JPWO2006070459A1

JPWO2006070459A1 - 船舶用エンジンのノック制御装置

Info

Publication number: JPWO2006070459A1
Application number: JP2006550526A
Authority: JP
Inventors: 義博水島
Original assignee: ヤマハマリン株式会社
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2008-06-12
Also published as: US7263971B2; US20060137654A1; WO2006070459A1

Abstract

ノック状態が検出された時にノック学習値を低オクタン価点火時期マップ側へ変化させ、検出されない時に前記ノック学習値を高オクタン価点火時期マップ側へ変化させるノック学習値更新部と、該ノック学習値更新部からのノック学習値に基づいて、点火時期を遅角又は進角させる点火時期決定部とを有し、前記ノック学習値更新部は、エンジン回転数が全開状態付近の時に、前記ノック学習値を前記高オクタン価点火時期マップ側へ変化させないように構成した船舶用エンジンのノック制御装置。

Description

この発明は、船舶用エンジンのノック制御装置、特に、エンジン全開運転時においてエンジン回転数を安定させることができるノック制御装置に関するものである。

従来からエンジンのノック制御装置として、自動車用のものがある（特許文献１参照）。このノック制御装置は、ハイオクガソリン仕様のエンジンにレギュラーガソリンを入れても、ノックセンサの信号から、燃料が高オクタン価か低オクタン価かを判別する制御機能が装備されており、ハイオク用とレギュラー用の点火時期マップをある割合で補間して点火時期を決めるノック学習制御を行うようにしている。その補間する割合の係数をノック学習値と呼ぶ。
特開２００１−０８２２４２号公報。

しかしながら、このような従来の自動車用エンジンのノック制御装置を船舶用エンジンに適用した場合には、船舶では、エンジンを全開運転（６０００ｒｐｍ程度）で航行する場合が多いため、船舶エンジンにて、四輪のノック学習制御を適用すると、エンジン全開運転の時にもノック学習値を上下させる構成となっているため、例えば６０００ｒｐｍ付近での全開運転時にはエンジン回転数が大きく変動してしまう。

そこで、この発明は、以上のような従来の問題点を解消するためになされたもので、全開運転時においてノッキング（以下「ノック」という）を防止すると同時に、エンジン回転数を安定させて操作感覚を良好にすることができる船舶用エンジンのノック制御装置を提供することを課題としている。

かかる課題を達成するため、請求項１に記載の発明は、エンジンのノック状態を検出するノックセンサと、該ノックセンサからノック状態が検出された時にノック学習値を低オクタン価点火時期マップ側へ変化させ、検出されない時に前記ノック学習値を高オクタン価点火時期マップ側へ変化させるノック学習値更新部と、該ノック学習値更新部からのノック学習値に基づいて、点火時期を遅角又は進角させる点火時期決定部とを有し、前記ノック学習値更新部は、エンジン回転数が全開状態付近の時に、前記ノック学習値を前記高オクタン価点火時期マップ側へ変化させないように構成した船舶用エンジンのノック制御装置としたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記ノック学習値更新部は、エンジン回転数が所定値より低下したときに、前記ノック学習値の前記高オクタン価点火時期マップ側へ変化を許可するようにしたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、ノック補正角演算部は、ノック検出時に、ノックの大きさに比例してノック遅角量を増加させるように構成されていることを特徴とする。

上記請求項１に記載の発明によれば、ノック学習値更新部は、エンジン回転数が全開状態付近の時に、ノック学習値を高オクタン価点火時期マップ側へ変化させないように構成したため、この全開状態付近でノックが発生した場合には、ノック学習値を低オクタン価点火時期マップ側へ変化させることにより、ノックの発生を防止し、且つ、この全開状態付近の時に、ノック学習値の高オクタン価点火時期マップ側への変化が停止させられることから、エンジン回転数を安定させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、ノック学習値更新部は、エンジン回転数が所定値より低下したときに、前記ノック学習値の高オクタン価点火時期マップ側への変化を許可するようにしたため、低オクタン価点火時期マップ側へ変化したノック学習値を高オクタン価点火時期マップ側へ変化させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、ノック補正角演算部は、ノック検出時に、ノックの大きさに比例してノック遅角量を増加させるように構成されているため、エンジンに大きな負荷が掛かるのをより効果的に抑制できる。

