JP2001234801A

JP2001234801A - 内燃機関のノッキング制御装置

Info

Publication number: JP2001234801A
Application number: JP2000049777A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Akasaka; 伸洋赤坂; Yoshihiko Akagi; 好彦赤城
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】運転性を確保しつつノッキング発生時の点火
時期遅角量を減らし、ノッキングを回避し、点火時期遅
角による排気温度上昇、燃費の悪化、出力の低下を最小
限に抑えることのできるエンジンのノッキング制御装置
を提供する。【解決手段】ノッキング制御装置３００を、ノックセ
ンサ１１７によるノック検出信号に基づきノッキングの
有無を判定するノッキング判定手段３０３と、判定結果
に基づき点火時期を制御する点火時期制御手段３０４
と、エンジンのバルブタイミングを可変に制御すること
ができる可変動弁制御手段５０１とで構成し、判定結果
がノッキング有りと判定され、点火時期が遅角されたと
きに、その遅角量に応じて可変動弁制御手段５０１によ
って吸気弁の開閉時期を遅角させてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のノッキ
ング制御装置に係り、特に、自動車等の車輛用の内燃機
関（ガソリンエンジン）におけるノッキングの発生を抑
制するノッキング制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車輛用の内燃機関（以下、エ
ンジンと略称することがある）の燃費向上手段として、
エンジンの高圧縮比化が考えられている。しかし、エン
ジンの高圧縮比化はノッキング限界を低下させる原因に
なり、このため、高圧縮比エンジンでは、特に、高負荷
領域でのノッキングの発生が問題となっている。

【０００３】周知のように、ガソリンエンジンにおける
ノッキングは、エンジンの燃焼室内において混合気の火
炎伝播の末端部が自己発火することにより、燃焼室内に
大きな圧力不均衡が生じ、これによって発生した圧力波
が燃焼室壁を加振してエンジンブロックに伝わる現象で
ある。

【０００４】ノッキングは、エンジンの発生エネルギの
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、できるだけ回避することが望
ましく、そのためにはノッキングの発生を正確に検出す
るとともに、ノッキング発生時にはエンジンをノッキン
グ発生状態から回避するように制御する必要がある。

【０００５】かかる観点から、従来より、自動車のエン
ジンにおいては、ノッキング発生時には、点火時期をエ
ンジン状態のパラメータであるエンジン回転数と負荷と
に基づいて制御し、通常時には、出力向上のために、点
火時期をノッキング限界まで進角させておき、ノッキン
グの発生を抑えるようにしている。

【０００６】このような点火時期制御が行われるエンジ
ンにおいて、ノッキング検出手段によってノッキング振
動を検出し、ノッキング判別手段によってエンジンにノ
ッキングが発生したか否かを判別し、エンジンにノッキ
ングが発生したと判定した場合には、例えば、点火時期
を遅角させ、その後、ノッキングが発生していないと判
断すると、点火時期を徐々に最適点火時期に近付けると
云った点火時期遅角制御を行うことが知られている（特
開平５−２６７７８号公報等）。

【０００７】また、特開昭５９−９３９３９号公報や特
開平８−３３２９６号公報には、エンジンの吸気弁の開
閉タイミングを可変とする可変バルブタイミング機構を
備え、ノッキングの発生時には吸気弁の閉弁時期を遅角
することにより、ノッキングの発生を回避するノッキン
グ制御技術が示されている。

【０００８】このものによると、吸気弁の閉弁時期を遅
角し、吸気弁を吸気行程の下死点後の気筒圧縮行程初期
まで開くことにより、実際の圧縮行程を短くし、エンジ
ンの実圧縮比と充填効率を低下させることが行われる。
実圧縮比が低下すると、点火時期のノッキング限界は進
角側にオフセットされるため、点火時期を遅角すること
なくノッキングを回避することが可能になる。

【０００９】特開平１１−０３６９０６号公報には、エ
ンジンのノッキングの発生頻度を監視し、ノッキングの
発生頻度が高くなると、ノッキング回避に必要な点火時
期を演算し、点火時期を遅らせると同時に吸気弁の閉弁
時期を遅角し、ノッキングを回避する技術が示されてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、点火時
期の遅角によるノッキング回避では、圧縮比が高いエン
ジンであると、点火特性は圧縮圧力が高まるにつれて急
激に上昇するため、平均有効圧力が犠牲になり、燃費悪
化が避けられず、また、高負荷高回転時においては、排
気温が上昇し、エンジンの耐久性に悪影響を与えるとい
った問題点がある。

