JP4784560B2 - 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。

目標となる機関回転数と実際の機関回転数との差分値の積分値に所定のゲインを乗じて点火時期を設定し、この点火時期の上限値（進角ガード）と下限値（遅角ガード）とを内燃機関の温度に応じて設定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
ＷＯ２００３／０４６３７２号公報 特開２０００−１７９４３９号公報 特許第３２６４２３４号公報 特開平９−７２２３７号公報 特開平４−３７０３４３号公報

しかし、点火時期が前記上限値または下限値に達した場合、その後には点火時期が上限値または下限値で一定となる。つまり、点火時期の制御を行っていない状態と同じになる。ここで、内燃機関の始動直後の機関回転数がアイドル時の回転数に落ち着くまでの回転数過渡時には、失火が発生する虞がある。例えば機関回転数がアイドル時の回転数よりも高くなると、フィードバック制御により機関回転数が低くされる。このときには、ポート内に付着していた燃料が減圧により蒸発した後であるため、空燃比がリーンとなることがあり、失火が発生する虞がある。しかし、ポートに付着している燃料量を推定することは困難であるため、燃料噴射量を増量することにより失火の発生を抑制することは困難である。

このように機関始動直後では、機関回転数が変動することにより空燃比がリーンとなることがある。つまり、機関回転数をアイドル回転数に速やかに落ち着かせ、且つ機関回転数が目標値を上回ったり下回ったりすることを抑制することができれば空燃比がリーンとなることを抑制できる。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の制御装置において、機関回転数の変動を抑制できる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の制御装置は、
目標の機関回転数と実際の機関回転数との差に応じて点火時期を制御する内燃機関の制御装置において、
目標の機関回転数と実際の機関回転数との差に基づいた比例項と積分項とを含んだフィードバック量を算出するフィードバック量算出手段と、
前記フィードバック量算出手段により算出されるフィードバック量に基づいて点火時期の目標値を算出する点火時期算出手段と、
前記点火時期算出手段により算出される点火時期の目標値が進角側のガード値である進角ガードよりも進角側の場合には点火時期の目標値を進角ガードに変更し、または点火時期が遅角側のガード値である遅角ガードよりも遅角側の場合には点火時期の目標値を遅角ガードに変更する点火時期ガード手段と、
前記点火時期算出手段により算出される点火時期の目標値が進角ガードよりも進角側で
ある場合、または遅角ガードよりも遅角側である場合には、前記積分項に補正項を加えることにより該積分項を補正する積分項補正手段と、
を備えることを特徴とする。

ここで、進角ガード及び遅角ガードは、例えば要求トルク等に基づいて設定される。この値は一定でなくてもよい。点火時期算出手段により算出される点火時期の目標値が進角ガードと遅角ガードとの間にある場合には、実際の点火時期を該目標値に合わせる。一方、算出される点火時期の目標値が進角ガードよりも進角側になっている場合には、実際の点火時期を進角ガードに合わせる。また、算出される点火時期の目標値が遅角ガードよりも遅角側になっている場合には、実際の点火時期を遅角ガードに合わせる。このように実際の点火時期を進角ガードまたは遅角ガードに合わせているときには、点火時期が変化しないため、機関回転数が目標値を上回ったりまたは下回ったりする虞がある。なお、目標値を上回ることを以下、「オーバーシュート」と称し、目標値を下回ることを以下、「アンダーシュート」と称する。

このように、実際の点火時期を進角ガードまたは遅角ガードに合わせているときであっても、点火時期算出手段は点火時期の目標値を算出する。つまり、その後に算出される点火時期の目標値が、進角ガードと遅角ガードとの間の値となれば、実際の点火時期が点火時期算出手段により算出される目標値とされる。実際の点火時期が点火時期算出手段により算出される目標値に合わせられることにより、目標の機関回転数と実際の機関回転数との差に応じた点火時期が設定されるため、オーバーシュートやアンダーシュートが起こるのを抑制できる。

