内燃機関
【課題】供給される燃料のオクタン価を可変とする燃料供給装置を備えた内燃機関において、熱効率の悪化を抑制しつつノッキングを適切に抑制する。
【解決手段】本発明に係る内燃機関は、ノッキングが検出されたときノッキング抑制用ＥＧＲ制御を実行するＥＧＲ制御手段と、ノッキングが検出されたときノッキング抑制用燃料供給制御を実行する燃料供給制御手段と、ノッキングが検出されたときノッキング抑制用点火時期制御を実行する点火時期制御手段とを備える。そして、ノッキング抑制用点火時期制御は、ノッキング抑制用ＥＧＲ制御およびノッキング抑制用燃料供給制御が実行された後、実行され得る。例えば、ＥＧＲ制御手段は、ノッキングを抑制するように、ＥＧＲガスの温度を低下させ、燃料供給制御手段は、ノッキングを抑制するように、供給される燃料のオクタン価を高める。
【解決手段】本発明に係る内燃機関は、ノッキングが検出されたときノッキング抑制用ＥＧＲ制御を実行するＥＧＲ制御手段と、ノッキングが検出されたときノッキング抑制用燃料供給制御を実行する燃料供給制御手段と、ノッキングが検出されたときノッキング抑制用点火時期制御を実行する点火時期制御手段とを備える。そして、ノッキング抑制用点火時期制御は、ノッキング抑制用ＥＧＲ制御およびノッキング抑制用燃料供給制御が実行された後、実行され得る。例えば、ＥＧＲ制御手段は、ノッキングを抑制するように、ＥＧＲガスの温度を低下させ、燃料供給制御手段は、ノッキングを抑制するように、供給される燃料のオクタン価を高める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給される燃料のオクタン価を可変とする燃料供給装置を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ガソリンタンク内の燃料から高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを生じさせ、負荷に応じて、これら両燃料の混合比を決定する火花点火式内燃機関を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０５００７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
供給される燃料のオクタン価を低くすることで、一般に、熱効率向上、つまり、燃費向上を図ることが可能であることは知られている。
【０００５】
他方、火花点火式内燃機関では、ノッキングを抑制するように、点火時期を遅角させることが、従来、行われている。このような点火時期の遅角は、ノッキング抑制には有効であるが、概して熱効率を悪化させる。そして、点火時期の遅角による熱効率悪化は、オクタン価の低い燃料を用いることによる熱効率向上を上回る場合がある。
【０００６】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、供給される燃料のオクタン価を可変とする燃料供給装置を備えた内燃機関において、熱効率の悪化を抑制しつつノッキングを適切に抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関は、ノッキングを検出するためのノッキング検出手段と、ＥＧＲガスの供給および温度を制御可能なＥＧＲ制御手段であって、ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、ノッキング抑制用ＥＧＲ制御を実行するＥＧＲ制御手段と、燃料のオクタン価を制御可能な燃料供給制御手段であって、ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、ノッキング抑制用燃料供給制御を実行する燃料供給制御手段と、点火時期を制御する点火時期制御手段であって、ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、ノッキング抑制用点火時期制御を実行する点火時期制御手段と、を備え、ノッキング抑制用点火時期制御は、ノッキング抑制用ＥＧＲ制御およびノッキング抑制用燃料供給制御が実行された後、実行されることを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、ＥＧＲ制御手段がノッキング抑制用ＥＧＲ制御としてＥＧＲガスの温度を低下させる制御を行った後、燃料供給制御手段はノッキング抑制用燃料供給制御として供給される燃料のオクタン価を高める制御を行うとよい。
【０００９】
さらに、ノッキング抑制用燃料供給制御が行われた後、ＥＧＲ制御手段は、ノッキング抑制用ＥＧＲ制御としてＥＧＲガスの供給量を減らす制御を行うとよい。
【００１０】
なお、燃料供給制御手段は、第１燃料と該第１燃料よりもオクタン価の低い第２燃料との混合燃料を供給可能な燃料供給装置において、該混合燃料の燃料供給総量に対する第１燃料供給割合と第２燃料供給割合とを制御可能であり、燃料供給制御手段は、ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、燃料供給総量に対する第１燃料供給割合が高くなるようにノッキング抑制用燃料供給制御を実行するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る実施形態が適用された内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】図１の内燃機関の燃料供給制御用のマップ化されたデータである。
【図３】図１の内燃機関のＥＧＲ制御用のマップ化されたデータである。
【図４】図１の内燃機関のノッキング抑制用制御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】
【００１２】
本発明に係る内燃機関は、ノッキングを抑制するように、ノッキング抑制用制御を実行する各種手段（各種装置）を備える。一般的に知られているように、ノッキングを抑制する（回避する）ためには、点火時期を遅角させることが有効である。しかし、点火時期の遅角は、内燃機関の熱効率を悪化させる。それ故、ノッキングを抑制するに際して、内燃機関の熱効率を悪化させないようにすることが望まれている。そこで、本発明では、ノッキングが発生したとき、ノッキングを抑制するべく、ノッキング抑制用点火時期制御を行う前に、まず、ノッキング抑制用ＥＧＲ制御または／およびノッキング抑制用燃料供給制御を行う。
【００１３】
以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る実施形態が適用された内燃機関１０を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１０は、シリンダブロック１２に形成された燃焼室１４の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、気筒１６内でピストン１８を往復移動させることにより動力を発生する。なお、内燃機関１０は、４サイクル機関（４ストローク機関）である。
【００１５】
各燃焼室１４に臨む吸気ポートは、吸気弁Ｖｉにより開閉され、吸気マニホールド２０に接続されている。この吸気マニホールド２０上流側には、順に、サージタンク２２および吸気管２４が接続されている。吸気管２４は、エアクリーナ２６を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、吸気管２４の中途（サージタンク２２とエアクリーナ２６との間）には、（ここではアクチュエータ（不図示）により駆動される電子制御式スロットルバルブである）スロットルバルブ２８が組み込まれている。それら、例えば、吸気ポート、吸気マニホールド２０、サージタンク２２、吸気管２４のそれぞれは、吸気通路３０の一部を区画形成する。
【００１６】
他方、各燃焼室１４に臨む排気ポートは、排気弁Ｖｅにより開閉され、排気マニホールド３２に接続され、この排気マニホールド３２には下流側に排気管３４が接続されている。排気管３４には、三元触媒を含む前段触媒装置３６およびＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置３８が接続されている。なお、触媒装置は、このような構成に限定されず、例えば後段触媒装置３８はＮＯｘ吸蔵還元触媒にかえて、三元触媒を含むことができる。それら、例えば、排気ポート、排気マニホールド３２、排気管３４のそれぞれは、排気通路４０の一部を区画形成する。
