JPS6397873A - 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） 本発明は内燃機関の筒内圧力を検出して点火時期を変化
させるようにした点火時期制置装置に関する。

（従来の技術） 内燃機関の筒内圧力からノッキングの発生を検出して点
火時期を遅らせるようにした点火時期制御装置が、例え
ば特公昭５９−４８３０８号公報等により提案されてい
る。

これは、例えば燃料噴射制御のための運帖状態信号とし
て検出される槻関回転速度と吸入空気量とから基本的な
点火時期を決定しておき、これをノッキング発生時に固
有の燃焼圧力波を検出したときに７ツキングが解消する
まで少しずつ遅角側に補正し、ノッキングが解消したら
再び徐々に進角するようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、こうした筒内圧力を点火時期制御にフィード
バックする技術は、結果としてノッキング限界付近に点
火時期を保持して成閃としての効率を高めることが可能
であるが、その本質は燃料の性状や運転状態によって変
化するノッキングの発生因子に柔軟に対応してノッキン
グの発生を防止することにある。

従って、アイドリングを含む低負荷運転状態での着火性
不良や回転変動といった、／ツキング現宋とは無関係な
要因で起こる不具合には対応しえない。つまり、低負荷
運転時には筒内の残留ガス割合が大きく、例えばアイド
リング時には５０％にも達するが、この残留ガス割合は
着火性（点火確率）や燃焼速度に大きく影響するため適
切に点火時期を設定してやらないとアイドリングの安定
性が損なわれやすく、特に多気１２機関では気前間の混
合気分配が偏りを起こすこともあって、者しくは失火か
らストールに至ることもある。しかしながら、従来の装
置ではこうした不安定化要因を検出しえなかったわけで
ある。

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、
アイドリング等の低負荷運転域での残留〃ス割合を検出
して、それに見合った適切な点火時期制御を行うことを
目的としている。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明では、第１図に示した
ように、内燃機関の筒内圧力を検出する圧力検出手段１
０１と、同じくクランク軸の回転角度を検出するクラン
ク角度検出手段１０２と、前記各検出子ｌ′１１０１，
１０２と協働して圧縮行程での点火時期に至る以前の２
つのクランク角度における筒内圧力に基づいて点火時期
を演算する点火時期演算手段１０３と、この演算結果に
基づいて点火信号を発生する点火信号発生手段１０４と
を設けた。

（作用） 内燃機関の圧縮行程における、点火時期に至るまでの熱
力学的状態はほぼ断熱等エントロピ変化に等しいと見な
せるから、＠２図に示したように圧縮行程内で点火クラ
ンク角度θｉｇよりも充分に早期の任意の２つのクラン
ク角度θ１と０２における筒内圧力をＰＬ、Ｐ２、また
そのときの筒内容積をＶｉ、ｖｚ（筒内容積はクランク
角度に応じて幾何学的に定まる）、ポリトロープ数をｎ
とすると、次式（１）％式％ この式（１）から、ポリトロープ数ｎは次式（２）によ
・り求められる。

ｎ＝　ｌｏｇ（Ｐｉ／Ｐ２）／　ｌｏｇ（Ｖ２／Ｖｌ）
　　”’　（２）ポリトロープ敗演算手段１０５は、筒
内圧力検出手段１０３とクランク角度検出手段１０４か
らの信す川こ基づいて上記クランク角度θ１．θ２での
筒内圧ノ月１１．１１２を求め、上記の式（２）からポ
リトロープ数ｎを演算するのである。

一方、残留ガスつまり既燃焼ガスは、Ｃｏ２、ト１２０
など３原子分子が主成分であり、０２とＮ２を主成分と
する新気よりも比熱比の小さなガスである。このため、
機関気筒内の残留〃ス割合が多くなるほど筒内圧力はポ
リトロープ数が小さくなるような変化を示す。すなわち
、第３図に示したように、ポリトロープ数ｎと残留ガス
割合とは良く相関する。また、残留〃ス割合が増大する
ほど燃焼速度が低下するため、第４図に示したように最
適点火時期は進み側に遷移する特性になる。つまり、ポ
リトロープ数と残留〃ス割合、残留がス割合と最適点火
時期はそれぞれ相関関係にあり、よってポリトロープ数
がら最適点火時期を求めることができる。この演算処理
を行うのが点火時期演算手段１０３である。

