JPS59211763A - 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】 本発明は内燃機関のノッキングを検出して機関の少くと
も１つの動作特性を制御し、機関のノッキングｔ−ｉ＃
ＩＪ御するノック抑制装置に関するものである。

ノッキング社機関の動作特性のうち点火時期、空燃比、
吸気温度、吸気湿度および燃焼室温度等数多くの要素に
左右されて発生する。これらの要素のうち、点火時期お
よび空燃比は比較的宙り脚力！容易であり、低コストで
制御できること〃為ら、ノッキング、抑制の、フィード
／？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期ｆｌｔｌ制
御によるノッキング抑制装置では、予め設定された基準
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Ｓ合はとの遅角量を非常に大
きな時定数（例えに０．５゜／　ｓｅｅ　）で減少させ
、最終的な基準点火時期に制御することにょ夛フィード
バック制御を行っている。

しかるに、上記制御におりては、ノック制御を必要とす
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
運転領域全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、全ての運転領域にわたって正確に制御することが困
難であった。

また、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あり、変化後
の運転状１！Ｉｒにおいては何ら意味を持たず、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までに
は大きなタイムラグが出る。

即ち、運転状態の変化に対する制御の応答性が悪いとい
う欠点があった。

さて、ノッキングは前述したように数多くの要因によっ
てその発生が左右されるが、例えば吸気温度や吸気湿度
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。

従って、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。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灯はぼ同程度であυ、発生頻度お
よび強さに大きな差はない。

つまり、同一運転状態で発生したノッキングを抑制する
のに要する制御量は短時間ではほぼ同じであるので、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、制御中のわずかなノッキング
の発生に対してはそ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ｐ遂次補正制御を行えば極
めて応答性良く高精度にノッキング抑制を行なうことが
できる。又、前述した長期の変化要因に対しては、上記
記憶制御量をゆっくりと変更することにより補正が可能
である。

しかしながら、ノッキングは統計的性質を持ち、例えば
機関の点火時期に対するノッキング発生の状況は、ノッ
ク限界を越えた進角度で機関に点火すると進角の量に応
じて単位時間あるいは機関の点火回数に対するノッキン
グ発生度数の分布線増加側へ移行し、またノッキングの
強度の分布は増大側へ移行する。一般に、ノッキングに
よる機関のダメージや機関の効率等を考慮して、機関は
ノッキング限界付近で運転されるよう制御することが望
ましいとされる。ところが、上記の如きノッキングの統
計的性質にょジノツク限界付近で酸ノッキングの発生頻
度が非常に小さいため、上記記憶制御量の更新を短時間
で行った場合、もとの記憶制御量が７ツキング限界を与
えるものであってもその更新周期において偶然ノッキン
グの発生がなかった場合には記憶制御量を減少更新（ノ
ッキング発生方向への更新）してしまう。そして減少更
新された記憶制御量により次回以降のノッキング抑制制
御を開始するため、大きなノッキングあるいは連続した
ノッキング等が発生し、再び記憶制御量をノッキング抑
制方向へ更新することになシ、ノッキング抑制制御量に
ゆらぎが生じ、例えば点火時期制御において灯点火時期
のバラツキが発生する。逆に、記憶制御量の更新をノッ
キング限界にあることを十分に認知できるように非常に
長周期で行った場合、例えば記憶制御量が不足してノッ
キング限界を大幅に越えた量になっているとすると、本
来制御量が不足している場合は速やかに不足量を更新し
ノック限界を与える平均的制御量とすべきところを更新
周期が長周期のため更新する以前に機関の運転状態（モ
ード）が他へ移行してしまい、記憶制御量の更新が行わ
れないという状況を呈する。従って、再びその運転状態
に機関が戻った場合、大きなノッキングが発生してそあ
抑制を遂次補正で行うことになり、更新周期を経て初め
て記憶制御量が更新されることになる。

