JP4510299B2 - 点火制御装置および点火制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、点火制御装置並びに相応する点火制御方法に関する。
【０００２】
任意の点火制御に適用することができるが、本発明並びにその基礎となる問題を自動車に搭載された機関制御装置に関連して説明する。
【０００３】
点火コイル点火システムないし点火コイル点火装置に対して点火イベントを制御するための点火制御装置は実質的に２つの制御機能を有する。すなわち、所望の点火エネルギーを点火コイルの投入持続時間ないし放電持続時間を介して制御することと、点火パルスを点火コイルの遮断時点ないし充電終了を介して角度どおりに制御することである。
【０００４】
コイル式点火装置では点火コイルの充電時間を介して調整される点火エネルギーが、コイルの電気スイッチ回路に印加される搭載電源電圧に相応して、並びに電気スイッチ回路の時定数に依存して種々異なる長さである。
【０００５】
通常はそれぞれの目標値が回転数およびその他の機関パラメータに依存して特性マップとして制御装置にファイルされている。
【０００６】
通常の制御装置は、角度信号を出力するために角度発生ホイールを有しており、このホイールは角度どおりに等間隔のパルスを点火制御装置に送出する。しかし計算遅延時間のため、点火イベントの計算は通常の点火制御装置アーキテクチュアではセグメントごとにだけ行うことができる。ここで１セグメントは、クランクシャフトの７２０゜の角度インターバルをシリンダ数により割り算したものである。すなわち４気筒機関では１８０゜である。したがって計算で求められた点火イベントの角度位置は、角度発生ホイールと、点火制御装置に通常備わっているタイマ／カウンタ（時間発生器／計数器）回路を介して十分に正確に測定することができる。しかし計算自体は、検出された回転数に基づいて行われる。
【０００７】
通常はシリンダ個別の制御量が点火出力部に対して、すなわち１点火インターバルないし１セグメントで一回計算され、シリンダカウンタを介して点火出力部と同期される。すなわちシリンダカウンタは点火制御装置に、どのシリンダに対して次に制御すべき点火信号を検出すべきかを通知する。この点火信号は充電開始と充電終了（すなわち点火）からなる。
【０００８】
点火イベントを計算するために、内燃機関の回転運動の角度／時間経過の診断が常に必要である。なぜなら一方では、所定の充電時間を介してエネルギーが点火システムで定められ、他方では充電時間の終了は所定の点火角度位置になければならないからである。したがってどの角度インターバルに充電時間が充電開始後に相当することになるかが既知でなければならない。この角運動を表すためには、機関の回転数についての情報が必要である。
【０００９】
現在、オットー型内燃機関に対して通常の点火制御装置の多くでは、この情報が点火間隔毎に一度、次に点火すべきシリンダの上死点ＯＴを基準にして固定の角度位置にある所定の回転数検出個所で検出される。充電時間および／または回転数が比較的に大きくなれば、充電時間の開始がますます回転数測定個所の角度位置にまでさがり、ついには回転数測定個所が充電インターバルそのものの内に入ってしまう。そのため先行のセグメントの回転数情報を点火イベント計算に使用しなければならなくなる。この場合を、点火出力のオーバラップと称する。
【００１０】
このようなオーバラップモードになると、シリンダカウンタをオフセット分だけ補正しなければならない。すなわち、目下の点火インターバルに続く点火インターバルでの点火イベントを、すでに目下の点火インターバルで制御しなければならない。目下の点火インターバルで点火出力部により、目下の点火イベントの充電が実際は過去に開始されたものであることが識別されると、目下の点火インターバルでは目下のシリンダに対する充電開始を直ちにトリガし、後続シリンダの充電開始を遅延しなければならない。まさに非オーバラップモードからオーバラップモードへのこのような移行時には、多数の点火出力方法において、後続シリンダの点火角度および充電持続時間についての情報が欠けてしまい、そのため後続シリンダの点火角度および充電時間のために目下のシリンダの値を使用しなければならない。
