JPH0784859B2 - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロコンピュータを用いた電子式の内燃
機関の点火制御装置に関する。

〔従来の技術〕

マイクロコンピュータを用いた電子点火制御システムで
は、機関の回転数等の回転情報と、吸入空気量、冷却水
温度、バッテリ電圧等の運転状態に関する情報とに基い
て最適な点火時期及び通電時間を演算し、点火コイルへ
の通電を制御している。

通電の制御は、特開昭59−12159号に記載される如く、
タイマー手段によって点火時期を決定する通電時間タイ
マーと、結果的に点火コイルの電流値に関係する非通電
時間タイマーとを用い、マイクロコンピュータの出力ポ
ートを操作して点火信号を出力することにより行なわれ
るのが一般的である。

しかし、内燃機関の低速回転時には通電時間に対する非
通電時間の占める割合が非常に大きくなり、従来のタイ
マ手段のみによる構成では回転変化に対応した通電時間
の制御性が極めて悪化する。このため、通電時間の不足
により点火エネルギーが減少して着火ミスを引起した
り、通電時間の過剰により点火コイルの電流値が過大に
なり点火装置が過熱してその劣化を早めたりするといっ
た問題点があった。

また、特開昭59−218362号公報には、機関運転条件に応
じて設定された点火時期対応データと、所定のクランク
角（基準角）からカウントされる角度パルス数とが一致
したとき、一次電流が遮断されて点火が行われ、バッテ
リ電圧及び機関回転数に基づいて演算した非通電角対応
データを設定し、該非通電対応データと前記点火時期か
らカウントされる角度パルス数とが一致したとき通電を
開始するようにした内燃機関の点火時期制御装置が開示
されている。

しかしながら、この装置は上記のように点火時期におい
て設定される非導通時間を制御することにより、点火回
路の一次側の通電時間を過不足なく制御するもので、機
関回転数が変動した場合には所定の通電時間が確保され
ないという問題点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
であり、内燃機関の通常回転域では、通電遮断時間即ち
点火時期を制御し、低速回転域では通電開始時間を制御
することにより、点火時期の精度を保つとともに通電時
間の制御精度を大幅に向上することができる内燃機関の
点火制御装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため本発明では、内燃機関の回転を検出し上死点付
近を検出する基準角センサからの基準角信号と、同じく
機関の回転を検出し所定角度毎の回転を検出する角度セ
ンサからの角度信号と、吸入空気量等の運転状態に関す
る情報とからマイクロコンピュータを用いて点火時期及
び通電時間を演算し、点火コイルへの通電を制御する点
火制御装置において、特定の角度信号入力時のタイマー
時刻に、通電開始までの時間を加えて出力比較レジスタ
に設定し、現在時刻タイマの値と出力比較レジスタの値
とが一致した時点に出力制御レジスタのステータス設定
値に従って点火コイルへの通電を開始すると共に、その
時点にマイクロコンピュータ内部での内部割込要求を可
能にする手段と、この内部割込要求時刻に、通電時間を
加えて出力比較レジスタに設定し、現在時刻タイマの値
と前記出力比較レジスタの値とが一致した時点に出力制
御レジスタのステータス設定値に従って点火コイルへの
通電を遮断する手段と、点火時期直前の角度信号の入力
時に点火時期までの残余の角度に該当する時間にタイマ
時刻を加えた値に出力比較レジスタを再設定する処理を
行う遮断時期再設定手段と、角度信号の入力毎に、前回
の角度信号入力時点から今回の角度信号入力時点までの
角度信号間隔時間を計測する間隔時間計測手段と、前記
角度信号間隔時間により、機関の運転が低速回転域であ
るか否かを判別する判別手段と、低速回転域の場合に、
角度信号入力毎に通電開始時期までの所要時間を前記角
度信号間隔時間を用いて演算し、点火時期直前の角度信
号入力時にその演算された所要時間に現在時刻を加えて
前記出力比較レジスタに設定し通電の開始を予定する通
電開始手段と、通電開始時に、演算された通電時間に現
在時刻を加えて前記出力比較レジスタに設定し通電の遮
断を予定する通電遮断手段とを備えることを特徴とする
内燃機関の点火制御装置が提供される。

