| 【発明の名称】 |
多気筒内燃機関の点火時期制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】▲吉▼岡 衛
【氏名】橋口 幸秀
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| 【要約】 |
【課題】暖機過程において、各気筒の燃焼状態の悪化及びそれに伴うトルク低下を抑制し、アイドル安定性を向上することができる多気筒内燃機関の点火時期制御装置を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ５０は、エンジン１１の吸入空気量Ｇａ、エンジン回転速度ＮＥ、冷却水温ＴＨＷに基づいて全気筒共通の点火時期ＡＯＰ０を算出する。そして、ＥＣＵ５０はエンジン１１の暖機過程において、点火時期ＡＯＰ０を進角補正することにより気筒温度の最も低い♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１を求める。この最終点火時期ＡＯＰ１に基づいて♯１気筒の点火を制御することにより、♯１気筒の燃焼開始時期を早めてその燃焼状態を改善し気筒間の燃焼変動を抑制することができるようになる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】内燃機関は複数の気筒を備え、該内燃機関の運転状態に基づいて各気筒内の燃料混合気の点火時期を算出し、その算出した点火時期に基づいて気筒毎に点火時期を制御する多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記内燃機関の暖機過程において、少なくとも気筒温度の最も低い気筒の点火時期を進角側に補正する補正手段を設けた多気筒内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項２】内燃機関は複数の気筒を備え、該内燃機関の運転状態に基づいて各気筒内の燃料混合気の点火時期を算出し、その算出した点火時期に基づいて気筒毎に点火時期を制御する多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記内燃機関の暖機過程において、少なくとも排吸気バルブのバルブクリアランスが最も小さくなる気筒の点火時期を進角側に補正する補正手段を設けた多気筒内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項３】請求項１及び請求項２のいずれかに記載の多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記補正手段は、前記内燃機関の冷却水温が低いほど前記点火時期の補正値を増加させるものである多気筒内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記補正手段は、前記内燃機関の回転速度が低いほど前記点火時期の補正値を増加させるものである多気筒内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記補正手段は、前記内燃機関始動時からの冷却水温の上昇量に基づいて前記点火時期の補正進角量を徐々に増加させるものである多気筒内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記補正手段は、前記冷却水温が第１所定値以上であり第２所定値未満のとき、前記点火時期の補正進角量を徐々に減少させるものである多気筒内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記内燃機関の始動時から所定期間において前記補正手段による補正を禁止する禁止手段をさらに備える多気筒内燃機関の点火時期制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多気筒内燃機関の点火時期制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、複数の気筒を備えた多気筒内燃機関においては、燃料噴射弁から吸気通路に燃料を噴射して各燃焼室に空気と燃料とからなる混合気を供給し、この混合気に対して所定のタイミングで点火を行うことによって混合気が燃焼し内燃機関が駆動される。このような多気筒内燃機関の点火時期制御装置においては、各気筒について同じ位置に点火時期をセットしても、機関の回転状態の不整に基づいて各気筒の点火時期に不整が生じ、各気筒の燃焼状態に気筒間差が生じて機関出力が低下する。
【０００３】従来、上記のような問題点を解決するため、例えば特開平１−１７８７６８号公報に記載された多気筒内燃機関の点火時期制御装置のように、内燃機関の冷却水温及び回転速度の少なくとも一方に基づいて各気筒の点火時期を補正するようにしたものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、多気筒内燃機関は、シリンダブロック及びシリンダヘッドの冷却水通路内で冷却水を循環させることにより、各気筒の熱を吸収して各気筒を冷却するようにしている。そのため、多気筒内燃機関の暖機過程においては各気筒の温度は同様に上昇するのではなく、冷却水の上流側の気筒ほど気筒温度が低く、冷却水の下流側ほど気筒温度が高くなり、各気筒温度に気筒間差が生じる。気筒温度に気筒間差が生じると、各気筒に対応した吸排気バルブのバルブクリアランスが異なる値となり、気筒毎にバルブオーバーラップ期間の長さがそれぞれ異なる値となる。そして、バルブクリアランスが最も小さくなる気筒のバルブオーバーラップ期間が最も長くなり、当該気筒の内部排気再循環（ＥＧＲ）量が多くなる。このように内部ＥＧＲ量が大きくなった気筒では、当該気筒への吸入空気量が少なくなり、当該気筒の燃焼状態が低下してトルク低下を招き、アイドル回転速度が不安定になる。また、多気筒内燃機関の暖機過程において、気筒温度の低い気筒では燃焼室壁面の温度が低いため、燃焼状態が低下してトルク低下を招き、アイドル回転速度が不安定になる。
