JP2017150430A

JP2017150430A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2017150430A
Application number: JP2016035139A
Authority: JP
Inventors: 康正大西; Yasumasa Onishi
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-08-31

Abstract

【課題】内燃機関の始動のためのクランキング中の燃料噴射タイミングの最適化を図る。【解決手段】気筒の吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御する制御装置であって、内燃機関の始動のためのクランキング中の燃料噴射タイミングの学習値をメモリに記憶し、その学習値に則ってクランキング中の燃料噴射タイミングを制御するものであり、クランキング中に気筒内で混合気の燃焼に起因して生じるイオン電流の発生期間の長さに応じて燃料噴射タイミングの学習値を補正し、なおかつ、クランキングの開始から混合気の燃焼が確認されるまでの所要時間の長さに応じて燃料噴射タイミングの学習値を補正する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、気筒の吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御する制御装置に関する。

周知の通り、停止している内燃機関を始動する際には、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトを電動機により回転駆動しつつ、インジェクタから燃料を噴射してこれを気筒において燃焼させ、クランクシャフトの回転を加速するクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、クランクシャフトの回転速度即ちエンジン回転数が内燃機関の冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。

従来、クランキング中の燃料噴射のタイミングは、そのときの内燃機関の冷却水温に応じて調整していた（例えば、下記特許文献を参照）。基本的には、冷却水温が高いほど燃料噴射タイミングを進角し、冷却水温が低いほど燃料噴射タイミングを遅角する。

特開２０１３−２０４４６６号公報

だが、内燃機関の冷却水温のみに依拠して燃料噴射タイミングを決定することは、必ずしも最適な手法であると断ずることはできず、内燃機関の始動性の向上やエミッションの良化のために改善の余地があると言える。

本発明は、内燃機関の始動のためのクランキング中の燃料噴射タイミングの最適化を図ることを所期の目的としている。

本発明では、気筒の吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御する制御装置であって、内燃機関の始動のためのクランキング中の燃料噴射タイミングの学習値をメモリに記憶し、その学習値に則ってクランキング中の燃料噴射タイミングを制御するものであり、クランキング中に気筒内で混合気の燃焼に起因して生じるイオン電流の発生期間の長さに応じて燃料噴射タイミングの学習値を補正し、なおかつ、クランキングの開始から混合気の燃焼が確認されるまでの所要時間の長さに応じて燃料噴射タイミングの学習値を補正する内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、内燃機関の始動のためのクランキング中の燃料噴射タイミングの最適化を図り得る。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。同実施形態における火花点火装置の回路図。内燃機関の気筒における燃焼圧及びイオン電流信号のそれぞれの推移を例示する図。

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。本実施形態の内燃機関は、ポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。

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。点火プラグ１２は、点火コイル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。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

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。

内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）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、その直後の点火の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。

本実施形態のＥＣＵ０は、混合気の着火燃焼の際に気筒１の燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、このイオン電流を参照して燃焼状態の判定を行うことができる。

図２に示すように、本実施形態では、火花点火用の電気回路に、イオン電流を検出するための回路を付加している。この検出回路は、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部１５と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部１６とを備える。バイアス電源部１５は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ１５１と、キャパシタ１５１の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード１５２と、電流阻止用のダイオード１５３、１５４と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗１５５とを含む。増幅部１６は、オペアンプに代表される電圧増幅器１６１を含む。

点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ１５１が充電され、その後キャパシタ１５１に充電されたバイアス電圧により負荷抵抗１５５にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることで生じる抵抗１５５の両端間の電圧は、増幅部１６により増幅されてイオン電流信号ｈとしてＥＣＵ０に受信される。

図３に、正常燃焼における、イオン電流（図中実線で示す）及び気筒１内の燃焼圧力（筒内圧。図中破線で示す）のそれぞれの推移を例示している。イオン電流は、点火のための放電中は検出することができない。正常燃焼の場合のイオン電流は、火花点火の終了後、化学反応により、圧縮上死点の手前で減少した後、熱解離によって再び増加する。また、燃焼圧がピークを迎えるのとほぼ同時にイオン電流も極大となる。

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ことで生じる排気を各気筒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。

排気ガス再循環（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。

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。

ＥＣＵ０の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、内燃機関の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、内燃機関に対する要求トルク）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、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ｄ、内燃機関の温度を示唆するエンジン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ｅ、車載のバッテリに対して流出入する電流及びバッテリの電極端子近傍の雰囲気の温度を検出する電流・温度センサから出力されるバッテリ電流・温度信号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、気筒１の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。

