JPH0742929B2 - 内燃機関の点火時期制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関の始動時に点火時期を制御する装置
および点火時期の制御方法に関する。

従来の技術 点火時期および点火角度を内燃機関の種々のパラメータ
および動作量に依存して電子制御することは、ドイツ連
邦共和国特許出願公開第2850534.2号公報および同28347
96.8号公報から公知である。この電子制御装置では、従
来のアナログ式点火時期制御装置と同じように、クラン
ク軸の回転数が平均600r.p.mになったときに初めて点火
時期の制御が開始される。この回転数よりも低い場合
は、制御装置は応動しない。ただしこのような低い回転
数範囲では、点火時期をクランク軸の上死点よりも一定
期間だけ前に設定すればほぼ十分である。例えば、「Bo
sch Techische Berichte」、バンド５、1977年、250
〜256頁に記載されているセグメント装置では、２つの
角度限界の間でのみ点火時期が調整される。従ってこの
装置でも、所定の回転数以下では所定の点火角度制御が
行われるだけである。

しかし点火から爆発によって気筒内の圧力が最大になる
までに要する時間（燃焼時間）は、混合気の濃度が一定
の場合、回転数に関係なくほぼ一定である。この時間は
機関形式によって異なるが数msのオーダである。従って
600r.p.mの回転数を前提として角度により点火時期を制
御したのでは、回転数が最大で250r.p.m程度にしか上昇
しない始動過程時には過度に早期に点火過程がトリガさ
れ、上死点前にシリンダ内の圧力が最大値に達すること
となる。混合気の濃度が高いと、そのことによってノッ
キングの危険性が高まる。

このことを回避するためには、点火時期をクランク軸の
角度に基づいて進角ないし遅角制御するのではなく、上
死点位置を基準にした時間制御により燃焼時間を見越し
た適切な時間だけ上死点位置の発生が予測される時間よ
りも早期に点火過程をトリガすることが必要である。し
かも回転数が変動する場合、正確な上死点の発生時間を
知ることが困難であるから、回転数に依存しないで上死
点位置の発生時間を予測することが必要である。さらに
は、混合気の濃度は内燃機関の動作温度に依存して変化
し、そのことが燃焼時間に影響するから、内燃機関の動
作温度を考慮することが必要である。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、上死点を基準とした時間制御によっ
て、ピストンの上死点位置の発生する時間を正確に予測
し、上死点の発生予測時間よりも、機関の動作温度に依
存する所望の時間（機関形式により異なる）だけ早期に
点火過程をトリガすることのできる装置およびそのため
の方法を提供することである。

問題点を解決するための手段 上記課題は本発明により、始動信号を供給するスタータ
スイッチと、内燃機関のピストンの上死点位置の発生が
予測される時間を検出するための手段とを有し、 当該手段は、角度セグメント発信器と、センサと、パル
ス整形段と、カウンタと、乗算段とからなり、 前記角度セグメント発信器は、１対のマークを有し、 前記センサは、当該マークの通過を検出し、 前記パルス整形段は、前記マークがそれぞれセンサを通
過したことを表す出力信号を送出し、 前記カウンタは、それぞれのマークがセンサを通過する
間に経過した時間を測定し、 前記乗算段は、前記センサにより測定された時間に基づ
き内燃機関のピストンの上死点位置の発生予測時間を補
外法に従って計算し、 さらに時限素子と、点火プラグに火花を発生させるため
の手段と、減算段とが設けられており、 前記時限素子は、時間間隔を供給し、 前記減算段は、乗算段および時限素子のそれぞれの出力
側と接続されており、かつ前記時間間隔を上死点位置の
発生予測時間から減算し、 さらに前記減算段は前記火花発生手段と接続されてい
て、これを次式に従い制御し、 T5＝T1（A2/（A1−A2））−Ti ここで、T5は火花発生がトリガされる実際の点火時期、
T1は２つのマークがセンサを通過した間に経過した時
間、A1とA2はそれぞれのマークのセグメント発信器にお
ける上死点位置を基準にした角度位置、Tiは所定の時間
間隔であり、 これにより火花は、ピストンの上死点位置よりも前記時
間間隔だけ先行して発生され、内燃機関の燃焼圧力は、
機関の動作速度に関係なく常にピストンの上死点位置よ
りも後で最大になるように構成した点火時期制御装置に
よって解決される。

