JP2017040209A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水回路内の温度が不均一な場合でも、ノッキングを抑制しつつトルク及び燃料消費率を最適化することができる内燃機関の点火時期制御装置を提供すること。
【解決手段】エンジン２の冷却水の入口側の水温である第１水温ＴＷ１を検出する第１水温センサ４４と、エンジン２の冷却水の出口側の水温である第２水温ＴＷ２を検出する第２水温センサ４５と、エンジン回転数、エンジン負荷率、空燃比λからベース燃焼室温度ＴＣ１を算出し、エンジン回転数、エンジン負荷率、第１水温ＴＷ１、第２水温ＴＷ２から推定燃焼室温度ＴＣ２を算出し、ベース燃焼室温度ＴＣ１と推定燃焼室温度ＴＣ２の差が所定温度以上である場合、エンジン２の点火時期を進角側へ補正するＥＣＵ３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の点火時期制御装置に関する。

火花点火式の内燃機関においては、ノッキングを抑制しつつ効率よく出力トルクを発生させるように、内燃機関の運転状態に基づいて点火時期を補正する制御が行なわれている。

特許文献１には、水温センサによって検出される内燃機関の冷却水の水温に基づいて、ノッキングが発生する点火時期を算出して、算出された点火時期を超えないように点火時期を進角側へ補正することで、ノッキングを抑制しつつトルク及び燃料消費率を最適化することが記載されている。

特開２０１３−８３１８８号公報

しかしながら、このような内燃機関にあっては、冷却水の水温が所定値を超えると、冷却水回路内のサーモスタットが開き、ラジエータを通過した冷却水が冷却水回路へ流入し始めることで、冷却水回路内の温度が一時的に不均一となる。このような状況下では、水温センサで特定箇所の冷却水温を検出するだけでは、エンジン全体の冷却水温を把握できず、トルク及び燃料消費率が最適となる点火時期で内燃機関を制御できなくなる、という問題があった。

そこで、本発明は、冷却水回路内の温度が不均一な場合でも、ノッキングを抑制しつつトルク及び燃料消費率を最適化することができる内燃機関の点火時期制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する内燃機関の点火時期制御装置の発明の一態様は、内燃機関の冷却水の入口側の水温である第１水温を検出する第１水温センサと、内燃機関の冷却水の出口側の水温である第２水温を検出する第２水温センサと、第１水温と第２水温とに基づいて内燃機関の点火時期を補正する制御部と、を備えるものである。

このように本発明の一態様によれば、冷却水回路内の温度が不均一な場合でも、ノッキングを抑制しつつトルク及び燃料消費率を最適化することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の点火時期制御装置を示す図であり、その概念ブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の点火時期制御装置を示す図であり、その点火時期制御処理手順を示すフローチャートである。 図３は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の点火時期制御装置を示す図であり、その点火時期制御処理による点火時期の変化を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る内燃機関の点火時期制御装置について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施形態に係る内燃機関の点火時期制御装置を搭載した車両１は、内燃機関型のエンジン２と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを含んで構成されている。

エンジン２は、不図示のピストンが気筒内を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行なうとともに、圧縮行程及び膨張行程の間に点火を行なう４サイクルのエンジンによって構成されている。

各気筒に収納されたピストンは、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結されている。コネクティングロッドは、ピストンの往復動をクランクシャフトの回転運動に変換するようになっている。

したがって、エンジン２は、気筒内の燃焼室で燃料と空気との混合気を燃焼させることによりピストンを往復動させ、コネクティングロッドを介してクランクシャフトを回転させることにより、車両１を駆動させる駆動力を発生するようになっている。

エンジン２の冷却水は、エンジン２によって駆動される不図示のウォーターポンプによって循環路４１を循環するようになっている。循環路４１は、エンジン２に形成されたウォータージャケット、ラジエータ４２内及びヒータコア４３内を冷却水が循環するように形成されている。

ラジエータ４２は、ラジエータ４２の表面に接触するように通過する空気と、ラジエータ４２内を通過するエンジン２の冷却水との間で熱交換を行なわせる。ラジエータ４２は、冷却水を放熱させて冷却させる。

ヒータコア４３は、ヒータコア４３の表面に接触するように通過する空気と、ヒータコア４３内を通過するエンジン２の冷却水との間で熱交換を行なわせる。ヒータコア４３は、冷却水を放熱させて冷却させる。ヒータコア４３は、不図示の空調装置の加熱用熱交換器を構成する。