【００１１】これに対し、吸気弁の閉弁時期の遅角によ
るノッキング回避では、点火時期遅角による上述のよう
な問題を生じることはないが、しかし、吸気弁の閉弁時
期を遅角させることは、エンジン出力の低下に直接影響
し、運転性上、好ましくなく、できるだけ避けることが
望まれる。また、吸気弁の閉弁時期の遅角は、吸入空気
量を制御することになり、吸入空気量制御は、エンジン
の出力に対して感度が低いため、一度、吸気弁の閉弁時
期が操作されると、ノッキングの発生を回避した後のエ
ンジン運転性が悪化することが考えられ、このような面
からも、吸気弁の閉弁時期を遅角させることは、できる
だけ避けることが望まれる。

【００１２】また、エンジンのノッキングの発生頻度を
監視し、ノッキングの発生頻度が高くなると、ノッキン
グ回避に必要な点火時期を演算し、点火時期を遅らせる
と同時に吸気弁の閉弁時期を遅角してノッキングを回避
するものでは、ノッキングの発生頻度に応じて点火時期
の遅角と共に、積極的に吸気弁の閉弁時期を遅角させる
ので、やはり、エンジン出力の低下、エンジン運転性の
悪化が問題になる。

【００１３】本発明は、上述の如き問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、公知である
ノッキング発生時の点火時期制御と充填効率制御（可変
動弁制御またはスロットル制御）とを適切に組み合わせ
て用いることで、可及的にエンジン出力、エンジン運転
性を確保しつつ、燃費悪化、エンジンの耐久性に悪影響
を与えることを低減してノッキングの発生を適切に回避
する内燃機関のノッキング制御装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明による内燃機関のノッキング制御装置は、内燃機
関に発生するノッキング振動を検出するノッキング検出
手段と、前記ノッキング検出手段が出力するノッキング
検出信号に基づきノッキングの有無を判定するノッキン
グ判定手段と、内燃機関の点火時期を制御する点火時期
制御手段と、内燃機関の充填効率を変化させることがで
きる充填効率可変手段とを備えた内燃機関のノッキング
制御装置において、前記点火時期制御手段は、前記ノッ
キング判定手段の判定結果に応動し、当該判定結果がノ
ッキング有りであれば、前記点火時期制御手段が内燃機
関の点火時期を遅角させ、前記充填効率可変手段は、前
記点火時期制御手段による内燃機関の点火時期の遅角に
応じて内燃機関の充填効率を低下させることを特徴とし
ている。

【００１５】かかる構成によると、内燃機関にノッキン
グが発生し、ノッキング判定手段によりノッキング有り
と判定され、点火時期制御手段により点火時期が遅角さ
れると、その点火時期遅角に応じて充填効率可変手段に
よって充填効率を低下させることが行われる。これによ
り、可及的にエンジン出力、エンジン運転性を確保しつ
つ、燃費悪化、エンジンの耐久性に悪影響を与えること
を低減してノッキングを回避することが可能になる。本
発明による内燃機関のノッキング制御装置の具体的な態
様では、前記充填効率可変手段は、アクチュエータによ
って内燃機関の吸気弁の開閉時期を遅角させる可変動弁
制御手段であることを特徴としている。

【００１６】かかる構成によると、内燃機関にノッキン
グが発生し、ノッキング判定手段によりノッキング有り
と判定され、点火時期制御手段により点火時期が遅角さ
れると、その点火時期遅角に応じて可変動弁制御手段に
よって吸気弁の開閉時期を遅角させることが行われる。
これにより、内燃機関の充填効率を低下し、可及的にエ
ンジン出力、エンジン運転性を確保しつつ、燃費悪化、
エンジンの耐久性に悪影響を与えることを低減してノッ
キングを回避することができる。

【００１７】また、本発明による内燃機関のノッキング
制御装置の具体的な態様では、前記ノッキング判定手段
によりノッキングが有りと判定されて前記点火時期制御
手段によって点火時期が所定値以上遅角した時に、前記
可変動弁制御手段によって吸気弁の閉弁時期を遅角させ
ることを特徴としている。

