JP2586435B2 - 内燃機関のノッキング制御装置 - Google Patents

内燃機関のノッキング制御装置

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JP2586435B2 JP20898888A JP20898888A JP2586435B2 JP 2586435 B2 JP2586435 B2 JP 2586435B2 JP 20898888 A JP20898888 A JP 20898888A JP 20898888 A JP20898888 A JP 20898888A JP 2586435 B2 JP2586435 B2 JP 2586435B2
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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装置に関し、特
に、ノッキングを検出して学習制御により最適な点火時
期に制御するノッキング制御装置に関する。
〔従来の技術〕
エンジンの燃費、出力等の性能は点火時期の影響を強
く受ける。これら燃費、出力等の性能が最良となるよう
に点火時期を制御するとノッキングを発生することがあ
る。強いノッキングは不快な打音を生じると共にエンジ
ンに損傷を与える虞れがあり好ましくない。通常の点火
時期においては、点火時期が早くなる程ノッキングが強
くなることはよく知られており、ノッキングを発生直前
の状態若しくは極く軽微な状態に抑制するように点火時
期を補正制御することが望ましい。そこで、エンジンの
シリンダブロック等に機械的振動を検出する振動検出器
を取付けてノッキングを検出し、点火時期を補正制御す
るノッキング制御が用いられる。
ノッキング現象は、機関をとってみただけでも、負荷
状態、回転数、空燃比、吸気湿度、それに冷却水温など
の各条件によって大きく異なるものである。これら条件
の変化に柔軟に対応し適格なノッキング制御を行うた
め、単なるフィードバック制御ではなく学習制御を行う
ものが種々提案されている。たとえば、特開昭56−1105
39号公報、特開昭56−121842号公報などである。
これら従来の装置は、いずれも機関の運転状態を負荷
と回転数などにより多数の運転領域(区間)に分割し、
各運転領域毎(分割点毎)に対応する学習値を記憶する
手段を設け、その学習値から求められる点火時期を初期
値としてノッキング検出によるフィードバック制御を行
うことにより、時間遅れなく、かつ、最適な点火時期に
制御しようとするものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上述した前者の特開昭56−110539号公
報では、エンジンの過渡時に学習値の更新を停止してい
るので、過渡時の誤学習は防止できるが、運点状態が過
渡時ばかりであると、学習機会がなく、学習の効果が発
揮できないという問題かある。
また、後者の特開昭56−121842号公報では、学習値の
更新回数に応じて更新前の学習補正値に重み付けを行っ
て新たな学習補正値を演算するものであるので、学習値
を収束し易くすることはできるが、学習値の更新の初期
段階において、過渡時のような大きな遅角量を誤学習し
たりすると、定常時の要求値まで学習値が復帰しにくく
なるという問題がある。
そこで、本発明は上記の問題点を解決することを目的
とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
そのため本発明は第1図に示すごとく、内燃機関の機
械的振動を検出するノックセンサと、 機関の回転数等の運転状態を検出する運転状態検出手
段と、 機関の運転状態を複数の運転領域に分割し、その各運
転領域毎に学習補正値を記憶する学習補正値記憶手段
と、 その学習補正値を基礎に前記ノックセンサからの信号
に従ってノッキングの発生の有無に応じて増減されるノ
ック補正値を演算するノック補正値演算手段と、 そのノック補正値により点火時期を補正する点火時期
補正手段と、を備えるノッキング制御装置において、 機関の運転状態が一の運転領域から他の運転領域に遷
移したときに、その遷移する直前の前記ノズル補正値と
それまでに記憶されている学習補正値とに応じて新たな
学習補正値を前記学習補正値記憶手段に記憶する学習手
段を備え、この学習手段は、機関の運転状態が一の運転
領域から他の運転領域に遷移するまでの時間が長いほど
遷移する直前のノック補正値の重みを大きくする重み付
け手段を含んでなる内燃機関のノッキング制御装置を提
供するものである。
ここで、学習補正手段は、遷移する直前のノック補正
値とそれまでに記憶されている学習補正値とを、運転領
域が遷移するまでの時間に応じて加重平均して新たな学
