JP2887021B2 - 内燃機関ノック制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、所定のクランク角に
対応した基準位置信号に基づいて複数気筒のタイミング
制御時期(点火時期等)を決定する内燃機関のノック制御
装置に関し、特にイオン電流に基づいてノック発生を判
定することにより、安価な構成で最適制御を可能にした
内燃機関ノック制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、複数の気筒によって駆動される
クランク軸及びこのクランク軸に連動するカム軸を有す
る内燃機関においては、各気筒の点火時期及び燃料噴射
時期等のタイミング制御時期を決定するために、機関回
転に同期した基準位置信号が用いられており、基準位置
信号を生成する角度検出手段は、基準位置信号がクラン
ク角(クランク軸の回転角度)に対応した所定の基準位置
を示すように、クランク軸又はカム軸に設けられてい
る。

【０００３】図９は従来の内燃機関ノック制御装置を示
す機能ブロック図である。図において、１は例えば機関
のカム軸に設けられた回転板からなる角度検出手段であ
り、機関回転に同期して各気筒の所定クランク角(基準
位置)に対応したパルス状の基準位置信号Ｔθを生成す
る。通常、基準位置は例えばＢ75°(上死点から75°手
前)又はＢ５°等に設定される。

【０００４】２はエンジン負荷を示す流入空気量(スロ
ットル開度)、回転数及び吸気温度等の運転条件Ｄを検
出する各種センサ、20は各気筒の燃焼直後に生じるイオ
ン電流の検出値Ｉをフィードバックするためのイオン電
流検出手段である。イオン電流検出手段20は、必要に応
じて全ての気筒又は任意の気筒に設けられる。

【０００５】３はマイクロコンピュータからなる制御装
置であり、基準位置信号Ｔθ及び運転条件Ｄに基づいて
各気筒毎の点火時期(タイミング制御時期)を演算する点
火時期設定手段31を含んでいる。点火時期設定手段31
は、点火時期に対応した制御時間Ｔａを生成すると共
に、イオン電流検出値Ｉが失火レベルを示す場合には、
失火気筒に対する再点火制御等の処置を行う。

【０００６】図10はイオン電流検出手段20の構成を示す
回路図であり、21は一次巻線21ａ及び二次巻線21ｂを有
する点火コイル、22は制御時間Ｔａに対応した点火パル
スＰにより一次巻線21aの通電電流ｉ₁を遮断するパワー
トランジスタ、23は二次巻線21ｂに発生する高電圧によ
り放電される点火プラグ、24は点火プラグ23での放電爆
発により発生するイオンをイオン電流ｉとして放電する
ための直流電源、25は直流電源24に直列接続されてイオ
ン電流ｉを電圧信号に変換するための抵抗器、26は電圧
信号からなるイオン電流検出値Ｉを出力する出力端子で
ある。

【０００７】図11はイオン電流ｉを示す波形図であり、
点火時期に出力される点火パルスＰにより一次電流ｉ₁
が遮断されて点火プラグ23で放電爆発が起こると、図示
したように、クランク角のＡ10°付近でイオン電流値は
負極性で最大レベルになる。

【０００８】次に、図10及び図11を参照しながら、図９
に示した従来の内燃機関ノック制御装置の動作について
説明する。制御装置３内の点火時期設定手段31は、基準
位置信号Ｔθの立ち上がり及び立ち下がりタイミングを
基準位置とすると共に、運転条件Ｄに基づきマップを参
照して点火時期を求め、基準位置から点火時期までの制
御時間Ｔａを演算する。

【０００９】又、点火時期設定手段31は、イオン電流検
出手段20からのイオン電流検出値Ｉに基づいて、各点火
サイクルにおける気筒の燃料状態を確認し、イオン電流
検出値Ｉが基準レベルより小さい場合には該当気筒の失
火を判定する。そして、もし失火が判定された場合に
は、失火気筒に対して、点火制御を再度行うか、又は、
燃料噴射を停止して未燃ガスの排気を防止する等の処置
を行う。

【００１０】即ち、点火サイクルの気筒においては、点
火パルスＰによりパワートランジスタ22が遮断される
と、二次巻線21ｂに接続された点火プラグ23に負極性の
高電圧が印加され、点火プラグ23の電極間で放電が発生
して混合気が着火され、この爆発燃焼により、爆発気筒
内には電離作用によるイオンが発生する。このとき、放
電後の点火プラグ23は、直流電源24のバイアス電圧が印
加されているため、イオン電流ｉを検出するための電極
として作用する。従って、電離イオンは、直流電源24の
正極性バイアスにより電子移動を生じさせ、イオン電流
ｉとなって流れ、このイオン電流ｉは、抵抗器25により
検出値Ｉに変換されて出力端子26から出力される。

