JPS63162951A - 内燃機関の点火時期および空燃比制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の点火時期および空燃比制御方法に係
り、特に高オクタン価燃料（ハイオク）および低オクタ
ン価燃料（レギュラ）を使用して走行可能な内燃機関の
点火時期および空燃比制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来より、機関負荷（吸入空気量または吸気管圧力）と
機関回転速度とに基づいて基本燃料噴射時間を演算し、
この基本燃料噴射時間を吸気温や機関冷却水温等で補正
して燃料噴射時間を求め、この燃料噴射時間に相当する
時間燃料噴射弁を開弁することにより燃料を供給する燃
料噴射式の内燃機関が知られている。この内燃機関にお
いては、排ガス中の有害成分であるＨＣ，Ｃｏ、ＮＯｘ
を同時に浄化するために排気管に三元触媒を充填した触
媒装置を取付けると共に、この触媒装置の上流側に理論
空燃比に対応する排ガス中の残留酸素濃度を境に反転し
た信号を出力するＯ２センサを取付け、このＯｔセンサ
出力に基づいて比例積分制御によって空燃比が理論空燃
比になるようにフィードバック制御するようにしている
。

二方、現在市場に流通している車両用燃料、例えばガソ
リンには、高オクタン価燃料（ハイオク）と低オクタン
価燃料（レギュラ）とがある。このため高オクタン価燃
料に適した仕様のガソリン機関や低オクタン価燃料に適
した仕様のガソリン機関が存在している。このよ、うな
状況下で、高オクタン価燃料に適した仕様のガソリン機
関に低オクタン価燃料を使用すると、ノッキングが頻発
して機関の性能を十分に発揮することができず、最悪の
場合には機関が損傷することもある。

逆に、低オクタン価燃料に適した仕様のガソリン機関に
高オクタン価燃料が供給されると、ＭＢＴ（Ｍｉｎｔｍ
ｕｍ　　５ｐａｒｋ　　Ａｄｖａｎｃｅ　　ｆｏｒ　　
［１ｅｓｔ　　Ｔｏｒｑｕｅ　　）　　からかなり遅角
した領域で点火進角が制御されるためそのガソリン機関
の有する性能を十分に発揮できなくなる。このため従来
では、特開昭５８−５７０７２号公報に示すように、高
オクタン価燃料に適した基本点火進角と低オクタン価燃
料に適した基本点火進角とを予め定めておき、切換スイ
ッチを操作して使用燃料のオクタン価に応じて基本点火
進角を選択して点火時期を制御することにより高オクタ
ン価燃料と低オクタン価燃料とを併用できるようにする
ことが行なわれている。このように使用燃料のオクタン
価に応じた基本点火進角を選択して点火時期を制御する
ことにより、使用燃料のオクタン価に関係ダくノッキン
グおよび機関のｔ員傷を回避できると共に、機関の有す
る性能を十分発揮させることができる。なお、本発明に
関連する技術としては、特開昭５８−１４０４５０号公
報記載の技術がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、高オクタン価燃料に適した基本点火進角
は低オクタン価燃料に適した゛基本点火進角より進角側
に設定されているため、高オクタン価燃料使用時には点
火時期を進角させたことによって混合気の燃焼温度が高
くなり、これによって特にＮ　Ｏｘの排出量が多くなる
、という゛問題が発・生ずる。

本発明は上記問題点を解決すべく成されたもので、高オ
クタン価燃料使用時に機関の出力を低下させることなく
ＮＯｘを低減して排気エミッションを良好にした内燃機
関の点火時期および空燃比制御方法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〕

