(57)【要約】【課題】高精度に点火時期を算出し所望のタイミングにて点火制御すること。【解決手段】内燃機関の圧縮行程におけるクランク角信号に基づく今回の周期が、その１つ前の突起部に対応して発生されたクランク角信号に基づく前回の周期Ｔａ（ｏｌｄ）とそれらクランク角信号の発生間隔Ｔ３６０とから予測にて算出される。このように算出された今回の周期に基づき点火用タイマ時間が補正され、この補正された点火用タイマ時間に基づき点火パルスが発生される。このため、内燃機関の運転状態に応じて点火用タイマ時間が適切に補正され、点火パルスが本来の点火時刻ＴＤＯＦＦ（ｎｅｗ）に精度良く一致されることとなり、内燃機関の出力低下や本体への損傷を防止することができる。【選択図】　　　図２
2004011500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランクシャフトに接続されたクランクロータに形成された所定クランク角からなる少なくとも１つの突起部に対応して発生されるクランク角信号を検出するクランク角センサと、
前記内燃機関の圧縮行程における前記クランク角信号に基づく今回の周期を、その１つ前の突起部に対応して発生された前記クランク角信号に基づく前回の周期とそれら前記クランク角信号の発生間隔とから予測し算出する予測演算手段と、
前記予測演算手段で算出された今回の周期に基づき現時点から点火パルスを発生するまでの点火用タイマ時間を補正するタイマ時間補正手段と、
前記タイマ時間補正手段で補正された前記点火用タイマ時間に基づき前記点火パルスを発生する点火時期制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
【請求項２】
前記予測演算手段は、前記内燃機関の圧縮行程における前記クランク角信号に対応する前記今回の周期を同一気筒において予測し算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火時期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の点火時期を機関回転速度の変動を考慮し補正する内燃機関の点火時期制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の点火時期制御では、例えば、機関回転速度やスロットル開度等の運転状態に応じてマップ演算により最適点火時期に対応するクランク角〔°ＣＡ（Ｃｒａｎｋ　Ａｎｇｌｅ）〕を求め、このクランク角に対応する時間を機関回転速度から算出して、この演算時間を点火用タイマ時間としてセットすると共に、基準となるクランク角信号の発生時間からカウントダウンさせる。そして、このタイマ時間経過後に点火パルスを発生させ点火プラグに放電火花を飛ばし混合気に着火を行っている。この場合、クランク角信号は、クランクシャフトの回転に伴い所定のクランク角毎に出力され、このクランク角信号に基づき機関回転速度が検出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、内燃機関の負荷が高い状態においては、瞬時の機関回転速度が大きく変動するため、クランクシャフトの回転変動が大きくなり、セットされたタイマ時間による点火時期と実際の点火時期とがずれてしまい、精度良く所望の点火時期のタイミングで点火することができないことにより、内燃機関の出力低下や内燃機関本体に損傷を与えるという不具合があった。
【０００４】
特に、二輪車等の内燃機関においては、クランクシャフト等の質量が小さいため、内燃機関の１燃焼サイクルの各行程（吸入→圧縮→燃焼→排気）間の回転変動が大きく、この回転変動の影響を受け、前述のように基準となるクランク角信号から点火時期までのタイマ時間を算出してセットする方法では高精度な点火時期の設定ができなかった。
