JP4803124B2 - 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。

内燃機関の始動開始から機関出力が定常状態に到達する過程において、フリクショントルクとクランク角加速度とを用いて推定図示トルクを算出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、実際のフリクショントルクと基準となるフリクショントルクとから補正フリクショントルクを求める技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００４−３４６８６９号公報 特開２００４−１５０４２４号公報 特開２００６−２２７２２号公報

ところで内燃機関の冷間始動時に該内燃機関の状態を表す値として測定可能なのは機関回転数及び吸入空気量のみであるため、フリクション、燃料性状、吸入空気量等に誤差が生じていると、機関回転数が安定し難くなる。また、想定されるフリクショントルクと、実際のフリクショントルクとに差があると、機関回転数が安定しなくなる。例えば点火時期を操作して機関回転数をフィードバック制御する場合には、フリクショントルクの誤差の影響により機関回転数が安定しなくなる。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の制御装置において、フリクショントルクを早期に求めることで、機関回転数を速やかに安定させることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の制御装置は、
内燃機関が始動されてから機関回転数が一定の回転数で推移するまでの回転数過渡期間中において、点火時期を基準値よりも進角させることと遅角させることとを少なくとも１回ずつ行なう点火時期操作手段と、
前記点火時期操作手段により点火時期が操作されるときの発生トルクに基づいてフリクショントルクを推定するフリクショントルク推定手段と、
前記点火時期操作手段により点火時期が操作されるときの基準となるフリクショントルクを記憶する記憶手段と、
前記フリクショントルク推定手段により推定されるフリクショントルクと前記記憶手段により記憶されている基準となるフリクショントルクとを比較してフリクショントルクの補正量を算出する補正量算出手段と、
を備えることを特徴とする。

内燃機関が始動されてから機関回転数が例えばアイドル回転数で一定となるまでの間では、点火時期を基準値よりも進角させたり遅角させたりしても、機関回転数が過渡状態であるために、その変化を運転者が体感し難い。また、点火時期を進角、遅角、基準値と連続して変化させることで、発生トルクの増減が打ち消し合うため、機関回転数を略一定とすることができる。このときには、点火時期の遅角量と進角量とを略等しくするか、または点火時期の遅角時における発生トルクと進角時における発生トルクとが等しくなるよう
に点火時期を操作してもよい。このようにして、機関回転数が略等しい状態で、フリクショントルクを求めることができる。また、内燃機関の始動時に行なえば、早期にフリクショントルクを求めることができるため、その後の機関回転数を安定させることができる。

例えば補正量算出手段により得られるフリクショントルクの補正量に基づいて吸入空気量を補正することにより、実際のフリクショントルクに応じた吸入空気量を設定することができるため、機関回転数を容易に安定させることができる。

本発明によれば、フリクショントルクを早期に求めることで、機関回転数を速やかに安定させることができる。

以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関１、並びにその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４ストロークガソリン機関である。内燃機関１には、燃焼室２内に火花を発生させる点火プラグ１２が取り付けられている。

内燃機関１には、燃焼室２へ通じる吸気通路３が接続されている。この吸気通路３の途中には、内燃機関１の吸入空気量を測定するエアフローメータ４が取り付けられている。また、エアフローメータ４よりも内燃機関１側の吸気通路３には、スロットル５が設けられている。

スロットル５よりも内燃機関１側の吸気通路３には、該吸気通路３内に燃料を噴射する燃料噴射弁６が取り付けられている。

一方、内燃機関１には、燃焼室２へ通じる排気通路７が接続されている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する。

また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１４を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１５、および機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１１が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁６および点火プラグ１２が電気配線を介して接続され、この燃料噴射弁６および点火プラグ１２はＥＣＵ１０により制御される。

ところで、図２は、内燃機関１が始動されてから（すなわち、内燃機関１のクランキングが開始されてから）機関回転数が一定の回転数に落ち着くまでの間（以下、「始動期間」または「回転数過渡期間」という。）の、機関回転数と、点火時期と、の推移を示したタイムチャートである。

