JP4321354B2

JP4321354B2 - 内燃機関の点火時期制御装置

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Publication number: JP4321354B2
Application number: JP2004151147A
Authority: JP
Inventors: 邦彦鈴木; 敬吉田; 利治野木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP2005330921A

Description

本発明は内燃機関の点火時期制御装置に関り、特に点火時期を最大トルクの発生する点火時期(ＭＢＴ：Minimum spark-advance for Best Torque) に補正する手段を有する内燃機関の点火時期制御装置に関する。

可変動弁機構を備えた内燃機関における最適点火時期制御に従来技術である点火時期マップによる制御を行うと、内燃機関の開発段階において膨大な数の点火マップを準備する必要があるため、ＥＣＵ(Engine Control Unit) のメモリ増大と適合工数の増大という問題があった。この多数のマップを用いることなくシリンダ内に供給される気体の内部エネルギをもとに理論式を用いてノック発生限界点火時期を演算する技術が開示されている
（特許文献１参照）。

特開２００３−４９７５８号公報

しかし、従来技術では、ＥＣＵにおいて上述の理論式の演算を行うには高いＣＰＵ能力が必要とされコストの問題があった。本発明はこの課題を解決するためになされたもので、多数のマップを用いたマッチング及び理論式の演算を行うことなく、機関運転中に検出された吸入空気量と点火時期に基づいて最適点火時期（最大トルク発生点）へのマッチングを運転者に違和感無く実施できる内燃機関の点火時期制御装置を提供することにある。内燃機関の運転時に運転者に違和感無く点火時期を最大トルクの発生する点火時期に補正することのできる内燃機関の点火時期制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、点火時期を可変とする手段と、吸入空気量を制御する手段と、車軸に掛かるトルクを検知する手段と、吸入空気量を検知する手段とを有する内燃機関の点火時期制御装置において、現在の点火時期を補正前点火時期とし、補正前点火時期と前記補正前点火時期の進角および遅角側に少なくとも一点以上点火時期を設定する手段と、点火時期の変化に基づき変動するトルクを検知し、前記変動トルクを一定値に保持するべく吸入空気量を制御する手段と、吸入空気量を検知し、前記点火時期と吸入空気量制御によって得られる点火時期と吸入空気量の関係を記録する手段と、補正前点火時期と進角側点火時期と遅角側点火時期における吸入空気量のうちで最小の吸入空気量を示す点火時期を最適点火時期とし、補正前点火時期を前記最適点火時期に補正する点火時期補正手段と、前記点火時期補正手段を少なくとも一回以上繰り返す手段と、補正前点火時期と前記点火時期補正手段を実施して求められる最適点火時期との差が、所定値以内又は差がなく前記点火時期補正手段を停止する手段と、を有する内燃機関の点火制御装置により達成される。

本発明によれば、多数のマップ及び理論式演算を行うことなく機関運転中に検出された吸気空気量と点火時期に基づいて最適点火時期（最大トルク発生点）へのマッチングを運転者に違和感を与えることなく実現することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において重複する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には吸気流路１１および排気流路１２が連通している。吸気流路１１にはエアフローセンサ１３が組付けられている。エアフローセンサ１３の下流にはスロットル弁１４が設けられている。スロットル弁１４はアクセル踏量とは独立にスロットル開度を制御することができる電子制御式スロットル弁である。スロットル弁の下流にはサージタンク１５が設けられている。サージタンク１５の下流には吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁１６が配置されている。吸気弁１７は電磁力で開弁操作を行う電磁駆動吸気弁であり、クランク軸とは独立に開閉動作する可変動弁機構を実現する。シリンダにはシリンダ内に電極部を露出させた点火プラグ１８が備えられている。さらにクランク軸には車軸にかかるトルクを検知するためのトルクセンサ１９が組付けられている。シリンダにはノックの発生を検知するためのノックセンサ２０が備えられている。アクセル踏量からドライバー要求トルクを推定するドライバー要求トルク演算装置であるアクセル踏量検出センサ２１が備えられている。また、変速機にはギヤポジションを検出するための装置２２が備えられている。

本実施形態のシステムはＥＣＵ２３を備えている。ＥＣＵ２３には前述した各種センサが接続されている。前述した電磁駆動吸気弁や燃料噴射弁などはＥＣＵ２３により制御されている。

以下に図を参照して本実施形態のシステムの動作を説明する。本実施形態の内燃機関は前述したようにＥＣＵ２３を備えている。ＥＣＵ２３には内燃機関の開発段階において、基本環境条件および基本機関運転条件の下で適合試験により予め作成された回転速度と負荷を両軸とした基本点火時期マップが備えられている。点火時期は回転速度と負荷とに基づいて基本点火時期マップデータから決定される。

