JP4799663B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
この発明は、内燃機関、特に高圧縮比内燃機関での始動時における吸気バルブの閉弁タイミングを制御する内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to a control device for an internal combustion engine that controls the closing timing of an intake valve at the time of starting in a high compression ratio internal combustion engine.
従来、内燃機関の失火やくすぶり汚損を防止し、燃焼安定性の向上や回転むらの減少を図った内燃機関のための制御装置として、例えば下記の特許文献1〜4があった。
Conventionally, as a control device for an internal combustion engine that prevents misfire and smoldering contamination of the internal combustion engine and improves combustion stability and reduces rotation unevenness, for example, there have been the following
ところで、内燃機関において、シリンダ内の混合気が不完全燃焼するときに発生するカーボンが点火プラグの発火部碍子表面に付着すると、点火プラグの中心電極と接地電極との間の絶縁抵抗値が低下して正規のギャップで火花が飛び難くなる。この現象は、一般的に点火プラグの「くすぶり汚損」として知られている。なお、点火プラグの電極間の絶縁抵抗値が低下して点火プラグの電極間に漏洩電流(以下、リーク電流と称す)が発生することを「くすぶり」と呼ぶ。 By the way, in the internal combustion engine, if carbon generated when the air-fuel mixture in the cylinder burns incompletely adheres to the surface of the ignition part of the ignition plug, the insulation resistance value between the center electrode and the ground electrode of the ignition plug decreases. And it becomes difficult for the spark to fly in the regular gap. This phenomenon is generally known as “smoldering fouling” of the spark plug. The occurrence of leakage current (hereinafter referred to as leakage current) between the electrodes of the spark plug due to a decrease in the insulation resistance value between the electrodes of the spark plug is referred to as “smoldering”.
上記くすぶりは、長時間のアイドル運転や冷機状態での始動を繰り返した場合に発生し易く、くすぶり汚損状態の点火プラグを用いると正規のギャップ以外の場所で火花が飛ぶ(以下、奥飛びと称す)ことにより、混合気への着火性が悪化し、始動するのに必要十分な出力トルクが得られずに、回転速度の上昇の遅延や、更にくすぶりが進行すると失火により始動できなくなる可能性がある。 The above smoldering is likely to occur when idling for a long time or starting in a cold state is repeated, and if a spark plug in a smoldering fouling state is used, a spark will fly at a place other than the regular gap (hereinafter referred to as back jumping). As a result, the ignitability of the air-fuel mixture deteriorates, and the output torque necessary for starting cannot be obtained, and if the rotation speed increases and further smoldering progresses, it may become impossible to start due to misfire. is there.
特に、冷機時に上記のような始動不良が起こりやすい。図9に示す冷機始動時における制御パラメータのタイムチャートによると、冷機時は初爆までの要求電圧(正規のギャップでの放電に必要な電圧)が高く、2nd燃焼以降では要求電圧が小さくなることがこれまでの研究で明らかになっている。また、要求電圧は様々な要因により変化するが、特に影響が大きいのは、点火プラグの正規のギャップの距離と、点火タイミングにおける圧縮圧力と、シリンダ内の混合気の温度であることも周知の事実である。冷機時は、上記要因のうちシリンダ内の混合気の温度が低いため要求電圧が高くなる。初爆が完了すればシリンダ内の温度が上昇するため、要求電圧は小さくなる。 In particular, the above-mentioned starting failure tends to occur when the machine is cold. According to the control parameter time chart at the time of cold start shown in FIG. 9, the required voltage until the first explosion (voltage required for discharge in the regular gap) is high at the time of cold start, and the required voltage becomes small after 2nd combustion. Has been revealed in previous studies. It is also well known that the required voltage varies depending on various factors, but it is well known that the regular gap distance of the spark plug, the compression pressure at the ignition timing, and the temperature of the air-fuel mixture in the cylinder are particularly significant. It is a fact. When cold, the required voltage increases because the temperature of the air-fuel mixture in the cylinder is low among the above factors. When the first explosion is completed, the temperature in the cylinder rises, so the required voltage becomes small.
