JPH0689733B2 - 内燃機関のノツキング制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関に発生するノッキングを抑制するノ
ッキング制御装置に関し、特に、点火時期の遅角量を学
習制御して応答性の高い制御を実現することのできる内
燃機関のノッキング制御装置に関する。

［従来技術］ 従来より、内燃機関に発生するノッキングを抑制するた
めの点火時期制御として次のようなノッキング制御が周
知である。内燃機関の運転状態から該内燃機関に最適で
あると思われる点火時期θＢを算出するとともに、該内
燃機関が負荷QN1以上の高負荷状態であるとき、発生し
ているノッキングを実測しつつ、そのノッキングが所定
レベル以下となるように遅角補正量θＫを徐々に大きく
し、次式により実際の点火時期θを決定するのである。

θ＝θＢ−θＫ（負荷QN1以上） また、上記した制御ではノッキングの抑制はできるもの
の遅角補正量θＫが徐々に大きな値となる過渡的な期間
が長く、その間におけるノッキングの連続が問題とな
る。そこで次のような学習制御を採用するのが常であ
る。これは第２図に示すように内燃機関の運転状態を回
転数NE［rpm］と負荷Q/N［l/rev］とをパラメータとし
て２次元表示し、その中をまずある領域に分割するので
ある。第２図では１例として領域A,B,Cを設定してい
る。これらの領域とは、即ち前記ノッキング制御の実行
される領域（負荷QN1以上）を細分割したものであり、
この領域ごとに１つの学習値GA,GB,GCが次のようにして
定められる。内燃機関の運転状態が領域A,B,Cのいずれ
かに入っているときに、その領域に入ったときから該領
域より出るまでの運転中に前述したノッキング制御によ
って定められる遅角補正量θＫの最大値θKmあるいはこ
の値から一定値、例えば３°［CA］を減算した値をその
領域の学習値GA,GBあるいはGCとして記憶するのであ
る。そしてこの領域から出た内燃機関の運転状態が再度
同領域に入って来たとき、前記ノッキング制御による遅
角補正量θＫの最初の値（初期値）として上述のように
して記憶された学習値を与え、以後は同様に内燃機関の
ノッキング発生状況を監視しつつ遅角補正量θＫの値を
制御し、かつそのときの最大値θKmは次回の処理の為に
学習されるのである。

上述したような学習制御を採用するノッキング制御装置
によれば、ある領域内において遅角補正量θＫの値とし
て最も適切であろうと推定される値が予め学習されてお
り、運転状態がその領域に入ると直ちに該学習値が遅角
補正量に反映されるため応答性の高いノッキング制御が
達成されるのである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上述した学習制御を採用するノッキング制御装
置にあっても未だに充分なものではなく、次のような問
題点を有していた。

内燃機関のノッキング発生はその負荷等と密接な関係を
有しており、ノッキングを抑制するために内燃機関の点
火時期を遅角させるにも点火時期の許容できる最大遅角
量は第３図に示すように負荷Q/Nにより一義的に決定さ
れたり、あるいは回転数NEと負荷Q/Nとの二次元マップ
からの補間計算より算出される。そこで、上記した従来
の学習制御を採用するノッキング制御装置において、無
用な遅角による燃費及びエミッションの悪化を防止する
ためには例えば第３図のような最大遅角量の概念を導入
することが考えられるが、それには次のような問題を招
来するのである。

