JP4405825B2

JP4405825B2 - 内燃機関の制御方法及びコンピュータ・プログラム

Info

Publication number: JP4405825B2
Application number: JP2004051227A
Authority: JP
Inventors: エムマイアーガース
Original assignee: フォードグローバルテクノロジーズ、リミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: US6701895B1; DE102004008779A1; GB2398835B; GB2398835A; US20040226283A1; DE102004008779B4; JP2004257393A; GB0402784D0; US6978761B2

Description

本発明は、内燃機関の制御方法及びそのステップを実行するためのコンピュータ・プログラムに関し、より具体的には、始動中にエンジン・タイミングとエンジン制御器との間の同期が生じた後での燃料供給気筒イベント数に基づいて点火を調整するとともに、その同期に応じて燃料噴射を切り換える方法に関する。

エンジン始動制御は、エンジンからの排出量（排ガス排出量）とエンジン速度の立ち上がりとに大きな影響を及ぼす。ピストン位置に対する点火時期が、トルクと排出量との両方に影響する。エンジンをクランキング速度からアイドル速度まで加速させるためにはトルクが必要である。さらに、触媒が低温でその効率が低いとき、始動時の排出量が低いことが望ましい。一般的に、点火時期の進角はエンジン・トルクを増大させる一方、点火時期の遅角は排出量を低減する。それで、エンジン速度の立ち上がりを確実にするとともに排出量を低減する点火時期を、安定して設定することが重要である。

エンジンが低温のときに点火を調整する方法の１つが特許文献１に記載されている。この方法は、冷媒温度とエンジン速度とに基づいて点火進角を設定する。さらに、点火進角量は、エンジン位置と動作開始からの時間とを考慮する。より具体的には、この方法は、最初に、目標点火進角が上死点前であるか否か、そしてスロットルが開いているか否かを判断する。そうである場合には、エンジン速度と冷媒温度とを用いて、点火進角乗数を判定する。その後で、現在のエンジン位置パルスがロードされ、エンジン位置乗数が補間され、そして点火進角乗数と合わせられる。次に、動作開始からの時間がロードされ、動作開始乗数が補間されて、点火進角乗数と合わせられる。最後に、エンジン位置乗数と動作開始経過時間乗数とで調整された点火進角乗数値を介して、点火が進角される。エンジン動作状態が上死点後状態に到達するか、又はスロットル弁が閉状態のとき、この方法は終了させられ、エンジンは通常点火制御へと戻される。

本件発明者は、この取組みの不利な点を幾つか認識した。つまり、この取組みは、ここで言う「同期」すなわちエンジン・タイミングがエンジン制御器の動作と同調しているかに拘わらず、エンジン位置に基づき点火進角値を変更する。言い換えると、エンジンが停止しているとき、エンジンが特定の位置に止まるとは限らないのが一般的である。一般的に、キー・オフでエンジン制御器及びセンサからの電力は取り除かれるので、エンジン位置データは失われる。結果として、エンジン制御器は、エンジン位置を再度確立するのに始動時に数個の信号を監視する。それで、エンジン制御器がエンジン位置を判定して同期を得ようとしてカムとクランク信号を監視している間にも、エンジン位置は変化している。エンジン位置が確立されるまでの気筒イベント数は、エンジンがどこで停止したか、そしてエンジン位置監視システムの複雑度に応じて、始動毎に異なることになる。それで、エンジン制御器とエンジンとの間の同期を考慮することなしに、又は燃料供給を考慮することなしに、エンジン位置に基づく点火が行われるならば、点火が行われる角度は、始動毎に異なる可能性がある。

１例として、燃料供給されて点火を受ける気筒は、次回又は前回に燃料供給された気筒について意図された角度で点火を受けることがあり得る。そのようであるので、従来技術に開示されたエンジン位置に基づく点火は、理想的な点火を行えない可能性がある。

さらに、この方法は、ベース点火進角が上死点後でスロットル開でのみ機能する。それで、上述の取組みは、スロットルが閉じており、排出量を低減するために点火遅角が用いられる始動中に、最適な点火を行っていない。

エンジン冷間時に点火を調整する別の方法が特許文献２に開示されている。この方法は、エンジン始動に続く所定期間標準値から点火時期を遅角させ、所定期間の終了により、点火時期を標準値へ戻す方法を記載している。ここで、その所定期間は、時間に基づくものである。
米国特許第６１３５０８７号明細書米国特許第５４８３９４６号明細書

本件発明者はまた、この取組みがエンジン冷間動作中には良好に動作するが、この方法が時間に関連させて点火を調整するので、始動中には不正確になる可能性がある、ということも認識した。時間に基づく点火は、タイマがスタートしてからの時間の関数である点火進角値を発生する。しかしながら、上述のようにエンジン停止位置の変動のために、エンジン位置と時間との間には１対１の関係は無い。さらに、エンジン位置は、機械的な寸法であるのに対し、時間は連続体であり、空間的な寸法を有していない。

