(57)【要約】    【課題】要求２次電圧が限界電圧を超えることがないよう、点火時期ＡＤＶがリタードされる際でも、点火時点ＡＤＶでの筒内圧力の上昇を抑えることができるようにする。    【解決手段】機関運転状態としてアクセル開度ＡＰＯを検出し（Ｓ１）、この変化量ΔＡＰＯが所定値以上（ΔＡＰＯ≧所定値）であるときに（Ｓ２）、点火時期ＡＤＶのリタード制御を実施する（Ｓ３）。リタードされた点火時期ＡＤＶが所定時期Ｃよりも遅いときに（Ｓ４）、電制スロットル弁の開度ＴＶＯを制限して吸入空気量を制限する（Ｓ５）。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関運転条件に応じて点火時期を制御する点火時期制御手段を備える内燃機関の制御装置において、
点火時期のリタードにより、点火時期での筒内圧力に対応する点火コイルの要求２次電圧が所定電圧を超えるときに、吸入空気量を制限する吸入空気量制限手段を設けたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記点火時期制御手段は、加速状態を検出し、これに応じて点火時期をリタードする制御を実施することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記点火時期制御手段は、ノッキングを検出又は予測し、ノッキング有りのときに点火時期をリタードする制御を実施することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸入空気量制限手段は、スロットル開度を規制するものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記スロットル開度の規制は、少なくともアクセル開度に基づいてスロットル開度を制御する場合に、アクセル開度の増大方向の変化に対し、スロットル開度の増大方向の制御を所定時間遅延させるものであることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記スロットル開度の規制は、少なくともアクセル開度に基づいてスロットル開度を制御する場合に、アクセル開度の増大方向の変化速度に対し、スロットル開度の増大方向の変化速度を遅延させるものであることを特徴とする請求項４記載の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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低速走行から加速する時（過渡時）に、アクセルペダルの踏み込み速度が所定値以上になると、スロットル弁の開度が急増することによって吸入空気量も増大し、目標トルクに到達するまでの時間が短くなり、ドライバーは加速時ショックとして感じてしまうことがあった。また、過渡的に吸入空気量が狙った以上に増大することにより、ノッキングが発生するおそれがある。
【０００３】
このため、アクセルペダルを開く速度に応じて点火時期をリタード側に補正することにより、このような問題に対処する技術が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−１９１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、昨今の内燃機関は、高圧縮比化、ターボ化等により、筒内圧力が高まる傾向にある。従って、特許文献１に記載の点火装置制御装置において点火時期が大きくリタードされると、点火時期が圧縮上死点に近づき、点火時点での筒内圧力が高くなり、点火コイルの要求２次電圧が高くなる。これは、要求２次電圧は、点火する時点での筒内圧力により決まるため、点火時期が圧縮上死点に近づくと、要求２次電圧が高くなるからである。
【０００５】
