JP4412000B2 - Control device for internal combustion engine and control method for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法に関し、特に、機関が始動する際の排気性能の改善及び機関の始動性の向上を実現可能な内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine control device and an internal combustion engine control method, and more particularly to an internal combustion engine control device and an internal combustion engine control capable of improving exhaust performance and engine startability when the engine is started. Regarding the method.
特開平8−232745号公報(特許文献1)には、始動から所定時間が経過するまでの期間では、点火時期のリタード制御によって触媒活性を図る一方、その後の冷却水温度が所定温度に上昇するまでの期間では、空燃比のリーン化によるHC、CO量の抑制を図る技術が開示されている。この技術においては、暖機運転中に、空燃比のリーン化制御と点火時期のリタード制御とを並行して行わせると、本来点火時期を比較的大きくリタードできる条件であるにも関わらず、空燃比のリーン化によってリタード量が抑制されることになってしまい、同様に、空燃比を大きくリーン化させてHC,CO量の抑制が図れる条件下では、点火時期のリタードによってリーン化が抑制されることになってしまい、結果的に暖機時の排気性能の改善代が大きく低下してしまうという問題を解決しようとしている。 In JP-A-8-232745 (Patent Document 1), during a period until a predetermined time elapses from the start, the catalyst activity is achieved by retard control of the ignition timing, while the subsequent cooling water temperature rises to a predetermined temperature. In the period up to this point, a technique for suppressing the amount of HC and CO by making the air-fuel ratio lean is disclosed. In this technology, when the air-fuel ratio leaning control and the ignition timing retard control are performed in parallel during the warm-up operation, the engine is in a condition that the ignition timing can be retarded relatively large. The retard amount is suppressed by the leaning of the fuel ratio, and similarly, the leaning is suppressed by the retard of the ignition timing under the condition that the air-fuel ratio is greatly leaned to suppress the HC and CO amounts. As a result, there is an attempt to solve the problem that the cost for improving the exhaust performance during warm-up is greatly reduced.
特開2001−304084号公報(特許文献2)には、エンジンの温間始動時においては、エンジンの始動時におけるエンジン回転速度の過上昇を抑制すべく、その始動時から所定期間、点火時期を遅角制御し、その後、点火時期を徐々に進角させる技術が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-304084 (Patent Document 2) discloses that, during the warm start of the engine, the ignition timing is set for a predetermined period from the start in order to suppress an excessive increase in the engine speed at the start of the engine. A technique for retarding control and then gradually advancing the ignition timing is disclosed.
特開2002−168168号公報(特許文献3)には、内燃機関を冷機始動した際の点火時期の遅角によるエンジン回転数の急激な低下を防止し得て、ストールを回避するために、内燃機関の冷機始動後のアイドル運転時に点火時期が通常よりも遅角側の目標点火時期になるよう制御している際に、エンジン回転数検出手段の検出するエンジン回転数が、内燃機関のエンジン冷却水温度により定められる目標エンジン回転数からこの目標エンジン回転数保持のための第1の設定回転数よりも大きい第2の設定回転数を越える回転数域に降下した場合には、通常の目標点火時期に向かって通常の進角変化率よりも大きい第1の進角変化率により進角させるよう制御する技術が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-168168 (Patent Document 3) discloses an internal combustion engine in order to prevent a sudden decrease in the engine speed due to the retard of the ignition timing when the internal combustion engine is cold-started, and to avoid a stall. When the engine is controlled so that the ignition timing becomes the target ignition timing that is retarded from the normal timing during idling after the engine is started, the engine speed detected by the engine speed detecting means is the engine cooling speed of the internal combustion engine. When the engine speed falls from a target engine speed determined by the water temperature to a speed range exceeding a second set speed greater than the first set speed for maintaining the target engine speed, normal target ignition is performed. A technique is disclosed in which control is performed to advance at a first advance angle change rate larger than a normal advance angle change rate toward the time.
排気性能の改善と、出力トルクの低下の抑制が高いレベルで両立できることが望まれている。
本発明の目的は、機関が始動する際の排気性能の改善及び機関の始動性の向上を実現可能な内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法を提供することである。
It is desired that both improvement in exhaust performance and suppression of reduction in output torque can be achieved at a high level.
An object of the present invention is to provide an internal combustion engine control apparatus and an internal combustion engine control method capable of improving exhaust performance when starting the engine and improving startability of the engine.
本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の始動の際に機関パラメータを制御する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の初爆からの筒内吸入空気量の積算値が、スロットルバルブから吸気バルブまでの空間に存在する空気量となるまでの期間である第1所定期間は、点火時期が遅角側に設定されるとともに、筒内の空燃比がリーンに設定され、前記第1所定期間の後は、前記第1所定期間までの運転状態に比べてトルク重視の運転状態に切り替えられることを特徴としている。 The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is a control apparatus for an internal combustion engine that controls engine parameters when starting the internal combustion engine, and the integrated value of the in-cylinder intake air amount from the initial explosion of the internal combustion engine is a throttle value. between the first predetermined period is a period until the amount of air present in the space from the valve to the intake valve, with the ignition timing is set to the retard side, the air-fuel ratio in the cylinder is set to a lean, the After the first predetermined period, the operation state is switched to a torque-oriented operation state as compared with the operation state up to the first predetermined period.
本発明によれば、始動初爆から数サイクルまでの間の排気特性の悪化を防止しつつ、内燃機関の始動性の悪化(ストールを含む)を防止することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent deterioration of startability (including stall) of the internal combustion engine while preventing deterioration of exhaust characteristics between the initial explosion and several cycles.
