JP2008280914A

JP2008280914A - 内燃機関の制御システム

Info

Publication number: JP2008280914A
Application number: JP2007125495A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Watanabe; 智渡邊
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2027-05-10
Also published as: JP4853376B2

Abstract

【課題】火花点火式内燃機関の冷間始動後のアイドル運転時において、内燃機関からの未燃燃料成分の排出を抑制し、エミッションの悪化を抑制する。
【解決手段】内燃機関のアイドル回転数を点火時期によってフィードバック制御する場合に、内燃機関の燃焼室が点火時期切換温度ＴＣ未満の低温の状態においては（Ｓ１０１で肯定判定）、内燃機関の点火時期をＭＢＴより進角側として前記フィードバック制御を行い（Ｓ１０２）、燃焼室の壁温が点火時期切換温度ＴＣ以上の高温の場合には（Ｓ１０１で否定判定）、内燃機関の点火時期をＭＢＴより遅角側として前記フィードバック制御を行う（Ｓ１０３）。
【選択図】図５

Description

本発明は、火花点火式の内燃機関を制御するシステムに関する。

内燃機関のアイドル運転時においてアイドル回転数を目標回転数に維持する制御システムが知られている。この制御システムにおいては、吸入空気量によってアイドル回転数をフィードバック制御する場合と、点火時期によってアイドル回転数をフィードバック制御する場合とが考えられる。

ここで例えば、吸入空気量によるアイドル回転数のフィードバック制御を行う場合には、燃焼が悪化してアイドル回転数が低下すると、吸入空気量を増加して機関回転数を上昇させるためにスロットル弁開度を増加する操作が行われる。ところが、吸気ポートにおける燃料の気化が不十分なことが原因で燃焼が悪化している場合には、スロットル弁開度を増加すると、スロットル弁下流側の吸気管負圧が低下するため、吸気ポートにおける燃料が更に気化しづらくなり、燃焼の悪化が増幅されてしまう場合があった。

一方、点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御を続ける場合には、特に冷間始動直後においては、エミッションの悪化等の問題を生じることがあった。すなわち、点火時期によるアイドル回転のフィードバック制御中に燃焼が悪化して機関回転数が低下した場合には、点火時期は機関回転数を上昇させるために進角されるので排気温度が低下してしまう。このため点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御が続くと、排気浄化触媒の暖機が遅れてしまい冷間始動時におけるエミッションが悪化する問題が生じるのである。

それに対し、機関燃焼状態が悪化した場合には、吸入空気量によるアイドル回転数のフィードバック制御を停止して点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御を行い、この制御中に点火時期の進角補正量が予め定めた所定値以下になった状態が所定の時間継続したときに、機関燃焼状態が改善されたと判断して吸入空気量によるアイドル回転数のフィードバック制御に復帰する技術が提案されている（例えば、特許文献１。）。この技術においては、排気浄化触媒の暖機遅れを抑制することができる

しかし、上記の従来技術においては、冷間始動直後で筒内温度が低温の状態では、アイドル運転中に内燃機関から排出されるＨＣの量が増加してしまう場合があった。そうすると、排気浄化触媒の暖機遅れが抑制されたとしても、全体としての冷間始動時のエミッションが悪化してしまうおそれがあった。

一方、従来、火花点火式の内燃機関において、点火時期をＭＢＴ（Minimum spark advance for Best Torque）より前へ進角させることにより、冷却水の温度上昇を促進し、以
て内燃機関の暖機性を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献２を参照）。しかし、この従来技術においては、内燃機関の暖機性は考慮しているものの、排気エミッションについては考慮されていない。
特開２００１−８２２２６号公報特開２０００−２４０５４７号公報特開２００３−２９３８３３号公報特開平１１−３４３９１５号公報特開２００５−３４４６５６号公報特開２０００−２２７０４３号公報特開２００２−３５７１５１号公報

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、火花点火式内燃機関の冷間始動後のアイドル運転時において、内燃機関からの未燃燃料成分の排出を抑制し、エミッションの悪化を抑制できる技術を提供することである。

本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関のアイドル回転数を点火時期によってフィードバック制御する場合に、内燃機関の燃焼室が所定温度未満の低温の状態においては、内燃機関の点火時期をＭＢＴより進角側とした上で前記フィードバック制御を行うことを最大の特徴とする。

より詳しくは、火花点火式の内燃機関の排気通路に設けられ該排気通路を通過する排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記内燃機関の火花点火に係る点火時期を制御して前記内燃機関のアイドル回転数をフィードバック制御によって目標回転数に収束させるアイドル回転数制御手段と、
前記内燃機関の気筒における筒内温度を取得する筒内温度取得手段と、
を備え、
前記フィードバック制御中において、前記筒内温度取得手段によって取得された前記筒内温度が所定温度未満の場合は、前記アイドル回転数制御手段は、前記点火時期をＭＢＴより進角側において制御することを特徴とする。

