JPH0784861B2 - 内燃機関の点火時期制御方法 - 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点火時期制御方法に係り、特にノツ
キング制御システムを備えた内燃機関の点火時期抑制方
法に関する。

〔従来の技術〕

従来より、気筒内エンドガスの自己着火に伴って発生す
る気柱振動であるノツキングが発生したか否かを検出し
て、ノツキングを制御するノツキング制御システムを備
えた点火時期制御装置が知られている。この点火時期制
御装置においては、各気筒点火後の所定クランク角度範
囲（例えば、10゜CA ATDC〜50゜CA ATDC）における機
関振動のピーク値ａと、ノツキングによらない機関振動
のレベルすなわちバツクグラウンドレベルｂに定数Ｋを
乗算して求めた判定レベルkbと、を比較してノツキング
が発生したか否かを判定するようにしている。ここでピ
ーク値ａは機関振動を電気信号に変換する圧電素子や磁
歪素子等で構成されたノツキングセンサをシリンダブロ
ツクに取付け、ノツキング固有の周波数帯域（６〜8KH
z）の信号が通過可能なパンドパスフイルタを介して電
気信号をピークホールド回路に入力し、所定クランク角
度範囲におけるピーク値をホールドすることにより得ら
れる。また、判定レベルkbはノツキングによらない機関
振動に対応する電気信号を積分回路によって積分した値
（バツクグラウンドレベル）に定数ｋを乗算することに
より求められる。そして、ノツキングが発生したと判定
されたときはノツキングの発生が判定される毎に点火時
期を所定量遅角しかつ所定点火回数の間ノツキングが発
生しないと判断されたときは点火時期を進角させる補正
遅角量を演算し、この補正遅角量を用いて点火時期を補
正することによりノツキングが発生しない最大進角（ノ
ツキング限界）に点火時期を制御するようにしている。

一方、現在市場に流通している車両用燃料、例えばガソ
リンには、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とがあ
る。このため高オクタン価燃料に適した仕様のガソリン
機関や、低オクタン価燃料に適した仕様のガソリン機関
が存在している。このような状況下で、高オクタン価燃
料に適した仕様のガソリン機関に低オクタン価燃料を使
用すると、ノツキングが頻発して機関の性能を充分に発
揮することができず、最悪の場合には機関が損傷するこ
ともある。逆に、低オクタン価燃料に適した仕様のガソ
リン機関に高オクタン価燃料が供給されると、ノツキン
グが発生し始める点火進角からかなり遅角した領域で点
火時期が制御されるためそのガソリン機関の有する性能
を十分発揮できなくなる。このため従来では、上記のノ
ツキング制御システムにおける補正遅角量を利用してノ
ツキングが頻繁に発生しているか否かを判断して高オク
タン価燃料に適した仕様のガソリン機関に低オクタン価
燃料が供給されているか否か等を判断していた（例え
ば、特開昭61−85578号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のノツキング制御システムを備えた
点火時期制御装置では、機関及びノツキングセンサの製
造誤差等によって補正遅角量がばらつくと共に、気象条
件の変化によってノツキングの発生状態が変化したり電
気ノイズによってノツキングの発生が誤判定されるとこ
れに伴って補正遅角量がばらつき、このような補正遅角
量のばらつきによって正確な点火時期制御ができず、点
火時期が要求点火時期より進角側になってノツキングが
発生したり、点火時期が要求点火時期より遅角側になっ
て出力が低下するという問題があった。また、このよう
にばらついた補正遅角量を用いて燃料のオクタン価を判
別すると、誤判定され、点火時期が使用燃料に適合しな
くなる、という問題が発生する。