上記目的を達成するために本発明は、使用燃料のオクタ
ン価が高いときには使用燃料のオクタン価が低いときよ
り点火時期を進角させると共に排ガス中の残留酸素ａ［
を検出するＯｔセンサ出力に基づいて空燃比を目標空燃
比にフィードバック制御する内燃機関の点火時期および
空燃比制御方法において、使用燃料のオクタン価が高い
ときには空燃比を目標空燃比よりリッチに制御すること
を特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、使用燃料のオクタン価が高いときには
使用燃料のオクタン価が低いときより点火時期が進角側
に制御されると共に空燃比がリッチ側に制御される。こ
のように点火時期を進角側に制御することによって高オ
クタン価燃料を使用して低オクタン価燃料用点火進角で
制御したときの出力の低下が防止される。また、高オク
タン価燃料を使用したときに点火時期を進角しかつ空燃
比をリッチ側に制御することによって、混合気の燃焼温
度が低下されＮＯｘの排出量が低減される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明′によれば、高オクタン価燃
料使用時に出力を低下させることなくＮＯ８を低減して
排気エミッションを低減することができる、という効果
が得られる。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第２図には、本発明が適用可能な点火時期制御装置およ
び燃料噴射量制御装置を備えた内燃機関（エンジン）の
−例が示されている。４サイクル６気筒ガソリンエンジ
ン１０のディストリビュータ１４には、ディストリビュ
ータシャフトに固定されたシグナルロータとディストリ
ビュータハウジングに固定されたピックアップとで各々
構成された気筒判別センサ１６および回転角センサ１８
が取付けられている。気筒判別センサ１６は、ディスト
リビュータシャフトが１回転する毎、すなわちクランク
軸が２回転する毎（７２０’ＣＡ毎）に１つのパルスを
発生する。このパルスの発生位置は、例えば第１気筒の
上死点（ＴＤＣ）である０回転角センサ１８はディスト
リビュータシャフトが１回転する毎に例えば２４個のパ
ルス、従って３０°ＣＡ毎に１つのパルスを発生する。

気筒判別センサ１６および回転角センサ１８は、マイク
ロコンピュータ等で構成された制御回路２０に接続され
、各センサで発生された電気信号が制御回路２０に入力
されている。また、制御回路２０には、吸気通路２２の
スロットル弁２５上流側に取付けられかつ吸気温センサ
を備えたエアフローメータ２４からの吸入空気量信号が
入力されている。なお、図示を省略したが吸気温信号も
入力される。スロットル弁２５の下流側にはサージタン
ク１２が配置されており、このサージタンク１２はイン
テークマニホールドを介してエンジンの燃焼室に連通さ
れている。エンジンの燃焼室は、エキゾーストマニホー
ルドを介して三元触媒を充填した触媒装置（図示せず）
に連通されている。

このエキゾーストマニホールドには、排ガス中の残留酸
素濃度を検出して理論空燃比に対応する値を境に反転し
た信号を出力するＯｘセンサ３２が取付けられている。

また、シリンダブロックを貫通してウォータジャケット
内に突出するよう機関冷却水温センサ３０が取付けられ
ている。一方、制御回路２０からは、イグナイタ２６に
点火信号が出力され、イグナイタ２６によって形成され
た高電圧はディストリビュータ１４によって分配され、
各気筒毎に取付けられた点火プラグ２８に順に供給され
る。また、制御回路２０は演算された燃料噴射時間に相
当する時間燃料噴射弁２９を開弁して燃料噴射量を制御
するように接続されている。そして、制御回路２０には
、使用燃料のオクタン価に応じて基本点火進角を切換え
るための切換スイッチ３４が接続されている。この切換
スイッチ３４をオンしたときには高オクタン価燃料用の
基本点火進角が選択され、オフしたときには低オクタン
価燃料用の基本点火進角が選択される。

