JP2011247107A - 多気筒内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不等間隔爆発の内燃機関におけるエミッションの悪化、燃費の悪化の問題を緩和ないし解消する。
【解決手段】気筒毎に測定した吸気管内圧力に基づき気筒毎に燃料噴射時間を算出するようにした多気筒内燃機関の制御方法において、気筒毎に燃料噴射時間を算出する際には、気筒毎に所定クランク角度における吸気管内圧力を測定し、当該気筒の直前の吸気行程における実測値と他の気筒の吸気行程における実測値とに基づいて補正量を決定し、前記当該気筒の直前の吸気行程における吸気管内圧力の実測値に前記補正量を加味して得られる吸気管内圧力の予想値に基づいて当該気筒の燃料噴射時間を算出する。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数気筒を有する多気筒内燃機関の制御方法に関する。

近時、車載の内燃機関における燃費の一層の改善のために、気筒数を減らす試みが行われている。

二気筒の内燃機関では、低周波の剛体振動が発生して車内騒音として認識される問題が顕在化する。内燃機関の剛体振動を抑制する手段の一つとして、バランスシャフトを設けることが知られているが、このようなバランスシャフトの採用は部品点数の増加を招き、コストダウンを難しくする。そこで、各気筒の膨張行程が不均等な間隔で訪れる不等間隔爆発の内燃機関とし、バランスシャフトによらずに振動を抑制することが考えられている（例えば、特許文献１を参照）。

不等間隔爆発を行う内燃機関を、等間隔爆発を行う内燃機関と同様に制御すると、エミッションの悪化や燃費の悪化が生じることがあった。

本発明者らが、かかる問題を解消すべくその原因を種々探求した結果、以下のことがわかった。すなわち、各気筒の吸気行程の際の吸気管内圧力の見積もりが間違っているために、当該気筒に噴射する燃料噴射時間が適正でなくなり、その結果として、排気ガス中の有害物質が増大し、及び／または、燃費が悪化していた。

そして、この問題は、二気筒の内燃機関に限らず、三気筒以上の多気筒内燃機関についても同様に生起し得る。

特開２００５−１３３５６８号公報

本発明は、不等間隔爆発の内燃機関におけるエミッションの悪化、燃費の悪化の問題を緩和ないし解消することを目的としている。

本発明は、以上に述べた究明結果を基になされたものであり、気筒毎に測定した吸気管内圧力に基づき気筒毎に燃料噴射時間を算出するようにした多気筒内燃機関の制御方法において、気筒毎に燃料噴射時間を算出する際には、気筒毎に所定クランク角度における吸気管内圧力を測定し、当該気筒の直前の吸気行程における実測値と他の気筒の吸気行程における実測値とに基づいて補正量を決定し、前記当該気筒の直前の吸気行程における吸気管内圧力の実測値に前記補正量を加味して得られる吸気管内圧力の予想値に基づいて当該気筒の燃料噴射時間を算出することとした。

具体的な態様としては、各気筒の前回の吸気行程の所定クランク角度における吸気管内圧力に基づいて各気筒の今回の燃料噴射時間を算出する複数気筒の内燃機関の制御方法において、特定の気筒の今回の燃料噴射時間を算出するときに、当該気筒の前回の吸気行程の所定クランク角度における吸気管内圧力の実測値と、当該特定の気筒における前回の吸気行程と今回の吸気行程との間で吸気行程を迎えた他の気筒の吸気行程の所定クランク角度における吸気管内圧力の実測値との差に基づいて補正量を決定し、当該気筒の前回の吸気行程の際の吸気管内圧力の実測値に前記補正量を加味して得られる吸気管内圧力の予想値に基づいて燃料噴射時間を算出するものが挙げられる。

本発明によれば、不等間隔爆発の内燃機関におけるエミッションの悪化、燃費の悪化の問題を緩和ないし解消できる。

本発明の適用対象となる車両用内燃機関の概要を示す図。 同内燃機関の各気筒の行程を説明する図。 同内燃機関の制御を司る制御部のハードウェア資源構成を示す図。 同内燃機関の吸気管内圧力の変化の様子を概略的に示す図。 同内燃機関の吸気管内圧力の変化の様子を概略的に示す図。 制御部が実行する処理の手順を示すフローチャート。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態の制御方法の適用対象である車両用内燃機関０の概要を示す。本実施形態における内燃機関０は、二気筒のガソリンエンジンであり、同図では、二気筒あるうちの任意の一気筒の概略構成を示している。

この内燃機関０は、各気筒１と、燃料を噴射するインジェクタ２と、各気筒１に吸気を供給するための吸気系路３と、各気筒１から排気を排出するための排気系路４とを具備する。