即ち、内燃機関が運転をしており、ある領域（A,B又は
Ｃ）においてノッキングを抑制するために必要な遅角補
正量θKmが学習されたとする。このときの運転状態は充
分高負荷L1であって、例えば第３図のごとく学習された
遅角補正量θKmは最大遅角量θMm1よりも小さな値であ
る。しかし、一旦この運転状態から外れて再度同一の学
習領域A,B又はＣに入ってくるとき、当然に内燃機関の
負荷は徐々に増加するのであり、第３図の負荷L2等の低
負荷状態を経て負荷L1の状態へと推移する。ここで、負
荷L2のときに初回のノッキング制御が実行されて遅角補
正量θＫとして学習した負荷L1のときの値θKmが初期値
として与えられようとも、それは最大遅角量θMm2を超
える無用な遅角（θKm−θMm2）を実行することにな
り、内燃機関の燃費及びエミッションの悪化を招来する
ことになる。そこで、θMm2を超えるときはθKmをガー
ド処理して小さな値θMm2に一致させることが考えられ
る。しかしながら、このようにせっかく学習した値θKm
を単に最大遅角量θMm2よりも大であるとしてガード処
理するならば、内燃機関が負荷L2から負荷L1へと増加す
る間には再度従来のように長い過渡期間が必要で、ノッ
キング制御による遅角補正量θＫが学習値θKmに近付く
期間（第３図の階段状の過渡変化期間）はノッキングが
連続して発生してしまうという問題点を招来するのであ
る。

本発明は上記問題点を鑑みなされたもので、内燃機関の
ノッキング発生を応答性良く抑制することができるとと
もに、無用な遅角による燃費、エミッションの悪化まで
をも防止することのできる優れた内燃機関のノッキング
制御装置を提供することをその目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために本発明の構成した手段は、
第１図の基本的構成図に示すごとく、 内燃機関EGが第１の運転状態より高負荷となったとき
に、前記内燃機関の運転状態によって定まる基本点火時
期と前記内燃機関に発生するノッキングを所定レベル以
下とするように定められる遅角補正量とから前記内燃機
関の点火時期を決定するノッキング制御手段C1と、 前記内燃機関EGが前記ノッキング制御手段C1の作動を開
始する第１の運転状態より高負荷側に定められる第２の
運転状態より高負荷となったとき、前記ノッキング制御
手段C1による遅角補正量の最大値を学習するとともに次
回に前記内燃機関EGの運転状態が前記第２の運転状態よ
り高負荷となったときに前記学習した遅角補正量を前記
ノッキング制御手段C1の初期値として利用する学習手段
C2と、 前記基本点火時期と前記遅角補正量とによって定まる前
記内燃機関EGの点火時期が前記内燃機関EGの負荷によっ
て定まる最大遅角量よりも大きな値となるとき、該最大
遅角量を超えないように前記遅角補正量をガードするガ
ード手段C3とを備えることを特徴とする内燃機関のノッ
キング制御装置をその要旨としている。

［作用］ 本発明におけるノッキング制御手段C1とは、内燃機関EG
の運転状態が第１の運転状態より高負荷となったときに
のみ作動し、該運転状態により定められる基本点火時期
θＢと、内燃機関EGに実際に発生するノッキングを所定
レベルにまで抑制するための遅角補正量θＫとから次式
によって点火時期θを決定する。

θ＝θＢ−θＫ 一方、学習手段C2は、前記ノッキング制御手段C1が作動
する第１の運転状態よりも高負荷である第２の運転状態
で次のような作動を開始する。第１の運転状態よりも高
負荷であるから当然に前記ノッキング制御手段C1は作動
しており、内燃機関EGのノッキングを抑制するための遅
角補正量θＫを算出しつつ内燃機関EGの点火時期θを決
定している。そこで、この学習手段C2は前記ノッキング
制御手段C1が実行している遅角補正量θＫの最大値θKm
を学習して記憶し、次回に内燃機関EGが同様の運転状態
となったとき、前記ノッキング制御手段C1の点火時期θ
の算出に際してその学習値θKmを利用させるのである。
なお、この学習手段C2の学習効率を上げるために、第２
の運転状態をより細分割してその分割された領域毎に１
つの学習値を記憶するようにすることが好ましい。ま
た、遅角補正量θＫの最大値θKmを次回の遅角補正量θ
Ｋとして単純に利用するものでなくともよく、例えば
（θKm−３）［℃Ａ］のごとく所定値減算した値を利用
してもよい。

