JPS59224467A - 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會検出して機関の少くと
も１つの動作特性を制御し、機関のノッキングを制御す
るノック抑制装置に関するものである。

一般に、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、吸気湿度、燃焼室温度等多くの要
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制御が容易であり、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
バッ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
。

そして、この種の従来装置においては、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
いはノッキングの強度に応じた角度だけ点火時期を遅角
させるとともに、ノッキング発生のない場合にはこの遅
角量を非常に大きな時定数（例えば帆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フ
ィードバック制御を行っている。

ところで、上記のような制御においては、ノッキング抑
制の制御量全基準点火時期からの遅角量として制御する
／こめ、基準点火時期は予めノック限界よりも進角した
ところに設定することになり、制御の開始点の点火時期
では大きなノッキングが発生する。このため、基準点火
時期はノック限界よりわずかに進んだ点火時期に設定す
ることが望ましい。しかし、前述したノック発生の種々
の要因全加味して上記のような設定を行うことは実際上
不可能であり、ある運転状態においては基準点火時期が
ノック限界に対して相当大きな角度差を持って設定され
たり、あるいはある運転状態においては遅れ側設定の基
準点火時期となることは避けられない。進角側に相当大
きな角度差を持って設定された場合は大きなノッキング
が連続して発生することになり、逆に遅れ側に設定され
た場合には機関の出力低下や燃費の悪化を招くことにな
り、全ての運転状態にわたって最適な点火時期制御を行
うことは困難であった。また、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全て全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
ンツが要求され、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。さらに、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、変化後の運転状態においでは何ら
意味を持たず、変化後の運転状態における制御目標値に
制御が移行する才でＫは大きなタイムラグが出る。即ち
、運転状態の変化に対して制御の応答性が悪いという欠
点があった。

ところで、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汎るが、例えば吸気温度、吸気
湿度などは自然条件の変化に依存しその変化の周期は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。逆に言うと、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
、発生頻度や平均的な強さに大きな差はない。即ち、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
制御量は短期間ではほぼ同じであるので、特定の運転／
ｆ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
対してはその点火時期の補正範囲は狭いもので良いため
発生毎にノック検出信号により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を抑制できる。

父、前述した長期の変化要因に対しては上記記憶制御量
をゆっくりと変更して補正すれば良い。

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てノッキングを抑制するフィードバ
ック制御において、機関の各運転状態に対応した記憶領
域全般け、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この
記憶された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レンツキングの抑制を正確
に応答性良く行うことを可能とし、また各運転状態に対
応して記憶さ九た平均的制御量は、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
抑制方向に所定の周期で更新変化させるとともにノッキ
ングがない場合には平均的制御量を逆方向に更新変化さ
せ、かつその範囲を各運転状態に対応して予め定められ
た制御範囲において平均的制御量が零をまたいで正・負
いずれの値もとシ得るように更新するように制御するこ
とにより、・機関の運転状態変化時のノック抑制制御の
タイムラグをなくし、全ての運転状態においてノック抑
制の応答性をより向上し得るとともに正確な制御を行う
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。

第１図は本実施例の基本的構成を示し、負荷検出手段１
により検出された機関の負荷状態と回転数検出手段２に
よって検出さ才した機関の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からの制御量とノック検
出手段５により検出されたノッキング信号とからノック
抑制制御量全算出し、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を満
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Ｊ％］ｆ増減更新し、この更新範
囲は運転状態に対応して予め定められた制御範囲におい
て正・負いずれの値もとり得るようにされている。

第２図は本実施例の具体的構成を示す。尚、ノッキング
発生の要因は数多くあってそのいず’ｎを制御すること
によってもノッキングの抑制は可能であるが、ここでは
最も実用化さ才している点火時期制御の場合について説
明する。図において、１１は機関の回転に従って基準ク
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全出
力する圧力センサ、１３は圧カセンザ１２の圧力信号を
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は機関に取付けらｉｌ、機関の振動加速度を検
出する加速度センサ、１５はカロ速度センサ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
分全弁別しノッキング強度に応じたレベルのノッキング
信号を出力するノック検出器、１６はノック検出器１５
の出刃信号をｒイジタル化する第２のＡ／Ｄ変換器、２
ｏはマイクロコンピュータであシ、主にマイクロプロセ
ッサ（中央演算装置）２１と、メモリ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はマイクロコンピュータ２０によシ制御され
る点火コイルである。

次に上記構成の動作について説明する。クランク角セン
＋ｉ１１　ＶＪ−、’ｈ関の回転に従って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パル
ス全出力し、この出力はマ・ｒクロコンビコーク２０の
インターフェース２３に入力さＪ’Ｌる。

