JPS6410662B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエンジンの点火時期制御方法に係り、
特にノツク（KNOCK）の発生状態に応じて点火
時期を修正するエンジンの点火時期制御方法に関
する。

〔従来の技術〕

最近ではエンジンの制御機能を向上させる目的
でマイクロコンピユータを使用したエンジンの総
合的制御が行われつつある。本発明に係る点火時
期制御方法もこのエンジンの総合的制御の一環と
して行われるものである。この技術は例えば特開
昭54−84142号に開示されている。

エンジンに発生するノツクはノツク音を伴うた
め操行性を低下させると共に、逆トルクの発生に
よりエンジンの出力低下、或いはエンジンの過熱
による破壊を招くものである。このノツクは点火
時期と密接な関係を持つており、エンジンの特性
上ノツク発生直前に点火時期、即ち点火進角を設
定するとエンジン出力を最大にできることが知ら
れている。従つてノツクの発生を避ける結果、点
火進角を小さくすることは逆にエンジン出力を低
下させることにもなるので点火時期はノツク発生
直前に制御することが要請される。特にターボチ
ヤージヤ付エンジンにおいては圧縮比が高く、最
大効率を維持するためには点火時期を最適なもの
とすることが要求される。

一方マイクロコンピユータを使用した点火時期
制御において一定周期毎に起動されるプログラム
（以下タスクと記す）によりエンジンに発生する
ノツクの強度に応じて点火時期制御を実行するこ
とが提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらマイクロコンピユータを使用した
エンジン制御においてはエンジン制御に必要な各
種のデータ（例えばエンジン冷却水温、エンジン
回転数等）の取り込みを一定周期毎に起動される
タスク群のうちの優先度の高いタスク（例えば起
動周期10ｍsec）により実行する必要があり、そ
れ故前記各種データの取り込み以外の制御を実行
するタスクの起動周期はCPUの負荷率の兼ね合
いからそれより長く（例えば20ｍsec以上）設定
されるのが通常である。

一方４気筒エンジンの場合には回転角で180度
毎に一回点火する必要があるが、この点火タイミ
ングの周期はエンジンの高回転数領域（例えば
3000rpm以上）では点火時期制御を行うタスク
（以下点火時期制御タスクと記す）の起動周期
（例えば20ｍsec）より短かく（10ｍsec以下）な
るので、一定周期毎に起動されるタスクによりノ
ツクの検出を行い、そのノツクの強度に応じて点
火時期の補正を行つたのでは発生するノツクに対
し点火時期制御を追従させることが不可能とな
り、その結果エンジン出力の低下又はエンジンの
破損を招来することとなる。

本発明の目的はエンジンの全回転数領域に亘つ
てエンジンに発生するノツクの強度に応じて点火
時期の補正が可能なエンジンの点火時期制御方法
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、エンジンの回転情報
及び負荷情報を取り込んでデイジタル演算処理に
基づき点火時期を制御する点火時期制御方法にお
いて、取り込まれた前記エンジンの回転情報及び
負荷情報に基づいて基本点火時期の演算を一定時
間毎に起動されるタスクにより実行し、かつ前記
タスクにより演算された基本点火時期の修正及び
設定をエンジン回転に同期して起動されるタスク
により実行するものとし、このタスクによる基本
点火時期の修正及び設定は、ノツクによる前記基
本点火時期の修正が必要か否かをノツクセンサの
出力に基づいて判断し、この判断が肯定のときに
は、前回実行時の点火時期修正量をノツクの強度
に対応した計数値に基づいた修正量だけ遅角修正
して今回の点火時期修正量を求め、この点火時期
修正量を前記基本点火時期に加えて新たな点火時
期として設定する一方、前記判断が否定のときに
は、前回実行時の点火時期修正量を予め定めた最
小単位の修正量だけ進角修正して今回の点火時期
修正量を求め、この点火時期修正量を前記基本点
火時期に加えて新たな点火時期として設定するこ
とを特徴とする。

