JP2008088948A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正確に失火の発生を予測し、その予測に基づいてリーン運転とストイキ運転とを切り替えることができるエンジン制御装置を提供することを課題とする。
【解決手段】エンジン制御装置（１）は、点火プラグ（１１）による点火放電時間Ｔ_Ａを計測する。この点火放電時間Ｔ_Ａがリーン運転に必要となる点火放電時間（時間閾値）を維持できなくなり、失火が予測されるときには即座にストイキ運転へ切り替える。これにより失火の発生を回避し、安定したドラビリを実現することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン制御装置に関する。

昨今、最も効率がよいとされる理論空燃比よりも燃料が薄い状態で燃焼させるリーンバーンエンジンが実用化されている。リーンバーンエンジンは、燃費やＮＯｘエミッションを低減することができることから広く採用されるようになっている。このようなリーンバーンエンジンでは、運転状況に応じてリーン運転とストイキ運転とを切り替える。このようなリーン運転とストイキ運転との切り替えに関する提案が種々されている。例えば、特許文献１や特許文献２である。特許文献１に開示されたエンジンの吸気装置では、リーン空燃比制御を実行している場合に失火が生じると、リーンバーン運転ができないので、失火を検出し、検出した失火回数が所定値を超えた場合にはリーン空燃比制御を停止して、ストイキ空燃比制御に切り替ることが行われている。ここで、失火が発生したか否かは排気ガス中の酸素濃度の変化を、リーンセンサを用いて検出することによって判断している。また、特許文献２には、内燃機関の空燃比を理論空燃比より高い空燃比に制御するリーン空燃比制御と略理論空燃比に制御するストイキ空燃比制御とを少なくともスロットル開度に基づいて切り替るもので、ストイキ空燃比制御における失火判定領域を設定し、失火判定領域に基づいてリーン空燃比制御におけるリーン失火判定領域を設定し、リーン空燃比制御を実行している場合に運転状態がリーン失火判定領域に移行したことを検出し、その移行を検出した時点でストイキ空燃比制御に切り替える方法が開示されている。この失火判定には吸気管圧力が参照されている。

特開昭６２−１０３４３８号公報 特開平１０−１７６５６５号公報

しかしながら、特許文献１記載のエンジンの吸気装置では、失火が発生したか否かを排気ガス中の酸素濃度の変化から把握しており、既に失火は起こってしまっている。このため、ドラビリの悪化が問題であった。また、特許文献２記載の方法では、失火の判定に吸気管圧力を参照しており、放電火花による着火が行われたか否かを直接的に判断するものとはなっていない。

そこで、本発明は、正確に失火の発生を予測し、その予測に基づいてリーン運転とストイキ運転とを切り替えることができるエンジン制御装置を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するための、本発明のエンジンン制御装置は、エンジンの燃焼行程時に電圧印加される点火プラグの放電時間を計測する放電時間計測手段と、当該放電時間計測手段により計測した点火プラグの点火放電時間に応じてエンジンのリーン運転とストイキ運転とを切り替える運転制御手段と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。リーン運転時は筒内の混合気が着火し難い状況となっていることから放電時間は長くするように調整される。ところが点火プラグの劣化等の影響を受けて、放電時間が必要な時間確保されない状況が考えられる。そこで、点火プラグを含む点火系がリーン運転に適した放電火花を発生することができないような状況となっているときにリーン運転がされているときはストイキ運転に切り替える趣旨である。これにより失火を回避することができ、安定したドラビリを確保することができる。

ここで、前記放電時間計測手段は、前記点火プラグの放電時の点火電流値に基づいて前記点火放電時間を算出する構成とすることができる（請求項２）。このとき、安定した制御を実現すべく、前記運転制御手段は、前記点火電流値が電流閾値を上回っている時間を点火放電時間としてカウントする構成することができる（請求項３）。

また、このようなエンジン制御装置では、前記運転制御手段は、リーン運転とストイキ運転との切り替えの際にエンジン回転数情報及びエンジン負荷情報を参照する構成とすることができる（請求項４）。リーン運転を行う際の点火系以外の条件を参照する趣旨である。

