JP2536243B2

JP2536243B2 - 内燃機関の点火時期制御装置

Info

Publication number: JP2536243B2
Application number: JP2154418A
Authority: JP
Inventors: 昭出水; 仁志井上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-06-13
Filing date: 1990-06-13
Publication date: 1996-09-18
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: DE4117469A1; DE4117469C2; US5090383A; JPH0447165A

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（以下、機関と記す。）のノッ
キングのレベルを検出し、この検出結果に応じて点火時
期を制御する機関の点火時期制御装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来の機関の点火時期制御装置としては、特開昭62−
58055号公報等に開示されたものがある。この装置は機
関のシリンダ内圧力（筒内圧）から燃焼圧力が最大とな
るクランク角（θ_Pmax）を検出し、機関の回転数と負荷
によって予め定められた機関の運転状態に対応するノッ
キング発生限界のノック限界値（θ_Ｋ）との比較によっ
てノッキングを検出し、θ_Pmax≧θ_Ｋであればノッキン
グが発生していないものと判断して点火時期を進角さ
せ、θ_Pmax＜θ_Ｋであればノッキングが発生しているも
のと判断してノッキングの抑制のために点火時期を遅角
させるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の機関の点火時期制御装置は以上のようなものな
ので、燃焼圧力が最大となるクランク角を検出している
が、機関の出力を直接あらわすものではなく、これによ
って決定される点火時期で機関を制御しても、機関の出
し得る最大出力になるとは限らない課題があった。

また、予め定められたノッキング発生限界のノック限
界値（θ_Ｋ）は機関のバラツキや経時変化等によって最
適値からずれてノック検出精度の低下や、制御応答遅れ
につながり、ノッキングを抑制することができない場合
や抑制の応答性が遅くなる等の課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされ
たもので、機関の構成部品のバラツキ、経時変化あるい
は環境条件の変化等に拘らずノッキングを抑制でき、し
かも機関の出力を最大に制御するように最適点火時期で
機関を運転制御することのできる機関の点火時期制御装
置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の機関の点火時期制御装置は、シリンダ内の
圧力を検出する圧力検出手段と、この出力に基づいてノ
ッキングレベルを検出するノッキング検出手段と、シリ
ンダ内圧力とクランク角とから図示平均有効圧力を算出
する図示平均有効圧検出手段と、この図示平均有効圧力
の平均値を算出する図示平均有効圧平均手段と、機関の
所定の運転状態において、点火時期を変化させたときの
図示平均有効圧力の変化に基づいて点火時期が図示平均
有効圧の平均値の最大値になるように点火時期を制御す
る制御手段と、図示平均有効圧力の平均値が最大値とな
る非ノッキング時の点火時期制御量を記憶する制御量記
憶手段とを備え、制御手段は、ノッキング時、記憶値に
基づいて点火時期を制御するものである。

〔作用〕

この発明における機関の点火時期制御装置は、図示平
均有効圧平均手段により算出された図示平均有効圧の平
均値が最大値となるように制御手段により点火時期を制
御するが、ノッキング検出手段によりノッキングを検出
した時には、制御量記憶手段に記憶されている図示平均
有効圧の平均値が最大値となる過程でのその最大値に対
応する非ノッキング時の点火時期制御量を利用して制御
手段により点火時期を制御する。

〔実施例〕

以下、この発明の機関の点火時期制御装置の一実施例
を図について説明する。第１図はこの発明の一実施例に
よる機関の点火時期制御装置の構成を示す図である。第
１図において、エアクリーナ８を通った空気は、エアフ
ローメータ９により計量され、スロットル弁10により流
量が制御され、吸気マニホールド11を経て、燃料噴射弁
６により燃料と混合（混合気）され、機関Ｅ（以下、こ
の記号を省略する）のシリンダ12に送り込まれる。

この混合気をシリンダ12で圧縮し、適当な時期にプラ
グ13で点火する。排気ガスはマニホールド14を不図示の
浄化装置を通って大気中に放出される。

16は機関のクランク軸の回転角度を検出するディスト
リビュータ内蔵のクランク角センサ、17は点火装置、21
は機関の点火時期を制御する制御装置である。

クランク角センサ16は、例えば、クランク角の基準位
置（４気筒機関では180℃毎、６気筒機関では120℃毎）
に基準位置パルスを出力し、また、単位角度毎（例えば
２゜毎）に単位角度パルスを出力する。そして、制御装
置21内において、この基準位置パルスが入力された後の
単位角パルスの数を計数することによって、その時のク
ランク角を知ることができる。

19はシリンダ内圧力を検出する圧力センサである。こ
の圧力センサ19は第２図（Ａ）平面図、第２図（Ｂ）
（第２図（Ａ）のＸ−Ｘ線断面図）に示すように、電圧
素子を座金状に形成したものである。すなわち、リング
状に形成された圧電素子19Aと、リング状のマイナス電
極19Bとプラス電極19Cとから構成されている。

この圧力センサ19は第３図のように、シリンダヘッド
22に取り付けられている。この圧力センサ19はこのシリ
ンダヘッド22に座金の代わりに点火プラグ13によって締
め付けて取り付けられており、シリンダ12内の圧力の変
化を電気信号として取り出すものである。

