JP2005214182A - 内燃機関の運転制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の始動直後における冷間増量の減衰を最適化し、空燃比が過薄化されることを防止できる内燃機関の運転制御方法及び装置を提供する。
【解決手段】 まず、検出されたエンジンの回転数ＮＥｉから回転数の増分ΔＮＥｉの実測値を算出する。次に、予め取得され記憶されている回転数の増分ΔＮＥｉと冷間増量の減衰を開始する回転数ＮＥｓとの関係に、増分ΔＮＥｉの実測値を代入し、運転状態のエンジンに対して冷間増量の減衰を開始すべき回転数を決定する。そして、エンジンの回転数ＮＥｉが回転数ＮＥｓの決定値以上となった時点で減衰を開始する。
【選択図】 図２

Description

本発明は内燃機関の運転制御方法及びその装置に関する。

車両等に搭載されるエンジン（内燃機関）が始動された直後は、温度が低く燃焼性が不安定であると共に、吸気通路となる吸気ポート壁面に付着する燃料が多くなるので、シリンダ内へ送り込まれる燃料を一定量増量させる制御が一般に行われている。そのような時間あたりの燃料の増分は、冷間増量と呼ばれ（或いは、始動後増量、燃料増量等とも呼ばれる）、所定時間経過した後に徐々に連続的又は段階的に減衰されるようになっている。

このような冷間増量を伴う従来の燃料供給制御方法又は装置として、例えば、特許文献１には、所定の始動後増量の初期値を所定時間保持した後、その初期値から所定の減衰率で急減衰するようにした装置が記載されている。この装置は、吸気通路の隔壁に付着した燃料量を考慮して始動後増量の初期値を設定した場合に発生し得るオーバーリッチ及びラフアイドルの防止を企図したものである。

また、特許文献２には、エンジン回転数検出手段によって検出されたエンジン回転数を所定値と比較し、その大小によってエンジン始動後の燃料増量の減衰係数を変化させるようにした装置が開示されている。これは、例えば、始動直後に高回転状態となった後にアイドリング状態におかれたエンジンにおいて、燃料増量の急激な低減によって生じ得るエンジンストール等の不都合な事態を回避すべく企図されたものである。

さらに、特許文献３には、始動後増量の減衰係数を二段階に切り替えることにより、減衰を段階的に行って始動後増量補正係数が零になるまでの時間を変更可能にした装置が提案されている。これは、始動後増量補正係数が零になったときに燃料量が急激に減少側に変化し、このため空燃比が過薄化して回転数が不安定になる不都合を防止すべく企図されたものである。
特開平１−３１３６３８号公報 特開平４−１０９０４４号公報 特開平５−２１４９８１号公報

ところで、これら従来のいずれの場合も、冷間増量（始動後増量、燃料増量）の初期値は、ある一定の値が設定される。例えば、対象となるエンジンの所定のフリクションに適合するように設定されることが多い。フリクションはエンジンの温度に依存して変化するが、通常、冷えた状態のエンジンが始動された状態つまりエンジンが低温状態でのフリクションが、冷間増量設定のために想定される。また、冷間増量の減衰開始時期は、基本的にエンジンの回転数で決定される。

このようにフリクションが高い状態（通常フリクション状態）では、始動直後のエンジン回転数の増加が比較的緩慢であり、吸気通路の壁面に付着した燃料が徐々に燃焼室内に送り込まれる。よって、冷間増量の初期値は、そのように壁面から送給される燃料も考慮して決定され得る。一方、通常フリクション時に比して温度が高い状態でエンジンが始動されると、フリクションが低下するので、始動直後のエンジン回転数は急激に増加する傾向にある。こうなると、吸気通路の壁面に付着した燃料が一気に燃焼室内に送り込まれる。このように吸気通路の壁面に付着した燃料が急激に失われた状態で、回転数に基づいて決定される時期に冷間増量の減衰を開始すると、減衰のタイミングが過度に早くなってしまい、空燃比が過薄状態となってエンジンストールが生じるおそれがある。

また、フリクションの程度を左右するエンジン温度に応じて冷間増量の初期値を変化させるといった制御も考えられるが、フリクションは、エンジン温度のみに依存するわけではなく、例えばエンジン状態の経年変化、エンジンオイルの種類や劣化状況等によって影響を受ける。よって、そのような制御を行っても、冷間増量の減衰タイミングを確実に最適化することは困難である。

