JPH03134247A - 内燃機関制御装置及び方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関を
制御する装置及び方法に関し、特にコストダウンを実現
した内燃機関制御装置及び方法に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関は、複
数の気筒（例えば、４気筒）により、吸気、圧縮、爆発
及び排気の４サイクルで駆動されている。このとき、各
気筒において、ピストンで圧縮された混合気に点火プラ
グで火花を飛ばし、混合気を燃焼させて出力を得る必要
があるが、燃焼によって発生する圧力がピストンを圧し
下げる力として効率的に働くように、最適なりランク位
置で十分なエネルギの火花を飛ばすことは重要な制御項
目である。

このような内燃機関においては、各気筒毎のイグナイタ
による点火時期及びインジェクタによる燃料噴射厘序等
を最適に制御するため、マイクロコンピュータにより電
子的に演算が行われている。

この演算制御を行うため、マイクロコンピュータは、各
種運転条件の他に、内燃機間の回転に同期した気筒毎の
基準位置信号及び特定気筒に対応した気筒識別信号を取
り込み、各気筒毎の動作位置を識別して最適な時刻で制
御を行っている６通常、基準位置信号及び気筒識別信号
を発生する手段としては、内燃機関のカム軸又はクラン
ク軸の回転を検出して同期信号を発生する回転信号発生
器が用いられている。

第５図は４気筒エンジンにおける従来の内燃機関制御装
置を示す構成図である。

図において、（１）は内燃機関の駆動軸となるクランク
軸であり、複数の気筒（図示せず）のピストンに連結さ
れて回転駆動されるようになっている。

（２）はクランク軸（１）と同期して回転するカム軸、
（３）はクランク軸（１）とカム軸（２）とを連結する
タイミングベルトである。

一般的な４サイクルエンジンの場合、クランク軸（１）
の２回転に対して吸入、圧縮、爆発及び排気が行われる
ため、クランク軸（１）の２回転に対してカム軸（２）
が１回転し、カム軸（２）は、各気筒の４サイクル動作
の１周期に同期して１回転するようになっている。又、
４気筒エンジンの場合、各気筒の動作位置は、クランク
軸（１）に対しては１回転の１／２周期分（１８０°）
ずつ位相がずれており、カム軸（２）に対しては、１／
４周期ずつ位相がずれている。

（４）はカム軸（２）に連結された回転信号発生器の回
転軸、（５）は回転軸（４）の一端に設けられた基準位
置検出用の回転円板である。（６）及び（７）は回転円
板（５）に形成されたスリット状の窓であり、外周側の
４つの窓（６）は各気筒毎の基準位置く所定回転角度）
に対応し、又、内周側の１つの窓（７）は特定気筒の窓
（６）に対応するように設けられている。

（８）は回転円板（５）の一部に対向配置された固定板
である。〈９）及び（１０）は固定板（８）に設けられ
たフォトカプラからなるセンサであり、（９）は窓（６
）に対向配置された基準位置センサ、（１ｏ）は窓（７
）に対向配置された気筒識別センサである。

ここでは、窓（６）の回転方向前方側の一端が各気筒毎
の第１の基準位置に対応し、回転方向後方側の一端が各
気筒毎の第２の基準位置に対応しており、基準位置セン
ナ（９）からの基準位置信号Ｌ１は、第１の基準位置で
立ち上がり、第２の基準位置で立ち下がるパルス波形と
なる。又、気筒識別センナ（１０）からの気筒識別信号
Ｌ２は、特定気筒のみの基準位置信号り、に対応してレ
ベル「１」を示すパルス波形となる。

（１１）はクランク軸（１）に対向配置された別の基準
位置センサであり、近接センサスは反射形のフォトセン
サ等からなり、例えば、クランク軸（１）の１回転毎に
気筒群の基準位置信号りを出力するようになっている。

（２０）は電子制御装置を構成するマイクロコンピュー
タ（以下、ＥＣＵという）であり、基準位置信号Ｌ１及
び気筒識別信号Ｌ２（又は基準位置信号Ｌ）と、図示し
ない各種センサがらの運転条件信号とに基づいて、各気
筒の燃料制御及び点火制御を行うようになっている。

