JP7067342B2

JP7067342B2 - 内燃機関の点火時期制御装置

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Publication number: JP7067342B2
Application number: JP2018142412A
Authority: JP
Inventors: 理人金子; 貴之細木; 健次千田; 紀仁花井; 久幸伊東; 正晃山口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2022-05-16
Anticipated expiration: 2038-07-30
Also published as: JP2020020271A

Description

本発明は、学習値に基づき点火時期を操作する内燃機関の点火時期制御装置に関する。

たとえば下記特許文献１には、内燃機関の冷却水の温度が所定温度（８３℃）以上であることを条件に、ノッキング制御の学習値を更新する制御装置が記載されている（段落「００６２」～「００６４」）。

特開２０１０－２７０６８４号公報

ところで、たとえば冬季等においては、内燃機関の冷却水の温度がある程度高くなっても、内燃機関が搭載される車室空間であるいわゆるエンジンコンパートメント内の空気の温度は、未だかなり低いことがある。そしてその場合には、冷却水の温度が所定温度以上であることをもって点火時期の学習値を更新すると、吸気の温度が低いためにノッキングが生じにくい状況で学習値が更新されることとなる。このため、学習値が過度に進角側に更新され、エンジンコンパートメント内の温度が上昇し、ノッキングが生じやすくなると、学習値の遅角側への更新が間に合わず、ノッキングが顕在化するおそれがある。

上記課題を解決すべく、内燃機関の点火時期制御装置は、ノッキングセンサの出力信号に基づき、ノッキングの発生を抑制できる範囲で点火時期を進角側に操作するための操作量であるフィードバック操作量を算出するフィードバック処理と、前記フィードバック操作量に基づき学習値を更新する更新処理と、前記フィードバック操作量および前記学習値に基づき前記点火時期を操作する操作処理と、を実行し、前記更新処理は、内燃機関の冷却水の温度が所定温度以上であって且つ、吸気温が外気温を所定量以上上回る場合に、前記学習値を更新する処理である。

上記では、吸気温が外気温よりも所定量以上高い旨の条件が成立する場合に学習値の更新を開始する。このため、内燃機関を収容した車室内の温度と、車両のおかれた環境において内燃機関の稼働が継続された場合にとりうる温度との差が小さくなった段階で、学習値を更新することができる。このため、内燃機関の稼働に伴って上記車室内の温度が上昇した際、学習値がノッキングを抑制する上で適切な値に対して過度に進角側の値となることを抑制できる。

第１の実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。第２の実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。

＜第１の実施形態＞
以下、内燃機関の点火時期制御装置にかかる第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に示す内燃機関１０は、車両に搭載される。内燃機関１０の吸気通路１２には、燃料噴射弁１４が設けられている。吸気通路１２から吸入された空気や燃料噴射弁１４から噴射された燃料は、吸気バルブ１６の開弁に伴ってシリンダ１８およびピストン２０によって区画される燃焼室２２に流入する。燃焼室２２において、空気と燃料との混合気は、点火装置２４の火花放電によって燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気バルブ２６の開弁に伴って、排気として排気通路２８に排出される。

制御装置３０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量であるトルクや排気成分比率等を制御すべく、燃料噴射弁１４や点火装置２４等の内燃機関１０の操作部を操作する。制御装置３０は、制御量の制御のために、ノッキングセンサ４０の出力信号Ｓｎや、クランク角センサ４２の出力信号Ｓｃｒ、エアフローメータ４４によって検出される吸入空気量Ｇａを参照する。また制御装置３０は、水温センサ４６によって検出される内燃機関１０の冷却水の温度（水温ＴＨＷ）や、吸気温センサ４８によって検出される吸気温Ｔａ、外気温センサ５０によって検出される外気温Ｔｏを参照する。

制御装置３０は、ＣＰＵ３２およびＲＯＭ３４を備えており、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより、制御量の制御を実行する。

図２に、制御装置３０が実行する処理の手順を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２が例えば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。

