JP6716416B2

JP6716416B2 - 点火制御装置

Info

Publication number: JP6716416B2
Application number: JP2016192735A
Authority: JP
Inventors: 滋彦杉森
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: JP2018053850A

Description

本発明は、点火制御装置に関するものである。

例えば、特許文献１には、燃焼速度代表値に基づいて点火時期進角作用を行う点火時期制御装置が開示されている。この点火時期制御装置では、内燃機関において運転中に計測される機関状態項に基づいて、進角限界値を変更することが記載されている。また、特許文献１には、機関状態項は、例えば機関温度項（燃焼室を画成する壁部の温度である燃焼室壁温）と、機関負荷項とのうち小さい方を用いることが記載されている。このような特許文献１における点火時期制御装置は、内燃機関の進角限界値を変更することにより、内燃機関の運転状況に合わせて点火時期を制御し、ノッキングを防止している。

特開２００６−０６３８５７号公報

ところで、内燃機関には製造段階において個体差が存在しており、個体ごとにノッキングが発生しない限界である実際の進角限界値が異なっている。特許文献１の点火時期制御装置では、個体差を有する複数の内燃機関において、一律の演算等により制御上の進角限界値を設定する場合、全ての個体でノッキングの発生を防止するためには、実際の進角限界値が最も小さい個体を想定して制御上の進角限界値を設定する必要が生じる。このため、内燃機関のうち、大半の個体で実際の進角限界値よりも制御上の進角限界値が小さく設定され、点火時期の進角値が制限されることで、内燃機関の出力向上、燃費向上の妨げとなる可能性がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、個体差を有する複数の内燃機関において、一律の演算等により、適切な制御上の点火時期の進角限界値の設定を行い、出力の向上、及び燃費向上を達成することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、冷媒により冷却される内燃機関の燃焼室での点火タイミングを制御する点火制御装置であって、上記燃焼室の壁温と上記冷媒の温度との相関に基づいて、点火タイミングの進角限界値を定める進角限界値決定手段を備える、という構成を採用する。

第２の手段として、上記第１の手段において、上記進角限界値決定手段は、上記燃焼室の壁温と上記冷媒の温度との差分に基づいて点火タイミングの進角限界値を定める、という構成を採用する。

第３の手段として、上記第２の手段において、上記進角限界値決定手段は、上記燃焼室の壁温と上記冷媒の温度との差分が大きくなるほど上記進角限界値を小さく定める、という構成を採用する。

第４の手段として、上記第１〜第３のいずれかの手段において、上記進角限界値決定手段は、上記内燃機関の暖機運転が完了した後に、上記燃焼室の壁温と上記冷媒の温度との相関に基づいて点火タイミングの進角限界値を定める、という構成を採用する。

第５の手段として、上記第１〜第４のいずれかの手段において、上記冷媒は、液体である、という構成を採用する。

本発明によれば、燃焼室壁温と冷媒温度とを測定して相関を評価することで、燃焼室の冷却余裕を評価することができる。この燃焼室壁温と冷媒温度との相関に基づいて、進角限界値を決定することにより、従来よりも進角限界値を正確に見積もることができ、内燃機関の運転状態により適した進角限界値を設定できる。したがって、個体差を有する複数の内燃機関において、一律の演算等により、適切な制御上の点火時期の進角限界値の設定を行い、出力の向上、及び燃費向上を達成することができる。

（ａ）が本発明の一実施形態における燃焼室壁温と冷却水温度との温度差と、ノッキング発生頻度との相関を示すグラフであり、（ｂ）が本発明の一実施形態に係る点火制御装置による進角限界値の補正と差分温度との相関の一例を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る点火制御装置により制御される内燃機関の模式図である。本発明の一実施形態に係る点火制御装置を含むシステム構成図である。本発明の一実施形態に係る点火制御装置の動作を説明するフローチャートである。

まず、差分温度ＴＣＣＤと、ノッキング発生頻度との相関について説明する。差分温度ＴＣＣＤは、後述する内燃機関１００（図２参照）の燃焼室Ｎの壁温である燃焼室壁温Ｔｃｃと、内燃機関に設けられた冷却ジャケット１１０に流通する冷却水（冷媒）の温度である冷却水温度Ｔｗとの差分を下式１に基づいて算出することで求められる。

