JPS6342114B2 - - Google Patents

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
せるべく気筒毎に点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、一般に、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
通である。しかしながら、製造時のバラツキ、経
時変化等によつて最大出力を与える点乾時期は気
筒毎に変化し前記した平均的な点火時期がその気
筒にとつ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つて常に出力
効率の最大を確保し、特に制御の過程において点
火時期以外の要因の悪影響を受けることなく精度
良く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。 以下図面によつて説明すれば第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
示すものであり、アクセル操作量一定でエンジン
回転数を最大Nmaxとする最適点火時期θopt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。従つて、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＃１、＃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r₁，r₂，r₃………の如く変化
する。それ故、エンジンの回転数の山Ａを形成す
る夫々の気筒の点火時期の組合せθ₁opt、θ₂optが
あり、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つてエンジン最
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、この手法の原理を説
明すれば、第２図において、＃１気筒の点火時期
をθ₁にまた＃２気筒の点火時期をθ₂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
θ₁、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つて定まる
基本進角θ₃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θ₃であり、これにθ₁又はθ₂を加えたも
のが実際の進角値となる。）次に上記点Ｌとは多
少点火時期を変えた点Ｈ（例えば＃１気筒の点火
時期を△θ₁だけ僅かに増し、一方＃２気筒の点火
時期θ₂はそのままとする）での点火時期の組合せ
（θ₁＋△θ₁、θ₂）で運転しそのときの回転数をN₂
とする。更に別の点Ｓ（例えば＃２の気筒の点火
時期を△θ₂だけ僅かに増し、一方＃１の気筒の点
火時期はθ₁とする）での組合せ（θ₁、θ₂＋△θ₂）
で運転し得られる回転数をN₃とする。つまり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３つの初期点火時期の組合せにおける
各気筒の平均値を求めると共に、回転数が最少
となる点火時期の組合せ（第２図の例では回転数
N₁となるＬ）を捜す。そして、この平均値と
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、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（θ₁′、θ₂′）を計算し、この組合せで運転を行
いそのときの回転数N₄を最少回転数N₁と入れ換
え、N₂、N₃及びN₄の３つの回転数を比較し最小
回転数（図ではN₃）となる点Ｈを求めると共に、
３つの点火時期の組合せの平均値′を求め、こ
の平均値′と最少回転数となる点Ｈ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→R₆→R₇→R₈の様に点火時期の組合せを回
転数の増大方向に向け次々と修正してゆくことで
回転数の山Ａを極めることができる。 第３図には基本の３点Ｈ，Ｓ，Ｌに対し新たな
点Ｒの求め方が図示される。この場合平均値はベ
クトル表示で ＝Ｈ＋Ｓ＋Ｌ／３ ……(1) となる。また、Ｌと置きかえるべき新たな点Ｒと
すれば、 Ｒ＝−α（Ｌ−） ……(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つても同様
