JP3596178B2 - エンジンの点火時期制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの点火時期制御装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエンジンの点火時期制御装置として、圧縮行程から膨張行程を迎える気筒の点火プラグと排気行程から吸気行程を迎える気筒の点火プラグに同時に点火電流を供給する同時点火式点火装置がある（特開平１−９２５８２号公報、参照）。
【０００３】
この同時点火式点火装置は、ある気筒の圧縮行程で混合気に火花を飛ばす主点火が行われるとき、別の気筒の排気行程で既燃焼ガスに火花を飛ばす空打ち点火が行われる。
【０００４】
ところで、ノッキングの発生時に点火時期を遅角側に移行してノッキングを抑制するものがある。また、車両に搭載されるオートマチックトランスミッションの変速時等に点火時期を遅角側に移行して変速ショックをやわらげるものがある。
【０００５】
しかし、こうして点火時期を遅角側に移行する運転状態において、排気行程の次に迎える吸気行程で空打ち点火が行われる場合、吸気通路から気筒に流入した混合気に着火して、火炎が吸気通路にひろがるバックファイア現象を引き起こす可能性がある。
【０００６】
これに対処して従来装置では、点火時期が遅角側に移行することを制限する遅角下限値を、吸気弁が開かれるタイミングより進角側に設定して、吸気弁が開弁した後に空打ち点火が行われることを回避するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
吸気弁が開弁した後でも、吸気通路から混合気が気筒に流入するまでの間は、空打ち点火を行ってもバックファイア現象が起こらない運転状態がある。すなわち、バックファイア現象が起こる点火時期は、エンジン回転数、エンジン負荷、混合比、スロットルバルブの開閉作動速度等の運転条件に応じて異なる。
【０００８】
例えば、点火プラグに放電する時間が一定として制御されると、点火プラグに放電するクランク角はエンジン回転数が上昇するのにしたがって大きくなるため、バックファイア現象が起こる点火時期は、エンジン回転数が上昇するのにしたがって進角側に移行する。
【０００９】
また、エンジン負荷が高まるのにしたがってスロットルバルブより下流側に生じる吸入負圧Ｂｏｏｓｔが低くなり、吸気弁が開弁した直後に気筒から吸気通路に逆流する既燃焼ガス量が減少し、吸入行程の初期で吸気通路から気筒に流入する不活性ガス量が減少するため、バックファイア現象を起こす点火時期が進角側に移行する。
【００１１】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、同時点火式点火装置を備えるエンジンの点火時期制御装置において、バックファイア現象を防止しながら、点火時期の制御範囲を拡大することを目的とする。
【００１２】
請求項１に記載の点火時期制御装置は、図１０に示すように、
圧縮行程から膨張行程を迎える気筒の点火プラグと排気行程から吸気行程を迎える気筒の点火プラグに同時に点火電流を供給する同時点火式点火装置１０１と、
エンジン運転状態に応じて要求点火時期ＡＤＶｂを計算する要求点火時期計算手段１０２と、
運転状態に応じて要求点火時期ＡＤＶｂを遅角側に補正する点火時期補正量ＡＤＶｄｌｔを計算する点火時期補正量計算手段１０３と、
を備えるエンジンにおいて、
エンジン回転数とエンジン負荷に応じて遅角下限値ＡＤＶｌｉｍを計算する遅角下限値計算手段１０４と、
要求点火時期ＡＤＶｂと遅角下限値ＡＤＶｌｉｍを比較して進角側にある値を最終点火時期ＡＤＶとして決定する最終点火時期決定手段１０５とを備え、
前記遅角下限値ＡＤＶｌｉｍはエンジン負荷が上昇するのにしたがって進角側に移行するように設定する。
【００１３】
請求項２に記載のエンジンの点火時期制御装置は、請求項１に記載の発明において、
