JPS6312861A - 内燃機関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） 本発明は、自動車内燃機関の空燃比および吸入スワール
を制御しつつ運転性を高める点火時期制御に関する。

（従来の技術） 近時、自動車エンジンに対する要求が高度化しており、
排出ガス低減、高出力、低燃費等の互いに相反する課題
について何れも高レベルでその達成が求められる傾向に
ある。

例えば、エンジンの出力性能向上を図る観点から、吸入
スワールに着目すると、周知のように、吸入スワールは
混合気の希薄化、大量ＥＧＲに伴う燃焼悪化を改善する
有効な手段である。そこで、運転条件に応じてスワール
の制御が行われている。

また、特に省燃費の立場から比較的低負荷領域では空燃
比を理論空燃比から希薄空燃比に切換える部分制御が試
みられており、このような部分リーン制御を行いながら
、さらに点火時期制御を行う装置も実用化している。

従来のこの種の点火時期制御装置としては、例えば特開
昭５９−３２６７１号公報や特開昭５９−２０３８７０
号公報に記載されたものが知られている。

これらの装置では、エンジンの運転状態に基づいて空燃
比のフィードバック制御を行うとともに、空燃比がある
設定値よりもずれた場合には空燃比制御の代わりに点火
時期の制御を行うことにより、運転性や燃費の向上を図
るようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の内燃機関の点火時期制
御装置にあっては、スワールコントロールバルブ（以下
、単にＳＣＶと呼ぶ）が開いているときの三元空燃比を
ベースとして基本点火時期を設定するとともに、ＳＣＶ
が閉じているときの遅角補正やリーン化に伴う進角補正
はそれぞれ独立して行っていたので、ＳＣＶが閉でかつ
リーンのときの進角補正値が相互に無関係のまま補正さ
れることになりその進角補正値が真の要求値と合致して
いなかった。したがって、より適切な点火時期制御を実
行できないことから、ノッキングの発生やＮＯｘの排出
量の増加を招来することがある。

例えば、ＳＣＶを閉じて燃焼室内に強いスワールを発生
させると燃焼速度を速めて十分な燃焼改善を行うことが
でき、特に三元領域よりもリーン側で運転を行う場合に
はその効果には著しいものがある。ここで、三元領域と
は三元触媒本来の機能が有効に発揮される目標空燃比の
領域をいい、−例としてλ＝１の理論空燃比に設定され
る。

ところが、現行技術（すなわち、従来の装置）では、上
述した例のようなＳＣＶが閉でかつり一部のときの点火
時期の補正値を直接的に算出することはできなかった。

すなわち、従来の装置では三元領域でＳＣＶを閉にした
場合の補正と空燃比が変化した場合の補正とをそれぞれ
独立して行っていたので、例えば、上述のようなＳＣｖ
が閉でかつリーンのときにはスワールの効果で十分な燃
焼が得られており、実際にはそれ程大きい進角補正量は
必要ない場合でもＳＣＶが開のときの補正値がら空燃比
による補正量を一律に差引くという態様となっていたた
め、比較的多めの進角値補正を行ってしまう結果となり
、進角のしすぎからノッキングの発生やＮＯＸの排出量
の増加を招いていた。

（発明の目的） そこで本発明は、スワールコントロールパルプの開閉状
態と空燃比の変化状態との間に関連をつけて基本点火時
期を補正することにより基本点火時期の補正を適切なも
のとして、ノンキングの発生やＮＯｘの排出量の増加を
防止することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明による内燃機関の点火時期制御装置は上記目的達
成のため、その基本概念図を第１図に示すように、エン
ジンの運転状態を検出する運転状態検出手段ａと、機関
の吸気通路に設けられ、開閉して吸気通路を絞ることに
より機関の燃焼室に渦流を生成する吸気制御弁の開閉状
態を検出する開閉状態検出手段すと、エンジンの運転状
態に応じて目標空燃比を設定し、少なくとも定常走行の
一部において該目標空燃比を所定の三元空燃比よりリー
ン側に設定する目標設定手段Ｃと、運転状態に基づいて
、前記吸気制御弁が開いているときの三元空燃比をベー
スとして基本点火時期を設定する基本値設定手段ｄと、
目標空燃比が三元空燃比からリーン空燃比に移行したと
き、空燃比の値および吸気制御弁の開閉状態に応じて三
元空燃比のときの基本点火時期を補正する進角補正を演
算する補正量演算手段ｅと、目標空燃比が三元空燃比で
あるとき基本点火時期を最終点火時期とし、三元空燃比
からリーン空燃比に移行すると該基本点火時期を前記進
角補正量に応じて補正し、最終点火時期を決定する点火
時期決定手段ｆと、点火時期決定手段ｆの出力に基づい
て混合気に点火する点火手段ｇと、を備えている。

