(57)【要約】【課題】点火プラグへのデポジットの堆積を効果的に抑制しながら、アイドル運転中のエンジン回転数を好適に制御する。【解決手段】アイドル運転中にエンジン回転数を目標アイドル回転数に収束させるべく点火タイミングを補正するフィードバック制御にあたり、点火プラグにデポジットが付着し堆積していると推測される状況下では、点火タイミングをＭＢＴ点よりも進角させた上、アイドル運転中のエンジン回転数の制御を実施する。さもなくば、点火タイミングをＭＢＴ点よりも遅角させてアイドル運転中のエンジン回転数の制御を実施する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイドル運転中にエンジン回転数を目標アイドル回転数に収束させるべく点火タイミングを補正するものであって、
点火プラグにデポジットが付着し堆積していると推測される状況下では、点火タイミングをＭＢＴ点よりも進角させた上でアイドル運転中のエンジン回転数の制御を実施し、さもなくば点火タイミングをＭＢＴ点よりも遅角させた上でアイドル運転中のエンジン回転数の制御を実施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、内燃機関のアイドル運転を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アイドル運転中の内燃機関の回転速度は、エンジンストールを起こさない限度において低速で安定させることが望ましい。エンジン回転数を目標アイドル回転数に収束させるフィードバック制御を実施するに際しては、吸気量及び燃料噴射量を操作する他、気筒における混合気への点火タイミングを操作することが考えられる。点火タイミングの補正は、スロットルバルブまたはアイドルスピードコントロールバルブの開度の調節を通じた吸気量の補正と比較して、即応性が高い点で有利である。
【０００３】
図５に示しているように、内燃機関の出力トルクは、点火タイミングをＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）点に設定したときに最大化し、点火タイミングをＭＢＴ点から進角または遅角させるほど低下する。エンジン回転数が目標アイドル回転数に満たない場合、エンジントルクを増大させる必要があるが、既にＭＢＴ点で点火を行っていたとすると、点火タイミングの補正によってそれ以上エンジントルクを増強することができない。
【０００４】
そこで、通常、敢えてＭＢＴ点よりも遅角したタイミングを基準となる点火タイミングとして定め、この基準タイミングを中心として点火タイミングを進角または遅角させるようにしている。ＭＢＴ点に対応したエンジントルクと基準タイミングに対応したエンジントルクとの差が、いわゆるリザーブトルクとなる（以上、下記特許文献を参照）。
【０００５】
アイドル運転中に点火タイミングを遅角させると、元よりエンジン回転数が低く吸気量及び燃料噴射量が少ないこともあって、気筒の燃焼室内の温度、とりわけ点火プラグが設置される天井部の温度が低下する。点火タイミングが冷やされると、その中心電極や接地電極、あるいは両電極間を絶縁する絶縁材（碍子）に、カーボン等のデポジットが付着する「くすぶり」が発生しやすくなる。
【０００６】
点火プラグのくすぶりによりデポジットが堆積すると、両電極間の絶縁抵抗が低下して混合気への点火に適した火花放電を惹起できなくなり、混合気の着火及び燃焼が不安定となるリスクが増す。また、ノッキングやプレイグニッションといった異常燃焼を惹起する原因ともなる。点火プラグのくすぶりの問題は、冷間始動直後や冬季、寒冷地等において顕著となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１１３１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、点火プラグへのデポジットの堆積を効果的に抑制しながら、アイドル運転中のエンジン回転数を好適に制御することを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、アイドル運転中にエンジン回転数を目標アイドル回転数に収束させるべく点火タイミングを補正するものであって、点火プラグにデポジットが付着し堆積していると推測される状況下では、点火タイミングをＭＢＴ点よりも進角させた上でアイドル運転中のエンジン回転数の制御を実施し、さもなくば点火タイミングをＭＢＴ点よりも遅角させた上でアイドル運転中のエンジン回転数の制御を実施する内燃機関の制御装置を構成した。
【００１０】
即ち、点火プラグへのデポジットの堆積が懸念される場合には、点火タイミングをＭＢＴ点よりも進角させた状態でアイドル回転数の制御を実施することで、燃焼室の天井部の温度ひいては点火プラグの温度を高めるようにしたのである。これにより、点火プラグに新たなデポジットが付着しにくくなり、あるいは、点火プラグに付着していたデポジットの酸化が促されて点火プラグが清浄化される。
【００１１】
尤も、点火タイミングをＭＢＴ点よりも進角させた状態は、点火タイミングをＭＢＴ点よりも遅角させた状態と比較して、混合気の着火燃焼が不安定となりやすい。そこで、点火プラグにデポジットが付着し堆積していると推測される状況下に限り、点火タイミングをＭＢＴ点よりも進角させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、点火プラグへのデポジットの堆積を効果的に抑制しながら、アイドル運転中のエンジン回転数を好適に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態における火花点火装置の回路図。
