JPS58176468A - 多気筒内燃機関の点火時期制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関において燃料消費率を向上させるべく
気筒毎Ｋ（火時期の最適制御を行う方法に関する。

内燃機関の点火時期は、−穀圧、出力を最大限に発揮し
かつ燃料消費率を最小とする平均的な値をエンジン回転
数と吸気圧力（又は吸気流量）で定める。そして機関が
多気筒のものでは、その平均的な共通の点火時期を各気
筒に採用するのが普１通である。しかしながら、製造時
のバラツキ、経時変化等によって最大出力を与える点火
時期は気筒毎に変化し前記した平均的な点火時期がその
気筒にとって常に最適とは限らず出力損失を招く原因と
なる。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、各気筒に最適の
点火時期を与えることによって常に出力効率の最大を確
保し、特にアク七μ操作等の点火時期以外の外的要因の
影響を考慮して正確な最適点火時期への点火時期制御を
可能にすることを目的とする。

以下図面によって説明すれば第１図は点火時期とエンジ
ン回転数（トルク）との一般的な関係を示ｆものであシ
、アクセル操作量一定でエンジン回転数を最大Ｎ　ｒｎ
　ａ　ｘとする最適点火時期０ｏｐｔを一つもつ。そし
て、この最適点火時期θｏｐｔは気筒間で変動があるの
が普通である。従って、簡単のため最少の多気筒機関で
ある２気筒機関について考えれば、第２図の如く、夫々
の気筒１１．＋２の点火時期を変化させた場合に、エン
ジン回転数は破線の如く等高線状ｒ１１ｒ！＋ｒ３・・
・の如く変化スる。それ故、エンジンの回転数の山■を
形成する夫々の気筒の点火時期の組合せθｔ　　ＯＰも
＋０２　　ｏｐｔがあシ、逆に言えばこの最適点火時期
の組合せで各気筒を駆動すれば最大の回転数が得られる
のである。

本発明では以下述べる手法によってエンジン最大回転数
を提供する各気筒の点火時期の組合せを検索するもので
ある。まず、この手法を説明すれば、第２図において、
＃ｌ気筒の点火時期を０１にまた８２気筒の点火時期を
０２とし、この点火時期の組合せ（点Ｌ）で運転してエ
ンジンの回転数としてＮ１が得られたとする。（尚、こ
こで０．。

θ２とは後の説明の便宜上、吸入空気量（又は吸気圧力
）及びエンジンの回転数によって所まる基本進角θＢに
対する補正量と考えられたい。即ち、第２図における原
点は点火時期進角でいえば０ではなくθｎであり、これ
にθｌ又は０２を加えたものが実際の進角値となる。）
次に上記点りとは多少点火時期を変えた点■（例えば＃
ｌ気筒の点火時期をΔθ１だけわずかに増し、一方ｊ１
２９ｃ筒の点火時期θ２はそのままとする）での点火時
期の組合せ（θｌ＋Δθｌ　、θ２　）で運転しそのと
きの回転数をＮ２とする。更に別の点８（例えば１１２
０気筒の点火時期をΔθ２だけわずかに増し、一方ｓｌ
の気筒の点火時期はθｌ　とする）での組合せ（θｌ　
、θ２＋Δθ２　）で運転し得られる回転数Ｎ３とする
。そして、再び最初の点りの組合せで運転して得られる
回転数をＮｌ／とする。っまシ２気筒の場合の点火時期
の組合せを表とすれば次のようになる。

表 次にこの最初の８つ（即ち気筒数に１を加えたもの）の
初期点火時期の組合せにおける各気筒の平均値τを求め
ると共に１．弘火時期の影響で回転数が最少となる。（
火時期の組合せ（第２図の例では回転数Ｎ］となるＬ）
を捜す。

この場合、同じ点火時期の組合せＬを時間をおいて２回
所定の期間運転し、２回の回転数Ｎｌ＋Ｎｌ　／の差が
点火時期変化以外の原因、例えばアクセル操作等による
回転数変化とみなし、その間アク七μ操作により回転数
は前記２つの回転数の開を時間に比例して直線的に変化
したものとする。

