JP2021134694A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気筒の先のサイクルで燃料を噴射しながら点火を実行しなかったことに伴う、内燃機関の始動不良またはエンジンストールを回避する。【解決手段】内燃機関の気筒に対して燃料を噴射した後、当該気筒の同サイクルにおいて燃料を燃焼させるための点火を行わなかった場合に、そうでない場合と比較して、当該気筒のその次のサイクルにおける燃料噴射量を減量補正するか、または燃料噴射を休止する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関を制御する制御装置に関する。

複数の気筒を備える４ストローク内燃機関では、各気筒が現在どの行程にあるのかを知得して、燃料噴射制御及び点火制御を実施する必要がある。

内燃機関の出力軸であるクランクシャフトには、その回転角度及びエンジン回転数を検出するためのクランク角センサが付設されている。クランク角センサは、クランクシャフトに固定されたロータの回転を、例えば１０°ＣＡ（クランク角度）毎にセンシングする。

クランクシャフトに従動して回転し、各気筒の吸気バルブまたは排気バルブを開閉駆動するカムシャフトにも、カム角センサが付設されている。カム角センサは、カムシャフトに固定されたロータの回転をセンシングする。

内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、これらクランク角センサの出力信号（Ｎ信号）及びカム角センサの出力信号（Ｇ信号）を参照して各気筒の行程を把握し、気筒における燃料噴射タイミング及び点火タイミングを決定する（例えば、下記特許文献を参照）。

特開２０１６−１８３６６１号公報

ところで、稀ではあるが、クランク角センサとＥＣＵとの間の伝送路が断線しかかっていたり、信号にノイズが混入したり、内燃機関のクランキング中に回転数が低落したりすることにより、一時的にＥＣＵがクランク角信号を受信できず、各気筒の行程を把握できなくなることがある。無論、再びクランク角信号を適切に受信できるようになれば、各気筒の現在の行程が判明し、燃料噴射制御及び点火制御を再開することが可能である。

だが、気筒に対して燃料を噴射した直後にクランク角信号の受信が一時途絶すると、適正な点火タイミングを決定できないため、当該気筒の同サイクルにおいて燃料を燃焼させるための点火を行い得ない。その後、再びクランク角信号を受信できるようになると、次のサイクルでまた燃料を噴射することになるが、当該気筒には前のサイクルで噴射した未燃の燃料成分が残留している。これと次のサイクルで噴射した燃料とが合わさると、当該気筒内で空燃比が過リッチとなり、点火を行っても燃料が正常に着火燃焼しない懸念が生じる。このことは、内燃機関のクランキング中の始動不良や、始動後のエンジンストールの要因となる。

本発明は、以上の問題に着目してなされたものであり、先のサイクルで燃料を噴射しながら点火を実行しなかったことに伴う内燃機関の始動不良またはエンジンストールを回避することを所期の目的としている。

本発明では、内燃機関の気筒に対して燃料を噴射した後、当該気筒の同サイクルにおいて燃料を燃焼させるための点火を行わなかった場合、そうでない場合と比較して、当該気筒のその次のサイクルにおける燃料噴射量を減量補正するかまたは燃料噴射を休止する内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、先のサイクルで燃料を噴射しながら点火を実行しなかったことに伴う内燃機関の始動不良またはエンジンストールを回避できる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態の内燃機関の制御装置が実行する処理の手順例を示すフロー図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、ポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。各気筒１の吸気ポート近傍には、当該気筒１に対して燃料を噴射するインジェクタ１１を、気筒１毎に設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、排気通路４と吸気通路３とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における触媒４１の下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラがＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関のクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求されるエンジン負荷率またはエンジントルク）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、気筒１に連なる吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水（または、冷却液）の温度を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、シフトレバーの位置を検出するスイッチから出力されるシフトポジション信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、イグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に吸入される空気量を推算する。そして、吸入空気量に見合った要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング（一度の燃焼に対する火花点火の回数を含む）、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

また、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、電動機（スタータモータ（セルモータ）またはＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）等）に制御信号ｏを入力し、当該電動機によりクランクシャフトを回転駆動するクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数が内燃機関の冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに、完爆即ち始動が完了したと見なして終了する。

通常、ＥＣＵ０は、クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇを受信し、これら信号ｂ、ｇを参照して各気筒１の現在の行程を把握する。そして、各気筒１において適切な燃料噴射タイミングにて燃料を噴射し、また適切な点火タイミングにて混合気への火花点火を行う。４ストロークエンジンでは、吸気行程−圧縮行程−膨脹行程−排気行程の一連が一サイクルであり、気筒１の排気行程の終期または吸気行程の初期に当該気筒１に対してインジェクタ１１から燃料を噴射し、同じサイクルの圧縮行程の終期または膨脹行程の初期に当該気筒１に設置した点火プラグ１２による点火を実行することになる。

