JP5957949B2

JP5957949B2 - 燃焼状態制御装置

Info

Publication number: JP5957949B2
Application number: JP2012038506A
Authority: JP
Inventors: 慎也瀧口
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: US20130220241A1; DE102013202612B4; CN103291479B; CN103291479A; US8794194B2; DE102013202612A1; JP2013174281A

Description

本発明は、車両の内燃機関の燃焼状態を制御する技術に関し、特に、ノッキング等の異常燃焼の発生を抑制するのに好適な技術である。

エンジンが低回転状態だとピストンの移動スピードが遅く燃焼室内の混合気の乱れが発生しにくいことから、点火プラグによって着火した混合気の火炎の伝播速度は遅くなる。さらに、高負荷時には、低負荷時に比べてエンジンの発生出力が大きくなるため、燃焼室内に導入される吸気量が多くなる。そして、吸気量が多いほどピストンによる圧縮によって自着火しやすい傾向にあり、この場合、点火プラグにて着火した混合気の火炎が伝播する前に混合気が自着火してしまう。
このような問題に着目した従来技術として、特許文献１に開示されている技術がある。

特許文献１に開示の技術では、吸気圧、エンジン温度、回転数、空燃比によって異常燃焼が発生する状態にあるか否かを判断している。そして、この技術では、異常燃焼が発生すると判断した場合、吸気弁の閉じ角を遅角させて燃焼室への充填効率を下げ、異常燃焼の発生を抑制している。

特開平１１−３２４７７５号公報

しかし、特許文献１に開示の技術では、異常燃焼の発生を抑制するために燃焼室への充填効率を下げることにより、エンジンの効率が下がってしまう恐れがある。

そこで、本発明の目的は、異常燃焼が発生しやすいエンジン運転状況になることを予め防止して、異常燃焼の発生を抑制するためにエンジンの効率を低下させてしまうような制御に移行してしまうのを防止することである。

前記課題を解決するために、（１）本発明の一態様では、内燃機関と、自動で変速比を変更可能な自動変速機と、前記内燃機関内を流れる冷却水が循環され前記冷却水の温度を低下させるラジエータと、前記ラジエータへの冷却水の流量を調整する流量調整弁と、前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部と、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出部と、前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出部とを有する車両の前記内燃機関の燃焼状態を制御する燃焼状態制御装置において、前記冷却水温度検出部が検出した冷却水の温度が高いほど前記流量調整弁の開度を大きくする開度調整部と、前記流量調整弁が最大開度となるまでは、前記冷却水の温度の上昇に伴って前記流量調整弁の開度を大きくして前記冷却水の温度を調整し、前記冷却水温度検出部が検出した冷却水の温度が、前記開度調整部が前記流量調整弁の開度を最大開度にしたときの前記冷却水の温度以上であり、前記回転数検出部が検出した内燃機関の回転数が予め設定された回転数よりも小さくかつ前記負荷検出部が検出した内燃機関の負荷が予め設定された負荷よりも大きいときに前記自動変速機の変速比を低速走行時に使用する変速比側に変更する変速比変更部と、を有することを特徴とする燃焼状態制御装置を提供できる。

（２）本発明の一態様では、前記自動変速機は、複数の変速機構を有し、前記変速比変更部は、複数の変速機構それぞれの変速比を低速走行時に使用する変速比側に変更する。

（１）の態様の発明によれば、ラジエータへの冷却水の流量を調整して内燃機関の温度を内燃機関が異常燃焼を発生させにくい温度にすることができる。これにより、（１）の態様の発明では、内燃機関が異常燃焼が発生しやすい運転状況になることを予め防止できるため、異常燃焼の発生を抑制するためにエンジンの効率を低下させてしまうような制御によることなく、異常燃焼の発生を抑制できる。ここで、エンジンの効率を低下させてしまうような制御としては、例えば、燃焼室への充填効率を下げる制御等が挙げられる。

また、（１）の態様の発明によれば、内燃機関の温度を冷却水の流量調整によって異常燃焼の発生を抑制できる温度に維持できないような場合には、自動変速機の変速比を低速走行時に使用する変速比側に変更することで、内燃機関の回転数を上昇させ、異常燃焼の発生を抑制できる。

このとき、（１）の態様の発明では、内燃機関の回転数が予め設定された回転数よりも小さくかつ内燃機関の負荷が予め設定された負荷よりも大きいことを条件に自動変速機の変速比の変更を実施することで、不用意に自動変速機の変速比を変更し、不用意に内燃機関の回転数を上昇させてしまうのを防止できる。これにより、（１）の態様の発明では、不用意な内燃機関の回転数の上昇が乗員に違和感を与えてしまうのを防止できる。

