JPS6210451A - エンジンの点火時期制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明はエンジンの点火時期制御装置、特にエンジン
の排気ガス中のＦＷ２索濃度によって代表される混合気
の空燃比を排気系で検出し、この検出値により吸気系に
供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するも
のに関する。

（従来の技術） 従来、エンジンからの排気〃スを浄化するために、排気
ガス中の酸素濃度を検出しこの信号をフィードバックし
てエンジンに供給される混合気の空燃比を三元触媒が有
効に作動する理論空燃比に補正することがなされており
、このフィードバック系による制御は大気圧変化、吸気
温度変化等の外部条件の大きな変化に対しても空燃比が
一定に制御されるいう、αで特に有利である（例えば、
特開昭５６−１０６０４０号参照）。

こうした装置を第７図に基づいて述べると、これは気化
器仕様のエンジンの例で、空燃比フィードバックシステ
ムは三元触媒４上流の排気Ｗ５に設けた酸素センサ１、
制御装置２、混合気供給装ｒ！１３で構成される。酸素
センサ１は排気〃ス中の酸素の濃度を検出して、混合気
が理論空燃比よりも濃い場合は所°定の電圧を発生し、
薄い場合は電圧を発生しない特性があり、その出力電圧
■を制御装置２へ出力する。

制御装置２は、酸素センサ１の電圧信号を受けて、混合
気が濃い場合は薄く、薄い場合は濃くして三元触媒４が
有効に働く理論空燃比となるように、混合気供給装置３
からの混合気を調整する。

詳しくは、フィードバック制御にはＰ丁（比例積分）制
御方式が採用される。第８図は排気〃スの状態から判定
した空燃比とそれに対する酸素センサ１の出力電圧Ｖと
制御ｉ！！ｌ！！　２内の空燃比制御信号ＳＡ／Ｆ（Ｐ
Ｉ倍信号との関係を示す。

酸素センサの出力電圧■は、理論空燃比を境に急変する
特性があるので、この電圧変動の中間付近に、基準電圧
Ｖｓを設定して、両型圧を比較することによりＶ＞Ｖｓ
のときは混合気が理論空燃比より濃いと判別して、空燃
比を薄くする制御信号を発生する。またＶ＜Ｖｓのとき
は逆に空燃比を濃くするような制御信号を発生する。

この制御信号ＳＡ／Ｆはステップ状に変化する比例分Ｐ
と徐々に変化する積分分■とから構成され、たとえば空
燃比が理論空燃比より濃くなったと判別されると、ステ
ップ状にＰ、だけ薄くする方向に変化させて応答性を高
め、その後はＩＲにより徐々に薄くする方向に変化させ
制御精度を高める。同様に理論空燃比より薄くなったと
判別されると、今度はステップ状にＰＬだけ濃くする方
向に変化させ、その後はＩＬにより徐々に濃くする方向
に変化させる。

混合気が濃いほうにずれると、空燃比が理論空燃比より
濃くなる時間が薄くなる時間より長くなる。この結果、
出力電圧■がＶｓより大きくなる時間が長くなる。これ
に対しＩＲがＩＬより大きくなるので、同図に示すよう
に、制御信号ＳＡ／Ｆは薄くなる方向にずれていき、そ
の結果混合気が理論空燃比付近に制御１１Ｊ！：れる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、エンジンの燃焼を最良に維持するために１点
火時期を適切に制御することも極めて重要であり、一般
に点火時期は、エンジンの回転数と負荷に応じて制御さ
れるが、この場合、空燃比のフィードバック制御とは独
立して制御されるようになっている。

このように空燃比と、点火時期が各々独立して制御され
ると、空燃比の変動に伴うエンジントルクの変動が車両
に共振してサージを起こすこともある。

この現象は、空燃比をフィードバック制御する際に、特
にエンジン低回松域など排気系で検出した空燃比の応答
周期が長くなるときに制御空燃比が理論空燃比を周期的
に上下に横切るところから生じる。すなわち、発生トル
クは、第４図のように、空燃比が薄いときに比べて濃く
なるほど大きくなる特性を有するので、空燃比が理論空
燃比（λ＝１）を境にしてこのように濃、薄を周期的に
繰り返すことにより、この空燃比の変動に伴ってトルク
の低周波振動が生じ、この低周波振動が車両に共振して
サージを発生させるのである。

