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JP2000240546A - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

内燃機関の点火制御装置

Info

Publication number
JP2000240546A
JP2000240546A JP11041597A JP4159799A JP2000240546A JP 2000240546 A JP2000240546 A JP 2000240546A JP 11041597 A JP11041597 A JP 11041597A JP 4159799 A JP4159799 A JP 4159799A JP 2000240546 A JP2000240546 A JP 2000240546A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ignition
angular velocity
ignition timing
cylinder
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11041597A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihide Ogawa
義英 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP11041597A priority Critical patent/JP2000240546A/ja
Publication of JP2000240546A publication Critical patent/JP2000240546A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関の最大出力が得られるように気筒ごとに
最適な点火時期で点火するとともに、回転変動を低減す
る。 【解決手段】 各気筒における燃焼ごとに生ずる機関の
回転の角速度の極大値を検出し、気筒ごとに、角速度極
大値が最大となるように、気筒ごとに点火時期を調整す
る。具体的には、第i気筒について、最新の角速度極大
値データωi,j とその1回前の角速度極大値データω
i,j-1 とを比較する。そして、ωi,j-1 >ω i,j が成立
するとき、すなわち角速度極大値が減少したときには、
第i気筒に係る点火時期補正量Δti の符号を反転させ
て補正方向を逆にする一方、ωi,j-1≦ωi,j が成立す
るとき、すなわち角速度極大値が増大したときには、同
一方向の補正を継続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の点火制
御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関では、各気筒間で燃焼状態に差
が生ずると、各気筒において発生するトルクが一定とな
らず、機関の回転が安定しなくなる。そこで、回転変動
を低減させるために、特開昭62−276269号公報
は、機関回転速度の変化量が所定値よりも大きくかつそ
の値が正の場合には点火時期を基本点火時期より遅角さ
せてトルクを減少させる一方、機関回転速度の変化量が
所定値よりも大きくかつその値が負の場合には点火時期
を基本点火時期より進角させてトルクを増加させる点火
制御装置を開示している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
点火制御装置によれば、回転変動は低減されるものの、
点火時期そのものは必ずしも適切な値に維持されること
とならず、なりゆきの値となってしまうため、最大効率
が得られないという問題がある。
【0004】また、近年においては、燃料消費率の向上
の観点から、成層燃焼を行う内燃機関が開発されてい
る。成層燃焼とは、燃焼室内に濃混合気と希薄混合気と
を層状に形成し、まず、濃混合気の部分に着火し、その
炎によって希薄混合気の部分も燃焼させることにより、
不完全燃焼及び失火を回避しつつ全体として希薄な混合
気を燃焼させるものである。一般に、成層燃焼を行うガ
ソリン機関では、筒内噴射方式を採用し、従来からの均
質燃焼を行う場合には吸気行程で噴射を行う一方、上述
の成層燃焼を行う場合には圧縮行程で噴射を行うように
している。
【0005】かかる筒内噴射式ガソリン機関では、成層
燃焼を行う場合、気流等のばらつきにより、最適な点火
時期が気筒間で異なることが多い。したがって、特に、
筒内噴射式ガソリン機関の場合には、上記従来技術に係
る点火制御装置のように、機関運転状態に基づく基本点
火時期を補正することによっては、回転変動を低減させ
ることは困難である。
【0006】本発明は、上述した状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、回転変動を低減させるととも