（２）の態様の発明によれば、複数の変速機構の変速比を低速走行時に使用する変速比に変更することで、自動変速機の変速比の変更幅を広くでき、内燃機関の回転数の上昇量に幅を持たせることができる。よって、（２）の態様の発明では、自動変速機が１つの変速機構で変速比を変更する場合よりも内燃機関の回転数を大きくすることができるため、異常燃焼の発生を確実に抑制できる。

本実施形態のエンジンの燃焼状態制御装置を搭載した車両の構成例を示す図である。ＥＣＵの構成例を示す図である。ＥＣＵによる処理内容の一例を示すフローチャートである。水温Ｔｗと電制バルブの開度との関係の一例を示す図である。ＥＣＵ等の動作例の説明に使用する図である。

本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
本実施形態は、エンジンの燃焼状態制御装置を搭載した車両である。

（構成）
図１は、本実施形態の車両１の構成例を示す図である。

車両１は、エンジン２、自動変速機３、及びラジエータ４を搭載している。また、車両は、水温検出部５、回転数検出部６、負荷検出部７、アクセル開度検出部８、電制バルブ９、及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０を有している。

ここで、自動変速機３は、自動で変速比を変化させることができる変速機である。例えば、自動変速機３は、車速やエンジン回転数に応じて自動で変速比を変化させる。この自動変速機３の種類については、有段変速機や無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）等の種類は問わない。

また、水温検出部５は、エンジン２に搭載されエンジン冷却水の温度を検出する。そして、水温検出部５は、検出したエンジン冷却水温度を制御装置であるＥＣＵ２０に出力する。また、回転数検出部６は、エンジン２に搭載されエンジン回転数を検出する。そして、回転数検出部６は、検出したエンジン回転数をＥＣＵ２０に出力する。また、負荷検出部７は、エンジン２に搭載されエンジン２にかかるエンジン負荷を検出する。そして、負荷検出部７は、検出したエンジン負荷をＥＣＵ２０に出力する。また、アクセル開度検出部８は、アクセル開度（アクセルペダル踏み込み量又はスロットル開度）を検出する。そして、アクセル開度検出部８は、検出したアクセル開度をＥＣＵ２０に出力する。

ラジエータ４は、冷却水導出管１０及び冷却水導入管１１によってエンジン２に連絡されエンジン２との間で循環するエンジン冷却水を冷却する。電制バルブ９は、例えば、冷却水導入管１１内に組み込まれて冷却水導入管１１内のエンジン冷却水の流量を調整する。なお、本実施形態では、電制バルブ９によってラジエータ４へのエンジン冷却水の流量を調整できれば良いので、電制バルブ９の配置箇所は、冷却水導出管１０でも良く、ラジエータ４へのエンジン冷却水の流量を調整できる限りにおいて他の場所でも良い。例えば、この電制バルブ９は、冷却水制御バルブや電制サーモ、ヒータシャットバルブ等である。この電制バルブ９は、その開度がＥＣＵ２０によって制御される。

ＥＣＵ２０は、例えば、マイクロコンピュータ及びその周辺回路を備えるコントローラにおいて構成されている。例えば、ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。そして、ＲＯＭには、各種処理を実現する１又は２以上のプログラムが格納されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されている１又は２以上のプログラムに従って各種処理を実行する。

図２は、ＥＣＵ２０の構成例を示す図である。
図２に示すように、ＥＣＵ２０は、電制バルブ開度制御部２１及び変速比制御部２２を有している。

ここで、電制バルブ開度制御部２１は、水温検出部５によって検出したエンジン冷却水温度に応じて電制バルブ９の開度を制御する。具体的には、電制バルブ開度制御部２１は、エンジン冷却水温度が高いほど電制バルブ９の開度を大きくする。これによって、エンジン２とラジエータ４との間で循環するエンジン冷却水の流量が、エンジン冷却水温度が高いほど多くなる。また、変速比制御部２２は、所定の条件を満たすとき、自動変速機３の変速比を低速走行時に使用する変速比側（以下、低速走行側という。）に変更する。例えば、これら電制バルブ開度制御部２１及び変速比制御部２２は、プログラムの実行によって実現される構成である。

図３は、このような構成を有するＥＣＵ２０による処理内容の一例を示すフローチャートである。この図３の処理手順を説明しつつ、ＥＣＵ２０の各部の処理をさらに詳しく説明する。

