JP5116659B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

電子制御スロットルを装備するエンジンの制御装置に関する。

点火時期を、エンジンの回転数に応じた効率最適点火時期に近づける点火時期制御を行うエンジンが知られている（特許文献１）。特許文献１の点火時期制御では、単に、点火時期を効率最適点火時期に近づけるだけでなく、ノッキング振動の有無によっても制御内容が変更される。例えば、エンジンにノッキングが発生したと判断すると、点火時期を遅角させ、その後、ノッキングが発生していないと判断すると、点火時期を徐々に効率最適点火時期に近づける。
特開平５−２６７７８号公報

効率最適点火時期は、エンジンの回転数に応じて変化する。このため、エンジンの回転数の変化に応じて、点火時期を変更する必要がある。ここで、回転数の変化に応じて点火時期が常に効率最適点火時期となるように制御していると、燃焼状態の変動の中で容易に、ノッキングが発生する恐れがある。そこで、通常の点火時期（通常点火時期）は、余裕を見て、効率最適点火時期よりも遅角側に設定されている。また、ノッキングが発生しない低〜中負荷域においても、ドライビングアビリティ（操作性）を重視するために、多くの場合、あえて、通常点火時期が、効率最適点火時期よりも遅角側に設定されている。また、通常点火時期は、回転数及びスロットル開度の変化に追従するように、設定されている。

加減速から定常走行（等速走行）への移行が完了した定常走行状態では、回転数の変化幅が小さい。この定常走行状態では、点火時期を効率最適点火時期に制御しても、ノッキングが発生する恐れが小さい。そこで、定常走行状態において、点火時期を効率最適点火時期に制御することが考えられる。しかしながら、定常走行状態で、点火時期が最適化（通常点火時期から効率最適点火時期に変更）されると、エンジン出力が増大する。そうすると、当該エンジンの搭載された車両の操作者は、スロットル開度の操作をしないにも関わらず、エンジンの出力増大を体感する。この出力増大は、操作者には違和感として感じられる。

また、定常走行状態においてノッキングが発生したときに、ノッキングを回避するために点火時期が遅角側に変更される。このとき、エンジン出力が低下する。このような出力低下も、操作者には、違和感として感じられる。

つまり、本発明は、電子制御スロットルを装備するエンジンにおいて、定常走行状態において点火時期を変更したときに、操作者が違和感を感じることのないエンジンの制御装置を提供することを、目的とする。

本発明に係る自動二輪車用エンジンの制御装置は、エンジンの点火時期及びスロットル開度の指令値を作成する指令値作成手段と、前記エンジンの運転状態が定常走行状態にあるか否かを検出する定常運転状態検出手段と、を備えており、前記指令値作成手段は、前記定常走行状態が検出されると、効率を高めるべく前記点火時期を進角させるとともに、出力を抑制するべくスロットル開度を徐々に閉じるよう指令値を作成する。

前記自動二輪車用エンジンの制御装置において、前記指令値作成手段は、前記指令値を作成した後にノッキングの発生が検出されると、前記点火時期を遅角させるとともに、スロットル開度を開くよう前記指令値を作成する。

前記自動二輪車用エンジンの制御装置において、前記指令値作成手段は、前記ノッキングの発生が検出された後に前記定常走行状態が検出されると、前記点火時期の目標値が前回に前記定常走行状態が検出されたときの目標値よりも遅角側となるように、効率を高めるべく前記点火時期を進角させるとともに、出力を抑制するべくスロットル開度を徐々に閉じるよう指令値を作成する。

前記自動二輪車用エンジンの制御装置において、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段を備えており、前記指令値作成手段は、前記ノッキングの発生又は前記定常走行状態が検出された場合に、前記回転数が所定範囲から外れないように、前記点火時期の指令値の変更に応じて、前記スロットル開度の指令値を、フィードバック制御により変更する。

本発明に係る自動二輪車用エンジンの制御装置は、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、エンジンの点火時期及びスロットル開度の指令値を作成する指令値作成手段と、前記エンジンの運転状態が定常走行状態にあるか否かを検出する定常運転状態検出手段と、を備えており、前記指令値作成手段は、前記定常走行状態が検出されると、前記点火時期を徐々に進角させるとともに、前記回転数が所定範囲から外れないように前記スロットル開度の指令値を作成する。

前記自動二輪車用エンジンの制御装置において、変速比を検出する手段を備えており、定常運転状態検出手段は、前記変速比が所定比外にあるとき又は前記回転数が所定範囲外にあるとき、前記エンジンの運転状態が定常走行状態でないと判断する。

前記自動二輪車用エンジンの制御装置において、スロットルグリップの操作量を検出する手段と、ブレーキ操作の発生を検出する手段と、を備えており、定常運転状態検出手段は、スロットルグリップの操作量の変動幅が所定範囲から外れる又はブレーキ操作の発生が検出されると、前記エンジンの運転状態が定常走行状態でないと判断する。

本発明によれば、定常運転状態において、点火時期の進角側への変更に連動してスロットル開度が小さくされるので、出力増加の発生が抑制される。このため、操作者が、出力増大による違和感を感じない。しかも、点火時期が最適点火時期に近づくように制御されるので、エンジンの燃費が向上する。

［本実施形態に係るエンジン］
図１を用いて、本発明の実施形態に係るエンジン１００を説明する。

図１には、エンジン１００と、ＥＣＵ（エレクトリックコントロールユニット）２０を含めたエンジン１００の制御に係る装置と、操作手段であるスロットルグリップ３０及びブレーキ４０と、が示されている。本実施形態では、エンジン１００は、自動２輪車に搭載されている。

