JPH0432953B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内燃機関において、ノツクセンサ
による検出信号に基づいてノツキング発生の有無
を判別し、ノツキングレベルを所定値以下に抑え
るように点火時期を制御する点火時期制御装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来のこのような点火時期制御装置としては、
例えば、特公昭57−61897号公報あるいは特開昭
59−3175号公報等に見られるようなものがある。

ノツクセンサによるノツキング制御は従来より
種々知られているが、機関が多気筒の場合を考え
ると、全気筒を同時に制御するものと気筒毎に独
立に制御するものとがある。

一般的には、気筒間の圧縮比や空燃比、燃焼室
壁の温度等に差のよつてノツキングが発生する点
火時期は気筒毎に相違があつて同じではないの
で、気筒毎にノツキングレベルを検出して、ノツ
キングが発生した気筒のみ点火時期を遅らせる制
御を行なう方が良好な出力性能が得られる。

その場合、従来は各気筒に共通な基本（ベー
ス）点火時期を運転条件に応じて求め、この基本
点火時期より点火時期を進めない範囲内で、ノツ
キングレベルに対応して進角・遅角制御を行なう
ようにしている。

すなわち、この基本点火時期に基づいて点火を
行ない、ノツキングが発生した時、このノツキン
グを回避すべくノツキングレベルに対応して点火
時期を遅らせ、軽微なノツキング状態とする。

そして、この遅角操作によつて全くノツキング
を生じなくなつた時は、必要以上に点火時期を遅
らせすぎたものとして再び進角させ、常に軽微な
ノツキング状態とするようにしている。

しかしながら、この進角操作によつて点火時期
が基本点火時期よりも進んでしまうような場合に
は、点火時期を基本点火時期に規制するのであ
る。

この基本点火時期としては、適用機関の軽微な
ノツキングレベル以下で、最大トルクを与える点
火時期が設定される。

機関の低負荷条件では、点火時期と発生トルク
との関係が第８図に破線で示すようになり、点Ａ
で示す軽微なノツキングレベルを与える点火時期
よりも最大トルク点を与える点火時期（MBT）
が遅角側にあるが、高負荷条件では、点火時期と
発生トルクとの関係が同図に実線で示すようにな
り、点Ｂで示す軽微なノツキングレベルを与える
点火時期の方がMBTよりも遅角側になる。

そのため、基本点火時期は、低負荷では
MBT，高負荷では軽微なノツキングレベルの点
火時期を設定するのである。

〔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
装置にあつては、基本点火時期よりも進角しない
ようになつていたため、例えば、オクタン価が高
いガソリンを使用した場合の高負荷時には、第８
図に点Ｃで示すように軽微なノツキングを与える
点火時期がMBTを越えて大幅に進角側に移動
し、高負荷時の最大トルク点がMBTで与えられ
るにもかかわらず、点火進角が少ない（点Ｂで示
す基本点火時期に規制される）ため、トルクの向
上が達成できないという問題点があつた。

この発明は、このような従来の点火時期制御装
置における問題点を解決して、トルクの向上を計
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明による内燃機関の点火時期制御装置
は、上記の問題点を解決するため、第１図の機能
ブロツク図で示すように、内燃機関の燃焼現象に
より生ずる振動又は燃焼圧力の振動を検出するノ
ツクセンサＤと、該ノツクセンサＤの検出信号に
基づいてノツキング発生レベルを判別するノツキ
ングレベル判別手段Ｅと、ノツキング発生時に点
火時期を遅角制御する遅角制御手段Ｆと、ノツキ
ング非発生時に点火時期を所定の進角限度値を限
度として進角補正する進角制御手段Ｇとを有し、
周知の点火信号発生手段Ｈによる点火信号の発生
時期を制御する点火時期制御装置において、前記
点火時期が、低オクタン価ガソリンによるノツキ
ング限界点火時期付近に設定した第１の最大進角
限度値以上に進角しようとしたときに実ノツキン
グ発生レベルと所定の基準値との比較に基づいて
使用ガソリンのオクタン価を検出する特性変化検
出手段Ｊと、該手段によつて低オクタン価ガソリ
ンの使用が検出されたときには進角限度値として
前記第１の最大進角限度値を設定し、高オクタン
価ガソリンの使用が検出されたときには進角限度
値として前記第１の最大進角限度値よりも進角側
に位置する、高オクタン価ガソリンによる最大ト
ルク発生点火時期付近に第２の最大進角限度値を
設定する最大進角限度値演算手段Ｋとを設けた。