【０００５】ところが、上記公報に記載の点火時期制御装置では、各気筒の点火時期を算出する際、内燃機関の暖機過程における気筒間の温度差を考慮していないため、上記のように内燃機関の暖機過程において気筒の温度上昇に基づいて燃焼状態が低下してトルク低下を招く気筒が発生し、内燃機関のアイドル回転速度が不安定になっていた。
【０００６】本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、多気筒内燃機関の暖機過程において、各気筒の燃焼状態の悪化及びそれに伴うトルク低下を抑制し、アイドル安定性を向上することができる多気筒内燃機関の点火時期制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。請求項１に記載の発明は、内燃機関は複数の気筒を備え、該内燃機関の運転状態に基づいて各気筒内の燃料混合気の点火時期を算出し、その算出した点火時期に基づいて気筒毎に点火時期を制御する多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記内燃機関の暖機過程において、少なくとも気筒温度の最も低い気筒の点火時期を進角側に補正する補正手段を設けたことを要旨とする。
【０００８】多気筒内燃機関の暖機過程において、複数の気筒の温度に気筒間差が生じ、気筒温度の最も低い気筒の燃焼室壁面は温度が低くその燃焼状態はそれ以外の気筒の燃焼状態よりも低下する。これに対して請求項１の発明によれば、暖機過程において気筒温度の最も低い気筒の点火時期を進角側に補正するようにしている。これにより当該気筒の燃料混合気の燃焼開始時期が早まってその燃焼状態が改善されるようになるため、気筒間の燃焼変動を抑制することができ、多気筒内燃機関の暖機過程におけるアイドル安定性を向上することができるようになる。
【０００９】請求項２に記載の発明は、内燃機関は複数の気筒を備え、該内燃機関の運転状態に基づいて各気筒内の燃料混合気の点火時期を算出し、その算出した点火時期に基づいて気筒毎に点火時期を制御する多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記内燃機関の暖機過程において、少なくとも排吸気バルブのバルブクリアランスが最も小さくなる気筒の点火時期を進角側に補正する補正手段を設けたことを要旨とする。
【００１０】多気筒内燃機関の暖機過程において、複数の気筒の温度に気筒間差が生じて各気筒の排吸気バルブのバルブクリアランスにも気筒間差が生ずる。バルブクリアランスが最も小さくなる気筒ではバルブオーバーラップ期間が長くなって内部排気再循環量が増加するため、その燃焼状態はそれ以外の気筒の燃焼状態よりも低下する。これに対して請求項２の発明によれば、暖機過程において排吸気バルブのバルブクリアランスが最も小さくなる気筒の点火時期を進角側に補正するようにしている。これにより当該気筒の燃料混合気の燃焼開始時期が早まってその燃焼状態が改善されるようになるため、気筒間の燃焼変動を抑制することができ、多気筒内燃機関の暖機過程におけるアイドル安定性を向上することができるようになる。
【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１及び請求項２のいずれかに記載の多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記補正手段は、前記内燃機関の冷却水温が低いほど前記点火時期の補正値を増加させるものであることを要旨とする。
【００１２】多気筒内燃機関の暖機過程において、内燃機関の冷却水温が低いほど気筒温度が最も低い気筒の燃焼室壁面温度は低く、その燃焼状態はより低下する。また、内燃機関の冷却水温が低いほどバルブクリアランスが最も小さくなる気筒のバルブクリアランスが小さくなって内部排気再循環量が増加するため、その燃焼状態はより低下する。これに対して請求項３の発明によれば、暖機過程において内燃機関の冷却水温が低いほど点火時期の補正値を増加させるようにしている。そのため、当該気筒の燃焼状態を改善して気筒間の燃焼変動を適正に抑制することができるようになる。
【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記補正手段は、前記内燃機関の回転速度が低いほど前記点火時期の補正値を増加させるものであることを要旨とする。
【００１４】多気筒内燃機関の暖機過程において、内燃機関の回転速度が低いほどバルブクリアランスが最も小さくなる気筒の内部排気再循環量が増加するため、その燃焼状態はより低下する。これに対して請求項４の発明によれば、暖機過程において内燃機関の回転速度が低いほど点火時期の補正値を増加させるようにしている。そのため、当該気筒の燃焼状態を改善して気筒間の燃焼変動を適正に抑制することができるようになる。
