JP3324811B2 - 内燃機関の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の制御方法に
関し、特に、イオン電流法により検出した燃焼ラフネス
値に基づいて内燃機関の点火時期を制御する内燃機関の
制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の気筒内圧を検出することによ
りトルク代用値を求め、このトルク代用値から求めた平
均トルク変化量と所定の基準値との偏差に基づいて内燃
機関の制御因子を調整する技術が従来より知られている
（特開平２６−７５７４３号公報参照）。しかしなが
ら、上記従来の手法は、内燃機関の気筒内圧をセンサで
検出する必要があるためにコストが嵩むばかりか、計算
が煩雑で応答性が悪い問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで内燃機関の気
筒内における混合気の燃焼状態は、例えば定常運転状態
においては、図５に示すように気筒内圧の最大値Pmaxが
その平均最大値Pmaxaveよりも小さい場合において、該
平均最大値Pmaxave に対する該最大値Pmaxの変化量ΔPm
axの、該平均最大値Pmaxave に対する比率ΔPmax／Pmax
ave （以下「燃焼ラフネス値」という）を用いて表すこ
とができる。このようにして定義される燃焼ラフネス値
ΔPmax／Pmaxave は混合気の燃焼状態を表すパラメータ
であって、その値が大きいほど燃焼状態が悪いことを示
している。

【０００４】そこで、内燃機関の燃焼ラフネス値をイオ
ン電流法を用いて検出するようにすれば、内燃機関にお
ける混合気の燃焼状態を高価な気筒内圧をセンサを用い
ることなく比較的簡便な装置で正確に検出することが可
能となる。

【０００５】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、イオン電流法を用いて検出した燃焼ラフネス値に基
づいて点火時期をフィードバック制御することにより、
前記燃焼ラフネス値を効率的に目標ラフネス値に一致さ
せることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、内燃機関の気筒内圧の最大値がその気筒
内圧の平均最大値よりも小さい場合において、該平均最
大値に対する該最大値の変化量の、該平均最大値に対す
る比率として定義される燃焼ラフネス値をイオン電流法
により検出し、この検出した燃焼ラフネス値に基づいて
内燃機関の点火時期を制御する内燃機関の制御方法であ
って、燃焼ラフネス値を目標ラフネス値に一致させるべ
く、燃焼ラフネス値と目標ラフネス値との偏差に基づい
て内燃機関の点火時期をフィードバック制御し、そのフ
ィードバック制御に際しては、燃焼ラフネス値が目標ラ
フネス値を上回った場合のフィードバックゲインを、燃
焼ラフネス値が目標ラフネス値を下回った場合のフィー
ドバックゲインよりも大きく設定することを第１の特徴
とする。

【０００７】

【０００８】

【０００９】また本発明は前述の第１の特徴に加えて、
内燃機関の点火時期をＰＩＤフィードバック制御するこ
とを第２の特徴とする。

【００１０】また本発明は前述の第１の特徴に加えて、
目標ラフネス値に対する燃焼ラフネス値の偏差に応じて
フィードバックゲインを決定することを第３の特徴とす
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１２】図１は、本発明の第１実施例に係る内燃機
関（以下単に「エンジン」という）及びその制御装置の
全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管
２の途中にはスロットル弁３が設けられている。スロッ
トル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連
結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気
信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニッ
ト（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。

【００１３】燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁
３との間且つ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側
に各気筒毎に設けられており、各燃料噴射弁６は図示し
ない燃料ポンプに接続されるとともに、ＥＣＵ５に電気
的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射
の開弁時間が制御される。

【００１４】エンジン１の各気筒の点火プラグ１６はデ
ィストリビュータ１５を介してＥＣＵ５に電気的に接続
されており、ＥＣＵ５により点火時期θＩＧが制御され
る。ディストリビュータ１５と点火プラグ１６とを接続
する接続線の途中には、その接続線と静電的に結合され
た（接続線と数ｐＦのコンデンサを形成する）点火電圧
センサ１７が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５
に供給される。

【００１５】一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気
管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ７が設けられており、この
絶対圧センサ７により電気信号に変換された絶対圧信号
は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気
温（ＴＡ）センサ８が取付けられており、吸気温ＴＡを
検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給す
る。

【００１６】エンジン１の本体に装着されたエンジン水
温（ＴＷ）センサ９はサーミスタ等から成り、エンジン
水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出
力してＥＣＵ５に供給する。エンジン回転数（ＮＥ）セ
ンサ１０及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１１はエンジン
１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲に取付け
られている。エンジン回転数センサ１０はエンジン１の
クランク軸の１８０度回転毎に所定のクランク角度位置
でパルス（以下「ＴＤＣ信号パルス」という）を出力
し、気筒判別センサ１１は特定の気筒の所定のクランク
角度位置で信号パルスを出力するものであり、これらの
各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。

【００１７】三元触媒１４はエンジン１の排気管１３に
配置されており、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の
成分の浄化を行う。排気ガス濃度検出器としての酸素濃
度センサ１２は排気管１３の三元触媒１４の上流側に装
着されており、排気ガス中の酸素濃度を検出してその検
出値に応じた信号を出力しＥＣＵ５に供給する。酸素濃
度センサ１２は、酸素濃度に比例した信号を出力するリ
ニア型のものである。