くすぶり汚損時には初爆に必要な要求電圧に達する前にリーク電流が発生してしまい、正規のギャップで火花が飛ばなくなる。また、吸入空気温度や冷却水温が低い時は、吸気バルブの閉弁タイミングを進角制御することにより吸入空気量を増加させるため、ますます始動が難しくなるという問題がある。 At the time of smoldering contamination, a leak current is generated before the required voltage required for the first explosion is reached, and the spark does not fly at a regular gap. Further, when the intake air temperature or the cooling water temperature is low, the intake air amount is increased by controlling the advance of the closing timing of the intake valve, which makes it difficult to start.
しかしながら、前記特許文献1〜3で開示されている内燃機関のための制御装置は、このような問題点を積極的に解消するものとはなっていなかった。また、前記特許文献4の方法では、点火プラグにおけるくすぶり汚損の程度が大きくなるほど、内燃機関に供給される燃料を相対的に少なくしているが、低温始動時において燃料噴射量を減量側へ制御すると、可燃混合気を十分に形成することができないために内燃機関を始動することができなくなる可能性があった。
However, the control device for an internal combustion engine disclosed in
この発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、くすぶりが発生していても安定した始動が可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can be stably started even if smoldering occurs.
この発明は、点火プラグの正規のギャップで火花が飛び難くなるくすぶりを検出するくすぶり検出手段と、吸気バルブの閉弁タイミングをコントロールする吸気バルブタイミング制御手段と、を備え、始動時に前記くすぶり検出手段によりくすぶりを検出した場合に、前記吸気バルブタイミング制御手段により前記吸気バルブの閉弁タイミングを遅角制御して内燃機関の圧縮圧力を低下させることを特徴とする内燃機関の制御装置にある。 The present invention comprises smolder detecting means for detecting a smolder that makes it difficult for a spark to fly at a regular gap of an ignition plug, and an intake valve timing control means for controlling the closing timing of the intake valve, and the smolder detecting means at the time of starting In the control apparatus for an internal combustion engine, when the smolder is detected, the compression timing of the internal combustion engine is reduced by retarding the closing timing of the intake valve by the intake valve timing control means.
この発明により、内燃機関、特に高圧縮比内燃機関におけるくすぶり発生時の始動不良を回避することができる。 According to the present invention, it is possible to avoid a starting failure when smoldering occurs in an internal combustion engine, particularly a high compression ratio internal combustion engine.
この発明では、点火プラグの正規のギャップで火花が飛び難くなるくすぶりを検出するくすぶり検出手段と、吸気バルブの閉弁タイミングをコントロールする吸気バルブタイミング制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、始動時にくすぶり検出手段によりくすぶりを検出した場合には、吸気バルブタイミング制御手段により吸気バルブの閉弁タイミングを遅角制御することにより内燃機関の圧縮圧力を低下させる。 According to the present invention, in a control device for an internal combustion engine, comprising: a smolder detecting means for detecting a smolder that makes it difficult for a spark to fly at a regular gap of an ignition plug; and an intake valve timing control means for controlling a closing timing of the intake valve. When smoldering is detected by the smolder detecting means at the time of starting, the compression pressure of the internal combustion engine is lowered by retarding the closing timing of the intake valve by the intake valve timing control means.
具体的には点火プラグの電極間が短絡されるまでくすぶりが進行する前のくすぶり、つまり、奥飛びを検出した場合に、吸気バルブの閉弁タイミングを遅角制御することにより、内燃機関の圧縮圧力を低下させる。図10に示す圧縮圧力と要求電圧の関係によると、圧縮圧力が低下すれば要求電圧が低下する(図中A点→B点)ため、点火プラグの正規のギャップで点火し易くなる。その結果、特に低温時のように要求電圧が高い状況においても、始動時の回転速度の上昇の遅延や失火といった始動不良を回避/抑制/緩和することができる。更に、初爆や完爆までの所要時間の短縮により早期始動を実現できるため、スタータ駆動時間の短縮によるバッテリの電力消費量を低減する効果も得ることができる。 Specifically, the compression of the internal combustion engine is controlled by retarding the valve closing timing of the intake valve when smoldering before the smoldering progresses until the spark plug electrodes are short-circuited, that is, when the smoldering is detected. Reduce pressure. According to the relationship between the compression pressure and the required voltage shown in FIG. 10, if the compression pressure decreases, the required voltage decreases (point A → point B in the figure), so that it is easy to ignite at the regular gap of the spark plug. As a result, even in a situation where the required voltage is high, such as at a low temperature, it is possible to avoid / suppress / mitigate a starting failure such as a delay in the increase of the rotational speed at the time of starting or a misfire. Furthermore, since it is possible to realize early start-up by shortening the time required until the first and complete explosions, it is possible to obtain the effect of reducing the battery power consumption by shortening the starter driving time.
