JP2725465B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロコンピュータ
を用いて内燃機関の点火時期や吸、排気バルブの動作タ
イミング等を制御する内燃機関制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車両を駆動する内燃機関にお
いては、出力の向上や燃費の向上を図るため、点火時期
や吸、排気バルブの動作タイミング等の回転数（ｒｐ
ｍ）に対する特性を最適な状態に制御することが必要で
あり、最近では、マイクロコンピュータを用いてこれら
を制御する傾向にある。

【０００３】マイクロコンピュータを用いて内燃機関を
制御する制御装置においては、マイクロコンピュータの
演算時間に起因するタイムラグや、アクチュエータの応
答遅れ等によって、機関の急加速時に最適な特性を得る
ことができないという問題があった。

【０００４】これを改善するため、機関の加速度を検出
して、検出された加速度に対する補正値を演算し、この
補正値を制御量（制御すべき量）の定常時の目標値に加
算することにより急加速時の目標値を補正することが行
われている。

【０００５】例えば内燃機関の点火時期を制御量とし
て、該点火時期を機関の回転数に応じて制御する場合
に、急加速が検出されたときには、定常時の点火時期に
補正値を加えることにより更に進角した時期に点火動作
を行わせる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】機関の回転速度Ｎ［ｒ
ｐｍ］の加速度ΔＮ／ΔＴの計算方法としては次の方法
が考えられる。すなわち、一定の周波数のクロックパル
スを計数するカウンタを設けて、機関が１回転する間に
おける該カウンタの計数値を読取り、これをＴoとする
と、回転数Ｎは計数値Ｔo に反比例する。ここでカウン
タが計数するクロックパルスの周波数を１MHz とする
と、回転数Ｎと計数値Ｔo との間には次の関係がある。

【０００７】 Ｎ＝６×１０⁷ ／Ｔo …（１） また時間ΔＴだけ前の時刻における機関の回転数をＮ´
とすると、加速度ΔＮ／ΔＴは、次式により与えられ
る。

【０００８】 ΔＮ／ΔＴ＝（Ｎ−Ｎ´）／ΔＴ …（２） マイクロコンピュータのＣＰＵにより（１）式及び
（２）式を計算すると、（１）式については、（３２ビ
ット）÷（１６ビット）＝１６ビットの演算を行うこと
になる。また（２）式については、（１６ビット）÷
（１６ビット）＝１６ビットの演算を行うことになる。
そのため演算時間が長くなり、応答速度が遅くなる上
に、プログラムが複雑になるという問題が生じる。

【０００９】本発明の目的は、演算時間を短くしてプロ
グラムを簡単にすることができる内燃機関制御装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明においては、図１
に示したように、クロックパルスを計数するパルス計数
手段１１と、内燃機関が設定角度だけ回転する間にパル
ス計数手段が計数する計数値を回転数検出用計数値とし
て検出する回転数検出手段１２と、回転数検出用計数値
に対応する回転数での、内燃機関の制御量の定常運転時
の目標値を演算する定常時目標値演算手段１３と、内燃
機関の急加速時に定常時の目標値に加算すべき補正値を
演算する急加速時補正量演算手段１４と、定間隔で飛び
飛びの値をとる一連の回転数にそれぞれ対応する一連の
アドレスが付けられた多数のメモリを備えて、それぞれ
のアドレスに対応する回転数で機関が前記設定角度だけ
回転する間に発生するクロックパルスの数をそれぞれの
アドレスのメモリに記憶した速度区間マップ記憶手段１
５と、回転数検出用計数値を速度区間マップ記憶手段の
一連のアドレスのメモリに記憶されている数と比較して
回転数検出用計数値よりも大きな数が記憶されているメ
モリのアドレスの内の番号が最も若いアドレスから前記
記憶手段の先頭アドレスを差し引いた数値を速度区間検
出用アドレス数として求める速度区間検出手段１６と、
一定時間前に求められた速度区間検出用アドレス数から
現在の速度区間検出用アドレス数を差し引いた数値を加
速度検出用アドレス数として検出する加速度検出手段１
７と、加速度検出用アドレス数を基準値と比較して該加
速度検出用アドレス数が基準値よりも大きいときに補正
指令を出す補正指令手段１８と、補正指令が出されてい
ないときには定常時の目標値を出力し、補正指令が出さ
れているときには定常時の目標値に補正値を加算した値
を急加速時の目標値として出力する目標値出力手段１９
とを設けて、制御量を目標値出力手段から得られる目標
値に一致させるように制御するようにした。

