JPH04252871A - エンジンの点火時期制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、排気ガスを浄化する
触媒コンバ−タの上流側と下流側にＯ２　センサを備え
た自動車等に適用されるエンジンの点火時期制御方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの排気系に組込まれる触媒コン
バ−タの三元触媒は、混合気の空燃比がリッチの場合に
ＮＯｘ　を効率よく還元させ、理論空燃比を中心とした
狭い領域内に維持されている場合に、排気ガスに含まれ
るＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ　の全てを最も効率よく酸化、還
元させることができる。このような三元触媒を備えたも
のには、触媒コンバ−タの入口付近に排気ガス中の酸素
濃度を検出するＯ２　センサが配置してある。Ｏ２　セ
ンサは、混合気の空燃比がリ−ンとなり、排気ガス中の
酸素濃度が高い場合には低い電圧を発生し、混合気の空
燃比がリッチとなり、排気ガス中の酸素濃度が低い場合
には高い電圧を発生するように構成されており、理論空
燃比付近で出力電圧が急激に変化する特性を有している
。

【０００３】そこで、電子制御装置によりインジェクタ
を制御して、そのインジェクタから吸気通路に燃料を供
給するように構成されたエンジンでは、次のようにして
混合気の空燃比を理論空燃比付近に調節するようにして
いる。電子制御装置は、Ｏ２　センサの出力電圧に基づ
き、混合気の空燃比がリ−ンからリッチに変化したのを
検出すると、インジェクタから噴射する燃料の量を減少
させて、混合気の空燃比をリッチから理論空燃比側に変
化させる。逆に、Ｏ２センサの出力電圧に基づいて、混
合気の空燃比がリッチからリ−ンに変化したのを検出す
ると、インジェクタから噴射する燃料の量を増加させて
、混合気の空燃比をリ−ンから理論空燃比側に変化させ
る。このようなフィ−ドバック制御を繰り返して行うこ
とにより、混合気の空燃比を理論空燃比付近に収束させ
て、三元触媒により排気ガスを効率よく浄化させるよう
にしている。

【０００４】ところが、単一のＯ２　センサを利用して
空燃比のフィ−ドバック制御を行うと、個々のＯ２　セ
ンサ間における出力特性の微妙な誤差や経時変化による
影響、あるいはインジェクタの燃料噴射量のばらつき等
に起因して所定通りに空燃比フィ−ドバック制御が行わ
れない事態が生じる虞れがあり、空燃比の制御中心が理
論空燃比の近傍からずれてしまう可能性がある。また、
前記三元触媒をできるだけ早く活性化温度に到達させて
排気ガスを清浄化させるために、触媒コンバ−タをエキ
ゾ−ストマニホ−ルドの集合部に連結してあるものでは
、その集合部にＯ２　センサを配置するようにしている
。そのため、このようなものでは、特定の気筒から排出
された排気ガスによってＯ２　センサの出力電圧が左右
されたり、高熱の排気ガスによってＯ２　センサの劣化
が早められてしまう場合もある。

【０００５】このような不具合を防止するために、触媒
コンバ−タの下流側に前述の第１のＯ２　センサと別に
第２のＯ２　センサを配置しておき、両Ｏ２　センサの
出力電圧を利用して空燃比のフィ−ドバック制御を行う
ようにしているものもある。なお、触媒コンバ−タの下
流側では、各気筒から排出された排気ガスが十分に攪拌
された状態にあり、しかも、三元触媒の働きによって排
気ガス中の酸素濃度が略平衡状態に達している。そのた
め、第２のＯ２　センサの出力電圧は、第１のＯ２　セ
ンサの出力電圧よりも緩慢な変化を示す。具体的には、
第１のＯ２　センサの出力電圧に基づいて調整された混
合気が全体的にリッチ傾向の場合は、第２のＯ２　セン
サの出力電圧がリッチを示す時間が長く、混合気が全体
的にリ−ン傾向の場合は、第２のＯ２　センサの出力電
圧がリ−ンを示す時間が長くなる。そこで、前述のよう
に、第１のＯ２　センサの信号を利用して空燃比のフィ
−ドバック制御を行いつつ、第２のＯ２　センサの信号
により混合気の全体の傾向を検出し、その検出結果に基
づいて燃料噴射量を微少量づつ変化させる。このような
構成によれば、混合気の空燃比をより正確に理論空燃比
の近傍に調節することができ、三元触媒により排気ガス
を効率よく浄化させることが可能である。