習補正値を演算するようにすればよい。
〔作用〕
これにより、運転領域が遷移したときに、その遷移す
る直前のノック補正値とそれまでに記憶されている学習
補正値とに応じて学習手段により新たな学習補正値が学
習補正値記憶手段に記憶される。このとき、運転領域が
遷移するまでの時間が長い程、重み付け手段により遷移
する直前のノック補正値の重みを大きくして、エンジン
の過渡時のように同一の領域に滞在する時間が短かいと
きのノック補正値の学習値への反映を少なくする。
〔実施例〕
本発明の実施例について図面に従って具体的に説明す
る。
第2図は全体構成図であり、1はエンジン本体、2は
電子制御装置である。吸気マニホールド3の各気筒吸気
ポートの近くに電磁作動式の燃料噴射弁4が配設されて
いる。各燃料噴射弁4には図示しない燃料ポンプから一
定圧に調整された燃料が圧送され、燃料噴射弁4を作動
させ開弁する時間によって噴射量が制御されるようにな
っている。各気筒に設けられた点火プラグに配電するデ
ィストリビュータ5は周知の如くクランク軸の2回転に
1回転せられるもので、内部にはエンジンの回転を検出
して一定クランク角毎に出力信号を発生する回転角セン
サ7及びクランク軸の特定位置を検出する基準角センサ
6を備えている。ディストリビュータ5に接続される点
火コイル8は、点火コイル8への通電遮断を行うイグナ
イタ9と一体に構成されている。エンジンの運転状態を
検出するため、エアクリーナ10から吸気マニホールド3
に連通する吸気通路に吸入空気量を検出するエアフロー
メータ12、吸気温度を検出する吸気気温センサー13、そ
れにスロットル弁11の開度を検出するスロットル弁開度
センサ14が設けられ、エンジン本体1には冷却水温セン
サ15が、排気通路には排気ガスの酸素濃度を検出するO2
センサ16が設けられている。
また、圧電形の振動検出器であるノックセンサ17がエ
ンジンブロックに取付られ、エンジンの振動波形を検出
する。ノックセンサ17は圧電形の他、動電形、ピエゾ抵
抗形、ひずみゲージ形等何を用いてもよいことは勿論で
ある。
第3図は電子制御装置2と角機器との接続を示すブロ
ック図である。
基準角センサ6及び回転角センサ7は電磁ピックアッ
プ式の検出器であり、それぞれの出力信号は波形整形回
路21,22によりパルス状に整形され、それぞれ基準角信
号G及び回転角信号Neとしてマイクロコンピュータ23に
入力される。また、運転状態を検出する各センサ12〜16
からの信号がマイクロコンピュータ23のデジタル入力又
はアナログ入力端子に入力される。
ノックセンサ17の出力信号は振幅検出回路24に入力さ
れる。振幅検出回路24は、ノックセンサ17の出力信号か
らのノッキング固有の周波数成分(たとえば8KHZ)のみ
を取出すバンドパスフィルタ25、その出力を増幅する増
幅器26、増幅器26の出力である振動信号26aのピーク値
を例えばコンデンサ等により保持し、マイクロコンピュ
ータ23からの気筒切換信号Rによりリセットされるピー
クホールド回路27を備える。そして、ピークホールド回
路27は、各気筒の爆発行程毎に振動信号26aのピーク値
を保持し、振幅検出回路24の出力電圧信号としてピーク
ホールド値27aをマイクロコンピュータ23に伝える。
マイクロコンピュータ23は基準角センサ6及び回転角
センサ7からの回転角情報と、各種運転状態センサ12〜
16からの運転状態情報と、ノックセンサ17からのノッキ
ング情報とに基づいて燃費及び出力等の性能が最良とな
る最適な点火時期及び点火コイルへの通電時間を算出
し、点火信号を出力する。そして、出力バッファ28を介
してイグナイタ9を駆動し点火コイル8に通電し、演算
された点火時期に通電を遮断することにより通電遮断時
に発生する高電圧をディストリビュータ5を経由して所
定の気筒の点火プラグ30に導き、各気筒に順次点火す
る。また、マイクロコンピュータ23は算出された燃料噴
射量に対応したパルス幅でもって所定のクランク角位置
に噴射弁駆動回路29を作動し、各気筒毎に燃料噴射弁4
を開弁して燃料を噴射する。
第4図はマイクロコンピュータ23の内部構成を示すブ
ロック図である。8ビット構成の中央処理ユニット(CP
U)41にはCPUバス42を介して、制御プログラム及び演算
に必要な定数を記憶しておく読出し専用メモリ(ROM)4
3、演算データを一時記憶する一時記憶メモリ(RAM)4
4、CPU41に割込制御を行わせるための割込制御部45、CP
U動作の基本周期となるクロック周期毎に1つづつカウ
ント値が上るように構成された16ビットのタイマ46、マ
ルチプレクサ47で選択されたアナログ信号をデジタル信
号に変換するA−D変換器48、デジタル信号のための入
力ポート49、そしてデジタル信号を出力するための出力
ポート50が接続されている。一時記憶メモリ(RAM)44