【００１１】ところで、機関毎のバラツキ等の諸条件に
より、点火時期の参照マップが最適でない場合も起こり
得るため、各気筒毎に常に最適の燃焼が行われるとは限
らない。しかし、イオン電流検出値Ｉは失火判定のみに
用いられており、点火時期のフィードバックには用いる
ことは考慮されていないので、点火時期の参照マップが
最適でなかった場合には、不適切な点火時期制御によ
り、ノックが発生して乗心地が低下したり、燃費効率が
低下してしまうことになる。

【００１２】従って、ノックの発生を防止するため、ノ
ックセンサ(図示せず)を設けて燃焼気筒の振動レベルを
検出し、振動レベルが所定値以上に達してノック発生が
判定されたときには、制御パラメータをノック抑制側
(例えば、点火時期を遅角側)に補正している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の内燃機関ノック
制御装置は以上のように、燃料噴射や点火時期等のタイ
ミング制御時期がオープンループ制御に基づいて決定さ
れており、機関毎の固体差を吸収することができないの
で、最適制御を実現してノック発生を防止するために、
ノックセンサ等の検出手段を設ける必要があるという問
題点があった。

【００１４】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、イオン電流に基づいてノック発
生を判定することにより、安価な構成で最適制御を可能
にした内燃機関ノック制御装置を得ることを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る内燃機関ノック制御装置は、イオン電流検出手段の検
出値と所定のスレッショルドとを比較してイオン電流に
対応したパルス信号を生成する比較手段と、パルス信号
の積分値を生成する積分手段と、積分値が所定値を越え
たときにノック検出信号を生成するノック判定手段とを
設けたものである。

【００１６】又、この発明の請求項２に係る内燃機関ノ
ック制御装置は、イオン電流検出手段の検出値の積分値
を生成する積分手段と、積分値が所定値を越えたときに
ノック検出信号を生成するノック判定手段とを設けたも
のである。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【作用】この発明においては、バラツキ等が吸収された
スレッショルドをイオン電流検出値の波形整形基準とし
て用いると共に、パルス信号の積分値に基づいてノック
発生の有無を判定する。

【００２０】又、この発明の請求項２においては、イオ
ン電流検出値の波形そのものの積分値に基づいてノック
発生の有無を判定する。

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【実施例】実施例１． 以下、この発明の実施例１を図について説明する。図１
はこの発明に関連する装置の一例を示す機能ブロック図
であり、１、２及び20は前述と同様のものである。又、
3A及び31Ａは制御装置３及び点火時期設定手段31にそれ
ぞれ対応している。

【００２４】制御装置3Aは、機関のノック発生タイミン
グに対応したノック発生クランク角(例えば、Ａ20°)で
のイオン電流検出手段20の検出値Ｉを保持する検出値保
持手段32と、検出値Ｉが所定値を越えたときにノック検
出信号Ｃを生成するノック判定手段36とを含み、点火時
期設定手段31Ａは、ノック検出信号Ｃに基づいて制御時
間Ｔａをノック抑制側(点火時期を遅角側)に補正するよ
うになっている。

【００２５】検出値保持手段32は、イオン電流検出値Ｉ
と共に基準位置信号Ｔθを取込み、ノック発生クランク
角(Ａ20°)での検出値Ｉｎを保持する。又、ノック判定
手段36は、保持された検出値Ｉｎと共に運転条件Ｄを取
込み、検出値Ｉｎを運転条件Ｄに応じた所定値Ｉｋと比
較する。例えば、高負荷運転時においては、イオン電流
検出値Ｉのレベルが全体に高くなるので、ノック判定基
準となる所定値Ｉｋを高く設定する必要がある。

【００２６】図２はノック発生クランク角におけるイオ
ン電流ｉの検出値Ｉｎを示す波形図であり、ノックは点
火コイルの一次電流遮断後のＡ20°付近で発生する。検
出値保持手段32には、ノック発生タイミングのクランク
角Ａ20°が予め設定されており、クランク角Ａ20°にお
けるイオン電流ｉが検出値Ｉｎとして保持され、この検
出値Ｉｎは、ノック判定手段36において所定値Ｉｋと比
較されることになる。尚、所定値Ｉｋは、ノック無での
検出値(二点鎖線)とノック有での検出値(実線)との間の
レベルに設定されており、Ｉｎ＞Ｉｋの場合にはノック
有と判定することができる。