上記制御装置21には、エアフローメータ９から与えら
れる吸入空気量信号X1、クランク角センサ16から与えら
えるクランク角信号X3および圧力センサ19から与えられ
る圧力信号X4を入力し、所定の演算を行って、点火信号
X6を出力し、それによって、点火装置17を制御する。

第４図は上記制御装置21の内部構成を示すブロック図
である。この第４図において、エアフローメータ９から
出力される吸入空気量信号X1、圧力センサ19から出力さ
れる圧力信号X4は制御装置21内のマルチプレクサ21a
（入力インタフェースを内蔵している）に入力されるよ
うになっている。

また、クランク角センサ16から出力されるクランク角
信号X3はラッチ回路21bと入力回路21cに入力されるよう
になっている。

このクランク角信号X3がラッチ回路21bに入力される
ことにより、ラッチ回路21bはマルチプレクサ21aに出力
することによって、マルチプレクサ21aは吸入空気量信
号X1、圧力信号X4の入力を切り換えて、これらの各入力
信号を選択的にA/D（アナログ／ディジタル）変換器21d
に出力するようになっている。

A/D変換器21dでデジタル信号に変換された各信号およ
びクランク角信号X3は入力回路21cを通じてCPU（中央演
算処理装置）21eに送られ、後述のフローチャートに示
すように、演算処理され、算出された点火時期制御信号
が出力回路21fで点火信号X6に変換された後、点火装置1
7へ送られるようになっている。

なお、21gはメモリであり、CPU21eの演算途中のデー
タ等を一時的に記憶するRAM（ランダム・アクセス・メ
モリ）と、演算手順等を予め記憶しているROM（リード
・オンリ・メモリ）等から構成されている。

第５図はこの発明の要部の構成の機能を示すブロック
図である。この第５図において、23は制御対象となる機
関であり、24は機関23の負荷を検出する負荷検出手段で
ある。

この負荷検出手段24は、例えば、第１図で示したエア
フローメータ９またはスロットル弁10より下流の吸気管
内圧力を検出する吸気管センサまたは、第１図のスロッ
トル弁10の開度を検出するスロットル弁開度センサ（不
図示）である。

また、25はクランク角を検出するクランク角検出手段
であり、例えば第１図のクランク角センサ16が該当する
ものである。

26は圧力検出手段であり、シリンダ12の内部の圧力を
検出するもので、例えば圧力センサ19等が該当するもの
である。

27は回転数検出手段である。この回転数検出手段27は
クランク角検出手段25の出力の信号から所定クランク角
間に要する時間から機関の回転数を検出するものであ
る。

28は図示平均有効圧検出手段であり、各クランク角検
出手段25の出力と圧力検出手段26の出力とから各クラン
ク角毎のシリンダ内圧力をP_n、クランク角が所定角度
（例えば２゜）変化する毎の行程容積の変化分をΔＶ、
行程容積をＶとした場合に、図示平均有効圧力P_iを、P_i
＝Σ（P_n×ΔＶ）/Vで求める。

ここで、Ｖは一定であるので、P_i＝P_i＋ΔＶ・P_nの式
で近似計算することができる。

また、29は図示平均有効圧平均手段であり、図示平均
有効圧検出手段28の出力の所定個数の算術平均をして、
図示平均有効圧力の平均値を得ることができる。

運転状態判定手段30は、負荷検出手段24の出力と回転
数検出手段27の出力から、現在の機関23の運転状態が所
定の条件を満たしているかどうかを判定するものであ
る。

31は機関23にノッキングが発生しているか否かを検出
するノッキング検出手段であり、圧力検出手段26の出力
に基づいてノッキングのレベルを検出するものである。

制御手段32は、運転状態判定手段30からの出力と図示
平均有効圧平均手段29からの出力とにより、機関23が所
定の運転状態であることを判定し、図示平均有効圧力の
平均値が最大となるように点火時期を求め、ノッキング
検出手段31の出力を入力してノッキング発生時には後述
の制御量記憶手段33に記憶されている点火時期に置き換
え、ノッキング非発生時には求めた点火時期に決定す
る。

制御量記憶手段33は制御手段32によって決定された所
定の運転状態におけるノッキング非発生時における図示
平均有効圧力の平均値が最大となる点火時期をその最大
値と共に記憶する。

また、34は点火手段であり、制御手段32から与えられ
る点火時期制御信号に応じた点火時期に点火を行うもの
であり、例えば、フルトランジスタ式の点火装置（パワ
ートランジスタスイッチング回路と点火コイルとからな
る装置）と、点火プラグ13とを用いることができる。

上記符号27〜33で示される構成要素は第１図の制御装
置21に含まれるものである。

まず、ノッキングの公知の検出方法について述べる。
一般に、ノッキング現象とはシリンダ内の未然混合気の
早期着火による異常燃焼のことを示し、機関23のシリン
ダ内に異常な圧力振動が発生する。この圧力振動は圧力
検出手段26によって検出され、ノッキング検出手段31に
伝達される。ノッキング検出手段31は、例えばその検出
信号をバンドパスフィルタ等によって信号処理し、その
大きさによりノッキングレベルを検出する。ノッキング
検出手段31によるノッキングの強度が所定値以上か以下
かの検出結果を割り込み入力により受けた制御手段32は
所定値以上ならばノッキング発生時としてノックフラグ
FnKをセットし、所定値以下ならばノッキング非発生時
としてノックフラグFnKをリセットする。上記ノッキン
グの検出方法は、図示せざる割り込み処理ルーチンによ
って処理される。

