JP4821753B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
アイドリング中、補機類(エアーコン、パワーステアリング、オルタネータ等)による負荷トルクが突発的にエンジンにかかるなどしてエンジン回転数が低下することがある。このエンジン回転数が大きい場合には、ISC(アイドリング・スピード・コントローラ)によるアイドル状態維持制御が追いつかなくなりストールを起こし、エンジン停止に至ることがある。
エンジン停止した場合には、再指導のために運転者による再起動操作によりクランキングが必要となる。尚、再始動を早期に行うために、例えば、特許文献1は、エンジン停止位置を制御する技術を開示している。
During idling, the engine speed may decrease due to sudden load torque applied to the engine (aircon, power steering, alternator, etc.) on the engine. When the engine speed is high, the idle state maintenance control by the ISC (idling speed controller) cannot catch up and may cause a stall, resulting in an engine stop.
When the engine is stopped, cranking is required for restarting by the driver for re-instruction. In order to perform the restart early, for example, Patent Document 1 discloses a technique for controlling the engine stop position.
アイドル運転中で、かつ、暖機運転中の際に、従来においては、触媒暖機を促進するために、点火時期の大幅遅角制御を行うが、吸気ポート壁温の暖機は促進されない。吸気ポート壁面の温度が低いと、同じ個所への燃料付着量が増加し、空燃比制御性が低下する場合がある。
ところで、上記したように、エンジン停止して再始動する場合に、クランキングが必要となるのは、エンジン停止時にクランク角度の制御が行われず、燃焼による再起動に適したエンジン停止クランク角が得られないためである。 By the way, as described above, when the engine is stopped and restarted, cranking is required because the crank angle is not controlled when the engine is stopped, and an engine stop crank angle suitable for restart by combustion is obtained. It is because it is not possible.
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、点火時期を最大トルクが得られる最適点火時期(MBT)より進角側に制御することにより、内燃機関を最適に制御することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to control an internal combustion engine by controlling an ignition timing to an advance side from an optimal ignition timing (MBT) at which a maximum torque is obtained. It is an object to provide a control device for an internal combustion engine that can optimally control the engine.
本発明の第1の観点に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の停止位置が目標停止位置となるように、点火時期を最大トルクが得られる最適点火時期より進角側に制御する進角点火時期制御手段を有する、ことを特徴とする。
この構成によれば、最適点火時期より進角側に制御することにより、回転している内燃機関に対して強力な負のトルクが発生し、エンジン停止位置を制御できる。
An internal combustion engine control apparatus according to a first aspect of the present invention provides an advance angle for controlling an ignition timing to an advance side from an optimal ignition timing at which a maximum torque is obtained so that the stop position of the internal combustion engine becomes a target stop position. It has an ignition timing control means.
According to this configuration, by controlling to the advance side from the optimal ignition timing, a strong negative torque is generated for the rotating internal combustion engine, and the engine stop position can be controlled.
上記構成において、前記進角点火時期制御手段は、内燃機関を目標停止位置に停止させる際に、補機負荷を解放するように制御する、構成を採用できる。
この構成によれば、補機負荷を解放することにより、より精度良くエンジン停止位置を制御できる。
In the above configuration, the advance ignition timing control means may be configured to control so as to release the auxiliary load when the internal combustion engine is stopped at the target stop position.
According to this configuration, the engine stop position can be controlled with higher accuracy by releasing the auxiliary machine load.
本発明の第2の観点に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気ポート部の温度を高めるために、点火時期を最大トルクが得られる最適点火時期より進角側に制御する進角点火時期制御手段を有する、 An internal combustion engine control apparatus according to a second aspect of the present invention provides an advance ignition for controlling an ignition timing to an advance side from an optimal ignition timing at which a maximum torque can be obtained in order to increase the temperature of an intake port portion of the internal combustion engine. Having time control means,
本発明によれば、点火時期を最大トルクが得られる最適点火時期より進角側に制御することにより、内燃機関を最適に制御することができる内燃機関の制御装置が得られる。 According to the present invention, a control device for an internal combustion engine that can optimally control the internal combustion engine is obtained by controlling the ignition timing to an advance side from the optimal ignition timing at which the maximum torque is obtained.
