(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に発生するイオン電流の特性としてのイオン電流の最大値を検出し、
検出したイオン電流の最大値、又は該最大値を演算処理して得るものが検出時点の運転状態に対応する運転状態における基準となる値を超えている場合に燃焼状態が過剰に良好であることにより正常燃焼の場合に比してＮＯｘの排出量が増加する状態を判定し、
燃焼状態が過剰に良好すぎる場合に点火時期を遅角させることを特徴とする内燃機関の点火時期制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主として自動車用の内燃機関における排気ガス中の有害成分を減少させる内燃機関の点火時期制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、点火時期を補正する方法として、例えば、特開昭６２−２２３４６４号公報に記載されたもののように、基準クランク角を検出してその検出値に基づいて点火時期を設定し、エンジンに負荷が加わった場合には設定された点火時期を補正するものが知られている。通常、電子進角装置を採用している車両においては、エンジン回転数と吸気管負圧の２次元マップを設定し、補間計算を実施して点火時期を決定している。つまり、一定間隔で設定されたエンジン回転数と吸気管負圧とで示される点火時期を設定しておき、その設定されたエンジン回転数及び吸気管負圧の間のそれぞれの数値については補間計算を実施して、その時点のエンジンの運転状態に応じた点火時期を決定している。また、アイドル運転時には、エンジン回転数に基づいて点火時期が設定された１次元マップにより点火時期が決定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のもののように、マップを使用するものにあっては、エンジン毎に設定されるものではなく、どのエンジンに対しても同一のマップが組み合わされて使用されるものである。このような場合、エンジン毎に、圧縮比、吸入空気量、吸気抵抗、ＥＧＲ（排気ガス再循環）量等の差により、燃焼が良すぎる場合が出てくる。燃焼が良すぎると、ＮＯｘの排出量が増加し、場合によっては規制を超えてしまう場合が発生した。
【０００４】
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明に係る内燃機関の点火時期制御方法は、燃焼室内に発生するイオン電流の特性としてのイオン電流の最大値を検出し、検出したイオン電流の最大値、又は該最大値を演算処理して得るものが検出時点の運転状態に対応する運転状態における基準となる値を超えている場合に燃焼状態が過剰に良好であることにより正常燃焼の場合に比してＮＯｘの排出量が増加する状態を判定し、燃焼状態が過剰に良好すぎる場合に点火時期を遅角させることを特徴とする。
【０００６】
本発明におけるイオン電流の特性とは、最大値、所定時間内の積分値、最大値が出現した位置（クランク角度換算）、持続時間等を指すものである。これらのものは、検出した際のそのままの値を採用するものであってもよいし、また平均、なまし等の演算処理を施したものであってもよい。
【０００７】
【作用】
このような構成のものであれば、実際の燃焼状態に応じて変化するイオン電流の特性を検出して、その特性が対応する運転条件における基準となるイオン電流の特性を上回っている場合に点火時期を遅角させるので、燃焼が緩慢になる。つまり、燃焼状態が過剰に良好すぎる場合をイオン電流の特性により検出し、検出した特性に基づいて点火時期を遅角させるので、内燃機関毎に、さらには１台の内燃機関において気筒毎に点火時期を調整することができる。したがって、ＮＯｘの排出量を効果的に減少させることが可能となる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１に概略的に示したエンジン１００は自動車用の４気筒のもので、その吸気系１には図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられている。サージタンク３に連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、この燃料噴射弁５を、電子制御装置６により後述する基本噴射量ＴＰに基づいて開成制御するようにしている。