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技術 内燃機関の制御装置

出願人 株式会社SUBARU
発明者 佐藤考榎本崇紀
出願日 2015年1月19日 (5年10ヶ月経過) 出願番号 2015-007816
公開日 2016年7月25日 (4年3ヶ月経過) 公開番号 2016-133043
状態 特許登録済
技術分野 点火時期の電気的制御 機械または機関の冷却一般 内燃機関の複合的制御
主要キーワード 所定サイクル分 開弁度合い サージ発生 絞り度 変動要素 冷却水循環経路 ヘッド温度制御 領域推定
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

内燃機関運転状態サージ発生領域から退避させる際に、ノックの発生のリスクを低減しつつ、早期に燃焼を安定化することが可能な、内燃機関の制御装置を提供する。

解決手段

制御装置は、内燃機関のシリンダヘッド流通させる冷却水の流量を調節する冷却水量制御部と、前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部と、前記内燃機関でのサージの発生の有無を判定するサージ判定部と、少なくとも筒内EGR率に基づいて、前記内燃機関が安定燃焼状態となる燃焼安定領域を推定する燃焼安定領域推定部と、前記サージが発生したと判定されたときに、前記燃焼安定領域の幅に応じて選択される前記冷却水量制御部又は前記点火時期制御部により前記内燃機関の燃焼速度を制御する燃焼速度制御部と、を備える。

概要

背景

車両が、定常状態や緩やかな加速状態走行している間に、内燃機関燃焼速度のバラツキによって、サージあるいはサージング(以下、「サージ」と称する。)と呼ばれる現象が生じる場合がある。サージとは、動力伝達系を介して車体が前後に周期的に振動する現象である。サージが発生すると、排ガスの状態や燃費、内燃機関の振動及び騒音が不安定になる。そのため、従来、サージの発生を回避し得るように内燃機関を制御することが行われている。

例えば、特許文献1には、サージ発生域に入っていると判定されたときに、吸排気弁バルブオーバーラップ量を制御して、サージを回避する方向に内部EGR量を調整する内部EGR量制御手段を備えた内燃機関のEGR制御装置が開示されている。具体的に、特許文献1のEGR制御装置は、ノックあるいはノッキング(以下、「ノック」と称する。)が発生しやすい状態になったときに、ノックレベルが適正となるように点火時期補正する。そのうえで、EGR制御装置は、かかる補正によってサージが発生しやすい状態になった場合に、吸排気弁のバルブオーバーラップ量を制御して、内部EGR量を調整する。

概要

内燃機関の運転状態サージ発生領域から退避させる際に、ノックの発生のリスクを低減しつつ、早期に燃焼を安定化することが可能な、内燃機関の制御装置を提供する。制御装置は、内燃機関のシリンダヘッド流通させる冷却水の流量を調節する冷却水量制御部と、前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部と、前記内燃機関でのサージの発生の有無を判定するサージ判定部と、少なくとも筒内EGR率に基づいて、前記内燃機関が安定燃焼状態となる燃焼安定領域を推定する燃焼安定領域推定部と、前記サージが発生したと判定されたときに、前記燃焼安定領域の幅に応じて選択される前記冷却水量制御部又は前記点火時期制御部により前記内燃機関の燃焼速度を制御する燃焼速度制御部と、を備える。

目的

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

内燃機関シリンダヘッド流通させる冷却水の流量を調節する冷却水量制御部と、前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部と、前記内燃機関でのサージの発生の有無を判定するサージ判定部と、少なくとも筒内EGR率に基づいて、前記内燃機関が安定燃焼状態となる燃焼安定領域を推定する燃焼安定領域推定部と、前記サージが発生したと判定されたときに、前記燃焼安定領域の幅に応じて選択される前記冷却水量制御部又は前記点火時期制御部により前記内燃機関の燃焼速度を制御する燃焼速度制御部と、を備える、内燃機関の制御装置

請求項2

前記燃焼速度制御部は、前記燃焼安定領域の幅が所定の燃焼判定閾値以下のときに前記冷却水量制御部を選択し、前記燃焼安定領域の幅が前記所定の燃焼判定閾値を超えるときに前記点火時期制御部を選択する、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。

請求項3

前記燃焼速度制御部は、前記冷却水の流量を減少させることにより、又は、前記点火時期を進角させることにより、前記燃焼速度を速める、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。

請求項4

前記燃焼速度制御部は、前記冷却水量制御部により前記燃焼速度を制御する際に、前記シリンダヘッドの温度が低いほど、前記冷却水の流量の減少幅を大きくする、請求項3に記載の内燃機関の制御装置。

請求項5

前記燃焼速度制御部は、前記点火時期制御部により前記燃焼速度を制御する際に、所定周期ごとの前記内燃機関の回転数変動幅が大きいほど、前記点火時期の進角量を大きくする、請求項3に記載の内燃機関の制御装置。

請求項6

前記サージ判定部は、所定周期ごとの前記内燃機関の回転数の変動幅が所定のサージ判定閾値を超えたときに前記サージが発生したと判定する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関制御装置に関する。

