JPH0522051B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ノツキングの発生状態に応じて過給
圧を制御する装置に関する。

〔従来の技術〕

火花点火式内燃機関において生ずるノツキング
は、燃料のオクタン価、点火時期、機関温度、吸
気温度、圧縮圧力、吸入空気の湿度等の因子によ
つて左右される。

ノツキングの発生を防止しまたはノツキングレ
ベルを低減させるためのアンチノツク制御方法お
よび装置（ノツク・コントロール・システムと通
称されている）は周知である。この方法は、回転
数と負荷に応じて点火時期の基本進角値（θ_B）を
求め、ノツクセンサと称する振動、音響または筒
内圧力検出素子により検出したノツキング発生状
態に応じて点火時期遅角補正値（θ_K）を求め、基
本進角値と遅角補正値から最終的な実行進角値
（θ_EX）を求め（θ_EX←θ_B−θ_K）、この実行進角値
（θ_EX）に基いて点火を行うというものである。即
ち、ノツキング発生頻度およびノツキングレベル
の増大に伴い遅角補正値（θ_K）が増加せられ、頻
度およびレベルが許容限度以下となる様に点火時
期が制御される。

過給機付き機関では、過給により圧縮圧力が増
加すると共に断熱圧縮により吸気温度が上昇する
のでノツキングが発生しやすい傾向となる。ま
た、低オクタン価の燃料を使用する場合も同様に
ノツキングが発生しやすい傾向となる。このた
め、これらの条件下では、前記のアンチノツク制
御方法における遅角補正値（θ_K）が大きくなり、
点火時期は過度に遅角側に修正される。しかし、
点火時期を過度に遅らせると、排気ガス温度が上
昇するので排気系に設けられた排気ガス浄化装置
等に悪影響を与えると共に、燃費が悪化する。

そこで、従来、過給機付き機関において遅角補
正値（θ_K）が予め定めた基準値以上の時には過給
圧を低下させることを特徴とするアンチノツク制
御方法が提案されている（特開昭58−167881号公
報）。この方法によれば、過給圧制御により点火
時期遅角補正値（θ_K）が基準値以下に抑えられる
ので、排気ガス温度の過度の上昇を回避しながら
アンチノツク制御を行うことができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記提案の方法では、過給圧を
低下させるべきか上昇させるべきかの判定の過程
において機関負荷に対する考慮がなされておら
ず、遅角補正値θ_Kがクランク角度（CA）にして
例えば5゜以上となつた場合（即ち、θ_K≧5゜CA）に
は排気ガス温度上昇防止を目的として過給圧が低
下され、θ_K＜5゜CAの場合には機関出力を向上さ
せるため過給圧を上昇させるようになつている。
このため、過給機付き機関において低オクタン価
燃料を使用している場合には、本来ノツキングが
発生しやすい条件下にあるにも拘わらず、θ_Kの小
さい低負荷時（この場合には、吸入空気量が少な
く、従つて、圧縮圧力が小さいので、ノツキング
は発生せず、θ_Kの値は減少している）には過給圧
は上昇せられることとなる。しかるに、過渡時に
おいて機関負荷が急増した場合には、低オクタン
価燃料使用中であるから直ちにノツキングが発生
し、前記原理に基いてθ_Kが増加補正され、θ_K≧
5゜CAとなる過給圧が低下される。このため、過
給機の制御弁（排気ターボ過給機の場合にはウエ
イストゲートバルブ、機械式過給機の場合にはバ
イパス制御弁）がハンチングを起すという問題が
あつた。更に、過給圧の低下には必然的に応答遅
れがあるので、θ_Kの増加に敏速に追従して過給圧
を低下させることができず、過渡時の排気ガス温
度および燃費が悪化することがあつた。

さて、発明者の実験にによれば、高オクタン価
燃料で設定した基本進角値で運転した場合、低オ
クタン価燃料使用時には、アンチノツク制御にお
ける遅角補正値θ_Kは機関負荷および回転数の変化
に対し第２図のグラフのような値をとることが判
つた。このグラフにおいて、縦軸は機関負荷、横
軸は回転数を表し、異なる負荷／回転数条件にお
けるθ_Kの実測値がプロツトしてある。0゜の実線カ
ーブはθ_K＝0゜である運転条件を示し、2゜の実線カ
ーブはθ_K＝2゜CAである条件を示し、以下同様で
ある。一点鎖線カーブは最大出力カーブに相当す
る。周知のように、アンチノツク制御において
は、点火時期の基本進角値θ_Bは機関回転数と負荷
に応じて設定され、高オクタン価燃料使用時でか
つ負荷が高い時に所定レベルのノツキングが発生
するように設定されるものである。したがつて、
例えば、0゜のカーブは低オクタン価燃料使用中で
あるにも拘らずθ_K＝0゜CAとなる運転条件を示し、
2゜、4゜のカーブについても同様である。

