃焼室内にノッキングの原因となるエンドガスの発生を防止している。
このようにして、エンドガスの発生を防止してノッキングの発生を防止し、高圧縮比化を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３２６５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、シリンダヘッドに予備燃焼用燃料を噴射する予備燃焼用噴射ノズルを設ける必要があり、例えば既存の内燃機関に上記特許文献１の技術を適用するには、予備燃焼用噴射ノズルを設けるためにシリンダヘッドの大幅な変更を要する。よって、シリンダヘッドの変更は、コストの上昇に繋がり好ましいことではない。
【０００６】
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、コストの上昇を抑制しつつ、ノッキングの発生を防止することのできる内燃機関のノック制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の内燃機関のノック制御装置では、内燃機関のシリンダが形成されるシリンダブロックと、前記シリンダ内を摺動するピストンと、前記シリンダブロックに取り付けられて前記ピストンとの間に燃焼室が形成されるとともに、前記燃焼室と連通する吸気通路と排気通路とが形成されるシリンダヘッドと、を有する内燃機関のノック制御装置において、前記燃焼室の壁面に配設され、印加される電圧が変更すると酸素の吸蔵性能が変化する酸素吸蔵部材と、前記酸素吸蔵部材に電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、少なくとも前記内燃機関の圧縮行程の後半であるときに、前記電圧印加手段により前記酸素吸蔵部材に印加する電圧を変更して前記酸素吸蔵部材の酸素吸蔵性能を高めることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の内燃機関のノック制御装置では、請求項１において、前記酸素吸蔵部材は、前記シリンダヘッド側の前記燃焼室の壁面で、かつ、前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとの境界近傍であるエンドガス部に配設されることを特徴とする。
また、請求項３の内燃機関のノック制御装置では、請求項１或いは２において、前記酸素吸蔵部材は、吸蔵した酸素を放出する酸素放出性能を有し、前記電圧印加手段は、膨張行程の前半であるときに前記電圧印加手段により前記酸素吸蔵部材に印加する電圧を変更して前記酸素吸蔵部材の酸素放出性能を高めることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４の内燃機関のノック制御装置では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記電圧印加手段は、前記圧縮行程後半から前記膨張行程前半までの行程でのみ、電圧の印加を行うことを特徴とする。
また、請求項５の内燃機関のノック制御装置では、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、前記酸素吸蔵部材は、前記内燃機関の運転状態に基づきノッキングの発生する所定位置に複数に分割して配設され、前記電圧印加手段は、前記内燃機関の運転状態におけるノッキング発生位置が記憶され、前記運転状態検出手段にて検出される前記内燃機関の運転状態と記憶された前記ノッキング発生位置に基づいて、前記複数の酸素吸蔵部材のいずれかに電圧を印加することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項６の内燃機関のノック制御装置では、請求項１乃至５のいずれかにおいて、ノッキングを検出するノッキング検出手段を備え、前記電圧印加手段は、前記ノッキング検出手段にてノッキングが検出されると電圧の印加を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、燃焼室の壁面に印加される電圧が変えられると酸素の吸蔵性能が変化する酸素吸蔵部材を配設し、酸素吸蔵部材に電圧を印加する電圧印加手段を備え、少なくとも圧縮行程の後半であるときに酸素吸蔵部材に印加する電圧を変更して酸素吸蔵性能を高めるようにしている。
従って、圧縮行程の後半に燃焼室内の混合気の酸素濃度を確実に低下させることができるので、自己着火によるノッキングの発生を抑制することが可能となる。また、シリンダヘッドの燃焼室への酸素吸蔵部材の配設と電圧印加手段から酸素吸蔵部材への電力を供給する配線を追加するのみでシリンダヘッドを大幅に変更する必要がないので、コストの上昇を抑制することができる。
【００１２】
また、請求項２の発明によれば、酸素吸蔵部材をシリンダヘッド側の燃焼室の壁面で、かつ、シリンダヘッドとシリンダブロックとの境界近傍であるエンドガス部に配設しており、ノッキングの発生箇所となりやすいエンドガス部に酸素吸蔵部材を配設することで、エンドガス部の酸素濃度を低下させ、より確実にノッキングの発生を抑制することができる。
【００１３】
また、請求項３の発明によれば、膨張行程の前半であるときに酸素吸蔵部材に印加する電圧を変更して酸素吸蔵部材の酸素放出性能を高めるようにしており、膨張行程の前半で酸素吸蔵部材の酸素放出性能を高めることができるので、吸蔵した酸素を確実に放出して混合気の燃焼を促進させてエンジンの高出力を得ることができる。また、空燃比を適切な空燃比とし燃焼させることができるので、排気への未燃燃料や煤等の排出を防止することができる。
【００１４】
また、請求項４の発明によれば、圧縮行程後半から膨張行程前半までの行程でのみ、電圧の印加を行うようにしているので、ノッキングの防止及び排気への未燃燃料及び煤などの排出の防止に影響を与えることなく、電圧印加手段の電力の消費を抑制することができる。
また、請求項５の発明によれば、酸素吸蔵部材を内燃機関の運転状態に基づく燃焼室内でのノッキング発生位置に対応して複数に分割して配設し、運転状態検出手段にて検出される内燃機関の運転状態に基づいて、複数の酸素吸蔵部材のいずれかに電圧を印加するようにしており、運転状態によって変化するノッキングの発生箇所に対応する部分にだけ電圧を印加することができるので、電圧印加手段の電力の消費を抑制することができる。
【００１５】
また、請求項６の発明によれば、ノッキング検出手段にてノッキングが検出されると酸素吸蔵部材に電圧の印加を行うようにしているので、ノッキングの発生時のみに電圧の印加を行っているので、更に電圧印加手段の電力の消費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る内燃機関のノック制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線での断面図である。
【図３】本発明に係る内燃機関のノック制御装置が適用されたエンジンでのノック防止制御時におけるエンジンの行程、吸気側及び排気側の酸素吸蔵部材への電圧の印加の一例を時系列で示す図である。
