JP2853142B2 - 火花点火式内燃機関の加速時制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関
（以下、「内燃機関」を単に「エンジン」という場合が
ある）における加速時制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、エンジン加速時においては、ノックが発生
しやすいので、一般にかかるノックを回避するための制
御（ノックコントロール）が実施されている。

かかるノックコントロールは、ノックコントロール領
域で、ノックセンサから入力した信号を基にいかなる運
転状態にあっても、又過渡状態にあっても、例えば一律
に点火時期を遅らせる等の制御を行なっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、ガソリンエンジンにおいて、例えば無
負荷状態からスロットル弁を全開（WOT）にしたときの
ような加速過程を詳細に調べると、第11図に示すよう
に、加速直後の数サイクルの期間Ｉにおいてはノックが
激しく発生し、その後の加速期間IIにおいて、ノックが
抑制され、その後の期間IIIにおいては、再度ノックが
激しくなるというということがわかった。

このように、加速過程中にノック発生状態が変化する
のは、次のような理由であると推定される。

まず、加速直後の期間Ｉにおいて、ノックが発生する
のは、かかる期間中に、複数の組成成分を有するガソリ
ン燃料中において、沸点が低くオクタン価の低いものが
優先的に燃焼室に供給されるため、ノックが発生するの
であり、これは数サイクル間つづく。

この期間Ｉにつづく期間IIにおいて、ノックが抑制さ
れるのは、この期間IIにおいては、燃焼室壁温が低く自
己着火によって燃焼する質量の割合が少ないからであ
る。すなわち、ノックが発生する点火角は、第９図に示
すごとく、燃焼室壁部の温度（燃焼室壁温）に関係して
おり、また加速時において低負荷から高負荷に変わる際
には、燃焼室壁温は温度上昇の遅れ（第10図参照）によ
って定常時より低いため、燃焼室壁温が定常にまで上昇
する間は、点火角に対して進角してもノックは生じない
のである。

そして、更につづく期間IIIにおいては、燃焼室壁温
が高くなり、自己着火によって燃焼する質量の割合が多
くなっていくから、再度ノックが激しくなるのである。

本発明は、このような知見に基づき創案されたもの
で、加速過程中に変化するノック発生状態に応じたノッ
ク制御を行なえるようにして、ノックの発生を抑制しな
がら、しかも加速性能を向上できるようにした、火花点
火式内燃機関の加速時制御装置を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 上述の目的を達成するため、本発明の火花点火式内燃
機関の加速時制御装置は、燃焼状態を制御する燃焼制御
手段をそなえた火花点火式内燃機関において、比較的ノ
ックの生じやすい加速初期に該ノックを回避するように
該燃焼制御手段を補正する第１の補正手段と、該加速初
期につづくノック発生が抑制される加速期間においては
出力トルクを優先するように該燃焼制御手段を補正する
第２の補正手段とをそなえて構成されていることを特徴
としている。

［作用］ 上述の本発明の火花点火式内燃機関の加速時制御装置
では、比較的ノックの生じやすい加速初期においては、
第１の補正手段により、ノックを回避するように燃焼制
御手段を補正するとともに、この加速初期につづくノッ
ク発生が抑制される加速期間においては、第２の補正手
段により、出力トルクを優先するように燃焼制御手段を
補正する。

［実施例］ 以下、図面により本発明の一実施例としての火花点火
式内燃機関の加速時制御装置について説明すると、第１
図はその制御系およびエンジン概略システムを示す全体
構成図、第２図はその第１の補正手段を示すブロック
図、第３図はその第２の補正手段を示すブロック図、第
４図はその燃焼時オクタン価推定モデルを説明する図、
第５図はその燃焼室壁温推定モデルを説明する図、第６
図はその制御要領を説明するためのフローチャート、第
７図はその第１の補正手段によって点火時期を求めるた
めのフローチャート、第８図はその第２の補正手段によ
って点火時期を求めるためのフローチャートである。

さて、本装置によって制御される車載用ガソリンエン
ジンシステム（火花点火式内燃機関システム）は、第１
図のようになるが、この第１図において、ガソリンエン
ジンＥ（以下、単にエンジンＥという）はその燃焼室１
に通じる吸気通路２および排気通路３を有しており、吸
気通路２と燃焼室１とは吸気弁４によっ連通制御される
とともに、排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって
連通制御されるようになっている。

また、吸気通路２には、上流側から順にエアクリーナ
6,スロットル弁７および電磁式燃料噴射弁（インジェク
タ）８が設けられており、排気通路３には、その上流側
から順に図示しないが排ガス浄化用の触媒コンバータ
（三元触媒）およびマフラ（消音器）が設けられてい
る。