図１は、（ａ）が本実施形態における燃焼室壁温と冷却水温度との温度差と、ノッキング発生頻度との相関を示すグラフであり、（ｂ）が本実施形態に係る点火制御装置による進角限界値の補正と差分温度との相関の一例を示すグラフである。進角角度は、内燃機関１００に設けられたピストン１４０が下死点から上死点に向かうまでの間における点火タイミングを表している。すなわち、進角制御とは、点火タイミングを早める制御を示している。このグラフに示すように、所定の進角角度以上において、ノッキング発生頻度は急激に増加している。また、差分温度ＴＣＣＤは、進角角度が増加するに連れて上昇し、ノッキング発生頻度と同様に、所定の進角角度以上となると、急激に上昇している。すなわち、ノッキング発生頻度の変化と差分温度ＴＣＣＤの変化との間には、相関関係が認められ、差分温度ＴＣＣＤを測定することにより、ノッキング発生頻度を推定することが可能である。したがって、差分温度ＴＣＣＤに基づいて進角限界値を設定することにより、より正確に進角限界値を見積もることが可能である。

まず、本実施形態におけるＥＣＵ１（Engine Control Unit）が装備された自動二輪車の内燃機関１００について説明する。図２は、本実施形態に係るＥＣＵ１により制御される内燃機関１００の模式図である。この内燃機関１００は、燃焼室Ｎにおいて点火及び燃焼が行われる装置であり、吸気通路Ｒ１、及び排気通路Ｒ２と接続されている。内燃機関１００は、燃焼室Ｎの外壁に燃焼室Ｎの壁面を冷却する冷却ジャケット１１０が設けられると共に、吸気通路Ｒ１の出口に設けられる吸気バルブ１２１と、排気通路Ｒ２の入口に設けられる排気バルブ１２２と、点火装置１３０と、ピストン１４０とを備えている。また、燃焼室Ｎの内壁には、燃焼室Ｎの壁面温度を計測する燃焼室壁温センサ４が設けられている。さらに、内燃機関１００は、不図示のクランクシャフトを備えている。このクランクシャフトには、クランク角度を計測するクランクセンサ３（図３参照）が設けられている。

また、吸気通路Ｒ１には、燃焼室Ｎへと流入する空気量を調整するスロットルバルブ１５０が設けられており、スロットルバルブ１５０には、スロットル開度を計測するスロットルセンサ２が設けられている。さらに、吸気通路Ｒ１のスロットルバルブ１５０よりも下流側には、吸気通路Ｒ１内に燃料を噴射する燃料噴射弁１６０が設けられている。

冷却ジャケット１１０は、内部に冷却水が流通し、冷却水が燃焼室Ｎの外壁において熱交換することにより、燃焼室Ｎを冷却している。この冷却ジャケット１１０には、冷却水の温度を計測する冷却水温度センサ５が設けられている。吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２は、燃焼室Ｎへの混合気の供給及び排気を行うバルブである。この吸気バルブ１２１から燃焼室Ｎに混合気が供給され、排気バルブ１２２から燃焼ガスが排出される。点火装置１３０は、燃焼室Ｎの内部に向けて設置され、混合気が充満した燃焼室Ｎ内に火花を発生させることで混合気に点火する。ピストン１４０は、燃焼室Ｎの体積を減少させることで、燃焼室Ｎ内の混合気を圧縮する装置であり、不図示のクランクシャフトと接続されている。

このような内燃機関１００において、吸気バルブ１２１を介して燃焼室Ｎ内に混合気が供給され、点火装置１３０により着火されることで、燃料の燃焼が行われる。この際に、燃焼室Ｎ内において点火装置１３０から離れた領域に未着火の燃料が残留する場合がある。このような残留した燃料が燃焼室Ｎの内部の温度上昇に伴い自然発火温度に達し、燃焼室Ｎ内で自然発火することで、ノッキング現象が発生する。このようなノッキング現象を防止するため、点火タイミングの進角の上限である進角限界値は、差分温度ＴＣＣＤに基づいて設定される。この燃焼室Ｎの温度変化は、燃焼室Ｎにおける燃焼状態と、冷却ジャケット１１０による冷却性能との影響を受ける。

続いて、図面を参照して、本発明におけるＥＣＵ１の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。本実施形態において、本発明に係る点火制御装置は、自動二輪車のＥＣＵの一機能として組み込まれている。