さらに、このようなエンジン制御装置では、安定したドラビリを実現すべく前記運転制御手段は、リーン運転とストイキ運転との切り替えの際にハンチング回避制御を行う構成とすることができる（請求項５）。

本発明によれば、点火プラグによる点火放電時間が、リーン運転時に必要となる時間継続されているか否かを判断し、点火放電時間が必要放電時間に達していないときには即座にストイキ運転へ切り替えることができるので失火の発生を回避し、安定したドラビリを実現することができる。この結果、燃費の向上、エミッションの向上を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本発明のエンジン制御装置１が搭載されたエンジン２の概略構成図である。このエンジン２は、リーン条件下での燃焼を可能とするリーンバーンエンジンである。エンジン２は種々の条件に応じてリーン運転とストイキ運転との間で運転状態が切り替えられる。

エンジン２のシリンダヘッド３には吸気通路４が接続されている。この吸気通路４の下流側には吸気ポート５が形成され吸気バルブ６が配設されている。また、吸気通路４の上流側にはスロットルバルブ７が配設されている。このスロットルバルブ７のスロットル開度ＴＡは、アクセルペダル５０の踏込量を検出するアクセル開度センサ５１からのアクセル開度に応じてＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０によって制御される電流により調整される。スロットル開度は、スロットル開度センサ８によって検出される。ＥＣＵ３０は、このスロットル開度に基づいてエンジン負荷を算出する。スロットルバルブ７の下流には、吸気ポート５に向かって燃料を噴射するインジェクタ９が装着されている。スロットルバルブ７を介して吸入された空気は、インジェクタ９から噴射された燃料と混合され、吸気バルブ６の開弁時期に吸気ポート５を通って燃焼室１０内に供給される。

エンジン２のシリンダヘッド３の頭頂部には燃焼室１０内に先端側が臨むように点火プラグ１１が配設されている。点火プラグ１１は、中心電極１１ａと接地電極１１ｂとの間のギャップに発生される放電火花を発生させ、混合気に点火する。

一方、エンジン２のシリンダヘッド３には排気通路１２が接続されている。この排気通路１２には排気ポート１３が形成され、さらに、排気バルブ１４が配設されている。そして、燃焼室１０で燃焼された排気ガスは排気バルブ１４の開弁時期に排気ポート１３を通って排気通路１２側に排出される。

点火プラグ１１の中心電極には、点火コイル１５の２次巻線１５ｂの一端が接続されている。また、点火コイル１５の１次巻線１５ａの一端は１２ボルトのバッテリ１６に接続されている。点火コイル１５の１次巻線１５ａの他端は、パワートランジスタ１７のコレクタ側に接続されている。エンジン２の運転中は、ＥＣＵ３０からパワートランジスタ１７のベース側に出力される点火信号（パルス信号）ＩＧｔに基づきパワートランジスタ１７がオン／オフされることで、バッテリ１６から点火コイル１５の１次巻線１５ａ側を流れる１次電流Ｉ１が通電及び遮断される。点火信号ＩＧｔが立下がってパワートランジスタ１７がオフされ、点火コイル１５の１次巻線１５ａ側を流れる１次電流Ｉ１が遮断されると、その１次電流Ｉ１に対応する逆起電力が１次側に発生する。この逆起電力に誘導され、点火コイル１５の２次巻線１５ｂ側に２次電流Ｉ２が流れるようになる。この２次電流Ｉ２により発生される点火コイル１５の１次巻線１５ａと２次巻線１５ｂとの巻数比倍である高電圧な２次電圧が点火プラグ１１に印加される。これにより、中心電極と設置電極との間に放電火花が発生する。

