JPH0526951B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内燃機関の点火時期制御装置に関
し、特に機関の燃焼サイクル毎に発生するシリン
ダ内圧力最大クランク角位置が常に最良燃費点と
なるように点火時期を制御する装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の点火時期を制御して燃費の向上を計
ることは、従来から種々研究されており、例えば
シリンダ内での混合気の燃焼により上昇するシリ
ンダ内圧力が最大となるクランク角位置が、上死
点後の特定角度（およそ10゜〜20゜ATDC）となる
ように点火時期を制御することにより、機関の発
生出力が最大になるようにし、それによつて燃料
消費率を最少になし得ることが知られている。

この技術に関しては、例えば「動力系、測定、
及び制御ジヤーナル」（Journal of Dynamic
Systems、Measurment、and Control）1976年
12月号P.414〜420、あるいは「米国自動車技術者
協会（SAE）報告書No.790139等によつて紹介さ
れている。

このような従来の点火時期制御装置は、例えば
第８図に示すように構成されている。

これを簡単に説明すると、１はシリンダ内圧力
最大クランク角位置（以下「θpmax」という）
を検出するθpmax検出器で、シリンダ内圧力信
号とクランク角位置信号を入力して各気筒の燃焼
サイクル毎のθpmaxを検出する。

２は各気筒に設けられたシリンダ内圧力センサ
で、例えば点火栓の座金のようにしてシリンダヘ
ツドに点火栓と共に取付けられる。そしてシリン
ダ内圧力を圧電素子によつて電気信号に変換して
検出する。

３は基準信号発生器で、各気筒の圧縮上死点あ
るいはその前の所定クランク角度（例えば
70゜BTDC）で立上る基準パルス信号S₁を発生す
る。４気筒機関の場合、クランク軸が180゜回転す
る毎に立上るパルスを発生することになる。

４は1゜信号発生器で、クランク軸が1゜回転する
毎に立上り・立下るパルス信号S₂を発生する。
θpmax検出器１は、この２つの信号S₁、S₂を入
力してクランク軸の回転位置を確定する。

５は目標値設定器で、機関に対してあらかじめ
実験等によつて求められて記憶されている
θpmaxの目標値θpmaxo（10゜〜20゜ATDCの間の所
定クランク角度）を読み出して設定する。

６は比較器で、θpmax検出器１から与えられ
るθpmaxと目標値設定器５から与えられる目標
値θpmaxoとを比較し、その結果θpmax＞
θpmaxoであれば「＋」、θpmax＜θpmaxoであれ
ば、「−」、θpmax＝θpmaxoであれば「０」を示
す信号を出力する。

７は基本点火時期演算器で、機関の回転速度と
負荷を入力して燃料の基本噴射量Tpを演算し、
第９図に示すような三次元データを格納したメモ
リのテーブル読み出し法などにより、基本点火時
期SA₀を求めて出力する。

８は機関の回転速度を検出する回転速度検出
器、９は吸気管負圧あるいは吸入空気量によつて
機関の負荷状態を検出する負荷検出器である。

１０は補正器で、比較器６からの信号に応じて
補正量ΔSAを求める。例えば、比較器６からの
信号が＋のときはΔSA＝ΔSA（前回）＋ａ、−のと
きはΔSA＝ΔSA（前回）−ａ、０のときはΔSA＝
ΔSA（前回）とする。ここで「ａ」は予め定めた
正の所定値である。

このようにして求めた補正量ΔSAを、基本点
火時期演算器７よつて算出された基本点火時期
SA₀に加えて点火時期SAを求める（SA＝SA₀＋
ΔSA）。

点火回路１１は、この補正器１０によつて与え
られる点火時期SAに応じたクランク角位置を基
準信号S₁と1゜信号S₂により判別して、その点火時
期に点火信号を発生する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の点火時期制御
装置においては、シリンダ内圧力が最大となるク
ランク角度θpmaxの目標値θpmaxoが機関の燃焼
状態に係わらず一定値となつていたため、機関の
クランク角に対する燃焼速度が、混合気の圧縮比
や空燃比、EGR率等のバラツキ、あるいは使用
環境の違いによつて変化した場合には、最良燃費
点からずれてしまうという問題点があつた。

この発明は、このような従来の問題点を解決し
て、常にθpmaxが最良燃費点になるように点火
時期を制御できるようにすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記の問題点を解決するため、上
述のような点火時期制御装置において、シリンダ
内での混合気の燃焼速度を検出する燃焼速度検出
手段を設けると共に、目標値設定手段がシリンダ
内圧力最大クランク角の目標値θpmaxoを、その
燃焼速度検出手段によつて検出された燃焼速度に
応じた最良燃費点に設定するようにしたものであ
る。

