JPH077581Y2

JPH077581Y2 - エンジンの点火時期制御装置

Info

Publication number: JPH077581Y2
Application number: JP5496188U
Authority: JP
Inventors: 達哉関戸
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-04-23
Filing date: 1988-04-23
Publication date: 1995-02-22
Anticipated expiration: 2003-04-23
Also published as: JPH01159175U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）この考案は、エンジンの点火時期制御装置、特に特定の
燃料に異種燃料が混合された燃料を使用するエンジンの
点火時期制御装置に関する。

（従来の技術）ガソリンを使用するエンジンに対する点火時期制御に各
種のものが提案されている。その主な内容は２つで、そ
の一つは筒内圧が最大となるクランク角位置（θ_pmax）
が機関の発生トルクを最大にする一定位置（ATDC10°な
いし20°）にくるように点火時期を制御（MBT制御）す
るもの、他の１つは筒内圧信号から機関のノツキング信
号を取り出し、ノツキングレベルが所定値より大きくな
つた時に遅角側に点火時期を制御（ノツキング制御）す
るものである。

また、これら両者の組み合わせられたもの、あるいは多
気筒機関に対するMBT制御に工夫を凝らしたものなどが
ある。後者について説明すると（特開昭61-14479号公報
参照）、これはθ_pmaxの平均値を採用する場合の問題を
解消するために考案されたもので、予め試験等で調べた
耐ノツク性が相対的に高い状態にある気筒の圧力信号に
て点火時期制御を開始し、当該気筒でノツキングが発生
してMBT制御が不可能となつたら、やはり耐ノツク性が
相対的に高い状態にある気筒の圧力信号を選択させる点
に特徴を有し、この手法によればノツキングの生じてい
ない気筒では確実にMBTに制御されるので、ノツキング
が生じていないのに平均値（MBTよりいくらかずれた値
となる）が採用される場合に比べて燃費率が良くなり、
しかも制御が簡素化される。

たとえば、各気筒について遂次検出したθ_pmaxのうち最
新の４気筒分について平均値を計算し、その平均値に基
づいて各気筒共通の点火時期を演算するのでは、ノツキ
ングを生じた気筒の点火時期によつてノツキングを生じ
ていない気筒の点火時期が不必要に遅角されてしまうの
である。

（考案が解決しようとする問題点）ところで、このような装置はガソリン（特定の燃料）を
使用するエンジンを対象としているためガソリンにアル
コール（異種燃料）が混合されたガソリン（以下単に
「アルコール混合ガソリン」という）が使用されると、
燃料性状の相違によりアルコール混合ガソリンに対して
は最適点火時期から大きくずれる場合が生ずる。

たとえば、第６図はガソリンのみ、アルコールのみの単
一燃料のそれぞれに対する最適点火時期の負荷特性の一
例で、アルコール（破線）では低負荷時に初期燃焼が早
いためガソリン（実線）の場合より遅れた点火時期が最
適となる。これに対して高負荷時にはガソリンの場合ノ
ツキングが発生しやすくなるため最適点火時期が大きく
遅角された位置にくるが、アルコールでは耐ノツク性が
高いため殆んど遅らせる必要がない。したがつて、低負
荷域と高負荷域とで負荷特性が逆転している。

一方、第７図は両燃料に対する最適点火時期の回転数特
性の一例で、アルコール（破線）では低回転時にガソリ
ン（実線）の場合よりもかなり進角させることができ
る。これに対して回転が増すほどガソリンの場合もノツ
キングを生じにくくなるので、徐々に進角が可能とな
る。この結果、この場合も高回転時には特性が逆転して
いる。

なお、第６図はエンジン回転数一定（1000rpm）、第７
図は負荷一定（スロツトル全開、ただしターボチヤージ
ヤは備えられていない）の例であり、図中のＡは1000rp
mかつスロツトル全開時に対応する。

ここに、従来装置においても、定常時であればガソリン
に対する点火時期特性を用いてアルコールやアルコール
混合ガソリンに最適な点火時期に制御することが可能で
ある。これらの燃料が使用されると、当初はガソリンと
の相違に相当するだけのずれが生じるものの、このずれ
はフイードバツク制御系を構成することでやがては解消
されるからである。

