JPH0286965A - 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〕 この発明はエンジンの負荷及び回転数を検出し、これに
応じてエンジンの点火時期を制御する点火時期制御装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

エンジンの点火時期制御は、原則としてクランク角セン
サの出力を基準にしてコンピュータ（制御手段）で行う
が、始動時においてはバッテリ電圧がコンピュータが動
作できない値まで低下してコンピュータによる点火時期
制御ができない可能性がある。このため、従来では、始
動時にはクランク角センサの出力波形のみを用い、コン
ピュータを用いずに点火時期を制御することが行われて
いた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記した従来装置では、始動時に回転が
上昇しても始動スイッチがオンしている間は点火時期制
御はクランク角センサの出力波形で決まるため、エンジ
ンの運転状態に合った点火時期制御を行うことができな
かった。

この発明は上記のような課題を解決するために成された
ものであり、始動時においてもエンジンの運転状態に合
った点火時期制御を行うことができる点火時期制御装置
を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る点火時期制御装置は、始動状態でかつエ
ンジンのバッテリ電圧が所定値以下の場合にクランク角
センサの出力のみで点火時期を制御させる手段を設けた
ものである。

〔作　用〕

この発明においては、始動スイッチにより始動状態が判
定されるが、エンジンの回転速度が上昇するとバッテリ
が充電されてバッテリ電圧が上昇するので、このバッテ
リ電圧によっても始動状態を判定する。

（実施例〕 以下、この発明の実施例を図面とともに説明する。

第３図は内燃機関の吸気系のモデルを示し、１はエンジ
ンで、１行程当り■。の容積を持ち、カルマン渦流量計
であるＡＦＳ１３、スロットバルブ１２、サージタンク
１１および吸気管１５を介して空気を吸入し、燃料はイ
ンジェクタ１４によって供給される。又、ここでスロッ
トバルブ１２からエンジン１までの容積をＶ、とする。

１６は排気管である。

第４図はエンジン１における所定のクランク角に対する
吸入空気量の関係を示し、（ａ）はエンジン１の所定の
クランク角（以下、ＳＧＴと称す、）を示す。（ロ）は
ＡＦＳ１３を通過する空気量Ｑ、、（Ｃ）はエンジン１
が吸入する空気量Ｑ、、（ｄ）はＡＦＳ１３の出力パル
スｆを示す。又、ＳＧＴのｎ−２〜ｎ−１回目の立上り
の期間をｔｎ−Ｉｎｌ〜ｎ回目の立上りの期間をｔ７と
し、期間ｔゎ−１およびｔ７にＡＦＳ１３を通過する吸
入空気量を夫々Ｑａ（ｎ−１１およびＱｓ（ｎｌ、期間
ｔ１１−１およびｔｌｌにエンジン１が吸入する空気量
を夫々Ｑ　ａ　＋アー、）およびＱ１１＋１１１とする
。さらに、期間ｔｎ−ＩおよびＬｏの時のサージタンク
１１内の平均圧力と平均吸気温度を夫々Ｐｓ（、、−１
＋およびＰ　５（ｎｌとＴＳ（ｎ−１１およびＴｓ＋ｎ
）とする。ここで、例えばＱａ（ｎ−１１は、ｔ７−１
間のＡＦＳ１３の出力パルス数に対応する。又、吸気温
度の変化率は小さいのでＴ　ｓ　（ｎ−＋）　′ｉ　Ｔ
　＊　（ｎｌとし、エンジンｌの充填効率を一定とする
と、Ｐｓ＋ｈ−＋＋、Ｖｃ＝Ｑｅ＋ｎ−＋＋、Ｒ−Ｔｓ
＋ｎ＋　　−−’（１）Ｐ　５（ｎ）’Ｖｃ＝’Ｑａ＋
、ｌ）’Ｒ−Ｔ’５ｆｎ）　　　　”・・・・（２）と
なる。ただし、Ｒは定数である。そして、期間ｔアにサ
ージタンク１１および吸気管１５に溜まる空気量をΔＱ
ｍ（ｎｌとすると、 ΔＱ　ａ＋１１１＝Ｑａ（ｎ）　　Ｑａ（ｎ）＝■ｓＨ
Ｒ，Ｔ３ｘ　（ｐ　ｓい）　　　Ｐｓ＋ｎ−＋））　　
　・・・（３）となり、（１）〜（３）式より ・・・・・・（４） が得られる。従って、エンジン１が期間ｔアに吸入する
空気量Ｑｅ（ｎ）を、ＡＦＳ　１３を通過する空気量Ｑ
３０．に基づいて（４）式により計算することができる
。ここで、ｖ、＝ｏ：５ｚ、ｖＳ＝２）ｓｚとす゛ると
、 Ｑｅｔｎ＋　−０，８３Ｘ　Ｑ８１ｆｉ−１）　＋０．
１７Ｘ　Ｑａ＋ｎ）　　　・・・（５）となる。