の原理によつ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。 しかしながら、１気筒のみの点火時期変化に伴
なう回転数の変化は比較的小さいため、誤つた方
向に点火時期を修正する場合がある。そこで、本
発明においては複数の気筒を組合せて同じ量だけ
点火時期を変化させることにより点火時期変化に
伴なう回転数変化を大きくして、最適値を探し出
す速度、精度を向上させるようにしたものであ
る。ただし、組合せを固定してしまうと前述の気
筒間の最適値の差による出力ロスを補充できない
ため、例えば所定の期間ごとに組合せを順番に入
れかえていくことにより各気筒の点火時期を最適
値に近づけていくものである。 次に本発明の方法を実現する装置について説明
する。第４図において、１０は内燃機関の本体で
この場合は＃１、＃２、＃３、＃４の４個の気筒
を有している。内燃機関に吸入される空気はまず
１６の吸入空気量センサ、１４のスロツトル弁、
１２の吸気マニホルドを介して吸入される。１８
は回転角センサ内蔵デイストリビユータであり、
エンジンの回転に応じた信号を発生する。これは
エンジンのあるクランク角ごとにパルス信号を発
生するもので周知のクランク角センサを使用す
る。２０は点火装置であり、イグナイタとイグニ
ツシヨンコイルからなり、１８のデイストリビユ
ータを介して各気筒の点火栓電極に接続されてい
る。 点火時期制御回路２６は点火装置２０の作動信
号を形成するもので後述の方法を実行すべく所定
の演算処理がプログラムされたコンピユータであ
り、吸入空気量センサ１６と回転角センサ内蔵デ
イストリビユータ１８からの信号とから吸入空気
量と回転数を演算し、適切な点火時期を求め、点
火装置２０に点火信号を出力するものである。 第５図は点火時期制御回路２６のブロツクダイ
ヤグラムを示すものであつて、入力ポート４２は
吸入空気量センサ１６及び回転角センサ内蔵デイ
ストリビユータ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ル
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、コンピユータの構成要素で
あるCPU４８，ROM５０，RAM５２にバス５
４を介して接続し、クロツク発生器５８からのク
ロツク信号に同期して信号のやりとりを行う。 制御回路２６は前述した原理により各気筒毎の
最適点火時期を得るべく演算処理を行なうが、こ
の大体のところを第６図より４気筒エンジンにつ
いて説明する。最初のステツプS₁では、点火時期
はイ，ロ，ハ，ニの如く、おのおのθ₁、θ₂、θ₃、
θ₄に設定され、この状態で運転することによりエ
ンジン回転数はホのように変化し、トのように点
火パルスが出る。この第１ステツプS₁の終り近く
の所定点火パルス間C_fp〜C_feodでクロツクパルス
をヘの如くとりこみ、その個数を求める。これよ
り第１ステツプの回転数N₁を求める。２回目の
ステツプS₂では、第１、第３気筒および第２、第
４気筒を各々ペアとして、即ち第１気筒はθ₁＋△
θ、第２気筒はθ₂のまま、第３気筒はθ₃＋△θ、
第４気筒はθ₄のままとして、第１ステツプと同様
に所定の点火回数運転し、C_fp〜C_feod間のクロツ
クパルスよりN₂を求める。第３ステツプは第２
ステツプの逆の点火時期変化で運転し、回転数
N₃を求め、この３つの回転数を比較して３ステ
ツプの平均点火時期からみて、最小回転数となる
点火時期の反対側に新しい点火時期の組合せθ₁′、
θ₂′、θ₃′θ₄′を第３図の計算により求める。そし
て
この点火時期で所定の点火回数運転し、その回転
数N₄を求め、これをくり返すものである。 次に上述した点火時期の制御方法の詳細を第７
図のフローチヤートにそつて説明する。まず、エ
ンジンが起動するとプログラムはステツプ100よ
り点火時期演算の割込み処理ルーチンを実行す
る。次いでステツプ101で吸気流量センサ１６と
回転角センサ内蔵デイストリビユータ１８の信号
より検出した吸気流量と回転数より、基本点火時
期θ_Bを算出する。これはメモリに吸気流量と回転
数の組合せに対応する点火時期がマツピングして
あり、検出した吸気流量、回転数で２次元の直線
補間により求める。ステツプ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
に分岐しステツプ120に行く。120では後述のステ
ツプ数カウンタをＫ＝１、点火回数カウンタを
Cf＝０、クロツクパルスカウンタをnP＝０と
