JP2011122466A - 内燃機関のノック抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両などに搭載する内燃機関において、ノッキングを検出した場合に、点火時期を遅角させることで、ノッキングの発生を回避するものであるが、点火時期を遅角させるために、燃焼が緩慢になり、燃費が低下するといった不具合を生じた。
【解決手段】排気ガスの量を制御するウェイストゲート弁を備えて排気ガスにより駆動されるタービンとタービンにより駆動されて吸入空気を圧縮するコンプレッサとを備える過給機と、排気ガスの一部を還流させて吸入空気に混合し得る排気ガス再循環装置と、過給される吸入空気量を制御するスロットル弁とを備える内燃機関において、排気ガス再循環制御の実施中に発生するノッキングを検出し、ウェイストゲート弁を閉じ側に制御し、かつスロットル弁を閉じ側に制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガスを用いて吸入空気を圧縮する過給機と排気ガスの一部を吸入空気に混合する排気ガス再循環装置とを備える内燃機関におけるノック抑制方法に関するものである。

従来、排気ガス再循環装置を備える内燃機関では、部分負荷領域における運転状態でのＮＯｘ及びポンピングロスの低減を目的として、排気ガス再循環装置による排気ガス再循環制御を実施し、排気ガスの浄化と燃費の改善とを行っている。このような内燃機関において、例えば特許文献１に記載のものでは、運転状態に応じて基本点火時期を算出し、還流する排気ガスの量に基づいて基本点火時期を所要の進角値により進角側に補正するとともに、ノッキングを検出した場合にはその検出値に基づいて補正した点火時期をノッキングの発生限界付近まで遅角補正する点火時期の制御技術が知られている。

特開平８‐１５１９７１号公報

ところが、このような構成のものであると、ノッキングを検出した場合に、点火時期を遅角させることで、ノッキングの発生を回避するものであるが、点火時期を遅角させるために、燃焼が緩慢になり、燃費が低下するものとなった。また、点火時期を遅角させると、圧縮比の高い状態で点火を行うことになるので、点火時の要求電圧が高くなることから、点火プラグの消耗が早くなるといった不具合が生じる。このことは、例えば電極間のギャップが広がっている場合など、点火プラグの状態がよくない場合には、点火プラグを損傷する可能性もある。また、遅角していることで燃焼状態が低下し、その結果、燃費が低下することになった。

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関のノック抑制方法は、排気ガスの量を制御するウェイストゲート弁を備えて排気ガスにより駆動されるタービンとタービンにより駆動されて吸入空気を圧縮するコンプレッサとを備える過給機と、排気ガスの一部を還流させて吸入空気に混合し得る排気ガス再循環装置と、過給される吸入空気量を制御するスロットル弁とを備える内燃機関において、排気ガス再循環制御の実施中に発生するノッキングを検出し、ウェイストゲート弁を閉じ側に制御し、かつスロットル弁を閉じ側に制御することを特徴とする。

このような構成であれば、ノッキングを検出した場合にウェイストゲート弁を閉じることで背圧が上昇する。この結果、過給機のタービンの回転が上昇することでコンプレッサの過給圧が上昇するとともに、排気ガス再循環装置に流入する排気ガスの量が増加し、過給運転領域において還流される排気ガスの量をより多くすることが可能になる。加えて、これと同時にスロットル弁を閉じ側に制御することで、過給圧の上昇に対して新気の吸入量の増加を抑制することが可能になる。この結果、全吸入空気量に対する還流される排気ガスの量の割合が上昇し、耐ノッキング性を向上させることが可能になり、点火時期を遅角させる必要がなくなる。

したがって、ノッキングを回避するために、点火時期を遅角させることで低下する燃費を、元のままに維持することが可能になる。

本発明は、以上説明したような構成であり、所定値を上回るノッキングを検出した際に、ウェイストゲート弁を閉じ側に制御するとともにスロットル弁を閉じ側に制御することで、還流する排気ガスの量を多くするとともに全吸入空気量に対するその割合を高くするので、耐ノッキング性を向上させることができ、点火時期を遅角させることがなくなるために燃費の低下を抑制して元のままに維持することができる。

