JP2680020B2 - 内燃機関のノツクコントロール装置 - Google Patents

内燃機関のノツクコントロール装置

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JP2680020B2 JP63059147A JP5914788A JP2680020B2 JP 2680020 B2 JP2680020 B2 JP 2680020B2 JP 63059147 A JP63059147 A JP 63059147A JP 5914788 A JP5914788 A JP 5914788A JP 2680020 B2 JP2680020 B2 JP 2680020B2
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関の出力低下を抑えつつ、ノツクの
発生を防止するようにした内燃機関のノツクコントロー
ル装置に関する。
従来の技術 一般に、火花点火内燃機関の場合、圧縮比を高くする
ほど高出力を得ることができる。しかしながら、この圧
縮比が余り高すぎると、いわゆるノツクが発生してしま
う。このノツクとは、混合気に点火後に、その点火によ
る火炎が到達する以前に、未燃ガスが断熱圧縮を受け
て、着火条件の良い点(点火プラグのほぼ反対側)から
自然発火を起こしてしまうことを言い、このようなノツ
クが発生すると、前記発火によつて発生した圧力波が燃
焼室内を高速で往復し、内燃機関に激しい振動をもたら
し、また内燃機関を高温・高圧状態とする。一方、内燃
機関にとつて微弱なノツクの発生する進角では大きな弊
害もなく、進角が最大出力進角に近付くため、出力およ
び燃費が向上するのに対して、過度のノツクでは燃焼温
度が異常に高くなるため、開閉弁、点火プラグ、あるい
はピストンなどに溶損が生じてしまう。
このため典型的な先行技術では、第11図に示されるよ
うに、時刻T1,T2,…で示されるノツク発生時点で点火進
角量θを予め定めた遅角量θ1だけ遅角し、その後一定
周期W毎に一定の進角量θ2ずつ増加してゆくような構
成が用いられている。したがつてこの第11図において、
仮想線1で示される最適トルクとなるための進角量
(以下MBTと略称する)、またはノツク発生の臨界点の
前後を、遅角量θ1の範囲で変化する。
発明が解決しようとする課題 上述のような先行技術では、各制御量θ1,θ2および
W1は一定であり、したがつて点火進角量θは参照符1
で示される前記MBTまたはノツク発生点の前後を大きく
変動し、すなわち内燃機関の温度が高いときにはノツク
が発生し易くなり、トルク変動が発生していわゆるドラ
イバビリテイが悪化してしまう。また温度が低いときに
は、点火進角量θは前記MBTまで進角するのに時間がか
かり燃費が低下してしまう。
本発明の目的は、点火進角量θの変動幅を小さくしMB
Tに精密に制御して、ドライバビリテイおよび燃費の向
上された内燃機関のノツクコントロール装置を提供する
ことである。
課題を解決するための手段 本発明は、火花点火内燃機関のノツクの発生を検出す
るノツク検出手段と、 前記ノツク検出手段からの出力に応答し、ノツクが発
生すると点火進角量θを予め定めた遅角量θ1だけ遅角
し、次に、予め定めた進角量θ2ずつ予め定めた周期W
で増大する手段と、 内燃機関に関連する温度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段の出力に応答し、温度の変化に応じ
て、ノツク発生時の前記遅角量θ1、進角量θ2、およ
び前記周期Wのうち、少なくとも1つを変化する手段と
を含むことを特徴とする内燃機関のノツクコントロール
装置である。
また本発明は、前記遅角量θ1は、前記温度が上昇す
るにつれて小さな値とすることを特徴とする内燃機関の
ノツクコントロール装置である。
さらにまた本発明は、前記進角量θ2は、前記温度が
上昇するにつれて小さな値とすることを特徴とする内燃
機関のノツクコントロール装置である。
また本発明は、前記周期Wは、前記温度が上昇するに
つれて大きな値とすることを特徴とする内燃機関のノツ
クコントロール装置である。
作用 本発明に従えば、火花点火内燃機関の点火進角量θ
は、予め定めた進角量θ2ずつ予め定めた周期W毎に増
大されていく。こうして点火進角量θが前記MBTに近付
くように増大されてゆき、内燃機関の出力トルクが大き
くなるように制御される。このように点火進角量θが増
大されて、内燃機関にノツクが発生すると、そのような
ノツクの発生はノツク検出手段によつて検出され、この