背景技術

0002

車両が、定常状態や緩やかな加速状態走行している間に、内燃機関の燃焼速度のバラツキによって、サージあるいはサージング(以下、「サージ」と称する。)と呼ばれる現象が生じる場合がある。サージとは、動力伝達系を介して車体が前後に周期的に振動する現象である。サージが発生すると、排ガスの状態や燃費、内燃機関の振動及び騒音が不安定になる。そのため、従来、サージの発生を回避し得るように内燃機関を制御することが行われている。

0003

例えば、特許文献1には、サージ発生域に入っていると判定されたときに、吸排気弁バルブオーバーラップ量を制御して、サージを回避する方向に内部EGR量を調整する内部EGR量制御手段を備えた内燃機関のEGR制御装置が開示されている。具体的に、特許文献1のEGR制御装置は、ノックあるいはノッキング(以下、「ノック」と称する。)が発生しやすい状態になったときに、ノックレベルが適正となるように点火時期補正する。そのうえで、EGR制御装置は、かかる補正によってサージが発生しやすい状態になった場合に、吸排気弁のバルブオーバーラップ量を制御して、内部EGR量を調整する。

先行技術

0004

特開平11−125126号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、従来の内燃機関の制御装置は、周囲環境の変化や、内燃機関の固体バラツキ等の外乱が生じたときに、燃焼速度を適切に補正するフィードバック機能を有していない。そのため、燃焼速度のバラツキによるサージが生じやすい。燃焼速度を補正する手段としては、点火時期を補正する方法や、燃焼温度を補正する方法がある。例えば、点火時期を補正する方法は、短時間で燃焼速度を補正することができる一方、補正量に対する燃焼速度の変化の度合いが大きい。また、燃焼温度を補正する方法としては、例えば、内燃機関のシリンダヘッド流通させる冷却水の流量を調節して、シリンダヘッドの温度を調節する方法がある。かかる方法は、燃焼速度を徐々に変化させることができる一方、燃焼速度の補正に時間を要する。

0006

内燃機関は、燃焼速度が遅すぎるとサージ発生領域入り、筒内の混合気の温度が高く、燃焼速度が速すぎるとノック発生領域に入ることが知られている。したがって、内燃機関の運転状態がサージ発生領域に入ったときに当該領域から退避する際には、燃焼速度を速やかに補正することと併せて、内燃機関の運転状態がノック発生領域に入らないようにすることが必要とされる。

0007

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、内燃機関の運転状態をサージ発生領域から退避させる際に、ノックの発生のリスクを低減しつつ、早期に燃焼を安定化することが可能な、内燃機関の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

0008

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内燃機関のシリンダヘッドに流通させる冷却水の流量を調節する冷却水量制御部と、前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部と、前記内燃機関でのサージの発生の有無を判定するサージ判定部と、少なくとも筒内EGR率に基づいて、前記内燃機関が安定燃焼状態となる燃焼安定領域を推定する燃焼安定領域推定部と、前記サージが発生したと判定されたときに、前記燃焼安定領域の幅に応じて選択される前記冷却水量制御部又は前記点火時期制御部により前記内燃機関の燃焼速度を制御する燃焼速度制御部と、を備える、内燃機関の制御装置が提供される。

0009

前記燃焼速度制御部は、前記燃焼安定領域の幅が所定の燃焼判定閾値以下のときに前記冷却水量制御部を選択し、前記燃焼安定領域の幅が前記所定の燃焼判定閾値を超えるときに前記点火時期制御部を選択してもよい。

0010

前記燃焼速度制御部は、前記冷却水の流量を減少させることにより、又は、前記点火時期を進角させることにより、前記燃焼速度を速めてもよい。

0011

前記燃焼速度制御部は、前記冷却水量制御部により前記燃焼速度を制御する際に、前記シリンダヘッドの温度が低いほど、前記冷却水の流量の減少幅を大きくしてもよい。

0012

前記燃焼速度制御部は、前記点火時期制御部により前記燃焼速度を制御する際に、所定周期ごとの前記内燃機関の回転数変動幅が大きいほど、前記点火時期の進角量を大きくしてもよい。

0013

前記サージ判定部は、所定周期ごとの前記内燃機関の回転数の変動幅が所定のサージ判定閾値を超えたときに前記サージが発生したと判定してもよい。

発明の効果

0014

本発明にかかる内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の運転状態をサージ発生領域から退避させる際に、ノックの発生のリスクを低減しつつ、早期に燃焼を安定化することができる。

図面の簡単な説明

0015

図1は、本発明を適用可能な内燃機関の概略構成を示す模式図である。
図2は、同実施形態にかかる内燃機関の制御装置の構成例を示すブロック図である。
図3は、筒内EGR率と筒内混合気温度と内燃機関の燃焼状態との関係を示す説明図である。
図4は、同実施形態にかかる内燃機関の制御方法を示す説明図である。
図5は、機関回転数の変動幅と冷却水流量との関係を示す説明図である。
図6は、機関回転数の変動幅と点火時期の進角補正量との関係を示す説明図である。
図7は、同実施形態にかかる内燃機関の制御方法を示すフローチャートである。
図8は、本発明を適用可能な別の内燃機関の概略構成を示す模式図である。

