(57)【要約】  【課題】  排気温度の上昇を抑制しつつ燃費性能の向上を図る。  【解決手段】  燃焼室内の混合気を火花点火する点火栓とターボ過給機とを備える火花点火式内燃機関において、機関回転数及び機関負荷を含む機関運転域がアイドルを含む第１機関運転域Ｒ１よりも高回転側の第２機関運転域Ｒ２では、点火時期を、機関出力が最も高くなる最適点火時期であるＭＢＴ点よりも進角させる。  【選択図】  図２
2006242109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の混合気を火花点火する点火装置を備えた火花点火式内燃機関の制御装置において、
機関回転数及び機関負荷を含む機関運転域がアイドルを含む第１機関運転域よりも高回転側の第２機関運転域では、点火時期を、機関出力が最も高くなる最適点火時期よりも進角させることを特徴とする火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記第１機関運転域では、点火時期を上記最適点火時期に設定することを特徴とする請求項１に記載の火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
第３機関運転域では、ノッキングを回避するために燃料噴射量を増量し、
上記第２機関運転域が上記第３機関運転域よりも低負荷側であることを特徴とする請求項１又は２に記載の火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記第２機関運転域よりも高回転側で、かつ、上記第３機関運転域よりも低負荷側の第４機関運転域では、排気温度を低下するために燃料を増量することを特徴とする請求項３に記載の火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
上記第２機関運転域で点火時期を最適点火時期よりも進角させる燃費モードと、上記第２機関運転域で点火時期を最適点火時期に一致又は遅角させる通常モードと、を切換可能な切換手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項６】
ターボ過給機を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに火花点火式内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車用ガソリン機関に代表される火花点火式内燃機関に関し、特に、ターボ過給機を備えた内燃機関に好適な制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ガソリン機関に代表される火花点火式内燃機関では、高負荷側ではノッキングを回避するために燃料噴射量の増量を行い、また、排気系部品などの耐久性を考慮して高回転側では排気温度（以下、適宜「排温」と呼ぶ）の過度な上昇を回避するために燃料噴射量の増量を行うことが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−３６９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような燃料増量を行うと、当然のことながら、排気性能や燃費性能の低下などの問題が生じてしまう。特に、ターボ過給機を備える内燃機関では、高回転域で排温が上昇し易く、排温上昇を抑制するために燃料増量を行う機関運転域が拡大する傾向にあり、その対策が望まれていた。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、排気温度の過度な上昇を抑制しつつ、排温抑制のために燃料増量を行う機関運転域を縮小し、燃費性能や排気性能を有効に向上し得る新規な火花点火式内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
燃焼室内の混合気を火花点火する点火装置を備えた火花点火式内燃機関の制御装置において、機関回転数及び機関負荷を含む機関運転域がアイドルを含む第１機関運転域よりも高回転側の第２機関運転域では、点火時期を、機関出力が最も高くなる最適点火時期よりも進角させる。
【発明の効果】
【０００６】
第２機関運転域では、点火時期を最適点火時期よりも進角させることにより、排気温度の上昇を抑制することができるので、排気温度の過度な上昇を抑制するための燃料噴射量の増量を抑制又は回避することができ、その分、燃費性能や出力性能を向上することができる。
【０００７】
例えば、ターボ過給機を備える内燃機関では、比較的負荷が低い運転域でも高回転側では排気温度が過度に上昇するおそれがあり、このような運転域を上記第２機関運転域として設定し、上記の点火時期の過進角制御を行うことによって、排温低下のための燃料増量を有効に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明に係る内燃機関の一実施例として、ターボ過給機付ガソリン機関の構成を簡略的に示している。シリンダブロック１には複数のシリンダ２が直列に配置されているともに、各シリンダ２内にピストン３が摺動可能に嵌合している。シリンダ２頂部を覆うシリンダヘッド４には、吸気弁５によって開閉される吸気ポート６と、排気弁７によって開閉される排気ポート８とが形成されている。上記吸気ポート６に接続される吸気通路の上流側には、ターボ過給機９、具体的にはそのコンプレッサ９ａが介装されている。このコンプレッサ９ａを駆動する排気タービン９ｂは、排気ポート８下流の排気通路に介装されている。また、上記排気タービン９ｂの出口側と入口側とが排気バイパス通路１０により接続されており、この通路１０に電子制御型のウエストゲートバルブ１１が介装されている。さらに、コンプレッサ９ａの出口側つまり吸気ポート６上流側に、過給圧を検出する過給圧センサ１２が配設されている。
