JPS59196953A - 内燃機関のノツク抑制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、内燃機関のノッキングを検出して機関の少
なくとも一つの動作特性を制御し機関のノンキングを制
御する内燃機関のノック抑制装置に関する。

ノッキングは機関の動作特性のうち点火時期、空燃比、
吸気温度、燃焼室温など数多くの要素に左右されて発生
する。

これらの要素のうち、点火時期、空燃比は比較的制御が
容易であｐ１低コストで制御を実現できることから、ノ
ッキング抑制のフィー　ドパツク制御の手段として用い
ることができ、特に点火時期制御によるノック抑制装置
は数多く実用化されている。

ところで、従来実用に供されている点火時制御によるノ
ッキング抑制装置では、あらかじめ設定された基準の点
火時期からノッキングの発生毎に一定角度あるいはノッ
キングの強度に応じた角度だけ点火時期を遅角させ、ノ
ッキングの発生のない場合は上記遅角量を非常に大きな
時定数（たとえば０．５°／ｓｅｅ　）で減少させ、最
終的な基準点火時期に制御するという方法でフィードバ
ック制御を行っている。

ところが、上述の方法では、ノッキング抑制の制御量を
遅角量として制御するため、基準の点火時期はあらかじ
めノック限界よりも進角したところに設定しておかねば
ならず、このため制御の開始時の点火時期は必ずノック
限界を越えておシ大きなノッキングが発生ずる。

制御の目標の点火時期と設定された点火時期とに大きな
角度差がある場合には、連続して大きなノッキングが発
生することになる。

さらに、制御装置としては、ノック抑制を必要とする小
さい点火時期補正領域も大きい点火時期補正領域も運転
領域すべてをフィードバック制御量の大きさの変化によ
って制御するため、広いダイナミックレンジが要求され
、すべての運転領域に亘って正確に制御することが困難
であるなどの問題があった。

丑だ、機関の運転状態が変化した場合、フィードバック
制御量は以前の運転状態における制御量でるシ、変化後
の運転状態においては何ら意味を持たぬもので、変化後
の運転状態における制御目標値に制御が移行する１でに
は大きなタイムラグが出る。

すなわち、運転状態の変化に河しての制御の応答性が悪
いという欠点があった。

δて、ノッキングは前述したように数多くの要因によっ
て、その発生が左右はれるが、たとえば吸気温度、吸気
湿度などは自然条件の変化に依存するもので、その変化
の周期は１日あるいは季節を単位とするような時間的に
非常に長いものであ−る。

したがって、これらの変化によるノッキング発生状況の
変化も長い周期を持つ。これを逆に言えば、同一運転状
態で短期間に発生するノッキングはほぼ同程度であり、
発生頻度、平均的な強さに大きな差はない。

ツマシ、同一運転状態で発生したノッキングな抑制する
に要する制御量は短期間ではほぼ向しであるので、特定
の運転パラメータによって規定された機関の同一運転状
態（モード）では以前の制御量を記憶した制御量を今回
の制御量として制御し、制御子のわずかなノッキングの
発生に対しては、その点火時期の補正範囲も狭いもので
よいため、発生毎にノック検出信号によシ遂次補正制御
を行なえは゛極めて応答性よく高精度にノッキングを抑
制できる。

先に述べた長期の変化要因に対しては、上記記憶制御量
をゆつくシと変更することにより補正が可能である。

そこで、この発明は上記ノッキング発生の特徴にかんが
み、前述した従来装置の欠点を排除するためになされた
もので、機関に発生したノッキングを検出し、この検出
出力に対応して、制御信号を発生しノッキングを抑制す
る帰還制御において、機関の各運転状態に対応した記憶
領域を設け、機関の各運転状態における平均的制御量を
対応する記憶領域に記憶しノッキングの発生時には上記
記憶されている平均的制御量と、発生したノッキングの
強さに応じたわずかな制御量とによって、ノッキング発
生毎に遂次ノック制御を行うことにより、ノッキングの
抑制を正確に応答性よく行うことを可能とするとともに
、さらに機関の運転状態を所定の期間計測し、運転状態
の変化が所定の範囲を越えずに定常の状態で運転される
ときのみ上記平均的制御量の更新を行い、すなわち、上
記の定常状態で連続運転している状態でノッキングが発
生している場合には、既に記憶している平均的制御量を
ノック抑制方向にその値を更新変化させ、ノッキングが
無い場合には上記平均的制御量を逆方向の値に変化させ
るように更新するように制御して、機関運転状態変化時
の過渡的な情報を記憶することを防止し、運転状態変化
後の制御のタイムラグをなくシ、常に最適な平均的制御
量を読み出すことによシ、すべての運転状態において正
確なノック抑制を実現し、応答性を向上させることがで
きる内燃機関のノック抑制装置を提供することを目的と
する。

