(57)【要約】【課題】アイドリング時に何らかの要因で瞬時角速度が急激に低下した場合のトルクアップを、吹け上がり現象を生じることなく応答性良く実現する。【解決手段】失火防止瞬時ピーク角速度Ｒ１よりも高い失火予兆瞬時ピーク角速度Ｒ１を設定しておき、瞬時ピーク角速度が失火予兆瞬時化角速度Ｒ２より低くなると、まず流入空気量を増大させると共に点火時期を基準点よりも遅角させる。これにより、吹け上がりを発生させずに待機状態になる。瞬時角速度が元に戻ったら流入空気量と点火時期を元に戻し、瞬時角速度が失火防止瞬時ピーク角速度まで低下したら、点火時期を進角させる。流入空気量は増大しているため、点火時期の進角によってトルクを瞬間的に増大できる。これにより、アイドリング回転数をできるだけ低くしつつ、エンジンストールを的確に防止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸の角速度を微細に検知できる回転センサと、気筒への流入空気量を任意に制御できる電子スロットルと、点火プラグと、前記回転センサからの信号に基づいて前記電子スロットル及び点火プラグを制御する制御手段とを備えた構成であり、
ストールを生じることがない安全瞬時角速度よりは低くてストール防止のための失火防止瞬時角速度よりは高い瞬時角速度を失火予兆瞬時角速度として予め設定しておき、前記制御手段により、
１）基準ステップとして、前記回転センサで検知した瞬時角速度が前記失火予兆瞬時角速度より低くて失火防止瞬時角速度よりは高い場合は、前記電子スロットルにて流入空気量を増大させると共に点火時期を遅角する、
２）前記基準ステップの後に前記回転センサで検知した瞬時角速度が失火予兆瞬時角速度を超えたら、その後に流入空気量及び点火時期を元に戻す、
３）前記基準ステップの後に前記回転センサで検知した瞬時角速度が前記失火防止瞬時角速度を下回ったら、点火時期を前記基準ステップの前の状態又はそれ以上に進角させる、
という制御が成される、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、アイドリング制御に特徴を有する火花点火式内燃機関に関し、特に、車両用内燃機関を好適な対象にしている。
【背景技術】
【０００２】
車両用内燃機関では、燃費改善のためアイドリング回転数をフィードバック制御している。すなわち、アイドリング回転数の設定値を定めてはいるが、実際の回転数は様々な要因によって変化するため、実際の回転数を検知してその情報をフィードバックすることで、実際の回転数が設定回転数に一致するように、流入空気量（及び燃料噴射量）と点火時期とを調節している（ＩＣＳ：アイドル・コントロール・システム）。
【０００３】
しかし、何らかの要因で回転数が瞬間的に低下することがあり、この場合は、フィードバック制御では瞬間的に応答できずにエンジンストールに至ることがある。特に、近年の車両用内燃機関は燃費を向上させるためにアイドル回転数を低く設定する傾向にあることから、瞬間的な回転数の低下がエンジストールに結びつきやすい。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に記載されているように、クランク軸の瞬時ピーク角速度を検知して、瞬時ピーク角速度がエンジンストールを招く失火防止瞬時ピーク角速度まで低下したら、設定値を目標としたフィードバック制御から出力向上を目的としたオープン制御に切り替えて、気筒への流入空気量を増大させると共に燃料噴射量を増大させ、かつ、点火時期を進角させてトルクを増大させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４６２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、気筒への流入空気量及び燃料を増大させることは機関の出力を上げるために必須の対応策であるが、電子スロットル（スロットルバルブ）から気筒までにはある程度の距離があるため、電子スロットルを開いてから実際に回転数が上昇する（トルクが増大する）までには若干のタイムラグがある。このようにタイムラグがあることに加えて、特許文献１では瞬時ピーク角速度が失火防止瞬時ピーク角速度まで低下してから流入空気量を増大させるものであるため、流入空気量の増大が間に合わずにエンジンストールに至ってしまう虞がある。
【０００７】
