JPS6312860A - 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、自動車等内燃機関の空燃比を制御しつつ運転
性を高める点火時期制御に関する。

（従来の技術） 近時、自動車エンジンに対する要求が高度化しており、
排出ガス低減、高出力、低燃費等の互いに相反する課題
について何れも高レベルでその達成が求められる傾向に
ある。

また、特に省燃費の立場から比較的低負荷領域では空燃
比を理論空燃比から希薄空燃比に切換える部分制御が試
みられており、このような部分リーン制御を行いながら
、さらに点火時期制御を行う装置も既に実用化している
。

従来のこの種の点火時期制御装置としては、例えば特開
昭５９−３２６７１号公報に記載されたものが知られて
いる。

この装置では、エンジンの運転状態に基づいて空燃比の
フィードバック制御を行うとともに、空燃比がある設定
値よりもずれた場合には空燃比制御の代わりに点火時期
の制御を行うことにより、運転性や燃費の向上を図るよ
うにしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の内燃機関の点火時期制
御装置にあっては、三元領域のときのマツプに基づく値
をベースとして基本点火時期を設定するとともに、部分
リーン制御時の空燃比に基づく点火時期補正量を一律に
加えるというような制御仕様となっていたため、同じリ
ーン空燃比であってもエンジンの回転数や負荷により生
ずる差異をこの空燃比補正量に加味することができない
。

したがって、正確な点火時期の補正が実行できず、ノッ
キングの発生や出力不足を招来することがある。

ここで、三元領域とは三元触媒本来の機能が有効に発揮
される目標空燃比の領域をいい、−例としてλ＝１の理
論空燃比に設定される。

例えば、理論空燃比（λ＝１）よりもリーン側で運転し
ている場合、燃料を完全に燃焼させるために点火時期を
所定期間進める、いわゆる進角制御を行っている。この
ような進角制御ではその時の空燃比の値に基づいて空燃
比の進角補正分を適切に演算して基本点火時期を補正す
るようにしている。

ところが、現行技術（すなわち、従来の装置）では進角
骨の演算は三元マツプからルックアップした値（基本点
火時期）にその時の空燃比の値による補正量を一律に加
味しているのみであったため、同じ空燃比の値であって
もエンジンの運転状態によって進角補正分の大きさを加
減することはできなかった。例えば、回転数が大きいと
きのように進角を大きくとって十分な燃焼期間を維持す
る場合あるいは、エンジン負荷が大きいときのように進
角を小さくして十分な出力トルクを確保したい場合等運
転状態を考慮に容れた適切な進角制御は実現していない
。このように、従来の装置による進角補正分はリーン空
燃比下の運転状態に応じた最適な値にならないことから
、ノッキングの発生や出力低下を招いていた。

（発明の目的） そこで本発明は、目標空燃比が三元空燃比からリーン空
燃比に移行したときの空燃比による進角骨をリーン空燃
比選択時のエンジン負荷および回転数に応じて適切に補
正することにより、進角骨の値をより適切なものとして
、ノッキング発生や出力不足を回避することを目的とし
ている。

（問題点を解決するための手段） 本発明による空燃比制御装置は上記目的達成のため、そ
の基本概念図を第１図に示すように、エンジンの負荷を
検出する負荷検出手段ａと、エンジンの回転数を検出す
る回転数検出手段すと、エンジン負荷および回転数に基
づいて目標空燃比が三元空燃比であるときの基本点火時
期を設定する基本値設定手段Ｃと、目標空燃比が三元空
燃比からリーン空燃比に移行したとき、空燃比の値、エ
ンジン負荷および回転数に基づいて三元空燃比のときの
基本点火時期を補正する進角補正量を演算する補正量演
算手段ｄと、目標空燃比が三元空燃比であるとき基本点
火時期を最終点火時期とし、目標空燃比が三元空燃比か
らリーン空燃比に移行すると、該基本点火時期を前記進
角補正量に応じて補正し、最終点火時期を決定する点火
時期決定手段ｅと、点火時期決定手段ｅの出力に基づい
て混合気に点火する点火手段ｆと、を備えている。