なお、インジェクタ８は吸気マニホルド部分に気筒数
だけ設けられている。今、本実施例のエンジンＥが直列
４気筒エンジンであるとすると、インジェクタ８は４個
設けられていることになる。即ちいわゆるマルチポイン
ト燃料噴射（MPI）方式のエンジンであるということが
できる。

また、スロットル弁７はワイヤケーブルを介してアク
セルペダルに連結されており、これによりアクセルペダ
ルの踏込み量に応じて開度が変わるようになっている。

さらに、各気筒には、その燃焼室１へ向けて点火プラ
グ９が設けられており、各点火プラグ９はディストリビ
ュータ（図示せず）を介して点火コイル10に接続されて
いる。そして、点火コイル10付きのパワートランジスタ
11のオフ動作によって点火コイル９に高い電圧が発生し
て、ディストリビュータにつながっている点火プラグ９
のいずれかがスパーク（点火）するようになっている。
なお、パワートランジスタ11のオン動作によって点火コ
イル10はバッテリ12により充電を開始される。そして、
これらの点火プラグ9,ディストリビュータ，点火コイル
10,パワートランジスタ11で、点火装置を構成する。

このような構成により、スロットル弁７の開度に応じ
エアクリーナ６を通じて吸入された空気が吸気マニホル
ド部分でインジェクタ８からの燃料と適宜の空燃比とな
るように混合され、燃焼室１内で点火プラグ９を適宜の
タイミングで点火させることにより、燃焼せしめられ
て、エンジントルクを発生させたのち、混合気は、排ガ
スとして排気通路３へ排出され、触媒コンバータで排ガ
ス中のCO,HC,NOxの３つの有害成分を浄化されてから、
マフラで消音されて大気側へ放出されるようになってい
る。

さらに、このエンジンＥを制御するために、種々のセ
ンサが設けられている。まず吸気通路２側には、そのエ
アクリーナ配設部分に、吸入空気量をカルマン渦情報か
ら検出する体積流量計としてのエアフローセンサ13,吸
入空気温度を検出する吸気温センサおよび大気圧を検出
する大気圧センサが設けられており、そのスロットル弁
配設部分に、スロットル弁７の開度を検出するポテンシ
ョメータ式のスロットルセンサ，アイドリング状態を検
出するアイドルスイッチが設けられている。

また、排気通路３側には、触媒コンバータの上流側で
燃焼室１に近い部分に、排ガス中の酸素濃度（O₂濃度）
を検出する酸素濃度センサ（O₂センサ）が設けられてい
る。

さらに、エンジン冷却水温を検出する水温センサ16が
設けられるほかに、クランク角度を検出するクランク角
センサ14（このクランク角センサ14はエンジン回転数Ｎ
を検出するエンジン回転数センサも兼ねているので、以
下、必要に応じ、このクランク角センサ14をエンジン回
転数センサと称することがある）および第１気筒（基準
気筒）の上死点を検出するTDCセンサがそれぞれディス
トリビュータに設けられている。

また、加速状態を検出する加速度センサ17,ノックの
発生状態を検出するノックセンサ18が設けられている。
なお、加速度センサ17はスロットルセンサあるいはエア
フローセンサ13の出力を微分しうるようなものでよい。

ところで、上記の各センサからの検出信号は、燃焼制
御手段としての電子制御ユニット（ECU）15へ入力され
るようになっている。

また、ECU15は、ハードアウェア的にその構成を見る
と、CPU,RAM（バックアップRAMを含む）,ROM,適宜の入
出力インタフェース回路をそなえており、その入力イン
タフェース回路を通じてあるいは直接に各センサからの
信号がCPUへ入力されるとともに、出力インタフェース
回路を通じてCPUからの点火時期制御信号がパワートラ
ンジスタ11へ出力され、更には点火コイル10からディス
トリビュータを介して各点火プラグ９を順次スパークさ
せてゆくようになっている。

なお、CPUからは出力インタフェース回路を通じ噴射
燃料制御信号がインジェクタ８へ出力されるようになっ
ており、これによりこの噴射燃料制御信号によって決ま
る時間だけインジェクタ８から燃料が噴射されて、所望
の空燃比となるよう制御される。

今、ノックコントロールに着目して、ECU15を、かか
るノックコントロールのための点火時期制御機能ブロッ
クを用いて示すと、第１図に示すようになる。すなわ
ち、このノックコントロール機能を有するこの点火時期
制御装置は、基本点火時期設定手段としての基本点火角
設定手段30,第１の補正手段としての点火時期設定手段
（第１の燃焼コントロールパラメータ補正手段）31A,第
２の補正手段としての点火時期補正量設定手段（第２の
燃焼コントロールパラメータ補正手段）31B,加算手段3
4,点火信号発生手段35,セレクタ36,スイッチ手段37,比
較手段38を有している。