すなわち、特許文献１では、エンジンストールに至る直前の対応であるため、失火防止対策が遅いのみならず、電子スロットルが開いてから燃焼までにタイムラグがあるため、二重の意味で応答性が悪いのであり、その結果、外的攪乱要因に起因したエンジンストールを的確に防止し難いと言える。
【０００８】
また、フィードバック制御からオープン制御に切り替わることで回転数が一気に上がって空吹かしのような吹け上がり現象が生じ、運転者や同乗者に不快感や心配を与えるおそれもあった。
【０００９】
本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の内燃機関は、クランク軸の角速度を微細に検知できる回転センサと、気筒への流入空気量を任意に制御できる電子スロットルと、点火プラグと、前記回転センサからの信号に基づいて前記電子スロットル及び点火プラグを制御する制御手段とを備えている（燃料噴射量は空気量に応じて計算されており、流入空気量が増減すると燃料噴射量も増減する。）。
【００１１】
そして、ストールを生じることがない安全瞬時角速度よりは低くてストール防止のための失火防止瞬時角速度よりは高い瞬時角速度を失火予兆瞬時角速度として予め設定しておき、前記制御手段により、
１）基準ステップとして、前記回転センサで検知した瞬時角速度が前記失火予兆瞬時角速度より低くて失火防止瞬時角速度よりは高い場合は、前記電子スロットルにて流入空気量を増大させると共に点火時期を遅角する、
２）前記基準ステップの後に前記回転センサで検知した瞬時角速度が失火予兆瞬時角速度を超えたら、その後に流入空気量及び点火時期を元に戻す、
３）前記基準ステップの後に前記回転センサで検知した瞬時角速度が前記失火防止瞬時角速度を下回ったら、点火時期を前記基準ステップの前の状態又はそれ以上に進角させる、
という制御が成される。
【００１２】
なお、基準ステップの後に回転センサにより検知した瞬時角速度が失火予兆瞬時角速度を超えたときに流入空気量及び点火時期を元に戻すステップでは、失火予兆瞬時角速度を超えたら即座に戻すことも可能であるが、安全を見越して、失火予兆瞬時角速度を超えた状態が予め設定した時間を経過してから元に戻すのが好ましい。瞬時角速度が失火防止瞬時角速度より低下して流入空気量の増大と点火時期の進角とを行った後の戻し制御も、同様である。
【００１３】
また、角速度は単位時間当たりにクランク軸が回転する角度であるが、これは、回転数と同義である。すなわち、回転数は単位時間当たりの軸の回転量と定義されるが、回転量を角度として捉えると角速度になる。また、回転センサは機関本体に固定されており、クランク軸に固定された円板状のロータの外周に所定間隔で形成された突起を回転センサで検知することでクランク軸の角速度（或いは回転数）を演算するようになっているが、ロータの外径は一定なので、ロータの角速度はロータの周速度とも同義になる。従って、本願発明では、回転数も周速度も実質的に角速度に含まれている。
【００１４】
更に、本願発明では、クランク軸の回転姿勢（或いはピストンの位置）との関係で見ると、安全瞬時角速度と失火防止瞬時角速度と失火予兆瞬時角速度との検知位置は任意の位置を基準にできるが、実施形態のように瞬時ピーク角速度を基準にすると、正確性と応答性に優れている利点があって好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本願発明では、瞬時角速度が失火防止瞬時角速度に至る前に失火を予測して予め流入空気量を増大しておき、トルク増大のための準備をしておくものであり、このため、失火防止瞬時角速度に至ると点火時期を進角させることで、即座にトルクを増大できる。
【００１６】
つまり、点火時期の制御は即座にできるため、瞬時角速度の低下傾向（兆候）が現れたら流入空気量を増大させることでトルクアップの準備をしておき、瞬時角速度が失火防止瞬時角速度まで低下した場合の対応を瞬時に行えるのである。このため、アイドリング回転数をできるだけ低くして燃費の向上を図りつつ、外的要因に起因してエンジンストールが発生することを的確に阻止できる。
【００１７】
また、本願発明では  失火予兆瞬時角速度に至ると流入空気量は増大しても点火時期が遅角されるため、トルク（出力）が一気に増大する現象は生じない。このため、吹け上がり現象が発生することはなくて、車両用の場合は、運転者や同乗者に不快感を与えるようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る内燃機関の模式図である。
