JPH0756247B2

JPH0756247B2 - 点火時期制御装置

Info

Publication number: JPH0756247B2
Application number: JP61031425A
Authority: JP
Inventors: 和彦兼利; 達郎森田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-02-14
Filing date: 1986-02-14
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2010-06-14
Also published as: JPS62189369A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、自動車等内燃機関のノッキングを抑制しつ
つ運転性を高める点火時期制御装置に関する。

（従来の技術）一般に、エンジンの出力を効率的に引き出すためには点
火時期を最大トルクを発生し得る点火時期（MBT:Minimu
m spark advance for Best Torque）まで進角させるよ
うに制御することが望ましい。しかし、エンジンは点火
時期を進め過ぎるとノッキングを生じることが判ってお
り、このノッキングを生じるノッキング限界の点火時期
は、エンジン状態によってはMBTよりも遅れ側に存在
し、点火時期をMBTまで進めるとノッキングを発生する
領域も存在する。

そこで、エンジンの状態、例えば、負荷が変化すると
き、ノッキングの回避を図った制御装置として、例えば
特公昭60−24310号公報に記載されているようなものが
知られている。

これは、ノッキングを検出すると補正的に点火時期を遅
角させるとともに、ノッキングを検出しないと補正的に
点火時期を進角させるものであって、補正的に遅角させ
る量を補正的に進角させる量より大きな値に設定してい
る。これにより、一旦ノッキングを検出した後は、次の
燃焼でノッキングの発生を確実に阻止するようにしてい
る。

（この発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の点火時期制御装置にお
いては、ノッキングを検出すると補正的に点火時期を遅
角させるとともにノッキングを検出しないと補正的にそ
の遅角補正量を進角補正量よりも大きな値に設定し、そ
の量が一定値となっていたため、アクセルペダルを踏み
込んで、スロットル弁を閉じることによりノッキングの
発生がおさえられた減速時には、要求進角値へ達するま
でに時間がかかるので、この間燃費と運転性とが悪化し
てしまうという問題点があった。

（問題点を解決するための手段）この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たものであって、エンジンの運転状態を検出する運転状
態検出手段ａと、エンジンに発生するノッキングを検出
するノック検出手段ｂと、エンジンの負荷状態を検出す
る負荷状態検出手段ｃと、負荷状態検出手段で検出した
負荷状態から、負荷減少時における負荷変動率の大小を
判定する負荷変動率判定手段ｄと、負荷変動率判定手段
で判定した負荷変動率が大きいほど、ノッキングが発生
していないときに進角側へ戻す際の単位時間あたりの微
小進角量を大きい値に選択する微小進角量選択手段ｅ
と、ノッキングを抑制するように基本点火時期を遅角側
に補正する遅角補正量及び微小進角量選択手段で選択し
た微小進角量に基づいて遅角補正量を演算する遅角補正
量演算手段ｆと、エンジンの運転状態に基づいて基本点
火時期を設定するとともに、この基本点火時期を遅角補
正量演算手段で演算した遅角補正量に応じて補正し、点
火信号を出力する点火時期設定手段ｇと、点火信号に基
づいて混合気に点火する点火手段ｈと、を備えたことを
特徴とするものである。

（作用）このような構成によれば、アクセルペダルの踏み戻し動
作、すなわちスロットル弁の閉じ動作によってノッキン
グが抑制された減速時には、アクセルペダルの踏み戻し
速度又はスロットル弁の閉じ速度が大きいほど、大きな
微小進角量が選択されるので、良好なエンジン出力を得
るのに必要な要求進角値（たとえばMBT）への復帰を速
やかなものとすることができ、ノッキングの抑制と運転
性の向上とを両立させることができる。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図〜第11図はこの発明の一実施例を示す図である。

まず、構成を説明する。第２図においては、１はエンジ
ンであり、吸入空気は図外のエアクリーナより吸気管３
を通して各気筒に供給され、燃料は噴射信号に基づきイ
ンジェクタ５により噴射される。各気筒には点火プラグ
７が装着されており、点火プラグ７にはディストリビュ
ータ９を介してイグナイタ11から高圧パルスが供給され
る。これらの点火プラグ７、ディストリビュータ９およ
びイグナイタ11は混合気に点火する点火手段13を構成し
ており、点火手段13は点火信号Spに基づいて高圧パルス
を発生し放電させる。そして、気筒内の混合気は高圧パ
ルスの放電によって着火、爆発し、排気となって排気管
15を通して排出される。

