JPH03168360A - 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、内燃機関の点火時期制御装置に関し、詳しく
は、空燃比を可変に制御する内燃機関の点火時期を制御
する装置に関する。

〈従来の技術〉 近年、燃費向上や排気の浄化等を目的として、機関の低
速低負荷定常運転状態において、理論空燃比よりも実際
の空燃比が薄くなるように空燃比制御する（以下リーン
バーン制御という）ようにしたものがある， 即ち、高出力を必要とせず希薄燃焼させても良い所定の
低速低負荷定常運転状態であることが判定されると、通
常状態で目標空燃比を理論空燃比として実際の空燃比が
略理論空燃比となるように設定される燃料噴射量を、目
標空燃比を切り換えて実際の空燃比が所定の希薄空燃比
となるように減量設定して燃料噴射制御するものであり
、これにより燃料消費率を少なくすると共に、排気中の
有害或分を低減しようとするものである。

尚、リーンバーン制御は、例えばＳＡＥペーパー８　５
　０　３　７　８等に開示されるような空燃比を広範囲
に測定できる広域型酸素センサ又は少なくとも希薄空燃
比を測定できるリーン型酸素センサを使用してフィード
バック制御により行うか、若しくは演算のみで減量設定
してフィードフォワード制御で行うことができる。

上記リーンバーン制御を行う時には、第８図，第９図に
示すように燃焼速度が理論空燃比制御時よりも低下する
ため、理論空燃比制御時より点火時期を進角してサージ
トルク（１〜ＩＯＨ．の車両振動）を許容値以下に抑え
る必要がある。

そこで、従来では、リーンバーン制御時には理論空燃比
制御とは異なる点火時期（進角補正量）を機関回転速度
Ｎと基本燃料噴射量Ｔ，等で細分される運転条件毎に設
定して制御するようにしていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、前記リーンバーン制御時の点火時期では
、第１０図に示すようにリーンバーン制御を前記広域型
酸素センサやリーン型酸素センサを使用して行う場合に
は酸素センサの精度のバラッキや排気温度等で意図した
空燃比にはならないことがある。

また、上記酸素センサを用いず、フィードフォワード制
ｌＩｒ′″？：リーンバーン制御を行う場合も、エアフ
ローメータや燃料噴射弁等のバラッキにより、意図した
空燃比にはならないことがある。

？れらの場合、空燃比のずれに伴う点火時期のずれによ
り、サージトルクやＮｏ．発生量を許容値以下に抑える
ことができなくなることがある。

また、第１１図に示すように燃料性状（例えば重軽質度
合）によっても、燃焼速度が異なっているため希薄空燃
比と要求点火時期との関係はずれており、点火時期を運
転条件のみに応じて固定的に制御する方式では、使用燃
料の性状如何でサージトルクやＮＯｘ発生量を許容値以
下に抑えることができなくなることがある。

更に、ＭＢＴとなる筒内圧力最大時のクランク角位置θ
２■８はＡＴＤＣ１５”近傍であるが、リーンバーン制
御と併用する際、その目標空燃比に応じて必ずしも点火
時期をＭＢＴとすることは好ましくない。これは、サー
ジトルクが最小となるのはＭＢＴでありＮＯＸが最大と
なるのもＭＢＴであるがサージトルクがまだ許容レベル
以下のとき、ＭＢＴとするとＮ　Ｏ　ｘが許容レベルを
超えるため、できればＭＢＴより点火時期を若干リター
ドさせ、Ｎ　Ｏ　Ｘを低減させたい。

？たがって、第９図に示すサージトルク許容レベルにあ
って、且つＮ　Ｏ　＞１最小となるように点火時期を設
定するとき、θ，■、を、そのときの目標リーン空燃比
に応じて変えることが望ましい。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、リーンバーン制御時には、空燃比に応じて燃焼状態
を監視しつつ適切な燃焼状態となるように点火時期をフ
ィードバック補正することにより、上記問題点を解決し
た内燃機関の点火時期制御装置を提供することを目的と
する。

