(57)【要約】【課題】本発明は、火花点火式内燃機関の始動開始から機関回転数が目標機関回転数に安定するまでの過渡期間において、燃料性状や標高の変化を補償し得る点火時期の実現を課題とする。【解決手段】本発明は、内燃機関の始動開始から機関回転数が目標回転数に安定するまでの過渡期間の点火時期を制御する内燃機関の点火制御システムにおいて、過渡期間の基準クランク角度から所定クランク角度に至るまでの所要時間△ＲＴを取得する取得手段と、取得手段により取得された所要時間△ＲＴと所定の基準時間△Ｔとの差△Ｄに基づいて目標点火時期ＳＴｔｒｇを補正する補正手段と、大気圧Ｐに応じて補正手段による補正量を変更する変更手段と、を備えるようにした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の始動開始から機関回転数が目標回転数に安定するまでの過渡期間の点火時期を制御する内燃機関の点火制御システムにおいて、
前記過渡期間の基準クランク角度から所定クランク角度に至るまでの機関回転速度の変化量と相関するパラメータを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得されたパラメータと所定の基準値との相対関係に応じて目標点火時期を補正する補正手段と、
大気圧に応じて前記補正手段による補正量を変更する変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項２】
請求項１において、前記取得手段により取得されるパラメータは、前記基準クランク角度から前記所定クランク角度に至るまでの所要時間であることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項３】
請求項１において、前記取得手段により取得されるパラメータは、前記基準クランク角度から前記所定クランク角度へ至るまでの機関回転数の上昇量であることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項４】
請求項１において、前記取得手段により取得されるパラメータは、前記基準クランク角度における機関回転角速度と前記所定クランク角度における機関回転角速度との積算値であることを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記補正手段は、前記取得手段により取得されたパラメータが前記基準値より小さい時は目標点火時期を進角補正し、前記取得手段により取得されたパラメータが前記基準値より大きい時は目標点火時期を遅角補正することを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記変更手段は、大気圧が低くなるほど目標点火時期が進角されるように前記補正量を変更することを特徴とする内燃機関の点火制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火式内燃機関の点火を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式内燃機関の始動時において、完爆時の機関回転速度に基づいて完爆後の点火時期を補正する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００５−１９４９０２号公報
【特許文献２】特開２００６−２５８００６号公報
【特許文献３】特開２００６−１１８３８７号公報
【特許文献４】特開２００６−９０１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、火花点火式内燃機関の始動開始から目標回転数に安定するまでの過渡期間において、標高や燃料性状の変化を補償し得る点火時期を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記した課題を解決するために、火花点火式内燃機関の始動開始から機関回転数が目標回転数に安定するまでの過渡期間において、過渡期間の基準クランク角度から所定クランク角度に至るまでの機関回転速度の変化量と所定の基準値との相対差に基づいて目標点火時期を補正するとともに、その際の補正量を大気圧に応じて変更するようにした。
【０００５】
詳細には、本発明は、内燃機関の始動開始から機関回転数が目標回転数に安定するまでの過渡期間の点火時期を制御する内燃機関の点火制御システムにおいて、過渡期間の基準クランク角度から所定クランク角度に至るまでの機関回転速度の変化量と相関するパラメータを取得する取得手段と、取得手段により取得されたパラメータと所定の基準値との相対関係に応じて目標点火時期を補正する補正手段と、大気圧に応じて前記補正手段による補正量を変更する変更手段と、を備えるようにした。
【０００６】