図３に示すように、先ず、ステップＳ１において、電制バルブ開度制御部２１は、水温検出部５によって検出した水温（エンジン冷却水温度）Ｔｗが第１水温判定用しきい値Ｔ１未満であるか否かを判定する。ここで、第１水温判定用しきい値Ｔ１は、電制バルブ９の開度の調整開始タイミングを判定するための値である。この第１水温判定用しきい値Ｔ１は、予め設定された値であり、例えば、実験的、経験的、又は理論的に設定された値である。電制バルブ開度制御部２１は、水温Ｔｗが第１水温判定用しきい値Ｔ１以上であると判定したとき（Ｔｗ≧Ｔ１）、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、電制バルブ開度制御部２１は、水温Ｔｗに応じて電制バルブ９の開度を制御する。具体的には、電制バルブ開度制御部２１は、水温Ｔｗが高いほど電制バルブ９の開度を大きくする。

図４は、水温Ｔｗと電制バルブ９の開度との関係の一例を示す図である。図４に示すように、電制バルブ９の開度は、水温Ｔｗが高いほど大きくなる。電制バルブ開度制御部２１は、この図４に示すようなテーブルを参照して、水温Ｔｗに応じて電制バルブ９の開度を制御する。

次に、ステップＳ３では、電制バルブ開度制御部２１は、水温Ｔｗが第２水温判定用しきい値Ｔ２以上であるか否かを判定する。ここで、第２水温判定用しきい値Ｔ２は、予め設定された値であり、第１水温判定用しきい値Ｔ１よりも大きい値である（Ｔ２＞Ｔ１）。例えば、第２水温判定用しきい値Ｔ２は、エンジン２が異常燃焼する可能性が高い水温（エンジン温度相当）Ｔｍａｘ未満に設定された値である。すなわち、第２水温判定用しきい値Ｔ２は、内燃機関が異常燃焼する可能性が高い水温域に達するのを防止可能な水温である。この第２水温判定用しきい値Ｔ２は、例えば、実験的、経験的、又は理論的に設定される。電制バルブ開度制御部２１は、水温Ｔｗがこのような第２水温判定用しきい値Ｔ２以上であると判定すると（Ｔｗ≧Ｔ２）、ステップＳ４に進む。また、電制バルブ開度制御部２１は、水温Ｔｗが第２水温判定用しきい値Ｔ２未満であると判定すると（Ｔｗ＜Ｔ２）、前記ステップＳ１から再び処理を開始する。

ステップＳ４では、電制バルブ開度制御部２１は、電制バルブ９の開度を最大開度（全開）にする。
次に、ステップＳ５では、ＥＣＵ２０（例えば電制バルブ開度制御部２１）は、時間カウントを開始する。

次に、ステップＳ６では、ＥＣＵ２０（例えば電制バルブ開度制御部２１）は、時間カウントが終了したか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、時間カウントがカウント終了値に達したか否かを判定する。ここで、カウント終了値は、予め設定された値である。カウント終了値は、例えば、実験的、経験的、又は理論的に設定された値である。ＥＣＵ２０は、時間カウントが終了したと判定したとき、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、変速比制御部２２は、水温Ｔｗが第２水温判定用しきい値Ｔ２未満であるか否かを判定する。変速比制御部２２は、水温Ｔｗが第２水温判定用しきい値Ｔ２未満であると判定すると（Ｔｗ＜Ｔ２）、該図４に示す処理を終了する。また、変速比制御部２２は、水温Ｔｗが第２水温判定用しきい値Ｔ２以上であると判定すると（Ｔｗ≧Ｔ２）、ステップＳ８に進む。

ここで、水温Ｔｗが第２水温判定用しきい値Ｔ２であるときに、電制バルブ９の開度が最大開度（全開）になっているため、このステップＳ７では、変速比制御部２２は、水温Ｔｗが、電制バルブ９の開度を最大開度（全開）にしたときの第２水温判定用しきい値Ｔ２以上であるか否かを判定していることになる。

ステップＳ８では、変速比制御部２２は、回転数検出部６によって検出したエンジン回転数Ｎがエンジン回転数判定用しきい値Ｎｔｈ未満であるか否かを判定する。ここで、エンジン回転数判定用しきい値Ｎｔｈは、エンジン２が異常燃焼する可能性が高くなるエンジン回転数である。このエンジン回転数判定用しきい値Ｎｔｈは、予め設定された値であり、例えば、実験的、経験的、又は理論的に設定された値である。変速比制御部２２は、エンジン回転数Ｎがエンジン回転数判定用しきい値Ｎｔｈ未満であると判定すると（Ｎ＜Ｎｔｈ）、ステップＳ９に進む。また、変速比制御部２２は、エンジン回転数Ｎがエンジン回転数判定用しきい値Ｎｔｈ以上であると判定すると（Ｎ≧Ｎｔｈ）、該図４に示す処理を終了する。