しかしながら、点火コイルの要求２次電圧には限界（部品要求からの限界電圧）があり、これを超えると、失火や、点火系部品の耐久劣化を生じることから、これを回避する必要がある。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、要求２次電圧が限界電圧を超えることがないよう、点火時期がリタードされる際でも、点火時点での筒内圧力の上昇を抑えることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのため本発明では、点火時期のリタードにより、点火時期での筒内圧力に対応する点火コイルの要求２次電圧が所定電圧を超えるときに、吸入空気量を制限する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、吸入空気量を制限して点火時期での筒内圧力を低下させることで、点火コイルの要求２次電圧を限界電圧未満にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図１は、火花点火式内燃機関１の構成図である。
内燃機関１には、ピストン２およびシリンダヘッド３により燃焼室４が画成される。シリンダヘッド３には、燃焼室４内で火花点火を行う点火装置５が配置されている。この点火装置５は、点火コイル６および点火プラグ７を含んで構成されている。シリンダヘッド３には、点火プラグ７を囲むように吸気バルブ８および排気バルブ９が配置されている。そして、燃焼室４内に直接燃料を噴射可能な燃料噴射弁１０が設けられている。
【０００９】
燃焼室４に吸気を導入する吸気通路１１には、その上流側にエアクリーナ１２が設けられており、このエアクリーナ１２の下流に順に、電制スロットル弁１３、コレクタ１４および吸気マニホールド１５が配設されている。
電制スロットル弁１３は、その開度に応じて吸気通路１１を開閉する。電制スロットル弁１３を通過した空気は、コレクタ１４から吸気マニホールド１５により分配され、吸気バルブ８を介して各燃焼室４（各気筒）に吸入される。
【００１０】
ここで、燃料噴射弁１０から噴射される燃料と、燃焼室４内に吸入される空気とが混合することで燃焼に適した混合気が形成され、点火装置５の点火プラグ７により火花点火することで混合気の燃焼が行われる。混合気の燃焼後には、燃焼室４内のガスが排気バルブ９を介して排気通路１６へ排出される。
排気通路１６には、排気を浄化可能な触媒を備えた排気浄化装置１７が設けられている。排気浄化装置１７よりも上流側の排気通路１６には、燃焼室４から排出された排気の一部を吸気側のコレクタ１４へ還流するＥＧＲ通路１８が設けられている。この通路１８には、ＥＧＲ量を制御可能なＥＧＲ弁１９が設けられている。
【００１１】
また、内燃機関１の運転状態を検出するため、各種センサが設けられ、これらのセンサからの出力信号がエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０に入力される。
図示のように、エアクリーナ１２と電制スロットル弁１３との間の吸気通路１１には、吸入空気量を検出するためのエアフロメータ２１が設けられている。コレクタ１４には、吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ２２が設けられている。そして、アクセル開度（アクセルの踏み込み量）を検出するためのアクセル開度センサ２４、機関回転数を検出するためのクランク角センサ２５も設けられている。シリンダブロックには、ノッキングを検出するためのノッキングセンサ２６が設けられている。なお、図示しないが、排気空燃比を検出するための酸素センサ、機関水温を検出するための水温センサなども設けられている。
【００１２】
ＥＣＵ３０は、各センサからの信号に基づいて各種演算を行い、演算結果に基づいて、例えば、点火装置５の点火時期制御、電制スロットル弁１３の開閉制御、燃料噴射弁１０の燃料噴射制御、ＥＧＲ弁１９の開閉制御を行う。例えば、電制スロットル弁１３の開度は、アクセル開度センサ２４の出力信号に基づいて制御される。
ここで、点火装置５の点火コイル６は、点火プラグ７で火花を飛ばすためにコイル６に発生させる要求２次電圧の限界電圧が部品要求から予め定まっており、この限界電圧未満で使用しなければならない。
【００１３】
図２に示すように、要求２次電圧は、点火時期での筒内圧力によりほぼ決定される。このため、点火時期または筒内圧力が変化すると要求２次電圧も変化することになり、例えば点火時期がリタードする際には、点火時期での筒内圧力が高くなるため、要求２次電圧が高くなる。
しかしながら、加速時にアクセル開度の変化量（アクセルペダル踏み込み速度）が所定値以上（過渡時）になる場合において、図３に示すように、点火時期が上死点近傍までリタードした時には、点火コイル６の要求２次電圧が限界電圧を超えてしまうことがある。
【００１４】