前述したように、特開昭58−167881号公報に開
示された制御方法では、過給圧制御の判定におい
ては機関負荷は考慮されず、θ_Kのみに基いて過給
圧増減の判定が行われる。したがつて、過給圧制
御のためのθ_Kの基準値を例えば5゜CAと設定した
場合、第２図のグラフにおける5゜のカーブより下
方の運転条件では低オクタン価燃料使用中である
にも拘わらず過給圧が増加せられ、一方、過渡時
において負荷が5゜のカーブより上方に変化した時
には過給圧が低下されることとなり、前述した様
なハンチングおよび追従遅れの問題が生ずる。

本発明は、燃料のオクタン価に応じたより正確
な過給圧増減判定を行ない、これにより上述した
ハンチングの発生を防止するとともに過給圧制御
の追従性を向上させることを目的とするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る過給圧制御装置は、第１図の発明
の構成図に示すように、運転状態に応じて高過給
圧特性での過給機稼働又は低過給圧特性での過給
機稼働を選択的に行うと共に、ノツキングの発生
に応じて点火時期の遅角補正値を制御してノツキ
ング回避を行うようにした過給機付き内燃機関に
あつて、過給機Ａが高過給圧特性で稼働している
か、低過給圧特性で稼働しているかを判別する過
給機稼働特性判別手段Ｂと、過給機が高過給圧特
性で稼働しているとき第１の基準値を、低過給圧
特性で稼働しているとき第２の基準値を夫々設定
する基準値設定手段Ｃと、過給機が高過給圧状態
で稼働されているときの上記遅角補正値が第１の
基準値を上回つたとき過給機稼働状態を低過給圧
状態に切り替え、過給機が低過給圧状態で稼働さ
れているときに遅角補正値が第２の基準値を下回
つたとき過給機稼働状態を高過給圧状態に切り替
える過給圧特性制御手段Ｄとを有することを特徴
としている。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第３図は、本発明の一実施例を適用した内燃機
関を示す。この図において、１０は４サイクル４
気筒内燃機関のシリンダブロツク、１２はシリン
ダブロツク１０に取り付けられたノツクセンサで
ある。ノツクセンサ１２は、例えば圧電素子ある
いは電磁素子等の振動検出素子である。１４はタ
ーボチヤージヤ本体、１６は吸気通路に設けられ
るコンプレツサ、１８は排気通路に設けられる排
気タービンである。タービン１８のバイパス通路
２０には過給圧制御用のウエイストゲート弁２２
が設けられている。ウエイストゲート弁２２はダ
イアフラム式アクチユエータ２４によつて作動
し、このアクチユエータ２４はコンプレツサ１６
下流の吸気通路から圧力導管３０を介して送り込
まれた圧力で作動する。なお、２６は電磁弁２８
が開いた時に圧力の一部をコンプレツサ上流側に
逃がすための圧力導管である。したがつて、電磁
弁２８の開閉により、アクチユエータ２４に印加
される圧力が変化し、ウエイストゲート弁２２を
介して過給圧が制御される。圧力導管２６，３０
には、以上の制御が円滑に行われるように絞り２
７，３１が設けてある。

３２はデイストリビユータを示しており、この
デイストリビユータ３２にはクランク角センサ３
４及び３６が設けられている。クランク角センサ
３４は、気筒判別用であり、デイストリビユータ
軸が１回転する毎、即ちクランク軸が２回転する
毎（720゜CA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気筒の上死点の若干手
前の位置の如く設定される。クランク角センサ３
６は、デイストリビユータ軸が１回転する毎に24
個のパルス、従つてクランク角30゜毎のパルスを
発生する。

ノツクセンサ１２、クランク角センサ３４及び
３６からの電気信号は制御回路３８に送り込まれ
る。制御回路３８には、さらに、コンプレツサの
上流の吸気通路に設けられたエアフローメータ４
０からの吸入空気流量を表わす信号が送り込まれ
る。

一方、制御回路３８からは電磁弁２８に矩形波
状の駆動信号が出力される。また、制御回路３８
からはイグナイタ４２に点火信号が出力され、イ
グナイタ４２及び点火コイル４４で形成されたス
パーク電流はデイストリビユータ３２を介して各
気筒の点火プラグ４６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３８は燃料噴射弁４８等の制御をも行う。