（作用） 本発明では、基本点火時期がスワールコントロールバル
ブの開閉状態と空燃比の変化状態が相互に関連づけられ
て適切に補正される。したがって、基本点火時期の補正
がより適切なものとなり、ノッキングの発生やＮＯｘの
排出量の増加が防止される。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜１０図は本発明の一実施例を示す図であり、本発
明をＳ　Ｐ　ｉ　　（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｐｏ１ｎｔ　Ｉｎ
ｊｅｃｔｉｏｎ）方式のエンジンに適用した例である。

まず、構成を説明する。第２図において、１はエンジン
であり、吸入空気はエアクリーナ２がらスロットルチャ
ンバ３を経て、ヒータ制御信号Ｓ、により０Ｎ１０ＦＦ
するＰＴＣヒータ４で加熱された後、インテークマニホ
ールド５の各ブランチより各気筒に供給され、燃料は噴
射信号ＳＴｉに基づきスロットル弁６の上流側に設けら
れた単一のインジェクタフにより噴射される。

各気筒には点火プラグ１０が装着されており、点火プラ
グ１０にはディストリビュータ１１を介して点火コイル
１２からの高圧パルスＰＵＬＳＥが供給される。これら
の点火プラグ１０、ディストリビュータ１１および点火
コイル１２は混合気に点火する点火手段１３を構成して
おり、点火手段１３は点火信号５ＩＧＮに基づいて高圧
パルスＰＵＬＳＥを発生し放電させる。そして、気筒内
の混合気は高圧パルスＰＵＬＳＨの放電によって着火、
爆発し、排気となって排気管１４を通して触媒コンバー
タ１５で排気中の有害成分（Ｃｏ、ＨＣ，Ｎ０Ｘ）を三
元触媒により清浄化されてマフラ１６から排出される。

ココ７、吸入空気の流れはアクセルペダルに連動するス
ロットルチャンバ３内のスロットル弁６により制御され
、アイドリング時にはスロットル弁６はほとんど閉じて
いる。アイドリング時の空気の流れはバイパス通路２０
を通り、開度信号ｓｒｓ。に基づいてＩＳＯバルブ（Ｉ
ｄｌｅ　５ｐｅｅｄ　ＣｏｎｔｒｏｌＶａｌｖｅ　：ア
イドル制御弁）２１により適宜必要な空気が確保される
。

また、各気筒の吸気ポート近傍にはスワールコントロー
ル弁２２が配設されており、スワールコントロール弁２
２はロッド２３を介してサーボダイヤフラム２４に連結
される。サーボダイヤフラム２４には電磁弁２５から所
定の制御負圧が導かれており、電磁弁２５はデユーティ
値Ｄ　ＳＣＶを有するスワール制御信号ｓ　ｓｃｖに基
づいてインテークマニホールド５から供給される負圧を
大気に漏らす（リークする）ことによってサーボダイヤ
フラム２４に導入する制御負圧を連続的に変える。サー
ボダイヤフラム２４は制御負圧に応動し、ロッド２３を
介してスワールコントロール弁２２の開度を調整する。

上記スワールコントロール弁２２、ロフト２３、サーボ
ダイヤフラム２４および電磁弁２５は全体としてスワー
ル操作手段２６を構成する。

スロットル弁６の開度αはスロットルセンサ３０により
検出され、冷却水の温度Ｔｗは水温センサ３１により検
出される。また、エンジンのクランク角Ｃａはディスト
リビュータ１１に内蔵されたクランク角センサ３２によ
り検出され、クランク角Ｃａを表すパルスを計数するこ
とによりエンジン回転数Ｎを知ることができる。

排気管１４には酸素センサ３３が取り付けられており、
酸素センサ３３は空燃比検出回路３４に接続される。空
燃比検出回路３４は酸素センサ３３にポンプ電流１ｐを
供給し、このポンプ電流Ｉｐの値から排気中の酸素濃度
がリンチからり−ンまで広範囲に亘って検出される。酸
素センサ３３および空燃比検出回路３４は空燃比検出手
段３５を構成する。

