JPH02241980A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分計〉 本発明は、吸気温に基づいて基本点火時期を補正するよ
うにした火花点火内燃機関の点火時期制御装置に関する
。

〈従来の技術〉 燃料としてガソリン等を使用する火花点火内燃機関（以
下、単に機関と略称する）の点火時期は、この機関が搭
載された車両に要求される機能や特性に応じ、機関の吸
入空気量や回転数等に基づいて予め設定された値が選択
されている。一般には、機関の吸入空気量を機関の回転
数で割って得られる吸気充填効率とこの機関の回転数と
で予め設定される基本点火時期のマツプから、機関の吸
入空気量を検出するエアフローセンサ及び機関の回転数
を検出するクランク角センサによる検出結果に基づいて
基本点火時期を求め、この基本点火時期に対して例えば
吸入空気の温度変化等に伴う補正を行い、このようにし
て補正された点火時期に基づいて点火プラグや点火コイ
ル等の点火手段を作動させている。

ところで、機関の燃焼室における通常の燃焼は、点火プ
ラグから与えられる火花で混合気の一部が着火され、そ
の火炎が混合気内を伝播することにより進行するが、ノ
ッキングは未燃焼部分の混合気の一部又は全部が圧縮に
よる温度上昇のため、火炎の伝播を待たずに自己着火し
て一時に燃焼する乙とにより起こる。この急激な燃焼に
伴う燃焼室内の圧力の急上昇と圧力波の伝播により、機
関各部の機械的な振動や点火プラグ或いはピストン等の
過熱を生じるため、ノッキングは機関にとって最も有害
な現象の一つであると云うことができる。

通常、吸気温が低い場合には燃焼室の温度が低いことか
らノッキングは発生し難く、逆に吸気温が高い場合には
燃焼室の温度も高くなってノッキングが発生し易くなる
傾向を有する。このため、機関に対する負荷と点火時期
との関係を表す第１０図に示すように、図中、実線で示
す基本点火時期は、機関から最大トルクを引き出すこと
ができる点火時期とからめ、吸気温が低い状態を基準と
してこれよりもノッキングが発生し難い領域（図中、−
点鎖線よりも下側）に設定している。

この場合、吸気温が高い状態で機関が高負荷運転の時に
はノッキング発生領域に入ってしまうため、従来では吸
気温が高い領域では基本点火時期よりも点火時期が遅れ
ろように点火時期補正量を設定し、機関に対する負荷の
大小に応じて複数の点火時期補正量を選択して基本点火
時期を補正していた。

〈発明が解決しようとする課題〉 従来の点火時期制御装置では、機関に対する負荷に閾値
を予め設定し、機関に対する負荷がこの閾値より大きい
場合には、この時の吸気温に対応した点火時期補正量を
基本点火時期に加算し、逆に機関に対する負荷が閾値よ
り小さい場合には、基本点火時期をそのまま点火時期と
して設定している。

当然のことであるが、機関に対する負荷は連続的に変化
するものであるから、従来のような点火時期の設定方法
ではノッキングに対する安全性を考慮する必要上、高負
荷となる機関の運転領域では充分すぎるほど点火時期を
遅らせてしまう場合があり、出力特性の低下を招来する
欠点があった。

ところで、ノッキングは機関が高回転となるほど機関に
与える損傷の度合いが大きい。

又、機関が低回転の状態でノッキングが発生した場合に
は、機関の異音や異常振動をこの機関を搭載した車両の
乗員が感じてしまうため、乗車フィーリングを悪化させ
る一因となる。この点に関し、従来のものでは機関の回
転数に関係なく一律に点火時期の補正を行っているため
、例えばノッキングを発生させることなく点火時期をも
う少し進めて出力トルクを増大させることができるにも
かかわらず、点火時期を遅らせてしまっている等の無駄
を避けられなかった。

く課題を解決するための手段〉 本発明による内燃機関の点火時期制御装置は、火花点火
内燃機関の運転状態に応じて基本点火時期を設定する基
本点火時期設定手段と、吸気温に応じて前記基本点火時
期に対し点火時期が遅れるように点火時期補正量を設定
する補正量設定手段と、前記火花点火内燃機関に対する
負荷に応じて前記点火時期補正量を連続的に修正する補
正量修正手段と、前記基本点火時期及び修正された前記
点火時期補正量に基づいて前記火花点火内燃機関の点火
手段を作動させる制御手段とを具えたものである。

