JP5279572B2 - エンジンの点火制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの点火制御装置に関するものであり、特に、アイドル空気量制御バルブ（以下、「ＩＡＣＶ」と呼ぶ）を有するエンジンの始動性を改善するのに好適なエンジンの点火制御装置に関する。

スロットル弁を迂回するバイパス通路にＩＡＣＶを設け、スロットル弁が全閉している時にＩＡＣＶの開度を制御することにより、アイドル運転時における吸入空気量を調整するエンジン制御装置が知られる。ＩＡＣＶの開度制御では、エンジン始動時にＩＡＣＶの全開位置を学習し、その全開位置を基準にしてＩＡＣＶを流れる空気量が演算される。

したがって、この全開位置の学習の制御中（全閉イニシャル処理中）にエンジンが始動されると、吸入空気量が大となるため、エンジン回転数が上昇する。

そこで、エンジン回転数の上昇を抑制するため、特許文献１では、ＩＡＣＶの全開時は、スロットルバルブが全閉時における通常の点火進角値とは別に、エンジン回転数が、目標回転数になるようにフィードバック制御する点火進角値を選択して点火リタード制御をするＩＡＣＶ制御装置が提案されている。

特開２０００−９００８号公報

従来のＩＡＣＶ制御装置では、エンジン回転数のフィードバック制御を行っているので、実車の状態、例えば、吹け上がり状態を確認しながら試行錯誤でリタードするための点火時期を設定する必要があり、多くの設定時間を要する。

例えば、フィードバック制御をＰＩＤ制御で実現する場合、ＰＩＤの各定数は実験的に決定することになるので、何度かの確認テストが必要である。また、テーブル設定によりエンジン回転数毎の進角量を設定する場合も、エンジン回転数毎に進角量を設定するためにエンジン回転数の格子点分のテストが予め必要である。

本発明の目的は、上記従来技術の繁雑さを回避しつつ、エンジン回転数の上昇を抑制して良好な始動性を得ることができるエンジンの点火制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明は、ＩＡＣＶの全開イニシャル処理で突き当て制御中の点火時期制御を含むエンジン制御装置において、イグニッションスイッチがオンされてからＩＡＣＶが全開開度に至るまでの期間が、通常点火時期を維持する期間と、その後の通常点火時期を遅角側の固定点火時期に切り替えて点火時期補正を行う期間とを含み、ＩＡＣＶが全開開度に至った時、開度に対する点火時期補正値の比例関数を算出し、その後、ＩＡＣＶ（６）がアイドル目標開度になるまで、目標開度と現在開度との開度差に応じて前記比例関数により点火時期補正値を算出して点火時期を進角側に補正する点火時期補正手段を具備している点に第１の特徴がある。

また、本発明は、ＩＡＣＶが全開開度に至った後、アイドル目標開度になるまでの期間が、前記開度差に応じて点火時期を進角側に補正する期間に続いて、段階的に一定量ずつ点火時期補正値を進角側に変化させて点火時期補正値の初期値まで復帰させる期間を含んでいる点に第２の特徴がある。

また、本発明は、前記通常点火時期が、エンジン回転数、吸気負圧値、およびエンジン冷却水温に基づいて決定される点に第３の特徴がある。

さらに、本発明は、ＩＡＣＶの開度が、ＩＡＣＶ本体を駆動するステッピングモータに供給されるステップ数で決定される点に第４の特徴がある。

第１〜４の特徴を有する本発明によれば、ＩＡＣＶが全開時から、アイドル目標開度と現在開度との差に応じて徐々に点火時期を進角側に復帰させるフィードフォワード制御によって、エンジン回転数が上昇してオーバーリーンになるのを防止することができる。さらに、従来は実車で行ってきたエンジン回転数の上昇を確認しながらの点火時期の事前の設定が不要となって繁雑さがなくなるので、大幅な工数削減が実現可能である。

