内燃機関の制御装置
【課題】内燃機関の制御装置において、燃焼状態悪化後にノッキングの発生を抑制しつつ速やかに燃焼状態を改善することができる技術を提供する。
【解決手段】複数の気筒を備えた内燃機関において、気筒内の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、燃焼状態判定手段により燃焼状態が悪化していると判定された気筒の次のサイクルでの点火時期を、燃焼状態が悪化していないときよりも遅角する点火時期遅角手段と、を備えた。燃焼悪化気筒で点火時期を遅角させてノッキングを抑制し、他の気筒では通常制御とすることにより、燃費の悪化等を抑制することができる。
【解決手段】複数の気筒を備えた内燃機関において、気筒内の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、燃焼状態判定手段により燃焼状態が悪化していると判定された気筒の次のサイクルでの点火時期を、燃焼状態が悪化していないときよりも遅角する点火時期遅角手段と、を備えた。燃焼悪化気筒で点火時期を遅角させてノッキングを抑制し、他の気筒では通常制御とすることにより、燃費の悪化等を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関においては、機関運転状態により何れかの気筒で燃焼状態が悪化することがある。例えば、希薄燃焼可能な内燃機関では、リーン空燃比での燃焼であるために燃焼状態が不安定となりやすく、燃焼状態の良いサイクルと悪いサイクルの差が大きくなる。そして、内燃機関の負荷が高い場合に失火が発生すると、気筒内に未燃燃料を多く含んだガスが残留する。この残留ガスは、圧縮行程において一度圧縮されているので着火しやすい状態となっており、次サイクルにおいてノッキングが発生するおそれがある。
【０００３】
これに対し、多気筒内燃機関において、何れかの気筒で失火が発生したと判定された場合には、点火時期を遅角させ、若しくは空気過剰率を小さくして次サイクル以降の失火を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−９８９９９号公報
【特許文献２】特開２０００−２６５８９３号公報
【特許文献３】特表９７−３３０８２号公報
【特許文献４】特開平１１−２００９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、多気筒内燃機関において、全気筒で点火時期を遅角させると発生トルクの低下や燃費の低下を誘発したり、気筒内で有害物質が発生したりするおそれがある。
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の制御装置において、燃焼状態悪化後にノッキングの発生を抑制しつつ速やかに燃焼状態を改善することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
複数の気筒を備えた内燃機関において、
気筒内の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、
前記燃焼状態判定手段により燃焼状態が悪化していると判定された気筒の次のサイクルでの点火時期を、燃焼状態が悪化していないときよりも遅角する点火時期遅角手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の最大の特徴は、燃焼状態が悪化した気筒の点火時期を遅角し、燃焼状態が悪化していない気筒の点火時期は通常の点火時期とすることにより、未燃燃料が残留する気筒のノッキングの発生を抑制しつつ、燃費の悪化を抑制することにある。
【０００７】
ここで、燃焼状態判定手段は、気筒内における燃焼が正常に行われているか、若しくは燃焼状態が悪化しているか否か判定する。この燃焼状態判定手段は、気筒毎に燃焼状態を判定してもよく、多気筒内燃機関の特定の気筒の燃焼状態を判定しても良い。燃焼状態の悪化とは、混合気に着火しなかった場合、混合気に着火した後で火炎伝播が行われずに消炎した場合、火炎伝播が行われたが混合気が多く残った状態で火炎が消えた場合を含んでいる。また、燃焼状態の悪化している場合とは、気筒内に供給された混合気のうち許容される割合以上の混合気が燃焼しないまま残留している場合としてもよい。さらに、燃焼状
態の悪化している場合とは、失火している場合としてもよい。
【０００８】
また、点火時期遅角手段は、燃焼状態が悪化している気筒において次サイクルの点火時期を通常制御時よりも遅角させる。この通常制御とは、燃焼状態が悪化していないときに行われる点火時期制御である。
【０００９】
そして、点火時期の遅角により、燃焼状態が悪化している気筒の燃焼状態を改善することができる。また、燃焼状態が良好な気筒においては通常の点火時期を適用することができるため、トルクの低下、燃費の低下、および有害物質の発生を抑制することができる。
【００１０】
