JPH0444851Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、自動車等内燃機関のノツキング制御
装置、特にノツキング制御時におけるトルク低下
の防止を意図したノツキング制御装置に関する。

（従来の技術） ノツキングは未燃焼部分のガスの圧縮着火を主
原因としており、激しく発生するとエネルギーの
損失（出力低下）やエンジン各部への衝撃、さら
には燃費の低下等を招くため回避することが望ま
しい。

このようなノツキングの抑制は点火時期を遅角
させるというのが一般的であり、例えばノツキン
グの発生を検出するとノツキングを抑えるように
点火時期が逐次遅角され、ノツキングが発生しな
くなると再び点火時期が緩やかに進角されて燃焼
状態が適切に維持される。この場合、点火時期の
遅角および進角速度を一定値に固定すると、エン
ジンの運転条件によりノツキング現象に変化があ
ることから、次のような不具合がある。

すなわち、一般にノツキング現象はエンジン条
件の高負荷時においてその発生の確率が高く、軽
負荷時には発生しにくいものである。そして、１
回のノツキングに対して必要とされる要求遅角量
についてもエンジンに対する影響度、例えばプレ
イグニシヨンなどを考慮すると、この要求遅角量
はむしろ軽負荷の場合程小さくてよいものであ
る。仮に、軽負荷時に遅角量を大きくすると、定
常走行時におけるドライブフイーリングが悪化す
る。また、軽負荷時は機械振動に起因するノイズ
のためにノツク判定に誤判断が多くなる。

そこで、かかる不具合の是正を考慮したものと
して、従来例えば、特開昭59−43975号公報や特
開昭58−70455号公報に記載された装置がある。
前者の装置はノツキング発生１回当りの遅角量お
よび進角量をエンジン負荷に応じて可変とし、後
者の装置は所定期間経過後ノツキングが発生しな
いときに進角速度を大きくすることで、運転性を
高めようとするものである。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来のノツキング制
御装置にあつては、ノツキング制御中の点火時期
の遅角速度が一定の値となつていたため、ノツク
発生時点での最終点火時期によつては、大きなト
ルクの落ち込みが発生するという問題点があつ
た。

このことを第１５図に基づいて説明すると、第
１５図は、点火時期に対するノツキングの大きさ
と軸トルクの関係を示すグラフである。エンジン
のノツキングは、点火時期が進むほど発生し易く
なることが知られている。また、同じ点火時期で
も、負荷が高いほど発生し易くなることが知られ
ている。

すなわち、第１５図に示すように、低負荷時で
はBTDC20°以上の進角でノツクが発生し始める
のに対し、高負荷時では、それよりも遅角側の
BTDC10°以上でノツクが発生し始めている。以
下、BTDC10°付近をBTDC20°に対して遅角側と
いい、この逆にBTDC20°付近をBTDC10°に対し
て進角側という。

一方、遅角側と進角側の各々の軸トルクの変化
度合を見てみると、進角側付近ではほぼ一定のト
ルク推移が見られるのに対して、遅角側では相当
に大きく変化し、例えば、点火時期を2°変化させ
た場合のトルク変化量としてΔTが示されてい
る。

このことは、進角側で2°程度の遅角補正（ノツ
キング制御）を行つた場合には、それほどのトル
ク低下を感じないものの、遅角側ではΔT相当の
大きなトルク低下を感じて運転状態を悪化するこ
とを意味している。

したがつて、従来のものにあつては、ノツキン
グ制御時における点火時期の遅角速度が一定値で
あつたため、特に点火時期が遅角側にあるときの
トルク低下が大きく、運転性を悪化させるという
問題点があつた。

