JPH01151773A

JPH01151773A - 点火時期制御装置

Info

Publication number: JPH01151773A
Application number: JP30953087A
Authority: JP
Inventors: Toyoaki Fukui; 豊明福井
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1987-12-09
Filing date: 1987-12-09
Publication date: 1989-06-14
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JP2580645B2

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】〈産業上の利用分時〉本発明は点火時期制御装置に関し、詳しくは燃料噴射量
や吸気量をもとに、エンジンの各運転状況における最適
点火時期を演算・制御するものである。

〈従来の技術〉近年、乗用車等の４ストロークガソリンエンジンでは公
害対策や省燃費を図るため、燃料供給量や点火時期等を
総合的に制御する、いわゆる集中制御システムをとるも
のが増加している。第９図には、四気筒ガソリンエンジ
ンにおける県中制御システムの全体を模式的に、第１０
図にはこのシステムの制御中枢たる電子制御ユニット（
以下、ＥＣＵ）のハードウェア構成を各々示しである。

第９図に示すように、エンジンＥにおいては、燃料を噴
射するインジェクタ１と点火を行う点火プラグ２とスロ
ットル弁３のアイドル時開度とが、総てＥＣＵ４の制御
下におかれている。ＥＣ１Ｊ４は各種のデータをもとに
これらの被制御機Ｗｉ（インジェクタ１２点火プラグ２
．スロットル弁３）を駆動制御する。

以下に、ＥＣＵ４が用いる各種データを採集するための
センサ類の概要と被制御機器の働きを吸気の流れに沿っ
て述べる。

エンジンＥ内のピストンＥ、の下降によって、エアクリ
ーナ５から負圧吸引された空気は、カルマン渦式のエア
フローメータ６、吸気温センサ７および大気圧センサ８
に導かれ、吸気量、吸気温および大気圧が検出される。

吸気管９に流入した空気はバタフライ型のスロットル弁
３によって通過量を制御されるが、このスロットル弁３
ば図示しないアクセルペダルに接続するケーブルに開閉
駆動されると共に、アイドル時においてはＥＣＵ４に制
御されたＩＳＯモータ１０によって開度を微調整されて
いる。スロットル弁３の開度はボテフシ１メータ式のス
ロットルセンサ１１により、またＩＳＣモータの動きは
モータポジシνンセンサ１２により各々検出されると共
に、アクセルペダルの踏まれていない、すなわちアイド
リング状態はアイドルスイッチ１３により検出されてい
る。

吸気ｌｌｌ９の燃焼室Ｅ２側端部近くには、気筒数分（
本実施例では四本）のインジェクタ１が設けられており
、ＥＣＵａからの指令で開弁し、それぞれの気筒が必要
とする量の燃料を噴射する。燃料は、図示しない燃料タ
ンクからこれも図示しない燃料ポンプによって、インジ
ェクタ１に圧送されるが、その燃圧はプレッシャレギー
レータ１４によって吸気管９内の圧力より約２．５５ｋ
ｇ／ｃｄ高くなるように調整されている。図中、１５は
水温センサであり、冷却水温を検出している。

インジェクタ１から燃料が噴出され、混合気となった空
気は、燃焼室Ｅ２内に吸引され、圧縮上死点付近で点火
プラグ２により点火されろ。第９図では紙面の都合上、
離れた位置に画かれているが、当然のことながら点火プ
ラグ２は燃焼室Ｅ２内にその先端が面している。

点火プラグ２へは、点火フィル１６からの高電圧がディ
ストリビュータ１７を介しテ送られている。送電タイミ
ング（点火時期）ハＥＣＵＡ内で演算され、その演算結
果によりパワートランジスタ１８を介して点火コイル１
６が駆動されている。ディストリビュータ１７にはエン
ジンの回転状態を検出すべく、クランク角センサ１９と
気筒判別センサ２０とが内蔵されている。

爆発、ｉ！！張行程が終了すると、混合気は排ガスとな
って排気管２１に流出する。排気管２１には０２センサ
２２が燃焼室Ｅ２に近い位置に設けられている。０２セ
ンサ２２は排ガス中の酸素濃度から、混合気の理想空燃
比（約１４．７）とのずれを検出するもので、酸素濃淡
電池の原理を応用している。排ガスはその後、キャタラ
イザ２３と図示しないマフラを経由して大気に放出され
る。