しかしながら、過渡時においては事態が相違する。たと
えば、ガソリンに対する最適点火時期を基本点火時期と
してメモリに記憶している場合にアルコールが使用され
た状態を考えると、第６図に示す特性によれば高負荷時
の最適点火時期からかなり大きく（５°ないし10°）遅
角側にずれていることになる。したがつて、低負荷より
スロツトルを全開まで急に踏み込んだ直後は応答遅れに
より点火時期が最適点から大きく遅角されたままで制御
されるため、無駄に燃料が消費され出力が十分に引き出
されない。同様にして、スロツトルを全開より急に戻し
た場合には、今度は最適点火時期から大きく進角された
まま制御が行なわれるので、過進角となりノツキングが
生ずることも有り得る。

そこで、燃料性状を検出するセンサを設け、検出した燃
料性状に対応して基本点火時期そのものを切り換えて使
用することにより応答遅れに対処する手法も提案されて
いる（たとえば、特開昭61-85578号公報等）。

しかしながら、この手法をアルコール混合ガソリンにつ
いて適用すると膨大なメモリ量が要求されることにな
る。これは、特開昭61-85578号公報のように高オクタン
価のガソリンと通常のガソリンとを判定し点火時期特性
を切り換えるものと相違して、アルコール混合ガソリン
の場合には点火時期特性の変化幅が大きく、このため数
多くの特性を切り換えて使う必要があるからである。

また、燃料性状を検出するセンサを設けるとコスト増加
につながるだけでなく、給油等により燃料性状が変化し
た場合、センサにて検出されるアルコール含有率と実際
に噴射される燃料のアルコール含有率が異なり、最適な
点火時期が設定できなくなる。

従つて、アルコール混合ガソリンに対しては、過渡時に
あつても最適点火時期から大きなずれを招かず、しかも
新たなセンサを増やすこともない装置が望まれる事にな
る。

この考案はこのような従来の問題点に着目してなされた
もので、θ_pmaxと実点火時期の差から燃焼速度を求める
事によりアルコールの含有率を推定し、推定したアルコ
ール含有率に応じて基本点火時期の補正を大まかに行な
い、更に筒内圧センサからの信号で精密に補正するよう
にした装置を提供する事を目的とする。

（問題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本考案は、エンジン負荷（例
えば吸入空気量Qa）を検出するセンサ１と、エンジン回
転数Ｎを検出するセンサ２と、１及び２からの信号によ
つて決まる運転条件に応じて、特定の燃料（例えばガソ
リン）に対する基本点火時期BASEを算出する手段３と、
筒内圧を検出する手段４と、４の出力に基づいて少なく
ともノツク回避あるいは最大トルクを発生するための点
火時期フイードパツク補正量となる第１の補正量Δ₁を
算出する手段５と、筒内圧力が最大となるクランク角度
と実点火時期STADVとの差から特定の燃料への異種燃料
（例えばアルコール）の混合割合（例えばアルコール濃
度Ｒ）を推定し、推定された。混合割合に応じて点火時
期の第２の補正量Δ₂を算出する手段と、２つの補正量
Δ₁及びΔ₂によつて前記基本点火時期BASEを補正して最
終的な点火時期（例えばADV＝BASE＋Δ₁＋Δ₂）を算出
するとともに、前記第２の補正量算出手段６へ実点火時
期（STADV＝ADV）を出力する最終点火時期設定手段と、
設定された点火時期ADVに基づいて点火を行なう手段８
とから構成されている。

（作用）本考案は上記構成により基本点火時期BASEは特定の燃料
に対する最適点火時期しか与えなくとも、第２の補正量
Δ₂によれば、異種燃料の混合割合が相違する各種の燃
料に対して最適点火時期が付与される。この場合、BASE
＋Δ₂による制御はオープンループ的な働きをし、従つ
て過渡初期においても応答遅れなく最適点火時期を与え
る事ができる。

第１の補正量Δ₁によれば、BASE＋Δ₂に含まれる最適点
火時期からの誤差が吸収されるので、定常運転時におい
て高精度が補償される。例えば、ノツキング制御とMBT
制御を行なうものでは、ノツキングを生じない範囲で最
大トルクが引き出される。

また、第１の補正量Δ₁にて高精度が得られるので、第
２の補正量Δ₂についてはそれ程の精度が要求される事
がないので、Δ₁に対するメモリ量は少なくする事がで
き、コストが上昇することもない。尚、それ程の精度は
得られなくとも応答性の点では十分である。