ここで本実施例では、回転数過渡期間中の機関回転数上昇時に、点火時期を基準値より
も先ず進角側に変化させ、その後に基準値よりも遅角側に変化させている。このときの変化量は、進角側と遅角側とで同じとする。これにより、発生トルクの変動を抑制している。

ここで、点火時期を基準値よりも進角側へ変化させたときには以下の関係が成り立つ。
Ｉ（ｄｗ／ｄｔ）_１＝Ｔ_１−Ｔ_ｆ１・・・（１）
但し、Ｉは慣性モーメント、（ｄｗ／ｄｔ）_１は角加速度、Ｔ_１は出力トルク、Ｔ_ｆ１はフリクショントルクである。

同様に、点火時期を基準値よりも遅角側へ変化させたときには以下の関係が成り立つ。
Ｉ（ｄｗ／ｄｔ）_２＝Ｔ_２−Ｔ_ｆ２・・・（２）
但し、Ｉは慣性モーメント、（ｄｗ／ｄｔ）_２は角加速度、Ｔ_２は出力トルク、Ｔ_ｆ２はフリクショントルクである。

そして、点火時期が基準値のときには以下の関係が成り立つ。
Ｉ（ｄｗ／ｄｔ）_３＝Ｔ_３−Ｔ_ｆ３・・・（３）
但し、Ｉは慣性モーメント、（ｄｗ／ｄｔ）_３は角加速度、Ｔ_３は出力トルク、Ｔ_ｆ３はフリクショントルクである。

また、Ｔ_１＋Ｔ_２＝２Ｔ_３となるように点火時期が設定されている。なお、慣性モーメントは予め求めておくことができ、角加速度は例えばセンサにより検出することができる。

そして、上記（１）から（３）式に基づいて、Ｔ_ｆ１、Ｔ_ｆ２、Ｔ_ｆ３を算出する。

ここで、Ｔ_ｆ１＝Ｔ_ｆ２＝Ｔ_ｆ３のとき、つまり全て等しいときには、Ｔ_ｆ＝Ｔ_１となる。

一方、Ｔ_ｆ１、Ｔ_ｆ２、Ｔ_ｆ３の何れかが異なる場合には、燃料性状等の影響により点火時期に対する出力トルクカーブが変形していると考えられる。このときにはＴ_ｆ１、Ｔ_ｆ２、Ｔ_ｆ３の全てが異なるため、次の計算を行なう。

まず、Ｔ_ｆ１、Ｔ_ｆ２、Ｔ_ｆ３の平均値Ｔ_ｆａｒｅを次式により算出する。
Ｔ_ｆａｒｅ＝（Ｔ_ｆ１＋Ｔ_ｆ２＋Ｔ_ｆ３）／３

次に、Ｔ_ｆ１、Ｔ_ｆ２、Ｔ_ｆ３のばらつきＤを次式により算出する。
Ｄ＝ＭＡＸ（Ｔ_ｆ１、Ｔ_ｆ２、Ｔ_ｆ３）−ＭＩＮ（Ｔ_ｆ１、Ｔ_ｆ２、Ｔ_ｆ３）
ただし、ＭＡＸ（Ｔ_ｆ１、Ｔ_ｆ２、Ｔ_ｆ３）は、Ｔ_ｆ１、Ｔ_ｆ２、Ｔ_ｆ３の中の最大値を示し、ＭＩＮ（Ｔ_ｆ１、Ｔ_ｆ２、Ｔ_ｆ３）は、Ｔ_ｆ１、Ｔ_ｆ２、Ｔ_ｆ３の中の最小値を示している。なお、ばらつきＤに代えて、標準偏差や分散を用いてもよい。

