JP2697458B2 - エンジンの点火時期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃焼室の吸
入空気量を内燃機関の吸気管内の圧力情報に基づき算出
するスピードデンシティー方式を用い，しかも気筒作動
モードが切り換えられるエンジンの点火時期制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の制御系は、機関の各運転情報
を各種センサ等に応じて所定時に取り込み、各運転情報
に応じた制御値を所定の制御値算出手段により算出し、
算出された制御値に応じた出力で各種アクチュエータを
駆動して所定の制御量に各機構を駆動制御するように構
成されている。このような、内燃機関では、機関の燃焼
室に供給される吸入空気量（Ａ／Ｎ）をスロットル弁の
開度に応じて調整しており、そのスロットル開度やエン
ジン回転数相当の吸入空気量に見合う量たけ燃焼室側に
燃料供給を行い、吸入空気量及びエンジン回転数相当の
点火時期で点火制処理を行う様に構成されている。

【０００３】ところで、このような燃料供給機構で用い
る吸入空気量情報や内燃機関の点火時期制御で用いる進
角量情報の算出を吸気管内の圧力値に基づき行う、所
謂、スピードデンシティー方式を採用したエンジンが知
られている。このスピードデンシティー方式では、直接
エアフローセンサ等によって吸入空気量を求めることが
無く、単に吸気管圧を圧力センサに導く管路を接続する
のみで済み、吸気系の吸気抵抗が少なく、しかもセンサ
コストを低減出来る利点が有る。ところで、このスピー
ドデンシティー方式を採用した内燃機関ではその点火時
期の算出の際、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ａ／Ｎ
に代わる吸気管圧Ｐｂとに応じた基本点火時期θｂをマ
ップ化しておく。そして、現在のＮｅ及びθａｄｖに応
じた基本点火時期θｂをまず算出し、同基本点火時期θ
ｂを水温Ｔｗｔ，吸気温度Ｔａ等に基づく補正を行って
目標点火時期θａｄｖを算出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来このス
ピードデンシティー方式では吸入空気量情報を含む吸気
管負圧を計測し、吸入空気量や点火時期を算出している
が、この場合、特に、内燃機関の各気筒の運転モードの
変動、即ち、給排気機構の後低カムの選択使用によるバ
ルブ開閉タイミングの変更、一部気筒の給排気機構を停
止させる休筒運転と全筒運転との切り換え時の変動等に
よって吸気系の実質容量等が変動し、吸気管圧と吸入空
気量や点火時期との関連が変動してしまい、算出される
吸入空気量や点火時期の信頼性が低下し、問題と成って
いる。本発明の目的はスピードデンシティー方式によっ
て算出される点火時期の信頼性を向上させることの出来
るエンジンの点火時期制御装置を提供することに有る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は内燃機関のエンジン回転速度情報を出力
するエンジン回転速度検出手段と、上記内燃機関の各気
筒の作動モード情報を検出して作動モード情報を出力す
る作動モード情報検出手段と、上記内燃機関の吸気管内
の圧力情報を出力する吸気管圧センサと、上記吸気管圧
と上記エンジン回転速度に応じた基本点火時期を上記作
動モード情報の相違に応じて各々算出する基本点火時期
算出手段と、上記基本点火時期を上記内燃機関の運転情
報に基づき補正して目標点火時期を算出する点火時期算
出手段と、上記目標点火時期に上記内燃機関の各気筒の
点火処理を行う点火駆動回路とを有したことを特徴とす
る。

【０００６】

【作用】エンジン回転速度情報と作動モード情報と吸気
管圧情報を各センサで検出し、基本点火時期算出手段が
吸気管圧とエンジン回転速度に応じた基本点火時期を作
動モード情報の相違に応じて各々算出し、点火時期算出
手段が基本点火時期を内燃機関の運転情報に基づき補正
して目標点火時期を算出するので、点火駆動回路が目標
点火時期に内燃機関の各気筒の点火処理を行うことがで
きる。