本発明は上記の点を考慮して成されたものであり、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抑制を行うフィード／ぐ
ツク制御において、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ょシノッキングの抑制を
正確にかつ応答性良く行うことを可能とし、さらに上記
各運転状態に対応して記憶される平均的制御量はノッキ
ングが発生している場合に扛既に記憶している平均的制
御量をノック抑制方向に所定の周期で速やかに更新変化
させ、ノッキングがない場合には上記平均的制御量を逆
方向に前記周期と異った所定周期で更新変化させるよう
に制御することによシ、機関の運転状態変化時のノック
抑制制御のタイムラグをなくすとともに全ての運転状態
においてノック抑制の応答性を向上することができ、か
つ正確な制御を行う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、本発明の実施例を図面とともに説明する。

尚、ノッキング発生の要因扛数多くちゃ、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、本実施例では最も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。

第１図は基本的構成を示し、負荷検出手段１によシ検出
される機関の負荷状態と回転数検出手段２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。制御量演算手段４は記憶手段３から送出された
制御量とノック検出手段５によって検出されたノッキン
グ信号と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。また、記憶手段３は機関の運転状態が
所定の判別条件全満足する場合、ノック検出手段５の検
出信号の有無に従って記憶されている制御量を夫々異な
る所定の周期で増減更新する。

第２図は本実施例の具体的構成を示し、１１は機関の回
転に従い基準クランク角度信号を発生するクランク角セ
ンナ、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、１３扛圧カセンサ１
２よυ出力された圧力信号をそのレベルに応じてディジ
タル化する第１のＡ／Ｄ変換器、１４灯機関に取り付け
られ、機関の振動加速度を検出する加速度センサ、１５
は加速度センサ１４の検出出方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弁別しノッキング強度に
応じたレベルのノッキング信号を出方するノック検出器
、１６はノック検出器１５の出力信号をディジタル化す
る第２のＡ／Ｄ変換器である。２０扛マイクロコンピユ
ータであり、主にマイクロプロセッサ（中央演算装置）
２１と、メモリ（記憶装置）２２と、インターフェース
（入出力信号処理装置）２３とから構成されている。

１７線マイクロコンピユータ２０にょシ制御される点火
コイルである。

次に上記装置の動作について説明する。クランク角セン
ナ１１は機関の回転に従い１点火周期に１回機関の回転
角度位置を検出してクランク基準角ノ９ルスを出力し、
この出力はインターフェース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。機関の吸気管圧は機関
の負荷状態に敏感に反応して変化するため、その圧力信
号のレベルから機関の負荷状態を知ることができる。

この圧力信号はＡ／Ｄ変換器１３によシディジタル化さ
れ、インターフェース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おシ、
常時機関の振動を検出する。この検出出力に扛機関の作
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は加速度センサ１４の検
出出力からノッキング成分を弁別し、ノッキング強度に
応じたレベルのノッキング信号を出力する。このノッキ
ング信号ｉｒ、Ａ／Ｄ変換器１６でディジタル化され、
インターフェース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の指令でインターフェ
ース２３によってリセットされ、ノッキング検出のため
の初期化が成される。

マイクロコンピュータ２０のメモリ２２はＲＯＭとＲＡ
Ｍｔ−有し、ＲＯＭｔｊ、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（以下進角マツプと呼ぶ。）を有し
ており、ＲＡＭ−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はクランク角センサ１１、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制御量を計算し
て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１７の通電を遮断し、機関を点火する。ま
た、マイクロコンピュータ２０は機関の運転状態が例え
ば次の条件を満足する場合ノック抑制の平均的制御量の
更新のための処理を開始する。

条件１　更新処理開始時点よりの回転変動が５　Ｏｒｐ
ｍ以下 条件２　更新処理開始時点よりの負荷変動が５チ以下 機関が連続する１０点火周期にわたって上記２つの条件
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、即ち平均
的制御量が不足している場合には平均的制御量に遂次補
正量を加え、新しい平均的制御量として学習マッシの対
応する領域に記憶する。これにより、平均的制御量の不
足は速やかに更新され、増量される。又、機関が連続す
る２００００点火にわたって上記２条件を満足する状態
で運転され、その間ノッキングの発生が全くなく遂次補
正量が零の場合、現在のノック抑制制御状態はノック限
界を下回ると見なし、平均的制御量から１単位制御量を
差し引き新しい平均的制御量として学習マツプの現在の
運転状態に対応する領域に記憶させる。このように比較
的長周期にわたってノッキングの発生がないときのみ平
均的制御量の減少更新を行うことにより前述したノッキ
ング限界を越えた領域でのノック発生方向への平均的制
御量の更新が防止され、ノック抑制制御量にゆらぎが発
生するのを防止する。このように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
量を基にしてノック制御の遂次制御が開始される。つま
り、遂次補正量が最小になるように平均的制御量が更新
され。