（作用） 本発明では、目標空燃比が三元空燃比からリーン空燃比
に移行したときの空燃比による進角補正分かり−ン空燃
比選択時のエンジン負荷および回転数に応じて適切に補
正される。したがって、リーン空燃比選択時における点
火時期がより適切なものとなって、ノンキングの発生や
出力の低下が防止される。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜１０図は本発明の一実施例を示す図であり、本発
明をＳ　Ｐ　ｉ　　（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｐｏ１ｎｔ　Ｉｎ
ｊｅｃｔｉｏｎ）方式のエンジンに適用した例である。

まず、構成を説明する。第２図において、１はエンジン
であり、吸入空気はエアクリーナ２からスロットルチャ
ンバ３を経て、ヒータ制御信号Ｓ、により０Ｎ１０ＦＦ
するＰＴＣヒータ４で加熱された後、インテークマニホ
ールド５の各ブランチより各気筒に供給され、燃料は噴
射信号ｓＴｉに基づきスロットル弁６の上流側に設けら
れた単一のインジエクタフにより噴射される。

各気筒には点火プラグＩＯが装着されており、点火プラ
グ１０にはディストリビュータ１１を介して点火コイル
１２からの高圧パルスＰＵＬＳＥが供給される。これら
の点火プラグ１０、ディストリビュータ１１および点火
コイル１２は混合気に点火する点火手段１３を構成して
おり、点火手段１３は点火信号５ＩＧＮに基づいて高圧
パルスＰ　Ｕ　Ｌ　’Ｓ　Ｒを発生し放電させる。そし
て、気筒内の混合気は高圧パルスＰＵＬＳＥの放電によ
って着火、爆発し、排気となって排気管１４を通して触
媒コンバータ１５で排気中の有害成分（Ｇｏ、ＨＣ，Ｎ
０ｘ）を三元触媒により清浄化されてマフラ１６から排
出される。

ここで、吸入空気の流れはアクセルペダルに連動スるス
ロットルチャンバ３内のスロットル弁６により制御され
、アイドリング時にはスロットル弁６はほとんど閉じて
いる。アイドリング時の空気の流れはバイパス通路２０
を通り、開度信号ＳＩ３゜に基づいてＩＳＣバルブ（Ｉ
ｄｌｅ　５ｐｅｅｄ　ＣｏｎｔｒｏｌＶａｌｖｅ　：　
、アイドル制御弁）２１により適宜必要な空気が確保さ
れる。

また、各気筒の吸気ポート近傍にはスワールコントロー
ル弁２２が配設されており、スワールコントロール弁２
２はロッド２３を介してサーボダイヤフラム２４に連結
される。サーボダイヤフラム２４には電磁弁２５から所
定の制御負圧が導かれており、電磁弁２５はデユーティ
値Ｄ　ｓｃｖを有するスワール制Ｈ８号Ｓ　ｓ　ｃ　ｖ
に基づいてインテークマニホールド５から供給される負
圧を大気に漏らす（リークする）ことによってサーボダ
イヤフラム２４に導入する制御負圧を連続的に変える。

サーボダイヤフラム２４は制御負圧に応動し、ロッド２
３を介してスワールコントロール弁２２の開度を調整す
る。

上記スワールコントロール弁２２、ロッド２３、サーボ
ダイヤフラム２４および電磁弁２５は全体としてスワー
ル操作手段２６を構成する。

スロットル弁６の開度αはスロットルセンサ３０により
検出され、冷却水の温度Ｔｗは水温センサ３１により検
出される。また、エンジンのクランク角Ｃａはディスト
リビュータ１１に内蔵されたクランク角センサ（回転数
検出手段）３２により検出され、クランク角Ｃａを表す
パルスを計数することによりエンジン回転数Ｎを知るこ
とができる。

排気管１４には酸素センサ３３が取り付けられており、
酸素センサ３３は空燃比検出回路３４に接続される。空
燃比検出回路３４は酸素センサ３３にポンプ電流１ｐを
供給し、このポンプ電流ｔｐの値から排気中の酸素濃度
がリッチからリーンまで広範囲に亘って検出される。酸
素センサ３３および空燃比検出回路３４は空燃比検出手
段３５を構成する。

変速機の操作位置は位置センサ３６により検出され、車
両の速度Ｓ　ｖｓｐは車速センサ３７により検出される
。また、エアコンの作動はエアコンスイッチ３８により
検出され、パワステの作動はパワステ検出スイッチ３９
により検出される。

