JP2004257395A

JP2004257395A - 内燃機関の点火制御方法及びそれを実行可能なコンピューター・プログラム

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Publication number: JP2004257395A
Application number: JP2004051957A
Authority: JP
Inventors: Garth M Meyer; エムマイアーガース
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2004-09-16
Also published as: GB0402785D0; GB2398836A; DE102004007919A1; US6895932B2; DE102004007919B4; GB2398836B; US20040163624A1

Abstract

【課題】始動時の点火制御精度を向上させる。
【解決手段】内燃機関の始動中の点火制御方法が、エンジン・タイミングとエンジン制御器との間の同期が得られた後での気筒イベント回数に基づき、個別気筒の点火進角を設定する。この方法により、エンジン速度立ち上がり性を維持しつつ、エンジン排気を改善することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の制御方法に関し、より具体的には、始動中にエンジンの作動タイミングとエンジン制御器との間の同期が生じた後での気筒イベント数に基づき点火を調整する方法に関する。

エンジン始動制御は、エンジンからの排出量及びエンジン速度の立ち上がりに大きな影響を及ぼす。ピストン位置に対する点火時期が、トルク及び排出量の両方に影響する。エンジンをクランキング速度からアイドル速度まで加速させるためにはトルクが必要である。更に、触媒が低温でその効率が低いとき、始動時排出量が低いことが望ましい。一般的に、点火時期の進角がエンジン・トルクが増大する一方、点火時期の遅角によって排出量を低減する。そのため、点火時期はエンジン速度の立ち上がりを確実にすると共に排出量を低減するように設定することが重要である。

エンジンが低温のときに点火を調整する方法の一つが特許文献１に記載されている。この方法は、冷媒温度とエンジン速度に基づき点火進角を設定する。更に、点火進角量は、エンジン位置と動作開始からの時間とを考慮する。より具体的には、この方法は、最初に、目標点火進角が上死点前であるか否か、そしてスロットルが開いているか否かを判断する。そうである場合には、エンジン速度と冷媒温度を用いて、点火進角乗数を判定する。その後で、現在のエンジン位置パルスがロードされ、エンジン位置乗数が補間され、そして点火進角乗数と合わせられる。次に、動作開始からの時間がロードされ、動作開始乗数が補間されて、点火進角乗数と合わせられる。最後に、エンジン位置乗数と動作開始経過時間乗数とで調整された点火進角乗数値を介して、点火が進角される。エンジン動作状態が上死点後の状態に到達する、若しくはスロットル弁が閉状態のとき、この方法は終了し、エンジンは通常点火制御へ戻る。

本件発明者は、この取組みの不利な点をいくつか認識した。つまり、この取組みは、ここで言う「同期」、すなわちエンジンの作動タイミング（以下、エンジン・タイミング）がエンジン制御器の動作と同調しているか否かに関わらず、エンジン位置に基づき点火進角値を変更する。言い換えると、エンジンが停止しているとき、エンジンが特定の位置に止まるとは限らないのが一般的である。一般的に、キー・オフでエンジン制御器及びセンサーへの電力供給は停止されるので、エンジン位置データは失われる。結果として、エンジン制御器は、エンジン位置を再確認するために始動時に数個の信号を監視する。それで、エンジン制御器がエンジン位置を判定して同期を得ようとしてカム及びクランクの信号を監視している間にも、エンジン位置は変化している。エンジン位置が確認されるまでの気筒イベント数は、エンジンがどこで停止したか、そしてエンジン位置監視システムの複雑度に応じて、始動毎に異なることになる。それゆえに、エンジン制御器とエンジンとの間の同期を考慮することなしに、若しくは燃料供給を考慮することなしに、エンジン位置に基づく点火が行なわれるならば、点火が行なわれるクランク角度は、始動毎に異なる可能性がある。

一例として、燃料供給され点火される気筒は、次回又は前回に燃料供給された気筒に対して意図されたクランク角度で点火を受けることがあり得る。そのようであるので、従来技術に開示されたエンジン位置に基づく点火は、理想的な点火を行なえない可能性がある。

更に、この方法は、ベース点火進角が上死点後でスロットル開でのみ機能する。それゆえに、上述の方法は、スロットルが閉じていて、排出量を低減するために点火遅角が用いられる始動中に、最適な点火を行なっていない。

エンジン冷間時に点火を調整する別の方法が、特許文献２に開示されている。この方法は、エンジン始動に続く所定期間、標準値から点火時期を遅角させ、所定期間の終了により、点火時期を標準値へ戻す方法を記載している。ここで、その所定期間は、時間に基づくものである。

本件発明者はまた、この取組みがエンジン冷間動作中には良好に動作するが、この方法が時間に関連させて点火を調整するので、始動中には不正確になる可能性がある、ということも認識した。時間に基づく点火は、タイマーがスタートしてからの時間の関数である点火進角値を発生する。しかしながら、上述のようにエンジン停止位置は変動するために、エンジン位置と時間との間には一対一の関係は無い。更に、エンジン位置は、機械的な寸法であるのに対し、時間は連続体であり、空間的な寸法を有していない。
米国特許第６１３５０８７号明細書米国特許第５４８３９４６号明細書

本発明は、始動中の点火時期の設定と安定性を向上させることを課題とする。

本発明の方法は、エンジン・タイミングとエンジン制御器との間の同期が判定された後の気筒イベント数（エンジンの各気筒でそれぞれ生じる所定の現象の数）をカウントする工程、該気筒イベントのカウント数に基づき気筒点火角度を調整する工程、を有する。この方法は、従来技術の取組みにおける上述の制約を低減することが出来る。

