JP4425456B2

JP4425456B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4425456B2
Application number: JP2000378319A
Authority: JP
Inventors: 研之助成田; 五男久保
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2020-12-13
Also published as: JP2002180942A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の点火時期制御装置に関し、特に内燃機関のアイドル時の点火時期制御を行うものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関がアイドル以外の運転状態にあるときは、機関回転数及び吸気管内圧力に応じて、機関出力が最大となる最適点火時期に設定する一方、機関のアイドル時においては、点火時期をアイドル以外の運転状態にあるときより遅角側に設定し、安定した燃焼を確保するようにした点火時期制御装置が従来より知られている（例えば特許第２７１４０６２号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
アイドル時の点火時期を、上記最適点火時期に設定することは、燃料消費を低減する上では好ましいが、燃焼が不安定化をしやすく、その結果機関回転の不安定化や未燃ガスの排出量の増加を招く可能性が高くなる。したがって、上記従来技術のように、アイドル時においては、最適点火時期より遅角側に点火時期を設定することが有効である。しかしながら、機関の燃焼安定性が確保できるときは、アイドル時においても点火時期を最適点火時期に設定することが望まれる。
【０００４】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関のアイドル時の点火時期を適切に制御し、機関の燃焼安定性を確保しつつ、可能な限り最適点火時期への設定を行い、燃費を改善することができる点火時期制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の回転数及び吸気管内圧力に応じて前記機関の出力が最大となるように設定された第１の点火時期特性に基づいて前記機関の点火時期を算出する第１の点火時期算出手段を備える内燃機関の制御装置において、前記機関のアイドル時の回転数が目標回転数と一致するように前記機関の吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、前記目標回転数が増加するほど前記点火時期が進角するように設定された第２の点火時期特性に基づいて前記点火時期を算出する第２の点火時期算出手段と、前記機関のアイドル時であって、且つ前記機関が搭載された車両の駆動系と、前記機関とが連結されている第１の状態では、前記第１の点火時期算出手段により算出される点火時期を選択する一方、前記機関のアイドル時であって、且つ前記駆動系と、前記機関とが連結されていない第２の状態では、前記第２の点火時期算出手段により算出される点火時期を選択する点火時期選択手段とを備え、前記点火時期選択手段は、前記第２の状態において、前記第１の点火時期算出手段により算出される点火時期が前記第２の点火時期算出手段により算出される点火時期より遅角側となる高負荷アイドル状態に移行したときは、前記第２の点火時期算出手段により算出される点火時期を前記第１の点火時期算出手段により算出される点火時期に変更し、前記第２の点火時期算出手段は、前記第１の状態から前記第２の状態へ移行したときは、前記第１の点火特性に基づいて算出される点火時期から前記第２の点火特性に基づいて算出される点火時期へ徐々に移行させ、前記点火時期選択手段により選択された点火時期に応じて前記機関の点火を行うことを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、機関のアイドル時に機関回転数が目標回転数と一致するように吸入空気量が制御され、機関のアイドル時であって、且つ当該車両の駆動系と、機関とが連結されている第１の状態では、機関の回転数及び吸気管内圧力に応じた第１の点火時期特性に基づいて算出され、機関の出力を最大とする点火時期が選択される一方、機関のアイドル時であって、且つ駆動系と、機関とが連結されていない第２の状態では、アイドル時の目標回転数が増加するほど点火時期が進角するように設定された第２の点火時期特性に基づいて算出される点火時期が選択される。車両駆動系と機関とが連結されている第１の状態では、駆動系の負荷が抵抗になりそれに対応して、機関の負荷が増大して吸入空気量が増加するため、第１の点火時期特性に基づく点火時期設定を行っても、燃焼安定性が損なわれることがなく、第１の点火時期特性を採用することにより、良好な燃費を得ることができる。