〈課題を解決するための手段〉 このため本発明は第１図に示すように、機関の筒内圧力
を検出する筒内圧カ検出手段と、前記筒内圧力が最大と
なる時のクランク角位置を検出する筒内圧力ピーク位置
検出手段と、筒内圧力が最大となる時のクランク角位置
の目標値を機関に供給される混合気の空燃比に応じて設
定する目標ピーク位置設定手段と、 前記筒内圧力ピーク位置検出手段によって検出されるク
ランク角位置を、前記目標ピーク位置設定手段によって
設定される目標値に近づけるように点火装置の点火時期
を補正しつつ設定する点火時朋設定手段と、 を含んで内燃機関の点火時期制御装置を構或するように
した。

また、第２図に示すように、機関の回転角速度を検出す
る回転角速度検出手段と、 前記回転角速度が最大となる時のクランク角位置を検出
する回転角速度ピーク位置検出手段と、回転角速度が最
大となる時のクランク角位置の目標値を機関に供給され
る混合気の空燃比に応じて設定する目標ピーク位置設定
手段と、前記回転角速度ピーク位置検出手段によって検
出されるクランク角位置を、前記目標ピーク位置設定手
段によって設定される目標値に近づけるように点火装置
の点火時期を補正しつつ設定する点火時期設定手段と、 を含んで内燃機関の点火時期制御装置を構或するように
してもよい． く作用〉 かかる構成によると、筒内圧力検出手段により検出され
る筒内圧力が最大となる時のクランク角位置が筒内圧力
ピーク位置検出手段によって検出される。

一方、目標ピーク位置検出手段は、筒内圧力が最大とな
る時のクランク角位置（ピーク位置）の目標値を、空燃
比に応じて設定する。ここで、ピーク位置を制御するこ
とにより燃焼状態（燃焼速度，温度等）がコントロール
される。そこで、前記目標値は制御される空燃比に応じ
てＮｏ．，サージトルクを共に低減しつつ高出力が得ら
れる値に設定される。

一方、ピーク位置は、点火時期で左右される。

即ち、点火時期が速いと燃焼が早く開始されて速めにピ
ークとなり、点火時期を遅らすとピーク位置も遅れる。

そこで、点火時期設定手段は、筒内圧力ピーク位置検出
手段によって検出された筒内圧力最大となるクランク角
位置を前記設定された目標値と比較し、目標値との偏差
に応じて点火時期を進・遅角補正すること等によって目
標値に近つけるように点火時期を設定する。

これにより、空燃比がリーンとなる領域においても、Ｎ
　Ｏ　ｘ等排気工暑ツションやサージトルクを共に低減
しつつ高出力が得られる。

また、燃焼状態は機関の回転角速度が最大となるクラン
ク角位置を制御することによってもコントロールできる
．そこで、回転角速度検出手段により機関の回転角速度
を検出し、該回転角速度が最大となる時のクランク角位
置を回転角速度ピーク位置検出手段により検出する一方
、該検出値を目標ピーク位置設定手段により空燃比に応
じて最適となるように設定される目標値に近づけるよう
に点火時期設定手段により設定される点火時期に制御す
ることによって空燃比がリーンとなる領域においても、
ＮＯ．等排気エミッションやサージトルクを共に低減し
つつ高出力が得られる．く実施例〉 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

一実施例の構成を示す第３図において、機関１には、エ
アクリーナ２から吸気ダクト３．スロットル弁４及び吸
気マニホールド５を介して空気が吸入される．吸気マニ
ホールド５のブランチ部には、各気筒毎に燃料噴射弁６
が設けられている。

前記燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開弁し、
通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって後述
するコントロールユニット１２からの駆動パルス信号に
より通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送
されてプレッシャレギュレー夕により所定の圧カに調整
された燃料を噴射供給する。

機関１の各燃焼室には、点火栓７が設けられており、こ
れにより火花点火して混合気を着火燃焼させる。そして
、機関１からは、排気マニホールド８，排気ダクト９，
三元触媒１ｏ及びマフラー１１を介して排気が排出され
る。