エンジン回転数が上昇するのにしたがって前記遅角下限値ＡＤＶｌｉｍが進角側に移行するように設定する。
【００１５】
請求項３に記載のエンジンの点火時期制御装置は、請求項１または２に記載の発明において、
エンジンに吸入される空気量に対する燃料量の混合比を検出する混合比検出手段と、
混合比がリーン側に移行するのにしたがって前記遅角下限値ＡＤＶｌｉｍが進角側に移行するように補正する遅角下限値補正手段とを備える。
【００１６】
請求項４に記載のエンジンの点火時期制御装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明において、
エンジンに吸入される空気を絞るスロットルバルブと、
スロットルバルブの作動速度ΔＴＶＯを検出するスロットルバルブ作動速度検出手段と、
スロットルバルブ作動速度ΔＴＶＯが上昇するのにしたがって前記遅角下限値ＡＤＶｌｉｍが進角側に移行するように補正する遅角下限値補正手段とを備える。
【００１７】
【作用】
請求項１に記載のエンジンの点火時期制御装置において、例えばノッキングの発生時、またはオートマチックトランスミッションの変速時に、点火時期補正量ＡＤＶｄｌｔを介して要求点火時期ＡＤＶｂを遅角側に補正する。
【００１８】
エンジン回転数とエンジン負荷に応じて遅角下限値ＡＤＶｌｉｍを設定し、要求点火時期ＡＤＶｂと遅角下限値ＡＤＶｌｉｍを比較して進角側にある値を最終点火時期ＡＤＶとして決定することにより、バックファイア現象を防止しながら、最終点火時期ＡＤＶの制御範囲を拡大できる。なお、エンジン負荷が高まるのにしたがってスロットルバルブより下流側に生じる吸入負圧が低くなり、吸気弁が開弁した直後に気筒から吸気通路に逆流する既燃焼ガス量が減少し、吸入行程の初期で吸気通路から気筒に流入する不活性ガス量が減少して、バックファイア現象を起こす点火時期が進角側に移行するので、遅角下限値ＡＤＶｌｉｍは、エンジン負荷が上昇するのにしたがって進角側に移行するように設定する。
【００１９】
請求項２に記載のエンジンの点火時期制御装置において、点火プラグに放電する時間が一定に制御されると、点火プラグに放電するクランク角はエンジン回転数が上昇するのにしたがって大きくなるため、バックファイア現象を起こす点火時期が進角側に移行する。
【００２０】
この特性に対応して、エンジン回転数が上昇するのにしたがって点火開始時点の遅角下限値ＡＤＶｌｉｍが進角側に移行することにより、バックファイア現象を防止しながら、最終点火時期ＡＤＶの制御範囲を拡大できる。
【００２３】
請求項３に記載のエンジンの点火時期制御装置において、混合比がリーン側に移行するのにしたがって吸入行程の初期で吸気通路から気筒に流入する混合気の可燃混合比範囲への到達が早期化するため、バックファイア現象を起こす点火時期が進角側に移行する。
【００２４】
この特性に対応して、混合比がリーン側に移行するのにしたがって遅角下限値ＡＤＶｌｉｍが進角側に移行することにより、バックファイア現象を防止しながら、最終点火時期ＡＤＶの制御範囲を拡大できる。
【００２５】
請求項４に記載のエンジンの点火時期制御装置において、アクセルペダルが踏み込まれる速さが増して、スロットルバルブ作動速度ΔＴＶＯが上昇するのにしたがって吸入行程の初期で吸気通路から気筒に流入する混合気の混合比がリーン側へ移行して、混合気の可燃混合比範囲への到達が早期化するため、バックファイア現象を起こす点火時期が進角側に移行する。
【００２６】
この特性に対応して、スロットルバルブ作動速度ΔＴＶＯが上昇するのにしたがって遅角下限値ＡＤＶｌｉｍが進角側に移行することにより、バックファイア現象を防止しながら、最終点火時期ＡＤＶの制御範囲を拡大できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１に示すように、４気筒エンジン１は、各吸気弁２が開かれるのに伴って吸気通路３から各気筒に吸気（混合気）を吸入し、この吸気をピストン５で圧縮して、点火プラグ６で着火燃焼させ、排気弁７が開かれるのに伴って排気が排気通路８に排出され、これらの各行程が連続して繰り返される。
