JP2008255875A - 内燃機関の点火制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、火花点火式内燃機関の始動時や始動直後の暖機運転時等に、内燃機関の使用環境に適した点火時期の実現を課題とする。
【解決手段】本発明は、内燃機関の温度が所定温度未満である時は機関回転速度が目標回転速度に一致するように点火時期をフィードバック制御し、内燃機関の温度が所定温度以上である時は点火時期を規定の目標点火時期から所定量遅角させる遅角制御を行う内燃機関の点火制御システムにおいて、内燃機関が使用される場所の標高に応じて前記所定温度を変更するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、火花点火式内燃機関の点火を制御する技術に関する。

従来、火花点火式内燃機関の始動時や始動直後の暖機運転時等において、機関回転速度が目標速度と一致するように点火時期をフィードバック制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００１−８２２２６号公報 特開２００２−９７９８３号公報 特開平３−５７８７９号公報

本発明は、火花点火式内燃機関の点火制御システムにおいて、内燃機関の始動時や始動直後の暖機運転時等に、内燃機関の使用環境に一層適した点火時期を実現可能な技術の提供を目的とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、火花点火式内燃機関の機関回転速度に相関する値が目標値に収束するように点火時期をフィードバック制御する点火制御システムにおいて、上記フィードバック制御の実行条件を内燃機関の使用環境に応じて変更するようにした。

尚、機関回転数に相関する値としては、機関出力軸（クランクシャフト）が基準クランク角度から所定クランク角度へ回転するまでの機関回転速度の上昇量、機関出力軸が基準クランク角度から所定クランク角度へ回転するまでの所要時間、基準クランク角度における機関出力軸の回転角速度と所定クランク角度における機関出力軸の回転角速度との積算値等を例示することができる。

内燃機関の始動時や始動直後の暖機運転時（例えば、ファーストアイドル運転時）などは、該内燃機関の排気系に設けられた触媒を早期に活性させるために、点火時期を規定の点火時期より遅角（以下、「暖機遅角制御」と称する）させて排気温度の上昇を図ることが好ましい。

しかしながら、内燃機関の始動時や暖機運転時は内燃機関の温度が低くいため、燃料性状やフリクション等の影響によって始動期間や機関回転速度が変動し易い。このため、内燃機関の温度が低い時に上記したような暖機遅角制御が行われると、始動期間の増加やアイドル回転速度の変動等を招く可能性がある。

これに対し、内燃機関の温度が所定温度未満である時は、機関回転速度に相関する値が目標値に収束するように点火時期をフィードバック制御（以下、「回転速度フィードバック制御」と称する）する方法が考えられる。

ところで、内燃機関が高地で使用される場合は、内燃機関が平地で使用される場合に比べ、燃料が気化および／または霧化し易くなる。このため、内燃機関が高地で使用される場合に、内燃機関が平地で使用される場合と同等の実行条件に従って回転速度フィードバック制御が実行されると、触媒の活性時期を不要に遅らせる等の不具合を生じる。

そこで、本発明は、内燃機関の温度が所定温度未満である時に点火時期の回転速度フィードバック制御を行う内燃機関の点火制御システムにおいて、内燃機関が使用される環境の標高に応じて、上記の所定温度を変更するようにした。

詳細には、本発明に係る内燃機関の点火制御システムは、内燃機関の温度が所定温度未満である時に機関回転速度に相関する値が目標値に収束するように点火時期をフィードバック制御するフィードバック手段と、大気圧を取得する取得手段と、取得手段により取得された大気圧に応じて前記所定温度を変更する変更手段と、を備えるようにした。

かかる構成によれば、内燃機関が使用される標高が変化した場合に、点火時期の回転速度フィードバック制御が不必要に行われたり、或いは必要にもかかわらず行われなかったりすることがなくなる。よって、内燃機関の使用環境に一層適した点火時期を実現することができる。

本発明に係る変更手段は、取得手段により取得された大気圧が低くなるほど所定温度を低く変更するとともに、取得手段により取得された大気圧が高くなるほど所定温度を高く変更してもよい。

大気圧が低くなる（標高が高くなる）と、燃料が気化および／または霧化し易くなる。このため、所定温度が低くされても始動期間の増加やアイドル回転速度の低下を回避することができる。

よって、内燃機関が使用される標高が高くなった場合には、回転速度フィードバック制御から暖機遅角制御への切り換えを早期に行うことができる。その結果、触媒の早期活性を図ることができる等の効果を得ることができる。

本発明によれば、火花点火式内燃機関の点火制御システムにおいて、内燃機関の使用環境に一層適した点火時期を実現可能となる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関の点火制御システムの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を有する４ストロークサイクルの火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。

内燃機関１の気筒２は、吸気ポート３を介して吸気通路３０に接続されるとともに、排気ポート４を介して排気通路４０に接続されている。

吸気通路３０には、該吸気通路３０内を流通する空気量を制御するスロットル弁５が設けられている。スロットル弁５より上流の吸気通路３０には、該吸気通路３０を流れる空気量を測定するエアフローメータ６が設けられている。