マイクロコンピュータを含んで構成された制御回路２０
は、第３図に示すように、ランダムアクセ、スメモリ　
（ＲＡＭ）５Ｂ、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）６０、
マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）６２、第１
の入出カポ−トロ４、第２の入出カポ−トロ６、第１の
出力ポートロ８、第２の出力ポードア０およびこれらを
接続するデータバスやコントロールバス等のバス？２を
６１．ｔている。第１の入出カポ−トロ４は、アナログ
−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器７４、マルチプレクサ７６
およびバッファ７８Ａを介してエアフロメータ２４に接
続されると共に、バッファ７８Ｂを介して機関冷却水温
センサ３０に接続され、また図示しない吸気温センサ等
に接続されている。また、第１の入出カポ−トロ４は、
Ａ／Ｄ変換器７４およびマルチプレクサ７６に制御信号
を供給するよう接続されている。上記第２の入出カポ−
トロ６には、波形整形回路８０を介して気筒判別センサ
１６および回転角センサ１８が接続されると共に、コン
パレータ８２を介して０．センサ３２が接続され、また
切換スイッチ３４が接続されている。

上記第１の出力ポートロＢは駆動回路８６を介してイグ
ナイタ２６に接続され、第２の出力ポードア０はダウン
カウンタを備えた駆動回路８８を介して燃料噴射弁２９
に接続されている。なお、９０はクロック、９２はタイ
マである。上記ＲＯＭ６０には、以下で説明する制御′
ｎルーチンのプログラムや高オクタン価燃料用の基本点
火進角および低オクタン価燃料用の基本点火進角のマツ
プ等が予め記憶されている。

次に、上記制御ルーチン牽説明しながら本発明の実施例
の作用を詳細に説明する。

第４図は本実施例のメインルーギンを示すもので、ステ
ラ７”ｌＯＯにおいて吸入空気１ｉｔＱおよびエンジン
回転速度Ｎを取込み、ステ゛ンブ１０２において吸入空
気量Ｑとエンジン回転速度Ｎとから基本燃料噴射時間Ｔ
Ｐ　（−ｋ　−Ｑ／Ｎ、ただしｋは比例定数である）を
演算する。そして、ステップ１０４において第１図の割
込ルーチンで演算される空燃比フィードバック補正線数
ＦＡＦと吸気温やエンジン冷却水温等に応じて燃料噴射
量を補正するための補正係数にとによって基本燃料噴射
時間ＴＰを補正することにより燃料噴射時間ＴＡＵを演
算する。

第１図は上記で説明した空燃比フィードバック補正係数
ＦＡＦを演算するための所定時間毎に実行される割込ル
ーチンを示すもので、ステップ１１０において空燃比フ
ィードバック制御条件が成立しているか否かを判断する
。空燃比フィードバック制御条件が成立しているか否か
は、機関始動中か否か、始動後の燃料増量補正中か否が
、暖気増量補正中か否か、パワー増量中か否かおよびＯ
ｚセンサの不活性状態時か否か等に基づいて判断され、
これらの条件の全てが肯定のときは空燃比フィードバッ
ク条件が成立していないと判断される。ステップ１１０
において空燃比フィードバック制御条件が成立していな
いと判断されたときは、ステップ１１２において空燃比
フィードバック補正係数ＦＡＦの債を１．０とする。

ステップ１１０において空燃比フィードバック制御条件
が成立していると判断されたときは、ステップ１１４に
おいて低オクタン価燃料が使用されているか否かを判断
する。低オクタン価燃料が使用されているか否かは、切
換スイッチ３４がオンしているか否かを判断することに
より判断することができ、切換スイッカ３４が第４フの
ときには低オクタン価燃料使用中と判断され、切換スイ
ッチ３４がオンのときは高オクタン価燃料使用中と判断
される。なお、低オクタン価燃料が使用されているか否
かは、高オクタン価燃料用点火進、角で点火時期を制御
Ｈシてノッキングが発生したとき点火時期を遅角しかつ
ノッキングが発生しないとき点火時期を進角する補正遅
角量が所定値以上のときに低オクタン価燃料使用中と判
断する特開昭６０−１２２２７５号公報に示す方法や特
開昭６１−８５５７８号公報に示す方法によっても判断
することができる。