この直線の傾きβ（回転数の変化率１β１）を算出し、
その１β１が所定値によシも小さい時は、運転状態の外
乱が小さいものとして回転数が最小となる点火時期の組
合せＬを求める。

次に、この平均値θと最少回転数Ｎ１における点火時期
の組合せＬとを結ぶ直線上において、θに関しＬと反対
側（換言すれば回転数の増大する方向）に新たな点Ｒ１
を設定する。そして、この点Ｒ１の点火時期の組合せ（
θｌ’ｗθ２／）を計算し、この組合せで運転を行い回
転数Ｎ４を得、更に点Ｈの点火時期の組合せで運転を行
ない回転数Ｎ２　′を得て、この回転数Ｎ４を最少回転
数Ｎ１と入れ換えると共に、Ｎ２とＮ２ｔの差から回転
数の変化率１β１を再び算出し、そのが所定値によシ小
さい時は前記と同じ理由によシ、Ｎ２．Ｎ３およびＮ４
の８つの回転数のうち最小回転数（図では”２　　）と
なる点Ｈを求める。次に３つの点火時期の組合せの平均
値１／を求め、この平均値ｎ′と最少回転数となる点■
とを結んだ直線において最少回転数となる点火時期の組
合せＨの反対側（即ち回転数の増大する方向）に新たな
点Ｒ２を設定する。

以下これを繰返してゆけば、Ｒ１→Ｒ２→Ｒ３→Ｒ４→
Ｒ５→Ｒ，６→凡、→Ｒ８の様に点火時期の組合せを回
転数の増大方向に向は次々と修正してゆくことで回転数
の山■を極めることができる。

以上は回転数の山■を極める過程で回転数の変化率１β
１が所定値により小さい場合が続いた時のことである。

次に表で示されるパターンが終了した段階で前記同様の
計算で得られる回転数の変化率Ｉβ１が所定値によシ大
きくなった場合には、再度運転した（（θ１．θ２）ｌ
”１’を（（θ１．θ２）Ｎｌ）と入れ換えて、今度は
記憶されている計測回転数が最も時間的に過去の場合の
点火時期の組合せ（表における２番目の組合せ、即ち第
２図における点■）で機関の運転を行い、回転数Ｎ２〆
を得、前記同様の演算を繰り返す。この方法によれば、
前記所定値Ｋを適切に設定することによシ回転数の外乱
が大きい状態で誤った方向に点火時期を修正することな
く精度の良い点火時期制御を実現できる。

第８図には基本の３点Ｈ，Ｓ、Ｌに対し新たな点火時期
の組合せＯｎｅｗ（即ちＲ）の求め方が図示される。こ
の場合平均値はベク）μ表示で、となる。また、回転数
が最小となる点火時期の組合せ０ｍ　ｉ　ｎ　（即ちＬ
）と置きかえるべき新たな点をＯｎｅｗとすれば、 θｎ　ｅ　ｗ　＝θ−α（θｍ１ｎ−〇）・・・・・・
・・・・（２）α：定数 となる。

尚、以上は説明の便宜上２気筒について説明したがこれ
以上の気筒数のエンジンであっても同様の原理によって
回転数を最大とするよう各気筒の点火時期の修正制御を
行うことができる。

第４図は２侭火時期の組合せの移り変わりと回転数の変
動を４気筒機関について示したものである。

（ａ）において、先づ■〜■の各点火時期の組合せ、お
よび■と同じ点火時期の組合せ■′で機関を所定期間ず
つ運転し、■と■′の回転数ＮＩ＋Ｎｌ’を結ぶ直線の
傾きβから点火時期変化以外の原因による回転数変化率
１β１を求め、１β１が所定値により小さい場合は各点
火時期の組合せにおける回転数が最も小さい点火時期の
組合せ（図ではＮ３の■）を新たな点火時期の組合せ■
“に修正する。次に（ｂ）において■と同じ１ヴ火時期
の組合せ■′で機関を運転し、■と■〆の回転数Ｎ２　
＋　Ｎ２　’から前記同様に回転数の変化率ｌβ１を算
出し、１β１が所定値によシも大きい場合は、機関が外
乱状態だとし■を修正せずに記憶されている計測回転数
が最も時間的に退去の場合の点火時期の組合せ■Ｉで機
関を運転し、前述同様の演算を繰シ返す。この操作を繰
シ返すことにより、点火時期の組合せを最適点火時期の
組合せに修正して行くことができる。なお、（Ｃ）は回
転数の変化率の求め方を示しておシ、 により求められる。