そして、実際の点火時期を進角ガードまたは遅角ガード合わせているときには、積分項に補正項を加えることにより、点火時期の目標値がより早く進角ガードと遅角ガードの間の値となる。つまり、点火時期を実際に操作できる状態になるまでの時間が短くなるため、目標の機関回転数と実際の機関回転数との差に応じた点火時期に、より早く設定することが可能となる。これにより、機関回転数が目標回転数に収束する速さは維持しつつ、機関回転数のアンダーシュートまたはオーバーシュートを抑制することができる。

また、本発明においては、前記補正項は一定値であってもよい。つまり、積分１回当たりの補正項の値を一定にしてもよい。このようにすることで、例えば算出される点火時期の目標値が遅角ガードよりも遅角側となった後に、積分項が一定の割合で増加する。これにより、点火時期の目標値が遅角ガードから進角側へ変更されるのが早くなるため、点火時期がより早い時期に進角されるようになる。つまり、機関回転数の下降が抑制されるので、機関回転数のアンダーシュートを抑制できる。また、点火時期の目標値が遅角ガードよりも進角側となると、積分項の補正が行われない。そのため、その後に点火時期算出手段により算出される点火時期の目標値が再度、遅角ガードよりも遅角側となることもある。このようなことが繰り返されて遅角ガードを境に点火時期が変動するため、点火時期の補正感度を予め知ることができる。つまり、どの程度の補正項を設定すれば、機関回転数がどの程度変わるのかを容易に知ることができるため、これを基に以後の補正項を決定することもできる。

本発明においては、前記遅角ガードと前記点火時期算出手段により算出される点火時期の目標値との差よりも、前記補正項が大きい場合には、前記遅角ガードから前記点火時期算出手段により算出される点火時期の目標値を減じた値に、機関回転数の下降速度により定まる値を乗じて新たな補正項を算出してもよい。

つまり、点火時期算出手段により算出される点火時期の目標値が進角ガードよりも進角側から進角ガードの近傍に近づいたときに、積分項が過剰に補正されないようにしている
。同様に、点火時期算出手段により算出される点火時期の目標値が遅角ガードよりも遅角側から遅角ガード近傍に近づいたときに、積分項が過剰に補正されないようにしている。例えば、機関回転数の下降速度が速いときには点火時期の目標値が一気に遅角ガードとなるように補正項を調節すれば、点火時期の目標値が速やかに遅角ガードよりも進角側となる。これにより実際の点火時期が進角側に調節されるため、機関回転数の下降速度が遅くなり、アンダーシュートを抑制できる。一方、機関回転数の下降速度が遅いときには、点火時期を速やかに進角させる必要はない。このように、機関回転数の下降速度に応じて補正項を調整することにより、機関回転数のアンダーシュートを適切に抑制することができる。そして、遅角ガードまたは進角ガードを境に点火時期が変動することを抑制できるため、この変動をなくしたい場合にも有効である。

本発明においては、前記点火時期ガード手段により点火時期の目標値が前記進角ガードまたは遅角ガードに変更されてからの経過時間に応じて前記補正項を決定してもよい。

つまり、算出される点火時期の目標値が進角ガードまたは遅角ガードに変更されてからの時間が長くなるほど、機関回転数のアンダーシュートが大きくなったり、アンダーシュートの期間が長くなったりする虞がある。つまり、より速やかに点火時期の変更を行う要求が高くなる。そのため、進角ガードまたは遅角ガードに到達してからの経過時間に応じて補正項を決定する。なお、経過時間が長いほど、補正項を大きくしてもよい。

また、本発明においては、前記点火時期ガード手段により点火時期の目標値が前記進角ガードまたは遅角ガードに変更されてからの所定の時間は、前記補正項を０としてもよい。

つまり、点火時期算出手段により算出される点火時期の目標値が、進角ガードよりも進角側または遅角ガードよりも遅角側となったとしても、また直ぐに進角ガードと遅角ガードとの間に戻ることもある。また、この期間に機関回転数のアンダーシュートが起こったとしても、アンダーシュートが小さかったり、アンダーシュートの期間が短かったりすることもある。このような場合まで積分項に補正項を加えると、点火時期が過剰に補正される虞がある。これに対し、前記所定の時間は補正項の値を０とすれば、この間の積分項の補正が行われないため、点火時期の過剰な補正を抑制できる。なお、所定の時間とは、点火時期の過剰な補正が行われる虞のある時間としてもよい。

