(57)【要約】【課題】空燃比を目標空燃比に収斂させるべく燃料供給量を制御するようにしている内燃機関において、燃料供給量を減少させた際に発生する回転数の低下を、精度よく、かつ燃費の低下を招くことなく解消する。【解決手段】空燃比を検出し、検出された空燃比を目標空燃比に収斂させるべく燃料供給量を制御するようにしている内燃機関に対して、内燃機関のエンジンの回転数の経時変化を検出し、検出した回転数を示す信号の経時変化から燃料供給量の変化の周期に略一致する周波数成分を割り出し、前記信号の変動を小さくすべく点火時期の制御を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比を検出し、検出された空燃比を所定の目標空燃比に収斂させるべく燃料供給量をフィードバック制御するようにしている内燃機関の点火時期制御方法であって、
内燃機関の回転数の経時変化を検出し、
検出した回転数を示す信号の経時変化から燃料供給量のフィードバック制御の制御周期に略一致する周波数成分を割り出し、
前記周波数成分の変動を小さくすべく点火時期の制御を行うことを特徴とする点火時期制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空燃比を所定の目標空燃比に収斂させるべく燃料供給量の制御を行うよう制御される内燃機関の点火時期制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関において、Ｏ２  センサを用いて空燃比を検出し、空燃比を所定の目標空燃比に近づけるべく燃料供給量を制御するフィードバック制御を行うことが知られている。このようなフィードバック制御を行うに際して、空燃比がリーン側に変化すると、空燃比の変化に応じてトルクが変動し、回転数が低下する不具合が起こり得るが、この問題を解決すべく点火時期を進角制御するものが知られている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
一方、エンジンの回転数を安定させるための制御としては、エンジンの回転数を検出し、回転数を示す信号から機関の不安定燃焼時に特に大きくなる特定の周波数成分を取り出すとともに、この特定の周波数成分と基準値との差を減少させるべく空燃比を調整するものが知られている（例えば特許文献２を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２００１１５号
【特許文献２】
特開平６−２６３８７号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかして、前記特許文献１記載の構成では、実際の空燃比が所定の目標空燃比よりも大きいか又は小さいかを検出し、この検出結果に基づき進角制御を行うようにしているが、進角幅は、気筒の吸入空気量に応じて調整されてはいるものの、実際の回転数低下幅を参照しているわけではない。すなわち、このような構成では、進角制御の精度に限界がある。
【０００６】
また、前記特許文献２記載の構成では、特定の周波数成分を回転数を示す信号から取り出すとともに、この特定の周波数成分と基準値との差を減少させるべく空燃比を調整しているので、確かに回転数を直接制御することは可能である。しかし、回転数の制御にこのような方法を採用すると、このような制御を行っている時間帯は空燃比のフィードバック制御を行うことができないので、燃費が低下してしまう不具合が起こり得る。
【０００７】
本発明は以上に述べた課題を解決し、効率よい運転を行うべく空燃比を制御することと、回転数の制御を安定して行うこととの両立を図るべく構成するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明に係る点火時期制御方法は、空燃比を検出し、検出された空燃比を所定の目標空燃比に収斂させるべく燃料供給量を制御するようにしている内燃機関の点火時期制御方法であって、内燃機関のエンジンの回転数の経時変化を検出し、検出した回転数を示す信号の経時変化から燃料供給量の変化の周期に略一致する周波数成分を割り出し、前記信号の変動を小さくすべく点火時期の制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