図１に示されるように、エンジン１００は、シリンダ１と、ピストン２と、燃焼室３と、クランク軸９と、を備えている。燃焼室３は、シリンダ１とピストン２とにより、形成されている。クランク軸９は、ピストン２の上下運動に連動して、回転する。

エンジン１００は、吸気及び排気系の構成として、吸気ポート４と、排気ポート５と、吸気弁６と、排気弁７と、吸気管１１と、排気管１２と、を備えている。吸気ポート４及び排気ポート５は、燃焼室３に連通する。吸気弁６及び排気弁７はクランク軸９に連動して駆動される。そして、吸気弁６は吸気ポート４と燃焼室３との連通を開閉し、排気弁６は排気ポート５と燃焼室３との連通を開閉する。また、吸気ポート４に吸気管１１が連通接続され、排気ポート５に排気管１２が連通接続される。

エンジン１００は、吸気管１１内に、燃料インジェクター１０と、スロットルバルブ１３と、を備えている。スロットルバルブ１３は、吸気管１１内の開度（スロットル開度）を変更することで、吸気管１１を通過する空気流量を変更する。また、燃料インジェクター１０は、吸気管１１の下流側を通過する空気に霧化した燃料を供給することで、混合気を生成する。スロットル開度に応じて燃料インジェクター１０から供給される燃料が変更され、空燃比が適切に保たれる。なお、燃料インジェクター１０に代えて燃料キャブレター（燃料気化装置）を用いても良い。

エンジン１００は、スロットルモータ１４を備えている。スロットルモータ１４の作動により、スロットルバルブ１３が駆動され、スロットル開度が変更される。

エンジン１００は、点火プラグ８と、昇圧装置１６と、を備えている。点火プラグ８は、燃焼室３内に供給された混合気を、電気放電により点火する。昇圧装置１６は、点火プラグ８に高電圧を供給する。

スロットルグリップ３０は、自動２輪車の操作者が、所望のスロットル開度をＥＣＵ２０に入力するための操作手段である。

ブレーキ４０は、自動２輪車の操作者が、自動２輪車を停止させるための操作手段である。

［本実施形態に係るエンジンの制御装置］
エンジン１００の制御装置は、各種検出手段と、ＥＣＵ２０と、で構成される。ＥＣＵ２０は、各種検出手段の検出情報に基づいて、点火時期及びスロットル開度の指令値を作成する指令値作成手段である。各種検出手段には、回転数検出手段と、ノッキング検出手段と、スロットルグリップ操作量検出手段と、スロットル開度検出手段と、ブレーキ検出手段と、変速比検出手段と、がある。

回転数検出手段は、クランク軸９の回転数を検出する。回転数検出手段は、エンジン１００に設けられるクランク角センサ１７と、ＥＣＵ２０と、で構成される。クランク角センサ１７は、例えば、クランク軸９に固定された歯付きロータの歯の通過を検出して、検出信号をＥＣＵ２０に発信する。ＥＣＵ２０は、クランク角センサ１７からの検出信号をカウントすることで、クランク軸９の回転角度及びクランク軸９の回転数を、検出する。

ノッキング検出手段は、ノッキングの発生を検出するノッキングセンサ１８である。ノッキングセンサ１８は、例えば、シリンダ１の外壁に設けられている。そして、ノッキングセンサ１８は、シリンダ１とピストン２との間で発生する振動を検出する。ＥＣＵ２０は、ノッキングセンサ１８によって検出された所定以上の大きさの振動（ノッキング振動）の有無を、検出できる。

スロットルグリップ操作量検出手段は、スロットルグリップ３０の操作量を検出するグリップセンサ３１である。グリップセンサ３１は、スロットルグリップ３０に対応して、本自動２輪車に設けられている。ＥＣＵ２０は、グリップセンサ３１によって検出されたスロットルグリップ３０の操作量を、検出できる。

スロットル開度検出手段は、吸気管１１内の開度（スロットル開度）を検出するスロットルセンサ１５である。スロットルセンサ１５は、スロットルバルブ１３に対応して、本自動２輪車に設けられている。ＥＣＵ２０は、スロットルセンサ１５によって検出されたスロットル開度を、検出できる。

ブレーキ検出手段は、ブレーキ４０の操作の発生を検出するブレーキセンサ４１である。ブレーキセンサ４１は、ブレーキ４０に対応して、本自動２輪車に設けられている。ＥＣＵ２０は、ブレーキセンサ４１によって検出されたブレーキ４０の操作の有無を、検出できる。

変速比検出手段は、変速装置５０における変速比を検出する変速比検出センサ５１である。ここで、変速装置５０は、設定された変速比に基づいて、入力としてのクランク軸９の回転数を変速して出力する。変速装置５０における変速比は、図示せぬ変速レバーによって操作される。ＥＣＵ２０は、変速比検出センサ５１によって検出された変速比を、検出できる。

ＥＣＵ２０は、点火時期及びスロットル開度の指令値を作成することで、次のようにして、点火時期及びスロットル開度を制御する。

ＥＣＵ２０は、昇圧装置１６を介して、点火プラグ８を制御する。基本的には、ＥＣＵ２０は、クランク軸９の回転数に応じて、点火時期（上死点に対する進角量）の指令値を作成する。そして、ＥＣＵ２０は、点火時期の指令値に基づいて（つまり自らが作成した点火時期のタイミングで）、昇圧装置１６を作動させる。昇圧装置１６の作動により、点火プラグ８が作動する。このようにして、ＥＣＵ２０の作成した点火時期の指令値に一致するように、実際の点火時期が制御される。

