JP6891791B2 - 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。

内燃機関の負荷および回転数などに基づいて、内燃機関の始動時に点火時期を遅角させ、その後徐々に進角させる技術が知られている（特許文献１）。

特開昭６２−９１６５９号公報

例えば点火時期に遅角側の失火限界をガード値と定めることで、点火時期が失火限界よりも遅角しないようにガードすることがある。しかし目標点火時期が進角側に位置すると点火時期が急に進角する。これにより内燃機関の回転数が急上昇し、トルクショックが発生することがある。そこで、内燃機関の始動後における点火時期の急な進角を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、内燃機関の始動後、点火プラグによる点火時期を進角させる点火時期制御部と、前記点火時期の遅角側のガード値を制御するガード値制御部と、を具備し、前記ガード値制御部は、前記内燃機関の始動から、前記点火時期が遅角側から第１点火時期に達するまでは前記ガード値を第１の値とし、前記点火時期が前記遅角側から前記第１点火時期に到達した後、前記ガード値を、前記第１の値から前記第１の値より進角側の第２の値へと変化させる内燃機関の制御装置によって達成できる。

内燃機関の始動後における点火時期の急な進角を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は内燃機関を例示する模式図である。 図２（ａ）は回転数および点火時期を示すタイムチャートである。図２（ｂ）は点火時期およびガード値を示すタイムチャートである。 図３はＥＣＵが実行する制御を例示するフローチャートである。

（実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関の制御装置について説明する。図１は内燃機関１００を例示する模式図である。内燃機関１００は例えば自動車などに搭載されるガソリンエンジンである。図１に示すように、内燃機関１００はエンジン本体１０とＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備える。

エンジン本体１０はシリンダヘッド１１とシリンダブロック１２とにより構成されている。シリンダブロック１２の内部には、ピストン１４、コンロッド１５、およびクランクシャフト１６が配置されている。シリンダヘッド１１、シリンダブロック１２およびピストン１４により、エンジン本体１０の内部に燃焼室１３が形成される。ピストン１４はコンロッド１５によりクランクシャフト１６に連結されている。シリンダブロック１２に設けられた回転数センサ１７はエンジンの回転数を検出する。シリンダヘッド１１には、燃焼室１３に燃料を供給（筒内噴射）する燃料噴射弁３０が設けられている。

シリンダヘッド１１には、点火プラグ１８、吸気バルブ２６および排気バルブ２７が設けられ、吸気経路２０および排気経路２１が接続されている。不図示のカムシャフトが回転することにより、吸気バルブ２６および排気バルブ２７が開閉する。

吸気経路２０には、上流側から下流側にかけて、エアクリーナ２２、エアフローメータ２３、スロットルバルブ２４、燃料噴射弁３２が設けられている。エアクリーナ２２は外部から流入する空気から粉塵などを除去する。エアフローメータ２３は吸入空気量を取得する。スロットルバルブ２４は例えば不図示のアクチュエータなどにより駆動され、吸入空気量を調節する。開度が大きくなると吸入空気量は多くなり、開度が小さくなると吸入空気量は少なくなる。

吸気バルブ２６が開くことで、空気は吸気経路２０から燃焼室１３へと導入される。燃料噴射弁３０または３２から噴射された燃料と空気とは混合気を形成し、ピストン１４で圧縮され、点火プラグ１８は混合気に点火する。点火によりピストン１４は燃焼室１３内を上下に往復運動し、クランクシャフト１６が回転する。燃焼後の排気は排気経路２１から排出される。なお、燃料噴射弁３０および３２のうちいずれか一方のみが設けられてもよい。

排気経路２１には触媒２５および空燃比センサ２８が設けられている。触媒２５は例えば三元触媒であり、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒金属を含み、酸素吸蔵能を有し、ＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する。空燃比センサ２８は空燃比を検出する。

ＥＣＵ４０（制御装置）は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備え、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ４０は、停止条件が成立した場合、燃料の噴射を停止し、内燃機関１００の運転を停止させ、始動条件が成立した場合に内燃機関１００を始動させる（スタートアンドストップ、Ｓ＆Ｓ機能）。例えば停止条件は車両の速度が閾値未満であること、始動条件はブレーキペダルの踏み込みが解除されること、などである。なお、ＥＣＵ４０以外にエコランＥＣＵが内燃機関１００のＳ＆Ｓ機能を制御してもよい。

ＥＣＵ４０は、上述の回転数センサ１７、点火プラグ１８、エアフローメータ２３、スロットルバルブ２４、空燃比センサ２８、燃料噴射弁３０および３２と電気的に接続されている。ＥＣＵ４０は回転数センサ１７から回転数を、エアフローメータ２３から吸入空気量を、スロットルバルブ２４から開度を、空燃比センサ２８から空燃比を、それぞれ取得する。ＥＣＵ４０は、スロットルバルブ２４の開度、燃料噴射弁３０および３２からの燃料噴射量を制御する。ＥＣＵ４０は、点火プラグ１８の点火時期を制御する点火時期制御部、および点火時期のガード値を制御するガード値制御部として機能する。

Ｓ＆Ｓ始動後、点火時期を目標点火時期（例えば最適なトルクを実現できる点火時期、第１点火時期）とし、内燃機関１００の回転数を目標回転数付近で安定させる。例えば低圧環境下および高温環境下などでは、点火時期を目標点火時期に向けて進角させる。回転数の上昇速度は、燃料の状態、オイルの粘度、環境（圧力および温度）などに応じて変わる。回転数が急激に上昇すると、ドライバビリティが悪化する。回転数の吹き上がりを抑制するため、点火時期を徐々に変化させる。