吸入空気の流量Qaはエアフローセンサ16により検出さ
れ、吸気管３内の絞り弁（負荷状態検出手段）17によっ
て制御される。エアフロー１の燃焼圧力は圧力素子や磁
歪素子等で構成されたノッキングセンサ18により検出さ
れ、ノッキングセンサ18の出力S₁は制御回路（コントロ
ールユニット）19に入力される。コントロールユニット
19はノッキングセンサ18の出力S₁に基づいてノッキング
発生の有無を判定する。

また、ディストリビュータ９には一対のクランク角セン
サ20、21がそれぞれ取り付けられており、一方のクラン
ク角センサ20は各気筒を判別し、他方のクランク角21は
クランク角CAを検出する。すなわち、一方のクランク角
センサ20は、ディストリビュータシャフトが60゜回転す
る毎、すなわちクランク軸が120゜クランク角CA毎に１
つのパルス（以下、REF信号という）を発生する。この
パルスの立上がり発生位置は、例えば各気筒の上死点
（TDC）前70゜のクランク角CAであり、このパルス幅
（立上がりから立下がりまでのクランク角CA）は気筒毎
に異なる。他方のクランク角センサ21は、ディストリビ
ュータシャフトが１回転する毎に360個のパルス、従っ
て１゜クランク角FA毎に１つの立上がりまたは立下がり
パルス（以下、POS信号という）を発生する。

エアフローセンサ16およびクランク角センサ20、21は運
転状態検出手段22を構成しており、運転状態検出手段22
およびノッキングセンサ18からの信号はコントロールユ
ニット19に入力される。コントロールユニット19はこれ
らのセンサ情報に基づいて点火時期制御（その他噴射量
制御もあるが、ここでは省略する）を行う。

次に、第３図は第２図のコントロールユニット19の一構
成例を示すブロック図である。

エアフローセンサ16からの吸入空気量信号は、バッファ
30を介してアナログマルチプレクサ32に送り込まれ、マ
イクロプロセッシングユニット（MPU）62からの指示に
応じて選択されるとともにA/D変換器34でディジタル信
号に変換された後、入出力ポート36に介してマイクロコ
ンピュータ内に取り込まれる。

クランク角センサ20からのREF信号は、バッファ38を介
して割込み要求信号形成回路40および気筒判別回路41に
入力される。また、クランク角センサ21からのPOS信号
は、バッファ42を介して割込み要求を信号形成回路40お
よびエンジン回転数信号形成回路44に入力される。気筒
判別回路41はREF信号のパルス幅（立上がりから立下が
りまでのクランク角度CA）より今回の点火気筒を判別
し、それに応じた２進符号を形成し、入出力ポート46を
介しマイクロコンピュータに送り込む。割込み要求信号
形成回路40は、REF信号およびPOS信号から所定クランク
角CA毎の割込み要求信号を形成して、これらの割込み要
求信号を入出力ポート46を介してマイクロコンピュータ
内に入力する。エンジン回転数信号形成回路44は、POS
信号の周期からエンジン回転数Neを表す２進信号を形成
する。この２進信号は、入出力ポート46を介してマイク
ロコンピュータ内に送り込まれる。

ノッキングセンサ18からの出力信号S₁は、インビーダン
ス変換用のバッファおよびノッキング固有の周波数帯域
（７〜8kHz）が通過可能なバンドパスフィルタから成る
回路48を介してピークホールド回路50に入力される。ピ
ークホールド回路50は、線52および入出力ポート46を介
して“1"レベルの信号がMPU62から印加されてノックゲ
ートが開かれている場合に、ノッキングセンサ18からの
出力信号S₁の最大振幅値（ピーク値ａ）をホールドす
る。ピークホールド回路50の出力は、A/D変換器54によ
って２進信号に変換され、入出力ポート46を介してマイ
クロコンピュータに送込まれる。ただし、A/D変換器54
のA/D変換開始は、入出力ポート46および線56を介してM
PU62から印加されるA/D変換起動信号によって行われ
る。また、A/D変換器54は、A/D変換が終了した時点で、
線58および入出力ポート46を介してマイクロコンピュー
タにA/D変換完了通知を行う。したがって、ノッキング
センサ18、バッファフィルタ48、ピークホールド回路5
0、A/D変換器58が全体としてノック検出手段を構成して
いる。

一方、MPU62からの入出力ポート46を介して駆動回路60
に点火信号Spが出力されると、これが駆動信号に変換さ
れてイグナイタ11が付勢され、点火信号Spに応じた点火
制御が行われる。

