JP2019183769A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気湿度の差異に起因してノッキングが発生することを抑制できるように改良された内燃機関の点火時期制御装置を提供する。【解決手段】ベース点火時期ａｅｇｒｂに応じた湿度補正係数ｋｈｍｄが算出される（ステップＳ１０４）。エンジン電子制御ユニットのメモリが湿度補正係数の特性をマップまたは演算式等の形態で予め記憶していてもよく、その記憶されたマップが参照されることで湿度補正係数ｋｈｍｄが決定されてもよい。マップからベース点火時期ａｅｇｒｂに応じた特性が選択されるとともに、ステップＳ１００で取得された湿度値に基づいて相対湿度に応じた湿度補正係数ｋｈｍｄが特定される。ステップＳ１０４により、吸気の湿度が高くなるほどＥＧＲ補正手段による増大補正の程度を小さくするように、湿度補正項ｋｈｍｄが算出される。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の点火時期制御装置に関するものである。

従来、例えば特開２０１２−０９７５９８号公報の特に段落００１３に記載されているように、ＥＧＲの作動時には点火時期を予め定めた量だけ進角させる点火時期制御装置が知られている。

特開２０１２−０９７５９８号公報 特開平９−０６８１４６号公報

ＥＧＲ作動時に吸気の湿度が急変することが有り、その一例としては内燃機関を搭載した車両が高湿度のトンネルを通過する場合である。このような場合には、高湿度の環境において点火時期が進角された後、低湿度の環境に変わった瞬間にノッキングが発生するおそれが高まる。すなわち、高湿度環境では吸気中の水分の気化に使用される熱量が増加するので燃焼室内温度が低く抑えられる。その一方で、低湿度環境では、水分の気化に使用される熱量が少ないので、高湿度環境と同じ燃料噴射時期およびＥＧＲ量であっても燃焼室内温度が高くなり、ノッキングが発生するおそれがある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸気湿度の差異に起因してノッキングが発生することを抑制できるように改良された内燃機関の点火時期制御装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる内燃機関の点火時期制御装置は、
ノッキングが発生したときに内燃機関の点火時期を遅角し且つノッキングが発生していないときに前記点火時期を進角するように構築された点火時期制御手段と、
前記内燃機関におけるＥＧＲの実行時に、ノッキングが発生していないときに前記点火時期制御手段で前記点火時期の前記進角を行う量を増大補正するＥＧＲ補正手段と、
前記内燃機関が吸入する吸気の湿度が高くなるほど、前記ＥＧＲ補正手段による前記増大補正の程度を小さくする湿度補正項設定手段と、
を備える。

本発明によれば、吸気湿度が高いときにＥＧＲ実行に付随する過剰な進角の発生を抑制することができる。過剰進角の発生が抑制されることで吸気湿度の急減が起きた場合にも遅角が間に合うので、ノッキングを抑制することができる。

ＥＧＲ有りの場合において湿度により要求点火時期に差異が現れることを示すグラフである。 実施の形態にかかる内燃機関の点火時期制御装置の動作を説明するための図である。 実施の形態に対する比較例にかかる内燃機関の点火時期制御装置のシステム構成図である。 実施の形態にかかる内燃機関の点火時期制御装置のシステム構成図である。 実施の形態にかかる内燃機関の点火時期制御装置の制御フローを説明する図である。

図１は、ＥＧＲ有りの場合において湿度により要求点火時期に差異が現れることを示すグラフである。図１の縦軸は、湿度影響での遅角量［ＢＴＤＣ］を表しており、通常はＡＨ２ｇ／ｋｇである。湿度による点火遅角感度が異なる領域（図１の矢印範囲）は区別されることが好ましい。

一部のエンジンでは、燃費を向上させるために、高圧縮比化および高ＥＧＲ化が行われる。その結果、湿度変化によって要求点火時期が急変するという課題が顕在化する。具体的には、下記の状況でノッキングの発生が心配される。内燃機関を搭載した車両がトンネルに進入する前において、低湿度で要求点火時期が遅角化し、ノック学習値が湿度分を吸収して遅角する。車両がトンネルに侵入すると、トンネル内において、高湿度になりノックが発生せず、ノック学習値が湿度分を吸収して進角する。車両がトンネル外に出ると、再び低湿度となり要求点火時期は遅角となるが、ノック学習値が既に進角されているので、ノック学習値が十分に遅角する前にノックが発生するおそれがある。

