JP2023147996A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の運転を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls the operation of an internal combustion engine installed in a vehicle or the like.
一般に、内燃機関の冷間始動時は、内燃機関全体が低温であり、インジェクタから気筒に対して噴射した燃料が十全に気化しない。そこで、一時的に燃料噴射量を増量し空燃比をリッチ化するようにしている。寒冷地等では、燃料噴射量をさらに増量することもある。 Generally, when an internal combustion engine is cold started, the entire internal combustion engine is at a low temperature, and the fuel injected from the injector into the cylinder does not fully vaporize. Therefore, the fuel injection amount is temporarily increased to enrich the air-fuel ratio. In cold regions, the fuel injection amount may be further increased.
一方で、筒内温度(気筒の燃焼室内温度)が低温であることにより、気化しきれなかった燃料成分が酸素の少ない条件下で不完全燃焼し、カーボン等の生成が促進され、これがデポジットとして気筒のシリンダボア内壁や点火プラグに付着する。点火プラグにおけるそれは、くすぶりと呼ばれる。点火プラグの中心電極と接地電極とを隔てる絶縁碍子にデポジットが堆積すると、中心電極と接地電極との間の絶縁抵抗が変化し、電極間での放電、ひいては混合気への火花点火に支障を来すおそれがある(下記特許文献を参照)。 On the other hand, due to the low temperature inside the cylinder (the temperature inside the combustion chamber of the cylinder), fuel components that have not been completely vaporized will undergo incomplete combustion under low oxygen conditions, promoting the formation of carbon, etc., which will become deposits. It adheres to the inner wall of the cylinder bore and the spark plug. That in spark plugs is called smoldering. When deposits accumulate on the insulator that separates the center electrode and the ground electrode of a spark plug, the insulation resistance between the center electrode and the ground electrode changes, which impedes the discharge between the electrodes and, ultimately, the spark ignition of the air-fuel mixture. (See the patent documents below).
上述のくすぶり現象は、車両の走行距離よりも車両の使われ方に依存する。低温下における運用が多く、しかも毎回の運転時間が短いと、内燃機関が高温化せず、点火プラグのくすぶりが焼き切られないので、内燃機関の始動遅延または始動不良の問題が顕在化する。 The above-mentioned smoldering phenomenon depends more on how the vehicle is used than on the distance traveled by the vehicle. If the engine is often operated at low temperatures and the operating time is short each time, the internal combustion engine will not reach a high temperature and the smoldering spark plug will not be burned out, resulting in the problem of delayed or poor starting of the internal combustion engine.
点火プラグにサーモエッジを設け、くすぶりを焼き切ることができるようにすることも考えられるが、ハードウェアのコストが増加する。 It is also possible to install a thermoedge on the spark plug to burn out smoldering, but this increases the cost of the hardware.
本発明は、内燃機関の点火プラグのくすぶりを抑制し、始動遅延または始動不良を回避することを所期の目的としている。 The present invention aims to suppress smoldering of a spark plug of an internal combustion engine and to avoid starting delays or starting failures.
本発明では、内燃機関の運転の停止直前における筒内温度に関する情報を記憶保持しておき、
当該内燃機関を冷間始動して運転を開始した後、エンジン回転数または車速が所定以上に高い状況下において、前記筒内温度が判定値以下の低温であった場合、燃料噴射量を減量して制御する内燃機関の制御装置を構成した。
In the present invention, information regarding the cylinder temperature immediately before the operation of the internal combustion engine is stopped is stored and retained,
After the internal combustion engine has been cold-started and started operating, the fuel injection amount is reduced if the cylinder temperature is lower than the determination value under a condition where the engine speed or vehicle speed is higher than a predetermined value. A control system for an internal combustion engine was constructed.
前記筒内温度は、例えば、当該内燃機関の運転中のエンジン回転数、吸入空気量及び空燃比に基づいて推定する。 The cylinder temperature is estimated based on, for example, the engine rotational speed, intake air amount, and air-fuel ratio during operation of the internal combustion engine.
