JP2528168B2 - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、内燃機関の点火時期制御装置、特に、高
オクタン価燃料に適した点火時期と低オクタン価燃料に
適した点火時期とが予め設定されてなる点火時期制御装
置に関する。

従来の技術 近年の自動車用内燃機関の多くは、低オクタン価燃料
（所謂レギュラー燃料）の使用を前提として点火時期が
設定されている。従って、この種の内燃機関に仮に高オ
クタン価燃料（所謂ハイオク燃料）を使用したとして
も、点火時期を十分に進角させることができないため、
熱効率や出力の点でハイオク燃料の利点を十分に発揮さ
せることができない。

また、常時ハイオク燃料を使用することを前提として
点火時期を設定することも勿論可能であるが、この種の
内燃機関に誤ってレギュラー燃料を使用すると、ノッキ
ングを生じる虞れがある。

そこで、従来から使用燃料がハイオク燃料であるかレ
ギュラー燃料であるかをノッキング発生に基づいて判定
し、その判定に応じてハイオク用基本点火時期とレギュ
ラー用基本点火時期とを切り換えて点火時期制御を行う
ようにしたものがある。

例えば、特開昭60−104774号公報には、初期状態でハ
イオク用基本点火時期を選択しておき、ノッキングの発
生頻度が一定値以上となったときにレギュラー燃料であ
ると判定して、レギュラー用基本点火時期に切り換える
ようにした点火時期制御装置が記載されている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の点火時期制御装置において
は、一方の基本点火時期から他方の基本点火時期に切り
換えられた際に、最終的な点火時期が急激に変化してし
まう。例えば、レギュラー燃料を用いてハイオク用基本
点火時期により運転が開始された場合に、運転中ある時
点でハイオク用基本点火時点からレギュラー用基本点火
時点へと急激に遅角することになり、これに伴って機関
出力が急変するため自動車等の運転に不連続感が生じ、
乗員に不快感を与えたりする虞れがある。

また、上記のようにノッキング発生頻度に依存して基
本点火時期特性の切り換えを行うものでは、切り換えの
基準値の設定が非常に難しく、誤判定を生じ易い。

課題を解決するための手段 この発明は、上記の課題を解決するためになされたも
のであり、第１図に示すように、運転条件に応じてレギ
ュラー用基本点火時期を設定するレギュラー用基本点火
時期設定手段１と、運転条件に応じてハイオク用基本点
火時期を設定するハイオク用基本点火時期設定手段２
と、基本点火時期としてレギュラー用基本点火時期ある
いはハイオク用基本点火時期のいずれかを選択する選択
手段３と、選択された一方の基本点火時期に点火時期補
正量を付加して最終点火時期を決定する点火時期補正手
段４と、内燃機関のノッキング発生を検出するノッキン
グ検出手段５と、ノッキングの有無に応じて上記点火時
期補正量を増減させるとともに、基本点火時期のレギュ
ラー／ハイオク切換時にこれを初期化する補正量演算手
段６と、上記最終点火時期とそのときに選択されていな
い他方の基本点火時期とを比較する比較手段９と、この
比較に基づき、両者の一致時に上記選択手段３に切換命
令を与える切換手段７とを備えて構成されている。尚、
８は上記最終点火時期に従って点火を行う点火装置であ
る。

作用 例えば、選択手段３がハイオク選択状態であれば、点
火時期は比較的進み側に設定されたハイオク用基本点火
時期に基づいて決定される。つまり、ハイオク用基本点
火時期に点火時期補正量を付加して最終点火時期が決定
され、これに従って点火装置８により点火が行われる。
ここで、仮にレギュラー燃料が使用されていたとする
と、ノッキングが生じ易いため、そのノッキング発生に
伴い点火時期補正量が徐々に減少し、最終点火時期は徐
々に遅角する。そして、この補正後の最終点火時期が、
そのときのレギュラー用基本点火時期と一致したなら
ば、使用燃料がレギュラー燃料であると判定し、選択手
段３がレギュラー側に切り換えられる。従って、以後は
比較的遅れ側に設定されたレギュラー用基本点火時期を
用いて点火時期が制御される。また、このとき点火時期
補正量が初期化され、０となる。従って、最終点火時期
は、基本点火時期のハイオクからレギュラーへの切り換
えに拘わらず、連続したものとなる。