〔作用〕

上記の構成によれば、通常回転域では、点火時期直前の
角度信号が入力されると遮断時期再設定手段により、点
火時期までの残余の角度に該当する時間にタイマ時刻を
加えた値に出力比較レジスタが再設定され、該出力比較
レジスタの値と現在時刻タイマの値とが一致したとき点
火信号が遮断され点火が行われる。低速回転域では、通
電開始手段が、角度信号入力毎に角度信号間隔時間を用
いて通電開示時期までの所要時間を演算するとともに、
点火時期直前の角度信号入力時にその演算された所要時
間に現在時刻を加えて前記出力比較レジスタに設定して
通電の開始を予定する。そして通電開始時に、通電遮断
手段が演算された通電時間に現在時刻を加えて前記出力
比較レジスタに設定し通電の遮断を予定し、該出力比較
レジスタの値と現在時刻タイマの値とが一致したとき点
火信号が遮断され点火が行われる。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面に従って具体的に説明す
る。

第１図は本発明に係る点火制御装置のブロック図であ
る。

基準角センサ１及び角度センサ２はディストリビュータ
内に組込まれ、クランク軸の回転角を検出する電磁ピッ
クアップ式の検出器である。基準角センサ１は各気筒の
上死点から数度進角した特定のクランク角で基準角信号
を発生し、角度センサ２はクランク軸の30゜回転毎に角
度信号を発生する。基準角センサ１及び角度センサ２か
らの電圧信号は波形整形回路3,3′に導びかれ、パルス
状に整形された基準角信号Ｇ及び角度信号Neとしてマイ
クロコンピュータ４に出力される。基準角信号Ｇはラッ
チ機能を有する入力バッファ41を介して通常のデジタル
入力端子に接続され、角度信号Neは外部割込入力端子
（Input Capture Registor）に接続される。

マイクロコンピュータ４にはこの他に、吸入空気量を検
出するエアフローメータ51、スロットル操作量を検出す
るスロットルセンサ52、冷却水温を検出する水温センサ
53、バッテリ電圧を検出する電圧センサ54等の各運転状
態センサ５がアナログ入力端子あるいはデジタル入力端
子に接続され、機関の運転状態情報を入力する。

マイクロコンピュータ４は基準角センサ１及び角度セン
サ２からの回転角情報と、各運転状態センサ５からの運
転状態情報とに基いて最適な点火時期及び点火コイルへ
の通電時間を算出し、点火信号IGtを出力する。そし
て、出力バッファ６を介してイグナイタ７を駆動し点火
コイル８に通電する。点火時期に通電を遮断することに
より通電遮断時に発生する高電圧をディストリビュータ
９を経由して所定の気筒の点火プラグ10に導き、各気筒
に順次点火する。

マイクロコンピュータ４はその内部に、欠点信号IGtを
オン、オフするための出力比較レジスタ（OCR;Output C
ompare Register）、絶えず自走し現在時刻を示す現在
時刻タイマ、点火信号IGtをハイレベルにするかロウレ
ベルにするかを決定するステイタス値及び出力比較レジ
スタからの内部割込を可能とするか否かを設定するマス
クビット（OCF）が設定される出力制御レジスタ（TCSR;
Timer Control Status Register）を備えている。そし
て、出力比較レジスタ（OCR）に設定された値と現在時
刻タイマの値とが一致した時点に、出力制御レジスタ
（TCSR）に予かじめ設定されたステイタス値が「１」か
「０」かに従って、点火信号IGtがハイレベル又はロウ
レベルとされ、点火コイル８への通電が開始又は遮断さ
れる。また同時に、マスクビット（OCF）の設定に伴い
出力の変更に伴う内部割込要求を発生し、内部割込処理
（OCI;Output Compare Interrupt）を可能とする。

第２図は中高速回転域における点火制御の基本的な処理
を示すタイミングチャートである。

基準角センサ１からの基準角信号Ｇはクランク軸の180
゜回転（180゜CA）毎に入力し、角度センサ２からの角
度信号Neは30゜CA毎に入力する。角度信号Neは基準角信
号Ｇの発生間隔の間に６つ（ｎ＋０、ｎ＋１、…、ｎ＋
５）入力する。角度信号Neの入力毎に外部入力割込処理
（ICI処理;Input Capture Interrupt）が実行される。