（３１）はＥ　ＣＵ　（２０）により駆動されるパワー
トランジスタ、（３２）は−次コイルがパワートランジ
スタ（３１）に接続された点火コイル、（３３）は点火
コイル（３２）の二次コイルに接続された点火プラグで
あり、これらは＃１〜＃４の各気筒に対応して設けられ
ている。

次に、各気筒の点火制御を行う場合を例にとって、第５
図に示した従来の内燃機関制御装置の動作について説明
する。

クランク軸（１）と連動するカム軸（２）により回転信
号発生器の回転円板（５）が回転すると、基準位置セン
サ（９）からは窓（６）に対応した基準位置信号り、が
出力され、気筒識別センサ（１０）からは窓（７）に対
応した気筒識別信号Ｌ２が出力される。

通常、５ＧＴ（クランク角基準信号）と呼ばれる基準位
置信号り、は、＃１〜＃４の各気筒毎の第１の基準位置
Ｂ７５９で立ち上がり、第２の基準位置Ｂ５’で立ち下
がる。第１の基準位ｇ　Ｂ　７５°は、各気筒毎のクラ
ンク角度０責ＴＤＣ＝上死点）から７５°手前の位置を
示し、制御基準及びイニシャル通電角度に相当する。又
、立ち下がり基準位ＷＢ５゜（ＴＤＣから５°手前の位
置）は、クランキング時のイニシャル点火角度に相当す
る。

又、ＳＧＣと呼ばれる気筒識別信号Ｌ２は、特定気筒の
基準位置信号Ｌ１の発生時に出力され、例えば＃１気筒
を識別するために用いられる。

こうして得られた２種類の信号即ち基準位置信号り、及
び気筒識別信号Ｌ２は、運転条件信号と共にマイクロコ
ンピュータ（２０）に入力される６マイクロコンピユー
タ（２０）は、識別された各気筒に点火制御信号を分配
し、周知のように、＃１気筒、＃３気筒、＃４気筒、＃
２気筒の）噴にパワートランジスタ（３１）をオンさせ
て点火コイル（３２）を駆動し、点火プラグ（３３）に
火花を発生させる。

このとき、＃１気筒及び＃４気筒（又は、＃３気筒及び
＃２気筒）は、互いにクランク軸（１）の１回転（３６
０°）分だけ位相がずれており、一方が圧縮行程のとき
他方が排気行程にある。

一方、クランク軸（１）に設けられた基準位置センサ（
１１）からの基準位置信号りは、圧縮行程又は排気行程
にある２つの気筒の基準位置に対応している。従って、
マイクロコンピュータ（２０）は、基準位置信号りを用
いた場合は、排気行程及び圧縮行程にある＃１気筒及び
＃４気筒（又は、＃３気筒及び＃２気筒）を同時に点火
制御する。尚、排気行程にある気筒を点火制御しても爆
発が起こらないので特に支障はない。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の内燃機関制御装置は以上のように、基準位置信号
Ｌ１を生成するための基準位置センサ（９）の他に、気
筒識別信号Ｌ２を生成するための気筒識別センサ（１０
）を必要としている。従って、基準位置センサをクラン
ク軸（１）に取付け、気筒識別センナ（１０）をカム軸
（２）に取付けるといったような、個々にセンサを取付
けるシステムの場合、センサ装着構成が繁雑になり、コ
ストダウンが計れないという問題点があった。

又、気筒識別センサ（１０）を用いない従来の内燃機関
制御方法は、基準位置信号りのみに基づいて複数の気筒
を常に同時に制御しているので、通電等に無駄な電力を
消費し、コストダウンが計れないという問題点があった
。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、センサの装着構成を簡略化すると共に、無駄
な電力消費を防止してコストダウンを実現した内燃機−
制御装置及び方法を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る内燃機関制御装置は、内燃機関の回転に
同期して駆動制御される複数の気筒のうち、圧縮行程及
び排気行程にある気筒群を識別する気筒群識別手段と、
識別された気筒群のうち圧縮行程にある気筒を判別する
気筒判別手段と、この気筒判別手段により判別された気
筒順序に従って各気筒を制御する分配手段とを備えたも
のである。

又、この発明に係る内燃機関制御方法は、圧縮行程及び
排気行程にある気筒群を点火させて圧縮行程にある気筒
を判別するステップと、圧縮行程にある気筒の判別がで
きない場合には気筒群を同時に制御するステップと、圧
縮行程にある気筒の判別ができた場合には各気筒を独立
に制御するステップとを含むものである。

