JPS62111149A - 内燃機関のノツキング制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車等内燃機関の過給圧および点火時期を
制御してノンキングを制御する装置に関する。

（従来の技術） 内燃機関の点火時期は機関が最適に運転されるように機
関の状態に応じて決定する必要がある。

そして、−ａに機関の効率燃費を考えると最大トルク時
の最小進角、いわゆるＭ　Ｂ　Ｔ　（Ｍｉｎｉｍｕｍ　
ａｄ−ｖａｎｃｅ　ｆｏｒ　Ｂｅ５ｔ　Ｔｏｒｑｕｅ　
）付近で点火するのが最良と知られており、機関の状態
によりＭＢＴ点火時期を変えるといういわゆるＭＢＴ制
御が行われる。

ところが、ある機関状態においては点火時期を進めてい
くとノッキングが生じ、安定な機関運転を行うことがで
きない０例えば、低速回転、低負荷時においてはＭＢＴ
より以前にノンキング限界がきている。また、ノンキン
グ限界は温度、湿度等の大気条件にも影響を受けやすい
。

このようなノンキング制御には点火時期および過給圧を
制御すれば良いことが知られており、例えばそのような
制御を行うものとしては本出願人が先に提案した特開昭
５８−７２６４４号公報に記載の装置がある。

この装置ではノック発生時に点火時期を制御するととも
に、その遅角量が一定値を超えたときは過給圧を制御す
る。また、過給圧が一定値以下のときは点火時期を制御
している。なお、ＭＢＴ制御については開示されていな
い。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の内燃機関のノッキング
制御装置にあっては、ノックを抑制するのみの構成とな
っていたため、ノックが発生しない領域で最大の出力ト
ルクを得ることができず、近時の要求に沿うことが難し
い。すなわち、ＭＢＴ　！ｉｊＪ　ＪＢをも考慮した近
時の点火時期制御についての適用という点で改善の余地
ありと考えられる。

（発明の目的） そこで本発明は、運転領域毎に点火時期と過給圧に対応
するノックレベルと出力トルクとを記憶しておき、ノッ
ク発生時にはノックを抑制しっつかつ出力トルクが最大
となるように点火時期と過給圧の最大制御値をそのとき
の運転領域から読み出すことにより、ＭＢＴ制御を優先
しつつノックを適切に回避して、エンジンの運転性能を
向上させることを目的としている。

（発明の構成） 本発明による内燃機関のノンキング制御装置はその基本
概念図を第１図に示すように、エンジンの燃焼圧力を検
出する圧力検出手段ａと、エンジン運転状態を検出する
運転状態検出手段すと、エンジンの吸気の過給圧を検出
する過給圧検出手段Ｃと、圧力検出手段ａの出力に基づ
いてエンジンのノッキングレベルを検出するノック検出
手段ｄと、エンジンのトルクを検出するトルク検出手段
とｅ、圧力検出手段ａの出方に基づいて燃焼圧力が極大
となる燃焼ピーク位置を検出するとともに、燃焼ピーク
位置がエンジンのトルクを最大とする所定位置となるよ
うに点火時期を補正するピーク補正量を演算する演算手
段ｆと、所定の運転領域毎に点火時期と過給圧に対応す
るノッキングレベルおよびエンジントルクを学習し、こ
の学習値を記憶する記憶手段ｇと、演算手段ｆおよび記
憶手段ｇの少なくとも一つ以上の出力に基づいて、ノッ
キングレベルを所定値以下に抑制しつつエンジントルク
が最大となるように点火時期を補正する点火補正量を演
算するとともに、吸気の過給圧を制御する制御信号を出
力する制御手段りと、運転状態に基づいて基本点火時期
を設定し、これを前記点火補正量に応じて補正する点火
時期設定手段ｉと、点火時期設定手段ｉの出力に基づい
て混合気に点火する点火手段ｊと、前記制御信号に基づ
いて吸気の過給圧を変える過給圧操作手段にと、を備え
ており、ＭＢＴＩＩＪ御を優先しつつノックを適切に回
避するものである。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜９図は本発明の一実施例を示す図である。