内燃機関の最適点火時期、すなわちトルクの最大となる点火時期（ＭＢＴ）は環境条件および機関運転条件によって異なる。また、内燃機関の経時劣化によっても最適点火時期は変化する。したがって環境条件および機関運転条件が基本条件と異なる場合には点火時期を基本点火時期より補正する必要がある。

点火時期をＭＢＴを基準にして進角あるいは遅角させると点火時期の変化量に応じてトルクが減少する。複数点の点火時期を与えて点火時期に対応したトルクを検知し機関運転中にＭＢＴを試行錯誤的に検出できる。複数点の点火時期を与えてＭＢＴを検出する際には、トルクに変動が生じる。

本実施形態のシステムは吸気弁の開閉操作に電磁力を用いた電磁駆動吸気弁１７を備えている。電磁駆動により吸気弁の開弁特性を可変化でき、吸入空気量の制御をスロットル弁１４による制御に比して応答性良く実施できる。したがって電磁駆動吸気弁１７によるトルク制御は点火時期制御によるトルク変動を迅速に抑制するのに十分な応答性をもっている。

前述したような点火時期操作に基づき変動するトルクに追従させて電磁駆動吸気弁１７の開弁特性を制御し吸入空気量を制御することでトルク変動を迅速に抑制し、トルクを一定に保持することができる。トルクを一定に保持しつつ得られる吸入空気量と点火時期の関係からＭＢＴを求めることで、運転者に違和感なく運転中にＭＢＴを検出することができる。燃料噴射量は吸入空気量の増減に応じて決定されるためにシリンダ内に供給される混合気の空燃費に変化はない。

図２（ａ）はトルクと点火時期の関係を示した概念図である。点火時期とトルクの関係はＭＢＴを極大値としてＭＢＴの進角側および遅角側に変位するにしたがってトルクが減少する。また、トルクと点火時期の関係は環境条件および機関運転条件によって異なる。

図２（ａ）は過去のトルクと点火時期の関係に対して現在のトルクと点火時期の関係が遅角側に変化した場合の概念図である。補正前点火時期におけるトルクに比して進角側および遅角側に点火時期を設定した場合には遅角側の点火時期ほどトルクが増加する。図２（ｂ）は吸入空気量と点火時期の関係を説明する図である。吸入空気量を制御しトルクを補正前点火時期におけるトルクに保持すれば、吸入空気量と点火時期の関係として図２
（ｂ）に示すような関係が得られる。吸入空気量と点火時期の関係から、より小さい吸入空気量を示す点火時期すなわち補正前点火時期の遅角側にＭＢＴが存在することが判別され、遅角側点火時期が最適点火時期に設定される。

上述の処理を一回以上繰り返し実施することで図２（ｃ）のようなトルクと点火時期の関係および図２（ｄ）のような吸入空気量と点火時期の関係に至る。点火時期と吸入空気量の関係が下に凸になるとき、補正前点火時期と最適点火時期との差が、所定値以内又は差がなく一致し、現在の環境条件および機関運転条件における最適点火時期が検出されたと判断され、上述の繰り返し処理が終了される。

図３（ａ）は過去のトルクと点火時期の関係に対して現在のトルクと点火時期の関係が進角側に変化した場合の概念図である。補正前点火時期におけるトルクに比して進角側および遅角側に点火時期を設定した場合には点火時期を進角させるほどトルクが増加する。図３（ｂ）は吸入空気量と点火時期の関係を説明する図である。吸入空気量を制御しトルクを補正前点火時期におけるトルクに保持すれば、吸入空気量と点火時期の関係として図３（ｂ）に示すような関係が得られる。吸入空気量と点火時期の関係から、より小さい吸入空気量を示す点火時期すなわち補正前点火時期の進角側にＭＢＴが存在することが判別され、進角側点火時期が最適点火時期に設定される。

上述の処理を一回以上繰り返し実施することで図３（ｃ）のようなトルクと点火時期の関係、および図３（ｄ）のような吸入空気量と点火時期の関係に至る。点火時期と吸入空気量の関係が下に凸になるとき、補正前点火時期と最適点火時期との差が、所定値以内又は差がなく一致する。このとき現在の環境条件および機関運転条件における最適点火時期が検出されたと判断され、上述の繰り返し処理が終了される。

