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JP4277623B2 - 可変圧縮比機構付き内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

可変圧縮比機構付き内燃機関の点火時期制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、圧縮比を可変する可変圧縮比機構を備えた内燃機関の点火時期制御に関する。
圧縮比を可変にできる内燃機関の点火時期制御として、高圧縮比用と低圧縮比用の2つの点火時期マップを備え、中間圧縮比については、両方のマップから参照した値を内挿補間して点火時期を設定するようにしたものがある(特許文献1)。
特開平06−25647号公報
しかしながら、上記従来の点火時期制御方式では、複数の圧縮比用における点火時期マップを用意する必要があり、点火時期設定の演算負荷も大きくなり、応答性を損ねていた。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、1つのマップを用いて簡易な演算によって応答性良く点火時期を制御できるようにした可変圧縮比機構付き内燃機関の点火時期制御装置を提供することを目的とする。
このため請求項1に係る発明は、可変圧縮比機構によって圧縮比を可変に制御しながら、機関運転状態に基づいて基本圧縮比を設定すると共に実圧縮比を検出し、機関運転状態と前記基本圧縮比とに基づいて基本点火時期を設定し、前記実圧縮比と前記基本圧縮比との隔たりに基づいて前記基本点火時期を補正し、補正した点火時期に制御し、かつ、基本圧縮比が機関の最大圧縮比である場合は、点火時期を進角補正する制御だけを行い、設定された基本圧縮比が機関の最低圧縮比である場合は、点火時期を遅角補正する制御だけを行う構成とした。
かかる構成によると、基本圧縮比に対応した1つのマップを用意し、該マップから設定した基本点火時期を基本圧縮比と実圧縮比との隔たりに基づいて簡易な補正演算を行って応答性良く点火時期を設定することができる。
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、実施形態における可変圧縮比機構付き内燃機関のシステム構成図である。
内燃機関1の吸気通路55のコンプレッサ53上流には、吸入空気量を検出するエアフロメータ2が配置され、コンプレッサ53の下流に介装されるインタークーラ3の下流側に、過給圧を検出する吸気圧センサ4が配置されている。
また、機関1のクランク角を検出するクランク角センサ5と、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ6と、機関水温を検出する水温センサ7と、ノッキングを検出するノッキングセンサ8と、スロットル弁9の開度を検出するスロットル開度センサ10と、インタークーラ3出口部で吸気温を検出する吸気温センサ60の他、後述する可変圧縮比機構100の制御軸42の回転量,軸方向位置等によって実圧縮比を検出する圧縮比センサ61と、を備えており、これらのセンサ類の検出信号及びバッテリ電圧VBの信号が、機関コントロールモジュール(ECM)11に入力される。
前記内燃機関1は、過給機としてターボ過給機51を備えている。
このターボ過給機51は、排気通路54に位置するタービン52と吸気通路55に位置するコンプレッサ53とを同軸状に配置した構成であり、運転条件に応じて過給圧を制御するために、タービン52の上流側から排気の一部をバイパスさせる排気バイパス弁56を備えている。
機関1の吸気ポート部には、各気筒毎に燃料噴射弁16が設けられ、該燃料噴射弁16から噴射される燃料によって、燃焼室内に混合気が形成される。
前記燃焼室内に形成された混合気は、点火栓17による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、前記タービン52に回転エネルギーを与えた後、触媒19で浄化され、マフラー20を介して排気中に放出される。
また、本実施形態の内燃機関1には、図2に示す構成の可変圧縮比機構100が備えられている。
機関1のクランク軸31は、複数のジャーナル部32とクランクピン部33とカウンタウエィト部31aとを備えており、図示せぬシリンダブロックの主軸受に、ジャーナル部32が回転自在に支持されている。
