JPS61275574A - 内燃エンジンの点火時期制御装置 - 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】 技術分野 本発明は、内燃エンジンの点火時期制御装置に関する。

背１１１ 内燃エンジンのシリンダヘッド等の燃焼室を構成する部
材に燃焼室に連通ずる貫通孔を穿ち、これに圧電素子等
を用いた圧力センサを挿、大した構成としてシリンダ内
圧変化をいわゆる指圧信号として得ることが出来る。ま
た、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間の結合部
分に圧力ゲージを介装して指圧信号を得る方式も考えら
れる。

内燃エンジンの運転状態のにおけるエンジンシリンダ内
圧変化は第１図に曲線Ａに示す如くなっていることが分
る。点火角θＩＧにて点火系をトリガすると点火遅れθ
ｄをもって混合気に点火され、シリンダ内圧はその俊急
上昇して最大圧力ピークＰ（以下指圧ピークと称する）
を経て降下する過程をたどる。

ところで指圧ピークのクランク角度位置は、エンジンが
最大出力を発揮する状態と関係することが知られており
、この最大出力を与えることができる指圧ピークのクラ
ンク角度位置は、図示のように上死点後（以下ＡＴＤＣ
という）１２９〜１３°にあることが実験的に確かめら
れた。よって、このＡＴＤＣＩ　２°〜１３°の理想の
クランク角度位置とする。したがって、指圧ピークがＡ
ＴＤＣ１２°〜１３°の理想のクランク角度位置となる
ように、点火時期θＩＧを定めるようにするのが望まし
い。

ところが、点火時期θＩＧを一定にしても指圧ピークは
、エンジン運転状態によって刻々変化するものであり、
指圧ピークを最適位置に保持する点火時期１１Ｊ　ＩＩ
Ｉ装置が望まれる。

及Ｊ１とｌ盈 そこで、本発明は、指圧ピーク位置データ信号により点
火角を最適制御する内燃エンジンの点火時期制御装置を
提供することを目的とする。

本発明による点火時期制御装置においては、シリンダ内
圧を直接検出し、シリンダ内圧を表わす指圧信号によっ
てエンジンサイクル毎に指圧ピーク位置データを得、ク
ランク角基準位置データと比較して該エンジンサイクル
毎の点火時期を進角若しくは遅角せしめるようになって
いる。

Ｋ亙１ 第２図は、本発明による点火時期制御装置を示しており
、この装−皮においては、内燃エンジン（図示せず）の
燃焼室を形成するシリンダヘッド等の部材に貫通孔を穿
ちこれに圧電素子等の圧力センサをその検出ヘッドが燃
焼室内に露出するが如く密着挿通せしめるなどして得ら
れる指圧信号発生回路１が含まれている。りＯツク発生
回路２は１．所定周期の又はエンジン回転に同期したク
ロックパルスを生ずる。エンジン回転に同期したクロッ
クパルスを得る手段としてはクランクシャフトの回転に
応動して回転する円盤であって、等間隔にて多数のスリ
ットを有するスリット円盤にフォトカプラを組み合せて
フォトカプラの出力信号によってクロックパルスを得る
手段が公知である。