【図３】内燃機関の気筒における燃焼圧及びイオン電流のそれぞれの推移を示す図。
【図４】点火プラグにデポジットが堆積している気筒における、アイドル運転中の混合気への点火タイミングを示す図。
【図５】点火プラグにデポジットが堆積していない気筒における、アイドル運転中の混合気への点火タイミングを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。
【００１５】
各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１６】
図２に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ１２は、点火コイル１４にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル１４は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ１３とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１７】
内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０からの点火信号ｉをイグナイタ１３が受けると、まずイグナイタ１３が点弧して点火コイル１４の一次側に電流が流れ、その直後の点火のタイミングでイグナイタ１３が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。この高い誘導電圧が点火プラグ１２の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電する。
【００１８】
ＥＣＵ０は、混合気の着火燃焼の際に気筒１の燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、このイオン電流を参照して燃焼状態の判定を行うことができる。
【００１９】
図２に示すように、本実施形態では、火花点火用の電気回路に、イオン電流を検出するための回路を付加している。この検出回路は、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部１５と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部１６とを備える。バイアス電源部１５は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ１５１と、キャパシタ１５１の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード１５２と、電流阻止用のダイオード１５３、１５４と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗１５５とを含む。増幅部１６は、オペアンプに代表される電圧増幅器１６１を含む。
【００２０】
点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ１５１が充電され、その後キャパシタ１５１に充電されたバイアス電圧により負荷抵抗１５５にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることで生じる抵抗１５５の両端間の電圧は、増幅部１６により増幅されてイオン電流信号ｈとしてＥＣＵ０に受信される。
【００２１】
図３に、正常燃焼における、イオン電流（図中実線で示す）及び気筒１内の燃焼圧力（筒内圧。図中破線で示す）のそれぞれの推移を例示している。イオン電流は、点火のための放電中は検出することができない。正常燃焼の場合のイオン電流は、火花点火の終了後、化学反応により、圧縮上死点の手前で減少した後、熱解離によって再び増加する。また、燃焼圧がピークを迎えるのとほぼ同時にイオン電流も極大となる。
【００２２】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００２３】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００２４】
排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。
【００２５】
内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２６】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、気筒１を内包しているシリンダブロックの振動の大きさを検出するノックセンサから出力されるノック信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号ｈ等が入力される。
【００２７】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射（開弁）信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。