マイクロコンピュータは、入出力ポート36および46、MP
U62、ランダムアクセスメモリ（RAM）64、リードオンメ
モリ（ROM）66、図示しないクロック発生回路およびこ
れらを接続するバス68等から主として構成されており、
ROM66内に記憶された制御プログラムに従って種々の処
理を実行する。また、ROM66には、エンジン回転数Neと
エンジン１回転当たりの吸入空気量（エアフローセンサ
16に代えてスロットル弁17下流側の圧力を検出する圧力
センサを用いる場合には吸気管圧力）とで定められた基
本点火時期SAoが記憶されている。

また、コントロールユニット19はマイクロコンピュー
タ、バッファ30、38、42、バッファファイル48、ピーク
ホールド介50、A/D変換器34、54、気筒判別回路41、割
込み要求信号形成回路40、エンジン回転数信号成形回路
44、アナルグマルチプレクサ32および駆動回路60より構
成されており、負荷変動率判定手段、微小進角量選択手
段、遅角補正量演算手段および点火時期設定手段として
の機能を有する。

次に、作用を説明する。

まず、この発明の一実施例に係る処理ルーチンから説明
する。なお、以下の説明においては複雑化を避けるため
に最も不都合のない数値を用いて説明することとする
が、この発明はこれらの数値に限定されるものではな
く、各エンジンに付いて最適な値が選択される。

割込み要求信号形成回路40から、予め定めた特定クラン
ク角CA毎の割込み要求信号、すなわちREF信号立上がり
時の割込み（以下、REF割込みという）要求信号およびA
TDC30゜、60゜の割込み（以下、角度割込みという）要
求信号が入力されると、MPU62は第４図および第５図の
割込み処理ルーチンを実行する。第４図のメインルーチ
ンは、ノッキングセンサ18から出力される信号S₁のピー
クホールドを行う時期およびノッキングを判定して点火
時期SAを制御することを主に実行するためのものであ
り、第５図のサブルーチンはクランク角度カウンタのカ
ウント値ｍをリセットするためのルーチンを示すもので
ある。REF割込み要求信号が入力されると第５図のルー
チンが実行され、ステップ70でカウント値ｍがリセット
されてメインルーチンへリターンされる。REF信号の立
上がりは、各気筒のTDC前70゜クランク角CAで出力され
るため、各気筒の上死点前70゜クランク角CAでカウント
値ｍがリセットされることになる。

角度割込み要求信号が入力されると、第４図のメインル
ーチンが実行され、ステップ72においてエンジン回転数
信号形成回路44で求められたエンジン回転数Neが取り込
まれる。次に、ステップ80でクランク角度カウンタのカ
ウント値ｍを＋１だけインクリメントする。

ここで、上記のカウント値ｍのクランク角CAに対する関
係を第９図（Ａ）に示す。

次に、ステップ86ではカウント値ｍが２か否か、すなわ
ちピストンが各気筒のTDCに到達したか否かを判断す
る。各気筒がTDCでないときはステップ92へ進み、各気
筒のTDCのときは、ステップ87で入出力ポート46より気
筒判別結果を読み出し、気筒番号ｉとして気筒判別結果
をセットする。次に、ステップ88でピークホールド回路
50のノックゲートを開いてピークホールドを開始し、ス
テップ90でノックゲートを閉じてピークホールドを終了
するための時刻t₁を算出してコンペアレジスタＡにセッ
トする。

コンペアレジスタＡにセットされた時刻t₁になると、第
６図に示す時刻一致割込みルーチンが実行され、ステッ
プ102でピークホールド値のA/D変換が開始される。A/D
変換が開始される。A/D変換が終了するとA/D変換器54か
らA/D変換終了通知が入力され、この通知によって第７
図のA/D変換終了割込みルーチンが実行される。このル
ーチンでは、ステップ104においてA/D変換値をピーク値
ａとしてRAM64の所定エリアに記憶するとともに、ステ
ップ106でノックゲートをクローズしてリターンする。
上記のルーチンにおけるノックゲートオープン、クロー
ズのタイミングを第９図（Ｂ）、（Ｃ）に示す。

次に、ステップ92では、カウント値ｍが３か否か、すな
わちピストンが各気筒の30゜ATDCに到達したか否かを判
定し、30゜ATDCでないときはステップ98へ進む。これに
対して、30゜ATDCであるときはステップ94においてノッ
キング発生の有無を判定して補正遅角量SAriを演算する
ノッキング制御処理を実行する。このノッキング制御処
理は後で説明する第10図の30゜ATDC毎の割込み処理ルー
チンで実行される（第９図（Ｄ）、参照）。

