JPH0613865B2 - 内燃エンジンの点火時期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、内燃エンジンの点火時期制御装置に関する。

背景技術 内燃エンジンのシリンダヘッド等の燃焼室を構成する部
材に燃焼室に連通する貫通孔を穿ち、これに電圧素子等
を用いた圧力センサを挿入した構成としてシリンダ内圧
変化をいわゆる指圧信号として得ることが出来る。ま
た、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間の結合部
分に圧力ゲージを介装して指圧信号を得る方式も考えら
れる。内燃エンジンの運転状態のにおけるエンジンシリ
ンダ内圧変化は第１図に曲線Ａに示す如くなっているこ
とが分る。点火角θ_ＩＧにて点火系をトリガすると点火
遅れθｄをもって混合気に点火され、シリンダ内圧はそ
の後急上昇して最大圧力ピークＰ（以下指圧ピークと称
する）を経て降下する過程をたどる。

ところで指圧ピークのクランク角度位置は、エンジンが
最大出力を発揮する状態と関係することが知られてお
り、この最大出力を与えることができる指圧ピークのク
ランク角度位置は、図示のように上死点後（以下ＡＴＤ
Ｃという）１２゜〜１３゜にあることが実験的に確かめ
られた。よって、このＡＴＤＣ１２゜〜１３゜の理想の
クランク角度位置とする。したがって、指圧ピークがＡ
ＴＤＣ１２゜〜１３゜の理想のクランク角度位置となる
ように、点火時期θ_ＩＧを定めるようにするのが望まし
い。

ところが、点火時期θ_ＩＧを一定にしても指圧ピーク
は、エンジン運転状態によって刻々変化するものであ
り、試合ピークを最適位置に保持する点火時期制御装置
が望まれる。

そこで、指圧ピークシリンダ内圧を表わす指圧信号を得
て、この指圧信号のクランク角上でのピーク位置を指圧
ピーク位置データとしてエンジンサイクル毎に検知して
今回のエンジンサイクルにおける指圧ピーク位置データ
に基づいて次回エンジンサイクルの点火角を設定するフ
ィードバック点火時期制御系を構成することが考えられ
る。

ところが、毎エンジンサイクルにおいて必ず点火爆発が
生ずる訳ではなく、失火が生ずることがある。かかる場
合の指圧ピーク位置データは正常な運転状態についての
情報ではなく、かかる事情を除外するための何らかの対
策が望まれる。

発明の概要 そこで、本発明エンジン失火による悪影響を排除しつつ
指圧ピーク位置データ信号により点火角を制御する点火
時期制御装置を提供することである。

本発明による点火時期制御装置においては、指圧ピーク
位置データによって示される指圧ピーク位置が上死点位
置の近傍にあるときは失火サイクルであると判断してこ
のサイクルにおける指圧ピーク位置データを無視する構
成を採用している。

