JPH11236832A - 内燃機関のノッキング防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複雑な切替機構等を要することなく、耐ノッキ
ング性能と出力性能との両立を図ることのできる内燃機
関のノッキング防止装置を提供する。 【解決手段】エンジン１１のクランクシャフト１７は、
軸心がシリンダ１３の中心線上の位置から回転方向とは
逆の方向に所定量オフセットして配置されている。エン
ジン１１には、ノックセンサ１８、回転数センサ２０、
吸気圧力センサ２９、可変バルブタイミング機構（排気
ＶＶＴ）３０、及びイグナイタ３４が配設されている。
排気ＶＶＴ３０の近傍には同排気ＶＶＴ３０を駆動する
オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）３１が配設され、
各センサ１８，２０，２９、ＯＣＶ３１、及びイグナイ
タ３４は電子制御装置（ＥＣＵ）４０に電気的に接続さ
れている。ＥＣＵ４０は、エンジン１１にノッキングが
発生した際に、ＥＣＵ４０によって点火時期及び排気弁
２５の開タイミングを遅角制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関にあって
そのノッキングの発生を防止する内燃機関のノッキング
防止装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、内燃機関においては、燃
焼室内の圧縮比を高めれば、燃焼圧力が高くなり熱効率
が上昇して出力が向上する。しかしその反面、上記圧縮
比を過剰に高くすると、燃焼圧力が高くなりすぎてノッ
キングを生じる要因となってしまう。特に内燃機関の高
負荷運転状態においては燃焼圧力が高くなるため、ノッ
キングを生じやすい。

【０００３】こうした実情から、従来の内燃機関におい
ては、点火時期を制御することによってノッキングの発
生を防止することが行われている。これは点火時期を遅
らせると燃焼室内の最高燃焼圧力が低くなることを利用
するものである。このような内燃機関においては、その
燃焼室内の圧縮比が予め高めに設定されており、通常運
転時には熱効率を上昇させて出力を向上させている。そ
して、ノッキングの発生しやすい高負荷運転時には点火
時期を遅らせてノッキングの発生を防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、点火時期
を遅らせることで、ノッキングの発生は確かに防止され
る。しかしながら、こうして点火時期を遅らせると、燃
焼室内の膨脹比が小さくなるため熱効率が低下し、排気
損失が増大して出力が低下することとなる。すなわち、
耐ノッキング性能と出力性能との両立は困難とされてい
た。

【０００５】なお従来、例えば特開平６−１３７１７６
号公報に示されるように、圧縮比を可変として耐ノッキ
ング性能及び出力性能の両立を図る技術も提案はされて
いるが、これは運動部品に切替機構を設けて機械的に圧
縮比を可変とするものであり、構造的に極めて複雑であ
るとともに、実用性にも乏しいものとなっている。

【０００６】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、複雑な切替機構等を要する
ことなく、耐ノッキング性能と出力性能との両立を図る
ことのできる内燃機関のノッキング防止装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明では、機関出力軸であるク
ランクシャフトがシリンダボアの中心からその回転方向
とは逆の方向に所定量だけオフセットされたオフセット
クランク構造と、ノッキングの発生しやすい運転領域で
当該機関の点火時期を遅角側に制御する第１の制御手段
と、該点火時期制御に伴い当該機関の排気弁の開弁時期
を遅角側に制御する第２の制御手段と、を備えることを
その要旨とする。

【０００８】こうした構成によれば、内燃機関にノッキ
ングが発生した際には、点火時期を遅角制御することに
よってノッキングが抑制される。このとき、熱効率が低
下して出力が低下することとなるが、オフセットクラン
ク構造を用いることにより時間損失が低減されるため、
点火時期遅角制御に起因する出力の低下が抑制される。
しかも、この時間損失は点火時期を遅角制御するほど低
減されるため、こうした点火時期遅角制御を行った場合
においては、熱効率の低下に起因する出力の低下が好適
に低減される。また、こうした点火時期遅角制御に伴っ
て排気弁の開弁時期を遅らせることにより、点火時期遅
角制御に起因する排気損失の増加も抑制される。したが
って、点火時期遅角制御によってノッキングが防止され
つつ、同点火時期遅角制御に起因する出力の低下がさら
に好適に抑制される。その結果、内燃機関に複雑な切替
機構等を要することなく、耐ノッキング性能と出力性能
との両立を図ることができるようになる。

【０００９】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の内燃機関のノッキング防止装置において、前記第２
の制御手段は、前記第１の制御手段による制御量に対応
して前記排気弁開弁時期の遅角制御量を決定するもので
あることをその要旨とする。

【００１０】こうした構成によれば、点火時期の変化に
応じたタイミングで排気弁を開くことが可能となり、よ
り好適な排気損失の抑制を可能にすることができるよう
になる。

【００１１】請求項３に記載の発明では、請求項２に記
載の内燃機関のノッキング防止装置において、前記第２
の制御手段は、前記排気弁の開弁に伴う燃焼室内圧力が
当該機関の基本点火時期での同排気弁の開弁に伴う燃焼
室内圧力と同等の圧力に維持される態様で前記排気弁開
弁時期の遅角制御量を決定することをその要旨とする。