また本発明の方法は、始動信号を供給するスタータスイ
ットと、１対のマークを有し、内燃機関と共に回転する
角度セグメント発信器と、当該マークの通過を検出する
センサとを有する点火時期制御装置を用い、 前記始動信号の発生に基づき、前記マークが前記センサ
をそれぞれ通過する間に経過した時間を測定するステッ
プと、 前記マークの通過の間に経過した時間を、内燃機関のピ
ストンの上死点位置の発生予測時間を求めるために補外
法に従い計算するステップと、 上死点前の所望の時間間隔を火花発生のために導出する
ステップと、 当該時間間隔を上死点位置の発生予測時間から減算する
ステップと、 前記減算結果に従い、火花が上死点よりも前記の時間間
隔だけ前に発生するように点火を制御するステップとか
らなり、 始動時の機関速度が緩慢であっても、最大燃焼圧力が常
にピストン上死点後に発生するように構成される。

発明の作用 本発明では、角度セグメント発信器に付された２つのマ
ークが通過する間に経過した時間を測定し、これに基づ
いてピストンの上死点位置の発生予測時間を計算し、こ
れよりも所望の時間間隔だけ早期に火花をトリガするの
である。このように本発明では、例えばクランク角度に
基づく角度制御ではなく実時間を測定する時間制御であ
るので、始動回転数が低い場合でも回転数に無関係に、
正確に所望の時点で最大燃焼圧力を発生させることがで
きる。

実施例 次の図面に基づき、本発明の実施例を説明する。

従来のセグメント装置では、点火時期は点火角度に基づ
いて制御され、この点火角度はクランク軸の角度セグメ
ントを用いて点火コンピュータにより計算される。この
角度セグメントは典型的には、上死点前の60゜（先行角
度マークA1）と25゜（後行角度マークA2）にあり、クラ
ンク軸と同期して回転する角度セグメント発信器に設け
られる。

第１図は本発明による装置の実施例のブロック図であ
る。ここで角度セグメント発信器20はセンサ21の前を回
転する。センサ21はパルス整形器22の入力側と接続され
ている。パルス整形器22の出力側23は、カウンタ１の入
力側11および乗算器２の入力側26と接続されている。パ
ルス整形器22の出力側24はカウンタ１の入力側12と接続
されている。カウンタ１のデータ出力側は乗算器２の入
力側25と接続されている。角度セグメント発信器20、セ
ンサ21、パルス整形段22、カウンタ１および乗算段２
は、ピストンの上死点位置の発生予測時間を検出するた
めの手段を構成する。

乗算器２の出力側は減算段３の非減算入力側と接続され
ている。減算段３の減算入力側は時限素子４の出力側と
接続されている。減算段３の出力側は逆方向カウンタ５
の入力側と接続されている。逆方向カウンタ５の出力側
はエネルギーおよび高電圧発生段６の入力側と接続され
ている。エネルギーおよび高電圧発生段６の出力側は点
火コイル７の１次巻線と接続され、その２次巻線は点火
配電器８のロータと接続されている。点火コイル７の１
次巻線と２次巻線は共に接地されている。点火配電器８
の複数の出力側は、それぞれ点火プラグ９の中心電極と
接続されている。点火プラグの対向電極は接地されてい
る。逆方向カウンタ５、エネルギーおよび高電圧発生段
６、点火コイル７、点火配電器８および点火プラグ９
は、火花発生手段を構成する。

角度セグメント発信器20の２つのセグメントマークA1,A
2はセンサ21により検出され、パルス整形段２により評
価される。この場合、先行角度マークA1がセンサ21を通
過すると出力側24に１つのパルスが発生し、後行角度マ
ークA2がセンサ21を通過すると出力側23に１つのパルス
が発生する。

第２図はセンサ信号U21の時間経過を示す。カウンタ１
は、時間基準としての内部スタート・ストップ発振器、
または装置クロックと接続されている。カウンタ１は入
力側12に先行角度マークのパルスA1が入力されると計数
を開始し、入力側１の後行角度マークのパルスA2により
停止する。カウンタ１が入力側11のパルスによって停止
した際この計数結果が、上死点を基準にした先行角度マ
ークA1の角度と後行角度マークA2の角度との比により乗
算段２で乗算される。この乗算過程は、入力側26への後
行角度マークA2のパルスによりトリガされる。次に減算
段３、上記の乗算結果から所定の時間間隔Tiが減算され
る。この減算結果は逆方向カウンタ５に入力される。逆
方向カウンタ５はカウンタ１と同じように、内部組込式
の時間基準装置と接続されており、カウンタ１と同期し
て動作する。カウンタ５がゼロまで計数するとエネルギ
ーおよび高電圧発生段６がトリガされる。高電圧発生段
６は公知のように、点火コイル７および点火配電器８を
介して点火プラグ９に火花を生じさせる。