図３は、本実施形態に係るＥＣＵ１を含むシステム構成図である。ＥＣＵ１は、運転状態取得部１ａと、進角値設定部１ｂと、差分温度算出部１ｃと、進角限界値設定部１ｄ（進角限界値決定手段）と、駆動部１ｅとを有し、スロットルセンサ２、クランクセンサ３、燃焼室壁温センサ４及び冷却水温度センサ５からの信号を取得し、内燃機関における点火進角を制御する。本実施形態におけるＥＣＵは、ＩＣチップやメモリ等のハードウェアと、メモリ等に記憶されるソフトウェアとを備えている。運転状態取得部１ａ、進角値設定部１ｂ、差分温度算出部１ｃ及び進角限界値設定部１ｄは、上述のハードウェアとソフトウェアが協働することにより具現化されている。

運転状態取得部１ａは、スロットルセンサ２及びクランクセンサ３から計測データを取得して、スロットルバルブのスロットル開度及び内燃機関回転数を算出している。また運転状態取得部１ａは、スロットル開度及び内燃機関回転数を進角値設定部１ｂに伝えている。進角値設定部１ｂは、運転状態取得部１ａから取得したスロットル開度及び内燃機関回転数から内燃機関の運転状態を判定し、進角値Ａを決定している。また、進角値設定部１ｂは、進角限界値設定部１ｄより進角限界値Ａｌｍｔを取得し、進角値Ａとの比較を行う。さらに、進角値設定部１ｂは、進角限界値Ａｌｍｔより進角値Ａが大きい場合には、進角値Ａを進角限界値Ａｌｍｔに置き換える。

差分温度算出部１ｃは、燃焼室壁温センサ４及び冷却水温度センサ５から燃焼室壁温Ｔｃｃ及び冷却水温度Ｔｗを取得し、式１に基づいて差分温度ＴＣＣＤを算出する。燃焼室壁温Ｔｃｃが上昇すると相対的に冷却水温度Ｔｗとの差が大きくなるため、差分温度ＴＣＣＤの値が大きくなり、冷却余裕は小さくなる。したがって、差分温度ＴＣＣＤは値が小さいほど冷却余裕が大きいことを示している。

進角限界値設定部１ｄは、上記差分温度ＴＣＣＤを差分温度算出部１ｃより取得し、この差分温度ＴＣＣＤに基づいて進角限界値Ａｌｍｔを決定する。また、進角限界値設定部１ｄは、進角限界値Ａｌｍｔを進角値設定部１ｂに伝えている。進角限界値設定部１ｄは、図１（ｂ）に示すグラフを記憶しており、このグラフに基づいて進角限界値を決定する。図１（ｂ）に示すように、差分温度ＴＣＣＤが増加するに連れて冷却余裕は減少するため、進角限界値Ａｌｍｔを低下させるように設定されている。すなわち、進角限界値設定部１ｄは、差分温度ＴＣＣＤが増加するほど進角限界値Ａｌｍｔを遅角方向に変化させている。

駆動部１ｅは、運転状態取得部１ａから取得したスロットル開度、内燃機関回転数等の運転状態に基づき、燃料噴射弁１６０及びスロットルバルブ１５０を制御する。また、駆動部１ｅは、進角値設定部１ｂが設定した進角値Ａに基づいて、点火装置１３０を制御する。

続いて、本実施形態に係るＥＣＵ１の点火制御装置としての動作を説明する。図４は、本実施形態に係るＥＣＵ１の動作を説明するフローチャートである。
まず、運転状態取得部１ａにより、例えば冷却水温度Ｔｗが所定温度を上回ったか否かを判定することで、暖機運転が完了しているかが判断される（ステップＳ１）。運転状態取得部１ａが暖機運転が完了していると判断すると、差分温度算出部１ｃにより、差分温度ＴＣＣＤが算出される（ステップＳ２）。ステップＳ２では、差分温度算出部１ｃが、燃焼室壁温センサ４及び冷却水温度センサ５から燃焼室壁温Ｔｃｃと、冷却水温度Ｔｗを取得し、式１に基づいて差分温度ＴＣＣＤを算出する。

次に、進角限界値設定部１ｄにより、進角限界値Ａｌｍｔが算出される（ステップＳ３）。ステップＳ３では、進角限界値設定部１ｄが差分温度ＴＣＣＤを取得し、所定のテーブルと比較することで、進角限界値Ａｌｍｔを算出する。さらに、進角値設定部１ｂにより、進角値Ａが算出される（ステップＳ４）。ステップＳ４において、進角値設定部１ｂは、運転状態取得部１ａより運転状態を取得し、この運転状態に合わせて進角値Ａを算出する。