このように構成したものであれば、燃料供給量の変化による回転数の変化を直接反映させて点火時期の制御を行うことにより回転数の制御を行うので、より精度よく回転数を制御することができるようになる。さらに、回転数信号の経時変化から燃料供給量の変化の周期に略一致する周波数成分を割り出しているとともに、この周波数成分を小さくすべく点火時期の制御を行うようにしているので、回転数制御のために空燃比制御を中止する必要がなくなる。すなわち、前記回転数制御を燃費の低下を招くことなく行うことができるようになる。さらに、燃料供給量の変化の周期に略一致する周波数成分のみ割り出すようにしているので、気筒ごとの吸入空気量の差等に起因するより高周波の回転数変化や、アイドリング回転数制御を行う際等に発生するより低周波の回転数変化の成分を除去し、低周波の回転数変化の成分についてはアイドリング回転数制御により調整する等の手段を用いて、点火時期制御の制御量を小さくできるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について述べる。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るエンジン１００を示している。なお、このエンジン１００は多気筒を有するものであるが、図１には１気筒のみを示している。このエンジン１００は、燃料噴射弁１と、カムポジションセンサ２と、圧力センサ３と、アイドルスイッチ４と、水温センサ５と、Ｏ２  センサ６と、点火プラグ７とを具備している。カムポジションセンサ２と、圧力センサ３と、アイドルスイッチ４と、水温センサ５と、Ｏ２  センサ６と、点火プラグ７とは、後述する制御装置８とともに機能して、エンジン１００の運転状態を検出する手段として機能するものである。
【００１２】
燃料噴射弁１は、吸気管９に装着してあり、電磁コイル等を主体として構成されている。そして、電磁コイルに制御装置８から燃料噴射信号ａが入力されると、そのデューティ比等に比例した量の燃料を吸気ポート９ａ付近に噴射するようにしてある。カムポジションセンサ２は、エンジン回転数信号ｎｅ、気筒判別信号Ｇ１、及びクランク角度信号Ｇ２を発生するように構成されている。圧力センサ３は、サージタンク１０に設けてあり、吸気管負圧に比例した吸気圧信号ｂを出力するようになっている。アイドルスイッチ４は、スロットルシャフトに連結してあり、スロットルバルブ１１が閉じている場合はオンになり、スロットルバルブ１１が開弁した場合はオフになるオンオフスイッチであって、ＩＤＬ信号ｃを出力するようになっている。水温センサ５は、例えば、サーミスタ等を主体として構成されるもので、エンジン冷却水温度に応じた水温信号ｄを出力するようになっている。Ｏ２  センサ６は、触媒コンバータたるマニバータ１２の上流側に着脱可能に装着してあり、空燃比Ａ／Ｆを制御するために排気ガス中の酸素濃度に感応して出力信号ｅを発生するようになっている。具体的には、Ｏ２  センサ６は、排気ガス中の酸素濃度が所定値よりも高い、すなわち空燃比Ａ／Ｆが所定の目標空燃比Ｔよりもリーンである場合には低い電圧を発生し、排気ガス中の酸素濃度が低い、すなわち空燃比Ａ／Ｆが所定の目標空燃比Ｔよりもリッチである場合には高い電圧を発生し得るように構成されている。なお、Ｏ２  センサ６としては、活性化を早めるために、ヒータを内蔵したものが望ましい。このようなヒータを内蔵したものであれば、始動後と判定した直後に活性化することが可能になる。なお、前記所定の目標空燃比Ｔは、本実施形態では空気中の酸素を余らせることなく燃料を完全燃焼させるための空燃比である理論空燃比に設定している。点火プラグ７は、ピストン１３が上死点ないしその近傍に到達した際に、前記制御装置８から発せられる点火信号ｆを受けて燃焼室１４の混合気に点火する。前記点火信号ｆが発せられる具体的なタイミングについては後述する。
【００１３】
制御装置８は、燃焼室１４に供給する混合気の空燃比Ａ／Ｆを調節する役割、及び回転数の変化を反映して点火時期を制御する役割を担っており、中央演算処理装置８ａと、メモリ８ｂと、入力インターフェース８ｃと、出力インターフェース８ｄとを備えている。そして、入力インターフェース８ｃを介して、エンジン１００の運転状態を検出するために、少なくとも、カムポジションセンサ２からのエンジン回転数信号ｎｅと、気筒判別信号Ｇ１及びクランク角度信号Ｇ２と、圧力センサ３からの吸気圧信号ｂと、アイドルスイッチ４からのＩＤＬ信号ｃと、水温センサ５からの水温信号ｄと、Ｏ２  センサ６からの出力信号ｅとをそれぞれ中央演算装置８ａに入力し、この中央演算装置８ａにおいてメモリ８ｂ内に格納されている図示しないプログラムに沿って一定クランク角毎に所定の演算処理を実行した後、出力インターフェース８ｄを介して前記燃料噴射弁１に燃料噴射信号ａを出力するとともに、前記点火プラグ７に点火信号ｆを出力するようになっている。
