JP5119126B2 - エンジンシステムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明はエンジンシステムの制御方法に関連し、具体的には、エンジンの点火エネルギーの制御方法に関連する。

従来よりエンジンには、異なる燃料成分の混合物或いは混和物を含む燃料が使用される場合がある。例の一つとして、エンジンが、略８５%のエタノールと略１５%のガソリンの混合物を含むE８５を使用する場合がある。別のエンジンが、フレックス燃料（FLEX-FUEL）エンジンとして構成され、複数の異なる燃料混合物を使用する場合がある。

例えば、フレックス燃料エンジンは、１００%ガソリン、略１０%のエタノールと略９０%のガソリンを含むE１０、E８５、及び、１００%エタノールを含む、様々に異なる混合比のエタノールとガソリンとを使用するように構成され得る。このように、種々の異なる燃料混合物を使用可能なエンジンがある。なお、メタノールのような他のバイオ燃料が使用される場合もある。

しかしながら、エタノール、或いは、メタノールのような他のバイオ燃料を含む燃料混合物の使用は、ある種の低温状態において燃焼性の低下をもたらす可能性がある。例えば、エタノールの蒸発温度はガソリンに比べて高いので、混合燃料の蒸発速度は、燃料の中のエタノールの相対濃度が高くなるに連れて低くなる。一般に冷間始動と呼ばれる大気温度状態からのエンジン始動の際に、エタノール濃度の増加に起因する混合燃料の揮発性の低下は、不十分な燃焼とエンジンの失火或いはストールをもたらす可能性がある。

従って、取り組みの一つとして、これらの状態においては燃料の十分な燃焼が生じることを確かなものとすべく、エンジンに送られる燃料の総量を増やすことが行われてきた。しかしながら、混合燃料の気化霧化が悪くなることの救済策として追加の燃料を使用することは、エンジンによって排出される未燃燃料と燃焼生成物の増量をもたらす可能性がある。

本発明は前述の課題に取り組む為、少なくとも１本の気筒を持つエンジン、気筒に燃料を供給する様に構成された燃料システム、少なくとも一つの点火プラグを含む点火システム、燃料システムによって気筒に供給される燃料の組成に応じて、点火プラグ等により気筒に供給する点火エネルギーの大きさを変更する制御システムを含む、自動車用のエンジンシステムを提供する。

例の一つとして制御システムは、相対的な割合が変わり得るガソリンとアルコール（例えばエタノール）の混合燃料に対応することが出来る。また、始動後にエンジンに供給する点火エネルギーの大きさを変えることによって、エンジンを運転する方法も提供される。それによって、エンジンの温度や始動後の燃焼回数に応じて点火エネルギーの大きさが調節され得る。幾つかの例において点火エネルギーの調節は、吸気量に対応した燃料供給量の調節と共に行われ得る。

このようにして、燃料の組成に関わらず、エンジン温度が低いときの燃焼性が改善され得る。加えて、例えばエンジン冷間始動時のような選択された運転状態においてのみ、点火エネルギーを増大させるようにすれば、この点火エネルギーの増大に起因して起こり得る点火システムの劣化を低減、或いは最小化し得る。しかしながら、そのような取り組みは、選択された条件下における温間再始動にも適用するようにしてもよい。

図１は、燃焼室、即ち気筒３０を備えた多気筒エンジンシステム１０の一例の概略図を示す。例の一つとしてエンジンシステム１０は自動車に搭載され得る。気筒３０は、ピストン３６が可動に配置される燃焼室壁３２を備える。ピストン３６は、変速機を介して自動車の駆動輪に動作可能に連結されたクランクシャフト４０に連結され得る。例の幾つかにおいて始動モータがフライホイールを介してクランクシャフト４０に連結され、エンジンシステム１０の始動を可能にする。

気筒３０は、吸気通路４２を介して吸気マニフォールド４４から空気を吸い込み、排気通路４８を介して燃焼ガスを排出することが出来る。吸気マニフォールド４４及び排気通路４８は夫々、吸気バルブ５２と排気バルブ５４を介して気筒３０に選択的に連通することが出来る。実施形態の幾つかにおいて、気筒３０は二つ或いはそれより多い数の吸気バルブ及び/又は排気バルブを含む場合がある。

吸気バルブ５２の位置は吸気カム５１を介して制御され、そして、排気バルブ５４の位置は排気カム５３を介して制御される。なおこれらのバルブとカムは、デュアル・オーバーヘッド・カムと呼ばれる構成を成している。カム５１及び５３は、対応するカムシャフトに連結され、それらのカムシャフトは、エンジン制御システムによって制御可能な可変バルブタイミング装置を含む場合がある。他の例において、バルブ５２及び５４は、エンジン制御システムに応答する電磁バルブ駆動（electromagnetic valve actuation: EVA）によって制御され得る。

燃料噴射弁６６が、ドライバ回路６８を介して制御器１２から受けたパルス幅信号FPWに比例した燃料を噴射する為に、気筒の３０の吸気通路の上流に連結されている。このように、燃料噴射弁６６はポート燃料噴射（port fuel injection: PFI）として知られる構成を備える。しかしながら、他の実施例において、燃料噴射弁６６は、気筒３０内に燃料を直接噴射する直接噴射(direct injection: DＩ)と呼ばれ得る構成で、気筒壁３２に配設される場合がある。燃料は、一つ或いはそれより多い数の燃料ポンプ（不図示）を介して燃料タンク１９０のような燃料貯蔵装置から燃料噴射弁６６に供給され得る。燃料センサ１９２が、制御器が燃料の組成を確認出来るように、燃料システムに設けられ得る。一つの限定されない例として、燃料センサ１９２は、燃料に含まれるアルコール（例えば、エタノール又はメタノール）の濃度の指標を提供することが出来る。例えば、制御器１２は少なくともガソリンとエタノールとを含む混合燃料のエタノール濃度（例えば、エタノールの百分率）を確認することが出来る。このようにして、エンジンシステム１０は、例えばE１０（例えば、略１０%のエタノールと略９０%のガソリン）又はE８５（例えば、略８５%のエタノールと略１５%のガソリン）を含む一つ以上の異なる燃料組成で作動され得る。しかし、当然のことならが、他の適切なエタノールとガソリンの混合物や１００%ガソリン及び１００%エタノールを含む、種々の他の燃料混合物も使用可能であり得る。