【００２８】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率等といった運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。
【００２９】
運転者がアクセルペダルを踏み込んでおらず、アクセルペダルの踏込量が０またはほぼ０であるアイドリング時、ＥＣＵ０は、エンジン回転数を低位の目標アイドル回転数に収束せしめるべく、気筒１に充填された混合気への点火タイミングの制御を実施する。点火タイミングは、必要とされるリザーブトルクを確保し、かつ外乱によるエンジン回転数の変動を抑制するように設定する。
【００３０】
図４及び図５は、吸気量や燃料噴射量その他の運転パラメータを一定と仮定した場合の、点火タイミングと内燃機関の出力トルクとの関係を表している。エンジントルクは、点火タイミングをＭＢＴ点に設定したときに最大化し、点火タイミングをＭＢＴ点から進角または遅角させるほど低下する。
【００３１】
点火タイミングの進角量または遅角量に対するエンジントルクの変化量の比、換言すれば図４及び図５に示している曲線の接線の傾きは、ＭＢＴ点近傍においては小さく、ＭＢＴ点から離れるほど大きくなる。つまり、ＭＢＴ点近傍では、点火タイミングの操作に対するエンジントルクの増減の感度が低い。故に、アイドル運転中、基準となる点火タイミングを敢えてＭＢＴ点から偏倚したタイミングに定め、その基準タイミングを中心として点火タイミングを操作する。ＭＢＴ点におけるエンジントルクと基準タイミングにおけるエンジントルクとの差が、リザーブトルクとなる。リザーブトルクの確保により、熱機械変換効率は低下するが、外乱に対してエンジントルクを増減調整する余裕が生まれる。
【００３２】
リザーブトルクの大きさは、内燃機関に加わる負荷に応じて調整することが好ましい。負荷の例として、クランクシャフトからトルクの伝達を受けて回転するエアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサ、発電機（オルタネータまたはモータジェネレータ）、内燃機関自体や駆動系のフリクション、自動変速機を搭載した車両における走行レンジ（走行レンジではトルクコンバータと車軸とが切り離されず、ニュートラルレンジに比して負荷が大きくなる）、等を挙げることができる。基本的に、リザーブトルクは、内燃機関に加わる負荷が大きいほど大きくとる。負荷が大きいほどエンジン回転数が落ち込みやすく、その落ち込み分を補うようにエンジントルクを増す必要があるからである。逆に、内燃機関に加わる負荷が小さい状況では、リザーブトルクを小さくして燃費性能の向上を図る。従って、点火タイミングは、内燃機関に加わる負荷が大きいほどＭＢＴ点から遠ざかり、負荷が小さいほどＭＢＴ点に近づく。
【００３３】
アイドル運転中のエンジン回転数のフィードバック制御において、ＥＣＵ０は、クランクシャフトの回転速度を所定回転角度毎、例えば３０°ＣＡ（クランク角度）毎にセンシングする。そして、その実測回転速度と、目標アイドル回転数に相当する回転速度との偏差を縮小させる方向に、点火タイミングを基準タイミングから進角または遅角させる。
【００３４】
因みに、アイドル運転中のＥＣＵ０は、点火タイミングだけでなく吸気量及び燃料噴射量をも増減調整することがある。その場合、クランクシャフトの実測回転速度と目標アイドル回転数に相当する回転速度との偏差を縮小させる方向に、スロットルバルブ３３の開度及びインジェクタ１０の開弁時間を増加または減少させる。
【００３５】
しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、気筒１に設置した点火プラグ１２にデポジットが付着し堆積していると推測される状況下では、図４に示すように、当該気筒１における混合気への点火タイミングをＭＢＴ点よりも進角させた上で、上述したアイドル回転数のフィードバック制御を行う。即ち、実測回転速度が目標アイドル回転数に相当する回転速度よりも高ければ、当該気筒１における点火タイミングをより進角させて（ＭＢＴ点から遠ざけて）エンジントルクの低下を図る。逆に、実測回転速度が目標アイドル回転数に相当する回転速度よりも低けれれば、当該気筒１における点火タイミングをより遅角させて（ＭＢＴ点に近づけて）エンジントルクの増強を図る。
【００３６】
翻って、気筒１に設置した点火プラグ１２にデポジットが付着し堆積していると推測されない状況下では、図５に示すように、当該気筒１における混合気への点火タイミングをＭＢＴ点よりも遅角させた上で、アイドル回転数のフィードバック制御を行う。これは、従来の制御と同様である。即ち、実測回転速度が目標アイドル回転数に相当する回転速度よりも高ければ、当該気筒１における点火タイミングをより遅角させて（ＭＢＴ点から遠ざけて）エンジントルクの低下を図る。逆に、実測回転速度が目標アイドル回転数に相当する回転速度よりも低けれれば、当該気筒１における点火タイミングをより進角させて（ＭＢＴ点に近づけて）エンジントルクの増強を図る。結果として、アイドル運転中の点火タイミングは、気筒１毎に大きく異なり得る。
【００３７】
点火プラグ１２にデポジットが堆積したことを感知する手法は、幾つか考えられる。具体例を挙げると、イオン電流検出用の回路を介して検出されるイオン電流信号ｈを参照して、点火プラグ１２にデポジットが堆積したかどうかを判断することができる。
【００３８】