実施例 第２図は、本発明による点火時期制御装置を示してお
り、この装置においては、内燃エンジン（図示せず）の
燃焼室を形成するシリンダヘッド等の部材に貫通孔を穿
ちこれに圧電素子等の圧力センサをその検出ヘッドが燃
焼室内に露出するが如く密着挿通せしめるなどして得ら
れる指圧信号発生回路１が含まれている。クロック発生
回路２は、所定周期の又はエンジン回転に同期したクロ
ックパルスを生ずる。エンジン回転に同期したクロック
パルスを得る手段としてはクランクシャフトの回転に応
動して回転する円盤であって、等間隔にて多数のスリッ
トを有するスリット円盤にフォトカプラを組み合せてフ
ォトカプラの出力信号によってクロックパルスを得る手
段が公知である。基準位置発生回路３は、クランク角度
位置すなわちエンジン回転角度位置が基準位置に達した
ことを示す基準位置信号例えばＴＤＣ（ＴｏｐＤｅａｄ
Ｃｅｎｔｅｒ）のパルスを発生する。このＴＤＣパル
スはクロック発生回路２に用いたスリット円盤にＴＤＣ
パルス用スリットを別に設けかつＴＤＣパルス生成用フ
ォトカプラを設けることにより得ることが出来る。ピー
クホールド回路４は基準位置信号によってクリアされた
後指圧信号に最大値を保持し比較回路５は該最大値を指
圧信号自信が下回ったとき指圧信号を発する。クランク
角度位置測定用のカウンタ６はクロックパルスをカウン
トしかつ基準位置信号によりクリアされており、カウン
タ６のカウント値は例えば８ビットデータでありクラン
ク角の現在値を示している。ラッチ回路１０は比較回路
５からのピーク検出信号がそのゲート端子ｇに供給され
る毎にカウンタ６のカウント値をラッチするようになっ
てる一方、デコーダ１１は、カウンタ６のカウント値が
例えば６３になったとき読取指令信号を点火角設定回路
８に供給する。カウント値６３は、指圧ピーク値が生ず
ると予測されるクランク角より大きいクランク角に対応
しており、排気弁のバルブシーティングノイズが指圧信
号に混入しても影響を受けないような読み取りタイミン
グを得ている。点火角設定回路８は、これに応じてラッ
チ回路１０の内容を読み取ってこのラッチ内容をクラン
ク角度上のピーク位置情報θpxと判断する。なお、デコ
ーダ１１からの読取指令信号によってゲートを開くゲー
ト回路を経てラッチ内容を点火角設定回路８に供給する
構成も考えられる。点火角設定回路８は、マイクロプロ
セッサ等によって構成され、供給されるピーク位置情報
（データ）θpxを元にして後述するプログラムに従っ
て、所望の点火角θ_ＩＧデータを点火指令回路９に供給
する。点火指令回路９は、基準位置信号を基準としてク
ロックパルスをカウントしてクランク過度現在値θｉｇ
を知り、この現在地θｉｇと入力θ_ＩＧとが一致したと
き点火スイッチＳＷの開放をなし、これにより点火トラ
ンスＴの１次コイルに点火電流が流れて点火プラグ（図
示せず）にて点火がなされる。なお、点火角設定回路８
と点火指令回路９とによって点火指令手段が形成され
る。また、点火角設定回路８はエンジンパラメータセン
サ１２からの諸エンジンパラメータすなわちエンジン回
路Ｎｅ、吸入負圧Ｐ_Ｂスロットル開度θｔｈ等を基にし
て動作するモードも備え得る。

第３図（Ａ）〜（Ｆ）は上記実施例回路の動作を説明す
る信号波形図である。すなわち、基準位置信号及びクロ
ックパルスは各々第３図（Ａ）、（Ｂ）において示され
るが如くである。指圧信号は第３図（Ｃ）の実線で示さ
れるが如く変化し、従って、ピークホールド回路４の出
力は第４図（Ｃ）の点線で示されるが如くである。比較
回路５は、指圧信号の極大点毎に第３図（Ｄ）の如きピ
ーク検出パルス信号を発する。第３図（Ｅ）はカウンタ
のカウント値の変化の様子を数字にて示している。

第３（Ｆ）はラッチ回路１０のラッチ内容の変化の様子
を数字にて示している。第４図（Ｇ）はデコーダ１１の
出力変化を示し、この場合、高レベルが読取指令信号で
ある。

第４図は第１図に示した装置の点火角設定回路８の点火
制御に関するプログラム例を示している。すなわち、点
火角設定回路８は、点火制御動作をなすに当って、ま
ず、点火角θ_ＩＧを初期値θ_ＩＧＯに設定しておいてデ
コーダ１１からのの読取指令信号を待ち、読取指令信号
を受けるとラッチ回路１０のラッチ内容をピーク位置情
報θ_ＰＸとして取り込むのである（ステップＳ_１，
Ｓ_２）。

次いでこのピーク位置情報θpxが上死点角度θ_ＴＤＣと
例えば１２゜の角度αとの和により大なるか小なるかを
判断し（ステップＳ_３）、大なれば点火角θ_ＩＧをΔθ
だけ進角せしめ（ステップＳ_４）また、小なれば点火角
θ_ＩＧを△θだけ遅角せしめる（ステップＳ_５）。以上
のスタートからエンドまでのステップＳ_１ないしＳ_５の
１サイクルの動作が、クロックパルスに応じて順次実行
されかつ該サイクル動作が繰り返されるのである。この
点については以下のプログラムも同様である。

