(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料カット及び点火プラグへの通電の中断による燃費向上及びバッテリの電力消費の抑制を図りつつ、点火プラグ及びその周辺の空気の過度の温度低下による失火や燃焼の不安定化を解消する。【解決手段】車両が所定の運転条件にある際に燃料カット制御を行う内燃機関の制御装置たるＥＣＵ０に、燃料カット中に点火コイルの二次側への通電をカットする制御、運転状態を示すパラメータに基づき点火プラグ又は点火プラグ近傍の温度を推定する制御、及び推定された前記点火プラグ又は点火プラグ近傍の温度が所定の点火許可温度を下回る場合に前記点火コイルの二次側への通電を再開する制御を行わせる。【選択図】図４
2014105585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両が所定の運転条件にある際に燃料カット制御を行う内燃機関の制御装置であって、
燃料カット中に点火コイルの二次側への通電をカットする制御、
運転状態を示すパラメータに基づき点火プラグ又は点火プラグ近傍の温度を推定する制御、
及び推定された前記点火プラグ又は点火プラグ近傍の温度が所定の点火許可温度を下回る場合に前記点火コイルの二次側への通電を再開する制御
を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両が所定の運転条件にある際に燃料カット制御を行う内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃費の向上を図るべく、車両が所定の運転条件にある際に、具体的には回転数が所定の燃料カット判定回転数を上回りかつアクセルペダルの操作量が０（又は０近傍）である場合に気筒への燃料の供給を中断する燃料カット制御を行う内燃機関の制御装置が知られている。このような制御装置による燃料カット制御を行うに際して、通常は、バッテリの電力消費を抑制すべく、点火コイルの二次側への通電を禁止する制御も同時に行うようにしている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
しかして、燃料カット制御を行っている際に点火コイルの二次側への通電を禁止する制御を常時行った場合、以下に述べるような不具合が新たに発生し得る。すなわち、点火コイルの二次側への通電を禁止すると、前記点火コイルの二次側への通電による熱の発生がなくなる。そのため、点火プラグやその周辺の空気の温度が低下する。そして、点火プラグやその周辺の空気の温度が通常運転時と比較して大幅に低下すると、燃料カット制御を終了して気筒への燃料の供給を再開した後に、燃料に着火しない、あるいは燃焼が不安定となるといった不具合が発生し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２４８６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上の点に着目し、燃料カット及び点火プラグへの通電の中断による燃費向上及びバッテリの電力消費の抑制を図りつつ、点火プラグ及びその周辺の空気の過度の温度低下による失火や燃焼の不安定化を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、車両が所定の運転条件にある際に燃料カット制御を行う内燃機関の制御装置であって、燃料カット中に点火コイルの二次側への通電をカットする制御、運転状態を示すパラメータに基づき点火プラグ又は点火プラグ近傍の温度を推定する制御、及び推定された前記点火プラグ又は点火プラグ近傍の温度が所定の点火許可温度を下回る場合に前記点火コイルの二次側への通電を再開する制御を行う。
【０００７】
このようなものであれば、点火プラグ又は点火プラグ近傍の温度が所定の点火許可温度を下回る場合には、前記点火コイルの二次側への通電を再開することにより、点火プラグ及びその周辺の空気を加熱できる。従って、燃料カット制御を終了して気筒への燃料の供給を再開した後でも、点火プラグ及びその周辺の空気の温度は従来と比較して高く、失火や燃焼の不安定化を抑制できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料カット及び点火プラグへの通電の中断による燃費向上及びバッテリの電力消費の抑制を図りつつ、点火プラグ及びその周辺の空気の過度の温度低下による失火や燃焼の不安定化を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の構成を示す概略図。
【図２】同実施形態における火花点火装置の概略回路図。
【図３】同実施形態の制御装置が制御する可変バルブタイミング機構を示す概略図。
【図４】同実施形態の制御装置が実行する処理の手順を概略的に示すフローチャート。
【図５】同実施形態の制御装置が実行する制御による作用を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。
【００１１】
図２に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ１２は、点火コイル１４にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル１４は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ１３とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１２】