次に、本発明の方法を実現する装置について説明すれば
第５図において、１０は内燃機関の本体で、この場合は
雰１＋１２＋１！３＋雰４の４個の気筒を有している。

吸気マニホルド１２から各気筒への吸入空気が導入され
、スロットμ弁１４はこの吸入空気の流量コントローμ
を行う。エアフローメータ１６がスロットμ弁１４の上
流に設けられて吸入空気量の計測を行う。尚、エアフロ
ーメータ１６によって吸入空気流量の測定を行う代シに
吸気管内の圧力を計測してもよい。１８は回転数センサ
であり、エンジンの回転数に応じた信号を発生する。回
転数センサとしてはエンジンの成るクランク角毎のパル
ス信号を発生する周知のクランク角センサを使用するこ
とができる。

２０は、弘火装置であシ、イグナイタと、ディストリビ
ュータと、イグニッションコイμとを構成要素とするも
のであり、線２２を介して各気筒の点火栓電極に接続し
ている。

点火制御回路２６は点火装置２０の作動信号を形成する
ものであシ、後述の方法を実行すべくプログラムされた
コンピュータとしての機能を持っている。吸入空気量セ
ンサ１６及び回転数センサ１８は夫々線８０及び８２を
介して制御回路２６に接続している。制御回路２６は吸
入空気量及び回転数の組合せで定まる点火時期の演算を
行い、この演算結果に応じた点火時期信号を線３４を介
して点火装置に出力する。

第６図は点火制御回路２６のブロックダイヤグラムを示
すものであって、入力ポート４２は吸入空気量センサ１
６及び回転数センサ１８からの信号を受けとる。Ａ／Ｄ
コンバータ４０は吸入空気量センサ１６（又は吸気圧力
センサ）からのアナログ信号をデジタμ信号に変換する
。出力ポート４６は点火装置２０への信号ゲートの役割
を行う。

入力ポート４２及び出力ポート４６は、コンピュータの
構成要素である０ＰＵ４８．ＲＯＭ５Ｑ　。

ＲＡＭ５２にバス５４を介して接続し、クロック（１１
） 発生器５８からのクロック信号に同期して信号のやり、
と９を行う。

制御回路２６は、前述した本発明原理による各気筒の最
適点火時期を得るべくプログラムされているが、この大
体のところを第７図によシ２気筒の場合で説明すれば、
最初の計算ステップ８１では点火時期（イ）、（ロ）の
如く夫々Ｏ１、θ２に設定される。この状態で運転する
ことにより（ハ）の如くエンジン回転数は変化し、（ホ
）の如く点火バ〃スが出る。この第１ヌテツプＳ１の終
シ近くの所定、（火パμス間ＣｆＯ〜Ｃｆｅｎｄでクロ
ツクパルスをに）の如く取シ込みその個数を計算し、こ
れを第１ステツプ８！でのエンジン回転数Ｎ、とする。

第２回目のステップ８２では第１気筒はθ１＋Δθ第２
気筒はθ２そのままとし、同様に所定点火回数運転し、
ｃｆｏ〜Ｃｆｅｎｄ間のクロックパルス数としての回転
数Ｎ２を測定する。同様第８のステップＳ３での回転数
Ｎ３を測定する。また第４のステップＳ４で第１のステ
ップと同じ１は火時期の組合せで運転し、回転数Ｎ、／
を測定する。

