(57)【要約】【課題】排気通路切替え時に点火時期を段階的に変化させ排気状態の変化に応じた補正を行い、気筒内混合気に応じた点火時期制御性能を向上させトルク変動を改善する。【解決手段】排気通路切替え弁駆動手段による排気通路切替え弁開弁時の点火時期を算出する排気通路切替え弁開弁時基本点火時期算出結果と、排気通路切替え弁駆動手段による排気通路切替え弁閉弁時の点火時期を算出する排気通路切替え弁閉弁時基本点火時期算出結果と、内燃機関の運転状態に基づいて排気通路切替え弁を切替える排気通路切替え弁切替え条件判定結果と、排気通路切替え弁実動作状態を検出または推定した算出結果と、排気通路切替え弁切替え時の点火時期の変化量を算出する前記排気通路切替え弁の切替え開始から切替え完了までの点火時期ダンパ補正量を算出する点火時期ダンパ補正係数算出結果とに基づいて、排気通路切替え弁の切替え開始から切替え完了までの点火時期を算出する。【選択図】  図４
2011047326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の排気通路を有する排気管と、
前記排気管の複数の排気通路を切替える排気通路切替え弁と、
を有する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記内燃機関の吸気状態を検出する吸気状態検出手段と、
前記内燃機関の温度状態を検出する冷却水温検出手段と、
前記内燃機関の要求駆動状態を検出するアクセル開度検出手段と、
前記吸気状態検出手段の検出値から前記内燃機関の負荷を算出する負荷算出手段と、
前記アクセル開度検出手段の検出値から前記内燃機関の駆動量となるトルクを算出するトルク検出手段と、
前記排気通路切替え弁を駆動するための電気的駆動信号を与える排気通路切替え弁駆動手段とを有し、
前記排気通路切替え弁の切替え開始から切替え完了までの点火時期を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、切替え開始時および切替え完了時の点火時期は前記排気通路切替え弁開／閉弁時それぞれの点火時期の最適値に基づいて算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１から２に記載の内燃機関の制御装置において、前記排気通路切替え弁開／閉弁時それぞれの点火時期の最適値は少なくとも前記トルクと回転数と負荷と冷却水温のいずれかに基づいて算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１から３に記載の内燃機関の制御装置において、前記排気通路切替え弁の切替え開始から切替え完了までの点火時期を補正する点火時期ダンパ補正係数算出手段は前記排気通路切替え弁の実動作状態の検出または推定に基づいて算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１から４に記載の内燃機関の制御装置において、前記排気通路切替え弁切替え時の排気効率の変化量は排気通路面積の検出値または推定値に基づいて算出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、内燃機関の点火時期制御装置に係り、特に、複数備えられた排気通路を切替える制御を行うものにおいて、点火時期の補正を最適に行う内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気性能向上のため、排気管に備え付けられる触媒の早期活性化が行われている。その方法として、排気管の複数の排気通路を切替えて排気通路毎に備えられた複数の触媒を使い分けている。排気通路を切替えて複数の触媒を使い分ける目的として、従来用いられる触媒に加え小容量で熱伝導性の良い早期活性化触媒を用いて、触媒が活性する時間を短縮化するものがある。例えば、特許文献１所載の技術では、触媒が活性するまで早期活性化触媒を利用するために排気通路を切替えている。この時、触媒温度を早期に上昇させるため点火時期を遅角側に変更して排気温度を上昇させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３２１６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、排気通路切替えによる排気圧力の変化に内燃機関の点火時期が対応できない場合、トルク変動が増加することにより運転性が悪化する可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、排気通路を切替える場合の気筒内混合気に対応するために排気通路状態変化に応じて点火時期変化を滑らかにすることで、トルク変動を改善する内燃機関の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】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、複数の排気通路を有する内燃機関の排気管と、前記排気管の複数の排気通路を切替える排気通路切替え弁と、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、前記内燃機関の吸気状態を検出する吸気状態検出手段と、前記内燃機関の温度状態を検出する冷却水温検出手段と、前記内燃機関の要求駆動状態を検出するアクセル開度検出手段と、前記吸気状態検出手段の検出値から前記内燃機関の負荷を算出する負荷算出手段と、前記アクセル開度検出手段の検出値から前記内燃機関の駆動量となるトルクを算出するトルク検出手段と、前記排気通路切替え弁を駆動するための電気的駆動信号を与える排気通路切替え弁駆動手段を有し、