ここで、内燃機関のアイドル運転中において、内燃機関の点火時期を制御してアイドル回転数をフィードバック制御で目標回転数に収束させる場合、例えば吸入空気量が増加したときには、機関回転数を低下させるために、点火時期がより遅角側に移行する。そうすると、アイドル運転中で筒内温度が低温である上に、点火時期の遅角により内燃機関における燃焼室温度の燃焼時におけるピーク値が低下するので、燃焼室から排出される未燃燃料成分（例えば、ＨＣ。以下、未燃燃料成分をまとめて「ＨＣ」と略す。）の量が増加する場合がある。その結果、内燃機関のアイドル運転中においては、排気浄化触媒の暖機が完了していない場合が多いことにも起因して、ＨＣ排出量の増加によりエミッションが悪化するおそれがあった。

これに対し、火花点火式の内燃機関において点火時期がＭＢＴより前へ進角されると、気筒内から排出されるＨＣが著しく減少することが見出されている。これは、点火時期がＭＢＴより前へ進角された場合は、圧縮上死点前に燃焼する混合気の量が増加するため、混合気の燃焼による昇圧・昇温効果がピストンの上昇動作による昇圧・昇温効果に加わって気筒内の圧力（以下、「筒内圧」とも称する）及び筒内温度の燃焼時におけるピーク値が高められ、筒内に残存するＨＣの気化及び酸化が促進されることに因ると考えられる。

本発明に係る内燃機関の制御システムにおいてはこの現象に着目した。そして、内燃機関のアイドル運転中において内燃機関の筒内温度を取得し、取得された筒内温度が所定温度未満の場合には、内燃機関の点火時期をＭＢＴより進角側に移行させた上で制御し、アイドル回転数をフィードバック制御によって目標回転数に収束させることにした。

そうすれば、筒内温度が低くＨＣの排出量が増加し易い状態においては、燃焼時における燃焼室温度のピーク値を上昇させることができ、ＨＣの排出量の増加を抑制することができる。上記において所定温度とは、筒内温度がこれ以上の場合には内燃機関の点火時期をＭＢＴより遅角側にしてもＨＣの排出量が顕著に増加しない閾値としての筒内温度であ
り、予め実験などによって求められる。また、筒内温度取得手段によって取得された筒内温度は、燃焼時におけるピーク値を意味するのではなく、気筒の暖機状態に関わる平均的な筒内温度を意味している。

また、本発明においては、前記フィードバック制御中において、前記筒内温度取得手段によって取得された前記筒内温度が前記所定温度以上の場合は、前記アイドル回転数制御手段は、前記点火時期をＭＢＴより遅角側において制御するようにしてもよい。

この場合は、筒内温度は前記所定温度以上であるので、内燃機関の点火時期をＭＢＴより遅角側としてもＨＣの排出量は増加しない。また、内燃機関の点火時期をＭＢＴより遅角側にすることで排気温度をより高くすることができる。従って、排気浄化触媒の暖機を促進することができる。

また、本発明においては、前記フィードバック制御中において、前記アイドル回転数制御手段が、前記点火時期をＭＢＴより進角側または遅角側のいずれか一方から他方へ移行させる場合には、移行後における前記点火時期は、移行前後における前記内燃機関のトルクが同等になるべく定められるようにしてもよい。

そうすれば、内燃機関の筒内温度が前記所定温度に達することによって、前記点火時期がＭＢＴの進角側から遅角側へ移行する場合（または、ＭＢＴの遅角側から進角側へ移行する場合）に、トルクが変動することを抑制でき、トルクショックの発生を抑制することができる。

また、本発明においては、前記内燃機関の吸気ポートに設けられ、前記内燃機関における燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁による燃料噴射を、該燃料噴射が前記内燃機関の吸気弁の開弁時期と同期する吸気同期噴射によって行うか、前記燃料噴射が前記吸気弁の開弁時期と同期しない吸気非同期噴射によって行うかを選択する噴射選択手段と、
前記内燃機関における燃焼の悪化を検出する燃焼悪化検出手段と、
をさらに備え、
前記フィードバック制御中において前記燃焼悪化検出手段により前記内燃機関における燃焼の悪化が検出された場合には、前記噴射選択手段によって、前記燃焼噴射を前記吸気同期噴射によって行うことが選択されるようにしてもよい。

ここで、内燃機関における燃焼が悪化する場合について考える。この場合は、内燃機関の燃料噴射弁から噴射される燃料の燃料性状の影響で燃焼が悪化している場合が多い。例えば、この燃料性状が揮発性の悪い重質燃料である場合は、吸気ポートに設けられた燃料噴射弁から燃料噴射を行なった場合に、噴射された燃料は吸気ポートから燃焼室に安定して流入しないため、燃焼室内の空燃比が不安定となり燃焼が悪化する。