本発明は上記問題点を解決すべく成されたもので、ノツ
キング制御システムの制御のばらつきを吸収してノツキ
ングを抑制すると共に出力を最大限に発揮させることが
できる。信頼性の高い内燃機関の点火時期制御方法を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、ノツキングが発生
したとき点火時期を遅角しかつノツキングが発生しない
とき点火時期を進角する補正遅角量を求めると共に、運
転領域を機関回転速度に応じて低回転速度域と中回転速
度域とを含む複数の領域に区分して各領域で運転中にお
ける前記補正遅角量の最大値になるように更新される学
習値を各領域毎に求め、前記低回転速度域と前記高回転
速度域とを通過したときに対応する領域の前記学習値が
第１の所定値以下の状態が所定回以上継続し、かつ前記
補正遅角量が第２の所定値以下のとき点火時期を進角さ
せることを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、ノツキングが発生したとき点火時期を
遅角しかつノツキングが発生しないとき点火時期を進角
させる補正遅角量が求められ、運転領域を機関回転速度
に応じて低回転速度域と中回転速度域とを含む複数の領
域に区分して各領域で運転中における補正遅角量の最大
値を各領域毎に学習して学習値が求められる。すなわ
ち、機関回転速度に応じて区分された各領域で運転中に
おける補正遅角量の最大値に基づいて学習値が更新さ
れ、各領域で運転中での補正遅角量の最大値が学習値と
して各領域毎に記憶される。そして、運転状態が低回転
速度域と中回転速度域とを通過したときに対応する領域
の学習値が第１の所定値以下の状態が所定回以上継続し
たか否かが判断される。すなわち低、中回転速度の一般
の運転領域を通過したときにノツキングの発生頻度が低
かったか否かが判断される。一般の運転領域を通過して
ノツキングの発生頻度が低かったときには、補正遅角量
が所定値以下か否か、すなわち現在のノツキング発生頻
度が低いか否かが判断され、現在のノツキング発生頻度
が低いときには点火時期が進角するように制御される。
一方、学習値が第１の所定値以下の状態が所定回数以上
継続したときにおいても補正遅角量が第２の所定値を超
えてノツキングの発生頻度が高くなったときには点火時
期の進角が停止されて点火時期が例えば基本点火進角に
なるように制御される。

また、高オクタン価燃料に適した仕様のガソリン機関に
低オクタン価燃料が供給された場合には、ノツキングの
発生頻度が高くなって上記の学習値が第１の所定値を超
えるため点火時期の進角は行なわれず、逆に低オクタン
価燃料に適したガソリン機関に高オクタン価燃料が供給
されて点火時期が遅角側に制御された場合にはノツキン
グの発生頻度が低くなるため上記の学習値が第１の所定
値以下になり点火時期が徐々に進角される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ノツキングの発生
を抑制し機関出力を最大限に発揮させる信頼性の高い点
火時期制御方法を提供できるという効果が得られる。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
第２図には、本発明が適用可能な点火時期制御装置を備
えた内燃機関（エンジン）の一例が示されている。４サ
イクル６気筒ガソリン機関10のデイストリビユータ14に
は、デイストリビユータシヤフトに固定されたシグナル
ロータとデイストリビユータハウジングに固定されたピ
ツクアップとで各々構成された気筒判別センサ16及び回
転角センサ18が取付けられている。気筒判別センサ16
は、デイストリビユータシヤフトが１回転する毎、すな
わちクランク軸が２回転する毎（720゜CA毎）に１つの
パルスを発生する。このパルスの発生位置は、例えば第
１気筒の上死点（TDC）である。回転角センサ18はデイ
ストリビユータシヤフトが１回転する毎に例えば24個の
パルス、従って30゜CA毎に１つのパルスを発生する。気
筒判別センサ16及び回転角センサ18は、マイクロコンピ
ユータ等で構成された制御回路20に接続され、各センサ
で発生された電気信号が制御回路20に入力されている。
また、制御回路20には、吸気通路22のスロツトル弁25上
流側に取付けられたエアフローセンサ24からの吸入空気
量信号が入力されている。機関10のシリンダブロツクに
は、機関振動を検出する磁歪素子等で構成されたノツキ
ングセンサ12が取付けられており、このノツキングセン
サ12から出力される電気信号が制御回路20に入力されて
いる。一方、制御回路20からは、イグナイタ26に点火信
号が出力され、イグナイタ26によって形成された高電圧
はデイストリビユータ14によって分配され、各気筒毎に
取付けられた点火プラグ28に順に供給される。

