JPS6410663B2

JPS6410663B2 -

Info

Publication number: JPS6410663B2
Application number: JP55132270A
Authority: JP
Inventors: Masaomi Nagase; Hideo Myagi; Hironobu Ono; Jiro Nakano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1980-09-25
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1989-02-22
Also published as: DE3138102C2; JPS5759057A; DE3138102A1; US4442813A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は内燃機関の点火時期制御方法に関す
る。

内燃機関の運転状態を表わすパラメータ、例え
ば機関の回転速度、吸入空気流量、吸気管負圧
等、を検出して点火時期を算出し、算出した点火
時期に点火指示を行うようにした点火時期制御シ
ステムは良く知られている。この種のシステムに
おいては、機関が始動状態にある際及び始動が終
了した時点から所定期間経過するまでの間は、回
転速度等の運転状態パラメータが大幅に変動する
ことから、点火時期をあらかじめ定めた固定値に
強制的に制御することが行われる。

しかしながら、上述の如き固定点火時期制御中
に機関回転速度が大幅に上昇すると、点火コイル
への通電時間が短かくなつて充分な点火エネルギ
ーが得られずに失火が生ずるか、あるいは、点火
コイルへの非通電時間が短かくなつて点火コイル
の過熱さらに点火コイルへの一次電流を制御する
パワートランジスタの熱破壊等が生じる恐れがあ
る。

従つて本発明は従来技術の上述の問題点を解決
することを目的としている。本発明によれば、始
動時あるいは始動直後に、レーシング動作等が行
われて機関の回転速度が著しく高くなつた場合に
も、失火あるいは点火コイルの過熱及びパワート
ランジスタの熱破壊等の発生が確実に防止でき
る。また、本発明によれば、レーシング動作によ
る不都合が上述の如く解消されるので、始動終了
時からの固定点火時期制御の実施期間を増大する
ことができ、これにより始動性をより向上させる
ことが可能となる。

上述の目的を達成する本発明の特徴は、所定の
運転状態パラメータから機関が高回転速度運転状
態にあるか否かを検出し、機関が始動状態にある
間及び始動終了後所定期間経過するまでの間で上
述の高回転速度運転状態が検出された際は固定の
点火時期制御を中止し、運転状態パラメータに応
じて算出した点火時期に基づく点火時期制御を行
うようにしたことにある。

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。

第１図には本発明の一実施例として、マイクロ
コンピユータにより点火時期制御を行う内燃機関
の一例が概略的に示されている。同図において、
１０は機関の吸入空気流量を検出してその検出値
に対応する電圧を発生するエアーフローセンサ、
１２は機関の吸気管負圧を検出してその検出値に
応じた電圧を発生する負圧センサ、１４は機関の
冷却水温度を検出してその検出値に対応する電圧
を発生する水温センサをそれぞれ示している。ま
た、１５は図示しないスタータモータを駆動する
際に閉成されるスタータスイツチを示しており、
１１はスロツトル弁１３が所定の開度以上に開い
たか否かあるいはスロツトル弁１３の開く速度が
所定値より速いか否か等を検出するスロツトルセ
ンサを示している。エアフローセンサ１０、負圧
センサ１２及び水温センサ１４からの出力電圧、
さらに、スタータスイツチ１５からのスタータモ
ータが駆動されている、即ち機関が始動状態にあ
ることを示す信号及びスロツトルセンサ１１から
の信号は、制御回路１６に送り込まれる。

機関のデイストリビユータ１８には、そのデイ
ストリビユータ軸１８ａが所定角度、例えばクラ
ンク角に換算して360゜、60゜それぞれ回動する毎
に角度位置信号を発生する第１、第２の回転角セ
ンサ２０，２２が設けられており、これらの回転
角センサからの２種の角度位置信号は制御回路１
６に送り込まれる。

制御回路１６からはイグナイタ２４に点火信号
が送り込まれ、これによりイグナイタ２４内のパ
ワートランジスタは、点火コイル２６の１次電流
の通電及びしや断を制御する。点火コイル２６か
ら得られる高圧の２次電流はデイストリビユータ
１８を介して点火プラグ２８に送り込まれる。

