(57)【要約】【課題】内燃機関の空燃比制御において、推定空燃比に誤差が生じる場合にも、失火の発生を抑制する。【解決手段】内燃機関の空燃比制御において、取り得る空燃比の上限値と下限値を求めて、この上限値と下限値により空燃比範囲を定める。点火時期は、実際の空燃比が、定められた空燃比範囲内のいかなる空燃比であっても失火を起こさないタイミングに設定する。また、例えば内燃機関の始動時には、燃料が重質燃料である場合に始動時に測定される空燃比を上限値とし、燃料が軽質燃料である場合に始動時に測定される空燃比を下限値とする、始動時空燃比範囲を設定する。内燃機関の始動時には、始動時空燃比範囲内のいかなる空燃比においても、失火を起こさない範囲に点火時期を進角させ、着火が開始された後、点火時期を遅角させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の空燃比の取り得る範囲である空燃比範囲を推定する空燃比範囲推定手段と、
前記空燃比範囲内のいかなる空燃比においても、失火を起こさないように点火時期を設定する点火時期設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の始動時において、燃料が重質燃料である場合に始動時に測定される空燃比を上限値とし、燃料が軽質燃料である場合に始動時に測定される空燃比を下限値とする、始動時空燃比範囲を設定する始動時空燃比範囲設定手段を、更に備え、
前記点火時期設定手段は、
前記内燃機関の始動時に、前記始動時空燃比範囲内のいかなる空燃比においても、失火を起こさない範囲に点火時期を進角させると共に、
各気筒内の着火が開始された後、前記空燃比範囲推定手段において推定される空燃比範囲内のいかなる空燃比においても、失火を起こさない範囲で、点火時期を最大限に遅角させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、内燃機関の空燃比を制御する技術が開示されている。具体的に、この技術の内燃機関の空燃比制御においては、内燃機関の正規空燃比の上限値、下限値が設定される。そして、一定の空燃比の濃いサイクルと薄いサイクルの間で、空燃比が上限値を上回る時限及び空燃比が下限値を下回る時限を測定する。その後、両時限を比較することで、空燃比が濃い状態にあるか薄い状態にあるかを判断し、この判断に基づいて空燃比を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２６９３４８号公報
【特許文献２】特開２０００−２３４５５０号公報
【特許文献３】特開２００８−１１５８０２号公報
【特許文献４】特開平０９−２１７６４０号公報
【特許文献５】特開２００５−１２０８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような内燃機関の空燃比のフィードバック制御において算出される空燃比の推定値には、吸入空気量の推定誤差、エンジン回転速度の検出誤差、エンジンフリクションの推定誤差等に起因する誤差が含まれる。このため、推定空燃比に基づいて燃料噴射量や点火時期が決定され制御されることとなると、実際の空燃比は要求される空燃比とは異なるものとなり、例えばリーン失火を発生する事態を生じ得る。
【０００５】
従って、この発明は、上記課題を解決することを目的として、推定空燃比に誤差が生じる場合にも、失火の発生を抑制するよう改良した内燃機関の空燃比制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記目的を達成するため、内燃機関の空燃比制御装置であって、
内燃機関の空燃比の取り得る範囲である空燃比範囲を推定する空燃比範囲推定手段と、
前記空燃比範囲内のいかなる空燃比においても、失火を起こさないように点火時期を設定する点火時期設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関の始動時において、燃料が重質燃料である場合に始動時に測定される空燃比を上限値をとし、燃料が軽質燃料である場合に始動時に測定される空燃比を下限値とする、始動時空燃比範囲を設定する始動時空燃比範囲設定手段を更に備え、
前記点火時期設定手段は、
前記内燃機関の始動時に、前記始動時空燃比範囲内のいかなる空燃比においても、失火を起こさない範囲に点火時期を進角させると共に、