【００１２】こうした構成によれば、点火時期を遅角制
御した場合においても、常に基本点火時期と同等の排気
損失に抑制することが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図面に従って説明する。図１に示すように、内燃
機関としてのエンジン１１は、シリンダブロック１２内
に形成されたシリンダ１３と、そのシリンダ１３内を上
下方向に往復移動するピストン１５と、シリンダ１３及
びシリンダヘッド１４とピストン１５の上面とによって
区画形成される燃焼室１６と、エンジン１１の出力軸で
あるクランクシャフト１７と、ピストン１５の往復運動
をクランクシャフト１７の回転運動に変換するコネクテ
ィングロッド１９とを備えている。燃焼室１６内の圧縮
比は、エンジン１１が低〜中回転及び軽〜中負荷域で熱
効率を最大限に引き出すように高めに設定されている。
シリンダ１３の外壁には、エンジン１１のノッキングを
検知するノックセンサ１８が配設されている。また、ク
ランクシャフト１７の近傍には、クランクシャフト１７
の回転数を検出する回転数センサ２０が配設されてい
る。

【００１４】一方、シリンダヘッド１４には、燃焼室１
６と連通する吸気ポート２２及び排気ポート２３が設け
られている。吸気ポート２２及び排気ポート２３には、
それぞれ吸気弁２４及び排気弁２５が設けられている。
吸気ポート２２にはインテークマニホルド２６が接続さ
れ、インテークマニホールド２６内は吸気通路２６ａと
なっている。また、インテークマニホールド２６にはサ
ージタンク２７が設けられるとともに、同インテークマ
ニホールド２６におけるシリンダヘッド１４側の端部に
は、吸気ポート２２へ燃料を噴射供給するための燃料噴
射弁２８が設けられている。サージタンク２７には、サ
ージタンク２７内における吸気圧力を検出する吸気圧力
センサ２９が配設されている。

【００１５】また、シリンダヘッド１４の上方には、タ
イミングベルト（図示略）を介して上記クランクシャフ
ト１７と連結された２本のカムシャフト２１ａ，２１ｂ
が配設されている。これら各カムシャフト２１ａ，２１
ｂのうち、排気弁２５側のカムシャフト２１ｂの軸端部
には、同排気弁２５の開閉タイミングを可変とするため
の可変バルブタイミング機構（以下単に「排気ＶＶＴ」
という）３０が配設されている。この排気ＶＶＴ３０は
油圧によって駆動され、その近傍には同排気ＶＶＴ３０
を駆動するオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ：Oil Co
ntrol Valve ）３１が配設されている。

【００１６】また、シリンダヘッド１４には、燃焼室１
６内に吸入された混合気に点火するための点火プラグ３
２が設けられている。この点火プラグ３２には、イグニ
ッションコイル３３及びイグナイタ３４が電気的に接続
されている。イグナイタ３４は電子制御装置（以下単に
「ＥＣＵ」という）４０から出力される点火信号に基づ
いてイグニッションコイル３３の１次コイルに対する電
流の通電及び遮断を行い、イグニッションコイル３３は
この１次電流の遮断時に２次コイル側に誘起される高電
圧によって点火プラグ３２に火花放電をおこさせる。す
なわち、点火プラグ３２は、ＥＣＵ４０からイグナイタ
３４へ出力される点火信号に従って点火を行う。

【００１７】こうした構造を有するエンジン１１にあっ
ては、その動力を得るために、上記燃焼室１６内におい
て、吸気、圧縮、燃焼・膨張、排気の４行程が行われ
る。すなわち、まず吸気行程において、上記燃料噴射弁
２８から噴射された燃料とインテークマニホールド２６
から吸入された空気との混合ガスが、上記吸気弁２４の
開弁及び上記ピストン１５の下動によって上記吸気ポー
ト２２を通って燃焼室１６内に吸入される。次に、圧縮
行程において、吸気弁２４の閉弁とともに下死点に達し
たピストン１５が上動する。これにより燃焼室１６の容
積は小さくなり、同燃焼室１６内に充満した混合ガスが
圧縮される。続く燃焼・膨張行程において、上記点火プ
ラグ３２から所定の点火時期にて火花が発火され、圧縮
された混合ガスに点火される。これにより燃焼室１６内
の混合ガスは爆発し、同混合ガスの燃焼膨張によってピ
ストン１５が下死点方向に押し下げられ、エンジン１１
に動力が付与される。そして、燃焼後の混合ガスは、排
気行程において、排気弁２５の所定のタイミングでの開
弁及びピストン１５の上動に伴い、排気ガスとして排気
ポート２３から送り出される。

【００１８】また、上記エンジン１１においては、上記
ノックセンサ１８、回転数センサ２０、吸気圧力センサ
２９、及びＯＣＶ３１が、上記イグナイタ３４共々ＥＣ
Ｕ４０に電気的に接続されている。かかるＥＣＵ４０の
構成について、図２に従って説明する。