【００１１】図１において制御対象２０は、内燃機関用
点火装置や、吸排気バルブの動作タイミングを調整する
手段等である。制御対象２０が点火装置の場合、制御量
は機関の点火時期である。

【００１２】

【作用】上記の構成において、速度区間検出用アドレス
数は、検出された機関の回転数が速度区間マップ上のい
ずれの区間にあるかを示しており、加速度検出用アドレ
ス数は機関の加速度に対応している。従ってこの加速度
検出用アドレス数を基準値と比較することにより、機関
が急加速したことを検出することができる。

【００１３】このように、速度区間マップのアドレスを
用いて急加速を検出するようにすると、桁数が多い複雑
な演算を行う必要がないため演算のプログラムを簡単に
することができ、演算時間を短くして応答性を高めるこ
とができる。

【００１４】

【実施例】図２は内燃機関用点火装置を制御対象とし
て、機関の点火時期を制御量として、該点火時期を回転
数に応じて制御する場合に本発明を適用した実施例の構
成を示したものである。同図において１は点火回路、２
はマイクロコンピュータである。３は機関と同期回転す
る信号発電機内に設けられて、図８（Ａ）に示すよう
に、機関の決まった回転角度位置で負のパルス信号Ｖs1
と正のパルス信号Ｖs2とを１回転当り１回だけ発生する
パルサコイルであり、ここで後から発生する正のパルス
信号は機関の最小進角位置で発生するようになってい
る。

【００１５】４はパルサコイル３の負のパルス信号Ｖs1
を波形整形して、図８（Ｂ）に示すように負論理の外部
割り込み信号ＩＮＴ1 を発生する外部割り込み信号発生
用波形整形回路、５は正のパルス信号Ｖs2を波形整形し
て図８（Ｃ）に示すように正論理の最小進角位置信号Ｉ
ＮＴ3 を発生する最小進角位置信号発生用波形整形回
路、６はマイクロコンピュータをリセットするリセット
回路である。

【００１６】点火回路１は、点火コイル１０１と、コン
デンサ１０２と、サイリスタ１０３と、エキサイタコイ
ル１０４と、ダイオード１０５及び１０６と、点火プラ
グ１０７とを備えた公知のコンデンサ放電式の回路であ
る。

【００１７】エキサイタコイル１０４は機関に取付けら
れた磁石発電機内に設けられていて、機関の回転に同期
して交流電圧を誘起する。エキサイタコイル１０４の正
の半サイクルの電圧でダイオード１０５を通してコンデ
ンサ１０２が図示の極性に充電される。機関の点火時期
にサイリスタ１０３のゲートに点火信号が与えられる
と、該サイリスタ１０３が導通してコンデンサ１０２の
電荷を点火コイル１０１の１次コイルに放電させる。こ
のコンデンサの放電により点火コイルの２次コイルに高
電圧が誘起し、該高電圧により点火プラグに火花が生じ
て機関が点火される。

【００１８】点火回路のサイリスタ１０３のゲートに
は、マイクロコンピュータ２の出力ポートＰo からイン
バータ７を通して点火信号が与えられている。マイクロ
コンピュータの出力ポートＰo には抵抗８を通して図示
しない直流電源の出力電圧が印加され、該出力ポートＰ
o の出力信号は常時は「１」になっている。マイクロコ
ンピュータ２の出力ポートＰo の出力信号は、機関の点
火時期に「０」にされる。出力ポートＰo の出力信号が
「０」にされると、インバータ７の出力が「１」（高レ
ベル）になるため、サイリスタ１０３にトリガ信号が与
えられる。すなわち、この例では、マイクロコンピュー
タの出力ポートＰo の出力信号が「１」から「０」にな
ったときに点火動作が行われる。

