JP5011086B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に、始動時の排気低減を図る制御装置に関するものである。
近年、北米,欧州,国内など、世界各国の自動車用エンジン排気規制強化にともない、エンジン排気の更なる低減が要求されつつある。
従来から、触媒活性化前のHC排出量低減に、点火時期のリタードが有効であることが知られているが、その一方で、リタードを実施することにより、燃焼状態(エンジンの運転状態)が不安定になることも知られている。
特開平8−122099号公報では、アイドル運転時において、全気筒の平均角加速度と各気筒の平均角加速度の偏差量と所定の敷居値を比較して、点火時期を補正する制御装置が記載されている。
当該発明においては、エンジンがアイドル運転時であることが前提であり、また、統計処理(平均値演算)結果に基づいて点火時期を補正するため、補正速度が遅くなる傾向にある。したがって、上述の如く、初爆の発生からアイドル運転開始までの始動時の極初期に当該発明を適用するのは難しく、したがって、排気低減には至らないものと考える。
その他、特開平9−100741号公報,特開平2−064252号公報などにも類似の発明が開示されているが、いずれも、前述と同様に、アイドル運転時であることが前提であり、また、統計処理(平均値演算)結果に基づいて点火時期を補正するため、前述の課題を解決するには至らないものと考える。
特開平8−122099号公報 特開平9−100741号公報 特開平2−064252号公報
触媒の高性能化および触媒制御の高精度化が進み、エンジンからの排気は、始動時に排出される量が支配的であり、特に、最新の排気規制および今後の排気規制に適合するためには、初爆の発生からアイドル運転開始までの始動時のごく初期における排気低減が重要な課題となってきている。
以上の事情に鑑み、本発明では、初爆の発生からアイドル運転開始までの始動時の極初期の排気低減を実現する制御装置を提案するものである。
請求項1では、図1に示されるように、エンジン始動時のクランキング時もしくは最初の燃焼からアイドル回転数に達するまでの期間において、点火時期をMBTより所定値以上リタードする手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、初爆の発生からアイドル運転開始までの始動時の極初期の排気を低減すべく、当該期間において、点火時期をMBTよりリタードさせる手段を、少なくとも、備えるものである。
請求項2では、図2に示されるように、エンジン始動時のクランキング時もしくは最初の燃焼からアイドル回転数に達するまでの期間において、点火時期をMBTより所定値以上リタードする手段と一燃焼毎に発生する筒内圧(燃焼圧)を直接的もしくは間接的に検出する手段と、前記筒内圧(燃焼圧)に基づいて、前記リタード量を補正する手段とを備えたことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、前述したように、リタードを実施すると、燃焼(エンジンの運転状態)が不安定になる。したがって、常に、安定限界までリタードを実施するには、オンボードで安定限界を検出し、リタード量を最適化する機能が必要になる。そこで、エンジン始動時のクランキング時もしくは最初の燃焼からアイドル回転数に達するまでの期間においても、安定限界を検出し、リタード量を適正化するため、一燃焼毎に発生する筒内圧(燃焼圧)を直接的もしくは間接的に検出し、一燃焼毎に、リタード量を補正(適正化)する手段を備えるものである。
請求項3では、図3に示されるように、エンジン始動時のクランキング時もしくは最初の燃焼からアイドル回転数に達するまでの期間において、点火時期をMBTより所定値以上リタードする手段と一燃焼毎に発生する角加速度を検出する手段と、前記角加速度に基づいて、前記リタード量を補正する手段とを備えたことを特徴とする請求項1,2に記載のエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、請求項2の説明でも、述べたように、リタードを実施すると、燃焼(エンジンの運転状態)が不安定になる。したがって、常に、安定限界までリタードを実施するには、オンボードで安定限界を検出し、リタード量を最適化する機能が必要になる。そこで、エンジン始動時のクランキング時もしくは最初の燃焼からアイドル回転数に達するまでの期間においても、安定限界を検出し、リタード量を適正化するため、一燃焼毎に発生するエンジンの角加速度を直接的もしくは間接的に検出し、一燃焼毎に、リタード量を補正(適正化)する手段を備えるものである。運動の法則より、燃焼圧と角加速度の間には、相関があることを利用するものである。