かかる発明によれば、取得手段により取得されたパラメータと所定の基準値との相対関係に基づいて目標点火時期が補正されることにより燃料性状の変化を補償することができるとともに、その際の補正量が大気圧に応じて変更されることにより標高の変化も補償することができる。
【０００７】
よって、内燃機関の始動開始から機関回転数が目標回転数に安定するまでの過渡期間における点火時期は、燃料性状及び標高が反映された点火時期となる。その結果、内燃機関の使用条件が変化した場合であっても良好な始動性を保つことができる。
【０００８】
本発明において、取得手段により取得されるパラメータとしては、（１）基準クランク角度から所定クランク角度に至るまでの所要時間、（２）基準クランク角度から所定クランク角度へ至るまでの機関回転数の上昇量、（３）基準クランク角度における機関回転角速度と所定クランク角度における機関回転角速度との積算値等を例示することができる。
【０００９】
本発明において、補正手段は、取得手段により取得されたパラメータが基準値より小さい時は目標点火時期を進角補正し、取得手段により取得されたパラメータが基準値より大きい時は目標点火時期を遅角補正するようにしてもよい。
【００１０】
かかる補正方法によれば、重質燃料が使用された時の始動期間の長期化やストールの発生を抑制することができるとともに、軽質燃料が使用された時の機関回転数の過剰な吹き上がりを抑制することができる。
【００１１】
本発明において、変更手段は、大気圧が低くなるほど目標点火時期が進角するように、前記補正量を変更するようにしてもよい。
【００１２】
かかる変更方法によれば、内燃機関が高地で使用される場合においても始動期間の長期化やストールの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、火花点火式内燃機関の始動開始から目標回転数に安定するまでの過渡期間において、標高や燃料性状等の条件に適した点火時期を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る内燃機関の点火制御システムの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を有する４ストロークサイクルの火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。
【００１６】
内燃機関１の気筒２は、吸気ポート３を介して吸気通路３０に接続されるとともに、排気ポート４を介して排気通路４０に接続されている。
【００１７】
吸気通路３０には、該吸気通路３０内を流通する空気量を制御するスロットル弁５が設けられている。スロットル弁５より上流の吸気通路３０には、該吸気通路３０を流れる空気量を測定するエアフローメータ６が設けられている。
【００１８】
一方、排気通路４０には、排気浄化装置７が配置されている。排気浄化装置７は、三元触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等を具備し、所定の活性温度域にある時に排気を浄化する。
【００１９】
内燃機関１には、気筒２内に臨む吸気ポート３の開口端を開閉する吸気弁８と、気筒２内に臨む排気ポート４の開口端を開閉する排気弁９が設けられている。これら吸気弁８と排気弁９は、吸気側カムシャフト１０と排気側カムシャフト１１によりそれぞれ開閉駆動される。
【００２０】
気筒２の上部には、該気筒２内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁１２と、該気筒２内の混合気に点火する点火プラグ１３が設けられている。また、各気筒２内には、ピストン１４が摺動自在に挿入されている。ピストン１４はコネクティングロッド１５を介してクランクシャフト１６と接続されている。
【００２１】
クランクシャフト１６の近傍の内燃機関１には、該クランクシャフト１６の回転角度を検出するクランクポジションセンサ１７が配置されている。更に、内燃機関１には、該内燃機関１を循環する冷却水の温度を測定する水温センサ１８が取り付けられている。
【００２２】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１９が併設されている。ＥＣＵ１９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。このＥＣＵ１９は、エアフローメータ６、クランクポジションセンサ１７、水温センサ１８、大気圧センサ２０等の各種センサと電気的に接続され、それらセンサの測定値を入力可能になっている。
【００２３】
ＥＣＵ１９は、前記した各種センサの測定値に基づいてスロットル弁５、燃料噴射弁１２、及び点火プラグ１３を電気的に制御する。例えば、ＥＣＵ１９は、内燃機関１の始動開始から機関回転数が目標回転数（この場合は、目標ファーストアイドル回転数）に安定するまでの過渡期間における点火時期制御を行う。
【００２４】
