JPH0681950B2 - 過給機付内燃機関のノツクコントロ−ル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は過給機付内燃機関のノックコントロール装置に
関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の過給は機関の出力を高めるものであるが、ノ
ッキング現象も発生し易くなる。そこで、シリンダブロ
ック等に振動検出器からなるノックセンサを取付けてノ
ックを検出し、ノッキングを抑制するように機関を制御
するノックコントロール装置が用いられる。ノッキング
を抑制する方式として、過給圧を低下させるものと、点
火時期を遅角補正するものとが知られている。一般に点
火時期の制御は、エンジンの回転数Ｎと負荷Q/N（＝吸
入空気量Q/回転数Ｎ）または吸気圧から基本点火時期θ
βを求め、ノックの発生状態に応じて点火時期をこの基
本点火時期θβから遅角方向に補正することにより行な
われる。

近年、点火時期のみを操作してノックを回避する装置の
他に、よりノックコントロールの長所を引出し高トルク
を得るため、点火時期と過給圧とを連動させて制御する
装置が提案されている。この種の装置では、点火時期を
遅角させると共に過給圧を低下させるものが一般的であ
るが、過給圧を下げると基本点火時期θβが進角側に移
るため過給圧の低下により一時的に点火時期が進角して
しまい逆にノックが発生し易くなることがあるという問
題があった。たとえば、第７図に示すように、過給圧Pa
の低下によりノックに対する余裕ができ、ノックの発生
限界となるノック限界点火時期θKNは進角するのである
が基本点火時期θβがそれ以上に進角してしまい、要求
される遅角補正量Ｒが急増してノックの多発を招くこと
があるという問題である。もちろん、この問題は過渡的
な問題であり、いずれはノックの発生により点火時期が
遅角補正されノック限界点火時期θKN線上に制御される
のであるが、一時的にせよノックの多発は望ましくな
い。そこで、過給圧を低下させている間は過給圧の低下
直前の過給圧により基本点火時期を計算し点火時期を制
御する方法が提案されている（特開昭57−179372号）。
しかしながら、この方法では過給圧を低下させている間
においてはノックが発生しなくても点火時期が進角せ
ず、ノック限界点火時期θKNより遅角側で制御されるこ
とになるためトルク損失が大きいという問題点があっ
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記の問題点を解決するためなされたもので
あり、過給圧低下時のノックの多発を防ぐと共に、トル
ク損失を最小限に抑えたノックコントロール装置を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため本発明では、ノックセンサと、点火時期制御手
段と、過給圧制御手段とを備え、ノックの発生状態に応
じて点火時期を遅角方向に補正する遅角補正量と過給圧
とを制御するようにした過給機付内燃機関のノックコン
トロール装置において、過給圧を低下させる場合には目
標点火時期の進角方向への移動速度を制限する手段を備
えることを特徴とする過給機付内燃機関のノックコント
ロール装置が提供される。

〔作用〕

上記の構成によれば、過給圧を低下させる場合には目標
点火時期の進角方向への移動が徐々に行なわれるから、
過給圧の低下時に点火時期が急激に進角することがな
く、過渡的なノックの多発を防止することができる。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面に従って具体的に説明す
る。

第１図は全体構成図であり、１はエンジン本体、２は過
給機、３は電子制御装置である。吸気マニホールドの各
気筒吸気ポートの近くに電磁作動式の燃料噴射弁４が配
設されている。各燃料噴射弁４には図示しない燃料ポン
プから一定圧に調整された燃料が圧送され、燃料噴射弁
４を作動させ開弁する時間によって噴射量が制御される
ようになっている。各気筒に設けられた点火プラグ５に
配電するディストリビュータ６は周知の如くクランク軸
の２回転に１回転せられるもので、内部にはクランク軸
の特定位置を検出する基準角センサ７及びエンジンの回
転を検出して一定クランク角毎に出力信号を発生する回
転角センサ８を備えている。ディストリビュータ６に接
続される点火コイル９は、点火コイル９への通電遮断を
行うイグナイタ10と一体に構成されている。