実施例

0016

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

0017

<<1.第1の実施の形態>>
<1−1.内燃機関の構成>
まず、第1の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置を備えた内燃機関の全体構成の一例について説明する。図1は、内燃機関10の全体構成例を概略的に示す模式図である。かかる内燃機関10は、水平対向型V型又は列型等のガソリン内燃機関の例である。内燃機関の気筒数は特に限定されない。

0018

内燃機関10は、シリンダヘッド22及びシリンダブロック24を備える。シリンダブロック24には、シリンダ24aが形成されている。シリンダ24a内では、クランクシャフト52の回転に伴ってピストン30が進退動する。内燃機関10は、クランクシャフト52の回転位相クランク角)を検出するクランク角センサ54を備える。クランク角センサ54の検出信号は、制御装置100に出力される。シリンダヘッド22はシリンダ24aの軸方向の両端部のうちの一方の端部を閉じる位置に設けられる。シリンダブロック24のシリンダ24aと、ピストン30と、シリンダヘッド22とにより燃焼室28が画成される。

0019

内燃機関10には図示しない燃料噴射弁が備えられ、燃焼室28に吸入される吸気に対して燃料噴射されて、燃焼室28内に混合気が形成される。また、内燃機関10は、排気の一部を吸気通路還流させるEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置を備える。かかるEGR装置により、排気の一部が、排気通路と吸気通路とを接続するEGR通路を介して吸気通路に戻され、燃焼室28に吸入される空気と混合される。還流する排気の流量は、EGR通路に備えられたEGR弁によって調節される。EGR弁の開度は、制御装置100により制御される。

0020

シリンダヘッド22には、燃焼室28に臨むように点火プラグ26が設けられる。かかる点火プラグ26によって、燃焼室28内に形成された混合気が点火される。点火プラグ26は、制御装置100により駆動制御され、混合気への点火時期を調節可能とし得る。

0021

シリンダヘッド22及びシリンダブロック24には、それぞれ図示しないウォータジャケット(冷却水の流路)が形成されている。内燃機関10は、シリンダヘッド22のウォータジャケット及びシリンダブロック24のウォータジャケットを通過する冷却水通路を含む冷却水循環経路20を備える。冷却水は、シリンダヘッド22及びシリンダブロック24に分配されながら、冷却水循環経路20内を循環する。

0022

冷却水循環経路20は、冷却水を圧送するポンプ16と、冷却水を冷却するラジエータ18とを備える。ポンプ16はモータ等により駆動される電動ウォータポンプとし得る。内燃機関10のクランクシャフトにギヤを介して連結されたギヤポンプであってもよい。本実施形態では、ポンプ16として電動ウォータポンプが使用されており、かかるポンプ16は、制御装置100により駆動制御され、冷却水の吐出量が調節される。また、ラジエータ18は、冷却水を放熱させて冷却水の温度を低下させる冷却装置である。かかる冷却水循環経路20は、従来の内燃機関に備えられた冷却水循環経路と同一の構成とし得る。

0023

ポンプ16が駆動される間、ポンプ16により圧送される冷却水は、シリンダヘッド22及びシリンダブロック24のウォータジャケットに分配される。冷却水がシリンダヘッド22及びシリンダブロック24を通過する際に、シリンダヘッド22及びシリンダブロック24の熱が冷却水に移動し、シリンダヘッド22及びシリンダブロック24が冷却される。シリンダヘッド22を通過した冷却水と、シリンダブロック24を通過した冷却水とは、それぞれ冷却水通路42及び冷却水通路44を流れて合流する。

0024

シリンダヘッド22とシリンダブロック24とに分配される冷却水の比は、例えば9:1とすることができる。これにより、燃焼温度への影響が大きいシリンダヘッド22の冷却が効率的に行われる。冷却水の比は、例えば冷却水通路の流路面積の比を変えることによって調節することができる。なお、シリンダヘッド22及びシリンダブロック24への冷却水の分配比は、任意に設定し得る。

0025

シリンダヘッド22及びシリンダブロック24を通過した冷却水は、合流した後に、ラジエータ18へと戻される。ラジエータ18に戻された冷却水は、放熱されて冷却された後、再びポンプ16へと還流する。ラジエータ18の上流側にはサーモスタット弁14が設けられる。冷却水循環経路20内を循環する冷却水の温度が低い間、冷却水はラジエータ18を迂回して循環する。そして、冷却水の温度が所定温度に達したときに、サーモスタット弁14によって、冷却水がラジエータ18を介して循環するようになる。

0026

本実施形態では、シリンダヘッド22の出口側に設けられた冷却水通路42に、流量制御弁40が備えられる。流量制御弁40は制御装置100によって駆動制御され、シリンダヘッド22を流通する冷却水の流量が調節される。一方、シリンダブロック24の出口側に設けられた冷却水通路44には流量制御弁は備えられない。流量制御弁40は、例えば、冷却水の流路面積を調節可能な弁とし得る。