まず、構成を説明する。第２図において、１はエンジン
であり、吸入空気はエアクリーナ２より吸気管３を通し
て各気筒に供給され、燃料は噴射信号Ｓｉに基づきイン
ジェクタ４により噴射される。各気筒には点火プラグ５
が装着されており、点火プラグ５には高圧発生ユニット
６がらの高圧パルスＰｉが供給される。点火プラグ５お
よび高圧発生ユニット６は混合気に点火する点火手段７
を構成しており、点火手段７は点火信号Ｓｐに基づいて
高圧パルスＰｉを発生し放電させる。

そして、気筒内の混合気は高圧パルスＰｉの放電によっ
て着火、爆発し、排気となって排気管８を通して触媒コ
ンバータ９に導入され、触媒コンバータ９内で排気中の
有害成分（Ｃｏ、ＨＣ，Ｎ０ｘ）を三元触媒により清浄
化して排出される。

吸気管３には排気ターボ過給機１ｏのコンプレッサ１０
ａが配設されており、コンプレフサ１０ａ’は排気管８
に配設されたタービン１０ｂに連結される。

排気ターボ過給機ｌｏは排気によってタービン１０ｂを
駆動し、これと連動するコンプレフサ１０ａにより吸気
を過給する。タービン１０ｂを通過する排気の流量はウ
ェストゲートバルブからなる電磁弁（過給圧操作手段）
１１により制御され、電磁弁１１はデユーティ値を有す
る制御信号ｓｋに基づき排気の一部を大気に逃がすこと
によりタービン１０ｂにかかる圧力を調節して過給圧Ｐ
ａを制御する。

吸入空気の流量Ｑａはエアフローメータ１２により検出
され、吸入管３内の絞弁１３によって制御される。エン
ジン１の燃焼圧力は筒内圧センサ１４により検出され、
筒内圧センサ１４の出力Ｓ、は信号処理回路１５に入力
される。信号処理回路１５は筒内圧センサ１４の出力Ｓ
、に基づいて燃焼振動エネルギに関連する物理量に相当
する積分値Ｓや燃焼ピーク位置θｐ＠ａＫを検出するも
ので、詳細な構成は後述する。

また、吸気の過給圧Ｐａは過給圧センサ（過給圧検出手
段）１６により検出され、エンジン１のトルクＴ。はト
ルクセンサ（トルク検出手段）１７により検出される。

トルクセンサ１７はクランクシャフトに取り付けられ、
クランクシャフトにトルクがかかることによって発生す
る磁歪効果を利用してトルクＴ１を検出する。

さらに、エンジン１のクランク角はクランク角センサ１
８により検出される。クランク角センサ１８は爆発間隔
（６気筒エンジンでは１２０°、４気筒エンジンでは１
８０°）毎に各気筒の圧縮上死点（ＴＤ（ｃ）前の所定
位置、例えばＢＴＤＣ７０°で（Ｈ）レベルのパルスと
なる基準信号Ｃａを出力′するとともに、クランク角の
単位角度（例えば、１°）毎に（Ｈ）レベルのパルスと
なる単位信号Ｃ８を出力する。なお、信号Ｃａのパルス
を計数することにより、エンジン回転数Ｎａを知ること
ができる。エアフローメータ１２およびクランク角セン
サ１８は運転状態検出手段１９を構成している。

上記各センサ１２．１５．１６．１７．１８からの信号
はコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）２０に入力されてお
り、コントロールユニット２０はこれらのセンサ情報に
基づいて点火時期制御（その他噴射量制御もあるが、こ
こでは省略する）を行う。

前述の信号処理回路１５は単体でノック検出手段として
の機能を有するとともに、コントロールユニット２０と
共に演算手段としての機能を併せもち、具体的には、例
えば第３−図に示すようにチャージアンプ２１、マルチ
プレクサ（Ｍ　Ｐ　Ｘ）　２２、バンドパスフィルタ（
ＢＰＦ）２３、整流器２４、積分器２５、ローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）２６およびピーク位置検出回路２７によ
り構成される。

筒内圧センサ１４は気筒毎（本実施例では６気筒）に配
設されており（第３図では１４ａ〜１４ｆで示す）、こ
れらの筒内圧センサ１４ａ；１４ｆは点火プラグ５の座
金として形成され共線めされている。

