JP2014047654A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空燃比が理論空燃比よりもリッチ側である場合には点火エネルギを小さくする制御を行うとともに、空燃比制御のフィードバック制御を行う内燃機関の制御装置において、減速リッチと称される現象が発生した後にスロットルバルブの開度が増加した際の上述したような失火等の不具合の発生を抑制する。
【解決手段】空燃比センサの出力信号たる電圧信号がリッチ側であることを示している場合に点火エネルギを小さくするとともに前記電圧信号がリーン側であることを示している場合に点火エネルギを大きくする制御を行い、減速運転時に空燃比センサの出力信号がリッチ側であることを示している状態が所定時間継続している場合には、その後にスロットル開度が大きくなった際に点火エネルギを大きくする制御を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、点火プラグに電流を印加することにより点火を行う内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

従来より、点火プラグに電流を印加することにより点火を行う内燃機関においては、以下のような手順により点火が行われる。まず、点火プラグの一次コイルに電流を印加する。ここで、一次コイル側に印加される電流の大きさＩ（ｔ）は、バッテリ電圧をＥ、一次側の回路の抵抗をＲ、一次コイルの自己インダクタンスをＬ、電流印加の開始からの経過時間をｔとすると、以下の（数１）を満たす。すなわち、前記電流の大きさＩ（ｔ）の経時変化を示すグラフは、図３に示すようなものである。

次いで、一次コイルへの電流の印加を中止し、二次コイルに誘導電流を発生させることにより中心電極と接地電極との間に大きな電圧Ｖを発生させて火花を発生させる。ここで、前記電圧Ｖの大きさは、一次コイルへの電流の印加を中止する直前の電流の大きさをｉとすると、以下の（数２）を満たす。

すなわち、一次コイル及び二次コイルに発生する電圧の大きさは、一次コイルへの電流の印加を中止する直前の電流の大きさに比例する。これらの点により、点火プラグに電流を印加する時間が短い場合は、中心電極と接地電極との間に発生する電圧が小さくなり、点火までに消費する電力も少なくなる。そこで、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側である場合は点火プラグの中心電極と接地電極との間の電圧が低い場合であっても点火可能であることに着目し、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側である場合には点火プラグへの電流の印加を開始するタイミングを遅らせて点火プラグに電流を印加する時間を短くする制御を行うことが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

ところで、アクセル操作量を減少させて緩やかな減速を行う際には、スロットルバルブの下流に負圧が発生するので、吸気ポートに付着した燃料（ポートウェット）が気化して気筒に導入される混合気が燃料リッチとなる減速リッチと称される現象が発生する。その際に、空燃比を検知するために排気通路側にＯ₂センサを設けている場合は、Ｏ₂センサの出力信号がリッチ側であることを示すものとなるので、空燃比を理論空燃比に近づけるべく空燃比のフィードバック制御が行われ、燃料噴射量が減少する。

ここで、上述したような減速リッチと称される現象が発生した後にアクセル操作量が増加し、それに伴いスロットル開度が増加すると、気筒に導入される新気の量もつれて増加する。しかし、排気通路側に設けたＯ₂センサの出力信号が新気の量の増加を反映してリーン側であることを示すものとなり、燃料噴射量の増量制御が行われるまでにはタイムラグが存在する。また、このような状態では、吸気ポートに付着した燃料が気化した直後であるため新たに噴射された燃料が吸気ポートに付着しやすく、気筒に導入される混合気中の燃料の割合が少なくなる。そのため、実際に気筒に導入される混合気は理論空燃比よりも大幅にリーン側となる。

しかして、Ｏ₂センサの出力信号に基づき、上述したような空燃比が理論空燃比よりもリッチ側である場合に点火プラグへの電流の印加を開始するタイミングを遅らせる制御を行う場合、上述したような現象が発生している期間はＯ₂センサの出力信号がリッチ側であることを示しているのに対して、実際に気筒に導入される混合気は理論空燃比よりも大幅にリーン側であるので、失火等の不具合が発生しやすくなる。

