JPH0359271B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は内燃機関（以下エンジンという）の点
火時期制御装置に関する。

従来の技術 火花点火式エンジンではノツキングが生じるこ
となく燃料消費率が最良となる最適点火時期が存
在し、機関回転数が高くなるほど点火が行われて
から圧縮上死点に至るまでの時間が短かくなるの
で最適点火時期は進角側となり、一方機関負荷が
高くなるほど燃焼時間が短かくなるので最適点火
時期は遅角側となる。通常この最適点火時期は機
関負荷および機関回転数の関数として予め記憶さ
れており、点火時期がこの記憶された最適点火時
期となるように制御される。

ところで火花点火式エンジンは通常スロツトル
弁下流に大きな容積を有するサージタンクを具え
ており、スロツトル弁開度が小さなときにはサー
ジタンク内に大きな負圧が発生している。このよ
うな状態でスロツトル弁が急激に開弁せしめられ
ると機関シリンダ内に供給される吸入空気量が増
大すると共に容積の大きなサージタンク内をスロ
ツトル弁開度に応じた小さな負圧の空気で充填す
るためにサージタンク内には多量の吸入空気が急
激に流入する。このようにスロツトル弁が急激に
開弁すると機関シリンダ内に供給される空気に加
えてサージタンク内をスロツトル弁開度に応じた
小さな負圧の空気で充填するための空気がサージ
タンク内に供給されるためにサージタンク内に供
給される吸入空気量は機関シリンダ内に供給され
る吸入空気量に比べて一時的に多くなり、次いで
暫らくするとサージタンク内に流入する吸入空気
量が機関シリンダ内に供給される吸入空気量と等
しくなる。一方、スロツトル弁が急激に開弁する
と上述したように機関シリンダ内に供給される吸
入空気量が増大するが機関シリンダ内に供給され
る吸入空気量が増大しても機関回転数はただちに
上昇せず、機関シリンダ内に供給される吸入空気
量が増大してから少くとも数点火した後に機関回
転数がおもむろに上昇しだす。このように機関回
転数が上昇を開始する時期はサージタンク内に流
入する吸入空気量が機関シリンダ内に供給される
吸入空気量と等しくなる頃である。従つてスロツ
トル弁が急激に開弁せしめられるとサージタンク
内に空気を充填するためにサージタンク内に流入
する空気量は実際に機関シリンダ内に供給される
空気量よりも一時的に多くなり、次いでサージタ
ンク内に流入する空気量が実際に機関シリンダ内
に供給される空気量が等しくなる頃になると機関
回転数が上昇を開始することになる。このように
スロツトル弁が急激に開弁せしめられてから機関
回転数が上昇を開始する頃までの間でサージタン
ク内に流入する空気量は実際に機関シリンダ内に
供給される空気量よりも多くなるのでスロツトル
弁上流に設けたエアフローメータによつて吸入空
気量を計測しようとするスロツトル弁が急激に開
弁せしめられてから機関回転数が上昇を開始する
頃までの間でエアフローメータにより検出された
空気量は実際に機関シリンダ内に供給される空気
量よりも多くなる。即ちエアフローメータは実際
の吸入空気量よりも過大な吸入空気量を表わす出
力信号を発生することになる。従つてこの出力信
号に基いて機関負荷（吸入空気量／機関回転数）
を求めると機関負荷が実際の負荷よりも大きいと
判断され、その結果点火時期が最適点火時期に対
して一時的に過遅角となるために機関出力が低下
すると共に燃料消費率が悪化するという問題を生
ずる。このような問題はサージタンク内の負圧と
機関回転数から最適点火時期を求めるようにした
場合でも同様に生ずる。

そこでこのような問題を解決するために点火時
期が最も遅角しうる限度（以下、下限ガードと称
す）を設け、加速運転時に点火時期がこの下限ガ
ード以下にならないように制御するようにした点
火時期制御装置が公知である（特開昭55−51954
号公報参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで前述したようにスロツトル弁が急激に
開弁すると点火時期は最適点火時期に対して過遅
角となるが次にこれについて第８図を参照しなが
ら説明する。第８図はスロツトル弁がアイドル開
度から開弁したとき（アイドルスイツチがオンか
らオフになつたとき）を示しており、第８図Ａは
緩加速度時を、第８図Ｂは急加速時を示してい
る。