以下、この発明の内燃機関のノック抑制装置の実施例に
ついて図面に基づき説明する。第１図はその一実施例の
全体構成を示すブロック図である。

この第１図において、負荷検出手段５により検出される
機関の負荷状態と、回転数検出手段１によシ検出される
機関回転数とから、記憶手段３は対応する領域に記憶さ
れている制御量を読み出し、制御量演算手段４に送出す
るようになっている。

制御量演算手段４は記憶手段３より送出された制御量と
、ノック検出手段５によシ検出されるメツキング信号か
らノック抑制制御量を算出し、アクチュエータ６を制御
するようになっている。

また、記憶手段３は所定の運転期間における機関の運転
状態の変動が所定の範囲を越えない場合においてのみ、
ノック検出手段５の検出信号の有無にしたがって、記憶
されている制御量を増減更新する。

以下、第２図にしたがってこの発明の一実施例をさらに
詳細に説明する。なおノッキング発生の要因は前述のご
とく数多くあシ、いずれを制御することによってもノッ
キングを抑制することは可能であるが、この発明では最
も多く実用化されている点火時期制御の場合について説
明する。

この第２図において、１１は機関の回転にしたがい基準
クランク角度信号を発生するクランク角センサ、１２は
機関の吸気管圧を検出しその圧力に対応した圧力信号を
出力する圧力センサであシ、この圧力センサ１２よシ出
力された圧力信号をそのレベルに応じて第１のＡ／Ｄ変
換器１３よシブイソタル化するようにしている。

また、１４は機関に取り付けられ機関の振動加速度を検
出する加速度センサであシ、この加速度センサ１４の検
出出力から機関のノッキングに伴い発生したノッキング
成分をノック検出器１５で弁別し、ノッキング強度に応
じたレベルのメツキング信号を第２のＡ／Ｄ変換器１６
に出力するようになっている。

この第２のＡ　／”Ｄ変換器１６はノック検出器１５の
出力信号をディジタル化するものであυ、この第２のＡ
／Ｄｉ換器１６、クランク角センサ１１、第１のＡ／Ｄ
ｉ換器１３の出力はマイクロコンピュータ２０内のイン
タフェース２３に送るようになっておシ、このインクフ
ェース２３の出力をノック検出器１５に送出するように
なっている。

マイクロコンピュータ２０は主にマイクロプロセツサ（
中央演算装置）２１と、メモリ（記憶装置）２２と、イ
ンタフェース（入出力信号処理装置）２３とから構成さ
れている。インタフェース２３の出力は点火コイル１７
に供給するようになっており、この点火コイル１７はマ
イクロコンピュータ２０によυ制御されるようになって
いる。

次に、以上のように構成されたこの発明の内燃機関のノ
ック抑制装置の動作について説明する。

クランク角センサ１１は機関の回転にしたがい、１点火
周期に１回機関の回転角度位置を検出しクシンク基準角
ノぐルスを出力し、これはマイクロコンピュ−タ２０の
インタフェース２３に入力される、 圧力センサ１２は機関の吸気管圧を検出し、その圧力に
対応するレベルの圧力信号を発生する。

ここで機関の吸気管圧は機関の負荷状態に敏感に反応し
変化するため、この吸気管圧を検出して得られる圧力信
号のレベルから機関の負荷状態を知ることができる。

さて、圧力センサ１２から発生された圧力信号は第１の
Ａ／Ｄ変換器１３によシブイソタル化され、インタフェ
ース２３に入力される。

一方、加速度センサ１４は機関に取シ付けられて２し、
常時機関の振動を検出している。この検出出力には機関
の作動によシ生じた機械ノイズによるノイズ信号にノッ
キングに伴い発生した振動によるノッキング成分が重畳
して含まれる。

