JPH0730734B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置

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JPH0730734B2
JPH0730734B2 JP62220017A JP22001787A JPH0730734B2 JP H0730734 B2 JPH0730734 B2 JP H0730734B2 JP 62220017 A JP62220017 A JP 62220017A JP 22001787 A JP22001787 A JP 22001787A JP H0730734 B2 JPH0730734 B2 JP H0730734B2
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air
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control
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knocking
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佳久 川村
正明 内田
博通 三輪
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は内燃機関の制御装置の改良に関する。
(従来の技術) 機関の制御装置には、ノッキングを検出するセンサを設
けておき、ノッキングが生じると点火時期を遅角側に制
御しあるいは空燃比をノッキングが生じない側(リッチ
側)に変更するものがある(点火時期制御については、
特開昭60−26172号公報参照)。ここに、軽いノッキン
グ状態を生じるようなレベルを所定レベルとして設定
し、この所定レベルを目標値として点火時期や空燃比の
フィードバック制御(このような制御を以下「ノック制
御」と称す。)が行なわれる。これは、機関に悪影響を
与える強いノッキングは避けなければならないものの、
軽いノッキングはそれ自体機関に悪影響を与えるもので
なく、燃焼効率の向上により却って燃費が良好となるか
らである。
さらに、個体差や経時変化に伴う誤差の解消を目的とし
て、点火時期制御や空燃比制御に学習機能を備えさせた
ものも提案されている(空燃比制御について特開昭55−
96339号公報参照)。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比領域で
は、定常や過渡に関係なく十分な機関出力が得られるの
で、ノッキングを回避しつつ空燃比をできるだけリーン
化することができれば過渡時に出力不足を生じるといっ
たこともなく、却って無駄な燃料消費を抑えることがで
きる。
ここに、このような制御を行おうとすれば、ノック制御
と空燃比制御とを同時に、すなわち要求に応じて点火時
期と空燃比とを同時に制御することが必要となる。しか
しながら、従来例ではノック制御の内容は点火時期ある
いは空燃比の一方のみの制御であるため、両方を同時に
制御するものではない。これは、ノッキングを回避する
点にだけ主眼が置かれているためで、なるたけ空燃比を
リーン化して燃費向上をも図るということまでは考慮さ
れていないからである。
一方、機関制御に制限を与える因子に熱負荷があり、こ
れに対する措置、すなわち排気温度が所定値を越えない
ように制御を行うことが必要となる。たとえば、高回転
時に排気弁後流の温度が所定値を越えたり低回転時に触
媒後流の温度が所定値を越えたりすると、機関本体や触
媒装置を傷めてしまうからである。
さらに、圧縮比,空気量センサの検出精度あるいは燃焼
室の冷却効率の相違にて空燃比や点火時期にばらつきを
生じ、これにて最低燃費点から外れてくることを考慮す
ると、学習機能を付与することも必要である。
この発明はこのような従来の問題点を解決することを目
的とする。
(問題点を解決するための手段) この発明は、第1図に示すように、ノッキングを検出す
るセンサ1と、このノッキングセンサ1の検出信号をノ
ッキング強度に応じた信号に変換する手段2と、変換さ
れたノッキング強度に応じた信号とその目標値との偏差
から得られる点火時期のフィードバック量(たとえば
β)と点火時期に関する学習値(LADV)に基づいてノッ
ク制御を行う手段3と、このノック制御を行いつつ空燃
比をリーン側に変化させる手段6と、排気温度(たとえ
ば排気弁後流や触媒温度後流の温度)が排温限界にある
かどうかを判定する手段8と、排温限界にあることが判
定されたときに前記リーン側への空燃比変化を停止させ
ると共に、そのときの前記フィードバック量(β)に基
づいて対応する学習値(LADV)の更新を行う手段9とを
設けた。なお、7は排気温度検出手段である。
(作用) 空燃比のリーン化とノック制御とが同時に行われると、
