JP2012225215A - 内燃機関の点火時期制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過給機を備える内燃機関において、ＥＧＲ制御を実行している際の減速運転時に、点火時期を補正して燃焼の安定化を図る。
【解決手段】内燃機関が、吸入空気を過給する過給機と、排気ガスを吸気系に還流する還流路及びその還流路を流れる排気ガスの量を制御する還流制御弁を備える排気ガス再循環装置とを備えてなる内燃機関において、還流制御弁の開度が変化した後の還流制御弁より下流の還流路に残留する排気ガスの量に応じて点火時期を補正する内燃機関の点火時期制御方法であって、内燃機関の運転状態及び吸気圧を検出し、検出した運転状態が減速運転状態で、かつ検出した吸気圧が大気圧よりも高い場合は吸気圧が大気圧より低くなるまで点火時期の補正を禁止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガスの一部を吸入空気に混合させるための排気ガス再循環装置を備える内燃機関の点火時期制御方法に関するものである。

従来、過給機を備える内燃機関において、燃費を向上させるために、排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）により排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと称する）を吸気通路に還流させる場合、過給機のタービンの上流とコンプレッサの下流とを還流路で接続し、その還流路に設けた還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）によりＥＧＲガスの流量を調節している。

このようなＥＧＲ装置による排気ガス再循環制御（以下、ＥＧＲ制御と称する）に合わせて点火時期を制御する場合に、ノッキングなどの低減を図るために、例えば特許文献１のもののように、ＥＧＲ弁の開度を変更する場合、ＥＧＲ弁の開度が変更された時から所定時間後に変更後の開度に従った点火時期制御を実行するものにおいて、内燃機関の運転状態を検出して、その運転状態の変動が小さくなる方向に、所定時間を遅延させる補正を行うことが知られている。つまり、この特許文献１のものでは、ＥＧＲ弁の開度が変更された場合に、実際にＥＧＲガスの量がＥＧＲ弁の開度に対応する量まで変化するのに応答の遅れがあるので、その応答の遅れに応じて所定時間を遅延させる補正を行うものである。

ところで、ＥＧＲ制御を実行している状態で内燃機関を減速運転すると、ＥＧＲ弁が閉じられることでＥＧＲガスが還流路に残留することがある。還流路に残された残留ＥＧＲガスは、吸気管圧力の負圧により還流路から吸い出されて吸入空気と混ざり合う。この場合、自然吸気式内燃機関にあっては、基本的に吸気圧は負圧であるので、多少の遅れはあるものの残留ＥＧＲガスは早期に吸入空気と混ざり合う。

これに対して、過給機を備える内燃機関にあっては、減速運転前の運転状態が過給域でのものであると、減速運転になりＥＧＲ弁が閉じられた時点では、吸気圧が負圧になっていない。つまり過給により、吸気圧は大気圧より高い状態にある。したがって、還流路の残留ＥＧＲガスは、還流路から吸い出されるのに時間を要するものとなる。一方、減速前の運転状態が過給域でのものでない場合、つまり吸気圧が大気圧より低い場合は、残留ＥＧＲガスは、自然吸気式内燃機関の場合と同様に吸入空気と混ざり合う。

このため、過給機を備える内燃機関において、減速運転の際に、ＥＧＲ制御に対応して点火時期を制御する場合に、残留ＥＧＲガスが吸入空気と混合するまでの経過時間が上述のように異なるので、減速前の運転状態の一方を基準して点火時期制御を行うと、燃焼が不安定になることがある。