次に、第６図に示すようなある所定の運転条件で点火
時期に対する図示平均有効圧力特性（実際には図示平均
有効圧力の平均値であるが、以下に、その平均値を代表
して図示平均有効圧力で説明する。）をもつ場合に、図
示平均有効圧力が最大値となる点火時期を設定する原理
について述べる。

まず、測定された図示平均有効圧力について説明す
る。機関における各燃焼は、サイクル変動を起こすの
で、測定した図示平均有効圧力は同一の点火時期であっ
ても変動する。

したがって、数サイクルの平均化を行った図示平均有
効圧力を用いて判定しなければならない。

しかしながら、平均化した図示平均有効圧力さえ、実
用的に見れば変動があるので、設定した点火時期に対し
て測定した図示平均有効圧力P_iは、ある程度の変動幅内
に存在するものと考えなければならない。

次に、この第６図にあるような関係がある図示平均有
効圧力に対して、設定した点火時期で図示平均有効圧力
が最大値であることを検出するために、点火時期を変化
させて、図示平均有効圧力P_iの増減ΔP_iを調べる。

すなわち、設定した点火時期に対する図示平均有効圧
力が最大値となることを判定するために、設定点火時期
を変化させていった時の図示平均有効圧力差ΔP_iの増加
または減少する変化結果を調べる。

次に、図示平均有効圧力が最大値であるとの判定手順
を説明する。

第６図に示すように、〜（設定した点火時期を表
す）のように、設定点火時期を変えた時に、〜（図
示平均有効圧力の差の絶対値を表す）のように、図示平
均有効圧力差の絶対値｜ΔP_i|が得られたとする。

ここで、は設定した点火時期からまで点火時期
を変えた時の図示平均有効圧力差ΔP_iであり、以下、図
示平均有効圧力差の絶対値〜も同様である。

また、上述したように、平均化して得られた図示平均
有効圧力P_iは変動するので、増加または減少していない
と判断する変動幅、すなわち、不感帯｜ΔP_iP|を用い
る。

すなわち、｜ΔP_i|≦｜ΔP_iP|が成立する場合には、
図示平均有効圧力差ΔP_iは増加および減少していないと
判断することになる。このような不感帯｜ΔP_iP|を用い
ると、例えば、次のような関係式が成り立つ。

，＞｜ΔP_iP|＞ ……（２）この関係は第６図を見てもわかるように、設定した点
火時期〜までの間に、図示平均有効圧力の最大値が
存在していることを意味する。

この場合、図示平均有効圧力が最大値となる空燃比は
設定した点火時期〜の間の中央であると考えるのが
自然である。このように考えると、設定した点火時期
〜の中央である点火時期を決める手順は次のようにな
る。

設定した点火時期を例えばからΔS/Aづつ変化させ
て、図示平均有効圧力差の絶対値｜ΔP_i|が｜ΔP_iP|よ
り小さくなった時（例えば、第６図では設定された点火
時期の状態）から、１づつカウントし、再び図示平均
有効圧力差の絶対値｜ΔP_i|が不感帯｜ΔP_iP|より大き
くなるまで、カウントし続け、そのカウントした回数を
Ｃとする。

ここで、ΔS/Aとは、設定点火時期変化量である。

上記のようにカウントすることにより、設定した点火
時期〜の中央の点火時期は設定された点火時期か
ら（C/2×ΔS/A）だけ点火時期を戻した値となる。

この点火時期の戻し方は次のようになる。設定した点
火時期〜までの点火時期の変化方向が進角方向、す
なわち、点火時期を早める方向ならば、遅角、つまり、
点火時期を遅くして戻す。

また、設定した点火時期〜までの点火時期の変化
方向が遅角方向ならば、進角、つまり、点火時期を早め
て戻せばよい。

このようにして、点火時期を変えることにより、図示
平均有効圧力が最大である点火時期を決定することがで
きる。

以上のようにして、図示平均有効圧力が最大値となる
点火時期に設定することができる。

次に、この発明の演算内容について述べる。

まず、図示平均有効圧力の算出方法を述べる。この図
示平均有効圧力P_iは１サイクル（エンジン２回転）中
に、燃料ガスがピストンにする仕事を行程容積で割った
値であり、圧力センサ19から出力される各クランク角に
おけるシリンダ内圧力をP_n、クランク角が単位角度（例
えば、２゜）変化する毎の行程容積の変化分をΔＶとし
た場合に、P_i＝P_i＋ΔＶ・P_nの式を用いて近似的に求め
られる。

すなわち、今回の演算におけるシリンダ内圧力P_nと行
程容積の変化量ΔＶとを積算して、前回（例えばクラン
ク角で２゜）の演算における図示平均有効圧力P_iの値に
加算した値を今回の図示平均有効圧力P_iとする上記式の
演算を１サイクル（機関２回転）に亘って行った結果が
図示平均有効圧力P_iとなる。