【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記補正手段は、前記内燃機関始動時からの冷却水温の上昇量に基づいて前記点火時期の補正進角量を徐々に増加させるものであることを要旨とする。
【００１６】多気筒内燃機関の暖機過程において、内燃機関の冷却水温が低いほど点火時期を進角側に補正すると、機関始動後の各気筒温度の気筒間差が小さい場合に過補正になってしまうおそれがある。これに対して請求項５の発明によれば、機関始動時からの冷却水温の上昇量に基づいて前記点火時期の補正値を徐々に増加させるようにしているので過補正を抑制することができ、燃焼状態を適正に改善して気筒間の燃焼変動をより適正に抑制することができるようになる。
【００１７】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記補正手段は、前記冷却水温が第１所定値以上であり第２所定値未満のとき、前記点火時期の補正進角量を徐々に減少させるものであることを要旨とする。
【００１８】多気筒内燃機関の暖機過程において、内燃機関の冷却水温に基づいて点火時期を進角側に補正すると、内燃機関の暖機過程の終盤において各気筒温度の気筒間差が小さくなった場合に過補正になってしまうおそれがある。これに対して請求項６の発明によれば、冷却水温が第１所定値以上であり第２所定値未満のとき、点火時期の補正進角量を徐々に減少させるようにしているので過補正を抑制することができ、燃焼状態を適正に改善して気筒間の燃焼変動をより適正に抑制することができるようになる。
【００１９】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記内燃機関の始動時から所定期間において前記補正手段による補正を禁止する禁止手段をさらに備えることを要旨とする。
【００２０】多気筒内燃機関の暖機過程において、機関始動直後から所定期間においては各気筒温度の気筒間差は小さいため、この所定期間において点火時期を進角側に補正すると過補正になってしまうおそれがある。これに対して請求項７の発明によれば、内燃機関の始動時から所定期間において点火時期の進角側への補正が禁止されるので、過補正を防止することができ、この補正に伴う気筒間の燃焼変動の発生を抑制することができるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を自動車用のガソリンエンジンに適用した第１実施形態を図１〜図１０に従って説明する。なお、本実施形態において、エンジン１１は４つの気筒が直列に配置されたものとする。
【００２２】図１に示すように、エンジン１１のシリンダブロック１１ａ内には、ピストン１２が往復移動可能に設けられている。このピストン１２は、コンロッド１３を介してエンジン１１の出力軸であるクランクシャフト１４に連結されている。そして、ピストン１２の往復移動は、コンロッド１３によってクランクシャフト１４の回転へと変換されるようになっている。また、シリンダブロック１１ａには、エンジン１１の冷却水温を検出するための水温センサ１１ｂが設けられている。
【００２３】上記シリンダブロック１１ａの上端には、シリンダヘッド１５が設けられている。シリンダヘッド１５とピストン１２との間には燃焼室１６が設けられている。この燃焼室１６は吸気ポート１７を介して吸気通路１８に接続されるとともに、排気ポート１９を介して排気通路２０に接続されている。シリンダヘッド１５には吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が摺動可能に貫通支持されている。吸気ポート１７と燃焼室１６とは吸気バルブ２１により連通・遮断され、排気ポート１９と燃焼室１６とは排気バルブ２２により連通・遮断されるようになっている。なお、本実施形態では、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２は耐摩耗性、耐熱性及び耐酸化性に優れた鋼材により形成されており、その熱膨張係数は小さいものとなっている。これに対して、シリンダヘッド１５は熱放散性に優れかつ軽量なアルミニウム合金により形成されており、その熱膨張係数は吸排気バルブのそれと比較して大きいものとなっている。
【００２４】一方、前記シリンダヘッド１５上には、吸気側カムシャフト２６及び排気側カムシャフト２７が回転可能に支持されている。吸気側カムシャフト２６及び排気側カムシャフト２７は図示しない動力伝達機構を介して前記クランクシャフト１４の回転に同期して回転される。
【００２５】吸気側カムシャフト２６には、吸気バルブ２１の上端に取り付けられたバルブリフタ２８に当接可能な吸気カム２９が設けられ、排気側カムシャフト２７には、排気バルブ２２の上端に取り付けられたバルブリフタ３０に当接可能な排気カム３１が設けられている。バルブリフタ２８と吸気カム２９との間、及びバルブリフタ３０と排気カム３１との間には、エンジン１１の運転中における熱膨張量の差を吸収して吸排気バルブの突き上げ等を防止するためのバルブクリアランスが設定されている。そして、吸気側カムシャフト２６及び排気側カムシャフト２７の回転に伴って吸気カム２９及び排気カム３１のカムリフト量がこのバルブクリアランス分に相当する量以上になると吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が開閉駆動される。また、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉動作には、図４に示すように共に開弁するバルブオーバーラップ期間が設定されており、このバルブオーバーラップ期間によりエンジン１１の低速回転時における安定性を確保するようにしている。