【００１９】マイクロコンピュータ２は、第１及び第２
のタイマ２０１及び２０２と、第１及び第２のレジスタ
２０３及び２０４と、第１及び第２のコンパレータ２０
５及び２０６と、割り込み制御回路２０７と、ランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭ）２０８と、リードオンリメモ
リ（ＲＯＭ）２０９とからなっている。

【００２０】コンパレータ２０５は、タイマ２０１の計
数値とレジスタ２０３の内容とを比較して、両者が一致
したときに割り込み信号ＩＮＴ2 を割り込み制御回路２
０７に与える。コンパレータ２０６は、タイマ２０２の
計数値とレジスタ２０４の内容とを比較して両者が一致
したときに割り込み制御回路２０７に割り込み信号ＩＮ
Ｔ4 を与える。割り込み制御回路２０７にはまた、外部
割り込み信号ＩＮＴ1及び最小進角位置信号ＩＮＴ3 が
割り込み信号として与えられている。

【００２１】割り込み制御回路２０７は、割り込み信号
が与えられたときにメインルーチン（図３）の実行を一
時中断して所定の割り込みルーチンを実行させ、該割り
込みルーチンが終了したときにメインルーチンに復帰さ
せる。

【００２２】波形整形回路４から割り込み制御回路２０
７に外部割り込み信号ＩＮＴ1 が入力されるごとに（パ
ルサコイル３が負のパルス信号を発生するごとに）図４
の割り込みルーチンが実行される。この割り込みルーチ
ンでは、まず第１のタイマ２０１の計数値をＲＡＭ“Ｎ
e ”に記憶させ、その後該第１のタイマ２０１をリセッ
トする。ここで第１のタイマの計数値は機関が３６０度
回転する間に第１のタイマが計数したクロックパルス数
であるので、機関の回転数に対応（反比例）している。

【００２３】第１のタイマをリセットした後、図３のメ
インルーチンで既に計算されてＲＡＭ“θig”に記憶さ
れている点火時期に対応する数値を第１のレジスタに入
れ、割り込み処理を終了する。

【００２４】第１のタイマ２０１により図１のパルス計
数手段１１が構成され、図４の割り込みルーチンの、第
１のタイマの計数値をＲＡＭ“Ｎe ”に読み込む過程に
より、回転数検出手段１２が実現される。

【００２５】第１のタイマ２０１はリセットされた後、
再びクロックパルスの計数（アップカウント）を開始す
る。第１のタイマ２０１の計数値が第１のレジスタ２０
３の内容と一致すると、第１のコンパレータ２０５が割
り込み信号ＩＮＴ2 を発生する。このとき割り込み制御
回路２０７は図５の割り込みルーチンを実行させる。こ
の割り込みルーチンでは、マイクロコンピュータの出力
ポートＰo の出力信号を「０」にし、演算点火信号（演
算された点火信号）を発生させる。このときインバータ
７の出力が「１」になるため、サイリスタ１０３にトリ
ガ信号が与えられて点火動作が行われる。

【００２６】また最小進角位置信号ＩＮＴ3 が発生する
と、図６の割り込みルーチンが実行される。この割り込
みルーチンでは、出力ポートＰo の出力信号を「１」に
して割り込み処理を終了する。

【００２７】図３はマイクロコンピュータにより実行さ
れるプログラムのメインルーチンを示したもので、この
メインルーチンでは、まず各タイマ及びレジスタを初期
化する。次いで機関のＲＡＭ“Ｎe ”に記憶されている
回転数データと所定のセンサにより検出されているスロ
ットル開度θthとにより定常時の点火時期θf を演算す
る。この定常時の点火時期の演算は、定常時点火時期マ
ップを参照してＦ（Ｎe ，θth）を求めることにより行
われる。この点火時期のデータはＲＡＭ“θf”に記憶
させる。この点火時期を演算する過程により、図１の定
常時目標値演算手段３が実現される。

【００２８】次いで、後記する図７の割り込みルーチン
で変更される加速判定用フラグを見て、該フラグが０で
あるとき（急加速が行われていないとき）にはＲＡＭ
“θg”の内容を零とする。加速判定用フラグが１にな
っているとき（急加速が行われたとき）には、ＲＡＭ
“Ｎe ”に記憶されている機関の回転数のデータとスロ
ットル開度θthとにより、加速時点火時期マップを参照
して、急加速時に定常時の目標値θf に加算すべき補正
値Ｇ（Ｎe ，θth）を求め、この値をＲＡＭ“θg”に
記憶させる。このＲＡＭ“θg ”の内容を演算する過程
により、図１の急加速時補正量演算手段１４が実現され
る。

