JP4536787B2 - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の点火時期制御装置に関し、特に機関始動直後において点火時期の進角補正を行うものに関する。

特許文献１には、内燃機関の始動直後において点火時期の進角補正を行う点火時期制御装置が開示されている。この制御装置によれば、検出した機関冷却水温に応じて設定される第１進角係数と、機関始動完了直後の冷却水温に応じて初期値が設定され、その後時間経過に伴って漸減される第２進角係数とを用いて進角補正が行われる。

特開昭６０−２０１０７３号公報

機関の燃焼特性を決定する主たる要因の１つは、燃焼室内の温度であり、この燃焼室内温度は通常は機関冷却水温と相関があるため、上記特許文献１に示された手法によって適切な進角補正が可能である。

しかしながら、比較的短い停止時間の後に再始動する場合においては、燃焼室内の温度の方が冷却水温に比べて低下度合が大きくなり、燃焼室内温度と冷却水温との関係が通常の相関関係から外れることがある。そのため、機関始動直後において機関出力トルクが不足し、機関回転数の立ち上りが遅れるといった課題があった。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関の始動直後における点火時期の進角補正をより適切に行い、安定した機関出力トルクを得ることができる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。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の点火時期（ＩＧＬＯＧ）を算出し、該算出した点火時期（ＩＧＬＯＧ）に点火を行う内燃機関の点火時期制御装置において、前記機関の冷却水温（ＴＷ）を検出する冷却水温検出手段（１０）と、前記機関の停止時間（ＣＥＮＧＳＴＰ）を計測する停止時間計測手段と、前記機関の負荷（ＰＢＡ）を検出する負荷検出手段（８）と、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段（１１）と、前記機関負荷（ＰＢＡ）及び機関回転数（ＮＥ）に応じて基本点火時期（ＩＧＭＡＰ）を算出する基本点火時期算出手段と、前記冷却水温（ＴＷ）、機関負荷（ＰＢＡ）、及び機関回転数（ＮＥ）に応じて第１進角補正量（ＩＧＴＷＡＸ×ＫＩＧＴＷＡＸ）を算出する第１進角補正量算出手段と、前記機関の始動開始時の初期冷却水温（ＴＷＩＮＩ）、前記停止時間（ＣＥＮＧＳＴＰ）、及び前記機関の始動完了後の経過時間（ＣＴＡＣＲ）に応じて第２進角補正量（ＩＧＴＷＡＳＴＦ）を算出する第２進角補正量算出手段と、前記基本点火時期（ＩＧＭＡＰ）を前記第１及び第２進角補正量（ＩＧＴＷＡ＝（ＩＧＴＷＡＸ×ＫＩＧＴＷＡＸ＋ＩＧＴＷＡＳＴＦ））により補正し、前記点火時期（ＩＧＬＯＧ）を算出する点火時期算出手段とを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、前記第２進角補正量算出手段は、前記停止時間（ＣＥＮＧＳＴＰ）が長くなるほど前記機関の始動完了直後における前記第２進角補正量（ＩＧＴＷＡＳＴＦ）を増加させることを特徴とする。

より具体的には、前記第２進角補正量算出手段は、前記初期冷却水温（ＴＷＩＮＩ）に応じて最大進角量（ＩＧＴＷＡＳＴ）を算出するとともに、始動完了直後における前記第２進角補正量（ＩＧＴＷＡＳＴＦ）を、前記停止時間（ＣＥＮＧＳＴＰ）が長くなるほど前記最大進角量（ＩＧＴＷＡＳＴ）を上限として増加させる。

請求項１に記載の発明によれば、冷却水温、機関負荷、及び機関回転数に応じて第１進角補正量が算出され、始動開始時の冷却水温、機関停止時間、及び始動完了後の経過時間に応じて第２進角補正量が算出され、第１及び第２進角補正量により基本点火時期を補正することにより点火時期が算出される。このように始動開始時の冷却水温と機関停止時間とに応じて始動完了直後の第２進角補正量を設定することにより、燃焼室内の温度に適した進角補正を行うことができ、始動直後において安定した出力トルクを得ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、機関停止時間が長くなるほど始動完了直後における第２進角補正量が増加するように制御されるので、第２進角補正量を、機関停止時間から推定される燃焼室内温度に適した値に制御することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が連結されており、センサ４の検出信号は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給される。

燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。エンジン１の各気筒には、点火プラグ７が設けられており、点火プラグ７はＥＣＵ５に接続されている。ＥＣＵ５は、点火時期ＩＧＬＯＧ（圧縮上死点からの進角量として定義される）において点火プラグ７に点火信号を供給する。

スロットル弁３の下流側には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８、及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が設けられている。エンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ１０が装着されている。センサ８〜１０の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

