(57)【要約】【課題】  機関を速やかにかつ確実に始動させる。【解決手段】  機関温度および燃料性状に基づいて勾配ないし単位時間当たりの増分Δθを設定する。これら機関温度および燃料性状は機関始動時における燃焼速度を代表している。機関運転が開始されてから（矢印Ｘ）完爆するまでは、点火時期θを一定値θＦＸに固定する。完爆したと判断されると（矢印Ｙ）、点火時期θを勾配Δθでもって直線的に進角させる点火時期進角作用を行う。次いで、機関回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＴに到ると点火時期進角作用を停止する。このときの点火時期θＳＴＰに応じて燃料性状を判定する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火時期を予め設定された勾配でもって直線的に進角させる点火時期進角作用を機関始動時に一時的に行うようにした火花点火式内燃機関において、機関始動時における燃焼速度を代表する燃焼速度代表値に基づいて前記勾配を設定した点火時期制御装置。
【請求項２】
機関運転が開始された後完爆すると前記点火時期進角作用が開始され、次いで機関回転数が目標回転数に到ると点火時期進角作用が停止される請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項３】
前記点火時期進角作用時に点火時期が進角限界までに制限されるようになっており、該進角限界を前記燃料速度代表値に基づいて設定した請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項４】
前記燃焼速度代表値が機関始動時における機関温度または燃料性状から構成される請求項１または３に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項５】
前記点火時期進角作用が停止されたときの点火時期に応じて燃料性状を判定するようにした請求項１または４に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項６】
点火時期を予め設定された勾配でもって直線的に進角させる点火時期進角作用を機関始動時に一時的に行うようにした火花点火式内燃機関において、点火時期進角作用が停止されたときの点火時期に応じて燃料性状を判定するようにした燃料性状判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の点火時期制御装置および燃料性状判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イグニッションスイッチがオンにされると、まず点火時期を一定値に固定しながら機関運転を開始し、次いで完爆すると点火時期を予め設定された勾配（ＤＩＧＡＳＴ１）でもって直線的に進角させ、次いで機関回転数が目標となる回転数に達すると点火時期の進角作用を停止するようにした火花点火式内燃機関が公知である（特許文献１参照）。点火時期を進角させると発生トルクを増大させることができ、したがって機関回転数を速やかに上昇させることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２９９３３号公報
【特許文献２】特開２０００−２４９０３２号公報
【特許文献３】特開２００１−１７３５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１における点火時期進角作用の勾配はたとえば燃料性状や機関温度によらず一定に維持される。このため、燃料の重質度合いが高い場合には燃焼速度が遅いので機関回転数が速やかに上昇しない場合もある。この勾配を予め大きく設定しておけば、この問題点は解決できるけれども、勾配を大きく設定しておくと燃料の重質度合いが低い場合に機関回転数が過度に急上昇しまたはノッキングが発生するおそれがあり、好ましくない。
【０００５】
そこで本発明は、機関を速やかにかつ確実に始動させることができる内燃機関の点火時期制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、点火時期を予め設定された勾配でもって直線的に進角させる点火時期進角作用を機関始動時に一時的に行うようにした火花点火式内燃機関において、機関始動時における燃焼速度を代表する燃焼速度代表値に基づいて前記勾配を設定している。
【０００７】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、機関運転が開始された後完爆すると前記点火時期進角作用が開始され、次いで機関回転数が目標回転数に到ると点火時期進角作用が停止される。
【０００８】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、前記点火時期進角作用時に点火時期が進角限界までに制限されるようになっており、該進角限界を前記燃料速度代表値に基づいて設定している。
