JPH0830461B2

JPH0830461B2 - 点火時期制御装置

Info

Publication number: JPH0830461B2
Application number: JP61031426A
Authority: JP
Inventors: 雅彦田原; 達郎森田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-02-14
Filing date: 1986-02-14
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPS62189370A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、自動車等内燃機関の動作に支障をきたす
程度の強いノッキングを抑制しつつ運転性を高める点火
時期制御装置に関する。

（従来の技術）一般に、エンジンの出力を効率的に引き出すためには
点火時期を最大トルクを発生し得る点火時期（MBT:Mini
mum spark adyance for Best Torque）まで進角させる
ように制御することが望ましい。MBTまで進角させる
と、トレースノックと呼ばれる軽いノッキングを伴いな
がら、最大のトルクを引き出すことができる。しかしエ
ンジンは点火時期を進め過ぎると内燃機関の動作に支障
をきたす程度の強いノッキング（以下、単にノッキング
と言う）を生じることが判っており、このノッキングを
生じるノッキング限界の点火時期は、エンジン状態によ
ってはMBTよりも遅れ側に存在し、点火時期をMBTまで進
めるとノッキングを発生する領域も存在する。

そこで、エンジンのノッキングがない時、すなわち内
燃機関の動作に支障をきたす程度の強いノッキングがな
い時に進角する量とノッキングを検出して遅角する量と
を変えることにより点火時期を制御する制御装置とし
て、例えば特公昭60−24310号公報に記載されているよ
うなものが知られている。

これは、ノッキングを検出すると補正的に点火時期を
遅角させるとともに、ノッキングを検出しないと補正的
に点火時期を進角させるものであって、補正的に遅角さ
せる量を補正的に進角させる量より大きな値に設定して
いる。これにより、一旦ノッキングを検出した後は、次
の燃焼でノッキングの発生を確実に阻止するようにして
いる。

（この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、遅角補正量を進角補正量よりも大きな値に設
定し、その量が一定値となっていたため、ノッキングが
許容レベルとなる補正遅角量が運転条件（例えば、高負
荷域から低負荷域へ移行するとき、またはその逆のと
き）により大きな差があり、補正遅角量が大きな値から
小さな値に運転条件が変化するとき、またはオクタン価
が負に大きくなったときは、遅角補正量と要求進角値と
の差が大きく、要求進角値へ達するまでに時間がかかる
ので、この間燃費と運転性とが悪化してしまうという問
題点があった。

（問題点を解決するための手段）この発明は、このような問題点を解決するためになさ
れたものであって、エンジンの運転状態を検出する運転
状態検出手段ａと、エンジンに発生するノッキング信号
を検出するノッキング信号検出手段ｂと、前記ノッキン
グ信号の強度が所定値を超えたときはノッキング状態を
判定し、超えないときはトレースノックを含む非ノック
状態を判定するノック状態判定手段ｃと、前記ノック状
態判定手段ｃでノッキング状態が判定されると、点火時
期を遅角側に補正する遅角補正量を生成する一方、非ノ
ック状態が判定されると、非ノック状態における前記ノ
ッキング信号の強度が小さくなるにつれて大きくなる進
角補正量を生成する補正量生成手段ｄと、エンジンの運
転状態に基づいて基本点火時期を設定するとともに、該
基本点火時期を前記補正量生成手段ｄの出力に基づいて
補正する点火時期設定手段ｅと、点火時期設定手段ｅの
出力に従って混合気に点火する点火手段ｆと、を備えた
ことを特徴とするものである。

（作用）このような構成を有するこの発明においては、トレー
スノックを含む非ノック状態におけるノッキング信号が
小さいほど点火時期の進角速度を早めることができるの
で、要求進角値へ達するまでの時間を短縮することがで
きる。その結果、燃費と運転性とを向上させることがで
きる。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図〜第11図はこの発明の一実施例を示す図であ
る。

まず、構成を説明する。第２図において、１はエンジ
ンであり、吸入空気は図外のエアクリーナより吸気管３
を通して各気筒に供給され、燃料は噴射信号に基づきイ
ンジェクタ５により噴射される。各気筒には点火プラグ
７が装着されており、点火プラグ７にはディストリビュ
ータ９を介してイグナイタ11からの高圧パルスが供給さ
れる。これらの点火プラグ７、ディストリビュータ９お
よびイグナイタ11は混合気に点火する点火手段13を構成
しており、点火手段13は点火信号Spに基づいて高圧パル
スを発生して放電させる。そして、気筒内の混合気は高
圧パルスの放電によって着火、爆発し、排気となって排
気管15を通して排出される。

