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JP6462311B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの制御装置に関するものであり、特に、火花点火エンジンの点火制御装置に関する。
本技術分野の背景技術として、特開平１０−７３０６８号公報（特許文献１）がある。この公報には、「内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段を備えた内燃機関の点火時期制御装置において、前記機関の排気系に設けられた空燃比検出手段と、前記機関の排気系の挙動を記述するモデルに基づいてその内部状態を観測するオブサーバを設定し、前記空燃比検出手段の出力を入力として各気筒の空燃比を推定する気筒別空燃比推定手段とを備え、前記点火時期制御手段は、前記機関の各気筒の点火時期を前記推定した各気筒の空燃比に応じて制御することを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。」と記載されている（〔請求項１〕参照））。
また、特開２０１０−２４２６３０号公報（特許文献２）がある。この公報には、「筒内に供給される空気量を調節するための給気量調節手段と、排気の一部を吸気系に還流するためのＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路を通じて吸気系に環流されるＥＧＲガス流量を調節するためのＥＧＲガス流量調節手段と、混合気の燃焼状態を検出ないし推定する燃焼状態推定手段と、排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記給気量調節手段及びＥＧＲガス流量調節手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、エンジンの負荷が所定値以上となる高負荷運転時にＥＧＲを行なうとともに、前記燃焼状態推定手段の推定結果及び前記空燃比検出手段の検出結果のうちの少なくとも一方に基づいて、気筒間における燃焼状態のばらつき度合い及び/又は気筒間における空燃比のばらつき度合いを求め、該ばらつき度合いに基づいてＥＧＲ率を制御することを特徴とする多気筒エンジンの制御装置。」、および「前記制御手段は、ＥＧＲ率に加えて点火時期も制御することを特徴とする多気筒エンジンの制御装置。」と記載されている（〔請求項２〕〔請求項３〕参照）。
特開平１０−７３０６８号公報 特開２０１０−２４２６３０号公報
特許文献１では、ＥＧＲ量の気筒間ばらつき発生による燃焼性悪化について何ら考慮がされていない。
また、特許文献２では、ＥＧＲ量のばらつきが発生している気筒を特定して、気筒毎に燃焼安定性悪化を抑制することが出来ない。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、火花点火エンジンにおいて、ＥＧＲ量の気筒間ばらつきが発生したときに、燃焼安定性悪化が生じた気筒を特定して、当該気筒の燃焼安定性悪化を抑制することにある。
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明によれば、ＥＧＲ量の気筒間ばらつき発生時に、ＥＧＲ量過多の気筒を特定し、当該気筒の点火制御に関するパラメータを補正することで、当該気筒の安定性悪化を抑制することが出来る。
実施例１、３、４、５におけるエンジン制御システム図 実施例１、３、４、５におけるコントロールユニットの内部を表した図 実施例１、５における制御全体を表したブロック図 実施例１、２、５におけるリッチ気筒検出部のブロック図 実施例１、３、４における点火時期演算部のブロック図 実施例２におけるエンジン制御システム図 実施例２におけるコントロールユニットの内部を表した図 実施例２における制御全体を表したブロック図 実施例２における通流時間演算部のブロック図 実施例３における制御全体を表したブロック図 実施例３、４における２回転成分演算部のブロック図 実施例３、４における２回転成分位相演算部のブロック図 実施例３におけるリッチ気筒検出部のブロック図 実施例４における制御全体を表したブロック図 実施例４における気筒別回転変動演算部のブロック図 実施例４における安定性悪化気筒検出部のブロック図 実施例４におけるＥＧＲ量過多気筒検出部のブロック図 実施例５における点火時期演算部のブロック図 ＥＧＲ制御系故障発生時の特定気筒のEGR量、Ｇ／Ｆ、Ａ／Ｆ、不安定度のプロフィール。