請求項4では、図4に示されるように、請求項1〜3において、基準点火時期を演算する手段と、燃焼回数が増加するに応じて、点火時期のリタード量を更新する手段とを備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、例えば、基準点火時期をMBT近傍の値とし、その後、燃料回数が増加するに応じて、徐々にリタード量を増やしていくものである。すなわち、エンジンの始動性能も考慮して、初爆からもしくは1サイクルまでは、リタード量を比較的小さくし、エンジン回転速度がある程度高くなり、始動性が確立されるに応じて、リタード量を増やしていくものである。
請求項5では、図5に示されるように、請求項1〜4において、基準点火時期を演算する手段と、燃焼回数が増加するに応じて、点火時期のリタード量を更新する手段と前記燃焼圧もしくは角加速度に基づいて、リタード量を演算する手段とを備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、請求項4の説明でも述べたように、例えば、基準点火時期をMBT近傍の値とし、その後、燃料回数が増加するに応じて、徐々にリタード量を増やしていくが、同時に、一燃焼毎に発生するエンジンの燃焼圧もしくは角加速度を検出し、当該値に基づいて、次回のリタード量を決めるものである。
例えば、燃焼圧もしくは角加速度が比較的大きいときは、燃焼に余裕があると判断し、次回のリタード量を比較的多くする。燃焼圧もしくは角加速度が比較的小さいときは、燃焼に余裕が無くなってきたと判断し、次回のリタード量を比較的小さくするあるいは、点火時期を進角側に戻すなどが考えられる。
請求項6では、図6に示されるように、請求項1〜5において、基準点火時期を演算する手段と、燃焼回数が増加するに応じて、点火時期のリタード量を更新する手段と前記燃焼圧が所定値A以下もしくは角加速度が所定値B以下となったとき、リタードを停止もしくは点火時期を前記基準値まで戻す手段とを備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、請求項5の説明でも述べたように、燃焼圧もしくは角加速度が所定値より小さいときは、燃焼が不安定になったと判断し、次回のリタード量を今回のリタード量と同じとする、もしくは、確実に安定性を確保するため、基準値まで戻してしまうものである。
請求項7では、図6に示されるように、請求項6において、前記所定値Aもしくは所定値Bは、初爆からの燃焼回数または/かつ回転速度または/かつ燃焼室(シリンダ内)の空気の充填効率に基づいて決める手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、前記の燃焼が不安定と判断する燃焼圧(所定値A)もしくは角加速度(所定値B)は、初爆からの燃焼回数または/かつ回転速度または/かつ燃焼室(シリンダ内)の空気の充填効率から決めるものである。
初爆からの燃焼回数から決める理由は、請求項4の説明で述べたように、エンジンの始動性能も考慮して、初爆からもしくは1サイクルまでは、安定限界のレベルを比較的、安定側に設定しておき、リタード可能量を少なく設定する。エンジン回転速度がある程度高くなり、始動性が確立されるに応じて、安定限界のレベルを比較的不安定側に設定しておき、リタード可能量を増やしていくものである。
回転速度から決める理由もこれに準じるが、角加速度を用いる場合は、後述するように、エンジンの回転速度が高くなるにつれ、慣性力の影響が大きくなり燃焼状態の検出S/N比(感度)が小さくなるため、回転速度に基づいて、所定値Bを補正するものである。
充填効率から決める理由は、充填効率によって、発生する燃焼圧(角加速度)が変わるので、それを考慮して、安定限界相当値,所定値A,所定値Bを決めるものである。
請求項8では、図6に示されるように、請求項6において、前記更新されるリタード量は、初爆からの燃焼回数または/かつ回転速度または/かつ燃焼室(シリンダ内)の空気の充填効率に基づいて決める手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、請求項7の説明に準じるものである。請求項7では、安定限界相当値を、初爆からの燃焼回数または/かつ回転速度または/かつ燃焼室(シリンダ内)の空気の充填効率から決めたが、請求項8では、リタード量を決めるものである。なお、請求項7と請求項8を組み合わせるのも良い。
