JPH02223677A - 火花点火式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、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関（
以下、「内燃機関」を単に「エンジン」という場合があ
る）における点火時期制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、例えばガソリンエンジンの点火時期制御は次
のようにして行なわれている。すなわち、エンジンの吸
入空気量を検出する流量センサ（この流量センサの代わ
りに吸気通路圧力を検出する圧力センサを用いてもよい
）およびエンジン回転数を検出するエンジン回転数セン
サからエンジンの運転状態を検出し、これらのセンサか
らの検出結果に基づいて、吸入空気量Ａをエンジン回転
数Ｎで割って得られる体積効率Ｅｖ（Ａ／Ｎ）あるいは
吸気通路圧力とエンジン回転数Ｎとで決まる進角値（点
火時期情報）をもった２次元マツプから基本点火時期情
報を求め、この基本点火時期情報に適宜の補正を行ない
、このようにして得られた点火時期情報に基づき点火装
置（点火プラグや点火コイル等）を作動させることによ
り、エンジンの点火時期を制御している。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の基本点火時期情報に対して行なう適宜の補正には
、エンジンの冷却水温に基づく補正や吸気温に基づく補
正等があるが、特に、エンジンの加速時に、ノック（ノ
ッキング）が生じるので、エンジンの加速時にも点火時
期情報に対して何らかの補正を行なう必要がある。

ここで、ノックは自己着火によって誘起される燃焼室内
の振動現象であり、かかるノックにより、不快な音が発
生するだけでなく、エンジンにも悪影響を及ぼすおそれ
がある。

そこで、従来は、かかるノックの発生を防止するために
、点火時期を遅らせるような制御が一般に行なわれてい
るが、この場合、ノックの発生に結び付くエンジン現象
の検出が困難であるため、点火時期は最悪の条件でもノ
ックを発生させないような安全な側に遅らせる制御法を
採用している。

ところで、ノックが発生する点火角は、第４図に示すご
とく、燃焼室壁部の温度（燃焼室壁温）に関係しており
、また加速時において低負荷から高負荷に変わる際には
、燃焼室壁温は温度上昇の遅れ（第５図参照）によって
定常時より低いため、燃焼室壁温が定常にまで上昇する
数十サイクル間は、点火角に対して進角してもノックは
生じない。

本発明は、このような知見に基づき創案されたもので、
燃焼室壁温から点火時期情報を求めることができるよう
にすることにより、点火時期を必要以上に遅角させない
ようにしながら、エンジン出力およびエンジン効率の向
上をはかるとともに、加速性能を改善できるようにした
、火花点火式内燃機関の点火時期制御装置を提供するこ
とを目的とする。

［１１１題を解決するための手段］ 上述の目的を達成するため１本発明の火花点火式内燃機
関の点火時期制御装置は、火花点火式内燃機関の運転状
態に応じて点火時期を設定する点火時期設定手段と、該
点火時期設定手段で設定された上記点火時期情報に基づ
き点火装置を作動させる点火装置作動手段とをそなえ、
該内燃機関の燃焼室壁部に取り付けられ該燃焼室壁部の
温度を検出する燃焼室壁温検出手段が設けられて、該点
火時期設定手段が、該燃焼室壁温検出手段で検出された
該燃焼室壁部の温度から該点火時期を求める点火時期算
出手段とを含んで構成されていることを特徴としている
。

［作　用］ 上述の本発明の火花点火式内燃機関の点火時期制御装置
では、点火時期設定手段で設定された点火時期情報に基
づき点火装置が作動せしめられるが、このとき点火時期
は次のようにして求められる。すなわち、まず、燃焼室
壁温検出手段で、内燃機関の燃焼室壁温を検出し、点火
時期算出手段で、検出燃焼室壁温から点火時期が求めら
れるのである。

［実施例］ 以下、図面により本発明の一実施例としての火花点火式
内燃機関の点火時期制御装置について説明すると、第１
図はその制御系およびエンジン概略システムを示す全体
構成図、第２図はその壁温センサ取付位置を示す部分断
面図、第３図はその点火時期を求めるためのフローチャ
ートである。

さて、本装置によって制御される車載層ガソリンエンジ
ンシステム（火花点火式内燃機関システム）は、第１図
のようになるが、この第１図において、ガソリンエンジ
ンＥ（以下、単にエンジンＥという）はその燃焼室１に
通じる吸気通路２および排気通路３を有しており、吸気
通路２と燃焼室１とは吸気弁４によって連通制御される
とともに、排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって
連通制御されるようになっている。

