JPH05550B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の点火時期制御方法に関し、
より具体的には内燃機関の気筒内圧力の変動を検
出して機関運転の過渡状態を検知することによつ
て点火時期を補正して過渡応答性を向上させる様
にした内燃機関の点火時期制御方法に関する。
尚、本明細書で「過渡状態」とは、機関運転の加
速又は減速を意味するものとして使用する。

（従来の技術） 従来の内燃機関の過渡時の制御にあつては、機
関回転数及び負荷状態より点火時期主制御値を決
定すると共に、機関冷却水温、スロツトル弁開
度、マニホルド負圧等により機関運転の過渡状態
を検出して前記主制御値を補正していた。その一
例として、特公昭58―40027号記載の技術を挙げ
ることが出来る。

更に、近時内燃機関の気筒内圧力を検出して圧
力最大角が目標角度に位置する様に点火時期を制
御すると共に過渡状態は従来通り機関冷却水温等
から検出する例も提案されており、その一例とし
て特公昭56―21913号記載の技術を挙げることが
出来る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、第１の従来例にあつては過渡状
態を検出するために多くの検出手段及びその処理
回路を必要としていたため装置構成が複雑になる
不都合があつた。更には、過渡状態の検出に際し
ても、機関冷却水温等の変動を通じていわば間接
的に検出していたため検出精度も十分とは云い難
く、又フイードバツク制御ではないためその補正
効果を多くを期待し得ないものであつた。それ故
主制御値は精緻に決定しておかざるを得ず、補正
は副次的に使用する程度であつたため、必然的に
主制御値マツプが増大しそれを格納するために大
容量のメモリを備えざるを得ないと云う欠点があ
つた。更に、過渡状態の検出も間接的であつたた
め、過渡応答性においても十分とは云い難く、ド
ライバビリテイへの配慮も十分とは云い難いもの
であつた。

又、第２の従来例にあつても過渡状態の検出に
多数の検出手段及びその処理回路が必要である点
で同様の不都合がれ得なかつた。又、機関の燃焼
状態を直接検出して目標角と現実の圧力最大角の
偏差を求め、その偏差を解消する方向に制御値を
決定するフイードバツク制御は採用しているが、
その偏差解消、特に過渡状態での偏差解消をドラ
イバビリテイを損なうことなく、どのように行う
かについては何等示唆するものではなかつた。
又、過渡状態時頻発し易いノツキングについても
何等対策を備えるものではなかつた。また別に特
開昭57―28842号公報に記載される様に、光強さ
の変化から燃焼状態を検出し、圧力最大角、過渡
状態を判定する技術も提案されているが、光強さ
の変化は燃焼圧力の変化に類似はするものの等価
ではない点で、致命的な欠点があつた。

従つて、本発明の目的は、従来例の前記した欠
点を解消し、機関の気筒内圧力を検出して機関の
燃焼状態を直接検知しつ点火時期をフイードバツ
ク制御すると共に、特にその圧力変動を測定して
それのみによつて機関運転の過渡状態を検出して
圧力最大角目標値を段階的に遅角補正し、過渡応
答性とドライバビリテイとを向上させると共に、
ノツキングを未然に防止し、更に燃焼状態から検
出することによつて過渡状態をより正確に把握す
ることができると共に、検出手段及びその処理回
路の個数を低減する様にした内燃機関の点火時期
制御方法を提供することにある。

更には、燃焼状態を直節検出して圧力最大角
θpmaxを目標値に集束せしめることによつて所
謂M.B.Tに一段と接近した点火を可能にして出
力向上を図ると共に、併せて過渡状態時及びM.
B.T.付近点火時頻発し易いノツキングをも回避
するべく制御することも可能にした内燃機関の点
火時期制御方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段及び作用） 上記の目的を達成するために本発明は第１図に
示す如く、多気筒内燃機関の気筒内圧力を検出し
て圧力最大角が目標値に位置する様に点火時期を
制御する内燃機関の点火時期制御方法において、
一の気筒の着火の前後の圧力上昇率を算出して両
者の比率を求め（ステツプ10）、次いで同一乃至
は別の気筒につき同様の比率を求め（ステツプ
12）、次いでそれらの比率の変動率を求め、該変
動率が所定範囲を超えるときは機関運転が過渡状
態にあると判断して圧力最大角目標値を定常運転
状態時より所定量遅角方向に変更すると共に、次
回点火すべき気筒の点火時期を前記所定量より少
ない量遅角補正する（ステツプ14、16）如く構成
したものである。