ＥＣＵ４にはまた、駆動電源たるバッテリ２４とバッテ
リ電圧を検出するバッテリセンサ２５およびイグニッシ
ョンスイッチ（キースイッチ）２６が接続している。

上述のようにＥＣＵ４には各種のセンサ類や被制御機器
が接続しているが、ＥＣＵ、ａのハードウェアは第１０
図に示すように、ＣＰＵ（中央処理装置）２７を中心に
構成されている。吸気温センサ７、大気圧センサ８．ス
ロットルセンサ１１．Ｏセンサ２２およびバッテリセン
サ２５からのデータは、アナログ信号であるため、イン
タフェース２８とＡ／Ｄコンバータ２９を介してＣＰＵ
２７に入力される。イグニッションスイッチ２６とアイ
ドルスイッチ１３からのデータはインタフェース３０を
介して、またクランク角センサ１９゜気筒判別センサお
よびエアフローメータ６からのデータは直接に、各々Ｃ
ＰＵ２７に入力される。

ＣＰＵ２７はまた、パスラインを介して、ＲＯＭ　（読
み取り専用メモリ）３１．ＲＡＭ（書き換えメモ！Ｊ）
３２と、バッテリ２４が接続されている間はイグユッシ
ョンスイッ。

２６を切っても記憶内容が保存されるＢＵＲＡＭ（バッ
クアップメモリ）３３との間でデータの授受を行う。

ＣＰＵ２７内部では、上述の各種データとメモリを用い
て燃料噴射量２点火時期およびアイドル時のスロットル
弁開度を決定する。

そして、インジェクタドライバ３４を介してインジェク
タ１を、点火ドライバ３５を介してパワートランジスタ
１８を、■ＳＣドライバ３６を介してＩＳＣモータ１０
を各々駆動する。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところで、４ストロークエンジンは吸気。

圧縮、膨張、排気の四行程をもつが、各気筒に対する燃
料の噴射量は当然のことながら吸気行程以前に決定され
ていなければならない。・噴射量はエアフ四−メータ６
．吸気温センサ７、大気圧センサ８およびクランク角セ
ンサ１９からの信号により演算された気筒毎の吸気量と
目標空燃比により決定され、これらの吸気信号は前サイ
クルの排気行程中（通常、圧縮上死点前７５°（以下、
７５°ＢＴＤＣニア５°Ｂｅｆｏｒｅ　Ｔｏｐ　Ｄｅａ
ｄ　Ｃｅｎｔｅｒ）付近）のものが用いられている。

一方、点火時期はクランク角センサ１９からの信号によ
るエンジン回転数Ｎｏの他、吸気量（エンジン負荷）等
の諸条件によって決定されるが、こちらは圧縮行程中（
通常、７５゜ＢＴＤＣ）の信号を用いて演算されている
。

ところが、このようにして燃料噴射量と点火時期を算出
した場合、加減速時に下記のような不具合が発生してい
た。

燃料噴射量は吸気行程以前の吸気量情報をもとに決定さ
れるが、その後吸気下死点までにクランク軸は２５０°
程度回転する。そのため、加減速時にはクランク軸が回
転する間に吸気量が変動し、混合気の空燃比が目標空燃
比からずれてしまう。また、点火時期算出のための吸気
量は圧縮行程中のものを用いているが、実際の吸気量は
吸気下死点付近で定まってしまう。そのため、こちらも
加減速時には実際と異なった吸気量情報を基準にするこ
ととなり、誤った点火時期を設定してしまう。

しかも、点火時期は混合気が目標空燃比になついること
を前提としているため、上述のように実際の空燃比が目
標空燃比からずれている場合、点火時期の進み過ぎや、
遅れがさらに大きくなる。

周知のように、点火時期が最適位置からずれた場合、進
み過ぎはノッキングを、遅れは出力の低下を各々招き、
またどちらの場合も燃費の悪化と排ガス中の有毒成分の
増加をもたらす。このため、回転の立上りが早い高性能
エンジン等において、点火時期制御の改善が要求されて
いた。

く問題点を解決するための手段〉上記問題点を解決するため、本発明ではエンジン回転情
報の他、少なくとも吸気量情報を用いて各気筒の点火時
期を演算・制御する点火時期制御装置において、ある気
筒の点火時期を演算するためにその気筒の吸気下死点あ
るいはその近傍の吸気量情報を用いることとしたり、あ
るいはそれに加えて、その気筒への燃料供給量情報と前
記吸気量情報とから求められた空燃比を点火時期を補正
するための情報として用いるようにしたのである。