循環路４１には、第１水温センサ４４、第２水温センサ４５、サーモスタット４６が設けられている。

第１水温センサ４４は、エンジン２のウォータージャケットの入口側に設けられ、エンジン２のウォータージャケットに流入する冷却水の水温を第１水温として検出する。第２水温センサ４５は、エンジン２のウォータージャケットの出口側に設けられ、エンジン２のウォータージャケットから流出する冷却水の水温を第２水温として検出する。

サーモスタット４６は、第２水温センサ４５の冷却水の流れる方向の下流に設けられ、冷却水をラジエータ４２に流す開状態と、冷却水をラジエータ４２に流さない閉状態との間で切り替える。サーモスタット４６は、冷却水の水温が所定温度以下の場合は閉状態となり、冷却水の水温が所定温度を超えると開状態となる。サーモスタット４６は、冷却水の水温が所定温度を超えると、エンジン２のウォータージャケットからの冷却水をラジエータ４２に流入させて、ラジエータ４２で冷却水を冷却させる。

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

ＥＣＵ３のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ３として機能する。

ＥＣＵ３の入力ポートには、上述の第１水温センサ４４、第２水温センサ４５に加え、クランク角センサ２１、吸気圧センサ２２、吸気温度センサ２３、空燃比センサ２４、ノックセンサ２５、大気圧センサ２６等の各種センサ類が接続されている。

クランク角センサ２１は、エンジン２のクランクシャフトの回転角度を検知するようになっている。ＥＣＵ３は、クランク角センサ２１から入力される検知結果に基づきエンジン２の機関回転数であるエンジン回転数を算出する。すなわち、ＥＣＵ３は、本発明の回転数算出部を構成する。

吸気圧センサ２２は、エンジン２に空気を取り入れる吸気管の圧力を検出する。ＥＣＵ３は、吸気圧センサ２２からの信号に基づいて単位時間当たりの吸入空気の量（吸入空気量）を算出する。

吸気温度センサ２３は、エンジン２に取り入れられる空気の温度である吸気温度を検出する。空燃比センサ２４は、エンジン２の排気の酸素濃度から広範囲の連続的な空燃比の変化を検出する。ノックセンサ２５は、エンジン２にノッキングが発生していることを検出する。大気圧センサ２６は、大気圧力を検出する。

一方、ＥＣＵ３の出力ポートには、点火プラグ２７、図示は省略するが、インジェクタ、スロットルバルブ等の各種制御対象類が接続されている。

ＥＣＵ３は、運転者の操作によるアクセル開度に基づきエンジン２の要求負荷を算出し、その要求負荷に応じてエンジン２の吸入空気量や燃料噴射量や目標点火時期を算出する。そして、ＥＣＵ３は、算出した吸入空気量や燃料噴射量や目標点火時期になるようにスロットルバルブやインジェクタや点火プラグ２７を制御してエンジン２の運転状態を制御する。

ＥＣＵ３は、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷率、吸気温度、大気圧に基づいて、トルク及び燃料消費率が最良になる点火時期ＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）と、エンジン２のノッキングの発生を抑制できる限界の点火時期である設定点火時期ＩＧＴ１とを算出する。エンジン負荷率は、吸気圧とエンジン回転数に基づいて算出される。

ＥＣＵ３は、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷率、吸気温度、大気圧からＭＢＴが決まるＭＢＴマップによりＭＢＴを算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷率、吸気温度、大気圧から設定点火時期ＩＧＴ１が決まるＩＧＴ１マップにより設定点火時期ＩＧＴ１を算出する。

ＭＢＴマップ及びＩＧＴ１マップは、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵ３は、設定点火時期ＩＧＴ１とＭＢＴが等しければ、設定点火時期ＩＧＴ１を目標点火時期としてエンジン２を制御する。

ＥＣＵ３は、設定点火時期ＩＧＴ１がＭＢＴより遅角している場合、設定点火時期ＩＧＴ１を進角可能か判定し、進角可能であれば進角補正量ＩＧＴ２を算出し、段階的に進角制御を行なう。なお、ノッキング発生のおそれがあるため、進角補正量ＩＧＴ２以上の進角制御は行なわない。