またＥＣＵ５には、イグニッションスイッチ１２が接続されており、イグニッションスイッチ１２のオン／オフを示す信号が供給される。

ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、該ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁６及び点火プラグ７に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、上述した各種センサの検出信号に基づいて、点火時期ＩＧＬＯＧを下記式（１）により算出する。式（１）のＩＧＭＡＰは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＢＡに応じて算出される基本点火時期である。ＩＧＴＷＡは、冷却水温ＴＷが比較的低いときに有効となる進角補正量であり、ＩＧＣＲは、進角補正量ＩＧＴＷＡ以外の他の補正量の和である。
ＩＧＬＯＧ＝ＩＧＭＡＰ＋ＩＧＴＷＡ＋ＩＧＣＲ （１）

図２は、式（１）に適用される進角補正量ＩＧＴＷＡを算出する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで、ＴＤＣパルスの発生に同期して実行される。

ステップＳ１１では、センサ故障フラグＦＦＳＡ０６が「１」であるか否かを判別する。センサ故障フラグＦＦＳＡ０６は、図示しない処理において冷却水温センサ１０の故障が検出されたとき「１」に設定される。ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）であるときは、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＩＧＴＷＡ（例えば５００ｒｐｍ）以上であるか否かを判別する（ステップＳ１２）。ステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）またはステップＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは、進角補正量ＩＧＴＷＡを「０」に設定する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわちＮＥ≧ＮＩＧＴＷＡであるときは、冷却水温ＴＷ及び吸気圧ＰＢＡに応じて基本進角補正量ＩＧＴＷＡＸを算出する（ステップＳ１４）。具体的には、先ず冷却水温ＴＷに応じて図３（ａ）に示すＩＧＴＷＡＸＨテーブル及びＩＧＴＷＡＸＬテーブルを検索し、高負荷補正量ＩＧＴＷＡＸＨ及び低負荷補正量ＩＧＴＷＡＸＬを算出する。そして、吸気圧ＰＢＡが第１吸気圧ＰＢＡＬ（例えば３００ｍｍＨｇ（４０ｋＰａ））以下であるときは、基本進角補正量ＩＧＴＷＡＸを低負荷補正量ＩＧＴＷＡＸＬに設定し、吸気圧ＰＢＡが第２吸気圧ＰＢＡＨ（例えば５００ｍｍＨｇ（６６．７ｋＰａ））以上であるときは、基本進角補正量ＩＧＴＷＡＸを高負荷補正量ＩＧＴＷＡＸＨに設定し、吸気圧ＰＢＡが第１吸気圧ＰＢＡＬと第２吸気圧ＰＢＡＨの間にあるときは、補間演算により、基本進角補正量ＩＧＴＷＡＸを算出する。図３（ａ）の所定水温ＴＷ１は例えば８０℃に設定される。

ステップＳ１５では、エンジン回転数ＮＥに応じて図３（ｂ）に示すＫＩＧＴＷＡＸテーブルを検索し、回転数補正係数ＫＩＧＴＷＡＸを算出する。ＫＩＧＴＷＡＸテーブルは、第１所定回転数ＮＥ１（例えば１５００ｒｐｍ）から第２所定回転数ＮＥ２（例えば３５００ｒｐｍ）の間では、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、回転数補正係数ＫＩＧＴＷＡＸが減少するように設定されている。

ステップＳ１６では図４に示すＩＧＴＷＡＳＴＦ算出処理を実行し、始動後進角補正量ＩＧＴＷＡＳＴＦを算出する。ステップＳ１７では、下記式（２）に基本進角補正量ＩＧＴＷＡＸ、回転数補正係数ＫＩＧＴＷＡＸ、及び始動後進角補正量ＩＧＴＷＡＳＴＦを適用し、進角補正量ＩＧＴＷＡを算出する。
ＩＧＴＷＡ＝ＩＧＴＷＡＸ×ＫＩＧＴＷＡＸ＋ＩＧＴＷＡＳＴＦ （２）

図４は、図２のステップＳ１６で実行されるＩＧＴＷＡＳＴＦ算出処理のフローチャートである。
ステップＳ２１では、冷却水温ＴＷが所定水温ＴＷＩＧＴＷＸ（例えば１００℃）以下であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であって冷却水温ＴＷが比較的高いときは、始動後進角補正量ＩＧＴＷＡＳＴＦを「０」に設定する（ステップＳ２７）。

ステップＳ２２では、イグニッションスイッチ１２がオンされた時点で検出された冷却水温（以下「初期水温」という）ＴＷＩＮＩに応じて、図５（ａ）に示すＩＧＴＷＡＳＴテーブルを検索し、初期補正量ＩＧＴＷＡＳＴを算出する。ＩＧＴＷＡＳＴテーブルは、初期水温ＴＷＩＮＩが所定水温ＴＷ２（例えば６０℃）以下の範囲において、初期水温ＴＷＩＮＩが高くなるほど初期補正量ＩＧＴＷＡＳＴが減少するように設定されている。