【００１７】
内燃機関１０には、排気通路４０を流れる排気ガスの一部を吸気通路３０に導く排気ガス還流（ＥＧＲ）装置（外部ＥＧＲ装置）４２が設けられている。外部ＥＧＲ装置４２は、排気通路４０を流れる排気ガスの一部を吸気通路３０に導くようにＥＧＲ管４４によって区画形成されたＥＧＲ通路４６と、ＥＧＲ通路４６に設けられた２つのＥＧＲバルブつまり第１ＥＧＲバルブ４８および第２ＥＧＲバルブ５０とを備える。なお、還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）冷却用のＥＧＲクーラ５２がＥＧＲ通路４６の第１ＥＧＲ枝通路４６ａに設けられている。第１ＥＧＲバルブ４８および第２ＥＧＲバルブ５０の各々は、ここではアクチュエータ（不図示）によって駆動される電子制御式ＥＧＲバルブとして構成されている。これら両ＥＧＲバルブ４８、５０は、ＥＧＲ通路４６のうちの第１ＥＧＲ枝通路４６ａを介しての外部ＥＧＲガスの供給量と、ＥＧＲ通路４６のうちの第２ＥＧＲ枝通路４６ｂを介してのＥＧＲガスの供給量とを調整するように制御される。なお、上記の如く、第１ＥＧＲ枝通路４６ａにＥＧＲクーラ５２が設けられているので、これら両ＥＧＲ枝通路４６ａ、４６ｂの供給量を制御することで、外部ＥＧＲ装置４２によるＥＧＲガスの温度を制御することができる。なお、第１ＥＧＲバルブ４８と第２ＥＧＲバルブ５０とはそれぞれ三方弁であり得、また、それらのうちの一方が省かれてもよい。
【００１８】
上記吸気弁Ｖｉおよび上記排気弁Ｖｅは、それぞれ、可変バルブタイミングおよび／または可変リフト機能を有する動弁機構によって開閉させられる。上記吸気弁Ｖｉの駆動機構５４および上記排気弁Ｖｅの駆動機構５６を含む動弁機構は、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅを、コンロッドを介してピストン１８が連結されているクランクシャフトの回転に同期して、個別に任意の開度およびタイミングで制御することが可能な機構である。具体的には、吸気弁Ｖｉの駆動機構５４および排気弁Ｖｅの駆動機構５６は、それぞれ個別に設けられたソレノイドを含んでいる。つまり、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅはそれぞれ電磁駆動弁とされている。なお、吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとは、それらが同時に開くバルブオーバーラップやそれらが同時に閉じる負のバルブオーバーラップを実現可能にされている。このような動弁機構５４、５６を備えるので、所望の内部ＥＧＲガスを生じさせる（供給する）ことが可能である。つまり、吸気弁Ｖｉ、排気弁Ｖｅ、および動弁機構５４、５６は、内部ＥＧＲガス供給用の内部ＥＧＲ装置を構成する。この内部ＥＧＲ装置および上記外部ＥＧＲ装置４２を含めて、本明細書では、ＥＧＲ装置と総称し得る。
【００１９】
ただし、このような構成に代えて、吸気弁Ｖｉおよび上記排気弁Ｖｅの動弁機構として、例えば単一の弁に適用される複数種類のカムを油圧によって切り替えることによってバルブタイミングおよびカムプロフィールを任意に変更できる可変バルブタイミング機構（VVT; Variable Valve Timing mechanism）を用いることもできる。なお、このような可変動弁機構は、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅの一方に関してのみ備えられてもよい。
【００２０】
さらに、内燃機関１０の各気筒１６は、点火プラグ５８を有する。点火プラグ５８は、対応する燃焼室１４に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
【００２１】
さらに、内燃機関１０は、図１に示されるように、インジェクタ６０を有する。インジェクタ６０は、ポート噴射用に設けられている。なお、インジェクタ６０は、筒内噴射用のインジェクタであってもよい。
【００２２】
ここで、インジェクタ６０を含む燃料供給装置６２について説明する。燃料供給装置６２は、メイン燃料タンク６４と、分離器６６と、第１サブタンク６８と、第２サブタンク７０と、第１ポンプ７２と、第２ポンプ７４と、制御弁７６と、上記インジェクタ６０とを備える。これらは、各種管によって形成された通路によって連結されているが、直結されてもよい。メイン燃料タンク６４には、ガソリンが充填される。メイン燃料タンク６４内のガソリンから、ここでは２種類の燃料が生み出される。２種類の燃料は、所定オクタン価以上のオクタン価を有する第１燃料と、この第１燃料よりも相対的にオクタン価の低い第２燃料とである。第１燃料のオクタン価は例えば１００であり、第２燃料のオクタン価は例えば８８である。これら２種類の燃料は、分離器６６によって分離生成される。なお、制御弁７６は、ここでは三方弁であるが、種々の弁であり得る。
【００２３】
本実施形態では、分離器６６は、浸透気化膜を備えて構成されている。好ましくは、浸透気化膜は、高分子膜である。メイン燃料タンク６４から供給された燃料は、浸透気化膜によって、高オクタン価燃料である第１燃料と低オクタン価燃料である第２燃料とに分離させられる。そして、生成した第１燃料は第１サブタンク６８へ送られ、生成した第２燃料は第２サブタンク７０へと送られる。なお、メイン燃料タンク６４内の燃料の分離器６６への供給、分離器６６で生成した第１燃料の第１サブタンク６８への供給、分離器６６で生成した第２燃料の第２サブタンク７０への供給のそれぞれのために、種々の供給手段、具体的にはポンプ（不図示）が備えられている。また、分離器６６は、浸透気化膜に向けて供給される燃料の量および温度等を制御するための１つまたは複数の手段または部材を備えることができる。
【００２４】
そして、第１サブタンク６８内の第１燃料の供給量および第２サブタンク７０内の第２燃料の供給量がポンプ７２、７４、制御弁７６の作動により制御される。これにより、インジェクタ６０から噴射供給される燃料（第１燃料と第２燃料との混合燃料）における、燃料供給総量に対する第１燃料の供給割合（第１燃料供給割合）と第２燃料の供給割合（第２燃料供給割合）とが調整可能にされる。このように、本実施形態の燃料供給装置６２では供給される燃料のオクタン価を可変とすることができる。
【００２５】
なお、燃料供給装置の構成は、このような構成に限定されず、他の種々の構成とされることができる。例えば、燃料供給装置におけるポンプの数、設置位置、構成および種類、弁の数、設置位置、構成および種類は、種々変更されることができる。また、例えば、分離器６６は、ガソリンを燃料成分の沸点の違いにより高沸点かつ高オクタン価を有する高オクタン価燃料つまり第１燃料と、低沸点かつ低オクタン価を有する低オクタン価燃料つまり第２燃料とに分離する分留器とされてもよい。また、ガソリンから第１燃料と第２燃料とを生み出すような構成を備えることにかえて、当初から外部より第１燃料と第２燃料とが別々に補充可能に供給されるように燃料供給装置は構成されてもよい。また、第１燃料と第２燃料とを生み出してそれらの混合割合をかえることで供給される混合燃料のオクタン価を可変とする上記の如き燃料供給装置に限定されず、１種類の燃料から種々のオクタン価の燃料を直接的に得る他の燃料供給装置も採用され得る。
【００２６】
上述のスロットルバルブ２８、ＥＧＲバルブ４８、５０、動弁機構に含まれる各駆動機構５４、５６、各点火プラグ５８、各インジェクタ６０、分離器６６、ポンプ７２、７４、制御弁７６等は、内燃機関１０の制御装置として実質的に機能するＥＣＵ８０に電気的に接続されている。ＥＣＵ８０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を含むものである。ＥＣＵ８０には、各種センサ類がＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されていて、例えば吸入空気量を検出するためのエアフローメータ８２が接続されている。ＥＣＵ８０は、ＲＯＭ等の記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサ類を用いて得られる検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、スロットルバルブ２８、ＥＧＲバルブ４８、５０、各駆動機構５４、５６、各点火プラグ５８、各インジェクタ６０等を制御する。