同期後の気筒イベント数をカウントし、その気筒カウント数に基づき点火を行なうことにより、本件発明者は、エンジン始動性を向上させた。この実施形態においては、同期が得られるまで、点火及び燃料供給を遅延させる。その後、気筒イベントのカウント、燃料供給及び点火が開始する。言い換えると、制御器は、点火と燃料供給を調和させることが出来る。それゆえに、最初に燃料供給された気筒とそれに続く気筒が、始動の度に、停止位置とは関係なしに、安定した点火を受けることになる。これは、排出量を低減し、エンジン速度の立ち上がりを安定させるのに、有利である。

同期後の気筒イベント数をカウントすることによる本発明の更なる有利な点は、気筒内の混合気と点火進角との組合せを良好なものに出来る、ということである。本件発明者は、始動中に、エンジン内部及びその周囲で起こる変化に着目した。最初に燃料供給された数個の気筒内には、新気と燃料とからなる空気燃料混合気が存在する。言い換えると、最初の数回の燃焼イベント中には、EGR若しくは残留ガスは非常に少ない。最初の数回、気筒が燃焼し、残留ガスを生成すると、その残留ガスはその後の気筒イベントの空気燃料混合気に影響する。適切な点火進角は残留物の量と共に変化し、同期後の気筒イベント数が残留量を決定する。それゆえに、エンジンの燃焼過程は、時間に関連するのではなく、同期が生じた後の気筒イベント数に関連する。

更に、燃料を供給される気筒内には個別に残留空気燃料混合気が存在するので、このような混合気に適した点火を行なうことが望ましい。同期後の気筒イベント数に基づく点火の実行は、エンジン制御器が個々の気筒に特有の点火進角を設定するのを可能とする。これは、エンジン制御器が、個々の気筒の空気燃料混合気の違いを考慮するのを可能とする。

加えて、燃料成分もまた、混合気の生成に影響し、そしてエンジン速度の立ち上がりに影響することがあり得る。点火が、エンジン速度と負荷とに基づいて行なわれるならば、制御器は、望ましくない態様で点火進角を変更することがあり得る。それゆえに、同期後の気筒イベントのカウント数を単独に又は付加的に考慮する点火進角設定を、エンジン制御と燃焼混合気に関して点火位置を安定させるために、用いることが出来る。

本発明は、いくつかの効果を持つ。本発明は、エンジン始動中の点火制御性を向上させ、結果として排出量を低減するという利点を持つ。この利点は、触媒が低温でそれの効率が低いときに、特に有益である。加えて、本発明は、エンジン速度の立ち上がりを安定させる。始動時の再現性のあるエンジン速度は、エンジンの信頼性を向上し且つ予測可能な態様でエンジンが動作するので、オーナーの自信と満足度を向上することができる。

添付の図面と併せて以下の好ましい実施の形態の詳細な説明から、本発明の上述の効果、特徴が容易に明らかになるであろう。

図１を参照すると、図１では一気筒のみが示されているが、実際には複数の気筒を有する内燃機関10が、電子エンジン制御器12により制御されている。エンジン10は、燃焼室30と気筒壁32とを、カムシャフト130と、気筒内に配置されてクランクシャフト40に接続されるピストン36と共に備える。燃焼室30は、吸気弁52及び排気弁54をそれぞれ介して吸気マニフォールド44及び排気マニフォールド48に連通しているのは公知である。吸気マニフォールド44には、制御器12からの信号FPWのパルス幅に比例して液体燃料を供給する燃料噴射弁66が配設されている。燃料は、燃料タンク、燃料ポンプ及び燃料レール（不図示）からなる燃料システム（不図示）により、燃料噴射弁66へ供給される。エンジン10は、燃料がエンジン気筒内に直接噴射されるように構成することも出来、それは、直接噴射エンジンとして当業者に知られている。吸気マニフォールド44が、スロットル弁62を介して、スロットル・ボディ58と連通するのが示されている。

通常のディストリビューターレス点火システム88が、制御器12に応答し点火プラグ92を介して点火火花を燃焼室30へ与える。二状態排気酸素センサー76が、触媒コンバーター70上流の排気マニフォールド48に接続されているのが示されている。二状態排気酸素センサー98が触媒コンバーター70下流の排気マニフォールド48に接続されているのが示されている。センサー76は信号EGO1を、センサー98は信号EGO2を制御器12へ送信する。センサー98については、ユニバーサル排気酸素（universal exhaust gas oxygen: UEGO）センサーを用いても良い。

制御器12は図１において、通常のマイクロコンピューターとして示されており、それは入出力ポート（I/O）104、読出し専用メモリー（ROM）106、ランダム・アクセス・メモリー（RAM）108、キープアライブ・メモリー（KAM）110そして通常のデータ・バスを含む。制御器12が、エンジン10に接続されたセンサーから各種信号を受けるのが示されており、それらの信号には上述のものに加えて、以下のものが含まれる。すなわち、冷却スリーブ114に接続された温度センサー112からのエンジン冷媒温度（ECT）、吸気マニフォールド44に接続された圧力センサー122からのマニフォールド絶対圧力の計測値（MAP）、温度センサー117からのエンジン吸気温度またはマニフォールド温度の計測値（ACT）、カム・センサー150からのカム位置信号（CAM）、クランクシャフト40に接続されたホール効果センサー118からのプロファイル点火ピックアップ信号（PIP）及び、エンジン速度センサー119からのエンジン速度信号（RPM）である。本発明の好ましい観点において、エンジン速度センサー119は、クランクシャフトが一回転する毎に所定回数のパルスを等間隔に発生する。