【図４】本発明に係るノック制御装置でのノッキング防止制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、内燃機関のノック制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線での断面図である。図２中の斜線部分は、酸素吸蔵部材の取り付け位置を示す。
図１に示すように、エンジン（内燃機関）１は、吸気マニホールド２５、またはシリンダヘッド３に配設された燃料噴射弁（燃料噴射手段）２６から吸気バルブ１７が閉弁している排気行程中に吸気ポート（吸気通路）１５内へ燃料を噴射する４サイクル直列４気筒型ガソリンエンジンである。そして、エンジン１は、エンジン１及び図示しない車両を制御する電子コントロールユニット（ＥＣＵ）３０と、酸素吸蔵部材１２，１３と印加電圧制御装置（電圧印加手段）３１とバッテリ（電圧印加手段）３２とからなるノック制御装置とを含んで構成されている。
【００１８】
図１にはエンジン１の１つの気筒についての縦断面が示されている。なお、他の気筒についても同様の構成をしているものとして図示及び説明を省略する。
図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２にシリンダヘッド３が載置されて構成されている。
シリンダブロック２には、エンジン１を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ４とノッキングを検出するノックセンサ（ノッキング検出手段）５とが設けられている。また、シリンダブロック２に形成されているシリンダ６内には上下摺動可能にピストン７が設けられている。当該ピストン７はコンロッド８を介してクランクシャフト９に連結されている。また、シリンダブロック２には、当該エンジン１の回転速度及びクランクシャフト９の位相を検出するクランク角センサ（運転状態検出手段）１０が設けられている。また、シリンダヘッド３とシリンダ６とピストン７で燃焼室１１が形成されている。
【００１９】
シリンダヘッド３の燃焼室１１を形成する壁面の外周部、即ち、エンジン１の組み立て後のシリンダブロック２との境界近傍となるエンドガス部には、図２に示すように予め試験等でノッキングの発生が確認された吸気バルブ１７側或いは排気バルブ１８側に、酸素を吸蔵及び放出可能な酸素吸蔵部材１２，１３を帯状の半円形形状にそれぞれ配設されている。そして、シリンダヘッド３と酸素吸蔵部材１２，１３とには、酸素吸蔵部材１２，１３への電圧の印加を制御する印加電圧制御装置３１が電力供給線３３ａ，３３ｂ，３３ｃを介して接続されている。そして、酸素吸蔵部材１２，１３には、例えば、希土類オキシ硫酸塩（Ｌｎ2Ｏ2ＳＯ4）が用いられている。希土類オキシ硫酸塩は、Ｈ2（水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｃ3Ｈ6（プロピレン）などによって、Ｌｎ2Ｏ2ＳＯへと還元され（酸素放出）、Ｏ2（酸素）などによって可逆的に再酸化Ｌｎ2Ｏ2ＳＯ4（酸素吸蔵）される。また、酸素吸蔵部材１２，１３は、導体或いは半導体で形成され、酸素イオンと反対のプラス電圧を印加されると酸素を吸蔵し、マイナス電圧を印加されると酸素を放出する特性を有する。
【００２０】
また、シリンダヘッド３には、燃焼室１１に臨むようにして点火プラグ１４が設けられている。そして、シリンダヘッド３には、燃焼室１１からシリンダヘッド３の一側面に向かって吸気ポート１５が形成されており、燃焼室１１からシリンダヘッド３の他側面に向かって排気ポート（排気通路）１６が形成されている。更に、シリンダヘッド３には、燃焼室１１と吸気ポート１５との連通及び遮断を行う吸気バルブ１７と、燃焼室１１と排気ポート１６との連通及び遮断を行う排気バルブ１８がそれぞれ設けられている。
【００２１】
また、シリンダヘッド３上部には吸気バルブ１７を駆動する吸気カム１９を有した吸気カムシャフト２１と、排気バルブ１８を駆動する排気カム２０を有した排気カムシャフト２２とがそれぞれ設けられている。そして、シリンダヘッド３の上部には、吸気カムシャフト２１の位相を検出するカム角センサ（運転状態検出手段）２３と排気カムシャフト２２の位相を検出するカム角センサ（運転状態検出手段）２４とが設けられている。
【００２２】
また、シリンダヘッド３の一側面には吸気ポート１５と連通するように吸気マニホールド２５が接続されている。そして、吸気マニホールド２５には、吸気ポート１５内に臨むように燃料噴射弁２６が設けられている。一方、シリンダヘッド３の吸気マニホールド２５が接続された側面とは反対側の側面には、排気ポート１６と連通するように排気マニホールド２７が接続されている。
【００２３】
燃料噴射弁２６には、図示しない燃料配管を介して図示しない燃料タンク内の燃料を供給するフィードポンプが接続されている。
吸気マニホールド２５の吸気上流端には図示しない吸気管、吸入空気流量を調節する図示しない電子制御スロットルバルブが設けられている。そして、電子制御スロットルバルブには、スロットルバルブの開き度合を検出する図示しないスロットルポジションセンサが備えられている。また、電子制御スロットルバルブの上流側の吸気管には吸入空気流量を検出する図示しないエアフローセンサ（運転状態検出手段）が設けられているとともに、吸気管の吸気上流端には図示しないエアクリーナが設けられている。
【００２４】
また、排気マニホールド２７の排気下流端には、図示しない排気管を介して三元触媒等の排気浄化触媒が備えられている。
印加電圧制御装置３１には、電力供給線３３ａ，３３ｂ，３３ｃを介して、電力を蓄電するバッテリ３２が接続されている。そして、印加電圧制御装置３１は、電力供給線３４を介してバッテリ３２より電力の供給を受け、ノッキングが発生すると酸素吸蔵部材１２，１３へプラス電圧或いはマイナス電圧を印加するノッキング防止制御を行う。また、印加電圧制御装置３１には、予め試験等で確認されたエンジン１の運転状態に対応したノッキング発生位置が記憶されている。例えばノッキング発生位置は、エンジン回転速度が低回転時には吸気側に、高回転時には排気側として記憶されている。
【００２５】
そして、上記水温センサ４、ノックセンサ５、クランク角センサ１０、カム角センサ２３，２４、吸気圧センサ、スロットルポジションセンサ、エアフローセンサ及び車両の車速を検出する図示しない車速センサ等の各種センサ類は、車両に搭載されているＥＣＵ３０の入力側に電気的に接続されており、これらセンサ類からの検出情報がＥＣＵ３０に入力される。
【００２６】
一方、ＥＣＵ３０の出力側には、上記点火プラグ１４、燃料噴射弁２６、印加電圧制御装置３１、電子制御スロットルバルブ等の各種装置が電気的に接続されており、これら各種装置には各種センサ類からの検出情報に基づき演算された点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度及びエンジン回転速度、エンジン負荷や行程等のエンジン１の運転状態等がそれぞれ出力される。
【００２７】
次に印加電圧制御装置３１でのノック防止制御について説明する。
図３は、ノック防止制御時におけるエンジンの行程、吸気側の酸素吸蔵部材１２及び排気側の酸素吸蔵部材１３への電圧の印加の一例を時系列で示す図であり、エンジン１の運転状態よりノッキングが吸気側で発生している場合を示している。また、図４は、ノック制御装置でのノッキング防止制御のフローチャートである。
【００２８】