以下、前記過渡期間における点火時期制御について述べる。
【００２５】
図２は、内燃機関１の始動開始（クランキング開始）から機関回転数Ｎｅが目標ファーストアイドル回転数Ｎｅｔｒｇに収束するまでの機関回転数Ｎｅの遷移を示した図である。
【００２６】
内燃機関１の始動開始直後は、機関回転数Ｎｅがスタータモータによるクランキング回転数に収束する。その後、ある気筒２において混合気が着火・燃焼（初爆）すると、機関回転数Ｎｅが上昇し、他の気筒２も次々に燃焼を開始（連爆）する。そして、全気筒２で混合気が着火・燃焼（完爆）すると、機関回転数Ｎｅが目標ファーストアイドル回転数Ｎｅｔｒｇを超えて吹き上がった後に目標ファーストアイドル回転数Ｎｅｔｒｇに安定する。
【００２７】
内燃機関１の始動開始（クランキング開始）から機関回転数Ｎｅが目標ファーストアイドル回転数Ｎｅｔｒｇに収束するまでの期間（過渡期間）における機関回転数Ｎｅの上昇度合いは、内燃機関１の温度に起因したフリクションの大きさに加え、内燃機関１が使用する燃料の性状に因っても変化する。
【００２８】
例えば、内燃機関１が使用する燃料が重質な燃料である場合は燃料の気化・霧化が緩慢となるため、気筒２内で燃焼に供される燃料量が減少する。その結果、過渡期間における機関回転数Ｎｅの上昇度合いが低くなる。機関回転数Ｎｅの上昇度合いが低くなると、始動期間の長期化や排気エミッション（例えば、気筒２内から未燃のまま排出される燃料）の増加等を招く。
【００２９】
一方、内燃機関１が使用する燃料が軽質な燃料である場合は燃料が気化・霧化し易くなるため、気筒２内で燃焼に供される燃料量が増加する。その結果、過渡期間における機関回転数Ｎｅの上昇度合いが高くなる。機関回転数Ｎｅの上昇度合いが高くなると、始動期間が短縮されるものの、完爆時の機関回転数Ｎｅの吹き上がりが大きくなるため、振動や騒音の増加を招く。
【００３０】
よって、上記した過渡期間では、内燃機関１が使用する燃料の性状に応じて機関回転数Ｎｅの上昇度合いを調整することが好ましい。
【００３１】
そこで、本実施例の内燃機関の点火制御システムでは、過渡期間における機関回転数Ｎｅの挙動に基づいて燃料性状を判定するとともに、その判定結果に基づいて点火プラグ１３の作動時期（点火時期）をフィードバック制御することにより、過渡期間における機関回転数Ｎｅの上昇度合いを所望の上昇度合いに収束させるようにした。
【００３２】
過渡期間における初爆発生後の機関回転速度は、内燃機関１が使用する燃料の性状と相関する。すなわち、過渡期間における基準クランク角度から所定クランク角度までの所要時間は、燃料性状が重質になるほど長くなるとともに、燃料性状が軽質になるほど短くなる。よって、特定性状の燃料が使用された時の所要時間（以下、「基準時間」と称する）を予め求めておき、実際の所要時間と基準時間とを比較すれば燃料性状を判定することができる。
【００３３】
尚、前記した基準クランク角度としては、初爆発生気筒２の圧縮上死点を例示することができる。前記した所定クランク角度としては、初爆発生後に順次到来する各気筒２の圧縮上死点を例示することができる。
【００３４】
また、前記した特定性状は、内燃機関１が使用し得る燃料のうち最も重質な性状であることが好ましい。これは、燃料性状が不明な状態で内燃機関１が始動された場合に、失火やストールの発生を抑制して確実な始動を実現するためである。
【００３５】
ここで燃料性状に基づいて点火時期をフィードバック制御する方法について、図３を参照しつつ説明する。図３において、Ｔ０は初爆発生気筒２が圧縮上死点となる時刻であり、Ｔ１〜Ｔ５は初爆発生後に各気筒２が圧縮上死点となる時刻である。尚、これらＴ１〜Ｔ５は、特定性状の燃料が使用された時の時刻である。また、図３において、ＲＴ１〜ＲＴ５は初爆発生後に各気筒２が実際に圧縮上死点を迎えた時刻である。
【００３６】
ＥＣＵ１９は、過渡期間において初爆の発生を検知すると、初爆発生気筒２の圧縮上死点Ｔ０からの経過時間の計測を開始する。ＥＣＵ１９は、クランクポジションセンサ１７の測定値が初爆発生気筒２の次に燃焼を迎える気筒（以下、「第１気筒」と称する）２の圧縮上死点を示した時ＲＴ１に、その時点までの所要時間（以下、「第１所要時間」と称する）△ＲＴ１を取得する。
【００３７】
ＥＣＵ１９は、第１所要時間△ＲＴ１と第１基準時間△Ｔ１（Ｔ０〜Ｔ１まで所要時間）と比較する。図３に示す例では第１所要時間△ＲＴ１が第１基準時間△Ｔ１より短いため、ＥＣＵ１９は以後の目標点火時期ＳＴｔｒｇを遅角させる。
【００３８】
その際の遅角量は、予め定められた固定量であってもよいが、第１所要時間△ＲＴ１と第１基準時間△Ｔ１との差△Ｄ１（＝△Ｔ１−△ＲＴ１）が大きくなるほど多くされることが望ましい。例えば、ＥＣＵ１９は、以下の式に従って目標点火時期ＳＴｔｒｇを補正してもよい。
【００３９】
ＳＴｔｒｇ＝ＳＴｂａｓｅ−△Ｄ＊ｋ
【００４０】
