JPH0742916B2 - エンジンの点火時期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの点火時期制御装置に関するのもので
ある。

（従来技術） エンジンのなかには、特開昭58−20904号公報に示すよ
うに、低負荷用吸気通路と高負荷用吸気通路とを有し
て、エンジン低負荷時には低負荷用吸気通路からのみ吸
気を供給して吸気スワールの勢いを強くする一方、エン
ジン高負荷時には高負荷用吸気通路からも吸気を供給し
て、相対的に吸気のスワールの勢いを弱めるようにした
ものがある。すなわち、低負荷時においては、吸気流速
を速めると共にスワールの勢いを強くすることにより燃
焼安定性ひいては燃費の向上を図る一方、高負荷時には
スワール生成に伴う吸気抵抗が弱まるようにして充填効
率を高めて、十分な出力を確保るようにしたものがあ
る。

ところで、エンジンの要求点火時期は、エンジンの運転
状態によって異なるものであり、このため、記憶手段に
対してエンジンの運転状態毎に点火時期を記憶させてお
き、この記憶手段に照し合せて、現在のエンジンの運転
状態に対応した点火時期を決定するようにしている。そ
して、この記憶手段における記憶容量には限界があるた
め、上記記憶手段は複数の領域に区分されて、この各領
域毎に点火時期を記憶しておき、点火時期が記憶されて
いない運転状態の点火時期は補間によって求めるように
している。すなわち、点火時期が記憶されている運転状
態（領域）のうち、それぞれ現在の運転状態に近接した
複数の領域の点火時期を読出し、この読出された複数の
点火時期に基づいて、現在の運転状態に対応した点火時
期を決定するようにしている。そして、前述のように吸
気スワールの勢いを調整するようなエンジンにあって
は、点火時期が記憶された記憶手段は、スワールの勢い
が弱くなる領域においてはスワールの勢いが強くなる領
域よりも点火時期が進角側に設定されたものとなってい
る。すなわち、スワールの勢いを除いて同じエンジンの
運転状態であれば、スワールの勢いが強いほど燃焼速度
が速くなる関係上、スワールの勢いが強いときは弱いと
きに比して要求進角が遅角されることになり、このた
め、スワールの強弱の領域に対応して、記憶手段に記憶
されている点火時期もこのスワールの強弱に完全に対応
するように設定されていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前記従来のように、点火時期が記憶され
た記憶手段から、補間を行いつつ現在の運転状態に応じ
て最終点火時期を決定するものにあっては、スワールを
勢いの強い状態と弱い状態との切換えが行われる過渡時
において、点火時期が進角され過ぎて、ノッキングを生
じてしまう、という問題があった。

すなわち、スワールの勢いの強さに完全に対応するよう
に点火時期が記憶されていたものでは、スワールの強弱
を切換える境界領域において補間を行うと、この補間の
ために記憶手段から読出される複数の点火時期のうち、
スワールの勢いが弱いときに対応して十分に進角された
値に設定された領域の点火時期が読出されることにな
り、このため補間によって最終的に決定される点火時期
が要求進角よりもかなり進角側に決定されてしまうこと
となっていた。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、
エンジンの運転状態に応じて複数の領域に区分けされ
て、この各領域毎にそれぞれ点火時期が記憶され、現在
の運転状態に応じて補間を行いつつ最終的な点火時期の
決定を行うようにしたものにおいて、吸気のスワールの
勢いが強いときと弱いときとの切換時における過進角を
防止し得るようにしたエンジンの点火時期制御装置を提
供することになる。

