(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整手段と該点火時期調整手段における点火時期を遅角（リタード）補正するための過渡（トランジェント）遅角量を設定する過渡遅角設定手段とを有する内燃機関の点火時期制御装置において、
内燃機関の過渡運転時を検出する過渡運転時検出手段と、
内燃機関の空燃比状態を求める空燃比検出手段と、
前記過渡運転時検出手段で検出された過渡運転状態および前記空燃比検出手段で求められた空燃比状態から前記過渡遅角設定手段の過渡遅角量を設定するものであって、
前記過渡遅角量は、１／空燃比（ＴＦＢＹＡＤ）から点火時期格子テーブルを検索して求めることを特徴とする点火時期制御装置。
【請求項２】
内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整手段と該点火時期調整手段における点火時期を遅角（リタード）補正するための過渡（トランジェント）遅角量を設定する過渡遅角設定手段とを有する内燃機関の点火時期制御装置において、
内燃機関の過渡運転時を検出する過渡運転時検出手段と、
内燃機関の空燃比状態を求める空燃比検出手段と、
前記過渡運転時検出手段で検出された過渡運転状態および前記空燃比検出手段で求められた空燃比状態から前記過渡遅角設定手段の過渡遅角量を設定するものであって、
アクセル操作量とエンジンの運転状態に応じて電子制御式のスロットル制御を行うに当って、加速時検出をアクセルの動作を直接的にして行うことを特徴とする点火時期制御装置。
【請求項３】
内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整手段と該点火時期調整手段における点火時期を遅角補正するための過渡遅角量を設定する過渡遅角設定手段とを有する内燃機関の点火時期制御装置において、
内燃機関の加速時を検出する加速時運転検出手段と、
内燃機関の空燃比状態を求める空燃比検出手段と、
前記加速時検出手段で検出された加速状態および前記空燃比検出手段で求められた空燃比状態から前記過渡遅角設定手段の過渡遅角量を設定するものであって、
前記過渡遅角量は、理論空燃比における過渡遅角基本量を求め、該過渡遅角基本量から（１−実当量比）×調整係数を差し引いたものとする（ただし実当量比＝理論空燃比／空燃比）ことを特徴とする点火時期制御装置。
【請求項４】
内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整手段と該点火時期調整手段における点火時期を遅角補正するための過渡遅角量を設定する過渡遅角設定手段とを有する内燃機関の点火時期制御装置において、
内燃機関の加速時を検出する加速時運転検出手段と、
内燃機関の空燃比状態を求める空燃比検出手段と、
前記加速時検出手段で検出された加速状態および前記空燃比検出手段で求められた空燃比状態から前記過渡遅角設定手段の過渡遅角量を設定するものであって、
前記過渡遅角量は、理論空燃比における過渡遅角基本量を求め、該過渡遅角基本量に（１−実当量比）×調整係数により求める制限を施したものとすることを特徴とする点火時期制御装置。
【請求項５】
内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整手段と該点火時期調整手段における点火時期を遅角補正するための燃焼状態の切り換え時の過渡遅角量を設定する過渡遅角設定手段とを有する内燃機関の点火時期制御装置において、
内燃機関の成層時燃焼と均等時燃焼への切換えを検出する燃焼状態検出手段と、
内燃機関の空燃比状態を求める空燃比検出手段と、
前記燃焼状態検出手段で検出された成層時燃焼から均等時燃焼への切換えと前記空燃比検出手段で求められた空燃比状態とから前記過渡遅角設定手段の過渡遅角量を設定することを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項６】
請求項５において、
加速と判定するためのしきい値を求めるしきい値決定手段としきい値を関連して加速判定を遅らせる加速判定ディレー手段を設けたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の点火時期制御装置および制御方法、特にノッキング防止のための遅角補正を行う点火時期制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関におけるノッキングは、燃焼室内の混合気が点火プラグにより着火された火炎の伝播を待たずに自己着火する燃焼現象として知られている。ノッキングと点火時期とは密接な関係があり、点火時期を早めると燃焼最大圧力が高まって自己着火が生ずる。
【０００３】