以下、実施例を図面を用いて説明する。
本実施例では、外部ＥＧＲ実施時に、排気マニホールド集合部の空燃比センサを用いて空燃比がもっともリッチな気筒を検出し、当該気筒の点火時期を進角する実施例を説明する。
図１は、本実施例を示すシステム図である。多気筒（ここでは４気筒）で構成されるエンジン９において、外部からの空気はエアクリーナ１を通過し、吸気マニホールド４、コレクタ５を経てシリンダー内に流入する。流入空気量は電子スロットル３により調節される。エアフローセンサ２では流入空気量が検出される。また、吸気温センサ２９で、吸気温が検出される。クランク角センサ１５では、クランク軸の回転角１０゜毎の信号と燃焼周期毎の信号が出力される。水温センサ１４はエンジン９の冷却水温度を検出する。またアクセル開度センサ１３は、アクセル６の踏み込み量を検出し、それによって運転者の要求トルクを検出する。
アクセル開度センサ１３、エアフローセンサ２、吸気温センサ２９、電子スロットル３に取り付けられたスロットル開度センサ１７、クランク角センサ１５、水温センサ１４のそれぞれの信号は、後述のコントロールユニット１６に送られ、これらセンサ出力からエンジン９の運転状態を得て、空気量、燃料噴射量、点火時期およびＥＧＲ量のエンジン９の主要な操作量が最適に演算される。
コントロールユニット１６内で演算された目標空気量は、目標スロットル開度→電子スロットル駆動信号に変換され、電子スロットル３に送られる。燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、燃料噴射弁(インジェクタ)７に送られる。またコントロールユニット１６で演算された点火時期で点火されるよう駆動信号が点火プラグ８に送られる。また、コントロールユニット１６で演算された目標ＥＧＲ量が実現されるようＥＧＲ弁１９に駆動信号が送られる。
噴射された燃料は吸気マニホールドからの空気と混合されエンジン９のシリンダー内に流入し混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ８から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジン９の動力となる。爆発後の排気は排気マニホールド１０を経て三元触媒１１に送り込まれる。排気還流管１８を通って排気の一部は吸気側に還流される。還流量はＥＧＲ弁１９によって制御される。
触媒上流空燃比センサ１２はエンジン９と三元触媒１１の間に取り付けられている。触媒下流Ｏ２センサ２０は三元触媒１１の下流に取り付けられている。
図２はコントロールユニット１６の内部を示したものである。ＥＣＵ１６内にはエアフローセンサ２、触媒上流空燃比センサ１２、アクセル開度センサ１３、水温センサ１４、クランク角センサ１５、スロットル弁開度センサ１７、触媒下流Ｏ２センサ２０、吸気温センサ２９、車速センサの各センサ出力値が入力され、入力回路２４にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート２５に送られる。入力ポートの値はＲＡＭ２３に保管され、ＣＰＵ２１内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ２２に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値はＲＡＭ２３に保管された後、入出力ポート２５に送られる。点火プラグ８の作動信号は点火出力回路内の一次側コイルの通流時はＯＮとなり、非通流時はＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされる。点火時期はＯＮからＯＦＦになる時である。出力ポートにセットされた点火プラグ８用の信号は点火出力回路２６で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグ８に供給される。また燃料噴射弁７の駆動信号は開弁時ＯＮ、閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路２７で燃料噴射弁７を開くに十分なエネルギーに増幅され燃料噴射弁７に送られる。電子スロットル３の目標開度を実現する駆動信号は、電子スロットル駆動回路２８を経て、電子スロットル３に送られる。ＥＧＲ弁１９の目標開度を実現する駆動信号は、ＥＧＲ弁駆動回路３０を経て、ＥＧＲ弁１９に送られる。