又、補正量修正手段としては、火花点火内燃機関に対す
る負荷及びこの火花点火内燃機関の回転数にそれぞれ応
じて補正量設定手段による点火時期補正量を修正するも
のでも良い。

く作 用〉 火花点火内燃機関に対する吸気温が低い状態では、基本
点火時期設定手段により設定された基本点火時期に基づ
いて制御手段が点火手段を作動させる。

吸気温が予め設定した温度以上になると、補正量設定手
段により吸気温に対応した点火時期補正量が設定される
。そして、この時の機関に対する負荷更には機関の回転
数に応じて点火時期補正量を修正し、この修正された点
火時期補正量分だけ基本点火時期よりも点火時期が遅れ
るように、制御手段が点火手段を作動させる。

ことで、機関に対する負荷が大きいほど修正量を少なく
して点火時期を遅らせ、ノッキングの発生を防止する。

又、機関に対する負荷が小さいほど修正量を多くして点
火時期補正量を少なくし、点火時期を基本点火時期から
余り遅らせないようにして出力トルクの増大を図る。

一方、機関の回転数が高い領域では、ノッキングの発生
による機関の損傷を防止すべく点火時期補正量の修正量
を少なくするか或いはゼロにして基本点火時期よりも点
火時期を遅らせ、ノッキングの発生を防止する。逆に、
機関の回転数が低い領域においても、点火時期補正量の
修正量を少なくするか或いはゼロにして基本点火時期よ
りも点火時期を遅らせ、ノッキングの発生に伴う機関の
異音や異常振動によって乗心地が悪化するのを防止する
。

又、機関の回転数が中位の領域では、機関に対する負荷
が余り大きくない上にノッキングが発生し難い領域でも
あるので、点火時期補正量の修正量を最大にして基本点
火時期をそのまま点火時期とし、出力トルクの低下を抑
制する。

く実　施　例〉 本発明による内燃機関の点火時期制御装置を四気筒内燃
機関を搭載した車両に応用した一実施例の概略構造を表
す第１図に示すように、機関１１は吸気弁１２及び排気
弁１３を介して燃焼室１４にそれぞれ連通する吸気通路
１５及び排気通路１６を有してお秒、前記吸気通路１５
にはその上流側から順にエアクリーナ１７及びスロット
ル弁１８及びソレノイドｍｓの燃料噴射弁１９が設けら
れている。

なお、本実施例の燃料噴射弁１９は、機関１１の気筒数
に対応して吸気道′ｌ５１４の吸気マニホールド部分に
四個設けられたいわゆるマルチポイント形式のものを採
用している。

各燃焼室１４に臨む点火プラグ２０は、点火コイル２１
及びパワートランジスタ２２を内蔵したディストリビュ
ータ２３に接続しており、パワートランジスタ２２のオ
フ動作により点火コイル２１に高電圧が発生し、四本の
点火プラグ２０のうちの何れかが火花放電する一方、パ
ワートランジスタ２２のオン動作によって点火コイル２
１が充電を開始するようになっている。そして、これら
点火プラグ２０及び点火コイル２１及びパワートランジ
スタ２２及びディストリビュータ２３等で本発明の点火
手段を構成している。

従って、機関１１の通常の運転状態では、スロットル弁
１８の開度に応じてエアクリーナ１７を介し吸気通路１
５内に吸入された空気が、燃料噴射弁１９から噴射され
る燃料と適切な空燃比となるように混合され、燃焼室１
４内でこの混合気が点火プラグ２０により点火燃焼し、
排気ガスとなって排気通路１６から排出される。