（考案の目的） そこで本考案は、ノツキング制御に伴うトルク
の落ち込みを回避し、運転性を改善することを目
的としている。

（考案の構成） 本考案による内燃機関のノツキング制御装置
は、その基本概念図を第１図に示すように、エン
ジンの運転状態を検出する運転状態検出手段ａ
と、エンジンに発生するノツキングを検出するノ
ツク検出手段ｂと、運転状態に基づいて基本進角
値を設定する基本進角設定手段ｃと、ノツキング
が発生したとき基本進角値を所定の遅角速度で遅
角側に補正する遅角補正量を演算する補正量演算
手段ｄと、基本進角値を遅角補正量に応じて補正
し、最終進角値を決定して点火信号を出力する最
終進角設定手段ｅと、前記遅角補正量が小さくな
るにつれて、または前記最終進角値が大きくなる
につれて、前記遅角速度を大きく設定する遅角速
度設定手段ｆと、点火信号に基づいて混合気に点
火する点火手段ｇと、を備えており、ノツキング
制御の応答性と制御精度を共に高めるものであ
る。

（実施例） 以下、本考案を図面に基づいて説明する。

第２〜１０図は本考案の第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
筒内圧センサであり、筒内圧センサ１はエンジン
のシリンダヘツド２に螺着されている点火プラグ
３の座金として形成され共締めされている。筒内
圧センサ１は気筒内の燃焼圧力を圧電素子によつ
て電荷に変換し、電荷出力S₁を出力する。センサ
出力S₁はチヤージアンプ４により電圧信号S₂に変
換されてマルチプレクサ（MPX）５に入力され
る。なお、筒内圧センサ１およびチヤージアンプ
４は各気筒毎に配設される。

マルチプレクサ５は所定のタイミング毎にマイ
クロコンピユータ６から出力される切換信号Sc
に同期して各気筒に対応して配設されているチヤ
ージアンプ４からの信号S₂を気筒毎に択一的に時
分割した形で切換え、信号S₃としてバンドパスフ
イルタ（BPF）７に出力する。これは、各気筒
とも筒内圧力およびノツキングの発生時期をカバ
ーできるタイミングにする必要があるからであ
る。バンドパスフイルタ７は信号S₃のうちノツキ
ング振動に対応する周波数帯（例えば、5KH〜
20KHz）の信号のみを通過させ信号S₄として整流
器８に出力し、整流器８は信号S₄を全波整流（半
波整流でもよい）し整流信号S₅として積分器９に
出力する。

積分器９にはさらにマイクロコンピユータ６か
ら積分区間信号S_Kが入力されており、積分器９
はこの積分区間信号S_Kが入力されている間のみ
整流信号S₅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としてマイクロコンピ
ユータ６に出力する。積分区間信号S_Kは、例え
ば圧縮上死点（TDC）後10°〜45°の範囲で出力さ
れる。したがつて、積分器９は10°ATDCになる
と整流信号S₅の積分を開始し、45°ATDCで該積
分を停止して積分値Ｓをリセツトする。

なお、整流信号S₅の積分処理区間を限定してい
るのは次の理由による。点火ノイズ、他気筒のバ
ルブの着座振動あるいはマルチプレクサ５の切換
ノイズ等がノツキングによる振動に近似している
場合にはこのようなノイズをノツキングによる振
動とみなしてしまうので、正規のノツキングの発
生が予想される区間のみに積分処理区間を限定し
てノイズの影響を排除しているのである。

上記筒内圧センサ１は、チヤージアンプ４、マ
ルチプレクサ５、バンドパスフイルタ７、整流器
８および積分器９はノツク検出手段１０を構成し
ている。

マイクロコンピユータ６にはさらに運転状態検
出手段１１からの信号S₆が入力されており、運転
状態検出手段１１はエンジンの運転状態を表すパ
ラメータ（例えば、絞弁開度、吸入空気量Q_a、
回転数Ｎ、冷却水温等）を検出し上記信号S₆を出
力する。