筒内圧センサ１４ａ〜１４ｆは気筒内の燃焼圧力を圧電
素子によって電荷に変換し、電荷出力ｓｌをチャージア
ンプ２１に出力する。チャージアンプ２１は電荷−電圧
変換増幅器からなり、電荷出力Ｓ、を電圧信号Ｓｔに変
換してマルチプレクサ２２に出力する。マルチプレクサ
２２はクランク角センサ１８からの基準位置信号Ｃａに
基づいてチャージアンプ２１からの信号Ｓｔを気筒毎に
択一的に切換え、信号ｓ　ｓとしてバンドパスフィルタ
２３およびローパスフィルタ２６に出力する。

バンドパスフィルタ２３は信号ｓ３のうちノック振動に
対応する周波数帯（例えば、５ＫＨｚ〜２０にＨｚ）の
信号のみを通過させ信号Ｓ４として整流器２４に出力し
、整流器２４は信号Ｓ４を全波整流（半波整流でもよい
）し整流信号Ｓ、として積分器２５に出力する。積分器
２５はノイズの排除を考慮して所定クランク角の間、例
えば圧縮上死点（ＴＤ（ｃ）後１０°〜４５°の間のみ
整流信号Ｓ、を積分し燃焼振動エネルギに関連する物理
量に相当する積分値Ｓとして出力する。

一方、ローパスフィルタ２６は信号Ｓ３のうち高周波成
分をカットし信号Ｓ４としてピーク位置検出回路２７に
出力し、ピーク位置検出回路２７は信号Ｓ、に基づいて
燃焼ピーク位置θｐｓａｘを検出する。

第４図は第２図に示した全体構成図をブロック的に表し
た図である。

第４図において、コントロールユニット２０は記憶手段
、制御手段および点火時期設定手段としての機能を有し
、ｃｐυ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３およびＩ１０ボ
ート３４により構成される。ＣＰＵ３１はＲＯＭ３２に
書き込まれているプログラムに従ってＩ１０ボート３４
より必要とする外部データを取り込んだり、また、ＲＡ
Ｍ３３との間でデータの授受を行ったりしながらノック
制御およびＭＢＴ制御に必要な処理値を演算処理し、必
要に応じて処理したデータをＩ１０ボート３４に出力す
る。Ｉ１０ポート３４には運転状態検出手段１９、過給
圧センサ１６、トルクセンサ１７および信号処理回路１
５からの信号が入力されるとともに、Ｉ１０ポート３４
からは制御信号Ｓｋおよび点火信号Ｓｐが出力される。

点火信号Ｓｐは点火手段７に入力されており、点火手段
７のうち高圧発生ユニット６は第５図に詳細を示すよう
に点火コイル３５、電源３６およびトランジスタＱ１か
らなり、点火信号Ｓｐに基づきトランジスタＱ１を０Ｎ
１０ＦＦ制御して点火コイル３５の２次側に高電圧Ｐｉ
を発生させて点火プラグ５に供給する。なお、このよう
な高圧発生ユニット６は気筒毎に設けられる。

次に作用を説明する。

第６図はＲＯＭ３２に書き込まれているノック制御およ
びＭＢＴ制御のプログラムを示すフローチャートであり
、本プログラムは所定時間毎に一度実行される。

まず、Ｐｌでエンジン１の運転状態を表すパラメータで
あるエンジン回転数Ｎｅと吸入空気ｆｉＱａを読み込む
０回転数Ｎｅはクランク角センサ１７からの基準信号Ｃ
ａのパルスを計数して（あるいはパルスの間隔幅を計測
してもよい）算出し、吸入空気量Ｑａはエアフローメー
タ１２の出力信号をＡ／Ｄ変換して算出する０次いで、
Ｐｔで回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑａをパラメータとする
テーブルマツプから基本点火時期ＡＤＶをルックアップ
する。Ｐ３ではピーク位置検出回路２７から燃焼ピーク
位置θｐｍａｘを読み込み、Ｐ、でこれを目標ピーク位
置θ。と比較する。目標ピーク位置θ。はエンジン１の
燃焼状態が最も良好となるように目標となるθｐｍａｘ
であり、エンジンの種類によらず略一定の値（例えば、
θ。＝ＡＴＤＣ１５°〜２０°）である。