この機関１１の運転状態を良好に維持するため、本実施
例では種々のセンサを設け、これらセンサからの検出信
号に基づいて点火プラグ２０の点火時期を制御している
。具体的には、燃焼室１４内へ送り込まれる吸入空気量
を検出するカルマン流量計等のエアフローセンサ２４と
、この吸入空気の温度を検出する吸気温センサ２５とが
エアクリーナ１７内に組込まれている。又、機関１１に
はこの機関１１の冷却水の温度を検出する水温センサ２
６が設けられている他、ディストリビュータ２３内には
機関１１の各気筒のクランク角位相を検出するクランク
角センサ２７と、四つの気筒のうちの予め設定した第一
気筒における圧縮上死点位置を検出するＴＤＣセンサ２
８とが組込まれている。

これらセンサ２４〜２８の検出信号は、それぞれ電子ｆ
ＩＩＩａｌｌユニット（以下、ＥＣＵと呼称する）２９
へ入力されるようになっている。

ＥＣＵ２９の概略構造を表す第２図に示すように、ＥＣ
Ｕ２９はその主要部として演算装置（以下、これをＣＰ
Ｕと呼称する）３０を具えている。このＣＰＵ３０には
、吸気温センサ２５及び水温センサ２６からの各検出信
号が、それぞれインタフェース３１及びＡ／Ｄコンバー
タ３２を介して入力され、又、エアフローセンサ２４及
びクランク角センサ２７及びＴＤＣセンサ２８からの検
出信号が直接入力されるようになっている。更に、この
ＣＰＵ３０には機関１１の回転数Ｎと吸気充填効率（負
荷）Ａ／Ｎとで決まる基本進角量Ｔ、ｓ等の固定値デー
タや各種マツプ或いはプログラムデータを記憶するＲＯ
Ｍ３３が接続し、このＲＯＭ３３とＣＰＵ３０との間で
点火時期制御のためのデータの授受が行われる。

一方、ＣＰＵ３０からは点火時期の制御信号が点火ドラ
イバ３４を介してパワートランジスタ２２に出力され、
このパワートランジスタ２２から点火コイル２１を介し
ディストリビュータ２３により四つの点火プラグ２０に
順次火花を発生させて行く。

点火ドライバ３４の概略構造を表す第３図に示すように
、本実施例の点火ドライバ３４は、ＣＰＵ３０を介して
クランク角センサ２７からの１８０度毎（機関１１の各
気筒の１ストロークに相当する）の図示しないクランク
の回転パルス信号（本実施例では各気筒の圧縮上死点前
７５度の位置に対応させている）をそれぞれ受ける一対
のフリッププロップ３５．３６と、これらフリップフロ
ップ３５゜３６の出力と当該点火ドライバ３４内に組込
まれたクロックジェネレータ３７からのクロックとをそ
れぞれ受ける一対のＡＮＤゲート３８．３９と、後述す
る最終進角量Ｔ、に基づき機関回転数Ｎに対応して設定
され且つＣＰＵ３０から入力されるプリセット値Ｍ１の
カウントダウンを一方のＡＮＤゲート３８からの信号で
開始する第一プリセットカウンタ４０と、機関回転数Ｎ
に対応して設定され且つＣＰＵ３０から入力されるプリ
セット値Ｍ２のカウントダウンを他方のＡＮＤゲート３
９からの信号で開始する第ニブリセットカウンタ４１と
、プリセット値Ｍ１がゼロまでカウントした時に第一プ
リセットカウンタ４０から出力されるパルス信号でリセ
ットされると共にプリセット値Ｍ２がゼロまでカウント
された時に第ニブリセットカウンタ４１から出力される
パルス信号でセットされるフリップフロップ４２とを具
えている。

つまり、このフリップフロップ４２からのリセット信号
でパワートランジスタ２２がオフとなり、逆にセット信
号でパワートランジスタ２２がオンとなるため、第一プ
リセットカウンタ４０はクランク角センサ２７からの信
号を基準とする点火時期のタイミングを決定する一方、
第ニブリセットカウンタ４１はクランク角センサ２７か
らの信号を基準として点火コイル２１の充電タイミング
を決定する機能をそれぞれ有する。この場合、成る気筒
に対する点火後に次の気筒のための充電が行われるため
、まず第一プリセットカウンタ４０からパルス信号が出
力されたのち、第ニブリセットカウンタ４１からパルス
信号が出力されるように、プリセット値Ｍ１よりもプリ
セット値Ｍ２の方が太き（設定される。