より具体的には、当該内燃機関を冷間始動して運転を開始した後、エンジン回転数または車速が所定以上に高くかつ当該内燃機関の冷却水温度が所定以上に高まっている状況下において、前記筒内温度が判定値以下の低温であった場合、前記燃料噴射量を減量する。 More specifically, after the internal combustion engine has been cold-started and started operating, in a situation where the engine speed or vehicle speed is higher than a predetermined value and the cooling water temperature of the internal combustion engine is higher than a predetermined value, When the cylinder temperature is lower than the determination value, the fuel injection amount is reduced.
本発明によれば、内燃機関の点火プラグのくすぶりを抑制し、始動遅延または始動不良を回避することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress smoldering of a spark plug of an internal combustion engine and avoid starting delay or starting failure.
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。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の4ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒1(例えば、三気筒エンジン。図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の吸気ポート近傍には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ11を気筒1毎に設けている。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。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an overview of a vehicle internal combustion engine in this embodiment. The internal combustion engine in this embodiment is a spark ignition four-stroke gasoline engine, and includes a plurality of cylinders 1 (for example, a three-cylinder engine; one of them is shown in FIG. 1). In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an
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。
The
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。
The
排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation)装置2は、排気通路4と吸気通路3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における触媒41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または吸気マニホルド34)に接続している。
The exhaust
本実施形態の内燃機関の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0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は、複数基のECUまたはコントローラが、CAN(Controller Area Network)等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。 An ECU (Electronic Control Unit) 0, which is a control device for an internal combustion engine in this embodiment, is a microcomputer system including a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like. The ECU0 may include a plurality of ECUs or controllers connected to each other so as to be communicable via a telecommunication line such as a CAN (Controller Area Network).
ECU0の入力インタフェースには、車両の実車速(または、車輪の回転速度)を検出する車速センサから出力される車速信号a、内燃機関の出力軸である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クランク角センサから出力されるクランク角信号b、運転者による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、要求されるエンジン負荷率またはエンジントルク)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、気筒1に連なる吸気通路3(特に、サージタンク33または吸気マニホルド34)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、排気通路4を流れるガスの空燃比を検出する空燃比センサから出力される空燃比信号f、外気温やエンジンコンパートメント(エンジンルーム)内の温度を検出する温度センサから出力される信号g、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号h等が入力される。
The input interface of ECU0 includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed (or wheel rotation speed), and detects the rotation angle and engine rotation speed of the crankshaft, which is the output shaft of the internal combustion engine. A crank angle signal b output from a crank angle sensor that detects the amount of depression of the accelerator pedal by the driver or the opening degree of the
ECU0の出力インタフェースからは、内燃機関の点火プラグ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の弁体を駆動するモータに対して開度操作信号k、EGRバルブ23の弁体を駆動するモータに対して開度操作信号l等を出力する。
From the output interface of the
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、内燃機関及び車両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、吸入空気量に見合った要求燃料噴射量、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(一度の燃焼に対する点火の回数を含む)、要求EGR率(または、EGRガス量)等といった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。
The processor of ECU0 interprets and executes programs stored in memory in advance, calculates operating parameters, and controls the operation of the internal combustion engine. The
また、ECU0は、停止した内燃機関を始動(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再始動であることもある)するに際して、電動機(スタータモータ(セルモータ)やISG(Integrated Starter Generator)等。図示せず)に制御信号oを入力し、電動機によりクランクシャフトを回転駆動しながら燃料噴射及び火花点火を行うクランキングを実行する。電動機は、車載のバッテリから必要な電力の供給を受ける。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閾値を超えたときに、内燃機関が完爆したものと見なして終了する。通常、当該閾値は、始動時の内燃機関の冷却水温度が低いほど高く設定する。 In addition, when starting a stopped internal combustion engine (sometimes with a cold start, sometimes with a restart from idling stop), the ECU0 controls the electric motor (starter motor (starter motor), ISG (Integrated Starter Generator), etc.). A control signal o is input to the engine (not shown), and cranking is performed in which fuel injection and spark ignition are performed while the crankshaft is rotationally driven by an electric motor. The electric motor receives the necessary power from an on-board battery. Cranking ends when the internal combustion engine goes from the first explosion to successive explosions and the rotational speed of the crankshaft, that is, the engine rotational speed, exceeds a threshold value, and the internal combustion engine is considered to have completely exploded. Usually, the threshold value is set higher as the cooling water temperature of the internal combustion engine at the time of starting is lower.