【０００９】
上記ウエストゲートバルブ１１は、過給圧を所定の特性に保つように機関高速側で開かれるものであり、コントロールユニット１３によって制御されている。このコントロールユニット１３には、回転数センサ１５による機関回転数、アクセル開度センサ１８による機関（要求）負荷すなわち機関トルク、水温センサ１６による冷却水温、油圧センサ１７による潤滑油圧、および上記過給圧センサ１２による過給圧等の検出信号が入力される。そして、コントロールユニット１３は、これらの機関運転状態を表す各種検出信号に基づいて、上記のウエストゲートバルブ１１へ制御信号を出力して、過給圧を機関運転条件に応じた特性に制御するとともに、燃料噴射弁１９や点火栓２０へ制御信号を出力して、燃料噴射時期、燃料噴射量及び点火時期などを制御している。点火装置としての点火栓２０は、周知のように、シリンダ２の燃焼室２Ａ内に配置され、この燃焼室２Ａの混合気を火花点火するものである。
【００１０】
また、シリンダブロック１には、所定周波数のノッキング振動を検出するためのノッキングセンサ１４が装着されており、そのノッキング検出信号が上記コントロールユニット１３に入力されている。なお、例えば点火栓２０の座金部分に筒内圧センサを設け、筒内圧の変化に基づいてノッキングの検出を行うようにしてもよい。コントロールユニット１３は、このノッキングの検出に基づいて、上記の点火栓２０による点火時期を可変制御している。
【００１１】
次に、図２及び図３を参照して、本実施例の特徴的な制御内容について説明する。図２に示すように、本実施例では、機関回転数と機関負荷（トルク）とにより定まる機関運転域を、大きく４つの領域Ｒ１〜Ｒ４に分類している。アイドル及び部分負荷域を含む機関常用域である低回転・低負荷側の第１機関運転域Ｒ１では、理論空燃比を維持するように燃料噴射量や吸入空気量が制御され、点火時期は、機関出力が最も高くなる最適点火時期であるＭＢＴ点（図３参照）に設定される。
【００１２】
ところで、点火時期は、一般的に、機関出力が最も高くなる最適点火時期すなわちＭＢＴ点か、あるいはこのＭＢＴ点よりも遅角側のトレースノック点が用いられる。上記の特許文献１にも開示されているように、ノッキングセンサ１４の出力に基づいて点火時期がトレースノック点に制御されている状況では、点火時期がＭＢＴ点へ向けて可及的に進角されており、所定レベルのノッキングを検知すると、点火時期を所定レベルまで遅角させることにより、ノッキングの発生を応答性良く抑制することができる。
【００１３】
これに対して本実施例では、第１機関運転域Ｒ１よりも高負荷側の第２機関運転域Ｒ２では、点火時期を上記のＭＢＴ点よりも更に進角させた過進角点Ｐ１に設定している。つまり、所定の第２機関運転域Ｒ２に限っては、点火時期をＭＢＴ点よりも進角させている。図３に示すように、過進角点Ｐ１では、ＭＢＴ点に比して、機関出力（トルク）は低下するものの、排気温度を低下することができる。従って、この第２機関運転域Ｒ２では、点火時期の過進角化を行うことにより排気温度の過度な上昇を抑制することができ、燃料増量を回避又は低減することができるので、その分、燃費性能や排気性能を向上することができる。つまり、点火時期を過進角化することによって、燃料増量を行うべき運転域を実質的に縮小し、理論空燃比での運転域を拡大することができる。
【００１４】
全開域を含む高負荷側の第３機関運転域Ｒ３では、ノッキングを生じ易いので、ノッキングの発生を抑制・回避するために、燃料噴射量を理論空燃比を維持するのに必要な燃料噴射量よりも増量する。つまり、理論空燃比よりも燃料が濃いリッチ運転を行う。また、第２機関運転域Ｒ２よりも高回転側で、かつ、第３機関運転域Ｒ３よりも低負荷側の第４機関運転域Ｒ４では、上記の過進角化のみによって排気温度を十分に抑制することがもやは困難となり、また、点火時期の遅角化によるノッキング回避を行い得るように、基本的には上記の点火時期の過進角化を行わず、つまり点火時期をＭＢＴ点以降に設定し、燃料噴射量の増量制御により排気温度の上昇を抑える。
【００１５】
図２に、ロードロード（Ｒｏａｄ  Ｌｏａｄ：平坦路面で加減速なしに車両を走行させるのに必要な負荷）線Ｌ１と、このロードロード線Ｌ１での点火時期の一般的な（過進角制御を行わない）設定例Ｔ１及び本実施例の過進角制御を含む設定例Ｔ２を示している。同図に示すように、本実施例によれば、第２機関運転域Ｒ２であるＡ点からＢ点までの間、燃料増量の代わりに点火時期を過進角化することによって、燃料噴射量の増量を行うことなく、つまりリッチ運転を行うことなく、排気温度を抑制することができ、燃料増量を行わない分、燃費・排気性能を向上することができる。このＢ点よりも更に機関回転数及び機関負荷が上昇し、上記の第３機関運転域Ｒ３へ移行すると、ノッキングの発生を抑制・回避するために燃料の増量が行われる。