【００１８】ＥＣＵ５には更に、バッテリ電圧ＶＢを検
出するバッテリ電圧センサ３１、エンジン１が搭載され
た車両の左右の駆動輪の回転速度ＷＦＬ，ＷＦＲを検出
する駆動輪速度センサ３３，３４及び左右の従動輪の回
転速度ＷＲＬ，ＷＲＲを検出する従動輪速度センサ３
５，３６が接続されており、これらのセンサの検出信号
がＥＣＵ５に供給される。

【００１９】次に、排気還流機構２０について説明す
る。

【００２０】この機構２０の排気還流路２１は、一端２
１ａが排気管１３の三元触媒１４上流側に、他端２１ｂ
が吸気管２のスロットル弁３下流側に夫々連通してい
る。この排気還流路２１の途中には排気ガス還流量を制
御する排気還流弁２２及び容積室２１Ｃが介設されてい
る。そして、この排気還流弁２２はソレノイド２２ａを
有する電磁弁であり、ソレノイド２２ａはＥＣＵ５に接
続され、その弁開度がＥＣＵ５からの制御信号によって
リニアに変化させることができるように構成されてい
る。排気還流弁２２は、その弁開度を検出するリフトセ
ンサ２３が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５に
供給される。

【００２１】ＥＣＵ５は上述の各種センサからのエンジ
ンパラメータ信号等に基づいてエンジン運転状態を判別
し、吸気管内絶対圧ＰＢＡとエンジン回転数ＮＥとに応
じて設定される排気還流弁２２の弁開度指令値とリフト
センサ２３によって検出された排気還流弁２２の実弁開
度値との偏差を零にするようにソレノイド２２ａに制御
信号を供給する。

【００２２】ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形
を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ
信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入
力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」とい
う）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム
及び演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射
弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成され
る。

【００２３】ＣＰＵ５ｂは上述の各種エンジンパラメー
タ信号に基づいて、燃料噴射弁６の燃料噴射時間、点火
プラグ１６の点火時期及び排気還流弁２２の弁開度指令
値を算出する。

【００２４】ＣＰＵ５ｂは、更にエンジン運転状態に応
じた前記排気還流機構２０の排気還流弁２２の弁開度制
御及び駆動輪速度ＷＦＬ，ＷＦＲと従動輪速度ＷＲＬ，
ＷＲＲとに基づくトラクション制御を行う。このトラク
ション制御は、駆動輪の過剰スリップ状態を検出したと
きには、空燃比のリーン化及び燃料供給遮断（フュエル
カット）によってエンジンの出力トルクを低減するもの
である。

【００２５】ＣＰＵ５ｂは上述のようにして算出した結
果に基づいて、燃料噴射弁６、点火プラグ１６及び排気
還流弁２２を駆動する信号を、出力回路５ｄを介して出
力する。

【００２６】図２は、図１の制御装置における燃焼ラフ
ネス値の検出に係る部分の構成を示す図であり、電源電
圧ＶＢが供給される電源端子Ｔ１は一次側コイル４７と
２次側コイル４８とから成る点火コイル（点火手段）４
９に接続されている。一次側コイル４７と２次側コイル
４８とは互いにその一端で接続され、一次側コイル４７
の他端はトランジスタ４６のコレクタに接続され、トラ
ンジスタ４６のベースは駆動回路５１を介してＣＰＵ５
ｂに接続され、そのエミッタは接地されている。トラン
ジスタ４６のベースには、ＣＰＵ５ｂより点火指令信号
Ａが供給される。また、２次側コイル４８の他端は、デ
ィストリビュータ１５を介して点火プラグ１６の中心電
極１６ａに接続されている。点火プラグ１６の接地電極
１６ｂは接地されている。

【００２７】点火電圧センサ１７は、入力回路４１を介
してピークホールド回路４２及び比較器４４の非反転入
力に接続されている。ピークホールド回路４２の出力
は、比較レベル設定回路４３を介して比較器４４の反転
入力に接続されている。また、ピークホールド回路４２
のリセット入力には、ＣＰＵ５ｂが接続されており、Ｃ
ＰＵ５ｂから適切なタイミングでピークホールド値をリ
セットするリセット信号が供給される。比較器４４の出
力は、ＣＰＵ５ｂに入力される。また、二次側コイル４
８とディストリビュータ１５との間にダイオード５０が
介装されている。

【００２８】図３は、入力回路４１、ピークホールド回
路４２及び比較レベル設定回路４３の具体的な構成を示
す回路図であり、同図において入力端子Ｔ２は、抵抗４
１５を介して演算増幅器（以下「オペアンプ」という）
４１６の非反転入力に接続されている。また入力端子Ｔ
２は、コンデンサ４１１と抵抗４１２とダイオード４１
４とを並列に接続した回路を介してアースに接続される
とともに、ダイオード４１３を介して電源ラインＶＢＳ
に接続されている。コンデンサ４１１は、例えば１０⁴
ｐＦ程度のものを使用し、前記点火電圧センサ１７によ
って検出される電圧を数千分の１に分圧する働きをす
る。また抵抗４１２は例えば５００ＫΩ程度のものを使
用する。ダイオード４１３及び４１４は、オペアンプ４
１６の入力電圧がほぼ０〜ＶＢＳの範囲内に入るように
するために設けられている。オペアンプ４１６の反転入
力はその出力と接続されており、オペアンプ４１６はバ
ッファアンプ（インピーダンス変換回路）として動作す
る。

【００２９】入力回路４１のオペアンプ４１６の出力
は、比較器４４の非反転入力及びオペアンプ４２１の非
反転入力に接続されている。オペアンプ４２１の出力は
ダイオード４２２を介してオペアンプ４２７の非反転入
力に接続され、オペアンプ４２１及び４２７の反転入力
はいずれもオペアンプ４２７の出力に接続されている。
従って、これらのオペアンプもバッファアンプとして動
作する。