図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ３２は、まず、回転速度ＮＥおよび充填効率ηに基づき進角限界Ａｂを算出する（Ｓ１０）。進角限界Ａｂは、ＭＢＴ点火時期と第１ノック限界点とのうちの遅角側の時期である。ＭＢＴ点火時期は、最大トルクの得られる点火時期（最大トルク点火時期）である。また第１ノック限界点は、ノック限界の高い高オクタン価燃料の使用時に、想定される最良の条件下で、ノッキングを許容できるレベル以内に収めることのできる点火時期の進角限界値（ノック限界点火時期）である。なお、回転速度ＮＥは、出力信号Ｓｃｒに基づきＣＰＵ３２により算出され、また、充填効率ηは、回転速度ＮＥおよび吸入空気量Ｇａに基づきＣＰＵ３２により算出される。

次にＣＰＵ３２は、ノッキングセンサ４０の出力信号Ｓｎを取得する（Ｓ１２）。そしてＣＰＵ３２は、出力信号Ｓｎに基づき、ノッキングの発生を抑制できる範囲で点火時期を進角側に操作するための操作量であるフィードバック操作量ＫＣＳを算出する（Ｓ１４）。詳しくはＣＰＵ３２は、出力信号Ｓｎに基づく振動強度が所定値以上の場合にフィードバック操作量ＫＣＳを遅角側の更新量だけ更新し、所定値を上回る量が大きいほど更新量の絶対値を大きくする。また、ＣＰＵ３２は、振動強度が所定値未満の場合、フィードバック操作量ＫＣＳを所定の更新量ずつ進角側に更新する。なお、フィードバック操作量には、進角側上限値および遅角側上限値が設けられており、フィードバック操作量は、進角側上限値と遅角側上限値とによって規定される範囲内の値となる。

次にＣＰＵ３２は、進角限界Ａｂから遅角差分ａｋｍａｘを減算し、フィードバック操作量ＫＣＳおよび学習値Ｌを加算した値を、点火時期に代入し、同点火時期となることにより点火装置２４に火花放電を生じさせるべく点火装置２４を操作する（Ｓ１６）。ここで、遅角差分ａｋｍａｘは、進角限界Ａｂと第２ノック限界点との差分である。第２ノック限界点は、ノック限界の低い低オクタン価燃料の使用時であってデポジット付着が全く無いときにおいて、ノッキングを許容できるレベル以内に収めることのできる点火時期の進角限界（ノック限界点火時期）を示している。詳しくは、ＣＰＵ３２は、回転速度ＮＥおよび充填効率ηに基づき遅角差分ａｋｍａｘを可変設定する。

なお、本実施形態では、進角側であればあるほど点火時期を大きい値をとるものとしている。点火時期は、基準となるクランク角度に対する進角量によって規定すればよい。
次にＣＰＵ３２は、水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｔｈ以上である旨の条件（ア）と、吸気温Ｔａが外気温Ｔｏよりも所定量α以上高い旨の条件（イ）との論理積が真であるか否かを判定する（Ｓ１８）。この処理は、学習値Ｌの更新処理の実行条件が成立するか否かを判定する処理である。ここで、条件（ア）は、内燃機関１０が暖機されたか否かを判定するためのものである。ここで、所定温度ＴＨＷｔｈは、たとえば「８３℃」とすればよい。また、条件（イ）は、エンジンコンパートメント内の温度が、内燃機関１０の駆動に伴って上昇したか否かを判定するためのものである。ここで、たとえば運転席等を有する空間を極力広くとる場合、エンジンコンパートメント内には、駆動系等の部品が高密度で配置されることから、内燃機関１０の稼働に伴って車両の走行に伴う走行風にかかわらずエンジンコンパートメント内の空気の温度が外気温よりも上昇する。このため、所定量αは、内燃機関１０の稼働状態が継続されることによって、吸気温Ｔａが外気温Ｔｏを上回る量に基づき設定される。具体的には、所定量αは、たとえば「２０℃」とすればよい。