【００１８】かかる構成によると、内燃機関にノッキン
グが発生し、ノッキング判定手段によりノッキング有り
と判定され、点火時期制御手段による点火時期遅角量が
所定値以上になれば、はじめて可変動弁制御手段によっ
て吸気弁の開閉時期を遅角させることが行われる。これ
により、内燃機関の充填効率を低下し、可及的にエンジ
ン出力、エンジン運転性を確保しつつ、燃費悪化、エン
ジンの耐久性に悪影響を与えることを低減してノッキン
グを回避することができる。

【００１９】また、本発明による内燃機関のノッキング
制御装置の具体的な態様では、吸気弁の閉弁時期の遅角
解除を、点火時期遅角量が所定値以下に低減した時点よ
りから徐々に行うことを特徴としている。かかる構成に
よると、ノッキング制御によって制御される吸気弁が、
点火時期遅角量が所定値以下に低減した時点から徐々に
基本バルブタイミングに戻されることにより、運転性へ
の跳ね返りを最小限にしてノッキングの発生を回避する
ことができる。

【００２０】また、本発明による内燃機関のノッキング
制御装置の具体的な態様では、ノッキング制御中は、内
燃機関の運転状態に応じた前記可変動弁制御手段による
吸気弁制御を禁止し、ノッキング回避のための吸気弁遅
角制御を優先的に行うことを特徴としている。

【００２１】かかる構成によると、可変動弁制御は、運
転状態等により目標バルブタイミングを演算し、バルブ
タイミングを制御するものであるが、ノッキング制御を
行っている場合には、この制御を禁止し、ノッキング回
避のための吸気弁遅角制御が優先的に行われ、ノッキン
グの発生を回避することができる。また、本発明による
内燃機関のノッキング制御装置の具体的な態様では、前
記充填効率可変手段が、アクチュエータによって内燃機
関のスロットル開度を低減するスロットル制御手段であ
ることを特徴としている。

【００２２】かかる構成によると、内燃機関にノッキン
グが発生し、ノッキング判定手段によりノッキング有り
と判定され、点火時期制御手段により点火時期が遅角さ
れると、その点火時期遅角に応じてスロットル制御手段
によってスロットル開度を低減することが行われる。こ
れにより、内燃機関の充填効率を低下し、可及的にエン
ジン出力、エンジン運転性を確保しつつ、燃費悪化、エ
ンジンの耐久性に悪影響を与えることを低減してノッキ
ングを回避することができる。

【００２３】また、本発明による内燃機関のノッキング
制御装置の具体的な態様では、前記ノッキング判定手段
によりノッキングが有りと判定されて前記点火時期制御
手段によって点火時期が所定値以上遅角した時に、前記
スロットル制御手段によってスロットル弁を閉じること
を特徴としている。

【００２４】かかる構成によると、内燃機関にノッキン
グが発生し、ノッキング判定手段によりノッキング有り
と判定され、点火時期制御手段による点火時期遅角量が
所定値以上になれば、はじめてスロットル制御手段によ
ってスロットル弁を閉じることが行われる。これによ
り、内燃機関の充填効率を低下し、可及的にエンジン出
力、エンジン運転性を確保しつつ、燃費悪化、エンジン
の耐久性に悪影響を与えることを低減してノッキングを
回避することができる。

【００２５】また、本発明による内燃機関のノッキング
制御装置の具体的な態様では、スロットル弁の閉じ解除
を、点火時期遅角量が所定値以下に低減した時点よりか
ら徐々に行うことを特徴としている。かかる構成による
と、ノッキング制御によって制御されるスロットル開度
が、点火時期遅角量が所定値以下に低減した時点から徐
々に基本スロットル開度に戻されることにより、運転性
への跳ね返りを最小限にしてノッキングの発生を回避す
ることができる。

【００２６】また、本発明による内燃機関のノッキング
制御装置の具体的な態様では、ノッキング制御中は、内
燃機関の運転状態に応じた前記スロットル制御手段によ
るスロットル制御を禁止し、ノッキング回避のためのス
ロットル閉じ制御を優先的に行うことを特徴としてい
る。

【００２７】かかる構成によると、スロットル制御は、
運転状態等により目標スロットル開度を演算し、スロッ
トル開度を制御するものであるが、ノッキング制御を行
っている場合には、この制御を禁止し、ノッキング回避
のためスロットル閉じ制御が優先的に行われ、ノッキン
グの発生を回避することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明の一
実施の形態の内燃機関のノッキング制御装置について説
明する。図１は本実施の形態のノッキング制御装置を備
えたエンジンシステムの全体構成を示している。

