JPS61275582A - 内燃エンジン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】 １五±１ 本発明は、内燃エンジンの点火時期制御装置に関する。

１１五ｊ 内燃エンジンのシリンダヘッド等の燃焼室を構成する部
材に燃焼室に連通する貫通孔を穿ち、これに圧電素子等
を用いた圧力センサを挿入した構成としてシリンダ内圧
変化をいわゆる指圧信号として得ることが出来る。また
、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間の結合部分
に圧力ゲージを介装して指圧信号を得る方式も考えられ
る。

内燃エンジンの運転状態のにおけるエンジンシリンダ内
圧変化は第１図に曲線へに示す如くなっていることが分
る。点火角θＩ（、にて点火系をトリガすると点火遅れ
θｄをもって混合気に点火され、シリンダ内圧はその後
急上昇して最大圧力ビ−りＰ（以下指圧ピークと称する
）を経て降下する過程をたどる。

ところで指圧ピークのクランク角度位置は、エンジンが
最大出力を発揮する状態と関係することが知られており
、この最大出力を与えることができる指圧ピークのクラ
ンク角度位置は、図示のように上死点侵（以下ＡＴＤＣ
という）１２°〜１３°にあることが実験的に確かめら
れた。よって、このＡＴＤｏｌ　２°〜１３°の理想の
クランク角度位置とする。したがって、指圧ピークがＡ
ＴＤＣ１２°〜１３°の理想のクランク角度位置となる
ように、点火時期θＩＧを定めるようにするのが望まし
い。

ところが、点火時期θＩＧを一定にしても指圧ピークは
、エンジン運転状態によって刻々変化するものであり、
指圧ピークを最適位置に保持する点火時期＆１ｌＩｌｌ
装置が望まれる。

そこで、シリンダ内圧を表わす指圧信号を得てこの指圧
信号のクランク角上でのピーク位置を指圧ピーク位置と
して検知し、これを実測指圧ビーり値として目標指圧ピ
ーク値からの偏位量を減少せしめるように点−大角を調
整する指圧信号応答且点火１１８期制御装置が考えられ
る。

かかる指圧信号応答型点火時期制御装置において、実測
指圧ピーク値の目標指圧ピーク値に対する偏位の絶対値
すなわち偏位量に応じた角度分だけ点火角を調整すると
エンジンによっては点火角変動、に対する指圧ピーク値
変動が正負方向によって異なる場合がある。かかる場合
、指圧ピーク値の変動方向に拘らず一定角度の進角若し
くは遅角制御をなしたのではエンジン特性に適合した点
火時期制御が達成されない。

１里旦１１ そこで、本発明の目的はエンジンの点火時期変動の方向
によって点火時期変動量が同一であっても指圧ピーク位
置の変動量が異なるようなエンジンに対しても良好な点
火時期制御をなし得る指圧信号応答型点火時期制御装置
を提供することである。

本発明による点火時期制御装置においては、指圧ピーク
値の変動方向に応じて点火時期の制ｒＩＪ量を異ならし
めているのである。

支−１−１ 第２図は、本発明による点火時期制御０１ｉ置を示して
おり、この装置においては、内燃エンジン（図示せず）
の燃焼室を形成するシリンダヘッド等の部材に貫通孔を
穿ちこれに圧電素子等の圧力センサをその検出ヘッドが
燃焼室内に露出するが如く密着挿通せしめるなどして得
られる指圧信号発生回路１が含まれている。クロック発
生回路２は、所定周期の又はエンジン回転に同期したク
ロックパルスを生ずる。エンジン回転に同期したクロッ
クパルスを得る手段としてはクランクシャフトの回転に
応動して回転する円盤であって、等間隔にて多数のスリ
ットを有するスリット円盤にフォトカブラを組み合せて
フォトカプラの出力信号によってクロックパルスを得る
手段が公知である。

