JPH0660618B2 - 内燃機関用点火時期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関用点火時期制御装置に関し、特に制御
精度が高く失火の問題がない点火時期制御装置に関する
ものである。

〔従来技術〕

現在、オイルショックに端を発した省エネルギー車に対
する市場ニーズに呼応して熱効率が最大になる様に内燃
機関の点火時期を制御する各種の電子式制御装置が採用
されるようになった。

従来この種の装置に於いては、各気筒の所定位置（例え
ば上死点）毎に周期的に繰り返される信号を波形整形し
て回転数の上昇とともに前縁が点火時期の進角側に移動
するパルスを得、機関の負荷の大きさおよび回転数から
目標とする点火時期を前記パルス信号の前縁よりの遅れ
時間として演算する点火時期制御方法がある（特開昭57
-195867号公報）。

この方法は点火時期を精度よく制御できるという利点を
有するが、機関回転急変時等における通電期間の確保に
ついてはさらに適切な制御が望まれる。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、各気筒の所定の位置毎に繰り返される
信号を用い、その信号を波形整形し矩形波の前縁からの
遅れ時間として点火時期を設定すると共に、実際の通電
開始時点から通常必要とされる必要通電期間よりも短い
所定期間（最小通電機関）経過後の時点と点火時期との
遅い方を点火時期として設定することにより、簡単な構
成で確実に着火可能な点火時期制御装置の提供を目的と
している。

本装置では、点火時期は最適値より遅角することがある
が、発明者の検討によれば、上記のような通電期間の設
定を必要とする回転変動は、クラッチミートからの復
帰、エンジンブレーキ時等であり、点火時期精度の悪化
は実際の内燃機関に影響を与えるものではない。

〔発明の構成〕

第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図であ
る。Ａは内燃機関の各気筒の所定クランク位置毎に周期
的に繰り返される信号を出力する基準位置信号出力手
段、Ｂはこの基準位置信号出力手段よりの出力信号を波
形整形してパルス信号を出力する波形整形手段、Ｃは機
関の負荷の大きさを検出する負荷検出手段、Ｄは機関の
回転数を検出する回転数検出手段である。またＥは前記
負荷の大きさ及び回転数に応じて目標とする点火時期を
前記パルス信号の前縁よりの遅れ時間として算出し、前
記パルス信号の前縁からこの遅れ時間だけ経過後の時刻
を点火時期とする点火時期演算手段、Ｆは例えばバッテ
リ電圧、回転数等の機関の運転状態を検出する運転状態
検出手段、Ｇはこの運転状態に応じて点火コイルの所定
の通電時間および最小通電時間を演算し、前記パルス信
号の後縁からの遅れ時間として算出し、前記パルス信号
の後縁からこの遅れ時間だけ経過後の時刻を通電開始時
刻とする通電時間演算手段、Ｈは前記点火時期と前記通
電開始時刻から前記最小通電時間だけ経過後の時刻との
遅い方の時点を点火時期としこの点火時期に点火信号を
点火手段Ｉに出力する補正手段である。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例により説明する。第２図は
その電気回路図であり、１ａはディストリビュータに内
蔵された磁性ローターで、その回転にともないピックア
ップコイル１ｂに、各気筒のＴＤＣ（上死点）毎に周期
的に繰り返され回転数の上昇とともに変化量が大きくな
る第４図，第５図の(a)に示す基準位置信号を発生す
る。１０は波形整形回路で、基準位置信号を波形整形し
て第４図，第５図の(b)に示すパルス信号としての整形
信号を出力する。この波形整形は基準位置信号を所定の
比較レベルＶｔｈと比較して行なう。１１ａ，１１ｂは
ノイズ除去用コンデンサであり、１２ａ，１２ｂはコン
パレータ１５の誤動作防止の為にピックアップコイル１
ｂにダイオードの順方向ドロップ分の電圧を発生させる
抵抗およびダイオードであってバイアス発生回路を構成
する。１３ａ，１３ｂはコンパレータ１５の入力端子に
過大な電圧が印加されない様にするためのリミッタを構
成する。１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄはコンパレー
タ１５とともに、シュミットトリガ回路として動作し、
ピックアップコイル１ｂに誘起された微小ノイズによる
誤動作を防ぐ抵抗及びコンデンサである。

波形整形回路１０の出力は点火時期演算回路の主要部を
なすマイクロコンピュータ１００の割込発生端子に印加
される。

２はエンジンの負荷状態を検出するための吸気圧力セン
サであり、その出力となる吸気圧力信号はノイズフィル
タ２０を介してＡ／Ｄ変換器４０に入力される。３はエ
ンジンの冷却水温を検出する水温センサで、分圧抵抗３
１，３２によりバイアス電圧が印加されたノイズフィル
タ２０′を介して水温信号はＡ／Ｄ変換器４０に入力さ
れる。バッテリ電圧は抵抗３３，３４により分圧された
後ノイズフィルタ２０″を介して同じくＡ／Ｄ変換器４
０に入力される。