（実施例） 以下、添付図面に即して本発明の実施例を説明
する。尚、便宜上本発明に係る方法を実現する装
置について、第２図ブロツク図及び第３図波形図
を参照して説明する。

第２図において、符号２０は内燃機関を示し、
実施例の場合４気筒を備える。各気筒にはその燃
焼室を臨む位置に気筒内圧力を検出する圧電型セ
ンサ２２を配設する。該センサ出力は、電荷−電
圧変換器又は高インピーダンス回路（共に図示せ
ず）を介してローパス・フイルタ２４に入力され
る。該フイルタのカツトオフ周波数は、ノツキン
グ周波数成分よりも高く設定し、ノツキング時の
高周波数も検出可能とする。ローパス・フイルタ
２４の次段には、マルチプレクサ２６が接続され
る、該マルチプレクサは後述の制御ユニツト４２
の指令によりフイルタ出力を気筒爆発順に次段に
選択的に入力せしめる。該マルチプレクサの次段
にはピークホールド回路２８が接続され、その出
力をピークホールドして第３図に示す如く出力す
る。ピークホールド回路２８の次段には、Ａ／Ｄ
変換回路３０が接続される。該変換回路は、ピー
クホールド回路よりその出力を入力し、所定の単
位時間乃至角度ごとにデジタル変換し、そのデー
タ最大値が圧力最大値Pmaxを示す。或いは、ピ
ークホールドリセツト以前の所定のクランク角度
時、デジタル変換し、該デジタル値を圧力最大値
Pmaxとしても良い（第３図）。

又、ピークホールド回路２８の次段には、Ａ／
Ｄ変換回路３０と並列に比較回路３２が接続さ
れ、更にその後段にパルスダウンエツジ検出回路
３４が接続される。比較回路３２は、その反転入
力端子には前記ピークホールド回路出力が入力さ
れると共に、その非反転入力端子側には前記マル
チプレクサ出力が直接入力され、両者の入力値に
微差が与えてあることから圧力最大値発生位置に
おいてパルス信号を出力する如く構成する（第３
図）。尚、第３図に示す如く、該パルスは、ノツ
キングが発生しない場合には最大値発生位置で原
則として１個のパルスを（同図ａ）、ノツキング
が発生して高周波成分が重畳した場合には該位置
のみならずセンサ（マルチプレクサ）出力がピー
クホールド出力を超える度にその都度パルスを出
力し、結果的に複数個のパルスを出力する如く
（同図ｂ）構成する。又、パルスダウンエツジ検
出回路３４は、前記比較回路出力パルスの立ち下
がりエツジタイミングを把らえて後述の回路が処
理し易い様所定時間幅のパルスを出力する。従つ
て、基準位置、例えばTDC位置よりパルス発生
位置までの時間を計測してその計測値Tpmaxを
角度に変換すれば圧力最大角θpmaxが算出可能
であり、又発生パルスの数を計数すればノツキン
グ発生の有無が検出可能である。尚、同図ｃの如
く、センサが故障した場合は、時間計測が終了し
てもパルスは生じない。

前記内燃機関２０の回転部近傍には、クランク
角センサ３６が設けられ、所定クランク角度、例
えば４気筒の爆発が第１、第３、第４、第２気筒
の順で一巡する720度毎に気筒判別信号を、又180
度毎に各気筒のTDC位置においてTDC信号を、
更に該TDC信号を細分した所定角度毎に角度計
測用信号を出力する。従つて、気筒判別信号発生
後TDC信号を計数することにより気筒を判別す
ることが出来る。尚、該角度計測用信号より機関
回転数も算出することが出来る。