クランキング中の燃料噴射量は、通常の目標空燃比(理論空燃比またはその近傍)よりもリッチとなるように増量する。始動時の冷却水温度が非常に低い場合、冷却水温度より高い場合と比較して、さらに燃料噴射量を増量する。内燃機関の始動の完了後は、燃料噴射量を徐々に減量してゆき、最終的に通常の目標空燃比へと移行することになる。 The fuel injection amount during cranking is increased so as to be richer than the normal target air-fuel ratio (stoichiometric air-fuel ratio or its vicinity). If the coolant temperature at startup is very low, the fuel injection amount is further increased compared to when the coolant temperature is higher than the coolant temperature. After the internal combustion engine has started, the fuel injection amount is gradually reduced, and eventually reaches the normal target air-fuel ratio.
本実施形態のECU0は、直近の過去の運転機会(トリップ。イグニッションスイッチ(イグニッションキー)またはパワースイッチがONに操作されて内燃機関を始動してから、これがOFFに操作されて内燃機関を停止するまでの期間を一トリップとする)において、筒内温度がどれくらいまで上昇したかを推定し、それに応じて今回の運転機会における燃料噴射量の制御に変更を加える。
The
図2は、ECU0が直近の過去の運転機会に実行する処理の手順例である。ECU0は、直近の過去の運転機会において、内燃機関の運転停止前に冷却水の温度が所定以上に上昇したかどうか、換言すれば暖機が完了したかどうかを判断する(ステップS1)。暖機が完了していれば、点火プラグ12へのデポジットの堆積、即ちくすぶりが起こりにくく、またデポジットが焼き切られることが期待される。ステップS1の条件が真である場合、その旨を不揮発性メモリに記憶して保持する(ステップS4)。
FIG. 2 is an example of a procedure that the ECU0 executes during the most recent driving opportunity. The ECU0 determines whether or not the temperature of the cooling water rose to a predetermined level or higher before the internal combustion engine stopped operating in the most recent past driving opportunity, in other words, whether or not warm-up was completed (step S1). If warm-up is completed, it is expected that deposits will be less likely to accumulate on the
また、ECU0は、内燃機関の運転中、現在の筒内温度を反復的に推算している。筒内温度の推定は、エンジン回転数、吸入空気量及び空燃比に基づいて行う。ECU0のメモリには予め、内燃機関の運転領域[エンジン回転数,吸入空気量(または、アクセル開度、吸気圧若しくは燃料噴射量)]と、一サイクルあたりの筒内温度の変化量(上昇量)との関係を規定したマップデータが格納されている。このマップデータは、気筒1に充填される混合気の空燃比が通常の目標空燃比であることを前提に、実験的に作成したものである。ECU0は、現在の内燃機関の運転領域のパラメータをキーとして当該マップを検索し、一サイクルあたりの筒内温度の変化量を知得する。さらに、この変化量を、現在の空燃比に応じて修正したり、現在の冷却水温度、外気温度またはエンジンコンパートメント温度に応じて修正したりする。絶対的な吸入空気量及び燃料噴射量にもよるが、空燃比がリッチであると、燃料の潜熱(気化熱)により筒内温度が上がりにくくなることがあり、逆に空燃比がリーンであると、燃料の潜熱が小さい分筒内温度が上がりやすくなる。現在の冷却水温度、外気温度またはエンジンコンパートメント温度が低いほど、筒内温度が上がりにくいことは言うまでもない。ECU0は、そうして得た一サイクルあたりの筒内温度の変化量を積算(時間積分)することにより、現在の筒内温度の推定値を算出する。なお、筒内温度の初期値は、例えば冷間始動時の冷却水温度とする。ECU0は、推定した現在の筒内温度を随時(内燃機関の運転の停止直前のそれを含め)、不揮発性メモリに記憶して保持する(ステップS3)。 Further, the ECU0 repeatedly estimates the current in-cylinder temperature while the internal combustion engine is operating. The in-cylinder temperature is estimated based on the engine speed, intake air amount, and air-fuel ratio. The memory of ECU0 stores in advance the operating range of the internal combustion engine [engine speed, intake air amount (or accelerator opening, intake pressure, or fuel injection amount)] and the amount of change in cylinder temperature per cycle (amount of rise). ) is stored. This map data was created experimentally on the premise that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture filled into the cylinder 1 is a normal target air-fuel ratio. The ECU0 searches the map using the parameters of the current operating range of the internal combustion engine as a key, and learns the amount of change in the cylinder temperature per cycle. Further, the amount of change is modified depending on the current air-fuel ratio, or depending on the current cooling water temperature, outside air temperature, or engine compartment temperature. Although it depends on the absolute intake air amount and fuel injection amount, if the air-fuel ratio is rich, the temperature inside the cylinder may be difficult to rise due to the latent heat (heat of vaporization) of the fuel, and conversely, if the air-fuel ratio is lean. As a result, the temperature inside the cylinder, where the latent heat of the fuel is small, tends to rise. Needless to say, the lower the current coolant temperature, outside air temperature, or engine compartment temperature, the more difficult it is for the cylinder temperature to rise. The ECU0 calculates the estimated value of the current in-cylinder temperature by integrating (time-integrating) the amount of change in the in-cylinder temperature per cycle thus obtained. Note that the initial value of the cylinder temperature is, for example, the cooling water temperature at a cold start. The ECU0 stores and holds the estimated current in-cylinder temperature in a non-volatile memory at any time (including the time immediately before the operation of the internal combustion engine is stopped) (step S3).