環境条件および機関運転条件によっては、ノック発生限界点火時期がＭＢＴの進角側に存在する場合がある。ノック発生限界点火時期とは点火時期を進角させた場合にノックが生じ始める直前の限界点火時期である。図４は現在のトルクと点火時期の関係において、ノック発生限界点火時期がＭＢＴの進角側に存在する場合に最適点火時期を決定する処理を説明するための図である。補正前点火時期の進角側に点火時期を設定し、ノックを生じた場合には進角側点火時期をノックの生じない点火時期にまで遅角させ、ノック発生限界点火時期として記録する。ノック発生限界点火時期がＭＢＴの進角側に存在する場合には、ノック発生限界点火時期および遅角側点火時期に点火時期を設定すると、点火時期を進角させるほど補正前点火時期におけるトルクに比してトルクが増加する。トルクを補正前点火時期におけるトルクに保持しつつ、吸入空気量を制御すれば吸入空気量と点火時期との間に図４（ｄ）に示すような関係が得られる。吸入空気量と点火時期の関係から、より小さい吸入空気量を示す点火時期としてノック発生限界点火時期が最適点火時期に設定され、上述の処理が終了される。

本実施形態のシステムでは、まず回転速度および負荷に所定値を超える変化を検知したとき、ＥＣＵ２３内に格納された点火時期マップをもとに点火時期が設定される。その後、図２乃至図４で説明した点火時期および吸入空気量の同時制御をもとに求められた点火時期と吸入空気量の関係から最適点火時期を検出し、環境条件および機関運転条件に対応した最適点火時期に点火時期を補正する。

図５はＥＣＵ２３が上述した機能を実現するために実行する点火時期補正ルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンではまず、ステップ１０１においてドライバー要求トルクの時間的変化が所定の値以下であるか、回転速度の時間的変化が所定の値以下であるか、ギヤポジションに変化がないかが検知され、いずれの変化量も所定値に満たない場合において定常運転状態であると判別され、ステップ１０２の処理へ続く。所定値とは内燃機関が定常運転中であるか否かを判定するための基準値である。ステップ１０２においてはトルクセンサ１９により軸トルクを、またエアフローセンサ１３により吸入空気量を検知し、現在の点火時期を補正前点火時期と定義する。

ステップ１０３においては補正前点火時期より進角側に点火時期を一点以上設定する。次にステップ１０４において点火時期を進角側に設定することによりノックが発生するか否かをノックセンサ２０により検知する。ノックが発生する場合には、ステップ１０５においてノックが発生しなくなる点火時期にまで進角側点火時期を遅角させる。ステップ
１０６において最初にノックが発生しなくなる点火時期をノック発生限界点火時期とし、ＥＣＵ２３内に記録する。ノックが発生しない場合には、ステップ１０７においてトルクセンサ１９により軸トルクを検知しつつ、軸トルクが補正前点火時期における軸トルクに比して小さくなる場合には、ステップ１０８において電磁駆動吸気弁１７のリフト量あるいは作用角を増加し、ステップ１０９において吸入空気量を検知し、吸入空気量を増加させることで軸トルクを増加させ、軸トルクを一定値に制御する。一方、軸トルクが補正前点火時期における軸トルクに比して大きくなる場合には、ステップ１０８において電磁駆動吸気弁１７のリフト量あるいは作用角を減少し、ステップ１０９において吸入空気量を検知し、吸入空気量を減少させることで軸トルクを減少させ、軸トルクを一定値に制御する。

ステップ１１０においては補正前点火時期より遅角側に点火時期を一点以上設定する。ステップ１１１においてトルクセンサ１９により軸トルクを検知しつつ、軸トルクが補正前点火時における軸トルクに比して小さくなる場合には、ステップ１１２において電磁駆動吸気弁１７のリフト量あるいは作用角を増加し、ステップ１１３において吸入空気量を検知し、吸入空気量を増加させることで軸トルクを増加させ、軸トルクを一定値に制御する。一方、軸トルクが補正前点火時期における軸トルクに比して大きくなる場合には、ステップ１１１において電磁駆動吸気弁１７のリフト量あるいは作用角を減少し、ステップ１１３において吸入空気量を検知し、吸入空気量を減少させることで軸トルクを減少させ、軸トルクを一定値に制御する。

ステップ１０３およびステップ１１０において、点火時期を現在の点火時期の進角側および遅角側に設定する際、点火時期の時間的変化量は、電磁駆動吸気弁１７のリフト量あるいは作用角の変化による吸入空気量変化の応答性にもとづき予め決定されている。

ステップ１０２からステップ１１３の処理において求められた点火時期と吸入空気量との関係のうちで最小の吸入空気量を示す点火時期をステップ１１４において最適点火時期とし、補正前点火時期を最適点火時期に補正する。補正前点火時期と最適点火時期とが一致するか否かをステップ１１５において判別し、異なる場合には上述の処理を繰り返す。また、ステップ１１５において、最小の吸入空気量を示す点火時期と予めステップ１０５で記録したノック発生限界点火時期とが一致した場合、上述の処理が終了される。