ステップ１１４において低オクタン価燃料使用中と判断
されたときには、ステップ１１Ｂにおいて、空燃比がリ
ーンからリッチに変化したときの空燃比フィードバック
補正係数ＦＡＦの遅延時間Ｔ　Ｄ　Ｒ１空燃比がリッチ
からリーンに変化したときの空燃比フィードバック補正
係数ＦＡＦの遅延時間ＴＤＬ、空燃比フィードバック補
正係数ＦＡＦを小さくするときの比例定数り８、空燃比
フィードバック補正係数ＦＡＦを大きくするときの比１
例定数Ｒｓ、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを徐
々に小さくするための積分定数り、および空燃比フィー
ドバック補正係数ＦＡＦを徐々に大きくするときの積分
定数Ｒ，を低オクタン価燃料用の値に設定する。一方、
ステップ１１４において高オクタン価燃料が使用されて
いると判断されたときは、ステップ１１６において、遅
延時間ＴＤＲ，ＴＤＬ、　比例定数り、、Ｒ，および積
分定数り、、ｔ、、を高オクタン価燃料用の値に設定す
る。すなわち、高オクタン価燃料用の遅延時間ＴＤＲを
低オクタン価燃料用の遅延時間ＴＤＲより大きくシ（例
えば、２倍とする）、高オクタン価燃料用の積分定数Ｒ
ｉ　を低オクタン価燃料用積分定数Ｒ，より大きくシ（
例えば、１．２倍とする）、高オクタン価燃料用比例定
数Ｒ３を低オクタン価燃料用比例定数Ｒ８より大きくす
る（例えば、１．２倍とする）、なお、遅延時間、比例
定数および積分定数を使用燃料のオクタン価に応じて変
化させる場合には、上記とは逆に高オクタン価燃料用遅
延時間］”　Ｄ　Ｒ１比例定数Ｒ８および積分定数Ｒ１
を基準として低オクタン価燃料用の値を小さくするよう
にしてもよい。換言すれば、燃料噴射量を増加させる方
向に空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを変化させた
ときから次に燃料噴射量を減少させる方向に空燃比フィ
ードバック補正係数ＦＡＦを変化させたときまでの空燃
比フィードバック補正係数ＦＡＦの時間積分値（第５図
（Ｄ）のＳ　（Ｒ）　）が燃料噴射量を減少させる方向
に空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを変化させたと
きから次に燃料噴射量を増加させる方向に空燃比フィー
ドバック補正係数ＦＡＦを変化させたときまでの空燃比
フィードバック補正係ｌ５ＩＦＡＦ（７）時間積分（ａ
　（第５１１　（Ｄ）　＋７）Ｓ　（Ｌ））より大きく
なるように遅延時間ＴＤＲ，ＴＤＬ。

比例定数Ｌｓ、Ｒｓおよび積分定数Ｌｔ、Ｌｔ　を定め
る。

次のステップ１２０において０２センサ出力を取込み、
ステップ１２２において０２センサ出力が空燃比リーン
を示しているか否かを判断する。

Ｏ２センサ出力が空燃比リッチを示していると判断され
たときには、ステップ１２４においてカウント値ＣＤＬ
Ｙをインクリメントし、ステップ１２６においてカウン
ト値ＣＤＬＹが遅延時間ＴＤＬ以上か否かを判断する。

カウント値ＣＤＬＹが遅延時間ＴＤＬ未満のときはステ
ップ１３６へ進み、カウント値ＣＤＬＹが遅延時間ＴＤ
Ｌ以上のときはステップ１２８において遅延時間ＴＤＬ
をカウント値ＣＤＬＹの値としてカウント値が遅延時間
ＴＤＬ以上にカウントアツプされないようにする。

