JP7092010B2 - 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。

内燃機関の始動時に混合気が自己着火するプレイグニッション（プレイグ）が発生することがある。燃料噴射弁による噴射時期を吸気行程とすることでプレイグを回避する技術が開発されている（例えば特許文献１）。

特開２００８－１９６３１６号公報

アイドリングストップ、いわゆるスタートアンドストップ（Ｓ＆Ｓ）機能を有する内燃機関では、停止と始動が繰り返される。例えば始動時に冷却水の温度および吸気の温度が高いとプレイグが発生しやすい。

始動時、燃料噴射弁から１回の燃料噴射を行う、いわゆるシングル噴射によってプレイグを回避することができる。その一方で、内燃機関の始動時間が長くなってしまう。そこでプレイグニッションを抑制し、かつ始動時間の長期化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、停止条件が成立した場合に内燃機関を停止させ、始動条件が成立した場合に前記内燃機関を始動させる機関制御部と、前記機関制御部による前記内燃機関の停止時に、前記内燃機関のピストンの位置を、上死点から９０°遅角した位置よりも上死点に近い位置とする位置制御部と、前記内燃機関の冷却水の温度が第１の温度以上かつ吸気の温度が第２の温度以上である場合、前記機関制御部による前記内燃機関の始動時に、前記内燃機関に１回の燃料噴射を行い、前記冷却水の温度が前記第１の温度未満または前記吸気の温度が前記第２の温度未満である場合、前記機関制御部による前記内燃機関の始動時に、前記内燃機関に複数回の燃料噴射を行う噴射制御部と、を具備し、前記１回の燃料噴射を行う場合、前記内燃機関の複数の気筒のうち１気筒目において前記内燃機関を始動させず、前記複数の気筒のうち２気筒目以降において前記内燃機関を始動させる内燃機関の制御装置によって達成できる。

プレイグニッションを抑制し、かつ始動時間の長期化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）および図２（ｂ）はピストンの停止位置および噴射時期を例示する模式図である。 図３は領域を示す模式図である。 図４はＥＣＵが実行する制御を例示するフローチャートである。

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）５０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とを有する多気筒エンジンであり、図１では１つの気筒を図示している。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が収納されている。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１９はエンジンの回転数を検出する。シリンダブロック１２には燃焼室１３を囲むウォータジャケット１７が設けられ、ウォータジャケット１７内に冷却水が貯留される。水温センサ３４は冷却水の温度（水温）を測定する。

シリンダヘッド１１には、燃料噴射弁３０、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、吸気温センサ３２、エアフローメータ２３、スロットルバルブ２４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。吸気温センサ３２は吸気の温度を測定する。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はモータ４２により駆動し、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筒内の負圧は低下する。開度が小さくなると吸入空気量は少なくなり、筒内の負圧は上昇する。スロットルセンサ４４はスロットルバルブ２４の開度を検出する。

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。

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。

スタータモータ４０はクランクシャフト１６に接続されており、スタータモータ４０が回転することでクランクシャフト１６が回転し、内燃機関１００が始動する。

ＥＣＵ（Electronic Control Unit、制御装置）５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）など記憶装置等を備え、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。

ＥＣＵ５０は、回転数センサ１９、点火プラグ１８、エアフローメータ２３、モータ４２、スロットルセンサ４４、車速センサ４６、空燃比センサ２８、燃料噴射弁３０と電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は回転数センサ１９から回転数を、エアフローメータ２３から吸入空気量を、スロットルセンサ４４からスロットルバルブ２４の開度を、車速センサ４６から車両の速度を、空燃比センサ２８から空燃比を、それぞれ取得する。また、ＥＣＵ５０は、点火プラグ１８の点火時期、スロットルバルブ２４の開度、燃料噴射弁３０からの噴射回数および噴射タイミングなどを制御する。

ＥＣＵ５０は内燃機関１００を停止および始動させる機関制御部として機能する。すなわちＥＣＵ５０は、例えば車両の速度が所定の速度以下まで低下するなどの停止条件が成立した場合、内燃機関１００の運転を停止させる。アクセルの踏み込みなど始動条件が成立した場合、ＥＣＵ５０はスタータモータ４０を回転させて内燃機関１００を始動させる（Ｓ＆Ｓ機能）。なおＥＣＵ５０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。