ここで、基本点火角設定手段30は、エンジンＥの運転
状態（この運転状態はエアフローセンサ13からのエンジ
ン負荷情報とエンジン回転数センサ14からのエンジン回
転数情報とから決まる）に応じて基本点火時期を設定す
るもので、例えばA/N,Nとから決まる２次元の基本点火
時期データ（進角データ）Θ_oを記憶する基本点火時期
マツプをもっている。

また、第１の燃焼コントロールパラメータ補正手段と
しての点火時期設定手段31Aは、第２図に示すごとく、
供給燃料量計測手段20,気化特性・オクタン価設定手段2
1,オクタン価推定手段22,点火時期算出手段23を有して
いる。

ここで、供給燃料量計測手段20は、エンジン吸気通路
２へインジェクタ８を通じて供給する燃料量を計測する
もので、例えばインジェクタ８へ供給する燃料噴射パル
スの時間幅に基づきあるいはエアフローセンサ13で得ら
れる吸入空気量に基づき燃料量が計測されるようになっ
ている。

気化特性・オクタン価設定手段21は、燃料についての
各成分ごとにその成分割合，気化特性およびオクタン価
を予め設定しておくものであるが、かかる割合，気化特
性およびオクタン価は燃料タンク内に燃料を入れる際あ
るいは入れた状態で自動的に計測してもよい。

オクタン価推定手段22は、供給燃料量計測手段20で得
られた供給燃料量並びに燃料についての成分ごとに予め
設定された成分割合，気化特性およびオクタン価につい
ての各情報に基づき燃焼室１内での燃料のオクタン価
（等価的オクタン価）を推定するもので、このためにオ
クタン価推定手段22は、供給燃料量計測手段20で得られ
た供給燃料量並びに燃料についての成分ごとに予め設定
された気化特性およびオクタン価についての各情報から
各成分ごとの気化吸入量を推定する気化・吸入推定手段
22Aと、この気化・吸入推定手段22Aで推定された気化・
吸入量から等価的オクタン価を計算する等価的オクタン
価計算手段22Bとをそなえている。

点火時期算出手段23は、オクタン価推定手段22で推定
された等価的オクタン価に基づき点火時期を求めるもの
で、更にこの点火時期算出手段23は、エンジンＥの運転
状態（この運転状態はエンジン負荷センサ（エアフロー
センサ）13からのエンジン負荷情報とエンジン回転数セ
ンサ14からのエンジン回転数情報とから決まる）に応じ
て点火角（点火時期）が決まる２次元の点火時期データ
（進角データ）を記憶する点火時期マツプ23−１〜23−
ｎを複数（ｎ）の等価的オクタン価分もっている。この
第２図に示す例では、マップ23−１が最小等価的オクタ
ン価についてのもので、マップ23−ｎが最大等価的オク
タン価についてのものである。なお、２−１〜23−ｎ間
の番号をもつマップは、最小等価的オクタン価と最大等
価的オクタン価との中間の等価的オクタン価についての
もので、サフィックス番号の小さいものほど小さい等価
的オクタン価についてのものである。

ところで、第２の燃焼コントロールパラメータ補正手
段としての点火時期補正量設定手段31Bは、第３図に示
すごとく、燃焼エネルギ量を示す変数（例えば吸入空気
量や燃料噴射量）からエンジンの燃焼室１における壁部
の温度を推定する燃焼室壁温推定手段32と、この燃焼室
壁温推定手段32で推定された燃焼室壁温から点火時期補
正量ΔＡを求める点火時期補正量演算手段としての点火
角補正手段33とをそなえて構成されている。

また、第１図に示す加算手段34は、基本点火角設定手
段30からの基本点火角Θ_oと点火時期補正量設定手段31B
からの点火時期補正量ΔＡとを加算するものである。

さらに、点火信号発生手段35は、加算手段34からの点
火時期情報または第１の燃焼コントロールパラメータ補
正手段としての点火時期設定手段31Aからの点火時期情
報に基づいてパワートランジスタ11を作動させるための
点火信号を発生するもので、これにより、この点火信号
発生手段35で、エンジンの運転状態に応じて求められた
点火時情報に基づきパワートランジスタ11等の点火装置
を作動させる点火装置作動手段を構成する。

また、セレクタ36は、加速度センサ17からの信号を受
けて加速初期（第11図にＩで示す期間参照）は、第１の
燃焼コントロールパラメータ補正手段としての点火時期
設定手段31Aからの点火時期情報を選択し、その後の加
速期間中は加算手段34からの点火時期情報を選択するよ
うに切り替わるもので、スイッチ手段37はノックセンサ
17によってノックの発生が検出されるまでは閉じてお
り、ノックが検出されると開くものである。