吸気系路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気系路３上には、エアクリーナ３１、スロットルバルブ３２、サージタンク３３を、上流からこの順序に配置している。また、スロットルバルブ３２を迂回するバイパス通路３４が存在しており、このバイパス通路３４に、アイドルスピードコントロールバルブ３５を設けている。

排気系路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気系路４上には、三元触媒４１を配置している。

通常の二気筒内燃機関では、第一気筒の膨張行程と第二気筒の膨張行程とが３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差を伴って等間隔で訪れ、第一気筒のピストンと第二気筒のピストンとが完全に同期して進退動作する。故に、内燃機関自体の振動が大きくなる傾向にあり、その振動を抑制するためにバランスシャフトを用いることが定石である。

しかし、本実施形態では、バランスシャフトを排して低コスト化を図るべく、第一気筒及び第二気筒の膨張行程が不均等な間隔で訪れる不等間隔爆発を行うものとし、第一気筒のピストンの進退動作と第二気筒のピストンの進退動作とを非同期化している。この内燃機関０では、第一気筒のピストンに接続するクランクアームの突出方向と第二気筒のピストンに接続するクランクアームの突出方向とを略垂直に交差させている。これにより、図２に示すように、第一気筒との膨張行程と第二気筒の膨張行程との位相差は２７０°ＣＡとなる。

内燃機関０の制御を司る制御部たるＥＣＵ９は、図３に示すようにプロセッサ９１、メモリ９２、入力インタフェース９３、出力インタフェース９４等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェース９３には、図１及び図３に示すように、サージタンク３３内の圧力すなわち吸気管内圧力ＰＭを検出するための吸気圧センサ１１から出力される吸気圧信号ａ、吸気温センサ１２から出力される吸気温信号ｂ、内燃機関０の冷却水温を検出するための水温センサ１３から出力される水温信号ｃ、Ｏ₂ センサ１４から出力される電流信号ｄ、スロットルバルブ３２の開閉状態を検出するためのスロットルポジションセンサ１５から出力されるスロットル開度信号ｅ、エンジン回転数Ｎｅを検出するクランク角センサ１６から出力される回転数信号ｆ、気筒１の圧縮上死点を検出するためのカム角センサ１７から出力されるカム角信号ｇ等が入力される。

クランク角センサ１６、カム角センサ１７について補足する。クランク角センサ１６は、例えば１０°ＣＡ間隔で回転数信号ｆを出力するものである。具体的には、クランクシャフトの軸端部に固着した回転体の外周に外歯を突設し、その外歯に対面するように電磁ピックアップを設置したもので、その外歯が周方向に沿って１０°ＣＡ間隔で間欠的に配置してある。クランクシャフトの回転に伴って外歯が電磁ピックアップの近傍を通過したとき、電磁ピックアップが回転数信号ｆとなるパルス信号を出力する。このパルス信号の間隔から、エンジン回転数Ｎｅを算出することができる。ちなみに、クランク角センサ１６は、所定のタイミングで無信号出力となるように構成されている。これは、回転体の外歯が一部欠損していることによる。従って、その欠損位置を基準としたクランクシャフトの現在の回転角度を検知することも可能である。

また、カム角センサ１７は、吸気カムシャフトの近傍に配設されており、例えば各気筒１の圧縮上死点に対応してパルス信号であるカム角信号ｇを出力する。具体的には、吸気カムシャフトの軸端部に固着した回転体から突起を突設し、その突起に対面するように電磁ピックアップを設置したもので、その突起が圧縮上死点のタイミングで電磁ピックアップ近傍を通過するように配置してある。吸気カムシャフトの回転に伴って突起が電磁ピックアップの近傍を通過したとき、この電磁ピックアップがカム角信号ｇとなるパルス信号を出力する。本実施形態では、第一気筒の圧縮上死点のタイミングでパルス信号を出力し、その後、２７０°ＣＡの間隔をあけて訪れる第二気筒の圧縮上死点のタイミングで再びパルス信号を出力する。第二気筒の圧縮上死点のタイミングの後、再度第一気筒の圧縮上死点のタイミングが訪れるまでの位相差は、４５０°ＣＡである。

出力インタフェース９４からは、図１及び図３に示すように、インジェクタ２に対して燃料噴射信号ｈ、点火プラグ２１（のイグニッションコイル２２）に対して点火信号ｉ、アイドルスピードコントロールバルブ３５の開度操作信号ｊ等を出力する。

プロセッサ９１は、予めメモリ９２に格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関０の運転を制御する。プロセッサ９１は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インタフェース９３を介して取得し、それらに基づいて燃料噴射時間や点火時期等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｈ、ｉを出力インタフェース９４を介してインジェクタ２や点火プラグ２１に印加する。