θρｍａｘ　＞θ。のときは点火時期が遅れていると判
断し、Ｐ５で次式■に従って基本点火時期ＡＤ■を進角
側に補正する点火補正量（ピーク補正量に相当）Ｍを演
算する。

Ｍ＝＝ｋｔ　　（θｐｓａｘ’−〇、　）　　・−−−
−−■但し、ｋＩ　：制御ゲイン ・一方、θｐｍａｘ≦θ。のときは点火時期が進んでい
ると判断し、Ｐ６で次式〇に従って点火補正量Ｍを演算
する。

Ｍ＝ｋｇ　　（θｐｍａｘ−θ。）　・・・・・・■但
し、ｋ２　：制御ゲイン これらＰＳＸＰ、のステップ処理によりθｐｍａｘが目
標値であるθ。に一致するように点火時期のＭＢＴｆｉ
１１御が実行され、発生トルクを最も大きくするように
燃焼状態が制御される。なお、制御ゲインに、　、ｋ、
は運転状態に応じて適切に可変としてもよい。

このように、予め基本点火時期ＡＤＶを求め、それを目
標値θ。となるように補正するという方式によれば、例
えば当初からいきなり目標値θ０に追従させるというフ
ィードバック方式に比較して目標値θ。への収束が速い
という特長がある。

特に、自動車エンジンのように運転条件が短時間のうち
に大きく変わるという特性を有するものにあっては、極
めて有効な方式といえる。

次いで、Ｐ、で過給圧Ｐａを制御している電磁弁１１の
基本デユーティ値Ｄｗを演算する。これは、基本点火時
期ＡＤＶと同様に回転数Ｎｏと吸入空気量Ｑａをパラメ
ータとするテーブルマツプから該当する最適値をルック
アップすることにより求める。Ｐ＠では吸気の過給圧Ｐ
ａをＡ／Ｄ変換して読み込むとともに、ノックレベルを
表す積分器２５の出力である積分値Ｓを読み込む、また
、Ｐ９でトルクセンサ１７の出力ＴアをＡ／Ｄ変換して
読み込む。

ＰＩＧでは積分値Ｓをノック判断基準値（スライスレベ
ル）Ｓｏと比較する＊　Ｓ　＞　Ｓ　ａのときはノック
レベルが所定値を超えていることからノンキングが発生
していると判断してＰ、に進む、一方、Ｓ　：５Ｓ　ｏ
のときはノックレベルが所定値以下であるからノンキン
グが発生していないと判断してＰｌｔに進む。ＰＩ、で
は実際の過給圧Ｐａが正であるか負であるかを判別し、
正であるときはＰＩｊで今回の運転領域に対応する積分
値ＳとトルクＴＥのテーブルマツプのマツプ値を書き換
える。なお、運転領域はＱａとＮに基づいて決定される
。これらのテーブルマツプは第７．８図に示すように点
火時期Ｃと過給圧Ｐａをパラメータとする２次元のデー
タテーブルであり、それぞれ積分値ＳとトルクＴＩのデ
ータがストアされている。これらのデータの関係は、例
えば前回のルーチンで設定された点火時期Ｃ′および過
給圧Ｐａ’によって今回の燃焼が制御され、その結果得
られたのが今回の積分値ＳおよびトルクＴ、となる。し
たがって、Ｐ、！ではＣ′とＰａ”によって指定される
運転領域のそれぞれのマツプ値Ｓ、Ｔｔが書き換えられ
更新される。これにより、エンジン１や装置の経時変化
に対応してマツプデータとしての精度が常に最新のもの
に維持される。