【０００６】一方、前記電子制御装置を利用して点火時
期を調節する場合は、本発明の先行技術として、例えば
、特開昭６３−２８０８５５５号公報に示されるように
、エンジン負荷の変化に対応させて点火時期を適宜調節
するようにしている。すなわち、電子制御装置には、エ
ンジン回転数や吸気圧又は吸入空気量等に基づいてそれ
ぞれのエンジン負荷における点火時期が２次元マップ化
してある。そして、エンジン運転中は前記マップから適
度な点火時期を選定し、所定の点火時期にイグニッショ
ンコイルの一次電流を遮断して、点火プラグに高電圧が
供給し得るようになっている。一般に、点火時期を早め
ると、燃焼ガスの最高温度が上昇するため、ＮＯｘ　の
生成量が増加する。逆に、点火時期を遅らせると、ＮＯ
ｘ　が減少する反面、燃費が悪化してしまう。そのため
、特にＮＯｘ　の生成量を低減したい部分負荷域では、
点火時期を最適点火時期（ＭＢＴ）から遅らせるように
している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成によれば、前述の部分負荷域では燃費が悪化す
るとともに、出力の低下に伴って運転性が低下してしま
う。しかして、点火時期を最適点火時期側に進めると、
前述のようにＮＯｘ　の生成量が増加してしまう。本発
明は、このような不具合を招くことなしに、所定の部分
負荷域における燃費等を改善することを目的としている
。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、排気ガスを浄化する触媒コンバ−
タの上流側に排気ガス中の酸素濃度を検出する第１のＯ
２　センサを配置し、その出力電圧に基づいて燃焼室に
供給する混合気の空燃比を理論空燃比近傍にフィ−ドバ
ック制御するとともに、前記触媒コンバ−タの下流側に
配置した第２のＯ２　センサの出力電圧に基づいて混合
気の空燃比を理論空燃比近傍にフィ−ドバック制御する
ように構成したエンジンにおいて、所定の負荷域で前記
第２のＯ２　センサの出力電圧により空燃比のリッチが
検出されている場合に限り点火時期を進角させるように
したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】混合気の空燃比がリッチの場合には、三元触媒
によるＮＯｘ　の浄化率が理論空燃比と略同様に高い値
に維持される。したがって、所定の負荷域で混合気の空
燃比がリッチの場合に点火時期を最適点火時期側に進角
させれば、ＮＯｘ　の排出量を有効に抑えつつ、燃費お
よび出力等を向上させることが可能となる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１１】図１は、自動車のエンジンの一部を概略的
に示している。このエンジンは、インジェクタ１と、ク
ランク角センサ２と、圧力センサ３と、アイドルスイッ
チ４と、水温センサ５と、第１のＯ２　センサたるメイ
ンＯ２　センサ６と、第２のＯ２　センサたるサブＯ２
　センサ７を具備している。

【００１２】インジェクタ１は、吸気管８に装着してあ
り、電磁コイル等を内蔵している。そして、その電磁コ
イルに電子制御装置９から燃料噴射信号ａが印加される
と、その印加時間に相当する量の燃料を吸気ポ−ト付近
に噴射するようになっている。

【００１３】クランク角センサ２は、ディストリビュ−
タ１０に内蔵してある。このクランク角センサ２は、例
えば、図示しないクランクシャフトに連動するシグナル
ロ−タと、そのシグナルロ−タの外周に対向させた電磁
ピックアップを備えたものである。そして、シグナルロ
−タが回転すると、電磁ピックアップにエンジン回転信
号ｂおよびクランク角信号ｃが発生し、これらの信号ｂ
、ｃからエンジン回転速度やクランク角が検出できるよ
うになっている。

【００１４】圧力センサ３は、サ−ジタンク１１に設け
てある。この圧力センサ３は、例えば、上下の圧力差に
よってダイヤフラムが歪むと、その歪みに応じて電気容
量が変化するように構成されており、電気容量の変化か
らサ−ジタンク１１内の吸気圧が検出できるようになっ
ている。

【００１５】アイドルスイッチ４は、スロットルシャフ
ト１２に連結してあり、スロットルバルブ１３が閉じて
いる場合はＯＮになり、スロットルバルブ１３が開弁し
た場合はＯＦＦになるＯＮ・ＯＦＦスイッチで、スロッ
トル信号ｅを出力するようになっている。

【００１６】水温センサ５は、例えば、温度変化に伴っ
て電気抵抗が変化するサ−ミスタを内蔵しており、エン
ジン冷却水温に応じて水温信号ｆを出力するようになっ
ている。