図４に示すルーチンは、エンジン運転時に繰り返し行なわれる。また、複数の気筒を有するエンジンに於いては、ノックセンサ５にてノッキングが検出されると圧縮行程後半もしくは膨張行程前半の気筒に対して当該ルーチンを行えばよい。
始めにステップＳ１０では、ノックセンサ５の検出情報よりノッキングが発生しているか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でノッキングが発生していれば、ステップＳ１２に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でノッキングが発生していなければ、本ルーチンを抜ける。
【００２９】
ステップＳ１２では、クランク角センサ１０やエアフローセンサ等の検出情報に基づいてＥＣＵ３０にて算出され、印加電圧制御装置３１に出力されるエンジン回転速度や負荷等のエンジン１の運転状態情報と、予め印加電圧制御装置３１にて記憶されたエンジン１の運転状態でのノッキング発生位置とに基づき、ノッキングの発生位置が吸気側であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でノッキングの発生位置が吸気側であれば、ステップＳ１４に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でノッキングの発生位置が吸気側でなければ、ステップＳ２６に進む。
【００３０】
ステップＳ１４では、クランク角センサ１０及びカム角センサ２３，２４の検出情報に基づいてＥＣＵ３０にて算出されるエンジン１の行程が圧縮行程の後半であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が圧縮行程の後半であれば、ステップＳ１６に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でエンジン１が圧縮行程の後半でなければ、再度ステップＳ１４の処理を行う。
【００３１】
ステップＳ１６では、吸気側に配設される酸素吸蔵部材１２にプラスの所定電圧を印加する（図３Ａ）。そして、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、エンジン１の行程が膨張行程の前半であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が膨張行程の前半であれば、ステップＳ２０に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でエンジン１が膨張行程の前半でなければ、ステップＳ１６へ戻る。
【００３２】
ステップＳ２０では、吸気側に配設される酸素吸蔵部材１２にマイナスの所定電圧を印加する（図３Ｂ）。そして、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、再度エンジン１の行程が膨張行程の前半であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が膨張行程の前半であれば、ステップＳ２０へ戻り、継続して酸素吸蔵部材１２にマイナス電圧を印加する。また、判別結果が否（Ｎｏ）でエンジン１が膨張行程の前半でなければ、ステップＳ２４に進む。
【００３３】
ステップＳ２４では、酸素吸蔵部材１２，１３への電圧の印加を終了する。そして、本ルーチンをリターンする。
また、ステップＳ２６では、クランク角センサ１０及びカム角センサ２３，２４の検出情報に基づいてＥＣＵ３０にて算出されるエンジン１の行程が圧縮行程の後半であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が圧縮行程の後半であれば、ステップＳ２８に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でエンジン１が圧縮行程の後半でなければ、再度ステップＳ２６の処理を行う。
【００３４】
ステップＳ２８では、排気側に配設される酸素吸蔵部材１３にプラスの所定電圧を印加する。そして、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、エンジン１の行程が膨張行程の前半であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が膨張行程の前半であれば、ステップＳ３２に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でエンジン１が膨張行程の前半でなければ、ステップＳ２８へ戻る。
【００３５】
ステップＳ３２では、排気側に配設される酸素吸蔵部材１３にマイナスの所定電圧を印加する。そして、ステップＳ３４に進む。
ステップＳ３４では、再度エンジン１の行程が膨張行程の前半であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が膨張行程の前半であれば、ステップＳ３２へ戻り、継続して酸素吸蔵部材１３にマイナス電圧を印加する。また、判別結果が否（Ｎｏ）でエンジン１が膨張行程の前半でなければ、ステップＳ２４に進む。
【００３６】
このように本発明に係る内燃機関のノック制御装置では、ノックセンサ５にてノッキングが検出されると、クランク角センサ１０やエアフローセンサ等の検出情報に基づいてＥＣＵ３０にてエンジン回転速度や負荷等のエンジン１の運転状態情報が算出される。そして、算出されたエンジン１の運転状態情報と、予め印加電圧制御装置３１にて記憶されたエンジン１の運転状態でのノッキング発生位置とに基づき、ノッキングが吸気側で発生しているのか、排気側で発生しているのかを判別する。そして、吸気側でノッキングが発生していると判別される場合には、吸気側の酸素吸蔵部材１２に圧縮行程の後半である期間中プラスの所定電圧を印加し、或いは、排気側でノッキングが発生していると判別される場合には、排気側の酸素吸蔵部材１３に圧縮行程の後半である期間中プラスの所定電圧を印加する。そして、圧縮行程後半から膨張行程前半となると、吸気側の酸素吸蔵部材１２にプラスの所定電圧を印加していた場合には、吸気側の酸素吸蔵部材１２に膨張行程の前半である期間中マイナスの所定電圧を印加し、或いは、排気側の酸素吸蔵部材１３にプラスの所定電圧を印加していた場合には、排気側の酸素吸蔵部材１３に膨張行程の前半である期間中マイナスの所定電圧を印加するようにしている。
【００３７】
従って、ノッキング発生時に吸気側の酸素吸蔵部材１２或いは排気側の酸素吸蔵部材１３にプラス電圧を印加することで燃焼室１１の外周部に滞留する予混合ガスの酸素を吸蔵し、当該部位に滞留する予混合ガスの空燃比を燃料の濃いリッチ状態とする、即ち、確実に酸素濃度を低下させることで、予混合ガスの自己着火によるノッキングの発生を抑制することが可能となる。また、シリンダヘッド３の燃焼室１１への酸素吸蔵部材１２，１３の配設と印加電圧制御装置３１から酸素吸蔵部材１２，１３への電力を供給する電力供給線３３ａ，３３ｂ，３３ｃを追加するのみでシリンダヘッド３を大幅に変更する必要がないので、コストの上昇を抑制することができる。
【００３８】
また、酸素吸蔵部材１２をシリンダヘッド３の燃焼室１１を形成する壁面の外周部、即ち、エンジン１の組み立て後のシリンダブロック２との境界近傍となるエンドガス部に配設しており、ノッキングの発生箇所となりやすいエンドガス部に酸素吸蔵部材１２を配設することで、エンドガス部の酸素濃度を低下させ、より確実にノッキングの発生を抑制することができる。
