JP2003056439A - エンジンの点火時期制御装置 - Google Patents
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Abstract
な回転数変動に対して点火時期の追従が悪いとトルク不
足や始動性悪化をおこす。 【解決手段】 過渡状態下では点火毎の点火時期進角量
の最大値を規制する進角リミッタADVLMTを定常状態に比
較してより大きな値ADMLMTSに設定すると共に、通電角
(ドゥエル角度)TDWLLBを拡大し、適正点火時期への点
火時期制御の追従性を高めると共に点火エネルギを充分
に確保する。これにより、始動時等の燃料着火性および
トルク特性の悪化を防止し、始動性や排気エミッション
を改善する。
Description
の点火時期制御装置に関する。
ジンの点火時期制御においては、例えば特開2001-82302
号公報に見られるようにエンジン回転数をパラメータの
一つとして点火時期を算出している。しかしながら、点
火時期はクランクシャフトの基準位置を示すREF信号毎
に演算して設定しているので、特に始動時のような低回
転数の過渡時の場合にはREF信号の間隔が長くてその間
の回転数変動も大きいため、必要な進角量が得られず発
生トルクが減少するという問題が生じる。これは、点火
信号の1制御あたりの進角量を規制する進角リミッタの
設定に原因がある。すなわち、エンジン回転数がある程
度高速になると1制御あたりの進角量を大きくした場合
に一次電流の通電角が不足して失火を起こすおそれがあ
る。これを防止するために進角リミッタを設けて進角量
を制限しているが、回転数が大きく変動する状態ではこ
の進角量の制限により適正点火時期(例えばMBT)へ
の追従性が悪化して最適燃焼が得られなくなるのであ
る。
せると、特に始動時のようにREF信号間隔が長い状態に
おいてはREF信号により算出した回転数と実回転数との
乖離が大きくなり、通常は見かけ上の回転数のほうが低
くなるため、最適点火時期に対して演算される点火時期
がリタード気味になり、あるいは最適通電時間に対して
演算される通電時間が短くなって点火エネルギが減少す
ることからも、発生トルクが減少する。
性の悪化をもたらし、特に始動時においては始動性や排
気エミッションの悪化要因となる。
クランクシャフトの基準回転位置を表すREF信号と回転
量を表すPOS信号とを出力する回転センサと、前記REF信
号により代表される回転数を用いて点火一次電流の出力
時期および通電角を演算する演算手段と、前記REF信号
に同期して前記出力時期および通電角に基づき点火一次
電流を出力する点火信号出力手段とを備えた点火時期制
御装置において、エンジン始動時を含む過渡状態を検出
する過渡状態検出手段を設けると共に、前記演算装置
を、過渡状態下では点火毎の点火時期進角量の最大値を
規制する進角リミッタを定常状態に比較して増大させる
ように構成した。
として、火花点火式多気筒エンジンであって、始動クラ
ンキングを検出する始動検出手段と、気筒位置を判定す
る気筒判定手段と、各気筒の吸気通路毎に設けられる燃
料噴射弁と、前記始動検出手段および気筒判定手段から
の信号に基づき、始動クランキング開始後の最初の気筒
判定時に当該気筒毎もしくは気筒グループ毎に、気筒判
定時期に同期して燃料を噴射する噴射制御手段とを備え
たものとした。
において、その演算手段を、前記過渡状態下では点火一
次電流の通電角を増大させるように構成した。
において、その演算手段を、過渡状態下ではREF信号に
より代表される回転数に代えてPOS信号により代表され
る回転数を用いて演算を行うように構成した。
その演算手段を、REF信号により代表される回転数とPOS
信号により代表される回転数との差が基準値以上となっ
たときに前記過渡状態下での演算を行うように構成し
た。
その演算手段を、始動時に前記過渡状態下での演算を開
始したのち、完爆後のクランクシャフトの回転回数が基