このように燃料性状が重質となることで燃焼が悪化した場合に、該燃料噴射を前記内燃機関の吸気弁の開弁時期に同期させる吸気同期噴射を行なえば、燃料性状が重質の場合であっても、燃料を安定して燃焼室に流入させることができる。しかし、今度は、燃焼室に気化せずに燃焼室内に流入した重質燃料が増加するために、燃焼が悪化するおそれがある。

これに対し、本発明においては、筒内温度が前記所定温度未満の場合には、内燃機関の点火時期をＭＢＴより進角側に移行させた上で制御し、アイドル回転数をフィードバック制御によって目標回転数に収束させることとしているので、筒内温度の燃焼時におけるピーク値を高めることができ、燃焼室内に流入した重質燃料の気化を促進することができる
。

また、本発明においては、筒内温度が前記所定温度以上の場合には、アイドル回転数制御手段は、点火時期をＭＢＴより遅角側において制御することとなるが、この場合には、筒内温度が暖機により高くなっているので燃焼室に流入した重質燃料を問題なく気化させて燃焼に供することができる。

このように本発明においては、燃焼悪化検出手段によって燃焼の悪化が検出された場合には、燃料噴射を吸気同期噴射によって行なうことで、燃料の重質化による燃焼の悪化をより確実に改善することができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明によれば、火花点火式内燃機関の冷間始動後のアイドル運転時において、内燃機関からの未燃燃料成分の排出を抑制し、エミッションの悪化を抑制することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図に基づいて説明する。

図１は、本実施例における内燃機関の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。

吸気ポート３には、気筒２内へ向かって燃料を噴射する燃料噴射弁５が設けられている。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６が設けられている。スロットル弁６より下流の吸気通路３０には、該吸気通路３０内の圧力（吸気圧）を測定する吸気圧センサ７が設けられている。スロットル弁６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８が設けられている。

一方、排気通路４０には、排気浄化装置９が配置されている。排気浄化装置９は、三元触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等（以下、簡単に「触媒」と略す。）を具備し、所定の活性温度域にある時に排気を浄化する。なお、この排気浄化装置９に具備された触媒は、本実施例において排気浄化触媒に相当する。

また、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１０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１１が設けられている。これら吸気弁１０と排気弁１１は、吸気側カムシャフト１２と排気側カムシャフト１３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内の混合気に点火する点火プラグ１４が配置されている。また、気筒２内にはピストン１５が摺動自在に挿入されている。ピストン１５はコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１７と接続されている。

クランクシャフト１７の近傍には、該クランクシャフト１７の回転角度を検出するクランクポジションセンサ１８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１９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、ＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。このＥＣＵ２０は、前述した吸気圧センサ７、エアフローメータ８、クランクポジションセンサ１８、及び水温センサ１９等の各種センサと電気的に接続され、各種センサの測定値を入力可能になっている。

ＥＣＵ２０は、前記した各種センサの測定値に基づいて燃料噴射弁５、スロットル弁６、点火プラグ１４などを電気的に制御する。

ここで、内燃機関１の冷間始動時における点火時期の従来の制御について説明する。内燃機関１の冷間始動時においては、内燃機関１から外部に放出されるＨＣなどの量を早期に低減するため排気浄化装置９を早急に暖機する必要がある。このため、内燃機関１の冷間始動時における点火時期を、通常より遅角側に制御して排気の温度を上昇させる制御が行なわれていた。しかし、この制御を行った場合には、気筒２内における燃焼完了時におけるピストン１５の位置が相対的に低くなるために、気筒２の筒内温度の燃焼時におけるピーク値及び筒内圧が相対的に低下する。その結果、気筒２において完全に燃焼しない燃料が増加し、内燃機関１から排出されるＨＣの量が増加する場合があった。

このような状態においては、排気浄化装置９における触媒の暖機がまた完了していないので、内燃機関１から排出されたＨＣが排気浄化装置９で浄化されずに外部に放出される場合があった。そうすると、冷間始動時の初期においてエミッションをむしろ悪化させてしまうおそれがあった。

これに対し、点火プラグ１４の点火時期をＭＢＴより進角させることによって、気筒２の筒内圧や、筒内温度などの燃焼時におけるピーク値を特に上昇できることが見出されている。

図２は、気筒２における点火時期によって、気筒２内の種々のパラメータとクランク角との関係が変化する様子を示したグラフである。横軸は内燃機関１のクランク角、縦軸は、気筒２内の各パラメータを示す。図２においては、点火プラグ１４の点火がＭＢＴより前に進角された場合のグラフを実線で、点火がＭＢＴで行われた場合のグラフを破線で、点火が圧縮上死点（ＴＤＣ）で行われた場合のグラフを一点鎖線で示している。

