JP2002070706A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

内燃機関の点火時期制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の始動時の点火時期制御によって始動
性能を向上する。 【解決手段】始動（クランキング）操作開始後、点火回
数が所定回数に達すると、点火時期を遅角補正する。こ
れにより、燃焼によって温度上昇することにより要求点
火時期が遅角側にシフトするのに適合した点火時期制御
を行うことができ、過進角による発生トルクの低下、更
には逆トルクの発生を防止して、始動性能を良好に維持
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の始動
（クランキング）時の点火時期制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の点火時期制御として、始動後
の機関回転速度を目標回転速度に達しない状態から最適
な点火時期に制御するものがあるが、このものでは、前
記目標回転速度に達するまでは、該フィードバック制御
が行なわれず、点火時期が最適値からずれる可能性があ
った（特開平６−１３７２４６号公報参照）。
【０００３】また、始動時に燃焼状態を見ながら、初爆
後、連爆（連続した爆発）が検出されないときは、点火
時期を進角させるようにしたものもあるが、連爆検出さ
れない状態が継続した場合には、燃焼している気筒では
燃焼室温度が上昇して、着火遅れが減少することによ
り、要求点火時期が遅角側にシフトされる。このため、
この状態で点火時期を進角させると、過早着火を生じて
機関が逆トルクを発生する惧れがあった（特開平８−８
６２３６号公報参照）。
【０００４】また、点火時期を、始動時の遅角側に固定
された制御から始動後の通常制御に移行する際に、通常
制御時の目標点火時期まで徐々に進角させてトルク変動
を防止するようにしたものもあるが、始動時の点火時期
は、遅角側に固定された従来一般的な制御である（特開
２０００−９００６号公報参照）。以上のように、従来
の始動時の点火時期制御は、一般的に遅角側に固定さ
れ、進角補正を行うものでは過早着火が発生する問題が
あり、最適な制御を確保できるものではなかった。
【０００５】本発明は、このような従来の課題に着目し
てなされたもので、始動時に過早着火を抑制しつつ最適
な点火時期に制御することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１にか
かる発明は、内燃機関の始動時の点火時期を、燃焼室温
度に基づいて補正制御することを特徴とする。請求項１
に係る発明によると、始動（クランキング）時に、始動
操作後の燃焼室温度変化が推定乃至検出され、該燃焼室
温度の上昇に応じて点火時期を遅角するような補正制御
を行なう。
【０００７】このようにすれば、上記始動操作後の燃焼
室温度上昇に応じた点火時期補正が行なわれるので、通
常の始動操作時は、過進角の可能性を考慮することな
く、ＭＢＴ（最大トルク発生点火時期）など最適な点火
時期に設定することができ、始動性能を向上させること
ができる。また、操作異常などによってクランキングが
長引き燃焼室温度が上昇して要求点火時期が遅角側にシ
フトした場合は、点火時期が遅角補正されて要求点火時
期に適合するので、発生トルクの低下を防止できる。
【０００８】また、請求項２に係る発明は、始動時の燃
焼室温度の上昇を、始動操作後の点火回数を計測して推
定し、該計測値に基づいて点火時期の遅角補正量を設定
して、点火時期を補正制御することを特徴とする。請求
項２に係る発明によると、始動操作後の点火回数を計測
することにより、始動操作後の燃焼による燃焼室温度の
上昇変化を高精度に推定でき、以って上記点火時期の補
正制御を高精度に行うことができる。
【０００９】また、請求項３に係る発明は、前記始動時
の燃焼室温度の上昇を、始動操作後の経過時間を計測し
て推定し、該経過時間に基づいて点火時期の遅角補正量
を設定して、点火時期を補正制御することを特徴とす