第１図はエンジンの点火時期制御装置の構成を示し、１
０はＡＦＳ１３の上流側に配設されるエアクリーナで、
ＡＦＳ１３はエンジン１に吸入される空気量に応じて第
４図（ｄ）に示すようなパルスを出力し、クランク角セ
ンサ１７はエンジン１０回転に応じて第４図（ａ）に示
すようなパルス（例えばパルスの立上りから次の立上り
までクランク角で１８０６とする。）を出力する。２５
はスロットルバルブ１２の開度を検出する開度センサ、
２０はＡＮ検出手段で、ＡＦＳ１３の出力とクランク角
センサ１７の出力とにより、エンジン１の所定クランク
角度間に入るＡＦＳ１３の出力パルス数を計算し、所定
のクランク角当りの吸気量Ａ／Ｎを算出する。２１は平
滑化手段と補正手段を含むＡＮ演算手段であり、これは
ＡＮ検出手段２０の出力より（５）式と同様の計算を行
い、エンジン１が吸入すると考えられる空気量に対応す
るＡＦＳ１３の出力相当のパルス数を計算する。即ち、
Ａ／Ｎの平滑化を行い、しかる後に開度センサ２５の出
力に応じて補正を行う。又、制御手段２２は、ＡＮ演算
手段２１の出力、エンジン１の冷却水温を検出する水温
センサ１８（例えばサーミスタ）の出力およびエンジン
１の回転数を検出するクランク角センサ１７の出力より
、エンジン１が吸入する空気量に対応してインジェクタ
１４の駆動時間および点火コイル１９の通電を制御し、
これによってエンジン１に供給する燃料量を制御する。

又、点火コイル１９はその出力電圧を配電器２３を介し
て点火プラグ２４に供給して点火を行う。

２６は始動状態を検出する始動スイッチ、２７はエンジ
ンのバッテリで、制御手段２２等に電力を供給する。

第２図はこの実施例のより具体的構成を示し、３０はＡ
ＦＳ１３、水温センサ１８、開度センサ２５、始動スイ
ッチ２６、バッテリ２７およびクランク角センサ１７の
出力信号を入力とし、エンジン１各気筒毎に設けられた
４つのインジェクタ１４および点火コイル１９を制御す
る制御装置であり、この制御装置３０は第１図のＡＮ検
出手段２０〜制御手段２２に相当し、ＲＯＭ４１．ＲＡ
Ｍ４２を有するマイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵと
略する。）４０により実現される。又、３１はＡＦＳ１
３の出力に接続された２分周器、３２は２分周器３１の
出力を一方の入力とじ他方の入力端子をＣＰＵ４０の入
力Ｐ１に接続した排他的論理和ゲートで、その出力端子
はカウンタ３３およびＣＰＵ４０の入力Ｐ３に接続され
る。３４は水温センサ１８とＡ／Ｄコンバータ３５との
間に接続されたインタフェース、３６は波形整形回路で
クランク角センサ１７の出力が入力され、その出力はＣ
ＰＵ４０の割込人力Ｐ４、タイマ４７およびカウンタ３
７に入力される。又、３８は割込人力Ｐ５に接続された
タイマ、３９はバッテリ２７の電圧■３をＡ／Ｄ変換し
、ＣＰＵ４０に出力するＡ／Ｄコンバータ、４３はＣＰ
Ｕ４０とドライバ４４との間に設けられたタイマで、ド
ライバ４４の出力は各インジェクタ１４に接続される。