【００３０】オペアンプ４２７の非反転入力は抵抗４２
３及びコンデンサ４２６を介して接地され、抵抗４２３
とコンデンサ４２６の接続点は、抵抗４２４を介してト
ランジスタ４２５のコレクタに接続されている。トラン
ジスタ４２５のエミッタは接地され、ベースにはリセッ
ト時高レベルとなるリセット信号がＣＰＵ５ｂより入力
される。

【００３１】オペアンプ４２７の出力は、比較レベル設
定回路４３を構成する抵抗４３１及び４３２を介して接
地され、抵抗４３１と４３２の接続点が比較器４４の反
転入力に接続されている。

【００３２】図３の回路によれば、検出された点火電圧
Ｖ（オペアンプ４１６の出力）のピーク値がピークホー
ルド回路４２によって保持され、そのピークホールド値
が比較レベル設定回路４３により、値１より小さい所定
数倍され、比較レベルＶＣＯＭＰとして比較器４４に供
給される。従って、端子Ｔ４にはＶ＞ＶＣＯＭＰが成立
するとき高レベルとなるパルス信号（比較判定パルス）
が出力される。

【００３３】以上のように構成される回路４１〜４４の
動作を図４を用いて説明する。同図（ｂ），（ｃ）にお
いて実線は燃料混合気の正常燃焼時の特性を示し、破線
は燃焼ラフネス値が最大となる燃料系の原因に係る失火
（以下「ＦＩ失火」という）時の特性を示す。同図
（ａ）は点火指令信号Ａを示す。

【００３４】同図（ｂ）は、検出した点火電圧（入力回
路４１の出力電圧）Ｖ（Ｂ，Ｂ′）及び比較レベルＶＣ
ＯＭＰ（Ｃ，Ｃ′）の推移を示している。この図を用い
て、まず、正常燃焼時の点火電圧特性（実線で示す特
性）について説明する。

【００３５】点火指令信号Ａ発生時刻ｔ０の直後におい
ては点火電圧は燃料混合気（点火プラグの放電ギャップ
間）の絶縁を破壊する値まで上昇し、絶縁破壊後は、絶
縁破壊前の容量放電状態（数百アンペア程度の電流によ
る非常に短い時間の放電状態）から放電電圧が略一定の
誘導放電状態へと移行する（数十ミリアンペア程度の電
流により、数ミリ秒程度の放電期間）。誘導放電電圧
は、時刻ｔ０以降の圧縮行程に伴う気筒内の圧力が上昇
することにより上昇する。これは、圧力が高くなると誘
導放電に必要な電圧も高くなるためである。誘導放電の
最後の段階においては点火コイルの誘導エネルギーの減
少により誘導放電を維持するための電圧よりも点火プラ
グ電極間の電圧が低くなり、誘導放電は消失して容量放
電状態（後期の容量放電状態）へ移行する。容量放電状
態においては点火プラグ電極間の電圧は燃料混合気の絶
縁を再度破壊するため上昇するが、点火コイル４９の残
余のエネルギーが少なく電圧上昇はわずかである。これ
は、燃焼が発生した場合は、プラグギャップ間の電気抵
抗が低いためであり、燃焼時の燃料混合気がイオン化し
ていることに起因する。

【００３６】なお、ダイオード５０と点火プラグ１６と
の間の浮遊容量に蓄えられた電荷（電極間で放電しきれ
ずに残った電荷）は、ダイオード５０があるため、点火
コイル４９側へは放電されないが、点火プラグ１６の電
極近傍に存在するイオンによって中和されるため、容量
放電終了時の点火電圧Ｖは速やかに減少する。

【００３７】次に、燃料混合気が燃料供給系の異常等に
よりリーン状態やカット状態となりＦＩ失火が発生した
とき（燃焼が発生しなかったとき）の点火電圧特性（破
線で示す特性）について説明する。点火指令信号Ａの発
生時刻ｔ０の直後においては点火電圧Ｖは点火プラグ電
極間の燃料混合気の絶縁を破壊する値まで上昇するが、
このときの絶縁破壊電圧の値は、燃料混合気の占める空
気の割合が正常時よりも多く含まれており、燃料混合気
の絶縁耐力が大きくなり、また、燃焼が発生していない
ため、燃料混合気がイオン化しておらず、プラグギャッ
プ間の電気抵抗が高くなることから、正常燃焼時の電圧
値よりも高くなる。この後、正常燃焼時と同様に誘導放
電状態へ移行するが、放電抵抗も正常燃焼時よりも大き
いことにより正常燃焼時よりも速く容量放電状態へ移行
する。誘導放電の最後の段階で発生する容量放電（後期
の容量放電）の値は、燃料混合気の絶縁破壊電圧が正常
燃焼時よりも大きいことにより、正常燃焼時に比べて非
常に大きくなる。

【００３８】このとき、点火プラグ１６の電極近傍にほ
とんどイオンが存在しないため、ダイオード５０と点火
プラグ１６との間に蓄えられた電荷は、イオンによって
中和されず、またダイオード５０によって点火コイル４
９へ逆流することもできないためそのまま保持され、気
筒内圧力が低下して放電要求電圧がこの電荷により印加
されている電圧と等しくなった時に、点火プラグ１６の
電極において放電される（図４（ｂ）、時刻ｔ５）。従
って、容量放電終了後も、比較的長時間（正常燃焼時に
比べて）にわたり、点火電圧Ｖは高電圧状態が継続する
のである。