ＣＰＵ３２は、論理積が真であると判定する場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、学習値Ｌを更新する（Ｓ２０）。ここで、ＣＰＵ３２は、まず、フィードバック操作量ＫＣＳの指数移動平均処理値である学習用操作量ＫＣＳｓを更新する。詳しくはＣＰＵ３２は、「０」よりも大きく「１」よりも小さい値βを用いて、学習用操作量ＫＣＳｓを「ＫＣＳｓ＋β・（ＫＣＳ－ＫＣＳｓ）」に更新する。次にＣＰＵ３２は、学習用操作量ＫＣＳｓが進角側基準値よりも進角側の場合、学習用操作量ＫＣＳｓから進角側基準値を減算した値を更新基準量Δとし、更新基準量Δを学習値Ｌに加算することによって学習値Ｌを更新する。また、学習用操作量ＫＣＳｓが遅角側基準値よりも遅角側の場合、学習用操作量ＫＣＳｓから遅角側基準値を減算した値を更新基準量Δとし、更新基準量Δを学習値Ｌに加算することによって学習値Ｌを更新する。こうした処理によって、学習値Ｌは、フィードバック操作量ＫＣＳの絶対値が小さくなるように更新されることとなる。なお、ＣＰＵ３２は、学習値Ｌを更新する場合、学習用操作量ＫＣＳｓやフィードバック操作量ＫＣＳから更新基準量Δを減算することが望ましい。

なお、ＣＰＵ３２は、Ｓ２０の処理が完了する場合や、Ｓ１８の処理において否定判定する場合には、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。

ＣＰＵ３２は、Ｓ１８の処理において肯定する場合に学習値Ｌの更新を開始する。ここで、たとえば冬季等においては、エンジンコンパートメント内が冷えているため、内燃機関１０の冷間始動後、水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｔｈ以上となっても、吸気温Ｔａについては、内燃機関１０の稼働状態が継続しエンジンコンパートメント内の温度が上昇した後と比較してかなり低い傾向がある。この時点で学習値Ｌの更新が開始されてしまうと、エンジンコンパートメント内の温度が上昇した時点において適切な値に対し、学習値Ｌが過度に進角側の値に更新されるおそれがある。本実施形態では、フィードバック操作量ＫＣＳの指数移動処理値である学習用操作量ＫＣＳｓに基づき学習値Ｌを更新することから、学習値Ｌの変化速度は、フィードバック操作量ＫＣＳの変化速度よりも遅い。このため、エンジンコンパートメント内の温度が上昇するにしたがって、適切な点火時期が遅角側の値となったとしても、学習値Ｌが遅角側の適切な値に更新されるのには時間がかかり、結果として、学習値Ｌは、適切な値よりも進角側の値となる。そして上記のように点火時期が学習値Ｌとフィードバック操作量ＫＣＳとの和に基づき算出されることから、フィードバック操作量ＫＣＳのみによっては、点火時期を十分に遅角側の値とすることができず、ノッキングが生じるおそれがある。

これに対し本実施形態では、上記条件（ア）のみならず条件（イ）が成立する場合に学習値Ｌの更新を開始する。このため、エンジンコンパートメント内の温度と、季節や地域等の車両のおかれた状況において内燃機関１０の稼働が継続された場合にとりうる温度との差が小さくなった段階で、学習値Ｌを更新することができる。このため、内燃機関１０の稼働に伴ってエンジンコンパートメント内の温度が上昇した際、学習値Ｌがノッキングを抑制する上で適切な値に対して過度に進角側の値となることを抑制できる。

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、外気温センサ５０を備えない場合を想定する。図３に、本実施形態において制御装置３０が実行する処理の手順を示す。図３に示す処理は、ＲＯＭ３４に記憶されたプログラムをＣＰＵ３２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、図２に示した処理と同一の処理については、便宜上同一のステップ番号を付してその説明を省略する。

図３に示す一連の処理において、ＣＰＵ３２は、まず内燃機関１０の始動時であるか否かを判定する（Ｓ３０）。そしてＣＰＵ３２は、始動時であると判定する場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、そのときの吸気温Ｔａを、初期値Ｔａ０に代入する（Ｓ３２）。ＣＰＵ３２は、Ｓ３２の処理が完了する場合や、Ｓ３０の処理において否定判定する場合には、Ｓ１０～Ｓ１６の処理を実行する。次にＣＰＵ３２は、上記（ア）の条件と、吸気温Ｔａが初期値Ｔａ０を所定量α以上上回る旨の条件（ウ）との論理積が真であるか否かを判定する（Ｓ１８ａ）。ここで、条件（ウ）は、上記条件（イ）の代わりに設けられたものであり、初期値Ｔａ０は、外気温とみなされている。ＣＰＵ３２は、論理積が真であると判定する場合（Ｓ１８ａ：ＹＥＳ）、Ｓ２０の処理に移行する。