く作　　　用〉本発明の点火時期制御装置では、ある気筒の点火時期を
演算するための吸気量情報として、その気筒の吸気下死
点付近のものを用いるため、実際の吸気量に近いものが
得られ、正確な制御が可能となる。また、燃料供給量情
報と吸気量情報とから求められた空燃比を用いて点火時
期を補正する場合、さらに正確な制御が行われる。

く実　施　例〉本発明を直列囲気筒ガソリンエンジンに適用した一実施
例を、第１図〜第８図と前述の第９図、第１０図を用−
いて詳細に説明する。

尚、実施例の説明にあたっては、ｆｆｔｌ述シた従来例
と同一の部材に同一の符号ヲ付１．、重複する説明は省
略する。

第１図には、クランク角センサ１９と気筒判別センサ２
０とがＣＰＵ２７と接続する形態を模式的に示し、第２
図にはエンジン回転信号の波型を示しである。また、第
３図には制御開始時のフローチャートを、第４図と第５
図には各々７５°ＢＴＤＣと上死点（以下、Ｔ　Ｄ　Ｃ
：　Ｔｏｐ　Ｄｅａｄ　Ｃｅｎｔｅｒ）における演算・
制御のフローチャートを示しである。そして、第６図に
は制御気筒を経時的に表わした制御気筒表を示しである
。

さて、本発明においては燃料噴射量と点火時期の各々を
個別のクランク位置（本実施例の場合は７５”ＢＴＤＣ
とＴＤＣ）で演算するため、これらのクランク位置を検
出する必要がある。

このため、クランク角センサ１９には、第２図に示すよ
うに各気筒の７５′″ＢＴＤＣで立上り、ＴＤＣで立下
がる、矩形に成形されたクランク角信号Ｓ、を発生させ
るようにしておく。このクランク角信号Ｓ１は第１図に
示すように、ＣＰＵ２７に直接入力するものと変化検出
器３７に入力するものに分岐する。変化検出＠３７に入
力したクランク角信号Ｓ、はさらに分岐し、一方はその
まま、他方は遅延回路３７ａを経由して第２図に示す遅
延信号Ｓ２となって、Ｅｘ−ＯＲ素子３７ｂに入力する
。

変化検出器３７からは第２図に示すように、各気筒の７
５°ＢＴＤＣとＴＤＣで立上る矩形の起動信号Ｓ３が発
生し、ＣＰＵ２７に入力する。第２図中、Ｓ４は気筒判
別センサ２０からＣＰＵ２７に入力する気筒信号であり
、第一気筒の７５°ＢＴＤＣを含む範囲でのみ立上って
いる。尚、以後、信号の立上っている状態を“Ｈ”、立
下っている状態を“Ｌ”とする。

以下に、制御の流れを迫って本発明の作用を述べる。尚
、本実施例のエンジンにおける気筒の点火順序は１−３
−４−２であるが、説明の便宜上点火順に第一、第二、
第三、第四気筒と呼称する。

起動信号Ｓ、が“Ｈ”の状態になると、ＣＰＵ２７が制
御を開始、する。この時、ＣＰＵ２７は通常、燃料噴射
制御や点火時期制御以外にも種々の演算・制御を行って
いるが、起動信号Ｓ３によって起動される制御は他のも
のに優−先して行われる。

次には、第３図に示すようにクランク角信号Ｓが読まれ
、“Ｈ″の場合には第４図に示す７５°ＢＴＤＣルーチ
ンへ、“Ｈ″の場合には第５図に示すＴＤＣルーチンへ
、制御の流れが分岐する。これは、第２図に示す通り、
起動信号Ｓ３の発信が７５°ＢＴＤＣで行われた時には
クランク角信号Ｓｌが“Ｈ”となっており、ＴＤＣで行
われた時には“Ｌ”となることを利用している。

クランク角信号Ｓ、が“Ｈ”であり制御の流れが７５１
ＢＴＤＣルーチンへ入ると、次に気筒信号Ｓ４が読まれ
、ｔｉ　Ｈｎの場合には第一気筒が圧縮行程７５°ＢＴ
ＤＣであると判別される。第４図中、ＣＯＭは圧縮行程
にある気筒を示しており、気筒信号Ｓ４が“Ｈ”の場合
ＣＯＭ＝１となる。また、ＣＰＵ２７内には高速カウン
タ（ＣＮ　Ｔで示す）があり、ＣＯＭ＝１と同時・にＣ
ＮＴ＝１となり、エンジンＥの回転に従ってクランク角
信号Ｓ、が“Ｈ″になる度に１−２−３−４と加算して
ゆく。この高速カウンタＣＮＴは気筒信号Ｓ４が“Ｈ″
になる毎に初期化（ＣＮＴ＝１）されるため、５以上の
数値になることはない。