【０００７】

【実施例】図１に示したエンジンの点火時期制御装置
は、作動モード切り換え機構付きの直列４気筒エンジン
（以後単にエンジンＥと記す）に装着される。このエン
ジンＥの吸気通路１は吸気分岐管６と、それに連結され
るサージタンク９及び同タンクと一体の吸気管７と、図
示しないエアクリーナによって構成されている。吸気管
７はその内部にスロットル弁２を枢支し、このスロット
ル弁２の軸２０１は吸気通路１の外部でスロットルレバ
ー３に連結されている。

【０００８】このスロットルレバー３にはアクセルペダ
ル（図示せず）に連動するスロットルレバー３を介して
スロットル弁２を第１図中反時計回りの方向へ回動させ
るように連結されており、スロットル弁２はこれを閉方
向に付勢する戻しばね（図示せず）により、アクセルケ
ーブルの引張力を弱めると閉じてゆくようになってい
る。なお、スロットル弁２には同弁の開度情報を出力す
るスロットル開度センサ８が装着されている。他方、ス
ロットル弁２を迂回する吸気バイパス路１０１にはアイ
ドル制御用のアイドル回転数制御（ＩＳＣ）バルブ４が
装備され、同バルブ４はバネ４０１によって閉弁付勢さ
れ、ステッパモータ５によって駆動される。なお、符号
１６はアイドル時の暖機補正を冷却水温に応じて自動的
に行うファーストアイドルエアバルブを示す。

【０００９】更に、吸気路１には吸気温度Ｔａ情報を出
力する吸気温センサ１４が設けられ、エンジンの暖機温
度としての冷却水温を検出する水温センサ１１が設けら
れ、エンジン回転数を点火パルスで検出するエンジン回
転センサ１２が設けられ，バッテリー電圧ＶＢを検出す
るバッテリーセンサ２２が設けられ、ノック情報を出力
するノックセンサ２１が設けられている。更に又、サー
ジタンク９には吸気管圧Ｐｂ情報を出力する負圧センサ
１０が装着されている。

【００１０】エンジンＥのシリンダヘッド１３には各気
筒に連通可能な吸気路及び排気路がそれぞれ形成され、
各流路は図示しない吸気弁及び排気弁によって開閉され
る。図１の動弁系は図示しない給排気弁を図示しない低
速カムと高速カムで選択的に駆動して低速モードＭ−１
と高速モードＭ−２での運転が出来、しかも適時に常時
運転気筒としての第２気筒（♯２）及び第３気筒（♯
３）以外の休筒気筒としての第１気筒（♯１）と第４気
筒（♯４）の各吸排弁を停止させて休筒モードＭ−３で
の運転を可能としている。即ち、この動弁系には図示し
ない各ロッカアームに所定時に吸排弁の低速カムの作動
を停止可能な油圧式の低速切り換え機構Ｋ１と、所定時
に吸排弁の高速カムの作動を停止可能な油圧式の高速切
り換え機構Ｋ２とが装着される。ここでの各切り換え機
構Ｋ１，Ｋ２は図示しないロッカアームとロッカ軸の係
合離脱を図示しない係合ピンを油圧シリンダによって切
り換え移動させ、高低カムとロッカアームの係合離脱を
選択的に行えるように周知の構成を採る。

【００１１】なお、作動モード切り換え機構としての低
速切り換え機構Ｋ１には油圧回路２２より第１電磁弁２
３を介して圧油が供給され、高速切り換え機構Ｋ２には
油圧回路３０より第２電磁弁３１を介して圧油が供給さ
る。ここで、低速カムによる低速モードＭ−１の運転時
には３方弁である第１電磁弁２３と第２電磁弁３１は共
にオフであり、高速カムによる高速モードＭ−２の運転
時には第１電磁弁２３と第２電磁弁３１は共にオンであ
り、休筒モードＭ−３の運転時には第１電磁弁２３のみ
オン、第２電磁弁３１はオフである。これら両電磁弁２
３，３１は、後述のエンジンコントロールユニット（Ｅ
ＣＵ）１５によって駆動制御される。