第４図は、第３図の制御回路３８の一構成例を
表わすブロツク図である。エアフローメータ４０
からの電圧信号は、バツフア５０を介してアナロ
グマルチプレクサ５２に送り込まれ、マイクロコ
ンピユータからの指示に応じて選択されてＡ／Ｄ
変換器５４に印加され、２進信号に変換された
後、入出力ポート５６を介してマイクロコンピユ
ータ内に取り込まれる。

クランク角センサ３４からのクランク角720゜毎
のパルス、クランク角センサ３６からのクランク
角30゜毎のパルスはそれぞれバツフア５８，６０
を介し、入出力ポート６２を介してマイクロコン
ピユータに送り込まれる。

ノツクセンサ１２の出力信号は、インピーダン
ス変換用のバツフア及びノツキング固有の周波数
帯域（７〜8KHz）が通過帯域であるバンドパス
フイルタから成る回路６４を介してピークホール
ド回路６６及び整流回路６８に送り込まれる。ピ
ークホールド回路６６は線６９及び入出力ポート
６２を介して“１”レベルの信号がマイクロコン
ピユータから印加されている際にのみ、ノツクセ
ンサ１２からの出力信号を取り込み、その最大振
幅のホールド動作を行う。ピークホールド回路６
６の出力は、アナログマルチプレクサ７０に送り
込まれマイクロコンピユータからの指示に応じて
選択されてＡ／Ｄ変換器７２に印加され、２進信
号に変換された後、入出力ポート６２を介してマ
イクロコンピユータ内に取り込まれる。整流回路
６８は、ノツクセンサ１２からの出力信号を全波
整流もしくは半波整流する。整流された信号は積
分回路７４に送り込まれて時間に関して積分され
る。従つて、積分回路７４の出力はノツクセンサ
１２の出力信号の振幅を平均化した値となる。積
分回路７４の出力はアナログマルチプレクサ７０
に送り込まれて、選択的にＡ／Ｄ変換器７２に印
加され２進信号に変換された後、マイクロコンピ
ユータ内に取り込まれる。ただしＡ／Ｄ変換器７
２のＡ／Ｄ変換開始は、入出力ポート６２及び線
７６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われる。また、
Ａ／Ｄ変換が終了するとＡ／Ｄ変換器７２は、線
７８及び入出力ポート６２を介してマイクロコン
ピユータにＡ／Ｄ変換完了通知を行う。

一方、マイクロコンピユータから、入出力ポー
ト６２を介して駆動回路８０に点火信号が出力さ
れると、これが増幅されてイグナイタ４２が付勢
され、その点火信号の持続時間及び持続時期に応
じた点火制御が行われる。

また、マイクロコンピユータから入出力ポート
６２を介して駆動回路８２に１ビツトの制御信号
が出力されると、これが駆動信号に変換されて電
磁弁２８がオンオフ駆動され、その制御信号によ
りアクチユエータ２４に印加される圧力が制御さ
れ、これにより過給圧が制御される。

マイクロコンピユータから成る制御回路３８
は、前述の入出力ポート５６及び６２と、マイク
ロプロセツサ（MPU）８４、ランダムアクセス
メモリ（RAM）８６、リードオンメモリ
（ROM）８８、図示しないクロツク発生回路、
メモリ制御回路、及びこれらを接続するバス９０
等から構成されており、ROM８８内に格納され
ている後述の制御プログラムに従つて種々の処理
を実行する。

次に第５図のフローチヤートを用いてマイクロ
コンピユータの動作を説明する。

この制御ルーチンはクランク角180゜毎に実行さ
れる。ステツプ101から107はノツキング発生状態
に基いて遅角補正値θ_Kを求め、実行進角値θ_EXを
演算する手順を示す。ステツプ101ではこの直前
で点火した燃焼においてノツキングが生じたか否
かを判定する。即ち、ノツクセンサ１２の積分回
路７４からの出力をＡ／Ｄ変換して得た２進値を
所定倍してノツク判定レベルを求め、ノツクセン
サ１２のピークホールド回路６６からの出力を
Ａ／Ｄ変換して得た２進値がこの判定レベルより
大きければノツキングが発生したものと判定し、
判定レベルより小さければノツキングは発生しな
かつたものと判定する。

