JP2017207008A

JP2017207008A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2017207008A
Application number: JP2016099769A
Authority: JP
Inventors: 聡志中村; Satoshi Nakamura; 智洋中野; Tomohiro Nakano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2017-11-24

Abstract

【課題】不必要にエンジンの最大出力を低下させてしまうことを抑制する。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、点火コイルと、点火コイルに電気エネルギーを供給するエネルギー供給回路と、を含む点火システムと、排気通路から吸気通路に排気ガスを還流させるＥＧＲ通路と、気筒において失火又は点火異常が生じた場合に、目標空燃比がリーン空燃比の場合目標空燃比をリーン空燃比よりも低い空燃比へと変更し、外部ＥＧＲ制御が行われている場合外部ＥＧＲ制御を中止して、内燃機関の運転状態を変更する運転状態変更部と、内燃機関の運転状態の変更により失火又は点火異常が生じなくなった場合、変更後の内燃機関の運転状態で燃料噴射を継続し、変更後の内燃機関の運転状態において失火又は点火異常が生じた場合、燃料噴射を停止する燃料噴射停止部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

自動車エンジンなどの内燃機関において、失火時に燃料噴射を行うと、アフターバーンや、排気通路に設置された排気ガスを浄化するための触媒の温度上昇を引き起こすおそれがある。そのため、特許文献１では、点火コイルの一次コイルの電圧に基づいて失火を検出し、失火が検出された場合には、点火システムに異常が生じたと判断し、失火が生じた気筒への燃料噴射を停止している。

特開昭５６−１４３３２６号公報

ところで、近年、点火システムの構成が複雑化しており、点火システムの異常によって失火が発生した場合に、異常が発生した箇所にかかわらず失火が生じた気筒への燃料噴射を停止してしまうと、不必要にエンジンの最大出力を低下させてしまうおそれがある。

そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、不必要にエンジンの最大出力を低下させてしまうことを抑制することを課題とする。

かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関の制御装置は、点火コイルと、前記点火コイルに電気エネルギーを供給するエネルギー供給回路と、を含む点火システムと、内燃機関の排気通路から吸気通路に排気ガスを還流させるＥＧＲ通路と、前記内燃機関が備える気筒において失火又は点火異常が生じた場合において、目標空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比である場合前記目標空燃比を前記リーン空燃比よりも低い空燃比へと変更し、排気ガスを前記ＥＧＲ通路により前記吸気通路に還流する外部ＥＧＲ制御が行われている場合前記外部ＥＧＲ制御を中止して、前記内燃機関の運転状態を変更する運転状態変更部と、前記運転状態変更部による前記内燃機関の運転状態の変更により前記失火又は前記点火異常が生じなくなった場合、前記変更後の前記内燃機関の運転状態で前記気筒への燃料噴射を継続し、前記失火又は点火異常が生じた時点において前記目標空燃比が前記リーン空燃比ではなく、かつ、前記外部ＥＧＲ制御が行われていない場合、もしくは、前記変更後の前記内燃機関の運転状態において前記失火又は前記点火異常が生じた場合、前記気筒への燃料噴射を停止する燃料噴射停止部と、を備える。

本明細書開示の内燃機関の制御装置によれば、不必要にエンジンの最大出力を低下させてしまうことを抑制することができる。

図１は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの構成を示す概略図である。図２は、点火システムの動作を示すタイムチャートである。図３は、ＥＣＵが実行する燃料噴射停止処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

まず、図１を参照し、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステム１００の構成を示す概略図である。

エンジンシステム１００は、車両に搭載された内燃機関１０を備えている。本実施形態の内燃機関１０は、直列４気筒型であるものとするが、本発明は任意の気筒数の内燃機関に適用することができる。なお、図１には、４気筒のうち一つの気筒の断面が示されている。内燃機関１０の各気筒内には、ピストン１２が設けられている。各気筒内には、吸気通路２０および排気通路３０が連通している。

吸気通路２０には、上流側から順に、吸入空気量を検出するエアフローメータ２１、電子制御式のスロットル弁２２、及びサージタンク２３が設けられている。

排気通路３０には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒３１が配置されている。また、排気浄化触媒３１の上流側に、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ３２が配置されている。