吸入空気の流量Qaはエアフローセンサ16により検出さ
れ、吸気管３内の絞り弁17によって制御される。エンジ
ン１の燃焼圧力に対応するノッキング信号は圧力素子や
磁歪素子等で構成されたノッキングセンサ18により検出
され、ノッキングセンサ18の出力S₁は制御回路（コント
ロールユニット）19に入力される。コントロールユニッ
ト19はノッキングセンサ18の出力S₁に基づいてノッキン
グ発生の有無を判定する。

また、ディストリビュータ９には一対のクランク角セ
ンサ20、21がそれぞれ取り付けられており、一方のクラ
ンク角センサ20は各気筒を判別し、他のクランク角21は
クランク角CAを検出する。すなわち、一方のクランク角
センサ20は、ディストリビュータシャフトが60゜回転す
る毎、すなわちクランク軸が120゜クランク角CA毎に１
つのパルス（以下、REF信号という）を発生する。この
パルスの立上がり発生位置は、例えば各気筒の上死点
（TDC）前70゜のクランク角CAであり、このパルス幅
（立上がりから立下がりまでのクランク角CA）は気筒毎
に異なる。他方のクランク角センサ21は、ディストリビ
ュータシャフトが１回転する毎に360個のパルス、従っ
て１゜クランク角CA毎に１つの立上がりまたは立下がり
パルス（以下、POS信号という）を発生する。

エアフローセンサ16およびクランク角センサ20、21は
運転状態検出手段22を構成しており、運転状態検出手段
22およびノッキングセンサ18からの信号はコントロール
ユニット19に入力される。コントロールユニット19はこ
れらのセンサ情報に基づいて点火時期制御（その他噴射
量制御もあるが、ここでは省略する）を行う。

次に、第３図は第２図のコントロールユニット19の一
構成例を示すブロック図である。

エアフローセンサ16からの吸入空気量信号は、バッフ
ァ30を介してアナログマルチプレクサ32に送り込まれ、
マイクロプロセッシングユニット（MPU）62からの指示
に応じて選択されるとともにA/D変換器34でディジタル
信号に変換された後、入出力ポート36を介してマイクロ
コンピュータ内に取り込まれる。

クランク角センサ20からのREF信号は、バッファ38を
介して割込み要求信号形成回路40および気筒判別回路41
に入力される。また、クランク角センサ21からのPOS信
号は、バッファ42を介して割込み要求を信号形成回路40
およびエンジン回転数信号形成回路44に入力される。気
筒判別回路41はREF信号のパルス幅（立上がりから立下
がりまでのクランク角度CA）より今回の点火気筒を判別
し、それに応じた２進符号を形成し、入出力ポート46を
介しマイクロコンピュータに送り込む。割込み要求信号
形成回路40は、REF信号およびPOS信号から所定クランク
角CA毎の割込み要求信号を形成して、これらの割込み要
求信号を入出力ポート46を介してマイクロコンピュータ
内に入力する。エンジン回転数信号形成回路44は、POS
信号の周期からエンジン回転数Neを表す２進信号を形成
する。この２進信号は、入出力ポート46を介してマイク
ロコンピュータ内に送り込まれる。

ノッキングセンサ18からの出力信号S₁は、インビーダ
ンス変換用のバッファおよびノッキング固有の周波数帯
域（７〜8kHz）が通過可能なバンドパスフィルタから成
る回路48を介してピークホールド回路50に入力される。
ピークホールド回路50は、線52および入出力ポート46を
介して“1"レベルの信号がMPU62から印加されてノック
ゲートが開かれている場合に、ノッキングセンサ18から
の出力信号S₁の最大振幅値（ピーク値ａ）をホールドす
る。ピークホールド回路50の出力は、A/D変換器54によ
って２進信号に変換され、入出力ポート46を介してマイ
クロコンピュータに送込まれる。ただし、A/D変換器54
のA/D変換開始は、入出力ポート46および線56を介してM
PU62から印加されるA/D変換起動信号によって行われ
る。また、A/D変換器54は、A/D変換が終了した時点で、
線58および入出力ポート46を介してマイクロコンピュー
タにA/D変換完了通知を行う。したがって、ノッキング
センサ18、バッファフィルタ48、ピークホールド回路5
0、A/D変換器58が全体としてノック検出手段を構成して
いる。