基準位置発生回路３は、クランク角度位置すなわちエン
ジン回転角度位置が基準位置に達したことを示す基準位
置信号例えばＴＤＣ（ＴｏｐＤｅａｄ　　Ｃｅｎｔｅｒ
）パルスを発生する。このＴＤＣパルスはクロック発生
回路２に用いたスリット円盤にＴＤＣパルス用スリスリ
ットに設けかつＴＤＣパルス生成用フォトカプラを設け
ることにより得ることが出来る。ピークホールド回路４
は基準位置信号によってクリアされた侵指圧信号に最大
値を保持し比較回路５は該最大値を指圧信号自信が下回
ったとき指圧信号を発する。クランク角度位置計測用の
カウンタ６はクロックパルスをカウントしかつ基準位置
信号によりクリアされており、カウンタ６のカウント値
は例えば８ビツトデータでありクランク角゛の現在値を
示している。ラッチ回路１０は比較回路５からのピーク
検出信号がそのゲート端子すに供給される毎にカウンタ
６のカウント値をラッチするようになっている一方、デ
コーダ１１は、カウンタ６のカウント値が例えば６３に
なったとき読取指令信号を点火角設定回路８に供給する
。カウント１ｉ１６３は、指圧ピーク値が生ずると予測
されるクランク角より大きいクランク角に対応しており
、排気弁のバルブシーテイングノイズが指圧信号に混入
しても影響を受けないような読み取りタイミングを得て
いる。点火角設定回路８は、これに応じてラッチ回路１
０の内容を読み取ってこのラッチ内容をクランク角度上
のピーク位置情報θｐｘと判断する。なお、デコーダ１
１からの読取指令信号によってゲートを開くゲート回路
を経てラッチ内容を点火角設定回路８に供給する構成も
考えられる。点火角設定回路８は、マイクロプロセッサ
等によって構成され、供給さ・れるピーク位置情報（デ
ータ）θｐｘを元にして後述するプログラムに従って、
所望の点火角θ【Ｇデータを点火指令回路９に供給する
。点火指令回路９は、基準位置信号を基準としてり０ツ
クパルスをカウントしてクランク角度現在値θｔ）を知
り、この現在値θを牙と入力θＩＧとが一致したとき点
火スイッチＳＷの閉成をなし、これにより点火トランス
Ｔの１次コイルに点火電流が流れて点火プラグ（図示せ
ず）にて点火がなされる。なお、点火角設定回路８と点
火指令回路９とによって点火指令手段が形成される。ま
た、点火角設定回路８はエンジンパラメータセンサ１２
からの諸エンジンパラメータすなわちエンジン回転数Ｎ
ｅ、吸入負圧ＰＢスロットル間度θｔｈ等を基にして動
作するモードも備え得る。

第３図（Ａ）〜（Ｆ）は上記実施例回路の動作を説明す
る信号波形図である。すなわち、基準位置信号及びりａ
ツクパルスは各々第３図（Ａ＞、（Ｂ）において示され
るが如くである。指圧信号は第３図（Ｃ）の実線で示さ
れるが如く変化し、従って、ピークホールド回路４の出
力は第４図（Ｃ）の点線で示されるが如くである。比較
回路５は、指圧信号の極大点毎に第３図（Ｄ）の如きピ
ーク検出パルス信号を発する。第３図（Ｅ）はカウンタ
のカウント値の変化の様子を数字にて示している。

第３図（Ｆ）はラッチ回路１０のラッチ内容の変化の様
子を数字にて示している。第４図（Ｇ）はデコーダ１１
の出力変化を示し、この場合、＾レベルが読取指令信号
である。

第４図は第１図に示した装置の点火角設定回路８の点火
制−に関するプログラム例を示している。

すなわち、点火角設定回路８は、点火制御動作をなすに
当って、まず、点火角θ【Ｇを初期値θＩＣＯに設定し
ておいてデコーダ１１からのの読取指令信号を待ち、−
読取指令信号を受けるとラッチ回路１０のラッチ内容を
ピーク位置情報θＰ×として取り込むのである（ステッ
プＳＩ’、Ｓ２）。

次いでこのピーク位置情報θｐｘが上死点角度θＴＯＣ
と例えば１２°の角度αとの和より大なるか小なるかを
判断しくステップＳ３）、大なれば点火角θＩＧをΔθ
だけ進角せしめ（ステップＳａ　）また、小なれば点火
角θＩＧをΔθだけ遅角せしめる（ステップＳｓ）。以
上のスタートからエンドまでのステップＳＩないしＳｓ
の１サイクルの動作が、りＯツクパルスに応じて順次実
行されかつ該サイクル動作が繰り返されるのである。こ
の点については以下の１０グラムも同様である。

