JPH0670397B2

JPH0670397B2 - 内燃機関の過給圧制御装置

Info

Publication number: JPH0670397B2
Application number: JP60289358A
Authority: JP
Inventors: 通宏大橋; 幸一大澤; 美明木下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-12-24
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1994-09-07
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPS62150055A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、ノックセンサからの信号に応じて点火時期
の遅角量を制御する装置を有し、かつ遅角量が大きくな
ったとき過給圧の設定を低くする装置を備えた過給機付
き内燃機関に関する。

〔従来の技術〕

火花点火内燃機関においてノッキングを防止するため、
ノックセンサからのノッキング状態信号に応じて点火時
期を制御する装置（所謂ノック・コントロール・システ
ム）がある。このシステムではノッキングを検知すれば
点火時期をベース値より遅角させ、その結果ノッキング
が解消すれば点火時期の遅角量を減らし、このようなフ
ィードバック制御によってノッキングを起こさない範囲
で点火時期をなるべくベース値付近に維持しようとする
ものである。

このシステムと過給機とを組合せた場合を考えると、過
給作動により圧縮圧力が上昇し、かつ吸入空気温度が上
昇しこれはノッキングの発生原因となる。また、燃料と
して低オクタン価の燃料を使用すると、ノッキングの発
生傾向が助長され、点火時期の遅角量は著しく大きくな
る。点火時期の遅角量が過度に大きくなると、周知のよ
うに排気ガス温度が増大し、触媒コンバータの耐久性が
悪化する虞れがある。その上、燃料消費率の観点からも
好ましいことではない。

そこで、従来技術として、過給機付き内燃機関において
遅角補正値を検知し、これが所定の基準値より大きくな
ったときは過給機により設定される過給圧が小さくなる
ように制御するものが提案されている。（特開昭58−16
7881号、特願昭57−48116号参照。）この従来技術によ
れば、低オクタン価燃料の使用等によって遅角補正量が
大きくなると過給圧の設定が小さくなるので、遅角量が
過大になることが抑制される。そのため、排気ガス温度
が適温に維持される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術では、機関の負荷とは無関係に、遅角補正量の
所定値よりの大小に応じて過給圧の設定を行なってい
た。この場合、燃料として低オクタン価の燃料を使用し
た場合に過渡的な運転状態で過給圧制御機構であるバイ
パス制御弁（所謂ウエィストゲート弁）がハンチングを
起こす問題がある。即ち、低負荷状態を考えると、ノッ
キングとしては発生しにくい条件であるので、たとえ低
オクタン価の燃料を使っていても点火時期遅角量は小さ
く、その結果過給圧は高く制御される。加速状態に移行
することによって機関負荷の上昇があると、ノッキング
の発生傾向となるので遅角補正量は大きくなり、過給圧
を減少するようにウエィストゲート弁が駆動される。過
渡状態のたびにこれが繰り返されハンチングとなるので
ある。また、過給圧を低下させる制御には必然的に応答
遅れが伴い、遅角補正量の変化に迅速に応答して過給圧
を低下することはできず、そのため過渡運転状態で排気
ガス温度上昇や、燃料消費率の悪化の虞れがある。

この問題点を解決するため遅角量に応じた過給圧の制御
を負荷が大きいときに行わせることが考えられる。とこ
ろが、現在の過給圧の大小に応じて同じスロットル弁の
全開でも負荷が変化する。そのため、閾値となる負荷の
値が共通であると誤作動の虞れがある。

この発明では現在の過給圧の設定の大小にかかわらず最
適な制御を行なうようにすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の内燃機関は、第１図において、ノッキングの
有無に応じて点火時期の遅角量を増減する点火時期制御
手段１と、その遅角量を検知するための遅角量検知手段
２と、遅角量が所定値より小さいときは過給圧の設定値
が第１の値となり、遅角量が所定値より大きいときは過
給圧の設定値が第１の値より小さな第２の値となるよう
に過給圧を変化させる過給圧制御手段４とを有する。こ
の発明によれば、内燃機関の負荷因子を検知する負荷検
知手段５と、現在の過給圧の設定値が第１の値のときは
大きく、第２の値のときは小さくなるように過給圧制御
手段４による過給圧制御を行わせる負荷の基準となる閾
値を演算する負荷基準値設定手段６と、実測される負荷
が負荷閾値より大きいときに過給圧制御手段４による遅
角量に応じた過給圧制御を行わせる制御手段７とを具備
した内燃機関の過給圧制御装置が提供される。