本発明の課題は、主として始動中の点火時期の設定と安定性を向上させることにある。

本発明の方法は、制御器によって内燃機関を制御するための制御方法であって、内燃機関の始動時にその回転に伴う動作開始から、上記制御器による内燃機関の点火及び燃料供給の動作と、カムシャフト及びクランクシャフトにおいてセンサにより検出される信号に基づいて制御器で判定されるエンジン位置とが合致した同期状態で燃料噴射を受けた燃料供給気筒イベント数をカウントするステップと、該燃料供給気筒イベントのカウント数に基づいて気筒点火角度を調整するステップと、上記内燃機関の始動時に、上記制御器による内燃機関の点火及び燃料供給の動作と、カムシャフト及びクランクシャフトにおいてセンサにより検出される信号に基づいて制御器で判定されるエンジン位置とが合致した上記同期状態になる前に、上記エンジン位置とは非同期に燃料を噴射するステップと、上記制御器による内燃機関の点火及び燃料供給の動作と、制御器で判定されるエンジン位置とが合致した同期状態になった後に上記エンジン位置と同期して燃料を噴射するステップとを有する。この方法は、従来技術の取組みの上述の制約を低減するのに用いることができる。

本件の発明者は、上記制御器による内燃機関の点火及び燃料供給の動作と、カムシャフト及びクランクシャフトにおいてセンサにより検出される信号に基づいて制御器で判定されるエンジン位置との同期状態で燃料を受けた気筒数をカウントし、その気筒カウントに基づいて点火を行うことにより、エンジン始動性を向上させた。エンジン停止位置に拘わらず、最初の燃料供給気筒とそれに続く気筒が、始動の度に安定した点火を受けることになる。この理由から、エンジン制御器は、始動中の燃料供給を即座に行っても遅らせてもよく、燃焼を一定に保つことができる。これは、排出量を低減し、エンジン速度の立ち上がりを安定させるのに用いることができる。

燃料供給気筒イベント数をカウントすることによる本発明のさらなる有利な点は、気筒の混合気と点火進角との組合せを良好なものにできる、ということである。本件発明者は、始動中に、エンジン内部及びそれの周囲で起こる変化を認識した。最初の燃料供給された数個の気筒は、新気と燃料とからなる空気燃料混合気を持つ。言い換えると、最初数回の燃焼イベント中には、ＥＧＲ又は残留ガスは非常に少ない。最初数回の気筒が着火し、その残留ガスを生成すると、残留ガスがその後の気筒イベントの空気燃料混合気に影響する。それで、エンジンの燃料過程は、時間に関連するのではなく、燃料を受けた気筒の数に関連する。

さらに、燃料を受ける気筒が個別に残留空気燃料混合気を持つので、このような混合気に適した点火を行うことが望ましい。燃料供給気筒イベント数に基づく点火の実行は、エンジン制御器が個々の気筒に特有の点火進角を設定するのを可能とする。これは、エンジン制御器が、個々の気筒の空気燃料混合気の違いを考慮するのを可能とする。

加えて、燃料成分もまた、混合気の生成に影響し、エンジン速度の立ち上がりに影響することがあり得る。点火が、エンジン速度と負荷とに基づいて行われるならば、制御器は、望ましくない態様で点火進角を変更することがあり得る。それで、同期後の気筒イベントのカウント数を単独に又は付加的に考慮する点火進角設定を、エンジン制御と燃焼混合気に関して点火進角設定を安定させるために、用いることができる。

本発明は幾つかの効果を持つ。すなわち、本発明は、非同期の燃料噴射によってエンジンの始動時間を短縮しながら、そのエンジン始動中の点火制御性を向上させ、結果として排出量を低減するという利点を持つ。この利点は、触媒が低温でそれの効率が低いときに、特に有益である。加えて、本発明によると、エンジン速度の立ち上がりを安定させる。始動時の再現性のあるエンジン速度は、エンジンが信頼性があり予測できる態様で動作するので、内燃機関を所有するオーナーの自信と満足度を向上する。

添付の図面と関連させて以下の好ましい実施の形態の詳細な説明から、本発明の上記のもの等の効果、特徴が容易に明らかとなろう。

図１を参照すると、図１では１気筒が示されているが複数の気筒を有するエンジン（内燃機関）10が電子エンジン制御器12（コントローラ）により制御される。エンジン10は燃焼室30と、カムシャフト130を備えた気筒壁32と、燃焼室30の中に配置され、クランクシャフト40に接続されたピストン36とを含んでいる。燃焼室30は、吸気弁52及び排気弁54をそれぞれ介して吸気マニフォールド44及び排気マニフォールド48と連通するということが知られている。吸気マニフォールド44はまた、そこに接続され、制御器12からの信号FPWのパルス幅に比例して液体燃料を供給する燃料噴射弁66を持つのが示されている。燃料は燃料タンク、燃料ポンプ及び燃料レール（不図示）を含む燃料システム（不図示）により燃料噴射弁66へ供給される。エンジン10は、燃料がエンジン気筒内に直接噴射されるように構成することもでき、それは、直接噴射エンジンとして当業者に知られている。吸気マニフォールド44はスロットル弁62を介してスロットル・ボディ58と連通するのが示されている。

通常のディストリビュータレス点火システム88が、制御器12に応答し点火プラグ92を介して点火火花を燃焼室30へ与える。二状態排気酸素センサ76が触媒コンバータ70上流の排気マニフォールド48に接続されているのが示されている。また、二状態排気酸素センサ98が触媒コンバータ70下流の排気マニフォールド48に接続されているのが示されている。上記センサ76は信号EGO1を、またセンサ98は信号EGO2をそれぞれ制御器12へ送信する。センサ98については、ユニバーサル排気酸素（universal exhaust gas oxygen:UEGO）センサを用いてもよい。