だが、気筒１に対して燃料を噴射した直後にクランク角信号ｂの受信が一時途絶すると、当該気筒１における適正な点火タイミングを決定できず、当該気筒１の同サイクルにおいて燃料を燃焼させるための点火を行い得ない。その後、再びクランク角信号ｂを受信できるようになると、当該気筒１の次のサイクルでまた燃料を噴射することになるが、当該気筒１には前のサイクルで噴射した未燃の燃料成分が残留している。これと次のサイクルで噴射した燃料とが合わさると、当該気筒１内で空燃比が過リッチとなり、点火を行っても燃料が正常に着火燃焼しない懸念が生じる。

そこで、図２に示すように、本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関の気筒１に対して燃料を噴射した後（ステップＳ１）、クランク角信号ｂの受信途絶により当該気筒１の同一サイクルにて点火を行わなかった場合において（ステップＳ２）、当該気筒１の次のサイクルが訪れるまでにクランク角信号ｂを受信できるようになり次のサイクルにて燃料噴射及び火花点火が可能となったならば（ステップＳ３）、その次のサイクルにおける燃料噴射量を平常よりも減量補正するか、または次のサイクルにおける燃料噴射を休止し（ステップＳ４）、その上で次のサイクルにおける火花点火を実行（ステップＳ５）、当該気筒１で燃料を燃焼させる。

ステップＳ４にいう燃料噴射量の減量補正に関して補足する。内燃機関の始動のためのクランキング中であれば、
減量補正した燃料噴射量ｅｔａｕｓｔ＝基本噴射量ｅｔａｕｓｔｂ×補正係数ｔ＿ｋｎｅｓｔ×減量補正係数α
とする。補正係数ｔ＿ｋｎｅｓｔは、そのときのエンジン回転数に応じて決定する。原則として、クランキング中のエンジン回転数が低いほど、気筒１に吸入される空気量が少なくなることから、基本噴射量ｅｔａｕｓｔｂに乗じる補正係数ｔ＿ｋｎｅｓｔを小さくし、以て始動時燃料噴射量ｅｔａｕｓｔをより減量する。

減量補正係数αは、そのときの内燃機関の温度を示唆する冷却水温に応じて決定する。クランキング中の内燃機関の温度即ち冷却水温が高いほど、内燃機関のフリクションロスが小さく、かつ気筒１の燃焼室内での混合気の燃焼が安定化することから、基本噴射量ｅｔａｕｓｔｂに乗じる減量補正係数αを小さくし、以て始動時燃料噴射量ｅｔａｕｓｔをより減量する。

既に内燃機関の始動が完了した後であれば、
減量補正した燃料噴射量ｅｔａｕｏｕｔ＝基本噴射量ｅｔａｕｂ×補正係数ｅｋｃｙｌ＿ｅｋｃｙ×減量補正係数β
とする。補正係数ｅｋｃｙｌ＿ｅｋｃｙは、そのときのエンジン回転数及びアクセル開度（エンジン負荷率）に応じて決定する。原則として、エンジン回転数が低いほど、またアクセル開度が小さいほど、気筒１に吸入される空気量が少なくなることから、基本噴射量ｅｔａｕｂに乗じる補正係数ｅｋｃｙｌ＿ｅｋｃｙを小さくし、以て始動後噴射量ｅｔａｕｏｕｔをより減量する。

減量補正係数βは、そのときの内燃機関の冷却水温に応じて決定する。内燃機関の冷却水温が高いほど、内燃機関のフリクションロスが小さく、かつ気筒１の燃焼室内での混合気の燃焼が安定化することから、基本噴射量ｅｔａｕｂに乗じる減量補正係数βを小さくし、以て始動後噴射量ｅｔａｕｏｕｔをより減量する。

本実施形態では、内燃機関の気筒１に対して燃料を噴射した後、当該気筒１の同サイクルにおいて燃料を燃焼させるための点火を行わなかった場合、そうでない場合と比較して、当該気筒１のその次のサイクルにおける燃料噴射量を減量補正するかまたは燃料噴射を休止する内燃機関の制御装置０を構成した。本実施形態によれば、気筒１の先のサイクルで燃料を噴射しながら点火を実行しなかったことに伴う内燃機関の始動不良またはエンジンストールを適切に回避することができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、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。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に用いることができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
１２…点火プラグ
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｆ…冷却水温信号
ｇ…カム角信号
ｉ…点火信号
ｊ…燃料噴射信号

Claims (1)

1. 内燃機関の気筒に対して燃料を噴射した後、当該気筒の同サイクルにおいて燃料を燃焼させるための点火を行わなかった場合、そうでない場合と比較して、当該気筒のその次のサイクルにおける燃料噴射量を減量補正するかまたは燃料噴射を休止する内燃機関の制御装置。

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