【００２７】
図１に示されるように、ＥＣＵ８０に接続されるセンサ類には、クランクポジションセンサ８４が含まれる。クランクポジションセンサ８４は、クランクシャフトに固定されるロータプレート（シグナルプレート）等を含む磁気センサまたは光電式センサ等であり、クランクシャフトの回転角度を示すパルス信号を微小時間ごとにＥＣＵ８０に与える。本実施形態では、クランクポジションセンサ８４は、内燃機関１０の回転速度を検出するための回転速度センサとしても用いられる。また、スロットルバルブ２８の開度（スロットル開度）を検出するためのスロットル開度センサ８６が設けられている。さらに、吸気通路３０の圧力すなわち吸気圧を検出するために吸気圧センサ８８が設けられている。さらに、内燃機関１０でのノッキング発生を検出するためのノックセンサ９０や、ＥＧＲクーラ５２での冷却水の温度を検出するためのＥＧＲクーラ水温センサ９２や、内燃機関１０の冷却水の温度を検出するための水温センサ（不図示）や、アクセルペダルの開度を検出するためのアクセル開度センサ９４が設けられている。また、内燃機関１０が搭載された車両の速度（車速）を検出するための車速センサ（不図示）も設けられている。さらに、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）９６が排気通路４０に設けられている。Ａ／Ｆセンサ９６は、排気通路の排気ガス中の空燃比に応じた電気信号をＥＣＵ８０に出力する。なお、Ａ／Ｆセンサ９６はＯ2センサであってもよい。また、排気通路４０に、Ｏ2センサ９８が設けられている。Ｏ2センサ９８は、排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号をＥＣＵ８０に出力する。
【００２８】
ＥＣＵ８０のＲＯＭは、燃料供給制御用のルーチン、点火時期制御用のルーチン、吸気弁Ｖｉや排気弁Ｖｅの開閉タイミングを決定してそれらを制御するためのルーチン、ＥＧＲガス供給用のルーチン、スロットルバルブ制御用のルーチン、ノッキング抑制用のルーチン等やそれらに用いられるマップ等のデータを記憶している。そして、ＥＣＵ８０は、ＲＯＭ等に記憶されたこれら種々のルーチン等のアプリケーションプログラムにしたがって、燃料供給制御、点火時期制御、ＥＧＲ制御等を実行する。
【００２９】
つまり、ここでは、ＥＧＲ制御手段は、ＥＣＵ８０の一部を含んで構成される。燃料供給制御手段は、ＥＣＵ８０の一部を含んで構成される。点火時期制御手段は、ＥＣＵ８０の一部を含んで構成される。なお、ノッキング検出手段は、ＥＣＵ８０の一部およびノックセンサ９０を含んで構成される。
【００３０】
ここで、内燃機関１０での燃料供給制御を説明する。ＥＣＵ８０は、図２のマップ化されたデータに基づいて、インジェクタ６０からの燃料の噴射供給を制御する。図２は、横軸に回転速度をとり、縦軸に負荷をとり、インジェクタ６０から供給される燃料の目標オクタン価を表している。図２のＡ１領域は低オクタン価燃料である第２燃料のみを噴射供給する領域であり、図２のＡ２領域は高オクタン価燃料である第１燃料を含む燃料（第１燃料のみからなる燃料を含む）を噴射供給する領域である。要するに、運転状態が高負荷の運転領域に属するように変化するにしたがって、インジェクタ６０から噴射供給される燃料のオクタン価がより高くなるように、燃料供給制御が実行される。なお、図２中の点線は全負荷を表している。
【００３１】
内燃機関１０でのＥＧＲ制御を説明する。ＥＣＵ８０は、図３のマップ化されたデータに基づいて、ＥＧＲガスの供給を制御する。図３は、横軸に回転速度をとり、縦軸に負荷をとり、そのときの運転状態に応じて選択されるＥＧＲガスの供給方法を表している。図３のＢ１領域は内部ＥＧＲガスの供給領域であり、Ｂ２領域は第２ＥＧＲ枝通路４６ｂを介して供給される外部ＥＧＲガスの供給領域であり、Ｂ３領域は第１ＥＧＲ枝通路４６ａを介して供給される外部ＥＧＲガスの供給領域であり、Ｂ４領域はＥＧＲガスを供給しない領域である。要するに、運転状態が概ね図３中右上側（高負荷高回転側）の運転領域に属するように変化するにしたがって、燃焼室１４における混合気に対するＥＧＲ制御による冷却効果が高まるように、ＥＧＲ制御が実行される。なお、図３中の点線は全負荷を表している。
【００３２】
このような内燃機関１０で、ノッキングか検出されたとき、ノッキング抑制用制御が実行される。このノッキング抑制用制御では、ノッキングが生じたときの内燃機関に対して、まず所望のＥＧＲガスの供給が図られ、次に噴射供給される燃料のオクタン価を高めることが図られ、次にＥＧＲガスの供給量を減らすことが図られ、最後に点火時期の遅角が図られる。なお、このような一連のノッキング抑制用制御において、ノッキングが回避された時点で、ノッキング抑制用制御が終了され、内燃機関１０が円滑に運転されるのに適した方法で通常の運転状態に復帰される。ただし、ノッキング抑制用制御が実行されることでノッキングが抑制されたとき、実行データに基づいて内燃機関１０の制御用データ等（例えば図２、３のデータ）が補正される（学習される）。この補正後のデータ等は、内燃機関１０が起動された後、停止されるまで、継続して維持されて使用される。そして、新たに内燃機関１０が始動されたときには、補正無しの元のデータ等を用いて内燃機関制御が実行される。なお、本発明は、補正により更新されたデータ等が、次回の内燃機関１０の起動後も用いられることを排除しない。
【００３３】
以下、本実施形態の内燃機関１０のノッキング抑制用制御を図４のフローチャートに基づいて説明する。図４のフローチャートでは、ノッキングが発生し始めたときからノッキングが抑制（回避）されるまでの流れが概略的に表されている。
【００３４】
内燃機関１０が運転状態にあるとき、ノッキングが検出されると（ステップＳ４０１で肯定判定）、ノッキングが抑制されるように、ノッキング抑制用制御が開始される。なお、ノッキングの発生の有無は、ノックセンサ９０からの出力信号に基づいて判定される。
【００３５】
ノッキングが検出されると、まず、外部ＥＧＲの供給が行われているか否かの判定が行われる（ステップＳ４０３）。そして、外部ＥＧＲ装置４２を介して外部ＥＧＲガスが供給されていないとき（ステップ４０３において否定判定）、ＥＧＲガスの供給が実行される（開始される）（ステップＳ４０５）。なお、外部ＥＧＲガスの供給の有無の判定は、内燃機関１０の回転速度と内燃機関１０の負荷（例えばアクセル開度）とに基づいて定められる現在の運転状態が図３のマップのいずれの領域に属するかを調べることに基づいて、実行され得る。
【００３６】
ＥＧＲガスの供給は、まず、所定第１時間の間は内部ＥＧＲガスの供給により行われ、その後所定第１時間経過後、外部ＥＧＲガスの供給により行われる。外部ＥＧＲガスの供給が実行されるとき、ここでは内部ＥＧＲガスの供給は停止されるが、内部ＥＧＲガスの供給が継続されてもよい。また、ここでのＥＧＲガスの供給の際には、つまり、外部ＥＧＲの供給が行われていないと判断されてＥＧＲガスの供給を行うとき（開始するとき）、内部ＥＧＲガスの供給は一切行われなくてもよい。なお、内部ＥＧＲガスの供給から外部ＥＧＲガスの供給へと変化させるようにＥＧＲガスの供給を制御することは、供給するＥＧＲガスの温度を低くすることに対応する。
【００３７】
ＥＧＲガスの供給が開始された後、所定第２時間（上記所定第１時間よりも長い時間）が経過しても、未だノッキングが検出されるとき（ステップＳ４０７において肯定判定）、さらなるノッキング抑制用制御が実行される。なお、外部ＥＧＲガスが既に供給されていたときも（ステップＳ４０３において肯定判定）、ここでのさらなるノッキング抑制用制御が行われる。
【００３８】
さらなるノッキング抑制用制御を行うべく、ＥＧＲクーラ５２を経た外部ＥＧＲガス（冷却ＥＧＲガス）が供給されているか否かの判定が実行される（ステップＳ４０９）。この判定は、現在の運転状態が図３のマップのいずれの領域に属するかを調べることに基づいて実行されたり、またはＥＧＲバルブ４８、５０への制御データ等に基づいて実行されたりし得る。
【００３９】
