内燃機関の燃焼制御装置
【課題】 燃焼温度が低い条件で運転された際に燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分（燃焼室デポジット）の堆積を低減させる。
【解決手段】 燃焼温度が低い領域の割合が多いときに、ＥＧＲ率を低下させる、点火時期を進角させる、冷却水温を上昇させる等、燃焼温度を上昇させる施策を実施し、吸気流制御弁２５を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて排気を多量に導入して燃焼室６に煤等が残留しやすい場合でも、燃焼室６の燃焼室デポジットが堆積し難い状態の運転を的確に行なう。
【解決手段】 燃焼温度が低い領域の割合が多いときに、ＥＧＲ率を低下させる、点火時期を進角させる、冷却水温を上昇させる等、燃焼温度を上昇させる施策を実施し、吸気流制御弁２５を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて排気を多量に導入して燃焼室６に煤等が残留しやすい場合でも、燃焼室６の燃焼室デポジットが堆積し難い状態の運転を的確に行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関し、燃焼温度が低い条件で運転された際に燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分の堆積を低減させるようにしたものである。
【０００２】
特に、本発明は、排気ガス還流手段及び吸気通路を開閉して前記燃焼室に流入する吸気の流れを制御する吸気流制御手段が備えられた内燃機関において、吸気通路が閉じられた際に排気ガスの還流量を増加する状態、即ち、燃焼温度が低く煤やオイルの固形成分が残留しやすい状態で、燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分の堆積を低減させるようにしたものである。
【背景技術】
【０００３】
排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する装置として、内燃機関（エンジン）の排気の一部を吸気系に還流させる排気還流装置（ＥＧＲ装置）が知られている。ＥＧＲ装置は、吸気通路と排気通路とを連通して排気を吸気通路に導入するＥＧＲ通路を備え、ＥＧＲ弁でＥＧＲ通路を開閉することでエンジンの運転状態に応じて排気の還流量を制御している（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
一方、エンジンの燃焼室内に流入する吸気の流れを制御して、燃焼室内で吸気に回転流（タンブル流）を発生させ、燃料の燃焼を促進させる吸気制御装置が知られている。吸気制御装置は、吸気通路にフローコントロールバルブ（吸気流制御弁）を設け、例えば、吸気通路の下部を吸気流制御弁で閉じることで吸気通路内の上方に吸気を偏らせて流通させ、縦タンブル流を発生させるようになっている（例えば、下記特許文献２参照）。
【０００５】
吸気流制御弁で吸気通路を閉じた場合、ＥＧＲ通路を開いて排気を吸気通路に多量に導入しても燃焼変動が悪化せずに燃費がよくなることが知られている。つまり、吸気流制御弁を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて排気を多量に導入することにより、燃焼を悪化させずに燃費を向上させることが可能になる。
【０００６】
燃焼温度が低い状態でエンジンの運転を繰り返した場合、例えば、暖気運転が終了するまでの走行を繰り返すような運転を行った場合、煤やオイルの固形成分である残留固体成分（燃焼室デポジット）がエンジンの燃焼室に堆積しやすくなる。ＥＧＲ装置により排気を還流させる割合が高くなると燃焼室デポジットの堆積量が増加する虞がある。特に、吸気制御装置が備えられたエンジンでは、吸気流制御弁を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて排気を多量に導入するようになっているため、燃焼室の温度が低下し、残留固体成分の堆積量が増加する傾向にある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３２３１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２９３４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、燃焼温度が低い条件で運転された場合であっても、燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分（燃焼室デポジット）の堆積を低減させることができる内燃機関の燃焼制御装置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】
【０００９】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、内燃機関の燃焼室の単位期間あたりの燃焼温度を検出または推定する燃焼温度検出手段と、前記内燃機関の燃焼室の燃焼温度を上げる昇温施策手段と、前記昇温施策手段を作動させる燃焼制御手段とを備え、前記燃焼制御手段は、少なくとも燃焼温度が低い低温燃焼領域と燃料温度が高い高温燃焼領域とを有する複数の領域を備え、前記所定期間内の前記燃焼温度検出手段で検出された複数の燃焼温度の分布状態に基づいて前記昇温施策手段を作動させることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る本発明では、残留固形成分の堆積に影響のある内燃機関の燃焼室の燃焼温度を検出または推定し、燃焼温度が低い状態が続いたとき、または燃焼温度が高い状態が少ないときに昇温施策手段により燃焼室の燃焼温度が上昇するように内燃機関の運転を行い、燃費を考慮しつつ残留固形成分の堆積量を減少させることができる。
【００１１】
好ましくは、低温燃焼領域での運転の割合が所定値を超えたときに昇温施策手段を作動させるとよい。この構成によれば、低温燃焼領域での運転による残留固形成分の堆積量の増加と高温燃焼領域での運転による残留固形成分の堆積量の減少を考慮して、過度な昇温施策手段の作動を抑制することができる。
【００１２】
請求項２に係る本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、請求項１において、前記燃焼制御手段は、前記昇温施策手段の作動期間内の前記燃焼温度検出手段で検出された複数の燃焼温度の分布状態に基づいて前記昇温施策手段を中止させることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る本発明では、燃焼温度が高い状態が続いたとき、または燃焼温度が低い状態が少ないときに昇温施策手段の作動を中止し、過度な昇温施策手段の作動継続を抑制することができる。
【００１４】
好ましくは、高温燃焼領域での運転が所定値となったときに昇温施策手段の作動を中止させるとよい。この構成によれば、昇温施策手段の作動中は基本的に残留固形成分が堆積しにくい状態となっているため、高温燃焼領域のみ考慮することで制御をシンプルにできる。
【００１５】
請求項３に係る本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、請求項１又は２において、前記燃焼温度検出手段は、単位時間あたりの前記内燃機関のエンジン回転数と負荷の平均値に基づいて検出されることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る本発明では、エンジン回転数と負荷により簡単に燃焼温度を検出することができる。例えば、低回転低負荷領域を低温燃焼領域、高回転高負荷を高温燃焼領域と設定し、単位期間の平均エンジン回転数と平均負荷に基づいて単位期間の燃焼温度を得ることができる。
【００１７】
好ましくは、内燃機関の始動から停止までを単位期間とするとよい。この構成によれば、頻繁に平均エンジン回転数や平均負荷、燃焼温度を検出する必要がなく、燃焼室の燃焼温度を検出することができ残留固形成分の堆積量を得ることができる。
【００１８】
請求項４に係る本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、請求項１〜３の何れかにおいて、前記昇温施策手段は、前記排気ガス還流手段により還流させる排気ガスの量を減少させる手段、点火時期を進角する手段、前記内燃機関の冷却水温度を高くする手段の少なくとも一つの手段であることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る本発明では、ＥＧＲ率を低くして還流する排気量を減らすことで燃焼温度の低下を抑制する、点火時期を進角して最高圧力を高くして最高圧力の位置を上死点に近づけることで燃焼温度を上昇させる、冷却水温を高くすることで燃焼温度を上昇させる、ことの少なくとも一つの手段により燃焼温度を上昇させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、燃焼温度が低い条件で運転された場合であっても、燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分（燃焼室デポジット）の堆積を低減させることができる。
