JPH0523812Y2

JPH0523812Y2 -

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Publication number: JPH0523812Y2
Application number: JP16658387U
Authority: JP
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2002-10-30
Also published as: JPH0171154U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）この考案は内燃機関のノツク制御装置の改良に
関する。

（従来の技術）機関の制御装置には、ノツクを検出するセンサ
を設けておき、ノツクが生じると点火時期を遅角
側に制御しあるいは空燃比をノツクが生じない側
に変更するものがある（たとえば特開昭62−
35069号参照）。ここに、軽いノツク状態を生じる
ようなレベルを所定レベル（しきい値）として設
定し、この所定レベルを目標値として点火時期や
空燃比の制御（いわゆるノツク制御）が行なわれ
る。これは、機関に悪影響を与える強いノツクは
避けなければならないものの、軽いノツクはそれ
自体機関に悪影響を与えるものでなく、燃焼効率
の向上により却つて燃費が良好となるからであ
る。

一方、同じ燃料量なら最大のトルクが得られる
ように点火時期を制御することが出力向上の点よ
り望ましい。そこで、点火時期がMBT（最大ト
ルクを与える最小進角値）となるように制御
（MBT制御）を行うものがある。

また、ノツク制御とMBT制御とが組み合わさ
れることも多い。

（考案が解決しようとする問題点）ところで、ノツク制御とMBT制御を組み合わ
せる理由はノツクが生じない範囲で最大トルクが
得られることを目的とする点にある。

この観点からノツク制御を見直すと、従来のよ
うに点火時期あるいは空燃比の一方だけを対象と
してノツク回避を行うことは不十分で、両者を同
時に考慮することが必要である。ノツク制御の補
正対象は点火時期と空燃比の２つあり、ノツクを
回避できる効果は同じでも、両者が機関の発生す
る最大トルクに及ぼす影響は同じでないからであ
る。たとえば、点火時期の遅角と燃料増量のいず
れによる補正でも同じノツク強度の幅だけ小さく
することができるのに対し、当該補正により低下
せざるを得ないトルク減少分が相違するとすれ
ば、トルクの減少が小さいほうが望ましいのであ
る。

この考案はこのような従来の問題点を解決する
ことを目的としている。

（問題点を解決するための手段）この考案は、第１図に示すように、運転条件の
検出値（たとえば吸入空気量Qaと回転数Ｎ）に
応じて最大トルクの得られる点火時期及び空燃比
の基本値（TADV及びTp）を算出する手段３及
び４と、算出された各基本値から一定のノツク強
度幅（U_K）だけ変化させる点火時期及び空燃比
の補正幅（U_ADV及びU_A/F）を算出する手段８及び
９と、各補正幅によるトルク減少分（ΔT_ADV及び
ΔT_A/F）をそれぞれ算出する手段１０及び１１
と、両トルク減少分の大小を比較する手段１２
と、比較結果に基づいて点火時期及び空燃比のう
ちトルク減少分が小さいほうをノツクが生じたと
きの補正の対象として選択する手段１３と、選択
された補正対象を用いて前記基本値を補正して出
力すべき点火時期（ADV）または空燃比（Ti）
を求める手段１４及び１５とを設けた。

なお、１は機関負荷を検出する手段、２は機関
回転数を検出する手段、５はノツクを検出するセ
ンサ、６はノツク信号をノツク強度に応じた信号
に変換する手段、７はノツクが生じたかどうかの
判定を行う手段である。

（作用）本願では点火時期による場合と空燃比による場
合のU_Kに対するトルク減少分（ΔT_ADV及び
ΔT_A/F）をそれぞれ算出され、両者の比較により
トルク低下が小さくなるほうでノツクが回避され
る。たとえば、点火時期の補正幅によるトルク減
少分が、空燃比の補正幅によるトルク減少分より
小さいときは、点火時期のほうが補正対象として
選択され、点火時期の遅角補正でノツクが回避さ
れる。大小関係がこの逆になると、空燃比のほう
が補正対象として選択され、空燃比のリツチ化補
正でノツクが回避される。

