JP2009062835A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グロープラグの劣化に伴う燃焼状態の悪化を好適に抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】通電に応じて発熱して燃料の着火や燃焼を促進するグロープラグ１３の劣化が検出されたときには、該当グロープラグ１３の設置された気筒の燃料噴射時期を進角補正するようにした。そのため、グロープラグ１３の劣化によって着火の遅れや燃焼速度の低下が生じたときには、その分、燃料噴射時期が早められるようになり、グロープラグ１３の劣化に伴う燃焼状態の悪化が抑制されるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、グロープラグを備える内燃機関の制御装置に関し、特にそのグロープラグの劣化時における燃焼状態の悪化を抑制するための制御構造の改良に関するものである。

周知のように、ディーゼル機関などの内燃機関では、その燃焼室内にグロープラグが設置されたものがある。こうした内燃機関では、始動直前にグロープラグに通電して、これを赤熱させるようにしている。そして噴射した燃料の一部を赤熱したグロープラグに吹き付けることで、燃料の着火や燃焼を促進するようにしている。こうしたグロープラグは、冷間時などにおける内燃機関の始動性を向上するための始動補助装置として使用されている。またグロープラグは、外気温（吸気温）や機関温度が低いときの燃焼の安定化を図るためにも使用されている。

従来、こうしたグロープラグを備える内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１には、グロープラグへの通電中には、燃料噴射時期の進角を制限することで、燃料噴射時期の過度の進角化によって燃焼状態が不安定となることを回避する技術が提案されている。また特許文献２には、グロープラグの通電を始動補助としてだけではなく、排気浄化触媒の暖機促進にも使用することが記載されている。更に特許文献３には、グロープラグの経時劣化を、その通電抵抗の増大により検出することが記載されている。
特開２００１−３２９９４６号公報 特開２００３−０６５１２１号公報 特開平９−８８７９５号公報

ところで特許文献３に記載のように、グロープラグはその長期使用に応じて劣化してその発熱能力が低下することがある。こうして劣化によってグロープラグの発熱能力が低下すると、そのグロープラグの設定された気筒では、燃焼が不安定となってしまい、場合によっては失火が発生してしまうようになる。そしてその結果、ドライバビリティや排気性能の悪化が生じてしまうようになる。

ここで、上記文献３では、グロープラグの劣化を検出することまでは行っているものの、その検出時には、ビープ音を鳴らす等してその旨を通知するだけのものとなっている。このように従来にあっては、グロープラグの劣化時の燃焼状態の悪化に対しては、何らの対策もなされていなかった。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、グロープラグの劣化に伴う燃焼状態の悪化を好適に抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、通電に応じて発熱して燃料の着火や燃焼を促進するグロープラグを備える内燃機関の制御装置において、前記グロープラグの劣化が検出されたときには、該当グロープラグの設置された気筒の燃料噴射時期を進角補正することをその要旨としている。

グロープラグが劣化してその発熱能力が低下すると、そのグロープラグの設置された気筒では、燃料の着火性や燃焼性が悪化して、着火遅れや燃焼速度の低下が生じるようになる。その点、上記構成では、グロープラグの劣化が検出されると、その気筒の燃料噴射時期が進角補正されて、より早期から燃料噴射が開始されるようになり、グロープラグの劣化に伴う燃焼状態の悪化が好適に抑制されるようになる。

また上記課題を解決するため、請求項２に記載の発明では、通電に応じて発熱して燃料の着火や燃焼を促進するグロープラグを備える内燃機関の制御装置において、前記グロープラグの劣化が検出されたときには、吸気系への排気還流量を減量させることをその要旨としている。