図１において、制御器12は通常のマイクロコンピュータとして示されており、それはCPR102、入出力ポート（I/O）104、読出し専用メモリ（ROM）106、ランダム・アクセス・メモリ（RAM）108、キープアライブ・メモリ（KAM）110、及び通常のデータ・バスを含む。制御器12が、エンジン10に接続されたセンサから各種信号を受けるのが示されており、それらの信号には上述のものに加えて以下のものが含まれる。すなわち、冷却スリーブ114に接続された温度センサ112からのエンジン冷媒温度（ECT）、吸気マニフォールド44に接続された圧力センサ122からのマニフォールド絶対圧力の計測値（MAP）、温度センサ117からのエンジン吸気温度又はマニフォールド温度の計測値（ACT）、カム・センサ150からのカム位置信号（CAM）、クランクシャフト40に接続されたホール効果センサ118からのプロファイル点火ピックアップ信号（PIP）、スロットルセンサ69からのスロットル位置信号、及びエンジン速度センサ119からエンジン速度信号（RPM）である。本発明の好ましい観点において、エンジン速度センサ119は、クランクシャフト40が１回転する毎に所定回数のパルスを等間隔に発生する。

図２を参照すると、燃料供給された気筒イベント数に基づく点火制御が望まれるときに、制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが示されている。気筒イベント信号の期間は７２０°をエンジン気筒の数で割った角度になる。気筒イベントは、CAMセンサ150とPIPセンサ118の信号をデコードすることにより、特定又は観察される。気筒イベント信号は、特定のエンジン気筒が圧縮行程の上死点に到達する時期を特定する。

ステップ210において、エンジン運転状態が読み出される。運転状態は、エンジン冷媒温度、触媒温度、最後にエンジン10が動作してからの経過時間（ソーク時間）、及び同様のパラメータを計測することにより、判定される。これらのパラメータは、ステップ216，218においてエンジン点火時期を補正するのに用いられる。これらのパラメータは、それらの状態に応じた種々の態様でエンジン動作に影響を及ぼす。例えば低いエンジン触媒温度は点火時期を遅角させ、高い触媒温度は点火時期を進角させる。

ステップ212において、エンジンが回転しているか否かに基づき、ルーチンが進行すべきか否か判断する。エンジンが回転していないとき、クランク位置センサ118がエンジン回転を検出するまで、ルーチンは待機する。エンジンが回転しているならば、ルーチンはステップ214へ進行する。ステップ214において、制御器12は、燃料供給気筒イベントが生じたか否かを判定し、YESの場合にはステップ216へ進む。燃料供給気筒イベントが生じていない場合、ルーチンは、燃料供給気筒イベントが観察されるまで待機する。

ステップ216において、図８のテーブルFNESPKから目標点火進角値が読み出される。テーブルの中の点火進角値は、エンジンがどのように制御されているかによって変わることになる。適用状態によっては、ポート酸化を促進するリーン気筒空気燃料混合気が好ましいが、他の状態では、排気マニフォールドに空気を噴射しながらのリッチ気筒空気燃料混合気が好ましいことになる。気筒内混合気が異なるので、要求点火進角値も異なり、適用状態に基づきFNESPKテーブルの違いが生じる。図８は、気筒内リーン空気燃料混合気の点火進角値の例である。

目標点火進角値が判定された後で、ルーチンはステップ218へ進む。このステップ218では、ステップ210において観測されたエンジン運転状態に応じて点火進角値が補正され得る。大気圧補正はFNBPという名の関数として記憶される。標準大気圧がその関数のどこに規定されるかによって、点火が、所望の排出量とエンジン速度立ち上がりを達成する点から進角又は遅角させられる。この関数は、水銀柱の長さのx座標と角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。この関数の正の値が点火を進め、負の値が点火を遅角させる。

吸入空気温度についての補正がFNACTという名の関数として記憶される。標準吸入空気温度がその関数のどこに規定されるかによって、所望の排出量とエンジン速度立ち上がりを得る点から進角又は遅角されるかが決まる。この関数は温度のx座標と、角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。

触媒温度についての補正も関数FNCATによりなされる。一般的に、FNCATは、触媒温度が低いと遅角され、触媒温度が高いと進角されるように校正される。触媒温度は、測定しても推定してもよい。この関数は、温度のx座標と角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。

最後のエンジン動作からの経過時間であるソーク時間に対する補正が関数FNSTで収集される。一般的に、FNSTは、ソーク時間が長いほど点火時期が遅角され、ソーク時間が短いほど点火時期が進角されるように校正される。この関数は、単位が秒であるソーク時間のx座標と、角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。

点火補正の要因は全て、ステップ216での点火進角値を調整するために用いられる点火進角値の変化として１つにまとめられる。そして、ルーチンはステップ220へ進み、そこで、エンジン10を運転する運転者（ドライバ）によるドライバ入力に対する補正が行われる。ドライバ入力は、限定するものではないが、以下の形態をとり得る。すなわち、スロットル位置の変化、電子スロットルもしくは電子制御バルブ、トルク要求、空調、又はエンジン負荷を増大させる機器又はシステムである。この例では、ドライバ入力はスロットル位置である。ドライバ入力がスロットルに対する要求であるとき、スロットル信号が関数FNTHROTTLEを用いて処理される。この関数は、単位がボルトであるスロットル位置のx座標と、単位が角度である点火時期のy座標とを持つ。この関数は、スロットル入力が増加するにつれて点火時期を進角させるように校正されるが、他の入力も同じ形態で、ドライバ要求の増大が点火を進角させることになる。ドライバ入力が実質的にゼロ又は所定値（例えば移動範囲全体の1-10%又は5%未満）未満のとき、この関数はドライバ入力に対する補正を行わない。ルーチンはステップ222へ進み、そこで目標点火進角値がエンジンに供給される。