【００１４】
前記制御装置８が行う具体的な制御について以下に述べる。
【００１５】
まず、この制御装置８は、アイドルスイッチ４からのＩＤＬ信号ｃの入力があった際、すなわちアイドリング時に、エンジン１００の回転数を維持するアイドリング回転数制御を行うが、この制御は周知のものなので詳細な説明は省略する。
【００１６】
さらに、前記制御装置８は、Ｏ２  センサ６からの出力信号ｅに基づき空燃比Ａ／Ｆを検出し、この空燃比Ａ／Ｆを目標空燃比Ｔに収斂させるように、燃料噴射信号ａを前記燃料噴射弁１に出力する。
【００１７】
この制御についてフローチャートである図２を参照しつつ以下に述べる。
【００１８】
まず、ステップＳ１１で、Ｏ２  センサ６からの出力信号ｅを受け付ける。
【００１９】
次いで、ステップＳ１２で、前記出力信号ｅが、目標空燃比Ｔより高い空燃比Ａ／Ｆを示すものであるか、目標空燃比Ｔより低い空燃比Ａ／Ｆを示すものであるかを判定する。前記空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比Ｔより高いものであればステップＳ１３、前記空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比Ｔより低いものであればステップＳ１４に進む。
【００２０】
ステップＳ１３では、空燃比Ａ／Ｆを低下させるべく、前回の燃料噴射量から所定量増加させた値を新たな燃料噴射量とする。それから、ステップＳ１５に進む。
【００２１】
ステップＳ１４では、空燃比Ａ／Ｆを上昇させるべく、前回の燃料噴射量から所定量減少させた値を新たな燃料噴射量とする。それから、ステップＳ１５に進む。
【００２２】
ステップＳ１５では、ステップＳ１３又はステップＳ１４において決定した量の燃料を噴出させるべく、燃料噴射信号ａを前記燃料噴射弁１に出力する。
【００２３】
しかして、前記制御装置８は、さらにカムポジションセンサ２からのエンジン回転数信号ｎｅに基づき、エンジンの回転数を検出するとともに、この回転数の経時変化から燃料の供給量の変化に略一致する周波数成分を取り出し、このような周波数を有する信号変動を小さくすべく点火時期の制御を行い、この制御に基づき前記点火プラグ７に点火信号ｆを出力する。
【００２４】
この制御について、フローチャートである図３を参照しつつ以下に詳述する。
【００２５】
まず、ステップＳ２１において、内燃機関のエンジンの回転数及びその経時変化を検出する。すなわち、カムポジションセンサ２からエンジン回転数信号ｎｅを取得し、取得したエンジン回転数信号ｎｅを所定時間分記録する。
【００２６】
これを受けて、ステップＳ２２においては、前記ステップＳ２１で取得したエンジン回転数信号ｎｅの経時変化を周波数成分に分解する。具体的には、記録した前記経時変化を示すデータをフーリエ変換ないしウェーブレット変換して周波数成分を抽出する。
【００２７】
さらに、ステップＳ２３で、前記燃料供給量のフィードバック制御の制御周期を計算する。具体的には、Ｏ２  センサ６の出力信号の変化に基づいて、最近の燃料噴射量増加制御が行われた時刻とその直前の燃料噴射量増加制御が行われた時刻との間の間隔を計算する。なお、燃料噴射量増加制御が行われた時刻を３回分以上取得しておき、燃料噴射量増加制御ごとの間隔を計算してその平均を算出するようにしてももちろんよい。
【００２８】
次いで、ステップＳ２４では、前記ステップＳ２２において周波数成分に分解したエンジン回転数信号ｎｅの経時変化から前記ステップＳ２３で計算した燃料供給量のフィードバック制御の制御周期に略一致する周波数成分を抽出する。具体的には、ハイパスフィルタを用いて前記制御周期と比較して所定割合以下、例えば半分以下の回転数変化の成分を除去するとともに、ローパスフィルタを用いて前記制御周期と比較して所定割合以上、例えば２倍以上の回転数変化の成分を除去する。そして、このようにして得たデータを逆フーリエ変換ないし逆ウェーブレット変換する。なお、バンドパスフィルタを用いて前記燃料供給量のフィードバック制御の制御周期に略一致する周波数成分を抽出するようにしてももちろんよい。さらに、Ｈ無限大制御等を用いて、入力回転に対して特定の周波数域のみ制御するようにしてもよいし、以上に述べたような方法を組み合わせてもよい。
【００２９】