また、ＩＡＣＶの初期化のためにＩＡＣＶの開度が全開まで変化し、その後アイドル目標開度まで変化するまでのエンジン回転数の変動を抑え、スムーズにアイドル回転に移行することができる。さらに、ＩＡＣＶのバルブ位置が経年変化によって変化した場合であっても、この変化に応じてステッピングモータのステップ数も変化するので、常に最良の点火時期制御が可能である。

イグニッションスイッチがオンになった直後に、エンジン回転数や吸気負圧等に基づいて決定された通常点火時期を維持するので、イグニッションスイッチがオンされた直後から点火時期を遅角させていた従来技術と比較して始動性が向上する。

本発明の一実施形態に係る点火制御装置の機能を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る点火制御装置を搭載したエンジンのシステム構成図である。 本実施形態に係る点火制御装置の動作タイミングチャートである。 ステップ数差と点火時期補正値との比例関数の一例を示す図である。 始動直後点火時期計算に係るフローチャートである。 点火時期実施設定に係るフローチャートである。 本実施形態に係る点火制御装置の動作タイミングチャート（その２）である。 本実施形態に係る点火制御装置の動作タイミングチャート（その３）である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るエンジン始動制御装置のシステム構成図である。エンジン１は、例えば、自動二輪車の駆動源である。エンジン１には、吸気管２および排気管３が設けられ、吸気管２には、スロットルバルブ４と、スロットルバルブ４を迂回してスロットルバルブ４の両側で吸気管２を連結するバイパス通路５と、バイパス通路５を開閉するＩＡＣＶ６とが設けられる。吸気管２上で、エンジン１とスロットルバルブ４との間には燃料噴射弁７が設けられる。エンジン１の燃焼室には点火プラグ８が設けられる。

スロットルバルブ４は、自動二輪車のスロットルグリップの回動操作に応じて回動し、その回動量（スロットル開度）がスロットルセンサ（ＴＨセンサ）９で検知される。エンジン１には、図示しないクランク軸の回転数に基づいてエンジン回転数を検知するエンジン回転数センサ（Ｎｅセンサ）１０と、エンジン冷却水温を検知する水温センサ（ＴＷセンサ）１１とが設けられ、吸気管２には、吸気負圧を検知するＰＢセンサ１２が設けられる。排気管３には、排気中の酸素濃度を検知するＯ２センサ１３が設けられる。

また、点火プラグ８で点火してエンジン１を始動させるイグニッションスイッチ１４が設けられる。イグニッションスイッチ１４は、自動二輪車では一般にハンドルグリップ近傍に配置される。

マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を有するエンジン制御装置（ＥＣＵ）１５には、スロットルセンサ９、水温センサ１１、ＰＢセンサ１２、およびＯ２センサ１３による検知信号と、イグニッションスイッチ１４によるエンジン始動信号が入力される。ＥＣＵ１５は、入力された検知信号に基づいて、ＩＡＣＶ６の開度と、点火時期と、燃料噴射量とを算出し、ＩＡＣＶ６、点火プラグ８および燃料噴射弁７にそれぞれ入力する。

ＩＡＣＶ６は、ステッピングモータ１６と、ステッピングモータ１６によってバイパス通路５を開閉する制御弁本体１７とを含む。制御弁本体１７の開度はＥＣＵ１５からステッピングモータ１６へ供給されるステップ数で制御され、これによって、アイドル運転時にバイパス通路５を介してエンジン１に吸入される空気量が決定され、アイドル回転数が制御される。

図３は、本実施形態に係る点火制御装置の動作タイミングチャートである。図３において、タイミングｔ０でイグニッションスイッチ１４をオンにすると、図示しないバッテリから電力が供給され、ＩＡＣＶ６は全開方向に駆動される。このとき、点火時期は所定の進角量である通常点火時期に設定される。通常点火時期は、エンジン回転数Ｎｅおよび吸気負圧ＰＢをパラメータとしてマップに設定されている値である。本実施形態では、エンジン始動直後は、開度通常点火時期に対して点火時期補正値を加算するが、クランキング開始後、所定期間は、点火時期補正値を初期値「０」に設定して通常点火時期に従って点火が行われる。

