JPH0256515B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関のノツ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ち、機関のノツ
キングを制御するノツク抑制装置に関するもので
ある。

ノツ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制御が
容易であり、低コストで制御できることから、ノ
ツキング抑制のフイードバ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ツ
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制
御によるノツ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ツキングの発生毎に一定
角度あるいはノツキング強度に応じた角度だけ点
火時期を遅角させ、ノツキングの発生のない場合
はこの遅角量を非常に大きな時定数（例えば
0.5゜／sec）で減少させ、ノツク限界の点火時期に
制御することによりフイードバツク制御を行つて
いる。

しかるに、上記制御においては、ノツク制御を
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イードバツク制
御量の大きさの変化によつて制御するため、広い
ダイナミツクレンジが要求させ、全ての運転領域
にわたつて正確に制御することが困難であつた。
また、機関の運転状態が変化した場合、フイード
バツ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
いという欠点があつた。

さて、ノツキングは前述したように数多くの要
因によつ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。
従つて、これらの変化によるノツキング発生状況
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ツキングはほぼ同程度
であり、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ツキングを抑
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つて規定さ
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ツ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
ノツク検出信号により逐次補正制御を行えば極め
て応答性良く高精度にノツ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つ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、ノツ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ツキング発
生の状況は、ノツ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ツキング発生度数の分布
は増加側へ移行し、またノツキングの強度の分布
は増大側へ移行する。一般に、ノツキングによる
機関のダメージや機関の効率等を考慮して、機関
はノツ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
ノツキングの統計的性質によりノツク限界付近で
はノツ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つた場合、もと
の記憶制御量がノツキング限界を与えるものであ
つてもその更新周期において偶然ノツキングの発
生がなかつた場合には記憶制御量を減少更新（ノ
ツ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ツ
キング抑制制御を開始するため、大きなノツキン
グあるいは連続したノツキング等が発生し、再び
記憶制御量をノツキング抑制方向へ更新すること
になり、ノツ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は点火時期のバラツ
キが発生する。逆に、記憶制御量の更新をノツキ
ング限界にあることを十分に認知できるように非
常に長周期で行つた場合、例えば記憶制御量が不
足してノツキング限界を大幅に越えた量になつて
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ツ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。従つて、再びその運転状
態に機関が戻つた場合、大きなノツキングが発生
してその抑制を逐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、機関に発生したノツキングを検出し、この検
出出力に対応して制御信号を発生しノツキング抑
制を行うフイードバツク制御において、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、ノツ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ツキングの強さ
に応じたわずかな制御量とによつてノツキング発
生毎に逐次ノツク制御を行うことによりノツキン
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ツ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ツク抑制
方向に所定の周期で速やかに更新変化させ、ノツ
キングがない場合には上記平均的制御量を逆方向
に前記周期と異つた所定周期で更新変化させるよ
うに制御することにより、機関の運転状態変化時
のノツ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ツ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ツ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、ノツキング発生の要因は数多くあり、い
ずれを制御することによつてもノツキングを抑制
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
より検出される機関の負荷状態と回転数検出手段
２により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ツ
ク検出手段５によつて検出されたノツキング信号
とからノツク抑制制御量を算出し、アクチユエー
タ６を制御する。また、記憶手段３は機関の運転
演算が所定の判別条件を満足する場合、ノツク検
出手段５の検出信号の有無に従つて記憶されてい
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
るクランク角センサ、１２は機関の吸気管圧を検
出しその出力に対応した圧力信号を出力する圧力
センサ、１３は圧力センサ１２より出力された圧
力信号をそのレベルに応じてデイジタル化する第
１のＡ／Ｄ変換器、１４は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の検出出力からの機関のノツ
キングに伴い発生したノツキング成分を弁別しノ
ツキング強度に応じたレベルのノツキング信号を
出力するノツク検出器、１６はノツク検出器１５
の出力信号をデイジタル化する第２のＡ／Ｄ変換
器である。２０はマイクロコンピユータであり、
主にマイクロプロセツサ（中央演算装置）２１
と、メモリ（記憶装置）２２と、インターフエー
ス（入出力信号処理装置）２３とから構成されて
いる。１７はマイクロコンピユータ２０により制
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
ク角センサ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器してクランク基
準角パルスを出力し、この出力はインターフエー
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によりデイ
ジタル化され、インターフエース２３に入力され
る。一方、加速度センサ１４は機関に取り付けら
れており、常時機関の振動を検出する。この検出
出力には機関の作動により生じた機関ノイズによ
るノイズ信号に、ノツキングに伴い発生した振動
によるノツキング成分が重畳して含まれる。ノツ
ク検出器１５は加速度センサ１４の検出出力から
ノツキング成分を弁別し、ノツキング強度に応じ
たレベルのノツキング信号を出力する。このノツ
キング信号はＡ／Ｄ変換器１６でデイジタル化さ
れ、インターフエース２３に入力される。また、
ノツク検出器１５はマイクロプロセツサ２１の指
令でインターフエース２３によつてリセツトさ
れ、ノツキング検出のための初期化が成される。