このことは、点火時期と空燃比がノツク回避に
よるトルク減少幅を最小にする最適値に制御され
ることを意味し、ノツクを回避しつつ出力の低下
防止が図られる。

（実施例）第２図は電子制御機関に本考案を適用した例
で、制御系のシステム図を示す。同図において、
２３は点火プラグ２２の座金状に形成された圧力
センサで、たとえば圧電素子を主体に構成され
る。ここに、センサ２３にて筒内圧が電荷量に変
換され、この電荷量はさらにチヤージアンプ２４
にて電圧値に変換される。３５はバンドパスフイ
ルタと積分回路からなるノツク検出回路で、ノツ
クに固有の高周波信号だけがバンドパスフイルタ
にて分離され、これが積分回路にて積分された後
インターフエース（Ｉ／Ｏ）３１に入力される。

２６はクランク角センサで、クランク角の基準
位置（たとえば圧縮上死点前の所定位置）毎の信
号と単位角（たとえば2°）毎の信号とを出力す
る。これらの信号は点火を実行する場合の信号と
して使用され、多気筒機関では両信号に基づいて
気筒判別が行われる。

２７は機関負荷としての吸入空気量（Qa）を
検出するセンサで、このQaと前記単位角信号か
ら計算される機関回転数（Ｎ）とが運転条件の基
本値となる。

３０は、Ｉ／Ｏ３１、ROM３２、RAM３３
及びCPU３４からなるコントロールユニツトで、
センサ類からの運転条件信号（空気量信号とクラ
ンク角信号）とノツク信号に基づいて出力すべき
点火時期と、出力すべき燃料噴射量とをそれぞれ
算出し、これを点火パルスと噴射パルスに変換し
て点火装置と燃焼噴射弁に向け出力する。

なお、第２図は簡素化のため単気筒機関につい
て構成してあるが、多気筒機関では要素２２〜２
４及び点火コイル３６は気筒数分備えられる。

第３図は点火時期と燃料噴射量を設定するメイ
ンプログラムで、クランク角の基準位置信号の入
力毎に実行される。

まず、ステツプ４１では運転条件の基本値
（QaとＮ）から基本点火進角値（TADV）が算
出される。ここに、TADVとして全域でMBTを
選択させる。たとえば、QaとＮをパラメータと
する３次元テーブルにMBTの値を格納してお
き、テーブル参照により圧縮上死点前のクランク
角を表す数値として求めさせるのである。なお、
吸気絞り弁が全閉位置にあるときはＮをパラメー
タとする２次元テーブルが参照される。

同様にして運転条件の基本値から基本空燃比
（基本パルス幅）Tpが算出される。なお、Tpは
間欠噴射においてＫ×Qa／Ｎ（Ｋは定数）で与え
られる燃料噴射パルス幅の基本値であるが、空燃
比と比例するため空燃比の代わりに使用されるも
のである。そして、空燃比が全域で最大トルクの
得られるリーン側限界値（この値を以下「LBT」
と称す。）となるようにTpの値を選択させる。

ここに、TADVで点火が行なわれ、かつTpで
燃焼噴射が実行される限り全域で最大トルクが得
られることになる。

ただし、ノツクを生じた場合にはノツク回避を
優先しなければならないので、点火時期を遅角し
あるいは空燃比をリツチ化することでノツク強度
を一定幅だけ小さくしなければならない。たとえ
ば、ノツク検出回路３５から入力された積分値
（ノツク強度）Ｓとそのしきい値（Ks）とを比較
し、Ｓ＞Ksであればノツクを生じているとして
フイードバツク量（点火時期についてΔADV、
空燃比についてΔA／Ｆ）を求め、点火時期であ
れば ADV＝TADV＋ΔADV …(1) にて出力すべき点火進角値（ADV）を、あるいは空燃比については Ti＝Tp／（ΔA／Ｆ） …(2) にて出力すべき燃料噴射パルス幅（Ti）を求め
ることになる（ステツプ45，46，48〜50）。

なお、ΔADVは正負の符号付きの値で、負の
値で遅角され、正の値で進角される。これに対し
てΔA／Ｆが１より小さい場合にリツチ化され、
１より大きい場合にリーン化される。