一方、排気通路４０には、排気浄化装置７が配置されている。排気浄化装置７は、三元触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等を具備し、所定の活性温度域にある時に排気を浄化する。

内燃機関１には、気筒２内に臨む吸気ポート３の開口端を開閉する吸気弁８と、気筒２内に臨む排気ポート４の開口端を開閉する排気弁９が設けられている。これら吸気弁８と
排気弁９は、吸気側カムシャフト１０と排気側カムシャフト１１によりそれぞれ開閉駆動される。

気筒２の上部には、該気筒２内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁１２と、該気筒２内の混合気に点火する点火プラグ１３が設けられている。また、各気筒２内には、ピストン１４が摺動自在に挿入されている。ピストン１４はコネクティングロッド１５を介してクランクシャフト１６と接続されている。尚、燃料噴射弁１２は、吸気ポート３内へ燃料噴射可能な位置に配置されていてもよい。

クランクシャフト１６の近傍の内燃機関１には、該クランクシャフト１６の回転角度を検出するクランクポジションセンサ１７が配置されている。更に、内燃機関１には、該内燃機関１を循環する冷却水の温度を測定する水温センサ１８が取り付けられている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１９が併設されている。ＥＣＵ１９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。このＥＣＵ１９は、エアフローメータ６、クランクポジションセンサ１７、水温センサ１８、大気圧センサ２０等の各種センサと電気的に接続され、それらセンサの測定値を入力可能になっている。

ＥＣＵ１９は、前記した各種センサの測定値に基づいてスロットル弁５、燃料噴射弁１２、及び点火プラグ１３を電気的に制御する。例えば、ＥＣＵ１９は、内燃機関１の始動時や暖機運転時の点火時期制御を行う。

以下、内燃機関１の始動時及び暖機運転時の点火時期制御について述べる。

内燃機関１の始動時や始動直後の暖機運転時のように内燃機関１の温度が低い時は、燃料噴射弁１２から噴射された燃料の気化や霧化し難くなるとともに、気化及び霧化する燃料量も安定しないため、始動期間の変動やアイドル回転速度の変動を生じ易い。

よって、内燃機関１の始動時や始動直後の暖機運転時は、機関回転速度（具体的には、クランクシャフトの回転角度速度）が所望の目標回転速度（目標回転角速度）と一致するように点火時期をフィードバック制御（回転速度フィードバック制御）することが好ましい。

一方、内燃機関１の始動時や暖機運転時は、排気浄化装置７の温度が活性温度域より低くなるため、内燃機関１の排気が浄化されずに大気中へ放出される。このような状態が長く続くと排気エミッションの著しい悪化を招く。

よって、内燃機関１の始動時や暖機運転時は、点火時期を規定の点火時期より所定量遅角させることにより、排気温度の上昇を図る（暖機遅角制御）ことも望まれる。

そこで、本実施例の点火時期制御では、ＥＣＵ１９は、図２に示すように、内燃機関１の温度（図中の冷却水温度ｔｈｗ）が所定温度Ｔ未満である時は点火時期を回転速度フィードバック制御に従って制御し、内燃機関１の温度（冷却水温度ｔｈｗ）が所定温度Ｔ以上へ上昇した時は点火時期を暖機遅角制御に従って制御するようにした。

ところで、燃料噴射弁１２から噴射された燃料の気化および／または霧化の態様は、内燃機関１の温度のみならず、内燃機関１が使用される場所の標高（具体的には、大気圧）によっても変化する。

例えば、大気圧が高くなるほど燃料が気化および／または霧化し難くなるとともに、大
気圧が低くなるほど燃料が気化および／または霧化しやすくなる。

このため、内燃機関１が高地で使用される場合に、平地と同様の条件によって回転速度フィードバック制御と暖機遅角制御の切り換えが行われると、排気浄化装置７の活性が不要に遅くなる可能性がある。

これに対し、本実施例の点火時期制御では、ＥＣＵ１９は、内燃機関１が使用される場所の標高に応じて、回転速度フィードバック制御の実行条件を変更するようにした。具体的には、ＥＣＵ１９は、図３に示すように、大気圧センサ２０の測定値（大気圧）Ｐが１気圧（＝Ｐａｔｍ）の時は所定温度Ｔを初期値Ｔ０に設定し、大気圧センサ２０の測定値ＰがＰａｔｍより低い時は前記測定値Ｐが低くなるほど所定温度Ｔを低く変更する。

このように内燃機関１が使用される場所の標高に応じて所定温度Ｔが変更されると、内燃機関１が高地で使用される時の所定温度Ｔは内燃機関１が平地で使用される時より低くなる。

その結果、内燃機関１が高地で使用される時に、回転速度フィードバック制御から暖機遅角制御への切り換え時期が不要に遅くなることがないため、排気浄化装置７の活性時期が不要に遅くなることもなくなる。

また、内燃機関１が高地で使用される場合は燃料が気化及び霧化し易くなるため、回転速度フィードバック制御から暖機遅角制御への切換時期が早められても、始動期間の増加やアイドル回転速度の変動（低下）を回避することができる。