そして、燃焼室１０の天井部分に対応する位置には、スパークプラグ１８が取り付けてある。スパークプラグ１８には、ダイオード３１を介してイグナイタ３２とイグニションコイル３３が電気的に接続されている。スパークプラグ１８、イグナイタ３２及びイグニションコイル３３を、標準的には点火系ＩＧＳとしており、電流の回り込みを防止するダイオード２３、３３を含めるものであってもよい。イグナイタ３２を除くこの点火系ＩＧＳは、図１には１系統しか図示していないが、それぞれの気筒に対して１系統ずつ接続されるものである。また排気系２０には、排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ２センサ２１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒２２の上流の位置に取り付けられている。なお、エンジン１００は、４気筒のものに限定されるものではなく、３気筒や１２気筒等のものであってもよい。
【００１０】
電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されており、その入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力を検出するための吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａ、エンジン１００の回転状態を検出するためのカムポジションセンサ１４から出力される気筒判別信号Ｇ１とクランク角度基準位置信号Ｇ２とエンジン回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１５から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６からのＬＬ信号ｄ、エンジンの冷却水温を検出するための水温センサ１７からの水温信号ｅ、上記した空燃比センサ２１からの電流信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆが、またイグナイタ３２に対して点火信号ＩＧｔを含む複数の信号が出力されるようになっている。なお、図示しないが、電子制御装置６には、アナロク信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が内蔵されている。
【００１１】
またスパークプラグ１８には、高圧ダイオード２３を介してイオン電流を測定するためのバイアス用電源２４及びイオン電流測定用回路２５が接続されて、イオン電流検出系ＩＤＬを構成している。このバイアス用電源２４を含むイオン電流測定用回路２５それ自体は、当該分野で知られている種々のものが使用でき、気筒毎のイオン電流を検出するために、気筒数と同数が、つまり１つの気筒に対して１つのイオン電流検出系ＩＤＬが設けられるものである。
【００１２】
電子制御装置６には、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａとカムポジションセンサ１４から出力される回転数信号ｂとをおもな情報とし、エンジン状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間ＴＰを補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間Ｔを決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。また、記憶装置８には、燃焼室１０内に発生するイオン電流の特性としてのイオン電流の最大値を検出し、検出したイオン電流の最大値、又は該最大値を演算処理して得るものが検出時点の運転状態に対応する運転状態における基準となる値を超えている場合に燃焼状態が過剰に良好であることにより正常燃焼の場合に比してＮＯｘの排出量が増加する状態を判定し、燃焼状態が過剰に良好すぎる場合に点火時期を遅角させるプログラムが記憶されている。
【００１３】
この点火時期制御プログラムの概要は図２〜３に示すようなものである。
【００１４】