【００１７】メインＯ２　センサ６は、触媒コンバ−タ
たるマニバ−タ１４の上流側に配置してあり、排気ガス
中の酸素濃度の変化に対応してフィ−ドバック信号ｇを
出力するようになっている。具体的には、図２に示すよ
うに、混合気の空燃比Ａ／Ｆ　がリ−ンであって、排気
ガス中の酸素濃度が高い場合には低い電圧を発生し、混
合気の空燃比Ａ／Ｆ　がリッチであって、排気ガス中の
酸素濃度が低い場合には高い電圧を発生し得るように構
成されたものである。

【００１８】サブＯ２　センサ７は、メインＯ２　セン
サ６と同様な構成のもので、排気ガス中の酸素濃度に対
応してフィ−ドバック信号ｈを出力するようになってい
る。 すなわち、混合気の空燃比がリ−ンであって、排気ガス
中の酸素濃度が高い場合には低い電圧を発生し、混合気
の空燃比がリッチであって、排気ガス中の酸素濃度が低
い場合には高い電圧を発生するようになっている。

【００１９】電子制御装置９は、燃焼室１５に供給する
混合気の空燃比を調節する役割と、イグナイタ１６を制
御して点火時期を調節する役割等を担っており、中央演
算処理装置１７と、メモリ−１８と、入力インタ−フェ
−ス１９と、出力インタ−フェ−ス２０を備えたマイク
ロコンピュ−タユニットにより構成されている。入力イ
ンタ−フェ−ス１９には、少くとも、クランク角センサ
２からのエンジン回転信号ｂおよびクランク角信号ｃと
、圧力センサ３からの吸気圧信号ｄと、アイドルスイッ
チ４からのスロットル信号ｅと、水温センサ５からの水
温信号ｆと、メインＯ２　センサ６からのフィ−ドバッ
ク信号ｇと、サブＯ２　センサ７からのフィ−ドバック
信号ｈがそれぞれ入力されるようになっている。出力イ
ンタ−フェ−ス２０からは、前記インジェクタ１に燃料
噴射信号ａが出力され、イグナイタ１６に点火時期制御
信号ｉが出力されるようになっている。

【００２０】この電子制御装置９による燃料噴射量の演
算は、概略的には次のように行われる。先ず、エンジン
回転数および吸気圧等から吸入空気量を算出し、その吸
入空気量に応じて基本噴射量ＴＰを決定する。次いで、
この基本噴射量ＴＰを、メインＯ２　センサ６のフィ−
ドバック信号ｇにより決まる空燃比フィ−ドバック補正
係数ＦＡＦ　や、エンジンの運転状況に応じて決まる各
種補正係数Ｋ　、および、無効噴射時間ＴＡＵＶで補正
して、インジェクタ１への最終通電時間Ｔ　を次式に基
づいて決定し、その時間Ｔ　に相当する量の燃料をイン
ジェクタ１から噴射させる。

【００２１】Ｔ　＝ＴＰ×ＦＡＦ　×Ｋ　＋ＴＡＵＶ電
子制御装置９による点火時期の調節は、次のように行わ
れる。電子制御装置９には、エンジン回転数および吸気
圧に基づいて点火時期がマップ化してある。イグナイタ
１６は、イグニッションコイルの一次電流をＯＮ、ＯＦ
Ｆさせる機能を備えている。電子制御装置９は、エンジ
ン回転数および吸気圧に基づいて前記マップから点火時
期を決定する。電子制御装置９から所定のタイミングで
イグナイタ１６に点火時期制御信号ｉが出力されると、
イグニッションコイルの一次電流が遮断されて二次側に
高電圧が発生し、その高電圧がディストリビュ−タ１０
を介して点火プラグ２１に印加されるようになっている
。

【００２２】次に、メインＯ２　センサ６およびサブＯ
２　センサ７による空燃比のフィ−ドバック制御を説明
する。

【００２３】先ず、メインＯ２　センサ６による空燃比
のフィ−ドバック制御条件、例えば、エンジン冷却水温
が４０°Ｃ以上である、減速時等に行うフュ−エルカッ
ト中でない、高速回転域における出力増加を図るための
燃料増量（パワ−増量）中でない、エンジン始動後から
所定時間経過している、メインＯ２　センサ６が活性温
度に達している、圧力センサ３が正常である、等の条件
が全て成立している場合には、メインＯ２　センサ６の
出力電圧に基づいて空燃比のフィ−ドバック制御が行わ
れる。 具体的には、図２に示すように、メインＯ２　センサ６
の出力電圧が判定電圧を上回った場合には、リッチ判定
遅延時間ＴＤＲ　後に空燃比フィ−ドバック補正係数Ｆ
ＡＦ　を減少する方に所定値ＲＳＭ　だけスキップさせ
、次にＫＩＭ　のように徐々に減少させる。このため、
インジェクタ１から噴射される燃料の量が絞られて、混
合気の空燃比が理論空燃比側に変化することになる。他
方、メインＯ２　センサ６の出力電圧が判定電圧を下回
った場合には、リ−ン判定遅延時間ＴＤＬ　後に空燃比
フィ−ドバック補正係数ＦＡＦ　を増加する方に所定値
ＲＳＰ　だけスキップさせ、次にＫＩＰ　のように徐々
に増加させる。その結果、インジェクタ１から噴射され
る燃料の量が増加して、混合気の空燃比が理論空燃比側
に変化することになる。