【０００９】
また、４番目の発明によれば１または３番目の発明において、前記燃焼速度代表値が機関始動時における機関温度または燃料性状から構成される。
【００１０】
また、５番目の発明によれば１または４番目の発明において、前記点火時期進角作用が停止されたときの点火時期に応じて燃料性状を判定するようにしている。
【００１１】
また、前記課題を解決するために６番目の発明によれば、点火時期を予め設定された勾配でもって直線的に進角させる点火時期進角作用を機関始動時に一時的に行うようにした火花点火式内燃機関において、点火時期進角作用が停止されたときの点火時期に応じて燃料性状を判定するようにしている。
【００１２】
なお、本明細書では、点火時期補正係数が正値であると点火時期が進角補正され、点火時期補正係数が負値であると点火時期が遅角補正されるものとしている。
【発明の効果】
【００１３】
機関を速やかにかつ確実に始動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１を参照すると、１はたとえば四つの気筒を有する機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポート、１０は点火栓をそれぞれ示す。吸気ポート７は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に接続され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介してエアクリーナ１４に接続される。吸気枝管１１内には燃料噴射弁１５が配置され、吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置される。
【００１５】
一方、排気ポート９は排気マニホルド１８および排気管１９を介して触媒コンバータ２０に接続される。触媒コンバータ２０はたとえば三元触媒を具備する。触媒コンバータ２０は排気管２１に接続される。
【００１６】
電子制御ユニット３０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されたＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、および出力ポート３７を具備する。機関本体１には機関温度ないし筒内温度を表す機関冷却水温ＴＨＷを検出するための水温センサ４０が取り付けられ、吸気ダクト１３には吸入空気質量流量（以下、吸入空気量という）Ｇａを検出するためのエアフローメータ４１が取り付けられる。また、排気管２１には空燃比センサ４２が取り付けられる。アクセルペダル４３にはアクセルペダル４３の踏み込み量ＤＥＰを検出するための踏み込み量センサ４４が接続される。これらセンサ４０，４１，４２，４４の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３４では機関負荷を表す機関負荷率ＫＬがエアフローメータ４１からの出力に基づいて算出される。さらに、入力ポート３６にはクランクシャフトがたとえば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４５が接続される。ＣＰＵ３４ではこの出力パルスに基づいて機関回転数ＮＥが算出される。入力ポート３６にはさらに、イグニッション（ＩＧ）スイッチ４６が接続され、このイグニッションスイッチ４６はオンにされたことを示す出力パルスを発生する。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して点火栓１０、燃料噴射弁１５、およびステップモータ１６に接続される。
【００１７】
次に、機関始動時における機関回転数ＮＥおよび点火時期θの変化を示す図２を参照しながら、本発明による実施例を詳しく説明する。
【００１８】
図２に矢印Ｘで示されるようにイグニッションスイッチ４６（図１）がオンにされると、点火時期θを一定値θＦＸに固定しながら機関運転が開始される。その結果、機関回転数ＮＥが上昇し始める。次いで、図２に矢印Ｙで示されるように機関回転数ＮＥが予め定められた設定値ＮＥ１を越えると、すなわち完爆したと判断されると、点火時期θを予め設定された勾配でもって直線的に進角させる点火時期進角作用が開始される。次いで、図２に矢印Ｚで示されるように機関回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＴに到ると、点火時期進角作用が停止され、点火時期θの通常制御が開始される。通常制御が開始されると、機関回転数ＮＥは目標回転数ＮＥＴに一致するように制御される。この通常制御では、機関回転数および機関負荷率のような機関運転状態に基づいて点火時期θが算出される。
【００１９】
本発明による実施例の点火時期進角作用では、点火時期θが一定時間毎に増分Δθずつ増大される（θ＝θ＋Δθ）。この意味で増分Δθは点火時期進角作用の勾配を表している。
