JPS60195359A - 内燃機関のノツキング抑制装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は内燃機関のノッキング抑制装置に関し、特に
内燃機関のノンキング発生要因の大きな変動に対しても
常時適切なノッキング抑制をなし得るノッキング抑制装
置に係るものでめる。

〔従来技術〕

内燃機関においては、機関効率（燃費）、出力などの向
上のために、機関運転時のノッキングを検出して抑制す
るノッキング抑制装置の開発、採用が盛んでるる。こ＼
でこのノッキング現象は、一般に機関運転条件のうち、
点火時期、空燃比。

燃焼室温度、吸気温度および湿度などのそれぞれに数多
くの要因に左右さ汎て発生するが、これらの／！ｒ要因
のうちでも、笑際上、吸気温度および湿度の変動に大き
く影響され、し分・もこの吸気温度および湿度は季節に
よって変化し、かつ季節が一年を周期として変化するた
めに、ノッキングの発生も一年周期で変化することにな
る。つまり同一運転状態で短期間において発生−ｒるノ
ッキングははｙ同程度でろって、その発生頻度、大きさ
に大差はなく、このために同一運転状態で発生するノッ
キングを抑沿１１するのに必要な制御信号は短期間にお
いてはソ同じである。従来、この事象を利用したノンキ
ング抑制装置の提案がな寧れているが、個々の要因解析
、殊に各要因の変動全追随補正できない点などに不備が
あって、未だ効果的なノッキング抑制をなし得ないもの
でめった。

し発明の概要〕 この発明は従来のこのような実状に鑑み、ノッキング発
生に際しては、各運転状態に対応してそれぞれに予めメ
モリに記憶されているノンキング抑制に必要な適正値の
開側１信号全迅速に出力きせてノッキング抑制をなし、
また特にノッキング発生要因に変動の多い過渡運転時に
は、その変動分に相当する補正側ａを行なえるようにし
て、内燃機関運転時のノンキングを効果的にし力・も応
答性よく抑制し得るノンキング抑制装置全提供するもの
でるる。

〔発明の笑施例〕

以下この発明に係る内燃機関のノンキング抑制装置の一
冥施例につき、添付図面全参照（−て詳細に説明する。

第１図はこの夾施例装置の概要を示すブロック構成図で
める。この第１図において、符号１蝶機関の回転に伴っ
て基準点火信号を発生する点火信号発生器、２はこの点
火信号発生器１から入力される基準点火信号を波形整形
および閉路角制御して、所望のパルス巾の点火パルス（
第３図（４）、第４図囚、第５図（Ａ）参照）を出力す
る波形整形回路、３はこの波形整形回路２から入力され
る点火パルスの位相金、後Ｊ２１Ｓする演算器からの制
御信号に対工ｉＳＬで時間的に遅れ側に移相器せ、この
移相されたパルス（第３図（６）、第４図（６）、第５
図（２）参照）を出力する移相器、４はこの移相器３か
ら入力される点火パルスに対応して点火コイル５へのｌ
＠電を断続するスイッチ回路でろる。

また６は機関の振動加速度全検出して振動信号を出力す
る加速度センサ、Ｔはこの加速度センサ６カ・ら入力さ
れる振動信号により、機関のノンキングに伴って発生す
るノッキング成分全選別し、そのノッキング強度に対応
したレベルのノッキング信号（第３図（Ｂ）、第４図（
Ｂ）、第５図ＣＢ）参照）を出力し、かつ後述する波形
整形回路からの定時間パルスによってリセットされるノ
ック検出器でるる。

そして８は機関の吸気管１３の内圧を検出して、検出圧
力に対応する圧力信号を出力する圧力センサ、９は前記
ノック検出器１から入力するノンキング信号と、圧力セ
ンサ８〃・ら入力１゛る圧力信号と全レベル対応にディ
ジタル化し、これらのディジタル化したノンキング信号
と圧力信号とを出力するＡＤ変換器、１０線前記点火コ
イル５の駆動端子電圧により、点火時期に定時間パルス
全出力する波形整形回路、１１す、前記ＡＤ変換器９か
らのディジタル化した圧力信号と、波形整形回路１０か
らの定時間パルスと力・ら機関の運転状態をめ、かつ前
記ＡＤ変換器９からのディジタル化しグζノッキング信
号からノンキング強産をめて、後述するメモリに記憶さ
れた基準制御信号ＶＲの入力ＧＣｊ　Ｆ）制御信号＜　
第３図（ｃ）、　第４図（Ｃ）　、　ｍ５図（Ｃ）参照
）全演算出力する演算器、１２は第２図に示す前記基準
制御信号ｖＲを記憶するメモリ、１４は前記吸気管１３
内に配されて、機関の出力を調整するスロットル弁、１
５１はこのスロットル弁１４の開閉制御作動に連動して
抵抗値が可変される可変抵抗でろる。