さて、点火時期を遅角補正するにせよ空燃比を
リツチ化補正するにせよ補正幅に対応する分だけ
出力トルクは減少する。したがつて、同じ幅だけ
ノツク強度を減少させるにしても、点火時期によ
る場合と空燃比による場合とでトルク減少分が同
じでないとすれば、トルク減少分が小さくなるほ
うで補正するほうがトルク低下が小さくなるので
望ましいといえる。

そこで、まずステツプ42では前回の制御結果と
して設定された点火時期と空燃比からノツク強度
を一定幅（U_K）だけ変化させる際の点火時期と
空燃比の補正幅を算出させる。

第４図はこの算出を行うプログラムで、 (i) 点火時期については U_ADV＝U_K／ｂ …(3) にて点火時期の補正幅（U_ADV）が計算される
（ステツプ51）。

同式(3)は第８図に示すADVとノツク強度（Ｓ）
との相関図より得られるもので、同図よりＳは
ADVを変数とする１次関数であるからＳ＝ｂ×ADV＋Ｃ …（4A）にて表せる。ただし、ｂ（＞０），Ｃは定数であ
る。

ここに、TADVにはMBTが設定されるので、
ADVがMBTの場合のＳをS_MBTとすれば、式（4A）より S_MBT＝ｂ×MBT＋Ｃ …（4B）であるから、ノツク強度減少分は式（4B）と
（4A）の差、すなわちノツク強度減少分＝ｂ（MBT−ADV）
…（4C）で与えられる。

同式（4C）においてノツク強度減少分にU_Kを
代入した場合の補正幅（MBT−ADV）がU_ADV
であるから、 U_K＝ｂ×U_ADV …（4D）となり、この式（4D）を変形すると、前式(3)が
得られる。

(ii) これに対して空燃比については U_A/F＝（U_K／ｄ）１／２ …(5) にて空燃比の補正幅（U_A/F）が計算される（ステ
ツプ52）。

これは第１０図に示す空燃比（Ａ／Ｆ）とＳと
の相関図から同様にして得られる。

この場合にはＳは２次関数で近似されるので、Ｓ＝−ｄ×（LBT−Ａ／Ｆ）²＋S_LBT…（6A）にて表せる。ただし、ｄは正の定数、S_LBTはＡ／
ＦがLBTのときのＳである。

ここに、Tpに対する空燃比（基本空燃比）は
LBT（たとえば空気過剰率λ＝0.8）であるので、
ノツク強度減少分はS_LBT−Ｓよりノツク強度減少分＝ｄ×（LBT−Ａ／Ｆ）²
…（6B）で与えられ、ノツク強度減少分をU_Kとした場合
の補正幅（LBT−Ａ／Ｆ）がU_A/Fであるから、
前式(5)が得られることになる。

なお、空燃比がLBTからずれるとMBTの値も
TADVからずれるので、新たに設定された空燃
比（前回Ａ／Ｆ）に対するMBTを MBT＝TADV−（LBT−前回Ａ／Ｆ）×ｋ
…(7) にて算出させている（ステツプ43）。ただし、「前
回Ａ／Ｆ」とは前回算出されたＡ／Ｆ、ｋは定数
である。

次に、ステツプ46のノツク減少ルーチンでは、
ノツクを回避するためU_Kだけノツク強度が減少
される。この場合、補正の対象は点火時期と空燃
比の２つあるので、第５図のサブプログラムにし
たがつてU_Kに対する出力トルク（Ｔ）の減少分
をそれぞれ算出し、トルク減少が小さいほうを補
正の対象として採用する（点火時期によるほうが
トルク減少が小さいときは点火時期を、また空燃
比によるほうがトルク減少が小さいときは空燃比
を補正の対象とする） (i) 点火時期補正によるトルク減少分（ΔT_ADV）
については ΔT_ADV＝ａ×（MBT−前回ADV−U_ADV） …(8) にて算出される（ステツプ61）。これは第７図に
示すADVとＴの相関図に基づく。たとえば同図
においてもＴは２次曲線で近似されるので、Ｔ＝−ａ×（MBT−ADV）²＋T_MBT …（9A）にて表され、ADVがMBTから外れることによる
トルク下降分（ΔT_ADV）はT_MBT−Ｔであることよ
り ΔT_ADV＝ａ×（MBT−ADV）² …（9B）が得られる。ただし、ａは正の定数、T_MBTは
ADVがMBTである場合のＴの値である。