特許第２６３６２５７号公報

そこで本発明は以上の点に着目し、ＥＧＲ制御を実行している際の減速運転時に、点火時期を補正して燃焼の安定化を図ることを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関の点火時期制御方法は、内燃機関が、吸入空気を過給する過給機と、排気ガスを吸気系に還流する還流路及びその還流路を流れる排気ガスの量を制御する還流制御弁を備える排気ガス再循環装置とを備えてなる内燃機関において、還流制御弁の開度が変化した後の還流制御弁より下流の還流路に残留する排気ガスの量に応じて点火時期を補正する内燃機関の点火時期制御方法であって、内燃機関の運転状態及び吸気圧を検出し、検出した運転状態が減速運転状態で、かつ検出した吸気圧が大気圧よりも高い場合は吸気圧が大気圧より低くなるまで点火時期の補正を禁止することを特徴とする。

過給機としては、排気ガスのエネルギにより駆動されるターボチャージャ、クランク軸からの動力によって駆動されるスーパーチャージャ、さらには電動式のものなどが挙げられる。

このような構成によれば、減速運転の開始により還流制御弁の下流の還流路に残留する排気ガスの量、したがって減速運転の開始時に過給域での運転か非過給域での運転かに応じて点火時期を補正し、また点火時期の補正を禁止する。したがって、点火時期を補正する精度が高くなり、燃焼を判定させることが可能になる。

本発明は、以上説明したような構成であり、減速運転の開始時に過給域での運転か非過給域での運転かの相違を加味して、還流制御弁の下流の還流路に残留する排気ガスに応じて点火時期を補正するので、点火時期を補正する精度が高くなり、燃焼を判定させることができる。

本発明の実施形態の概略構成を示す構成説明図。 同実施形態の制御手順を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

具体的には、図１に１気筒の構成を概略的に示したエンジン１００は、自動車用の例えば３６０ＣＡ（クランク角）位相の二気筒のもので、その吸気系１には、過給機たるターボチャージャ５０を構成するコンプレッサ５１が接続され、コンプレッサ５１の下流には、図示しないアクセルペダルの操作に対応して開閉するスロットル弁２が設けてある。そしてそのスロットル弁２の下流側にはサージタンク３が設けられる。コンプレッサ５１により圧縮されてサージタンク３に供給される吸入空気は、吸気ポート１０及び吸気弁３７を介してシリンダ３８内に吸入される。サージタンク３に連通する吸気系１の吸気マニホルド４のシリンダヘッド側の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、この燃料噴射弁５を、電子制御装置６により制御するようにしている。

また、排気系２０には、燃焼室３９から排気弁３６を介して排出された排気ガスにより駆動される、ターボチャージャ５０を構成するタービン５２が接続される。タービン５２までの管路には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ₂センサ２１が取り付けられる。タービン５２の下流には、図示しないマフラに至るまでの位置に三元触媒６３が取り付けられている。さらに、サージタンク１３と、排気マニホルド５３を備える排気系２０との間には、排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）６０が接続される。このＥＧＲ装置６０は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。

ＥＧＲ装置６０は、還流路である排気ガス還流管路（以下、ＥＧＲ管路と称する）６１と、そのＥＧＲ管路６１に設けられてＥＧＲ管路６１を通過する排気ガスの流量を制御する排気ガス還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）６２とを備えて構成される。ＥＧＲ管路６１の一方の端部は、サージタンク３に連通するように接続され、他方の端部は、タービン５２の上流において排気系２０に連通するように接続される。ＥＧＲ装置６０は、ＥＧＲ弁６２が開かれると、排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称する）をＥＧＲ弁６２の開度に応じた流量でＥＧＲ管路６１を通過させて、スロットルバルブ１１よりも下流側に位置するサージタンク１３内に還流させるものである。還流されるＥＧＲガスの流量は、ＥＧＲ弁６２の開度に依存するもので、ＥＧＲ弁６２の開度は、電子制御装置６により制御される。

エンジン１００の運転を制御する電子制御装置６は、中央演算装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。その入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数ＮＥを検出するための回転数センサ１４から出力される回転数信号ｂ、スロットル弁２の開度を検出するスロットルセンサ１６から出力される開度信号ｄ、上記したＯ₂センサ２１から出力される電圧信号ｈ等が入力される。一方、出力インターフェース１１からは、インジェクタ５に対して燃料噴射信号ｆが、また火花着火の実施に際してスパークプラグ１８に対して点火信号ｇ等が出力されるようになっている。