夫々クリヤする。次にステツプ121ではスタート
点火時期を夫々第１、２、３、４番目の気筒に対
して、 θ₁＝θ_B＋θ_1J θ₂＝θ_B＋θ_2J θ₃＝θ_B＋θ_3J θ₄＝θ_B＋θ_4J ……(3) にセツトする。ここにθ₁、θ₂、θ₃、θ₄は後述する
ように点火時期の修正量であり、これにステツプ
101で計算される基本点火時期を加えたものが点
火時期として計算されるものである。その後メイ
ンルーチンに復帰する。 次にステツプ102で定常と判定されればYESに
分岐し、ステツプ103において、点火ごとに加算
し気筒数毎にクリアされるカウンタｉを求め（即
ちカウンタｉは点火ごとに１→２→３→４→１を
くり返す）、ステツプ104で基本点火時期θ_Bと後述
の対応する気筒の補正量θi_Jとを加算して各気筒
の点火時期とする。次にステツプ105で点火時期
の同量変化気筒の組合せを切換えるか否かを判定
する。これは第６図において経過したステツプの
数として表わした所定の期間N_step（例えば100ス
テツプ）ごとに切換えるものであり、切換える場
合は106へ、その間は109へ分岐する。ステツプ
106に分岐した場合、組合せを決める３進数カウ
ンタPAiR（即ちカウンタPAiRは１→２→３→１
をくり返す）を計算しステツプ107で最初の３ス
テツプの各気筒の点火時期をセツトする。その方
法はカウンタＫを１→２→３→４と増やしていき
気筒No.とし、まず前回のステツプNo.のＪに対応す
る点火時期を第１ステツプの点火時期θ_K1とし、
Ｋが４又はPAiRのときは第２ステツプの点火時
期をθ_K1に△θだけ加えた点火時期とし、第３ス
テツプの点火時期はθ_K1と同じとし、またＫが４
及びPAiR以外のときはその逆として、Ｋを４と
なるまでくり返す。例えばPAiR＝２のとき次表
のように第１、第３気筒がペア、第２、第４気筒
がペアとなる。

【表】 次にステツプ108でステツプ数カウンタをＫ＝
１、ステツプNo.をＪ＝１、点火回数カウンタをC_f
＝０、クロツクパルスカウンタをN_p＝０にセツ
トし、帰還制御を開始してメインルーチンに復帰
する。 ステツプ105でステツプ数がN_step以下のとき
109へ分岐し、各ステツプの回転数の測定が行な
われる。まずステツプ109で点火回数カウンタC_f
が点火ごとに１加算され、ステツプ110で点火回
数C_fが第６図トの点火回数C_feodに達したかどう
かを判定する。最初は当然111に分岐し、かつ回
転数の測定期間（C_fp〜C_feod）に入つていないの
でNOに分岐し、メインルーチンに復帰する。C_f
が回転数測定開始点火数C_fpになつた場合、ステ
ツプ112に分岐しクロツクパルスNpを加算し始め
メインルーチンに復帰する。そしてC_f＝C_feod即
ち１ステツプ期間が終了すると、ステツプ110で
ステツプ113に分岐し、クロツクパルス数Np（即
ちそのステツプの回転数N_Jに対応する）をメモ
リNp_Jに格納する。さらに点火回数カウンタC_f及
びクロツクパルス数Npを０に、ステツプカウン
タＫを１加算して、次のステツプに移る準備を行
なう。ステツプ114で最初の３ステツプ以前かど
うかを判定する。今、Ｋ＝２であるためステツプ
115に分岐し、ステツプNo.Ｊを１加算してＪ＝２
として第２ステツプに移りメインルーチンに復帰
する。次の点火で再びステツプ100から割込みに
入り第１ステツプと同様にして102、103、104、
105、109、110、111の順に進みC_f＝C_fpでクロツ
クパルスを測定開始しC_f＝C_feodで第２ステツプ
を終了する。このときＫ＝３となりステツプ115
でＪ＝３としてメインルーチンに復帰する。第２
ステツプと同様にしてステツプ114までくるとＫ
＝４でステツプ116に分岐する。 ここから初めて帰還制御がスタートする。ま
ず、第１、２、３ステツプのクロツクパルスNp_J
（Ｊ＝１、２、３）を比較し、この中で最もNpの
大きい、即ち回転数の低いステツプmin（点火時
期θimin）をさがす。次にステツプ117において
３ステツプの平均点火時期を気筒別に下式より ｉ＝θi₁＋θi₂＋θi₃／３ （ｉ＝１、２、３、４は気筒No.） 求め、回転数を増大させる新規の点火時期をステ
ツプ118において下式により算出する。 θinew＝ｉ−α（θimin−ｉ）（α：定数） この新点火時期を回転数の最も低いステツプ
minの各点火時期と入れ換えて新たに３つの点火
時期の組合せとし、119でステツプNo.Ｊを新点火
時期に対応する値（１、２、３のいずれか）に設
定してメインルーチンに戻る。 以上をくり返すことにより、第２図に示すよう