ＥＣＵ２０は、スロットルモータ１４を介して、スロットル開度を制御する。基本的には、ＥＣＵ２０は、通常の電子制御スロットルと同様の方法にしたがって、スロットルグリップ３０の操作量及び運転状況に応じて、スロットル開度の指令値を作成する。ここで、運転状況は、変速比、車速、及び加速度等を指している。そして、ＥＣＵ２０は、スロットル開度の指令値に基づいて、スロットル開度の指令値と検出値とが一致するまで、スロットルモータ１４を作動させる。スロットルモータ１４の作動により、スロットルバルブ１４の開度が変更される。このようにして、ＥＣＵ２０の作成したスロットル開度の指令値に一致するように、実際のスロットル開度が制御される。なお、後述の出力変動抑制制御（最適点火時期制御及びノッキング回避制御）が実施される場合においては、通常とは異なる方法で、スロットル開度の指令値が作成される。詳しくは後述する。

［点火時期］
次に、点火時期について説明する。点火時期の制御は、ＥＣＵ２０が、点火時期の指令値を、変更するように又は一定に保つように作成することで行われる。点火時期は、スロットル開度とクランク軸９の回転数とに応じて変更する必要がある。一般には、クランク軸９の回転数が高くなると、それに応じて、点火時期を早める。

図２には、所定スロットル開度及び所定回転数における、点火時期とトルクとの関係を示す点列データの一例が示されている。Ｘ軸はクランク角を示しており、Ｙ軸はトルクの大きさを示している。点列データには、効率最適点火時期Ｐ、ノッキング限界点Ｋ、通常点火時期Ｎ、及び最適点火時期Ｆが、設けられている。効率最適点火時期Ｐは、点列データにおいて、トルクピーク位置にある点火時期である。ノッキング限界点Ｋは、図２の例では、効率最適点火時期Ｐよりも進角側にある。通常点火時期Ｎは、効率最適点火時期Ｐ及びノッキング限界点Ｋよりも遅角側にある。最適点火時期Ｆは、ノッキング限界点Ｋの遅角側において、効率最適点火時期Ｐと通常点火時期Ｎとの間にある。なお、回転数によって、点列データに、ノッキング限界点Ｋが効率最適点火時期Ｐよりも遅角側に存在する場合や、ノッキング限界点Ｋが存在しない場合がある。

効率最適点火時期Ｐは、理論上、エンジンの効率が最大となる点火時期である。ノッキング限界点Ｋは、ノッキングが発生し始める点火時期である。通常点火時期Ｎは、通常運転状態において用いられる点火時期である。最適点火時期Ｆは、定常運転状態において用いられる点火時期である。ここで、定常運転状態は、例えば、クランク軸９の回転数の変動幅が所定幅内にあって、エンジン１００の出力がほぼ一定に保たれている状態を指す。一方、通常運転状態は、エンジン１００の作動状態が、定常運転状態にない状態、つまり、過渡期における運転状態、を指している。例えば、加速時や減速時は、過渡期であり、通常運転状態である。

通常点火時期Ｎ及び最適点火時期Ｆは、次のようにして設定されている。点火時期がトルクピーク（効率最適点火時期Ｐ）に近いほど、エンジンの効率は向上する。しかしながら、点火時期がトルクピークに近づくと、次のような問題が発生する。まず、ノッキング限界点が効率最適点火時期Ｐの遅角側に存在する回転数では、進角によってノッキングが発生する。また、ノッキング限定点Ｋの有無に関わり無く、進角によって過渡期の操作性が悪化する。そこで、通常点火時期Ｎは、ノッキングを回避できると共に過渡期の操作性が十分確保できるように、角度の余裕を持って、トルクピークの遅角側に設定されている。一方、最適点火時期Ｆは、定常運転状態に特化された点火時期である。つまり、最適点火時期では、点火時期をトルクピークに近づけるために、過渡期の操作性の悪化がある程度無視されている。ただし、最適点火時期Ｆも、ノッキングを回避できるように設定されている。このため、最適点火時期Ｆは、ノッキング限定点Ｋの遅角側において、効率最適点火時期Ｐと通常点火時期Ｎとの間に、位置している。ノッキング限定点Ｋが効率最適点火時期Ｐの進角側にある場合、最適点火時期Ｆは効率最適点火時期Ｐに一致できる。

［本実施形態に係る点火時期のマップデータ］
点火時期制御において用いられる点火時期のマップデータについて説明する。

ＥＣＵ２０には、記憶手段であるメモリ２１が備えられている。メモリ２１には、気筒毎に、スロットル開度と回転数とに応じた点火時期のマップデータが記憶されている。例えば、点火時期のマップデータは、スロットル開度及び回転数による２次元配列データである。２次元配列データの各セルには、スロットル開度の所定範囲と回転数の所定範囲とに応じた点火時期が格納されている。ＥＣＵ２０は、このようなマップデータに基づいて、特定のスロットル開度及び特定の回転数のときに適当とされる点火時期を、特定する。