点火時期が過進角された場合は、点火時期がＭＢＴに設定された場合及び点火時期が圧縮上死点（ＴＤＣ）に設定された場合に比べ、圧縮上死点前に燃焼される混合気の量が多くなる。このため、混合気の燃焼により発生する熱エネルギのピーク（図２中の熱発生率、発生熱量、及び燃焼質量割合を参照）が圧縮上死点前へシフトする。

よって、混合気の燃焼による昇温・昇圧効果と、ピストンの上昇動作（下死点から上死点へ向かう動作）による圧縮効果との相乗効果により、圧縮行程から膨張行程までの期間における筒内圧及び筒内温度の燃焼時におけるピーク値が大幅に上昇する。

本実施例においては、上述の現象を利用して、内燃機関１の冷間始動時においては、内燃機関１の点火時期をＭＢＴよりさらに進角させる。そして、点火時期をＭＢＴより進角側の領域内で制御してアイドル回転数をフィードバック制御で目標回転数に収束させることとした。これにより、アイドル運転時における気筒２内の温度ピークを上昇させて気筒２内に残存するＨＣの気化及び酸化を促進し、内燃機関１から排出されるＨＣの量を低下させることとした。

図３には、気筒２における点火時期とトルク及び、筒内最高温度との関係のグラフを示す。横軸は点火プラグ１４の点火時期、縦軸はトルク及び筒内最高温度である。図３から分かるように、内燃機関１で発生するトルクは、点火時期をＭＢＴとした場合が最も大きくなる。点火時期をＭＢＴの前へ進角していくと、トルクは低下していく一方、筒内最高温度は上昇し、ＳＴ１で最高となる。

また、本実施例においては、内燃機関１における気筒２の壁面温度を推定している。そして、推定された壁面温度が点火時期切換温度ＴＣに達した時点で、点火時期をＭＢＴの進角側からＭＢＴより遅角側に移行させる。これにより、今度は排気温度を積極的に上昇させることができ、排気浄化装置９の暖機を促進することができる。

すなわち、本実施例においては、気筒２の壁面温度が点火時期切換温度ＴＣ未満の冷間始動状態では、点火プラグ１４の点火時期をＭＢＴより進角側とし、内燃機関１から排出されるＨＣの量を抑制する。そして、気筒２の壁面温度が点火時期切換温度ＴＣ以上となった場合には、点火プラグ１４の点火時期をＭＢＴより遅角側に移行して排気の温度を上昇させることにより、排気浄化装置９の暖機を促進する。

また、本実施例においては前述のように、気筒２の壁面温度が点火時期切換温度ＴＣとなった際に、点火プラグ１４の点火時期をＭＢＴの進角側から遅角側に切換えるが、その際、図４に示すように、切換の前後で同等のトルクが得られるような点火時期に切換えることとした。そうすれば、内燃機関１の冷間始動時においてＨＣの排出量の低減を優先する制御から排気浄化装置９の暖機を優先する制御へ切換わる際のトルクショックを抑制することができ、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。

図５には、本実施例における始動時アイドル回転数制御ルーチンを示す。本ルーチンは、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼動中はＥＣＵ２０によって所定期間毎に実行される。

本ルーチンが実行されるとまず、Ｓ１０１において、気筒２の壁面温度が点火時期切換温度ＴＣより低いか否かが判定される。具体的には、エアフローメータ８で検出される吸入空気量の始動後の積算値から気筒２の壁面温度を推定し、推定される壁面温度と予め定められた点火時期切換温度ＴＣとが比較されることによって判定される。ここで、気筒２の壁面温度が点火時期切換温度ＴＣより低いと判定された場合にはＳ１０２へ進む。一方、気筒２の壁面温度が点火時期切換温度ＴＣ以上であると判定された場合には、Ｓ１０３に進む。

Ｓ１０２においては、点火プラグ１４の点火時期がＭＢＴより進角側とされ、ＭＢＴの進角側の領域において、点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御が実施される。なお、この際、点火プラグ１４の点火時期がＭＢＴの遅角側から進角側に切換わった場合には、切換の前後でトルクが同等となる点火時期が選択される。

一方、Ｓ１０３においては、点火プラグ１４の点火時期がＭＢＴより遅角側とされ、ＭＢＴの遅角側の領域において、点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御が実施される。なお、この際も、点火プラグ１４の点火時期がＭＢＴの進角側から遅角側に切換わった場合には、切換の前後でトルクが同等となる点火時期が選択される。Ｓ１０２またはＳ１０３の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したとおり、本実施例においては、気筒２の壁面温度が点火時期切換温度ＴＣ未満の場合には、点火時期がＭＢＴより進角側となる領域において、点火時期によるア
イドル回転数フィードバック制御を行い、気筒２の壁面温度が点火時期切換温度ＴＣ以上の場合には、点火時期がＭＢＴより遅角側となる領域において、点火時期によるアイドル回転数フィードバック制御を行うこととした。