〔作用〕

制御手段７は例えば比較器7aとゲート7bとより成る。比
較器7aは負荷検知手段５により実測される負荷と、負荷
基準値設定手段６により設定される負荷の閾値とを比較
する。

その閾値は過給圧制御手段により設定されている現在の
過給圧の設定値が第１の値のときは大きく、第２の値の
ときは小さくなるように変化する。実測負荷が閾値を超
えているときにゲート手段7bは、過給圧制御手段４によ
る、遅角量に応じた過給圧の制御を行わせる。

〔実施例〕

以下図面によって説明すると、第２図において10はシリ
ンダブロック、12はピストン、14はコネクティングロッ
ド、16はシリンダヘッド、17は点火栓、18は吸気弁、20
は吸気ポート、22は排気弁、24は排気ポートである。吸
気ポート20は、燃料インジェクタ25、サージタンク26、
スロットル弁27、吸気管28,30及びホース32を介してエ
アフローメータ34に接続される。排気ポート24は排気管
36,38に接続される。

40は過給機としてのターボチャージャであり、コンプレ
ッサ40aと、タービン40bとを備える。コンプレッサ40a
は吸気管28と30との間に配置され、一方タービン40bは
排気管36と38との間に位置される。タービン40bを迂回
するようにバイパス通路42が接続される。バイパス通路
42内にウエィストゲート弁44が配置される。ウエィスト
ゲート弁44はクランクレバー46及びロッド48を介してダ
イヤフラム機構50のダイヤフラム50aに連結される。ば
ね50bはロッド48、及びレバー46を介してウエィストゲ
ート弁44を閉弁方向に付勢している。ばね50bの反対側
に形成される圧力室50cは導圧管52を介してコンプレッ
サ40aの下流の吸気管28のポート53に接続される。従っ
て、コンプレッサの下流に発生される過給圧は導管52を
介してダイヤフラム50aに作用し、ばね50bに抗してウエ
ィストゲート弁44は開弁方向に付勢される。導管52に絞
り52aが配置され、圧力室50cへの圧力導入量を適当に設
定するためのものである。

導管52に空気ブリード管54の一端が接続され、導管の他
端はコンプレッサ40aの上流における吸気管30に接続さ
れる。ブリード管54にブリード制御弁56がが配置され
る。ブリード制御弁54の開放時は圧力室50cに絞り54cの
寸法に応じた量の空気がブリードされる。その結果、ブ
リードの無い場合と比較してポート53における過給圧が
その分高くならないと圧力室50cの圧力はダイヤフラム5
0aをしてばね50bに抗して変位させることができない。
かくして、ブリード制御弁56が開と閉とでウエィストゲ
ート弁44の開放によって設定される過給圧を大小の値に
設定することができる。以下、ブリード制御手段54が閉
のとき設定される過給圧を便宜上Lowと称し、ブリード
制御手段54が開のとき設定される過給圧をHighと称す
る。ブリード制御弁56は、トランジスタ等の増幅器57に
より駆動されるソレノイド58によって開閉駆動される。

60はディストリビュータを示しており、その中央電極は
点火コイル62に接続され、各気筒の点火栓17への高電圧
の分配が周知のように行われる。イグナイタ63は制御回
路からの点火信号によって駆動される。

制御回路64はイグナイタ63及びブリード制御弁56のソレ
ノイド58並びにこの発明と直接関係しないため図示しな
い他のエンジン制御装置を駆動するためのものであり、
マイクロコンピュータシステムとして構成される。制御
回路は種々のセンサからの信号によって必要な演算を実
行し、制御信号を形成する。制御回路64はマイクロプロ
セシングユニット（MPU）64aと、メモリ64bと、入力ポ
ート64cと、出力ポート64dと、これらの要素を連結する
バス64eとより成る。