（実施例）第２図は一実施例の制御系のブロック図である。同図に
おいて、11は単位クランク角毎の信号（POS信号）とク
ランク角の基準位置（たとえば圧縮上死点前の所定位
置）毎の信号（REF信号）を発生するクランク角センサ
で、POS信号からはエンジン回転数Ｎが計測される。12
は負荷（たとえば吸入空気量Qa）を検出するセンサで、
QaはＮとともに運転状態の主パラメータとなる。これに
対して負荷スイツチ（たとえばアイドルスイツチ）13か
らのON-OFF信号は副パラメータとして使用される。

14は点火プラグの座金部に装着される座金型筒内圧セン
サで、センサ14の出力する信号はノツキング処理回路15
及び筒内圧検出回路16にてそれぞれノツキング信号
（S₁）と筒内圧信号（S₂）に波形整形され、コントロー
ルユニツトの入出力ポート（I/O）22に入力される。こ
こに、センサ14は燃焼状態検出センサとして機能し、信
号S1とS2に基づいて点火時期のフイードバツク補正量Δ
₁が従来と同様に求められる。

21はセンサ類からの各種の信号が入力されるコントロー
ルユニツトで、I/O22,CPU23,ROM24及びRAM25からなり、
これらの間の情報の授受はバス26を介して行なわれる。
コントロールユニツト21では、運転条件信号（負荷信
号,POS信号及びREF信号），フイードバツク信号（S₁とS
₂）に基づき第３図に示す動作を行つて最終的な点火時
期を設定する。この最終的な点火時期から点火パルスが
作られ、パワトランジスタ28に向け出力される。27は出
力増幅回路、29は点火コイルである。

なお、第２図は簡素化のため単気筒機関について構成し
てあるが、多気筒機関では要素11,14ないし16及び出力
回路（27ないし29）が気筒数分あるものとする。

第３図は点火時期設定プログラムで、この例では基本点
火進角値（BASE）と点火時期についての２つの補正量
（Δ₁とΔ₂）の和から最終的な点火進角値（ADV）が決
定される（ステツプ39）。

ADV＝BASE＋Δ₁＋Δ₂ ここに、点火進角値の値には、圧縮上死点のクランク角
を表す数値が採用される。したがつて、Δ₁またはΔ₂の
値が正である場合に点火時期は進角され、この逆に負で
あれば遅角されることになる。

BASEはアルコールの混合されていないガソリンに対する
最適点火時期を定めるもので、運転条件（ＮとTp）をパ
ラメータとするテーブルから読み出される（ステツプ3
1,32,35）。ここに、この例がアルコール混合ガソリン
に対して構成されるからといつて、BASEを得るために新
たにマツチングを行う必要はなく、従来よりガソリンに
対して使用されているBASEがそのまま使用できる。

なお、基本パルス幅Tp（＝Ｋ×Qa/N、ただしＫは空燃比
の値を定める定数）はエンジン負荷相当量で、同時に燃
料噴射制御における基本値でもある（ステツプ32）。次
にθ_pmaxは例えば特開昭59-39974号公報に記載されてい
るように、所定クランク角間（TDC〜ATDC50°）まで、
１°毎に筒内圧をA/D変換して、その変換値の最大とな
つたときのクランク角をθ_pmaxとして検出できる（ステ
ツプ33）。更にこのθ_pmaxを検出する対象となる燃焼に
対して設定した最終点火時期ADVをSTADVとしてメモリに
記憶しておくことにより（ステツプ39）、各々の燃焼に
対して、点火時期STADVとθ_pmaxの比較が可能となる。
さて、ここでθ_pmaxとSTADVの差DADV（DADV＝θ_pmax−S
TADV）を時間に換算した量TADV（TADV＝DADV÷Ｎ×C,C
は定数）に着目するとTADVは点火してから燃焼が大むね
終了する迄の燃焼時間を代表する量と見なすことができ
る。アルコール混合ガソリンでは、アルコール含有率Ｒ
が増加するに従つて燃焼速度が速くなる傾向がある為、
TADVとＲとの間には、第８図に示すような相関がある。

従つてTADVを算出する事によつて、Ｒを推定する事がで
きる（ステツプ34）。Ｒを求めるには、第８図に示す特
性を内容とするテーブルをメモリ（ROM）に記憶してお
き、TADVから読み出せばよい。またStep34を実行するに
あたり、所定水温（80℃）以上、所定エンジン回転領域
（2000〜3000rpm）且つ空燃比フイードバツク制御中に
行うことによりアルコール濃度Ｒの推定精度が向上す
る。