圧力上ンザ１２１：ｉ関の吸気管圧を検出し、その圧力
に対応したレベルの圧力信号を発生する。機β１・１の
吸気管圧し１、機１５ｇの負荷状態に敏感に反応し変化
するため、前記圧力信号から機関の負荷状態を知ること
ができる。この圧力（８号は第１のＡ／Ｄ変換器Ｊ３で
ディジタル化さｔ］７、インターフェース２３に入力さ
す１．る。一方、常時機関の振動を検出している加速度
センサ１４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力、ており、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’？ｃｌＴ別し、ノッキング強度に応じたレ
ベルのノッキング信号全出力する。このノッキング信号
は第２のＡ／Ｄ変換器１６でディジタル化されてインタ
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２
３によってリセットさノＬ１７ツキング検出のための初
期化が成さｔＬる。

マイクロコンピュータ２ｏのメモリ２２はＲＯ，ＭとＲ
ＡＭを有し、ＲＯＭは機関の回転数および負荷状態に対
応して予め定めら九た各番地に機関の各運転モードにお
ける基準点火進角度？記憶している領域（以下進角マッ
シと呼ぶ。）と機関の各運転モードに対応して予め定め
られたノック抑制制御の平均的進角補正量の進角側上限
値全記憶している領域（以下学習上限マツプと呼ぶ。）
ヲ有しておシ、ＲＡＭは機関の回転数および負萌状態に
対応して予め定めら扛た各番地に各運転モードにおける
ノック検出器１５の出方に基づいて演算された各平均的
進角補正量を記憶する領域（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
ンサ情報がらノック抑制制御量を計算し、機関の運転状
態に対応して予め定められた基準点火時期全補正するこ
とにより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
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進角補
正量更新のだ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数変動が５　Ｏｒ
ｐｍ以下であること。

条件２　更新処理開始時点よりの負荷変動が５係以下で
あること。

機関が連続する１００点火周期にわたって上記二つの条
件を満足した状態で運転され、その間にノッキングが発
生してノック抑制の遂次補正を行ってい゛る場合、即ち
平均的進角補正量の遅角佃への更新を必要としている場
合には、平均的進角補正量から遂次補正量を差し引いて
新しい平均的進角補正量として学習マツプの対応する領
域に記憶させる。又、機関が連続する１（）０点火周期
にわたって上記二つの条件全満足するとともにこの間に
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による点火時期はノック限界を下回
るものと見なすことができ、平均的進角補正量に単位制
御量を加算する。次に、処理時点の運転状態に対応する
学習上限マツプ上の番地に記憶されている進角補正上限
値と上記加算した値とを比較し、加算した値が進角補正
上限値と等しいか越える場合には進角補正は上限値に達
したと判断し、学習上限マツプから読み出された進角補
正上限値を新しい平均的進角補正量とする。

逆に、加算した値が進角補正上限値に達していない時に
はこの加算した値を新しい平均的進角補正量とする。こ
のようにして得られた平均的面角補正量は処理時点にお
ける運転状態に対応する学習マツプ上の領域に記憶させ
る。

以上のようにしてノック抑制の平均的進角補正量が更新
されると、以降はこの更新さ扛た平均的進角補正量を基
にしてノック抑制の遂次制御が開始される。つまジ、遂
次補正量が最小となるように平均的進角補正量が更新さ
れ、ノック限界における点火時期での点火が実行される
。平均的進角補正量は基準点火進角度全進角、遅角両側
に補正が可能であり、進角側には学習上限マツプによシ
進角補正の上限が設けられるため例えば学習上限マツプ
に機関の各運転状態におけるＭ　Ｂ　Ｔ　（Ｍｉ　−ｎ
ｉｍｕｍ　ａｄｖａｎｃｅ　ｆｏｒ　Ｂｅ５ｔ　Ｔｏｒ
ｑｕｅ　）と進角マッグに記憶されている基準点火進角
度の差に対応する制御量を記憶させておくことにより、
ノック限界がＭＢＴｋ下回る領域に存在する場合は、平
均的進角補正量は点火時期をノック限界に制御し、ノッ
ク限界がＭＢＴｔ越える領域即ちノック抑制制御を必要
としない領域においては平均的進角補正量が学習上限マ
ツプ値により制限され、点火時期がＭＢＴに設定される
。即ち、機関のＭＢＴを越える進角度での点火が防止さ
れる。これによシ機関の全ての運転状態にわたって最適
な点火時期での点火が災現される。