【００２９】次にＲＡＭ“θf ”の内容（定常時の点火
時期の目標値）とＲＡＭ“θg ”の内容（急加速時に加
算すべき補正値）とを加算して、その結果をＲＡＭ“θ
ig”に記憶させる。このＲＡＭ“θig”の内容は、その
時の回転数、スロットル開度及び加速度に対して最適な
点火時期に対応した数値となる。なおＲＡＭ“θig”に
記憶される点火時期に対応した数値は、外部割り込み信
号ＩＮＴ1 が発生したときに実行される図４のルーチン
で第１のタイマがリセットされる時刻から点火時期まで
の間に第１のタイマが計数する計数値に等しくなってい
る。

【００３０】次にメインルーチンでは機関の回転数がい
ずれの速度区間に属しているかの検出を行う。そのため
本実施例では、必要な回転域に亘って、微小回転数ΔＮ
e1を隔てて飛び飛びの値をとる一連の回転数Ｎe1，Ｎe
2，…Ｎenをそれぞれ速度区間の境界を定める回転数と
して定め、これらの回転数のそれぞれに対して、機関が
１回転する間のタイマの計数値を速度区間マップとして
ＲＯＭの一連のメモリに入れてある。本実施例ではΔＮ
e1＝１００rpm とし、図９に示したように、13000rpm，
12900rpm，12800rpm，12700rpm，12600rpm，…3100rpm,
3000rpmにそれぞれ対応する、タイマの１回転当たりの
計数値ｆ(13000) ，ｆ(12900) ，ｆ(12800) ，…ｆ(310
0)，ｆ(3000)を、ＲＯＭの一連のメモリに入れてある。
このＲＯＭにより、速度区間マップ記憶手段１５が構成
されている。

【００３１】ここでタイマが計数するクロックパルスの
周波数を１ＭＨｚとすると、各回転数におけるタイマの
１回転当たりの計数値を与える関数ｆ（Ｎen）は、前述
の（１）式より、ｆ（Ｎen）＝６×１０⁷ ／Ｎenであ
る。Ｎen＝13000rpmの場合を例にとると、ｆ(13000) ＝
６×１０⁷ ／１３０００＝４６１６５である。この計数
値「４６１６５」を１６進法に変換した値を８ビットの
ＲＯＭのアドレスＡ1 とＡ1 ＋１とに（２バイト分のメ
モリを用いて）入れてある。同様に、Ｆ(12900)を１６
進法に変換した値をアドレスＡ1 ＋２とＡ1 ＋３とに入
れてあり、Ｆ（Ｎ）を１６進法に変換した値をアドレス
Ａ1 ＋２ｎとＡ1 ＋２ｎ＋１とに入れてある。

【００３２】機関の回転数が属する速度区間を検出する
際には、Ｎe とＦ（Ｎen) とをＦ（13000)から順に比較
していき、Ｎe ＜Ｆ（Ｎen）となったときのアドレス番
号Ａ1 ＋２ｎから速度区間マップの先頭のアドレス番号
Ａ1 を引いた数値「２ｎ」を、速度区間検出用アドレス
数として求め、これをＲＡＭ“ＤＥＬＴＡ”に入れる。
この過程により、図１の速度区間検出手段１７が実現さ
れる。

【００３３】ＲＡＭ“ＤＥＬＴＡ”の内容は機関の回転
速度がいずれの速度区間に属するかを現しており、その
値が大きいほど機関の回転数が低いことを示している。
例えばＤＥＬＴＡの内容が「２ｎ＝４」である場合に
は、機関の回転数が１２８００＜Ｎe ＜１２９００の速
度速度区間に属していることを示し、ＤＥＬＴＡの内容
が「２ｎ＝６」である場合には、機関の回転数が１２７
００＜Ｎe ＜１２８００の速度区間に属していることを
示している。