４０は逐次比較型のＡ／Ｄ変換器でありシリアル通信に
より、マイクロコンピュータ１００に、吸気圧、水温及
びバッテリ電圧のディジタル値を供給する。５０は周知
の電源回路であり、マイクロコンピュータ１００及び周
辺回路に５Ｖの電源を供給する。また、抵抗６１及びコ
ンデンサ６２にて構成される遅延回路は、電圧の立上り
を検出し、電源投入時のマイクロコンピュータ１００の
初期化をする為のリセット端子に接続されている。８０
はマイクロコンピュータ１００の出力端子Ｐ１１からの
点火時期信号をイグナイタ９０へ接続する為の出力バッ
ファであり、点火信号はイグナイタ９０で電流増幅され
点火コイル９１に印加される。

マイクロコンピュータ１００は、８ビットワンチップタ
イプのものであり、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、読出
し書込み可能なメモリ（ＲＡＭ）、入出力回路（Ｉ／
Ｏ）等を内蔵する。また、そのＰ１０端子のエッジによ
り発生するインプットキャプチャー割込（以下ＩＣＩと
呼ぶ）は、前記エッジがプログラマブルであるので、立
上り／立下りのいずれかを選択できる。内蔵タイマーの
値がＩＣＩ発生時刻にインプットキャプチャーレジスタ
（以下ＩＣＲと呼ぶ）にラッチされる。内蔵タイマーと
アウトプットコンプアレジスタ（以下ＯＣＲと呼ぶ）の
値が一致した時Ｐ１１端子が所定レベルに設定される。
本実施例では、上記ＩＣＲ，ＯＣＲを用い、回転周期の
計測、点火信号の出力を行なう。

次に本発明の動作をフローチャートを用いて説明する。
機関回転中、１８０℃Ａ（クランク角度）毎に、第４，
５図(a)に示す回転信号が得られ、これを波形整形回路
１０でパルスに変換し、同図(b)の信号が得られる。第
４，５図(b)の信号は、マイクロコンピュータの端子Ｐ
１０に接続されており、立上り時（パルス信号の後縁）
には第３図(a)、立下り時（パルス信号の前縁）には第
３図(b)のフローチャートに示す処理が実施される。立
上り時のルーチンである第３図(a)において、まずステ
ップ２０１でレジスタＩＣＲの値を記憶し、ステップ２
０２で点火信号レベルを強制的に“０”レベルとして点
火する。更に、ステップ２０３〜２０５で立下り時の割
込発生時刻Ｔ_ＮＯｎと立上り発生時刻ＲＯの差Ｔｄｗ、
及び１回前の立上り発生時刻Ｔ_ＮＯｆｆと今回の立上り
発生時刻ＲＯとの差即ち１８０℃Ａ回転時間Ｔ_１８０を
記憶し、またＲＯをＴ_ＮＯｆｆとする。ステップ２０６
以下は通電時刻設定処理ルーチンである。立上り発生時
刻Ｔ_ＮＯｆｆにＴ_１８０を加算し次の割込発生時刻を予
測し、更に後述のメインルーチン１０４で計算された進
角相当時間τを減算することで、次の点火時刻を予測す
る。更に点火時刻予測値より、メインルーチン１０５で
計算された必要な通電時間Ｔｏｎを減算して値を次の点
火の為の通電開始時刻として、レジスタＯＣＲにセット
する。最後にステップ２０７において次のインプットキ
ャプチャー割込ＩＣＩを立下りエッジに設定し本ルーチ
ンを終了する。

立下りルーチンである第３図(b)では、ステップ３０
１，３０２において点火信号レベルを判定し、“０”
（通電していない）であれば、内蔵タイマーの値をレジ
スタＯＣＲにセットして通電を開始する。従って、ステ
ップ３０３の開始時点で点火信号レベルは常に“１”が
保証され、また、ＯＣＲには実際に通電を開始した時刻
が記憶されている。ステップ３０３ではレジスタＩＣＲ
の値は立下り発生時刻（Ｔ_ＮＯｎ）として記憶される。
次に点火時刻の設定が実施されるが、点火時刻の設定
は、通常、立上り割込のステップ２０３で演算された端
子Ｐ_１０が“０”である時間Ｔｄｗとメインルーチン１
０４で演算される進角相当時間τの差を、立下り時刻か
らの遅れ時間として設定し、このち立下り発生時刻Ｔ
_ＮＯｎに加算した値をレジスタＯＣＲにセットし、同時
にＰ１１端子に発生するレベルを“０”にセットして行
なう。この方法でＰ１１端子に、第４図(b)に同期した
同図(c)の点火信号が得られる。