【図２】作用を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１を参照して構造を説明する。図１では内燃機関の構成要素を模式的に表示している。本実施形態の内燃機関は３気筒であり、シリンダブロック１には３つの気筒２が形成されて、各気筒２にはピストン３が摺動自在に嵌まっている。各ピストン３の往復動は連接棒４を介してクランク軸５の回転運動に変換される。
【００２０】
シリンダブロック１にはシリンダヘッド６が重ね固定されており、シリンダヘッド６には各気筒２ごとに吸気ポート７が開口しており、各吸気ポート７には吸気マニホールド８が固定されている。吸気マニホールド８にはエアクリーナ９を始端とする吸気通路１０が接続されており、吸気通路１０に、開度が電子的に制御される電子スロットル（スロットバルブ）１１やサージタンク１２が介挿されている。
【００２１】
電子スロットル１１はサージタンク１２の上流側に配置されており、本実施形態では、電子的に制御される燃料噴射ポンプ１３をサージタンク１２に設けている（燃料噴射ポンプ１３は、吸気マニホールド８や各吸気ポート７に設けてもよい。）。シリンダヘッド２には、各気筒２に対応した点火プラグ１４を設けている。実際には、各シリンダヘッド２には気筒に開口したテーパ状の凹所（燃焼室）を形成しており、この凹所の頂点部に点火プラグ１４を設けているが、図では凹所は表示していない。
【００２２】
クランク軸５はシリンダブロック１の一側面１ａから外側に大きく突出しており、突出した部分に動弁機構を駆動するためのスプロケット１６を固定し、スプロケット１６にタイミングチェーン１７を巻き掛けている。タイミングチェーン１７は外側からチェーンカバー１８で覆われており、クランク軸５のうちチェーンカバー１８の外側の部分にギア状の回転数検知ロータ１９を固定し、その外側に補機駆動用プーリ２０を固定している。
【００２３】
チェーンカバー１８の外面には、回転数検知ロータ１９の外周と対向するように回転センサ２１が配置されている。回転センサ２１で回転数検知ロータ１９の歯（突起）を検知することで、角速度を微細に検知できる。すなわち、ピストン３は爆発行程において減速しつつ下降動して行くため、細かく見るとクランク軸５の角速度（回転数又は周速度）は変化しているが、このようなクランク軸５の角速度の瞬時の変化を回転センサ２１で検出することができる。
【００２４】
なお、回転数検知ロータ１９には、歯の幅を広くしたり切欠きの溝幅を大きくしたりして原点部分を設けており、このため、クランク軸５の回転姿勢と各ピストン３の往復動位置との関係を把握できる。その結果、点火プラグ１４の制御やバルブタイミングを制御できる。
【００２５】
内燃機関は制御手段としてのＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）２２を備えており、回転センサ２１、各点火プラグ１４、電子スロットル１１、燃料噴射ポンプ１３はＥＣＵ２２に電気的に接続されている。従って、敢えて述べるまでもないが、点火プラグ１４の点火時期の制御、電子スロットル１１の開度の制御、燃料噴射ポンプ１３による燃料噴射時期及び燃料噴射量の制御はＥＣＵ２２が司っている。
【００２６】
(2).制御態様
次に、図２を参照してアイドリング時の制御態様を説明する。アイドリング時の回転数の制御は、基本的には、実際の回転数を目標回転数に近付けるフィードバック制御で行われるが、例えば、異物が吸気通路に混入して電子スロットル１１のバルブに噛み込む等の外的要因により、瞬時角速度が急速に低下することがあり、このため、アイドリングを限度付近まで低く設定しておくと、エンジンストールに至ることがある。そこで、アイドリング状態では常に瞬時角速度を監視しておき、瞬時ピーク角速度が設定値まで低下すると、フィードバック制御に割り込む形で、エンジンストール防止制御が実行される。
【００２７】
図２（Ａ）ではクランク軸５の回転変動（角速度変動）を表示しているが、本実施形態の内燃機関は４サイクル３気筒なので、爆発行程がクランク軸５の回転角度で２７０°ごとに起きる。このため、クランク軸５の角速度には２７０°周期でピークが現れる。すなわち、角速度はピーク（上死点近傍）から急激に低下して低い定常状態が続き、それからピークに向けて急激に上昇するというサイクルを繰り返している。
【００２８】