【００２６】図２は、上記エンジン１１を冷却系統について示した模式図である。上記シリンダブロック１１ａにはフロント（Ｆｒ）側からリヤ側に向かって第１（♯１）気筒〜第４（♯４）気筒の４つの気筒が直列に設けられている。冷却水はシリンダブロック１１ａの側面下部から導入されてその外周壁内の冷却水通路をリヤ側に流れ、シリンダブロック１１ａのフロント（Ｆｒ）側に達する。この後、冷却水はシリンダブロック１１ａのフロント側においてシリンダヘッド１５の壁内の冷却水通路に流入し、シリンダヘッド１５のリヤ側に流れて排出されるようになっている。前記水温センサ１１ｂはシリンダブロック１１ａのリヤ側に設けられている。なお、水温センサは各気筒に対応してそれぞれ設けてもよく、このようにするとより精密な点火時期制御を行うことができる。
【００２７】図示しないラジエータとエンジン１１との間には所定温度（８０℃）で開弁してラジエータからシリンダブロック１１ａへの冷却水の流れを許容するサーモスタット（図示せず）が配設されている。従って、冷却水温度が所定値ＴＨ０（例えば８０℃）未満であるエンジン１１の暖機過程においては、冷却水はラジエータを経由せずにエンジン１１の冷却水通路のみで循環される。冷却水温度が所定値ＴＨ０（例えば８０℃）に達してエンジン１１の暖機が完了すると冷却水はラジエータを経由してエンジン１１に供給される。
【００２８】従って、エンジン１１の始動後の暖機過程においては、図３に示すように、シリンダヘッド１５の冷却水通路において上流側の♯１気筒ほど冷却水温が低く、下流側の気筒ほど冷却水温が高くなり、各気筒温度に気筒間差が生じる。暖機過程における♯１気筒〜♯４気筒の気筒温度をＴＨＷ１〜ＴＨＷ４とすると、ＴＨＷ１＜ＴＨＷ２＜ＴＨＷ４≦ＴＨＷ３となると推定される。なお、ＴＨＷ４≦ＴＨＷ３となるのは、♯４気筒は冷却水通路の最下流であるものの、当該気筒に隣接する気筒が♯３気筒の１つのみであるため、その分他気筒からの熱の授受が少なくなるためである。なお、エンジン１１の暖機完了後においては、冷却水温は所定値ＴＨ０になり、♯１気筒〜♯４気筒の気筒温度ＴＨＷ１〜ＴＨＷ４に気筒間差はなくなり、所定値ＴＨ０になる。
【００２９】上記のような吸排気バルブのバルブクリアランスはエンジン１１の運転中における各気筒の温度に応じてシリンダヘッド１５の膨張量が変化することにより異なる値になる。図５はバルブクリアランスとバルブオーバーラップ期間との関係を示し、上記のように♯１気筒〜♯４気筒の気筒温度ＴＨＷ１〜ＴＨＷ４にＴＨＷ１＜ＴＨＷ２＜ＴＨＷ４≦ＴＨＷ３なる気筒間差が生じると、♯１気筒〜♯４気筒に対応する吸排気バルブのバルブクリアランスに気筒間差が生じる。バルブクリアランスが小さくなればなるほど、バルブオーバーラップ期間は長くなる。従って、♯１気筒〜♯４気筒のバルブオーバーラップ期間をＯ／Ｌ１〜Ｏ／Ｌ４とすると、Ｏ／Ｌ３≦Ｏ／Ｌ４＜Ｏ／Ｌ２＜Ｏ／Ｌ１となり、♯１気筒のバルブオーバーラップ期間Ｏ／Ｌ１が最も長くなり、♯３気筒のバルブオーバーラップ期間Ｏ／Ｌ３が最も短くなる。
【００３０】前記クランクシャフト１４にはシグナルロータ１４ａが取り付けられている。このシグナルロータ１４ａの外周部には、複数の突起１４ｂがクランクシャフト１４の軸線を中心とする等角度毎に設けられている。また、シグナルロータ１４ａの側方には、クランクポジションセンサ１４ｃが設けられている。そして、クランクシャフト１４が回転して、シグナルロータ１４ａの各突起１４ｂが順次クランクポジションセンサ１４ｃの側方を通過することにより、同センサ１４ｃからはそれら各突起１４ｂの通過に対応したパルス状の検出信号が出力されるようになる。
【００３１】吸気通路１８において、その上流部分には同吸気通路１８を通過する空気の量（吸入空気量）を検出するエアフローメータ２３が設けられ、エアフローメータ２３よりも下流には吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ２４が設けられている。
【００３２】そして、自動車の室内に設けられたアクセルペダル３５が踏込操作されると、それに応じてスロットルバルブ２４の開度が調節され、エンジン１１の吸入空気量が調整されるようになる。なお、上記アクセルペダル３５の踏み込み量はアクセルポジションセンサ３６によって検出される。また、上記吸気通路１８の下流端には、エンジン１１の吸入空気量に対応した燃料を前記吸気ポート１７に向けて噴射する燃料噴射弁３７が設けられている。
【００３３】燃料噴射弁３７による燃料噴射はエンジン１１の吸気行程中に行われる。燃料噴射によって燃焼室１６内には空気と燃料とからなる混合気が供給され、同混合気に対しシリンダヘッド１５に設けられた点火プラグ３８によって点火が行われる。そして、燃焼室１６内の混合気が点火されて燃焼すると、このときの燃焼エネルギーによりピストン１２が往復移動してエンジン１１が駆動される。また、燃焼室１６内で燃焼した後のガスは、排気行程において排気バルブ２２が開弁されると、排気として排気ポート１９及び排気通路２０を介してエンジン１１の外部に送り出されるようになる。