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図1は、本実施形態の構成を示す概略図である。図示されるように、内燃機関1は、シリンダブロック2に形成された燃焼室3の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室3内でピストン4を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関1は車両用多気筒エンジン(1気筒のみ図示)であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the present embodiment. As shown in the figure, the internal combustion engine 1 generates power by burning a mixture of fuel and air inside a combustion chamber 3 formed in a cylinder block 2 and reciprocating a
内燃機関1のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Viと、排気ポートを開閉する排気弁Veとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Viおよび各排気弁Veは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。シリンダヘッドの頂部には、燃焼室3内の混合気に点火するための点火プラグ7が気筒ごとに取り付けられている。さらにシリンダヘッドにはインジェクタ(燃料噴射弁)12が気筒ごとに配設され、燃焼室3内に直接燃料噴射するようになっている。ピストン4はいわゆる深皿頂面型に構成されており、内燃機関1では、燃焼室3内に空気を吸入させた状態で、インジェクタ12からピストン4の凹部に向けて燃料が直接噴射される。これにより点火プラグ7の近傍に、燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成(成層化)され、安定した成層燃焼が実行される。
In the cylinder head of the internal combustion engine 1, an intake valve Vi for opening and closing the intake port and an exhaust valve Ve for opening and closing the exhaust port are provided for each cylinder. Each intake valve Vi and each exhaust valve Ve are opened and closed by a camshaft (not shown). A
各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介して吸気集合室であるサージタンク8に接続されている。サージタンク8の上流側には吸気集合通路をなす吸気管13が接続されており、吸気管13の上流端にはエアクリーナ9が設けられている。そして吸気管13には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ5と、電子制御式スロットルバルブ10とが組み込まれている。なお吸気ポート、サージタンク8及び吸気管13により吸気通路が形成される。
The intake port of each cylinder is connected to a
一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気集合通路をなす排気管6に接続されており、排気管6には三元触媒からなる触媒11が取り付けられている。なお排気ポート、枝管及び排気管6により排気通路が形成される。触媒11の上流側に排気空燃比を検出するための触媒前センサ17が設置されている。
On the other hand, the exhaust port of each cylinder is connected to an
上述の点火プラグ7、スロットルバルブ10、インジェクタ12等は、制御装置としての電子制御ユニット(以下「ECU」と称す)20に電気的に接続されている。ECU20は、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またECU20には、図示されるように、前述のエアフローメータ5、触媒前センサ17のほか、内燃機関1のクランク角(位相)を検出するクランク角センサ14、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ15、吸気圧を検出する吸気圧センサ16、スロットルバルブ10の開度を検出するスロットル開度センサ19、その他の各種センサが図示されないA/D変換器等を介して電気的に接続されている。ECU20は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ7、スロットルバルブ10、インジェクタ12等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度、吸気弁開閉タイミング等を制御する。
また、ECU20には、エアーコン、パワーステアリング、オルタネータ等の補機100が接続されており、これらの起動、停止をすることができるようになっている。
The
The ECU 20 is connected to an
各気筒には、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ22が設けられている。各筒内圧センサ22は、対応する燃焼室3内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、図示されないA/D変換器等を介してECU20に電気的に接続されている。各筒内圧センサ22は、対応する燃焼室3の筒内圧に比例した電圧信号をECU20に与える。各筒内圧センサ22の検出値は、微小時間おきにECU20に順次与えられ、ECU20の所定の記憶領域(バッファ)に所定量ずつ更新記憶される。
Each cylinder is provided with an in-
次に、ECU20による内燃機関の停止位置制御及びエンスト自動復帰制御の一例について図2に示すフローチャートを参照して説明する。
先ず、イグニションスイッチがオン、すなわち、ECU電源がオンしているかを判断し(ステップS1)、ECU電源がオンしている場合には、アイドリング状態かを判断する(ステップS2)。アイドリング状態かの判断は、スロットルバルブ10が全閉しているかで判断する。
アイドリング状態である場合には、エンジン回転数Neを取得する(ステップS3)。
Next, an example of the stop position control and the engine stall return control of the internal combustion engine by the
First, it is determined whether the ignition switch is on, that is, whether the ECU power is on (step S1). If the ECU power is on, it is determined whether the engine is idling (step S2). The idling state is determined based on whether the
If the engine is idling, the engine speed Ne is acquired (step S3).