【００２４】かかるフィ−ドバック制御中にサブＯ２　
センサ７によるフィ−ドバック条件が成立すると、サブ
Ｏ２　センサ７によるフィ−ドバック制御が行われる。 フィ−ドバック条件としては、例えば、メインＯ２セン
サ６による空燃比のフィ−ドバック実行開始から所定時
間経過している、メインＯ２　センサ６が活性温度に達
してから所定時間経過している、エンジン冷却水温が７
０°Ｃ以上である、過渡時の燃料補正量が所定量を下回
っている、エンジンがアイドリング状態で車速が０であ
る、又はエンジンが非アイドリング状態で所定の運転領
域にある、等の諸条件が全て成立していることが挙げら
れる。 サブＯ２　センサ７による空燃比のフィ−ドバック制御
は、図３に示すように、基本的には一定のゲ−ト時間Ｃ
ＤＵＴＹＳＯ　（例えば、４０ｍｓｅｃ）毎に行われる
が、空燃比がリッチからリ−ンに変化したのがサブＯ２
　センサ７の出力電圧から検出された場合には、直ちに
フィ−ドバック制御値ＦＡＣＦがリッチ側に変更される
ように設定されている。サブＯ２　センサ７の出力電圧
が判定電圧を上回っているのが連続して検出されると、
リッチ時間ＤＵＴＹＳＯが設定時間毎にカウントアップ
される。リッチ時間ＤＵＴＹＳＯがカウントアップされ
て一定値に達すると、リッチフラグＳＯＦＬＧ　にリッ
チを示す旨の信号１がセットされるとともに、フィ−ド
バック制御値ＦＡＣＦが一定値ＦＡＣＦＫＩＭ　づつ減
少される。サブＯ２　センサ７の出力電圧が判定電圧を
下回り、前記フラグＳＯＦＬＧ　にリ−ンを示す旨の信
号がセットされた場合には、フィ−ドバック制御値ＦＡ
ＣＦを一定値ＦＡＣＦＲＳＰ　だけ増加側にスキップさ
せた後、一定値ＦＡＣＦＫＩＰ　づつ徐々に増加させる
。このような手順に基づいてフィ−ドバック制御値ＦＡ
ＣＦが変更されるとともに、そのフィ−ドバック制御値
ＦＡＣＦに基づいて、図４に示すマップから空燃比フィ
−ドバック補正係数ＦＡＦ　のリッチ判定遅延時間ＴＤ
Ｒ　およびリ−ン判定遅延時間ＴＤＬ　がそれぞれ決定
される。フィ−ドバック制御値ＦＡＣＦが大きくなれば
、リッチ判定遅延時間ＴＤＲ　が長くなり、リ−ン判定
遅延時間ＴＤＬ　が短縮される。その結果、空燃比フィ
−ドバック補正係数ＦＡＦ　が増加側から減少側に転換
する時期が遅くなるとともに、減少側から増加側に転換
する時期が早くなり、インジェクタ１から噴射される燃
料の量が増加することになる。逆に、フィ−ドバック制
御値ＦＡＣＦが小さくなる場合は、燃料供給量が減少す
ることになる。

【００２５】また、前記電子制御装置９には、図５に概
略的に示すようなプログラムを内蔵してある。エンジン
が所定の部分負荷域で運転されているのを前提に、ステ
ップ５１で、サブＯ２　センサ７の出力電圧から混合気
の空燃比がリッチか否かを判別する。混合気の空燃比が
リッチでない場合はステップ５２に進み、リッチの場合
はステップ５３に進む。ステップ５２では、エンジン回
転数および吸気圧に基づいて設定したマップから点火時
期ｆを選定し、その点火時期ｆを最終的な点火時期ＡＤ
Ｖ　とする。ステップ５３では、前記マップから選定し
た点火時期ｆを点火時期補正値ΔＡＤＶ　で補正する。 この点火時期補正値ΔＡＤＶ　は、図６に概略的に示す
ように、吸気圧ＰＭの変化に対応して、例えば、５°〜
１０°ＣＡ（クランクアングル）の範囲で変化する進角
度である。したがって、所定の運転条件下では、吸気圧
ＰＭに基づいて適度な点火時期補正値ΔＡＤＶ　が選定
され、その点火時期補正値ΔＡＤＶ　が前記点火時期ｆ
に加算されて最終的な点火時期ＡＤＶ　が決定される。