本発明の内燃機関の制御装置において、前記遅角側に設定された点火時期は、概ねATDC15°であることを特徴としている。
In the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the ignition timing set on the retard side is approximately
本発明の内燃機関の制御装置において、前記第1所定期間は、前記初爆の時点からの筒内吸入空気量の積算値が所定値になる時期に対応していることを特徴としている。 In the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the first predetermined period corresponds to a time when the integrated value of the in-cylinder intake air amount from the time of the first explosion becomes a predetermined value.
本発明の内燃機関の制御装置において、前記所定値は、前記内燃機関の始動前におけるスロットル弁から吸気バルブまでの空間に存在する空気量に対応した値であることを特徴としている。 In the control device for an internal combustion engine according to the present invention, the predetermined value is a value corresponding to an air amount existing in a space from a throttle valve to an intake valve before the start of the internal combustion engine.
本発明によれば、吸気系に残留する空気の消費に伴い吸入空気量が減少するが、トルク重視の運転状態に切り替えられることにより、内燃機関の始動性の悪化(ストールを含む)を防止することができる。 According to the present invention, the amount of intake air decreases with the consumption of air remaining in the intake system, but deterioration of the startability (including stall) of the internal combustion engine is prevented by switching to a torque-oriented operating state. be able to.
本発明の内燃機関の制御装置において、前記第1所定期間は、前記内燃機関の始動条件毎に予め設定された時間に対応する期間であることを特徴としている。 The control device for an internal combustion engine of the present invention, the first predetermined time period is characterized in that before Symbol is a period corresponding to a preset time for each start condition of the internal combustion engine.
本発明の内燃機関の制御装置において、前記第1所定期間は、前記内燃機関の排気温度が予め設定された温度になる時期に対応していることを特徴としている。 The control device for an internal combustion engine of the present invention, the first predetermined time period is characterized in that exhaust gas temperature before SL internal combustion engine corresponds to the amount of time until the preset temperature.
本発明の内燃機関の制御装置において、前記第1所定期間は、前記内燃機関の回転数が予め設定された値になる時期に対応していることを特徴としている。 The control device for an internal combustion engine of the present invention, the first predetermined time period is characterized in that the rotational speed of the front Symbol internal combustion engine corresponds to the amount of time until the preset value.
本発明の内燃機関の制御装置において、前記第1所定期間は、前記内燃機関の燃焼サイクルが概ね10サイクルに対応していることを特徴としている。 In the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the combustion cycle of the internal combustion engine corresponds to approximately 10 cycles during the first predetermined period.
本発明の内燃機関の制御装置において、前記トルク重視の運転状態とは、前記点火時期を進角させることであることを特徴としている。 In the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the torque-oriented operating state is that the ignition timing is advanced.
本発明の内燃機関の制御装置において、前記トルク重視の運転状態とは、筒内吸入空気量を増加させることであることを特徴としている。 In the control device for an internal combustion engine according to the present invention, the torque-oriented operating state is to increase the in-cylinder intake air amount.
本発明の内燃機関の制御装置において、前記トルク重視の運転状態とは、空燃比をリッチ側にすることであることを特徴としている。 In the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the torque-oriented operating state is that the air-fuel ratio is made rich.
本発明の内燃機関の制御装置において、前記第1所定期間よりも長い第2所定期間の後は、前記第1所定期間から前記第2所定期間までの運転状態に比べて、HC排出量の抑制重視の運転状態に切り替えられることを特徴としている。 In the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, after the second predetermined period longer than the first predetermined period, the HC emission amount is suppressed as compared with the operating state from the first predetermined period to the second predetermined period. It is characterized by being able to switch to an important driving state.
本発明の内燃機関の制御装置において、前記HC排出量の抑制重視の運転状態とは、前記点火時期を遅角させることであることを特徴としている。 In the control device for an internal combustion engine according to the present invention, the operating state in which the suppression of the HC emission amount is emphasized is to retard the ignition timing.
本発明の内燃機関の制御装置において、前記HC排出量の抑制重視の運転状態とは、筒内吸入空気量を減少させることであることを特徴としている。 In the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the operation state in which the suppression of the HC emission amount is emphasized is to reduce the in-cylinder intake air amount.
本発明の内燃機関の制御装置において、前記HC排出量の抑制重視の運転状態とは、空燃比をリーン側にすることであることを特徴としている。 In the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the operating state in which importance is placed on the suppression of the HC emission amount is that the air-fuel ratio is on the lean side.
本発明の内燃機関の制御方法は、(a)内燃機関の初爆からの筒内吸入空気量の積算値が、スロットルバルブから吸気バルブまでの空間に存在する空気量となるまでの期間である第1所定期間は、前記内燃機関の始動直後より筒内及び排気ポートにてHC酸化反応が促進されるように、点火時期を遅角側に設定するとともに、筒内の空燃比をリーンに設定するステップと、(b)前記第1所定期間の後は、前記第1所定期間までの運転状態に比べて、トルク重視の運転状態が行われるステップとを備えたことを特徴としている。 The control method for an internal combustion engine of the present invention is (a) a period until the integrated value of the in-cylinder intake air amount from the first explosion of the internal combustion engine becomes the air amount existing in the space from the throttle valve to the intake valve. between the first predetermined period, wherein as the engine start HC oxidation reaction at the cylinder and the exhaust port immediately after is promoted, and sets retarding the ignition timing, the air-fuel ratio in the cylinder to lean A setting step; and (b) after the first predetermined period, a step in which an operation state emphasizing torque is performed as compared with the operation state up to the first predetermined period.