請求項9では、図7に示されるように、前記、検出される角加速度から筒内圧を推定する手段を備えたことを特徴とする請求項1〜8に記載のエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、請求項3の説明でも述べたように、運動の法則より、燃焼圧と角加速度の間には、相関があることを利用し、角加速度から燃焼圧を求める機能を備えるものである。
請求項10では、図7に示されるように、請求項9において、前記「角加速度から筒内圧を推定する手段」において、エンジンの慣性トルクまたは/かつ摩擦トルク分を補正する手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、請求項9の説明で述べたように、運動の法則より、理論的には、角加速度から燃焼圧を求めることができる。本請求項では、角加速度と筒内圧を結びつける物理的要因として、エンジンの慣性トルクまたは/かつ摩擦トルク分を考慮することを明記するものである。慣性トルクは、回転速度から求めるのもよい。摩擦トルクは、水温,回転速度などから求めるのもよい。
請求項11では、図8に示されるように、請求項1〜10において、燃焼室(シリンダ内)の温度もしくは作動ガスの温度を直接的もしくは間接的に検出する手段を備え、前記燃焼室(シリンダ内)の温度もしくは作動ガスの温度に基づいて、リタードの実施を許可する手段もしくは/かつリタード量を演算する手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、リタードに対する燃焼ロバスト性は、作動ガスの温度に依存することに鑑みてなされたもので、上述の如く、燃焼室(シリンダ内)の温度もしくは作動ガスの温度を直接的もしくは間接的に検出し、その値に基づいて、リタードを実施するか否かを判断、あるいは、リタード量を決めるものである。したがって、より正確には、燃焼室(シリンダ内)の温度もしくは作動ガスの温度は、点火直前の温度が望ましい。なお、燃焼室(シリンダ内)の温度もしくは作動ガスの温度を直接的もしくは間接的に検出する手段としては、エンジン冷却水温,吸気温などが考えられるが、燃焼による発生熱,残留ガスの持つ熱によっても、燃焼室内の温度は上昇するため、モデルを用いて、推定するのもよい。
請求項12では、図9に示されるように、請求項1〜10において、初回サイクルは、リタードを実施せず、2サイクル目以降から実施することを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、請求項11の説明で述べたように、リタードに対する燃焼ロバスト性は、作動ガスの温度に依存する。始動時、燃焼室内の温度は、室温から燃焼による発生熱によって急激に上昇する。したがって、燃料による発生熱が得られず燃焼室内の温度が室温相当である1サイクル目は少なくともリタードを実施せず2サイクル目以降からリタードを実施することを明記するものである。なお、2サイクル目でも作動ガスの温度が高くなっていないこともあり得るため、3サイクル目以降からリタードを実施するのもよい。
請求項13では、図9に示されるように、請求項1〜12において、前記点火時期をリタードする手段は、エンジン始動時のクランキング時もしくは最初の燃焼からアイドル回転数に達するまでの期間において、少なくとも5°ATDCよりリタードすることを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、当該期間のHCを低減するのに効果的なリタード量を定量的に明記するものである。
請求項14では、図10に示されるように、「点火時期もしくはリタード量」と「前記燃焼圧もしくは角加速度」に基づいて、燃料性状を推定する手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置を提案する。
すなわち、燃料性状(含有HC種の成分)によって、燃焼速度が変化する。燃焼速度が変化すると燃焼圧もしくは角加速度もそれに応じて変化する。リタードによって、燃料性状に対する燃焼速度への感度は高くなる。したがって、「点火時期もしくはリタード量」と「前記燃焼圧もしくは角加速度」の関係を見ることで、燃料性状を検出することが可能となる。
本発明では、初爆の発生からアイドル運転開始までの始動時の極初期において、点火時期をリタードするとともに、一燃焼毎の燃焼圧もしくは角加速度に基づいて、リタード量を決めるので、製品性(安定性)を悪化させずに、当該領域の排気を低減することが可能となる。
(実施例1)
