JP2007309218A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料カット復帰後にトルクショックを防止し、不安定な燃焼時間を短縮すること。
【解決手段】自動車に搭載されたエンジン１の動力は、トルクコンバータ１１及び自動変速機１２等を介して駆動輪１４に伝達される。エンジン１に設けられたインジェクタ７は、エンジン減速時には燃料カットのために燃料供給が停止され、燃料カット復帰時には燃料供給が再開される。電子制御装置（ＥＣＵ）３０は、エンジン１に設けられた点火プラグ８による点火時期をエンジン運転状態に基づき制御すると共に、燃料カットからの復帰後に点火時期を遅角させるよう点火プラグ８を制御する。ＥＣＵ３０は、燃料カットからの復帰後にエンジン回転速度とトルクコンバータ回転速度との大きさが逆転する逆転時期を推定し、その推定された逆転時期にて点火時期を遅角させるよう点火プラグ８を制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、内燃機関の運転状態に基づき内燃機関の点火時期を制御すると共に、燃料カットからの復帰後に点火時期を遅角させる内燃機関の点火時期制御装置に関する。

従来より、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載された点火時期制御装置が知られている。この装置は、内燃機関（エンジン）の減速時に行われる燃料カットからの復帰と同時に、点火時期を遅角させ、その遅角値をエンジン回転速度が上昇するまで保持することで、エンジンの発生トルクを低減させる。その後、この制御装置は、エンジン回転速度が上昇した後、エンジン回転速度とトルクコンバータ回転速度との比に基づく可変値により点火時期の遅角値を減衰させるようになっている。

特開平９−２０３３６７号公報 特開２００５−１４６９５３号公報 特開２００２−２１３３３３号公報 特開平５−１６１１号公報

ところが、特許文献１に記載の点火時期制御装置では、燃料カットからの復帰直後に点火時期を遅角させているので、可燃混合気の燃焼が不安定になる時間が長引くおそれがあり、点火時期遅角後にトルクショックが発生する傾向があった。このため、エンジンの排気エミッションとドライバビリティが悪化する懸念があった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料カットからの復帰後にトルクショックを防止し、不安定な燃焼時間を短縮することを可能とした内燃機関の点火時期制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、車両に搭載され、燃焼室を含む内燃機関と、内燃機関は、その動力が少なくともトルクコンバータと自動変速機を介して駆動輪に伝達されるよう構成されることと、燃焼室に供給される可燃混合気に点火する点火手段と、可燃混合気は、燃料供給手段により供給される燃料と空気とから形成されることと、燃料供給手段は、内燃機関の減速時に燃料カットを行うために燃料供給が停止され、燃料カットからの復帰時に燃料供給が再開されるよう構成されることと、点火手段による点火時期を内燃機関の運転状態に基づき制御するための点火時期制御手段と、点火時期制御手段は、燃料カットからの復帰後に点火時期を遅角させるよう点火手段を制御することとを備えた内燃機関の点火時期制御装置において、燃料カットからの復帰後に内燃機関の回転速度とトルクコンバータの回転速度との大きさが逆転する逆転時期を推定するための逆転時期推定手段を備え、点火時期制御手段は、推定された逆転時期にて点火時期を遅角させるよう点火手段を制御することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、車両に搭載された内燃機関の動力は、少なくともトルクコンバータ及び自動変速機を介して駆動輪に伝達される。ここで、内燃機関の減速時には燃料カットを行うために燃料供給手段による燃料供給が停止され、燃料カットからの復帰時には燃料供給手段による燃料供給が再開される。燃料供給手段により供給された燃料を含む可燃混合気は、内燃機関にて点火手段により点火される。この点火時期は、点火時期制御手段により、内燃機関の運転状態に基づき制御されると共に、燃料カットからの復帰後には、点火時期を遅角させるよう点火手段が制御される。ここで、燃料カットが行われるときには、内燃機関が惰性運転することにより、内燃機関の回転速度よりもトルクコンバータの回転速度の方が大きくなり、燃料カットからの復帰後には、内燃機関が自力運転することにより、内燃機関の回転速度の方がトルクコンバータの回転速度よりも大きくなる。このため、燃料カットからの復帰時には、内燃機関の回転速度がトルクコンバータの回転速度に逆転して大きくなり、その逆転に伴いトルクショックが発生するおそれがある。上記発明の構成によれば、燃料カットからの復帰後に内燃機関の回転速度とトルクコンバータの回転速度との大きさが逆転する逆転時期が逆転時期推定手段により推定され、その推定された逆転時期にて点火時期を遅角させるよう点火手段が点火時期制御手段により制御される。従って、推定された逆転時期に点火時期を遅角させることにより、燃料カットからの復帰直後から点火時期を遅角させるよりも遅角期間が短くなると共に、遅角の開始時期が、内燃機関の回転速度とトルクコンバータの回転速度との大きさが逆転するタイミングに近付けられる。