以下、本実施例における点火時期制御の実行手順について図４のフローチャートに沿って説明する。図４のフローチャートは、内燃機関１の始動時及び暖機運転時における点火時期制御ルーチンを示すフローチャートである。この点火時期制御ルーチンは、予めＥＣＵ１９のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ１９によって周期的に実行される。

点火時期制御ルーチンでは、ＥＣＵ１９は、先ずＳ１０１において大気圧センサ２０の測定値（大気圧）Ｐを読み込む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０１で読み込まれた大気圧Ｐが１気圧Ｐａｔｍより低いか否かを判別する。Ｓ１０２において肯定判定された場合（Ｐ＜Ｐａｔｍ）にはＥＣＵ１９はＳ１０３へ進む。一方、Ｓ１０２において否定判定された場合（Ｐ≧Ｐａｔｍ）にはＥＣＵ１９はＳ１０４へ進む。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１９は、前記大気圧Ｐに基づいて所定温度Ｔを変更する。具体的には、ＥＣＵ１９は、以下の式に従って所定温度Ｔを変更する。
Ｔ＝Ｔ０−（Ｐａｔｍ−Ｐ）＊Ｔｐ

上記した式においてＴｐは補正係数であり、所定温度Ｔと大気圧Ｐとの関係が前述した図３に示したような関係を満たすように定められる。尚、ＥＣＵ１９は、Ｓ１０３において、上記した式を利用する代わりに、図３に示したような関係を規定したマップを用いてもよい。

一方、Ｓ１０４では、ＥＣＵ１９は、前述した図３の説明で述べた初期値Ｔ０を所定温度Ｔに設定する。

ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０３又は前記Ｓ１０４の処理を実行し終えると、Ｓ１０５へ進
む。Ｓ１０５では、ＥＣＵ１９は、内燃機関１の温度として、水温センサ１８の測定値（冷却水温度ｔｈｗ）を読み込む。

Ｓ１０６では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０５で読み込まれた冷却水温度ｔｈｗが前記Ｓ１０３又は前記Ｓ１０４で定められた所定温度Ｔより低いか否かを判別する。Ｓ１０６において肯定判定された場合（ｔｈｗ＜Ｔ）は、ＥＣＵ１９はＳ１０７へ進む。一方、Ｓ１０６において否定判定された場合（ｔｈｗ≧Ｔ）は、ＥＣＵ１９はＳ１０８へ進む。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ１９は、回転速度フィードバック制御により点火プラグ１３の作動時期（点火時期）を制御する。

Ｓ１０８では、ＥＣＵ１９は、暖機遅角制御により点火プラグ１３の作動時期（点火時期）を制御する。

以上述べたようにＥＣＵ１９が図４の点火時期制御ルーチンを実行することにより、本発明に係るフィードバック手段、遅角手段、切換手段、取得手段、及び変更手段が実現される。その結果、内燃機関１が使用される環境（標高）に適した点火時期を実現することが可能となる。

従って、本実施例における内燃機関の点火制御システムによれば、内燃機関が使用される標高が高くなった場合に、排気浄化装置７の早期活性等の効果を得ることが可能になる。

内燃機関の点火制御システムの概略構成を示す図である。 回転速度フィードバック制御と暖機遅角制御の実行時期を示すタイミングチャートである。 大気圧Ｐと所定温度Ｔとの関係を示す図である。 点火時期制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・吸気ポート
４・・・・・排気ポート
５・・・・・スロットル弁
６・・・・・エアフローメータ
７・・・・・排気浄化装置
８・・・・・吸気弁
９・・・・・排気弁
１０・・・・吸気側カムシャフト
１１・・・・排気側カムシャフト
１２・・・・燃料噴射弁
１３・・・・点火プラグ
１４・・・・ピストン
１５・・・・コネクティングロッド
１６・・・・クランクシャフト
１７・・・・クランクポジションセンサ
１８・・・・水温センサ
１９・・・・ＥＣＵ
２０・・・・大気圧センサ
３０・・・・吸気通路
４０・・・・排気通路

Claims (3)

1. 火花点火式内燃機関の温度が所定温度未満である時に、機関回転速度に相関する値が目標値に収束するように点火時期をフィードバック制御するフィードバック手段と、
   大気圧を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された大気圧に応じて前記所定温度を変更する変更手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
2. 請求項１において、前記変更手段は、前記取得手段により取得された大気圧が低くなるほど、前記所定温度を低くすることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
3. 火花点火式内燃機関の機関回転速度に相関する値が目標値に一致するように点火時期をフィードバック制御するフィードバック手段と、
   前記内燃機関の点火時期を規定の目標点火時期から所定量遅角させる遅角手段と、
   前記内燃機関の温度が所定温度未満である時は前記フィードバック手段により前記内燃機関の点火時期を制御させ、前記内燃機関の温度が前記所定温度以上である時は前記遅角手段により前記内燃機関の点火時期を制御させる切換手段と、
   大気圧を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された大気圧に応じて前記所定温度を変更する変更手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。

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