更に、本発明の構成要件であるガード手段C3とは次のよ
うな作用のものである。内燃機関EGの負荷によって該内
燃機関EGに有効な最大遅角量θMmは一義的に決定される
性質のものであり、この最大遅角量θMm以上の遅角を実
行するならば内燃機関EGに燃費及びエミッションの悪化
を来たすのみで何らの効果も望み得ない。そこで、前記
したノッキング制御手段C1によって利用される遅角補正
量θＫがこの最大遅角量θMm以上の遅角側であるとき、
この遅角補正量θＫの値を押えてθMmと等しい値にす
る、いわゆるガード処理を施すのである。

以下、本発明をより具体的に説明するために実施例を挙
げて詳述する。

［実施例］ まず第４図は実施例であるノッキング制御装置を搭載す
る内燃機関及びその周辺装置を電子制御回路のブロック
図と共に表わす概略構成図である。

１は内燃機関本体、２はピストン、３は点火プラグ、４
は排気マニホールド、５は排気マニホールド４に備えら
れ排ガス中の残存酸素濃度を検出する酸素センサ、６は
内燃機関本体１の吸入空気中に燃料を噴射する燃料噴射
弁、７は吸気マニホールド、８は内燃機関本体１に送ら
れる吸入空気の温度を検出する吸気温センサ、９は内燃
機関に発生しているノッキングを検出するノッキングセ
ンサ、10はスロットルバルブ、11はアイドルスイッチを
内蔵しスロットルバルブの開度を検出するスロットルセ
ンサ、14は吸入空気の脈動を吸収するサージタンク、15
は吸入空気量を検出するエアフロメータ、をそれぞれ表
わしている。

そして16は点火に必要な高電圧を出力するイグナイタ、
17は図示していないクランク軸に連動し上記イグナイタ
16で発生した高電圧を各気筒の点火プラグ３に分配供給
するディストリビュータ、18はディストリビュータ17内
に取り付けられ、ディストリビュータ17の１回転、即ち
クランク軸２回転に24発のパルス信号を出力する回転数
センサを兼ねた回転角センサ、19はディストリビュータ
17の１回転に１発のパルス信号を出力する気筒判別セン
サ、20は制御手段としての電子制御回路、21はキースイ
ッチ、22はキースイッチ21を介して電子制御回路20に電
力を供給するバッテリ、24は車載の変速機、26は変速機
24の出力軸の回転数から車速を検出する車速センサ、を
各々表わしている。

又、電子制御回路20の内部構成について説明すると、図
中、30は各センサより出力されるデータを制御プログラ
ムに従って入力及び演算すると共に、各種装置を作動制
御等するための処理を行なうセントラルプロセシングユ
ニット（CPU）、31は制御プログラム及び初期データが
格納されるリードオンリメモリ（ROM）、32は電子制御
回路20に入力されるデータや演算制御に必要なデータが
一時的に読み書きされるランダムアクセスメモリ（RA
M）、36は各センサからの信号を入力する入力ポート、3
8はイグナイタ16及び各気筒に備えられた燃料噴射弁６
を駆動する出力ポート、39は上記各素子を相互に接続す
るコモンバスである。入力ポート36は、酸素センサ5,吸
気温センサ，ノッキングセンサ9,スロットルセンサ11,
エアフロメータ15からのアナログ信号をA/D変換して入
力する図示しないアナログ入力部と、スロットルセンサ
11内の図示しないアイドルスイッチ，回転角センサ18,
気筒判別センサ19からのパルス信号を入力する図示しな
いパルス入力部とからなっている。又、出力ポート38は
CPU30からの点火時期の指令を受けるとイグナイタ16及
びディストリビュータ17へ制御信号を出力し、点火時期
θに従った各気筒の点火プラグ３による火花点火が実行
されるように作動する。即ち、CPU30が点火時期θの算
出を実行すると、その算出結果に忠実に点火プラグによ
る点火が行なわれるのである。

次に本実施例のノッキング制御装置に関する点火時期の
制御に先立ち、最初に内燃機関の基本的な制御ルーチン
について第５図のフローチャートに拠って説明し、次い
でその中で実行されている点火時期制御につき詳述す
る。