電子制御装置６は、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ１４から出力される回転数信号ｂとを主な情報として、運転状態に応じて設定される係数を用いて燃料噴射量を演算し、燃料噴射量に対応する燃料噴射時間つまり燃料噴射弁５に対する通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁１０を制御して、燃料を吸気系１に噴射させる。このような燃料噴射制御自体は、この分野で知られているものを適用するものであってよい。

また、エンジン１００の運転状態に応じて、ＥＧＲ弁６２の開度を制御してＥＧＲ制御を実施するＥＧＲ制御プログラムが電子制御装置６に格納してある。このＥＧＲ制御プログラムは、この分野で広く知られているものであってよい。ＥＧＲ制御にあっては、低回転低負荷領域及び高回転高負荷領域でのＥＧＲガスの還流を中止するものである。

さらに、電子制御装置６には、ＥＧＲ制御を実施している際の減速時における点火時期を制御する点火時期補正制御プログラムが格納してある。この点火時期補正制御プログラムは、ＥＧＲ弁６２の開度が変化した後のＥＧＲ弁６２より下流のＥＧＲ管路６１に残留する排気ガスの量に応じて点火時期を進角するもので、エンジン１００の運転状態及び吸気圧を検出し、検出した運転状態が減速運転状態で、かつ検出した吸気圧が大気圧よりも高い場合は吸気圧が大気圧より低くなるまで点火時期の進角を禁止する構成である。点火時期は、基本点火時期が少なくともエンジン回転数ＮＥにより設定されており、基本点火時期を、この点火時期補正制御プログラムにおける補正を含め、運転状況に合わせた各種の補正値により補正して設定するものである。この減速時制御プログラムは、エンジン１００が減速運転になっている場合に実行するもので、以下に図２を交えて説明する。

まず、ステップＳ１では、エンジン１００の減速運転を開始した否かを判定するサブルーチンを実行する。減速運転の開始は、スロットルセンサ１６から出力される開度信号ｄに基づいてスロットル弁２が全閉に向けて変化したこと、及びＥＧＲ弁６２の開度が全閉に向けて変化したことを検出して判定する。ＥＧＲ弁６２の開度は、ＥＧＲ弁６２に対する制御信号のステップ数に基づいて検出する。なお、減速運転の開始は、アクセルペダルにアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサが設けられているものでは、アクセルペダルの操作量に基づいて判定するものであってよい。この実施形態にあっては、減速運転の開始後、スロットル弁２がアイドル運転の場合の開度つまりほぼ全閉になり、スロットル弁２の開度に伴ってＥＧＲ弁６２の開度も全閉になる減速運転を前提として説明する。

ステップＳ２では、減速運転の開始を判定した際の吸気圧が、大気圧を上回っているか否かを判定する。すなわち、この判定は、減速運転を開始した時点において、エンジン１００が過給域にて運転されていたか、あるいは非過給域にて運転されていたかを判定するものである。吸気圧が、大気圧以下である場合は、エンジン１００の運転は非過給域での運転であり、負圧が生じていることを意味している。

この実施形態にあっては、この点火時期補正制御プログラムにおける吸気圧は、エンジン１００の燃焼間隔毎の平均吸気圧（吸気圧の移動平均値）を採用するものである。これは、この実施形態のエンジン１００が二気筒であり、燃焼による吸気脈動が大きいことに起因する。このように吸気圧をエンジン１００の燃焼間隔毎の平均吸気圧とすることで、吸気脈動が点火時期の進角補正制御に影響を与えることを抑えることができる。

