JP2796132B2 - 内燃機関の点火時期制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 概 要 内燃機関の吸入空気量に関係した第１状態量を求め、
前記第１状態量に時間遅れを伴つて一致、あるいはほぼ
一致するように追従変化する第２状態量を求め、前記第
１状態量と第２状態量との差から第３状態量を求め、点
火時期の計算タイミングから吸入空気弁が閉じるタイミ
ングまでの時間Δt1および吸気圧検出器の出力のフイル
タ処理時間Δt2の和に関連した補正値と、前記第３状態
量とによつて補正圧力を求め、前記実際の吸気管圧力と
この補正圧力とから点火時期を求めることによつて、応
答性が良く、かつ高精度な点火時期制御を実現する。

産業上の利用分野 本発明は、内燃機関の点火時期を制御するための方法
に関する。

従来の技術 内燃機関の燃料噴射量や点火時期を制御する電子制御
装置において、従来から主として、エアフローメータな
どを用いて吸入空気流量を検出し、その吸入空気流量に
応じて燃料噴射量を決定するいわゆるＬジエトロ方式
と、吸気管圧力と内燃機関の回転速度とに基づいて燃料
噴射量を決定するいわゆるＤジエトロ方式とが用いられ
ている。

発明が解決しようとする課題 前記Ｌジエトロ方式は、吸気管に設けたエアフローメ
ータなどを用いて吸入空気流量を検出するため、比較的
応答性がよい反面、コストアツプになり、また検出され
るのは完全な質量流量ではないため、標高や気温による
誤差が生じる。この問題を解決するためには、たとえば
前記エアフローメータより上流側に大気圧センサなどを
設け、吸入空気の質量流量を検出するようにした構成が
考えられるが、このような構成では、新たに付加する大
気圧センサのためにコストが上昇してしまう。

一方、前記Ｄジエトロ方式では、吸気管圧力を検出す
る吸気圧センサの出力と、内燃機関の回転速度とに基づ
いて燃料噴射量や点火時期を決定するために、吸気経路
に障害物がなく、また低コストである反面、応答性に劣
るという問題がある。すなわちこれは、吸気弁の開閉に
よる吸気圧の変動幅が、たとえば4000rpm程度で50〜100
mmHgにも及ぶため、このような変動吸収のために行われ
るフイルタ処理による遅延が主要因となつている。

本発明の目的は、吸入空気量に対して最適な点火時期
となるように、良好な応答性で高精度に制御することが
できるとともに、低コスト化を図ることができる内燃機
関の点火時期制御方法を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、内燃機関の吸入空気流量に関係した第１状
態量を求め、 前記第１状態量に時間遅れを伴つて一致、あるいはほ
ぼ一致するように追従変化する第２状態量を求め、 前記第１状態量と第２状態量との差から第３状態量を
求め、 点火時期の計算タイミングから吸入空気弁が閉じるタ
イミングまでの時間Δt1および吸気圧検出器の出力のフ
イルタ処理時間Δt2の和に関連した補正値と、前記第３
状態量とによつて補正圧力を求め、 実際の吸気管圧力と前記補正圧力とを用いて点火時期
を求めることを特徴とする内燃機関の点火時期制御方法
である。

作 用 本発明に従えば、吸入空気流量に関係した第１状態量
は過渡状態を応答性良く表す値であり、第２状態量はこ
れに時間遅れを伴つて一致、あるいはほぼ一致するよう
に追従変化する。したがつて、第１状態量と第２状態量
との差である第３状態量は、吸入空気の時間変化率を表
す。この第３状態量と、点火時期の計算タイミングから
吸入空気弁が閉じるタイミングまでの時間Δt1および吸
気圧検出器の出力のフイルタ処理時間Δt2の和に関連し
た補正値とによつて補正圧力を求め、該補正圧力によつ
て、実際の吸気管圧力を補正して点火時期を求める。

