JPH03124966A - 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〉 本発明は火花点火式内燃機関の点火時期制御装置に関す
る。

〈従来の技術〉 従来の火花点火式内燃機関としては、例えば第１０図に
示すようなものがある（昭和６１年２月日産自動車株式
会社発行ｒＮＩＳＳＡＮ　　ＶＧ３０Ｄ巳整備要領書」
参照）。

即ち、機関本体１の各気筒の吸気ポート近傍には燃料噴
射弁２がそれぞれ設けられ、これら燃料噴射弁２にはマ
イクロコンピュータ等からなる制御装置３から噴射パル
ス信号が入力される。

制御装置３は、エアフローメータ４からの吸入空気量検
出信号とクランク角センサ５からの回転速度検出信号と
から基本噴射量を演算した後、酸素センサ６からの排気
中の酸素濃度検出信号に基づいて実際の空燃比が目標空
燃比（理論空燃比）になるように前記基本噴射量を補正
し、更に水温センサ７からの水温検出信号に基づいて前
記基本噴射量を補正する。

そして、制御装置３は、補正された基本噴射量（以下燃
料噴射量とする）に対応する噴射パルス信号を前記燃料
噴射弁２に出力し燃料噴射を行わせる。

また、機関本体１の各気筒には点火栓８が設けられ、こ
れら点火栓８にはパワートランジスタを備えるパワーユ
ニット９からイグニッションコイルＩＱを介して点火用
の高電圧が印加され、これにより火花点火して燃料を着
火燃焼させる。

機関本体１の吸気通路はコレクタ部下流にて分岐され、
分岐部には吸気絞り弁１１が介装されている。前記吸気
絞り弁１１をバイパスするバイパス通路１２には補助空
気制御弁１３が介装され、この補助空気制御弁１３は制
御装置３からの制御信号により開閉制御される。また、
分岐吸気通路を連通ずる連通路１４には可変吸気制御弁
１５が設けられ、可変吸気制御弁１５は制御装置３から
の制御信号により開閉制御され機関出力を高めるように
なっている。

更に、吸気弁の開閉時期を可変させるバルブタイミング
可変制御弁１６が設けられ、この可変制御弁１６は制御
装置３からの制御信号により駆動される。

１７は吸気絞り弁１１の開度を検出するスロットルセン
サ、１８は自動変速機、１９はシフト位置センサである
。

そして、かかる火花点火式内燃機関における従来の点火
時期制御は、第１１図に示すように、各気筒の点火栓８
のプラグ座に、圧力振動型ノックセンサ２０を設け、各
ノックセンサ１７からの検出信号を制御装置３に入力さ
せ、該検出信号に基づいて、ノックに伴う振動の有無を
検出することにより、気筒毎にノッキングの発生の有無
を調べ、各気筒毎に独立して最適点火時期に制御するよ
うにしている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような圧力振動型のノックセンサ２
０を用いた点火時期側ｊｌ’Ｊでは、圧力振動として検
出できない低レベルのノッキングに対しては点火時期制
御ができず、特に低回転域のチョイ踏み加速運転時には
連続したノンキング音の発生を回避できないという問題
があった。

本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、ノッキング
或いはノッキングを誘発する異常燃焼を検出して次の燃
焼サイクル以陣の点火時期を最適に制御できる火花点火
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。

〈課題を解決するための手段〉 このため、本発明は第１図に示すように、機関運転状態
に基づいて燃焼室内に臨ませた点火栓の点火時期を制御
する火花点火式内燃機関の点火時期制御装置において、
燃焼室内の最も自己発火の発生し易いエリアとその他の
エリアとでそれぞれ発生した光を受光して出力を発生す
る第１及び第２受光手段と、両受光手段の出力発生時期
の位相差を検出する位相差検出手段と、機関運転条件毎
に点火時期に対応させて予め設定したノンキング発生限
界位相差値を記憶させた記憶手段と、前記位相差検出手
段の検出した検出値が前記記憶手段に記憶されている設
定値より短いときノッキング有りの判定を行う判定手段
と、該判定手段がノッキング有りと判定したとき点火時
期をノッキングを抑制する方向に制御する制御手段とを
備えて構成した。

〈作用〉 かかる構成において、通常の火炎伝播によって正常な燃
焼が行われた場合と一方のエリアにおいて火炎伝播以前
に自己発火が生じた場合とで、両受光手段の出力発生時
期の位相差が異なるので、この位相差を検出し予め設定
されている正常燃焼の場合の位相差と比較することによ
り、検出値が設定値より短ければノッキングの発生有り
と判定し、点火時期をノッキング抑制方向に制御するよ
うにした。

〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を４弁機関に適用した場合につ
いて第２図〜第９図に基づいて説明する。