【００３９】
また、膨張行程の前半であるときに吸気側の酸素吸蔵部材１２或いは排気側の酸素吸蔵部材１３へマイナス電圧を印加し、酸素吸蔵部材１２或いは酸素吸蔵部材１３に吸蔵した酸素を放出するようにしており、膨張行程の前半で酸素吸蔵部材の酸素放出性能を高めることで、燃焼室３の外周部近傍に吸蔵した酸素を確実に放出して混合気の燃焼を促進させてエンジン１の高出力を得ることができる。また、空燃比を適切な空燃比とすることができるので、排気への未燃燃料や煤等の排出を防止することができる。
【００４０】
また、圧縮行程後半から膨張行程前半までの行程でのみ、酸素吸蔵部材１２或いは酸素吸蔵部材１３に電圧の印加を行うようにしているので、ノッキングの防止及び排気への未燃燃料及び煤などの排出の防止に影響を与えることなく、バッテリ３２の電力の消費を抑制することができる。
また、ノックセンサ５にてノッキングが検出されると酸素吸蔵部材１２或いは酸素吸蔵部材１３に電圧を印加しているので、更にバッテリ３２の電力の消費を抑制することができる。
【００４１】
また、予め試験等でノッキングの発生が確認された吸気バルブ１７側或いは排気バルブ１８側に酸素吸蔵部材１２，１３をそれぞれ配設し、エンジン１の運転状態に基づいて、当該エンジン１の運転状態でノッキングが発生する酸素吸蔵部材１２或いは酸素吸蔵部材１３のいずれかに電圧を印加しており、ノッキングの発生する位置にある酸素吸蔵部材１２或いは酸素吸蔵部材１３のいずれかに電圧を印加することで確実にノッキングの発生を防止し、他の位置にある酸素吸蔵部材への電圧の印加は不要となり、更にバッテリ３２の電力の消費を抑制することができる。
【００４２】
以上で発明の実施形態の説明を終えるが、発明の形態は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態は、酸素吸蔵部材を吸気側と排気側との２箇所に分割して配設するようにしているが、これに限定されるものではなく、更に酸素吸蔵部材を複数に分割しても、或いは酸素吸蔵部材を一つにまとめて単数としもよい。酸素吸蔵部材を複数に分割することで酸素吸蔵部材の容量が減少するので酸素吸蔵部材へ印加する所定電圧を低くすることができるのでバッテリ３２に電力消費を抑制することができる。また、酸素吸蔵部材を単数とすることでエンジン１の運転状態よりノッキングの発生位置を判別する必要がなくなり、制御を容易にすることができる。
【００４３】
ノッキング発生時に一定の電圧である所定電圧を酸素吸蔵部材１２，１３へ印加するようにしているが、これに限定されるものではなく、エンジン１の回転速度或いは負荷によって酸素吸蔵部材１２，１３へ印加する電圧を可変させるようにしても良く、例えば、エンジン１の回転速度上昇により圧縮行程後半の期間及び膨張行程前半の期間が短くなったり、エンジン１の負荷の上昇により燃焼室１１内への空気の流入量が増加したりしても、エンジ１の回転速度或いは負荷が上昇するとともに電圧も上昇させることで、酸素吸蔵部材１２，１３への酸素の吸蔵量を確保することができ、確実にノッキングの発生を防止することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１ エンジン（内燃機関）
３ シリンダヘッド
５ ノックセンサ（ノッキング検出手段）
７ ピストン
１０ クランク角センサ（運転状態検出手段）
１１ 燃焼室
１２ 酸素吸蔵部材
１３ 酸素吸蔵部材
２３ カム角センサ（運転状態検出手段）
２４ カム角センサ（運転状態検出手段）
２５ 吸気マニホールド
２６ 燃焼噴射弁
３１ 印加電圧制御装置（電圧印加手段）
３２ バッテリ（電圧印加手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のノック制御装置に係り、特に高負荷運転におけるノッキングの発生の防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の出力及び燃費の向上には、熱効率の向上が必要であることが知られている。そして、熱効率向上の手法の一つとして、圧縮比の高圧縮比化がある。
ところが、圧縮比が高圧縮比化されると、内燃機関の圧縮行程で燃焼室内の混合気の圧力が高圧となる。そして、内燃機関のピストンが圧縮上死点近傍で、点火プラグにより燃焼室内の高圧の混合気に点火されると、点火プラグを中心に火炎が広がるように混合気が燃焼及び膨張する。混合気が燃焼及び膨張すると、点火プラグから遠い燃焼室外周部の混合気（エンドガス）が燃焼ガスにより燃焼室壁面に押し付けられる。そして、エンドガスは、更に高温高圧となり一気に自己着火し、衝撃波を発するノッキングが発生する。当該ノッキングは、衝撃波により金属製の音の発生やシリンダヘッド、ピストン及びシリンダブロックの破損に繋がり好ましいことではない。したがって、圧縮比の高圧縮比化にはノッキングの発生により限界がある。
【０００３】
このようなことから、特許文献１では、シリンダヘッドに予備燃焼用の燃料を噴射する予備燃焼用噴射ノズルと、ピストンのトップランドに予備燃焼用噴射ノズルより噴射された燃料を自己着火温度より低い温度で燃焼させる予備燃焼を行う触媒層とを設けて、燃焼室内にノッキングの原因となるエンドガスの発生を防止している。
このようにして、エンドガスの発生を防止してノッキングの発生を防止し、高圧縮比化を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３２６５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、シリンダヘッドに予備燃焼用燃料を噴射する予備燃焼用噴射ノズルを設ける必要があり、例えば既存の内燃機関に上記特許文献１の技術を適用するには、予備燃焼用噴射ノズルを設けるためにシリンダヘッドの大幅な変更を要する。よって、シリンダヘッドの変更は、コストの上昇に繋がり好ましいことではない。
【０００６】
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、コストの上昇を抑制しつつ、ノッキングの発生を防止することのできる内燃機関のノック制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の内燃機関のノック制御装置では、内燃機関のシリンダが形成されるシリンダブロックと、前記シリンダ内を摺動するピストンと、前記シリンダブロックに取り付けられて前記ピストンとの間に燃焼室が形成されるとともに、前記燃焼室と連通する吸気通路と排気通路とが形成されるシリンダヘッドと、を有する内燃機関のノック制御装置において、前記燃焼室の壁面に配設され、印加される電圧が変更すると酸素の吸蔵性能が変化する酸素吸蔵部材と、前記酸素吸蔵部材に電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、少なくとも前記内燃機関の圧縮行程の後半であるときに、前記電圧印加手段により前記酸素吸蔵部材に印加する電圧を変更して前記酸素吸蔵部材の酸素吸蔵性能を高めることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の内燃機関のノック制御装置では、請求項１において、前記酸素吸蔵部材は、前記シリンダヘッド側の前記燃焼室の壁面で、かつ、前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとの境界近傍であるエンドガス部に配設されることを特徴とする。