［本実施形態に係る点火時期制御］
図３を用いて、本実施形態に係る点火時期制御を説明する。図３は、点火時期制御のタイムチャートを示す図である。図３には、スロットルセンサ１５によるスロットル開度の検出値と、クランク角センサ１７によるクランク軸９の回転数の検出値と、ＥＣＵ２０によるスロットル開度の指令値と、ＥＣＵ２０による点火時期の指令値と、ノッキングセンサ１８によるノッキング判定の結果（ＯＮ、ＯＦＦ）と、について、それぞれ時間変化のグラフが示されている。

図３において、時刻Ｔ０は、エンジン１００の始動後にスロットルグリップ３０が操作されたことによって、スロットル開度の開放が開始された時刻を指している。時刻Ｔ０において、スロットル開度の検出値はＧ０であり、回転数の検出値はＲ０であり、スロットル開度の指令値はＴＰ０であり、点火時期の指令値は通常点火時期ＩＮであり、ノッキング判定はＯＦＦ（なし）である。

時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間、スロットル開度の指令値が増大するように、スロットルグリップ３０が操作されている。これに伴って、スロットル開度が増大する。更に、スロットル開度の検出値の増大によって、回転数の検出値及びスロットル開度の指令値が増大する。時刻Ｔ１において、スロットル開度の検出値はＧ１であり、スロットル開度の指令値はＴＰＮである。

時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間、スロットル開度の指令値は略一定である。この間、回転数が増大する加速状態にある。時刻Ｔ２において、回転数の検出値はＲ１である。なお、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間において、スロットル開度の検出値はＧ１のままであり、スロットル開度の指令値はＴＰＮのままである。

時刻Ｔ２の後、スロットル開度の検出値は略一定値であるＧ１であり、回転数の検出値も略一定値であるＲ１に保たれている。つまり、時刻Ｔ２以後には、エンジン１００の運転状態が、通常運転状態から定常運転状態に移行する。

なお、図３においては、スロットル開度の検出値、スロットル開度の指令値、及び回転数の検出値を、略一定値として示している。実際には、自動２輪車の操作者がスロットルグリップ３０を操作するため、スロットル開度の操作量は完全な一定値とはならず、振動する。操作量の変動に伴って、スロットル開度の検出値、スロットル開度の指令値、及び回転数の検出値も変動する。したがって、正確には、図３に描かれるグラフは、直線部分であっても、時間経過に伴って上下に振動している。定常運転状態の定義において、所定幅内において回転数が変動することを許容する理由の内の一つとしては、このような操作者の意図しない振動を無視するためである。

エンジン１００の運転状態が定常運転状態に移行すると、ＥＣＵ２０は、出力変動抑制制御を実行する。本実施形態の出力変動抑制制御には、最適点火時期制御と、ノッキング回避制御と、がある。

最適点火時期制御として、ＥＣＵ２０は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間、点火時期の指令値を通常点火時期ＩＮから最適点火時期ＩＭ（目標値）に進角させると共に、スロットル開度の指令値をＴＰＮからＴＰ１（目標値）へと小さくする。ここで、通常点火時期ＩＮ及び最適点火時期ＩＭは、定常運転状態が開始されたときにおいて検出されたスロットル開度の指令値ＴＰＮと回転数の検出値Ｒ１とに対応する通常点火時期及び最適点火時期である。

つまり、最適点火時期制御は、定常運転状態が開始されたときにおいて検出されたスロットル開度と回転数とに対応する最適点火時期を点火時期の目標値として、点火時期の指令値を目標値に近づけると共に、点火時期の変更による出力上昇を抑制して定常運転状態が保たれるようにスロットル開度の指令値を小さくする制御である。

最適点火時期制御は、次の点を考慮した制御である。まず、点火時期を、最適点火時期に近づけることで、同一スロットル開度及び同一回転数におけるエンジン１００の出力を最大化することを目的としている。しかし、スロットルグリップ３０の操作がない状態で、出力増大が発生すると、自動２輪車の操作者が、違和感を感じることになる。また、負荷の大きさに変化が無いとすれば、出力増大に伴って回転数が増加するので、定常運転状態が損なわれてしまう。一方、スロットル開度を小さくすれば、エンジン１００の出力は低下する。そこで、点火時期の最適化（最適点火時期に近づけること）で発生する出力増大を、スロットル開度を小さくすることによる出力低下で、打ち消すことが可能である。なお、出力増大を完全に打ち消す必要はなく、出力増大の抑制ができれば良い。このような考察の結果として、最適点火時期制御では、定常運転状態が保たれるように、点火時期の最適化に応じて、スロットル開度が小さく制御される。

ＥＣＵ２０は、点火時期の指令値を最適点火時期ＩＭに到達させると、その状態を保つように点火時期を制御する。点火時期の指令値が最適点火時期ＩＭに到達した時刻がＴ４である。時刻Ｔ３以後は、点火時期の指令値が最適点火時期ＩＭに保たれると共に、スロットル開度の指令値がＴＰ１に保たれる。

時刻Ｔ３の後の時刻Ｔ４には、ノッキングが発生して、ノッキング判定がＯＮとなっている。

ＥＣＵ２０は、最適点火時期制御の実行中にノッキングが検出されると、最適点火時期制御を終了して、ノッキング回避制御を実行する。時刻Ｔ４の直後の時刻Ｔ５に、最適点火時期制御が終了されている。

ノッキング回避制御として、ＥＣＵ２０は、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６の間、点火時期の指令値を、最適点火時期ＩＭから通常点火時期ＩＮ（目標値）に遅角させると共に、スロットル開度の指令値をＴＰ１からＴＰＮ（目標値）へと大きくする。

