(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の燃料カット条件が成立したときに気筒への燃料供給を一時停止する燃料カットを行うものであって、
燃料カット条件の成立に伴い、各気筒での燃焼圧がピークとなるタイミングを検出し、燃焼圧のピークが圧縮上死点以前の目標クランク角度に徐々に近づいてゆくよう、各気筒の燃焼機会毎に点火時期を進角させてゆく補正制御を実施し、その後に気筒への燃料供給を停止する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、内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される内燃機関では、その運転状況に応じて燃料噴射を一時的に停止する燃料カットを行うことが知られている（例えば、下記特許文献を参照）。
【０００３】
通常、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開始する。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、燃料噴射を再開する。
【０００４】
スロットルバルブが大きく開かれている、即ち内燃機関の出力が比較的大きい段階で、急に燃料供給を遮断すると、機関の出力トルク（ひいては、エンジン回転数、車速）がステップ的に低落するトルクショックが発生し、運転者または搭乗者に衝撃を感じさせる。
【０００５】
そのようなトルクショックを回避するべく、従来より、燃料カット条件が成立しても即座に燃料噴射を停止はせず、スロットルバルブの開度及び燃料噴射量を絞って機関の出力トルクを逓減させる過渡制御を実行し、しかる後に燃料噴射を停止するようにしている。
【０００６】
燃料カット条件が成立してから実際に燃料噴射を停止するまでの期間においては、燃料噴射及び燃焼が継続する。従って、この期間が長いと、実効燃費の悪化を招いてしまう上、気筒に充填される吸気量及び燃料噴射量が不足して失火が発生し、未燃燃料を含んだガスが排出されるおそれもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１８３５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、トルクショックを回避しつつ、燃料カット条件の成立から燃料噴射の停止までの期間を短縮することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、所定の燃料カット条件が成立したときに気筒への燃料供給を一時停止する燃料カットを行うものであって、燃料カット条件の成立に伴い、各気筒での燃焼圧がピークとなるタイミングを検出し、燃焼圧のピークが圧縮上死点以前の目標クランク角度に徐々に近づいてゆくよう、各気筒の燃焼機会毎に点火時期を進角させてゆく補正制御を実施し、その後に気筒への燃料供給を停止することを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。
【００１０】
つまり、燃料カット条件の成立に伴い、点火時期を極端に進角化させて圧縮行程中に燃料を爆発燃焼させ、圧縮上死点に向かうピストンを押し返すような圧力を燃焼室内で発生させるようにし、以て内燃機関の出力トルクを速やかに低下させるようにしたのである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、トルクショックを回避しつつ、燃料カット条件の成立から燃料噴射の停止までの期間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態における火花点火装置の回路図。
【図３】内燃機関の各気筒の燃焼圧及びイオン電流のそれぞれの推移を例示する図。
【図４】燃料カット条件の成立後、燃料カットの実行前における、内燃機関の各気筒の燃焼圧及びイオン電流のそれぞれの推移を例示する図。
【図５】同実施形態の制御装置による補正制御を実行した場合の機関の出力トルクの推移を例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。この火花点火式内燃機関は、筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１０と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスを還流させる外部ＥＧＲ装置２とを具備している。
【００１４】
気筒１の燃焼室の天井部には、点火プラグ１３を取り付けてある。図２に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ１３は、点火コイル１２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１２は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ１１とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１５】
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１１が受けると、まずイグナイタ１１が点弧して点火コイル１２の一次側に電流が流れ、その直後の点火タイミングでイグナイタ１１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、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側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１３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。
【００１６】