に、機関の最大出力が得られるように気筒ごとに最適な
点火時期で点火することができる内燃機関の点火制御装
置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、各気筒における燃焼ごとに生ずる
機関の回転の角速度を検出する角速度検出手段と、気筒
ごとに、前記角速度検出手段によって検出される角速度
が最大となるように、気筒ごとに点火時期を調整する点
火時期調整手段と、を具備する、内燃機関の点火制御装
置が提供される。
【0008】また、本発明によれば、好ましくは、前記
点火時期調整手段は、気筒ごとに、点火時期の進角補正
又は遅角補正により角速度が増大したときには、当該補
正と同一の方向の点火時期補正を次の点火の際に行う一
方、点火時期の進角補正又は遅角補正により角速度が減
少したときには、当該補正と反対の方向の点火時期補正
を次の点火の際に行う。
【0009】また、本発明によれば、好ましくは、前記
角速度検出手段によって検出される角速度は、燃焼ごと
に生ずる角速度極大値である。
【0010】また、本発明は、好ましくは、筒内噴射式
火花点火内燃機関に適用される。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。
【0012】図1は、本発明の一実施形態に係る点火制
御装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図であ
る。内燃機関1は、車両搭載用の筒内噴射式直列4気筒
4ストロークサイクルレシプロガソリン機関であって均
質燃焼及び成層燃焼を行うものである。機関1は、シリ
ンダブロック2及びシリンダヘッド3を備えている。シ
リンダブロック2には、上下方向へ延びる4個の気筒4
が紙面の厚み方向へ並設され、各気筒4内には、ピスト
ン5が往復動可能に収容されている。各ピストン5は、
コネクティングロッド6を介し共通のクランクシャフト
7に連結されている。各ピストン5の往復運動は、コネ
クティングロッド6を介してクランクシャフト7の回転
運動に変換される。
【0013】シリンダブロック2とシリンダヘッド3と
の間において、各ピストン5の上側は燃焼室8となって
いる。シリンダヘッド3には、その両外側面と各燃焼室
8とを連通させる吸気ポート9及び排気ポート10がそ
れぞれ設けられている。これらのポート9及び10を開
閉するために、シリンダヘッド3には吸気バルブ11及
び排気バルブ12がそれぞれ略上下方向への往復動可能
に支持されている。また、シリンダヘッド3において、
各バルブ11,12の上方には、吸気側カムシャフト1
3及び排気側カムシャフト14がそれぞれ回転可能に設
けられている。カムシャフト13及び14には、バルブ
11及び12を駆動するためのカム15及び16が取り
付けられている。カムシャフト13及び14の端部にそ
れぞれ設けられたタイミングプーリ17及び18は、ク
ランクシャフト7の端部に設けられたタイミングプーリ
19へタイミングベルト20により連結されている。
【0014】吸気ポート9には、エアクリーナ31、ス
ロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホル
ド34等を備えた吸気通路30が接続されている。機関
1外部の空気(外気)は、燃焼室8へ向けて吸気通路3
0の各部31,32,33及び34を順に通過する。な
お、本実施形態におけるスロットルバルブ32は、いわ
ゆる電子スロットルであり、運転席のアクセルペダルと
直接機械的に結合されておらず、スロットルモータ37
によって駆動せしめられる。
【0015】また、シリンダヘッド3には、各燃焼室8
へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁40が取付けられて
いる。燃料は、燃料タンク41に貯蔵されており、そこ
から燃料ポンプ42によりくみ上げられ、燃料配管43
を経て、機関により駆動される高圧ポンプ44により昇
圧されて燃料噴射弁40に供給される。燃料噴射弁40
から噴射される燃料は、吸気通路30、吸気ポート9及
び吸気バルブ11を介して燃焼室8へ導入される空気と
燃焼室8において合流して混合気となる。そして、均質
燃焼を行う場合には吸気行程で噴射が行われる一方、成
層燃焼を行う場合には圧縮行程で噴射が行われる。
【0016】この混合気に着火するために、シリンダヘ
ッド3には点火プラグ50が取付けられている。各気筒
には、各気筒毎に独立して点火プラグ50に結合するイ
グナイタ内蔵点火コイル52が設けられている。点火時
には、点火信号を受けた各気筒毎のイグナイタ内蔵点火
コイル52内でイグナイタが1次電流の通電及び遮断を
制御し、2次電流が点火プラグ50に供給される。均質
燃焼の場合、吸気行程噴射により燃焼室8内に均一な混
合気が形成された後に点火が行われる。一方、成層燃焼
の場合、圧縮行程噴射により噴射された燃料が点火プラ