0027

すなわち、本実施形態にかかる内燃機関10は、流量制御弁40によって冷却水通路42の流路面積が絞られない状態において、ポンプ16によって圧送される冷却水のうちの約9割がシリンダヘッド22側を流れ、残りの約1割がシリンダブロック24側を流れる。また、流量制御弁40により冷却水通路42の流路面積が絞られると、シリンダヘッド22を流れる冷却水の流量が減少する一方、シリンダブロック24を流れる冷却水の流量が増加する。

0028

シリンダヘッド22には、シリンダヘッド22を流れる冷却水の温度(以下、「ヘッド水温」ともいう。)を検出するための第1の温度センサ32が備えられる。また、シリンダブロック24には、シリンダブロック24を流れる冷却水の温度(以下、「エンジン水温」ともいう。)を検出するための第2の温度センサ34が備えられる。第1の温度センサ32及び第2の温度センサ34のセンサ信号は、制御装置100に出力される。

0029

<1−2.内燃機関の制御装置の構成>
図2は、本実施形態にかかる内燃機関の制御装置100の構成を機能的なブロックで示した図である。図2は、制御装置100の構成のうち、内燃機関10の運転状態をサージ発生領域から退避させるための制御に関連する部分を示している。制御装置100は、主として公知のマイクロコンピュータにより構成される。制御装置100は、サージ判定部102と、EGR率算出部104と、燃焼安定領域推定部106と、燃焼速度制御部108と、冷却水量制御部110と、点火時期制御部112とを備える。具体的に、これらの各部の機能は、マイクロコンピュータによるソフトウェアプログラムの実行により実現される。

0030

制御装置100は、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等の図示しない記憶素子等を備える。また、制御装置100は、ポンプ16や点火プラグ26、流量制御弁40、燃料噴射弁、EGR弁等を駆動するための駆動回路を備える。かかる制御装置100には、クランク角センサ54やエアフローメータ、第1の温度センサ32及び第2の温度センサ34等の各種センサの検出信号が入力される。制御装置100は、これらの検出信号に基づいて、内燃機関10の回転数(以下、「機関回転数」ともいう。)Neや内燃機関10の負荷(以下、「機関負荷」ともいう。)、シリンダヘッド22の温度(以下、「ヘッド温度」ともいう。)Th、吸入空気量Va等を算出可能になっている。

0031

(1−2−1.冷却水量制御部)
冷却水量制御部110は、シリンダヘッド22に流す冷却水の流量の制御を行う。具体的に、冷却水量制御部110は、冷却水通路42に設けられた流量制御弁40を駆動するための駆動回路に対して制御指令を送る。これに応じて、流量制御弁40の駆動回路は、流量制御弁40に対する通電を行い、流量制御弁40の開弁度合いを調節する。本実施形態において、流量制御弁40は、非通電状態で開弁度合いが最大となる弁である。冷却水量制御部110は、燃焼速度を補正する場合に、燃焼速度制御部108の演算結果に応じて流量制御弁40への通電制御を行い、冷却水通路42に流す冷却水の流量を絞ることによりシリンダヘッド22の温度を上昇させる。

0032

(1−2−2.点火時期制御部)
点火時期制御部112は、点火プラグ26によって混合気に点火する時期の制御を行う。具体的に、点火時期制御部112は、機関回転数Neや機関負荷等に基づいて点火時期(以下、この点火時期を「基本点火時期」ともいう。)を算出し、点火プラグ26を駆動するための駆動回路に対して制御指令を送る。これに応じて、点火プラグ26の駆動回路は、点火プラグ26に対する通電を行い、点火プラグ26の先端に火花を発生させる。本実施形態では、燃焼速度を補正する場合に、上述のように算出される基本点火時期を、燃焼速度制御部108の演算結果に応じて、進角方向へ補正する。

0033

(1−2−3.サージ判定部)
サージ判定部102は、内燃機関の運転状態が、サージ発生領域に在るか否かを判定する。本実施形態では、サージ判定部102は、内燃機関10の燃焼変動要素を示すパラメータとして、所定周期ごとの機関回転数Neの変動幅ΔNeに基づき、サージの発生の有無を判定する。具体的に、サージ判定部102は、クランク角センサ54の検出信号を用いて算出される、所定周期ごとの機関回転数Neの変動幅ΔNeを、あらかじめ設定したサージ判定閾値ΔNe_threと比較する。そして、変動幅ΔNeがサージ判定閾値ΔNe_threを超えたときに、サージ判定部102はサージが発生したと判定する。

0034

閾値ΔNe_threは、あらかじめ実機を用いたシミュレーション等によって、サージが発生し得る範囲を求めることによって設定することができる。本実施形態では、燃焼変動の大きさを示すパラメータとしての平均有効圧変動率(以下、「Cpi」ともいう。)が2.0%に相当する機関回転数Neの変動幅ΔNeが、閾値ΔNe_threとして設定されている。平均有効圧変動率とは、機関回転数Neと機関負荷とに応じて生じ得る燃焼室28内の平均有効圧力の変動率を意味し、所定サイクル分の平均有効圧力の平均値及び標準偏差を用いて下記式(1)により表すことができる。

