JP3838006B2

JP3838006B2 - 内燃機関の点火時期制御装置

Info

Publication number: JP3838006B2
Application number: JP2000265868A
Authority: JP
Inventors: 昌彦祐谷
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: US20020026925A1; JP2002070706A; US6598588B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の始動（クランキング）時の点火時期制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の点火時期制御として、始動後の機関回転速度を目標回転速度に達しない状態から最適な点火時期に制御するものがあるが、このものでは、前記目標回転速度に達するまでは、該フィードバック制御が行なわれず、点火時期が最適値からずれる可能性があった（特開平６−１３７２４６号公報参照）。
【０００３】
また、始動時に燃焼状態を見ながら、初爆後、連爆（連続した爆発）が検出されないときは、点火時期を進角させるようにしたものもあるが、連爆検出されない状態が継続した場合には、燃焼している気筒では燃焼室温度が上昇して、着火遅れが減少することにより、要求点火時期が遅角側にシフトされる。このため、この状態で点火時期を進角させると、過早着火を生じて機関が逆トルクを発生する惧れがあった（特開平８−８６２３６号公報参照）。
【０００４】
また、点火時期を、始動時の遅角側に固定された制御から始動後の通常制御に移行する際に、通常制御時の目標点火時期まで徐々に進角させてトルク変動を防止するようにしたものもあるが、始動時の点火時期は、遅角側に固定された従来一般的な制御である（特開２０００−９００６号公報参照）。
以上のように、従来の始動時の点火時期制御は、一般的に遅角側に固定され、進角補正を行うものでは過早着火が発生する問題があり、最適な制御を確保できるものではなかった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、始動時に過早着火を抑制しつつ最適な点火時期に制御することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１にかかる発明は、
内燃機関の始動（クランキング）時の点火時期を、初爆後回転速度の増大に応じて進角限界値まで進角して設定し、該進角限界値を所定期間保持した後、燃焼室温度の増大に応じて増大するように設定した遅角補正量により補正制御することを特徴とする
請求項１に係る発明によると、始動（クランキング）時に、始動操作後の燃焼室温度変化が推定乃至検出され、該燃焼室温度の上昇に応じて点火時期を遅角するような補正制御を行なう。
【０００７】
このようにすれば、上記始動操作後の燃焼室温度上昇に応じた点火時期補正が行なわれるので、通常の始動操作時は、過進角の可能性を考慮することなく、ＭＢＴ（最大トルク発生点火時期）など最適な点火時期に設定することができ、始動性能を向上させることができる。
また、操作異常などによってクランキングが長引き燃焼室温度が上昇して要求点火時期が遅角側にシフトした場合は、点火時期が遅角補正されて要求点火時期に適合するので、発生トルクの低下を防止できる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、
始動時の燃焼室温度の上昇を、始動操作後の点火回数を計測して推定し、該計測値に基づいて点火時期の遅角補正量を設定して、点火時期を補正制御することを特徴とする。
請求項２に係る発明によると、
始動操作後の点火回数を計測することにより、始動操作後の燃焼による燃焼室温度の上昇変化を高精度に推定でき、以って上記点火時期の補正制御を高精度に行うことができる。
【０００９】
また、請求項３に係る発明は、
前記始動時の燃焼室温度の上昇を、始動操作後の経過時間を計測して推定し、該経過時間に基づいて点火時期の遅角補正量を設定して、点火時期を補正制御することを特徴とする。
請求項３に係る発明によると、
始動操作後の経過時間は点火回数と略比例的であるから、該経過時間の計測によっても、始動操作後の燃焼室温度の上昇変化を精度良くかつ簡易に推定でき、以って上記点火時期の補正制御を高精度に行うことができる。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、
前記計測された始動操作後の点火回数又は経過時間に対して、遅角補正量を徐々に増大するように設定することを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、
前記遅角補正量による遅角補正時の点火時期変化が緩やかとなってトルク変動を抑制できる。
【００１１】
また、請求項５に係る発明は、
機関運転終了後、短時間経過後の再始動であることを判定したときに、該再始動時の点火時期を、遅角側に補正して設定することを特徴とする。