上述したようにグロープラグが劣化すると燃焼状態が悪化するが、上記構成では、グロープラグの劣化が検出されると吸気系に還流される排気の量が減量されるため、その分、燃焼状態が好転することとなり、グロープラグの劣化に伴う燃焼状態の悪化が好適に抑制されるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記排気還流量の減量は、排気還流量が「０」となるように行われることをその要旨としている。
上記構成では、グロープラグの劣化が検出されると、排気還流量が「０」に、すなわち吸気系に対する排気の還流が禁止されるようになる。そのため、グロープラグの劣化に伴う燃焼状態の悪化がより確実に抑制されるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置において、前記排気還流量の減量は、機関冷間時に限り行われることをその要旨としている。
グロープラグの通電による発熱は、機関冷間時の燃焼状態の安定化に有効である。したがって、グロープラグの劣化に伴う燃焼状態の悪化は、機関冷間時に特に顕著となる。上記構成では、機関冷間時、例えば吸気温度が低いときや機関冷却水温が低いときに限り、グロープラグの劣化検出に応じた排気還流量の減量を行うため、グロープラグの劣化に伴う燃焼状態の悪化がより効率的、且つ効果的に抑制されるようになる。すなわち、グロープラグの劣化に伴う燃焼状態の悪化が特に顕著な機関冷間時以外は、グロープラグの劣化が検出されていても、吸気系に対する排気の還流が通常通り許容されるため、燃焼状態の悪化が特に顕著とならない限りにおいて、排気還流による排気性能や燃費性能の向上効果を享受することができるようになる。

なお、グロープラグは、長期使用に応じて痩せ細り、その通電抵抗が大きくなっていく。そこで請求項１〜４におけるグロープラグの劣化の検出は、請求項５に記載のようにグロープラグの通電時の電流の低下に応じて行うことができる。また請求項１〜４におけるグロープラグの劣化の検出は、請求項６に記載のようにグロープラグの通電抵抗の増大に応じても行うことが可能である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の内燃機関の制御装置を具体化した第１の実施の形態を、図１〜図２を参照して詳細に説明する。なお本実施形態では、気筒毎にグロープラグの設けられたディーゼル機関に本発明を適用した場合を説明している。

図１は、こうした本実施の形態の全体構成を示している。同図に示すように、本実施の形態の適用されるディーゼル機関は、吸気通路１０、燃焼室１１及び排気通路１２を備えている。各気筒の燃焼室１１はそれぞれ、グロープラグ１３が設置されている。また各気筒の燃焼室１１にはそれぞれ、インジェクタ１４が設けられており、気筒別に燃料噴射時期を個別に設定可能となっている。

更にこのディーゼル機関には、排気通路１２から吸気系へと、より具体的には吸気通路１０へと排気を還流するためのＥＧＲ通路１５が設けられている。そして、このＥＧＲ通路１５には、吸気系に対する排気還流量を調整するＥＧＲ弁１６が設置されている。またＥＧＲ通路１５には、吸気系に還流される排気を冷却するＥＧＲクーラ１７が設置されてもいる。

こうしたディーゼル機関の各気筒のグロープラグ１３やインジェクタ１４の制御、及びＥＧＲ弁１６の制御は、機関制御を司る電子制御ユニット２０により行われる。電子制御ユニット２０には、吸気温度を検出する吸気温センサ２１や機関冷却水温を検出する水温センサ２２を始めとする、機関運転状況を検出するための各種センサの検出信号が入力されている。また電子制御ユニット２０には、各気筒のグロープラグ１３に通電された電流の大きさを検出する電流計２３の検出信号が入力されてもいる。

さて本実施の形態では、電子制御ユニット２０は、上記電流計２３によって検出される通電時の電流により、各グロープラグ１３の劣化の有無を判定するようにしている。より詳しくは、各グロープラグ１３の通電時の電流が、既定の劣化判定値以下であることを条件に、そのグロープラグ１３の劣化度合いが大きいと判定するようにしている。そして劣化の度合いが大であると判定されたグロープラグ１３の設置された気筒については、その気筒の燃料噴射時期を進角補正することで、グロープラグ１３の劣化による燃焼状態の悪化を抑制するようにしている。