次に、図示平均有効圧力が最大値となる点火時期を設
定する論理について説明する。

この説明に際し、以下の記述の中で「ｉ」という文字
は番目を表す。すなわち、今回の処理値を表し、「ｉ−
１」は前回に処理した値を示すものとする。

まず、フラグF1について説明する。前述したように、
点火時期を変化させて、図示平均有効圧力が最大値とな
るようにするためには、点火時期を変更した過程を把握
する必要がある。

そこで、第７図に示すフローチャートの処理を行う毎
に前回点火時期をどのように設定したかを表すフラグを
用いる。このフラグがフラグF1であり、まず大きく分け
て、次の第１表のように、三つの状態に分類できる。

この第１表に記すように、フラグF1がS0の場合には、
図示平均有効圧力が最大値となる処理をまだ始めていな
い初期状態を表す。

フラグF1がS10からS1Aの場合は第２表に詳細に説明す
るが、点火時期を進角または遅角した後の図示平均有効
圧力の変化差ΔP_iの増減を判定して、図示平均有効圧力
が最大値となる点火時期を判定している状態を表してい
る。

フラグF1がS2の場合は第１表に記載したように、図示
平均有効圧力が最大値となる点火時期に設定された後の
状態を表している。

このように、フラグF1によって、点火時期を設定して
いる過去の履歴をすべて表現している。

次に、第２表に分類した図示平均有効圧力が最大値と
なる点火時期を判定している状態について説明する。

これは前述した第６図のような点火時期と図示平均有
効圧力の特性をもつ場合に対応して点火時期の変化方向
とその後の図示平均有効圧力の変化ΔP_iの増減を判定し
て、その判定の過程を表現するように、フラグF1の値を
設定している。

この第２表に示したフラグF1の各々の値の場合につい
て説明する。フラグS10〜フラグS1Aは以下単にS10〜S1A
と記すことにする。判定方法の基準は第６図の場合を基
にして、前述したとおりであるが、まず、点火時期S/A
（以下、単にS/Aとのみ記す）が初期設定値S/A₀の場合
の点火時期に対して運転条件により図示平均有効圧力P_i
がどのような状態にあるかは不定である。この初期設定
値S/A₀は全ての運転条件での非ノッキング領域にある遅
角側の点火時期に設定される。

すなわち、第６図で説明すると、初期設定した点火時
期が側であるか側であるかは、運転条件によってピ
ークが進角側又は遅角側に移動するので不定である。そ
こで、フラグF1＝S0である状態（すなわち、設定してい
る点火時期と図示平均有効圧力が未判定の状態）の基準
となる図示平均有効圧力P_i(i)を測定する。

この状態がフラグF1＝S10の状態である。所定の点火
時期変化量ΔS/A（以下、単にΔS/Aと記す）だけ、S/A
を遅角に補正する。

すなわち、S/A_(i)＝S/A_(i-1)＋ΔS/Aとする（以下、
「ΔS/A＝遅角」にするという表現は、上記のような操
作を表すものとする。但し、S/A_(i)は今回のS/A、S/A
_(i-1)は前回のS/A）。そして、フラグF1をS11に設定す
る。

次にフラグF1＝S10以外の場合の処理について説明す
る。第２表に記載しているように、フラグF1＝S10以外
の場合には、S/A_(i-1)が記憶されている。そして、前回
の判定の後にフラグF1の値が設定されている。

この判定結果に基づいて、S/Aを補正し、次のフラグF
1＝S11の場合について説明する。第２表に記載したよう
に、｜ΔP_i|≦｜ΔP_iP|ならば、ΔS/A＝遅角として、フ
ラグF1をS12のままとする。

ΔP_i増加ならば、ΔS/A＝遅角として、フラグF1をS13
に設定する。

ΔP_i減少ならば、ΔS/Aだけ、S/Aを進角に補正する。
この操作は、S/A_(i)＝S/A_(i-1)−ΔS/Aにする（以下、
この操作を「ΔS/A＝進角にする」という表現で表
す）。

フラグF1＝S12の場合には、｜ΔP_i|≦｜ΔP_iP|なら
ば、ΔS/A＝進角として、フラグF1をS14に設定する。

この場合は、前述した第６図に示すように、設定した
点火時期に対して、｜ΔP_i|が｜ΔP_iP|よりも小さい状
態に相当し、図示平均有効圧力が最大値である領域にあ
ることを示している。

この場合は、まさに、第６図の設定した点火時期の
場合に相当し、ここから、ΔS/A＝進角にする回数をカ
ウントし始める。

このカウント値はC_AD(i)として表す。そして、まずC
_ADに１を設定する。

また、ΔP_i増加ならば、ΔS/A＝進角として、フラグF
1にS15を設定する。

さらに、ΔP_i減少ならば、ΔS/A＝遅角として、フラ
グF1にS16を設定する。

次に、フラグF1＝S13の場合について説明する。

｜ΔP_i|≦｜ΔP_iP|ならば、ΔS/A＝遅角として、フラ
グF1にS17を設定する。

この場合は、第６図に示したように設定した点火時期
に対して、｜ΔP_i|が｜ΔP_iP|よりも小さい状態に相当
し、図示平均有効圧力が最大値である領域にあることを
示している。

