JPS6282273A - 内燃機関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】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車等内燃機関のノッキングを抑制しつつ
ＭＢＴ制御を行って運転性を高める点火時期制御装置に
関する。

（従来の技術） 内燃機関の点火時期は機関が最適に運転されるように期
間の状態に応じて決定する必要がある。

そして、一般に機関の効率燃費を考えると最大トルク時
の最小進角、いわゆるＭ　Ｂ　Ｔ　（Ｍｉｎｉｍｕｍ　
ａｄ−ｖａｎｃｅ　ｆｏｒ　Ｂｅ５ｔ　Ｔｏｒｑｕｅ　
）付近で点火するのが最良と知られており、機関の状態
によりＭＢＴに点火時期を変えるといういわゆるＭＢＴ
制御が行われる。

ところが、ある機関状態においては点火時期を進めて行
くとノッキングが生じ、安定な機関運転を行うことがで
きない。例えば、低速回転、低負荷時においてはＭＢＴ
より以前にノッキング限界がきている。また、ノッキン
グ限界は温度、湿度等の大気条件にも影客を受けやすい
。

そこで、ノッキングの有無に応じて点火時期を制御する
といういわゆるノック制御を上記ＭＢＴ制御に併用する
という方式のものが開発されており、例えばそのような
ものとしては、特開昭５８−８２０７４号公報に記載の
装置がある。

この装置では、燃焼室内の圧力（以下、筒内圧という）
を検出して、その圧力が最大となるクランク角度（以下
、燃焼ピーク位置という）θｐｍａｘが機関の発生トル
クを最大にする所定位置に（るように点火時期をＭＢＴ
制御する。また、同時に筒内圧の検出信号を信号処理回
路を通すことでノッキングを検出し、そのノッキングレ
ベルが所定値を超えたときにはＭＢＴ制御よりも優先し
てノッキングを回避すべく点火時期を遅角側に制御する
。これにより、ノッキングを制御しつつ機関の発生トル
クを出来るだけ大きくして、運転性能の向上を意図して
いる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の内燃機関の点火時期制
御装置にあっては、筒内圧センサの出力信号をバンドパ
スフィルタ、整流回路等の複雑な信号処理回路を通して
、ノッキングを検出する構成となっていたため、ノッキ
ングの検出に際し多くの回路素子を必要としている。こ
のため、コストの高いデバイスになるとともに、エンジ
ンの電子制御に一般的に使用される従来のコントロール
ユニットではその実現が困難であった。

（発明の目的） そこで本発明は、燃焼圧力が最大となる燃焼ピーク位置
を検出するとともに、このピーク位置をそのときの運転
条件に対応するノック限界のθｐｍａ×と比較してノッ
キングを検出することにより、換言すればＭＢＴ制御の
ための回路を利用してノッキングを検出することにより
、ノック検出に必要なシステムの構成を簡単なちとして
従来システムの能力で充分にノック抑制制御およびＭＢ
Ｔ制御の可能な点火時期制御装置を提供することを目的
としている。

（発明の構成） 本発明による内燃機関の点火時期制御装置はその基本概
念図を第１図に示すように、エンジンの燃焼圧力を検出
する圧力検出手段ａと、エンジンの運転状態を検出する
運転状態検出手段すと、圧力検出手段ａの出力から燃焼
圧力が最大となるクランク角を燃焼ピーク位置として検
出するピーク位置検出手段Ｃと、燃焼ピーク位置がエン
ジンの発生トルクを最大とする所定位置になるように点
火時期を補正する燃焼補正量を演算する第１演算手段ｄ
と、運転状態に応じてノック限界の燃焼ピーク位置を設
定する限界値設定手段ｅと、実際の燃焼ピーク位置をノ
ック限界の燃焼ピーク位置と比較してノッキングの有無
を判別するとともに、この判別結果に応じて点火時期を
補正するノック補正量を演算する第２演算手段ｆと、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
れを前記燃焼補正量およびノック補正量に応じて補正す
る点火時期設定手段ｇと、点火時期設定手段ｇの出力に
基づいて混合気に点火する点火手段りと、を備えており
、ノック抑制とＭＢＴ制御を行うものにおいて、ノック
検出に必要なシステムの構成を簡単なものとするもので
ある。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２図〜１０図は本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、１は筒内圧センサ（圧力検出手段）で
あり、筒内圧センサ１は気筒内の燃焼圧力を圧電素子に
よって電荷に変換し、電荷出力Ｓ１を出力する。筒内圧
センサ１は具体的には第３図（Ａ）、（Ｂ）にその詳細
を示すように、シリンダヘソド２に螺着されて点火プラ
グ３の座金として形成され、シリンダヘッド２の外側凹
所に点火プラグ３の締付は部３ａによって押し付けられ
て固定される。