【００１１】
ここで比較的精確な方法は、後続シリンダの目標値を目下の点火インターバルのデータと並行的に計算し、この値をオーバラップモードへ移行する場合のためにバッファすることである。しかしこれまで、システム使用者、例えば適用者に、どの目標データが点火出力に対して使用されるかを一義的、かつ明りょうに指示する構造はなかった。さらに一体的で汎用使用可能な方法、場合によっては他の出力装置と共に使用することのできる方法はなかった。
【００１２】
問題を説明するために図２は、４気筒内燃機関の点火順序を概略的に示す。
【００１３】
図２でｘ軸にはクランク角度ＫＷがプロットされており、ｙ軸には−２−１−３−４−２−の点火順序を有する点火経過ＺＺがプロットされている。完全な１サイクルは７２０゜ＫＷであり、１サイクル時間ｔ_ＺＹＫに相当する。１セグメントは７２０゜ＫＷ／４＝１８０゜であり、１セグメント時間ｔ_ＳＥＧに相当する。
【００１４】
図３は、４気筒内燃機関の第１シリンダのセグメントにおける点火制御機能経過を、点火コイル電流Ｉ_Ｚの制御について概略的に示す。
【００１５】
０゜で回転数Ｎが検出され、その直後の計算時点Ｂで充電時間ｔ_Ｌおよび点火角ｗ_Ｚ（近似的に閉鎖終了角ないし充電終了角に等しい）が特性マップから取り出されるか、または計算される。
【００１６】
その後、閉鎖開始角ないし充電開始角ｗ_ＬＢが次式から
ｗ_ＬＢ＝ｗ_Ｚ−ｔ_Ｌ・ω
運動が均一であることを前提にして求められる。ここでωは回転数Ｎに相応する角速度である。計算遅延時間の理由から、点火イベントのこの時間的かつ角度的位置は各点火インターバルで１回だけ計算される。
【００１７】
充電開始角度を設定するために、カウンタＣ１により０゜から出発して角度ｗ_ＬＢがクランクシャフトセンサ信号ＫＷＳを介して検出され、角度ｗ_ＬＢに達したとき点火コイルの出力段が制御される。別のカウンタＣ２により０゜から出発して角度ｗ_ｚがクランクシャフトセンサ信号ＫＷＳを介して検出され、角度ｗ_ｚに達したとき制御が遮断される。
【００１８】
上に述べたオーバラップモードでは、カウンタＣ１によりトリガすべきイベントが過去にあること、したがって充電開始が０゜の直後でスタートされたことが識別される。
【００１９】
発明の利点
請求項１の構成を有する本発明の点火制御装置、および相応する請求項５の点火制御方法は、公知の解決手段に対して次のような利点を有する。すなわち本発明の装置および方法により、一体的で明りょうな、そして機関制御プラットフォームに汎用使用することができ、かつシリンダ固有の制御量を点火出力部に引き渡すことのできる制御手段が得られるのである。この手続きは場合により、他の出力装置、例えば噴射出力装置と共に使用することができる。出力装置への値の引き渡しを実行することができる。
【００２０】
本発明の技術思想は、点火イベントの管理を２つのメモリブロックで実行することにある。
【００２１】
単純にアレイとして構成された第１のメモリブロックには、目下のセグメントで点火上死点に向かっているシリンダおよび全ての後続シリンダに対する点火イベントの目標値が、点火制御装置により記憶される。
【００２２】
点火出力方法は、その内部状態から、どの程度のオーバラップが存在するか、オーバラップカウンタをセットするかを識別する。
【００２３】
第２のメモリブロックはＦＩＦＯメモリ（ファストインファストアウト−シフトレジスタ）として編成されている。ＦＩＦＯ素子は各点火インターバルにより１エレメントだけ下方へシフトされる。オーバラップカウンタは、第１のメモリブロックのどのエレメントをＦＩＦＯメモリの最上位エレメントにコピーするかを定める。
【００２４】