請求項５に係る発明によると、
機関運転終了後、短時間経過後の再始動時（ホットリスタート時；以下単に再始動時という）は、燃焼室温度が高温に維持されているので、始めから始動時の点火時期を遅角補正することにより、過早着火を防止して良好な再始動性能を確保できる。
【００１２】
また、請求項６に係る発明は、
内燃機関の始動（クランキング）時の点火時期を、燃焼室温度の増大に応じて増大するように設定した遅角補正量により補正制御すると共に、機関運転終了後、短時間経過後の再始動であることを判定したときに、該再始動時の点火時期を、遅角側に補正して設定することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る内燃機関の点火装置の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る点火装置を備えた内燃機関のシステム構成を示す。図において、アクセルペダルに配設されたアクセル開度センサ１は、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量を検出する。
【００１４】
機関２に配設されたクランク角センサ３は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度Ｎｅを検出できる。
機関２の吸気通路４に配設されたエアフローメータ５は、機関２への単位時間当りの吸入空気量を検出する。
【００１５】
機関２のシリンダブロックに配設された水温センサ６は、機関２の冷却水温度を検出する。
機関２のシリンダ部には、燃焼室７内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁８、燃焼室７内で火花点火を行う点火栓９が設けられる。また、前記点火栓９に接続して点火コイル１０が設けられ、該点火コイル１０は、パワートランジスタのオン・オフを介して通電駆動されるように構成されている。
【００１６】
また、前記吸気通路４には、スロットル弁１１が介装され、該スロットル弁１１の開度を電子制御可能なスロットル弁制御装置１２と、スロットル弁１１の開度を検出するスロットルセンサ１３とが備えられている。
一方、機関４の排気通路１４には、排気中の酸素等の特定成分から空燃比を検出する空燃比センサ１５、上流側排気浄化触媒１６、下流側排気浄化触媒１７、マフラー１８が設けられている。
【００１７】
前記各種センサ類及びイグニションスイッチ１９、スタータスイッチ２０、バッテリ電圧Ｖｂ等の検出信号は、コントロールユニット２１へ入力され、該コントロールユニット２１は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記スロットル弁制御装置１２を介してスロットル弁１１の開度を制御し、前記燃料噴射弁８を駆動して燃料噴射量を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓９を点火させる制御を行う。
【００１８】
さらに、機関の排気通路１４から吸気通路４に排気の一部を還流するＥＧＲ通路２２と、該ＥＧＲ通路２２に介装されたＥＧＲバルブ２３からなるＥＧＲ装置が設けられる。
次に、本発明にかかる始動（クランキング）時の点火時期制御について説明する。
【００１９】
まず、該始動時に要求される点火時期特性を図９に基づいて説明する。通常始動時（冷機始動時）の要求点火時期は、図９の（Ａ）に示すように変化する。
まず、スタータスイッチをオン操作する始動操作時から燃焼が開始される初爆時までは、極低回転であり着火遅れ相当のクランク角が小さいので、要求点火時期は大きく遅角された時期にある。初爆後回転速度が増大し、着火遅れ相当のクランク角が増大するに従って、要求点火時期は進角された時期にシフトされる。始動時の発生トルクを最大にして始動性能を向上させるためには、点火時期を上記要求点火時期に合わせて制御するのがよい。
【００２０】
しかし、クランキングが長引いた場合は、燃焼によって燃焼室温度が上昇し、着火遅れが減少するので、要求点火時期が遅角側にシフトする（図９（Ｂ）参照）。したがって、該燃焼室の温度上昇を考慮せず上記要求点火時期のまま点火時期制御を行うと、要求より進角した点火時期で点火され、過早着火が発生し、機関の耐久性に影響を与えることになる。
【００２１】
既述したように、一般的な従来制御では、クランキングの点火時期を固定値に制御しているが、上記過進角を回避するため、図９（Ａ）のａのように回転速度上昇前の要求点火時期に合わせて遅角側に固定する場合、回転速度が上昇したときに要求点火時期が進角するため、該点火時期のずれによって発生トルクが低下し、始動性能が損なわれる。
【００２２】
また、回転速度上昇後の進角された要求点火時期に合わせて、図９（Ａ）のｂのように固定すると、該回転速度が上昇した領域での発生トルクは大きくなるが、初爆前のクランキング初期及びクランキングが長時間継続して燃焼室温度が上昇したときの要求点火時期に対しては、過進角となってしまい、発生トルクが低下するのみならず、機関の耐久性に影響を与える。