〔作用〕

内燃機関の燃焼サイクルにおける燃焼速度が変
化すると、例えば第２図に示すように、同じシリ
ンダ内圧力最大クランク角θpmaxを持つ速い燃
焼波形ａと遅い燃焼波形ｂとでは、燃焼しない時
の波形ｃに対する圧縮上死点前での燃焼による圧
力上昇分（図中にハツチングを施して示す部分）
が異なり、遅い燃焼の方がこの圧力上昇分が大き
い。

この圧力上昇分は、機関の回転を抑える力とな
るため効率の低下を招くので、遅い燃焼の場合に
はこの圧力上昇を減じるために、速い燃焼に比し
てθpmaxを遅らせるように目標値θpmaxoを大き
くしなければならない。

また、機関の回転が速い場合にも、クランク角
に対する燃焼速度が遅くなるため目標値θpmaxo
を大きくしなければ、最良燃費点に制御できな
い。

そこで、この発明による内燃機関の点火時期制
御装置は、上記のように機関の燃焼サイクルにお
ける燃焼速度を常時検出して、その検出した燃焼
速度に応じた最良燃費点に目標値θpmaxoを設定
し、実際値θpmaxがその目標値θpmaxoと一致す
るように点火時期をするので、燃焼速度が変化し
ても常に最大効率を得ることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明
する。

第１図は、この発明の一実施例の構成を示すブ
ロツク図であり、第８図と同じ部分には同一符号
付してある。

この点火時期制御装置は、シリンダ内圧力最大
クランク角位置の実際値θpmaxを検出する実際
値検出手段を構成するθpmax検出器１及び各気
筒に対して個別に設けたシリンダ内圧力センサ
２、基準信号発生器３、1゜信号発生器４と、シリ
ンダ内での混合気の燃焼速度を検出する燃焼速度
検出手段である燃焼速度検出器１２と、シリンダ
内圧力最大クランク角の目標値θpmaxoを燃焼速
度に応じた最良燃費点に設定する目標値設定手段
である目標値設定器１３と、機関回転速度検出器
８によつて検出される機関回転速度Ｎと負荷検出
器によつて検出される機関負荷Qaに応じて基本
点火時期SA₀を算出する基本点火時期演算手段で
ある基本点火時期演算器７と、θpmax検出器１
によつて検出された実際値θpmaxを目標値設定
器によつて設定された目標値θpmaxoと比較し
て、両者を一致させるように基本点火時期SA₀を
補正する比較補正手段を構成する比較器６及び補
正器１０と、この比較補正手段によつて補正した
点火時期SAで点火信号を発生する点火回路１１
とからなつている。

なお、この実施例において、燃焼速度検出器１
２と目標値設定器１３以外の各部は、第８図に示
した従来例と同様であるのでその詳細な説明を省
略する。

燃焼速度検出器１２は、補正器１１から出力さ
れる前回の点火時期SAを記憶し、その点火によ
る燃焼時のθpmaxをθpmax検出器から入力して、
その和を燃焼区間θcとして求める。

θc＝SA（前回）＋θpmax ……(1) ここで、点火時期SAは上死点前のクランク角
度で表わされ、θpmaxは上死点後のクランク角
度で表わされるので、その和によつて点火時期か
らθpmax検出器１によつてθpmaxが検出される
までのクランク角間隔すなわち燃焼区間θcが求め
られることになり、このθcがクランク角に対する
燃焼速度に相当する。

そこで、目標値設定器１３へはこの燃焼区間θc
に相関する値の信号（データ）を出力する。

目標値設定器１３は、この燃焼速度検出器１２
から入力されるθcに相関するデータと、回転速度
検出器８から入力する機関回転速度Ｎに相関する
データとにより、目標値θpmaxoを演算又はテー
ブルの読み出しによつて求め、燃焼速度に応じた
最良燃費点に設定する。

この場合の燃焼区間θcと回転速度Ｎをパラメー
タとして目標値θpmaxoを求めるテーブルの一例
を第３図に示す。

以下、この目標値θpmaxoとθpmax検出器１に
よつて検出されるθpmaxとを比較して両者を一
致させるように基本点火時期SA₀を補正する作用
は、第８図によつて説明した従来例と同様である
ので説明を省略する。

第４図は、この実施例と同様な装置をマイクロ
コンピユータを用いてソフトウエアで実現した場
合のフローチヤートを示す。

このルーチンがスタートすると、先ずステツプ
１でθpmaxの検出（その詳細は後述する）を行
なつた後、ステツプ２に進んで前回の点火時期
SAと今回のθpmaxから前述の(1)式の演算によつ
て燃焼区間θc（クランク角に対する燃焼速度）を
求める。

