JP2022019122A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖機完了前での燃費が向上した内燃機関の点火時期制御装置を提供する。【解決手段】点火時期制御装置において、暖機完了前の冷却水の温度が第１水温である際に学習されたノックの第１学習値と、暖機完了後に冷却水の温度が第１水温よりも高い第２水温で学習された第１学習値よりも遅角側を示す第２学習値とを取得する学習値取得部と、第１水温と第２水温との差が所定の閾値以上であり、かつ第１学習値と第２学習値の差が所定の閾値以上であるか否かを判定する判定部と、判定が肯定の場合に、第１及び第２水温と第１及び第２学習値とに基づいて、冷却水の温度とノック学習値の特性を算出する学習値特性算出部と、次回のトリップでの暖機完了前では、ノッキングの発生の有無に基づかずに、学習値特性を参照して冷却水の水温に応じた学習値を用いて点火時期を制御する点火時期制御部と、備えた内燃機関の点火時期制御装置。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の点火時期制御装置に関する。

内燃機関の冷却水の温度が暖機完了前の低水温の時に、暖機完了後の高水温の時でのノック学習値より内燃機関の点火時期を遅くする側の値とはならない範囲内で低水温時用のノック学習値を更新する内燃機関の点火時期制御装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１３－０８７６２４号公報

このようなノック補正値は内燃機関でのノッキングの発生の有無に基づいて更新される。例えば暖機完了前の低水温時ではピストンとシリンダ間のクリアランスが大きく、ピストンの首振りによりノイズが発生しやすい。このノイズをノッキングと誤判定して点火時期が遅角側に制御される可能性があり、点火時期の進角による燃費の向上に改善の余地がある。

そこで本発明は、暖機完了前での燃費が向上し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。

上記目的は、ノッキングの発生の有無に基づいて内燃機関の点火時期に関するノック学習値を設定する内燃機関の点火時期制御装置において、前記内燃機関の暖機完了前において前記内燃機関の冷却水の温度が第１水温である際に学習された前記ノック学習値である第１学習値と、前記内燃機関の暖機完了後において前記冷却水の温度が前記第１水温よりも高い第２水温である際に学習された前記ノック学習値であり前記第１学習値よりも遅角側を示す第２学習値とを取得する学習値取得部と、前記第１水温と前記第２水温との水温差が所定の閾値以上であり、かつ前記第１学習値と前記第２学習値との学習値差が所定の閾値以上であるか否かを判定する判定部と、前記判定部による判定が肯定判定の場合に、前記第１及び第２水温と前記第１及び第２学習値とに基づいて、前記冷却水の温度と前記ノック学習値の間の特性である学習値特性を算出する学習値特性算出部と、次回のトリップ時での暖機完了前では、ノッキングの発生の有無に基づかずに、前記学習値特性を参照して前記冷却水の水温に応じた前記学習値を用いて点火時期を制御する点火時期制御部と、備えた内燃機関の点火時期制御装置によって達成できる。

本発明によれば、暖機完了前での燃費が向上した内燃機関の点火時期制御装置を提供できる。

図１は、本実施の形態に係る点火制御システムの構成を説明するブロック図である。 図２は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。 図３は、学習値特性を示したグラフである。 図４Ａは、比較例でのエンジン始動からのノック学習値の推移を示したタイミングチャートであり、図４Ｂは本実施の形態でのエンジン始動からのノック学習値の推移を示したタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

本発明の実施の形態に係る点火時期制御装置は、車両に搭載される内燃機関の点火時期を制御する。この内燃機関は、具体的には、複数の気筒を有する火花点火式のエンジンである。図１は、本実施の形態に係る点火制御システムの構成を説明するブロック図である。点火制御システムは、ノックセンサ１２と、クランクポジションセンサ１４と、エアフロメータ１６と、水温センサ１８と、ＥＣＵ（Electric Control Unit）２０と、点火装置３０と、を備えている。