また、気筒信号Ｓ４が“Ｈ″の場合、高速カウンタの数
値を圧縮行程の気筒と判断してＣＯＭ＝ＣＮＴとするが
、本実施例ではＣＮＴが５以上の数値である場合、高速
カウンタがノイズ等によって誤動作したと看做してＣＯ
Ｍ＝ＣＮＴ＝１とするようになついる。

上記の手順で圧縮行程の気筒ＣＯＭが判別されると、こ
れから燃料を噴射すべき気筒（ＮＦで示す）Ｔｔ−算出
する。この気筒は吸気行程の前すなわち排気行程にある
ため、ＮＦ＝ＣＯＭ＋２となる。ただし、１≦ＣＯＭ≦
４であるため、３≦ＮＦ≦６となるが、ＮＦ≧５の場合
にはＮＦ−４として判別する。

燃料を噴射すべき気筒ＮＦを判別したら、次に燃料噴射
量ＱＦを求める。燃料噴射量ＱＦを決定するためには、
まず吸気量を求める必要がある。エアフローメータ式空
気流量計をもつシステムでは、エアフローメータ６、吸
気温センサ７、大気圧センサ８の各出力信号およびエン
ジン回転数Ｎｅから一気筒一吸気行程当りの吸気量（質
量）ＱＡを算出する。

次にＲＯＭ３１に記憶させていた目標空燃比（ＡＦ）Ｒ
を検索して、吸気量ＱＡと目標空燃比（ＡＦ）。とから
燃料噴射量Ｑ、Ｆを求める。

燃料噴射量ＱＦが決定したら、インジェクタドライバ３
４により、インジェクタｌが駆動されて吸気管９内に燃
料が噴射される。尚、この燃料噴射量ＱＦはＲＡＭ３２
内にＱＦ（ＮＦ）として記憶される。

フ胃−チヤードでは、次にＲＡＭ３２からの点火時期Ｓ
Ａの呼出しと点火タイマカウンタのセットが行われるが
、当然のことながらこれば第６図の制御気筒表に示すと
おり上記の燃料噴射量ＦＩＮＦに対してではなく、現在
圧縮行程にある゛気筒ＣＯＭに対するものである。点火
タイマカウンタはＣＰＵ２７内にあって、始動されると
セット時間後あるいはクランク回転後に点火ドライバ３
５を駆動して点火を行わしめるものである。

７５°ＢＴＤＣルーチンの実行が終了すると、ＣＰＵ２
７は再び他の演算・制御に戻る。そして、クランクが７
５°回転した位置で再度起動信号Ｓ３が“Ｈ”になり、
この場合はクランク角信号Ｓ、が“Ｌ″であるため制御
の流れは第５図のＴＤＣルーチンへ入る。

ＴＤＣルーチンでは、まず吸気下死点にある気筒（ＮＳ
で示す）を算出する。この気筒ＮＳは、現在圧縮行程に
ある気筒ＣＯＭの次の気筒であるから、カウンタ数値Ｃ
ＮＴに１を加算してＮ５＝ＣＮＴ＋１となる。ただし、
この場合も燃料噴射気筒ＮＦの場合と同様に２≦ＮＳ≦
５となるため、Ｎ５＝５の場合にはＮＳ−４として判別
する。

吸気下死点の気筒ＮＳを決定したら、まずこの気筒の吸
気量（質量）ＱＡを求める。吸気量ＱＡは燃料噴射量Ｑ
Ｆを決定した時と同様の手順で求めるが、エアフローセ
ンサ６等からの出力信号は吸気行程終了時のものとなる
ため、正確な値が得られる。

次に、点火時期の検索のためにクランク角センサ１９か
らの出力信号によりエンジン回転数Ｎ　ｅを検出する。

エアフローメータ６等の流量計を用いて吸気量を計測す
る場合には、演算にエンジン回転数Ｎｏを用いているた
め、すでに検出されているが、Ｄジェトロニック等で吸
気量測定にマニホールド絶対圧センサ（図示せず）を用
いているような場合にはここで検出する。

次に、この吸気量ＱＡに対応する目標空燃比（ＡＦ）、
’をＲＯＭ３１から検索する。

次に、ＮＳ気筒ノア５°Ｂ　Ｔ　Ｄ　Ｃルー　ｆ　：／
　テ実行された燃料噴射量ＱＦすなわちＱＦ（ＮＳ）を
ＲＡＭ３２から呼び出し、この燃料噴射量ＱＦ　（ＮＳ
）と前述の吸気量ＱＡ’とから実際の空燃比（ＡＦ）Ａ
を求める。