コントロールユニットｌ２は、ＣＰＵ．ＲＯＭ，ＲＡＭ
，Ａ／Ｄ変換器及び人出力インターフェースを含んで構
成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセンサか
らの入力信号を受け、該入カ信号に基づいて燃料噴射量
を演算処理して、燃料噴射弁６の作動を制御すると共に
、点火時ｕＪＩＡＤＶ（点火進角値）を設定制御して点
火栓７による点火時期を制御する。

前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中に熱線式或
いはフラップ式のエアフローメータ１３が設けられてい
て、吸入空気流量Ｑに応じた電圧信号を出力する。

また、機関１のウォータジャケットの冷却水温度Ｔ＠を
検出する水温センサｌ５が設けられている。

排気マニホールド８の集合部には、排気中の酸素濃度を
検出することによって機関吸入混合気の空燃比を少なく
ともリーン領域を含む広域にわたって検出する広域型の
酸素センサｌ６が設けられている。尚、該酸素センサ１
６は、ＳＡＥペーパー８５０３７８等に開示される公知
のものである。

また、前記点火栓７の座金として形威された筒内圧力検
出手段としての筒内圧力センサ１７が各点火栓７に介装
されており、圧電素子によって各気簡の筒内圧力Ｐを検
出するようになっている．尚、前記筒内圧力センサｌ７
は、実開昭６２−１４６９４１号公報等に開示される公
知のものである。スロットル弁４には、該スロットル弁
４のアイドル位置を検出するアイドルスイッチ１８が付
設されている。

ここで、コントロールユニットｌ２に内蔵されたマイク
ロコンピュータのＣＰＵは、第４図〜第７図にフローチ
ャートとして示すＲＯＭ上のプログラムに従って演算処
理を行うことにより、酸素センサにより空燃比を検出し
つつ、燃料噴射量を制御して空燃比制御を行うと共に、
筒内圧力が最大となるクランク各位置を目標値に近づけ
るように点火時期ＡＤＶを補正して点火時期制御を行う
。

第４図に示すルーチンは、単位時間（１０ｍｓ）ごとに
実行されるプログラムであり、燃料噴射量を制御して空
燃比制御を行う。

ステップ（図ではＳと記す）ｌでは、、酸素センサ１６
からの出力電圧Ｖ。を入力する。

ステップ２では、出力電圧■。から、空燃比を検出する
。

ステップ３では、前記検出された空燃比Ａ／Ｆを後述す
るルーチンで検索される目標空燃比Ａ／Ｆ０と比較する
。

そして、実際の空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比Ａ／Ｆ０より
リーンであるときには、ステップ４へ進んで燃料噴射量
を増減補正するための補正係数αをｉだけ増大して燃料
噴射量を増大させ、実際の空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比Ａ
　／　Ｆ　６よりリッチであるときには、ステップ５へ
進んで補正係数αをｉだけ減少して燃料噴射量を減少さ
せる。

また、酸素センサを用いないフィードフォワード制御に
よるリーンバーン制御を行う場合は、前記ステップ１〜
５に代えて、点線で示すようにステップ１′で後述する
第７図のルーチンのステップ３１で目標空燃比Ａ／Ｆに
対応する値として検索される補正係数α（α＝１のとき
が理論空燃比に相当し、ｌより大の時はリッチ，小の時
はりーンとなる）を入力する。

次いで、ステップ６では、基本燃料噴射量ＴＰ（＝Ｋ　
−　Ｑ／Ｎ　；　Ｋは定数）をシリンダに吸入される空
気量に比例する量として演算する。

ステップ７では、最終的な燃料噴射量Ｔ１を次式により
設定する． Ｔ，　−’ｒ，　　・ＣＯＥＦ・α＋Ｔ３ここで、ＣＯ
ＥＦは、機関温度等の機関運転状態に応じて設定される
各種補正係数、Ｔ３はパッテリ電圧に応じて設定される
無効噴射パルス分である。