次いで、取得したエンジン回転数Neと所定のしきい値Necrとを比較して、エンスト(エンジン・ストール)しているかを判定する(ステップS4)。エンジン回転数Neがしきい値Necrよりも低い場合には、エンストが発生していると判断し、この場合には、内燃機械1の停止位置制御性を向上させるために、補機100を開放する(ステップS5)。
Next, the acquired engine speed Ne is compared with a predetermined threshold value N ecr to determine whether the engine is stalled (engine stall) (step S4). If the engine speed Ne is lower than the threshold value Necr , it is determined that engine stall has occurred. In this case, in order to improve the stop position controllability of the internal combustion machine 1, the
次いで、内燃機関1の再始動に有利な位置でクランクシャフトを停止させるために、圧縮行程にある気筒を判別し(ステップS6)、圧縮行程にある気筒のクランク角θc(圧縮上死点を基準)を取得する(ステップS7)。
次いで、クランク角θcが上死点前90度にあるかを判断し(ステップS8)、クランク角θcが上死点前90度に達したところで、エンジン回転数Neを取得する(ステップS9)。
Next, in order to stop the crankshaft at a position advantageous for restarting the internal combustion engine 1, the cylinder in the compression stroke is determined (step S6), and the crank angle θ c (compression top dead center of the cylinder in the compression stroke is determined). (Reference) is acquired (step S7).
Then, it is determined whether the crank angle theta c is at the top dead center by 90 degrees (step S8), and the crank angle theta c is was reached top dead center 90 °, to obtain the engine speed Ne (step S9 ).
次いで、取得したエンジン回転数Neに基づいて、エンジン回転エネルギを算出する(ステップS10)。エンジン回転エネルギEは、次式(1)により算出できる。尚、Jはエンジン回転系の慣性モーメントである。
E=18J(Ne)2…(1)
Next, engine rotational energy is calculated based on the acquired engine rotational speed Ne (step S10). The engine rotational energy E can be calculated by the following equation (1). J is the moment of inertia of the engine rotation system.
E = 18J (Ne) 2 (1)
次いで、取得したエンジン回転数Neに基づいて、フリクショントルクTfを求める(ステップS11)。フリクショントルクTfは予め規定したマップから求めることができる。 Next, the friction torque T f is obtained based on the acquired engine speed Ne (step S11). The friction torque Tf can be obtained from a predetermined map.
次いで、図示トルク目標値Titを算出する(ステップS12)。具体的には、例えば、4気筒エンジンの場合には、次に燃焼する気筒の点火後、360度のクランク角度でエンジン回転を停止させるための図示トルク目標値Titを次式(2)により算出する。尚、rcはクランク半径、πは円周率である。また、4気筒の場合には360度回転させればよいが、他の気筒数の場合にはその気筒数に応じた角度となる。
E=18J(Ne)2=2πrc(Tit+0.5Tf)より、
Tit=(18J(Ne)2−πrcTf)/2πrc…(2)
Next, the indicated torque target value Tit is calculated (step S12). Specifically, for example, in the case of a four-cylinder engine, the indicated torque target value T it for stopping the engine rotation at a crank angle of 360 degrees after ignition of the next burning cylinder is expressed by the following equation (2). calculate. Incidentally, the r c crank radius, is π is the circular constant. Further, in the case of four cylinders, it may be rotated 360 degrees, but in the case of other cylinder numbers, the angle is in accordance with the number of cylinders.
From E = 18J (Ne) 2 = 2πr c (T it + 0.5T f ),
T it = (18J (Ne) 2 −πr c T f ) / 2πr c (2)
次いで、エアーフローメータ5の検出値から充填効率KLを求め(ステップS13)、(2)式により求めた図示トルク目標値Titを実現できる点火時期SAを決定すると共に、次に燃焼すべき気筒の点火をカットする(ステップS14)。具体的には、例えば、図3(A)、(B)に示すような予め実験から得られた、充填効率KL及び点火時期SAを引数にもつ図示トルクマップを用いて、点火時期SAを決定する。この点火時期SAは、強力な負のトルクを発生するように、過進角領域にある。 Then, charging efficiency KL look (step S13) from the detection value of the airflow meter 5, (2) and determines the ignition timing SA for the indicated torque target value T it can be realized as determined by formula, then the cylinder to combust Is cut off (step S14). Specifically, for example, the ignition timing SA is determined by using the illustrated torque map having the charging efficiency KL and the ignition timing SA as arguments, which are obtained from experiments in advance as shown in FIGS. To do. This ignition timing SA is in the over-advance angle region so as to generate a strong negative torque.