リーン化に伴う燃料減量が行われることで、燃費が向上
する。しかも、検出される排気温度が排温限界内に収ま
るようにされるので、機関本体や触媒装置に限界以上の
熱負荷が作用することはない。また、学習機能の付与に
より制御が高精度に保持される。
なお、ノック限界と排温限界の範囲内で機関出力を最大
とする点の空燃比は、理論空燃比よりもリッチ側の空燃
比領域に収まるので、空燃比が理論空燃比よりもリーン
化することに伴って過渡時に出力不足が生じるといった
問題が生じることはない。
また、定常時や過渡時といった運転域に関して、本発明
の制御域は限定されることがなく、総ての運転域につい
て行なわれる。このため、特定の運転域に制御を限定す
るものと比較すれば、総合燃費の点で有利となる場合も
有り得る。
(実施例) 本発明をV型6気筒機関に適用した実施例を第2図に示
すと、23Aと23Bは点火プラグの座金部に装着する座金型
筒内圧センサで、センサ23Aと23Bの出力する電荷量はチ
ャージアンプ24Aと24Bにて電圧値に変換され、このチャ
ージアンプ出力はノッキング信号検出回路25Aと25Bに入
力される。このノッキング信号検出回路25Aと25Bでは、
ノッキングに固有の高周波の信号だけが分離され、この
ノッキング信号がマルチプレクサ40に入力される。
29はクランク角の単位角度(たとえば1゜)毎の信号と
所定角度(120゜)毎の信号(基準信号)を発生するク
ランク角センサで、入出力ポート(I/O)39に入力され
る。単位角度信号からは機関回転数Nが求められ、基準
位置信号からは気筒判別がなされる。
31は吸入空気量Qaを検出するセンサ(たとえばフラップ
式やホットワイヤ式のエアフローメータ)、32は理論空
燃比だけなくそれ以外の空燃比をも検出することのでき
るセンサ、33と34はそれぞれ排気弁後流の排出温度(EX
TEMP)と触媒後流の排気温度(CATTEMP)を検出するセ
ンサで、各センサからの信号はマルチプレクサ40に入力
される。
35はセンサ類からの各種の信号が入力されるコントロー
ルユニットで、CPU36,ROM37,RAM38及びI/O39のほかマル
チプレクサ40,A/D変換器41及びデジタルポート42を備え
る。コントロールユニット35では、運転条件信号と空燃
比及び点火時期の各フィードバック信号に基づいて出力
すべき燃料噴射パルス幅(出力噴射パルス幅)Tiと、出
力すべき点火進角値(出力進角値)ADVとをそれぞれ演
算し、これを噴射パルスと点火パルスに変換して図示し
ない燃料噴射弁と点火装置に向け出力する。
さて、第3図は機関に及ぼす空燃比と点火時期の影響を
示しており、同図に基づいてこの発明の制御の考えかた
を説明すると、その手順は下記のようになる。
(1)いま仮に制御開始を図示のL点とすると、まず、
そのときの空燃比を一定としてノック制御を行う。この
制御を所定時間行うと、ノック限界のM点に達する。
(2)M点に達したら空燃比をリーン化しながらノック
制御を行わせる。これにより制御点はノック限界に沿っ
て排温限界へと向かう。
(3)排温限界との交点Nがサーチされたら、その点の
空燃比と点火時期の各フィードバック量(δ×αとβ)
に基づいて対応する学習値(LFBAとLADV)の更新を行
う。
(4)以後はこの各学習値を用いて機関制御を行う。
ここに、これらの制御を要約すれば、ノック制御を行い
ながら空燃比をできるだけリーン化し、しかもこの制御
を排温限界内で行わせることである。そして、こうした
制御は第4図で果たされる。
なお、第3図に示す最適制御点Nの空燃比は理論空燃比
よりもリーン化した値となることはない。これは論理空
燃比よりもリーン化した値となる前に排温限界のほうが
先にくるからである。ここに、本発明の制御域は理論空
燃比よりもリッチ側の空燃比領域となり、当該領域にあ
る限り過渡時にも十分な出力が得られるので、制御域を
定常に限るといった制限は設けられていない。
第4図は制御全体の流れを示し、同図においては、従来
より行なわれている点火時期によるノック制御(ステッ
プ)をそっくり用いるともに、空燃比制御を若干修正
して(ステップ)、本発明の制御を行う。そこで、前
提となるこれらの制御を先に説明する。
(I)空燃比制御 空燃比制御においては出力噴射パルス幅Tiが、第5図
(A)と第5図(B)に示すように Ti=Tp×TFBA×LFBA×α+Ts にて計算される(ステップ64)。ただし、Tp(=K×Qa
/N、ただしKは定数である。)は基本パルス単、TFBAは
目標空燃比を与える基本値、LFBAは空燃比の学習値、α
は空燃比センサ32からの信号に基づいて演算されるフィ
ードバック量、Tsは無効パルス幅である。なお、TFBAと
LFBFはNとQaをパラメータとするテーブルから読み出さ
れる(ステップ51,52)。Tiは角度同期でI/Oレジスタに
ストアされる(ステップ65)。
ただし、この例では従来例と相違して、新たに空燃比の