第２図は第１図の制御回路１６の一例を表わす
ブロツク図である。

水温センサ１４、エアフローセンサ１０、及び
負圧センサ１２の出力電圧は、アナログマルチプ
レクサを含むＡ／Ｄ変換器３０に送り込まれ、所
定の変換周期で順次２進の信号に変換される。ま
た、スタータスイツチ１５及びスロツトルセンサ
１１からの信号は入力ポート３２にそれぞれ送り
込まれる。

第１及び第２の回転角センサ２０及び２２から
のクランク角360゜及び60゜毎の角度位置信号は、
タイミング信号形成回路３４に印加される。この
信号形成回路３４は、点火制御回路３６用の種々
のタイミング信号Sld、Sbc点火時期演算用の割
込み要求信号Sirt、及び速度信号形成回路３８用
のゲート制御信号Sg等を形成する。

速度信号形成回路３８は、タイミング信号形成
回路３４から送られるクランク角60゜に相当する
パルス幅を有するゲート制御信号Sgによつて開
閉制御されるゲートと、このゲートを通過するク
ロツクパルスの数をゲートが開く毎に計数するカ
ウンタとを備えた公知の構成となつており、機関
の回転速度に応じた値を有する２進の速度信号を
形成する。

点火制御回路３６は、中央処理装置（CPU）
４０によつて算出された点火コイル２６への通電
開始時期に関する出力データ及び通電終了時期、
即ち点火時期に関する出力データから点火信号を
形成する回路であり、形成された点火信号は、第
１図に示す点火プラグ２８、デイストリビユータ
１８、及び点火コイル２６等から構成される点火
装置４２に送り込まれる。

Ａ／Ｄ変換器３０、入力ポート３２、速度信号
形成回路３８、及び点火制御回路３６は、マイク
ロコンピユータの各構成要素であるCPU４０、
リードオンリメモリ（ROM）４４、ランダムア
クセスメモリ（RAM）４６、及びクロツク発生
回路４８にバス５０を介して接続されており、こ
のバス５０を介して入出力データの転送が行われ
る。

なお、第２図には示されていないが、マイクロ
コンピユータとしては、入出力制御回路、メモリ
制御回路等が周知の方法で設けられている。

ROM４４内には、後述するメイン処理ルーチ
ンプログラム、点火時期演算用割込み処理プログ
ラム、及びその他の処理プログラムと、それらの
演算処理に必要な種々のデータとがあらかじめ格
納されている。

なお、第１図及び第２図においては、エアフロ
ーセンサ１０及び負圧センサ１２の両方が設けら
れているが、本発明を実施するには、これらのう
ちのどちらか一方のセンサのみが設けられていれ
ば良い。

第３図は第２図のタイミング信号形成回路３４
の一構成例を表わしている。同図において、５
２，５４はデイストリビユータ軸に取り付けら
れ、機関のクランク軸が１回転する毎に２回転す
る磁性体の円板である。円板５２及び５４の周囲
にはそれぞれ所定数の突起部が等角度間隔で設け
られており、これらの突起部が磁気ピツクアツプ
センサから成る回転角センサ２０及び２２の近傍
をそれぞれ通過することにより、各センサ２０，
２２からは、クランク角360゜毎、60゜毎のパルス
が得られる。これらのパルスは波形整形回路５６
及び５８でそれぞれ波形整形され、第４図のＡ，
Ｂに示す如くクランク角度位置信号S_c1，S_c2とな
る。なお、第４図は第３図、後述する第５図及び
第１０図の回路の各部の信号波形図であり横軸は
機関の各気筒のうちの１つの気筒の圧縮上死点を
零としたクランク角度を表わしている。

