(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に燃料を直接噴射する火花点火式内燃機関の点火時期制御装置において、
燃料噴射時期を検出する噴射時期検出手段と、
エンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、
エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、
エンジン回転速度及び燃料噴射時期に対する、予め定めた特定の燃料噴射時期における基本最適点火時期からの最適点火時期の変化量の第１制御データ、及びエンジン負荷に対する最適点火時期の補正係数の第２制御データを記憶した記憶手段と、
前記噴射時期検出手段により検出された燃料噴射時期、前記回転速度検出手段により検出されたエンジン回転速度、及び前記負荷検出手段により検出されたエンジン負荷から最適点火時期を求める制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記第１制御データを参照して、前記検出された燃料噴射時期と前記検出されたエンジン回転速度とから前記基本最適点火時期からの最適点火時期の変化量を求め、前記第１制御データを参照して、前記予め定めた特定の燃料噴射時期と前記検出されたエンジン回転速度とから前記基本最適点火時期からの最適点火時期の変化量を求めるとともに、これら最適点火時期の変化量の偏差を求め、
前記第２制御データを参照して、前記前記検出されたエンジン負荷に対する補正係数を求め、
前記最適点火時期の変化量の偏差と前記補正係数とから、補正された最適点火時期の変化量を求める内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置において、
前記記憶手段は、前記特定の燃料噴射時期におけるエンジン回転速度及びエンジン負荷に対する最適点火時期の基本制御データを記憶し、
前記制御手段は、
前記基本制御データを参照して、前記検出されたエンジン回転速度と前記検出されたエンジン負荷とから前記特定の燃料噴射時期における基本最適点火時期を求め、
前記基本最適点火時期と前記補正された最適点火時期の変化量とから最適点火時期を求める内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項３】
実際の燃料噴射時期、実際のエンジン回転速度及び実際のエンジン負荷から最適点火時期を求め、燃焼室に燃料を直接噴射する火花点火式内燃機関の点火時期を制御する方法であって、
エンジン回転速度及び燃料噴射時期に対する、予め定めた特定の燃料噴射時期における基本最適点火時期からの最適点火時期の変化量の第１制御データを用いて得られる、前記実際の燃料噴射時期と前記実際のエンジン回転速度とに基づく、前記基本最適点火時期からの第１最適点火時期の変化量と、前記第１制御データを用いて得られる、前記特定の燃料噴射時期及び前記実際のエンジン回転速度に基づく、前記基本最適点火時期からの第２最適点火時期の変化量と、の偏差、
及び、
エンジン負荷に対する最適点火時期の補正係数を予め定めた第２制御データに基づく、前記実際のエンジン負荷に対する補正係数、
から、前記最適点火時期の変化量を補正する内燃機関の点火時期制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火時期制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの点火信号と燃料噴射信号とを最適値にするために、エンジンの稼働状態の各種制御情報に対する最適点火制御データを予め記憶し、入力計測部の計測データ及び入力部と外部情報入力部の入力データを得て、これら入力データを最適点火制御データに参照することにより計測データを補正した最適点火信号の補正制御データを演算するエンジン制御装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１８９４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のエンジン制御装置では、エンジンの稼働状態の制御情報を仮にエンジン回転速度とエンジン負荷の２要因とし、噴射時期それぞれに対応した複数の制御マップを参照する必要があり、制御マップを用意するための（適合の）手間がかかり、演算負荷が大きいという