また車両駆動系と機関とが連結されていない第２の状態では、アイドル用に設定された第２の点火時期特性に基づいて算出される点火時期が選択されるので、安定した燃焼を確保し、機関回転の不安定化及び未燃燃料の排出を確実に防止することができる。また第２の点火時期特性は、アイドル時の目標回転数に応じて設定されるので、検出される機関回転数に応じて設定する場合に比べて機関回転をより安定化することができる。また第２の状態において、第１の点火時期特性に基づいて算出される点火時期の方が第２の点火時期特性に基づいて算出される点火時期より遅角側となる高負荷アイドル状態に移行したとき、例えば空調装置の作動などにより機関負荷が増大したときは、第２の点火時期特性に基づいて算出される点火時期から、第１の点火時期特性に基づいて算出される点火時期に変更されるので、燃焼の不安定化を招くことなく、機関負荷に応じた最適の点火時期の設定とすることができる。さらに第１の状態から第２の状態へ移行したときは、第１の点火時期特性に基づいて算出される点火時期から第２の点火特性に基づいて算出される点火時期へ徐々に移行するので、比較的低い目標回転数の場合であっても安定した燃焼を確保し、機関回転の不安定化及び未燃燃料の排出を確実に防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置の構成を示す図であり、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が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（ＴＨＡ）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電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１０】
吸気管２にはスロットル弁３をバイパスするバイパス通路１６が接続されており、バイパス通路１６の途中には該バイパス通路を介してエンジン１に供給する空気量を制御するアイドル制御弁１７が設けられている。アイドル制御弁１７は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５によりその開弁量が制御される。
【００１１】
燃料噴射弁６は吸気管２内に燃料を噴射するように各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されてＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
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。
【００１２】
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１の各気筒の点火プラグ１１は、ＥＣＵ５に接続されており、点火プラグ１１による点火時期がＥＣＵ５により制御される。
【００１３】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１０が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１０は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置で信号パルス（以下「ＣＹＬ信号パルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣ信号パルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫ信号パルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬ信号パルス、ＴＤＣ信号パルス及びＣＲＫ信号パルスがＥＣＵ５に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００１４】
三元触媒１５はエンジン１の排気管１２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。排気管１２の三元触媒１５の上流側には、酸素濃度センサ１４が装着されており、この酸素濃度センサ１４は排気ガス中の酸素濃度に応じた検出信号を出力しＥＣＵ５に供給する。
【００１５】
ＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ２１、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ２２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。