準値以上となったときにREF信号により代表される回転
数を用いた演算に戻るように構成した。
点火演算における進角リミッタを増大したことから、特
に始動時のようにエンジン回転が急速に変化する過渡状
態においても速やかに適正進角にまで点火時期を変化さ
せることができ、これによりトルク不足を解消して始動
性ないしは運転性の悪化を防止することができる。
始後の気筒判定時に気筒毎あるいは気筒グループ毎の燃
料噴射を行うので、例えば始動時に全気筒同時に燃料を
噴射供給するものに比較して完爆後の回転の上昇が早く
始動性もよい。したがって、進角リミッタを増大したこ
とによる点火時期制御の追従性の向上により、始動性の
向上効果がより顕著に現れる。一方、各気筒あるいは気
筒グループ毎の燃料噴射では、始動空燃比としてはより
ストイキに近い比較的リーンな空燃比を設定することが
でき、これにより始動時の排気エミッション性能の向上
を図ることができる反面、燃焼状態が点火時期の影響を
よりうけやすくなる。この点、本発明は前記のとおり始
動時においても適切な点火時期に確実に制御できること
から、始動性のみならず排気エミッション性能の向上に
も寄与する。
化と共に点火一次電流の通電時間が長くなることから、
充分な点火エネルギの下に良好な着火燃焼が得られ、し
たがって始動性、運転性がより向上する。
ルに関してより分解能の高いPOS信号に基づき、REF信号
よりも早い更新周期で回転数を検出することができるの
で、回転変動の大きい始動時等において、より的確な点
火時期および通電角の制御を行うことができる。
代表される回転数とPOS信号により代表される回転数と
の差が基準値以上となったときにのみ過渡状態下での進
角リミッタ設定による点火時期制御を行ない、基準値に
満たない場合は進角リミッタの増大は行わない。POS信
号に基づいて回転数を算出する場合は、回転変動に対応
して敏感に検出回転数が変化して制御が不安定となる場
合がある。本発明によればこのような不都合を回避し
て、回転数が比較的定常的な運転状態下での制御の安定
性を高めることができる。
動に対して敏感なPOS信号による回転数を始動時のみ使
用し、完爆後はクランクシャフトの回転回数が基準値に
達した時点でREF信号による回転数へとパラメータを切
り換えるようにしたので、始動からその後の定常的運転
状態にいたるまで適切に点火時期制御を行うことができ
る。
づいて説明する。この実施形態は、始動クランキング時
に気筒判定し、当該判定気筒あるいは気筒群の吸気行程
あるいは排気行程に燃料を噴射供給するようにした多気
筒エンジンにおいて過渡状態での進角リミッタの補正を
行うようにしたものである。
4気筒ガソリンエンジンの概略構成を示している。図に
おいて、エンジン2の吸気管3には吸入空気量を検出す
るエアフローメータ4およびスロットルバルブ5が設け
られ、気筒6付近の吸入ポート7には燃料噴射弁8が設
けられている。燃料噴射弁8は、4気筒エンジンの場合
各気筒宛て都合4個が設けられる。燃料噴射弁8には図
示しない燃料供給系統により一定圧力で燃料が供給さ
れ、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構
成されている。コントローラ1により演算される燃料噴
射量は、前記燃料噴射弁8の開弁時間に相当する噴射パ
ルス幅として算出される。
びエンジン回転数を検出するためのクランク角センサで
あり、パルス状のPOS信号とREF信号を出力する。POS信
号はクランクシャフト10の単位回転角度毎に、例えば
1deg周期で出力され、REF信号はクランクシャフト10
の予め設定された基準位置で出力される。11はカムシ
ャフト12の回転位置を検出するカム位置センサであ
り、カムシャフト12が予め設定された回転位置となっ
たときにパルス状のPAHSE信号を出力する。13はイグ
ニッションスイッチであり、そのスタータ接点のONに
伴いコントローラ1は点火コイル14に所定のタイミン