従来技術では一般的に行われるように点火出力部はそれぞれの点火角度を点火制御装置の第１のメモリブロックから直接受け取るのではなく、点火角度ＦＩＦＯメモリから受け取る。このメモリは独立したハードウエアとして、またはＣＰＵ計算時間に依存しないでコントロールハードウエアにより制御されるＦＩＦＯ領域として実現することができる。
【００２５】
特に有利には次のように構成する。すなわち、比較的高いオーバラップ程度へ移行する時に、シリンダ固有の点火角度変化が考慮されるようにする。値引き渡しの制御はメモリ領域を介して行われ、一時バッファを介しては行われない。メモリ領域は一般的なアプリケーションシステムにより通常は可視となる。すなわちイベント計算を適用者に対して実行することができる。このようにしてオーバラップモードへの移行時に必然的に発生する回転数情報の損失とこれに結び付いた公差を後から検証することができる。マイクロコントローラでは一般的なオンチップハードウエア回路により、ＦＩＦＯメモリをＣＰＵにアクセスすることなく管理することができる。したがって本発明の方法は、ほとんど計算時間に影響されずに実行することができる。アレイ／ＦＩＦＯメカニズムは、セグメントオーバラップが発生する他の出力方法、例えば噴射出力部によっても使用することができる。点火角度アレイおよびオーバラップカウンタにより、後続セグメントでのオーバラップを予測することができ、オーバラップモードへの移行時のエラーを回避することができる。
【００２６】
従属請求項には、請求項１に記載された点火制御装置ないし請求項５に記載された点火制御方法の有利な改善形態および実施例が記載されている。
【００２７】
有利な改善形態では、診断装置が後続の点火サイクルでのオーバラップを診断するために設けられる。
【００２８】
別の有利な改善形態では、点火角度ＦＩＦＯメモリがソフトウエア的に書き込み／読み出しメモリに実現される。
【００２９】
別の有利な実施例では、コピー装置がマイクロコントローラでのバーストメカニズムにより実現される。
【００３０】
図面
本発明の実施例が図面に示されており、以下詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の実施例を説明するための時間経過図である。
【００３２】
図２は、４気筒内燃機関での点火順序を示す概略図である。
【００３３】
図３は、４気筒内燃機関の第１シリンダのセグメントでの点火制御機能経過を示す概略図である。
【００３４】
実施例の説明
図面中、同じ参照符号は同じ要素または機能の同じ要素を示す。
【００３５】
図１は、本発明の実施例を説明するための時間経過図である。
【００３６】
とりわけ図１は、４気筒内燃機関に対する点火順序のタイミングを示す。ここでは１８０゜毎に４つのセグメントがあり、シリンダ１は極端にノッキング遅角調整されており、この内燃機関では点火角の進角調整を介してトルクが形成されるものとする。
【００３７】
４気筒内燃機関は、コイル点火に基づく個別火花点火によって駆動される。これにより、充電フェーズの開始は実施例では最大で３セグメントだけ点火信号セグメントの前にあっても良い。なぜなら、そうしないと点火装置の最小開放時間（電流が流れない）を下回ることがあるからである。したがってオーバラップカウンタＵの最大値は３である。ここでＵ＝０はオーバラップのないことを意味する。したがって２つのメモリ装置、すなわち点火角メモリアレイＳＰ１と点火角ＦＩＦＯメモリＳＰ２は、それぞれ４エレメントの深さ、すなわちＥＬ０，１，２，３の深さを有する。
【００３８】
点火制御装置は、各セグメントの開始時に回転数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３ないしＮ４を検出し、次にＢ１，Ｂ２，Ｂ３ないしＢ４で点火角、充電時間並びに充電角を、目下のセグメントないし目下の点火インターバルでの点火に対してと、後続シリンダに対する次の３つのセグメントでの点火に対して計算する。