【００３４】次に、本実施形態の点火時期制御装置の電気的構成について説明する。この点火時期制御装置は、エンジン１１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５０を備えている。このＥＣＵ５０は、ＲＯＭ、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭ等を備える算術論理演算回路として構成されている。
【００３５】ここで、ＲＯＭは各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されたメモリであり、ＣＰＵはＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはエンジン１１の停止時にその記憶されたデータ等を保存する不揮発性のメモリである。
【００３６】このように構成されたＥＣＵ５０には、水温センサ１１ｂ、クランクポジションセンサ１４ｃ、アクセルポジションセンサ３６、エアフローメータ２３、燃料噴射弁３７、及び点火プラグ３８等が接続されている。
【００３７】ＥＣＵ５０は、エアフローメータ２３の検出信号に基づき吸入空気量Ｇａを求めるとともに、クランクポジションセンサ１４ｃの検出信号に基づきエンジン回転速度ＮＥを求め、さらに、水温センサ１１ｂの検出信号に基づいて冷却水温ＴＨＷを求める。ＥＣＵ５０は、これら吸入空気量Ｇａ、エンジン回転速度ＮＥ及び冷却水温ＴＨＷに基づいて全気筒等噴射のための燃料噴射量ＴＡＵ０を算出するとともに、燃料噴射時期を算出する。そして、ＥＣＵ５０は上記燃料噴射量ＴＡＵ０に基づいて♯１気筒〜♯４気筒の各燃料噴射弁３７を駆動制御する。この燃料噴射弁３７の駆動制御により、燃料噴射量ＴＡＵ０に対応した量の燃料が各燃料噴射弁３７から各吸気ポート１７内に向けて噴射されるようになる。また、ＥＣＵ５０は、これら吸入空気量Ｇａ、エンジン回転速度ＮＥ及び冷却水温ＴＨＷに基づいて全気筒共通の点火時期ＡＯＰ０を算出する。そして、ＥＣＵ５０は点火時期ＡＯＰ０等から求められる♯１気筒〜♯４気筒の最終点火時期ＡＯＰ１〜ＡＯＰ４に基づき各点火プラグ３８を駆動制御する。この各点火プラグ３８の駆動制御により、各気筒において混合気に点火される。
【００３８】エンジン１１の暖機過程においては、上述したように♯１気筒〜♯４気筒の気筒温度ＴＨＷ１〜ＴＨＷ４に気筒間差が生じ、図５に示すように、♯１気筒のバルブクリアランスは最も小さく、♯３気筒のバルブクリアランスが最も大きくなり、♯１気筒のバルブオーバーラップ期間Ｏ／Ｌ１が最も長くなり、♯３気筒のバルブオーバーラップ期間Ｏ／Ｌ３が最も短くなる。
【００３９】このように♯１気筒のバルブオーバーラップ期間Ｏ／Ｌ１が長くなると、♯１気筒の内部ＥＧＲ量が増加し吸入空気量が減少することとなる。従って、このとき、全気筒共通の点火時期ＡＯＰ０に基づいて点火が行われると、図８に示すように♯１気筒の燃焼状態が低下する。また、図６に示すように、♯１気筒のトルク気筒吸入空気量Ｔ１も低下することとなる。なお、空燃比（Ａ／Ｆ）は図７に示されるように、♯１気筒では内部ＥＧＲ量が増加し吸入空気量が減少することによりリッチになり、♯３気筒では内部ＥＧＲ量が減少し吸入空気量が増加することによりリーンになる。また、♯１気筒の気筒温度が低いことも燃焼状態が低下する要因となっている。
【００４０】そこで本実施形態では、エンジン１１の暖機過程において各気筒の最終点火時期を算出する際、気筒温度の最も低い♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１を上記点火時期ＡＯＰ０に対して進角補正するとともに、バルブオーバーラップ期間が最も長くなる♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１を上記点火時期ＡＯＰ０に対して進角補正する。このように、気筒温度の最も低くバルブオーバーラップ期間が最も長くなる♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１を点火時期ＡＯＰ０に対して進角補正することにより、図９に示すように♯１気筒の燃焼状態を向上することができる。
【００４１】次に、点火時期制御に用いられる♯１〜♯４気筒の最終点火時期ＡＯＰ１〜ＡＯＰ４の算出手順について図１０を参照して説明する。図１０は、最終点火時期ＡＯＰ１〜ＡＯＰ４を算出するための気筒間点火時期制御ルーチンを示すフローチャートである。この気筒間点火時期制御ルーチンは、ＥＣＵ５０を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００４２】本ルーチンが開始されると、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２においてエアフローメータ２３の検出信号に基づく吸入空気量Ｇａを取込み、次のステップ１０４においてクランクポジションセンサ１４ｃの検出信号に基づくエンジン回転速度ＮＥを取込む。さらに、ＥＣＵ５０はステップ１０６において水温センサ１１ｂの検出信号に基づく冷却水温ＴＨＷを取込む。