また、各気筒の初爆を検出する初爆検出手段を備え、始動時の各気筒の初爆が完了したあとは、吸気バルブタイミング制御手段により吸気バルブの閉弁タイミングを進角制御することにより、内燃機関の吸入空気量を増加させ、回転速度を上昇させることで、完爆までの所要時間を更に短縮する。 In addition, the first explosion detection means for detecting the first explosion of each cylinder is provided, and after the initial explosion of each cylinder at the start is completed, the intake valve closing timing is controlled by the intake valve timing control means. By increasing the intake air amount of the internal combustion engine and increasing the rotational speed, the time required for complete explosion is further shortened.
ここで、くすぶり検出手段は、点火プラグの中心電極と接地電極との間に所定電圧を印加し、その際に流れるリーク電流を検出するリーク電流検出装置を含み、リーク電流を基に点火プラグにおけるくすぶりの発生の有無を検出することにより、点火プラグの電極間が短絡されて失火が発生する前段階のくすぶりを検出することができ、くすぶりに対する対策処理を早期に行うことができる。 Here, the smoldering detection means includes a leakage current detection device that detects a leakage current flowing at that time by applying a predetermined voltage between the center electrode and the ground electrode of the ignition plug, and based on the leakage current in the ignition plug. By detecting the presence or absence of occurrence of smoldering, it is possible to detect smoldering before the occurrence of misfire due to a short circuit between the electrodes of the spark plug, and it is possible to quickly take measures against smoldering.
また、早期点火によるノッキングが起こらない範囲で内燃機関の点火時期を進角制御する点火時期制御手段を備えることにより、内燃機関の圧縮圧力の低い時点で点火を行い、要求電圧を低下させることができる。これは図11に示す筒内圧波形によると、圧縮行程における点火タイミングを進角制御すると、点火タイミングにおける圧縮圧力を低下させることができるため得られる効果である。このような点火時期制御手段を備えていれば、点火プラグの正規のギャップで火花が飛び易くなるため、内燃機関の始動不良を回避/抑制/緩和することができる。 Further, by providing an ignition timing control means for controlling the advance of the ignition timing of the internal combustion engine within a range in which knocking due to early ignition does not occur, ignition can be performed when the compression pressure of the internal combustion engine is low, and the required voltage can be reduced. it can. According to the in-cylinder pressure waveform shown in FIG. 11, when the ignition timing in the compression stroke is advanced, the compression pressure at the ignition timing can be reduced, which is an effect obtained. If such an ignition timing control means is provided, a spark can easily fly at a regular gap of the spark plug, so that a starting failure of the internal combustion engine can be avoided / suppressed / relieved.
以下、この発明による内燃機関の制御装置を実施の形態に従って図面を用いて説明する。 Hereinafter, an internal combustion engine control apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings in accordance with an embodiment.
実施の形態1.