それから、ルーチンはステップ224へ進み、燃料供給気筒イベント数に基づく点火供給を継続するか、又は例えば燃料供給気筒イベント数とは無関係な別の点火制御方法へと移行するかが判断される。現在の燃料供給気筒イベント数が校正パラメータEVT_LIM未満であるとき、ルーチンはステップ214へ進む。燃料供給気筒イベント数がEVT_LIM以上のとき、ルーチンはステップ226へ進む。ステップ226において、燃料供給気筒イベント数ベースの点火制御から別の点火制御方法への移行がなされる。別の点火制御として例えば時間ベースの点火制御があり、それにおいては、最後の燃料供給気筒数ベースの点火が行われた後でタイマがスタートされ、そのタイマの関数として点火が行われる。

このルーチンは、速度／負荷ベースの点火制御へ移行するように構成してもよい。しかしながら、高度が高いと酸素量が少ないため、始動時の大気圧によりエンジン速度／負荷に基づく点火制御は影響されるので、このような移行に際しては留意が必要である。別の点火制御への移行が完了すると、ルーチンは終了する。

図３を参照すると、同期した気筒イベント数に基づく点火制御が望まれるときに、制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが示されている。エンジン・タイミングがエンジン制御器の動作に合致したときに、同期が起こる。ステップ310において、エンジン運転状態が読み出される。運転状態は、エンジン冷媒温度、触媒温度、最後にエンジンが動作してからの経過時間（ソーク時間）及び同様のパラメータを計測することにより、判定される。これらのパラメータは、ステップ318，320においてエンジン点火時期を補正するのに用いられる。これらのパラメータは、それらの状態に応じた種々の態様でエンジン動作に影響を及ぼす。例えば低いエンジン触媒温度は点火時期を遅角させ、高い触媒温度は点火時期を進角させる。

ステップ312において、エンジンが回転しているか否かに基づき、ルーチンが進行すべきか否か判断する。エンジンが回転していないとき、クランク位置センサ118がエンジン回転を検出するまで、ルーチンは待機する。エンジンが回転しているならば、ルーチンはステップ314へ進行する。ステップ314において、制御器は同期した気筒イベントが生じたか否かを判断し、生じていれば、同期気筒イベント・カウンタがインクリメントし、ルーチンはステップ316へと進む。新たな同期気筒イベントが生じていない場合には、同期気筒イベントが観測されるまで、ルーチンは待機する。

エンジンと制御器の同期がステップ316において判断される。制御器がエンジン位置の判断を可能とする信号を観測する場合には、エンジン制御器が動作、点火及び燃料供給をエンジン・タイミングに合致させ、同期が成立する。同期により、イベント・カウンタがゼロにセットされ、ルーチンはステップ318へと進む。エンジンと制御器とが既に同期している場合にも、ルーチンはステップ318へ進む。同期が成立していないときと、同期が成立し得ないとき、ルーチンはステップ314へと戻る。

ステップ318において、図８のテーブルFNESPKから目標点火進角値が読み出される。しかしながら、ステップ318で用いられる点火進角値は、図８に関して前述した燃料供給気筒イベントに代えて、同期後の気筒イベント数に基いている。テーブルの中の点火進角値は、エンジンがどのように制御されているかによって変わることになる。適用状態によっては、ポート酸化を促進するリーン気筒空気燃料混合気が好ましいが、他の状態では、排気マニフォールドに空気を噴射しながらのリッチ気筒空気燃料混合気が好ましいことになる。気筒内混合気が異なるので、要求点火進角値も異なり、適用状態に基づきFNESPKテーブルの違いが生じる。

目標点火進角値が判定された後で、ルーチンはステップ320へ進む。ステップ320において、ステップ310において観測されたエンジン運転状態に応じて点火進角値が補正され得る。大気圧補正はFNBPという名の関数として記憶される。標準大気圧がその関数のどこに規定されるかによって、点火が、所望の排出量とエンジン速度立ち上がりを達成する点から進角又は遅角させられる。この関数は水銀柱の長さのx座標と角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。この関数の正の値が点火を進め、負の値が点火を遅角させる。

触媒温度についての補正も関数FNCATによりなされる。概略的には、FNCATは、触媒温度が低いと遅角され、触媒温度が高いと進角されるように校正される。触媒温度は、測定しても推定してもよい。この関数は、温度のx座標と角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。

最後のエンジン動作からの経過時間であるソーク時間に対する補正が関数FNSTで収集される。一般的に、FNSTは、ソーク時間が長いほど点火時期が遅角され、ソーク時間が短いほど点火時期が進角されるように校正される。この関数は、単位が秒であるソーク時間のx座標と、角度を単位とする進角値のy座標とを持つ。