グ50付近に多くあってその部分の混合気のみがリッチ
な状態にあるときに点火が行われ、その炎によって周辺
のリーンな混合気の部分も燃焼することとなる。
【0017】燃焼した混合気は、排気ガスとして排気バ
ルブ12を介して排気ポート10に導かれる。排気ポー
ト10には、排気マニホルド61、触媒コンバータ62
等を備えた排気通路60が接続されている。触媒コンバ
ータ62には、不完全燃焼成分であるHC(炭化水素)
及びCO(一酸化炭素)の酸化と、空気中の窒素と燃え
残りの酸素とが反応して生成されるNOx (窒素酸化
物)の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されてい
る。こうして触媒コンバータ62において浄化された排
気ガスが大気中に排出される。
【0018】機関1には各種のセンサが取付けられてい
るが、そのうち本実施形態に関連するセンサについて説
明する。吸気通路30において、スロットルバルブ32
の近傍には、その軸の回動角度を検出するスロットル開
度センサ72とアクセル踏み込み量(アクセル開度)を
検出するアクセル開度センサ77とが設けられている。
カムシャフト13には、クランク角(CA)に換算して
720°CAごとに基準位置検出用パルスを発生させる
クランク基準位置センサ80が設けられている。また、
クランクシャフト7には、15°CAごとに回転速度検
出用パルスを発生させるクランク角センサ81が設けら
れている。
【0019】電子制御装置(ECU)90は、燃料噴射
制御、点火制御、スロットル制御等を実行するマイクロ
コンピュータシステムである。点火制御は、基本的に
は、クランク角センサ81から得られる機関回転速度及
びその他のセンサからの信号により、機関の状態を総合
的に判定し、最適な点火時期を決定し、イグナイタ内蔵
点火コイル52に点火信号を送るものである。しかし、
前述のように、成層燃焼を行う場合、気流等のばらつき
により、最適な点火時期が気筒間で異なることが多い。
そこで、本発明は、回転変動の低減と最大出力の達成と
のために、各気筒における燃焼ごとに生ずる機関の回転
の角速度の極大値を検出し、気筒ごとに、その角速度極
大値が最大となるように、気筒ごとに点火時期を調整し
ようというものである。
【0020】図2は、クランクシャフト7の回転の角速
度ωの挙動を例示するタイムチャートであって、横軸は
時間(又はクランク角度)、縦軸は角速度ωを示してい
る。角速度ωは、各気筒における燃焼後のトルクの発生
に伴って極大値をとる。本実施形態は、4気筒機関に係
るものであるため、機関1サイクルすなわち720°C
A当たり4つの極大値が存在することとなる。換言すれ
ば、角速度ωは、ほぼ180°CAごとに極大値をと
る。
【0021】本実施形態においては、ECU90は、ク
ランク角センサ81が15°CAごとにパルス信号を発
生させるのを検出し、そのパルス間隔から角速度ωを算
出し、さらにはその極大値を検出する。また、ECU9
0は、クランク基準位置センサ80の出力に基づいて、
検出される角速度ωの極大値がどの気筒の燃焼によるも
のであるかを識別することができる。そこで、ECU9
0は、第i(i=1,2,3,4)気筒のj番目の燃焼
に係る角速度極大値ωi,j をメモリに記憶する処理を行
っている。
【0022】図3は、ECU90によって実行される点
火時期算出ルーチンの処理手順を示すフローチャートで
ある。この点火時期算出ルーチンは、点火サイクルごと
即ち180°CAごとの所定クランク角度にて実行され
る。まず、ステップ102では、今回の点火時期算出が
どの気筒に係るものであるかを判別する。
【0023】次いで、ステップ104では、今回の点火
時期算出に係る第i気筒について、最新の角速度極大値
データωi,j とその1回前の角速度極大値データω
i,j-1 とをメモリから読みだして、それらを比較する。
そして、ωi,j-1 >ωi,j が成立するとき、すなわち角
速度極大値が減少したときには、ステップ106に進
み、第i気筒に係る点火時期補正量Δti の符号を反転
させてから、ステップ108に進む一方、ωi,j-1 ≦ω
i,j が成立するとき、すなわち角速度極大値が変化して
いないか又は増大したときには、直接ステップ108に
進む。
【0024】なお、点火時期補正量Δti は、圧縮上死
点前クランク角度として算出される点火時期ti に対し
て施されるべき補正量であって、Δti >0のときには
進角補正を意味する一方、Δti <0のときには遅角補
正を意味する。また、Δtiの絶対値|Δti |は、例
えば、1°CAに設定されている。
【0025】ステップ108では、第i気筒に係る新た
な点火時期ti を、 ti ←ti +Δti なる演算により算出する。なお、本ルーチンの初回走行
時に使用される点火時期ti の初期値としては、機関回
転速度とアクセル開度(機関負荷)とに応じて予め定め
られた点火時期が使用される。最後のステップ110で