図２は、こうした本実施の形態に適用される燃料噴射時期算出ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、所定クランク角毎の定角割り込み処理として、機関運転中に電子制御ユニット２０により繰り返し実行されるものとなっている。なお、本ルーチンによっては、その実行毎に各気筒の燃料噴射時期が順次算出されている。例えば４気筒の内燃機関では、「１８０°ＣＡ」毎に本ルーチンを実行して、その実行毎に各気筒の燃料噴射時期を算出することになる。

さて本ルーチンが開始されると、電子制御ユニット２０はまずステップＳ２０において、今回の燃料噴射時期の算出対象の気筒（以下、「対象気筒」と記載する）についての燃料噴射時期のベース値であるベース噴射時期を算出する。このベース噴射時期の算出は、現状の機関回転速度やアクセル操作量に基づいて行われる。

続いて電子制御ユニット２０は、ステップＳ２１において、対象気筒に設置されたグロープラグ１３の劣化度合いが大であるか否かを確認する。ここでのグロープラグ１３の劣化度合いは上述したように、その通電時の電流の低下に基づいて判定されている。ここで対象気筒のグロープラグ１３の劣化度合いが大きいことが確認されていれば（Ｓ２１：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２０は、ステップＳ２２の処理に進み、そのステップＳ２２において劣化補正値を既定の正の値「α」に設定する。一方、そうでないときには（Ｓ２１：ＮＯ）、電子制御ユニット２０は、ステップＳ２３において、劣化補正値を「０」に設定する。

こうして劣化補正値の設定後、電子制御ユニット２０はステップＳ２４において、対象気筒の最終的な燃料噴射時期である最終噴射時期を、ベース噴射時期及び劣化補正値に基づき算出する。具体的には、ここでの最終噴射時期の算出は、ベース噴射時期に対して劣化補正値分、進角させた時期を最終噴射時期とするように行われる。すなわち、グロープラグ１３の劣化度合いが大きくないときには、ベース噴射時期がそのまま最終噴射時期として設定され、劣化度合いが大きいときには、ベース噴射時期から上記値α分、進角させた時期が最終噴射時期として設定される。

以上により、最終噴射時期を算出すると、電子制御ユニット２０は、今回の本ルーチンの処理を一旦終了する。そして電子制御ユニット２０は、各気筒で燃料噴射が行われる毎に、本ルーチンの処理を繰り返し実行して、対象気筒の燃料噴射時期を決定するようにしている。

以上説明した本実施の形態の内燃機関の制御装置によれば、次の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、グロープラグ１３の劣化が検出されたときには、該当グロープラグ１３の設置された気筒の燃料噴射時期を進角補正するようにしている。グロープラグ１３が劣化してその発熱能力が低下すると、そのグロープラグ１３の設置された気筒では、燃料の着火性や燃焼性が悪化して、着火遅れや燃焼速度の低下が生じるようになる。その点、本実施の形態では、グロープラグ１３の劣化が検出されると、その気筒の燃料噴射時期が進角補正され、より早期から燃料噴射が開始されるようになることから、グロープラグ１３の劣化に伴う燃焼状態の悪化を好適に抑制することができる。

（２）本実施の形態では、グロープラグ１３の通電時の電流の低下からその劣化を検出するようにしている。グロープラグ１３は、その長期使用に応じて痩せ細っていき、その通電抵抗が増大するようになるため、通電時の電流の低下により、その劣化を好適に検出することができる。

（第２の実施の形態）
続いて、本発明の内燃機関の制御装置を具体化した第２の実施の形態を、図３を併せ参照して、上記実施の形態と異なる点を中心に説明する。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態と共通する構成については、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施の形態の内燃機関の制御装置では、グロープラグの劣化が検出されているときには、その劣化による燃焼状態の悪化が特に顕著な機関冷間時において、吸気系への排気の還流を禁止するように、すなわち吸気系への排気還流量を「０」に減量することで、グロープラグの劣化に伴う燃焼状態の悪化を抑制するようにしている。