吸気通路４２は、スロットル弁６４を備えた吸気スロットル６２を含む場合がある。この特定の例において、スロットル弁６４の位置は、スロットルボディに含まれるスロットルアクチュエータに供給される信号を介して制御器１２によって変更され得る。この構成は通常、電子スロットル制御（electronic throttle control : ETC）と呼ばれる。このようにして、吸気スロットル６２は、エンジン気筒に供給される空気を変えるべく操作され得る。スロットル弁６４の位置の指標が、スロットル位置信号TPによって制御器１２に供給され得る。吸気マニフォールド４２は、質量空気流量センサ１２０及び/又はマニフォールド空気圧センサ１２２を含み、夫々制御器１２にMAF及びMAPを供給する。

エンジンシステム１０は、点火装置８９を介して（点火プラグであり得る）点火源９２に電気エネルギーを供給する、バッテリ１８０のようなエネルギー源を備えた点火システムを含み得る。点火装置８８は一つ或いはそれより多い数の点火コイル、キャパシタ、電気スイッチ、及び、分配器を含み得る。点火装置８８はまた、各エンジン気筒に夫々の点火タイミングで点火火花を供給する為、クランク角センサ１１８から入力を受ける場合がある。幾つかの例において、バッテリ１８０は、バッテリ充電状態（state of charge: SOC）の指標を制御器１２に供給することが出来るバッテリセンサ１８２を含む場合がある。

点火装置８８と通信可能に連結されている制御器１２は、点火装置に、点火火花が気筒に供給される相対タイミング、１サイクルの間に気筒に供給される点火火花の数、点火或いは着火が気筒にて発生する回数（頻度）、各点火火花に供給される出力（電力）の大きさ、及び/又は、各点火毎の時間ベース又はクランク角ベースの継続期間或いは存在期間、を変更させることが出来る。別の例において、点火装置８８がエンジン制御システムの一部として見なされ、そして、制御器１２と組み合わせられる場合があることを記しておく。

また、排気ガスセンサ１２６が、排気通路４８における排出物制御装置７０の上流に結合されるのが示される。センサ１２６は、リニア酸素センサ、汎用排気ガス酸素（Universal Exhaust Gas Oxygen ：UEGO）センサ、二状態酸素センサ、EGO（exhaust gas oxygen）センサ、ヒーター付排気酸素（heated exhaust gas oxygen: HEGO）センサ、NOxセンサ、HCセンサ或いは、COセンサーのような、排気ガスの空燃比の指標を供給するための多くの既知のセンサーのいずれでもよい。

さらに、排出物制御装置７０が、排気通路４８における排気ガスセンサ１２６の下流に配置されるのが示される。排出物制御装置７０は、三元触媒（three way catalyst: TWC）、NOxトラップ、或いは、他の適切な排出物制御装置であり得る。実施形態の幾つかにおいて、排出物制御装置は、エンジン１０の運転中に、エンジンの少なくとも１本の気筒を特定の空燃比で運転することにより周期的にリセット或いはパージされ得る。

制御器１２は、図１において、マイクロプロセッサ・ユニット１０２、入/出力ポート１０４、この特定の例において読み取り専用メモリーチップ１０６として示される、実行するプログラムと較正値の電子記憶媒体、ランダム・アクセス・メモリ１０８、キープアライブ・メモリ１１０、及び、通常のデータバスを含む、通常のマイクロ・コンピュータとして示される。制御器１２は、上述した信号に加えて、冷却スリーブ１１４に結合された温度センサ１１２からのエンジン冷却温度（ECT）、クランクシャフト４０に結合されたホール効果（又は他の形式の）センサ１１８からのプロファイル点火ピックアップ（PIP）信号、及び、スロットル位置センサ１２０からのスロットル位置TPを含む、エンジン１０に連結されたセンサからの種々の信号を受ける。

エンジン速度信号RPMは、制御器１２によって、従来の方法によって信号PIPから生成される。マニフォールド圧センサからのマニフォールド圧信号MAPは、吸気マニフォールド内の真空度、或いは負圧の指標を提供する。例えば、MAPセンサを外してMAFセンサのみを使用する場合や、その反対にMAFセンサを外してMAPセンサのみを使用する場合など、上述のセンサの種々の組み合わせが使用可能であることを記しておく。ストイキ運転の間、MAPセンサはエンジントルクの指標を与えることが出来る。更に、このセンサはエンジン速度の検出値と共に、気筒内に導入された吸気量（空気を含む）の推定値を提供することが出来る。例の一つにおいて、エンジン速度センサとして使用可能なセンサ１１８は、所定の数の等間隔のパルスをクランクシャフトの回転毎に生成し得る。

制御器１２はまた、一つ或いはそれより多い数のユーザー入力装置を介して自動車運転者１３２からの入力を受けることも出来る。例えば、エンジンシステム１０にクランクシャフト出力を制御するためのアクセルペダル１３０の位置の指標（PPで示される）が、ペダル位置センサ１３４を介して制御器１２に供給され得る。さらに、イグニッション・スイッチ１３３が、エンジンシステム１０を始動する為、運転者からの指示を制御器１２に供給することが出来る。

