JPH0799135B2

JPH0799135B2 - 点火時期制御装置

Info

Publication number: JPH0799135B2
Application number: JP61095267A
Authority: JP
Inventors: 達郎森田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-04-23
Filing date: 1986-04-23
Publication date: 1995-10-25
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: JPS62251472A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、自動車等内燃機関のノッキングを抑制しつ
つ運転性を高める点火時期制御装置に関する。

（従来の技術）一般に、エンジンの出力を効率的に引き出すためには点
火時期を最大トルクを発生し得る点火時期（MBT:Minimu
m spark advance for Best Torque）まで進角させるよ
うに制御することが望ましい。しかしエンジンは点火時
期を進め過ぎるとノッキングを生じることが判ってお
り、このノッキングを生じるノッキング限界の点火時期
は、エンジン状態によってはMBTよりも遅れ側に存在
し、点火時期をMBTまで進めるとノッキングを発生する
領域も存在する。

そこで、気筒毎にノッキングを判定し、遅角補正量を補
正してノッキングの回避を図った制御装置として、例え
ば特公昭56−50114号公報に記載されているようなもの
が知られている。

この装置は、各気筒毎にノッキングレベルを判定し、判
定結果に応じて各気筒毎に遅角補正量を演算して点火時
期を制御することにより、燃費やエンジンの出力を低下
させることなく、ノッキングの発生を抑制するようにし
たものである。

（この発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の点火時期制御装置にお
いては、機関の負荷状態の急変時、例えば低負荷状態か
ら高負荷状態への移行時には、大きなノッキングが発生
しやすい状態となるにもかかわらず、自気筒でノッキン
グを検出した後にまず自気筒で遅角補正するようになっ
ていたため、他の気筒でノッキングの発生が予想される
にもかかわらず、他の気筒で遅角補正を直ちに行うこと
ができなかった。その結果、遅角補正する速度が遅れ、
ノッキングの発生を充分抑制できないので、燃費と運転
性とが悪化するという問題点があった。

（問題点を解決するための手段）この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たものであって、その基本概念図は第１図に示される、
すなわち、この発明は、エンジンの運転状態を検出する
運転状態検出手段ａと、エンジンに発生するノッキング
を検出するノック検出手段ｂと、ノック検出手段ｂの出
力に基づいて各気筒毎に第１ノッキングレベルと第２ノ
ッキングレベルとを判定するノックレベル判定手段ｃ
と、ノックレベル判定手段ｃで判定した各気筒毎の第１
ノッキングレベルに基づいてノッキングを抑制するよう
に基本点火時期を遅角側に補正する遅角補正量を進角側
または遅角側に補正して新たな遅角補正量を演算する遅
角補正量演算手段ｄと、ある気筒のノックレベルがノッ
クレベル判定手段ｃで判定した第２ノッキングレベルを
超えるときは、前記遅角補正量を遅角側に補正するとと
もに、補正した遅角補正量を進角限界値としてこの進角
限界値よりも進角側にある他の気筒の遅角補正量を該進
角限界値に変更する遅角補正量変更手段ｅと、エンジン
の運転状態に基づいて基本点火時期を設定するととも
に、この基本点火時期を遅角補正量演算手段ｄで演算し
た遅角補正量および遅角補正量変更手段ｅで変更した遅
角補正量に応じて補正し、点火信号を出力する点火時期
設定手段ｆと、点火信号に基づいて混合気に点火する点
火手段ｇと、を備えたものである。