したがつて、ADVからさらにU_ADVだけ遅角補
正させた場合は、 ΔT_ADV＝ａ×（MBT−前回ADV−U_ADV）²
…（9C）となる。ただし、「前回ADV」とは前回算出され
たADVのことである。

(ii) 一方、空燃比補正によるトルク減少分
（ΔT_A/F）は ΔT_A/F＝ｃ×（LBT−前回Ａ／Ｆ−U_A/F） …(10) にて算出される（ステツプ62）。この場合のＡ／
ＦとＴの相関図は第９図に示すように第７図と同
様であるから、式（９Ｂ）において、ａ→ｃ、
MBT→LBT、ADV→Ａ／Ｆの置き換えにより
Ａ／ＦがLBTから外れることによるトルク下降
分（ΔT_A/F）は ΔT_A/F＝ｃ×（LBT−Ａ／Ｆ）² …（11B）となり、Ａ／ＦをさらにU_A/Fだけリツチ化した場
合は、 ΔT_A/F＝ｃ×（LBT−前回Ａ／Ｆ−U_A/F）²
…（11C）となる。

この結果、正確には式（9C）及び（11C）で得
られたΔT_ADVとΔT_A/Fの大小を比較すべきである
が、実質的には二乗した値を比較させなくとも二
乗する前の値を比較させることで足りる。その理
由は大小の比較結果が必要なだけで、実際の値ま
では必要ないからである。このため、ステツプ
61，62では式（9C）及び（11C）において二乗を
省略した式（８）及び（10）が採用されているの
である。

次に、ステツプ63ではΔT_ADVとΔT_A/Fの比較を
行い、 (i) ΔT_ADV＜ΔT_A/Fであれば、点火時期による補
正のほうがトルク低下が少ないと判定されるの
で、こちらを採用する。すなわち、 ΔADV＝前回ΔADV−U_ADV …(12) により点火時期についての補正幅（ΔADV）を
求め、空燃比についてはそのままとする（ステツ
プ64）。

(ii) ΔT_ADV≧ΔT_A/Fでは、空燃比による補正のほ
うが採用され、 ΔA／Ｆ＝前回Ａ／Ｆ−U_A/F …(13) により空燃比についての補正幅（ΔA／Ｆ）が求
められ、点火時期についてはそのままとされる
（ステツプ65）。

このようにして得られたΔADV及びΔA／Ｆが
第３図のステツプ49に示す値である。なおステツ
プ48は次回演算のため今回得られた値を格納して
おく部分である。

次に、点火時期がMBTにかつ空燃比がLBTに
ある場合にノツクを生じたときの作用を説明する
と、ノツク強度を一定幅（U_K）だけ減少させる
には、第８図においてADVをU_ADVだけ遅角する
か、第１０図においてＡ／ＦをU_A/Fだけリツチ化
しなければならず、これらの補正幅に伴うトルク
減少分は点火時期補正によれば第７図に示す
ΔT_ADV、空燃比補正によれば第９図に示すΔT_A/F
となる。

この場合に、この例では図示のΔT_ADVとΔT_A/F
とが第７図ないし第１０図の特性を関数として表
した式（３），（５），（８）及び（10）より算出さ
れ、両者の比較によりトルク低下が小さくなるほ
うで補正がなされる（ステツプ41〜46，48〜49）。