各気筒内の着火が開始された後、前記空燃比範囲推定手段において推定される空燃比範囲内のいかなる空燃比においても、失火を起こさない範囲で、点火時期を最大限に遅角させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、空燃比制御において空燃比を推定する場合に、その空燃比が取り得る値を範囲として推定する。その上で、この空燃比範囲内のいかなる空燃比においても、失火を起こさないように点火時期が設定される。従って、空燃比の推定値の誤差等により失火が生じるのを抑えることができる。また、このように空燃比を範囲として推定し、空燃比範囲全体に応じて失火を起こさないように制御することができるため、燃料の蒸発特性ごとに制御を切り替える必要がなく、制御の工程を減らすことができる。
【０００９】
第２の発明によれば、始動時に空燃比範囲の幅を、燃料性状を考慮した上限値及び下限値により予め設定しておき、この範囲で失火を起こさないように制御することができる。これにより、始動時の燃料性状に応じた制御を不要とすることができる。また、筒内の着火開始後は、空燃比範囲において失火を起こさない範囲で点火時期を最大限に遅角させる。これにより、ＨＣの排出量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１における空燃比と点火時期との関係について説明するための図である。
【図２】この発明の実施の形態２における空燃比と点火時期との関係について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１２】
実施の形態１． 
［推定空燃比範囲の算出方法］
内燃機関の出力トルクは、次式(1)のように、筒内空気量、点火時期、機関回転数に基づき決定される。なお、ここで、筒内空気量は別のモデル式に従って算出される推定値である。
トルク＝f(筒内空気量,点火時期,推定A/F,機関回転数)    ・・・(1)
【００１３】
また、内燃機関の出力トルクは次式(2)のように、機関回転変動と内燃機関のフリクションに基づいて算出することもできる。
J・dω/dt＝トルク−フリクション    ・・・(2)
なお、式(2)において、Jは内燃機関の慣性モーメント、dω/dtは角加速度であり内燃機関の機関回転数変動から算出される。フリクションは、水温と機関回転数から算出される推定値である。
【００１４】
上記式(1)、(2)により、空燃比（推定A/F）は以下のように推定される。
推定A/F＝f-1(J・dω/dt+フリクション,筒内空気量,点火時期,機関回転数)  ・・・(3)
【００１５】
ところで、上記式(3)に従って算出される推定A/Fには、角加速度dω/dt、フリクション、筒内空気量によって誤差αが発生すると考えられる。即ち、推定A/Fと実A/Fとの間には誤差αの差が生じていると考えられる。
【００１６】
従って、例えば、実A/Fが16であるにもかかわらず、推定A/Fは14.7と算出されるといった事態を生じうる。この例のように推定A/Fが目標空燃比を示す場合、燃料噴射量は修正されないこととなる。従って、実際にはA/Fを16とする量のまま燃料が供給されることとなる。一方、このように燃料噴射量が実際にはA/Fが16に応じた量であっても、点火時期はA/Fが14.7である場合に設定されるべき点火時期のままに制御される。その結果、リーン失火を起こすことも考えられる。
【００１７】
従って、この実施の形態１では、推定A/Fの算出に替えて、生じ得る筒内空燃比（即ち、実A/Fが取り得る値）の範囲全体（A/F範囲）を算出する。その上で、点火時期は、A/F範囲全体に対して失火を生じさせないようなタイミングに設定する。これにより実A/FがそのA/F範囲内のどのような値であっても、失火が生じるのが抑制される。
【００１８】
［A/F範囲の算出方法］
A/F範囲の算出は、上記式(3)の変数の誤差による推定A/Fの上限値（上限A/F）及び下限値（下限A/F）を算出することで算出される。具体的に、式(3)において比較的大きな誤差を含みやすいのが、モデル式により算出される筒内空気量と、フリクションである。また、実A/Fが大きくなるのは、実際のトルクが小さい場合であり、この場合、筒内空気量が大きい物理特性がある。従って、式(3)において、推定A/Fが最も大きくなるのは、実際のフリクションが誤差範囲の中で最低値であった場合であり、かつ実際の筒内空気量が誤差範囲の中で最大値であった場合であると考えられる。以上より、上限A/Fは式(3)において、フリクションをフリクション−Δフリクションとし、筒内空気量を筒内空気量＋Δ空気量、とすることで求められる。
【００１９】
同様に、推定A/Fが最も小さくなるのは、実際のフリクションが誤差範囲の中で最大値であった場合であり、かつ筒内空気量が誤差範囲の中で最低値であった場合であると考えられる。従って、下限A/Fは式(3)において、フリクションをフリクション＋Δフリクションとし、筒内空気量を筒内空気量−Δ空気量とすることで算出される。
【００２０】