４６゜４７はＣＰＵ４０の出力を入力されるタイマで、
タイマ４７の出力はＣＰＵ４０およびＤ−Ｆ／Ｆ４８の
リセット端子に入力する。又、タイマ４６の出力はＤ−
、Ｆ　／　Ｆ　４８のセット端子に入力され、開度セン
サ２５の出力はインタフェース５ｏ及びＡ／Ｄコンバー
タ５１を介してＣＰＵ４０に入力される。

又、始動スイッチ２６の出力はインタフェース５２を介
してＣＰＵ４０の人力Ｐ６に入力される。

５３はバッテリ２７と所定値ｖ、、、、ｆを比較する比
較器、５４はインタフェース５２の出力及び比較器５３
の出力を入力されるアンド回路、５５はノット回路、５
６．５８はアンド回路、５７はノア回路、４９はドライ
バである。

次に、上記構成の動作を説明する。ＡＦＳ　１３の出力
は２分周器３１により分周され、ＣＰＵ４０により制御
される排他的論理和ゲート３２を介してカウンタ３３に
入力される。カウンタ３３はゲート３２の出力の立下り
エツジ間の周期を測定する。ＣＰＵ４０はゲート３２の
立下りを割込人力Ｐ３に入力され、ＡＦＳ１３の出力パ
ルス周期またはこれを２分周した毎に割込処理を行い、
カウンタ３３の周期を測定する。水温センサ１８の出力
はインタフェース３４により電圧に変換され、Ａ／Ｄコ
ンバータ３５により所定時間毎にディジタル値に変換さ
れてＣＰＵ４０に取込まれる。開度センサ２５の出力も
同様である。クランク角センサ１７の出力は波形整形回
路３６を介してＣＰＵ４０の割込人力Ｐ４、アンド回路
５８およびカウンタ３７に入力される。ＣＰＵ４０はク
ランク角センサ１７の立上り毎に割込処理を行い、クラ
ンク角センサ１７の立上り間の周期をカウンタ３７の出
力から検出する。タイマ３８は所定時間毎にＣＰＵ４０
の割込人力Ｐ５へ割込信号を発生する。

Ａ、／Ｄコンバータ３９はバッテリ電圧をＡ／Ｄ変換し
、ＣＰ　Ｕ　４．０は所定時間毎にこのバッテリ電圧の
データを取込む。タイマ４３はＣＰＵ４０にプリセット
され、ＣＰＵ、４０の出力ポートＰ２よりトリガされて
所定のパルス幅を出力し、この出力がドライバ４４を介
してインジェクタ１４を駆動する。又、ＣＰＵ４０はタ
イマ、４６に通電開始時期を設定するとともにタイマ４
７に点火時期を設定する。タイマ４７は第１１図（Ｃ）
に示すようにＣＰＵ４０により演算された周期予測値Ｔ
ＩＧを設定され、０になった時Ｄ−Ｆ／Ｆ　４８へ信号
を出力する。タイマ４７はクランク角の立上り（ＢＴＤ
Ｃ７５６）でカウントを開始し、０になるとＤ−Ｆ／Ｆ
４８をリセットし、点火コイル１９の電流をしゃ断する
。タイマ４６はタイマ４７が０になったときよりカウン
トダウンを開始し、０になるとＤ−Ｆ／Ｆ４８をセット
し、点火コイる１９に通電する。ＴＤＩＮは通電時間で
ある。

第１１図（ａ）のＦｌは点火時期制御をクランク角セン
サ１７の出力で行うかＤ−Ｆ／Ｆ４８の出力で行うかを
判定するフラグであり、始動スイッチ２６がオフの場合
にはアンド回路５４の出力が「Ｌ」となってアンド回路
５６の出力がｒＨ」となり、Ｄ−Ｆ／Ｆ　４８の出力で
点火時期制御が行われる。又、始動スイッチ２６がオン
でかつバッテリ２７の電圧■、が所定値Ｖ　ｒｅｆ以下
の場合にはアンド回路５８の出力がｒｌ（Ｊとなり、ク
ランク角センサ１７の出力で点火時期制御が行われる。