基準位置発生回路３は、クランク角度位置すなわちエン
ジン回転角度位置が基準位置に遠したことを示す基準位
置信号例えばＴＤＣ（ＴｏｐＤｅａｄ　　Ｃｅｎｔｅｒ
）パルスを発生する。このＴＯＣパルスはクロック発生
回路２に用いたスリット円盤にＴＤＣパルス用スリスリ
ットに設けかつＴＤＣパルス生成用フォトカプラを設け
ることにより得ることが出来る。ピークホールド回路４
は基準位置信号によってクリアされた後指圧信号に最大
値を保持し比較回路５は該最大値を指圧信号自信が下回
ったとき指圧信号を発する。クランク角度位置計測用の
カウンタ６はクロックパルスをカウントしかつ基準位置
信号によりクリアされており、カウンタ６のカウント値
は例えば８ビツトデータでありクランク角の現在値を示
している。ラッチ回路１０は比較回路５からのピーク検
出信号がそのゲート端子９に供給される毎にカウンタ６
のカウント値をラッチするようになっている一方、デコ
ーダ１１は、カウンタ６のカウント値が例えば６３にな
ったとぎ読取指令信号を点火角設定回路８に供給する。

カウント値６３は、指圧ピーク値が生ずると予測される
クランク角より大きいクランク角に対応しており、排気
弁のバルブシーテイングノイズが指圧信号に混入しても
影響を受けないような読み取りタイミングを得ている。

点火角設定回路８は、これに応じてラッチ回路１０の内
容を読み取ってこのラッチ内容をクランク角度上のピー
ク位置情報θｐｘと判断する。なお、デコーダ１１から
の読取指令信号によってゲートを間（ゲート回路を経て
ラッチ内容を点火角設定回路８に供給する構成も考えら
れる。点火角設定回路８は、マイクロプロセッサ等によ
って構成され、供給されるピーク位置情報（データ）θ
ｐｘを元にして後述するプログラムに従って、所望の点
火角θＩＧデータを点火指令回路９に供給する。点火指
令回路９は、基準位置信号を基準としてクロックパルス
をカウントしてクランク角度現在値θｔ９を知り、この
現在値θｉ９と入力θＩＧとが一致したとき点火スイッ
チＳＷのｍ成をなし、これにより点火トランスＴの１次
コイルに点火′ＩＩｉ流が流れて点火プラグ（図示せず
）にて点火がなされる。なお、点火角設定回路８と点火
指令回路９とによって点火指令手段が形成される。また
、点火角設定回路８はエンジンパラメータセンサ１２か
らの諸エンジンパラメータすなわちエンジン回転数Ｎｅ
１吸入負圧Ｐａスロツトル閤度θｔｈ等を基にして動作
するモードも備え冑る。

第３図（Ａ）〜（Ｆ）は上記実施例回路の動作を説明す
る信号波形図である。すなわち、基準位置信号及びクロ
ックパルスは各々第３図（Ａ）、（Ｂ、）において示さ
れるが如くである。指圧信号は第３図（Ｃ）の実線で示
されるが如く変化し、従って、ピークホールド回路４の
出力は第４図（Ｃ）の点線で示されるが如くである。比
較回路５は、指圧信号の極大点毎に第３図（Ｄ）の如き
ピーク検出パルス信号を発する。第３図゛（Ｅ）はカウ
ンタのカウント値の変化の様子を数字にて示している。

第３図（Ｆ）はラッチ回路１０のラッチ内容の変化の様
子を数字にて示している。第４図（Ｇ）はデコーダ１１
の出力変化を示し、この場合、へレベルが読取指令信号
である。

第４ｖＪは第１図に示した装置の点火角設定回路８の点
火制御に関するプログラム例を示している。

すなわち、点火角設定回路８は、点火制御動作をなすに
当って、まず、点火角θＩＧを初ｍｍθ夏Ｇｏに設定し
ておいてデコーダ１１からのの読取指令信号を待ち、読
取指令信号を受けるとラッチ回路１０のラッチ内容をピ
ーク位置情報θＰ×として取り込むのである（ステップ
Ｓ１．、Ｓ２）。