従って、冷間始動時の初期の段階においては、気筒２の筒内温度の燃焼時におけるピーク値を高めることにより内燃機関１からのＨＣの排出を抑制し、エミッションの悪化を抑制することができる。また、冷間始動時の後期の段階においては、気筒２からの排気の温度を高めることができ、排気浄化装置９の暖機を促進することができる。

また、本実施例において気筒２の壁面温度が点火時期切換温度ＴＣに達した際には、点火プラグ１４の点火時期がＭＢＴの進角側から遅角側に切換えられるが、その際には、切換えの前後で同等のトルクを得ることができる点火時期が選択されるので、トルクショックの発生を抑制することができる。

次に、図６のタイムチャートを用いて、始動時アイドル回転数制御ルーチンを実行させた場合の、冷間始動時における内燃機関１に係る各パラメータの変化について説明する。図６中、横軸は時間を、縦軸は各パラメータの値を示す。

図６において、時点ｔ１に内燃機関１の始動が開始されるとする。そうすると、機関回転数は時点ｔ１以降、一旦急激に増加する。この時点では、点火プラグ１４の点火時期は予め定められた初期値に制御される。そして、時点ｔ１から予め定められたフィードバック開始待ち時間が経過した時点ｔ２において、点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御が開始される。

この時点ｔ２では、各気筒２の壁面温度は、点火時期切換温度ＴＣより低いので、点火プラグ１４の点火時期としてはＭＢＴより進角側の点火時期が選択され、ＭＢＴより進角側の点火時期領域において機関（アイドル）回転数のフィードバック制御が開始される。これに伴い、機関回転数は目標回転数に収束するようになる。また、この時点で、スロットル開度を増加して排気流量を増加させることにより触媒の暖機を促進する触媒暖機制御が開始される。また、時点ｔ２以降、気筒壁面温度が急激な上昇を開始し、触媒温度も上昇を開始する。

ここで、時点ｔ２から後述の時点ｔ３までの間においては、上記のようにＭＢＴより進角側の点火時期が選択されているので、気筒２内の温度の燃焼時におけるピーク値が高温に維持され、内燃機関１からのＨＣの排出が抑制される。

時点ｔ２以降は、上記のような状態が維持されるので、気筒２内の壁面温度が上昇する。そして、時点ｔ３において気筒２内の壁面温度が点火時期切換温度ＴＣに達する。

そうすると、点火時期がＭＢＴより遅角側に移行する。なお、その際、点火時期は時点ｔ３以前に得られていたトルクと同等のトルクが得られるＭＢＴの遅角側の点火時期まで移行するので、トルク及び、機関回転数に段差が生じず、トルクショックが抑制されている。

時点ｔ３以降は、点火時期がＭＢＴより遅角側の領域で、点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御が継続される。従って、この時期においても、アイドル回転数は目標回転数に収束される。また、時点ｔ３以降は、点火時期がＭＢＴより遅角側になることから、排気温度が上昇して排気浄化装置９の暖機が促進され、触媒温度の上昇傾きがより急峻になる。

そして、排気浄化装置９の温度が触媒の活性温度ＴＡに達したことをもって、スロットル弁６の開度が減少し、触媒暖機制御が終了する。

以上、説明したように、本実施例においては、内燃機関１の冷間始動後、気筒２の壁面温度が点火時期切換温度ＴＣに達するまでは、ＭＢＴより進角側の点火時期の領域において、点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御を実施する。従って、内燃機関１からのＨＣ排出を抑制でき、冷間始動初期のエミッションの悪化を抑制することができる。

一方、燃焼室の温度が点火時期切換温度ＴＣ以上となると、ＭＢＴより遅角側の点火時期の領域において、点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御を実施する。従ってこの場合は、内燃機関１からの排気温度を上昇させることができ、排気浄化装置９における触媒の暖機を促進することができる。

また、アイドル回転数のフィードバック制御における点火時期の使用範囲をＭＢＴより進角側から遅角側に切換える際には、切換前後でトルクが同等となるような点火時期に切換えられるので、点火時期の切換に伴うトルクショックを抑制することができる。

なお、本実施例の始動時アイドル回転数制御ルーチンのＳ１０２及びＳ１０３において、点火時期を制御してアイドル回転数をフィードバック制御によって目標回転数に収束させる制御を行うＥＣＵ２０は、本実施例においてアイドル回転数制御手段に相当する。また、Ｓ１０１において、吸入空気量の始動後の積算値から気筒２の壁面温度を推定するＥＣＵ２０は、筒内温度取得手段を構成する。また、本実施例において点火時期切換温度ＴＣは所定温度に相当する。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例においては、実施例１で説明した制御に加えて、内燃機関１の燃焼が悪化した場合に、燃料噴射のタイミングを切換える制御について説明する。なお、本実施例における内燃機関及び、その吸排気系、制御系は、図１で説明したものと同等である。