したがつて、スロツトル弁が急激に開閉されるなどし
た過渡時であつても、実際に燃焼室内に吸入される空気
量に最適な点火時期を決定することができる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の内燃機関の制御装置１
とそれに関連する構成を示すブロツク図である。吸気口
２から導入された燃焼用空気は、エアクリーナ３で浄化
され、吸気管４を介して、該吸気管４に介在されるスロ
ツトル弁５でその流入量が調整された後、サージタンク
６に流入する。サージタンク６から流出した燃焼用空気
は、吸気管７に介在される燃焼噴射弁８から噴射される
燃料と混合され、吸気弁９を介して、内燃機関10の燃焼
室11に供給される。燃焼室11には点火プラグ12が設けら
れており、この燃焼室11からの排ガスは、排気弁13を介
して排出され、排気管14から三元触媒15を経て大気中に
放出される。

前記吸気管４には吸入空気の温度を検出する吸気温度
検出器21が設けられ、前記スロツトル弁５に関連してス
ロツトル弁開度検出器22が設けられ、サージタンク６に
は吸気管７の圧力を検出する吸気圧検出器23が設けられ
る。また前記燃焼室11付近には冷却水温度検出器24が設
けられ、排気管14において、三元触媒15により上流側に
は酸素濃度検出器25が設けられ、三元触媒15より下流側
には排気温度検出器26が設けられる。内燃機関10の回転
速度、すなわち単位時間当りの回転数はクランク角検出
器27によつて検出される。

制御装置１には、前記各検出器21〜27とともに、車速
検出器28と、内燃機関10を始動させるスタータモータ33
が起動されているかどうかを検出するスタート検出器29
と、冷房機の使用などを検出する空調検出器30と、該内
燃機関10が搭載される自動車が自動変速機付きであると
きには、その自動変速機の変速段がニユートラル位置で
あるか否かを検出するニユートラル検出器31とからの検
出結果が入力される。

さらにまたこの制御装置１は、バツテリ34によつて電
力付勢されており、該制御装置１は前記各検出器21〜31
の検出結果、および電圧検出器20によつて検出されるバ
ツテリ34の電源電圧などに基づいて、燃料噴射量や点火
時期などを演算し、前記燃料噴射弁８および点火プラグ
12などを制御する。制御装置１はまた、内燃機関10が運
転されているときには、燃料ポンプ32を駆動する。

第２図は、制御装置１の具体的構成を示すブロツク図
である。前記検出器20〜25の検出結果は、入力インタフ
エイス回路41からアナログ／デジタル変換器42を介し
て、処理回路43に与えられる。また前記検出器22,27〜3
1の検出結果は、入力インタフエイス回路44を介して前
記処理回路43に与えられる。処理回路43内には、各種の
制御用マツプや学習値などを記憶するためのメモリ45が
設けられており、またこの処理回路43には、前記バツテ
リ34からの電力が、定電圧回路46を介して供給される。

処理回路43からの制御出力は、出力インタフエイス回
路47を介して導出され、前記燃料噴射弁８に与えられて
燃料噴射量が制御され、またイグナイタ48を介して点火
プラグ12に与えられて点火時期が制御され、さらにまた
燃料ポンプ32が駆動される。

前記排気温度検出器26の検出結果は、制御装置１内の
排気温度検出回路49に与えられ、その検出結果が異常に
高温であるときには、駆動回路50を介して警告灯51が点
灯される。

上述のように構成された制御装置１において、燃料噴
射量や点火時期の演算に用いられる吸気圧検出器23の検
出出力には、第３図（１）で示されるように、吸気弁９
の開閉動作による変動が生じており、その変動幅は前述
のように、たとえば4000rpmで50〜100mmHg程度の大きな
値である。この変動を吸収して正確な吸気圧を検出する
ために、該吸気圧検出器23の検出出力には、制御装置１
内でフイルタ処理が行われている。

したがつてこのフイルタ処理による遅延によつて、た
とえばスロツトル弁５が第３図（２）で示されるように
急激に開かれても、前記フイルタ処理後の圧力波形は、
第３図（３）において参照符l1で示される実際の吸気圧
の圧力波形の変化に対して、Δt2だけ遅延して参照符l2
で示されるように現われる。