実開平５−５７３６２号公報

本発明は以上の点に着目し、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側である場合には点火エネルギを小さくする制御を行うとともに、空燃比制御のフィードバック制御を行う内燃機関の制御装置において、減速リッチと称される現象が発生した後にスロットルバルブの開度が増加した際の上述したような失火等の不具合の発生を抑制することを目的とする。

以上の課題を解決すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、以下に述べるような制御を行う。すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気ポートに燃料を噴射し、点火プラグを介した火花点火により混合気に着火する構成の内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置であって、空燃比センサの出力信号がリッチ側であることを示している場合に点火エネルギを小さくするとともに空燃比センサの出力信号がリーン側であることを示している場合に点火エネルギを大きくする制御を行い、減速運転時に空燃比センサの出力信号がリッチ側であることを示している状態が所定時間継続している場合には、その後にスロットル開度が大きくなった際に点火エネルギを大きくする制御を行う。

このような制御を行えば、減速運転時において減速リッチと称される現象が発生した際に空燃比センサの出力信号がリッチ側であることを示している状態が所定時間継続していることに着目し、その後にスロットル開度が大きくなった際には気筒に導入される空燃比が大幅にリーン側となることを予測して空燃比センサの出力信号に関わらず点火エネルギを大きくするので、失火等の不具合の発生を抑制することができる。

本発明によれば、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側である場合には点火エネルギを小さくする制御を行うとともに、空燃比制御のフィードバック制御を行う内燃機関の制御装置において、減速リッチと称される現象が発生した後にスロットルバルブの開度が増加した際の上述したような失火等の不具合の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成図。 同実施形態における火花点火装置の回路図。 同実施形態における点火プラグの一次コイルに印加される電流の経時変化を示す図。 同実施形態における空燃比制御による作用を示す概略図。 同実施形態の制御装置が実行する処理の手順例を示すフローチャート。

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。

図２に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ１２は、点火コイル１４にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル１４は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ１３とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

内燃機関の燃焼状態判定装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０からの点火信号ｉをイグナイタ１３が受けると、まずイグナイタ１３が点弧して点火コイル１４の一次側に電流が流れ、その直後の点火タイミングでイグナイタ１３が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。この高い誘導電圧が点火プラグ１２の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電する。

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。さらに、この排気通路４上の三元触媒４１より上流側には、前記排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ₂センサ４３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、前記Ｏ₂センサ４３から出力される電圧信号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１３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。

また、ＥＣＵ０は、図４に示すように、Ｏ₂センサ４３から出力される電圧信号ｈに基づき、空燃比のフィードバック制御を行う。すなわち、前記電圧信号ｈがリッチ側であることを示している場合に燃料噴射量を減少させる一方、前記電圧信号ｈがリーン側であることを示している場合に燃料噴射量を増加させる制御を行う。このフィードバック制御は、この種の内燃機関の制御装置が行う空燃比のフィードバック制御として周知のものと同様の手法で行うようにしているので、詳細な説明は省略する。

加えて、ＥＣＵ０は、電流印加時期制御プログラムを実行することにより、前記電圧信号ｈがリッチ側であることを示している場合に点火エネルギを小さくするとともに前記電圧信号ｈがリーン側であることを示している場合に点火エネルギを大きくする制御を行う。その上で、減速運転時に前記電圧信号ｈがリッチ側であることを示している状態が所定時間継続している場合には、減速リッチと称される現象が発生しているものとみなして、その後にスロットル開度が大きくなった際に点火エネルギを大きくする制御を行う。より具体的には、図３に示すように、前記電圧信号ｈがリーン側であることを示している場合には、点火プラグ１２への電流の印加開始から着火までの期間の長さｔ₁を十分長くとる一方、前記電圧信号ｈがリッチ側であることを示している場合には、点火プラグ１２への電流の印加開始時期を遅らせて着火までの期間の長さｔ₂を短くし、点火プラグに共有される電力量を小さくし、バッテリから供給される電力の消費量、ひいては燃費の削減を図るようにしている。その一方で、減速リッチと称される現象が発生している場合には、その後にスロットル開度が大きくなった際に、前述したような燃焼室に供給される混合気が大幅にリーン側となる現象が発生することが予測されるので、スロットル開度が大きくなったことを検知した際に点火プラグ１２への電流の印加開始から着火までの期間の長さを十分長くとる制御を行い、失火等を防ぐようにしている。