従来、冷間始動時に、点火時期を遅角させ、又は空燃比をリッチ側に変化させることにより排気ガス浄化触媒の昇温を促進するとともに、ラフネス制御によりトルク変動(ラフネス)を安定化させる技術が知られている(例えば特開平11−280518号公報)。
冷間始動時では、触媒が暖まっていないために、HC、COがテールパイプエミッションとして大量に排出される。そこで、点火時期の大幅遅角による触媒の暖機を促進させることを行う。
本発明では、始動初爆より大幅点火遅角とともにA/Fリーン化により、触媒暖機のみならず、筒内・排気管内でのHC・COの後燃えにより2サイクル目からのエンジン出ガスを極端に減少させることを可能にする。それにともなう冷間始動時に点火時期の遅角による出力トルクが低下することに対し、簡便な方法で出力トルクを防ぐことを可能としたものである。
Conventionally, at the time of cold start, the ignition timing is retarded or the air-fuel ratio is changed to the rich side to promote the temperature rise of the exhaust gas purification catalyst, and the torque fluctuation (roughness) is stabilized by roughness control Is known (for example, JP-A-11-280518).
At the time of cold start, since the catalyst is not warmed, HC and CO are discharged in large quantities as tail pipe emissions. Therefore, the warm-up of the catalyst due to a large retardation of the ignition timing is promoted.
In the present invention, the engine exhaust gas from the second cycle is reduced not only by catalyst warm-up but also by HC / CO afterburning in the cylinder / exhaust pipe by making the A / F lean with a large ignition delay from the initial explosion. It makes it possible to reduce it extremely. As a result, the output torque can be prevented by a simple method against the decrease in the output torque due to the retard of the ignition timing during the cold start.
本発明の内燃機関の制御装置によれば、機関が始動する際の排気性能の改善及び機関の始動性の向上を実現することができる。 According to the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention, it is possible to realize improvement in exhaust performance when the engine is started and improvement in startability of the engine.
以下、本発明の内燃機関の制御装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a control device for an internal combustion engine of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示すように、自動車に備えられたガソリンエンジン(以下、エンジンという)11のシリンダブロック12内には、ピストン13が往復移動可能に設けられている。このピストン13は、コンロッド14を介してエンジン11の出力軸であるクランクシャフト15に連結されている。そして、ピストン13の往復移動は、コンロッド14によってクランクシャフト15の回転へと変換されるようになっている。また、シリンダブロック12には、エンジン11の冷却水温を検出するための水温センサ16が設けられている。
As shown in FIG. 1, a
上記シリンダブロック12の上端には、シリンダヘッド17が設けられている。シリンダヘッド17とピストン13との間には燃焼室18が設けられている。シリンダヘッド17には燃焼室18に臨むように点火プラグ19が設けられている。燃焼室18は吸気ポート20を介して吸気通路21に接続されるとともに、排気ポート22を介して排気通路23に接続されている。吸気通路21において、その上流部分にはエアクリーナ24が設けられ、その下流には吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ25が設けられている。また、吸気通路21においてスロットルバルブ25の下流には吸入空気量の脈動を抑制するためのサージタンク26が設けられ、同サージタンク26から延びるインテークマニホールド27が各燃焼室18の吸気ポート20に接続されている。また、インテークマニホールド27の下流端には、燃料を前記吸気ポート20に向けて噴射する燃料噴射弁37が設けられている。
A
シリンダヘッド17には吸気バルブ28及び排気バルブ29が摺動可能に貫通支持されている。吸気ポート20と燃焼室18とは吸気バルブ28により連通・遮断され、排気ポート22と燃焼室18とは排気バルブ29により連通・遮断されるようになっている。
An
上記シリンダブロック12の下部には前記クランクシャフト15の回転速度を検出するための回転数センサ30が設けられている。
A
さらに、エンジン11の近傍にはスタータモータ34が設けられ、同スタータモータ34はイグニションキーの操作に基づくスタートスイッチ35のON動作に基づいて回転してエンジン11の始動時にクランキングを行うようになっている。
Further, a
上記のように構成されたエンジン11の運転時には、自動車の室内に設けられたアクセルペダルが踏込操作されると、その踏み込み量に応じてスロットルバルブ25の開度が調節され、エンジン11の吸入空気量が調整されるようになる。また、エンジン11の吸気行程中に燃料噴射弁37による燃料噴射が行われ、燃焼室18内には燃料と空気との燃料混合気が導入され、同燃料混合気に対し点火プラグ19によって点火が行われる。そして、燃焼室18内の燃料混合気が点火されて燃焼すると、このときの燃焼エネルギーによりピストン13が往復移動してエンジン11が駆動される。また、燃焼室18内で燃焼した後のガスは、排気行程において排気バルブ29が開弁されると、排気として排気ポート22及び排気通路23を介してエンジン11の外部に送り出されるようになる。
When the
続いて、こうした車両において、上記エンジン11の制御を司る同車両の制御系の構成について、同図1に基づき説明する。
Next, the configuration of the control system of the vehicle that controls the
本実施形態にかかる車両では、上記の制御系として役割を司る電子制御装置(ECU)40を備えている。このECU40は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM及びタイマー等を備える算術論理演算回路として構成されており、イグニションキーの操作に基づくイグニションスイッチ36のON動作に基づいて各種の制御処理を実行するようになっている。ここで、ROMは各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されたメモリであり、CPUはROMに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、RAMはCPUでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAMはエンジン11の停止時にその記憶されたデータ等を保存する不揮発性のメモリである。
The vehicle according to the present embodiment includes an electronic control unit (ECU) 40 that plays a role as the control system. The
このように構成されたECU40には、水温センサ16、回転数センサ30をはじめとして、車両やエンジン11の運転状態を検知する各種センサの検出信号が入力される。そして、ECU40は、上記各種センサの検出信号に基づき、燃料噴射、点火などのエンジン11の運転制御を実行する。
The