ＥＧＲクーラ５２を経たＥＧＲガスが供給されていないとき（ステップＳ４０９において否定判定）、第１ＥＧＲ枝通路４６ａを通ったＥＧＲガスの供給が行われるように、ＥＧＲバルブ４８、５０が制御される（ステップＳ４１１）。ＥＧＲクーラ５２を経たＥＧＲガスの供給が開始された後、所定第３時間が経過しても、未だノッキングが検出されるとき（ステップＳ４１３において肯定判定）、さらなるノッキング抑制用制御が実行される。なお、ＥＧＲクーラ５２を得た外部ＥＧＲガスが既に供給されていたとき（ステップＳ４０９において肯定判定）、ここでのさらなるノッキング抑制用制御が行われる。
【００４０】
さらなるノッキング抑制用制御を行うべく、供給されている燃料のオクタン価が最大高オクタン価であるか否かの判定が実行される（ステップＳ４１５）。この判定は、現在の運転状態が図２のマップのいずれの領域に属するかを調べることに基づいて実行されたり、または制御弁７６への制御データ等に基づいて実行されたりし得る。なお、最大高オクタン価とは、燃料供給装置６２によって供給可能な種々の燃料のうちで最もオクタン価の高い燃料である第１燃料のオクタン価である。ここでは、このように最大高オクタン価は、燃料供給装置６２の性能によって定められ得る。しかし、最大高オクタン価は、そのような値に限定されず、種々の値に定められ得る。
【００４１】
供給されている燃料のオクタン価が最大高オクタン価でないとき（ステップＳ４１５において否定判定）、供給する燃料のオクタン価を高めるように、具体的には第１燃料と第２燃料との混合燃料の燃料供給総量に対する第１燃料供給割合を高めるように、制御弁７６等が制御される（ステップＳ４１７）。このような燃料のオクタン価を高める制御は連続的にまたは段階的に所定時間おきに実行される。そして、このような燃料のオクタン価を高める制御は、ノッキングが検出される限り（ステップＳ４１９において肯定判定）、続けて行われる。
【００４２】
未だノッキングが検出されていて（ステップＳ４１９において肯定判定）かつ供給されている燃料のオクタン価が最大高オクタン価に達したとき（ステップＳ４１５において肯定判定）、さらなるノッキング抑制用制御が実行される。なお、当初より供給されている燃料のオクタン価が最大高オクタン価に達していたときも（ステップＳ４１５において肯定判定）、ここでのさらなるノッキング抑制用制御が行われる。
【００４３】
ここでのさらなるノッキング抑制用制御は、簡単に述べると、ＥＧＲガスの供給量を減じてさらに燃焼室１４内の温度を下げる制御である。そこで、ＥＧＲガスの供給がないか否かの判定が実行される（ステップＳ４２１）。
【００４４】
ＥＧＲガスの供給があるとき（ステップＳ４２１において否定判定）、ＥＧＲガスの供給量を減らすように、ＥＧＲバルブ４８、５０が制御される（ステップＳ４２３）。このようなＥＧＲガス低減用制御は連続的にまたは段階的に所定時間おきに実行される。そして、このようなＥＧＲガス低減用制御は、ノッキングが検出される限り（ステップＳ４２５において肯定判定）、続けて行われる。
【００４５】
未だノッキングが検出されていて（ステップＳ４２５において肯定判定）かつＥＧＲガスの供給がなされなくなった（ＥＧＲガスの供給量が零になった）とき（ステップＳ４２１において肯定判定）、さらなるノッキング抑制用制御が実行される。
【００４６】
さらなるノッキング抑制用制御として、点火時期を遅角させる制御が実行される（ステップＳ４２７）。点火時期の遅角制御は、一般的に知られているように実行され得る。そして、この点火時期の遅角制御は、ノッキングが検出される間（ステップＳ４２９で肯定判定）、徐々に実行される（繰り返し実行される）。
【００４７】
なお、ノッキングが検出されないときまたは検出されなくなったとき（ステップＳ４０１、Ｓ４０７、Ｓ４１３、Ｓ４１９、Ｓ４２５またはＳ４２９において否定判定）、上記ノッキング抑制用制御はその時点で終了する。
【００４８】
以上説明したように、上記ノッキング抑制用制御では、ノッキング発生時、まず、ノッキングを抑制するべく、（ＥＧＲガスが供給されていなければＥＧＲガスの供給を開始しつつ）ＥＧＲガスの温度を低下させるようにＥＧＲガス供給が制御される（ノッキング抑制用ＥＧＲ制御）。そして、未だノッキングが発生するとき、ノッキングを抑制するべく、燃料のオクタン価を高くするように燃料供給が制御される（ノッキング抑制用燃料供給制御）。さらに、それでも未だノッキングが発生するとき、ノッキングを抑制するべく、ＥＧＲガスの供給を減じてさらに温度を下げるようにＥＧＲガスの供給が制御される（ノッキング抑制用ＥＧＲ制御）。そして、それらによっても未だノッキングが発生するとき、点火時期を遅角させるように点火時期遅角制御が行われる（ノッキング抑制用点火時期制御）。
【００４９】
このように、上記ノッキング抑制用制御では、点火時期の遅角制御が行われることを極力避けることができる。したがって、熱効率の悪化を抑制しつつ、ノッキングを適切に回避することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態のノッキング抑制用ＥＧＲ制御では、内部ＥＧＲガスの供給、ＥＧＲクーラ５２を経ない外部ＥＧＲガスの供給、ＥＧＲクーラ５２を経た外部ＥＧＲガスの供給の順に供給するＥＧＲガスを変えることで、ＥＧＲガスの温度を下げた。しかし、これら３種類のＥＧＲガスを採用するのではなく、これらのうちの任意の２種類のＥＧＲガスのみを採用してもよい。また、それら３種類のＥＧＲガスの混合比またはそれら３種類のＥＧＲガスのうちの任意の２種類のＥＧＲガスの混合比を変えることでＥＧＲガスの温度が下げられてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、ノッキングを抑制するために、ＥＧＲガスの温度を下げた後、燃料のオクタン価を高める制御を行った。この順序が好ましいが、これらの順番が逆にされることを本発明は排除しない。つまり、ノッキングを抑制するために、燃料のオクタン価を高めた後、ＥＧＲガスの温度を下げる制御を行うことも可能である。
【００５２】
なお、上記実施形態およびその変形例等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明はこれらに限定されず、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 内燃機関
１４ 燃焼室
２８ スロットルバルブ
４２ 外部ＥＧＲ装置
４８ 第１ＥＧＲバルブ
５０ 第２ＥＧＲバルブ
５２ ＥＧＲクーラ
６０ インジェクタ
６２ 燃料供給装置
５４、５６ 駆動機構
９０ ノックセンサ
Ｖｉ 吸気弁
Ｖｅ 排気弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給される燃料のオクタン価を可変とする燃料供給装置を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ガソリンタンク内の燃料から高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを生じさせ、負荷に応じて、これら両燃料の混合比を決定する火花点火式内燃機関を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０５００７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
供給される燃料のオクタン価を低くすることで、一般に、熱効率向上、つまり、燃費向上を図ることが可能であることは知られている。
【０００５】
他方、火花点火式内燃機関では、ノッキングを抑制するように、点火時期を遅角させることが、従来、行われている。このような点火時期の遅角は、ノッキング抑制には有効であるが、概して熱効率を悪化させる。そして、点火時期の遅角による熱効率悪化は、オクタン価の低い燃料を用いることによる熱効率向上を上回る場合がある。