まず、ステップＳ１ａ（ステップＳ１ｂ、ステップＳ１ｃ）は、気筒番号ＮＴＣＲＡＮＫにより気筒を判定するステップである。気筒番号ＮＴＣＲＡＮＫが０は１気筒、３は２気筒、１は３気筒に設定してある。ステップＳ２ａ（ステップＳ２ｂ、ステップＳ２ｃ、ステップＳ２ｄ）は、その時点で記憶されているイオン電流のピーク値ＩＯＮＰの内の最大値ＩＭＡＸと今回の燃焼行程中のイオン電流のピーク値ＩＯＮＰとを比較して、その時点で最も大なる最大値ＩＭＡＸを判定する。ステップＳ３ａ（ステップＳ３ｂ、ステップＳ３ｃ、ステップＳ３ｄ）は、ピーク値ＩＯＮＰを最大値ＩＭＡＸとしてその更新をするステップである。ここまでの各ステップは、気筒毎に実行されるものである。ステップＳ１ａ、ステップＳ２ａ、ステップＳ３ａは、１気筒に対するステップであり、同様に、ステップＳ１ｂ〜Ｓ３ｂは２気筒、ステップＳ１ｃ〜Ｓ３ｃは３気筒、ステップＳ４ｂ、Ｓ４ｃは４気筒に対するステップである。
【００１５】
次に、ステップＳ４では、サイクルカウンタＮＴＣＹＣをインクリメントして、最大値ＩＭＡＸの判定／更新を１回行ったことを計数する。ステップＳ５は、規定回数に達したか否かを判定するステップである。この実施例の場合、１つの気筒に対して８サイクルを規定回数としている。ステップＳ６は、イオン電流の最大値ＩＭＡＸが基準となる値を超えているかどうかを判定するサブルーチンで、各気筒毎にその判定の結果に基づいて、その気筒の遅角量ＡＲＥＴを決定する。ステップＳ７は、サイクルカウンタＮＴＣＹＣをリセットする。ステップＳ８は、それぞれの気筒の最大値ＩＭＡＸを初期値すなわち０にする。
【００１６】
サブルーチンは、その詳細を図３に示す。まず、ステップＳ１１ａ（ステップＳ１１ｂ、ステップＳ１１ｃ）では、ステップＳ１ａ（ステップＳ１ｂ、ステップＳ１ｃ）と同様に、気筒を判定する。すなわち、ステップＳ１１ａでは１気筒を判定し、１気筒でない場合はステップＳ１１ｂで２気筒を判定し、２気筒でない場合はステップＳ１１ｃで３気筒を判定し、ステップＳ１１ｃで３気筒でないと判定した場合は、残る４気筒を判定することになる。ステップＳ１２ａ（ステップＳ１２ｂ、ステップＳ１２ｃ、ステップＳ１２ｄ）では、各気筒の最大値ＩＭＡＸが、基準となるイオン電流の特性である異常判定レベルＬＶＩＯＮを超えているか否かを判定する。異常判定レベルＬＶＩＯＮは、エンジンの運転状態を示すパラメータとしての回転数と吸気圧とにより規定された各運転状態に対して設定されており、２次元マップにして記憶装置８に記憶されている。そして、詳細には、補間計算を行ってその時の運転状態に対応した異常判定レベルＬＶＩＯＮが設定される。
【００１７】
ステップＳ１３ａ（ステップＳ１３ｂ、ステップＳ１３ｃ、ステップＳ１３ｄ）では、遅角量ＡＲＥＴをインクリメントする。ステップＳ１４ａ（ステップＳ１４ｂ、ステップＳ１４ｃ、ステップＳ１４ｄ）では、遅角量ＡＲＥＴをデクリメントする。ステップＳ１５ａ（ステップＳ１５ｂ、ステップＳ１５ｃ、ステップＳ１５ｄ）では、遅角量ＡＲＥＴが負でないか否かを判定する。すなわち、この制御においては、遅角量ＡＲＥＴが負の値となり、最終点火時期ＥＡＳＡを補正する際に進角させることがないように設定してある。ステップＳ１６ａ（ステップＳ１６ｂ、ステップＳ１６ｃ、ステップＳ１６ｄ）では、遅角量ＡＲＥＴを初期値（＝０）にする。すなわち、遅角量ＡＲＥＴの下限値は０であり、進角する量までは設定されていない。
【００１８】
このような構成において、それぞれの気筒において、８回のイオン電流の計測が終了するまでは、制御は、ステップＳ１ａ（Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃ）→Ｓ２ａ（Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃ、Ｓ２ｄ）→Ｓ３ａ（Ｓ３ｂ、Ｓ３ｃ、プＳ３ｄ）又は→Ｓ４→Ｓ５と進み、それぞれの気筒におけるピーク値ＩＯＮＰの最大値ＩＭＡＸを判定し、また更新して、計測回数を計数する。すなわち、１つの気筒に対して８回の計測を行うが、その間にピーク値ＩＯＮＰが最大値ＩＭＡＸを超える場合があればその都度最大値ＩＭＡＸを更新する（ステップＳ３ａ、Ｓ３ｂ、Ｓ３ｃ、Ｓ３ｄ）。イオン電流は、それぞれの気筒毎に、点火毎に計測されるもので、ピーク値ＩＯＮＰは例えば次に説明する方法で行われる。
【００１９】