ここに、点火時期と空燃比とがノツク回避によ
るトルク減少幅を最小にする最適値に関連させて
制御される。

言い替えると、ノツクを回避するだけなら点火
時期と空燃比のいずれによる補正でも可能である
が、補正に伴うトルク低下を少しでも抑制しよう
とすると、いずれでも良いというわけにはゆかな
い。このため、ノツク強度を一定幅だけ小さくす
る場合のトルク減少分が両者で相違することに着
目し、制御対象（点火時期または空燃比）と機関
性能（ノツク強度または発生トルク）との間の相
関（合計４つの相関）を定量化しておき、定量化
した相関を用いて点火時期により補正した場合と
空燃比により補正した場合の各トルク減少分を算
出させると、両者の比較が可能となる。そこで、
トルク減少分が小さくなるほうを選択させること
で、ノツク回避と出力低下の防止との両立を図る
のである。

次に、ノツクを生じていない場合には点火時期
を進角しあるいは空燃比をリーン化することがで
きるが、この場合もノツク強度を一定幅だけ上昇
させるのならトルク上昇分が大きいほうを採用す
ることのほうが得策である。

そこで、この場合はステツプ47のトルク増加ル
ーチンを第６図に示すサブプログラムで構成す
る。同図は第５図に対応するもので、一定幅
（U_K）に対するトルク増加分が (i) 点火時期について ΔT_ADV＝ａ×（MBT−前回ADV＋U_ADV） …(14) (ii) 空燃比について ΔT_A/F＝ｃ×（LBT−前回Ａ／Ｆ＋U_A/F） …(15) にて算出され、たとえばΔT_ADV＞ΔT_A/Fより点火
時期によるほうがトルク増加分が大きいとして ΔADV＝前回ADV＋U_ADV …(16) にてΔADVが更新される（ステツプ71〜74）。

なお、トルク増加分もトルク減少分と同じ符号
（ΔT_ADVとΔT_A/F）を用いている。

したがつて、ノツクが生じていなければ最もト
ルクが増加するように点火時期と空燃比とが設定
されるので、燃費や運転性を良好にすることがで
きる。

（考案の効果）以上説明したように、この考案では運転条件の
検出値に応じて最大トルクの得られる点火時期及
び空燃比の基本値を算出する一方で、一定のノツ
ク強度幅だけ変化させる場合の点火時期及び空燃
比の補正幅によるトルク減少分をそれぞれ算出
し、点火時期及び空燃比のうちトルク減少分が小
さいほうをノツクが生じたときの補正対象として
選択し、この選択された補正対象を用いて前記基
本値を補正するように構成したので、ノツクを回
避しつつ出力の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案のクレーム対応図、第２図は
この考案の一実施例の制御系のブロツク図、第３
図ないし第６図はこの実施例の演算内容を説明す
る流れ図、第７図ないし第１０図はこの実施例の
点火時期または空燃比とノツク強度または発生ト
ルクとの相関を示す特性図である。１……機関負荷検出手段、２……機関回転数検
出手段、３……点火時期の基本値（基本点火時
期）算出手段、４……空燃比の基本値（基本空燃
比）算出手段、５……ノツクセンサ、６……信号
変換手段、７……ノツク判定手段、８……点火時
期補正幅算出手段、９……空燃比補正幅算出手
段、１０……トルク減少分算出手段、１１……ト
ルク減少分算出手段、１２……比較手段、１３…
…選択手段、１４……出力点火時期算出手段、１
５……出力空燃比算出手段、２２……点火プラ
グ、２３……圧力センサ、２４……チヤージアン
プ、２６……クランク角センサ、２７……空気量
センサ、３０……コントロールユニツト、３５…
…ノツク検出回路、３６……点火コイル。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

運転条件の検出値に応じて最大トルクの得られ
る点火時期及び空燃比の基本値を算出する手段
と、算出された各基本値から一定のノツク強度幅
だけ変化させる点火時期及び空燃比の補正幅を算
出する手段と、各補正幅によるトルク減少分をそ
れぞれ算出する手段と、両トルク減少分の大小を
比較する手段と、比較結果に基づいて点火時期及
び空燃比のうちトルク減少分が小さいほうをノツ
クが生じたときの補正の対象として選択する手段
と、選択された補正対象を用いて前記基本値を補
正して出力すべき点火時期または空燃比を求める
手段とを設けたことを特徴とする内燃機関のノツ
ク制御装置。