入力ポート64cは次のようなセンサに接続され、種々の
検知信号が入力される。エアフローメータ34からは機関
への吸入空気量Ｑに応じた信号が入力される。66はエア
フローメータからのアナログ信号をディジタル信号に変
換するA/D変換器である。

ディストリビュータ60にクランク角センサ68,69が設置
され、ディストリビュータの分配軸60aの回転に応じた
パルスが得られる。第１のクランク角センサ68はディス
トリビュータ軸の１回転即ち720゜CA毎のパルス信号Ｇ
を発生し、これは基準信号となる。一方、第２クランク
角センサ69は30゜CA毎のパルス信号NEを発生し、これは
回転数を検知するのに利用される。

ノックセンサ72は電気振動又は音響振動型のものであ
り、シリンダブロック10に設置され、エンジンのノッキ
ングの指標となる信号を発生する。ノックセンサ72と入
力ポート64aとの間には周知のノッキング信号処理回路7
4が配置され、ノックセンサ72からの信号におけるピー
ク値とバックグランド値とを比較し、ノッキングの有無
に応じた信号が入力される。

次に制御回路64の作動を第３図及び第４図のフローチャ
ートによって説明する。第３図は点火時期制御ルーチン
であり、これから点火を行なうべき気筒の圧縮上死点手
前の所定クランク角度をクランク角センサ68,69によっ
て検知することにより実行開始されるクランク角割り込
みルーチンである。ステップ80では基本点火時期θ_BASE
の演算が実行される。周知のようにメモリ64bには機関
回転数NEと負荷代表値としての吸入空気量−回転数比Q/
NEとの組合せに対する基本点火時期のマップがあり、エ
アフローメータ34により実測される吸入空気量Ｑ及び第
２クランク角センサ69により実測される機関回転数NEよ
り補完演算によって基本点火時期の計算が実行される。

ステップ81ではノッキング処理回路74で処理されたノッ
クセンサ72からの信号により前回の点火でノッキングが
あったか否か判定される。ノッキング有りのときはステ
ップ82に進み、点火時期遅角補正量θ_Ｋが所定角度β
（例えば0.5゜）だけインクリメントされる。ノッキン
グ無しの場合はステップ83に進み、点火時期遅角補正量
θ_Ｋが所定角度α゜だけデクリメントされる。尚、この
処理はノッキング無しが連続して何回か継続した後に行
ってもよい。以上の処理によってノッキングの有無によ
って点火時期の遅角修正量θ_Ｋが制御される。そして、
オクタン価の高い燃料の使用の場合を想定するとノッキ
ングが発生し難いので点火時期遅角補正量θ_Ｋは小さく
なり、ベース値に近い値で点火が行われる。逆に、オク
タン価の低い燃料を使用した場合にはノッキングが発生
し易いのでθ_Ｋは大きくなり、ベース値から遅角側に離
れた値で点火が行われる。

ステップ84では基本点火時期θ_BASEから遅角補正量θ_Ｋ
を引いたものが実行進角値θ_EXとされる。

ステップ85では、イグナイタ63の通電開始時刻をθ_EXよ
り求め、この通電開始時刻が図示しないコンペアレジス
タにセットされる。その設定時刻が来ると、イグナイタ
63に通電が開始され同時に図示しない時刻一致割り込み
ルーチンが起動され、通電停止時刻がコンペアレジスタ
にセットされる。通電停止時刻が来るとイグナイタ63の
通電が停止され、高電圧が点火コイル62に発生され、点
火が実行されることになるのは周知の通りである。

第４図は過給圧の制御ルーチンであり、所定時間毎に実
行される時間割り込みルーチンの中又は所定時間毎に実
行されるメインルーチンの中で実行される。ステップ87
では回転ゾーンｎの演算が実行される。即ち、第５図、
第６図のようにこの実施例では＃１から＃５までの５つ
の回転領域が設定され、その各回転数域毎に適当な閾値
が設定され、現在の回転数が属する領域が認識される。