（問題点を解決するための手段、作用） 前述の目的を達成するため、本発明にあっては、記憶手
段に記憶されている点火時期を、スワールの勢いが弱く
なる領域でかつスワールの勢いが強くされる領域に近接
した領域については、このスワールの勢いが弱いときに
要求される要求進角よりも遅角側に設定するようにして
ある。このような構成とすることにより、スワールの勢
いが切換えられる切換過渡期においては、補間のために
読出されるスワールの勢いが弱い領域の点火時期は、従
来のものよりも遅角側に設定されている関係上、当該補
間によって決定される最終的な点火時期が従来のものよ
りも遅角されて、ノッキングが防止されることになる。
具体的には、第８図に示すように、 エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、 吸気スワールの勢いをエンジンの運転状態に応じて調整
するためのスワール制御手段と、 エンジンの運転状態に対応して複数の領域を有し、該各
領域にそれぞれ点火時期が記憶されると共に、前記スワ
ール制御手段によりスワールの勢いが弱くされる領域で
かつスワールの勢いが強くされる領域に近接した領域の
点火時期が、要求点火時期に対して遅角側に設定された
点火時期記憶手段と、 前記運転状態検出手段からの出力を受け、前記記憶手段
に照し合せて、それぞれ現在のエンジン運転状態に近接
した複数の領域から対応する点火時期を読み出す点火時
期読出手段と、 前記読出手段より読出された複数の点火時期から現在の
エンジンの運転状態に対応した最終的な点火時期を決定
する点火時期決定手段と、 を備えた構成としてある。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明す
る。

第１図において、１は４サイクル往復動型とされたオッ
トー式のエンジン本体で、このエンジン本体１は、既知
のように、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とシ
リンダブロック２のシリンダ2a内に嵌挿されたピストン
４とにより、燃焼室５が画成されている。この燃焼室５
には、点火プラグ６が配置されると共に、吸気ポート
７、排気ポート８が開口され、この各ポート７、８は、
吸気弁９あるいは排気弁10により、エンジン出力軸と同
期して周知のタイミングで開閉される。

上記吸気ポート７に連なる吸気通路21には、その上流側
から下流側へ順次、エアクリーナ22、吸気温度を検出す
る吸気温センサ23、吸入空気量を検出するフローメータ
24、スロットル弁25、サージタンク26、燃料噴射弁27が
配設されている。また、前記排気ポート８に連なる排気
通路28には、その上流側から下流側へ順次、空燃比セン
サ29、排気ガス浄化装置としての三元触媒30が配置され
ている。なお、上記空燃比センサ29は、いわゆるリーン
センサと呼ばれるように、排気ガスの空燃比（酸素余剰
率）に対応した信号を出力するものとなっている（空燃
比に略比例した信号を出力するものが既に実用化されて
いる）。

前記吸気通路21は、その下流端部分が、隔壁41によっ
て、大きな有効開口面積をする高負荷用吸気通路21A
と、小さな有効開口面積を有する低負荷用吸気通路21B
とに画成されている。この低負荷用吸気通路21Bは、そ
の下流端が、吸気弁９直上流において高負荷用吸気通路
21Aに合流されると共に、シリンダ2aのほぼ接線方向に
向けて指向されている。また、上記高負荷用吸気通路21
Aは、吸気抵抗が極力小さくなるようにシリンダ2aに指
向され、このような高負荷用吸気通路21Aには、開閉弁
からなるスワール弁42が配設されている。これによりス
ワール弁42が閉じた第１図の状態では、吸気はほぼその
全量が低負荷用吸気通路21Bを通して供給されることに
なり、強い吸気のスワールが生成される。また、スワー
ル弁42を開いたときは、吸気のほぼ全量が高負荷用吸気
通路21Aより供給され、スワールの勢いが弱くされる。

前記スワール弁42は、実施例では負圧作動式のアクチュ
エータ43によって開閉駆動される。このアクチュエータ
43（の負圧室）は、通路44を介してサージタンク26に接
続され、この通路44には、電磁式の三方切換弁45が接続
されている。これにより、例えば切換弁45をオフ（消
磁）すると、アクチュエータ43（の負圧室）が大気に解
放されてスワール弁42が開かれる（スワール弱）。逆
に、切換弁45をオン（励磁）すると、アクチュエータ43
に負圧が供給されて、スワール弁43が閉となる（スワー
ル強）。