ECU40は、吸気通路21に設けられた図示しないエアフローメータの検出信号に基づき吸入空気量を求めるとともに、回転数センサ30の検出信号に基づきエンジン回転速度を求め、さらに、水温センサ16の検出信号に基づいて冷却水温を求める。ECU40は、これら吸入空気量、エンジン回転速度及び冷却水温に基づいて燃料噴射量を算出するとともに、燃料噴射時期を算出する。そして、ECU40は上記燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁37を駆動制御する。この燃料噴射弁37の駆動制御により、燃料噴射量に対応した量の燃料が燃料噴射弁37から各吸気ポート20内に向けて噴射されるようになる。また、ECU40は、これら吸入空気量、エンジン回転速度及び冷却水温に基づいて点火時期を算出する。そして、ECU40は点火時期に基づき各点火プラグ19を駆動制御する。この各点火プラグ19の駆動制御により、各気筒において燃料混合気に点火される。
The
本発明者による今回の実験の結果、排気性能の改善には、初爆から数サイクルまでの燃焼状態の影響が大きいとの知見が新たに得られた。即ち、始動直後の1点火目(1サイクル目)から点火時期の大幅遅角により排気温度を上昇させるとともに、筒内の空燃比(A/F)をリーン(酸素過多雰囲気)にすることで、エンジン出ガスHC、COを極端に減らすことができるというものである。 As a result of this experiment by the present inventor, new knowledge has been obtained that the influence of the combustion state from the first explosion to several cycles is large in improving the exhaust performance. That is, by raising the exhaust gas temperature from the first ignition (1st cycle) immediately after the start by a large delay of the ignition timing, and making the air-fuel ratio (A / F) in the cylinder lean (oxygen-rich atmosphere), The engine exhaust gas HC and CO can be extremely reduced.
図3は、エンジンから排出されるエンジン出ガスに含まれるHCの時間的変化を示した図である。図3において、横軸は、初爆からの経過時間を示している。図3において、「現状適合値」とは、従来技術による実験結果を示しており、また、「HC酸化反応促進条件」とは、本実施形態による実験結果を示している。ここで、本実施形態におけるHC酸化反応促進条件とは、筒内のA/F(燃焼に関連するA/F)はリーンであり、点火時期は図4に示されている通りである。即ち、エンジン始動直後の1〜10サイクルまでの点火時期は、ATDC15°であり、11〜40サイクルまではATDC7°であり、41サイクル以降はATDC15°である。上記のように、現状適合値は、本実施形態のような点火時期の大幅遅角制御が行われないと共に、筒内のA/Fがリーンに設定されない状態での実験結果である。
FIG. 3 is a diagram showing a temporal change of HC contained in the engine exhaust gas discharged from the engine. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the elapsed time from the first explosion. In FIG. 3, “currently relevant value” indicates an experimental result according to the prior art, and “HC oxidation reaction promoting condition” indicates an experimental result according to the present embodiment. Here, the HC oxidation reaction promoting condition in the present embodiment is that the in-cylinder A / F (A / F related to combustion) is lean, and the ignition timing is as shown in FIG. That is, the ignition timing from 1 to 10 cycles immediately after starting the engine is
図3に示すように、現状適合値では、始動直後の数サイクル(始動後1秒以内)に排出されるHCの量が非常に多い。そこで、本実施形態では、HCが非常に多い始動直後の数サイクルでは、HCの排出を抑制すべく、点火時期を大幅に遅角させる(上記例ではATDC15°)とともに、筒内のA/Fをリーンにしている。これにより、図3に示すように、始動直後の数サイクルでのHCの量が大幅に減少した。
As shown in FIG. 3, with the current value, the amount of HC discharged in several cycles immediately after startup (within 1 second after startup) is very large. Therefore, in the present embodiment, in several cycles immediately after the start with a very large amount of HC, the ignition timing is greatly retarded (
しかしながら、このように、初爆当初から、点火時期を大幅に遅角させるとともに筒内のA/Fをリーンにて燃焼を継続させると、出力トルクを十分に得ることができないという問題がある。以下、この問題を図5を参照して説明する。 However, there is a problem that if the ignition timing is greatly retarded from the beginning of the first explosion and the combustion of the in-cylinder A / F is continued in a lean manner, sufficient output torque cannot be obtained. Hereinafter, this problem will be described with reference to FIG.
図5は、エンジン回転数の時間的変化を示している。図3において、横軸は、初爆からの経過時間を示している。現状適合値は、エンジン始動直後にエンジン回転数が約2500[rpm]程度まで上昇している。これに対して、点火時期の大幅な遅角制御が行われるHC酸化反応促進条件では、現状適合値よりもエンジン回転数の上昇が少なくなっている。これは、大幅な遅角制御がされているため、筒内の燃焼によって生じたエネルギーが、相対的に大きな割合で熱エネルギー(排気温度の上昇)として使用され、運動エネルギー(トルク、動力)としては相対的に小さな割合でしか使用されないためである。 FIG. 5 shows the temporal change of the engine speed. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the elapsed time from the first explosion. As for the current value, the engine speed increases to about 2500 [rpm] immediately after the engine is started. On the other hand, under the HC oxidation reaction acceleration condition in which the ignition timing is largely retarded, the increase in the engine speed is less than the current value. This is because the retarded angle control is significant, so the energy generated by the combustion in the cylinder is used as heat energy (exhaust temperature rise) at a relatively large rate, and as kinetic energy (torque, power) Is used only in a relatively small proportion.