また、吸気通路２には、上流側から順にエアクリーナ６
、スロットル弁７および電磁式燃料噴射弁（インジェク
タ）８が設けられており、排気通路３には、その上流側
から順に図示しないが排ガス浄化用の触媒コンバータ（
三元触媒）およびマフラ（消音器）が設けられている。

なお、インジェクタ８は吸気マニホルド部分に気筒数だ
け設けられている。今、本実施例のエンジンＥが直列４
気筒エンジンであるとすると、インジェクタ８は４個設
けられていることになる。

即ちいわゆるマルチポイント燃料噴射（ＭＰＩ）方式の
エンジンであるということができる。

また、スロットル弁７はワイヤケーブルを介してアクセ
ルペダルに連結されており、これによりアクセルペダル
の踏込み量に応じて開度が変わるようになっている。

さらに、各気筒には、その燃焼室１へ向けて点火プラグ
９が設けられており、各点火プラグ９はディストリビュ
ータ（図示せず）を介して点火コイル１０に接続されて
いる。そして、点火コイル１０付きのパワートランジス
タ１１のオフ動作によって点火コイル９に高い電圧が発
生して、ディストリビュータにつながっている点火プラ
グ９のいずれかがスパーク（点火）するようになってい
る、なお、パワートランジスタ１１のオン動作によって
点火コイル１０はバッテリ１２により充電を開始される
。そして、これらの点火プラグ９゜ディストリビュータ
、点火コイル１０．パワートランジスタ１１で、点火装
置を構成する。

このような構成により、スロットル弁７の開度に応じエ
アクリーナ６を通じて吸入された空気が吸気マニホルド
部分でインジェクタ８からの燃料と適宜の空燃比となる
ように混合され、燃焼室１内で点火プラグ９を適宜のタ
イミングで点火させることにより、燃焼せしめられて、
エンジントルクを発生させたのち、混合気は、排ガスと
して排気通路３へ排出され、触媒コンバータで排ガス中
のＣｏ、ＨＣ，ＮＯＸの３つの有害成分を浄化されてか
ら、マフラで消音されて大気側へ放出されるようになっ
ている。

さらに、このエンジンＥを制御するために、種々のセン
サが設けられている。まず吸気通路２側には、そのエア
クリーナ配設部分に、吸入空気量をカルマン渦情報から
検出する体積流量計としてのエアフローセンサ１３．吸
入空気温度を検出する吸気温センサおよび大気圧を検出
する大気圧センサが設けられており、そのスロットル弁
配設部分に、スロットル弁７の開度を検出するポテンシ
ョメータ式のスロットルセンサ、アイドリング状態を検
出するアイドルスイッチが設けられている。

また、排気通路３側には、触媒コンバータの上流側で燃
焼室１に近い部分に、排ガス中の酸素濃度（０２濃度）
を検出する酸素濃度センサ（０，センサ）が設けられて
いる。

さらに、エンジン燃焼室１の壁部の温度（燃焼室壁温）
を検出する壁温センサ１７が、第２図に示すごとく、燃
焼室壁部に埋め込まれるようにして取り付けられている
が、この壁温センサ１７は、点火プラグ９近傍等吸排気
弁から離れた温度変化の少ない位置に取り付けられる。

また、この壁温センサ１７としては、熱電対が用いられ
るが、サーミスタや金属抵抗体を用いてもよい。

また、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１６が設
けられるほかに、クランク角度を検出するクランク角セ
ンサ１４（このクランク角センサ１４はエンジン回転数
Ｎを検出するエンジン回転数センサも兼ねているので、
以下、必要に応じ。

このクランク角センサ１４をエンジン回転数センサと称
することがある）および第１気筒（基準気筒）の上死点
を検出するＴＤＣセンサがそれぞれディストリビュータ
に設けられている。

ところで、上記の各センサからの検出信号は、電子制御
ユニット（ＥＣＵ）１５へ入力されるようになっている
。

また、ＥＣＵ１５は、バードアウェア的にその構成を見
ると、ＣＰＵ、ＲＡＭ　（バックアップＲＡＭを含む）
、ＲＯＭ、適宜の入出力インタフェース回路をそなえて
おり、その入力インタフェース回路を通じであるいは直
接に各センサからの信号がＣＰＵへ入力されるとともに
、出力インタフェース回路を通じてＣＰＵからの点火時
期制御信号がパワートランジスタ１１へ出力され、更に
は点火コイル１０からディストリビュータを介して各点
火プラグ９を順次スパークさせてゆくようになっている
。