［作用］ この発明による内燃機関制御装置においては、圧縮行程
及び排気行程にある気筒を同時点火して気筒の動作状態
を識別し、この識別結果に基づいて各気筒を制御する。

又、この発明による内燃機関制御方法においては、気筒
の識別ができない場合には、圧縮行程及び排気行程にあ
る気筒群を同時に制御し、気筒識別が可能となった時点
で、所定順序で各気筒を独立に制御する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による内燃機関制御装置を示す
構成図であり、（１）〜（３）、（１１）及び（３１）
〜（３３）は前述と同様のものである。尚、ここでは、
複数の気筒のうちの１つの点火部（３１）〜（３３）の
みを代表的に図示している。

（４０）は（２０）に対応するＥＣＵであり、プログラ
ムの一部が変更されていればよい。又、基準位置センサ
（１１）は、Ｅ　ＣＵ　（４０）内のプログラムと共同
して、圧縮行程及び排気行程にある気筒群を識別する気
筒群識別手段を構成している。

（４１）は点火プラグ（３３）の一端とＥ　ＣＵ　（４
０）との間に挿入されたイオン電流検出器であり、ＥＣ
Ｕ（４０）内のプログラムと共同して、基準位置信号り
から識別された気筒群のうち圧縮行程にある気筒を判別
する気筒判別手段を構成している。

又、Ｅ　ＣＵ　（４０）は、気筒判別手段によって判別
された気筒順序に従って各気筒を制御する分配手段とを
備えている。

ＤＩは点火コイル（３２）と点火プラグ（３３）との間
に挿入された逆流防止ダイオード、Ｄ２は点火プラグ（
３３）とイオン電流検出器（４１）との間に挿入された
逆流防止ダイオードである。

イオン電流検出器（４１）は、イオン電流源となる直流
電源Ｅと、直流電源Ｅに直列接続された負荷抵抗器Ｒ１
と、直流電源Ｅ及び負荷抵抗器Ｒ１からなる直列回路に
並列接続された分圧抵抗器Ｒ２及びＲ３とから構成され
ており、負荷抵抗器Ｒ１と分圧抵抗器Ｒ２との接続点が
逆流防止ダイオードＤ２を介して点火プラグ（３３）に
接続され、分圧抵抗器Ｒ２及びＲ３の接続点がＥ　ＣＵ
　（４０）に接続されている。このようなイオン電流検
出器（４Ｉ）は、特定気筒の点火プラグ（３３）のみに
設けられても、各気筒の点火プラグ（３３）にそれぞれ
設けられてもよい。

次に、第２図の気筒識別割込ルーチンを示すフローチャ
ート図を参照しながら、点火制御を行う場合のこの発明
の一実施例の動作について説明する。

まず、イオン電流検出を示すカウンタＣＮＴ及び気筒識
別の確定を示すフラグＦをそれぞれＯにリセットすると
共に、気筒識別確定基準となる所定回数ｎを初期設定す
る（ステップＳｔ）。

続いて、フラグＦを参照し、気筒識別が確定しているか
（Ｆ＝１）否かを判定する（ステップＳ２）。

初期状態においては、気筒識別が確定していないためＦ
＝０であり、ステップＳ３に進′み、イオン電流Ｉの検
出結果に基づいて、圧縮行程の識別が可能か否かを判定
するに のとき、各気筒が同時点火制御されているが、全気筒に
燃料噴射されると共に、位相が１８０゛異なる２つの気
筒ずつ〈例えば、＃１及び＃４気筒）同時点火が行われ
る。即ち、クランク軸（１）の近傍に配置された基準位
置センサ（１１）により、クランク軸（１）の半回転（
１８０”）毎及び１回転（３６０”）毎の基準位置信号
りが得られるので、Ｅ　ＣＵ　（４０）は、基準位置信
号りに基づいて圧縮行程及び排気行程にある気筒群を識
別し、これらを同時点火することができる。

もし、点火された気筒が圧縮行程にあれば、点火プラグ
（３３）の放電により爆発が起こり、点火プラグ（３３
）の間に多くのイオンが生成される。又、排気行程にあ
れば、点火プラグ（３３）で爆発が起こらないため、イ
オンはほとんど生成されない。