一方、MPU62から入出力ポート46を介して駆動回路60
に点火信号Spが出力されると、これが駆動信号に変換さ
れてイグナイタ11が付勢され、点火信号Spに応じた点火
制御が行われる。

マイクロコンピュータは、入出力ポート36および46、
MPU62、ランダムアクセスメモリ（RAM）64、リードオン
リメモリ（ROM）66、図示しないクロック発生回路およ
びこれらを接続するバス68等から主として構成されてお
り、ROM66内に記憶された制御プログラムに従って種々
の処理を実行する。また、ROM66には、エンジン回転数N
eとエンジン１回転当たりの吸入空気量（エアフローセ
ンサ16に代えてスロットル弁17下流側の圧力を検出する
圧力センサを用いる場合には吸気管圧力）とで定められ
た基本点火時期SAoが記憶されている。

また、コントロールユニット19はマイクロコンピュー
タ、バッファ30、38、42、バッファフィルタ48、ピーク
ホールド回路50、A/D変換器34、54、気筒判別回路41、
割込み要求信号形成回路40、エンジン回転数信号成形回
路44、アナログマルチプレクサ32および駆動回路60より
構成されており、ノック状態判定手段、補正量生成手段
および点火時期設定手段としての機能を有する。

次に、作用を説明する。

まず、この発明の一実施例に係る処理ルーチンから説
明する。なお、以下の説明においては複雑化を避けるた
めに最も不都合のない数値を用いて説明することとする
が、この発明はこれらの数値に限定されるものではな
く、エンジンの種類毎に最適な値が選択される。

割込み要求信号形成回路40から、予め定めた特定クラ
ンク角CA毎の割込み要求信号、すなわちREF信号立上が
り時の割込み（以下、REF割込みという）要求信号およ
びATDC30゜、60゜の割込み（以下、角度割込みという）
要求信号が入力されると、MPU62は第４図および第５図
の割込み処理ルーチンを実行する。第４図のメインルー
チンは、ノッキングセンサ18から出力される信号S₁のピ
ークホールドを行う時期およびノッキングを判定して点
火時期SAを制御することを主に実行するためのものであ
り、第５図のサブルーチンはクランク角度カウンタのカ
ウント値ｍをリセットするためのルーチンを示すもので
ある。REF割込み要求信号が入力されると第５図のルー
チンが実行され、ステップ70でカウント値ｍがリセット
されてメインルーチンへリターンされる。REF信号の立
上がりは、各気筒のTDC前70゜クランク角CAで出力され
るため、各気筒の上死点前70゜クランク角CAでカウント
値ｍがリセットされることになる。

角度割込み要求信号が入力されると、第４図のメイン
ルーチンが実行され、ステップ72においてエンジン回転
数信号形成回路44で求められたエンジン回転数Neが取り
込まれる。次に、ステップ80でクランク角度カウンタの
カウント値ｍを＋１だけインクリメントする。

ここで、上記のカウント値ｍのクランク角CAに対する
関係を第９図（Ａ）に示す。

次に、ステップ86ではカウント値ｍが２か否か、すな
わちピストンが各気筒のTDCに到達したか否かを判断す
る。各気筒のTDCでないときはステップ92へ進み、各気
筒のTDCのときは、ステップ87で入出力ポート46より気
筒判別結果を読み出し、気筒番号ｉとして気筒判別結果
をセットする。次に、ステップ88でピークホールド回路
50のノックゲートを開いてピークホールドを開始し、ス
テップ90でノックゲートを閉じてピークホールドを終了
するための時刻t₁を算出してコンペアレジスタＡにセッ
トする。