さらに、比較手段38は、加算手段34からの点火角（基
本点火角Θ₀＋点火時期補正量ΔＡ）とMBT臨界点火角Θ
_MBTとを比較し、もし加算手段34からの点火角（基本点
火角Θ_o＋点火時期補正量ΔＡ）がMBT臨界点火角Θ_MBT
より大きいと、MBT臨界点火角Θ_MBTを出力するもので、
このMBT臨界点火角Θ_MBTを出力したときは、この信号が
セレクタ36を通るようにこの信号でセレクタ36が優先的
に切り替わるようになっている。

これにより、加速直後の数サイクルの期間Ｉ（第11図
参照）においては、第１の燃焼コントロールパラメータ
補正手段としての点火時期設定手段31Aからの点火時期
情報が選択され、その後の加速期間II（第11図参照）に
おいては、第２の燃焼コントロールパラメータ補正手段
としての点火時期補正量設定手段31Bからの点火時期補
正量ΔＡと基本点火角Θ_oとを加算した点火時期情報が
選択され、その後の期間III（第11図参照）において
は、第２の燃焼コントロールパラメータ補正手段として
の点火時期補正量設定手段31Bからの点火時期補正量Δ
Ａが基本点火角Θ_oから切り離された点火時期情報が選
択されるようになっている。なお、加算手段34からの点
火角（基本点火角＋点火時期補正量）がMBT臨界点火角
Θ_MBTより大きいと、MBT臨界点火角Θ_MBTが選択される
ようになっている。

次に、第１の燃焼コントロールパラメータ補正手段と
しての点火時期設定手段31Aにおいて、等価的オクタン
価を推定する手法について説明する。

まず、単一組成の燃料について考える。この場合は、
第４図に示すごとく、ｉ時刻の噴射量をu_iとすると、そ
のうちｂの割合で直接吸入され、残りが吸気通路２内に
付着すると考えられるとともに、付着燃料x_iのうちａだ
け気化により吸入されると考えられる。

すると、燃焼室１への吸入量yiおよび吸気通路内壁面
への付着量の増加分（x_i+1−x_i）について、次式が成立
する。

yi＝ax_i＋bu_i ・・（１） x_i+1−x_i＝（１−ｂ）u_i−ax_i ・・（２） さらに整理すると、 x_i＝（１−ａ）x_i-1＋（１−ｂ）u_i-1 ・・（３） となる。

つぎに、上記理論を複数組成の燃料に拡張する。

各成分ごとの付着量ベクトルを 各成分ごとの吸入量ベクトルを とし、更に各成分ごとの気化係数マトリクスをAA（この
AAは対角成分a₁₁，a₂₂，・・，a_nnが順次気化係数a₁，a
₂，・・，a_nで、その他の部分はＯであるマトリクス）
とし、また、各成分の重量比×直接吸入率をベクトルに
して とし、各成分ごとの重量比マトリクスをＷ（このＷは対
角成分w₁₁，w₂₂，・・，w_nnが順次重量比係数w₁，w₂，
・・，w_nで、その他の部分は０であるマトリクス）とす
ると、多成分燃料については、 が成立する ここで、 は単位ベクトル、Ｉは単位行列である。

次に、等価的オクタン価の推定について説明する。

まず、各成分のオクタン価をα_jとするベクトルを とする。そして、ある種の燃料については、（重量比×
オクタン価）の総和で、等価的オクタン価が求まるの
で、近似的に次式を使うことができる。

ここで、O_Niはｉ時点の等価的オクタン価、ｔはベク
トルの転置である。

このようにして、複数組成の燃料についての等価的オ
クタン価を求めることができる。

なお、（６）式で誤差が大きいときは、事前に各種重
量比ごとのオクタン価を求めたデータテーブルを使用す
る。この場合は、 となる。

次に、第２の燃料コントロールパラメータ補正手段と
しての点火時期補正量設定手段31Bにおける燃焼室壁温
推定手段30で燃焼室壁温を推定する手法と、点火角補正
手段33で点火時期補正量を求める手法とについて説明す
る。

まず、燃焼室壁温の推定モデルと算出式について説明
する。燃焼室壁温θｗを推定するモデルは、第５図に示
すように、燃焼室壁においてこの燃焼室壁に流入出する
熱Qi,Qoと燃焼室壁の熱容量C,冷却水温θｃにより推定
される非定常無次元モデルとして考えられる。したがっ
て、このモデルから燃焼室壁の温度上昇率θｗは θｗ＝（Qi−Qo）/C ・・（８） となり、Qoは、αを燃焼室壁と冷却液の熱貫流率とする
と Qo＝α（θｗ−θｃ） ・・（９） で表わされ、従って、（８）式にこの（９）式を代入す
ると、 θｗ＝−｛α（θｗ−θｃ）/C｝＋（Qi/C）・・（10） となる。

