JP2816441B2

JP2816441B2 - 火花点火式内燃機関の点火時期制御装置

Info

Publication number: JP2816441B2
Application number: JP1044165A
Authority: JP
Inventors: 一洋小島; 一英栂井; 喜朗団野; 弘光安東; 純竹村; 英一神品
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JPH02223677A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関
（以下、「内燃機関」を単に「エンジン」という場合が
ある）における点火時期制御装置に関する。

［従来の技術］従来より、例えばガソリンエンジンの点火時期制御は
次のようにして行なわれている。すなわち、エンジンの
吸入空気量を検出する流量センサ（この流量センサの代
わりに吸気通路圧力を検出する圧力センサを用いてもよ
い）およびエンジン回転数を検出するエンジン回転数セ
ンサからエンジンの運転状態を検出し、これらのセンサ
からの検出結果に基づいて、吸入空気量Ａをエンジン回
転数Ｎで割って得られる体積効率Ev（A/N）あるいは吸
気通路圧力とエンジン回転数Ｎとで決まる進角値（点火
時期情報）をもった２次元マップから基本点火時期情報
を求め、この基本点火時期情報に適宜の補正を行ない、
このようにして得られた点火時期情報に基づき点火装置
（点火プラグや点火コイル等）を作動させることによ
り、エンジンの点火時期を制御している。

［発明が解決しようとする課題］上述の基本点火時期情報に対して行なう適宜の補正に
は、エンジンの冷却水温に基づく補正や吸気温に基づく
補正等があるが、特に、エンジンの加速時に、ノック
（ノッキング）が生じるので、エンジンの加速時にも点
火時期情報に対して何らかの補正を行なう必要がある。

ここで、ノックは自己着火によって誘起される燃焼室
内の振動現象であり、かかるノックにより、不快な音が
発生するだけでなく、エンジンにも悪影響を及ぼすおそ
れがある。

そこで、従来は、かかるノックの発生を防止するため
に、点火時期を遅らせるような制御が一般に行なわれて
いるが、この場合、ノックの発生に結び付くエンジン現
象の検出が困難であるため、点火時期は最悪の条件でも
ノックを発生させないような安全な側に遅らせる制御法
を採用している。

ところで、ノックが生じる点火角は、第４図に示すご
とく、燃焼室壁部の温度（燃焼室壁温）に関係してお
り、また加速時において低負荷から高負荷に変わる際に
は、燃焼室壁温は温度上昇の遅れ（第５図参照）によっ
て定常時より低いため、燃焼室壁温が定常にまで上昇す
る数十サイクル間は、点火角に対して進角してもノック
は生じない。

本発明は、このような知見に基づき創案されたもの
で、燃焼室壁面から点火時期情報を求めることができる
ようにすることにより、点火時期を必要以上に遅角させ
ないようにしながら、エンジン出力およびエンジン効率
の向上をはかるとともに、加速性能を改善できるように
した、火花点火式内燃機関の点火時期制御装置を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］上述の目的を達成するため、本発明の火花点火式内燃
機関の点火時期制御装置は、火花点火式内燃機関の運転
状態に応じて点火時期を設定する点火時期設定手段と、
該点火時期設定手段で設定された上記点火時期情報に基
づき点火装置を作動させる点火装置作動手段とをそなえ
た火花点火式内燃機関の点火時期制御装置において、該
内燃機関の燃焼室壁部に取り付けられ該燃焼室壁部の実
際の温度を検出する燃焼室壁温検出手段が設けられて、
該点火時期設定手段が、該燃焼室壁温検出手段で検出さ
れた該燃焼室壁部の実際の温度と、予め記憶された上記
運転状態に対応する燃焼室壁部の定常状態における温度
データとを比較し、その偏差に応じて上記点火時期を補
正するための補正量を求める点火時期補正手段とを含ん
で構成されていることを特徴としている。

［作用］上述の本発明の火花点火式内燃機関の点火時期制御装
置では、点火時期設定手段で設定された点火時期情報に
基づき点火装置が作動せしめられるが、このとき点火時
期は次のようにして補正される。すなわち、まず、燃焼
室壁温手段で内燃機関の実際の燃焼室壁温が検出され
る。そして、上記燃焼室壁温と、予め記憶された各運転
状態に対応する燃焼室壁部の定常状態における温度デー
タとの偏差に応じて、点火時期補正手段により最適な点
火時期に補正される。

［実施例］以下、図面により本発明の一実施例としての火花点火
式内燃機関の点火時期制御装置について説明すると、第
１図はその制御系およびエンジン概略システムを示す全
体構成図、第２図はその壁温センサ取付位置を示す部分
断面図、第３図はその点火時期を求めるためのフローチ
ャートである。

