JPS6312862A - 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、自動車等内燃機関の空燃比を制御しつつ運転
性を高める点火時期制御装置に関する。

（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為傾向に
ある。

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リーン制
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既に実用化し
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号公報に記載されたものが知られて
いる。

この装置では、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、目標空燃比を切換えるときの空燃比
の切換速度と点火時期の進角値の切換速度が同一ではな
かったため、空燃比切換時の過渡状態のときの点火時期
の管理ができないことがある。

すなわち、目標空燃比の切換時にはショックが発生する
（特に、リーンから三元領域に切換える場合に顕著であ
る）ことがあり、そのショックを緩和するために空燃比
の切換は徐々に行うようにしている。これに対し、点火
時期の進角値の切換はマツプからのルックアップであり
、遅れの要因がないことからその切換は極めて短い時間
に行われている。したがって、目標空燃比の切換とそれ
に伴う点火時期の切換に当っては、点火時期の切換の方
が常に先行する形となり、例えば目標空燃比がリーン領
域から三元領域に切換った場合、点火時期の進角値は瞬
時にして三元の値に切換っているにも拘らず空燃比は未
だ比較的リーン領域に近い場所に残っている状態となる
。

このような空燃比の切換と点火時期の切換とが一致しな
い領域、いわゆる不安定ゾーンはエンジンの円滑な運転
を行う上で好ましくなく、出来る限り回避することが望
ましい。

（発明の目的） そこで本発明では、目標空燃比を切換えたとき、目標空
燃比に追随する現実の空燃比の切換速度に合わせて点火
時期の切換速度を徐々に切換えることにより、現実の空
燃比の切換時の過渡状態における点火時期をより適切に
制御して、運転性を向上させ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
ジンの負荷を検出する負荷検出手段ａと、エンジンの回
転数を検出する回転数検出手段すと、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理論空燃比よりリーン側に
選択する空燃比設定手段Ｃと、エンジン負荷および回転
数に基づいて目標空燃比が三元空燃比であるときの基本
点火時期を設定する第１基本値設定手段ｄと、エンジン
負荷および回転数に基づいて目標空燃比がリーン空燃比
であるときの基本点火時期を設定する第２基本値設定手
段ｅと、目標空燃比に応じて第１基本値設定手段ｄ又は
第２基本値設定手段ｅを選択して基本点火時期を読み出
して最終点火時期を決定するとともに、目標空燃比が切
換わるとき最終点火時期を徐々に変化させる点火時期決
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、目標空燃比が切換えられ、それに追随する
空燃比の切換速度に合わせて点火時期の切換速度が徐々
に切換えられる。したがって、空燃比の切換時の過渡状
態における点火時期がより適切に制御され、運転性の向
上が図られる。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜９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　Ｉｎｊ
ｅｃｔｉｏｎ）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からスロットルチャ
ンバ３を経て、ヒータ制御信号Ｓイにより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Ｓ＋ＧＮ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。

ここで、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５Ｉ３ｃに基づいてｒｓｃ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　ＩＣＶ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、ロッド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（回転数
検出手段）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
がリッチからリー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ッチ３８により
検出され、パワステの作動はパワステ検出スイッチ３９
により検出される。

上記各センサ３０．３１．３２．３４．３６．３７．３
８．３９から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
サ情報に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は空燃比設定手段
、第１基本値設定手段、第２基本値設定手段および点火
時期決定手段としての機能を有し、ＣＰ　Ｕ５１、ＲＯ
Ｍ５２、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
を行ったりしながらエンジンの燃焼制御に必要な処理値
を演算し、必要に応じて処理したデータをＩ１０ポート
５４へ出力する。Ｉ１０ポート５４には上記各センサ３
０．３１．３２．３４．３６．３７．３８．３９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Ｓ’ｌｌ、Ｓ　ＩＧＮ　％　Ｓ　ｌ５Ｃ１Ｓｓ
ｃｖ　−、ＳＨが出力される。ＲＯＭ５２はＣＰ　Ｕ５
１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
部を通過する空気量Ｑ　ａ　ｉ　ｎ　ｊ（以下、インジ
ェクタ部空気量という）を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Ｑ　Ａ　ｉ　ｈ　ｊ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ＳＰｔ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ＩＩ
　Ｑ　Ａ　ｉ　ｎ　ｊ算出を説明する。

第３図はシリンダ空気量ＱＡｃ、、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ＱＡｅ
ア、をオールド値ＱＡｃｙＬ”としてメモリに格納する
。ここで、Ｑ　Ａ（ｙ　、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
）での吸入空気量Ｑａ　（エンジン負荷ＴＰ　）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ＱＡ１ゎ、を演算すると
きの基礎データとなる。