次にステップ88では現在の過給圧の設定がHighかLowか
が判別される。この判別はブリード制御弁56の状態を検
知することによって行なうことができる。即ち、ブリー
ド制御弁56が開（ソレノイド58がON）であればHighであ
り、ブリード制御弁56が閉（ソレノイド58がOFF）であ
れば、Lowと知ることができる。

ステップ88で過給圧がHighに制御されている状態と判定
されればステップ89に進み、過給圧制御を行なう負荷の
基準となる閾値Ｌ_REF(n)の演算が実行される。即ち、第
５図は各回転域における過給圧制御を行なう基準となる
負荷の閾値であり、実線ｌ_Ｈが高過給圧時、破線ｌ_Ｌが
低過給圧時であり、これらの関係はマップ化されてメモ
リ64bに格納されてある。現在の過給圧がHighとすれ
ば、回転数域の負荷閾値が実線ｌ_Ｈのその回転数域によ
り補間によって演算される。

ステップ90では過給圧を制御する遅角補正量の基準とな
る閾値θ_KREF(n)の演算が実行される。第６図は各回転
域における過給圧のHighとLowとの切替え制御を行なう
基準となる遅角量の閾値であり、実線ｍ_Ｈが高過給圧
時、破線ｍ_Ｌが低過給圧時であり、これらはメモリ64b
に格納されてある。現在が高過給圧時であるから、実線
ｍ_Ｈより今の回転域ｎにおける遅角補正量閾値θ
_KREF(n)の演算が実行される。

現在過給圧がLow状態に設定されているときはステップ8
8ではNoの判定結果が得られ、ステップ91に進み、その
回転数域における低過給圧状態での負荷閾値が第５図の
破線ｌ_Ｌよりマップ演算される。そして、ステップ92で
はその回転数域におけるLow過給圧状態での遅角補正量
閾値が第６図の破線ｍ_Ｌよりマップ演算される。ここの
以上のステップ91,92での処理はステップ89,90の処理に
準じている。また、ステップ89,91における負荷閾値の
演算は回転数の一時補完によって演算すると説明した
が、エンジン回転数域内で固定の値とすることもでき
る。

このようにして過給圧の設定がHigh及びLow状態での負
荷閾値Ｌ_REF及び遅角量閾値θ_REFが設定された後にステ
ップ94に進む。ステップ94では現在の負荷Ｌと負荷閾値
Ｌ_REF(n)との大小比較が実行される。ここに、負荷とし
ては吸入空気量−回転数比Q/NEとすることができる。従
って、閾値Ｌ_REFの値はその負荷に相当する吸入空気量
−回転数比の値となる。

ステップ95では遅角補正量θ_Ｋが遅角補正量閾値θ_KREF
(n)との大小比較が実行される。

ステップ95で負荷が閾値を超えていないと判断したとき
（ステップ91でNo）、又は負荷が閾値を超えていても遅
角量が閾値を超えていないとき（ステップ92でNo）は、
ステップ96に進み回転数域ごとに設定される判定結果記
憶フラグＦ(n)はクリヤされる。

負荷が閾値を超えており、遅角量補正量が閾値を超えて
いるときはステップ97でＦ(n)はセットされる。

ステップ98では全回転数域を通してのＦ(n)の総和が求
められる。次のステップ99ではＦ(n)が２以上か否か、
即ち二つ以上の回転数域において遅角補正量θ_Ｋが閾値
θ_KREFを超えているか否か判定される。

遅角補正量が二つ以上の回転数域において閾値を超えて
んいるときはステップ99でYesと判定され、ステップ100
に進み、出力ポート64dより増幅器57に低レベル信号が
出力され、ソレノイド58は消磁される。そのため、ブリ
ード制御弁56は閉弁され、圧力制御室50cへのブリード
が停止されるため、ウエィストゲート弁44の開放すると
きの過給圧は小さくなり、過給圧の設定はLowとなる。