【００２１】
特に、排気ガス還流手段及び吸気通路を開閉して前記燃焼室に流入する吸気の流れを制御する吸気流制御手段が備えられた内燃機関において、吸気通路が閉じられた際に排気ガスの還流量を増加する状態、即ち、燃焼温度が低く煤やオイルの固形成分が残留しやすい状態で、燃焼室に残留する燃焼室デポジットの堆積を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下図面に基づいて本発明の一実施形態例を説明する。以下の実施形態例の内燃機関は、吸気管噴射型の多気筒（例えば４気筒）ガソリンエンジンを例示してある。また、排気の一部を吸気系に還流させる排気還流装置（ＥＧＲ装置）及び吸気通路にフローコントロールバルブ（吸気流制御弁）を有する吸気制御装置が設けられたガソリンエンジンを例示してある。
【００２３】
尚、内燃機関としては、多気筒ガソリンエンジンだけでなく、筒内噴射型ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等を適用することも可能である。また、ＥＧＲ装置及び吸気制御装置を備えていない内燃機関を適用することも可能である。
【００２４】
図１には本発明の一実施形態例に係る内燃機関の燃焼制御装置の概略構成、図２には運転領域を設定するための制御フローチャート、図３には燃焼温度の制御フローチャート、図４には運転領域を設定するためのマップ、図５には燃焼温度とＥＧＲ率との関係を表すグラフ、図６には燃焼温度と点火時期との関係を表すグラフ、図７には燃焼温度と冷却水温との関係を表すグラフを示してある。
【００２５】
図１に基づいて内燃機関の燃焼制御装置の構成を説明する。
【００２６】
図に示すように、内燃機関（エンジン）であるエンジン本体（以下、エンジンと称する）１のシリンダヘッド２には気筒毎に点火プラグ３が取り付けられ、点火プラグ３には高電圧を出力する点火コイル４が接続されている。シリンダヘッド２には気筒毎に吸気ポート５が形成され、各吸気ポート５の燃焼室６側には吸気弁７がそれぞれ設けられている。吸気弁７は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト（図示省略）のカムに倣って開閉作動され、各吸気ポート５と燃焼室６との連通・遮断を行なうようになっている。
【００２７】
各吸気ポート５には吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続され、各吸気ポート５に吸気マニホールド９が連通している。吸気マニホールド９には電磁式の燃料噴射弁（インジェクション）１０が取り付けられ、燃料タンクから燃料パイプを介して燃料噴射弁１０に燃料が供給される。
【００２８】
また、シリンダヘッド２には気筒毎に排気ポート１１が形成され、各排気ポート１１の燃焼室６側には排気弁１２がそれぞれ設けられている。排気弁１２は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト（図示省略）のカムに倣って開閉作動され、各排気ポート１１と燃焼室６との連通・遮断を行なうようになっている。そして、各排気ポート１１には排気マニホールド１３の一端がそれぞれ接続され、各排気ポート１１に排気マニホールド１３が連通している。
【００２９】
尚、このようなエンジンは公知のものであるため、構成の詳細については省略してある。
【００３０】
燃料噴射弁１０の上流側における吸気マニホールド９には吸気管１４（吸気通路）が接続され、吸気管１４には電磁式のスロットル弁１５が取り付けられ、スロットル弁１５の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ１６が設けられている。スロットル弁１５の上流側には吸入空気量を計測するエアフローセンサ１７が設けられている。エアフローセンサ１７としては、カルマン渦流式やホットフィルム式のエアフローセンサが使用される。また、吸気マニホールド９とスロットル弁１５との間における吸気管１４にはサージタンク１８が設けられている。
【００３１】
排気マニホールド１３の他端には排気管２０が接続され、排気マニホールド１３には排気ガス循環ポート（ＥＧＲポート）２１が分岐している。ＥＧＲポート２１にはＥＧＲ管２２の一端が接続され、ＥＧＲ管２２の他端はサージタンク１８の上流部の吸気管１４に接続されている。サージタンク１８に近接するＥＧＲ管２２にはＥＧＲバルブ２３が設けられ、ＥＧＲバルブ２３が開かれることにより排気ガスの一部がＥＧＲ管２２を介してサージタンク１８の上流部の吸気管１４に導入される。
【００３２】
つまり、ＥＧＲ管２２及びＥＧＲバルブ２３により排気ガス還流手段（ＥＧＲ装置）が構成されている。ＥＧＲ装置は、排気ガスの一部をエンジン１の吸気系（サージタンク１８）に還流させ、エンジン１の燃焼室６内の燃焼温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減させるための装置であり、ＥＧＲバルブ２３が開閉動作されることにより開度に応じて所定のＥＧＲ率で排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気系に還流される。
【００３３】
一方、吸気マニホールド９にはフローコントロールバルブ（吸気流制御弁）２５が設けられ、吸気流制御弁２５は負圧アクチュエータ等のアクチュエータ２６によって開閉される。吸気流制御弁２５はバタフライバルブやシャッターバルブ等の開閉式のバルブで構成され、図に示したように、吸気通路の下半分を開閉するようになっている。即ち、吸気流制御弁２５を閉じることにより、吸気通路の断面の上側に開口部を形成し、吸気通路の断面積を狭くすることで燃焼室６の内部に縦タンブル流を発生させるようになっている。
【００３４】
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）３１は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えている。このＥＣＵ３１により、エンジン１及びＥＧＲバルブ２３、吸気流制御弁２５を含めた燃焼制御装置の総合的な制御が行われる。
【００３５】
ＥＣＵ３１の入力側には、上述したＴＰＳ１６、エアフローセンサ１７、エンジンのクランク角を検出してエンジン回転速度（Ｎｅ）を求めるクランク角センサ３２、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ３３等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００３６】
一方、ＥＣＵ３１の出力側には、上述の燃料噴射弁１０、点火コイル４、スロットル弁１５、ＥＧＲバルブ２３、吸気流制御弁２５のアクチュエータ２６等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３１で演算された燃料噴射量、燃料噴射時間、点火時期、ＥＧＲバルブ２３の操作時期・操作量、吸気流制御弁２５の操作時期等がそれぞれ出力される。
【００３７】
各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比に設定され、目標空燃比に応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁１０から噴射され、また、スロットル弁１５が適正な開度に調整され、点火プラグ３により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００３８】
また、クランク角センサ３２等の検出情報に基づきエンジン１の回転速度（Ｎｅ）や負荷が求められ、回転速度（Ｎｅ）や負荷に応じて吸気流制御弁２５が開閉制御されて燃焼室６内での吸気のタンブル流の強さが切り換えられる。例えば、エンジン１の低回転・低負荷時には吸気流制御弁２５を閉動作させてタンブル流を強くして燃焼性を向上させ、高回転・高負荷時には吸気流制御弁２５を開動作させて吸気の流動抵抗の上昇を抑制して高い出力を確保している。
【００３９】
更に、エンジン１の速度（Ｎｅ）や負荷に応じてＥＧＲ率が設定され、所定のＥＧＲ率になるようにＥＧＲバルブ２３が開閉動作され、排気ガスの一部をエンジン１の吸気系（サージタンク１８）に還流させて、エンジン１の燃焼室６内の燃焼温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減させている。特に、エンジン１の低回転・低負荷時に吸気流制御弁２５を閉動作させてタンブル流を強くしている場合、燃焼性が向上して燃焼が安定し燃焼変動が生じ難い状態なので、排気ガスの一部を大量に導入して燃費を向上させている。