そこで、本発明では、点火時期のリタードにより、点火時期での筒内圧力に対応する点火コイルの要求２次電圧が所定電圧を超えるときに、吸入空気量を制限することで、筒内圧力を低下させ、要求２次電圧が限界電圧を超えることが無いようにする。
図４は、本発明の一実施形態におけるフローチャートである。このフローチャートによる処理は、所定時間毎に繰り返し行われる。
【００１５】
ステップ１（図では、「Ｓ１」と示す。以下同様）では、内燃機関１の運転状態を検出する。ここでは、運転状態としてアクセル開度センサ２４の出力信号に基づいてアクセル開度ＡＰＯを検出する。
ステップ２では、アクセル開度ＡＰＯの変化量ΔＡＰＯが所定値以上（ΔＡＰＯ≧所定値）であるかを判定する。この変化量ΔＡＰＯは、ステップ１にて検出したアクセル開度ＡＰＯを前回値ＡＰＯ（−１）で減算することで算出する（ΔＡＰＯ＝ＡＰＯ−ＡＰＯ（−１））。変化量ΔＡＰＯが所定値以上（ΔＡＰＯ≧所定値）である場合には、加速状態であると判定してステップ３へ進む。一方、変化量ΔＡＰＯが所定値未満（ΔＡＰＯ＜所定値）である場合には、非加速（または定常）状態であると判定して、後述するステップ６へ進む。
【００１６】
ステップ３では、加速状態、ここではアクセル開度ＡＰＯの変化量ΔＡＰＯに応じて点火時期ＡＤＶをリタードする制御を実施する。このリタード制御では、点火時期ＡＤＶを最大で圧縮行程上死点までリタードする。これが点火時期制御手段に相当する。
ステップ４では、リタードされた点火時期ＡＤＶが所定時期Ｃよりも遅い（進角値で所定値未満である）か否かを判定する。所定時期Ｃは、図２に示すように、点火時期での筒内圧力に対応する点火コイル６の要求２次電圧が、点火コイル６の部品要求からの限界電圧未満となる所定の点火時期である。点火時期ＡＤＶが所定時期Ｃよりも遅い場合には、点火時期ＡＤＶでの筒内圧力の上昇を抑制するため、ステップ５へ進む。一方、点火時期ＡＤＶが所定時期Ｃよりも速い場合には、点火時期ＡＤＶでの筒内圧力を抑制する必要がないため、処理を終了する。
【００１７】
なお、リタードされた点火時期ＡＤＶでの実際の筒内圧力Ｐｃｙｄを算出し、この筒内圧力Ｐｃｙｄが所定圧力（例えば、図２に示す点火時期Ｃでの筒内圧力）を超えているかを判定してもよい。
更に、この筒内圧力Ｐｃｙｄに対応する点火コイル６の要求２次電圧を算出すると共に、例えば図２に示す要求２次電圧算出テーブルにより、点火時期ＡＤＶでの筒内圧力Ｐｃｙｄに応じて要求２次電圧を算出した後に、この要求２次電圧が所定電圧（例えば、点火時期Ｃでの筒内圧力に対応する点火コイル６の要求２次電圧）を超えているかを判定するようにしてもよい。
【００１８】
ステップ５では、図２に示すように要求２次電圧を通常使用範囲内（限界電圧未満）にするため、電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯを規制することで、筒内に吸入される空気量を制限する。これが吸入空気量制限手段に相当する。これにより、筒内に吸入される空気量が減少される結果、加速状態でのトルクショックを防止すると共に、点火時期ＡＤＶでの筒内圧力Ｐｃｙｄが低下するため、点火コイル６の要求２次電圧を限界電圧未満にする。
【００１９】
電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯの規制としては、例えば、少なくともアクセル開度ＡＰＯに基づいてスロットル開度ＴＶＯを制御する場合に、アクセル開度ＡＰＯの増大方向の変化に対し、スロットル開度ＴＶＯの増大方向の制御を所定時間遅延（停止）させるようにする。なお、所定時間経過後は、スロットル開度ＴＶＯが運転条件（例えば、アクセル開度ＡＰＯおよびエンジン回転数Ｎｅ）に基づいて算出された目標開度になるように制御する。
【００２０】
また、ステップ２からステップ６へ進んだ場合には、ノッキングが有るかを判定する。ノッキングの判定は、例えばノッキングセンサ２６を用いて直接的にノッキングを検出する。なお、筒内圧力Ｐｃｙｄを推定して間接的にノッキングを予測してもよいし、例えばＥＧＲ通路１８を介して排気通路１６中の排気ガスの一部がコレクタ１４内に導入されることで吸気温度が高くなった場合、すなわちノッキングが発生し易くなった場合において、吸気温度センサ２２によって吸入空気温度から間接的にノッキングを予測してもよい。ノッキングが有ると判定される場合には、ステップ３へ進み、点火時期ＡＤＶをリタードする制御によりノッキングを回避する。一方、ノッキングが無いと判定される場合には、ノッキングを回避させる必要がないため、処理を終了する。