に最初のＬ、Ｈ、Ｓの３組合せよりR₁を求め、
R₁とＬを入れかえて新たにＨ、Ｓ、R₁の３組合
せとし、次にR₂、R₃、R₄………と入れ換えてい
き、頂上の点Ａに近づけていくものである。 次に本発明の特徴である気筒組合せの変換につ
いて次表を用いて説明する。今、基本点火時期θ_B
に較べ各気筒の最適点火時期がそれぞれ８、10、
８、12度クランク軸角度（以後℃Ａを書く）進角
側にあつたとする。まず補正量を０、PAiR＝０
でスタートしたとすると、ステツプ105でNOに
分岐し106でPAiR＝１となり、その結果＃１と
＃４、＃２と＃３気筒がペアとなり前述のように
制御を繰返してその組合せにおける最適値10、９
℃Ａとなつたとする。ステツプ数Ｋが切換値n_step
に達した場合、再びステツプ106に分岐し、
PAiR＝２となり、その結果＃１と＃３、＃２と
＃４気筒がペアにかわる。このとき＃１、３気筒
はともに最適値より進角側にあるので遅角側へ、
＃２、４気筒はともに最適値より遅角側にあるの
で進角側へ補正され、各々8.5、10.5、7.5、11.5
℃Ａとなる。この状態で切換ステツプ数n_stepまで
くると再びステツプ106に分岐し、PAiR＝３と
なり、その結果＃１と＃２、＃３と＃４気筒がペ
アとなり、この組合せにおいて各々８、10、８、
12℃Ａに補正される。

【表】
ペア ペア ペア
＃2、3
＃2、4 ＃3、4
この組合せでn_stepステツプ回制御すると、再び
106でPAiR＝１にもどされる。以上をくり返す
ことにより各気筒の点火時期を第２図Ａで示すよ
うな最適値に近づけていくものである。 なお、上記実施例では修正量が同量である気筒
の組合せを所定の期間毎に切換えるようにしたが
運転状態の変化に応じて切換えるようにすること
もできる。即ち、同じ定常の運転状態が非定常の
状態をはさんで繰り返されるような場合、非定常
から定常への切換え時に気筒の組合せを切換える
ようにすれば、上記実施例で述べたように最適点
火時期へ収束できる。 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、この各組合せのうち回
転数（トルク）が最も大きくなる最適の運転状態
から最も離れた運転状態となる点火時期の組合せ
を求め、この組合せを新たな点火時期の組合せに
修正して最適の運転状態が得られる点火時期の組
合せを得るように点火時期を帰還制御するもので
あり、特に点火時期の組合せにおける点火時期の
修正量を複数の気筒で同量として制御し、この組
合せを次々に切換えて行くようにしているので、
点火時期変化に伴なう回転数変化は大きくなり外
乱の影響を受けにくくなつて、最適値を探索する
速度、精度を向上でき、また気筒組合せにより生
ずる気筒間の最適値の差による出力ロスも低減で
きるという優れた効果を有する。

【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最適
点火時期の探索過程の様子を示す図、第３図は新
点火時期の決定方法を示す図、第４図は本発明に
係る内燃機関の構成図、第５図は第４図中の点火
制御回路の構成図、第６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７図は本発明
における点火時期の演算処理手順を示すフローチ
ヤートである。 １０……エンジン本体、１６……吸気流量計、
１８……回転角センサ内蔵デイストリビユータ、
２０……点火装置、２６……点火制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 目標点火時期の近傍で気筒毎に所定の値を持
   つ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にて次々に所定期間運転を
   行い、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、前記各点火時期の組合せに
   おける検出信号を比較することにより最適の運転
   状態から最も離れた運転状態となる前記点火時期
   の組合せを求め、この点火時期の組合せを新たな
   点火時期の組合せに変更して、最適の運転状態が
   得られる方向に前記点火時期の組合せを修正する
   点火時期制御方法であつて、前記点火時期の組合
   せにおける点火時期の修正量を複数の気筒で同量
   として制御し、この同量修正する気筒の組合せを
   所定の期間毎又は運転状態が変化した場合に次々
   に切換えていくことを特徴とする多気筒内燃機関
   の点火時期制御方法。