リーン化係数δを導入し、Tiを Ti=Tp×TFBA×LFBA×δ×α+Ts にて計算させる(ステップ62,64)。ここに、δを導入
する理由は第4図のステップでノック制御を行いつつ
空燃比をリーン化する場合に必要となるからである。し
たがって、δの初期値は1.0である。
(II)ノック制御 第6図(C)はノック判定ルーチンを示し、1つの気筒
の1燃焼時に得られるノッキング信号の積分値(S)と
その移動平均値()との比較によりノッキングが生じ
ているかどうかの判定が行なわれ(ステップ81〜83,8
6)、S≧SL+(ただしSLは所定値)ならノッキング
有りと判定されてノックフラグ(FKN)が立つ(ステッ
プ83,84)。ここに、フラグが立つとはフラグの値が1
になることを意味する。以下においても同じ意味で使用
する。
第6図(B)はノック制御ルーチンを示し、FKNの値か
らノック有りと判定したときは、前回のフィードバック
量(β′)から所定値(d1、ただしd1>0)だけ遅各さ
せた遅(β′−d1)を今回のフィードバック量(β)と
して計算し、この逆にノックなしのときはβ′から所定
値(d6、ただしd6>0)だけ進角させた地値(β′+
d6)をβとする(ステップ73,74、73,75)。なお「′」
にて前回の値であることを意味させるものとする。この
記号も以下において同じ意味で使用する。
そして、全体としては出力進角値ADVが ADV=TADV+LADV+β にて計算される(ステップ76)。ただし、TADVは基本進
角値、LADVは点火進角値の学習値で、TADVとLADVはNと
Qaをパラメータとするテーブルから読み出される(第6
図(A))。ADVも角度同期でI/Oレジスタにストアされ
る(ステップ77)。
さて、第6図(A)ないし第6図(C)はステップの
内容であったが、以下に説明する第4図のステップと
もこれらのステップに対応して構成した第7図と第8
図のルーチンを用いて説明する。なお、これらのルーチ
ンは一定周期毎(たとえば4msec毎)あるいは所定クラ
ンク角度毎に実行される。
本発明の制御は前述したノック制御に始まり、特に定常
時に限るというような制御域の限定がされている訳では
ない。
そして、ノック制御が所定時間実行された後にはステッ
プに進み、検出した排気温度が排温限界にあるかどう
かを判定する。これを実行するのが第7図のルーチンで
ある。同図では、排気温度(高回転時はEXTEMPについ
て、低回転時はCATTEMPについて)と所定値(EXTEMPに
対してTe、CATTEMPに対してTc)とを比較し(ステップ9
2,95)、すなわちEXTEMPとTeの比較、CATTEMPとTcの比
較により、比較結果に応じて2つのフラグ(FOK1とFOK
2)を立てる。ここに、各フラグに示した数字の1,2でそ
れぞれ高回転時,低回転時を意味させるものとする。な
お、Te,TcはNとQaをパラメータとするテーブルから読
み出される。
そして、これら2つのフラグの値にて排気温度が排気限
界に達していないことが判定されると(FOK1=1または
FOK2=1)、ステップへと進み、当ステップではノッ
ク制御を行いつつ空燃比のリーン化制御を行う。ここ
に、空燃比を点火進角値の同時制御とするのは、ノック
制御だけでは一定の空燃比条件下において燃費を最低と
することができるのみであり、リーン化により同一の空
気量でも燃料減量することができれば燃費率をさらに最
低とする運転点がサーチされるためである。
第8図は空燃比のリーン化制御ルーチンで、ステップ
の内容に相応する。同図においては、制御周期毎に空燃
比リーン化係数δを δ=δ′−d5 により所定値(d5)ずつ徐々に減少させ、このδを用い
て噴射パルス幅Tiを Ti=Tp×TFBA×LFBA×δ×α+Ts にて計算することにより混合気を徐々に薄くする(ステ
ップ101,105)。ここに、所定値δ(>0)はリーン
化を行う際の一回当たりのステップ幅を意味する。
なお、ステップ102〜104はフェイルセーフである。これ
は、排温限界内で制御する限り空燃比が理論空燃比より
もリーン化することはないのであるが、もし理論空燃比
よりもリーン化されると、過渡時に出力不足を招きかね
ないので、そのときの目標空燃比と理論空燃比とを比較
させることにより理論空燃比よりもリーン化されること
のないようにするものである。
そして、ステップ105では、リーン化係数δを用いて空
燃比のフィードバック制御を行う。この制御で実行する
ところは第5図(A)と第5図(B)の内容であり、δ
×αをフィードバック量として空燃比制御が実行され
る。
また、ステップで行なわれるノック制御は、第6図
(A)ないし第6図(C)に示した通り、βをフィード
バック量として行なわれるが、空燃比のリーン化制御と
同時制御であるため、点火進角値は遅角側に制御されて
いく。
これにより、所定時間経過すると、運転点が排温限界に
達するので、制御は第4図のステップへと進み、当ス
テップではそのときの空燃比と点火進角値の各フィード