【００３９】図４（ｂ）の曲線Ｃ，Ｃ′は、点火電圧Ｖ
のピークホールド値から得られる比較レベルＶＣＯＭＰ
の推移を示しており、時刻ｔ２〜ｔ３間でリセットされ
ている。従って、時刻ｔ２以前は、前回点火された気筒
の比較レベルＶＣＯＭＰを示している。また、図４
（ｃ）は比較器４４の出力（以下「比較判定パルス」と
いう）を示しており、図４（ｂ）及び（ｃ）から明らか
なように、燃焼時においては時刻ｔ２〜ｔ４間でＶ＞Ｖ
ＣＯＭＰとなり、失火時においては時刻ｔ１〜ｔ５間で
Ｖ＞ＶＣＯＭＰとなり、その間比較器４４の出力は高レ
ベルとなる。

【００４０】ここで、燃焼ラフネス値ＲＮを、図５に示
すように気筒内圧の最大値Pmaxがその平均最大値Pmaxav
e よりも小さい場合において、該平均最大値Pmaxave に
対する該最大値Pmaxの変化量ΔPmaxの、該平均最大値Pm
axave に対する比率ΔPmax／Pmaxave として表わすこと
にすると、排気ガス還流量（以下「ＥＧＲ量」という）
ＥＧＲＭと燃焼ラフネス値ＲＮとの関係は図６（ａ）に
示すようになる。また、ＥＧＲ量ＥＧＲＭと比較判定パ
ルス幅（時刻ｔ２からｔ４まで、または時刻ｔ１からｔ
５までの時間）ＴＰとの関係は、同図（ｂ）に示すよう
になる。これらの図において、ＥＧＲＭ＝ＥＧＲＭＨで
は失火（完全失火、図４に破線で示す状態）となり、Ｅ
ＧＲＭ＜ＥＧＲＭ１の範囲では良好な燃焼（図４に実線
で示す状態）が得られることを示している。従って、Ｅ
ＧＲＭ１＜ＥＧＲＭ＜ＥＧＲＭＨの範囲内では、比較判
定パルス幅ＴＰと燃焼ラフネス値ＲＮとは、同図（ｃ）
に示すような関係となり、比較判定パルス幅ＴＰを計測
することにより、燃焼ラフネス値ＲＮを検出することが
できる。

【００４１】このように、点火電圧センサ１７の検出電
圧に基づいて、燃焼ラフネス値ＲＮを検出することによ
り、以下のような効果を奏する。

【００４２】点火電圧センサ１７は、点火プラグに接続
される高圧コードに導電体を巻いたり、添わせたりする
ことで実現できるため、燃焼圧センサや燃焼光センサと
比べて構造が簡単でかつ取り付けが容易である。従っ
て、低コストで実現でき、一般の乗用車やオートバイに
採用可能である。

【００４３】また、点火電圧センサは、燃焼圧センサ等
のようにスパークプラグのプラグ座や燃焼室に取り付け
る必要が無く、使用条件が厳しくないため、耐久性、信
頼性の面でもはるかに優れた燃焼ラフネス値センサを実
現することができる。

【００４４】図７は、比較判定パルス幅ＴＰの計測を行
うプログラムのフローチャートであり、本プログラムは
ＣＰＵ５ｂにおいて一定時間毎に実行される。

【００４５】ステップＳ４１では、まずモニタ条件が成
立しているか否かを判別する。ここで、モニタ条件は、
エンジンが失火判定を実行すべき運転状態にあるとき成
立する条件であり、後述する図８のプログラムによって
判断される。この条件が成立していない（ステップＳ４
１の答が否定（ＮＯ））ときには、直ちに本プログラム
を終了する。

【００４６】ステップＳ４１の答が肯定（Ｙｅｓ）、即
ちモニタ条件が成立しているときには、ＩＧフラグ（Ｆ
ｌａｇＩＧ）が「１」であるか否かを判別する（ステッ
プＳ４２）。このＩＧフラグは、点火時期を演算するプ
ログラムにおいて点火指令信号Ａの発生とともに「１」
に設定されるフラグである。ステップＳ４２の答が否定
（Ｎｏ）、即ちＩＧフラグが「０」のときには、リセッ
トタイマの計測値ｔＲを値０として（ステップＳ４３）
本プログラムを終了する。ステップＳ４２の答が肯定
（Ｙｅｓ）、即ちＩＧフラグが「１」のときには、リセ
ットタイマの計測値ｔＲが所定時間ｔＲＥＳＥＴより小
さいか否かを判別する（ステップＳ４４）。ＩＧフラグ
が「０」から「１」となった直後は、この答が肯定（Ｙ
ｅｓ）となり、比較判定パルス、即ち比較器４４の出力
パルスが有るか否かを判別する（ステップＳ４７）。こ
の答が否定（Ｎｏ）であれば直ちに本プログラムを終了
し、肯定（Ｙｅｓ）であれば、カウンタのカウント値Ｃ
Ｐを値１だけインクリメントし（ステップＳ４８）、本
プログラムを終了する。

【００４７】前記ステップＳ４４の答が否定（Ｎｏ）、
即ちｔＲ＞ｔＲＥＳＥＴとなったときには、カウンタの
カウント値ＣＰ値及びＩＧフラグを値０にリセットし
（ステップＳ４５，Ｓ４６）、本プログラムを終了す
る。