マイクロコンピユータ２０のメモリ２２は
ROMとRAMを有し、ROMは機関の回転数およ
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ツク検出器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
ロコンピユータ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
からノツ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１
７の通電を遮断し、機関を点火する。また、マイ
クロコンピユータ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ツ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
50rpm以下 条件２ 更新処理開始時点よりの負荷変動が５％
以下 機関が連続する10点火周期にわたつて上記２つ
の条件を満足した状態で運転され、その間にノツ
キングが発生し、ノツク抑制の逐次補正を行つて
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逐次補正量を加え、新しい平
均的制御量として学習マツプ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
200点火周期にわたつて上記２条件を満足する状
態で運転され、その間ノツキングの発生が全くな
く逐次補正量が零の場合、現在のノツク抑制制御
状態はノツ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
たつてノツ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ツキ
ング限界を越えた領域でのノツク発生方向への平
均的制御量の更新が防止され、ノツク抑制制御量
にゆらぎが発生するのを防止する。このようにノ
ツ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ツク制
御の逐次制御が開始される。つまり、逐次補正量
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。学習マツプには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、ノツク抑制制御は変化後の平均的制御量を基
にして逐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ツ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、ノツ
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
的制御量の更新は行われない。従つて、機関の運
転の過渡状態において発生したノツキングによつ
て作成されるノツク抑制制御量（逐次補正量）を
平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ない）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ヤートを第３
図に示す。P₁〜P₂₆は各ステツプを示す。制御演
算は例えば１点火周期に１回、クランク基準角パ
ルス入力時に実行される。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、回転数に換算す
る。P₄で圧力信号を入力し、P₅で機関の負荷状
態を計算で求める。P₆ではP₃、P₅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
マツプにより検索し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
したノツ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。P₈でノツク
信号を入力し、P₉でノツク検出器１５をリセツ
トする信号を発生して次回のノツキングの発生を
検出するための準備をする。P₁₀ではP₈で入力さ
れたノツキング信号の強度に対応した量の制御補
正量を算出し、Ｃレジスタに記憶されている前回
の逐次補正量に加算し、再びＣレジスタに記憶さ
せる。

次に、P₁₁およびP₁₂で回転数変動が50rpm以下
（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レジスタの値を零とし、P₂₃
で運転状態変化前の無意味な補正量Ｃを零とし
て、P₂₄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
計数用レジスタである。条件１、２を共に満足す
る場合にはP₁₃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、
P₁₄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P₂₄の処理へ
移り、10以上の場合にはP₁₅でＣレジスタに記憶
されている逐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ツキングの発生
があつた場合、P₁₆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、
P₁₇で逐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即ちノツキングの発生が全
くない場合はP₁₈でＤレジスタの内容が200か否か
が確められる。即ち、条件１、２を満足した上で
ノツキングの発生が全くない状態が200点火周期
経続したか否かを確かめる。200点火周期に満た
ない場合はP₂₄の処理に移る。200点火周期に達す
るとP₁₉でP₇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、P₂₀ではP₁₆あるいはP₁₉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。P₂₁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。P₂₄ではP₆で進角マツプより検索して求め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（P₁₅〜P₂₁の処
理を通過した場合は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逐次補正量とか
ら点火進角度を決定し、P₂₅で出力レジスタに点
火進角度を出力したのちP₂₆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
フエース２３によつて点火コイル１７の通電電流
は遮断され、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、200点火周期にわたつてノツキング
が発生しない場合、P₁₃以降に示すように平均的
制御量は１単位量減少する。従つて、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は
200点火周期毎に減少が続き、ついには負の値と
なる。つまり、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ツク抑制装置では、ノ
ツ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つて
行つているが、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。従つて、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値させ、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り、初
期のノツ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り生じ
るノツキングを平均的制御量で補正することにな
り、従来装置のように予めノツク抑制の制御幅を
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、ノツ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
るいは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
ば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
射量をノツキング信号にした制御信号に応じて増
量することにより本実施例と同等の機能を実現す
ることができる。

以上のように本発明においては、機関に発生し
たノツキングを検出し、その検出出力に対応して
制御信号を発生し、ノツ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
ツク抑制の平均的制御量を対応する記憶領域に記
憶させ、機関運転時には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
よりノツキング発生要素を制御して、制御中に発
生するわずかなノツキングに対しては逐次補正量
として平均的制御量に付加してノツク抑制制御を
行うようにしており、ノツキングの抑制が応答性
よく行われる。又、ノツキングの発生により逐次
補正がなされている場合、第１の所定周期でこの
逐次補正量を平均的制御量に付加し、ノツキング
の発生がなく逐次補正量が零の場合には、平均的
制御量を第１の所定周期より長い第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り、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なノツク抑制制御量の
影響が除去され、ノツク抑制のタイムラグがなく
なつてノツク抑制の応答性が著しく向上し、常に
全運転領域にわたつて適初なノツク抑制を行うこ
とができる。殊に、ノツク非抑制方向への制御量
の更新は、機関が安定状態になつてから長い更新
周期で行われるので、徒らなノツク発生を防止す
ることができる。

【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図は本発明装置
の動作説明のためのフローチヤートである。 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……
ノツク検出手段、６……アクチユエータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関のノツキングを検出するノツク検出手
   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各運転モードにおけるノ
   ツク検出手段の出力に基づいて演算された制御量
   を記憶し、負荷検出手段の出力と回転数検出手段
   の出力によつて対応する番地の記憶値を読み出さ
   れるメモリ手段、この読み出された制御量とノツ
   ク検出手段の出力に応じた逐次補正量とによつて
   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ノツキングを制御する手段、
   ノツ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
   憶値を機関の運転状態が所定期間定常状態である
   ことを条件としてノツキング抑制方向の値に更新
   しノツキングが発生していないときには機関の運
   転状態が上記所定期間より長い所定期間定常状態
   であることを条件として逆方向の値に更新する更
   新手段を備えたことを特徴とする内燃機関のノツ
   ク抑制装置。