この発明は空燃比が変動してもトルク変動を赳こさない
ようにする点火時期制御装置を提供することを目的とす
る。

（問題点を解決するための手段） 第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図であ
る。

１０は混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段で、こ
の空燃比検出手段１０の出力を基準値と比較することに
より空燃比補正係数算出手段１１が空燃比フィードバッ
ク分補正係数を算出する。

空燃比フィードバック制御手段１２は、この補正係数に
応じて混合気の空燃比を目標値にフィードバック制御す
る。なお、混合気は気化器あるいは燃料噴射装置等の燃
料供給量ｙ、１３がらの燃料を吸気系に供給することに
より形成される。従って、この燃料供給量を増減すれば
、空燃比を制御することができる。

１４はエンジンの運松状ｌ＠（例えばエンノン回転数、
吸入空気量）を検出する運転状態検出手段で、この検出
手段１４がらの信号に応じて、α人時期算出手段１５が
運転状態に対応しての、点火時期を算出する。

１７は前記空燃比補正係数に応じて点火時期の補正量を
算出する点火時期補正量算出手段であり、点火時期補正
手段１８がこの点火時期補正量に応じて空燃比が目標値
より濃いときは点火時期を遅らせ、空燃比が目標値より
も薄いときは点火時期を進角させる。

なお、この補正された。α火時期に応じて点火手段１６
が点火コイルの１次電流を遮断し、点火栓にて火花点火
が行なわれる。

（作用） このように構成すれば、たとえば空燃比が理論空燃比よ
りも濃い側にずれるときは出力トルクが大きくなるので
あるが、この場合には点火時期が遅角される。

ここに、点火時期が遅角されるほど燃焼が遅れ出力とし
て寄与する分が小さくなるので、出力トルクは小さくな
る。このため、点火時期が遅角されると、混合気が濃く
なるにも拘わらず、出力トルクの増大が抑制される。

また、理論空燃比よりも薄いときは出力トルクが小さく
なるが、この場合には、−χ火時期が進角される。ここ
に、進角されると燃焼が早まり燃焼最高温度が上昇して
出力トルクが高まるので、混合気が薄くなるにも拘わら
ず、出力トルクの減少を抑制することができる。

したがって、空燃比が周期的に変動しても、この空燃比
の変動に応じて点火時期が進遅され、空燃比の変動に伴
うトルクの周期的変動を、この点火時期の進遅によるト
ルクの周期的変動で相殺させることができ、結果的にト
ルク変動のない交定したトルク特性を得ることができる
。このようにトルク変動を抑制することにより、車両と
共振してサージ等を招くことがなくなり、運転性を向上
することができる。

（実施例） 第２図はこの発明の一実施例の機械的な構成を示す概略
図である。この例は電子制御により空燃比フィードバッ
ク制御と点火時期制御を行うものに適用した例であるた
め、これらの制御は、マイクロコンピュータにて構成さ
れるコントロールユニット２５により集中的に行なわれ
る。

このコントロールユニット２５には排気Ｗ２２に設けら
れる空燃比検出手段２３、エンジン回転数や負荷等の運
転状態検出手段２４がらの各信号が入力し、コントロー
ルユニット２５からの制御信号にて吸気Ｗ２１に燃料を
供給する燃料供給手段２６と１．α火フィルの１次電流
を遮断する。α火手収２７が制御ｊされる。

なお、各検出手段については、酸素センサにて空燃比検
出手段２３を、クランク角センサにて回転数検出手段を
、エフ７０−メータにて負荷検出手段を、またバワトラ
ンクスタにて点火手段２７を、燃料噴射装置、気化器に
て燃料供給手段２６を構成すればよい、なお、マイクロ
コンピュータはインターフェース、メモリ、中央演算二
ニア）から構成される。

第３図は第２図中のコントロールユニット２５内にて行
なわれる動作を説明する流れ図であり、この流れ図に基
づいてこの実施例の作用を説明する。

この流れ図は空燃比制御と点火時期制御を同一の流れ図
中に示しており、３０〜３７．３９は従来例と同様であ
る。数字は各ステップを表し、この動作は所定時間毎に
行なわれる。