逆に、レギュラー選択状態でハイオク燃料が使用され
た場合には、ノッキングが生じにくいので、点火時期補
正量が徐々に増大し、最終点火時期が進角する。そし
て、この補正後の最終点火時期が、そのときのハイオク
用基本点火時期と一致したならば、使用燃料がハイオク
燃料であると判定し、選択手段３がハイオク側に切り換
えられる。この場合も、切換時に点火時期補正量が初期
化され、０となるため、やはり最終点火時期は連続した
ものとなる。

実施例 第２図は、この発明に係る点火時期制御装置の一実施
例の機械的構成を示す構成説明図である。

同図において、11は一例として直列４気筒機関を示し
ており、各気筒のノッキング発生を個別に検出するため
に、各気筒毎にノッキングセンサとして筒内圧力センサ
13が配設されている。この筒内圧力センサ13は、例えば
圧電素子を利用して座金状に形成されており、各気筒の
点火プラグ12取付部に装着されている。この筒内圧力セ
ンサ13の出力信号は、コントロールユニット19のノッキ
ング処理回路24に入力されており、ここでノッキング信
号を抽出することによりノッキング検出のために用いら
れる。

また、上記内燃機関11の吸気通路14には、機関吸入空
気量を検出するエアフロメータ15が配設されている。そ
して、エアフロメータ15下流のスロットル弁16には、該
スロットル弁16が略全閉位置つまりアイドル位置にある
ときにON信号を発するアイドルスイッチ17が装着されて
いる。上記エアフロメータ15の検出信号ならびにアイド
ルスイッチ17の検出信号は、上記コントロールユニット
19に入力されている。尚、上記アイドルスイッチ17がON
となったアイドル時には、通常の点火時期制御とは異な
ったアイドル時制御が実行される。

18は、上記内燃機関11のクランク軸の回転を検出する
クランク角センサを示しており、このクランク角センサ
18は、回転角を示すクランク角１゜毎のパルス信号（PO
S信号）と、各気筒の圧縮上死点前所定位置を検出する
ためのクランク角180゜毎のパルス信号（REF信号）とを
上記コントロールユニット19に対し出力している。

コントロールユニット19は、デジタルマイクロコンピ
ュータシステムを用いたもので、種々の演算処理を行う
CPU20、制御プログラムや固定的なデータが格納されたR
OM21、種々のデータの一時的な記憶を行うRAM22、I/Oポ
ート23などを主体として構成されている。尚、レギュラ
ー用基本点火時期およびハイオク用基本点火時期は、上
記ROM21内に、機関回転数と負荷（例えば基本燃料噴射
量Tp等）をパラメータとするデータマップの形でそれぞ
れ与えられている。

また25は、点火コイルやパワートランジスタ等からな
る点火装置を示しており、上記コントロールユニット19
にて決定された最終点火時期に従って作動し、各気筒の
点火を順次行うようになっている。

次に、第３図〜第５図のフローチャートは、上記コン
トロールユニット19において実行される制御プログラム
を示しており、以下、このフローチャートを参照して上
記実施例における点火時期制御について説明する。

第３図のフローチャートは、点火時期制御のメインプ
ログラムを示しており、これは例えば各気筒の点火の度
に実行される。

初めに、ステップ１で、そのときの機関運転条件に対
応するハイオク用基本点火時期TADVHを設定する。この
ハイオク用基本点火時期TADVHは、内燃機関の負荷と回
転数とをパラメータとしたハイオク用基本点火時期マッ
プに基づいて設定される。またステップ２で、同様にそ
のときの機関運転条件に対応するレギュラー用基本点火
時期TADVRを設定する。このレギュラー用基本点火時期T
ADVRは、やはり内燃機関の負荷と回転数とをパラメータ
としたレギュラー用基本点火時期マップに基づいて設定
される。尚、当然のことながらハイオク用基本点火時期
TADVHはレギュラー用基本点火時期TADVRよりも進み側に
設定されている。

そして、ステップ３で、燃料種別を示す種別判定フラ
グFHIOCの状態を判定する。この種別判定フラグFHIOC
は、後述する種別判定プログラムによって使用燃料がハ
イオク燃料であると判定した場合には「１」、レギュラ
ー燃料であると判定した場合には「０」となるものであ
る。従って、この種別判定フラグFHIOCが「１」であれ
ばステップ４へ進んで、基本点火時期TADVとしてハイオ
ク用基本点火時期TADVHを選択する。「０」であればス
テップ５へ進んで、基本点火時期TADVとしてレギュラー
用基本点火時期TADVRを選択する。

ステップ６では、このようにして選択した基本点火時
期TADVに、ノッキング回避用の点火時期補正量KNKCSを
加えて最終点火時期SETADVを決定する。そして、ステッ
プ７でこの最終点火時期SETADVをI/Oポート23のレジス
タにセットする。