本発明においては、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段をさらに備え、
前記点火時期遅角装置は、前記負荷検出手段により検出された内燃機関の負荷が規定負荷以上のときに点火時期の遅角を行うことができる。
【００１１】
この規定負荷は、ノッキングが発生し得る高負荷領域としてもよい。
すなわち、高負荷領域においてはノッキングが発生しやすいので、燃焼状態が悪化した気筒の点火時期を遅角させることにより、ノッキングの発生を抑制することができる。
【００１２】
本発明においては、前記規定負荷は、ノッキングの発生のしやすさの要因に基づいて変更されてもよい。例えば、内燃機関の状態（例えば、水温、油温、圧縮比、バルブタイミング）や燃料のオクタン価、セタン価、外気温度等は、ノッキングの発生に影響を及ぼす。すなわち、これらの値が異なると、ノッキングがしやすくなったり、反対に、ノッキングがしにくくなったりする。そのため、これらの何れかの値に基づいてノッキングのし易さを判定することができる。さらに、ノッキングのし易さに基づいて、前記規定負荷を変更することにより、点火時期の遅角を行う閾値が変更される。すなわち、ノッキングが発生しやすい状態の場合には、前記規定負荷を小さくすることにより、より低い負荷で点火時期の遅角が行われるようになる。ノッキングは負荷が高くなるほど発生しやすいので、より低負荷で点火時期の遅角が行われるようになれば、ノッキングの発生をより抑制することができる。また、ノッキングが発生しにくい状態の場合には、前記規定負荷を大きくすることにより、より高い負荷状態で点火時期の遅角が行われるため、不必要に点火時期の遅角が行われることが抑制されるので、燃費の悪化やドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【００１３】
本発明においては、前記燃焼状態判定手段により、同一気筒が連続して燃焼状態が悪化していると判定された場合には、次のサイクルにおいて、点火時期を遅角させたまま、気筒内の空燃比を燃焼状態が悪化したサイクルよりもリッチ側とすることができる。
【００１４】
燃焼状態が改善されない場合には、気筒内の空燃比をよりリッチ側にすることで燃焼状態の改善を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る内燃機関の制御装置では、燃焼状態が悪化した気筒の次のサイクルにおいて、該燃焼状態が悪化した気筒の点火時期を遅角させることにより、燃焼状態悪化後のノッキングの発生を抑制しつつ速やかに良好な燃焼状態を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関１とその吸・排気系の概略構成を示す図である。
図１に示す内燃機関１は、希薄燃焼にて運転可能な水冷式の４サイクル・リーンバーンガソリンエンジンである。
【００１８】
内燃機関１には、４つの気筒２が備わり、各気筒２には、点火プラグ３が備えられている。
また、内燃機関１には、吸気通路４が接続されている。この吸気通路４は、４つに分岐して各気筒２に夫々接続されている。この分岐された吸気通路４には、燃料であるガソリンを噴射する燃料噴射弁５が気筒２毎に備えられている。
【００１９】
一方、内燃機関１には、排気通路６が接続されている。この排気通路６は、下流にて大気へと通じている。
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２０】
ＥＣＵ１０には、アクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ１１、内燃機関１の回転数に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ１２、内燃機関の冷却水温度に応じた信号を出力する水温センサ１３が電気配線を介して接続され、該センサ等の出力信号が入力されるようになっている。
【００２１】
一方、ＥＣＵ１０には、点火プラグ３および燃料噴射弁５が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ１０が点火プラグ３および燃料噴射弁５を制御する。
なお、本実施例においては、各気筒２に該気筒２内の圧力に応じた信号を出力する筒内圧センサ１４が夫々取り付けられている。この筒内圧センサ１４により検出される筒内圧により、気筒２内の燃焼状態を判定する。例えば、内燃機関の回転数と負荷と良好な燃焼状態のときの筒内圧との関係を予め実験等により求めマップ化しておき、該マップより得られる筒内圧よりも実際の圧力が規定圧力以上低い場合に燃焼状態が悪化しているとすることができる。また、ＥＣＵ１０から点火信号が出された後の圧力上昇割合が規定値以下の場合に燃焼状態が悪化していると判定しても良い。
【００２２】
この筒内圧センサ１４の出力信号に基づいて、燃焼状態が悪化している気筒２が検出された場合には、ＥＣＵ１０は、該燃焼状態が悪化している気筒２のみの次のサイクルにおける点火プラグ３の点火時期を遅角させる。