【００４０】
燃焼温度が低い状態でエンジンの運転を繰り返した場合、例えば、暖気運転が終了するまでの短時間の走行を繰り返したり、点火時期を遅角（リタード）した運転を行った場合、煤やオイルの固形成分である残留固体成分（燃焼室デポジット）がエンジンの燃焼室に堆積しやすくなる。ＥＧＲ装置により排気を還流させる割合が高くなると燃焼室デポジットの堆積量が増加する虞がある。特に、吸気制御装置が備えられたエンジンでは、吸気流制御弁を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて排気を多量に導入するようになっているため、燃焼室の温度が低下し、燃焼室デポジットの堆積量が増加する傾向にある。
【００４１】
本実施形態例のエンジン１では、エンジン１の回転速度（Ｎｅ）と負荷とに基づいて燃焼温度を推定し（燃焼温度検出手段）、燃焼温度の低い運転領域の割合が所定割合を超えた時に燃焼室デポジットが増加したとして、燃焼温度を上昇させる施策（昇温施策手段）を実施して燃焼室６の燃焼温度を上昇させるようにしている（昇温施策手段の作動：燃焼制御手段）。
【００４２】
燃焼温度を上昇させる施策は、排気ガスの還流量を減らして（ＥＧＲ率を低下させる）燃焼温度の低下を抑制したり、点火時期を進角して最高圧力を高くして最高圧力の位置を上死点に近づけることで燃焼温度を上昇させたり、冷却水温を高くすることで燃焼温度を上昇させることが実施される。
【００４３】
燃焼温度を上昇させる施策は、この他にも、エンジン１の制御パラメータを調整して燃焼温度を変更する等、燃焼室６の燃焼温度を上昇させるものであれば、種々の手段を講じることが可能である。
【００４４】
このため、燃焼温度の低い運転領域の割合が多い運転状態の時に、燃焼温度が上昇するようにエンジン１の運転を行い、吸気流制御弁を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて排気を多量に導入して燃焼室６に煤等が残留しやすい場合でも、燃焼室６の燃焼室デポジットが堆積し難い状態の運転を的確に行なうことができる。この結果、吸気流制御弁を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて燃費を向上させることができるエンジン１で、燃焼温度が低い条件で運転された場合であっても、燃焼室６の燃焼室デポジットを低減させることができ、燃焼室デポジットの抑制と燃費の向上とを両立させることが可能になる。
【００４５】
図２〜図６に基づいて上述した燃焼制御装置の処理の詳細を説明する。
【００４６】
図２に示した処理により運転領域の状態が検証され、図３に示した処理により運転領域の状況に応じた燃焼温度の上昇処理が実行される。
【００４７】
図４に示すように、エンジン１の回転速度（Ｎｅ）と負荷（Ｌｏａｄ）とにより３つの運転領域Ａ、Ｂ、Ｃに設定され、低負荷・低回転側で燃焼温度が低いＡ領域（低温燃焼領域）、高負荷・高回転側で燃焼温度が高いＣ領域（高温燃焼領域）、中間のＢ領域に設定されている。図４に示した領域のマップは、吸気流制御弁の開閉状況に応じて異なるものを用いることも可能である。例えば、吸気流制御弁を閉じた状態の場合はタンブル流が促進されるため、運転領域Ａと運転領域Ｂの境界を低負荷・低回転側にシフトすると共に、運転領域Ｂと運転領域Ｃの境界を同様に低負荷・低回転側にシフトすることも可能である。
【００４８】
図２の処理では、単位期間となるエンジン１の始動から停止までの１サイクル（１トリップ）の間での平均回転速度（平均Ｎｅ）と平均負荷（平均Ｌｏａｄ）がどの領域にあるかを判定し、各領域のカウンタを加算（アップ）する処理が実行される。そして、図３の処理では、図２の処理が繰り返された状態で、所定期間となる所定距離が走行したことを判定して燃焼温度が異なる各領域の割合を求め、各領域の割合に応じ、燃焼温度が低いＡ領域の割合が多いときに燃焼温度を上昇させる施策を講じる処理が実行される。
【００４９】
図２に基づいて運転領域の検証の処理を説明する。
【００５０】
図に示すように、処理がスタートすると、ステップＳ１でエンジン１の回転速度（Ｎｅ）・負荷（Ｌｏａｄ）の情報が読み込まれ、ステップＳ２、ステップＳ３で今回のＮｅ（ｎ）及び今回のＬｏａｄ（ｎ）が設定される。
【００５１】
ステップＳ２では、前回のＮｅ（ｎ-１）に係数ｋを乗じた値と、瞬時の回転速度であるＮｅｓに（１−ｋ）を乗じた値とを加算して、次式により今回の回転速度であるＮｅ（ｎ）を設定する。つまり、ソフトフィルタ処理により平均化されたＮｅ（ｎ）を設定する。
Ｎｅ（ｎ）＝（１−ｋ）＊Ｎｅｓ＋ｋ＊Ｎｅ（ｎ-１）
【００５２】
ステップＳ３では、前回のＬｏａｄ（ｎ-１）に係数ｋを乗じた値と、瞬時の負荷であるＬｏａｄｓに（１−ｋ）を乗じた値とを加算して、次式により今回の負荷であるＬｏａｄ（ｎ）を設定する。つまり、ソフトフィルタ処理により平均化されたＬｏａｄ（ｎ）を設定する。
Ｌｏａｄ（ｎ）＝（１−ｋ）＊Ｌｏａｄｓ＋ｋ＊Ｌｏａｄ（ｎ-１）
【００５３】
ステップＳ２で今回のＮｅ（ｎ）を設定し、ステップＳ３で今回のＬｏａｄ（ｎ）を設定した後、ステップＳ４でエンジン１の始動から停止までの１サイクル（１トリップ）が完了したか否かが判断される。ステップＳ２で１トリップが完了していない（Ｎｏ）と判断された場合、１トリップが完了するまでステップＳ１からステップＳ３までの処理を繰り返す。
【００５４】
ステップＳ２で１トリップが完了した（Ｙｅｓ）と判断された場合、１トリップの間で平均化されたＮｅ（ｎ）及びＬｏａｄ（ｎ）がどの領域であるかがステップＳ５で判定される。つまり、１トリップの間で平均化されたＮｅ（ｎ）及びＬｏａｄ（ｎ）が図４に示した運転領域Ａ、Ｂ、Ｃのどこに位置するかが判定される。
【００５５】
ステップＳ５で領域が判定された後、判定された領域がＡ領域であるか否かがステップＳ６で判断され、ステップＳ６でＡ領域である（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ７でＡ領域カウンタ（Ｃａ）をアップする。ステップＳ６でＡ領域ではない（Ｎｏ）と判断された場合、判定された領域がＢ領域であるか否かがステップＳ８で判断される。ステップＳ８でＢ領域である（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ９でＢ領域カウンタ（Ｃｂ）をアップする。ステップＳ８でＢ領域ではない（Ｎｏ）と判断された場合、１トリップの間で平均化されたＮｅ（ｎ）及びＬｏａｄ（ｎ）に基づく領域はＣ領域であるので、ステップＳ１０でＣ領域カウンタ（Ｃｃ）をアップする。
【００５６】
これにより、１トリップの間の運転が、低負荷・低回転側で燃焼温度が低いＡ領域になるか、高負荷・高回転側で燃焼温度が高いＣ領域になるか、中間のＢ領域になるかを判定していずれかの領域のカウンタがアップされる。図２の処理は、所定距離を走行するまでの間、１トリップでの運転の領域がカウントされていく。
【００５７】
図３に基づいて燃焼温度を上昇させる施策の処理を説明する。
【００５８】
図に示すように、処理がスタートすると、ステップＳ１１で燃焼温度上昇処理の状態で所定距離２を走行したか否かが判断される。始めは燃焼温度上昇処理が行われていない（Ｎｏ）ためステップＳ１２に進む。ステップＳ１２で所定距離１を走行したか否かが判断され、ステップＳ１２で所定距離１を走行していない（Ｎｏ）と判断された場合、リターンとなる（Ｒ）。ステップＳ１２で所定距離１を走行している（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ１３でカウンタＣａ、Ｃｂ、Ｃｃの値を加算してカウント値の積算Ｔを求める。ステップＳ１３でカウント値の積算Ｔを求めた後、ステップＳ１４で各領域の比率を求める。なお、所定距離１＜所定距離２と設定している。
【００５９】
つまり、カウント値の積算Ｔに対するＣａの割合（Ｃａ／Ｔ）をＡ領域の比率Ａｒとし、カウント値の積算Ｔに対するＣｂの割合（Ｃｂ／Ｔ）をＢ領域の比率Ｂｒとし、カウント値の積算Ｔに対するＣｃの割合（Ｃｃ／Ｔ）をＣ領域の比率Ｃｒとする。これにより、所定走行距離における全体の運転領域のなかで（カウント値の積算Ｔのなかで）、燃焼温度が低いＡ領域、燃焼温度が高いＣ領域、中間のＢ領域がそれぞれどれ位存在するかが求められ、所定走行距離における燃焼温度が低い状況が求められる。即ち、燃焼室デポジットの状況が導出される。
【００６０】
ステップＳ１４で各領域の比率を求められた後、ステップＳ１５で燃焼温度上昇フラグがＯＮであるか否かが判断され、燃焼温度上昇の条件が整って処置を実行するフラグが立っているか否かが判断される。初めは、燃焼温度上昇フラグがＯＮではない（Ｎｏ）と判断されるので、ステップＳ１６に移行して燃焼温度を上昇させるための係数Ｋを設定する。
【００６１】