ＥＣＵ０は、燃料の爆発燃焼の際に気筒１の燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、このイオン電流を参照して、圧縮行程の後期から膨張行程の後期に至る期間の燃焼室内の燃焼圧力、換言すれば筒内圧を推測する。
【００１７】
図２に示しているように、火花点火用の電気回路には、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部１４と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部１５とを付設してある。バイアス電源部１４は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ１４１と、キャパシタ１４１の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード１４２と、電流阻止用のダイオード１４３、１４４と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗１４５とを含む。増幅部１５は、オペアンプに代表される電圧増幅器１５１を含む。
【００１８】
点火プラグ１３の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ１４１が充電され、その後キャパシタ１４１に充電されたバイアス電圧により負荷抵抗１４５にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることに起因して生じる抵抗１４５の両端間の電圧は、増幅部１５により増幅されてイオン電流信号ｄとしてＥＣＵ０に受信される。
【００１９】
吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒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、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットルバルブ３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。
【００２０】
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、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパスバルブであるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。
【００２１】
排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。
【００２２】
外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。
【００２３】
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。
【００２４】
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エンジン回転信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３３の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｃ、燃焼室内でのプラズマの生成及び混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温及び吸気圧（または、過給圧）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、内燃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等が入力される。
【００２５】
出力インタフェースからは、点火プラグのイグナイタ１１に対して点火信号ｉ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｊ、スロットルバルブ３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｌ、インジェクタ１０に対して燃料噴射信号ｍ等を出力する。
【００２６】
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、ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）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、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００２７】
本実施形態のＥＣＵ０は、所定の燃料カット条件が成立した場合に、インジェクタ１０からの燃料噴射（及び、点火プラグ１３による点火）を停止する燃料カットを開始する。燃料カット条件は、例えば、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、なおかつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上である、等である。
【００２８】
そして、燃料カット中に所定の燃料カット終了条件が成立した場合に、インジェクタ１０からの燃料噴射（及び、点火）を再開する。燃料カット終了条件は、例えば、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、またはエンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した、等である。
【００２９】
その上で、本実施形態では、燃料カット条件の成立に伴い即座に気筒１への燃料噴射を停止するのではなく、気筒１における点火時期を、当該気筒１における燃焼圧が圧縮上死点の近傍または圧縮上死点以前にピークとなるまで進角させる補正制御を実施し、その後に気筒１への燃料噴射を停止するようにしている。