なお、通常の内燃機関には運転状態パラメータを検出す
る吸気温センサ等の各種のセンサが取付けられ、制御回
路20は燃料噴射弁29等の制御も行なうが、これらは本発
明と直接関係しないため、以下の説明ではこれらの説明
を省略する。

マイクロコンピユータを含んで構成された制御回路20
は、第３図に示すように、ラダムアクセスメモリ（RA
M）58、リードオンリメモリ（ROM）60、マイクロプロセ
ツシングユニツト（MPU）62、第１の入出力ポート64、
第２の入出力ポート66、第１の出力ポート68、第２の出
力ポート70及びこれらを接続するデータバスやコントロ
ールバス等のバス72を備えている。第１の入出力ポート
64は、アナログ−デジタル（A/D）変換器74、マルチプ
レクサ76及びバツフア78Aを介してエアフロメータ24に
接続されると共に、図示しないバツフアを介して吸気温
センサや機関冷却水温センサ等に接続されている。ま
た、第１の入出力ポート64は、A/D変換器74及びマルチ
プレクサ76に制御信号を供給するよう接続されている。
上記第２の入出力ポート66には、波形整形回路80を介し
て気筒判別センサ16及び回転角センサ18が接続されると
共に、入力回路82を介してノツキングセンサ12が接続さ
れている。

上記入力回路82は、第４図に示すように、一端がノツキ
ングセンサ12に接続されたノツクゲート回路82Aとピー
クホールド回路82Bとから成る直列回路と、この直列回
路に対して並列に接続された積分回路82Eと、直列回路
及び積分回路82Eに接続されたマルチプレクサ82Cと、マ
ルチプレクサ82Cに接続されたA/D変換器82Dとから構成
されている。そしてノツクゲート回路82A、マルチプレ
クサ82C及びA/D変換器82Dは、第２の入出力ポート66か
らの制御信号によって制御されるように接続されてい
る。

上記第１の出力ポート68は駆動回路86を介してイグナイ
タ26に接続され、第２出力ポート70は駆動回路88を介し
て燃料噴射弁29に接続されている。なお、90はクロツ
ク、92はタイマである上記ROM60には、以下で説明する
制御ルーチンのプログラムが予め記憶されている。

次に、上記制御ルーチンを説明しながら本発明の実施例
の作用を詳細に説明する。第５図は本実施例のメインル
ーチンを示すもので、ステツプ100においてエンジン回
転速度Ｎ及び吸入空気量Ｑを取込みステツプ102におい
てエンジン回転速度Ｎと吸入空気量Ｑとから基本燃料噴
射時間TPを演算し、そして次のステップ104において吸
気温やエンジン冷却水温等に応じて基本燃料噴射時間TP
を補正すると共にO₂センサ（図示せず）から得られる空
燃比フイードバツク補正係数FAFを用いて基本燃料噴射
時間TPを補正して燃料噴射時間TAUを演算する。次のス
テツプ106では、気筒判別信号及び回転角信号に基づい
て現在のピストン位置が上死点（TDC）か否かを判断す
る。TDCのときはステツプ114においてマルチプレクサ82
Cを制御してノツキングセンサ12出力を積分回路82E及び
マルチプレクサ82Cを介してA/D変換器82Dに入力し、積
分回路82E出力すなわちバツクグラウンドレベルｂのA/D
変換を開始する。これによって、ノツキングによらない
機関振動のレベルすなわちバツクグラウンドレベルｂの
デジタル値が求められ、A/D変換終了時にこのデジタル
値がRAMの所定エリアに記憶される。一方、ステツプ106
でTDCでないと判断されたときは、ステツプ108において
現在のピストン位置が例えば15゜CA ATDCか否かを判断
し、ステツプ108の判断が肯定のときはステツプ110にお
いて第２の入出力ポート66からノツクゲート回路82Aに
制御信号を出力してノツクゲート回路82Aをオープン
し、ノツキングセンサ12からノツクゲート回路82A、ピ
ークホールド回路82B、マルチプレクサ82Cを介してノツ
キングセンサ12出力をA/D変換器82Dに入力させる。次の
ステツプ112では現在時刻と予め定められている所定ク
ランク角度範囲に対応する時間とからノツクゲート回路
82Aをクローズする時刻ｔ（90゜CA ATDCに対応する）
を算出してコンペアレジスタにセツトする。