ＥＣＵ３は、定常状態での燃焼室の温度であるベース燃焼室温度ＴＣ１と現在の推定される燃焼室の温度である推定燃焼室温度ＴＣ２とに基づいて、点火時期を設定点火時期ＩＧＴ１から進角させることが可能か否かを判定する。

ＥＣＵ３は、ベース燃焼室温度ＴＣ１と推定燃焼室温度ＴＣ２の差が所定温度以上となった場合、設定点火時期ＩＧＴ１から点火時期を進角させることが可能であると判定する。所定温度は、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵ３は、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷率、空燃比センサ２４の検出した空燃比λからベース燃焼室温度ＴＣ１を算出する。ＥＣＵ３は、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷率、空燃比λからベース燃焼室温度ＴＣ１が決まるベース燃焼室温度マップによりベース燃焼室温度ＴＣ１を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷率、第１水温センサ４４の検出した第１水温ＴＷ１、第２水温センサ４５の検出した第２水温ＴＷ２、ベース燃焼室温度ＴＣ１、空燃比λから推定燃焼室温度ＴＣ２を算出する。ＥＣＵ３は、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷率、第１水温ＴＷ１、第２水温ＴＷ２、ベース燃焼室温度ＴＣ１、空燃比λから推定燃焼室温度ＴＣ２が決まる推定燃焼室温度マップにより推定燃焼室温度ＴＣ２を算出する。

ベース燃焼室温度マップ及び推定燃焼室温度マップは、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵ３は、点火時期を設定点火時期ＩＧＴ１から進角させることが可能と判定した場合、進角補正量ＩＧＴ２を算出し、進角制御を行なう。このとき、大幅に進角させてしまうとノッキングが発生するおそれがあるため、現在の点火時期と進角補正量ＩＧＴ２で補正した点火時期（設定点火時期ＩＧＴ１＋進角補正量ＩＧＴ２）との差が所定補正量を超えている場合は、所定補正量を補正量として段階的に進角制御を行なう。所定補正量は、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

段階的に進角制御を行なう場合、進角補正後の所定時間の間は目標点火時期を変更しないようにしてもよい。また、所定時間の間であっても、設定点火時期ＩＧＴ１を進角補正量ＩＧＴ２だけ進角させた点火時期が現在の目標点火時期より遅角している場合は、設定点火時期ＩＧＴ１を進角補正量ＩＧＴ２だけ進角させた点火時期に目標点火時期を変更するとよい。所定時間は、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵ３は、例えば、ベース燃焼室温度ＴＣ１と推定燃焼室温度ＴＣ２とに基づいて進角補正量ＩＧＴ２を算出する。ＥＣＵ３は、例えば、ベース燃焼室温度ＴＣ１と推定燃焼室温度ＴＣ２とから進角補正量ＩＧＴ２が決まる進角補正量マップにより進角補正量ＩＧＴ２を算出する。進角補正量マップは、予め実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵ３は、設定点火時期ＩＧＴ１から進角させることが可能ではないと判定した場合、設定点火時期ＩＧＴ１を目標点火時期としてエンジン２を制御する。

ＥＣＵ３は、ノックセンサ２５によりノッキングの発生が検出されている場合、従来のノック制御に基づいて点火時期を遅角させる。

以上のように構成された本実施形態に係る内燃機関の点火時期制御装置による点火時期制御処理について、図２を参照して説明する。なお、以下に説明する点火時期制御処理は、ＥＣＵ３が動作を開始すると開始され、予め設定された時間間隔で実行される。

ステップＳ１１において、ＥＣＵ３は、ノックセンサ２５の検出結果によりノッキングが発生しているか否かを判定する。ノッキングが発生していると判定した場合、ステップＳ１２において、ＥＣＵ３は、ノック制御に基づき点火時期を遅角させて、処理を終了する。

ステップＳ１１においてノッキングが発生していないと判定した場合、ステップＳ１３において、ＥＣＵ３は、上述したようにＭＢＴを算出する。

ステップＳ１４において、ＥＣＵ３は、上述したように設定点火時期ＩＧＴ１を算出する。

ステップＳ１５において、ＥＣＵ３は、設定点火時期ＩＧＴ１がＭＢＴより遅角しているか否かを判定する。設定点火時期ＩＧＴ１がＭＢＴより遅角していないと判定した場合、ステップＳ２０において、ＥＣＵ３は、設定点火時期ＩＧＴ１を目標点火時期として、処理を終了する。