上述したように、図１は多気筒エンジンシステム１０の一つの気筒３０のみを示し、他の各気筒はそれ自身の吸気/排気バルブ、燃料噴射弁、点火源などの組を同様に含み得る。例えば、点火装置８８は他のエンジン気筒に関する点火源へ点火エネルギーを供給可能である。同様に、燃料タンク１９０は他のエンジン気筒に関する燃料噴射弁に燃料を供給可能である。幾つかの例において、各気筒が、二つの点火源及び/又は二つの噴射弁を含み得ることを記しておく。

図２には、エンジンの気筒に供給される点火エネルギーの大きさを運転状態に応じて選択するための取り組みを表すフローチャートを示す。具体的にステップ２１０-２２０を参照すると、ステップ２１０において特定した運転状態が、ステップ２１８において各気筒に供給されることになる点火エネルギーの適切な大きさをステップ２１４において選択すべく使用され得る。

ステップ２１０において特定される運転状態は、エンジンクランク角度、エンジン速度、（例えばセンサ１１２によって検出される）冷却液温度を含むエンジン温度、排気ガス温度、吸気マニフォールド温度、気筒温度、燃料組成（例えば、燃料中のエタノール濃度）、燃料温度、燃料タンクに収容されている燃料の量、バッテリ充電状態、最初の気筒イベント（例えば燃焼）からの気筒イベント数（例えば、燃焼回数）、バルブタイミング、及び、排気空燃比のうち、一つ以上を含み得る。

加えて、制御システムは、制御システムがエンジンに対して出した命令、或いは、出す予定の命令に関する運転状態情報を得ることが出来る。例えば、制御システムはメモリに記憶されている制御器１２によって出された命令を、確認することが出来る。更に、これらの運転状態は、図１を参照にして前述した種々のセンサを介して制御システムによって特定され得る。

ステップ２１２において、エンジンの各気筒に送られる予定の燃料の量を含む燃料送出パラメータが、ステップ２１０で特定された運転状態に基づいて選択され得る。例えば、制御システムは所定の空燃比を達成する為に排気センサ（例えばセンサ１２６）から受けるフィードバック信号に応じて、エンジンの各気筒に送られる燃料の量を調節することが出来る。具体的な例の一つとして、冷間始動後のようなエンジンの暖機期間は、エンジンに供給される混合気の空燃比が低温度下でよりリッチになるように制御され、それにより、空気量に対する燃料の量が増大される。例えば空気量に対する燃料量は、着火性を高めるために増加され得る。

更に、幾つかの例において、燃料量の空気に対する増加量が、燃料内のエタノール或いは他のアルコールの濃度に基づいて設定される場合がある。例えば、高いエタノール濃度を持つ燃料の蒸発温度は高くなる可能性があり、これは燃料の着火性を低下させ得る。従って、高いエタノール濃度の場合、暖機の間の燃料は、燃焼安定性を増大させるべく増量され得る。従って、空燃比は、種々の異なるエタノール濃度状態に亘ってエンジンに適切なカロリー値の燃料を送るため、制御システムによって、燃料内のエタノール濃度の指標に応じて規定され得る。

ステップ２１４において選択される、エンジンの各気筒に供給される予定の点火エネルギーの大きさは、ステップ２１０において特定された運転状態と、ステップ２１２において選択された燃料送出パラメータとの少なくとも一方に基づき得る。例えば、制御システムは、サイクル毎又は燃焼毎に、メモリ内に記録された参照テーブル又はマップに基づいて、各気筒の点火源によって供給される予定の点火エネルギーの大きさを選択することが出来る。

図５も参照すると、エンジンに供給される適切な点火エネルギーを、エンジンの運転状態（エンジン温度及び燃料内のエタノール温度を含む）に基づいて選択するために使用され得る点火制御マップの例を表すグラフが示される。具体的には、図５は、符号５１０、５２０、５３０で示される様に、異なるエタノール濃度に対応する一組の曲線を示す。一つの限定されない例として、曲線５１０は、符号５２０、５３０で示す濃度より小さな第一のエタノール濃度を表し、曲線５３０は、符号５１０、５２０で示す濃度より大きな第二のエタノール濃度を表す。

図１を参照にして記述したように、エタノールの濃度は、センサ１９２のような燃料組成センサから得ることが出来る。或いは、燃料内のエタノール又は他のアルコールの濃度の指標は、既知の燃料噴射量（例えば、ステップ２１２において選択された値）と吸気量に応じて排気センサ１２６により提供されるフィードバックから得ることが出来る。さらに、エタノール濃度を含む燃料組成は、制御システムによって、以前のエンジン状態から得られる場合も有れば、学習される場合もあり、それは、次のエンジン始動の間に点火エネルギーを調節するために、使用され得る。

図５のグラフに示すように、冷間始動後の暖機期間のようにエンジンの温度が上昇するとき、点火エネルギーは所定の燃料内エタノール濃度に関係して低下されるか、或いは一定値に保たれ得る。例えば、符号５１０で示されるようにエタノール濃度が閾値よりも小さい場合、点火エネルギーはエンジンの低温状態でもあまり増大され得ない。しかしながら、符号５２０や５３０で示す濃度を持つ場合の様に、エタノール濃度が閾値よりも大きな場合には、点火エネルギーは低いエンジン温度において増加され、そして、エンジンが暖まるに従い低下され得る。