図11は本実施例を示すシステム図である。多気筒で構成されるエンジン9において、外部からの空気はエアクリーナ1を通過し、吸気マニホールド4,コレクタ5を経てシリンダー内に流入する。流入空気量は電子スロットル3により調節される。エアフロセンサ2では流入空気量が検出される。クランク角センサ15では、クランク軸の回転角1゜と燃焼周期毎の信号が出力される。水温センサ14はエンジンの冷却水温度を検出する。またアクセル開度センサ13は、アクセル6の踏み込み量を検出し、それによって運転者の要求トルクを検出する。アクセル開度センサ13,エアフロセンサ2,電子スロットル3に取り付けられたスロットル開度センサ17,クランク角センサ15,水温センサ14のそれぞれの信号はコントロールユニット16に送られ、これらセンサ出力からエンジンの運転状態を得て、空気量,燃料噴射量,点火時期のエンジンの主要な操作量が最適に演算される。コントロールユニット16内で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、燃料噴射弁7に送られる。またコントロールユニット16で演算された点火時期で点火されるよう駆動信号が点火プラグ8に送られる。噴射された燃料は吸気マニホールドからの空気と混合されエンジン9のシリンダー内に流入し混合気を形成する。吸気弁31は、可変動弁であり、開弁時期,閉弁時期がそれぞれ制御可能である。混合気は所定の点火時期で点火プラグ8から発生される火花により爆発しその燃焼圧によりピストンを押し下げエンジンの動力となる。爆発後の排気は排気マニホールド10を経て三元触媒11に送り込まれる。排気還流管18を通って排気の一部は吸気側に還流される。還流量はバルブ19によって制御される。A/Fセンサ12はエンジン9と三元触媒11の間に取り付けられており、排気中に含まれる酸素濃度に対して線形の出力特性を持つ。排気中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっており、したがって酸素濃度を検出するA/Fセンサ12により空燃比を求めることが可能となる。コントロールユニット16ではA/Fセンサ12の信号から三元触媒11上流の空燃比を算出し、O2センサ20の信号から、三元触媒下流のO2濃度もしくはストイキに対してリッチもしくはリーンであるかを算出する。また、両センサの出力を用いて三元触媒11の浄化効率が最適となるよう燃料噴射量もしくは空気量を逐次補正するF/B制御を行う。また、吸気温センサ29で、吸気温が、筒内圧(燃焼圧)センサ30で、筒内圧(燃焼圧)が、それぞれ検出される。
図12はコントロールユニット16の内部を示したものである。コントロールユニット16内にはA/Fセンサ12,スロットル弁開度センサ17,エアフロセンサ2,クランク角センサ15,水温センサ14,アクセル開度センサ13,O2センサ20,吸気温センサ29,筒内圧センサ30の各センサ出力値が入力され、入力回路24にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート25に送られる。入力ポートの値はRAM23に保管され、CPU21内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはROM22に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値はRAM23に保管された後、入出力ポート25に送られる。点火プラグの作動信号は点火出力回路内の一次側コイルの通流時はONとなり、非通流時はOFFとなるON・OFF信号がセットされる。点火時期はONからOFFになる時である。出力ポートにセットされた点火プラグ用の信号は点火出力回路26で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグに供給される。また燃料噴射弁の駆動信号は開弁時ON,閉弁時OFFとなるON・OFF信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路27で燃料噴射弁を開くに十分なエネルギーに増幅され燃料噴射弁7に送られる。電子スロットル3の目標開度を実現する駆動信号は、電子スロットル駆動回路28を経て、電子スロットル3に送られる。以下、ROM22に書き込まれる制御プログラムについて述べる。
図13は制御全体を表したブロック図であり、以下の演算部から構成される。
・ 基準点火時期演算部
・ リタード量演算部(図14)
「基準点火時期演算部」で基準点火時期(Adv0)を演算する。Adv0はMBT近傍とするが、その演算方式は、従来よりある一般的なものなので、ここでは詳述しない。例えば、回転速度,充填効率などから求める。「リタード量演算部」では、リタード量(Rtd)を求める。筒内圧センサ30の出力(P)から燃焼の安定度を検出し、安定限界までリタード量を徐々に増やすものである。
以下に「リタード量演算部」の詳細を述べる。
<リタード量演算部(図14)>