次に、ステツプ３で目標値θpmaxoを第３図に
示したようなテーブル（メモリに格納してある）
から読み出して求める。

そして、ステツプ４でθpmax−θpmaxoの値が
正（＋）か負（−）か０かの判定を行ない、正の
場合はステツプ５へ、負の場合はステツプ６へそ
れぞれ進み、０の場合は何もせず（ΔSAに修正
を与えず）にステツプ７へ進む。

ステツプ５ではθpmaxを小さくするため、点
火時期の前回の補正量ΔSAをａ degだけ進角し
て今回の補正量ΔSAとし、ステツプ６では反対
にθpmaxを大きくするためａ degだけ遅角して
今回の補正量ΔSAとする。このａの値は例えば
1degとする。あるいは、このａの値をθpmax−
θpmaxoの大きさに応じて変化させるようにして
もよい。

次に、ステツプ７で運転条件（機関の回転速度
と負荷状態）により基本点火時期SA₀をテーブル
の読み出しにより求める。そして、ステツプ８で
SA＝SA₀＋ΔSAの補正演算を行なつて点火時期
SAを求める。

最後に、ステツプ９でこの点火時期SAを点火
回路１１に出力して点火信号を発生させる。

ここで、この第４図のステツプ１でθpmaxを
検出するサブルーチンについて第５図及び第６図
を参照して説明する。

第５図は、４気筒機関の実施例における
θpmaxを検出するプログラムのフローチヤート
である。

このθpmax検出プログラムは、イ，ロ，ハで
示す３種のプログラムによつて構成されており、
イは720゜毎（すなわち、４サイクル機関の４行程
に要する回転角度）に１回実行され、ロは基準信
号の入力の都度実行され、ハは1゜毎に実行され
る。

このプログラムを実行するタイミングは、機関
のクランク角位置検出器（第１図の３，４）の信
号に同期している。この信号を第６図に示す。

720゜信号は第６図ロに示すように、第１気筒の
圧縮上死点前の所定のクランク角度（約70゜前）
で同図イに示す基準信号と同時に立上りがるパル
ス信号であり、これにより第５図イに示す720゜同
期のプログラムを実行する。

すなわち、Ｎカウンタの内容をクリアして０に
する（ステツプ10）。

基準信号は、第６図イに示すように４気筒機関
の場合180゜毎に立上りが発生し、それは各気筒の
圧縮上死点前の所定クランク角度（約70゜）であ
る。この基準信号が入力すると、第５図ロに示す
基準信号同期プログラムが実行され、ステツプ11
でＮカウンタの値を１ずつインクリメントし、ス
テツプ12でPOSカウンタの内容をクリアして０
にする。

1゜信号は、第６図ハに示すようにクランク軸の
1゜回転毎に立上り、立下りを繰り返すパルス信号
であり、その都度第５図ハに示す1゜毎のプログラ
ムを実行する。

なお、720゜同期のプログラムは基準信号同期プ
ログラムに優先して行なわれ、基準信号同期プロ
グラムは1゜信号同期プログラムに優先して行なわ
れる。

また、第６図ニはPOSカウンタのカウント値
の変化を、同図ホはクランク軸の回転角度をそれ
ぞれ示している。

次に、1゜同期のプログラムについて説明する。

まず、ステツプ13でクランク角位置を示す
POSカウンタを１つインクリメントする。次に、
ステツプ14でPOSカウンタの内容（カウント値）
を判断して、基準信号によるプログラムが実行さ
れた直後、すなわちPOSカウンタ＝１のときは
ステツプ15に分岐し、それ以外の時はステツプ17
を実行する。

ステツプ15では、Ｎカウンタの値に応じて、次
に圧縮上死点となる気筒番号をNCYLレジスタ
にストアする。（例えば、Ｎカウンタの値が０の
とき１、１のとき３、２のとき４、３のとき２を
気筒番号としてストアする）。

続いてステツプ16で、Ａ／Ｄ変換するしかない
を判定するFLAGを０（Ａ／Ｄ変換する）にし、
Ａ／Ｄ変換の回数並びに基準信号立上りからのク
ランク角度を検出するＣカウンタをクリアして、
ステツプ18へ進む。

ステツプ14でステツプ17へ進んだ場合は、Ａ／
Ｄ変換するか否かを判定するためのFLAGが０か
１かを判定し、０（Ａ／Ｄ変換する）の場合はス
テツプ18へ進み、１（Ａ／Ｄ変換しない）の場合
はこの1゜同期プログラムを終了し、次の1゜同期の
プログラムの実行を待つ。