このようにして、制御システムはステップ２１０において特定された運転状態に基づいて、エンジンの各気筒に送られる点火エネルギーの大きさを適切な値に選択することが気出る。燃料が低い濃度のエタノールを含む場合のような幾つかの状態において、エンジンに供給される点火エネルギーが全ての温度状態に亘って一定の大きさに制御される場合があることを記しておく。

ステップ２１６では、ステップ２１２において選択された燃料送出パラメータによって規定される量の燃料が、各気筒の着火順序及びバルブタイミングと協調しながら、エンジンに送られ得る。例えば、図１の気筒３０を参照すると、制御システムはドライバ回路６８を起動して、燃料噴射弁６６により所定量の燃料を噴射させることが出来る。当然のことながら、幾つかの実施例においては、各気筒が二つの独立した噴射弁から燃料を受ける場合があり、その場合、制御システムは、二つの噴射弁から気筒に送られる燃料の総量が所定量となるよう制御することが出来る。ポート噴射弁を備える場合、制御システムはポート噴射弁を制御して、吸気開弁噴射又は吸気閉弁噴射の一方或いは両方を提供する。制御システムは、点火エネルギーの大きさ及び/又はエタノール濃度に基づいて、吸気開弁噴射と吸気閉弁噴射との何れを使用するかを変更する。

ステップ２１８においては、選択された点火エネルギーが対応する点火源を介して各エンジン気筒に供給され、それらの中の混合気を着火させ、燃焼させる。例えば、制御システムは点火装置８８を制御して、ステップ２１４において選択された点火エネルギーを、所定の点火順序及び点火時期で各気筒に供給する。エンジンの運転状態がエンジン暖機フェーズの間のように遷移している場合、各気筒に異なる大きさの点火エネルギーが供給される可能性がある。気筒に供給される点火エネルギーの大きさは、例えば図６〜９に示すように、複数のサイクルに亘って低下され得る。

図３を参照して後述するが、ステップ２１４において選択された特定の気筒に関する点火エネルギーは、気筒の１サイクルの間に１回、２回、或いはそれよりも多数の独立した点火（spark event）によって、及び/又は、そのサイクルの間に実行される点火の継続期間、即ち存在期間を制御することにより、或いは、そのサイクルの間に実行される点火によって供給される電力の大きさを制御することにより、制御され得る。したがって、制御システムは、火花点火の数、各火花点火の継続期間、及び/又は、火花点火によって供給される電力の大きさを増減することによって、エンジンの特定の気筒に供給される点火エネルギーを増加又は低減することが出来る。

ルーチンはその後、ステップ２２０に進んで、ステップ２０１〜２１８において実行された先行動作に対するエンジンの応答を評価する。一つの限定されない例として、制御システムは、ステップ２１２と２１４で選択された燃料噴射量と点火エネルギーの誤差を種々のエンジンセンサからのフィードバックに基づいて学習することが出来る。例えば、制御システムは、排気センサからのフィードバック及び/又は燃焼品質が悪いことを示す指標に基づいて、燃料噴射或いは点火エネルギーを修正することが出来る。図３を参照して後述するが、排気センサが吸気量に比べて大きな量の未燃炭化水素を示す場合、制御システムは、後に続く気筒着火イベントの間、混合気がより完全に燃焼するように点火エネルギーを増大させ得る。最後に、ルーチンは後に続くエンジンサイクルの為にステップ２１０に戻る。

図３は、１サイクルの間にエンジンの気筒に供給される点火エネルギーの大きさを調節するための方法を表すフローチャートである。ステップ３１０では、エンジンシステムの運転状態を特定する。この運転状態が、ステップ２１２において選択された燃料送出パラメータのみならず、ステップ２１０において記述されたものを含み得ることを記しておく。ステップ３１２において、もし点火エネルギーが増大するなら、ルーチンはステップ３１４に進み得る。反対に、もしステップ３１２において点火エネルギーが増大しないならば、ルーチンはステップ３２４に進み得る。例の一つとして制御システムは、ステップ３１０において特定された運転状態、又は、ステップ２２０から学習されたエンジンの応答に応じて、点火エネルギーを増大するかどうか判定し得る。

具体的な例の一つとして制御システムは、エンジン冷間では点火エネルギーを増大し、そして、温間では点火エネルギーを低下させることが出来る。なお、冷間はエンジンの冷媒温度が所定温度より低いことなどによって判断され得る。別の例として制御システムは、エンジンによって高濃度のエタノール若しくは他のアルコールを含む燃料が使用されるときに点火エネルギーを増大させ、そして、燃料が低濃度のエタノール若しくはアルコールを含むときに点火エネルギーを低下させ得る。更に別の例として制御システムは、図９（a），（b）に示すように、エンジン始動後の第一の設定時間の間は点火エネルギーを増大し、そして、その後、点火エネルギーを低減する場合がある。

ステップ３１６、３１８、３２０において、一つ又はそれよりも多い数の点火パラメータが、気筒の１サイクルの間に気筒に供給される点火エネルギーを増大すべく調節され得る。しかしながら、点火パラメータの調節が実行される前に、点火システム限界がステップ３１４において評価される場合がある。例えば、制御システムは、ステップ３１４において、メモリの中に格納された所定のハードウエア限界を確認して、どの点火パラメータが調節可能であり、そして、それが点火エネルギを増大するためにどこまで調節可能かを判断する。

例の一つとして点火源が、単一の点火（spark event）において供給し得る最小の点火電力に制限を課す場合がある。別の例として、単一の点火の間に点火システムによって送出可能な最大電力量が、点火装置又はバッテリによって制限される場合がある。更に別の例として、連続する点火の間の最小期間が制限される場合がある。従って、点火システムの種々の限界を確認することにより、エンジンに送られる点火エネルギーが所定値に制御される場合がある。尚、実施例の幾つかにおいて、本明細書に記述された他の特徴と同様に、種々の点火システム限界を既に考慮に入れた点火エネルギーを増大する為の所定の取り組みを制御システムが利用するように、ステップ３１４における動作が省略される場合があることを記しておく。