【００３４】ある時刻における速度区間を示す値とその
時刻よりも一定時間前の時刻における速度区間を示す値
との差が「２ｎ」の時の回転数の差はｎ×ΔＮe ±ΔＮ
e である。従ってｎが大きいときほど（加速度が大きい
ときほど）速度の変化量を正確に求めることができる。

【００３５】マイクロコンピュータの第２のレジスタ２
０４には、一定時間（例えば１sec)に対応するタイマの
計数値（１sec 間に発生するクロックパルスの数）を入
れてあり、第２のコンパレータ２０６は第２のタイマ２
０２の計数値が第２のレジスタの内容に一致するごとに
（この例では１secごとに）割り込み信号ＩＮＴ4 を発
生する。この割り込み信号ＩＮＴ4 が発生するごとに図
７の加速判定ルーチンを実行して急加速が行われたか否
かの判定を行う。

【００３６】一定の時間Ｔ秒が経過するごとに行われる
図７の割り込みルーチン（加速判定ルーチン）では、Ｒ
ＡＭ“ＤＥＬＴＡ１”に入っているＴ秒前の値（前回の
加速判定ルーチンの終了時に入れられた前回のＤＥＬＴ
Ａの値）から現在のＤＥＬＴＡの値を減じ、加速度の判
定を行う。すなわち、ＤＥＬＴＡ１−ＤＥＬＴＡの値が
ＲＯＭ“ＡＣＣＥＬ”に予め入れられている基準値より
も大きいときに“急加速”と判定し、加速判定用フラグ
を「１」にする。またＤＥＬＴＡ１−ＤＥＬＴＡの値が
ＲＯＭ“ＡＣＣＥＬ”に予め入れられている基準値より
も小さいときには急加速は行われていないと判定して加
速判定用フラグを「０」にする。そして次回の加速判定
ルーチンの実行のためにＤＥＬＴＡの値をＤＥＬＴＡ１
に入れ、メインルーチンに復帰する。ＲＯＭ“ＡＣＣＥ
Ｌ”に入れておく基準値は、速度区間マップの速度間隔
ΔＮe 及び加速判定を行う時間間隔Ｔの大きさに応じて
適宜に設定する。ΔＮe ＝１００rpm 、Ｔ＝１sec とし
た本実施例において、１０００rpm ／sec の加速度が検
出されたときに急加速と判定するには、ＡＣＣＥＬ＝２
０とする。

【００３７】図７のルーチンの「ＤＥＬＴＡ１−ＤＥＬ
ＴＡ」の演算を行う過程により図１の加速度検出手段７
が実現され、この演算結果をＲＡＭ“ＡＣＣＥＬ”の内
容と比較して加速判定用フラグを立てる過程と図３のメ
インルーチンの、加速判定用フラグを判別する過程とに
より、図１の補正指令手段１８が実現される。また図３
のメインルーチンの、ＲＡＭ“θf ”の内容にＲＡＭ
“θg ”の内容を加算してＲＡＭ“θig”に入れる過程
と、図４の割り込みルーチンの、ＲＡＭ“θig”の内容
を第１のレジスタに入れる過程とにより、目標値出力手
段１９が実現される。

【００３８】上記のように、本実施例においては、急加
速が検出されていないときには、補正値が零であるた
め、定常時の点火時期の目標値がＲＡＭ“θig”に入れ
られ、該θigが第１のレジスタ２０３に入れられるた
め、第１のタイマ２０１が該定常時の点火時期の目標値
に相当する計数値を計数したときに図５のルーチンが実
行され、定常時の点火時期に点火動作が行われる。

【００３９】また急加速が検出されたときには、定常時
の点火時期の目標値に補正値を加算した数値がＲＡＭ
“θig”に入れられるため、急加速時に適するように補
正された点火時期に点火動作が行われる。

【００４０】上記の実施例では、急加速が検出されてい
る場合（上記の例では加速判定用フラグが１の場合）に
のみ加速時点火時期補正量を演算しているが、この補正
量の演算を急加速の判定を行う前に行わせるようにして
もよい。この場合には、加速判定用フラグが０のときに
ＲＡＭ“θf ”の内容をそのままＲＡＭ“θig”に入
れ、加速判定用フラグが１のときにＲＡＭ“θf ”の内
容にＲＡＭ“θg ”の内容を加算したものをＲＡＭ“θ
ig" に入れるようにすればよい。