（作用）本発明では、ある気筒で第２ノッキングレベルを超える
程度の大きなノックが発生すると、その気筒（ある気
筒）の遅角補正量が遅角側に補正され、その気筒（ある
気筒）のノックが抑制されるという作用に加え、その気
筒（ある気筒）の補正後の遅角補正量を「進角限界値」
として、この進角限界値よりも進角側にある他の気筒
（以下「特定気筒」と言う）の遅角補正量が、この進角
限界値まで遅角補正されるという特有の作用が得られ
る。ここで、特有の作用についてさらに詳しく説明する
と、たとえば、ある気筒以外の他の気筒のうちで、すで
に十分な遅角補正が行なわれている気筒の遅角補正量
は、上記進角限界値とほぼ同等若しくはそれよりも遅角
側にあるが（言い換えれば上記進角限界値よりも進角側
にないが）、特定気筒、すなわち第２ノッキングレベル
を超える程度の大きなノックの発生が予測される気筒の
遅角補正量は、上記進角限界値よりも進角側にあるか
ら、この特定気筒の遅角補正量だけに限定して先行的な
遅角補正を行なえば、特定気筒のノック発生を未然に防
止できるとともに、特定気筒以外の他の気筒（すなわ
ち、すでに十分な遅角補正を行っている気筒）に対する
先行的な遅角補正を行わないようにすることができる。
したがって、すでに十分な遅角補正を行っている気筒に
対する過剰補正を回避でき、出力低下を防止できる。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図〜第12図はこの発明の一実施例を示す図である。

まず、構成を説明する。第２図において、１はエンジン
であり、吸入空気は図外のエアクリーナより吸気管３を
通して各気筒に供給され、燃料は噴射信号に基づきイン
ジェクタ５により噴射される。各気筒には点火プラグ７
が装着されており、点火プラグ７にはディストリビュー
タ９を介してイグナイタ11からの高圧パルスが供給され
る。これらの点火プラグ７、ディストリビュータ９およ
びイグナイタ11は混合気に点火する点火手段13を構成し
ており、点火手段13は点火信号Spに基づいて高圧パルス
を発生し放電させる。そして、気筒内の混合気は高圧パ
ルスの放電によって着火、爆発し、排気となって排気管
15を通して排出される。

吸入空気の流量Qaはエアフローセンサ16により検出さ
れ、吸気管３内の絞り弁17によって制御される。エンジ
ン１の燃焼圧力は圧力素子や磁歪素子等で構成されたノ
ッキングセンサ18により検出され、ノッキングセンサ18
の出力S₁は制御回路（コントロールユニット）19に入力
される。コントロールユニット19はノッキングセンサ18
の出力S₁に基づいてノッキング発生の有無を判定する。

また、ディストリビュータ９には一対のクランク角セン
サ20、21がそれぞれ取り付けられており、一方のクラン
ク角センサ20は各気筒を判別し、他方のクランク角21は
クランク角CAを検出する。すなわち、一方のクランク角
センサ20は、ディストリビュータシャフトが60゜回転す
る毎、すなわちクランク軸が120゜クランク角CA毎に１
つのパルス（以下、REF信号という）を発生する。この
パルスの立上がり発生位置は、例えば各気筒の上死点
（TDC）前70゜のクランク角CAであり、このパルス幅
（立上がりから立下がりまでのクランク角CA）は気筒毎
に異なる。他方のクランク角センサ21は、ディストリビ
ュータシャフトが１回転する毎に360個のパルス、従っ
て１゜クランク角CA毎に１つの立上がりまたは立下がり
パルス（以下、POS信号という）を発生する。

エアフローセンサ16およびクランク角センサ20、21は運
転状態検出手段22を構成しており、運転状態検出手段22
およびノッキングセンサ18からの信号はコントロールユ
ニット19に入力される。コントロールユニット19はこれ
らのセンサ情報に基づいて点火時期制御（その他噴射量
制御もあるが、ここでは省略する）を行う。

次に、第３図は第２図のコントロールユニット19の一構
成例を示すブロック図である。

エアフローセンサ16からの吸入空気量信号は、バッファ
30を介してアナログマルチプレクサ32に送り込まれ、マ
イクロプロセッシングユニット（MPU）62からの指示に
応じて選択されるとともにA/D変換器34でディジタル信
号に変換された後、入出力ポート36を介してマイクロコ
ンピュータ内に取り込まれる。