ステツプ18では、NCYLレジスタにストアさ
れた圧縮上死点の気筒番号により、各気筒のシリ
ンダ内圧力センサ（第１図の２）の信号が入力す
るＡ／Ｄ変換器のチヤネルを選択し、Ａ／Ｄ変換
をスタートする。

次に、ステツプ19でＡ／Ｄ変換の終了を判断
し、終了している場合はステツプ20にてＣカウン
タの値に相当するアドレスのレジスタにＡ／Ｄ値
をストアする。

そして、ステツプ21でＣカウンタの値を判断
し、100未満（すなわち29゜ATDCまで）の場合は
ステツプ22に進み、100以上の場合はステツプ23
に進む。

すなわち、29゜ATDCまではステツプ22でＣカ
ウンタの内容を１つインクリメントし、次の1゜同
期のプログラムの実行を待つ。

30゜ATDCのＡ／Ｄ変換ストアが終了すると、
ステツプ23にジヤンプし、Ｃカウンタ＝０、
FLAG＝１とし、Pmaxi00、θpmaxi＝０とする
（ｉ＝NCYLレジスタの値）。

次に、ステツプ24でPmaxiの値をＣカウンタ
の値に相当するレジスタのデータと比較し、等し
いかPmaxiの方が大きい時はステツプ27へジヤ
ンプし、Pmaxiの方が小さい場合はステツプ25
へ進んでPmaxiにＣカウンタの値に相当するレ
ジスタのデータをストアしする。そして、ステツ
プ26でθpmaxi＝Ｃカウンタとする。

次に、ステツプ27でＣカウンタの値を判断し、
100未満の場合はステツプ28へ進み、Ｃカウンタ
を１つインクリメントした後ステツプ24に戻り、
Pmaxi、θpmaxiの判断を行ない、Ｃカウンタ＝
100となつたときステツプ29へ進んで、θpmaxiか
ら70゜（基準信号立上りから上死点までのクランク
角度）を減じてこのプログラムの実行を終了し、
次の1゜同期プログラムの実行を待つ。

この時点のPmaxi、θpmaxiがその時圧縮上死
点となつた気筒のシリンダ内圧力の最大値Pmax
およびシリンダ内圧力最大クランク角位置
θpmaxである。

これ以降の1゜同期プログラムは、FLAG＝１と
なつているため、次の基準信号同期プログラムが
実行されるまではＡ／Ｄ変換は行なわれない。

以上のようにして、各気筒のPmax₁〜Pmax₄
及びθpmax₁〜θpmax₄を求めることができる。

第７図はこの実施例をハードウエアで構成した
場合の例を示す。

１０１はPOSカウンタで、基準信号の立上り
入力時にカウンタ値をリセツトし、1゜信号の立上
り、立下り入力毎にカウント値を１つずつ増す。

１０２はＮカウンタで、基準信号の立下りが入
力するごとに１つずつカウント値を増し、720゜信
号の立下り入力とともにカウント値をクリアして
０にする。

１０３はマルチプレクサで、各気筒毎のシリン
ダ内圧力センサ（第１図の２）からの信号を入力
し、Ｎカウンタ１０２のカウント値により出力す
る信号を切換える。すなわち、Ｎカウンタ１０２
のカウント値が０のとき１番気筒の信号を出力
し、以下１のとき３番気筒、２のとき４番気筒、
３のとき２番気筒の信号を出力する。

１０４はＣカウンタで、Ｎカウンタ１０２の出
力が変化する毎に０にリセツトし、1゜信号の立上
り立下りの度に１つずつカウントアツプする。

１０５はＡ／Ｄ変換器で、マルチプレクサ１０
３の出力信号をＣカウンタ１０４の値が変化する
毎にＡ／Ｄ変換する。

１０６はメモリで、Pmax及びθpmaxを記憶す
る。Ｎカウンタ１０２の出力が変化する毎に記憶
しているPmax値はクリアされ、Pmax値が書き
換えられる時にその時のＣカウンタ１０４のカウ
ント値をθpmaxメモリ部に記憶する。

１０７は比較器で、Ａ／Ｄ変換器１０５による
Ａ／Ｄ変換値とメモリ１０６に記憶されたPmax
値とを比較し、Ａ／Ｄ変換値＞Pmax値の時だけ
Pmax値をＡ／Ｄ変換値に書き換える。この時、
θpmax値もその時のＣカウンタのカウント値と
なる。