本実施例におけろ点火時期の制御ブロックを表す第４図
及びそのメインルーチンを表す第５図に示すように、本
実施例ではエアフローセンサ２４及びクランク角センサ
２７からの検出信号に基づいて基本進角量Ｔ８を求め、
この基本進角量Ｔ、に水温センサ２６から検出信号に基
づいて読み出される水温補正量θを加算して修正進角量
ＴＡを求め、更にこの修正進角量ＴＡに対し吸気温セン
サ２５及びエアフローセンサ２４及びクランク角センサ
２７からの各検出信号に基づいて演算される吸気温修正
量θ’ＡＴを加算して最終進角量ＴＦを求め、この最終
進角量ＴＦを機関回転数Ｎに応じてクランク角センサ２
７からの検出信号に対する遅れ時間情報Ｍ工として点火
ドライバ３４に与えろようにしている。

前記基本進角量Ｔは、エアフローセンサ１１及びクラン
ク角センサ２７からの検出信号に基づく機関回転数Ｎ及
び吸気充填効率Ａ／Ｎの演算結果を利用し、これらによ
って予め設定したＲＯＭ３３中の基本進角マツプ４３か
ら読み出される。

又、修正進角量ＴＡは水温センサ２６からの検出信号に
基づき予め設定したＲＯＭ３３中の第６図に示す如き水
温補正マツプから水温補正量θ、ｌＴを読み出し、この
水温補正量θ、。

を基本進角量Ｔ８に加算して求められろ。第６図に示す
水温補正マツプは、冷却水の水温が高いほど燃焼室１４
内の温度が高くなってノッキングの発生確率が高くなる
ため、水温センサ２６からの出力電圧が高いほど（水温
が低いほど）大きな進角量が水温補正量θ、アとして得
られるような傾向を持たせている。

一方、最終進角量Ｔ、は修正進角量ＴＡに吸気温修正量
θ’ＡＴを加算して求める。この吸気温修正量θ’ＡＴ
は、まず吸気温センサ２５からの検出信号に基づいて予
め設定したＲＯＭ３３中の第７図に示す如き吸気温補正
マツプから吸気温補正量θ、□を読み出し、これに機関
回転数Ｎに基づいて予めＲＯＭ３３中に設定された第８
図に示す如き回転数補正マツプから読み出されろ補正係
数ＫＮを乗算し、更に車両の負荷に対応して変動する吸
気充填効率Ａ／Ｎに基づき予めＲＯＭ３３中に設定され
た第９図に示す如き負荷補正マツプから読み出される補
正係数ＫＡ、Ｎを乗算したものである。

第７図に示す吸気温補正マツプは、機関１１の燃焼室１
４内に吸入される吸気温が高いほど燃焼温度が高くなっ
てノッキングを起こす確率が大きくなるため、吸気温セ
ンサ２５からの出力電圧が低くなる（吸気温が高くなる
）はど大きな遅角量が吸気温補正量θ。工として得られ
ろような傾向を持たせている。

又、第８図に示す回転数補正マツプは、機関回転数Ｎが
高い領域でノッキングが発生した場合の機関１１に対す
る損傷の大きさを考慮すると共に機関回転数Ｎが低い領
域でノッキングが発生した場合の乗心地の悪化を防止す
る必要上、吸気温補正量θ、に乗算される補正係数ＫＨ
の値をゼロよりも１側に近付けている。これに加えて、
機関回転数Ｎが中位の領域では根本的にノッキングが発
生し難いことから、補正係数ＫＮがゼロとなるような傾
向を持たせ、吸気温修正量θ′　をゼロとすることによ
って、遅角させることな（修正進角量ＴＡをそのまま最
終進角量Ｔ、とさせ、不必要な吸気温補正を除くことに
よって、出力トルクの低下を抑制している。

更に、第９図に示す負荷補正マツプは、機関１１に対す
る負荷が大きいほど第１０図がらも明らかなようにノッ
キングが発生し易くなるため、吸気温補正量θＡＴに対
する補正係数ＫＡ、Ｎがゼロ側から１へ近付くような傾
向を持たせている。