上記各センサ３０．３１．３２．３４．３６．３７．３
８．３９からの信号はコントロールユニット５０に入力
されており、コントロールユニット５０はこれらのセン
サ情報に基づいてエンジンの燃焼制御（点火時期制御、
燃料噴射制御等）を行う。

すなわち、コントロールユニット５０は基本値設定手段
、補正量演算手段および点火時期決定手段としての機能
を有し、ＣＰ　Ｕ３１ＳＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３および
Ｉ１０ポート５４により構成される。

ＣＰ　Ｕ５１はＲＯＭ５２に書き込まれているプログラ
ムに従ってＩ１０ポート５４より必要とする外部データ
を取り込んだり、またＲＡＭ５３との間でデータの授受
を行ったりしながらエンジンの燃焼制御に必要な処理値
を演算し、必要に応じて処理したデータをＩ１０ポート
５４へ出力する。Ｉ１０ポート５４に２ま上記各センサ
３０．３１．３２．３４．３６．３７、３８．３９から
の信号が入力されるとともに、Ｉ１０ポート５４からは
前記各信号５ｒ＝ｓ　５ＩＧＮ　％　Ｓ＋ｓｃ　−。

５ｓｃｖ　−、ＳＨが出力される。ＲＯＭ５２はＣＰ　
Ｕ５１における演算プログラムを格納しており、ＲＡＭ
５３は演算に使用するデータをマツプ等の形で記憶して
いる。なお、ＲＡＭ５３の一部は不揮発性メモリからな
り、エンジン１停止後もその記憶内容を保持する。

次に、作用を説明するが、最初に空気流量の算出システ
ムについて説明する。

本実施例では空気流量の検出に際して従来のようなエア
フローメータ等を設けておらず、スロットル開度αおよ
びエンジン回転数Ｎをパラメータとしてインジェクタ７
の部分を通過する空気量ＱＡｉｎｊ　（以下、インジェ
クタ部空気量という）を算出するという方式（以下、単
にα−Ｎシステムという）を採っている。

このようなα−Ｎシステムによってインジェクタ部通過
空気量ＱＡｉ□、算出しているのは、次のような理由に
よる。

すなわち、上記従来のセンサによると、（イ）吸気版動
によるセンサ出力の変動が大きく、これは燃料の噴射量
の変動を引き起こし、トルク変動を生じさせる、 （ロ）センサの応答性の面で過渡時に検出誤差が大きく
なる、 （ハ）上記センサはコストが比較的高い、という面があ
るためで、本実施例ではかかる観点から低コストで応答
性、検出精度に優れたα−Ｎシステムを採用している。

また、特にＳＰｉ方式のエンジンにあっては、かかるα
−Ｎシステムを採用することで、空燃比の制御精度が格
段と高められる。

、　以下に、本システムによるインジェクタ部通過空気
’ＦＪ　Ｑ　Ａｉ　ｎ　ｊ算出を説明する。

第３図はシリンダ空気量ＱＡｃｙ、の算出プログラムを
示すフローチャートである。まず、Ｐ、で前回のＱＡｃ
ｙＬをオールド値ＱＡＣｙ、　’としてメモリに格納す
る。ここで、Ｑ　Ａｃ　ｙ　ｉはシリンダ部を通過する
吸入空気量であり、従来の装Ｗ（例えば、ＥＧｉ方式の
機関）での吸入空気量Ｑａ（エンジン負荷ＴＰ）に相当
するもので、後述する第８図に示すプログラムによって
インジェクタ部における空気ｆｆｉ　Ｑ　Ａ　ｉ　ｎ　
ｊを演算するときの基礎データとなる。

次いで、Ｐ２で必要なデータ、すなわちスロットル開度
α、ＩＳＣバルブ２１への開度信号５ＩＳＣのデユーテ
ィ　（以下、ＩＳＣデユーティという）Ｄ１５６、エン
ジン回転数Ｎを読み込む。

Ｐ３ではスロットル開度αに基づいてスロットル弁６が
装着されている部分における流路面積（以下、スロット
ル弁流路面積という）Ａαを算出する。これは、例えば
第４図に示すテーブルマツプから該当するＡαの値をル
ックアップして求める。Ｐ４では同様にＩＳＣデユーテ
ィＤＩ３０に基づき第５図のテーブルマツプからバイパ
ス路面積ＡＩを算出し、Ｐ、で次式■に従って総流路面
積Ａを求める。