図5において、破線は、上述した、初爆当初からの点火時期の大幅な遅角制御とリーンな状態での燃焼をそのまま継続させると、出力トルクを十分に得ることができない結果としてのエンジン回転数の低下を示している。 In FIG. 5, the broken line indicates the engine rotation as a result of not being able to obtain sufficient output torque if the ignition timing is greatly retarded from the initial explosion and combustion in a lean state is continued. Shows a drop in numbers.
このことから、本実施形態では、HCが非常に多い始動直後の数サイクル(図3の現状適合値のピーク参照)において、点火時期を大幅に遅角させるとともに筒内のA/Fをリーンにして、HCの排出を効果的に抑制し、その後は、図5の破線に示されるような出力トルクの低下を抑制すべく、トルク主体の燃焼状態に切り替える。本例において、トルク主体の燃焼状態とは、点火時期を進角させることである(上記例ではATDC7°)。始動直後の数サイクルを経過した後には、エンジンの雰囲気温度が上昇し、排気温度が上昇していることから未燃HCが十分に燃える。そのため、始動直後の数サイクルを経過した後には、トルク主体の燃焼状態に切り替えても(点火時期を進角させても)、HCの排出量が少ないためである。
For this reason, in this embodiment, the ignition timing is significantly retarded and the in-cylinder A / F is made lean in several cycles immediately after the start with a very large amount of HC (refer to the peak of the current value in FIG. 3). Thus, the HC emission is effectively suppressed, and thereafter, the combustion state is switched to the torque main body so as to suppress the decrease in the output torque as shown by the broken line in FIG. In this example, the torque-based combustion state is to advance the ignition timing (
ここで、始動直後の数サイクルのHCの排出の抑制のための燃焼状態から、トルク主体の燃焼への移行は、最適なタイミングにて行われる必要がある。上記例(図4及び図5)では、10サイクル目で点火時期の大幅な遅角制御が終了し、11サイクル目からそれまでの大幅な遅角から進角されている。本実施形態では、この点火時期を大幅な遅角から進角させるタイミング(10サイクルと11サイクルの境目)の検出が以下の方法により行われる。 Here, the transition from the combustion state for suppressing the exhaust of HC in several cycles immediately after the start to the torque-based combustion needs to be performed at an optimal timing. In the above example (FIGS. 4 and 5), the ignition timing is greatly retarded at the 10th cycle, and the ignition timing is advanced from the 11th cycle to the significant retardation. In the present embodiment, detection of the timing (the boundary between the 10th cycle and the 11th cycle) at which this ignition timing is advanced from a large retardation is performed by the following method.
図1において、スロットルボディ(スロットルバルブ25)から吸気バルブ28までの空気量が全て消費されるサイクルの次のサイクルより、トルク主体の燃焼に移行させる。エンジン11の始動前のスロットルバルブ25が閉じた状態においては、スロットルバルブ25から吸気バルブ28までの空間(サージタンク26を含む)に空気が充填されている。エンジン11が始動されると、そのエンジン11の始動前からスロットルバルブ25から吸気バルブ28までの空間に充填されていた空気が最初にエンジン11の筒内に入る。その後、そのスロットルバルブ25から吸気バルブ28までの空間に充填された空気の消費が完了すると、所定の開度のスロットルバルブ25の絞りを経て、エンジン11の筒内に空気が流入してくる。
In FIG. 1, torque-based combustion is shifted to the cycle following the cycle in which the entire air amount from the throttle body (throttle valve 25) to the
即ち、エンジン11の始動前からスロットルバルブ25から吸気バルブ28までの空間に充填されていた空気が最初にエンジン11の筒内に入るときには、スロットルバルブ25の絞りを経て流入されているわけではなく、仮想的にスロットルバルブ25が全開の状態で筒内に空気が流入する。このときに、筒内に流入する空気量は、エンジン11の始動前からスロットルバルブ25から吸気バルブ28までの空間に充填されていた空気の消費が完了した後に、所定の開度のスロットルバルブ25に対応する絞りを経て筒内に流入する空気量よりも多い。よって、エンジン11の始動前からスロットルバルブ25から吸気バルブ28までの空間に充填されていた空気の消費が行われているサイクルでは、その後にスロットルバルブ25の絞りを経て流入した空気の消費が行われるサイクルに比べて、高い出力が得られる。
That is, when the air that has been filled in the space from the
上記のことから、本実施形態では、相対的に高い出力が得られる、エンジン11の始動前からスロットルバルブ25から吸気バルブ28までの空間に充填されていた空気の消費が行われているサイクルでは、点火時期の大幅な遅角制御を行い、その後の相対的に低い出力となる、スロットルバルブ25の絞りを経て流入した空気の消費が行われるサイクルから、トルク主体の燃焼に移行させる。スロットルバルブ25の絞りを経て流入した空気の消費が行われるサイクルにおいて、トルク主体の燃焼に移行させないとすると、図5の破線で示すように、エンジン回転数が低下する。このことから、トルク主体の燃焼に移行させて、実線のHC酸化反応促進条件で示すようなエンジン回転数の低下の抑制を実現する。
From the above, in the present embodiment, in the cycle in which the air that has been filled in the space from the
この場合、エンジン11の始動前からスロットルバルブ25から吸気バルブ28までの空間に充填されていた空気量は、閉じた状態のスロットルバルブ25からサージタンク26を含む吸気バルブ28までの空間の容積に基づいて、予め求めておくことができる。また、筒内での空気の消費量は、エンジン11の排気量とサイクル数の積として算出されることができる。上記のように、筒内での空気の消費量が、予め求めておいたエンジン11の始動前からスロットルバルブ25から吸気バルブ28までの空間に充填されていた空気量を超えたときに、トルク主体の運転状態に移行される。
In this case, the amount of air that has been filled in the space from the
上記において、トルク主体の燃焼を実現する手段の一つとして、図4及び図5に示すように、点火時期の進角が挙げられる。本実施形態において、トルク主体の燃焼を実現する手段としては、上記点火時期を進角する方法に限定されずに、A/F一定でスロットル開度を大きく(空気量を多く)する方法や、A/Fをリッチ側にする方法が使用されることができる。なお、出力トルクを調節するために、吸入空気量制御、燃料噴射量制御、又は点火時期制御を行うこと自体は公知であるため、その制御内容についての詳細な説明は省略する。 In the above, as one of means for realizing torque-based combustion, as shown in FIG. 4 and FIG. In the present embodiment, the means for realizing the torque-based combustion is not limited to the method of advancing the ignition timing, but a method of increasing the throttle opening (increasing the air amount) with a constant A / F, A method of making the A / F rich can be used. In addition, since it is well known to perform intake air amount control, fuel injection amount control, or ignition timing control in order to adjust the output torque, a detailed description of the control content is omitted.