前記排気通路切替え弁の切替え開始から切替え完了までの点火時期を補正すること
切替え開始時および切替え完了時の点火時期は前記排気通路切替え弁開／閉弁時それぞれの点火時期の最適値に基づいて算出すること
前記排気通路切替え弁開／閉弁時それぞれの点火時期の最適値は少なくとも前記トルクと回転数と負荷と冷却水温のいずれかに基づいて算出すること
前記排気通路切替え弁の切替え開始から切替え完了までの点火時期を補正する点火時期ダンパ補正係数算出手段は前記排気通路切替え弁の実動作状態の検出または推定に基づいて算出すること
前記排気通路切替え弁切替え時の排気効率の変化量は排気通路面積の検出値または推定値に基づいて算出すること
を特徴とする内燃機関の制御装置とする。
【０００７】
前記の如く構成された本発明の内燃機関の制御装置は、排気状態に応じた点火時期補正をすることが可能となるので、燃焼の安定化および運転性の安定化の改善に貢献することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気通路切替え時における切替え開始から切替え完了までの点火時期を段階的に補正し滑らかにすることにより、排気状態の変化に応じた補正を行い気筒内混合気に応じた点火時期制御性能を向上することが可能となるので、燃焼を安定化させ運転性改善に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の内燃機関となるエンジンの全体構成図。
【図２】図１の内燃機関制御装置による排気通路切替え時の排気圧力および内部ＥＧＲ量およびトルク変動を示す図。
【図３】図１の内燃機関制御装置による点火時期変化時のトルクおよび燃費およびサージトルクを示す図。
【図４】図１の内燃機関制御装置による排気通路切替え弁駆動指令と開度ならびにそれらに応じた点火時期設定によるトルク変動を示す本発明制御タイムチャート。
【図５】図１の内燃機関制御装置による排気通路面積と排気通路切替え弁開度および排気通路面積と排気効率の関係を示す図。
【図６】図１の内燃機関制御装置による排気通路切替え弁の開度と点火時期ダンパ係数による補正方法を示す図。
【図７】図１の内燃機関制御装置による本発明制御フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づき本発明の内燃機関における排気通路切替え制御装置の一実施形態について説明する。図１は本発明を実施するシステム構成全体の概略を示したものである。
エンジン１は、複数の気筒２及びピストン３からなる多気筒エンジンである。各気筒２に吸入される空気はエアクリーナ３０の入口部から取り入れられ、空気流量計（エアフロセンサ３１）を通り、吸気流量を制御する電制絞り弁（スロットル３４）が収容されたスロットルボディ３３を通ってコレクタ３５に入る。ここで、スロットル３４は、アクセルペダル３８の踏み込み量に対応するためアクセル開度センサ３９の出力信号に基づいてスロットル駆動モータ３７を駆動することによって操作される。吸入空気量はスロットル駆動モータ３７の駆動制御によって制御できるようになっている。コレクタ３５に至った吸入空気は、エンジン１の各気筒２に接続された各吸気管３６に分配され吸気弁１１が開弁した後、各気筒２に導かれる。ここで、前記空気流量計３１からは、前記吸気流量を表す信号がエンジン制御装置（コントロールユニット１００）に出力されている。また、スロットルボディ３３には、スロットル３４の開度を検出するスロットル開度センサ３２が取り付けられており、その信号もコントロールユニット１００に出力される。
【００１１】
一方、ガソリン等の燃料は、燃料噴射弁（インジェクタ２７）から各吸気管３６に噴射される。各吸気管３６内で混合された吸入空気と噴射燃料は、点火コイル９で高電圧化された点火信号により点火プラグ１０で着火されて燃焼する。燃焼後の排気は、排気管４０を通りエンジン１から排出される。排気管４０は２つの経路に分岐しており、その一方には排気通路切替え弁４１が備えられている。このとき、コントロールユニット１００は排気通路切替え弁駆動モータ４２に駆動信号を出力し、前記排気通路切替え弁４１を駆動して排気通路が切替わる。排気通路切替え弁駆動モータ４２により駆動した排気通路切替え弁４１の開度は、排気通路切替え弁開度センサ４３によりコントロールユニット１００に出力される。