スロツトル弁が急激に開弁せしめられると機関
シリンダ内に供給される吸入空気量が増大するが
スロツトル弁が急激に開弁せしめられてから少く
とも数点火した後でなければ機関回転数は上昇を
開始しないのでこの間の最適点火時期は第８図Ｂ
において破線Ｘで示すようにアイドル時の点火時
期よりも遅くなる。ところがこのときサージタン
ク内に流入する吸入空気量は実際に機関シリンダ
内に供給される吸入空気量よりも多くなるのでエ
アフローメータ等の出力信号に基いて計算された
点火時期は第８図Ｂにおいて実線で示されるよう
に最適点火時間Ｘに対して過遅角となる。従つて
この点だけからみると第８図ＢにおいてL₂で示
されるレベルの下限ガードを設けておけば急加速
開始直後の点火時期を最適点火時期Ｘに維持する
ことができることになる。しかしながら急加速開
始直後の点火時期に対してL₂で示されるレベル
の下限ガードを設けておくと実際には第８図Ｂの
αで示される区間においてノツキングが発生して
しまう。即ち、急加速運転が開始されると噴射燃
料は増量せしめられるがかなりの量の燃料が吸気
通路内壁面に付着するために機関シリンダ内に供
給される混合気は一時的にリーン（稀薄）とな
る。暫らくすると付着燃料が機関シリンダ内に流
入しだすのでこのリーンとなる期間は加速開始直
後のαで示される短かい区間だけである。ところ
でノツキングは燃焼圧の上昇により点火栓から離
れた末端混合気が圧縮されて自己着火することに
より発生し、従つて火炎の伝播速度が速いときは
末端混合気が自己着火する前に火炎が末端混合気
に到達して末端混合気が火炎によつて着火せしめ
られるのでノツキングが生じずらくなる。しかし
ながら混合気がリーンになると火炎の伝播速度が
遅くなるために末端混合気が自己着火してしま
い、斯くして混合気がリーンになるとノツキング
が発生しやすくなる。

従つて第８図Ｂの区間αで点火時期を最適点火
時期Ｘに設定しておくとノツキングを生じること
になる。点火時期を遅角させると末端混合気の自
己着火時期が遅くなり、例えば圧縮上死点以後と
なるのでもはやノツキングを生じず、斯くして区
間αでは点火時期を第８図Ｂにおいて鎖線Ｙで示
すように遅らせることが必要となる。即ち、加速
開始直後の最適点火時期は鎖線Ｙで示すように加
速開始直後はアイドル時の点火時期に比べてかな
り遅角した点火時期となり、次いで少しずつ進角
した点火時期となる。従つて加速開始後下限ガー
ドを所定のタイミングで進角させればノツキング
を伴なわない良好な加速運転が得られることにな
る。

これに対して上述の特開昭55−51954号公報に
記載された下限ガードは機関回転数が定まると一
定となる。特に1200r.p.m以下では機関回転数に
かかわらずに一定となつている。即ち、この公報
に記載された点火時期制御装置では加速開始直後
の点火時期が本願の第８図Ｂに示されるL₂或い
はL₁に維持されることになる。このように加速
開始直後の点火時期をL₂に維持すると区間αで
ノツキングを発生し、加速開始直後の点火時期を
L₁に維持すると区間α経過後の区間βにおいて
点火時期が過遅角となるために良好な加速運転が
得られないという問題を生ずる。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば第
１図に示されるように、機関吸気系に設けられて
機関負荷を検出する負荷検出手段Ａと、機関回転
数を検出する回転数検出手段Ｂと、検出された機
関回転数と負荷に基いて点火時期を計算する点火
時期計算手段Ｃと、機関の加速状態を検出する加
速検出手段Ｄと、点火時期計算手段Ｃにより計算
された点火時期が点火進角最遅角限度よりも遅角
したときには点火時期を点火進角最遅角限度に維
持する点火遅角制御手段Ｅと、加速検出手段Ｄに
より加速状態が検出されたときに、急加速時にお
いて機関回転数が略一定状態にとどまつているよ
うな所定の時間においてのみ、点火進角最遅角限
度を予め定められたクランク角から予め定められ
たクランク角度毎に或いは予め定められた時間毎
に進角させる点火進角最遅角限度進角手段Ｆとを
具備している。