クランク角センサ20からのREF信号は、バッファ38を介
して割込み要求信号形成回路40および気筒判別回路41に
入力される。また、クランク角センサ21からのPOS信号
は、バッファ42を介して割込み要求を信号形成回路40お
よびエンジン回転数信号形成回路44に入力される。気筒
判別回路41はREF信号のパルス幅（立上がりから立下が
りまでのクランク角度CA）より今回の点火気筒を判別
し、それに応じた２進符号を形成し、入出力ポート46を
介しマイクロコンピュータに送り込む。割込み要求信号
形成回路40は、REF信号およびPOS信号から所定クランク
角CA毎の割込み要求信号を形成して、これらの割込み要
求信号を入出力ポート46を介してマイクロコンピュータ
内に入力する。エンジン回転数信号形成回路44は、POS
信号の周期からエンジン回転数Neを表す２進信号を形成
する。この２進信号は、入出力ポート46を介してマイク
ロコンピュータ内に送り込まれる。

ノッキングセンサ18からの出力信号S₁は、インビーダン
ス変換用のバッファおよびノッキング固有の周波数帯域
（７〜8kHz）が通過可能なバンドパスフィルタから成る
回路48を介してピークホールド回路50に入力される。ピ
ークホールド回路50は、線52および入出力ポート46を介
して“1"レベルの信号がMPU62から印加されてノックゲ
ートが開かれている場合に、ノッキングセンサ18からの
出力信号S₁の最大振幅値（ピーク値ａ）をホールドす
る。ピークホールド回路50の出力は、A/D変換器54によ
って２進信号に変換され、入出力ポート46を介してマイ
クロコンピュータに送込まれる。ただし、A/D変換器54
のA/D変換開始は、入出力ポート46および線56を介してM
PU62から印加されるA/D変換起動信号によって行われ
る。また、A/D変換器54は、A/D変換が終了した時点で、
線58および入出力ポート46を介してマイクロコンピュー
タにA/D変換完了通知を行う。したがって、ノッキング
センサ18、バッファフィルタ48、ピークホールド回路5
0、A/D変換器54が全体としてノック検出手段を構成して
いる。

一方、MPU62から入出力ポート46を介して駆動回路60に
点火信号Spが出力されると、これが駆動信号に変換され
てイグナイタ11が付勢され、点火信号Spに応じた点火制
御が行われる。

マイクロコンピュータは、入出力ポート36および46、MP
U62、ランダムアクセスメモリ（RAM）64、リードオンリ
メモリ（ROM）66、図示しないクロック発生回路および
これらを接続するバス68等から主として構成されてお
り、ROM66内に記憶された制御プログラムに従って種々
の処理を実行する。また、ROM66には、エンジン回転数N
eとエンジン１回転当たりの吸入空気量（エアフローセ
ンサ16に代えてスロットル弁17下流側の圧力を検出する
圧力センサを用いる場合には吸気管圧力）とで定められ
た基本点火時期SA₀が記憶されている。

また、コントロールユニット19はマイクロコンピュー
タ、バッファ30、38、42、バッファフィルタ48、ピーク
ホールド回路50、A/D変換器34、54、気筒判別回路41、
割込み要求信号形成回路40、エンジン回転数信号成形回
路44、アナログマルチプレクサ32および駆動回路60より
構成されており、ノックレベル判定手段、遅角補正量演
算手段、遅角補正量変更手段、および点火時期設定手段
としての機能を有する。

次に、作用を説明する。

まず、この発明の一実施例に係る処理ルーチンから説明
する。なお、以下の説明においては複雑化を避けるため
に最も不都合のない数値を用いて説明することとする
が、この発明はこれらの数値に限定されるものではな
く、各エンジンについて最適な値が選択される。

割込み要求信号形成回路40から、予め定めた特定クラン
ク角CA毎の割込み要求信号、すなわちREF信号立上がり
時の割込み（以下、REF割込みという）要求信号およびA
TDC30゜、60゜の割込み（以下、角度割込みという）要
求信号が入力されると、MPU62は第４図および第５図の
割込み処理ルーチンを実行する。第４図のメインルーチ
ンは、ノッキングセンサ18から出力される信号S₁のピー
クホールドを行う時期およびノッキングを判定して点火
時期SAを制御することを主に実行するためのものであ
り、第５図のサブルーチンはクランク角度カウンタのカ
ウント値ｍをリセットするためのルーチンを示すもので
ある。REF割込み要求信号が入力されると第５図のルー
チンが実行され、ステップ70でカウント値ｍがリセット
されてメインルーチンへリターンされる。REF信号の立
上がりは、各気筒のTDC前70゜クランク角CAで出力され
るため、各気筒の上死点前70゜クランク角CAでカウント
値ｍがリセットされることになる。