【００２３】
すなわち、リーンバーンエンジンにおいては、リーンバーンにて運転されているときに燃焼状態が悪化すると、未燃燃料が気筒２内に残留するため、次サイクルにおいてリーン空燃比を目標として燃料を供給しても、気筒２内の混合気の空燃比は、ストイキ近傍若しくはストイキよりも若干リーン（弱リーン）の空燃比となる。しかし、点火プラグ３の点火時期は、目標となるリーン空燃比を前提として設定されているため、燃焼状態が悪化したサイクルの次サイクルにおいては、進角量が大きすぎてノッキングが発生するおそれがある。
【００２４】
その点、燃焼状態が悪化した気筒２の次サイクルにおける点火時期を遅角させることにより、該燃焼状態が悪化した気筒２におけるノッキングの発生を抑制することができる。この遅角量は予め実験等により最適な値を求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておく。
【００２５】
次に、本実施例による点火時期制御のフローについて説明する。
図２は、本実施例による点火時期制御のフローチャートである。本ルーチンは、各気筒２の点火時期を規定時間過ぎた後に実行される。
【００２６】
ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０は、燃焼状態を検出する。燃焼状態は、筒内圧センサ１４の出力信号に基づいて検出される。
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の負荷が負荷判定値よりも高いか否か判定する。内燃機関１の負荷は、アクセル開度センサ１１の出力信号に基づいて検出される。また、負荷判定値とは、高負荷としてもよく、ノッキングが発生するおそれのある負荷としてもよい。この負荷判定値は、予め設定しておく。
【００２７】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１０は、何れかの気筒２において燃焼状態が悪化しているか否か判定する。
【００２８】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１０は、燃焼状態が悪化している気筒２の点火時期を次サイクルのみ遅角させる。ＥＣＵ１０は、燃焼状態が悪化している気筒に取り付けられた点火プラグ３への点火信号の発信時期を通常よりも遅くする。これにより、ノッキングの発生が抑制される。
【００２９】
以上説明したように、本実施例によれば、燃焼状態が悪化した気筒２のみの次サイクルのみにおいて、点火時期を遅角させることにより、該燃焼状態が悪化した気筒２においてノッキングの発生が抑制される。また、燃焼状態が悪化していない他の気筒２においては、点火時期の遅角は行われないため、全気筒において点火時期を遅角させるよりも、燃費の悪化、ドライバビリティの悪化、および排気温度の上昇を抑制することができる。
【００３０】
なお、本実施例においては、筒内圧センサ１４の出力信号に基づいて各気筒２の燃焼状態を判定していたが、これに代えて、気筒２内のイオン電流を検出したり、内燃機関１の回転変動を検出したりして各気筒２の燃焼状態を判定するようにしてもよい。例えば、ＥＣＵ１０から点火プラグ３への点火信号が発信された後に、気筒２内において検出されるイオン電流量が規定値よりも小さい場合には、燃焼状態が悪化していると判定することができる。また、例えば、ＥＣＵ１０から点火プラグ３への点火信号が発信された後に、クランクポジションセンサ１３からの出力信号から得られる機関回転数の増加率が規定値よりも小さい場合には、燃焼状態が悪化していると判定することができる。
【実施例２】
【００３１】
本実施例においては、前記ステップＳ１０２で用いられた負荷判定値を、ノッキングが発生しやすいか否かに応じて変更する。
例えば、燃料のオクタン価が高い場合には、前記負荷判定値を大きくする。また、例えば、水温センサ１３により検出される水温が低い場合には、負荷判定値を大きくする。さらに、例えば、吸気弁の閉弁時期が下死点より大きく遅角され、内燃機関の吸入空気量が減少した場合には、負荷判定値を大きくする。
【００３２】
このように、ノッキングが発生しにくい場合には、より高負荷状態となってもノッキングが発生しないので、負荷判定値を大きくしてもノッキングが発生する可能性が低い。すなわち、ノッキングが発生するおそれのあるのは、より高負荷側であるので、点火時期の遅角を行う負荷の下限をより高負荷側に移動させる。このように、ノッキングが発生しにくい場合には、負荷判定値を大きくする。
【００３３】
また、逆に、ノッキングが発生しやすい場合に負荷判定値を小さくするようにしてもよい。
ここで、例えば、高オクタン価の燃料を使用してノッキングが発生するときの機関回転数と機関負荷との関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、ノッキングが発生したときの機関回転数と機関負荷とから使用されているガソリンが高オクタン価であるか否か判定することができる。