以下本発明を図面に示した実施例に基づき詳細
に説明する。

第１図にはエンジン系統全体の制御装置が示さ
れている。図において、吸入空気はエアクリーナ
２、スロツトルチヤンバ４、吸気管６を通り、シ
リンダ８へ供給される。シリンダ８で燃焼したガ
スは、シリンダ８から排気管１０を通り、大気中
へ排出される。

スロツトルチヤンバ４には、燃料に噴射するた
めのインジエクタ１２が設けられており、このイ
ンジエクタ１２から噴出した燃料はスロツトルチ
ヤンバ４の空気通路内で霧化され、吸入空気と混
合して混合気を形成し、この混合気は吸気管６を
通つて、吸気弁２０の開弁により、シリンダ８の
燃焼室へ供給される。

インジエクタ１２の出口近傍には絞り弁１４，
１６が設けられている。絞り弁１４は、アクセル
ペタルと機械的に連動するように構成され、運転
者により駆動される。一方、絞り弁１６はダイヤ
フラム１８により駆動されるように配置され、空
気流量が小の領域で全閉状態となり、空気流量が
増大するにつれてダイヤフラム１８への負圧が増
大することにより絞り弁１６は開き始め、吸入抵
抗の増大を抑止する。

スロツトルチヤンバ４の絞り弁１４，１６の上
流には空気通路２２が設けられ、この空気通路２
２には熱式空気流量計を構成する電気的発熱体２
４が配設され、空気流速と発熱体の伝熱量との関
係から定まる空気流速に応じて変化する電気信号
が取り出される。発熱体２４は空気通路２２内に
設けられているので、シリンダ８のバツクフアイ
ア時に生じる高温ガスから保護されると共に、吸
入空気中のごみなどによつて汚染されることから
も保護される。この空気通路２２の出口はベンチ
ユリの最狭部近傍に開口され、その入口はベンチ
ユリの上流側に開口されている。

インジエクタ１２に供給される燃料は、燃料タ
ンク３０から、フユーエルポンプ３２は、フユー
エルダンパ３４及びフイルタ３６を介して燃圧レ
グユレータ３８へ供給される。一方、燃圧レギユ
レータ３８からはインジエクタ１２へパイプ４０
を介して加圧燃料が供給され、そのインジエクタ
１２から燃料が噴射される吸気管６の圧力と上記
インジエクタ１２への燃料圧の差が常に一定にな
るように、燃圧レギユレータ３８から燃料タンク
３０にリターンパイプ４２を介して燃料が戻され
るようになつている。

吸気弁２０から吸入された混合気はピストン５
０により圧縮され、点火プラグ５２よりスパーク
により燃焼し、この燃焼は運動エンジンに変換さ
れる。シリンダ８は冷却水５４により冷却され、
この冷却水の温度は水温センサ５６により計測さ
れ、この計測値はエンジン温度として利用され
る。点火プラグ５２には点火コイル５８より点火
タイミングに合わせて高電圧が供給される。

また、図示しないクランク軸にはエンジンの回
転に応じて基準クランク角毎におよび一定角度
（例えば0.5度）毎に基準角信号およびポジシヨン
信号を出すクランク角センサが設けられている。

このクランク角センサの出力、水温センサ５６
の出力５６Ａ及び発熱体２４からの電気信号はマ
イクロコンピユータなどからなる制御回路６４に
入力され、制御回路６４で演算処理され、この制
御回路６４の出力によつてインジエクタ１２及び
点火コイル５８が駆動される。

以上の構成に基づき制御されるエンジン系統に
おいて、スロツトルチヤンバ４にはスロツトルの
絞り弁１６を跨いで吸気管６に連通するバイパス
２６が設けられ、このバイパス２６には開閉制御
されるバイパスバルブ６２が設けられている。こ
のバイパスバルブ６２の駆動部には、前記制御回
路６４の制御入力が供給され、開閉制御されるよ
うになつている。