また、請求項３の内燃機関のノック制御装置では、請求項１或いは２において、前記酸素吸蔵部材は、吸蔵した酸素を放出する酸素放出性能を有し、前記電圧印加手段は、膨張行程の前半であるときに前記電圧印加手段により前記酸素吸蔵部材に印加する電圧を変更して前記酸素吸蔵部材の酸素放出性能を高めることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４の内燃機関のノック制御装置では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記電圧印加手段は、前記圧縮行程後半から前記膨張行程前半までの行程でのみ、電圧の印加を行うことを特徴とする。
また、請求項５の内燃機関のノック制御装置では、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、前記酸素吸蔵部材は、前記内燃機関の運転状態に基づきノッキングの発生する所定位置に複数に分割して配設され、前記電圧印加手段は、前記内燃機関の運転状態におけるノッキング発生位置が記憶され、前記運転状態検出手段にて検出される前記内燃機関の運転状態と記憶された前記ノッキング発生位置に基づいて、前記複数の酸素吸蔵部材のいずれかに電圧を印加することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項６の内燃機関のノック制御装置では、請求項１乃至５のいずれかにおいて、ノッキングを検出するノッキング検出手段を備え、前記電圧印加手段は、前記ノッキング検出手段にてノッキングが検出されると電圧の印加を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、燃焼室の壁面に印加される電圧が変えられると酸素の吸蔵性能が変化する酸素吸蔵部材を配設し、酸素吸蔵部材に電圧を印加する電圧印加手段を備え、少なくとも圧縮行程の後半であるときに酸素吸蔵部材に印加する電圧を変更して酸素吸蔵性能を高めるようにしている。
従って、圧縮行程の後半に燃焼室内の混合気の酸素濃度を確実に低下させることができるので、自己着火によるノッキングの発生を抑制することが可能となる。また、シリンダヘッドの燃焼室への酸素吸蔵部材の配設と電圧印加手段から酸素吸蔵部材への電力を供給する配線を追加するのみでシリンダヘッドを大幅に変更する必要がないので、コストの上昇を抑制することができる。
【００１２】
また、請求項２の発明によれば、酸素吸蔵部材をシリンダヘッド側の燃焼室の壁面で、かつ、シリンダヘッドとシリンダブロックとの境界近傍であるエンドガス部に配設しており、ノッキングの発生箇所となりやすいエンドガス部に酸素吸蔵部材を配設することで、エンドガス部の酸素濃度を低下させ、より確実にノッキングの発生を抑制することができる。
【００１３】
また、請求項３の発明によれば、膨張行程の前半であるときに酸素吸蔵部材に印加する電圧を変更して酸素吸蔵部材の酸素放出性能を高めるようにしており、膨張行程の前半で酸素吸蔵部材の酸素放出性能を高めることができるので、吸蔵した酸素を確実に放出して混合気の燃焼を促進させてエンジンの高出力を得ることができる。また、空燃比を適切な空燃比とし燃焼させることができるので、排気への未燃燃料や煤等の排出を防止することができる。
【００１４】
また、請求項４の発明によれば、圧縮行程後半から膨張行程前半までの行程でのみ、電圧の印加を行うようにしているので、ノッキングの防止及び排気への未燃燃料及び煤などの排出の防止に影響を与えることなく、電圧印加手段の電力の消費を抑制することができる。
また、請求項５の発明によれば、酸素吸蔵部材を内燃機関の運転状態に基づく燃焼室内でのノッキング発生位置に対応して複数に分割して配設し、運転状態検出手段にて検出される内燃機関の運転状態に基づいて、複数の酸素吸蔵部材のいずれかに電圧を印加するようにしており、運転状態によって変化するノッキングの発生箇所に対応する部分にだけ電圧を印加することができるので、電圧印加手段の電力の消費を抑制することができる。
【００１５】
また、請求項６の発明によれば、ノッキング検出手段にてノッキングが検出されると酸素吸蔵部材に電圧の印加を行うようにしているので、ノッキングの発生時のみに電圧の印加を行っているので、更に電圧印加手段の電力の消費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る内燃機関のノック制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線での断面図である。
【図３】本発明に係る内燃機関のノック制御装置が適用されたエンジンでのノック防止制御時におけるエンジンの行程、吸気側及び排気側の酸素吸蔵部材への電圧の印加の一例を時系列で示す図である。
【図４】本発明に係るノック制御装置でのノッキング防止制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、内燃機関のノック制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線での断面図である。図２中の斜線部分は、酸素吸蔵部材の取り付け位置を示す。
図１に示すように、エンジン（内燃機関）１は、吸気マニホールド２５、またはシリンダヘッド３に配設された燃料噴射弁（燃料噴射手段）２６から吸気バルブ１７が閉弁している排気行程中に吸気ポート（吸気通路）１５内へ燃料を噴射する４サイクル直列４気筒型ガソリンエンジンである。そして、エンジン１は、エンジン１及び図示しない車両を制御する電子コントロールユニット（ＥＣＵ）３０と、酸素吸蔵部材１２，１３と印加電圧制御装置（電圧印加手段）３１とバッテリ（電圧印加手段）３２とからなるノック制御装置とを含んで構成されている。
【００１８】
図１にはエンジン１の１つの気筒についての縦断面が示されている。なお、他の気筒についても同様の構成をしているものとして図示及び説明を省略する。
図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２にシリンダヘッド３が載置されて構成されている。
シリンダブロック２には、エンジン１を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ４とノッキングを検出するノックセンサ（ノッキング検出手段）５とが設けられている。また、シリンダブロック２に形成されているシリンダ６内には上下摺動可能にピストン７が設けられている。当該ピストン７はコンロッド８を介してクランクシャフト９に連結されている。また、シリンダブロック２には、当該エンジン１の回転速度及びクランクシャフト９の位相を検出するクランク角センサ（運転状態検出手段）１０が設けられている。また、シリンダヘッド３とシリンダ６とピストン７で燃焼室１１が形成されている。
【００１９】