次いで、Ｐ２で必要なデータ、すなわちスロットル開度
α、ＩＳＣバルブ２１への開度信号５ｒｓｃのデユーテ
ィ　（以下、ＩＳＯデユーティという）Ｄ１３ｃ、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ツプから該当するＡαの値をル
ックアップして求める。Ｐ４では同様にＩＳＣデユーテ
ィＤ　ＩＳＣ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、Ｐ５で次式〇に従って総流路
面積Ａを求める。

Ａ＝Ａα＋Ａ、　・・・・・・■ 次いで、Ｐ６で定常空気量Ｑ、を算出する。この算出は
、まず聡流路面積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値をルックアップして行う。

次いで、Ｐｔ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、Ｐ８で次式
■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。

ＱＡｃｙＬ＝Ｑａｃｙｔ　’　Ｘ　（Ｉ　　Ｋ　２）　
＋ｆＱｙ、　ＸＫ　２・・・・・・■ 但し、ＱＡＣアｔ’：Ｐ、で格納した値このようにして
求めた空気！ｔＱＡｃｙ、は本実施例のようなＳＰｔ方
式でなく、例えば吸気ポート近傍に燃料を噴射するＥＧ
ｉ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ＳＰｔ方式であるから、インジェクタ部
空気量Ｑ　Ａ　ｉ　ｎ　ｊを求める必要があり、この算
出を第８図に示すプログラムで行っている。

同プログラムでは、まず、Ｐｌ＋で次式〇に従って吸気
管内空気変化量ΔＣＭを求める。このΔＣＭはシリンダ
空気量Ｑ　Ａ　Ｃｙ　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・・・・・・００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＋□で次式■に従ってインジェクタ部空気
量ＱＡＬｆｉｊを算出する。

Ｑ　Ａｉｎｊ　＝　ＱＡｃｙＬ＋ΔＣＭ　　・・・・・
・■このようにして求めたＱＡｌ、ｌｊ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
プによっ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、ＳＰ
ｉ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もしくは所定クラン
ク角毎に一度実行される。

まず、ＰｇＩで今回の運転領域がリーン空燃比を目標値
とするリーン運転領域にあるか否かを判別する。この判
定は、例えば機関の冷却水温や車速、エンジン回転数お
よび負荷等の運転条件が所定範囲内にあるか否かで行う
。

運転領域がリーン運転領域にあるときはＰ２ｇでリーン
マツプからリーンのときの基本点火時期の目標値ＡＤＶ
Ｏをルックアップする。一方、運転領域がリーン運転領
域にないときはＰＮ２で三元マツプから三元のときの基
本点火時期の目標値ＡＤＶＯをルックアップする。すな
わち、Ｐｚ＋−Ｐｇのステップでは現在の運転領域にお
ける基本点火時期の値をそのときの目標値ＡＤＶＯとし
て採用しているので、例えば運転領域かり−ン領域に切
換ねった場合にはリーンの基本点火時期の目標値がすぐ
に採用されることになり、目標値の選択が的確に行われ
る。

次いで、Ｐｔａで基本、ζ火時期を目標値に徐々に変え
ていく場合の変化分ＤＡＤＶ　（ＤＡＤＶ＝ｆｕｎｃ　
（ｄＴＦＢＹＡ／ｄ　ｔ））を演算する。変化分ＤＡＤ
Ｖは目標燃空比ＴＦＢＹＡの関数で表わされ、変化速度
が大きい程度化分ＤＡＤＶの値も大きくなる。ここに、
ＴＦＢＹＡは目標燃空比と呼ばれ空気過剰率λの逆数で
あり、そのときの空気量に対する燃料の割合を示す。す
なわち、目標燃空比と空気過剰率とには第０式のような
関係かある。

目標燃空比ＴＦＢＹＡ＝ 空気過剰率λ 理論空燃比（ガソリンは１４．７） 現在の空燃比 ・・・・・・■ 次いで、Ｐｔｓで上記Ｐｚｚあるいはｐｚｚでルックア
ップした基本点火時期の目標値ＡＤＶＯと現在の基本点
火時期の値（以下、現在値という）ＡＤＶとを比較する
。このように、目標値と現在値とを比較することにより
、現実の基本点火時期が目標とする基本点火時期よりも
大きいか否かを判別している。小さい場合には次のＰｚ
ａのステップで増加による補正を行い、大きい場合には
Ｐ、。のステップで減少による補正を行う。

ＡＤＶ＜ＡＤＶＯのときは現在値が目標値よりも小さく
、Ｐｔｋで現在の基本点火時期を目標（直と一敗させる
ように変化分ＤＡＤＶによる補正を加える。すなわち、
現在値ＡＤＶに変化分ＤＡＤＶを加えた値（現在値補正
値と呼ぶ）Ｍを補正後の現実の基本点火時期としてメモ
リにストアする。