【００１９】ＥＣＵ４０は、ＲＯＭ（Read Only Memor
y）４１を有し、そのＲＯＭ４１には所定の制御アルゴ
リズム等が記録されている。また、ＥＣＵ４０は、ＲＯ
Ｍ４１に記録された各種制御アルゴリズムに基づいて演
算処理を実行するＣＰＵ４２及びそのＣＰＵ４２での演
算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記
憶するＲＡＭ（Random Access Memory）４３を有してい
る。さらに、ＥＣＵ４０は、エンジン１１の停止時に保
存すべきデータを記憶するバックアップＲＡＭ４４を有
している。

【００２０】そして、ＣＰＵ４２、ＲＯＭ４１、ＲＡＭ
４３、及びバックアップＲＡＭ４４は、バス４５を介し
て互いに接続されるとともに、入力インターフェース４
６及び出力インターフェース４７と接続されている。入
力インターフェース４６には、回転数センサ２０、吸気
圧力センサ２９、及びノックセンサ１８が接続されてい
る。また、出力インターフェイス４７にはＯＣＶ３１及
びイグナイタ３４が接続されている。これらＯＣＶ３１
及びイグナイタ３４は、ＣＰＵ４２において実行される
制御アルゴリズムに基づいて出力される出力信号によっ
て作動制御される。したがって、ＯＣＶ３１が作動制御
されることによって上記排気弁２５の開閉タイミングが
可変となり、イグナイタ３４が作動制御されることによ
って上記点火プラグ３２の点火時期が可変となる。

【００２１】また、本実施形態のエンジン１１は、図３
に示すように、上記クランクシャフト１７の軸心が上記
シリンダ１３の中心線上の位置から所定量ｄだけ回転方
向とは逆の方向にオフセットして配置されたオフセット
クランクエンジンとなっている。かかるオフセットクラ
ンクエンジン１１の特性を図４〜図６に従って説明す
る。なお、上記所定量ｄは実験等により最適化されてい
る。

【００２２】図４に模式的に示すように、その膨脹行程
においてピストン１５が上死点（ＴＤＣ：Top Dead Cen
ter ）から下死点（ＢＤＣ：Bottom Dead Center）へ移
動するために必要なクランクシャフト１７の回転角θ１
は、その圧縮行程においてピストン１５が下死点（ＢＤ
Ｃ）から上死点（ＴＤＣ）へ移動するために必要なクラ
ンクシャフト１７の回転角θ２よりも大きくなる。この
ため、クランクシャフト１７が等速回転すると仮定する
と、膨張行程に要する時間が圧縮行程に要する時間より
も長くなる。そして、上下動するピストン１５の速度
も、図５に示すように、クランクシャフトがオフセット
配置されていない通常のエンジン（以下単に「通常エン
ジン」という）のピストン速度と比較して、圧縮行程で
速く、膨張行程で遅くなる。

【００２３】そして、オフセットクランクエンジン１１
の圧縮及び燃焼・膨張時の燃焼室１６内の圧力と容積と
の関係（Ｐ−Ｖ特性）は、図６に破線で示す同一の点火
時期における上記通常エンジンのＰ−Ｖ特性と比較する
と、エンジン１１の最高燃焼圧力Ｐmax1が通常エンジン
の最高燃焼圧力Ｐmax2よりも高くなる。また、それら各
最高燃焼圧力Ｐmax1，Ｐmax2に達した時点の燃焼室内の
容積は、エンジン１１の容積Ｖ１が通常エンジンの容積
Ｖ２よりも小さい。すなわち、所定の点火時期（基本点
火時期）にて燃焼室１６内の混合ガスが点火された際
に、燃焼室１６内の圧力が最大燃焼圧力Ｐmax1に達した
ときのピストン１５の位置は上記通常エンジンの同状態
におけるピストンの位置よりもＴＤＣ側にある。このた
め、エンジン１１においては、燃焼した混合ガスの火炎
速度が上記通常エンジンよりも速くなることと等しくな
り、混合ガスが点火されてから燃焼して最高燃焼圧力Ｐ
max1に達するまでの立上がりが通常エンジンのそれより
も速くなることとなる。したがって、混合ガスが点火さ
れて燃焼膨脹するまでに必要な時間が短縮されることと
なり、時間損失が低減される。また、燃焼室１６内が最
高燃焼圧力Ｐmax1に達した後、同燃焼室１６内の圧力は
通常エンジンの燃焼室内の圧力よりも低くなる。すなわ
ち、エンジン１１においては燃焼室１６内の温度が速く
低下する。

【００２４】こうしたオフセットクランクエンジン１１
の特性から、本実施形態にかかるエンジン１１にあって
はその通常運転状態において、時間損失を低減して出力
を向上させることができるようになる。

【００２５】なお、上記オフセットクランクエンジン１
１におけるノック限界は、上記通常エンジンにおけるノ
ック限界とほぼ同等であることが発明者によって確認さ
れている。ちなみに、その要因としては以下のことが推
測される。