変速機の操作位置は位置センサ３６により検出され、車
両の速度Ｓ　ＶＳＦは車速センサ３７により検出される
。また、エアコンの作動はエアコンスイノチ３８により
検出され、パワステの作動はバヮステキ灸出スイッチ３
９により検出される。

上記各センサ３０．３１．３２．３４．３６．３７．３
８．３９カラの信号はコントロールユニット５０に入力
されており、コントロールユニット５０はこれらのセン
サ情報るこ基づいてエンジンの燃焼制御（点火時期制御
、燃料噴射制御等）を行う。

すなわち、コントロールユニット５０は開閉状態検出手
段、目標設定手段、基本値設定手段、補正量演算手段お
よび点火時期決定手段としての機能を有し、ＣＰ　Ｕ５
１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３およびＩ１０ポート５４に
より構成される。

ＣＰ　Ｕ５１はＲＯＭ５２に書き込まれているプログラ
ムに従ってＩ１０ポート５４より必要とする外部データ
を取り込んだり、またＲＡＭ５３との間でデータの授受
を行ったりしからエンジンの燃焼制御に必要な処理値を
演算し、必要に応して処理したデータをＩ１０ボート５
４へ出力する。Ｉ１０ポート５４には上記各センサ３０
．３１．３２．３４．３６．３７．３８．３９からの信
号が入力されるとともに、Ｉ１０ボート５４からは前記
各信号ＳＴｉ、５ＩＧＮ　’ｚ　５ｒｓｃ、５ＳＣＶ　
％　Ｓ　Ｈが出力される。ＲＯＭ５２はＣＰ　ｔＪ５１
における演算プログラムを格納しており、ＲＡＭ５３は
演算に使用するデータをマツプ等の形で記憶している。

なお、ＲＡＭ５３の一部は不揮発性メモリからなり、エ
ンジン１停止後もその記憶内容を保持する。

次に、作用を説明するが、最初に空気流量の算出システ
ムについて説明する。

本実施例では空気流量の検出に際して従来のようなエア
フローメータ等を設けておらず、スロットル開度αおよ
びエンジン回転数Ｎをパラメータとしてインジェクタ７
の部分を通過する空気量Ｑ１０アＪ（以下、インジェク
タ部空気量という）ヲ算出するという方式（以下、単に
α−Ｎシステムという）を採っている。

このようなα−Ｎシステムによってインジェクタ部通過
空気量ＱＡ、−を算出しているのは、次のような理由に
よる。

すなわち、上記従来のセンサによると、（イ）吸気脈動
によるセンサ出力の変動が大きく、これは燃料の噴射量
の変動を引き起こし、トルク変動を生じさせる、 （ロ）センサの応答性の面で過渡時に検出誤差が大きく
なる、 （ハ）上記センサはコストが比較的高い、という面があ
るためで、本実施例ではかかる観点から低コストで応答
性、検出精度に優れたα−Ｎシステムを採用している。

また、特にＳｐｉ方式のエンジンにあっては、かかるα
−Ｎシステムを採用することで、空燃比の制御精度が格
段と高められる。

以下に、本システムによるインジェクタ部通過空気Ｗ　
Ｑ　Ａ　ｉ　ｎ　ｊの算出を説明する。

第３図はシリンダ空気量ＱＡｃｙＬの算出プログラムを
示すフローチャートである。まず、Ｐｌで前回のＱＡ６
７Ｌをオールド値ＱＡｃＶＬ′としてメモリに格納する
。ここで、Ｑａｃｙｔはシリンダ部′を通過する吸入空
気量であり、従来の装置（例えば、ＥＧｉ方式の機関）
での吸入空気１Ｑａ（エンジン負荷Ｔｒ）に相当するも
ので、後述する第８図に示すプログラムによってインジ
ェクタ部における空気量Ｑ　ａ　ｉ　ｎ　ｊを演算する
ときの基礎データとなる。

次いで、Ｐｔで必要なデータ、すなわちスロットル開度
α、■ＳＣバルブ２１への開度信号５Ｉ３Ｃのデユーテ
ィ　（以下、■ＳＣデユーティという）ＤＩＳＣ、エン
ジン回転数Ｎを読み込む。