ノック検出器１５は上記加速度センサ１４からの検出出
力から／ソ斤ング成分を弁別し、ノッキング強度に応じ
たレベルのノンキング信号ヲ出力する。

このノッキング信号は第２のＡ／Ｄ変換器１６でデイソ
タル化されインタフェース２３に入力される。

またノック検出器１５はマイクロプロセッサ２１の指令
でインタフェース２３によってリセットされ、ノッキン
グ検出のだめの初期化がなされる。

マイクロコンピュータ２０のメモリ２２はＲＯＭとＲＡ
Ｍを有し、ＲＯＭには機関の回転数および機関の負荷状
態に対応して予め定められた各番地にこの各番地に対応
した機関の各運転モードにおける基準の点火進角度を記
憶している領域（以下の説明では進角マツプと呼ぶ）と
、ＲＡＭには機関の回転数および負荷状態に対応して予
め定められた各番地にこの各番地に対応した機関の各運
転モードにおける上記ノック検出器１５の出力に基づい
て演算された各平均的制御量を記憶する領域（以下の説
明では学習マツプと呼ぶ）を有している。

マイクロコンピュータ２０は上記のクランク角センサ１
１、圧力センサ１２、加速度センサ１４の各センサ情報
からノック抑制制御量を計算し、最適な点火時期を算出
し、決定された点火時期において点火コイルの通電を遮
断し機関を点火する。

まだマイクロコンピュータ２０は、所定の期間、機関の
回転数と負荷状態を計測し、その期間内の回転数と負荷
状態の変動量を演算する。そして、演算結果が回転数変
動および負荷変動に対して定められた所定の範囲内にあ
るときのみ、ノック抑制制御のだめの平均的制御量の更
新を行う。

たとえば、回転数変動に対する範囲を下記条件１とし、
負荷変動に対する範囲を下記条件２とする。

条件１　回転数変動測定開始からの回転数変動が５０　
ｒｐｍ以下 条件２　負荷変動測定開始からの負荷変動が５チ以下 機関が、たとえば、連続する１００点火周期に亘って上
記条件１，２を満足した状態で運転され、その間にノッ
キングが発生し、ノック抑制の遂次補正を行っている場
合、この遂次補正量を平均的制御量に加算し、更新され
た平均的制御量とする。

また、遂次補正量がＯの場合、すなわち、ノッキングが
この期間全く発生しなかったとすれば、上記平均的制御
量から１単位量を差し引き更新された平均的制御量とし
て、現在の機関運転状態に対応する学習マツプの領域に
上記更新された値を記憶させる。

以上のようにして、ノック抑制の平均的制御量が更新さ
れると、以降はこの更新された平均的制御量をもとにし
て、ノック抑制の遂次制御が開始される。

つまυ、遂次補正量が最小となるべく平均的制御量が更
新され、最適々点火時期での点火が実行される。

次に機関の運転状態が変化し他の運転状態に移行したと
する。このとき、上記条件１および２によシ運転状態変
化の過渡状態においては、学習マツプに記憶されている
平均的制御量の更新は行われない。

したがって、機関の過渡運転状態において発生したノッ
キングによって作成される遂次補正量を平均的制御量を
更新に用いることがなく、無意味な（そのときの運転状
態に対応しない）情報を記憶することが防止される。

まだ、機関運転状態変化途中および変化後のノック抑制
制御はその時点における運転状態に対応する学習マツプ
上の領域から平均的制御量が読み比され、この読み出さ
れた平均的制御量をもとにして、ノック抑制の遂次補正
が開始される。

すなわち、従来装置のように運転状態変化前のノック抑
制制御量から制御を始めるということがなく、既に求め
られている平均的制御量による制御状態に即座に入るた
め、ノック抑制制御の応答性は著しく向上する。

上述の制御を実行するフローチャートを第３図に示す。

この第３図中のＰ１〜Ｐ２５はフローチャートの谷ステ
ップを示す。

この発明の制御演算はたとえは、１点火周期に１回、基
準角パルス入力時に実行される。

第１に、ステップＰ、からＰ２　でクランク基準角パル
スヲ入力し、ステップ３で前回のクランク基準角パルス
からの周期を求め回転数に換算する。

ステップＰ４で圧力信号を入力し、ステップＰ、で機関
の負荷状態を計算で求める。ステップＰ、ではステツ７
″Ｐｓ　、　Ｐ５で計算した回転数および負荷状態に対
応する設定進角度を進角マツプより検索し、Ａレジスタ
に記憶させる。

ステップＰ７では、ステツｆＰ６と同様に回転数および
負荷状態に対応したノック抑制の平均的制御量を学習マ
ッグよシ検索し、Ｂレジスタに記憶させる。

ステップＰ８でノッキング信号を入力し、ステップＰ、
でノック検出器１５をリセットする信号を発生して、次
回のノッキングの発生を検出するための準備をする。

ステラ７’　Ｒｏでは、ステップＰ８で入力されたノッ
キング信号の強度に対応した量の制御補正量を算出し、
Ｃレジスタに記憶されている前回の遂次補正量に加算し
再びＣレジスタに記憶させる。