第６図はステツプ112にセツトされた時刻になったとき
に割り込まれる時刻一致割込みルーチンを示すもので、
現在時刻がコンペアレジスタにセツトされた時刻と一致
するとステツプ116において第２の入出力ポート66からA
/D変換器82Dに制御信号を出力してピークホールド回路8
2B出力のA/D変換を開始してメインルーチンにリターン
する。

第７図は積分回路82E出力のA/D変換が終了したときのA/
D変換器82DからのA/D変換終了信号によって割り込まれ
る割込みルーチンを示すもので、ステツプ118においてA
/D変換値をピーク値ａとしてRAMの所定エリアに記憶
し、ステツプ120において第２の入出力ポート66からノ
ツクゲート回路82Aに制御信号を出力してノツクゲート
回路82Aをクローズする。

第８図は点火時期を演算すると共に学習値θＧ（第９図
に示す領域毎に定められているが代表してθＧと表わ
す）を更新するルーチンを示すもので、ステツプ142に
おいて負荷Q/Nが所定値（例えば、0.7/rev）以上か否
かを判断することによりノツキング制御領域か否かを判
断し、ノツキング制御領域でないときはステツプ144に
おいて第１図のステツプ124で演算される基本点火進角
θ_BASEを実行点火進角θｉとしてメインルーチンへリタ
ーンする。一方、ステツプ142でノツキング制御領域と
判断されたときは、ピーク値ａとバツクグラウンドレベ
ルｂとを取込みステツプ146においてピーク値ａと判定
レベルＫ・ｂとを比較する。ピーク値ａが判定レベルＫ
・ｂより大きいときはノツキングが発生したと判断して
ステツプ148において補正遅角量θ_Ｋを所定値（例え
ば、１゜CA）大きくする。一方、ピーク値ａが判定レベ
ルＫ・ｂ以下と判断されたときには、ノツキングが発生
しないと判断してステツプ150において所定点火回数
（例えば、100点火）経過したか否かを判断し、所定点
火回数経過していればステツプ152において補正遅角量
θ_Ｋを所定値（例えば、１゜CA）小さくする。次のステ
ツプ154では機関負荷Q/Nとエンジン回転速度Ｎとに基づ
いて現在の運転状態が学習領域に属しているか否かを判
断すると共に学習領域のどの領域に属しているか否かを
判断する。この学習領域は、第９図に示すように、機関
負荷Q/Nとエンジン回転速度Ｎとに基づいて所定機関負
荷（例えば、0.7/rev）以上の領域においてエンジン
回転速度Ｎに応じて区分されており、エンジン回路速度
が1200〜2800rpmの領域をＡ領域、2800〜4800rpmの領域
をＢ領域、4800〜6400rpmの領域をＣ領域として定めら
れている。ステツプ154で現在の運転状態が学習領域に
属していないと判断されたときには、ステツプ156にお
いてフラグＦをリセツトとした後ステツプ172に進む。
一方、ステツプ154で現在の運転状態が学習領域のいず
れかの領域（Ａ〜Ｃ領域）に属していると判断されたと
きには、ステツプ166においてフラグＦがセツトされて
いるか否かを判断する。フラグＦがリセツトされている
とき、すなわち運転状態が学習領域外から学習領域に初
めて入ったときには、ステツプ158において学習値θＧ
（第９図に示す学習領域Ａ領域、Ｂ領域及びＣ領域に対
応して各々の学習値θGA、θGB、θGCがそれぞれ定めら
れているが以下ではいずれか１つを代表してθＧとして
表わす）から所定値（例えば、３゜CA）減算した値と補
正遅角量θ_Ｋとを比較する。学習値θＧから所定値減算
した値が補正遅角量θ_Ｋよりも大きければステツプ160
において学習値θＧから所定値減算した値を補正遅角量
θ_Ｋとしてステツプ162に進む。一方、補正遅角量θ_Ｋ
が学習値θＧから所定値減算した値より大きいときに
は、そのままステツプ162に進む。ステツプ162では、運
転状態が学習領域外から学習領域内に初めて入ったこと
を示すためにフラグＦをセツトし、ステツプ164におい
て補正遅角量θ_Ｋを学習値θＧとして記憶する。