上記の問題が発生する原因を更に説明すると、燃費を向上させるために高圧縮比化および高ＥＧＲ化により筒内燃焼温度が高温化するので、その結果、わずかな環境変化で筒内燃焼温度が上昇してしまう。わずかな環境変化とは、例えば、デポジット付着による断熱性能向上などである。筒内燃焼温度が上昇することでノック発生温度域に突入することとなり、ノッキングが発生してしまう。湿度変化も同様であり、低湿度化で水分蒸発による吸熱分が減少し、筒内燃焼温度が上昇することとなり、ノック発生のおそれが高まる。また、他の原因として、反応の遅い点火学習値によって湿度変化分を吸収してしまう制御構造も挙げられる。

図２、図４および図５を参照しつつ以下に説明される実施の形態の点火時期制御装置は、上記問題点を解消する観点から構築されている。実施の形態にかかる内燃機関は点火プラグを備えており、この点火プラグは点火時期が調節可能である。点火プラグは、エンジン電子制御ユニットと接続されている。実施の形態にかかる点火時期制御装置は、エンジン電子制御ユニットの一機能として提供されるものとする。

エンジン電子制御ユニットは、点火時期制御手段と、ＥＧＲ補正手段と、湿度補正項設定手段とをそれぞれ実現するための制御処理を実行するように構築されている。「点火時期制御手段を実現するための制御処理」は、ノッキングが発生したときに内燃機関の点火時期を遅角し、且つノッキングが発生していないときに点火時期を進角するように構築された処理である。点火時期制御手段は、これは公知の点火時期制御技術を用いて構築されればよい。「ＥＧＲ補正手段を実現するための制御処理」は、内燃機関におけるＥＧＲの実行時において、ノッキングが発生していないときに上記点火時期制御手段で点火時期の進角を行う量を増大補正するように構築されている。

「湿度補正項設定手段を実現するための制御処理」は、内燃機関が吸入する吸気の湿度が高くなるほど上記ＥＧＲ補正手段による進角量増大補正の程度を小さくするように構築されている。ＥＧＲ補正手段による増大補正の程度を調節するために、実施の形態では、具体的には、湿度補正項ｋｈｍｄが設けられている。湿度補正項ｋｈｍｄは、湿度に応じて点火時期を補正するための補正項である。

実施の形態においては、エアフロセンサに付属する湿度センサを利用して吸気の湿度検出を行ってもよい。内燃機関にはエアフロセンサが設けられており、そのセンサ出力信号はエンジン電子制御ユニットに伝達されるからである。変形例として、エアフロセンサとは別の専用の湿度センサを追加してエンジン電子制御ユニットと接続してもよい。

図２は、実施の形態にかかる内燃機関の点火時期制御装置の動作を説明するための図である。ＥＧＲ量あるいはＥＧＲ点火補正進角量に応じて、湿度補正量を可変とする。図２は、湿度補正項ｋｈｍｄの傾向を定めたマップであり、より具体的には相対湿度（％）に応じて湿度補正係数を０倍から１倍の間で可変設定する傾向を定めたマップである。ベースのＥＧＲ補正進角量に応じた湿度補正項ｋｈｍｄの値が定められている。

図２のマップではベース点火時期ａｅｇｒｂの大きさに応じて三つの特性が定められている。図２では、ａｅｇｒｂ＜１０°ＣＡである場合と、１０°ＣＡ≦ａｅｇｒｂ＜１５°ＣＡである場合と、１５°ＣＡ≦ａｅｇｒｂである場合について、それぞれ、湿度補正項ｋｈｍｄの特性が定められている。１０°ＣＡ≦ａｅｇｒｂ＜１５°ＣＡである場合と１５°ＣＡ≦ａｅｇｒｂである場合については、高湿度であるほど湿度補正項ｋｈｍｄが小さな値に算出される特性を含むようにマップが作成されている。湿度補正項ｋｈｍｄにこのような傾向を持たせることで、前述した過剰な進角の問題が抑制される。なお、ベースのＥＧＲ量についてマップを作成しても良い。

図３は、実施の形態に対する比較例にかかる内燃機関の点火時期制御装置のシステム構成図である。図３におけるａｋｇおよびａｋｇｍｇの二つのブロックは、学習値である。比較例では、下記の式に従って点火時期算出に関する演算が行われる。
ａｋｎｏｋ＝ａｋｎｏｋ＿ｖｏｆ＋ａｖｖｔ＋ａｅｇｒ＋ａｈｏｔａ