【００２１】
図５は、このフローチャートによる制御を行った場合のタイムチャートである。
スロットル開度ＡＰＯの変化量ΔＡＰＯが所定値以上（ΔＡＰＯ≧所定値）になる時点ｔ１で、トルク段差低減のため、点火時期制御手段は点火時期ＡＤＶのリタードを開始する。このとき、点火時期制御手段は、加速状態に応じて、点火時期ＡＤＶをリタードする制御を実施する。図では、点火時期リタード制御の開始時点ｔ１からスロットル開度ＡＰＯが目標値に達する時点ｔ３までの間、ｔ１の時点での点火時期ＡＤＶを圧縮上死点（ＴＤＣ）までリタードしている。
【００２２】
点火時期ＡＤＶのリタード制御が行われると、リタードされた点火時期ＡＤＶが所定時期Ｄを超える時点ｔ２で電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯを制限する。具体的には、点火時期リタード開始後、点火時期ＡＤＶが所定時期Ｄを超えるとき（またはｔ１の時点から所定時間経過後）に、吸入空気量制限手段によって電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯを規制し、アクセル開度ＡＰＯの増大方向の変化に対し、電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯの増大方向の制御を所定時間遅延（停止）させる。
【００２３】
なお、点火時期ＡＤＶの所定時期Ｄは、前述の所定時期Ｃに設定してもよいが、早めに制御するために該所定時期Ｃよりも進角した点火時期としてもよい。
そして、演算された点火時期ＡＤＶが図２に示す点火時期ＡＤＶの所定時期Ｄでの筒内圧力に対応する点火コイル６の要求２次電圧を超える点火時期ＡＤＶになった時点ｔ２で、燃焼室４への空気の流入を抑制するため、ｔ２の時点からｔ３の時点までの間、電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯを一時的に規制値ＴＶＯ’に規制する。
【００２４】
これにより、点火時期ＡＤＶがｔ２の時点からｔ３の時点まで、すなわち点火時期ＡＤＶがピストン上死点ＴＤＣ近傍までリタードされた場合においても、電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯを規制し、燃焼室４内に吸入される空気量を減少させ、点火時期ＡＤＶにおける筒内圧力Ｐｃｙｄを低下させることで、要求２次電圧を限界電圧未満にすることができる。そして、点火装置５の部品（点火コイル６、点火プラグ７等）の仕様を変更する必要がなくなり、製造コスト、燃費および出力性能を維持することができる。
【００２５】
また、点火コイル６の要求２次電圧の低減対策としては、内燃機関１の圧縮比を下げ、点火時の筒内圧力Ｐｃｙｄを低減することが考えられる。しかしながら、仮に圧縮比を下げた場合には、燃費向上のために燃料を燃焼室４内に直接噴射するという効果が低減してしまう。このため、本発明では、直噴式内燃機関１において、過渡時での電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯの規制を行うことにより吸入空気量を制限し、圧縮比を下げることなく、点火コイル６の要求２次電圧を低下させている。
【００２６】
なお、電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯの規制が終了した場合には、電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯは、規制値ＴＶＯ’から、アクセル開度ＡＰＯに基づいて算出された電制スロットル弁１３の目標値になるように制御される一方、点火時期ＡＤＶは、圧縮上死点ＴＤＣから目標値になるように制御される（ｔ３〜ｔ４の期間）。
また、前述のフローチャートのステップ５における電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯの制限は、アクセル開度ＡＰＯの増大方向の変化速度に対し、電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯの増大方向の変化速度を遅らせるものであってもよい。
【００２７】