〔作 用〕

加速開始時に点火進角最遅角限度が第８図Ｂの
Ｙに沿うように予め定められたクランク角度毎に
或いは予め定められた時間毎に進角せしめられ
る。

以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説
明することにする。

実施例 第２図は本発明が適用されるエンジンの一例を
示しており、吸入空気量の測定手段にエアフロメ
ータを採用しているエンジンを示している。しか
し第２図に示したエンジンは本発明が適用される
エンジンの一例を示したにすぎず、本発明はエア
フロメータに代えて圧力センサにより吸気管内圧
力を検出し、この圧力により吸入空気量を検出す
るタイプのエンジンにも勿論適用可能である。

このエンジンはマイクロコンピユータ等の電子
制御回路によつて制御されるもので、図に示すよ
うにエアクリーナ（図示せず）の下流側に吸入空
気量センサとしてのエアフロメータ２を備えてい
る。エアフロメータ２は、ダンピングチヤンバ内
に回動可能に設けられたコンペンセーシヨンプレ
ート２Ａと、コンペンセーシヨンプレート２Ａの
開度を検出するポテンシヨメータ２Ｂとから構成
されている。従つて、吸入空気量はポテンシヨメ
ータ２Ｂから出力される電圧より検出される。ま
た、エアフロメータ２の近傍には、吸入空気の温
度を検出する吸入空気温センサ４が設けられてい
る。

エアフロメータ２の下流側には、スロツトル弁
６が配置され、このスロツトル弁６にエンジン急
加速を検出するスロツトルセンサ２２及びスロツ
トル弁６の全閉位置を検出するアイドルスイツチ
２３が取付けられ、スロツトル弁６の下流側に
は、サージタンク８が設けられている。このサー
ジタンク８には、インテークマニホールド１０が
連結されており、このインテークマニホールド１
０内に突出して燃料噴射弁１２が配置されてい
る。インテークマニホールド１０は、エンジン本
体１４の燃焼室１４Ａに接続され、エンジンの燃
焼室１４Ａはエキゾーストマニホールド１６を介
して三元触媒を充填した触媒コンバータ（図示せ
ず）に接続されている。そしてエンジン本体に
は、マイクロホン等で構成されて燃焼によるエン
ジンの振動を検出するノツキングセンサ１８が設
けられている。なお、２０は点火プラグ、２４は
エンジン冷却水温を検出する冷却水温センサであ
る。

エンジン本体１４に取付けられた点火プラグ２
０は、デイストリビユータ２６に接続され、デイ
ストリビユータ２６はイグナイタ２８に接続され
ている。このデイストリビユータ２６には、デイ
ストリビユータハウジングに固定されたピツクア
ツプとデイストリビユータシヤフトに固定された
シグナルロータと各々構成された、気筒判別セン
サ３０及びエンジン回転角センサ３２が設けられ
ている。この気筒判別センサ３０は、例えばクラ
ンク角720度毎にマイクロコンピユータ等で構成
された電子制御回路３４へ気筒判別信号を出力
し、エンジン回転角センサ３２は、例えばクラン
ク角30度毎にクランク角基準位置信号を電子制御
回路３４へ出力する。

上記スロツトルセンサ２２は、第３図に示すよ
うに、基端部がスロツトル弁６の回動軸６ａに連
結された略Ｌ字状の回動片８０を備えている。回
動片８０の基端部には、回動片８０の先端部方向
に延在しかつ回動片８０の先端と接触しないよう
に第１の接触子８２の一端が固定されている。ま
た、回動片８０の先端には、第１の接触子８２と
平行になるように、絶縁材８４を介して第２の接
触子８６の一端が固定されている。この第２の接
触子８６は接地されている。櫛状の第１電極８８
と櫛状の第２電極９０とが、電極の歯と歯の間に
他方の電極の歯が介在するようにして、第１の接
触子８２に対向するように配置されている。第１
電極８８と第２電極９０の一端は、各々抵抗９
２、抵抗９４を介して電源に接続されると共に、
各々電子制御回路３４に接続されている。