そして、設定された燃料噴射量Ｔ１に相当するパルス巾
の噴射パルス信号を電磁式燃料噴射弁に出力することに
より、機関に目標空燃比に見合った所定の燃料を噴射供
給して空燃比をフィードバック制御する。

第５図は、単位角度信号ＰＯＳが１回人力される毎に１
回実行されることによりクランク角■゜毎に実行される
ようにしたプログラムであり、筒内圧力Ｐ（又は回転角
速度ω）を順次サンプリングする。

まず、ステップ１１では、サンプリングした筒内圧力の
順番管理を行うためのカウンタであるｃｎｔを１アップ
させる。尚、前記ｃｎｔは、後述するように基準角度信
号ＲＥＦが出力されたときにゼロリセットされるように
なっているため、基準角度信号ＲＥＦからのサンプリン
グ数を示す。

ステップエ２では、筒内圧力センサｌ７から筒内圧力Ｐ
信号をサンプリングする。

ステップ１３では、サンプリングした筒内圧力Ｐをｃｎ
ｔで順番管理されるＰ　（ｃｎｔ）にセットする。

これにより、筒内圧力Ｐが基準角度信号ＲＥＦからの順
に従って記録されるようになっている。

また、同図に点線のステップ１２′．ステップ１３’に
示すように機関の回転角速度ωを検出してｃｎｔで順番
管理されるω（ｃｎｔ）にセットするようにしてもよい
。尚、回転角速度ωは、クランク角センサｌ４からの１
″毎の単位角信号Ｐｏｓを１乃至複数回入力する間の周
期の逆数として求められばよく、従ってこの場合には、
クランク角センサ１４と、ステップ１２’での回転角速
度ωの検出機能が回転角速度検出手段に相当する。

第６図に示すルーチンは、クランク角センサ１４から基
準角度信号ＲＥＦ　（ＢＴＤＣ７０’　）が出力される
毎に実行されるものであり、まず、ステップ２１では、
前述のｃｎｔをＯにリセットすると共に、前回の基準角
度ＲＥＦから今回までにサンプリングされた筒内圧力Ｐ
を古いデータから順に比較するためのカウンタｉをＯに
リセットし、更に後に筒内圧力Ｐの最大値Ｐ１をサンプ
リングするため、該Ｐ。をＯをセットする。

次のステップ２２では、後述するように筒内圧力Ｐを順
番に最大値Ｐ１と比較する毎にｌアップされる前記カウ
ンタｉと最大サンプル数である１８０（１８０゜／１°
）とを比較して、カウンタｉが１８０以下であるときに
はステップ２３へ進む。

ステップ２３では、筒内圧力Ｐと最大値Ｐ１とを比較し
、今回の筒内圧力Ｐ（ｉ）が最大値Ｐ１より大きいとき
には、ステップ２４へ進んで最大値Ｐ，に今回の筒内圧
力Ｐ　（ｉ）をセットすると共に、次のステップ２５で
今回のカウンタｉを１にセットしてＩによって筒内圧力
Ｐが最大となった時期（クランク角位置）が判別できる
ようにした後、ステップ２６へ進む。

一方、ステップ２３で、筒内圧力Ｐ（ｉ）が最大値Ｐ，
以下と判別されたときには、最大値Ｐ．の更新設定及び
更新時のクランク角位置を示すＩのセットを行うことな
くステップ２６へ進む。

ステップ２６では、カウンタｉを１アップし、今回の筒
内圧力Ｐ　（ｉ）の次にサンプリングされた筒内圧力Ｐ
　（ｉ＋１）が次回に最大値Ｐ，と比較されるようにす
る。

カウンタｉの値が１８０になるまでは、ステップ２６か
らステップ２２に戻されて前述の動作が繰り返されるこ
とにより、前回の基準信号ＲＥＦから順番にサンプリン
グされた筒内圧カＰ　（ｉ）が古い順に最大値Ｐ．と比
較され、最新の基準角度信号ＲＥＦ間で筒内圧力Ｐが最
大となる時のクランク角位置が■に記憶されることとな
る。

