JP5018650B2 - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガソリン機関に代表される火花点火式の内燃機関に関し、特に、車両の駆動系（パワートレイン）の車両駆動力の変動による車両前後振動に応じた機関回転数の変動を低減するために点火時期をリタード（遅角）する点火時期制御装置に関する。

車両の定常走行時や緩加速を含む加速時には、内燃機関から駆動輪へトルクを伝達する駆動系、特にドライブシャフトにねじれが生じ、それに起因する内燃機関の変位をマウントで吸収する際に車両駆動力（車両加速度）が変動し、車両前後振動を生じることがある。このような問題を解決するための従来の点火時期制御装置として、例えば特許文献１では、加速時に、上記の車両駆動力の変動に応じて変動する機関回転数の変化量及び変化方向を求め、これら機関回転数の変化量及び変化方向に応じて点火時期を遅角・進角させることで、車両駆動力の変動に応じた機関回転数の変動を抑制し、ひいては車両前後振動を抑制する技術が記載されている。

また、実際の点火時期の制御は演算間隔による遅れや応答遅れに起因して不可避的な時間遅れを伴う。そこで特許文献２では、機関回転数の変化量とその微分値のうち遅れの小さい方を使用して点火時期のリタードの開始時期を補正する技術が記載されている。
特開昭６２−２７６２７２号公報 特開２００４−３４６９１５号公報

上述した点火時期のリタードの開始時期と同様、点火時期のリタードの終了時期にも演算遅れや応答遅れに起因して不可避的に時間遅れが存在する。リタードの終了時期が遅れて、機関回転数の変化量が負の値、つまり機関回転数の減速状態となっても、点火時期のリタードが継続されていると、このリタードによるトルク低下によって機関回転数が更に低下してしまい、機関回転数の振動が増幅し、ひいては車両前後振動を増幅させるおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、クランク角センサやカム位置センサなどの内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段と、この機関回転数に基づいて、車両駆動力の変動に応じた機関回転数が変動するような所定の機関運転状態の下で機関回転数が増加する回転数増加時であるかを判定する回転数増加判定手段と、上記回転数増加時に、点火時期をリタードする点火時期リタード手段と、を備える。そして、この点火時期のリタードを行う回数あるいは時間を所定の制限値以下に制限するリタード制限手段を備えることを特徴としている。

本発明によれば、車両駆動力の変動に応じて機関回転数が周期的に増加及び減少するような所定の機関運転状態のときに、機関回転数の増加に応じて点火時期をリタードすることで、機関回転数の変動を抑制することができ、かつ、この点火時期のリタードを行う回数あるいは時間を所定の制限値以下に制限することで、機関回転数の減速時に誤ってリタードが行われることを回避し、これに起因して車両前後振動が増幅することを回避することができる。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例に係る点火時期制御装置を適用した内燃機関（以下、「エンジン」とも呼ぶ）の制御システムを示している。この内燃機関は、車両に搭載された６気筒４サイクルの火花点火式内燃機関であって、各気筒には、吸気ポート又は燃焼室へ燃料を噴射・供給する燃料噴射弁１１と、燃焼室内の混合気を火花点火する点火プラグ１２と、が設けられている。

また、機関回転数検出手段として、クランク角度を検出するクランク角センサ１３と、カム位置を検出するカム位置センサ１４とが設けられている。制御部としてのＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１０は、両センサ１３，１４の信号に基づいて、機関回転数Ｎｅを算出するとともに、気筒毎のクランク角位置を判別する。また、ＥＣＵ１０には、車速センサ１５から車両の速度（車速）を表す検出信号が出力される。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび入出力インターフェースなどからなるデジタルコンピュータシステムであり、上述した各種センサ類で検出された機関運転状態を表す各種信号に基づいて、燃料噴射弁１１や点火プラグ１２へ制御信号を出力し、その動作を制御する。

図２は、本実施例の要部をなす点火時期のリタード制御の流れを示すフローチャートである。本制御は、所定の演算間隔、具体的には６気筒の場合にはクランク角で１２０度毎に繰り返し実行される。図３は、この制御を適用した各種パラメータの変化を示すタイミングチャートである。