第５図は点火指令回路９をマイクロプロセッサによって
形成した場合の動作プログラム例を示している。すなわ
ち、点火指令回路９は基準装置信号を検知すると（ステ
ップＳ＋＋）、内蔵レジスタのクランク角現在値θｔ？
をθＴＤＣ（若しくは所定値）にセットする（ステップ
５１２）。次いで、点火角設定回路８からの点火角デー
タθＩＧを取り込んで（ステップ１２）これをクランク
角現在値θｔ？と比較しθｔｇ−θＩＧの条件が成立し
たとき直ちに点火指令を発して（ステップＳＩ４．８１
５）、点火スイッチＳＷを開成せしめる。一方、θｔ９
≠θｔａの場合θｔ２に単位クランク角δθを加えて次
のプログラムサイクルに備える（ステップ８１６）。ス
テップＳ　１４においては、θ］ｇ−〇ＩＧか否かの判
断ではなく、０１ｇとθＩＧとの差がδθより小なるか
否かの判断とすることも考えられる。

上記例においては、ピーク位置データθＰ×がエンジン
サイクル毎に得られ、各サイクルにおけるθＰ×によっ
て次のサイクルのための点火角が決定される訳である。

第６図は、本発明による点火時期制御装置における点火
角設定回路８の動作プログラム例を示している。このプ
ログラムにおいては、デコーダ１１からの読取指令信号
の存在時に指圧ピークデータθＰ×を読み取って（ステ
ップＳ＋　、　８２　ａ　）、θＰ×と（θＴＤＣ十α
）との大小を知って進角若しくは遅角せしめる（ステッ
プ８３　ａ　、　３４　ｔｌ　。

５ｓａ）基本的な流れは第４図のフローチャートにて示
したプログラムと変らない。

しかし乍ら、本例においては、θＰ×を時系列的に生起
するデータ群として把え、Ｎ回目のエンジンサイクルに
おいて得られる指圧ピーク位置データをθｐｘ　（Ｎ）
と表わすことにしている（ステップ５２ａ）。

ところで、エンジン失火の場合は、シリンダ内の燃焼が
発生せず、指圧ピーク位置はθＴＤＣの近傍に生ずる。

また、エンジン失火の生じたサイクルにおける指圧ピー
ク位置データは正常燃焼によるものではないので次のサ
イクルの指圧ピーク位置制御の基礎とすることは適当で
ない。よって、まず、θｐｘ　（Ｎ）とθＴＤＣを比較
してその差がΔθを越えた場合のみθｐｘ　（Ｎ＞の演
算に移る（ステップＳＮ、２＋）。この演算ステップ３
２＋においては θｐｘ（Ｎ）　−Σ（ＩＪｎ　　θｐｘ（Ｎ−ｎ）ｎ＝
０ なる数式によって過去のエンジンサイクル（Ｎ−１）、
（Ｎ−２）、・・・・・・（Ｎ−ｎ　）回目のエンジン
サイクルにおける指圧ピーク位置データ値によって今回
データ値を補正してフィードバック系の安定性を増して
いるのである。

上記数式のωｎの具体例として、ω０−ω１−ω２５ω
３＃ω４−１１５．ωＳ雪ω６ｃ・Φロ＃ωｎ−０とし
て、過去４回のデータと今回データとの平均値を今回デ
ータとすることも考えられる。

平均の方式はこれに限定されず、適当な回数の、データ
の平均を取るのである。また、ωｎ　−（１／Ｌ）０　
（Ｌ＞１、ｎ＞Ｏ）とすることも考えられる。

こうして得られたθｐｘ（Ｎ）と（θＴＤＣ＋α）との
大小によって進角及び遅角制御をなすのであるが（ステ
ップＳ＜ａ、５ｓａ）、進角量Δθ１と遅角量Δθ２と
を必ずしも等しい値とせず、フィードバック系の特性に
応じてΔθ暑〉Δθ２あるいはΔθ１〈−Δθ２とする
ことが出来る。また、Δθ１．Δθ２はθｐｘ（Ｎ）と
（ｏＴＤＣ＋２）との差の関数とすることも出来る。