【００２９】エンジン１００の吸気ポート１００Ａに
は、エアクリーナ１０１、エアフローセンサ１０３、ス
ロットル弁装置１２１、コレクタ１０５、吸気管１０６
が順に接続されている。エンジン１００が吸入する空気
は、エアクリーナ１０１の入口部１０２から取り入れら
れ、エアフローセンサ１０３を通り、吸入空気量を制御
するスロットル弁１０４を設置されたスロットル弁装置
１２１を通り、コレクタ１０５に入る。コレクタ１０５
に吸入された空気は、エンジン１００の各シリンダ（気
筒）１０７に接続された各吸気管１０６に分配され、シ
リンダ内１０７に導かれる。

【００３０】スロットル弁１０４にはスロットルモータ
１２０が駆動連結されており、スロットルモータ１２０
の駆動により電動式にスロットル弁１０４が開閉操作さ
れるようになっている。一方、ガソリンなどの燃料は、
燃料タンク１０８から低圧燃料ポンプ１０９により加圧
され、プレッシャレギュレータ１１１により所定の圧力
に調圧されて燃料インジェクタ１１０に供給される。燃
料インジェクタ１１０は各気筒の吸気ポート１００Ａに
設けられており、燃料インジェクタ１１０から噴射され
た燃料は、吸入空気と共にシリンダ内１０７に入り、点
火コイル１１２によって高電圧化された放電電圧による
点火プラグ１１３の火花により着火される。

【００３１】エアフローセンサ１０３は、吸気流量を計
測し、吸気流量を表わす信号をコントロールユニット
（エンジン制御部）１１４に入力する。スロットル弁装
置１２１にはスロットル開度センサ（図示せず）が取り
付けられており、スロットル開度センサは、スロットル
弁１０４の開度を検出し、スロットル開度を表わす信号
をコントロールユニット１１４に入力する。また、スロ
ットル弁装置１２１には、アクセルセンサ（図示せず）
が一体に設けられており、アクセルセンサは、運転者が
アクセルペダル１２２を操作する量を検出し、アクセル
ペダル操作量を表わす信号をコントロールユニット１１
４に入力する。

【００３２】エンジン１００のクランク室部分にはクラ
ンク角センサ１１５が取り付けられている。クランク角
センサ１１５は、クランク軸１１６の回転角、即ち、ク
ランク角を検出し、クランク角を表わす信号をコントロ
ールユニット１１４に入力する。コントロールユニット
１１４は、上述の入力信号に基づいて燃料の噴射量及び
タイミング、点火時期を制御する。

【００３３】エンジン１００の吸気ポート１００Ａを開
閉する吸気弁１２３は、カム軸１１９によって駆動され
ている。カム軸１１９には、周知の可変動弁制御機構１
１８が接続されている。可変動弁制御機構１１８は、ク
ランク角センサ１１５とカム軸の回転角度を検出するカ
ム角センサ３１４（図２参照）からのカム角信号に基づ
き、エンジン１００の潤滑油を作動油とする可変動アク
チュエータ１２１（図２参照）によって駆動され、カム
軸１１９のクランク軸１１６に対する相対角を変更す
る。

【００３４】エンジン１００のシリンダブロックの中央
付近には、ノッキングの検出手段としてノックセンサ１
１７が取り付けられている。このノックセンサ１１７
は、例えば、圧電素子により構成され、エンジン１００
のノッキング振動のレベルに対応した信号をコントロー
ルユニット１１４へ出力する。

【００３５】図２は、図１のエンジン制御装置１１４に
備えられ本発明の一実施の形態にかかるノッキング制御
装置３００の機能構成を示している。ノッキング制御装
置３００は、ノッキング判定手段３０３と、点火時期制
御手段３０４と、内燃機関の充填効率を変化させること
ができる充填効率可変手段である可変動弁制御手段５０
１とを有している。

【００３６】ノッキング制御装置３００は、Ｉ／Ｏポー
ト３２１に、エンジンの状態情報（例えば、エンジン回
転数、吸入空気量、エンジン水温、車速等）を、クラン
ク角センサ１１５、エアフローセンサ１０３、水温セン
サ３１１などより入力し、ノッキング制御および可変動
弁制御に必要な状態情報として、ノッキングセンサ１１
７の出力信号と、カム角センサ３１４の出力信号をＩ／
Ｏポート３２１に入力する。なお、アナログ入力（エア
フローセンサ信号、水温センサ信号、ノッキングセンサ
信号）は、Ａ／Ｄ変換器３２０によってアナログ／ディ
ジタル変換した後、Ｉ／Ｏポート３２１よりノッキング
制御装置３００に入力される。