る。請求項３に係る発明によると、始動操作後の経過時
間は点火回数と略比例的であるから、該経過時間の計測
によっても、始動操作後の燃焼室温度の上昇変化を精度
良くかつ簡易に推定でき、以って上記点火時期の補正制
御を高精度に行うことができる。
【００１０】また、請求項４に係る発明は、前記計測さ
れた始動操作後の点火回数又は経過時間に対して、遅角
補正量を徐々に増大するように設定することを特徴とす
る。請求項４に係る発明によると、前記遅角補正量によ
る遅角補正時の点火時期変化が緩やかとなってトルク変
動を抑制できる。
【００１１】また、請求項５に係る発明は、機関運転終
了後、短時間経過後の再始動であることを判定したとき
に、該再始動時の点火時期を、遅角側に補正して設定す
ることを特徴とする。請求項５に係る発明によると、機
関運転終了後、短時間経過後の再始動時（ホットリスタ
ート時；以下単に再始動時という）は、燃焼室温度が高
温に維持されているので、始めから始動時の点火時期を
遅角補正することにより、過早着火を防止して良好な再
始動性能を確保できる。
【００１２】また、請求項６に係る発明は、燃焼室温度
を直接検出し、該検出値に基づいて始動時の点火時期を
補正制御することを特徴とする。請求項６に係る発明に
よると、通常始動時及び再始動時にも、始動操作時から
始動終了まで、実際に検出された燃焼室温度に基づいて
要求点火時期に正確に適合した点火時期に制御すること
ができ、最適な始動性能が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に本発明に係る内燃機関の点
火装置の実施形態について説明する。図１は本発明の一
実施形態に係る点火装置を備えた内燃機関のシステム構
成を示す。図において、アクセルペダルに配設されたア
クセル開度センサ１は、ドライバによって踏み込まれた
アクセルペダルの踏込み量を検出する。
【００１４】機関２に配設されたクランク角センサ３
は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位
相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位
時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記
基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度
Ｎｅを検出できる。機関２の吸気通路４に配設されたエ
アフローメータ５は、機関２への単位時間当りの吸入空
気量を検出する。
【００１５】機関２のシリンダブロックに配設された水
温センサ６は、機関２の冷却水温度を検出する。機関２
のシリンダ部には、燃焼室７内に燃料を直接噴射する燃
料噴射弁８、燃焼室７内で火花点火を行う点火栓９が設
けられる。また、前記点火栓９に接続して点火コイル１
０が設けられ、該点火コイル１０は、パワートランジス
タのオン・オフを介して通電駆動されるように構成され
ている。
【００１６】また、前記吸気通路４には、スロットル弁
１１が介装され、該スロットル弁１１の開度を電子制御
可能なスロットル弁制御装置１２と、スロットル弁１１
の開度を検出するスロットルセンサ１３とが備えられて
いる。一方、機関４の排気通路１４には、排気中の酸素
等の特定成分から空燃比を検出する空燃比センサ１５、
上流側排気浄化触媒１６、下流側排気浄化触媒１７、マ
フラー１８が設けられている。
【００１７】前記各種センサ類及びイグニションスイッ
チ１９、スタータスイッチ２０、バッテリ電圧Ｖｂ等の
検出信号は、コントロールユニット２１へ入力され、該
コントロールユニット２１は、前記センサ類からの信号
に基づいて検出される運転状態に応じて前記スロットル
弁制御装置１２を介してスロットル弁１１の開度を制御
し、前記燃料噴射弁８を駆動して燃料噴射量を制御し、
点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓９を点火さ
せる制御を行う。
【００１８】さらに、機関の排気通路１４から吸気通路
４に排気の一部を還流するＥＧＲ通路２２と、該ＥＧＲ