なお、ＣＰＵからは出力インタフェース回路を通じ噴射
燃料制御信号がインジェクタ８へ出力されるようになっ
ており、これによりこの噴射燃料制御信号によって決ま
る時間だけインジェクタ８から燃料が噴射されて、所望
の空燃比となるよう制御される。

今１点火時期制御に着目して、ＥＣＵ１５を、かかる点
火時期制御のための機能ブロックを用いて示すと、第１
図に示すようになる。すなわち、この点火時期制御装置
は、基本点火時期設定手段としての基本点火角設定手段
３０２点火時期補正量設定手段３１．加算手段３４２点
火信号発生手段３５を有している。

ここで、基本点火角設定手段３０は、エンジンＥの運転
状態（この運転状態はエアフローセンサ１３からのエン
ジン負荷情報とエンジン回転数センサ１４からのエンジ
ン回転数情報とから決まる）に応じて基本点火時期を設
定するもので、例えばＡ／Ｎ、Ｎとから決まる２次元の
基本点火時期データ（進角データ）ｅｏを記憶する基本
点火時期マツプをもっている。

点火時期補正量設定手段３１は、壁温センサ１７からの
アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
３２と、壁温センサ１７で検出された燃焼室壁温から点
火角補正手段Ａを求める点火時期補正量演算手段として
の点火角補正手段３３とをそなえて構成されている。

また、加算手段３４は、基本点火角設定手段３０からの
基本点火角ｅ、、と点火時期補正量設定手段３１からの
点火時期補正量ΔＡとを加算するものである。

したがって、これらの基本点火角設定手段３０゜点火時
期補正量設定手段３１．加算手段３４で、エンジンＥの
運転状態に応じて点火時期を設定する点火時期設定手段
を構成する。

さらに、点火信号発生手段３５は、加算手段３４からの
基本点火角θ。に点火時期補正量ΔＡを加えたものに基
づいてパワートランジスタ１１を作動させるための点火
信号を発生するもので、これにより、この点火信号発生
手段３５で、エンジンの運転状態に応じて求められた点
火時情報に基づきパワートランジスタ１１等の点火装置
を作動させる点火装置作動手段を構成する。

次に、壁温センサ１７で検出された燃焼室壁温から点火
時期補正量ΔＡを求める手法について説明する。

すなわち、エンジン回転数Ｎ、エンジン回転数当りの吸
入空気量Ａ／Ｎ、冷却水温に対する燃焼室壁温とに１ノ
ック点火時期の関係を実験により求めておき、これをエ
ンジン制御用マイクロコンピュータに設定しておけば、
燃焼室壁温から点火時期が得られるのである。

まず、異なるエンジン回転数Ｎ、冷却水温において、Ｗ
ＯＴ　（スロットル全開時）のに１ノック点火時期ＡＸ
□は壁温θＶに対して、１次式によって表わせるとすれ
ば、次式が成立する。

ＡＫｚ＝−１（Ｎ）ｆｗ＋ｐ（Ｎ）”（１）Ｌ　（Ｎ）
　、メ（Ｎ）：エンジン回転数と冷却水Ｈによって決ま
る定数従って、このときのＷＯＴ定常時の燃焼室壁温θ
ｗｓから補正進角量ΔＡ（”　ＢＴＤＣ）は、ΔＡ＝Ｌ
（Ｎ）　（＃ｗｓ−１ｗ）　・・（２）したがって、λ
（Ｎ）をエンジン回転数Ｎのマツプとして、また、ＷＯ
Ｔ時の壁温θｗｓをＡ、／Ｎ。

Ｎと冷却水温θＣのマツプとしてＥＣＵＩ５にもつこと
により、ある演算周期でのλ（Ｎ）、Ａ／Ｎ、Ｎからそ
の時点でのΔＡを算出することができるのである。なお
、実際の点火角設定はこれに多少の余裕をもたせる６ さらに、ＷＯＴではなく、異なるＡ／Ｎに対しても、同
様にしてΔＡの算出が可能である。

つぎに点火時期演算要領について、第３図のフローチャ
ートを用いて説明する。

まず、ステップａ１で、まず、壁温センサ１７で壁温θ
Ｖを検出し、次のステップａ２で、エンジン回転数Ｎよ
りλ（Ｎ）を探し出すとともに、ステップａ３で、Ａ／
Ｎ、Ｎ、　θＣからθ％ｌｌｉを探しだす。そして、ス
テップａ４で、点火時期補正量ΔＡをλ（Ｎ）、θＶＳ
、θ曾を用いて（２）式から算出する。その後は、ステ
ップａ５で、基本点火時期ｅ、にΔＡを加える。