図２を参照すると、気筒への燃料供給に基づいて点火を制御するために、制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが示されている。気筒イベント信号の間隔は、720度をエンジン気筒の数で割った角度になる。気筒イベントは、CAMセンサー150とPIPセンサー118の信号をデコードすることにより、特定又は観察される。気筒イベント信号は、あるエンジン気筒が圧縮行程の上死点に到達する時期を特定する。

ステップ210において、エンジン運転状態が読み出される。運転状態は、エンジン冷媒温度、エンジン空気温度、大気圧、触媒温度、最後にエンジン10が動作してからの経過時間（ソーク時間）及び同様のパラメーターを計測することにより、判定される。これらのパラメーターは、ステップ216及び218においてエンジン点火時期を補正するのに用いられる。これらのパラメーターは、それらの状態に応じた種々の態様でエンジン動作に影響を及ぼす。例えば、低いエンジン触媒温度は、点火時期を遅角させ、高い触媒温度は点火時期を進角させる。

ステップ212において、エンジン10が回転しているか否かに基づき、ルーチンが進行すべきか否か判断する。エンジン10が回転していないとき、クランク位置センサー118がエンジン回転を検出するまで、ルーチンは待機する。エンジン10が回転しているならば、ルーチンはステップ214へ進行する。ステップ214において、制御器12は、例えばある気筒への燃料供給（以下、燃料供給気筒イベントと呼ぶ）が1回生じたか否かを判定し、YESの場合には、ステップ216へ進む。燃料供給気筒イベントが生じていない場合、ルーチンは、燃料供給気筒イベントが観察されるまで、待機する。

ステップ216において、図８のテーブルFNESPKから目標点火進角値が読み出される。テーブルの中の点火進角値は、エンジン10がどのように制御されているかによって変わることになる。適用状態によっては、ポート酸化を促進するリーン気筒空気燃料混合気が好ましいが、他の状態では、排気マニフォールド48に空気を噴射しながらのリッチ気筒空気燃料混合気が好ましいことになる。気筒内混合気が異なるので、要求点火進角値も異なり、適用状態に基づきFNESPKテーブルの違いが生じる。図８は、気筒内リーン空気燃料混合気の点火進角値の例である。

目標点火進角値が判定された後で、ルーチンはステップ218へ進む。ステップ218において、点火進角値が、ステップ210において観測されたエンジン運転状態に応じて、補正され得る。大気圧補正は、FNBPという名の関数として記憶される。標準大気圧がその関数のどこに規定されるかによって、点火が、所望の排出量及びエンジン速度立ち上がりを達成する点から進角又は遅角させられる。この関数は、水銀柱の長さのx座標と角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。この関数の正の値が点火を進め、負の値が点火を遅角させる。

吸入空気温度についての補正が、FNACTという名の関数として記憶される。標準吸入空気温度がその関数のどこに規定されるかによって、所望の排出量及びエンジン速度立ち上がりを得る点から進角又は遅角されるかが、決まる。この関数は、温度のx座標と、角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。

触媒温度についての補正も、関数FNCATによりなされる。一般的に、FNCATは、触媒温度が低いと遅角され、触媒温度が高いと進角されるように、校正される。触媒温度は、測定しても、推定しても良い。この関数は、温度のx座標と角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。

最後のエンジン動作からの経過時間であるソーク時間に対する補正が、関数FNSTで収集される。一般的に、FNSTは、ソーク時間が長いほど点火時期が遅角され、そしてソーク時間が短いほど点火時期が進角されるように、校正される。この関数は、単位が秒であるソーク時間のx座標と、角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。

点火補正の要因は全て、ステップ216での点火進角値を調整するために用いられる点火進角値の変化として一つにまとめられる。そしてルーチンは、ステップ220へ進み、そこで、ドライバー入力に対する補正が行なわれる。ドライバー入力は、限定するものではないが、以下の形態をとり得る。すなわち、スロットル位置の変化、電子スロットル若しくは電子制御バルブ、トルク要求、空調、又はエンジン負荷を増大させる機器若しくはシステム、である。この例では、ドライバー入力はスロットル位置である。ドライバー入力が、スロットルに対する要求であるとき、スロットル信号が、関数FNTHROTTLEを用いて処理される。この関数は、単位がボルトであるスロットル位置のx座標と、単位が角度である点火時期のy座標とを持つ。この関数は、スロットル入力が増加するにつれて点火時期を進角させるように校正されるが、他の入力も同じ形態で、ドライバー要求の増大が点火を進角させることになる。ドライバー入力が実質的にゼロ若しくは所定値（例えば全変化範囲の1〜10%又は5%未満）未満のとき、この関数は、ドライバー入力に対する補正を行わない。ルーチンは、ステップ222へ進み、そこで、目標点火進角値がエンジン10に与えられる。

それからルーチンはステップ224へ進み、燃料供給気筒イベント数に基づく点火を継続するか、例えば燃料供給気筒イベント数とは無関係な別の点火制御方法へと移行するかが、判断される。現在の燃料供給気筒イベント数が校正パラメーターEVT_LIM未満でないとき、ルーチンはステップ214へ進む。燃料供給気筒イベント数が、EVT_LIM以上のとき、ルーチンはステップ226へ進む。このステップ226において、燃料供給気筒イベント数ベースの点火制御から別の点火制御方法への移行が行われる。別の点火制御として例えば時間ベースの点火制御があり、それにおいては、最後の燃料供給気筒数ベースの点火が行なわれた後でタイマーがスタートされ、その時間の関数として点火が行なわれる。

このルーチンは、速度／負荷ベースの点火制御へ移行するように構成しても良い。しかしながら、高度が高いと酸素量が少ないため、始動時の大気圧によりエンジン速度／負荷に基づく点火制御は影響を受けるので、このような移行に際しては留意が必要である。別の点火制御への移行が完了すると、ルーチンは終了する。