Ｒの値が定まることは、たとえば第６図と第７図におい
て破線の位置が定まることを意味するだけで、負荷や回
転数が相違すると実線とのずれ量（補正量）も相違する
ので、ずれ量まで特定するにはそのときの負荷や回転数
に応じてもＲの値を定める必要があるからである。ただ
し、ここでの“破線”は含有率Ｒのアルコール混合ガソ
リンに対する特性であるものとする。

そこで、この例では第６図と第７図に示す特性からそれ
ぞれ得られる補正量Δ₂₂とΔ₂₁の和でΔ₂を求めるもの
とする。

まず、第６図から得られる補正量Δ₂₂は、第６図におい
てガソリンに対する特性（実線）をアルコール混合ガソ
リンに対する特性（破線）に変換するための値で、Δ₂₂
には実線と破線の差に相当する値が負荷を変数として選
択される。たとえば、２つの曲線が交わる点より左側で
は点火時期を遅角させる必要があるからΔ₂₂の値は負と
され、かつ低負荷になるほどその値は大きくされる。こ
れとは逆に交点より右側では進角させるため正の値とさ
れ、高負荷になるほど大きくされる。

また、第６図の破線の位置はＲの値が異なるともに移動
し、したがつてＲが変化するとΔ₂₂の値も変化する。こ
のことは、同図において紙面に直交する向きにＲを変数
とする軸があることを意味し、この結果、第６図より得
られるところは負荷とＲをパラメータとしてΔ₂₂が定め
られるということである。

第５図はこうして得られるΔ₂₂の特性で、曲線の傾きは
Ｒの増大とともに大きくなつている。

同様にして、第７図から得られる補正量Δ₂₁は回転数Ｎ
とＲをパラメータとして決定され、その特性は第４図に
示す特性となる。ただし、第７図では第６図と相違して
２つの曲線に相対位置が逆であるため、第４図に示す曲
線の傾きも第５図と逆になつている。

なお、第４図と第５図においてＲ＝０％の場合がガソリ
ンのみの燃料に対する補正量（すなわち零）を、これに
対してＲ＝100％の場合がアルコールのみの燃料に対す
る補正量を与える。したがつて、未知のアルコール含有
率の燃料が使用されようと、アルコール含有率が推定さ
れ、そのアルコール含有率とそのときの運転条件とから
Δ₂₁とΔ₂₂の値が定まるので、このΔ₂₁とΔ₂₂で補正さ
れた値（BASE＋Δ₂₁＋Δ₂₂）によればどんなアルコール
含有率の燃料に対しても最適な点火時期を付与すること
ができることになる。

Δ₂₁とΔ₂₂を求めるには第４図と第５図に示す特性を内
容とするテーブルをメモリ（ROM）に記憶しておき、BAS
Eを読み出すのと同じように、ＮとＲからΔ₂₁を、Tpと
ＲからΔ₂₂を読み出し、これらを加算してΔ₂を求めれ
ば良い。

次に、Δ₁は点火時期のフイードバツク補正量で、たと
えばノツキング制御による補正量Δ₁₁とMBT制御による
補正量Δ₁₂との和で与えられる。そして、Δ_１がBASEに
加算されることはフイードバツク制御系が構成されるこ
とを意味する（ステツプ36）。ここに、フイードバツク
制御によればオープンループ制御に伴う制御誤差の吸収
に好都合となる。言い替えると、BASE＋Δ₂による制御
はオープンループ制御であるからΔ₂に誤差を生ずるこ
ともあるが、この誤差がΔ₁にて吸収されるものであ
る。

これを逆にいえば、Δ₁による補正にて高精度であるこ
とが補償されるのであるから、Δ₂に対してはそれほど
の精度が要求されない、すなわちΔ₂による補正は大ま
かで良いことを意味する。この結果、Δ₂₁またはΔ₂₂を
格納しておく格子点の数を少なくでき、Δ₂のためのメ
モリ量を多くせずとも済む。