第２図において、機関本体の各気筒の吸気ポート２１に
は、燃料噴射弁２２がそれぞれ設けられ、これら燃料噴
射弁２２はマイクロコンピュータ等からなる制御装置２
３により駆動制御される。また、各気筒の燃焼室２４に
Ｃ＝ませて点火栓２５が設けられ、これら点火栓２５に
は、中心電極２５Ａと側方電極２５Ｂとが設けられてい
る。更に、各燃焼室２４には、２木の光ファイバ２６．
２７が被覆チューブ２８で被覆されて取付けられている
。光ファイバ２６．２７の先端は、第３図に示すように
フレネルレンズ２９を介して燃焼室２４に所定の方向に
向けて臨ませている。

即ち、第４図及び第５図に示すように光ファイバ２６は
、両吸気弁３０間と燃焼室壁とで挟まれたエリアＡに向
いており、光ファイバ２７は、両排気弁３１間と燃焼室
壁に挟まれたエリアＢに向いている。

第４図中ａ、ｂは光ファイバ２６．２７の視野領域をそ
れぞれ示し、第５図中のθは視野角を示す。

ここで、一般に燃焼室内の火炎伝播が最後になるエリア
が自己発火を起こしノッキングの発生のトリガとなる。

そして、４弁機関の場合、燃焼室２４の中心に点火栓２
５が配置されており、このため、火炎伝播の最後となる
エリアは観察結果によると両吸気弁３０間と燃焼室２４
壁とで挟まれたエリアＡで、ここが最も自己発火が発生
し易いエリアとなる。これに対し、反対側の両排気弁３
１間と燃焼室２４壁とで挟まれたエリアＢは、前記エリ
アＡより火炎伝播が速く終了する。

前記各光ファイバ２６．２７の基端部は光信号処理回路
３２に接続され、光信号処理回路３２には、点火後にお
けるそれぞれのエリアＡ、Ｂにおいて発生した燃焼によ
る光を、フレネルレンズ２９で集光して各光ファイバ２
６．２７を介して入力される。光信号処理回路３２には
、第６図に示すように、各光ファイバ２６．２７の基端
に対向させて集電型受光センサ３３．３４をそれぞれ設
け、両受光センサ３３．３４を極性が反対となるように
直列接続し、この直列回路に対して並列に抵抗Ｒが接続
されている。従って、受光センサ３３．３４による電流
の方向が互いに逆となり、両光ファイバ２６．２７から
の光信号の人力時期にずれがあると、抵抗８両端に電位
差が発生し両受光センサ３３．３４の出力時期の位相差
を検出できる。光信号処理回路３２は前記抵抗８両端に
発生した電位差に基づく位相差検出信号を制御装置２３
に入力する。ここで、光ファイバ２６及び受光センサ３
３が第１受光手段を、光フィバ２７及び受光センサ３４
が第２受光手段をそれぞれ構成する。

制御装置２３には、吸気通路３５に介装されたエアフロ
ーメータ３６からの吸入空気流量（機関負荷）検出信号
と、自動変速機３７の出力軸の回転速度を検出する回転
速度センサ３８からの機関回転速度検出信号等の機関運
転条件信号が入力している。また、制御装置２３は、イ
グナイタ３９及びディストリビュータ４０を介して点火
栓２５に点火用の高電圧を印加して火花点火を行わせる
。そして、制御装置２３は、前記機関運転条件信号及び
光信号処理回路３２からの位相差検出信号及び記憶手段
としてのＲＯＭに記憶させた機関運転条件毎に点火時期
に対応させて予め設定したノッキング発生限界位相差値
データに基づき、ノッキングの有無を判定し、その判定
結果に基づいて点火栓２５の点火時期を制御するように
なっている。ここで、制御装置２３が、位相差検出手段
２判定手段及び制御手段を構成する 次に第７図のフローチャートに従って本実施例装置の点
火時期制御について説明する。

まず、ステップ（図中Ｓで示す、以下同様とする）１で
は、エアフローメータ３６、回転速度センサ３８等から
各種機関運転条件検出信号を読込む。

ステップ２では、光信号処理回路３２からの出力に基づ
いて今回の燃焼サイクルにおける位相差を検出する。即
ち、点火パルスの発生により点火栓２５にスパークが発
生して燃焼室２４内の混合気に着火すると、両エリアＡ
、Ｂのうち火炎伝播の速いエリアＢからの光が光ファイ
バ２７を介して受光センサ３４に入光して光信号処理回
路３２からプラスのパルスが入力し、その後、エリアＡ
からの光が光ファイバ２６を介して受光センサ３３に入
光して光信号処理回路３２からマイナスのパルスが人力
する。

そして、前記出力の入力時期のずれ、即ち位相差を計測
する。

ステップ３では、機関運転条件毎に設けられた第８図に
示すような点火時期と位相差との関係を記憶させである
複数のマツプから、現在の機関運転条件に対応するマツ
プの検索を行う。ここで、前記マツプにおいて、火炎伝
播速度は熱効率の一番よいＭＢＴ　（最適点火時期）で
最も速いので、位相差も最小となり、マツプの点火時期
と位相差のグラフは図示のようになる。