上記クランクピン部33は、ジャーナル部32から所定量偏心しており、ここにロアーリンク34が回転自在に連結されている。
上記ロアーリンク34は、略中央の連結孔に上記クランクピン部33が嵌合している。
アッパーリンク35は、下端側が連結ピン36によりロアーリンク34の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン37によりピストン38に回動可能に連結されている。
上記ピストン38は、燃焼圧力を受け、シリンダブロックのシリンダ39内を往復動する。
制御リンク40は、上端側が連結ピン41によりロアーリンク34の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸42を介して機関本体例えばシリンダブロックの適宜位置に回動可能に連結されている。
詳しくは、制御軸42は、小径部42bを中心として回転するように機関本体に支持されており、この小径部42bに対し偏心している大径部42aに、上記制御リンク40下端部が回転可能に嵌合している。
上記のような可変圧縮比機構100においては、上記制御軸42がアクチュエータ43によって回動されると、小径部42bに対して偏心している大径部42aの軸中心位置、特に、機関本体に対する相対位置が変化する。
これにより、制御リンク40の下端の揺動支持位置が変化する。
そして、上記制御リンク40の揺動支持位置が変化すると、ピストン38の行程が変化し、ピストン上死点(TDC)におけるピストン38の位置が高くなったり低くなったりする。
これにより、機関圧縮比を吸気行程中においても変えることが可能となる。
かかる構成の内燃機関において、前記機関コントロールモジュール(ECM)11は、前記可変圧縮比機構による圧縮比の制御を行いつつ以下のように点火時期制御を実行する。
図3は、点火時期制御の第1の実施形態におけるフローを示す。
ステップ(図ではSと記す。以下同様)1では、クランク角センサ5によって検出される機関回転速度Ne、燃料噴射量Tp等の運転状態検出値を読み込む。
ステップ2では、上記機関回転速度Ne、燃料噴射量Tpに基づいて、図4に示すマップからの参照等により基本圧縮比CR(base)を設定する。
ステップ3では、圧縮比センサ62により検出される実圧縮比CR(actual)を読み込む。
ステップ4では、機関回転速度Ne及び燃料噴射量Tp等の負荷に基づいて、図5に示すマップからの参照等により、基本点火時期ADV(base)を設定する。
ステップ5では、次式のように、前記実圧縮比CR(actual)と基本圧縮比CR(base)との偏差ΔCRを算出する。
ΔCR=CR(actual)−CR(base)
ステップ6では、前記圧縮比偏差ΔCRが0であるか否かを判定する。
ΔCR=0のときは、ステップ7へ進んで圧縮比偏差による点火時期の補正係数αを0に設定する。すなわち、実圧縮比が目標値に一致していれば、点火時期を補正する必要がないのでα=0とすることにより補正を停止する。
ΔCR≠0のときは、ステップ8へ進んでΔCR>0であるかを判定する。
ΔCR>0のときは、実圧縮比が目標値より高くノッキング発生傾向が増大しているので、ステップ9へ進んでノッキングを抑制するべく、点火時期を遅角補正するための補正係数αretを設定する。
ΔCR<0のときは、実圧縮比が目標値より低くノッキング発生傾向が減少しているので、ステップ10へ進んで出力を増加するべく、点火時期を進角補正するための補正係数αadvを設定する。
ここで、後述する理由により、前記遅角補正用の補正係数αret、進角補正用の補正係数αadv共に、負の値に設定されている。
ステップ11では、前記圧縮比偏差ΔCRと上記のように設定した点火時期補正係数αを用いて、点火時期補正量ΔADVを次式のように設定する。
ΔADV=α×ΔCR
ここで、点火時期補正量ΔADVは、進角量として設定される。ΔCR>0である遅角補正時は、正のΔCRに負の補正係数αretを乗じてΔADVが負の値となって、遅角補正が行われ、ΔCR<0である進角補正時は、負のΔCRに負の補正係数αadvを乗じてΔADVが正の値となって、進角補正が行われる。
ステップ12では、次式のように、前記ステップ4で算出した基本点火時期ADV(base)に、前記点火時期補正量ΔADVを加算して、最終的な点火時期ADVを算出する。