（１２） このように測定された回転数の平均をとシＮ１とＮ、／
とを結ぶ直線からの距離をもとに最小回転数となる点火
時期θｌ　、θ２を求め、この反対側に新点火時期θ＋
’　ｔ　、０２′を第３図の計算によってとシ、同様に
所定点火運転し回転数Ｎ４をクロックバμス数として計
算する（第５のステップ８５　）。そして、第６のステ
ップ（図示しない）として第２のステップ８２と同じ点
火時期の組合せで運転し、回転数Ｎ２／を計測し、前述
同様にステップＳ２　、Ｓ３　、Ｓ５の点火時期の組合
せのうち点火時期のみの要因によシ回転数が最小となる
点火時期の組合せを求め、この反対側に新点火時期の組
合せをと９、以下これを繰シ返すのである。

以上本発明における点火時期制御を実行するためのプロ
グラムの大まかなところを説明したので第８図のフロー
チャートによって詳細に説明する。

まず、内燃機関が起動すると、プログラムはステップ１
００よシこの点火時期演算の割込み処理μ−チンを実行
する。次いでステップ１０１では吸入空気量センサ１６
（又は吸気圧センサ）、回転数センサ１８で検出した吸
入空気量（又は吸気圧）と回転数よシ基本点火時期ＯＢ
の算出を行う。具体的には、メモリには吸入空気量と回
転数との組合せに対する基本点火時期マツピングがして
あシ、実測される吸入空気量と回転数とよシ基本点火時
期の演算が行われるのである。ステップ１０２では回転
数および吸気負圧の変化状態からエンジンが定常か否か
の判定を行う。エンジンが定常でないときはＮＯに分岐
しステップ１０３に行く。

１０３ではステップカウンタをｉ−０、点火回数カウン
タをＣｆ二〇、クロックバμスカウンタをｎ　ｐ　＝　
Ｏ、後述するフラグをＫＥＹ＝Ｑと夫々クリアする。次
にステップ１０４ではスタート点火時期を夫々第１．２
，８．・・・・・・Ｍ番目の気筒に対して、 にセットする。ここにθｌ＋ｏ２ｙ・・・・・・θＭ＆
１２図につき説明したように点火時期の修正量で吸入空
ズ量（又は吸気圧）と回転数とに応じて記憶されておシ
、これにステップ１０１で計算される基本点火時期を加
えたものが点火時期と計算されるのである。ステップ１
０５でメインμｍチンに復帰する。

ステップ１０２で定常と判定されればＹＢ２に分岐し上
記の如く設定された点火時期０１，０□、・・・ＯＭの
組合せで運転が行われ、第２図の最初の点Ｌ（即ち第７
図でいえば第１ステツプＳｔ　　）での回転数測定が行
われる。先ず、ステップ１０６では気筒数毎にクリアさ
れるカウンタＪの値を点火１回毎に１つ加算し、ステッ
プ１０７でＪの値が気筒数Ｍに達したか否かを判別する
。Ｊの値がＭに達していればステップ１０８でＪ＝１に
クリアし、達していなければステップ１０９に移行する
。

このステップ１０９では気筒毎に点火時期ＯＪを基本進
角θＢと点火時期の修正量θＪとを加算することによシ
求める。ステップ１１０では点火口（１５） 数カウンタＣｆが点火１回毎に１つ加算されることを示
す。１１１のステップでは点火回数Ｏｆが第７図（ホ）
の０ｆｅｎｄであるか否かの判定をする。

最初は当然Ｎｏに分岐し、１１７で点火回数Ｏｆが第７
図（ホ）のＣｆｏよシ大きいか否かの判定をする。Ｎｏ
であれば、回転数の測定期間に入っていないことを示す
ので、１１９でメインμｍチンに復帰する。１１７で、
点火回数Ｏｆがりｐツクパルスの計測を始めるべき点火
回数Ｃｆ　ｏに達していると認肱すればＹＥＳに分岐し
、１１８においてクロックパルスのカウント開始をした
後、メインμｍチンに１１９で復帰する。ステップＩｌ
ｌで点火回数Ｃｆが０ｆｅｎｄに達したと判定したらｌ
１２で、このときのり”７クバ〜スのカウント値ｎｐを
メモリに格納する。このカウント値はステップ８！での
エンジン回転数Ｎ、を表わすのである。そして１１３で
、点火回数カウンタを（３ｆ＝０、クロックバμヌカウ
ンタをｎ　ｐ　＝　Ｑにクリアし、ステップカウンタを
１つ加算し次の点火時期設定を行い、第２図の点■での
運転を行い第７（１６） 図でいえば第２のステップＳ２に入る。