具体的には、図６に示すように、電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯは、点火時期ＡＤＶのリタード開始時点ｔ１から、点火時期ＡＤＶが圧縮上死点ＴＤＣに達した後に最終的な目標値に達する時点ｔ４まで、開き方が遅くなるように制御する。
なお、電制スロットル弁１３の開き方は、図６に示すように電制スロットル弁１３の開度ＴＶＯが直線上に増加する場合に限られず、点火コイル６の要求２次電圧が限界電圧未満となるようにすることができれば、曲線状に増加するようにしてもよい。
【００２８】
本実施形態によれば、機関運転条件に応じて点火時期ＡＤＶを制御する点火時期制御手段を備える内燃機関の制御装置において、点火時期ＡＤＶのリタードにより、点火時期ＡＤＶでの筒内圧力Ｐｃｙｄに対応する点火コイル６の要求２次電圧が所定電圧を超えるときに（ステップ４）、吸入空気量を制限する吸入空気量制限手段（ステップ５）を設けた。このため、吸入空気量を制限して点火時期ＡＤＶでの筒内圧力Ｐｃｙｄを低下させることで、点火コイル６の要求２次電圧を限界電圧未満にすることができる。
【００２９】
また本実施形態によれば、点火時期制御手段は、加速状態を検出し（ステップ２）、これに応じて点火時期ＡＤＶをリタードする制御を実施する（ステップ３）。このため、過渡時に急激なトルクが発生しないように点火時期ＡＤＶを遅らせることができる。
また本実施形態によれば、点火時期制御手段は、ノッキングを検出または予測し（ステップ６）、ノッキング有りのときに点火時期ＡＤＶをリタードする制御を実施する（ステップ３）。このため、例えばＥＧＲ通路１８を介して排気通路１６中の排気ガスの一部がコレクタ１４内に導入されることで吸気温度が高くなった場合（ノッキングが発生し易くなった場合）において、点火時期ＡＤＶをリタードする制御によりノッキングを回避できる。
【００３０】
また本実施形態によれば、吸入空気量制限手段は、スロットル開度ＴＶＯを規制するものである（ステップ５）。このため、燃焼室４へ吸入される空気量を減少させ、筒内圧力Ｐｃｙｄを低下させることができ、点火時期ＡＤＶでの筒内圧力Ｐｃｙｄに対応する点火コイル６の要求２次電圧を低下させることができる。
また本実施形態によれば、スロットル開度ＴＶＯの規制は、少なくともアクセル開度ＡＰＯに基づいてスロットル開度ＴＶＯを制御する場合に、アクセル開度ＡＰＯの増大方向の変化に対し、スロットル開度ＴＶＯの増大方向の制御を所定時間遅延させるものである（ステップ５）。このため、遅延時のスロットル開度ＴＶＯが規制され、点火コイル６の要求２次電圧を限界電圧未満にすることができる。
【００３１】
また本実施形態によれば、スロットル開度の規制は、少なくともアクセル開度ＡＰＯに基づいてスロットル開度ＴＶＯを制御する場合に、アクセル開度ＡＰＯの増大方向の変化に対し、スロットル開度ＴＶＯの増大方向の変化速度を遅らせるものである（ステップ５）。このため、スロットル開度ＴＶＯの増大が抑制され、燃焼室４内に吸入される空気量も抑制されて筒内圧力Ｐｃｙｄが低減することで、点火コイル６の要求２次電圧を限界電圧未満にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】内燃機関の制御装置の構成図
【図２】点火時期での筒内圧力と要求２次電圧とを示す図
【図３】点火時期での筒内圧力と要求２次電圧とを示す図
【図４】本発明の実施形態におけるフローチャート
【図５】フローチャートによる制御を行った場合のタイムチャート
【図６】フローチャートによる制御を行った場合のタイムチャート
【符号の説明】
【００３３】
１  内燃機関
４  燃焼室
５  点火装置
６  点火コイル
７  点火プラグ
８  吸気バルブ
９  排気バルブ
１０  燃料噴射弁
１１  吸気通路
１３  電制スロットル弁
１４  コレクタ
１５  吸気マニホールド
１６  排気通路
１８  ＥＧＲ通路
１９  ＥＧＲ弁
２１  エアフロメータ
２２  吸気温度センサ
２４  アクセル開度センサ
２５  クランク角センサ
２６  ノッキングセンサ
３０  ＥＣＵ
【図１】
2007239564.tif 000003
【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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