つまり、ノッキング回避制御は、定常運転状態が開始されたときにおいて検出されたスロットル開度と回転数とに対応する基準点火時期（通常点火時期）を点火時期の目標値として、点火時期の指令値を目標値に近づけると共に、点火時期の変更による出力低下を抑制して定常運転状態が保たれるようにスロットル開度の指令値を大きくする制御である。

ノッキング回避制御は、次の点を考慮した制御である。まず、ノッキングを回避するために、点火時期を、最適点火時期よりも遅角側に変更することが行われる。本実施形態では、ノッキング回避制御における点火時期の目標値（基準点火時期）は、最適点火時期よりも遅角側の通常点火時期である。なお、基準点火時期としては、最適点火時期よりも遅角側の点火時期であれば良く、通常点火時期に限定されない。また、点火時期を変更すると、最適点火時期制御の場合と同様の問題が発生する。すなわち、スロットルグリップ３０の操作がない状態で、出力低下が発生すると、自動２輪車の操作者が、違和感を感じることになる。また、定常運転状態が損なわれてしまう。そこで、点火時期の変更で発生する出力低下を、スロットル開度を大きくすることによる出力増加で、打ち消す又は抑制することが可能である。このような考察の結果として、ノッキング回避制御においても、定常運転状態が保たれるように、点火時期の変更に応じて、スロットル開度が大きく制御される。

時刻Ｔ６より後の時刻Ｔ７には、ノッキング判定がＯＦＦとなっている。ここで、時刻Ｔ６の時点で、点火時期の指令値及びスロットル開度の指令値は、最適点火時期制御の初期値（ＩＮ及びＴＰＮ）に復帰している。しかし、一旦発生したノッキング振動が収まるまでに、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７までの時間を要する。したがって、ノッキング判定がＯＦＦとなる時刻がＴ７となっている。

時刻Ｔ７より後には、つまりノッキング回避制御の終了後には、時刻Ｔ２から時刻Ｔ５までに実行された最適点火時期制御が、再度実行される。時刻Ｔ７から時刻Ｔ８までは、点火時期及びスロットル開度の指令値が変更される。時刻Ｔ９より後は、点火時期及びスロットル開度の指令値が略一定に保たれている。

２回目の最適点火時期制御においては、点火時期の目標値が遅角側に変更される。つまり、１回目の最適点火時期における最適点火時期ＩＭよりも、点火時期の目標値について、１回目の最適点火時期制御における目標値ＩＭと比べて、２回目の最適点火時期制御における目標値ＩＴ２は、遅角側である。

また、点火時期の目標値の変更に伴って、スロットル開度の目標値も変更される。スロットル開度の目標値について、１回目の最適点火時期制御における目標値ＴＰ１と比べて、２回目の最適点火時期制御における目標値ＴＰ２は、スロットル開度が大きくなっている。

２回目の最適点火時期制御の実行中にノッキングが発生すると、２回目の最適点火時期制御が終了して、２回目のノッキング回避制御が行われる。そして、２回目のノッキング回避制御の後に、３回目の最適点火時期制御が実行される。

３回目の最適点火時期制御においては、点火時期の目標値が、さらに遅角側に変更される。このようにして、最適点火時期制御が長時間実行されてもノッキングが発生しないような点火時期となるまで、最適点火時期制御が繰り返し実行される。

つまり、２回目以降の最適点火時期制御では、点火時期の目標値が、前回の最適点火時期制御における目標値よりも、所定の補正角度だけ遅角側に設定される。

ただし、最適点火時期制御の実行中に、例えば加速又は減速するように操作が実行されることによって定常運転状態が保たれなくなった場合は、ノッキング回避制御の有無に関わり無く、最適点火時期制御が終了する。また、定常運転状態の終了に伴って、ノッキング回避制御の実行の度に低下した点火時期の目標値が、初期値に復帰する。なお、低下した目標値が初期値に復帰するタイミングは、定常運転状態の終了以外の時期でも良い。また、再度、エンジン１００の運転状態が定常運転状態となると、最適点火時期制御も再度実行される。

点火時期及びスロットル開度の指令値を変更する手順について説明する。

図３に示す例において、点火時期の指令値は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３（１回目の最適点火時期制御）において変更されている。点火時期の指令値は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間、略一定の勾配で変更される。したがって、点火時期の指令値の変更において必要な要素は、変更前の値と、変更後の値と、変更に要する時間幅と、である。１回目の最適点火時期制御の場合であれば、ＩＮ（変更前の値）と、ＩＭ（変更後の値）と、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの時間幅（変更に要する時間幅）と、が特定されていれば良い。時刻Ｔ５から時刻Ｔ６（ノッキング回避制御）における点火時期の指令値の変更も、同様である。

スロットル開度の指令値の変更についても、点火時期の指令値の変更と同様である。すなわち、変更前の値と、変更後の値と、変更に要する時間幅と、が特定されていれば良い。１回目の最適点火時期制御の場合であれば、ＴＰ１（変更前の値）と、ＴＰＮ（変更後の値）と、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの時間幅（変更に要する時間幅）が特定されていれば良い。

スロットル開度の指令値における変更前の値及び変更後の値は、点火時期の指令値における変更前の値及び変更後の値に基づいて、特定できる。前述したように、最適点火時期制御及びノッキング回避制御において、点火時期とスロットル開度との関係には、定常運転状態を満たすという条件が課せられている。点火時期の変更前の値ＩＮとスロットル開度の変更前の値ＴＰ１との関係や、点火時期の変更後の値ＩＭとスロットル開度の変更後の値ＴＰＮとの関係は、点火時期の変更による出力増大をスロットル開度の変更による出力低下で抑制する関係であり、定常運転状態を満たす関係である。

