JPS62111148A - 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
制御してノッ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、一般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［
ｉ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行
くとノンキングが生じ、安定な機関運転を行うことがで
きない。例えば、低速回転、低負荷時においてはＭＢＴ
より以前にノッキング限界がきている。また、ノッキン
グ限界は温度、湿度等の大気条件にも影響を受けやすい
。

そこで、ノッキングの有無に応じて点火時期を制御する
といういわゆるノッキング制御を上記ＭＢＴ制御併用す
るという方式のものが開発されており、例えばそのよう
なものとしては特開昭５８−８２０７４号公報に記載の
装置がある。

この装置では、燃焼室内の圧力（以下、筒内圧という）
を検出して、その圧力が最大となるクランク角度（以下
、燃焼ピーク位置という）θｐｍａｘが機関の発生トル
クを最大にする所定位置にくるように点火時期をＭＢＴ
制御する。また、同時に筒内圧の検出信号を信号処理回
路を通すことでノンキングを検出し、そのノッキングレ
ベルが所定値を超えたときにはＭＢＴ制御よりも優先し
てノッキングを回避すべく点火時期を遅角側に制御する
。これにより、ノンキングを抑制しつつ機関の発生トル
クを出来るだけ大きくして運転性能の向上を意図してい
る。このように、ノンキングを抑制するために点火時期
を制御するのは、点火時期の制御が容易であるために広
く採用されているものと考えられる。

（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、本来であれば機関の発生トルクを
最大にする最も燃焼状態の良好なタイミングに設定され
ている点火時期をノック抑制のために遅角制御する構成
となっていたため、点火時期の遅角により燃焼状態が悪
化し、各運転条件で最良の燃焼状態が得られない。この
ため、燃費の悪化や点火プラグのくすぶり、あるいは排
気温度の上昇により排気触媒の寿命を短かくする、さら
にはピストン焼損等の危険性がある等エンジンの運転性
能に種々の悪影響が発生する。

一方、ノッキングの抑制には過給圧を制御すれば良いこ
とも知られており、例えばそのようなものとしては本出
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。

上記装置によれば、点火時期を制御したときトルク低下
が少ない場合には有効であるが、あくまでもその遅角量
が一定値を超えたときに初めて過給圧を制御するもので
ある。したがって、そのときの運転条件に対してノック
を抑制しつつ最良の燃焼状態を維持するという点では改
善の余地がある。また、ＭＢＴ制御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も改善の余地あ
りと考えられる。

（発明の目的） そこで本発明は、過給圧を検出し、過給圧が正のとき過
給圧の増減、負のとき点火時期の遅進角を行うことによ
り、ＭＢＴ制御を優先しつつノックを適切に回避すると
ともに、常に最良の燃焼状態となるように点火時期を維
持して、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ッ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、エンジンの運転状態を検出す
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、圧力検出手段ａ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ピーク位置検出
手段ｅと、燃焼ピーク位置がエンジンの発生トルクを最
大とする所定位置に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、運転状態に基づいて
基本点火時期を設定し、これをピーク補正量に応じて補
正するとともに、過給圧が負のときノッキングレベルが
所定値以下となるように基本点火時期を補正する点火時
期設定手段ｇと、点火時期設定手段ｇの出力に基づいて
混合気に点火する点火手段りと、過給圧が正のときノン
キングレベルが所定値以下となるように吸気の過給圧を
制御する制御信号を出力する過給圧制御手段ｉと、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ｊ
と、を備えており、最良の燃焼状態となるように点火時
期を維持するものである。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜６図は本発明の第１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か
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
して排出される。

吸気管３には排気ターボ過給機１０のコンプレッサｔＯ
ａが配設されており、コンプレ・ノサ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１０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ッサ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
ェストゲートパルプからなる電磁弁（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はエアフロメータ１２より検出され
、吸気管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Ｓ１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θｐｎ＋ａｘ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のクランク角はクランク角センサ１
７により検出される。

クランク角センサ１７は爆発間隔（６気筒エンジンでは
クランク角で１２０　’　、４気筒エンジンでは１８０
°）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
基準位置信号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ＣＩ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Ｎｅ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１７は運
転状態検出手段１８を構成している。