燃料噴射ｖＬ置を備えるエンジンの空燃比フィードバッ
ク制御につき具体的に述べると、はぼ理論空燃比となる
ようにエンジン運転状態に応じて予め１サイクル当たり
に必要とされる燃料噴射量が算出され、この噴射量に空
燃比フィードバック分捕正係数αを乗じて得られる値が
最終的な燃料噴射量としてエンジンに供給される。具体
的には、エンジン回転数Ｎと吸入空気量Ｑａとから算出
される燃焼に必要な基本噴射：１．Ｔｐ（＝に−Ｑａ／
Ｎ、ただしＫは定数）が噴射量制御の基礎とされ、この
Ｔｐに他の運転パラメータによる補正係数Ｃ０ＥＦとこ
のａを末じて得られる’ｒｉ（＝’ｒ’ｐｘｃ。

ＥＦＸｆｆ＋Ｔｓ、ただし、Ｔｓｌ、ｔ［圧補正分）が
最終的な燃料噴射量となる。

この場合、α＝１であれば、理論空燃比に保たれている
ことを示し、燃料噴射量の補正演算はなされないが、例
えば３１にて酸素センサの出力電圧Ｖと基準電圧ＶＳの
比較により、実際の混合気の空燃比が理論空燃比よりも
濃いと判別されると、３２にて薄くするべくα〉１とし
て燃料供給量を減量補正し、逆に薄いと判別されると３
３にて濃くするべくα〈１として増量補正し、混合気の
空燃比を理論空燃比に保つフィードバック制御が行われ
る。なお、Ｖ＞Ｖｓである場合が理論空燃比よりも濃い
場合に相当し、Ｖ＜Ｖｓである場合が理論空燃比よりも
薄い場合に相当する。

続いて３６．３７では点火時期が算出される。

３６ではエンジン運転状態を表す代表値であるエンジン
回転速度Ｎ、吸入空気量Ｑａを読み込み、３７にて点火
時期の基本進角値ＡＤＶを算出する。

このＡＤＶは例えばＭ　Ｂ　Ｔ　ＣＲ大トルクの得られ
る最小進角値）に設定される。

この場合、前述したＴｐとＮに応じて記憶されている点
火時期の基本進角値マツプからそのときのＮとＴｐとに
応じたＡＤＶをテーブルルックアップにより求めるもの
であってもよい。なお、ＡＤＶは圧縮上死点前のクラン
ク角を表す数値として記憶されている。

３８はこの発明の要部となるところであり、ＡＤＶの補
正量が上記αを用いてＫ（１−α）にて算出され、この
補正１Ｋ（１−α）を上記ＡＤＶに加算することにより
ＡＤＶの補正が行なわれる。従って、補正後の進角値Ａ
ＤＶｃはＡＤＶｃ＝ＡＤＶ＋Ｋ（１−α）となる。ここ
に、Ｋは感度であり、空燃比１点火時期に対するトルク
変化の勾配を考慮して、予め回転数、負荷に応じて設定
される正の定数である。

ここで、空燃比並びに点火時期に対する理論空燃比近辺
におけるトルク変化をみると、第４図。

ｐＩＳ５図に示すようになる。今、混合気の空燃比が理
論空燃比より小さくなる側にずれたとすると、混合気が
濃くなり燃焼状態がよくなるのだから、得られるトルク
は、理論空燃比にて得られるトルクよりも大きくなる。

従って、このトルク増大分を生じないようにするには、
第５図に示すように、基準点火進角値ＡＤＶＡ／Ｆ（理
論空燃比に対する点火進角値）を遅角補正すれば、燃焼
が遅れる分トルクを小さくすることができ、このトルク
減少分にて前記トルク増大分を相殺させることによりト
ルクの変動を無くすことがでさる。

そこで、この場合にα〉１となる空燃比フィードバック
分補正係数ａを用いて算出される。α火進角値の補正１
はＫ（１−α）く０となり１．α火時期゛はこの値だけ
遅角されるのである。

逆に、混合気の空燃比が理論空燃比より大きくなる側に
ずれたときには、混合気が薄くなる分トルクが減少する
が、このトルク減少分を１．α火・時期を進角させるこ
とにより燃焼を速めてトルクの増大を図り、このトルク
増大分にてトルク減少分を相殺することによりトルク変
動を吸収させるのである。

こうして求まるＡＤＶｃは３９にてインターフェースに
出力されると、圧縮上死点前クランク角ＡＤＶｃ”にＯ
ＦＦとなる点火信号に変換され、この点火信号によりパ
ワトランジスタから構成される点火手段２７が点火コイ
ルの１次電流を遮断し、点火が行われる。