ステップ３１６において、１サイクルの間に各気筒において実施される点火回数が増加され、気筒に送られる点火エネルギーを増大し得る。例えば、制御器は、気筒の点火源を介して、二つ或いはそれより大きな数の点火（spark event）を行うように、点火装置に命令する場合がある。もし気筒が二つの点火源を持つならば、それらに同時又は連続して着火させる。このようにして制御システムは、点火エネルギーを増大する為に気筒に供給される回数を増加させ、それは、その気筒の中に収容された混合気のより完全な燃焼を促進し得る。

ステップ３１８においては、一部或いは全ての気筒イベントの継続期間が増大されて、エンジンの各気筒に送られる点火エネルギーが増大され得る。例えば、制御器は点火装置に、一部又は全ての気筒の点火火花の存在期間を増大するよう命令する場合がある。点火火花の存在期間の増大はまた、点火の開始前に点火装置によって保持される電気エネルギーの総量の増大を含む。尚、当然のことながら、点火装置が１サイクルの間に１つの気筒に複数回の点火を行うときには、個々の点火の一部又は全ての存在期間は短縮される。

ステップ３２０では各火花の出力（点火のための電力）が増大され、エンジンの各気筒に供給される点火エネルギーが増加される。例えば、制御器は点火装置に一つ或いはそれより多い数の点火によって、燃焼室に供給する電力の大きさを増大させる。点火システムが、１サイクル毎に１本の気筒内で実行する点火の一部或いは全てに関して電力の大きさを増大出来ることを記しておく。

気筒に送られる点火エネルギーを増大させる為、ステップ３１６、３１８、３２０において記述された各点火パラメータは、制御システムによって同時に或いは別個に調節され得る。幾つかの例において、これらの点火パラメータの一部が低減される一方、他の点火パラメータが増大されて、１サイクルの間の各気筒に送られる点火エネルギーの総量を増大する場合があることを記しておく。例えば、点火システム限界を避ける為、制御システムが点火回数を増大させる一方で、各点火のの継続時間及び/又はそのために供給される電力を低下させる場合がある。別の例として、制御システムが火花継続時間を増大させる一方で、火花の継続期間に亘って供給される電力の大きさを低減する場合がある。図８(a)〜(c)が、この取り組みの例のいくつかを示す。

ステップ３２２において制御システムは、点火エネルギーの増加に応じて吸気量に対する燃料量を調節し得る。例えば、吸気に含まれる空気量に対する燃料の量が、点火エネルギーの増加に伴って増加又は低減され得る。このようにして、点火エネルギーに応じて燃料の量を増加又は低下させることにより、安定した燃焼を確保しながらも燃焼の品質を上げることが出来る。

ここでステップ３２４を参照すると、もし点火エネルギーが低減されるならば、ルーチンはステップ３２６に進む。そうでなければ、ルーチンはリターンし得る。ステップ３２６において、点火システム限界が、エンジン気筒の一部又は全てに送られるエネルギーを低減するという観点で評価され得る。ステップ３２６における動作はステップ３１４における動作と類似しており、制御システムは、調節される種々の点火パラメータに関し、点火システムの種々の限界を評価することが出来る。また、当然のことながら、ステップ３２６における動作は実施例によっては省略され得る。

ステップ３２８では、各気筒においてサイクル毎に実施される点火の回数を減らして、点火エネルギーを減少させる。ステップ３３０では火花の継続期間或いは存在期間を減少させて、点火エネルギーを減少させる。ステップ３３２では、点火の一部或いは全てのための電力の大きさを低下させて、点火エネルギーを減少させる。しかしながら、点火エネルギーを増大させる為のステップ３１６、３１８、３２０に関して記述したように、実施例の幾つかにおいて、一つ又はそれより多い数の点火パラメータが、点火システム限界を避ける為に逆方向に調節される場合がある。

例えば、サイクル毎に気筒に供給される点火エネルギーを総合的に低減する為に、点火回数を減らす一方で、各火花の存在時間及び/又は電力は増大させる場合がある。別の例として、サイクル毎に気筒に供給される点火エネルギーを総合的に低減させる為に、各火花によって供給される電力の大きさを低減する一方で、各火花の持続時間は増大させる場合がある。したがって、制御システムは、各サイクルの間に気筒に供給される点火エネルギーの総合的な大きさを増加、或いは、低減するために、点火システムのパラメータを調節するように構成され得る。

ステップ３３４において、点火エネルギーが低減されたとき、吸気に対する燃料量を増加又は低減させる。このようにして、燃焼品質を改善する為に点火エネルギーに応じて気筒に送られる空燃比が調節可能で、それにより、エンジンによって排出される未燃燃料の量が低減する。

図４には、点火エネルギーの大きさを制御するための別の取り組みを表すルーチンを示す。最初にステップ４１０において、例えばステップ２１０、３１０において説明したようにエンジンの運転状態が特定され得る。例えば、他の運転状態の中でもとりわけ、制御システムは燃料状態（例えば、エタノール濃度）、サイクルの間に燃焼室に送られる燃料量、バッテリのSOC、及び、エンジン及び/又は大気の温度が特定され得る。