次いで、ｐｌａでＳ　＜　Ｓ　ｏの範囲（ノッキングが
ない範囲）でトルクＴＥが最大となる所（以下、最大ト
ルク位置Ｔ　ｔ＊＊ｘという）をサーチし、ｐｕｓ、Ｐ
ｌ＆でそれぞれＴ０□に対応する点火時期ＡＤＶＯと過
給圧Ｐａのデユーティ値Ｄｗ。をルックアップする。Ｐ
ｌｔでは最終点火時期Ｃ４−Ｃ−ＡＤＶＯとしてこれに
対応するタイミングで点火信号Ｓｐを出力するとともに
、最終デユーティ値りをＤ−Ｉ）ｈａとしてこのデユー
ティ値りを有する過給圧の制御信号Ｓｋを出力する。

したがって、Ｃに対応するタイミングで混合気に点火さ
れ、またデユーティ値りに対応するように過給圧Ｐａが
制御される０次いで、ｐＨ＋で今回の点火時期Ｃおよび
過給圧Ｐａをそれぞれ旧値Ｃ′、Ｐａ’としてルーチン
を終了する。

一方、上記ステップＰ、でＰａ≦０のときは点火時期の
遅角補正によりノッキングを抑制するため、ＰＩ９で次
式〇に従って基本点火時期ＡＤＶを遅角補正する点火補
正量Ｍを演算してＰｌｔに進む。

Ｍ＝に＊　　（Ｓ　　Ｓ、）　・・・・・・■但し、ｋ
、：制御ゲイン このように、ノッキングが発生しているときはそのとき
の過給圧Ｐａの状態により制御態様を選択し、Ｐａ＞Ｏ
のときはノックが抑制される範囲内でテーブルマツプか
ら最大トルク位置Ｔ　Ｅｓｍ＊を求め、このＴ　ｔ＋ｍ
ｍｘとなるように点火時期および過給圧の双方を制御す
る。

一方、Ｐａ≦０のときは点火時期を遅角補正した方がト
ルク低下が少ないと判断してそれを実行する。したがっ
て、ＭａＴ＃ｉｌを優先して実行しつつ、トルク低下が
最も少なくなるようにノックを抑制するべく過給圧ある
いは点火時期が適切に制御される。

一方、ノッキングが発生していないと判断してＰｌｔに
進んだときは、ＰｌｔでｐＨと同様に過給圧Ｐａの正、
負を判別する。Ｐａ＞ＱのときはＰ２゜でｐｕｓと同様
のマツプ値書き換え処理を行い、Ｐ２、で次式■に従っ
て基本デユーティ値りを増大補正するように過給補正量
Ｋを演算してＰｌｔに進む。

Ｋ＝に、（Ｓ−３Ｏ）　・・・・・・■但し、ｋ４　：
制御ゲイン ここで、制御ゲインに、を大きくしすぎると過給圧ｐａ
の変化が大きく、先のステップＰ、、Ｐ６で点火時期を
最適とした状態がくずれてしまい好ましくないので適切
な値とする。また、過給圧Ｐａはできる限り大きい値と
なるように維持するのが好ましく、この点からもに４の
値の選定について考慮する。

また、Ｐａ５ＯのときはＰａｔで次式■に従って基本デ
ユーティ値］）ｗを減少補正する過給補正量Ｋを演算し
てＰＩ？に進む。

Ｋ＝ｋｓ　　（Ｓ　　Ｓ（＋）　　・・・・・・■但し
、ｋ、二制御ゲイン ＰＩ？では次式■に従って、最終デユーティ値りを演算
し、このデユーティ値りを有する過給圧の制御信号Ｓｋ
を出力する。

Ｄ　＝　ＤＷ＋　Ｋ　　　　・・・・・・■したがって
、デユーティ値りに対応するように過給圧Ｐａが制御さ
れる。

このように、ノッキングが発生していないときはそのと
きの過給圧Ｐａの状態により制御態様を選択する。すな
わち、Ｐａ　＞０のときはマツプを書き換えるとともに
、過給圧Ｐａを増大補正した方がエンジン出力の増大に
寄与すると判断してそれを実行し、Ｐａ≦０のときは過
給圧Ｐａを減少補正した方がトルク低下が少ないと判断
してそれを実行する。

なお、Ｐｌ。でＳ５Ｓ＠のとき、すなわちノックが発生
していない場合、点火時期はＰ、あるいはＰ、で演算し
た点火補正量Ｍに基づき次式■に従って最終点火時期Ｃ
を演算し、これに対応するタイミングで点火信号Ｓｐを
出力する。