タイミングｔ１では、所定のクランキング回転数でクランキングが開始される。クランキングが行われて、通常点火時期を所定回数計算されたタイミングｔ２で、通常点火時期に点火時期補正値を加算する。ここでは、点火時期補正値は固定値であり、−４５°〜０°の範囲で任意に設定される。つまり、点火時期は通常点火時期より遅角側に補正される。このように、クランキング開始直後の不安定な期間は、点火時期を通常点火時期のまま保持し、エンジン１が所定回数回転して回転が安定していると考えられるタイミングｔ２で通常点火時期を遅角側に補正する。

従来は、タイミングｔ０から点火時期を遅角させていたが、本実施形態では、クランキング中は通常点火時期としているので、さらに良好な始動性が得られる。

タイミングｔ３でＩＡＣＶ６が全開になると、点火時期を一旦遅角側に（例えば、−４５°まで）移動させてから、徐々に進角側に復帰させる。点火時期を進角側に復帰させる速度は、アイドル回転数に応じたＩＡＣＶ６の開度（モータ１６のアイドル目標ステップ数）と、ＩＡＣＶ６の現在の開度（モータ１６の現在のステップ数）との差、つまり現在ステップ数から目標ステップ数までの距離に応じて比例的に決定される。

ＩＡＣＶ６の制御弁本体１７が全閉から全開まで移動した時点で、ＩＡＣＶ６の初期化のための計算がなされる。この計算はタイミングｔ４で終了し、ＩＡＣＶの初期化が完了する。ここからは、所定の割合で段階的に点火時期が進角側に補正される。点火時期補正値が初期値まで復帰したタイミングｔ５で、点火時期を進角側に補正する処理は終了し、アイドル回転に移行してエンジン回転数Ｎｅと吸気負圧ＰＢとに基づく通常の点火時期演算が開始される。

図４は、ステップ数差と点火遅角量との関係を示す比例関数の例を示す図である。図４において、横軸はモータに供給されるステップ数（ゼロからのステップ数差）、縦軸は点火時期補正値である。図示のように、ステップ数差が大きいほど点火時期補正値が大きくなる傾向に設定してある。したがって、ＩＡＣＶ６が全開からアイドル目標ステップ数寄りに閉じていくにつれて、点火時期は遅角量がしだいに小さくなるように補正される。

このステップ数差と点火遅角量との関係は、線Ｌで示すように、ステップ数差に対して点火遅角量が比例的に変化する関係である。使用開始時における、全開時の全ステップ数に対応する全開点火時期補正値は予め決定されており、経年変化により、全開時の全ステップ数が変化する。したがって、その変化に応じた全開点火時期補正値をエンジン始動のたびに直線補間によって算出し、比例関数としての線Ｌを決定する。

ＩＡＣＶ６の開度が、全開位置から閉じる方向に変化すると、その時点での目標開度までのステップ数（ステップ数差）に応じた現在点火時期補正値が、直線Ｌで示される関数に従って算出される。例えば、現在ステップ数Ｂに対応して現在点火時期補正値Ａが算出される。

図５は、エンジン始動直後の点火時期算出のフローチャートである。ステップＳ１では、クランキングが開始されたか否かが判断される。この判断は、イグニッションスイッチ１４がオンになった後、エンジン回転数が所定のクランキング回転数になったか否かによって行うことができる。クランキングが開始されるまでは、ステップＳ２に進んで、エンジン始動直後の点火時期補正値として初期値を設定する。初期値は「０」である。