請求項１に記載の発明によれば、燃料カットからの復帰後にトルクショックを防止することができ、可燃混合気の不安定な燃焼時間を短縮することができる。このため、内燃機関のドライバビリティと排気エミッションを改善することができる。

以下、本発明における内燃機関の点火時期制御装置を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、内燃機関の点火時期制御装置を含み、車両としての自動車に搭載されたエンジンシステムを概略構成図により示す。周知の構造を有する多気筒の内燃機関（エンジン）１は、吸気通路２を通じて供給される燃料と空気との可燃混合気を、各気筒の燃焼室で爆発・燃焼させ、その燃焼後の排気を排気通路３を通じて排出させることにより、ピストン（図示しない）を動作させてクランクシャフト４を回転させ、動力を得るようになっている。この実施形態で、クランクシャフト４の動力は、トルクコンバータ１１、自動変速機１２及びプロペラシャフト１３等を介して駆動輪１４に伝達されるよう構成される。

トルクコンバータ１１は、周知の構造を有し、作動流体を介して動力を伝達する装置であり、トルク増幅機能を有する。トルクコンバータ１１は、駆動側のポンプ羽根車１１ａと、被駆動側のタービン羽根車１１ｂと、ケースに固定されたステータ羽根車１１ｃとを含む。各羽根車１１ａ〜１ｃは、作動流体の中にあってこれを媒介としてトルク伝達するように構成される。ポンプ羽根車１１ａが伝達し得るトルクは、駆動側と被駆動側の回転速度の比により変化し、被駆動側（出力側）に加わる負荷に応じて無段階に変速が行われる。自動変速機１２は、周知の構造を有し、発進操作及び変速操作を自動的に行う変速機である。

吸気通路２に設けられたスロットルバルブ５は、同通路２を流れて各気筒に吸入される空気量（吸気量）ＱＡを調節するために開閉される。このバルブ５は、運転席に設けられたアクセルペダル６の操作に連動して作動する。スロットルバルブ５に対して設けられたスロットルセンサ２１は、このバルブ５の開度（スロットル開度）ＴＡを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。吸気通路２に設けられたエアフローメータ２２は、吸気通路２を流れる吸気量ＱＡを計測し、その計測値に応じた電気信号を出力する。

各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁（インジェクタ）７は、各気筒の吸気ポートに燃料を噴射供給する。各インジェクタ７には、燃料タンク、燃料ポンプ及び燃料パイプ等より構成される燃料供給装置（図示略）により燃料が圧送される。燃料供給装置及びインジェクタ７は、本発明の燃料供給手段に相当する。

各気筒に対応してエンジン１に設けられた点火プラグ８は、イグナイタ９から出力される高電圧を受けて点火動作をする。各点火プラグ８の点火時期は、イグナイタ９による高電圧の出力タイミングにより決定される。点火プラグ８及びイグナイタ９は、本発明の点火手段に相当する。

