JPH0692790B2

JPH0692790B2 - 内燃機関のノツキング制御装置

Info

Publication number: JPH0692790B2
Application number: JP24987085A
Authority: JP
Inventors: 紹男住沢; 隆司植野; 明人山本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-11-06
Filing date: 1985-11-06
Publication date: 1994-11-16
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPS62111148A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、自動車等内燃機関の過給圧および点火時期を
制御してノッキングを制御する装置に関する。

（従来の技術）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えると最大トルク時の最小進角、い
わゆるMBT（Minimum advance for Best Torque）付近で
点火するのが最良と知られており、機関の状態によりMB
T点火時期を変えるといういわゆるMBT制御が行われる。

ところが、ある機関状態においては点火時期を進めて行
くとノッキングが生じ、安定な機関運転を行うことがで
きない。例えば、低速回転、低負荷時においてMBTより
も進角側にノッキング限界があるが、高速回転、高負荷
時においてはMBTよりも遅角側にノッキング限界がきて
いる。また、ノッキング限界は温度、湿度等の大気条件
にも影響を受けやすい。

そこで、ノッキングの有無に応じて点火時期を制御する
といういわゆるノッキング制御を上記MBT制御併用する
という方式のものが開発されており、例えばそのような
ものとしては特開昭58−82074号公報に記載の装置があ
る。

この装置では、燃焼室内の圧力（以下、筒内圧という）
を検出して、その圧力が最大となるクランク角度（以
下、燃焼ピーク位置という）θpamxが機関の発生トルク
を最大にする所定位置にくるように点火時期をMBT制御
する。また、同時に筒内圧の検出信号を信号処理回路を
通すことでノッキングを検出し、そのノッキングレベル
が所定値を超えたときにはMBT制御よりも優先してノッ
キングを回避すべく点火時期を遅角側に制御する。これ
により、ノッキングを抑制しつつ機関の発生トルクを出
来るだけ大きくして運転性能の向上を意図している。こ
のように、ノッキングを抑制するために点火時期を制御
するのは、点火時期の制御が容易であるために広く採用
されているものと考えられる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の内燃機関のノッキング
制御装置にあっては、本来であれば機関の発生トルクを
最大にする最も燃焼状態の良好なタイミングに設定され
ている点火時期をノック抑制のために遅角制御する構成
となっていたため、点火時期の遅角により燃焼状態が悪
化し、各運転条件で最良の燃焼状態が得られない。この
ため、燃費の悪化や点火プラグのくすぶり、あるいは排
気温度の上昇により排気触媒の寿命を短かくする、さら
にはピストン焼損等の危険性がある等エンジンの運転性
能に種々の悪影響が発生する。

一方、ノッキングの抑制には過給圧を制御すれば良いこ
とも知られており、例えばそのようなものとしては本出
願人が先に提案した特開昭58−72644号公報に記載の装
置がある。

この装置ではノック発生時に点火時期を制御するととも
に、その遅角量が一定値を超えたときは過給圧を制御す
る。また、過給圧が一定値以下のときは点火時期を制御
している。なお、MBT制御については開示されていな
い。

上記装置によれば、点火時期を制御したときトルク低下
が少ない場合には有効であるが、あくまでもその遅角量
が一定値を超えたときに初めて過給圧を制御するもので
ある。したがって、そのときの運転条件に対してノック
を抑制しつつ最良の燃焼状態を維持するという点では改
善の余地がある。また、上記装置にMBT制御を適用した
としても、ノック発生時に常に遅角制御されてしまう点
に関しては、前述の特開昭58−82074号公報に記載の技
術と同様の問題点が残る。

（発明の目的）そこで本発明は、過給圧を検出し、絞弁下流の吸気管圧
力を検出し、該圧力が大気圧よりも高いときには吸入空
気の過給のコントロールを、また、該圧力が大気圧より
も低いときには点火時期の遅進角を行うことにより、MB
T制御を優先しつつノックを適切に回避するとともに、
常に最良の燃焼状態となるように点火時期を維持して、
エンジンの運転性能を向上させることを目的としてい
る。

