JP5146337B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、内燃機関の点火時期を気筒毎に調整可能な内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特開平９−２０９８１４号公報には、筒内圧を気筒毎に検出し、各気筒の発生トルクが全気筒の平均トルクとなるように点火時期を進角或いは遅角する装置が開示されている。この装置によれば、各気筒の発生トルクを全気筒の平均値付近に制御することができるので、各気筒間に発生するトルク段差を簡易に吸収させることができる。

特開平９−２０９８１４号公報 特開２００７−２９１９７７号公報 特開２００６−１３８２８０号公報

上述した従来の装置によれば、各気筒間のトルク段差を抑制することができるので、ドライバビリティを向上させることができる。しかしながら、トルク段差抑制のために点火時期をＭＢＴから進角或いは遅角させてしまうと、燃費が低下してしまうおそれがある。このように上記従来の装置では、ドライバビリティ向上と燃費向上とを両立させることができず改善の余地があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、トルク段差抑制によるドライバビリティ向上と燃費向上とを高い次元で両立させることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、複数気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記内燃機関の各気筒の点火時期を最適点火時期に設定する第１の点火時期制御手段と、
前記筒内圧センサの検出信号に基づいて、前記各気筒の発生トルクが略同一となるように、前記内燃機関の各気筒の点火時期を個別に設定する第２の点火時期制御手段と、
前記内燃機関へのトルク要求に応じて、前記第１の点火時期制御手段と前記第２の点火時期制御手段との間の切り替えを指示する切替制御手段と、を備え、
前記切替制御手段は、前記内燃機関にトルクダウン要求が出された場合に、前記第１の点火時期制御手段から前記第２の点火時期制御手段への切り替えを指示することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記切替制御手段は、前記内燃機関へのトルク要求が所定値より小さい場合に、前記第１の点火時期制御手段から前記第２の点火時期制御手段への切り替えを指示することを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記筒内圧センサの検出信号に基づいて、前記各気筒の発生トルクをそれぞれ取得する発生トルク取得手段を更に備え、
前記切替制御手段は、前記各気筒の発生トルクの差が所定値よりも大きい場合に、前記第１の点火時期制御手段から前記第２の点火時期制御手段への切り替えを指示することを特徴とする。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
異常燃焼が発生している気筒を検知する検知手段と、
前記検知手段によって異常燃焼が発生している気筒が検知された場合に、当該気筒の点火時期の遅角量を制限する制限手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置

第１の発明によれば、内燃機関へのトルクダウン要求が出された場合に、内燃機関の各気筒の点火時期を最適点火時期に設定する点火時期制御から、筒内圧センサの検出信号に基づいて、各気筒の発生トルクが略同一となるように、内燃機関の各気筒の点火時期を個別に設定する点火時期制御へと切り替えられる。このため、本発明によれば、トルクダウンによって各気筒間のトルク段差が相対的に大きくなる場合に、当該トルク段差の発生を抑制する制御に切り替えることができるので、燃費とドライバビリティを高い次元で両立することができる。

第２の発明によれば、所定の低トルク要求が出された場合に、内燃機関の各気筒の点火時期を最適点火時期に設定する点火時期制御から、各気筒の発生トルクが略同一となるように、内燃機関の各気筒の点火時期を個別に設定する点火時期制御へと切り替えられる。このため、本発明によれば、各気筒間のトルク段差が相対的に大きくなる低トルク領域において、当該トルク段差の発生を抑制する制御に切り替えることができるので、燃費とドライバビリティを高い次元で両立することができる。

第３の発明によれば、各気筒間のトルク差が所定値よりも拡大した場合に、内燃機関の各気筒の点火時期を最適点火時期に設定する点火時期制御から、各気筒の発生トルクが略同一となるように、内燃機関の各気筒の点火時期を個別に設定する点火時期制御へと切り替えられる。このため、本発明によれば、各気筒間のトルク段差が大きくなる場合に当該トルク段差の発生を抑制する制御に切り替えることができるので、燃費とドライバビリティを高い次元で両立することができる。

第４の発明によれば、異常燃焼が発生している気筒を検知した場合に、当該気筒における点火遅角量が制限される。このため、本発明によれば、燃焼が不安定な気筒において失火が発生する事態を効果的に抑制することができる。

本発明の実施の形態１において、内燃機関がＭＢＴ運転を行っている場合の各気筒の状態を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において、内燃機関にトルクダウン要求が出された場合の各気筒の状態を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において、内燃機関がＭＢＴ運転を行っている場合の各気筒の状態を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において、内燃機関にトルクダウン要求が出された場合の各気筒の状態を説明するための図である。