このスロツトルセンサは、スロツトル弁６が開
く方向（図の矢印の方向）に回動されると、これ
に伴つて回動片８０が回動して、第１の接触子８
２と第２の接触子８６とが接触した状態で第１の
接触子８２の先端が第１電極８８と第２電極９０
とに交互に接触して接地するため、第４図に示す
ような波形のパルス信号を出力する。なお、スロ
ツトル弁が閉じる方向に回動された場合には、第
１の接触子８２と第２の接触子８６とが非接触状
態で回動されるため、パルス信号は出力されな
い。

電子制御回路３４は第５図に示すように、ラン
ダムアクセスメモリ（RAM）３６、リードオン
リメモリ（ROM）３８、中央処理装置（CPU）
４０、クロツク（CLOCK）４１、第１の入出力
ポート４２、第２の入出力ポート４４、第１の出
力ポート４６及び第２の出力ポート４８を含んで
構成され、RAM３６、ROM３８、CPU４０、
CLOCK４１、第１の入出力ポート４２、第２の
入出力ポート４４、第１の出力ポート４６及び第
２の出力ポート４８はデータバスやコントロール
バス等のバス５０により接続されている。

第１の入出力ポート４２には、バツフア（図示
せず）、マルチプレクサ５４、アナログ−デジタ
ル（Ａ／Ｄ）変換器５６を介して、エアフロメー
タ２、冷却水温センサ２４及び吸気温センサ４等
が接続されている。このマルチプレクサ５４及び
Ａ／Ｄ変換器５６は、第１の入出力ポート４２か
ら出力される制御信号により制御される。第２の
入出力ポート４４には、スロツトルセンサ２２の
第１電極８８及び第２電極９０が接続されると共
に、アイドルスイツチ２３が接続されており、さ
らに波形整形回路６４を介して気筒判別センサ３
０及びエンジン回転角センサ３２が接続されてい
る。また、第２の入出力ポート４４には、バンド
パスフイルタ６０、ピークホールド回路６１、チ
ヤンネル切換回路６６及びＡ／Ｄ変換器６８を介
してノツキングセンサ１８が接続されている。こ
のバンドパスフイルタ６０は積分回路６３を介し
てチヤンネル切換回路６６に接続されている。こ
のチヤンネル切換回路６６には、ピークホールド
回路６１の出力と積分回路６３の出力とのいずれ
か一方をＡ／Ｄ変換器６８に入力するための信号
が、第２の入出力ポート４４から入力されてお
り、またピークホールド回路６１には、リセツト
信号やゲート信号が第２の入出力ポート４４から
入力されている。

また、第１の出力ポート４６は駆動回路７０を
介してイングナイタ２８に接続され、第２の出力
ポート４８は駆動回路７２を介して燃料噴射弁１
２に接続されている。

電子制御回路３４のROM３８には、エンジン
１回転当りの吸入空気量とエンジン回転数とで定
められた基本点火進角のマツプや制御プログラム
等が予め記憶されており、エアフロメータ２及び
エンジン回転角センサ３２から入力される信号に
基づいて基本点火進角が読出されると共に、冷却
水温センサ２４及び空気温センサ４からの信号を
含む各種の信号により、基本点火進角が補正さ
れ、イングナイタ２８等が制御される。

次に上記のようなエンジンに本発明を適用した
場合の実施例について詳細に説明する。なお、本
発明の実施例を説明するにあたつては、複雑化を
避けるため最も不都合のない数値を用いて説明す
ることにするが、本発明はこれらの数値に限定さ
れるものではなく、各種のエンジンについて最適
な値が選択される。

本実施例は加速状態が検出されたとき、予め設
定されている点火進角下限ガードによつて急加速
時の点火進角を規制し、さらに下限ガードを所定
点火回数毎にあるいは所定時間毎にステツプ状に
進角させることにより、ノツキングの発生を伴う
ことなく加速性能の良いエンジンを提供できる点
火時期制御装置である。