上記各センサ１２．１５．１６．１７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（その低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はノック検出手段およびピーク
位置検出手段としての機能を有し、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（ＭＰＸ）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１４２〜１４ｆ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締めされている。

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Ｓ、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Ｓ１を電圧信号Ｓ２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１７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Ｓ２を気筒毎に
択一的に切換え信号Ｓ３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。パ°ンドパス
フィルタ２３は信号Ｓ３のうちノッキング振動に対応す
る周波数帯（例えば、５ＫＨｚ〜２０ＫＨｚ）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（Ｔ　Ｄ　（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Ｓ６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Ｓｂに基づいて
燃焼ピーク位置θｐｍａｘ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は演算手段
°、点火時期設定手段および過給圧制御手段としての機
能を有し、ＣＰ　Ｕ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３およ
びＩ１０ボート３４により構成される。ＣＰＵ３１はＲ
ＯＭ３２に書き込まれているプログラムに従ってＩ１０
ポート３４より必要とする外部データを取り込んだり、
また、ＲＡＭ３３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ポート３
４に出力する。

Ｉ１０ボート３４には運転状態検出手段１８、過給圧セ
ンサ１６および信号処理回路１５からの信号が入力され
るとともに、Ｉ１０ボート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０Ｎ１０ＦＦ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ＲＯＭＲ３２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ｌの運転状態を表すパラメータで
あるエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑａを読み込む。

回転数Ｎｅはクランク角センサ１７からの基準位置信号
Ｃａ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はエアフロメー
タ１２の出力信号をＡ／Ｄ変換して算出する。次いで、
Ｒ２で回転数Ｎｅと吸入空気ＩＱａ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。Ｐ、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、Ｒ４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。

θｐｆｆｌａＸ　＞θ。のときは点火時期が進んでいる
と判断し、Ｐｓで次式■に従って基本点火時期ＡＤ■を
遅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＝ｋｌ　　（θｐｍａｘ−θｏ　）　＞Ｑ　　”””
■但し、ｋｌ　：制御ゲイン 一方、θｐｍａｘ≦θ。のときは点火時期が遅れている
と判断し、Ｒ６で次式〇に従って点火補正量Ｍを演算す
る。

Ｍ＝に２　（θｐｍａＸ−θ０　）　　＜　０　　・・
−・−■但し、ｋ２　：制御ゲイン これらＰｓ、Ｐｂのステップ処理によりθｐ＋ｍａｘが
目標値であるθ。に一致するように点火時期のＭＢＴ制
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。

次いで、Ｐ７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Ｎｅと吸入空気量Ｑａをパラメ
ータとするテーブルマツプが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。Ｐ、
で積分（ｔｍｓをノック判断基準値（スライスレベル）
　ＳＯと比較する。Ｓ＞Ｓｏ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ッキングが発生していると
判断してＰｌ６に進む。一方、Ｓ≦８０のときはノック
レベルが所定値以下であるからノッキングが発生してい
ないと判断してＰ、に進む、Ｐｌ。では実際の過給圧Ｐ
ａが正であるか負であるかを判別し、正であるときはＰ
ｌ２で次式■に従って基本デユーティ値Ｄｗを減少補正
する過給補正量Ｋを演算してＰＩ３に進む。

Ｋ＝ｋｚ　　（Ｓ　　Ｓｏ　）　＞Ｑ　　　　＋＋・・
・・■但し、ｋ３　：制御ゲイン 一方、過給圧Ｐａが負であるときは点火時期の遅角補正
によりノックを抑制するためＰｌ４で次式■に従って基
本点火時期ＡＤＶを遅角補正する点火補正ｉ１Ｍを演算
してＰＩ３に進む。

Ｍ＝ｋａ　　（Ｓ　　Ｓｏ　）　＞０　　　　・・・・
・・■Ｐ１３では次式〇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
るとともに、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。

Ｃ＝ＡＤＶ＋Ｍ　　　　　　　　　・・・・・・■Ｄ＝
Ｄｗ＋Ｋ　　　　　　　　　・・・・・・■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
。

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。一方、Ｐａ＜Ｏ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、ＭＢＴ制御を優先
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（過給圧Ｐａあるいは点火時期が適切
に制御される。