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の始動直後における冷間増量の減衰を最適化し、空燃比が過薄化されることを防止できる内燃機関の運転制御方法、及びその方法を実現するための装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による内燃機関の運転制御方法は、始動直後において所定の冷間増量が適用される内燃機関の運転制御に好適な方法であって、内燃機関が運転されているときの回転数に基づいて、回転数の経時的な変化率の実測値を算出する工程と、予め取得しておいた内燃機関の回転数の経時的な変化率と冷間増量の減衰を開始する回転数との関係に基づいて、変化率の実測値における冷間増量の減衰を開始する回転数を決定する工程と、冷間増量が存在し且つ内燃機関の回転数が前記減衰を開始する回転数以上となったときに、冷間増量の減衰を開始する工程とを備える。

このような内燃機関の運転制御方法においては、実際に内燃機関が運転されているときの回転数の実測値からその経時的な変化率が算出され、それにより内燃機関の回転数がどのような割合で変化しているかが把握される。そして、予め取得しておいた内燃機関の回転数の経時的な変化率と冷間増量の減衰を開始する回転数との関係に基づいて、例えばその関係を表す数式、表データ等に回転数の経時的な変化率の実測値を照会することにより、冷間増量を減衰させるべき最適な内燃機関の回転数が決定される。そして、その決定された回転数と運転状態にある内燃機関の回転数とを比較し、決定された回転数以上となった時点で冷間増量の減衰を開始する。このように、内燃機関のフリクションの程度に依存して変化する内燃機関の回転数の変化率に応じて、最適な時期に冷間増量の減衰を開始させることができる。

具体的には、内燃機関の回転数の経時的な変化率と冷間増量の減衰を開始する回転数との関係として、回転数の経時的な変化率に比例して冷間増量の減衰を開始する回転数が増大するような関係を用いると好ましい。なお、比例係数は一定であってもなくともよい。

また、本発明による内燃機関の運転制御装置は、本発明の運転制御方法を有効に実施するためのものであり、始動直後において所定の冷間増量が適用される内燃機関の運転制御装置であって、内燃機関が運転されているときの回転数を検出する回転数検出部と、予め取得された内燃機関の回転数の経時的な変化率と冷間増量の減衰を開始する回転数との関係が入力又は記憶されたデータ保持部と、検出された回転数の実測値が入力され、回転数の経時的な変化率の実測値が算出され、その変化率の実測値と上記の関係とに基づいて、その変化率の実測値における冷間増量の減衰を開始する回転数が決定される演算部と、冷間増量が存在し、内燃機関の回転数が減衰を開始する回転数以上となったときに、冷間増量の減衰が開始されるように、内燃機関への燃料の供給量を調節する燃料供給部とを備える。

本発明の内燃機関の運転制御方法及びその装置によれば、内燃機関に適用される始動直後の冷間増量の減衰タイミングを最適化でき、これにより、空燃比が過薄化されるのを防止することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明による内燃機関の運転制御装置の好適な一実施形態を示す構成図である。運転制御装置１０は、始動直後に一定の冷間増量を有する燃料が供給されるエンジン１（内燃機関）に接続された回転数検出部２及び燃料供給部３を備えている。回転数検出部２には、制御部４及びデータ保持部５に接続された演算部６が接続されており、制御部４は、エンジン１及び燃料供給部３に接続されている。回転数検出部２としては、一般に用いられる回転数センサ（ＮＥセンサ）を使用することができ、制御部４、データ保持部５、及び演算部６は、通常のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）内に構成される。また、燃料供給部３は、エンジン１の吸気ポート（空気と混合された燃料が燃焼室へ導入される配管部位）へ接続されたインジェクタである。

回転数検出部２は、エンジン１が運転されている状態の回転数を適宜の時間間隔でサンプリングし、検出された回転数の実測値が演算部６へ出力される。演算部６は、入力されたエンジン１の回転数を用いて、その変化率を連続的又は断続的に算出すると共に、データ保持部５に記憶されている数値データと算出された回転数の変化率との所定の比較演算を実行する。さらに、演算部６では、その比較演算結果に基づいて、後述するように、冷間増量の減衰を開始する時期が判断され、減衰開始信号を制御部４へ出力する。制御部４は、減衰開始信号が入力された時点で、所定の割合で燃料供給量を減少させる制御信号を燃料供給部３へ出力する。