内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０からの点火信号ｉをイグナイタ１３が受けると、まずイグナイタ１３が点弧して点火コイル１４の一次側１４ａに電流が流れ、その直後の点火タイミングでイグナイタ１３が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側１４ａに高電圧が発生する。そして、一次側１４ａと二次側１４ｂとは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側１４ｂにさらに高い誘導電圧が発生する。この高い誘導電圧が点火プラグ１２の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電する。
【００１３】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１４】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１５】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。また、吸気ポート中には、吸気弁３５を配している。この吸気弁３５は、バルブスプリングにより閉弁側に付勢されている。
【００１６】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。また、排気ポート中には、排気弁４０を配している。この排気弁４０は、バルブスプリングにより閉弁側に付勢されている。
【００１７】
また、図３に示すように、本実施形態における内燃機関では、クランクスプロケット７１、吸気側スプロケット７２及び排気側スプロケット７３にタイミングチェーン７４を巻き掛け、このタイミングチェーン７４により、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケット７２を介して吸気カムシャフト６３に、排気側スプロケット７３を介して排気カムシャフト６４に、それぞれ伝達している。
【００１８】
その上で、吸気側スプロケット７２と吸気カムシャフト６３との間に、可変バルブタイミング機構６を介設している。本実施形態における可変バルブタイミング機構６は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト６３及び排気カムシャフト６４の回転位相をそれぞれ変化させることにより吸気弁３５及び排気弁４０の開閉タイミングをそれぞれ変化させるものである。すなわち、この可変バルブタイミング機構６は、吸気弁３５の開閉タイミングを変化させるための吸気側要素６ａと、排気弁４０の開閉タイミングを変化させるための排気側要素６ｂとを備えている。
【００１９】
可変バルブタイミング機構６の吸気側要素６ａの吸気側ハウジング６１は、吸気側スプロケット７２に固着しており、吸気側スプロケット７２と吸気側ハウジング６１とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフト６３の一端部に固着した吸気側ロータ６２は、吸気側ハウジング６１内に収納され、吸気側スプロケット７２及び吸気側ハウジング６１に対して相対的に回動することが可能である。吸気側ハウジング６１の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、吸気側ロータ６２の外周部に成形されたベーン６２１によって進角室６１２と遅角室６１１とに区画されている。
【００２０】
また、前記可変バルブタイミング機構６の排気側要素６ｂの排気側ハウジング６５は、排気側スプロケット７３に固着しており、排気側スプロケット７２と吸気側ハウジング６５とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、排気カムシャフト６４の一端部に固着した排気側ロータ６６は、排気側ハウジング６５内に収納され、排気側スプロケット７３及び排気側ハウジング６５に対して相対的に回動することが可能である。排気側ハウジング６５の内部にも、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、排気側ロータ６６の外周部に成形されたベーン６６１によって進角室６５２と遅角室６５１とに区画されている。
【００２１】
可変バルブタイミング機構６の液圧（特に、油圧）回路には、オイルパン８１内に蓄えられた作動液が液圧ポンプ８２より供給される。液圧ポンプ８２は、内燃機関からの動力で駆動される。液圧ポンプ８２と可変バルブタイミング機構６との間には、切換制御弁であるＯＣＶ（Ｏｉｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ）９を設けている。作動液の流量及び方向をこのＯＣＶ９を介して操作することで、オイルパン８１から汲み上げた作動液を進角室６１２または遅角室６１１に選択的に供給することができる。さすれば、吸気側ハウジング６１（又は排気側ハウジング６５）が吸気側ロータ６２（又は排気側ロータ６６）に対して相対回動し、吸気弁３５又は排気弁４０の開閉タイミングを進角または遅角させることができる。本実施形態では、ＯＣＶ９は、可変バルブタイミング機構６の吸気側要素６ａ及び排気側要素６ｂの双方に対応させて設けている。このＯＣＶ９は、本実施形態では吸気側要素６ａに対応させて設けられるもの（以下、吸気側のＯＣＶ９ａと称する）と排気側要素６ｂに対応させて設けられる（以下、排気側のＯＣＶ９ｂと称する）ものとで全く同一の構成を有する。以下の記載において、「ＯＣＶ９」とは、吸気側のＯＣＶ９ａ及び排気側のＯＣＶ９ｂの双方の総称である。以下、吸気側のＯＣＶ９ａの構成を説明する。
【００２２】