〔作用〕

ノツキングレベル判別手段Ｅからの出力に基づ
き、ノツキングレベルが所定値に達すると遅角制
御手段Ｆにより点火時期が遅らされ、ノツキング
レベルが所定値よりも低下すると進角制御手段Ｇ
により点火時期が進められる。これにより機関は
基本的にトレースノツク域で運転される。

一方、進角制御手段Ｇにより進角制御がなされ
る過程で点火時期が最大進角限度演算手段Ｋによ
り設定された第１の最大進角限度値に達すると、
特性変化検出手段Ｊによりそのときのノツキング
レベルから使用ガソリンが低オクタン価ガソリン
（以下「レギユラガソリン」という。）か高オクタ
ン価ガソリン（以下「ハイオクガソリン」とい
う。）が検出される。このとき、レギユラガソリ
ンであることが検出された場合には当該第１の最
大進角限度値を限度とする点火時期進角制御がな
される。これに対して、ハイオクガソリンである
ことが検出された場合にはトレースノツクではな
く、最大トルクを発生する点火時期の付近に設定
された第２の最大進角限度値を限度として点火時
期進角制御が行われる。

従つて、基本点火時期に制約されることなく、
ガソリンのオクタン価に応じて機関が最大限にト
ルクを発揮しうる進角値付近へと点火時期が制御
される。

〔実施例〕

この発明の実施例を、添付図面の第２図以降を
参照して説明する。

第２図は、この発明の一実施例を示す内燃機関
の要部構成図であり、１は機関のシリンダブロツ
ク、２はシリンダブロツク１に取り付けられたノ
ツクセンサである。

このノツクセンサ２は、例えば圧電素子あるい
は電磁素子等から構成され、内燃機関の燃焼現象
により生ずる機械的振動を電気的な振幅変動に変
換して検出する周知のものである。

また、各気筒毎に取り付けた点火プラグ３の座
金として筒内圧センサを装着して、それをノツク
センサとして使用してもよく、その場合は燃焼圧
力の振動を検出する。

４はデイストリビユータで、このデイストリビ
ユータ４にはクランク角センサ５〜７が設けられ
ている。

クランク角センサ５は気筒判別用であり、この
機関が６気筒であるとすると、デイストリビユー
タ軸が１回転する毎、すなわちクランク軸が２回
転する毎（720℃Ａ毎）に１つのパルスを発生す
る。その発生位置は、例えば第１気筒の上死点に
設定される。

クランク角センサ６は、デイストリビユータ軸
が１回転する間に６のパルス、したがつてクラン
ク角120°毎にパルスを発生する。

さらに、クランク角センサ７はクランク角度2°
毎にパルスを発生し、そのパルスはクランク軸の
回転角度をカウントするために用られる。

これらのノツクセンサ２及びクランク角センサ
５〜７からの電気信号は、制御回路１０に送り込
まれる。この制御回路１０にはさらに、機関の吸
気通路１１に設けられたエアフローセンサ１２か
らの吸入空気流量を表わす信号も送り込まれる。

一方、制御回路１０からは、イグナイタ１３に
点火信号が出力され、そのイグナイタ１３によつ
て形成されたスパーク電流が、デイストリビユー
タ４を介して各気筒の点火プラグ３に分配され
る。

機関には、通常、運転状態パラメータを検出す
るその他の種々のセンサが設けられ、また制御回
路１０は、燃焼噴射弁１４等の制御をも行うが、
これらはこの発明とは直接関係しないため、以下
の説明ではこれらを全て省略する。

第３図は、第２図の制御回路１０の一構成例を
示すブロツク図である。

この制御回路１０において、エアフローセンサ
１２からの電圧信号は、バツフア２０を介してア
ナログマルチプレクサ２１に入力され、マイクロ
コンピユータ３０からの指示に応じて選択されて
Ａ／Ｄ変換器２２によつてデジタル信号（２進信
号）に変換された後、入出力ポート３１からマイ
クロコンピユータ３０内に取り込まれる。