また、Ｄと、Ｔ_ｆの補正量Ｔ_ｆｅとの関係を予め実験等により求めておく。そして、ばらつきＤに基づいて、補正量Ｔ_ｆｅを算出する。

そして、最終的なフリクショントルクＴ_ｆは以下の式により求める。
Ｔ_ｆ＝Ｔ_ｆａｒｅ＋Ｔ_ｆｅ

予め求めておいたフリクショントルクの基準値と、上記式により得られたフリクショントルクＴ_ｆと、を比較することにより、フリクショントルクの誤差を算出することができる。そして、例えばこの誤差に補正係数を乗じることにより、吸入空気量を補正する。吸
入空気量の補正は、スロットル５の開度を変更することにより行なわれる。なお、本実施例ではフリクショントルクの誤差を算出するＥＣＵ１０が、本発明における補正量算出手段に相当する。また、本実施例においてはフリクショントルクの基準値を記憶しているＥＣＵ１０が、本発明における記憶手段に相当する。

次に図３は、本実施例に係る吸入空気量の補正フローを示したフローチャートである。本ルーチンは内燃機関の始動時に実行される。

ステップＳ１０１では、機関回転数が規定回転数に到達したか否か判定される。この規定回転数は、点火時期を基準値よりも進角側としたときに、機関回転数が目標回転数に到達するように設定される。

ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０２では、点火時期が操作される。つまり、点火時期が基準値から進角側へ操作され、その後に遅角側へ操作され、そして基準値へ戻される。なお、本実施例ではステップＳ１０２を処理するＥＣＵ１０が、本発明における点火時期操作手段に相当する。

ステップＳ１０３では、フリクショントルクが推定される。つまり、上記の式（１）から（３）に基づいてフリクショントルクＴ_ｆが推定される。なお、本実施例ではステップＳ１０３を処理するＥＣＵ１０が、本発明におけるフリクショントルク推定手段に相当する。

ステップＳ１０４では、吸入空気量が補正される。予め求められているフリクショントルクの基準値とステップＳ１０３で算出されるフリクショントルクＴ_ｆとが比較され、その差に吸入空気量補正係数を乗じて吸入空気量が補正される。

このようにして、回転数過渡期間中にフリクショントルクに基づいて吸入空気量を補正することができるため、その後の機関回転数を安定させることができる。なお、本実施例では吸入空気量を補正しているが、他の例えば燃料噴射量または点火時期等を補正してもよい。

また、機関回転数の安定を図ることができるため、例えば点火時期の操作による機関回転数のフィードバック制御をより正確に行うことができる。さらに、内燃機関１の始動直後の過渡運転時において点火時期を操作するため、運転者が体感し難い。そのため、運転者が不快に思うこともほとんどない。

なお、点火時期の操作による機関回転数のフィードバック制御では、入力値として機関回転数を用いているため、機関回転数の誤差が燃料性状によるものなのか、フリクショントルクによるものなのか判断することが困難である。そのため、間違った補正が行われる虞がある。しかし、本実施例によれば、フリクショントルクの影響による機関回転数の変動を抑制できる。

実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関、並びにその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。 回転数過渡期間中の、機関回転数と、点火時期と、の推移を示したタイムチャートである。 実施例に係る吸入空気量の補正フローを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 燃焼室
３ 吸気通路
４ エアフローメータ
５ スロットル
６ 燃料噴射弁
７ 排気通路
１０ ＥＣＵ
１１ クランクポジションセンサ
１２ 点火プラグ
１４ アクセルペダル
１５ アクセル開度センサ

Claims (1)

1. 内燃機関が始動されてから機関回転数が一定の回転数で推移するまでの回転数過渡期間中において、点火時期を基準値よりも進角させたときのトルクと点火時期を基準値よりも遅角させたときのトルクとを加算した値が、点火時期が基準値のときのトルクを２倍した値となるように、点火時期を基準値よりも進角させることと遅角させることとを少なくとも１回ずつ行なう点火時期操作手段と、
   前記点火時期操作手段により点火時期が操作されるときの発生トルクに基づいてフリクショントルクを推定するフリクショントルク推定手段と、
   前記点火時期操作手段により点火時期が操作されるときの基準となるフリクショントルクを記憶する記憶手段と、
   前記フリクショントルク推定手段により推定されるフリクショントルクと前記記憶手段により記憶されている基準となるフリクショントルクとを比較してフリクショントルクの補正量を算出する補正量算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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