グでイグニッション信号を供給すると共に図示しないス
タータモータを駆動する。15はエンジン温度の代表値
として冷却水温を検出する水温センサ、16は排気中の
酸素濃度を検出する酸素センサである。
よびその周辺装置から構成され、運転状態信号として前
記エアフローメータ4からの吸入空気量信号、クランク
角センサ9からの回転数信号、水温センサ15からの水
温信号、酸素センサ16からの酸素濃度信号等が入力
し、これらに基づき燃料噴射量および点火制御量の演算
を行う。
御および点火制御に係る機能をブロック図として表した
ものである。クランキング判定部aでは、前記イグニッ
ションスイッチ13からのスタータ信号およびイグニッ
ション信号に基づき、クランキング開始を判定する。気
筒判定部bでは、前記カム位置センサ11からのPHASE
信号とクランク角センサ9からのPOS信号とにより、エ
ンジン2のある気筒がどの行程にあるかの気筒判定を行
う。回転数生成部cでは、前記POS信号またはREF信号の
発生周期からエンジン回転数を算出する。噴射パルス幅
演算部dでは、基本的な噴射パルス幅を吸入空気量と回
転数によってテーブル検索等により決定し、これを水温
信号や酸素濃度信号により補正して所期の空燃比で運転
されるように噴射量指令値を決定する。駆動信号出力部
eは前記噴射量指令値に基づいて燃料噴射弁8の駆動信
号を出力する。噴射開始時期演算部fは、噴射終了時期
管理で噴射を行う場合は、この噴射パルス幅とエンジン
回転数から噴射開始時期を算出し、前記駆動信号出力部
eによる燃料噴射弁8の駆動タイミングを管理する。点
火信号演算部gは、回転数生成部cからのPOS信号また
はREF信号による回転数を用いて点火時期と通電角を演
算し、点火信号出力部hは、前記REF信号およびPOS信号
を参照しながら、前記演算された点火時期および通電角
に従って点火コイルに一次電流を出力する。
て、まず前記構成下での始動時の燃料噴射制御について
説明する。図3、4は、前記コントローラ1により周期
的に実行される始動制御の処理ルーチンを表し、図5、
6は前記始動制御による各部の状態を経時的に表したタ
イミング図である。流れ図中の符号Sは処理ステップを
表している。
全体のフローを示す。ステップ1ではイグニッション信
号オン後の経過時間TMFPONをカウントし、これが基準値
FPONTMを経過したらば、クランキング時の燃料・点火制
御に移行する。ここで設定される基準値FPONTMは、燃料
配管中の燃料圧力が定常圧力に上昇するのに必要な燃料
ポンプの駆動時間に相当し、この時間設定によりクラン
キング開始後初回となる燃料噴射において燃料圧力のば
らつきによる燃料噴射量のばらつきを防止している。次
に、ステップ2で、燃圧上昇時間経過後のREF信号また
は初回の気筒判定信号が入力したら、燃料噴射パター
ン、すなわち全気筒同時噴射とするか、または気筒もし
くは気筒グループ毎の行程順によるシーケンシャル噴射
の何れとするかを決める制御を実行する(REFまたは初
回気筒判定時期同期)。REF、初回気筒判定時期入力が
ない場合は制御周期、例えば10ms毎に燃料噴射パルス
幅の算出制御(ステップ4)、点火制御(ステップ5)
を実行する。
ンキング開始後の燃圧上昇時間経過後の燃料噴射パター
ン制御の全体フローを示す。ステップ6で、REF信号入
力回数が所定値未満(例えば4気筒エンジンの場合は4
であり、気筒数に応じた設定値となる)と判定され、か
つステップ7でクランキング開始時水温TWINTが所定の
基準値以上と判定された場合は、ステップ8の通常時噴
射開始時期基準での制御を実行する。ステップ7でクラ
ンキング開始時水温TWINTが基準値未満の場合は、ステ
ップ9の低水温時噴射開始時期基準での制御を実行す
る。ステップ6でREF信号入力回数が所定値以上となっ
ている場合は、ステップ10の噴射終了時期基準制御を
実行する。
常水温のときには、図5に示したように燃圧上昇時間経