最適な点火時期での点火が実行される。今、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。学習マツ
プに扛変化後の運転状態に対応する位置に既に平均的制
御量が記憶されているとすれば、ノック抑制制御は変化
後の平均的制御量を基にして遂次制御が開始される。即
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ｔ１１制御が始まることがなく、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。また、条件１
．２によシ加速、減速等運転状態変化の過渡状態におい
て扛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。従って、機関の運転の過渡状態において発
生したノッキングによって作成されるノック抑制制御量
（遂次補正量）を均的制御量の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表い）情報を
記憶することが防止される。

上記した制御を実行するフローチャートを第３図１に示
す。Ｐ１〜Ｐヨ鉱各ステッグを示す。制御演算に例ｉえ
ば１点火周期に１回、クランク基準角、ノぞルス入方時
に実行される。まず、Ｐｔでクランク基準角：Δ゛ルス
入カル、Ｐ、で前呵のクランク基準角ノ４ルスから、の
周期を求め、回転数に換算する。Ｐ。

で圧力信号を入力し、ｐｓで機関の負荷状態を計算で求
める。Ｐ、でＢ　Ｐｓ　、　Ｐｓ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ｌによシ検
索しＡレジスタに記憶させる。Ｐ７ではＰ６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
量を学習マツプより検索し、Ｂレジスタに記憶させる。

Ｐ、でノック信号を入力し、Ｐｏでノック検出器１５ｔ
−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。Ｐｓｏでは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御補正量
を算出し、Ｃしソ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、ＰｌｍおよびＰｌ２で回転数変動が５　Ｏｒｐｍ
（条件１）でかつ負荷変動が５％以下（条件２）かどう
かを確かめる。条件１または条件２を満足しない場合、
Ｐ２２でＤレジスタの値■零トシ、Ｐｉｌｌで運転状態
変化前の無意味な補正量Ｃを零として、Ｐｌ４の処理に
移る。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用レジスタである。条件１，２
を共に満足する場合にはＰｌ３でＤレジスタに記憶され
ている値に１を加算してＤレジスタに記憶させる。次に
、Ｐｌ４ではＤレジスタに記憶されている内容が１０で
あるかどうかを確かめる。即ち、条件１，２を満足して
１０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１０未満の場合にはＰｌ４の処理へ移シ、１０
以上の場合にはｐＨ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。

Ｃレジスタの内容が零でない即ちノッキングの発生があ
った場合、Ｐｌ６でＢレジスタの内容にＣレジスタの内
容を加算してＢレジスタに記憶させ、ＰＩ？で遂次補正
量を記憶しているＣレジスタの内容を零にする。Ｃ＝０
即ちノッキングの発生が全くない場合はｐｔａでＤレジ
スタの内容が２００か否かが確かめられる。即ち、条件
１．２ｔ−満足した上でノッキングの発生が全くない状
態が２００００点火経続したか否かを確かめる。２００
００点火に満たない場合はＰｌ４の処理に移る。２００
００点火に達するとｐｓｓでＰ、で学習マツプを検索し
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単位量を差し引き再びＢレジスタに記憶さ
せる。次に、Ｐ２゜ではＰｔａ６るいはＰｌ、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
習マツプの現在の機関運転状態に対応した領域に記憶さ
せる。ｐｚｔでは次回の学習マツプの更新のための準備
としてＤレジスタの内容を零にする。Ｐｌ４ではＰ６で
進角マッグよシ検索して求め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（Ｐｓｓ＝Ｐ□の処理を通過した場合線更新された
平均的制御量）と、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、ｐｔｓで出方レジスタ
に点火進角度を出力したのちｐｔａ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ーフェース２３に
よって点火コイル゛１７の通電電流線遮断され、機関に
点火がなされる。