ＯＣＶ９ａは、いわゆる電磁式の四方向スプール弁である。図２に示すように、ＯＣＶ９ａは、液圧ポンプ８２の吐出口と接続する供給ポート９１、ハウジング６１の進角室６１２と接続するＡポート９２、ハウジング６１の遅角室６１１と接続するＢポート９３、並びにオイルパン８１と接続するドレインポート９４、９５を有している。ＯＣＶ９ａのスプールは、進退動作により内部粒体経路を切り換えて、Ａポート９２及びＢポート９３をそれぞれ供給ポート９１、ドレインポート９４、９５の何れかに連通させる。また、スプール９６が中立位置をとるときには内部流体経路が断絶し、Ａポート９２及びＢポート９３を供給ポート９１にもドレインポート９４、９５にも連通させない。図２では、スプール９６が中立位置にある状態を示している。
【００２３】
スプール９６はソレノイド９７によって駆動する。即ち、制御信号ｍとしてソレノイド９７に入力するパルス電流（または、電圧）のデューティ比に応じて、スプール９６の進退の距離が変化する。
【００２４】
制御信号ｍのデューティ比が比較的大きい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＡポート９２を通じて進角室６１２に供給される一方、既に遅角室６１１に貯留していた作動液がＢポート９３を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、進角室６１２の容積が拡大、遅角室６１１の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフト６３の回転位相、換言すれば吸気カムシャフト６３のクランクシャフトに対する変位角が進角して、吸気弁３５のバルブタイミングが進角化する。
【００２５】
逆に、制御信号ｍのデューティ比が比較的小さい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＢポート９３を通じて遅角室６１１に供給される一方、既に進角室６１２に貯留していた作動液がＡポート９２を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、遅角室６１１の容積が拡大、進角室６１２の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフト６３のクランクシャフトに対する変位角が遅角して、吸気弁３５のバルブタイミングが遅角化する。
【００２６】
総じて言えば、制御信号ｍのデューティ比が大きいほど吸気弁３５のバルブタイミングが進角し、デューティ比が小さいほど吸気弁３５のバルブタイミングが遅角する。
【００２７】
上述したように、また図２に示すように、排気側のＯＣＶ９ｂも、Ａポート９２が排気側ハウジング６５の進角室６５２と接続している点、及びＢポート９３が排気側ハウジング６５の遅角室６５１と接続している点以外、吸気側のＯＣＶ９ａと同一の構成を有する。従って、制御信号ｍのデューティ比が大きいほど排気弁４０のバルブタイミングが進角し、デューティ比が小さいほど排気弁４０のバルブタイミングが遅角する。
【００２８】
内燃機関の運転制御を司る制御装置であるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２９】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフト６３または排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、排気ガス温を検出する温度センサから出力される排気ガス温信号ｈ等が入力される。
【００３０】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＶＶＴ６のＯＣＶ９に対して制御信号ｍ等を出力する。
【００３１】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００３２】
ここで、本実施形態では、ＥＣＵ０は、気筒１内の温度を高く維持する目的や、内部ＥＧＲと呼ばれる現象を利用するために、吸気弁３５及び排気弁４０の開弁タイミングを変更する制御、すなわち吸気弁３５及び排気弁４０がともに開弁状態にあるオーバラップ期間の長さを変更する制御を行うようにしている。
【００３３】
また、本実施形態では、ＥＣＵ０は、メモリの所定領域に記憶した燃料カット制御プログラムを実行することにより、以下に述べるような制御を行う。すなわち、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あるときに、燃料カット条件が成立したものとして燃料カットを行う。そして、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの燃料カット終了条件が成立したときに、燃料カットを終了し、燃料噴射を再開する。さらに本実施形態では、燃料カット中において、点火プラグ１２の温度Ｔが所定の点火許可温度Ｔ0を上回る場合には、点火コイル１４の二次側１４ｂへの通電をカットする制御を行う。一方、燃料カット中においても、点火プラグ１２の温度Ｔが前記点火許可温度Ｔ0を下回る場合には、点火コイル１４の二次側１４ｂへの通電を再開する。ここで、点火プラグの温度は、運転状態を示すパラメータに基づき、以下のような方法で推定するようにしている。すなわち、冷間始動時にイグニッションスイッチがＯＮとなった際には点火プラグの温度Ｔは外気温に等しいものとして推定し、その後、気筒内に燃料を含む混合気が供給されて燃焼が行われている場合には、回転数及び要求負荷をパラメータとして点火プラグの温度Ｔの上昇幅ΔＴuを推定し、直前に推定された点火プラグの温度Ｔに加算する制御を行う。ここで、要求負荷として用いられる量は、アクセルペダルの操作量、吸気圧、吸気量等が考えられ、それらのいずれを採用してもよい。また、前記温度の上昇幅ΔＴuの具体的な推定は、以下のようにして行う。