JP2014005800A

JP2014005800A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2014005800A
Application number: JP2012143154A
Authority: JP
Inventors: Koji Fujii; 孝治藤井; Keiichi Igura; 圭一井倉; Kenta Sugiyama; 健太杉山; Chiyu Kitahata; 智融北畠
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: JP5946338B2

Abstract

【課題】バッテリや点火プラグの電極に大きな負担をかけることなく、また、点火プラグの寿命の低下を招くことなく、「くすぶり」や「かぶり」の発生が予想される運転状況における始動時の着火性を向上させ、さらに点火プラグに付着したススを除去する。
【解決手段】前回の運転状態を始動時水温Ｔｓ及び停止時水温Ｔｔに基づき検出し、検出した前回の始動時水温Ｔｓ₀及び前回の停止時水温Ｔｔが示す前回の運転状態が十分暖機が行われていなかったことを示すものである場合に、始動開始後第１の所定期間では通常の点火タイミングの直後に少なくとも１回点火を実施し、前記第１の所定期間が終了した直後の第２の所定期間では排気行程中に少なくとも１回点火を実施する制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の始動時及び始動直後の点火制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

外気温が低い環境で内燃機関の冷間始動を行い、その後比較的短い時間しか内燃機関を運転せずに停止した場合、内燃機関が十分暖機されていないため、点火プラグにカーボンが付着する「くすぶり」と称される現象が発生することがある。このような現象が発生した場合、点火プラグの中心電極と接地電極との間の絶縁が悪くなり、次回の始動時に点火不良が発生する恐れがある。また、その後の再始動時において点火プラグに付着したカーボンに未燃燃料がかかることにより点火プラグがべたついた状態になる「かぶり」と称される現象が発生して点火しにくくなる恐れもある。そこで、点火プラグに付着したカーボンを除去するために、例えば、クランキング終了後の運転中において、点火が行われた後の圧縮行程において燃焼圧が点火時の圧力よりも十分高くなり極大値近傍に達したタイミングで追加の点火を実施し、点火プラグに付着したカーボンを燃焼させることが従来より知られている（例えば、特許文献１を参照）。

しかし、前記特許文献１記載の発明のように燃焼圧が極大値近傍に達したタイミングで点火を行う場合、以下に述べるような不具合が新たに発生する。すなわち、燃焼圧すなわち気筒内の圧力が高い場合に放電を行うには電気エネルギを多く必要とするので、放電の際の電力消費量が大きくなるという問題が存在する。また、バッテリ性能が低下している低温時の始動時においてこのような制御を行う場合、十分な電気エネルギがバッテリから供給されないことから始動不良が発生することがあるという問題も存在する。さらに、通常の電極を用いた点火プラグにおいて燃焼圧すなわち気筒内の圧力が高い場合に放電を行うと、点火プラグの電極の摩耗が激しくなることや碍子の絶縁破壊が発生すること等によって、点火プラグの寿命が低下するといった問題も存在する。加えて、前記特許文献１には、「くすぶり」に起因して始動時に点火の失敗が起こりやすくなる問題については何ら記載及び示唆がなされていないが、このような問題を解消することも求められている。

特開２０１１−１４９４０６号公報

本発明は以上の点に着目し、バッテリや点火プラグの電極に大きな負担をかけることなく、また、点火プラグの寿命の低下を招くことなく、「くすぶり」や「かぶり」の発生が予想される運転状況における始動時の着火性を向上させ、さらに点火プラグに付着したカーボンを除去することを目的とする。

