JPS63159667A - 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】 逸亙皇１ 本発明は、内燃エンジンの点火時期制御装置に関する。

背景技術 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ら、これに圧電素子等
を用いた圧力センサを挿入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図に曲線へに示す如くなっていることが分
る。点火角θ！Ｇ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後急
上昇して最大圧力ビ−り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）１２°〜１３°にあることが実験的に確かめら
れた。よって、このＡＴＤＣ１２°〜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ＡＴ
ＤＣ１２°〜１３″′の理想のクランク角度位置となる
ように、点火時期θ【Ｇ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制御装置が望
まれる。

そこで、シリンダ内圧を表わす指圧信号を得てこの指圧
信号のクランク角上でのピーク位置を指圧ピーク位置と
して検出し、これを実測指圧ピーク値として目標指圧ピ
ーク値からの偏位を減少せしめるように点火角を調整す
る指圧信号応答型点火時期制御装置が考えられる。

しかしながら、内燃エンジンの運転状態は刻々変化する
ものであり、かかる指圧信号応ろ型点火時期制御装置に
よって実測指圧ピーク値を目標指圧ピーク値に一致させ
ることは困難であり、目標ピーク値を中心にして実測指
圧ピーク値がハンチングする状態も生じフィードバック
系が不安定になる恐れもある。

１１亘且Ｉ そこで、本発明は動作が安定した指圧信号応答型点火時
期制御装置においては、目標指圧ピーク値を単一の値に
せず目標指圧ピーク値領域を設定し、かつこの領域の幅
をエンジン運転状態に応じて変えると共にこの領域内に
実測指圧値ピーク値が収まるが如く点火時期制御をなす
ようにしている。

大−ＪＬＩ 第２図は、本発明による点火時期制御装置を示しており
、この装置においては、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。クロック発生回
路２は、所定周期の又はエンジン回転に同期したりＯツ
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ブ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ブラを設け
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後指圧信号に最大
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Ｑ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（直が例えば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
。カウント値６３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１０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１１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θＩＧ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クロックパル
スをカウントしてクランク角度現在値θｔ９を知り、こ
の現在値θを牙と入力θｆＧとが一致したとき点火スイ
ッチＳＷの開成をなし、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Ｎｅ１吸
入負圧Ｐ８スロツトル開度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、基準位置信号及びク
ロックパルスは各々第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１
１の出力変化を示し、この場合、高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
制御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θＩＧｏ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
Ｓ＋　、８２　）。

次いでこのピーク位置情報θｐ×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８４　）また、小なれば点火
角θＩＱを八〇だけｄ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Ｓ１ないし＄５
の１サイクルの動作が、クロッ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プロ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Ｓｏ）、内蔵レジスタのクランク角現在値θｔ７を
θＴＤＣ（若しくは所定値）にセットする（ステップ５
１２）。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＝θ！Ｇ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．Ｓ鴨）
、点火スイッチＳＷを閉成せしめる。一方、θ１＞≠θ
［Ｇの場合θｉ９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Ｓ＋ｓ）。ステッ
プＳ１４においては、θｉｇ−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・では、ピーク位置データθρ×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Ｓ１．５２ａ）、θＰ×と（ＯＴＤＣ＋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Ｓ３ａ
、Ｓｉａ。

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、指圧ビーク位置は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Ｓｒｅ、２＋）。この演算ステップ３
２＋においては θｐｘ（Ｎ）＝Σωｎ　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−ω２；ω
３＝ωａ＝１１５．ω５＝ω６８−３ωｎ＝Ｑ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）”　
（Ｌ＞１、ｎ＞Ｏ）、！：ｔに、！：も考えらｎる。

こうして得られたθｐｘ（Ｎ）と（θＴＣ）ｃ＋α）と
の大小によって進角及び遅角制御をなずのであるが（ス
テップ８４　ａ　、Ｓｓ　ａ　）　、進角量Δθ１と遅
角ｍΔθ２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Δθ１〉Δθ２あるいはΔθ１くΔ
θ２とすることが出来る。また、Δθ１．Δθ２はθｐ
ｘ（Ｎ）と（ｏＴＤＣ十２）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＋　ｌである限りに１をに＋＋１として
（ステップＳ２２，５２３）遅角制ｔｌｌ（ステップＳ
ｓａ＞をなし、失火が連続して生じてに１≧Ｋ１１ｌと
なれば点火時期を再設定すべく初期化する（ステップ５
２４）。なお、１θＰ×−θＴＤｃｌ＞Δθのときはに
１を０として次のステップに入る（ステップ５２５）。