【０００５】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、内燃機関の機関回転速度変動にかかわらず、高精度に点火時期を算出して点火用タイマをセットすることで所望のタイミングで点火制御可能な内燃機関の点火時期制御装置の提供を課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関の点火時期制御装置によれば、クランク角センサによる内燃機関の圧縮行程におけるクランク角信号に基づく今回の周期が、予測演算手段にてその１つ前の突起部に対応して発生されたクランク角信号に基づく前回の周期とそれらクランク角信号の発生間隔とから予測し算出され、このように算出された今回の周期に基づきタイマ時間補正手段で点火用タイマ時間が補正され、この補正された点火用タイマ時間に基づき点火時期制御手段で点火パルスが発生される。このため、内燃機関の運転状態に応じて点火用タイマ時間が適切に補正され、点火パルスが本来の点火時刻に精度良く一致されることとなり、内燃機関の出力低下や本体への損傷を防止することができる。
【０００７】
請求項２の内燃機関の点火時期制御装置では、予測演算手段が複数気筒からなる内燃機関にあっては、内燃機関の圧縮行程におけるクランク角信号に対応する今回の周期が同一気筒毎に予測し算出され、このように算出された今回の周期に基づき点火用タイマ時間が補正され、この補正された点火用タイマ時間に基づき点火パルスが発生される。これにより、内燃機関の運転状態に応じて各気筒の点火用タイマ時間が適切に補正され、点火パルスが本来の点火時刻に各気筒毎に精度良く一致され、内燃機関の出力低下や本体への損傷を防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の点火時期制御装置を示す概略構成図である。また、図２は図１におけるクランク角信号、点火用タイマ及び点火パルスの発生タイミングを示すタイムチャートである。
【００１０】
図１において、１は火花点火式の４サイクル単気筒からなる内燃機関（図示略）のクランクシャフト、２はクランクシャフト１に固設され矢印方向に回転されるクランクロータ（回転体）である。このクランクロータ２の外周には、クランク角検出用として例えば、３０〔°ＣＡ（Ｃｒａｎｋ　Ａｎｇｌｅ：クランク角）〕からなる１箇所の突起部３が形成されている。１０はクランクロータ２の外周に形成された突起部３に対向し、この突起部３によるクランク角信号（クランクシャフト１の回転位置）を検出する電磁ピックアップからなるクランク角センサである。
【００１１】
本実施例の内燃機関における１燃焼サイクルの各行程（吸入→圧縮→燃焼→排気）は７２０〔°ＣＡ〕であり、クランクシャフト１の１回転でクランクロータ２は１回転される。このクランクロータ２の１回転である３６０〔°ＣＡ〕毎に、クランクロータ２の回転方向における突起部３の前端から後端までの３０〔°ＣＡ〕間隔に対応して、クランク角センサ１０からのクランク角信号は、図２に示すように、立下がり信号及び立上がり信号として発生される。そして、図２の時刻ｔ０は、クランクロータ２の突起部３の前端による前回のクランク角信号の立下がり信号の発生時刻であり、図２の時刻ｔ１は、クランクロータ２の突起部３の前端による今回のクランク角信号の立下がり信号の発生時刻をそれぞれ示す。
【００１２】
２０はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）であり、クランク角センサ１０からのクランク角信号はＥＣＵ２０を構成する波形整形回路２１を介してマイクロコンピュータ３０に入力される。また、各種センサからの各種センサ信号がＥＣＵ２０を構成するＡ／Ｄ変換回路２２を介し、または直接、マイクロコンピュータ３０に入力される。マイクロコンピュータ３０ではクランク角信号の発生タイミングに基づき、各種センサ信号による内燃機関の運転状態に応じた制御量が演算され、その演算結果に応じた駆動信号が点火コイル４０、その他の各種アクチュエータ（図示略）等に出力される。
【００１３】
マイクロコンピュータ３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ３１、制御プログラムを格納したＲＯＭ３２、各種データを格納するＲＡＭ３３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ３４、入出力回路３５及びそれらを接続するバスライン３６等からなる論理演算回路として構成されている。
【００１４】
次に、マイクロコンピュータ３０内のＣＰＵ３１による点火時刻（点火時期）の演算処理について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図２は本実施例を示すタイムチャートであり、図３は比較のための従来例を示すタイムチャートである。また、図２及び図３で用いられている同一符号及び同一記号は同様に定義される。