点火進角量θは予め定めた遅角量θ1だけ遅角されて、
ノツクの発生が抑えられる。
一方、内燃機関に関連する温度、たとえば冷却水や潤
滑油などの温度は温度検出手段によつて検出されてお
り、この温度検出手段の出力に応答して、ノツク発生時
の前記遅角量θ1、進角量θ2および前記周期Wのう
ち、少なくとも1つが変化される。これによつて点火進
角量θを、ノツクが発生しない範囲内で最大の出力トル
クを得ることができるように安定させることができる。
また本発明に従えば、温度検出手段によつて検出され
る温度が上昇するにつれて、前記遅角量θ1は大きな値
とされ、前記進角量θ2は小さな値とされ、および前記
周期Wは大きな値とされ、これらの遅角量θ1、進角量
θ2および前記周期Wのうち、少なくとも1つが変化さ
れる。したがつて点火進角量θを、内燃機関に関連する
温度が上昇するにつれて発生し易くなるノツクを抑えつ
つ、出力トルクを高い値に保つことができる。
実施例 第1図は、本発明の一実施例のブロツク図である。内
燃機関13には複数の燃焼室E1〜Emが形成され、これらの
燃焼室E1〜Emには吸気管15から燃焼用空気が供給され
る。吸気管15にはスロツトル弁16が介在される。スロツ
トル弁16を介する燃焼用空気は、サージタンク14から各
燃焼室E1〜Em毎に個別に設けられた吸気管路A1〜Amに導
かれる。各吸気管路A1〜Amには、それぞれ燃料噴射弁B1
〜Bmが設けられ、各燃焼室E1〜Emにおける1回毎の爆発
行程において、後述する処理装置31によつて定められた
燃料噴射量TAUを噴射する。各燃焼室E1〜Emには、それ
ぞれ吸気弁C1〜Cmと排気弁D1〜Dmとが設けられる。内燃
機関13は、たとえば点火プラグG1〜Gmを有する4サイク
ル火花点火内燃機関である。
サージタンク14には、吸気圧Pmを検出するための圧力
検出器19が設けられる。吸気管15には、吸気温度を検出
する温度検出器27が設けられる。内燃機関13には、クラ
ンク角を検出するためのクランク角検出器28が設けら
れ、またスロツトル弁16の開度を検出するために弁開度
検出器30が設けられる。内燃機関13の冷却水の温度THW
は、温度検出器24によつて検出される。排気管20の途中
には、酸素濃度検出器21が設けられ、排ガスは三元触媒
22で浄化されて、外部に排出される。
シリンダブロツク37には、たとえば加速度検出器や歪
検出器などのノツク検出器38が設けられる。前述のよう
なノツクが発生すると、シリンダブロツク37は特定周波
数で振動し、これを利用してノツク検出器38は、ノツク
が発生していることを検出する。
マイクロコンピユータなどによつて実現される処理装
置31は、入力インタフエイス32と、入力されるアナログ
信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換
器33と、処理回路34と、出力インタフエイス35と、メモ
リ36とを含む。メモリ36は、リードオンリメモリおよび
ランダムアクセスメモリを含む。本発明の実施例では、
検出器19,24,28,30などからの出力に応答して、燃料噴
射弁B1〜Bmから噴射される1行程毎の燃料噴射量を制御
する。
処理装置31は、第2図で示されるように、クランク角
検出器28によつて検出されるピストンP1〜Pmが、上死点
TDCから点火進角量θ°クランク角(以下、CAと略称す
る)以前のTFにおいて、点火プラグG1〜Gmから火花が発
せられて、燃焼室E1〜Em内の混合気に点火が行われる。
この点火進角量θと内燃機関13の出力トルクとの間に
は、第3図で示されるような関係があり、この第3図に
おいてラインl2で示される前記MBTにて点火を行うこと
が望ましく、ただしこの第3図において参照符1を超
える範囲では、ノツクを発生してしまう。
一般に、シリンダヘツド37付近の温度が高いと、ノツ
クは発生し易くなり、点火進角量θは参照符l2で示され
る前記MBT付近の値をとることはできない。また逆に、
前記温度が低いときには、ノツクは発生しににくなり、
点火進角量θは前記MBT付近の値をとることができる。
したがつて温度に対応して点火進角量θを変化するこ
とによつて、低温時には点火進角量θをMBT付近の値と
することができ、また高温時にはノツクの発生を抑える
ことができる。このため本実施例では、温度検出器24に
よつて検出される冷却水温度THWに対応して、第4図〜
第6図で示されるような後述する遅角量θ1、進角量θ
2および周期Wをマツプとしてメモリ36に予めストアし
ておき、たとえば前記冷却水温度THWが比較的高いとき
には、第7図で示されるような制御を行う。