クランク角センサ５からのクランク角720°毎の
パルス、クランク角センサ６からのクランク角
120°毎のパルス及びクランク角センサ７からのク
ランク角2°毎のパルスは、整形回路２３を介して
入出力ポート３２に入力される。

ノツクセンサ２からの検出信号は入力回路２４
及びＡ／Ｄ変換器２５を介してデジタル信号に変
換されて、入出力ポート３２に入力される。

Ａ／Ｄ変換器２５のＡ／Ｄ変換開始は、入出力
ポート３２及び信号線２６を介してマイクロコン
ピユータから印加されるＡ／Ｄ変換起動信号によ
つて行なわれる。またＡ／Ｄ変換が終了すると、
Ａ／Ｄ変換器２５は信号線２７及び入出力ポート
３２を介して、マイクロコンピユータ３０にＡ／
Ｄ変換完了通知を行う。

一方、マイクロコンピユータ３０から、出力ポ
ート３３を介して駆動回路２８に点火信号が出力
されると、これが駆動信号に変換されてイグナイ
タ１３を付勢し、その点火信号の持続時間及び持
続時期に応じた点火制御が行なわれる。

マイクロコンピユータ３０は、前述の入出力ポ
ート３１，３２，３３と、マイクロプロセツサ
（MPU）３４、ランダムアクセスメモリ
（RAM）３５、リードオンリメモリ（ROM）３
６、クロツク発生回路３７及びこれらを接続する
バス３８等から主として構成されており、ROM
３６内に格納されている制御プログラムに従つて
種々の処理をする。

ここで、この制御回路１０によつてこの発明に
よる点火時期制御を行なうための具体的な動作プ
ログラムの説明に先立つて、この発明による点火
時期制御の背景及び基本的な作用について第４図
を参照しながら説明する。

第４図は、オクタン価の低い（91 RON）レギ
ユラーガソリンを使用した場合（破線）とオクタ
ン価が高い（98 RON）ハイオクガソリンを使用
した場合（実線）の高負荷時における点火時期に
対する発生トルクの特性を示したものである。

レギユラーガソリンの場合はノツキングが発生
しやすいので、MBTよりも遅角側（点Ｂで示
す）で軽微なノツキング（トレースノツク）が発
生する。さらに点火時期を進めるとMBTがあら
われ、ノツキングがますます激しくなつて、やが
てトルクが低下する。

トレースノツクが発生する点火時期は、吸気温
度と湿度の変化によつても変動するので、ノツキ
ング判定手段を持たない装置では余裕をみて遅角
側に基本（ベース）点火時期を設定するのが普通
であるが、ノツキング判定手段を備えて遅角制御
を行なう装置にあつては、基本点火時期はトレー
スノツクが発生する点火時期（Ｂ点）ぎりぎりの
ところに設定される。そうすることにより、でき
るだけ出力トルクをかせごうとする。

ハイオクガソリンの場合は、ノツキングが発生
しにくくなるので、レギユラーガソリンの場合の
MBTより進角してもさらにトルクが向上し、ト
レースノツクが発生する点火時期（点Ｃで示す）
は、MBTよりも進角側にあり、トルクが低下し
てからノツキングが発生するような状況にある。

したがつて、レギユラーガソリンでは、ノツキ
ングレベルを一定に保つ制御をすれば最大トルク
が得られるが、ハイオクガソリンの場合は、ノツ
キングレベルを一定に保つ制御をするとトルクが
低下するので、MBT付近で進角を止めてやる必
要がある。

ところが従来の点火時期制御装置では、基本点
火時期以上に進角しないので、ハイオクガソリン
を使用してもほとんどトルクの向上を期待するこ
とができないが、基本点火時期を通り越してハイ
オクガソリンの場合のMBT付近まで進角すれ
ば、トルク向上代は記号ｅで示す高さまで大幅に
向上する。