さて、本装置によって制御される車載用ガソリンエン
ジンシステム（火花点火式内燃機関システム）は、第１
図のようになるが、この第１図において、ガソリンエン
ジンＥ（以下、単にエンジンＥという）はその燃焼室１
に通じる吸気通路２および排気通路３を有しており、吸
気通路２と燃焼室１とは吸気弁４によって連通制御され
るとともに、排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によっ
て連通制御されるようになっている。

また、吸気通路２には、上流側から順にエアクリーナ
6,スロットル弁７および電磁式燃料噴射弁（インジェク
タ）８が設けられており、排気通路３には、その上流側
から順に図示しないが排ガス浄化用の触媒コンバータ
（三元触媒）およびマフラ（消音器）が設けられてい
る。

なお、インジェクタ８は吸気マニホルド部分に気筒数
だけ設けられている。今、本実施例のエンジンＥが直列
４気筒エンジンであるとすると、インジェクタ８は４個
設けられていることになる。即ちいわゆるマルチポイン
ト燃料噴射（MPI）方式のエンジンであるということが
できる。

また、スロットル弁７はワイヤケーブルを介してアク
セルペダルに連結されており、これによりアクセルペダ
ルの踏込み量に応じて開度が変わるようになっている。

さらに、各気筒には、その燃焼室１へ向けて点火プラ
グ９が設けられており、各点火プラグ９はディストリビ
ュータ（図示せず）を介して点火コイル10に接続されて
いる。そして、点火コイル10付きのパワートランジスタ
11のオフ動作によって点火コイル９に高い電圧が発生し
て、ディストリビュータにつながっている点火プラグ９
のいずれかがスパーク（点火）するようになっている。
なお、パワートランジスタ11のオン動作によって点火コ
イル10はバッテリ12により充電を開始される。そして、
これらの点火プラグ9,ディストリビュータ，点火コイル
10,パワートランジスタ11で、点火装置を構成する。

このような構成により、スロットル弁７の開度に応じ
エアクリーナ６を通じて吸入された空気が吸気マニホル
ド部分でインジェクタ８からの燃料と適宜の空燃比とな
るように混合され、燃焼室１内で点火プラグ９を適宜の
タイミングで点火させることにより、燃焼せしめられ
て、エンジントルクを発生させたのち、混合気は、排ガ
スとして排気通路３へ排出され、触媒コンバータで排ガ
ス中のCO,HC,NO_Xの３つの有害成分を浄化されてから、
マフラで消音されて大気側へ放出されるようになってい
る。

さらに、このエンジンＥを制御するために、種々のセ
ンサが設けられている。まず吸気通路２側には、そのエ
アクリーナ配設部分に、吸入空気量をカルマン渦情報か
ら検出する体積流量計としてのエアフローセンサ13,吸
入空気温度を検出する吸気温センサおよび大気圧を検出
する大気圧センサが設けられており、そのスロットル弁
配設部分に、スロットル弁７の開度を検出するポテンシ
ョメータ式のスロットルセンサ，アイドリング状態を検
出するアイドルスイッチが設けられている。

また、排気通路３側には、触媒コンバータの上流側で
燃焼室１に近い部分に、排ガス中の酸素濃度（O₂濃度）
を検出する酸素濃度センサ（O₂センサ）が設けられてい
る。

さらに、エンジン燃焼室１の壁部の実際の温度（燃焼
室壁温）を検出する壁温センサ17が、第２図に示すごと
く、燃焼室壁部に埋め込まれるようにして取り付けられ
ているが、この壁温センサ17は、点火プラグ９近傍等吸
排気弁から離れた温度変化の少ない位置に取り付けられ
る。また、この壁温センサ17としては、熱電対が用いら
れるが、サーミスタや金属抵抗体を用いてもよい。

また、エンジン冷却水温を検出する水温センサ16が設
けられるほかに、クランク角度を検出するクランク角セ
ンサ14（このクランク角センサ14はエンジン回転数Ｎを
検出するエンジン回転数センサも兼ねているので、以
下、必要に応じ、このクランク角センサ14をエンジン回
転数センサと称することがある）および第１気筒（基準
気筒）の上死点を検出するTDCセンサがそれぞれディス
トリビュータに設けられている。

ところで、上記の各センサからの検出信号は、電子制
御ユニット（ECU）15へ入力されるようになっている。

また、ECU15は、ハードアウェア的にその構成を見る
と、CPU,RAM（バックアップRAMを含む）,ROM,適宜の入
出力インタフェース回路をそなえており、その入力イン
タフェース回路を通じてあるいは直接に各センサからの
信号がCPUへ入力されるとともに、出力インタフェース
回路を通じてCPUからの点火時期制御信号がパワートラ
ンジスタ11へ出力され、更には点火コイル10からディス
トリビュータを介して各点火プラグ９を順次スパークさ
せてゆくようになっている。