第５図は点火指令回路９をマイクロプロセッサによって
形成した場合の動作プログラム例を示している。すなわ
ち、点火指令回路９は基準装置信号を検知すると（ステ
ップＳ₁₁）、内蔵レジスタのクランク角現在値θｉｇを
θ_ＴＤＣ（若しくは所定値）にセットする（ステップＳ
₁₂）。次いで、点火角設定回路８からの点火角データθ
_ＩＧを取り込んで（ステップ₁₂）これをクランク角現在
値θｉｇと比較しθｉｇ＝θ_ＩＧの条件が成立したとき
直ちに点火指令を発して（ステップＳ₁₄，Ｓ₁₅）、点火
スイッチＳＷを閉成せしめる。一方、θｉｇ≠θ_ＩＧの
場合θｉｇに単位クランク角δθを加えて次のウログラ
ムサイクルに備える（ステップＳ₁₆）。ステップＳ₁₄に
おいては、θｉｇ＝θ_ＩＧか否かの判断ではなく、θｉ
ｇとθ_ＩＧとの差がδθより小なるか否かの判断とする
ことも考えられる。

上記例においては、ピーク位置データθ_ＰＸがエンジン
サイクル毎に得られ、角サイクルにおけるθ_ＰＸによっ
て次のサイクルのための点火角が決定される訳である。

第６図は、本発明による点火時期制御装置における点火
角設定回路８の動作プログラム例を示している。このプ
ログラムにおいては、デコーダ１１からの読取指令信号
の存在時に指圧ピークデータθ_ＰＸを読み取って（ステ
ップＳ_１，Ｓ_２ａ）、θ_ＰＸと（θ_ＴＤＣ＋α）との大
小を知って進角若しくは遅角せしめる（ステップＳ
_３ａ，Ｓ_４ａ，Ｓ_５ａ）基本的な流れは第４図のフロー
チャートにて示したプログラムと変らない。

しかし乍ら、本例においては、θ_ＰＸを時系列的に生起
するデータ群として把え、Ｎ回目のエンジンサイクルに
おいて得られる指圧ピーク位置データをθ_ＰＸ（Ｎ）と
表わすことにしている（ステップＳ２ａ）。

ところで、エンジン失火の場合は、シリンダ内の燃焼が
発生せず、指圧ピーク位置はθ_ＴＤＣの近傍に生ずる。
また、エンジン失火の生じたサイクルにおける指圧ピク
位置データは正常燃焼によるものではないので次のサイ
クルの指圧ピーク位置制御の基礎とすることは適当では
ない。よって、まず、θ_ＰＸ（Ｎ）とθ_ＴＤＦを比較し
てその差がΔθを越えた場合のみθ_ＰＸ（Ｎ）の演算に
移る（ステップＳ₂₀，₂₁）。この演算ステップＳ₂₁にお
いては なる数式によって過去のエンジンサクル（Ｎ−１），
（Ｎ−２），……（Ｎ−ｎ）回目のエンジンサイクルに
おける指圧ピーク位置データ値によって今回データ値を
補正してフィードバック系の安定性を増しているのであ
る。

上記数式のωｎの具体例として、ω_０＝ω_１＝ω_２＝ω
_４＝１／５，ω_５＝ω_６＝ω＝…＝ωｎ＝０として、過
去４回のデータと今回データとの平均値を今回データと
することも考えられる。平均の方式はこれに限定され
ず、適当な数回のデータの平均を取るのである。また、
ωｎ＝（１／Ｌ）^ｎ（Ｌ＞１、ｎ＞０）とすることも考
えられる。

こうして得られたθ_ＰＸ（Ｎ）と（θ_ＴＤＣ＋α）との
大小によって進角及び遅角制御をなすのであるが（ステ
ップＳ_４ａ，Ｓ_５ａ）、進角量△θ_１と遅角量Δθ_２と
を必ずしも等しい値とせず、フィードバック系の特性に
応じてΔθ_１＞Δθ_２あるいはΔθ_１＜Δθ_２とするこ
とが出来る。また、Δθ_１，Δθ_２はθ_ＰＸ（Ｎ）と
（θ_ＴＤＣ＋α）との差の関数とすることも出来る。