この場合は、第６図において、まさに設定した点火時
期の場合に相当し、この場合には、ΔS/A＝遅角とし
て、いま図示平均有効圧力が最大値であることを判定し
ていくことになる。

しかし、この状態から、ΔS/A＝遅角にする回数をカ
ウントし始める。このカウント値は、C_RE(i)として表
す。そして、まず、C_REに１を設定する。

また、ΔP_i増加ならば、ΔS/A＝遅角としてフラグF1
はS13のままとする。

また、ΔP_iが減少ならば、ΔS/A＝進角として、フラ
グF1にS18を設定する。

次に、フラグF1＝S14の場合について説明する。第２
表に記載しているように、｜ΔP_i|≦｜ΔP_iP|ならば、
ΔS/A＝進角として、フラグF1はS14のままとして、進角
にした回数値C_AD(i)＝C_AD(i-1)＋１とする。

ΔP_iが増加ならば、ΔS/A＝進角として、フラグF1にS
15を設定する。

また、ΔP_iが減少ならば、この場合には、第６図に示
した図示平均有効圧力P_iが最大値である領域を通過して
しまった場合に相当する。

したがって、進角にした回数値を、C_AD(i)＝C_AD(i-1)
＋１として、S/Aをだけ遅角になるようにする。

すなわち、とする。そして、フラグF1にS19を設定する。

次に、フラグF1＝S15の場合について説明する。第２
表に記載したように、｜ΔP_i|≦｜ΔP_iP|ならば、ΔS/A
＝進角として、フラグF1にS14を設定する。そして、進
角にした回数値C_AD(i)＝１とする。

また、ΔP_iが増加ならば、ΔS/A＝進角として、フラ
グF1はS15のままとする。

また、ΔP_iが減少ならば、ΔS/A＝遅角として、フラ
グF1にS16を設定する。

次に、フラグF1＝S16の場合について説明する。ΔP_i
が減少の場合には、ΔS/AだけS/Aを遅角にしても、ある
いは進角にしても、ΔP_iが常に減少する場合である。

この場合は、第６図における図示平均有効圧力が最大
値である領域をΔS/Aだけ点火時期を変化させることに
より、飛び越えてしまっている場合となっている。

この場合には、いつまでも、図示平均有効圧が最大値
である領域を検出することができない。

したがって、ΔS/Aを半分ずつ小さくしていきながらS
/Aを進角およびS/Aを遅角に、交互に繰り返すように設
定する。

このようにすれば、いずれはΔS/Aの値はほとんど０
に等しくなる。このようにして、決まったS/A_(i)を図示
平均有効圧力が最大値である点火時期であるとする。

すなわち、フラグF1＝S16の場合と、フラグF1＝S18の
場合は、点火時期の変化方向が進角と遅角と交互に行う
場合であるので、このように、ΔP_iが減少の場合には、
変化させるΔS/Aの大きさを小さくしている。

すなわち、とする。そして、このΔS/A_(i)が所定のΔS/A_minよりも
小さくなると、ΔS/Aの値がほとんど０であると判定し
て、その場合には、フラグF1にS19を設定するととも
に、S/A_(i)＝S/A_(i-1)−ΔS/A_(i)とする。

また、ΔS/A_(i)がΔS/A_minよりも大きい場合には、フ
ラグF1にS18を設定する。この設定する点火時期は、S/A
_(i)＝S/A_(i-1)−ΔS/A_(i)とする。

さらに、｜ΔP_i|≦｜ΔP_iP|の場合には、S/A_(i)＝S/A
_(i-1)として、フラグF1にS19を設定する。

また、ΔP_iが増加の場合には、ΔS/A＝遅角として、
フラグF1にS13を設定する。

次に、フラグF1＝S17の場合について説明する。第２
表に記載しているように、｜ΔP_i|≦｜ΔP_iP|の場合に
は、ΔS/A＝遅角として、フラグF1はS17のままとすると
ともに、C_RE(i)＝C_RE(i-1)＋１とする。

ΔP_iが増加ならば、ΔS/A＝遅角として、フラグF1にS
13を設定する。

また、ΔP_iが減少ならば、この場合には、第７図にお
いて、図示平均有効圧力P_iが最大値である領域を通過し
てしまった場合に相当する。

したがって、点火時期を遅角にしてきた回数C_RE(i)＝
C_RE(i-1)＋１として、S/Aを、だけ進角になるようにする。

すなわち、とするとともに、フラグF1にS19を設定する。

次に、フラグF1＝S18の場合について説明する。第２
表に記載しているように、ΔP_iが減少ならば、この場合
には、フラグF1＝S16の場合とほぼ同様である。フラグF
1＝S16の場合には、前回の点火時期の操作方向が遅角で
あったのに対して、フラグF1＝S18の場合には、前回の
点火時期の操作方向が進角であったことのみが異なる。

したがって、ΔP_iが減少の場合には、として、ΔS/A_(i)が所定のΔS/A_minよりも小さいなら
ば、S/A_(i)＝S/A_(i-1)＋ΔS/A_(i)として、フラグF1にS1
9を設定する。