【００１２】更に、図１のシリンダヘッド１３には各気
筒に燃料を噴射するインジェクタ１７が装着され、各イ
ンジェクタは燃圧調整手段１８によって定圧調整された
燃料を燃料供給源１９より受け、その噴射駆動制御は、
ＥＣＵ１５によって成される。更に、図１のシリンダヘ
ッド１３には各気筒毎に点火プラグ２３が装着され、特
に、常時運転気筒♯２，♯３の両プラグ２３は共に結線
されて単一の点火駆動回路内のイグナイタ２４に接続さ
れ、休筒気筒♯１，♯４の両プラグ２３は共に結線され
てイグナイタ２５に接続される。両イグナイタ２４，２
５はＥＣＵ１５に接続される。

【００１３】ここでの点火駆動回路はＥＣＵ１５内の一
対のタイミング制御回路３６（図３には一方のみを示し
た）及び一対のイグナイタ２４，２５側の開閉駆動回路
２４１，２５１で構成される。これら各開閉駆動回路２
４１，２５１には開閉時期及び通電時間を制御する各パ
ワートランジスタ３８，３８が接続され、各パワートラ
ンジスタ３８，３８に各イグニッションコイル３７，３
７が接続される。

【００１４】タイミング制御回路３６は休筒気筒♯１，
♯４グループと常時運転気筒♯２，♯３グループとにそ
れぞれ設けられ、共にクランク角センサ３４の基準信号
（クランク角でθｏ）と単位クランク角センサ３３のク
ランク角信号(１°又は２°（Δθ）の単位のパルス)に
よって駆動するもので、図３には休筒気筒♯１，♯４グ
ループのものを示し、常時運転気筒♯２，♯３のものを
略した。ここで、基準信号θｏはワンショット回路Ｂに
出力され、定常運転時において、ワンショット回路Ｂは
上死点前θｏ（例えば７５°）の基準信号（オフーオ
ン）によりトリガされ、クランク角信号(１°又は２°
の単位のパルス)を決められた数（点火時期θｏ−θｂ
に相当するディレイタイムｔ1）だけ数えた後に通電開
始信号を出力するように構成される（図４参照）。この
場合、目標点火時期θｂは後述する図８のフローチャー
トのステップｂ９で求められたものである。

【００１５】ワンショット回路Ａはその通電開始信号に
よりトリガされ、ドエル角（θｏ−θｂ）に相当するク
ランク角信号を決められた数だけ数え点火信号を出力す
るよう構成される。フリップフロップＦ・Ｆはワンショ
ット回路Ｂからの通電開始信号によりセットされて、ワ
ンショット回路Ａからの点火信号によりリセットされ
る。更に、開閉駆動回路２５１はフリップフロップＦ・
Ｆによるセット時にセット時間だけパワートランジスタ
３８をオンさせて、イグニッションコイル３７への電流
を流させる。イグニッションコイル３７はパワートラン
ジスタ３８がオフした時に二次側に高圧電流を生じさ
せ、この電流が休筒気筒♯１，♯４の両点火プラグ２３
に伝えられ、休筒気筒グループの点火が行なわれる。

【００１６】同様に、常時運転気筒♯２，♯３のタイミ
ング制御回路（図示せず）も構成され、開閉駆動回路２
４１及びパワートランジスタ３８の駆動に応じて目標点
火時期θｂにイグニッションコイル３７の二次側高圧電
流が常時運転気筒♯２，♯３の点火プラグ２３に供給さ
れ、常時運転気筒のグループ点火が行なわれる。なお，
休筒気筒♯１，♯４のグループ点火時期及び常時運転気
筒♯２，♯３のグループ点火はほぼクランク角１８０°
の間隔を保ってグループ毎に交互に行われている。

【００１７】エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１５はマイクロコンピュータによってその要部が形成さ
れ、エンジン１の燃料噴射量制御、スロットル弁駆動制
御等の周知の制御処理に加え、作動モード切り換え制御
及び点火時期制御処理を行う。 特にＥＣＵ１５は、図
２に示すように、エンジン回転センサ１２と負圧センサ
１０と作動モードセンサ２０よりエンジン回転速度Ｎｅ
と吸気管圧力Ｐｂと各気筒の作動モード情報とを検出
し、基本点火時期算出手段として筒内圧Ｐｂとエンジン
回転速度Ｎｅに応じた基本点火時期θｂを作動モード情
報の相違に応じて各々算出し、水温センサ１１とスロッ
トル開度センサ８と吸気温センサ１４とバッテリーセン
サ２２とノックセンサ２１とより冷却水温Ｔｗとスロッ
トル開度θｓと吸気温度Ｔａとバッテリー電圧ＶＢとノ
ック信号Ｋｎとを検出し、各センサ１２，１４，２０，
１０，２２，２１によって検出し、点火時期算出手段と
して基本点火時期θｂを内燃機関の運転情報に基づき補
正して目標点火時期θａｄｖを算出するという機能を有
する。