ステップＳ２３では、イグニッションスイッチ１２がオフされてからオンされるまでの期間に相当するエンジン１の停止時間ＣＥＮＧＳＴＰに応じて、図５（ｂ）に示すＤＣＴＯＦＳＴテーブルを検索し、停止時間対応数ＤＣＴＯＦＳＴを算出する。ＤＣＴＯＦＳＴテーブルは、停止時間ＣＥＮＧＳＴＰが第１所定時間ＴＳ１（例えば５秒）から第２所定時間ＴＳ２（例えば４０秒）までの範囲内では、停止時間ＣＥＮＧＳＴＰが長くなるほど停止時間対応数ＤＣＴＯＦＳＴが減少するように設定されている。

ステップＳ２４では、下記式（３）に始動後点火数ＣＴＡＣＲ及びステップＳ２３で算出した停止時間対応数ＤＣＴＯＦＳＴを適用し、補正始動後点火数ＣＴＩＧＳＴＡＣＲを算出する。始動後点火数ＣＴＡＣＲは、エンジン１の始動完了時点からの点火回数を示すパラメータである。
ＣＴＩＧＳＴＡＣＲ＝ＣＴＡＣＲ＋ＤＣＴＯＦＳＴ （３）

ステップＳ２５では、補正始動後点火数ＣＴＩＧＳＴＡＣＲに応じて図５（ｃ）に示すＫＩＧＴＷＡＳＴテーブルを検索し、始動後補正係数ＫＩＧＴＷＡＳＴを算出する。図５（ｃ）の所定数ＮＴ１は例えば１０００に設定される。ステップＳ２６では、下記式（４）に初期補正量ＩＧＴＷＡＳＴ及び始動後補正係数ＫＩＧＴＷＡＳＴを適用し、始動後進角補正量ＩＧＴＷＡＳＴＦを算出する。
ＩＧＴＷＡＳＴＦ＝ＩＧＴＷＡＳＴ×ＫＩＧＴＷＡＳＴ （４）

以上のように本実施形態では、冷却水温ＴＷ及び吸気圧ＰＢＡに応じて算出される基本進角補正量ＩＧＴＷＡＸを、エンジン回転数ＮＥに応じて算出される回転数補正係数ＫＩＧＴＷＡＸで補正することにより、第１進角補正量（ＩＧＴＷＡＸ×ＫＩＧＴＷＡＸ）が算出され、初期水温ＴＷＩＮＩ、停止時間ＣＥＮＧＳＴＰ、及び始動完了後の経過時間を示す始動後点火数ＣＴＡＣＲに応じて第２進角補正量である始動後進角補正量ＩＧＴＷＡＳＴＦが算出され、第１及び第２進角補正量の和である進角補正量ＩＧＴＷＡにより基本点火時期ＩＧＭＡＰが補正され、点火時期ＩＧＬＯＧが算出される。

停止時間対応数ＤＣＴＯＦＳＴは、停止時間ＣＥＮＧＳＴＰが長くなるほど小さな値に設定され、始動完了時点における補正始動後点火数ＣＴＩＧＳＴＡＣＲは、停止時間対応数ＤＣＴＯＦＳＴに等しい。したがって、停止時間ＣＥＮＧＳＴＰが長くなるほど始動完了直後における始動後進角補正量ＩＧＴＷＡＳＴＦが増加するように制御される。だだし、始動後補正係数ＫＩＧＴＷＡＳＴの最大値は「１」であるので、始動後進角補正量ＩＧＴＷＡＳＴＦが初期水温ＴＷＩＮＩに応じて設定される初期補正量ＩＧＴＷＡＳＴを超えることはない。このように始動開始時の冷却水温である初期水温ＴＷＩＮＩとエンジン停止時間ＣＥＮＧＳＴＰとに応じて始動完了直後の始動後進角補正量ＩＧＴＷＡＳＴＦを設定することにより、燃焼室内の温度に適した進角補正を行うことができ、始動直後において安定した出力トルクを得ることができる。

図６は、常温において揮発性の低いガソリンを使用して始動直後にスロットル弁全開発進を行ったときの点火時期ＩＧＬＯＧ及び車速ＶＰの推移を示すタイムチャートである。実線Ｌ１，Ｌ３が本実施形態の進角補正を適用した例に対応し、破線Ｌ２，Ｌ４が従来の進角補正を適用した例に対応する。図６の時刻ｔ０はスロットル弁の開弁が開始された時点を示す。本実施形態の進角補正により進角補正量が増加し、車速ＶＰの立ち上りが改善されることが確認できる。