一方、θｐｘ（Ｎ）とθＴＤＣとの差がΔθ以下のとき
はに＋　＜Ｋ＋−である限りに＋をに＋＋１として（ス
テップＳ２２．５２３）遅角制御Ｉ（ステップ５ｓａ）
をなし、失火が連続して生じてに１≧に＋■となれば点
火時期を再設定すべく初期化する（ステップ５２４）。

なお、１θＰ×−θＴＤｃｌ＞Δθのときはに＋をＯと
して次のステップに入る（ステップ８２５）。なお、破
Ｉ　Ｑ　＋にて示す如く、エンジン失火の際遅角制御を
せずにそのまま次のプログラムサイクルに入るようにし
ても良い。これは、４サイクルエンジンにこの点火時期
制御装置を用いた場合に排気行程データを無視するよう
にするのにもよい。こうすれば排気工程判別センサーが
不要となる。

第７図は、点火角設定回路８の更に別の動作プログラム
例を示している。すなわち、このプログラムにおいては
θｐｘ（Ｎ）の制御目標値θＰ×、ｉを（ｏＴＤＣ＋α
）の単一の角度にせずΔθＰｘｉ±β（×）として１ｌ
ＪＩｊ目標領域としている（ステップ５３０）。こうす
ることにより、フィードバック系全体の安定性を向上せ
しめている。なお、β（×）の×はエンジン回転数Ｎｆ
１１スロットル開度θＴＨ，エンジン吸入負圧Ｐａのい
ずれか１とすることが出来る。また、これらのエンジン
パラメータの組み合せを変数としてβの値を変えること
も考えられる。その他の点は第６図のプログラムと同様
である。なお、β（×）を定数βとすることも出来る。

第８図は、点火角設定回路８の別の動作プログラム例を
示している。すなわち、このプログラムにおいてはθｐ
ｘ（Ｎ）の制御目標値θｐｘｉを固定せずθｐｘ（Ｎ）
の平均値θｐｘ　（Ｎ）（＝ｎ＋Ａ １／Ａ・Σθｐｘ（Ｎ））とθρ×ｉとの差を元−ｎ のθｐｘｉに加味して（２θｐｘｉ−θｐｘ　（Ｎ））
を新たなθｐｘｉとしている（ステップＳ３１＞。

その他の部分は、第７図のフローチャートにて示したプ
ログラム例と同様である。

第９図は点火角設定回路８の別の動作プログラムを示し
ている。すなわち、このプログラム例においては、θｐ
ｘ　（Ｎ）の制御目標値θｐｘｉを単一の角度にせずｏ
ｐｘｉ±β（Ｘ）の目標領域にθｐｘ（Ｎ）を収めるよ
うにフィードバック制御する点等については第７図のプ
ログラムと同様である。しかし乍ら、本プログラムにお
いてはθＩＧの補正量をθｐｘ（Ｎ）のθｐｘｉからの
偏位量（θｐｘ　（Ｎ）−〇ｐｘｉ　）を変数とする奇
数次関数値Ｆ（θｐｘ　（Ｎ）−θｐｘｉ　）としてい
る。この奇数次関数Ｆ（Ｚ）は例えば、ｌ。

ｚｓ、ｚｓ等の一般式（Ｚ−γ）０にて表わされる単一
変曲点を有する奇数次関数である。特に、ｎ≧３とする
とθｐｘ　（Ｎ）の目標値θｐｘｉからの偏位口の増加
に従ってフィードバック量が増すことになり、素早いフ
ィードバックＩｌｌ　１１１が期待出来る。一方、フィ
ードバック量が大きくなり過ぎるとフィードバック系が
ハンチング状態になる恐れもある故、最大フィードバッ
ク量をｌｉ＋１限している。以上の動作を第８図のフロ
ーチャートのステップ８３２，３３３，８３４によって
遂行するのである。

また、この場合、失火が生じたら所定角度Δθだけ遅角
せしめるステップＳｓａは残し、かつこれを省略するこ
ともあることを破ｍｌ　Ｑ　２にて示している。

第１０図は、点火角設定回路８の更に別の動作プログラ
ム例を示している。すなわち、本プログラムにおいては
、まず、諸エンジンパラメータのうちエンジン回転数の
Ｎｅ、スロットル開度θｔｈ。