以下、ＲＯＭ２２に書き込まれる制御プログラムについて述べる。図３は制御全体を表したブロック図であり、以下の演算部から構成される。
・リッチ気筒検出部（図４）
・点火時期演算部（図５）
「リッチ気筒検出部」で、もっとも空燃比がリッチな気筒の番号(Cyl_R)を演算する。「点火時期演算部」で、１〜４番気筒の点火時期(Adv1〜Adv4)を演算する。Cyl_Rが示す気筒の点火時期は、所定量進角させる。以下、各演算部の詳細を説明する。
＜リッチ気筒検出部（図４）＞
本演算部では、Cyl_R(リッチ(EGR過多)気筒番号)を演算する。具体的には、図４に示される。
外部ＥＧＲ量が所定量以上のとき本処理を実施する。外部ＥＧＲ制御については、公知の技術が多数あるので、ここでは詳述しない。
・エンジンが２回転する期間に、RabfがRabf＜M_Rabfかつ最小となるときの（基準角からの）エンジン回転角をDeg_Rとする。基準角は、特定気筒の吸気ＴＤＣなど、決められた角度であれば良い。
・TP(トルク相当値)とNe(回転速度)を用いてマップM_Deg_R_Cyl1を参照して得られた値をDeg_R_Cyl1（リッチ時エンジン回転角しきい値）とする。
・Deg_R_Cyl1≦Deg_R＜Deg_R_Cyl1＋180のとき、Cyl_R=1
Deg_R_Cyl1＋180≦Deg_R＜Deg_R_Cyl1＋360のとき、Cyl_R=3
Deg_R_Cyl1＋360≦Deg_R＜Deg_R_Cyl1＋540のとき、Cyl_R=4
Deg_R_Cyl1＋540≦Deg_R＜Deg_R_Cyl1＋720のとき、Cyl_R=2
M_Rabfは、空燃比フィードバック制御における目標空燃比もしくは全気筒の平均空燃比である。
TPの演算方法は公知技術であるが、例えば、Qa(空気量)とNe(回転速度)から下式より求める。
K×Qa/(Ne×Cyl)
ここにKは、トルク相当値に変換するためのキャリブレーション用の係数であり、Cylは、エンジンのシリンダ数である。
マップM_Deg_R_Cyl1は、エンジン仕様、空燃比センサの取り付け位置、特性などに応じて決まる。実機試験等から決めるのが良い。
＜点火時期演算部（図５）＞
本演算部では、Adv1〜Adv4(１〜４番気筒点火時期)を演算する。具体的には、図５に示される。
・TP(トルク相当値)とNe(回転速度)を用いてマップM_Adv0を参照して得られた値をAdv0（基本点火時期）とする。
・Cyl_R=1のとき
Adv1=Adv0+Adv_hos
Adv2=Adv3=Adv4=Adv0
Cyl_R=2のとき
Adv2=Adv0+Adv_hos
Adv1=Adv3=Adv4=Adv0
Cyl_R=3のとき
Adv3=Adv0+Adv_hos
Adv1=Adv2=Adv4=Adv0
Cyl_R=4のとき
Adv4=Adv0+Adv_hos
Adv1=Adv2=Adv3=Adv0
なお、リッチ気筒検出部で得られるRabf(空燃比)の最小値はリッチ度合いなので、当該リッチ度合いに応じて(ＥＧＲ過多量に応じて)、Adv_hos(進角補正量)を変えても良い。
本実施例では、内部ＥＧＲ実施時に、排気マニホールド集合部の空燃比センサを用いて空燃比がもっともリッチな気筒を検出し、当該気筒の点火エネルギーを増大する実施例を説明する。
図６は本実施例を示すシステム図である。実施例１(図１)に対して、外部ＥＧＲ系がない。また、開閉時期を制御可能な吸気動弁３１と排気動弁３２をそれぞれ備えている。コントロールユニット１６で演算された吸気動弁および排気動弁の目標開閉時期が実現されるよう吸気動弁３１と排気動弁３２に駆動信号が送られる。それ以外は、実施例１(図１)と同じであるので詳述しない。
図７はコントロールユニット１６の内部を示したものであるが、実施例１(図２)に対して、吸気動弁駆動回路３３と排気動弁駆動回路３４がある。それ以外は、実施例１(図１)と同じであるので、詳述しない。
以下、ＲＯＭ２２に書き込まれる制御プログラムについて述べる。図８は制御全体を表したブロック図であり、以下の演算部から構成される。
・リッチ気筒検出部（図４）
・通流時間演算部（図９）