次に、ステップＰ、１およびＰＩ３で回転数変動が５０
ｒｐｍ以下（条件１）でかつ負荷変動が５％以下（条件
２）かどうか確かめる。条件１または条件２を満足しな
い場合、ステップＰ２□でＤレジスタの値を零としステ
ップＰ２２で運転状態変化前の無意味な遂次補正量Ｃを
零として、後で説明するステップＰ２３の処理へ飛ぶ。

ここで、Ｄレジスタは平均的制御量の更新周期を決める
ために用いられる点火回数計数用レジスタである。

条件１および条件２をともに満足する場合には、ステッ
プＰ　Ｉ　３でＤレジスタに記憶されている値に１を加
算し、Ｄレジスタに記憶させる。

続いて、ステップＰ１４ではＤレジスタに記憶されてい
る内容が１００であるか否かを確かめる。

すなわち、条件１，２を満足して１００点火周期を経過
したか否かを確かめる。Ｄレジスタの内容が１００未満
のときはステップＰ２３の処理へ飛び、Ｄレジスタの内
容が１００の場合にはステップＰＩ５でＣレジスタに記
憶されている遂次補正量が零か否かを確かめる。

零の場合、ステップＰ　ｌ　８でステップＰ７において
検索し求めた平均的制御量を一時的に記憶しているＢレ
ジスタの内容から１を引き、Ｂレジスタに記憶させる。

Ｃレジスタの内容が零でない場合は、ステップＰ、６で
Ｂレジスタの内容にＣレジスタの内容を加算し、Ｂレジ
スタに記憶させ、ステップＰＩ７で遂次補正量としての
Ｃレジスタに記憶される内容を零にする。

ステップＰＩ［ｌでは、ステップＰＩ６およびステップ
Ｐ１８で変更されたＢレジスタの記憶値を新しい平均的
制御量として学習マツプの現在の運転状態に対応した位
置に記憶させる。

ステップＰ２１１では次回の学習マツプ更新のための準
備としてＤレジスタの内容を零とする。

ステップＰ２３では、ステップＰ６で進角マツプより検
索して求め、Ａレジスタに記憶されている設定進角度と
Ｂレジスタに記憶されている平均的制御量（ステップＰ
　Ｉ　５〜Ｐ２０　の処理を通過した場合は更新された
平均的制御量）と、そしてＣレジスタに記憶されている
遂次補正量とから点火進角度を決定し、ステップＰ２４
で出力レジスタに点火進角度を出力したのち、ステップ
Ｐ　２５で次の制御プログラムに移る。

出力レジスタに出力された点火進角度に対応する位置に
機関の回転角が到達した時点でインタフェース２３によ
って点火コイルの通電電流は遮断され機関に点火がなさ
れる。

ここで、条件１および２を満足した状態で機関が連続運
転され、１００点火周期に亘ってノッキングの発生がな
い場合、プログラムステップＰ１ｇ以降に示す如く平均
的制御量は１単位量減少する。

したがって、引き続いて同じ状態で機関が運転された場
合平均的制御量は１００点火周期毎に減少が続き、遂に
は負の値とカる。

つまシ、あらかじめ設定された点火進角度（進角マッシ
に記憶されている）よシも進角側で点火が行われること
になる。

先に述べたように、従来のノック制御装置では、ノッキ
ングの抑制を設定された点火進角度よりの遅角量“を制
御すること、すなわち一方向の制御によって行っている
が、この発明の実施例では設定された点火進角度に対し
て進角、遅角両側に制御をすることが可能である。

したがって上述の点火進角度を記憶しておく進角マツプ
のデータとしては、機関設計時において最適の値として
求められた点火進角度を記憶させ、さらに平均的制御量
を記憶する学習マツプの全領域に初期値として零を記憶
さぞておくことにより、初期のノック抑制制御は機関設
計値を基準に開始され、機関側々のバラツキ、季節変化
により生ずるノッキングを平均的制御量で補正すること
により、従来装置のようにあらかじめノック抑制の制御
幅を見込んで設定する必要がなく、初期の制御性も大幅
に改善される。