【００１５】
図２に示すように、内燃機関の機関回転速度〔ｒｐｍ〕は燃焼行程から次の点火までは一様に減速するものと仮定する。クランク角センサ１０にてクランクロータ２の回転方向における前回の突起部３の前端を検出したときを時刻ｔ０とし、Ｔａ（ｏｌｄ）をクランクロータ２の回転方向における前回の突起部３の前端から後端までの所要時間である前回の周期とした場合、前回の周期の（１／２）経過後の時刻｛Ｔａ（ｏｌｄ）／２｝における機関回転速度Ｎｅ（ｏｌｄ）は次式（１）にて表わされる。ここで、Ｓａはクランクロータ２の回転方向における突起部３の前端から後端までのクランク角〔°ＣＡ〕であり、本実施例では３０〔°ＣＡ〕に設定されている。
【００１６】
【数１】
Ｎｅ（ｏｌｄ）＝６０／｛Ｔａ（ｏｌｄ）×３６０／Ｓａ｝　　　　　　　・・・（１）
【００１７】
また、クランクロータ２の回転方向における前回の突起部３の前端から今回の突起部３の前端までのクランク角信号の発生間隔の（１／２）経過後の時刻｛Ｔ３６０／２｝の平均機関回転速度Ｎｅ（ａｖｅ）は次式（２）にて表わされる。
【００１８】
【数２】
Ｎｅ（ａｖｅ）＝６０／Ｔ３６０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
【００１９】
したがって、図２の時刻ｔ１における瞬時の機関回転速度Ｎｅ（Ｎｅｗ）は、次式（３）による比例演算にて算出される。
【００２０】
【数３】
Ｎｅ（ｎｅｗ）＝Ｎｅ（ｏｌｄ）−Ｆｎ×｛Ｔ３６０−Ｔａ（ｏｌｄ）／２｝　　・・・（３）
【００２１】
なお、Ｆｎは単位時間当たりの機関回転速度変動を表わす比例定数であり、この比例定数Ｆｎは次式（４）にて算出される。
【００２２】
【数４】
Ｆｎ＝｛Ｎｅ（ｏｌｄ）−Ｎｅ（ａｖｅ）｝／｛Ｔ３６０／２−Ｔａ（ｏｌｄ）／２｝・・・（４）
【００２３】
このため、仮点火時刻ＴＤＯＦＦ′は次式（５）にて算出される。ここで、ＡＤＶは機関回転速度Ｎｅ等をパラメータとするマップから算出される基本点火時刻であり、クランクロータ２の回転方向における突起部３の後端からの進角度〔°ＣＡ〕にて表わされる。
【００２４】
【数５】
ＴＤＯＦＦ′＝（Ｓａ−ＡＤＶ）×｛６０／Ｎｅ（ｎｅｗ）｝　　　・・・（５）
【００２５】
したがって、図２に「三角黒塗」記号位置にて示す減速度を考慮した最終的な点火時刻ＴＤＯＦＦ（ｎｅｗ）は次式（６）にて算出される。このようにして得られる点火時刻ＴＤＯＦＦ（ｎｅｗ）は、点火させたい時刻に点火パルスの発生時刻を精度良く一致させることができる。
【００２６】
【数６】
ＴＤＯＦＦ（ｎｅｗ）＝ＴＤＯＦＦ′×Ｆｎ
＝（Ｓａ−ＡＤＶ）×｛６０／Ｎｅ（ｎｅｗ）｝×Ｆｎ　・・・（６）
【００２７】
これに対して、従来例として示す図３では、クランク角信号の前回から今回までの発生間隔に対応する機関回転速度変動のみによって点火用タイマのセット時間が設定されている。即ち、クランク角信号の前回から今回までの発生間隔である時間Ｔ３６０のみに基づき点火時刻ＴＤＯＦＦが次式（７）にて算出される。
【００２８】
【数７】
ＴＤＯＦＦ＝（Ｓａ−ＡＤＶ）×Ｔ３６０／３６０　　　　　・・・（７）
【００２９】
このように算出された点火時刻ＴＤＯＦＦに基づき設定された点火用タイマのセット時間は、内燃機関の減速状態が適切に反映されず短めになってしまう。この結果、図３に「三角黒塗」記号位置にて示す点火させたい時刻（図２に示す点火時刻ＴＤＯＦＦ（ｎｅｗ）に相当）に対して点火パルスが早めに発生されることとなる。したがって、従来例では所望のタイミングにて点火が行われず、本実施例のように内燃機関の出力低下や本体への損傷を防止することができないこととなる。
【００３０】