又、筒内圧力Ｐに代えて回転角速度ωを検出する場合に
は、ステップの枠外に※で示すように、筒内圧力Ｐを回
転角速度ω，最大値Ｐ１を最大値？ａ，Ｐ（ｉ）をω（
ｉ）に置き換えればよい。

このように、クランク角センサｌ７からの信号と前記第
５図のルーチンと第６図のルーチンのステップ２ｌ〜ス
テップ２６までのソフトウエア機能とで筒内圧力又は回
転角速度が最大となるクランク角位置が検出されるから
、クランク角センサｌ７と前記ソフトウエア機能とで筒
内圧力ピーク位置検出手段又は回転角速度検出手段が構
成される。

そして、ステップ２２でカウンタｉの値が１８０を超え
たことが判別されると、ステップ２７以降へ進み点火時
期制御が実行される。

ここで、前記点火時期制御に際して使用される基本進角
値ａｄｖと、筒内圧力最大時のクランク角位置の目標値
θ、．又は回転角速度最大時のクランク角位置の目標値
θω■、とを設定するルーチンを第７図に示したフロー
チャートで説明する。

このルーチンは、ＢＧＪ　（バックグラウンドジョブ：
他のルーチンの実行の合間に実行される）で実行される
。

ステップ３１では、機関回転速度Ｎと機関負荷の？表値
として基本燃料噴射量ＴＰとに基づいてＲＯＭに記憶さ
れた３次元マップから目標空燃比Ａ／Ｆが検索される。

また、リーンバーン制御の空燃比を酸素センサを使用せ
ずにフィードフォワード制御する場合は、目標空燃比Ａ
／Ｆの代わりに補正係数αが検索される。

ステップ３２では、同じく、機関回転速度Ｎと、基本燃
料噴射量Ｔｐとに基づいて、ＲＯＭに記憶された３次元
マップから点火時期の基本進角値ａｄｖ（圧縮上死点か
らの進角値）を求める。

ステップ３３では、前記第４図のルーチンのステップ２
で検出された実際の空燃比Ａ／Ｆ又はステップ３１で検
索されｋ補正係数αに基づいてＲＯＭに記憶された２次
元マップから筒内圧力最大時のクランク角位置の目標値
θ１，、（又は回転角速度ω最大時のクランク角位置の
目標値θω■、を求める。ここで、目標値θ１■又は目
標値θω■８は、細分化された空燃比Ａ／Ｆ毎にＮＯｘ
とサージトルクとを共に基準値以下に抑えつつ高出力（
トルク）が得られる値に設定されている。

因みに、筒内圧力最大となるクランク角位置をベストト
ルクが得られる位置にフィードバック制御する所謂ＭＢ
Ｔ制御では、ＮＯＸ発生量が基準値を超える領域が発生
するので、かかる領域では目標値をＭＢＴ制御時の値よ
り遅角側に設定してある。

このステップ３３の部分で目標値θＰ＠ＩＩＭを設定す
る機能が、請求項１に記載の目標ピーク位置設定手段を
構成し、目標値θω，，、設定する機能が、請求項２に
記載の目標ピーク位置設定手段を構戊する。

このようにして、求められたデータを使用した前記第６
図のステップ２７以降の点火時期制御について説明する
。

ステップ２７では、前記検出された筒内圧力最大時のク
ランク角位ＩＥＩと、前記第７図のルーチンのステップ
３３で求められた目標値θＰＩＩＩＩＫとの偏差（Ｉ−
θＰｌｌｍｌｌ）に定数Ｋを乗じて点火時期の進・遅角
補正量ΔＡを求める．また、回転角速度ωを検出する場
合は、目標値θωｗａｘを用いて同様に？・遅角補正量
ΔＡを求める。

