JP4464742B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

冷間始動時において、機関排気系に設けられている触媒装置を早期に暖機し、機関始動後早くから排気ガスを浄化可能とすることが望ましい。触媒装置の早期暖機のために、増量された吸気量に対して機関回転数をアイドル目標回転数に収束させるようにフィードバック制御により点火時期を遅角させ、又は、遅角させた点火時期に対して機関回転数をアイドル目標回転数に収束させるようにフィードバック制御により吸気量を増量することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１０７８３８号公報 特開２００１−９０５８１号公報 特開２００２−１３８８８５号公報

前述の背景技術において、点火時期のフィードバック制御の場合には、機差ばらつきによって意図するより少量の吸気量しか増量されていないことがあり、この時には、点火時期は意図するより進角側となって排気ガス温度を十分に高めることができず、触媒装置の早期暖機を実現することは困難である。また、吸気量のフィードバック制御の場合は、応答遅れが大きく機関回転数を早期にアイドル目標回転数に収束させることが難しい。

従って、本発明の目的は、冷間始動時において、機関回転数を早期にアイドル目標回転数に収束させると共に触媒装置の早期暖機を確実に実現可能な内燃機関の制御装置を提供することである。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の制御装置は、冷間始動時に増量された吸気量に対して点火時期のフィードバック制御により機関回転数をアイドル目標回転数に収束させる内燃機関の制御装置において、前記フィードバック制御におけるフィードバック補正量が安定した時には、安定した前記フィードバック補正量が点火時期を目標点火時期より進角側とするものであれば、点火時期を前記目標点火時期とするために、安定した前記フィードバック補正量に応じて吸気量の補正を実施して吸気量を増量し、前記フィードバック制御を持続することを特徴とする。

また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、安定した前記フィードバック補正量が点火時期を目標点火時期より遅角側とするものである時には、吸気量の補正を実施せずに、前記フィードバック制御を持続することを特徴とする。

また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、安定した前記フィードバック補正量が点火時期を目標点火時期より設定値以上進角側とするものである時には、吸気量の補正を実施せずに、前記フィードバック制御を持続することを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の制御装置によれば、冷間始動時において、点火時期のフィードバック制御によって機関回転数を早期にアイドル目標回転数に収束させることができる。もし、フィードバック補正量が安定した時の点火時期が目標点火時期より進角側となっていれば、この時のフィードバック補正量に応じて吸気量が補正されて吸気量が増量され、点火時期のフィードバック制御が持続されるために、目標点火時期が実現され、排気ガス温度を意図するように高めて触媒装置を早期に暖機することができる。

また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の制御装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、安定したフィードバック補正量が点火時期を目標点火時期より遅角側とするものである時には、フィードバック補正量に応じて吸気量を減量することとなる補正を実施せずに、フィードバック制御を持続するようになっているために、排気ガス温度を意図するより高めて触媒装置をより早期に暖機することができる。

また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の制御装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、安定したフィードバック補正量が点火時期を目標点火時期より設定値以上進角側とするものである時には、気筒内へ重質燃料が供給されて不十分な燃料気化により燃焼悪化していることがあり、この時に吸気量を増量すると吸気管圧力が大気圧に近づいて燃料気化をさらに悪化させることとなるために、点火時期を目標点火時期とすることは断念し、フィードバック補正量に応じて吸気量を増量することとなる補正を実施せずに、フィードバック制御を持続するようになっている。それにより、燃焼悪化による機関回転数の低下を回避することができる。

図１は本発明による制御装置が取り付けられる内燃機関を示す概略図である。同図において、１は機関本体であり、２は各気筒共通のサージタンクである。３はサージタンク２と各気筒とを連通する吸気マニホルドであり、４はサージタンク２の上流側の吸気通路である。吸気通路４におけるサージタンク２の直上流側にはスロットル弁５が配置されている。６は各気筒に連通する排気マニホルドである。

機関本体１において、７は吸気弁、８は排気弁、９はピストン、１０は点火プラグである。１１は吸気マニホルド３の各枝管３に配置された燃料噴射弁である。１２はスロットル弁５をバイパスするように吸気通路４に接続されたバイパス通路であり、アイドルスピードコントロールバルブ（以下、ＩＳＣ弁）１３が配置されている。

１４は、機関排気系において排気マニホルド６の排気集合部の下流側に配置された触媒装置である。触媒装置１４は、本実施形態のように理論空燃比での燃焼を実施する内燃機関の場合には、例えば三元触媒装置とされ、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を有する筒内噴射式火花点火内燃機関のようにリーン空燃比での燃焼を実施する内燃機関の場合には、例えばＮＯ_X吸蔵還元触媒装置とされる。いずれの触媒装置１４も排気ガスを浄化するためには、担持した触媒を活性化温度以上に昇温することが必要であり、機関始動時において始動後早くから排気ガスを浄化させるために触媒装置の早期暖機が望まれている。