ここで、機関の運転状態が変化し他の運転状態に移行し
たとすると、ノック抑制制御は変化後の運転状態に対応
する学習マツプ上の領域に記憶されている平均的進角補
正量をもとに遂次補正が開始される。即ち、従来のよう
に運転状態変化前のノック抑制制御量から制御が始まる
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が著
しく向上する。又、前記二つの条件により加速、減速等
運転状態変化の過渡状態においては、学習マツプに記憶
されている平均的進角補正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
平均的進角補正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ない）情報を記憶すること
が防止される。

第３図はマイクロコンピュータ２０のフローチャートを
示し、Ｐ１〜Ｐ２８は各ステップ全示す。尚、制御演算
は例えば１点火周期に１回りランク基糸角パルスの入力
時に実行さｎる。まず、Ｐ２でクランク基準角パルスを
入力し、Ｐ３で前回のクランク基準角パルスからの周期
を求めて′回転数に換算する。Ｐ４で圧力信号を入力し
、Ｐ、で機関の負荷状態ｔ　Ｈ１′算で求める。Ｐ６〜
Ｐ８ではＰ、　、　Ｐ、で求めた回転数および負荷状態
から夫々進角マッシ、学習マツプ、学習上限マツプ上の
対応する番地の記憶値を読み出し、基準点火進角度をＡ
レジスタに、平均的進角補正量ｅＢレノスタに、進角補
正上限値をＩ（レジスタに夫々記憶させる。Ｐ、ではノ
ッキング信号を入力し、Ｐ、。でノック検出器１５をリ
セットする信号全発生して次回のノッキング発生の検出
に備える。Ｐｌ＋　ではＰ、で入力したノッキング信号
の大きさに応じた竜の制御補正前を算出し、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、Ｐｌ２　＋Ｐ、９で回転数変
動が５０　ｒｐｍ以下（条件１）でかつ０荷変動が５％
辺下（゛条件２）かどうかを確かめる。条件１，２のい
ずれかを満足しない場合にｉ：Ｐ２＋でＤレジスタの値
Ｙｃ　ＱとするとともにＰ２゜で運転状態笈化前の無意
味な遂次補正量Ｃを０とし７、後述するＰ２Ｏの処理に
移る。Ｄレジスタは平均的進角補正量の更新周期を決め
るための点火口１ｌｆｆｌｌ数用レジスクである。売件
１，２を共に満足１゛る場合には、Ｐｌ４でＤレジスタ
に記憶されている値に１を加えてＤレジスタに記憶させ
る。ＰＩｆｆｉではＤレジスタに記憶されている内容が
１００が否か即ち条件１，２を満足して連続する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未満の場合はＰ２Ｏの処理に移り、Ｄレジス
タの内容が１００の場合はＰ　Ｉ　６でＣレジスタに記
憶されている遂次補正量が０が否がを確かめる。ＣＮ３
の場合即ちノッキングの発生があった場合にはＰ１□で
Ｂレジスタの内容がらＣレジスタの内８’を引算してＢ
レジスタに記憶させ、Ｐｌ８で遂次補正量を記憶してい
るＣレジスタの内容を０にする。一方、Ｃ＝ｏの場合即
ち全くノッキングの発生がなかった場合、Ｐｌ、で平均
的進角補正量を記憶しているＢレジスタの内容全Ｐ、で
にレジスタに記憶させた進角補正上限値と比較する。Ｂ
レジスタの値かにレジスタの値よυ小さい場合は、平均
的進角補正量は進角補正上限値に達していないのでＰ２
゜でＢレジスタの値に１を加算しＢレジスタに記憶させ
る。Ｂ≧にの場合はＰ２１でＢレジスタににレジスタの
内’ｌｌｋ記憶させる。これによシ、平均的進角補正ｆ
ｌ：　ｉ記憶するＢレジスタの内容は進角補正上限値に
固定される。Ｐ２２ではＰ１７゜Ｐ２Ｏ＋　Ｐ２１　　
で更新されたＢレジスタの内容を新しい平均的進角補正
量として学習マツプの現在の機関運転状態に対応する番
地に記憶させる。Ｐ２３では次回の学習マツプ更新のた
めの準備として点火回数計数用Ｄレジスタの値をＯとす
る。次にＰ２Ｏでは、Ｐ、で進角マツプよシ検索して求
めＡレジスタに記憶されている基準点火進角度と、Ｂレ
ジスタに記憶されている平均的進角補正量（Ｐｌ、〜Ｐ
ｔＢの処理を通った場合は更新された平均的進角補正量
）と、Ｃレジスタに記憶されている遂次補正量とから点
火進角度全決定し、Ｐ２７で出力レジスタに点火進角度
を出力した後、Ｐ　２３で次の制御プログラムへと移る
。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の通電電流は遮断さ庇、機関に点火
が成さ扛る。