本発明によれば、機関回転数の変動を抑制できる。

以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関１、並びにその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクルガソリン機関である。内燃機関１には、燃焼室２内に火花を発生させる点火プラグ１２が取り付けられている。

内燃機関１には、燃焼室２へ通じる吸気通路３が接続されている。この吸気通路３の途中には、内燃機関１の吸入空気量を測定するエアフローメータ４が取り付けられている。また、エアフローメータ４よりも内燃機関１側の吸気通路３には、スロットル５が設けられている。

スロットル５よりも内燃機関１側の吸気通路３には、該吸気通路３内に燃料を噴射する燃料噴射弁６が取り付けられている。

一方、内燃機関１には、燃焼室２へ通じる排気通路７が接続されている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する。

また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１４を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１５、および機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１１が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁６および点火プラグ１２が電気配線を介して接続され、この燃料噴射弁６および点火プラグ１２はＥＣＵ１０により制御される。

ここで、たとえば内燃機関１の始動が開始されてから（すなわち、内燃機関１のクランキングが開始されてから）機関回転数が一定の回転数に落ち着くまでの間（以下、「始動期間」または「回転数過渡期間」という。）に、機関回転数を目標回転数に合わせるように燃料噴射量を変更しようとしても、実際の燃料噴射量を目標の燃料噴射量に正確に合わせることは困難である。たとえば機関回転数がアイドル回転数よりも上昇した後に、該アイドル回転数に向けて下降しているときには、吸気通路３から蒸発する燃料が少ないことや吸気通路３に付着する燃料が多くなることにより、燃焼室２内ではリーン空燃比となる。これにより、失火が発生し易くなる。しかし、このときに吸気通路３に付着する燃料量を正確に求めることが困難であるため、燃料噴射弁６からの燃料噴射量を調節して所望の空燃比を得ることは困難である。

一方、点火時期を変更することによっても出力トルクを変更することができる。そして、点火時期は始動期間であっても容易に変更可能である。

そこで本実施例では、内燃機関１の始動時の回転数過渡時において、機関回転数をアイドル回転数に落ち着かせるために、目標回転数と実際の回転数との差に応じて点火時期を操作する。つまり、機関回転数のフィードバック制御を行っている。

本実施例に係るフィードバック制御は、目標回転数と実際の回転数との差に比例する項（比例項）及び差の積分に比例する項（積分項）を組み合わせたＰＩ制御である。そして、比例項と積分項とを合わせた値が、点火時期の変更量となる。

また、本実施例では点火時期が進角ガードと遅角ガードとの間にあるように、ガードされている。そのため、算出された点火時期の目標値が進角ガードよりも進角側となる場合には、点火時期の目標値が進角ガードに変更される。同様に、算出された点火時期の目標値が遅角ガードよりも遅角側となる場合は、点火時期の目標値が遅角ガードに変更される。つまり、実際の点火時期が進角ガードまたは遅角ガードに変更されているときには、点火時期を制御していないときと同じ状態となる。この状態を速やかに脱するため、積分項の算出を停止して該積分項の値を一定とすることが考えられる。しかし、回転数過渡時等の機関回転数の変動が大きいときには、積分項の値を一定にするだけでは不十分である。

そこで本実施例では、算出される点火時期の目標値が進角ガードよりも進角側であるか
または遅角ガードよりも遅角側である場合には、積分項に補正項を加えることにより該積分項を補正する。以下、算出される点火時期の目標値が遅角ガードよりも遅角側となる場合に機関回転数のアンダーシュートを抑制する例について説明する。