【００３４】
また、水温センサ１３により検出される水温が暖機完了前の温度（例えば、８０℃）よりも低い場合には、ノッキングが発生しにくいとして負荷判定値を大きくしても良い。
さらに、可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関では、吸気弁の開閉タイミングを変更することができるが、吸気弁の閉弁時期が下死点よりも大きく離れると、吸気弁が閉まるまでの間に気筒２内の空気が吸気通路４に戻されるため、該気筒２内の空気量が減少する。この場合、圧縮行程において空気が圧縮されたとしても該空気の圧力の上昇が小さく、ノッキングが起こりにくくなる。そのため、負荷判定値を大きくすることができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施例によれば、ノッキングのし易さに応じて負荷判定値を変更するので、ノッキングが発生するおそれのない場合には、点火時期の遅角が行われず、燃費の悪化や排気温度の上昇、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【実施例３】
【００３６】
本実施例においては、同じ気筒２で連続して燃焼状態が悪化していると判定された場合には、１回目の点火時期の遅角量を保持し、２回目以降は点火時期の遅角を行わない。その代わりに、燃焼状態が悪化した気筒２内の混合気の空燃比がより小さく、すなわちよりリッチ側の空燃比となるように、燃料噴射弁５からの燃料噴射量を変更する。また、燃焼状態が悪化した気筒の燃焼状態が改善された場合には、遅角されていた点火時期を通常制御時の点火時期に戻す。
【００３７】
図３は、本実施例による点火時期制御のフローチャートである。本ルーチンは、各気筒２の燃料噴射前の規定時期において実行される。
ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１０は、点火時期遅角制御中であるか否か判定する。すなわち、前記ステップＳ１０４において、点火時期の遅角が行われているか否か判定される。
【００３８】
ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１０は、燃焼状態が改善されたか否か判定する。すなわち、前記ステップＳ１０３とは反対に、燃焼状態が良好であるか否か判定する。
【００３９】
ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進む。
ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１０は、点火時期を通常制御時の点火時期に設定する。
【００４０】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ１０は、空燃比をよりリッチ側に移行するべく燃料噴射量を通常よりも増量させる。なお、燃焼状態が改善しない場合には、規定の空燃比に達するまで、さらにリッチ側に移行するべく燃料噴射量が増量される。なお、本ステップでは、リッチ空燃比となるように燃料噴射量を増量してもよい。
【００４１】
以上説明したように、本実施例によれば、燃焼状態が改善された場合には点火時期を通常制御時のものに戻すことにより、燃費の悪化を抑制することができる。また、燃焼状態
の悪化が改善されない場合には、点火時期を遅角したまま空燃比をより小さくすることにより、燃焼状態の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１による点火時期制御のフローチャートである。
【図３】実施例３による点火時期制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 点火プラグ
４ 吸気通路
５ 燃料噴射弁
６ 排気通路
１０ ＥＣＵ
１１ アクセル開度センサ
１２ クランクポジションセンサ
１３ 水温センサ
１４ 筒内圧センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関においては、機関運転状態により何れかの気筒で燃焼状態が悪化することがある。例えば、希薄燃焼可能な内燃機関では、リーン空燃比での燃焼であるために燃焼状態が不安定となりやすく、燃焼状態の良いサイクルと悪いサイクルの差が大きくなる。そして、内燃機関の負荷が高い場合に失火が発生すると、気筒内に未燃燃料を多く含んだガスが残留する。この残留ガスは、圧縮行程において一度圧縮されているので着火しやすい状態となっており、次サイクルにおいてノッキングが発生するおそれがある。
【０００３】
これに対し、多気筒内燃機関において、何れかの気筒で失火が発生したと判定された場合には、点火時期を遅角させ、若しくは空気過剰率を小さくして次サイクル以降の失火を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−９８９９９号公報