【００１２】
排気通路切替え弁４１が開状態の場合、分岐された排気管４０の各々の排気圧力に応じて通過する排気量は変化する。一方、排気通路切替え弁４１が閉状態の場合、排気は排気通路切替え弁４１を備えた排気通路をバイパスし、他方の排気管の排気圧力に応じた排気量分が通過する。このとき、排気管４０に取り付けられたＡ／Ｆセンサ４４は排気から空燃比を検出し、空燃比を表す信号をコントロールユニット１００に出力する。
【００１３】
エンジン１のクランク軸４に取り付けられたクランク角センサ５は、クランク軸４の回転位置を検出し、その角度信号をコントロールユニット１００に出力する。また、排気弁１２を駆動するカム軸７に取り付けられたカム角センサ８は、カム軸７の回転位置を検出し、その角度信号をコントロールユニット１００に出力する。また、エンジン１に取り付けられた水温センサ１３は、エンジン１の冷却水温を検出し、その検出信号をコントロールユニット１００に出力する。
【００１４】
図２は、排気通路切替え弁４１の開／閉弁時それぞれの排気圧力および内部ＥＧＲ量およびトルクを示したものである。上段は排気通路切替え弁４１が開／閉弁時それぞれの排気圧力を示したものであり、排気通路切替え弁４１が閉弁時は開弁時と比較して排気通路の開口面積が減少するため排気効率が減少し、排気圧力が増加する。中段は排気通路切替え弁４１が開／閉弁時それぞれの内部ＥＧＲ量を示したものである。内部ＥＧＲとは内燃機関の吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ中に排気が気筒内に戻されることであり、排気通路切替え弁４１が閉弁時は開弁時と比較して排気圧力が増加することに伴い、内部ＥＧＲ量は増加する。下段は排気通路切替え弁４１が開／閉弁時それぞれのトルクを示したものである。排気通路切替え弁４１が閉弁時は開弁時と比較して内部ＥＧＲ量が増加することに伴い、各気筒２に流入する新気量が減少することによりトルクが減少する。トルク変動は運転性を悪化させる要因となるため、低減する必要がある。
【００１５】
図３は、排気通路切替え弁４１開／閉弁時それぞれの各点火時期に対するトルクと燃費と運転性（図中のサージトルク）の関係を示したものである。図中の線Ａは、排気通路切替え弁４１開弁時を、線Ｂは、排気通路切替え弁４１閉弁時を示している。上段は点火時期とトルクの関係を示したものである。排気通路切替え弁４１開／閉弁時ではそれぞれＭＢＴ（ここでＭＢＴとは最大トルクを得られる点火時期で出力または燃費の最良点のことであるが、既知の事柄であり詳細な説明は割愛する）が存在する。前記ＭＢＴは気筒内の燃焼速度によっても変化するため、排気通路切替え弁４１の開／閉弁時それぞれＭＢＴがあり、最大トルク量も異なる。これは内部ＥＧＲ量が増加することにより気筒内混合気の酸素濃度が減少し火炎伝播速度が低下することで、なされるものである。ＭＢＴより点火時期を進角化させると、圧縮上死点前の無駄な圧縮仕事が増大し、機械損失や冷却損失の増大によりトルクは減少する。一方、点火時期の遅角化はピストンへの膨張仕事が減少するためトルクは減少する。中段は点火時期と燃費の関係を示したものである。燃費についてもトルクと同様に最良点である前記ＭＢＴを境に進角化または遅角化することで悪化する。下段は点火時期とサージトルク（ここでサージトルクとは燃焼状態のばらつきを表し燃焼安定性が高いほど小さくなるパラメータ）の関係を示したものである。サージトルクは燃焼速度の最適化により向上することができる。点火時期の遅角化は燃焼速度が下がるためサージトルクは悪化する。また、点火時期の進角化は燃焼速度を上げるがノッキングを誘発しサージトルクは悪化する。したがって、前記排気通路切替え弁４１の開閉によりＭＢＴが変化するため、本発明では前記排気通路切替え弁４１開／閉弁時それぞれのＭＢＴを算出し点火時期を切替える。
【００１６】
図４は、排気通路切替え弁４１に対するコントロールユニット１００からの駆動信号と、排気通路切替え弁４１開／閉弁時の開度と、その時の点火時期ダンパ補正係数（ここで点火時期ダンパ補正係数とは段階的に点火時期を変化させる係数）およびトルクについて示したタイムチャートである。排気通路切替え弁４１は駆動許可判定されると切替え後の点火時期を算出する。ただし、排気通路切替え弁４１は開／閉弁時に動作遅れ時間（ここで動作遅れ時間とはコントロールユニット１００から排気通路切替え弁４１の駆動信号が送信されてから実際に動作開始するまでの時間）が存在し、さらに動作開始から動作終了までの一次遅れ時間が存在する。そのため、排気通路切替え弁の実動作による排気圧力の変化に伴わない点火時期を設定した場合にトルク変動が起こる。そこで点火時期も排気通路切替え弁４１の開／閉弁時の動作開始から動作終了までの時間に応じて点火時期変化率を用いて補正する。図中の線Ａは、点火時期ダンパ補正無しの場合を示したものであり、排気通路切替え弁４１の駆動指令直後に点火時期が要求値から乖離するため、トルク変動が生じ運転性が悪化する。一方、図中の線Ｂは点火時期ダンパ補正有りの場合を示したものであり、点火時期が排気通路切替え弁４１の実動作に追従可能なためトルク変動を抑制できる。