本演算部では、リタード量(Rtd)の演算を行う。具体的には図14に示される。
・ 筒内圧センサ30の検出値から図示平均有効圧(Pi)を演算する。
・ 充填効率(Ita_c)とエンジン回転速度(Ne)から、テーブルを参照して、安 定限界相当図示平均有効圧(Pi_us)を求める。充填効率(Ita_c)は、エ アフロセンサ2から得られ空気量(Qa)と回転速度(Ne)から求める。充填効率 の演算方式は、従来技術なので、ここでは詳述しない。
・ PiとPi_usを比較して、Pi>Pi_usのときは、燃焼圧が十分に高く、安 定限界に達していないとし、リタード量更新分(dRtd)を前回リタード補正値に 加えて、最新のリタード量(Rtd)とする。一方、Pi<Pi_usのときは、燃 焼圧が低く、安定限界に達しているとし、進角量更新分(dAdv)を前回リタード 補正値に加えて、最新のリタード量(Rtd)とする。dRtdおよびdAdvは、 Neから決める。なお、dAdvは負の値となる。また、リタード量は、2サイクル 目までは0とする。
dRtdおよびdAdvは、Neから決めるのは、前述したように、エンジンの始動性能も考慮して、エンジン回転速度が比較的低いときは、リタード量を比較的小さくし、エンジン回転速度がある程度高くなり、始動性が確立されるに応じて、リタード量を増やしていくものである。
また、リタード量を、1サイクル目は0とするのは、同じく前述したように、下記理由による。すなわち、リタードに対する燃焼ロバスト性は、作動ガスの温度に依存する。始動時、燃焼室内の温度は、室温から燃焼による発生熱によって急激に上昇する。したがって、燃料による発生熱が得られず燃焼室内の温度が室温相当である1サイクル目は少なくともリタードを実施せず2サイクル目以降からリタードを実施するものである。なお、2サイクル目でも作動ガスの温度が高くなっていないこともあり得るため、3サイクル目以降からリタードを実施するのもよい。
(実施例2)
実施例2では、筒内圧(燃焼圧)からリタードによる安定限界を検出したが、実施例2では、エンジンのクランク角度信号を用いて検出する。
図11は本実施例を示すシステム図であり、実施例1と同様であるので詳述はしない。
図12はコントロールユニット16の内部を示したものであり、実施例1と同様であるので詳述しない。
図15は制御全体を表したブロック図であり、以下の演算部から構成される。
・ 基準点火時期演算部
・ リタード量演算部(図16)
「基準点火時期演算部」で基準点火時期(Adv0)を演算する。Adv0はMBT近傍とするが、その演算方式は、従来よりある一般的なものなので、ここでは詳述しない。「リタード量演算部」では、リタード量(Rtd)を求める。クランク角センサ15の出力から角加速度を演算し、さらに角加速度から筒内圧(燃焼圧)を推定する。推定した筒内圧(燃焼圧)から燃焼の安定度を検出し、安定限界までリタード量を徐々に増やすものである。
以下に「リタード量演算部」の詳細を述べる。
<リタード量演算部(図16)>
本演算部では、リタード量(Rtd)の演算を行う。具体的には図16に示される。
・ クランク角センサ15の出力信号から演算される回転速度(Ne)から角加速度(d
Ne)を演算する。dNeに定数Kを乗じ、角加速度相当トルク(燃焼圧)を求め、 その後、慣性トルク分(P_I)を引き、摩擦トルク分(P_f)を足した値を、図 示平均有効圧推定値(Pi_est)を求める。P_Iは、Neからテーブルを参照 して求める。P_fは、NeとTwnからテーブルを参照して求める。
・ 充填効率(Ita_c)とエンジン回転速度(Ne)から、テーブルを参照して、安 定限界相当図示平均有効圧(Pi_us)を求める。充填効率(Ita_c)は、エ アフロセンサ2から得られ空気量(Qa)と回転速度(Ne)から求める。充填効率 の演算方式は、従来技術なので、ここでは詳述しない。
・ Pi_estとPi_usを比較して、Pi_est>Pi_usのときは、燃焼圧 が十分に高く、安定限界に達していないとし、リタード量更新分(dRtd)を前回 リタード補正値に加えて、最新のリタード量(Rtd)とする。一方、Pi<Pi_ usのときは、燃焼圧が低く、安定限界に達しているとし、進角量更新分(dAdv )を前回リタード補正値に加えて、最新のリタード量(Rtd)とする。dRtdお よびdAdvは、Neから決める。なお、dAdvは負の値となる。また、リタード 量は、2サイクル目までは0とする。
dRtdおよびdAdvは、Neから決めるのは、前述したように、エンジンの始動性能も考慮して、エンジン回転速度が比較的低いときは、リタード量を比較的小さくし、エンジン回転速度がある程度高くなり、始動性が確立されるに応じて、リタード量を増やしていくものである。