ここで、補正項を一定の値とすると、算出される点火時期の目標値が遅角ガードよりも遅角側となっている場合には、積分項が徐々に増加する。つまり、算出される点火時期の目標値が徐々に進角側になる。そのため、算出される点火時期の目標値が、遅角ガードよりも遅角側から進角側となるまでの時間が積分項を一定としたときよりも短くなる。そして、算出される点火時期の目標値が遅角ガードよりも進角側となれば、実際の点火時期がそれに合わせて操作される。これにより、機関回転数の下降が抑制されるため、アイドル回転数を下回るアンダーシュートを抑制できる。

また、このときには、点火時期が遅角ガード付近で変動するため、点火時期を補正したときに機関回転数にどれ程の影響を与えるのかについて容易に知ることができる。

図２は、機関回転数、点火時期、比例項、積分項の推移を示したタイムチャートである。

機関回転数（１）及び積分項（１）は、算出される点火時期の目標値が遅角ガードよりも遅角側となっているときに積分項を一定とするときの夫々の値を示している。また、機関回転数（２）及び積分項（２）は、算出される点火時期の目標値が遅角ガードよりも遅角側となっているときにおいて、積分項に補正項を加えるときの夫々の値を示している。

なお、点火時期における破線は、算出される点火時期の目標値を示しており、実線は実際の点火時期を示している。つまり、ＡからＢで示される期間においては、算出される点火時期の目標値を用いないで、遅角ガードが目標値とされる。

機関回転数（１）は、Ａで示される時間において最大値となり、Ｂで示される時間において最小値となっている。そして、ＡからＢの期間で下降している。さらに、ＡからＢの途中で機関回転数が目標値よりも低くなっている。つまり、アンダーシュートが発生している。

ＡからＢの期間では、算出される点火時期の目標値が遅角ガードよりも遅角側となるため実際の点火時期は、遅角ガードとなっている。また、この期間では、積分項（１）が一定される。

一方、積分項（２）は、ＡからＢの期間において増加している。そのため、ＡからＢの期間において機関回転数（２）は機関回転数（１）と比較して緩やかに下降している。つまり、ＡからＢの期間で積分項（２）が増加することにより、算出される点火時期の目標値が遅角ガードよりも進角側となる。これにより、目標の機関回転数と実際の機関回転数との差に応じた点火時期が設定されるため、機関回転数の過剰な下降を抑制できる。さらには、機関回転数が目標値よりも低くなるアンダーシュートを抑制できる。

なお、本実施例においては目標の機関回転数と実際の機関回転数との差に基づいた比例項と積分項とを含んだ点火時期の変更量を算出するＥＣＵ１０が、本発明におけるフィードバック量算出手段に相当する。また、本実施例においては点火時期の変更量に基づいて点火時期の目標値を算出するＥＣＵ１０が、本発明における点火時期算出手段に相当する。さらに、本実施例においては、算出される点火時期の目標値が進角ガードよりも進角側の場合には点火時期の目標値を進角ガードに変更し、または点火時期が遅角ガードよりも遅角側の場合には点火時期の目標値を遅角ガードに変更するＥＣＵ１０が、本発明におけ
る点火時期ガード手段に相当する。また、本実施例においては、算出される点火時期の目標値が進角ガードよりも進角側である場合、または遅角ガードよりも遅角側である場合に、積分項に補正項を加えることにより該積分項を補正するＥＣＵ１０が、本発明における積分項補正手段に相当する。

なお、算出される点火時期の目標値と進角ガードまたは遅角ガードとの差が小さい場合には、補正項を変化させてもよい。

例えば、遅角ガードと、算出される点火時期の目標値と、の差が閾値よりも小さい場合に、遅角ガードと算出される点火時期の目標値との差に係数を乗じることにより補正項を求めてもよい。このときの係数は、機関回転数の下降速度に基づいて決定する。下降速度が速い場合には、点火時期の目標値が早く遅角側ガードに近づくように係数を決定することにより、実際の点火時期が速やかに進角側に変更される。これにより、機関回転数の下降速度を遅くすることができる。一方、下降速度が遅い場合には、点火時期の目標値が緩やかに遅角側ガードに近づくように係数を決定すれば、点火時期を必要以上に進角することを抑制できる。以上により、点火時期が遅角ガード付近で変動することを抑制できる。