このバイパスバルブ６２は絞り弁１６を迂回し
て設けられたバイパス２６に臨ませられ、パルス
電流によつて開閉制御がなされる。このバイパス
バルブ６２は弁のリフト量によりバイパス２６の
断面積を変更するもので、このリフト量は制御回
路６４の出力によつて駆動系が駆動され制御され
る。即ち、制御回路６４においては駆動系の制御
のため開閉周期信号が発生され、駆動系はこの開
閉周期信号によつてバイパスバルブ６４のリフト
量を調節するための制御信号をバイパスバルブ６
２の駆動部に付与するものである。

以上説明したエンジンの作動を第２図について
説明すると、第２図ａは４気筒エンジンにおける
インジエクタからの燃料の噴射タイミングを示し
たものである。横軸はエンジンのクランク軸の回
転角度であり、各気筒の吸入行程をハツチングで
示している。図から明らかなようにクランク角の
180度毎に吸入行程が存在し、０度〜180度の間は
第１気筒、180度〜360度の間は第３気筒、360度
〜540度の間は第４気筒、540度〜720度の間は第
２気筒である。

第２図ｂに示す如く、クランク角の180度毎に
基準クランク角パルスを発生させ、このパルスに
基づいてインジエクタ１２を開弁させ、既に計測
されたデータに基づき制御回路６４で処理された
演算結果に基づきインジエクタ１２の開弁時間が
決定される。このインジエクタ１２の開弁時間で
ある燃料噴射時間を第２図ｃに示す。同図におい
てΘ₁は基準クランク角パルスの立上り時点から
の燃料噴射開始時期を規定するものである。

更に第２図ｄは点火時期のタイミングを示すタ
イムチヤートであり、同図においてΘ₂はIGコイ
ルの一次側の通電開始時期（以下、ドウエル角と
記す）を示し、Θ₃は前記IGコイルの一次電流遮
断時点を決定する点火進角を示している。

第３図は第１図の点火装置の説明図であり、増
幅器６８を介してパワートランジスタ７２へバル
ス電流が供給され、この電流によりトランジスタ
７２はONする。これによりバツテリ６６より点
火コイル６８へ一次コイル電流が流れる。このパ
ルス電流の立ち下がりでトランジスタ７２は遮断
状態となり、点火コイル５８の２次コイルに高電
圧を発生する。

この高電圧は配電器７０を介してエンジンの各
シリンダにある点火プラグ５２のそれぞれにエン
ジン回転に同期して高電圧を配電する。

第４図は排気ガス環流（以下EGRと記す）シ
ステムを説明するためのもので、負圧源８０の一
定負圧がEGR制御弁８６を介して制御弁８６へ
加えられている。制御弁８４はトランジスタ９０
に加えられる繰返しパルスのONデユーテイ比率
に応じ、負圧源の一定負圧を大気８８へ開放に対
する比率を制御し、EGR制御弁８６への負圧の
印加状態を制御する。従つてEGR制御弁８６へ
加えらる負圧はトランジスタ９０のONデユーテ
イ比率で定まる。この制圧弁８４の制御負圧によ
り排気管１０から吸気管６へのEGR量が制御さ
れる。

第５図は制御システムの全体構成図である。
CPU１０２とリード・オンリ・メモリ１０４
（以下ROMと記す）とランダム・アクセス・メ
モリ１０６（以下RAMと記す）と入出回路１０
８とから構成されている。上記CPU１０２は
ROM１０４内に記憶された各種のプログラムに
より、入出力回路１０８からの入力データを演算
し、その演算結果を再び入出力回路１０８へ戻
す。これらの演算に必要な中間的な記憶はRAM
１０６を使用する。CPU１０２、ROM１０４、
RAM１０６、入出力回路１０８間の各種データ
のやり取りはデータ・バスとコントロール・バス
とアドレス・バスからなるバスライン１１０によ
つて行なわれる。

入出力回路１０８には第１のアナログ・デイジ
タル・コンバータ（以下ADC１と記す）と第２
のアナログ・デイジタル・コンバータ（以下
ADC２と記す）と角度信号処理回路１２６と１
ビツト情報を入出力するためのデイスクリート出
力回路（以下DIOと記す）との入力手段を持つ。

