JPH0458047A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車等の内燃機関におけるノッキングレベ
ルを所定範囲に制御する内燃機関の制御装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 周知のように、内燃機関の点火時期は機関が最適に運転
されるように、機関の状態に応じて決定する必要がある
。そして、一般に、機関の効率燃費を考慮すると最大ト
ルク時の最小進角付近で点火するのが最良であることが
知られており、機関の状態によって点火時期を変える必
要がある。

ところが、点火時期を進めていくと、ノッキングが生じ
、安定な運転を行うことができない。そこでノッキング
の有無に応じて点火時期を調整するものが例えば特開昭
６２−５８０５５号公報に開示されている。

これは機関のシリンダ内圧力（筒内圧）から燃焼圧力が
最大となるクランク角（θｐ、、、）を検出し、機関の
回転数と負荷によって定められた機関の運転状態に対応
するノック発生限界のθｐ、、、（θｋ）との比較によ
ってノックを検出し、θＰ、、Ｘ≧θ３であればノック
が発生していないと判断して点火時期を進角させ、θＰ
ｓａ＝＜θ３であればノック発生と判断し、点火時期を
進角させるものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながらこのような従来の装置は燃焼圧力が最大と
なるクランク角（θｐ−，Ｘ＞は機関の出力を直接表す
ものではなく、これによって決定される点火時期で機関
の出し得る最大出力になっているとはかぎらない。また
、予め定められたノック発生限界のθＰ、、、（θｋ）
は機関のばらつきや、経時変化等によって最適値からず
れてノック検出精度の低下や、制御応答遅によってノッ
キングが発生する可能性があった。

［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するためにこ本発明は、エンジン
のノッキングレベルを検出するノック検出手段と、ノッ
ク検出手段によってノッキングが検出されたときは空燃
比を制御してノッキングを抑制するノッキング抑制手段
とを備えたものである。

［作用］ ノッキングが検出されると、空燃比がノッキングを起こ
さない値まで制御されるので、ノッキングが抑えられ、
その状態で安定すると機関は再度最高効率を出力するよ
うに制御される。したがって、ノッキングを起こす寸前
の状態で運転されることになるので、最大出力が得られ
る。

［実施例］ 第１図は本発明の構成要素を示すブロック図である。図
において、Ｍｌは制御対象であるエンジン、Ｍ２は機関
の負荷を検出する負荷検出手段であり、例えば第２図の
エアフローメータＭ２．２または、Ｍ２．２の吸気間圧
センサ、またはスロットル弁Ｍ１１．１の開度を検出す
るスロットル弁開度センサＭ２．３で構成される。Ｍ３
はクランク角を検出するクランク角検出手段であり、Ｍ
４はシリンダ内圧力を検出する圧力検出手段である。Ｍ
５は回転数検出手段であり、例えばクランク角検出手段
Ｍ３の出力信号と、所定クランク角の周期からエンジン
の回転数を検出するようになっている。

Ｍ６は図示平均有効圧検出手段であり、クランク角検出
手段Ｍ３の出力と、圧力検出手段Ｍ４の出力から、各ク
ランク角毎のシリンダ内圧力をＰ、クランク角が所定角
度（例えば２度）変化する毎の工程容積の変化分をΔＶ
、工程容積をＶとじた場合に、Ｐ、−Σ（Ｐ、×Δｖ）
／ｖで求められる。

Ｍｌは図示平均有効圧平均手段で、図示平均有効圧検出
手段Ｍ６の出力の所定個数の算述平均をして、図示平均
有効圧の平均値を得るようになっている。Ｍ８は運転状
態判定手段であり、負荷検出手段Ｍ２の出力と、回転数
検出手段Ｍ５の出力から、現在の運転状態が所定の条件
を満たしているかどうかを判定するものである。Ｍ９は
ノック検出手段であり、圧力検出手段Ｍ４の出力からノ
ッキングレベルを検出し、制御手段Ｍ１０に出力するよ
うになっている。また、制御手段１０は運転状態判定手
段Ｍ８からの出力と、図示平均有効圧平均手段Ｍ７の出
力とから、エンジンが所定の運転状態であるときに、図
示平均有効圧の平均値が最大となる空燃費あるいは点火
時期を決定するようになっている。更に、Ｍ９のノック
検出手段からの信号によってノッキング発生と判断する
と、空燃比あるいは点火時期を制御してノッキングを抑
制するようになっている。