Ｃ■ＡＤＶ＋Ｍ　　　・・・・・・■ したがって、Ｃに対応するタイミングで混合気に点火さ
れる。

このように、ノックが発生しない場合においてもＭＢＴ
ＩＩＪｌｌｌを実行しつつ、なおかつエンジン出力を増
大させるように過給圧Ｐａおよび点火時期が適切に制御
される。

第８図は点火時期Ｃと過給圧Ｐａに対する等トルク特性
をノックとの関係で示している。

いま、Ａ点でノックが発生したとすると、このノックを
回避しようとする場合、点火時期制御だけで回避しよう
とすればＢ点に、過給圧制御だけで回避しようとすれば
Ｃ点に到達し、トルクＴ。

は低下してＴｔ−３の状態となる。このような場合、本
実施例では、トルクＴＥが最大となるように点火時期と
過給圧が共に適切に制御されるため、ノックを抑制しつ
つＢ点、Ｃ点よりもトルクＴ。

の大きいＤ点に制御することができる。

なお、点火時期、過給圧の双方の制御をＰａ＞０の領域
で行っているのは、ＰａｆｈＱの領域では過給圧を下げ
てもノックを回避し難いからである。

しかし、Ｐ≦０の領域で同様の処理を行った場合、相応
の効果があるのは勿論である。

（効　果） 本発明によれば、ＭＢＴｌｉｌＪ御を優先しつつノック
を適切に回避しながら常に出方トルクを最大に維持する
ことができ、エンジンの運転性能を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜９図は本発明の一
実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第３
図はその信号処理回路の詳細なブロック構成図、第４図
は全体的なブロック構成図、第５図はその高圧発生ユニ
ットの回路図、第６図はそのノック制御およびＭＢＴ制
御のプログラムを示すフローチャート、第７図はその積
分値Ｓのテーブルマツプを示す図、第８図はそのエンジ
ントルクＴｔのテーブルマツプを示す図、第９図はその
作用を説明するための特性図である。 １・・・・・・エンジン、 ７・・・・・・点火手段、 １１・・・・・・電磁弁（過給圧操作手段）、１４・・
・・・・筒内圧センサ（圧力検出手段）、１５・・・・
・・信号処理回路（ノック検出手段）、１６・・・・・
・過給圧センサ（過給圧検出手段）、１７・・・・・・
トルクセンサ、 １９・・・・・・運転状態検出手段、 ２０・・・・・・コントロールユニット（記憶手段、制
御手段、点火時期設定手段）、 冒匈旨♂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）エンジンの燃焼圧力を検出する圧力検出手段と、 （ｂ）エンジン運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 （ｃ）エンジンの吸気の過給圧を検出する過給圧検出手
   段と、 （ｄ）圧力検出手段の出力に基づいてエンジンのノッキ
   ングレベルを検出するノック検出手段と、 （ｅ）エンジンのトルクを検出するトルク検出手段と、 （ｆ）圧力検出手段の出力に基づいて燃焼圧力が極大と
   なる燃焼ピーク位置を検出するとともに、燃焼ピーク位
   置がエンジンのトルクを最大とする所定位置となるよう
   に点火時期を補正するピーク補正量を演算する演算手段
   と、 （ｇ）所定の運転領域毎に点火時期と過給圧に対応する
   ノッキングレベルおよびエンジントルクを学習し、この
   学習値を記憶する記憶手段と、 （ｈ）演算手段および記憶手段の少なくとも一つ以上の
   出力に基づいて、ノッキングレベルを所定値以下に抑制
   しつつエンジントルクが最大となるように点火時期を補
   正する点火補正量を演算するとともに、吸気の過給圧を
   制御する制御信号を出力する制御手段と、 （ｉ）運転状態に基づいて基本点火時期を設定し、これ
   を前記点火補正量に応じて補正する点火時期設定手段と
   、 （ｊ）点火時期設定手段の出力に基づいて混合気に点火
   する点火手段と、 （ｋ）前記制御信号に基づいて吸気の過給圧を変える過
   給圧操作手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関のノッキング制御装
   置。