【００４８】本プログラムによれば、比較判定パルス幅
ＴＰに比例するカウント値ＣＰを得ることができる。

【００４９】図８は、前記モニタ条件の判定を行うプロ
グラムのフローチャートである。

【００５０】ステップＳ２１〜Ｓ２５では、検出したエ
ンジン運転パラメータ値が所定範囲内にあるか否かを判
別する。即ち、エンジン回転数ＮＥが下限値ＮＥＬ（例
えば５００ｒｐｍ）と上限値ＮＥＨ（例えば６，５００
ｒｐｍ）の間にあるか否か（ステップＳ２１）、吸気管
内絶対圧ＰＢＡが下限値ＰＢＡＬ（例えば２６０mmHg）
と上限値ＰＢＡＨ（例えば７６０mmHg）の間にあるか否
か（ステップＳ２２）。エンジン水温ＴＷが下限値ＴＷ
Ｌ（例えば４０℃）と上限値ＴＷＨ（例えば１１０℃）
の間にあるか否か（ステップＳ２３）、吸気温ＴＡが下
限値ＴＡＬ（例えば０℃）と上限値ＴＡＨ（例えば８０
℃）の間にあるか否か（ステップＳ２４）及びバッテリ
電圧ＶＢが下限値ＶＢＬ（例えば１０Ｖ）より高いか否
か（ステップＳ２５）を判別し、これらの判別結果のい
ずれかが否定（Ｎｏ）のときには、モニタ条件不成立と
判定する（ステップＳ３２）。エンジンが通常用の運転
状態にあれば、エンジン回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧Ｐ
ＢＡ、エンジン水温ＴＷ及び吸気温ＴＡは、上記上下限
値の範囲内にあること、及びバッテリ電圧ＶＢが低い場
合には点火電圧が低下し、正確な判定ができないことを
考慮したものである。

【００５１】ステップＳ２１〜２５の答が全て肯定（Ｙ
ｅｓ）のときには、酸素濃度センサの検出値に基づかな
いオープンループの空燃比リーン制御実行中（例えばエ
ンジンの減速時にこのような制御が実行される）である
か否か（ステップＳ２６）及びトラクション制御実行中
であるか否か（ステップＳ２７）を判別する。これらの
判別の結果、いずれかの答が肯定（Ｙｅｓ）のときに
は、モニタ条件不成立と判別する（ステップＳ３２）。
これらの制御実行中は、燃焼が不安定で、後述する燃焼
ラフネス値制御が困難であることを考慮したものであ
る。

【００５２】ステップＳ２６，Ｓ２７の答がともに否定
（Ｎｏ）のときには、更にフュエルカット中か否かを判
別し（ステップＳ２８）、その答が肯定（Ｙｅｓ）、即
ちフュエルカット中のときには、タイマＴＭＡＦＣに所
定時間（例えば１秒）をセットしてスタートさせ（ステ
ップＳ２９）、モニタ条件不成立と判定する（ステップ
Ｓ３２）。ステップＳ２８の答が否定（Ｎｏ）、即ちフ
ュエルカット中でないときには、前記タイマＴＭＡＦＣ
のカウント値が値０か否かを判別する（ステップＳ３
０）。この答が否定（Ｎｏ）、即ちフュエルカット終了
後所定時間経過前は、モニタ条件不成立と判定し（ステ
ップＳ３２）、ステップＳ３０の答が肯定（Ｙｅｓ）、
即ちフュエルカット終了後所定時間経過したときにはモ
ニタ条件成立と判定する（ステップＳ３１）。

【００５３】ステップＳ２９，Ｓ３０は、フュエルカッ
ト終了後直後も燃焼が不安定となることを考慮したもの
である。

【００５４】図８のプログラムによれば、エンジン運転
パラメータ値（ＮＥ，ＰＢＡ，ＴＷ，ＴＡ，ＶＢ）が所
定範囲ないとき、空燃比リーン制御若しくはトラクショ
ン制御実行中のとき、フュエルカット中又はフュエルカ
ット終了後所定時間内はモニタ条件不成立と判定され、
上記以外のときモニタ条件成立と判定される。

【００５５】次に、図９〜図１１に基づいて、エンジン
１の点火時期の制御について説明する。

【００５６】先ず、ステップＳ５１においてエンジン回
転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに基づいて図１０の
マップを検索し、点火時期指令値θＩＧの基本値θＩＧ
ＭＡＰを求める。次に、前記比較判定パルス幅ＴＰから
求めた燃焼ラフネス値ＲＮに基づいて点火時期をフィー
ドバック制御する領域にあるか否かを判断する（ステッ
プＳ５２）。この判断は前記図１０のマップに基づいて
行われるもので、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対
圧ＰＢＡがマップ上の所定の領域にない場合には、即ち
ステップＳ５２の答が否定（Ｎｏ）のときには、図１０
のマップから検索した前記点火時期指令値θＩＧの基本
値θＩＧＭＡＰ（つまりマップ値θＩＧＭ）をそのまま
点火時期指令値θＩＧとする（ステップＳ５３）。

【００５７】一方、ステップＳ５２の答が肯定（Ｙｅ
ｓ）、即ちエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢ
Ａがマップ上の所定の領域にある場合には、ステップＳ
５４に移行する。最初のループではステップＳ５４の答
は否定（Ｎｏ）になり、ラフネス補正係数ＫＲＮを初期
値（１．０または学習値）にセットするとともに、点火
時期指令値θＩＧを初期値（マップ値または学習値）に
セットする（ステップＳ５５，Ｓ５６）。