点火補正の要因は全て、ステップ318での点火進角値を調整するために用いられる点火進角値の変化として１つにまとめられる。そして、ルーチンはステップ322へ進み、そこでドライバ入力に対する補正が行われる。ドライバ入力は、限定するものではないが、以下の形態をとり得る。すなわち、スロットル位置の変化、電子スロットルもしくは電子制御バルブ、トルク要求、空調、又はエンジン負荷を増大させる機器又はシステムであり、この例ではドライバ入力はスロットル位置である。ドライバ入力がスロットルに対する要求であるとき、スロットル信号が関数FNTHROTTLEを用いて処理される。この関数は、単位がボルトであるスロットル位置のx座標と、単位が角度である点火時期のy座標とを持つ。この関数は、スロットル入力が増加するにつれて点火時期を進角させるように校正されるが、他の入力も同じ形態で、ドライバ要求の増大が点火を進角させることになる。ドライバ入力が実質的にゼロ又は所定値（例えば移動範囲全体の1-10%又は5%未満）未満のとき、この関数はドライバ入力に対する補正を行わない。ルーチンはステップ324へ進み、そこで目標点火進角値がエンジンに供給される。

それから、ルーチンはステップ326へ進み、同期気筒イベント数に基づく点火供給を継続するか、又は例えば同期気筒イベント数とは無関係な別の点火制御方法へと移行するかが判断される。現在の気筒イベント数が校正パラメータEVT_LIM未満のとき、ルーチンはステップ314へ進む。同期気筒イベント数がEVT_LIM以上のとき、ルーチンはステップ328へ進む。ステップ328において、同期気筒イベント・ベースの点火制御から別の点火制御方法への移行がなされる。別の点火制御として例えば時間ベースの点火制御があり、それにおいては、最後の同期気筒イベント・ベースの点火が行われた後でタイマがスタートされ、そのタイマの関数として点火が行われる。

図４を参照すると、燃料供給気筒イベント・ベースの点火制御の別の実施形態のフローチャートが示されている。ステップ410において、エンジン運転状態が読み出される。運転状態は、エンジン冷媒温度、触媒温度、最後にエンジンが動作してからの経過時間（ソーク時間）及び同様のパラメータを計測することにより、判定される。これらのパラメータは、ステップ418，420においてエンジン点火時期を補正するのに用いられる。ステップ412において、ルーチンはエンジンが回転しているか否か判断する。そうでない場合には、回転が検出されるまでルーチンは待機する。回転が検出されたとき、ルーチンはステップ414，424へと進む。最終的な点火時期は図で別のパスを通る２つの動作の和である。

図で左のパスはステップ414において開始し、そこでは、制御器12が燃料供給気筒イベント数に基づいて点火を実行すべきか否かを判断する。現在の燃料供給気筒イベント数がEVT_LIM未満のとき、ルーチンはステップ416へ進む。イベント数がEVT_LIM以上のとき、ルーチンはステップ426へ進む。ステップ416において、制御器12は燃料供給気筒イベントが起こったか否かを判断する。そうである場合には、燃料供給気筒イベント・カウンタがインクリメントされ、ルーチンはステップ418へ進む。新たな燃料供給気筒イベントが起こらなかったとき、ルーチンは最後の燃料供給気筒イベント・ベースの点火時期値を保持してステップ426へ進む。

ステップ418において、目標点火時期が図８のテーブルFNESPKから読み出される。目標点火時期が判断された後、ルーチンはステップ420へ進む。

ステップ420において、ステップ410において観測されたエンジン運転状態に応じて、点火時期を調整することができる。大気圧補正はFNBPという名の関数として記憶される。標準大気圧がその関数のどこに規定されるかによって、点火が所望の排出量とエンジン速度立ち上がりを達成する点から進角又は遅角させられる。この関数は、水銀柱の長さのx座標と角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。この関数の正の値が点火を進め、負の値が点火を遅角させる。

触媒温度についての補正も関数FNCATによりなされる。概略的には、FNCATは触媒温度が低いと遅角され、触媒温度が高いと進角されるように校正される。触媒温度は、測定しても推定してもよい。この関数は、温度のx座標と角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。

最後のエンジン動作からの経過時間であるソーク時間に対する補正が関数FNSTで行われる。一般的に、FNSTは、ソーク時間が長いほど点火時期が遅角され、ソーク時間が短いほど点火時期が進角されるように校正される。この関数は、単位が秒であるソーク時間のx座標と、角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。

点火補正の要因は全て、ステップ418での点火進角値を調整するために用いられる点火進角値の変化として１つにまとめられる。そして、ルーチンはステップ422へ進み、そこでドライバ入力に対する補正が行われる。ドライバ入力は、限定するものではないが、以下の形態をとり得る。すなわち、スロットル位置の変化、電子スロットルもしくは電子制御バルブ、トルク要求、空調、又はエンジン負荷を増大させる機器又はシステムである。この例では、ドライバ入力はスロットル位置である。ドライバ入力が、スロットルに対する要求であるとき、スロットル信号が関数FNTHROTTLEを用いて処理される。この関数は、単位がボルトであるスロットル位置のx座標と、単位が角度である点火時期のy座標とを持つ。この関数は、スロットル入力が増加するにつれて点火時期を進角させるように校正されるが、他の入力も同じ形態で、ドライバ要求の増大が点火を進角させることになる。ドライバ入力が実質的にゼロ又は所定値未満のとき、この関数はドライバ入力に対する補正を行わない。そして、ルーチンはステップ426へ進む。

一方、ルーチンの図で右のパスは、ステップ424であり、動作パラメータに基づく点火時期が何らかの適切な方法により判断される。ルーチンはそれからステップ426へ進む。