このような課題を解決すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、以下のような構成を有する。すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の始動時の点火制御を行う内燃機関の制御装置であって、前回の運転状態を冷却水温に基づき検出し、検出した運転状態が十分暖機が行われていなかったことを示すものである場合に、始動開始後第１の所定期間では通常の点火タイミングの直後に少なくとも１回点火を実施し、前記第１の所定期間が終了した直後の第２の所定期間では排気行程中に少なくとも１回点火を実施する制御を行う。なお、本発明において、「前回の運転状態」は、イグニッションスイッチがＯＮになった時点すなわち始動開始時点を基準として、その直前のイグニッションスイッチがＯＮになってからイグニッションスイッチがＯＦＦになるまでの期間の運転状態を示す概念である。「第１の所定期間」は、例えば内燃機関が完爆状態となったと判定する基準となる第１の閾値に内燃機関の回転数が達するまでの期間や、内燃機関がクランキングを行っている間の期間等、内燃機関の始動が完了するまでの期間全般を示す概念である。また、「第２の所定期間」は、前記「第１の所定期間」が終了した直後、内燃機関の温度がある程度高くなるまでの期間全般を示す概念である。この「第２の所定期間」は、具体的には、内燃機関の回転数が予め設定した第２の閾値に達するまでの期間や、冷却水温が予め設定した閾値に達するまでの期間や、「第１の所定期間」の終了後予め設定した所定回数だけ点火を行うまでの期間や、「第１の所定期間」の終了後予め設定した時間が経過するまでの期間等が考えられる。

このようなものであれば、内燃機関が完爆状態に達するまでの期間において通常の点火タイミングの直後に少なくとも１回点火を実施することにより、始動時の着火性を向上させることができる。その上で、内燃機関が完爆状態に達してから所定期間は、筒内圧力が高くなく、またバックファイアが発生する恐れがない排気行程中に追加の点火を行い点火プラグの温度を上昇させることによって点火プラグに付着したカーボンを除去することができる。

本発明によれば、バッテリや点火プラグの電極に大きな負担をかけることなく、また、点火プラグの寿命の低下を招くことなく、「くすぶり」や「かぶり」の発生が予想される運転状況における始動時の着火性を向上させ、さらに点火プラグに付着したカーボンを除去することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成図。同実施形態の停止時水温と始動時水温との関係の中で追加の点火を行う領域を示す図。同実施形態の制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャート。同実施形態に係る筒内圧力と点火タイミングとの関係を概略的に示す図。図４における要部の拡大図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。

本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサ９１から出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。