次いで、エンジンが停止したかを判断し(ステップS15)、エンジンが停止している場合には、ステップS6で判別した次燃焼気筒(点火されず膨張行程に入っている気筒)のエンジン停止クランク角θs、圧力Pcyl、温度Tcyl等を取得し、気筒の容積cylを算出する(ステップS16)。 Next, it is determined whether the engine has stopped (step S15). If the engine has stopped, the engine stop crank angle of the next combustion cylinder (cylinder that is not ignited and is in the expansion stroke) determined in step S6. θ s , pressure P cyl , temperature T cyl and the like are acquired, and the cylinder volume cyl is calculated (step S16).
次いで、得られた圧力Pcyl、温度Tcyl、容積cylから、次燃焼気筒の空気量mcylを求め、それに見合う燃料を気筒内に噴射するとともに点火して再始動させる(ステップS17)。
次いで、ECU電源がオフしているかを判断し(ステップS18)、オフしている場合には処理を終了する。
Next, from the obtained pressure P cyl , temperature T cyl , and volume cyl , the amount of air m cyl of the next combustion cylinder is obtained, and fuel corresponding to it is injected into the cylinder and ignited to restart (step S17).
Next, it is determined whether the ECU power is off (step S18), and if it is off, the process is terminated.
以上のように、本実施形態では、エンジンストールするのを検出すると、点火時期SAをMBTよりも過進角として、強力な負のトルクを発生させ、所望のクランク角度でエンジンを停止させるとともに、自動的に再始動させることにより、クランキングが不要となる。 As described above, in the present embodiment, when engine stall is detected, the ignition timing SA is set as an over-advanced angle with respect to MBT, a strong negative torque is generated, the engine is stopped at a desired crank angle, By restarting automatically, cranking becomes unnecessary.
次に、本発明の他の実施形態について図4に示すフローチャートを参照して説明する。図4に示すフローチャートは、アイドル運転時に、内燃機関の吸気ポート部の温度を高めるために、点火時期を最大トルクが得られる最適点火時期より進角側に制御する進角点火時期制御を含むECU20の処理手順の一例を示している。
先ず、ECU電源がオンしているかを判断し(ステップS21)、ECU電源がオンしている場合には、アイドリング状態かを判断し(ステップS22)、アイドリング状態である場合には、触媒11の触媒床温Tcを取得する(ステップS23)。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to a flowchart shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 4 includes an
First, it is determined whether the ECU power source is on (step S21). If the ECU power source is on, it is determined whether the
ここで、触媒床温Tcと触媒11の活性温度Tccとを比較し(ステップS24)、触媒床温Tcが触媒11の活性温度Tcc以下である場合には、エミッションを低減する観点から、触媒暖機モードで運転する(ステップS29)。この触媒暖機モードは、点火時期としてMBTよりも大遅角領域を使用する。 Here, the catalyst bed temperature T c is compared with the activation temperature T cc of the catalyst 11 (step S24), and when the catalyst bed temperature T c is equal to or lower than the activation temperature T cc of the catalyst 11, the viewpoint of reducing emissions. From this, operation is performed in the catalyst warm-up mode (step S29). This catalyst warm-up mode uses a larger retardation region than MBT as the ignition timing.
ステップS24において、触媒床温Tcが触媒11の活性温度Tccよりも高い場合には、吸気ポート部温度Tpを取得する(ステップS25)。吸気ポート部温度Tpは、例えば、吸気ポート付近の冷却水の温度等、吸気ポート壁面に近い位置での温度を測定するのが望ましい。
In step S24, the catalyst bed temperature T c is higher than the activation temperature T cc of the
次いで、吸気ポート部温度Tpと所定のしきい値Tpcとを比較し(ステップS26)、吸気ポート部温度Tpが所定のしきい値Tpcよりも高い場合には、通常アイドルモードで運転する(ステップS28)。すなわち、触媒床温Tc、吸気ポート部温度Tpが共にしきい値よりも高い場合には、通常のアイドル点火時期で運転する。 Next, the intake port portion temperature T p is compared with a predetermined threshold value T pc (step S26). If the intake port portion temperature T p is higher than the predetermined threshold value T pc , the normal idle mode is set. Drive (step S28). That is, when the catalyst bed temperature T c and the intake port temperature T p are both higher than the threshold value, the engine is operated at the normal idle ignition timing.