第１図中31はマイクロコンピュータによって構成された
制御ユニットで、既知のように、CPU、RAM、ROMから主
として構成されている。この制御ユニット31には、前記
各センサ23、24、29からの各信号の他、センサ32、33、
34からの信号およびバッテリ35からの電圧信号が入力さ
れるようになっている。上記センサ32はスロットル弁25
の開度を検出するものであり、センサ33はエンジン冷却
水温を検出するものであり、センサ34はデストリビュー
タ36に付設されてクランク角すなわちエンジン回転数を
検出するものである。また、制御ユニット31は、燃料噴
射弁27の他、イグナイタ37および切換弁45に出力される
ものである。すなわち、イグナイタ37に対して所定の点
火時期信号が制御ユニット31から出力されると、点火コ
イル38の一次電流が遮断されてその二次側に高電圧が発
生され、この二次側の高電圧がデストリビュータ36を介
して点火プラグ６に供給されることになる。

上記制御ユニット31は、スワール弁42の開閉制御、点火
時期制御および空燃比制御を行うようになっている。な
お、空燃比の制御は、従来同様、吸入空気量とエンジン
回転数とに基づいて基本の燃料噴射量を決定すると共
に、吸気温、エンジン冷却水温、加減速等に応じてこの
基本燃料噴射量を補正し、空燃比センサ29からの出力を
受けつつ、所望の空燃比となるようにフィードバック制
御するものであるが、この点については従来から良く知
られているのでこれ以上の説明は省略する。

さて次に、制御ユニット31によるスワール弁42および点
火時期の制御について、第２図、第３図のフローチャー
トを参照しつつ説明する。

ここで、実施例では、スワール弁42の開閉制御は、例え
ば第４図に示すように、エンジン回転数Neと吸入空気の
充填量Tpすなわち１サイクル当りの吸入空気量とをパラ
メータとして決定してあり、低回転低負荷に相当する
「１」のときがスワール弁42を閉とする領域（スワール
強）であり、また高回転高負荷に相当する「０」のとき
がスワール弁42を開とする領域（スワール弱）である。
そして、エンジン回転数Neはｍ個の領域に区分すると共
に、充填量Tpはｎ個の領域に区分して全体としてｍ×ｎ
個の領域に区分し、各領域毎に上記「１」または「０」
を記憶するようにしてある。また、点火時期が記憶され
たマップは、第４図に示すマップと同様に、エンジン回
転数Neについてｍ個，充填量Tpについてｎ個の合計ｍ×
ｎ個の領域に区分され、各領域毎にそれぞれ点火時期が
記憶されている。

上記第４図のマップのうち、スワール弁42を開閉する切
換境界線をＸ線で、またこのＸ線に近接してスワール弁
42を開（「０」となる）となる領域をＸ線とＹ線とで囲
んで示してある。同様に、第５図に示すマップにおい
て、Ｘ線とＹ線とを用いて、第４図に対応する運転領域
を示してある。この第５図に示すマップでは、ＸとＹと
で囲まれた領域は、本来スワール弁42が開いてスワール
の勢いが弱いときの要求進角よりも遅角側に設定された
ものとなっている。

以上のことを前提として、第２図、第３図に示すフロー
チャートについて説明すると、第５図に示す点火時期マ
ップに基づく補間はいわゆる「４点補間」を行うよう
に、すなわち現在の運転状態に近接した４つの領域の点
火時期を参照して現在の運転状態に対応した最終的な点
火時期を決定するようにしてある。なお、以下の説明で
Ｓはステップを示す。

先ず、第２図のS1において、エアフローセンサ24の出力
値Ｕが読込まれると共に、S2においてクランク角センサ
34からの出力に基づいてエンジン回転数Neが読込まれ
る。この後、S3において、上記ＵおよびNeに基づいて、
充填量すなわち１サイクル当りの吸気量Tpが算出され
る。