【００４３】ＥＣＵ５０は、続くステップ１０８において、上記ステップ１０２，１０４，１０６にて取込んだ吸入空気量Ｇａ、エンジン回転速度ＮＥ及び冷却水温ＴＨＷに基づいて全気筒共通の点火時期ＡＯＰ０を算出する。
【００４４】ＥＣＵ５０は、続くステップＳ１１０において、冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨ０未満か否か、即ち機関の暖機過程であるか否かを判断する。本実施形態において、この所定値ＴＨ０は暖機完了温度である８０℃に設定されている。これはエンジン１１が暖機過程である場合には、前述したように♯１気筒の燃焼性が悪化するため、その燃焼性を向上させるために♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１は前記点火時期ＡＯＰ０を補正する必要があるためである。このステップ１１０において、冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨ０以上であると判断されるとステップ１１６に進む。また、冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨ０未満であると判断されると、ステップ１１２に進む。
【００４５】ＥＣＵ５０はステップ１１２においてエンジン負荷率ＧＮが所定値Ｂｇ／回転未満か否かに基づいてエンジン１１が高負荷運転状態でないか否かを判断する。エンジン負荷率ＧＮは、エンジン１１において一回の燃焼サイクルが行われる際に燃焼室１６に吸入される空気の量であって、吸入空気量Ｇａをエンジン回転速度ＮＥで除算することによって求められる。このステップ１１２において、エンジン負荷率ＧＮが所定値Ｂｇ／回転以上であると判断されるとステップ１１６に進む。また、エンジン負荷率ＧＮが所定値Ｂｇ／回転未満であると判断されると、ステップ１１４に進む。これはエンジン１１が暖機過程であってもエンジン負荷率ＧＮが大きい場合にはそれに応じて点火時期ＡＯＰ０が大きい値になっており、燃焼に基づく気筒温度の上昇度合いが大きく、燃焼状態に気筒間差もほとんど生じないため、♯１気筒♯１の点火時期ＡＯＰ１は前記点火時期ＡＯＰ０を補正する必要がないためである。
【００４６】そして、ＥＣＵ５０はステップ１１４の処理として、前記ステップ１０８にて算出された点火時期ＡＯＰ０に基づいて♯１気筒〜♯４気筒の最終点火時期ＡＯＰ１〜ＡＯＰ４を求めた後、この気筒間点火時期制御ルーチンを一旦終了する。ＥＣＵ５０は、各最終点火時期ＡＯＰ１〜ＡＯＰ４に基づき♯１気筒〜♯４気筒に対応する各点火プラグ３８を駆動制御して点火を行わせる。♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１は、補正量Ａ（例えば＋５゜ＣＡ）を前記点火時期ＡＯＰ０に対して加算することにより算出され、前記点火時期ＡＯＰ０を進角補正した値になる。♯２気筒〜♯４気筒の最終点火時期ＡＯＰ２〜ＡＯＰ４はそれぞれ前記点火時期ＡＯＰ０に対して補正係数として「１」を乗ずることにより算出される。
【００４７】また、ＥＣＵ５０はステップ１１６の処理として、前記ステップ１０８にて算出された点火時期ＡＯＰ０に対して補正係数として「１」を乗ずることにより♯１気筒〜♯４気筒の最終点火時期ＡＯＰ１〜ＡＯＰ４を求める。
【００４８】なお、バルブクリアランスは冷却水温が低いほど小さくなりバルブオーバーラップ期間が長くなって内部ＥＧＲ量が増加するため、上記♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１を算出するための補正量Ａは図１１のマップに示すように冷却水温に基づいて可変とし、冷却水温が低いほど大きな値になるようにしてもよい。
【００４９】以上詳述した処理が行われる本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）エンジン１１の暖機過程において、気筒の温度が低くかつバルブオーバーラップ期間が長くなる♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１を、点火時期ＡＯＰ０に対して補正量Ａを加算することにより進角補正するようにした。そのため、♯１気筒の燃料混合気の燃焼開始時期を早めて燃焼状態を改善でき、よって気筒間の燃焼変動を抑制することができ、エンジン１１の暖機過程におけるアイドル安定性を向上することができるようになる。
【００５０】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施形態を図１２〜図１３に基づき説明する。本実施形態では、エンジン１１の各気筒のバルブオーバーラップ期間における内部ＥＧＲ量はエンジン１１の回転速度が低回転であればあるほど増加するため、♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１の補正進角量をエンジン１１の回転速度に基づいて算出するようにしたものである。
【００５１】従って、本実施形態においては第１実施形態と異なる部分についてのみ説明し、第１実施形態と同一の部分については詳しい説明を省略する。図１２は、本実施形態の気筒間点火時期制御ルーチンを示すフローチャートである。この気筒間点火時期制御ルーチンも、ＥＣＵ５０を通じて所定時間毎の時間割り込みにて実行される。なお、本実施形態の気筒間点火時期制御ルーチンにおいては、第１実施形態の気筒間点火時期制御ルーチンにおけるステップ１１４（図１０）に相当する処理（ステップ１２０）のみが第１実施形態と異なっている。