この場合、ＢＴＤＣ７５°で点火コイル１９への通電が
開始され、ＢＴＤＣ５°で通電が遮断される。

なお、Ｄ−Ｆ／Ｆ４８もタイミングを合せるために同期
して変化させる。ただし、エンジン回転数が高くなり、
バッテリ２７の電圧ｖ８が所定値Ｖ　ｒｅｆ以上になっ
た場合には、比較器５３の出力が「Ｌ」となるのでアン
ド回路５４の出力もｒｌ−」となり、Ｄ−Ｆ／Ｆ４８の
出力で制御が行われる。

次に、ＣＰＵ’４０の動作を第５図、第７〜９図のフロ
ーチャートによって説明する。まず、第５図はＣＰＵ４
０のメインプログラムを示し、ＣＰＵ４０にりセット信
号が入力されるとステップ１００でＲＡＭ４２．入出力
ポート等をイニシャライズし、ステップ１０１でＦ、を
リセット（クランク角センサ１７の出力による点火時期
制御）し、ステップ１０２で水温センサ１８の出力をＡ
／Ｄ変換し、ＲＡＭ４２にＷＴとして記憶する。ステッ
プ１０３でバッテリ電圧をＡ／Ｄ変換してＲＡＭ４２へ
ＶＢとして記憶する。ステップ１０４ではクランク角セ
ンサ１７の周期ＴＲより３０／Ｔ、１の計算を行い、回
転数Ｎｅを計算する。ステップ１０５で後述する負荷デ
ータＡＮと回転数ＮｌｌよりＡＮ’Ｎａ／３０の計算を
行い、ＡＦＳ１３の出力周波数Ｆ３を計算する。ステッ
プ１０６では出力周波数Ｆつより第６図に示すようにＦ
、に対して設定されたｆ、より基本駆動時間変換係数Ｋ
Ｆを計算する。ステップ１０７では変換係数ＫＦを水温
データＷ’Ｔにより補正し、駆動時間変換係数に１　と
してＲＡＭ４２に記憶する。ステップ１０８ではバッテ
リ電圧データ■８より予めＲＯＭ４１に記憶されたデー
タテーブルｆ３をマツピングし、ムダ時間ＴＤを計算し
てＲＡＭ４２に記憶する。

ステップ１０９ではバッテリ電圧データ■おで点火コイ
ル１９の通電角ＴＤＷを計算し、ステップ１０２に戻る
。

第７図は割込人力Ｐ３即ちＡＦＳ１３の出力信号に対す
る割込処理を示す。ステップ２０１ではカウンタ３３の
出力ＴＦを検出し、カウンタ３３をクリヤする。このＴ
Ｆはゲート３２の立上り間の周期である。ステップ２０
２では周期ＴＦをＡＦＳ１３の出力パルス周期ＴＡとし
てＲＡＭ４２に記憶し、ステップ２０３で積算パルスデ
ータＰ。

に残りパルスデータＰＤを加算し、新しい積算パルスデ
ータＰ、ｌとする。この積算パルスデータＰＲはクラン
ク角センサ１１の立上り間に出力されるＡＦＳ１３のパ
ルス数を積算するものであり、ＡＦＳ１３の１パルスに
対し処理の都合上１５６倍して扱っている。ステップ２
０４では、残りパルスデータＰｎに１５６を設定し、ス
テップ２０５でＰｌを反転させ、割込処理を完了する。

第８図はクランク角センサ１７の出力（ＢＴＤＣ７５°
）によりＣＰＵ４０の割込人力Ｐ４に割込信号が発生し
た場合の割込処理を示す。ステップ３０１でクランク角
センサ１７の立上り間の周期をカウンタ３７より読み込
み、周期Ｔ、ｌとしてＲＡＭ４２に記憶し、カウンタ３
７をクリヤする。ステップ３０２では、点火時期切換制
御フラグＦ１がセットかりセットかを判定し、セットの
場合にはステップ３０３でＴ１６＝−刀」二μＵ七二Ａ
）　　、６の式よりＢＴＤＣ７５°の時点から点火時点
までの時間ＴＩＧを計算し、ステップ３０５でＴＩＧを
タイマ４７に設定する。又、リセットの場合にはステッ
プ３０４で通電時間ＴＤＷとして５〜１０ＩｉＳのｔｃ
を定め、ステップ３０６でＴｌ１ｌ、、をタイマ４６に
設定する。