次いでこのピーク位置情報θｐｘが上死点角度θＴＤＣ
と例えば１２°の角度αとの和より大なるか小なるかを
判断しくステップＳ３）、大なれば点火角θ！ＧをΔθ
だけ進角せしめ（ステップＳａ　）また、小なれば点火
角θｔＣをΔθだけ遅角せしめる（ステップＳｓ）。以
上のスタートからエンドまでのステップＳ＋ないしＳｓ
の１サイクルの動作が、クロックパルスに応じて順次実
行されかつ該サイクル動作が繰り返されるのである。こ
の点については以下のプログラムも同様である。

第５図は点火指令回路９をマイクロプロセッサによって
形成した場合の動作プログラム例を示している。すなわ
ち、点火指令回路９は基準装置信号を検知するとくステ
ップＳｕｅ、内蔵レジスタのクランク角現在値θを牙を
θｔｏｅ　（若しくは所定値）にセットする（ステップ
５Ｉ２）°。次いで、点火角設定回路８からの点火角デ
ータθＴＧを取　　　　□り込んで（ステップ＋２）こ
れをクランク角現在値θｉ？ｒと比較しθを牙−〇ＩＧ
の条件が成立したとき直ちに点火指令を発して（ステッ
プＳＩ４，５１ｓ）、点火スイッチＳＷをｍ成せしめる
。一方、Ｏｔ′）≠θＩＧの場合θＸｔに単位クランク
角δθを加えて次のプログラムサイクルに備える（ステ
ップＳ’ｓ）、ステップＳ１４においては、０１ｇ＝θ
ＩＧか否かの判断ではなく、０１ｇとθｉｃとの差がδ
θより小なるか否かの判断とすることも考えられる。

上記例においては、ピーク位置データθＰ×がエンジン
サイクル毎に得られ、各サイクルにおけるθＰ×によっ
て次のサイクルのための点火角が決定される訳である。

第６図は、本発明による点火時期制御装置における点火
角設定回路８の動作プログラム例を示している。このプ
ログラムにおいては、デコーダ１１からの読取指令信号
の存在時に指圧ピークデータθＰ×を読み取って（ステ
ップＳ＋　、　８２　ａ　）、θＰ×と（ｏＴＤＣ＋α
）との大小を知って進角若しくは遅角せしめる（ステッ
プＳ３ａ＊　Ｓ４　ａ　。

５ｓａ）基本的な流れは第４図のフローチャートにて示
したプログラムと変らない。

しかし乍ら、本例においては、θＰ×を時系列的に生起
するデータ群として把え、Ｎ回目のエンジンサイクルに
おいて得られる指圧ピーク位置データをθｐｘ　（Ｎ）
と表わすことにしている（ステップ３２ａ）。

ところで、エンジン失火の場合は、シリンダ内の燃焼が
発生せず、指圧ピーク位置は０ＴＤＣの近傍に生ずる。

また、エンジン失火の生じたサイクルにおける指圧ピー
ク位置データは正常燃焼によるものではないので次のサ
イクルの指圧ピーク位置制御の基礎とすることは適当で
ない。よって、まず、θｐｘ　（Ｎ）と０ＴＤＣを比較
してその差がΔθを越えた場合のみθｐｘ（Ｎ）の演算
に移る（ステップ３２０．２１）。この演算ステップ８
２１においては θｐｘ（Ｎ）＝Σ（Ｚ）ｎθｐｘ（Ｎ−ｎ＞ｎ≠Ｏ なる数式によって過去のエンジンサイクル（Ｎ−１）、
（Ｎ−２）、・・・・・・（Ｎ−ｎ　）回目のエンジン
サイクルにおける指圧ピーク位置データ値によって今回
データ値を補正してフィードバック系の安定性を増して
いるのである。

上記数式のωｎの具体例として、ω０＝ω１＝ω２ｆω
３ｉω４＝１１５．ω５±ω６＝・・・＝ωロー０とし
て、過去４回のデータと今回データとの平均値を今回デ
ータとすることも考えられる。