次に、現在の運転状態のうち、充填量Tpが第４図、第５
図に示すマップのうちどのような位置ずけとなるかが検
出される。すなわち、現在の充填量Tpよりも小さくかつ
当該Tpに近接した第４図、第５図の領域Tp（Ｉ）（Ｉ＝
１、２・・・ｎ）のＩを決定するための処理がなされ
る。先ず、S4においてｉ＝１にイニシャライズされた
後、S5において、このｉが領域Tp（Ｉ）のうち最大の領
域を示すｎよりも大きいか否かが判別される。当初はｉ
＞ｎではなく、したがってS7に移行して、現在の充填量
TpがTp（ｉ）（ｉは当初は１である−S4）よりも大きい
か否かが判別される。この判別においてTp＞Tp（ｉ）で
あるとされたときは、S8においてｉをｉ＋１に更新し
て、再びS5の判別を行い、S5においてｉ＞ｎとなった場
合には、S6においてＩがｎ−１として設定される。ま
た、S7においてTp＞Tp（ｉ）ではないとされたときは、
S9においてＩ＝ｉ−１に設定し、引き続きS10において
Ｉ＝０であるか否かが判別される。そして、Ｉ＝０であ
れば、S11においてＩ＝１として設定される。そして、S
10においてＩ＝０ではないと判別されたときは、現在の
充填量Tpの第４図、第５図におけるマップ上の位置ずけ
が終了される。すなわちS6が絶対的な上限領域の設定を
意味し、S8が絶対的な下限領域の設定を意味し、S9が中
間の領域の設定を意味する。

上述した現在の充填量Tpのマップ上の位置ずけが終了し
た後は、現在のエンジン回転数Neのマップ上の位置ずけ
が、S12〜S19においてなされる。なお、このS12〜S19の
処理は、ｉがｊに、またＩがＪに変化しただけで、前述
したS5〜S11の処理と全く同じなので、その重複した説
明は省略する。

次に、第３図により、点火時期の具体的な決定のための
制御およびスワール弁42の開閉制御の部分について説明
する。第５図に示すマップを利用して最終的な点火時期
を決定するステップは、S31〜S38であり、各ステップの
意味するところを図式的に第６図に示してある。すなわ
ち、現在の充填量Tpに対応して求められる最終点火時期
がθigであり、Tp（Ｉ）とNe（ｊ）とで定まる領域のマ
ップ上の点火時期がθＭ（Ｉ、Ｊ）であり、同様にTp
（Ｉ＋１）とNe（Ｊ）領域のマップ上の点火時期がθＭ
（Ｉ＋１、Ｊ）であり、Tp（Ｉ）とNe（Ｊ＋１）領域の
マップ上の点火時期がθＭ（Ｉ、Ｊ＋１）であり、Tp
（Ｉ＋１）とNe（Ｊ＋１）の領域のマップ上の点火時期
がθＭ（Ｉ＋１、Ｊ＋１）である。そして、上記θＭ
（Ｉ、Ｊ）、θＭ（Ｉ＋１、Ｊ）、θＭ（Ｉ、Ｊ＋
１）、θＭ（Ｉ＋１、Ｊ＋１）の４点を頂点として太線
で描いた四角形のうち、内方側において示したＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄの各値（寸法）が点火時期同士の各種差分であ
り、また上記四角形の外側において示したＡ、Ｂ、Ｃ、
Ｄの各値（寸法）が運転状態のパラメータを示すエンジ
ン回転数同士あるいは充填量同士についての各種差分で
ある。

以上のことを前提として、第３図のS31において、h1が
図に示す式に基づいて算出されるが、このh1の意味する
ところは第６図のB/Aである。次いで、エンジン回転数N
e（Ｊ）上における２つの点火時期同士の差分△θM1が
求められ（S32）、同様に、エンジン回転数Ne（Ｊ＋
１）上における２つの点火時期同士の差分△θM2が求め
られる（S33）。この後、S34において、現在のTpにおけ
るエンジン回転数Ne（Ｊ）上の点火時期θig1が求めら
れ、同様にS35において現在のTpにおけるエンジン回転
数Ne（Ｊ＋１）上の点火時期θig2が求められる。

この後、上記θig1とθig2とを、現在のエンジン回転数
Neに対応したものに設定すべく、その前提として、現在
のエンジン回転数Neのマップ上の位置ずけが行われる。
すなわち、先ずS36においてh2が算出される（第６図に
示すようにh2＝D/CでS31に対応）。次いで、S37におい
て前記θig1とθig2との差分△θigが算出された後、S3
8においてこの△θigを現在のエンジン回転数Neに対応
して比例配分する計算がされて、最終点火時期θigが算
出される。