0035

0036

機関回転数Neと機関負荷と平均有効圧変動率との関係は、あらかじめ実機を用いたシミュレーション等により求めることができる。ただし、サージの発生の有無は、燃焼圧変動等、サージに起因して発生する他の変動要素に基づいて判定してもよい。

0037

(1−2−4.EGR率算出部)
EGR率算出部104は、燃焼室28に吸入される吸気中に含まれる排気の割合を算出する。例えば、EGR率算出部104は、排気圧力吸気圧力及びEGR弁の開度に基づき筒内EGR流量Vegrを算出し、燃焼室28に吸入される吸気の流量に対する筒内EGR流量Vegrの割合を筒内EGR率として求めることができる。排気圧力は、機関回転数Neと機関負荷とに基づき、あらかじめ実機を用いて作成され記憶された、機関回転数Neと内燃機関10の負荷と排気圧力との関係を示す排気圧力マップを参照して、求めることができる。吸気圧力は、例えば、吸気通路に圧力センサを設けることにより検出することができる。EGR弁の開度は、図示しないEGR弁の制御部の演算結果を利用することができる。

0038

また、燃焼室28に吸入される吸気の流量は、吸入空気量Va、筒内EGR流量Vegr、及びチャコールキャニスタからのパージ流量Vpの総和として求められる。吸入空気量Vaは、エアフローメータから出力された検出信号に基づき求めることができる。また、パージ流量Vpは、パージコントロールバルブ操作量と、燃料タンク及び吸気通路の圧力差とに基づき求めることができる。ただし、筒内EGR率の算出方法は、上記の例に限られない。

0039

(1−2−5.燃焼安定領域推定部)
燃焼安定領域推定部106は、少なくとも筒内EGR率に基づいて、内燃機関10の燃焼状態が安定し、サージやノックが生じない燃焼安定領域を推定する。燃焼安定領域は、燃焼速度に依存する。かかる燃焼速度は、ヘッド温度Thあるいは点火時期に依存する。具体的に、ヘッド温度Thが高いほど筒内混合気温度が高く、燃焼速度は速くなる。一方、ヘッド温度Thが低いほど筒内混合気温度が低く、燃焼速度は遅くなる。また、点火時期が進角方向にずれるほど燃焼速度は速くなり、点火時期が遅角方向にずれるほど燃焼速度は遅くなる。

0040

本実施形態では、燃焼安定領域は、燃焼状態が安定する筒内混合気温度の範囲を表す。図3は、筒内EGR率と筒内混合気温度と内燃機関の燃焼状態との関係を示す模式図である。内燃機関10は、筒内混合気温度が低く、筒内EGR率が高いほど、サージが発生しやすい一方、筒内混合気温度が高く、筒内EGR率が低いほど、ノックが発生しやすい。また、筒内EGR率が低い場合、燃焼状態が安定する筒内混合気温度の範囲は広くなる一方、筒内EGR率が高い場合、燃焼状態が安定する筒内混合気温度の範囲は狭くなる。

0041

内燃機関10の燃焼状態は、図3に示したような特性を有することから、燃焼安定領域推定部106は、筒内EGR率に基づいて、燃焼状態が安定する筒内混合気温度の範囲を算出する。図3に例示されるような燃焼安定温度範囲の特性は、あらかじめ実機を用いたシミュレーション等により求めることができることから、燃焼安定領域推定部106は、マップ等を参照することにより、燃焼安定温度範囲を求めるようにしてもよい。ただし、燃焼安定領域は、燃焼状態が安定する筒内混合気温度の範囲に限られず、燃焼速度の範囲等、燃焼状態に関連する指標の範囲であってもよい。

0042

なお、燃焼安定温度範囲の求め方は上述の例に限られない。例えば、機関回転数Neが高いと、混合気の筒内流動が盛んになり、燃焼が促進されやすくなることから、燃焼安定温度範囲は広がり得る。したがって、燃焼安定領域推定部106は、筒内EGR率と併せて機関回転数Neを考慮して燃焼安定温度範囲を求めてもよい。この他、燃焼安定性に関連し得る情報を適宜用いることができる。

0043

(1−2−6.燃焼速度制御部)
燃焼速度制御部108は、サージが発生したと判定されたときに、燃焼速度を速めることによって、サージの発生を回避して燃焼を安定化させる制御を行う。このとき、燃焼速度制御部108は、ノックの発生のリスクを低減しつつ、早期に燃焼を安定化させるために、燃焼安定領域の幅Rに応じて、燃焼速度を速める手段を選択する。本実施形態では、燃焼速度制御部108は、燃焼速度を速める手段として、冷却水量の制御又は点火時期の制御のいずれかを選択する。冷却水量の制御が選択された場合、燃焼速度制御部108は、冷却水量制御部110に対して、流量制御弁40への通電量を指示する。また、点火時期の制御が選択された場合、燃焼速度制御部108は、点火時期制御部112に対して点火時期の補正量を指示する。