一方、ノンキングが発生していないと判断してＰ、に進
んだときは、Ｐ、でＰＩＧと同様に過給圧Ｐａの正、負
を判別する。Ｐａ＞０のときはｐｕｓ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Ｐｌ３に進む。

Ｋ＝ｋｓ　　（Ｓ　　Ｓｏ　）　＜０　　　　・・・・
・・■但し、ｋ、：制御ゲイン また、Ｐａ＜ＯのときはＰｏて次式〇に従って点火時期
を進角させるように点火補正ＩｉＭを演算してＰｌｆｆ
に進む。

Ｍ＝に、（Ｓ−５，）＜Ｏ・・・・・・■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Ｐ
ａの状態により制御態様を選択する。すなわち、Ｐａ＞
Ｏのときは過給圧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＜Ｏの
ときは点火時期を進角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する。したがって、Ｍ
ＢＴ制御を実行しつつ、なおかつエンジン出力を増大さ
せるように過給圧ｐａあるいは点火時期が適切に制御さ
れる。

以上のことから明らかであるように、ＭＢＴ制御を優先
して実行しつつノック発生の有無に応じてそのときの運
転条件から過給圧Ｐａ又は点火時期の何れを制御すれば
トルク低下が最も少なくなるかが適切に判断され、常に
燃焼状態が最良になるように点火時期が制御される。し
たがって、ノック抑制に際して従来と異なり点火時期が
不本意に遅角されることがなくなり、従来例として指摘
したような各種不具合を防止することができ、エンジン
の運転性能を向上させることができる。

すなわち、常に良好な燃焼状態に維持されることから、
無駄な燃料を噴射せずにすみ燃費の向上を図ることがで
きるとともに、点火プラグ５のくすぶりを避けることが
できる。また、点火時期の遅角し過ぎに伴う排気温度の
上昇が避けられるため、排気触媒の寿命が長くなるとと
もに、排気ターボ過給機１０のタービン１０ｂからコン
プレッサ１０ａに伝達される熱量が少なくなるため吸気
温度の°上昇を抑制していわゆる充填効率を高めること
ができる。

第７図は本発明の第２実施例を示す図であり、本実施例
では過給圧操作手段の制御態様が第１実施例と異なる。

すなわち、同図に示すように絞弁１３下流側の吸気管３
にはインテークリリーフパルプからなる電磁弁（過給圧
操作手段）４１が配設されており、電磁弁４１はコント
ロールユニット２０から出力される制御信号Ｓｋに基づ
きそのデユーティ値りに応じて吸気の過給圧を制御する
。

したがって、本実施例でも第１実施例と同様の効果を得
ることができる他、特に第１実施例の場合に比して過給
圧制御の応答性が速いという利点がある。

なお、上記各実施例で理解されるように本発明は過給圧
Ｐａを制御したときトルク低下が少ない場合には、極め
て有効にその効果が期待できる。

（効　果） 本発明によれば、ＭＢＴ制御を優先しつつノックを適切
に回避しながら常に最良の燃焼状態となるように点火時
期を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２〜６図は本発明の第
１実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第
３図はその信号処理回路の詳細なブロック構成図、第４
図はその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Ｍ
ＢＴ制御のプログラムを示すフローチャート、第７図は
本発明の第２実施例を示すその全体構成図である。 １・・・・・・エンジン、 ７・・・・・・点火手段、 １１．４１・・・・・・電磁弁（過給圧操作手段）、１
４・・・・・・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、ピーク位置
検出手段）、 １６・・・・・・過給圧センサ（過給圧検出手段）、１
８・・・・・・運転状態検出手段、 ２０・・・・・・コントロールユニット（演算手段、点
火時期設定手段、過給圧制御手段）。

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）エンジンの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）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ピーク位置検出手段と、 （ｆ）燃焼ピーク位置がエンジンの発生トルクを最大と
   する所定位置に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）運転状態に基づいて基本点火時期を設定し、これ
   をピーク補正量に応じて補正するとともに、過給圧が負
   のときノッキングレベルが所定値以下となるように基本
   点火時期を補正する点火時期設定手段と、 （ｈ）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、 （ｉ）過給圧が正のときノッキングレベルが所定値以下
   となるように吸気の過給圧を制御する制御信号を出力す
   る過給圧制御手段と、 （ｊ）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。