通電開始時期以前の特定の角度信号（たとえばｎ＋１）
の入力時点でのICI処理（c1）では、演算された通電開
始時期までの時間に現在時刻を加えた値を出力比較レジ
スタ（OCR）に設定すると共に、出力制御レジスタ（TCS
R）に通電の開始を予定するステイタス値「１」及び出
力比較レジスタからの内部割込を許可するマスクビット
「１」を設定する。

出力比較レジスタ（OCR）の設定値と現在時刻タイマと
の時間差Δｔが零になり両者が一致した時に、通電が開
始されると共に出力比較レジスタ（OCR）からの内部割
込要求による内部割込処理（OCR処理（ｄ））が実行さ
れる。OCI処理では、予かじめ演算された通電時間に相
当する値を現在時刻に加えて出力比較レジスタ（OCR）
に設定すると共に、出力制御レジスタ（TCSR）に通電の
遮断を予定するステイタス値「０」及び内部割込を不能
とするマスクビット「０」が設定される。

点火時期直前の角度信号（たとえばｎ＋４）の入力時点
でのICI処理（c4）では、出力比較レジスタ（OCR）の設
定値を、点火時期までの残余の角度に該当する時間に現
在時刻を加えた値に再設定し修正する処理が行なわれ
る。この結果、点火時期が直前の角度信号を基準に制御
されるので点火時期の精度を確保することができる。

時間差Δｔが零になり出力比較レジスタ（OCR）の設定
値と現在時刻とが一致すると、点火信号IGtがロウレベ
ルにされ点火コイル８への通電が遮断され点火が行なわ
れる。ここでは、出力制御レジスタ（TCSR）のマスクビ
ットが「０」に設定されているので内部割込は発生しな
い。

以上述べた基本的な処理に加え、機関の低速回転域では
通電時間の精度を向上させるため特別の処理が実行され
る。これは、直前の基本的な処理のみでは、機関の回転
速度が低い場合にICI処理（c1）で通電開始時間を設定
してから実際に通電が開始されるまでの時間が非常に長
くなり、この間の回転数変動により通電時間に過不足が
生じ、通電時間の制御性が悪化するためである。

第３図は低速回転域における特別な処理を示すタイミン
グチャートである。

低速回転域では、すべての角度信号Neの入力毎に通電開
始時期までの所要時間が演算され出力比較レジスタ（OC
R）に設定される。第３図は実際に有効な点火時期直前
の角度信号（ｎ＋５）入力時からの処理を示している。
点火時期直前の角度信号（ｎ＋５）入力時のICI処理で
は、通電開始時期までの所要時間TOFFが、最新の２つの
角度信号（ｎ＋４、ｎ＋５）の入力間隔時間T30から通
電時間TONと点火時期（点火進角）に相当する時間Ｔθ
とを差し引いた時間として、即ち、TOFF＝T30−TON−Ｔ
θとして計算される。そして、その所要時間TOFFに現在
時刻を加えた値を出力比較レジスタ（OCR）に設定する
と共に、通電の開始を予定するステイタス値「１」及び
内部割込を許可するマスクビット「１」を出力制御レジ
スタ（TCSR）に設定する。

時間差Δｔが零になり出力比較レジスタの設定値と現在
時刻が一致すると、点火信号IGtがハイレベルとされ通
電が開始されると共に、内部割込処理（OCI処理）が実
行される。OCI処理は前述の基本的な処理の場合と全く
同じであり、予かじめ演算された通電時間TONに現在時
刻を加えた値が出力比較レジスタ（OCR）に設定され、
通電の遮断が予定される。そして、通電時間TON経過時
に点火信号IGtがロウレベルとされ通電が遮断され点火
される。

このように、角度信号Neの発生間隔時間内に通電の開始
及び遮断が完了するような低速回転域では、点火時期直
前の角度信号を基準にして、最新の２つの角度信号の発
生間隔時間により通電開始時期が制御されるから、通電
時間の精度を大巾に向上させることができる。