ステップ３０７では周期ＴＲ内にＡＦＳ１３の出力パル
スがある場合は、ステップ３０４でその直前のＡＦＳ１
３の出力パルスの時刻ｔ。Ｉとクランク角センサ１７の
今回の割込時刻ｔ。２の時間差Δｔ””ｔａ２　Ｌｏｔ
を計算し、これを周期Ｔ３とし、周期ＴＲ内にＡＦＳ１
３の出力パルスが無い場合は、ステップ３０９で周期Ｔ
Ｒを周期Ｔ５とする。

ステップ３１０では１５６　ＸＴＳ／ＴＡの計算より、
時間差ΔｔをＡＦＳ１３の出力パルスデータΔＰに変換
する。即ち、前回のＡＦＳ１３の出力パルス周期と今回
のＡＦＳ１３の出力パルス周期が同一と仮定してパルス
データΔＰを計算する。ステップ３１１ではパルスデー
タΔＰが１５６より小さければステップ３０８へ、大き
ければステップ３１２でΔＰを１５６にクリップする。

ステップ３１３では残りパルスデータＰＤからパルスデ
ーりΔＰを減算し、新しい残りパルスデータΔＰとする
。ステップ３１４では残りパルスデータＰｎが正であれ
ばステップ３１７へ、他の場合にはパルスデータΔＰの
計算値がＡＦＳ１３の出力パルスより大きすぎるのでス
テップ３１５でパルスデータΔＰをＰ、と同じにし、ス
テップ３１６で残りパルスデータをゼロにする。ステッ
プ３１７では積算パルスデータＰＲにパルスデータΔＰ
を加算し、新しい積算パルスデータＰＲとする。このデ
ータＰＲが、今回のクランク角センサ１７の立上り間に
ＡＦＳ１３が出力したと考えられるパルス数に相当する
。ステップ３１８では（５）式に相当する計算を行う。

即ち、クランク角センサ１７の前回の立上りまでに計算
された負荷データＡＮと積算パルスデータＰＲより、に
、ＡＮ＋（１−に、）Ｐ。

の計算を行い、結果を今回の新しい負荷データＡＮとす
る。ステップ３１９ではこの負荷データＡＮが所定値α
より大きければステップ３２０でαにクリップし、エン
ジン１の全開時においても負荷データＡＮが実際の値よ
りも大きくなりすぎないようにする。ステップ３２１で
積算パルスデータＰａ＋をクリヤする。ステップ３２２
で負荷データＡＮと駆動時間変換係数に１、ムダ時間Ｔ
Ｄより駆動時間データＴ　Ｉ＝　Ａ　Ｎ−Ｋ　Ｉ＋　Ｔ
　ｎの計算を行い、ステップ３２３で駆動時間データＴ
１をタイマ４３に設定し、ステップ３２４でタイマ４３
をトリガすることによりデータＴ、に応してインジェク
タ１４が４本同時に駆動される。ステップ３２５ではＡ
ＮとＮ８より点火時期Ａを予めＲＯＭ４１に記憶された
第１２図に示すデータテーブルｆ５よりマツピングして
求める。

第９図（Ａ）　は同じ＜ＢＴＤＣ５°での割込処理を示
し、ステップ４０１ではＦｌがセットかリセ・ノドかを
判定し、セットの場合にはステップ４０４へ進む。リセ
ットの場合にはステップ４０２でＴ１゜としてｔｃを定
め、ステップ４０３でタイマ４７へＴＩＧを設定する。