上記の式において、ＳＴｂａｓｅは基準点火時期であり、特定性状の燃料が使用された場合の始動時冷却水温度や外気温（吸気温度）などをパラメータとして定められる。ｋは、内燃機関１の仕様に応じて定められる補正係数である。
【００４１】
次に、ＥＣＵ１９は、クランクポジションセンサ１７の測定値が第１気筒２の次に燃焼を迎える気筒（以下、「第２気筒」と称する）２の圧縮上死点を示した時ＲＴ２に、その時点までの所要時間（以下、「第２所要時間」と称する）△ＲＴ２を取得する。
【００４２】
ＥＣＵ１９は、第２所要時間△ＲＴ２と第２基準時間△Ｔ２（Ｔ０〜Ｔ２までの所要時間）と比較し、それらの差△Ｄ２（＝△Ｔ２−△ＲＴ２）に基づいて以後の目標点火時期ＳＴｔｒｇを遅角させる。
【００４３】
ＥＣＵ１９は、クランクポジションセンサ１７の測定値が第２気筒２の次に燃焼を迎える気筒（以下、「第３気筒」と称する）２の圧縮上死点を示した時ＲＴ３に、その時点までの所要時間（以下、「第３所要時間」と称する）△ＲＴ３を取得する。
【００４４】
ＥＣＵ１９は、第３所要時間△ＲＴ３と第３基準時間△Ｔ３（Ｔ０〜Ｔ３までの所要時間）と比較し、それらの差△Ｄ３（＝△Ｔ３−△ＲＴ３）に基づいて以後の目標点火時期
ＳＴｔｒｇを遅角させる。
【００４５】
ＥＣＵ１９は、クランクポジションセンサ１７の測定値が第３気筒２の次に燃焼を迎える気筒（以下、「第４気筒」と称する）２の圧縮上死点を示した時ＲＴ４に、その時点までの所要時間（以下、「第４所要時間」と称する）△ＲＴ４を取得する。
【００４６】
ＥＣＵ１９は、第４所要時間△ＲＴ４と第４基準時間△Ｔ４（Ｔ０〜Ｔ４までの所要時間）と比較し、それらの差△Ｄ４（＝△Ｔ４−△ＲＴ４）に基づいて以後の目標点火時期ＳＴｔｒｇを遅角させる。
【００４７】
ＥＣＵ１９は、クランクポジションセンサ１７の測定値が第４気筒２の次に燃焼を迎える気筒（以下、「第５気筒」と称する）２の圧縮上死点を示した時ＲＴ５に、その時点までの所要時間（以下、「第５所要時間」と称する）△ＲＴ５を取得する。
【００４８】
ＥＣＵ１９は、第５所要時間△ＲＴ５と第５基準時間△Ｔ５（Ｔ０〜Ｔ５までの所要時間）と比較し、それらの差△Ｄ５（＝△Ｔ５−△ＲＴ５）に基づいて以後の目標点火時期ＳＴｔｒｇを遅角させる。
【００４９】
上記したような所要時間の計測及び目標点火時期ＳＴｔｒｇの補正は、内燃機関１の機関回転数Ｎｅが目標ファーストアイドル回転数Ｎｅｔｒｇに安定するまで継続される。
【００５０】
このように過渡期間における目標点火時期ＳＴｔｒｇの補正が行われると、内燃機関１が使用する燃料の性状にかかわらず所望の始動性を保つことができる。
【００５１】
尚、図３に示した例では、基準クランク角度から所定クランク角度までの所要時間に基づいて目標点火時期ＳＴｔｒｇを補正する例について述べたが、基準クランク角度における機関回転数と所定クランク角度における機関回転数との差、若しくは基準クランク角度における機関回転角速度と所定クランク角度における機関回転角速度との積算値に基づいて目標点火時期ＳＴｔｒｇが補正されても同様の効果を得ることができる。
【００５２】
ところで、過渡期間における機関回転数Ｎｅの上昇度合いは、内燃機関１が使用される場所の標高によっても変化する場合がある。例えば、標高が高くなるほど空気の密度が低くなるため、標高が高くなるほど過渡期間における機関回転数Ｎｅの上昇度合いが低くなる。
【００５３】
よって、上記したような燃料性状に基づく目標点火時期ＳＴｔｒｇの補正が高地において行われると、目標点火時期ＳＴｔｒｇの進角量が不足して失火やストールを招く可能性がある。
【００５４】
そこで、ＥＣＵ１９は、内燃機関１が高地で仕様される場合には、前記した基準点火時期ＳＴｂａｓｅを進角補正するとともに、前記した遅角係数ｋの値を小さく補正する。具体的には、ＥＣＵ１９は、大気圧センサ２０の測定値が低くなるほど、基準点火時期ＳＴｂａｓｅの進角量を多くするとともに遅角係数ｋの減少量を多くする。
【００５５】
かかる方法によれば、内燃機関１が使用する燃料の性状や内燃機関１が使用される場所の標高にかかわらず良好な始動性を確保することが可能となる。
【００５６】
以下、過渡期間における点火時期制御の実行手順について図４のフローチャートに沿って説明する。図４は、過渡期間の点火時期制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、予めＥＣＵ１９のＲＯＭに記憶されており、内燃機関１の始動（例えば、
イグニッションスイッチ若しくはスタータスイッチのオフからオンへの切り替え）をトリガにして実行される。
【００５７】
点火時期制御ルーチンでは、ＥＣＵ１９は、先ずＳ１０１において大気圧センサ２０の測定値（大気圧Ｐ）を読み込む。