ＥＣＵ２０は、メモリ２１内に記憶される点火時期のマップデータに基づいて、スロットル開度と回転数とに応じた点火時期の目標値を特定できる。点火時期のマップデータは、通常点火時期（基準点火時期）と、本制御による進角時の上限値を規定する最適点火時期と、について２種類ある。このため、ＥＣＵ２０は、最適点火時期制御及びノッキング回避制御における、変更前の値ＩＮと、変更後の値ＩＭとを、双方とも、特定できる。

最適点火時期制御又はノッキング回避制御において、ＥＣＵ２０がスロットル開度の指令値を特定するための方法については、次の２通りの方法がある。

第１の方法は、点火時期と同様に、スロットル開度のマップデータを作成しておき、ＥＣＵ２０に、そのスロットル開度のマップデータを参照させる方法である。

第２の方法は、ＥＣＵ２０が、回転数の検出値が所定範囲から外れないように、点火時期の指令値の変更に応じて、スロットル開度の指令値を、フィードバック制御により変更する方法である。

図４を用いて、ＥＣＵ２０が行うフィードバック制御を説明する。図３においては、点火時期の指令値が略一定の勾配で変更されているように見える。実際には、図４に示すように、微小時間ｄｔ毎に指令値が不連続的に変更されている。つまり、ＥＣＵ２０は、段階的に指令値を変更するものである。ｄＩは点火時期の指令値における１段階の変位量を示し、ｄＴＰはスロットル開度の指令値における１段階の変位量を示す。ここで、ＥＣＵ２０は、点火時期を１段階変更する毎に、回転数の変化を追跡する。このフィードバック制御において、回転数には、当該回転数を中心とする不感帯が設定される。Ｄは不感体幅を示している。そして、点火時期の１段階（変位量ｄＩ）変化により、回転数の検出値が、当該回転数の不感帯幅Ｄを越えた場合には、ＥＣＵ２０は、回転数の検出値が不感帯幅Ｄの幅内に収まる向きに、スロットル開度の指令値を１段階（変位量ｄＴＰ）変更する。例えば、点火時期の変更により回転数が増大（出力が増大）して、回転数の検出値が当該不感帯幅を越えた場合は、出力が低下する向きに、１段階だけ小さめのスロットル開度の指令値が作成される。点火時期の１段階変化により、回転数の検出値が当該回転数の不感帯幅を越えない場合には、スロットル開度の変更は行われない。

また、図３に示す例では、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６（ノッキング回避制御）において、点火時期の指令値が、最適点火時期ＩＭから通常点火時期ＩＮに向けて、（最適点火時期制御と比べて）急勾配で変更されている。点火時期の変更に伴って、スロットル開度の指令値も、ＴＰ１からＴＰＮに向けて、急勾配で変更されている。

点火時期及びスロットル開度の指令値を変更する勾配を、更に急勾配に、つまり時間軸に対して垂直にして、指令値の変更が不連続的に急激に行われるようにしても良い。このようにすることで、発生したノッキングを、より早く解消することができる。

次に、図５を用いて、本点火時期制御のフローを説明する。

ＥＣＵ２０は、エンジン１００の始動開始と共に、本点火時期制御を開始する（ステップＳ１）。

ステップＳ１の後、ＥＣＵ２０は、エンジン１００の運転状態が定常運転状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。

エンジン１００の運転状態が定常運転状態にある場合、ＥＣＵ２０の処理が、ステップＳ３に進む。エンジン１００の運転状態が定常運転状態にない場合、ステップＳ２が繰り返し実行される。

ステップＳ３では、ＥＣＵ２０は、ノッキングセンサ１８に基づいて、ノッキング振動が発生しているか否かを判定する。

ノッキング振動が発生している場合、ＥＣＵ２０の処理が、ステップＳ４に進む。ノッキング振動が発生していない場合、ＥＣＵ２０の処理は、ステップＳ５に進む。

ステップＳ４では、ＥＣＵ２０は、ノッキング回避制御を実行する。すなわち、ＥＣＵ２０は、回転数に応じた通常点火時期を点火時期の目標値とし、通常点火時期に応じたスロットル開度を、スロットル開度の目標値とする。そして、ＥＣＵ２０は、点火時期の指令値を前記目標値に急激に近づけると共に、スロットル開度の指令値を前記目標値に急激に近づける。なお、ステップ４の処理は、通常、最適点火時期制御が一定時間実行された後、つまりステップＳ６の処理が複数回実行されて点火時期が進角された後に、実行される。

ステップＳ５では、ＥＣＵ２０は、現在の点火時期の指令値が最適点火時期よりも遅角側にあるか否かを判定する。最適点火時期制御の実行中において、点火時期の指令値が、目標値である最適点火時期に到達していれば、点火時期の指令値は最適点火時期よりも遅角側にはない。つまり、点火時期の指令値は最適点火時期に等しい。一方、点火時期の指令値が、目標値である最適点火時期に到達していない場合、点火時期の指令値は最適点火時期よりも遅角側にある。