それから、ステップＳ２５において、実際の回転数と、前記燃料供給量のフィードバック制御の制御周期に略一致する周波数を有する変化を０として計算した際の回転数である基準回転数との差たる空燃比制御起因回転数変化を計算する。具体的には、前記基準回転数はエンジン回転数信号ｎｅの経時変化から周期的変化を行う成分をすべて除去したものを計算して求める。
【００３０】
さらに、ステップＳ２６において、空燃比制御起因回転数変化を小さくすべく点火時期を計算する。すなわち、回転数の低下を検出した際に、進角制御を行う。より具体的には、空燃比制御起因回転数変化をパラメータとして、後述する点火時期補正テーブルに基づき点火時期の進角補正の幅を求める。
【００３１】
そして、ステップＳ２７において、所定の点火時期に達した時点で点火プラグ７に点火信号ｆを出力する。
【００３２】
なお、前記ステップＳ２６において用いる点火時期補正テーブルは、空燃比制御起因回転数変化をパラメータとして点火時期の進角補正の幅を設定したもので、制御装置８に備えている。この点火時期補正テーブルでは、代表的な空燃比制御起因回転数変化に対して点火時期の進角補正の幅が設定してあり、それ以外の空燃比制御起因回転数変化に対する前記進角補正の幅は、補間計算により算出する。さらに、この点火時期補正テーブルでは、回転数の低下を進角制御により補正すべく、空燃比制御起因回転数変化の幅が増大するにつれ前記進角補正の幅を大きくするように設定している。
【００３３】
本発明は、以上に述べたように、空燃比制御起因回転数変化に基づき点火時期を決定しているので、より精度のよい回転数の制御を行うことができる。さらに、回転数信号ｎｅの経時変化から空燃比制御起因回転数変化を計算しているとともに、この空燃比制御起因回転数変化を小さくすべく点火時期の制御を行うようにしているので、回転数制御のために空燃比制御を中止する必要がなくなる。すなわち、空燃比制御をエンジン１００の運転中継続して行うようにすることができるので、燃料供給量を減少させた際に発生する回転数の低下を、燃費の低下を生じることなく解消することができる。特に、低回転、低負荷領域においては、回転数の急激な変化が発生すると、車内の運転者等に衝撃が伝わる不具合が生じ得るが、上述したような点火時期の制御を行うことにより、空燃比制御を行いつつ、空燃比制御に起因する回転数の変化を小さくする制御をも同時に行い、前記不具合の解消をも図ることができる。
【００３４】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。
【００３５】
例えば、フィードバック制御の制御周期をその都度実測して回転数の経時変化から取り出す周波数成分を決定して前記周波数成分を取り出す代わりに、予めフィードバック制御の制御周期を別に記録しておき、記録したフィードバック制御の制御周期に基き抽出すべき周波数の範囲を経験的に決定し、該周波数範囲の周波数成分を抽出するようにしてもよい。
【００３６】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、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。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、燃料供給量の変化による回転数の変化を直接反映させて点火時期の制御を行うことにより回転数の制御を行うので、より精度よく回転数を制御することができる。さらに、回転数信号の経時変化から燃料供給量の変化の周期に略一致する周波数成分を割り出しているとともに、この周波数成分を小さくすべく点火時期の制御を行うようにしているので、回転数制御のために空燃比制御を中止する必要がなくなる。すなわち、前記回転数制御を燃費の低下を招くことなく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの概略図。
【図２】同実施形態に係る制御装置が行う処理を示すフローチャート。
【図３】同実施形態に係る制御装置が行う処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…燃料噴射弁
２…カムポジションセンサ
３…圧力センサ
４…アイドルスイッチ
５…水温センサ
６…Ｏ２  センサ
７…点火プラグ
８…制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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