ΔS/A_(i)が所定のΔS/A_minよりも大きければ、S/A_(i)
＝S/A_(i-1)＋ΔS/A_(i)として、フラグF1にS16を設定す
る。

また、｜ΔP_i|≦｜ΔP_iP|の場合には、S/A_(i)＝S/A
_(i-1)として、フラグF1にS19をセットする。

ΔP_iが増加の場合には、ΔS/A＝進角として、フラグF
1にS15を設定する。

以上の操作を行うと、フラグF1はいずれS19になる。
すなわち、フラグF1＝S19の場合には、前回の設定した
点火時期の時に図示平均有効圧力が最大値であると判定
した場合である。

したがって、この場合には、もう一度同じ点火時期に
設定しておき、確かに｜ΔP_i|が｜ΔP_iP|の内に入って
いることを検査する。

ΔP_iの変化に関係なく、すなわち、フラグF1＝S19の
場合は、S/A_(i)＝S/A_(i-1)として、フラグF1にS1Aを設
定する。

次に、フラグF1＝S1Aの場合について説明する。この
場合は、フラグF1＝S19で、図示平均有効圧力が最大値
となる点火時期に設定された後、｜ΔP_i|が｜ΔP_iP|よ
り小さい、すなわち、所定の図示平均有効圧力の変動幅
よりも小さい場合には、その時の設定点火時期を図示平
均有効圧力P_iが最大値にするものと判定する。また、Δ
P_iが増加または減少ならば、ΔS/AはそのままでフラグF
1にS0を設定する。

次に第７図のフローチャートに従って、図示平均有効
圧力P_iが最大値となる点火時期を求める論理について説
明する。この第７図のフローチャートの処理は、前述し
たように、所定クランク角毎に発生するプログラムの割
り込み処理によって720゜CA分の演算が行われ新しいP_i
値が更新された後に実行される。図中の101,102,103…
は、処理のステップを表す。

まず、ステップ101で機関の運転状態を判断するため
の状態量として、クランク角センサ16の信号X3から得ら
れた機関回転数N_(i)と、エアフローメータ９からの信号
X1から得られる吸入空気量Q_(i)を読み込む。更に圧力セ
ンサ19から得られるシリンダ内圧力信号X4と、クランク
角センサ16の信号X3から前述した割り込み毎に得られる
図示平均有効圧力P_i(i)を読み込む。

次に、ステップ102では、前述したフラグF1の値を調
べる。フラグF1＝S0（初期状態）であるならばステップ
106へ進む。また、フラグF1＝S0でないならばステップ1
03へ進み、機関回転数N_(i)が、前回この処理を行った時
の機関回転数N_sと同じであり、かつ、吸入空気量Q_(i)が
前回の吸入空気量Q_sと同じであるかを調べる。この時、
フローチャート内では示さなかったが、N_s＝N_(i)及びQ_s
＝Q_(i)の判定は、ある所定の不感帯幅を持って判定して
もよい。たとえば、｜ΔN|を不感帯幅とすると、｛（N_s−N_(i)）の絶対値｝≦｜ΔN| が成立する場合は、N_s＝N_(i)であると判定する。Q_s＝Q
_(i)の場合も同様に、｜ΔQ_s|という不感帯幅を用いて、｛（Q_s−Q_(i)）の絶対値｝≦｜ΔQ_s| が成立する場合に、Q_s＝Q_(i)と判定する。そして、ステ
ップ103において、N_s＝N_(i)でなく又はQ_s＝Q_(i)でない
と判定されたならば、定常運転状態時でないのでステッ
プ104へ進む。また、N_s＝N_(i)かつQ_s＝Q_(i)であると判
定された定常運転状態時には、ステップ109へ進む。

ステップ109では、今回計測したP_i値を用いてP_i値の
平均化処理を行う。ここで言う図示平均有効圧力の平均
化とは、前述したように計測毎の値が、エンジンの燃焼
のサイクル変動等の原因により、生じるバラツキを吸収
するために行う。

フローチャートには記さなかったが、図示平均有効圧
力P_iの平均化処理方法は、以下に述べるように行う。
（前回まで計測した、図示平均有効圧力P_iの和をSP_iと
する）。SP_iに対して、SP_i(i)＝SP_i(i-1)＋P_i(i)とし
て、今回計測したP_i値までの和SP_i(i)を求める。ここで
（ｉ）は今回の計測値及び処理値を表わし、（ｉ−１）
は前回の計測値又は処理値を表わす。そして、この処理
が終了してから、平均化個数用カウンタC_Pi（以下C_Piと
称す）をインクリメントして、C_Pi＝NC_Pi（所定値）と
なったならば平均化を終了し、C_Pi＝０とする。又、C_Pi
≠NC_Piであるならば、平均化未終了とする。ここで用い
たNC_Piとは平均化個数で、前述したような、P_i値のバラ
ツキを吸収できる個数とする。そして、C_Pi＝NC_Piとな
ったならば、平均化した図示平均有効圧力P_iAVEを、次
式に従って計算する。