エンジン１に設けられたエンジン回転速度センサ２３は、クランクシャフト４の角速度、即ち、エンジン回転速度ＮＥを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン１に設けられ水温センサ２４は、エンジン１の内部を流れる冷却水の温度（冷却水温）ＴＨＷを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。また、トルクコンバータ１１に設けられたタービン回転速度センサ２５は、被駆動側のタービン羽根車１１ｂの回転速度（タービン回転速度）ＮＴを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。自動変速機１２に設けられた車速センサ２６は、自動変速機１２の出力軸１２ａの回転速度を自動車の走行速度（車速）ＳＰＤとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。

この実施形態で、前述したスロットルセンサ２１、エアフローメータ２２、エンジン回転速度センサ２３、水温センサ２４、タービン回転速度センサ２５及び車速センサ２６は、エンジン１又は自動車の運転状態を検出するための運転状態検出手段に相当する。

この実施形態で、電子制御装置（ＥＣＵ）３０は、スロットルセンサ２１、エアフローメータ２２、エンジン回転速度センサ２３、水温センサ２４、タービン回転速度センサ２５及び車速センサ２６から出力される各種信号を入力する。ＥＣＵ３０は、これらの入力信号に基づいて燃料噴射制御及び点火時期制御等を実行し、各インジェクタ７及びイグナイタ９を制御する。

ここで、燃料噴射制御とは、エンジン１の運転状態に応じて各インジェクタ７を制御することにより、燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御することである。この実施形態では、ＥＣＵ３０は、燃料噴射制御の処理の一つとして、エンジン１の減速時には、燃料カットを行うために燃料供給が停止され、燃料カットからの復帰時には、燃料供給が再開されるように各インジェクタ７を制御するようになっている。すなわち、ＥＣＵ３０は、アクセルペダル６が踏み戻され、スロットルバルブ５が開き状態から全閉となり、エンジン１が減速状態に入ったときは、燃料節約と排気系の過熱防止のために、インジェクタ７を遮断して燃料カットを行うようになっている。そして、ＥＣＵ３０は、燃料カットの状態から再びアクセルペダル６が操作されたり、エンジン回転速度ＮＥがエンストを招来する程度まで低下したりすることにより、インジェクタ７を再び開弁させて燃料カットからの復帰を行うようになっている。このように、エンジン１の減速時には燃料カットを行うためにインジェクタ７からの燃料供給が停止され、燃料カットからの復帰時にはインジェクタ７からの燃料供給が再開されるように構成される。点火時期制御とは、エンジン１の運転状態に応じてイグナイタ９を制御することにより、各点火プラグ８による点火時期を制御することである。

この実施形態で、ＥＣＵ３０は、本発明の点火時期制御手段及び逆転時期推定手段に相当する。ＥＣＵ３０は中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等よりなる周知の構成を備えたものである。ＲＯＭは、前述した各種制御に係る所定の制御プログラムを予め記憶している。ＥＣＵ（ＣＰＵ）３０は、これらの制御プログラムに従って前述した各種制御を実行する。

次に、ＥＣＵ３０が実行する点火時期制御のうち、燃料カットからの復帰時に行う点火時期遅角制御の処理内容につき、図２に示すフローチャートを参照して説明する。ＥＣＵ３０は、上記ルーチンを所定時間毎に周期的に実行する。

エンジン１の運転時において、ステップ１００で、ＥＣＵ３０は、前回が燃料カット中であり、かつ、特定条件で燃料カットからの復帰が成立したか否かを判断する。ここで、特定条件として、アクセルペダル６が操作されることでスロットル開度ＴＡが所定値以上になったとき、あるいは、エンジン回転速度ＮＥがエンストを招来する所定値以下に低下したときが該当する。この判断結果が肯定である場合、ステップ１１０で、ＥＣＵ３０は、燃料カット復帰後遅角カウンタＣfcrtnをカウントアップする。一方、上記判断結果が否定である場合、ステップ１２０で、ＥＣＵ３０は、燃料カット復帰後遅角カウンタＣfcrtnをクリアする。

その後、ステップ１１０又はステップ１２０から移行してステップ１３０で、ＥＣＵ３０は、前回の制御周期におけるエンジン回転速度ＮＥと、今回の制御周期におけるエンジン回転速度ＮＥとの差を、エンジン回転速度変化量ΔＮＥとして算出する。