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、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、該ＣＰＵ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メモリ、燃料噴射弁６、アイドル制御弁１７などに駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００１６】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、後述する図２の処理により、上死点からの進角量として定義される点火時期ＩＧＩＤＭＲＡＭを算出するとともに、ＴＤＣ信号パルスに同期して開弁作動する燃料噴射弁６による燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出する。
ＥＣＵ５のＣＰＵは、エンジン運転状態に応じてアイドル制御弁１７の開弁量を制御するための開弁制御量ＩＣＭＤを、下記式（１）により算出する。アイドル制御弁１７を介してエンジン１の吸入される空気量は、この開弁制御量ＩＣＭＤにほぼ比例するように構成されている。
ＩＣＭＤ＝（ＩＦＢ＋ＩＬＯＡＤ）×ＫＩＰＡ＋ＩＰＡ（２）
【００１７】
ここで、ＩＦＢはアイドル回転数がアイドル時の目標回転数ＮＯＢＪと一致するように設定されるアイドル目標回転制御の修正項（ＰＩＤ制御）であり、ＩＬＯＡＤはエンジン１に加わる電気負荷、空調装置のコンプレッサ負荷、パワーステアリング負荷などのオンオフあるいは自動変速機がインギヤか否かに応じて設定される負荷補正項、ＫＩＰＡ及びＩＰＡは共に大気圧ＰＡに応じて設定される大気圧補正係数及び大気圧補正項である。
【００１８】
ＥＣＵ５は、上述のようにして求めた点火時期ＩＧＩＤＭＲＡＭに基づく点火信号を点火プラグ１１に供給し、燃料噴射時間ＴＯＵＴに基づく駆動信号を燃料噴射弁６に供給するとともに、開弁制御量ＩＣＭＤに基づく駆動信号をアイドル制御弁１７に供給する。
【００１９】
図２は、点火時期ＩＧＩＤＭＲＡＭを算出する処理のフローチャートであり、この処理はＴＤＣ信号パルスの発生に同期して、ＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
ステップＳ１０では、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、エンジン出力が最大となる最適点火時期ＩＧＭＡＰＮが設定された最適点火時期マップを検索し、最適点火時期ＩＧＭＡＰＮを算出する。次いで、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＩＧＣ（例えば５００ｒｐｍ）より低いか否かを判別し（ステップＳ１１）、ＮＥ＜ＮＩＧＣであるときは、ステップＳ２０で参照されるカウンタＮＣＨＧの値を「０」とし（ステップＳ１８）、点火時期ＩＧＩＤＭＲＡＭを、ステップＳ１０で算出した最適点火時期ＩＧＭＡＰＮに設定して（ステップＳ１９）、本処理を終了する。
【００２０】
ステップＳ１１でＮＥ≧ＮＩＧＣであるときは、エンジン１がアイドル運転状態であるか否かを判別する（ステップＳ１２）。スロットル弁開度ＴＨＡがほぼ全閉状態にあり、かつエンジン回転数ＮＥが所定判別回転数以下であるときに、エンジン１がアイドル状態にあると判定される。エンジン１がアイドル状態でないときは前記ステップＳ１８に進み、アイドル状態であるときは、車速ＶＰが所定車速ＶＩＧＩＤＬＴ（例えば５ｋｍ／ｈ）以下であるか否かを判別する（ステップＳ１３）。ＶＰ＞ＶＩＧＩＤＬＴであるときは前記ステップＳ１８に進み、ＶＰ≦ＶＩＧＩＤＬＴであるときは、アイドル時の目標回転数ＮＯＢＪに応じて図３（ａ）に示すＩＧＩＤＬＴテーブルを検索し、点火時期のリミット値ＩＧＩＤＬＴを算出する（ステップＳ１４）。
【００２１】
図３（ａ）において、所定回転数ＮＥＩＤＬ１，ＮＥＩＤＬ２及びＮＥＩＤＬ３は、それぞれ例えば８００ｒｐｍ、１７００ｒｐｍ及び２０００ｒｐｍに設定され、対応する所定リミット値ＩＧＩＤＬＴ１，ＩＧＩＤＬＴ２及びＩＧＩＤＬＴ３は、それぞれ上死点前１０度、上死点前１５度及び上死点前２０度に設定されている。すなわちＩＧＩＤＬＴテーブルは、目標回転数ＮＯＢＪが高くなるほど、リミット値ＩＧＩＤＬＴが増加する（進角する）ように設定されている。
【００２２】
リミット値ＩＧＩＤＬＴは、目標回転数ＮＯＢＪではなく検出したエンジン回転数ＮＥに応じて設定することも考えられるが、エンジン回転数ＮＥは常に変動しているので、目標回転数ＮＯＢＪに応じて設定した方が、回転の安定化の面で好ましい。