この方法で回転変化のない場合は何ら問題ないが、第５
図に示す如く過渡時等で回転が急変した場合、第３図
(a)の立上りによる割込ルーチンのステップ２０７で設
定したレジスタＯＣＲの値は、立下り時刻より後になる
ことがある。この通電時間を確保すべく整形信号の立下
り時点で強制通電を行なうことが考えられるが、点火時
期の進角度が大であり、回転変化が急に大きくなるよう
なエンジン状態、例えばクラッチミートからの復帰（ク
ラッチ接続時に回転が下がったとき再びクラッチを遮断
する状態）、低速からのエンジンブレーキ等では、前記
強制通電による通電開始時刻と、点火時刻の差が少なく
なり、最小の場合には強制通電設定から点火時刻設定の
処理時間として数十μｓの通電期間しか得られなくな
る。従って、点火信号が抜けることはないが、実際には
点火コイルの通電期間が不足し、点火栓には高圧が印加
されず、失火するという状況が発生する。

本発明は、前記の不具合が発生する状態では、点火時期
の設定精度が低下しても実際のエンジン特性の悪化は微
小であること、更に前記状態では点火エネルギーは比較
的低いことに着目し、実際の通電開始時刻から必要通電
期間の例えば３／４以内に要求される点火は、必要通電
期間の３／４経過後に実施することにより失火を防ぐも
のである。

第３図(b)のフローチャートにおいて、前述の如く、実
際の通電開始時刻はステップ３０３でレジスタＯＣＲに
記憶されている。そこでステップ３０５で点火時刻を演
算した後ステップ３０６においてステップ３０４で得ら
れるメインルーチン１０５で計算された通電時間Ｔｏｎ
の３／４の値ＴｏｎｍｉｎをレジスタＯＣＲの値に加算
した値ＲＯと前記点火時刻Ｒ１の比較を行ない、点火時
刻が大、即ち点火時刻のほうが遅い場合は、ステップ３
０７に示す如く点火時刻を選択し、逆に、点火時刻のほ
うが、ＯＣＲとＴｏｎｍｉｎの和で求められた時刻より
早い場合は、ステップ３０８に示す如くＯＣＲの値とＴ
ｏｎｍｉｎの和を点火時刻とし、ＯＣＲにストアする。
最後に次の割込ＩＣＩを立上りエッジに設定し本ルーチ
ンを終了する。

メインルーチンは、Ｔ_１８０の逆数としてエンジン回転
数Ｎを演算するステップ１０１、吸気管圧力（ＰＭ）、
冷却水温ＴＨＷ、電源電圧ＶＢのＡ／Ｄ変換を実施する
ステップ１０２、更に、前記エンジン回転数と吸気管圧
力から２次元マップより基本進角θ_Ｂａｓｅを演算し、
また冷却水温より補正進角θ_ａｕｘを演算し、基本進角
と補正進角の和θｉｇを最終進角とする。ステップ１０
３、１８０℃Ａ回転時間Ｔ_１８０と前記最終進角θｉｇ
の積の１／１８０として進角相当時間τを演算するステ
ップ１０４、及び前記電源電圧ＶＢとエンジン回転数Ｎ
より、通電期間Ｔｏｎを演算するステップ１０５より構
成される。

なお、マイクロコンピュータ１００の出力端子Ｐ１１は
出力バッファ８０に接続され、イグナイタ９０では、前
述のように着火に十分な通電期間を確保された点火信号
が電流増幅され点火コイルに印加される。そして、本発
明を導入しない制御方式では、１５００cc４気筒エンジ
ンでクラッチミート時に失火の原因によるエンジンスト
ールの確立は６０％程度であったものが、本発明の制御
方式では、全く発生しなくなった。

また上記の実施例では、最小通電期間として必要通電期
間の３／４としたが、この値は要求される点火エネルギ
ーの値に合せ、必要通電期間の１／４以上の任意の値を
とることも可能であり、また、必要通電期間の関数では
なく、電源電圧、または回転数のみを変数とする値、さ
らに全ての条件下で一定の値をもつことも可能である。
ただしこの場合最大値は必要通電期間未満である。