しかして前記装置においては、点火信号発生器１、波形
整形回路２．移相器３．スイッチ回路４および点火コイ
ル５のそれぞれによりィグナイタ部が構成されており、
そして前記加速度センサ６から出力される振動信号には
、機関作動から生じｆｃ機械的なノイズによるノイズ信
号（例えばバルブ弁の作動に伴って検出されるノイズ信
号〕と共に、ノッキングに伴なう振動によって生じたノ
ンキング成分が重畳して含まｎている。

また第２図は機関におけるそれぞれの運転状態に対応し
て前記メモリ１２に記憶される基準制御信号の一例で舌
）る。そしてこの第２図の場合、運転状態は機関の負荷
り。−Ｌ４　と回転数Ｎｏ−Ｎ。

とにより定められている。

記憶されている基準制御信号ｖＲは、例えば回転数Ｎ２
〜Ｎ３の範囲において、負荷Ｌｏ−ＬＨでの運転の場合
には基準制御信号ＶＲ，、負荷Ｌ１〜Ｌ２での運転の場
合には基準制御信号ＶＲ２，負荷Ｌ２〜Ｌ３での運転の
場合には基準制御信号ＶＲ３となり、負荷の増加に従っ
てその基準制御信号が大きくなる。

さらに第３図（５）〜０はノッキングが発生していない
機関運転状態での前記第１図各部の波形を、第４図（５
）〜０））ｒｆ１ノッキング制御の必要な機関運転状態
での前記第１図各部の波形を、第５図囚〜０））は各シ
リンダ間の燃焼状態が若干具なっていて、第４図（４）
〜（ハ）の基準制御信号による制御では幾分か制御不足
となる機関運転状態での前記第１図各部の波形をそれぞ
れに示している。

次に前記笑施例製置の全般的な動作について述べる。

まず機関の回転に伴って点火信号発生器１カ・ら点大信
号が発生し、この点火信号は波形整形回路２によジ波形
整形、閉路角制御されて、所定パルス巾の点火パルスと
して出力される。そしてこの点火パルスは移相器３を経
てスイッチ回路４に入力され、このスイッチ回路４では
点火パルス信号入力に対応して点火コイル５への給電を
断続し、その給電遮断時に点火コイル５で発生さ九る点
火電圧により各シリンダへの点火がなされ、これによっ
て機関が運転状態となる。

また前記機関の運転状態で、圧力センサ８は吸気管１３
の内圧を検出して、その圧力に対応した圧力信号をＡＤ
変換器９に出力する。そしてこのＡＤ変換器９では、入
力される圧力信号がディジタル化され、機関の負荷状態
全表わす信号として演算器１１に出力さ九るが、こ＼で
吸気管の内圧Ｖｉ機関の負荷状態に敏感に反応して変化
Ｔるために、圧力センサ８で得た圧力信号レベル力・ら
機関の負荷状態金求めることができるのでめす、さらに
このとき加速度センサ６は機関の振動加速度を検出して
、その振動信号全ノック検出器７に出力させ、ノック検
出器ＴＬこの振動信号からノッキング成分を選別して、
ノッキング強度に対応したレベルのノッキング信号ｔＡ
Ｄ変換器９に出力し、このＡＤ変換器９では前記と同様
に入力されるノンキング信号がディジタル化さ九て演算
器１１に出力される。

ついで前記演算器１１においては、波形整形回路１０か
ら入力される足時間パルスの周期により機関の回転数を
め、かつ前記ＡＤ変換器９を経て入力されるディジタル
化された圧力信号により機関の負荷状態をめて、これら
の値から機関の運転状態を判断すると共に、前記ＡＤ変
換器９を経て入力されるディジタル化されたノンキング
信号により機関のノッキングを検出する。そしてこの演
算器１１により検出さｒする機関のノンキングは、前記
のようにしてめた運転状態のそれぞれにおいて、各運転
状態でのノッキング信号音、それぞれの運転状態に対応
する基準制御信号としてメモリ１２に記憶させ、これに
よって第２図に示す基準制御信号ｖＲのマツプを作成す
ることができる。