【００１８】ここで本発明の一実施例としてのエンジン
の点火時期制御装置を図７乃至図９の制御プログラムに
沿って説明する。ＥＣＵ１５は図示しないメインスイッ
チのキーオンによりメインルーチンでの制御に入る。こ
こではまず、各機能のチェック、初期値セット等の初期
機能セットがなされ、続いて、エンジンの各種運転情報
を読み取り、その上でステップａ２に進む。そして、エ
ンジン回転数Ｎと負荷情報としてのＡ／Ｎより運転域を
算出する図示しない運転域マップより燃料カットゾーン
を判定し、燃料カット域ではステップａ３に進み、空燃
比フィードバックＦＬＧをクリアし、燃料カットＦＬＧ
を１としてリターンする。

【００１９】他方、ステップａ２で燃料カット域でない
としてステップａ５に達すると燃料カットＦＬＧをクリ
アし、続いて空燃比フィードバック条件を満たしている
か否かを判定し、パワー運転域のような過渡運転域の時
点や暖機完了前の時点ではステップａ７において、現運
転情報（Ａ／Ｎ，Ｎ）に応じた空燃比補正係数ＫＭＡＰ
や、冷却水温Ｔｗに応じた暖機増量補正係数Ｋａを適宜
の暖機増量補正係数算出マップより算出し、これらの値
をアドレスＫＡＦにストアし、ステップａ１０に進む。

【００２０】ステップａ６より空燃比フィードバック条
件を満たしていると現運転情報（Ａ／Ｎ，Ｎ）に応じた
目標空燃比を算出し、同空燃比を達成できる燃料量補正
係数Ｋ_FBを算出する。ステップａ９ではアドレスＫＡＦ
に燃料量補正係数Ｋ_FBをストアし、ステップａ１０に達
する。ここでは、その他の燃料噴射パルス幅補正係数Ｋ
ＤＴや、燃料噴射弁のデッドタイムの補正値ＴＤを運転
条件に応じて設定し、更に、点火時期θａｄｖ算出に用
いる各補正係数を算出する。ここで補正値として算出さ
れるのは、水温低下に応じて進角させる水温補正値θｗ
ｔ、スロットル弁開度θｓを微分しその微分値Δθｓ相
当の加速リタード−θａｃｃ、吸気温低下に応じて進角
させる吸気温補正値θａｔ、ノック信号Ｋｎの増加に応
じてノックリタード−θｋ値があり、更にバッテリー電
圧ＶＢの低下に応じて通電時間を増加させるバッテリー
補正値ｔｂも算出され、ステップａ１１に進む。

【００２１】ステップａ１１ではドエル角がエンジン回
転数Ｎｅに応じて増加するように例えば、図６のドエル
角算出マップが用いられ、設定される。その後には、そ
の他の周知制御が行われ、リターンする。このメインル
ーチンの途中の所定クランク角１８０°位置で、点火時
期算出ルーチンが実行される。ここでは第１第２電磁弁
２３，３１のオンオフ情報を取り込み、現運転モードが
低速、高速、休筒の各モードＭ−１，Ｍ−２，Ｍ−３の
いずれかを判定する作動モードセンサ２０として機能
し、現運転モードの検出後、その現運転モードが前回の
運転モードと同じか否か判定し、モードに変化が有った
場合には、ステップｂ３に変化が無いとステップｂ２に
進む。ステップｂ３では変化後時間Ｔを１とし、他方、
再度ステップｂ１に達し、ここで変化が無くなった後で
はｂ２に進み、変化後時間Ｔを１加算して更新する。