また、圧電形の振動検出器であるノックセンサ11がシリ
ンダブロックに取付られ、エンジンの振動波形を検出す
る。ノックセンサ11は圧電形の他、動電形、ビエゾ抵抗
形、ひずみゲージ形等何を用いてもよいことは勿論であ
る。

過給機２のタービン12は排気通路13に設けられ、コンプ
レッサ14は吸気通路15に設けられる。タービン12をバイ
パスするバイパス通路16にウェイストゲート弁17が設け
られている。ウェイストゲート弁17はダイアフラム式の
アクチュエータ18により作動し、バイパス通路16の開度
を調整する。ダイアフラム式アクチュエータ18のダイア
フラム室は圧力導管19によりコンプレッサ14下流の吸気
通路20に連通され、コンプレッサ14により加圧された吸
気が導かれる。また、圧力導管19はその途中から電磁弁
21を介してコンプレッサ上流の吸気通路15に連通されて
いる。そして、電子制御装置３からオンオフ制御信号が
出力されると電磁弁21がオンオフ駆動され、そのオンオ
フ制御信号のデューティ比によって電磁弁21の実効的な
開度が制御され、ダイアフラム式アクチュエータ18に作
動する圧力が制御される。電磁弁21の開時間の比率が高
い程上流の吸気通路15に逃げる空気量が増加し、下流の
吸気通路20の圧力、即ち加給圧がより高くなるまでウェ
イストゲート弁17が作動しないことになる。従って、電
磁弁21の実効的な開度により機関への加給圧が制御さ
れ、開度が大きい程、即ちオンオフ制御信号のデューテ
ィ比が高く電磁弁21の開時間の比率が高い程、高い加給
圧に制御される。ここでは電磁弁21にオンオフ型の電磁
弁を用いたが、電圧に比例した開度調整機能を持つ制御
弁を用いることも可能である。

エンジンの運転状態を検出するため、吸気通路15,20に
吸入空気量を検出するエアフローメータ22、吸気温度を
検出する吸気温センサー23、それにスロットル弁の開度
を検出するスロットル弁開度センサ24が設けられ、エン
ジン本体１には冷却水温センサ25が、排気通路には排気
ガスの酸素濃度を検出し空燃比を知らせるO₂センサ26が
設けられている。

第２図は電子制御装置３の詳細構成及び各機器との接続
を示すブロック図である。

電子制御装置３は制御用のマイクロコンピュータ30を備
える。

基準角センサ７及び回転角センサ８は電磁ピックアップ
式の検出器であり、それぞれの出力信号は波形整形回路
31、32によりパルス状に整形され、それぞれ基準角信号
及び回転角信号としてマイクロコンピュータ30に入力さ
れる。また、運転状態を検出する各センサ22〜26からの
信号がマイクロコンピュータ30のデジタル入力又はアナ
ログ入力端子に入力される。

ノックセンサ11の出力信号はノック検出回路33に入力さ
れる。このノック検出回路33にはノック特有の周波数帯
域（一般には６〜9KHZ）だけを取り出すためのバンドパ
スフィルタ、このフィルタの信号を整流・積分してセン
サ信号の平均値をとり出すための平均化回路、この平均
値信号を基にノック判定レベルを作成するための判定レ
ベル作成回路、この判定レベルとフィルタ通過後の出力
をノック検出するためのコンパレータ、このコンパレー
タ出力を一定時間引きのばすための単安定マルチバイブ
レータが組み込まれている。ノック検出回路33では所定
強度以上のノックを検出し、ノックの有無を知らせるデ
ィジタル信号をマイクロコンピュータ30に入力する。