【０００６】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、供給される燃料のオクタン価を可変とする燃料供給装置を備えた内燃機関において、熱効率の悪化を抑制しつつノッキングを適切に抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関は、ノッキングを検出するためのノッキング検出手段と、ＥＧＲガスの供給および温度を制御可能なＥＧＲ制御手段であって、ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、ノッキング抑制用ＥＧＲ制御を実行するＥＧＲ制御手段と、燃料のオクタン価を制御可能な燃料供給制御手段であって、ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、ノッキング抑制用燃料供給制御を実行する燃料供給制御手段と、点火時期を制御する点火時期制御手段であって、ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、ノッキング抑制用点火時期制御を実行する点火時期制御手段と、を備え、ノッキング抑制用点火時期制御は、ノッキング抑制用ＥＧＲ制御およびノッキング抑制用燃料供給制御が実行された後、実行されることを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、ＥＧＲ制御手段がノッキング抑制用ＥＧＲ制御としてＥＧＲガスの温度を低下させる制御を行った後、燃料供給制御手段はノッキング抑制用燃料供給制御として供給される燃料のオクタン価を高める制御を行うとよい。
【０００９】
さらに、ノッキング抑制用燃料供給制御が行われた後、ＥＧＲ制御手段は、ノッキング抑制用ＥＧＲ制御としてＥＧＲガスの供給量を減らす制御を行うとよい。
【００１０】
なお、燃料供給制御手段は、第１燃料と該第１燃料よりもオクタン価の低い第２燃料との混合燃料を供給可能な燃料供給装置において、該混合燃料の燃料供給総量に対する第１燃料供給割合と第２燃料供給割合とを制御可能であり、燃料供給制御手段は、ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、燃料供給総量に対する第１燃料供給割合が高くなるようにノッキング抑制用燃料供給制御を実行するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る実施形態が適用された内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】図１の内燃機関の燃料供給制御用のマップ化されたデータである。
【図３】図１の内燃機関のＥＧＲ制御用のマップ化されたデータである。
【図４】図１の内燃機関のノッキング抑制用制御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】
【００１２】
本発明に係る内燃機関は、ノッキングを抑制するように、ノッキング抑制用制御を実行する各種手段（各種装置）を備える。一般的に知られているように、ノッキングを抑制する（回避する）ためには、点火時期を遅角させることが有効である。しかし、点火時期の遅角は、内燃機関の熱効率を悪化させる。それ故、ノッキングを抑制するに際して、内燃機関の熱効率を悪化させないようにすることが望まれている。そこで、本発明では、ノッキングが発生したとき、ノッキングを抑制するべく、ノッキング抑制用点火時期制御を行う前に、まず、ノッキング抑制用ＥＧＲ制御または／およびノッキング抑制用燃料供給制御を行う。
【００１３】
以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る実施形態が適用された内燃機関１０を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１０は、シリンダブロック１２に形成された燃焼室１４の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、気筒１６内でピストン１８を往復移動させることにより動力を発生する。なお、内燃機関１０は、４サイクル機関（４ストローク機関）である。
【００１５】
各燃焼室１４に臨む吸気ポートは、吸気弁Ｖｉにより開閉され、吸気マニホールド２０に接続されている。この吸気マニホールド２０上流側には、順に、サージタンク２２および吸気管２４が接続されている。吸気管２４は、エアクリーナ２６を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、吸気管２４の中途（サージタンク２２とエアクリーナ２６との間）には、（ここではアクチュエータ（不図示）により駆動される電子制御式スロットルバルブである）スロットルバルブ２８が組み込まれている。それら、例えば、吸気ポート、吸気マニホールド２０、サージタンク２２、吸気管２４のそれぞれは、吸気通路３０の一部を区画形成する。
【００１６】
他方、各燃焼室１４に臨む排気ポートは、排気弁Ｖｅにより開閉され、排気マニホールド３２に接続され、この排気マニホールド３２には下流側に排気管３４が接続されている。排気管３４には、三元触媒を含む前段触媒装置３６およびＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置３８が接続されている。なお、触媒装置は、このような構成に限定されず、例えば後段触媒装置３８はＮＯｘ吸蔵還元触媒にかえて、三元触媒を含むことができる。それら、例えば、排気ポート、排気マニホールド３２、排気管３４のそれぞれは、排気通路４０の一部を区画形成する。
【００１７】
内燃機関１０には、排気通路４０を流れる排気ガスの一部を吸気通路３０に導く排気ガス還流（ＥＧＲ）装置（外部ＥＧＲ装置）４２が設けられている。外部ＥＧＲ装置４２は、排気通路４０を流れる排気ガスの一部を吸気通路３０に導くようにＥＧＲ管４４によって区画形成されたＥＧＲ通路４６と、ＥＧＲ通路４６に設けられた２つのＥＧＲバルブつまり第１ＥＧＲバルブ４８および第２ＥＧＲバルブ５０とを備える。なお、還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）冷却用のＥＧＲクーラ５２がＥＧＲ通路４６の第１ＥＧＲ枝通路４６ａに設けられている。第１ＥＧＲバルブ４８および第２ＥＧＲバルブ５０の各々は、ここではアクチュエータ（不図示）によって駆動される電子制御式ＥＧＲバルブとして構成されている。これら両ＥＧＲバルブ４８、５０は、ＥＧＲ通路４６のうちの第１ＥＧＲ枝通路４６ａを介しての外部ＥＧＲガスの供給量と、ＥＧＲ通路４６のうちの第２ＥＧＲ枝通路４６ｂを介してのＥＧＲガスの供給量とを調整するように制御される。なお、上記の如く、第１ＥＧＲ枝通路４６ａにＥＧＲクーラ５２が設けられているので、これら両ＥＧＲ枝通路４６ａ、４６ｂの供給量を制御することで、外部ＥＧＲ装置４２によるＥＧＲガスの温度を制御することができる。なお、第１ＥＧＲバルブ４８と第２ＥＧＲバルブ５０とはそれぞれ三方弁であり得、また、それらのうちの一方が省かれてもよい。
【００１８】
上記吸気弁Ｖｉおよび上記排気弁Ｖｅは、それぞれ、可変バルブタイミングおよび／または可変リフト機能を有する動弁機構によって開閉させられる。上記吸気弁Ｖｉの駆動機構５４および上記排気弁Ｖｅの駆動機構５６を含む動弁機構は、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅを、コンロッドを介してピストン１８が連結されているクランクシャフトの回転に同期して、個別に任意の開度およびタイミングで制御することが可能な機構である。具体的には、吸気弁Ｖｉの駆動機構５４および排気弁Ｖｅの駆動機構５６は、それぞれ個別に設けられたソレノイドを含んでいる。つまり、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅはそれぞれ電磁駆動弁とされている。なお、吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとは、それらが同時に開くバルブオーバーラップやそれらが同時に閉じる負のバルブオーバーラップを実現可能にされている。このような動弁機構５４、５６を備えるので、所望の内部ＥＧＲガスを生じさせる（供給する）ことが可能である。つまり、吸気弁Ｖｉ、排気弁Ｖｅ、および動弁機構５４、５６は、内部ＥＧＲガス供給用の内部ＥＧＲ装置を構成する。この内部ＥＧＲ装置および上記外部ＥＧＲ装置４２を含めて、本明細書では、ＥＧＲ装置と総称し得る。
【００１９】
ただし、このような構成に代えて、吸気弁Ｖｉおよび上記排気弁Ｖｅの動弁機構として、例えば単一の弁に適用される複数種類のカムを油圧によって切り替えることによってバルブタイミングおよびカムプロフィールを任意に変更できる可変バルブタイミング機構（VVT; Variable Valve Timing mechanism）を用いることもできる。なお、このような可変動弁機構は、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅの一方に関してのみ備えられてもよい。