次に、進角値設定部１ｂにより、進角値Ａと進角限界値Ａｌｍｔとの比較が行われる（ステップＳ５）。ステップＳ５において、進角値Ａが進角限界値Ａｌｍｔよりも大きい場合、すなわち、判断がＹＥＳの場合には、進角値設定部１ｂは、進角値Ａを進角限界値Ａｌｍｔに更新する（ステップＳ６）。ステップＳ６により、進角値Ａが進角限界値Ａｌｍｔを超えることはない。

次に、駆動部１ｅにより、点火制御が行われる（ステップＳ７）。ステップＳ７では、駆動部１ｅが、進角値設定部１ｂにより設定された進角値Ａに基づいて点火装置１３０を制御することで、燃焼室Ｎにおいて点火が実施される。また、ステップＳ５において、進角値Ａが進角限界値Ａｌｍｔよりも小さい場合、すなわち、判断がＮＯの場合には、ステップＳ７を実施する。また、ステップＳ１において、運転状態取得部１ａが暖機運転が完了していない場合、すなわち判断がＮＯであると判断すると、進角値設定部１ｂにより、進角値Ａが算出される（ステップＳ８）。

このような本実施形態に係るＥＣＵ１によれば、燃焼室壁温Ｔｃｃと、冷却水温度Ｔｗとの差分温度ＴＣＣＤに基づいて、進角限界値を規定している。これにより、燃焼室Ｎにおける冷却余裕に基づいて進角限界値を決定することができる。したがって、個体差を有する複数の内燃機関において、一律の演算等により、適切な制御上の点火時期の進角限界値の設定を行い、出力の向上、及び燃費向上を達成することができる。

また、本実施形態に係るＥＣＵ１によれば、差分温度ＴＣＣＤが大きくなるほど、進角限界値Ａｌｍｔを下げる（遅角方向に設定する）制御を実施する。これにより、図１（ａ）の差分温度ＴＣＣＤと、ノッキング発生頻度との相関に基づいて進角限界値Ａｌｍｔを算出することができ、適切な進角制御を行うことができる。

また、本実施形態に係るＥＣＵ１によれば、暖機運転が完了したことを確認してから進角限界値Ａｌｍｔを設定している。これにより、ＥＣＵ１は、内燃機関１００が安定した状態となってから進角限界値Ａｌｍｔを算出している。したがって、より正確に進角限界値Ａｌｍｔを算出することができる。

また、本実施形態に係るＥＣＵ１は、冷却水が流通する冷却ジャケット１１０が設けられた内燃機関１００に設けられている。冷却水は液体であるため、冷却水温度Ｔｗを計測しやすい。したがって、ＥＣＵ１は、より正確に冷却余裕を見積もることが可能であり、適切な進角限界値を決定することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせなどは一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

（１）上記実施形態においては、ＥＣＵ１の進角限界値設定部１ｄは、燃焼室壁温Ｔｃｃと、冷却水温度Ｔｗとの差分である差分温度ＴＣＣＤに基づいて進角限界値を設定する構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。進角限界値設定部１ｄは、燃焼室壁温Ｔｃｃと冷却水温度Ｔｗとの温度比に基づいて進角限界値を設定することも可能である。

（２）また、上記実施形態においては、内燃機関１００は、冷却ジャケット１１０に流通する冷却水により冷却されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。内燃機関１００は、例えば油冷方式にて冷却される構成とすることも可能である。この場合、運転状態取得部１ａは、内燃機関１００の潤滑油の油温に基づき暖機運転の完了を判定し、進角限界値設定部１ｄは、燃焼室壁温Ｔｃｃと潤滑油の油温との差分温度に基づいて進角限界値を設定することが可能である。
さらに、内燃機関１００が空冷の場合には、燃焼室壁温Ｔｃｃと外気温度との差分温度に基づいて進角限界値を設定することが可能である。

１ＥＣＵ
１ａ運転状態取得部
１ｂ進角値設定部
１ｃ差分温度算出部
１ｄ進角限界値設定部
１００内燃機関

Claims

冷媒により冷却される内燃機関の燃焼室での点火タイミングを制御する点火制御装置であって、
前記燃焼室の壁温と前記冷媒の温度との相関に基づいて、点火タイミングの進角限界値を定める進角限界値決定手段を備え、
前記進角限界値決定手段は、前記内燃機関の暖機運転が完了した後において、前記燃焼室の壁温と前記冷媒の温度との差分が大きくなるほど前記進角限界値が小さくなるように、前記燃焼室の壁温と前記冷媒の温度との差分に基づいて点火タイミングの進角限界値を定めることを特徴とする点火制御装置。
前記冷媒は、液体であることを特徴とする請求項１記載の点火制御装置。