また、リタード量を、1サイクル目は0とするのは、同じく前述したように、下記理由による。すなわち、リタードに対する燃焼ロバスト性は、作動ガスの温度に依存する。始動時、燃焼室内の温度は、室温から燃焼による発生熱によって急激に上昇する。したがって、燃料による発生熱が得られず燃焼室内の温度が室温相当である1サイクル目は少なくともリタードを実施せず2サイクル目以降からリタードを実施するものである。なお、2サイクル目でも作動ガスの温度が高くなっていないこともあり得るため、3サイクル目以降からリタードを実施するのもよい。
(実施例3)
実施例1および実施例2では、2サイクル目以降からリタードを実施したが、実施例3では、燃焼室内温度に基づいて、リタードの実施を決定するものである。なお、安定限界は、実施例2と同様に、エンジンのクランク角度信号を用いて検出する。
図11は本実施例を示すシステム図であり、実施例1と同様であるので詳述はしない。
図12はコントロールユニット16の内部を示したものであり、実施例1と同様であるので詳述しない。
図17は制御全体を表したブロック図であり、以下の演算部から構成される。
・ 基準点火時期演算部
・ 燃焼室内温度推定演算部(図18)
・ リタード量演算部(図19)
「基準点火時期演算部」で基準点火時期(Adv0)を演算する。Adv0はMBT近傍とするが、その演算方式は、従来よりある一般的なものなので、ここでは詳述しない。「燃焼室内温度推定値演算部」では、燃焼室内温度推定値(Tcyl)を演算する。「リタード量演算部」では、リタード量(Rtd)を求める。クランク角センサ15の出力から角加速度を演算し、さらに角加速度から筒内圧(燃焼圧)を推定する。推定した筒内圧(燃焼圧)から燃焼の安定度を検出し、安定限界までリタード量を徐々に増やすものである。ただし、リタードを行うか否かは、燃焼室内温度(Tcyl)に基づいて決定する。
以下に「燃焼室内温度推定値演算部」および「リタード量演算部」の詳細を述べる。
<燃焼室内温度推定値演算部(図18)>
本演算部では、燃焼室内温度(Tcyl)の演算を行う。具体的には図18に示される。燃料噴射量(Ti)を引数として、マップを参照して、基本発熱量を求める。基本発熱量に、燃焼空燃比補正,点火時期補正を乗じ、さらに、熱容量係数(C)、熱伝導係数(κ)を乗じて、供給分熱量とする。燃焼空燃比補正係数は、目標空燃比(Tg_AF)を引数としてマップを参照して求める。Tg_AFの演算方法は、従来よりある一般的な方法なので、ここでは詳述しない。例えば、エンジン回転速度,充填効率(もしくは目標トルク)など、運転条件を代表するパラメータから求める。点火時期補正係数は、点火時期(Adv)を引数としてマップを参照して求める。放熱分は、水温(Twn)を引数としてマップ参照して求める。始動時吸気温(Ths)を燃焼室内温度推定値の初期値とする。その後、燃焼発生毎に、供給分と放熱分の収支演算を行い、燃焼室内温度推定値を更新する。なお各マップ値は、実験から求めるのもよい。
<リタード量演算部(図19)>
本演算部では、リタード量(Rtd)の演算を行う。具体的には図19に示される。
・ クランク角センサ15の出力信号から演算される回転速度(Ne)から角加速度(d Ne)を演算する。dNeに定数Kを乗じ、角加速度相当トルク(燃焼圧)を求め、 その後、慣性トルク分(P_I)を引き、摩擦トルク分(P_f)を足した値を、図 示平均有効圧推定値(Pi_est)を求める。P_Iは、Neからテーブルを参照 して求める。P_fは、NeとTwnからテーブルを参照して求める。
・ 充填効率(Ita_c)とエンジン回転速度(Ne)から、テーブルを参照して、安 定限界相当図示平均有効圧(Pi_us)を求める。充填効率(Ita_c)は、エ アフロセンサ2から得られ空気量(Qa)と回転速度(Ne)から求める。充填効率 の演算方式は、従来技術なので、ここでは詳述しない。
・ Pi_estとPi_usを比較して、Pi_est>Pi_usのときは、燃焼圧 が十分に高く、安定限界に達していないとし、リタード量更新分(dRtd)を前回 リタード補正値に加えて、最新のリタード量(Rtd)とする。一方、Pi<Pi_ usのときは、燃焼圧が低く、安定限界に達しているとし、進角量更新分(dAdv )を前回リタード補正値に加えて、最新のリタード量(Rtd)とする。dRtdお よびdAdvは、Neから決める。なお、dAdvは負の値となる。
・ なお、点火時期のリタードは、Tcyl>Tcyl_rtdのが成立したら開始する 。