【００２７】次に、図２を参照しながら、図１に示した
装置の動作について説明する。通常、制御装置3A内の点
火時期設定手段31Ａは、前述と同様に、基準位置信号Ｔ
θ及び運転条件Ｄに基づいて制御時間Ｔａを演算すると
共に、イオン電流検出値Ｉに基づく失火検出を行う。

【００２８】一方、検出値保持手段32は、ノック発生ク
ランク角Ａ20°における検出値Ｉｎを保持し、ノック判
定手段36に入力する。ノック判定手段25は、検出値Ｉｎ
を運転条件Ｄの応じた所定値Ｉｋと比較し、Ｉｎ＞Ｉｋ
の場合には、ノック発生と判定してノック検出信号Ｃを
生成し、これを点火時期設定手段31Ａに入力する。

【００２９】点火時期設定手段31Ａは、ノック検出信号
Ｃが入力されると、例えば、ノック発生気筒の次回の点
火時期をマップ値よりも遅角側に所定量だけ補正する。
もし、次回の点火サイクルにおいてもノック検出信号Ｃ
が発生した場合には、更に次回の点火時期をマップ値よ
りも遅角側に所定量だけ補正し、以下、ノック検出信号
Ｃが生成されなくなるまで同様の補正を所定回数繰り返
す。尚、ノック発生を防止することができない場合に
は、未燃ガスの排気を防止するため、該当気筒への燃料
噴射を遮断する。

【００３０】これにより、ノック発生クランク角Ａ20°
での検出値ＩｎがＩｋ以下の範囲内に制御されるため、
最適制御が実現し、機関の燃焼状態は安定する。このと
き、ノック判定に用いられるイオン電流検出手段20は、
失火検出用に従来より具備されている構成であるうえ、
制御装置3A内の検出値保持手段32及びノック判定手段36
はソフトウェアで構成され且つ検出値保持手段32は単な
るレジスタ機能で構成され得るので、特に構成が複雑化
することもなく、簡単な構成で燃焼状態を検出すること
ができる。

【００３１】尚、ここではノック発生クランク角Ａ20°
における検出値Ｉｎに基づいてノック発生の有無を判定
したが、イオン電流検出値Ｉを波形整形したパルス幅に
基づいてノック発生の有無を判定してもよい。

【００３２】図３はこの発明に関連する装置の他の例を
示す機能ブロック図、図４は図３内のパルス信号ＩＰを
示す波形図であり、3B及び36Ａは、制御装置3A及びノッ
ク判定手段36にそれぞれ対応している。33は運転条件Ｄ
とイオン電流検出値Ｉとに基づいてスレッショルドＩｒ
を算出するスレッショルド演算手段、34は検出値Ｉとス
レッショルドＩｒとを比較してイオン電流ｉを波形整形
したパルス信号ＩＰを生成する比較手段であり、これら
は制御装置3Bに含まれている。

【００３３】この場合、パルス信号ＩＰは、負極性のイ
オン電流ｉのレベルがスレッショルドＩｒを越えた部分
により形成され、ノック判定手段36Ａにおける判定対象
となるパルス幅τは、ノック発生クランク角Ａ20°以降
のパルスにより設定される。又、ノック判定手段36Ａ
は、パルス信号ＩＰのパルス幅τが所定値を越えたとき
にノック検出信号Ｃを生成する。

【００３４】尚、スレッショルドＩｒは予め設定された
固定値であってもよいが、スレッショルド演算手段33
は、ノック判定対象として適切なパルス信号ＩＰを得る
ため、イオン電流検出値Ｉ及び運転条件Ｄに応じてスレ
ッショルドＩｒを演算する。例えば、スレッショルド演
算手段33は、過去の検出値Ｉのレベルの平均化処理に基
づいてスレッショルドＩｒを生成すると共に、運転条件
Ｄが高負荷を示すときには、スレッショルドＩｒを高レ
ベルに補正する。