本発明の実施形態の概略構成を示す構成説明図。 同実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に示す実施形態は、内燃機関である例えば四気筒の火花点火式のガソリンエンジン（以下、エンジンと称する）１は、排気ガスの一部を吸入空気に混合するための排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）２、吸入空気を圧縮するコンプレッサ３と排気ガスが導入されることによって回転してコンプレッサ３を駆動するタービン４とを備える排気ターボ過給機５、及びコンプレッサ３の下流に設けられてコンプレッサ３から出力される過給空気を冷却するインタークーラ６を備えるものである。

ＥＧＲ装置２は、排気系である排気マニホルド７に連通するとともに吸気系８を構成する吸気管路８ａに連通する排気ガス再循環管路（以下、ＥＧＲ管路と称する）９と、ＥＧＲ管路９に設けられて還流される排気ガス（以下、ＥＧＲガスと略称する）の量を制御する排気ガス再循環弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）１０とを備えている。

ＥＧＲ管路９は、その一端（上流側端部）がタービン４に接続される排気マニホルド７に接続され、他方端（下流側端部）は吸気系８のサージタンク８ｂに接続される。このＥＧＲ管路９には、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲガス量を制御するために、ＥＧＲ弁１０が設けてある。このＥＧＲ弁１０は、エンジン１の運転を制御する、電子制御装置１１によりその開閉が制御される。

排気ターボ過給機５のタービン４には、排気ガスの一部をタービン４に通さずに排出するためのウェイストゲート弁１２が設けてある。このウェイストゲート弁１２は、電子制御装置１１で所望のタイミングで開閉を制御できるもので、開閉することにより、タービン４に流入する排気ガスの量を調整するもので、排気ターボ過給機５の回転数が制御される。

吸気系８のサージタンク８ｂの上流には、吸入空気量を制御するスロットル弁１３が設けてある。このスロットル弁１３は、いわゆる電子スロットルと呼ばれるもので、電磁式のアクチュエータ１４により駆動され、図示しないアクセルペダルの操作量つまり踏度に応じてアクチュエータ１４が作動することにより開閉される。スロットル弁１３の開閉動作に対応してスロットル弁１３の開度を検出するためのスロットルセンサ１５が、スロットル弁１３の動作に応じて作動するように、スロットル弁１３を内蔵するスロットルボディ（図示しない）に設けてある。

電子制御装置１１は、マイクロコンピュータ１１ａと、メモリ１１ｂと、入力インターフェース１１ｃと、出力インターフェース１１ｄとを備えて構成されている。マイクロコンピュータ１１ａは、メモリ１１ｂに格納された、以下に説明する種々のプログラムを実行して、エンジン１の運転を制御するものである。マイクロコンピュータ１１ａには、エンジン１の運転制御に必要な情報が入力インターフェース１１ｃを介して入力されるとともに、マイクロコンピュータ１１ａは、燃料制御弁、ＥＧＲ弁１０、ウェイストゲート弁１２、アクチュエータ１４などに対して制御信号を、出力インターフェース１１ｄを介して出力する。

具体的には、入力インターフェース１１ｃには、サージタンク８ｂ内の圧力を検出するための吸気圧センサ１６から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ１７から出力される回転数信号ｂ、スロットルセンサ１５から出力される開度信号ｃ、シリンダの外壁に取り付けられるノックセンサ１８からノッキングが発生した際に出力されるノッキング信号ｄ、排気系に取り付けられるＯ₂センサから出力される電圧信号などが入力される。一方、出力インターフェース１１ｄからは、スロットル弁１３の開閉を駆動するアクチュエータ１４に対して開閉信号ｅ、点火プラグ（図示しない）に対して点火信号、燃料制御弁（図示しない）に対して燃料噴射信号、ＥＧＲ弁１０に対して開閉信号ｆ、ウェイストゲート弁１２に対して開閉信号ｇなどが出力される。

このような構成において、電子制御装置１１は、吸気圧センサ１６から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ１７から出力される回転数信号ｂとを主な情報として、運転状態に応じて設定される係数を用いて燃料噴射量を演算し、燃料噴射量に対応する燃料噴射時間つまり燃料噴射弁に対する通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁を制御して、燃料を吸気系に噴射させる。このような燃料噴射制御自体は、この分野で知られているものを適用するものであってよい。