【００１７】
図５は、排気通路面積と排気通路切替え弁開度および排気通路面積と排気効率の関係を示したものである。流体の流量は排気通路面積×密度×流速で表せるため、排気通路面積と排気効率は比例関係で表せる。ここでは排気通路切替え弁開度を検出しているため排気通路切替え弁開度と排気通路面積の関係から排気効率を算出する。
【００１８】
図６は、排気通路切替え弁４１の開度と点火時期ダンパ係数による補正方法について示したものである。図中の線Ａは、図４で示した点火時期変化率を一点定数として排気通路切替え弁４１の一次遅れ時間に従い点火時期を補正したものである。線Ｂは、点火時期の差分を所定数に分割し（図では５分割）、補正したものである。線Ｃは、排気通路切替え弁開度を検出し、図５に示した排気通路切替え弁開度と排気効率の非線形関係に従い補正したものである。以上のように点火時期補正分は、時間や差分による分割や排気通路切替え弁開度により算出することができる。
【００１９】
図７は、排気通路切替え弁４１を駆動するためのフローチャートである。排気通路切替え弁開弁時基本点火時期算出ブロック２００では、エンジン１駆動時にクランク角センサ５および空気流量計３１，水温センサ１３，アクセル開度センサ３９によりエンジン１の運転状態をコントロールユニット１００に出力する。その結果、ＭＢＴおよび予め点火時期を適合した排気通路切替え弁開弁時のトリミングマップを参照し点火時期を算出する。そして排気通路切替え弁切替え条件判定ブロック２０１で排気通路切替え弁４１の開／閉弁動作の要求を判定する。ここで本判定条件は本発明とは直接関係しないため、詳細の内容は割愛する。排気通路切替え弁切替え条件判定ブロック２０１により排気通路切替え弁の閉弁要求があると判定すると、排気通路切替え弁閉弁時基本点火時期算出ブロック２０２によりクランク角センサ５および空気流量計３１，水温センサ１３，アクセル開度センサ３９によりエンジン１の運転状態を前記コントロールユニット１００に出力した結果、ＭＢＴおよび予め点火時期を適合した排気通路切替え弁閉弁時のトリミングマップを参照し点火時期を算出する。次に排気通路切替え弁閉弁時弁動作遅れ時間算出ブロック２０３により排気通路切替え弁の動作遅れ時間を予め算出し、動作遅れ時間後に点火時期を変更する。ここで排気通路切替え弁４１の状態を検知する手段は動作遅れ時間に限らず、排気通路切替え弁開度センサ４３を用いて排気通路切替え弁４１の実動作状態から動作遅れを判定することもできる。次に排気通路切替え弁閉弁時点火時期ダンパ補正係数算出ブロック２０４により点火時期ダンパ補正係数を算出する。排気通路切替え弁閉弁時点火時期ダンパ補正係数は０から１の範囲を取り得る値であり、排気通路切替え弁閉弁時基本点火時期または開時基本点火時期を参照する重み付けを付加するものである。ここで点火時期ダンパ係数の変化度合いは、図６に示した方法で決定することができる。そして排気通路切替え弁閉弁判定ブロック２０５により排気通路切替え弁４１の動作状態を判定する。その結果、閉弁していないと判定された後、点火時期補正ブロック２０６により排気通路切替え弁閉弁時点火時期ダンパ補正係数＝１となるまで点火時期を補正する。一方、排気通路切替え弁切替え条件判定ブロック２０１により排気通路切替え弁の開弁要求があると判定すると、排気通路切替え弁開弁時弁動作遅れ時間算出ブロック２０７により排気通路切替え弁の動作遅れ時間を予め算出し、動作遅れ時間後に点火時期を変更する。次に排気通路切替え弁開弁時点火時期ダンパ補正係数算出ブロック２０８により点火時期ダンパ補正係数を算出する。そして排気通路切替え弁開弁判定ブロック２０９により排気通路切替え弁４１の動作状態を判定する。その結果、開弁していないと判定された後、点火時期補正ブロック２０６により排気通路切替え弁開弁時点火時期ダンパ補正係数＝０となるまで点火時期を補正する。これら両者を繰り返すことで、排気通路切替え弁駆動状態に付随した点火時期に補正することが可能となる。
【符号の説明】
【００２０】
１  エンジン
２  気筒
３  ピストン
４  クランク軸
５  クランク角センサ
７  カム軸
８  カム角センサ
９  点火コイル
１０  点火プラグ
１１  吸気弁
１２  排気弁
１３  水温センサ
２７  インジェクタ
３０  エアクリーナ
３１  エアフロセンサ
３２  スロットル開度センサ
３３  スロットルボディ
３４  スロットル
３５  コレクタ
３６  吸気管
３７  スロットル駆動モータ
３８  アクセルペダル
３９  アクセル開度センサ
４０  排気管
４１  排気通路切替え弁
４２  排気通路切替え弁駆動モータ
４３  排気通路切替え弁開度センサ
４４  Ａ／Ｆセンサ
１００  コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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