コンペアレジスタＡにセットされた時刻t₁になると、
第６図に示す時刻一致割込みルーチンが実行され、ステ
ップ102でピークホールド値のA/D変換が開始される。A/
D変換が終了するとA/D変換器54からA/D変換終了通知が
入力され、この通知によって第７図のA/D変換終了割込
みルーチンが実行される。このルーチンでは、ステップ
104においてA/D変換値をピーク値ａとしてRAM64の所定
エリアに記憶するとともに、ステップ106でノックゲー
トをクローズしてリターンする。上記のルーチンにおけ
るノックゲートオープン、クローズのタイミングを第９
図（Ｂ）、（Ｃ）に示す。

次に、ステップ92では、カウント値ｍが３か否か、す
なわちピストンが各気筒の30゜ATDCに到達したか否かを
判定し、30゜ATDCでないときはステップ98へ進む。これ
に対して、30゜ATDCであるときはステップ94においてノ
ッキング発生の有無を判定して補正遅角量SAriを演算す
るノッキング制御処理を実行する。このノッキング制御
処理は後で説明する第10図の30゜ATDC毎の割込み処理ル
ーチンで実行される（第９図（Ｄ）、参照）。

次に、ステップ96では、図示しないメインルーチンに
おいてROM66に記憶された基本点火時期のマップから補
間法により演算された基本点火時期SAoと、ノッキング
制御用の気筒毎に割り付けられた補正遅角量SAri₊₁（ｉ
は気筒番号;i₊₁で次の気筒を意味する。従って、i₊₁＝
６となったときは０とみなす）とから実行点火時期SA
（＝SAo−SAri₊₁）を演算し、実行点火時期SAと現在時
刻とからイグナイタのオン時刻を求めてコンペアレジス
タＢにセットする（第９図（Ｅ）、参照）。続くステッ
プ98では、カウント値ｍが１か否か、すなわちピストン
が各気筒の60゜ATDCでないときはメインルーチンへリタ
ーンし、60゜ATDCのときは実行点火時期SAと現在時刻と
によりイグナイタをオフする時刻を計算してコンペアレ
ジスタＢにセットしてメインルーチンへリターンする。

ステップ96および100でセットした時刻になると第８
図に示す時刻一致割込み処理ルーチンが実行され、ステ
ップ108でステップ96でセットされたイグナイタオンの
割込みか否かを判断し、イグナイタオンの割込みのとき
はステップ110でイグナイタをオンし、イグナイタオフ
の割込みのときはステップ112でイグナイタをオフして
リターンする。この結果、実行点火時期SAで点火され
る。

次に、第４図のステップ94のノッキング制御処理の内
容を第10図のサブルーチンを示すフローチャートに基づ
いて詳細に説明する。

まずステップ200でノッキングの強度を判定する。こ
のノッキングの強度の判定は、ノッキングの強度を示す
ノッキング判定パラメータａと、予め設定された所定値
K₁、K₂、K₃（K₁＜K₂＜K₂）と、を比較して両者の大小に
よって行われる。ノッキング判定パラメータａがａ＞K₃
のときはステップ202へ進む。

ここで、前記ノッキング判定パラメータａの頻度分布
は、各ノッキングレベル○、◇、△について第11図に示
される。第11図において、ａ＞K₃のときはノックレベル
は３つのノックレベル○、◇、△となる可能性がある
が、○、◇のレベルの頻度（ノッキング頻度）は少な
く、ノッキングレベルは△レベルと判定される。すなわ
ち、ａ＞K₃となる頻度、換言すればエンジン１の動作に
支障をきたす程度の強いノッキングが発生する頻度が所
定値以上（例えば、10％以上）と判定される。そして、
ステップ202で、前記補正遅角量SAriに微小遅角量Ｙを
加算して補正遅角量SAri_-1を演算する。こうして、実行
点火時期SAを遅角させてエンジン１の動作に支障をきた
す程度の強いノッキングの発生を阻止することができ
る。

次に、ノッキング判定パラメータａがK₂＜ａ≦K₃のと
きは、ステップ204へ進む。K₂＜ａ≦K₃のときは第11図
に示すように、ノッキングレベルは３つのレベル○、
◇、△になる可能性があり、ａ＞K₃となる頻度、すなわ
ち、エンジン１の動作に支障をきたす程度の強いノッキ
ングの発生する頻度が低い範囲（例えば、１〜10％）に
収まっていることが判定される。そして、ステップ204
で補正遅角量SAri_-1から微小進角量Ｘを減算して新たに
補正遅角量SAri_-1を演算する。これにより、実行点火時
期SAを徐々に微小進角して、トレースノックを発生させ
るように行われる点火時期制御、すなわちノッキング限
界での制御を行う。したがって、エンジンのトルクを充
分引き出すことができる。なお、微小進角量Ｘの値とし
ては、例えば前記微小遅角量Ｙの10分の１となるように
している。