先行角度マークA1がセンサ21を通過すると（時点t1）、
カウンタ１はリセットされ新たな計数を開始し、後行角
度マークA2の通過（t2）によって停止する。従ってカウ
ンタ１では回転数に反比例する計数値（回転数が小さい
と計数値は大きい）が得られる。これに対して、後行角
度マークA2から上死点OTまでの角度と先行角度マークA1
から後行角度マークA2までの角度との角度比は回転数に
依存しない（第２図参照）。従ってカウント周波数が同
じならば、先行角度マークA1の通過から後行角度マーク
A2の通過までの要した時間T1に上記の角度比を乗算すれ
ば、後行角度マークA2が通過した時点t2から上死点t0ま
での予想時間が補外法により求められる。所望の点火時
点tiは、上死点の予想到来時間から点火時間Tiに比例す
る数値を減算することによって得られる。この時点tiで
点火過程をトリガすれば、燃焼圧力が上死点後に最大に
なる。

この場合、次式が成立する。

T5＝T1・A2/（A1−A2）−Ti ここでA1は先行角度マークの上死点前の角度位置、A2は
後行角度マークの上死点前の角度位置である。この場
合、上死点は０度であることが前提とされる。Tiは点火
を早めるべき所定の時間間隔であり、着火から最大燃焼
圧力に達するまでに要する時間に相応する。T5が時点t2
から点火過程を開始するまで（時点ti）に逆方向カウン
タ５が計数する補正時間である。

第１図は、この式を回路技術的に実現したものである。

具体的な数値で説明する。先行角度マークA1が上死点前
60に゜、後行角度マークA2が上死点前25゜に設けられて
いるととし、先行角度マークの通過から後行角度マーク
の通過までの要した時間T1を7msとし、点火を早めるべ
き所定の時間間隔Tiを2.3msとすれば、T5＝７×25/（60
−25）−2.3＝2.2msである。７×25/（60−25）が時点t
2からの上死点到来予想時間であり、この時間から2.3ms
を減算した時間が、時点t2からのトリガ時点tiである。
すなわち時点t2から2.2ms後にトリガすれば、上死点後
に燃焼圧力の最大値が来ることになる。

さらに本発明では、内燃機関の動作温度Ｈに依存して時
間間隔Tiを変化させることができる。なぜなら、内燃機
関の動作温度が異なると混合気の濃度もそれと共に変化
させて供給しなければならず、延いては着火から最大燃
焼圧力に達するまでの時間に影響を及ぼすからである。

機関の始動後、すなわちエンジンがかかって、回転数が
大きくなり時間T5が負になるときは、従来技術により公
知のような通常の制御による点火時期制御に切り替えら
れえる。

発明の効果 本発明によれば、回転数が最大でも250r.p.mまでしか上
昇しないような始動過程の場合でも、燃焼圧力が上死点
後に最大になるように点火が制御される。これによりノ
ッキングの発生を未然に回避することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の実施例のブロック図、第２
図は第１図の装置の動作を説明するための波形図であ
る。 １、５……カウンタ、２……乗算段、３……減算段、４
……時限素子、６……エネルギーおよび高電圧発生段、
７……点火コイル、８……点火配電器、９……点火プラ
グ、20……角度セグメント発信器、21……センサ、22…
…パルス整形段