吸入負圧１日を所定基準値Ｎｒ、θ「、Ｐ「と各々比較
して、これら基準値を超えない範囲においては、点火角
θＩＧを固定点火角θＩＧｒに固定する（ステップＳ４
１．　Ｓａｌ、Ｓ４２．８４３）。基準点火角θｔｅｒ
はエンジン回転数等のエンジンパラメータによって変動
せしめるか該エンジンパラメータによるマツプ値から選
択することも考えられる。また、Ｎｅ、θｔｈ、　Ｐａ
のいずれかが基準値Ｎｒ、θｒ　、　Ｐ−ｒを各々超え
た場合フィードバック制御動作に入るようになっている
。このように、エンジンパラメータに応じてフィードバ
ック制御によるθｒｃ決定と固定θＩＧとの切換えをな
す理由について説明すれば、まず、エンジン回転数が低
いときはシリンダ内での爆発による指圧ピークよりも空
気圧縮による上死点近傍での指圧ピークの方が大きく表
われるためである。この場合の指圧変化を第１１図の一
点鎖線で示している。

また、スロットル開度が小又は吸入負圧が大であるとい
うことは低負荷あるいは極低スロットル開度状態である
ことを示しており、かかる場合の指圧変化を第１１図の
実線カーブにて示す。この場合も最大指圧ピーク位置が
ＴＤＣ近傍にあり、点火角をフィードバック制御するに
は適当でないのである。なお、第１１図の点線カーブは
通常運転下における指圧変化の様子を示している。なお
、ステップＳａと８４２はいずれかを省略することも出
来る。

エンジン運転状態が低エンジン回転状態、極低スロット
ル開度、軽負荷状態のいずれでもなく通常の運転状態で
あることを判定すると、指圧ピーク位置θｐｘ　（Ｎ）
の読み取りに入っても良い。

しかし、このプログラムにおいては、前回サイクルでの
設定点火角θＩＧ（Ｎ−１）と前々回サイクルでの設定
点火角θｒＧ（Ｎ−２）との差ΔθＩＧ（Ｎ−１）を演
算しておく（ステップ５４４）。

次に読取指令信号の存在を検知すると指圧ピークデータ
θｐｘ　（Ｎ）を取り込むのである（ステップＳ＋、５
ｚａ）。この模で、ステップ８４４の内容を実行するよ
うにしても良い。

次いで、今回θｐｘ（Ｎ）と前回θｐｘ（Ｎ−１）との
差Δθｐｘ（Ｎ）を演算しくステップ５４５）、既に得
ているΔθ■Ｇ（Ｎ−１）に対するΔθｐｘ　（Ｎ）の
比Ｋ（Ｎ）を得る（ステップＳａ）。次いで、ステップ
Ｓ詑、８２１，８２２，８２３゜８２４’、　３２５　
、８３８　）について第６図と同様に実行する。

そうして、θｐｘ　（Ｎ）の目標値との比較結果に応じ
て前回θｒｅ（Ｎ−１＞を進角若しくは遅角させるに当
って、Ｋ　（Ｈ）・へ〇１若しくはＫ（Ｎ）・Δθ２だ
け前回θＩＧ（Ｎ−１，）を減少若しくは増加させるの
である（ステップ８４７．Ｓａ）、。

これは、今回ピーク位置θｐｘ　（Ｎ）は前回の設定点
火角θｔｃ（Ｎ−１）によるものであり、前回ピーク位
置θｐｘ（Ｎ−１）は前々回設定点火角θ［Ｇ（Ｎ−２
）に対応することから、θ■ｃ（Ｎ−２）からθＩｃ、
（Ｎ−１）への変化分Δθ夏ｃ（Ｎ−１）によるθｐｘ
（Ｎ−１）からθｐｘ　（Ｎ）への変化分Δθｐｘ　（
Ｎ）への影響の度合をＫ　、（Ｎ　）によって表わして
これを次回エンジンサイクルの点火のための今回設定点
火角θＩｒ、　（Ｎ）の進角若しくは遅角制御に反映さ
せる訳である。