トリガ型フリツプフロツプ６０は、前述のクラ
ンク角度位置信号S_c1によつてクリアされ、以後
クランク角度位置信号S_c2が印加される毎にその
出力が反転せしめられる。従つてその出力は第
４図Ｃに示す如きゲート制御信号Sgとなる。こ
のゲート制御信号Sgとクランク角度位置信号S_c2
とが入力されるアンドゲート６２の出力は、第４
図Ｄに示す如く、クランク角度位置0゜、120゜、
240゜毎に、換言すれば各気筒の圧縮上死点毎にそ
の立下りエツジが現れる割込み要求信号Sirtとな
る。また、フリツプフロツプ６０のＱ出力とクラ
ンク角度位置信号S_c2とが入力されるアンドゲー
ト６４の出力は第４図Ｅに示す如く、クランク角
度位置60゜、180゜、300゜毎にその立下りエツジが現
れるロードタイミング信号Sldとなる。このロー
ドタイミング信号Sldは、遅延回路６６に印加さ
れることによりわずかに遅延されて、第４図Ｆに
示す如き、基準角度位置信号Sbcとなる。

第５図は第２図の点火制御回路３６の一構成例
を表わしている。同図において、７０は、バス５
０を介してCPU４０より点火時期データを受け
取る出力レジスタ、７２は通電開始時期データを
受け取る出力レジスタをそれぞれ示している。こ
れらの出力レジスタ７０，７２に入力した上述の
データはロードタイミング信号Sldが送り込まれ
ると、それぞれプリセツタブルダウンカウンタ７
４，７６にプリセツトされる。このロードタイミ
ング信号Sldにわずかに遅れたタイミングで基準
角度位置信号Sbcが印加されると、フリツプフロ
ツプ７８がセツトされ、これによりアンドゲート
８０を介してクロツク発生回路４８（第２図）か
らのクロツクパルスCPがダウンカウンタ７４に
印加され、このダウンカウンタ７４が計数を開始
する。ダウンカウンタ７４でプリセツトされた点
火時期データを計数し終ると、そのボロー出力に
よつてフリツプフロツプ８２がセツトされ、ま
た、フリツプフロツプ７８がリセツトされる。第
４図Ｇは、通常の点火進角演算時のこの計数時の
ダウンカウンタ７４の内容を表わしている。フリ
ツプフロツプ８２がセツトされると、この時点で
ダウンカウンタ７６がクロツクCPの計数を開始
する。ダウンカウンタ７６がプリセツトされた通
電開始時期データを計数し終ると、そのボロー出
力によつてフリツプフロツプ８２がリセツトされ
る。これにより、このフリツプフロツプ８２のＱ
出力は、通常の点火進角演算時は、例えば第４図
Ｈに示す如くなり、点火信号として点火装置４２
に送り込まれる。即ち、この点火信号の立上り時
点で点火が、また、その立下り時点で点火コイル
２６への通電開始がそれぞれ行われる。

次に第２図で説明したマイクロコンピユータの
処理内容について説明する。なお、以下の説明
は、負圧センサ１２を用いず、エアフローセンサ
１０を用いた場合に関するものである。

タイミング信号形成回路３４より割込み要求信
号Sirtが印加されると、CPU４０は第６図に示す
処理を実行する。まず、ステツプ100において、
入力ポート３２に印加されるスタータスイツチ１
５が閉じているか否かを表わす信号を見て機関が
始動中であるか否かを判別する。始動中である場
合は、ステツプ101において始動時フラグFst“１”
にした後、ステツプ120へ進む。ステツプ120にお
いては、機関が高回転速度運転状態となつたか否
かが判別される。高回転速度運転状態でないと判
別された場合、換言すればレーシング動作等が行
われてないと判別された場合は、ステツプ102へ
進み、点火時期を一定値に固定せしめる固定進角
処理を行う。この固定進角処理の処理内容につい
ては後述する。レーシング動作等が行われて高回
転速度運転状態であると判別された場合、プログ
ラムはステツプ121乃至124を介してステツプ114
へ進む。

上述の高回転速度運転状態であるか否かの判別
は、所定の運転状態パラメータを検して行われる
ものであり、次に述べる如く種々の方法が用いら
れる。

(1) 機関の回転速度Ｎを運転状態パラメータとし
て検出し、この検出値とあらかじめ定めた一定
の基準値N_r1とを比較して、Ｎ＞N_r1の場合は
高回転運転状態と判別してステツプ121へ進み、
Ｎ≦N_r1の場合はステツプ102へ進む。