ここで、θｗ＝θｃ＋θ（θ：燃焼室壁と冷却液の温
度差） ・・（11） とおくと、ｄθc/dt＝Ｏにより、 θ＝（−αθ/C）＋（Qi/C） ・・（12） となる。

ところで、燃料の発熱エネルギはエンジン１回転当り
のシリンダに吸入される空気流量A/Nとエンジン回転数
Ｎとの積に比例し、燃焼室壁に流入する熱Qiは発熱エネ
ルギの一部でその割合が一定であるとすると、Qiは（A/
N）×Ｎと線形である。そこで、 Qi＝Ｃβ（A/N）Ｎ β：定数 ・・（13） とおき、α/Cをγ（定数）に書き直せば（12）式は θ＝−γθ＋β（A/N）Ｎ ・・（14） となる。これを時刻ｔからｔ＋ΔＴまで積分し、添字
（ｔ）は時刻ｔにおける値を表わすとすると、 θ（ｔ＋ΔＴ）＝θ（ｔ）＋｛−γθ＋β（A/N）Ｎ｝d
t ・・（15） となる。これをΔＴを一定間隔とするオイラー（Euie
r）法により近似すると、 θ（ｔ＋ΔＴ）＝θ（ｔ）＋［−γθ（ｔ）＋β｛A/N
（ｔ）｝Ｎ（ｔ）］ΔＴ ＝（１−γΔＴ）θ（ｔ）＋β｛A/N（ｔ）｝Ｎ
（ｔ）ΔＴ または θ（ｔ＋ΔＴ）＝（１−γΔＴ）θ（ｔ）＋β｛A/N
（ｔ＋ΔＴ）｝Ｎ（ｔ＋ΔＴ）ΔＴ ・・（16） であり、演算周期ΔＴごとの計算式に直すと、 θ_j＝（１−γΔＴ）θ_j-1＋βΔＴ（A/N_j）N_j ・・（17） ΔT:演算周期 添字j:演算ｊでの値 となる。これは漸化式のためエンジン制御用マイクロコ
ンピュータで演算可能であり、γ，βを予め計測してお
けば、（11），（17）式から燃焼室壁温が求まるのであ
る。

つぎに、燃焼室壁温から点火角補正量（点火時期補正
量）ΔＡを算出する手法について説明する。

すなわち、エンジン回転数N,エンジン回転数当りの吸
入空気量A/N,冷却水温に対する燃焼室壁温とK1ノック点
火時期の関係を実験により求めておき、これをエンジン
制御用マイクロコンピュータに設定しておけば、燃焼室
壁温から点火時期が得られるのである。

まず、異なるエンジン回転数N,冷却水温において、WO
T（スロットル全開時）のK1ノック点火時期A_K1はθｗに
対して、１次式によって表わせるとすれば、次式が成立
する。

A_K1＝−λθｗ＋μ ・・（18） λ，μ：エンジン回転数と冷却水温によって決まる定数 従って、このときのWOT定常時の燃焼室壁温θwsから
補正進角量ΔＡ（°BTDC）は、 ΔＡ＝λ（θws−θｗ） ・・（19） と表わせる。（11）式から（19）式は ΔＡ＝λ（θｓ−θ） ・・（20） θs:WOT定常時の燃焼室壁温と冷却水の温度差 となる。ここで、このエンジン回転数Ｎにおける全開定
常時のエンジン回転数当りの吸入空気量A/Nsから、この
ときにおけるθｓは（15）式において、θ（ｔ＋ΔＴ）
＝θ（ｔ）と置くことにより求まり、 θｓ＝（β／γ）（A/Ns）Ｎ ・・（21） となるため、（20）式は、 ΔＡ＝λ［｛（β／γ）（A/Ns）Ｎ｝−θ］・・（22） である。よって、演算ｊでは次式となる。

ΔＡ_j＝λ［｛（β／γ）（A/Ns）Ｎ_j｝−θ_j］ ・・（23） 従って、λとA/Nsと冷却水温のマップをエンジン制御
用マイクロコンピュータにもたせることにより、ある演
算周期でのλ,A/Ns,Nおよび（17）式より求まるθから
その時点でのΔＡを算出できるのである。なお、実際の
点火角設定はこれに多少の余裕をもたせる。

さらに、WOTではなく、異なるA/Nに対しても（18）式
が成り立てば、 ΔＡ_j＝λne（１−γΔＴ）｛−θ_j-1＋（β／γ）（A/
N_j）Ｎ_j｝ ・・（24） となる。