さらに、本実施形態のＥＣＵ０は、始動時においてＥＣＵ０のメモリに内蔵した始動時点火制御プログラムをプロセッサが実行することにより、以下に述べるような制御を行う。すなわち、イグニッションスイッチがＯＮになるごとに内燃機関の始動時の温度である始動時水温Ｔｓを記憶するとともにイグニッションスイッチがＯＦＦになるごとに停止時の温度である停止時水温Ｔｔを記憶する。以下、イグニッションスイッチがＯＮになった際に新しく記憶された始動時水温Ｔｓを「今回の始動時水温Ｔｓ₁」、その直前に記憶された停止時水温Ｔｔを「前回の停止時水温Ｔｔ」、さらにその直前に記憶された始動時水温Ｔｓを「前回の始動時水温Ｔｓ₀」とそれぞれ称する。また、イグニッションスイッチがＯＮになった時点すなわち始動開始時点を基準として、その直前のイグニッションスイッチがＯＮになってからイグニッションスイッチがＯＦＦになるまでの期間の運転状態を「前回の運転状態」と称する。そして、始動時において、前回の停止時水温Ｔｔが所定の閾値Ｔｈｗを下回り、かつ前回の始動時水温Ｔｓ₀及び前回の停止時水温Ｔｔが所定の領域Ａ内である場合に、前回の運転状態が十分暖機が行われていなかったことを示すものであるものとして、通常の点火タイミングにおける点火に加えて追加の点火を行う。ここで、前記所定の領域Ａは、具体的には、図２の斜線部に示す領域Ａであり、前回の始動時水温Ｔｓ₀が所定の閾値Ｔｈｗを下回るとともに前回の停止時水温Ｔｔが所定の上限Ｇ０よりも低い領域である。領域Ａにおける前回の停止時水温Ｔｔの上限Ｇ０は、前回の始動時水温Ｔｓ₀によって異なる。この上限Ｇ０は、点火プラグの「くすぶり」に起因する点火不良が発生する始動時水温Ｔｓと停止時水温Ｔｔとの関係を観測する実験に基づき決定している。さらに詳述すると、第１の所定期間、より具体的には内燃機関が完爆状態となったと判定する基準となる第１の閾値Ｎｅ₁に内燃機関の回転数Ｎｅが達するまでの期間では、通常の点火タイミングの直後に１回点火を実施する。換言すれば、通常のタイミングで点火を行ってから筒内圧力が大幅に上昇し始めるまでの間に数ｍｓの長さの期間ＴＴが存在するが、この数ｍｓの長さの期間ＴＴ中に１回点火を実施する。また、第２の所定期間、より具体的には前記第１の所定期間が終了した直後、内燃機関の回転数Ｎｅが予め設定した第２の閾値Ｎｅ₂に達するまでの期間は、通常のタイミングで行う点火に加えて排気行程中に少なくとも１回点火を実施する。ここで、具体的な点火回数は、今回の始動時水温Ｔｓ₁に基づき決定する。すなわち、今回の始動時水温Ｔｓ₁が低くなるほど点火回数を多くしている。なお、排気行程中の点火に際しては、バックファイアを避けるべく、排気バルブが開弁しているとともに吸気バルブが完全に閉弁している期間にのみ行うようにしている。さらに、電力負荷の集中を避けるべく、排気行程中の点火は他の気筒の通常の点火タイミングでの点火とは重ならない時間帯に行うようにしている。この始動時点火制御プログラムは、イグニッションスイッチがＯＮになるごとに実行が開始される。また、この始動時点火制御プログラムの実行に先立ち、本実施形態のＥＣＵ０は、イグニッションスイッチがＯＮになるごとに前記始動時水温Ｔｓをメモリの所定領域に記憶するとともにイグニッションスイッチがＯＦＦになるごとに前記停止時水温Ｔｔをメモリの所定領域に記憶する水温記録プログラムに基づく制御を行っている。この始動時点火制御プログラムによる制御の手順についてフローチャートである図３を参照しつつ以下に述べる。

まず、予め記憶しておいた前回の始動時水温Ｔｓ₀及び前回の停止時水温Ｔｔが所定領域Ａ内である場合すなわち前回の運転状態が十分暖機が行われていなかったことを示す場合は（Ｓ１）、通常の点火タイミングの直後に再び点火プラグ１２により点火する制御を行う（Ｓ２）。より具体的には、点火後筒内圧力が大幅に上昇し始めるまでの上述した数ｍｓの長さの期間ＴＴ中に再度点火を行う。さらに詳述すると、前記期間の長さは予め実験的に求められており、この期間の長さよりも短くなるように通常タイミングによる点火とその後の追加点火との間の間隔を予め設定している。次いで、第１の所定期間が終了してから、すなわち内燃機関の回転数Ｎｅが完爆状態を示す前記第１の閾値Ｎｅ₁を上回ってからは（Ｓ３）、今回の始動時水温Ｔｓ₁をパラメータとして追加点火の回数を決定し（Ｓ４）、通常の点火タイミングでの点火の他に排気行程中に点火プラグ１２によりステップＳ４で決定した回数だけ点火する制御を行う（Ｓ５）。この制御は、第２の所定期間中、すなわち内燃機関の回転数Ｎｅが前記第２の閾値Ｎｅ₂に達するまでの期間に行うようにしている（Ｓ６）。そして、第２の所定期間が終了すると、通常の点火タイミングのみで点火プラグ１２により点火する制御に移行する（Ｓ７）。一方、予め記憶しておいた前回の始動時水温Ｔｓ₀及び前回の停止時水温Ｔｔが所定領域Ａ内でない場合は、通常の点火タイミングのみで点火プラグ１２により点火する制御を行う（Ｓ７）。