なお、ステップ１０１乃至１１５の処理を実施している間にドライバー要求トルクの時間的変化が所定の値以上となった場合や、回転速度の時間的変化が所定の値以上となった場合や、ギヤポジションに変化があった場合は直ちに処理を停止するものとする。

ところで、上述した実施の形態１においては、シリンダ内へ供給される空気量の制御に電磁駆動式の吸気弁を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち上記の機能は、機械式の可変動弁機構で実現することとしてもよい。その場合、ステップ１０３およびステップ１１０において、点火時期を現在の点火時期の進角側および遅角側に設定する際、点火時期の時間的変化量は、機械式の可変動弁機構のリフト量あるいは作用角の変化による吸入空気量変化の応答性にもとづき決定される。

実施の形態２．
図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは、図１に示す構成要素からトルクセンサ１９を除くものとする。

定常運転時においてはトルクの増加は回転速度の増加として現れ、トルクの減少は回転速度の減少として現れる。したがって図２乃至図４に示したトルクと点火時期の関係は、定常運転時に限って回転速度と点火時期の関係とほぼ等価である。

図７（ａ）は回転速度と点火時期の関係を示した概念図である。回転速度と点火時期の関係はＭＢＴを極大値としてＭＢＴの進角側および遅角側に変位するにしたがって回転速度が減少する。また、回転速度と点火時期の関係は環境条件および機関運転条件によって異なる。

図７（ａ）は過去の回転速度と点火時期の関係に対して現在の回転速度と点火時期の関係が遅角側に変化した場合の概念図である。補正前点火時期における回転速度に比して進角側および遅角側に点火時期を設定した場合には遅角側の点火時期ほど回転速度が増加する。図２（ｂ）は吸入空気量と点火時期の関係を説明する図である。吸入空気量を制御し回転速度を補正前点火時期における回転速度に保持すれば、吸入空気量と点火時期の関係として図７（ｂ）に示すような関係が得られる。吸入空気量と点火時期の関係から、より小さい吸入空気量を示す点火時期すなわち補正前点火時期の遅角側にＭＢＴが存在することが判別され、遅角側点火時期が最適点火時期に設定される。

上述の処理を一回以上繰り返し実施することで図７（ｃ）のような回転速度と点火時期の関係および図７（ｄ）のような吸入空気量と点火時期の関係に至る。点火時期と吸入空気量の関係が下に凸になるとき、補正前点火時期と最適点火時期とが一致し、現在の環境条件および機関運転条件における最適点火時期が検出されたと判断され、上述の繰り返し処理が終了される。

図８（ａ）は過去の回転速度と点火時期の関係に対して現在の回転速度と点火時期の関係が進角側に変化した場合の概念図である。補正前点火時期における回転速度に比して進角側および遅角側に点火時期を設定した場合には点火時期を進角させるほど回転速度が増加する。図８（ｂ）は吸入空気量と点火時期の関係を説明する図である。吸入空気量を制御し回転速度を補正前点火時期における回転速度に保持すれば、吸入空気量と点火時期の関係として図８（ｂ）に示すような関係が得られる。吸入空気量と点火時期の関係から、より小さい吸入空気量を示す点火時期すなわち補正前点火時期の進角側にＭＢＴが存在することが判別され、進角側点火時期が最適点火時期に設定される。

上述の処理を一回以上繰り返し実施することで図８（ｃ）のような回転速度と点火時期の関係、および図８（ｄ）のような吸入空気量と点火時期の関係に至る。点火時期と吸入空気量の関係が下に凸になるとき、補正前点火時期と最適点火時期とが一致する。このとき現在の環境条件および機関運転条件における最適点火時期が検出されたと判断され、上述の繰り返し処理が終了される。

環境条件および機関運転条件によっては、ノック発生限界点火時期がＭＢＴの進角側に存在する場合がある。ノック発生限界点火時期とは点火時期を進角させた場合にノックが生じ始める直前の限界点火時期である。図９は現在の回転速度と点火時期の関係において、ノック発生限界点火時期がＭＢＴの進角側に存在する場合に最適点火時期を決定する処理を説明するための図である。補正前点火時期の進角側に点火時期を設定し、ノックを生じた場合には進角側点火時期をノックの生じない点火時期にまで遅角させ、ノック発生限界点火時期として記録する。ノック発生限界点火時期がＭＢＴの進角側に存在する場合には、ノック発生限界点火時期および遅角側点火時期に点火時期を設定すると、点火時期を進角させるほど補正前点火時期における回転速度に比して回転速度が増加する。回転速度を補正前点火時期における回転速度に保持しつつ、吸入空気量を制御すれば吸入空気量と点火時期との間に図９（ｄ）に示すような関係が得られる。吸入空気量と点火時期の関係から、より小さい吸入空気量を示す点火時期としてノック発生限界点火時期が最適点火時期に設定され、上述の処理が終了される。