上記のようにして、点火角が求まると。この情報に基づ
いて１点火信号発生手段２１からパワートランジスタ１
１へ点火信号が出され、これに応じたタイミングで点火
プラグ９が点火するにのように、燃焼室壁温から点火補
正量ΔＡを求めることが行なわれるので、加速時におけ
る燃焼室壁温が低い間（加速初期数十サイク？ｌのｆ’
、（１）は進み側に点火進角を設定し、加速中期以降、
燃焼室壁温が高くなると、それに応じて点火進角を遅れ
側へ補正することができ、これにより加速時において、
点火時期を必要以上に遅らせることなく、燃焼室壁温で
決まる７１ツクが発生しない最適な点火角を常に設定で
きるため、速やかな加速をできるだけ妨げないようにし
ながら、加速時のノックを確実に防止できる。これによ
り、エンジン出力を上げることができ、エンジン効率が
上がるとともに、加速性能を大幅に改善することができ
る。

なお、定常時においては、燃焼室壁温に基づく補正は行
なわない。

また、点火時期の制御に際しては、加速時補正のほか、
水温や吸気温に応じて補正してもよい。

さらに、点火時期算出手段を、基本点火時期設定手段３
０と点火時期補正量設定手段３１とこれらの手段で得ら
れた情報を加算する加算手段３４とで構成する代わりに
、エンジンＥの運転状態に応じて点火角（点火時期）が
決まる２次元の点火時期データ（進角データ）を記憶す
る点火時期マツプを複数の燃焼室壁湿分だけ有するよう
にしてもよい。

また、壁温センサ１７をピストンに設け、ピストンが下
死点にくるとスイッチが閉じて、壁温センサ１７で検出
される壁温情報を出力できるような構造にしてもよい。

さらに、本発明は、エアフローセンサを用いたＬジェト
ロ方式を採用する火花点火式内燃機関のほか、吸気通路
圧力センサを用いたＤジェトロ方式（スピードデンシイ
ティ方式）を採用する火花点火式内燃機関にも適用でき
るものである。

また、本発明は、ガソリンエンジンのほか、アルコール
燃料を使用するアルコールエンジン等の火花点火式内燃
機関一般についても、同様にして適用できるものである
。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の火花点火式内燃機関の点
火時期制御装置によれば、燃焼室壁温を実際に検出して
、この検出された燃焼室壁温から点火時期を求めること
が行なわれるので、点火時期を必要以上に遅角させるこ
とがないようにして、ニンジン出力およびエンジン効率
の向上をはかれるとともに、加速性能を改善できる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の一実施例としての火花点火式内燃
機関の点火時期制御装置を示すもので、第１図はその制
御系およびエンジン概略システムを示す全体構成図、第
２図はその壁温センサ取付位置を示す部分断面図、第３
図はその点火時期を求めるためのフローチャートであり
、第４図はスロットル弁全開時におけるシリンダブロッ
ク触火面温度（燃焼室壁温）に対するノック特性を示す
図、第５図はエンジン回転数が急変する場合の燃焼室壁
温の応答状態を説明する特性図である。 １−燃焼室、２−吸気通路、３−排気通路、４−吸気弁
、５−排気弁、６−エアクリーナ、７−スロットル弁、
８−電磁弁（インジェクタ）、９−点火装置を構成する
点火プラグ、１０−点火コイル、］］１−バワートラン
ジスタ、１２−バラチリ、１３−エアフローセンサ（体
積流量計）、１４−クランク角センサ（エンジン回転数
センサ）、１５−ＥＣＵ、１６−水温センサ、１７−壁
温センサ（燃焼室壁温検出手段）、３〇−基本点火角設
定手段、３１−点火時期補正量設定手段、３２−Ａ／Ｄ
変換器、３３−点火角補正手段（点火時期補正量演算手
段）、３４−加算手段、３５−　点火信号発生手段（点
火装置作動手段）、Ｅ−エンジン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　火花点火式内燃機関の運転状態に応じて点火時期を設
   定する点火時期設定手段と、該点火時期設定手段で設定
   された上記点火時期情報に基づき点火装置を作動させる
   点火装置作動手段とをそなえ、該内燃機関の燃焼室壁部
   に取り付けられ該燃焼室壁部の温度を検出する燃焼室壁
   温検出手段が設けられて、該点火時期設定手段が、該燃
   焼室壁温検出手段で検出された該燃焼室壁部の温度から
   該点火時期を求める点火時期算出手段を含んで構成され
   ていることを特徴とする、火花点火式内燃機関の点火時
   期制御装置。