このようにして最終進角量Ｔ、を演算するが、各気筒の
点火時期は、先にも述べたようにクランク角センサ２７
からの圧縮上死点前７５度（ＢＴＤＣ７５°）の信号を
基準として設定しているため、タイミング制陣部４４に
て最終進角量Ｔ、を圧縮上死点前７５度からの遅れ時間
Ｍ１として演算し、点火ドライバ３４の第一プリセット
カウンタ４０に与える。

なお、本実施例では負荷Ａ／Ｎと機関回転数Ｎとに応じ
て吸気温補正量θ６アを修正するようにしたが、負荷Ａ
／Ｎに応じて吸気温補正量θ　を第９図に示す負荷補正
マツプに基づき連続的に修正することも有効である。又
、本実施例ではＲＯＭ３３から水温補正上θ８Ｔや吸気
温補正量θい□或いは回転補正係数ＫＮや負荷補正係数
ＫＡ、Ｎ＠−読み出すようにしたが、ＣＰＵ３０にて算
出するようにしても良い。

更に、第６図〜第９図に示す各マツプの傾向は、車両に
要求される特性に応じて適宜変更されるものであり、本
実施例に限定されるものではない。

〈発明の効果〉 本発明の内燃機関の点火時期制御装置によると、機関に
対する負荷に応じて吸気温に基づく遅角量を連続的に修
正するようにしたので、出力トルクを無駄に減少させる
ことなく、常に最大限に保つことが可能である。又、負
荷及び機関回転数に応じて吸気温に基づく遅角量を修正
するようにしたので、ノッキングが発生し難い中位の機
関回転数となる車両の運転領域での出力トルクの低下を
抑えることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による内燃機関の点火時期制御装置を四
気筒内燃機関を搭載した車両に応用した一実施例の概略
構造を表す制御概念図、第２図はその電子制御ユニット
の制御ブロック図、第３図はその点火ドライバの制御ブ
ロック図、第４図は全体の点火時期制御ブロック図、第
５図はそのフローチャート、第６図は水温補正マツプの
一例を表すグラフ、第７図は吸気温補正マツプの一例を
表すグラフ、第８図は回転数補正マツプの一例を表すグ
ラフ、第９図は負荷補正マツプの一例を表すグラフ、第
１０図は負荷と点火時期との関係を表すグラフである。 又、図中の符号で１１は機関、１４は燃焼室、２０は点
火プラグ、２１は点火コイル、２２はパワートランジス
タ、２３はディストリビュータ、２４はエアフローセン
サ、２５は吸気温センサ、２６は水温センサ、２７はク
ランク角センサ、２８はＴＤＣセンサ、２９は電子制御
ユニット、３０は演算装置、３３はＲＯＭ、３４は点火
ドライバ、３５，３６，４２はフリップフロップ、３７
はクロックジェネレータ、３８゜３９はＡＮＤゲート、
４０．４１はプリセットカウンタである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）火花点火内燃機関の運転状態に応じて基本点火時
   期を設定する基本点火時期設定手段と、吸気温に応じて
   前記基本点火時期に対し点火時期が遅れるように点火時
   期補正量を設定する補正量設定手段と、前記火花点火内
   燃機関に対する負荷に応じて前記点火時期補正量を連続
   的に修正する補正量修正手段と、前記基本点火時期及び
   修正された前記点火時期補正量に基づいて前記火花点火
   内燃機関の点火手段を作動させる制御手段とを具えた内
   燃機関の点火時期制御装置。
2. （２）火花点火内燃機関の運転状態に応じて基本点火時
   期を設定する基本点火時期設定手段と、吸気温に応じて
   前記基本点火時期に対し点火時期が遅れるように点火時
   期補正量を設定する補正量設定手段と、前記火花点火内
   燃機関に対する負荷及びこの火花点火内燃機関の回転数
   にそれぞれ応じて前記点火時期補正量を修正する補正量
   修正手段と、前記基本点火時期及び修正された前記点火
   時期補正量に基づいて前記火花点火内燃機関の点火手段
   を作動させる制御装置とを具えた内燃機関の点火時期制
   御装置。