の一部は、イグニッションスイッチを切ってもなお、バ
ッテリー電源が供給され、記憶内容が消去しないように
されている。その部分をバックアップRAM領域と呼ぶ。
バックアップRAM領域はノッキングによる学習補正値θ
(i)を記憶する領域として使用される。
アナログ信号が入力されるマルチプレクサ47には、エ
アフロメータ12、吸気温センサ13、冷却水温センサ15、
及びピークホールド回路27からの信号が入力される。入
力ポート49には、スロットル弁開度センサ14からの2ビ
ットの接点信号、及びO2センサ16からのリッチリーン信
号が入力される。出力ポート50からは、イグナイタ9へ
の点火信号、燃料噴射弁4への噴射信号の他に、ピーク
ホールド回路27への気筒切換信号、及びマルチプレクサ
47への制御信号が出力される。割込制御部45には基準角
センサ6及び回転角センサ7からの基準角信号及び回転
角信号が入力される。
以上のハード構成に基づき、ノッキング制御を行い点
火時期を制御するマイクロコンピュータ23での処理につ
いて説明する。
第5図は点火時期制御の処理を示すフローチャートで
ある。
内燃機関が起動し点火時期演算の割込が行われると、
割込み処理100がスタートされる。ステップ101で回転数
N及び負荷Q/N(=吸入空気量Q/回転数N)が算出され
る。回転数Nは基準角センサ6からの信号の発生間隔時
間から算出され、吸入空気量Qはエアフローメータ12か
らの信号により直接読込まれる。基準角センサ6、エア
フローメータ12及びステップ101の処理は本発明の運転
状態検出手段を構成する。ステップ102では、ステップ1
01で算出された回転数N、負荷Q/Nをもとに予め記憶さ
れている基本点火時期のマップを検索補間し、基本点火
時期θBASEが算出される。ステップ103では、吸気温セ
ンサ13、スロットル弁開度センサ14、冷却水温センサ15
等からの情報に基づいて、補正点火時期θが算出され
る。そして、ステップ104では、第6図に示す様に、ノ
ック補正値θを算出するノック制御処理200が行われ
る。
ノック制御処理200が開始されると、ステップ201で、
回転数N及び負荷Q/Nから現在の運転領域が判別され
る。運転領域は第7図に示すように、3つの学習領域と
1つの非学習領域からなる4つの運転領域0、I、II及
びIIIに分割されており、この運転領域0、I、II又はI
IIのいずれに現在属しているかが判別される。
ステップ202では、今回判別された運転領域が前回判
別された領域と同じであるか否かが調べられる。同じで
あれば、ステップ203以下の学習処理を省略し、ステッ
プ208に飛ぶ。一方、前回と今回の運転領域が異なれ
ば、運転領域が遷移したのであるから学習処理を行なう
べく、ステップ203に進む。ステップ203では、前回の運
転領域に対応する学習補正値θL(i-1)と、現在のノック
補正値θ即ち、前回の学習領域におけるノック補正値
の最終値との加重平均をとり、あらたな学習補正値θ′
L(i-1)を得る。
以下、加重平均のとり方について説明する。その重み
付けは、前回の学習領域に滞在した時間が長ければ長い
ほど、θの最終値の信頼性は向上すると考え、滞在時
間に比例した重み付けで平均をとる。そのため、32msec
ごとにインクリメントされるカウンタをRAM内に設定
し、これをCTIMEと呼ぶ。このCTIMEは領域が変わるごと
に0にリセットされるため、CTIMEは、その領域に滞在
している時間をあらわしている(なお、このカウンタは
最大8secまでカウントしたら、それ以後はその値を保持
するようにガードを設ける。) このCTIMEを用いて下式にしたがって加重平均をと
る。
このような式にて平均をとれば、滞在時間が、4sec
満のときは、前回の学習値の値θL(i-1)の比率が大きく
なり、信頼性が低いと考えられるθの重みは少なく、
逆に4secより大きいときは、信頼性が高いと考えられる
θの重みが大きくなる。
このようにして求められた学習補正値θ′はRAM44
内のイグニッションスイッチを切っても消失しないバッ
クアップRAM領域(前回の運転領域)内に記憶される。
また、前回の運転領域が非学習領域(領域0)であっ
た場合は対応するメモリアドレスが存在しないため記憶
を行わない。このようにステップ203では学習補正値θ
の学習が実行される。
次に、ステップ204〜206ではノック補正値θの初期
値が設定される。即ち、ステップ204において現在の運
転領域が学習領域(領域I,IIまたはIII)であるか否か
が調べられ、学習領域であるならば、ステップ205へ進
んで現在の運転領域に対応して記憶された学習補正値θ
L(i)が読み出されてノック補正値θの初期値とされ、
一方、非学習領域(領域0)であればステップ206へ進
んでノック補正値θの初期値が0とされる。