「リッチ気筒検出部」で、もっとも空燃比がリッチな気筒の番号(Cyl_R)を演算する。「通流演算部」で、１〜４番気筒の点火コイルへの通流時間(Dwell1〜Dwell4)を演算する。Cyl_Rが示す気筒の点火コイルへの通流時間は、所定量長くする。以下、各演算部の詳細を説明する。
＜リッチ気筒検出部（図４）＞
本演算部では、Cyl_R(リッチ(EGR過多)気筒番号)を演算する。具体的には、図３に示されるが実施例１と同じであるので、詳述しない。
なお、本処理は、内部ＥＧＲ量が所定量以上のとき実施する。内部ＥＧＲ制御については、公知の技術が多数あるので、ここでは詳述しない。
＜通流時間演算部（図９）＞
本演算部では、Dwell1〜Dwell4(１〜４番気筒通流)を演算する。具体的には、図９に示される。
・TP(トルク相当値)とNe(回転速度)を用いてマップM_Dwell0を参照して得られた値をDwell0（基本通流時間）とする。
・Cyl_R=1のとき
Dwell1=Dwell0+Dwell_hos
Dwell2=Dwell3=Dwell4=Dwell0
Cyl_R=2のとき
Dwell2=Dwell0+Dwell_hos
Dwell1=Dwell3=Dwell4=Dwell0
Cyl_R=3のとき
Dwell3=Dwell0+Dwell_hos
Dwell1=Dwell2=Dwell4=Dwell0
Cyl_R=4のとき
Dwell4=Dwell0+Dwell_hos
Dwell1=Dwell2=Dwell3=Dwell0
なお、リッチ気筒検出部で得られるRabf(空燃比)の最小値はリッチ度合いなので、当該リッチ度合いに応じて(ＥＧＲ過多量に応じて)、Dwell_hos(進角補正量)を変えても良い。
本実施例では、外部ＥＧＲ実施時に、排気マニホールド集合部の空燃比センサ信号のエンジン２回転周波数成分を用いて空燃比がもっともリッチな気筒を検出し、当該気筒の点火時期を進角する実施例を説明する。
図１は本実施例を示すシステム図である。実施例１(図１)と同じであるので詳述しない。
図２はコントロールユニット１６の内部を示したものであるが、実施例１(図２)と同じであるので、詳述しない。
以下、ＲＯＭ２２に書き込まれる制御プログラムについて述べる。図１０は制御全体を表したブロック図であり、以下の演算部から構成される。
・２回転成分演算部（図１１）
・２回転成分位相演算部（図１２）
・リッチ気筒検出部（図１３）
・点火時期演算部（図５）
「２回転成分演算部」で、空燃比センサ１２の信号(Rabf)の２回転成分の実数部(R_2rev)と虚数部(I_2rev)を演算する。「２回転成分位相演算部」で、R_2revとI_2revから、２回転成分位相(Phase)を演算する。「リッチ気筒検出部」で、もっとも空燃比がリッチな気筒の番号(Cyl_R)を演算する。「点火時期演算部」で、１〜４番気筒の点火時期(Adv1〜Adv4)を演算する。Cyl_Rが示す気筒の点火時期は、所定量進角させる。以下、各演算部の詳細を説明する。
＜２回転成分演算部（図１１）＞
本演算部では、空燃比センサ１２の信号(Rabf)の２回転成分の実数部(R_2rev)と虚数部(I_2rev)を演算する。具体的には、図１１に示される。外部ＥＧＲ量が所定量以上のとき本処理を実施する。外部ＥＧＲ制御については、公知の技術が多数あるので、ここでは詳述しない。
Rabfの今回値と前回値の差を演算し、dRabf(触媒上流空燃比センサ信号差分値)とする。dRabfに対して図中の波線で囲まれた処理(離散フーリエ変換)を実施する。
C_R×dRabfの今回値と前回値と前々回値と前々々回値の和をR_2revとする。また、C_I×dRabfの今回値と前回値と前々回値と前々々回値の和をI_2revとする。ここに、C_RおよびC_Iは、CYLCNT(シリンダNo.)に応じて、次の様に演算する。CYLCNTは、Ｎ番気筒のピストン位置が所定値にあるときに更新される。ここでは、当該気筒の圧縮ＴＤＣ前１１０degで更新されるものとする。
CYLCNT=1のとき、C_R=1
CYLCNT=3もしくは2のとき、C_R=0
CYLCNT=4のとき、C_R=-1
また、
CYLCNT=1もしくは4のとき、C_I=0
CYLCNT=3のとき、C_I=1
CYLCNT=2のとき、C_I=-1
Rabfの今回値と前回値の差をフーリエ変化することで、全気筒の中で相対的にリッチな気筒（全気筒平均空燃比よりリッチな気筒）を検出することができる。