図1はこの発明の一実施の形態による内燃機関の制御装置の概略構成を示すブロック図である。図1において、エンジン(内燃機関)1の吸気系の上流に吸入空気流量を調整するために電子的に制御される電子制御式スロットルバルブ2が設けられている。また、電子制御式スロットルバルブ2の開度を測定するために、スロットル開度センサ3が設けられている。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an electronically controlled
さらに、電子制御式スロットルバルブ2の上流には吸入空気流量を測定するエアフロセンサ4が設けられており、電子制御式スロットルバルブ2の下流のエンジン1側には、サージタンク5内の圧力を測定するインマニ圧センサ6が設けられている。なお、エアフロセンサ4とインマニ圧センサ6に関しては、両方とも設けてもよいし、いずれか一方のみが設けられていてもよい。さらに、サージタンク5には、電子制御式EGRバルブ7が接続されており、サージタンク5の下流の吸気通路には、燃料を噴射するインジェクタ8が設けられている。なお、インジェクタ8はエンジン1のシリンダに直接噴射できるように設けられてもよい。
Further, an
サージタンク5の下流の吸気通路の端には吸気バルブ9が設けられており、この吸気バルブ9がシリンダ内に入る混合気を規制する。吸気バルブ9の上端はエンジン1の駆動状態に応じて回転するカムシャフト10のカム面に当接している。このカムシャフト10の回転位置に応じて吸気バルブ9が軸方向位置を変化させてシリンダの通路を開閉する可変吸気バルブタイミング機構11が備えられている。なお、可変吸気バルブタイミング機構11は、カムシャフト10の位置(角度)を検出する図5に図示を省略したカム角センサと、吸気バルブ9の閉弁タイミングを電動もしくは油圧で調整する機能を備えている。
An intake valve 9 is provided at the end of the intake passage downstream of the
さらに、エンジン1のシリンダ内の混合気に点火するための点火コイル12及び点火プラグ13が設けられている。なお、点火プラグ13はその電極がエンジン1のシリンダ内に臨むようにして配置されており、要求電圧が印加されたときに火花を飛ばして混合気を爆発させる。また、点火コイル12には、点火プラグ13の中心電極と接地電極との間に所定電圧を印加して、その際に流れるリーク電流を検出するリーク電流検出装置14の機能が備えられている。なお、リーク電流検出装置14には混合気の燃焼時に発生するイオン電流を検出する機能も備えられている。また、リーク電流検出装置14は点火コイルに備えられている機能ではなく点火コイルとは別体として構成されていてもよい。このリーク電流検出装置14の機能が備えられた点火コイル12の具体的な構成については後述する。さらに、エンジンの回転速度やクランク角度を検出するために、クランク軸に設けられたプレートのエッジを検出するためのクランク角センサ15がエンジン1に設けられている。
Furthermore, an
エアフロセンサ4で測定された吸入空気流量S1と、インマニ圧センサ6で測定されたインマニ圧S2と、スロットル開度センサ3で測定された電子制御式スロットルバルブ2の開度S3と、クランク角センサ15より出力されるクランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスS4と、点火プラグ13に備えられたリーク電流検出装置14で測定されたリーク電流値S5及びイオン電流値S6は、電子制御ユニット(以下、「ECU」と称す)16に入力される。
The intake air flow rate S1 measured by the
なお、ECU16はマイクロコンピュータを主体に構成されるユニットであり、上記各センサ及び検出装置の出力信号に加え、図1に図示しないバッテリの出力電圧、スタータスイッチのオン/オフ信号(S10)、吸気温センサで測定された吸入空気温度(以下、吸気温と称す)や水温センサで測定された冷却水温度(以下、水温と称す)(S12)、可変吸気バルブタイミング機構11で測定されたカムシャフト10の位置(角度)の信号が入力される。ECU16は入力された各種信号より後述する方法を用いて吸気バルブ9の閉弁タイミングの目標値を設定し、吸気バルブ9の閉弁タイミングが目標値となるようにフィードバック制御を行なうための目標閉弁タイミング信号S7を可変吸気バルブタイミング機構11へ出力する。また、ECU16は入力された各種信号に応じて点火コイル12へ通電/遮断信号S8を出力することにより点火時期を制御する。さらに、ECU16は前記以外の各種アクチュエータへの指示信号も出力する。
The
図2はリーク電流検出装置14の機能を備えた点火コイル12の具体的な構成の一例を示す回路図である。点火コイル12は一次巻線18a及び二次巻線18bにより構成されている。バッテリ17は点火コイル12の一次巻線18aの高圧側に接続され給電を行なう。パワートランジスタ19はコレクタが一次巻線18aの低圧側に接続され、コレクタが接地(グランド)され、べースがECU16に接続され、一次巻線18aに流れる一次電流を通電/遮断する。抵抗器24が高圧電極と接地電極間に並列に接続されて示された点火プラグ13は、一端が点火コイル12の二次巻線18bの高圧側に接続され、他端は接地され、点火用の二次電圧V2が印加されることによりエンジン1のシリンダ内の混合気に着火を行う。ここでは1つの気筒に対する点火部のみを代表的に示しているが、同様の点火部が各気筒毎に設けられている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of the