一方、θ_ＰＸ（Ｎ）とθ_ＴＤＣとの差がΔθ以下のとき
はθ_ＰＸ（Ｎ）をθ_ＴＤＣ＋αに強制的に等しくしてお
いて（ステップＳ₂₀ａ）、ＫＫ_１＜Ｋ_１ｍである限りＫ
_１をＫ_１＋１として（ステップＳ₂₂ａ，Ｓ₂₃）遅角制御
（ステップＳ_５ａ）をなし、失火が連続してＫ_１≧Ｋ_１
ｍとなれば点火時期を再設定すべく初期化する（ステッ
プＳ₂₄）。なお、｜θ_ＰＸ−θ_ＴＤＣ｜＞Δθのときは
Ｋ_１を０として次のステップに入る（ステップＳ₂₅）。
なお、破線ｌ_１にて示す如く、エンジ失化の際遅角制御
をせずにそのまま次のプログラムサイクルに入るように
しても良い。これは、４サイクルエンジンにこの点火時
期制御装置を用いた場合に排気行程データを無視するよ
うにするのにもよい。こうすれば排気工程判別センサー
が不要となる。

第７図は、点火角設定回路８の更に別の動作プログラム
例を示している。すなわち、このプログラムにおいては
θ_ＰＸ（Ｎ）の制御目標値θ_ＰＸｉを（θ_ＴＤＣ＋α）
の単一の角度にせずΔθ_ＰＸｉ±β（ｘ）として制御目
標領域としている（ステップＳ₃₀）。こうすることによ
り、フィードバック系全体の安定性を向上せしめてい
る。なお、β（ｘ）のｘはエンジ回転数Ｎｅ、スロット
ル開度θ_ＴＨ、エンジン吸入負圧Ｐ_Ｂのいずれか１とす
ることが出来る。また、これらのエンジンパラメータの
組み合せを変数としてβの値を変えることも考えられ
る。その他の点は第６図のプログラムと同様である。な
お、β（ｘ）を定数βとすることも出来る。

第８図は、点火角設定回路８の別の動作プログラム例を
示している。すなわち、このプログラムにおいてはθ
_ＰＸ（Ｎ）の制御目標値θ_ＰＸｉを固定せずθ
_ＰＸ（Ｎ）の平均値θ_ＰＸ（Ｎ）（＝ とθ_ＰＸｉとの差を元のθ_ＰＸｉに加味して（２θ_ＰＸ
ｉ−θ_ＰＸ（Ｎ））を新たなθ_ＰＸｉとしている（ステ
ップＳ₃₁）。その他の部分は、第７図のフローチャート
にて示したプログラム例と同様である。

第９図は点火角設定回路８の別の動作プログラムを示し
ている。すなわち、このプログラム例においては、θ
_ＰＸ（Ｎ）の制御目標値θ_ＰＸｉを単一の角度にせずθ
_ＰＸｉ±β（ｘ）の目標領域にθ_ＰＸ（Ｎ）を収めるよ
うにフィードバック制御する点等については第７図のプ
ログラムと同様である。しかし乍ら、本プログラムにお
いてはθ_ＩＧの補正量をθ_ＰＸ（Ｎ）のθ_ＰＸｉからの
偏位量｛θ_ＰＸ（Ｎ）−θ_ＰＸｉ｝を変数とする奇数次
関数値Ｆ｛θ_ＰＸ（Ｎ）−θ_ＰＸｉ｝としている。この
奇数次関数Ｆ（Ｚ）は例えば、Ｚ，Ｚ^３，Ｚ^５等の一般
式（Ｚ−γ）^ｎにて表わされる単一変曲点を有する奇数
次関数である。特に、ｎ≧３とするとθ_ＰＸ（Ｎ）の目
標値θ_ＰＸｉからの偏位量の増加に従ってフィードバッ
ク量が増すことになり、素早いフィードバック制御が期
待出来る。一方、フィードバック量が大きくなり過ぎる
とフィードバック系がハンチング状態になる恐れもある
故、最大フィードバツク量を制限している。以上の動作
を第８図のフローチャートのステップＳ₃₂，Ｓ₃₃，Ｓ₃₄
によって遂行するのである。

