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発明の名称 内燃機関の点火時期制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−2685(P2007−2685A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−180953(P2005−180953)
出願日 平成17年6月21日(2005.6.21)
代理人 【識別番号】100106150
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 英樹
発明者 野口 泰
要約 課題
燃焼安定性を十分に確保しつつ触媒の暖機を促進する。

解決手段
触媒暖機中に、筒内圧P、クランク角θを取得する(ステップ110)。次に、この筒内圧Pに基づいて、熱発生率dQ/dθを算出する(ステップ112)。さらに、1サイクル分の熱発生率dQ/dθから最大値dQmaxを算出する(ステップ116)。この最大値dQmaxが所定値dQmaxthr以下である場合には、点火時期SAを進角させる(ステップ120)。一方、最大値dQmaxが所定値dQmaxthrよりも大きい場合には、点火時期SAを遅角させる(ステップ122)。
特許請求の範囲
【請求項1】
内燃機関の点火時期制御装置であって、
筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
前記筒内圧検出手段により検出された筒内圧に基づいて熱発生率を算出する熱発生率算出手段と、
1サイクルにおける前記熱発生率の最大値を算出する最大値算出手段と、
触媒の暖機時に、前記最大値算出手段により算出された熱発生率の最大値に基づいて、点火時期を遅角又は進角させる点火時期制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項2】
内燃機関の点火時期制御装置であって、
筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
クランク角を検出するクランク角センサと、
筒内容積と前記筒内圧検出手段により検出された筒内圧との関係に基づいて、クランク角毎に熱発生率を算出する熱発生率算出手段と、
1サイクルにおける前記熱発生率の最大値を算出する最大値算出手段と、
触媒の暖機時に、前記最大値算出手段により算出された熱発生率の最大値に基づいて、点火時期を遅角又は進角させる点火時期制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の点火時期制御装置において、
前記点火時期制御手段は、熱発生率の最大値が所定値よりも大きい場合には点火時期を遅角させ、該最大値が該所定値以下である場合には点火時期を進角させるものであることを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の点火時期制御装置に係り、特に、触媒暖機に好適な点火時期制御に関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関の冷間始動時において、触媒の暖機を早期に完了させることが望ましい。点火時期を遅らせて、触媒の昇温を促進させる装置が知られている。また、触媒暖機時に、燃焼安定性を確保する必要がある。具体的には、燃焼変動(「トルク変動」ともいう。)を許容範囲内に収める必要がある。そこで、角速度変動データに基づいて定められた限界まで、点火時期を遅角させる点火時期制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】特開平11−107838号公報
【特許文献2】特開平8−86265号公報
【特許文献3】特開昭59−136544号公報
【特許文献4】特開2004−332659号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、角速度が変動する要因として、上記の燃焼変動のほか、タイヤの回転変動が考えられる。このため、角速度の変動から、燃焼変動の要因を精度良く分離することが難しい。よって、角速度変動データを検出するだけでは、燃焼状態を十分に把握することができない。その結果、触媒暖機時に、燃焼安定性を十分に確保することができないという事態が生じ得る。
【0005】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃焼安定性を十分に確保しつつ触媒の暖機を促進することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の点火時期制御装置であって、
筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
前記筒内圧検出手段により検出された筒内圧に基づいて熱発生率を算出する熱発生率算出手段と、
1サイクルにおける前記熱発生率の最大値を算出する最大値算出手段と、
触媒の暖機時に、前記最大値算出手段により算出された熱発生率の最大値に基づいて、点火時期を遅角又は進角させる点火時期制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0007】
また、第2の発明は、内燃機関の点火時期制御装置であって、
筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
クランク角を検出するクランク角センサと、
筒内容積と前記筒内圧検出手段により検出された筒内圧との関係に基づいて、クランク角毎に熱発生率を算出する熱発生率算出手段と、
1サイクルにおける前記熱発生率の最大値を算出する最大値算出手段と、
触媒の暖機時に、前記最大値算出手段により算出された熱発生率の最大値に基づいて、点火時期を遅角又は進角させる点火時期制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0008】
また、第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記点火時期制御手段は、熱発生率の最大値が所定値よりも大きい場合には点火時期を遅角させ、該最大値が該所定値以下である場合には点火時期を進角させるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
第1及び第2の発明によれば、触媒の暖機時に、熱発生率の最大値に基づいて、点火時期が遅角又は進角せしめられる。この熱発生率の最大値は、燃焼安定性と相関を有している。よって、燃焼安定性を十分に確保しつつ、触媒の暖機を促進することができる。
【0010】
第3の発明によれば、熱発生率の最大値が所定値よりも大きい場合には、点火時期を遅角させることで、触媒の暖機を促進することができる。また、熱発生率の最大値が所定値以下である場合には、点火時期を進角させることで、燃焼安定性を十分に確保することができる。従って、触媒暖機の促進と、燃焼安定性の十分な確保とを両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【0012】
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施の形態のシステムは、内燃機関1を備えている。内燃機関1は、複数の気筒2を有するシリンダブロック6を備えている。図1には、複数気筒のうちの1気筒のみを示している。
【0013】
各気筒2の内部にはピストン4が設けられている。ピストン4は、クランク機構を介してクランクシャフト12と接続されている。クランクシャフト12の近傍には、クランク角センサ14が設けられている。クランク角センサ14は、クランクシャフト12の回転角度(以下「クランク角」という。)CA(deg)を検出するように構成されている。
また、シリンダブロック6には水温センサ10が設けられている。水温センサ10は、内燃機関1を循環する冷却水の温度Twを検出するように構成されている。
【0014】
シリンダブロック6の上部にはシリンダヘッド8が組み付けられている。ピストン4上面からシリンダヘッド8までの空間は燃焼室16を形成している。シリンダヘッド8には、燃焼室16内の混合気に点火する点火プラグ18が設けられている。燃焼室16の近傍には、筒内圧センサ17が設けられている。筒内圧センサ17は、燃焼室16内の圧力(以下「筒内圧」という。)Pを検出するように構成されている。
【0015】
シリンダヘッド8は、燃焼室16と連通する吸気ポート20を備えている。吸気ポート20と燃焼室16との接続部には吸気バルブ22が設けられている。吸気ポート20には、吸気通路28が接続されている。吸気ポート20の近傍には、該近傍に燃料を噴射するインジェクタ26が設けられている。吸気通路28の途中にはサージタンク30が設けられている。
【0016】