ステップ426において、ステップ422，424からの点火進角が合計され、最終点火時期を生成する。このルーチンの構造と校正とにより、点火制御が、燃料供給気筒イベント数だけにか、燃料供給気筒イベント数とは独立した別の方法だけにか、又は校正によっては２つの組合せに基づくものとなるのが可能とされる。そして、ルーチンはステップ428へ進み、そこでエンジンに対して点火が実行される。エンジンへの点火が実行された後、ルーチンは再び呼び出されるまで終了する。

図５を参照すると、同期気筒イベント・ベースの点火制御の別の実施形態のフローチャートが示されている。ステップ510においてエンジン運転状態が読み出される。運転状態は、エンジン冷媒温度、触媒温度、最後にエンジンが動作してからの経過時間（ソーク時間）及び同様のパラメータを計測することにより判定される。これらのパラメータは、ステップ520，522においてエンジン点火時期を補正するのに用いられる。ステップ512において、ルーチンはエンジンが回転しているか否か判断する。そうでない場合には、回転が検出されるまでルーチンは待機する。回転が検出されたとき、ルーチンはステップ514，526へと進む。最終的な点火時期は図で別のパスを通る２つの動作の和である。

図で左のパスはステップ514において開始し、そこでは制御器12が燃料供給気筒イベント数に基づいて点火を実行すべきか否かを判断する。現在の燃料供給気筒イベント数がEVT_LIM未満のとき、ルーチンはステップ516へ進む。イベント数がEVT_LIM以上のとき、ルーチンはステップ528へ進む。ステップ516において、制御器12は、同期気筒イベントが起こったか否かを判断する。そうである場合には、燃料供給気筒イベント・カウンタがインクリメントされ、ルーチンはステップ518へ進む。新たな同期気筒イベントが起こらなかったとき、ルーチンは最後の同期気筒イベント・ベースの点火時期値を保持してステップ528へ進む。

ステップ518において、エンジンと制御器との同期が判断される。制御器がエンジン位置判定を可能とするカムとクランクの信号を観測するとき、エンジン制御器は動作とエンジン・タイミングを合致させ、同期する。同期すると、イベント・カウンタがゼロにセットされ、ルーチンがステップ520へ進む。エンジンと制御器が既に同期しているときも、ルーチンはステップ520へ進む。同期が成立していないとき、同期が成立し得ないとき、ルーチンはステップ528へ進む。

ステップ520において、図８のテーブルFNESPKから目標点火進角値が読み出される。しかしながら、ステップ520で用いられる点火進角値は、図８に関して前述した燃料供給気筒イベントに代えて、同期後の気筒イベント数に基いている。目標点火時期が判断された後、ルーチンはステップ522へ進む。

ステップ522においては、ステップ510において観測されたエンジン運転状態に応じて点火時期を調整することができる。大気圧補正はFNBPという名の関数として記憶される。標準大気圧がその関数のどこに規定されるかによって、点火が所望の排出量とエンジン速度立ち上がりを達成する点から進角又は遅角させられる。この関数は、水銀柱の長さのx座標と角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。この関数の正の値が点火を進め、負の値が点火を遅角させる。

吸入空気温度についての補正がFNACTという名の関数として記憶される。標準吸入空気温度がその関数のどこに規定されるかによって、所望の排出量とエンジン速度立ち上がりを得る点から進角又は遅角されるかが決まる。この関数は、温度のx座標と、角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。

点火補正の要因は全て、ステップ520での点火進角値を調整するために用いられる点火進角値の変化として１つにまとめられる。そして、ルーチンはステップ524へ進み、そこでドライバ入力に対する補正が行われる。ドライバ入力は、限定するものではないが、以下の形態をとり得る。すなわち、スロットル位置の変化、電子スロットルもしくは電子制御バルブ、トルク要求、空調、又はエンジン負荷を増大させる機器又はシステムである。この例ではドライバ入力はスロットル位置である。ドライバ入力が、スロットルに対する要求であるとき、スロットル信号が関数FNTHROTTLEを用いて処理される。この関数は、単位がボルトであるスロットル位置のx座標と、角度を単位とする点火時期のy座標とを持つ。この関数は、スロットル入力が増加するにつれて点火時期を進角させるように校正されるが、他の入力も同じ形態で、ドライバ要求の増大が点火を進角させることになる。ドライバ入力が実質的にゼロ又は所定値未満のとき、この関数は、ドライバ入力に対する補正を行わない。そして、ルーチンはステップ528へ進む。

これに対し、ルーチンの図で右のパスは、ステップ526であり、動作パラメータに基づく点火時期が何らかの適切な方法により判断される。それから、ルーチンはステップ528へ進む。

ステップ528において、ステップ524，526からの点火進角が合計され、最終点火時期を生成する。このルーチンの構造と校正とにより、点火制御が、燃料供給気筒イベントだけにか、燃料供給気筒イベント数とは独立した別の方法だけにか、又は校正によっては２つの組合せに基づくものとなるのが可能とされる。そして、ルーチンはステップ530へ進み、そこでエンジンに対して点火が実行される。エンジンへの点火が実行された後、ルーチンは再び呼び出されるまで終了する。

図６を参照すると、通常の時間ベースの点火が用いられる場合の始動中の関連パラメータを示すグラフである。各信号軌跡を同時に見ることができるように、各信号の大きさは標準化されている。図６及び図７は、２つの方法の比較を客観的にできるように、同じ縮尺とされている。