センサ出力Ｓ、はチャージアンプ、に入力されており、
チャージアンプ４は第４図にその詳細を示すようにオペ
アンプＯＰ１、○Ｐ２、抵抗Ｒ１〜Ｒ８、コンデンサＣ
１およびダイオードＤ１〜Ｄ３からなるいわゆる電荷−
電圧変換増幅器を構成し、センサ出力Ｓ１を電圧信号Ｓ
２に変換してコントロールユニット５に出カスる。

コントロールユニット５にはさらに運転状態検出手段６
からの信号が入力されており、運転状態検出手段６はク
ランク角センサ７およびエアフローメータ８により構成
される。クランク角センサ７は爆発間隔（６気筒エンジ
ンではクランク角で１２０°、４気筒エンジンでは１８
０°）毎に各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）前の所定位置
、例えばＢＴＤＣ７０°で（Ｈ）レベルのパルスとなる
基準位置信号Ｃａを出力するとともに、クランク角の単
位角度（例えば、２°）毎に〔１１〕　レベルのパルス
となる単位信号Ｃ８を出力する。なお、信号Ｃａのパル
スを計数することによりエンジン回転数を知ることがで
きる。また、エアフローメータ８はエンジンの吸入空気
量Ｑａを検出してアナログ信号Ｓａを出力する。

コントロールユニット５はピーク位置検出手段、限界値
設定手段、第１演算手段、第２演算手段および点火時期
設定手段としての機能を有し、ｃｐｕｉｔ、ＲＯＭ１２
、ＲＡＭ１３、Ａ／Ｄ変換器１４およびＩ１０ポート１
５により構成される。ＣＰ　ＵｌｌはＲＯＭ１２に書き
込まれているプログラムに従って１１０ボート１５より
必要とする外部データを取り込んだり、またＲＡＭ１３
との間でデータの授受を行ったりしながら点火時期制御
に必要な処理値を演算処理し、必要に応じて処理したデ
ータを■／○ボート１５へ出力する。Ｉ１０ボート１５
には運転状態検出手段６およびチャージアンプ４からの
信号が入力されるとともに、Ｉ１０ポート１５からは点
火信号Ｓｐが出力される。Ａ／Ｄ変換器１４はＣＰＵＬ
Ｌの命令に従ってＩ１０ポート１５に入力された外部信
号をＡ／Ｄ変換する。また、ＲＯＭ１２はＣＰ　［Ｊｌ
ｌにおける演算プログラムを格納し、ＲＡＭ１３は演算
に使用するデータをマツプ等の形で記憶している。

点火信号Ｓｐは点火手段１６に入力されており、点火手
段１６は点火コイルやディストリビュータ、点火プラグ
等からなり、点火信号Ｓｐに基づいて高電圧を発生させ
て混合気に点火する。

次に作用を説明するが、最初に本発明の基本原理につい
て述べる。

−ｉに、ノッキング現象とはシリンダ内の未燃焼混合気
の早期着火による異常燃焼のことを指し、これがシリン
ダの寸法（特にボア径）と燃焼ガス温度により定まる複
数の固有振動を持つシリンダ内の圧力の減衰振動として
現われる。この圧力振動はシリンダ壁、シリンダブロッ
ク等を経て空気中に伝わり、人間の聴感に達した不快な
高周波音がいわゆるノッキング音と呼ばれるものである
。

第５図は筒内圧が最大となったときのクランク角（以下
、燃焼ピーク位置という）θｐｍａｘと感応評価による
ノッキングレベルとの関係を示している。これは、ある
１機種のエンジンの例であるが、他の機種においても略
同様の傾向を示す。第５図から明らかであるように、ノ
ッキング発生時と非ノッキング発生時のそれぞれのθｐ
ｍａｘの間には大きな差がある。したがって、このθｐ
ｍａｘを検出することにより、人間の感応評価に忠実な
ノッキングレベルの検出が可能となる。