ステップ４１２において、もしバッテリSOCがSOC閾値を上回るならば、ルーチンはステップ４１４に進む。さもなくばルーチンはステップ４１２に進む。限定されない１つの例として、制御システムはセンサ１８２を介してキーオン、或いはエンジン始動におけるバッテリSOCを評価する場合がある。もしバッテリSOCが閾値を下回るならば、制御システムはステップ４２２に示すように、サイクル毎に気筒の一部又は全てに供給する点火エネルギーを第一のレベルに命令し得る。例の幾つかにおいて制御システムは、エンジンの良好な始動を確かなものとするであろうバッテリSOCに基づいて、点火エネルギーを選択するように構成され得る。このようにして点火エネルギーの増大を制限することにより、バッテリSOCが低いときであってもエンジンが始動可能になる。

ステップ４１４において、もし燃料内のエタノール濃度が濃度閾値を上回っていないならば、ステップ４２４に示すようにエンジンの気筒の一部又は全てに第二のレベルの点火エネルギーが供給され得る。例えば、制御システムはセンサ１９２によって燃料内のエタノール濃度を確認することが出来る。また、燃料内のエタノール濃度が高いときの点火エネルギーを増大する期間（例えば、サイクル数）を、燃料内のエタノール濃度が低いときに比べて長くしても良い。このようにして、燃料が高い濃度のエタノールを含んでいないときに制御システムは点火エネルギーを低減することが出来、それにより、エンジンシステムの効率を上げ、且つ、点火システムの寿命を延ばすことができる。

ステップ４２２及び４２４において供給される点火エネルギーのレベルは、互いに同じでも異なっても良いことを記しておく。例えば、ステップ４２２において供給される点火エネルギーが、ステップ４２４において供給される点火エネルギーよりも大きい場合も有れば小さい場合もあり得る。

一方で、もし燃料内のエタノール濃度が濃度閾値よりも大きいならば、ルーチンはステップ４１６に進み得る。そして、エンジン温度が閾値温度よりも低いならば、ルーチンはステップ４１８に進み得る。反対にもしエンジン温度が閾値温度よりも低くないならば、ルーチンはステップ４２０に進み得る。例えば、制御システムはセンサ１１２からエンジン温度を確認することが出来る。また、エンジン始動時の温度が低いときに点火エネルギーを増大する期間（例えば、サイクル数）を、エンジン始動時温度が高い時に比べて長くしても良い。別の例として、制御システムは大気温度、燃料温度、吸気温度などのような他の温度指標を使用することが出来る。

ステップ４２０において、第三のレベルの点火エネルギーがエンジン気筒の一部或いは全てに夫々の点火源を介して供給され得る。そして、ステップ４１８において、第四のレベルの点火エネルギーが気筒の一部或いは全てに夫々の点火源を介して供給され得る。したがって、特定の例においては、ステップ４１８にて供給される点火エネルギーは、ステップ４２０において供給される点火エネルギーに比べて大きい場合がある。

しかしながら、ステップ４２０において供給される点火エネルギーは、ステップ４２２及び４２４において供給される点火エネルギーと同じであっても違っていてもよい。例えば、ステップ４２０において供給される点火エネルギーはステップ４２４において供給される点火エネルギーよりも大きく、そして、ステップ４２４において供給される点火エネルギーがステップ４２２において供給される点火エネルギーよりも大きい場合がある。このようにして、制御システムは、エンジン気筒の一部或いは全てに供給される点火エネルギーを調節することにより、種々の運転状態に対応することが出来る。

ここで図６〜８を参照すると、点火エネルギーが、エンジンの或る気筒に関する複数のサイクルに亘って、どのように低減されるかを示す例が示されている。例えば図９にも示すように、エンジン始動の際、エンジン気筒には一つ或いはそれより多い数のサイクルに亘って増大された点火エネルギーが供給され、その後、低減された点火エネルギーが供給され得る。図６〜８を参照して記述される運転が、点火エネルギーを増大させるべく逆方向に実施される場合もあることを記しておく。

図６(a)〜(c)、図７(a)〜(d)及び図８(a)〜(c)に夫々示す例において横軸は時間の指標を備え、そして更に、ピストン位置の指標も含む。これらの例の各々において、エンジンは、混合気の点火が所定の気筒に関して４行程ごとに実行される４行程サイクルで動作するように構成される。縦軸は点火エネルギーの指標を提供し、符号６１０で示すように時間と共に減少していることを示す。図６〜８の各図が複数の異なる大きさの点火エネルギーを示すが、他の実施例において、点火エネルギーが二つの異なるレベルの間で調節される場合もあれば、全範囲に亘って連続的に異なるように調節される場合も有ることを記しておく。

具体的に図６の(a)を参照すると、第一の点火が符号６１２で示すように実行され、それに続いて符合６１４で示す第二の点火、符号６１６で示す第三点火が実行される。点火６１２、６１４、６１６の各々が、上死点（top dead center: TDC）付近で実行され得る。これらの点火を比較すると判るように、点火６１２は点火６１４、６１６と比べて、火花の大きさ（電力の大きさ）は同じであるが、火花の存在時間は長く、それにより、特定のサイクルの間の点火エネルギーが大きくなっている。

同様に、点火６１４は点火６１６に比べて火花の存在時間が長く、それにより、点火エネルギーが大きくなっている。点火エネルギーの大きさが異なっても火花の（供給）開始時期が一定に保たれる場合もあれば、点火エネルギーの増加或いは減少に応じて火花時期が進角或いは遅角される場合も有ることを記しておく。更に、幾つかの例において、各サイクルの火花開始時期が、平均の点火エネルギーが一定の火花タイミングで送られるように、調節される場合もある。