0044

燃焼速度制御部108は、燃焼安定領域の幅Rを、あらかじめ設定された閾値αと比較し、R>αの場合に点火時期の制御を選択し、R≦αの場合に冷却水量の制御を選択する。閾値αは、点火時期の補正幅と燃焼速度のずれ幅とを考慮して、点火時期の補正によりノックが発生し得る範囲が閾値α以下の範囲に含まれるように設定することができる。かかる閾値αは、あらかじめ実機を用いたシミュレーション等によって設定することができる。本実施形態では、燃焼変動の大きさを示すパラメータとしての平均有効圧変動率Cpiが1.5%に相当する燃焼安定領域の幅Rが、閾値αとして設定されている。

0045

図4は、燃焼安定領域の幅Rに応じた、燃焼速度を速める手段の選択の仕方について説明するための図である。図4縦軸は、燃焼速度、ヘッド温度、点火時期を表している。すなわち、ヘッド温度Thが高いほど、また、点火時期が進角方向にずれているほど、燃焼速度が速くなる。燃焼安定領域の幅が閾値αよりも大きい領域(R>α)は、点火時期制御領域とされている。また、燃焼安定領域の幅が閾値α以下の領域(R≦α)は、ヘッド温度制御領域とされている。

0046

燃焼安定領域の幅がR1の場合、燃焼安定領域の幅が大きく、サージを回避する際にノックが発生するリスクが低い。したがって、燃焼安定領域の幅R1が閾値αより大きい場合(R1>α)には、燃焼速度を速める手段として点火時期の制御が選択される。一方、燃焼安定領域の幅がR2の場合、燃焼安定領域の幅が小さく、サージを回避する際にノックが発生するリスク高くなる。したがって、燃焼安定領域の幅R2が閾値α以下の場合(R2≦α)には、燃焼速度を速める手段として冷却水量の制御が選択される。なお、図4中のP1、P2は、図3中に記載したP1、P2の位置を例示したものである。

0047

図5は、ヘッド温度を制御することにより燃焼速度を速める場合のヘッド温度の調節の仕方について説明するために示す図である。この図5は、図4における燃焼安定領域の幅がR2(≦α)の場合に行われるヘッド温度制御においてシリンダヘッド22に流す冷却水の流量を示す。図5は、横軸に機関回転数Neの変動幅ΔNeを示し、縦軸にシリンダヘッド22に流す冷却水の流量を示している。機関回転数Neの変動幅ΔNeが大きいほど、より大きなサージが発生していることを意味しており、図5の右側方向は、図4の下方向に相当する。

0048

本実施形態では、シリンダヘッド22に流す冷却水の流量を絞ることにより燃焼速度が速められるようになっている。機関回転数Neの変動幅ΔNeが大きいほど、早期にサージの発生が回避されるように、流量の絞り度合いが大きく、すなわち、冷却水の流量は少なくされる。冷却水の流量を絞る場合、ヘッド温度Thは比較的緩やかに上昇し、燃焼速度も比較的緩やかに速められるためにノックが発生するリスクは低い。機関回転数Neの変動幅ΔNeに対する補正量の具体的な値は、あらかじめ実機を用いたシミュレーション等により、ノックが発生しない範囲で設定される。

0049

図6は、点火時期をずらすことにより燃焼速度を速める場合の点火時期の補正の仕方について説明するために示す図である。この図6は、図4における燃焼安定領域の幅がR1(>α)の場合に行われる点火時期制御での補正量を示す。図6は、横軸に機関回転数Neの変動幅ΔNeを示し、縦軸に点火時期の進角補正量を示している。機関回転数Neの変動幅ΔNeが大きいほど、より大きなサージが発生していることを意味しており、図6の右側方向は、図4の下方向に相当する。

0050

本実施形態では、点火時期を進角方向へずらすことにより燃焼速度が速められるようになっている。機関回転数Neの変動幅ΔNeが大きいほど、早期にサージの発生が回避されるように、点火時期の進角補正量は大きくされる。点火時期を進角方向へずらす場合、燃焼速度は短期間で速められるが、燃焼安定領域の幅が大きいためにノックが発生するリスクは低い。機関回転数Neの変動幅ΔNeに対する補正量の具体的な値は、あらかじめ実機を用いたシミュレーション等により、ノックが発生しない範囲で設定される。

0051

<1−3.内燃機関の制御方法>
次に、本実施形態にかかる内燃機関10の制御装置100により実行される制御方法の例について説明する。図7は、内燃機関10の燃焼速度の制御方法の一例を示すフローチャートである。以下の制御は、例えば、内燃機関10の運転中において常時実行される。

0052

まず、制御装置100は、ステップS10において、内燃機関10でのサージの発生の有無を判別する。例えば、制御装置100は、クランク角センサ54の検出信号を用いて算出される、所定周期ごとの機関回転数Neの変動幅ΔNeが、あらかじめ設定されたサージ判定閾値ΔNe_threを超えたか否かによって、サージの発生の有無を判定し得る。このとき用いる閾値ΔNe_threは、例えば、平均有効圧変動率Cpiが2.0%に相当する機関回転数Neの変動幅ΔNeとし得る。サージの発生の有無は、他の方法により判定されてもよい。