先ず１１４ではｉ≦八へか否かの判定が行われる。

このときｉ　＝　ｌであるからＹ−Ｅ　８に分岐し、ｌ
１５において各気筒の点火時期修正量は、 と設定される。（第２，７図では第２のステップにおい
て、＃１気筒の点火時期をΔθ１１”Δθだけ動かし、
雲２資筒はそのまま即ちΔθ２１＝Ｑで説明してい゛）
が、Δθ２１はＯでなくても良い。）ステップ１１６で
メインル−チンに復帰する。再び１００のステップから
割込みに入ると、第１ステツプと同様１０６，１０７，
１０９，１１０゜１１１．１１７，１１８，１１９の手
順でこの第２ステツプＳ２におけるエンジン回転数Ｎ２
がクロックパルス数として測定され、結果は１１２のス
テップでメモリ中に格納される。その後、１１３のステ
ップで、点火回数カウンタＯｆ、クロックバｐスカウン
タｎｐのクリア、及びステップカウンタｉの１つ加算が
行われ第８ステツプに入る。

まず１１４では２気筒の場合も依然ＹＥＳとして判定さ
れ、１１５で点火時期修正量を、と設定する。その後１
１６でメインμｍチンに復帰後、１００で再びこのプロ
グラムに割込み、前と同様１０６以降の処理を行い、こ
の第３ヌテツプ８３におけるエンジン回転数Ｎ３の計測
をクロバスのカラン）ｉｎ　ｐＯ形で行い、１１２でメ
モリに格納する。

次の１１４のステップで１５Ｍの判定が行われる。２気
筒の場合にはここで始めてＮｏに分岐し、ステップ１２
０でフラグＫＥＹ＝０か否かを判定する。この場合ＫＥ
Ｙ＝０であるため、ステップ１３０に進み、ＫＥＹ＝１
に設定した後、次のステップ１８１で回転数が比較され
る各点火時期の組合せのうち最初の組合せと同じ修正量
（この場合、ステップ１０４におけるβ１　、・・・、
０Ｍであシ、２気筒の場合Ｍ−２）をセットしてメイン
μｍチンに復帰する。

次に、再びステップ１２０に達すると、ＫＥＹ＝１であ
るためＮｏに分岐し、１２１でＫＥＹ二〇に設定した後
、１２２のステップで第４図にて説明した方法で点火時
期変化以外の原因による回転数変化率１β１を（８）式
によシ算出する。ステップ１２８で１β１を所定値にと
比較し小さかったら１２４に分岐し、計測した回転数で
最小となるステップｉ　＝　ｍ　ｉ　ｎを求める。

次に１２５のステップで平均点火時期θの算出ご によって行う。この式はペタ１２表示であるから、第（
４）、　（５）　、　（ａ）の各式における剣筒成分毎
に計算する。そして１２６のステップではこの平均、ぐ
火時期を基に第２式 ％式％） （１９） によって回転数を増大させる新規な点火時期θｎｅＷの
算出を行う。この式もペタ１２表示であるから、第（４
）、　（５）　、　（６）式の各成分毎に新点火時期の
計算を行う。次にステップ１２？ではこの新、ぐ火時期
θｎｅｗを最小回転数変化を構成する点火時期の組合せ
０ｍ　ｉ　ｎ　（即ち第（４）式にお付るβ１．β２．
・・・０Ｍ）と置き換える。そして、１２８のステップ
で成分毎に１Ｑ火時期修正量のセットを行いβ１　。

β２　、・・・、０ｗを得、ステップ１２９でメインμ
ｍチンに戻る。

かように新点火時期の組合せが設定されると、次の割込
みにて第７図の第５のステップが第８図の１０６，１０
７，１０９．１１０．１１１．１１７．ｌ１８のμｍチ
ンによシ実行され、回転数Ｎ４の計測が行われる。その
後、ステップ１１１よ多分岐し、１１４．１２０，１８
０をへて１８１にて第２のステップと同じ修正量をセッ
トして運転を行ない回転数Ｎ２／の計測が行われ、そし
て、前述したように回転数Ｎの最小の点火時期の組合せ
が回転数増大方向の組合せに入れかえられる。