また燃料噴射弁８から噴射される燃料量は、吸気行程
の終了時において燃焼室11内に吸入された空気量に見合
つた量である必要があり、点火時期は、この空気量に対
して最適である必要がある。すなわち、吸気弁９が閉じ
る直前の吸気圧に基づいて燃料噴射量および点火時期を
演算する必要がある。実際には吸気弁９は、たとえば第
３図（４）で示されるように、上死点の14度クランク角
（以下、゜CAという）以前から開き初め、下死点を46゜
CAだけ過ぎた時点で閉じられる。したがつて第３図
（５）で示される点火時期演算の時間を考慮して、第３
図（６）で示されるように吸気圧の読込みおよび点火時
期の計算タイミングt1は、たとえば上死点の90゜CA以前
とされる。

したがつて第３図（３）において、この計算タイミン
グt1における吸気圧に基づいて点火時期を演算すると、
本来、点火時期の演算に使用すべき吸気弁９が閉じるタ
イミングt2における実際の吸気圧に対して、その時間差
Δt1に対応する圧力差ΔP1およびフイルタ処理時間Δt2
に対応する圧力差ΔP2分だけ小さくなり、最適な点火時
期からずれてしまう。このため、時間Δt1＋Δt2の遅れ
に対応する圧力差ΔP1＋ΔP2を予想して求め、計算タイ
ミングt1における吸気圧を補正する必要がある。

この第３図（３）で示されるように、フイルタ処理後
の圧力波形l2は実際の吸気圧の圧力波形l1とほぼ等し
く、したがつて吸気圧Ｐの時間変化率dP/dtを正確に求
めることによつて、このような遅れに対する補正を精度
よく行うことができる。

前記時間変化率dP/dtは、以下のようにして求められ
る。すなわち、サージタンク６のへ吸入空気流量をQin
とし、サージタンク６からの流出空気量をQoutとすると
き、 ただし、ΔＱは吸入空気流量の変化量であり、K1は定
数である。またスロツトル弁５の開度をθとし、内燃機
関10の回転速度をＮとすると、 Qout＝K3・η・Ｎ・Ｐ …（３） ただし、K2,K3は定数であり、ηは吸気効率であり、P₀
は大気圧である。したがつて前記第１式から、遅れ補正
が行われた吸気圧Ｐは、 ただし、Piは前記計算タイミングt1での吸気圧であり、
K1a＝1/K1である。

一方、計算タイミングによる前記時間Δt1は、クラン
ク角度軸でみると一定であり、180゜CA間の時間をＴと
すると、 となる。この第５式においてΔt1/Tは一定値であり、こ
れをＡとおき、またΔt2は時間軸に対して一定であり、
これをＢとおくと、 なお、Ｎ＝1/Tであり、したがつて、 ただし、K1b＝K1a・Ａである。

ここでB/Aについて考えると、前記計算タイミングt1
から吸気弁９が閉じるタイミングt2までの所要時間Δt1
はたとえば316゜CAであり、したがつて前記フイルタ処
理による遅延時間をたとえば10msecとすると、 となる。なお以降は説明の簡略化のため、このB/Aを第
８式の値を用いて記述する。したがつて前記第７式は第
９式のように表すことができる。

すなわち、前記計算タイミングやフイルタ処理による
遅延に関しては、ΔＱを正確に求めることによつて、こ
れらの補正は一般性を持つて精度よく求めることができ
る。また補正の特性は、単位回転当りの空気流量変化に
比例し、フイルタ処理による影響を回転速度に伴つて大
きく補正することになる。

上述のように計算タイミングt1と吸気弁が閉じるタイ
ミングt2とは、クランク角に同期している。前述のよう
に時間Ｔに対応するクランク角は180゜CAであり、時間
Δt1に対応するクランク角は前述のように316゜CAであ
る。したがってΔt1/T＝316/180であり、時間Δt1＝316
T/180である。このように時間Δt1が求められるので、
その時間Δt1に関連する補正値が演算可能である。

続いて、ΔQ/Nの算出方法について説明する。スロツ
トル弁５が急開したときの吸入空気流量Qinの変化は、
第４図において参照符l3で示されるようになる。これに
対して、サージタンク６の影響などによつて、該サージ
タンク６からの流出空気流量Qoutは、参照符l4で示され
るようになる。これら流量Qin,Qoutは、前記第２式およ
び第３式でそれぞれ示される。