本実施例においては、内燃機関１の燃焼が悪化した場合に、気筒２に導入される燃料の性状が重質になっていると判断し、重質燃料でも燃焼室に導入され易いように燃料噴射を吸気弁の開弁時期に同期させるようにした。

図７には、本実施例における始動時アイドル回転数制御ルーチン２についてのフローチャートを示す。本ルーチンと、実施例１で説明した始動時アイドル回転数制御ルーチンとの相違点は、Ｓ１０２またはＳ１０３の処理の後に、Ｓ２０１〜Ｓ２０３の処理が実行される点である。以下、本ルーチンと、始動時アイドル回転数制御ルーチンとの相違点についてのみ説明する。

本ルーチンにおけるＳ２０１においては、気筒２において燃焼の悪化が検出されているか否かが判定される。具体的には、点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御において、実際のアイドル回転数が目標回転数に対して異常に低いか否かを判定することによって燃焼の悪化の検出が行われてもよい。より具体的には、例えばアイドル回転数が目標回転数の８０％以下かどうかを判定してもよい。

Ｓ２０１において、気筒２において燃焼の悪化が検出されていると判定された場合には、Ｓ２０２に進む。一方、気筒２において燃焼の悪化が検出されていないと判定された場合には、Ｓ２０３に進む。

Ｓ２０２においては、吸気同期噴射が実行される。すなわち、燃料噴射弁５による燃料噴射が、吸気弁１０の開弁時期に同期して実行されるようになる。これにより、燃料噴射弁５から噴射された燃料が重質燃料であっても、安定して気筒２内に導入することができる。

Ｓ２０３においては、吸気非同期噴射が実行される。すなわち、燃料噴射弁５による燃料噴射が、吸気弁１０の開弁時期より前の時期に実行されるようになる。この場合は、燃料噴射弁５から噴射された燃料が重質でない燃料であるので、吸気非同期噴射であっても、安定して気筒２内に導入することができる。

以上、説明したように本実施例では、冷間始動時に気筒の壁面温度に応じて、点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御における点火時期をＭＢＴより進角側にするか遅角側にするかを変更する制御において、燃料性状の重質化によって燃焼状態が悪化した場合には、燃料噴射タイミングを吸気同期噴射に変更し、燃焼状態を改善することとした。これにより、冷間始動時においてアイドル回転数をより確実に目標回転数に収束させることが可能となる。

特に本実施例によれば、冷間始動時の初期の段階から、内燃機関１における点火時期をＭＢＴより進角側とすることにより、気筒２内の温度の燃焼時におけるピーク値が高温に維持されているので、吸気同期噴射によって重質燃料が気筒２に直接導入された場合に、より確実に重質燃料を気化させることができ、より確実に燃焼の安定性を確保することができる。

なお、本実施例の始動時アイドル回転数制御ルーチン２においてＳ２０１の処理を実行するＥＣＵ２０は、燃料悪化検出手段を構成する。また、Ｓ２０１、Ｓ２０２及びＳ２０３の処理を実行するＥＣＵ２０は、噴射選択手段を構成する。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例においては、実施例１で説明した、点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御を実施する際に、燃焼悪化が検出されたときには、吸気同期噴射が実施されるとともに点火時期は強制的にＭＢＴより進角側の領域に設定される制御について説明する。

図８には、本実施例における燃焼改善ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンは、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼動中はＥＣＵ２０によって、実施例１で説明した始動時アイドル回転数制御ルーチンと独立または並行して、所定期間毎に実行される。

本ルーチンが実行されると、まずＳ３０１において冷却水温が６０℃未満か否かが判定される。ここで、冷却水温は、水温センサ１９の出力をＥＣＵ２０に読み込むことによって取得される。冷却水温が６０℃以上である場合には、内燃機関１が充分に暖機されており、燃料は充分に気化できる状態であるので、燃焼の悪化が検出されたとしても燃料性状に起因するものでないと判断され、Ｓ３０５に進む。一方、冷却水温が６０℃未満の場合には、燃料性状及び燃料の気化の状態によっては燃焼が悪化する可能性があると判断され、Ｓ３０２に進む。

Ｓ３０２においては、燃焼の悪化が検出されたか否かが判定される。具体的には、アイドル回転数が燃焼の悪化によって目標回転数の８０％以下に低下しているかどうかによって判定してもよい。ここで、燃焼悪化が検出されなかった場合にはＳ３０５に進む。一方
、燃焼悪化が検出された場合には、燃料性状が重質になっている可能性が高いと判定されるのでＳ３０３に進む。