通路２２に介装されたＥＧＲバルブ２３からなるＥＧＲ
装置が設けられる。次に、本発明にかかる始動（クラン
キング）時の点火時期制御について説明する。
【００１９】まず、該始動時に要求される点火時期特性
を図９に基づいて説明する。通常始動時（冷機始動時）
の要求点火時期は、図９の（Ａ）に示すように変化す
る。まず、スタータスイッチをオン操作する始動操作時
から燃焼が開始される初爆時までは、極低回転であり着
火遅れ相当のクランク角が小さいので、要求点火時期は
大きく遅角された時期にある。初爆後回転速度が増大
し、着火遅れ相当のクランク角が増大するに従って、要
求点火時期は進角された時期にシフトされる。始動時の
発生トルクを最大にして始動性能を向上させるために
は、点火時期を上記要求点火時期に合わせて制御するの
がよい。
【００２０】しかし、クランキングが長引いた場合は、
燃焼によって燃焼室温度が上昇し、着火遅れが減少する
ので、要求点火時期が遅角側にシフトする（図９（Ｂ）
参照）。したがって、該燃焼室の温度上昇を考慮せず上
記要求点火時期のまま点火時期制御を行うと、要求より
進角した点火時期で点火され、過早着火が発生し、機関
の耐久性に影響を与えることになる。
【００２１】既述したように、一般的な従来制御では、
クランキングの点火時期を固定値に制御しているが、上
記過進角を回避するため、図９（Ａ）のａのように回転
速度上昇前の要求点火時期に合わせて遅角側に固定する
場合、回転速度が上昇したときに要求点火時期が進角す
るため、該点火時期のずれによって発生トルクが低下
し、始動性能が損なわれる。
【００２２】また、回転速度上昇後の進角された要求点
火時期に合わせて、図９（Ａ）のｂのように固定する
と、該回転速度が上昇した領域での発生トルクは大きく
なるが、初爆前のクランキング初期及びクランキングが
長時間継続して燃焼室温度が上昇したときの要求点火時
期に対しては、過進角となってしまい、発生トルクが低
下するのみならず、機関の耐久性に影響を与える。
【００２３】そこで、本発明では、クランキング時の点
火時期制御を実際の要求点火時期に見合った点火時期制
御を行う。第１の実施の形態に係る点火時期制御を、図
２に示したフローチャートに従って説明する。ステップ
１では、スタータスイッチ２０がオンされたかを判定す
る。
【００２４】スタータスイッチ２０がオンされた、つま
り、始動操作されたと判定されたときは、ステップ２へ
進み、以下のように基本点火時期を設定する。すなわ
ち、初爆前までは、極低回転であるため、基本点火時期
を、大きく遅角した点火時期に設定するが、初爆後は回
転速度の増大に応じて進角補正量を増大して設定する。
次いで、ステップ３では、始動操作後の点火回数が所定
値以上であるかを判定し、所定値未満のときは、ステッ
プ４へ進んで前記ステップ２で設定された基本点火時期
を、最終的な点火時期として設定し、該点火時期に制御
する。
【００２５】また、ステップ３で始動操作後の点火回数
が所定値以上と判定されたときは、ステップ５へ進ん
で、前記ステップ２で設定された基本点火時期を所定量
進角補正して最終的な点火時期をして設定し、該点火時
期に制御する。ステップ６では、スタータスイッチ２０
がオフされたか、つまり始動（クランキング）が終了し
たかを判定する。そして、スタータスイッチ２０がオフ
されず、クランキング中と判定された場合は、ステップ
３へ戻り、スタータスイッチ２０がオフされた、つまり
クランキングが終了したと判定された場合は、上記始動
時の点火時期制御を終了し、ステップ７へ進んで始動後
の機関回転速度，負荷などに基づく通常時点火時期制御
を行なう。
【００２６】このようにすれば、図３に示すように、始
動操作後、初爆までは十分に遅角され、初爆後は回転速
度の増大に応じて進角された、要求に見合った点火時期
に制御できる。すなわち、過進角の可能性を考慮するこ
となく最適な点火時期に制御することができ、発生トル
クを十分大きく確保でき、良好な始動性能を得ることが
できる。
【００２７】また、操作異常などによってクランキング
が長引き所定の点火回数に達した後は、遅角補正される
ので（図３実線参照）、燃焼回数の増大に応じて燃焼室