ステップＳ９では、変速比制御部２２は、負荷検出部７によって検出したエンジン負荷Ｔがエンジン負荷判定用しきい値Ｔｔｈよりも大きいか否かを判定する。ここで、エンジン負荷判定用しきい値Ｔｔｈは、エンジン２が異常燃焼する可能性が高くなるエンジン負荷値である。このエンジン負荷判定用しきい値Ｔｔｈは、予め設定された値であり、例えば、実験的、経験的、又は理論的に設定された値である。変速比制御部２２は、エンジン負荷Ｔがエンジン負荷判定用しきい値Ｔｔｈよりも大きいと判定すると、ステップＳ１０に進む。また、変速比制御部２２は、エンジン負荷Ｔがエンジン負荷判定用しきい値Ｔｔｈ以下であると判定すると、該図４に示す処理を終了する。

ステップＳ１０では、変速比制御部２２は、自動変速機３の変速比を低速走行側に変更する。そして、変速比制御部２２は、該図４に示す処理を終了する。

ここで、変更する低速走行側の変速比は、具体的には、エンジン回転数を上昇させて、異常燃焼の発生を抑制しつつ所望するエンジン２の発生出力が得られるような変速比である。そのために、変速比制御部２２は、アクセル開度検出部８が検出したアクセル開度を基に所望するエンジン２の発生出力を検出し、水温を基に異常燃焼の発生しない吸入空気量とエンジン回転数とを算出する。そして、変速比制御部２２は、これら検出し及び算出した値を基にエンジン回転数の上昇量を算出し、その算出したエンジン回転数の上昇量が得られる変速比を、変更する低速走行側の変速比として決定する。
また、自動変速機３が無段変速機であれば、ＥＣＵ２０は、プーリー比を変更して変速比を低速走行側に変更させる。

（動作、作用等）
次に、本実施形態の車両１における動作、その作用等を説明する。

ＥＣＵ２０は、水温Ｔｗが第１水温判定用しきい値Ｔ１以上になると、その水温Ｔｗに応じた電制バルブ９の開度の制御を開始する。このとき、ＥＣＵ２０は、水温Ｔｗが高いほど電制バルブ９の開度を大きくする（前記ステップＳ１、前記ステップＳ２）。これにより、ラジエータ４で冷却されるエンジン冷却水の流量が増え、エンジン２を流れるエンジン冷却水の流量が増える。

そして、ＥＣＵ２０は、水温Ｔｗが第２水温判定用しきい値Ｔ２（第２水温判定用しきい値Ｔ２＞第１水温判定用しきい値Ｔ１）以上になると、電制バルブ９の開度を最大開度（全開）にしつつ、電制バルブ９の開度を最大開度にしている時間をカウントする（前記ステップＳ３乃至ステップＳ５）。

その後、ＥＣＵ２０は、時間カウントが終了した時点で、未だに水温Ｔｗが第２水温判定用しきい値Ｔ２未満になってなく、エンジン回転数が低く、かつエンジン負荷が大きいときには、自動変速機３の変速比を低速走行側に変更する（前記ステップＳ６乃至ステップＳ１０）。

以上のようにＥＣＵ２０が動作することで、電制バルブ９は、水温Ｔｗが第１水温判定用しきい値Ｔ１に達した時点から水温Ｔｗの上昇に応じて徐々に開いていき、水温Ｔｗが第２水温判定用しきい値Ｔ２に達したときに全開となる。これにより、車両１は、水温Ｔｗが第１水温判定用しきい値Ｔ１を超えたとき、その水温Ｔｗを低下させることができ（水温Ｔｗの上昇を抑制でき）、エンジン温度を低下させることができる。その結果、車両１は、エンジン２が異常燃焼する可能性が高い高水温状態（エンジン温度が高い状態）を回避し異常燃焼を抑制できる。

また、前述のように電制バルブ９の開度を制御しても、水温Ｔｗが第２水温判定用しきい値Ｔ２以上となる状態が続く場合には、エンジン回転数が低くかつエンジン負荷が大きくなっていることを条件に、変速比が低速走行側に変更される。これにより、車両１は、エンジン回転数を上昇させて異常燃焼を回避させることができる。
ここで、図５を用いて、ＥＣＵ２０等の動作例を説明する。