尚、実際にはこの点火時期制御を各気筒毎に実行さ
れ、各気筒毎に最適な最終点火時期でもって点火が行わ
れる。

ここで、上記の点火時期補正量KNKCSは、第４図に示
すノッキング制御プログラムに従って逐次与えられる。
このノッキング制御プログラムは、例えば各気筒の点火
直後に実行されるもので、ステップ11で各筒内圧力セン
サ13の検出信号から得たノッキング信号を読み込み、か
つステップ12でノッキング発生の有無を判定する。そし
て、ノッキングが発生していた場合には、ステップ13へ
進み、前回の点火時期補正量KNKCSから一定量D1を差し
引いて遅角側に補正する。またノッキングが発生してい
ない場合には、ステップ14へ進んで、前回の点火時期補
正量KNKCSに一定量D2を加えて進角側に補正する。すな
わち、ノッキングが発生し続ければ、点火時期補正量KN
KCSは徐々に減少し、この結果、最終点火時期SETADVは
徐々に遅角補正される。また逆に、ノッキングの発生し
ない状態が継続すれば、点火時期補正量KNKCSは徐々に
増大し、最終点火時期SETADVが徐々に進角補正される。
従って、通常、最終点火時期SETADVは、そのときの使用
燃料に対応したトレースノック点（ノッキング発生限
界）付近にフィードバック制御されることになる。

尚、上記のノッキングの検出ならびに点火時期補正量
KNKCSの演算は、実際には各気筒毎に個別に行われる。

次に第５図は、燃料種別の判定プログラムを示してい
る。これは、例えば所定クランク角毎もしくは所定時間
毎に実行されるもので、先ずステップ21で、種別判定フ
ラグFHIOCが「１」であるか否か、つまり現在ハイオク
用基本点火時期に従って制御を行っているのかレギュラ
ー用基本点火時期に従って制御を行っているのかを判定
する。仮に、ハイオク燃料として制御を実行中であれば
ステップ22へ進み、ハイオク用基本点火時期TADVHを補
正して得たそのときの最終点火時期SETADVは、ステップ
２で求めたレギュラー用基本点火時期TADVRと比較す
る。ここで最終点火時期SETADVがレギュラー用基本点火
時期TADVR以下にまで遅角補正されていれば、使用燃料
がレギュラー燃料であると判定し、ステップ23へ進んで
種別判定フラグFHIOCを「０」とする。従って、これ以
後は基本点火時期TADVとしてレギュラー用基本点火時期
TADVRが選択されることになる（ステップ3,ステップ
５） またステップ21の判定でレギュラー燃料として制御を
実行中であれば、ステップ24へ進み、レギュラー用基本
点火時期TADVRを補正して得たそのときの最終点火時期S
ETADVを、ステップ１で求めたハイオク用基本点火時期T
ADVHと比較する。ここで最終点火時期SETADVがハイオク
用基本点火時期TADVH以上に進角補正されていれば、使
用燃料がハイオク燃料であると判定し、ステップ25へ進
んで、種別判定フラグFHIOCを「１」とする。これによ
り、以後はハイオク用基本点火時期TADVHに基づいて点
火時期が制御される。

またステップ23あるいはステップ25で、基本点火時期
マップの切り換えを行った場合には、更にステップ26に
進み、点火時期補正量KNKCSを「０」に初期化する。こ
れにより最終点火時期SETADVの急激な変化が防止され
る。

尚、前述したように各気筒毎に個別にノッキング制御
を行う場合には、最終点火時期SETADVが各気筒毎に異な
るものとなるので、特定気筒の最終点火時期あるいは４
気筒の平均値等を用いて基本点火時期TADVR,TADVHとの
比較を行えば良い。

第６図は、一例として内燃機関11の定常運転中に、使
用燃料をハイオク燃料からレギュラー燃料へ切り換え、
かつその後再びハイオク燃料へと切り換えた場合の点火
時期の変化状況を模式的に示したものである。

この図の例では、当初はハイオク用基本点火時期が選
択されており、前述したノッキング制御が行われる結
果、ハイオク燃料のトレースノック点付近に最終点火時
期が保たれる。そして、図のＡ時点で燃料がレギュラー
燃料に切り換えられると、ノッキングが発生しやすくな
るため、ノッキング制御によって最終点火時期は徐々に
遅角補正されていく。やがて、最終点火時期がレギュラ
ー用基本点火時期に一致するので、その時点（図のＢ時
点）で基本点火時点マップがレギュラー用に切り換えら
れる。