【００２３】
続くステップＳ１５では、自動変速機のシフト位置がニュートラルレンジまたはパーキングレンジにあるか否かを判別し、シフト位置がニュートラルレンジまたはパーキングレンジ以外のレンジにあって当該車両の駆動系とエンジン１とが連結されているときは、前記ステップＳ１８に進む。また、シフト位置がニュートラルレンジまたはパーキングレンジにあって当該車両の駆動系とエンジン１とが連結されていないときは、ステップＳ１０で算出した最適点火時期ＩＧＭＡＰＮが、リミット値ＩＧＩＤＬＴ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１６）。ＩＧＭＡＰＮ≦ＩＧＩＤＬＴであるときは、すなわち最適点火時期ＩＧＭＡＰＮの方が、リミット値ＩＧＩＤＬＴより遅角側にあるときは、前記ステップＳ１８に進み、最適点火時期ＩＧＭＡＰＮをそのまま使用する。
【００２４】
最適点火時期ＩＧＭＡＰＮは、エンジン回転数ＮＥを一定とすると、図３（ｂ）に示すように、吸気管内絶対圧ＰＢＡが高くなるほど、すなわちエンジン負荷が増加するほど、減少する（遅角する）ように設定されている。そのため、通常の低負荷アイドル状態では、最適点火時期ＩＧＭＡＰＮはリミット値ＩＧＩＤＬＴより進角側の値となるが（ＩＧＭＡＰＮ＞ＩＧＩＤＬＴ）、エンジン１によって駆動される空調装置がオンされたような高負荷アイドル状態では、最適点火時期ＩＧＭＡＰＮの方がリミット値ＩＧＩＤＬＴより遅角側の値となる場合もある。そのような場合（ＩＧＭＡＰＮ≦ＩＧＩＤＬＴ）には、最適点火時期ＩＧＭＡＰＮがそのまま使用される。
【００２５】
ステップＳ１６でＩＧＭＡＰＮ＞ＩＧＩＤＬＴであるときは、さらに点火時期ＩＧＩＤＭＲＡＭが最適点火時期ＩＧＭＡＰＮ以下であるか否かを判別し（ステップＳ１７）、ＩＧＩＤＭＲＡＭ＞ＩＧＭＡＰＮであるときは、前記ステップＳ１８に進む。一方ＩＧＩＤＭＲＡＭ≦ＩＧＭＡＰＮであるときは、カウンタＮＣＨＧの値が「０」であるか否かを判別する（ステップＳ２０）。例えばエンジン１がアイドル状態に移行した直後であるときは、ＮＣＨＧ＝０であるので、ステップＳ２２に進み、カウンタＮＣＨＧに所定カウント値ＮＣＨＧ０（例えば３）を設定し、次いで点火時期ＩＧＩＤＭＲＡＭを所定量ＤＩＧＩＤだけデクリメントする（ステップＳ２３）。
【００２６】
ステップＳ２０でカウンタＮＣＨＧの値が０より大きいときは、カウンタＮＣＨＧの値を「１」だけデクリメントする（ステップＳ２１）。すなわち、例えばＮＣＨＧ０＝３とすると、本処理を４回実行する毎に１回の割合で、ステップＳ２３が実行され、点火時期ＩＧＩＤＭＲＡＭが遅角方向に更新される。
【００２７】
ステップＳ２１またはＳ２３実行後は、点火時期ＩＧＩＤＭＲＡＭがリミット値ＩＧＩＤＬＴ以上であるか否かを判別し（ステップＳ２４）、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは直ちに、また否定（ＮＯ）であるときは点火時期ＩＧＩＤＭＲＡＭをそのリミット値ＩＧＩＤＬＴに設定して（ステップＳ２５）、本処理を終了する。
【００２８】
以上のように図２の処理によれば、エンジン１と当該車両の駆動系が接続されているときは、点火時期ＩＧＩＤＭＲＡＭは最適点火時期ＩＧＭＡＰＮに設定される（ステップＳ１５，Ｓ１９）。エンジン１と当該車両の駆動系とが連結されているときは、駆動系の負荷が抵抗になりそれに対応して、エンジン１の負荷が増大して吸入空気量が増加する（アイドル制御弁１７の開度が増加する）。したがって、エンジン１の燃焼が不安定化するおそれはなく、最適点火時期ＩＧＭＡＰＮに設定することにより、より遅角側の値に設定する場合に比べて燃費を改善する効果が得られる。
【００２９】
一方エンジン１と当該車両の駆動系が接続されていないときは、点火時期ＩＧＩＤＭＲＡＭは、リミット値ＩＧＩＤＬＴに達するまで徐々に遅角され、定常的には、リミット値ＩＧＩＤＬＴに維持される（ステップＳ１５，Ｓ２３〜Ｓ２５）。その結果、比較的低い目標回転数ＮＯＢＪの場合であっても安定した燃焼を確保し、エンジン回転の不安定化及び未燃燃料の排出を確実に防止することができる。
【００３０】
ただし、エンジン１と駆動系とが連結されていない場合であっても、空調装置がオンされたときのような高負荷アイドル状態では、上述したように最適点火時期ＩＧＭＡＰＮの方が、リミット値ＩＧＩＤＬＴにより遅角側の値となることがあるので、そのような場合には、最適点火時期ＩＧＭＡＰＮがそのまま点火時期ＩＧＩＤＭＲＡＭに設定される（ステップＳ１６，Ｓ１９）。これにより、高負荷アイドル状態では、エンジン負荷の増大に適した点火時期の設定とすることができる。
【００３１】