【００２６】通常、一定の負荷及び点火時期において
は、ピストン速度が速い（エンジン回転数が高い）とき
の方が、ピストン速度が遅い（エンジン回転数が低い）
ときよりもノッキングが発生しにくい傾向にある。この
ことから、上記エンジン１１の圧縮行程においては、ピ
ストン速度が速くなるためノッキングが発生しにくい傾
向となる。また、同エンジン１１の膨張行程において
は、ピストン速度が遅くなるためノッキングが発生しや
すい傾向となる。そして、この両傾向が相殺されること
によって、オフセットクランクエンジン１１におけるノ
ック限界が上記通常エンジンにおけるノック限界と同等
になるものと推測される。

【００２７】ところで、本実施形態のエンジン１１にお
いては、上述したように燃焼室１６内の圧縮比が高めに
設定されているため、高負荷運転時にノッキングが発生
しやすくなる。そこで、当該エンジン１１においては点
火時期制御を行い、ノッキングが発生しやすくなる領域
では点火時期を遅らせること（点火時期遅角制御）によ
って同ノッキングの発生を防止している。なお、この点
火時期遅角制御とは上述した上記イグナイタ３４の作動
時期を制御することにより行われる。

【００２８】前述したように、内燃機関においては点火
時期を遅らせると最高燃焼圧力が低くなる。したがっ
て、図７に示すように、点火時期遅角制御された本実施
形態にかかるオフセットクランクエンジン１１の燃焼室
１６内の最高燃焼圧力Ｐmax1'は、同図に２点鎖線で示
す同エンジン１１の基本点火時期における同燃焼室１６
内の最高燃焼圧力Ｐmax1よりも低くなり、熱効率が低下
する。しかし、同図に破線で示すように、同じ遅角量で
点火時期遅角制御された上記通常エンジンの燃焼室内の
最高燃焼圧力Ｐmax2' は上記圧力Ｐmax1' よりもさらに
低くなる。このため、本実施形態のエンジン１１におい
ては、点火時期遅角制御に起因する熱効率の低下度合い
が小さくなり、出力の低下が抑制される。しかも、同エ
ンジン１１においては、点火から最大燃焼圧力に達する
時間も短いため時間損失も低減され、出力の低下がより
抑制される。

【００２９】また、図５に示したように、オフセットク
ランクエンジン１１と上記通常エンジンとのピストン速
度の差はＴＤＣとＢＤＣとの中間時で最大となる。この
ため、点火時期遅角制御時においては、図７に示すよう
に、当該エンジン１１の燃焼室１６内が最大燃焼圧力Ｐ
max1' になる時点の容積Ｖ１’と、上記通常エンジンの
燃焼室内が最大燃焼圧力Ｐmax2' になる時点の容積Ｖ
２’との差が、図６に示した基本点火時期における上記
各容積Ｖ１，Ｖ２との差よりも大きくなる。すなわち、
同エンジン１１においては、点火時期遅角制御を行った
方が点火から最大燃焼圧力に達する時間がより短くな
り、時間損失がより低減される。したがって、こうした
オフセットクランクエンジン１１によれば、時間損失の
より好適な低減と、上記熱効率の低下度合いが小さくな
ることとによって点火時期遅角制御に起因する出力の低
下が抑制されることとなる。

【００３０】一方、前述したように、内燃機関において
は点火時期を遅らせると排気損失が増加して出力が低下
する。詳しくは図７及び図８に示すように、点火時期遅
角制御時におけるオフセットクランクエンジン１１及び
上記通常エンジンにおいては、それぞれ最高燃焼圧力Ｐ
max1' ，Ｐmax2' になった後の圧力の低下度合いが、同
図７及び図８に２点鎖線で示すエンジン１１の基本点火
時期における該圧力の低下度合いよりも小さくなる。こ
のため、上記排気弁２５の開タイミングを一定とした場
合、点火時期遅角制御時におけるエンジン１１の排気弁
２５の開位置は、図８（ａ）に示すように、上記基本点
火時期におけるエンジン１１の排気弁２５の開位置（同
図中における容積Ｖ３の位置）となり、この位置で燃焼
ガスが排出され始める。しかしながら、点火時期遅角制
御時のエンジン１１においては、この容積Ｖ３の位置に
おける燃焼室１６内の圧力Ｐ４が、基本点火時期におけ
る同燃焼室１６内の圧力Ｐ３よりも高くなる。したがっ
て、点火時期遅角制御時のエンジン１１においては、容
積Ｐ３の位置で排気弁２５を開くと、まだ温度の高い燃
焼ガスが上記ピストン１５に対して十分に仕事を行う前
に排出されてしまうことになり、排気損失が増加してし
まう。なお、点火時期遅角量が増える程こうした排気損
失は増す傾向にある。

【００３１】また、上記通常エンジンを点火時期遅角制
御した場合には、同図８（ａ）に破線で示すように、容
積Ｖ３の位置における圧力Ｐ５は上記点火時期遅角制御
時におけるエンジン１１の燃焼室１６内の圧力Ｐ４より
もさらに高いため、排気損失がさらに増加してしまう。