ステップ４では、計測された実際の位相差と、検索され
たマツプから今回の点火時期に対応する予め設定されて
いる正常燃焼における最小位相差、言い換えればノッキ
ング発生限界を示す正規の位相差との比較を行う。

即ち、第９図において、（ａ）の点火パルスが発生した
後、エリアＢで火炎伝播により燃焼が発生すると受光セ
ンサ３４から（ｂ）の出力が発生する。そして、エリア
Ａで正常に火炎伝播による燃焼が発生すると受光センサ
３３から（ハ）の出力が発生し、その位相差は（ｉ）の
ようになる。一方、エリアＡで火炎伝播以前に自己発火
すると、（Ｃ）の実線又は破線で示すように正常燃焼よ
り早い時期に受光センサ３３から出力が発生する。この
場合、実線で示す時期に自己発火したときの光信号処理
回路３２の出力は（ｄ）のようになりその位相差は（ｅ
）であり、破線で示す時期に自己発火したときの光信号
処理回路３２の出力は（ｆ）のようになりその位相差は
（濁である。このように、燃焼室内の燃焼が正常の時に
比べて自己発火が発生した異常燃焼時には、位相差が短
くなる。従って、ステップ４では、両位相差値の長短の
比較を行う。

ステップ５では、ステップ４における比較結果に基づい
てノッキングの発生の有無の判定を行う。

即ち、実際の位相差がマツプの今回の点火時期に対応し
ている位相差値より長ければノック無しと判定し、短け
ればノック有りと判定する。そして、ノック無しと判定
されたときはステップ６を飛ばしてステップ７に進み、
ノック有りと判定されたときはステップ６に進む。

ステップ６では、比較した位相差の差に基づいて点火時
期の補正値を求める。

ステップ７では、次のサイクルの点火時期をセットする
。

以上のように、ノンキングのトリガとなる自己発火の最
も発生し易いエリアとその他のエリアとにおける発光時
期を観察し、その時間差の長短によりノッキングの発生
の有無を判定するようにしたので、正常時は勿論、過渡
のような運転条件が急変する場合においてもノックが発
生した後の次の燃焼サイクル以降の点火時期を適正に制
御することが可能となる。また、本実施例のように２つ
の受光センサを用いて２カ所での発光の位相差から自己
発火の発生を判定する構成とすれば、１つの受光センサ
で判定するよりも正確にできる。即ち、１つの受光セン
サで判定する場合には、発光の時期や強さ等がノック発
生の判定基準となるため絶対値としてのデータベースが
必要となるばかりでなく、センサの受光面の汚れ等によ
り光量が減衰すると判定精度が低下してしまう。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、燃焼室内の最も自
己発火し易いエリアとその他のエリアとの発光時期を観
察し、正常燃焼時と自己発火発生時とで両エリアにおけ
る発光開始時期のずれ時間（位相差）に基づいてノッキ
ングの発生の有無を判定する構成としたので、自己発火
の発生を確実に検出することができ、従来では検出でき
なかった極めて軽微なノッキングも検出することができ
る。従って、ノック発生の次の燃焼サイクル以降におい
て確実に点火時期を適正に制御することが可能となり、
チョイ踏み加速時のノックを抑制でき運転快適性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１回は本発明の詳細な説明するブロック図、第２図は
本発明の一実施例の要部構成図、第３図は同上実施例の
光フアイバ先端部の正面図、第４図及び第５図は同上光
ファイバの設置状態説明図、第６図は光信号処理回路の
回路回、第７図は点火時期制御のフローチャート、第８
図は点火時期と位相差の関係を示すマツプ、第９図は自
己発火の有無による位相差の違いを説明する図、第１０
図は点火時期制御装置の従来例を示す構成図、第１１図
は従来装置の要部構成図である。 ２３・・・制御装置　　２５・・・点火栓　　２６．２
７・・・光ファイバ　　２９・・・フレネルレンズ　　
３２・・・光信号処理回路 一メータ イタ リア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関運転状態に基づいて燃焼室内に臨ませた点火栓の点
   火時期を制御する火花点火式内燃機関の点火時期制御装
   置において、燃焼室内の最も自己発火の発生し易いエリ
   アとその他のエリアとでそれぞれ発生した光を受光して
   出力を発生する第１及び第２受光手段と、両受光手段の
   出力発生時期の位相差を検出する位相差検出手段と、機
   関運転条件毎に点火時期に対応させて予め設定したノッ
   キング発生限界位相差値を記憶させた記憶手段と、前記
   位相差検出手段の検出した検出値が前記記憶手段に記憶
   されている設定値より短いときノッキング有りの判定を
   行う判定手段と、該判定手段がノッキング有りと判定し
   たとき点火時期をノッキッグを抑制する方向に制御する
   制御手段とを備えて構成した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。