１０８は各気筒のθpmaxを記憶するメモリで
あり、その記憶値の書き換えはそれぞれＮカウン
タ１０２の値が変化した時に行なわれ、クリア前
のθpmax値から70を引いた数を記憶する場所は、
それぞれＮカウンタの変化前の値が ０のとき θpmax₁ １のとき θpmax₃ ２のとき θpmax₄ ３のとき θpmax₂ である。

このようにして各気筒のθpmax₁〜θpmax₄を求
める。

〔発明の効果〕

以上実施例について説明してきたように、この
発明による内燃機関の点火時期制御装置は、機関
の燃焼サイクルにおける燃焼速度を検出し、シリ
ンダ内圧力最大クランク角の目標値をその検出し
た燃焼速度に応じた最良燃費点となるクランク角
に設定して、実際のシリンダ内圧力最大クランク
角位置がこの目標値と一致するように点火時期を
補正して制御するようにしたので、機関の運転条
件あるいは個体バラツキや使用環境によつて燃焼
速度が変化しても、常に点火時期を最良燃費点に
制御することができ、燃費効率を向上させること
ができる。

なお、上述の実施例のように、燃焼速度を点火
時期から燃焼によるθpmaxが検出されるまでの
クランク角間隔（燃焼区間）θcによつて検出する
ようにすれば、機関回転数に係らず常にクランク
角に対する燃焼速度を正確に検出することができ
る。

さらに、目標値θpmaxoを設定するためのパラ
メータとして、このクランク角間隔θcと機関回転
数を要いればよりきめ細かな目標値の設定を行な
うことができ、一層の燃費向上を計ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の構成を示すブ
ロツク図、第２図は、この発明の作用を説明する
ために燃焼速度によるシリンダ内圧力波形の相違
を示す波形図、第３図は、燃焼速度θcと機関回転
数Ｎに対して割付けられた目標値θpmaxoのテー
ブルの一例を示す図、第４図は、第１図の実施例
と同様な機能をマイクロコンピユータを用いてソ
フトウエアで実現した場合のフローチヤート図、
第５図は、第４図のステツプ１のサブルーチンで
θpmaxを検出するプログラムの例を示すフロー
チヤート図、第６図は、第５図のプログラムを実
行するための各タイミング信号とクランク角度及
びPOSカウンタのカウント値との関係を示すタ
イミングチヤート図、第７図は、第５図の動作を
行なうθpmax検出器をハードウエアで構成した
場合の例を示すブロツク図である。第８図は、従
来の内燃機関の点火時期制御装置の例を示すブロ
ツク図、第９図は、機関回転速度Ｎと基本噴射量
Tp（＝Ｋ・Qa／Ｎ）に対する点火時期の進角値
の三次元テーブルの例を示す線図である。 １……シリンダ内圧力最大クランク角位置
（θpmax）検出器（実際値検出手段）、２……シ
リンダ内圧力センサ、３……基準信号発生器、４
……1゜信号発生器、６……比較器、７……基本点
火時期演算器、８……回転速度検出器、９……負
荷検出器、１０……補正器（比較器６と共に比較
補正手段を構成する）、１２……燃焼速度検出器、
１３……目標値設定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダ内圧力最大クランク角位置を検出す
   る実際値検出手段と、シリンダ内での混合気の燃
   焼速度を検出する燃焼速度検出手段と、シリンダ
   内圧力最大クランク角の目標値を前記燃焼速度検
   出手段によつて検出される燃焼速度に応じた最良
   燃費点に設定する目標値設定手段と、機関の回転
   速度と負荷状態に応じて基本点火時期を算出する
   基本点火時期演算手段と、前記実際値検出手段に
   よつて検出されたシリンダ内圧力最大クランク角
   位置を前記目標値設定手段によつて設定された目
   標値と比較して、両者を一致させるように前記基
   本点火時期演算手段によつて算出された基本点火
   時期を補正する比較補正手段とを備え、該比較補
   正手段によつて補正した点火時期に点火を行なわ
   せるようにしたことを特徴とする内燃機関の点火
   時期制御装置。 ２ 燃焼速度検出手段が、前記比較補正手段によ
   つて補正された点火時期から前記実際値検出手段
   によつてシリンダ内圧力最大クランク角位置が検
   出されるまでのクランク角間隔（θc）を燃焼速度
   として検出する手段である特許請求の範囲第１項
   記載の内燃機関の点火時期制御装置。 ３ 目標値設定手段が、目標値を求めるためのパ
   ラメータとして少なくとも前記クランク角間隔
   （θc）を用いた目標値テーブルを備えている特許
   請求の範囲第２項記載の内燃機関の点火時期制御
   装置。