内燃機関10の定常運転時にはQin＝Qoutであり、流量Q
inを、スロツトル弁開度θおよび吸気圧Ｐをパラメータ
として、定常時の流量Qoutを実測して予め求めておく。
すなわち、前記第３式におけるＮ・Ｐに相当する値は、
第５図で示されるように、スロツトル弁開度θを一定に
保つて吸気圧Ｐを変化した場合の、各スロツトル弁開度
におけるＮとＰとの積値MAPを用いるとする。その結
果、流量Qinは第10式のように表すことができる。な
お、前記第５図で示されるグラフは、メモリ45内にマツ
プとしてストアされている。

Qin＝K3・η・MAP …（10） したがつて、 と表すことができる。

しかしながらこの第11式において、MAP/NとP_Mとは、
内燃機関10の製造上のばらつきや、経年変化などによつ
て実際の制御時には、定常状態において一致しないこと
があり、このため本実施例では、吸気圧P_Mを計算によつ
て求めた値Pcに置換えて用いる。この吸気圧P_Mは上述の
ようなばらつきなどによるずれが生じても、その時間変
化率dP/dtはほぼ同一であり、したがつて第４式で示さ
れる前述の遅れ補正と同様に、 と表すことができる。ただし、Pciは今回の計算値であ
り、Pci_-1は前回の計算値である。したがつて、MAP/N
と、珪酸で求めた値Pcとは定常時には必ず一致し、また
過渡時にはスロツトル弁開度θの変化に伴つてMAP/Nが
急変し、値Pcはこれに一致するように追従変化する。し
たがつて前記第９式、第11式およびこの第12式とから、
第13式で示される遅れ補正に関する演算式を求めること
ができる。

ただし、K4＝K1b・K3・ηである。さらに値Pcは、第1
4式に基づいて、たとえば4msec毎に逐次近似演算され
る。

ただしK5＝K1・K3・ηである。

第６図〜第９図は、前述のような近似演算と点火時期
演算の動作を説明するためのフローチヤートである。第
６図は内燃機関10の回転速度NEを求めるための動作を表
し、ステツプs1でクランク角検出器27によつて計測され
た計測値の読込みが行われる。この動作は、たとえば18
0゜CA毎に行われる。

第７図は吸気圧P_Mを求めるための動作を表し、ステツ
プs11で吸気圧検出器23の計測結果が、アナログ／デジ
タル変換器42でデジタル変換されて処理回路43に読込ま
れる。この動作は、たとえば2msec毎の変換動作のたび
毎に行われる。

第８図は前述の近似演算を説明するためのフローチヤ
ートであり、たとえば4msec毎の、スロツトル弁開度検
出器22によつて検出されるスロツトル弁開度θのアナロ
グ／デジタル変換動作のたび毎に行われる。ステツプs2
1ではスロツトル弁開度θが読込まれ、ステツプs22では
前記ステツプs21で求められたスロツトル弁開度θと後
述のステツプs31で求められる値Pcとから、前記第５図
で示されるグラフに基づいてマツプ値MAPが読出され
る。

ステツプs23では前記値MAPと回転速度NEとが除算さ
れ、ステツプS24でその除算結果から前記値Pcが減算さ
れる。ステツプs25では、前記ステツプs24における減算
結果が正であるかまたは負であるかに対応して、後述の
ステツプs31における値Pcの近似演算のための符号がセ
ツトされる。ステツプs26ではそのセツトされた符号が
正であるか否かが判断され、そうでないときにはステツ
プs27で前記ステツプs24における減算結果の絶対値が演
算された後ステツプs28に移り、そうであるときには直
接ステツプs28に移る。

ステツプs28では、前記ステツプs24における減算結果
と回転速度NEとが乗算される。ステツプs29では、冷却
水温度検出器24の検出結果に基づいて、第10図で示され
るマツプから係数K5aが読出される。前記第14式におい
てK5＝K1・K3・η（定数）としていたが、ここでは、こ
の係数K5を冷却水温度によつて変化する値K5aとする。
これは、低温時において、値PcがMAP/N値に追従する速
度を遅くすることによつて、後述の補正噴射量TMを常温
より大きく、かつ長く作用するようにし、燃料の管壁付
着による補正量の不足に対応するためのものである。