図３を参照すると、同期した気筒イベント数に基づく点火制御が望ましいときに、制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが示されている。エンジン・タイミングがエンジン制御器12の動作に合致したときに、同期が起こる。ステップ310において、エンジン運転状態が読み出される。運転状態は、エンジン冷媒温度、エンジン空気温度、大気圧、触媒温度、最後にエンジン10が動作してからの経過時間（ソーク時間）及び同様のパラメーターを計測することにより、判定される。これらのパラメーターは、ステップ318及び320においてエンジン点火時期を補正するのに用いられる。これらのパラメーターは、それらの状態に応じた種々の態様でエンジン動作に影響を及ぼす。例えば、低いエンジン触媒温度では、点火時期を遅角させ、高い触媒温度では点火時期を進角させる。

ステップ312において、エンジン10が回転しているか否かに基づき、ルーチンが進行すべきか否か判断する。エンジン10が回転していないとき、クランク位置センサー118がエンジン回転を検出するまで、ルーチンは待機する。エンジン10が回転しているならば、ルーチンはステップ314へ進行する。ステップ314において、制御器12は、同期した気筒イベントが生じたか否かを判断し、生じていれば、同期気筒イベント・カウンターがインクリメントし、ルーチンはステップ316へと進む。新たな同期気筒イベントが生じていない場合には、同期気筒イベントが観測されるまで、ルーチンは待機状態になる。

エンジン10と制御器12の同期がステップ316において判断される。制御器12がエンジン位置の判断を可能とする信号を観測する場合には、エンジン制御器12が、動作、点火及び燃料供給をエンジン・タイミングに合致させ、同期が成立する。同期により、イベント・カウンターがゼロにセットされ、ルーチンはステップ318へと進む。エンジン10と制御器12とが既に同期している場合にも、ルーチンはステップ318へ進む。同期が成立していないときと、同期が成立し得ないとき、ルーチンはステップ314へと戻る。

ステップ318において、図８のテーブルFNESPKから目標点火進角値が読み出される。しかしながら、ステップ318で用いられる点火進角値は、図８に関して前述した燃料供給気筒イベントに代えて、同期後の気筒イベント数に基づいている。テーブルの中の点火進角値は、エンジン10がどのように制御されているかによって変わることになる。適用状態によっては、ポート酸化を促進するリーン気筒空気燃料混合気が好ましいが、他の状態では、排気マニフォールド48に空気を噴射しながらのリッチ気筒空気燃料混合気が好ましいことになる。気筒内混合気が異なるので、要求点火進角値も異なり、適用状態に基づきFNESPKテーブルの違いが生じる。

目標点火進角値が判定された後で、ルーチンはステップ320へ進む。ステップ320において、点火進角値が、ステップ310において観測されたエンジン運転状態に応じて、補正され得る。大気圧補正は、FNBPという名の関数として記憶される。標準大気圧がその関数のどこに規定されるかによって、点火が、所望の排出量及びエンジン速度立ち上がりを達成する点から進角又は遅角させられる。この関数は、水銀柱の長さのx座標と角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。この関数の正の値が点火を進め、負の値が点火を遅角させる。

触媒温度についての補正も、関数FNCATによりなされる。概略的には、FNCATは、触媒温度が低いと遅角され、触媒温度が高いと進角されるように、校正される。触媒温度は、測定しても、推定しても良い。この関数は、温度のx座標と角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。

最後のエンジン動作からの経過時間であるソーク時間に対する補正が、関数FNSTで収集される。一般的に、FNSTは、ソーク時間が長いほど点火時期が遅角され、そしてソーク時間が短いほど点火時期が進角されるように、校正される。この関数は、単位が秒であるソーク時間のx座標と、角度を単位とする進角値のy座標とを持つ。

点火補正の要因は全て、ステップ318での点火進角値を調整するために用いられる点火進角値の変化として一つにまとめられる。そしてルーチンは、ステップ322へ進み、そこで、ドライバー入力に対する補正が行なわれる。ドライバー入力は、限定するものではないが、以下の形態をとり得る。すなわち、スロットル位置の変化、電子スロットル若しくは電子制御バルブ、トルク要求、空調、又はエンジン負荷を増大させる機器若しくはシステム、である。この例では、ドライバー入力はスロットル位置である。ドライバー入力が、スロットルに対する要求であるとき、スロットル信号が、関数FNTHROTTLEを用いて処理される。この関数は、単位がボルトであるスロットル位置のx座標と、単位が角度である点火時期のy座標とを持つ。この関数は、スロットル入力が増加するにつれて点火時期を進角させるように校正されるが、他の入力も同じ形態で、ドライバー要求の増大が点火を進角させることになる。ドライバー入力が実質的にゼロ若しくは所定値（例えば全変化範囲の1〜10%又は5%未満）未満のとき、この関数は、ドライバー入力に対する補正を行わない。ルーチンは、ステップ324へ進み、そこで、目標点火進角値がエンジン10に与えられる。

それからルーチンはステップ326へ進み、同期気筒イベント数に基づく点火を継続するか、例えば同期気筒イベント数とは無関係な別の点火制御方法へと移行するかが、判断される。現在の気筒イベント数が校正パラメーターEVT_LIM未満でないとき、ルーチンはステップ314へ進む。同期気筒イベント数が、EVT_LIM以上のとき、ルーチンはステップ328へ進む。このステップ328において、同期気筒イベント・ベースの点火制御から別の点火制御方法への移行が行われる。別の点火制御として例えば時間ベースの点火制御があり、それにおいては、最後の同期気筒イベント・ベースの点火が行なわれた後でタイマーがスタートされ、その時間の関数として点火が行なわれる。