すなわち、ＥＣＵ０のメモリの所定領域には、予め実験により決定した代表的な回転数及び要求負荷に対応する前記温度の上昇幅ΔＴuを温度上昇幅マップとして記憶しており、検出された回転数及び要求負荷をパラメータとして補間計算により推定する。ここで、前記温度の上昇幅ΔＴuは、回転数が大きくなるにつれ、また、要求負荷が高くなるにつれ大きくなる。一方、燃料カット時には、点火プラグの温度の下降幅ΔＴdを以下のようにして推定し、直前に推定された点火プラグの温度Ｔから減算する制御を行う。具体的には、前記温度の下降幅ΔＴdは、吸入空気量、吸気温度及び前記オーバラップ期間の長さをパラメータとして決定する。また、ＥＣＵ０のメモリの所定領域には、燃料カット及び点火コイル１４の二次側１４ｂへの通電のカットを行った場合の予め実験により決定した代表的な吸入空気量、吸気温度及び前記オーバラップ期間の長さに対応する前記温度の下降幅ΔＴdを第１の温度下降幅マップとして記憶しており、検出された吸入空気量及び吸気温度並び前記オーバラップ期間の長さをパラメータとして補間計算により推定する。そして、燃料カット中に、推定された前記点火プラグの温度Ｔが前記点火許可温度Ｔ0を下回る場合には前記点火コイル１４の二次側１４ｂへの通電を再開する制御を行うようにしている。なお、ＥＣＵ０のメモリの所定領域には、燃料カット中に点火コイル１４の二次側１４ｂへの通電を行った場合における、予め実験により決定した代表的な吸入空気量、吸気温度及び前記オーバラップ期間の長さに対応する前記温度の下降幅ΔＴdを第の２温度下降幅マップとして記憶している。そして、前記温度の下降幅ΔＴdを、検出された吸入空気量及び吸気温度並びに前記オーバラップ期間の長さをパラメータとして補間計算により推定する。なお、前記温度の下降幅ΔＴdは、吸入空気量が大きくなるにつれ、また、吸気温度が低くなるにつれ、さらに、前記オーバラップ期間が短くなるにつれ大きくなる。
【００３４】
この燃料カット制御プログラムによる制御の手順についてフローチャートである図４を参照しつつ以下に述べる。
【００３５】
まず、燃料カット条件が満たされているか否かを判定し（ステップＳ１）、燃料カット条件が満たされている場合には、まず、インジェクタ１１からの燃料噴射を中止する（ステップＳ２）。次いで、吸入空気量、吸気温度及び前記オーバラップ期間の長さをパラメータとして点火プラグ１２の温度下降幅ΔＴdを推定し（ステップＳ３）、推定された温度下降幅ΔＴdを前回推定された点火プラグ１２の温度Ｔから減算する（ステップＳ４）。それから、点火プラグ１２の温度Ｔが所定の点火許可温度Ｔ0を上回っているか否かを判定し（ステップＳ５）、点火プラグ１２の温度Ｔが前記点火許可温度Ｔ0を上回っている場合には点火コイル１４の二次側１４ｂへの通電も中止する（ステップＳ６）。一方、点火プラグ１２の温度が前記点火許可温度Ｔ0を下回っている場合には点火コイル１４の二次側１４ｂへの通電を行う（ステップＳ７）。そして、燃料カット終了条件が満たされているか否かを判定し（ステップＳ８）、燃料カット終了条件が満たされている場合には、この燃料カット制御プログラムによる制御を終了する。一方、燃料カット終了条件が満たされていない場合は、次の燃焼サイクルに入り次第この燃料カット制御プログラムによる制御を再度実行する（ステップＳ１）。
【００３６】
すなわち、図５に示すように、燃料カット条件が成立した後（時刻ｔ1）、点火プラグ１２の温度が所定の点火許可温度Ｔ0を下回る（時刻ｔ2）以前の期間は点火コイル１２の二次側１２ｂへの通電もカットする。一方、点火プラグ１２の温度が所定の点火許可温度Ｔ0を下回ってから（時刻ｔ2）は、燃料カットを行っている期間中であっても点火コイル１２の二次側１２ｂへの通電を行う。
【００３７】
以上に述べたように、本実施形態によれば、燃料カットを行っている期間中であっても、点火プラグ１２の温度Ｔが所定の点火許可温度Ｔ0を下回る場合には、点火コイル１４の二次側１４ｂへの通電を再開することにより、点火プラグ１２及びその周辺の空気を加熱できる。従って、燃料カット制御を終了して気筒１への燃料の供給を再開した後でも、点火プラグ１２及びその周辺の空気の温度は従来の制御を行った場合と比較して高く、失火や燃焼の不安定化を抑制できる。
【００３８】
なお、本発明は上述した実施形態に限らない。
【００３９】
例えば、上述した実施形態では、吸気弁及び排気弁の双方の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構を搭載した内燃機関の制御に本発明を適用しているが、吸気弁の開閉タイミングのみを変更可能な可変バルブタイミング機構を搭載した内燃機関の制御に本発明を適用してもよく、さらに可変バルブタイミング機構を搭載しない内燃機関の制御に本発明を適用してももちろんよい。
【００４０】
また、排気ガス還流装置（ＥＧＲ装置）を備えた内燃機関の制御に本発明を適用する場合、点火プラグ又は点火プラグ近傍の温度を推定するための要求負荷を示すパラメータとして、新気の量を採用してももちろんよい。
【００４１】
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【符号の説明】
【００４２】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１１…インジェクタ
１２…点火プラグ
１４…点火コイル
１４ｂ…点火コイルの二次側
Ｔ0…点火許可温度
【図１】
2014105585.tif 000003
【図２】
2014105585.tif 000004
【図３】
2014105585.tif 000005
【図４】
2014105585.tif 000006
【図５】
2014105585.tif 000007