ＥＣＵ０の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、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ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、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

また、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、電動機（スタータモータまたはＩＳＧ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｔａｒｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ））を稼働させるための制御信号ｏを入力し、当該電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数即ちクランクシャフトの回転速度が内燃機関の温度（冷却水温）等に応じて定まる判定値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。

本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関の始動のためのクランキング中の燃料噴射タイミングの学習値をメモリに記憶しており、当該学習値に則ってクランキング中のインジェクタ１１からの燃料噴射のタイミングを制御する。その上で、本実施形態では、クランキング中に気筒１内で混合気の燃焼に起因して生じるイオン電流の発生期間の長さに応じて燃料噴射タイミングの学習値を補正するとともに、クランキングの開始から混合気の燃焼即ち初爆が確認されるまでの所要時間の長さに応じて燃料噴射タイミングの学習値を補正することとしている。

詳述すると、ＥＣＵ０は、クランキング中に検出されるイオン電流信号ｈの大きさが閾値以上となっている期間Ｔの長さを計数する。そして、その期間Ｔが比較的長い場合には燃料噴射タイミングの学習値を早める方向に補正し、期間Ｔが比較的短い場合には燃料噴射タイミングの学習値を遅らせる方向に補正するというように、メモリに記憶保持する学習値を更新、次回の燃料噴射タイミングを今回の燃料噴射タイミングに比して進角または遅角させる。例えば、イオン電流信号ｈの発生期間Ｔの長さが所定の適正範囲内にあるならば燃料噴射タイミングの学習値を１°ＣＡ（クランク角度）遅角し、当該適正範囲よりも長いならば燃料噴射タイミングの学習値を４°ＣＡ進角し、当該適正範囲よりも短いならば燃料噴射タイミングの学習値を２°ＣＡ遅角する。

さらに、ＥＣＵ０は、クランキングの開始後、初爆が確認されるまでの間の経過時間の長さを計数する。そして、その経過時間が比較的長い、換言すれば初爆の発生が遅れている場合に、燃料噴射タイミングの学習値を早める方向に補正するように、メモリに記憶保持する学習値を更新する。例えば、クランキングの開始から初爆までの所要時間が所定以上に長い場合に、燃料噴射タイミングの学習値を３°ＣＡ進角する。なお、ＥＣＵ０は、クランク角信号ｂを参照することで、クランクシャフトが所定角度（例えば、３０°ＣＡ）回転するのに要した時間を反復的に計測しており、前回計測した時間と今回計測した時間との差分が所定以上となったときに、気筒１における混合気の燃焼によりクランクシャフトの回転が加速した、即ち初爆が起こったものと判断する。

クランキング中のイオン電流信号ｈの発生期間の長さＴ、及びクランキングの開始から初爆までの所要時間の長さに応じて補正を加えた学習値は、内燃機関が停止しその後再び内燃機関を始動する機会が訪れるまでメモリに保持し続ける。そして、その再度の内燃機関の始動においても使用し、また補正を加える。

本実施形態では、気筒１の吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御する制御装置０であって、内燃機関の始動のためのクランキング中の燃料噴射タイミングの学習値をメモリに記憶し、その学習値に則ってクランキング中の燃料噴射タイミングを制御するものであり、クランキング中に気筒１内で混合気の燃焼に起因して生じるイオン電流の発生期間Ｔの長さに応じて燃料噴射タイミングの学習値を補正し、なおかつ、クランキングの開始から混合気の燃焼が確認されるまでの所要時間の長さに応じて燃料噴射タイミングの学習値を補正する内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、クランキング中の混合気の燃焼の状態に応じて燃料噴射タイミングの学習値を修正し、燃料噴射タイミングを最適化することができる。そして、内燃機関の始動の確実性の向上、及びエミッションの良化に寄与し得る。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の内容等は、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。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
ｂ…クランク角信号
ｈ…イオン電流信号
ｊ…燃料噴射信号
ｏ…クランキング用の電動機の制御信号

Claims

気筒の吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関を制御する制御装置であって、
内燃機関の始動のためのクランキング中の燃料噴射タイミングの学習値をメモリに記憶し、その学習値に則ってクランキング中の燃料噴射タイミングを制御するものであり、
クランキング中に気筒内で混合気の燃焼に起因して生じるイオン電流の発生期間の長さに応じて燃料噴射タイミングの学習値を補正し、なおかつ、クランキングの開始から混合気の燃焼が確認されるまでの所要時間の長さに応じて燃料噴射タイミングの学習値を補正する内燃機関の制御装置。