上記実施例では以上のように制御が行わ几ておシ、従来
のようにノッキング抑制制御を設定された点火進角度よ
シの遅角量を制御するとと即ち一方向制御によって行う
ものと異シ、設定された点火進角度に対して進角、遅角
両側に制御するようにしている。従って、基準点火進角
度を記憶しておく進角マッグ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、
さらに平均的進角補正量を記憶する学習マツダの全領域
に初期値として０を記憶させておくことにより、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
々のバラツキや季節変化等によシ生じるノッキングを平
均的進角補正弁で補正することになシ、従来のように予
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向上する。

尚、ノッキング発生の要素は数多くあるが、その中でも
点火時期制御あるいは燃料制御による空燃比制御が望ま
しい。これは点火時期制御あるいは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かつ低コスト
であるからである。

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て増量す
ることにより本実流側と同等の機能を笑ｆＡ′ｔ′るこ
とかできる。

発上のように本発明においては、機関に発生したノッキ
ングを検出し、その検出出力に対応して制御信号を発生
しノッキングを抑制するフィードバック制御系において
、機関の回転数および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を記憶させ、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音読み出し、この平
均的制御量によりノッ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ンキングに対しては遂次補正量と
して上記平均的ｆｌｉ制御量に付加してノック抑制制御
を行うことによジノッキングの抑制が応答性良く行われ
る。また、ノッキングの発生があって上記遂次補正がな
されている場合、所定の周期で遂次補正量を平均的制御
量に旬ヵＤし、ノッキングの発生がなく遂次補正量が零
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ジ
ノツ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
変化途中の無意味々ノック抑制制御量の影響が取シ去ら
れ、ノック抑制のタイムラグがなくなり、ノック抑制の
応答性が著しく向上する。さらに、記憶領域に記憶さ九
ている平均的制御量は基準に対して正負両方向の制御全
可能としているため、制御開始の基準を機関設計時の最
適値に設定することによシ初期の制御性が大幅に向上し
、また機関の各運転状態毎に平均的制御量の更新範囲に
制限を設けることによジノツク抑制制御を必要としない
領域においてはノック抑制制御動作を禁止あるいは制限
することが可能となり、常に全運転領域にわたって適切
なノック抑制全行うことができる。

【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図は本発明装
置の具体的構成図、第３図は本発明に係るマイクロコン
ピュータ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 ＋ｊ　　　　　　　　　　　　　　　−特許庁長官殿 １．事件の表示　　　特願昭５８″″９９６７９２、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“書の発明の詳細な説明の欄および図面。 ６、補正の内容 （１）　　ｇＡ細書第３頁第４〜５行の「最終的な基準
点火時期」を１ノツク限界の点火時期」と訂正する。 （２）　　同下記各頁各行の「遂次」を「逐次」と訂正
する。 」己 第５頁第１４行。 第１Ｉ頁第１３行、第１６行、第２０行。 第１２頁第１７行、第１８行。 第１３頁第２０行。 第１４頁第１θ行。 第１５頁第１１行、第１７行。 第１６頁第８行、第１２行。 第１７頁第１３行。 第１９頁第１５行、第１８行、第１９行、第２０行。 （３）同第１７頁第１１行のｒ　Ｐｕｓ　−Ｐｔｓ　Ｊ
をｒ　ＰＩ４〜Ｐ、３」と訂正する。 （４）同第１９貞第１１行の「記憶領域を記憶させ」を
「記憶領域に記憶させ」と訂正する。 （５）同第１９頁第１４行の「ノッキングに対しては」
の後に「そのノッキングの大きさに応じた制御量を」を
加入する。 （６）図面の第３図を別紙の通り訂正する。 ７、　添付書類の目録 第３図の訂正図面　　　　　　　　１　通以上

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
   関の負荷状態全検出する負荷検出手段、機関の回転数全
   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各
   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
   演算された各値全記憶し、負荷検出手段と回転数検出手
   段の出力から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ノック検出手段の出
   力とによって機関の少くとも１つの動作特性量全制御す
   る制御部：ヲ補正して機関のノッキングを制御する手段
   、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メモリ手段の番地の記憶値を所定
   周期でノッキング抑制方向の値に更１ｉ５ｉするととも
   に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、かつこの記憶値の更新範囲は機関の各運転状態に
   対応して予め定められた制御補正範囲において零をまた
   いで正負いずれの値もとシ得るように更新制御する手段
   を備えたことを特徴とする内燃機関のノック抑制装置。