なお、CPUからは出力インタフェース回路を通じ噴射
燃料制御信号がインジェクタ８へ出力されるようになっ
ており、これによりこの噴射燃料制御信号によって決ま
る時間だけインジェクタ８から燃料が噴射されて、所望
の空燃比となるよう制御される。

今、点火時期制御に着目して、ECU15を、かかる点火
時期制御のための機能ブロックを用いて示すと、第１図
に示すようになる。すなわち、この点火時期制御装置
は、基本点火時期設定手段としての基本点火角設定手段
30,点火時期補正量設定手段31,加算手段34,点火信号発
生手段35を有している。

ここで、基本点火角設定手段30は、エンジンＥの運転
状態（この運転状態はエアフローセンサ13からのエンジ
ン負荷情報とエンジン回転数センサ14からのエンジン回
転数情報とから決まる）に応じて基本点火時期を設定す
るもので、例えばA/N,Nとから決まる２次元の基本点火
時期データ（進角データ）Θ_０を記憶する基本点火時期
マツプをもっている。

点火時期補正量設定手段31は、壁温センサ17からのア
ナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器32
と、壁温センサ17で検出された燃焼室壁温から点火時期
補正量ΔＡを求める点火時期補正手段としての点火角補
正手段33とをそなえて構成されている。

また、点火角補正手段33には、エンジンＥの運転状態
に対応する燃焼室壁部の定常状態における温度データが
マップ化されて格納されている。そして、この点火角補
正手段33では、壁温センサ17により検出された燃焼室壁
部の実際の温度と、予め記憶されたエンジンＥの運転状
態に対応する燃焼室壁部の定常状態における温度データ
との偏差に基づいて点火時期補正量ΔＡを求めるように
なっている。

また、加算手段34は、基本点火角設定手段30からの基
本点火角Θ_０と点火時期補正量設定手段31からの点火時
期補正量ΔＡとを加算するものである。

したがって、これらの基本点火角設定手段30,点火時
期補正量設定手段31,加算手段34で、エンジンＥの運転
状態に応じて点火時期を設定する点火時期設定手段を構
成する。

さらに、点火信号発生手段35は、加算手段34からの基
本点火角Θ_０に点火時期補正量ΔＡを加えたものに基づ
いてパワートランジスタ11を作動させるための点火信号
を発生するもので、これにより、この点火信号発生手段
35で、エンジンの運転状態に応じて求められた点火時情
報に基づきパワートランジスタ11等の点火装置を作動さ
せる点火装置作動手段を構成する。

次に、壁温センサ17で検出された燃焼室壁温から点火
時期補正量ΔＡを求める手法について説明する。

すなわち、エンジン回転数N,エンジン回転数当りの吸
入空気量A/N,冷却水温に対する燃焼室壁温とK1ノック点
火時期の関係を実験により求めておき、これをエンジン
制御用マイクロコンピュータ（ここでは、特にECU15の
基本点火角設定手段30部分に相当する）に設定しておけ
ば、燃焼室壁温から点火時期が得られるのである。

まず、異なるエンジン回転数N,冷却水温において、WO
T（スロットル全開時）のK1ノック点火時期は実際の壁温θｗに対して、１次式によって表わせると
すれば、次式が成立する。

従って、このときのWOT定常時の燃焼室壁温θwsから
補正進角量ΔＡ（゜BTDC）は、 ΔＡ＝λ（Ｎ）（θws−θｗ）・・（２）したがって、λ（Ｎ）をエンジン回転数Ｎのマップと
して、また、WOT時の壁温θwsをA/N,Nと冷却水温θｃの
マップとしてECU15にもつことにより、ある演算周期で
のλ（Ｎ）,A/N,Nからその時点でのΔＡを算出すること
ができるのであるから、なお、実際の点火角設定はこれ
に多少の余裕をもたせる。

さらに、WOTではなく、異なるA/Nに対しても、同様に
してΔＡの算出が可能である。

つぎに点火時期演算要領について、第３図のフローチ
ャートを用いて説明する。

まず、ステップa1で、壁温センサ17で壁温θｗを検出
し、次のステップa2で、エンジン回転数Ｎよりλ（Ｎ）
を探し出すとともに、ステップa3で、A/N,N,θｃからθ
wsを探しだす。そして、ステップa4で、点火時期補正量
ΔＡをλ（Ｎ），θws,θｗを用いて（２）式から算出
する。なお、このような演算は点火時期補正量設定手段
31により実行される。その後は、ステップa5で、基本点
火角設定手段30で設定された基本点火時期Θ_０にΔＡを
加える。

上記のようにして、点火角が求まると、この情報に基
づいて、点火信号発生手段21からパワートランジスタ11
へ点火信号が出され、これに応じたタイミングで点火プ
ラグ９が点火する。