（発明の構成）本発明による内燃機関のノッキング制御装置はその基本
概念図を第１図に示すように、エンジンの燃焼圧力を検
出する圧力検出手段ａと、エンジンの運転状態を検出す
る運転状態検出手段ｂと、エンジンの吸入空気を過給す
る過給手段ｃと、絞弁下流の吸気管圧力を検出する吸気
管圧検出手段ｄと、圧力検出手段ａの出力に基づいてエ
ンジンのノッキングレベルを検出するノック検出手段ｅ
と、圧力検出手段ａの出力に基づいて燃焼圧力が極大と
なる燃焼ピーク位置を検出するピーク位置検出手段ｆ
と、燃焼ピーク位置がエンジンの発生トルクを最大とす
る所定位置になるように点火時期を補正するピーク補正
量を演算する演算手段ｇと、運転状態に基づいて基本点
火時期を設定し、該基本点火時期をピーク補正量に応じ
て補正するとともに、絞弁下流の吸気管圧力が大気圧よ
りも低いときノッキングレベルが所定値以下となるよう
に基本点火時期を補正する点火時期設定手段ｈと、点火
時期設定手段ｈの出力に基づいて混合気に点火する点火
手段ｉと、絞弁下流の吸気管圧力が大気圧よりも高いと
きノッキングレベルが所定値以下となるように絞弁下流
の吸気管圧力を制御する制御信号を出力する吸気管圧制
御手段ｊと、制御信号に基づいて絞弁下流の吸気管圧力
を変える吸気管圧操作手段ｋと、を備えたことを特徴と
するものである。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜６図は本発明の第１実施例を示す図である。ま
ず、構成を説明する。第２図において、１はエンジンで
あり、吸入空気はエアクリーナ２より吸気管３を通して
各気筒に供給され、燃料は噴射信号Siに基づきインジェ
クタ４により噴射される。各気筒には点火プラグ５が装
着されており、点火プラグ５には高圧発生ユニット６か
らの高圧パルスPiが供給される。点火プラグ５および高
圧発生ユニット６は混合気に点火する点火手段７を構成
しており、点火手段７は点火信号Spに基づいて高圧パル
スPiを発生し放電させる。

そして、気筒内の混合気は高圧パルスPiの放電によって
着火、爆発し、排気となって排気管８を通して触媒コン
バータ９に導入され、触媒コンバータ９内で排気中の有
害成分（CO、HC、NOx）を三元触媒により清浄して排出
される。

吸気管３には排気ターボ過給機（過給手段）10のコンプ
レッサ10aが配設されており、コンプレッサ10aは排気管
８に配設されたタービン10bに連結される。排気ターボ
過給機10は排気によってタービン10bを駆動し、これと
連動するコンプレッサ10aによりエンジンの吸入空気を
過給する。タービン10bを通過する排気の流量はウエス
トゲートバルブからなる電磁弁（吸気管圧操作手段）11
により制御され、電磁弁11はデューティ値を有する制御
信号Skに基づき排気の一部を大気に逃がすことによりタ
ービン10bにかかる圧力を調節して絞弁13下流の吸気管
圧力（以下、過給圧Paと言う）を制御する。

吸入空気の流量Qaはエアフロメータ12より検出され、吸
気管３内の絞弁13によって制御される。エンジン１の燃
焼圧力は筒内圧センサ14により検出され、筒内圧センサ
14の出力S₁は信号処理回路15に入力される。信号処理回
路１は筒内圧センサ14の出力S₁に基づいて燃焼振動エネ
ルギに関連する物理量に相当する積分値Ｓや燃焼ピーク
位置θpamxを検出するもので、詳細な構成は後述する。
また、過給圧Paすなわち絞弁13下流の吸気管圧力は、過
給圧センサ（吸気管圧検出手段）16により検出され、エ
ンジン１のクランク角はクランク角センサ17により検出
される。

クランク角センサ17は爆発間隔（６気筒エンジンではク
ランク角で120゜、４気筒エンジンでは180゜）毎に各気
筒の圧縮上死点（TDC）前の所定位置、例えばBTDC70゜
で〔Ｈ〕レベルのパルスとなる基準位置信号Caを出力す
るとともに、クランク角の単位角度（例えば、１゜）毎
に〔Ｈ〕レベルのパルスとなる単位信号C₁を出力する。
なお、信号Caのパルスを計数することにより、エンジン
回転数Neを知ることができる。エアフローメータ12およ
びクランク角センサ17は運転状態検出手段18を構成して
いる。

上記各センサ12、15、16、17からの信号はコントロール
ユニット（C/U）20に入力されており、コントロールユ
ニット20はこれらのセンサ情報に基づいて点火時期制御
（その他噴射量制御もあるが、ここでは省略する）を行
う。