そこで、この発明による点火時期制御において
は、エンジンのバラツキや温度変化等の環境の変
化によつて、レギユラガソリン使用の場合でもエ
ンジンの個体差や温度変化等の環境変化によりノ
ツキングが発生しない時の点火時期の最大進角限
度値LiMiT1を図示のようにMBTより進角側に
設定し、ハイオクガソリン使用の場合の点火時期
の最大進角限度値LiMiT2もハイオクガソリン使
用時のMBT付近の進角側の点火時期に設定す
る。

レギユラーガソリン使用時でもエンジンの個体
差や使用環境等によつては、第４図にａで示す分
だけトルクの向上代が発生し、またハイオクガソ
リン使用時には、この第１の進角限度値LiMiT1
まで進角することが可能となり、これだけでも同
図にｄで示すだけトルクが向上する。

この時のノツクセンサの出力レベルがトレース
ノツクより大幅に小さいときは、ハイオクガソリ
ンを使用していると判断して、第２の最大進角限
度値LiMiT2まで進角できるようにすることによ
り、トルク向上代がｅで示すように増大する。

ノツクセンサが筒内圧のピークを検出できるセ
ンサであれば、点火時期がLiMiT1の時に検出さ
れた筒内圧と所定筒内圧値との差を算出して、そ
の差が設定値（第４図のｄに対応）より大きけれ
ばハイオクガソリンを使用していると判断するこ
ともできる。

次に、前述した第３図の制御回路１０のマイク
ロコンピユータ３０によるこの発明に係わる点火
時期制御機能を、第５図及び第６図のフローチヤ
ートによつて説明する。なおこれは、気筒別に点
火時期を制御する場合の例である。

第５図に示すルーチンは、６気筒エンジンの場
合は上死点前80°位の120°信号毎に処理される。

先ず、ステツプ１で高負荷条件が否かを判定す
る。これは、アクセル開度又は吸入空気量によつ
て判定すればよい。

低負荷条件では、ノツクは生じないし気筒別に
点火時期制御することによる効果も小さいので、
全気筒一律点火時期B₀をテーブルルツクアツプ
のみで設定する（ステツプ26，27）。

高負荷条件の場合には、ステツプ２で気筒判別
を行なう。これは720°信号と120°毎の信号から気
筒番号を識別する方法がよく知られている。

次に、ステツプ３で１番気筒（＃1cyl.）か否
かを判別し、一番気筒の点火時期の処理であると
判定すれば、ステツプ４へ進む。

以下、一番気筒の点火時期制御について述べ
る。

ステツプ４で一番気筒の基本点火時期B₁を与
えるテーブルをエンジン回転速度Ｎとエンジン負
荷Ｑによりルツクアツプする。

B₁＝func（Ｎ，Ｑ） また、 ステツプ５で一番気筒のノツセンサの
出力中のノツキング振動周波数成分のレベル（ノ
ツキングレベル）を検出し、それをK₁とする。

そして、ステツプ６で一番気筒のトレースノツ
クレベルT₁を計算またはテーブルルツクアツプ
する。

このトレースノツクレベルは、エンジン回転速
度（Ｎ）によつてノツクセンサが検出する振動成
分が異なつてくるため、同一トレースノツクでも
センサ出力レベルが異なつてくる。

T₁＝func（Ｎ） また、ノツクセンサが各気筒毎に装着されてい
ない場合（例えばブロツク型ノツクセンサ）は、
ノツクセンサと燃焼室の間の距離によつて、トレ
ースノツクに対応する検出レベルが異なつてく
る。各気筒毎にノツクセンサが装着されている場
合には、T₁の計算は各気筒に共通であつても大
きな問違は生じない。

次に、ステツプ７でK₁とT₁の比較を行ない、
K₁≧T₁であればノツキングありと判断してステ
ツプ８へ進む。K₁＜T₁であればノツキングなし
と判断してステツプ11へ進む。

ステツプ８ではノツク時の遅角補正量r₁を計算
する。r₁＝func（K₁−T₁）このr₁の関数形又はテ
ーブルデータは各気筒に共通なものを用いる。

そして、ステツプ９では前回の補正量d₁をr₁だ
け減じて、（d₁−r₁）を新たなd₁として記憶する。
さらに、ステツプ10で出力点火時期をA₁＝B₁＋
d₁として、それをステツプ28で出力する。