本実施形態のシステムでは、まず回転速度および負荷に所定値を超える変化を検知したとき、ＥＣＵ２３内に格納された点火時期マップをもとに点火時期が設定される。その後、図７乃至図９で説明した点火時期および吸入空気量の同時制御をもとに求められた点火時期と吸入空気量の関係から最適点火時期を検出し、環境条件および機関運転条件に対応した最適点火時期に点火時期を補正する。

図１０はＥＣＵ２３が上述した機能を実現するために実行する点火時期補正ルーチンのフローチャートである。図１０に示すルーチンではまず、ステップ１０１においてドライバー要求トルクの時間的変化が所定の値以下であるか、回転速度の時間的変化が所定の値以下であるか、ギヤポジションに変化がないかが検知され、いずれの変化量も所定値に満たない場合において定常運転状態であると判別され、ステップ２０１の処理へ続く。所定値とは内燃機関が定常運転中であるか否かを判定するための基準値である。ステップ201においては回転速度センサ２４により回転速度を、またエアフローセンサ１３により吸入空気量を検知し、現在の点火時期を補正前点火時期と定義する。

ステップ１０２においては補正前点火時期より進角側に点火時期を一点以上設定する。次にステップ１０２において点火時期を進角側に設定することによりノックが発生するか否かをノックセンサ２０により検知する。ノックが発生する場合には、ステップ１０４においてノックが発生しなくなる点火時期にまで進角側点火時期を遅角させる。ステップ
１０５において最初にノックが発生しなくなる点火時期をノック発生限界点火時期とし、ＥＣＵ２３内に記録する。ノックが発生しない場合には、ステップ２０２において回転速度センサ２４により回転速度を検知しつつ、回転速度が補正前点火時期における回転速度に比して小さくなる場合には、ステップ１０８において電磁駆動吸気弁１７のリフト量あるいは作用角を増加し、ステップ１０９において吸入空気量を検知し、吸入空気量を増加させることで回転速度を増加させ、回転速度を一定値に制御する。一方、回転速度が補正前点火時期における回転速度に比して大きくなる場合には、ステップ１０８において電磁駆動吸気弁１７のリフト量あるいは作用角を減少し、ステップ１０９において吸入空気量を検知し、吸入空気量を減少させることで回転速度を減少させ、回転速度を一定値に制御する。

ステップ１１０においては補正前点火時期より遅角側に点火時期を一点以上設定する。ステップ２０３において回転速度センサ２４により回転速度を検知しつつ、回転速度が補正前点火時における回転速度に比して小さくなる場合には、ステップ１１２において電磁駆動吸気弁１７のリフト量あるいは作用角を増加し、ステップ１０９において吸入空気量を検知し、吸入空気量を増加させることで回転速度を増加させ、回転速度を一定値に制御する。一方、回転速度が補正前点火時期における回転速度に比して大きくなる場合には、ステップ１１２において電磁駆動吸気弁１７のリフト量あるいは作用角を減少し、ステップ１０９において吸入空気量を検知し、吸入空気量を減少させることで回転速度を減少させ、回転速度を一定値に制御する。

ステップ１０１からステップ１１３の処理において求められた点火時期と吸入空気量との関係のうちで最小の吸入空気量を示す点火時期をステップ１１４において最適点火時期とし、補正前点火時期を最適点火時期に補正する。補正前点火時期と最適点火時期とが一致するか否かをステップ１１５において判別し、異なる場合には上述の処理を繰り返す。また、ステップ１１５においては、最小の吸入空気量を示す点火時期と予めステップ105で記録したノック発生限界点火時期とが一致した場合、上述の処理を終了する。

実施の形態３．
図１１を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは、図１に示す構成要素に加えて、シリンダにシリンダ内圧力を検知するための筒内圧センサ２６と、クランク軸にクランク回転角を検知するためのクランク回転角センサ２５を備えているものとする。また、本実施形態のシステムは図１に示す構成要素からトルクセンサ１９を除くものとする。

本実施形態のシステムは車軸にかかるトルクを、トルクセンサで直接検知せず、筒内圧センサ２６で検知された圧力とシリンダ内容積から求められる図示トルクで推定する点においてのみ、実施形態１のシステムと異なる。したがって、本実施形態における最適点火時期の検出方法は、実施形態１における図２乃至図４の説明と同様であり説明を省略する。