【００３９】
点火ＯＴ（上死点）へと運動する第１シリンダが過去に強いノッキング傾向を示したとする。したがって点火角が−１０゜の遅れ角度値に調整される。３つの後続シリンダに対してはそれぞれ５゜の進み点火角が計算される。しかしこの点火角は最適点火角よりは明らかに遅れている。ここでは第１のセグメントでアンチノッキング機能によりトルク低減が要求されるであろう。先行セグメントからのオーバラップカウンタＵは未だゼロであるから、第１シリンダに対する遅れ点火角、すなわち−１０゜が点火角ＦＩＦＯメモリＳＰ２の０番目のエレメント０にコピーされる。読み出しアドレスは識別されるオーバラップ程度から得られる。
【００４０】
点火イベントは、点火角ＦＩＦＯメモリＳＰ２から点火出力部の出力論理回路へ、相応の問い合わせの後に引き渡される。そして点火出力部が最終的に点火信号を制御する。これとは並行的に点火出力部は素子制御部から充電時間を受け取る。点火出力部は回転数検出部Ｎ１からの回転数を充電時間と比較し、第１シリンダの点火に対する閉鎖開始角（充電開始）がまだ第１セグメントにあることを突き止める。したがってオーバラップカウンタＵはゼロのままである。
【００４１】
点火角ＦＩＦＯメモリＳＰ２は点火出力後、第２のセグメントの開始時に１エレメントだけ下方へシフトされる（方向ＯＵＴへ）。第２のセグメントでは再び、点火イベントが目下のセグメントと後続セグメントに対して計算される。目下のシリンダに対する目標点火角は急激に進み方向へジャンプする。なぜなら例えば回転静粛性（これも機関の往復振動を阻止しようとするアンチノッキング機能による）の理由から、再びトルクを形成すべきだからである。
【００４２】
点火出力部は、第２回転数検出部Ｎ２の回転数情報と目標充電時間を評価し、第２シリンダの目下の点火の充電開始が実際は過去になければならない、すなわち第１セグメントになければならないことを突き止める。点火出力部はこの例では、直ちに充電を開始し、点火角を正確に第２のセグメントで出力することを決定する。同時に点火出力部はオーバラップカウンタＵ＝１を識別する。
【００４３】
このように１つ上のオーバラップモードへ移行する場合には、点火角メモリアレイＳＰ１の２つのエレメントＥＬ０とＥＬ１をコピーする。したがってメモリ論理回路（出力方法へのアクティブな介入は必要ない）は、点火角アレイＳＰ１の第０エレメントＥＬ０と第１エレメントＥＬ１を点火角ＦＩＦＯメモリＳＰ２へコピーし、後者の値から直接、新たな充電開始を今回は後続シリンダに対して、すなわち第３シリンダに対して計算する。
【００４４】
回転数検出部Ｎ３の呼び出しにより、点火角ＦＩＦＯメモリＳＰ２は再び１エレメントだけ下方へシフトされる。ここで回転数検出部は常に、別個の回転数検出装置によってトリガされる。オーバラップカウンタは今も値Ｕ＝１であるから、自動コピー過程（このコピー過程も回転数検出装置によりトリガされる）の際に点火角アレイＳＰ１の第１エレメントＥＬ１、ここでは１５゜が点火角ＦＩＦＯメモリＳＰ２の第１エレメントＥＬ１に転送され、このエレメントの値が充電開始に対する計算プロシージャに引き渡される。
【００４５】
同様の手順が第４セグメントの開始時にも行われる。ここでは点火角アレイＳＰ１の第１エレメントＥＬ１、−１０゜が点火角ＦＩＦＯメモリＳＰ２の第１エレメントＥＬ１に転送され、このエレメントの値が充電開始に対する計算プロシージャに引き渡される。
【００４６】
一般的に、比較的高いオーバラップモードｎへ移行する場合には（中間のオーバラップ程度も含めて）、エレメントＥＬ０，ＥＬ１，...ＥＬｎをいったんコピーすべきであり、同じオーバラップモードｎの場合には、エレメントＥＬｎをコピーすべきであることに注意されたい。
【００４７】
反対に比較的低いオーバラップモードｊへ移行する場合には、相応の深さｊのエレメントＥＬｊまでのコピーが行われる。したがって上記の例でオーバラップ程度がＵ＝１からＵ＝０へ、第４シリンダから第１シリンダへの移行の際に変化すると、点火角ＦＩＦＯメモリＳＰ２の第０エレメントだけが上書きされる。