次に第６図のフローチヤートを参照して、本発
明の点火時期制御装置の作用について説明するこ
とにする。第６図は、定クランク角毎に実行する
ルーチンで先ずステツプ１０１において、エアフ
ロメータ２、回転角センサ３２等の各センサから
データを読込む。次いでステツプ１０２におい
て、エアフロメータ信号より吸入空気量Ｑを計算
し、ステツプ１０３においてエンジン回転数Ｎよ
り、エンジン１回転当りの吸入空気量Ｑ／Ｎを計
算する。次いでステツプ１０４において、上述し
たＱ／Ｎ及びエンジン回転数Ｎに基づいてROM
３８にメモリされているマツプから基本点火時期
Ａを算出する。点火時期とエンジン回転数との関
係は、エンジン負荷が一定の場合には例えば第７
図に示すようになつており、この関係がROM３
８内に記憶されている。このマツプは一般的に、
ノツキングに対して一定の余裕度をもつように点
火時期を設定している。

次いでステツプ１０５において、加速検出手段
により加速状態か否かを検出する。加速検出手段
としては、例えばアイドルスイツチ２３がオンか
らオフになつたとき、スロツトル弁開度の変化速
度、Ｑ／Ｎの変化速度、あるいは吸気管圧力PM
の変化速度等を用いることができる。ステツプ１
０５において加速状態と判定された場合、ステツ
プ１０６において前回の検出時が定常状態か否か
が判別される。ステツプ１０６において前回の検
出時が加速状態でなく定常状態と判別された場合
には、ステツプ１０７に進みカウンタCNTを０
にクリアしステツプ１０８においてカウンタ
CNTをカウントアツプする。一方ステツプ１０
５において加速状態でないと判別された場合、あ
るいはステツプ１０６において前回の検出時が定
常状態でないと判別された場合には、カウンタ
CNTをクリアすることなくステツプ１０８にお
いてカウントアツプを続行する。

次いでステツプ１０９において、カウンタ
CNTの値が10以上か否か比較され、10以上の場
合にはステツプ１１０において、カウンタCNT
の値を10に設定しカウンタのオーバーフローを防
止する。次いでステツプ１１１に進みカウンタ
CNTの値が所定値α以下かどうか比較され、α
以下の場合にはステツプ１１２で点火時期下限ガ
ードＢをＬ１に設定する。

ステツプ１１１において、カウンタCNTの値
がαより大きい場合には、ステツプ１１３に進み
カウンタCNTの値がαより大きいβ以下か否か
比較される。ステツプ１１３において、カウンタ
CNTの値がβ以下の場合にはステツプ１１４で
点火時期下限ガードＢをL₁より大きい（進角し
た）L₂に設定する。ステツプ１１３においてカ
ウンタCNTの値がβより大きい場合には、ステ
ツプ１１５に進み点火時期下限ガードＢをL₂よ
り大きい（進角した）L₃に設定する。

ここで上述したα、βの値は加速を検知してか
ら所定の点火回数に応じて決定してもよいし、あ
るいは所定時間に応じて決定するようにしてもよ
い。α、βの値を所定の点火回数に応じて決定す
る場合には、上記の処理を120゜クランク角毎に実
行し、（６気筒エンジンの場合は、120゜に１回点
火するため）１点火毎にカウンタCNTの値を一
つづつ増加するようにする。例えばαに４点火、
βは５点火を採用した場合には、α＝４、β＝５
となる。しかし上述したように、カウンタCNT
が定時刻毎に例えば4ms毎に一つづつインクリメ
ントするように第６図の処理を定時刻毎に実行し
てもよい。

さらにＬ１、Ｌ２、Ｌ３はそれぞれ例えば−５
度BTDC、０度BTDC、５度BTDCのように設
定するようにする。しかしこれらの値は限定的な
ものではなく、勿論他の点火進角を採用するよう
にしてもよい。