このように構成された運転制御装置１０による内燃機関の運転制御方法の一形態について説明する。図２は、その運転制御方法の手順を示すフロー図である。また、図３は、エンジン１が低温状態つまりフリクションが高い状態で始動された直後の時刻ｔにおけるエンジン回転数ＮＥの変化の一例を示すグラフである。さらに、図４は、そのような状態で始動されたエンジン１に適用される冷間増量の変化の一例を示すグラフである。

まず、エンジン１が始動されると、制御部４からの指令により燃料供給部３から図４に示す冷間増量（図示曲線Ｌ２）の初期値を含む量の燃料がエンジン１の吸気ポート（図示せず）に供給される。回転数検出部２では、例えばμｓｅｃオーダーでエンジン１の回転数がサンプリング測定され、その回転数実測値ＮＥｉが演算部６に入力される（ステップＳ１）。低温状態で始動された直後のエンジン１の回転数は、図３の曲線Ｌ１に示す如く比較的緩やかに増加し、演算部６では、その曲線Ｌ１の傾き（微分係数）に相当する増分ΔＮＥｉ（変化率）が算出される（ステップＳ２）。

ここで、図７は、データ保持部５に記憶されているエンジン１の回転数の増分ΔＮＥｉと冷間増量の減衰を開始するエンジンの回転数ＮＥｓとの関係を示すグラフである。図示曲線Ｌｍで示される関係は、エンジン１に対して予め取得しておいたものであり、任意の回転数の増分ΔＮＥｉに対し、始動直後のエンジン１の空燃比が所望の値に維持されるように決定された減衰を開始すべきエンジン回転数ＮＥｓを表すものである。

演算部６では、先に算出された増分ΔＮＥｉの実測値が曲線Ｌｍの関係に代入され、冷間増量の減衰を開始させるべきエンジン１の回転数ＮＥｓが算出される（ステップＳ３）。具体的には、図３に示す状態のエンジン１の回転数増分をΔＮＥ₁とすると、減衰を開始すべきエンジン回転数はＮＥ１と算出される。さらに、演算部６では、刻々と変化するエンジン１の回転数ＮＥｉの実測値と減衰開始エンジン回転数ＮＥｓ（ＮＥ１）との比較論理演算が行われる（ステップＳ４）。それから、実測値であるＮＥｉがＮＥｓ以上となった時点で、さらに冷間増量の有無を判断し（ステップＳ５）、冷間増量が存在する場合に、その判断結果が制御部４に伝達される。そして、冷間増量を所定の減衰割合で減衰させる制御信号が燃料供給部３へ送られ、時刻ｔ１において冷間増量の減衰が開始される（ステップＳ６）。

エンジン１は、冷間増量が零となった時点で回転数が略極大となり、その後アイドリング状態へと移行する。このように低温状態でエンジン１が始動されたときには、吸気ポートに付着した燃料が徐々に燃焼室内へ送給され、冷間増量が零になった時に空燃比が過度に薄い（リーンな）状態とはならない。

なお、ステップＳ４で実測値ＮＥｉがＮＥｓを下回っている場合（ここでは時刻ｔ１より以前）、及びステップＳ５で冷間増量がないと判断された場合（例えば、始動直後ではない場合）には、ステップＳ１〜Ｓ４の処理が繰り返される。

一方、図５は、エンジン１がより高温状態つまりフリクションが低い状態で始動された直後の時刻ｔにおけるエンジン回転数ＮＥの変化の一例を示すグラフである。また、図６は、そのような状態で始動されたエンジン１に適用される冷間増量の変化の一例を示すグラフである。

この状態においても、図２に示すフローの手順に従って同様の制御が行われる。この場合、フリクションが比較的低いので、エンジン１の回転数は、図５に曲線Ｌ３で示されるように、図３の曲線Ｌ１よりも急激に増加する傾向にある。すなわち、ステップＳ２において算出される曲線Ｌ３の傾きに相当する増分ΔＮＥ₂（変化率）は、ΔＮＥ₁よりも大きい。こうなると、前述したように、より低温状態で始動された場合に比して吸気ポート内に付着した燃料が急激に燃焼室内に送給され易くなり、エンジン１がある所定の回転数になったときに一律に冷間増量の減衰が開始されるような従来方法では、空燃比が過薄となるおそれがある。