図１２はＥＣＵ２３が上述した機能を実現するために実行する点火時期制御ルーチンのフローチャートである。図１２に示すルーチンではまず、ステップ１０１においてドライバー要求トルクの時間的変化が所定の値以下であるか、回転速度の時間的変化が所定の値以下であるか、ギヤポジションに変化がないかが検知され、いずれの変化量も所定値に満たない場合において定常運転状態であると判別され、ステップ３０１の処理へ続く。所定値とは内燃機関が定常運転中であるか否かを判定するための基準値である。ステップ301において筒内圧センサ２６およびクランク回転角センサ２５により図示トルクを演算し、またエアフローセンサ１３により吸入空気量を検知し、現在の点火時期を補正前点火時期と定義する。

ステップ１０３においては補正前点火時期より進角側に点火時期を一点以上設定する。次にステップ１０４において点火時期を進角側に設定することによりノックが発生するか否かをノックセンサ２０により検知する。ノックが発生する場合には、ステップ１０５においてノックが発生しなくなる点火時期にまで進角側点火時期を遅角させる。ステップ
１０６において最初にノックが発生しなくなる点火時期をノック発生限界点火時期とし、ＥＣＵ２３内に記録する。ノックが発生しない場合には、ステップ３０２において筒内圧センサ２６およびクランク回転角センサ２５により図示トルクを演算しつつ、図示トルクが補正前点火時期における図示トルクに比して小さくなる場合には、ステップ１０８において電磁駆動吸気弁１７のリフト量あるいは作用角を増加し、ステップ１０９において吸入空気量を検知し、吸入空気量を増加させることで図示トルクを増加させ、図示トルクを一定値に制御する。一方、図示トルクが補正前点火時期における図示トルクに比して大きくなる場合には、ステップ１０８において電磁駆動吸気弁１７のリフト量あるいは作用角を減少し、ステップ１０９において吸入空気量を検知し、吸入空気量を減少させることで図示トルクを減少させ、図示トルクを一定値に制御する。

ステップ１１０においては補正前点火時期より遅角側に点火時期を一点以上設定する。ステップ３０３において筒内圧センサ２６およびクランク回転角センサ２５により図示トルクを検知しつつ、図示トルクが補正前点火時における図示トルクに比して小さくなる場合には、ステップ１１２において電磁駆動吸気弁１７のリフト量あるいは作用角を増加し、ステップ１１３において吸入空気量を検知し、吸入空気量を増加させることで図示トルクを増加させ、図示トルクを一定値に制御する。一方、図示トルクが補正前点火時期における図示トルクに比して大きくなる場合には、ステップ１１２において電磁駆動吸気弁
１７のリフト量あるいは作用角を減少し、ステップ１１３において吸入空気量を検知し、吸入空気量を減少させることで図示トルクを減少させ、図示トルクを一定値に制御する。

ステップ１０１からステップ１１３の処理において求められた点火時期と吸入空気量との関係のうちで最小の吸入空気量を示す点火時期をステップ１１４において最適点火時期とし、補正前点火時期を最適点火時期に補正する。補正前点火時期と最適点火時期とが一致するか否かをステップ１１５において判別し、異なる場合には上述の処理を繰り返す。また、ステップ１１５において、最小の吸入空気量を示す点火時期と予めステップ１０６で記録したノック発生限界点火時期とが一致した場合、上述の処理が終了される。

実施の形態４．
図１３を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成要素から電磁駆動吸気弁１７を除くものとする。

本実施形態のシステムは、吸気流路にアクセル踏量とは独立にスロットル開度を制御することができる電子制御式スロットル弁１４が備えられている。吸入空気量の制御に可変動弁機構を用いずに、前記電子制御式スロットル弁１４を用いることのみ実施形態１のシステムと異なる。したがって、本実施形態における最適点火時期の検出方法は、実施形態１における図２乃至図４の説明と同様であり説明を省略する。

図１４はＥＣＵ２３が上述した機能を実現するために実行する点火時期補正ルーチンのフローチャートである。図１４に示すルーチンではまず、ステップ１０１においてドライバー要求トルクの時間的変化が所定の値以下であるか、回転速度の時間的変化が所定の値以下であるか、ギヤポジションに変化がないかが検知され、いずれの変化量も所定値に満たない場合において定常運転状態であると判別され、ステップ１０２の処理へ続く。所定値とは内燃機関が定常運転中であるか否かを判定するための基準値である。ステップ102においてはトルクセンサ１９により軸トルクを、またエアフローセンサ１３により吸入空気量を検知し、現在の点火時期を補正前点火時期と定義する。