角度割込み要求信号が入力されると、第４図のメインル
ーチンが実行され、ステップ72においてエンジン回転数
信号形成回路44で求められたエンジン回転数Neが取り込
まれる。次に、ステップ80でクランク角度カウンタのカ
ウント値ｍを＋１だけインクリメントする。

ここで、上記のカウント値ｍのクランク角CAに対する関
係を第９図（Ａ）に示す。

次に、ステップ86ではカウント値ｍが２か否か、すなわ
ちピストンが各気筒のTDCに到達したか否かを判断す
る。各気筒のTDCでないときはステップ92へ進み、各気
筒のTDCのときは、ステップ87で入出力ポート46より気
筒判別結果を読み出し、気筒番号ｉとして気筒判別結果
をセットする。次に、ステップ88でピークホールド回路
50のノックゲートを開いてピークホールドを開始し、ス
テップ90でノックゲートを閉じてピークホールドを終了
するための時刻t₁を算出してコンペアレジスタＡにセッ
トする。

コンペアレジスタＡにセットされた時刻t₁になると、第
６図に示す時刻一致割込みルーチンが実行され、ステッ
プ102でピークホールド値のA/D変換が開始される。A/D
変換が終了するとA/D変換器54からA/D変換終了通知が入
力され、この通知によって第７図のA/D変換終了割込み
ルーチンが実行される。このルーチンでは、ステップ10
4においてA/D変換値をピーク値ａとしてRAM64の所定エ
リアに記憶するとともに、ステップ106でノックゲート
をクローズしてリターンする。上記のルーチンにおける
ノックゲートオープン、クローズのタイミングを第９図
（Ｂ）、（Ｃ）に示す。

次に、ステップ92では、カウント値ｍが３か否か、すな
わちピストンが各気筒の30゜ATDCに到達したか否かを判
定し、30゜ATDCでないときはステップ98へ進む。これに
対して、30゜ATDCであるときはステップ94においてノッ
キング発生の有無を判定して補正遅角量SAriを演算する
ノッキング制御処理を実行する。このノッキング制御処
理は後で説明する第10図の30゜ATDC毎の割込み処理ルー
チンで実行される（第９図（Ｄ）、参照）。

次に、ステップ96では、図示しないメインルーチンにお
いてROM66に記憶された基本点火時期のマップから補間
法により演算された基本点火時期SAoと、ノッキング制
御用の気筒毎に割り付けられた補正遅角量SAri₊₁（ｉは
気筒番号i₊₁で次の気筒を意味する。従って、i₊₁＝６と
なったときは０とみなす）とから実行点火時期SA（＝SA
o−SAri₊₁）を演算し、実行点火時期SAと現在時刻とか
らイグナイタのオン時刻を求めてコンペアレジスタＢに
セットする（第９図（Ｅ）、参照）。続くステップ98で
は、カウント値ｍが１か否か、すなわちピストンが各気
筒の60゜ATDCでないときはメインルーチンへリターン
し、60゜ATDCのときは実行点火時期SAと現在時刻とによ
りイグナイタをオフする時刻を計算してコンペアレジス
タＢにセットしてメインルーチンへリターンする。

ステップ96および100でセットした時刻になると第８図
に示す時刻一致割込み処理ルーチンが実行され、ステッ
プ108でステップ96でセットされたイグナイタオンの割
込みか否かを判断し、イグナイタオンの割込みのときは
ステップ110でイグナイタをオンし、イグナイタオフの
割込みのときはステップ112でイグナイタをオフしてリ
ターンする。この結果、実行点火時期SAで点火される。