図４は、実施の形態にかかる内燃機関の点火時期制御装置のシステム構成図である。実施の形態では、下記の式に従って点火時期算出に関する演算が行われる。（ａｅｇｒｂ×ｋｈｍｄ）の項からわかるように、実施の形態ではベース点火時期ａｅｇｒｂに湿度補正項ｋｈｍｄが乗算されている点が、比較例とは異なっている。
ａｋｎｏｋ＝ａｋｎｏｋ＿ｖｏｆ＋ａｖｖｔ＋（ａｅｇｒｂ×ｋｈｍｄ）＋ａｈｏｔａ

図５は、実施の形態にかかる内燃機関の点火時期制御装置の制御フローを説明する図である。図５に示す制御フローの各ステップの制御処理は、実施の形態にかかるエンジン電子制御ユニットによって実行される。図５に示す制御フローは、前述した「湿度補正項設定手段を実現するための制御処理」に相当している。図５に示す制御フローでは、まず、運転条件の特定が行われる（ステップＳ１００）。すなわち、エンジン回転速度ｎｅおよびエンジン負荷ｋｌの各条件の値がラッチされるとともに、エアフロセンサの持つ湿度センサで計測された湿度値もラッチされる。次に、ベース点火時期ａｅｇｒｂの算出が行われる（ステップＳ１０２）。

次に、ベース点火時期ａｅｇｒｂに応じた湿度補正係数ｋｈｍｄが算出される（ステップＳ１０４）。一例としては、エンジン電子制御ユニットのメモリが図２に示した特性をマップまたは演算式等の形態で予め記憶していてもよく、その記憶されたマップが参照されることで湿度補正係数ｋｈｍｄが決定されてもよい。図２のマップからベース点火時期ａｅｇｒｂに応じた特性が選択されるとともに、ステップＳ１００で取得された湿度値に基づいて相対湿度に応じた湿度補正係数ｋｈｍｄが特定される。ステップＳ１０４により、吸気の湿度が高くなるほどＥＧＲ補正手段による増大補正の程度を小さくするように、湿度補正項ｋｈｍｄが算出される。

次に、下記の式に従って現在のＥＧＲ補正後点火時期が算出される（ステップＳ１０６）。
ａｅｇｒ＝ａｅｇｒｂ×ｋｈｍｄ

その後は、公知の点火時期制御が実施される（ステップＳ１０８）。すなわち、エンジン電子制御ユニットが、ステップＳ１０６で算出されたＥＧＲ補正後点火時期を制御パラメータとして使用しつつ、上述した「点火時期制御手段を実現するための制御処理」および「ＥＧＲ補正手段を実現するための制御処理」を実行する。

以上説明した実施の形態によれば、吸気湿度が高いときにＥＧＲ実行に付随する過剰な進角の発生を抑制することができる。過剰進角の発生が抑制されることで吸気湿度の急減が起きた場合にも遅角が間に合うので、ノッキングを抑制することができる。

なお、高圧縮比化、高ＥＧＲ率化、高タンブル化により筒内燃焼温度が高温化することが原因であるので、本来であれば点火時期全体に補正をかける事も考えられるが、このような場合には制御構造および適合作業が煩雑化するおそれがある。そこで、燃焼温度の高温化に最も影響力の大きい高ＥＧＲ率化に絞って制御を構築することが好ましい。実施の形態ではこのような好ましい方式が採用されており、湿度補正が行われるのはＥＧＲ補正項のみである。これにより、制御構造の簡素化および適合の簡便化を図ってもよい。

なお、ＥＧＲ量がそれほど多くないのであれば、湿度による要求点火時期補正量がそれほど大きくはならないので、ＥＧＲ量が大量である場合にのみ対策を施しても良い。すなわち、ＥＧＲ量が予め定めた基準量以上に多くなっている場合にのみ、図２に示すような傾向を持たせた湿度補正項ｋｈｍｄを用いて湿度補正を実施してもよい。

Claims (1)

1. ノッキングが発生したときに内燃機関の点火時期を遅角し且つノッキングが発生していないときに前記点火時期を進角するように構築された点火時期制御手段と、
   前記内燃機関におけるＥＧＲの実行時に、ノッキングが発生していないときに前記点火時期制御手段で前記点火時期の前記進角を行う量を増大補正するＥＧＲ補正手段と、
   前記内燃機関が吸入する吸気の湿度が高くなるほど、前記ＥＧＲ補正手段による前記増大補正の程度を小さくする湿度補正項設定手段と、
   を備える内燃機関の点火時期制御装置。

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