【００２６】なお、以上の制御は、エンジン運転中に繰
り返し実行されるようになっている。

【００２７】以上のような構成によれば、エンジンが所
定の部分負荷域にあって、混合気の空燃比がリ−ンの場
合には、通常のものと同様に、最適点火時期から若干遅
れた時期に点火が行われることになり、ＮＯｘ　の生成
量が抑制される。

【００２８】混合気の空燃比がリッチの場合には、マニ
バ−タ１４内の三元触媒による還元作用が活発になり、
ＮＯｘ　の浄化率が理論空燃比における浄化率と略同様
に高い値に維持される。したがって、上記の部分負荷域
で混合気の空燃比がリ−ンからリッチに変化すると、点
火時期が吸気圧に応じて最適点火時期側に進角されるこ
とになるが、ＮＯｘ　の排出量は効果的に抑えることが
できる。しかも、点火時期を進角させれば、燃費や出力
等を向上させることもできる。

【００２９】以上、本発明の一実施例について述べたが
、本発明は前記実施例に限定されないのは勿論である。 例えば、前記実施例では、フィ−ドバック制御値に基づ
いてフィ−ドバック補正係数のリッチ判定遅延時間およ
びリ−ン判定遅延時間を変更し、その変更により燃料供
給量を調節するエンジンの場合について述べたが、フィ
−ドバック制御値により直接に基本噴射量を補正して燃
料供給量を調節するようにしたものにも有効に適用可能
である。

【００３０】また、空燃比フィ−ドバック補正係数のリ
ッチスキップやリ−ンスキップを、フィ−ドバック制御
値により変更するものにも有効に適用可能である。例え
ば、空燃比が全体的にリ−ンであって、フィ−ドバック
制御値がリッチ側に制御されている場合に、前記リッチ
スキップを大きくし、リ−ンスキップを小さくすれば、
フィ−ドバック補正係数が急速に増加されるため、燃料
供給量が増加して空燃比が理論空燃比側に急速に調節さ
れることになる。空燃比が全体的にリッチの場合には、
これとは逆の制御を行うことになる。

【００３１】さらに、空燃比が全体的にリ−ンの場合に
、フィ−ドバック制御値に基づいて、空燃比フィ−ドバ
ック補正係数におけるＫＩＭ　の減衰率（傾き）を小さ
くし、ＫＩＰ　の増加率（傾き）を大きくする等により
、燃料供給量を調節するものにも有効に適用可能である
。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明では、所定
の部分負荷域で混合気の空燃比がリッチにある場合に点
火時期を進角させるようにしているので、ＮＯｘ　の排
出量を有効に抑制することができるとともに、燃費等を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成説明図。

【図２】本発明の一実施例における制御態様を示すタイ
ミングチャ−ト図。

【図３】本発明の一実施例における制御態様を示すタイ
ミングチャ−ト図。

【図４】本発明の一実施例における制御設定条件を示す
図。

【図５】本発明の一実施例における制御手順を概略的に
示すフロ−チャ−ト図。

【図６】本発明の一実施例における制御設定条件を示す
図。

【符号の説明】

２…クランク角センサ ６…第１のＯ２　センサ（メインＯ２　センサ）７…第
２のＯ２　センサ（サブＯ２　センサ）９…電子制御装
置 １０…ディストリビュ−タ １４…触媒コンバ−タ（マニバ−タ） １５…燃焼室 １６…イグナイタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　排気ガスを浄化する触媒コンバ−タの
   上流側に排気ガス中の酸素濃度を検出する第１のＯ２　
   センサを配置し、その出力電圧に基づいて燃焼室に供給
   する混合気の空燃比を理論空燃比近傍にフィ−ドバック
   制御するとともに、前記触媒コンバ−タの下流側に配置
   した第２のＯ２　センサの出力電圧に基づいて混合気の
   空燃比を理論空燃比近傍にフィ−ドバック制御するよう
   に構成したエンジンにおいて、所定の負荷域で前記第２
   のＯ２　センサの出力電圧により空燃比のリッチが検出
   されている場合に限り点火時期を進角させるようにした
   ことを特徴とするエンジンの点火時期制御方法。