これに対し、ＣＰＵ３２は、論理積が偽であると判定する場合（Ｓ１８ａ：ＮＯ）、吸気温Ｔａが初期値Ｔａ０よりも低いか否かを判定する（Ｓ３４）。この処理は、初期値Ｔａ０を外気温とみなすことが適切でないか否かを判定するためのものである。ここで、内燃機関１０の始動後における吸気温Ｔａが初期値Ｔａ０よりも低くなる状況は、たとえば、内燃機関１０を長時間稼働した後、極短時間停止して再度始動した場合に生じうる。その場合、内燃機関１０の停止に伴って、吸気温Ｔａは内燃機関１０やエンジンコンパートメント内の空気と熱的な平衡状態へと移行することによって、上昇する。そのため、内燃機関１０が再度始動され車両が走行を開始すると、吸気温Ｔａが低下するために、初期値Ｔａ０よりも低くなる。

ＣＰＵ３２は、初期値Ｔａ０よりも低いと判定する場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、初期値Ｔａ０を更新する処理を実行する（Ｓ３６）。ここでは、吸気温Ｔａを監視し、吸気温Ｔａが低下から上昇に転じる時点の値を検出し、これによって初期値Ｔａ０を更新する処理とすればよい。

なお、ＣＰＵ３２は、Ｓ２０，Ｓ３６の処理が完了する場合や、Ｓ３４の処理において否定判定する場合には、図３に示す一連の処理を一旦終了する。
＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。点火時期制御装置は、制御装置３０に対応し、フィードバック処理は、Ｓ１４の処理に対応し、更新処理は、Ｓ２０の処理に対応し、操作処理は、Ｓ１６の処理に対応する。

＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・点火時期の設定としては、Ｓ１６の処理に例示したものに限らない。たとえば、遅角差分ａｋｍａｘや進角限界Ａｂを用いなくてもよい。
・学習値Ｌとしては、単一の学習値からなるものに限らず、たとえば、学習値Ｌを第１学習値、第２学習値および第３学習値の和とするように、複数の学習値の和によって定めてもよい。この場合、充填効率ηが大きい領域では、第１学習値を学習値Ｌとし、充填効率ηが小さい領域では、第１学習値、第２学習値および第３学習値の和を学習値Ｌとするなど、充填効率ηによって、利用する学習値の数を変更してもよい。さらに、たとえば、第１学習値を、回転速度ＮＥによって分割された領域毎に学習し、第２学習値および第３学習値を、回転速度ＮＥおよび充填効率ηによって分割された領域毎に学習するなど、学習値が分割された領域毎に更新されるものとして且つ、複数の学習値同士で上記領域に異なるものがあってもよい。

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…燃料噴射弁、１６…吸気バルブ、１８…シリンダ、２０…ピストン、２２…燃焼室、２４…点火装置、２６…排気バルブ、２８…排気通路、３０…制御装置、３２…ＣＰＵ、３４…ＲＯＭ、４０…ノッキングセンサ、４２…クランク角センサ、４４…エアフローメータ、４６…水温センサ、４８…吸気温センサ、５０…外気温センサ。

Claims

ノッキングセンサの出力信号に基づき、ノッキングの発生を抑制できる範囲で点火時期を進角側に操作するための操作量であるフィードバック操作量を算出するフィードバック処理と、
前記フィードバック操作量に基づき学習値を更新する更新処理と、
前記フィードバック操作量および前記学習値に基づき前記点火時期を操作する操作処理と、を実行し、
前記更新処理は、内燃機関の冷却水の温度が所定温度以上であって且つ、吸気温が外気温を所定量以上上回る場合に、前記学習値を更新する処理であり、
前記外気温は、
エンジンコンパートメントの外の温度を検出する外気温センサの検出値、
または
前記内燃機関の始動時における吸気温センサの検出値
である内燃機関の点火時期制御装置。