前記プログラムの一つとして、本発明の内燃機関０の制御方法を実行するためのプログラムがメモリ９２に格納されている。以下、本実施形態の内燃機関制御プログラムの概要を、図６を参照して説明する。ここでは、第一気筒［＃１］の吸気行程の開始時の吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ）［＃１］を予想し、その予想値に応じて第一気筒［＃１］内で所望の空燃比を実現するために必要となる燃料噴射量ＴＡＵを算出する場合を例に述べる。

まず、当該気筒、すなわち第一気筒の前回の吸気弁が開く直前の回転数Ｎｅ［＃１］を読み込む（ステップＳ１）。この内燃機関０の回転数Ｎｅは、エンジン回転数演算用のルーチンにおいて前記クランク角センサ１６からの回転数信号ｆに基づいて都度演算され、メモリ９２に予め記憶されている。

次に、当該気筒（第一気筒）の前回の吸気弁が開く直前のピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ−１）［＃１］の実測値を読み込む（ステップＳ２）。

そして、他の気筒、すなわち第二気筒の吸気弁が開く直前のピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ−１）［＃２］の実測値を読み込む（ステップＳ３）。このプログラムにおいて「他の気筒」とは、当該特定の気筒（第一気筒）における前回の吸気行程と今回の吸気行程との間で吸気行程を迎えた第二気筒である。

ステップＳ２で読み込んだ前記ピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ−１）［＃１］とステップＳ３で読み込んだ前記ピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ−１）［＃２］との差ΔＰＭに基づいてマップを参照し、吸気管内圧力の補正量ＰＭＡを知得する（ステップＳ４）。前記差ΔＰＭは、定常運転状態に対して吸気管内圧力ＰＭが上昇傾向にあるのか下降傾向にあるのかを示す値である。また、この補正量ＰＭＡと前記差ΔＰＭとの関係は、予め実験等により求めた上でマップとして記憶させてある。

次に、前回のピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ−１）［＃１］とステップＳ４で知得した補正量ＰＭＡとに基づいて、当該気筒の今回の吸気弁が開く直前のピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ）［＃１］に対応した予想値を推定する（ステップＳ５）。

次に、前記ステップＳ１で読み込んだ前記回転数Ｎｅ［＃１］と前記推定されたピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ）［＃１］に対応した予想値とを用いて燃料噴射時間ＴＡＵを算出する（ステップＳ６）。燃料噴射時間ＴＡＵの演算については、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気管内圧力ＰＭにより決定される基本噴射量と、Ｏ₂センサ１４や水温センサ１３からの信号ｃ、ｄ等により決定される各種補正値と、無効噴射時間とを算出して行う通常のものであるため、説明を省略する。

そして、前記ステップＳ６で算出した燃料噴射時間ＴＡＵをインジェクタ２に出力する（ステップＳ７）。

このようにして、第一気筒の燃料噴射時間ＴＡＵを順次決定し、燃料噴射を行わせる。なお、以上のステップＳ１〜ステップＳ７は、第一気筒の燃料噴射時間ＴＡＵを制御するためのものであるが、第二気筒の燃料噴射時間についても、上記ステップＳ１〜Ｓ７に準じた手順により算出する。

このような内燃機関であれば、定常運転時には、吸気管内圧力ＰＭが図４に概略的に示すように変化するが、非定常運転時には、例えば図５に概略的に示すように第一気筒の前回のピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ−１）［＃１］と、今回のピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ）［＃１］とが異なった値となる。この場合、従来のように、前回のピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ−１）［＃１］を用いて、今回の燃料噴射時間ＴＡＵの値を計算した場合には、燃料噴射直後に実測される今回のピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ）［＃１］と予想された値との間に生じる誤差に基づいて、適正な燃料噴射時間ＴＡＵが得られなくなる。

しかしながら本実施形態によれば、今回のピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ）［＃１］に対応した予想値を前回のピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ−１）［＃１］に補正量ＰＭＡを加味して算出し、その予想値を用いて燃料噴射時間ＴＡＵを演算しているので、適正な燃料噴射時間が得られる。

すなわち、予め実験等により求めた上でマップとして記憶させてある補正量ＰＭＡと前記差ΔＰＭとの関係は、第一気筒［＃１］について、以下に述べるような傾向をもっている。

まず、図４に示す定常運転時には、差ΔＰＭに対応した補正量ＰＭＡは０となる。

非定常運転時の一例として、吸気管内圧力ＰＭが減少傾向、すなわち負圧側へと変化する傾向にある場合（図５参照）には、差ΔＰＭが定常運転時よりも大きくなるため、ΔＰＭに対応した補正量ＰＭＡは、吸気管内圧力の予想値が定常運転時に予想される吸気管内圧力よりも小さくなるように設定されている。

