JPH0613866B2

JPH0613866B2 - 内燃エンジンの点火時期制御装置

Info

Publication number: JPH0613866B2
Application number: JP13867285A
Authority: JP
Inventors: 静夫八木; 誠川合; 憲市中村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1985-06-25
Filing date: 1985-06-25
Publication date: 1994-02-23
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: JPS63170562A

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、これに圧電素子等
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、そ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、指圧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、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値とし
て検出し、これを実測指圧ピーク値として目標指圧ピー
ク値からの偏位を減少せしめるように点火角を調整する
指圧信号応答型点火時期制御装置が考えられる。

かかる指圧信号応答型点火時期制御装置において、実測
時圧ピーク値の目標指圧ピーク値に対する偏移の絶対値
すなわち偏位量に応じて角度分だけ点火角を調節すると
点火角変動量に対する指圧ピーク値変動量がエンジン運
転状態あるいはエンジン自身の特性によって異なる故、
指圧ピーク値の変動量と進角若しくは遅角量の関係を固
定したのではエンジン特性に適合した点火時期制御が達
成されない。

発明の概要そこで、本発明の目的はエンジン特性あるいはエンジン
運転状態に応じて適切なフィードバック量を設定し得る
指定信号応答型点火時期制御装置を提供することであ
る。

本発明による指圧信号応答型点火時期制御装置において
は、点火角変動量に対する指圧ピーク値の変動量の比を
求めこの比を次の点火角変動量に含ませるようにしてい
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）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
位置計測用のカウンタ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のカンウント値をラッチするようになって
いる一方、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。点火各設定回路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角度現在値θｉｇ
を知り、この現在値θｉ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２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１
２からの諸エンジンパラメータすなわちエンジン回転数
Ｎｅ、吸入負圧Ｐ_Ｂスロットル開度Βθｔｈ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図（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（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８５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を加えて次のプログラ
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、θig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、各サイクルにおける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、本発明にお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_３
ａ，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
するテータ群として把え、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ー
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
ない。よって、まず、θ_ＰＸ（Ｎ）とθ_ＴＤＣ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イクル（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生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
_３＝ω_４＝１／５，ω_５＝ω_６＝…＝ωｎ＝０として、
過去４回のデータの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、適当な回数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Δθ_１と遅角量Δθ_２と
を必ずしも等しい値とせず、フィードバッグ系の特性に
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＋２）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Ｋ_１＜Ｋ_１ｍである限りＫ_１をＫ_１＋１として（ステ
ップＳ₂₂，Ｓ₂₃）遅角制御（ステップＳ_５ａ）をなし、
失火が連続して生じてＫ_１≧Ｋ_１ｍ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、エンジン失火の際遅用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
た場合に排気工程データを無視するようにするにもよ
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Δ θ_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、フィードバッグ系
全体の安定性を向上せしめている。なお、β（Ｘ）のエ
ンジン回転数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，Ｚｓ等の一般
式（Ｚ−γ）^ｎにて表わ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、最大フィードバック量を制御している。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は残し、かつこれを省略するこ
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はエンジン回転数等のエン
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も考えられる。ま
た、Ｎｅ，θth，Ｐ_Ｂのいずれか基準値Ｎｒ，θｒ，Ｐ
ｒ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Ｔ
ＤＣ近傍にあり、点火角をフィードバック制御するには
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_ＰＸ（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）をの比
Ｋ（Ｎ）を得る（ステップＳ₄₆）。次いで、ステップＳ
₂₀，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だけであ
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）に前々回設定点火角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の
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判別し
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_２ｍ×クロック周期）を超えたかどう
かを判定し（ステップＳ₅₁）、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Ｓ₅₂）。基準信号
不存在期間が（Ｋ_２ｍ×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ルフラ
ーグのこのθ_ＰＸデータ付加する（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ように、本発明による指圧信号
応答型点火時期制御装置においては、点火角変動量に対
する指圧ピーク値変動量の比を求め、これを次の点火角
制御量に含ませている故、エンジンの過渡応答特性に追
従する点火時期制御が達成できて好ましいのである。

【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図の装置の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

【特許請求の範囲】

【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、順次生ずる設定点火角を順次記憶する第２記憶手段
と、設定点火角の前回値及び前々回値の差に対する指圧
ピーク位置信号の今回値及び前回値の差の比を取る手段
と、前記比に応じた進角量若しくは遅角量だけ指圧ピー
ク位置信号の今回値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むことを特徴とする内
燃エンジンの点火時期制御装置。