尚、前記気筒判別信号は圧力センサから得られ
る所定の振幅値を基に所要の検知信号を得る様構
成しても良い。

又、該内燃機関２０には、機関の負荷状態を検
出するセンサとして、負荷センサ３８が内燃機関
のスロツトル弁４０とインテーク・マニホルド
（図示せず）の間の適宜位置に設けられる。該セ
ンサをもつて前記クランク角センサと共に機関の
運転状態を検出して圧力センサ異常時のバツクア
ツプとすると共に、後述の如く基本点火時期演算
にも所望すれば使用可能とする。

該センサ群３６及び３８、Ａ／Ｄ変換回路３０
並びにパルスダウンエツジ検出回路３４の次段に
は、制御ユニツト４２が接続され、それらの出力
を入力する。該制御ユニツトは、実施例の場合、
入出力インタフエース４２ａ、CPU４２ｂ、メ
モリ４２ｃ及びクロツク４２ｄよりなるマイク
ロ・コンピユータで構成する。尚、該CPUには、
前記パルス・カウンタ及びクロツク４２ｄのパル
スを計数して時間計測するタイマ・カウンタ、並
びにノツキング制御用に点火サイクルを計数する
サイクル・カウンタ並びにノツキング終息後の点
火数を計数する進角カウンタを備える（図示せ
ず）。該制御ユニツトの次段には、点火装置４４
が接続され、その出力を受けて機関燃焼室内の混
合気に点火プラグ（図示せず）を介して着火す
る。又、前記ピークホールド回路２８のリセツト
動作及び、クランク角センサ３６の入力を受け気
筒状態を識別しマルチプレクサ２６にゲートの選
択を該ユニツトより指令する。

続いて、第３図波形図を参照しつゝ第４図及び
第５図フロー・チヤートを中心に、本発明に係る
制御方法の実施例を説明する。

先ず、ステツプ50において圧力センサ出力を
BTDC所定角度、例えば150度から取込み始め
る。

続いて、ステツプ52において、気筒を判別し、
気筒アドレスＣ／Ａ＝ｎを付して気筒を特定す
る。これは、前述のクランク角センサ信号の気筒
判別信号及びTDC信号の到着により行なう。本
制御が気筒毎に行なうのを特徴とするためであ
る。

該TDC信号の到着と同時に、ステツプ54にお
いて前記のタイマ・カウンタ（TC）及びパル
ス・カウンタ（PC）をスタートさせ、第３図に
示す時間計測及びパルス計数を開始する。

続いて、ステツプ56においてATDC所定角度、
例えば30度経過後、両カウンタの計数値を参照す
る。第３図に示す如く、タイマ・カウンタが圧力
最大値発生位置を充分超えて時間計測を終わつた
にもかかわらずパルス・カウンタ値が“０”であ
つてパルスが発生していない場合には圧力センサ
が異常と判断し得る（第３図ｃ）。

然らざる場合はステツプ58においてパルス・カ
ウンタ値が所定値を超えているか否か、ノツキン
グ発生の有無を判断する。尚、該所定値は通常
“１”とするが、ノイズ等で正常燃焼でも複数個
のパルスが発生する恐れも考慮して“２”以上の
値としても良い。

パルス・カウント値が所定値より小さい場合に
はノツキング発生せずと判断し、ステツプ60にお
いて圧力最大角θpmaxを求める。これは圧力最
大値発生位置までの経過時間Tpmaxに変換値を
乗ずれば良い。該変換値は、（（回転数rpm×360
度）／60秒）で求める。

続いて、ステツプ62において爆発圧縮率比
ΔP_EXP／_COMPを演算するが、これはサブ・ルーチ
ンとして第５図に示す。以下、第６図も参照しつ
つこのサブ・ルーチンについて説明する。最初に
概略的に説明すると、第６図に示す如く、着火前
の任意の地点の圧力値p1及びそこから微小角度
区間θ1離れた地点の圧力値p2、及び着火後の任
意の地点の圧力値p3及びそこから微小角度区間
θ2離れた地点の圧力値p4を測定し、圧力上昇率
を夫々求めた上で両者の比を算出する。続いて別
の（乃至は同一の）点火気筒につき同様の比を算
出し、２つの比の変動率を算出する。該変動率が
“１±所定不感帯領域”内にないときは過渡状態
にあると判断して遅角補正するものである。即
ち、発明者は上記変動率と機関運転の過渡状態の
間に因果関係を見出し、本発明をなしたものであ
る。以下、説明すると、 先ず、ステツプ62におい圧力値p1−p4を読み
出して測定する。