また、この場合、失火が生じたら所定角度Δθだけ遅角
せしめるステップＳ_５ａ残し、かつこれを省略するもと
もあることを破線ｌ_２にて示している。

第１０図は、点火角設定回路８の更に別の動作プログラ
ム例を示している。すなわち、本プログラムにおいて
は、まず、諸エンジンパラメータのうちエンジン回転数
のＮｅ、スロットル開度θｔｈ、吸入負圧Ｐ_Ｂを所定基
準値Ｎｒ，θｒ，Ｐｒと各々比較して、これら基準値を
超えない範囲においては、点火角θ_ＩＧを固定点火角θ
_ＩＧｒに固定する（ステップＳ₄₀，Ｓ₄₁，Ｓ₄₂，
Ｓ₄₃）。基準点火角θ_ＩＧｒはエンジ回転数等のエンジ
ンパラメータによって変動せしめるか該エンジンパラメ
ータによるマップ値から選択することも考えられる。ま
た、Ｎｅ，θｔｈ，Ｐ_ＢＢのいずれかが基準値Ｎｒ，θ
ｒ，Ｐｒを各々超えた場合フィードバック制御動作に入
るようになっている。このように、エンジンパラメータ
に応じてフィードバック制御によるθ_ＩＧ決定と固定θ
_ＩＧとの切換えをなす理由について説明すれば、まず、
エンジン回転数が低いときはシリンダ内での爆発による
指圧ピークよりも空気圧縮による上死点近傍での指圧ピ
ークの方が大きく表われているためである。この場合の
指圧変化を第１１図の一点鎖線で示している。また、ス
ロットル開度が小又は吸入負圧が大であるということは
低負荷あるいは極低スロットル開度状態であることを示
しており、かかる場合の指圧変化を第１１図の実線カー
ブにて示す。この場合も最大指圧ピーク位置がＴＤＣ近
傍にあり、点火角をフィードバツク制御するには適当で
ないのである。なお、第１１図の点線カーブは通常運転
下における指圧変化の様子を示している。なお、ステッ
プＳ₄₁とＳ₄₂はいずれかを省略することも出来る。

エンジン運転状態が低エンジン回転状態、極低スロット
ル開度、軽負荷状態のいずれでもなく通常の運転状態で
あることを判定すると、指圧ピーク位置θ_ＰＸ（Ｎ）の
読み取りに入っても良い。しかし、このプログラムにお
いては、前回サイクルでの設定点火角θ_ＩＧ（Ｎ−１）
と前々回サイクルでの設定点火角θ_ＩＧ（Ｎ−２）との
差Δθ_ＩＧ（Ｎ−１）を演算しておく（ステップ
Ｓ₄₄）。次に読取指令信号の存在を検知すると指圧ピー
クデータθ_ＰＸ（Ｎ）を取り込むのである（ステップＳ
_１，Ｓ_２ａ）。この後で、ステップＳ₄₄の内容を実行す
るようにしても良い。

次いで、今回θ_ＰＸ（Ｎ）と前回θ_ＩＸ（Ｎ−１）との
差Δθ_ＰＸ（Ｎ）を演算し（ステップＳ₄₅）、既に得て
いるΔθ_ＩＧ（Ｎ−１）に対するΔθ_ＰＸ（Ｎ）の比Ｋ
（Ｎ）を得る（ステップＳ₄₆）。次いで、ステップ
Ｓ₂₀，Ｓ₂₁，Ｓ₂₂，Ｓ₂₃，Ｓ₂₄，Ｓ₂₅，Ｓ_３ａ）につい
て第６図と同様に実行する。

そうして、θ_ＰＸ（Ｎ）の目標値との比較結果に応じて
前回θ_ＩＧ（Ｎ−１）を進角若しくは遅角させるに当っ
て、Ｋ（Ｈ）・Δθ_１若しくはＫ（Ｎ）・Δθ_２だけ前
回θ_ＩＧ（Ｎ−１）を減少若しくは増加させるのである
（ステップＳ₄₇，Ｓ₄₈）。

これは、今回ピーク位置θ_ＰＸ（Ｎ）は前回の設定点火
角θ_ＩＧ（Ｎ−１）によるものであり、前回ピーク位置
θ_ＰＸ（Ｎ−１）は前々回設定点火角θ_ＩＧ（Ｎ−２）
に対応することから、θ_ＩＧ（Ｎ−２）からθ_ＩＧ（Ｎ
−１）への変化分Δθ_ＩＧ（Ｎ−１）によるθ_ＰＸ（Ｎ
−１）からθ_ＰＸ（Ｎ）への変化分Δθ_ＰＸ（Ｎ）への
影響の度合をＫ（Ｎ）によって表わしてこれを次回エン
ジンサイクルの点火のための今回設定点火角θ
_ＩＧ（Ｎ）の進角若しくは遅角制御に反映させる訳であ
る。