一方、ステツプ７でK₁＜T₁のときは、ノツキ
ングレベルが小さいのがノツキングレベル検出系
（ノツクセンサ，アンプ，フイルタ等）の故障に
よるものか否かをステツプ11で判断する。例え
ば、振動レベルがゼロであつたり、ノツクセンサ
として筒内圧力を検出するタイプのものを用いる
のであれば、特定の異なる２点のクランク角度に
おける筒内圧力の差が所定値以下である場合は故
障と判断する。

このステツプ11でNOであれば、ノツキングな
しと判断し、ステツプ12で進角補正量a₁を計算す
る。a₁＝func（K₁−T₁） そして、ステツプ13では前回の補正量d₁にa₁を
加えて、（d₁＋a₁）を新たなd₁として記憶する。

次に、ステツプ14で出力点火時期A₁をA₁＝B₁
＋d₁によつて計算するが、このA₁の値が進角し
過ぎか否かを以下のルーチンで判断する。

先ず、ステツプ15で一番気筒の第１の最大進角
限度値LiMiT1を計算し、L₁₁とする。

L₁₁＝func（Ｎ） このLiMiT1は気筒毎に異つたテーブルをも
つ。

そして、ステツプ16で、A₁≧L₁₁かを判断し、
YESであればハイオクガソリンを使用している
可能性があるので、ステツプ17で点火時期の進角
量に対するノツキング発生レベルの特性が変化し
たか否かを判定するパラメータC₁を計算する。
C₁＝func（Adv，Ｎ）；Advは点火時期 このC₁は、実ノツキング発生レベルを示すK₁
に対する比較基準値となるものであつて、ハイオ
クガソリンを使用している場合の点火時期に対す
るノツクセンサによる検出レベルの特性であり、
例えば第７図に１点鎖線で示すようになる。な
お、実線はレギユラガソリン使用時の一番ノツク
しにくい条件でのノツキングレベル特性を示して
いる。

次に、ステツプ18でK₁とC₁を比較し、K₁≦C₁
であれば（この場合A₁≧L₁₁でもある）ハイオク
ガソリンを使用していると判断できるので、ステ
ツプ19へ進んで第２の最大進角限度値LiMiT2を
計算し、これをL₂₁とする。

L₂₁＝func（Ｎ） そして、ステツプ20でA₁＞L₂₁か否かを判断
し、YESであればステツプ21でA₁をL₂₁とし、
L₂₁以上に進角しないようにする。

ステツプ18でNO（K₁＞C₁）の場合は、レギユ
ラーガソリンを使用していると判断できるので、
ステツプ22でA₁をL₁₁とし、L₁₁以上に進角しな
いようにする。

ステツプ16でNO（A₁＜L₁₁）の場合や、ステツ
プ20でNO（A₁≦L₁₁）の場合は、ステツプ14で計
算したA₁をステツプ28でそのまま出力する。

ステツプ11でYES、すなわちノツキングレベ
ル検出系の故障と判断された場合は、ステツプ23
へ進んで故障を表示し、ステツプ24で補正量d₁＝
０とし、ステツプ25でA₁＝B₁として、ステツプ
28で基本点火時期を出力する。

さらに、ステツプ１で部分負荷と判定されれ
ば、ステツプ26で各気筒に共通な点火時期B₀を
テーブルルツクアツプし、ステツプ27で１番気筒
〜６番気筒の出力点火時期A₁〜A₆を全てB₀とし
て、ステツプ28で出力する。

ステツプ３で１番シリンダでないと判断したと
きは、ステツプ29で２番気筒（＃2cyl.）か否か
を判別する。２番気筒であれば、以下１番気筒の
場合のステツプ４〜25と同じ処理を２番気筒につ
いて行なう。