P_iAVE＝SP_{ｉ（i;NCpi）}/NC_Pi 以上で図示平均有効圧力の平均化処理が行える。

次に、ステップ105へ進む。ステップ105では、前述し
たように平均化処理が終了しておれば、C_Pi＝０となっ
ているので、C_Piの値に応じて、平均化終了か否かを判
定する。平均化処理が終了したと判定したならば、ステ
ップ108へ進む。又、平均化処理が未終了であると判定
したならば、ステップ117へ進む。

ステップ108では、前回計測した平均化した図示平均
有効圧力P_iAVE(i-1)と、今回の値P_iAVE(i)との差を次式
に従って計算し、図示平均有効圧力差ΔP_iを計算する。

ΔP_i＝P_iAVE(i)−P_iAVE(i-1) そして、前回のP_iAVE(i-1)を今回の値P_iAVE(i)に更新
する。ここで、フラグF1＝S10の時には、前回のP
_iAVE(i-1)に相等する値が存在しない。なぜならば、フ
ラグF1＝S10の時には、P_i値を計測して、初めて、P
_iAVE(i)が算出された時であるからである。ゆえに、フ
ラグF1＝S10のときには、前述したΔP_iの計算式におい
て、P_iAVE(i-1)には、所定の値を代入して計算するかも
しくは、ΔP_iを求値しない。なぜならば、以下の処理に
おいて、フラグF1＝S10の場合には、ΔP_iの値を処理に
使用しないからである。以上のΔP_iの求値及びP_iAVE値
を更新した後に、ステップ111へ進む。

ステップ111では、第８図に示す処理を行って、非ノ
ッキング時のP_i値の最大値P_imaxとそれに対応するS/A制
御量を記憶するための処理を行い、この処理後に次ステ
ップ115に進む。

ステップ115では、フラグF1を調べる。フラグF1＝S2
ならば、図示平均有効圧力が最大値である点火時期に設
定されており、ステップ118へ進む。フラグF1＝S2でな
いならば、まだフラグF1はS10からS1Aのいずれかの場合
であるので、図示平均有効圧力が最大値である点火時期
を決定する処理を行うために、ステップ116へ進む。

ステップ116では、フラグF1に従って、フラグF1の内
容に従って処理をする。この処理は、第１表及び第２表
に従って説明したように図示平均有効圧力が最大値であ
る点火時期を決定する処理を行う。ステップ116で、フ
ラグF1の内容に従った処理の終了後、ステップ117へ進
む。

ステップ117では、第９図に示す処理を行い、ステッ
プ116で決定したS/A又は、前回までに設定したS/A又は
初期化したS/A＝S/A₀を用いて、非ノッキング時にはそ
のままS/Aを用い、ノッキング時にはステップ111で記憶
したS/Aに置換えて用い、所望の点火時期S/Aに制御す
る。そして、今回の処理を終る。

また、ステップ104では、点火時期S/Aを初期化する。
すなわち、S/A＝S/A₀とする。そして、ステップ106へ進
む。

また、ステップ106では、運転条件が変った後かもし
くは、まったくの初期状態のいずれかであるので定常状
態であると判定する規準となる機関回転数N_sと定常状態
であると判定する規準となる吸入空気量Q_sをあらたに設
定しなおす。そして、P_i値平均化処理を開始する。P_i値
平均化処理の初期化として、SP_i＝０とする。そして、
フラグF1＝S10をセットする。そして、ステップ117へ進
む。

また、ステップ118では、S10からS1AまでのP_iの最大
値となる点火時期の設定後、なんらかの原因で設定点火
時期が大きく設定値からはずれたことを検出する為に行
う。ここでは、｜ΔP_i|≦｜ΔP_iP|であるか否かを判定
して、上式が成立するならば、ステップ117へ進む。上
式が成立しなければステップ120へ進む。

ステップ120では、フラグF1にS0を設定して、ステッ
プ117へ進む。この場合には、一旦、収束状態S2に達し
た後に、同一の設定点火時期でありながら、なんらかの
原因で、大きくP_i値が変動した場合である。この場合に
は、もう一度図示平均有効圧力P_iが最大値である点火時
期に設定しなおすのであるが、S/Aは初期化せずに、前
回までに設定した値をそのまま使用する。

以上のように、P_i値を最大値とする点火時期を決定す
る論理を説明した。この第７図のフローチャートでは説
明しなかったが、第７図のフローチャートに示めされる
P_i値を最大値とする点火時期を決定する処理を行わない
時には、S/A＝S/A₀と初期化する。

上述した第７図のステップ111と117での処理について
第８図と第９図のフローチャートを用いて詳細に説明す
る。

まず、第８図のフローチャートを参照してステップ11
1の処理について説明する。まずステップ111aでは、上
記したように図示せざる割込み処理ルーチンによってセ
ット、リセットされるノックフラグFnKがセットされて
いるか否か即ちノッキング発生時か否かを判定する。ノ
ッキングが発生したならば、ステップ115にジャンプ
し、ノッキングが発生していなければステップ111bに進
む。

ステップ111bでは、今回のP_i値が第５図の制御量記憶
手段33に格納されているP_iの最大値P_imax値と比較し、
今回のP_i値の方が小さければステップ115にジャンプ
し、今回のP_iの方が大きければ、ステップ111cにて今回
のP_i値に対応するS/A制御量を制御量記憶手段33にて記
憶する。