しかして、ECU0は、直近の過去の運転機会において、内燃機関の運転停止前に筒内温度が判定値以上に上昇したかどうかを判断する(ステップS2)。ここに言う判定値は、点火プラグ12に付着したデポジットが焼き切られることが期待される温度、例えば約500℃前後に設定する。ステップS2の条件が真である場合、その旨を不揮発性メモリに記憶して保持する(ステップS4)。
Therefore, the ECU0 determines whether or not the in-cylinder temperature rose above the determination value in the most recent past driving opportunity before the internal combustion engine stopped operating (step S2). The determination value mentioned here is set at a temperature at which the deposit attached to the
図3は、ECU0が今回の運転機会に実行する処理の手順例である。ECU0は、内燃機関の冷間始動後(ステップS5)、まず直近の過去の運転機会にて冷却水温度または筒内温度が所定以上に上昇したかどうか(ステップS1またはS2の条件が真となったか否か)を確認し(ステップS6)、もしそうであれば以後は平常の燃料噴射量制御に移行する。 FIG. 3 is an example of a procedure that the ECU0 executes during the current driving opportunity. After a cold start of the internal combustion engine (step S5), ECU0 first determines whether the cooling water temperature or the cylinder temperature has risen to a predetermined level or higher in the most recent operating opportunity (if the conditions in step S1 or S2 are true). (step S6), and if so, the routine shifts to normal fuel injection amount control.
さもなくば、点火プラグ12に付着したデポジットを焼き切るための補正制御を実施する。即ち、冷却水温度が所定以上に上昇したことを前提として(ステップS7)、エンジン回転数または車速が所定以上に高いときに(ステップS8)、燃料噴射量を平常よりも減量して空燃比をリーン化する(ステップS9)。空燃比のリーン化により、筒内温度の昇温が促進され、点火プラグ12に付着したデポジットが燃焼しやすくなる。
Otherwise, correction control is performed to burn off the deposits attached to the
ステップS9における燃料噴射量の減量補正には、上限ガードを設ける。例えば、空燃比が17を超えないようにする。 An upper limit guard is provided for the reduction correction of the fuel injection amount in step S9. For example, the air-fuel ratio should not exceed 17.
既に述べた通り、ECU0は、内燃機関の運転中、現在の筒内温度を反復的に推算している。現在の筒内温度が所定以上に上昇したならば(ステップS10)、以後は平常の燃料噴射量制御へと移行する、即ち上記ステップS9の燃料噴射量の減量補正を実行しない。 As already mentioned, the ECU0 repeatedly estimates the current in-cylinder temperature while the internal combustion engine is operating. If the current in-cylinder temperature rises to a predetermined level or higher (step S10), the routine thereafter shifts to normal fuel injection amount control, that is, the reduction correction of the fuel injection amount in step S9 is not performed.