第５図に示すように、内燃機関１の基本的な制御ルーチ
ンは、キースイッチ21がオンされると起動されて、まず
CPU30の内部レジスタのクリア等の初期化を行ない（ス
テップ100）、次に内燃機関１の制御に用いるデータの
初期値の設定、例えば後述するごとく使用されるフラグ
FFを０に設定するといった処理を行なう（ステップ10
5）。続いて内燃機関１の運転状態、例えばエアフロメ
ータ15,回転角センサ18,ノッキングセンサ９等からの信
号を読み込む処理を行ない（ステップ110）、こうして
読み込んだ諸データから、内燃機関１の吸入空気量Ｑや
回転数Ｎ、あるいは負荷Q/N等内燃機関１の制御の基本
となる諸量を計算する処理を行なう（ステップ120）。
以下、ステップ120で求めた諸量に基づいて、更に詳し
くは後述する点火時期制御（ステップ130）や、周知の
燃料噴射量の制御（ステップ170）が行なわれる。ステ
ップ170の終了後、処理はステップ110へ戻って上述の処
理を繰返す。

尚、ここで燃料噴射量の制御は通常の空燃比のフィード
バック制御を行なうものであって、内燃機関１の負荷Q/
Nに基づいて定められる基本燃料噴射量を空燃比フィー
ドバック補正係数などの各種補正項によって補正した燃
料噴射量により、内燃機関１の１回転に２回、同期噴射
を行なうものであるが、内燃機関１運転上の種々の要求
に応じて空燃比フィードバック制御に替えて燃料を増量
するオープン制御やその他の周知の制御を行なうことも
ある。これらの内燃機関の燃料噴射量制御については、
良く知られているので説明は省略する。

次に、第６図のフローチャート及び第７図、第８図の説
明図を用いて、前記点火時期制御ステップ130の処理に
ついて詳細に説明する。

まず、第６図に示すステップ130の詳細な処理につき各
ステップ毎に説明する。ステップ120による負荷Q/N等の
算出が完了するとステップ131にてそれらの負荷や回転
数等から基本点火時期θＢが算出され、次にステップ13
2の処理にて第７図に示す負荷Q/Nと最大遅角量θMmとの
関係を示すマップから現在の負荷に対する最大遅角量θ
Mmの検索が行なわれる。本実施例は、この最大遅角量θ
MmがθMm＞０である領域でノッキング制御の為の処理を
実行するように構成されるもので、次のステップ134に
てθMm＝０であるか否かを判断し、θMm＝０であればス
テップ136にてフラグFFをリセットし、ステップ138によ
ってθＫのガード処理、即ちこの場合にはθMm＝０であ
るから、θＫをθMmと一致させるθＫ←θMmの処理を実
行する。そして、このようにして決定された基本点火時
期θＢと遅角補正量θＫとの値から次式による実行すべ
き点火時期θが算出されるのであり（ステップ140）、
その後前述した燃料噴射制御の処理（ステップ170）へ
と進む。一方、ステップ134でθMm≠０であると判断さ
れると、ステップ110で読み込まれたノッキングセンサ
９の出力から基本点火時期θＢからどの程度遅角すべき
かを示す遅角補正量θＫの算出が行なわれる（ステップ
142）。これは通常のノッキング制御と同様の処理であ
り、ノッキングセンサ９の出力が所定レベル以上のノッ
キング発生を示すものであるときは遅角補正量θＫを徐
々に大きくし、逆にノッキングを発生していないと判断
されるときには遅角補正量θＫは徐々に小さな値へと更
新されるのである。こうして現在の内燃機関１の運転状
態に対して最適の遅角補正量θＫが算出されると、次の
ステップ144が実行され現在の内燃機関１の運転状態は
学習領域内であるか否かが判断される。本実施例では第
８図に図示するように、遅角補正量θＫの算出のなされ
る領域（KCS領域）よりも高負荷側を３つに分割した学
習領域A,B及びＣが設定されている。そこで、このいず
れかの領域内に内燃機関１の運転状態が入っているか否
かを判断し、学習領域外であるときには前述したステッ
プ136、ないしステップ140が実行される。即ち、この場
合には遅角補正量θＫがθMmを超えるものでなければθ
＝θＢ−θＫによって実行する点火時期θが算出され、
θＫ＞θMmである場合にはガード処理（ステップ138）
にてθMmの値に一致するように再設定された遅角補正量
θＫを用いてθ＝θＢ−θＫの算出がなされるのであ
る。