図２は、本発明による制御装置によって実施される機関始動時制御を示すフローチャートである。本フローチャートは、機関始動時において、各気筒の完爆が完了して機関回転数がアイドル時の目標回転数を超えた時に開始される。先ず、ステップ１０１において、水温センサ（図示せず）により検出される機関温度としての機関冷却水温ＴＨＷが設定水温ＴＨＷ１以上であるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、触媒装置１４の温度もそれほど低くはなく、特に排気ガス温度を高めなくても触媒装置１４の早期暖機が可能である。それにより、機関始動時に吹き上がる機関回転数は、吸気及び燃料の減量によりアイドル時の目標回転数に収束させる一般的な機関始動時制御を実施すれば良く、本フローチャートを終了する。

一方、ステップ１０１における判断が否定される時には、触媒装置１４の温度がかなり低く、排気ガス温度を高めて触媒装置１４を早期暖機させることが必要であり、ステップ１０２へ進む。ステップ１０２では、回転センサ（図示せず）により検出される現在の機関回転数Ｎとアイドル時の目標回転数Ｎｔとの差ｄＮに基づき点火時期のフィードバック補正量Ｋが算出される。フィードバック補正量Ｋの算出方法は、差ｄＮに基づき比例項、積分項、及び微分項をそれぞれに更新するＰＤＩ法を利用することができ、また、簡単に比例項だけによってフィードバック補正量Ｋを算出するようにしても良い。

このフィードバック補正量Ｋに基づく点火時期のフィードバック制御は、機関回転数Ｎを目標回転数Ｎｔに収束させるためのものであり、ステップ１０３では、現在の目標点火時期Ｉｔを現在のフィードバック補正量Ｋ（本実施形態においては、例えば、進角側を正値、遅角側を負値とする）により補正して現在の点火時期Ｉを算出し、この点火時期Ｉでの点火を実施する。

ステップ１０４では、詳しくは後述されるフラグＦが１であるか否かが判断され、フラグＦは機関停止と共に０にリセットされるものであるために、当初は、この判断は否定されてステップ１０５へ進む。ステップ１０５では、今回算出されたフィードバック補正量Ｋと前回算出されたフィードバック補正量Ｋ’との差の絶対値が小さな設定値ａより小さいか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、今回算出されたフィードバック補正量Ｋと前回算出されたフィードバック補正量Ｋ’とがほぼ等しい時には、ステップ１０５における判断は肯定されてステップ１０６へ進む。

ステップ１０６では、ステップ１０５における判断が肯定され続ける毎に１だけ増加されるカウント値ｎが設定値ｎ１以上となったか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、フィードバック補正量Ｋがほぼ一定となって安定すると、ステップ１０６における判断は肯定されてステップ１０７へ進む。

ステップ１０７では、安定したフィードバック補正量Ｋが０以下であるか否かが判断され、この判断が肯定される時には、点火時期Ｉは目標点火時期Ｉｔに対して遅角側とされており、排気ガス温度は、意図するより高温となっていて触媒装置１４の早期暖機にとって有利であり、この点火時期Ｉをそのまま維持して触媒装置１４を暖機する。機関回転数Ｎは、フィードバック補正量Ｋが安定する以前に点火時期のフィードバック制御によって目標回転数Ｎｔに収束しており、この目標回転数Ｎｔが維持される。

一方、ステップ１０７における判断が否定される時には、ステップ１０８において、安定したフィードバック補正量Ｋが設定値ｂ以上であるか否かが判断される。冷間始動時の吸気及び燃料の増量が意図したように実施されれば、フィードバック補正量Ｋは０となって安定し、点火時期Ｉは目標点火時期Ｉｔとなるはずである。しかしながら、スロットル弁５又はＩＳＣ弁１３の経時変化等に基づく機差ばらつきよって吸気増量が不十分となることがあり、この時には、安定したフィードバック補正量Ｋは設定値ｂよりは小さな正値となって点火時期Ｉを目標点火時期Ｉｔに対して進角側とする。それにより、排気ガス温度が意図するより低温となって触媒装置１４を早期暖気することはできない。

この場合には、ステップ１０８における判断は否定され、ステップ１０９において、安定したフィードバック補正量Ｋに応じてスロットル弁５又はＩＳＣ弁１３の開度を増加する。すなわち、フィードバック補正量Ｋが大きいほどスロットル弁５又はＩＳＣ弁１３を大きく開度増加させる。それにより、吸気を増量して冷間始動時の不十分な吸気増量を補償する。次いで、ステップ１１０において前述のフラグＦは１に設定され、これ以降は、ステップ１０５以降の処理は実施せずに、ステップ１０２及び１０３の点火時期のフィードバック制御を実施する。