ADV=ADV(base)+ΔADV
ステップ13では、上記点火時期ADVに点火信号を出力して点火するように制御する。
図6は、負荷(燃料噴射量Tp)変化に対する圧縮比と点火時期の変化を示し、前記基本圧縮比CR(base)が低負荷域では高圧縮比High(最大圧縮比)、高負荷域では低圧縮比Low(最低圧縮比)に設定され、中負荷域では負荷の増大に応じて高圧縮比Highから低圧縮比Lowにリニアに減少する。一方、点火時期は、基本圧縮比CR(base)に対応した基本点火時期ADV(base)に対し、低負荷域及び中負荷域で実圧縮比CR(actual)が基本圧縮比CR(base)より低いとき(ΔCR<0)は、点線に示すように進角側に補正され、中負荷域及び高負荷域で基本圧縮比CR(base)より高いとき(ΔCR>0)は、鎖線に示すように遅角側に補正される。
図7は、圧縮比偏差ΔCRと点火時期補正量ΔADVの関係を示す。
図8は、スロットル開度をステップ的に増大させた加速時の各種状態の変化を示し、スロットル開度の増大に応じて基本圧縮比CR(base)がHighから低圧縮比Lowにステップ的に減少し、圧縮比偏差ΔCRはステップ的に増大した後、徐々に減少し、点火時期補正量ΔADVは、圧縮比偏差ΔCRの変化に応じてステップ的に遅角補正された後、徐々に遅角補正量が減少する。
このようにすれば、基本圧縮比に対応する基本点火時期のマップを1個設定し、該マップからの参照と最小限の演算により、実圧縮比に応じた点火時期を容易に設定することができ、応答性の良い高精度な点火時期制御により良好な運転性能を得ることができる。
図9は、点火時期制御の第2の実施形態におけるフローを示す。
第1の実施形態では、ステップ9,10で点火時期補正量αret,αadvとして固定値を設定したが、本実施形態では、ステップ8でΔCR>0であると判定されて遅角補正するときは、ステップ21へ進んで機関回転速度Ne及び燃料噴射量Tp(機関負荷)に基づいて図10の遅角補正用マップから遅角補正用の補正係数αretを参照する。図10では、高回転・高負荷域ほど負の補正係数αret(絶対値)を大きい値に設定してある。そして、このように機関運転状態に応じて可変に求められた点火時期補正係数αretをステップ9で設定する。
また、ステップ8でΔCR<0であると判定されて進角補正するときは、ステップ22へ進んで機関回転速度Ne及び燃料噴射量Tp(機関負荷)に基づいて図11の進角補正用マップから進角補正用の補正係数αadvを参照する。図11では、高回転・高負荷域ほど補正係数αadvを0に設定し、低回転・低負荷域ほど負の補正係数αadv(絶対値)を大きい値に設定してある。そして、このように機関運転状態に応じて可変に求められた点火時期補正係数αadvをステップ10で設定する。
以下、第1の実施形態と同様にして点火制御を行う。
このようにすれば、高回転・高負荷域ほどノッキング発生傾向が大きいので、圧縮比偏差ΔCRが同一であっても、遅角補正係数αret(絶対値)は大きくし、進角補正係数αadv(絶対値)は0または小さくすることによって、ノッキングを十分回避でき、低回転・低負荷域では、遅角補正係数αret(絶対値)を小さくし、進角補正係数αadv(絶対値)を大きくすることによって、十分に出力を確保することができる。
すなわち、第1の実施形態に比較して、機関運転状態に応じてより高精度に点火時期を補正制御することができる。
本発明に係る可変圧縮比機構付き内燃機関のシステム構成図。 可変圧縮比機構の機構図。 第1の実施形態での点火時期制御を示すフローチャート。 機関運転状態に基づいて設定される基本圧縮比の特性を示す線図。 機関運転状態に基づいて設定される基本点火時期の特性を示す線図。 負荷(燃料噴射量Tp)変化に対する圧縮比と点火時期の変化を示す線図。 圧縮比偏差と点火時期補正量の関係を示す線図。 加速時の各種状態の変化を示す線図。 第2の実施形態での点火時期制御を示すフローチャート。 第2実施形態の点火時期遅角補正用の補正係数を設定したマップ。 第2実施形態の点火時期進角補正用の補正係数を設定したマップ。
符号の説明
1…内燃機関
5…クランク角センサ
7…水温センサ
10…スロットル開度センサ
11…機関コントロールモジュール
16…燃料噴射弁
34…ロアーリンク
35…アッパーリンク
40…制御リンク