ここに、変化分ＤＡＤＶは空燃比を切換える際の速度を
示す値と同一であり、Ｐ２Ｏで後述する変化分ＤＡＤＶ
と同様に、基本点火時期の現在値を空燃比の切換速度に
対応して次第に増加（あるいは減少）させることによっ
て目標値に一致させている（目標の基本点火時期に切換
える）。

次いで、ｐｚｔでは現在値補正値Ｍが目標値ＡＤ■０に
達したか（Ｍ≧ＡＤＶＯか）否かを判別する。

Ｍ≧ＡＤＶＯのときは現在値補正値Ｍが目標値に達した
（すなわち、基本点火時期の切換えが完了した）と判断
し、ｐｚａでの現在値ＡＤＶに目標値ＡＤＶＯを採用し
て、今回の処理を終了する。

また、Ｍ＜ＡＤＶＯのときは現在値補正値Ｍが未だ目標
値に達していない（すなわち、基本点火時期の切換が完
了していない）と判断し、Ｐ２．で現在値ＡＤＶに現在
値補正値Ｍの値を採用する。

したがって、このＰＺ６〜ｐｚｑのステップにより現在
値ＡＤＶは変化分ＤＡＤＶづつの空燃比の切換速度に対
応した切換速度で切換ねることになる。

一方、ＰＺＳでＡＤＶ≧ＡＤＶＯのときは現在値が目標
値よりも大きく、Ｐ３゜で現在の基本点火時期を目標の
基本点火時期と一致させるために変化分ＤＡＤＶによる
補正を加える。すなわち、現在値ＡＤＶから変化分ＤＡ
ＤＶを差引いた値Ｍを補正後の現実の空燃比としてメモ
リにストアする。

次いで、Ｐ３１で現在値補正値Ｍが目標値ＡＤＶＯに達
したか（Ｍ≧ＡＤＶＯか）否かを判別する。

Ｍ＜ＡＤＶＯのときは現在値補正値Ｍが目標値に達した
（すなわち、基本点火時期の切換えが完了した）と判断
し、Ｐｉｌｌで現在値ＡＤＶに目標値ＡＤＶＯを採用し
て、今回の処理を終了する。

一方、Ｍ≧ＡＤＶＯのときは現在値補正値Ｍが未だ目標
値に達していない（基本点火時期の切換が完了していな
い）と判断し、Ｐ２９で現在値ＡＤＶに現在値補正値Ｍ
を採用する。

したがって、このＰ２８〜Ｐｆｆｌのステップでは上述
のＰ２６〜ｐｚｑのステップと同様に、現在値ＡＤＶが
変化分ＤＡＤＶづつ空燃比の切換速度に対応した切換速
度で切換わることになる。

このように、本実施例では目標値に追随する現実の空燃
比の切換速度に合わせて点火時期の切換速度を徐々に切
換えているので、切換時の過渡状態における点火時期制
御の管理を適切に行うことができる。例えば、目標空燃
比がリーン領域から三元領域に切換った場合でも、空燃
比の切換ねる速さに対応して基本点火時期の切換が適切
に追随することになるので、空燃比の切換速度と基本点
火時期の切換速度が常に一致することになる。

したがって、空燃比の切換状態と基本点火時期の切換状
態が一致しない不安定ゾーンを避けることができ、運転
性を向上させることができる。

（効果） 本発明によれば、目標空燃比を切換えたとき、その点火
時期の切換速度を目標空燃比に追随する現実の空燃比の
切換速度に合わせて徐々に切換えるようにしているので
、切換時の過渡状態における点火時期をより適切に制御
することができ、運転性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜９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ＱＡｃｙ【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
Ａ、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Ｑ）Ｉ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ｉｉ　Ｑ　Ａｉ　ｎ　＝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である。 １・・・・・・エンジン、 １３・・・・・・点火手段、 ３２・・・・・・クランク角センサ（回転数検出手段）
、３５・・・・・・空燃比検出手段、 ５０・・・・・・コントロールユニット（空燃比設定手
段、第１基本値設定手段、第２設定手 段、点火手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、ｂ）エ
   ンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、 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理論
   空燃比よりリーン側に選択する空燃比設定手段と、 ｄ）エンジン負荷および回転数に基づいて目標空燃比が
   三元空燃比であるときの基本点火時期を設定する第１基
   本値設定手段と、 ｅ）エンジン負荷および回転数に基づいて目標空燃比が
   リーン空燃比であるときの基本点火時期を設定する第２
   基本値設定手段と、 ｆ）目標空燃比に応じて第１基本値設定手段又は第２基
   本値設定手段を選択して基本点火時期を読み出して最終
   点火時期を決定するとともに、目標空燃比が切換わると
   き最終点火時期を徐々に変化させ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
   。