クランキングが開始されると、ステップＳ１からステップＳ３に進み、点火時期計算回数を計数するカウンタ値Ｃ１をインクリメントする。ステップＳ４では、カウンタ値Ｃ１が規定回数Ｃ１ｒｅｆ未満か否かが判断される。点火時期計算回数が規定回数Ｃ１ｒｅｆ以上になるまで、ステップＳ２に進み、点火時期計算回数が規定回数Ｃ１ｒｅｆ以上になると、ステップＳ５に進んでエンジン始動直後点火時期実施が可能かどうかを判定する（詳細は図６に関して後述）。

ステップＳ６では、エンジン始動直後点火時期実施判定の結果、実施可能でない場合はステップＳ２に進む。実施可能な場合は、ステップＳ７に進み、ＩＡＣＶ６が全開か、つまり制御弁本体１７が、ストロークの全開側限界に突き当たったか否かが判断される。ＩＡＣＶ６が全開するまでは、ステップＳ７からステップＳ８に移行して、点火時期補正値として所定の固定値を設定する。この固定値は、少なくとも初期値より遅角側の値であり、上述のとおり、例えば、−４５°〜０°の間に設定される。

ＩＡＣＶ６が全開すれば、ステップＳ９に進んで、全開時のステップ数に対応する全開点火時期補正値を算出し、ＩＡＣＶ６の開度と点火時期補正値との関数である直線（比例関数）Ｌを算出する。

ステップＳ１０では、点火時期補正値を現在値から一旦遅角側に所定量変化させる。ここでの所定遅角量は、最大−４５°である。ステップＳ１１では、ＩＡＣＶ６の初期化が完了したか否かが判断される。ＩＡＣＶ６の初期化が完了するまでは、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、ＩＡＣＶ６の制御弁本体１７のアイドル目標位置つまりモータ１６のアイドル目標ステップ数と、ＩＡＣＶ６の制御弁１７の現在位置つまりモータ１６のステップ数との差（ステップ数差）を算出する。ステップ数差が算出されたならば、ステップＳ１３に進み、算出されたステップ数差に基づいて図４の直線Ｌで示される関数を使用して点火時期補正値を算出する。

ＩＡＣＶ６の初期化が完了したならば、ステップＳ１０からステップＳ１４に進み、点火時期を段階的に進角方向に変化させるため、所定値を加算していく。ステップＳ１５では、点火時期補正値が初期値まで復帰したか否かが判断される。点火時期補正値が初期値まで復帰したならば、ステップＳ１６に進んで、点火時期補正値を初期値に設定する。

図６は、エンジン始動直後点火時期実施判定のフローチャートである。ステップＳ５１では、水温センサ１１の検知温度を読み込んで水温値ＴＷとする。ステップＳ５２では、水温センサ１１で検知されたエンジン冷却水温値ＴＷが、判定水温値ＴＷ１以下か否かが判断される。エンジン冷却水温値ＴＷが判定水温値ＴＷ１以下の低い場合は、ステップＳ５３に進んで、点火時期制御可能フラグに「０」を設定する。

エンジン冷却水温ＴＷが、判定水温値ＴＷ１より高い場合は、ステップＳ５４に進んで、スロットルセンサ９による検知開度を読み込んでスロットル開度値ＴＨとする。ステップＳ５５では、スロットルセンサ９で検知されたスロットル開度値ＴＨが判定開度値ＴＨ１以上か否かが判断される。スロットル開度値ＴＨが判定開度値ＴＨ１より高開度であれば、ステップＳ５３に進む。スロットル開度値ＴＨが判定開度値ＴＨ１より低開度であれば、ステップＳ５６に進んで、点火時期制御可能フラグに「１」を設定する。