【特許文献２】特開２０００−２６５８９３号公報
【特許文献３】特表９７−３３０８２号公報
【特許文献４】特開平１１−２００９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、多気筒内燃機関において、全気筒で点火時期を遅角させると発生トルクの低下や燃費の低下を誘発したり、気筒内で有害物質が発生したりするおそれがある。
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の制御装置において、燃焼状態悪化後にノッキングの発生を抑制しつつ速やかに燃焼状態を改善することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
複数の気筒を備えた内燃機関において、
気筒内の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、
前記燃焼状態判定手段により燃焼状態が悪化していると判定された気筒の次のサイクルでの点火時期を、燃焼状態が悪化していないときよりも遅角する点火時期遅角手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の最大の特徴は、燃焼状態が悪化した気筒の点火時期を遅角し、燃焼状態が悪化していない気筒の点火時期は通常の点火時期とすることにより、未燃燃料が残留する気筒のノッキングの発生を抑制しつつ、燃費の悪化を抑制することにある。
【０００７】
ここで、燃焼状態判定手段は、気筒内における燃焼が正常に行われているか、若しくは燃焼状態が悪化しているか否か判定する。この燃焼状態判定手段は、気筒毎に燃焼状態を判定してもよく、多気筒内燃機関の特定の気筒の燃焼状態を判定しても良い。燃焼状態の悪化とは、混合気に着火しなかった場合、混合気に着火した後で火炎伝播が行われずに消炎した場合、火炎伝播が行われたが混合気が多く残った状態で火炎が消えた場合を含んでいる。また、燃焼状態の悪化している場合とは、気筒内に供給された混合気のうち許容される割合以上の混合気が燃焼しないまま残留している場合としてもよい。さらに、燃焼状
態の悪化している場合とは、失火している場合としてもよい。
【０００８】
また、点火時期遅角手段は、燃焼状態が悪化している気筒において次サイクルの点火時期を通常制御時よりも遅角させる。この通常制御とは、燃焼状態が悪化していないときに行われる点火時期制御である。
【０００９】
そして、点火時期の遅角により、燃焼状態が悪化している気筒の燃焼状態を改善することができる。また、燃焼状態が良好な気筒においては通常の点火時期を適用することができるため、トルクの低下、燃費の低下、および有害物質の発生を抑制することができる。
【００１０】
本発明においては、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段をさらに備え、
前記点火時期遅角装置は、前記負荷検出手段により検出された内燃機関の負荷が規定負荷以上のときに点火時期の遅角を行うことができる。
【００１１】
この規定負荷は、ノッキングが発生し得る高負荷領域としてもよい。
すなわち、高負荷領域においてはノッキングが発生しやすいので、燃焼状態が悪化した気筒の点火時期を遅角させることにより、ノッキングの発生を抑制することができる。
【００１２】
本発明においては、前記規定負荷は、ノッキングの発生のしやすさの要因に基づいて変更されてもよい。例えば、内燃機関の状態（例えば、水温、油温、圧縮比、バルブタイミング）や燃料のオクタン価、セタン価、外気温度等は、ノッキングの発生に影響を及ぼす。すなわち、これらの値が異なると、ノッキングがしやすくなったり、反対に、ノッキングがしにくくなったりする。そのため、これらの何れかの値に基づいてノッキングのし易さを判定することができる。さらに、ノッキングのし易さに基づいて、前記規定負荷を変更することにより、点火時期の遅角を行う閾値が変更される。すなわち、ノッキングが発生しやすい状態の場合には、前記規定負荷を小さくすることにより、より低い負荷で点火時期の遅角が行われるようになる。ノッキングは負荷が高くなるほど発生しやすいので、より低負荷で点火時期の遅角が行われるようになれば、ノッキングの発生をより抑制することができる。また、ノッキングが発生しにくい状態の場合には、前記規定負荷を大きくすることにより、より高い負荷状態で点火時期の遅角が行われるため、不必要に点火時期の遅角が行われることが抑制されるので、燃費の悪化やドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【００１３】
本発明においては、前記燃焼状態判定手段により、同一気筒が連続して燃焼状態が悪化していると判定された場合には、次のサイクルにおいて、点火時期を遅角させたまま、気筒内の空燃比を燃焼状態が悪化したサイクルよりもリッチ側とすることができる。