過渡ノック防止のための点火時期の遅角補正を実施することはよく行われることである。冷却水温とともに吸気温による影響を考慮した加速時の過渡ノック防止のための点火時期遅角補正する目的で点火時期を制御する装置が知られている。例えば、特開平7−180643 号公報には、機関の点火時期を調整する点火時期制御手段と、該点火時期制御手段における点火時期を機関の加速時に遅角補正するための過渡遅角量を設定する過渡遅角制御手段とを有する内燃機関の点火時期制御装置において、上記過渡遅角制御手段が、加速前の機関の運転状態から吸気温を推定し、上記過渡遅角量を変化させる内燃機関の点火時期制御装置が記載されている。
【０００４】
また、ノックセンサの信号を利用して、加速時の空燃比を適正に制御することも知られている。例えば、特開平6−288277 号公報には、機関本体に取付けられて機関振動に応じた信号を出力するノックセンサと、機関の過渡運転時を検出する過渡運転時検出手段と、機関の過渡運転時に前記ノックセンサの信号から過渡運転時に燃焼圧力がピークに至る前の所定の区間にて特定周波数成分を抽出し当該特定周波数成分の振動レベルを検出する振動レベル検出手段と、検出された振動レベルに応じて過渡運転時の機関への燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、を含んで構成される内燃機関の過渡運転時の空燃比制御装置が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
加速を検出し、加速度合いに応じて点火時期を遅角し、急加速時に過渡的に生ずるノッキング、いわゆる過渡ノックを防止することが試みられて来た。内燃機関の過渡時に、その空燃比状態に応じて点火時期遅角できる量が異なり、空燃比がリーンなとき同じ遅角量を与えると燃焼可能限界を超えるなどして過渡期に機関が失火するという現象が発生することが判った。従来の技術にあってはこのような現象に対する対策がなされていなかった。前述した後者の公知例にあってはノックセンサの信号を利用して加速時の空燃比を制御しようとするものであった。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、内燃機関の過渡時に、その空燃比状態に応じて点火時期遅角できる量が異なることに基づき、過渡時に機関が失火するという現象をなくした点火時期制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、過渡時における点火時期遅角量を過渡時検出と機関の空燃比から求め、機関の失火を防止することを特徴とする。より具体的には、加速度合いと機関の空燃比から点火時期遅角度を求めて点火時期を制御することであり、成層燃焼から均質燃焼に移行したときに点火時期遅角させることであり、その点火時期遅角量を計算された空燃比に対応して設定し、点火時期を制御することにある。
【０００８】
本発明は、具体的には次に掲げる装置および方法を提供する。
【０００９】
本発明は、内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整手段と該点火時期調整手段における点火時期を遅角（リタード）補正するための過渡（トランジェント）遅角量を設定する過渡遅角設定手段とを有する内燃機関の点火時期制御装置において、内燃機関の過渡運転時を検出する過渡運転時検出手段と、内燃機関の空燃比状態を求める空燃比検出手段と、前記過渡運転時検出手段で検出された過渡運転状態および前記空燃比検出手段で求められた空燃比状態から前記過渡遅角設定手段の過渡遅角量を設定する内燃機関の点火時期制御装置を提供する。
【００１０】
本発明は、内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整手段と該点火時期調整手段における点火時期を遅角補正するための過渡遅角量を設定する過渡遅角設定手段とを有する内燃機関の点火時期制御装置において、内燃機関の加速時を検出する加速時運転検出手段と、内燃機関の空燃比状態を求める空燃比検出手段と、前記加速時検出手段で検出された加速状態および前記空燃比検出手段で求められた空燃比状態から前記過渡遅角設定手段の過渡遅角量を設定する内燃機関の点火時期制御装置を提供する。
【００１１】
前記過渡遅角量は、理論空燃比における過渡遅角基本量を求め、該過渡遅角基本量から（１−実当量比）×調整係数を差し引いたものとする（ただし実当量比＝理論空燃比／空燃比）ことができる。
【００１２】
前記過渡遅角量は、１／空燃比（ＴＦＢＹＡＤ）から点火時期格子テーブルを検索して求めることもできる。
【００１３】
加速時検出をアクセルの動作を直接的にして行うことが望ましい。
【００１４】