【００２９】
吸気通路３の途中に燃料を噴射するインジェクタ４と、アクセルペダルに連動して吸気を絞るスロットルバルブ９がそれぞれ設けられ、その上流側には吸気量を検出するホットワイヤ式エアフロメータ１０が設けられる。インジェクタ４はコントロールユニット１３からの信号に基づき、燃料を噴射する。
【００３０】
点火プラグ６は各気筒に臨んで設けられる。点火プラグ６はコントロールユニット１３からの信号に基づきパワートランジスタ１４を介してイグニッションコイル１５から送られる電流により点火する。
【００３１】
図２に示すように、コントロールユニット１３には、エアフロメータ１０で検出される吸気量Ｑａと、スロットルセンサ１７で検出されるスロットル開度ＴＶＯと、クランク角センサ１１で検出されるエンジン回転数Ｎｅと、冷却水温センサ１８で検出される冷却水温度Ｔｗ等を入力する。
【００３２】
コントロールユニット１３には、基本燃料噴射量Ｔｐを
Ｔｐ＝Ｋ・Ｑａ／Ｎｅ ‥‥（１）
ただし、Ｋ；定数
なる式から演算した後、最終的な燃料噴射量Ｔｉを次式で算出して燃料噴射量を制御する。
【００３３】
Ｔｉ＝Ｔｐ×α×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ …（２）
ただし、αは空燃比フィードバック補正係数、ＣＯＥＦは冷却水温度Ｔｗ等をパラメータとした各種補正係数の和、Ｔｓは無効噴射パルス幅である。
【００３４】
したがって、エンジン１に供給される空気量に対する燃料量の混合比はＴｉ／Ｔｐで表される。
【００３５】
こうして演算された燃料噴射量Ｔｉに対応するパルス信号を各インジェクタ４に出力し、燃料噴射制御を行う。
【００３６】
同時点火式点火装置として設けられるイグニッションコイル１５は、ピストン５が上昇する圧縮行程から膨張行程を迎える気筒の点火プラグ６と、ピストン５が下降する排気行程から吸気行程を迎える気筒の点火プラグ６に同時に点火電流を供給するようになっている。同時点火式のイグニッションコイル１５を設けることにより、点火系の簡素化がはかれる。
【００３７】
図３は４気筒エンジン１における点火順序を示すタイミングチャートである。この場合、点火順序は気筒毎に＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒となり、同時点火式のイグニッションコイル１５を用いた点火は、＃１気筒と＃４気筒で同時に行われるとともに、＃２気筒と＃３気筒で同時に行われる。例えば＃１気筒の圧縮行程で混合気に火花を飛ばす主点火が行われるとき、＃４気筒の排気行程では既燃焼ガスに火花を飛ばす空打ち点火が行われる。
【００３８】
しかし、例えばノッキングの発生時、または車両に搭載されるオートマチックトランスミッションの変速時等に、コントロールユニット１３により制御される主点火の時期ＡＤＶが遅角側に移行するのに伴って、排気行程の次に迎える吸気行程で空打ち点火が行われた場合、吸気通路３から気筒に流入した混合気に着火して、火炎が吸気通路３にひろがるバックファイア現象を引き起こす可能性がある。
【００３９】
これに対処して従来装置では、点火時期ＡＤＶが遅角側に移行することを制限する遅角下限値ＡＤＶｌｉｍを、吸気弁２が開かれるタイミングより進角側に設定して、吸気弁２が開弁した後に空打ち点火が行われることを回避するようになっている。
【００４０】
ところで、吸気弁２が開弁した後でも、吸気通路３から混合気が気筒に流入するまでの間は、空打ち点火を行ってもバックファイア現象が起こらない運転状態がある。すなわち、バックファイア現象が起こる点火時期ＡＤＶは、後述するように、エンジン回転数、エンジン負荷、燃料の混合比、スロットルバルブ９の開閉作動速度等の運転条件に応じて異なる。