係数Ｋは、燃焼温度が低いＡ領域の比率Ａｒに重み係数Ｗａを乗じた値と、燃焼温度が高いＣ領域の比率Ｃｒに重み係数Ｗｃを乗じた値と、中間のＢ領域の比率Ｂｒに重み係数Ｗｂを乗じた値とを加算して演算される。重み係数Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃは、エンジン１の経年変化、トータルの走行距離、運転状況等に応じて適宜設定される。また、重み係数Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃは、Ｗａ＞Ｗｂ＞０、Ｗｃ＜０の関係に設定されている。つまり、係数Ｋを求めるに際し、燃焼温度が低いＡ領域の比率Ａｒが増加すると係数Ｋが増加すると共に、燃焼温度が高いＣ領域の比率Ｃｒが増加すると係数Ｋが減少するようにされ、燃焼温度上昇施策を実施させる状態に係数Ｋが設定されている。
【００６２】
ステップＳ１６で係数Ｋが設定された後、ステップＳ１７で係数Ｋが所定値１（燃焼温度上昇を開始するための所定値）を超えているか否かが判断され、ステップＳ１７で係数Ｋが所定値１を超えていない（Ｎｏ）と判断された場合、燃焼温度が高いＣ領域の比率Ｃｒ及び中間のＢ領域の比率Ｂｒが多いと判断、すなわち、燃焼室デポジットの堆積量が少ないと判断され、ステップＳ１８に移行してカウンタＣａ、Ｃｂ、Ｃｃをクリアし、燃焼温度上昇の施策を実施することなくリターンとなる。
【００６３】
ステップＳ１７で係数Ｋが所定値１を超えている（Ｙｅｓ）と判断された場合、燃焼温度が低いＡ領域の比率Ａｒが多いと判断、すなわち、燃焼室デポジットの堆積量が多いと判断され、ステップＳ１９で燃焼温度上昇の施策が実施され、燃焼温度を上昇させる。そして、ステップＳ２０で燃焼温度上昇フラグをＯＮにしてステップＳ１８に移行する。燃焼温度が低いＡ領域の比率Ａｒが多いと判断された時に、即ち、燃焼デポジットが増加する傾向にある運転状態が多いと判断された時に、燃焼温度を上昇させて燃焼室デポジットが減少するようにしている。その後ステップＳ１８に移行してカウンタＣａ、Ｃｂ、Ｃｃをクリアし、燃焼温度上昇の施策を実施状態としてリターンとなる。
【００６４】
燃焼温度上昇の施策としては、ＥＧＲバルブ２３（図１参照）を閉側に動作させ排気の還流量を減少させてＥＧＲ率を低下させることが挙げられる。図５に示すように、ＥＧＲ率を低くすると燃焼温度が高くなるので、ＥＧＲ率を低下させることで、燃焼温度を上昇させることができる。
【００６５】
また、燃焼温度上昇の施策としては、点火プラグ３（図１参照）による点火時期を進角し、最高圧力を高くして最高圧力の位置を上死点に近づけることが挙げられる。図６に示すように、点火時期を進角すると燃焼温度が高くなるので、点火時期を進角することで燃焼温度を上昇させることができる。
【００６６】
また、燃焼温度上昇の施策としては、冷却水の冷却を抑制してエンジン１（図１参照）の冷却水温を上昇させることが考えられる。図７に示すように、冷却水温を上昇させると燃焼温度が高くなるので、冷却水温を上昇させることで燃焼温度を上昇させることができる。
【００６７】
尚、燃焼温度上昇の施策は、ＥＧＲ率の低下、点火時期の進角、冷却水温の上昇を適宜組み合わせて行なうことも可能である。
【００６８】
図３のフローチャートに戻り、燃焼温度上昇の施策を実施状態でリターンとなった場合、まずステップＳ１１で燃焼温度上昇処理の状態で所定距離２を走行したか否か、ステップＳ１２で所定距離１を走行したか否かが判断される。ここで、所定距離１＜所定距離２と設定しているため、所定距離１まではステップＳ１２でリターンされる。その後、所定距離１に到達したらステップＳ１３に移行しカウンタＣａ、Ｃｂ、Ｃｃの値を加算してカウント値の積算Ｔを求める。ステップＳ１３でカウント値の積算Ｔを求めた後、ステップＳ１４で各領域の比率を求める。ステップＳ１５では既に燃焼温度を上昇させる施策が実施されているので、燃焼温度上昇フラグがＯＮである（Ｙｅｓ）と判断され、ステップＳ２１で燃焼温度を上昇させるための係数Ｋを変更する。ステップＳ２１では、燃焼温度が高いＣ領域の比率Ｃｒに重み係数Ｗｃ（Ｗｃ＜０）を乗じて係数Ｋを求め、Ｃ領域の比率のみの係数Ｋに変更する。
【００６９】
ステップＳ２１で係数Ｋを変更した後、ステップＳ２２で係数Ｋが所定値２（燃焼温度上昇を中止するための所定値）以下であるか否かが判断され、ステップＳ２２で係数Ｋが所定値２以下である（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ２３に移行して燃焼温度上昇施策を中止する。つまり、燃焼温度が高いＣ領域の運転状態が判断された場合に、燃焼温度上昇施策を中止する。ステップＳ２２で係数Ｋが所定値２以下ではない（越えている：Ｎｏ）と判断された場合にはリターンとなり（Ｒ）、再び所定距離１を走行するまでステップＳ１２でリターンを継続する。
【００７０】
ここで、ステップＳ１１で燃焼温度上昇処理の状態で所定距離２を走行したと判断された場合、ステップＳ２３に移行して燃焼温度上昇施策を中止する。つまり、所定距離１（＜所定距離２）を数回繰り返したが、Ｃ領域の比率が所定値２に到達しなくとも、燃焼温度上昇処理の状態を所定距離２が継続したなら燃焼温度上昇施策を中止することで適切な制御を実施できる。
【００７１】
そして、ステップＳ２４で燃焼温度上昇フラグをＯＦＦにし、ステップＳ１８に移行してカウンタＣａ、Ｃｂ、Ｃｃをクリアしてリターンとなる。
【００７２】
上述したように、低負荷・低回転側で燃焼温度が低いＡ領域、高負荷・高回転側で燃焼温度が高いＣ領域、中間のＢ領域の割合を求め、燃焼温度が低いＡ領域の割合が多いときに燃焼温度を上昇させる施策が実施されるので、低温燃焼領域での運転による残留固形成分の堆積量の増加と高温燃焼領域での運転による残留固形成分の堆積量の減少を考慮し、単純に低温燃焼領域での運転が増加しただけで過度に燃焼温度を上昇させる施策が実施されることを抑制できる。
【００７３】
このため、吸気流制御弁を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて燃費を向上させることができるエンジン１で、燃焼温度が低い条件で運転された場合であっても、燃焼室６の燃焼室デポジットを低減させることができ、燃焼室デポジットの抑制と燃費の向上とを両立させることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、燃焼温度が低い条件で運転された際に燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分の堆積を低減させるようにした内燃機関の燃焼制御装置の産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態例に係る内燃機関の燃焼制御装置の概略構成図である。
【図２】運転領域を設定するための制御フローチャートである。
【図３】燃焼温度の制御フローチャートである。
【図４】運転領域を設定するためのマップである。
【図５】燃焼温度とＥＧＲ率との関係を表すグラフである。
【図６】燃焼温度と点火時期との関係を表すグラフである。
【図７】燃焼温度と冷却水温との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１ エンジン本体（エンジン）
２ シリンダヘッド
３ 点火プラグ
４ 点火コイル
５ 吸気ポート
６ 燃焼室
７ 吸気弁
９ 吸気マニホールド
１０ 燃料噴射弁（インジェクション）
１１ 排気ポート
１２ 排気弁
１３ 排気マニホールド
１４ 吸気管
１５ スロットル弁
１６ スロットルポジションセンサ
１７ エアフローセンサ
１８ サージタンク
２０ 排気管
２１ 排気ガス循環ポート（ＥＧＲポート）
２２ ＥＧＲ管
２３ ＥＧＲバルブ
２５ フローコントロールバルブ（吸気流制御弁）
２６ アクチュエータ
３１ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
３２ クランク角センサ
３３ 水温センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関し、燃焼温度が低い条件で運転された際に燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分の堆積を低減させるようにしたものである。
【０００２】
特に、本発明は、排気ガス還流手段及び吸気通路を開閉して前記燃焼室に流入する吸気の流れを制御する吸気流制御手段が備えられた内燃機関において、吸気通路が閉じられた際に排気ガスの還流量を増加する状態、即ち、燃焼温度が低く煤やオイルの固形成分が残留しやすい状態で、燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分の堆積を低減させるようにしたものである。
【背景技術】
【０００３】
排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する装置として、内燃機関（エンジン）の排気の一部を吸気系に還流させる排気還流装置（ＥＧＲ装置）が知られている。ＥＧＲ装置は、吸気通路と排気通路とを連通して排気を吸気通路に導入するＥＧＲ通路を備え、ＥＧＲ弁でＥＧＲ通路を開閉することでエンジンの運転状態に応じて排気の還流量を制御している（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