さらに、実際の点火時期が進角ガードまたは遅角ガードに合わされてからの経過時間に基づいて補正項を変化させてもよい。つまり、点火時期が進角ガードよりも進角側または遅角ガードよりも遅角側となってからの経過時間が長いほど、点火時期を操作していない期間が長くなるため、より速やかに点火時期を操作できる状態にする。これにより、大きなアンダーシュートを抑制できる。

また、実際の点火時期が進角ガードまたは遅角ガードに合わされてから所定の時間が経過するまでは、補正項を０として積分項の補正を行わないようにしてもよい。点火時期が進角ガードまたは遅角ガードに到達してからの時間が長いときには、アンダーシュートが大きくなるため、このアンダーシュートが大きくなるときにのみ積分項の補正を行う。これにより、不必要な補正が行われることを抑制できる。

ここで図３は、補正項の推移を示した図である。Ｃで示される時間が前記所定の時間に相当する。つまり、Ｃで示される時間までは補正項が０とされ、Ｃで示される時間以降は時間の経過と共に補正項が大きくされる。

以上説明したように本実施例によれば、算出される点火時期の目標値が進角ガードよりも進角側となっているとき、または遅角ガードよりも遅角側となっているときには、積分項を補正することにより、機関回転数の制御を容易に行うことができる。これにより、機関回転数の変動を抑制することができるため、失火の発生を抑制することができる。

なお、本実施例は機関回転数に基づいて点火時期を操作するフィードバック制御について説明したが、他のフィードバック制御にも同様に採用することができる。また、本実施例では算出される点火時期が遅角ガードよりも進角側となる場合について説明したが、進角側ガードよりも進角側となる場合についても同様に考えることができる。

実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関、並びにその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。 機関回転数、点火時期、比例項、積分項の推移を示したタイムチャートである。 補正項の推移を示した図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 燃焼室
３ 吸気通路
４ エアフローメータ
５ スロットル
６ 燃料噴射弁
７ 排気通路
１０ ＥＣＵ
１１ クランクポジションセンサ
１２ 点火プラグ
１４ アクセルペダル
１５ アクセル開度センサ

Claims (5)

1. 目標の機関回転数と実際の機関回転数との差に応じて点火時期を制御する内燃機関の制御装置において、
   目標の機関回転数と実際の機関回転数との差に基づいた比例項と積分項とを含んだフィードバック量を算出するフィードバック量算出手段と、
   前記フィードバック量算出手段により算出されるフィードバック量に基づいて点火時期の目標値を算出する点火時期算出手段と、
   前記点火時期算出手段により算出される点火時期の目標値が進角側のガード値である進角ガードよりも進角側の場合には点火時期の目標値を進角ガードに変更し、または点火時期が遅角側のガード値である遅角ガードよりも遅角側の場合には点火時期の目標値を遅角ガードに変更する点火時期ガード手段と、
   前記点火時期算出手段により算出される点火時期の目標値が進角ガードよりも進角側である場合、または遅角ガードよりも遅角側である場合には、前記積分項に補正項を加えることにより該積分項を補正する積分項補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記補正項は一定値であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記遅角ガードと前記点火時期算出手段により算出される点火時期の目標値との差よりも、前記補正項が大きい場合には、前記遅角ガードから前記点火時期算出手段により算出される点火時期の目標値を減じた値に、機関回転数の下降速度により定まる値を乗じて新たな補正項を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記点火時期ガード手段により点火時期の目標値が前記進角ガードまたは遅角ガードに変更されてからの経過時間に応じて前記補正項を決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記点火時期ガード手段により点火時期の目標値が前記進角ガードまたは遅角ガードに変更されてからの所定の時間は、前記補正項を０とすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。

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