温度が上昇することにより遅角側にシフトする要求点火
時期に見合った点火時期制御を行うことができ、過進角
による発生トルクの低下を防止でき、逆トルクの発生に
よる耐久性への影響を回避できる。
【００２８】また、上記所定の点火回数に達した後、点
火回数の増大に応じて点火時期の進角補正量を増大して
設定するようにしてもよく、点火時期変化が緩やかとな
ってトルク変動を抑制できる（図３一点鎖線参照）。次
に、第２の実施の形態にかかる点火時期制御について説
明する。該第２の実施の形態では、第１の実施の形態で
始動操作後の点火回数に基づいて燃焼室温度の上昇を推
定したのに代えて、始動後の経過時間に基づいて燃焼室
温度の上昇を推定するようにしたものである。
【００２９】すなわち、該第２の実施の形態にかかる点
火時期制御を示す図４のフローチャートにおいて、ステ
ップ１３で始動後の経過時間が所定時間以上かを判定す
る点のみが、図２と相違する。始動操作後の経過時間は
点火回数と略比例的であるから、該経過時間の計測によ
っても、始動操作後の燃焼室温度の上昇変化を精度良く
かつ簡易に推定でき、以って上記点火時期の補正制御を
高精度に行うことができる。このものでも、経過時間が
所定時間に達した後、経過時間の増大に応じて点火時期
の進角補正量を増大して設定するようにしてもよく、前
記同様に点火時期変化が緩やかとなってトルク変動を抑
制できる。
【００３０】次に、第３の実施の形態にかかる点火時期
制御について説明する。このものは、再始動時を判定し
たときに、始動初期から遅角補正を行なうようにしたも
のである。本実施の形態を示す図５において、ステップ
２１でのスタータスイッチ２０のオン判定後、ステップ
２２では、始動時の水温が所定値以上か、あるいは前回
運転終了から所定時間以内かなどによって、再始動時で
あるかを判定する。
【００３１】ステップ２２で再始動でなく通常始動時
（冷機始動時）と判定されたときは、ステップ２４へ進
み、前記第１又は第2の実施の形態と同様にして通常始
動時の点火時期制御を行なう。また、ステップ２２で再
始動時と判定されたときは、ステップ２３へ進み、点火
時期を通常始動時より遅角補正して制御する。これは、
再始動時は燃焼室温度が高温に維持されているため、着
火遅れが通常始動時に比較して小さいためである。具体
的には、始動操作時の初期値及び初爆後機関回転速度の
増大によって進角補正されるときの限界値を遅角側に補
正する（図６参照）。但し、始動操作時の初期値につい
ては、通常始動時でも十分遅角側に設定している場合に
は、それ以上遅角しなくてもよい。また、再始動の判定
で用いられる始動時水温が高いときほど、あるいは運転
終了後から再始動までの経過時間が短いときほど、遅角
補正量を大きくしてもよい。
【００３２】始動操作後、点火回数が所定回数を超えあ
るいは経過時間が所定時間を超えたときに、燃焼室温度
の上昇に対応して更に点火時期を遅角補正することは、
通常始動時と同様である。但し、再始動時の燃焼室温度
が十分に高温に維持されていることを検出して、回転速
度上昇時の遅角補正量を十分大きくした場合には、それ
以上の遅角補正を行なわないようにしてもよい。
【００３３】ステップ２５でスタータスイッチ２０がオ
フされたかを判定し、オフされたと判定されたときは、
始動時の点火時期制御を終了し、ステップ２６で始動後
の点火時期制御を行なう。このようにすれば、通常始動
時のみならず、再始動時にも過進角を防止して、発生ト
ルクを確保することにより始動性能を高めることができ
る。
【００３４】次に、第４の実施の形態にかかる点火時期
制御について説明する。このものでは、図７に示すよう
に、燃焼室の温度を直接検出する筒内温度センサ３１を
配設し、該センサ３１で検出された燃焼室温度に応じた
点火時期制御を行う。すなわち、該点火時期制御を示す
図８のフローチャートにおいて、ステップ３１のスター
タスイッチ２０のオン判定後、ステップ３２では、前記
筒内温度センサ３１で検出された燃焼室温度を読み込
む。
【００３５】ステップ３３では、前記検出された燃焼室
温度に基づいて、燃焼室温度が高く始動初期から遅角補
正が必要か（再始動時）かを判定する。そして、前記始