フロントページの続き (72)発明者 ゲアハルト・ローターバツハ ドイツ連邦共和国マルクグレーニンゲン・ パウリネンシユトラーセ 50 (72)発明者 エグバート・ペレンターラー ドイツ連邦共和国シユツツトガルト80・テ イーンクシユトラーセ 16 (72)発明者 マンフレト・シエンク ドイツ連邦共和国シヨルンドルフ・シヨル ンバハー・ヴエーク 51 (72)発明者 ジヤン・フアース・ヴアン・ヴオーデンベ ルク ドイツ連邦共和国マルクグレーニンゲン・ ジルヒヤーシユトラーセ ５ (72)発明者 ウド・ツカア ドイツ連邦共和国ベーニヒハイム・ヘルマ ン―レンス―ヴエーク ５ (56)参考文献 特開 昭52−94940（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−183568（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の始動時に点火時期を制御する装
   置であって、 始動信号を供給するスタータスイッチ（Ｓ）と、内燃機
   関のピストンの上死点位置の発生が予測される時間を検
   出するための手段とを有し、 当該手段は、角度セグメント発信器（20）と、センサ
   （21）と、パルス整形段（22）と、カウンタ（１）と、
   乗算段（２）とからなり、 前記角度セグメント発信器（20）は、１対のマーク（A
   1,A2）を有し、 前記センサ（21）は、当該マーク（A1,A2）の通過を検
   出し、 前記パルス整形段（22）は、前記マーク（A1,A2）がそ
   れぞれセンサ（21）を通過したことを表す出力信号を送
   出し、 前記カウンタ（１）は、それぞれのマーク（A1,A2）が
   センサ（21）を通過する間に経過した時間を測定し、 前記乗算段（２）は、前記センサにより測定された時間
   に基づき内燃機関のピストンの上死点位置の発生予測時
   間を補外法に従って計算し、 さらに時限素子（４）と、点火プラグに火花を発生させ
   るための手段（５〜９）と、減算段（３）とが設けられ
   ており、 前記時限素子（４）は、時間間隔（Ti）を供給し、 前記減算段（３）は、乗算段（２）および時限素子
   （４）のそれぞれの出力側と接続されており、かつ前記
   時間間隔（Ti）を上死点位置の発生予測時間から減算
   し、 さらに前記減算段（３）は前記火花発生手段（５〜９）
   と接続されていて、これを次式に従い制御し、 T5＝T1（A2/（A1−A2））−Ti ここで、T5は火花発生がトリガされる実際の点火時期、
   T1は２つのマーク（A1,A2）がセンサ（21）を通過した
   間に経過した時間、A1とA2はそれぞれのマークのセグメ
   ント発信器（20）における上死点位置を基準にした角度
   位置、Tiは所定の時間間隔であり、 これにより火花は、ピストンの上死点位置よりも前記時
   間間隔だけ先行して発生され、内燃機関の燃焼圧力は、
   機関の動作速度に関係なく常にピストンの上死点位置よ
   りも後で最大になることを特徴とする、内燃機関の点火
   時期制御装置。
2. 【請求項２】前記カウンタ（１）は、時間T1を計数する
   ものであり、 前記乗算段（２）は、カウンタの計数時間（T1）を係数
   A2/（A1−A2）により乗算するものであり、 前記減算段（３）は、前記時間間隔（Ti）を上死点位置
   の発生予測時間から減算するものであり、 前記火花発生手段は逆方向カウンタ（５）を有し、 該逆方向カウンタは、前記減算結果を計数し、点火をト
   リガするため制御信号を火花発生手段に供給する特許請
   求の範囲第１項記載の装置。
3. 【請求項３】内燃機関の始動時に点火時期を制御する方
   法であって、 始動信号を供給するスタータスイッチ（Ｓ）と、１対の
   マーク（A1,A2）を有し、内燃機関と共に回転する角度
   セグメント発信器と、当該マークの通過を検出するセン
   サ（21）とを有する点火時期制御装置を用い、 前記始動信号の発生に基づき、前記マーク（A1,A2）が
   前記センサ（21）をそれぞれ通過する間に経過した時間
   を測定するステップと、 前記マークの通過の間に経過した時間を、内燃機関のピ
   ストンの上死点位置の発生予測時間を求めるために補外
   法に従い計算するステップと、 上死点前の所望の時間間隔（Ti）を火花発生のために導
   出するステップと、 当該時間間隔（Ti）を上死点位置の発生予測時間から減
   算するステップと、 前記減算結果に従い、火花が上死点よりも前記の時間間
   隔（Ti）だけ前に発生するように点火を制御するステッ
   プとからなり、 始動時の機関速度が緩慢であっても、最大燃焼圧力が常
   にピストン上死点後に発生することを確実にしたことを
   特徴とする、内燃機関の点火時期制御方法。