続いて、ステツプ62bにおいて着火前、即ち圧
縮状態の圧力上昇率たる圧縮圧変化率ΔP_COMPと、
着火後の爆発状態の圧力上昇率たる爆発圧変化率
ΔPEXP及び両者の比P_EXP／_COMPを以下の通り算
出する。

ΔP_COMP＝ｄ（P2−P1）／dθ1 ΔP_EXP＝ｄ（P4−P3）／dθ2 ΔP_EXP／_COMP＝ΔPEXP／ΔPCOMP 尚、前記着化前の地点は、吸入バブル全閉後の
ピストン上昇に伴う圧縮時のどの地点を選択して
も良い。又、着火後の場合もTDC位置及び圧力
最大角θpmaxの間の範囲内ならば何処でも良い。
但し、TDC位置及び最大角θpmaxは、夫々TDC
信号及び圧力最大値発生位置信号（パルス）が得
られるので、これらの地点を選択すると便宜であ
る。尚、着火前の地点も一旦選択した後は、前記
クランク角センサ出力党で該地点を検索すること
云うまでもない。本制御は気筒毎に行なうので、
演算値は、P_EXP／_COMPｎとして特定し、記憶保持
する。かかる作業を点火気筒毎に次々行なつて同
種の比を演算、記憶する。

続いて、ステツプ62cにおいて１点火前の別の
爆発気筒及び４点火前、即ち前サイクルの同一気
筒の演算値を読み出す。尚、初回は適宜初期設定
する。

続いて、ステツプ62dにおいて、今次気筒の比
率との変動率を求める。尚、１点火前の比率との
変動率をP_EXP／_COMP Ａ、４点火前の比率との変
動率をP_EXP／_COMP Ｂとする。

P_EXP／_COMP Ａ＝P_EXP／_COMPｎ／_EXP／_COMPｎ−１ P_EXP／_COMP Ｂ＝P_EXP／_COMPｎ／P_EXP／_COMPｎ−４ 続いて、ステツプ62eにおいて、変動率P_EXP／_C
ＯＭＰ Ａが“１＋所定不感帯領域”より大きいか
否か判断し、大きい場合はステツプ62fにおいて
他の変動率P_EXP／_COMPBも“１＋所定不感帯領域”
より大きいか否か判断する。該不感帯域は、
“0.1”の如く適宜設定する。ステツプ62fにおい
ても大きいと判断された場合は、気筒間の変動率
が比較的大きいと判断出来機関運転が過渡状態に
あると判断出来るので、ノツキング及び排ガス組
成悪化を回避するため、遅角方向に補正する。こ
のように、気筒間の変動をみるにも、１点火前の
気筒とのみならず４点火前の気筒とも比較し両者
とも同相であつて始めて過渡状態と判断するの
で、一過性的な変動を誤検出することがない。
又、着火の前後の変化率も考慮することによつて
機関回転数が急変しても判断誤差が生じ難い。

過渡状態と判断された場合は、続いてステツプ
62gにおいて圧力最大角目標値θpoを第１所定角
遅角側へ設定し、前記の如くノツキング等に備え
る。従つて、この第１所定角はノツキング等を未
然に防止する程度の量適宜決定する。

続いて、ステツプ62hにおいて、次回点火すべ
き気筒の補正量θtとして、第２所定角だけ遅角側
に設定する。この第２所定角も適宜設定するもの
であるが、本発明の特徴として該第２所定角は、
前記第１所定角より少ない値とする。従つて、ス
テツプ62lに於いて点火補正角θtが第１所定角よ
り大きい場合は、第１所定角に設定されるもので
ある（ステツプ62m）。即ち、後述の如く、本発
明においては過渡状態が検出された場合目標角を
遅角側へ変更する結果因つて生ずる偏差を解消す
べく補正を行なう必要が生ずるが、次サイクルの
当該気筒において偏差分だけ一度に補正すると点
火時期の急変によつてドライバビリテイが悪化す
るので、それを防止すべく次の点火気筒において
部分的に補正し、該次の点火気筒においても過渡
状態が検出されるであろうから次の次の点火気筒
においても同様に部分的な補正を与え、そのよう
に次々と部分的な補正を加えて４点火後の同一気
筒で漸く目標角へ略一致させる如くしたものであ
る。従つて、該第２所定角は、４点火後に目標角
へ到達する程度の値を適当に設定する。尚、フロ
ー・チヤートにおいて“−”は遅角を、“＋”は
進角を意味すると約束する。