【００２２】ステップｂ２，３よりステップｂ４に達す
ると、ここではエンジン回転センサ１２よりエンジンの
回転数Ｎｅが、負圧センサ１０より吸気管圧Ｐｂが取り
込まれ、ステップｂ５に達すると、前回の運転モードが
低速運転モードＭ−１か、高速運転モードＭ−２か、休
筒モードＭ−３かを検出し、その前回モードでの基本点
火時期θｂ１が図２に示すような基本点火時期算出マッ
プｍ１，ｍ２，ｍ３に沿って算出される。この場合、前
回の運転モードが低速運転モードＭ−１では低速運転用
マップｍ１が、高速運転モードＭ−２では高速運転用マ
ップｍ２が、休筒運転モードＭ−３では休筒用マップｍ
３がそれぞれ採用される。

【００２３】ステップｂ６では、今回の運転モードがＭ
−１か、Ｍ−２か、Ｍ−３かを検出し、その今回モード
での基本点火時期θｂ２が図２に示すような基本点火時
期算出マップｍ１，ｍ２，ｍ３に沿って算出される。ス
テップｂ７、ｂ８に達すると、ここでは基本点火時期θ
ｂを前回値θｂ１と今回値θｂ２を平滑化して（３）式
で算出する。まず、（１），（２）式で今回の平滑化係
数αｎを算出する。ここでは、変化後時間Ｔが設定値ｎ
を下回る間は（１）式で、上回ると（２）式でそれぞれ
算出する。なお、Δａは平滑化率を示し、例えば０．１
程度に設定される。

【００２４】 αｎ＝α（ｎ−１）＋Δａ・・・・・（１） αｎ＝１・・・・・（２） θｂ＝αｎθｂ２＋（１−αｎ）θｂ１・・・・・（３） このようにして算出された基本点火時期θｂの経時変化
特性の一例を図５に示した。図５では前回の基本点火時
期θｂ１が平滑化率Δａに応じて今回の基本点火時期θ
ｂ２に経時的に近づくように修正されることが明らかで
ある。この処理によって、切り換え時に正確に把握出来
ない基本点火時期θｂを補間し、過度のずれを防止して
いる。

【００２５】この後、ステップｂ９では、まず加速リタ
ード−θａｃｃ及び無効リタード−θｒｅｔｏの加算に
よってリタード量θｒｅｔを算出し、その上で、（４）
式によって目標点火時期θａｄｖを算出する。 θａｄｖ＝θｂθ＋θｗｔ＋θａｔ−θｒｅｔ・・・・・（４） この後、ステップｂ１６ではノック信号Ｋｎの量に応じ
て、所定のリタード量を図示しないマップによって求
め、更に目標点火時期θａｄｖをリタード側に修正す
る。なお、図２中に示したノックリタードマップは予め
設定しておく。

【００２６】この後、ステップ１１では今回の点火時期
θａｄｖｎを前回の点火時期のエリアθａｄｖ（ｎ−
１）にストアし、今回の平滑化係数αｎを前回の平滑化
係数のエリア（ｎ−１）にストアし、メインルーチンに
リターンする。

【００２７】次にメインルーチンの途中での点火制御処
理を図９に沿って説明する。図９の点火制御ルーチン
は、メインルーチンの途中で上死点前７５°（７５°Ｂ
ＴＤＣ）に達する毎（クランク角１８０°）にオフより
オンに基準信号θｏが変化するのに基づきメインルーチ
ンに割込みをかけて実行される。ここでのステップｃ１
では所定のデータが取り込まれ、ステップｃ２では図示
しない始動スイッチがオンか否か判定し、始動時にはス
テップｃ３，ｃ４に進み、非始動時にはステップｃ５，
ｃ６に進む。

【００２８】始動時にステップｃ３，ｃ４に達すると、
始動用の固定点火時期（例えばＢＴＤＣ５°）と固定ド
エル角がそれぞれセットされリターンする。他方、非始
動時にステップｃ５，ｃ６に達すると、最新の目標点火
時期θt及び最新のドエル角を各タイミング制御回路３
６にセットし、メインルーチンにリターンする。ここで
は全運転モードにおいて常時運転気筒♯２，♯３のグル
ープ点火がイグナイタ２４の駆動によっておこなわれ、
休筒気筒♯１，♯４のグループ点火がイグナイタ２５の
駆動によって行われ、クランク角１８０°経過毎に各イ
グナイタが駆動すると各グループの一方が圧縮上死点近
傍で、他方が排気上死点近傍で点火処理を交互に行うこ
とと成る。