次に、ノッキング判定パラメータａがK₁＜ａ≦K₂のと
きは、ステップ206へ進みステップ206でａ≦K₃となる頻
度を判定する。K₁＜ａ≦K₂のときは、第11図に示すよう
に、△のレベルについては起こりえず、ノッキングレベ
ルは○と◇との付近やレベルにあると判定され、ａ＞K₃
となる頻度、すなわち、エンジン１の動作に支障をきた
す程度の強いノッキングの発生する可能性は小さい（例
えば、0.1〜１％）ことが判定される。この場合は、ス
テップ206へ進み、このステップ206で補正遅角量SAri_-1
から微小進角量X₁を減算して新たに補正遅角量SAri_-1を
演算する。そして、ステップ204での微小進角量Ｘより
大きな値（X₁＞Ｘ）で進角させる。すなわち、進角スピ
ードを速くして、要求進角値に達する迄の時間を短縮す
る。こうして、燃費と運転性とを向上させることができ
る。

次に、ノッキング判定パラメータａがａ＜K₁のとき
は、ステップ208へ進む。第11図に示すように、ａ＜K₁
のときは◇、△の各レベルについては起こりえず、この
場合ノッキングレベルは○のレベルと判定され、ノッキ
ングが発生する可能性がない。すなわち、ａ＞K₃となる
頻度がある値以下（例えば、0.1％以下）となる非ノッ
ク状態が判定され、この場合には、実行点火時期SAを大
幅に進角させても良い。ステップ208では補正遅角量SAr
i_-1から微小進角量X₂を減算するが、ステップ202の微小
遅角量Ｙよりも大きな値（X₂＞Ｙ）で進角させる。こう
して、進角スピードをさらに速くして要求進角値に達す
る迄の時間をさらに短縮できる。この結果、燃費と運転
性とをさらに向上させることができる。

なお、この実施例では補正遅角量SAri_-1が負となった
ときは、SAri_-1を０となるように設定し直している。

以上説明したサブルーチンを実行すると、前記メイン
ルーチンへリターンする。

（効果）以上説明してきたように、この発明によれば、ノッキ
ングの強度に応じて微小進角させるスピードを速めるこ
とができるので、要求進角値に達する迄の時間を短縮す
ることができる。その結果、燃費と運転性とを向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の基本概念図、第２図〜第11図はこ
の発明の一実施例を示す図であり、第２図はその全体構
成図、第３図はその制御回路のブロック図、第４図〜第
８図はその制御回路で実行される各処理ルーチンを示す
各フローチャート、第９図はその制御回路の動作を示す
タイミングチャート、第10図は第４図のノッキング制御
処理実行プログラムを示すフローチャート、第11図はノ
ッキング判定パラメータの頻度分布を示す図である。１……エンジン、 13……点火手段、 18、48、50、54……ノック検出手段、 19……コントロールユニット（ノック状態判定手段、補
正量生成手段、点火時期設定手段）、 22……運転状態検出手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状
態検出手段と、ｂ）エンジンに発生するノッキング信号を検出するノッ
キング信号検出手段と、ｃ）前記ノッキング信号の強度が所定値を超えたときは
ノッキング状態を判定し、超えないときはトレースノッ
クを含む非ノック状態を判定するノック状態判定手段
と、ｄ）前記ノック状態判定手段でノッキング状態が判定さ
れると、点火時期を遅角側に補正する遅角補正量を生成
する一方、非ノック状態が判定されると、非ノック状態
における前記ノッキング信号の強度が小さくなるにつれ
て大きくなる進角補正量を生成する補正量生成手段と、ｅ）エンジンの運転状態に基づいて基本点火時期を設定
するとともに、該基本点火時期を前記補正量生成手段の
出力に基づいて補正する点火時期設定手段と、ｆ）点火時期設定手段の出力に従って混合気に点火する
点火手段と、を備えたことを特徴とする点火時期制御装置。