【００４８】
上記の方法を使用すべき場合、出力方法は、充電開始を計算するための計算装置と、点火角の計算／出力を行うための計算装置とを有していなければならない。出力方法を純粋にソフトウエア的に置換する場合には、相応する計算経路を明りょうに分離すべきである。充電開始方法にはオーバラップカウンタおよび充電時間が引き渡される。そして充電開始方法は、オーバラップカウンタを介してアドレシングされたアレイ素子にアクセスし、これによりオーバラップ程度がまだ有効であるか否かを検査する。オーバラップ程度が過度に小さければ、充電開始方法は直ちに充電をトリガし、オーバラップカウンタを増分しなければならない。これにより、充電開始計算がメモリ論理回路により直ちに呼び出され、今回は後続シリンダに対し、オーバラップカウンタの新たな値に相応して呼び出される。
【００４９】
したがって１セグメントのオーバラップの場合には、アレイ素子ＥＬ１にだけアクセスされ、出力ハードウエアが相応に後続シリンダに対して前もって初期化されることとなる。更新されたオーバラップカウンタをメモリ論理回路に書き込むことにより、充電開始計算だけが新たにトリガされるのではなく、同時に点火角アレイＳＰ１の第１エレメントが点火角ＦＩＦＯメモリＳＰ２へコピーされる。このような自動的メモリ転送は、現在のマイクロコントローラに備わっているバスコントローラでのバーストモードによって通常は可能である（Ｃ１６７コントローラでのＰＥＣまたは８０Ｃ１９７でのＰＴＳを参照）。
【００５０】
点火角ＦＩＦＯメモリＳＰ２は、メモリ論理回路による回転数検出部の次の呼び出しの際に自動的に１エレメントだけ下方へシフトされる。点火角出力部はその目標値を常に、点火角ＦＩＦＯメモリの第０エレメントＥＬ０を介して受け取り、したがって点火角計算の際にそれ以上のインテリジェンスを必要としない。メモリ構造は通常、ソフトウエアによって実現することができる。
【００５１】
図１にはさらに前記の方法により、先行セグメントへ閉鎖開始（充電開始）が移行することを既に先行セグメントで診断できることが示されている。ここではオーバラップのない動作モードにおいて後続の値が点火角スタックで解釈され、これにより同じように閉鎖開始角度計算が実行される。
【００５２】
後続セグメントでの点火に対する閉鎖開始が目下のセグメントにあることが判明すれば、直ちにオーバラップモードに切り換えることができる。システムが２つの割込（閉鎖開始割込と点火割込）しか使用していなければ、点火角度と閉鎖時間が大きく異なる場合に後続シリンダの通電開始を目下のシリンダの通電開始の前にすることができる。このような場合が存在すれば、後続シリンダの閉鎖開始を別の出力チャネルで、目下のシリンダの閉鎖開始と並列的に計算しなければならないこととなる（第２の閉鎖開始割込が必要となろう）。別のトリガユニット／割込チャネルがなければ、前記の方法でのオーバラップ診断モードは遮断される。
【００５３】
まとめると上記の実施例の時間経過は次のとおりである。
【００５４】
−ＦＩＦＯを下方へシフトする。
【００５５】
−オーバラップ程度を閉鎖時間、回転数、場合により回転数ダイナミック、点火角度アレイおよび目下のこれまでのオーバラップ程度について識別する。
【００５６】
−ＦＩＦＯに、識別されたオーバラップ程度に相応して、可能なオーバラップ程度変化を考慮して書き込む。
【００５７】
−第０のＦＩＦＯエレメントを点火出力部に読み出す。
【００５８】
本発明を有利な実施例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、多種多様に変形することができる。
【００５９】
とりわけ、記憶コピー過程ないし出力過程に対する制御メカニズムはハードウエアでもソフトウエアでも実現することができる。
【００６０】