この発明の実施の形態に係る船舶用エンジンの概略図である。同実施の形態に係るノック制御装置を示すブロック図である。同実施の形態に係るノック学習値を決定する場合のフローチャート図である。同実施の形態に係るノック補正角を決定する場合のフローチャート図である。同実施の形態に係る点火時期を定める式を示す図である。同実施の形態に係る振動波形や閾値等を示す図である。同実施の形態に係るエンジン回転数、ノック信号、ノック学習値、点火時期等を示すグラフ図である。

以下、この発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１乃至図７は、この発明の実施の形態に係る図である。

まず構成を説明すると、図１中符号１はエンジン本体で、シリンダブロック２を有し、このシリンダブロック２が構成するシリンダボア３の内部には、連結棒１２を介してクランクシャフト１３に連結されたピストン４が往復移動自在に組み込まれ、このピストン４の頂面と、シリンダボア３の内面と、シリンダブロック２に固定されたシリンダヘッド５の凹部とによってエンジンの燃焼室６が形成されている。

そして、シリンダヘッド５には燃焼室６に開口する吸気ポート７及び排気ポート８が設けられ、それら吸気ポート７及び排気ポート８に吸気弁９及び排気弁１０が設けられている。また、シリンダヘッド５には、凹部の略中央に点火プラグ１１が配設されている。

そのシリンダヘッド５には、吸気ポート７上流に吸気通路１２を構成する吸気管１３が接続され、又、排気ポート８上流に排気通路１４を構成する排気管１５が接続されている。

そのエンジン本体１には、クランクシャフト１３の回転（エンジン回転数）を検出するクランク角センサ１４及び、エンジンのノック状態を検出する振動センサであるノックセンサ１５が設けられている。

そして、これらセンサ１４，１５等からの信号が、エンジンの各種制御を行うＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）１６に入力されるように構成されている。

ＥＣＭ１６では、これら入力された信号に基づいて各種制御の演算が行われる。そして、ＥＣＭ１６から、点火プラグ１１に接続されたイグナイタ１７に点火信号が出力されると共に、インジェクタ１８に噴射信号が出力され、点火時期及び燃料噴射時期等が制御されるように構成されている。

このＥＣＭ１６には、図２に示すようなノック制御装置が設けられている。すなわち、このＥＵＣ１６には、前記ノックセンサ１５が接続され、このノックセンサ１５により、エンジン本体１の振動が検出され、この信号がＥＣＭ１６のフィルタ・アンプ２０に入力されて、このフィルタ・アンプ２０で増幅され、この増幅された信号がピークホールド２７により、ピーク波形が保持された後、Ａ／Ｄ変換部２８により、Ａ／Ｄ変換される。

このＡ／Ｄ変換部２８から図６に示すような振動波形Ｐの信号が、スレッショルド演算部２９に入力され、通常の振動成分に基づいて閾値Ｑが決定され、この閾値Ｑの信号がノック検出量演算部３０に入力されると共に、このノック検出量演算部３０に前記Ａ／Ｄ変換部２８から直接、振動波形Ｐの信号が入力される。

このノック検出量演算部３０では、その演算された閾値Ｑと、Ａ／Ｄ変換部２８から直接入力された振動波形Ｐとが比較されて、閾値Ｑより波形Ｐ１の値Ｖｋ（ノック検出量）が演算される（図６参照）。なお、この値Ｖｋは正の値であるが、負の値が演算されることもある。

そして、そのノック検出量演算部３０による演算結果のノック検出量信号がノック補正角演算部３４に入力されてノック補正角が演算され、このノック補正角の信号が、点火時期決定部３３及びノック学習値更新部３１に入力される。そのノック補正角の演算は、詳細は後述するが、図３に示すフローチャートに基づいて行われる。

このノック学習値更新部３１では、そのノック補正角の信号、ノック学習値の信号等に基づき、ノック学習値が更新される。このノック学習値の更新は、詳細は後述するが、図４に示すフローチャートに基づいて行われる。

そのノック学習値に基づいて、点火時期マップ演算部３２により、その点火時期マップが演算される。その点火時期マップ演算部３２から点火時期決定部３３にその点火時期マップの信号が送られる。