シリンダヘッド３の燃焼室１１を形成する壁面の外周部、即ち、エンジン１の組み立て後のシリンダブロック２との境界近傍となるエンドガス部には、図２に示すように予め試験等でノッキングの発生が確認された吸気バルブ１７側或いは排気バルブ１８側に、酸素を吸蔵及び放出可能な酸素吸蔵部材１２，１３を帯状の半円形形状にそれぞれ配設されている。そして、シリンダヘッド３と酸素吸蔵部材１２，１３とには、酸素吸蔵部材１２，１３への電圧の印加を制御する印加電圧制御装置３１が電力供給線３３ａ，３３ｂ，３３ｃを介して接続されている。そして、酸素吸蔵部材１２，１３には、例えば、希土類オキシ硫酸塩（Ｌｎ2Ｏ2ＳＯ4）が用いられている。希土類オキシ硫酸塩は、Ｈ2（水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｃ3Ｈ6（プロピレン）などによって、Ｌｎ2Ｏ2ＳＯへと還元され（酸素放出）、Ｏ2（酸素）などによって可逆的に再酸化Ｌｎ2Ｏ2ＳＯ4（酸素吸蔵）される。また、酸素吸蔵部材１２，１３は、導体或いは半導体で形成され、酸素イオンと反対のプラス電圧を印加されると酸素を吸蔵し、マイナス電圧を印加されると酸素を放出する特性を有する。
【００２０】
また、シリンダヘッド３には、燃焼室１１に臨むようにして点火プラグ１４が設けられている。そして、シリンダヘッド３には、燃焼室１１からシリンダヘッド３の一側面に向かって吸気ポート１５が形成されており、燃焼室１１からシリンダヘッド３の他側面に向かって排気ポート（排気通路）１６が形成されている。更に、シリンダヘッド３には、燃焼室１１と吸気ポート１５との連通及び遮断を行う吸気バルブ１７と、燃焼室１１と排気ポート１６との連通及び遮断を行う排気バルブ１８がそれぞれ設けられている。
【００２１】
また、シリンダヘッド３上部には吸気バルブ１７を駆動する吸気カム１９を有した吸気カムシャフト２１と、排気バルブ１８を駆動する排気カム２０を有した排気カムシャフト２２とがそれぞれ設けられている。そして、シリンダヘッド３の上部には、吸気カムシャフト２１の位相を検出するカム角センサ（運転状態検出手段）２３と排気カムシャフト２２の位相を検出するカム角センサ（運転状態検出手段）２４とが設けられている。
【００２２】
また、シリンダヘッド３の一側面には吸気ポート１５と連通するように吸気マニホールド２５が接続されている。そして、吸気マニホールド２５には、吸気ポート１５内に臨むように燃料噴射弁２６が設けられている。一方、シリンダヘッド３の吸気マニホールド２５が接続された側面とは反対側の側面には、排気ポート１６と連通するように排気マニホールド２７が接続されている。
【００２３】
燃料噴射弁２６には、図示しない燃料配管を介して図示しない燃料タンク内の燃料を供給するフィードポンプが接続されている。
吸気マニホールド２５の吸気上流端には図示しない吸気管、吸入空気流量を調節する図示しない電子制御スロットルバルブが設けられている。そして、電子制御スロットルバルブには、スロットルバルブの開き度合を検出する図示しないスロットルポジションセンサが備えられている。また、電子制御スロットルバルブの上流側の吸気管には吸入空気流量を検出する図示しないエアフローセンサ（運転状態検出手段）が設けられているとともに、吸気管の吸気上流端には図示しないエアクリーナが設けられている。
【００２４】
また、排気マニホールド２７の排気下流端には、図示しない排気管を介して三元触媒等の排気浄化触媒が備えられている。
印加電圧制御装置３１には、電力供給線３３ａ，３３ｂ，３３ｃを介して、電力を蓄電するバッテリ３２が接続されている。そして、印加電圧制御装置３１は、電力供給線３４を介してバッテリ３２より電力の供給を受け、ノッキングが発生すると酸素吸蔵部材１２，１３へプラス電圧或いはマイナス電圧を印加するノッキング防止制御を行う。また、印加電圧制御装置３１には、予め試験等で確認されたエンジン１の運転状態に対応したノッキング発生位置が記憶されている。例えばノッキング発生位置は、エンジン回転速度が低回転時には吸気側に、高回転時には排気側として記憶されている。
【００２５】
そして、上記水温センサ４、ノックセンサ５、クランク角センサ１０、カム角センサ２３，２４、吸気圧センサ、スロットルポジションセンサ、エアフローセンサ及び車両の車速を検出する図示しない車速センサ等の各種センサ類は、車両に搭載されているＥＣＵ３０の入力側に電気的に接続されており、これらセンサ類からの検出情報がＥＣＵ３０に入力される。
【００２６】
一方、ＥＣＵ３０の出力側には、上記点火プラグ１４、燃料噴射弁２６、印加電圧制御装置３１、電子制御スロットルバルブ等の各種装置が電気的に接続されており、これら各種装置には各種センサ類からの検出情報に基づき演算された点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度及びエンジン回転速度、エンジン負荷や行程等のエンジン１の運転状態等がそれぞれ出力される。
【００２７】
次に印加電圧制御装置３１でのノック防止制御について説明する。
図３は、ノック防止制御時におけるエンジンの行程、吸気側の酸素吸蔵部材１２及び排気側の酸素吸蔵部材１３への電圧の印加の一例を時系列で示す図であり、エンジン１の運転状態よりノッキングが吸気側で発生している場合を示している。また、図４は、ノック制御装置でのノッキング防止制御のフローチャートである。
【００２８】
図４に示すルーチンは、エンジン運転時に繰り返し行なわれる。また、複数の気筒を有するエンジンに於いては、ノックセンサ５にてノッキングが検出されると圧縮行程後半もしくは膨張行程前半の気筒に対して当該ルーチンを行えばよい。
始めにステップＳ１０では、ノックセンサ５の検出情報よりノッキングが発生しているか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でノッキングが発生していれば、ステップＳ１２に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でノッキングが発生していなければ、本ルーチンを抜ける。
【００２９】
ステップＳ１２では、クランク角センサ１０やエアフローセンサ等の検出情報に基づいてＥＣＵ３０にて算出され、印加電圧制御装置３１に出力されるエンジン回転速度や負荷等のエンジン１の運転状態情報と、予め印加電圧制御装置３１にて記憶されたエンジン１の運転状態でのノッキング発生位置とに基づき、ノッキングの発生位置が吸気側であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でノッキングの発生位置が吸気側であれば、ステップＳ１４に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でノッキングの発生位置が吸気側でなければ、ステップＳ２６に進む。
【００３０】
ステップＳ１４では、クランク角センサ１０及びカム角センサ２３，２４の検出情報に基づいてＥＣＵ３０にて算出されるエンジン１の行程が圧縮行程の後半であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が圧縮行程の後半であれば、ステップＳ１６に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でエンジン１が圧縮行程の後半でなければ、再度ステップＳ１４の処理を行う。
【００３１】