ノックセンサ１２は、エンジンのシリンダヘッドに取り付けられている。ノックセンサ１２は、エンジンの気筒で発生したノッキングの強度に応じた信号を出力する。ノックセンサ１２からの信号は、ＥＣＵ２０に入力される。

クランクポジションセンサ１４は、エンジンのクランクシャフトの回転角であるクランク角や、エンジン回転速度の算出などに用いられるクランク角の変化に応じた信号を出力する。クランクポジションセンサ１４からの信号は、ＥＣＵ２０に入力される。

エアフロメータ１６は、エンジンに吸入される吸入空気量Ｇａに応じた信号を出力する。エアフロメータ１６からの信号は、ＥＣＵ２０に入力される。

水温センサ１８は、エンジンのウォータジャケットを循環する冷却水の温度に応じた信号を出力する。水温センサ１８からの信号は、ＥＣＵ２０に入力される。

ＥＣＵ２０は、プロセッサ、メモリ、および、入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータである。ＥＣＵ２０は、入出力インタフェースを介して各種情報を受け取る。ＥＣＵ２０は、受け取った各種情報に基づいて、エンジンの点火時期制御を行う。ＥＣＵ２０は点火時期制御装置の一例である。

点火装置３０は、エンジンのシリンダヘッドに取り付けられる。点火装置３０は、気筒ごとに設けられている。点火装置３０は、点火プラグと点火コイルを備えている。点火コイルは、点火プラグに高電圧を印加する。点火プラグに高電圧が印加されると、点火プラグに放電火花が生じる。

ＥＣＵ２０は、エンジンの点火時期を制御する機能として、ノッキング検出部２１及び点火時期制御部２２に加え、学習値取得部２３、判定部２４、及び学習値特性算出部２５を備えている。最初に、ノッキング検出部２１及び点火時期制御部２２について説明する。

ノッキング検出部２１は、ノックセンサ１２から入力される信号に基づいて、ノッキングの発生を検出する。ノッキング検出部２１は、複数の気筒のうちのどの気筒においてノッキングが発生したかを判別する。ノッキング検出部２１は、ノッキングの検出結果を点火時期制御部２２に送る。ノッキングの発生が検出された場合、ノッキングが発生した気筒の情報や、発生したノッキングの強度の情報が、検出結果に関する情報に付加される。

点火時期制御部２２は、エンジンの点火時期を遅角側または進角側に変更する点火時期制御を行う。点火時期は、圧縮上死点を基準とした進角側へのクランク角で表される。例えば、点火時期が圧縮上死点よりも進角側であるほど点火時期を示すクランク角の値が大きくなる。

一般的な点火時期制御は以下のように行われる。点火時期制御部２２は、点火時期制御値Ｔを算出し、この点火時期制御値Ｔに基づいて点火時期を制御する。尚、点火時期制御値Ｔは、下記の式（１）に示されるように基本点火時期制御値Ｔｂａｓｅ、フィードバック補正量ＦＢ、ノック学習値ＡＧを加算することにより算出される。尚、ここでは点火時期制御値Ｔの値が大きいほど点火時期が進角されるようになっている。

Ｔ＝Ｔｂａｓｅ＋ＦＢ＋ＡＧ …式（１）
基本点火時期制御値Ｔｂａｓｅは、点火時期をノッキングが発生する限界まで進角させた状態（ノック限界）から所定の遅角余裕代の分だけ遅角させたときの点火時期に対応する値として設定される値である。基本点火時期制御値Ｔｂａｓｅは、クランクポジションセンサ１４により検出されるエンジン回転数Ｎｅとエアフロメータ１６により検出される吸入空気量Ｇａとに基づいて算出される。