本実施形態では、直近の過去の内燃機関の運転の停止直前における筒内温度に関する情報を記憶保持しておき、今回内燃機関を冷間始動して運転を開始した後、エンジン回転数または車速が所定以上に高い状況下において、前記筒内温度が判定値以下の低温であった場合、そうでない場合と比較して燃料噴射量を減量する補正制御を実施する内燃機関の制御装置0を構成した。
In this embodiment, information regarding the cylinder temperature immediately before the most recent stop of the internal combustion engine is stored and retained, and after the internal combustion engine is cold started and started, the engine rotational speed or vehicle speed increases. A
本制御装置0は、前記筒内温度を、内燃機関の運転中のエンジン回転数、吸入空気量及び空燃比に基づいて推定する。
The
本制御装置0は、今回内燃機関を冷間始動して運転を開始した後、エンジン回転数または車速が所定以上に高くかつ内燃機関の冷却水温度が所定以上に高まっている状況下において、前記筒内温度が判定値以下の低温であった場合、そうでない場合と比較して燃料噴射量を減量する補正制御を実施する。
After the internal combustion engine has been cold-started and started to operate, this
なお、本発明は以上に詳述した実施形態には限定されない。例えば、直近の過去の複数回の運転機会(例えば、直近の過去の連続した二回のトリップ)における、内燃機関の停止直前の筒内温度が、ともに判定値に対して大幅に低かった(判定値をある値、例えば200℃下回るところまでしか上昇しなかった)場合、今回の運転機会における判定値をより引き上げ、ステップS10の条件を成立しにくくして、ステップS9の燃料噴射量の減量補正を通じた筒内温度のより一層の昇温を促進することが考えられる。 Note that the present invention is not limited to the embodiments detailed above. For example, the in-cylinder temperature immediately before stopping the internal combustion engine during multiple operating occasions in the recent past (for example, two consecutive trips in the recent past) was both significantly lower than the determined value (determined (the value has risen only to a certain value, for example, 200 degrees Celsius), the judgment value for the current driving opportunity is raised to make it more difficult for the condition of step S10 to be met, and the fuel injection amount is reduced in step S9. It is conceivable that the temperature inside the cylinder may be further increased through this process.
また、直近の過去の複数回の運転機会における、内燃機関の停止直前の筒内温度が、ともに判定値まで上昇しなかった場合、今回の運転機会において、定常走行で燃焼が安定している(失火回数が0または所定以下に少ない)ことを条件に、ステップS9の燃料噴射量の減量補正のガードをより緩める、例えば空燃比を17.5までリーン化するようにすることも考えられる。 In addition, if the in-cylinder temperature immediately before stopping the internal combustion engine during multiple driving opportunities in the recent past did not rise to the judgment value, combustion is stable during steady driving during the current driving opportunity ( On the condition that the number of misfires is 0 or less than a predetermined value, it is also possible to loosen the guard on the fuel injection amount reduction correction in step S9, for example, to lean the air-fuel ratio to 17.5.
上記実施形態では、内燃機関の運転中の筒内温度をエンジン回転数、吸入空気量及び空燃比に基づき推定していたが、筒内温度を検出するセンサが実装されている場合には、当該センサを介して筒内温度を実測することができる。 In the above embodiment, the cylinder temperature during operation of the internal combustion engine is estimated based on the engine speed, intake air amount, and air-fuel ratio. However, if a sensor for detecting the cylinder temperature is installed, The cylinder temperature can be actually measured via the sensor.
その他、各部の具体的な構成や処理の手順等は、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。 In addition, the specific configuration of each part, processing procedure, etc. can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
11…インジェクタ
12…点火プラグ
a…車速信号
b…クランク角信号
c…アクセル開度信号
e…冷却水温信号
i…点火信号
j…燃料噴射信号
k…スロットルバルブ開度操作信号
o…クランキング用電動機の制御信号
0...Control unit (ECU)
1...
Claims (3)
当該内燃機関を冷間始動して運転を開始した後、エンジン回転数または車速が所定以上に高い状況下において、前記筒内温度が判定値以下の低温であった場合、燃料噴射量を減量して制御する内燃機関の制御装置。 Stores and retains information regarding the cylinder temperature immediately before the internal combustion engine stops operating,
After the internal combustion engine has been cold-started and started operating, the fuel injection amount is reduced if the cylinder temperature is lower than the judgment value under conditions where the engine speed or vehicle speed is higher than a predetermined value. A control device for an internal combustion engine.
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2022
- 2022-03-30 JP JP2022055813A patent/JP2023147996A/en active Pending
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