(2) 上述した(1)の方法において、回転速度Ｎと比
較する基準値N_rを第７図に示す如く、検出し
た冷却水温度THWに応じて変化させる。この
(2)の方法によれば、機関の暖機が充分に行われ
ていない場合は、その暖機状態に応じて固定進
角処理が行われる回転速度上限値が高くなり、
その分、安定した始動特性が得られる。

(3) 機関の吸入空気流量Ｑを運転状態パラメータ
として検出し、この検出値とあらかじめ定めた
一定の基準値Q_r1とを比較してＱ＞Q_r1の場合は
高回転運転状態であると判別してステツプ121
へ進み、Ｑ≦Q_r1の場合はステツプ102へ進む。
なおこの場合基準値Q_r1もしくは検出値Ｑを冷
却水温度THWによつて補正しても良い。

(4) スロツトルセンサ１１からスロツトル弁１３
が所定開度以上開いたことを表わす信号LL，
PSWが入力した場合は高回転運転状態である
と判別してステツプ121へ進み、その他の場合
はステツプ102へ進む。

(5) スロツトルセンサ１１よりスロツトル弁１３
の開き速度が所定値を越えたことを表わす信号
（ACC）が入力した場合は高回転運転状態であ
ると判別してステツプ121へ進み、その他の場
合はステツプ102へ進む。

なお、以上述べたように高回転運転状態を検出
する代りに、ステツプ120において、図示しない
車速センサから車両の走行速度が零でなくなつた
ことを表わす信号が入力した場合にステツプ121
へ進み、走行速度が零である場合はステツプ102
へ進むようにしても良い。

機関の始動が終了した場合は、ステツプ100か
らステツプ103へ進み、始動時フラグFstが“１”
であるか否かが判別される。始動終了後最初の演
算サイクルではFst＝１であるから、ステツプ
104、105へ進み、始動直後フラグFstaが“１”
にセツトされ、始動時フラグFstが“０”にリセ
ツトされる。次いで、ステツプ106において、始
動直後フラグFstaが“１”であるか否かが判別
される。始動終了後最初の演算サイクルでは
Fsta＝１であるのでプログラムはステツプ107へ
進み、固定進角フラグFfaaが“１”にセツトさ
れ、次のステツプ108で、タイマＣに初期値“20”
がセツトされ、次いでステツプ109において始動
直後フラグFstaが“０”にリセツトされた後ス
テツプ120へ進み、高回転運転状態でない場合は
ステツプ102へ進んで固定進角処理が行われる。

始動終了後の２回目以降の演算サイクルでは、
Fst＝０であるため、ステツプ103からステツプ
106へ進み、さらにFsta＝０であるため、ステツ
プ110へ進む。ステツプ110においては、固定進角
フラグFfaaが“１”であるか否かが判別される。
始動終了後の２回目の演算サイクルでは、Ffaa
＝１であるため、ステツプ111に進み、Ｃが１だ
け減少せしめられる。即ち、Ｃ←Ｃ−１の演算が
行われる。次いでステツプ112において、Ｃ＝０
であるか否かが判別され、Ｃ≠０の場合はこのス
テツプ112からステツプ120に進み、高回転運転状
態ではない場合は、ステツプ102へ進んで固定進
角処理が行われる。ステツプ111における演算が
20回行われてＣ＝０となると、プログラムはステ
ツプ112からステツプ113へ進み、固定進角フラグ
Ffaaが“０”にリセツトされ、次いでステツプ
120へ進む。このように、高回転運転状態となら
ない場合は、始動終了後、Ｃの初期設定を合わせ
て21回の演算サイクルの間固定進角処理が行わ
れ、それ以後はFfaa＝０となるため、プログラ
ムはステツプ110からステツプ114へ分岐する。ス
テツプ114乃至118は、通常の進角処理を行うルー
チンである。

始動時及び始動終了後の上述の21回の演算サイ
クルの間にレーシング動作等が行われて機関の回
転速度が上昇し、高回転運転状態であるとステツ
プ120において判別されると、プログラムはステ
ツプ121、122、123及び124に分岐して、始動時フ
ラグFst、始動直後フラグFsta、及び固定進角フ
ラグFfaaが“０”にリセツトされ、また、タイ
マの内容Ｃも“０”にリセツトされた後、ステツ
プ114に進む。従つてこの場合、以降は通常の進
角処理ルーチンが実行される。即ち、一度、高回
転運転状態であると判別されると、以降、たとえ
回転速度が低くなつても、再び始動が行われない
限り、固定進角処理は行われない。