【００２０】
さらに、内燃機関１０の各気筒１６は、点火プラグ５８を有する。点火プラグ５８は、対応する燃焼室１４に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
【００２１】
さらに、内燃機関１０は、図１に示されるように、インジェクタ６０を有する。インジェクタ６０は、ポート噴射用に設けられている。なお、インジェクタ６０は、筒内噴射用のインジェクタであってもよい。
【００２２】
ここで、インジェクタ６０を含む燃料供給装置６２について説明する。燃料供給装置６２は、メイン燃料タンク６４と、分離器６６と、第１サブタンク６８と、第２サブタンク７０と、第１ポンプ７２と、第２ポンプ７４と、制御弁７６と、上記インジェクタ６０とを備える。これらは、各種管によって形成された通路によって連結されているが、直結されてもよい。メイン燃料タンク６４には、ガソリンが充填される。メイン燃料タンク６４内のガソリンから、ここでは２種類の燃料が生み出される。２種類の燃料は、所定オクタン価以上のオクタン価を有する第１燃料と、この第１燃料よりも相対的にオクタン価の低い第２燃料とである。第１燃料のオクタン価は例えば１００であり、第２燃料のオクタン価は例えば８８である。これら２種類の燃料は、分離器６６によって分離生成される。なお、制御弁７６は、ここでは三方弁であるが、種々の弁であり得る。
【００２３】
本実施形態では、分離器６６は、浸透気化膜を備えて構成されている。好ましくは、浸透気化膜は、高分子膜である。メイン燃料タンク６４から供給された燃料は、浸透気化膜によって、高オクタン価燃料である第１燃料と低オクタン価燃料である第２燃料とに分離させられる。そして、生成した第１燃料は第１サブタンク６８へ送られ、生成した第２燃料は第２サブタンク７０へと送られる。なお、メイン燃料タンク６４内の燃料の分離器６６への供給、分離器６６で生成した第１燃料の第１サブタンク６８への供給、分離器６６で生成した第２燃料の第２サブタンク７０への供給のそれぞれのために、種々の供給手段、具体的にはポンプ（不図示）が備えられている。また、分離器６６は、浸透気化膜に向けて供給される燃料の量および温度等を制御するための１つまたは複数の手段または部材を備えることができる。
【００２４】
そして、第１サブタンク６８内の第１燃料の供給量および第２サブタンク７０内の第２燃料の供給量がポンプ７２、７４、制御弁７６の作動により制御される。これにより、インジェクタ６０から噴射供給される燃料（第１燃料と第２燃料との混合燃料）における、燃料供給総量に対する第１燃料の供給割合（第１燃料供給割合）と第２燃料の供給割合（第２燃料供給割合）とが調整可能にされる。このように、本実施形態の燃料供給装置６２では供給される燃料のオクタン価を可変とすることができる。
【００２５】
なお、燃料供給装置の構成は、このような構成に限定されず、他の種々の構成とされることができる。例えば、燃料供給装置におけるポンプの数、設置位置、構成および種類、弁の数、設置位置、構成および種類は、種々変更されることができる。また、例えば、分離器６６は、ガソリンを燃料成分の沸点の違いにより高沸点かつ高オクタン価を有する高オクタン価燃料つまり第１燃料と、低沸点かつ低オクタン価を有する低オクタン価燃料つまり第２燃料とに分離する分留器とされてもよい。また、ガソリンから第１燃料と第２燃料とを生み出すような構成を備えることにかえて、当初から外部より第１燃料と第２燃料とが別々に補充可能に供給されるように燃料供給装置は構成されてもよい。また、第１燃料と第２燃料とを生み出してそれらの混合割合をかえることで供給される混合燃料のオクタン価を可変とする上記の如き燃料供給装置に限定されず、１種類の燃料から種々のオクタン価の燃料を直接的に得る他の燃料供給装置も採用され得る。
【００２６】
上述のスロットルバルブ２８、ＥＧＲバルブ４８、５０、動弁機構に含まれる各駆動機構５４、５６、各点火プラグ５８、各インジェクタ６０、分離器６６、ポンプ７２、７４、制御弁７６等は、内燃機関１０の制御装置として実質的に機能するＥＣＵ８０に電気的に接続されている。ＥＣＵ８０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を含むものである。ＥＣＵ８０には、各種センサ類がＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されていて、例えば吸入空気量を検出するためのエアフローメータ８２が接続されている。ＥＣＵ８０は、ＲＯＭ等の記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサ類を用いて得られる検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、スロットルバルブ２８、ＥＧＲバルブ４８、５０、各駆動機構５４、５６、各点火プラグ５８、各インジェクタ６０等を制御する。
【００２７】
図１に示されるように、ＥＣＵ８０に接続されるセンサ類には、クランクポジションセンサ８４が含まれる。クランクポジションセンサ８４は、クランクシャフトに固定されるロータプレート（シグナルプレート）等を含む磁気センサまたは光電式センサ等であり、クランクシャフトの回転角度を示すパルス信号を微小時間ごとにＥＣＵ８０に与える。本実施形態では、クランクポジションセンサ８４は、内燃機関１０の回転速度を検出するための回転速度センサとしても用いられる。また、スロットルバルブ２８の開度（スロットル開度）を検出するためのスロットル開度センサ８６が設けられている。さらに、吸気通路３０の圧力すなわち吸気圧を検出するために吸気圧センサ８８が設けられている。さらに、内燃機関１０でのノッキング発生を検出するためのノックセンサ９０や、ＥＧＲクーラ５２での冷却水の温度を検出するためのＥＧＲクーラ水温センサ９２や、内燃機関１０の冷却水の温度を検出するための水温センサ（不図示）や、アクセルペダルの開度を検出するためのアクセル開度センサ９４が設けられている。また、内燃機関１０が搭載された車両の速度（車速）を検出するための車速センサ（不図示）も設けられている。さらに、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）９６が排気通路４０に設けられている。Ａ／Ｆセンサ９６は、排気通路の排気ガス中の空燃比に応じた電気信号をＥＣＵ８０に出力する。なお、Ａ／Ｆセンサ９６はＯ2センサであってもよい。また、排気通路４０に、Ｏ2センサ９８が設けられている。Ｏ2センサ９８は、排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号をＥＣＵ８０に出力する。
【００２８】
ＥＣＵ８０のＲＯＭは、燃料供給制御用のルーチン、点火時期制御用のルーチン、吸気弁Ｖｉや排気弁Ｖｅの開閉タイミングを決定してそれらを制御するためのルーチン、ＥＧＲガス供給用のルーチン、スロットルバルブ制御用のルーチン、ノッキング抑制用のルーチン等やそれらに用いられるマップ等のデータを記憶している。そして、ＥＣＵ８０は、ＲＯＭ等に記憶されたこれら種々のルーチン等のアプリケーションプログラムにしたがって、燃料供給制御、点火時期制御、ＥＧＲ制御等を実行する。
【００２９】
つまり、ここでは、ＥＧＲ制御手段は、ＥＣＵ８０の一部を含んで構成される。燃料供給制御手段は、ＥＣＵ８０の一部を含んで構成される。点火時期制御手段は、ＥＣＵ８０の一部を含んで構成される。なお、ノッキング検出手段は、ＥＣＵ８０の一部およびノックセンサ９０を含んで構成される。
【００３０】
ここで、内燃機関１０での燃料供給制御を説明する。ＥＣＵ８０は、図２のマップ化されたデータに基づいて、インジェクタ６０からの燃料の噴射供給を制御する。図２は、横軸に回転速度をとり、縦軸に負荷をとり、インジェクタ６０から供給される燃料の目標オクタン価を表している。図２のＡ１領域は低オクタン価燃料である第２燃料のみを噴射供給する領域であり、図２のＡ２領域は高オクタン価燃料である第１燃料を含む燃料（第１燃料のみからなる燃料を含む）を噴射供給する領域である。要するに、運転状態が高負荷の運転領域に属するように変化するにしたがって、インジェクタ６０から噴射供給される燃料のオクタン価がより高くなるように、燃料供給制御が実行される。なお、図２中の点線は全負荷を表している。
【００３１】