Ａ＝Ａα＋ＡＩｌ　・・・・・・■ 次いで、Ｐ、で定常空気量ＱＨを算出する。この算出は
、まず総流路面積Ａをエンジン回転数Ｎで除してＡ／Ｎ
を求め、このＡ／Ｎとエンジン回転数Ｎをパラメータと
する第６図に示すようなテーブルマツプから該当する定
常空気量ＱｏＯ値をルックアップして行う。

次いで、Ｐ７でＡとＮとをパラメータとして第７図に示
すテーブルマツプからインテークマニホールド５の容積
を考慮した遅れ係数に２をルックアップし、Ｐｅで次式
■に従ってシリンダ空気量Ｑａｅｙｔを算出してルーチ
ンを終了する。

ＱＡｃｙ、＝ＱＡｃｙｔ′×（１−に２）＋ＱＨｘＫ２
・・・・・・■ 但し、ＱＡｅｙｔ’：ｐ、で格納した植このようにして
求めたシリンダ空気量Ｑ、ｅｙＬは本実施例のようなｓ
ｐｉ方式でなく、例えば吸気ボート近傍に燃料を噴射す
るＥＧｉ方式の機関にはそのまま適用することができる
。しかし、本実施例はＳＰｉ方式であるから、インジェ
クタ部空気ｆｆｉ　Ｑ　Ａ　ｉ　ｎ　ｊを求める必要が
あり、この算出を第８図に示すプログラムで行っている
。同プログラムでは、まず、Ｐ　Ｉ＋で次式■に従って
吸気管内空気変化量ΔＣＭを求める。このΔＣＭはシリ
ンダ空気量ＱＡｃ、、に対して過渡時にスロットルチャ
ンバ３内の空気を圧力変化させるための空気量を意味し
ている。

ΔＣＭ　＝ＫＨＸ　（Ｑａｃｙｔ　　Ｑａｃｙｔ　’　
）　／　Ｎ・・・・・・■ ０式において、Ｋ、はインテークマニホールド５の容積
に応じて決定される定数であり、エンジン１の機種等に
応じて最適値が選定される。次いで、ｐ＋ｚで次式〇に
従ってインジェクタ部空気景Ｑ　Ａ　ｉ　＋ｓ　ｊを算
出する。

ＱＡ（，１，＝ＱＡｅ、Ｌ＋ΔＣＭ　・・・・・・■こ
のようにして求めたＱ　Ａ　ｉ　ｒ＋　ｊはスロットル
弁開度αを情報パラメータの一つとしていることから応
答性が極めて高く、また実験データに基づくテーブルマ
ツプによって算出しているので、実際の値と正確に相関
し検出精度が高い（分解能が高い）。さらに、既設のセ
ンサ情報を利用し、マイクロコンピュータによるソフト
の対応のみでよいから低コストなものとなる。特に、Ｓ
Ｐｉ方式のようにスロットルチャンバ３の上流側で燃料
を噴射するタイプに適用して極めて好都合である。

次に、本論の作用を説明する。

第９図は点火時期制御のプログラムを示すフローチャー
トである。本プログラムは所定時間もしくは所定クラン
、り角毎に一度実行される。

まず、Ｐｚｌでエンジン負荷Ｑ　ａｃｙｔとエンジン回
転数Ｎをパラメータとするテーブルマツプから三元領域
における基本点火時期ＡＤＶＳをルックアップする。こ
こに、エンジン負荷に相当するシリンダ空気量ＱＡｃ、
【は第３〜８図で上述したα−Ｎシステムにより求めた
値を用いる。なお、このテーブルマツプはエンジン回転
数Ｎとエンジン負荷（シリンダ空気量ＱＡｃ、、をデー
タとする他、例えば絞弁開度や吸気管内圧等の負荷セン
サ出力に基づくデータでもよい）の関数として与えてあ
り、低負荷域では略ＭＢＴの条件に設定され、高負荷域
ではノッキングレベルに応じて設定される。

次いで、Ｐ２ｔで今回の運転領域がリーン空燃比を目標
値とするリーン運転領域にあるか否かを判別する。この
判定は、例えば機関の冷却水温や車速、エンジン回転数
および負荷等の運転条件が所定範囲内にあるか否かで行
う。