このように、エンジン冷却水温が所定値より高くて、スロットル開度が所定開度より小さい場合に点火時期制御が可能とされる。

図１は、ＥＣＵ１５の要部機能を示すブロック図である。図１において、ＩＡＣＶ制御部１８は、ＩＡＣＶ６の制御弁本体１７が全開位置に突き当たるまでモータ１６を駆動させてその位置を基準にＩＡＣＶ６の制御弁本体１７の位置を初期化する機能と、ＩＡＣＶ６の制御弁本体１７が全開位置に突き当たてた後、アイドル目標開度（モータに供給するステップ数）まで、制御弁本体１７を閉じる方向にモータ１６を駆動する機能を有する。さらに、ＩＡＣＶ制御部１８は、アイドル回転数に応じたＩＡＣＶ開度（アイドル目標ステップ数）を決定する機能と、ステップ数差（アイドル目標ステップ数−現在ステップ数）を計算する機能を有しており、ステップ数差を点火時期補正部１９に供給する。ＩＡＣＶ制御部１８は、さらに、ＩＡＣＶ６が全開位置まで移動（突き当て）完了したときに突き当て完了信号を出力する機能と、ＩＡＣＶ６の初期化完了信号を出力する機能とを有する。

クランキング開始検出部２０は、エンジン回転数が所定の回転数以上であることを検知して、クランキング開始検出信号を出力する。点火時期計算回数検出部２１は、クランキング開始から所定回数だけ点火時期が計算されたときに規定数計算完了信号を出力する。

点火時期演算部２２は、エンジン回転数ＮｅおよびＰＢによるマップ検索値に、冷却水温ＴＷによる補正量を加算して通常運転時の点火時期（進角値）を算出する。

点火時期補正部１９は、規定数計算完了信号に応答して点火時期を所定量だけ遅角させる遅角補正値を出力する。また、点火時期補正部１９は、突き当て完了信号に応答して、ＩＡＣＶ制御部１８から供給されたステップ数差に基づく進角値を点火時期補正値として算出し、加算部２３に供給する。また、点火時期補正部１９は、初期化完了信号に応答して、所定時間毎に所定量ずつ増大させた進角補正値を出力する。

加算部２３は、点火時期演算部２２から供給される点火時期に、点火時期補正部１９から入力される点火時期補正値を加算し、その加算結果を点火時期として点火装置２４に供給する。点火装置２４は、供給された点火時期に従って点火プラグ８に点火電圧を印加する。

次に、アイドル目標ステップ数の決定手法について説明する。ＩＡＣＶ６の開度（モータ１６の位置）と、ＩＡＣＶ６を通過する空気量との関係は、設計値として予め知ることができる。また、エンジン回転数の変動は、点火時期の変化によって抑制でき、一般的に、遅角量が１°変われば、エンジン回転数は１００ｒｐｍ変化することが知られる。したがって、ＩＡＣＶ６の目標ステップ数と現在のステップ数との差から、ＩＡＣＶ６を通過する空気量を算出でき、さらに空気量からエンジン回転数Ｎｅを推定できる。

例えば、アイドル回転数を１２００ｒｐｍに設定し、このとき、１００ｒｐｍに対応する空気量が、設計値から、０．８４グラム／秒であるとすると、この空気量０．８４グラムに対応するステップ数は、１２００（ｒｐｍ）÷０．８４（グラム／秒）÷１００（ｒｐｍ／１°）＝１４．３°／（グラム／秒）となる。

また、ＩＡＣＶ６の全開付き当て時の空気量とその空気量に見合う開度（ステップ数）は、それぞれ、２．２２グラム／秒、２４０ステップである。

そのため、アイドル目標ステップ数と全開時のステップ数との差は１４３ステップであり、空気量は１．３８グラム／秒となる。したがって、ステップ数の差に対する点火時期補正値のテーブル（図４参照）は、ステップ数差が「０」の時の補正値を「０」とし、ステップ数が１４３ステップで、遅角方向での補正値が２０°（１４．３×１．３８＝２０）となるように設定すればよい。