【００１４】
燃焼状態が改善されない場合には、気筒内の空燃比をよりリッチ側にすることで燃焼状態の改善を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る内燃機関の制御装置では、燃焼状態が悪化した気筒の次のサイクルにおいて、該燃焼状態が悪化した気筒の点火時期を遅角させることにより、燃焼状態悪化後のノッキングの発生を抑制しつつ速やかに良好な燃焼状態を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関１とその吸・排気系の概略構成を示す図である。
図１に示す内燃機関１は、希薄燃焼にて運転可能な水冷式の４サイクル・リーンバーンガソリンエンジンである。
【００１８】
内燃機関１には、４つの気筒２が備わり、各気筒２には、点火プラグ３が備えられている。
また、内燃機関１には、吸気通路４が接続されている。この吸気通路４は、４つに分岐して各気筒２に夫々接続されている。この分岐された吸気通路４には、燃料であるガソリンを噴射する燃料噴射弁５が気筒２毎に備えられている。
【００１９】
一方、内燃機関１には、排気通路６が接続されている。この排気通路６は、下流にて大気へと通じている。
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２０】
ＥＣＵ１０には、アクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ１１、内燃機関１の回転数に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ１２、内燃機関の冷却水温度に応じた信号を出力する水温センサ１３が電気配線を介して接続され、該センサ等の出力信号が入力されるようになっている。
【００２１】
一方、ＥＣＵ１０には、点火プラグ３および燃料噴射弁５が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ１０が点火プラグ３および燃料噴射弁５を制御する。
なお、本実施例においては、各気筒２に該気筒２内の圧力に応じた信号を出力する筒内圧センサ１４が夫々取り付けられている。この筒内圧センサ１４により検出される筒内圧により、気筒２内の燃焼状態を判定する。例えば、内燃機関の回転数と負荷と良好な燃焼状態のときの筒内圧との関係を予め実験等により求めマップ化しておき、該マップより得られる筒内圧よりも実際の圧力が規定圧力以上低い場合に燃焼状態が悪化しているとすることができる。また、ＥＣＵ１０から点火信号が出された後の圧力上昇割合が規定値以下の場合に燃焼状態が悪化していると判定しても良い。
【００２２】
この筒内圧センサ１４の出力信号に基づいて、燃焼状態が悪化している気筒２が検出された場合には、ＥＣＵ１０は、該燃焼状態が悪化している気筒２のみの次のサイクルにおける点火プラグ３の点火時期を遅角させる。
【００２３】
すなわち、リーンバーンエンジンにおいては、リーンバーンにて運転されているときに燃焼状態が悪化すると、未燃燃料が気筒２内に残留するため、次サイクルにおいてリーン空燃比を目標として燃料を供給しても、気筒２内の混合気の空燃比は、ストイキ近傍若しくはストイキよりも若干リーン（弱リーン）の空燃比となる。しかし、点火プラグ３の点火時期は、目標となるリーン空燃比を前提として設定されているため、燃焼状態が悪化したサイクルの次サイクルにおいては、進角量が大きすぎてノッキングが発生するおそれがある。
【００２４】
その点、燃焼状態が悪化した気筒２の次サイクルにおける点火時期を遅角させることにより、該燃焼状態が悪化した気筒２におけるノッキングの発生を抑制することができる。この遅角量は予め実験等により最適な値を求めてマップ化し、ＥＣＵ１０に記憶させておく。
【００２５】
次に、本実施例による点火時期制御のフローについて説明する。
図２は、本実施例による点火時期制御のフローチャートである。本ルーチンは、各気筒２の点火時期を規定時間過ぎた後に実行される。
【００２６】
ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０は、燃焼状態を検出する。燃焼状態は、筒内圧センサ１４の出力信号に基づいて検出される。
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の負荷が負荷判定値よりも高いか否か判定する。内燃機関１の負荷は、アクセル開度センサ１１の出力信号に基づいて検出される。また、負荷判定値とは、高負荷としてもよく、ノッキングが発生するおそれのある負荷としてもよい。この負荷判定値は、予め設定しておく。
【００２７】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１０は、何れかの気筒２において燃焼状態が悪化しているか否か判定する。