図４を参照すると、燃料供給気筒イベント・ベースの点火制御における別の実施形態のフローチャートが示されている。ステップ410において、エンジン運転状態が読み出される。運転状態は、エンジン冷媒温度、エンジン空気温度、大気圧、触媒温度、最後にエンジン10が動作してからの経過時間（ソーク時間）及び同様のパラメーターを計測することにより、判定される。これらのパラメーターは、ステップ418及び420においてエンジン点火時期を補正するのに用いられる。ステップ412において、ルーチンはエンジン10が回転しているか否か判断する。そうでない場合には、回転が検出されるまで、ルーチンは待機する。回転が検出されたとき、ルーチンはステップ414及び424へと進む。最終的な点火時期は、図で別のパスを通る二つの動作の和である。すなわち、２つのパスによって、点火進角値がそれぞれ調整され（それぞれのパスで調整される点火進角値を第１量及び第２量と呼ぶ）、それらの調整結果に基づいて点火時期が決定される。

左のパスはステップ414において開始し、そこでは、制御器12が燃料供給気筒イベント数に基づき点火を実行すべきか否かを判断する。現在の燃料供給気筒イベント数がEVT_LIM未満のとき、ルーチンはステップ416へ進む。イベント数がEVT_LIM以上のとき、ルーチンはステップ426へ進む。ステップ416において、制御器12は、燃料供給気筒イベントが起こったか否かを判断する。そうである場合には、燃料供給気筒イベント・カウンターがインクリメントされ、ルーチンはステップ418へ進む。新たな燃料供給気筒イベントが起こらなかったとき、ルーチンは、最後の燃料供給気筒イベント・ベースの点火時期値を保持してステップ426へ進む。

ステップ418において、目標点火時期が図８のテーブルFNESPKから読み出される。目標点火時期が判断された後、ルーチンはステップ420へ進む。

ステップ420において、前記ステップ410において観測されたエンジン運転状態に応じて、点火時期を調整することが出来る。大気圧補正は、FNBPという名の関数として記憶される。標準大気圧がその関数のどこに規定されるかによって、点火が、所望の排出量及びエンジン速度立ち上がりを達成する点から進角又は遅角させられる。この関数は、水銀柱の長さのx座標と角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。この関数の正の値が点火を進め、負の値が点火を遅角させる。

最後のエンジン動作からの経過時間であるソーク時間に対する補正が、関数FNSTで行なわれる。一般的に、FNSTは、ソーク時間が長いほど点火時期が遅角され、そしてソーク時間が短いほど点火時期が進角されるように、校正される。この関数は、単位が秒であるソーク時間のx座標と、角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。

点火補正の要因は全て、ステップ418での点火進角値を調整するために用いられる点火進角値の変化として一つにまとめられる。そしてルーチンは、ステップ422へ進み、そこで、ドライバー入力に対する補正が行なわれる。

ドライバー入力は、限定するものではないが、以下の形態をとり得る。すなわち、スロットル位置の変化、電子スロットル若しくは電子制御バルブ、トルク要求、空調、又はエンジン負荷を増大させる機器若しくはシステム、である。この例では、ドライバー入力はスロットル位置である。ドライバー入力が、スロットルに対する要求であるとき、スロットル信号が、関数FNTHROTTLEを用いて処理される。この関数は、単位がボルトであるスロットル位置のx座標と、単位が角度である点火時期のy座標とを持つ。この関数は、スロットル入力が増加するにつれて点火時期を進角させるように校正されるが、他の入力も同じ形態で、ドライバー要求の増大が点火を進角させることになる。ドライバー入力が実質的にゼロ若しくは所定値未満のとき、この関数は、ドライバー入力に対する補正を行わない。そして、ルーチンは、ステップ426へ進む。

ルーチンの右のパスは、ステップ424において始まり、動作パラメーターに基づく点火時期が、何らかの適切な方法により判断される（点火進角値の第２量）。ルーチンはそれから、ステップ426へ進む。ステップ426において、ステップ422と424とからの点火進角が合計され、最終点火時期を生成する。このルーチンの構造と校正とにより、点火制御が、燃料供給気筒イベント数だけにか、燃料供給気筒イベント数とは独立した別の方法だけにか、若しくは校正によっては二つの組合せに、基づくものとなるのが可能とされる。ルーチンはそして、ステップ428へ進み、そこで、エンジン10に対して点火が実行される。エンジン10への点火が実行された後、ルーチンは再び呼び出されるまで終了した状態にある。

図５を参照すると、同期気筒イベント・ベースの点火制御における別の実施形態のフローチャートが示されている。ステップ510において、エンジン運転状態が読み出される。運転状態は、エンジン冷媒温度、エンジン空気温度、大気圧、触媒温度、最後にエンジン10が動作してからの経過時間（ソーク時間）及び同様のパラメーターを計測することにより、判定される。これらのパラメーターは、ステップ520及び522においてエンジン点火時期を補正するのに用いられる。ステップ512において、ルーチンはエンジン10が回転しているか否か判断する。そうでない場合には、回転が検出されるまで、ルーチンは待機する。回転が検出されたとき、ルーチンはステップ514及び526へと進む。最終的な点火時期は、図で別のパスを通る二つの動作の和である。すなわち、２つのパスによって、点火進角値がそれぞれ調整され（それぞれのパスで調整される点火進角値を第１量及び第２量と呼ぶ）、それらの調整結果に基づいて点火時期が決定される。