【００３５】もし、機関にノックが発生すると、異常燃
焼によりイオン電流ｉの発生時間が増大してパルス信号
ＩＰのパルス幅が大きくなる。従って、ノック判定手段
36Ａは、ノックの発生を特徴的に表わすノック発生クラ
ンク角Ａ20°以降のパルス幅τを所定値τｋと比較し、
τ＞τｋであればノック検出信号Ｃを出力する。以下、
点火時期設定手段31Ａからの制御時間Ｔａは、図１の装
置の場合と同様に、ノック検出信号Ｃに基づいて、ノッ
クを抑制するように補正されるので、点火時期の最適制
御が可能となる。

【００３６】この場合、ノックの判定は、ノック発生ク
ランク角Ａ20°における瞬時的なイオン電流値ではな
く、パルス幅τに基づいて行われるので、ノイズ等の影
響を受けにくく、信頼性は向上する。又、平均化処理に
よりバラツキ等が吸収されたスレッショルドＩｒをイオ
ン電流検出値Ｉの波形整形基準として用いているので、
ノック判定の信頼性は更に向上する。更に、ノック判定
精度を改善するために、ノック判定手段36Ｂでの判定基
準となる所定値τｋを運転条件Ｄに応じて増減させても
よい。

【００３７】尚、図３に示した装置ではパルス幅τに基
づいてノックの有無を判定したが、パルス信号ＩＰの積
分値ＰＳに基づいて判定することが望ましい。以下、こ
の発明の実施例１を図について説明する。図５はこの発
明の実施例１を示す機能ブロック図、図６は図５内の積
分値ＰＳを示す波形図であり、3C及び36Ｂは、制御装置
3B及びノック判定手段36Ａにそれぞれ対応している。

【００３８】35はパルス信号ＩＰを積分する積分手段で
あり、パルス信号ＩＰの発生時間を電圧信号に変換した
積分値ＰＳをノック判定手段36Ｂに出力する。又、ノッ
ク判定手段36Ｂは、積分値ＰＳが所定値ＰＳｋを越えた
ときにノック検出信号Ｃを生成する。

【００３９】所定値ＰＳｋは、前述と同様に、ノック無
での積分値(二点鎖線)とノック有での積分値(実線)との
間のレベルに設定されている。これにより、ＰＳ＞ＰＳ
ｋの場合にはノック有と判定することができる。この場
合、スレッショルドＩｒをイオン電流検出値Ｉの波形整
形基準として用いると共に、パルス信号ＩＰの波形全体
の積分値ＰＳに基づいてノック発生の有無を判定するの
で、ノック判定の信頼性は向上する。

【００４０】実施例２． 尚、上記実施例１ではイオン電流検出値Ｉをパルス信号
ＩＰに波形整形した後で積分値ＰＳを求めたが、イオン
電流検出値Ｉの波形そのものの積分値ＩＳに基づいてノ
ック発生の有無を判定してもよい。

【００４１】図７はこの発明の実施例２を示す機能ブロ
ック図、図８は図７内の積分値ＩＳを示す波形図であ
り、3D、35A及び36Cは、制御装置3C、積分手段35及びノ
ック判定手段36Ｂにそれぞれ対応している。積分手段35
Ａは、イオン電流検出値Ｉの積分値ＩＳを生成し、ノッ
ク判定手段36Ｃに出力する。

【００４２】ノック判定手段36Ｃは、運転条件Ｄに基づ
いて、ノック判定基準となる所定値ＩＳｋを演算し、積
分値ＩＳが所定値ＩＳｋを越えたときにノック検出信号
Ｃを生成する。この場合、検出値Ｉを波形整形していな
いため、実施例１と比較して信頼性が若干落ちるおそれ
があるが、構成は著しく簡略化する。こうして、イオン
電流ｉの検出値Ｉに関連した積分値に基づいて、燃焼状
態即ちノックの有無を判定することができ、ノック検出
時には制御時間Ｔａを最適に補正することができる。
又、イオン電流ｉの検出値Ｉ（又は、検出値Ｉとスレッ
ショルドＩｒとの比較パルス）を積分し電圧変換するこ
とにより、安価な構成で容易にノックの有無を判定する
ことができ、検出信頼性を向上させることができる。

【００４３】尚、上記各実施例では、タイミング制御時
期として点火時期を例にとり、ノック抑制するために制
御時間Ｔａを遅角側に補正する場合について説明した
が、他の制御時間であってもよい。例えば、ノック検出
時に、燃料噴射時間を増大させて、異常過熱された気筒
を燃料によって冷却させてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、イオン電流検出手段の検出値と所定のスレッショル
ドとを比較してイオン電流に対応したパルス信号を生成
する比較手段と、パルス信号の積分値を生成する積分手
段と、積分値が所定値を越えたときにノック検出信号を
生成するノック判定手段とを設け、ノックが検出された
場合には、制御タイミングに対応する制御時間をノック
抑制側に補正して燃焼を安定化させるようにしたので、
安価な構成で最適制御を可能にして、検出信頼性を向上
させた内燃機関ノック制御装置が得られる効果がある。