ステツプ１１２，１１４，１１５においてそれ
ぞれのカウンタ値に応じた点火進角下限ガードを
設定した後には、ステツプ１１６に進みステツプ
１０４で算出した点火時期Ａと下限ガードＢの値
を比較する。点火時期Ａが下限ガードＢよりも小
さい場合、即ち点火時期Ａの進角値が下限ガード
Ｂよりも遅れている場合には、ステツプ１１７に
進み点火時期Ａを下限ガードＢにより規制される
進角値に設定する。ステツプ１１６において、点
火時期Ａが下限ガードＢよりも大きい場合及びス
テツプ１１７において点火時期Ａを下限ガードＢ
に設定した後には、ステツプ１１８に進み点火時
期ＡをRAM３６に記憶しこのルーチンを終了す
る。

本実施例は以上詳述したように、加速状態を検
出した後所定点火回数毎あるいは所定時間毎に下
限ガードをステツプ状に上昇し、急加速時のエン
ジンの加速性能を確保している。これを第８図を
参照してわかり易く説明することにする。第８図
においては、加速検出手段としてアイドルスイツ
チを採用し、第８図Ａは緩加速時、Ｂは急加速時
を示している。緩加速時においては、Ｑ／Ｎ、Ｎ
より求めた基本点火時期がそれほど遅角されない
ので、下限ガードに影響されずに点火時期が決定
される。一方急加速時には第８図Ｂに示すよう
に、基本点火時期が急激に遅角され下限ガード以
下になつている。本発明では点火時期の下限ガー
ドを設け、これをステツプ状に上昇させることに
より急加速時の点火時期を下限ガードにより規制
しているので、急加速時の加速性能を向上させる
ことができる。

以上本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されない
こと勿論であり、本発明の範囲内において幾多の
変形例も可能であろう。

発明の効果 検出された負荷がほぼ実際の負荷を表わしてい
る緩加速運転時には点火時期を機関回転数および
負荷から計算される点火時期に設定することによ
つて良好な機関出力と燃料消費率を確保すること
ができ、検出された負荷が実際の負荷よりも高く
なる急加速開始直後には点火進角最遅角限度を予
め定められたクランク角から予め定められたクラ
ンク角度毎に或いは予め定められた時間毎に進角
させることによつてノツキングを伴なわない良好
な加速運転を確保することができる。

又、急加速時の加速性能とノツキング防止を両
立するための方法としては他に、急加速後に一時
的に吸入空気量、エンジン回転数から計算される
点火時期自体を進角させることが考えられるが、
吸入空気量の状態と点火時期とのマツチングが困
難であり、制御が複雑になる。本発明は、簡単な
制御で、加速性能とノツキング防止を両立できる
という効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロツク図、第２
図は本発明が適用されるエンジンの一例を示す概
略図、第３図はスロツトルセンサの詳細を示す回
路図、第４図はスロツトルセンサから出力される
信号波形を示す線図、第５図は第２図の電子制御
回路の詳細を示すブロツク図、第６図は本発明の
一実施例の処理ルーチンを示すフローチヤート、
第７図はエンジン負荷一定時のエンジン回転数と
点火時期との関係の一例を示すグラフ、第８図は
点火時期計算結果と下限ガードとの関係を示す説
明図であり、Ａは緩加速時、Ｂは急加速時を示し
ている。 ２…エアフロメータ、６…スロツトル弁、２２
…スロツトルセンサ、２３…アイドルスイツチ、
３２…回転用センサ、３４…電子制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関吸気系に設けられて機関負荷を検出する
   負荷検出手段と、機関回転数を検出する回転数検
   出手段と、検出された機関回転数と負荷に基いて
   点火時期を計算する点火時期計算手段と、機関の
   加速状態を検出する加速検出手段と、前記点火時
   期計算手段により計算された点火時期が点火進角
   最遅角限度よりも遅角したときには該点火時期を
   点火進角最遅角限度に維持する点火遅角制御手段
   と、前記加速検出手段により加速状態が検出され
   たときに、急加速時において機関回転数が略一定
   状態にとどまつているような所定の時間において
   のみ、前記点火進角最遅角限度を予め定められた
   クランク角から予め定められたクランク角度毎に
   或いは予め定められた時間毎に進角させる点火進
   角最遅角限度進角手段とを具備した内燃機関の点
   火時期制御装置。