次に、上記のように、トルク主体の運転が行われた後は、最適なタイミングにて、トルク主体の運転から、HCの排出量を抑制するための運転に移行される。図4及び図5の例では、11〜40サイクルまではトルク主体の運転(一例としての点火時期の進角)が行われるが、41サイクル目からは、HCの排出量を抑制するための運転(一例としての点火時期の遅角)に移行される。その移行のタイミングは、暖機判定により求められることができる。即ち、エンジン11の機関温度Tengが予め設定された温度T1以上になった場合に、トルク主体の運転から、HCの排出量を抑制するための運転に移行される。機関温度の上昇により、エンジン11のフリクションが小さくなると、トルクが出易くなるため、トルク主体の運転からHCの排出量を抑制するための運転に再度切り替えられることができる。
Next, as described above, after the torque-based operation is performed, the operation is shifted from the torque-based operation to the operation for suppressing the HC emission amount at an optimal timing. In the examples of FIGS. 4 and 5, torque-based operation (advancement of ignition timing as an example) is performed from 11 to 40 cycles, but from the 41st cycle, operation for suppressing HC emissions is performed. (The ignition timing is retarded as an example). The timing of the transition can be obtained by the warm-up determination. That is, when the engine temperature Teng of the
上記において、HC排出量の抑制のための燃焼を実現する手段の一つとして、図4及び図5に示すように、点火時期の遅角が挙げられる。本実施形態において、HC排出量の抑制のための燃焼を実現する手段としては、上記点火時期を遅角する方法に限定されずに、A/F一定でスロットル開度を小さく(空気量を少なく)する方法や、A/Fをリーン側にする方法が使用されることができる。なお、HC排出量の抑制のために、吸入空気量制御、燃料噴射量制御、又は点火時期制御を行うこと自体は公知であるため、その制御内容についての詳細な説明は省略する。 In the above, as one of means for realizing the combustion for suppressing the HC emission amount, as shown in FIG. 4 and FIG. 5, the ignition timing is retarded. In the present embodiment, the means for realizing the combustion for suppressing the HC emission amount is not limited to the method of retarding the ignition timing, and the throttle opening is reduced with a constant A / F (the air amount is reduced). ) And a method of setting the A / F to the lean side can be used. In addition, since it is well known to perform intake air amount control, fuel injection amount control, or ignition timing control in order to suppress the HC emission amount, a detailed description of the control content is omitted.
次に、図2及び図6を参照して、本実施形態の動作について説明する。図2に示される動作手順は、予めECU40のROMに格納されている。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. The operation procedure shown in FIG. 2 is stored in advance in the ROM of the
なお、以下では、トルク主体の燃焼を実現する手段の一例として、点火時期の遅角を用いるとともに、HC排出量の抑制のための燃焼の一例として、点火時期の進角を用いた例で説明するが、この例に限定されないのは上述の通りである。 In the following description, the ignition timing retardation is used as an example of means for realizing torque-based combustion, and the ignition timing advance is used as an example of combustion for suppressing HC emissions. However, the present invention is not limited to this example as described above.