前述の信号処理回路15はノック検出手段およびピーク位
置検出手段としての機能を有し、具体的には、例えば第
３図に示すようにチャージアンプ21、マルチプレクサ
（MPX）22、バンドパスフイルタ（BPF）23、整流器24、
積分器25、ローパスフィルタ（LPF）26およびピーク位
置検出回路27により構成される。

筒内圧センサ14は気筒毎（本実施例では６気筒）に配設
されており（第３図では14a〜14fで示す）、これらの筒
内圧センサ14a〜14fは点火プラグ５の座金として形成さ
れ共締めされている。筒内圧センサ14a〜14fは気筒内の
燃焼圧力を圧電素子によって電荷に変換し、電荷出力S₁
をチャージアンプ21に出力する。チャージアンプ21は電
荷−電圧変換増幅器からなり、電荷出力S₁を電圧信号S₂
に変換してマルチプレクサ22に出力する。マルチプレク
サ22はクランク角センサ17からの基準位置信号Caに基づ
いてチャージアンプ21からの信号S₂を気筒毎に択一的に
切換え信号S₃としてバンドパスフイルタ23およびローパ
スフィルタ26に出力する。バンドパスフイルタ23は信号
S₃のうちノッキング振動に対応する周波数帯（例えば、
5KHz〜20KHz）の信号のみを通過させ信号S₄として整流
器24に出力し、整流器24は信号S₄を全波整流（半波整流
でもよい）し整流信号S₅として積分器25に出力する。積
分器25はノイズの排除を考慮して所定クランク角の間、
例えば圧縮上死点（TDC）後10゜〜45゜の間のみ整流信
号S₅を積分し燃焼振動エネルギに関連する物理量に相当
する積分値Ｓとして出力する。

一方、ローパスフィルタ26は信号S₃のうち高周波成分を
カットし信号S₆としてピーク位置検出回路27に出力し、
ピーク位置検出回路27は信号S₆に基づいて燃焼ピーク位
置θpamxを検出する。

第４図は第２図に示した全体構成図をブロック的に表し
た図である。

第４図において、コントロールユニット20は演算手段、
点火時期設定手段および吸気管圧制御手段としての機能
を有し、CPU31、ROM32、RAM33およびI/Oポート34により
構成される。CPU31はROM32に書き込まれているプログラ
ムに従ってI/Oポート34より必要とする外部データを取
り込んだり、また、RAM33との間でデータの授受を行っ
たりしながらノック制御およびMBT制御に必要な処理値
を演算処理し、必要に応じて処理したデータをI/Oポー
ト34に出力する。I/Oポート34には運転状態検出手段1
8、過給圧センサ16および信号処理回路15からの信号が
入力されるとともに、I/Oポート34からは制御信号Skお
よび点火信号Spが出力される。点火信号Spは点火手段７
に入力されており、点火手段７のうち高圧発生ユニット
６は第５図に詳細を示すように点火コイル35、電源36お
よびトランジスタQ1からなり、点火信号Spに基づきトラ
ンジスタQ1をON/OFF制御して点火コイル35の２次側に高
電圧Piを発生させて点火プラグ５に供給する。なお、こ
のような高圧発生ユニット６は気筒毎に設けられる。

次に作用を説明する。

第６図はROM32に書き込まれているノック制御およびMBT
制御のプログラムを示すフローチャートであり、本プロ
グラムは所定時間毎に一度実行される。

まず、P₁でエンジン１の運転状態を表すパラメータであ
るエンジン回転数Neと吸入空気量Qaを読み込む。回転数
Neはクランク角センサ17からの基準位置信号Caのパルス
を計数して（あるいはパルスの間隔幅を計測してもよ
い）算出し、吸入空気量Qaはエアフロメータ12の出力信
号をA/D変換して算出する。次いで、P₂で回転数Neと吸
入空気量Qaをパラメータとするテーブルマップから基本
点火時期ADVをルックアップする。P₃ではピーク位置検
出回路27から燃焼ピーク位置θpamxを読み込み、P₄でこ
れを目標ピーク位置θ_０と比較する。目標ピーク位置θ
_０はエンジン１の燃焼状態が最も良好となるように目標
となるθpamxであり、エンジンの種類によらず略一定の
値（例えば、θ_０＝ATDC15〜20゜）である。