次に、ステツプ114乃至118の処理内容について
説明する。まずステツプ114において、機関の回
転速度Ｎに関する入力データ、吸入空気流量Ｑに
関する入力データ、及び冷却水温度THWに関す
る入力データを取り込み、次のステツプ115にお
いては、取り込んだ吸入空気量データ及び回転速
度データからその時の運転状態における最適点火
時期を算出する。この算出方法として種々の方法
が周知であるが、例えば、第８図に示す如く、Ｎ
及びＱ／Ｎと点火進角θ_aとの間の望ましい関係を
表わす関数θ_a＝ｆ（Ｎ，Ｑ／Ｎ）をマツプの形で
ROM４４内にあらかじめ記憶させておき、マツ
ピングにより最適点火進角θ_aを求める方法があ
る。このようにして求めた進角θ_aは、次のステツ
プ116において、冷却水温度THWの関数である
ｄ＝ｇ（THW）によつて補正される。即ち、 θ′_a←θ_a＋αの演算により暖機補正されて、点火
進角θ′_aを得る。次いで、次のステツプ117におい
て、この求めた点火進角θ′_aの表わすクランク角
度位置と、基準角度位置との間のクランク角θ_bが
算出される。本実施例では、基準角度位置とし
て、点火すべき気筒の圧縮上死点の60゜クランク
角だけ手前の位置、即ち60゜CA・BTDC、を採用
しているため、θ_bは、θ_b＝60−θ′_aによつて求める
ことができる。そして、この算出したクランク角
θ_bは、時間の単位に換算せしめられる。この換算
は、クランク角θ_bだけクランク軸が回動するに要
する時間T_bを算出するもので、これはその時の
回転速度Ｎを用いてT_b＝θ_b／Ｎによつて容易に行ることができる。次いで、このようにして求めた時
間T_bをダウンカウンタ７４のクロツク数に換算
する。この換算は、クロツクの周期を例えば
12.5μsecとすれば、T_b／12.5μsecの演算によつて行われる。このように求められた換算データは、点
火時期データとして次のステツプ118において出
力レジスタ７０に出力せしめられる。

一方、CPU４０は、図示しない処理ルーチン
により、今回の気筒の点火時期から次の気筒に点
火を行うために点火コイルの１次巻線に電流を流
し始める時期までの時間、換言すれば、今回の気
筒の点火時期から次の気筒の通電開始時期までの
時間Toffを周知の方法で算出し、この算出した
非通電時間Toffをダウンカウンタ７６のクロツ
ク数に換算した後、その換算データを通電開始時
期データを出力レジスタ７２に出力する。

次に、ステツプ102の固定進角処理について説
明する。点火制御回路３６として、第５図に示す
如き構成のものを用いる場合は、ソフトウエアに
よる固定進角制御が行われる。即ち、ステツプ
102では、第９ａ図に示す如き処理が行われる。
まず、ステツプ130において、最終的な点火進角
θ′_aとしてあらかじめ定めた固定進角度β（例え
ば、β＝0゜CA・BTDC）が与えられ、次のステ
ツプ131及び132において、第６図のステツプ117
及び118と同様の処理が施されて、固定進角度β
に対応する点火時期データが出力レジスタ７０に
出力される。また、一方、あらかじめ定められた
固定の非通電時間Toff（例えば、Toff＝３ｍsec）
に対応した通電開始時期データが出力レジスタ７
２に出力される。