ステップＳ１５において設定点火時期ＩＧＴ１がＭＢＴより遅角していると判定した場合、ステップＳ１６において、ＥＣＵ３は、第１水温ＴＷ１と第２水温ＴＷ２を検出する。

ステップＳ１７において、ＥＣＵ３は、上述したようにベース燃焼室温度ＴＣ１と推定燃焼室温度ＴＣ２を算出する。

ステップＳ１８において、ＥＣＵ３は、ベース燃焼室温度ＴＣ１と推定燃焼室温度ＴＣ２の差が所定温度以上か否かにより、設定点火時期ＩＧＴ１から進角可能か否かを判定する。設定点火時期ＩＧＴ１から進角可能でないと判定した場合、ステップＳ２０において、ＥＣＵ３は、設定点火時期ＩＧＴ１を目標点火時期として、処理を終了する。

設定点火時期ＩＧＴ１から進角可能であると判定した場合、ステップＳ１９において、ＥＣＵ３は、上述したように進角補正量ＩＧＴ２を算出し、上述したように段階的に進角させて、処理を終了する。

このような点火時期制御処理による動作について図３を参照して説明する。図３において、「進角可能判定」は、上述のベース燃焼室温度ＴＣ１と推定燃焼室温度ＴＣ２との差が所定温度以上で設定点火時期ＩＧＴ１から点火時期を進角させることが可能か否かを示し、「ノック判定」は、ノックセンサ２５によるノッキング発生の検出結果を示している。

図３は、サーモスタット４６が開状態となり、ラジエータ４２に冷却水が流入してからの時間の経過によるベース燃焼室温度ＴＣ１と推定燃焼室温度ＴＣ２の変化と、点火時期の変化を示している。

図３に示すように、時間の経過とともに。燃焼室温度ＴＣ１と推定燃焼室温度ＴＣ２との差が大きくなっていく。これに伴い、進角補正量ＩＧＴ２が小さくなっていき、設定点火時期ＩＧＴ１を進角補正量ＩＧＴ２だけ進角させた点火時期（図中「ＩＧＴ１＋ＩＧＴ２」で示す実線）も遅角側にシフトしていく。

Ｔ１において、ベース燃焼室温度ＴＣ１と推定燃焼室温度ＴＣ２との差が所定温度以上となり、進角可能判定は「可能」となる。Ｔ２において、進角可能と判定され、進角補正量ＩＧＴ２が算出されるが、現在の目標点火時期である設定点火時期ＩＧＴ１と、設定点火時期ＩＧＴ１を進角補正量ＩＧＴ２だけ進角させた点火時期との差が所定補正量を超えているため、設定点火時期ＩＧＴ１を所定補正量だけ進角させた点火時期を目標点火時期とする。Ｔ２から上述の所定時間が経過するＴ３までの間、目標点火時期は変更されない。

Ｔ３において、進角可能と判定され、進角補正量ＩＧＴ２が算出されるが、現在の点火時期と、設定点火時期ＩＧＴ１を進角補正量ＩＧＴ２だけ進角させた点火時期との差が所定補正量を超えているため、現在の目標点火時期を所定補正量だけ進角させた点火時期を目標点火時期とする。

Ｔ４において、進角可能と判定され、進角補正量ＩＧＴ２が算出されるが、現在の目標点火時期と、設定点火時期ＩＧＴ１を進角補正量ＩＧＴ２だけ進角させた点火時期が等しいため、設定点火時期ＩＧＴ１を進角補正量ＩＧＴ２だけ進角させて目標点火時期とする。Ｔ４以降、設定点火時期ＩＧＴ１を進角補正量ＩＧＴ２だけ進角させた点火時期が遅角側にシフトしてくるため、Ｔ３から上述の所定時間経過していないが、設定点火時期ＩＧＴ１を進角補正量ＩＧＴ２だけ進角させた点火時期を目標点火時期とする。

Ｔ５において、ノックセンサ２５によりノッキングが検出されると、ノック制御に基づき遅角された点火時期となる。

このように、上述の実施形態では、エンジン２の冷却水の入口側の水温である第１水温ＴＷ１を検出する第１水温センサ４４と、エンジン２の冷却水の出口側の水温である第２水温ＴＷ２を検出する第２水温センサ４５と、第１水温ＴＷ１と第２水温ＴＷ２とに基づいてエンジン２の点火時期を補正するＥＣＵ３と、を備える。