サージタンク30の上流にはスロットルバルブ32が設けられている。スロットルバルブ32は、スロットルモータ34により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ32は、アクセル開度センサ38により検出されるアクセル開度AAに基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ32の近傍には、スロットル開度センサ36が設けられている。スロットル開度センサ36は、スロットル開度TAを検出するように構成されている。スロットルバルブ32の上流には、エアフロメータ40が設けられている。エアフロメータ40は、吸入空気量GAを検出するように構成されている。エアフロメータ40の上流にはエアクリーナ42が設けられている。
【0017】
また、シリンダヘッド8は、燃焼室16と連通する排気ポート44を備えている。排気ポート44と燃焼室16との接続部には排気バルブ46が設けられている。排気ポート44には排気通路50が接続されている。排気通路50には、触媒54が設けられている。
触媒54の上流には、空燃比センサ52が設けられている。触媒54の下流には、酸素センサ56が設けられている。空燃比センサ52は、排気空燃比を検出するように構成されている。酸素センサ56は、酸素の有無に応じて出力を反転するように構成されている。また、触媒54には、触媒床温を検出するための触媒床温センサ55が設けられている。
【0018】
また、本実施の形態のシステムは、制御装置としてのECU(Electronic Control Unit)60を備えている。
ECU60の出力側には、点火プラグ18、インジェクタ26、スロットルモータ34等が接続されている。ECU60の入力側には、水温センサ10、クランク角センサ14、筒内圧センサ17、スロットル開度センサ36、アクセル開度センサ38、エアフロメータ40、空燃比センサ52、触媒床温センサ55、酸素センサ56等が接続されている。ECU60は、各センサの出力に基づいて、燃料噴射制御や点火時期制御のような内燃機関全体の制御を実行する。
また、ECU60は、クランク角センサ14の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。
また、ECU60は、アクセル開度センサ38により検出されるアクセル開度AA等に基づいて、内燃機関1の負荷KLを算出する。
また、ECU60は、筒内圧センサ17により検出される筒内圧Pに基づいて熱発生率を算出する(後述)。ECU60は、図示しないRAMを備えている。このRAMには、上記の算出された熱発生率が格納される。
【0019】
[実施の形態の特徴]
内燃機関の1の冷間始動時において、点火時期SAを遅角させることにより、触媒54の暖機を早期に完了させることができる。しかし、触媒暖機時には、触媒床温の昇温を促進すると共に、燃焼安定性を確保する必要がある。よって、燃焼安定性が十分確保されるように、点火時期SAを制御する必要がある。
【0020】
本発明者は、燃焼変動(トルク変動)と、1サイクルにおける熱発生率の最大値dQmaxとに相関があることを見出した。すなわち、該最大値dQmaxと燃焼安定性とに相関があることを見出した。図2は、トルク変動値TQと、熱発生率の最大値dQmaxとの関係を示す図である。また、図3は、点火時期SAと、熱発生率の最大値dQmaxとの関係を示す図である。
上述したように、触媒床温の昇温を促進するためには、点火時期SAを遅角させることが好適である。図3に示すように、点火時期SAを遅角させるほど、最大値dQmaxは小さくなる。さらに、図2に示すように、最大値dQmaxが小さいほど、トルク変動値TQが大きくなる。すなわち、最大値dQmaxが小さいほど、燃焼変動が大きくなり、燃焼が不安定となってしまう。
【0021】
そこで、本実施の形態では、この最大値dQmaxに基づいて点火時期SAを制御する。具体的には、最大値dQmaxが所定値dQmaxthrよりも大きい場合には、トルク変動値TQが小さい。この所定値dQmaxthrは、トルク変動値TQの許容限界により定められる値である。よって、この場合は、触媒暖機の促進を優先して、点火時期SAを遅角させる。
一方、最大値dQmaxが所定値dQmaxthr以下である場合には、トルク変動値TQが大きい。よって、この場合は、燃焼安定性の確保を優先して、点火時期SAを進角させる。
【0022】
ここで、上述した熱発生率の最大値dQmaxの算出方法について説明する。
あるクランク角θでの熱発生率dQ/dθは、次式(1)のように表すことができる。すなわち、あるクランク角θでの熱発生率dQ/dθは、筒内圧Pと筒内容積Vとの関係に基づいて算出することができる。
dQ/dθ={к/(к-1)}×P(dV/dθ)+{1/(к-1)}×V(dP/dθ)・・・(1)
上式(1)において、кは比熱比であって、例えば、1.4程度である。この比熱比кは、定圧比熱Cpを定積比熱Cvで除することにより得られるものである。また、上式(1)において、Pは筒内圧、Vは筒内容積、θはクランク角である。