内燃機関１０の各気筒には、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料インジェクタ１５と、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ１６と、吸気弁１７と、排気弁１８とが設けられている。なお、本発明では、燃料インジェクタ１５に代えて、または燃料インジェクタ１５とともに、気筒内に燃料を直接に噴射する筒内インジェクタが設けられていてもよい。

点火プラグ１６には、点火システム５０が備える点火コイル５１が接続されている。点火システム５０は、フルトラに基づく火花放電（以下、主点火と呼ぶ）を点火プラグ１６に生じさせる主点火回路５２と、点火コイル５１に電気エネルギーを供給することにより主点火に継続させて継続火花放電を生じさせるエネルギー供給回路５３と、を備える。

内燃機関１０のクランク軸１１の近傍には、クランク軸１１の回転角度（クランク角）を検出するためのクランク角センサ１９が設けられている。

また、内燃機関１０は、排気通路３０内の排気ガスを吸気通路２０に還流させる、いわゆる外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を実行するためのＥＧＲ通路４０を備えている。ＥＧＲ通路４０の一端は、排気通路３０に接続され、ＥＧＲ通路４０の他端は、サージタンク２３の下流側の吸気通路２０に接続されている。ＥＧＲ通路４０の途中には、このＥＧＲ通路４０を開閉することによって排気還流量を制御するためのＥＧＲ弁４１が設けられている。

また、エンジンシステム１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００を備えている。ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ２００は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより後述する燃料噴射停止処理等を実行する。ＥＣＵ２００は、運転状態変更部及び燃料噴射停止部の一例である。

ＥＣＵ２００の出力側には、前述の燃料インジェクタ１５、スロットル弁２２、ＥＧＲ弁４１等の種々のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ２００には、前述したエアフローメータ２１、空燃比センサ３２、クランク角センサ１９の他、筒内圧を検出する筒内圧センサ、アクセル開度センサ等の各種のセンサから、エンジンの運転状態や運転条件に関する様々な情報や信号が入力される。ＥＣＵ２００は、上述した情報や信号に基づいて、スロットル弁２２、ＥＧＲ弁４１等の各種のアクチュエータを制御する。

また、ＥＣＵ２００は、点火コイル５１が備える１次コイルへの通電制御を行うためのコイル通電信号、及び主点火により生じた火花放電を継続させるために１次コイルへの電気エネルギーの投入を指示する放電波形制御信号を点火システム５０に出力する。図２に示すように、点火システム５０は、コイル通電信号が入力されると（時間ｔ１参照）、主点火回路５２が備えるスイッチング手段がオンされプラスの１次電流が流れ、点火コイル５１の１次コイルに磁気エネルギーが蓄えられる。また、この間、昇圧回路により昇圧された電気エネルギーが、エネルギー供給回路５３が備えるコンデンサに蓄えられる。

そして、コイル通電信号がハイからローへ切り替わると（時間ｔ２参照）、主点火回路５２のスイッチング手段がオフされ、１次コイルの通電状態が突然遮断される。これにより、１次コイルに蓄えられた磁気エネルギーが電気エネルギーに変換されて２次コイルに高電圧が発生し、点火プラグ１６において主点火が開始される。点火プラグ１６において主点火が開始されると、２次電流は減衰する（図２の２次電流の点線を参照）。

点火コイル５１の放電開始後、放電波形制御信号がローからハイへ切り替わると（時間ｔ３参照）、エネルギー供給回路５３が備えるコンデンサに蓄えられていた電気エネルギーが１次コイルのマイナス側に投入される。これにより、主点火による２次電流と同方向の２次電流が２次コイルに追加され、２次電流が所定の範囲に維持される。コンデンサからの電気エネルギーの供給は、放電波形制御信号がハイからローに切り替わるまで（時間ｔ４参照）継続する。なお、２次電流の電流値を、コイル通電信号をローからハイに切り替えるタイミングと、放電波形制御信号をローからハイに切り替えるタイミングとの時間差により決定するため、コイル通電信号と放電波形制御信号とは重なる場合がある。