平均の方式はこれに限定されず、適当な回数のデータの
平均を取るのである。また、ωｎ−（１／Ｌ）ｎ　（Ｌ
＞１、ｎ〉０）とすることも考えられる。

こうして得られたθｐｘ　（Ｎ）と（θＴ　Ｄ　Ｃ＋α
）との大小によって進角及び遅角制御をなすのであるが
（ステップＳ４ａ、５ｓａ）、進角量Δθ１と遅角量Δ
θ２とを必ずしも等しい値とせず、フィードバック系の
特性に応じてΔθ１〉Δθ２あるいはΔθ１くΔ０２と
することが出来る。また、Δθ１．Δθ２はθρ×（Ｎ
）と（ＯＴＤＣ＋２）との差の関数とすることも出来る
。

一方、θｐｘ　（Ｎ＞とθＴＤＣとの差かにθ以下のと
きはに＋　＜Ｋ＋　１である限りに１をに＋＋１として
（ステップＳ２２．５２３）遅角制御０（ステップ５ｓ
ａ）をなし、失火が連続して生じてに１≧に＋ｔｌとな
れば点火時期を再設定すべく初期化する（ステップ５２
４）。なお、１θＰ×−θＴＤｃｌ＞Δθのときはに１
をＯとして次のステップに入る（ステップ５２５）。な
お、破１ｉ１Ｑ＋にて示す如く、エンジン失火の際遅角
制御をＵずにそのまま次のプログラムサイクルに入るよ
うにしても良い。これは、４サイクルエンジンにこの点
火時期１．ＩＩ御装置を用いた場合に排気行程データを
無視するようにするのにもよい。こうすれば排気工程判
別センサーが不要となる。

第７図は、点火角設定回路８の更に別の動作プログラム
例を示している。すなわち、このプログラムにおいては
θｐｘ（Ｎ）のｔ、ｌＪ御目標値θＰ×ｉを（ＯＴＤｃ
＋α）の単一の角度にせずΔθＰｘｉ±β（×）として
制御目標領域としている（ステップ５３０）。こうする
ことにより、フィードバック系全体の安定性を向上せし
めている。なお、β（Ｘ）の×はエンジン回転数Ｎｅ、
スロットル開度θＴｌ−１、エンジン吸入負圧Ｐａのい
ずれか１とすることが出来る。また、これらのエンジン
パラメータの組み合せを変数としてβの値を変えること
も考えられる。その他の点は第６図のプログラムと同様
である。なお、β（Ｘ）を定数βとすることも出来る。

第８図は、点火角設定回路８の別の動作プログラム例を
示している。すなわち、このプログラムにおいてはθｐ
ｘ　（Ｎ）の制御目標値θｐｘｉを固定せずθＰＸ（Ｎ
）の平均値θｐｘ　（Ｎ）（−ｎ＋Ａ １／Δ・Σθｐｘ（Ｎ））とθｐｘｉとの差を元Ｎ＝ｎ のθｐｘｉに加味して（２θｐｘｉ−θｐｘ（Ｎ））を
新たなθｐｘｉとしている（ステップ８３１）。

その他の部分は、第７図のフローチャートにて示したプ
ログラム例と同様である。

第９図は点火角設定回路８の別の動作プログラムを示し
ている。すなわち、このプログラム例においては、θｐ
ｘ　（Ｎ）の制御目標値θｐｘｉを単一の角度にせず０
ｐｘｉ±β（×）の目標領域にθｐｘ（Ｎ）を収めるよ
うにフィードバック＄制御する点等については第７図の
プログラムと同、様である。しかし乍ら、本プログラム
においてはθＩＧの補正量をθｐｘ（Ｎ）のθｐｘｉか
らの偏位量（θｐｘ（Ｎ）−〇ｐｘｉ　）を変数とする
奇数次関数値Ｆ（θｐｘ（Ｎ）−〇ｐｘｉ　）としてい
る。この奇数次ｌ数Ｆ（Ｚ）は例えば、Ｚ。

Ｚ＊　、ＺＳ等の一般式（Ｚ−γ）０にて表わされる単
一変曲点を有する奇数次関数である。特に、ｎ≧３とす
るとθｐｘ（Ｎ）の目標−〇ｐｘｉからの偏位量の増加
−に従ってフィードバック量が増すことになり、素早い
フィードバック制御が期待出来る。一方、フィードバッ
ク量が大゛きくなり過ぎるとフィードバック系がハンチ
ング状態になる恐れもある故、最大フィードバック量を
制限している。以上の動作を第８図のフローチャートの
ステップ８３２，３３３．３γによって遂行するのであ
る。