以上の結果運転状態が学習領域外から学習領域内に初め
て入ったときには、補正遅角量と学習値から所定値減算
した値とが比較され、いずれか大きい方の値が現在の運
転状態が属する特定の学習領域の学習値として記憶され
る。

一方、ステツプ166でフラグＦがセツトされていると判
断されたとき、すなわち運転状態が学習領域に属してい
る状態でこのルーチンの実行が２回目以降であるときに
は、ステツプ168において補正遅角量θ_Ｋと現在の運転
状態が存在している特定の学習領域における学習値θＧ
と比較し、θ_Ｋ＜θＧの場合はそのままステツプ172に
進み、θ_Ｋ≧θＧの場合にはステツプ170において補正
遅角量θ_Ｋを特定の学習領域における学習値θＧとして
記憶する。

以上の結果、現在の運転状態が特定の学習領域に継続し
て存在しているときには、補正遅角量と、その特定の学
習領域に対応する学習値θＧとが比較され、補正遅角量
が大きくなるに従って学習値θＧが更新され、学習値θ
Ｇの値は特定の学習領域内で運転しているときの補正遅
角量の最大値と等しくなる。

ステツプ172では、基本点火進角θ_BASEからステツプ148
及びステツプ152で演算された補正遅角量θ_Ｋを減算す
ることにより実行点火進角θｉを演算しメインルーチン
へリターンする。

このように実行点火進角θｉが演算された後イグナイタ
がオンされ実行点火進角θｉに対応するクランク角でイ
グナイタがオフされてこの実行点火進角θｉになった時
点で点火されるように点火時期が制御される。

第10図は、遅角量判別ルーチンを示すもので、ステツプ
180において低回転速度域であるＡ領域または中回転速
度域であるＢ領域を通過したか否かを判断する。これら
の領域を通過したか否かは、運転状態がこれらの領域以
外の領域からこれらの領域に入りかつこれらの領域から
これらの領域以外の領域に出たか否かを判断することに
より判断する。運転状態がＡ領域を通過したと判断され
たときには、ステツプ182においてＡ領域における学習
値θGAが第１の所定値（例えば、１゜CA）未満か否かを
判断し、ステツプ182の判断が肯定ならば機関の仕様に
適合した燃料が供給されていてノツキングの発生頻度が
低いかまたは低オクタン価燃料仕様の機関に高オクタン
価燃料が供給されていると判断してステツプ184におい
てカウント値CAをインクリメントする。これにより、カ
ウント値CAは運転状態がＡ領域を通過しかつＡ領域の学
習値θGAが第１の所定値未満のときインクリメントされ
る。一方、ステツプ180において運転状態がＢ領域を通
過したと判断されたときには、ステツプ186においてＢ
領域における学習値θGBが第１の所定値未満か否かを判
断しこの判断が肯定のときは上記と同様にノツキングの
発生頻度が低いかまたは高オクタン価燃料が供給されて
いると判断してステツプ188においてカウント値CBをイ
ンクリメントする。この結果、カウント値CBは運転状態
がＢ領域を通過しかつＢ領域の学習値θGBが第１の所定
値未満のときにインクリメントされる。一方、ステツプ
182でθGA≧第１の所定値と判断されたときまたはステ
ツプ186でθGB≧第１の所定値と判断されたときは、機
関の仕様に適合した燃料が供給されているがノツキング
の発生頻度が高いまたは高オクタン価燃料仕様の機関に
低オクタン価燃料が供給されていると判断して、カウン
ト値CA、CBをインクリメントすることなくリターンす
る。