フィードバック補正量ＦＢは、ノッキング検出部２１によるノッキングの検出結果に基づいて変更される。具体的にはエンジン運転中に繰り返し実行されるノッキング判定を通じて、ノッキングの発生が検出された場合にはフィードバック補正量ＦＢが所定量Ａだけ減少される。一方で、ノッキングの発生が検出されなかった場合にはフィードバック補正量ＦＢが所定量Ｂだけ増大される。すなわち、上記式（１）に示されるようにフィードバック補正量ＦＢを基本点火時期制御値Ｔｂａｓｅに加算することにより、ノッキングの発生が検出される度に点火時期制御値Ｔが所定量Ａずつ遅角される一方、ノッキングの発生が検出されなかった場合にはその度に点火時期制御値Ｔが所定量Ｂずつ進角される。

ノック学習値ＡＧは、定常的な点火時期制御のずれを学習するための値であり、フィードバック補正量ＦＢの変化量が所定量Ｃ以上になる度に更新される。尚、所定量Ｃは所定量Ａ及び所定量Ｂよりも大きな値に設定されている。具体的には、ノッキングが継続的に発生してフィードバック補正量ＦＢが所定量Ｃ以上減少したときには、そのときまでのフィードバック補正量ＦＢの変化量が学習値としてノック学習値ＡＧに加算されてノック学習値ＡＧが更新され、フィードバック補正量ＦＢが初期値にリセットされる。すなわち、ノック学習値ＡＧは、ノッキング判定を通じて増減されるフィードバック補正量ＦＢが遅角側又は進角側の一方に偏って変化したときに更新される値である。したがってノック学習値ＡＧは、フィードバック制御を通じて変更された点火時期の遅角量の積算値に対応する値でもあり、この値が小さいほどノッキングの発生頻度が高いことが示される。

以上のように通常時はノッキングの発生の有無に基づいて点火時期が制御されるが、本実施の形態ではＥＣＵ２０は所定の条件成立時にはノッキングの発生の有無に基づかずに、後述する学習値特性に基づいて点火時期を制御する。以下に説明する。

図２は、ＥＣＵ２０が実行する制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ２０は、暖機完了前での冷却水の温度である低水温Ｔ１時でのノック学習値ＳＡ１を取得して、低水温Ｔ１とノック学習値ＳＡ１とを対応付けてメモリに記憶する（ステップＳ１）。ここで低水温Ｔ１とは暖機完了前のエンジンの冷却水を意味する。低水温Ｔ１は、水温センサ１８により取得できる。ステップＳ１の処理は学習値取得部２３により実行される処理の一例である。低水温Ｔ１は第１水温の一例である。ノック学習値ＳＡ１は、第１学習値の一例である。

次に、ＥＣＵ２０は、暖機完了後での、又は暖機完了後のエンジン停止時の冷却水の温度である高水温Ｔ２時でのノック学習値ＳＡ２を取得して、高水温Ｔ２とノック学習値ＳＡ２とを対応付けてメモリに記憶する（ステップＳ２）。高水温Ｔ２時でのノック学習値ＳＡ２は、低水温Ｔ１時でのノック学習値ＳＡ１よりも遅角側を示す。高水温Ｔ２も水温センサ１８により取得できる。ステップＳ２の処理は学習値取得部２３により実行される処理の一例である。高水温Ｔ２は第２水温の一例である。ノック学習値ＳＡ２は、第２学習値の一例である。

次にＥＣＵ２０は、高水温Ｔ２から低水温Ｔ１を減算した値である水温差ΔＴが所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理は判定部２４により実行される処理の一例である。ステップＳ３でＮｏの場合には本制御は終了する。

ステップＳ３でＹｅｓの場合にＥＣＵ２０は、上述したノック学習値ＳＡ１からノック学習値ＳＡ２を減算した値である学習値差ΔＳＡが所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４の処理は判定部２４により実行される処理の一例である。ステップＳ４でＮｏの場合には本制御は終了する。

ステップＳ４でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ２０は水温に応じたノック学習値の特性である学習値特性を算出する（ステップＳ５）。図３は、学習値特性を示したグラフである。縦軸は学習値を示し横軸は水温を示す。図３に示すように、一般的に水温が高い方が点火時期は遅角側に制御される。図３に示した学習値特性の例では、低水温Ｔ１とノック学習値ＳＡ１で示される点Ｐ１と、高水温Ｔ２とノック学習値ＳＡ２で示される点Ｐ２とを通過する直線で表されているが、これに限定されず、例えばエンジンの特性等を考慮して点Ｐ１及びＰ２を通過する曲線であってもよい。学習値特性が示すように、水温が高いほど水温に比例して学習値は遅角側となる。ステップＳ５の処理は学習値特性算出部２５により実行される処理の一例である。