マイクロコンピュータ30は基準角センサ７及び回転角セ
ンサ８からの回転角情報と、各種運転状態センサ22〜26
からの運転状態情報とに基いて燃費及び出力トルク等の
性能が最良となる点火時期を算出し、その点火時期をノ
ックセンサ11からのノッキング情報に基いて補正し、点
火信号を出力する。そして、イグナイタ10を駆動し点火
コイル９に通電し、演算された点火時期に通電を遮断す
ることにより通電遮断時に発生する高電圧をディストリ
ビュータ６を経由して所定の気筒の点火プラグ５に導
き、各気筒に順次点火する。また、マイクロコンピュー
タ30は最適な過給圧を算出し、電磁弁21へのオンオフ制
御信号のデューティ比を変化させて過給圧を制御する。
さらに、マイクロコンピュータ30は算出した燃料噴射量
に対応したパルス幅でもって所定のクランク角位置に噴
射信号を出力し、各気筒毎に燃料噴射弁４を開弁して燃
料を噴射する。

マイクロコンピュータ30の内部構成について簡単に説明
する。８ビット構成の中央処理ユニット（CPU）41にはC
PUバス42を介して、制御プログラム及び演算に必要な定
数を記憶しておく読出し専用メモリ（ROM）43、演算デ
ータを一時記憶する一時記憶メモリ（RAM）44、CPU41に
割込制御を行なわせるための割込制御部45、CPU動作の
基本周期となるクロック周期毎に１つづつカウント値が
上るように構成された16ビットのタイマ46、マルチプレ
クサ47で選択されたアナログ信号をデジタル信号に変換
するＡ−Ｄ変換器48、デジタル信号のための入力ポート
49、そしてデジタル信号を出力するための出力ポート50
が接続されている。アナログ信号が入力されるマルチプ
レクサ47には、エアフロメータ22、吸気温センサ23、及
び冷却水温センサ25からの信号が入力される。入力ポー
ト49には、スロットル弁開度センサ24からの２ビットの
接点信号、及びO₂センサ26からのリッチリーン信号が入
力される。出力ポート50からは、イグナイタ10への点火
信号、燃料噴射弁４への噴射信号、電磁弁21へのオンオ
フ制御信号、及びマルチプレクサ47への制御信号が出力
される。割込制御部45には基準角センサ７及び回転角セ
ンサ８からの基準角信号及び回転角信号が入力される。
タイマ46と割込制御部45によってエンジン回転数、及び
クランク角度位置が次のようにして検出される。すなわ
ち基準角センサ７からの基準角信号により割込が発生す
るごとにCPU41はタイマ46のカウント値を読み出す。タ
イマ46のカウント値はクロック周期（たとえば１μｓ）
毎に上っていくため、今回の割込時のカウント値と先回
の割込時のカウント値との差を計算することにより、基
準角信号の時間間隔すなわちエンジン１回転に要する時
間が計測できる。こうしてエンジン回転数が求められ
る。また、クランク角度位置は、回転角センサ８からの
回転角信号が一定クランク角度（たとえば30゜CA）毎に
出力されるので基準角センサ７からの基準角信号（たと
えば上死点位置）を基準にしてそのときのクランク角度
を30゜CA単位で知ることができる。この30゜CA毎の回転
角信号は点火信号発生の基準点に使用される。

以上の構成に基いて本発明に係るノックコントロール装
置の作動について説明する。

第３図乃至第５図はマイクロコンピュータ30での実際の
処理を示すフローチャートである。

内燃機関が起動し点火時期演算の割込が行なわれると、
ステップ100より割込み処理がスタートされる。ステッ
プ101で回転数Ｎ及び負荷Q/N（＝吸入空気量Q/回転数
Ｎ）が算出される。ステップ102では、ステップ101で算
出された回転数Ｎ、負荷Q/Nをもとに予かじめ記憶され
ている基本点火時期及び基本噴射時間のマップを検索補
間し、基本点火時期θ_Ｂ及び基本噴射時間が算出され
る。また、ノックセンサ11以外の各種運転状態センサ22
〜26からの情報による点火時期の進角遅角修正及び噴射
時間の修正が同時に行なわれる。次にステップ103に
て、基本の過給圧を設定するための基本デューティ比が
計算される。基本デューティ比は回転数Ｎをもとに予か
じめ記憶されているテーブル値を検索補間して算出され
る。