冷却水温度THWが高いときには、前述のようにノツク
が発生し易く、参照符1aで示されるノツク発生点は、
参照符l2aで示される前記MBTより小さく、この場合、処
理装置31はノツク発生の防止を優先として、点火進角量
θの補正を行う。すなわちたとえば、時刻t1,t2,t3,…
で示されるように、ノツクが発生した場合には、遅角さ
れる遅角量θ1をθ1aと大きくし、また予め定めた周期
W毎に増大される進角量θ2はθ2aと小さな値とされ
る。このときさらにまた、前記周期Wは、Waと大きな値
とされる。
これによつて、第7図で示されるようにMBT付近にあ
つた点火進角量θは、時刻t1,t2におけるノツク発生と
同時に急速にノツク発生点1aに近接してゆき、その後
ノツク発生点1aより小さくなると、比較的長い周期Wa
毎に比較的小さな進角量θ2a毎に、前記ノツク発生点
1aに近付いてゆき、こうしてノツクの発生が抑えられ
る。
第8図は、前記冷却水温度THWが比較的低い場合にお
ける処理装置31の制御動作を説明するためのタイミング
チヤートである。前述のように冷却水温度THWが比較的
低い場合には、参照符1bで示されるノツク発生点は、
参照符l2bで示される前記MBTに近接しており、処理装置
31は点火進角量θがMBTとなるように制御を行う。
すなわちMBTにあつた点火進角量は、時刻t1,t2,t3,…
に示されるように、ノツク発生の度毎に、比較的小さい
遅角量θ1b毎に減少してゆき、ノツク発生点以下となる
と、比較的大きな進角量θ2bで比較的短かな周期Wb毎に
上昇してゆく。
このようにして、点火進角量θは前述の先行技術と比
較して、小さい遅角量θ1bでノツク発生点の前後を変化
し、ノツクの発生を抑えつつ、できるだけ大きな出力ト
ルクを得る値とすることができ、トルク変動を抑えてド
ライバビリテイを向上することができるとともに、燃費
を向上することもできる。
第9図は、点火進角量θを求めるための動作を説明す
るためのフローチヤートである。第1図および第2図を
参照して、ステツプn1では、圧力検出器19によつて検出
される吸気圧Pmと、クランク角検出器28によつて検出さ
れる内燃機関13の単位時間当りの回転数Neとに対応した
基本進角量θBSが求められ、ステツプn2では、この基本
進角量θBSから後述の第10図で示されるようにして求め
られるノツクコントロール量(遅角量)θKCSが減算さ
れて、実際の点火進角量θが求められる。ステツプn3で
は、この点火進角量θが予め定めた上限値αおよび下限
値β内にあるかどうかが判断され、そうであるときには
ステツプn4で上述のようにして求められた点火進角量θ
によつて、点火プラグG1〜Gmが駆動されて動作を終了す
る。ステツプn3において、点火進角量θが予め定めた上
下限値α,β内でないときには、ステツプn5で、この点
火進角量θはそれらの上下限値αまたはβにセツトされ
てステツプn4に移る。
第10図は、前述のノツクコントロール量θKCSを求め
るための動作を説明するためのフローチヤートである。
ステツプn11では、温度検出器24によつて冷却水温度THW
が測定され、ステツプn12では、シリンダブロツク37に
設けられたノツク検出器38の出力からノツク状態である
かどうかが判断される。ステツプn12においてノツク状
態であることが検出されると、ステツプn13で前述の第
4図で示される遅角量θ1のマツプにおいて、冷却水温
度THWに対応する遅角量θ1が、前述の遅角量θ1a,θ1b
に対応した値として読出される。ステツプn14では、ノ
ツクコントロール量θKCSに、ステツプn13で求められた
遅角量θ1が加算されて更新される。
ステツプn12において、ノツク状態でないときにはス
テツプn15に移り、前述の第6図で示された周期Wのマ
ツプから、ステツプn11で求められた冷却水温度THWに対
応した周期Wが、前述の周期WaまたはWbに対応した値と
して読出される。ステツプn16では、この周期Wが予め
定めた値CNT未満であるかどうかが判断される。この値C
NTは、図示しない別途の処理手順に従つて、たとえば4m
sec毎に増加されるカウンタのカウント値である。ステ
ツプn16において、前記周期Wが値CNT未満であるときに
はステツプn17に移り、前述の第5図で示される進角量
θ2のマツプから前記冷却水温度THWに対応した進角量
θ2が、前述の遅角量θ2a,θ2bに対応した値として読
出される。ステツプn18では、ノツクコントロール量θK
CSからこの進角量θ2が減算されて、更新される。
ステツプn14およびステツプn18からはステツプn19に