ステップ１０３においては補正前点火時期より進角側に点火時期を一点以上設定する。次にステップ１０４において点火時期を進角側に設定することによりノックが発生するか否かをノックセンサ２０により検知する。ノックが発生する場合には、ステップ１０５においてノックが発生しなくなる点火時期にまで進角側点火時期を遅角させる。ステップ
１０６において最初にノックが発生しなくなる点火時期をノック発生限界点火時期とし、ＥＣＵ２３内に記録する。ノックが発生しない場合には、ステップ１０７においてトルクセンサ１９により軸トルクを検知しつつ、軸トルクが補正前点火時期における軸トルクに比して小さくなる場合には、ステップ４０１において電子制御式スロットル弁１４の開口面積を増加し、ステップ１０９において吸入空気量を検知し、吸入空気量を増加させることで軸トルクを増加させ、軸トルクを一定値に制御する。一方、軸トルクが補正前点火時期における軸トルクに比して大きくなる場合には、ステップ４０１において電子制御式スロットル弁１４の開口面積を減少し、ステップ１０９において吸入空気量を検知し、吸入空気量を減少させることで軸トルクを減少させ、軸トルクを一定値に制御する。

ステップ１１０においては補正前点火時期より遅角側に点火時期を一点以上設定する。ステップ１１１においてトルクセンサ１９により軸トルクを検知しつつ、軸トルクが補正前点火時における軸トルクに比して小さくなる場合には、ステップ４０２において電子制御式スロットル弁１４の開口面積を増加し、ステップ１１３において吸入空気量を検知し、吸入空気量を増加させることで軸トルクを増加させ、軸トルクを一定値に制御する。一方、軸トルクが補正前点火時期における軸トルクに比して大きくなる場合には、ステップ４０２において電子制御式スロットル弁１４の開口面積を減少し、ステップ１１３において吸入空気量を検知し、吸入空気量を減少させることで軸トルクを減少させ、軸トルクを一定値に制御する。

ステップ１０３およびステップ１１０において、点火時期を現在の点火時期の進角側および遅角側に設定する際、点火時期の時間的変化量は、電子制御式スロットル弁１４の開口面積の変化による吸入空気量変化の応答性にもとづき予め決定されている。実施の形態１で述べた電磁駆動吸気弁による吸入空気量制御に比して、電子制御式スロットル弁による吸入空気量制御の応答性は低い。したがって、点火時期の時間的変化量を電磁駆動吸気弁による場合と比較して小さく設定されている。

以上説明したように発明によれば点火時期を種々に変化させて生じるトルクの変動を吸入空気量を制御することで相殺し、トルクを一定に保持する。その際求められる吸入空気量と点火時期との関係から、吸入空気量の最小となる点火時期を検出するため、機関運転時に運転者に違和感を与えることなく点火時期をＭＢＴに設定することができる。

また発明によれば、可変動弁機構の開弁特性を変化させることにより吸入空気量を制御するために、応答性良くトルクを制御することができる。そのため点火時期の変化により生じるトルクの変動に追随させてトルクを制御し、点火時期を変化させつつトルクを一定に保持することができる。

また発明によれば、吸気流路にアクセル踏量とは独立して流路開口面積を可変とする弁機構を備えており、流路開口面積を変化させることにより吸入空気量を制御し、トルクを制御することができる。そのため点火時期の変化により生じるトルクの変動に追随させてトルクを制御し、点火時期を変化させつつトルクを一定に保持することができる。

また発明によれば、点火時期を現在の点火時期の進角側および遅角側に一点以上設定する際、前記点火時期の時間的変化量が吸入空気量制御手段の応答性にもとづき決定されるために、点火時期の変化により生じるトルクの変動に遅れなくトルクを制御でき、点火時期を変化させつつもトルクを一定に保持することができる。

また発明によれば、車軸に掛かるトルクを直接検知するために、ＭＢＴを精度良く求めることができる。

また発明によれば、定常運転時に回転速度の変化を検知することで車軸に掛かるトルクの変化を検知することができる。

また発明によれば、シリンダ内圧力とクランク角度を検知し、図示トルクを演算することで車軸に掛かるトルクを精度良く推定することができる。少なくとも一つシリンダのシリンダ内圧力を検知するのみで車軸に掛かるトルクの変動を推定することができるために、車軸に掛かるトルクの変動を抑制することができる。