第１２図は、クロック発生回路２として水晶発振器等を
発振器を用いてエンジン回転数に無関係な一定周波数の
クロックパルス信号を発生するようにした場合に点火角
設定回路８に用いて有用なサブルーチンプログラムであ
る。

このサブルーチンプログラムを含む点火角設定回路８は
ＴＤＣパルス等の基準位置信号が存在するや否やを反別
して（ステップＳ₅₀）、存在しない場合は基準位置信号
の不存在期間が（Ｋ_２ｍｘクロック周期）を超えたかど
うかを判定し（ステップ₅₁）、越えていなければ定数Ｋ
_２に１を加算して終了する（ステップ₅₂）。基準信号不
存在期間が（Ｋ_２ｍｘクロック周期）と越えると設定点
火角θ_ＩＧを初期値θ_ＩＧＯに戻し、Ｋ_２をゼロとし、
このときのθ_ＰＸデータを無視するキャンセンルフラー
グをこのθ_ＰＸデータに付加する（ステップＳ₅₃）。な
お、基準位置信号の存在を検知するとＫ_２をゼロとする
（ステップＳ５４）。

これは、所定時間以上基準位置信号が得られないとエン
ジン停止と判断して次のエンジン始動に備えるためであ
る。

発明の効果 以上のことから明らかな如く、本発明による点火時期制
御装置ににおいては、指圧ピーク位置データによって示
される指圧ピーク位置が上死点近傍にあることを検知す
ると失火と判断してその際の指圧ピーク位置データを無
視することにしているのでエンジ失化が生じても好適な
点火時期制御がなされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、エンジンシリンダの内圧変化を例示するグラ
フ、第２図は、本発明の実施例を示す回路図、第３図は
第２図装置の動作を示す信号波形図、第４図及び第５図
は第２図の装置マイクロプロセッサによって構成される
部分の動作プログラムを示すフローチャート、第６図な
いし第１０図及び第１２図は第２図の点火角設定回路の
動作モードプログラムを示すフローチャート、第１１図
は指圧変化カーブが運転状態に依存することを示すグラ
フである。 主要部分の符号の説明 ８……点火各設定回路 ９……点火指令回路 １０……ラッチ回路 １１……デコーダ ＳＷ……点火スイッチ Ｔ……点火トランス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃エンジンのエンジン回転角度位置が基
   準角度位置に達する毎に基準位置信号を発する基準位置
   信号発生手段と、エンジンシリンダ内圧を表わす指圧信
   号を発生する指圧信号発生手段と、１の基準位置パルス
   発生から次の基準位置パルスまでの指圧信号の最大ピー
   ク位置を表わす指圧ピーク位置データ信号を順次発生す
   るピーク位置検出手段と、前記指圧ピーク位置データ信
   号に基づいて点火角を順次設定する点火角設定手段と、
   前記点火角設定手段による設定点火角にてエンジン点火
   を指令する点火指令手段とからなる内燃エンジンの点火
   時期制御装置であって、前記点火角設定手段は前記指圧
   ピーク位置データ信号のデータ値を順次記憶する記憶手
   段と、前記記憶手段に記憶された複数のデータ値を合成
   して得られる合成データ値を得る合成手段と、前記合成
   データ値に新たな指圧ピーク位置データ信号としてこれ
   に基づいて点火角を進角若しくは遅角せしめる点火角調
   整手段とを含み、前記点火角度設定手段は、前記指圧ピ
   ーク位置データ信号のデータ値と上死点位置データ値と
   の差が所定値より小なるとき失火検知をなして前記合成
   手段の動作を禁止する失火検知手段とからなることを特
   徴とすることを特徴とする内燃エンジンの点火時期制御
   装置。
2. 【請求項２】前記失火検知手段は、失火検知の際の点火
   時期を維持若しくは遅角せしめることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の点火時期制御装置。