遅角補正量が二つ以上の回転数域において閾値を超えて
いないときはステップ99でNoと判定され、ステップ101
に進み出力ポート64dより増幅器57に高レベル信号が印
加され、ソレノイド58は励磁される。そのため、ブリー
ド制御弁56は開弁される。かくして圧力制御室50cへ空
気ブリードが行われるためウエィストゲート弁44が開放
するときの過給圧は高くなり、過給圧の設定としてはHi
ghとなる。

第７図(イ)はオクタン価の低い燃料使用時における各回
転数（NE）及び負荷（Q/NE）に対する遅角量の等高線を
示している。実線ｐが過給圧の設定をHighとしたときの
（ブリード制御弁56が開）でのスロットル弁全開での最
大出力曲線である。そして、過給圧を低下させる制御を
行なう閾値となる負荷の値はこの特性に準じて第５図の
実線のように設定される。そのため、過給圧の設定が高
い状態では負荷が曲線ｌ_Ｈによって決まる閾値を超えか
つ遅角量が基準値を超えると、ブリード制御弁56が閉鎖
され、過給圧の設定は低くなる。

ところが、過給圧の設定をLowとすると最大出力曲線は
第７図の破線ｑのように降下する。負荷の閾値をもし共
通とすると閾値としては過大となり、遅角が相当大きく
なった状態まで最大過給圧の制御が行われないことにな
る不具合がある。この発明では過給圧がLowのときは過
給圧の制御を行なう負荷の基準となる閾値は破線ｌ_Ｌの
ように下げられる。そのため、適切な制御を行なうこと
ができる。

実施例では加給機としてターボチャージャを採用してい
るがこの発明はルーツポンプ等を利用した機械式の加給
機にも応用することができる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、ノッキングの有無に応じて点火時期
の制御を行なうシステムを備え、点火時期の遅角量が所
定閾値より大きいとき、過給圧の設定最大値を降下制御
するものにおいて、過給圧の制御作動を行なう負荷の閾
値を現在の過給圧の設定値が高いときは大きく、低いと
きは小さくなるように変化させ、これにより閾値を過給
圧の設定の大小に係わらず最適値とし、ハンチングを起
こすことなく運転性の悪化を防止し最適な制御を行なう
ことができる。

またオクタン価が低い燃料を使用しているときも点火時
期がより遅角側に制御されるので燃料消費率を向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成図。第２図はこの発明の実施例構成図。第３図及び第４図は制御回路の作動を説明するフローチ
ャート図。第５図は回転数域に応じた負荷閾値の設定を説明するグ
ラフ。第６図は回転数域に応じた点火時期遅角量閾値の設定を
説明するグラフ。第７図はオクタン価の低い燃料の使用時における回転数
と負荷との組合せに対する遅角量の等高線図。 17……点火栓 34……エアフローメータ 40……ターボチャージャ 47……ウエィストゲート弁 50……ダイヤフラム機構 56……ブリード制御弁 58……ソレノイド 60……ディストリビュータ 62……点火コイル 63……イグナイタ 64……制御回路 69,69……クランク角センサ 72……ノックセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−243346（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−60962（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−16240（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノッキングの有無に応じて点火時期の遅角
量を制御する点火時期制御手段と、その遅角量を検知す
るための遅角量検知手段と、遅角量が所定値より小さい
ときは過給圧の設定値が第１の値となり、遅角量が所定
値より大きいときは過給圧の設定値が第１の値より小さ
な第２の値となるように過給圧を変化させる過給圧制御
手段とを有した内燃機関において、内燃機関の負荷因子
を検知する負荷検知手段と、現在の過給圧の設定値が第
１の値のときは大きく、第２の値のときは小さくなるよ
うに過給圧制御手段による過給圧制御を行わせる負荷の
基準となる閾値を演算する負荷基準値設定手段と、実測
される負荷が負荷閾値より大きいときに過給圧制御手段
による遅角量に応じた過給圧制御を行わせる制御手段と
を具備した内燃機関の過給圧制御装置。
【請求項２】前記負荷基準値設定手段は現在の過給圧の
大小の夫々において負荷閾値を複数の回転数域毎に設定
する特許請求の範囲１に記載の過給圧制御装置。