【００２９】なおメインルーチンの途中でインジェクタ
駆動処理が成される。ここでは、筒内圧Ｐｂとエンジン
回転数Ｎｅに応じて算出済の吸入空気量Ａ／Ｎを取り込
み、吸入空気量Ａ／Ｎより基本燃料パルス幅Ｔｆを算出
し、メインルーチン側より取り込んだ空燃比補正係数Ｋ
ＡＦ、大気温及び大気圧補正係数ＫＤＴ，インジェクタ
作動遅れ補正値ＴＤ等により目標インジェクタ駆動時間
を算出し、全筒運転時には第１乃至４気筒の全インジェ
クタ１７の駆動用ドライバに目標燃料パルス幅Ｔｉｎｊ
をセットし、休筒時では２及び３気筒のみのインジェク
タ１７の駆動用ドライバに目標燃料パルス幅Ｔｉｎｊを
セットして、各ドライバをトリガしリターンするという
周知の処理が行われている。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明ではエンジン回転
速度情報と作動モード情報と吸気管圧情報を各センサで
検出し、吸気管圧とエンジン回転速度に応じた基本点火
時期を作動モード情報の相違に応じて各々算出し、基本
点火時期を内燃機関の運転情報に基づき補正して目標点
火時期を算出し、内燃機関の各気筒の点火処理を運転モ
ードに応じて行うことができ、スピードデンシティー方
式においても、信頼性の有る点火時期制御を行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としてのエンジンの点火時期
制御装置の全体構成図である。

【図２】図１の点火時期制御装置の制御系の機能を表す
ブロック図である。

【図３】図１の点火時期制御装置内の点火駆動回路のブ
ロック図である。

【図４】図１の点火時期制御装置内の点火駆動回路の経
時的作動を表す線図である。

【図５】図１の点火時期制御装置が行う基本点火時期の
切り換え時の経時変化線図である。

【図６】図１の点火時期制御装置が用いるドエル角算出
マップの特性線図である。

【図７】図１の点火時期制御装置装置が行うメインルー
チンのフローチャートである。

【図８】図１の点火時期制御装置装置が行う点火時期算
出ルーチンのフローチャートである。

【図９】図１の点火時期制御装置が行う点火制御ルーチ
ンのフローチャートである。

【符号の説明】

１ 吸気路 ８ スロットル開度センサ １０ 負圧センサ １２ エンジン回転センサ １３ シリンダヘッド １４ 空気温センサ １５ ＥＣＵ １７ インジェクタ ２０ 作動モードセンサ ２３ 点火プラグ ２６ 第１電磁弁 ３１ 第２電磁弁 ３３ クランク角センサ ３５ 点火駆動回路 Ｅ エンジン Ｋ１ 低速切り換え機構 Ｋ２ 高速切り換え機構 Ｐｂ 吸気管圧 Ｎｅ エンジン回転速度 Ａ／Ｎ 吸入空気量 θａｄｖ 目標点火時期 θｂ 基準点火時期 ♯２ 常時運転気筒 ♯３ 常時運転気筒 ♯１ 休筒気筒 ♯４ 休筒気筒

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関のエンジン回転速度情報を出力す
   るエンジン回転速度検出手段と、上記内燃機関の各気筒
   の作動モード情報を検出して気筒作動情報を出力する作
   動モード情報検出手段と、上記内燃機関の吸気管内の圧
   力情報を出力する吸気管圧センサと、上記吸気管圧と上
   記エンジン回転速度に応じた基本点火時期を上記作動モ
   ード情報の相違に応じて各々算出する基本点火時期算出
   手段と、上記基本点火時期を上記内燃機関の運転情報に
   基づき補正して目標点火時期を算出する点火時期算出手
   段と、上記目標点火時期に上記内燃機関の各気筒の点火
   処理を行う点火駆動回路とを有したことを特徴とするエ
   ンジンの点火時期制御装置。