次いで、ステップ２８では、同じく前記第７図のルーチ
ンのステップ３２で設定された点火時期の基本進角ｉＪ
ａｄｖに前記進・遅角補正量ΔＡを加算して点火時期（
上死点からの進角｛！：）を設定する。

以上のようにして設定された点火時期にコントロールユ
ニットｌ２から出力される点火信号（図示しない点火コ
イルへの通電を遮断する信号）に応じて対応する気筒の
点火栓７が火花点火され点火が行われる。

即ち、このステップ２７．　２８の機能が点火時期設定
手段を構戊する。

かかる点火時期制御によれば、ステップ３３で求められ
た目標値θＰ．，、又はθω．．８に対して、検出され
た筒内圧力Ｐ又は回転角速度ωが最大となるクランク角
位置■の方が大である時、即ち、目標値θ．■又はθω
ＩＩＩＩＩＸより遅れて最大となる時には点火時期を速
め、逆の場合は点火時期を遅らす補正を行って、筒内圧
力最大クランク角位［１を目標値θ，。８又はθω■８
に近づける制御が行？れる。

この結果、予め設定された目標値θ、，、またはθω■
８の特性により、ＮＯ．とサージトルクとを夫々基準値
以下に抑えつつ高出力（トルク）を得ることができる。

特に、従来のように運転条件に応じて固定的に設定され
た点火時期に制御する場合に比較し、空燃比Ａ／Ｆに多
少のずれがあったり、燃料性状により空燃比Ａ／Ｆに対
する要求点火時期が異なったりする場合でも、燃焼状態
を筒内圧力や回転角速度のピーク位置を監視しつつ目標
値に近づけるフィードバック制御を行う構或であるから
、燃焼状態を良好に維持することができ安定した性能が
得られる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、筒内圧力や回転角
速度が最大となる時のクランク角位置を、空燃比に応じ
て設定された目標値に近づけるように点火時期をフィー
ドバック補正する制御を行う構成としたため、空燃比変
化や異なる燃料の使用に対応してＮ　Ｏ　Ｘとサージト
ルクとを夫々基準値以下に抑えつつ高出力を得ることが
できるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図は、夫々本発明の構或を示すブロック
図、第３図は、本発明の一実施例の構或を示すシステム
概略図、第４図〜第７図は、夫々同上実施例における制
御内容を示すフローチャート、、第８図は、燃焼速度と
要求点火時期との関係を示す線図、第９図は、空燃比と
適正点火時期との関係を示す線図、第１０図は、酸素セ
ンサ検出による空燃比Ａ／Ｆのバラツキを示す線図、第
１１図は燃料の性状（重軽質）と燃焼速度との関係を示
す線図である。 １・・・機関　　７・・・点火栓　　１２・・・コント
ロールユニット　　ｌ４・・・クランク角センサ　　１
６・・・酸素センサ　　１７・・・筒内圧力センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、 前記筒内圧力が最大となる時のクランク角位置を検出す
   る筒内圧力ピーク位置検出手段と、筒内圧力が最大とな
   る時のクランク角位置の目標値を機関に供給される混合
   気の空燃比に応じて設定する目標ピーク位置設定手段と
   、 前記筒内圧力ピーク位置検出手段によって検出されるク
   ランク角位置を、前記目標ピーク位置設定手段によって
   設定される目標値に近づけるように点火装置の点火時期
   を補正しつつ設定する点火時期設定手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の点火時期
   制御装置。
2. （２）機関の回転角速度を検出する回転角速度検出手段
   と、 前記回転角速度が最大となる時のクランク角位置を検出
   する回転角速度ピーク位置検出手段と、回転角速度が最
   大となる時のクランク角位置の目標値を機関に供給され
   る混合気の空燃比に応じて設定する目標ピーク位置設定
   手段と、 前記回転角速度ピーク位置検出手段によって検出される
   クランク角位置を、前記目標ピーク位置設定手段によっ
   て設定される目標値に近づけるように点火装置の点火時
   期を補正しつつ設定する点火時期設定手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の点火時期
   制御装置。