そして、アイドリング状態を安定的に維持できる瞬時ピーク角速度を安全瞬時ピーク角速度Ｒ０として、放置しておくとそのまま失火に至る可能性が高い瞬時ピーク角速度を失火防止瞬時ピーク角速度Ｒ１と設定し、安全瞬時ピーク角速度Ｒ０と失火防止瞬時ピーク角速度Ｒ１との間の瞬時ピーク角速度として失火予兆瞬時ピーク角速度Ｒ２を設定している。Ｒ２はＲ０とＲ１との略中間的な数値でもよいし、Ｒ０又はＲ１の側に寄った数値としてもよい。
【００２９】
図２（Ｂ）（Ｃ）は、機関の瞬時ピーク角速度が安全瞬時ピーク角速度Ｒ０の近辺で安定している状態での電子スロットル１１と点火時期とを示しており、安全瞬時ピーク角速度Ｒ０でのスロットル開度はＱ０、点火時期は基準点から遅角も進角もせず、基準点との乖離角度は０になっている。なお、点火時期の基準点は、例えばピストン３が上死点から僅かに下降した位置とすることができる。
【００３０】
瞬時ピーク角速度が図２（Ａ）に点線で示すように、Ｒ２より低くてＲ２よりは高い位置まで低下すると、図２（Ｄ）（Ｅ）に示すように、電子スロットル１１の開度をＱ′だけ上げて流入空気量をＱ０からＱ１に増大し、かつ、点火時期を基準位置から若干の角度ｔだけ遅角する。これにより、流入空気量は増大させたトルク増大待機状態を維持しつつ、実際のトルクは上げない状態を維持できる。従って、流入空気量の増大量と点火時期の遅角量とは、殆どトルク変動をもたらさない関係に設定しておく必要がある（流入空気量を過度に増大させると、点火時期を遅角してもトルクが急激に上昇してしまう。）。
【００３１】
流入空気量の増大と点火時期の遅角とによって瞬時ピーク角速度が失火予兆瞬時ピーク角速度Ｒ０以上に上昇したら、予め設定した経過時間の経過を待って、電子スロットル１１をＱ０に戻すと共に点火時期を基準点に戻す。経過時間は何秒というように固定的であってもよいし、可変式にすることも可能である。可変式とする場合は、例えば失火予兆瞬時ピーク角速度Ｒ２が出現する頻度に応じて、単位時間当たりの出現頻度が高いと経過時間が長くなるというように設定することが可能である。流入空気量及び点火時期の戻し態様は、一気に戻してもよいし、何段階かに分けて戻してもよい。
【００３２】
例えば（Ａ）の４番目のピークにおいて瞬時ピーク角速度がＲ１よりも低下した場合は、流入空気量はＱ２を維持したままで、点火時期を基準点よりもｔ′だけ進角させる。これにより、トルクを瞬間的に上げて、エンジンストールを防止できる。点火時期を基準点に戻してもトルクは増大するが、実施形態のように基準的より更に進角させると、トルク増大効果が顕著に発揮される。なお、点火時期を進角させても、ピストン３が上死点より手前に位置している状態で点火することはない。
【００３３】
トルクが増大する（すなわち回転数が上がる）ことで瞬時ピーク角速度が安全瞬時ピーク角速度Ｒ１まで戻ったら、ある程度の経過時間（例えば数秒）を経過してから、流入空気量をＱ０に戻すと共に点火プラグ１４を基準点に戻す。この場合も、経過時間は固定的でもよいし、可変式でもよい。
【００３４】
瞬時ピーク角速度の低下が繰り返し発生する場合は、安全瞬時ピーク角速度Ｒ０、失火予兆瞬時ピーク角速度Ｒ２、失火防止瞬時ピーク角速度Ｒ１をそれぞれ高くすることも可能である。すなわち、本願発明では安全瞬時ピーク角速度Ｒ０、失火予兆瞬時ピーク角速度Ｒ２、失火防止瞬時ピーク角速度Ｒ１は固定的でなくてもよいのであり、実際の運転状態に応じて変化させることも可能である。失火予兆瞬時ピーク角速度の出現率に基づいてフィードバック制御のアイドリング回転目標値を変えることも可能である。
【００３５】
上記の実施形態では、安全瞬時角速度と失火予兆瞬時角速度と失火防止瞬時角速度とは瞬時ピーク角速度を基準にしたが、瞬時ボトム角速度を基準にしたり、上死点から何度というように固定された回転位置の瞬時角速度を基準にしたりすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本願発明は、内燃機関に実際に適用できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  シリンダブロック
３  ピストン
５  クランク軸
６  シリンダヘッド
８  吸気マニホールド
１０  吸気通路
１１  電子スロットル
１３  燃料噴射ポンプ
１４  点火プラグ
１９  回転数検知ロータ
２１  回転センサ
２２  ＥＣＵ
【図１】
2014148898.tif 000003
【図２】
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