ステップＳ１６では、吸気側に配設される酸素吸蔵部材１２にプラスの所定電圧を印加する（図３Ａ）。そして、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、エンジン１の行程が膨張行程の前半であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が膨張行程の前半であれば、ステップＳ２０に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でエンジン１が膨張行程の前半でなければ、ステップＳ１６へ戻る。
【００３２】
ステップＳ２０では、吸気側に配設される酸素吸蔵部材１２にマイナスの所定電圧を印加する（図３Ｂ）。そして、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、再度エンジン１の行程が膨張行程の前半であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が膨張行程の前半であれば、ステップＳ２０へ戻り、継続して酸素吸蔵部材１２にマイナス電圧を印加する。また、判別結果が否（Ｎｏ）でエンジン１が膨張行程の前半でなければ、ステップＳ２４に進む。
【００３３】
ステップＳ２４では、酸素吸蔵部材１２，１３への電圧の印加を終了する。そして、本ルーチンをリターンする。
また、ステップＳ２６では、クランク角センサ１０及びカム角センサ２３，２４の検出情報に基づいてＥＣＵ３０にて算出されるエンジン１の行程が圧縮行程の後半であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が圧縮行程の後半であれば、ステップＳ２８に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でエンジン１が圧縮行程の後半でなければ、再度ステップＳ２６の処理を行う。
【００３４】
ステップＳ２８では、排気側に配設される酸素吸蔵部材１３にプラスの所定電圧を印加する。そして、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、エンジン１の行程が膨張行程の前半であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が膨張行程の前半であれば、ステップＳ３２に進む。また、判別結果が否（Ｎｏ）でエンジン１が膨張行程の前半でなければ、ステップＳ２８へ戻る。
【００３５】
ステップＳ３２では、排気側に配設される酸素吸蔵部材１３にマイナスの所定電圧を印加する。そして、ステップＳ３４に進む。
ステップＳ３４では、再度エンジン１の行程が膨張行程の前半であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が膨張行程の前半であれば、ステップＳ３２へ戻り、継続して酸素吸蔵部材１３にマイナス電圧を印加する。また、判別結果が否（Ｎｏ）でエンジン１が膨張行程の前半でなければ、ステップＳ２４に進む。
【００３６】
このように本発明に係る内燃機関のノック制御装置では、ノックセンサ５にてノッキングが検出されると、クランク角センサ１０やエアフローセンサ等の検出情報に基づいてＥＣＵ３０にてエンジン回転速度や負荷等のエンジン１の運転状態情報が算出される。そして、算出されたエンジン１の運転状態情報と、予め印加電圧制御装置３１にて記憶されたエンジン１の運転状態でのノッキング発生位置とに基づき、ノッキングが吸気側で発生しているのか、排気側で発生しているのかを判別する。そして、吸気側でノッキングが発生していると判別される場合には、吸気側の酸素吸蔵部材１２に圧縮行程の後半である期間中プラスの所定電圧を印加し、或いは、排気側でノッキングが発生していると判別される場合には、排気側の酸素吸蔵部材１３に圧縮行程の後半である期間中プラスの所定電圧を印加する。そして、圧縮行程後半から膨張行程前半となると、吸気側の酸素吸蔵部材１２にプラスの所定電圧を印加していた場合には、吸気側の酸素吸蔵部材１２に膨張行程の前半である期間中マイナスの所定電圧を印加し、或いは、排気側の酸素吸蔵部材１３にプラスの所定電圧を印加していた場合には、排気側の酸素吸蔵部材１３に膨張行程の前半である期間中マイナスの所定電圧を印加するようにしている。
【００３７】
従って、ノッキング発生時に吸気側の酸素吸蔵部材１２或いは排気側の酸素吸蔵部材１３にプラス電圧を印加することで燃焼室１１の外周部に滞留する予混合ガスの酸素を吸蔵し、当該部位に滞留する予混合ガスの空燃比を燃料の濃いリッチ状態とする、即ち、確実に酸素濃度を低下させることで、予混合ガスの自己着火によるノッキングの発生を抑制することが可能となる。また、シリンダヘッド３の燃焼室１１への酸素吸蔵部材１２，１３の配設と印加電圧制御装置３１から酸素吸蔵部材１２，１３への電力を供給する電力供給線３３ａ，３３ｂ，３３ｃを追加するのみでシリンダヘッド３を大幅に変更する必要がないので、コストの上昇を抑制することができる。
【００３８】
また、酸素吸蔵部材１２をシリンダヘッド３の燃焼室１１を形成する壁面の外周部、即ち、エンジン１の組み立て後のシリンダブロック２との境界近傍となるエンドガス部に配設しており、ノッキングの発生箇所となりやすいエンドガス部に酸素吸蔵部材１２を配設することで、エンドガス部の酸素濃度を低下させ、より確実にノッキングの発生を抑制することができる。
【００３９】
また、膨張行程の前半であるときに吸気側の酸素吸蔵部材１２或いは排気側の酸素吸蔵部材１３へマイナス電圧を印加し、酸素吸蔵部材１２或いは酸素吸蔵部材１３に吸蔵した酸素を放出するようにしており、膨張行程の前半で酸素吸蔵部材の酸素放出性能を高めることで、燃焼室３の外周部近傍に吸蔵した酸素を確実に放出して混合気の燃焼を促進させてエンジン１の高出力を得ることができる。また、空燃比を適切な空燃比とすることができるので、排気への未燃燃料や煤等の排出を防止することができる。
【００４０】
また、圧縮行程後半から膨張行程前半までの行程でのみ、酸素吸蔵部材１２或いは酸素吸蔵部材１３に電圧の印加を行うようにしているので、ノッキングの防止及び排気への未燃燃料及び煤などの排出の防止に影響を与えることなく、バッテリ３２の電力の消費を抑制することができる。
また、ノックセンサ５にてノッキングが検出されると酸素吸蔵部材１２或いは酸素吸蔵部材１３に電圧を印加しているので、更にバッテリ３２の電力の消費を抑制することができる。
【００４１】
また、予め試験等でノッキングの発生が確認された吸気バルブ１７側或いは排気バルブ１８側に酸素吸蔵部材１２，１３をそれぞれ配設し、エンジン１の運転状態に基づいて、当該エンジン１の運転状態でノッキングが発生する酸素吸蔵部材１２或いは酸素吸蔵部材１３のいずれかに電圧を印加しており、ノッキングの発生する位置にある酸素吸蔵部材１２或いは酸素吸蔵部材１３のいずれかに電圧を印加することで確実にノッキングの発生を防止し、他の位置にある酸素吸蔵部材への電圧の印加は不要となり、更にバッテリ３２の電力の消費を抑制することができる。
【００４２】