【００４１】上記の実施例では、機関の回転数とスロッ
トル開度とに対して点火時期を制御したが、バッテリを
電源とした電流遮断式の点火装置において、点火時期と
ともに点火コイルの１次電流の通電角を、加速時補正を
行いつつ回転数に対して制御する場合にも本発明を適用
できる。

【００４２】また点火時期の制御に限らず、燃料噴射装
置の制御や、吸、排気バルブの制御等にも本発明を適用
できる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、速度区
間マップを記憶したメモリのアドレスを用いて加速を検
出するようにしたので、桁数が多い複雑な演算を行う必
要がない。従って加速度の演算のプログラムを簡単にす
ることができ、演算時間を短くして応答性を高めること
ができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すクレーム対応図である。

【図２】本発明の実施例の回路構成図である。

【図３】本発明の実施例で各手段を実現するために用い
るプログラムのメインルーチンを示すフローチャートで
ある。

【図４】本発明の実施例において最大進角位置で外部割
り込み信号が発生したときに実行される割り込みルーチ
ンを示したフローチャートである。

【図５】本発明の実施例において点火動作が行われる際
に実行される割り込みルーチンを示すフローチャートで
ある。

【図６】本発明の実施例において、最小進角位置で外部
割り込み信号が発生したときに実行される割り込みルー
チンを示したフローチャートである。

【図７】本発明の実施例において一定時間毎に繰り返さ
れる加速度検出過程で実行する割り込みルーチンを示し
たフローチャートである。

【図８】（Ａ）ないし（Ｄ）は図２の各部の信号波形を
示した波形図である。

【図９】本発明の実施例で用いる速度区間マップの構成
を示したマップ構成図である。

【符号の説明】

１１…パルス計数手段、１２…回転数検出手段、１３…
定常時目標値演算手段、１４…急加速時補正量演算手
段、１５…速度区間マップ記憶手段、１６…速度区間検
出手段、１７…加速度検出手段、１８…補正指令手段、
１９…目標値出力手段、２０…制御対象。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クロックパルスを計数するパルス計数手
   段と、内燃機関が設定角度だけ回転する間に前記パルス
   計数手段が計数する計数値を回転数検出用計数値として
   検出する回転数検出手段と、前記回転数検出用計数値に
   対応する回転数での、内燃機関の制御量の定常運転時の
   目標値を演算する定常時目標値演算手段と、内燃機関の
   急加速時に前記定常時の目標値に加算すべき補正値を演
   算する急加速時補正量演算手段と、定間隔で飛び飛びの
   値をとる一連の回転数にそれぞれ対応する一連のアドレ
   スが付けられた多数のメモリを備えて、それぞれのアド
   レスに対応する回転数で機関が前記設定角度だけ回転す
   る間に発生するクロックパルスの数をそれぞれのアドレ
   スのメモリに記憶した速度区間マップ記憶手段と、前記
   回転数検出用計数値を前記速度区間マップ記憶手段の一
   連のアドレスのメモリに記憶されている数と比較して回
   転数検出用計数値よりも大きな数が記憶されているメモ
   リのアドレスの内の番号が最も若いアドレスから前記記
   憶手段の先頭アドレスを差し引いた数値を速度区間検出
   用アドレス数として求める速度区間検出手段と、一定時
   間前に求められた速度区間検出用アドレス数から現在の
   速度区間検出用アドレス数を差し引いた数値を加速度検
   出用アドレス数として検出する加速度検出手段と、前記
   加速度検出用アドレス数を基準値と比較して該加速度検
   出用アドレス数が基準値よりも大きいときに補正指令を
   出す補正指令手段と、前記補正指令が出されていないと
   きには前記定常時の目標値を出力し、前記補正指令が出
   されているときには前記定常時の目標値に前記補正値を
   加算した値を急加速時の目標値として出力する目標値出
   力手段とを具備し、前記制御量を目標値出力手段から得
   られる目標値に一致させるように制御することを特徴と
   する内燃機関制御装置。