内燃機関１０でのＥＧＲ制御を説明する。ＥＣＵ８０は、図３のマップ化されたデータに基づいて、ＥＧＲガスの供給を制御する。図３は、横軸に回転速度をとり、縦軸に負荷をとり、そのときの運転状態に応じて選択されるＥＧＲガスの供給方法を表している。図３のＢ１領域は内部ＥＧＲガスの供給領域であり、Ｂ２領域は第２ＥＧＲ枝通路４６ｂを介して供給される外部ＥＧＲガスの供給領域であり、Ｂ３領域は第１ＥＧＲ枝通路４６ａを介して供給される外部ＥＧＲガスの供給領域であり、Ｂ４領域はＥＧＲガスを供給しない領域である。要するに、運転状態が概ね図３中右上側（高負荷高回転側）の運転領域に属するように変化するにしたがって、燃焼室１４における混合気に対するＥＧＲ制御による冷却効果が高まるように、ＥＧＲ制御が実行される。なお、図３中の点線は全負荷を表している。
【００３２】
このような内燃機関１０で、ノッキングか検出されたとき、ノッキング抑制用制御が実行される。このノッキング抑制用制御では、ノッキングが生じたときの内燃機関に対して、まず所望のＥＧＲガスの供給が図られ、次に噴射供給される燃料のオクタン価を高めることが図られ、次にＥＧＲガスの供給量を減らすことが図られ、最後に点火時期の遅角が図られる。なお、このような一連のノッキング抑制用制御において、ノッキングが回避された時点で、ノッキング抑制用制御が終了され、内燃機関１０が円滑に運転されるのに適した方法で通常の運転状態に復帰される。ただし、ノッキング抑制用制御が実行されることでノッキングが抑制されたとき、実行データに基づいて内燃機関１０の制御用データ等（例えば図２、３のデータ）が補正される（学習される）。この補正後のデータ等は、内燃機関１０が起動された後、停止されるまで、継続して維持されて使用される。そして、新たに内燃機関１０が始動されたときには、補正無しの元のデータ等を用いて内燃機関制御が実行される。なお、本発明は、補正により更新されたデータ等が、次回の内燃機関１０の起動後も用いられることを排除しない。
【００３３】
以下、本実施形態の内燃機関１０のノッキング抑制用制御を図４のフローチャートに基づいて説明する。図４のフローチャートでは、ノッキングが発生し始めたときからノッキングが抑制（回避）されるまでの流れが概略的に表されている。
【００３４】
内燃機関１０が運転状態にあるとき、ノッキングが検出されると（ステップＳ４０１で肯定判定）、ノッキングが抑制されるように、ノッキング抑制用制御が開始される。なお、ノッキングの発生の有無は、ノックセンサ９０からの出力信号に基づいて判定される。
【００３５】
ノッキングが検出されると、まず、外部ＥＧＲの供給が行われているか否かの判定が行われる（ステップＳ４０３）。そして、外部ＥＧＲ装置４２を介して外部ＥＧＲガスが供給されていないとき（ステップ４０３において否定判定）、ＥＧＲガスの供給が実行される（開始される）（ステップＳ４０５）。なお、外部ＥＧＲガスの供給の有無の判定は、内燃機関１０の回転速度と内燃機関１０の負荷（例えばアクセル開度）とに基づいて定められる現在の運転状態が図３のマップのいずれの領域に属するかを調べることに基づいて、実行され得る。
【００３６】
ＥＧＲガスの供給は、まず、所定第１時間の間は内部ＥＧＲガスの供給により行われ、その後所定第１時間経過後、外部ＥＧＲガスの供給により行われる。外部ＥＧＲガスの供給が実行されるとき、ここでは内部ＥＧＲガスの供給は停止されるが、内部ＥＧＲガスの供給が継続されてもよい。また、ここでのＥＧＲガスの供給の際には、つまり、外部ＥＧＲの供給が行われていないと判断されてＥＧＲガスの供給を行うとき（開始するとき）、内部ＥＧＲガスの供給は一切行われなくてもよい。なお、内部ＥＧＲガスの供給から外部ＥＧＲガスの供給へと変化させるようにＥＧＲガスの供給を制御することは、供給するＥＧＲガスの温度を低くすることに対応する。
【００３７】
ＥＧＲガスの供給が開始された後、所定第２時間（上記所定第１時間よりも長い時間）が経過しても、未だノッキングが検出されるとき（ステップＳ４０７において肯定判定）、さらなるノッキング抑制用制御が実行される。なお、外部ＥＧＲガスが既に供給されていたときも（ステップＳ４０３において肯定判定）、ここでのさらなるノッキング抑制用制御が行われる。
【００３８】
さらなるノッキング抑制用制御を行うべく、ＥＧＲクーラ５２を経た外部ＥＧＲガス（冷却ＥＧＲガス）が供給されているか否かの判定が実行される（ステップＳ４０９）。この判定は、現在の運転状態が図３のマップのいずれの領域に属するかを調べることに基づいて実行されたり、またはＥＧＲバルブ４８、５０への制御データ等に基づいて実行されたりし得る。
【００３９】
ＥＧＲクーラ５２を経たＥＧＲガスが供給されていないとき（ステップＳ４０９において否定判定）、第１ＥＧＲ枝通路４６ａを通ったＥＧＲガスの供給が行われるように、ＥＧＲバルブ４８、５０が制御される（ステップＳ４１１）。ＥＧＲクーラ５２を経たＥＧＲガスの供給が開始された後、所定第３時間が経過しても、未だノッキングが検出されるとき（ステップＳ４１３において肯定判定）、さらなるノッキング抑制用制御が実行される。なお、ＥＧＲクーラ５２を得た外部ＥＧＲガスが既に供給されていたとき（ステップＳ４０９において肯定判定）、ここでのさらなるノッキング抑制用制御が行われる。
【００４０】
さらなるノッキング抑制用制御を行うべく、供給されている燃料のオクタン価が最大高オクタン価であるか否かの判定が実行される（ステップＳ４１５）。この判定は、現在の運転状態が図２のマップのいずれの領域に属するかを調べることに基づいて実行されたり、または制御弁７６への制御データ等に基づいて実行されたりし得る。なお、最大高オクタン価とは、燃料供給装置６２によって供給可能な種々の燃料のうちで最もオクタン価の高い燃料である第１燃料のオクタン価である。ここでは、このように最大高オクタン価は、燃料供給装置６２の性能によって定められ得る。しかし、最大高オクタン価は、そのような値に限定されず、種々の値に定められ得る。
【００４１】
供給されている燃料のオクタン価が最大高オクタン価でないとき（ステップＳ４１５において否定判定）、供給する燃料のオクタン価を高めるように、具体的には第１燃料と第２燃料との混合燃料の燃料供給総量に対する第１燃料供給割合を高めるように、制御弁７６等が制御される（ステップＳ４１７）。このような燃料のオクタン価を高める制御は連続的にまたは段階的に所定時間おきに実行される。そして、このような燃料のオクタン価を高める制御は、ノッキングが検出される限り（ステップＳ４１９において肯定判定）、続けて行われる。
【００４２】
未だノッキングが検出されていて（ステップＳ４１９において肯定判定）かつ供給されている燃料のオクタン価が最大高オクタン価に達したとき（ステップＳ４１５において肯定判定）、さらなるノッキング抑制用制御が実行される。なお、当初より供給されている燃料のオクタン価が最大高オクタン価に達していたときも（ステップＳ４１５において肯定判定）、ここでのさらなるノッキング抑制用制御が行われる。
【００４３】
ここでのさらなるノッキング抑制用制御は、簡単に述べると、ＥＧＲガスの供給量を減じてさらに燃焼室１４内の温度を下げる制御である。そこで、ＥＧＲガスの供給がないか否かの判定が実行される（ステップＳ４２１）。
【００４４】
ＥＧＲガスの供給があるとき（ステップＳ４２１において否定判定）、ＥＧＲガスの供給量を減らすように、ＥＧＲバルブ４８、５０が制御される（ステップＳ４２３）。このようなＥＧＲガス低減用制御は連続的にまたは段階的に所定時間おきに実行される。そして、このようなＥＧＲガス低減用制御は、ノッキングが検出される限り（ステップＳ４２５において肯定判定）、続けて行われる。
【００４５】
未だノッキングが検出されていて（ステップＳ４２５において肯定判定）かつＥＧＲガスの供給がなされなくなった（ＥＧＲガスの供給量が零になった）とき（ステップＳ４２１において肯定判定）、さらなるノッキング抑制用制御が実行される。
【００４６】
さらなるノッキング抑制用制御として、点火時期を遅角させる制御が実行される（ステップＳ４２７）。点火時期の遅角制御は、一般的に知られているように実行され得る。そして、この点火時期の遅角制御は、ノッキングが検出される間（ステップＳ４２９で肯定判定）、徐々に実行される（繰り返し実行される）。
【００４７】
なお、ノッキングが検出されないときまたは検出されなくなったとき（ステップＳ４０１、Ｓ４０７、Ｓ４１３、Ｓ４１９、Ｓ４２５またはＳ４２９において否定判定）、上記ノッキング抑制用制御はその時点で終了する。