42…制御軸
43…アクチュエータ
61…圧縮比センサ
100…可変圧縮比機構

Claims (6)

  1. 可変圧縮比機構を備える火花点火式内燃機関において、
    機関運転状態に基づいて基本圧縮比を設定すると共に実圧縮比を検出し、
    機関運転状態に基づいて前記基本圧縮比に対応した基本点火時期を設定し、
    前記実圧縮比と基本圧縮比との偏差を求め、
    前記実圧縮比が基本圧縮比よりも高いときには遅角補正用の補正係数を設定し、かつ基本圧縮比よりも低いときには進角補正用の補正係数を設定し、前記遅角補正用の補正係数は、前記進角補正用の補正係数よりも絶対値が大きく、
    この補正係数を前記実圧縮比と基本圧縮比との偏差に乗じた補正量を用いて、前記実圧縮比が基本圧縮比よりも高いときには遅角側に、前記実圧縮比が基本圧縮比よりも低いときには進角側に、それぞれ前記基本点火時期を補正し、補正した点火時期に制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 可変圧縮比機構を備える火花点火式内燃機関において、
    機関運転状態に基づいて基本圧縮比を設定すると共に実圧縮比を検出し、
    機関運転状態に基づいて前記基本圧縮比に対応した基本点火時期を設定し、
    前記実圧縮比と基本圧縮比との偏差を求め、
    前記実圧縮比が基本圧縮比よりも高いときには遅角補正用の補正係数を、基本圧縮比よりも低いときには進角補正用の補正係数を、それぞれ機関の運転条件に応じて設定し、
    この補正係数を前記実圧縮比と基本圧縮比との偏差に乗じた補正量を用いて、前記実圧縮比が基本圧縮比よりも高いときには遅角側に、前記実圧縮比が基本圧縮比よりも低いときには進角側に、それぞれ前記基本点火時期を補正し、補正した点火時期に制御するとともに、
    前記遅角補正用の補正係数の絶対値は、低速低負荷側で最も小さく、高速高負荷側へ向かうに従って大きな値となることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 前記遅角補正用の補正係数は、低速低負荷側で0であり、実質的に補正を行わないことを特徴とする請求項に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 可変圧縮比機構を備える火花点火式内燃機関において、
    機関運転状態に基づいて基本圧縮比を設定すると共に実圧縮比を検出し、
    機関運転状態に基づいて前記基本圧縮比に対応した基本点火時期を設定し、
    前記実圧縮比と基本圧縮比との偏差を求め、
    前記実圧縮比が基本圧縮比よりも高いときには遅角補正用の補正係数を、基本圧縮比よりも低いときには進角補正用の補正係数を、それぞれ機関の運転条件に応じて設定し、
    この補正係数を前記実圧縮比と基本圧縮比との偏差に乗じた補正量を用いて、前記実圧縮比が基本圧縮比よりも高いときには遅角側に、前記実圧縮比が基本圧縮比よりも低いときには進角側に、それぞれ前記基本点火時期を補正し、補正した点火時期に制御するとともに、
    前記進角補正用の補正係数の絶対値は、高速高負荷側で最も小さく、低速低負荷側へ向かうに従って大きな値となることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  5. 前記進角補正用の補正係数は、高速高負荷側で0であり、実質的に補正を行わないことを特徴とする請求項に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記遅角補正用の補正係数の絶対値は、低速低負荷側で最も小さく、高速高負荷側へ向かうに従って大きな値となり、前記進角補正用の補正係数の絶対値は、高速高負荷側で最も小さく、低速低負荷側へ向かうに従って大きな値となり、絶対値が最も大きな高速高負荷側の遅角補正用の補正係数の絶対値が、絶対値が最も大きな低速低負荷側の進角補正用の補正係数の絶対値よりも大きくなるように、前記遅角補正用の補正係数は、前記進角補正用の補正係数よりも絶対値が大きいことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
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