ステップＳ１１では、上記のクランク角センサ１３とカム位置センサ１４の検出信号から算出される機関回転数ＮＥに基づいて、所定の機関運転状態の下で機関回転数が増加する回転数増加時であるかを判定する（回転数増加判定手段）。上記「所定の機関運転状態」とは、内燃機関から駆動輪へトルクを伝達する駆動系（パワートレイン）、特にドライブシャフトのねじれに起因する車両駆動力（車両加速度）が周期的に変動し、これと同期して機関回転数が短い周期（例えば４〜８Ｈｚ）で増加・減少を繰り返す状態であり、具体的には車両の定常走行状態又は緩加速を含む加速状態である。これら車両の定常走行状態や加速状態は、例えば車速センサ１５からの車速等に基づいて判別することができる。そして、機関回転数の変化量ＤＮＥが所定のリタード開始閾値を超えている場合に、回転数増加時であると判定する。この機関回転数の変化量ＤＮＥは、例えば一演算前の機関回転数から今回の機関回転数を除算することにより求められる。

ステップＳ１１で回転数増加時であると判定されると、ステップＳ１２へ進み、点火時期のリタードを行う回数あるいは時間（ｍｓ）が所定の制限値以下であるかを判定する。

制限値以下であれば、ステップＳ１２からステップＳ１３へ進み、点火時期のリタード（遅角化）を実行するとともに、ＥＣＵ１０内のカウンタを用いて、リタードを実行した回数あるいは時間を計測（カウントアップ）する。点火時期のリタード量（遅角量）は、上記回転数の変化量ＤＮＥや加速度合いに応じて設定される。

制限値を超えていれば、ステップＳ１２からステップＳ１４へ進み、点火時期のリタードを禁止つまり終了し、通常の点火時期に復帰させる。この通常の点火時期は、周知のように、機関回転数や要求負荷等に応じて設定される。

ステップＳ１５では、機関回転数の変化量ＤＮＥが０未満つまり機関回転数の減速時であるかを判定する。減速時であれば、ステップＳ１６へ進み、上記のカウンタに格納されているリタードの（連続）回数又は時間を０にクリアする。

このような本実施例では、点火時期のリタードの回数又は時間を所定の制限値以下に制限するという簡素な制御によって、機関回転数が増加から減速へ切り換わる前に確実にリタードを終了することができる。これにより、回転数変化量ＤＮＥが負の値つまり減速時に点火時期のリタードによるトルクダウンを招くことを確実に防止し、これに起因する車両前後振動の増幅を回避することができる。

ここで、上述したような車両の定常走行時や加速時における車両の駆動系、特にドライブシャフトのねじれに起因する車両駆動力の変動つまり車両前後振動の周波数（周期）は車両固有の値であり、機関回転数などにあまり影響されることなくほぼ一定の値（４〜８Ｈｚ程度）である。これに対し、点火時期のリタード開始からリタードによるトルクダウンまでの遅れ時間は機関回転数に応じて変化し、図４に示すように、機関回転数が高くなるほど遅れ時間が小さくなる。そこで本実施例では、図５に示すように、機関回転数が高くなるほどリタードの回数又は時間の制限値が大きくなるように、機関回転数に応じて制限値を設定している。これにより、機関回転数にかかわらず、リタードの終了時期を機関回転数が減少に反転する直前の適切な時期に制限することができる。この制御もリタードの回数又は時間を計測するという簡素なものであり、演算負荷やメモリ使用量も軽減される。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、６気筒の内燃機関に適用した実施例について説明してきたが、４気筒や他の気筒数の内燃機関にも本発明を同様に適用することができる。

本発明の一実施例に係る点火時期制御装置が適用された内燃機関の制御システム図。 本実施例に係る点火時期のリタード制御の流れを示すフローチャート。 本実施例に係るリタード制御が適用された場合の各種パラメータの変化を示すタイミングチャート。 機関回転数と遅れ時間との関係を示す特性図。 機関回転数と制限値との関係を示す特性図。

符号の説明

１０…ＥＣＵ（回転数増加判定手段，点火時期リタード手段，リタード制限手段）
１１…燃料噴射弁
１２…点火プラグ
１３…クランク角センサ（回転数検出手段）
１４…カム位置センサ（回転数検出手段）
１５…車速センサ

Claims (2)

1. 内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段と、
   この機関回転数に基づいて、所定の機関運転状態の下で機関回転数が増加する回転数増加時であるかを判定する回転数増加判定手段と、
   上記回転数増加時に、点火時期をリタードする点火時期リタード手段と、
   この点火時期のリタードを行う回数あるいは時間を所定の制限値以下に制限するリタード制限手段と、
   を有し、
   上記リタード制限手段は、機関回転数が高くなるほど制限値が大きくなるように、機関回転数に応じて制限値を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。
2. 上記所定の機関運転状態が、車両駆動力の変動に応じて機関回転数が周期的に増加及び減少する状態であ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。

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