点火プラグ１２の電極や絶縁材（碍子）にカーボン等の導電性のデポジットが付着して堆積すると、点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間の絶縁抵抗が低下する。イオン電流信号ｈを参照すれば、点火プラグ１２の両電極間の絶縁抵抗の大きさを推定可能である。図３に示しているように、混合気の燃焼が概ね完了していると思われる膨張行程の終期におけるイオン電流の大きさＬを計測し、この残留電流（または、漏れ電流）Ｌが所定量以上である場合に、中心電極と接地電極との間の絶縁抵抗が所定以下となった、換言すれば点火プラグ１２がくすぶってデポジットが堆積していると推測できる。
【００３９】
あるいは、気筒１においてノッキングが起こる頻度を基に、点火プラグ１２にデポジットが堆積したかどうかを判断することもできる。
【００４０】
ＥＣＵ０は、特に高負荷運転中に、ノックセンサが出力するノック信号ｄを参照して、各気筒１の膨張行程におけるノッキングやプレイグニッションの有無を判定し、その判定結果に応じた点火タイミングの調整を行っている（いわゆるノックコントロールシステム）。ＥＣＵ０は、気筒１の膨張行程中にノックセンサを介して検出されたノック信号ｄのサンプリング値（現在の振動の強度）をノック判定値と比較し、ノック信号ｄのサンプリング値がノック判定値を上回ったならば、当該気筒１にてノッキング等の異常燃焼が起こったと判定する。逆に、ノック信号ｄのサンプリング値がノック判定値以下ならば、当該気筒１にて異常燃焼は起こっていないと判定する。
【００４１】
その上で、ＥＣＵ０は、気筒１における混合気への点火タイミングを、対象の気筒１におけるノッキングの有無の判定結果に基づいて補正する。即ち、現在の内燃機関の運転領域［エンジン回転数，要求負荷（または、吸気圧、吸気量、燃料噴射量）］に応じて定まるベース点火タイミングに遅角補正量を加味して点火タイミングを決定することとし、その遅角補正量を、気筒１においてノッキングが起こらなくなるまで（例えば、混合気の着火燃焼の機会が訪れる毎に所定量づつ）逓増させるとともに、ノッキングが起こらない限りにおいて（混合気の着火燃焼の機会が訪れる毎に所定量づつ）逓減させてゆく。
【００４２】
点火プラグ１２にカーボン等のデポジットが付着して堆積すると、気筒１においてノッキングやプレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性が高まる。それ故、点火タイミングを決定する遅角補正量が所定量以上となった場合に、当該気筒１にて異常燃焼が高頻度で発生している、換言すれば当該気筒１の点火プラグ１２にデポジットが堆積していると推測できる。
【００４３】
本実施形態では、アイドル運転中にエンジン回転数を目標アイドル回転数に収束させるべく点火タイミングを補正するものであって、点火プラグ１２にデポジットが付着し堆積していると推測される状況下では、点火タイミングをＭＢＴ点よりも進角させた上でアイドル運転中のエンジン回転数の制御を実施し、さもなくば点火タイミングをＭＢＴ点よりも遅角させた上でアイドル運転中のエンジン回転数の制御を実施する内燃機関の制御装置０を構成した。
【００４４】
本実施形態によれば、点火プラグ１２へのデポジットの堆積が懸念される場合に、点火タイミングをＭＢＴ点よりも進角させた状態でアイドル回転数の制御を実施することで、当該気筒１の燃焼室の天井部の温度ひいては当該気筒１に設置された点火プラグ１２の温度をより高めることができる。従って、当該点火プラグ１２に新たなデポジットが付着しにくくなり、あるいは、当該点火プラグ１２に付着していたデポジットの酸化が促されて同点火プラグ１２が清浄化される。
【００４５】
尤も、点火タイミングをＭＢＴ点よりも進角させた状態は、点火タイミングをＭＢＴ点よりも遅角させた状態と比較して、混合気の着火燃焼が不安定となりやすい。そこで、点火プラグ１２にデポジットが付着し堆積していると推測される状況下に限り、点火タイミングをＭＢＴ点よりも進角させ、混合気の燃焼を安定ならしめている。
【００４６】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。特に、点火プラグ１２にデポジットが堆積したかどうかを判断するための手法は、イオン電流信号ｈやノック信号ｄを参照するものには限定されない。例えば、一トリップ（イグニッションスイッチがＯＮとなって内燃機関が始動してから、イグニッションスイッチがＯＦＦにされて内燃機関が停止するまでの期間を一トリップとする）中に内燃機関の温度（冷却水温）が所定値まで上昇することなく内燃機関が停止された場合に、カウンタを１増加させる。そして、当該カウンタが所定値に到達したならば、点火プラグ１２にデポジットが付着し堆積したと推測し、その後のアイドル運転において点火タイミングをＭＢＴ点よりも進角させる。内燃機関の高負荷運転が実施され、点火プラグ１２の温度が十分に高められた後は、デポジットが酸化して除去されたと見なして上記カウンタを０にリセットする。
【００４７】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１２…点火プラグ
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｆ…冷却水温信号
ｈ…イオン電流信号
【図１】
2016008578.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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