ステツプ101で“ノツキング発生”と判定され
ると、ステツプ106に進み、遅角補正値に0.5゜を
加算し（θ_K←θ_K＋0.5゜）、ステツプ105に進む。

他方、ステツプ101で“ノツキング無し”と判
定されるとステツプ102に進み、RAM８６に用
意されたノツキング欠如回数計数カウンタの値
CKNOCKに１を加算し（CKNOCK←CKNOCK
＋１）、続くステツプ103でカウンタの値
CKNOCKが20以上か否かを判定して“NO”な
らばステツプ107に進む。ステツプ103の判定結果
が“YES”の場合、即ち、ノツキングが検出さ
れない回数が20以上となつた場合には、ステツプ
104に進み、遅角補正値θ_Kから0.5を減算した値を
新たな遅角補正値とし（θ_K←θ_K−0.5）、ステツプ
105へ進む。この様に、ステツプ102〜104におい
てノツキングが20点火以上連続して発生しない場
合でないとθ_Kを減少させない様にしたのは誤判定
を避けるためであり、点火時期の進角（即ち、θ_K
の減少）は遅れがちに行われることとなる。これ
に対し、１回でもノツキング発生と判定されれば
ステツプ106でθ_Kは増加され、点火時期の遅角は
直ちに行われる。

ステツプ105ではカウンタを帰零してステツプ
107に進む。以上を繰返し実行することにより、
遅角補正値θ_Kはノツキングが生じたら大きくなり
ノツキングが発生しなければ小さくなるが、θ_Kが
平衡を保つたままで所定の微小レベルのノツキン
グ音が継続して発生する様に、ステツプ101にお
ける判定レベルは予め設定されている。

ステツプ107では点火時期基本進角値θ_Bから遅
角補正値θ_Kを減算して実行進角値θ_EXを得る（θ_EX
←θ_B−θ_K）。このステツプでは、クランク角セン
サ３４，３６の出力信号から機関回転数Ｎが求め
られ、エアフローメータ４０の出力信号から吸入
空気量Ｑが求められ、ＱとＮから機関負荷Ｑ／Ｎ
が求められ、斯く得たＮとＱ／Ｎに基づいて基本
進角マツプまたはテーブルを用いて補間計算等に
より基本進角値θ_Bが求められる。このため、
ROM８８には基本進角マツプまたはテーブルが
予め格納されている。この基本進角マツプまたは
テーブルは、機関負荷Ｑ／Ｎが高い場合でかつ高
オクタン価燃料使用時に所定レベルのノツキング
音が発生する様に設定されている。一般的には、
高オクタン価燃料の使用時には、高負荷時には所
定レベルのノツキング音が発生して遅角補正値θ_K
は０〜3゜程度となり、他方、低オクタン価燃料を
使用するとθ_Kはこれより大きくなる。

ステツプ107の次にステツプ108に進み、実行進
角値θ_EXと現在の時刻からイグナイタ４２を
“ON”にする時刻を求め、入出力ポート６２に
設けられた出力レジスタに“ON”時刻を設定す
る。設定された“ON”時刻が到来するとイグナ
イタ４２から点火プラグ４６に高圧電流が流れス
パークにより混合気が点火される。

ステツプ110では、現在の機関回転数Ｎが第６
図に示すｎ＝１〜５のどの回転数ゾーンにあるか
を求める。この回転数ゾーンは例えば1000rpm毎
に区切られ、4000rpm以上はｎ＝５の回転数ゾー
ンに属する。ステツプ111では、第６図のグラフ
に基き、現在の機関負荷Ｑ／Ｎが所定値以上か否
かを判定する。ここで所定値とは、電磁弁２８が
ONの場合実線Ｓにより示されるようなものであ
り、また電磁弁２８がOFFの場合破線Ｔにより
示されるようなものであり、機関回転数Ｎにより
変化する。このように電磁弁２８がONかOFFか
によつて機関負荷Ｑ／Ｎの大きさの基準値を変え
たのは、燃料のオクタン価が高いか否かを判定し
やすくするためである。しかしてステツプ111に
おいて機関負荷Ｑ／Ｎが所定値以上の場合、ステ
ツプ112〜116へ進んで現在の遅角補正量θ_Kの大き
さを判断し、機関負荷Ｑ／Ｎが所定値未満の場
合、現在の遅角補正量θ_Kの大きさを判断すること
なくステツプ117へ進む。