現在の点火時期の指令値が最適点火時期よりも遅角側にある場合、ＥＣＵ２０の処理が、ステップＳ６に進む。現在の点火時期の指令値が最適点火時期よりも遅角側にない場合、ＥＣＵ２０の処理は、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ６では、ＥＣＵ２０は、最適点火時期制御を１段階実行する。すなわち、ＥＣＵ２０は、スロットル開度と回転数とに応じた最適点火時期を点火時期の目標値とし、最適点火時期に応じたスロットル開度を、スロットル開度の目標値とする。そして、ＥＣＵ２０は、点火時期の指令値を前記目標値に近づけると共に、スロットル開度の指令値を前記目標値に近づける。より詳しくは、ステップＳ６においては、点火時期及びスロットル開度を、変更前の値から変更後の値（目標値）に変更するまでの複数段階における１段階の制御のみが実行される。

ステップＳ４又はステップＳ６で、点火時期制御が１段階実行されると、ＥＣＵ２０の処理が、ステップＳ２に戻される。ステップＳ２からステップＳ６に至るループが繰り返し実行されるうちに、通常運転状態における点火時期制御が完了したり、定常運転状態における点火時期制御が完了したりする。ステップＳ４において通常運転状態における点火時期制御を完了させず、ステップＳ６において定常運転状態における点火時期制御を完了させないのは、次の理由による。つまり、運転状態の変化やノッキングの発生に応じて、最適点火時期制御の実行中に、通常の点火時期制御やノッキング回避制御を随時割り込ませることを可能とするためである。

ステップＳ２の処理において、ＥＣＵ２０は、定常運転状態の有無を、具体的には、次のようにして判定される。ＥＣＵ２０は、定常運転状態検出手段である。以下に、定常運転状態の判定条件を示している。

第１判定条件は、条件（１）を含んでいる。条件（１）：クランク軸９の回転数の変動幅が所定幅内にあること。ここで、クランク軸９の回転数は、回転数検出手段（クランク角センサ１７及びＥＣＵ２０）により検出される。また、クランク軸９の回転数自体を検出する必要はなく、クランク軸９に連動する回転体の回転数を検出できれば良い。また、回転数の変動幅が所定幅内にあれば、スロットル開度の変動幅も、一定の限られた幅内に留まっている。このため、回転数の変動幅が所定幅内にあることに基づいて、定常運転状態であることの最低条件を設定できる。

第２判定条件は、第１判定条件において、更に、条件（２）を含んでいる。条件（２）：スロットル開度の変動幅が所定幅内にあること。ここで、スロットル開度は、スロットルセンサ１５によって検出される。

また、通常運転状態では、スロットル開度の検出値（指令値）が、スロットルグリップ３０の操作量に連動する。このため、第２判定条件において、条件（２）に代えて条件（２ａ）を適用できると共に、条件（２）に加えて条件（２ａ）を適用できる。条件（２ａ）：スロットルグリップ３０の操作量の変動幅が、所定幅内にあること。スロットルグリップ３０は、グリップセンサ３１によって検出される。

第３判定条件は、第１又は第２判定条件において、更に、条件（３）を含んでいる。条件（３）：回転数が所定範囲内かつスロットル開度が所定範囲内にあること。例えば、回転数が３０００〜１２０００ｒｐｍの範囲内にあり、かつ、スロットル開度が１０％〜６０％の範囲内にある。

第４判定条件は、第１〜第３判定条件のいずれか１つにおいて、更に、条件（４）を含んでいる。条件（４）：変速比が、所定変速比であること。ここで、変速比は、変速比検出センサ５１によって検出される。

第５判定条件は、第１〜第４判定条件のいずれか１つにおいて、更に、条件（５）を含んでいる。条件（５）：ラジエーターの水温が規定範囲内にあること。ここで、ラジエーターの水温は、温度センサ（図示せず）により検出される。

第６判定条件は、第１〜第５判定条件のいずれか１つにおいて、更に、条件（６）を含んでいる。条件（６）：ブレーキがＯＦＦ状態にあること。ここで、ブレーキ操作の有無は、ブレーキセンサ４１により検出される。

第７判定条件は、第１〜第６判定条件のいずれか１つにおいて、更に、条件（７）を含んでいる。条件（７）：第１〜第６判定条件のいずれか１つが満たされた状態が、所定時間（例えば数秒）継続している。ここで、ＥＣＵ２０は、時間計測が可能である。

［本実施形態に係る制御装置の効果］
本実施形態のエンジン１００の制御装置は、次のような効果を発揮する。

定常運転状態において、点火時期の変更に連動してスロットル開度が変更されるので、出力変動の発生が抑制される。このため、操作者が出力変動による違和感を感じない。

特に、定常運転状態において、最適点火時期で点火されるように、点火時期の進角側への変更に連動してスロットル開度が小さくされるので、出力増加の発生が抑制される。このため、操作者が、出力増大による違和感を感じない。しかも、点火時期が最適点火時期に制御されるので、エンジン１００の燃費が向上する。

また、定常運転状態において、ノッキングを回避できるように、点火時期の遅角側への変更に連動してスロットル開度が大きくされるので、出力低下の発生が抑制される。このため、操作者が、出力低下による違和感を感じない。また、ノッキングの発生を回避できる。

また、ノッキングが発生した後の最適点火時期制御では、点火時期の目標値が前回の最適点火時期よりも遅角側に設定されるので、ノッキングが発生しにくい状態で、点火時期を最適点火時期に近づけることができる。このため、ノッキングの発生を防止しながら、燃費の向上を得ることができる。