一方、エンジンの燃焼室内に流入する吸気の流れを制御して、燃焼室内で吸気に回転流（タンブル流）を発生させ、燃料の燃焼を促進させる吸気制御装置が知られている。吸気制御装置は、吸気通路にフローコントロールバルブ（吸気流制御弁）を設け、例えば、吸気通路の下部を吸気流制御弁で閉じることで吸気通路内の上方に吸気を偏らせて流通させ、縦タンブル流を発生させるようになっている（例えば、下記特許文献２参照）。
【０００５】
吸気流制御弁で吸気通路を閉じた場合、ＥＧＲ通路を開いて排気を吸気通路に多量に導入しても燃焼変動が悪化せずに燃費がよくなることが知られている。つまり、吸気流制御弁を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて排気を多量に導入することにより、燃焼を悪化させずに燃費を向上させることが可能になる。
【０００６】
燃焼温度が低い状態でエンジンの運転を繰り返した場合、例えば、暖気運転が終了するまでの走行を繰り返すような運転を行った場合、煤やオイルの固形成分である残留固体成分（燃焼室デポジット）がエンジンの燃焼室に堆積しやすくなる。ＥＧＲ装置により排気を還流させる割合が高くなると燃焼室デポジットの堆積量が増加する虞がある。特に、吸気制御装置が備えられたエンジンでは、吸気流制御弁を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて排気を多量に導入するようになっているため、燃焼室の温度が低下し、残留固体成分の堆積量が増加する傾向にある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３２３１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２９３４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、燃焼温度が低い条件で運転された場合であっても、燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分（燃焼室デポジット）の堆積を低減させることができる内燃機関の燃焼制御装置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】
【０００９】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、内燃機関の燃焼室の単位期間あたりの燃焼温度を検出または推定する燃焼温度検出手段と、前記内燃機関の燃焼室の燃焼温度を上げる昇温施策手段と、前記昇温施策手段を作動させる燃焼制御手段とを備え、前記燃焼制御手段は、少なくとも燃焼温度が低い低温燃焼領域と燃料温度が高い高温燃焼領域とを有する複数の領域を備え、前記所定期間内の前記燃焼温度検出手段で検出された複数の燃焼温度の分布状態に基づいて前記昇温施策手段を作動させることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る本発明では、残留固形成分の堆積に影響のある内燃機関の燃焼室の燃焼温度を検出または推定し、燃焼温度が低い状態が続いたとき、または燃焼温度が高い状態が少ないときに昇温施策手段により燃焼室の燃焼温度が上昇するように内燃機関の運転を行い、燃費を考慮しつつ残留固形成分の堆積量を減少させることができる。
【００１１】
好ましくは、低温燃焼領域での運転の割合が所定値を超えたときに昇温施策手段を作動させるとよい。この構成によれば、低温燃焼領域での運転による残留固形成分の堆積量の増加と高温燃焼領域での運転による残留固形成分の堆積量の減少を考慮して、過度な昇温施策手段の作動を抑制することができる。
【００１２】
請求項２に係る本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、請求項１において、前記燃焼制御手段は、前記昇温施策手段の作動期間内の前記燃焼温度検出手段で検出された複数の燃焼温度の分布状態に基づいて前記昇温施策手段を中止させることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る本発明では、燃焼温度が高い状態が続いたとき、または燃焼温度が低い状態が少ないときに昇温施策手段の作動を中止し、過度な昇温施策手段の作動継続を抑制することができる。
【００１４】
好ましくは、高温燃焼領域での運転が所定値となったときに昇温施策手段の作動を中止させるとよい。この構成によれば、昇温施策手段の作動中は基本的に残留固形成分が堆積しにくい状態となっているため、高温燃焼領域のみ考慮することで制御をシンプルにできる。
【００１５】
請求項３に係る本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、請求項１又は２において、前記燃焼温度検出手段は、単位時間あたりの前記内燃機関のエンジン回転数と負荷の平均値に基づいて検出されることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る本発明では、エンジン回転数と負荷により簡単に燃焼温度を検出することができる。例えば、低回転低負荷領域を低温燃焼領域、高回転高負荷を高温燃焼領域と設定し、単位期間の平均エンジン回転数と平均負荷に基づいて単位期間の燃焼温度を得ることができる。
【００１７】
好ましくは、内燃機関の始動から停止までを単位期間とするとよい。この構成によれば、頻繁に平均エンジン回転数や平均負荷、燃焼温度を検出する必要がなく、燃焼室の燃焼温度を検出することができ残留固形成分の堆積量を得ることができる。
【００１８】
請求項４に係る本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、請求項１〜３の何れかにおいて、前記昇温施策手段は、前記排気ガス還流手段により還流させる排気ガスの量を減少させる手段、点火時期を進角する手段、前記内燃機関の冷却水温度を高くする手段の少なくとも一つの手段であることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る本発明では、ＥＧＲ率を低くして還流する排気量を減らすことで燃焼温度の低下を抑制する、点火時期を進角して最高圧力を高くして最高圧力の位置を上死点に近づけることで燃焼温度を上昇させる、冷却水温を高くすることで燃焼温度を上昇させる、ことの少なくとも一つの手段により燃焼温度を上昇させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、燃焼温度が低い条件で運転された場合であっても、燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分（燃焼室デポジット）の堆積を低減させることができる。
【００２１】
特に、排気ガス還流手段及び吸気通路を開閉して前記燃焼室に流入する吸気の流れを制御する吸気流制御手段が備えられた内燃機関において、吸気通路が閉じられた際に排気ガスの還流量を増加する状態、即ち、燃焼温度が低く煤やオイルの固形成分が残留しやすい状態で、燃焼室に残留する燃焼室デポジットの堆積を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下図面に基づいて本発明の一実施形態例を説明する。以下の実施形態例の内燃機関は、吸気管噴射型の多気筒（例えば４気筒）ガソリンエンジンを例示してある。また、排気の一部を吸気系に還流させる排気還流装置（ＥＧＲ装置）及び吸気通路にフローコントロールバルブ（吸気流制御弁）を有する吸気制御装置が設けられたガソリンエンジンを例示してある。
【００２３】
尚、内燃機関としては、多気筒ガソリンエンジンだけでなく、筒内噴射型ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等を適用することも可能である。また、ＥＧＲ装置及び吸気制御装置を備えていない内燃機関を適用することも可能である。
【００２４】
図１には本発明の一実施形態例に係る内燃機関の燃焼制御装置の概略構成、図２には運転領域を設定するための制御フローチャート、図３には燃焼温度の制御フローチャート、図４には運転領域を設定するためのマップ、図５には燃焼温度とＥＧＲ率との関係を表すグラフ、図６には燃焼温度と点火時期との関係を表すグラフ、図７には燃焼温度と冷却水温との関係を表すグラフを示してある。
【００２５】
図１に基づいて内燃機関の燃焼制御装置の構成を説明する。
【００２６】
図に示すように、内燃機関（エンジン）であるエンジン本体（以下、エンジンと称する）１のシリンダヘッド２には気筒毎に点火プラグ３が取り付けられ、点火プラグ３には高電圧を出力する点火コイル４が接続されている。シリンダヘッド２には気筒毎に吸気ポート５が形成され、各吸気ポート５の燃焼室６側には吸気弁７がそれぞれ設けられている。吸気弁７は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト（図示省略）のカムに倣って開閉作動され、各吸気ポート５と燃焼室６との連通・遮断を行なうようになっている。