図３は、こうした本実施の形態における排気還流（ＥＧＲ）実施判定ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、定時割り込み処理、又は定角割り込み処理として、上記電子制御ユニット２０によって周期的に繰り返し実行されるものとなっている。

さて本ルーチンが開始されると、電子制御ユニット２０はまずステップＳ３０において、ＥＧＲの実施条件の成立の可否を判定する。ここでのＥＧＲの実施条件は、例えば機関始動が完了していること、暖機が完了していること、機関回転速度が既定値以上であること、などとなっている。

ここでＥＧＲの実施条件が不成立であれば（Ｓ３１：ＮＯ）、電子制御ユニット２０は処理をステップＳ３２に進め、そのステップＳ３２においてＥＧＲ実施フラグをオフ（ＯＦＦ）に設定して、今回の本ルーチンの処理を一旦終了する。ここでＥＧＲ実施フラグがオフに設定されると、上記ＥＧＲ弁１６が閉弁されて、吸気系に対する排気の還流が禁止されるようになる。

一方、ＥＧＲの実施条件が成立していれば（Ｓ３１：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２０は、ステップＳ３３において、機関冷間時であるか否かを判定する。ここでは、上記吸気温センサ２１により検出される吸気温が既定値β［℃］未満であること、或いは上記水温センサ２２により検出される機関冷却水温が規定値γ［℃］未満であること、のいずれかが成立すれば、機関冷間時であると判定するようにしている。

ここで、機関冷間時で無いと判定されたときには、電子制御ユニット２０は、処理をステップＳ３４に進め、そのステップＳ３４において、ＥＧＲ実施フラグをオン（ＯＮ）に設定して、今回の本ルーチンの処理を一旦終了する。ここでＥＧＲ実施フラグがオンに設定されると、上記ＥＧＲ弁１６が開弁されて、吸気系に対して排気の還流が実施されるようになる。

一方、上記ステップＳ３３において機関冷間時であると判定されたときには（Ｓ３３：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２０はステップＳ３５において、各気筒のグロープラグ１３のいずれかの劣化が検出されているか否かを確認する。ここでのグロープラグ１３の劣化の判定は上述したように、その通電時の電流の低下に基づいて行われる。ここで劣化の検出されたグロープラグ１３が１本も存在しないのであれば（Ｓ３３：ＮＯ）、電子制御ユニット２０は処理を上記ステップＳ３４に進め、そのステップＳ３４において、ＥＧＲ実施フラグをオン（ＯＮ）に設定して、今回の本ルーチンの処理を一旦終了する。一方、各気筒のグロープラグ１３のいずれかの劣化が検出されていれば（Ｓ３５：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２０は処理を上記ステップＳ３２に進め、そのステップＳ３２においてＥＧＲ実施フラグをオフ（ＯＦＦ）に設定して、今回の本ルーチンの処理を一旦終了する。

以上説明した本実施の形態の内燃機関の制御装置によれば、次の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、グロープラグ１３の劣化が検出されたときには、機関冷間時における吸気系への排気の還流が禁止されるように、すなわち排気還流量が「０」に減量されるようになっている。そのため、グロープラグ１３の劣化に伴う燃焼状態の悪化が特に顕著な機関冷間時には、吸気系への排気の還流が禁止され、その禁止による燃焼状態の好転の分、グロープラグ１３の劣化に伴う燃焼状態の悪化を抑制することができるようになる。

（２）本実施の形態では、グロープラグ１３の劣化が検出されていても、グロープラグ１３の劣化に伴う燃焼状態の悪化が特に顕著な機関冷間時以外は、吸気系への排気の還流を許容するようにしている。そのため、燃焼状態の悪化が特に顕著とならない限りにおいて、吸気系の排気の還流を持続し、それによる排気性能や燃費性能の向上効果を享受することができるようになる。

（３）本実施の形態では、本実施の形態では、グロープラグ１３の通電時の電流の低下からその劣化を検出するようにしている。グロープラグ１３は、その長期使用に応じて痩せ細っていき、その通電抵抗が増大するようになるため、通電時の電流の低下により、その劣化を好適に検出することができる。