ステツプ29で２番気筒でない判断すれば、ステ
ツプ30で３番気筒（＃3cyl.）か否かを判断する。
以下、６番気筒まで同様に行なう。

以上は、気筒別点火時期制御について述べた
が、全気筒一律制御の場合は、第５図のステツプ
１〜26を適用すればよい。但し、ステツプ２，３
は不要である。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明による内燃
機関の点火時期制御装置は、点火時期制御値が低
オクタン価ガソリンを使用した場合のノツキング
限界に応じて定めた第１の最大進角限度値を超え
ようとしたときに使用ガソリンが高オクタン価か
低オクタン価かを判別するようにしたので、オク
タン価の判別を精度よく行うことができ、一方で
は前記第１の最大進角限度値を限度として点火時
期制御を行うようにしたので、レギユラガソリン
であるにもかかわらず無用に点火時期を進めてノ
ツキングを誘発してしまうようなことがなく、従
つてトレースノツク制御においてむだなくトルク
を引き出すことができる。

これに対して、高オクタン価ガソリンの場合に
は、トルク低下のおそれがあるノツキング発生レ
ベルを基準とした点火時期制御をするのではな
く、最大トルク発生点付近に設定した第２の最大
進角限度値を限度として点火時期を制御するよう
にしたので、特に高負荷運転時における発生トル
クを確実かつ大幅に向上させることができる。

これらの結果として、この発明によれば使用ガ
ソリンのオクタン価に応じて幅広い運転域におい
て十分に機関出力を発揮させることができるとい
う効果が奏されるものである。

なお、この発明は、各燃焼行程における気筒内
圧力最大クランク角度を最大トルク発生位置に制
御するMBT制御を採用しない内燃機関のノツキ
ング検出による点火時期制御装置であり、MBT
制御に必要な高速AD変換器やクランク角カウン
タが不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による点火時期制御装置の
基本構成を示す機能ブロツク図、第２図は、この
発明の一実施例を示す内燃機関の要部構成図、第
３図は、第２図における制御回路１０の構成例を
示すブロツク図、第４図は、この発明の背景及び
基本的な作用を説明するための点火時期と発生ト
ルクとの関を示す線図、第５図は、第３図の制御
回路１０が実行するこの発明に係わる点火時期制
御プログラムを示すフロー図、第６図は、第５図
のステツプ17で計算する点火時期の進角量に対す
るノツキング発生レベルの特性が変化したか否か
を判定するパラメータの例を示す線図、第７図
は、この発明が解決しようとする問題点を説明す
るための、高負荷条件と低負荷条件での点火時期
と発生トルクとの関係を示す線図である。 Ｄ，２……ノツクセンサ、Ｅ……ノツキングレ
ベル判別手段、Ｆ……遅角制御手段、Ｇ……進角
制御手段、Ｈ……点火信号発生手段、Ｊ……特性
変化検出手段、Ｈ……最大進角限度値演算手段、
１……シリンダブロツク、３……点火プラグ、４
……デイストリビユータ、５〜７……クランク角
センサ、１０……制御回路、１２……エアフロー
センサ、１３……イグナイタ、１４……燃料噴射
弁、３０……マイクロコンピユータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の燃焼現象により生ずる振動又は燃
   焼圧力の振動を検出するノツクセンサと、該ノツ
   クセンサの検出信号に基づいてノツキング発生レ
   ベルを判別するノツキングレベル判別手段と、ノ
   ツキング発生時に点火時期を遅角制御する遅角制
   御手段と、ノツキング非発生時に点火時期を所定
   の進角限度値を限度として進角補正する進角制御
   手段とを有する内燃機関の点火時期制御装置にお
   いて、 前記点火時期が、低オクタン価ガソリンによる
   ノツキング限界点火時期付近に設定した第１の最
   大進角限度値以上に進角しようとしたときに実ノ
   ツキング発生レベルと所定の基準値との比較に基
   づいて使用ガソリンのオクタン価を検出する特性
   変化検出手段と、 該手段によつて低オクタン価ガソリンの使用が
   検出されたときには進角限度値として前記第１の
   最大進角限度値を設定し、高オクタン価ガソリン
   の使用が検出されたときには進角限度値として前
   記第１の最大進角限度値よりも進角側に位置す
   る、高オクタン価ガソリンによる最大トルク発生
   点火時期付近に第２の最大進角限度値を設定する
   最大進角限度値演算手段とを設けたことを特徴と
   する内燃機関の点火時期制御装置。