【００５２】ＥＣＵ５０は、ステップ１０２〜１１２の処理を実行し、ステップ１１２においてエンジン負荷率ＧＮが所定値Ｂｇ／回転未満であると判断すると、ステップ１２０に進む。
【００５３】そして、ＥＣＵ５０はステップ１２０の処理として、補正量Ａ（例えば＋５゜ＣＡ）に対して図１３のマップを参照してエンジン回転速度（ＮＥ）に応じた補正係数Ｃを乗自他値を算出し、その値Ａ＊Ｃを前記ステップ１０８にて算出された点火時期ＡＯＰ０に対して加算することにより♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１を算出する。ＥＣＵ５０は前記点火時期ＡＯＰ０に対して補正係数として「１」を乗ずることにより♯２気筒〜♯４気筒の最終点火時期ＡＯＰ２〜ＡＯＰ４を算出する。
【００５４】以上詳述した処理が行われる本実施形態によれば、上記第１実施形態に記載した（１）の効果に加え、以下に示す効果が得られるようになる。
（２）エンジン１１の暖機過程において、気筒の温度が低くかつバルブオーバーラップ期間が長くなる♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１を算出する際、エンジン１１の回転速度に応じた内部ＥＧＲ量を考慮した補正係数Ｃを補正量Ａに乗じた値を点火時期ＡＯＰ０に加算するようにした。そのため、♯１気筒の燃焼状態を適正に改善して気筒間の燃焼変動を抑制することができ、エンジン１１の暖機過程におけるアイドル安定性を向上することができるようになる。
【００５５】（第３実施形態）次に、本発明の第３実施形態を図１４〜図１９に基づき説明する。上記のように構成されたエンジン１１の暖機過程において、冷却水温は図３に示すように推移するのであるが、エンジン１１の始動時から所定時間ＴＡの期間には♯１〜♯４気筒の気筒温度ＴＨＷ１〜ＴＨＷ４にはほとんど気筒間差はない。エンジン１１の始動後所定時間ＴＡ経過すると♯１〜♯４気筒の気筒温度ＴＨＷ１〜ＴＨＷ４には気筒間差が生ずるようになる。また、エンジン１１の暖機過程の終盤の所定時間ＴＢにおいて♯３気筒の気筒温度ＴＨＷ３が所定値ＴＨ０に近づくと、♯１〜♯４気筒の気筒温度ＴＨＷ１〜ＴＨＷ４の気筒間差が小さくなる。従って、これらの場合に上記第１実施形態で述べたように♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１を算出するために点火時期ＡＯＰ０を補正量Ａに基づいて補正すると図１６に斜線で示すように♯１気筒の補正進角が過補正になってしまうおそれがある。従って、本実施形態では、エンジン１１始動時から所定時間ＴＡにおいては進角補正を禁止し、始動後所定時間ＴＡ経過後において進角補正を徐々に増加させ、終盤の所定時間ＴＢにおいては進角補正を徐々に減少させることにより、進角補正を適正に行うようにしたものである。
【００５６】従って、本実施形態においては第１実施形態と異なる部分についてのみ説明し、第１実施形態と同一の部分については詳しい説明を省略する。図１４及び図１５は、本実施形態の気筒間点火時期制御ルーチンを示すフローチャートである。この気筒間点火時期制御ルーチンも、ＥＣＵ５０を通じて所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００５７】本ルーチンが開始されると、ＥＣＵ５０は、前記ステップＳ１０２〜ステップ１０４の処理を実行する。次ぎにステップ１３０において水温センサ１１ｂの検出信号に基づくエンジン１１の始動時冷却水温ＴＨＷＳを取込む。さらに、ＥＣＵ５０は上記ステップ１０６，１０８の処理を実行し全気筒共通の点火時期ＡＯＰ０を算出する。
【００５８】ＥＣＵ５０は、続くステップＳ１３２において、エンジン始動時からの経過時間Ｔｓｎが所定時間ＴＡ以上か否かを判断する。このステップ１３２において、経過時間Ｔｓｎが所定時間ＴＡ未満であると判断されるとステップ１１６に進む。これにより、エンジン１１に始動時から所定時間ＴＡが経過するまでの期間において♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１の進角補正は実行されない。また、経過時間Ｔｓｎが所定時間ＴＡ以上であると判断されると、ステップ１１０に進む。
【００５９】ステップ１１０において冷却水温ＴＨＷが所定値ＴＨ０未満である未満であると判断され、ステップ１１２においてエンジン負荷率ＧＮが所定値Ｂｇ／回転未満であると判断されると、ステップ１３４に進む。ステップ１３４において前記図１０に示すマップを参照して冷却水温ＴＨＷに応じた補正量Ａを算出し、ステップ１３６において前記図１２に示すマップを参照してエンジン回転速度ＮＥに応じた補正係数Ｃを算出し、さらにステップ１３８において図１７に示すマップを参照してエンジン負荷率ＧＮに応じた補正係数Ｄを算出する。
【００６０】次のステップ１４０においてエンジン始動後の冷却水温上昇ΔＴＨＷを算出する。この後、ステップ１４２において図１８に示すマップを参照して始動後水温上昇ΔＴＨＷに応じた補正係数Ｋ１を算出し、ステップ１４４において図１９に示すマップを参照して冷却水温ＴＨＷに応じた補正係数Ｋ２を算出する。