第１２図は、クロック発生回路２として水晶発振器等の
発振器を用いてエンジン回転数に無関係な一定周波数の
クロックパルス信号を発生するようにした場合に点火角
設定回路８に用いて有用なサブルーチンプログラムであ
る。

このサブルーチン７０グラムを含む点火角設定回路８は
ＴＤＣパルス等の基準位置信号が存在するや否やを判別
して（ステップＳ５）、存在しない場合は基準位置信号
の不存在期間が（Ｋ２　ｍ　ｘクロック周期）を超えた
かどうかを判定しくステップ５５１）、越えていなけれ
ば定数に２に１を加算して終了する（ステップ５５２）
。基準信号不存在ＩＮ圏が（Ｋ２１　Ｘり０ツク周期）
と越えると設定点火角θｒＧを初期値θＩＧＯに戻し、
Ｋ２をゼロとし、このときのθｐｘデータを無視するキ
ャンセルフラーグをこのθＰ×データに付加する（ステ
ップ５５３）。なお、基準位置信号の存在・を検知する
とに２をゼロとする（ステップ５５４）。

これは、所定時間以上基準位置信号が得られないとエン
ジン停止と判断して次のエンジン始動に備えるためであ
る。

及」Ｊし１里 以上のことから明らかな如く、本発明による点火時期制
御装置によれば、内燃エンジンのシリン内圧変化を圧力
センサ等によって指圧信号を得て、これにより、エン−
ジンサイクル毎に指圧ピーク位置を求め、各エンジンサ
イクル毎の点火時期を定めるようにしている故、内燃エ
ンジンの運転状態を直接モニタしつつ点火時期を制御す
ることになり、正確な点火時期１ｉｌＪＩｌｌをなすこ
とが出来るのである。

また、機構部分を含まない構成としているので装置全体
の電子化によって小型化も出来、ディジタル回路をも用
いることにより信頼性向上も図れ、更には、機種毎の特
性微調整もプログラムを変えるだけで足りるので非常に
便利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、エンジンシリンダの内圧変化を例示するグラ
フ、第２図は、本発明の実施例を示す回路図、第３図は
第２図装置の動作を示す信号波形図、第４図及び第５図
は第２図の装置のマイクロプロセッサによって構成され
る部分の動作プログラムを示すフローチャート第６図な
いし第１０図及び第１２図は第２図の点火角設定回路の
動作モードプログラムを示すフローチャート、第１１図
は指圧変化カーブが運転状態に依存することを示すグラ
フである。 主要部分の符号の説明 ８・・・・・・点火角設定回路 ９・・・・・・点火指令回路 １０・・・・・・ラッチ回路 １１・・・・・・デコーダ ＳＷ・・・・・・点火スイッチ ■・・・・・・点火トランス 出願人　　　本田技研工業株式会社 代理人　　　弁理士　　藤村元彦 第４図 簗５図 スタート エンド 第１１図 第１２図 エンド 手続ネｍ正書（自発） 昭和６０年６月２乙日 １、事件の表示 昭和６０年特許願第１１７２３１号 ２、発明の名称 内燃エンジンの点火時期制御装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 住　所　　　東京都渋谷区神宮前６丁目２７番８号名　
称　　　（５３２）　　本田技研工業株式会社４、代理
人　〒１０４ ５、補正命令の日付　　　自発 ６、補正により増加する発明の数　　　なし７、補正の
対象　　　図面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃エンジンのエンジン回転角度位置が基準角度位置に
   達する毎に基準位置信号を発する基準位置信号発生手段
   と、エンジン燃焼室内圧を表わす指圧信号を発生する指
   圧信号発生手段と、１の基準位置パルス発生から次の基
   準位置パルス発生までの指圧信号の最大ピーク位置を表
   わす指圧ピークデータ信号を発生するピーク位置検出手
   段と、前記指圧ピークデータ信号に応じた点火角にてエ
   ンジン点火を指令する点火指令手段とからなることを特
   徴とする内燃エンジンの点火時期制御装置。