内燃機関１００の再始動後に燃料噴射弁３０による燃料噴射が行われる。燃料噴射には１回の噴射を行うシングル噴射と、例えば２回など複数回の噴射を行うマルチ噴射がある。マルチ噴射では燃料が火種となりプレイグが発生しやすくなる。一方、シングル噴射ではプレイグが発生しにくい。ＥＣＵ５０は、吸気温センサ３２から吸気温を取得し、水温センサ３４から水温を取得し、これらの温度に基づいて燃料噴射弁３０による噴射を制御する噴射制御部として機能する。具体的には、吸気温および水温が高いとプレイグが発生しやすい。プレイグを抑制するため、これらの温度が所定の温度より高ければ、ＥＣＵ５０はシングル噴射とし、それ以外の場合にはマルチ噴射を行う。

シングル噴射された燃料はマルチ噴射に比べて霧化が悪いため、排気中の粒子数（ＰＮ：Particulate Number）が増加する恐れがある。そこで図２で後述するように、シングル噴射のタイミングを、内燃機関１００停止時のピストン１４の停止位置よりも前にする。これによりＰＮの悪化は抑制することはできる。しかし、シングル噴射の噴射時期がピストン停止位置より前であるため、複数の気筒のうち１気筒目での始動は困難であり２気筒目以降で始動することになる。この結果、始動時間が長くなってしまう。

以上のように、プレイグ抑制のためにはマルチ噴射よりもシングル噴射が好ましい。一方、シングル噴射を行うと始動時間が長くなる。本実施形態では、ピストン１４の停止位置によってプレイグ対策を行う。これにより、シングル噴射の機会を減少させ、マルチ噴射の機会を増加させ、始動時間の悪化を抑制する。ＥＣＵ５０は、内燃機関１００停止時におけるピストン１４の位置を制御する位置制御部として機能する。

図２（ａ）および図２（ｂ）はピストン１４の停止位置および噴射時期を例示する模式図である。図２（ａ）は実施形態、図２（ｂ）は比較例を示す。円の上端がＴＤＣ（Top Dead Center、上死点）、下端がＢＤＣ（Bottom Dead Center、下死点）を表す。Ｐ１およびＰ２は、内燃機関１００の停止（アイドリングストップ）時のピストン１４の停止位置を表す。Ｆ０はシングル噴射における燃料噴射時期、Ｆ１およびＦ２はマルチ噴射における燃料噴射時期を表す。Ｉは点火プラグ１８による点火タイミングを表す。

実施形態および比較例の両方において、シングル噴射時の噴射時期Ｆ０は停止位置Ｐ１およびＰ２よりも前（下死点側）であり、マルチ噴射時の噴射時期Ｆ１およびＦ２は停止位置Ｐ１およびＰ２よりも後（上死点側）である。

図２（ｂ）に示す比較例の停止位置Ｐ２は、例えばＴＤＣおよびＢＤＣから９０°の位置にある。図２（ａ）に示す本実施形態におけるピストン１４の停止位置Ｐ１は、比較例の停止位置Ｐ２に比べ、上死点側である。停止位置Ｐ１が上死点側にあることにより、停止位置をＰ２とする場合に比べて、内燃機関１００始動時の混合気の圧縮量が減少し、プレイグが発生しにくくなる。

図３は領域を示す模式図である。横軸は水温Ｔｗを示し、縦軸は吸気温Ｔｉを示す。実線で区切られた領域Ｒ１は実施形態に対応し、水温ＴｗがＴｗ１（第１の温度）以上かつ吸気温ＴｉがＴｉ１（第２の温度）以上の領域である。領域Ｒ１の外は領域Ｒ０である。破線で区切られた領域Ｒ２は比較例に対応し、水温ＴｗがＴｗ２以上かつ吸気温ＴｉがＴｉ２以上の領域である。水温Ｔｗおよび吸気温Ｔｉが高いとプレイグが発生しやすい。したがってプレイグを回避するために実施形態では領域Ｒ１内においてシングル噴射を行い、比較例では領域Ｒ２内においてシングル噴射を行う。領域Ｒ１外またはＲ２外ではマルチ噴射を行う。

図３に示すように、温度Ｔｗ１はＴｗ２より高く、温度Ｔｉ１はＴｉ２より高い。したがって領域Ｒ１は領域Ｒ２よりも狭い。言い換えれば、実施形態では比較例に比べてシングル噴射を行う領域が狭い。したがってシングル噴射を行う機会が減少し、始動時間の悪化が抑制される。