ステツプ112では、現在電磁弁２８がONか
OFFか、即ち、ターボチヤージヤが相対的に高
過給圧状態で稼動しているか、あるいは相対的に
低過給圧状態で稼動しているかを判定する。電磁
弁２８がONの時、ステツプ113へ進み、第７図
に示す基準値マツプの第１の基準値θ_KREFH(n)を基
にして現在の遅角補正量θ_Kが判定基準値以上か否
かを判定する。つまり、ステツプ110で求めた回
転数ゾーンｎに応じた第１の基準値θ_KREFH(n)を参
照し、現在の遅角補正量θ_Kがこの基準値θ_KREFH(n)
以上であればステツプ114において判定フラグＦ
(n)を１にセツトし、逆に現在の遅角補正量θ_Kがこ
の基準値θ_KREFH(n)より小さければステツプ116にお
いて判定フラグＦ(n)を０にクリアする。同様に、
電磁弁２８がOFFの時ステツプ115へ進み、回転
数ゾーンｎに応じた第２の基準値θ_KREFL(n)を参照
し、現在の遅角補正量θ_Kがこの基準値θ_KREFL(n)以
上であればステツプ114において判定フラグＦ(n)
を１にセツトし、逆に現在の遅角補正量θ_Kがこの
基準値θ_KREFL(n)より小さければステツプ116におい
て判定フラグＦ(n)を０にクリアする。

ステツプ117では、このプログラムが初めて起
動されてから、すなわち機関が始動してから現在
までにおける、各回転数ゾーンｎにおける判定フ
ラグＦ(n)の合計値を計算する。なお、１つの回転
数ゾーンにおける判定フラグＦ(n)の値は１つのみ
であり、機関が例えばそれまでに回転数ゾーン１
においてのみ運転されていれば判定フラグＦ(n)の
合計値は高々１である。次にステツプ118におい
て、判定フラグＦ(n)の合計値が２以上、すなわ
ち、２つ以上の回転数ゾーンで遅角補正量θ_Kが判
定基準値を越えているか否かを判定する。ここで
判定フラグＦ(n)の合計値が２以上であればステツ
プ119へ進み、判定フラグＦ(n)の合計値が２未満
であればステツプ120へ進む。ステツプ119では、
これまでの演算結果から、遅角補正量θ_Kが大き過
ぎ、すなわち燃料のオクタン価が低いと判定され
たため、過給圧を下げるべく電磁弁２８をOFF
にする。一方、ステツプ120では、これまでの演
算結果から、遅角補正量θ_Kが大き過ぎることはな
く、さらに過給圧を高めるべく電磁弁２８をON
にする。以上でこの制御ルーチンを終了する。

なお、本実施例においては、機関の１回転当り
の吸入空気量Ｑ／Ｎを機関負荷として扱つたが、
これに代え、基本燃料噴射量あるいは吸気管内圧
力等を用いて機関負荷を判別してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、燃料のオクタン
価に応じて適切に過給圧を増減させるべきか否か
を判定することができる。したがつて、低オクタ
ン価燃料の場合、過給機の制御弁がハンチングを
起こすことが防止されるとともに排気ガス温度が
上昇しすぎることがなくなり、燃費が向上する。
また高オクタン価燃料の場合、過給圧を高めて機
関出力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の構成図、第２図はアンチノツク
制御における遅角補正値θ_Kを示すグラフ、第３図
は本発明の一実施例を適用した内燃機関を示す断
面図、第４図は制御回路を示す図、第５図は制御
ルーチンのフローチヤート、第６図は機関負荷の
大きさを判定するための基準値を示すグラフ、第
７図は遅角補正量θ_Kの大きさを判定するための基
準値を示す図表である。 １４…ターボチヤージヤ（過給機）、２２…ウ
エイストゲート弁、２４…アクチユエータ、２８
…電磁弁、３８…制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 運転状態に応じて高過給圧特性での過給機稼
   働又は低過給圧特性での過給機稼働を選択的に行
   うと共に、ノツキングの発生に応じて点火時期の
   遅角補正値を制御してノツキング回避を行うよう
   にした過給機付き内燃機関の過給圧制御装置であ
   つて、 過給機が高過給圧特性で稼働しているか、低過
   給圧特性で稼働しているかを判別する過給機稼働
   特性判別手段と、過給機が高過給圧特性で稼働し
   ているとき第１の基準値を、低過給圧特性で稼働
   しているとき第２の基準値を夫々設定する基準値
   設定手段と、過給機が高過給圧状態で稼働されて
   いるときの上記遅角補正値が第１の基準値を上回
   つたとき過給機稼働状態を低過給圧状態に切り替
   え、過給機が低過給圧状態で稼働されているとき
   に遅角補正値が第２の基準値を下回つたとき過給
   機稼働状態を高過給圧状態に切り替える過給圧特
   性制御手段とを有することを特徴とする内燃機関
   の過給圧制御装置。