また、エンジン１の運転状態に応じて、ＥＧＲ弁１０の開度を制御してＥＧＲ制御を実施するＥＧＲ制御プログラムが電子制御装置に格納してある。このＥＧＲ制御プログラムは、この分野で広く知られているものであってよい。

さらに、電子制御装置４には、排気ガス再循環制御の実施中に発生するノッキングを検出し、検出したノッキングが所定値を上回っている場合はウェイストゲート弁１２を閉じ側に制御し、かつスロットル弁１３を閉じ側に制御するノック抑制プログラムが格納してある。このノック抑制プログラムは、ＥＧＲ制御を実施中に実行するものである。したがって、ＥＧＲ弁１０は、開かれている。

図２において、まずステップＳ１では、ノックセンサ１８が出力するノッキング信号ｄに基づいてノッキングを検出する。この実施形態の場合、ノッキングの強度が所定値を超える場合に、ノッキングを検出する。所定値は、エンジン１の種々の振動、たとえば吸排気弁の開閉やオルタネータの回転等による振動によりノックセンサ１８が出力する出力信号を、ノッキングではないと判定するためのものである。ノッキングが発生していない場合は、この制御を終わる。

ステップＳ２では、ウェイストゲート弁１２を閉じ側に制御するとともに、スロットル弁１３も閉じ側に制御する。ウェイストゲート弁１２及びスロットル弁１３の閉じ量は、運転領域毎に適合により設定する。ウェイストゲート弁１２を閉じ側に制御することにより、タービン４を迂回して排出される排気ガスの量が減少する。したがって、排気マニホルド７における背圧が上昇し、タービン４に流入する排気ガスの流量が増加する。これによって、タービン４の回転数が上昇し、コンプレッサ３の回転数が上昇して過給圧が高くなり、新気の供給量が増加する。

このようにターボ過給機５を制御する一方、過給圧が高くなって新気の供給量が増加しても、スロットル弁１３を閉じ側に制御することで、シリンダに吸入される新気の量は増加しない。したがって、背圧が上昇することによって、ＥＧＲ装置２のＥＧＲ管路９に流れ込むＥＧＲガスの量が増加するが、新気の吸入量が制限されることによって、ＥＧＲガスが増えた分だけＥＧＲ率が増加する。この結果、点火時期は、ノッキングを抑制するために遅角する量が、ＥＧＲ率が増加した分で点火時期を進角させる量により相殺されることになり、実質的に点火時期を遅角しなくてもノッキングを抑制することができる。

このように、ノッキングを検出した際に、ウェイストゲート弁１２とスロットル弁１３とを閉じ側に制御するのみで、点火時期を遅角しないので、燃費が低下することや点火プラグが損傷することなどの点火時期の遅角に起因する不具合を解消することができる。

なお、ノッキングの検出は、上述の実施形態において用いたノックセンサ以外にも、筒内圧センサを用いることができる。あるいは、これらのセンサではなく、燃焼後に燃焼室内に流れるイオン電流を点火プラグにより検出し、検出したイオン電流の特性に基づいてノッキングの発生を検出するものであってもよい。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の活用例として、ＥＧＲ装置とウェイストゲート弁を備えるターボ過給機とを備える内燃機関例えば火花点火式のガソリンエンジンやディーゼルエンジンに適用することができる。

１…エンジン
２…排気ガス再循環装置
３…コンプレッサ
４…タービン
５…ターボ過給機
１１…電子制御装置
１１ａ…マイクロコンピュータ
１１ｂ…メモリ
１１ｃ…入力インターフェース
１１ｄ…出力インターフェース
１２…ウェイストゲート弁
１３…スロットル弁
１８…ノックセンサ

Claims (1)

1. 排気ガスの量を制御するウェイストゲート弁を備えて排気ガスにより駆動されるタービンとタービンにより駆動されて吸入空気を圧縮するコンプレッサとを備える過給機と、排気ガスの一部を還流させて吸入空気に混合し得る排気ガス再循環装置と、過給される吸入空気量を制御するスロットル弁とを備える内燃機関において、排気ガス再循環制御の実施中に発生するノッキングを検出し、
   ウェイストゲート弁を閉じ側に制御し、かつスロットル弁を閉じ側に制御する内燃機関のノック抑制方法。

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