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、燃料噴射時期に対する最適点火時期を求めるにあたり、制御マップを用意するための（適合の）手間と、演算負荷を軽減できる内燃機関の点火時期制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、実際のエンジン回転速度における、特定の燃料噴射時期に対する最適点火時期と実際の燃料噴射時期に対する最適点火時期との偏差を求める一方で、実際のエンジン負荷に対する補正係数を求め、これら最適点火時期の偏差と補正係数とから最適点火時期の変化量を補正することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料噴射時期に対する最適点火時期の変化量はエンジン回転速度とエンジン負荷に対しそれぞれ影響が異なるという知見に基づき、エンジン負荷に対する最適点火時期は補正係数として用いるので、燃料噴射時期に対する最適点火時期を演算する際の演算負荷が軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態を適用した内燃機関を示すブロック図である。
【図２】図１のエンジンコントロールユニットにて実行される点火時期制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】図２の制御手順を模式化したブロック図である。
【図４】図１のエンジンコントロールユニットに格納された基本制御データの一例を示す制御マップである。
【図５】エンジン回転速度の変化にともなう燃料噴射時期と最適点火時期の関係を示すグラフである。
【図６】エンジン負荷の変化にともなう燃料噴射時期と最適点火時期の関係を示すグラフである。
【図７】図１のエンジンコントロールユニットに格納された変化量制御データの一例を示す制御マップである。
【図８】図１のエンジンコントロールユニットに格納された補正係数制御データの一例を示す制御マップである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の一実施の形態を適用した内燃機関を示すブロック図であり、いわゆる筒内直噴型火花点火式エンジンＥＧに本発明の点火時期制御装置を適用した例を説明する。
【００１０】
図１において、エンジンＥＧの吸気通路１１１には、エアーフィルタ１１２、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１３、吸入空気流量を制御するスロットルバルブ１１４およびコレクタ１１５が設けられている。
【００１１】
スロットルバルブ１１４には、当該スロットルバルブ１１４の開度を調整するＤＣモータ等のアクチュエータ１１６が設けられている。このスロットルバルブアクチュエータ１１６は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成するように、エンジンコントロールユニット１１からの駆動信号に基づき、スロットルバルブ１１４の開度を電子制御する。また、スロットルバルブ１１４の開度を検出するスロットルセンサ１１７が設けられて、その検出信号をエンジンコントロールユニット１へ出力する。なお、スロットルセンサ１１７はアイドルスイッチとしても機能させることができる。
【００１２】
燃料噴射バルブ１１８は、燃焼室１２３に臨ませて設けられている。燃料噴射バルブ１１８は、エンジンコントロールユニット１１において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、図外の燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を筒内に直接噴射する。
【００１３】
シリンダ１１９と、当該シリンダ内を往復移動するピストン１２０の冠面と、吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２が設けられたシリンダヘッドとで囲まれる空間が燃焼室１２３を構成する。点火プラグ１２４は、各気筒の燃焼室１２３に臨んで装着され、エンジンコントロールユニット１１からの点火信号に基づいて吸入混合気に対して点火を行う。本発明は、この点火プラグ１２４への点火信号を、燃料噴射バルブ１１８による燃料噴射時期との関係で出力トルクが最大となるように制御するものである。
【００１４】