続いて前記機関の各運転状態での具体的な装置作動につ
いて述べる。

■〕　ノッキングが発生していない機関運転状態の場合 （第３図囚〜■）全参照） この場合はノンキング検出器７からの出力が同図（Ｂ）
のように零でめジ、このために演算器１１の出力も同図
（Ｃ）のように零となって、移相器３での移相制御が行
なわれず、波形整形回路２からの同図（５）に示す点火
パルス出力と同移相の、同図（ロ）に示す点火パルスが
スイッチ回路４に入力される。

従ってこのスイッチ回路４では、入力さ扛る点火パルス
に対応して点火コイル５への給電全断続させるために、
基準時点ｔ１およびｔ２での給電遮断がなされて点火電
圧が発生し、機関は通常速りに運転される。

〔１〕　ノッキング制御を必要とする機関運転状態の場
合 （第４図（４）〜（Ｄｉを参照） この場合は時点ｔ３での点火後にノンキング制御が必要
な運転状態になり、演算器１１では、波形整形回路１０
から入力される定時間パルスの周期と、ＡＤ変換器９を
経て入力される圧力センサ８の信号レベルとから同運転
状態をめると共に、メモリ１２から同図（Ｃ）に示すよ
うに、この運転状態に対応した基準制御信号ＶＲ４を読
み出して出力する。従ってこの基準制御信号ＶＲ４の入
力により、移相器３扛波形整形回路２から入力する同図
囚の点火パルスの位相を、同図０）に示すように、角度
θ１だけ時間的に遅れる側に移相させた点火パルスとし
、これ全スイッチ回路４へ出力することになジ、スイッ
チ回路４ではこの角度θＸたけ移相させた点火パルスに
対応して点火コイル５への給電を断続させ、基準時点ｔ
４およびｔ６よりもそれぞれに角度θ１および角度θ２
ずつ遅角しｆＣ時点ｔ５お↓びｔ７での給電遮断がなさ
れて点火電圧が発生し、この点火電圧により機関の運転
６；なさｎるために、結果的にはノッキングが解消され
、機関はノッキングのない通常通ジに運転さ而る。

Ｃｕｌ〕各シリンダ間の燃焼状態が若干異なっていて、
第４図（Ｑの基準制御信号による制御では幾分か制御不
足で、引き続き低レベルのノッキングが継続されること
＼なるために、この制御不足の補正を必要とする機関運
転状態の場合 （第５図（５）〜■）全参照） この場合は時点ｔ８での点火後にノンキング制御が必要
な運転状態になり、演算器１１で蛙、波形整形回路１０
から入力される定時間パルスの周期と、ＡＤ変換器９を
経て入力される圧力センサ８の信号レベルとから同運転
状態金求めると共に、メモリ１２から同図（Ｃ）Ｋ示す
ように、この運転状態に対応した基準制御信号ｖＲ，’
を読み出して出力する。従ってこの基準制御信号■Ｒ５
の入力により、移相器３は波形整形回路２から入力する
同図（４）の点火パルスの位相を、同図（２）に示すよ
うに、角度θ３だけ時間的に遅れる側に移相させた点火
パルスとし、これをスイッチ回路４へ出力することにな
り、スイッチ回路４ではこの角度θ３だけ移相させた点
火パルスに対応して点火コイル５への給電を断続させ、
基準時点ｔ９　よりも角度θ３だけ遅角した時点ｔｌＯ
での給電遮断がなさ扛て点火電圧が発生し、この点火電
圧によジ機関の運転がなされる。

そしてこ＼では、今、前記したように、角度θ３だけ遅
角した時点ｔｌｏで点火されたのにも拘わらず、燃焼状
態が少し変動していて、低レベルのノッキングが引き続
き発生していると、ノック検出器Ｔからは同図の）に示
すノック信号Ｋが出力される。従って演算器１１はこの
ノック信号にの入力により、その信号レベルに対応する
補正全前記基準制御信号ＶＨ５に加えた基準制御信号Ｖ
Ｒ８を出力し、次の点火をその基準時点ｔ１１　よりも
角度θ４だけ遅角した時点ｔ＋２で行なって補正させ、
結果的にはこの引き続き発生する低レベルのノンキング
をも充分に抑制でき、機関はノンキングのない通常速り
に運転される。