上式(1)にしたがって、1サイクル分、つまり、クランク角が0-720(deg)の熱発生率dQ/dθを算出する。
そして、算出された1サイクル分の熱発生率dQ/dθのうちの最大値dQmaxを算出する。
【0023】
従って、本実施の形態1によれば、筒内圧Pに基づいて熱発生率dQ/dθが算出され、1サイクル分の熱発生率dQ/dθの最大値dQmaxが算出される。そして、この最大値dQmaxに基づいて、点火時期SAが遅角又は進角される。すなわち、最大値dQmaxと燃焼変動(トルク変動値TQ)との相関に基づいて、点火時期SAが制御される。これにより、触媒暖機を促進しつつ、燃焼安定性を十分に確保することができる。
【0024】
[実施の形態における具体的処理]
図4は、本実施の形態において、ECU60が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図4に示すルーチンによれば、先ず、現在の運転状態である機関回転数NE、負荷KL、及び冷却水温Twを読み込む(ステップ100)。ここで、ECU60は、クランク角センサ14により検出されたクランク角に基づいて、機関回転数NEを算出することができる。
【0025】
次に、前回の点火時期SAがECU60内に格納されているが否かを判別する(ステップ102)。このステップ102では、本ルーチンが前回起動された際に、後述するステップ120又は122で進角又は遅角された点火時期SAが存在するか否かが判別される。このステップ102で前回の点火時期SAが格納されていると判別された場合には、前回の点火時期を点火時期SAとして設定する(ステップ104)。
【0026】
一方、ステップ102で前回の点火時期SAが格納されていないと判別された場合には、標準点火時期SAbseを点火時期SAとして設定する(ステップ106)。この標準点火時期SAbseは、触媒床温の昇温ではなく、確実に燃焼安定性を得ることを考慮して定められた点火時期である(図3参照)。よって、前回の点火時期SAが格納された場合でも、燃焼安定性を十分に確保することができる。
【0027】
次に、触媒暖機中であるか否かを判別する(ステップ108)。このステップ108では、上記ステップ100で取得された冷却水温Twが所定温度(例えば、60℃)よりも低いか否かが判別される。冷却水温Twが所定温度よりも低い場合には、触媒暖機中であると判別される。このステップ108で触媒暖機中ではないと判別された場合、すなわち、触媒暖機が完了していると判別された場合には、本ルーチンを終了する。
【0028】
一方、ステップ108で触媒暖機中であると判別された場合には、筒内圧P及びクランク角θを取得する(ステップ110)。
次に、上式(1)にしたがって、クランク角θにおける熱発生率dQ/dθを算出する(ステップ112)。このステップ112では、筒内圧P及び筒内容積Vとの関係に基づいて熱発生率dQ/dθが算出される。ECU60は、ECU60内に予め格納されたマップに基づいて、クランク角θから筒内容積Vを求めることができる。このステップ112で算出された熱発生率dQ/dθは、ECU60内のRAMに格納される。
【0029】
次に、1サイクル分の熱発生率dQ/dθが算出されたか否かを判別する(ステップ114)。すなわち、上記RAM内に1サイクル分の熱発生率dQ/dθが格納されているか否かが判別される。このステップ114で1サイクル分の熱発生率dQ/dθが算出されていないと判別された場合には、ステップ108の処理に戻る。その後、クランク角θを取得し、熱発生率dQ/dθを算出する。
【0030】
一方、ステップ114で1サイクル分の熱発生率dQ/dθが算出されたと判別された場合には、その1サイクル分の熱発生率dQ/dθのうちの最大値dQmaxを算出する(ステップ116)。最大値dQmaxの算出後、RAM内に格納された各クランク角の熱発生率dQ/dθをクリアする。
【0031】
次に、上記ステップ116で算出された最大値dQmaxが所定値dQmaxthrよりも大きいか否かを判別する(ステップ118)。この所定値dQmaxthrは、図2に示すように、トルク変動値TQの許容限界に応じて定められる値である。よって、このステップ118では、その最大値dQmaxに基づいて、トルク変動値TQが許容範囲よりも大きいか否か、すなわち、燃焼安定性が十分確保できるか否かが判別される。
【0032】
上記ステップ118で最大値dQmaxが所定値dQmaxthr以下であると判別された場合には、トルク変動値TQが許容限界よりも大きいと判断される(図2参照)。この場合、点火時期SAを所定角度ΔSArtdだけ進角させる(ステップ120)。これにより、触媒床温の昇温よりも、燃焼安定性の確保が優先される。