以上述べた制御思想を実現するマイクロコンピュータ４
内での実際の処理について第４図乃至第６図のフローチ
ャートを参照し説明する。

第４図に示すメインルーチン100の処理は常時繰返し実
行される。

ステップ101では、基本的な点火時期である基本進角が
機関の回転数と吸入空気量から計算され記憶される。次
にステップ102にて、その補正量である補正進角が冷却
水温度、スロットル操作量等から計算され記憶される。
ステップ103では、上記基本進角及び補正進角に基き点
火時期が計算され記憶される。次にステップ104にて、
上記点火時期直前の角度信号が発生する角度を求め、点
火時期修正角度としてメモリに記憶する。ステップ105
では、上記修正角度から点火時期までの残余の角度を計
算し、オフセット角として記憶する。次にステップ106
で、上記オフセット角を機関の回転数から時間に換算
し、オフセット時間としての所定のメモリに記憶する。
ステップ107では、通電時間TONを計算しメモリに記憶す
る。通電時間TONは、回転数、バッテリ電圧、点弧の際
のアーク時間から計算式又はマップ検索して補間するこ
とにより必要最小限の通電時間を求めることにより計算
される。メインルーチン100では以上の処理が繰返し実
行され、所定のメモリに記憶されたオフセット時間等の
データが常時更新されている。

第５図に示す内部割込処理（OCI処理）200は、出力比較
レジスタ（OCR）の設定値と現在時刻タイマとの時間差
Δｔが零になった時に開始される。

ステップ201では、メインルーチン100のステップ107で
計算記憶された通電時間TONを読出して現在時刻に加算
し出力比較レジスタ（OCR）に設定し、次いで、ステッ
プ202で、出力制御レジスタ（TCSR）にステイタス値
「０」を設定し通電の遮断を予定し、割込の発生をマス
クするマスクビットに「０」をセットして今回の割込処
理を終了する。

第６図に示す外部入力割込処理（ICI処理）300は、角度
信号Neの入力毎に実行される。

ステップ301では、現在時刻タイマの値を読み出し所定
のメモリに記憶すると共に、前回のICI処理開始時刻と
の差を求め、今回の30゜CAの回転に要した角度信号間隔
時間T30を計算する。

次にステップ302では、入力数カウンタCTDCに１を加え
る。入力数カウンタCTDCは基準角信号Ｇ入力後の角度信
号Neの入力数を数えるもので現在のクランク角位置を示
す指標となるカウンタである。すなわち、ステップ303
にて、基準角信号Ｇがラッチされる入力バッファ41を調
べ、基準角信号Ｇが入力していればステップ305に進
み、入力数カウンタCTDCをクリアすると共に入力バッフ
ァ41のラッチをクリアする。また、ステップ304で、入
力数カウンタCTDCが12以上の場合もステップ305に進
み、クリアする。以下は、この入力数カウンタCTDCの値
により現在のタイミングが判別され各種の処理が実行さ
れる。

ステップ306では、ステップ301で計算された角度信号間
隔時間T30により機関の回転数が低速回転域か否かが判
別される。低速回転域と判別された場合にはステップ31
2以下の特別の処理が実行され、低速回転域ではないと
判別された場合はステップ307以下の基本的な処理が実
行される。

ステップ307では、今回のタイミングがメインルーチン
のステップ104で求めた点火時期修正角度か否かを調べ
る。点火時期修正角度でなければステップ309に進み、
点火時期修正角度であればステップ308に進む。ステッ
プ308では、現在時刻にメインルーチンのステップ106で
換算されたオフセット時間を換算した値を出力比較レジ
スタ（OCR）に再設定し、点火時期を最終的に修正して
今回の割込処理を終了する。

ステップ309では、今回のタイミングが通電開始処理の
タイミング、たとえばCTDC＝１のタイミングであるか否
かが調べられ、そうでなければ今回の割込処理を終了す
る。通電開始処理のタイミングであればステップ310に
進む。ステップ310では、現在時刻に通電開始時期まで
の所要時間TOFFを加えた値を出力比較レジスタ（OCR）
に設定する。ここでの所要時間TOFFは、機関の回転数か
ら求められる点火周期時間T180から算出される。次い
で、ステップ311では、出力制御レジスタに通電の開始
を予定するステイタス値「１」と内部割込の発生を許可
するマスクビット「１」を設定して処理を終了する。

前記ステップ306で低速回転域と判別された場合にはス
テップ312に進む。

ステップ312では、通電開始時期までの所要時間TOFF
が、ステップ301で求められた角度信号間隔時間T30から
メインルーチンのステップ107で求められた通電時間TON
及びステップ103で求められた点火時期に相当する時間
Ｔθを差し引いた時間として演算される。