通常、イオン電流は、放電開始直後にバイアス用電源２４からスパークプラグ１８にバイアス電圧を印加すると、放電後の燃焼時において燃焼の具合に応じて燃焼室１０に流れる。正常燃焼の場合、イオン電流は点火直後急激に流れた後、上死点ＴＤＣ手前で減少した後再び増加し、燃焼圧が最大となるクランク角近傍でイオン電流の値が最大となるピーク値ＩＯＮＰになる（図４に示す）。したがって、イオン電流の計測は、エンジン回転数ＮＥに応じて設定されるＡ／Ｄ変換周期（クランク角に基づく単位）で上死点ＴＤＣからＡ／Ｄ変換を開始して、そのアナログ電流値をディジタルデータである変換値とし、得られた変換値を上死点ＴＤＣから順に昇順となるデータ番号ＤＴｎを付して記憶装置８のＲＡＭに記憶することにより行われる。記憶された変換値は、その都度１回の計測におけるその時点の最大値と比較されて、最大値となった変換値に最大値のフラグを付して記憶する。Ａ／Ｄ変換は、上死点ＴＤＣから所定の時間、例えばクランク角に換算して３０°ＣＡだけ行うようにする。このようにして、変換値にデータ番号ＤＴｎを付しておけば、最大値となる位置（クランク角換算による）についても容易に特定できることになる。
【００２０】
次に、それぞれの気筒において計測が規定回数に達した場合には、サイクルカウンタＮＴＣＹＣが３２（４×８）を計数するので、制御は、ステップＳ５以降ステップＳ６→Ｓ７→Ｓ８と進む。この場合、ステップＳ６はサブルーチンであり、この時点でのピーク値ＩＯＮＰの最大値ＩＭＡＸが異常判定レベルＬＶＩＯＮを超えている場合と、超えていない場合で制御が異なる。異常判定レベルＬＶＩＯＮを超えている場合では、制御は、ステップＳ１１ａ（Ｓ１１ｂ、Ｓ１１ｃ）→Ｓ１２ａ（Ｓ１２ｂ、Ｓ１２ｃ、Ｓ１２ｄ）→Ｓ１３ａ（Ｓ１３ｂ、Ｓ１３ｃ、Ｓ１３ｄ）と進み、点火時期が遅角するように遅角量ＡＲＥＴを増加する。これとは逆に、ピーク値ＩＯＮＰの最大値ＩＭＡＸが異常判定レベルＬＶＩＯＮを超えていない場合では、制御は、ステップＳ１１ａ（Ｓ１１ｂ、Ｓ１１ｃ）→Ｓ１２ａ（Ｓ１２ｂ、Ｓ１２ｃ、Ｓ１２ｄ）→Ｓ１４ａ（Ｓ１４ｂ、Ｓ１４ｃ、Ｓ１４ｄ）→Ｓ１５ａ（Ｓ１５ｂ、Ｓ１５ｃ、Ｓ１５ｄ）→リターン又は→Ｓ１６ａ（Ｓ１６ｂ、Ｓ１６ｃ、Ｓ１６ｄ）→リターンと進み、点火時期が進角側になるように遅角量ＡＲＥＴを減少する。最終点火時期は、下式に示すように、基本点火時期に対して遅角量ＡＲＥＴを含む各補正量で補正して決定される。
【００２１】
ＡＥＳＡｎ＝ＡＢＳＥ＋  …  −ＡＲＥＴｎ
このように、ピーク値ＩＯＮＰの最大値ＩＭＡＸが異常判定レベルＬＶＩＯＮを超えている気筒に対しては、最終点火時期が遅角側に補正され、燃焼が緩慢になるように制御する。また、燃焼が緩慢で最大値ＩＭＡＸが異常判定レベルＬＶＩＯＮを下回る気筒に対しては、最終点火時期を進角側に補正して燃焼が良好になるように制御する。これによって、燃焼が過剰に良好な気筒については、燃焼を緩慢にした分だけＮＯｘの排出量が低下し、排気ガスを浄化することができ、また、緩慢な燃焼になっていた気筒については、良好な燃焼にすることができる。
【００２２】
なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例ではイグナイタ３２を用いた点火系ＩＧＳを説明したが、ディストリビュータを利用するものであってもよい。また、上記実施例では、ピーク値ＩＭＡＸを決定するために８サイクルを費やす設定としたが、例えば１０サイクルであってもよく、燃焼の変化を迅速に検出できる値とすればよい。
【００２３】
その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、以上に詳述したように、イオン電流の特性を検出して、その特性とその時の運転状態に応じたイオン電流の特性とを比較した結果に基づいて点火時期を補正するので、過剰に良好に燃焼してＮＯｘの排出量の増加した状態を容易に検出でき、その結果に基づいて点火時期を遅延して燃焼を緩慢にし、ＮＯｘ排出量を低いレベルに安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略構成説明図。
【図２】同実施例の制御手順を示すフローチャート。
【図３】同実施例の制御手順を示すフローチャート。
【図４】同実施例における典型的なイオン電流の波形を示す波形図。
【符号の説明】
５…燃料噴射弁
６…電子制御装置
７…中央演算処理装置
８…記憶装置
９…入力インターフェース
１０…燃焼室
１１…出力インターフェース
２４…バイアス用電源
２５…イオン電流測定用回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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