なお、Δの項（即ち、Δフリクション、Δ空気量）は、共に、推定値の誤差の見積もり量であり、予め求めて制御装置に記憶しておく。なお、これらの値にはある程度の余裕を持たせて設定する。
【００２１】
［実施の形態１の空燃比制御の手法］
図１は、この発明の実施の形態１における筒内空燃比と点火時期との関係を説明するための図である。図１において横軸は筒内空燃比であり、縦軸は点火時期を表している。図１において、算出されたA/F範囲は直線（A）により表される。
【００２２】
また、筒内空燃比と、それに対する失火しない点火時期の限界値は、一点鎖線（B）、破線（C）で表される。一点鎖線（B）より点火時期が進角側の領域は失火領域であり、同様に破線(C)より点火時期が遅角側の領域は失火領域となる。また一点鎖線（D）はノックイングを起こすと予想される領域（ノック領域）を表している。
【００２３】
実施の形態１のシステムでは、算出されたA/F範囲（直線(A)）全体が、一点鎖線(B)、(C)、（D）で囲まれる領域（着火領域）内に納まるように、点火時期を制御する。より具体的には、上限A/F、又は下限A/Fがこの着火領域外にある場合、その上限A/F、下限A/Fが、着火領域内に納まるように、点火時期をMBT側に近づけるように制御する。
【００２４】
例えば、図１においては、A/F範囲（直線(A)）のように上限A/Fが失火領域となる場合、A/F範囲（A）全体が、破線（E）で表される修正A/F範囲となるように、点火時期をMBT側に進角するように補正する。
【００２５】
また、A/F範囲の上限A/F及び下限A/F側の値がいずれも失火領域となる場合も考えられる。この場合、上限A/Fが着火領域内に入る点火時期範囲、下限A/Fが着火領域内に入る点火時期範囲を求め、両点火時期範囲に共通な点火時期範囲(H)を点火時期範囲として設定する。
【００２６】
以上説明したように、実施の形態１によれば、生じ得る空燃比の範囲を推定して、このA/F範囲全体が着火領域内に収まる点火時期に設定することで、空燃比推定のずれによる失火等の発生を抑えることができる。
【００２７】
なお、この実施の形態において推定A/Fの算出方法について説明したが、推定A/Fの算出方法は、上記式(1)〜(3)に説明したモデル式によって算出されるものに限るものではない。他の手法により推定A/Fを算出する場合であって、生じ得る誤差を含めたA/F範囲を算出し、このA/F範囲を着火領域内に収めることで、同様に失火の発生を抑制することができる。
【００２８】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２における筒内空燃比と点火時期との関係を説明するための図である。図１において横軸は筒内空燃比であり、縦軸は点火時期を表している。
【００２９】
実施の形態２のシステムは、始動時の制御において実施の形態１のシステムと異なっている。具体的に、内燃機関に使用される燃料性状は様々であり、燃料性状によって、蒸発特性が異なる。このため空燃比センサが活性化するまでは検出される空燃比が燃料性状によって大きくばらつく。従って例えば、重質燃料においても失火等の不完全燃焼を起こさないように制御しようとすると、軽質燃料では排出されるＨＣが増加する。このため制御が複雑化し、チューニングによる工程数が増大する。
【００３０】
また、クランキングから燃焼が始まるまでの間、点火を行なっていないため混合気の組成が不明であり、上記式(1)によるトルクの算出はできない。したがって、着火するまでの間はA/F範囲は予め与えられた最大幅に設定する。即ち、ここでは、上限A/Fとして重質燃料の場合のA/Fを予め測定し、下限A/Fは軽質燃料の場合のA/Fを予め測定して設定しておく。
【００３１】
始動時には、図２の直線(a)に示されるように、リッチ側の最低値が所定値以上となるように進角側に制御するが、このとき、設定されたA/F上限が着火できる点火時期の範囲のうち最遅角量にまで点火時期を進角する。
【００３２】
その後、着火が開始し、空燃比モニターが利用できたり、定常状態に遷移し、A/Fの範囲が小さくなったことが認められた後は、図２の直線(b)に示されるように、暖機性の良い条件へ制御を切り替える。具体的には、例えば、空燃比目標値をリーン限界値（16〜18）として燃料噴射量を決定し、この範囲に空燃比を制御する。点火時期は上限A/Fが着火する点火範囲の最遅角側（例えばBDTC-10以下程度となる）に遅角する。これにより、ＨＣを低減しながら、暖機性のよい条件に切り替えることができる。
【００３３】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【図１】
2010242708.tif 000003
【図２】
2010242708.tif 000004