上述の構成により、本加速時制御装置によるノックコ
ントロールは次のようにして行なわれる。すなわち、加
速度センサ18で加速状態が検出されると、第６図に示す
ように、まずステップS1で、セレクタ36によって第１の
燃焼コントロールパラメータ補正手段としての点火時期
設定手段31A側が選択されることにより、燃焼イベント
カウンタがリセットされ（ｎ＝０）、これにより第１の
燃焼コントロールパラメータ補正手段としての点火時期
設定手段31Aからの点火時期情報が出力される（ステッ
プS2）。

その後は、ステップS3で、点火信号を受け、この受け
た回数をカウントする（ステップS4）。

そして、ステップS5で、ｎ＞n_o（n_oは数サイクル相当
の値が設定されている）がどうか判定され、n_oになるま
では、点火時期設定手段31Aからの点火時期情報が出力
されるようにする。

これにより、加速直後の数サイクルの期間Ｉ（第11図
参照）においては、第１の燃焼コントロールパラメータ
補正手段としての点火時期設定手段31Aからの点火時期
情報が選択される。

なお、期間Ｉを、点火サイクルで規定しないで、所要
時間で規定することもでき、この場合は、ステップS3を
所要時間ごとにクロックを入力するステップにする。

その後、ｎがn_oより大きくなると、セレクタ36が切り
替わり、ステップS6で、第２の燃焼コントロールパラメ
ータ補正手段としての点火時期補正量設定手段31Bから
の点火時期補正量ΔＡと基本点火角設定手段30からの基
本点火角Θ_oとを加算した点火時期情報が出力される。

その後は、得られた点火時期情報がMBTラインを超え
ていないかどうかを判定し（ステップS7）、もし超えて
いなければ、ステップS8で、点火時期ΘをΘ_o＋ΔＡと
おき、つぎのステップS9で、点火時期補正量ΔＡか設定
値ΔＨ（不感帯）以上かどうかを判断し、この場合も超
えていなければ、ノック信号が出たかどうかを判定し
（ステップS10）、もし点火時期補正量ΔＡが設定値Δ
Ｈ以内になるとかノック信号が検出されると、この第２
の燃焼コントロールパラメータ補正手段としての点火時
期補正量設定手段31Bからの点火時期補正をやめる。

また、得られた点火時期情報がMBTラインを超えるよ
うなことがあると、ステップS11で、MBTラインを超えな
いよう、MBT臨界点火角Θ_MBTにクリップする。

これにより、第11図に示す期間Ｉにつづく加速期間II
においては、第２の燃焼コントロールパラメータ補正手
段としての点火時期補正量設定手段31Bからの点火時期
補正量ΔＡと基本点火角Θ_oとを加算した点火時期情報
が出力され、その後の期間III（第11図参照）において
は、第２の燃焼コントロールパラメータ補正手段として
の点火時期補正量設定手段31Bからの点火時期補正量Δ
Ａが基本点火角Θ_oから切り離された点火時期情報が出
力されるのである。

さらに、第１の燃焼コントロールパラメータ補正手段
としての点火時期設定手段31Aで行なわれる点火時期演
算要領について、第７図のフローチャートを用いて説明
する。

まず、ステップa1で、燃料の各成分ごとの気化特性，
オクタン価を読み込み、ステップa2で、噴射燃料量を計
測し、ステップa3で、これらの情報から上記したような
気化・吸入モデルの演算を行なうことにより、各成分ご
との付着量ベクトル ，各成分ごとの吸入量 を求める。

ついで、ステップa4で、等価的オクタン価の計算を行
ない、更にステップa5で、エンジン回転数や負荷パラメ
ータを取り込み、ステップa6で、点火角を等価的オクタ
ン価，エンジン回転数，エンジン負荷により決定する。

そして、上記のようにして、点火角が求まる（この点
火角は点火時期ごとに計算される）と、この情報に基づ
いて、点火信号発生手段35からパワートランジスタ11へ
点火信号が出力され、これに応じたタイミングで点火プ
ラグ９が点火する。

このように、所要の数学モデルを用いて、燃焼室１内
での燃焼時の等価的オクタン価を実時間で推定し、この
等価的オクタン価に基づき点火時期情報を求めることが
できるので、加速初期の期間Ｉにおいて、ノックが発生
しない最適な点火角を設定できる。

次に、第２の燃焼コントロールパラメータ補正手段と
しての点火時期補正量設定手段31Bで行なわれる点火時
期演算要領について、第８図のフローチャートを用いて
説明する。

まず、ステップb1で、冷却水温θｃが設定値XDCより
小さいかどうかを判定する。もし小さければ、NOルート
をとって、ステップb2で、フラグFLGが０かどうかが判
断さ、最初は０であるとすると、このステップb2でYES
ルートをとって、ステップb3で、スロットル開度変化率
ΔTPSが設定値XDTPSより小さいかどうかが判断される。
もし、大きければ、即ち加速時であれば、ステップb3で
NOルートをとって、ステップb4で、スロットル開度TPS
が設定値XTPS（この設定値は全開近傍値が選ばれる）よ
り小さいかどうかが判断される。もし、そうでなけれ
ば、即ち全開あるいは全開近傍であれば、ステップb4
で、NOルートをとって、ステップb5で、燃焼室壁温変化
率θ_wj−θ_wj-1を求める。