また、この場合、失火が生じたら所定角直入〇だけ遅角
せしめるステップＳｓａは残し、かつこれを省略するこ
ともあることを破線Ｑ２にて示している。

第１０図は、点火角設定回路８の更に別の動作プログラ
ム例を示している。すなわち、本プログラムにおいては
、まず、諸エンジンパラメータのうちエンジン回転数の
Ｎｅ、スロットル開度θｔｈ。

吸入負圧Ｐｓを所定基準値Ｎｒ、θｒ、Ｐｒと各々比較
して、これら基準値を超えない範囲においては、点火角
θＩＧを固定点火角θｒｅｒに固定する（ステップ８４
０，８４１　、Ｓｕ、Ｓｏ　）、１４準点火角θＩＧｒ
はエンジン回転数等のエンジンパラメータによって変動
せしめるか該エンジンパラメータによるマツプ値から選
択することも考えられる。また、Ｎｅ、θｔｈ、　Ｐａ
のいずれかが基準値Ｎｒ、θｒ、ｐｒを各々超えた場合
フィードバック制御動作に入るようになっている。この
ように、エンジンパラメータに応じてフィードバック制
御によるθＩＧ決定と固定θＩＧとの切換えをなす理由
について説明すれば、まず、エンジン回転数が低いとき
はシリンダ内での爆発による指圧ピークよりも空気圧縮
による上死点近傍での指圧ピークの方が大きく表われる
ためである。この場合の指圧変化を第１１図の一点鎖線
で示している。

また、スロットル開度が小又は吸入負圧が人であるとい
うことは低負荷あるいは極低スロワ］・ル開度状態であ
ることを示しており、かかる場合の指圧変化を第１１図
の実線カーブにて示す。この場合も最大指圧ピーク位置
がＴＤＣ近傍にあり、点火角をフィードバック制御する
には適当でないのである。なお、第１１図の点線カーブ
は通常運転下における指圧変化の様子を示している。な
お、ステップ８４１と３４２はいずれかを省略すること
も出来る。

エンジン運転状態が低エンジン回転状態、極低スロット
ル開度、軽負荷状態のいずれでもな（通常の運転状態で
あることを判定すると、指圧ピーク位置θｐｘ　（Ｎ）
の読み取りに入っても良い。

しかし、このプログラムにおいては、前回１ナイクルで
の設定点火角θ■ｃ（Ｎ−１）と前々回サイクルでの設
定点火角θＴＧ（Ｎ−２）との差入〇＋ｃ（Ｎ−１）を
演算しておく（ステップ５４４）。

次に読取指令信号の存在を検知すると指圧ピークデータ
θｐｘ　（Ｎ）を取り込むのである（ステップＳ＋、５
ｚａ）。この後で、ステップ３４４の内容を実行するよ
うにしても良い。

次いで、今回θｐｘ（Ｎ）と前回θｐｘ（Ｎ−１）との
差Δθｐｘ　（Ｎ）を演算しくステップＳ６）、■にｔ
７ているΔθ＋ｃ（Ｎ−１）に対するΔθｐｘ　（Ｎ）
の比Ｋ（Ｎ）を得る（ステップＳｓ　）　ｏ次いで、ス
テップ８２０．３２１．８２２．３２３゜８２４，８２
５．８３　ａ　）にツイテ第６図と同様に実行する。

そうして、θｐｘ　（Ｎ）の目標値との比較結果に応じ
て前回θＩＧ（Ｎ−１）を進角若しくは遅角させるに当
って、Ｋ（Ｈ）・Δθ１若しくはＫ（Ｎ）・Δθ２だけ
前回θＩｅ（Ｎ−１）を減少若しくは増加させるのであ
る（ステップＳａ、Ｓ槌）。