＜２回転成分位相演算部（図１２）＞
本演算部では、２回転成分位相(Phase)を演算する。具体的には、図１２に示される。外部ＥＧＲ量が所定量以上のとき本処理を実施する。R_2revとI_2revから、下式により、Phase0(２回転成分位相基本値)を求める
arctan2(I_2rev/R_2rev)×(180/π)
ここに、arctan2は、４象限(-180〜180deg)に対応した逆正接値(＝位相)演算する。
さらに、位相の範囲を0〜360degとするPhase(２回転成分位相)を求める。具体的には、
Phase0<0の時は、Phase=Phase0+360とし、
それ以外の時は、Phase=Phase0とする。
＜リッチ気筒検出部（図１３）＞
本演算部では、Phaseを用いて、Cyl_R(リッチ(EGR過多)気筒番号)を演算する。具体的には、図１３に示される。外部ＥＧＲ量が所定量以上のとき本処理を実施する。
・TP(トルク相当値)とNe(回転速度)を用いてマップM_K_Phase1を参照して得られた値をK_Phase1(リッチ時位相しきい値)とする。
・K_Phase1≦Phase＜K_Phase1＋90のとき、Cyl_R=1
K_Phase1＋90≦Phase＜K_Phase1＋180のとき、Cyl_R=3
K_Phase1＋180≦Phase＜K_Phase1＋270のとき、Cyl_R=4
K_Phase1＋270≦Phase＜K_Phase1＋360のとき、Cyl_R=2
マップM_K_Phase1は、エンジン仕様、空燃比センサの取り付け位置、特性などに応じて決まる。実機試験等から決めるのが良い。
＜点火時期演算部（図５）＞
本演算部では、Adv1〜Adv4(１〜４番気筒点火時期)を演算する。具体的には、図５に示されるが、実施例１と同じであるので詳述しない。
本実施例では、外部ＥＧＲ実施時に、排気マニホールド集合部の空燃比センサとクランク角センサの双方を用いて、ＥＧＲ量過多の気筒を検出し、当該気筒の点火時期を進角する実施例を説明する。
図１は本実施例を示すシステム図である。実施例１(図１)と同じであるので詳述しない。
図２はコントロールユニット１６の内部を示したものであるが、実施例１(図２)と同じであるので、詳述しない。
以下、ＲＯＭ２２に書き込まれる制御プログラムについて述べる。図１４は制御全体を表したブロック図であり、以下の演算部から構成される。
・２回転成分演算部（図１１）
・２回転成分位相演算部（図１２）
・気筒別回転変動演算部（図１５）
・安定性悪化気筒検出部（図１６）
・ＥＧＲ量過多気筒検出部（図１７）
・点火時期演算部（図５）
「２回転成分演算部」で、空燃比センサ１２の信号(Rabf)の２回転成分の実数部(R_2rev)と虚数部(I_2rev)を演算する。「２回転成分位相演算部」で、R_2revとI_2revから、２回転成分位相(Phase)を演算する。「気筒別回転変動演算部」では、クランク角センサ１５の信号から気筒別回転変動(dNe_1, dNe_2, dNe_3, dNe_4)を演算する。「安定性悪化気筒検出部」では、dNe_1, dNe_2, dNe_3, dNe_4から、ＥＧＲ量過多により不安定となった気筒(１〜４番気筒不安定フラグ)(f_dNe_1〜f_dNe_4)を演算する。「ＥＧＲ量過多気筒検出部」で、もっともＥＧＲ量過多により空燃比がリッチな気筒の番号(Cyl_R)を演算する。「点火時期演算部」で、１〜４番気筒の点火時期(Adv1〜Adv4)を演算する。Cyl_Rが示す気筒の点火時期は、所定量進角させる。以下、各演算部の詳細を説明する。以下、各演算部の詳細を説明する。
＜２回転成分演算部（図１１）＞
本演算部では、空燃比センサ１２の信号(Rabf)の２回転成分の実数部(R_2rev)と虚数部(I_2rev)を演算する。具体的には、図１１に示されるが実施例３と同じであるので詳述しない。
＜２回転成分位相演算部（図１２）＞
本演算部では、２回転成分位相(Phase)を演算する。具体的には、図１２に示されるが、実施例３と同じであるので詳述しない。
＜気筒別回転変動演算部（図１５）＞
本演算部では、気筒別の回転変動(dNe_1, dNe_2, dNe_3, dNe_4)を演算する。具体的には、図１５に示される。外部ＥＧＲ量が所定量以上のとき本処理を実施する。
・Ne(回転速度)の今回値と前回値の差を演算し、dNe(回転変動)とする。
・CYLCNT=1のとき、