点火プラグ１１と点火コイル１５との間には、点火プラグ１１の放電時の点火電流値を計測する電流計１８が配設されている。

ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３１、制御プログラムや制御用の各種マップを格納したＲＯＭ３２、各種データを格納するＲＡＭ３３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ３４、入出力回路３５及びそれらを接続するバスライン３６等からなる論理演算回路として構成されている。ＥＣＵ３０にはアクセル開度センサ５１からのアクセル開度、スロットル開度センサ８からのスロットル開度、エンジン２のクランクシャフト１９に設置されたクランク角センサ２０からのクランク角、カムシャフト（図示略）に設置されたカム角センサ２１からのカム角、エンジン回転数センサ２２からのエンジン回転数等の各種センサ信号が入力されている。さらに、電流計１８から点火プラグ１１の放電時の電流値が入力される。さらに、ＥＣＵ３０は、点火プラグ１１の点火放電時間を計測する本発明における放電時間計測手段に相当するタイマー装置を備えている。このようなＥＣＵ３０は、本発明における運転制御手段の機能を果たすものである。

次に、以上のように構成される点火制御装置１の動作につき、図２に示したフロー図に基づいて説明する。まずステップＳ１では、ＥＣＵ３０は、エンジン２の運転状態が、リーン運転可能となるリーン燃焼領域内にあるか否かの判断を行う。リーン燃焼領域内にあるか否かの判断は、図３に示したリーン運転判定マップにより行われる。このリーン運転判定マップはＲＯＭ３２内に格納されている。リーン運転判定マップは、エンジン回転数とエンジン負荷とによって規定されるリーン燃焼領域が設定されている。ＥＣＵ３０は、エンジン回転数センサ２２から取得したエンジン回転数、アクセル開度に基づいて算出したエンジン負荷から、エンジンの運転状態がリーン燃焼領域に入っているか否かの判断を行う。

ステップＳ１でＮｏと判断された場合、すなわち、運転状態がリーン燃焼領域に入っておらず、リーン運転に適していないときはステップＳ２へ進み、通常のストイキ運転を行う。

一方、ステップＳ１でＹｅｓと判断された場合は、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、点火プラグ１１による点火放電時間Ｔ_Ａが予め規定された時間閾値よりも長いか否かの判断がされる。この時間閾値はエンジン回転数に応じて変化するものであり、ＥＣＵ３０は、ＲＯＭ３２内に図４に示すような点火放電時間Ｔ_Ａマップを有している。ここで、点火放電時間Ｔ_Ａの定義について図５を参照しつつ説明する。ＥＣＵ３０からの指令に基づいて点火信号ＩＧｔが立下がってパワートランジスタ１７がオフされることによって、点火プラグ１１には２次電流Ｉ２が流れ、図５に示すような波形が観測される。このような波形に対しＥＣＵ３０内のタイマー装置は、予め定めた電流閾値を越えている時間を点火放電時間Ｔ_Ａとして計測する。時間閾値は、リーン運転条件下で安定した着火、燃焼を実現することができるように設定されている。点火放電時間と安定燃焼頻度との間には図６に示すように、点火放電時間を長くすると混合気の着火性がよくなり、安定した燃焼を確保することができる関係があることから、この関係を考慮した時間閾値が設定されている。すなわち、図６に示す必要放電時間をクリアすることができる値が時間閾値として設定されている。

以上のような方針に基づいて算出される時間閾値は図４に示す点火放電時間マップ上に境界線Ｎ１として描かれる。ステップＳ３では、ＥＣＵ３０は、計測した点火放電時間Ｔ_Ａが境界線Ｎ１よりも上の領域にあるか否かの判断を行う。但し、境界線Ｎ１と比較する点火放電時間Ｔ_Ａは、１０００回の点火放電の平均値を用いる。これは、ハンチング回避制御として行われるものである。すなわち、毎回の点火放電について点火放電時間Ｔ_Ａが境界線Ｎ１を越えているか否かの判断を行い、これに基づいた制御を行おうとすると、ハンチングが起こるおそれがあることから、これを回避し、安定したドラビリを確保する趣旨である。