【００２０】
図３はこの増分ないし勾配Δθが大きい場合を示している。図３に示されるように、完爆したと判断されると、点火時期進角作用が開始される。次いで、図３に矢印Ｗで示されるように、点火時期θが進角限界値θＭＸに達すると、点火時期θが進角限界値θＭＸに保持される。言い換えると、点火時期進角作用時の点火時期θは進角限界値θＭＸに制限される。点火時期θを過度に進角させると失火するおそれがあるからである。次いで、図３に矢印Ｚで示されるように機関回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＴに到ると、点火時期進角作用が停止され、点火時期θの通常制御が開始される。なお、図２および図３においてθＳＴＰは点火時期進角作用が停止されたときの点火時期θをそれぞれ表している。
【００２１】
本発明による実施例では、増分Δθは機関温度項ΔθＴと燃料性状項ΔθＦとの和の形で算出される（Δθ＝ΔθＴ＋ΔθＦ）。
【００２２】
機関温度項ΔθＴは図４（Ａ）に示されるように、たとえば完爆したと判断されたときの機関冷却水温ＴＨＷが高いときには、機関冷却水温ＴＨＷが低くなると大きくなる。すなわち、機関温度が低くなると燃焼速度が遅くなるのでこのとき点火時期θが進角される。これに対し、完爆したと判断されたときの機関冷却水温ＴＨＷが低いときには機関冷却水温ＴＨＷが低くなると機関温度項ΔθＴが小さくなる。すなわち、機関温度がかなり低くなると燃料が霧化するのに時間を要するので、燃料の霧化時間を確保すべく点火時期θの進角が抑制される。なお、機関温度項ΔθＴは図４（Ａ）に示されるマップの形でＲＯＭ３２内に予め記憶されている。
【００２３】
また、燃料性状項ΔθＦは図４（Ｂ）に示されるように、点火時期進角作用が停止されたときの点火時期θＳＴＰが大きくなると大きくなる。この点火時期θＳＴＰは後述するように燃料性状すなわち燃料の重質度合いを表しており、具体的には点火時期θＳＴＰが大きくなると燃料の重質度合いが高くなる。したがって、燃料の重質度合いが高くなると燃料性状項ΔθＦが大きくされるということになる。このようにしているのは、燃料の重質度合いが高くなると燃焼速度が遅くなるからである。なお、燃料性状項ΔθＦは図４（Ｂ）に示されるマップの形でＲＯＭ３２内に予め記憶されている。また、燃料の重質度合いは高沸点成分の割合や揮発性によって表される。
【００２４】
一方、進角限界値θＭＸは機関状態項θＭＸＥと燃料性状項θＭＸＦとの和の形で算出される（θＭＸ＝θＭＸＥ＋θＭＸＦ）。
【００２５】
機関状態項θＭＸＥはたとえば機関温度項θＭＸＴと機関負荷項θＭＸＬとのうち小さいほうとされる。機関温度項θＭＸＴは図５（Ａ）に示されるように、完爆したと判断されたときの機関冷却水温ＴＨＷが高くなると小さくなる。一方、機関負荷項θＭＸＬは完爆したと判断されたときの機関負荷率ＫＬが高くなると小さくなる。機関冷却水温ＴＨＷまたは機関負荷率ＫＬが高くなるとノッキングが生じやすくなるので、このとき点火時期θの進角作用が抑制される。なお、機関温度項θＭＸＴおよび機関負荷項θＭＸＬは図５（Ａ）および（Ｂ）に示されるマップの形でＲＯＭ３２内にそれぞれ予め記憶されている。
【００２６】
一方、燃料性状項θＭＸＦは図５（Ｃ）に示されるように、点火時期進角作用が停止されたときの点火時期θＳＴＰが大きくなると大きくなる。すなわち、燃料の重質度合いが高くなると、燃料性状項ΔθＦが大きくされる。燃料の重質度合いが高くなると燃焼速度が遅くなるので、点火時期θを大きく進角させる必要がある。なお、燃料性状項θＭＸＦは図５（Ｃ）に示されるマップの形でＲＯＭ３２内に予め記憶されている。
【００２７】
上述の説明からわかるように、機関始動時における機関温度または燃料性状は燃焼速度を代表している。そうすると、一般化して言うならば、機関始動時における燃焼速度を代表する燃焼速度代表値に基づいて勾配を設定し、点火時期をこの勾配でもって直線的に進角させる点火時期進角作用を機関始動時に一時的に行っているということになる。また、点火時期進角作用時には、燃料速度代表値に基づいて設定された進角限界までに点火時期を制限しているということにもなる。
【００２８】
ところで、機関冷却水温ＴＨＷがある程度高いときには、ノッキングが生じやすくなるので点火時期θを進角するのは好ましくない。また、このとき燃料の重質度合いが高くても燃焼速度は遅くない。一方、機関冷却水温ＴＨＷが低いときには、燃料の霧化に時間を要するので点火時期θを進角するのは好ましくない。
【００２９】
そこで、本発明による実施例では、完爆したと判断されたときの機関冷却水温ＴＨＷが予め定められた進角最適温度範囲外にあるときには、増分Δθの燃料性状項ΔθＦおよび進角限界値θＭＸの燃料性状項θＭＸＦをゼロとしている。この進角最適温度範囲はたとえば約０℃から約４０℃の範囲である。言い換えると、完爆したと判断されたときの機関冷却水温ＴＨＷが進角最適温度範囲内にあるときに、図４（Ｂ）および図５（Ｃ）のマップを用いて増分Δθの燃料性状項ΔθＦおよび進角限界値θＭＸの燃料性状項θＭＸＦが算出される。