左のパスはステップ514において開始し、そこでは、制御器12が燃料供給気筒イベント数に基づき点火を実行すべきか否かを判断する。現在の燃料供給気筒イベント数がEVT_LIM未満のとき、ルーチンはステップ516へ進む。イベント数がEVT_LIM以上のとき、ルーチンはステップ528へ進む。このステップ516において、制御器12は、同期気筒イベントが起こったか否かを判断する。そうである場合には、燃料供給気筒イベント・カウンターがインクリメントされ、ルーチンはステップ518へ進む。新たな同期気筒イベントが起こらなかったとき、ルーチンは、最後の同期気筒イベント・ベースの点火時期値を保持したままステップ528へ進む。

ステップ518において、エンジン10と制御器12との同期が判断される。制御器12がエンジン位置判定を可能とするカム及びクランクの信号を観測するとき、エンジン制御器12は動作とエンジン・タイミングとを合致させ、同期する。同期すると、イベント・カウンターがゼロにセットされ、ルーチンがステップ520へ進む。エンジン10と制御器12とが既に同期しているときも、ルーチンはステップ520へ進む。同期が成立していないとき、及び同期が成立し得ないときには、ルーチンはステップ528へと進む。

ステップ520において、図８のテーブルFNESPKから目標点火進角値が読み出される。しかしながら、ステップ520で用いられる点火進角値は、図８に関して前述した燃料供給気筒イベントに代えて、同期後の気筒イベント数に基づいている。目標点火時期が判断された後、ルーチンはステップ522へ進む。

ステップ522において、ステップ510において観測されたエンジン運転状態に応じて、点火時期を調整することが出来る。大気圧補正は、FNBPという名の関数として記憶される。標準大気圧がその関数のどこに規定されるかによって、点火が、所望の排出量及びエンジン速度立ち上がりを達成する点から進角又は遅角させられる。この関数は、水銀柱の長さのx座標と角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。この関数の正の値が点火を進め、負の値が点火を遅角させる。

点火補正の要因は全て、ステップ520での点火進角値を調整するために用いられる点火進角値の変化として一つにまとめられる。そしてルーチンは、ステップ524へ進み、そこで、ドライバー入力に対する補正が行なわれる。ドライバー入力は、限定するものではないが、以下の形態をとり得る。すなわち、スロットル位置の変化、電子スロットル若しくは電子制御バルブ、トルク要求、空調、又はエンジン負荷を増大させる機器若しくはシステム、である。この例では、ドライバー入力はスロットル位置である。ドライバー入力が、スロットルに対する要求であるとき、スロットル信号が、関数FNTHROTTLEを用いて処理される。この関数は、単位がボルトであるスロットル位置のx座標と、角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。この関数は、スロットル入力が増加するにつれて点火時期を進角させるように校正されるが、他の入力も同じ形態で、ドライバー要求の増大が点火を進角させることになる。ドライバー入力が実質的にゼロ若しくは所定値未満のとき、この関数は、ドライバー入力に対する補正を行わない。そして、ルーチンは、ステップ528へ進む。

ルーチンの右のパスは、ステップ526において始まり、動作パラメーターに基づく点火時期が、何らかの適切な方法により判断される（点火進角値の第２量）。ルーチンはそれから、ステップ528へ進む。ステップ528において、ステップ524と526とからの点火進角が合計され、最終点火時期を生成する。このルーチンの構造と校正とにより、点火制御が、燃料供給気筒イベントだけにか、気筒燃料供給イベント数とは独立した別の方法だけにか、若しくは校正によっては二つの組合せに基づくものとなるのが可能とされる。ルーチンはそして、ステップ530へ進み、そこで、エンジン10に対して点火が実行される。エンジン10への点火が実行された後、ルーチンは再び呼び出されるまで終了した状態にある。

図６を参照すると、通常の時間ベースの点火が用いられる場合の始動中の関連パラメーターを示すグラフである。各信号軌跡を同時に見ることが出来るように、各信号の大きさは標準化されている。図６及び図７は、二つの方法の比較を客観的に出来るように、同じ縮尺とされている。

エンジン速度（RPM）、炭化水素排出濃度（HCPPM）、動作開始からの経過時間（ATMR1）及び点火時期（SAF）が、冷間始動時の典型的な信号軌跡を示すためにプロットされている。信号間の関係が判るはずである。点火は所定のエンジン速度になるまで一定に保たれ、それは、エンジン冷媒温度と動作開始からの経過時間との座標を備えるテーブルにより表される軌跡に沿ったものである。点火は、気筒イベント数に直接関連してはいない。この取組みは、個々のイベントが制御されていないので、炭化水素排出量（HCPPM）が高くなる。信号ATMR1が線形的に増加し、それがエンジン速度や気筒イベント数とは独立したものであることに、留意すべきである。

図７を参照すると、図６と同じパラメーターを示すが、この図では、本発明の実施形態に係る燃料供給気筒イベントに基づく点火制御が行われている。各信号の軌跡を同時に見ることが出来るように、各信号の大きさは標準化されている。

エンジン速度（RPM）、炭化水素排出量（HCPPM）、燃料供給気筒イベント数（EVTCNT）及び点火進角（SAFTOT）が、冷間始動時の典型的な信号軌跡を示すためにプロットされている。信号間の関係から、点火時期が燃料供給気筒イベント数に基づき変化可能となっているのが、判るはずである。点火時期は、テーブルFNESPKで表される軌跡に沿う。実行される点火時期は、特定の同期気筒イベントに関連付けられ、その結果、エンジン速度をアイドル状態まで立ち上げるのに充分なトルクを発生しながら、炭化水素排出量を低減する。