そして、次のステップb6で、燃焼室壁温変化率θ_wj−
θ_wj-1が設定値Ｘθより小さいかどうかを判定する。燃
焼室壁温変化率θ_Wj−θ_wj-1が設定値Ｘθ以上であれ
ば、ステップb7で、FLG＝１としてから、ステップb8
で、エンジン回転数よりλ又はλneを探し出し、ステッ
プb9で、点火補正量ΔＡを求める。

その後は、ステップb10で、次回の燃焼室壁温情報を
求めたあと、ステップb11で、基本点火時期Θ_oにΔＡを
加える。

また、ステップb6で、燃焼室壁温変化率θ_Wj−θ_Wj-1
が設定値Ｘθより小さいと、即ち、定常状態へ移行する
と、ステップb6でYESルートをとって、ステップb12で、
FLG＝０としてから、ステップb13で、定常時燃焼室壁温
θｓを求め、その後は、ステップb14で、次回の燃焼室
壁温情報をθｓとしたあと、ステップb15で、点火補正
量ΔＡを０としてから、ステップb11で、基本点火時期
Θ_oにΔＡ（＝０）を加える。

なお、冷却水温が低かったり、加速時でない場合、あ
るいはスロットル開度が全開近傍でない場合は、すべて
ステップb12へジャンプし、定常状態時の制御（ステッ
プb13〜b15）を行なう。

そして、上記のようにして点火角が求まると、この情
報に基づいて、点火信号発生手段21からパワートランジ
スタ11へ点火信号が出され、これに応じたタイミングで
点火プラグ９が点火する。

このように、燃焼室壁温から点火補正量を求めること
が行なわれるので、加速期間IIにおける燃焼室壁温が低
い間は進み側に点火進角を設定し、加速中期以降、燃焼
室壁温が高くなると、それに応じて点火進角を遅れ側へ
補正することができる。

このように、加速時において、加速過程中のノック発
生状態を考慮した制御が行なわれるので、点火時期を必
要以上に遅らせることなく、燃焼室壁温で決まるノック
が発生しない最適な点火角を常に設定でき、その結果、
速やかな加速をできるだけ妨げないようにしながら、加
速時のノックを確実に防止できる。これにより、エンジ
ン出力を上げることができ、エンジン効率が上がるとと
もに、加速性能を大幅に改善することができる。

なお、定常時においては、燃焼室壁温に基づく補正は
行なわない。

また、点火時期の制御に際しては、加速時補正のほ
か、冷却水温や吸気温に応じて補正してもよい。

なお、点火時期算出手段23を、基本点火時期設定手段
と点火時期補正量設定手段とこれらの手段で得られた情
報を加算する加算手段とで構成して、エンジン運転状態
に応じて得られる基本点火時期を、等価的オクタン価に
応じて得られる点火時期補正量で補正したものを点火時
期情報として使用してもよい。

また、基本点火時期設定手段30と点火時期補正量設定
手段31とこれらの手段で得られた情報を加算する加算手
段34とをそなえる代わりに、エンジンＥの運転状態に応
じて点火角（点火時期）が決まる２次元の点火時期デー
タ（進角データ）を記憶する点火時期マツプを複数の燃
焼室壁温分だけ有するようにしてもよい。

また、燃焼室壁温を推定する際に使用する燃焼エネル
ギ量を示す変数として、吸入空気量のほか、燃料噴射量
を使用することもできる。

さらに、本ノックコントロール手法を各気筒毎に適用
することもでき、このようにすれば、燃料分配等、気筒
ごとの特性バラツキに対応できるシステムを実現するこ
とができ、これにより制御条件を最悪気筒にあわせなく
ても済む。

なお、第１の補正手段としては、燃料のオクタン価を
推定して（あるいは測定して）、点火時期を補正するも
ののほか、次のようなものが考えられる。

（１−１）加速が検出されると所定時間だけ点火時期を
リタードさせるもの。

（１−２）燃料のオクタン価を推定して（あるいは測定
して）、点火時期以外の燃焼に関するパラメータ（過給
圧,EGR率，空燃比）を補正するもの（この補正パラメー
タはマップ化して使用することもできる）。

（１−３）制御する燃焼コントロールパラメータを設定
固定値分だけ、即ち一定値だけ補正するもの。

（１−４）補正前の運転条件と加速の度合（例えばスロ
ットル弁の開度変化率、エアーフローセンサの出力変化
率あるいは吸気通路圧力変化率等）から補正量を実験的
に求めた式又はマップから決めるもの。