ステップ１０９において、スロットル弁５又はＩＳＣ弁１３の開度を増加させても、吸気は徐々にしか増量せず、この吸気増加に対して、アイドル目標回転数を維持するように、点火時期Ｉは、フィードバック制御によって除去に遅角され、目標点火時期Ｉｔにほぼ一致する。こうして、排気ガス温度は意図する高温となって触媒装置１４を早期暖気することが可能となる。機関回転数Ｎは、フィードバック補正量Ｋが安定する以前に点火時期のフィードバック制御によって目標回転数Ｎｔに収束しており、この目標回転数Ｎｔが維持される。

一方、安定したフィードバック補正量Ｋは設定値ｂ以上の大きな正値となって点火時期Ｉを目標点火時期Ｉｔに対して大幅に進角側とすることがある。この場合には、吸気量の機差ばらつきではなく、重質燃料が気筒内へ供給されて燃料気化が不十分となって燃焼が悪化していると考えられる。

この時において、吸気を増量するために、スロットル弁５又はＩＳＣ弁１３を開弁させると、吸気管圧力が大気圧へ近づいて、燃料気化をさらに悪化させてしまう。それにより燃焼が悪化すれば、吸気増量により機関出力を高めることはできず、すなわち、点火時期Ｉを遅角させることもできない。

従って、この時には、ステップ１０８における判断が肯定されてそのまま終了し、点火時期Ｉを目標点火時期Ｉｔへ遅角させることを断念して、吸気を増量することなく、そのままの点火時期Ｉにより、機関回転数Ｎを目標回転数Ｎｔに維持させるようになっている。

図３は、本発明の機関始動時制御による機関回転数Ｎ、点火時期Ｉ、フィードバック補正量Ｋ、及び、吸気量の変化を示すタイムチャートである。各気筒の完爆により上昇する機関回転数Ｎは、時刻ｔ１において目標回転数Ｎｔを超え、それと同時に図２のフローチャートが開始される。目標回転数Ｎｔを上回る機関回転数Ｎに対して、点線で示す冷間始動時の目標点火時期Ｉｔは、算出されたフィードバック補正量Ｋによって補正され、実際の点火時期Ｉは実線で示すように変化する。点火時期Ｉがほぼ一定となれば、機関回転数Ｎは、目標回転数Ｎｔに収束されて維持される。

その後、フィードバック補正量Ｋが安定する時刻ｔ２において、この時のフィードバック補正量が、吸気増量の機差ばらつきによって正値Ｋ１となっていると、点火時期Ｉは目標点火時期Ｉｔに対して進角側とされ、そのままでは、排気ガス温度は十分に高温とならずに、触媒装置１４を早期暖気させることができない。それにより、時刻ｔ２において、スロットル弁５又はＩＳＣ弁１３は、この時のフィードバック補正量Ｋ１に応じて瞬間的に開度増加される。

しかしながら、吸気量は応答遅れによって実線のように徐々にしか増量せず、この吸気増量に伴って高まる機関回転数Ｎを目標回転数Ｎｔに維持するようにフィードバック補正量Ｋは徐々に小さくされ、点火時期Ｉを徐々に遅角させる。フィードバック補正量Ｋがほぼ０となると、点火時期Ｉは目標点火時期Ｉｔにほぼ一致する。こうして、排気ガス温度を意図するように高温として触媒装置１４の早期暖気を実現することができる。

触媒装置１４の暖気が完了すれば、又は、暖気完了直前となれば、目標点火時期Ｉｔは徐々に進角側とされ、吸気量を徐々に減少させることによりフィードバック補正量は０を維持して点火時期Ｉをこの目標点火時期Ｉｔにほぼ一致させる。

本発明による制御装置が取り付けられる内燃機関を示す概略図である。 本発明による制御装置により実施される機関始動時制御を示すフローチャートである。 図２の機関始動時制御による機関回転数、点火時期、フィードバック補正量、及び、吸気量の変化を示すタイムチャートである。

符号の説明

１…機関本体
３…吸気マニホルド
５…スロットル弁
１０…点火プラグ
１１…燃料噴射弁
１３…ＩＳＣ弁
１４…触媒装置

Claims (3)

1. 冷間始動時に増量された吸気量に対して点火時期のフィードバック制御により機関回転数をアイドル目標回転数に収束させる内燃機関の制御装置において、前記フィードバック制御におけるフィードバック補正量が安定した時には、安定した前記フィードバック補正量が点火時期を目標点火時期より進角側とするものであれば、点火時期を前記目標点火時期とするために、安定した前記フィードバック補正量に応じて吸気量の補正を実施して吸気量を増量し、前記フィードバック制御を持続することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 安定した前記フィードバック補正量が点火時期を目標点火時期より遅角側とするものである時には、吸気量の補正を実施せずに、前記フィードバック制御を持続することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 安定した前記フィードバック補正量が点火時期を目標点火時期より設定値以上進角側とするものである時には、吸気量の補正を実施せずに、前記フィードバック制御を持続することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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