JP2014224470A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】この発明は、プリイグニッションが発生した際に、プリイグニッションを抑制すると共に、安定した自着火燃焼運転への移行を可能にすることを目的とする。【解決手段】本発明は、内燃機関の吸気弁及び排気弁の位相とリフト量との少なくともどちらか一方を変更する可変動弁機構と、プリイグニッションが発生したかどうかを判定する判定手段と、判定手段の判定結果に応じて可変動弁機構を制御する制御手段とを備えた自着火燃焼運転が可能な内燃機関の制御装置であって、制御手段は、判定手段によりプリイグニッションが発生したと判定された場合、内燃機関が排気行程から吸気行程に変化する過程において吸気弁及び排気弁が共に閉じる期間を設けるように可変動弁機構を制御することを特徴とする。【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関の制御装置に係り、特に、プリイグニッションが発生した場合に内燃機関が破損しない安定した自着火燃焼に移行させることができる内燃機関の制御装置に関する。
近年、内燃機関においては、燃費性能向上の要求から、火花点火ガソリン内燃機関の高圧縮比化が進められている。また、近時は、排気行程後半に吸気弁及び排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設け、この期間中に筒内に燃料を噴射して圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる自着火燃焼運転が可能な内燃機関の制御装置が提案されている。（特開２０１２−１７２６７１号公報）
特開２０１２−１７２６７１号公報
ところが、高圧縮比火花点火ガソリン内燃機関は、優れた熱効率を有する反面、機関回転数が低く負荷が高い条件や吸気温度が高い条件等では点火前に筒内の混合気が自着火するプリイグニッション（過早着火）が発生することが問題となっている。プリイグニッションが発生した場合、筒内自着火に伴う衝撃波が燃焼室壁面の温度境界層を破壊し、焼きつきやピストン溶損といった重大な内燃機関故障の原因となる。前記特許文献１の内燃機関は、負のオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射し、圧縮行程時に混合気を自着火させる自着火燃焼運転を行うため、プリイグニッションが問題になることがない。
従来技術のプリイグニッション対応としては、燃料リッチ化や燃料噴射時期遅角による筒内冷却などがある。しかし、これらの手法は、排出ガスに含まれる有害成分値の悪化に繋がることに加え、重大なプリイグニッションを誘発する条件ではこれらの回避手段をもってしても、プリイグニッションを防止できない場合がある。
また、他のプリイグニッション対応としては、吸気弁の閉じ時期を遅らせることで有効圧縮比を低下させてプリイグニッションを抑制する技術がある。しかし、有効圧縮比低下だけでは、プリイグニッションを十分に抑制できない可能性がある。また、有効圧縮比低下は、内燃機関のトルクが大きく低下する問題がある。
この発明は、プリイグニッション（過早着火）が発生した際に、プリイグニッションを抑制すると共に、安定した自着火燃焼運転への移行を可能にすることを目的とする。
この発明は、内燃機関の吸気弁及び排気弁の位相とリフト量との少なくともどちらか一方を変更する可変動弁機構と、プリイグニッションが発生したかどうかを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に応じて前記可変動弁機構を制御する制御手段とを備えた自着火燃焼運転が可能な内燃機関の制御装置であって、前記制御手段は、前記判定手段によりプリイグニッションが発生したと判定された場合、前記内燃機関が排気行程から吸気行程に変化する過程において前記吸気弁及び前記排気弁が共に閉じる期間を設けるように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする。
この発明は、プリイグニッションが発生した場合、吸気弁及び排気弁を共に閉じて自着火燃焼へ移行させることにより、内燃機関のトルク低下を抑制しながらプリイグニッションの発生を抑制できる。
図１は内燃機関の制御装置のシステム構成図である。（実施例） 図２は内燃機関の制御装置による制御フローチャートである。（実施例） 図３は通常時の吸気弁及び排気弁のリフト量と開閉時期を示す図である。（実施例） 図４はプリイグニッション発生時の吸気弁及び排気弁のリフト量と開閉時期を示す図である。（実施例） 図５は吸気弁の閉じ時期の相違によるプリイグニッション抑制時の内燃機関のトルクを示す図である。（実施例） 図６は他のプリイグニッション発生時の吸気弁及び排気弁のリフト量と開閉時期を示す図である。（実施例）
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
図１〜図６は、この発明の実施例を示すものである。図１において、内燃機関１は、ピストン２により容積が変化する燃焼室３に吸気ポート４と排気ポート５とを連通している。吸気ポート４には、吸気通路６が連通されている。排気ポート５には、排気通路７が連通されている。吸気通路６には、スロットル弁８を設けている。内燃機関１は、燃焼室３に飛び火させる点火プラグ９を設けている。
内燃機関１は、吸気ポート４を開閉する吸気弁１０を備え、排気ポート５を開閉する排気弁１１を備えている。内燃機関１は、吸気弁１０を動作する吸気カム軸１２を備え、排気弁１１を動作する排気カム軸１３を備えている。吸気カム軸１２には、吸気弁１０の位相とリフト量との少なくともどちらか一方を変更する吸気側可変動弁機構１４を備えている。排気カム軸１３には、排気弁１１の位相とリフト量との少なくともどちらか一方を変更する排気側可変動弁機構１５を備えている。