【００４５】又、この発明の請求項２によれば、イオン
電流検出手段の検出値の積分値を生成する積分手段と、
積分値が所定値を越えたときにノック検出信号を生成す
るノック判定手段とを設けたので、安価な構成で最適制
御を可能にすると共に信頼性を向上させた内燃機関ノッ
ク制御装置が得られる効果がある。

【００４６】

【００４７】

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に関連した装置の一例を示す機能ブ
ロック図である。

【図２】 図１内のノック判定手段の動作説明用のイオ
ン電流を示す波形図である。

【図３】 この発明に関連した装置の他の例を示す機能
ブロック図である。

【図４】 図３内のノック判定手段の動作説明用のイオ
ン電流を示す波形図である。

【図５】 この発明の実施例１を示す機能ブロック図で
ある。

【図６】 図５内のノック判定手段の動作説明用のイオ
ン電流を示す波形図である。

【図７】 この発明の実施例２を示す機能ブロック図で
ある。

【図８】 図７内のノック判定手段の動作説明用のイオ
ン電流を示す波形図である。

【図９】 従来の内燃機関ノック制御装置を示す機能ブ
ロック図である。

【図１０】 一般的なイオン電流検出手段を示す回路図
である。

【図１１】 一般的なイオン電流を示す波形図である。

【符号の説明】

１ 角度検出手段、２ 各種センサ、20 イオン電流検
出手段、31Ａ 点火時期設定手段(タイミング設定手
段)、32 検出値保持手段、33 スレッショルド演算手
段、34 比較手段、35、35Ａ 積分手段、36、36Ａ〜36
Ｃ ノック判定手段、Ａ20° ノック発生クランク角、
Ｃ ノック検出信号、Ｄ 運転条件、ｉ イオン電流、
Ｉ、Ｉｎ イオン電流検出値、Ｉｋ、τｋ、ＰＳｋ、Ｉ
Ｓｋ 所定値、Ｉr スレッショルド、ＩＰ パルス信
号、τ パルス幅、ＩＳ、ＰＳ 積分値、Ｔθ 基準位
置信号、Ｔａ 制御時間。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−136566（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−22743（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−104978（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−34244（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 45/00 368 F02P 17/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関の回転に同期して各気筒の所定クラ
   ンク角に対応した基準位置信号を生成する角度検出手段
   と、 前記機関の運転条件を検出する各種センサと、 前記気筒のうちの少なくとも１つの気筒に関するイオン
   電流を検出するイオン電流検出手段と、 前記基準位置信号及び前記運転条件に基づいて前記気筒
   毎のタイミング制御時期に対応した制御時間を設定する
   タイミング設定手段と、 を備えた内燃機関ノック制御装置において、前記イオン電流検出手段の検出値と所定のスレッショル
   ドとを比較して前記イオン電流に対応したパルス信号を
   生成する比較手段と、 前記パルス信号の積分値を生成する積分手段と、 前記積分値 が所定値を越えたときにノック検出信号を生
   成するノック判定手段と、 を設け、 前記タイミング設定手段は前記ノック検出信号に基づい
   て前記制御時間をノック抑制側に補正することを特徴と
   する内燃機関ノック制御装置。
2. 【請求項２】 機関の回転に同期して各気筒の所定クラ
   ンク角に対応した基準位置信号を生成する角度検出手段
   と、 前記機関の運転条件を検出する各種センサと、 前記気筒のうちの少なくとも１つの気筒に関するイオン
   電流を検出するイオン電流検出手段と、 前記基準位置信号及び前記運転条件に基づいて前記気筒
   毎のタイミング制御時期に対応した制御時間を設定する
   タイミング設定手段と、 を備えた内燃機関ノック制御装置において、前記イオン電流検出手段の検出値の積分値を生成する積
   分手段と、 前記積分値 が所定値を越えたときにノック検出信号を生
   成するノック判定手段と、 を設け、 前記タイミング設定手段は前記ノック検出信号に基づい
   て前記制御時間をノック抑制側に補正することを特徴と
   する内燃機関ノック制御装置。