これに対し、本発明では、図７に示される関係に基づいて、増分ΔＮＥ₂に応じて冷間増量の減衰を開始するエンジン回転数が、ＮＥ１よりも高いＮＥ２と決定され（ステップＳ３）、図５に示すように時刻ｔ２において冷間増量の減衰（図６の曲線Ｌ４参照）が開始される（ステップＳ６）。仮にエンジン１の回転数がＮＥ１となったときに冷間増量の減衰が開始されるとすれば、時刻ｔ２よりもはるか以前に減衰が実行されてしまい、減衰のタイミングが早過ぎて必要な燃料の増量が行われなくなってしまう。

しかし、本発明では、より遅い時刻ｔ２で冷間増量の減衰が開始されるので、吸気ポートの付着燃料が一気に燃焼室側へ持ち去られても、その不足分を確実に補うことができる量の冷間増量が供給され、空燃比が過度にリーンな状態となることが抑止される。したがって、始動時にエンジンストールが発生することを確実に防止でき、優れた始動性を実現できる。また、エンジン１の温度ではなく、エンジン１の回転数の増分ΔＮＥｉ（変化率）に応じて冷間増量の減衰を開始する回転数ＮＥｓを決定するので、例えば、エンジン１の経年状態やエンジンオイルの種類等に依存して相違するフリクションの変化による始動性の悪化をも防止できる。つまり、エンジン１の経年状態によらず或いはエンジンオイルの性能によらず、新車時と同等の始動性を維持することが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、データ保持部５に保持されるデータは、図７に示すような数式化されたものでなくともよく、例えば、表形式のようなマッピングを行ってもよい。また、冷間増量の有無を確認するステップＳ５を、他のステップと並行して或いは他のステップに先立って実行する手順としてもよい。

本発明による内燃機関の運転制御方法及び装置は、内燃機関の始動直後における冷間増量の減衰を最適化して空燃比が過薄化されるのを防止でき、従来に比して内燃機関の始動性を向上させることが可能なので、内燃機関を備える車両等の機器、動機、設備等に広く利用することができる。

本発明による内燃機関の運転制御装置の好適な一実施形態を示す構成図である。 運転制御装置１０による内燃機関の運転制御方法の一形態の手順を示すフロー図である。 エンジン１が低温状態で始動された直後の時刻ｔにおけるエンジン回転数ＮＥの変化の一例を示すグラフである。 低温状態で始動されたエンジン１に適用される冷間増量の変化の一例を示すグラフである。 エンジン１がより高温状態で始動された直後の時刻ｔにおけるエンジン回転数ＮＥの変化の一例を示すグラフである。 より高温状態で始動されたエンジン１に適用される冷間増量の変化の一例を示すグラフである。 データ保持部５に記憶されているエンジン１の回転数の増分ΔＮＥｉと冷間増量の減衰を開始するエンジンの回転数ＮＥｓとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１…エンジン（内燃機関）、２…回転数検出部、３…燃料供給部、４…制御部、５…データ保持部、６…演算部、１０…運転制御装置。

Claims (3)

1. 始動直後において所定の冷間増量が適用される内燃機関の運転制御方法であって、
   前記内燃機関が運転されているときの回転数に基づいて、該回転数の経時的な変化率の実測値を算出する工程と、
   予め取得しておいた前記内燃機関の回転数の経時的な変化率と前記冷間増量の減衰を開始する回転数との関係に基づいて、前記変化率の実測値における該冷間増量の減衰を開始する回転数を決定する工程と、
   前記冷間増量が存在し且つ前記内燃機関の回転数が前記減衰を開始する回転数以上となったときに、該冷間増量の減衰を開始する工程と、
   を備える内燃機関の運転制御方法。
2. 前記関係として、前記回転数の経時的な変化率に比例して前記冷間増量の減衰を開始する回転数が増大するような関係を用いる、
   請求項１記載の内燃機関の運転制御方法。
3. 始動直後において所定の冷間増量が適用される内燃機関の運転制御装置であって、
   前記内燃機関が運転されているときの回転数を検出する回転数検出部と、
   予め取得された前記内燃機関の回転数の経時的な変化率と前記冷間増量の減衰を開始する回転数との関係が入力又は記憶されたデータ保持部と、
   前記検出された回転数の実測値が入力され、該回転数の経時的な変化率の実測値が算出され、該変化率の実測値と前記関係とに基づいて、該変化率の実測値における該冷間増量の減衰を開始する回転数が決定される演算部と、
   前記冷間増量が存在し、前記内燃機関の回転数が前記減衰を開始する回転数以上となったときに該冷間増量の減衰が開始されるように、該内燃機関への燃料の供給量を調節する燃料供給部と、
   を備える内燃機関の運転制御装置。
   
   
   

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