[ステップS1]
まず、ステップS1では、ECU40により、エンジン11の初爆から点火時期の大幅な遅角制御が行われるとともに、筒内のA/Fがリーンに設定される。図6において、T0の時点からエンジン11のクランキングが行われ、T1の時点にてエンジン11の初爆が行われる。ECU40では、クランキングが開始されるT0の時点から、点火時期が大幅な遅角(上記例ではATDC15°)に設定されるとともに、A/Fがリーンに設定され、初爆の時点T1から確実に、点火時期の大幅な遅角制御とA/Fリーンでの燃焼が行われるように制御される。初爆の時点T1からエンジン11の回転数が上昇するとともに、排気温度は相対的に急に上昇する。ステップS1の次に、ステップS2が行われる。
[Step S1]
First, in step S1, the
[ステップS2]
ステップS2では、ECU40により、予め求められていたエンジン11の始動前におけるスロットルバルブ25から吸気バルブ28までの空間に存在する空気量Ga1と、エンジン11の筒内の燃焼にて消費された空気量の積算値Gaとを比較する。その比較の結果、GaがGa1以上であればステップS3に進み、GaがGa1以上でない場合には、本制御フローはリターンされる。
[Step S2]
In step S <b> 2, the air amount Ga <b> 1 existing in the space from the
図6において、T2までは、エンジン11の始動前におけるスロットルバルブ25から吸気バルブ28までの空間に存在する空気が筒内に流入するため、充填効率(シリンダ内の体積に対する空気量の割合)が高いが、T2の時点からは、スロットルバルブ25で流量が絞られた空気が筒内に流入するため、充填効率が急激に落ちている。T2の時点において、ステップS6はGaがGa1以上と判定される。
In FIG. 6, until T2, air existing in the space from the
[ステップS3]
ステップS3では、ECU40により、点火時期が進角するように制御される。T2の時点から上記例では、点火時期がATDC7°に設定される。これにより、出力トルク主体の運転に切り替えられ、吸入空気量が減った(充填効率の低下)にもかかわらず(ステップS2−Y)、エンジン回転数の低下が抑制される。T2の時点から、トルク主体の運転に切り替えられることにより、T2より前の時期と比べて、排気温度の上昇が緩やかになる。ステップS3の次には、ステップS4が行われる。
[Step S3]
In step S3, the
[ステップS4]
ステップS4では、ECU40により、暖機判定が行われる。即ち、エンジン11の機関温度Tengが予め設定された温度T1以上であるか否かが判定される。その判定の結果、TengがT1以上であれば、ステップS5に進み、そうでない場合には、本制御フローはリターンされる。T3の時点にて、TengがT1以上になっている。
[Step S4]
In step S4, the
[ステップS5]
ステップS5では、ECU40により、点火時期が遅角するように制御される。即ち、TengがT1以上となったT3の時点から、点火時期が大幅遅角制御されている(上記例では、ATDC15°)。ステップS5の次には、本制御フローはリターンされる。
[Step S5]
In step S5, the
以上のことから、図6の(1)の期間では、点火時期の大幅遅角制御及びA/Fリーン燃焼が行われ、(2)の期間では、点火時期が進角され、(3)の期間で再度点火時期が大幅遅角制御される。 From the above, the ignition timing is greatly retarded and A / F lean combustion is performed in the period (1) in FIG. 6, and the ignition timing is advanced in the period (2). The ignition timing is again largely retarded during the period.
上記のように、本実施形態の特徴をまとめると以下のようになる。 As described above, the features of the present embodiment are summarized as follows.
(1)始動直後より、筒内・排気ポートでHC酸化反応が促進(後燃え)となる点火時期・A/Fにする。例えば、始動1点火目より、点火時期の大幅遅角により排気温度を上昇させ、A/Fリーン(酸素過多雰囲気)にすることで、エンジン出ガスHC、COを極端に減らすことができる。 (1) Immediately after starting, the ignition timing / A / F is set so that the HC oxidation reaction is promoted (afterburning) at the in-cylinder / exhaust port. For example, the engine exhaust gas HC and CO can be drastically reduced by raising the exhaust gas temperature by the ignition timing greatly retarded from the first ignition at the start and setting the A / F lean (oxygen-rich atmosphere).
(2)出力トルクの低下が始まる時期、たとえば、始動前のスロットルボディから吸気バルブまでの空気量が全て消費されるサイクルの次のサイクルより、出力トルクを上昇させる。例えば、消費した空気の積算値Gaが、始動前のスロットルボディから吸気バルブまでの空気量Ga1より大きくなったときに、出力トルクを向上させるための以下のi)〜iii)のいずれかの方法が行われる。
i)点火時期を進角させる。
ii)A/F一定でスロットル開度を大きく(吸入空気量を多く)する。
iii)A/Fをリッチ側にする。
始動前におけるスロットルボディから吸気バルブまでの空気量が全て消費されると、スロットルの絞りにより吸入空気量が低下するため、出力トルクも低下する。そこで、上記i)〜iii)のいずれかの方法が行われることで、出力トルクを大きくする。
(2) The output torque is increased from the time when the output torque starts to decrease, for example, from the cycle following the cycle in which the entire air amount from the throttle body to the intake valve before starting is consumed. For example, any of the following methods i) to iii) for improving the output torque when the accumulated value Ga of consumed air becomes larger than the air amount Ga1 from the throttle body before starting to the intake valve: Is done.
i) Advance the ignition timing.
ii) Increasing the throttle opening (increasing the intake air amount) at a constant A / F.
iii) Set A / F to the rich side.
When all the air amount from the throttle body to the intake valve before the start is consumed, the intake air amount is reduced due to throttle restriction, and the output torque is also reduced. Therefore, the output torque is increased by performing any one of the above methods i) to iii).
(3)エンジンフリクションが小さくなったら、出力トルクを低下させる。例えば、機関温度Teng(冷却水温)が所定の温度T1以上である場合には、HCの排出量を抑制するための以下のi)〜iii)のいずれかの方法が行われる。
i)点火時期を遅角させる。
ii)A/F一定でスロットル開度を小さく(吸入空気量を少なく)する。
iii)A/Fをリ−ン側にする。
点火時期を遅角させることにより、排気ガスの温度を上昇させて未燃HCを燃焼を促進させる。吸入空気量を減らすことで、排気ガスの質量自体を減らす。A/Fをリーン側にすることで、より多くの酸素が供給されて未燃HCの燃焼が促進される。
(3) When the engine friction becomes small, the output torque is reduced. For example, when the engine temperature Teng (cooling water temperature) is equal to or higher than a predetermined temperature T1, any one of the following methods i) to iii) for suppressing the HC emission amount is performed.
i) Delay the ignition timing.
ii) Decreasing the throttle opening (decreasing the amount of intake air) at a constant A / F.
iii) Set A / F to the lean side.