リーク電流検出装置14は、点火プラグ13を通して流れるリーク電流値S5及びイオン電流値S6を検出する。二次巻線18bの低圧側にはバイアス電源となるコンデンサ20が接続され、コンデンサ20と並列にツェナーダイオード21が接続される。エンジン1の点火時に、点火コイル12の二次側に誘起される二次電圧V2を蓄積してバイアス電圧Vcとする。ツェナーダイオード21は、一端が二次巻線18bの低圧側に接続され、且つ他端は接地されており、コンデンサ20に充電されるバイアス電圧Vcをクランプする。また、コンデンサ20の他端には、ダイオード22とリーク電流検出用の抵抗器23からなる並列回路が接続される。ダイオード22と抵抗器23の各他端は接地されている。点火プラグ13に並列接続された抵抗器24は点火プラグ13の電極間の抵抗値であり、通常、くすぶり汚損が発生していない点火プラグ13の電極間の抵抗値は無限大と考えられる。
The leak
続いて、リーク電流検出装置14の動作について説明する。エンジン1の点火時期において、通電/遮断信号S8に応じてパワートランジスタ19により、一次巻線18aの通電が遮断されると、二次巻線18bの高圧側に負極性の二次電圧V2が生じる。これにより二次巻線18b側に放電電流が流れ、点火プラグ13の電極間に火花放電が起こるので、エンジン1の混合気が着火されると共に、コンデンサ20が充電される。このとき、コンデンサ20の充電電圧Vcは、ツェナーダイオード21により任意に設定される。また混合気の燃焼に伴って、点火プラグ13の周辺の電離作用によりイオンが発生するので、コンデンサ20の正極性のバイアス電圧Vcによる電子の移動により、イオン電流が流れる。このとき抵抗器23で発生する電圧降下を誘起電圧値Viとして検出することにより、混合気の燃焼状態を示すイオン電流値S6を検出することができる。また、点火プラグ13がくすぶり汚損の状態にあり、電極間に抵抗値数MΩの抵抗器24が等価的に存在した場合には、点火コイル12の二次側にバイアス電圧Vcを印加した際に、点火プラグ13の電極間にリーク電流が流れる。このとき抵抗器23で発生する電圧降下を誘起電圧値Viとして検出することにより、くすぶり汚損の状態を示すリーク電流値S5を検出することができる。
Next, the operation of the leakage
図3にはこの発明の実施の形態による内燃機関の制御装置の概略的な動作を示すフローチャートであり、以下、動作について説明する。この動作は基本的に図1のECU16の制御により行われる。図3に示すように、ステップ101では、スタータスイッチ(図示省略)のオン/オフ信号S10を読み取り、エンジンの状態が始動中か否かを判定する。ここで「Yes」と判定されるとステップ102に進む。一方、「No」と判定されるとこの発明の特徴の範囲外の動作になるので、本処理を終了するということにする。
FIG. 3 is a flowchart showing a schematic operation of the control apparatus for an internal combustion engine according to the embodiment of the present invention. The operation will be described below. This operation is basically performed by the control of the
ステップ102では、エンジンの各気筒の初爆が完了していないことを確認する。エンジンの初爆は、リーク電流検出装置14によって測定されるイオン電流値S6の検出レベルが所定値以上を示した場合に初爆が完了したと判定してもよいし、インマニ圧センサ6によって測定されるインマニ圧値S2の急激な減少変化やシリンダ内の圧力を測定する筒内圧センサの出力信号(共に図示省略)の急激な増大変化を、その絶対値又は変化率に基づいて初爆が完了したと判定してもよいし、クランク角センサ15より出力されるクランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスS4の周期変化が所定変動量以上減少した場合に初爆が完了したと判定してもよい。ステップ102で「Yes」と判定され初爆が未完であるとステップ104に進み、一方「No」と判定され初爆完了ならステップ103に進む。
In
ステップ103では、吸気バルブ9の閉弁タイミングを予め設定された始動時の目標値よりも進角制御することにより、エンジンの吸入空気量を増加させて回転速度の上昇を促した後、本処理を終了する。以下、ステップ103の効果を、図4に示すクランク角度(エンジンサイクルの各工程)に対する吸気バルブのバルブリフト量を参照しながら具体的に説明する。予め設定された始動時のバルブリフト201をバルブリフト202にシフトすることにより、閉弁タイミングの目標値A点を、進角側のB点にシフトする。これにより、吸気行程における吸気バルブ9の開期間を期間203から期間204に延長させて、エンジンの吸入空気量を増加させることができる。吸入空気量が増加するとエンジンの負荷が増大するため、出力トルクも増加し、エンジンの回転速度の上昇を促進させることができる。このような手段を取ることにより、始動開始から完爆までの所要時間を短縮する効果を得ることができる。