【００５８】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０１で読み込まれた大気圧Ｐが標準大気圧Ｐａｔｍ（＝１気圧）より低いか否かを判別する。Ｓ１０２において肯定判定された場合（Ｐ＜Ｐａｔｍ）は、ＥＣＵ１９はＳ１０３へ進む。Ｓ１０２において否定判定された場合（Ｐ≧Ｐａｔｍ）は、ＥＣＵ１９はＳ１０３をスキップしてＳ１０４へ進む。
【００５９】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０１において読み込まれた大気圧Ｐに応じて基準点火時期ＳＴｂａｓｅと遅角係数ｋを補正する。例えば、ＥＣＵ１９は、以下のような式に従って基準点火時期ＳＴｂａｓｅを補正する。
【００６０】
ＳＴｂａｓｅ＝ＳＴｂａｓｅ−（Ｐａｔｍ−Ｐ）＊α
【００６１】
上記した式においてαは、大気圧補正係数であり、予め内燃機関１の仕様に応じて定められている。
【００６２】
また、ＥＣＵ１９は、図５に示すようなマップに従って遅角係数ｋを補正する。図５に示すマップにおいて、補正係数ｋは、大気圧Ｐが標準大気圧Ｐａｔｍに対して低くなるほど小さくなるように定められる。
【００６３】
ここで図４のルーチンに戻り、ＥＣＵ１９は、Ｓ１０４において、内燃機関１の運転状態が過渡期間に属しているか否かを判別する。Ｓ１０４において否定判定された場合は、ＥＣＵ１９は本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１９はＳ１０５へ進む。
【００６４】
Ｓ１０５では、ＥＣＵ１９は、過渡期間における基準クランク角度から所定クランク角度までの所要時間△ＲＴを取得する。
【００６５】
Ｓ１０６では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０５で取得された所要時間△ＲＴと基準時間△Ｔとの差△Ｄ（＝△Ｔ−△ＲＴ）を演算する。
【００６６】
Ｓ１０７では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０６で算出された差△Ｄに基づいて過渡期間の目標点火時期ＳＴｔｒｇを補正する。具体的には、前述したように前記差△Ｄと補正係数ｋとの乗算値を基準点火時期ＳＴｂａｓｅから減算（ＳＴｔｒｇ＝ＳＴｂａｓｅ−△Ｄ＊ｋ）することにより、目標点火時期ＳＴｔｒｇを求める。
【００６７】
Ｓ１０８では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０７で求められた目標点火時期ＳＴｔｒｇが所定のノック限界や失火限界等の許容範囲に収まるようにガード処理を行う。そして、ＥＣＵ１９は、目標点火時期ＳＴｔｒｇに従って点火プラグ１３を作動させる。ＥＣＵ１９は、Ｓ１０８の処理を実行し終えると、Ｓ１０４へ戻る。
【００６８】
このようにＥＣＵ１９が図４の点火時期制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る取得手段、補正手段、及び変更手段が実現される。その結果、内燃機関１の始動開始から機関回転数Ｎｅが目標ファーストアイドル回転数Ｎｅｔｒｇに安定するまでの過渡期間において、標高や燃料性状に適した点火時期を実現することができる。よって、標高や燃料性状にかかわらず良好な始動性が保たれる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】内燃機関の点火制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】過渡期間における機関回転数の遷移を示す図である。
【図３】過渡期間における所要時間△ＲＴと基準時間△Ｔとの関係を示す図である。
【図４】過渡期間における点火時期制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】大気圧Ｐと遅角係数ｋとの関係を規定したマップを示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・吸気ポート
４・・・・・排気ポート
５・・・・・スロットル弁
６・・・・・エアフローメータ
７・・・・・排気浄化装置
８・・・・・吸気弁
９・・・・・排気弁
１０・・・・吸気側カムシャフト
１１・・・・排気側カムシャフト
１２・・・・燃料噴射弁
１３・・・・点火プラグ
１４・・・・ピストン
１５・・・・コネクティングロッド
１６・・・・クランクシャフト
１７・・・・クランクポジションセンサ
１８・・・・水温センサ
１９・・・・ＥＣＵ
２０・・・・大気圧センサ
３０・・・・吸気通路
４０・・・・排気通路
【図１】
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【図２】
2008274839.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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