【００３７】ノッキング制御装置３００は、各センサか
らの信号に基づいて燃料供給量および点火時期等を演算
し、駆動回路３２２を介してインジェクタ１１０、点火
コイル１１２に制御信号を出力する。ノッキング制御装
置３００におけるノッキング信号の取り込みは、ノッキ
ング制御装置３００のクロック周期に同期してＡ／Ｄ変
換器３２０にてサンプリングされ、Ａ／Ｄ変換器３２０
によってノッキングセンサ１１７の信号をディジタルに
変換し、これをノッキング判定手段３０３に入力してノ
ッキング判定手段３０３によりノッキングの有無を判定
する。ノッキング判定手段３０３におけるノッキングの
判定結果は点火時期制御手段３０４に入力され、点火時
期制御手段３０４はノッキングの判定結果に基づいて点
火時期補正制御を行う。

【００３８】次に、点火時期制御手段３０４における点
火時期補正制御について図３を用いて説明する。ノッキ
ング判定手段３０３によってエンジン１００でノッキン
グが発生していると判定されたときには、点火時期制御
手段３０４によって点火時期を遅角側に補正する。図３
はこのときの点火時期制御のフローチャートである。こ
のフローチャートの動作は、一定時間周期、例えば、１
０msec毎に繰り返し行われる。

【００３９】まず、点火時期制御手段３０４内のＲＡＭ
に設定された所定のレジスタからエンジン回転数Ｎおよ
び吸入空気量Ｑを読み込む（ステップ４０１）。次に、
単位回転数あたりの吸入空気量Ｑ／Ｎを演算し、さらに
Ｑ／Ｎから燃料噴射時間Ｔｉを求め、燃料供給のために
ＲＯＭ内に保持している基本点火時期マップから基本点
火時期θbaseを算出する（ステップ４０２）。

【００４０】次に、ノッキング判定手段３０３から判定
結果を入力し、ノッキング発生の有無を判定する（ステ
ップ４０３）。ノッキングが発生していれば、現在の点
火時期進角量θadvから所定の遅角量Δθretを減算する
（ステップ４０４）。この減算によって点火時期が遅角
される。これに対し、ノッキングが発生してなければ、
現在の点火時期進角量θadvに所定の進角量Δadvを加算
し、点火時期進角量θadvを更新する（ステップ４０
５）。次に、基本点火時期θbaseに、上記のごとく更新
した点火時期進角量θadvを加えて制御目標の点火時期
θignを演算する（ステップ４０６）。

【００４１】次に、エンジン回転数Ｎおよび吸入空気量
Ｑ／Ｎに応じて最大進角値θresを求める（ステップ４
０７）。最大進角値θresは点火時期制御部３０４のＲ
ＯＭ内に格納されている最大進角値マップから読み出す
ことによって決定される。次に、点火時期θignが最大
進角値θresを超えたか否かを判断し（ステップ４０
８）、点火時期θignが最大進角値θresを超えていれ
ば、過進角であるので、最大進角値θresを点火時期θi
gnとする（ステップ４０９）。

【００４２】最後に、上述のようにして点火時期θign
が設定された後に、点火コイル１１２への出力情報をセ
ットする（ステップ４１０）。このように、ノッキング
を検出して点火時期を制御することで、機関のノッキン
グを回避することが可能となる。次に、可変動弁制御手
段５０１による可変動弁制御について説明する。

【００４３】可変動弁制御手段５０１は、前述と同様の
方法で、エンジン水温、車速を入力し、また、ノッキン
グ判定部３０３によりノッキングの有無の判定結果と、
点火時期制御手段３０４の演算結果であるエンジン点火
時期調整量（遅角量など）を入力し、これらの入力情報
から、最適なバルブタイミングを演算し、可変動弁アク
チュエータ１２１（例えばソレノイド等）の出力信号を
駆動回路３２２を介して可変動弁アクチュエータ１２１
へ出力し、バルブタイミングを制御する。次に、本発明
によるノッキング制御装置の動作について、以下に、一
実施の形態に従い説明する。なお、本実施の形態では、
排気弁は固定位相で、吸気弁のみ可変位相になる可変動
弁機構を例にとる。