【００２７】
各吸気ポート５には吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続され、各吸気ポート５に吸気マニホールド９が連通している。吸気マニホールド９には電磁式の燃料噴射弁（インジェクション）１０が取り付けられ、燃料タンクから燃料パイプを介して燃料噴射弁１０に燃料が供給される。
【００２８】
また、シリンダヘッド２には気筒毎に排気ポート１１が形成され、各排気ポート１１の燃焼室６側には排気弁１２がそれぞれ設けられている。排気弁１２は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト（図示省略）のカムに倣って開閉作動され、各排気ポート１１と燃焼室６との連通・遮断を行なうようになっている。そして、各排気ポート１１には排気マニホールド１３の一端がそれぞれ接続され、各排気ポート１１に排気マニホールド１３が連通している。
【００２９】
尚、このようなエンジンは公知のものであるため、構成の詳細については省略してある。
【００３０】
燃料噴射弁１０の上流側における吸気マニホールド９には吸気管１４（吸気通路）が接続され、吸気管１４には電磁式のスロットル弁１５が取り付けられ、スロットル弁１５の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ１６が設けられている。スロットル弁１５の上流側には吸入空気量を計測するエアフローセンサ１７が設けられている。エアフローセンサ１７としては、カルマン渦流式やホットフィルム式のエアフローセンサが使用される。また、吸気マニホールド９とスロットル弁１５との間における吸気管１４にはサージタンク１８が設けられている。
【００３１】
排気マニホールド１３の他端には排気管２０が接続され、排気マニホールド１３には排気ガス循環ポート（ＥＧＲポート）２１が分岐している。ＥＧＲポート２１にはＥＧＲ管２２の一端が接続され、ＥＧＲ管２２の他端はサージタンク１８の上流部の吸気管１４に接続されている。サージタンク１８に近接するＥＧＲ管２２にはＥＧＲバルブ２３が設けられ、ＥＧＲバルブ２３が開かれることにより排気ガスの一部がＥＧＲ管２２を介してサージタンク１８の上流部の吸気管１４に導入される。
【００３２】
つまり、ＥＧＲ管２２及びＥＧＲバルブ２３により排気ガス還流手段（ＥＧＲ装置）が構成されている。ＥＧＲ装置は、排気ガスの一部をエンジン１の吸気系（サージタンク１８）に還流させ、エンジン１の燃焼室６内の燃焼温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減させるための装置であり、ＥＧＲバルブ２３が開閉動作されることにより開度に応じて所定のＥＧＲ率で排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気系に還流される。
【００３３】
一方、吸気マニホールド９にはフローコントロールバルブ（吸気流制御弁）２５が設けられ、吸気流制御弁２５は負圧アクチュエータ等のアクチュエータ２６によって開閉される。吸気流制御弁２５はバタフライバルブやシャッターバルブ等の開閉式のバルブで構成され、図に示したように、吸気通路の下半分を開閉するようになっている。即ち、吸気流制御弁２５を閉じることにより、吸気通路の断面の上側に開口部を形成し、吸気通路の断面積を狭くすることで燃焼室６の内部に縦タンブル流を発生させるようになっている。
【００３４】
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）３１は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えている。このＥＣＵ３１により、エンジン１及びＥＧＲバルブ２３、吸気流制御弁２５を含めた燃焼制御装置の総合的な制御が行われる。
【００３５】
ＥＣＵ３１の入力側には、上述したＴＰＳ１６、エアフローセンサ１７、エンジンのクランク角を検出してエンジン回転速度（Ｎｅ）を求めるクランク角センサ３２、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ３３等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００３６】
一方、ＥＣＵ３１の出力側には、上述の燃料噴射弁１０、点火コイル４、スロットル弁１５、ＥＧＲバルブ２３、吸気流制御弁２５のアクチュエータ２６等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３１で演算された燃料噴射量、燃料噴射時間、点火時期、ＥＧＲバルブ２３の操作時期・操作量、吸気流制御弁２５の操作時期等がそれぞれ出力される。
【００３７】
各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比に設定され、目標空燃比に応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁１０から噴射され、また、スロットル弁１５が適正な開度に調整され、点火プラグ３により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００３８】
また、クランク角センサ３２等の検出情報に基づきエンジン１の回転速度（Ｎｅ）や負荷が求められ、回転速度（Ｎｅ）や負荷に応じて吸気流制御弁２５が開閉制御されて燃焼室６内での吸気のタンブル流の強さが切り換えられる。例えば、エンジン１の低回転・低負荷時には吸気流制御弁２５を閉動作させてタンブル流を強くして燃焼性を向上させ、高回転・高負荷時には吸気流制御弁２５を開動作させて吸気の流動抵抗の上昇を抑制して高い出力を確保している。
【００３９】
更に、エンジン１の速度（Ｎｅ）や負荷に応じてＥＧＲ率が設定され、所定のＥＧＲ率になるようにＥＧＲバルブ２３が開閉動作され、排気ガスの一部をエンジン１の吸気系（サージタンク１８）に還流させて、エンジン１の燃焼室６内の燃焼温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減させている。特に、エンジン１の低回転・低負荷時に吸気流制御弁２５を閉動作させてタンブル流を強くしている場合、燃焼性が向上して燃焼が安定し燃焼変動が生じ難い状態なので、排気ガスの一部を大量に導入して燃費を向上させている。
【００４０】
燃焼温度が低い状態でエンジンの運転を繰り返した場合、例えば、暖気運転が終了するまでの短時間の走行を繰り返したり、点火時期を遅角（リタード）した運転を行った場合、煤やオイルの固形成分である残留固体成分（燃焼室デポジット）がエンジンの燃焼室に堆積しやすくなる。ＥＧＲ装置により排気を還流させる割合が高くなると燃焼室デポジットの堆積量が増加する虞がある。特に、吸気制御装置が備えられたエンジンでは、吸気流制御弁を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて排気を多量に導入するようになっているため、燃焼室の温度が低下し、燃焼室デポジットの堆積量が増加する傾向にある。
【００４１】
本実施形態例のエンジン１では、エンジン１の回転速度（Ｎｅ）と負荷とに基づいて燃焼温度を推定し（燃焼温度検出手段）、燃焼温度の低い運転領域の割合が所定割合を超えた時に燃焼室デポジットが増加したとして、燃焼温度を上昇させる施策（昇温施策手段）を実施して燃焼室６の燃焼温度を上昇させるようにしている（昇温施策手段の作動：燃焼制御手段）。
【００４２】
燃焼温度を上昇させる施策は、排気ガスの還流量を減らして（ＥＧＲ率を低下させる）燃焼温度の低下を抑制したり、点火時期を進角して最高圧力を高くして最高圧力の位置を上死点に近づけることで燃焼温度を上昇させたり、冷却水温を高くすることで燃焼温度を上昇させることが実施される。
【００４３】
燃焼温度を上昇させる施策は、この他にも、エンジン１の制御パラメータを調整して燃焼温度を変更する等、燃焼室６の燃焼温度を上昇させるものであれば、種々の手段を講じることが可能である。
【００４４】
このため、燃焼温度の低い運転領域の割合が多い運転状態の時に、燃焼温度が上昇するようにエンジン１の運転を行い、吸気流制御弁を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて排気を多量に導入して燃焼室６に煤等が残留しやすい場合でも、燃焼室６の燃焼室デポジットが堆積し難い状態の運転を的確に行なうことができる。この結果、吸気流制御弁を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて燃費を向上させることができるエンジン１で、燃焼温度が低い条件で運転された場合であっても、燃焼室６の燃焼室デポジットを低減させることができ、燃焼室デポジットの抑制と燃費の向上とを両立させることが可能になる。