ステツプs30ではこの係数K5aとステツプs28で求めら
れた演算結果とが乗算され、この乗算結果を用いて、ス
テツプs31で前記ステツプs25においてセツトされた符号
に基づいて、前記値Pcが更新される。このようにして、
前記第14式で示される値Pcの近似演算が行われる。

第９図は実際の点火時期AOPを求めるための動作を表
し、たとえば360゜CA毎に行われる。まずステツプs41で
は、前記ステツプs1で求められた回転速度NEを用いて前
記第13式における演算の一部分が行われ、その演算結果
がレジスタA1に格納される。次にステツプs42で、回転
速度NEと値MAP,Pcとから、第13式における他の部分の演
算が行われ、その演算結果がレジスタA2に格納される。

ステツプs43では、定数K4およびレジスタA1,A2の値に
基づいて補正圧力P_MCが求められる。ステツプs44では、
この補正圧力P_MCによつて、前記ステツプs11で求められ
た実測値P_Mを補正した圧力Ｐが求められる。こうして求
められた圧力Ｐと回転速度NEとから、ステツプs45にお
いて、第11図で示されるマツプから基本進角ABSEが読出
される。ステツプs46では、前記基本進角ABSEが、ノツ
キングなどに基づく補正項AKNKで補正されて、実際の点
火時期AOPが求められる。

このようにして、前記第３図および第４式で示される
ような、計算タイミングによる遅延軸管Δt1や、フイル
タ処理による遅延時間Δt2などによる応答遅れを、その
遅延後の検出出力に対して、空気圧検出器23の実際の検
出出力の時間変化率dP/dtに基づいて補正するようにし
たので、スロツトル弁５の急開時などにおける過渡応答
性を向上することができる。また、本実施例は基本的に
はいわゆるＤジエトロ方式であるため、定常安定性を有
し高精度であるとともに、比較的簡便な構成で実現する
ことができ、こうして従来技術の項で述べたような問題
を解消することができる。さらにまた、前記補正は比較
的汎用性のある演算式を用いたので、型式の異なる内燃
機関にも共通に用いることができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、実際の吸気管圧力を、
過渡応答性の良好な第１状態量から求められる補正圧力
によつて補正するようにし、またこの補正圧力には、点
火時期の計算タイミングから吸気弁が閉じるタイミング
までの時間Δt1と、吸気圧検出器の出力のフイルタ処理
時間Δt2との和に関連した補正が含まれており、したが
つてスロツトル弁が急激に開閉されるなどした過渡時に
おいて、高精度な点火時期制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の内燃機関の制御装置１とそ
れに関連する構成を示すブロツク図、第２図は制御装置
１の具体的構成を示すブロツク図、第３図はスロツトル
弁開度が変化された過渡時における動作を説明するため
のタイミングチヤート、第４図はサージタンク６への吸
入空気流量Qinと流出空気流量Qoutとの関係を示すグラ
フ、第５図は各スロツトル弁開度θにおける吸気圧P,Pc
の変化に対する値MAPの変化を示すグラフ、第６図〜第
９図は動作を説明するためのフローチヤート、第10図は
冷却水温度の変化に対する吸気圧の計算値Pcの補正係数
K5の変化を示すグラフ、第11図は内燃機関10の回転速度
NEと吸気圧Ｐと基本進角ABSEとの関係を示すグラフであ
る。 １……制御装置、4,7……吸気管、５……スロツトル
弁、６……サージタンク、８……燃料噴射弁、10……内
燃機関、14……排気管、20〜31……検出器、43……処理
回路、45……メモリ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸入空気流量に関係した第１状
   態量を求め、 前記第１状態量に時間遅れを伴って一致、あるいはほぼ
   一致するように追従変化する第２状態量を求め、 前記第１状態量と第２状態量との差から第３状態量を求
   め、 点火時期の計算タイミングから吸入空気弁が閉じるタイ
   ミングまでの時間Δt1および吸気圧検出器の出力のフィ
   ルタ処理時間Δt2の和に関連した補正値と、前記第３状
   態量とによって補正圧力を求め、 実際の吸気管圧力と前記補正圧力とを用いて点火時期を
   求めることを特徴とする内燃機関の点火時期制御方法。