また、第６図にθｐｍａｘと点火時期との関係を示すよ
うに、点火時期を修正すればθｐｍａｘの位置を変える
ことが可能である。したがって、θｐｍａｘを検出し、
所望のノッキングレベルとなるθｐｍａｘとの差から点
火時期を修正することにより、ノッキングを抑制するこ
とが可能となる。これは、θｐｍａｘを目標値に制御す
るというＭＢＴ制御におけるθｐｍａｘの検出、制御情
報を利用してノッキングの検出およびその抑制ができる
という本発明の基本原理を表している。

次に、上記基本原理に基づく点火時期側＜Ｉｌｌを第７
図に示すプログラムに従って説明する。本プログラムは
クランク角センサ７の基準位置信号ＣａのＣＨ）パルス
を検出すると、単位信号ＣＩの［Ｈ］パルスのカウント
を開始し、所定回数カウントしクランク角θが所定の値
（例えば、ＢＴＤＣ４０°）となった所でスタートする
。

まず、Ｐ、で第８図（ａ）に示すように変化している筒
内圧に対応する電圧信号ＳＺ　　（筒内圧波形に相当）
をＡ／Ｄ変換するためにＡ／Ｄ変換器１４を起動し、Ｐ
２でＡ／Ｄ変換器１４を起動したときの単位信号Ｃ１の
カウント値ＣＣ１をＲＡＭ１３にストアする。次いで、
Ｐ３で信号Ｓ２のＡ／Ｄ変換が終了したか否かを判別し
、終了していないときは待機し、終了すると２４でその
Ａ／Ｄ変換値を単位信号Ｃ１のカウント値と対にしてＲ
ＡＭ１３にストアする。次いで、Ｐ、で単位信号Ｃ４の
カウント値ＣＣ１を所定値Ｃ６と比較し、ＣＣ３′：ｒ
、、のときはＰｌにリターンしてＰ１〜Ｐ、のフローを
繰り返す。そして、ＣＣ１≧ＣｏになるとＰ６に進む。

したがって、筒内圧波形Ｓ２はその所定区間が第８図（
ｂ）に示すようにＡ／Ｄ変換値に変換される。

Ｐ６では筒内圧波形Ｓ２のＡ／Ｄ変換値のうち最大値Ｐ
　ｍａｘと、このＰ　ｍａｘに対応する上記カウント値
ＣＣＩからθｐｍａｘを求める。これらは第８図（ｂ）
に示すように１対１に対応してストアされており、Ｐ　
ｍａｘのときのカウント値ＣＣ０が燃焼ピーク位置θｐ
ｍａｘとなる。

次いで、そのときの運転状態に対応するノック限界のθ
ｐｍａｘ　（以下、ノック限界値という）θえを求める
ために、運転状態を表すパラメータとして吸入空気量Ｑ
ａと回転数Ｎを演算する。すなわち、Ｐ７でエアフロー
メータ８の出力ＳａをＡ／Ｄ変換して吸入空気ｉＱａを
求めるとともに、クランク角センサ７から基準位置信号
Ｃａが入力される毎に単位信号ＣＩの（Ｈ）パルスを一
定の時間間隔の間繰り返しカウントしてエンジン回転数
Ｎを求める。Ｐ８では、これらのＱａ、Ｎをパラメータ
としてそのときの運転状態に対応するノック限界値θ、
をルックアップする。このθ、は所定のノ、タレヘルで
あるとき（例えば、ノックなしとしてもよいし、あるい
はトレースノックとしてもよい）の燃焼ピーク位置の平
均値に相当しており、予め実験等により幅広い運転域に
亘ってその値がマツプ形式で求められている。そして、
θｐｍａｘをこのθ、と比較すればノックの発生あるい
はノックが所定レベルを超えているか否かの判断を容易
に行うことができる。

このように、θｐｍａｘを検出するとともに、その検出
値をθやと比較するという従来に比して簡単な処理でノ
ックの有無を判別することができる。

したがって、従来のシステム能力で容易にかつ低コスト
でノック抑制制御を行うことができる。すなわちノック
検出に必要な回路素子を少ないものとして、通常のエン
ジン電子制御に用いられるマイクロコンピュータで充分
にノック検出システムを構成することができる。