【００３２】そこで、本実施形態においては、エンジン
１１の点火時期遅角制御時に、排気弁２５を開くタイミ
ング（開タイミング）を遅らせる制御（排気弁開遅角制
御）を併せて行っている。この排気弁開遅角制御も上記
ＥＣＵ４０を通じて行われる。すなわちＥＣＵ４０は、
ＯＣＶ３１を介して上記排気ＶＶＴ３０の作動量を制御
することによって排気弁２５の開タイミングを可変とし
ている。ＥＣＵ４０のＲＯＭ４１には、各種制御アルゴ
リズムとともに、点火時期遅角制御時の遅角量に伴う燃
焼室１６内の圧力変動に対応した排気弁２５の最適開タ
イミングを示すマップが予め記録されており、ＣＰＵ４
２はこのマップを参照して点火時期の遅角量に対応した
排気弁２５の開タイミングの遅角量を算出する。なお、
排気弁２５の開タイミングを遅らせすぎると、ピストン
１５がＢＤＣに達した後に排気弁が開き始めてしまい、
逆に出力の低下を招くこととなるため、少なくともピス
トン１５がＢＤＣに達する前に排気弁２５を開く必要が
ある。

【００３３】こうした排気弁開遅角制御において、本実
施形態では、エンジン１１の燃焼室１６内の圧力が上記
基本点火時期における圧力Ｐ３と同等となるタイミング
で排気弁２５を開くようにしている。すなわち、図８
（ｂ）に示すように、排気弁２５の開タイミングは、燃
焼室１６内の容積が容積Ｖ４となるタイミングに遅角制
御される。このため、エンジン１１を点火時期遅角制御
した場合でも、まだ温度が高くピストン１５に対して十
分に仕事を行っていない燃焼ガスが排出されることがな
くなり、排気損失の増加が抑制される。したがって、本
実施形態のオフセットクランクエンジン１１によれば、
点火時期遅角制御時において、上述した時間損失のより
好適な低減とともに排気損失の増加を抑制することがで
き、点火時期遅角制御に起因する出力の低下がより好適
に抑制されることとなる。

【００３４】なお、クランクシャフトがオフセット配置
されていない通常のエンジン（通常エンジン）において
も、図８（ｂ）に示すように、点火時期遅角制御時に排
気弁の開タイミングを上記圧力Ｐ３と同等となるタイミ
ング（燃焼室の容積が容積Ｖ５となるタイミング）に遅
角制御すれば、排気損失の増加を抑制することが可能で
あるが、その抑制効果という点では本実施形態のオフセ
ットクランクエンジン１１には及ばない。

【００３５】すなわち、図８（ｂ）に示すように、この
通常エンジンにおける排気弁の開遅角量（容積Ｖ５−容
積Ｖ３に相当）と、上記エンジン１１における排気弁２
５の開遅角量（容積Ｖ４−容積Ｖ３に相当）とを比較す
ると、同一の点火時期遅角量にもかかわらず通常エンジ
ンにおける排気弁開遅角量の方が多くなる。このため、
通常エンジンにおいては、点火時期遅角量がさらに増大
すると、同図８（ｂ）に１点鎖線で示すように、ピスト
ンがＢＤＣに達するタイミングに排気弁の開タイミング
を遅角制御しても燃焼室内の圧力が上記圧力Ｐ３よりも
高い圧力Ｐ６となってしまい、排気損失の低減が十分に
なされなくなってしまう。こうした不都合はオフセット
クランクエンジン１１においても生じるが、同エンジン
１１においては、点火時期遅角量に対して必要な排気弁
開遅角量が通常エンジンにおけるそれよりも少なくすむ
ため、この不都合の発生を抑制することができる。

【００３６】次に、上述した本実施形態における点火時
期遅角制御において算出される最終点火時期ＡＯＰ、及
び排気弁２５の開遅角制御において算出される排気弁２
５の開遅角量を算出する手順を、図９に示すフローチャ
ートに従って説明する。なお、このルーチンは上記ＥＣ
Ｕ４０のＲＯＭ４１内に記録された制御アルゴリズムに
基づき、ＣＰＵ４２の制御下で例えば所定時間毎に繰り
返し実行される。

【００３７】ＣＰＵ４２は、まずステップＳ１におい
て、上記回転数センサ２０、吸気圧センサ２９、及びノ
ックセンサ１８から検出されるエンジン回転数ＮＥ、吸
気圧力ＰＭ、及びノック信号ＮＫＳを読み込みステップ
Ｓ２へ移行する。

【００３８】続くステップＳ２においては、エンジン回
転数ＮＥ及び吸気圧力ＰＭを用いた周知のマップに基づ
いて基本点火時期ＡＢＳＥを算出し、ステップＳ３へ移
行する。なお、ここでは、出力及び燃料消費率が最良と
なる点火時期（ＭＢＴ：Minimum advance for the Best
Torque ）を基本点火時期ＡＢＳＥとして算出する。ま
た、本実施形態においては、後記する補正量Ｋ１，Ｋ２
を加えると点火時期が進角され、同補正量Ｋ１，Ｋ２を
減じると点火時期が遅角されるようになっている。

【００３９】ステップＳ３においてＣＰＵ４２は、上記
基本点火時期ＡＢＳＥが、前回このルーチンで算出した
最終点火時期ＡＯＰＯよりも遅角側にあるか否かを判断
する。そして、基本点火時期ＡＢＳＥが前回の最終点火
時期ＡＯＰＯよりも遅角側にあれば、ステップＳ４へ移
行して基本点火時期ＡＢＳＥを最終点火時期ＡＯＰＯと
してステップＳ５へ移行する。また、基本点火時期ＡＢ
ＳＥが前回の最終点火時期ＡＯＰＯよりも遅角側になけ
ればそのままステップＳ５へ移行する。