【００４８】
以上説明したように、上記ノッキング抑制用制御では、ノッキング発生時、まず、ノッキングを抑制するべく、（ＥＧＲガスが供給されていなければＥＧＲガスの供給を開始しつつ）ＥＧＲガスの温度を低下させるようにＥＧＲガス供給が制御される（ノッキング抑制用ＥＧＲ制御）。そして、未だノッキングが発生するとき、ノッキングを抑制するべく、燃料のオクタン価を高くするように燃料供給が制御される（ノッキング抑制用燃料供給制御）。さらに、それでも未だノッキングが発生するとき、ノッキングを抑制するべく、ＥＧＲガスの供給を減じてさらに温度を下げるようにＥＧＲガスの供給が制御される（ノッキング抑制用ＥＧＲ制御）。そして、それらによっても未だノッキングが発生するとき、点火時期を遅角させるように点火時期遅角制御が行われる（ノッキング抑制用点火時期制御）。
【００４９】
このように、上記ノッキング抑制用制御では、点火時期の遅角制御が行われることを極力避けることができる。したがって、熱効率の悪化を抑制しつつ、ノッキングを適切に回避することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態のノッキング抑制用ＥＧＲ制御では、内部ＥＧＲガスの供給、ＥＧＲクーラ５２を経ない外部ＥＧＲガスの供給、ＥＧＲクーラ５２を経た外部ＥＧＲガスの供給の順に供給するＥＧＲガスを変えることで、ＥＧＲガスの温度を下げた。しかし、これら３種類のＥＧＲガスを採用するのではなく、これらのうちの任意の２種類のＥＧＲガスのみを採用してもよい。また、それら３種類のＥＧＲガスの混合比またはそれら３種類のＥＧＲガスのうちの任意の２種類のＥＧＲガスの混合比を変えることでＥＧＲガスの温度が下げられてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、ノッキングを抑制するために、ＥＧＲガスの温度を下げた後、燃料のオクタン価を高める制御を行った。この順序が好ましいが、これらの順番が逆にされることを本発明は排除しない。つまり、ノッキングを抑制するために、燃料のオクタン価を高めた後、ＥＧＲガスの温度を下げる制御を行うことも可能である。
【００５２】
なお、上記実施形態およびその変形例等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明はこれらに限定されず、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 内燃機関
１４ 燃焼室
２８ スロットルバルブ
４２ 外部ＥＧＲ装置
４８ 第１ＥＧＲバルブ
５０ 第２ＥＧＲバルブ
５２ ＥＧＲクーラ
６０ インジェクタ
６２ 燃料供給装置
５４、５６ 駆動機構
９０ ノックセンサ
Ｖｉ 吸気弁
Ｖｅ 排気弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノッキングを検出するためのノッキング検出手段と、
ＥＧＲガスの供給および温度を制御可能なＥＧＲ制御手段であって、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、ノッキング抑制用ＥＧＲ制御を実行するＥＧＲ制御手段と、
燃料のオクタン価を制御可能な燃料供給制御手段であって、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、ノッキング抑制用燃料供給制御を実行する燃料供給制御手段と、
点火時期を制御する点火時期制御手段であって、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、ノッキング抑制用点火時期制御を実行する点火時期制御手段と、
を備え、
前記ノッキング抑制用点火時期制御は、前記ノッキング抑制用ＥＧＲ制御および前記ノッキング抑制用燃料供給制御が実行された後、実行されることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記ＥＧＲ制御手段が前記ノッキング抑制用ＥＧＲ制御としてＥＧＲガスの温度を低下させる制御を行った後、前記燃料供給制御手段は前記ノッキング抑制用燃料供給制御として供給される燃料のオクタン価を高める制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記ノッキング抑制用燃料供給制御が行われた後、前記ＥＧＲ制御手段は、前記ノッキング抑制用ＥＧＲ制御としてＥＧＲガスの供給量を減らす制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記燃料供給制御手段は、第１燃料と該第１燃料よりもオクタン価の低い第２燃料との混合燃料を供給可能な燃料供給装置において、該混合燃料の燃料供給総量に対する第１燃料供給割合と第２燃料供給割合とを制御可能であり、
前記燃料供給制御手段は、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、
前記燃料供給総量に対する前記第１燃料供給割合が高くなるように前記ノッキング抑制用燃料供給制御を実行することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１】
ノッキングを検出するためのノッキング検出手段と、
ＥＧＲガスの供給および温度を制御可能なＥＧＲ制御手段であって、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、ノッキング抑制用ＥＧＲ制御を実行するＥＧＲ制御手段と、
燃料のオクタン価を制御可能な燃料供給制御手段であって、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、ノッキング抑制用燃料供給制御を実行する燃料供給制御手段と、
点火時期を制御する点火時期制御手段であって、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、ノッキング抑制用点火時期制御を実行する点火時期制御手段と、
を備え、
前記ノッキング抑制用点火時期制御は、前記ノッキング抑制用ＥＧＲ制御および前記ノッキング抑制用燃料供給制御が実行された後、実行されることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記ＥＧＲ制御手段が前記ノッキング抑制用ＥＧＲ制御としてＥＧＲガスの温度を低下させる制御を行った後、前記燃料供給制御手段は前記ノッキング抑制用燃料供給制御として供給される燃料のオクタン価を高める制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記ノッキング抑制用燃料供給制御が行われた後、前記ＥＧＲ制御手段は、前記ノッキング抑制用ＥＧＲ制御としてＥＧＲガスの供給量を減らす制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記燃料供給制御手段は、第１燃料と該第１燃料よりもオクタン価の低い第２燃料との混合燃料を供給可能な燃料供給装置において、該混合燃料の燃料供給総量に対する第１燃料供給割合と第２燃料供給割合とを制御可能であり、
前記燃料供給制御手段は、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたとき、
前記燃料供給総量に対する前記第１燃料供給割合が高くなるように前記ノッキング抑制用燃料供給制御を実行することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１２２５４４（Ｐ２０１１−１２２５４４Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８１９４０（Ｐ２００９−２８１９４０）
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【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２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【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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