このように平均値としての点火放電時間Ｔ_Ａが境界線Ｎ１よりも上の領域にあるときは、リーン条件下でも安定して混合気に着火することのできる点火放電時間を確保することができていることからＥＣＵ３０はステップＳ３においてＹｅｓと判断し、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、ＥＣＵ３０はエンジン２をリーン運転させるための各種制御を行う。一方、ステップＳ３でＮｏと判断されたときはステップＳ２へ進み、ストイキ運転を行う。

以上説明した制御は、エンジン２が始動している間、繰り返し行われる。本発明のエンジン制御装置１によれば、点火プラグ１１による点火放電時間が、経時劣化等に起因してリーン運転に必要となる点火放電時間を維持できなくなっているとき、すなわち、失火が予測されるときには即座にストイキ運転へ切り替えるので失火の発生を回避し、安定したドラビリを実現することができる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、ハンチグ回避制御として、前記実施例では点火放電時間Ｔ_Ａは、１０００回の点火放電の平均値とし、これを、時間閾値を示す境界線Ｎ１と比較するようにしているが、図７に示した点火放電時間Ｔ_Ａマップを用いた制御とすることもできる。図７に示した点火放電時間Ｔ_Ａマップは、ストイキ運転からリーン運転へ切り替えるときに用いる時間閾値を示す境界線Ｎ２と、リーン運転からストイキ運転へ切り替えるときに用いる時間閾値を示す境界線Ｎ３が設定されている。このようにヒステリシスを設定することにより、ハンチングを回避することができる。この場合、放電毎の点火放電時間Ｔ_Ａと境界線Ｎ２又は境界線Ｎ１とが比較される。さらに、他のハンチング制御として点火放電時間Ｔ_Ａが時間閾値を下回る頻度を計測し、この頻度に基づいた制御により、ハンチグ回避とすることもできる。

点火制御装置が搭載されたエンジンの概略構成図である。 本実施例の制御の一例を示すフロー図である。 リーン運転判定マップの一例を示す説明図である。 点火放電時間Ｔ_Ａマップの一例を示す説明図である。 点火放電時間Ｔ_Ａの説明図である。 点火放電時間と安定燃焼頻度との関係を示す図である。 他の点火放電時間Ｔ_Ａマップを示す説明図である。

符号の説明

１ エンジン制御装置
２ エンジン
３ シリンダヘッド
４ 吸気通路
５ 吸気ポート
６ 吸気バルブ
７ スロットルバルブ
８ アクセル開度センサ
９ インジェクタ
１０ 燃焼室
１１ 点火プラグ
１２ 排気通路
１３ 排気ポート
１４ 排気バルブ
１５ 点火コイル
１５ａ １次巻線
１５ｂ ２次巻線
１６ バッテリ
１７ パワートランジスタ
１８ 電流計
１９ クランクシャフト
２０ クランク角センサ
２１ カム角センサ
２２ エンジン回転数センサ
３０ ＥＣＵ
５１ アクセル開度センサ

Claims (5)

1. エンジンの燃焼行程時に電圧印加される点火プラグの放電時間を計測する放電時間計測手段と、
   当該放電時間計測手段により計測した点火プラグの点火放電時間に応じてエンジンのリーン運転とストイキ運転とを切り替える運転制御手段と、
   を備えたことを特徴とするエンジン制御装置。
2. 請求項１記載のエンジン制御装置において、
   前記放電時間計測手段は、前記点火プラグの放電時の点火電流値に基づいて前記点火放電時間を算出することを特徴とするエンジン制御装置。
3. 請求項２項記載のエンジン制御装置において、
   前記放電時間計測手段は、前記点火電流値が電流閾値を上回っている時間を点火放電時間としてカウントすることを特徴としたエンジン制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項記載のエンジン制御装置において、
   前記運転制御手段は、リーン運転とストイキ運転との切り替えの際にエンジン回転数情報及びエンジン負荷情報を参照することを特徴としたエンジン制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項記載のエンジン制御装置において、
   前記運転制御手段は、リーン運転とストイキ運転との切り替えの際にハンチング回避制御を行うことを特徴としたエンジン制御装置。

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