上述の如く処理することにより、ソフトウエア
による固定進角制御が行われるが、本発明の点火
時期制御方法は、第１０図に示す如き点火制御回
路を用いてハードウエアによる固定進角制御を行
つても良い。この場合、ステツプ102では、第９
ｂ図のステツプ140の処理が行われる。即ち、論
理“１”の固定進角指示信号が第１０図に示す線
１４２に出力され、これにより、アンドゲート１
４４が閉じて、アンドゲート１４６が開き、フリ
ツプフロツプ８２からの点火信号の代りに、タイ
ミング信号形成回路３４からのゲート制御信号
Sgの反転信号（第４図参照）がオアゲート１
４８を介して点火装置４２に印加される。これに
より、点火時期は0゜CA・BTDCに固定せしめら
れる。なお、電源電圧が低下する始動時には上述
のハードウエアによる固定進角制御を行い、始動
後の固定進角制御には前に述べたソフトウエアに
よる処理を用いるようにしても良い。

以上述べた実施例においては、機関のクランク
軸が所定角度回動する毎に点火時期演算用割込み
処理プログラムを実行しており、従つて固定進角
処理は、高回転運転が行われない場合、始動時及
び始動終了後機関が所定回数回動するまで行われ
る。他の実施例においては、この割込み処理プロ
グラムを所定時間毎に実行しても良く、この場合
は、固定進角処理は、高回転運転が行われない際
には始動時及び始動終了後所定の時間が経過する
までの間行われることになる。

以上詳細に説明したように本発明の方法によれ
ば、機関始動時及び始動終了後所定期間経過する
までの間に高回転速度運転状態が生じた場合に
は、直ちに固定の点火時期制御が中止され、回転
速度、吸入空気流量、吸気管負圧等に応じて算出
される点火時期による通常の点火時期制御が行わ
れるため、始動時あるいは始動直後にレーシング
動作が行われたような場合にも失火あるいは点火
コイルの過熱及びイグナイタのパワートランジス
タの熱破壊等の発生が確実に防止できる。さら
に、本発明によれば、始動終了時からの固定点火
時期制御の実施期間を長くしてもレーシング動作
による悪影響が生じないため、固定点火時期制御
期間を長くして安定した始動性能を得るようにす
ることができる。

なお、前述した実施例では点火進角算出用の運
転状態パラメータに回転速度と吸入空気流量とを
用いているが、これは回転速度と吸気管負圧であ
つても良いことはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体を表わす概略
図、第２図は第１図の制御回路の構成例のブロツ
ク図、第３図は第２図のタイミング信号形成回路
の一例のブロツク図、第４図は第３図の回路の各
部の波形図、第５図は第２図の点火制御回路の一
例のブロツク図、第６図はマイクロコンピユータ
の割込み処理プログラムのフローチヤート、第７
図は比較基準値N_rの対冷却水温度THW特性図、
第８図は点火時期θ_aとＮ，Ｑ／Ｎとの関係を表わ
すマツプ図、第９ａ図、第９ｂ図は第６図のフロ
ーチヤートの一部を表わす図、第１０図は第２図
の点火制御回路の他の例のブロツク図である。１０……エアフローセンサ、１１……スロツト
ルセンサ、１２……負圧センサ、１３……スロツ
トル弁、１４……水温センサ、１５……スタータ
スイツチ、１６……制御回路、２０，２２……回
転角センサ、２４……イグナイタ、２６……点火
コイル、２８……点火プラグ、３０……Ａ／Ｄ変
換器、３４……タイミング信号形成回路、３６…
…点火制御回路、４０……CPU、４２……点火
装置、４４……ROM、４６……RAM、７０，
７２……出力レジスタ、７４，７６……ダウンカ
ウンタ、７８，８２……フリツプフロツプ。

Claims

【特許請求の範囲】

１内燃機関の運転状態に応じて点火時期を算出
し、該算出した点火時期に対応した時点で点火指
示を行うと共に該機関が始動状態にある間及び始
動終了後所定期間経過するまでの間は前記算出し
た点火時期の代りにあらかじめ定めた前記機関の
運転状態に無関係の固定の点火時期に対応した時
点で点火指示を行う点火時期制御方法において、
所定の運転状態パラメータから該機関がレーシン
グ動作時等の高回転速度運転状態にあるか否かを
検出し、機関が始動状態にある間及び始動終了後
所定期間経過するまでの間で前記高回転速度運転
状態が検出された際は前記固定の点火時期制御を
中止し、前記算出した点火時期に基づく点火時期
制御を行うようにしたことを特徴とする内燃機関
の点火時期制御方法。