第１図は基本点火進角補正ルーチンを示すもので、ステ
ツプ122において機関負荷Q/Nとエンジン回転速度Ｎとを
取込み、ステツプ124において機関負荷Q/Nとエンジン回
転速度Ｎとに基づいて基本点火進角を記憶したマツプか
ら補間法により基本点火進角θ_BASEを演算する。次のス
テツプ126では、カウント値CAが所定値（例えば、３）
以上か否かを判断すると共に、ステツプ128においてカ
ウント値CBが所定値（例えば、３）以上か否かを判断す
る。カウント値CAが所定値以上でかカウント値CBが所定
値以上のときはステツプ130において補正進角値θを所
定値（例えば、１゜CA）としてステツプ132及び134にお
いてカウント値CA及びカウント値CBをクリアする。一
方、ステツプ126及びステツプ128でカウント値CAまたは
カウント値CBが所定値未満と判断されたときはそのまま
ステツプ136に進む。

ステツプ136では、補正遅角量θ_Ｋが第２の所定値（例
えば、２゜CA）以上か否かを判断し、補正遅角量θ_Ｋ第
２の所定値以上と判断されたときには現在のノツキング
の発生頻度が高いと判断してステツプ138において補正
進角値θを０にしてステツプ140へ進む。一方、ステツ
プ136で補正進角値が第２の所定値未満と判断されたと
きには、現在のノツキングの発生頻度が低いと判断して
そのままステツプ140に進む。ステツプ140では、基本点
火進角θ_BASEに補正進角値θを加算して基本点火進角を
進角側に補正する。

以上のように制御する結果、運転状態がＡ領域とＢ領域
とを通過しかつＡ領域における学習値θGAとＢ領域にお
ける学習値θGBが第１の所定値未満の条件が所定回継続
しかつ補正遅角量が第２の所定値未満のときには基本点
火進角が進角側に制御され、これらの条件を満たしてい
ないときは基本点火進角は補正されず、また基本点火進
角が進角側に補正された結果ノツキングが発生すれば補
正遅角量が０にされて点火時期の進角側補正が停止され
る。

以上説明したように本発明によれば、各学習領域におけ
る遅角量の判定を遅角量の学習値、すなわち各領域にお
ける補正遅角量の最大値で行なっているため補正遅角量
のばらつきが吸収できる。また、各学習領域を通過した
後の最大補正遅角量で判定を行なっているためノツキン
グが発生しにくくなる。また、基本点火進角を進角させ
る判定を低、中回転域の２つの領域すなわち一般の運転
領域で判定しているため基本点火進角の補正が成立し易
くなっている。更にまた基本点火進角を進角側に補正す
る判定をＡ領域及びＢ領域を各々所定回以上通過した時
点で行なうためノツキング制御のばらつきも吸収でき
る。そして、補正遅角量が第２の所定値以上になったと
きに基本点火進角の進角補正を停止しているため、速や
かにノツキングの発生を抑制することができる、という
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の基本点火進角補正ルーチンを
示す流れ図、第２図は本発明が適用可能な点火時期制御
装置を備えた内燃機関の概略図、第３図は第２図の制御
回路の詳細を示すブロツク図、第４図は第３図の入力回
路の詳細を示すブロツク図、第５図は本発明の実施例の
メインルーチンを示す流れ図、第６図は上記実施例の時
刻一致割込みを示す流れ図、第７図は上記実施例のA/D
変換終了割込みルーチンを示す流れ図、第８図は上記実
施例の点火時期演算ルーチンと学習ルーチンを示す流れ
図、第９図は上記実施例の学習領域を示す線図、第10図
は上記実施例の遅角量判定ルーチンを示す流れ図であ
る。 12……ノツキングセンサ、 16……気筒判別センサ、 18……回転角センサ、 20……制御回路、 24……エアフロメータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ノツキングが発生したとき点火時期を遅角
   しかつノツキングが発生しないとき点火時期を進角する
   補正遅角量を求めると共に、運転領域を機関回転速度に
   応じて低回転速度域と中回転速度域とを含む複数の領域
   に区分して各領域で運転中における前記補正遅角量の最
   大値になるように更新される学習値を各領域毎に求め、
   前記低回転速度域と前記中回転速度域とを通過したとき
   に対応する領域の前記学習値が第１の所定値以下の状態
   が所定回以上継続し、かつ前記補正遅角量が第２の所定
   値以下のとき点火時期を進角させる内燃機関の点火時期
   制御方法。