そして、この点火時期決定部３３では、高オクタン価点火時期マップ、低オクタン価点火時期マップ、ノック学習値及びノック補正角等に基づき、図５に示すような演算式により、点火時期が決定される。この点火時期となるように、ＥＣＭ１６からイグナイタ１７に制御信号が出力されて、点火プラグ１１の点火時期が制御されるように構成されている。

詳しくは、そのノック補正角演算部３４では、図３に示すフローチャートにより、ノック補正角が以下のように決定される。

すなわち、ステップＳ１００で、ノック補正角の初期値が０の状態から、ステップＳ１０１に進み、ピークホールドからスレッショルドが引かれて、ノック検出量が算出される。ここで、ノック検出量が０以上の時にはノックが発生していると判断され、０より小さいときには、ノックが発生していないと判断される。

次いで、ステップＳ１０２で、ノック検出量がある値以上（ここでは０以上）か否か判断され、「Ｙｅｓ」の場合には、ノックが発生していると判断されてステップＳ１０３に進み、「Ｎｏ」の場合には、ノックが発生していないと判断されてステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０３では、ノックが発生しているので、そのある値（０）を超えた分に比例してノック遅角量を増加させた後、ステップＳ１０１に戻る。

また、ステップＳ１０４２では、ノックが発生していないので、ノック遅角量を０に向かって一定量減少させた後、ステップＳ２０１に戻る。

一方、そのノック学習値更新部３１では、図４に示すフローチャートのようにノック学習値が決定される。

すなわち、ステップＳ２００では、ノック学習値の初期値が１．０に設定されている。ここでは、高オクタン価の点火時期が１００％を占める場合は、学習値は１．０であり、低オクタン価の点火時期が１００％を占める場合は０．０である。

ステップＳ２０１で、スロットル開度と回転速度がある値以下か否か判断されて、「Ｙｅｓ」であれば、ステップＳ２０２に進み、「Ｎｏ」であれば、ステップＳ２０３に進む。

エンジン運転状態を判断するのに、ここではスロットル開度と回転速度の両者の値から判断するようにしているため、より適切なエンジン運転状態を判断することができる。なお、スロットル開度と回転速度の一方からエンジン運転状態を検出することもできる。また、「ある値」は、ここでは、例えばアイドリング運転状態を示す値である。

ステップＳ２０２では、ノック補正角演算部３４により演算されたノック補正角が第１任意値以上か否か判断され、「Ｙｅｓ」であればステップＳ２０４に進み、「Ｎｏ」であればステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０４では、ノックが発生している状態であると判断されるため、ノック学習値を一定量減少（ノック学習値を低オクタン価点火時期マップ側へ変化）させた後、ステップＳ２０１に戻り、ステップＳ２０５では、ノック補正角演算部３４により演算されたノック補正角が第２任意値以下か否か判断される。この第２任意値は、前記第１任意値より小さい値である。

そのステップＳ２０５では、「Ｙｅｓ」の場合、つまり、ノック補正角が第２任意値以下の場合には、ノックが生じていないと判断され、ステップＳ２０６に進み、ノック学習値を一定量増加（ノック学習値を高オクタン価点火時期マップ側へ変化）させた後、ステップＳ２０１に戻る。また、ステップＳ２０５で、「Ｎｏ」の場合には、ステップＳ２０７に進み、ノック学習値を変化させることなく、ステップＳ２０１に戻る。

一方、ステップ２０１からステップＳ２０３に進むと、ノック補正角がある値以上か否か判断され、「Ｙｅｓ」である場合には、ステップＳ２０８に進み、「Ｎｏ」である場合には、ステップＳ２０９に進む。

ステップＳ２０８では、ノックが発生している状態であると判断されるため、ノック学習値を一定量減少させた後、ステップＳ２０１に戻る。

ステップＳ２０９では、ノックが発生していないが、ノック学習値を変化させずに、ステップＳ２０１に戻る。従来では、ノックが発生していないと判断されると、ノック学習値を増加させるようにしているため、エンジン回転数が変動してしまうが、ここでは、ノック学習値を変化させない（ノック学習値の高オクタン価点火時期マップ側への変化を停止させる）ようにしているため、エンジン回転数が変動することがない。