（２０） 以後回転数の山を極める過程において、アク七μ操作、
路面状態の変化等によシステップ１０２で非定常と判定
されない程度の回転数の外乱が生じた場合には、ステッ
プ１２２における１β１の値がかなシ大きな値になシ、
１２８における判定でステップ１８０に分岐し、ＫＥＹ
＝１をセットした後、１８１で比較される各点火時期の
組合せのうち最初の組合せ（計測した回転数が最も時間
的に過去という意味）と同じ修正量をセットしてメイン
μｍチンに戻る。

なお、前述の実施例では、各点火時期の組合せにおける
エンジン回転数自体を比較して最適点火時期の方向を判
別したが、前記傾きβの直線からの回転数偏差を比較し
て最適点火時期の方向を判別するようにしてもよい。

また、回転数の変化率（β１の大きさを判定する所定値
Ｋをエンジン回転数、吸気負圧等の運転状態を示すパラ
メータに応じて変化させるようにしてもよい。

以上述べたように本発明は、点火時期の各気筒毎の組合
せを複数設定し、この組合せからエンジン回転数等が増
加方向となるように所定の演算を行ってぐ火時期の組合
せの修正を行い、各運転状態においてエンジン回転数等
を最大とする気筒毎の点火時期の組合せを得るものであ
り、特に、少なくとも一つの点火時期の組合せにおける
運転を２回行ない、この２回の運転における回転数等の
運転状態信号からこの運転状態の変化率を計算し運転状
態信号の信頼性を確認している為、アク七μ操作等の外
的要因による誤った方向への修正を防止しつつ、最適点
火時期への制御が可能となり、當に出力効率の最大を確
保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図は点火時期とエンジン回転数との関係を示す特性
図、 第２図は２気筒の場合における点火時期組合せに対する
エンジン回転数変化を示す等高線図、第３図は気筒数に
１を加えた点火詩期組合せからエンジン回転数を増加さ
せる新５Ｑ火時期の決定方法を示す図、 第４図（ａ）　、　（ｂ）は点火時期の組合せの変化を
示す図、第４図（Ｃ）は回転数を算出する方法を示す図
、第す図は本発明に係る内燃機関の構成図、第６図は第
４図中の制御回路の構成図、第７図は本発明における演
算処理の概念を示すタイミング図、 第８図は本発明における１ぐ火時期演算処理手１１＠を
示すフローチャートである。 １０・・・エンジン本体、１６・・・吸入空剣量センサ
。 １８・・・エンジン回転数センサ、２０・・・点火装置
。 ２６・・・制御回路。 代理人弁理士　間部　隆 （２３） 胃 ？厭（Ｕ冑ε ＠３図 ヰ瑛高猷吟期 第５図 第４図 ｘ　Ｗ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）目標１点火時期の近傍で気筒毎に所定の値を持っ
   た点火時期の組合せを複数選択し、この選択した点火時
   期の各組合せＫで次々に所定期間運転を行なうと共に前
   記複数の点火時期の組合せＫよる運転のうち少なくとも
   一つの点火時期の組合せＫおける運転を２回行ない、こ
   れらの各運転中にエンジン回転数等の運転状態信号を検
   出し、前記２回行なった運転の点火時期の組合せにおけ
   る前記運転状態信号の変化率を求め、この変化率が所定
   値よシも小さいときは、前記各運転状態信号を比較する
   ことＫよ請求められる最適の運転状態から最も離れた運
   転状態となる前記点火時期の組合せを新たな点火時期の
   組合せに変更し、前記変化率が前記所定値よりも大きい
   とき前記新たな点火時期の組合せを算出せず前記複数の
   点火時期の組合せの一つを次の点火時期の組合せとする
   ことを特徴とする多気筒内燃機関の点火時期制御方法。
2. （２）前記２回の運転は、前記選択された複数の点火時
   期の組合せにおける運転のうち最初と最後に行なうこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の点火時期制御
   方法。