なお、破線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８０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θρ×ｉを（ＯＴＣＩＣ＋α
）の単一の角度に「ずΔθρ×ｉ±β（×）として制御
目標領域としている（ステップ８３））。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Ｎｅ、スロ
ットル開度ＯＴＨ、エンジン吸入負圧ＰＨ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（Ｘ）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−θｒｘ（Ｎ））を
新たなθｐｘｉとしている（ステップ５３１）。

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（×）の目標領域にθρ×（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Ｐ×１）を変数とする奇数次
関数値Ｆ（θｒｘ（Ｎ）−〇ｐｘｉ　）としている。こ
の奇数次関数Ｆ　（Ｚ）は例えば、Ｚ。

２３．２５等の一般式（Ｚ−γ）　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からの偏位量の増加
に従ってフィードバック量が増すことになり、素早いフ
ィードバック制御が期待出来る。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制限
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８３２，８３３．３３４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Ｊｉｌ　１１　ｚ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
Ｎｅ１スロットル間度θｔｈ。

吸入負圧Ｐａを所定基準値Ｎｒ、θｒ、Ｐｒ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
θ！Ｇを固定点火角θＩＧｒに固定する（ステップ８＠
、Ｓ、ｕ、８４２．８４３）。基準点火角θＩＧｒ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、　Ｐｅのい
ずれかが基準値Ｎｒ、θｒ、Ｐｒ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θＩＧ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８４１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７０グラムにおいては、前回サイクルでの
設定点火角θｒＧ（Ｎ−１）と前々回サイクルでの設定
点火角θ＋ｃ（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＋　、　
８２　ａ　）。この後で、ステップＳ４４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Ｓル）、既に
得ているΔθＩＱ（Ｎ−１）に対するΔθｐｘ（Ｎ）の
比Ｋ（Ｎ）を得る（ステップＳｓ　）　ｏ次いで、ステ
ップ８２０．８２１，８２２，８２３゜Ｓ２４．Ｓδ、
５ｓａ）について第６図と同様に実行する。

そうして、θｐｘ　（Ｎ）の目ｖＡｒａとの比較結果に
応じて前回θｒＧ（Ｎ−１）を進角若しくは遅角させる
に当って、Ｋ（Ｈ）・Δθ１若しくはＫ（Ｎ）・Δθ２
だけ前回θＩｃ（Ｎ−１＞を減少若しくは増加させるの
である（ステップＳ４７．Ｓ藺）。

これは、今回ピーク位置θρ×（Ｎ）は前回の設定点火
角θ［Ｇ（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＋ｃ　（Ｎ−２
）に対応することから、θｆｃ（Ｎ−２）からθＩＧ（
Ｎ−１）への変化分ΔθＩｃ、＜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θ
ｌｃ、（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。

このサブルーチンプロ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Ｓｓ）、存在しない場合は基準位置信号
の不存在期間が（Ｋ２Ｉｌｌ　ＸりＯツク周期）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
）。基準信号不存在期間が＜Ｋ２　ｖｎ　ｘクロック周
＋１１１　）と越えると設定点火角θＩＧを初期値θＩ
ＧＯ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。

発明の効果 以上のことから明らかな如く、本発明による点火時期制
御装置においては、目標指圧ピークを単一の値とせずエ
ンジンパラメータに応じた幅の領域としている故、エン
ジン運転状態に応じてフィードバック系の応答性が定ま
り系全体が安定して好ましいのである。

【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０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１図 第４図 第５図 第１１図 第１２図 エンド 手続補正書く自発） 昭和６０年１０月２４日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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、エンジンシリンダ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までの指圧信号の最大ピーク位置
   を表わす指圧ピーク位置データ信号を順次発生するピー
   ク位置検出手段と、前記指圧ピーク位置データ信号に基
   づいて点火角を順次設定する点火角設定手段と、前記点
   火角設定手段による設定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内燃エンジンの点火時期制
   御装置であって、前記点火角設定手段は前記指圧ピーク
   位置データ信号のデータ値と目標指圧ピーク位置データ
   との差が所定範囲内にあるか否かによって前回設定点火
   角を進角若しくは遅角せしめ前記所定範囲の幅をエンジ
   ンパラメータに応じて変化せしめることを特徴とする内
   燃エンジンの点火時期制御装置。