次に、ステップ96では、図示しないメインルーチンにお
いてROM66に記憶された基本点火時期のマップから補間
法により演算された基本点火時期SAoと、ノッキング制
御用の気筒毎に割り付けられた補正遅角量SAri₊₁（ｉは
気筒番号i₊₁で次の気筒を意味する。従って、i₊₁＝６と
なったときは０とみなす）とから実行点火時期SA（SAo
−SAri₊₁）を演算し、実行点火時期SAと現在時刻とから
イグナイタのオン時刻を求めてコンペアレジスタＢにセ
ットする（第９図（Ｅ）、参照）。続くステップ98で
は、カウント値ｍが１か否か、すなわちピストンが各気
筒の60゜ATDCでないときはメインルーチンヘリターン
し、60゜ATDCのときは実行点火時期SAと現在時刻とによ
りイグナイタをオフする時刻を計算してコンペアレジス
タＢにセットしてメインルーチンへリターンする。

ステップ96および100でセットした時刻になると第８図
に示す時刻一致割込み処理ルーチンが実行され、ステッ
プ108でステップ96でセットされたイグナイタオンの割
込みか否かを判断し、イグナイタオンの割込みのときは
ステップ110でイグナイタをオンし、イグナイタオフの
割込みのときはステップ112でイグナイタをオフしてリ
ターンする。この結果、実行点火時期SAで点火される。

次に、第４図のステップ94のノッキング制御処理の内容
を第10図（Ａ）、（Ｂ）のサブルーチンを示すフローチ
ャートに基づいて詳細に説明する。

まず、ステップ201で減速の程度（負荷変動率）を判別
する。減速の速度の判別としては、例えばスロットル開
度の時間により変化率Ｋ（スロットルの閉方向）に基づ
いてこの変化率Ｋと予め設定された設定値K2,K1（K2＞K
1）とを比較して行う。スロットル開度の変化率ＫがK2
よりも大きいとき（Ｋ＞K2）はステップ202へ進み、減
速判断メモリを２とする。スロットル開度の変化率がK2
とK1との間のとき（K1≦Ｋ≦K2）は、ステップ203へ進
み減速判断メモリを１にする。その後、ステップ202、2
03からステップ207へ進み、ステップ207で点火回数カウ
ンタ０とし、さらにステップ209で点火回数を１つづつ
カウントする。

一方、スロットル開度の変化率ＫがK1より小さいときは
（Ｋ＜K1）、ステップ204へ進み、ノッキング有りか否
かを判別する。ノッキングなしのときはステップ205に
進み、点火回数カウンタの値が設定値ａであるか否かを
判別し、設定値ａ以外であれば、ステップ206に進み、
補正遅角量SAri_-1が０以外であるか否かを判別し、０以
外の場合にはステップ209で点火回数を＋１カウントア
ップする。

ステップ204でノッキング有が判定されたとき、又は、
ステップ205でカウント値＝ａが判定されたとき、若し
くは、ステップ206でSAri_-1＝０のときは、ステップ208
へ進み、減速判断メモリを０にセットする。

次に、第10図（Ｂ）のステップ210にて再びノッキング
有りか否かを判別する。ノッキングが有りのときにはス
テップ211へ進み、補正遅角量SAri_-1に微小遅角量Ｙを
加算し、ノッキングを阻止する。ノッキングがないとき
にはステップ212へ進み、減速判断メモリノ値がいくら
であるかを判別する。０のときはステップ213に進み、
補正値角量SAri_-1から微小進角量Ｘを減算する。減速判
断メモリ１のときはステップ214へ進み、補正値角量SAr
i_-1から微小進角量X₁を減算する。減速判断メモリ２の
ときはステップ215に進み、補正遅角量SAri_-1から微小
進角量X₂を減算する。なお、微小進角量を減算するので
SAri_-1が負になる場合があるがこのときはSAri_-1＝０と
するようにしている。また、微小進角量Ｘ、X₁、X₂の関
係は、Ｘ＜X₁＜X₂であり、かつ、X₂＞Ｙである。以上の
サブルーチンを実行した後メインルーチンへリターンす
る。