【００５８】ステップＳ５４の答が肯定（Ｙｅｓ）のと
き、即ち２回目以降のループでは前記ステップＳ５５，
Ｓ５６を行わずに、燃焼ラフネス値ＲＮを読み込む（ス
テップＳ５７）。続いて、前記燃焼ラフネス値ＲＮと所
定の目標ラフネス値ＲＮｒｅｆとを比較する（ステップ
Ｓ５８）。ステップＳ５８の答が肯定（Ｙｅｓ）、即ち
検出した燃焼ラフネス値ＲＮが目標ラフネス値ＲＮｒｅ
ｆよりも小さければ、ラフネス補正係数ＫＲＮの前回値
に定数Ａを乗算してラフネス補正係数ＫＲＮの今回値を
算出する（ステップＳ５９）。一方、ステップＳ５８の
答が否定（Ｎｏ）、即ち検出した燃焼ラフネス値ＲＮが
目標ラフネス値ＲＮｒｅｆ以上であれば、ラフネス補正
係数ＫＲＮの前回値に定数Ｂを乗算してラフネ補正係数
ＫＲＮの今回値を算出しする（ステップＳ６０）。

【００５９】而して、点火時期指令値θＩＧの前回値に
ステップＳ５９またはステップＳ６０で算出したラフネ
ス補正係数ＫＲＮを乗算することにより、点火時期指令
値θＩＧの今回値が算出され、この点火時期指令値θＩ
Ｇの今回値を目標値として点火時期がフィードバック制
御される（ステップＳ６１）。

【００６０】ところで、前記定数Ａ，Ｂは、 Ａ＞１．０ Ｂ＜１．０ ｜Ａ−１．０｜＜｜１．０−Ｂ｜ を満たすように設定されている。従って、ステップＳ５
８の答が肯定（Ｙｅｓ）であって燃焼ラフネス値ＲＮが
目標ラフネス値ＲＮｒｅｆよりも小さければ、定数Ａ
（＞１．０）を乗算することによりラフネス補正係数Ｋ
ＲＮが増加する。これにより点火時期指令値θＩＧを増
加方向（進角方向）に制御し、燃焼ラフネス値ＲＮを目
標ラフネス値ＲＮｒｅｆに一致させることができる。逆
にステップＳ５８の答が否定（Ｎｏ）であって燃焼ラフ
ネス値ＲＮが目標ラフネス値ＲＮｒｅｆ以上であれば、
定数Ｂ（＜１．０）を乗算することによりラフネス補正
係数ＫＲＮが減少する。これにより点火時期指令値θＩ
Ｇを減少方向（遅角方向）に制御し、燃焼ラフネス値Ｒ
Ｎを目標ラフネス値ＲＮｒｅｆに一致させることができ
る。

【００６１】このとき、｜Ａ−１．０｜＜｜１．０−Ｂ
｜の関係から、定数Ｂによるラフネス補正係数ＫＲＮの
減少分は、定数Ａによるラフネス補正係数ＫＲＮの増加
分よりも大きくなる。このことは、燃焼ラフネス値ＲＮ
が目標ラフネス値ＲＮｒｅｆ以上になった場合には燃焼
ラフネス値ＲＮが速やかに減少し、燃焼ラフネス値ＲＮ
が目標ラフネス値ＲＮｒｅｆを下回った場合には燃焼ラ
フネス値ＲＮがゆっくりと増加することを意味してい
る。即ち、燃焼ラフネス値ＲＮが目標ラフネス値ＲＮｒ
ｅｆを上回ると燃焼状態が不良になるため、前記定数Ｂ
によりこの燃焼不良状態を速やかに脱却することによ
り、ドライバビリティを悪化させることなく燃料消費率
の低減と排気ガスのエミッション特性向上を図ることが
できる。また燃焼ラフネス値ＲＮが目標ラフネス値ＲＮ
ｒｅｆ以下になっても燃焼状態は一応良好に保たれる
が、排気ガスのエミション特性の観点から燃焼ラフネス
値ＲＮを目標ラフネス値ＲＮｒｅｆまで増加させること
が必要である。この場合には前記定数Ａにより燃焼ラフ
ネス値ＲＮをゆっくりと増加させ、燃焼状態が不良にな
る領域にオーバーシュートすることなく、燃焼ラフネス
値ＲＮを目標ラフネス値ＲＮｒｅｆに一致させることが
できる。

【００６２】図１１は、上記制御による点火時期指令値
θＩＧの変動の一例を模式的に表したもので、目標ラフ
ネス値ＲＮｒｅｆを挟んで点火時期指令値θＩＧの減少
方向への変化量が大きく、且つ増加方向への変化量が小
さくなっていることが理解される。

【００６３】次に、図１２及び図１３に基づいて本発明
の第２実施例を説明する。

【００６４】図１２のフローチャートは、そのステップ
Ｓ６２のみが前記図９のフローチャート（第１実施例）
と相違している。即ち第２実施例では、ステップＳ５８
で目標ラフネス値ＲＮｒｅｆと燃焼ラフネス値ＲＮとを
比較し、燃焼ラフネス値ＲＮが目標ラフネス値ＲＮｒｅ
ｆよりも小さければ、第１実施例と同様に定数Ａ（Ａ＞
１．０）を乗算することによりラフネス補正係数ＫＲＮ
が増加するが、燃焼ラフネス値ＲＮが目標ラフネス値Ｒ
Ｎｒｅｆ以上であれば、ステップＳ５１で検索した点火
時期指令値θＩＧの基本値θＩＧＭＡＰ（マップ値θＩ
ＧＭ）をそのまま点火時期指令値θＩＧとして本プログ
ラムを終了する（ステップＳ６２）。