dRtdおよびdAdvは、Neから決めるのは、前述したように、エンジンの始動性能も考慮して、エンジン回転速度が比較的低いときは、リタード量を比較的小さくし、エンジン回転速度がある程度高くなり、始動性が確立されるに応じて、リタード量を増やしていくものである。
また、点火時期のリタードは、Tcyl>Tcyl_rtdが成立したら開始するのは、前述したように、下記理由による。すなわち、リタードに対する燃焼ロバスト性は、作動ガスの温度に依存する。始動時、燃焼室内の温度は、室温から燃焼による発生熱によって急激に上昇する。したがって、リタードに対する燃焼ロバスト性が確保される温度に達した状態を意味するTcyl>Tcyl_rtdが成立したら、点火時期のリタードを実施するものである。Tcyl_rtdは、実験から求めるのがよい。
(実施例4)
実施例4では、点火時期(リタード量)と燃焼圧に基づいて、燃料性状を推定する。図11は本実施例を示すシステム図であり、実施例1と同様であるので詳述はしない。図12はコントロールユニット16の内部を示したものであり、実施例1と同様であるので詳述しない。
図20は制御全体を表したブロック図であり、以下の演算部から構成される。
・ 基準点火時期演算部
・ リタード量演算部(図21)
・ 燃料性状検出部(図22)
「基準点火時期演算部」で基準点火時期(Adv0)を演算する。Adv0はMBT近傍とするが、その演算方式は、従来よりある一般的なものなので、ここでは詳述しない。「リタード量演算部」では、リタード量(Rtd)および安定限界到達フラグ(F_us)を求める。筒内圧センサ30の出力(P)から燃焼の安定度を検出し、安定限界までリタード量(Rtd)を徐々に増やすものである。また、安定限界に達したらF_us=1とする。「燃料性状検出部」では、F_us=1となったとき、すなわち安定限界に達したときの点火時期(リタード量)から燃料性状を検出する。
以下にリタード量演算部」および「燃料性状検出部」の詳細を述べる。
<リタード量演算部(図21)>
本演算部では、リタード量(Rtd)の演算を行う。具体的には図21に示される。
・ 筒内圧センサ30の検出値から図示平均有効圧(Pi)を演算する。
・ 充填効率(Ita_c)とエンジン回転速度(Ne)から、テーブルを参照して、安 定限界相当図示平均有効圧(Pi_us)を求める。充填効率(Ita_c)は、エ アフロセンサ2から得られ空気量(Qa)と回転速度(Ne)から求める。充填効率 の演算方式は、従来技術なので、ここでは詳述しない。
・ PiとPi_usを比較して、Pi>Pi_usのときは、燃焼圧が十分に高く、安 定限界に達していないとし、リタード量更新分(dRtd)を前回リタード補正値に 加えて、最新のリタード量(Rtd)とする。一方、Pi<Pi_usのときは、燃 焼圧が低く、安定限界に達しているとし、安定限界到達フラグ(F_us)を1とし て、進角量更新分(dAdv)を前回リタード補正値に加えて、最新のリタード量( Rtd)とする。dRtdおよびdAdvは、Neから決める。なお、dAdvは負 の値となる。また、リタード量は、2サイクル目までは0とする。
dRtdおよびdAdvは、Neから決めるのは、前述したように、エンジンの始動性能も考慮して、エンジン回転速度が比較的低いときは、リタード量を比較的小さくし、エンジン回転速度がある程度高くなり、始動性が確立されるに応じて、リタード量を増やしていくものである。
また、リタード量を、1サイクル目は0とするのは、同じく前述したように、下記理由による。すなわち、リタードに対する燃焼ロバスト性は、作動ガスの温度に依存する。始動時、燃焼室内の温度は、室温から燃焼による発生熱によって急激に上昇する。したがって、燃料による発生熱が得られず燃焼室内の温度が室温相当である1サイクル目は少なくともリタードを実施せず2サイクル目以降からリタードを実施するものである。なお、2サイクル目でも作動ガスの温度が高くなっていないこともあり得るため、3サイクル目以降からリタードを実施するのもよい。
<燃料性状検出部(図22)>
本演算部では、燃料性状指数(Ind_f)の演算を行う。具体的には図22に示される。
・ 安定限界到達フラグ(F_us)が1のときの点火時期(Adv)から、テーブルを 参照して、燃料性状指数(Ind_f)を求める。
燃料性状によって、燃焼速度が変化する。したがって、安定度限界となる点火時期を燃料性状によって変化する。この原理を利用して、上述のごとく、始動時の極初期に燃料性状を検出するものである。ここでは詳述しないが、検出した燃料性状に応じて、エンジンを最適に制御するのもよい。