【００４４】図４は点火時期補正量を利用した可変動弁
制御動作のフローチャートを示している。まず、図３に
示されている処理フローによって、ノッキング判定手段
３０３、点火時期制御手段３０４で、ノッキング判定処
理および点火時期補正制御を行う（ステップ１２１）。

【００４５】次に、点火時期制御手段３０４より点火時
期補正量（点火時期遅角量＝点火時期リタード量）を入
力して点火時期リタード量が予め定められた所定値（可
変動弁制御開始スライスレベルＳｏｎ）以上であるか否
かの判別を行う（ステップ１２２）。ノッキング発生し
ていても、点火時期が所定値Ｓｏｎ未満であれば、可変
動弁制御は行わず、そのまま制御を終了する。これによ
り、点火時期遅角量が小さいときには吸気弁遅角制御が
行われず、通常の運転性を確保することができる。

【００４６】これに対し、点火時期リタード量が所定値
Ｓｏｎ以上であれば、可変動弁制御手段５０１によって
既に吸気弁開閉時期制御が行われているか否かを判別す
る（ステップ１２３）。既に、吸気弁開閉時期制御が行
われていれば、その吸気弁開閉時期制御を禁止する（ス
テップ１２４）。運転状態によっては、ノッキングが発
生していても、運転性向上（例えばトルク要求のための
可変動弁制御）のために、吸気弁を進角させていること
があり、このような場合には、吸気弁を進角させること
を禁止する。

【００４７】次に、ノッキング回避のために吸気弁を開
閉時期を遅角し（ステップ１２５）、ノッキングを回避
する。遅角量の設定については後述する。次に、点火時
期制御手段３０４より点火時期補正量（点火時期遅角量
＝点火時期リタード量）を入力して点火時期リタード量
が予め定められた所定値（可変動弁制御解除スライスレ
ベルＳｏｆｆ）以上であるか否かの判別を行う（ステッ
プ１２６）。ただし、点火時期遅角量に関してＳｏｎ＞
Ｓｏｆｆである。

【００４８】点火時期遅角量が所定値Ｓｏｆｆより大き
ければ、吸気弁遅角制御を継続し、これに対し、点火時
期遅角量が所定値Ｓｏｆｆ未満に低減すれば、吸気弁遅
角制御を解除し、基本吸気弁作動角となるように進角さ
せる（ステップ１２７）。ここで、吸気弁の開閉時期の
進角（吸気弁の閉弁時期の遅角解除）は、運転性を考え
て点火時期遅角量が所定値Ｓｏｆｆ未満に成った時点よ
り徐々に行うことが望ましい。

【００４９】また、ここでの所定値Ｓｏｆｆは、点火時
期が基本点火時期に戻ったとき、すなわち、所定値Ｓｏ
ｆｆを０と設定することで、エンジンへの吸気が安定
し、運転性が向上する。ただし、点火時期を遅角してい
る時間が長くなるので、排気温度、燃費、出力に対して
は不利になる。詳細については後述する。

【００５０】次に、本実施の形態におけるノッキング回
避のための吸気弁遅角量の設定法について説明する。た
だし、上述した通り、ノッキングを吸気弁遅角により回
避することは公知であるので、図５、図６を用いて簡単
に説明する。図５、図６は吸気弁用のカム軸回転による
吸気行程の変化を表したものである。通常、基本バルブ
タイミングからエンジン回転数に応じてバルブタイミン
グを変化させる。図５は基本バルブタイミングから進角
あるいは遅角したときのバルブタイミングとタイミング
領域を表している。図６は進角時と遅角時の弁開閉線図
である。ここで、ＴＤＣは上死点を、ＢＤＣは下死点を
表している。吸気弁が進角しているときは、ＩＶＯ２で
吸気弁を開き、ＩＶＣ２で吸気弁が閉じる。これに対
し、吸気弁が遅角しているときは、ＩＶＯ１で吸気弁を
開き、ＩＶＣ１で吸気弁を閉じる。以上から分かるよう
に、吸気弁を遅角させるほど、圧縮行程中も吸気弁が開
いていることになり、実圧縮比が低下する。実圧縮比が
低下すると、エンジンの点火時期に対するノッキング領
域は、進角側に移動するため、ノッキングが回避するこ
とが可能となる。