そして、ステップ313で、現在時刻に上記所要時間TOFF
を加えた値が出力比較レジスタ（OCR）に設定され、次
のステップ314で、通電の開始を予定するステイタス値
「１」及び内部割込を許可するマスクビット「１」が出
力制御レジスタ（TCSR）に設定されてICI処理300を終了
する。

以上説明した前記実施例は４気筒の機関を制御するもの
とし、角度信号を30゜CA毎に入力する構成としたが、他
の気筒数であっても、また、角度信号の角度間隔を他の
値としても、本発明が適用できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は上記した構成を有し、通常
回転域では点火時期直前の角度信号が入力されると遮断
時期再設定手段により、点火時期までの残余の角度に該
当する時間にタイマ時刻を加えた値に出力比較レジスタ
が再設定され、該出力比較レジスタの値と現在時刻タイ
マの値とが一致したとき点火信号が遮断され点火が行わ
れ、低速回転域では、通電開始手段が、角度信号入力毎
に角度信号間隔時間を用いて通電開始時期までの所要時
間を演算するとともに、点火時期直前の角度信号入力時
にその演算された所要時間に現在時刻を加えて前記出力
比較レジスタに設定して予定した通電開始時に、通電遮
断手段が演算された通電時間に現在時刻を加えて前記出
力比較レジスタに設定し通電の遮断を予定し、該出力比
較レジスタの値と現在時刻タイマの値とが一致したとき
点火信号が遮断され点火が行われるもので、通常回転域
においては点火時期が直前の角度信号に基づいて出力比
較レジスタが再設定されて制御されるから、点火時期の
精度を確保することができ、低速回転域においては最新
の２つの角度信号の発生時間間隔により通電開始時期を
制御するから、点火時期の精度を維持しながら通電時間
の制御精度を大幅に向上することができ、点火装置の性
能と信頼性を向上することができるという優れた効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る点火制御装置のブロック図、第２
図及び第３図は実施例を示すタイミングチャート、第４
図、第５図及び第６図はマイクロコンピュータでの処理
を示すフローチャートである。 １……基準角センサ、２……角度センサ、3,3′……波
形整形回路、４……マイクロコンピュータ、５……運転
状態センサ、６……出力バッファ、７……イグナイタ、
８……点火コイル、９……ディストリビュータ、10……
点火プラグ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の回転を検出し上死点付近を検出
   する基準角センサからの基準角信号と、同じく機関の回
   転を検出し所定角度毎の回転を検出する角度センサから
   の角度信号と、吸入空気量等の運転状態に関する情報と
   からマイクロコンピュータを用いて点火時期及び通電時
   間を演算し、点火コイルへの通電を制御する点火制御装
   置において、 特定の角度信号入力時のタイマー時刻に、通電開始まで
   の時間を加えて出力比較レジスタに設定し、現在時刻タ
   イマの値と出力比較レジスタの値とが一致した時点に出
   力制御レジスタのステータス設定値に従って点火コイル
   への通電を開始すると共に、その時点にマイクロコンピ
   ュータ内部での内部割込要求を可能にする手段と、 この内部割込要求時刻に、通電時間を加えて出力比較レ
   ジスタに設定し、現在時刻タイマの値と前記出力比較レ
   ジスタの値とが一致した時点に出力制御レジスタのステ
   ータス設定値に従って点火コイルへの通電を遮断する手
   段と、 点火時期直前の角度信号の入力時に点火時期までの残余
   の角度に該当する時間にタイマ時刻を加えた値に出力比
   較レジスタを再設定する処理を行う遮断時期再設定手段
   と、 角度信号の入力毎に、前回の角度信号入力時点から今回
   の角度信号入力時点までの角度信号間隔時間を計測する
   間隔時間計測手段と、 前記角度信号間隔時間により、機関の運転が低速回転域
   であるか否かを判別する判別手段と、 低速回転域の場合に、角度信号入力毎に通電開始時期ま
   での所要時間を前記角度信号間隔時間を用いて演算し、
   点火時期直前の角度信号入力時にその演算された所要時
   間に現在時刻を加えて前記出力比較レジスタに設定し通
   電の開始を予定する通電開始手段と、 通電開始時に、演算された通電時間に現在時刻を加えて
   前記出力比較レジスタに設定し通電の遮断を予定する通
   電遮断手段と を備えることを特徴とする内燃機関の点火制御装置。