【００４０】次に、ステップＳ５において、エンジン回
転数ＮＥ及び吸気圧力ＰＭを用いた周知のマップに基づ
いて基本排気弁開タイミングＢＥＶＯを算出し、ステッ
プＳ６へ移行する。

【００４１】ステップＳ６においてＣＰＵ４２は、ノッ
ク信号ＮＫＳに基づいてノッキングの有無を判断する。
そして、ノッキングがあると判断した場合にはステップ
Ｓ７へ移行する。

【００４２】このステップＳ７においては、前回の最終
点火時期ＡＯＰＯに所定の補正量Ｋ１を減じた値を最終
点火時期ＡＯＰとして設定し、ステップＳ１１へ移行す
る。すなわちここでは、エンジン１１にノッキングが生
じた際の点火時期補正を行って、前回の最終点火時期Ａ
ＯＰＯを所定量Ｋ１だけ遅角する処理を行う。なお、上
記所定の補正量Ｋ１は、予め実験等によって求められた
ノッキングを抑制するのに十分な遅角量である。そし
て、こうした点火時期補正を行うことにより、図７に示
したように燃焼室１６内の最高燃焼圧力Ｐmax1を最高燃
焼圧力Ｐmax1' に低下させることによって熱効率を低下
させ、ノッキングを抑制するようにしている。しかも、
エンジン１１はクランクシャフト１７がオフセット配置
されたオフセットクランクエンジンであるため、上述し
たように点火時期遅角を行うほど時間損失が低減されて
出力の低下が抑制される。

【００４３】また、上記ステップＳ６においてノッキン
グがないと判断した場合、ＣＰＵ４２は、ステップＳ８
において、前回の最終点火時期ＡＯＰＯが基本点火時期
ＡＢＳＥよりも遅れているか否かを判断する。

【００４４】そして、前回の最終点火時期ＡＯＰＯが、
基本点火時期ＡＢＳＥよりも遅れていればステップＳ９
へ移行し、前回の最終点火時期ＡＯＰＯから所定の補正
量Ｋ２を加えた値を最終点火時期ＡＯＰとして設定し、
ステップＳ９へ移行する。すなわちここでは、エンジン
１１にノッキングが生じていない際の点火時期補正を行
って、前回の最終点火時期ＡＯＰＯを所定量Ｋ２だけ進
角する処理を行う。なお、上記所定の補正量Ｋ２は上記
補正量Ｋ１よりも少ない量に設定されている。そして、
こうした点火時期補正により、今回算出した基本点火時
期ＡＢＳＥが前回の最終点火時期ＡＯＰＯよりも進角側
にあるときには、ノッキングが発生するまで、もしくは
前回の最終点火時期ＡＯＰＯが基本点火時期ＡＢＳＥと
同等となるまで前回の最終点火時期ＡＯＰＯを補正量Ｋ
２ずつ進角し、その値を最終点火時期ＡＯＰとして設定
し、出力の低下を抑制するようにしている。

【００４５】また、上記ステップＳ８において前回の最
終点火時期ＡＯＰＯが基本点火時期ＡＢＳＥと同じかこ
れよりも進んでいればステップＳ１０へ移行する。そし
て、ＣＰＵ４２はステップＳ１０において、上記ステッ
プＳ２で算出した基本点火時期ＡＢＳＥを最終点火時期
ＡＯＰとして設定し、ステップＳ１１へ移行する。すな
わち、上述したように基本点火時期ＡＢＳＥは上記ＭＢ
Ｔに設定されているため、これ以上に最終点火時期ＡＯ
Ｐを進角すると逆に出力性能が低下してしまうことか
ら、このステップＳ１０の処理を行うことによって最終
点火時期ＡＯＰの過剰な進角を抑制して出力の低下を抑
制している。

【００４６】ステップＳ１１においてＣＰＵ４２は、上
記ＲＯＭ４１に記録されたマップを参照し、上記ステッ
プＳ７，Ｓ９，Ｓ１０にて設定された最終点火時期ＡＯ
Ｐと上記基本点火時期ＡＢＳＥとの差の絶対値に基づい
て排気弁開遅角量ΔＥＶＯを算出する。すなわち、この
ステップＳ１１においては、基本点火時期ＡＢＳＥに対
する点火時期遅角量に対応する排気弁開遅角量ΔＥＶＯ
を算出する。

【００４７】そしてＣＰＵ４２は、続くステップＳ１２
において、この排気弁開遅角量ΔＥＶＯを上記ステップ
Ｓ５で算出した基本排気弁開タイミングＢＥＶＯから減
じた値を最終排気弁開タイミングＥＶＯとして設定し、
このルーチンでの処理を一旦終了する。すなわち、この
処理によって、上述した燃焼室１６内の圧力が圧力Ｐ３
になったときに排気弁２５を開き始めるようにしてい
る。上述したように、上記ピストン１５がＢＤＣに達す
るまでに排気弁２５を開き始める必要がある。本実施形
態のエンジン１１はオフセットクランクエンジンであ
り、排気弁開遅角量ΔＥＶＯが上記通常エンジンの場合
よりも少なくてすむため、最終排気弁開タイミングＥＶ
Ｏの設定範囲を広くすることができるようになる。