Ｐ３ではスロットル開度αに基づいてスロットル弁６が
装着されている部分における流路面積（以下、スロット
ル弁流路面積という）Ａαを算出する。これは、例えば
第４図に示すテーブルマフツブから言亥当するＡαのイ
直をルックアッフ゛して求める。Ｐ４では同様にＩＳＣ
デユーティＤＩＳＣに基づき第５図のテーブルマツプか
らバイパス路面積Ａ、を算出し、Ｐ、で次式■に従って
総流路面積Ａを求める。

Ａ＝Ａα＋Ａ、　　・・・・・・■ 次いで、Ｐ、で定常空気量ＱＨを算出する。この算出は
、まず総流路面積Ａをエンジン回転数Ｎで除してＡ／Ｎ
を求め、このＡ／Ｎとエンジン回転数Ｎをパラメータと
する第６図に示すようなテーブルマツプから該当する定
常空気量ＱＨＯ値をルックアンプして行う。

次いで、Ｐ、でＡとＮとをパラメータとして第７図に示
すテーブルマツプからインテークマニホールド５の容積
を考慮した遅れ係数に２をルックアップし、ｐＨで次式
〇に従ってシリンダ空気量ＱＡＣ，，，を算出してルー
チンを終了する。

ＱＡｃｙｃ＝Ｑａｃｙｔ　’　Ｘ　（１−Ｋ　２）　＋
ＱＨＸ　Ｋ　２・・・・・・■ 但し、ＱＡｃ、、　’　：　ｐ、で格納した値このよう
にして求めた空気量Ｑ　Ａｃ　ｙ　Ｌは本実施例のよう
なＳｐｉ方式でなく、例えば吸気染−ト近傍に燃料を噴
射するＥＧｉ方式の機関にはそのまま適用することがで
きる。しかし、本実施例はＳＰｉ方式であるから、イン
ジェクタ部空気量Ｑ　Ａ　１ｆｉ４を求める必要があり
、この算出を第８回に示すプログラムで行っている。

同プログラムでは、まず、Ｐ、で次式〇に従って吸気管
内空気変化量ΔＣＭを求める。この６０Ｍはシリンダ空
気ｆｆｉ　Ｑ　Ａｃ　ｙ　Ｌに対して過渡時にスロット
ルチャンバ３内の空気を圧力変化させるための空気量を
意味している。

ΔＣＭ　＝　ＫＭ　Ｘ　（ＱＡｃｙｔ　　ＱＡｃｙｔ　
’　）　／　Ｎ・・・・・・■ ０式において、ＫＭはインテークマニホールド５の容積
に応じて決定される定数であり、エンジン１の機種等に
応じて最適値が選定される。次いで、ｐ＋ｚで次式■に
従ってインジェクタ部空気量Ｑ　ａ　ｉ　ｎ　ｊを算出
する。

Ｑ　Ａｉｎｊ　＝　ＱＡｃｙｔ＋ΔＣＭ　　・・−−−
−■このようにして求めたＱ　Ａ　ｉ　ｎ　ｊはスロッ
トル弁開度αを情報パラメータの一つとしていることか
ら応答性が極めて高く、また実験データに基づくテーブ
ルマツプによりて算出しているので、実際の値と正確に
相関し検出精度が高い（分解能が高い）。さらに、既設
のセンサ情報を利用し、マイクロコンピュータによるソ
フトの対応のみでよいから低コストなものとなる。特に
、ＳＰｉ方式のようにスロットルチャンバ３の上流側で
燃料を噴射するタイプに適用して極めて好都合である。

次に、本論の作用を説明する。

第９図は点火時期制御のプログラムを示すフローチャー
トである。本プログラムは所定時間毎に一度実行される
。

まず、Ｐａｌでエンジン負荷ＱＡｃｙ、とエンジン回転
数Ｎをパラメータとするテーブルマツプから三元領域に
おける基本点火時期ＡＤＶＯをルックアップする。ここ
に、エンジン負荷に相当するシリンダ空気量Ｑ　Ａｃ　
ｙ　Ｌは第３図〜８図で上述したα−Ｎシステムにより
求めた値を用いる。なお、このテーブルマツプはエンジ
ン回転数Ｎとエンジン負荷（シリンダ空気量Ｑ　４　ｃ
　ｙ　ｔをデータとする他、例えば絞弁開度や吸気管内
圧等の負荷センサ出力に基づいたデータでもよい）の関
数として与えてあり、低負荷域では略ＭＢＴの条件に設
定され、高負荷域ではノッキングレベルに応じて設定さ
れる。