本実施形態では、ＥＣＵ５、バイパス通路１６、及びアイドル制御弁１７が吸入空気量制御手段を構成し、ＥＣＵ５が第１及び第２の点火時期算出手段、及び点火時期選択手段を構成する。より具体的には、図２のステップＳ１０が第１の点火時期算出手段に相当し、ステップＳ１４及びＳ２３〜Ｓ２５が第２の点火時期算出手段に相当し、ステップＳ１５及びＳ１６が点火時期選択手段に相当する。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１に記載の発明によれば、機関のアイドル時に機関回転数が目標回転数と一致するように吸入空気量が制御され、機関のアイドル時であって、且つ当該車両の駆動系と、機関とが連結されている第１の状態では、機関の回転数及び吸気管内圧力に応じた第１の点火時期特性に基づいて算出され、機関の出力を最大とする点火時期が選択される一方、機関のアイドル時であって、且つ駆動系と、機関とが連結されていない第２の状態では、アイドル時の目標回転数が増加するほど点火時期が進角するように設定された第２の点火時期特性に基づいて算出される点火時期が選択される。車両駆動系と機関とが連結されている第１の状態では、駆動系の負荷が抵抗になりそれに対応して、機関の負荷が増大して吸入空気量が増加するため、第１の点火時期特性に基づく点火時期設定を行っても、燃焼安定性が損なわれることがなく、第１の点火時期特性を採用することにより、良好な燃費を得ることができる。また車両駆動系と機関とが連結されていない第２の状態では、アイドル用に設定された第２の点火時期特性に基づいて算出される点火時期が選択されるので、安定した燃焼を確保し、機関回転の不安定化及び未燃燃料の排出を確実に防止することができる。また第２の点火時期特性は、アイドル時の目標回転数に応じて設定されるので、検出される機関回転数に応じて設定する場合に比べて機関回転をより安定化することができる。また第２の状態において、第１の点火時期特性に基づいて算出される点火時期の方が第２の点火時期特性に基づいて算出される点火時期より遅角側となる高負荷アイドル状態に移行したとき、例えば空調装置の作動などにより機関負荷が増大したときは、第２の点火時期特性に基づいて算出される点火時期から、第１の点火時期特性に基づいて算出される点火時期に変更されるので、燃焼の不安定化を招くことなく、機関負荷に応じた最適の点火時期の設定とすることができる。さらに第１の状態から第２の状態へ移行したときは、第１の点火時期特性に基づいて算出される点火時期から第２の点火特性に基づいて算出される点火時期へ徐々に移行するので、比較的低い目標回転数の場合であっても安定した燃焼を確保し、機関回転の不安定化及び未燃燃料の排出を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】点火時期の算出を行う処理のフローチャートである。
【図３】図２の処理で使用するテーブル及びマップの設定を説明するための図である。
【符号の説明】
１内燃機関
５電子コントロールユニット（第１及び第２の点火時期算出手段、点火時期選択手段）
７吸気管内絶対圧センサ
１０クランク角度位置センサ
１１点火プラグ

Claims

内燃機関の回転数及び吸気管内圧力に応じて前記機関の出力が最大となるように設定された第１の点火時期特性に基づいて前記機関の点火時期を算出する第１の点火時期算出手段を備える内燃機関の制御装置において、
前記機関のアイドル時の回転数が目標回転数と一致するように前記機関の吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
前記目標回転数が増加するほど前記点火時期が進角するように設定された第２の点火時期特性に基づいて前記点火時期を算出する第２の点火時期算出手段と、
前記機関のアイドル時であって、且つ前記機関が搭載された車両の駆動系と、前記機関とが連結されている第１の状態では、前記第１の点火時期算出手段により算出される点火時期を選択する一方、前記機関のアイドル時であって、且つ前記駆動系と、前記機関とが連結されていない第２の状態では、前記第２の点火時期算出手段により算出される点火時期を選択する点火時期選択手段とを備え、
前記点火時期選択手段は、前記第２の状態において、前記第１の点火時期算出手段により算出される点火時期が前記第２の点火時期算出手段により算出される点火時期より遅角側となる高負荷アイドル状態に移行したときは、前記第２の点火時期算出手段により算出される点火時期を前記第１の点火時期算出手段により算出される点火時期に変更し、
前記第２の点火時期算出手段は、前記第１の状態から前記第２の状態へ移行したときは、前記第１の点火特性に基づいて算出される点火時期から前記第２の点火特性に基づいて算出される点火時期へ徐々に移行させ、
前記点火時期選択手段により選択された点火時期に応じて前記機関の点火を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。