一方、排気通路１２５には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出することにより排気、ひいては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１２６が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。この空燃比センサ１２６は、リッチ・リーン出力する酸素センサであってもよいし、空燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサであってもよい。
【００１５】
また、排気通路１２５には、排気を浄化するための排気浄化触媒１２７が設けられている。この排気浄化触媒１２７としては、ストイキ（理論空燃比，λ＝１、空気重量／燃料重量＝１４．７）近傍において排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣを酸化するとともに、窒素酸化物ＮＯｘの還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、或いは排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣの酸化を行う酸化触媒を用いることができる。
【００１６】
排気通路１２５の排気浄化触媒１２７の下流側には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出し、リッチ・リーン出力する酸素センサ１２８が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。ここでは、酸素センサ１２８の検出値により、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を補正することで、排気浄化触媒１２７の劣化等に伴う制御誤差を抑制する等のために（いわゆるダブル空燃比センサシステム採用のために）、下流側酸素センサ１２８を設けて構成したが、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行なわせるだけでよい場合には、酸素センサ１２８を省略することができる。
なお、図１において１２９はマフラである。
【００１７】
エンジンＥＧのクランク軸１３０にはクランク角センサ１３１が設けられ、エンジンコントロールユニット１１は、クランク角センサ１３１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントすることで、又は、クランク基準角信号の周期を計測することで、エンジン回転速度Ｎｅを検出することができる。
【００１８】
エンジンＥＧの冷却ジャケット１３２には、水温センサ１３３が当該冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット１３１内の冷却水温度Ｔｗを検出し、これをエンジンコントロールユニット１１へ出力する。
【００１９】
さて、筒内直噴型火花点火式エンジンＥＧにおいて、燃料噴射バルブ１１８からの燃料噴射時期に応じて点火プラグ１２４による点火時期を最適値に制御すると出力トルクが最大となり、燃費が向上する。この燃料噴射時期に対する最適点火時期は、主としてエンジン回転速度とエンジン負荷に代表されるエンジンの稼働状態に影響を受ける。
【００２０】
図５は、エンジン回転速度を１２００ｒｐｍ、２８００ｒｐｍとしたときの、燃料噴射時期（横軸の燃料噴射開始角（ｄｅｇＡＴＤＣ＝吸気行程における上死点後のクランク角）で示す）と、最適点火時期（縦軸のＭＢＴ変化量（ｄｅｇ）で示す）との関係を確認実験したグラフであり、エンジン回転速度の変化により燃料噴射時期に対する最適点火時期の特性が複雑に変化することがわかる。
【００２１】
一方、図６は、エンジン回転速度を１２００ｒｐｍ（左図）、２８００ｒｐｍ（中央図）、３６００ｒｐｍ（右図）としたときに、エンジン負荷（エンジン充填効率（％）で示す、以下同じ）をそれぞれのエンジン回転速度において２５％、５０％、７５％としたときの、燃料噴射時期（横軸の燃料噴射開始角（ｄｅｇＡＴＤＣ）で示す）と、最適点火時期（縦軸のＭＢＴ変化量（ｄｅｇ）で示す）との関係を確認実験したグラフである。同図の結果によると、エンジン負荷の変化によりエンジン負荷が小さいほど最適点火時期の変化量は大きくなるが、それぞれのエンジン負荷において最適点火時期の変化量がピークになるときの燃料噴射時期はほぼ等しい。また、エンジン回転速度が変化してもエンジン負荷の変化に対する最適点火時期の変化量はほぼ等しい。つまり、エンジン負荷の変化に対して最適点火時期の絶対値は変化するものの、相対的な特性(プロファイル)はほとんど変化しない。尚、図５と図６のクランク角範囲（ｄｅｇ）や負荷（充填効率％）は必ずしも一致するものではない。