Ｓ３０３においては、Ａ／Ｆフィードバック制御が開始してから、Ａ／Ｆ制御安定時間ｔｓが経過したかどうかが判定される。ここで、Ａ／Ｆ制御安定時間ｔｓとは、Ａ／Ｆフィードバック制御が開始してから制御自体が安定して実行されるまでに必要な時間である。従って、Ａ／Ｆフィードバック制御の開始後、Ａ／Ｆ制御安定時間ｔｓが経過したと判定される場合には、燃料性状が重質で揮発性が低くてもＡ／Ｆを目標値に安定して制御できると判断できるので、Ｓ３０５に進む。一方、Ａ／Ｆフィードバック制御の開始後の経過時間がＡ／Ｆ制御安定時間ｔｓ未満であると判定された場合には、Ａ／Ｆフィードバック制御自体が安定していないと判断されるので、Ｓ３０４に進む。

Ｓ３０４においては、吸気同期噴射が実行され、且つ点火プラグ１４の点火時期を強制的にＭＢＴより進角側とした上で、アイドル回転数のフィードバック制御が実施される。従って、燃料性状が重質であっても、吸気弁１０の開弁時期と同期して燃料噴射が行なわれるので、燃料が良好に気筒２内に導入される。また、気筒２の筒内温度の燃焼時におけるピーク値を高くすることができるので、冷却水温が低く且つＡ／Ｆフィードバック制御が安定化していないという不利な状況においても、気筒２内に導入された重質燃料の気化を促進することができ燃焼を安定化することができる。Ｓ３０４の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

Ｓ３０５においては、吸気非同期噴射が実行され、燃料噴射タイミングは、吸気弁１０の開弁時期よりも早期の通常タイミングに設定される。Ｓ３０５の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。なお、本ルーチンは、始動時アイドル回転数制御ルーチンと独立にまたは並行して実行されるので、Ｓ３０５が実施される際の点火時期については、始動時アイドル回転数制御ルーチンによって定められる点火時期をしてもよい。

図９には、本実施例における燃焼改善ルーチンを実行した場合の、内燃機関１に係る各パラメータの始動後の変化を示すタイムチャートを示す。冷間始動時に始動時アイドル回転数制御ルーチンと独立にまたは並行して燃焼改善ルーチンが実行されるとまず、時点ｔ１において内燃機関１が始動開始して機関（アイドル）回転数が急激に増加する。ここで、冷却水温は６０℃未満であるが、アイドル回転数が目標回転数の８０％以上であるので燃焼の悪化はまだ検出されておらず、燃料噴射弁５からの燃料噴射時期としては吸気非同期噴射が選択されている。その後、燃料が重質になっている場合には、そのまま機関（アイドル）回転数が減少し、時点ｔ５において目標回転数の８０％を下回る。

そうすると、燃焼が悪化していると判定される。また、この時点ではＡ／Ｆフィードバック制御が開始されてからＡ／Ｆ制御安定時間ｔｓが経過していないので、燃料噴射時期が吸気同期噴射に切換えられる。さらに、内燃機関１の点火時期がＭＢＴよりも進角側の領域に設定された上で、点火時期によるアイドル回転数フィードバック制御が実行される。これにより、燃料が重質であっても良好に気筒２内に導入されるようになるとともに、気筒２の筒内温度の燃焼時におけるピーク値が高められ、気筒２内の重質燃料の気化が促進され、燃焼が改善される。これにより、機関（アイドル）回転数は目標値に収束する。

次に時点ｔ６においてＡ／Ｆフィードバック制御が開始される。そして、Ａ／Ｆフィードバック制御の開始から所定のＡ／Ｆ制御安定時間ｔｓが経過した時点ｔ７においては、Ａ／Ｆフィードバック制御自体が安定しているため、気筒２内の燃料の状態に拘らず燃焼を安定させることが可能と判断されるので、燃料噴射時期が吸気非同期噴射に戻され、且つＭＢＴよりも進角側を用いた点火時期によるアイドル回転数フィードバック制御が解除される。

なお、本ルーチンは内燃機関１の燃焼の安定性のために実行され、実施例１で説明した始動時アイドル回転数制御ルーチンは、ＨＣ低減と触媒暖機の両立のために実行される点を考慮して、本ルーチンの制御と、始動時アイドル回転数制御ルーチンの制御における点火プラグ１４の点火時期の制御がバッティングした場合には、本ルーチンの制御が優先されている。そして、時点ｔ７においてＭＢＴよりも進角側を用いた点火時期によるアイドル回転数フィードバック制御が解除された後は、内燃機関１における点火時期は、前述したように始動時アイドル回転数制御ルーチンにおける点火時期の制御に従うようにしてもよい。

以上、説明したように、気筒２において燃焼の悪化が生じた場合には燃料性状が重質となっている可能性が高い。これに対し、本実施例においては、気筒２における燃焼の悪化が検出された場合に、燃料噴射を吸気同期噴射とすることでより重質燃料であっても燃料を気筒２内に安定して導入することができる。これにより、燃焼の悪化を改善することができる。