過後の初回REF信号が入力された場合に、REF入力タイミ
ング同期で所定量の燃料を全気筒同時に噴射する。燃圧
上昇時間経過後初回の気筒判定が入力された場合は、気
筒判定入力タイミング同期で吸気行程気筒と排気行程気
筒にグループ噴射を行う。入力が、燃圧上昇時間経過後
初回のREF、気筒判定でもない場合は、REF信号入力タイ
ミングから指令値(図中のVDINJ1)で設定される所定ク
ランク角度後に前回噴射した次気筒に対して噴射を行
う。ただし、すでに前記のグループ噴射を行った気筒に
対しては噴射は行わない。このときの噴射は、排気行程
で噴射が行われるように前記指令値(VDINJ1)が設定さ
れる。
低水温時には、図6に示したように燃圧上昇時間経過後
の初回REFが入力された場合に、REF信号入力タイミング
同期で全気筒同時に噴射する。燃圧上昇時間経過後初回
の気筒判定が入力された場合には、気筒判定入力タイミ
ング同期で吸気行程気筒に噴射する。入力が、燃圧上昇
時間経過後初回のREF、初回の気筒判定でもない場合
は、REF信号入力タイミングから図中のVDINJ2で設定さ
れる所定クランク角度後に前回噴射した次気筒に対して
噴射する。このときの噴射は、吸気行程で噴射が行われ
るように前記VDINJ2が設定される。
は、燃料噴射弁の特性上の制約から気筒判別直後の最初
の噴射において噴射しきれない量の燃料を供給するため
のものであり、燃料噴射弁の仕様や温度条件等によって
は噴射不要な場合がある。また、クランキング開始時の
水温にかかわらず、REF信号入力回数が所定値に達した
後は噴射終了時期基準制御に移行し、各気筒の行程に同
期して当該気筒の排気行程内の所定の時期に噴射を終了
しうるタイミングでシーケンシャル燃料噴射が行われ
る。
同期して燃料を噴射供給する構成によれば、各気筒の空
燃比を最適化して良好な始動性と排気エミッション性能
とが得られる。ただし、既述したとおり、このような効
果を確実なものとするためには点火時期をより正確に制
御することが望ましい。次に、そのための点火時期制御
につき説明する。
に実行される点火制御のメインルーチンの概略を示した
ものである。以下、順を追って説明すると、ステップ1
1にてイグニッションスイッチの状態を判定し、イグニ
ッションスイッチがONとなっている場合にステップ12
以降の点火時期演算を実行する。ステップ12におい
て、点火時期演算に用いる回転パラメータを更新周期の
速いPOS信号周期更新回転数か、周期の遅いREF信号周期
更新回転数を用いるかを選択する。この回転数選択の詳
細については後述する。次いでステップ13において、
ステップ12にて選択した回転数を用いて基本点火時期
を演算する。この演算は、例えば回転数と負荷とに応じ
て基本点火時期を割り付けたテーブルを参照することに
より行う。ステップ14では、エンジンが過渡状態(こ
の場合始動時)か定常状態かに応じて1制御あたりの最
大進角量すなわち進角リミッタと通電角とを設定する。
ステップ15では前記設定した基本点火時期、進角リミ
ッタ、通電角に応じて点火信号を出力する。
ッタと通電角を設定する処理の詳細を、図9にこのとき
の制御状態を表すタイミング図を示す。図8において、
ステップ16で始動時かどうかの判定を例えば既述した
イグニッションスイッチまたはスタータ信号の状態から
判定し、始動時と判定された場合はステップ17におい
てREF間の進角リミッタ値としてADVLMTSを、始動時以外
と判定した場合は進角リミッタ値としてADVLMTを選択す
る。ADVLMTは従来の一般的な進角リミッタ値に相当し、
ADVLMTSとの間にはADVLMTS>ADVLMTの関係がある。これ
らのリミッタ値はあらかじめコントローラ1のメモリ上
に記憶されている。ADVLMTSを選択した場合は、次いで
ステップ18にて通電角TDWLLB(図9ではドゥエル角度
と表記)の演算を行う。この演算処理では、例えばエン
ジン回転数に応じてテーブル検索により設定した回転数