ここで、条件１，２を満足した状態で機関が連続運転さ
れ、２００００点火にわたってノッキングが発生しない
場合、ｐ　ｔ　ｓ以降に示すように平均的制御量は１単
位量減少する。従って、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線２００００点火毎に減少が
続き、ついに紘負の値となる。つまシ、予め設定された
点火進角度（進角マツプに記憶されている。）よりも進
角側で点火が行われることになる。

前述したように従来のノック抑制装置で鉱、ノッキング
の抑制を設定された点火進角度からの遅角量を制御する
こと、即ち一方向の制御によって行っているが、本実施
例では設定された点火進角度に対して進角、遅角の両側
に制御することが可能である。従って、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
して零を記憶させておくことによシ、初期のノック抑制
制御は機関設計値を基準に開始され、機関の個々のバラ
ツキや季節変化によシ生じるノッキングを平均的制御量
で補正することになシ、従来装置のように予めノック抑
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。

ところで、ノッキング発生の要素は数多くあるが、その
中でも本実施例のように点火時期制御あるい扛燃料制御
による空燃比制御が望ましい。なぜならば、点火時期制
御および空燃比制御に係る装置は数多く実用化されてい
て実現が容易であるにかりでなく低コストで実現できる
からである。

尚、空燃比制御の場合には燃料噴射装置からの噴対量を
ノッキング信号に対応した基準判断信号に応じて増量す
ることにより本災施例と同等の機能、を実現することが
できる。

以上のように本発用に訃いては、機関に発生したノッキ
ングを検出し、その検出出力に滋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ｍ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、機関運転時に線上記記憶領域か
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平均
的制御量に付加してノック抑制制御を行うようにしてお
シ、ノッキングの抑制が応答性よく行われる。又、ノッ
キングの発生により遂次補正がなされている場合、第１
の所定周期でこの遂次補正量を平均的制御量に付加し、
ノッキングの発生がなく灘次補正量が零の場合に扛、平
均的制御量を第２の所定周期で所定量減少させて対応す
る記憶領域に記憶させ、平均的制御量を更新することに
よシ、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除
去され、ノック抑制のタイムラグがなくなってノック抑
制の応答性が著しく向上し、常に全運転領域にわたって
適切なノック抑制を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の基本的構成図、第２図線本発明装
置の具体的構成図、第３図り本発明装置の動作説明の丸
めのフローチャートである。 １・・・負荷検出手段、２・・・回転数検出手段、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。 代理人　大岩増雄 第１図 第２図 Ｉｔ　　　　　　ゆ 手続補正音（自発） １．事件の表示　　　特願昭　５８−８６８２０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 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄。 （１）　　第３頁第３行の「最終的な基準点火時期」を
「ノック限界の点火時期」と補正する。 （２）　　第１４頁第１行の「物的制御量」を「平均的
制御量」と補正する。 （３）第１５頁第９〜１ｏ行の「点火回数用レジスタ」
を「点火回数計数用レジスタ」と補正する。 （４）　　第１９頁第１行の「基準判断信号」、を「制
御信号」と補正する。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）機関のノッキングを検出するノック検出手段、機
   関の負荷状態を検出する負荷検出手段、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
   て予め定められた各番地に該各番地に対応した機関の運
   転モード毎におけるノック検出手段の出力に基づいて演
   算された６値１．を記憶し、負荷検出手段の出力と回転
   数検出手段の出力によって対応する番地の記憶値を読み
   出されるメモリ手段、この読み出された記憶値とノック
   検出手段の出力とによって機関の少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イツキングを制
   御する手段、ノッキングが発生しているときくＫ紘処理
   時点における運転４モードに対応したメモリ手段の番地
   の記憶値をノッキング抑制方向の値に更新しノッキング
   が発生していないときには逆方向の値に更新し、この記
   憶値の更新周期は更新の方向により異るように更新制御
   する手段を備えたことｔ−特徴とする内燃機関のノック
   抑宙１］装置。