ノツキング制御やMBT制御についてはガソリンに対し従
来採用されている様々な手法の適用が可能である。たと
えば、簡単にはノツキングが有ると大きく遅角させ、ノ
ツキング無しの場合は少しずつ進角させる値をΔ₁₁とし
て、またθ_r（機関効率が最大となるクランク角で、圧
縮上死点後15°付近の値）からの偏差Δθ（＝θ_r−θ
_pmax）に基づいて比例動作を行わせるなどにて得た値を
Δ₁₂として採用すれば良い。また、前述した特開昭61-1
4479号公報記載の手法によるものでも構わない。

次に作用を説明すると、この例ではΔ₁とΔ₂の２つの補
正量が導入される。ここに、一方の補正量Δ₂によれ
ば、アルコール含有率の相違する各種の混合燃料に対し
て最適点火時期が大まかに付与される。この場合、BASE
＋Δ₂の値は燃焼を行つた結果を点火時期にフイードバ
ツクするものでなくオープンループであり、これによれ
ば過渡初期においても応答遅れなく最適点火時期を与え
ることができる。

なお、大まかでもよいとする理由は、Δ₂の目的とする
ところが精度よりも過渡時に対する応答性の改善にある
からであり、精度は大まかでも十分な応答性が得られる
ことはいうまでもない。

しかも、Δ₂の精度を大まかとすることで、Δのメモリ
量が少なくて済み、ここに応答性とコストのバランスが
採られる。

また、他方の補正量Δ₁によればΔ₁がフイードバツク量
であるため定常時において高精度が補償される。たとえ
ば、他のセンサに特性バラツキや経時変化があつても、
さらにはエンジンの冷却状態等エンジン特性に変化があ
つても、これが吸収され、ノツキングを生じない範囲で
最大トルクが引き出せることになる。

言い替えると、制御に要求されるのは応答性の高さと精
度の良さであるが、両方を１つの補正量で賄おうとする
のではなくこれを分離し、一方の補正量Δ２にて精度に
優先して良好な応答性を付与することで過渡時に対処さ
せ、他方のフイードバツク補正量Δ₁にてΔ₂では得られ
ない高精度を付与させんとしたのである。この結果、ア
ルコール混合ガソリンのように点火時期特性の変化幅が
大きい場合にあつても、コストの上昇を招くことなく、
運転変化に応じて素早くしかも精度良く最適点火時期を
与えることができる。

（考案の効果）以上説明したように、この考案では特定の燃料に対する
基本点火時期をそのまま用い、これを、特定の燃料への
異種燃料の混合割合に応じた点火時期の補正量とエンジ
ンの燃焼状態に基づく点火時期のフイードバツク補正量
との２つの補正量にて補正するようにしたので、アルコ
ール混合ガソリンのように点火時期特性の変化幅が大き
い場合にあつても、コストの上昇を招くことなく、運転
変化に応じて素早くしかも精度良く最適点火時期を与え
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のクレーム対応図、第２図は本考案の一
実施例の制御系のブロツク図、第３図はこの実施例の演
算内容を説明する流れ図、第４図と第５図はそれぞれ補
正量Δ₂₁とΔ₂₂の内容を示す特性図、第６図と第７図は
それぞれ負荷と回転数に対する最適点火時期を示す特性
図、第８図はTADVとＲの特性図である。１……エンジン負荷検出センサ、２……エンジン回転数
検出センサ、３……基本点火時期算出手段、４……筒内
圧検出手段、５……第一の補正量算出手段、６……第二
の補正量算出手段、７……最終点火時期設定手段、８…
…点火装置、11……クランク角センサ、12……負荷セン
サ、14……筒内圧センサ、21……コントロールユニツ
ト。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ａ）特定の燃料に対する基本点火時期を運
転条件に応じて算出する手段と、ｂ）エンジンの筒内圧力を検出する圧力検出手段と、ｃ）該圧力検出手段の出力に基づいて筒内圧力が最大と
なるクランク角度を検出する手段と、ｄ）圧力検出手段の信号より求める少なくともノツク回
避あるいは最大トルクを発生するための点火時期フイー
ドバツク補正量を算出する第１の補正手段と、ｅ）筒内圧力が最大となるクランク角度と実点火時期を
比較する事により、特定の燃料への異種燃料の混合割合
を推定する手段と、ｆ）推定された混合割合に応じて点火時期の第２の補正
量を算出する手段と、ｇ）前記第１及び第２の補正量によつて前記基本点火時
期を補正して最終的な点火時期を設定する手段と、ｈ）設定された点火時期に点火を行なう装置とを設けた
事を特徴とするエンジンの点火時期制御装置。