図８を参照すると、エンジン冷媒温度と燃料供給気筒イベント数とに基づく目標点火時期の例を示すテーブルFNESPKが示されている。このテーブルは、特定の燃料供給気筒イベントにおいて行なわれるべき点火時期を決定するのに用いられる。テーブルは、華氏を単位とするエンジン温度のx座標と、燃料供給気筒イベント数の座標とを持つ。具体的には、テーブルの列と行とは、燃焼過程をサポートするのに必要な解像度により規定される。概略的には、最初2回のエンジン・サイクルにわたり個々の気筒イベントを制御するのに充分な列が、数回の追加の列と共に設けられる。追加列は、気筒燃料供給イベント数が大きくなるにつれ燃焼過程が安定するのを反映した点火時期を規定するのに用いられる。テーブル内の負の値が圧縮工程の上死点後の点火進角値を示す一方、正の値は圧縮工程の上死点前の点火進角値を示す。

列の形状に関し、数回の気筒イベントにわたり一定のエンジン温度において、点火が実行される。最初の２列において、点火遅角が要求され、それから、点火が進角する。この点火特性は、始動中の点火時期要求の変化を反映させたものである。最初2回の気筒イベントの間、吸気気筒には殆ど残留ガスが無いので、より大きな点火遅角を許容する。続くイベントでは、残留ガスが増加する際のエンジン速度立ち上がり及び燃焼をサポートするために、点火時期の進角が必要となる。

図９を参照すると、シーケンシャル制御に基づき燃料供給を制御するために制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが示されている。シーケンシャル燃料供給制御は、気筒の吸気量に基づき、各気筒特有の燃料量を供給する。燃料は、吸気弁が開いた状態で供給しても、閉じた状態で供給しても良い。個々の燃料量を個々の空気量に合わせることにより、シーケンシャル燃料供給制御は、排出量を低減する機会を提供する。点火時期を個々の気筒イベントに合わせることにより、更なる排出量の低減を図ることが出来る。エンジン10と制御器12とが同期してから、シーケンシャル燃料制御が行なわれる。ステップ910において、エンジン運転状態が読み出される。運転状態は、エンジン冷媒温度などのパラメーターを計測することにより、判定される。ステップ912において、ルーチンが、ステップ912において空気と燃料供給を同期させるべきか、又はステップ916へ進んでエンジン空気量を読み出すべきか、を判断する。空気と燃料供給とが同期していない場合、制御器12は２イベント分の予測エンジン空気量を次の吸気行程気筒に合わせる。ステップ916において、エンジン空気量がエンジン空気量予測ルーチンから読み出される。ステップ918において、目標λ値が、テーブルに記憶された所定の値の中から検索される。そのテーブルは、エンジン冷媒温度ECTのx座標と、動作開始からの経過時間のy座標とを持つ。λ値は以下のように計算される。

λ= (Air / Fuel) / (Air / Fuel)_{stoichiometry}

ステップ920において、ステップ916のエンジン空気量とステップ918で読み出されたλ値とに基づき燃料質量が計算される。

Base_Fuel_Mass = Engine_Air_Amount / [(Air / Fuel_{stoichiometry}) * Lambda]

ステップ922において、その入力が目標燃料質量で、その出力が噴射パルス幅である関数を用いて、噴射パルス幅が計算される。ステップ924において、噴射弁が、ステップ922で求められた期間駆動される。この過程は、気筒特有の空気量を用いて、噴射イベント毎に生じ、気筒特有の燃料量を生成する。

図10を参照すると、ビッグバン燃料供給を行なうために制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが示されている。ビッグバン燃料供給は、エンジン同期が必要とされないので、始動時間を短縮する。ビッグバン燃料供給を用いても理想的な排出量は得られないが、気筒イベント・ベースの点火制御がビッグバン燃料供給と共に実行されるとき、始動時間を短縮しながら、排出量を低減することが出来る。排出量の低減は、点火時期を正確な噴射量を受けた気筒と合わせたことの結果である。ステップ1010において、エンジン運転状態が読み出される。エンジン冷媒温度などのパラメーターを計測することにより、運転状態が判定される。これらのパラメーターは、ステップ1014でエンジン燃料量を補正するのに用いられる。ステップ1012において、エンジン空気量がステップ1012で行なわれた計算結果から読み出される。ステップ1014において、目標λ値が、ステップ918で用いられたのと同じ方法を用いて、読み出される。ステップ1016において、ルーチンは、エンジン10が回転しているか否かを判断し、そうである場合には、ステップ1018において、最初のエンジン・イベントが検出された時点で全噴射弁が同時に作動される。エンジン10が回転していない場合には、燃料は供給されず、回転が検出されるまで、ルーチンは待機する。ステップ1020において、エンジン制御器12は、クランクシャフト118とカムシャフト150のセンサーにより提供される信号を用いて、エンジン位置を判定する。エンジン位置が判定されると、予測エンジン空気量と燃料供給とが合わせられる。ビッグバン燃料供給は、エンジン2回転分の燃料を供給し、制御器12が、ステップ1024においてSEFI燃料供給を開始する前に、ステップ1022においてエンジン・イベントでN3回分待機するのを可能とする。N3は、エンジン10の気筒数である。

当業者には判るように、図２、３、７及び８に記載のルーチンは、イベント・ドリブン（event-driven）、インターラプト・ドリブン（interrupt-driven）、マルチ・タスク（multi-tasking）、マルチ・スレッド（multi-tasking）など、複数の処理法の一つ又は複数で表し得る。そのようであるので、図示されたステップや機能は、図示の順番で実行することも、並列に実行することも、場合によっては省略することも出来る。同様に、処理の順番は、本発明の目的、特徴そして利点を得るために、必ずしも必要とされないが、図示及び説明を容易にするために提供される。明確に示されてはいないが、当業者であれば、用いられる特定の制御手法によっては、図示のステップ若しくは機能の一つ又は複数が、反復的に実行されることが出来るということを認識するであろう。