これは、今回ピーク位置θｐｘ（Ｎ）は前回の設定点火
角θ＋ｃ（Ｎ−１）によるものであり、前回ピーク位置
θｐｘ（Ｎ−１）は前々回設定点火角θ＋ｃ（Ｎ−２）
に対応することから、θ−１ｃ（Ｎ−２）からθＩＧ（
Ｎ−１＞への変化分Δθｒｃ（Ｎ−１）によるθｐｘ（
Ｎ−１）からθｐｘ　（Ｎ）への変化分Δθｐｘ（Ｎ）
への影響の度合をＫ（Ｎ）によって表わしてこれを次回
エンジンサイクルの点火のための今回設定点火角θＩｃ
　（Ｎ）の進角若しくは遅角制御に反映させる訳である
。

第１２図は、クロック発生回路２として水晶発振器等の
発振器をｍｍいてエンジン回転数に無関係な一定周波数
のクロックパルス信号を発生するようにした場合に点火
角設定回路８（用°いて有用なサブルーチンプログラム
である。

このサブルーチンプログラムを含む点火角設定回路８は
ＴＤＣパルス等の基準位置信号が存在するや、否やを判
別して（ステップＳ　ｓｏ　）　、存在しない場合は基
準位置信号の不存在期間が（Ｋ２　Ｉｘツクック周期）
を超えたかどうかを判定しくステップ５５１）、越えて
いなければ定数に２に１を加算して終了する（ステップ
Ｓ５□）。基準信号不存在Ｉ］ｌｌ５Ｉが（Ｋ２　ｌｘ
り０ツク周期）と越、えると設定点火角θ［Ｇを初期値
θＩＧＯに戻し、Ｋ２をゼロとし、このときのθＰ×デ
ータを無視するキャンセルフラーグをこのθＰ×データ
に付加する（ステップ５５３）。なお、基準位置信号の
存在を検知するとに２をゼロとする（ステップ５５４）
。

これは、所定時間以上基準位置信号が得られないとエン
ジン停止と判断して次のエンジン始動に備えるためであ
る。

１且立１１ 以上のことから明らかな如く、本発明による指圧信号応
答型点火時期制御装置によれば指圧ピーク位置のの偏位
に対するフィードバックの方向によって点火角の増減割
合を異ならしめており、エンジン特性に適合した点火時
期υＩｍが達成出来て好ましいのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、エンジンシリンダの内圧変化を例示するグラ
フ、第２図は、本発明の実施例を示す回路図、第３図は
第２図装置の動作を示す信号波形図、第４図及び第５図
は第２図の装置のマイクロプロセッサによって構成され
る部分の動作プログラムを示すフローチャート第６図な
いし第１０図及び第１２図は第２図の点火角設定回路の
動作モードプログラムを示すフローチャー１−１第１１
図は指圧変化カーブが運転状態に依存することを示すグ
ラフである。 主要部分の符号の説明 ８・・・・・・点火角設定回路 ９・・・・・・点火指令回路 １０・・・・・・ラッチ回路 １１・・・・・・デコーダ ＳＷ・・・・・・点火スイッチ Ｔ・・・・・・点火トランス 出願人　　　本田技研工業株式会社 代理人　　　弁理士　　藤村元彦 第４図 第５図 エンド 第１１図 第１２図 エント 手続ネ…正書（自発） 昭和６０年１０月２９日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃エンジンのエンジン回転角度位置が基準角度位置に
   達する毎に基準位置信号を発する基準位置信号発生手段
   と、エンジンシリンダ内圧を表わす指圧信号を発生する
   指圧信号発生手段と、１の基準位置パルス発生から次の
   基準位置パルスまでの指圧信号の最大ピーク位置を表わ
   す指圧ピーク位置データ信号を順次発生するピーク位置
   検出手段と、前記指圧ピーク位置データ信号に基づいて
   点火角を順次設定する点火角設定手段と前記点火角設定
   手段による設定点火角にてエンジン点火を指令する点火
   指令手段とからなる内燃エンジンの点火時期制御装置で
   あって、前記点火角設定手段は前記指圧ピーク位置デー
   タ信号のデータ値の目標指圧ピーク位置データに対する
   偏移量に応じて設定点火角を進角若しくは遅角せしめる
   に当り、同一偏移量に対して進角量及び遅角量を互いに
   異ならしめることを特徴とする内燃エンジンの点火時期
   制御装置。