対応分に、電圧補正分(バッテリ電圧低下時ほど増大す
る)を乗じたものに、ステップ17で選択した進角リミ
ッタ値を加えるという手法で通電角を設定する。始動時
以外と判定された場合には、ステップ20において、前
記回転数対応分に電圧補正分を乗じたものに、ステップ
19で選択した進角リミッタ値ADVLMTを加えて通電角TD
WLLBを設定する。前記進角リミッタ値は、始動時にはAD
VLMTよりも大のADVLMTSが選択されるので、通電角も相
応に大となる。
うに、始動時の回転数上昇に対して破線で示した従来に
比較してより速やかに適正点火時期へと点火時期を変化
させることができ、また充分な通電角を与えることがで
きる。これにより始動時に充分なトルクを発生させて始
動性をより改善できると共に失火や不完全燃焼に原因す
る排気エミッション性能の悪化を防止することができ
る。
る処理に関する他の実施形態を表す流れ図、図11は前
記処理による制御状態を表すタイミング図である。図1
0においてステップ21,22,24,25はそれぞれ
図8のステップ16,17,19,20と同一であり、
過渡時進角リミッタADVLMTSを設定した後の通電角度TDW
LLBを算出するステップ23の処理において図8(ステ
ップ18)とは異なる。すなわち、この処理では、補正
係数DWLHOS(ただしDWLHOS>1)を設定し、これをエン
ジン回転数に応じて設定した回転数対応分と電圧補正分
に乗じたうえで、ステップ22で設定した進角リミッタ
値ADVLMTSを加えている。このように補正係数DWLHOSを
与えることでより大きな進角リミッタの設定を可能とし
て、始動時のように急速に回転数が上昇する条件に対し
ても余裕をもった通電角の設定を行える(図11参
照)。
ラメータの選択を行う処理について図12以下の図面に
基づいて説明する。図12は前記回転数パラメータ選択
処理の実施形態を示す流れ図、図13は前記処理による
制御状態を表すタイミング図である。この処理では、ま
ずステップ30にて、スタータスイッチの状態を判定
し、スタータスイッチONであればクランク角センサ9か
らのPOS信号の発生周期に基づいて算出した回転数(以
下、POS回転数という。)を、図7のステップ3以降の
処理にて点火時期を設定するための回転数パラメータと
して用いる(ステップ31)。これに対して、スタータ
スイッチがOFFとなったときは、クランク角センサ9か
らのREF信号の発生周期に基づいて算出した回転数(以
下、REF回転数という。)を用いる(ステップ32)。
このようにして、始動時のように回転数が急速に上昇す
る運転条件下ではより早い更新周期で実回転数に近い回
転数を表すPOS回転数を用いることで点火時期、通電
角の制御精度を高めることができる(図13参照)。
理についての他の実施形態の流れ図、図15は前記処理
による制御状態を表すタイミング図である。この処理で
は、まずステップ33において、始動後一度もPOS回転
数−REF回転数≧DELTARPとなっていないか否かの判定を
行う。これは図15において、始動から回転が上昇し始
めるまでの領域である。この場合参照パラメータはステ
ップ34にてPOS回転数が選択される。ステップ33に
おいて、一度でもPOS回転数−REF回転数≧DELTARPとな
ったことを判定した場合は、次いでステップ35にてPO
S回転数−REF回転数<DELTARPであるか否かを判定す
る。ここでPOS回転数−REF回転数≧DELTARPであれば、
これは回転が上昇している途中であり、この場合ステッ
プ34にて参照回転数としてPOS回転数を選択する。ス
テップ35にて回転数差<DELTARPとなった場合は、ステ
ップ36にて参照回転数としてREF回転数を選択する。
この状態は図15において回転上昇が終わりREF回転数
とPOS回転数との差が小さくなった領域である。
理についてのさらに他の実施形態の流れ図、図17は前
記処理による制御状態を表すタイミング図である。この