これにより、エンジン２の冷却水の入口側の水温と出口側の水温とに基づいてエンジン２の点火時期が補正される。このため、冷却水回路内の温度が不均一な場合でも、ノッキングを抑制しつつトルク及び燃料消費率を最適化することができる。

また、ＥＣＵ３は、エンジン回転数、エンジン負荷率、空燃比λからベース燃焼室温度ＴＣ１を算出し、エンジン回転数、エンジン負荷率、第１水温ＴＷ１、第２水温ＴＷ２から推定燃焼室温度ＴＣ２を算出し、ベース燃焼室温度ＴＣ１と推定燃焼室温度ＴＣ２の差が所定温度以上である場合、エンジン２の点火時期を進角側へ補正する。

これにより、ベース燃焼室温度ＴＣ１と推定燃焼室温度ＴＣ２の差が所定温度以上である場合、エンジン２の点火時期が進角側へ補正される。このため、冷却水回路内の温度が不均一な場合でも、ノッキングを抑制しつつトルク及び燃料消費率を最適化することができる。

また、ＥＣＵ３は、エンジン回転数、エンジン負荷率、吸気温度、大気圧に基づいて、トルク及び燃料消費率が最良になる点火時期ＭＢＴと、エンジン２のノッキングの発生を抑制できる限界の点火時期である設定点火時期ＩＧＴ１と、を算出し、ＭＢＴより設定点火時期ＩＧＴ１が遅角している場合、設定点火時期ＩＧＴ１を進角側に補正して目標点火時期にしている。

これにより、ＭＢＴより設定点火時期ＩＧＴ１が遅角している場合、設定点火時期ＩＧＴ１が進角側に補正されて目標点火時期とされる。このため、冷却水回路内の温度が不均一な場合でも、ノッキングを抑制しつつトルク及び燃料消費率を最適化することができる。

また、ＥＣＵ３は、ノックセンサ２５によりノッキングが検出されると、点火時期を遅角側へ補正する。

これにより、ノッキングが検出されると点火時期が遅角側に補正される。このため、ノッキングの発生を抑制させることができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
２ エンジン
３ ＥＣＵ（制御部、回転数算出部）
２１ クランク角センサ
２２ 吸気圧センサ
２３ 吸気温度センサ
２４ 空燃比センサ
２５ ノックセンサ
２６ 大気圧センサ
２７ 点火プラグ
４１ 循環路
４２ ラジエータ
４３ ヒータコア
４４ 第１水温センサ
４５ 第２水温センサ
４６ サーモスタット

Claims (4)

1. 内燃機関の冷却水の入口側の水温である第１水温を検出する第１水温センサと、
   前記内燃機関の冷却水の出口側の水温である第２水温を検出する第２水温センサと、
   前記第１水温と前記第２水温とに基づいて前記内燃機関の点火時期を補正する制御部と、を備える内燃機関の点火時期制御装置。
2. 前記内燃機関の吸気圧を検出する吸気圧センサと、
   前記内燃機関の空燃比を検出する空燃比センサと、
   前記内燃機関の機関回転数を算出する回転数算出部と、を備え、
   前記制御部は、前記内燃機関の前記機関回転数と前記吸気圧と前記空燃比とから算出するベース燃焼室温度と、前記第１水温と前記第２水温とに基づいて算出する推定燃焼室温度と、の差が所定値以上である場合、前記内燃機関の点火時期を進角側へ補正する請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
3. 前記制御部は、前記内燃機関の前記機関回転数と前記吸気圧と前記空燃比とから、前記内燃機関の燃料消費率が最良となる第１点火時期と、前記内燃機関のノッキングの発生を抑制し得る限界の第２点火時期とを算出し、前記第１点火時期より前記第２点火時期が遅角している場合、かつ、前記ベース燃焼室温度と前記推定燃焼室温度との差が所定値以上である場合、前記第２点火時期を進角側へ補正する請求項２に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
4. 前記内燃機関のノッキングの発生を検出するノックセンサを備え、
   前記制御部は、前記ノックセンサによりノッキングが検出されると、点火時期を遅角側へ補正する請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の点火時期制御装置。

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