【００２８】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１０は、燃焼状態が悪化している気筒２の点火時期を次サイクルのみ遅角させる。ＥＣＵ１０は、燃焼状態が悪化している気筒に取り付けられた点火プラグ３への点火信号の発信時期を通常よりも遅くする。これにより、ノッキングの発生が抑制される。
【００２９】
以上説明したように、本実施例によれば、燃焼状態が悪化した気筒２のみの次サイクルのみにおいて、点火時期を遅角させることにより、該燃焼状態が悪化した気筒２においてノッキングの発生が抑制される。また、燃焼状態が悪化していない他の気筒２においては、点火時期の遅角は行われないため、全気筒において点火時期を遅角させるよりも、燃費の悪化、ドライバビリティの悪化、および排気温度の上昇を抑制することができる。
【００３０】
なお、本実施例においては、筒内圧センサ１４の出力信号に基づいて各気筒２の燃焼状態を判定していたが、これに代えて、気筒２内のイオン電流を検出したり、内燃機関１の回転変動を検出したりして各気筒２の燃焼状態を判定するようにしてもよい。例えば、ＥＣＵ１０から点火プラグ３への点火信号が発信された後に、気筒２内において検出されるイオン電流量が規定値よりも小さい場合には、燃焼状態が悪化していると判定することができる。また、例えば、ＥＣＵ１０から点火プラグ３への点火信号が発信された後に、クランクポジションセンサ１３からの出力信号から得られる機関回転数の増加率が規定値よりも小さい場合には、燃焼状態が悪化していると判定することができる。
【実施例２】
【００３１】
本実施例においては、前記ステップＳ１０２で用いられた負荷判定値を、ノッキングが発生しやすいか否かに応じて変更する。
例えば、燃料のオクタン価が高い場合には、前記負荷判定値を大きくする。また、例えば、水温センサ１３により検出される水温が低い場合には、負荷判定値を大きくする。さらに、例えば、吸気弁の閉弁時期が下死点より大きく遅角され、内燃機関の吸入空気量が減少した場合には、負荷判定値を大きくする。
【００３２】
このように、ノッキングが発生しにくい場合には、より高負荷状態となってもノッキングが発生しないので、負荷判定値を大きくしてもノッキングが発生する可能性が低い。すなわち、ノッキングが発生するおそれのあるのは、より高負荷側であるので、点火時期の遅角を行う負荷の下限をより高負荷側に移動させる。このように、ノッキングが発生しにくい場合には、負荷判定値を大きくする。
【００３３】
また、逆に、ノッキングが発生しやすい場合に負荷判定値を小さくするようにしてもよい。
ここで、例えば、高オクタン価の燃料を使用してノッキングが発生するときの機関回転数と機関負荷との関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、ノッキングが発生したときの機関回転数と機関負荷とから使用されているガソリンが高オクタン価であるか否か判定することができる。
【００３４】
また、水温センサ１３により検出される水温が暖機完了前の温度（例えば、８０℃）よりも低い場合には、ノッキングが発生しにくいとして負荷判定値を大きくしても良い。
さらに、可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関では、吸気弁の開閉タイミングを変更することができるが、吸気弁の閉弁時期が下死点よりも大きく離れると、吸気弁が閉まるまでの間に気筒２内の空気が吸気通路４に戻されるため、該気筒２内の空気量が減少する。この場合、圧縮行程において空気が圧縮されたとしても該空気の圧力の上昇が小さく、ノッキングが起こりにくくなる。そのため、負荷判定値を大きくすることができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施例によれば、ノッキングのし易さに応じて負荷判定値を変更するので、ノッキングが発生するおそれのない場合には、点火時期の遅角が行われず、燃費の悪化や排気温度の上昇、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【実施例３】
【００３６】
本実施例においては、同じ気筒２で連続して燃焼状態が悪化していると判定された場合には、１回目の点火時期の遅角量を保持し、２回目以降は点火時期の遅角を行わない。その代わりに、燃焼状態が悪化した気筒２内の混合気の空燃比がより小さく、すなわちよりリッチ側の空燃比となるように、燃料噴射弁５からの燃料噴射量を変更する。また、燃焼状態が悪化した気筒の燃焼状態が改善された場合には、遅角されていた点火時期を通常制御時の点火時期に戻す。
【００３７】
図３は、本実施例による点火時期制御のフローチャートである。本ルーチンは、各気筒２の燃料噴射前の規定時期において実行される。
ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１０は、点火時期遅角制御中であるか否か判定する。すなわち、前記ステップＳ１０４において、点火時期の遅角が行われているか否か判定される。