この結果、点火信号発生手段１０４からは、残留ガス割
合に応じた適切なタイミングで点火信号が発されること
になり、従ってアイドリングでの失火や回転変動を回避
して円滑な運転性を確保できるのである。

なお、通常多気筒機関では気筒毎１こ残留〃ス割介がｙ
４なるので、以下の実施例に示すように筒内圧力検出子
Ｆｉ１０１を各気前に設け、各気筒毎に独立して点火時
期制御を行うのが望ましい。

（実施例） １５図に本発明の一実施例を示す。これは、■型６気筒
磯関の各気筒毎に独立したタイミングで点火を行えるよ
うにした点火装置を萌提として、アイドリング時に残留
〃ス割合に応じた点火１時期補正をするようにしたもの
である。

図において、１は機関本体、２は吸気通路、：３は排気
通路、４は点火栓である。各気筒の点火栓４はそれぞれ
座金の位置に介装される圧力、吹出手段としての圧力セ
ンサ５と、点火コイル６とを備える。７は前記点火コイ
ル６の一次側電流の開開を司るパワートランジスタユニ
ットであり、コントロールユニット８からの点火信号の
入力に基づき、各気筒独立したタイミングで点火コイル
６に高電圧を発生させる。

コントロールユニット８には、圧力センサ５からの信号
の他に、エア７０−メータ９からの吸入空気量信号、回
転速度検出手段にあたるクランク角センサ１０からの回
１吠信号、水温センサ１１からの水温信号、排気０２セ
ンサ１２からの１ｌ１２素）良度信号（空燃比フイード
バックイ３号）などが主として燃料噴射制御並びに点火
時期制御のだめのパラメータとして入力される。さらに
、この場合アイドリングの判定を行うために、スロット
ルバルブスイッチ１３からの信号が入力される。

このコントロールユニット８は、上記各センサからの信
号の入力と燃料噴射弁１４及びパワートランジスタユニ
ット７等への制御信号の出力を司る入出力部＜１１０＞
と、入力信号に基づき燃料噴射量等を演算する中央処理
部（ＣＰ　Ｕ　）と、前記演算のためのプログラムや演
算結果を記憶しておくための記憶部（ＲＡＭ％ＲＯＭ）
とを備えたマイクロコンピュータとして構成されており
、燃料噴射量制御系に加えて、第１図の点火時期演算子
段１（）３及び点火信号発生手段１０４の機能を」（ね
怖えた集中制御装置となっている。

次に、このコントロールユニット８で行なわれる処理の
うち、本発明の要旨となる点火１時期の演算についてこ
れを１嘉れ図として第６図に示す。なお、この、つ；火
時期の演算は）、”天火すべき各気筒毎の各サイクル毎
に行なわれるが、その際の′Ａ箭１′す別ないし行程ｔ
１別（ある気筒が今どの行程にあるかの判別）は、周知
のように上記クランク角センサ１０からの基準位置を示
すレファレンス信号と、ｔ…位回転角度毎に発される角
度信号のカウントによりなされる。

この処理を説明すると、まずＳｌにて各センサからの（
Ｌｉ号を読み取り、次に８２にてｉ’＋ｊｆ記入力信号
に基づいて演算した基本燃料噴射量と回転速度とから基
本的な点火時期を演算する。

次いで、Ｓ３にて機関がフィトリング状態にあるか否か
をスロットルバルブスイッチ１３からの信号に基づいて
判定し、アイドリング状態であればＳ４からの点火時期
補正処理に進む。