エンジン速度（RPM）、炭化水素排出濃度（HCPPM）、動作開始からの経過時間（ATMR1）及び点火時期（SAF）が、冷間始動時の典型的な信号軌跡を示すためにプロットされている。信号間の関係が判るはずである。噴射燃料質量は最初大きく、時間経過と共に減少する。それは、エンジン冷媒温度と動作からの経過時間の座標を持つテーブルにより表される軌跡に沿ったものである。燃料供給量は気筒イベント数に直接関連してはいない。この取組みは、個々のイベントが制御されていないので、炭化水素排出量（HCPPM）が高くなる。信号ATMR1が線形的に増加し、それがエンジン速度や気筒イベント数とは独立したものであることに、留意すべきである。

図７を参照すると、図６と同じパラメータを示すが、そこにおいては、本発明の実施形態による燃料供給気筒イベントに基づく燃料供給が用いられている。各信号の軌跡を同時に見ることができるように、各信号の大きさは標準化されている。

エンジン速度（RPM）、炭化水素排出量（HCPPM）、気筒燃料供給回数（EVTCNT）及び点火進角（SAFTOT）が、冷間始動時の典型的な信号軌跡を示すためにプロットされている。信号間の関係から、点火時期が燃料供給気筒イベント数に基づいて変化するのが可能とされているのが判るはずである。点火時期はテーブルFNESPKで表される軌跡に沿う。実行される点火時期は特定の同期気筒イベントに関連付けられ、その結果、エンジン速度をアイドル状態まで立ち上げるのに充分なトルクを発生しながら、炭化水素排出量を低減する。

図８を参照すると、エンジン冷媒温度と燃料供給気筒イベント数とに基づく目標点火時期の例を示すテーブルFNESPKが示されている。このテーブルは、特定の燃料供給気筒イベントにおいて行われるべき点火時期を決定するのに用いられる。テーブルは、華氏を単位とするエンジン温度のx座標と、燃料供給気筒イベント数の座標とを持つ。具体的には、テーブルの列と行とは、燃焼過程をサポートするのに必要な解像度により規定される。概略的には、最初２回のエンジン・サイクルに亘り個々の気筒イベントを制御するのに充分な列が、数回の追加の列と共に設けられる。追加列は、燃料供給気筒イベント数が大きくなるにつれて燃焼過程が安定するのを反映した点火時期を規定するのに用いられる。テーブル内の負の値が圧縮行程の上死点後の点火進角値を示す一方、正の値は圧縮行程の上死点前の点火進角値を示す。

列の形状に関し、数回の気筒イベントに亘り一定のエンジン温度において点火が実行される。最初の２列において点火遅角が要求され、それから点火が進角する。この点火特性は、始動中の点火時期要求の変化を反映させたものである。最初２回の気筒イベントの間、気筒吸気には殆ど残留ガスが無いので、より大きな点火遅角を許容する。続くイベントでは、残留ガスが増加する際のエンジン速度立ち上がりと燃焼をサポートするために、点火時期の進角が必要となる。

図９を参照すると、シーケンシャル制御に基づいて燃料供給を制御するために制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが示されている。シーケンシャル燃料供給制御は、気筒の吸気量に基づいて各気筒特有の燃料量を供給する。燃料は、吸気弁が開いた状態で供給しても閉じた状態で供給してもよい。個々の燃料量を個々の空気量に合わせることにより、シーケンシャル燃料供給制御は排出量を低減する機会を提供する。点火時期を個々の気筒イベントに合わせることにより、さらなる排出量の低減を得ることができる。エンジン10と制御器12とが同期してからシーケンシャル燃料制御が行われる。まず、ステップ910においてエンジン運転状態が読み出される。運転状態は、エンジン冷媒温度等のパラメータを計測することにより判定される。ステップ912において、ルーチンは、ステップ914において燃料供給を空気の供給と同期させるべきか又はステップ916へ進んでエンジン空気量を読み出すべきかを判断する。燃料の供給が空気の供給と同期していない場合、制御器12は２イベント分の予測エンジン空気量を次の吸気行程気筒に合わせる。ステップ916においてエンジン空気量がエンジン空気量予測ルーチンから読み出される。ステップ918において目標λ値が、テーブルに記憶された所定の値の中から検索される。そのテーブルは、エンジン冷媒温度ECTのx座標と、動作開始からの経過時間のy座標とを持つ。λ値は以下のように計算される。

λ＝（Air／Fuel）／（Air／Fuel_{stoichiometry}）
ステップ920において、ステップ916のエンジン空気量とステップ918で読み出されたλ値とに基づいて燃料質量（Base_Fuel_Mass）が次のように計算される。

Base_Fuel_Mass＝Engine_Air_Amount／｛（Air/Fuel_{stoichiometry}）＊λ｝
ステップ922において、その入力が目標燃料質量でかつその出力が噴射パルス幅である関数を用いて噴射パルス幅が計算される。ステップ924において、ステップ922で求められた期間だけ噴射弁66が駆動される。この過程は、気筒特有の空気量を用いて噴射イベント毎に生じ、気筒特有の燃料量を生成する。