次に、ステップ144でいずれかの学習領域内であると判
断された場合について説明する。このときには、まず次
のステップ146でフラグFFが「１」にセットされている
か否かが判断される。フラグFFは前述のようにKCS領域
外及び学習領域外での運転状態のときにはステップ136
の処理で常にリセットされるものである。従って、内燃
機関１の運転状態が初めて学習領域に入る程の高負荷と
なったときには必ずFF＝「０」の状態であり、その処理
はステップ148へ移行する。このステップ148では内燃機
関１の運転状態が入っている学習領域の学習値θGA,θG
B又はθGC（以下、θＧという）から３［℃Ａ］減算し
た値と前記ステップ142で算出した遅角補正量θＫとの
大小関係が判断され、θＫ＜θＧ−３の場合のみ次のス
テップ150の実行によってθＫの内容がθＧ−３に書き
換えられ、その後、学習領域に初めて入ったときの特殊
な処理は終了したとしてフラグFFが「１」にセットされ
（ステップ152）、学習値θＧには現在の遅角補正量θ
Ｋが記憶されるのである（ステップ154）。こうして学
習値θＧ、遅角補正量θＫの処理が完了すると前述同様
にステップ138、ステップ140によるθＫのガード処理及
び実行する点火時期θの算出を行なうのである。また、
フラグFFが「１」にセットされた後、即ち、内燃機関１
の運転状態が学習領域に入ってからの２回目以後の処理
は、ステップ146の判断によってステップ156へと移行す
る。ここでは前述のステップ142で算出された遅角補正
量θＫと既に少なくとも１回の学習を完了している学習
値θＧとの大小比較がなされ、θＫ≧θＧである場合の
みステップ158が実行されて学習値θＧが更新され、そ
の後前述したステップ138、ステップ140の処理がなされ
るのである。

以上のように構成、制御される本実施例のノッキング制
御装置による内燃機関１の点火時期制御によれば、次の
ような効果が明らかである。

即ち、学習値θＧを記憶していることから内燃機関１が
いずれかの学習領域に入ったときには直ちに該学習値θ
Ｇが遅角補正量θＫの初期値として利用され、ノッキン
グ制御の応答性が確保される。従来、学習領域とKCS領
域とは一致させていたが、本実施例では第７図及び第８
図に示すようにその学習領域を高負荷側に移動させてい
る。従って、このときKCS領域ではあるが学習領域とは
ならない部分についてノッキング制御の充分な応答性が
確保されるかどうかが問題となるが、第７図に最大遅角
量θMmと負荷との関係を図示するように、このような低
負荷の領域においては最大遅角量θMmが小さな値であ
り、KCS領域での遅角補正量θＫの増減のみによって充
分にノッキングを抑えることが可能であることは明らか
である。