次いで、ｐｚｚでスワールコントロールパルプＳＣｖが
閉じているか否かを判別する。閉じているときはスワー
ル制御を行っていると判断し、Ｐ２３でスワール閑のと
きの補正マツプ１から点火時期補正量ＤＡＤＶを読み出
す。一方、ＳＣＶが開いているときはスワール制御を行
っていないと判断し、ＰＸ３でスワール開のときの補正
マツプ２から点火時期補正量ＤＡＤＶを読み出す。

さらに、ＰＺＳでは次式〇に従って最終点火時期ＡＤＶ
を演算し、今回の処理を終了する。

ＡＤｖ＝ＡＤＶＯ＋ＤＡＤｖ　・・・・・・■但し、Ａ
ＤＶＯ：ＰＸ１でルックアップした値このように、本実
施例ではスワールコントロールパルプの開閉状態に応じ
た補正と空燃比の変化による補正とを相互に関連づけて
いるので、基本点火時期の補正量をより適切な値とする
ことができる。例えば、ＳＣＶが閉でかつリーン領域の
ようにスワール制御による燃焼効果が大きく、それ程大
きい進角補正量が必要ない場合には、点火時期の補正量
をＳＣＶ閉のときの補正マツプ１から読み出して使用す
ることで（第１０図参照）、進角のしすぎを回避でき、
ノンキングの発生やＮＯｘの排出量の増加を防止できる
。

（効果） 本発明によれば、スワールコントロールバルブの開閉状
態と空燃比の変化状態との間に関連をつけて基本点火時
期を補正しているので、基本点火時期の補正を適切なも
のとすることができ、ノッキングの発生やＮＯｘの排出
量の増加を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜１０図は本発明の
一実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第
３図はそのシリンダ空気量ＱＡｃｙＬの算出プログラム
を示すフローチャート、第４図はそのスロットル弁流路
面積Ａαのテーブルマツプ、第５図はそのバイパス路面
積ＡＩのテーブルマツプ、第６図は総流路面積Ａをエン
ジン回転数Ｎで除したＡ　／　Ｎとエンジン回転数Ｎと
をパラメータとする定常空気量ＱＭのテーブルマツプ、
第７図はその遅れ係数に２のテーブルマツプ、第８図は
そのインジェクタ部空気Ｉ　Ｑａｉ。の算出プログラム
を示すフローチャート、第９図はその点火時期制御のプ
ログラムを示すフローチャート、第１０図はその点火時
期制御分ＤＡＤＶを空燃比とスワールコントロールバル
ブの開閉との関係で示す図である。 １・・・・・・エンジン、 １３・・・・・・点火手段、 ５０・・・・・・コントロールユニット（開閉状態検出
手段、目標設定手段、基本値設定手段、補正量演算手段
、点火時期決定手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 ｂ）機関の吸気通路に設けられ、開閉して吸気通路を絞
   ることにより機関の燃焼室に渦流を生成する吸気制御弁
   の開閉状態を検出する開閉状態検出手段と、 ｃ）エンジンの運転状態に応じて目標空燃比を設定し、
   少なくとも定常走行の一部において該目標空燃比を所定
   の三元空燃比よりリーン側に設定する目標設定手段と、 ｄ）運転状態に基づいて、前記吸気制御弁が開いている
   ときの三元空燃比をベースとして基本点火時期を設定す
   る基本値設定手段と、 ｅ）目標空燃比が三元空燃比からリーン空燃比に移行し
   たとき、空燃比の値および吸気制御弁の開閉状態に応じ
   て三元空燃比のときの基本点火時期を補正する進角補正
   を演算する補正量演算手段と、 ｆ）目標空燃比が三元空燃比であるとき基本点火時期を
   最終点火時期とし、三元空燃比からリーン空燃比に移行
   すると該基本点火時期を前記進角補正量に応じて補正し
   、最終点火時期を決定する点火時期決定手段と、 ｇ）点火時期決定手段の出力に基づいて混合気に点火す
   る点火手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置
   。