0053

次いで、制御装置100は、ステップS12において、内燃機関10の筒内EGR率に基づいて、燃焼安定領域を推定する。筒内EGR率は、燃焼室28に吸入される吸気の流量に対する筒内EGR流量の割合として算出される。本実施形態では、あらかじめ作成したマップを用いて、筒内EGR率から、内燃機関10の燃焼状態が安定する筒内混合気温度の幅Rが算出される。

0054

次いで、制御装置100は、ステップS14において、燃焼安定領域の幅Rが、あらかじめ設定した閾値αを超えているか否かを判別する。このとき用いる閾値αは、例えば、平均有効圧変動率Cpiが1.5%に相当する燃焼安定領域の幅Rとし得る。燃焼安定領域の幅Rが閾値αを超えている場合(S14:Yes)にはステップS16に進み、燃焼安定領域の幅Rが閾値α以下の場合(S14:No)にはステップS18に進む。

0055

ステップS16に進んだ場合、制御装置100は、点火時期を進角方向に補正する制御を行う。具体的に、制御装置100は、図6に示したような機関回転数Neの変動幅ΔNeと点火時期の進角補正量との関係を示す特性線に対応するマップ等を参照して、現在の機関回転数Neの変動幅ΔNeに対応する進角補正量を算出する。そして、制御装置100は、機関回転数Neや機関負荷等に応じて算出される基本点火時期に進角補正量を反映して点火時期を決定し、点火プラグ26の駆動回路に対して駆動指令を出力する。

0056

これにより、点火時期が進角方向に補正され、内燃機関10の燃焼速度が速められ、サージの発生が回避される。点火時期を補正する場合、燃焼速度が短時間で速められるが、燃焼安定領域の幅Rが比較的大きい場合に、点火時期が補正されるようになっていることから、ノックが発生するリスクは低くなる。

0057

一方、ステップS18に進んだ場合、制御装置100は、シリンダヘッド22を通過する冷却水の流量を絞る制御を行う。具体的に、制御装置100は、図5に示したような機関回転数Neの変動幅ΔNeと冷却水の流量との関係を示す特性線に対応するマップ等を参照して、現在の機関回転数Neの変動幅ΔNeに対応する流量制御弁40の通電量を算出する。そして、制御装置100は、流量制御弁40の駆動回路に対して駆動指令を出力する。

0058

これにより、シリンダヘッド22を通過する冷却水の流量が絞られ、ヘッド温度Thが上昇する。その結果、筒内混合気温度が高くなって、サージの発生が回避される。冷却水の流量を絞る場合、燃焼安定領域の幅Rは比較的小さいが、燃焼速度が比較的緩やかに速められることから、ノックが発生するリスクは低くなる。

0059

以上説明したように、第1の実施の形態にかかる内燃機関10の制御装置100によれば、サージの発生が検出された場合に、燃焼安定領域を推定し、燃焼安定領域の幅Rに応じて、燃焼速度を速める手段を決定する。例えば、燃焼安定領域の幅Rが比較的大きい場合、制御装置100は、点火時期を進角補正することによって燃焼速度を速めて、サージの発生を回避する。また、燃焼安定領域の幅Rが比較的小さい場合、制御装置100は、シリンダヘッド22を通過する冷却水の流量を絞ることによって燃焼速度を速めて、サージの発生を回避する。したがって、本実施形態にかかる内燃機関10の制御装置100によれば、ノックの発生のリスクを回避しつつ、早期にサージの発生を回避することができる。

0060

<<2.第2の実施の形態>>
次に、第2の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置を備えた内燃機関について説明する。図8は、本実施形態にかかる内燃機関10Aの全体構成例を概略的に示す模式図である。かかる内燃機関10Aは、シリンダヘッド22を通過する冷却水の流量を制御する手段の構成が、第1の実施の形態にかかる内燃機関10の構成とは異なっている。

0061

本実施形態にかかる内燃機関10は、シリンダヘッド22のウォータジャケット及びシリンダブロック24のウォータジャケットを通過する冷却水通路を含む第1の冷却水循環経路20aと第2の冷却水循環経路20bとを備える。第1の冷却水循環経路20a及び第2の冷却水循環経路20bにおいて、シリンダヘッド22のウォータジャケット及び冷却水通路42と、シリンダブロック24のウォータジャケット及び冷却水通路44は、共用される。すなわち、それぞれの循環経路において、シリンダヘッド22及びシリンダブロック24に対して分配して供給された冷却水は、シリンダヘッド22及びシリンダブロック24の出口側で合流し、それぞれの循環経路に還流する。

0062

第1の冷却水循環経路20aは、第1のポンプ16、第1のサーモスタット弁14及び高温ラジエータ18aを備える。第1のポンプ16、第1のサーモスタット弁14及び高温ラジエータ18aは、それぞれ第1の実施の形態にかかる内燃機関10のポンプ、サーモスタット弁及びラジエータと同一の機能を有する。

0063

第2の冷却水循環経路20bは、第2のポンプ86、第2のサーモスタット弁84、低温ラジエータ88及び流量制御弁82を備える。第2のポンプ86、第2のサーモスタット弁84及び低温ラジエータ88は、それぞれ第1の実施の形態にかかる内燃機関10のポンプ、サーモスタット弁及びラジエータと同一の機能を有する。また、流量制御弁82は、第2のポンプ86により圧送されてシリンダヘッド22側に分配される冷却水の流量を絞る機能を有する。