次に、第４図のステップ94のノッキング制御処理の内容
を第10図のサブルーチンを示すフローチャートに基づい
て詳細に説明する。

まず、ステップ200では今回検出したピーク値ａ（前回
点火した気筒のもの）を第２の目標値（第２ノッキング
レベル）SL₂と比較しａ≦SL₂のときはステップ201で下
限値（進角限界値）SAr_ADVを０としてステップ202へ進
む。ここで、第２の目標値SL₂は、このレベルを超える
ピーク値ａが存在しないか、極めて少ない頻度（例えば
0.1％以下）となるような値である（第12図（ｃ）、参
照）。

次に、ステップ202ではピーク値ａを第１の目標値（第
１ノッキングレベル）SL₁と比較し、ａ＞SL₁のときはノ
ッキング有りと判定してステップ203へ、ａ≦SL₁のとき
はノッキング無しと判定してステップ204へそれぞれ進
む。ここで、第１の目標値SL₁は、このレベルを超える
ピーク値ａが所定頻度となるような値であり、運転条件
（例えば、エンジン回転数Ｎ）に応じて設定される。ま
た、所定頻度は基本進角分Ｘと基本遅角分Ｙとの比（X/
Y）で与えられ、例えば10％程度（１〜30％の範囲）を
適当な値としている（第12図（ｃ）、参照）。

ステップ203では遅角補正量SAri_-1（ｉは今回点火の気
筒番号、ｉ−１は前回点火の気筒番号）に基本遅角分Ｙ
（例えば、0.025゜）を加算して新しい遅角補正量SAri
_-1を演算してステップ205へ進む。

SAri_-1←SAri_-1＋Ｙ ……（１）ステップ204では遅角補正量SAri_-1から基本進角分（例
えば、0.25゜）を減算して新しい遅角補正量SAri_-1を演
算してステップ205へ進む。

SAri_-1←SAri_-1−Ｙ ……（２）次に、ステップ205では新しく演算された遅角補正量SAr
i_-1が上限値SArretよりも大きければ（SAr_i-1＞SArre
t）、SAr_i-1を上限値SArretに制限し、一方、下限値SAr
_ADVよりも小さければ（SAr_i-1＜SAr_ADV）、SAr_i-1を下
限値SAr_ADVに制限してリターンする。なお、上限値SArr
etとしては予め定めた値、例えば15゜とする。また下限
値SAr_ADVとしては例えば第12図（Ｄ）に示される。

次に、前記ステップ200でａ＞SL₂のときは、SL₂＞SL₁で
あるので、この場合にはある気筒に大きなノッキングが
発生していると判断して、ステップ206で遅角補正量SAr
i_-1に基本遅角量Ｙを加算して遅角補正を行う（SAri_-1
←SAri_-1＋Ｙ ……（３））。

続いてステップ207では今回補正したこの遅角補正量SAr
i_-1を下限値SAr_ADVとしてストアしてステップ208へ進
む。ステップ208では他の進角している気筒の遅角補正
量SArj（ｊ≠ｉ−１）を下限値SAr_ADVに変更、補正して
ステップ205へ進む。

次に、第10図のステップ208の内容を第11図に示すサブ
ルーチンにより詳しく説明する。

このサブルーチンは今回遅角側に補正した遅角補正量SA
r_-1を下限値（進角限界値）SAr_ADVとして、これよりも
進角している他の気筒の遅角補正量SArj（ｊ≠ｉ−１）
を補正するものである。

まず、ステップ300では気筒番号Ｊを初期化し（Ｊ＝
０）、次に、ステップ301で気筒番号Ｊが今回遅角補正
量SAri_-1を補正した気筒（気筒番号ｉ−１）であるか否
かを判別する。Ｊ＝ｉ−１のときはステップ304へジャ
ンプし、ｊ≠ｉ−１のときはステップ302で遅角補正量S
Arjを下限値SAr_ADVと比較し、SArj≧SAr_ADVのときはス
テップ304へジャンプし、SArj＜SAr_ADVのときは遅角補
正量SArjが進角側にあると判断してステップ303へ進
む。ステップ303では遅角補正量SArjの値を下限値SAr
_ADVに変更してステップ304で気筒番号を１つだけ増加し
てステップ306へ進む。ステップ306ではＪ＜６のときは
ステップ301へ戻り、他の気筒についても同様の操作を
Ｊ＝６となるまで行って、Ｊ≧６となったらこのルーチ
ンを終了する。