また、第２の補正手段としては、燃焼室壁温を推定し
て（あるいは計算して）、点火時期を補正するもののほ
か、次のようなものが考えられる。

（２−１）燃焼室壁温を推定して（あるいは測定し
て）、点火時期以外の燃焼に関するパラメータ（過給
圧,EGR率，空燃比）を補正するもの（この補正パラメー
タはマップ化して使用することもできる）。

（２−２）制御する燃焼コントロールパラメータを設定
固定値分、即ち一定値だけ補正するもの。

（２−３）補正前の運転条件と加速の度合（例えばスロ
ットル弁の開度変化率、エアーフローセンサの出力変化
率あるいは吸気通路圧力変化率等）から補正量を実験的
に求めた式又はマップから決めるもの。

さらに、本発明は、エアフローセンサを用いたＬジェ
トロ方式を採用する火花点火式内燃機関のほか、吸気通
路圧力センサを用いたＤジェトロ方式（スピードデンシ
ィティ方式）を採用する火花点火式内燃機関にも適用で
きるものである。

また、本発明は、ガソリンエンジンのほか、アルコー
ル燃料を使用するアルコールエンジン等の火花点火式内
燃機関一般についても、同様にして適用できるものであ
る。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の火花点火式内燃機関の
加速時制御装置によれば、比較的ノックの生じやすい加
速初期においては、第１の補正手段によりノックを回避
するように燃焼制御手段が補正されるとともに、加速初
期につづくノック発生が抑制される加速期間において
は、第２の補正手段により出力トルクを優先するように
燃焼制御手段が補正されるので、速やかな加速をできる
だけ妨げないようにしながら、加速時のノックを確実に
防止できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜８図は本発明の一実施例としての火花点火式内燃
機関の加速時制御装置を示すもので、第１図はその制御
系およびエンジン概略システムを示す全体構成図、第２
図はその第１の補正手段を示すブロック図、第３図はそ
の第２の補正手段を示すブロック図、第４図はその燃焼
時オクタン価推定モデルを説明する図、第５図はその燃
焼室壁温推定モデルを説明する図、第６図はその制御要
領を説明するためのフローチャート、第７図はその第１
の補正手段によって点火時期を求めるためのフローチャ
ート、第８図はその第２の補正手段によって点火時期を
求めるためのフローチャートであり、第９図はスロット
ル弁全開時におけるシリンダブロック触火面温度（燃焼
室壁温）に対するノック特性を示す図、第10図はエンジ
ン回転数が急変する場合の燃焼室壁温の応答状態を説明
する特性図、第11図は加速時での燃焼特性を説明する図
である。 １……燃焼室、２……吸気通路、３……排気通路、４…
…吸気弁、５……排気弁、６……エアクリーナ、７……
スロットル弁、８……電磁弁（インジェクタ）、９……
点火装置を構成する点火プラグ、10……点火コイル、11
……パワートランジスタ、12……バッテリ、13……エア
フローセンサ（体積流量計）、14……クランク角センサ
（エンジン回転数センサ）、15……燃焼制御手段として
のECU、16……水温センサ、17……加速度センサ、18…
…ノックセンサ、20……供給燃料量計測手段、21……気
化特性・オクタン価設定手段、22……オクタン価推定手
段、22A……気化、吸入推定手段、22B……等価的オクタ
ン価計算手段、23……点火時期算出手段、23−1,23−ｎ
……点火時期マップ、30……基本点火角設定手段、31A
……第１の補正手段としての点火時期設定手段（第１の
燃焼コントロールパラメータ補正手段）31B……第２の
補正手段としての点火時期補正量設定手段、32……燃焼
室壁温推定手段、33……点火角補正手段（点火時期補正
量演算手段）34……加算手段、35……点火信号発生手段
（点火装置作動手段）、36……セレクタ、37……スイッ
チ手段、38……比較手段、Ｅ……エンジン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 団野 喜朗 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 安東 弘光 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 竹村 純 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 神品 英一 東京都港区芝５丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−195361（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−251450（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−88228（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−223416（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−197655（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−38850（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−49667（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/00 - 45/00 F02P 5/15

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼状態を制御する燃焼制御手段をそなえ
   た火花点火式内燃機関において、 比較的ノックの生じやすい加速初期に該ノックを回避す
   るように該燃焼制御手段を補正する第１の補正手段と、 該加速初期につづくノック発生が抑制される加速期間に
   おいては出力トルクを優先するように該燃焼制御手段を
   補正する第２の補正手段とをそなえて構成されているこ
   とを特徴とする、火花点火式内燃機関の加速時制御装
   置。