イオン電流検出器（４１）は、直流電源Ｅにより、点火
プラグ（３３）を通して流れる二次電圧側からのイオン
電流■を検出し、これを負荷抵抗器Ｒ１に発生する電圧
に変換し、更に、分圧抵抗器Ｒ２及びＲ３により、イオ
ン電流Ｉに相当する電圧値■、に変換してＥ　ｃ　ｔｒ
　（４０）に入力する。

Ｅ　ＣＵ　（４０）は、入力された電圧値■、が予め設
定された閾値より小さければ、ステップＳ３において圧
縮行程の識別が不可能であると判定し、イオン電流検出
用（圧縮行程判定用）のカウンタＣＮＴをデクリメント
する（ステップＳ４）。但し、カウンタＣＮＴは最小値
０でクリップされるので、負の値になることはない。

一方、電圧値ｖＩが閾値以上になったときは、ステップ
Ｓ３において対象気筒が圧縮行程にあることを識別し、
カウンタＣＮＴをインクリメントする（ステップＳ５）
。但し、カウンタＣＮＴは最大値ｎでクリップされるの
で、所定回数ｎを越えることはない。

次に、カウンタＣＮ　Ｔが所定回数ｎに達したか否かを
判定しくステップＳ６）、所定回数ｎに達していなけれ
ば、同様に同時点火（ステップＳ７）を行い、ステップ
Ｓ２に戻る。

一方、カウンタＣＮＴが所定回数ｎに達した場合には、
気筒識別が確定したことを示すフラグＦをオンして、Ｆ
＝１としくステップＳ８）、ステ・ｙブＳ２に戻る。

これにより、所定回数ｎだけ続けて圧縮行程が識別され
た場合のみにフラグＦが１となるので、誤検出等によっ
てフラグＦに１が立つことはなく、気筒判別の信頼性が
向上する。

こうして、気筒判別が行われると、ステップＳ２により
、気筒識別確定フラグＦ＝１が判定され、各気筒毎の独
立点火が行われ（ステップＳ９）、気筒識別割込ルーチ
ンは終了する。

このとき、Ｅ　ＣＵ　（４０）は、基準位置信号りから
識別された気筒群と、イオン電流Ｉに相当する電圧値■
１から判別された気筒とに基づいて、各点火コイル（３
２）に対する駆動信号を生成する。これらの駆動信号は
、各気筒の圧縮行程の終了付近に対応するように、気筒
数分だけ出力される。

このように、イオン電流Ｉの検出に基づく気筒判別が確
定するまでは同時点火制御（ステップＳ７）を行い、気
筒判別が確定した後は、独立点火制御（ステップＳ９）
を行う。

このとき、基準位置センサ（１１）により気筒群の識別
が行われ、気筒識別センサ（１０）（第５図参照）の代
用として、イオン電流■の検出による圧縮行程気筒の判
別が行われる。従って、気筒識別センサ（１０）を用い
ない簡単な構成で、点火制御が実行できる。又、第５図
のような気筒識別センサ（１０）と併用すれば、誤識別
等の防止が確実となり、更に信頼性の高い点火制御が可
能となる。

尚、上記実施例では点火制御について説明したが、燃料
制御に適用しても同等の効果を奏することは言うまでも
ない。燃料制御の場合、気筒判別が未確定の始動時点に
おいては全気筒に対する燃料の同時噴射が行われ、気筒
判別確定後は各気筒に対するシーケンシャル噴射が行わ
れる。

又、同時点火制御時のイオン電流■を検出して圧縮行程
にある気筒（燃焼気筒）を判別したが、イオン電流検出
器（４１）の代わりに気筒内圧力センサを気筒毎に設置
して、気筒内圧力に基づいて燃焼気筒を判別してもよい
。この場合、ＴＤＣにおいて所定値以上の圧力を示す気
筒が圧縮行程にある気筒と判別される。

更に、第３図のように、イオン電流検出器（４１）の代
わりに、点火波形検出器（４２）を用いて気筒判別手段
を構成してもよい。この場合、点火波形検出器（４２）
は、点火プラグ（３３）における火花放電時の点火波形
即ち二次電圧波形Ｗを検出する。

第３図において、Ｄ３及びＲ４は点火プラグ（３３）と
点火波形検出器＜４２）との間に直列に挿入された逆流
防止ダイオード及び負荷抵抗器、（４３）は点火波形検
出器（４２）とＥ　ＣＵ　（４０）との間に必要に応じ
て挿入された周波数フィルタ（バイパスフィルタ）であ
る。