dNe_1=dNe_1(前回値), dNe_2=dNe_2(前回値)
dNe_3=dNe_3(前回値), dNe_4=dNe
CYLCNT=2のとき、
dNe_1=dNe_1(前回値), dNe_2=dNe_2(前回値)
dNe_3=dNe, dNe_4=dNe_4(前回値)
CYLCNT=3のとき、
dNe_1=dNe_1(前回値), dNe_2=dNe
dNe_3=dNe_3(前回値), dNe_4=dNe_4(前回値)
CYLCNT=4のとき、
dNe_1=dNe, dNe_2=dNe_2(前回値)
dNe_3=dNe_3(前回値), dNe_4=dNe_4(前回値)
ここに、
dNe_1：１番気筒回転変動
dNe_2：２番気筒回転変動
dNe_3：３番気筒回転変動
dNe_4：４番気筒回転変動
＜安定性悪化気筒検出部（図１６）＞
本演算部では、dNe_1, dNe_2, dNe_3, dNe_4を用いて、ＥＧＲ量過多により、安定性が悪化している気筒f_dNe_1〜f_dNe_4（１〜４番気筒不安定フラグ）を検出する。具体的には、図１６に示される。外部ＥＧＲ量が所定量以上のとき本処理を実施する。
・f_dNe_1=0, f_dNe_2=0, f_dNe_3=0, f_dNe_4=0に初期化する。
・dNe_1≦k_dNeのとき、f_dNe_1=1
・dNe_2≦k_dNeのとき、f_dNe_2=1
・dNe_3≦k_dNeのとき、f_dNe_3=1
・dNe_4≦k_dNeのとき、f_dNe_4=1
＜ＥＧＲ量過多気筒検出部（図１７）＞
本演算部では、Phaseとf_dNe_1〜f_dNe_4を用いて、Cyl_R(EGR量過多気筒番号)を演算する。具体的には、図１７に示される。外部ＥＧＲ量が所定量以上のとき本処理を実施する。
・TP(トルク相当値)とNe(回転速度)を用いてマップM_K_Phase1を参照して得られた値をK_Phase1(リッチ時位相しきい値)とする。
・K_Phase1≦Phase＜K_Phase1＋90かつ f_dNe_1=1のとき、Cyl_R=1
K_Phase1＋90≦Phase＜K_Phase1＋180かつ f_dNe_3=1のとき、Cyl_R=3
K_Phase1＋180≦Phase＜K_Phase1＋270かつ f_dNe_4=1のとき、Cyl_R=4
K_Phase1＋270≦Phase＜K_Phase1＋360かつ f_dNe_2=1のとき、Cyl_R=2
マップM_K_Phase1は、エンジン仕様、空燃比センサの取り付け位置、特性などに応じて決まる。実機試験等から決めるのが良い。
＜点火時期演算部（図５）＞
本演算部では、Adv1〜Adv4(１〜４番気筒点火時期)を演算する。具体的には、図５に示されるが、実施例１と同じであるので詳述しない。
本実施例では、外部ＥＧＲ実施時に、排気マニホールド集合部の空燃比センサを用いて空燃比がもっともリッチな気筒を検出し、当該気筒の点火時期を進角すると共にそれ以外の気筒の点火時期を遅角する実施例を説明する。
図１は本実施例を示すシステム図である。実施例１(図１)と同じであるので詳述しない。
図２はコントロールユニット１６の内部を示したものであるが、実施例１(図２)と同じであるので、詳述しない。
以下、ＲＯＭ２２に書き込まれる制御プログラムについて述べる。図３は制御全体を表したブロック図であり、以下の演算部から構成される。
・リッチ気筒検出部（図４）
・点火時期演算部（図５）
「リッチ気筒検出部」で、もっとも空燃比がリッチな気筒の番号(Cyl_R)を演算する。「点火時期演算部」で、１〜４番気筒の点火時期(Adv1〜Adv4)を演算する。Cyl_Rが示す気筒の点火時期は、所定量進角させる。それ以外の気筒の点火時期は、所定量遅角させる。以下、各演算部の詳細を説明する。
＜リッチ気筒検出部（図４）＞
本演算部では、Cyl_R(リッチ(EGR過多)気筒番号)を演算する。具体的には、図４に示されるが、実施例１と同じであるので詳述しない。
＜点火時期演算部（図１８）＞
本演算部では、Adv1〜Adv4(１〜４番気筒点火時期)を演算する。具体的には、図１８に示される。
・TP(トルク相当値)とNe(回転速度)を用いてマップM_Adv0を参照して得られた値をAdv0（基本点火時期）とする。
・Cyl_R=1のとき
Adv1=Adv0+Adv_hos
Adv2=Adv3=Adv4=Adv0-Adv_hos_r