移り、前記カウンタのカウント値CNTがリセツトされて
動作を終了する。ステツプn16において、周期Wが前記
値CNT以上であるときには、直接動作を終了する。
このように冷却水温度THWが上昇するにつれて、遅角
量θ1を大きな値とし、進角量θ2を小さな値とし、周
期Wを大きな値とするような制御の少なくともいずれか
1つを行うことによつて、内燃機関13の出力トルクの変
動を抑えて、ドライバビリテイを向上することができる
とともに、燃費も向上することができる。
上述の実施例では、温度検出器24によつて検出される
冷却水温度THWに対応して、遅角および進角量θ1,θ2
ならびに周期Wを変化するようにしたけれども、本発明
の他の実施例として、シリンダブロツク37の温度や潤滑
油の温度などによつても同様のノツクコントロール制御
を行うことができ、したがつて上述のような液冷式の内
燃機関13に限らず、空冷式の内燃機関にも応用すること
ができる。また遅角量θ1、進角量θ2および周期Wの
うち、少なくともいずれか1つが変化するようにしても
よい。
発明の効果 以上のように本発明によれば、ノツクの発生が検出さ
れると、点火進角量θを予め定めた遅角量θ1だけ遅角
し、その後予め定めた進角量θ2ずつ予め定めた周期W
で増大するようにし、内燃機関に関連する温度が上昇す
るにつれて、ノツク発生時に遅角量θ1は大きな値と
し、進角量θ2は小さな値とし、および周期Wは大きな
値とするようなこれらの制御動作のうち少なくとも1つ
を行うようにしたので、ノツクの発生を抑えてトルク変
動を少なくし、ドライバビリテイを向上することができ
るとともに、常に前記ノツクの発生を抑えつつ最大の出
力トルクを得ることができ、燃費を向上することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロツク図、第2図は点火
進角量θを説明するための図、第3図は点火進角量θと
内燃機関13の出力トルクとの関係を示すグラフ、第4図
は冷却水温度THWに対する遅角量θ1の変化を示すグラ
フ、第5図は冷却水温度THWに対する進角量θ2の変化
を示すグラフ、第6図は冷却水温度THWに対する周期W
の変化を示すグラフ、第7図および第8図は本発明に従
うノツクコントロール制御動作を説明するためのタイミ
ングチヤート、第9図および第10図は動作を説明するた
めのフローチヤート、第11図は先行技術のノツクコント
ロール制御動作を説明するためのタイミングチヤートで
ある。 13……内燃機関、14……サージタンク、15……吸気管、
16……スロツトル弁、19……圧力検出器、20……排気
管、24,27……温度検出器,28……クランク角検出器、30
……弁開度検出器、31……処理装置、38……ノツク検出
器、B1〜Bm……燃料噴射弁、E1〜Em……燃焼室、G1〜Gm
……点火プラグ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】火花点火内燃機関のノツクの発生を検出す
    るノツク検出手段と、 前記ノツク検出手段からの出力に応答し、ノツクが発生
    すると点火進角量θを予め定めた遅角量θ1だけ遅角
    し、次に、予め定めた進角量θ2ずつ予め定めた周期W
    で増大する手段と、 内燃機関に関連する温度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段の出力に応答し、温度の変化に応じ
    て、ノツク発生時の前記遅角量θ1、前記進角量θ2、
    および前記周期Wのうち、少なくとも1つを変化する手
    段とを含むことを特徴とする内燃機関のノツクコントロ
    ール装置。
  2. 【請求項2】前記遅角量θ1は、前記温度が上昇するに
    つれて大きな値とすることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の内燃機関のノツクコントロール装置。
  3. 【請求項3】前記進角量θ2は、前記温度が上昇するに
    つれて小さな値とすることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の内燃機関のノツクコントロール装置。
  4. 【請求項4】前記周期Wは、前記温度が上昇するにつれ
    て大きな値とすることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の内燃機関のノツクコントロール装置。
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