また任意の気筒数にも転用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の実施例を説明するための時間経過線図である。
【図２】 図２は、４気筒内燃機関での点火順序を示す概略図である。
【図３】 図３は、４気筒内燃機関の第１シリンダのセグメントでの点火制御機能経過を示す概略図である。

Claims (6)

1. 内燃機関に対し、点火コイル装置を制御するための点火制御装置であって、
   該点火制御装置は、回転数検出装置と、角度検出装置と、計算装置と、第１の記憶装置と、オーバラップカウンタを備えるオーバラップ検出装置と、第２の記憶装置と、コピー装置と、点火出力装置とを有し、
   前記回転数検出装置は、内燃機関の回転数を各シリンダの点火サイクル内の検出時点で検出し、
   前記角度検出装置は、内燃機関の目下のクランク角度を検出し、
   前記計算装置は、検出された回転数に相応して設定される、それぞれ次に点火すべきシリンダおよびそれに続くシリンダの点火角、相応の充電時間、および相応の充電開始角を、それぞれのシリンダの点火サイクル内にある計算時点でセグメントごとに計算し、
   前記第１の記憶装置は少なくともｎ個のエレメントを有し、書き込み/読み出しメモリの形態であり、全てのシリンダのそれぞれ計算された点火角を記憶し、
   前記オーバラップ検出装置は、後続のシリンダの点火サイクルと、それぞれ次に点火すべきシリンダの点火サイクルとのオーバラップの数を、前記オーバラップカウンタのカウント数から検出し、
   前記第２の記憶装置は少なくともｎ個のエレメントを有し、ＦＩＦＯメモリの形態であり、計算された点火角を記憶し、
   前記コピー装置は、第１の記憶装置にあるそれぞれの点火角を第２の記憶装置に、前記オーバラップカウンタのカウント数（Ｕ）に依存してコピーし、
   前記点火出力装置は、それぞれ次に点火すべきシリンダの点火角を第２の記憶装置から出力し、相応の充電時間および相応の充電開始角を出力する、
   ことを特徴とする点火制御装置。
2. 後続の点火サイクルでのオーバラップを診断するための診断装置が設けられている、請求項１記載の点火制御装置。
3. 点火角ＦＩＦＯメモリはソフトウエア的に書き込み/読み出しメモリに実現される、請求項１または２記載の点火制御装置。
4. コピー装置は、マイクロコントローラのバーストモードにより実現される、請求項１から３までのいずれか１項記載の点火制御装置。
5. オーバラップカウンタのカウント数が増大する場合、前記第１の記憶装置のｎ番目までのエレメントが第２の記憶装置にコピーされる、請求項１から４までのいずれか１項記載の点火制御装置。
6. 内燃機関に対し、点火コイル装置を制御するための点火制御方法であって、
   内燃機関の回転数を、それぞれのシリンダの点火サイクル内にある検出時点で検出し、
   内燃機関の目下のクランク角を検出し、
   検出された回転数に相応して設定される、それぞれ次に点火すべきシリンダおよびこれに続くシリンダの点火角、相応の充電時間、および相応の充電開始角を、それぞれのシリンダの点火サイクル内にある計算時点でセグメントごとに計算し、
   全てのシリンダのそれぞれ計算された点火角を、書き込み/読み出しメモリの形態の第１の記憶装置に記憶し、
   後続のシリンダの点火サイクルと、それぞれ次に点火すべきシリンダの点火サイクルとのオーバラップの数を、オーバラップカウンタのカウント数から検出し、
   ＦＩＦＯメモリの形態の第２の記憶装置を、前記計算された点火角を記憶するために形成し、
   第１の記憶装置にあるそれぞれの点火角を第２の記憶装置に、前記オーバラップカウンタのカウント数（Ｕ）に依存してコピーし、
   それぞれ次に点火すべきシリンダの点火角を第２の記憶装置から出力し、相応の充電時間および相応の充電開始角を出力する、
   ことを特徴とする点火制御方法。

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