マイクロコンピユータ６は基本進角設定手段、
補正量演算手段、最終進角設定手段および遅角速
度設定手段としての機能を有し、CPU１２、メ
モリ１３、Ｉ／Ｏポート１４およびＡ／Ｄ変換器
１５により構成される。Ａ／Ｄ変換器１５は積分
器９の出力（積分値）ＳをＡ／Ｄ変換してCPU
１２に出力し、CPU１２はメモリ１３に書き込
まれているプログラムに従つて、Ｉ／Ｏポート１
４やＡ／Ｄ変換器１５より必要とする外部データ
を取り込んだり、またメモリ１３との間でデータ
の授受を行つたりしながら点火時期制御に必要な
処理値を演算処理し、必要に応じて処理したデー
タをＩ／Ｏポート１４へ出力する。Ｉ／Ｏポート
１４には運転状態検出手段１１からの信号S₆が入
力されるとともに、Ｉ／Ｏポート１４から切換信
号Sc、積分区間信号S_Kおよび点火信号Spが出力
される。メモリ１３はCPU１２における演算プ
ログラムを格納するとともに、演算に使用するデ
ータをマツプ等の形で記憶している。点火信号
Spは点火手段１６に入力されており、点火手段
１６は点火コイル１７、デイストリビユータ１
８、点火プラグ３およびトランジスタＱ１により
構成される。点火手段１６は点火信号Spに基づ
いてトランジスタＱ１をON／OFF制御して点火
コイル１７に高電圧を発生させるとともに、この
高電圧をデイストリビユータ１８により各気筒の
点火プラグ３に順次分配して混合気に点火する。

次に作用を説明する。

第３図には各部の信号波形の一例を示す。すな
わち、チヤージアンプ４の出力信号S₂は筒内圧に
比例して変化し、ノツキング発生時には特有の振
動成分を含む。この電圧信号S₂は同図ｂに示すよ
うにマルチプレクサ５により各気筒毎に合成した
信号S₃となり、さらにこの信号S₃からはバンドパ
スフイルタ７により同図ｃに示すようにノツキン
グ周波数帯の振動成分のみが抽出され信号S₄とな
る。次いで、信号S₄は同図ｄに示すように整流器
８により整流されて信号S₅となり、この信号S₅が
積分器９で所定区間積分され同図ｅに示すように
積分値Ｓが得られる。

次に、マイクロコンピユータ６により実行され
るプログラムの内容について説明する。

第４〜６図はメモリ１３に書き込まれているノ
ツキング制御のプログラムを示すフローチヤート
であり、図中Pi（ｉ＝１，２，３……）はフロー
の各ステツプを示す。

第４図はイニシヤライズルーチンを示すフロー
である。

まず、P₁でメモリ１３のROMの記憶内容をク
リアし、P₂でノツキング制御に関係のない他の
演算処理を行うが、ここでは詳細を省略する。次
いで、P₃以降のバツクグランドジヨブ（BGJ）
に移行する。P₃で回転数Ｎおよび基本噴射量Tp
に基づいて基本進角値ADVを演算する。これは、
例えばＮとTpをパラメータとする所定のテーブ
ルマツプから該当する最適値をルツクアツプして
行う。次いで、P₄で冷却水温に基づいて基本進
角値ADVを補正した後、再びP₅で他の演算処理
を行う。このようにしてBGJの実行を継続する。

第５図は割込みルーチンを示すフローである。

まず、P₁₁で他の演算処理を行い、P₁₂でクラン
ク角θが上死点後（ATDC）50°であるか否かを
判別する。クランク角θが50°ATDCのときは割
込みをかけてP₁₃で点火時期制御のための必要な
処理値を演算（詳細はサブルーチンで述べる）し
た後、P₁₄で他の演算処理を行つて今回のルーチ
ンを終了する。また、クランク角θが50°ATDC
でないときはP₁₅に進み、P₁₅でクランク角θが
10°ATDCであるか否かを判別する。クランク角
θが10°ATDCのときはP₁₆で積分器９をセツト
（すなわち、積分区間信号S_Kを出力）してP₁₄に進
み、10°ATDCでないときはそのままP₁₄に進む。