さらに、ノッキング発生の要素は数多くるるか、その中
でも点火時期制御おるいは燃料制御による空燃比制御が
望ましく、点火時期制御、空燃比制御に係る装置は数多
く実用化されていて実現が容易でおるばかりでなく、低
コストで実現できるものであるが、この空燃比制御の例
としては、燃料噴射装置からの噴射量をノッキング信号
に対応した基準制御信号に応じで増量することにより同
等の機能を実現することができる２ 以上のように、この発明の内燃機関のノック抑制装置に
よれば、機関に発生したノンキングを検出し、その検出
出力に対応して制御信号を発生しノッキングを抑制する
帰還制御系において、機関の回転数、負荷状態に対応し
て記憶領域を設け、機関の各運転状態におけるノック抑
制の平均的制御量を対応する記憶領域に記憶させ、機関
運転時には上記記憶領域から対応する平均的制御量を読
み出し、この平均的制御量によシノツキング発生要素を
制御して、制御中に発生するわずかなノッキングに対し
ては遂次補正量として上記平均的制御量に伺加してノッ
ク抑制制御を行うことによシ、ノンキングの抑制が応答
性よく行われる。

また、所定の期間同における機関の回転数装動および負
荷変動が所足の範囲内にあるときのみノッキングの抑制
のだめの平均的制御量の更新処理を、ノッキングの発生
があシ上記遂次補正がなされている場合には、上記遂次
補正量を上記平均的制御量に付加し、ノッキングの発生
がなく、上記遂次補正量が零の場合には、平均的制御量
を所定の量減少させるように変更し、対応する記憶領域
に記憶させるようにしたので、ノック発生要因の長周期
での変化に対して適切に応答し、また、機関の運転状態
が変化した場合にも、変化前および変化途中の無意味な
ノック抑制制御量の影響が取υ去られ、ノック抑制のタ
イムラグが無くなシ、ノック抑制の応答性そして正確度
が著しく向上し、常に全運転領域に亘って適切なノック
抑制が行えるという実用１優れた効果が得られるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の内燃機関のノック抑制装置の全体の
構成を示すブロック図、第２図はこの発明の内燃機関の
ノック抑制装置の詳細な構成を示すブロック図、第３図
はこの発明の内燃機関のノック抑制装置の制御動作を示
すフローチャートである。 ｌ・−・回転数検出手段、２・・・負荷検出手段、３・
・・記憶手段、４・−・制御量演算手段、５・・・ノッ
ク検出手段、６・・・アクチュエータ、１１川クランク
角センサ、１２・・・圧力センサ、１３・・・第１のＡ
／Ｄ変換器、１４・・・加速度センサ、１５・−・ノッ
ク検出器、１６・−・第２のＡ／Ｄ変換器、１７・・・
点火コイル、２０・・・マイクロコンピュータ、２１・
・・マイクロプロセッサ、２２・・・メモリ、２３・・
・インタフェース。 代理人　大岩増雄 第１図 第２図 手続補正書（自発） 昭和５８年９　β１　日 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　特願昭５８−７１７２０号２、発
明の名称 内燃機関のノック抑制装置 ３、補正をする者 代表者片山仁へ部 ４、代理人 ５、　補正の対象 明細聰゛の発明の詳細な説明の欄 ６、　補正の内容 （１）　　明細書３頁７行「最終的な基準」を「ノック
限界の」と訂正する。 （２１同１５頁２行「ステップ３」を「ステップＰ３Ｊ
と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関のノッキングを検出するノック検出手段、上記機関
   の負荷状態を検出する負荷検出手段、上記機関の回転数
   を検出する回転数検出手段、機関の負荷と回転数に対応
   して予め定められたそれぞれの番地にこの谷番地に対応
   した機関の運転モード毎における上記ノック検出手段の
   出力に基づいて演算された各位を記憶し上記負荷検出手
   段と回転数検出手段の出力よシ対応する番地の記憶値が
   読み出されるメモリ手段、この読み出された記憶値と上
   記ノック検出手段の出力とによって機関の少なくとも一
   つの動作特性量を制御する制御量を補正して機関のノン
   キングを制御する手段、所定の機関運転期間内における
   上記負荷検出手段と回転数検出手段の各出力からそれぞ
   れ機関の負荷変動と回転数変動を演算し、この演算され
   た負荷変動と回転数変動が所定の範囲を越えない機関運
   転状態において、ノッキングが発生しているときには処
   理時点における運転モードに対応した上記メモリ手段の
   番地の記憶値をノッキング抑制方向の値に更新し、かつ
   ノッキングが発生してい々いときは逆方向の値に更新制
   御する手段を備えてなる内燃機関のノック抑制装置。