前記ステツプ62eにおいて否定された場合は、
ステツプ62iにおいて_PEXP／_COMP Ａ“１−所定不
感帯領域”より小さいか否か判断し、小さい場合
はステツプ62jにおいて他の変動率P_EXP／_COMP Ｂ
も“１−不感帯領域”より小さいか否か判断し、
小さい場合変動率が比較的大きいことを意味する
ので、同様に遅角補正する。

尚、ステツプ62f、62i、62jで否定された場合
は、変動率が小さいものとして前記圧力最大角目
標値θpoは初期設定値に設定され（62p）、点火補
正角θtに遅角補正値が無い場合、補正を加えない
ものとし、又所定遅角補正値が有る場合は、点火
気筒毎に第２所定角づつ徐々に進角し、点火時期
急変によるドライバビリテイ悪化を避ける様にす
る（ステツプ62p、62n、62o、62k）。

再び第４図に戻ると、ステツプ62のサブ・ルー
チンの後、ステツプ64において、圧力最大角目標
値θpoとステツプ60で演算した実際の圧力最大角
θpmaxを比較して偏差Δθpmaxを求める。尚、前
記サブ・ルーチンにおいて目標値が補正された場
合は、補正後の目標値をθpoとする。

続いて、ステツプ66において、ノツキング補正
量K_NRが“０”でないか否か、即ちノツキング補
正量の残量を前記メモリ４２ｃを参照して判断
し、残量が“０”であれば次のステツプ68におい
て偏差Δθpmaxが目標値θpo遅れか進みかを判断
する。

遅れであれば、偏差補正θpcは前回のθpc（初期
設定“０”）に適宜設定した第３所定角だけ変え
て進角せしめた値とし（ステツプ70）、進みであ
れば第３所定角減算して遅角せしめた値とし（ス
テツプ72）、偏差がなければ前回の値のままに止
める（ステツプ74）。尚、この第３所定角を比較
的小さく設定すれば偏差を徐々に解消することに
なり、サブ・ルーチンにおけると同様ドライバビ
リテイが向上する利点を備える。尚、前述の如く
減算は遅角補正を意味し、又加算は進角補正を意
味する。

尚、前記ステツプ58においてノツキングが検出
された場合には直ちにノツキグ補正角KNR（初期
設定“０”）から適宜設定した第４の所定角を減
算した値遅角せしめ（ステツプ76）、遅角量が第
４所定角より大きく適宜設定した第５所定角に達
するまで遅角し（ステツプ78、80）、偏差補正量
θpcは今回点火時の値とする（ステツプ82）。又、
ステツプ66においてノツキング補正残量がある場
合には、ノツキング終息後所定時間乃至点火数待
つて前記第４所定角づゝ進角側に戻し（ステツプ
84、86）、Δθpmaxが目標値に対して進みの際は
進角側に戻す必要が無いのでθpcを第３所定角だ
け遅角せしめ（ステツプ88、72）、遅れの際は補
正量θpcは不変とする（ステツプ82）。尚、ノツ
キング終息後の所定時間（点火数）の計測は、前
記制御ユニツト内のCPUのサイクル・カウンタ
及び進角カウンタを使用する。

続いて、ステツプ90において前記補正量θpcと
ノツキング補正量KNRを加算した値をフイード
バツク補正量θfとする。尚、前記のセンサ異常と
判断された場合には（ステツプ56）、適宜設定し
た第６所定角遅角せしめた値をフイードバツク補
正量とする。（ステツプ92）。