さらに、ＥＣＵ２００は、各センサから入力される内燃機関１０の運転状態や運転条件に関する様々な情報及び信号に基づいて、以下に示す燃料噴射停止処理を実行する。

図３は、ＥＣＵ２００が実行する燃料噴射停止処理の一例を示すフローチャートである。図３の処理は、例えば、１燃焼サイクル毎に実行される。

ＥＣＵ２００は、まず、失火又は点火異常が発生したか否かを判断する（ステップＳ１１）。点火異常とは、点火コイル５１から放電がなされないために、混合気に点火されない場合をいう。失火および点火異常の発生を検出する手段の一例として、クランク角センサ１９または筒内圧センサがあげられる。ＥＣＵ２００は、例えば、所定クランク角におけるクランク角センサ１９または筒内圧センサの出力信号に基づいて失火及び点火異常の発生を判定することができる。

失火及び点火異常のいずれも発生していない場合（ステップＳ１１／ＮＯ）、ＥＣＵ２００は、図３の処理を終了する。

失火又は点火異常が発生した場合（ステップＳ１１／ＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は、目標空燃比が閾値Ｖ１以上である、又は、排気ガスをＥＧＲ通路４０により吸気通路２０に還流する外部ＥＧＲ制御を実行しているか否かを判断する（ステップＳ１３）。ここで、閾値Ｖ１は、目標空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比であるか否かを判断するための閾値である。本ステップでは、内燃機関１０の運転状態が、混合気の着火性が低い運転状態であるか否かを判断している。

目標空燃比が閾値Ｖ１未満であり、かつ、外部ＥＧＲ制御も実行していない場合（ステップＳ１３／ＮＯ）、ＥＣＵ２００は、気筒への燃料噴射を停止する（ステップＳ２７）。内燃機関１０の運転状態が混合気の着火性が高い運転状態であるにもかかわらず失火又は点火異常が発生しているため、点火コイル５１に異常が生じており、どのような運転状態でも失火又は点火異常が発生すると考えられるからである。

一方、目標空燃比が閾値Ｖ１以上である、又は、外部ＥＧＲ制御を実行している場合（ステップＳ１３／ＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は、内燃機関１０の運転状態を変更する（ステップＳ１５）。具体的には、目標空燃比が閾値Ｖ１以上である場合、目標空燃比を閾値Ｖ１よりも小さい空燃比に設定する。また、外部ＥＧＲ制御を実行している場合、外部ＥＧＲ制御を中止する。より詳細には、目標空燃比が閾値Ｖ１以上であり、外部ＥＧＲ制御を実行していない場合、ＥＣＵ２００は、目標空燃比を閾値Ｖ１よりも小さい空燃比に設定する。目標空燃比が閾値Ｖ１以上であり、かつ、外部ＥＧＲ制御を実行している場合、ＥＣＵ２００は、目標空燃比を閾値Ｖ１よりも小さい空燃比に設定し、かつ、外部ＥＧＲ制御を中止する。目標空燃比が閾値Ｖ１未満であり、外部ＥＧＲ制御を実行している場合、ＥＣＵ２００は、外部ＥＧＲ制御を中止する。すなわち、本ステップでは、混合気の着火性を高めるよう内燃機関１０の運転状態を変更している。

ＥＣＵ２００は、変更した運転状態において、失火又は点火異常が発生したか否かを判断する（ステップＳ１７）。

失火又は点火異常が発生していない場合（ステップＳ１７／ＮＯ）、ＥＣＵ２００は、ステップＳ１５で変更された運転状態で気筒への燃料噴射を継続する（ステップＳ１９）。混合気の着火性を高めるよう運転状態を変更することにより失火又は点火異常が生じなくなった場合、混合気の着火性が低い状態において点火コイル５１からの放電エネルギーが小さいために失火又は点火異常が生じていた可能性が高い。すなわち、点火コイル５１には異常がなくエネルギー供給回路５３に異常が生じているため、変更後の運転状態を維持すれば、失火又は点火異常が生じないと考えられる。したがって、気筒への燃料噴射を停止する必要がないため、不必要に内燃機関１０の最大出力を低下させてしまうことが抑制される。