この電流印加時期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５を参照しつつ以下に述べる。

まず、電圧信号ｈがリーン側であることを示している場合には、点火プラグ１２への電流の印加開始から着火までの期間の長さを第１の時間ｔ₁に設定する。換言すれば、点火タイミングから第１の時間ｔ₁だけさかのぼった時刻に点火プラグ１２への電流の印加を開始する。一方、電圧信号ｈがリッチ側であることを示しており、電圧信号ｈがリッチ側である状態が継続している時間が所定時間を下回っている場合は、点火プラグ１２への電流の印加開始から着火までの期間の長さを前記第１の時間ｔ₁より短い第２の時間ｔ₂に設定する。換言すれば、点火タイミングから第２の時間ｔ₂だけさかのぼった時刻に点火プラグ１２への電流の印加を開始する。すなわち、電圧信号ｈがリーン側であることを示している場合よりも遅らせたタイミングで点火プラグ１２への電流の印加を開始する。さらに、電圧信号ｈがリッチ側である状態が継続している時間が所定時間に達している場合は、スロットルバルブ３２の開度が大きくなったことを検知するまでは点火プラグ１２への電流の印加開始から着火までの期間の長さを前記第２の時間ｔ₂に設定し、スロットル開度が大きくなったことを検知した後には点火プラグ１２への電流の印加開始から着火までの期間の長さを前記第１の時間ｔ₁に設定する。

すなわち、図４に示すように、運転者が車両を減速させるべく操作を行ったことに伴い電子スロットルバルブ３２の開度が減少すると、前述したように、吸気ポートに付着した燃料（ポートウェット）が気化して気筒に導入される混合気が燃料リッチとなる減速リッチと称される現象が発生し、電圧信号ｈがリッチ側である状態が継続し、この状態が所定時間以上継続するとＥＣＵ０がこの減速リッチを検知する。そして、この状態から電子スロットルバルブ３２の開度が増加すると、同図に示すように強度のリーン化が発生するので、強度のリーン化が発生した状態であってもより確実に点火を行うようにすべく、点火プラグ１２への電流の印加開始から着火までの期間の長さを前記第１の時間ｔ₁に設定し、点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間により大きな電圧が発生するよう制御を行う。

すなわち、本実施形態に係る制御を行うことにより、以下に述べるような効果が得られる。具体的には、前記電圧信号ｈがリッチ側であることを示している場合、通常は点火エネルギを小さくする制御を行いバッテリの消費電力の低減、ひいては燃費の低減を図ることができる。その一方で、減速リッチが発生した後スロットルバルブの開度が増加した際の空燃比の大幅なリーン化を、電圧信号ｈがリッチ側である状態が継続している時間の長さに基づき予測し、減速リッチが発生したものと見なされる場合、すなわち前記大幅なリーン化が予測される場合にはスロットル開度が大きくなったことを検知した際に点火エネルギを大きくすることにより、失火等の不具合の発生を抑制することができる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らず、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）
１１…インジェクタ
１２…点火プラグ
３２…スロットルバルブ
４３…空燃比センサ（Ｏ₂センサ）
ｈ…空燃比センサの出力信号（電圧信号）

Claims (1)

1. 吸気ポートに燃料を噴射し、点火プラグを介した火花点火により混合気に着火する構成の内燃機関の制御を行うとともに、空燃比センサの出力信号に基づき空燃比のフィードバック制御を行う内燃機関の制御装置であって、
   空燃比センサの出力信号がリッチ側であることを示している場合に点火エネルギを小さくするとともに空燃比センサの出力信号がリーン側であることを示している場合に点火エネルギを大きくする制御を行い、
   減速運転時に空燃比センサの出力信号がリッチ側であることを示している状態が所定時間継続している場合には、その後にスロットル開度が大きくなった際に点火エネルギを大きくする制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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