続いて、ステツプ94において、かく求めたフイ
ードバツク補正量θfを同一気筒（気筒アドレス＝
ｎ）の次サイクルの補正値と使用する様、一旦記
憶（乃至既に記憶されている場合は書替）する。
従つて、前述の手順で求めたノツキング補正量を
含む補正量は全て当該気筒にのみ反映されること
になるので、気筒毎の格別の燃焼状態に応じた制
御が可能となる。

続いて、ステツプ96において次に点火すべき気
筒（気筒アドレス＝ｎ＋１）の記憶されていたフ
イードバツク補正量θfを読出し、（初期設定
“０”）、当該気筒の点火を指令する。その際、点
火時期は、基本点火時期＋θf＋θtで指令される
（ステツプ98）。尚、この“θt”及びステツプ90で
の“KNR”はそれ自体負の値を意味するので、
結果的に減算、即ち遅角を意味することになる。
このθfは前のステツプで読出された当該気筒用フ
イードバツク補正量であり、θtは第５図サブ・ル
ーチンで求めた過渡状態時補正量である。従つ
て、該補正量θtのみが気筒を超えて補正量として
使用されるのであり、このように圧力目標値補正
量より小量の補正量を次の気筒に反映させること
により、過渡時においても段階的に遅角させるこ
とになり、ドライバビリテイが向上する。かく段
階的な遅角であつても、気筒内圧力を検出して燃
焼状態を直接監視することによつて過渡状態を検
出する構成とした結果、その検出が比較的迅速で
あるので、何等支障ないものであり、又、ノツキ
ング制御も併せて可能とした結果、過渡時に生じ
易いノツキング対策も十分行なつたものである。

尚、この基本点火時期演算は、気筒内圧力のみ
から行つて前記圧力最大角目標角θpoを算出して
も良く、或いは前記クランク角センサ及び負圧セ
ンサより機関の運転状態を検出して行つても良
い。機関回転数−負荷から基本点火時期を演算す
る場合であつても、点火した後現実の圧力最大角
と目標角との偏差を検出し、それによる補正角で
回転数−負荷のマツプ値を変更して次の点火に備
え、これを順次繰り返して目標角へフイードバツ
ク制御するので、回転数−負荷マツプ値は小量で
良く、従つて本方法を実現する装置は小容量のメ
モリを使用すれば足る利点を備える。

（発明の効果） 本発明は気筒内圧力を検知してその圧力変化か
ら機関運転の過渡状態を検出すると共にその圧力
最大角目標値を段階的に遅角補正する如く構成し
たので、過渡特応答性とドライバビリテイとを向
上させると共に、ノツキングを未然に防止するこ
とができる。また燃焼状態から検出することによ
つて過渡状態をより正確に把握することができる
と共に、本方法を実現する場合でも過渡状態を検
出するセンサ及び処理回路の個数を低減出来る利
点を有する。又、基本点火時期は気筒内圧力のみ
から乃至は従来と同様機関回転数と負荷から演算
することも可能であり、機関回転数−負荷から検
出する場合であつても気筒燃焼状態も併せて検出
して目標角へ集束する様フイードバツク制御する
結果、主制御値マツプは極めて粗いもので足り、
本方法を実現する際小容量のメモリで装置を構成
出来る利点を備える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本
発明の実現に使用する装置のブロツク図、第３図
はその出力波形図、第４図及び第５図は本発明の
実施例を示すフロー・チヤート、第６図は第５図
フロー・チヤートの内容を説明する説明図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多気筒内燃機関の気筒内圧力を検出して圧力
   最大角が目標値に位置する様に点火時期を制御す
   る内燃機関の点火時期制御方法において、 ａ 一の気筒の着火の前後の圧力様の比率を求
   め、 ｂ 次いで、同一の乃至は別の気筒につき同様の
   比率を求め、 ｃ 次いで、それらの比率の変動率を求め、該変
   動率が所定範囲を超えるときは機関運転が過渡
   状態にあると判断して圧力最大角目標値を定常
   運転状態時より所定量遅角方向に変更すると共
   に、次回点火すべき気筒の点火時期を前記所定
   量より少ない量遅角補正する、 ことからなることを特徴とする内燃機関の点火時
   期制御方法。