【００６５】その結果、図１３に示すように、燃焼ラフ
ネス値ＲＮが目標ラフネス値ＲＮｒｅｆを越えると点火
時期指令値θＩＧが基本値θＩＧＭＡＰまで一気に減少
し、これにより燃焼ラフネス値ＲＮが目標ラフネス値Ｒ
Ｎｒｅｆを越えて燃焼状態が悪化することを可及的に回
避することができる。

【００６６】次に、図１４及び図１５に基づいて本発明
の第３実施例を説明する。

【００６７】図１４のフローチャートは、そのステップ
Ｓ６３〜ステップＳ６６のみが前記図９のフローチャー
ト（第１実施例）と相違している。即ち第３実施例で
は、ステップＳ５７で燃焼ラフネス値ＲＮを読み込む
と、目標ラフネス値ＲＮｒｅｆから燃焼ラフネス値ＲＮ
を減算することにより偏差ΔＫＲＮを算出する（ステッ
プＳ６３）。続いて、前記偏差ΔＫＲＮの今回値にＰＩ
Ｄフィードバック制御の比例定数ＫＰを乗算することに
より比例補正項ＫＲＮＰの今回値を、偏差ΔＫＲＮの今
回値に積分定数ＫＩを乗算し、これに積分補正項ＫＲＮ
Ｉの前回値を加算することにより積分補正項ＫＲＮＩの
今回値を、偏差ΔＫＲＮの今回値と前回値との差に微分
定数ＫＤを乗算することにより微分補正項ＫＲＮＤの今
回値をそれぞれ算出する。上記各定数ＫＰ，ＫＩ，ＫＤ
は、テーブル値またはマップ値として記憶手段５ｃに予
め記憶される。

【００６８】次に、前記比例補正項ＫＲＮＰ、積分補正
項ＫＲＮＩ及び微分補正項ＫＲＮＤを加算してラフネス
補正係数ＫＲＮを算出し（ステップＳ６５）、このラフ
ネス補正係数ＫＲＮを用いて点火時期指令値θＩＧをフ
ィルタリング処理し、その結果を最終的な点火時期指令
値θＩＧとして本プログラムを終了する（ステップＳ６
６）。

【００６９】この第３実施例によれば、燃焼ラフネス値
ＲＮをＰＩＤフィードバック制御する際に、その偏差Δ
ＫＲＮの大きさに基づいて比例補正項ＫＲＮＰ、積分補
正項ＫＲＮＩ及び微分補正項ＫＲＮＤの大きさが決定さ
れるので、燃焼ラフネス値ＲＮが目標ラフネス値ＲＮｒ
ｅｆに近づくにつれて前記各補正項ＫＲＮＰ，ＫＲＮ
Ｉ，ＫＲＮＤの値が減少する。その結果、図１５に示す
ように、燃焼ラフネス値ＲＮをオーバーシュート或いは
振動させることなく速やかに目標ラフネス値ＲＮｒｅｆ
に一致させることができる。

【００７０】次に、図１６及び図１７に基づいて本発明
の第４実施例を説明する。

【００７１】図１６のフローチャートは、そのステップ
Ｓ６７及びステップＳ６８のみが前記図１４（第３実施
例）のフローチャートと相違している。即ち第４実施例
では、ステップＳ６３で偏差ΔＫＲＮを算出すると、偏
差ΔＫＲＮの今回値と積分定数ＫＩとを乗算したものを
積分補正項ＫＲＮＩの前回値に加算し、積分補正項ＫＲ
ＮＩの今回値を算出する（ステップＳ６７）。そして、
ステップＳ６７で算出した積分補正項ＫＲＮＩの今回値
をラフネス補正係数ＫＲＮとし（ステップＳ６８）、こ
のラフネス補正係数ＫＲＮを用いて点火時期指令値θＩ
Ｇをフィルタリング処理し、その結果を最終的な点火時
期指令値θＩＧとして本プログラムを終了する（ステッ
プＳ６６）。

【００７２】この第４実施例は、第３実施例のＰＩＤフ
ィードバック制御において、その積分補正項ＫＲＮＩの
みを採用したものに相当する。従って、図１７に示すよ
うに精度の点でＰＩＤフィードバック制御を採用した第
３実施例（図１５参照）に及ばないものの、制御系を簡
略化しながら実用上問題のない精度を得ることができ
る。

【００７３】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の設計変
更を行うことができる。

【００７４】

【発明の効果】以上のように本発明の第１の特徴によれ
ば、イオン電流法により検出した燃焼ラフネス値を目標
ラフネス値に一致させるべく、燃焼ラフネス値と目標ラ
フネス値との偏差に基づいて内燃機関の点火時期をフィ
ードバック制御しているので、点火時期の制御精度が向
上して最適点火時期に設定が容易になり、これにより燃
料消費率の低減と排気ガスのエミッション特性向上が可
能になる。