【００５１】しかしながら、吸入空気量制御でノッキン
グを回避しようとする場合、点火時期遅角によるノッキ
ング回避に比べ、ノッキングへの感度が低いため、エン
ジンへの負担等を考慮した場合、本実施の形態のよう
に、初期のノッキングに対しては、点火時期に頼るほう
がよい。したがって、吸気弁の遅角量は、排気温度や出
力、燃費があまり犠牲にならない程度の点火時期遅角量
と、上述した空気量がノッキングに及ぼす感度とを考慮
して設定とすることが望ましい。次に、本実施の形態に
おけるノッキング判定結果と点火時期制御および可変動
弁制御の作動イメージを図７、図８を用いて説明する。

【００５２】図７（ａ）〜（ｄ）に示されているよう
に、ノッキング判定により、ノッキング有りと判定され
ても、点火時期遅角量が可変動弁制御開始スライスレベ
ルＳｏｎを超えないときには、可変動弁制御（吸気弁遅
角）は行わず、点火時期遅角のみでノッキングを回避す
る。

【００５３】一方、ノッキング判定により、ノッキング
有りと判定され、点火時期遅角量が可変動弁制御開始ス
ライスレベルＳｏｎを超えたときには、吸気弁遅角要求
をセットし、可変動弁制御手段５０１により、可変動弁
アクチュエータ１２１を作動させ、吸気弁１２３の開閉
時期を遅角させる。その結果、ノッキングの発生を回避
することができる。

【００５４】点火時期遅角量が可変動弁制御解除スライ
スレベルＳｏｆｆ以下にまで低減すれば、吸気弁遅角要
求を解除し、吸気弁１２３の開閉時期が基本作動角（基
本バルブタイミング）となるように、可変動弁制御手段
５０１による制御によって吸気弁１２３の開閉時期を徐
々に進角させる。

【００５５】以上の制御を行うことにより、本発明によ
る可変動弁制御がない場合に比べ、点火時期を遅角させ
ている時間が短くなり、また、点火時期による遅角量も
大幅に抑えることができる。また、吸気弁遅角を徐々に
戻すことにより、運転性への跳ね返りも最小限に抑える
ことができる。

【００５６】図８は可変動弁制御解除スライスレベルＳ
ｏｆｆを点火時期が基本点火時期に戻ったとき、すなわ
ち、所定値を０と設定した場合を示している。なお、動
作手順は図７で説明した通りである。この制御特性で
は、点火時期が基本点火時期に戻るまで吸気弁１２３を
遅角させているので、エンジンの吸気特性が安定し、運
転性が向上する。しかしながら、点火時期遅角時間が長
くなってしまうため、図７に示されている制御特性の場
合より、排気温度、出力、燃費に対して不利である。し
かしながら、本発明による制御がない場合に比べ、点火
時期を遅角させている時間が短くなり、また、点火時期
による遅角量も大幅に抑えることができる効果は得られ
る。以上により、本実施の形態によるノッキング制御を
用いることで、ノッキングを回避しつつ点火時期遅角量
と点火時期遅角時間を減少させることができる。

【００５７】図９はこの発明によるノッキング制御装置
の他の実施の形態を示している。なお、図９において、
図２に対応する部分は、図２に付した符号と同一の符号
を付けて、その説明を省略する。この実施の形態では、
内燃機関の充填効率を変化させることができる充填効率
可変手段として、可変動弁制御手段５０１に代えて、ノ
ッキング制御装置９００にスロットル制御手段９０１が
設けられている。

【００５８】なお、ノッキング制御装置９００の基本的
な入力情報、燃料噴射制御、点火制御等は、図２で説明
したノッキング制御装置３００と同様であり、上述した
通りである。異なる点は、スロットル制御に必要となる
情報として、アクセル開度センサ９０２、スロットル開
度センサ９０３がアナログ入力されることである。入力
後の処理は、図２で説明したノックセンサ１１７等と同
様である。また、ノッキング判定手段３０３も上述した
通りである。

【００５９】スロットル制御手段９０１は、前述と同様
の方法で、エンジン水温、車速を入力し、ノッキング判
定部３０３によりノッキングの有無の判定結果と、点火
時期制御手段３０４の演算結果であるエンジン点火時期
調整量（遅角量など）を入力する。スロットル制御手段
９０１は、これらの入力情報から、最適なスロットル開
度を演算し、スロットル弁１０４を開閉駆動するスロッ
トルモータ１２０の出力信号を駆動回路３２２を介して
スロットルモータ１２０へ出力し、スロットル開度を制
御する。以上の制御で、運転状態に応じてスロットルモ
ータ１２０を自由に駆動してスロットル開度を制御する
ことができる。