図５には、水温Ｔｗと電制バルブ９の開度との関係を示す。ここで、図５には、エンジン２が異常燃焼する可能性が高い水温（以下、上限温度という。）Ｔｍａｘも示している。

図５に示すように、ＥＣＵ２０は、水温Ｔｗが第１水温判定用しきい値Ｔ１以上になると（時間ｔ１）、水温Ｔｗに応じた電制バルブ９の開度の制御を開始する。図５に示す例では、時間ｔ１以降、水温Ｔｗが高くなっていくため、ＥＣＵ２０は、そのように高くなっていく水温Ｔｗに応じて電制バルブ９の開度を大きくしていく。

そして、図５に示すように、電制バルブ９の開度を大きくしたが、水温Ｔｗが上昇し続けるような場合には、ＥＣＵ２０は、水温Ｔｗが第２水温判定用しきい値Ｔ２に達したとき（時間ｔ２）、電制バルブ９の開度を全開にする。図５に示す例では、電制バルブ９の開度を全開にすることによって、水温Ｔｗが上限温度Ｔｍａｘに向かって上昇することなく第２水温判定用しきい値Ｔ２から低下するようになる。これにより、エンジン２は、温度が低下するようになり、異常燃焼する可能性が高くなる状況になるのを回避できる。

また、前述の実施形態の説明では、電制バルブ９は、例えば、流量調整部を構成する。また、電制バルブ開度制御部２１は、例えば、開度調整部を構成する。また、変速比制御部２２は、例えば、変速比変更部を構成する。また、電制バルブ９及び電制バルブ開度制御部２１は、例えば、燃焼状態制御装置を構成する。

（本実施形態の変形例）
本実施形態では、自動変速機３が複数の変速機構を有することもできる。例えば、複数の変速機構を有する自動変速機３としては、副変速機付自動変速機３が挙げられる。副変速機付自動変速機３は、主となる変速機構に加えて副変速機といったもう一つの変速機構を備えており、各変速機構の変速比を変更して変速比の変化幅を拡大させることを可能にした自動変速機である。例えば、副変速機として、高速走行用ギア（ＨＩＧＨギア）及び低速走行用ギア（ＬＯＷギア）の２段の変速比を有する変速機が挙げられる。このような構成の副変速機は、高速走行用ギアから低速走行用ギアに変速することで、エンジン回転数を上昇させることができる。

本実施形態では、このように自動変速機３が複数の変速機構を有する場合、一方の変速機構の変速機構の変速比を低速走行側に変更することもでき、各々の変速機構の変速比を低速走行側に変更することもできる。そして、本実施形態では、自動変速機３が複数の変速機構を有する場合に、複数の変速機構それぞれの変速比を低速走行側に変更することで、自動変速機３全体としての変速比をより広い領域で変化させることができる。これにより、本実施形態では、エンジン２の回転数をより大きく上昇させることが可能になり、異常燃焼の発生を抑制することができる。

また、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項１により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

１車両、２エンジン、３自動変速機、４ラジエータ、５水温検出部、６回転数検出部、７負荷検出部、８アクセル開度検出部、９電制バルブ、２０ＥＣＵ、２１電制バルブ開度制御部、２２変速比制御部

Claims

内燃機関と、自動で変速比を変更可能な自動変速機と、前記内燃機関内を流れる冷却水が循環され前記冷却水の温度を低下させるラジエータと、前記ラジエータへの冷却水の流量を調整する流量調整弁と、前記冷却水の温度を検出する冷却水温度検出部と、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出部と、前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出部とを有する車両の前記内燃機関の燃焼状態を制御する燃焼状態制御装置において、
前記冷却水温度検出部が検出した冷却水の温度が高いほど前記流量調整弁の開度を大きくする開度調整部と、
前記流量調整弁が最大開度となるまでは、前記冷却水の温度の上昇に伴って前記流量調整弁の開度を大きくして前記冷却水の温度を調整し、前記冷却水温度検出部が検出した冷却水の温度が、前記開度調整部が前記流量調整弁の開度を最大開度にしたときの前記冷却水の温度以上であり、前記回転数検出部が検出した内燃機関の回転数が予め設定された回転数よりも小さくかつ前記負荷検出部が検出した内燃機関の負荷が予め設定された負荷よりも大きいときに前記自動変速機の変速比を低速走行時に使用する変速比側に変更する変速比変更部と、
を有することを特徴とする燃焼状態制御装置。
前記自動変速機は、複数の変速機構を有し、
前記変速比変更部は、複数の変速機構それぞれの変速比を低速走行時に使用する変速比側に変更することを特徴とする請求項１に記載の燃焼状態制御装置。