図２（ａ）は回転数および点火時期を示すタイムチャートである。横軸は時間であり、上段の縦軸は回転数、下段の縦軸は点火時期である。Ｒ０は目標の回転数である。上段の実線および点線は回転数を示す。下段の破線は目標点火時期を示し、実線および点線は点火時期を示す。時間ｔ１において、点火時期を進角させる。点線の例では時間ｔ１からｔ３にかけて一定の割合で点火時期を進角させることで、点火時期は目標点火時期に到達する。しかし、上段の点線で示すように、回転数の上昇が遅い。

一方、実線の例では、点火時期を、時間ｔ１からｔ２においては大きな割合で進角させ、時間ｔ２からｔ３にかけては小さな割合で進角させ、点火時期を目標点火時期とする。これにより、上段の実線に示すように回転数が速く上昇し、すみやかに目標回転数Ｒ０に到達する。

ｔ１〜ｔ３において進角の割合が小さいと、回転数の上昇速度が小さく、ヘジテーションが発生する恐れがある。一方、ｔ１〜ｔ３において大きな割合で点火時期を進角させると、回転数がＲ０以上に吹き上がる。したがって、点火時期は、まず大きな割合で変化させ、その後は小さな割合で変化させることが好ましい。つまり点火時期の傾きは、少なくとも二段階で変化させてもよい。変化の割合は、回転数と目標回転数との差などに応じてＥＣＵ４０が定めればよい。なお回転数と目標回転数との差が小さい場合、変化の割合を一定としてもよい。

点火時期をガードするガード値として失火限界を用いることで、点火時期は失火限界を超えて遅角しないようにガードされる。失火限界は例えば、回転数、吸入空気量および吸気経路２０内の圧力などに基づいてＥＣＵ４０が定めることができる。しかし要求される点火時期がガード値より遅角側の場合、点火時期は遅角できず進角してしまう。この結果、回転数が急激に吹き上がり、ドライバビリティが悪化する。そこでガード値を変化させる。

図２（ｂ）は点火時期およびガード値を示すタイムチャートである。横軸は時間、縦軸は点火時期であり、上が進角側、下が遅角側である。実線は点火時期、破線は目標点火時期、一点鎖線はガード値である。なお、図２（ｂ）の例では点火時期が目標点火時期に向けて一定の割合で進角するが、進角の割合は二段階以上でもよい。

図２（ｂ）に示すように、点火時期は時間ｔ４からｔ５において、Ａ１からＡ２（目標点火時期、第１点火時期）まで進角する。ガード値は、時間ｔ４まではＧ１（第１の値）であり、時間ｔ５からｔ６にかけて進角しＧ２（第２の値）に到達する。Ｇ１はＳ＆Ｓ始動時の失火限界であり、Ｇ２はＧ１より進角側に位置し内燃機関１００の通常運転時の失火限界である。

図３はＥＣＵ４０が実行する制御を例示するフローチャートである。図３に示すように、ＥＣＵ４０はガード値をＧ１に設定する（ステップＳ１０）。ＥＣＵ４０は、点火時期がＡ２に到達したか否か判定する（ステップＳ１２）。否定判定（Ｎｏ）の場合、ステップＳ１２が繰り返される。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ４０は、ガード値をＧ１からＧ２に変化させる（ステップＳ１４）。以上で制御は終了する。

以上、本実施形態によれば、ＥＣＵ４０は、内燃機関１００の始動から点火時期が目標点火時期になるまでの期間はガード値をＧ１とし、点火時期が目標点火時期に到達後はガード値をＧ２とする。始動直後のガード値が遅角側のＧ１であるため、点火時期はＧ１に到達しない範囲で遅角することができる。このため回転数の急激な上昇が抑制され、ドライバビリティが改善する。

時間ｔ５〜ｔ６にかけて、ＥＣＵ４０はガード値をＧ１からＧ２に変化させる。ガード値がＧ２となることで、目標点火時期に到達後の点火時期を効果的にガードすることができる。ガード値がＧ２へと急激に変化すると、点火時期がＧ２よりも遅角できず、回転数が吹き上がることがある。急激な吹き上がりの抑制のため、ガード値はＧ１からＧ２へと徐々に変化することが好ましい。

図２（ａ）の時間ｔ１〜ｔ３、図２（ｂ）の時間ｔ４〜ｔ６は、燃料の噴射回数、回転数などに応じてＥＣＵ４０が設定することができる。例えばｔ１およびｔ４は回転数が所定の値になる時間または燃料の噴射が所定の回数行われる時間などである。ｔ３およびｔ５は例えば点火時期が目標点火時期になる時間である。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施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本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ エンジン本体
１１ シリンダヘッド
１２ シリンダブロック
１４ ピストン
１５ コンロッド
１６ クランクシャフト
１７ 回転数センサ
１８ 点火プラグ
２０ 吸気経路
２１ 排気経路
２２ エアクリーナ
２３ エアフローメータ
２４ スロットルバルブ
２５ 触媒
２６ 吸気バルブ
２７ 排気バルブ
２８ 空燃比センサ
３０、３２ 燃料噴射弁
４０ ＥＣＵ
１００ 内燃機関

Claims (1)

1. 内燃機関の始動後、点火プラグによる点火時期を進角させる点火時期制御部と、
   前記点火時期の遅角側のガード値を制御するガード値制御部と、を具備し、
   前記ガード値制御部は、前記内燃機関の始動から、前記点火時期が遅角側から第１点火時期に達するまでは前記ガード値を第１の値とし、
   前記点火時期が前記遅角側から前記第１点火時期に到達した後、前記ガード値を、前記第１の値から前記第１の値より進角側の第２の値へと変化させる内燃機関の制御装置。
   

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