請求項1に記載のエンジンの制御装置。 請求項2に記載のエンジンの制御装置。 請求項3に記載のエンジンの制御装置。 請求項4に記載のエンジンの制御装置。 請求項5に記載のエンジンの制御装置。 請求項6,7,8に記載のエンジンの制御装置。 請求項9,10に記載のエンジンの制御装置。 請求項11に記載のエンジンの制御装置。 請求項12,13に記載のエンジンの制御装置。 請求項14に記載のエンジンの制御装置。 実施例1〜4におけるエンジン制御システム図。 実施例1〜4におけるコントロールユニットの内部を表した図。 実施例1における制御全体を表したブロック図。 実施例1におけるリタード量演算部を表したブロック図。 実施例2における制御全体を表したブロック図。 実施例2におけるリタード量演算部を表したブロック図。 実施例3における制御全体を表したブロック図。 実施例3における燃焼室内温度推定値演算部を表したブロック図。 実施例3におけるリタード量演算部を表したブロック図。 実施例4における制御全体を表したブロック図。 実施例4におけるリタード量演算部を表したブロック図。 実施例4における燃料性状検出部を表したブロック図。
符号の説明
1 エアクリーナ
2 エアフロセンサ
3 電子スロットル
4,10 マニホールド
5 コレクタ
6 アクセル
7 燃料噴射弁
8 点火プラグ
9 エンジン
11 三元触媒
12 A/Fセンサ
13 アクセル開度センサ
14 水温センサ
15 クランク角センサ
16 コントロールユニット
17 スロットル開度センサ
18 排気還流管
19 バルブ
20 O2センサ
21 コントロールユニット内に実装されるCPU
22 コントロールユニット内に実装されるROM
23 コントロールユニット内に実装されるRAM
24 コントロールユニット内に実装される各種センサの入力回路
25 入出力ポート
26 点火プラグに適切なタイミングで駆動信号を出力する点火出力回路
27 燃料噴射弁に適切なパルスを出力する燃料噴射弁駆動回路
28 電子スロットル駆動回路
29 吸気温センサ
30 筒内圧センサ

Claims (8)

  1. エンジン始動時のクランキング時もしくは最初の燃焼からアイドル回転数に達するまで
    の期間において、
    点火時期をMBTより所定値以上リタードする手段と、
    一燃焼毎に発生する筒内圧を直接的もしくは間接的に検出する手段と、
    充填効率とエンジンの回転速度とから筒内圧の燃焼安定限界圧力を算出する手段と、
    前記筒内圧と前記燃焼安定限界圧力とに基づいて、前記筒内圧が前記燃焼安定限界圧力に近づくように前記リタード量を増やす側に補正する手段と
    を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
  2. 前記筒内圧を直接的もしくは間接的に検出する手段は、一燃焼毎のクランク角の角速度
    に基づいて、筒内圧を推定することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。
  3. 請求項1において、
    基準点火時期を演算する手段と、
    燃焼回数が増加するに応じて、点火時期のリタード量を更新する手段と
    を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
  4. 請求項1において、
    基準点火時期を演算する手段と、
    燃焼回数が増加するに応じて、点火時期のリタード量を更新する手段と、
    前記燃焼圧もしくは前記角加速度に基づいて、リタード量を演算する手段と
    を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
  5. 請求項2において、
    前記筒内圧を直接的もしくは間接的に検出する手段は、
    エンジンの慣性トルク及び/又は摩擦トルク分を補正する手段を備えたことを特徴とす
    るエンジンの制御装置。
  6. 請求項1において、
    燃焼室の温度もしくは作動ガスの温度を間接的に検出する手段を備え、
    前記燃焼室の温度に基づいて、リタードの実施を許可する手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
  7. 請求項1において、
    初回サイクルは、リタードを実施せず、2サイクル目以降から実施することを特徴とするエンジンの制御装置。
  8. 請求項1において、
    前記点火時期をリタードする手段は、
    エンジン始動時のクランキング時もしくは最初の燃焼からアイドル回転数に達するまでの期間において、少なくとも5°ATDCよりリタードすることを特徴とするエンジンの制御装置。
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