本発明は、内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整手段と該点火時期調整手段における点火時期を遅角補正するための過渡遅角量を設定する過渡遅角設定手段とを有する内燃機関の点火時期制御装置において、内燃機関の成層時燃焼と均等時燃焼への切換えを検出する燃焼状態検出手段と、内燃機関の空燃比状態を求める空燃比検出手段と、前記燃焼状態検出手段で検出された成層時燃焼から均等時燃焼への切換えと前記過渡遅角設定手段の過渡遅角量を設定する内燃機関の点火時期制御装置を提供する。
【００１５】
加速と判定するためのしきい値を求めるしきい値決定手段としきい値を関連して加速判定を遅らせる加速判定ディレー手段を設けることが望ましい。
【００１６】
本発明は、内燃機関の点火時期を調整し、点火時期を遅角補正するための過渡遅角量を設定する内燃機関の点火時期制御方法において、内燃機関の成層時燃焼から均等時燃焼に切換えたときに、過渡遅角量として５〜１５度設定する点火時期制御方法を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施例を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明が適用される内燃機関システムの一例を示したものである。図において、機関１が吸入すべき空気はエアクリーナ３の入口部４から取り入れられ、吸入空気量を制御する絞り弁（スロットル）６を設置した絞り弁装置７を通り、コレクタ８に入る。絞り弁６は、モータ１０に連結されており、モータ１０を駆動することにより絞り弁６が操作される。絞り弁６を操作して、吸入空気量を制御している。コレクタ８に至った吸入空気は、機関１の各シリンダ２に接続された各吸入空気管１９に分配されてシリンダ２に導かれる。
【００１９】
一方、ガソリンなどの燃料は、燃料タンク１１から燃料ポンプ１２により吸引，加圧された上で燃料噴射弁１３，可変燃圧プレッシャレギュレータ１４が配管されている燃料系２１に供給される。そして、この燃料系は、上記した可変燃圧プレッシャレギュレータ１４により所定の圧力に調圧され、それぞれのシリンダ２に燃料噴射口を開口している燃料噴射弁（インジェクタ）１３からシリンダ２に噴射される。また、空気流量計５からは吸気流量を表す信号が出力され、コントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００２０】
さらに、上記絞り弁装置７には絞り弁６の開度を検出するスロットルセンサ
１８が取り付けられており、その出力もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００２１】
次に１６はクランク角センサであり、これはカム軸２７によって回転駆動され、クランク軸の回転位置を表す信号を出力する。この信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００２２】
２０は、排気管２８に設けられた空燃比（Ａ／Ｆ）センサで、排気ガスの成分から実運転空燃比を検出，出力してその信号は同じくコントロールユニット１５に入力される。
【００２３】
９は、絞り弁装置７と一体に設けられたアクセルセンサで、アクセルペダル
４９と連結されており、ドライバーがアクセルペダル４９を操作する量を検出，出力してその信号はコントロールユニット１５に入力される。
【００２４】
このコントロールユニット１５は、処理手段２６を有し、前述したクランク角信号，アクセル開度信号などのエンジンの運転状態を検出する各種のセンサなどからの機関運転状態パラメータを信号として入力信号として取り込み、所定の演算を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を出力し、上記した燃料噴射弁１３や点火コイル１７や絞り弁操作のためのモータ１０に所定の制御信号を出力し、燃料供給制御，点火時期制御，吸入空気量制御を実行する。
【００２５】
電源（バッテリ）３０とコントロールユニット１５との間にはモータドライバリレー３１，コントロールユニットリレー３２およびイグニッションスイッチ
３３が設けられる。３５は各種の警報灯である。
【００２６】
燃料系に設けられた可変燃圧プレッシャレギュレータ１４に隣接して燃圧センサ２２が設けてあり、その信号はコントロールユニット１５に入力される。
【００２７】
これらの構成については周知であるのでこれ以上の説明を要しない。
【００２８】
図２は、内燃機関の燃料供給制御装置を示す。
【００２９】