図６(b)は、各点火の際に実行される独立した火花の発生回数を減らすことにより点火エネルギーを低減する方法を示す。例えば、点火６１８は３回の火花を含み、点火６２０は２回の火花を含む、なお、各火花の大きさ（例えば、電力）と存在期間が同じである。従って、点火６１８は点火６２０よりも大きな点火エネルギーを気筒に供給し、また、点火６２０は点火６２２よりも大きな点火エネルギーを気筒に供給する。

図６の(c)は、各点火の際に気筒に供給される電力の大きさを低減することにより点火エネルギーを低減する方法を示す。例えば点火６２４は点火６２６と同じ火花存在時間を持つが、点火６２６に比べて大きな電力を持つ。同様に、点火６２６は点火６２８と同じ火花存在時間を持つが、点火６２８に比べて大きな電力を持つ。従って、点火６２４は点火６２６より大きな点火エネルギーを気筒に供給し、点火６２６は点火６２８より大きな点火エネルギーを気筒に供給する。

図７の(a)〜(d)は、図６(a)〜(c)に示された取り組みを組み合わせて、複数の点火に亘って点火エネルギーの大きさを調節する方法を示す。例えば、図７(a)は、各点火に使用される火花の存在期間と大きさとの両方を先行する点火に比べて低減することにより、符号６３０、６３２、６３４で示される複数の点火に亘って点火エネルギーを低減する方法を示す。

図７(b)は、１サイクルに実行される独立した火花の数及び/又は各火花の電圧の大きさを先行する点火に比べて低減することにより、符号６３６、６３８、６４０で示される複数の点火に亘って点火エネルギーを低減する方法を示す。更に、単一の点火中の二つ或いはそれより多い数の火花によって使用される電力の大きさが、符号６３８で示すように異なる場合もあれば、符号６３６で示すように同じ場合も有ることを示している。

図７の(c)は、１サイクルに実行される独立した火花の数及び/又は各火花の存在時間を先行する点火に比べて低減することにより、符号６４２、６４４、６４６で示される複数の点火に亘って点火エネルギーを低減する方法を示す。さらに、単一の点火イベント中の二つ或いはそれより多い数の火花の存在時間の大きさが、符号６４４で示すように異なる場合もあれば、符号６４２で示すように同じ場合も有ることを示している。

図７の(d)は、１サイクルに発生する独立した火花の数、一部或いは全ての火花の存在時間、及び/又は、一部或いは全ての火花の大きさ（電力）を低減することにより、符号６４８、６５０、６５２で示される複数の点火に亘って点火エネルギーを低減する方法を示す。

さらに、図８の(a)〜(c)は、特定の点火パラメータを点火エネルギーを増大させる方向に調節しながらも、複数の点火に亘って点火エネルギーを低減する方法を示す。これらの各図に示される取り組み例は、図３のステップ３１４及び３２６を参照して説明した一部の点火パラメータによって課せられる制限を回避する為に使用され得る。例えば、点火６５４、６５６、６５８を参照して示される図８(a)において、各火花によって供給される電力の大きさが増加するときでさえも、火花存在時間を十分に低減することによって、１サイクルの間に気筒に供給される点火エネルギーの総量が低減され得る。

点火６６０、６６２、６６４を参照する図８(b)に示すように各火花によって供給される電力の大きさが増加するときでさえも、１サイクル中の火花の数を低減することによって、１サイクルの間に気筒に供給される点火エネルギーの総量が低減され得る。

点火６６６、６６８、６７０を参照する図８(c)に示すように、１サイクルの火花の存在時間及び/又は数を増加するときでさえも、各火花によって供給される電力の大きさを低減することによって、１サイクルの間に気筒に供給される点火エネルギーの総量が低減され得る。

したがって、図８の(a)〜(c)の例によって表されるように、サイクル毎にエンジンの特定の気筒に送られる点火エネルギーの総量を低減しながらも（或いは、増大しながらも）、種々の異なる方向に点火パラメータを調整することが出来る。図６〜８の各図に示される例の各々において、点火エネルギーの低減（或いは増大）が、単一のサイクルの間に実行される必要は無く、複数のサイクルに亘って実現されても良いことを記しておく。例えば、図９に示すように、サイクル毎に各気筒に供給される点火エネルギーは、例えばエンジン始動後、次のレベルに調節される前の所定期間の間、実質的に一定に保たれる場合がある。

図９の(a)、(b)は、エンジン始動後にエンジンの各気筒に供給され得る点火エネルギーの大きさが最初に高いレベルにし、その後、低いレベルにする方法を表すタイムチャートを示す。具体的には、図９(a)は符号７１０又は７２０で示すように、点火エネルギーの大きさがどのようにして二つの異なるレベルの間で調節され得るかを示す。符号７１０で示す運転が第一の濃度のエタノールを含む燃料を表し、符合７２０で示す運転が、第一の濃度より大きな第二の濃度のエタノールを含む燃料を表す。従って、符号７１０と７２０の比較から判るように、高レベルの点火エネルギーと低レベルの点火エネルギーとの間の差異、及び/又は、高レベルの点火エネルギーの継続期間が、燃料中のエタノール濃度のような運転状態に応じて調節され得る。それに対して図９の(b)は、エタノール濃度が異なる運転７３０と７４０が、どのようにして高レベルの点火エネルギーが低レベルの点火エネルギーに向かって徐々に低減するかを示す。

したがって、この特定の例において、エンジン（又は燃焼室）を低い温度状態から高い温度状態に徐々に移行させるために、複数の異なる点火エネルギーレベルが使用され得る。図９の(a)及び(b)に示す例は、エンジンの温間始動時にも適用可能である。温間再始動の間のように、エンジンが暖かい状態から再始動されるとき、点火エネルギーは始動後に一時的に増大されても増大されなくても良く、逆に、点火エネルギーが低いレベルに制御される場合もある。