ステップＳ２において、吸気圧が大気圧を上回っていないと判定した場合は、ステップＳ３にてＥＧＲガスが遅れてサージタンク３に流入するまでの遅延時間を計算する。この遅延時間の演算自体は、上述した自然吸気式のエンジンにおいて使用されているような、知られたものを使用するものであってよい。

そして、遅延時間の経過後、したがってＥＧＲ管路６１に残留していた残留ＥＧＲガスがサージタンク３に流入するタイミングに、点火時期の補正具体的には点火時期を進角する補正を実施する。点火時期の補正量は、ＥＧＲ弁６２より下流のＥＧＲ管路６１の容積、減速運転開始時のＥＧＲ弁開度及び遅延時間に基づいて残留ＥＧＲガス量を演算し、演算により得られたＥＧＲガス量に応じて設定する。

これに対して、ステップＳ２において吸気圧が大気圧を上回っている、つまり過給域での運転であったと判定した場合は、ステップＳ４において、減速運転開始後の運転状態において、吸気圧が大気圧を上回っているか否かを判定する。このステップＳ４における判定は、少なくとも吸気圧が大気圧を上回っている間は点火時期の補正を禁止するためのものである。つまり、エンジン１００が減速運転の開始時まで過給域にて運転されている場合には、減速運転開始時点では吸気圧が大気圧を上回っていることから、減速運転開始後に吸気圧が大気圧以下になるまでの期間はＥＧＲガスがサージタンク３にほぼ流入しないことが推測できる。したがって、その期間の間、新気に混合するＥＧＲガス量が不明であるので、点火時期の補正を禁止するものである。

ステップＳ４において、吸気圧が大気圧以下であると判定した場合は、ステップＳ３により遅延時間を算出する。

このように、減速運転の開始時まで過給域にてエンジン１００を運転している場合、吸気圧が大気圧以下になるまでの経過時間の間、ＥＧＲガスの遅延時間の演算を禁止することにより、その経過時間の後に、非過給域にてエンジン１００を運転している場合と同様にＥＧＲガスの遅延時間の演算を実施することができる。この場合に、ＥＧＲガスの遅延時間の演算を禁止するための経過時間は、運転状態に応じて変化させることができるので、遅延時間の演算のタイミングを運転状態に対応したものにすることができる。

したがって、ＥＧＲガスがサージタンク３に流入する量を正確に把握することができる。そして、吸気圧が大気圧以下になった時点で遅延時間を計算することにより、吸入空気量がアイドル運転時のものにまで減量したところにＥＧＲガスが流入し、よってＥＧＲガスが過多の状態になった場合においても失火を招くことなく点火時期を進角側に正確に補正することができる。この結果、ＥＧＲガス量に対する点火時期の補正精度が高くなり、燃焼を安定させることができ減速運転時の失火の発生を改善することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

上記実施形態においては、二気筒エンジンにおける例を説明したが、二気筒以外の単気筒や多気筒エンジンであってもよい。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の活用例として、自動車、自動二輪車、船舶用原動機など、加減速運転が頻繁に行われる、排気ガス再循環装置を備える内燃機関が挙げられる。

１…吸気系
６…電子制御装置
５０…ターボチャージャ
６０…排気ガス再循環装置
６１…排気ガス還流管路
６２…排気ガス還流制御弁

Claims (1)

1. 内燃機関が、吸入空気を過給する過給機と、排気ガスを吸気系に還流する還流路及びその還流路を流れる排気ガスの量を制御する還流制御弁を備える排気ガス再循環装置とを備えてなる内燃機関において、還流制御弁の開度が変化した後の還流制御弁より下流の還流路に残留する排気ガスの量に応じて点火時期を補正する内燃機関の点火時期制御方法であって、
   内燃機関の運転状態及び吸気圧を検出し、
   検出した運転状態が減速運転状態で、かつ検出した吸気圧が大気圧よりも高い場合は吸気圧が大気圧より低くなるまで点火時期の補正を禁止する内燃機関の点火時期制御方法。

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