ここで、本実施形態における気筒１の筒内圧力の経時変化及び点火タイミングの関係について、図４及び図５を参照しつつ説明する。前回の運転状態が十分暖機が行われていなかったことを示す場合、すなわち前回の始動時水温Ｔｓ₀及び前回の停止時水温Ｔｔが所定領域Ａ内である場合、前述したように、前記第１の所定期間中は、点火の成功確率を高めるべく、通常タイミングでの点火Ｔ₁の後追加の点火Ｔ₂を行う。一方、点火プラグ１２による通常タイミングでの点火Ｔ₁が成功した場合、筒内圧力は、上述したように、また図５に示すように数ｍｓの長さの期間ＴＴ中は筒内圧力は大幅には上昇せず、その後筒内圧力が大幅に上昇し始める。そこで、前記追加の点火Ｔ₂は、点火プラグの消耗を防ぐべく、筒内圧力が高くなく点火するにあたっての要求電圧が低い前記数ｍｓの長さの期間中に行う。また、前回の始動時水温Ｔｓ₀及び前回の停止時水温Ｔｔが所定領域Ａ内である場合、前記第２の所定期間中は、通常タイミングでの点火Ｔ₁に加えて、筒内圧力が高くなく点火するにあたっての要求電圧が低いとともにバックファイアの恐れがない排気行程中に、点火プラグ１２に付着したカーボンを燃焼させて除去すべく、追加の点火Ｔ₃〜Ｔ₅を行う。図４に示した例では、排気行程中における追加の点火は３回行っているが、追加の点火の回数は今回の始動時水温Ｔｓ₁に応じて増減する。

すなわち、本実施形態の構成によれば、前回の運転状態が十分暖機が行われていなかったことを示す場合、すなわち前回の始動時水温Ｔｓ₀及び前回の停止時水温Ｔｔが低く、前記所定領域Ａ内である場合には、第１の所定期間中すなわちクランキング期間中において、通常点火の後筒内圧力が大幅に上昇し始めるまでの数ｍｓの長さの期間中に追加の点火を行うので、始動時において着火の成功確率を高めるための追加の点火を低い消費電力で行うことができる。すなわち、前記第１の所定期間中に追加の点火を行うことにより、バッテリや点火プラグ１２の電極に大きな負担をかけることなく、「くすぶり」や「かぶり」の発生が予想される運転状況における始動時の着火性を向上させることができる。その上で、第１の所定期間が終了した直後の第２の所定期間では、通常のタイミングでの点火に加えて、筒内圧力が低くバックファイアが発生するおそれもない排気行程中に点火し、点火コイル１２の温度を上昇させることにより、低い消費電力で点火コイル１２に付着したカーボンを燃焼させて除去することができる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。

例えば、上述した実施形態では、内燃機関が完爆状態となるまでの期間すなわち第１の所定期間において通常タイミングによる点火の直後に１回だけ点火を行うようにしているが、第１の所定期間において通常タイミングによる点火の直後に行う追加点火の回数は任意に設定してよい。例えば、今回の始動時水温をパラメータとして追加点火の回数を決定することが考えられる。一方、第２の所定期間において排気行程ごとに行う点火の回数及び点火と点火との間の間隔も、任意に設定してよい。

また、上述した実施形態における第２の所定期間の長さは任意に設定してもよい。さらに、上述した実施形態のように回転数を基準として第２の所定期間の終了を判定する代わりに、冷却水温が予め設定した閾値に達した際に第２の所定期間を終了し通常の点火タイミングにおける点火のみを行う制御に移行してもよく、「第１の所定期間」の終了後予め設定した所定回数だけ点火を行った後第２の所定期間を終了し通常の点火タイミングにおける点火のみを行う制御に移行してもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１２…点火プラグ
ｆ…冷却水温信号

Claims

内燃機関の始動時の点火制御を行う内燃機関の制御装置であって、前回の運転状態を冷却水温に基づき検出し、検出した前回の運転状態が十分暖機が行われていなかったことを示すものである場合に、始動開始後第１の所定期間では通常の点火タイミングの直後に少なくとも１回点火を実施し、前記第１の所定期間が終了した直後の第２の所定期間では排気行程中に少なくとも１回点火を実施する制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。