In step 103, after the valve closing timing of the intake valve 9 is controlled to advance from a preset target value at the time of starting, the intake air amount of the engine is increased to promote the increase of the rotational speed, and then the present processing is performed. Exit. Hereinafter, the effect of step 103 will be specifically described with reference to the valve lift amount of the intake valve with respect to the crank angle (each step of the engine cycle) shown in FIG. By shifting the
一方、ステップ104では、リーク電流検出装置14で測定されたリーク電流値S5を基に点火プラグ13にくすぶり汚損が発生しているか否かを判定する。図2の回路図における、始動時すなわちクランキング時の通電/遮断信号S8、二次電圧V2、バイアス電圧Vc、及び、くすぶり汚損無し/有りでのリーク電流検出装置14出力のタイムチャートを図5に示し、くすぶり汚損が発生しているか否かの判定方法を説明する。
On the other hand, in step 104, it is determined whether smoldering contamination has occurred in the
まず、通電/遮断信号S8が通電状態となり、パワートランジスタ19がオン状態になると、点火コイル12の一次巻線18aに電流が流れる。次いで、通電/遮断信号S8が遮断状態とされてパワートランジスタ19がオフ状態になることにより、一次電流が遮断されると点火コイル12の二次巻線18bに高電圧が誘起され、放電電流が流れ、その結果、点火プラグ13に火花放電が起こると同時にコンデンサ20が充電される。ここで、放電開始後の一定時間T1にわたってリーク電流値S5及びイオン電流値S6が検出されないのは、コンデンサ20に充填されているバイアス電圧Vcが点火によって生じた二次電圧V2よりも絶対量が小さいためである。その後、二次電圧V2は放電により急速に低下していくので、バイアス電圧Vcが二次電圧V2の絶対値を上回る動作期間T2−T3になったときに、リーク電流、又は、イオン電流が検出できるようになる。バイアス電圧Vcが低下してT3の終了時期にまで達してしまうとリーク電流、及び、イオン電流が検出できなくなる。
First, when the energization / cutoff signal S8 is energized and the
バイアス電圧Vcが二次電圧V2の絶対値を上回った後、点火コイル12は残留磁気エネルギを放出しようとし、二次巻線18bのインダクタンスLとコンデンサ20のキャパシタンスCとの間でLC共振が起こり、LC共振電流が流れる。そのLC共振電流はリーク電流検出用の抵抗器23で発生する電圧降下として検出されるため、リーク電流検出装置出力には図5の(イ)に示されるように、急激な変化が現れる。しかしこれは残留磁気ノイズであってイオン電流やリーク電流ではない。上述のLC共振電流(イ)は、燃焼イオンによるものではなく、燃焼の有無に関わらず発生する。
After the bias voltage Vc exceeds the absolute value of the secondary voltage V2, the
続いて、図5の(イ)のLC共振電流が流れた後に、イオン電流(ロ)や(ハ)が流れる。イオン電流(ロ)は燃焼反応に伴うイオン電流であり、その反応式は下記の通りである。 Subsequently, after the LC resonance current of (a) in FIG. 5 flows, ion currents (b) and (c) flow. The ionic current (b) is an ionic current associated with the combustion reaction, and its reaction formula is as follows.
CH + O → CHO+ + e−
CHO+ + H2O → CO + H3O+
CH + O → CHO + + e −
CHO + + H 2 O → CO + H 3 O +
イオン電流(ハ)は既燃ガスの熱電離に伴うイオン電流であり、その反応式は下記の通りである。 The ionic current (c) is an ionic current associated with the thermal ionization of burned gas, and its reaction formula is as follows.
NO → NO+ + e− NO → NO + + e −
これらのイオン電流は燃焼が発生したときにのみ検出される。 These ion currents are detected only when combustion occurs.