【００７５】また特に上記フィードバック制御の際に、
燃焼ラフネス値が目標ラフネス値を上回った場合のフィ
ードバックゲインを、燃焼ラフネス値が目標ラフネス値
を下回った場合のフィードバックゲインよりも大きく設
定しているので、燃焼ラフネス値が目標ラフネス値以上
になった場合には燃焼ラフネス値を速やかに減少させる
ことができる一方、燃焼ラフネス値が目標ラフネス値を
下回った場合には燃焼ラフネス値を緩徐に増加させるこ
とができる。これにより、燃焼ラフネス値が目標ラフネ
ス値を上回って燃焼状態が悪化する状態を速やかに脱却
し、ドライバビリティを悪化させることなく燃料消費率
の低減と排気ガスのエミッション特性向上を図ることが
できる。また燃焼ラフネス値が目標ラフネス値以下にな
っても燃焼状態は一応良好に保たれるが、排気ガスのエ
ミション特性の観点からは燃焼ラフネス値を目標ラフネ
ス値まで増加させることが望ましく、従ってこの場合に
は上記のように燃焼ラフネス値を緩やかに増加させたこ
とで、燃焼状態が不良になる領域にオーバーシュートす
ることなく燃焼ラフネス値を目標ラフネス値に一致させ
ることができ、排気ガスのエミション特性の更なる向上
が図られる。

【００７６】また本発明の第２の特徴によれば、イオン
電流法により検出した燃焼ラフネス値に基づいて内燃機
関の点火時期をフィードバック制御する際に、内燃機関
の点火時期をＰＩＤフィードバック制御しているので、
燃焼ラフネス値を目標ラフネス値に精度良く一致させ、
ドライバビリティを悪化させることなく燃料消費率の低
減と排気ガスのエミッション特性向上を図ることができ
る。

【００７７】また本発明の第３の特徴によれば、イオン
電流法により検出した燃焼ラフネス値に基づいて内燃機
関の点火時期をフィードバック制御する際に、目標ラフ
ネス値に対する燃焼ラフネス値の偏差に応じてフィード
バックゲインを決定しているので、燃焼ラフネス値をオ
ーバーシュート或いは振動することなく速やかに目標ラ
フネス値に一致させ、ドライバビリティを悪化させるこ
となく燃料消費率の低減と排気ガスのエミッション特性
向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関及びその制御装置の構成図

【図２】燃焼ラフネス値を検出するための回路構成を示
す図

【図３】図２の回路の具体的な構成を示す回路図

【図４】点火電圧の推移を示すタイムチャート

【図５】気筒内圧の推移を示すタイムチャート

【図６】排気ガス還流量、燃焼ラフネス値及び比較判定
パルス幅の関係を説明する図

【図７】比較判定パルス幅の計測を行うプログラムのフ
ローチャート

【図８】モニタ条件の判定を行うプログラムのフローチ
ャート

【図９】点火時期の決定を行うプログラムのフローチャ
ート

【図１０】エンジン回転数及び吸気管内絶対圧から点火
時期指令値の基本値及びラフネスフィードバック領域を
検索するマップ

【図１１】点火時期指令値の推移を示すグラフ

【図１２】第２実施例に係る、前記図９に対応するフロ
ーチャート

【図１３】第２実施例に係る、前記図１１に対応するグ
ラフ

【図１４】第３実施例に係る、前記図９に対応するフロ
ーチャート

【図１５】第３実施例に係る、前記図１１に対応するグ
ラフ

【図１６】第４実施例に係る、前記図９に対応するフロ
ーチャート

【図１７】第４実施例に係る、前記図１１に対応するグ
ラフ

【符号の説明】

１ エンジン（内燃機関） ６ 燃料噴射弁 １６ 点火プラグ ２２ 排気還流弁 ＲＮ 燃焼ラフネス値 ＲＮｒｅｆ 目標ラフネス値 ΔＫＲＮ 偏差Pmax 気筒内圧の最大値 Pmaxave 気筒内圧の平均最大値 ΔPmax 気筒内圧の最大値の変化量 ΔPmax／Pmaxave 気筒内圧の最大値変化量の平均最
大値に対する比率

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/04 330 F02D 41/14 310

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関（１）の気筒内圧の最大値（Pm
   ax）がその気筒内圧の平均最大値（Pmaxave ）よりも小
   さい場合において、該平均最大値（Pmaxave）に対する
   該最大値（Pmax）の変化量（ΔPmax）の、該平均最大値
   （Pmaxave ）に対する比率（ΔPmax／Pmaxave ）として
   定義される燃焼ラフネス値（ＲＮ）をイオン電流法によ
   り検出し、この検出した燃焼ラフネス値（ＲＮ）に基づ
   いて内燃機関（１）の点火時期を制御する内燃機関の制
   御方法であって、 燃焼ラフネス値（ＲＮ）を目標ラフネス値（ＲＮｒｅ
   ｆ）に一致させるべく、燃焼ラフネス値（ＲＮ）と目標
   ラフネス値（ＲＮｒｅｆ）との偏差に基づいて内燃機関
   （１）の点火時期をフィードバック制御し、 そのフィードバック制御に際しては、燃焼ラフネス値
   （ＲＮ）が目標ラフネス値（ＲＮｒｅｆ）を上回った場
   合のフィードバックゲインを、燃焼ラフネス値（ＲＮ）
   が目標ラフネス値（ＲＮｒｅｆ）を下回った場合のフィ
   ードバックゲインよりも大きく設定することを特徴とす
   る、内燃機関の制御方法。
2. 【請求項２】 内燃機関（１）の点火時期をＰＩＤフィ
   ードバック制御することを特徴とする、請求項１記載の
   内燃機関の制御方法。
3. 【請求項３】 目標ラフネス値（ＲＮｒｅｆ）に対する
   燃焼ラフネス値（ＲＮ）の偏差（ΔＫＲＮ）に応じてフ
   ィードバックゲインを決定することを特徴とする、請求
   項１記載の内燃機関の制御方法。