Cyl_R=2のとき
Adv2=Adv0+Adv_hos
Adv1=Adv3=Adv4=Adv0-Adv_hos_r
Cyl_R=3のとき
Adv3=Adv0+Adv_hos
Adv1=Adv2=Adv4=Adv0-Adv_hos_r
Cyl_R=4のとき
Adv4=Adv0+Adv_hos
Adv1=Adv2=Adv3=Adv0-Adv_hos_r
なお、リッチ気筒検出部で得られるRabf(空燃比)の最小値はリッチ度合いなので、当該リッチ度合いに応じて(ＥＧＲ過多量に応じて)、Adv_hos(進角補正量)およびAdv_hos_r(遅角補正量)を変えても良い。また、もっとも空燃比がリッチな気筒以外の気筒について、燃料噴射量を増量補正するようにしてもよい。
本発明の構成と効果について以下に纏める。本発明のエンジン制御装置は、例えば、排気を燃焼室に還流するＥＧＲ手段と各気筒の空燃比を検出する空燃比検出手段と、を備えた火花点火式エンジンを制御するエンジン制御装置において、前記ＥＧＲ手段による排気還流実施時かつ所定空燃比よりリッチな気筒とリーンな気筒とに各気筒の空燃比がばらついているとき、前記リッチな気筒の点火時期を進角側に補正もしくは前記リッチな気筒の点火エネルギーを増大する手段とを備えたことを特徴とする。
すなわち、排気を燃焼室に還流するＥＧＲを実施する場合、ＥＧＲ制御系の故障、経時劣化などにより、気筒間でＥＧＲ量（排気還流量）がばらつくことがある。ここに、故障、経時劣化の例として、目詰まり、各部品の破損もしくは劣化などが考えられる。ＥＧＲ制御系の異常により、気筒間でＥＧＲ量のばらつきが発生した状態を考える。図１９に示されるように、ＥＧＲ量の気筒間ばらつきによりＥＧＲ量が過剰に多くなった気筒は、Ｇ／Ｆ(気筒内ガス量と燃料量の比)は大きくなり、安定度は悪化する。一方、ＥＧＲ量過多の気筒は、その他の気筒より空気量が少なくなる。従来の空燃比制御は、排気マニホールド集合部の空燃比が目標空燃比となるように、全気筒の燃料噴射量を一律に補正制御する。このため、空気量が少ないＥＧＲ量過多の気筒は、他の気筒より相対的にリッチになる。
仮に当該気筒の燃料噴射量のみを減量補正すると、当該気筒の空燃比のリッチ度は抑制されるものの、リーン化により更に燃焼安定性が悪化する。ＥＧＲ量過多によりリッチ化した気筒は、燃焼速度が遅くなっているので、点火時期を進角することで、安定方向に改善させるものである。また、ＥＧＲ量過多によりリッチ化した気筒は、燃焼速度が遅くなっているので、点火エネルギーを増大することで、安定方向に改善させるものである。ここに、点火エネルギーの増大方法としては、火花点火期間長期化、点火コイルへの通流電流強化等が考えられる。
また、本発明のエンジン制御装置は、前記ＥＧＲ手段は、排気を吸気側へ還流する外部ＥＧＲ手段もしくは排気を燃焼室に残存するようにもしくは直接戻すように制御する内部ＥＧＲ手段の少なくとも一つであることを特徴とする。
すなわち、排気を燃焼室に還流するＥＧＲ手段として、還流管を用いて排気を吸気側へ還流する外部ＥＧＲ手段と排気を燃焼室に残存するようにもしくは直接戻すように、例えば吸排気バルブの開閉時期、リフト量を制御する内部ＥＧＲ手段の少なくとも一つであることを示すものである。
また、本発明のエンジン制御装置は、前記所定空燃比は、空燃比フィードバック制御における目標空燃比もしくは全気筒の平均空燃比であることを特徴とする。
すなわち、気筒間のＥＧＲ量ばらつきによる空燃比ばらつきは、空燃比フィードバック制御における目標空燃比もしくはそれとほぼ等価である全気筒の空燃比を中心にリッチ側とリーン側にばらつく。したがって、空燃比フィードバック制御における目標空燃比もしくは全気筒の平均空燃比よりリッチな気筒をＥＧＲ量過多の気筒と判断するものである。
また、本発明のエンジン制御装置は、少なくとも前記リッチな気筒の燃焼安定度を検出する手段と、前記リッチな気筒の燃焼安定度が所定範囲外のとき、前記リッチな気筒の点火時期を進角側に補正もしくは前記リッチな気筒の点火エネルギーを増大することを特徴とする。
すなわち、前述したように、ＥＧＲ量過多の気筒はリッチ化すると同時に、燃焼安定性が悪化する。少なくともリッチな気筒の燃焼安定性を気筒別を検出する。リッチ化かつ燃焼安定度が所定範囲外のとき、当該気筒は、ＥＧＲ量過多により不安定になっていると判断するものである。なお、燃焼安定性として、燃焼圧、トルク、また、後述の角加速度などが考えられる。