点火が行われた時の二次電圧波形Ｗは第４図のように示
され、対象気筒が排気行程にある場合は。

放電初期に小さいピークが現れた後、なだらかな波形が
続く、一方、対象気筒が圧縮行程にある場合は、放電初
期に大きなピークが現れた後、爆発燃焼による高周波成
分の波形が続く。

もし、二次電圧波形Ｗのピーク値に基づいて気筒判別す
る場合は、最初のピーク波形のみで気筒判別が可能なの
で、周波数フィルタ（４３）は不要である。しかし、二
次電圧波形Ｗの積分値に基づいて気筒判別する場合は、
周波数フィルタ（４３）を挿入することが好ましい。気
筒判別に二次電圧波形Ｗの積分値を用いた場合、ピーク
波形の後に続く高周波成分も検出されるので、圧縮気筒
の判別が更に確実になる。

この実施例の場合、火花放電に関連する二次電圧波形Ｗ
を点火波形検出器（４２）で検出し、これを周波数フィ
ルタ（４３）を通してＥ　ＣＵ　（４０）に入力する。

Ｅ　ＣＵ　（４０）は、二次電圧波形Ｗのピークレベル
又は積分レベルを所定値と比較し、所定値以上となった
ときに、対象気筒が圧縮行程にあると判別する。従って
、動作は第２図のフローチャート図と同様であり、カウ
ンタＣＮＴが二次電圧波形の検出回数を格納することに
なる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、内燃機関の回転に同期
して駆動制御される複数の気筒のうち、圧縮行程及び排
気行程にある気筒群を識別する気筒群識別手段と、識別
された気筒群のうち圧縮行程にある気筒を判別する気筒
判別手段と、この気筒判別手段により判別された気筒順
序に従って各気筒を制御する分配手段とを設け、圧縮行
程及び排気行程にある気筒を同時点火して気筒の動作状
態を識別し、この識別結果に基づいて各気筒を制御する
ようにしたので、気筒識別センサが不要となり、コスト
ダウンを実現した内燃機関制御装着が得られる効果があ
る。

又、この発明によれば、圧縮行程及び排気行程にある気
筒群を点火させて圧縮行程にある気筒を判別するステッ
プと、圧縮行程にある気筒の判別ができない場合には気
筒群を同時に制御するステップと、圧縮行程にある気筒
の判別ができた場合には各気筒を独立に制御するステッ
プとを設けたので、無駄な電力を消費することがなく、
経済的な内燃機関制御方法が得られｅ効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による内燃機関制御装置の一実施例を
示す構成図、第２図はこの発明による内燃機関制御方法
の一実施例を示すフローチャート図、第３図はこの発明
による内燃機関制御装置の他の実施例を示す構成図、第
４図は第３図の実施例による点火！Ｉ？＃時の二次電圧
を示す波形図、第５図は従来の内燃機関制御装置を示す
構成図である。 （１１）・・・基準位置センサ（気筒群識別手段）（２
０）・・・マイクロコンピュータ （４１）−・・イオン電流検出器（気筒判別手段）（４
２）・・・点火波形検出器（気筒判別手段）Ｌ・・・基
準位置信号 Ｓ３・・・圧縮行程にある気筒を判別するステップＳ７
・・・気筒群を同時に制御するステップＳ９・・・各気
筒を独立に制御するステップ尚、図中、同一符号は同−
又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の回転に同期して駆動制御される複数の
   気筒のうち、圧縮行程及び排気行程にある気筒群を識別
   する気筒群識別手段と、 識別された前記気筒群のうち圧縮行程にある気筒を判別
   する気筒判別手段と、 この気筒判別手段により判別された気筒順序に従って前
   記各気筒を制御する分配手段とを備えた内燃機関制御装
   置。
2. （２）内燃機関の回転に同期して駆動制御される複数の
   気筒のうち、圧縮行程及び排気行程にある気筒群を点火
   させて圧縮行程にある気筒を判別するステップと、 前記圧縮行程にある気筒の判別ができない場合には前記
   気筒群を同時に制御するステップと、前記圧縮行程にあ
   る気筒の判別ができた場合には前記各気筒を独立に制御
   するステップとを含む内燃機関制御方法。