図７は、−２５℃の環境に放置した後のエンジン始動時における点火時期ＩＧＬＯＧ及びエンジン回転数ＮＥの推移を示すタイムチャートである。実線Ｌ５，Ｌ７が本実施形態の進角補正を適用した例に対応し、破線Ｌ６，Ｌ８が従来の進角補正を適用した例に対応する。また時刻ｔ１は始動完了時点を示す。この例においても、本実施形態の進角補正により進角補正量が増加し、エンジン回転数ＮＥの立ち上りが改善されることが確認できる。

本実施形態では、冷却水温センサ１０、吸気圧センサ８、及びクランク角度位置センサ１１がそれぞれ冷却水温検出手段、負荷検出手段、及び回転数検出手段に相当する。またＥＣＵ５が停止時間計測手段、基本点火時期算出手段、第１進角補正量算出手段、第２進角補正量算出手段、及び点火時期算出手段を構成する。具体的には、停止時間ＣＥＮＧＳＴＰを計測する処理及び基本点火時期ＩＧＭＡＰを算出する処理（いずれも図示せず）が、停止時間計測手段及び基本点火時期算出手段に相当し、図２のステップＳ１４，Ｓ１５及び基本進角補正量ＩＧＴＷＡＸに回転数補正係数ＫＩＧＴＷＡＸを乗算する演算が第１進角補正量算出手段に相当し、図４の処理が第２進角補正量算出手段に相当し、図２のステップＳ１７及び式（１）の演算が点火時期算出手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、初期水温ＴＷＩＮＩに応じて設定される初期補正量ＩＧＴＷＡＳＴに、停止時間ＣＥＮＧＳＴＰ及び始動後点火数ＣＴＡＣＲに応じて設定される始動後補正係数ＫＩＧＴＷＡＳＴを乗算することにより、始動後進角補正量ＩＧＴＷＡＳＴＦを算出するようにしたが、この算出手法に限定されるものではなく、初期水温ＴＷＩＮＩ、停止時間ＣＥＮＧＳＴＰ及び始動後点火数ＣＴＡＣＲに応じて始動後進角補正量ＩＧＴＷＡＳＴＦを本実施形態と同様に設定する手法であれば、どのような手法でも適用可能である。

また上述した実施形態では、始動完了後の点火回数ＣＴＡＣＲを停止時間ＣＥＮＧＳＴＰに応じて補正することにより、補正点火回数ＣＴＩＧＳＴＡＣＲを算出し、補正点火回数ＣＴＩＧＳＴＡＣＲに応じて始動後補正係数ＫＩＧＴＷＡＳＴを算出するようにしたが、始動完了後の経過時間ＴＡＣＲを停止時間ＣＥＮＧＳＴＰに応じて補正することにより補正経過時間ＴＩＧＡＣＲを算出し、補正経過時間ＴＩＧＡＣＲに応じて始動後補正係数ＫＩＧＴＷＡＳＴを算出するようにしてもよい。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの点火時期制御にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 点火時期の進角補正量（ＩＧＴＷＡ）を算出する処理のフローチャートである。 図２の処理で参照されるテーブルを示す図である。 図２の処理で実行される始動後進角補正量（ＩＧＴＷＡＳＴＦ）を算出する処理のフローチャートである。 図４の処理で参照されるテーブルを示す図である。 本実施形態の進角補正による効果を説明するためのタイムチャートである。 本実施形態の進角補正による効果を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（停止時間計測手段、基本点火時期算出手段、第１進角補正量算出手段、第２進角補正量算出手段、点火時期算出手段）
７ 点火プラグ
８ 吸気圧センサ（負荷検出手段）
１０ 冷却水温センサ（冷却水温検出手段）
１１ クランク角度位置センサ（回転数検出手段）
１２ イグニッションスイッチ

Claims (2)

1. 内燃機関の点火時期を算出し、該算出した点火時期に点火を行う内燃機関の点火時期制御装置において、
   前記機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
   前記機関の停止時間を計測する停止時間計測手段と、
   前記機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
   前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記機関負荷及び機関回転数に応じて基本点火時期を算出する基本点火時期算出手段と、
   前記冷却水温、機関負荷、及び機関回転数に応じて第１進角補正量を算出する第１進角補正量算出手段と、
   前記機関の始動開始時の冷却水温、前記停止時間、及び前記機関の始動完了後の経過時間に応じて第２進角補正量を算出する第２進角補正量算出手段と、
   前記基本点火時期を前記第１及び第２進角補正量により補正し、前記点火時期を算出する点火時期算出手段とを備えることを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
2. 前記第２進角補正量算出手段は、前記停止時間が長くなるほど前記機関の始動完了直後における前記第２進角補正量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。

Images