図４はＥＣＵ５０が実行する制御を例示するフローチャートである。図４に示すように、ＥＣＵ５０は内燃機関１００の停止条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１０）。停止条件とは例えば車速が所定値以下となることである。否定判定（Ｎｏ）の場合、制御は終了する。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ５０は、内燃機関１００停止時のピストン１４の停止位置を図２（ａ）のＰ１とする（ステップＳ１２）。具体的にＥＣＵ５０は例えばモータ４２を用いてスロットルバルブ２４の開度を制御することで気筒内の負圧を調整し、ピストン１４を所望の位置で停止させる。

ＥＣＵ５０は、水温センサ３４から水温Ｔｗを取得し、ＴｗがＴｗ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。肯定判定の場合、ＥＣＵ５０は、吸気温センサ３２から吸気温Ｔｉを取得し、ＴｉがＴｉ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。肯定判定の場合、ＥＣＵ５０は、内燃機関１００始動時の燃料噴射をシングル噴射とする（ステップＳ１８）。水温Ｔｗおよび吸気温Ｔｉが図３の領域Ｒ１内にあり、噴射時期は図２（ａ）のＦ０となる。

ステップＳ１４またはＳ１６で否定判定の場合、ＥＣＵ５０は、内燃機関１００始動時の燃料噴射をマルチ噴射とする（ステップＳ２０）。水温Ｔｗおよび吸気温Ｔｉの少なくとも一方が図３の領域Ｒ１外の領域Ｒ０にあり、噴射時期は図２（ａ）のＦ１およびＦ２となる。以上で制御は終了する。

本実施形態によれば、内燃機関１００の停止時に、ＥＣＵ５０はピストン１４の停止位置を図２（ｂ）のＰ２よりも上死点側である図２（ａ）のＰ１とする。これにより内燃機関１００の始動時の圧縮量が減少し、プレイグが発生しにくくなる。停止位置Ｐ１は例えばＴＤＣから９０°遅角した位置よりもＴＤＣに近い位置とすることができる。

ピストン１４の停止位置によりプレイグ対策をすることで、シングル噴射を行う機会を比較例よりも少なくすることができる。すなわち、図３のように領域Ｒ２よりも狭い領域Ｒ１では吸気温Ｔｉおよび水温Ｔｗが高くプレイグの可能性が高いため、シングル噴射を実施する。一方、領域Ｒ１外ではマルチ噴射を行う。シングル噴射の領域Ｒ１を小さくしマルチ噴射の領域Ｒ０を大きくすることで、シングル噴射に伴う始動時間の悪化が抑制される。したがってプレイグニッションの抑制と、始動時間の長期化の抑制を両立することができる。

本実施形態は４気筒エンジンなど多気筒の内燃機関１００に適用することができる。シングル噴射の領域Ｒ１を小さくすることで、１気筒目での始動見送りが抑制され、始動時間の悪化が抑制される。図２（ａ）に示すようにマルチ噴射では２回の燃料噴射を行うとしたが、３回以上でもよい。

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 ウォータジャケット
１８ 点火プラグ
１９ 回転数センサ
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 燃料噴射弁
３２ 吸気温センサ
３４ 水温センサ
４０ スタータモータ
４２ モータ
４４ スロットルセンサ
４６ 車速センサ
５０ ＥＣＵ
１００ 内燃機関

Claims (1)

1. 停止条件が成立した場合に内燃機関を停止させ、始動条件が成立した場合に前記内燃機関を始動させる機関制御部と、
   前記機関制御部による前記内燃機関の停止時に、前記内燃機関のピストンの位置を、上死点から９０°遅角した位置よりも上死点に近い位置とする位置制御部と、
   前記内燃機関の冷却水の温度が第１の温度以上かつ吸気の温度が第２の温度以上である場合、前記機関制御部による前記内燃機関の始動時に、前記内燃機関に１回の燃料噴射を行い、前記冷却水の温度が前記第１の温度未満または前記吸気の温度が前記第２の温度未満である場合、前記機関制御部による前記内燃機関の始動時に、前記内燃機関に複数回の燃料噴射を行う噴射制御部と、を具備し、
   前記１回の燃料噴射を行う場合、前記内燃機関の複数の気筒のうち１気筒目において前記内燃機関を始動させず、前記複数の気筒のうち２気筒目以降において前記内燃機関を始動させる内燃機関の制御装置。
   

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