これで、本発明の説明を終了する。本発明の詳細な説明から、当業者であれば、本発明の思想及び範囲から逸脱することなしに、多くの変形及び改良を想到するであろう。例えば、天然ガス、ガソリン又は代替燃料で動作するI3, I4, I5, V6, V8, V10そして V12など種々の形態のエンジンが、本発明を有利に用いることが出来る。従って、本発明の範囲は、前記請求項により、規定される。

本発明が有利に用いられるエンジンの概略図である。始動時の燃料供給気筒イベント・ベースの点火制御のハイレベル・フローチャートである。始動時の同期気筒イベント・ベースの点火制御のハイレベル・フローチャートである。始動時の燃料供給気筒イベント・ベースの点火の代替方法を示すハイレベル・フローチャートである。始動時の同期気筒イベント・ベースの点火の代替方法を示すハイレベル・フローチャートである。始動時の通常の時間ベースの点火と生成される炭化水素排出量を示すグラフである。始動時の燃料供給気筒イベント・ベースの点火と生成される炭化水素排出量を示すグラフである。始動時に実行される点火の例のテーブルである。シーケンシャル燃料制御（SEFI）を示すハイレベル・フローチャートである。ビッグバン燃料供給を表すハイレベル・フローチャートである。

符号の説明

10 内燃機関
12 エンジン制御器
62 スロットル

Claims

内燃機関のための点火制御方法であって、
エンジンの作動タイミングとエンジン制御器の動作とが同期しているかどうかを判定する行程、
上記行程によりエンジンの作動タイミングとエンジン制御器の動作とが同期していると判定された後、所定の気筒イベント数をカウントする工程、及び
上記気筒イベント・カウント数に基づき点火進角値を調整する工程、
を有する方法。
内燃機関のための点火制御方法であって、
エンジンの作動タイミングとエンジン制御器の動作とが同期しているかどうかを判定する行程、
上記行程によりエンジンの作動タイミングとエンジン制御器の動作とが同期していると判定された後、所定の気筒イベント数をカウントする工程、
上記気筒イベント・カウント数に基づき点火進角値の第１量を調整する工程、
上記気筒イベント・カウント数とは独立して上記点火進角値の第２量を調整する工程、及び
上記第１量と第２量とに基づき、上記内燃機関への点火を実行する工程、
を有する方法。
内燃機関のための点火制御方法であって、
上記内燃機関の動作開始からの気筒イベント数をカウントする工程、
上記気筒イベント・カウント数に基づき点火進角値の第１量を調整する工程、
上記気筒イベント・カウント数とは独立して上記点火進角値の第２量を調整する工程、及び
上記第１量と第２量とに基づき、上記内燃機関への点火を実行する工程、
を有する方法。
上記点火進角値がドライバー入力に基づき更に調整される、前記請求項１乃至３のいずれか１つに記載の方法。
上記ドライバー入力が、ドライバーによる機械式スロットルの開放である、請求項４に記載の方法。
上記ドライバー入力が、ドライバーによる車両の機器の作動である、請求項４に記載の方法。
内燃機関のための点火制御方法であって、
エンジンの作動タイミングとエンジン制御器の動作とが同期しているかどうかを判定する行程、
上記行程によりエンジンの作動タイミングとエンジン制御器の動作とが同期していると判定された後、所定の気筒イベント数をカウントする工程、及び
ドライバー入力が実質的にゼロのときに、上記気筒イベント・カウント数に基づき、点火進角値を調整する工程、
を有する方法。
内燃機関のための点火制御方法であって、
上記内燃機関の動作開始からの気筒イベント数をカウントする工程、及び
ドライバー入力が実質的にゼロのときに、上記気筒イベント・カウント数に基づき、点火進角値を調整する工程、
を有する方法。
上記実質的ゼロが、全範囲の1〜10%または所定値未満のいずれか一方である、請求項７又は８のいずれか１つに記載の方法。
上記ドライバー入力が、ドライバーによる機械式スロットルの開放である、前記請求項７乃至９のいずれか１つに記載の方法。
上記ドライバー入力が、ドライバーによる車両の機器の作動である、前記請求項７乃至10のいずれか１つに記載の方法。
上記点火進角値が、上記気筒イベント・カウント数の増加に従い、調整される、前記請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の方法。
上記点火進角値が、外気温度とエンジン温度とに基づき更に調整される、前記請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の方法。
上記点火進角値が、大気圧に基づき更に調整される、前記請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の方法。
上記点火進角値が、触媒温度に基づき更に調整される、前記請求項１乃至１４のいずれか１つに記載の方法。
上記点火進角値が、上記内燃機関が最後に動作してからの期間に基づき更に調整される、前記請求項１乃至１５のいずれか１つに記載の方法。
上記点火進角値が、排気システムへ噴射される空気量に基づき更に調整される、前記請求項１乃至１６のいずれか１つに記載の方法。
上記気筒イベント・カウント数に基づき燃料噴射量が調整される、前記請求項１乃至１７のいずれか１つに記載の方法。
エンジンの作動タイミングと非同期に燃料が供給される、前記請求項１乃至１８のいずれか１つに記載の方法。
始動時に少なくとも1回、エンジンの作動タイミングとは非同期に燃料を噴射する工程、及び
上記始動後に上記エンジンの作動タイミングと同期して燃料を噴射する工程、
を有する、前記請求項１乃至１９のいずれか１つに記載の方法。
内燃機関の点火を制御するためのコンピューターに記憶されていて、前記請求項１乃至２０のいずれか１つに記載の工程を実行可能なコンピューター・プログラム。