このように、燃焼室壁温から点火補正量ΔＡを求める
ことが行なわれるので、加速時における燃焼室壁温が低
い間（加速初期数＋サイクルの間）は進み側に点火進角
を設定し、加速中期以後、燃焼室壁温が高くなると、そ
れに応じて点火進角を遅れ側へ補正することができ、こ
れにより加速時において、点火時期を必要以上に遅らせ
ることなく、燃焼室壁温で決まるノックが発生しない最
適な点火角を常に設定できるため、速やかな加速をでき
るだけ妨げないようにしながら、加速時のノックを確実
に防止できる。これにより、エンジン出力を上げること
ができ、エンジン効率が上がるとともに、加速性能を大
幅に改善することができる。

なお、定常時においては、燃焼室壁温に基づく補正は
行なわない。

また、点火時期の制御に際しては、加速時補正のほ
か、水温や吸気温に応じて補正してもよい。

さらに、点火時期演出手段を、基本点火時期設定手段
30と点火時期補正量設定手段31とこれらの手段で得られ
た情報を加算する加算手段34とで構成する代わりに、エ
ンジンＥの運転状態に応じて点火角（点火時期）が決ま
る２次元の点火時期データ（進角データ）を記憶する点
火時期マツプを複数の燃焼室壁温分だけ有するようにし
てもよい。

また、壁温センサ17をピストンに設け、ピストンが下
死点にくるとスイッチが閉じて、壁温センサ17で検出さ
れる壁温情報を出力できるような構造にしてもよい。

さらに、本発明は、エアフローセンサを用いたＬジェ
トロ方式を採用する火花点火式内燃機関のほか、吸気通
路圧力センサを用いたＤジェトロ方式（スピードデンシ
ィティ方式）を採用する火花点火式内燃機関にも適用で
きるものである。

また、本発明は、ガソリンエンジンのほか、アルコー
ル燃料を使用するアルコールエンジン等の火花点火式内
燃機関一般についても、同様にして適用できるものであ
る。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明の火花点火式内燃機関の
点火時期制御装置によれば、燃焼室壁温を実際に検出し
て、この検出された実際の燃焼室壁温と、予め記憶され
た運転状態に対応する燃焼室壁部の定常状態における温
度データとの偏差に応じて最適な点火時期に補正される
ので、点火時期が必要以上に遅角されることを防止でき
エンジン出力およびエンジン効率の向上をはかれるとと
もに、加速性能を改善できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の一実施例としての火花点火式内燃
機関の点火時期制御装置を示すもので、第１図はその制
御系およびエンジン概略システムを示す全体構成図、第
２図はその壁温センサ取付位置を示す部分断面図、第３
図はその点火時期を求めるためのフローチャートであ
り、第４図はスロットル弁全開時におけるシリンダブロ
ック触火面温度（燃焼室壁温）に対するノック特性を示
す図、第５図はエンジン回転数が急変する場合の燃焼室
壁温の応答状態を説明する特性図である。１……燃焼室、２……吸気通路、３……排気通路、４…
…吸気弁、５……排気弁、６……エアクリーナ、７……
スロットル弁、８……電磁弁（インジェクタ）、９……
点火装置を構成する点火プラグ、10……点火コイル、11
……パワートランジスタ、12……バッテリ、13……エア
フローセンサ（体積流量計）、14……クランク角センサ
（エンジン回転数センサ）、15……ECU、16……水温セ
ンサ、17……壁温センサ（燃焼室壁温検出手段）、30…
…基本点火角設定手段、31……点火時期補正量設定手
段、32……A/D変換器、33……点火角補正手段（点火時
期補正手段）、34……加算手段、35……点火信号発生手
段（点火装置作動手段）、Ｅ……エンジン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安東弘光東京都港区芝５丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者竹村純東京都港区芝５丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者神品英一東京都港区芝５丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (56)参考文献特開平２−153245（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−141033（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−1749（ＪＰ，Ａ) 実開昭64−39478（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02P 5/15 F02D 45/00 360 - 368 F02D 35/00 360

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】火花点火式内燃機関の運転状態に応じて点
火時期を設定する点火時期設定手段と、該点火時期設定
手段で設定された上記点火時期情報に基づき点火装置を
作動させる点火装置作動手段とをそなえた火花点火式内
燃機関の点火時期制御装置において、該内燃機関の燃焼室壁部に取り付けられ該燃焼室壁部の
実際の温度を検出する燃焼室壁温検出手段が設けられ
て、該点火時期設定手段が、該燃焼室壁温検出手段で検出さ
れた該燃焼室壁部の実際の温度と、予め記憶された上記
運転状態に対応する燃焼室壁部の定常状態における温度
データとを比較し、その偏差に応じて上記点火時期を補
正するための補正量を求める点火時期補正手段を含んで
構成されていることを特徴とする、火花点火式内燃機関
の点火時期制御装置。