なお、図３では、ＩＡＣＶ６の制御弁本体１７を全開側に駆動開始した直後にクランキングを開始した例を示したが、スタータスイッチ１４による始動操作からクランキング開始時期までの時間は様々である。そこで、クランキング開始時期の変形例を示す。図７は、クランキング開始時期がＩＡＣＶ６の全開直前である場合のタイミングチャートである。この図に示すように、クランキング開始時期が遅れて、規定回数の点火時期計算が終了したのがＩＡＣＶ６の全開後になる場合は、図４に示したタイミングｔ２〜ｔ３では、固定値による通常点火時期の遅角補正は行わず、規定回数の点火時期計算が終了したならば、タイミングｔ２で、一旦遅角側に補正した後、直ちに、ステップ数差に基づく点火時期補正値の復帰が開始される。初期化完了は図４に示したタイミングと変わらないので、タイミングｔ４〜ｔ５の段階的な変化は同様に行われる。

図８は、規定回数の点火時期の計算が、ＩＡＣＶ６の初期化完了後に終わった場合のタイミングチャートである。このようにクランキングが大幅に遅れた場合は、ＩＡＣＶ６の制御弁本体１７はアイドル目標値の近くまで閉じているので、点火時期の補正は必要がなく、行われない。

本実施形態では、ＩＡＣＶ６が全開後、初期化完了までステップ数差に応じて点火時期を進角補正し、初期化完了後は、段階的に点火時期補正値を所定量進角側に復帰した。しかし、本発明はこれに限らず、初期化完了後も、ステップ数差に応じて点火時期補正値を進角側に変化させていって、点火時期補正値が初期値「０」に戻るまで、進角補正動作を続けていってもよい。

１…エンジン、 ２…吸気管、 ４…スロットルバルブ、 ５…バイパス通路、 ６…ＩＡＣＶ、 ７…燃料噴射弁、 ８…点火プラグ、 ９…スロットルセンサ、 １０…エンジン回転数センサ、 １１…水温センサ、 １２…ＰＢセンサ、 １４…スタータスイッチ、 １５…ＥＣＵ、 １６…ステッピングモータ、 １７…ＩＡＣＶ制御弁、 １８…ＩＡＣＶ制御部、 １９…点火時期補正部、 ２０…クランキング開始検出部、 ２１…点火時期計算回数検出部、 ２２…点火時期演算部、 ２３…加算部

Claims (3)

1. スロットルバルブ（４）を迂回するバイパス通路（５）に設けられたアイドル空気量制御バルブ（ＩＡＣＶ）（６）の全開イニシャル処理で突き当て制御中の点火時期制御を含むエンジン制御装置において、
   イグニッションスイッチ（１４）がオンされてからＩＡＣＶ（６）が全開開度に至るまでの期間が、通常点火時期を維持する期間（ｔ０〜ｔ２）と、その後の通常点火時期を遅角側の固定点火時期に切り替えて点火時期補正を行う期間（ｔ２〜ｔ３）とを含み、
   ＩＡＣＶ（６）が全開開度に至った時、開度に対する点火時期補正値の比例関数を算出し、その後、ＩＡＣＶ（６）がアイドル目標開度になるまで、目標開度と現在開度との開度差に応じて前記比例関数により点火時期補正値を算出して点火時期を進角側に補正する点火時期補正手段（１９）を具備し、
   ＩＡＣＶ（６）が全開開度に至った後、アイドル目標開度になるまでの期間が、前記開度差に応じて点火時期を進角側に補正する期間の後に続いて、段階的に一定量ずつ点火時期補正値を進角側に変化させて点火時期補正値の初期値まで復帰させる期間（ｔ４〜ｔ５）を含んでいることを特徴とするエンジンの点火制御装置。
2. 前記通常点火時期が、エンジン回転数、吸気負圧値、およびエンジン冷却水温に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火制御装置。
3. 前記ＩＡＣＶ（６）の開度が、ＩＡＣＶ本体（１７）を駆動するステッピングモータ（１６）に供給されるステップ数で決定されることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの点火制御装置。

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