【００２３】
そこで、本発明では、クランキング時の点火時期制御を実際の要求点火時期に見合った点火時期制御を行う。
第１の実施の形態に係る点火時期制御を、図２に示したフローチャートに従って説明する。
ステップ１では、スタータスイッチ２０がオンされたかを判定する。
【００２４】
スタータスイッチ２０がオンされた、つまり、始動操作されたと判定されたときは、ステップ２へ進み、以下のように基本点火時期を設定する。すなわち、初爆前までは、極低回転であるため、基本点火時期を、大きく遅角した点火時期に設定するが、初爆後は回転速度の増大に応じて進角補正量を増大して設定する。次いで、ステップ３では、始動操作後の点火回数が所定値以上であるかを判定し、所定値未満のときは、ステップ４へ進んで前記ステップ２で設定された基本点火時期を、最終的な点火時期として設定し、該点火時期に制御する。
【００２５】
また、ステップ３で始動操作後の点火回数が所定値以上と判定されたときは、ステップ５へ進んで、前記ステップ２で設定された基本点火時期を所定量遅角補正して最終的な点火時期をして設定し、該点火時期に制御する。
ステップ６では、スタータスイッチ２０がオフされたか、つまり始動（クランキング）が終了したかを判定する。そして、スタータスイッチ２０がオフされず、クランキング中と判定された場合は、ステップ３へ戻り、スタータスイッチ２０がオフされた、つまりクランキングが終了したと判定された場合は、上記始動時の点火時期制御を終了し、ステップ７へ進んで始動後の機関回転速度，負荷などに基づく通常時点火時期制御を行なう。
【００２６】
このようにすれば、図３に示すように、始動操作後、初爆までは十分に遅角され、初爆後は回転速度の増大に応じて進角された、要求に見合った点火時期に制御できる。すなわち、過進角の可能性を考慮することなく最適な点火時期に制御することができ、発生トルクを十分大きく確保でき、良好な始動性能を得ることができる。
【００２７】
また、操作異常などによってクランキングが長引き所定の点火回数に達した後は、遅角補正されるので（図３実線参照）、燃焼回数の増大に応じて燃焼室温度が上昇することにより遅角側にシフトする要求点火時期に見合った点火時期制御を行うことができ、過進角による発生トルクの低下を防止でき、逆トルクの発生による耐久性への影響を回避できる。
【００２８】
また、上記所定の点火回数に達した後、点火回数の増大に応じて点火時期の遅角補正量を増大して設定するようにしてもよく、点火時期変化が緩やかとなってトルク変動を抑制できる（図３一点鎖線参照）。
次に、第２の実施の形態にかかる点火時期制御について説明する。該第２の実施の形態では、第１の実施の形態で始動操作後の点火回数に基づいて燃焼室温度の上昇を推定したのに代えて、始動後の経過時間に基づいて燃焼室温度の上昇を推定するようにしたものである。
【００２９】
すなわち、該第２の実施の形態にかかる点火時期制御を示す図４のフローチャートにおいて、ステップ１３で始動後の経過時間が所定時間以上かを判定する点のみが、図２と相違する。
始動操作後の経過時間は点火回数と略比例的であるから、該経過時間の計測によっても、始動操作後の燃焼室温度の上昇変化を精度良くかつ簡易に推定でき、以って上記点火時期の補正制御を高精度に行うことができる。このものでも、経過時間が所定時間に達した後、経過時間の増大に応じて点火時期の遅角補正量を増大して設定するようにしてもよく、前記同様に点火時期変化が緩やかとなってトルク変動を抑制できる。
【００３０】
次に、第３の実施の形態にかかる点火時期制御について説明する。
このものは、再始動時を判定したときに、始動初期から遅角補正を行なうようにしたものである。
本実施の形態を示す図５において、ステップ２１でのスタータスイッチ２０のオン判定後、ステップ２２では、始動時の水温が所定値以上か、あるいは前回運転終了から所定時間以内かなどによって、再始動時であるかを判定する。
【００３１】
ステップ２２で再始動でなく通常始動時（冷機始動時）と判定されたときは、ステップ２４へ進み、前記第１又は第2の実施の形態と同様にして通常始動時の点火時期制御を行なう。
また、ステップ２２で再始動時と判定されたときは、ステップ２３へ進み、点火時期を通常始動時より遅角補正して制御する。これは、再始動時は燃焼室温度が高温に維持されているため、着火遅れが通常始動時に比較して小さいためである。具体的には、始動操作時の初期値及び初爆後機関回転速度の増大によって進角補正されるときの限界値を遅角側に補正する（図６参照）。但し、始動操作時の初期値については、通常始動時でも十分遅角側に設定している場合には、それ以上遅角しなくてもよい。また、再始動の判定で用いられる始動時水温が高いときほど、あるいは運転終了後から再始動までの経過時間が短いときほど、遅角補正量を大きくしてもよい。
【００３２】
始動操作後、点火回数が所定回数を超えあるいは経過時間が所定時間を超えたときに、燃焼室温度の上昇に対応して更に点火時期を遅角補正することは、通常始動時と同様である。但し、再始動時の燃焼室温度が十分に高温に維持されていることを検出して、回転速度上昇時の遅角補正量を十分大きくした場合には、それ以上の遅角補正を行なわないようにしてもよい。