次に、図７を用いて説明すると、船外機のエンジンを始動しエンジン回転数Ａを全開運転（エンジン回転速度を６０００ｒｐｍ）まで駆動させた時に、ノックセンサ１５によりノック信号Ｂが検出されると、ノック検出量演算部３０によりノック検出量が演算され、ノック補正角演算部３４によりノック補正角が演算され、ノック学習値更新部３１により、ノック学習値Ｃが１からノックが生じない値まで減少される。そして、ノックが生じない値まで減少した時点で、一定に保たれる。

この低下するノック学習値Ｃ及び、前記ノック補正角演算部３４により算出されたノック補正角が図５に示す演算式に算入されて、点火時期決定部３３により、点火時期Ｄが決定され、図７中、部位Ｅでは、点火時期が遅角した後、僅かに進角し、一定となる。

これにより、ノックの発生が防止されると共に、エンジン回転数も一定状態で運転することができる。

これに対して、従来では、ノック学習値は、二点鎖線に示すように、ノックが生じない値まで減少すると、増加するように制御され、又、増加した結果、ノックが発生するとまた減少し、これを繰り返すように制御される。従って、点火時期も二点鎖線に示すように、進角及び遅角を繰り返すため、エンジン回転数も二点鎖線に示すように変動してしまっていた。

その後、エンジン回転数がＸｒｐｍより低下すると、ノック学習値が増加し、「１」となって一定となり、点火時期は僅かに遅角して一定となる。

このように、この発明では、ノック学習値更新部３１は、エンジン回転数が全開状態付近の時に、ノック学習値の高オクタン価点火時期マップ側への変化を停止させるようにしたため、この全開状態付近でノックが発生した場合には、ノック学習値を低オクタン価点火時期マップ側へ変化させることにより、ノックの発生を防止し、且つ、この全開状態付近の時に、ノック学習値の高オクタン価点火時期マップ側への変化が停止させられることから、エンジン回転数を安定させることができる。

また、ノック学習値更新部３１は、エンジン回転数が所定値（ここではＸｒｐｍ）より低下したときに、ノック学習値の高オクタン価点火時期マップ側への変化を許可するようにしたため、低オクタン価点火時期マップ側へ変化したノック学習値を高オクタン価点火時期マップ側へ変化させることができる。

すなわち、ノック学習値が低下して出力が思うように出ていないと気付いたユーザがいた場合、スロットルを何かのタイミングでアイドルまで閉じれば、ノック学習値は「１」に戻る。それにより、何らかの要因でノックが発生してしまった場合にも、一度スロットルを戻して、再度スロットルを全開にしたときに、その後、ノックが発生しなければ、出力は低下する前の元の状態に戻り、所望の出力を得ることができる。

さらに、ノック補正角演算部３４は、ノック検出時に、ノックの大きさに比例してノック遅角量を増加させるように構成されているため、エンジンに大きな負荷が掛かるのをより効果的に抑制できる。

符号の説明

１エンジン本体
２シリンダブロック
３シリンダボア
４ピストン
５シリンダヘッド
６燃焼室
７吸気ポート
８排気ポート
９吸気弁
１０排気弁
１１点火プラグ
１４クランク角センサ
１５ノックセンサ
１６ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）
１７イグナイタ
１８インジェクタ
２９スレッショルド演算部
３０ノック検出量演算部
３１ノック学習値更新部
３２点火時期マップ演算部
３３点火時期決定部
３４ノック補正値演算部

Claims

エンジンのノック状態を検出するノックセンサと、
該ノックセンサからノック状態が検出された時にノック学習値を低オクタン価点火時期マップ側へ変化させ、検出されない時に前記ノック学習値を高オクタン価点火時期マップ側へ変化させるノック学習値更新部と、
該ノック学習値更新部からのノック学習値に基づいて、点火時期を遅角又は進角させる点火時期決定部とを有し、
前記ノック学習値更新部は、エンジン回転数が全開状態付近の時に、前記ノック学習値を前記高オクタン価点火時期マップ側へ変化させないように構成したことを特徴とする船舶用エンジンのノック制御装置。
前記ノック学習値更新部は、エンジン回転数が所定値より低下したときに、前記ノック学習値の増加を許可するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の船舶用エンジンのノック制御装置。
ノック検出時に、ノックの大きさに比例してノック遅角量を増加させるように制御するノック補正角演算部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶用エンジンのノック制御装置。