Ｍｌｌは空燃比調整手段であり、前述の制御手段ＭＩＯ
から与えられる空燃比制御信号に応じて機関に供給する
混合気を制御するものであり、例えば第２図のスロット
ル弁Ｍ１１．１あるいはスロットル弁をバイパスする通
路の空気流量を調節するＩＳＣバルブ（アイドルスピー
ドコントロールバルブ）　Ｍｌｌ、２または、燃料噴射
弁Ｍ１１．３あるいは電気信号によって空燃比を調整す
ることのできる気化器（例えば特開昭５１−１３２３２
６号公報に開示のもの）を用いることができる。また、
燃料噴射量（燃料噴射時間＞ＴＩの演算は、例えば次の
式にしたがって行われる。

Ｔｉ＝ＴｐＸ　ＣＡＦ　Ｘ　（１＋Ｆｔ＋ＫＭＲ／１０
０）Ｘβ＋Ｔｓ・・−・（１）（１）式において、ＴＰ
は基本噴射量（基本開弁時間）であり、例えば１回転当
たりの吸入空気量ＯＱ、エンジンの回転速度をＮ、定数
をＫとした場合にＴｐ＝ＫｘＱ／Ｎの演算で求められる
。また、ＣＡＦは空燃比補正係数であり、Ｆｔはエンジ
ンの冷却水温に対応した補正係数で、冷却水温が低いほ
ど大きな値となる。

まな、空燃比の操作方法は大きくは次の２つに分けられ
る。一つは燃料量を保持しながら吸入空気量を操作する
方法で、もう一つは吸入空気量を保持しながら燃料量を
操作する方法である。前者の燃料量を保持しながら吸入
空気量を操作する方法では、前述した燃料噴射量（燃料
噴射時間）ＴＩの値を保持しながらスロットル弁あるい
はＩＳＣバルブなどの吸入空気量調節手段によって吸入
空気を変化させて空燃比を操作する。スロットル弁ある
いはＩＳＣバルブの操作量Δαは次のようになる。

Δα＝ｆｕｎｃ（Ａ／Ｆ、　Ｃ１）　　・・・・１２Ｊ
ここで、Ａ／Ｆは前記実施例で求められた空燃比であり
、Ｃ１は定数あるいは調整手段特有の要因である。なお
、操作量Δαは空燃比Ａ／Ｆの増加（空燃比はリーンと
なる）によって吸入空気量が増加する方向に、空燃比Ａ
／Ｆの減少（空燃比はリッチとなる）により、吸入空気
量が減少する方向にある。

後者の吸入空気量を保持しながら燃料量を操作する方法
では、スロットル弁あるいは■ＳＣバルブなどの吸入空
気量調整手段を操作せずに、前述した（１）式（燃料噴
射量ＴＩ）にお番′；６空燃比補正係数ＣＡＰを次の式
で与えることによって空燃比を操作する。

ＣＡｐ＝ｆｕｎｃ（Ａ／Ｆ、　Ｃ２）　・−・・１３）
ここでＣ２は定数である。なお、空燃比補正係数ＣＡＦ
は空燃比Ａ／Ｆの増加（空燃比はリーンとなる）により
減少する方向にあり、空燃比Ａ／Ｆの減少（空燃比はリ
ッチとなる）により増加する方向にある。

また、Ｍ１２は点火手段であり、制御手段Ｍ１０から与
えられる点火時期制御信号に応じた点火時期に点火を行
うものであり、例えばトランジスタ式の点火装置（パワ
ートランジスタスイッチング回路と点火コイルとからな
る装置と、図示しない点火プラグとを用いることができ
る。また、第２図においてＭ２Ｏはマイクロコンピュー
タ、入力インターフェイス、Ａ／Ｄ変化器等から構成さ
れている。

なお、ノッキングを抑制するノッキング抑制手段は制御
手段ＭＩＯ５空燃比調整手段Ｍ１１、点火手段Ｍ１２か
ら構成されている。

次に本発明の基本原理について説明する。一般に、ノッ
キング現象とはシリンダ内の未燃混合気の早期着火によ
る異常燃焼のことを指し、シリンダ内に異常な圧力振動
が発生する。この圧力振動はシリンダ壁、シリンダブロ
ックなどを経て空気中に伝わり、人間の聴感に達した不
快な高周波音がノッキング音と呼ばれるものである。