は、算出された点火時期ti が一定の範囲内の妥当な値
となるのを保証すべく、ガード処理を実行して、本ルー
チンを終了する。
【0026】上記の点火時期算出処理によれば、点火時
期を進角補正した場合において、角速度極大値が増大し
たときには次の点火に際して更なる進角補正がなされる
こととなる一方、角速度極大値が減少したときには次の
点火に際して反対方向の遅角補正がなされることとな
る。また、点火時期を遅角補正した場合において、角速
度極大値が増大したときには次の点火に際して更なる遅
角補正がなされることとなる一方、角速度極大値が減少
したときには次の点火に際して反対方向の進角補正がな
されることとなる。
【0027】かくして、第i気筒の角速度極大値ωi,j
は、図4に示される如く推移し、第i気筒の点火時期
は、最大出力を達成する点火時期の近傍に維持されるこ
ととなる。そして、全ての気筒についてそれぞれ最適な
点火時期にて点火されるため、機関として最大効率を達
成するとともに、回転変動も低減されることとなる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
機関の最大出力が得られるように気筒ごとに最適な点火
時期で点火することができるようになるとともに、回転
変動が低減せしめられる。ひいては、本発明は、出力性
能の向上及び燃料消費率の低減に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る点火制御装置を備え
た電子制御式内燃機関の全体概要図である。
【図2】内燃機関の回転の角速度の挙動を例示するタイ
ムチャートである。
【図3】電子制御装置によって実行される点火時期算出
ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図4】本発明に係る点火制御により、一つの気筒につ
いての角速度極大値ωi,j がどのように変化するかを例
示するタイムチャートである。
【符号の説明】
1…筒内噴射式直列4気筒4ストロークサイクルレシプ
ロガソリン機関 2…シリンダブロック 3…シリンダヘッド 4…気筒 5…ピストン 6…コネクティングロッド 7…クランクシャフト 8…燃焼室 9…吸気ポート 10…排気ポート 11…吸気バルブ 12…排気バルブ 13…吸気側カムシャフト 14…排気側カムシャフト 15…吸気側カム 16…排気側カム 17,18,19…タイミングプーリ 20…タイミングベルト 30…吸気通路 31…エアクリーナ 32…スロットルバルブ 33…サージタンク 34…吸気マニホルド 37…スロットルモータ 40…燃料噴射弁 41…燃料タンク 42…燃料ポンプ 43…燃料配管 44…高圧ポンプ 50…点火プラグ 52…イグナイタ内蔵点火コイル 60…排気通路 61…排気マニホルド 62…触媒コンバータ 77…アクセル開度センサ 80…クランク基準位置センサ 81…クランク角センサ 90…電子制御装置(ECU)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各気筒における燃焼ごとに生ずる機関の
    回転の角速度を検出する角速度検出手段と、 気筒ごとに、前記角速度検出手段によって検出される角
    速度が最大となるように、気筒ごとに点火時期を調整す
    る点火時期調整手段と、 を具備する、内燃機関の点火制御装置。
  2. 【請求項2】 前記点火時期調整手段は、気筒ごとに、
    点火時期の進角補正又は遅角補正により角速度が増大し
    たときには、当該補正と同一の方向の点火時期補正を次
    の点火の際に行う一方、点火時期の進角補正又は遅角補
    正により角速度が減少したときには、当該補正と反対の
    方向の点火時期補正を次の点火の際に行う、請求項1に
    記載の内燃機関の点火制御装置。
  3. 【請求項3】 前記角速度検出手段によって検出される
    角速度は、燃焼ごとに生ずる角速度極大値である、請求
    項1に記載の内燃機関の点火制御装置。
  4. 【請求項4】 筒内噴射式火花点火内燃機関に適用され
    る、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の
    内燃機関の点火制御装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015075115A (ja) * 2013-10-10 2015-04-20 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングRobert Bosch Gmbh 自動車の駆動装置を監視するための方法および装置
WO2016157541A1 (ja) * 2015-03-30 2016-10-06 日立オートモティブシステムズ阪神株式会社 内燃機関用点火装置

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