【0033】
一方、ステップ118で最大値dQmaxが所定値dQmaxthrよりも大きいと判別された場合には、トルク変動値TQが許容限界よりも小さいと判断される(図2参照)。この場合、点火時期SAを所定角度ΔSArtdだけ遅角させる(ステップ122)。これにより、触媒床温の昇温が優先される。
【0034】
次回以降本ルーチンが起動されると、1サイクル分の熱発生率dQ/dθが算出され、更にその中から最大値dQmaxが算出される。そして、この算出された最大値dQmaxと所定値dQmaxthrとの比較結果に基づいて点火時期SAが遅角又は進角される。
【0035】
以上説明したように、図4に示すルーチンによれば、各クランク角θ毎に筒内圧Pに基づき熱発生率dQ/dθが算出され、1サイクル分の熱発生率dQ/dθの最大値dQmaxが算出される。そして、この最大値dQmaxが所定値dQmaxthr以下である場合には、トルク変動値TQが大きいと判断され、点火時期SAが進角せしめられる。また、最大値dQmaxが所定値dQmaxthrよりも大きい場合には、トルク変動値TQが小さいと判別され、点火時期SAが遅角せしめられる。すなわち、最大値dQmaxと燃焼変動(トルク変動値TQ)との相関に基づいて、点火時期SAが制御される。これにより、触媒暖機の促進と、十分な燃焼安定性の確保とを両立することができる。
また、本実施の形態のように熱発生率dQ/dθ及びその最大値dQmaxを求める手法は、記述の従来技術のように変動率を求める手法と異なり、何サイクルものサンプリングを行う必要がない。このため、簡易に点火時期SAの制御を行うことができる。
【0036】
ところで、本実施の形態のシステムでは、1サイクル分の熱発生率dQ/dθを算出しているが、熱発生率dQ/dθが最大となるクランク角を予め特定しておき、その特定されたクランク角の熱発生率dQ/dθを上記最大値dQmaxとして読み込むようにしてもよい。これにより、上記実施の形態で得られる効果に加えて、ECU60の演算負荷を軽減することが可能となる。
また、本実施の形態では、クランク角CAに基づいて機関回転数NEを算出しているが、機関回転数センサにより検出するようにしてもよい。
また、上記ステップ104では冷却水温Twに基づいて触媒暖機中か否かを判別しているが、触媒床温センサ55により検出される触媒床温に基づいて触媒暖機中か否かを判別してもよい。例えば、触媒床温が400℃未満の場合に、触媒暖機中であると判別することができる。
また、上記ステップ120,122では点火時期SAを一律に所定角度ΔSArtdだけ進角又は遅角させているが、最大値dQmaxと所定値dQmaxthrとの差分に応じて点火時期SAの進角量又は遅角量を決定するようにしてもよい。
【0037】
尚、本実施の形態においては、ECU60が、ステップ112の処理を実行することにより第1及び第2の発明における「熱発生率算出手段」が、ステップ116の処理を実行することにより第1及び第2の発明における「最大値算出手段」が、ステップ120又は122の処理を実行することにより第1〜第3の発明における「点火時期制御手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための図である。
【図2】トルク変動値TQと、熱発生率の最大値dQmaxとの関係を示す図である。
【図3】点火時期SAと、熱発生率の最大値dQmaxとの関係を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態において、ECU60が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【0039】
1 内燃機関
2 気筒
4 ピストン
6 シリンダブロック
8 シリンダヘッド
10 水温センサ
12 クランクシャフト
14 クランク角センサ
16 燃焼室
17 筒内圧センサ
18 点火プラグ
20 吸気ポート
22 吸気バルブ
26 インジェクタ
28 吸気通路
30 サージタンク
32 スロットルバルブ
34 スロットルモータ
36 スロットル開度センサ
38 アクセル開度センサ
40 エアフロメータ
42 エアクリーナ
44 排気ポート
46 排気バルブ
50 排気通路
52 空燃比センサ
54 触媒
55 触媒床温センサ
56 酸素センサ
60 ECU




 

 


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