バック量に基づいて対応する学習値の更新を行う。たと
えば、空燃比については、そのフィードバック量(δ×
α)を用いて空燃比に関する学習値(LFBA)を LFBA=LFBA′×(δ×α) にて計算し、点火進角値についてはそのフィードバック
量(β)を用いて点火進角値に関する学習値(LADV)を LADV=LADV′+β にて計算する。
次に、この例の作用を第3図の例で説明すると、制御開
始のL点よりそのときの空燃比を一定に保持しながらノ
ック制御が行なわれ、ノック限界との交点Mが模索され
る(ステップ)。ここに、ノック限界のM点に対する
点火時期を用いることにより、同じ空燃比では燃費率が
最低となる。ただし、排温限界との間には十分な余裕が
ある。
そして、M点からはノック制御を行いつつ空燃比をリー
ン化する制御が行なわれる(ステップ,)。ここ
に、空燃比がリーン化することは、同じ空気量に対して
燃料減量されることを意味するので、ノック限界に沿っ
て排温限界へと向かうほどに燃費率が低下していく。
ただし、排温限界を越えてまでリーン化が行なわれるこ
とはない(ステップ)。これにより、熱負荷にて機関
本体や触媒装置が損傷されることが防止される。
この結果、ノック限界と排温限界の交点Nが最適制御点
となり、N点の空燃比と点火時期とを用いて機関制御を
行うことで、燃費率を最低とすることができる。言い替
えると、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比領域では、
ノック限界と排温限界内でできるだけ空燃比をリーン化
することにより燃費を向上させることができ、しかもこ
のリーン化に付随して過渡時の出力不足を招くといった
運転性上の問題が生ずることもないのである。
さらに、最適制御点の空燃比と点火進角値とは学習され
るので(ステップ,)、圧縮比,空気量センサの検
出精度,燃焼室の冷却効率のばらつき等に影響されるこ
とがなく、制御精度が高く保持される。
また、この例では高負荷時や低負荷時、あるいは定常時
や過渡時といった運転域に関して、制御域が限定されて
はいない。逆にいえば、制御は総ての運転域について行
なわれるので、制御域は広い。このため、たとえば制御
を高負荷時の定常状態に限るといったものに比較して、
総ての運転域にわたれば、総合燃費の点で勝ることも有
り得る。
(発明の効果) 以上説明したように、この発明は、排温限界内で空燃比
をリーン化しながらノック制御を行うことにより最適制
御点を模索し、探し当てた運転点での点火時期のフィー
ドバック量に基づいて対応する学習値を更新するように
したので、理論空燃比よりもリッチ側の総ての空燃比領
域において、定常や過渡に関係なく、排気管や触媒装置
を保護しつつ、少ない燃料での自動的な運転が行なわれ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成図、第2図は本発明の一実施例の
制御系のブロック図、第3図はこの実施例の制御の考え
かたを示すための空燃比と点火時期に対する特性図、第
4図はこの実施例の制御全体を示す流れ図、第5図ない
し第8図(ただし、第5図は(A)と(B)からなり、
第6図は(A)ないし(C)からなる。)は第4図に示
すステップの具体的制御を示す流れ図である。 1……ノッキングセンサ、2……信号変換手段、3……
ノック制御手段、6……空燃比リーン化手段、7……排
気温度検出手段、8……排温限界判定手段、9……学習
値更新手段、21……機関本体、23A,23B……筒内圧セン
サ、24A,24B……チャージアンプ、25A,25B……ノッキン
グ検出回路、29……クランク角センサ、31……空気量セ
ンサ、32……空燃比センサ、33,34……排気温度セン
サ、35……コントロールユニット。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ノッキングを検出するセンサと、このノッ
    キングセンサの検出信号をノッキング強度に応じた信号
    に変換する手段と、変換されたノッキング強度に応じた
    信号とその目標値との偏差から得られる点火時期のフィ
    ードバック量と点火時期に関する学習値に基づいてノッ
    ク制御を行う手段と、このノック制御を行いつつ空燃比
    をリーン側に変化させる手段と、排気温度が排温限界に
    あるかどうかを判定する手段と、排温限界にあることが
    判定されたときに前記リーン側への空燃比変化を停止さ
    せると共に、そのときの前記フィードバック量に基づい
    て対応する学習値の更新を行う手段とを設けたことを特
    徴とする内燃機関の制御装置。
JP62220017A 1987-09-02 1987-09-02 内燃機関の制御装置 Expired - Lifetime JPH0730734B2 (ja)

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