【００４１】
しかしながら、こうした従来装置にあっては、点火時期ＡＤＶの遅角下限値ＡＤＶｌｉｍを吸気弁２が開かれるタイミングで一義的に決めているため、点火時期ＡＤＶの制御範囲が必要以上に縮小されるという問題点が考えられる。
【００４２】
本発明はこれに対処して、バックファイア現象が起こらないように点火時期ＡＤＶが遅角側に移行することを制限する遅角下限値ＡＤＶｌｉｍをエンジン回転数とエンジン負荷に応じて設定し、点火時期がこの遅角下限値ＡＤＶｌｉｍを越えて遅角側に移行することを制限する制御を行い、点火時期ＡＤＶの制御範囲を拡大する。
【００４３】
さらに、遅角下限値ＡＤＶｌｉｍをエンジン１に供給される空気量に対する燃料量の混合比に応じて補正するとともに、スロットルバルブ９の開閉作動速度に応じて補正し、点火時期の制御範囲を拡大する。
【００４４】
図８のフローチャートは点火時期ＡＤＶを決定するルーチンを示しており、コントロールユニット１３において一定周期毎に実行される。
【００４５】
これについて説明すると、まず、ステップ１にて、クランク角センサ１１から信号を基にエンジン回転数Ｎｅを計算する。
【００４６】
続いて、ステップ２にて、エアフロメータ１０で検出される吸気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅを基に、基本燃料噴射量Ｔｐを前記（１）式により計算する。
【００４７】
続いて、ステップ３にて、エンジン回転数Ｎｅと基本燃料噴射量Ｔｐに応じて、予め設定された点火時期のマップ値ＡＤＶｍａｐを計算する。
【００４８】
ステップ４にて、例えばノッキングの発生時、またはオートマチックトランスミッションの変速時に、点火時期を遅角側に補正する点火時期補正量ＡＤＶｄｌｔを計算する。
【００４９】
続いて、ステップ５にて、マップ値ＡＤＶｍａｐと点火時期補正量ＡＤＶｄｌｔを基に要求点火時期ＡＤＶｂを計算する。
【００５０】
続いて、ステップ６にて、図４のマップを基に、エンジン回転数とエンジン負荷に応じて基本遅角下限値ＡＤＶｌｍｂを計算する。
【００５１】
ステップ７にて、図５のマップを基に、混合比（Ｔｉ／Ｔｐ）とスロットルバルブ作動速度ΔＴＶＯに応じて遅角下限値補正量ＡＤＶｌｍｄを計算する。
【００５２】
続いて、ステップ８にて、基本遅角下限値ＡＤＶｌｍｂと遅角下限値補正量ＡＤＶｌｍｄを基に遅角下限値ＡＤＶｌｉｍを、次式により計算する。
【００５３】
ＡＤＶｌｉｍ＝ＡＤＶｌｍｂ＋Ｃ・ＡＤＶｌｍｄ …（３）
ただし、Ｃ；定数
続いて、ステップ９にて、要求点火時期ＡＤＶｂと遅角下限値ＡＤＶｌｉｍを比較する。
【００５４】
要求点火時期ＡＤＶｂが遅角下限値ＡＤＶｌｉｍより進角側にあると判定された場合、ステップ１０に進んで、最終点火時期ＡＤＶを要求点火時期ＡＤＶｂとする。
【００５５】
一方、要求点火時期ＡＤＶｂが遅角下限値ＡＤＶｌｉｍより遅角側にあると判定された場合、ステップ１１に進んで、最終点火時期ＡＤＶを遅角下限値ＡＤＶｌｉｍとする。
【００５６】
続いて、ステップ１２にて、決定された最終点火時期ＡＤＶを所定のアドレスに格納して、本ルーチンを終了する。
【００５７】
図９は、最終点火時期ＡＤＶの制御例を示している。これから、車両の加速時とオートマチックトランスミッションの変速時に要求点火時期ＡＤＶｂが遅角側に大幅に移行するが、最終点火時期ＡＤＶが遅角下限値ＡＤＶｌｉｍによって制限されることにより、バックファイア現象を未然に防止できる。
【００５８】
最終点火時期ＡＤＶが遅角下限値ＡＤＶｌｉｍによって制限されることにより、点火プラグ６の放電が開始されるクランク角がバックファイア現象を起こす限界クランク角に近づけられ、点火時期ＡＤＶの制御範囲を拡大できる。
【００５９】