更に、本実施例のノッキング制御装置によれば点火時期
が無用に遅角側となり、燃費及びエミッションが悪化す
ることのないように最大遅角量θMmによる遅角補正量θ
Ｋのガード処理が実行される。また、この最大遅角量θ
Mmの概念を導入したことにより、内燃機関１が低負荷側
の学習領域に入ったときに前回の高負荷時の学習値θＧ
を遅角補正量θＫの初期値として使用し、その値が前記
最大遅角量θMmで制限されるといった従来の問題点が浮
かび上がる。しかし、この点についても本実施例のノッ
キング制御装置は第７図及び第８図に示すごとく学習領
域とKCS領域とを別異のものとし、学習領域を高負荷側
に移動させた構成をとっている。従って、第７図に１例
を示すごとく、前回の高負荷（LO1）時に学習された遅
角補正量θＫの最大値θKmは学習値θＧに記憶され、次
回の制御に備えるが、この値は充分高負荷側に定められ
た学習領域に内燃機関１の運転状態が入るまでは反映さ
れず、それまでのKCS領域（負荷LO2）ではノッキングセ
ンサ９の出力による遅角補正量θＫの更新が実行される
のみである。そして、最大遅角量θMmとして大きな値が
必要とされる高負荷状態となったとき、直ちに学習値θ
Ｇが遅角補正量θＫの値として利用されるのである。こ
のようなとき、低負荷側で学習値を反映させなくともノ
ッキングが充分に抑制されるのは前述の通りである。

［発明の効果］ 以上、実施例を挙げて詳述したごとく本発明の内燃機関
のノッキング制御装置は、 内燃機関が第１の運転状態より高負荷となったときに、
前記内燃機関の運転状態によって定まる基本点火時期と
前記内燃機関に発生するノッキングを所定レベル以下と
するように定められる遅角補正量とから前記内燃機関の
点火時期を決定するノッキング制御手段と、 前記内燃機関が前記ノッキング制御手段の作動を開始す
る第１の運転状態より高負荷側に定められる第２の運転
状態より高負荷となったとき、前記ノッキング制御手段
による遅角補正量の最大値を学習するとともに次回に前
記内燃機関の運転状態が前記第２の運転状態より高負荷
となったときに前記学習した遅角補正量を前記ノッキン
グ制御手段の初期値として利用する学習手段と、 前記基本点火時期と前記遅角補正量とによって定まる前
記内燃機関の点火時期が前記内燃機関の負荷によって定
まる最大遅角量よりも大きな値となるとき、該最大遅角
量を超えないように前記遅角補正量をガードするガード
手段と を備えることを特徴とするものである。

従って、ノッキングの抑制が低負荷域から高負荷域まで
の広い範囲にわたって応答性高くかつ高精度に実行され
る。しかも、そのために無用な遅角は一切行なわず、内
燃機関の燃費やエミッション等も常に最良状態が維持さ
れるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な構成図、第２図及び第３図は
従来の技術の説明図であり、第２図はノッキング制御領
域と学習領域との関係説明図、第３図は最大遅角量と負
荷との関係説明図、第４図は実施例の概略構成説明図、
第５図はその実施例で実行される基本的制御ルーチンの
フローチャート、第６図はその基本的制御ルーチン内の
点火時期制御の流れを詳述したフローチャート、第７図
はその実施例における遅角補正量の過程説明図、第８図
はその実施例のKCS領域と学習領域との関係説明図を示
す。 C1…ノッキング制御手段 C2…学習手段 C3…ガード手段 １…内燃機関 ３…点火プラグ ９…ノッキングセンサ 20…電子制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関が第１の運転状態より高負荷とな
   ったときに、前記内燃機関の運転状態によって定まる基
   本点火時期と前記内燃機関に発生するノッキングを所定
   レベル以下とするように定められる遅角補正量とから前
   記内燃機関の点火時期を決定するノッキング制御手段
   と、 前記内燃機関が前記ノッキング制御手段の作動を開始す
   る第１の運転状態より高負荷側に定められる第２の運転
   状態より高負荷となったとき、前記ノッキング制御手段
   による遅角補正量の最大値を学習するとともに次回に前
   記内燃機関の運転状態が前記第２の運転状態より高負荷
   となったときに前記学習した遅角補正量を前記ノッキン
   グ制御手段の初期値として利用する学習手段と、 前記基本点火時期と前記遅角補正量とによって定まる前
   記内燃機関の点火時期が前記内燃機関の負荷によって定
   まる最大遅角量よりも大きな値となるとき、該最大遅角
   量を超えないように前記遅角補正量をガードするガード
   手段と を備えることを特徴とする内燃機関のノッキング制御装
   置。