【００２２】
このように、燃料噴射時期に対する最適点火時期は、エンジン回転速度とエンジン負荷に影響を受けるものの、その影響度合いはエンジン回転速度とエンジン負荷とで異なる。すなわち、本発明者は、エンジン回転速度の変化にともなう燃料噴射時期に対する最適点火時期への影響は複雑である一方で、エンジン負荷の変化にともなう燃料噴射時期に対する最適点火時期への影響はエンジン回転速度に比べて単純であることを知見した。そして、この知見に基づき制御データを構成すれば、最適点火時期の演算負荷が軽減されることになる。
【００２３】
このため、本例のエンジンコントロールユニット１１のメモリには、図４に示す基本制御データと、図７に示す変化量制御データと、図８に示す補正係数制御データとが格納されている。
【００２４】
図４に示す基本制御データは、ある特定の燃料噴射時期における、そのエンジンＥＧのエンジン回転速度（横軸ｒｐｍ）とエンジン負荷（縦軸の充填効率（％）で示す）に対する最適点火時期（グラフ内のＭＢＴ等価線で示す）を、実験又はコンピュータシミュレーションにより得たデータであり、たとえば制御マップとして構成することができる。特定の燃料噴射時期は特に限定されず、任意の燃料噴射時期を設定できる（この実施例では回転数と負荷の全域で一定の燃料噴射時期としている）。同図における等価線は、エンジン回転速度が低回転でエンジン負荷が高負荷であるほど最適点火時期が遅角になり（グラフの左上参照）、逆にエンジン回転速度が高回転でエンジン負荷が低負荷になるほど最適点火時期が進角になる（グラフの右下参照）ことを示している。なお、同図に示す具体的な特性（等価線のプロファイル）は一例であり、本発明を限定するものではない。
【００２５】
図７に示す変化量制御データは、所定の負荷における、エンジン回転速度（横軸ｒｐｍ）と燃料噴射時期（縦軸ｄｅｇＡＴＤＣ）に対する最適点火時期の（相対的な）変化量を、実験又はコンピュータシミュレーションにより得たデータであり、たとえば制御マップとして構成することができる。本実施例の変化量は、燃料噴射開始時期と最適点火時期の間のクランク角ｄｅｇである。同図における等価線は、エンジン回転数が低回転で燃料噴射時期が遅角であるほど最適点火時期の変化量が小さくなり（図中「小」で示し、「大」に比べて相対的に遅角側になる）、エンジン回転数が高回転で燃料噴射時期が遅角側になるほど最適点火時期の変化量が大きくなる（図中「大」で示し、「小」に比べて相対的に進角側になる）ことを示している。なお、同図に示す具体的な特性（等価線のプロファイル）は一例であり、本発明を限定するものではない。
【００２６】
図８に示す補正係数制御データは、図７に示す変化量制御データを取得した際の所定の負荷における補正係数（ゲイン）を１（補正量がゼロ）とし、このときのエンジン負荷に対する最適点火時期の変化量の比率(以下、補正係数ともいう)を実験又はコンピュータシミュレーションにより得たデータであり、同図に示す制御マップのほかエンジン負荷と補正係数との関数で構成することができる。同図における特性線はエンジン負荷が高負荷であるほど補正係数が小さくなることを示している。なお、同図に示す具体的な特性線（プロファイル）は一例であり、本発明を限定するものではない。
【００２７】
上述したとおり、エンジン負荷が変化しても最適点火時期の変化量がピークになるときの燃料噴射時期はほぼ等しく、またエンジン回転速度が変化してもエンジン負荷の変化に対する最適点火時期の変化量の動きはほぼ等しい。つまり、エンジン負荷の変化に対して最適点火時期の絶対値は変化するものの、相対的な特性(プロファイル)はほぼ変化しない。このため、検出される実際のエンジン負荷に対しては、エンジン負荷の変化に対する補正係数のみを考慮することで演算処理を単純化することができ、そのぶんだけ制御マップの枚数を削減できる。
【００２８】
次に制御手順を説明する。
図２はエンジンコントローラ１１にて実行される点火時期制御の手順を示すフローチャートである。
【００２９】
以下の各ステップにおいて、エンジン回転速度はクランク角センサ１３１、エンジン負荷は図示しないアクセル開度センサ、燃料噴射時期はエンジンコントロールユニット１１内の制御信号から所定時間間隔で検出される。