続いて、ステップ１４０で、ＥＣＵ３０は、燃料カット復帰後遅角カウンタＣfcrtnが所定の判定値ＤＬ１以上であり、かつ、エンジン回転速度変化量ΔＮＥが「０」以上であるか否かを判断する。ここで、判定値ＤＬ１として、例えば「０〜１秒」を当てはめることができる。この判断結果が肯定である場合、ステップ１５０で、ＥＣＵ３０は、変化量上昇カウンタＣdlneをカウントアップする。一方、上記判断結果が否定である場合、ステップ１６０で、ＥＣＵ３０は、変化量上昇カウンタＣdlneをクリアする。

その後、ステップ１５０又はステップ１６０から移行してステップ１７０で、ＥＣＵ３０は、変化量上昇カウンタＣdlneが所定の判定値ＤＬ２以上であり、かつ、エンジン回転速度ＮＥがタービン回転速度ＮＴよりも小さいか否かを判断する。ここで、判定値ＤＬ２として、例えば「０〜１秒」を当てはめることができる。

ステップ１７０の判断結果が肯定である場合、ステップ１８０で、ＥＣＵ３０は、遅角制御禁止中でなく、冷却水温ＴＨＷが所定の判定値ＷＴ以上であり、かつ、車速ＳＰＤが所定の判定値Ｖ１以上であるか否かを判断する。ここで、判定値ＷＴは、遅角制御を許可できる水温であり、例えば「４０〜８０℃」を当てはめることができる。また、判定値Ｖ１は、遅角制御を許可できる車速であり、例えば「２０〜６０ｋｍ／ｈ」を当てはめることができる。

ステップ１８０の判断結果が肯定である場合、ステップ１９０で、ＥＣＵ３０は、燃料カット復帰時遅角制御を実行した後、次回の制御周期へ移行する。すなわち、ＥＣＵ３０は、燃料カットからの復帰後にエンジン回転速度ＮＥが上昇に転じてから極大値に達するまでの所定時間（判定値ＤＬ２）が経過しており、かつ、エンジン回転速度ＮＥがタービン回転速度ＮＴよりも小さく、かつ、遅角制御を許容できるという条件を満たすときに、燃料カットからの復帰後に点火時期を遅角させるために、イグナイタ９を所定の遅角時期に基づいて制御することにより、点火プラグ８を動作させて可燃混合気の点火時期を遅角させる。

一方、ステップ１７０又はステップ１８０の判断結果が否定である場合、ステップ１９０の処理をすることなく、次回の制御周期へ移行する。

ここで、上記した燃料カット復帰時における点火時期制御に係る各種パラメータの挙動を図３にタイムチャートにより示す。図３において、時刻ｔ１で、燃料カットがＯＦＦとなる、すなわち燃料カットから復帰すると、燃料カット復帰後遅角カウンタＣfcrtnがカウントアップを開始する。その後、燃料カットからの復帰によりエンジン１が自力運転して緩やかに加速し始める。その後、時刻ｔ２で、同カウンタＣfcrtnが所定の判定値ＤＬ１以上となり、かつ、エンジン回転速度変化量ΔＮＥが「０」以上になると、変化量上昇カウンタＣdlneがカウントアップを開始する。そして、時刻ｔ３で、同カウンタＣdlneが所定の判定値ＤＬ２以上となり、かつ、エンジン回転速度ＮＥがトルクコンバータ回転速度ＮＴよりも小さい状態であると、間もなく両回転速度ＮＥ，ＮＴが逆転するものとして、点火時期が遅角される。図３から明らかなように、本実施形態によれば、燃料カットからの復帰後に点火時期を遅角させる時期が、エンジン回転速度ＮＥがトルクコンバート回転速度ＮＴと逆転する時期に近づき、しかも、遅角制御を実行する期間が、従来例のそれよりも短くなっていることが分かる。