ADC１にはバツテリ電圧検出センサ１３２
（以下VBSと記す）と冷却水温センサ５６（以下
TWSと記す）と大気温センサ１１２（以下TAS
と記す）と調整電圧発生器１１４（以下VRSと
記す）とスロツトル角センサ１１６（以下
ΘTHSと記す）とλセンサ１１８（以下λSと記
す）との出力がマルチ・プレクサ１２０（以下
MPXと記す）に加えられ、MPX１２０によりこ
の内の１つを選択してアナログ・デイジタル。変
換回路１２２（以下ADCと記す）へ入力する。
ADC１２２の出力であるデイジタル値はレジス
タ１２４（以下REGと記す）に保持される。

また流量センサ２４（以下AFSと記す）は
ADC２へ入力され、アナログ・デイジタル・変
換回路１２８（以下ADCと記す）を介してデイ
ジタル変換されレジスタ１３０（以下REGと記
す）へセツトされる。

角度センサ１４６（以下ANGSと記す）から
は基準クランク角、例えば180度クランク角を示
す信号（以下REFと記す）と微少角、例えば１
度クランク角を示す信号（以下POSと記す）と
が出力され、角度信号処理回路１２６へ加えら
れ、ここで波形整形される。

DIOにはアイドル・スイツチ１４８（以下
IDLE−SWと記す）とトツプ・ギヤ・スイツチ
１５０（以下TOP−SWと記す）とスタータ・ス
イツチ１５２（以下START−SWと記す）とが
入力される。更にノツクセンサ（以下KNCKSと
記す）１６２からはエンジンに発生したノツクの
強度に応じた数のパルス列信号が出力される。そ
してこのパルス列信号は入出力回路１０８内に設
けられたフリツプフロツプ（以下Ｆ／Ｆと記す）
１６４及びカウンタ（以下、CNRと記す）１６
６に入力される。CPU１０２はCNR１６６の計
数値に応じた点火時期修正量を演算し、点火パル
ス発生回路１３８内に設けられているレジスタ
ADVに設定する。

またＦ／Ｆ１６４はエンジンにノツクが発生し
たことを識別するための判定信号をバスライン１
１０を介してCPU１０２に出力する。そして前
記CNR１６６及びＦ／Ｆ１６４はノツクの発生
に応じた点火時期の修正制御（以下、ノツク制御
と記す）の制御周期毎にCPU１０２から出され
る指令によりリセツトされる。

次にCPUの演算結果に基づくパルス出力回路
及び制御対象について説明する。インジエクタ制
御回路（INJCと記す）１３４は演算結果のデイ
ジタル値をパルス出力に変換する回路である。従
つて燃料噴射量に相当したパルス幅を有するパル
スがINJC１３４で作られ、ANDゲート１３６を
介してインジエクタ１２へ印加される。

点火パルス発生回路１３８（以下IGNCと記
す）は点火時期をセツトするレジスタ（ADVと
記す）と点火コイルの１次電流通電開始時間をセ
ツトするレジスタ（DWLと記す）とを有し、
CPUよりこれらデータがセツトされる。セツト
されたデータに基づいてパルスを発生し、第３図
に基づいて詳述した増幅器６８へANDゲート１
４０を介してこのパルスを加える。

バイパスバルブ６２の開弁率は制御回路（以下
ISCCと記す）１４２からANDゲート１４４を介
して加えられるパルスによつて制御される。

ISCC１４２はパルス幅をセツトするレジスタ
ISCDと繰返しパルス周期をセツトするレジスタ
ISCPとを持つている。

第４図に示したEGR制御弁８６を制御するト
ランジスタ９０を制御するEGR量制御パルス発
生回路１８０（以下EGRCと記す）にはパルスの
デユーテイを表わす値をセツトするレジスタ
EGRDとパルスの繰返し周期を表わす値をセツト
するレジスタEGRPとを有している。このEGRC
の出力パルスはANDゲート１５６を介してトラ
ンジスタ９０に加えられる。