次に、吸気量ＱＡ’とエンジン回転数Ｎｏとから、目標
点火時期ＳＡを求める。この目標点火時期ＳＡは、第７
図に示すようなマツプ（ＲＯＭ３１に記憶されている）
から必要進角量Ｓｍを検索し、求められる。

本実施例では、続いて点火時期の補正を行う。これは、
上記の目標点火時期ＳＡを決定する際には空燃比のパラ
メータが用いられていない、つまり目標空燃比が前提と
されていたためである。

点火時期補正量ΔＳＡは第８図に示すようなマツプ（こ
れもＲＯＭ３１に記憶されている）を用いて求められる
。このマツプに示すように、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）、
ヵ、理想空燃比（約１４．７）からずれた場合には燃焼
速度が遅くなるため、リーン側でもリッチ側でも決めら
れた数値で点火を進角させなければならないが、本実施
例では実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ａと目標空燃比（Ａ／Ｆ
）Ｒとの進角量の差を点火時期補正量ΔＳＡとして求め
るのである。

点火時期補正量ΔＳＡを求めたら、上記の目標点火時期
ＳＡを補正（ＳＡ＝ＳＡ＋ΔＳＡ）し、ＲＡＭ３２に記
憶させる。

これで、ＴＤＣルーチンの実行は終了するが、ＲＡＭ３
２に記憶された目標点火時期ＳＡは、次の７５°ＢＴＤ
Ｃルーチンでの点火時期セットに用いられる。

このように、本実施例ではエンジンＥの回転に従い、７
５６ＢＴＤＣルーチンとＴＤＣルーチンが繰り返され、
刻々と変化する吸気量に合わせた点火が行われるのであ
る。

尚、本実施例では、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）　Ａと目標
空燃比（Ａ／Ｆ）　、とのずれによって目標点火時期Ｓ
Ａを補正するようにしたが、この補正は行わなくてもよ
い。

また、本実施例は直列四気筒燃料噴射エンジンに本発明
を適用したものであるが、Ｖ型穴気筒等、他の気筒配置
をもつエンジンにも本発明は適用できるし、キャブレタ
による燃料供給方式をとるものにも適用可能である。

〈発明の効果〉本発明の点火時期制御装置によれば、ある気筒の点火時
期演算に、その気筒の吸気下死点あるいはその近傍の吸
気量情報を用いるため、加減速時においても吸気量に見
合った点火時期が設定でき、ノッキングや出力の低下を
防止できると共に、燃費悪化や排ガス中有毒成分の増加
を防ぐことができる。

また、さらに、上記点火時期演算に、燃料噴射量情報と
上記吸気量情報とから得られろ空燃比による補正を加え
れば、点火時期をより正確に設定でき、上記の効果を一
層高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるクランク角センサと気筒判別セ
ンサとがＣＰＵと接続する形態の構成図であり、第２図
はエンジン回転信号の波型図である。また第３図〜第５
図は本発明の演算・制御フローチャートであり、第６図
、第７図および第８図は、各々制ｒ１！Ｊ気筒表２点火
進角マツプおよび点火補正マツプである。そして、第９
図は囲気筒ガソリンエンジンにおける集中制御システム
全体の模式図であり、第１０図は電子制御ユニットのハ
ードウェア構成図である。図　　中、４はＥＣＵｌ６はエアフローセンサ、７は吸気温センサ、８は大気圧センサ、１９はクランク角センサ、２０は気筒判別センサ、２７はＣＰＵ。３１はＲＯＭ。３２はＲＡＭである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エンジン回転情報の他、少なくとも吸気量情報を
用いて各気筒の点火時期を演算・制御する点火時期制御
装置において、ある気筒の点火時期を演算するためにそ
の気筒の吸気下死点あるいはその近傍の吸気量情報を用
いることを特徴とする点火時期制御装置。
（２）エンジン回転情報の他、少なくとも吸気量情報を
用いて各気筒の点火時期を演算・制御する点火時期制御
装置において、ある気筒の点火時期を演算するためにそ
の気筒の吸気下死点あるいはその近傍の吸気量情報を用
いると共に、その気筒への燃料供給量情報と前記吸気量
情報とから求められた空燃比を点火時期を補正するため
の情報として用いることを特徴とする点火時期制御装置
。