図４は、エンジン回転数とエンジン負荷に応じて基本遅角下限値ＡＤＶｌｍｂを設定したマップであり、エンジン回転数の上昇に伴って点火開始時点の基本遅角下限値ＡＤＶｌｍｂが進角側に移行するように設定されている。これは、点火プラグ６に放電する時間が一定として制御されると、点火プラグ６に放電するクランク角がエンジン回転数の上昇に伴って大きくなり、バックファイア現象を起こす限界クランク角が進角側に移行することに対応している。
【００６０】
図４のマップにおいて、エンジン負荷が高まるのにしたがって点火開始時点の基本遅角下限値ＡＤＶｌｍｂが進角側に移行するように設定される。これは、エンジン負荷が高まるのにしたがってスロットルバルブ９より下流側に生じる吸入負圧Ｂｏｏｓｔが低くなり、吸気弁２が開弁した直後に気筒から吸気通路３に逆流する既燃焼ガス量が減少し、吸入行程の初期で吸気通路３から気筒に流入する不活性ガス量が減少するため、バックファイア現象を起こす点火時期が進角側に移行することに対応している。
【００６１】
図５は、混合比（Ｔｉ／Ｔｐ）とスロットルバルブ作動速度ΔＴＶＯに応じて遅角下限値ＡＤＶｌｉｍの補正に用いられる遅角下限値補正量ＡＤＶｌｍｄを設定したマップである。遅角下限値補正量ＡＤＶｌｍｄは、混合比がリーン側に移行するのにしたがって点火開始時点の遅角下限値ＡＤＶｌｉｍが進角側に移行するように設定される。そして遅角下限値補正量ＡＤＶｌｍｄは、スロットルバルブ作動速度ΔＴＶＯが上昇するのにしたがって点火開始時点の遅角下限値ＡＤＶｌｉｍが進角側に移行するように設定される。
【００６２】
図６は、設定された燃料の混合比に応じて実際に吸気通路３から気筒に流入する燃料の混合比が変化する様子を示す図である。燃料の混合比がリッチになると、吸気弁２が開弁した直後に気筒に流入する燃料量が増え、吸入行程の初期で吸気通路３から気筒に流入する混合気の可燃混合比範囲への到達が遅れる。
【００６３】
図７は、設定された燃料の混合比に応じてバックファイア現象を起こす点火時期が変化する様子を示す特性図である。混合比がリーン側に移行するのにしたがって吸入行程の初期で吸気通路３から気筒に流入する混合気の可燃混合比範囲への到達が早期化するため、バックファイア現象を起こす点火時期が進角側に移行する。この特性に対応して、図５のマップにおいて、点火開始時点の遅角下限値補正量ＡＤＶｌｍｄは燃料の混合比がリーン側に移行するのにしたがって進角側に移行するように設定されている。
【００６４】
アクセルペダルが踏み込まれる速さが増して、スロットルバルブ作動速度ΔＴＶＯが上昇するのにしたがって吸入行程の初期で吸気通路３から気筒に流入する混合気の混合比がリーン側へ移行して、混合気の可燃混合比範囲への到達が早期化するため、バックファイア現象を起こす点火時期が進角側に移行する。この特性に対応して、図５のマップにおいて、点火開始時点の遅角下限値補正量ＡＤＶｌｍｄはスロットルバルブ作動速度ΔＴＶＯが上昇するのにしたがって進角側に移行するように設定されている。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載のエンジンの点火時期制御装置によれば、エンジン回転数とエンジン負荷に応じて遅角下限値ＡＤＶｌｉｍを設定し、要求点火時期ＡＤＶｂと遅角下限値ＡＤＶｌｉｍを比較して進角側にある値を最終点火時期ＡＤＶとして決定する構成であり、また、遅角下限値ＡＤＶｌｉｍはエンジン負荷が上昇するのにしたがって進角側に移行する構成のため、バックファイア現象を防止しながら、最終点火時期ＡＤＶの制御範囲を拡大できる。
【００６６】
請求項２に記載のエンジンの点火時期制御装置によれば、エンジン回転数が上昇するのにしたがって遅角下限値ＡＤＶｌｉｍが進角側に移行する構成のため、バックファイア現象を防止しながら、最終点火時期ＡＤＶの制御範囲を拡大できる。
【００６８】
請求項３に記載のエンジンの点火時期制御装置によれば、混合比がリーン側に移行するのにしたがって前記遅角下限値ＡＤＶｌｉｍが進角側に移行する構成のため、バックファイア現象を防止しながら、最終点火時期ＡＤＶの制御範囲を拡大できる。