ステップS26において、吸気ポート部温度Tpが所定のしきい値Tpc以下の場合には、吸気ポート暖機モードで運転する(ステップS27)。吸気ポート部温度Tpが所定のしきい値Tpc(例えば、60℃)よりも低い場合、吸気ポートの残留燃料が多く、A/F制御性が悪化していると予想されるため、吸気ポート付近の暖機を促進するために、通常アイドル制御(点火時期は遅角域)と同等のトルクを発生しうるMBTよりも過進角側の点火時期で運転する。
尚、図5に示すように、MBTを間に挟んで、遅角方向と進角方向とでトルクの点火時期感度は概ね対称(等しい)となる。このため、通常モードの点火時期をSAret、過進角モードの点火時期をSAadvとすると、MBT−SAret<15のとき、次式(3)が成立する。
SAadv=2MBT−SAret…(3)
In step S26, the intake port portion temperature T p is in the case of less than a predetermined threshold value T pc is operated in the intake port warm-up mode (step S27). When the intake port temperature T p is lower than a predetermined threshold value T pc (for example, 60 ° C.), it is expected that the residual fuel in the intake port is large and the A / F controllability is deteriorated. In order to promote warm-up in the vicinity of the port, the engine is operated at an ignition timing on the over-advance side of MBT that can generate a torque equivalent to that of normal idle control (ignition timing is retarded).
As shown in FIG. 5, the ignition timing sensitivity of the torque is substantially symmetric (equal) between the retard direction and the advance direction with the MBT interposed therebetween. Therefore, when the ignition timing in the normal mode is SA ret and the ignition timing in the over-advanced angle mode is SA adv , the following equation (3) is established when MBT−SA ret <15.
SA adv = 2MBT-SA ret (3)
上記実施形態において、吸気ポート壁面への燃料付着量を推定するモデルをさらに備え、燃料付着量を運転モード選択のパラメータに加えてもよい。この場合、アイドル運転中のエミッション性能と空燃比制御性のさらなる向上が期待できる。 In the above embodiment, a model for estimating the amount of fuel adhering to the intake port wall surface may be further provided, and the amount of fuel adhering may be added to the parameter for selecting the operation mode. In this case, further improvement in emission performance and air-fuel ratio controllability during idle operation can be expected.
1…内燃機関
5…エアフローメータ
7…点火プラグ
10…スロットルバルブ
12…インジェクタ
15…アクセル開度センサ
17…触媒前センサ
19…スロットル開度センサ
20…ECU(制御装置)
22…筒内圧センサ
100…補機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 5 ...
22 ... In-
Claims (3)
前記内燃機関がアイドリング状態の場合に、エンストが発生していないかを判断する手段と、
前記エンストが発生していると判断した場合に、前記内燃機関の停止位置が目標停止位置となるように、点火時期を最大トルクが得られる最適点火時期より進角側に制御して、当該内燃機関を停止させる進角点火時期制御手段と、
停止した前記内燃機関を再始動させる手段と、を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。 Means for determining whether the internal combustion engine is idling;
Means for determining whether an engine stall has occurred when the internal combustion engine is idling;
When it is determined that the engine stall has occurred , the ignition timing is controlled to be advanced from the optimal ignition timing at which the maximum torque is obtained so that the stop position of the internal combustion engine becomes the target stop position. An advance ignition timing control means for stopping the engine ;
Means for restarting the stopped internal combustion engine.
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 When the internal combustion engine is idling and the catalyst bed temperature of the catalyst provided in the exhaust system of the internal combustion engine is higher than the activation temperature , the ignition timing is set to the maximum torque to increase the temperature of the intake port portion of the internal combustion engine. Having an advance ignition timing control means for controlling the advance ignition side from the optimum ignition timing to obtain
A control device for an internal combustion engine.
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