第３図に高負荷時（回転数２０００回転、全開、一定点
火時期ＢＴＤＣ１４度ＣＡ（上死点前１４度ＣＡ）での
空燃比と感応評価によるノッキングレベルとの関係を示
す、縦軸は空燃比であり、数値が大きくなる程、空燃比
はリーンになる。また、横軸は感応評価によるノッキン
グレベルであり、ＡからＤに向かうにしたがってノック
強度が大きくなり、Ａはノックなしの状態、Ｂは僅かに
ノックがある状態、Ｃは軽いノックの状態、Ｄは頻繁な
ノックがある状態である。

これはあるーＩ！種の例であるが、他の機種についても
同様の傾向がある。この図から明らかであるように、空
燃比の変化によるノックレベルの差がかなりあることが
分かる。したがってノッキング発生時には空燃比を操作
してリッチにすることによって、ノッキングを抑制する
ことが可能となる。

次に本発明の実施例について説明する。図示平均有効圧
Ｐｉが最大値になるように、空燃比、あるいは点火時期
を制御する方法をＰＬａｘＬａ上定義しておく。

第４図は本発明の第１の実施例を示すフローチャートで
ある。この実施例は点火時期によるＰｉ□８制御を常に
行いながら、ノッキング発生時には空燃比を操作するこ
とによってノッキングを抑制するものである。先ずステ
ップ１００でノッキングが発生していると判断すると、
ステップ１０１に示すように空燃比補正量ΔＡ／Ｆに所
定値ａを加えたもの（最終的な空燃比としてはリッチと
なる）を今回の空燃比補正量ΔＡ／Ｆとしてセツトする
。

しかし、ステップ１００でノッキングが発生していない
と判断されると、ステップ１０２に示すように空燃比補
正量ΔＡ／Ｆから所定値ｂ　（ａ＞ｂ〉を差し引いたも
のを今回の空燃比補正量ΔＡ／Ｆとしてセットする。こ
れは非ノツク状態においては速やかに本来の空燃比に戻
すためである。

このとき、１０３により空燃比補正量ΔＡ／Ｆが負であ
ると判定されれば、ステップ１０４に示すように、ΔＡ
／Ｆ＝０として本来の空燃比よりもリーンとならないよ
うにする。

次にステップ１０５に示すように前回の空燃比Ａ／Ｆか
らステップ１０１またはステップ１０２で求めた空燃比
補正量ΔＡ／Ｆを差し引いたものを空燃比としてセット
する。ステップ１０６では点火時期によるＰ　ｉｍ＊ｘ
の制御を行い、図示平均有効圧Ｐｉが最大となる点火時
期をセットする。

そしてステップ１０７において、空燃比に前述した補正
を反映させ、スロットル弁、燃料噴射弁等の制御を行う
。また点火時期は設定された値になるように点火信号を
出力して処理を終了する。このように、点火時期による
ｐ　ｉ　ｍａｓｔ　ＩＩ御を常に行いながら、空燃比を
操作してノッキングを抑圧するので、点火時期によるノ
ッキング抑制方法に比べ、出力トルクの現象が最小限に
抑えられる。

第５図は本発明の第２の実施例である。この実施例はノ
ッキングが発生すると空燃比あるいは点火時期のいずれ
か一方によるＰ　１　ｗａｘ制御を中断して、空燃比を
操作することにより、ノッキングを抑制するものである
。この例ではステップ１２５における点火時期あるいは
空燃比によるＰｉ、ｌｌＸ制御がステップ１２４とステ
ップ１２６の間にあることが相違するだけで、あとの処
理は第４図のものと同様である６ ステップ１２５の処理は、ノッキングが発生すると空燃
比あるいは点火時期のいずれか一方によるＰ　１　ｍ１
ｌＸ制御を中断して、空燃比を操作することによって、
ノッキングを抑制するので、第１の実施例の出力トルク
の減少が最小限に抑えられるという効果に加えて、制御
の安定性が良いという利点がある。

第６図は本発明の第３の実施例を示すフローであり、こ
の実施例は空燃比と点火時期によるＰｉ、１８制御を行
いながら、ノッキング発生時には両方のＰ　ｌ　＠ａｘ
　制御を中断して、空燃比を操作することにより、ノッ
キングを抑制するものである。

先ず、ステップ１４０においてノッキングが発生してい
れば、ステップ１４１に示すように空燃比補正量ΔＡ／
Ｆに所定値ａを加えたもの（最終的な空燃比としてはリ
ッチとなる）を今回の補正量ΔＡ／Ｆとしてセットする
。しかし、ステップ１４０でノッキングが発生していな
いと判断するとステップ１４２に示すように空燃比補正
量ΔＡ／Ｆから所定値ｂ（ａ＞ｂ）を差し引いたものを
今回の空燃比補正量ΔＡ／Ｆとしてセットする。そして
、ステップ１４３に示すように空燃比補正量ΔＡ／Ｆが
負であれば、ステップ１４４に示すようにΔＡ／Ｆ＝Ｏ
として空燃比よりもリーンとならないようにする。