コントロールユニット１５内の処理手段（ＣＰＵ）１００（図１では２６で示す）はバス１０１につながれ、バス１０１には入力処理回路１０２および出力処理回路１０３がつながれている。入力処理回路１０２には燃圧センサ１０７，エアフローセンサ１０８，クランク角センサ１０９，スロットルセンサ１１０，アクセルセンサ１１１，水温センサ１１２，Ｏ2 センサ１１３，イグニッションスイッチ１１４（図１では３３で示している。），スタータスイッチ１１５およびバッテリ電圧１１６からの信号が入力される。入力処理回路１０２からの処理信号はバス１０１に入力されると共に割込コントローラ１０４に入力される。タイマ１０５によって必要な時間が計測される。出力回路１０３からの出力信号は可変プレッシャレギュレータ１１７，インジェクタ１１８，インジェクタ１１９，インジェクタ１２０，インジェクタ１２１，フュエルポンプ１２２，イグナイタ１２３，警告器１２４（図１では３６で示す。）に出力される。また、ROM131に記録された信号はバス１０１に入力されると共に、バス１０１からの信号は    ＲＡＭ１３２およびバックアップＲＡＭ１０６に出力されて記録される。これらの構成についても周知の事項である。ＣＰＵ１００は後述する故障判断手段135を含む。
【００３０】
図３は、本発明実施例による内燃機関の点火時期制御装置の概念的構成を示すブロック図である。図において、前述した機関運転状態パラメータは過渡遅角制御手段２０１に入力され、加速判定機能２０２によって加速時判定がなされ、空燃比判定機能２０３によって空燃比状態が求められる。過渡としての加速時判定および空燃比状態に応じて後述する方法によって過渡遅角量設定機能２０４によって遅角量の設定がなされる。その出力によって点火時期制御手段２０５を介して点火時期調整がなされる。
【００３１】
図４は、均質燃焼から成層燃焼への切替えを求める機能２０６によって該切替えと空燃比状態に応じて後述する方法によって遅角量を設定することを示す。
【００３２】
図５は、その制御を実現するためにＣＰＵ１５において実行されるソウトウェアのルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは所定クランク角毎に実行される。機関の各種の運転状態パラメータを取り込み（ステップＳ１０１）、燃料噴射制御に必要な演算処理を行う燃料噴射制御ルーチンを実行し（ステップＳ１０２）、点火時期制御に必要な演算，処理を行う点火時期制御ルーチンを実行し（ステップＳ１０３）、終了する。
【００３３】
図６は、遅角量を求める各手法を示す。
【００３４】
（Ｓ）は、基本の点火時期から遅角できる量を表したものであり、この値より点火時期を遅角させると点火時期不適により失火を生じる。ここで、従来の発明では加速時の遅角量は空燃比によらず一定としていたため、例えばＡ／Ｆ１５でもＡ／Ｆ１９でも１８度の遅角量を与える。Ａ／Ｆ１５のときは失火は生じないが、Ａ／Ｆ１９では失火が発生する領域となる。
【００３５】
（Ａ）は、遅角限界を、１／空燃比から点火角度格子テーブルを検索して求める制御を示す。細かい設定が可能なため良好な精度を得ることができる。
【００３６】
（Ｂ）は、遅角量を
【００３７】
【数１】
0003805904.tif 000002
【００３８】
から求める制御を示す。
【００３９】
ここで、当量比＝理論空燃比／空燃比
切替当量比＝切替後空燃比／切替前空燃比
制御可能範囲を実際より小さく計算する。効果あるが、上述の（Ａ）および次の（Ｂ）より負荷，制御精度共劣る。
【００４０】
（Ｂ′）（Ｂ）の改良変形案である。遅角量を
遅角量＝遅角基本値−（１−当量比）×調整係数
で求める。（Ｂ）に比べて演算負荷が減少し、精度がよくなる。
【００４１】
（Ｃ）は、遅角度＝遅角量基本値×当量比から遅角量を求める制御を示す。空燃比が低いときに効果がある。
【００４２】
図７は、上記（Ｂ’）の調整係数を求める方法を示す。以下、該法で求めた調整係数を予め制御装置に記憶させておき、制御装置で適切な演算が実行できる。
【００４３】
定数設定の考え方
ステップ１）ストイキにおける初期遅角量を決める（ステップ１）
トラノック対応適合結果収集
ステップ２）代表評価点の均質リーン時遅角余裕を調査する性能評価結果取り
寄せ
ステップ３）成層→均質切替当量比を調査する
適合結果取り寄せ
ステップ４）上記２）３）から切替当量比での遅角値を決める、ステップ２の
線からストイキ時と同じ余裕を取る計算
ステップ５）図７の図形関係から調整係数ＫＴＫＡＤＪを求める計算
ここで、Ａ：ストイキ時と切替当量比時の遅角許容量差
Ｂ：ストイキ、切替当量比の当量比幅
ＫＴＫＡＤＪ＝Ａ／Ｂ
図８は、成層燃焼から均質燃焼に切替えたときの対応方法をタイミングチャートで示す。図でＴＧＴＶＯはスロットル角度の目標値、ＡＰＯはアクセル操作量、ＦＳＴＲＲは実際の燃焼実行を表すフラグで、本実施例の場合１が成層燃焼、０が均質燃焼を表す。ＦＴＦＭＣＨは成層、均質の燃焼切替を実行する判定のフラグで、２が成層、０が均質を表す。図８で２から０に変化した時点から燃料切替を行うための準備動作が始まる。
【００４４】
図において、成層燃焼しているときに、均質燃焼に移行したことを想定して空燃比を参照して常に点火時期を計算する。成層燃焼から均質燃焼に移行したときに均質燃焼に求められる点火時期を採用する。この場合の点火時期遅角量は５〜１５deg となる。