【００３３】
ステップ２５でスタータスイッチ２０がオフされたかを判定し、オフされたと判定されたときは、始動時の点火時期制御を終了し、ステップ２６で始動後の点火時期制御を行なう。
このようにすれば、通常始動時のみならず、再始動時にも過進角を防止して、発生トルクを確保することにより始動性能を高めることができる。
【００３４】
次に、第４の実施の形態にかかる点火時期制御について説明する。
このものでは、図７に示すように、燃焼室の温度を直接検出する筒内温度センサ３１を配設し、該センサ３１で検出された燃焼室温度に応じた点火時期制御を行う。
すなわち、該点火時期制御を示す図８のフローチャートにおいて、ステップ３１のスタータスイッチ２０のオン判定後、ステップ３２では、前記筒内温度センサ３１で検出された燃焼室温度を読み込む。
【００３５】
ステップ３３では、前記検出された燃焼室温度に基づいて、燃焼室温度が高く始動初期から遅角補正が必要か（再始動時）かを判定する。
そして、前記始動初期からの遅角補正が必要ない通常始動時と判定されたときは、ステップ３５へ進み、前記第１又は第2の実施の形態と同様にして通常始動時の点火時期制御を行なう。
【００３６】
また、ステップ３３で遅角補正が必要と判定されたときは、ステップ３４へ進み、前記第３の実施の形態のステップ２４と同様にして点火時期を通常始動時より遅角補正して制御する。この場合も、検出された燃焼室温度が高いときほど、遅角補正量を大きく設定するようにしてもよい。
ステップ３６でスタータスイッチ２０がオフされたかを判定し、オフされたと判定されたときは、始動時の点火時期制御を終了し、ステップ３７で始動後の点火時期制御を行なう。
【００３７】
このようにすれば、通常始動時及び遅角補正の必要な再始動時にも、始動操作時から始動終了まで、実際に検出された燃焼室温度に基づいて要求点火時期に正確に適合した点火時期に制御することができ、最適な始動性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１〜第３の実施の形態に共通する全体システム構成図。
【図２】第１の実施の形態における点火時期制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】第１の実施の形態における始動時点火時期特性を示すタイムチャート。
【図４】第２の実施の形態における点火時期制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】第３の実施の形態における点火時期制御ルーチンを示すフローチャート。
【図６】第３の実施の形態における再始動時の点火時期特性を示すタイムチャート。
【図７】第４の実施の形態の全体システム構成図。
【図８】第４の実施の形態における点火時期制御ルーチンを示すフローチャート。
【図９】始動時の要求点火時期を示す図。
【符号の説明】
２機関
３クランク角センサ
６水温センサ
７燃焼室
９点火栓
10 点火コイル
20 スタータスイッチ
21 コントロールユニット
31 筒内温度センサ

Claims

内燃機関の始動（クランキング）時の点火時期を、初爆後回転速度の増大に応じて進角限界値まで進角して設定し、該進角限界値を所定期間保持した後、燃焼室温度の増大に応じて増大するように設定した遅角補正量により補正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。
始動時の燃焼室温度の上昇を、始動操作後の点火回数を計測して推定し、該計測値に基づいて点火時期の遅角補正量を設定して、点火時期を補正制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
前記始動時の燃焼室温度の上昇を、始動操作後の経過時間を計測して推定し、該経過時間に基づいて点火時期の遅角補正量を設定して、点火時期を補正制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
前記計測された始動操作後の点火回数又は経過時間に対して、遅角補正量を徐々に増大するように設定することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
機関運転終了後、短時間経過後の再始動であることを判定したときに、該再始動時の点火時期を、遅角側に補正して設定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の点火時期制御装置。
内燃機関の始動（クランキング）時の点火時期を、燃焼室温度の増大に応じて増大するように設定した遅角補正量により補正制御すると共に、機関運転終了後、短時間経過後の再始動であることを判定したときに、該再始動時の点火時期を、遅角側に補正して設定することを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。