また、点火時期の指令値の変更に応じて、回転数に基づくフィードバック制御により、スロットル開度の指令値を変更するので、実際の運転条件に応じて、定常運転状態を保つようにスロットル開度の指令値を変更できる。したがって、気温条件や燃料条件の変更に関わり無く、出力変動の発生が抑制できる。このため、操作者が、出力変動による違和感を感じない。また、エンジン１００の燃費を向上できる。

また、定常運転条件が、スロットル開度の変動幅が所定幅内に保たれているという条件を満たしているので、より安定した運転状態が定常運転状態となる。このため、運転状態の過渡期に出力変動抑制制御が実施されないので、定常運転状態における出力変動がより一層抑制される。

また、定常運転条件が、変速比が所定比であるという条件と回転数が所定回転数域内に保たれているという条件とを満たしているので、より安定した運転状態が定常運転状態となる。このため、運転状態の過渡期に出力変動抑制制御が実施されないので、定常運転状態における出力変動がより一層抑制される。

本実施形態では、通常点火時期は、トルクピークの遅角側に、余裕を持って、設定されている。このため、ＥＣＵ２０は、最適点火時期制御において、点火時期を進角側に進めることによって発生する出力増大を、スロットル開度を小さくすることによって抑制する。以上において、本実施形態は、点火時期のマップデータの作成に使用された基準のトルク曲線（図２の点列データ）と、出力変動抑制制御が適用されるエンジン１００における実際のトルク曲線と、が同一であると仮定している。しかし、エンジン１００を使用する環境条件などの諸条件によっては、基準のトルク曲線と実際のトルク曲線との位相が異なる。例えば、基準のトルク曲線においてトルクピークの遅角側にあった通常点火時期が、実際のトルク曲線においてトルクピークの進角側に移動する場合もありうる。このような状況に対する対処の一例として、最適点火時期のみの調整が行われる。具体的には、最適点火時期が実際のトルクピークに近づくように、最適点火時期が通常点火時期の遅角側に設定される。ここで、最適点火時期が、実際のトルクピークの遅角側か進角側であるかは、問われない。このとき、ＥＣＵ２０は、最適点火時期制御において、点火時期を遅角側に進める。遅角側に進めることによって発生する出力増大は、スロットル開度を小さくすることによって抑制される。つまり、出力変動抑制制御（最適点火時期制御）において、点火時期の変更される方向は、進角側及び遅角側のどちら側であってもよい。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。

電子制御スロットルを装備するエンジンの制御装置に、適用できる。

エンジン及びエンジンの制御装置を示すブロック図である。 所定スロットル開度及び所定回転数における、点火時期とトルクとの関係を示す点列データの一例を示す図である。 点火時期制御のタイムチャートを示す図である。 図３の時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までのタイムチャートを示す図である。 点火時期制御のフロー図である。

符号の説明

１５ スロットルセンサ（スロットル開度検出手段）
１７ クランク角センサ（回転数検出手段の一部）
１８ ノッキングセンサ（ノッキング検出手段）
２０ ＥＰＵ（指令値作成手段、定常運転状態検出手段）
２１ メモリ（記憶手段）
１００ エンジン

Claims (7)

1. エンジンの点火時期及びスロットル開度の指令値を作成する指令値作成手段と、
   前記エンジンの運転状態が定常走行状態にあるか否かを検出する定常運転状態検出手段と、を備えており、
   前記指令値作成手段は、前記定常走行状態が検出されると、効率を高めるべく前記点火時期を進角させるとともに、出力を抑制するべくスロットル開度を徐々に閉じるよう指令値を作成する、自動二輪車用エンジンの制御装置。
2. 前記指令値作成手段は、前記指令値を作成した後にノッキングの発生が検出されると、前記点火時期を遅角させるとともに、スロットル開度を開くよう前記指令値を作成する、請求項１に記載の自動二輪車用エンジンの制御装置。
3. 前記指令値作成手段は、前記ノッキングの発生が検出された後に前記定常走行状態が検出されると、前記点火時期の目標値が前回に前記定常走行状態が検出されたときの目標値よりも遅角側となるように、効率を高めるべく前記点火時期を進角させるとともに、出力を抑制するべくスロットル開度を徐々に閉じるよう指令値を作成する、請求項２に記載の自動二輪車用エンジンの制御装置。
4. 前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段を備えており、
   前記指令値作成手段は、前記ノッキングの発生又は前記定常走行状態が検出された場合に、前記回転数が所定範囲から外れないように、前記点火時期の指令値の変更に応じて、前記スロットル開度の指令値を、フィードバック制御により変更する、請求項２又は３に記載の自動二輪車用エンジンの制御装置。
5. 前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
   エンジンの点火時期及びスロットル開度の指令値を作成する指令値作成手段と、
   前記エンジンの運転状態が定常走行状態にあるか否かを検出する定常運転状態検出手段と、を備えており、
   前記指令値作成手段は、前記定常走行状態が検出されると、前記点火時期を徐々に進角させるとともに、前記回転数が所定範囲から外れないように前記スロットル開度の指令値を作成する、自動二輪車用エンジンの制御装置。
6. 変速比を検出する手段を備えており、
   定常運転状態検出手段は、前記変速比が所定比外にあるとき又は前記回転数が所定範囲外にあるとき、前記エンジンの運転状態が定常走行状態でないと判断する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
7. スロットルグリップの操作量を検出する手段と、
   ブレーキ操作の発生を検出する手段と、を備えており、
   定常運転状態検出手段は、スロットルグリップの操作量の変動幅が所定範囲から外れる又はブレーキ操作の発生が検出されると、前記エンジンの運転状態が定常走行状態でないと判断する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。

Images