第６図は混合気の空燃比との関係でトルクが周期的に変
動する様子とこれを打ち消すための点火時期の制御の関
係を示すこの実施例の作用を説明するタイミングチャー
トである。

図示したように、αに基づく空燃比制御信号ＳＡ／Ｆに
よれば、そのときに得られるトルクＴＡ／Ｆには周期的
な低周波の振動が生じており、一方補正景Ｋ（１−α）
に基づく制御信号５ＡＤＶによれば、そのときに得れら
るトルクＴＡ　Ｄ　Ｖに同様の低周波の振動が生じる。

ところが、５ＡＤＶはＳ＾／Ｆとちょうど逆位相で出力
されるようにしであるので、ＴＡ／ＦにＴＡＤＶが重要
されると、低周波振動がならされ、全体のトルクＴ　ｔ
ｏｔａｌは、振動を生じない一定値を保持する。

従って、従来例では、ＴＡ　／　Ｆの低周波振動が車両
と共振してサージを生じ運転者に不快感を与えていたの
であるが、これに対しこの例では低周波振動が抑制され
るので、サージを生じることがなく、運転性を向上する
ことができる。

また、アイドル時は、特にエンジン回転が不安定な領域
にあるので、回転安定化のためにフィードバック制御を
停止し、通常の燃料噴射制御（オーブンループ制御）を
行うクランプ機構が設けられるが、この発明によれば、
回転変動の原因となるトルク変動を生じることがないの
で、クランプ機構を設ける必要がなくなる。さらに、こ
の場合には、フィードバック制御に特有の制御精度の向
上を図ることができ、アイドル時の空燃比制御をＪＩＥ
確に行うことができる。

（発明の効果） この発明は、空燃比が理論空燃比よりも濃くなる側にず
れる場合の出力トルクの増大分を、点火時期の遅角補正
によりトルクを減少させる分で相殺し、逆に理論空燃比
よりも薄くなる側にずれる場合の出力トルクの減少分を
、進角補正によリトルクを増大させる分で相殺するよう
に、空燃比のフィードバック制御と点火時期制御とを連
動させなので、空燃比が変動するようなことがあっても
、トルクに低周波振動のない一定したトルクを得ること
ができ、この安定したトルク特性によりサージ等を招く
ことなく運転性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を明示するための全体構成図、
＄２図はこの発明の一実施例の機械的な構成を示す概略
図、第３図は第２図中のコントロールユニット内にて行
なわれる動作を説明する流れ図、第４図、第５図は空燃
比１点火時期に対する理論空燃比近辺におけるトルク特
性図、第６図は混合気の空燃比との関係でトルクが周期
的に変動する様子とこれを打ち消すための点火時期の制
御の関係を示すこの実施例の作用を説明するタイミング
チャートである。 第７図は従来例の概略図、第８図は従来例の空燃比フィ
ードバック制御を説明するタイミングチャートである。 １０・・・空燃比検出手段、１１・・・空燃比補正係数
算出手段、１２・・・空燃比フィードバック制御手段、
１３・・・燃料供給手段、１４・・・運転状態検出手段
、１５・・・、直火時期算出手段、１６川点火手段、１
７・・・点火時期補正量算出手段、１８・・・点火時期
補正手段、２１・・・吸気管、２２・・・排気管、２３
・・・空燃比検出手段、２４・・・運転状態検出手段、
２５・・・コントロールユニット、２６・・・燃料供給
手段、２７・・・点火手段。 特許出願人　　　日産自動車株式会社 第３図 第４図 第５図 轡−遅角　　ＡＤＶＡ／Ｆ　　　遅角−、ゼＪ５時期 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、この空燃
   比検出手段の出力を基準値と比較することにより空燃比
   補正係数を算出する空燃比補正係数算出手段と、この補
   正係数に応じて混合気の空燃比を目標値にフィードバッ
   ク制御する空燃比フィードバック制御手段と、エンジン
   の運転条件に応じて点火時期を算出する点火時期算出手
   段と、前記空燃比補正係数に応じて点火時期の補正量を
   算出する点火時期補正量算出手段と、この点火時期補正
   量に応じて空燃比が目標値より濃いときは点火時期を遅
   らせ、空燃比が目標値よりも薄いときは点火時期を進角
   させる点火時期補正手段とを設けたことを特徴とするエ
   ンジンの点火時期制御装置。