一方、ステップ１２２においてＯ２センサ出力が空燃比
リーンを示していると判断されたときには、ステップ１
３０においてカウント値ＣＤＬＹをディクリメントし、
ステップ１３２においてカウント値ＣＤＬＹが遅延時間
ＴＤＲ以下か否かを判断する。そして、カウント値ＣＤ
ＬＹが遅延時間ＴＤＲより大きいときは！、チップ１３
６へ進み、カウント値ＣＤＬＹが遅延時間ＴＤＲ以下の
ときはステップ１３４において遅延時間ＴＤＲをカウン
ト値ＣＤＬＹの値としてカウント値ＣＤＬＹが遅延時間
ＴＤＲより小さくカウントダウンされないようにする。

次のステップ１３６ではカウント値ＣＤＬＹの符号が正
から負または負から正に反転したか否かを判断し、カウ
ント値の符号が反転したと判断されたときには、ステッ
プ１３８においてカウント値ＣＤＬＹの符号が正から負
に反転°したか否かを判断する。ステップ１３Ｂの判断
がｖ１定のときはＯ２センサ出力が空燃比リッチからリ
ーンに反転した後遅延時間ＴＤＬに相当する時間経過し
たと判断して、ステップ１４２において空燃比フィード
バック補正係数ＦＡＦに比例定数Ｒ３を加算する。一方
、ステップ１３８においてカウント値ＣＤＬＹの符号が
負から正に反転したと判断されたときには、Ｏｚセンサ
出力がリーンからリッチに反転した後遅延時間ＴＤＲに
相当する時間経過したと判断してステップ１４０におい
て空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦから比例定数り
、を減算する。

ステップ１３６においてカウント値ＣＤＬＹの符号が反
転していないと判断されたときには、ステップ１４４に
おいてカウント値ＣＤＬＹの値が０以上か否かを判断す
る。カウント値ＣＤＬＹの（ｄが０以上のときにはステ
ップ１４８において空燃比フィードバック補正係数ＦＡ
Ｆから積分定数り、を減算し、カウント値ＣＤＬＹの値
が負のときにはステップ１４６において空燃比フィード
バック補正係数ＦＡＦに積分定数Ｒ，を加算する。

以上のように演算された空燃比フィードバック補正係数
ＦＡＦをＲＡＭの所定エリアに格納してこのルーチンは
終了する。この空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの
変化を第５図のタイミング図を参照して更に詳細に説明
する。Ｏ２センサの出力によって第５図の（Ａ）に示す
ようにリッチ、リーンの空燃比信号Ａ／Ｆが得られると
、カウント値ＣＤＬＹは第５図の（Ｂ）に示すように、
空燃比信号Ａ／Ｆがリッチ状態のときに遅延時間ＴＤＬ
までカウントアツプされ、空燃比信号Ａ／Ｆがリーン状
態のときに遅延時間ＴＤＲまでカウントダウンされる。

この結果第５図（Ｃ）に示すように、カウント値ＣＤＬ
Ｙが正のときにはリッチになりかつカウント値ＣＤＬＹ
が負のときにリーンとなる遅延処理された空燃比信号Ａ
／Ｆ’を形成することができる０例えば、時刻ｔ１にお
いて空燃比信号Ａ／Ｆがリーンからリッチに変化しても
、遅延処理された空燃比信号Ａ／Ｆ’は遅延時間ＴＤＲ
だけリーン状態に保持された後時刻Ｌ２（カランｌ−（
ａ　ＣＤ　Ｌ　Ｙの値が負から正に変化する時点）にお
し１でリッチに変化する。また、時刻Ｌ３において空燃
比信号Ａ／Ｆがリッチからり−ンに変化しても、遅延処
理された空燃比信号Ａ／Ｆ°は遅延時間ＴＤＬに相当す
る時間だけリッチに保持された後時刻ｔ４（カウント値
ＣＤＬＹが正から負に変化する時点）においてリー、ン
に変化する。そして、上記のように遅延処理された空燃
比信号Ａ／Ｆ’に基づいて第５図（Ｄ）に示す遅延処理
された空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ・が得られ
る。この空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦは低オク
タン価燃料と高オクタン価燃料とで異なっており、高オ
クタン価燃料使用時の空燃比フィードバック補正係数Ｆ
ＡＦは、遅延時間ＴＤＲ，比例定数Ｒ８，積分定数Ｒ＋
　を低オクタン価燃料使用時より大きくしているため、
非対称になっており、空燃比フィードバック補正係数Ｆ
ＡＦの時間積分値Ｓ　（Ｒ）は時間積分値Ｓ　（Ｌ）よ
り大きくなっている。