θpamx＞θ_０のときは点火時期が進んでいると判断し、
P₅で次式に従って基本点火時期ADVを遅角側に補正す
る点火補正量（ピーク補正量に相当）Ｍを演算する。

Ｍ＝k₁（θpamx−θ_０）＞０ …… 但し、k₁:制御ゲイン一方、θpamx≦θ_０のときは点火時期が遅れていると判
断し、P₆で次式に従って点火補正量Ｍを演算する。

Ｍ＝k₂（θpamx−θ_０）＜０ …… 但し、k₂:制御ゲインこれらP₅、P₆のステップ処理によりθpamxが目標値であ
るθ_０に一致するように点火時期のMBT制御が実行さ
れ、発生トルクを最も大きくするように燃焼状態が制御
される。

次いで、P₇で過給圧Paを制御している電磁弁11の基本デ
ューティ値Dwを演算する。これは、基本点火時期ADVと
同様に回転数Neと吸入空気量Qaをパラメータとするテー
ブルマップから該当する最適値をルックアップすること
により求める。P₈では吸気の過給圧PaをA/D変換して読
み込むとともに、ノックレベルを表す積分器25の出力で
ある積分値Ｓを読み込む。P₉で積分値Ｓをノック判断基
準値（スライスレベル）S₀と比較する。Ｓ＞S₀のときは
ノックレベルが所定値を超えていることからノッキング
が発生していると判断してP₁₀に進む。一方、Ｓ≦S₀の
ときはノックレベルが所定値以下であるからノッキング
が発生していないと判断してP₁₁に進む。P₁₀では実際の
過給圧Paが大気圧に比べて高い（以下、正と言う）か低
い（以下、負と言う）かを判別、すなわち、Paが正とな
る加速走行や非常な高速走行状態であるか、又はPaが負
となる定常走行等の低負荷状態であるかを判別し、正で
あるときはP₁₂で次式に従って基本デューティ値Dwを
減少補正する過給補正量Ｋを演算してP₁₃に進む。

Ｋ＝k₃（Ｓ−S₀）＞０ …… 但し、k₃:制御ゲイン一方、過給圧Paが負であるときは点火時期の遅角補正に
よりノックを抑制するためP₁₄で次式に従って基本点
火時期ADVを遅角補正する点火補正量Ｍを演算してP₁₃に
進む。

Ｍ＝k₄（Ｓ−S₀）＞０ …… P₁₃では次式に従って最終点火時期Ｃを演算し、これ
に対応するタイミングで点火信号Spを出力するととも
に、次式に従って最終デューティ値Ｄを演算し、この
デューティ値Ｄを有する過給圧の制御信号Skを出力す
る。

Ｃ＝ADV＋Ｍ …… Ｄ＝Dw＋Ｋ …… したがって、Ｃに対応するタイミングで混合気に点火さ
れ、またデューティ値Ｄに対応するように過給圧Paが制
御される。

このように、ノッキングが発生しているときはそのとき
の過給圧Paの状態により制御態様を選択し、Pa＞０のと
きは過給圧Paを減少補正した方がトルク低下が少ないと
判断してそれを実行する。一方、Pa＜０のときは点火時
期を遅角補正した方がトルク低下が少ないと判断してそ
れを実行する。したがって、MBT制御を優先して実行し
つつ、トルク低下が最も少なくなるようにノックを抑制
するべく過給圧Paあるいは点火時期が適切に制御され
る。

一方、ノッキングが発生していないと判断してP₁₁に進
んだときは、P₁₁でP₁₀と同様に過給圧Paの正、負を判別
する。Pa＞０のときはP₁₅で次式に従って基本デュー
ティ値Ｄを増大補正するように過給補正量Ｋを演算して
P₁₃に進む。

Ｋ＝k₅（Ｓ−S₀）＜０ …… 但し、k₅:制御ゲインまた、Pa＜０のときはP₁₆で次式に従って点火時期を
進角させるように点火補正量Ｍを演算してP₁₃に進む。

Ｍ＝k₆（Ｓ−S₀）＜０ …… このように、ノッキングが発生していないときはそのと
きの過給圧Paの状態により制御態様を選択する。。すな
わち、Pa＞０のときは過給圧Paを増大補正した方がエン
ジン出力の増大に寄与すると判断してそれを実行し、Pa
＜０のときは点火時期を進角補正した方がエンジン出力
の増大に寄与すると判断してそれを実行する。したがっ
て、MBT制御を実行しつつ、なおかつエンジン出力を増
大させるように過給圧Paあるいは点火時期が適切に制御
される。