ところで、基本点火時期SA₀は通常エンジンの運転条件
に応じて最良の燃費となるように設置されており、エン
ジンが高負荷に移行する移行時（第11図（Ａ）、参照）
にはノッキングが発生しやすくなるので基本点火時期SA
₀を遅角側へ補正する遅角補正量SAriを大きくする必要
がある。

従来例においては、第11図（Ｂ）に示すようにピーク値
ａが目標値SL₁より大きくなるときにのみその気筒の遅
角補正量を遅角側に補正していた。

この実施例ではピーク値ａが第２の目標値SL₂を超える
ときは（第11図（Ｃ）、参照）、その気筒の遅角側に補
正した遅角補正量SAri_-1を下限値（進角限界値）SAr_ADV
とし、これより進角している他の気筒の遅角補正量SArj
を下限値SAr_ADVに変更する（第11図（Ｄ）、参照）。

こうして、ノッキングが発生しやい状態にある他の気筒
を予め遅角させておくことにより、遅角速度を早めるこ
とができる。したがって、負荷変化により遅角させたと
きの遅角補正量SAri_-1が収束するまでの所要時間を、第
11図（Ｄ）に示すように大幅に短縮することができる。
その結果、ノッキングを効果的に抑制できるので、燃費
と運転性とをさらに向上させることができる。

（効果）以上説明してきたように、この発明によれば、ある気筒
のノッキングレベルが第２の所定値を超えたときはその
気筒の補正した遅角補正量を下限値として、これより進
角している他の気筒の遅角補正量をこの下限値に変更す
るようにしたので、遅角補正量が収束するまでの時間を
短縮することができる。その結果、ノッキングの発生を
効果的に抑制することができ、燃費と運転性とをさらに
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の基本概念図、第２図〜第12図はこ
の発明の一実施例を示す図であり、第２図はその全体構
成図、第３図はその制御回路のブロック図、第４図〜第
８図はその制御回路で実行される各処理ルーチンを示す
各フローチャート、第９図はその制御回路の動作を示す
タイミングチャート、第10図は第４図のノッキング制御
処理実行プログラムを示すフローチャート、第11図は第
10図のステップ208の具体的フローチャート、第12図は
この発明の動作を説明する説明図である。１……エンジン、 13……点火手段、 18、48、50、54……ノック検出手段、 19……コントロールユニット（ノックレベル判定、遅角
補正量演算手段、遅角補正量変更手段、点火時期設定手
段）、 22……運転状態検出手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状
態検出手段と、ｂ）エンジンに発生するノッキングを検出するノック検
出手段と、ｃ）ノック検出手段の出力に基づいて各気筒毎に第１ノ
ッキングレベルと第２ノッキングレベルとを判定するノ
ックレベル判定手段と、ｄ）ノックレベル判定手段で判定した各気筒毎の第１ノ
ッキングレベルに基づいてノッキングを抑制するように
基本点火時期を遅角側に補正する遅角補正量を進角側ま
たは遅角側に補正して新たな遅角補正量を演算する遅角
補正量演算手段と、ｅ）ある気筒のノックレベルがノックレベル判定手段で
判定した第２ノッキングレベルを超えるときは、前記遅
角補正量を遅角側に補正するとともに、補正した遅角補
正量を進角限界値としてこの進角限界値よりも進角側に
ある他の気筒の遅角補正量を該進角限界値に変更する遅
角補正量変更手段と、ｆ）エンジンの運転状態に基づいて基本点火時期を設定
するとともに、この基本点火時期を遅角補正量演算手段
で演算した遅角補正量および遅角補正量変更手段で変更
した遅角補正量に応じて補正し、点火信号を出力する点
火時期設定手段と、ｇ）点火信号に基づいて混合気に点火する点火手段と、を備えたことを特徴とする点火時期制御装置。