以上の学習処理を終えた後、ステップ207にてCTIMEを
0にリセットする。従って、CTIMEは領域が変わるごと
にリセットされることになる。
ステップ208では、現在の運転領域がノッキング制御
を行わない運転領域であれば、そのまま何も実行せず、
即ち、ノック補正値θは0のままで処理を終了する。
ノッキング制御を行なう運転領域であれば、ステップ20
9に進み、ノック判定を行う。
ステップ209では、過去のノックセンサ17からの振動
信号26aのピークホールド値27aを平均化し、所定倍して
求められるノッキング判定レベルと、今回のピークホー
ルド値27aとの大小を比較することによりノッキングの
発生の有無を判別する。ノック有と判定された場合はス
テップ210に進み、ノック補正値θの値を所定量Δθ
だけ増加させて、θ=θ+Δθとし、ノック無しと
判定された場合はステップ211でノック補正値θを所
定量だけ減少させて、θ=θ−Δθとする。
以上でノック補正値θを算出するノック制御処理20
0を終了し、再び第5図に示すステップ105に戻る。
ステップ105では、基本点火時期θBASEを、補正点火
時期θ及びノッス補正値θに基づいて補正した最終
点火時期θFINALが、θFINAL=θBASE+θ−θとし
て演算される。そして、ステップ106で、演算された最
終点火時期θFINALまでの時間を所定のアウトプットコ
ンペアレジスタに設定することにより、その設定時間経
過時に点火コイル8への通電が遮断され、点火が行われ
る。
なお、上述した実施例においては、前回の学習値と直
前のノック補正値との加重平均により新たな学習値を求
めたが、前回の学習値に直前のノック補正値に応じた値
を持つ正負の補正値を、運転領域が遷移するまでの時間
に応じて重み付けして加算することにより、新たな学習
値を求めるようにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明においては、過渡時のよう
に該当領域に滞在する時間が短いときには、そのときの
ノック補正値の信頼性が低いものとして、学習値への反
映を少なくし、定常時のように該当領域に滞在する時間
が長くなると信頼性が高いものとして学習値への反映を
多くするから、過渡時の誤学習を少なくすることができ
るのみならず、過渡運転状態が続いても少しずつである
にしても学習値が更新されるため、学習効果を発揮する
ことができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示し、第1図は本発明の構成
を明示する対応図、第2図は装置の全体構成図、第3図
はブロック図、第4図は詳細構成を示すブロック図、第
5図及び第6図はマイクロコンピュータでの処理を示す
フローチャート、第7図は運転領域を示すグラフであ
る。 1……エンジン本体,2……電子制御装置,5……ディスト
リビュータ,6……基準角センサ,7……回転角センサ,8…
…点火コイル,12……エアフローメータ,17……ノックセ
ンサ,23……マイクロコンピュータ,24……振幅検出回
路,27……ピークホールド回路。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の機械的振動を検出するノックセ
    ンサと、 機関の回転数等の運転状態を検出する運転状態検出手段
    と、 機関の運転状態を複数の運転領域に分割し、その各運転
    領域毎に学習補正値を記憶する学習補正値記憶手段と、 その学習補正値を基礎に前記ノックセンサからの信号に
    従ってノッキングの発生の有無に応じて増減されるノッ
    ク補正値を演算するノック補正値演算手段と、 そのノック補正値により点火時期を補正する点火時期補
    正手段と、を備えるノッキング制御装置において、 機関の運転状態が一の運転領域から他の運転領域に遷移
    したときに、その遷移する直前の前記ノック補正値とそ
    れまでに記憶されている学習補正値とに応じて新たな学
    習補正値を前記学習補正値記憶手段に記憶する学習手段
    を備え、この学習手段は、機関の運転状態が一の運転領
    域から他の運転領域に遷移するまでの時間が長いほど遷
    移する直前のノック補正値の重みを大きくする重み付け
    手段を含んでなる内燃機関のノッキング制御装置。
  2. 【請求項2】前記学習手段は前記遷移する直前のノック
    補正値とそれまでに記憶されている学習補正値とを、機
    関の運転状態が一の運転領域から他の運転領域に遷移す
    るまでの時間に応じて加重平均して新たな学習補正値を
    演算するものである請求項1記載の内燃機関のノッキン
    グ制御装置。
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