運転領域がリーン運転領域にあるときはＰＨ１で空燃比
補正係数ＡＤＶＬＯを第１０図に示す補正マツプから読
み出す。空燃比補正係数ＡＤＶＬＯは空燃比によって第
１０図のような特性を有する補正分であり、空燃比がリ
ーン化するに従って補正分ＡＤＶＬＯは太き（なる。し
たがって、空燃比がリーン化するにともなって次第に点
火時期が進角していくようになる。

次いで、ｐｚ４で次式■に従って進角値の空燃比補正係
数分ＡＤＶＬを演算する。

’　　　ＡＤＶＬ＝ＡＤＶＬＯ＋に、Ｘ　（Ｎ−Ｎｏ）
Ｋｏ　Ｘ　（Ｑａｅｙｔ−ＱＡｃ、ＬＯ）・・・・・・
■ 但し、Ｎ：その時のエンジン回転数 ＮＯ：ＡＤＶＬＯの時のエンジン回転 数 ＱＡｃ、、　：その時のエンジン負荷 Ｑａｃｙｃ　Ｏ：　Ａ　Ｄ　Ｖ　Ｌ　Ｏの時エンジン負
荷 ＫＮＳＫ、：定数 さらに、ｐｚｓでは次式■に従って最終点火時期ＡＤＶ
を演算し、今回の処理を終了する。

ＡＤｖ＝ＡＤｖＳ＋ＡＤＶＬ　・・・・・・■但し、Ａ
ＤＶＳ　：　ＰＺ、で読み出した値一方、Ｐ２□で運転
領域がリーン運転領域にないときはエンジンが三元領域
にあると判断し、Ｐ２１＋で空燃比補正分ＡＤＶＬに〔
０〕を代入してそのままｐｚｓに進む。

このように、本実施例では目標空燃比が三元空燃比から
リーン空燃比に移行したときの進角値の空燃比補正分Ａ
ＤＶＬをリーン領域におけるエンジン回転数Ｎおよび負
荷Ｑ　Ａ　ｃ　ｙ　ＬＯ値により適切に補正しているの
で、空燃比が同じ値であっても運転状態に応じてより精
密な進角制御を行うことができ、最終点火時期を一層適
切なものとして、ノンキングの発生や出力低下を回避す
ることができる。

（効果） 本発明によれば、目標空燃比が三元空燃比からリーン空
燃比に移行したときの空燃比による進角補正分をリーン
空燃比選択時のエンジン負荷および回転数に応じて適切
に補正しているので、進角補正分の値をより適切なもの
とすることができ、ノッキングの発生や出力不足を回避
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜１０図は本発明の
一実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第
３図はそのシリンダ空気量ＱＡｃｙＬの算出プログラム
を示すフローチャート、第４図はそのスロットル弁流路
面積Ａαのテーブルマツプ、第５図はそのバイパス路面
積Ａ、のテーブルマツプ、第６図は総流路面積Ａをエン
ジン回転数Ｎで除したＡ／Ｎとエンジン回転数Ｎとをパ
ラメータとする定常空気量ＱＨのテーブルマツプ、第７
図はその遅れ係数に２のテーブルマツプ、第８図はその
インジェクタ部空気ｆｉＱＡｉ。の算出プログラムを示
すフローチャート、第９図はその点火時期制御のプログ
ラムを示すフローチャート、第１０図はその空燃比補正
骨のＡＤＶＬＯの補正マツプである。 １・・・・・・エンジン、 １３・・・・・・点火手段、 ３２・・・・・・クランク角センサ（回転数検出手段）
、５０・・・・・・コントロールユニット（基本値設定
手段、補正量演算手段、点火時期決定手 段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、ｂ）エ
   ンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、 ｃ）エンジン負荷および回転数に基づいて目標空燃比が
   三元空燃比であるときの基本点火時期を設定する基本値
   設定手段と、 ｄ）目標空燃比が三元空燃比からリーン空燃比に移行し
   たとき、空燃比の値、エンジン負荷および回転数に基づ
   いて三元空燃比のときの基本点火時期を補正する進角補
   正量を演算する補正量演算手段と、 ｅ）目標空燃比が三元空燃比であるとき基本点火時期を
   最終点火時期とし、目標空燃比が三元空燃比からリーン
   空燃比に移行すると、該基本点火時期を前記進角補正量
   に応じて補正し、最終点火時期を決定する点火時期決定
   手段と、 ｆ）点火時期決定手段の出力に基づいて混合気に点火す
   る点火手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置
   。