ところで、従来例では微小遅角量Ｙは微小進角量Ｘに比
較して大きな値でかつ一定値とするようになっている
が、実際には1:10程度が良い。ここでは例えば、微小遅
角量Ｙは1.0degで微小進角量Ｘは0.1degとし、またX₁は
0.5deg、X₂＞Ｙとしている。これらの数値をもとに本実
施例の制御を第11図により説明する。第11図中（Ｅ）で
示すように、点火時期Ａにセットされた状態でノッキン
グが発生したとき、実行点火時期を遅角すると、点火時
期はＡ−1.0となり、これによりノッキングの発生を阻
止する。その後、ノッキングが無しと判断し微小進角量
により点火時期Ａ−1.0を0.1degづつ進角すると、この
ときの演算時間をｔとするならば点火時期Ａにもどるに
は10t時間かかることになる（第11図（Ｅ）中実線参
照）。しかしながら、この発明ではノッキングが発生し
遅角されて定常状態で安定している点火時期（Ａ−1.
0）ではカウンタの値（第11図中（Ｂ）、参照）は設定
値ａになっており、減速判断メモリ値（第11図中Ｃ、参
照）０となっている。そこで、スロットル開度（第11図
中Ｄ、参照）が急変すると、ステップ201で減速と判断
され、ステップ203に進み、減速判断メモリ値が１とな
る。それによりカウンタが０になりすぐに１となる（ス
テップ207、209）。次に、ステップ210に進み、ノッキ
ングをしていないので、ステップ212で減速判断メモリ
が１であるので微小進角量X₁（例えば0.5deg）を補正遅
角量SAri_-1より減じる。それにより点火時期は0.5deg減
少する。そして、再びステップ201にて減速かどうかを
判断する。このとき減速していないのでＫ＜K1となり、
ステップ204へ進む。ここではノッキングなしと判断さ
れ、次にステップ205ではカウント＝１であり、ステッ
プ206ではSAri_-1＝０でないので、ステップ209ではカウ
ンタ＝２となる。そして、減速判断メモリが１のまま前
期同様微小進角量X₁を補正遅角量SAri_-1から減ずる。そ
れにより、ノッキングなしの最適点火時期Ａとなる。た
だし、この場合にはステップ206でSAri_-1＝０となる。
したがって、次回ではステップ206にてSAri_-1＝０と判
別され、ステップ208にて減速判断メモリが０となる。
そして、ノッキングが生じなければカウンタのみが設定
値ａとなるまで増加する。

このように、この実施例においては、点火時期Ａ＝０に
もどるのに2t時間ですみ、従来に比べて、いち速く最適
な点火時期にセットすることができる。その結果、燃費
と運転性とをさらに向上させることができる。

なお、スロットル開度変化率に限らず、基本噴射量Tpの
変化量等を判別するようにしても良い。

（効果）以上説明してきたように、この発明によれば、アクセル
ペダルの踏み戻し動作、すなわちスロットル弁の閉じ動
作によってノッキングが抑制された減速時には、アクセ
ルペダルの踏み戻し速度又はスロットル弁の閉じ速度が
大きいほど、大きな微小進角量を選択するので、良好な
エンジン出力を得るのに必要な要求進角値（たとえばMB
T）への復帰を速やかなものとすることができ、ノッキ
ングの抑制と運転性の向上とを両立させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の基本概念図、第２図〜第11図はこ
の発明の一実施例を示す図であり、第２図はその全体構
成図、第３図はその制御回路のブロック図、第４図〜第
８図はその制御回路で実行される各処理ルーチンを示す
各フローチャート、第９図はその制御回路の動作を示す
タイミングチャート、第10図（Ａ）、（Ｂ）は第４図の
ノッキング制御処理実行プログラムを示すフローチャー
ト、第11図は作用を説明する説明図である。１……エンジン、 13……点火手段、 17……負荷状態検出手段、 18、48、50、54……ノック検出手段、 19……コントロールユニット（負荷変動率判定手段、微
小進角選択手段、遅角補正量演算手段、点火時期設定手
段）、 22……運転状態検出手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状
態検出手段と、ｂ）エンジンに発生するノッキングを検出するノック検
出手段と、ｃ）エンジンの負荷状態を検出する負荷状態検出手段
と、ｄ）負荷状態検出手段で検出した負荷状態から、負荷減
少時における負荷変動率の大小を判定する負荷変動率判
定手段と、ｅ）負荷変動率判定手段で判定した負荷変動率が大きい
ほど、ノッキングが発生していないときに進角側へ戻す
際の単位時間あたりの微小進角量を大きい値に選択する
微小進角量選択手段と、ｆ）ノッキングを抑制するように基本点火時期を遅角側
に補正する遅角補正量及び微小進角量選択手段で選択し
た微小進角量に基づいて遅角補正量を演算する遅角補正
量演算手段と、ｇ）エンジンの運転状態に基づいて基本点火時期を設定
するとともに、この基本点火時期を遅角補正量演算手段
で演算した遅角補正量に応じて補正し、点火信号を出力
する点火時期設定手段と、ｈ）点火信号に基づいて混合気に点火する点火手段と、
を備えたことを特徴とする点火時期制御装置。