0064

ただし、低温ラジエータ88の放熱効率は、高温ラジエータ18aの放熱効率よりも高くなっており、第2の冷却水循環経路20bを循環する冷却水の温度は、第1の冷却水循環経路20aを循環する冷却水の温度に比べて、相対的に低くなっている。ここまでに説明した点以外の構成は、第1の実施の形態にかかる内燃機関10と同一の構成とすることができる。第1のポンプ16、第2のポンプ86、点火プラグ26及び流量制御弁82は、制御装置100Aにより制御される。

0065

かかる構成を有する内燃機関10Aの場合、第2の冷却水循環経路20bからシリンダヘッド22に流される、比較的低温の冷却水の流量が、流量制御弁82によって絞られる。これにより、ヘッド温度Thが上昇し、筒内混合気温度が高くなって、燃焼速度が速められる。したがって、本実施形態にかかる内燃機関10Aでは、サージが発生したときに、燃焼安定領域の幅Rが比較的大きい場合には、点火時期を進角方向に補正することにより燃焼速度を速める。かかる点火時期制御は、第1の実施の形態にかかる内燃機関10の制御装置100と同様に行われる。

0066

一方、本実施形態にかかる内燃機関10Aでは、サージが発生したときに、燃焼安定領域の幅Rが比較的小さい場合には、シリンダヘッド22に流す低温の冷却水の流量を絞ることによりヘッド温度Thを上昇させて、筒内混合気温度を高くし、燃焼速度を速める。このとき、機関回転数Neの変動幅ΔNeが大きいほど、低温の冷却水の流量が大きく絞られるように、変動幅ΔNeに応じて流量制御弁82への通電量を設定することができる。

0067

かかる内燃機関10Aにおいて、サージの発生を回避する制御方法は、図7に示したフローチャートに沿って実行することができる。ただし、シリンダヘッド22に流す冷却水の流量を減少させるステップS18においては、流量制御弁82への通電量が制御され、低温の冷却水の流量が絞られる。

0068

以上説明したように、第2の実施の形態にかかる内燃機関10Aの制御装置100Aによれば、サージの発生が検出された場合に、燃焼安定領域を推定し、燃焼安定領域の幅Rに応じて、燃焼速度を速める手段を決定する。例えば、燃焼安定領域の幅Rが比較的大きい場合、制御装置100Aは、点火時期を進角補正することによって燃焼速度を速めて、サージの発生を回避する。また、燃焼安定領域の幅Rが比較的小さい場合、制御装置100Aは、シリンダヘッド22を通過する低温の冷却水の流量を絞ることによって燃焼速度を速めて、サージの発生を回避する。したがって、本実施形態にかかる内燃機関10Aの制御装置100Aによれば、ノックの発生のリスクを回避しつつ、早期にサージの発生を回避することができる。

0069

なお、第2の実施の形態にかかる内燃機関10Aの一部の構成に代えて、あるいは、第2の実施の形態にかかる内燃機関10Aの構成に加えて、第1の実施の形態にかかる内燃機関10の構成を備えてもよい。

0070

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

0071

例えば、上記の実施形態においては、流量制御弁40,82を制御することによりシリンダヘッド22に流す冷却水の流量を制御していたが、本技術はかかる例に限定されない。例えば、冷却水を圧送するポンプの吐出量を制御することにより、シリンダヘッド22に流す冷却水の流量を制御してもよい。あるいは、燃焼室28の壁面温度を上昇し得る態様であれば、流量を絞る冷却水は、シリンダヘッド22に流す冷却水に限られない。また、内燃機関における冷却システムの構成についても、上記実施形態に例示した構成に限られない。

0072

また、上記の実施形態においては、燃焼安定領域として燃焼状態が安定する温度の範囲を求めていたが、本技術はかかる例に限定されない。上述のとおり、燃焼速度と、燃焼温度と、点火時期とは相関関係を有することから、燃焼状態が安定する筒内混合気温度の範囲の代わりに、燃焼状態が安定する燃焼速度あるいは点火時期の範囲を求めるようにしてもよい。

0073

10,10A内燃機関
14サーモスタット弁(第1のサーモスタット弁)
16ポンプ(第1のポンプ)
18ラジエータ
18a高温ラジエータ
20冷却水循環経路
20a 第1の冷却水循環経路
20b 第2の冷却水循環経路
22シリンダヘッド
24シリンダブロック
24aシリンダ
26点火プラグ
28燃焼室
30ピストン
32 第1の温度センサ
34 第2の温度センサ
40流量制御弁
42,44冷却水通路
52クランクシャフト
54クランク角センサ
82 流量制御弁
84 第2のサーモスタット弁
86 第2のポンプ
88低温ラジエータ
100,100A制御装置
102サージ判定部
104EGR率算出部
106燃焼安定領域推定部
108 燃焼速度制御部
110冷却水量制御部
112点火時期制御部

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