燃焼によるイオン電流が発生する所定期間T2の後に、リーク電流に相当する電流(ニ)が検出された場合に、点火プラグ13がくすぶり汚損の状態にあるか判定する。このように、非燃焼期間T3において点火コイル12の二次巻線18bにバイアス電圧Vcを印加したときに、抵抗器23を流れる電流を計測することにより、点火プラグ13のくすぶり汚損状態を直接検出することができる。くすぶり汚損が発生しているか否かは、非燃焼期間T3におけるリーク電流値S5が図5に示す判定閾値Aを上回った期間T4が所定期間以上であったときにくすぶり汚損有りと判定してもよいし、非燃焼期間T3におけるリーク電流値S5の積算値が判定閾値Bを上回ったときにくすぶり汚損有りと判定してもよい。
When a current (d) corresponding to a leakage current is detected after a predetermined period T2 during which an ionic current is generated by combustion, it is determined whether the
ステップ104で「Yes」と判定されるとステップ106に進み、一方、「No」と判定されるとステップ105に進む。ステップ105では、吸気バルブ9の閉弁タイミングを予め設定された始動時の目標値(くすぶり汚損無し時の目標値)にフィードバック制御し、再びステップ101へ戻り、処理を繰り返す。なお、吸気バルブ9の閉弁タイミングのフィードバック制御は、ECU16から可変吸気バルブタイミング機構11へ送信される目標閉弁タイミング信号S7と、可変吸気バルブタイミング機構11からECU16へ送信されるカムシャフト10の位置(角度)信号S11のやりとりによって行なわれる。
If “Yes” is determined in Step 104, the process proceeds to Step 106, while if “No” is determined, the process proceeds to Step 105. In
ステップ106では吸気バルブ9の閉弁タイミングを予め設定した目標値(くすぶり汚損有り時の目標値)にまで遅角制御、及び、早期点火によるノッキングが起こらない範囲で点火時期を予め設定した目標進角量(くすぶり汚損有り時の目標値)にまで進角制御する。ステップ106で閉弁タイミングを遅角制御、及び、点火時期を進角制御した後は、再びステップ101へ戻り、処理を繰り返す。
In
以下、ステップ106における吸気バルブ9の閉弁タイミングを遅角制御することによる効果を、図6に示すクランク角度(エンジンサイクルの各工程)に対する吸気バルブのバルブリフト量を参照しながら具体的に説明する。予め設定された始動時のバルブリフト211をバルブリフト212にシフトすることにより、閉弁タイミングの目標値A点を、遅角側のC点にシフトすることができる。これにより、吸気行程における吸気バルブ9の開期間を期間213から期間214へ短縮させることができ、かつ、排気行程における吸気バルブ9の開期間が期間215となるため、一度シリンダ内に吸入した空気を再びサージタンク側へ押し返す空気量を増やすことができる。このような方法を取ることにより、エンジン1の圧縮圧力が低下し、点火プラグ13の要求電圧が低下するため、点火プラグ13の正規のギャップで点火し易いシリンダ内の環境を作ることができる。また、ステップ106において点火時期を進角制御することの効果は、図11に示すように、点火タイミングにおけるエンジン1の圧縮圧力を低下させることができるため、点火プラグ13の要求電圧が低下し、点火プラグ13の正規のギャップで点火し易いシリンダ内の環境を作ることができる。
Hereinafter, the effect obtained by delaying the closing timing of the intake valve 9 in
ここまでのこの発明の効果を、始動時の制御パラメータのタイムチャートを参照しながら説明する。くすぶり汚損が発生した点火プラグに対し、この発明の実施の形態による処理を行わなかった場合のタイムチャートを図7に示す。クランキング開始から初爆までの時間T1と、クランキング開始から完爆までの時間T2と、スタータ駆動期間T3は、図7に図示する通りであり、くすぶり汚損が発生していない場合と比較してT1、T2、T3のいずれも相対的に長くなる。始動時の点火時期と閉弁タイミングは水温等の運転状態に応じた目標値に固定されており、初爆が完了したあとに進遅角制御が実施される。 The effects of the present invention thus far will be described with reference to a time chart of control parameters at the start. FIG. 7 shows a time chart in the case where the processing according to the embodiment of the present invention is not performed on the spark plug in which smoldering contamination has occurred. The time T1 from the start of cranking to the first explosion, the time T2 from the start of cranking to the complete explosion, and the starter driving period T3 are as shown in FIG. 7 and are compared with the case where no smoldering contamination occurs. Therefore, all of T1, T2, and T3 are relatively long. The ignition timing and the valve closing timing at the start are fixed to target values corresponding to the operation state such as the water temperature, and advance / retard angle control is performed after the initial explosion is completed.