【００４８】こうしたステップＳ１〜Ｓ１２の処理を通
じて算出された最終点火時期ＡＯＰ及び最終排気弁開タ
イミングＥＶＯは、図示しない周知の点火時期制御ルー
チン及び排気弁開遅角制御ルーチンにおいてその都度参
照され、点火時期及び排気弁開タイミングがそれぞれ制
御される。

【００４９】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、以下のような効果を得ることができる。 （１）エンジン１１にノッキングが発生した際には、点
火時期を遅角制御することによってこのノッキングを抑
制することができる。このとき、熱効率が低下して出力
が低下することとなるが、クランクシャフト１７を軸回
転方向とは逆の方向に対して所定量オフセット配置した
エンジン１１を用いることにより、時間損失を低減する
ことができ、出力の低下を抑制することができる。しか
も、この時間損失は点火時期を遅角制御するほど低減さ
れるため、こうした点火時期遅角制御を行った場合にお
いては、熱効率の低下に起因する出力の低下を好適に低
減することができる。

【００５０】また、こうした点火時期遅角制御時の点火
時期遅角量に応じて排気弁２５の開タイミングを遅らせ
ることによって、点火時期遅角制御に起因する排気損失
の増加も抑制することができる。したがって、点火時期
遅角制御によってノッキングの発生を抑制しつつ、出力
の低下をさらに好適に抑制することができる。その結
果、エンジン１１に複雑な切替機構等を要することな
く、耐ノッキング性能と出力性能との両立を図ることが
できる。

【００５１】（２）点火時期遅角制御及び排気弁開遅角
制御については、エンジン１１の運転状態に応じてその
都度最適となる制御量をそれぞれ設定することとしたた
め、ノッキングの発生を確実に抑制しつつ、最小限の出
力低下に抑えることができる。

【００５２】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 図８（ｂ）に示したように、上記実施形態の排気弁
開遅角制御では、基本点火時期での排気弁の開タイミン
グ時における燃焼室１６内の圧力と同等の圧力Ｐ３で排
気弁２５を開くように制御したが、厳密に同圧力Ｐ３と
なるタイミングで排気弁２５を開くことに限定しない。
要するに、燃焼室１６内の圧力が該圧力Ｐ３に近似する
圧力となるタイミングで排気弁２５を開くようにすれば
排気損失は確実に低減され、上記効果を得ることができ
る。

【００５３】・ 上記実施形態では、基本点火時期ＡＢ
ＳＥに対する点火時期遅角量に対応する排気弁開遅角量
ΔＥＶＯにて排気弁２５の開タイミングを遅角制御して
いるが、この排気弁開遅角量ΔＥＶＯを予め設定された
所定の量にて排気弁２５の開タイミングを遅角制御する
ようにする。このようにしても、点火時期が遅角制御さ
れたときに排気弁２５の開タイミングを遅角制御するこ
とに変わりないため、排気損失を低減して出力の低下を
低減することができる。

【００５４】・ 上記実施形態では、エンジン１１の基
本点火時期ＡＢＳＥ及び排気弁２５の基本排気弁開タイ
ミングＢＥＶＯを、エンジン回転数ＮＥ及び吸気圧力Ｐ
Ｍ等の運転状態に基づいてその都度算出しているが、こ
の基本点火時期ＡＢＳＥ及び基本排気弁開タイミングＢ
ＥＶＯをそれぞれ予め設定した所定の基本点火時期及び
排気弁開タイミングとする。または、どちらか一方のみ
を所定の基本点火時期及び基本排気弁開タイミングとし
てもよい。

【００５５】・ 上記実施形態では、ノックセンサ１８
を用いることによってノッキングが発生したときに点火
時期遅角制御及び排気弁開遅角制御を行うようにしてい
るが、これら各制御を、ノックセンサ１８を用いずに、
ノッキングの発生しやすい運転領域をエンジン回転数Ｎ
Ｅ及び吸気圧力ＰＭ等に基づく経験値によって見込み的
に行うようにする。なお、この場合には、エンジン回転
数ＮＥ及び吸気圧力ＰＭ等に基づくノック限界を実験等
により求めたマップがＥＣＵ４０のＲＯＭ４１に記録さ
れ、このマップを参照して制御が行われる。

【００５６】・ 上記実施形態では、オフセットクラン
クエンジン１１を用いるとともに、排気弁開遅角制御を
行うことにより、点火時期遅角制御時の出力低下を抑制
しているが、点火時期遅角制御と、オフセットクランク
エンジン１１と排気弁開遅角制御のうちのどちらか一方
のみとの構成も可能であり、このようにしても、ある程
度の出力低下の抑制を図ることができる。