次にステップ104において現在の運転条件がノックコン
トロール実行条件下であるかどうかを判別する。たとえ
ばエンジンの負荷が軽い場合にはほとんどノックはおこ
り得ず、しかもこの軽負荷も無理にノックコントロール
すればかえって出力、燃費等が低下してしまうのは一般
的に知られていることである。本実施例においてはエン
ジンの負荷Q/Nが所定値以上の場合のみノックコントロ
ールを実行することにしている。その他にエンジン回転
数による制限を設けることも考えられる。

ノックコントロール実行条件下であると判断された場合
にはステップ105に進み目標点火時期の計算を行い、次
いでステップ106でノックコントロールによる点火時期
の遅角補正量の計算及び過給圧の修正を行う。ノックコ
ントロール実行条件下でない場合には、ステップ105及
び106を飛ばし、ステップ107に進む。そして、次のステ
ップ107にて最終点火時期及び最終デューティ比が計算
される。最終点火時期は（目標点火時期）−（遅角補正
量）として計算される。

本発明の特徴部分であるステップ105の詳細について第
４図を参照し説明する。

まず、ステップ150で過給圧が現在低下中であるか否か
が調べられる。過給圧が低下中でなければステップ151
に進み、ステップ102で計算された基本点火時期θβを
そのまま目標点火時期θＴとする。一方、過給圧が低下
中であればステップ152に進む。ステップ152では、基本
点火時期θβと目標点火時期θＴとの差が所定値ΔＡ以
下であるか否かを調べ、所定値ΔＡ以下であればステッ
プ151に進み、所定値ΔＡ以上であればステップ153に進
む。ステップ153では現在の目標点火時期θＴに所定値
ΔＡを加えた値を新たな目標点火時期θＴとする。（θ
Ｔ←θＴ＋ΔＡ）。このようにして、過給圧の低下中に
は目標点火時期θＴの進角方向への移動速度を制限し、
目標点火時期θＴを徐々に基本点火時期θβに近ずける
ことができる。

次にステップ106の詳細について第５図を参照し説明す
る。

まず、ステップ201では、ノック検出回路33の出力によ
りノック発生の有無を判定する。ノック有りと判定され
た場合はステップ202に進む。ステップ202では、過給圧
を低下中であるか否かを調べる。低下中でなければ定常
状態であるからステップ203に進み、遅角補正量Ｒを所
定角Δθ１だけ増大する。Δθ１の値はたとえば１゜CA
（クランク角）に設定する。過給圧が低下中であれば過
渡状態であるからステップ204に進み、遅角補正量Ｒを
Δθ１より大きなΔθ２だけ増大する。Δθ２の値はた
とえば２゜CAに設定される。

一方、ステップ201でノック無しと判定された場合には
ステップ205に進む。ステップ205ではノック無しが所定
時間（一般的には0.5〜１秒程度）以上続いたか否かを
判別する。未だ所定時間以上続いていなければステップ
206に進み、現在の遅角補正量Ｒを保持する。ノック無
しの状態が所定時間以上続いていればステップ207に進
む。

ステップ207では、ステップ202と同様に、過給圧を低下
中であるか否かを調べる。低下中でなければステップ20
8に進み、遅角補正量Ｒを所定角Δθ３だけ減少する。
Δθ３の値はたとえばΔθ１と同じ１゜CAに設定される
が、もちろんΔθ１と異なった値に設定してもよい。過
給圧が低下中であれば過渡状態であるのでステップ209
に進み、遅角補正量Ｒを所定角Δθ４だけ減少させる。
Δθ４の値はたとえばΔθ３より大きくΔθ２と同じ２
゜CAに設定されるが、エンジンの種類によってはΔθ３
と同じ程度に小さめに設定した方が好適な場合もある。