【００３０】
一般に、点火時期はいわゆるＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）点か、それよりも遅角したタイミングとされ、図３（図３及び図４では、燃焼圧を破線で描画し、イオン電流の実測値を実線で描画している）に示すように、気筒１の燃焼圧は圧縮上死点後にピークを迎える。
【００３１】
これに対し、燃料カット条件の成立から燃料供給の遮断までの過渡期においては、点火時期を徐々に進角化させ、最終的には極端な過進角とする。結果、図４に示すように、気筒１の燃焼圧が圧縮上死点よりも前にピークを迎え、圧縮行程中に圧縮上死点に向かうピストンを下死点に向けて押し返そうとする。即ち、クランクシャフトを逆回転させるようなトルクが発生し、エンジンブレーキ作用を生む。
【００３２】
因みに、燃料カット条件が成立するような車両の減速中は、内燃機関に対する要求負荷がもとより小さいことから、点火時期を進角してもノッキングを引き起こすおそれはない。
【００３３】
上述の点火時期の進角補正制御において、本実施形態のＥＣＵ０は、イオン電流信号ｄを参照して各気筒１での燃焼圧がピークとなるタイミングを検出し、そのピークが圧縮上死点以前の目標クランク角度近傍に徐々に近づいてゆくよう、各気筒１の燃焼機会毎に点火時期を操作するフィードバック制御を実施する。点火時期を即座に目標クランク角度近傍とするのではなく、目標クランク角度に向かって徐々に進角化させるのは、大きなトルクショックを発生させないようにするためである。
【００３４】
図３及び図４に、イオン電流（図中実線で示す）及び気筒１内の燃焼圧力（図中破線で示す）及びのそれぞれの推移を例示している。正常燃焼の場合において、イオン電流は点火のための放電中は検出することができない。正常燃焼の場合のイオン電流は、火花点火の終了後、化学反応により、圧縮上死点の手前で減少した後、熱解離によって再び増加する。また、燃焼圧がピークを迎えるのとほぼ同時にイオン電流も極大となる。従って、イオン電流の極大値を計測することで、燃焼圧がピークとなるタイミングを検出することが可能である。
【００３５】
ＥＣＵ０は、イオン電流を基に検知した各気筒１毎の燃焼圧のピークのタイミングと、目標クランク角度との偏差を演算し、この偏差を縮小するためのフィードバック補正（進角補正または遅角補正）量を当該気筒１の点火時期に加味して、各気筒１における次回の燃焼の際の点火時期とする。各気筒１別の点火時期制御により、各気筒１における点火時期は互いに相異なる可能性があるが、各気筒１における燃焼圧のピークは目標クランク角度近傍に向かって徐々に進角化し、最終的に目標クランク角度近傍に揃うこととなる。
【００３６】
最終的な目標クランク角度は、燃料カット条件の成立時または成立直前の機関の出力トルクの多寡に応じて設定することができる。その場合、燃料カット条件の成立時または成立直前の出力トルクが大きいほど、目標クランク角度をより進角側に設定する。
【００３７】
ＥＣＵ０は、気筒１での燃焼圧のピークが目標クランク角度近傍へと到達した後、または、ＥＣＵ０にて恒常的に反復演算している機関の出力トルクが所定の大きさまで低下した後に、インジェクタ１０からの燃料噴射を完全に停止する。
【００３８】
本実施形態では、所定の燃料カット条件が成立したときに気筒１への燃料供給を一時停止する燃料カットを行うものであって、燃料カット条件の成立に伴い、各気筒１での燃焼圧がピークとなるタイミングを検出し、燃焼圧のピークが圧縮上死点以前の目標クランク角度に徐々に近づいてゆくよう、各気筒１の燃焼機会毎に点火時期を進角させてゆく補正制御を実施し、その後に気筒１への燃料供給を停止することを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成した。
【００３９】
本実施形態によれば、トルクショックを回避しながら、図５（図５では、本実施形態による機関の出力トルクの推移を実線で描画し、従来の制御手法による機関の出力トルクの推移を破線で描画している）に示すように、従来の制御手法と比較して、燃料カット条件の成立の後、より速やかに機関の出力トルクを低下させることが可能である。燃料カット条件の成立から実際に燃料供給を遮断するまでの期間が短くなることから、実効燃費の向上に資する上、吸気量及び燃料噴射量の過度の削減による失火の発生も防止することができる。
【００４０】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、燃料カット条件の成立に伴い、気筒１の燃焼圧が圧縮上死点よりも前にピークを迎えるよう点火時期を進角化させるようにしていたが、燃焼圧が圧縮上死点後であって圧縮上死点の近傍においてピークを迎えるように点火時期を進角化させるようにしてもよい。要するに、燃焼行程において筒内圧力がクランクシャフトを正回転させるようにピストンを押すエネルギよりも、圧縮行程において筒内圧力がクランクシャフトを逆回転させるようにピストンを押すエネルギの方が大きく、両者の総和として負の回転運動エネルギが気筒１からクランクシャフトに与えられるようなタイミングとなるまで、点火時期を進角させればよい。
【００４１】
上記実施形態では、ＥＣＵ０がイオン電流を参照して気筒１の燃焼室内での燃焼圧のピークを感知していたが、気筒１に筒内圧センサを組み込んである場合には、筒内圧センサを介して直接に燃焼圧を計測し、そのピークを感知することができる。
【００４２】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、車両に搭載される内燃機関の制御に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１３…点火プラグ
【図１】
0005854830.tif 000002
【図２】
0005854830.tif 000003
【図３】
0005854830.tif 000004
【図４】
0005854830.tif 000005
【図５】
0005854830.tif 000006