以下、図面に基づいてこの発明の幾つかの実施の形態について説明する。尚、各図における共通する要素は、重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
本実施の形態の内燃機関は、ガソリンを燃料とする火花点火式の多気筒エンジン（例えば６気筒）として構成されている。内燃機関のシリンダヘッドには、各気筒の燃焼室の頂部から燃焼室内に突出するように筒内圧センサがそれぞれ取り付けられている。尚、内燃機関は、上述した筒内圧センサを有する点以外は公知の内燃機関と同様の構成であるため、その詳細な説明を省略する。

［実施の形態１の動作］
本実施の形態の内燃機関では、最適点火時期による運転（以下、「ＭＢＴ運転」と称する）が行われている。ＭＢＴ運転では、ノック限界、燃焼効率等を考慮して、最適な点火時期が設定されるので、最適燃費を実現することができる。

図１は、内燃機関がＭＢＴ運転を行っている場合の各気筒の状態を説明するための図である。尚、この図における（Ａ）各気筒の空気量は、各気筒の吸気行程が終了した後の所定クランク角における筒内圧に基づいて演算された空気量である。各気筒の筒内圧は、所定クランク角時の筒内圧センサの検出信号が用いられている。また、この図における（Ｂ）各気筒の効率は、点火時期に相当し、点線のラインがＭＢＴを示している。また、この図における（Ｃ）各気筒の発生トルクは、（Ａ）の各気筒の空気量に基づいて演算されたトルクを示している。また、この図中の♯１〜♯６は内燃機関の各気筒に対応している。

この図の（Ｂ）に示すとおり、ＭＢＴ運転が行われている場合には、全ての気筒の点火時期が最適点火時期（ＭＢＴ）に設定されている。以下、全ての気筒の点火時期を最適点火時期に設定する点火時期制御を「第１の点火時期制御」と称する。第１の点火時期制御が行われている場合の内燃機関の燃費は最適燃費になっている。

ここで、この図の（Ａ）に示す各気筒の空気量を比較すると、これらの値は気筒毎にばらついていることが分かる。空気量が多量であるほど発生トルクは大きくなる。このため、この図の（Ｃ）に示すとおり、各気筒で発生するトルクは、厳密には空気量の差に応じてばらついてしまうこととなる。このトルクのバラツキによる段差はドライバビリティの悪化の要因となる。

但し、このトルク段差は、各気筒の空気量の微差から生じるトルク差であるため、内燃機関が発するトルクに対してそれほど大きな割合を占めるものではない。このため、内燃機関がそれなりの大きさのトルクを発している運転状態においては、トルク段差に伴うドライバビリティの悪化が問題となることはない。このため、かかる運転状態の場合には、ＭＢＴ運転によって最適燃費を確保することが望ましい。

これに対して、内燃機関の発するトルクが小さい運転状態においては、各気筒の空気量の差から生じるトルク差の割合が相対的に大きくなってしまう。このため、かかる小トルク領域においては、トルク段差に起因するドライバビリティの悪化の影響が顕著に現れてしまう。

そこで、本実施の形態では、内燃機関の運転状態が、トルク段差に起因するドライバビリティの悪化の影響が顕著に現れる状態である場合に、トルク段差を抑制してドライバビリティの向上を優先することとする。より具体的には、内燃機関に対して所定のトルクダウン要求が出され、点火時期を遅角する場合に、気筒毎に異なる遅角量を設定することとする。以下、気筒毎の点火時期を個別に設定する点火時期制御を「第２の点火時期制御」と称する。図２は、内燃機関にトルクダウン要求が出された場合の各気筒の状態を説明するための図である。なお、図２における（Ｃ）において、白丸はＭＢＴ運転時の各気筒の発生トルクを、２重丸は第１の点火時期制御によって遅角量を設定した場合の発生トルクを、黒丸は第２の点火時期制御によって各気筒に（Ｂ）に示す異なる遅角量を設定した場合の発生トルクを、それぞれ示している。

この図の（Ａ）に示すとおり、各気筒の空気量は気筒毎にばらついている。これは、トルクダウン要求に起因してばらつくものではなく、機関設計やスロットルバルブの動作タイミング等に起因するものである。このため、ＭＢＴ運転時の発生トルクは、この図の（Ｃ）に白丸で示すように、空気量に応じてばらついている。

ここで、内燃機関にトルクダウン要求が出された場合に、第１の点火時期制御によって各気筒に一律同一の遅角量を設定した場合を考える。この場合の発生トルクは、この図の（Ｃ）に２重丸で示すとおり、ＭＢＴ運転時の発生トルクの気筒間バラツキをそのままに、全気筒の発生トルクが一律に低下することとなる。上述したとおり、発生トルクが低いほど気筒間のトルク差の割合が相対的に大きくなる。このため、トルクダウン時に上述した全気筒一律の点火遅角制御を行うこととすると、トルク段差に起因するドライバビリティの悪化の影響が顕著に現れてしまう。