また１ビツトの入出力信号は回路DIOにより制
御される。入力信号としてはIDLE−SW信号、
TOP−SW信号、START−SW信号がある。ま
た出力信号としては燃料ポンプを駆動するための
パルス出力信号がある。このDIOは端子を入力端
子として使用するか、出力端子として使用するか
を決定するためのレジスタDDRと、出力データ
をラツチするためのレジスタDOUTとが設けら
れている。

レジスタ１６０は入出力回路１０８内部の色々
な状態を指令する命令を保持するレジスタ（以下
MODと記す）であり、例えばこのレジスタに命
令をセツトすることにより、ANDゲート１３６，
１４０，１４４，１５６を総てターンオンさせた
り、ターンオフさせたりする。このようにMOD
レジスタ１６０に命令をセツトすることにより、
INJCやIGNC、ISCCの出力の停止や起動を制御
できる。

次に第６図及び第７図に基づき本発明に係るエ
ンジンの点火時期制御方法の内容について具体的
に説明する。第６図は一定時間毎に起動される点
火時期計算タスクの処理フローを示し、同図にお
いてステツプ２００でタスクが起動されると、次
のステツプ２０２にて基本点火時期Θ_ADV（BASE）
が次式により算出される。

Θ_ADV（BASE）＝ｆ（Ｎ、Ｌ） ここでＮはエンジン回転数、Ｌは負荷データ、
例えば吸入管負圧である。又基本点火時期Θ_ADV
（BASE）はエンジンにノツクが発生しない状態
における点火時期であり、上記データＮ、Ｌから
ROM１０４に格納されている進角プログラムに
基づき算出される。

更に次のステツプ204では通電開始時期（ドウ
エル角）の計算が行われ、ステツプ206でタスク
は終了する。

第７図にはエンジン回転に同期して起動される
点火時期制御タスクが示されている。この点火時
期制御タスクはノツク発生時には基本点火時期
Θ_ADV（BASE）に点火時期修正量ΔΘ_ADV1を減算
し、ノツクの発生による点火時期修正後は修正最
小単位をΔΘ_ADV2で進角方向に段階的に修正制御
を行うように構成されている。同図においてステ
ツプ250でタスクが起動されると次のステツプ252
でノツクによる修正実行は必要か否かが判定され
る。これは第５図においてノツクセンサ１６２の
出力を受けたＦ／Ｆ１０６の出力が論理“１”で
あるか否かの判定を行うものである。

ステツプ252でノツクによる修正実行が必要で
あると判定された場合にはステツプ254に移行し、
点火時期修正量ΔΘ_ADV（ｔ）が式により求められ
る。

ΔΘ_ADV（ｔ）＝ΔΘ_ADV（ｔ−１）−ΔΘ_ADV1………(1
) 式(1)においてΔΘ_ADV1は現在の修正量、 ΔΘ_ADV（ｔ−１）は修正直前の修正量である。

ここで現在の修正量ΔΘ_ADV1はカウンタ（CNR）
１６６の計数内容NPに基づいて次式により計算
される。

ΔΘ_ADV1＝ｆ（NP） ………(2) 更にステツプ256では前記ステツプ254で求めら
れた点火時期修正量ΔΘ_ADV（ｔ）に基づいて修正
された点火時期Θ_ADV（ｔ）の計算が次式により行
なわれる。

Θ_ADV（ｔ）＝Θ_ADV（BASE）＋ΔΘ_ADV（ｔ）………(3) ここでΘ_ADV（BASE）は第６図の処理フローの
ステツプ２０２で求めた基本点火時期である。

更に次のステツプ258ではノツクによる修正実
行終了報告が管理プログラムに対してなされ、次
いでステツプ260では入出力回路１０８内に設け
られたIGNC１３８のレジスタADV及びDWLへ
点火時期データΘ_ADV（ｔ）及びドウエル角データ
の設定がなされると共にＦ／Ｆ１６４及びCNR
１６６のリセツトが行われる。