また発明によれば、ノック発生限界点火時期がＭＢＴより遅角側に存在する場合に、点火時期をノック発生点火時期に設定することができる。

また発明によれば、ドライバー要求トルク，回転速度およびギヤポジションに時間的変化があるとき点火時期補正を停止するため、点火時期補正の誤作動を防ぐことができる。

本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。補正前点火時期が現在のＭＢＴの進角側にある場合の、トルクと点火時期，吸入空気量と点火時期の関係を表した図である。補正前点火時期が現在のＭＢＴの遅角側にある場合の、トルクと点火時期，吸入空気量と点火時期の関係を表した図である。ノック発生限界点火時期が現在のＭＢＴの遅角側にある場合の、トルクと点火時期，吸入空気量と点火時期の関係を表した図である。本発明の実施の形態１において、最適点火時期を求めるために実行されるルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態２の構成を説明するための図である。補正前点火時期が現在のＭＢＴの進角側にある場合の、回転速度と点火時期，吸入空気量と点火時期の関係を表した図である。補正前点火時期が現在のＭＢＴの遅角側にある場合の、回転速度と点火時期，吸入空気量と点火時期の関係を表した図である。ノック発生限界点火時期が現在のＭＢＴの遅角側にある場合の、回転速度と点火時期，吸入空気量と点火時期の関係を表した図である。本発明の実施の形態２において、最適点火時期を求めるために実行されるルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態３の構成を説明するための図である。本発明の実施の形態３において、最適点火時期を求めるために実行されるルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態４の構成を説明するための図である。本発明の実施の形態４において、最適点火時期を求めるために実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…吸気流路、１２…排気流路、１３…エアフローセンサ、１４…電子制御式スロットル弁、１５…サージタンク、１６…燃料噴射弁、１７…電磁駆動吸気弁、１８…点火プラグ、１９…トルクセンサ、２０…ノックセンサ、２１…アクセル踏量検出センサ、２２…ギヤポジションセンサ、２３…ＥＣＵ(Engine Control Unit) 、２４…回転速度センサ、２５…クランク回転角センサ、２６…筒内圧センサ。

Claims

点火時期を可変とする点火時期制御手段と、
吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
車軸に掛かるトルクを検知するトルク検知手段と、
吸入空気量を検知する手段とを有する内燃機関の点火時期制御装置において、
前記点火時期制御手段は、現在の点火時期を補正前点火時期とし、補正前点火時期と前記補正前点火時期の進角側と遅角側のそれぞれに少なくとも一点以上点火時期を設定し、
前記トルク検知手段は、点火時期の変化に基づき変動する変動トルクを検知し、
前記吸入空気量制御手段は、前記変動トルクが一定値になるように吸入空気量を制御し、
前記点火時期制御装置は、前記補正前点火時期と進角側点火時期と遅角側点火時期における吸入空気量のうちで最小の吸入空気量を示す点火時期を最適点火時期とし、補正前点火時期を前記最適点火時期に補正する点火時期補正手段を有することを特徴とする点火時期制御装置。
前記点火時期補正手段を少なくとも一回以上繰り返し、補正前点火時期と前記点火時期補正手段を実施して求められる最適点火時期との差が予め所定値内となったとき又は前記差がなくなったとき前記点火時期補正手段を停止することを特徴とする請求項１記載の点火時期制御装置。
吸気弁に開弁特性を可変とする可変動弁機構と、
前記可変動弁機構の開弁特性を変化させることで吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の点火時期制御装置。
吸気流路にアクセル踏量とは独立して流路開口面積を可変とする弁機構と、
前記弁機構により流路開口面積を変化させることで吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の点火時期制御装置。
点火時期を現在の点火時期の進角側および遅角側のそれぞれに一点以上設定する際、前記点火時期の時間的変化量を吸入空気量制御手段の応答性にもとづき決定する手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の点火時期制御装置。
内燃機関の回転速度を検知する手段と、
定常運転時に前記回転速度の変化を検知することで車軸に掛かるトルクの変化を推定する手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の点火時期制御装置。
少なくとも一つのシリンダにシリンダ内圧力を検知する手段と、
クランク回転角を検知する手段と、前記シリンダ内圧力から図示トルクを演算する手段と、前記図示トルクから車軸に掛かるトルクを推定する手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の点火時期制御装置。
ノックの発生を検知する手段と、
点火時期を補正前点火時期の進角側に設定しノックが発生したとき、前記進角側点火時期をノックの発生限界まで遅角させノック発生限界点火時期として記録する手段と、前記ノック発生限界点火時期と補正前点火時期と遅角側点火時期における吸入空気量のうちで最小の吸入空気量を示す点火時期を最適点火時期とし、補正前点火時期を前記最適点火時期に補正する点火時期補正手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の点火時期制御装置。
アクセル踏量からドライバー要求トルクを演算する手段と、
前記ドライバー要求トルクの時間的変化が所定の値以上であるときに点火時期補正手段を停止する手段と、
回転速度を検知する手段と、
前記回転速度の時間的変化が所定の値以上であるときに点火時期補正手段を停止する手段と、
ギヤポジションを検知する手段と、
前記ギヤポジションに変化があるときに点火時期補正手段を停止する手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載の点火時期制御装置。