動初期からの遅角補正が必要ない通常始動時と判定され
たときは、ステップ３５へ進み、前記第１又は第2の実
施の形態と同様にして通常始動時の点火時期制御を行な
う。
【００３６】また、ステップ３３で遅角補正が必要と判
定されたときは、ステップ３４へ進み、前記第３の実施
の形態のステップ２４と同様にして点火時期を通常始動
時より遅角補正して制御する。この場合も、検出された
燃焼室温度が高いときほど、遅角補正量を大きく設定す
るようにしてもよい。ステップ３６でスタータスイッチ
２０がオフされたかを判定し、オフされたと判定された
ときは、始動時の点火時期制御を終了し、ステップ３７
で始動後の点火時期制御を行なう。
【００３７】このようにすれば、通常始動時及び遅角補
正の必要な再始動時にも、始動操作時から始動終了ま
で、実際に検出された燃焼室温度に基づいて要求点火時
期に正確に適合した点火時期に制御することができ、最
適な始動性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１〜第３の実施の形態に共通する全
体システム構成図。
【図２】第１の実施の形態における点火時期制御ルーチ
ンを示すフローチャート。
【図３】第１の実施の形態における始動時点火時期特性
を示すタイムチャート。
【図４】第２の実施の形態における点火時期制御ルーチ
ンを示すフローチャート。
【図５】第３の実施の形態における点火時期制御ルーチ
ンを示すフローチャート。
【図６】第３の実施の形態における再始動時の点火時期
特性を示すタイムチャート。
【図７】第４の実施の形態の全体システム構成図。
【図８】第４の実施の形態における点火時期制御ルーチ
ンを示すフローチャート。
【図９】始動時の要求点火時期を示す図。
【符号の説明】
２ 機関 ３ クランク角センサ ６ 水温センサ ７ 燃焼室 ９ 点火栓 10 点火コイル 20 スタータスイッチ 21 コントロールユニット 31 筒内温度センサ
【手続補正書】
【提出日】平成１２年９月４日（２０００．９．４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の始動時の点火時期を、燃焼室温
    度に基づいて補正制御することを特徴とする内燃機関の
    点火時期制御装置。
  2. 【請求項２】始動時の燃焼室温度の上昇を、始動操作後
    の点火回数を計測して推定し、該計測値に基づいて点火
    時期の遅角補正量を設定して、点火時期を補正制御する
    ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火時期
    制御装置。
  3. 【請求項３】前記始動時の燃焼室温度の上昇を、始動操
    作後の経過時間を計測して推定し、該経過時間に基づい
    て点火時期の遅角補正量を設定して、点火時期を補正制
    御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点
    火時期制御装置。
  4. 【請求項４】前記計測された始動操作後の点火回数又は
    経過時間に対して、遅角補正量を徐々に増大するように
    設定することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載
    の内燃機関の点火時期制御装置。
  5. 【請求項５】機関運転終了後、短時間経過後の再始動で
    あることを判定したときに、該再始動時の点火時期を、
    遅角側に補正して設定することを特徴とする請求項１〜
    請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の点火時期制
    御装置。
  6. 【請求項６】燃焼室温度を直接検出し、該検出値に基づ
    いて始動時の点火時期を補正制御することを特徴とする
    請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の
    点火時期制御装置。
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