そしてこの場合、角度θ４は角度θ３Ｊ：９も大きく、
その差、つまｐバランキ補正角度Ｕ　０４−０３となっ
てノンキング信号にのレベルに対応するもので、このよ
うに英際の制御量がメモリ１２力・ら読み出した基準制
御信号よりも所定値以上に大きく変動した場合には、メ
モリ１２の基準制御信号値を修正、記憶させることによ
り、機関のノンキング発生要因の大きな変動に対し追随
してのノッキング抑制が可能となり、前述したノンキン
グ発生要因としての季節的変化に対応する適切な値の基
準制御信号を得られるのでろる。

しかしてまた機関でのノンキングは、前記した定常運転
時よりも過渡運転時において大きく発生するもので、こ
のために過渡運転時のノッキング抑制に必要な制御信号
値は定常運転時の十ｆｌｕりも大きい値となる。し力・
し一方１機関に対するノンキング制御は、単にその動力
性能だけを基準とせずに、この機関を搭載する自動車の
特性（例えば用途、蓮音性など）とか、システム方式、
さらにはコストに至るまでを考慮するようにしてその商
品性を向上させる必要がある。従って前記補正量の演算
は、特定条件に限定せずに、各種の条件を基準として多
極多様な制御が可能なように適宜適正な補正全行なわせ
るようにしなければならない。

この実施例に８って前記過渡運転時、すなわち過渡状態
は、機関の出力を調整するところの、前記吸気管１３に
配したスロットル弁１４の開閉操作に連動して作動され
る可変抵抗１５の抵抗値変化により検出する。そしてこ
の可変抵抗１５の抵抗値変化は前記演算器１１に入力さ
れ、この演算器１１ではその変化量が所定値以上でろる
と、スロットル弁２１の開度変化量（ｄα／ｄｔ　）が
所足以上の過渡状態（いわゆる加速状態）になったこと
を検出する。この過渡状態の領域４’ｌ１足の一例全第
６図に示してめジ、こ＼ではスロットル弁開度変化量（
ｄα／ｄｔ　）がα！以下で６ｎは定常状態、α１以上
でろれは過渡状態でろるものと判断するようにしている
。

続いてこのようにして検出された過渡状態における制御
信号補正量の演算手法の数例を第７図ないし第１０図に
挙ける。

第７図は過渡状態に際し、スロットル弁開度の変化率の
大きさに対応して補正量をめる手法でろジ、この場合は
スロットル弁開度の変化率と補正量とをそれぞれにめる
という演算が必要でめるもの＼、負荷の増加に追随して
補正させた制御信号値を大きく発生させ易く、この過渡
状態でのノッキングの基本特性に効果的に適合する。

第８図は過渡状態に際して、スロットル弁開度の変化率
とは関係なく、制御信号に一律に一定補正値を加算して
補正する手法でるり、この場合は第７図に示す手法と異
なって、負荷の大きさを反映させ得ないために、ときに
は補正値に過不足を生ずる可能性を有する反面、定常状
態であるか過渡状態でめるかの、状態判別だけをなせば
よくて簡単でるる。

第９図は過渡状態に際して、スロットル弁開度の変化率
とは関係なく、メモリ１２に記憶されている基準制御信
号ＶＲの値に係数ｋｌを乗じた一定値に１・■Ｒヲ加算
して補正する手法で６９、この場合は時間経過と共に変
化する運転状態に対応してメモリ１２の基準制御量が変
化するために、補正量もまた時間経過に従い変化するこ
とになる。

そしてこの基準制御信号ｖＲは定常状態でのノッキング
抑制に必要な制御量で、その大きさはその時々の運転状
態でのノンキングの発生のし易さを表わしていて、こ＼
ではこの基準制御量に基すいて補正量をめるようにして
いるために、機関の特性全反映させた補正をなすことが
できる。

第１０図は過渡状態に際して、ノック検出器７からのノ
ッキング信号ＶＫの値に係数に＋　ｋ乗じた値に！・■
に全加算して補正する手法でるり、この場合Ｖ１発生す
るノッキングの大きさに基づいて実時間で補正させるた
めに、時々刻々に変化する運転状態に対応した補正をな
すことができる。

また実際的には、これらの各手法を相互に組み合わせて
、内燃機関およびこれ全搭載する自動車に適用させるこ
とにより、商品性に優れたノンキング抑制金なし得るも
のでろる。