【００３０】
上述したように、点火時期進角作用が停止されたときの点火時期θＳＴＰは燃料性状すなわち燃料の重質度合いを表している。このことについて説明する。燃料の重質度合いが高いときには、増分Δθの燃料性状項ΔθＦが大きくなり（図４（Ｂ）参照）、進角限界値θＭＸも大きくなる（図５（Ｃ）参照）。その上で、燃料の重質度合いが高いときには機関回転数ＮＥがなかなか目標回転数ＮＥＴに達しないので、点火時期θが進角され続ける。したがって、燃料の重質度合いが高いときには、点火時期進角作用が停止されたときの点火時期θＳＴＰが大きくなるということになる。
【００３１】
そこで、本発明による実施例では、点火時期進角作用が停止されたときの点火時期θＳＴＰによって燃料性状すなわち燃料の重質度合いを代表させるようにしている。あるいは、点火時期進角作用が停止されたときの点火時期θＳＴＰに応じて燃料性状を判定しているということにもなる。
【００３２】
図６は本発明による実施例の点火時期θの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００３３】
図６を参照すると、まずステップ１００では点火時期進角作用を停止すべきか否かが判別される。本発明による実施例では上述したように、機関回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＴに到ったときに点火時期進角作用を停止すべきと判断される。機関回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＴよりも低いときには次いでステップ１０１に進み、機関回転数ＮＥが設定回転数ＮＥ１よりも高いか否かが判別される。ＮＥ≦ＮＥ１のときには次いでステップ１０２に進み、点火時期θが一定値θＦＸとされる。続くステップ１０３では設定完了フラグＸＳＥＴがリセットされる（ＸＳＥＴ＝０）。この設定完了フラグＸＳＥＴは増分Δθおよび進角限界値θＭＸの設定が完了するまではリセットされており（ＸＳＥＴ＝０）、増分Δθおよび進角限界値θＭＸの設定が完了するとセットされる（ＸＳＥＴ＝１）ものである。続くステップ１０４では判定フラグＸＤがリセットされる（ＸＤ＝０）。この判定フラグＸＤは燃料性状判定が完了するまではリセットされており（ＸＤ＝０）、燃料性状判定が完了するとセットされる（ＸＤ＝１）ものである。次いで処理サイクルを終了する。
【００３４】
その後、ＮＥ＞ＮＥ１となるとステップ１０１からステップ１０５に進み、増分Δθおよび進角限界値θＭＸの設定ルーチンが実行される。この増分Δθおよび進角限界値θＭＸの設定ルーチンは図７および図８に示されている。
【００３５】
図７および８を参照すると、まずステップ１２０では、設定完了フラグＸＳＥＴがリセットされているか否かが判別される。機関始動が開始されてから初めてステップ１２０に進んだときには設定完了フラグＸＳＥＴはリセットされているので次いでステップ１２１に進む。
【００３６】
ステップ１２１からステップ１２７までは増分Δθを算出して設定するための部分である。ステップ１２１では機関温度項ΔθＴが図４（Ａ）のマップから算出される。続くステップ１２２ではこのときの機関冷却水温ＴＨＷが進角最適温度範囲内にあるか否かが判別される。機関冷却水温ＴＨＷが進角最適温度範囲内にあるときには次いでステップ１２３に進み、燃料性状項ΔθＦが図４（Ｂ）のマップから算出される。続くステップ１２４では燃料性状考慮フラグＸＦがセットされ（ＸＦ＝１）、次いでステップ１２７に進む。これに対し、機関冷却水温ＴＨＷが進角最適温度範囲外にあるときには次いでステップ１２５に進み、燃料性状項ΔθＦがゼロとされる。続くステップ１２６では燃料性状考慮フラグＸＦがリセットされ（ＸＦ＝０）、次いでステップ１２７に進む。このように、燃料性状考慮フラグＸＦは燃料性状を考慮するときにセットされ、燃料性状を考慮しないときにリセットされる。ステップ１２７では増分Δθが算出される（Δθ＝ΔθＴ＋ΔθＦ）。次いでステップ１２８に進む。
【００３７】
ステップ１２８から１３７までは進角限界値θＭＸを算出して設定するための部分である。ステップ１２８では機関温度項θＭＸＴが図５（Ａ）のマップから算出され、続くステップ１２９では機関負荷項θＭＸＬが図５（Ｂ）のマップから算出される。続くステップ１３０では機関温度項θＭＸＴが機関負荷項θＭＸＬよりも小さいか否かが判別される。θＭＸＴ＜θＭＸＬのときには次いでステップ１３０に進み、機関状態項θＭＸＥが機関温度項θＭＸＴとされ、次いでステップ１３３に進む。これに対し、θＭＸＴ≧θＭＸＬのときには次いでステップ１３２に進み、機関状態項θＭＸＥが機関負荷項θＭＸＬとされ、次いでステップ１３３に進む。
【００３８】