その後、ステップ１４５において空燃比によるＰｉ＝。

制御をしようとしているのが、点火時期によるＰｉ＝。

制御をしようとしているのがを状態フラグＳＴによって
判断する。最初はフラグがセットされていないので５Ｔ
＝０となっており、この場合は点火時期によるＰｉ＝。

ｖＩＩＩＩを行うと判断し、ステップ１４６に示すよう
に前回の空燃比Ａ　／　Ｆ　＊−１を今回の空燃比Ａ／
Ｆ、として空燃比を保持し、さらにステップ１４７にお
いて点火時期によるＰｉ、。制御を行ってＰｉが最大と
なる点火時期をセットする。

そして、点火時期によるｐ　ｉ　ＩＩＩＩＩＸ制御が収
束状態か否かをステップ１４８で判断し、収束状態でな
ければ処理を終了し、収束状態であればステップ１４９
に示すように、状態フラグを５Ｔ＝１として処理を終了
する。

一方、ステップ１４５において５Ｔ＝１と判断されると
、ステップ１５５に示すように前回の点火時期θ、−１
を今回の点火時期θ、として点火時期を保持してステッ
プ１５６に示すように空燃比によるＰｉ□８制御を行い
、図示平均有効圧Ｐｉが最大となる空燃比をセットする
。更にステップ１５７において空燃比によるＰ　１ｍａ
ｘ制御が収束状態か否か判断し、収束状態でなければ処
理を終了し、収束状態であればステップ１５８に示すよ
うに、状態フラグを５Ｔ＝１として処理を終了する。

ステップ１４１．１５８．１４９のいずれかの処理が終
了すると、ステップ１６０に示すように空燃比Ａ／Ｆ、
から前記の方法で求めた空燃比補正量ΔＡ／Ｆを差し引
いたものを新たな空燃比Ａ／Ｆ、とじてセットする。そ
して、ステップ１６１に示すように空燃比を前述した吸
入空気操作量Δαあるいは空燃比補正係数ＣＡＦによっ
てスロットル弁、燃料噴射弁等に反映する。また、点火
時期が設定された値になるように点火信号を出力して処
理を終了する。このように空燃比と点火時期によるＰ　
１　ｗａｘ制御を交互に行うことで、制御系を安定に保
ちながら、常にＰｉが最大になる空燃比および点火時期
が決定でき、ノッキング発生時には両方のＰ　１　ｓａ
ｗ制御を中断して、空燃比を操作することにより、ノッ
キングを抑制するので、エンジンのばらつきや経時変化
などによる影響がなく、点火時期のみによるＰ１ｍａｘ
制御と比べ、燃料消費量を低減でき、制御の安定性が良
いという利点がある。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明はエンジンのノッキングレベ
ルを直接測定して図示平均有効圧の平均値が最大となる
ように空燃比または点火時期の一方あるいは両方を制御
し、ノッキングの発生が検出されるノッキングが発生し
ない運転状態にＩ制御するようにしたものであるから、
従来のものと異なり、機関の出し得る最大出力で運転で
き、また機関のばらつき、あるいは経年変化による最適
値からのずれが発生しないという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
エンジン付近の詳細を示す図、第３図はノッキングの発
生状態を示すグラフ、第４図は第１の実施例を示すフロ
ーチャート、第５図は第２の実施例を示すフローチャー
ト、第６図は第３の実施例を示すフローチャートである
。 Ｍｌ・・・・エンジン、Ｍ２・・−・負荷検出手段、Ｍ
３・・・・クランク角検出手段、Ｍ４・・・・圧力検出
手段、Ｍ５−・・・回転数検出手段、Ｍ６・・・〜図示
平均有効圧検出手段、Ｍｌ・・・・図示平均有効圧平均
手段、Ｍ８・・・・運転状態判定手段、Ｍ９・・・−ノ
ック検出手段、Ｍｈｏ・・・−制御手段、Ｍｌｌ・−・
・空燃比調整手段、Ｍｌ２・・・・点火手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジンの空燃比を制御して最適出力を発生する内燃機
   関の制御装置において、 エンジンのノッキングレベルを検出するノック検出手段
   と、 ノック検出手段によってノッキングが検出されたときは
   空燃比を制御してノッキングを抑制するノッキング抑制
   手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。