第６図は点火時期演算のサブルーチンを示すフ
ローであり、このサブルーチンは前述した第５図
のステツプP₁₃の処理に対応するものである。

まず、P₂₁で気筒番号ｎを求めて気筒を判別し、
P₂₂でノツクレベルを表す積分値ＳをＡ／Ｄ変換
する。次いで、P₂₃で前回におけるｎ気筒の最終
進角値ADVnに基づき第７図に示すテーブルマツ
プから進角値を遅角側に補正する遅角補正量
ADVnの遅角速度Ｋ１をルツクアツプする。P₂₄
ではノツク判定のためのスライスレベルSLを回
転数Ｎと遅角速度Ｋ１をパラメータとして算出す
る。この算出では、まず第８図に示すテーブルマ
ツプから遅角速度Ｋ１に対応する関数Ｋを求める
とともに、第９図に示すテーブルマツプから回転
数Ｎに対応する基本スライスレベルSL１を求め
る。次いで、次式に従つてスライスレベルSL
を演算する。

SL＝SL1×Ｋ …… 次いで、P₂₅で今回Ａ／Ｄ変換した積分値Ｓを
スライスレベルSLと比較する。Ｓ＞SLのときは
ノツキングが発生していると判断してP₂₆でｎ気
筒の遅角補正量ADVNnを次式に従つて遅角補
正してP₂₇に進む。

ADVNn＝ADVNn′＋K1 …… 但し、ADVNn′：前回の遅角補正量 また、Ｓ≦SLのときはノツキングが発生して
いないと判断してP₂₆で遅角補正量ADVNnを次
式に従つて進角補正してP₂₇に進む。

ADVNn＝ADVNn′−K2 …… 但し、K2：進角速度であり、 例えばK2＝0.1°／１判定程度 このようにノツキング発生の有無に応じて
ADVNnが適切に補正される。P₂₇では遅角補正
量ADVNnが下限レベルである零より小さいか否
かを判別し、ADVNn＜０のときはP₂₉で
ADVNn＝０として下限セツトを行つてP₃₀に進
む。また、ADVNn≧０のときはそのままP₃₀に
進む。P₃₀ではADVNnを上限レベルULと比較
し、ADVNn＞ULのときはP₃₁でADVNn＝UL
として上限セツトを行つてP₃₂に進み、ADVNn
≦ULのときはそままP₃₂に進む。P₃₂では次式
に従つて最終進角値ADVnを演算する。

ADVn＝ADV−ADVNn …… 但し、ADV：イニシヤライズルーチンで求め
た基本進角値であり、水温補正を得た
値 これにより、次回の点火時期に最終進角値
ADVnに対応するタイミングで点火信号Spが出
力されて混合気に点火される。次いで、P₃₃で積
分器９をリセツト（すなわち、積分区間信号Sk
の出力を停止）し、P₃₄でマルチプレクサ５を次
の燃焼気筒分のセンサ出力に切換えて（すなわ
ち、次の燃焼気筒分の切換信号Scを出力して）
今回のルーチンを終了する。

上述したプログラムの具体的作用は第１０図
ａ，ｂのように示され、同図は特定気筒のみを制
御したときの点火時期と発生トルクの変化を表し
ている。図中、Ｅ，E′はノツクが起きにくい場
合、Ｆ，F′はノツクが起きやすい場合の波形であ
る。

すなわち、ノツク発生時の最終進角値が
BTDC20°付近にあるとき、（従来例で言うところ
の進角側）には遅角速度が大きめに設定される一
方、最終進角値がBTDC10°付近にあるとき（従
来例で言うところの遅角側）には遅角速度が小さ
めに設定される。