このとき、前述したように、点火時期補正量KNKCSが
０となるので、切り換え前後の最終点火時期は滑らかに
連続したものとなり、機関出力等の上で段差感を生じる
ことがない。

以後は、最終点火時期がレギュラー燃料のトレースノ
ック点付近に保たれるが、図のＣ時点で燃料がハイオク
燃料に再び切り換えられると、ノッキングが発生しなく
なるため、ノッキング制御により最終点火時期が徐々に
進角する。やがて最終点火時期がハイオク用基本点火時
期に一致するので、その時点（Ｄ時点）で基本点火時期
マップが再びハイオク用に切り換えられる。この切り換
えの際にも、点火時期補正量KNKCSが０となるため、最
終点火時期は連続的に変化する。

ところで、近年、上述したノッキング制御と同様な点
火時期フィードバック制御の一種として、燃焼圧力のピ
ーク位置の検出に基づいて、点火時期を、最大トルクを
得るための最小進角位置つまりMBT点に制御する所謂MBT
制御が知られているが、本発明は、このMBT制御とノッ
キング制御とを組み合わせて用いることも可能である。
このMBT制御自体は特開昭62−96779号公報や特開昭58−
82074号公報等において公知であるので、その詳細な説
明は省略するが、燃焼圧力が最大となるクランク角位置
つまりピーク位置がATDC15゜付近に来るように点火時期
を設定すれば、機関発生トルクが最大になるという特性
に基づいたもので、例えば前述した筒内圧力センサ13に
よって実際に燃焼圧力を検出し、そのピーク位置がATDC
15゜付近に来るように点火時期をフィードバック制御す
るのである。

このMBT制御を組み合わせた場合には、ノッキング非
検出時にMBT制御による進角補正がなされることになる
が、その際の進角速度を単なるノッキング制御のみによ
る進角速度よりも大きく与えることができる。従って、
第７図に示すように、レギュラー燃料からハイオク燃料
へ使用燃料を切り換えた際に、進角補正が速やかに行わ
れ、ハイオク用基本点火時期への切換を一層応答性良く
行うことができる。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機
関の点火時期制御装置によれば、レギュラー用基本点火
時期もしくはハイオク用基本点火時期のいずれかを補正
して得た最終点火時期を他方の基本点火時期と比較して
レギュラー用基本点火時期，ハイオク用基本点火時期の
切り換えを行うようにしたので、燃料種別が変化した場
合にこれを確実に検出して基本点火時期特性の切り換え
を行うことができる。特に、運転条件に制約されずに、
常時、実際の燃料のオクタン価に適した基本点火時期特
性に切り換えることができる。また、その基本点火時期
特性の切換時に最終点火時期に段差を生じることがな
い。従って、内燃機関の運転中であっても基本点火時期
特性の切り換えが可能であり、出力の変化による運転性
の悪化等を生じることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る点火時期制御装置の構成を示す
クレーム対応図、第２図はこの発明の一実施例を示す構
成説明図、第３図，第４図および第５図はこの実施例に
おける制御プログラムを示すフローチャート、第６図は
燃料の切り換えに伴う点火時期の変化を示す特性図、第
７図はMBT制御を組み合わせた場合の点火時期の変化を
示す特性図である。 １……レギュラー用基本点火時期設定手段、２……ハイ
オク用基本点火時期設定手段、３……選択手段、４……
点火時期補正手段、５……ノッキング検出手段、６……
補正量演算手段、７……切換手段、８……点火装置、９
……比較手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運転条件に応じてレギュラー用基本点火時
   期を設定するレギュラー用基本点火時期設定手段と、運
   転条件に応じてハイオク用基本点火時期を設定するハイ
   オク用基本点火時期設定手段と、基本点火時期としてレ
   ギュラー用基本点火時期あるいはハイオク用基本点火時
   期のいずれかを選択する選択手段と、選択された一方の
   基本点火時期に点火時期補正量を付加して最終点火時期
   を決定する点火時期補正手段と、内燃機関のノッキング
   発生を検出するノッキング検出手段と、ノッキングの有
   無に応じて上記点火時期補正量を増減させるとともに、
   基本点火時期のレギュラー／ハイオク切換時にこれを初
   期化する補正量演算手段と、上記最終点火時期とそのと
   きに選択されていない他方の基本点火時期とを比較する
   比較手段と、この比較に基づき、両者の一致時に上記選
   択手段に切換命令を与える切換手段とを備えてなる内燃
   機関の点火時期制御装置。