以上説明したこの実施形態の点火時期制御装置によれば、自動車に搭載されたエンジン１の動力は、トルクコンバータ１１、自動変速機１２及びプロペラシャフト１３等を介して駆動輪１４に伝達されるようになっている。ここで、エンジン１の減速時には、燃料カットを行うためにインジェクタ７による燃料供給が停止され、燃料カットからの復帰時にはインジェクタ７による燃料供給が再開される。インジェクタ７により供給された燃料を含む可燃混合気は、エンジン１の燃焼室にて点火プラグ８により点火される。この点火プラグ８による点火時期は、ＥＣＵ３０により、エンジン１の運転状態に基づき制御されると共に、燃料カットからの復帰後には、点火時期を遅角させるようイグナイタ９を介して点火プラグ８が制御されるようになっている。

ここで、燃料カットが行われるとき、すなわち、エンジン１の減速時には、エンジン１が惰性運転することにより、エンジン回転速度ＮＥよりもトルクコンバータ回転速度ＮＴの方が大きくなり、燃料カットからの復帰後には、エンジン１が自力運転することにより、エンジン回転速度ＮＥの方がトルクコンバータ回転速度ＮＴよりも大きくなる。このため、燃料カットからの復帰時には、エンジン回転速度ＮＥがトルクコンバータ回転速度ＮＴと逆転して大きくなり、その逆転に伴いトルクショックが発生するおそれがある。しかしながら、この実施形態の点火時期制御装置によれば、燃料カットからの復帰後にエンジン回転速度ＮＥとトルクコンバータ回転速度ＮＴとの大きさが逆転する逆転時期（図３の時刻ｔ３）がＥＣＵ３０により推定され、その推定された逆転時期にて点火時期を遅角させるようＥＣＵ３０によりイグナイタ９及び点火プラグ８が制御される。従って、推定された逆転時期にて点火時期を遅角させることにより、燃料カットからの復帰直後から点火時期を遅角させるよりも遅角期間が短くなり、遅角の開始時期が、エンジン回転速度ＮＥとトルクコンバータ回転速度ＮＴとの大きさが逆転するタイミングに近付けられる。この結果、燃料カットからの復帰後にトルクショックを防止することができ、エンジン１及び自動車のドライバビリティを向上させることができる。併せて、燃焼室での可燃混合気の不安定な燃焼時間を短縮することができ、エンジン１の排気エミッションを改善することができる。

尚、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。

例えば、前記実施形態では、逆転時期を推定するために使用される各判定値ＤＬ１，ＤＬ２の数値は、エンジンの型式や排気量に応じて適宜変更してもよい。

自動車に搭載されたエンジンシステムを示す概略構成図。 点火時期遅角制御の処理内容を示すフローチャート。 点火時期制御に係る各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
７ インジェクタ（燃料供給手段）
８ 点火プラグ（点火手段）
９ イグナイタ（点火手段）
１１ トルクコンバータ
１２ 自動変速機
１４ 駆動輪
３０ ＥＣＵ（点火時期制御手段、逆転時期推定手段）

Claims (1)

1. 車両に搭載された内燃機関と、
   前記内燃機関は、その動力が少なくともトルクコンバータ及び自動変速機を介して駆動輪に伝達されるよう構成されることと、
   前記内燃機関に燃料を供給するための燃料供給手段と、
   前記燃料供給手段は、前記内燃機関の減速時には燃料カットを行うために燃料供給が停止され、前記燃料カットからの復帰時には燃料供給が再開されるよう構成されることと、
   前記内燃機関にて前記燃料供給手段により供給された燃料を含む可燃混合気に点火するための点火手段と、
   前記点火手段による点火時期を前記内燃機関の運転状態に基づき制御すると共に、前記燃料カットからの復帰後に前記点火時期を遅角させるよう前記点火手段を制御する点火時期制御手段と
   を備えた内燃機関の点火時期制御装置において、
   前記燃料カットからの復帰後に前記内燃機関の回転速度と前記トルクコンバータの回転速度との大きさが逆転する逆転時期を推定するための逆転時期推定手段を備え、前記点火時期制御手段は、前記推定された逆転時期にて前記点火時期を遅角させるよう前記点火手段を制御することを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。

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