ステップ１３３では燃料性状考慮フラグＸＦがセットされているか否かが判別される。燃料性状考慮フラグＸＦがセットされているとき（ＸＦ＝１）すなわち完爆したと判断されたときの機関冷却水温ＴＨＷが進角最適温度範囲内にあるときには次いでステップ１３４に進み、燃料性状項θＭＸＦが算出される。次いでステップ１３６に進む。これに対し、燃料性状考慮フラグＸＦがリセットされているとき（ＸＦ＝０）すなわち完爆したと判断されたときの機関冷却水温ＴＨＷが進角最適温度範囲外にあるときには次いでステップ１３５に進み、燃料性状項θＭＸＦがゼロとされる。次いでステップ１３６に進む。
【００３９】
ステップ１３６では進角限界値θＭＸが算出される（θＭＸ＝θＭＸＥ＋θＭＸＦ）。続くステップ１３７では設定完了フラグＸＳＥＴがセットされる（ＸＳＥＴ＝１）。
【００４０】
これに対し、ステップ１２０において設定完了フラグＸＳＥＴがセットされているときには（ＸＳＥＴ＝１）処理サイクルを終了する。このように、増分Δθおよび進角限界値θＭＸの設定は機関が始動される毎に１回だけ行われる。
【００４１】
再び図６を参照すると、続くステップ１０６では点火時期θが増分Δθだけ増大される（θ＝θ＋Δθ）。続くステップ１０７では点火時期θが進角上限値θＭＸよりも大きいか否かが判別される。θ≦θＭＸのときには処理サイクルを終了し、θ＞θＭＸのときには次いでステップ１０８に進み、点火時期θが進角上限値θＭＸに制限される。
【００４２】
次いで、機関回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＴに到り点火時期進角作用を停止すべきと判断されると、ステップ１００からステップ１０９に進み、判定フラグＸＤがセットされているか否かが判別される。機関運転が開始された後初めてステップ１０９に進んだときには判定フラグＸＤはリセットされているので（ＸＤ＝０）次いでステップ１１０に進み、燃料性状考慮フラグＸＦがセットされているか否かが判別される。燃料性状考慮フラグＸＦがセットされているとき（ＸＦ＝１）には次いでステップ１１１に進み、このときの点火時期θが、点火時期進角作用が停止されたときの点火時期θＳＴＰとして記憶される。続くステップ１１２では判定フラグＸＤがセットされる（ＸＤ＝１）。次いでステップ１１３に進み、点火時期θの通常制御が行われる。
【００４３】
判定フラグＸＤがいったんセットされるとステップ１０９からステップ１１３に進み点火時期θの通常制御が行われる。
【００４４】
燃料性状考慮フラグＸＦがリセットされているとき（ＸＦ＝０）にはステップ１１０からステップ１１３にジャンプする。すなわち、完爆したと判断されたときの機関冷却水温ＴＨＷが進角最適温度範囲外にあるときには、燃料性状項ΔθＦ，θＭＸＦがゼロとされるので（ステップ１２５，１３５参照）、この場合の増分Δθおよび進角限界値θＭＸには燃料性状が反映されておらず、この場合の点火時期進角作用が停止されたときの点火時期は燃料性状を必ずしも正確に表していない。これに対し、完爆したと判断されたときの機関冷却水温ＴＨＷが進角最適温度範囲内にあるときには、増分Δθおよび進角限界値θＭＸに燃料性状が反映されており、この場合の点火時期進角作用が停止されたときの点火時期は燃料性状を正確に表しているといえる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】本発明による実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図３】本発明による実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図４】増分Δθの機関温度項ΔθＴおよび燃料性状項ΔθＦを示すマップである。
【図５】進角限界値θＭＸの機関状態項θＭＸＥの機関温度項θＭＸＴおよび機関負荷項θＭＸＬ、ならびに燃料性状項θＭＸＦを示すマップである。
【図６】本発明による実施例の点火時期θの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明による実施例の増分Δθおよび進角限界値θＭＸの設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】本発明による実施例の増分Δθおよび進角限界値θＭＸの設定ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１    機関本体
１０    点火栓
４０    水温センサ
４６    イグニッションスイッチ
【図１】
2006063857.tif 000003
【図２】
2006063857.tif 000004
【図３】
2006063857.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006063857.tif 000009
【図８】
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