【００５７】次に、前記各実施形態から把握できる請求
項に記載した発明以外の技術的思想について、それらの
効果と共に以下に記載する。 （１）機関出力軸であるクランクシャフトがシリンダボ
アの中心からその回転方向とは逆の方向に所定量だけオ
フセットされたオフセットクランク構造と、ノッキング
の発生しやすい運転領域で当該機関の点火時期を遅角側
に制御する制御手段とを備えることを特徴とする内燃機
関のノッキング防止装置。

【００５８】このようにすれば、内燃機関にノッキング
が発生しやすい運転領域で点火時期の遅角制御を行うこ
とにより、ノッキングを防止することができる。また、
オフセットクランク構造によれば、内燃機関の圧縮、燃
焼・膨脹行程において火炎速度が増して時間損失が低減
され、出力性能が向上するという特性を持ち、点火時期
を遅角側に制御するほどこの特性が顕著にあらわれる。
このため、点火時期の遅角制御を行うことによって熱効
率が低下して出力が低下しても、上記時間損失の好適な
低減によってこの出力低下を低減することができる。

【００５９】（２）ノッキングの発生しやすい運転領域
で当該機関の点火時期を遅角側に制御する第１の制御手
段と、該点火時期制御に伴い当該機関の排気弁の開時期
を遅角側に制御する第２の制御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防止装置。

【００６０】このようにすれば、内燃機関にノッキング
が発生しやすい運転領域で点火時期の遅角制御を行うこ
とにより、ノッキングを防止することができる。また、
この点火時期遅角制御によって熱効率が低下して出力が
低下しても、排気弁の開示機を遅角制御することによっ
て排気損失を低減して出力の低減を好適に抑制すること
ができる。

【００６１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、内燃機
関にノッキングが発生した際には、点火時期を遅角制御
することによってノッキングを防止することができる。
このとき、熱効率が低下して出力が低下することとなる
が、オフセットクランク構造を用いることにより時間損
失を低減することができるため、点火時期遅角制御に起
因する出力の低下を抑制することができる。しかも、こ
の時間損失は点火時期を遅角制御するほど低減されるた
め、こうした点火時期遅角制御を行った場合において
は、熱効率の低下に起因する出力の低下を好適に低減す
ることができる。また、こうした点火時期遅角制御に伴
って排気弁の開弁時期を遅らせることにより、点火時期
遅角制御に起因する排気損失の増加も抑制することがで
きる。したがって、点火時期遅角制御によってノッキン
グを防止しつつ、同点火時期遅角制御に起因する出力の
低下をさらに好適に抑制することができる。その結果、
内燃機関に複雑な切替機構等を要することなく、耐ノッ
キング性能と出力性能との両立を図ることができる。

【００６２】請求項２に記載の発明によれば、点火時期
の変化に応じたタイミングで排気弁を開くことが可能と
なり、より好適な排気損失の抑制を可能にすることがで
きる。

【００６３】請求項３に記載の発明によれば、点火時期
を遅角制御した場合においても、常に基本点火時期と同
等の排気損失に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のノッキング防止装置の一実施形態につ
いての基本構成を示す断面略図及びブロック図。

【図２】本実施形態のＥＣＵの電気的構成を示すブロッ
ク図。

【図３】本実施形態のオフセットクランクエンジンの構
造を示す概略断面図。

【図４】同エンジンの作用概念を示す略図。

【図５】オフセットクランクシャフトのピストン速度特
性を示すグラフ。

【図６】オフセットクランクシャフトのＰ−Ｖ特性線
図。

【図７】オフセットクランクシャフトのＰ−Ｖ特性線
図。

【図８】図７の一部を拡大して示すＰ−Ｖ特性線図。

【図９】本実施形態による点火時期及び排気弁開遅角量
の算出手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１１…エンジン（オフセットクランクエンジン）、１３
…シリンダ、１５…ピストン、１６…燃焼室、１７…ク
ランクシャフト、１８…ノックセンサ、２０…回転数セ
ンサ、２１ａ，２１ｂ…カムシャフト、２５…排気弁、
２９…吸気圧力センサ、３０…排気ＶＶＴ（可変バルブ
タイミング機構）、４０…電子制御装置（ＥＣＵ）。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｐ 5/152 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｄ 5/153

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関出力軸であるクランクシャフトがシ
   リンダボアの中心からその回転方向とは逆の方向に所定
   量だけオフセットされたオフセットクランク構造と、 ノッキングの発生しやすい運転領域で当該機関の点火時
   期を遅角側に制御する第１の制御手段と、 該点火時期制御に伴い当該機関の排気弁の開弁時期を遅
   角側に制御する第２の制御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関のノッキング防止装
   置。
2. 【請求項２】 前記第２の制御手段は、前記第１の制御
   手段による制御量に対応して前記排気弁開弁時期の遅角
   制御量を決定するものである 請求項１記載の内燃機関のノッキング防止装置。
3. 【請求項３】 前記第２の制御手段は、前記排気弁の開
   弁に伴う燃焼室内圧力が当該機関の基本点火時期での同
   排気弁の開弁に伴う燃焼室内圧力と同等の圧力に維持さ
   れる態様で前記排気弁開弁時期の遅角制御量を決定する 請求項２記載の内燃機関のノッキング防止装置。