これにより、軸トルクの変化度合が大きい
BTDC10°付近におけるトルクの落ち込みを回避
することができる。このことを図によつて説明す
ると、第１５図において、BTDC10°付近でノツ
クが発生したときの遅角速度を小さ目（例えば2°
よりも小さい）に設定することにより、軸トルク
の低下をΔTよりも小さく抑え、運転者にトルク
の落ち込みを感じさせないようにしつつ、ノツク
を収束させることができるのである。

本実施例では前記ステツプP₂₃で述べたように
遅角速度Ｋ１を最終進角値ADVnの大きさに基づ
いて決定しており、その範囲が〔1°〜5°／１ノツ
ク判定〕である。したがつて、第１０図ａに示す
ように点火時期が進んだときは遅角速度Ｋ１が大
きくなり、遅れているときは小さくなるが、同図
ｂに示すように何れの場合も発生トルクの変化は
従来に比して少なく安定したものとなる。また、
この場合にはノツキングのレベルもほど良いレベ
ルに安定したものとなる。このように、ノツキン
グ制御の応答性を高めつつ、その制御精度も高い
ものとすることができる。

なお、本実施例では遅角速度Ｋ１を〔1°〜5°／
１ノツク判定〕に変化させ、進角速度Ｋ２を
〔0.1°／１非ノツク判定〕としているので、1°遅角
のときは平均10回に１回の割合でノツクを判定し
て制御することとなる。したがつて、累積頻度で
10％のところで制御することとなり、ノツクが起
きやすい場合のノツキングによるセンサ出力の差
は第１６図からも明らかであるようにノツク判定
の精度は十分と言える。また、例えば5°遅角のと
きは累積頻度で２％となり、ノツキングが起きに
くい場合においてもセンサ出力の差が十分に得ら
れることとなる。したがつて、例えば第１７図ａ
曲線Ｄで示すような不具合を無くしたうえで、進
角速度Ｋ２を〔0.1°／１ノツク判定〕かあるいは
それ以上の速さとすることができる。

第１１，１２図は本考案の第２実施例を示す図
であり、本実施例は遅角補正量ADVNnに基づい
て遅角速度Ｋ１を決定したものである。

すなわち、第１１図に示すプログラムにおいて
P₂₂を終るとステツプP₄₁で前回におけるｎ気筒の
遅角補正量ADVNnに基づき第１２図に示すテー
ブルマツプから遅角速度Ｋ２をルツクアツプして
P₂₄に進む。その他は、第１実施例と同様である。
遅角補正量ADVNnも結果的には最終進角値
ADVnを決定するものであり、したがつて、本実
施例においても第１実施例と同様の効果を得るこ
とができる。ここで、上記の遅角補正量ADVNn
は一般に、基本点火時期からのリタード量を表す
ものである。例えば基本点火時期をエンジンのト
ルクカーブ（第１５図の軸トルク曲線参照）の頂
点付近（トルク変動が小さい）に一致させるよう
な点火時期制御システムの場合、基本点火時期か
らのリタード量が大きいほど、言い替えれば遅角
補正量ADVNnが大きいほどトルクカーブの傾斜
がきつくなるから、トルクの落ち込みが大きくな
る。したがつて、こうしたシステムにおいては、
遅角補正量ADVNnが大きくなるにつれて、遅角
速度Ｋ１を小さくするようにすれば、トルクの落
ち込みを回避できる。

第１３図、１４図は本実施例の第３実施例を示
す図であり、本実施例は遅角速度Ｋ１を決定する
パラメータとして回転数Ｎを併用したものであ
る。

すなわち、第１３図に省略したプログラムの一
部を示すようにP₂₂を終るとステツプP₅₁で前回の
おけるｎ気筒の遅角補正量ADVNnおよび回転数
Ｎをパラメータとして第１４図に示すテーブルマ
ツプから遅角速度Ｋ１をルツクアツプしてP₂₄に
進む。その他は第１実施例と同様である。したが
つて、本実施例も第１実施例と同様の効果が得ら
れるが、回転数Ｎもパラメータの１つとしている
ため回転数Ｎの違いに基づく第１５図に示すよう
なトルク特性の相違も修正することができるとい
う利点がある。これにより、広範囲な運転条件の
もとでもトルク変動を最小限に抑えて一定レベル
にすることができる。