一方、変更後の運転状態において失火又は点火異常が発生した場合（ステップＳ１７／ＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は、気筒への燃料噴射を停止する（ステップＳ２７）。混合気の着火性を高めるよう運転状態を変更したのにもかかわらず失火又は点火異常が発生した場合、エネルギー供給回路５３からのエネルギー投入があっても点火コイル５１が放電できず、点火コイル５１に異常が発生している可能性が高い。そのため、どのような運転状態でも失火が発生する可能性が高いため、気筒への燃料噴射を停止することで、アフターバーンや、排気浄化触媒３１の温度上昇を抑制することができる。

上述の説明から明らかなように、本実施形態に係るエンジンシステム１００は、内燃機関１０が備える気筒内に噴射された燃料を含む混合気に点火する点火プラグ１６に高電圧を供給する点火コイル５１と、点火コイル５１に電気エネルギーを供給するコンデンサを有するエネルギー供給回路５３と、を含む点火システム５０と、排気通路３０から吸気通路２０に排気ガスを還流させるＥＧＲ通路４０と、ＥＣＵ２００と、を備える。ＥＣＵ２００は、気筒において失火又は点火異常が生じたか否かを判断し、失火又は点火異常が生じた場合に、目標空燃比がリーン空燃比である場合、目標空燃比をリーン空燃比よりも低い空燃比へと変更し、排気ガスをＥＧＲ通路４０により吸気通路２０に還流する外部ＥＧＲ制御が行われている場合、外部ＥＧＲ制御を中止して、内燃機関１０の運転状態を変更する。そして、ＥＣＵ２００は、内燃機関１０の運転状態の変更によって失火又は点火異常が生じなくなった場合、変更後の内燃機関１０の運転状態で燃料噴射を継続する。すなわち、混合気の着火性を高めるよう運転状態を変更することにより失火又は点火異常が生じなくなった場合、変更後の運転状態が維持される。これにより、気筒への燃料噴射を停止する必要がないため、不必要に内燃機関１０の最大出力を低下させてしまうことが抑制される。一方、ＥＣＵ２００は、失火又は点火異常が生じた時点における目標空燃比がリーン空燃比ではなく、かつ、外部ＥＧＲ制御を実行していない場合、もしくは、変更後の内燃機関１０の運転状態において失火又は点火異常が生じた場合、気筒への燃料噴射を停止する。混合気の着火性が高い運転状態であるにもかかわらず、もしくは、混合気の着火性を高めるよう運転状態を変更したのにもかかわらず失火又は点火異常が発生した場合、点火コイル５１に異常が生じており、どのような運転状態でも失火が発生する可能性が高い。このような場合には、ＥＣＵ２００は、気筒への燃料噴射を停止するので、アフターバーンや、排気浄化触媒３１の温度上昇を抑制することができる。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１０内燃機関
２０吸気通路
３０排気通路
４０ＥＧＲ通路
１６点火プラグ
５０点火システム
５１点火コイル
５３エネルギー供給回路
１００エンジンシステム（内燃機関の制御装置）
２００ＥＣＵ（運転状態変更部、燃料噴射停止部）

Claims

点火コイルと、前記点火コイルに電気エネルギーを供給するエネルギー供給回路と、を含む点火システムと、
内燃機関の排気通路から吸気通路に排気ガスを還流させるＥＧＲ通路と、
前記内燃機関が備える気筒において失火又は点火異常が生じた場合において、目標空燃比が理論空燃比よりも高いリーン空燃比である場合前記目標空燃比を前記リーン空燃比よりも低い空燃比へと変更し、排気ガスを前記ＥＧＲ通路により前記吸気通路に還流する外部ＥＧＲ制御が行われている場合前記外部ＥＧＲ制御を中止して、前記内燃機関の運転状態を変更する運転状態変更部と、
前記運転状態変更部による前記内燃機関の運転状態の変更により前記失火又は前記点火異常が生じなくなった場合、前記変更後の前記内燃機関の運転状態で前記気筒への燃料噴射を継続し、前記失火又は点火異常が生じた時点において前記目標空燃比が前記リーン空燃比ではなく、かつ、前記外部ＥＧＲ制御が行われていない場合、もしくは、前記変更後の前記内燃機関の運転状態において前記失火又は前記点火異常が生じた場合、前記気筒への燃料噴射を停止する燃料噴射停止部と、
を備える内燃機関の制御装置。