【００４５】
この手法は、当量比で遅角量を決めるもので、遅角限界を当量比で決めることになる。この場合の仕様としては、遅角許可量を当量比テーブルで持つ、遅角許可量を切替当量比から比例計算する。または遅角許可量を当量比割合にすることが採用し得る。当量比を受けて点火時期を計算するので制御干渉は小さい。図におけるダイナミックリバテーション作動はチェックする。
【００４６】
図９は、遅角初期値ＴＴＲＡＤＶを遅角量の減衰時間ＫＲＥＴで遅角量を０まで減衰させる図を示す。ＫＲＥＴは、例えば１０ｍｓである。
【００４７】
図１０は、本発明実施例について「項目」について確認した結果を示す。
【００４８】
電気制御スロットル（電制スロットルという。）を採用した場合について考察する。電制スロットルはアクセル開度指令に対し、応答遅れがあるため、アクセル開度急変に遅れてスロットル開度が変化する。このため、電制スロットルを採用したときは、加速度判定をアクセルの動作を直接的に検出するのがよい。例えば、空燃比がリーンなときに出力不足を補うためアクセル開度に対しスロットル開度を大きく操作することがある。このような場合、スロットル開度で加速判定を行うのではなく、アクセル動作を直接検出して加速判定の有効，無効に時間遅れを持たせるのがよい。
【００４９】
スロットルが開方向に動作する条件として、ＥＧＲ付加がある。ＥＧＲ付加が生じると、スロットルはトルクを一定に保つために開方向に動作し、その開動作はもとの充填効率が高いほど大きくなる。従って、ＥＧＲ付加によって点火時期遅角補正制御ＤＬＴＡＤＶが付加されるのは禁止されるべきものである。
【００５０】
図１１は、アクセルの動作とスロットル開度との関係および加速開始判定ディレーおよび加速終了判定ディレー方法を示す。
【００５１】
加速と判定するためのΔＴＶＯしきい値を定め、この値を超て一定時間経過したときに加速開始判定を行い、またこの値を下回り、一定時間経過するまでを禁止解除とし、その後加速終了判定を行うようにしている。すなわち、この図において、
【００５２】
【外１】
0003805904.tif 000003
【００５３】
とする制御を行う。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、過渡時に空燃比状態を検出して点火時期について遅角補正を行うようにしているので機関の失火を防止することができる。
【００５５】
また、加速時に与える点火時期遅角量を加速度合いと空燃比から求めているので燃焼可能限界を超えるために機関が失火するという現象を防止することができる。
【００５６】
電制スロットルのときは加速判定をアクセルの直接動作を検出することによって行っているので時間遅れの加速判定がなくなり、加速度合いと空燃比とのコンビネーション制御を実質的なものとすることができる。
【００５７】
また、直接噴射式の内燃機関の場合、成層燃焼から均質燃焼に切換えが行われた時に、その時に予め均質燃焼となったときの空燃比から点火時期遅角量を求めるので均質燃焼に切替った時にも機関の失火を防止することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の全体概略構成図。
【図２】図１の一部詳細を示す制御ブロック図。
【図３】本発明の概念的構成を示すブロック図。
【図４】本発明の概念的構成の他の例を示すブロック図。
【図５】ソフトウェアのルーチンを示すフローチャート図。
【図６】遅角量を求める各手法を示す遅角余裕とＡ／Ｆとの関係図。
【図７】点火時期間隔を当量比との関係図。
【図８】タイミングチャート図。
【図９】遅角初期値を減少させるタイムチャート図。
【図１０】本発明実施例についての技術的確認結果をまとめた図。
【図１１】加速判定ディレーに関するタイムチャート図。
【符号の説明】
１…内燃機関、６…絞り弁（スロットル）、７…絞り弁装置、９…アクセルセンサ、１０…モータ、１３…燃料噴射弁、１５…コントロールユニット、１６…クランク角センサ、２０…空燃比（Ａ／Ｆ）センサ、２６…処理手段、１００…処理手段（ＣＰＵ）、１０１…バス、１０３…出力回路。
【図１】
0003805904.tif 000004
【図２】
0003805904.tif 000005
【図３】
0003805904.tif 000006
【図４】
0003805904.tif 000007
【図５】
0003805904.tif 000008
【図６】
0003805904.tif 000009
【図７】
0003805904.tif 000010
【図８】
0003805904.tif 000011
【図９】
0003805904.tif 000012
【図１０】
0003805904.tif 000013
【図１１】
0003805904.tif 000014