次のステップ111dでは今回のP_i値をP_iの最大値P_imax
値として制御量記憶手段33に記憶してP_imax値を更新
し、次ステップ115に進む。

次に、第９図のフローチャートを参照してステップ11
7の処理について説明する。まずステップ117aでは、ノ
ックフラグFnKがセットされているか否か即ちノッキン
グが発生したか否かを判定する。

ノッキングが発生していなければステップ117dにジャ
ンプし、ノッキングが発生したならばステップ117bにて
フラグF1をS0にセットする。

次のステップ117cでは、制御量記憶手段33に記憶され
ているS/A制御量を読出して今回のS/A制御量に置き換え
て次ステップ117dに進む。

ステップ117dでは、ノッキングの発生により置き換え
た又はノッキングの非発生により置き換えてないS/A制
御量をセットし、終了となる。

第10図にS/AとP_iの関係とノッキング発生領域を示
す。機関のS/Aは機関が最適に運転されるように機関の
状態によって決定する必要がある。図中の実線は圧縮上
死点前（BTDC）のS/Aに対するP_iの特性であり、一般にP
_iはS/Aを進角側に進めると増大し、更に進めると減少す
る。Ａ点は機関の出力が最大となる点である。ところ
が、ある機関の運転状態においては、このＡ点がノッキ
ング発生領域に含まれてしまう場合がある。この場合、
ノッキングが非発生領域の初期設定値S/A₀からS/AをΔS
/Aづつ進めていくとノッキングが発生し、機関の運転に
支障をきたす。そこで、ハッチングで示すノッキング発
生領域外の現在迄に求められるP_i最大値となるＢ点のS/
AをS/A制御量と記憶しておき、このＢ点のS/A制御量で
点火を行なえば良い。

上記実施例において、点火時期の初期設定値を機関の
運転条件に対応させた非ノッキング領域の各値とし、機
関の運転条件とでデータテーブル化し、テーブルルック
アップにより設定しても良いことは勿論言うまでもな
い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によればシリンダ内圧力を検
出し、その値から図示平均有効圧力を求め、機関の出力
を直接示す図示平均有効圧力の平均値が最大となるよう
に点火時期をフィードバック制御し、また、シリンダ内
圧力からノッキングを検出し、図示平均有効圧力の平均
値を最大にする過程での非ノッキング時の点火時期制御
量を記憶しておき、ノッキング発生時には、非ノッキン
グ領域でのその記憶値に点火時期を設定するように構成
したので、機関の構成部品のバラツキや経時変化あるい
は環境条件の変化等に拘らず最適点火時期で機関を運転
できるので出力を向上させることができ、また、ノッキ
ングが発生してもノッキングを抑制して機関の出力を最
大に制御できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による機関の点火時期制御
装置の構成を示す図、第２図（Ａ）は圧力センサの正面
図、第２図（Ｂ）は圧力センサのＸ−Ｘ線断面図、第３
図は圧力センサの取付け状態を示す部分断面図、第４図
は第１図中の制御装置の内部構成等を示すブロック図、
第５図はこの発明の要部の構成の機能を示すブロック
図、第６図は点火時期に対する図示平均有効圧力特性を
示し、その最大値を求める説明図、第７図はこの発明の
一実施例による制御装置の動作を示すフローチャート、
第８図は第７図中のステップ111の詳細な処理を示すフ
ローチャート、第９図は第７図中のステップ117の詳細
な処理を示すフローチャート、第10図は点火時期に対す
る図示平均有効圧力特性を示し、ノッキング発生時の点
火時期の制御の説明図である。図中、９……エアフローメータ、12……シリンダ、13…
…点火プラグ、16……クランク角センサ、19……圧力セ
ンサ、21……制御装置、Ｅ……機関。なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関のシリンダ内の圧力を検出する圧
力検出手段と、この圧力検出手段の出力に基づいて上記
内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出手段
と、クランク角を検出するクランク角検出手段と、上記
圧力検出手段の出力と上記クランク角検出手段の出力と
から図示平均有効圧力を算出する図示平均有効圧算出手
段と、この図示平均有効圧算出手段の出力を平均化する
図示平均有効圧平均手段と、上記内燃機関の負荷を検出
する負荷検出手段と、上記クランク角検出手段の出力か
ら上記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
上記負荷検出手段の出力と上記回転数検出手段の出力と
から上記内燃機関の運転状態を判定する運転状態判定手
段と、この運転状態判定手段で判定された所定の運転状
態において、点火時期を変化させたときの図示平均有効
圧力の変化に基づいて点火時期が図示平均有効圧の平均
値の最大値になるように点火時期を制御する制御手段
と、この制御手段から出力される図示平均有効圧の平均
値が最大値となる非ノッキング時の点火時期制御量を記
憶する制御量記憶手段とを備え、上記制御手段は、上記
ノッキング検出手段がノッキングを検出した時には、上
記制御量記憶手段の記憶値に基づき非ノッキング領域に
おいて、点火時期を制御することを特徴とする内燃機関
の点火時期制御装置。