【００６１】そして、ＥＣＵ５０はステップ１４６の処理として、前記ステップ１０８にて算出された点火時期ＡＯＰ０に基づいて♯１気筒〜♯４気筒の最終点火時期ＡＯＰ１〜ＡＯＰ４を求める。♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１は、補正量Ａに対して補正係数Ｃ，Ｄ，Ｋ１，Ｋ２を乗じた値を算出し、その値Ａ＊Ｃ＊Ｄ＊Ｋ１＊Ｋ２を前記点火時期ＡＯＰ０に加算することにより算出され、前記点火時期ＡＯＰ０を進角補正した値になる。♯２気筒〜♯４気筒の最終点火時期ＡＯＰ２〜ＡＯＰ４はそれぞれ前記点火時期ＡＯＰ０に対して補正係数として「１」を乗ずることにより算出される。
【００６２】また、ＥＣＵ５０はステップ１１６の処理として、前記ステップ１０８にて算出された点火時期ＡＯＰ０に対して補正係数として「１」を乗ずることにより♯１気筒〜♯４気筒の最終点火時期ＡＯＰ１〜ＡＯＰ４を求める。
【００６３】以上詳述した処理が行われる本実施形態によれば、上記第１実施形態に記載した（１）の効果に加え、以下に示す効果が得られるようになる。
（３）エンジン１１の暖機過程において、エンジン１１始動時から所定時間ＴＡにおいては♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１の進角補正を禁止するようにしているので、過補正を防止することができ、補正に伴う各気筒間の燃焼変動の発生を抑制することができるようになる。
【００６４】（４）機関始動時からの冷却水温上昇ΔＴＨＷに基づいて♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１の補正進角量を徐々に増加させるようにしているので、過補正を抑制することができ、♯１気筒の燃焼状態を適正に改善して気筒間の燃焼変動をより適正に抑制することができるようになる。
【００６５】（５）冷却水温ＴＨＷが第１所定値以上であり第２所定値未満となる暖機過程の終盤の所定時間ＴＢにおいて冷却水温ＴＨＷに基づいて♯１気筒の最終点火時期ＡＯＰ１の補正進角量を徐々に減少させるようにしているので、過補正を抑制することができ、♯１気筒の燃焼状態を適正に改善して気筒間の燃焼変動をより適正に抑制することができるようになる。
【００６６】なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・上記第１〜第３実施形態では、♯１気筒の最終点火時期のみを進角補正するようにしたが、エンジン１１の暖機過程において気筒温度が最も高くなりかつバルブクリアランスが最も大きくなる♯３気筒の最終点火時期も進角補正するようにしてもよい。♯３気筒ではバルブオーバーラップ期間が短くなって内部ＥＧＲ量が低下して吸入空気量が増加することになり、当該気筒の空燃比がリーンとなって燃焼状態が低下するが、このように♯３気筒の最終点火時期を進角補正することにより、燃焼状態を改善して気筒間の燃焼変動を抑制することができ、アイドル安定性を向上することができるようになる。
【００６７】次に、上記各実施形態から把握できる他の技術的思想を、その効果とともに以下に記載する。
・ 請求項２〜７のいずれかに記載の多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記補正手段は、暖機過程において排吸気バルブのバルブクリアランスが最も大きくなる気筒の点火時期も進角側に補正するものである多気筒内燃機関の点火時期制御装置。この構成によれば、暖機過程において排吸気バルブのバルブクリアランスが最も大きくなる気筒の点火時期を進角側に補正するようにしているため、当該気筒の燃料混合気の空燃比はリーンとなるが、燃料混合気の燃焼開始時期が早まり当該気筒の燃焼状態を改善して気筒間の燃焼変動を抑制することができ、多気筒内燃機関の暖機過程におけるアイドル安定性を向上することができるようになる。
【００６８】・ 内燃機関を複数の気筒を備え、該内燃機関の運転状態に基づいて各気筒内の燃料混合気の点火時期を算出し、その算出した点火時期に基づいて気筒毎に点火時期を制御する多気筒内燃機関の点火時期制御装置において、前記内燃機関の暖機過程において、少なくとも気筒温度の最も低い気筒及び少なくとも排吸気バルブのバルブクリアランスが最も小さくなる気筒の点火時期を進角側に補正する補正手段を設けた多気筒内燃機関の点火時期制御装置。この構成によれば、暖機過程において燃料混合気の燃焼開始時期が早まり当該気筒の燃焼状態を改善して気筒間の燃焼変動を抑制することができ、多気筒内燃機関の暖機過程におけるアイドル安定性を向上することができるようになる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年３月２７日（２０００．３．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８７５５
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２７１７３１（Ｐ２００１−２７１７３１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１０月５日（２００１．１０．５） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−８７２９５（Ｐ２０００−８７２９５） |
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