なお、上記各実施例では積分値Ｓをノツク信号
として用いているが、これに限らず、例えば積分
値Ｓからその平均値を減算したもの（Ｓ−）
をノツク信号として用いてもよい。そのようにす
れば、ライスレベルSLを遅角速度Ｋ１に応じて
大きく変化させる必要もなく、ノツキングをより
高精度に制御することができる。

また、スライスレベルSLは回転数Ｎのみに基
づいて演算し遅角速度Ｋ１による補正を必ずしも
行わなくてもよいが、ノツクの大きさをより精度
良く制御するためにはかかる補正を行つた方がよ
い。但し、点火時期が進みすぎるとエンジンの耐
久性等も懸念されるので、より進角した場合には
ノツキングを小さく抑制した方が良く、その場
合、遅角速度Ｋ１による補正は必要としないこと
もある。

なお、この補正をしない場合、進角すると小さ
いノツキングレベルに制御されることとなる。

（効果） 本考案によれば、ノツキング抑制のための遅角
によるトルク変動を最小限に抑えつつノツキング
制御の応答性と制御精度を高めることができ、エ
ンジンの運転性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の基本概念図、第２図〜１０図
は本考案の第１実施例を示す図であり、第２図は
その全体構成図、第３図ａ〜ｅはその各部信号波
形を示す波形図、第４図はそのイニシヤライズル
ーチンを示すフローチヤート、第５図はその割込
みルーチンを示すフローチヤート、第６図はその
点火時期演算のサブルーチンを示すフローチヤー
ト、第７図はその最終進角値と遅角速度との関係
を示す図、第８図はその遅角速度と関数Ｋとの関
係を示す図、第９図はその回転数と基本スライス
レベルとの関係を示す図、第１０図ａ，ｂはその
作用を説明するためのタイミングチヤート、第１
１，１２図は本考案の第２実施例を示す図であ
り、第１１図はその点火時期演算のサブルーチン
を示すフローチヤート、第１２図はその遅角補正
量と遅角速度との関係を示す図、第１３，１４図
は本考案の第３実施例を示す図であり、第１３図
はその点火時期演算のサブルーチンの一部を示す
フローチヤート、第１４図はその遅角速度を遅角
補正量と回転数との関係で示す図、第１５〜１７
図は従来の内燃機関のノツキング制御装置を示す
図であり、第１５図はその点火時期に対する軸ト
ルクとノツキングの大きさの特性を示す図、第１
６図はそのノツク信号の大きさと累積頻度との関
係を示す図、第１７図ａ，ｂはその作用を説明す
るためのタイミングチヤートである。 ６……マイクロコンピユータ（基本進角設定手
段、補正量演算手段、最終進角設定手段、遅角速
度設定手段）、１０……ノツク検出手段、１１…
…運転状態検出手段、１６……点火手段。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ａ） エンジンの運転状態を検出する運転状態検
   出手段と、 ｂ） エンジンに発生するノツキングを検出する
   ノツク検出手段と、 ｃ） 運転状態に基づいて基本進角値を設定する
   基本進角設定手段と、 ｄ） ノツキングが発生したとき基本進角値を所
   定の遅角速度で遅角側に補正する遅角補正量を
   演算する補正量演算手段と、 ｅ） 基本進角値を遅角補正量に応じて補正し、
   最終進角値を決定して点火信号を出力する最終
   進角設定手段と、 ｆ） 前記遅角補正量が小さくなるにつれて、ま
   たは前記最終進角値が大きくなるにつれて、前
   記遅角速度を大きく設定する遅角速度設定手段
   と、 ｇ） 点火信号に基づいて混合気に点火する点火
   手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関のノツキング
   制御装置。