以上により最終点火時期の決定が終り、この後は、スワ
ール弁42の開閉制御が行われる。先ず、S39において、
第４図に示すマップより、現在の運転状態に応じたVSV
の値（「０」か「１」）が読込まれた後、S40においてV
SV＝１であるか否かが判別される。この判別においてVS
V＝１であれば、S41において切換弁45をオンすることに
よりスワール弁42を閉じて、スワールの勢いを強くす
る。また、S40においてVSV＝１ではないと判別されたと
きは、S42において切換弁45をオフすることによりスワ
ール弁42を開いて、スワールの勢いを弱くする。この後
は、S43において、前記S38で決定された最終点火時期θ
igのタイミングで点火プラグ６が点火される。

以上のようにして、スワール弁42の開閉および点火時期
の制御がそれぞれ行われるが、本発明によるこの両者の
制御を関係を第７図に示してある。この第７図から明ら
かなように、第５図斜線（クロス斜線）で示した領域に
おいては、点火時期を要求点火時期よりも遅角側に設定
しているため、スワールの強弱の切換時において点火時
期が過進角になるのが防止されて、ノッキングが防止さ
れる。なお、比較のため、従来の点火時期記憶手段に記
憶されていたマップ上の点火時期を第７図黒丸で示して
あり、この場合点火時期は、第７図斜線で示すように、
スワールの勢いからして過進角になってしまうこととな
っていた。

以上実施例について説明したが、スワール弁42はステッ
ピングモータ等によって駆動するようにしてもよい。ま
た、吸気通路21を高負荷用吸気通路21Aと低負荷用吸気
通路21Bとに分けることなく、スワール弁42を吸気の流
れ方向（シリンダ2aに対する指向方向）を変更する形式
のものとして、スワールの強弱を調整するようにしても
よい。勿論、制御ユニット31をコンピュータによって構
成する場合は、デジタル式、アナログ式のいずれであっ
てもよい。

（発明の効果） 本発明は以上述べたことから明らかなように、吸気のス
ワールの強弱を切換える過渡時においても点火時期を最
適設定して、この切換時におけるノッキングを確実に防
止することができる。また、本発明では、記憶手段に記
憶させておく点火時期を変更するだけでよいので、容易
に実施化し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体系統図。 第２図、第３図は本発明の制御例を示すフローチャー
ト。 第４図はエンジンの運転状態に対するスワール強弱切換
領域を示す図。 第５図はエンジンの運転状態に対する点火時期設定領域
を示す図。 第６図は補間により最終点火時期を決定する様子を図式
的に示す図。 第７図はスワールの強弱と点火時期との関係を従来のも
のと比較して示す図。 第８図は本発明の全体ブロック図。 1:エンジン本体 8:点火プラグ 21:吸気通路 21A:高負荷用吸気通路 21B:低負荷用吸気通路 24:センサ（吸入空気量） 31:制御ユニット 34:センサ（エンジン回転数） 35:バッテリ 37:イグナイタ 38:点火コイル 42:スワール弁 43:アクチュエータ 44:通路（負圧供給用） 45切換弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保立 誠 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−162060（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−203870（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−79164（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの運転状態を検出する運転状態検
   出手段と、 吸気スワールの勢いをエンジンの運転状態に応じて調整
   するためのスワール制御手段と、 エンジンの運転状態に対応して複数の領域を有し、該各
   領域にそれぞれ点火時期が記憶されると共に、前記スワ
   ール制御手段によりスワールの勢いが弱くされる領域で
   かつスワールの勢いが強くされる領域に近接した領域の
   点火時期が、要求点火時期に対して遅角側に設定された
   点火時期記憶手段と、 前記運転状態検出手段からの出力を受け、前記記憶手段
   に照し合せて、それぞれ現在のエンジン運転状態に近接
   した複数の領域から対応する点火時期を読み出す点火時
   期読出手段と、 前記読出手段より読出された複数の点火時期から現在の
   エンジンの運転状態に対応した最終的な点火時期を決定
   する点火時期決定手段と、 を備えていることを特徴とするエンジンの点火時期制御
   装置。