【００４５】
図２〜図６に基づいて上述した燃焼制御装置の処理の詳細を説明する。
【００４６】
図２に示した処理により運転領域の状態が検証され、図３に示した処理により運転領域の状況に応じた燃焼温度の上昇処理が実行される。
【００４７】
図４に示すように、エンジン１の回転速度（Ｎｅ）と負荷（Ｌｏａｄ）とにより３つの運転領域Ａ、Ｂ、Ｃに設定され、低負荷・低回転側で燃焼温度が低いＡ領域（低温燃焼領域）、高負荷・高回転側で燃焼温度が高いＣ領域（高温燃焼領域）、中間のＢ領域に設定されている。図４に示した領域のマップは、吸気流制御弁の開閉状況に応じて異なるものを用いることも可能である。例えば、吸気流制御弁を閉じた状態の場合はタンブル流が促進されるため、運転領域Ａと運転領域Ｂの境界を低負荷・低回転側にシフトすると共に、運転領域Ｂと運転領域Ｃの境界を同様に低負荷・低回転側にシフトすることも可能である。
【００４８】
図２の処理では、単位期間となるエンジン１の始動から停止までの１サイクル（１トリップ）の間での平均回転速度（平均Ｎｅ）と平均負荷（平均Ｌｏａｄ）がどの領域にあるかを判定し、各領域のカウンタを加算（アップ）する処理が実行される。そして、図３の処理では、図２の処理が繰り返された状態で、所定期間となる所定距離が走行したことを判定して燃焼温度が異なる各領域の割合を求め、各領域の割合に応じ、燃焼温度が低いＡ領域の割合が多いときに燃焼温度を上昇させる施策を講じる処理が実行される。
【００４９】
図２に基づいて運転領域の検証の処理を説明する。
【００５０】
図に示すように、処理がスタートすると、ステップＳ１でエンジン１の回転速度（Ｎｅ）・負荷（Ｌｏａｄ）の情報が読み込まれ、ステップＳ２、ステップＳ３で今回のＮｅ（ｎ）及び今回のＬｏａｄ（ｎ）が設定される。
【００５１】
ステップＳ２では、前回のＮｅ（ｎ-１）に係数ｋを乗じた値と、瞬時の回転速度であるＮｅｓに（１−ｋ）を乗じた値とを加算して、次式により今回の回転速度であるＮｅ（ｎ）を設定する。つまり、ソフトフィルタ処理により平均化されたＮｅ（ｎ）を設定する。
Ｎｅ（ｎ）＝（１−ｋ）＊Ｎｅｓ＋ｋ＊Ｎｅ（ｎ-１）
【００５２】
ステップＳ３では、前回のＬｏａｄ（ｎ-１）に係数ｋを乗じた値と、瞬時の負荷であるＬｏａｄｓに（１−ｋ）を乗じた値とを加算して、次式により今回の負荷であるＬｏａｄ（ｎ）を設定する。つまり、ソフトフィルタ処理により平均化されたＬｏａｄ（ｎ）を設定する。
Ｌｏａｄ（ｎ）＝（１−ｋ）＊Ｌｏａｄｓ＋ｋ＊Ｌｏａｄ（ｎ-１）
【００５３】
ステップＳ２で今回のＮｅ（ｎ）を設定し、ステップＳ３で今回のＬｏａｄ（ｎ）を設定した後、ステップＳ４でエンジン１の始動から停止までの１サイクル（１トリップ）が完了したか否かが判断される。ステップＳ２で１トリップが完了していない（Ｎｏ）と判断された場合、１トリップが完了するまでステップＳ１からステップＳ３までの処理を繰り返す。
【００５４】
ステップＳ２で１トリップが完了した（Ｙｅｓ）と判断された場合、１トリップの間で平均化されたＮｅ（ｎ）及びＬｏａｄ（ｎ）がどの領域であるかがステップＳ５で判定される。つまり、１トリップの間で平均化されたＮｅ（ｎ）及びＬｏａｄ（ｎ）が図４に示した運転領域Ａ、Ｂ、Ｃのどこに位置するかが判定される。
【００５５】
ステップＳ５で領域が判定された後、判定された領域がＡ領域であるか否かがステップＳ６で判断され、ステップＳ６でＡ領域である（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ７でＡ領域カウンタ（Ｃａ）をアップする。ステップＳ６でＡ領域ではない（Ｎｏ）と判断された場合、判定された領域がＢ領域であるか否かがステップＳ８で判断される。ステップＳ８でＢ領域である（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ９でＢ領域カウンタ（Ｃｂ）をアップする。ステップＳ８でＢ領域ではない（Ｎｏ）と判断された場合、１トリップの間で平均化されたＮｅ（ｎ）及びＬｏａｄ（ｎ）に基づく領域はＣ領域であるので、ステップＳ１０でＣ領域カウンタ（Ｃｃ）をアップする。
【００５６】
これにより、１トリップの間の運転が、低負荷・低回転側で燃焼温度が低いＡ領域になるか、高負荷・高回転側で燃焼温度が高いＣ領域になるか、中間のＢ領域になるかを判定していずれかの領域のカウンタがアップされる。図２の処理は、所定距離を走行するまでの間、１トリップでの運転の領域がカウントされていく。
【００５７】
図３に基づいて燃焼温度を上昇させる施策の処理を説明する。
【００５８】
図に示すように、処理がスタートすると、ステップＳ１１で燃焼温度上昇処理の状態で所定距離２を走行したか否かが判断される。始めは燃焼温度上昇処理が行われていない（Ｎｏ）ためステップＳ１２に進む。ステップＳ１２で所定距離１を走行したか否かが判断され、ステップＳ１２で所定距離１を走行していない（Ｎｏ）と判断された場合、リターンとなる（Ｒ）。ステップＳ１２で所定距離１を走行している（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ１３でカウンタＣａ、Ｃｂ、Ｃｃの値を加算してカウント値の積算Ｔを求める。ステップＳ１３でカウント値の積算Ｔを求めた後、ステップＳ１４で各領域の比率を求める。なお、所定距離１＜所定距離２と設定している。
【００５９】
つまり、カウント値の積算Ｔに対するＣａの割合（Ｃａ／Ｔ）をＡ領域の比率Ａｒとし、カウント値の積算Ｔに対するＣｂの割合（Ｃｂ／Ｔ）をＢ領域の比率Ｂｒとし、カウント値の積算Ｔに対するＣｃの割合（Ｃｃ／Ｔ）をＣ領域の比率Ｃｒとする。これにより、所定走行距離における全体の運転領域のなかで（カウント値の積算Ｔのなかで）、燃焼温度が低いＡ領域、燃焼温度が高いＣ領域、中間のＢ領域がそれぞれどれ位存在するかが求められ、所定走行距離における燃焼温度が低い状況が求められる。即ち、燃焼室デポジットの状況が導出される。
【００６０】
ステップＳ１４で各領域の比率を求められた後、ステップＳ１５で燃焼温度上昇フラグがＯＮであるか否かが判断され、燃焼温度上昇の条件が整って処置を実行するフラグが立っているか否かが判断される。初めは、燃焼温度上昇フラグがＯＮではない（Ｎｏ）と判断されるので、ステップＳ１６に移行して燃焼温度を上昇させるための係数Ｋを設定する。
【００６１】
係数Ｋは、燃焼温度が低いＡ領域の比率Ａｒに重み係数Ｗａを乗じた値と、燃焼温度が高いＣ領域の比率Ｃｒに重み係数Ｗｃを乗じた値と、中間のＢ領域の比率Ｂｒに重み係数Ｗｂを乗じた値とを加算して演算される。重み係数Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃは、エンジン１の経年変化、トータルの走行距離、運転状況等に応じて適宜設定される。また、重み係数Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃは、Ｗａ＞Ｗｂ＞０、Ｗｃ＜０の関係に設定されている。つまり、係数Ｋを求めるに際し、燃焼温度が低いＡ領域の比率Ａｒが増加すると係数Ｋが増加すると共に、燃焼温度が高いＣ領域の比率Ｃｒが増加すると係数Ｋが減少するようにされ、燃焼温度上昇施策を実施させる状態に係数Ｋが設定されている。
【００６２】
ステップＳ１６で係数Ｋが設定された後、ステップＳ１７で係数Ｋが所定値１（燃焼温度上昇を開始するための所定値）を超えているか否かが判断され、ステップＳ１７で係数Ｋが所定値１を超えていない（Ｎｏ）と判断された場合、燃焼温度が高いＣ領域の比率Ｃｒ及び中間のＢ領域の比率Ｂｒが多いと判断、すなわち、燃焼室デポジットの堆積量が少ないと判断され、ステップＳ１８に移行してカウンタＣａ、Ｃｂ、Ｃｃをクリアし、燃焼温度上昇の施策を実施することなくリターンとなる。
【００６３】
ステップＳ１７で係数Ｋが所定値１を超えている（Ｙｅｓ）と判断された場合、燃焼温度が低いＡ領域の比率Ａｒが多いと判断、すなわち、燃焼室デポジットの堆積量が多いと判断され、ステップＳ１９で燃焼温度上昇の施策が実施され、燃焼温度を上昇させる。そして、ステップＳ２０で燃焼温度上昇フラグをＯＮにしてステップＳ１８に移行する。燃焼温度が低いＡ領域の比率Ａｒが多いと判断された時に、即ち、燃焼デポジットが増加する傾向にある運転状態が多いと判断された時に、燃焼温度を上昇させて燃焼室デポジットが減少するようにしている。その後ステップＳ１８に移行してカウンタＣａ、Ｃｂ、Ｃｃをクリアし、燃焼温度上昇の施策を実施状態としてリターンとなる。
【００６４】
燃焼温度上昇の施策としては、ＥＧＲバルブ２３（図１参照）を閉側に動作させ排気の還流量を減少させてＥＧＲ率を低下させることが挙げられる。図５に示すように、ＥＧＲ率を低くすると燃焼温度が高くなるので、ＥＧＲ率を低下させることで、燃焼温度を上昇させることができる。
【００６５】
また、燃焼温度上昇の施策としては、点火プラグ３（図１参照）による点火時期を進角し、最高圧力を高くして最高圧力の位置を上死点に近づけることが挙げられる。図６に示すように、点火時期を進角すると燃焼温度が高くなるので、点火時期を進角することで燃焼温度を上昇させることができる。