なお、ノンキング抑制のための制御手段は、前記実施例
で示した点火時期制御と〃為、るるいは燃料制御による
空燃比制御が望ましい。これはこの点火時期制御、空燃
比制御に係る装置が既に数多く実用化されていて、これ
らへの適用が容易でろり、かつ低コストで実現できるか
らである。そして空燃比制御による例としては、燃料噴
射装置による燃料の噴射量をノンキング信号に対応する
基準制御信号により増量させるようにすればよく、前記
と同等の機能が得られる。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明によれば、機関の振動加速
度からノンキング強度に対応したレベルのノッキング信
号を取り出すようにし、また機関の負荷状態と回転数と
〃・らそれぞれの運転状態全判断して、各運転状態に対
応したノンキング抑制のためのそ九ぞれの基準制御値を
予め記憶させておき、ノッキング発生時にめって、その
ノンキング信号と基準制御値とからノッキング制御のた
めの制御信号を出力させるようにした力・ら、発生時の
各運転状態にそれぞれ適切に対応するノンキング抑制を
迅速に行ない得らｎると共に、併せてノッキング発生要
因の変動に追随した制御が可能となり、さらに機関の過
渡運転状態を検出して、記憶されている基準制御値をそ
の状態対応に補正させるようにしたから、特にノッキン
グ発生要因の変動の大きい過渡運転状態においても、同
様にその運転状態に対処される適切なノンキング抑制を
効果的に行ない得るなどの特長を有するものでるる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る内燃機関のノンキング抑制装置
の一実施例を示すブロック説明図、第２図は同上メモリ
に記憶される基準制御信号の例を示す説明図、第３図（
Ａ）〜０．第４図（４）〜Ｑ〕）、第５図（ト）〜Ｑ）
）はそれぞれ第１図各部での波形図、第６図は運転領域
の区分を示す説明図、第７図ないし第１Ｏ図線基準制御
信号の補正例を各別に示すそれぞれ説明図である。 １・・・・点火信号発生器、２，１０・・・・波形整形
回路、３・・・・移相器、４・・・・スイッチ回路、５
・・・・点火コイル、６・・・・加速度センサ、７・・
・・ノック検出器、８・・・・圧力センサ、９φ・・・
ＡＤ変換器、１１・８０．演算器、１２−−−−メモリ
、１３．伊−・吸気管、１４・・・・スロットル弁、１
４・・・・可変抵抗。 代理人　大　岩　増　雄 第１図 り 第２図 し 回転躾 第３図　第４図 第５図 １ｉＩｆｌ 第６図 第７図 第８図　ｄ宜 吋関 第１０図 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 事件の表示　特願昭５９−５１６２７号発明の名称　内
燃機関のノッキング抑制装置３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都千代田区丸の内二丁目２番３け名　称　
（６０１）三菱電機株式会社 代表者片由仁八部 ４、代理人 住　所　東京都千代田区丸の内二丁目２番３壮５゜ （１ （２ ６、補正の内容 （１）明細書第８頁第５〜６行の「ノッキングが発生し
ていない」を「ノッキング制御が必要でない」と補正す
る。 （２）　同書第１０頁第１９行の「ノッキングが発生し
ていない」を「ノッキング制御が必要でない」と補正す
る。 （３）同書第１２頁第１１行の「および角度θ２」を削
除する。 （４）　第４図を別紙の通り補正する。 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）スロットル弁の開度によって出力調整される内燃
   機関において、内燃機関の振動加速度を検出して振動信
   号を出力する加速度センサと、前記振動信号からノンキ
   ングに伴って発生するノッキング成分全選別して、ノン
   キング強度に対応したレベルのノッキング信号を出力す
   る手段と、内燃機関の負荷状態を検出する手段と、内燃
   機関のＮ転数を検出する手段と、前記負荷状態と前記回
   転数とにより、内燃機関の足常運転状態を判断して、各
   運転状態に対応したノッキング抑制のための基準制御値
   を記憶する記憶手段と、内燃機関の過渡運転状態を検出
   して、前記基準制御値を所定補正値に補正する補正手段
   と、前記ノッキング信号と前記基準制御値、もしくは補
   正された基準制御値からノンキング制御のための制御信
   号を演算出力する演算手段とを備えたことを特徴とする
   内燃機関のノッキング抑制装置。
2. （２）基準制御値の補正値をスロットル弁開度の変化量
   に対応して設定したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の内燃機関のノンキング抑制装置。
3. （３）基準制御値の補正値を一定値に設定したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機関ノッキン
   グ抑制装置。
4. （４）基準制御値の補正値を同基準制御値に係数を乗じ
   た一足値に設定したこと全特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の内燃機関のノッキング抑制装置。
5. （５）基準制御値の補正値をノッキング信号に係数を乗
   じた一定値に設定したこと全特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の内燃機関のノッキング抑制袋！。