次に、第６図を参照して所定クランク角毎に実行される
本実施例の点火進角演算ルーチンを説明する。まずステ
ップ１５０においてエンジン回転速度Ｎおよび機関冷却
水温ＴＨＷを取込み、ステツ゛プ１５２において上記と
同様にして低オクタン価燃料が使用されているか否かを
判断する。ステップ１５２において低オクタン価燃料が
使用されていると判断されたときには、ステップ１５４
において第７図の低オクタン価燃料用基本点火進角のマ
ツプから現在のエンジン回転速度Ｎに対応する基本点火
進角θＩＩＡＳｔを補間法より演算する。

また、ステップ１５６において、第８図に示す低温、暖
機時の低オクタン価燃料用補正進角を示すマツプから現
在の機関冷却水温ＴＨＷに対応する補正進角量θ、を補
間法により演算する。一方、ステップ１５２において高
オクタン価燃料が使用されていると判断されたときには
、ステップ１５８およびステップｘｓｏｃｅ治いて第７
図および第８図のマツプから高オクタン価燃料用の基本
点火進角θｌｌＡ、および高オクタン価燃料用の補正進
角量θ。を演算する。そして、ス嬰ツブ１６２において
基本点火進角θ、、アに補正進角量θ、を加算すること
により実行点火進角θを演算する。そして図示しない点
火時期演算ルーチンにおいて実行点火進角θで点火され
るようにイグナイタを制御する。

なお、上記ではエンジン回転速度に応じて基本点火進角
θ、８．を設定したが、機関負荷Ｑ／Ｎとエンジン回転
速度Ｎとに応じて基本点火進角θ□、を設定するように
してもよい。

以上説明したように本実施例によれば、補正進角量θ、
を高オクタン価燃料使用時には低オクタン価燃料使用時
より大きくしているため低温暖機時の補正進角もオクタ
ン価が高い燃料はど進角量を多く取ることができ、ＭＢ
ＴまたはＭＢＴに近い点火時期に制御することができる
。

なお、上記では吸入空気量とエンジン回転速度とで基本
燃料噴射時間および基本点火遊角を定めるエンジンにつ
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く吸気管圧力とエンジン回転速度とで基本燃料噴射時間
および基本点火進角を定めるエンジンにも適用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の空燃比フィードバック補正係
数演算ルーチンを示す流れ図、第２図は本発明が適用可
能な点火時期制御装置および燃料４図は上記実施例のメ
インルーチンを示す流れ図、第５図はｏ２センサ出力、
カウント値ＣＤＬＹおよび空燃比フィードバック補正係
数ＦＡＦの関係を示す線図、第６図は上記実施例の点火
進角演算ルーチンを示す流れ図、第７図は上記実施例の
基本点火進角のマツプを示す線図、第８図は上記実施例
の暖気補正進角量のマツプを示す線図である。 １６・・・気筒判別センサ、 １８・・・回転角センサ、 ２０・・・制御回路、 ２４・・・エアフロメータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）使用燃料のオクタン価が高いときには使用燃料の
   オクタン価が低いときより点火時期を進角させると共に
   排ガス中の残留酸素濃度を検出するＯ＿２センサ出力に
   基づいて空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する
   内燃機関の点火時期および空燃比制御方法において、使
   用燃料のオクタン価が高いときには空燃比を目標空燃比
   よりリッチに制御することを特徴とする内燃機関の点火
   時期および空燃比制御方法。