【００６６】
また、燃焼温度上昇の施策としては、冷却水の冷却を抑制してエンジン１（図１参照）の冷却水温を上昇させることが考えられる。図７に示すように、冷却水温を上昇させると燃焼温度が高くなるので、冷却水温を上昇させることで燃焼温度を上昇させることができる。
【００６７】
尚、燃焼温度上昇の施策は、ＥＧＲ率の低下、点火時期の進角、冷却水温の上昇を適宜組み合わせて行なうことも可能である。
【００６８】
図３のフローチャートに戻り、燃焼温度上昇の施策を実施状態でリターンとなった場合、まずステップＳ１１で燃焼温度上昇処理の状態で所定距離２を走行したか否か、ステップＳ１２で所定距離１を走行したか否かが判断される。ここで、所定距離１＜所定距離２と設定しているため、所定距離１まではステップＳ１２でリターンされる。その後、所定距離１に到達したらステップＳ１３に移行しカウンタＣａ、Ｃｂ、Ｃｃの値を加算してカウント値の積算Ｔを求める。ステップＳ１３でカウント値の積算Ｔを求めた後、ステップＳ１４で各領域の比率を求める。ステップＳ１５では既に燃焼温度を上昇させる施策が実施されているので、燃焼温度上昇フラグがＯＮである（Ｙｅｓ）と判断され、ステップＳ２１で燃焼温度を上昇させるための係数Ｋを変更する。ステップＳ２１では、燃焼温度が高いＣ領域の比率Ｃｒに重み係数Ｗｃ（Ｗｃ＜０）を乗じて係数Ｋを求め、Ｃ領域の比率のみの係数Ｋに変更する。
【００６９】
ステップＳ２１で係数Ｋを変更した後、ステップＳ２２で係数Ｋが所定値２（燃焼温度上昇を中止するための所定値）以下であるか否かが判断され、ステップＳ２２で係数Ｋが所定値２以下である（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ２３に移行して燃焼温度上昇施策を中止する。つまり、燃焼温度が高いＣ領域の運転状態が判断された場合に、燃焼温度上昇施策を中止する。ステップＳ２２で係数Ｋが所定値２以下ではない（越えている：Ｎｏ）と判断された場合にはリターンとなり（Ｒ）、再び所定距離１を走行するまでステップＳ１２でリターンを継続する。
【００７０】
ここで、ステップＳ１１で燃焼温度上昇処理の状態で所定距離２を走行したと判断された場合、ステップＳ２３に移行して燃焼温度上昇施策を中止する。つまり、所定距離１（＜所定距離２）を数回繰り返したが、Ｃ領域の比率が所定値２に到達しなくとも、燃焼温度上昇処理の状態を所定距離２が継続したなら燃焼温度上昇施策を中止することで適切な制御を実施できる。
【００７１】
そして、ステップＳ２４で燃焼温度上昇フラグをＯＦＦにし、ステップＳ１８に移行してカウンタＣａ、Ｃｂ、Ｃｃをクリアしてリターンとなる。
【００７２】
上述したように、低負荷・低回転側で燃焼温度が低いＡ領域、高負荷・高回転側で燃焼温度が高いＣ領域、中間のＢ領域の割合を求め、燃焼温度が低いＡ領域の割合が多いときに燃焼温度を上昇させる施策が実施されるので、低温燃焼領域での運転による残留固形成分の堆積量の増加と高温燃焼領域での運転による残留固形成分の堆積量の減少を考慮し、単純に低温燃焼領域での運転が増加しただけで過度に燃焼温度を上昇させる施策が実施されることを抑制できる。
【００７３】
このため、吸気流制御弁を閉じた状態でＥＧＲ率を高めて燃費を向上させることができるエンジン１で、燃焼温度が低い条件で運転された場合であっても、燃焼室６の燃焼室デポジットを低減させることができ、燃焼室デポジットの抑制と燃費の向上とを両立させることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、燃焼温度が低い条件で運転された際に燃焼室に残留する煤やオイルの固形成分である残留固体成分の堆積を低減させるようにした内燃機関の燃焼制御装置の産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態例に係る内燃機関の燃焼制御装置の概略構成図である。
【図２】運転領域を設定するための制御フローチャートである。
【図３】燃焼温度の制御フローチャートである。
【図４】運転領域を設定するためのマップである。
【図５】燃焼温度とＥＧＲ率との関係を表すグラフである。
【図６】燃焼温度と点火時期との関係を表すグラフである。
【図７】燃焼温度と冷却水温との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１ エンジン本体（エンジン）
２ シリンダヘッド
３ 点火プラグ
４ 点火コイル
５ 吸気ポート
６ 燃焼室
７ 吸気弁
９ 吸気マニホールド
１０ 燃料噴射弁（インジェクション）
１１ 排気ポート
１２ 排気弁
１３ 排気マニホールド
１４ 吸気管
１５ スロットル弁
１６ スロットルポジションセンサ
１７ エアフローセンサ
１８ サージタンク
２０ 排気管
２１ 排気ガス循環ポート（ＥＧＲポート）
２２ ＥＧＲ管
２３ ＥＧＲバルブ
２５ フローコントロールバルブ（吸気流制御弁）
２６ アクチュエータ
３１ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
３２ クランク角センサ
３３ 水温センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室の単位期間あたりの燃焼温度を検出または推定する燃焼温度検出手段と、
前記内燃機関の燃焼室の燃焼温度を上げる昇温施策手段と、
前記昇温施策手段を作動させる燃焼制御手段とを備え、
前記燃焼制御手段は、少なくとも燃焼温度が低い低温燃焼領域と燃焼温度が高い高温燃焼領域とを有する複数の領域を備え、前記所定期間内の前記燃焼温度検出手段で検出された複数の燃焼温度の分布状態に基づいて前記昇温施策手段を作動させる
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記燃焼制御手段は、前記昇温施策手段の作動期間内の前記燃焼温度検出手段で検出された複数の燃焼温度の分布状態に基づいて前記昇温施策手段を中止させる
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記燃焼温度検出手段は、単位時間あたりの前記内燃機関のエンジン回転数と負荷の平均値に基づいて検出される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記昇温施策手段は、前記排気ガス還流手段により還流させる排気ガスの量を減少させる手段、点火時期を進角する手段、前記内燃機関の冷却水温度を高くする手段の少なくとも一つの手段である
ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１】
内燃機関の燃焼室の単位期間あたりの燃焼温度を検出または推定する燃焼温度検出手段と、
前記内燃機関の燃焼室の燃焼温度を上げる昇温施策手段と、
前記昇温施策手段を作動させる燃焼制御手段とを備え、
前記燃焼制御手段は、少なくとも燃焼温度が低い低温燃焼領域と燃焼温度が高い高温燃焼領域とを有する複数の領域を備え、前記所定期間内の前記燃焼温度検出手段で検出された複数の燃焼温度の分布状態に基づいて前記昇温施策手段を作動させる
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記燃焼制御手段は、前記昇温施策手段の作動期間内の前記燃焼温度検出手段で検出された複数の燃焼温度の分布状態に基づいて前記昇温施策手段を中止させる
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記燃焼温度検出手段は、単位時間あたりの前記内燃機関のエンジン回転数と負荷の平均値に基づいて検出される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記昇温施策手段は、前記排気ガス還流手段により還流させる排気ガスの量を減少させる手段、点火時期を進角する手段、前記内燃機関の冷却水温度を高くする手段の少なくとも一つの手段である
ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２４８７８５（Ｐ２００８−２４８７８５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９０７０４（Ｐ２００７−９０７０４）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【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２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【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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