上記に対し、くすぶり汚損が発生した点火プラグに対し、この発明の実施の形態による処理を行った場合のタイムチャートを図8に示す。クランキング開始直後の初点火後にリーク電流検出装置14によって検出されるリーク電流値S5から、点火プラグ13がくすぶり汚損の状態にあると判定し、次サイクルの点火時期は進角制御される。また、吸気バルブ9の閉弁タイミングは予め設定された目標値に遅角制御される。上記により、2nd点火以降の要求電圧を低下させることができ、奥飛びが発生する前に正規のギャップで火花が飛び易くなるため、クランキング開始から初爆までの時間T1’をT1と比較して短縮することができる。また、初爆が完了した後に吸気バルブ9の閉弁タイミングを進角制御することにより、ステップ103で前述した効果と同様の効果を得ることができる。このとき、点火時期はエンジン1の回転速度や負荷といった運転状態に応じて進遅角制御する。その結果、クランキング開始から完爆までの時間T2’をT2と比較して短くすることができる。更に、クランキング開始から初爆までの時間短縮によりスタータ駆動期間T3’をT3と比較して短くすることができる。
In contrast to the above, FIG. 8 shows a time chart when processing according to the embodiment of the present invention is performed on a spark plug in which smoldering fouling has occurred. From the leakage current value S5 detected by the leakage
以上により、初爆に必要な要求電圧に達する前にリーク電流が発生することによる、エンジン1の始動不良を回避することができる。また、吸気温や水温が低い時の始動のように、吸入空気量を増加させるために吸気バルブ9の閉弁タイミングを進角制御している状況においても、この方法を採用することにより、くすぶり汚損が発生していても始動不良を回避することができる。更に、スタータ駆動期間の短縮によりバッテリの電力消費量を低減する効果を得ることができる。
As described above, starting failure of the
上記実施の形態はこの発明を実施するための例にすぎず、この発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されたこの発明の要旨の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能である。上記実施の形態では、吸気バルブの閉弁タイミングを遅角制御する処理と、点火時期を進角制御する処理とを並列で行なっているが、順序を決めて直列で行なうようにしてもよいし、吸気バルブの閉弁タイミングを進遅角制御する処理のみを実施して点火時期は始動時の吸気温や水温に応じて適合された目標値に制御する構成としてもよい。 The above embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to such specific embodiments, and within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Various other embodiments are possible. In the above embodiment, the process for delaying the closing timing of the intake valve and the process for controlling the advancement of the ignition timing are performed in parallel. However, the order may be determined and performed in series. The ignition timing may be controlled to a target value that is adapted to the intake air temperature and water temperature at the time of starting by performing only the processing for advance / retard control of the intake valve closing timing.
1 エンジン(内燃機関)、2 電子制御式スロットルバルブ、3 スロットル開度センサ、4 エアフロセンサ、5 サージタンク、6 インマニ圧センサ、7 電子制御式EGRバルブ、8 インジェクタ、9 吸気バルブ、10 カムシャフト、11 可変吸気バルブタイミング機構、12 点火コイル、13 点火プラグ、14 リーク電流検出装置、15 クランク角センサ、16 ECU、17 バッテリ、18a 一次巻線、18b 二次巻線、19 パワートランジスタ、20 コンデンサ、21 ツェナーダイオード、22 ダイオード、23 抵抗器、24 抵抗器。 1 engine (internal combustion engine), 2 electronically controlled throttle valve, 3 throttle opening sensor, 4 airflow sensor, 5 surge tank, 6 intake manifold pressure sensor, 7 electronically controlled EGR valve, 8 injector, 9 intake valve, 10 camshaft , 11 Variable intake valve timing mechanism, 12 Ignition coil, 13 Spark plug, 14 Leakage current detection device, 15 Crank angle sensor, 16 ECU, 17 Battery, 18a Primary winding, 18b Secondary winding, 19 Power transistor, 20 Capacitor , 21 Zener diode, 22 diode, 23 resistor, 24 resistor.
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