前記点火プラグ９と吸気側可変動弁機構１４及び排気側可変動弁機構１５とは、制御装置１６の制御手段１７に接続されている。制御手段１７には、プリイグニッションを検出する手段として、内燃機関１のノッキングを検出するノックセンサ１８を接続している。制御手段１７は、ノックセンサ１８の出力値からプリイグニッションが発生したかどうかを判定する判定手段１９を備えている。制御手段１７は、判定手段１９の判定結果に応じてプリイグニッションを抑制するように吸気側可変動弁機構１４及び排気側可変動弁機構１５を制御する。
前記制御手段１７は、判定手段１９によりプリイグニッションが発生していないと判定された場合、内燃機関１が排気行程から吸気行程に変化する過程において吸気弁１０及び排気弁１１が共に開く期間（正のバルブオーバーラップ）を設けるように、吸気側可変動弁機構１４及び排気側可変動弁機構１５を制御する。また、前記制御手段１７は、判定手段１９によりプリイグニッションが発生したと判定された場合、内燃機関１が排気行程から吸気行程に変化する過程において吸気弁１０及び排気弁１１が共に閉じる期間（負のバルブオーバーラップ）を設けるように、吸気側可変動弁機構１４及び排気側可変動弁機構１５を制御する。
次に作用を説明する。
内燃機関１の制御装置１６は、図２に示すように、制御手段１７によって、制御のプログラムがスタートすると（Ｓ０１）、ノックセンサ１８の出力値からプリイグニッションの強度を算出し（Ｓ０２）、プリイグニッションの強度が閾値を超えているかを判断する（Ｓ０３）。
この判断（Ｓ０３）がＮＯの場合は、図３に示すように、内燃機関１が排気行程から吸気行程に変化する過程において吸気弁１０及び排気弁１１が共に開く期間（正のバルブオーバーラップ）を設ける通常制御を実施し（Ｓ０４）、プログラムをエンドにする（Ｓ０５）。
前記判断（Ｓ０３）がＹＥＳの場合は、プリイグニッションの強度に応じて、図４に示すように、内燃機関１が排気行程から吸気行程に変化する過程において吸気弁１０及び排気弁１１が共に閉じる期間（負のバルブオーバーラップ）を設ける抑制制御を実施し（Ｓ０６）、プリイグニッションの強度が閾値以下であるかを判断する（Ｓ０７）。
図４に示す吸気弁１０及び排気弁１１が共に閉じる期間を設ける抑制制御（Ｓ０６）においては、図３に示す吸気弁１０の位相を固定して、排気弁１１の位相を進める。
前記判断（Ｓ０７）がＮＯの場合は、判断（Ｓ０７）を繰り返す。前記判断（Ｓ０７）がＹＥＳの場合は、プログラムをエンドにする（Ｓ０５）。
内燃機関１は、図４に示すように、吸気弁１０及び排気弁１１が共に閉じる期間を設けることで、内燃機関１の破損を招かない程度の安定した自着火燃焼運転に移行させることができる。自着火燃焼運転は、通常の点火プラグ９を用いた火花点火燃焼運転に比べて等容度が高いため、図５に示すように、吸気弁の閉じ時期を遅らせることで有効圧縮比を低下させてプリイグニッションを抑制する技術に比べて、大きなトルク低下を招くおそれがない。
このように、内燃機関１の制御装置１６は、閾値を越えるプリイグニッションが発生した場合、吸気弁１０及び排気弁１１を共に閉じて自着火燃焼へ移行させることにより、内燃機関のトルク低下を抑制しながらプリイグニッションの発生を抑制できる。
なお、内燃機関１が排気行程から吸気行程に変化する過程において吸気弁１０及び排気弁１１が共に閉じる期間を設ける抑制制御は、図４に示すように排気弁１１の位相を進めさせるだけでなく、図６に示すように、排気弁１１の開き時期を固定して閉じ時期を進めさせ、一方、吸気弁１０の閉じ時期を固定して開き時期を遅らせることで、吸気弁１０及び排気弁１１が共に閉じる期間を設けることもできる。
また、吸気弁１０及び排気弁１１の位相とリフト量とを変更する吸気側可変動弁機構１４及び排気側可変動弁機構１５は、ＶＶＴとすることもできる。さらに、プリイグニッションの発生を検出する手段は、ノックセンサ１８だけでなく、イオンセンサ又は筒内圧センサに置換することもできる。
この発明は、プリイグニッションが発生した際に、プリイグニッションを抑制すると共に、安定した自着火燃焼運転への移行を可能にするものであり、吸気弁及び排気弁のバルブオーバーラップを変更可能の装置を備えた内燃機関に適用が可能である。
１ 内燃機関
２ ピストン
３ 燃焼室
４ 吸気ポート
５ 排気ポート
６ 吸気通路
７ 排気通路
８ スロットル弁
９ 点火プラグ
１０ 吸気弁
１１ 排気弁
１２ 吸気カム軸
１３ 排気カム軸
１４ 吸気側可変動弁機構
１５ 排気側可変動弁機構
１６ 制御装置
１７ 制御手段
１８ ノックセンサ
１９ 判定手段

Claims (1)

  1. 内燃機関の吸気弁及び排気弁の位相とリフト量との少なくともどちらか一方を変更する可変動弁機構と、プリイグニッションが発生したかどうかを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に応じて前記可変動弁機構を制御する制御手段とを備えた自着火燃焼運転が可能な内燃機関の制御装置であって、前記制御手段は、前記判定手段によりプリイグニッションが発生したと判定された場合、前記内燃機関が排気行程から吸気行程に変化する過程において前記吸気弁及び前記排気弁が共に閉じる期間を設けるように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
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