以上で発明の実施形態の説明を終えるが、発明の形態は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態は、酸素吸蔵部材を吸気側と排気側との２箇所に分割して配設するようにしているが、これに限定されるものではなく、更に酸素吸蔵部材を複数に分割しても、或いは酸素吸蔵部材を一つにまとめて単数としもよい。酸素吸蔵部材を複数に分割することで酸素吸蔵部材の容量が減少するので酸素吸蔵部材へ印加する所定電圧を低くすることができるのでバッテリ３２に電力消費を抑制することができる。また、酸素吸蔵部材を単数とすることでエンジン１の運転状態よりノッキングの発生位置を判別する必要がなくなり、制御を容易にすることができる。
【００４３】
ノッキング発生時に一定の電圧である所定電圧を酸素吸蔵部材１２，１３へ印加するようにしているが、これに限定されるものではなく、エンジン１の回転速度或いは負荷によって酸素吸蔵部材１２，１３へ印加する電圧を可変させるようにしても良く、例えば、エンジン１の回転速度上昇により圧縮行程後半の期間及び膨張行程前半の期間が短くなったり、エンジン１の負荷の上昇により燃焼室１１内への空気の流入量が増加したりしても、エンジ１の回転速度或いは負荷が上昇するとともに電圧も上昇させることで、酸素吸蔵部材１２，１３への酸素の吸蔵量を確保することができ、確実にノッキングの発生を防止することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１ エンジン（内燃機関）
３ シリンダヘッド
５ ノックセンサ（ノッキング検出手段）
７ ピストン
１０ クランク角センサ（運転状態検出手段）
１１ 燃焼室
１２ 酸素吸蔵部材
１３ 酸素吸蔵部材
２３ カム角センサ（運転状態検出手段）
２４ カム角センサ（運転状態検出手段）
２５ 吸気マニホールド
２６ 燃焼噴射弁
３１ 印加電圧制御装置（電圧印加手段）
３２ バッテリ（電圧印加手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダが形成されるシリンダブロックと、前記シリンダ内を摺動するピストンと、前記シリンダブロックに取り付けられて前記ピストンとの間に燃焼室が形成されるとともに、前記燃焼室と連通する吸気通路と排気通路とが形成されるシリンダヘッドと、を有する内燃機関のノック制御装置において、
前記燃焼室の壁面に配設され、印加される電圧が変更すると酸素の吸蔵性能が変化する酸素吸蔵部材と、
前記酸素吸蔵部材に電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
少なくとも前記内燃機関の圧縮行程の後半であるときに、前記電圧印加手段により前記酸素吸蔵部材に印加する電圧を変更して前記酸素吸蔵部材の酸素吸蔵性能を高めることを特徴とする内燃機関のノック制御装置。
【請求項２】
前記酸素吸蔵部材は、前記シリンダヘッド側の前記燃焼室の壁面で、かつ、前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとの境界近傍であるエンドガス部に配設されることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関のノック制御装置。
【請求項３】
前記酸素吸蔵部材は、吸蔵した酸素を放出する酸素放出性能を有し、
前記電圧印加手段は、膨張行程の前半であるときに前記電圧印加手段により前記酸素吸蔵部材に印加する電圧を変更して前記酸素吸蔵部材の酸素放出性能を高めることを特徴とする、請求項１或いは２に記載の内燃機関のノック制御装置。
【請求項４】
前記電圧印加手段は、前記圧縮行程後半から前記膨張行程前半までの行程でのみ、電圧の印加を行うことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、
前記酸素吸蔵部材は、前記内燃機関の運転状態に基づく前記燃焼室内でのノッキング発生位置に対応して複数に分割して配設され、
前記電圧印加手段は、前記運転状態検出手段にて検出される前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記複数の酸素吸蔵部材のいずれかに電圧を印加することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。
【請求項６】
ノッキングを検出するノッキング検出手段を備え、
前記電圧印加手段は、前記ノッキング検出手段にてノッキングが検出されると電圧の印加を行うことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。
【請求項１】
内燃機関のシリンダが形成されるシリンダブロックと、前記シリンダ内を摺動するピストンと、前記シリンダブロックに取り付けられて前記ピストンとの間に燃焼室が形成されるとともに、前記燃焼室と連通する吸気通路と排気通路とが形成されるシリンダヘッドと、を有する内燃機関のノック制御装置において、
前記燃焼室の壁面に配設され、印加される電圧が変更すると酸素の吸蔵性能が変化する酸素吸蔵部材と、
前記酸素吸蔵部材に電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
少なくとも前記内燃機関の圧縮行程の後半であるときに、前記電圧印加手段により前記酸素吸蔵部材に印加する電圧を変更して前記酸素吸蔵部材の酸素吸蔵性能を高めることを特徴とする内燃機関のノック制御装置。
【請求項２】
前記酸素吸蔵部材は、前記シリンダヘッド側の前記燃焼室の壁面で、かつ、前記シリンダヘッドと前記シリンダブロックとの境界近傍であるエンドガス部に配設されることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関のノック制御装置。
【請求項３】
前記酸素吸蔵部材は、吸蔵した酸素を放出する酸素放出性能を有し、
前記電圧印加手段は、膨張行程の前半であるときに前記電圧印加手段により前記酸素吸蔵部材に印加する電圧を変更して前記酸素吸蔵部材の酸素放出性能を高めることを特徴とする、請求項１或いは２に記載の内燃機関のノック制御装置。
【請求項４】
前記電圧印加手段は、前記圧縮行程後半から前記膨張行程前半までの行程でのみ、電圧の印加を行うことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、
前記酸素吸蔵部材は、前記内燃機関の運転状態に基づく前記燃焼室内でのノッキング発生位置に対応して複数に分割して配設され、
前記電圧印加手段は、前記運転状態検出手段にて検出される前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記複数の酸素吸蔵部材のいずれかに電圧を印加することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。
【請求項６】
ノッキングを検出するノッキング検出手段を備え、
前記電圧印加手段は、前記ノッキング検出手段にてノッキングが検出されると電圧の印加を行うことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１００７２７（Ｐ２０１３−１００７２７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３６８０（Ｐ２０１１−２４３６８０）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
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