【００３８】
ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１０は、燃焼状態が改善されたか否か判定する。すなわち、前記ステップＳ１０３とは反対に、燃焼状態が良好であるか否か判定する。
【００３９】
ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進む。
ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１０は、点火時期を通常制御時の点火時期に設定する。
【００４０】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ１０は、空燃比をよりリッチ側に移行するべく燃料噴射量を通常よりも増量させる。なお、燃焼状態が改善しない場合には、規定の空燃比に達するまで、さらにリッチ側に移行するべく燃料噴射量が増量される。なお、本ステップでは、リッチ空燃比となるように燃料噴射量を増量してもよい。
【００４１】
以上説明したように、本実施例によれば、燃焼状態が改善された場合には点火時期を通常制御時のものに戻すことにより、燃費の悪化を抑制することができる。また、燃焼状態
の悪化が改善されない場合には、点火時期を遅角したまま空燃比をより小さくすることにより、燃焼状態の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１による点火時期制御のフローチャートである。
【図３】実施例３による点火時期制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 点火プラグ
４ 吸気通路
５ 燃料噴射弁
６ 排気通路
１０ ＥＣＵ
１１ アクセル開度センサ
１２ クランクポジションセンサ
１３ 水温センサ
１４ 筒内圧センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を備えた内燃機関において、
気筒内の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、
前記燃焼状態判定手段により燃焼状態が悪化していると判定された気筒の次のサイクルでの点火時期を、燃焼状態が悪化していないときよりも遅角する点火時期遅角手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段をさらに備え、
前記点火時期遅角装置は、前記負荷検出手段により検出された内燃機関の負荷が規定負荷以上のときに点火時期の遅角を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記規定負荷は、ノッキングの発生のしやすさの要因に基づいて変更されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼状態判定手段により、同一気筒が連続して燃焼状態が悪化していると判定された場合には、次のサイクルにおいて、点火時期を遅角させたまま、気筒内の空燃比を燃焼状態が悪化したサイクルよりもリッチ側とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
複数の気筒を備えた内燃機関において、
気筒内の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、
前記燃焼状態判定手段により燃焼状態が悪化していると判定された気筒の次のサイクルでの点火時期を、燃焼状態が悪化していないときよりも遅角する点火時期遅角手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段をさらに備え、
前記点火時期遅角装置は、前記負荷検出手段により検出された内燃機関の負荷が規定負荷以上のときに点火時期の遅角を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記規定負荷は、ノッキングの発生のしやすさの要因に基づいて変更されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼状態判定手段により、同一気筒が連続して燃焼状態が悪化していると判定された場合には、次のサイクルにおいて、点火時期を遅角させたまま、気筒内の空燃比を燃焼状態が悪化したサイクルよりもリッチ側とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１１２２６７（Ｐ２００６−１１２２６７Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９８７５６（Ｐ２００４−２９８７５６）
【出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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