本明細書に含まれる制御ルーチン及び判断ルーチンの例が、種々のエンジン構成及び/又は種々の自動車システム構成とともに使用され得ることも記しておく。本明細書に記述された具体的なルーチンが、イベント駆動、多重タスク処理、マルチスレディング及び、それらの類型のような数多くの処理方式のうちの一つ以上を表し得る。記述される種々の動作、操作、又は、機能は、それ自体、記述された順番で、または並行して実行され、或いは場合によっては、一部が削除される場合もある。同様に、処理の順番は、ここに記述された実施形態例の特徴及び利点を達成するために必須のものではなく、図示と説明を簡単にするために提供されたものである。記述されたステップ或いは機能の一つ以上が、使用される具体的な制御ストラテジーに応じて、繰り返し実行され得る。更に、記述されたステップは、例えばエンジン制御システム内の、コンピューターで読み出し可能なセンサ用の記憶媒体の中にプログラムされる、図式化コードであり得る。

ここに記述された構成及びルーチンが、本質的に例示に過ぎず、多数の変形例が可能であるため、これらの具体的な実施形態が本発明を限定する意味で考慮されたものではないことは理解できるであろう。例えば、上述の取り組みは、V型６気筒エンジン、直列４気筒エンジン、直列６気筒エンジン、V型１２気筒エンジン、対向４気筒エンジン、及びその他のエンジン形式に適用され得る。本明細書の主題は、ここに記載された種々の装置及び構成、そして他の特徴、機能及び/又は特性の新規で非自明な全ての組み合わせ及び一部組み合わせ（subcombination）を含む。

特許請求の範囲は、新規で非自明と見なされる特定の組み合わせ及び一部組み合わせを具体的に示す。れらの特許請求の範囲は、「一つの」構成要素、又は「一つの第一の」構成要素、又は、それらの同義語に言及し得る。そのような特許請求の範囲は、その構成要素が一つ以上あるものを含み、その構成要素が二つ以上あるものを要求もしなければ、除外もしないと理解されるべきである。開示されている特徴、機能、構成要素及び/又は特性の他の組み合わせ及び一部組み合わせが本件請求の範囲の補正又は本出願又は関連出願の新しい請求の範囲の提供によって、請求され得る。最初の特許請求の範囲の権利範囲より広い特許請求の範囲、狭い特許請求の範囲、同じ特許請求の範囲、又は異なる特許請求の範囲であろうと、そのような特許請求の範囲もまた、本明細書の主題に含まれると見なされる。

本発明が適用可能なエンジンシステムの例を示す概略図である。 エンジンシステムを運転するための取り組み例を示すフローチャートである。 １サイクルの間にエンジンシステムの或る気筒に供給される点火エネルギーの大きさを調節する為の取り組み例を示すフローチャートである。 １サイクルの間にエンジンシステムの或る気筒に供給される点火エネルギーの大きさを選択する為の取り組み例を示すフローチャートである。 エンジンの気筒に供給される点火エネルギーが、エンジン温度と燃料中のエタノール温度とに応じてどのように変化するかを示すグラフである。 エンジンシステムの気筒に供給される点火エネルギーを増大するための種々の取り組みを示すタイムチャートである。 エンジンシステムの気筒に供給される点火エネルギーを増大するための種々の取り組みを示すタイムチャートである。 エンジンシステムの気筒に供給される点火エネルギーを増大するための種々の取り組みを示すタイムチャートである。 エンジンシステムの始動後の点火エネルギーの大きさがどのように変えられるかを示すタイムチャートである。

１０. エンジンシステム
１２. 制御器
３０. 燃焼室（気筒）
６６. 燃料噴射弁
８９. 点火装置
９２. 点火源
１９２. 燃料（組成）センサ

Claims (7)

1. エンジンシステムの制御方法であって、
   エンジンの始動後に第一設定数のエンジンサイクルが経過するまでの間、その各サイクル毎に少なくともガソリンとアルコールの混合物を含む燃料を上記エンジンに送り、そして、当該燃料に点火すべく上記エンジンに所定の第一レベルの点火エネルギーを供給する工程と、
   上記第一設定数のエンジンサイクルが経過した後、第二設定数のエンジンサイクルが経過するまでの間、その各サイクル毎に上記燃料を上記エンジンに送り、そして、当該燃料に点火すべく上記エンジンに、上記第一レベルの点火エネルギーよりも小さな第二レベルの点火エネルギーを供給する工程と、を備える方法。
2. 上記第一設定数のエンジンサイクルが経過するまでの間、上記エンジンに送られる上記燃料の中のアルコール濃度に応じて、上記第一レベルの点火エネルギーを調節する工程を更に備え、
   上記アルコールがエタノールである、
   請求項１に記載の方法。
3. 上記燃料が相対的に高い濃度のエタノールを含むとき上記第一レベルの点火エネルギーを増大させる一方、上記燃料が相対的に低い濃度のエタノールを含むとき上記第一レベルの点火エネルギーを減少させる、請求項２に記載の方法。
4. 車載バッテリの充電状態に応じて上記第一レベルの点火エネルギーを調節する工程を更に有する、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の方法。
5. 上記第一設定数のエンジンサイクルが経過するまでの間に上記エンジンに送られる燃料の量が、上記第二設定数のエンジンサイクルが経過するまでの間に上記エンジンに送られる燃料の量よりも多い、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の方法。
6. 上記第一設定数が燃料の組成に応じて調節され得る、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の方法。
7. 上記第一設定数がエンジン始動時の温度に応じて調節され得る、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の方法。

Images