一方、非定常運転時の一例として、吸気管内圧力ＰＭが上昇傾向、すなわち正圧側へと変化する傾向にある場合（図示せず）には、差ΔＰＭが定常運転時よりも小さくなるため、ΔＰＭに対応した補正量ＰＭＡは、吸気管内圧力の予想値が定常運転時に予想される吸気管内圧力よりも大きくなるように設定されている。

また、第二気筒［＃２］についても、同様に、今回のピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ）［＃２］に対応した予想値を前回のピーク吸気管内圧力ＰＭＭＡＸ（ｎ−１）［＃２］に補正量ＰＭＡを加味して算出し、その予想値を用いて燃料噴射時間ＴＡＵを演算することにより、適正な燃料噴射時間が得られる。

すなわち、予め実験等により求めた上でマップとして記憶させてある補正量ＰＭＡと前記差ΔＰＭとの関係は、上述の第一気筒［＃１］に準ずる。詳述すれば以下の通りである。

非定常運転時の一例として、吸気管内圧力ＰＭが減少傾向、すなわち負圧側へと変化する傾向にある場合（図５参照）には、差ΔＰＭが定常運転時よりも小さくなるため、ΔＰＭに対応した補正量ＰＭＡは、吸気管内圧力の予想値が定常運転時に予想される吸気管内圧力よりも小さくなるように設定されている。

一方、非定常運転時の一例として、吸気管内圧力ＰＭが上昇傾向、すなわち正圧側へと変化する傾向にある場合（図示せず）には、差ΔＰＭが定常運転時よりも大きくなるため、ΔＰＭに対応した補正量ＰＭＡは、吸気管内圧力の予想値が定常運転時に予想される吸気管内圧力よりも大きくなるように設定されている。

そして、第二気筒においても同様な作用が得られる。したがって、第一気筒、第二気筒の膨張行程が不均等な間隔で訪れる不等間隔爆発を行う内燃機関０においても、エミッション及び燃費の悪化を有効に抑制または防止することが可能になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

図５では、非定常運転時の吸気管内圧力の変化の一例として、クランク角度の変化に伴って吸気管内圧力が負圧方向へ変化するものを示したが、この逆であっても、図５に示した場合と同様の問題が生じることとなる。そのため、本発明の内燃機関の制御方法を用いれば、エミッションの悪化、及び／または、燃費の悪化を有効に抑制または防止できる。

本実施形態のステップＳ６において燃料噴射時間を算出するために、第一気筒の前回の吸気弁が開く直前の回転数を用いていたが、他の気筒である第二気筒の吸気弁が開く直前の回転数を用いてもよい。

また、上述した実施形態においては、燃焼噴射時間を決定するために用いたエンジン回転数は、前回の吸気弁が開く直前のエンジン回転数の実測値であったが、これに限られない。すなわち、本発明のエンジン回転数は、吸気弁が開く直前以外の吸気行程の所定クランク角度におけるエンジン回転数の実測値を用いてもよく、さらに、これらの実測値に基づいて今回の吸気弁が開く直前のエンジン回転数を予想した値を用いてもよい。

さらに、吸気管内圧力の補正量は、マップから知得するものに限らず、プログラムが実行される度に計算するものであってもよい。

さらに、上記実施形態では二気筒内燃機関に本発明を適用したが、勿論二気筒内燃機関に限られるものではなく、三気筒またはそれ以上の多気筒内燃機関に対して本発明を適用しても良い。この場合、多気筒内燃機関の全気筒に対して本発明を適用しても、一部の複数の気筒に対して本発明を適用しても良い。また、例えば、三気筒の場合には、本発明の「他の気筒」は、当該特定の気筒（第一気筒）における前回の吸気行程と今回の吸気行程との間で吸気行程を迎えた第二気筒または第三気筒のいずれであってもよい。

またエンジンの形式としては、Ｖ型、直列型を問わず、種々の形式のエンジンに本発明を適用することが可能である。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

０…内燃機関
１…気筒
ＴＡＵ…燃料噴射時間
ＰＭ…吸気管内圧力
ＰＭＡ…補正量

Claims (1)

1. 気筒毎に測定した吸気管内圧力に基づき気筒毎に燃料噴射時間を算出するようにした多気筒内燃機関の制御方法において、
   気筒毎に燃料噴射時間を算出する際には、気筒毎に所定クランク角度における吸気管内圧力を測定し、当該気筒の直前の吸気行程における実測値と他の気筒の吸気行程における実測値とに基づいて補正量を決定し、前記当該気筒の直前の吸気行程における吸気管内圧力の実測値に前記補正量を加味して得られる吸気管内圧力の予想値に基づいて当該気筒の燃料噴射時間を算出することを特徴とする多気筒内燃機関の制御方法。

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