【００３０】
まずステップＳＴ１にて、検出されたエンジン回転速度及び検出されたエンジン負荷を図４に示す基本制御データに代入することで、特定の燃料噴射時期における基本最適点火時期を算出する。図３に符号ＳＴ１で示す。なお、このステップＳＴ１は、少なくともステップＳＴ７の前に実行すればよいので、たとえばステップＳＴ７の直前で実行してもよい。
【００３１】
ステップＳＴ２では、検出された燃料噴射時期及び検出されたエンジン回転速度を図７に示す変化量制御データに代入することで最適点火時期の変化量を算出する。図３に符号ＳＴ２で示す。
【００３２】
ステップＳＴ３では、図４の基本制御データが取得された際の特定の燃料噴射時期及び検出されたエンジン回転速度を図７に示す変化量制御データに代入することで最適点火時期の変化量を算出する。図３に符号ＳＴ３で示す。
【００３３】
ステップＳＴ４では、検出されたエンジン負荷を図８に示す補正係数制御データに代入することで最適点火時期の変化量の補正係数（ゲイン）を算出する。図３に符号ＳＴ４で示す。
【００３４】
ステップＳＴ５では、ステップＳＴ２で算出した最適点火時期の変化量と、ステップＳＴ３で算出した最適点火時期の変化量との偏差を算出する。図３にＳＴ５の符号にて示す。なお、このステップＳＴ５は少なくともステップＳＴ３とステップＳＴ６の間に実行すればよいのでステップＳＴ３の直後に実行してもよい。
【００３５】
ステップＳＴ６では、ステップＳＴ５で算出した最適点火時期の変化量の偏差に、ステップ４で算出した補正係数（ゲイン）を乗じ、補正後の最適点火時期を算出する。図３に符号ＳＴ６で示す。
【００３６】
ステップＳＴ７では、ステップＳＴ１で算出した基本最適点火時期に、ステップＳＴ６で算出した補正後の最適点火時期の変化量を加算し、最終的な最適点火時期を算出する。図３に符号ＳＴ７で示す。
【００３７】
以上のとおり、本例の内燃機関の点火時期制御装置によれば、エンジン回転速度についてはエンジン回転速度毎に燃料噴射時期に対する最適点火時期の制御データ（図７）が必要となるが、検出されるエンジン負荷については、エンジン負荷の変化に対する最適点火時期の変化量の補正係数を算出する一次式のみで最適点火時期の変化量が補正できるので、複数の制御マップを参照する必要をなくし、制御マップを用意するための（適合の）手間と、演算負荷が軽減される。
【００３８】
上記実施例では、図７の変化量制御データを、エンジン回転速度と燃料噴射時期に対する最適点火時期の相対的な変化量で設定し、フローチャートのステップＳＴ５で、検出噴射時期に対する最適点火時期の変化量と、特定噴射時期に対する最適点火時期の変化量とから、変化量の偏差を算出するようにしたが、最適点火時期の変化量の制御データを、予め定めた特定の燃料噴射時期における最適点火時期からの変化量として記憶し、検出噴射時期と検出エンジン回転速度とから最適点火時期の変化量を求めることにより、最適点火時期の変化量の偏差を求めるように構成してもよい。
上記コントロールユニット１１は本発明に係る噴射時期検出手段、記憶手段及び制御手段に相当し、上記クランク角センサは本発明に係る回転速度検出手段に相当し、図示しないアクセル開度センサは本発明に係る負荷検出手段に相当する。
【符号の説明】
【００３９】
ＥＧ…エンジン（内燃機関）
１１…エンジンコントロールユニット
１１１…吸気通路
１１２…エアーフィルタ
１１３…エアフローメータ
１１４…スロットルバルブ
１１５…コレクタ
１１６…スロットルバルブアクチュエータ
１１７…スロットルセンサ
１１８…燃料噴射バルブ
１１９…シリンダ
１２０…ピストン
１２１…吸気バルブ
１２２…排気バルブ
１２３…燃焼室
１２４…点火プラグ
１２５…排気通路
１２６…空燃比センサ
１２７…排気浄化触媒
１２８…酸素センサ
１２９…マフラ
１３０…クランク軸
１３１…クランク角センサ
１３２…冷却ジャケット
１３３…水温センサ
【図１】
0005793935.tif 000002
【図２】
0005793935.tif 000003
【図３】
0005793935.tif 000004
【図４】
0005793935.tif 000005
【図５】
0005793935.tif 000006
【図６】
0005793935.tif 000007
【図７】
0005793935.tif 000008
【図８】
0005793935.tif 000009