【００６９】
請求項４に記載のエンジンの点火時期制御装置によれば、スロットルバルブ作動速度ΔＴＶＯが上昇するのにしたがって遅角下限値ＡＤＶｌｉｍが進角側に移行する構成のため、バックファイア現象を防止しながら、最終点火時期ＡＤＶの制御範囲を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すエンジンのシステム図。
【図２】同じく制御系の構成図。
【図３】同じく点火順序を示すタイミングチャート。
【図４】同じく基本遅角下限値ＡＤＶｌｍｂを設定したマップ。
【図５】同じく遅角下限値補正量ＡＤＶｌｍｄを設定したマップ。
【図６】同じく設定された燃料の混合比に応じて実際に吸気通路３から気筒に流入する燃料の混合比が変化する様子を示す図。
【図７】同じく設定された燃料の混合比に応じてバックファイア現象を起こす点火時期が変化する様子を示す特性図。
【図８】同じく点火時期ＡＤＶを決定する図のフローチャート。
【図９】同じく最終点火時期ＡＤＶの制御例を示す説明図。
【図１０】請求項１に記載の発明を示すクレーム対応図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気弁
３ 吸気通路
６ 点火プラグ
７ 排気弁
９ スロットルバルブ
１０ エアフロメータ
１１ クランク角センサ
１３ コントロールユニット
１４ パワートランジスタ
１５ イグニッションコイル
１０１ 同時点火式点火装置
１０２ 要求点火時期計算手段
１０３ 点火時期補正量計算手段
１０４ 遅角下限値計算手段
１０５ 最終点火時期決定手段

Claims (4)

1. 圧縮工程から膨張行程を迎える気筒の点火プラグと排気行程から吸気行程を迎える気筒の点火プラグに同時に点火電流を供給する同時点火式点火装置と、
   エンジン運転状態に応じて要求点火時期ＡＤＶｂを計算する要求点火時期計算手段と、
   運転状態に応じて要求点火時期ＡＤＶｂを遅角側に補正する点火時期補正量ＡＡＤＶｄｌｔを計算する点火時期補正量計算手段と、
   を備えるエンジンにおいて、
   エンジン回転数とエンジン負荷に応じて遅角下限値ＡＤＶｌｉｍを計算する遅角下限値計算手段と、
   要求点火時期ＡＤＶｂと遅角下限値ＡＤＶｌｉｍを比較して進角側にある値を最終点火時期ＡＤＶとして決定する最終点火時期決定手段と、を備え、
   前記遅角下限値ＡＤＶｌｉｍはエンジン負荷が上昇するのにしたがって進角側に移行するように設定したことを特徴とするエンジンの点火時期制御装置。
2. 前記遅角下限値ＡＤＶｌｉｍは、エンジン回転数が上昇するのにしたがって進角側に移行するように設定したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火時期制御装置。
3. エンジンに吸入される空気量に対する燃料量の混合比を検出する混合比検出手段と、
   混合比がリーン側に移行するのにしたがって前記遅角下限値ＡＤＶｌｉｍが進角側に移行するように補正する遅角下限値補正手段とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの点火時期制御装置。
4. エンジンに吸入される空気を絞るスロットルバルブと、
   スロットルバルブの作動速度ΔＴＶＯを検出するスロットルバルブ作動速度検出手段と、
   スロットルバルブ作動速度ΔＴＶＯが上昇するのにしたがって前記遅角下限値ＡＤＶｌｉｍが進角側に移行するように補正する遅角下限値補正手段とを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジンの点火時期制御装置。

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