なお、以上説明した各実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・第２の実施の形態では、グロープラグ１３の劣化が検出されたときには、機関冷間時における吸気系への排気の還流を禁止するように、すなわち排気還流量を「０」まで減量するようにしていたが、排気の還流を完全に禁止せずとも、そうでないときに比してある程度に減量しさえすれば、グロープラグ１３の劣化に伴う燃焼状態の悪化は抑制することができる。

・上記実施形態では、グロープラグ１３の劣化が検出されたときには、機関冷間時における吸気系に対する排気還流量を減量するようにしていたが、機関冷間時であるか否かに拘らず、グロープラグ１３の劣化検出時には、吸気系に対する排気還流量を減量するようにしても良い。

・グロープラグ１３の劣化検出時の吸気系に対する排気還流量の減量の度合いを、グロープラグ１３の劣化度合いの大きさや機関温度などに応じて可変設定するようにしても良い。例えば、グロープラグ１３の劣化度合いが大きいときには、小さいときに比して吸気系への排気還流量の減量の度合いを大きくする、或いは機関温度が低いときには、高いときに比して吸気系への排気還流量の減量の度合いを大きくする、といったようにすることもできる。

・第１の実施の形態では、グロープラグ１３の劣化が検出されたときに、その劣化したグロープラグ１３の設置された気筒の燃料噴射時期を一律に進角補正するようにしていたが、グロープラグ１３の劣化度合いや機関温度などに応じて燃料噴射時期の進角補正量を可変設定するようにしても良い。例えばグロープラグ１３の劣化度合いが大きいときには、小さいときに比して燃料噴射量の進角補正の量を大きくする、或いは機関温度が低いときには、高いときに比して燃料噴射量の進角補正の量を大きくする、といったようにすることもできる。

・上記各実施の形態では、グロープラグ１３の劣化を、その通電時の電流の低下に応じて検出するようにしていたが、グロープラグ１３の通電抵抗の増大に応じてその劣化を検出するようにすることもできる。例えばグロープラグ１３の通電抵抗が既定の劣化判定値を超えることをもって、グロープラグ１３の劣化有りを検出するようにすることもできる。この場合にも、通電時の電流低下に応じる場合と同様に、グロープラグ１３の劣化を好適に検出することが可能である。

・上記各実施の形態では、本発明をディーゼル機関に適用した場合について説明したが、通電に応じて発熱して燃料の着火や燃焼を促進するグロープラグを備える内燃機関であれば、ディーゼル機関以外の内燃機関にも本発明は同様に適用することが可能である。

本発明の第１実施形態についてその全体構成を模式的に示す略図。 同実施形態に採用される燃料噴射時期算出ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態についてこれに採用されるＥＧＲ実施判定ルーチンの処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１０…吸気通路（吸気系）、１１…燃焼室、１２…排気通路、１３…グロープラグ、１４…インジェクタ、１５…ＥＧＲ通路、１６…ＥＧＲ弁、１７…ＥＧＲクーラ、２０…電子制御ユニット、２１…吸気温センサ、２２…水温センサ、２３…電流計。

Claims (6)

1. 通電に応じて発熱して燃料の着火や燃焼を促進するグロープラグを備える内燃機関の制御装置において、
   前記グロープラグの劣化が検出されたときには、該当グロープラグの設置された気筒の燃料噴射時期を進角補正する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 通電に応じて発熱して燃料の着火や燃焼を促進するグロープラグを備える内燃機関の制御装置において、
   前記グロープラグの劣化が検出されたときには、吸気系への排気還流量を減量させる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記排気還流量の減量は、吸気系への排気還流量が「０」となるように行われる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記排気還流量の減量は、機関冷間時に限り行われる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 前記グロープラグの劣化は、該グロープラグの通電時における電流の低下に応じて検出される
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記グロープラグの劣化は、該グロープラグの通電抵抗の増大に応じて検出される
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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