一方ステツプ252でノツクによる修正実行が不
要であると判断された場合にはステツプ262に移
行し点火時期修正量ΔΘ_ADV（ｔ）が次式により求
められる。

ΔΘ_ADV（ｔ）＝ΔΘ_ADV（ｔ−１）＋ΔΘ_ADV2………(4
) ここで式(4)においてΔθ_ADVには通常運転時にお
ける点火進角値の修正最小単位であり一定値であ
る。

ステツプ262で点火時期修正量ΔΘ_ADV（ｔ）を求
めた後ステツプ264に移行し点火時期Θ_ADV（ｔ）
が次式により求められる。

Θ_ADV（ｔ）＝Θ_ADV（BASE））＋ΔΘ_ADV（ｔ）………(
5) 式(5)より明らかなようにノツクの発生によつて
ノツクの強度に応じて後退させた点火時期をノツ
ク消滅と同時に最小修正単位の点火時期修正量で
進角方向に増加させている。

またステツプ264の処理が終了すると前記ステ
ツプ260に移行し、既述と同様の処理が行われ、
次のステツプ266でタスクは終了する。

〔発明の効果〕

上述のとおり、本発明によれば、一定時間毎に
演算されるエンジンの基本点火時期がエンジンの
回転に同期して起動されるタスクにより修正演算
されるので、エンジンの全回転数領域に亘つてエ
ンジンに発生するノツクの強度に応じた点火時期
の補正が可能となり、最適点火時期に収束する時
間が速くなつてエンジン出力の低下やエンジンの
破損等を未然に防止することができると共に、排
ガス浄化を達成できる。またエンジンの基本点火
時期の演算を一定時間毎に起動されるタスクによ
り実行しているため、エンジンの全回転数領域に
おいて他の制御のための演算とは無関係に行なわ
れるから、最新データに基づく修正がなされる結
果、応答性の優れたノツク制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はエンジン系統全体の制御装置を示す構
成図、第２図はエンジンの作動状態を説明するた
めのタイムチヤート、第３図は第１図の点火装置
の説明図、第４図は排気ガス環流システムを説明
するための構成図、第５図は第１図における制御
回路６４の具体的な構成を示すブロツク図、第６
図は一定周期毎に起動される点火時期計算タスク
の処理内容を示すフローチヤート、第７図はエン
ジンの回転に同期して起動される点火時期制御タ
スクの処理内容を示すフローチヤートである。 １０２……CPU、１０４……ROM、１０６…
…RAM、１０８……入出力回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジンの回転情報及び負荷情報を取り込ん
   でデイジタル演算処理に基づき点火時期を制御す
   る点火時期制御方法において、取り込まれた前記
   エンジンの回転情報及び負荷情報に基づいて基本
   点火時期の演算を一定時間毎に起動されるタスク
   により実行し、かつ前記タスクにより演算された
   基本点火時期の修正及び設定をエンジン回転に同
   期して起動されるタスクにより実行するものと
   し、このタスクによる基本点火時期の修正及び設
   定は、ノツクによる前記基本点火時期の修正が必
   要か否かをノツクセンサの出力に基づいて判断
   し、この判断が肯定のときには、前回実行時の点
   火時期修正量をノツクの強度に対応した計数値に
   基づいた修正量だけ遅角修正して今回の点火時期
   修正量を求め、この点火時期修正量を前記基本点
   火時期に加えて新たな点火時期として設定する一
   方、前記判断が否定のときには、前回実行時の点
   火時期修正量を予め定めた最小単位の修正量だけ
   進角修正して今回の点火時期修正量を求め、この
   点火時期修正量を前記基本点火時期に加えて新た
   な点火時期として設定することを特徴とするエン
   ジンの点火時期制御方法。 ２ 前記遅角させる点火時期修正量を、前回求め
   た修正量から今回求めた修正量を引いた減算値で
   与えることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のエンジンの点火時期制御方法。 ３ 前記進角させる点火時期修正量を、前回求め
   た修正量に一定の最小修正量を加えた加算値で与
   えることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のエンジンの点火時期制御方法。