ステップ４０４ではバッテリ電圧■８が所定値Ｖ　ｒａ
ｆより大きいか否かを判定し、所定値以下の場合にはス
テップ４０７でＦｌをリセットする。所定値以上の場合
にはステップ４０５でエンジン回転数Ｎ８が所定値Ｎ、
より大きいか否かを判定し、所定値以下の場合にはステ
ップ４０７でＦｌをリセットする。所定値以上の場合に
はステップ４０６でＦｌをセットする。

第９図（Ｂ）は点火割込処理を示し、ステップ５０１で
はＦｌがセットか否かを判定し、リセットの場合には処
理を終り、セットの場合にはステップ５０２でＴｎ　　
Ｔｏｗを新たなＴＤｗ　としてステップ５０３でタイマ
４６に設定する。

第１０図は、第５図および第７〜９図の処理の分周フラ
グクリヤ時のタイミングを示したものであり、（ａ）は
分周器３１の出力を示し、（ｂ）はクランク角センサ１
７の出力を示す。（Ｃ）は残りパルスデータＰＤを示し
、分周器３１の立上りおよび立下り（ＡＦＳ１’３の出
力パルスの立上り）毎に１５６に設定され、クランク角
センサ１７の立上り毎に例えばＰ　Ｄ１＝　Ｐ　Ｄ　　
１５６　Ｘ　Ｔｓ／　ＴＡの計算結果に変更される（こ
れはステップ３１０〜３１６の処理に相当する。）。（
ｄ）は積算パルスデータＰＲの変化を示し、分周器３１
の出力の立上りまたは立下り毎に、残りパルスデークＰ
、が積算される様子を示している。

尚、上記実施例では、クランク角センサ１７の立上り間
のＡＦＳ１３の出力パルスをカウントしたが、これは立
下り間でも良く、又クランク角センサ１７の数周期間の
ＡＦＳ１３出力パルス数をカウントしても良い。又、Ａ
ＦＳ１３の出力パルスをカウントしたが、出力パルス数
にＡＦＳ１３の出力周波数に対応した定数を乗じたもの
を計数しても良い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、始動状態でも回転数が
上昇してバッテリ電圧が所定値以上になった場合には制
御手段の出力によって点火時期を制御するようにしてお
り、運転状態に合った適切な点火時期制御を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る点火時期制＜Ｉ’１１装置の構
成図、第２図は同内燃機関の点火時期制御装置の具体例
としての一実施例を示す構成図、第３図はこの発明に係
わる内燃機関の吸気系のモデルを示す構成図、第４図は
そのクランク角に対する吸入空気量の関係を示す図、第
５図、第７図〜第９図すよこの発明の一実施例による内
燃機関の点火時期制御装置の動作を示すフローチャート
、第６図はＡＦＳ出力周波数に対する基本駆動時間変換
係数の関係を示す図、第１０図は第７図〜第９図のフロ
ーのタイミングを示すタイミングチャート、第１１図は
点火コイルのオンオフ動作を示すタイミングチャート、
第１２図はＲＯＭに記憶された点火時期マツプである。 １・・・エンジン、１２・・・スロットルバルブ、１３
・・・エアフローセンサ（カルマン渦流量計）、１７・
・・クランク角センサ、１９・・・点火コイル、２０・
・・ＡＮ検出手段、２１・・・ＡＮ演算手段、２２・・
・制御手段、２６・・・アイドルスイッチ、２７・・・
バッテリ、３０・・・制御装置。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　　　大　　岩　　増　　雄 第５ 図 Ｊマ（ ＋００ 竿７ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ、エ
   ンジンの負荷を検出する負荷検出手段、エンジンの回転
   数を検出する回転数検出手段、始動状態を検出する始動
   状態検出手段、エンジン負荷及びエンジン回転数からエ
   ンジンの点火時期を演算する演算手段、演算手段の出力
   とクランク角センサの出力に基づいてエンジンの点火時
   期を制御する点火時期制御手段、エンジンへ電力を供給
   するバッテリを備えた点火時期制御装置において、始動
   状態でかつ上記バッテリ電圧が所定値以下の場合にクラ
   ンク角センサの出力のみで点火時期を制御させる手段を
   設けたことを特徴とする点火時期制御装置。