図１０を参照すると、ビッグバン燃料供給を行うために制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが示されている。ビッグバン燃料供給は、エンジン同期が必要とされないので、始動時間を短縮する。ビッグバン燃料供給を用いても理想的な排出量は得られないが、気筒イベント・ベースの点火制御がビッグバン燃料供給と共に実行されるとき、始動時間を短縮しながら排出量を低減することができる。排出量の低減は、点火時期を正確な噴射量を受けた気筒と合わせることの結果である。まず、ステップ1010において、エンジン運転状態が読み出される。エンジン冷媒温度等のパラメータを計測することにより、運転状態が判定される。これらのパラメータは、ブロック1014でエンジン燃料量を補正するのに用いられる。ステップ1012において、エンジン空気量がステップ1012で行われた計算結果から読み出される。ステップ1014において、図９のステップ918で用いられたのと同じ方法を用いて目標λ値が読み出される。ステップ1016において、ルーチンは、エンジンが回転しているか否かを判断し、そうである場合には、ステップ1018において、最初のエンジン・イベントが検出された時点で全噴射弁が同時に作動される。エンジンが回転していない場合には、燃料は供給されず、回転が検出されるまでルーチンは待機する。ステップ1020において、エンジン制御器12は、クランクシャフト40とカムシャフト130のセンサにより提供される信号を用いてエンジン位置を判定する。エンジン位置が判定されると、予測エンジン空気量と燃料供給とが合わせられる。ビッグバン燃料供給は、エンジン２回転分の燃料を供給し、制御器12が、ステップ1024においてSEFI燃料供給を開始する前に、ステップ1022においてエンジン・イベントでN3回分待機するのを可能とする。N3はエンジンの気筒数である。

当業者には判るように、図２、図３、図４、図５、図９及び図１０に記載のルーチンは、イベント・ドリブン（event-driven）、インターラプト・ドリブン（interrupt-driven）、マルチ・タスク（multi-tasking）、マルチ・スレッド（multi-tasking）等、複数の処理法の１つ又は複数で表し得る。そのようであるので、図示されたステップや機能は、図示の順番で実行することも、並列に実行することも、或いは場合によっては省略することもできる。同様に、処理の順番は本発明の目的、特徴及び利点を得るために、必ずしも必要とされないが、図示及び説明を容易にするために提供される。明確に示されてはいないが、当業者であれば、用いられる特定の制御手法によっては、図示のステップもしくは機能の１つ又は複数が、反復的に実行されることができるということを認識するであろう。

これで、本発明の説明を終了する。斯かる本発明の詳細な説明から、当業者であれば、本発明の思想及び範囲から逸脱することなしに、多くの変形及び改良を想到するであろう。例えば天然ガス、ガソリン又は代替燃料で動作するＩ３（直列３気筒を表す。以下同様）Ｉ４，Ｉ５，Ｖ６（Ｖ型６気筒を表す。以下同様），Ｖ８，Ｖ１０，Ｖ１２等、種々の形態のエンジンが本発明を有利に用いることができる。従って、本発明の範囲は、各請求項により規定されることが意図される。

本発明が有利に用いられるエンジンの概略図である。始動時の燃料供給気筒イベント・ベースの点火制御のハイレベル・フローチャート図である。始動時の同期気筒イベント・ベースの点火制御のハイレベル・フローチャート図である。始動時の燃料供給気筒イベント・ベースの点火制御の代替方法を示すハイレベル・フローチャート図である。始動時の同期気筒イベント・ベースの点火制御の代替方法を示すハイレベル・フローチャート図である。始動時の通常の時間ベースの点火と生成される炭化水素排出量を示すグラフである。始動時の燃料供給気筒イベント・ベースの点火と生成される炭化水素排出量を示すグラフである。始動時に実行される点火の例のテーブルである。シーケンシャル燃料制御（SEFI）を示すハイレベル・フローチャート図である。ビッグバン燃料供給を表すハイレベル・フローチャート図である。

10 エンジン
12 エンジン制御器
62 スロットル弁

Claims

制御器によって内燃機関を制御するための制御方法であって、
上記内燃機関の始動時にその回転に伴う動作開始から、上記制御器による内燃機関の点火及び燃料供給の動作と、カムシャフト及びクランクシャフトにおいてセンサにより検出される信号に基づいて制御器で判定されるエンジン位置とが合致した同期状態で燃料噴射を受けた気筒の数をカウントするステップと、
上記気筒カウント数に基づいて気筒点火進角を調整するステップと、
内燃機関の始動時に、上記制御器による内燃機関の点火及び燃料供給の動作と、カムシャフト及びクランクシャフトにおいてセンサにより検出される信号に基づいて制御器で判定されるエンジン位置とが合致した同期状態になる前に、上記エンジン位置とは非同期に燃料を噴射するステップと、
上記制御器による内燃機関の点火及び燃料供給の動作と、制御器で判定されるエンジン位置とが合致した同期状態になった後に上記エンジン位置と同期して燃料を噴射するステップと
を有する内燃機関の制御方法。
請求項１に記載の内燃機関の制御方法において、
上記燃料噴射が、上記内燃機関の始動時にリーン空気燃料混合気を生成する内燃機関の制御方法。
請求項１に記載の内燃機関の制御方法において、
上記制御器による内燃機関の点火及び燃料供給の動作と、カムシャフト及びクランクシャフトにおいてセンサにより検出される信号に基づいて制御器で判定されるエンジン位置とが合致した同期状態になる前に、気筒に対する最初の燃料噴射が検出されたときに、全ての気筒に燃料を噴射させる内燃機関の制御方法。
内燃機関の点火を制御するためのコンピュータに格納され、
前記請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御方法のステップを実行可能なコンピュータ・プログラム。