【００１６】
また、Ｂ点からＣ点へ以降する場合、すなわち第２機関運転域Ｒ２から第３機関運転域Ｒ３（あるいは第４機関運転域Ｒ４）へ移行するような場合には、点火時期の急変による運転性の低下を防止するために、点火時期の過進角の度合いを徐々に少なくしながら燃料増量を徐々に増していく制御を行う。つまり、第３機関運転域Ｒ３や第４機関運転域Ｒ４の中でも、第２機関運転域Ｒ２に近い領域（例えば、Ｂ点からＣ点の間の運転域）では、第２機関運転域Ｒ２に近づくに従って過進角の度合いを大きくすることによって、点火時期を滑らかに変化させることができる。このような制御を適用した場合、第２機関運転域Ｒ２の近傍の領域においても過進角化により燃料増量分を抑制することができ、つまりＡ点からＣ点までの範囲ΔＤで、燃費・排気性能を向上することができる。
【００１７】
但し、上記のような点火時期の過進角を行うと、図３に示すように、上述したような排気・燃費性能の顕著な効果が得られる反面、機関出力トルクが低下してしまう。そこで好ましくは、上記の過進角を行う燃費モードＭ１と、上記の過進角を行わない通常モードＭ２とを運転者により操作可能な切換スイッチ２１（図１参照）により切換可能な構成とする。
【００１８】
その制御ルーチンの一例を図４に示す。上記の切換スイッチ２１が燃費モードＭ１に設定されている場合、ステップ（図では単に「Ｓ」と記す）１からステップ２へ進み、図２の第２機関運転域Ｒ２で点火時期を過進角するとともに燃料増量を回避又は抑制するように、予め設定された点火時期及び燃料噴射量の制御マップを選択する。一方、切換スイッチ２１が通常モードＭ２に設定されている場合、ステップ１からステップ３へ進み、第２機関運転域Ｒ２で点火時期の過進角を行わずに燃料増量を行うように、予め設定された点火時期及び燃料噴射量の制御マップを選択する。この通常モードＭ２での制御マップは、上記の燃費モードＭ１での制御マップとは異なるものであり、予め設定され、メモリなどの記憶媒体に記憶される。ステップ５では、ステップ４で読み込まれた機関回転数や機関負荷（トルク）などの機関運転状態に基づいて、ステップ２又は３で選択された制御マップを参照して、点火時期や燃料噴射量（又はその増量分）を決定する。このように切換スイッチ２１を用いることにより、運転者の要求に応じて過進角を行う燃費モードＭ１と過進角を行わない通常モードＭ２とを適宜使い分けることができる。
【００１９】
以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な技術思想について列記する。但し、本発明は参照符号を付した実施例の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。
【００２０】
（１）燃焼室２Ａ内の混合気を火花点火する点火装置（点火栓）２０を備えた火花点火式内燃機関の制御装置において、機関回転数及び機関負荷を含む機関運転域がアイドルを含む第１機関運転域Ｒ１よりも高回転側の第２機関運転域Ｒ２では、点火時期を、機関出力が最も高くなる最適点火時期（ＭＢＴ点）よりも進角させる。
【００２１】
（２）上記第１機関運転域Ｒ１は、例えば部分負荷域を含む低回転・低負荷側の機関常用域であり、点火時期は上記最適点火時期（ＭＢＴ点）に設定される。
【００２２】
（３）第３機関運転域Ｒ３は、全開を含む高負荷側の領域であり、好ましくはノッキングを回避するために燃料噴射量を増量する。上記第２機関運転域Ｒ２は第３機関運転域Ｒ３よりも低負荷側の運転域である。
【００２３】
（４）より好ましくは、上記第２機関運転域Ｒ２よりも高回転側で、かつ、上記第３機関運転域Ｒ３よりも低負荷側の第４機関運転域Ｒ４では、排気温度を低下するために燃料を増量する。
【００２４】
（５）更に好ましくは、上記第２機関運転域Ｒ２で点火時期を最適点火時期ＭＢＴよりも進角させる燃費モードＭ１と、上記第２機関運転域Ｒ２で点火時期を最適点火時期に一致又は遅角させる通常モードＭ２と、を切換可能な切換手段（切換スイッチ２１）を有する。
【００２５】
（６）特に、ターボ過給機９を備える内燃機関では、高回転側で排気温度が過度に上昇し易い傾向にあるために、本発明の制御が極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例の制御装置が適用される火花点火式内燃機関の構成を簡略的に示すシステム図。
【図２】本実施例に係る制御内容を説明するための説明図。
【図３】点火時期と機関出力トルクとの関係を示す説明図。
【図４】本実施例に係る運転モードの切換制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２７】
２Ａ…燃焼室
９…ターボ過給機
２０…点火栓（点火装置）
【図１】
2006242109.tif 000003
【図２】
2006242109.tif 000004
【図３】
2006242109.tif 000005
【図４】
2006242109.tif 000006