このように、本実施例の内燃機関の点火時期制御装置は、内燃機関のクランクシャフト１に接続されたクランクロータ２に形成された所定クランク角（３０〔°ＣＡ〕）からなる１つの突起部３に対応して発生されるクランク角信号を検出するクランク角センサ１０と、内燃機関の圧縮行程におけるクランク角信号に基づく今回の周期を、その１つ前の突起部３に対応して発生されたクランク角信号に基づく前回の周期とそれらクランク角信号の発生間隔とから予測し算出するＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ３０のＣＰＵ３１にて達成される予測演算手段と、前記予測演算手段で算出された今回の周期に基づき現時点から点火パルスを発生するまでの点火用タイマ時間を補正するＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ３０のＣＰＵ３１にて達成されるタイマ時間補正手段と、前記タイマ時間補正手段で補正された点火用タイマ時間に基づき点火パルスを発生するＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ３０のＣＰＵ３１にて達成される点火時期制御手段とを具備するものである。
【００３１】
つまり、内燃機関の圧縮行程におけるクランク角信号に基づく今回の周期が、その１つ前の突起部３に対応して発生されたクランク角信号に基づく前回の周期とそれらクランク角信号の発生間隔とから予測にて算出される。このように算出された今回の周期に基づき点火用タイマ時間が補正され、この補正された点火用タイマ時間に基づき点火パルスが発生される。このため、内燃機関の運転状態に応じて点火用タイマ時間が適切に補正され、点火パルスが本来の点火時刻に精度良く一致されることとなり、内燃機関の出力低下や本体への損傷を防止することができる。
【００３２】
ところで、上記実施例では、内燃機関の減速状態における点火時期制御について述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、内燃機関の加速状態における点火時期制御に対しても同様に適用することができ、この場合には、点火用タイマのセット時間が短くなる方向に補正されることで点火パルスの発生時刻が点火させたい時刻に精度良く一致されることとなる。
【００３３】
また、上記実施例では、所定クランク角からなる１つの突起部が形成されたクランクロータを用いているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、所定クランク角からなる複数の突起部が形成されたクランクロータを用いることもでき、例えば、２つの突起部が１８０〔°ＣＡ〕間隔に形成されているときにはクランク角信号に基づく今回の周期と前回の周期との発生間隔を半分に短くできるため、機関回転速度変動をより正確に捉え、点火用タイマ時間をより精度良く補正することが可能となる。
【００３４】
そして、上記実施例では、４サイクル単気筒からなる内燃機関に対する点火時期制御について述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、２サイクル単気筒からなる内燃機関にあっては、内燃機関の１燃焼サイクルが３６０〔°ＣＡ〕で各行程が異なるのみであり、上述と同様の点火時期制御を適用することができる。更に、４サイクル複数気筒または２サイクル複数気筒からなる内燃機関にあっては、同一気筒毎に上述と同様の点火時期制御を適用することができる。
【００３５】
このような内燃機関の点火時期制御装置は、ＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ３０のＣＰＵ３１にて達成される予測演算手段が内燃機関の圧縮行程におけるクランク角信号に対応する今回の周期を同一気筒において予測し算出するものであり、上述の実施例と同様の作用・効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の点火時期制御装置を示す概略構成図である。
【図２】図２は図１における各種信号等の発生タイミングを示すタイムチャートである。
【図３】図３は従来の内燃機関の点火時期制御装置における各種信号等の発生タイミングを示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１　クランクシャフト
２　クランクロータ
３　突起部
１０　クランク角センサ
２０　ＥＣＵ（電子制御ユニット）
３０　マイクロコンピュータ
３１　ＣＰＵ
【図１】
2004011500.tif 000003
【図２】
2004011500.tif 000004
【図３】
2004011500.tif 000005