次いで、Ｐ、でそのときの運転状態から発生トルクが最
大となる燃焼ピーク位置の目標値θ９を所定のテーブル
マツプからルソクア・ノブする。Ｐｌ。では上述のステ
ップで算出したθｐｍａに、θＫ、θ９を比較し、Ｐ、
てこの３つの値の大小あるいは各位の間の偏差からＭＢ
Ｔ制御又はノック制御を選択し、各制御仕様に応じた点
火時期の補正量を演算する。−例としては、θ、〉θイ
のときはノック制御を行い、θ３くθイのときはＭＢＴ
制御を行うこととして、各々の制御の目的に沿った点火
時期制御を実行する。これらの各制御の詳細については
既に周知であるため、細部説明を省略する（例えば、特
開昭５８−８２０７４号公報参照）。

次いで、Ｐ１□でｐＨにおいて決定した制御仕様の目標
値となるように点火時期の補正量Ｍを修正する修正値Δ
Ｍを演算し、Ｐｌ３で今回の補正ＩＭを次式■に従って
演算する。

Ｍ＝Ｍ　’＋ΔＭ　　・・・・・・■ 但し、Ｍ　：今回の補正量 Ｍ′：前回の補正量 なお、上記補正ＩＭは後述の基本点火時期Ｎを補正する
もので、各制御仕様に応じたものに演算される。例えば
、ＭＢＴ制御のときは燃焼ピーク位置が発生トルクを最
大とする所定位置になるように点火時期を補正する燃焼
補正量に相当し、ノック制御のときはノッキングレベル
を所定値以下とするノック補正量に相当する。

次いで、ＰＩ３で運転状態に応じて第９図に示すテーブ
ルマツプから基本点火時期（図中では進角値で表す）Ｎ
をルックアンプし、ＰＩＳでこのＮと上記Ｍより次式■
に従って最終点火時期りを演算し、ＰＩ６でこのＤをＲ
ＡＭ１３にストアする。

Ｄ＝Ｎ＋Ｍ　　　　　・・・・・・■ そして、単位信号Ｃ１のカウントにより最終点火時期り
に対応するタイミングになると、点火信号Ｓｐを出力し
て混合気に点火する。したがって、ノックを制御しつつ
ＭＢＴ制御を行って、これら両者による本来の制御性能
が有効に発揮される。

すなわち、適当なノッキングレベル範囲内で発生トルク
を最も大きくするように点火時期が制御されろ。その結
果、エンジンの燃焼効率を高めてトルク特性の改善を図
ることができ、燃費と運転性能の向上を達成することが
できる。

（効果） 本発明によれば、ノック検出に必要なシステムの構成を
簡単なものとすることができ、従来のコントロールユニ
ットの能力で容易にかつ低コストでノック抑制制御およ
びＭＢＴ制御を実行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜９図は本発明の一
実施例を示す図であり、第２図はそのブロック構成図、
第３図（Ａ）はその筒内圧センサの取付状態を示す断面
図、第３図（Ｂ）はその筒内圧センサのみの平面図、第
４図はそのチャージアンプの詳細な回路図、第５図はそ
のθｐｍａｘとノックレベルとの関係を示子図、第６図
はそのθｐｍａｘと点火時期との関係を示す図、第７図
はその点火時期制御のプログラムを示すフローチャート
、第８図（ａ）、（ｂ）はその作用を説明するための信
号波形図、第９図はその基本点火時期の特性を示す図で
ある。 １・・・・・筒内圧センサ（圧力検出手段）、５・・・
・・・コントロールユニット（ピーク位置検出手段、限
界値設定手段、第１演算手 段、第２演算手段、点火時期設定手段）、６・・・・・
・運転状態検出手段、 １６・・・・・・点火手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの燃焼圧力を検出する圧力検出手段と、 ｂ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 ｃ）圧力検出手段の出力から燃焼圧力が最大となるクラ
   ンク角を燃焼ピーク位置として検出するピーク位置検出
   手段と、 ｄ）燃焼ピーク位置がエンジンの発生トルクを最大とす
   る所定位置になるように点火時期を補正する燃焼補正量
   を演算する第１演算手段と、 ｅ）運転状態に応じてノック限界の燃焼ピーク位置を設
   定する限界値設定手段と、 ｆ）実際の燃焼ピーク位置をノック限界の燃焼ピーク位
   置と比較してノッキングの有無を判別するとともに、こ
   の判別結果に応じて点火時期を補正するノック補正量を
   演算する第２演算手段と、 ｇ）運転状態に基づいて基本点火時期を設定するととも
   に、これを前記燃焼補正量およびノック補正量に応じて
   補正する点火時期設定手段と、 ｇ）点火時期設定手段の出力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内燃機関の点火時期制御装置
   。