処理では、POS回転数とREF回転数とに差が生じるのが主
に始動時であることに着目し、図17に示したように、
回転数の変化量つまり回転微分値より初爆を判定し、初
爆検知以降所定回転数経過するまではPOS回転数をパラ
メータとして選択し、それ以降はREF回転数をパラメー
タとして選択するようにしたものである。図16におい
て、ステップ37で回転数変化量(回転微分値)が所定
値以上となったかどうかの判定を行う。所定値以上とな
らない場合は、ステップ40にてPOS回転数をパラメー
タとして選択する。回転数微分値が所定値以上となった
後ステップ38でクランクシャフトが所定回数回転して
いるかどうかの判定を行う。所定回転経過していない場
合はステップ40にてPOS回転数を選択し、経過してい
る場合はステップ25にてREF回転数を選択する。
回転数パラメータの選択を行う処理についての実施形態
を示す流れ図である。この処理では、まずステップ41
にて、POS回転数からREF回転数を減じた結果があらかじ
め定めた基準値DELTARP以上であるときには、点火時期
を設定するための回転数パラメータとしてPOS回転数を
用いる(ステップ42)。これに対して、POS回転数とR
EF回転数との差が基準値DELTARP未満であるときには、
回転数パラメータとしてREF回転数を用いる(ステップ
43)。
図。
ック図。
噴射制御の第1の流れ図。
噴射制御の第2の流れ図。
イミング図。
ミング図。
第1の流れ図。
第2の流れ図。
の他の実施形態の流れ図。
の他の実施形態の流れ図。
の他の実施形態の流れ図。
の他の実施形態の流れ図。
の他の実施形態の流れ図。
Claims (6)
- 【請求項1】エンジンクランクシャフトの基準回転位置
を表すREF信号と回転量を表すPOS信号とを出力する回転
センサと、前記REF信号により代表される回転数を用い
て点火一次電流の出力時期および通電角を演算する演算
手段と、前記REF信号に同期して前記出力時期および通
電角に基づき点火一次電流を出力する点火信号出力手段
とを備えた点火時期制御装置において、 エンジン始動時を含む過渡状態を検出する過渡状態検出
手段を設けると共に、前記演算装置を、過渡状態下では
点火毎の点火時期進角量の最大値を規制する進角リミッ
タを定常状態に比較して増大させるように構成したこと
を特徴とするエンジンの点火時期制御装置。 - 【請求項2】前記エンジンは火花点火式多気筒エンジン
であって、始動クランキングを検出する始動検出手段
と、気筒位置を判定する気筒判定手段と、各気筒の吸気
通路毎に設けられる燃料噴射弁と、前記始動検出手段お
よび気筒判定手段からの信号に基づき、始動クランキン
グ開始後の最初の気筒判定時に当該気筒毎もしくは気筒
グループ毎に、気筒判定時期に同期して燃料を噴射する
噴射制御手段とを備える請求項1に記載のエンジンの点
火時期制御装置。 - 【請求項3】前記演算手段は、前記過渡状態下では点火
一次電流の通電角を増大させるように構成した請求項1
または請求項2の何れかに記載のエンジンの点火時期制
御装置。 - 【請求項4】前記演算手段は、過渡状態下ではREF信号
により代表される回転数に代えてPOS信号により代表さ
れる回転数を用いて演算を行うように構成した請求項1
または請求項2の何れかに記載のエンジンの点火時期制
御装置。 - 【請求項5】前記演算手段は、REF信号により代表され
る回転数とPOS信号により代表される回転数との差が基
準値以上となったときに前記過渡状態下での演算を行う
ように構成した請求項4に記載のエンジンの点火時期制
御装置。 - 【請求項6】前記演算手段は、始動時に前記過渡状態下
での演算を開始したのち、完爆後のクランクシャフトの
回転回数が基準値以上となったときにREF信号により代
表される回転数を用いた演算に戻るように構成した請求
項5に記載のエンジンの点火時期制御装置。
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