以上のことから明らかであるように、MBT制御を優先し
て実行しつつノック発生の有無に応じてそのときの運転
条件から過給圧Pa又は点火時期の何れを制御すればトル
ク低下が最も少なくなるかが適切に判断され、常に燃焼
状態が最良になるように点火時期が制御される。。した
がって、ノッキング抑制に際して従来と異なり点火時期
が不本意に遅角されることがなくなり、従来例として指
摘したような各種不具合を防止することができ、エンジ
ンの運転性能を向上させることができる。

すなわち、常に良好な燃焼状態に維持されることから、
無駄な燃料を噴射せずにすみ燃費の向上を図ることがで
きるとともに、点火プラグ５のくすぶりを避けることが
できる。また、点火時期の遅角し過ぎに伴う排気温度の
上昇が避けられるため、排気触媒の寿命が長くなるとと
もに、排気ターボ過給機10のタービン10bからコンプレ
ッサ10aに伝達される熱量が少なくなるため吸気温度の
上昇を抑制していわゆる充填効率を高めることができ
る。

第７図は本発明の第２実施例を示す図であり、本実施例
では吸気管圧操作手段の制御態様が第１実施例と異な
る。すなわち、同図に示すように絞弁13下流側の吸気管
３にはインテークリリーフバルブからなる電磁弁（吸気
管圧操作手段）41が配設されており、電磁弁41はコント
ロールユニット20から出力される制御信号Skに基づきそ
のデューティ値Ｄに応じて吸気の過給圧を制御する。

したがって、本実施例でも第１実施例と同様の効果を得
ることができる他、特に第１実施例の場合に比して過給
圧制御の応答性が速いという利点がある。

なお、上記各実施例で理解されるように本発明は過給圧
Paを制御したときトルク低下が少ない場合には、極めて
有効にその効果が期待である。

（効果）本発明によれば、MBT制御を優先しつつノックを適切に
回避しながら常に最良の燃焼状態となるように点火時期
を維持することができ、エンジンの運転性能を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜６図は本発明の第
１実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第
３図はその信号処理回路の詳細なブロック構成図、第４
図はその全体的なブロック構成図、第５図はその高圧発
生ユニットの回路図、第６図はそのノック制御およびMB
T制御のプログラムを示すフローチャート、第７図は本
発明の第２実施例を示すその全体構成図である。１……エンジン、７……点火手段、 10……排気ターボ過給機（過給手段）、 11、41……電磁弁（吸気管圧操作手段）、 14……筒内圧センサ（圧力検出手段）、 15……信号処理回路（ノック検出手段、ピーク位置検出
手段）、 16……吸気管圧センサ（過給圧検出手段）、 18……運転状態検出手段、 20……コントロールユニット（演算手段、点火時期設定
手段、吸気管圧制御手段）。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）エンジンの燃焼圧力を検出する圧力検
出手段と、ｂ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段
と、ｃ）エンジンの吸入空気を過給する過給手段と、ｄ）絞弁下流の吸気管圧力を検出する吸気管圧検出手段
と、ｅ）圧力検出手段の出力に基づ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、ｆ）圧力検出手段の出力に基づいて燃焼圧力が極大とな
る燃焼ピーク位置を検出するピーク位置検出手段と、ｇ）燃焼ピーク位置がエンジンの発生トルクを最大とす
る所定位置になるように点火時期を補正するピーク補正
量を演算する演算手段と、ｈ）運転状態に基づいて基本点火時期を設定し、該基本
点火時期をピーク補正量に応じて補正するとともに、絞
弁下流の吸気管圧力が大気圧よりも低いときノッキング
レベルが所定値以下となるように基本点火時期を補正す
る点火時期設定手段と、ｉ）点火時期設定手段の出力に基づいて混合気に点火す
る点火手段と、ｊ）絞弁下流の吸気管圧力が大気圧よりも高いときノッ
キングレベルが所定値以下となるように絞弁下流の吸気
管圧力を制御する制御信号を出力する吸気管圧制御手段
と、ｋ）制御信号に基づいて絞弁下流の吸気管圧力を変える
吸気管圧操作手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関のノッキング制御装
置。