そこで、本実施の形態では、内燃機関にトルクダウン要求が出された場合に、第１の点火時期制御から第２の点火時期制御への切り替えを行うこととする。より具体的には、各気筒の発生トルクが同一となるように、筒内圧センサの検出信号を用いて演算された各気筒の空気量に基づいて、要求トルクを実現するための各気筒の効率（点火時期）を算出することとする。図２の（Ｂ）は、このようにして設定された各気筒の点火時期を示している。このような点火時期によれば、この図の（Ｃ）に黒丸で示すとおり、各気筒の発生トルクを略同一にすることができるので、トルク段差に起因するドライバビリティの悪化を抑制することができる。

以上説明したとおり、本実施の形態によれば、トルクダウン要求に応じて第１の点火時期制御から第２の点火時期制御への切り替えを行うことにより、内燃機関の小トルク領域ではトルク段差を抑制することによりドライバビリティが優先され、他の運転領域ではＭＢＴ運転による最適燃費が優先される。つまり、ドライバビリティの悪化が顕著となる場合にのみ最適燃費よりもドライバビリティが優先されるので、燃費とドライバビリティとを高い次元で両立することができる。

ところで、上述した実施の形態では、内燃機関の運転状態が小トルク領域となる場合として、内燃機関に対してトルクダウン要求が出された場合を例に挙げて説明した。しかしながら、内燃機関の運転状態が小トルク領域となる場合はこれに限られず、内燃機関に対して所定の小トルク要求が出された場合や、気筒間の発生トルク差が所定割合異常となった場合に、各気筒の発生トルクが略同一になるように点火時期を設定することとしてもよい。これにより、点火遅角によるトルクダウン要求時でない場合においても、ドライバビリティの向上を図ることができる。

実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図３および図４を参照して、実施の形態２の特徴について説明する。本実施の形態２は、上述した実施の形態１と同様に、筒内圧センサを各気筒に備えた多気筒内燃機関を用いて実現することができる。

上述した実施の形態１では、内燃機関に対してトルクダウン要求が出された場合に、各気筒の発生トルクを略同一にすべく、点火時期の遅角量を気筒毎に個別に設定することとしている。ここで、内燃機関では、点火プラグの点火不良等の種々の要因により、気筒間における燃焼状態の不均衡が生じる場合がある。図３は、内燃機関がＭＢＴ運転を行っている場合の各気筒の状態を説明するための図である。この図に示す例では、♯４の気筒の発生トルクが他の気筒に比して小さくなっている。これは、♯４の気筒の燃焼が不安定であることを示している。このため、このような燃焼不安定気筒に対して、上述したトルクダウン時の点火遅角制御を実行することとすると、失火が発生してしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、トルクダウン要求に応じて点火時期の遅角制御を実行する場合に、燃焼不安定気筒の遅角量を制限することとする。図４は、内燃機関にトルクダウン要求が出された場合の各気筒の状態を説明するための図である。この図に示すとおり、トルクダウン要求が出された場合に、♯４を除く他の気筒の遅角量は、発生トルクが略同一となるように気筒毎に設定されている。一方、燃焼不安定気筒である♯４の気筒の遅角量は、この図に示すとおり、当該燃焼不安定気筒において燃焼を保つことができる限界で制限される。これにより、トルクダウン要求に応じて点火時期を遅角する場合に、失火が発生する事態を効果的に抑制することができる。

Claims (4)

1. 複数気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
   内燃機関の各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
   前記内燃機関の各気筒の点火時期を最適点火時期に設定する第１の点火時期制御手段と、
   前記筒内圧センサの検出信号に基づいて、前記各気筒の発生トルクが略同一となるように、前記内燃機関の各気筒の点火時期を個別に設定する第２の点火時期制御手段と、
   前記内燃機関へのトルク要求に応じて、前記第１の点火時期制御手段と前記第２の点火時期制御手段との間の切り替えを指示する切替制御手段と、を備え、
   前記切替制御手段は、前記内燃機関にトルクダウン要求が出された場合に、前記第１の点火時期制御手段から前記第２の点火時期制御手段への切り替えを指示することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記切替制御手段は、前記内燃機関へのトルク要求が所定値より小さい場合に、前記第１の点火時期制御手段から前記第２の点火時期制御手段への切り替えを指示することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記筒内圧センサの検出信号に基づいて、前記各気筒の発生トルクをそれぞれ取得する発生トルク取得手段を更に備え、
   前記切替制御手段は、前記各気筒の発生トルクの差が所定値よりも大きい場合に、前記第１の点火時期制御手段から前記第２の点火時期制御手段への切り替えを指示することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 異常燃焼が発生している気筒を検知する検知手段と、
   前記検知手段によって異常燃焼が発生している気筒が検知された場合に、当該気筒の点火時期の遅角量を制限する制限手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

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