次に本発明の他の実施例について説明する。第６図にそ
の電気回路図を示し上記実施例と異なる回路構成はマイ
クロコンピュータ１００と出力バッファ８０の間に通電
期間補償回路７０を設ける点である。端子Ｐ１１に発生
する点火信号は、上記実施例においてステップ３０６，
３０８等で示される通電期間確保の処理を除いた方法で
制御される。この場合第３図(a),(b)に対応する立上り
割込、立下り割込ルーチンを第８図(a),(b)に示す。こ
こで、点火信号の立上りエッジを、単安定回路７１のト
リガとし、第７図(e)に示す単安定パルスを出力する。
一方マイクロコンピュータは、第８図(b)の立下り割込
ルーチンにて、点火時期をステップ６２０〜６２３に示
す処理を行って制御する。また第８図(a)のステップ６
０１〜６１０で示す立上り割込ルーチンは第３図(b)に
示す処理とほぼ同様であるが、通電開始時刻設定前にエ
ンジン回転数を判定し、本発明の効果に大きい低回転側
（例えばＴ１８０＞１５ｍｓ）で端子Ｐ_１３を“１”
に、高回転側で端子Ｐ_１３を“０”にするステップ６０
６，６０７，６０８が追加される。端子Ｐ_１３の信号と
前記単安定回路７１の出力の論理積と、端子Ｐ_１１の点
火信号との論理和が点火信号となる 第７図は本実施例のタイミングチャートを示す。回転数
が２０００rpm以上の時端子Ｐ_１３は“０”レベルであ
り、ＡＮＤ回路の出力は常時“０”、従って、端子Ｐ
_１１の信号が点火信号として出力バッファ８０に送られ
る。また端子Ｐ_１３は、２０００rpm以下で“１”レベ
ルとなり、単安定回路７１の出力パルスがＡＮＤ回路の
出力となる。端子Ｐ_１１のパルス幅よりＡＮＤ回路の出
力が短い時は、Ｐ_１１の端子に発生するパルスが出力バ
ッファ８０に送られ、Ｐ_１１の端子のパルス幅よりＡＮ
Ｄ回路の出力が長い時は、点火信号立上りより一定時間
幅のパルスが出力バッファ８０に送られる。この方法に
より、上記の実施例のうち、最小の通電期間を一定とし
た時と全く同じ点火信号が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、進角時間が進角
側に急変した場合及び、回転数が変化して回転信号の前
縁で未通電の場合は勿論、回転数が変化して回転信号の
前縁以前で通電した場合や、通電開始設定後点火までの
間に点火時期や通電時間が変化した場合にも、通電時間
減少の抑制をすることができて、簡単な構成で、失火が
なく確実に着火することができるという優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を明示するための全体構成図、第
２図は本発明の一実施例を示す電気結線図、第３図(a),
(b),(c)は本実施例における処理手順を示すフローチャ
ート、第４図，第５図は本実施例の作動説明に供するタ
イミングチャート、第６図は本発明の他の実施例を示す
電気結線図、第７図は本実施例の作動説明に供するタイ
ミングチャート、第８図(a),(b)は本実施例における処
理手順を示すフローチャートである。 １ａ……磁性ロータ、１ｂ……ピックアップコイル、２
……吸気圧センサ、１０……波形整形回路、４０……Ａ
／Ｄ変換器、７０……通電期間補償回路、９１……点火
コイル、１００……マイクロコンピュータ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の各気筒の所定位置ごとに周期的
   に繰り返される信号を出力する基準位置信号出力手段
   と、この基準位置信号出力手段よりの出力信号を波形整
   形してパルス信号を出力する波形整形手段と、機関の負
   荷の大きさを検出する負荷検出手段と、機関の回転数を
   検出する回転数検出手段と、前記負荷の大きさ及び回転
   数に応じて目標とする点火時期を前記パルス信号の前縁
   よりの遅れ時間として算出し、前記パルス信号の前縁か
   らこの遅れ時間だけ経過後の時刻を点火時期とする点火
   時期演算手段と、機関の運転状態に応じて点火コイルの
   所定の通電時間および最小通電時間を演算し、前記パル
   ス信号の後縁からの遅れ時間として算出し、前記パルス
   信号の後縁からこの遅れ時間だけ経過後の時刻を通電開
   始時刻とする通電時間演算手段と、前記点火時期と前記
   通電開始時刻から前記最小通電時間だけ経過後の時刻と
   の遅い方の時点を点火時期としこの点火時期に点火信号
   を点火手段に出力する補正手段とを備えたことを特徴と
   する内燃機関用点火時期制御装置。
2. 【請求項２】前記波形整形手段は、回転数の上昇ととも
   に前縁が点火時期の進角側に移動するパルス信号を出力
   するものよりなる特許請求の範囲第１項記載の内燃機関
   用点火時期制御装置。