また、本実施例においては、気筒２における燃焼の悪化が検出された場合に、内燃機関１の点火時期が強制的にＭＢＴより進角側にされた上で、点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御が継続されるので、筒内温度の燃焼時におけるピーク値が上昇して気筒２内に導入された重質燃料をより効率的に気化することができる。従って、より確実に燃焼を改善することができるとともにＨＣの排出を抑制することができる。

また、実際の燃焼の悪化の原因が燃料性状でない状況でＳ３０４が実行された場合には、通常の燃料が吸気同期噴射によって直接燃焼室内に導入されることになるが、この場合でも、点火プラグ１４の点火時期がＭＢＴより進角側にされた上で、点火時期によるアイドル回転数のフィードバック制御が実施されるので、筒内温度の燃焼時におけるピーク値が上昇して気筒２内に付着した通常の燃料をより効率的に気化して、ＨＣの排出を抑制することができる。

なお、本実施例で説明した燃焼改善ルーチンにおける技術思想、すなわち、燃焼悪化が検出されたときには、吸気同期噴射が実施されるとともに点火時期は強制的にＭＢＴより進角側の領域に設定されるという思想自体は、点火時期によるアイドル回転数フィードバック制御ではなく、吸入空気量によるアイドル回転数フィードバック制御にも適用することができる。

吸入空気量によるアイドル回転数フィードバック制御においては、燃料の重質化によって燃焼が悪化して機関回転数が低下すると、吸入空気量を増大して回転数を上昇させようとし、スロットル弁６の開度が増大される。そうすると、吸気管負圧が低下して、さらに重質燃料の気化がしづらくなるという特性がある。従って、吸入空気量によるアイドル回転数フィードバック制御において燃料の重質化によって燃焼が悪化した場合に、吸気同期噴射を実施するとともに点火時期を強制的にＭＢＴより進角側の領域に設定するという本ルーチンの技術思想を適用すれば、重質燃料をより確実に気筒２内に導入できるとともに気筒２内の燃料をより確実に気化できるという効果を、より効率的に利用することが可能となる。

なお、本実施例における燃焼改善ルーチンにおいて、Ｓ３０２の処理を実行するＥＣＵ２０は燃料悪化検出手段を構成する。また、Ｓ３０４及びＳ３０５の処理を実行するＥＣＵ２０は、噴射選択手段を構成する。

本発明の実施例における内燃機関及びその吸排気系、制御系の概略構成を示す図である。本発明の実施例に係る気筒における点火時期と気筒内の状態との関係を示すグラフである。本発明の実施例に係る気筒における点火時期と内燃機関のトルク及び筒内最高温度との関係を示すグラフである。本発明の実施例１における点火時期切換前後のトルクの関係を説明するためのグラフである。本発明の実施例１に係る始動時アイドル回転数制御ルーチンについてのフローチャートである。本発明の実施例１に係る内燃機関の始動後の各パラメータの変化を示すタイムチャートである。本発明の実施例２に係る始動時アイドル回転数制御ルーチン２についてのフローチャートである。本発明の実施例３における燃焼改善ルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施例３における内燃機関の始動後の各パラメータの変化を示すタイムチャートである。

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

Claims

火花点火式の内燃機関の排気通路に設けられ該排気通路を通過する排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記内燃機関の火花点火に係る点火時期を制御して前記内燃機関のアイドル回転数をフィードバック制御によって目標回転数に収束させるアイドル回転数制御手段と、
前記内燃機関の気筒における筒内温度を取得する筒内温度取得手段と、
を備え、
前記フィードバック制御中において、前記筒内温度取得手段によって取得された前記筒内温度が所定温度未満の場合は、前記アイドル回転数制御手段は、前記点火時期をＭＢＴより進角側において制御することを特徴とする内燃機関の制御システム。
前記フィードバック制御中において、前記筒内温度取得手段によって取得された前記筒内温度が前記所定温度以上の場合は、前記アイドル回転数制御手段は、前記点火時期をＭＢＴより遅角側において制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御システム。
前記フィードバック制御中において、前記アイドル回転数制御手段が、前記点火時期をＭＢＴより進角側または遅角側のいずれか一方から他方へ移行させる場合には、移行後における前記点火時期は、移行前後における前記内燃機関のトルクが同等になるべく定められることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御システム。
前記内燃機関の吸気ポートに設けられ、前記内燃機関における燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁による燃料噴射を、該燃料噴射が前記内燃機関の吸気弁の開弁時期と同期する吸気同期噴射によって行うか、前記燃料噴射が前記吸気弁の開弁時期と同期しない吸気非同期噴射によって行うかを選択する噴射選択手段と、
前記内燃機関における燃焼の悪化を検出する燃焼悪化検出手段と、
をさらに備え、
前記フィードバック制御中において前記燃焼悪化検出手段により前記内燃機関における燃焼の悪化が検出された場合には、前記噴射選択手段によって、前記燃焼噴射を前記吸気同期噴射によって行うことが選択されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の制御システム。