次にＥＣＵ２０は、次回トリップ時での暖機完了前の点火時期制御において、ノッキングの有無に基づかずに、この学習値特性を参照して水温Ｔｎに応じてノック学習値ＳＡｎを算出して点火時期に反映させる（ステップＳ６）。ステップＳ６の処理は点火時期制御部２２により実行される処理の一例である。

尚、上記のステップＳ３及びＳ４に示したように、水温差ΔＴが閾値以上であり学習値差ΔＳＡが閾値以上であることが要件とされる理由は、これらの差分が小さいと、それに基づいて算出される学習値特性の精度が低下する可能性があるからである。

図４Ａは、比較例でのエンジン始動からのノック学習値の推移を示したタイミングチャートである。図４Ｂは本実施の形態でのエンジン始動からのノック学習値の推移を示したタイミングチャートである。図４Ａ及び図４Ｂでは、時刻ｔ１で暖機が完了した場合を示している。図４Ａに示す比較例においては、エンジン始動時でのノック学習値は前回のトリップでのエンジン停止時のノック学習値に設定されており、ノック学習値はエンジン始動から所定の時間が経過してから低水温時での収束値に至ることになる。このため、エンジン始動からノック学習値が低水温時での収束値に至るまでの期間、即ち暖機完了前の期間において燃費が悪化する可能性がある。

これに対して図４Ｂに示すように本実施の形態では、ノッキングの有無によらずに上述した学習値特性に基づいて、暖機完了前までは水温Ｔｎに基づいてノック学習値Ｓｎが設定される。このため、暖機完了前の低水温時においても最適な点火時期に制御することができ、燃費の悪化を抑制できる。

また、上記の実施の形態の内燃機関の点火時期制御装置は、車両用内燃機関に適用した例について説明したが、動力源として内燃機関を用いるものであれば適用可能であり、例えば、所謂ハイブリッド車や自動二輪車等に搭載される内燃機関はもとより、船舶や建設機械等のように車両以外のものに搭載される内燃機関にも適用可能である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１２ ノックセンサ
１４ クランクポジションセンサ
１６ エアフロメータ
１８ 水温センサ
２０ ＥＣＵ（点火時期制御装置）
２１ ノッキング検出部
２２ 点火時期制御部
２３ 学習値取得部
２４ 判定部
２５ 学習値特性算出部
３０ 点火装置

Claims (1)

1. ノッキングの発生の有無に基づいて内燃機関の点火時期に関するノック学習値を設定する内燃機関の点火時期制御装置において、
   前記内燃機関の暖機完了前において前記内燃機関の冷却水の温度が第１水温である際に学習された前記ノック学習値である第１学習値と、前記内燃機関の暖機完了後において前記冷却水の温度が前記第１水温よりも高い第２水温である際に学習された前記ノック学習値であり前記第１学習値よりも遅角側を示す第２学習値とを取得する学習値取得部と、
   前記第１水温と前記第２水温との水温差が所定の閾値以上であり、かつ前記第１学習値と前記第２学習値との学習値差が所定の閾値以上であるか否かを判定する判定部と、
   前記判定部による判定が肯定判定の場合に、前記第１及び第２水温と前記第１及び第２学習値とに基づいて、前記冷却水の温度と前記ノック学習値の間の特性である学習値特性を算出する学習値特性算出部と、
   次回のトリップ時での暖機完了前では、ノッキングの発生の有無に基づかずに、前記学習値特性を参照して前記冷却水の水温に応じた前記学習値を用いて点火時期を制御する点火時期制御部と、備えた内燃機関の点火時期制御装置。
   
   

Images