By retarding the ignition timing, the temperature of the exhaust gas is raised and combustion of unburned HC is promoted. By reducing the amount of intake air, the mass of the exhaust gas itself is reduced. By making A / F lean, more oxygen is supplied and combustion of unburned HC is promoted.
なお、上記においては、上記(1)の大幅な遅角制御から、上記(2)のトルク主体の運転への移行タイミングは、充填効率に基づいて求められた例について説明した。この例に限定されずに、上記(1)の大幅な遅角制御から、上記(2)のトルク主体の運転への移行タイミングは、以下のi)〜iii)のいずれかの方法が行われることができる。
i)エンジン11の始動条件(機関温度)毎に、所定時間が定められたマップを有しており、エンジン11の始動後、当該始動条件に対応する所定時間が経過した時点を、上記移行タイミングとする。
ii)排気温度が予め設定された温度になった時点を、上記移行タイミングとする。
iii)エンジン回転数が予め設定された値になった時点を、上記移行タイミングとする。
In the above description, the transition timing from the large retardation control (1) to the torque-based operation (2) is described based on the charging efficiency. Without being limited to this example, any one of the following methods i) to iii) is performed for the transition timing from the large retardation control of (1) to the torque-based operation of (2). be able to.
i) A map in which a predetermined time is set for each start condition (engine temperature) of the
ii) The time point at which the exhaust temperature reaches a preset temperature is set as the transition timing.
iii) The time point when the engine speed reaches a preset value is set as the transition timing.
11 エンジン
12 シリンダブロック
13 ピストン
14 コンロッド
15 クランクシャフト
16 水温センサ
17 シリンダヘッド
18 燃焼室
19 点火プラグ
20 吸気ポート
21 吸気通路
22 排気ポート
23 排気通路
24 エアクリーナ
25 スロットルバルブ
26 サージタンク
27 インテークマニホールド
28 吸気バルブ
29 排気バルブ
30 回転数センサ
34 スタータモータ
35 スタートスイッチ
36 イグニッションスイッチ
37 燃料噴射弁
40 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記内燃機関の初爆からの筒内吸入空気量の積算値が、スロットルバルブから吸気バルブまでの空間に存在する空気量となるまでの期間である第1所定期間は、点火時期が遅角側に設定されるとともに、筒内の空燃比がリーンに設定され、前記第1所定期間の後は、前記第1所定期間までの運転状態に比べてトルク重視の運転状態に切り替えられる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine that controls engine parameters when starting the internal combustion engine,
The first predetermined period, which is a period until the integrated value of the in-cylinder intake air amount from the first explosion of the internal combustion engine reaches the air amount existing in the space from the throttle valve to the intake valve, is the ignition timing retarded side And the air-fuel ratio in the cylinder is set to be lean, and after the first predetermined period, the operation state is emphasized in comparison with the operation state up to the first predetermined period. A control device for an internal combustion engine.
前記遅角側に設定された点火時期は、概ねATDC15°である
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The ignition timing set on the retard side is approximately ATDC 15 °.
前記第1所定期間は、前記内燃機関の燃焼サイクルが概ね10サイクルに対応している
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2 ,
The control apparatus for an internal combustion engine, wherein the combustion cycle of the internal combustion engine corresponds to approximately 10 cycles during the first predetermined period.
前記トルク重視の運転状態とは、前記点火時期を進角させることである
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 ,
The control state of the internal combustion engine, wherein the torque-oriented operating state is to advance the ignition timing.
前記トルク重視の運転状態とは、筒内吸入空気量を増加させることである
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 ,
The internal combustion engine control apparatus according to claim 1, wherein the torque-oriented operating state is an increase in a cylinder intake air amount.
前記トルク重視の運転状態とは、空燃比をリッチ側にすることである
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 ,
The control state of the internal combustion engine, characterized in that the torque-oriented operating state is that the air-fuel ratio is made rich.
前記第1所定期間よりも長い第2所定期間の後は、前記第1所定期間から前記第2所定期間までの運転状態に比べて、HC排出量の抑制重視の運転状態に切り替えられる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6 ,
After the second predetermined period that is longer than the first predetermined period, the operation state is switched to an operation state that emphasizes the suppression of the HC emission amount compared to the operation state from the first predetermined period to the second predetermined period. A control device for an internal combustion engine.
前記HC排出量の抑制重視の運転状態とは、前記点火時期を遅角させることである
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 7 ,
The control state of the internal combustion engine, wherein the operation state in which the suppression of the HC emission amount is emphasized is to retard the ignition timing.
前記HC排出量の抑制重視の運転状態とは、筒内吸入空気量を減少させることである
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 7 ,
The control state of the internal combustion engine, wherein the operation state in which the suppression of the HC emission amount is emphasized is to reduce a cylinder intake air amount.
前記HC排出量の抑制重視の運転状態とは、空燃比をリーン側にすることである
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 7 ,
The control state of the internal combustion engine, wherein the operation state in which the suppression of the HC emission amount is emphasized is that the air-fuel ratio is set to a lean side.
(b) 前記第1所定期間の後は、前記第1所定期間までの運転状態に比べて、トルク重視の運転状態が行われるステップと
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御方法。 (A) The first predetermined period, which is a period until the integrated value of the in-cylinder intake air amount from the first explosion of the internal combustion engine reaches the air amount existing in the space from the throttle valve to the intake valve, Setting the ignition timing to the retard side so that the HC oxidation reaction is promoted in the cylinder and at the exhaust port immediately after starting, and setting the air-fuel ratio in the cylinder to lean;
(B) After the first predetermined period, there is a step of performing an operation state in which torque is emphasized as compared to the operation state up to the first predetermined period.
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