また、本発明のエンジン制御装置は、少なくとも前記リッチな気筒の角加速度を検出する手段と、前記リッチな気筒の角加速度が所定値以下のとき、前記リッチな気筒の点火時期を進角側に補正もしくは前記リッチな気筒の点火エネルギーを増大することを備えたことを特徴とする。
すなわち、前述したように、ＥＧＲ量過多の気筒はリッチ化すると同時に、燃焼安定性が悪化する。燃焼安定性の悪化を気筒別の角加速度で検出する。リッチ化かつ角加速度が所定値以下のとき、当該気筒は、ＥＧＲ量過多と判断するものである。
また、本発明のエンジン制御装置は、リッチな気筒以外の気筒の点火時期を遅角側に補正もしくは燃料噴射量を増量補正することを特徴とする。
すなわち、ＥＧＲ量過多の気筒はリッチ化する一方で、ＥＧＲ量過少の気筒はその分、空気量が増大するのでリーン化する。ＥＧＲ量過少により、ノック限界が遅角側にシフトしているので、当該気筒の点火時期を遅角する。あるいは、燃料噴射量を増量補正することで、リーン化を解消する。
１ エアクリーナ
２ エアフローセンサ
３ 電子スロットル
４ 吸気マニホールド
５ コレクタ
６ アクセル
７ 燃料噴射弁
８ 点火プラグ
９ エンジン
１０ 排気マニホールド
１１ 三元触媒
１２ 触媒上流空燃比センサ
１３ アクセル開度センサ
１４ 水温センサ
１５ クランク角センサ
１６ コントロールユニット
１７ スロットル弁開度センサ
１８ 排気還流管
１９ ＥＧＲ弁
２０ 触媒下流O2センサ
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２４ 入力回路
２５ 入出力ポート
２６ 点火出力回路
２７ 燃料噴射弁駆動回路
２８ 電子スロットル駆動回路
２９ 吸気温センサ
３０ ＥＧＲ弁駆動回路
３１ 吸気動弁
３２ 排気動弁
３３ 吸気動弁駆動回路
３４ 排気動弁駆動回路

Claims (6)

  1. 排気を燃焼室に還流するＥＧＲ装置を備えた火花点火式エンジンを制御し、各気筒の空燃比を検出するエンジン制御装置において、
    前記ＥＧＲ装置による排気還流実施時かつ所定空燃比よりリッチな気筒とリーンな気筒とに各気筒の空燃比がばらついているとき、
    前記リッチな気筒の点火時期を進角側に補正もしくは前記リッチな気筒の点火エネルギーを増大し、
    前記リッチな気筒の燃焼安定度が所定範囲外のとき、
    前記リッチな気筒の点火時期を進角側に補正もしくは前記リッチな気筒の点火エネルギーを増大することを特徴とするエンジン制御装置。
  2. 排気を燃焼室に還流するＥＧＲ装置を備えた火花点火式エンジンを制御し、各気筒の空燃比を検出するエンジン制御装置において、
    前記ＥＧＲ装置による排気還流実施時かつ所定空燃比よりリッチな気筒とリーンな気筒とに各気筒の空燃比がばらついているとき、
    前記リッチな気筒の点火時期を進角側に補正もしくは前記リッチな気筒の点火エネルギーを増大し、
    前記リッチな気筒の角加速度が所定値以下のとき、
    前記リッチな気筒の点火時期を進角側に補正もしくは前記リッチな気筒の点火エネルギーを増大することを特徴とするエンジン制御装置。
  3. 請求項１または２のいずれかに記載のエンジン制御装置において、前記ＥＧＲ装置は、
    排気還流管を通して排気を吸気側へ還流する外部ＥＧＲ装置、もしくは
    排気を燃焼室に残存するようにもしくは直接戻すように吸気動弁および排気動弁を制御する内部ＥＧＲ装置の少なくとも一つであることを特徴とするエンジン制御装置。
  4. 請求項１または２のいずれかに記載のエンジン制御装置において、前記所定空燃比は、空燃比フィードバック制御における目標空燃比もしくは全気筒の平均空燃比であることを特徴とするエンジン制御装置。
  5. 請求項１または２のいずれかに記載のエンジン制御装置において、前記リッチな気筒以外の気筒の点火時期を遅角側に補正もしくは燃料噴射量を増量補正することを特徴とするエンジン制御装置。
  6. 請求項１または２のいずれかに記載のエンジン制御装置において、前記リッチな気筒の点火時期を進角側に補正する補正量、もしくは前記リッチな気筒の点火エネルギーの増大量を各気筒の空燃比ばらつき度合に基づいて可変することを特徴とするエンジン制御装置。
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