このようにして、ノックの発生状態に応じて点火時期の
遅角補正量Ｒが増加、減少または保持される。

次にステップ210にて、上記のようにして設定された遅
角補正量Ｒの大小判別を行う。

遅角補正量Ｒが小さく、０に近い第１の設定値R1以下の
場合（Ｒ＞R1）にはステップ211に進み、過給圧Paを所
定圧ΔＰだけ増加させるべくオンオフ制御信号のデュー
ティ比を補正する。遅角補正量Ｒが所定範囲内（R1≦Ｒ
≦R2）の場合には適度な過給圧と判断してステップ212
に進み、現在の過給圧を保持する。遅角補正量Ｒが大き
く、第２の所定値R2以上の場合（R2＜Ｒ）には、排気温
度が問題になる運転条件であると判断してステップ213
に進み、過給圧Paを所定圧Δｐだけ低下させるべくオン
オフ制御信号のデューティ比を補正する。過給圧Paを増
減する所定圧ΔＰ、Δｐは50mmHg程度が適切であり、遅
角補正量Ｒの大小を判別する第１の所定値R1は２゜CA
に、第２の所定値R2は７゜CA程度に設定するのが好適で
あった。

第６図は上述のようにして制御される過給圧と点火時期
の推移の一例を示すタイミングチャートである。

ノックコントロール実行条件下にはノックの発生状態に
応じて遅角補正量Ｒが増減され、最終点火時期θＦは目
標点火時期θＴより遅角補正量Ｒだけ遅角に制御され
る。そして、過給圧の低下時には目標点火時期θＴがそ
の時の過給圧、回転数等により定まる基本点火時期θβ
に徐々に近ずくように制御されると共に、ノックの有無
による遅角補正量Ｒの増減量も増大され、素早く目標点
火時期θＴに追従し、ノックの多発を防止する。

このようにして、定常時はもちろん過渡時においても、
点火時期がノック限界点火時期（第７図のθKN線）付近
になるように遅角補正量Ｒが制御されるから、トルク損
失の小さいノックコントロールが実現される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、過給圧低下時の
ノックの多発を防ぐと共に、トルク損失を最小限に抑
え、点火時期と過給圧とを連動させた高トルクのノック
コントロールを行うことができるという優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明の一実施例を示し、第１図は
全体構成図、第２図は電子制御装置を示すブロック図、
第３図、第４図及び第５図はマイクロコンピュータでの
処理を示すフローチャート、第６図は過給圧と点火時期
の推移を示すタイミングチャートであり、第７図は過給
圧低下時のノック限界点火時期特性を示す特性図であ
る。 １……エンジン本体、２……過給機、３……電子制御装
置、５……点火プラグ、６……ディストリビュータ、７
……基準角センサ、８……回転角センサ、11……ノック
センサ、12……タービン、14……コンプレッサ、16……
バイパス通路、17……ウェイストゲート弁、18……ダイ
アフラム式アクチュエータ、21……電磁弁、30……マイ
クロコンピュータ、33……ノック検出回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ノックセンサと、点火時期制御手段と、過
   給圧制御手段とを備え、ノックの発生状態に応じて点火
   時期を遅角方向に補正する遅角補正量と過給圧とを制御
   するようにした過給機付内燃機関のノックコントロール
   装置において、 過給圧を低下させる場合には目標点火時期の進角方向へ
   の移動速度を制限する手段を備えることを特徴とする過
   給機付内燃機関のノックコントロール装置。
2. 【請求項２】過給圧を低下させる場合にはノック発生時
   の前記遅角補正量の増加量を増大する手段を備える特許
   請求の範囲第１項記載の過給機付内燃機関のノックコン
   トロール装置。