六−（火１時期の補正は、まずＳ４にて残留が六割合を
演算し、次いでＳ５にて残留〃ス割介に応じた点火時期
を演算するという手順で行なわれる。残留ガス割合の演
算は、予めクランク角度θ１．θ２（第２図参照）のタ
イミングで圧力センサ５から検出して記憶、シておいた
筒内圧力ｐｉ、ｐｚと既知の筒内容積Ｖｌ、Ｖ２からポ
リトロープ数１１に相当する数値を演算し、このポリト
ロープ数ｎに対して残留〃ス割合を付り・するように予
め実験的に形成しておいたテーブルを検索すること１こ
より行なわれる。

さらに、点火時期は、このようにして求めた残留ガス割
合に対して最適点火時期を付すするよう１こ予め形成し
ておいたテーブルからの検索により求められる。なお、
前記のポリトロープ数ｎから残留ガス割合を付与するテ
ーブルと、残留〃ス割合から最適点火時期を付与するテ
ーブルは、それぞれｔ５３図と第４図に例示した内容を
有する２次元テーブルとして構成されているが、既述し
たように、ポリトロープ数■から直接点火時期を付り、
するようにテーブルを構成することも可能である。

そして、Ｓ６ではこのようにして気筒毎に決定及び補正
された点火時期に相当するタイミングで点火信号が出力
される。

このようにして、アイドリングに代表される低負荷運転
時に各気筒の燃焼圧力ないしボｌ）　）ローブ数から各
サイクル毎の点火１時期を補正制御すると、残留がス割
合の多寡に応じた最適、１．．く火時Ｊυｊを設定する
ことが可能であり、これによりたとえ各気筒間で残留ガ
ス割合が相５゛４シても、その残留〃ス割今に応じて着
火率が高められるので、各気筒の燃焼状態を良好に保ち
、アイドリング時の安定性を大幅に高められるのである
。

また、点火時期の演算は第７図に示す流れ図のように行
ってもよい。

この処理は、Ｓ１２にて機関がフィトリングにあるか否
かをスロットルバルブスイッチ１３がらの信号に基づい
てｔｌ＋定し、アイドリング状態であればｆｊＳ６図の
流れ図と同様に３１３で残留がス割今を演算し、ついで
Ｓ１４にて残留ガス割合に応じた点火時期を演算する。

また、アイドリング状態でなければ、Ｓ１１にて読み取
られた各センサからのイ、１号に基づいて演算した基本
燃料噴射料と回転速度とから８１６にて点火時期を演算
する。

そして、Ｓ１５にて点火時期（こ相当するタイミングで
豆大信号が出力される。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明によればアイドリング時など
残留ガス割合が燃焼性に影響を及ぼす低負荷運転時にお
いて、その残留〃ス割合をポリトロープ数の演算結果か
ら判定して最適点火時期を設定しうるようにしたので、
低負荷時の燃焼を安定させて円滑な運転性能を確保でき
、これにより燃費やエミンション性能を可及的に改善す
ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の枯成図、Ｐｔ５２図は筒内圧力の検出
時期を示すための圧力線図、第３図は残留〃ス割合とポ
リ）ロープ数との関係を示した特性線図、ｉｌｌ’ｓ４
図は残留ガス割合と最適点火時期との関係を示した特性
線図、第５図は本発明の一実施例の機械的構成図、第６
図はその制御動作の概略を示す流れ図、第７図は同じく
制御動作に関する他の実施例の概略を示す流れ図である
。 １０１・・・ｆ帛内圧力検出手段、１０２・・・クラン
ク角度検出手段、１０３・・・点火時期演算手段、１（
）４・・・点火信号発生手段。 特許出願人　日産自動車株式会社 第１図 １０２７５シ２ｈ検出斗段 第２図 圧橿上先、東 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の筒内圧力を検出する圧力検出手段と、同じく
   クランク軸の回転角度を検出するクランク角度検出手段
   と、前記各検出手段と協働して圧縮行程での点火時期に
   至る以前の２つのクランク角度における筒内圧力に基づ
   いて点火時期を演算する点火時期演算手段と、この演算
   結果に基づいて点火信号発生する点火信号発生手段とを
   設けたことを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。