【００６０】図１０は、点火時期補正量を利用したスロ
ットル制御動作のフローチャートを示している。まず、
図３に示されている処理フローによって、ノッキング判
定手段３０３、点火時期制御手段３０４で、ノッキング
判定処理および点火時期補正制御を行う（ステップ２２
１）。

【００６１】次に、点火時期制御手段３０４より点火時
期補正量（点火時期遅角量＝点火時期リタード量）を入
力して点火時期リタード量が予め定められた所定値（ス
ロット閉じ制御開始スライスレベルＳｏｎ’）以上であ
るか否かの判別を行う（ステップ２２２）。

【００６２】ノッキング発生していても、点火時期が所
定値Ｓｏｎ’未満であれば、スロットル制御は行わず、
そのまま制御を終了する。これにより、点火時期遅角量
が小さいときにはスロットル閉じ制御が行われず、通常
の運転性を確保することができる。

【００６３】これに対し、点火時期リタード量が所定値
Ｓｏｎ’以上であれば、スロットル制御手段９０１によ
って既に通常のスロットル制御が行われているか否かを
判別する（ステップ２２３）。既に、通常のスロットル
制御が行われていれば、通常のスロットル制御を禁止す
る（ステップ２２４）。運転状態によっては、ノッキン
グが発生していても、運転性向上（例えばトルク要求の
ためのスロットル制御）のために、スロットル弁１０４
を開いている場合があり、このような場合には、スロッ
トル弁１０４を開くことを禁止する。

【００６４】次に、ノッキング回避のために、スロット
ルモータ１２０によってスロットル弁１０４を閉じ（ス
テップ２２５）、ノッキングを回避する。スロットル弁
１０４を閉じ量の設定については後述する。次に、点火
時期制御手段３０４より点火時期補正量（点火時期遅角
量＝点火時期リタード量）を入力して点火時期リタード
量が予め定められた所定値（スロットル閉じ制御解除ス
ライスレベルＳｏｆｆ’）以上であるか否かの判別を行
う（ステップ２２６）。ただし、この場合も、点火時期
遅角量に関してＳｏｎ’＞Ｓｏｆｆ’である。

【００６５】点火時期遅角量が所定値Ｓｏｆｆ’より大
きければ、スロットル閉じ制御を継続し、これに対し、
点火時期値角量が所定値Ｓｏｆｆ’未満に低減すれば、
スロットル閉じ要求を解除し、基本スロットル開度とな
るように、スロットルモータ１２０によってスロットル
弁１０４を開く（ステップ２２７）。ここで、スロット
ル弁１０４の開弁（スロットル弁の閉じ解除）は、点火
時期遅角量が所定値Ｓｏｆｆ’未満に低減した時点より
から運転性を考えて徐々に行うことが望ましい。

【００６６】また、ここでの所定値Ｓｏｆｆ’は、点火
時期が基本点火時期に戻ったとき、すなわち、所定値Ｓ
ｏｆｆ’を０と設定することで、エンジンへの吸気が安
定し、運転性が向上する。ただし、点火時期を遅角して
いる時間が長くなるので、排気温度、燃費、出力に対し
ては不利になる。詳細については後述する。

【００６７】次に、本実施の形態におけるノッキング回
避のためのスロットル閉じ量の設定法について説明す
る。スロットル開度制御によって充填効率をさげる方法
は、エンジンに対して空気量が急激に変化しないので、
前述した可変動弁制御に比べ、効率は劣る。スロットル
弁の閉じ量は、点火時期遅角によるノッキング回避領域
と、スロットルを閉じることにより低下する充填効率
と、運転性とを考慮して設定されることが望ましい。次
に、本実施の形態における、ノッキング判定結果と点火
時期遅角量、スロットル制御の作動イメージを図１１、
図１２を用いて説明する。

【００６８】図１１において、ノッキング判定により、
ノッキング有りと判定されても、点火時期遅角量がスロ
ットル閉じ制御開始スライスレベルＳｏｎ’を超えない
ときは、スロットル閉じ制御は行わず、点火時期遅角の
みでノッキングを回避する。一方、ノッキング判定によ
り、ノッキング有りと判定され、点火時期がスロットル
閉じ制御開始スライスレベルＳｏｎ’を超えたときは、
スロットル閉じ制御要求をセットし、スロットル制御手
段９０１により、スロットルモータ１２０を作動させ、
スロットル弁１０４を閉じる。その結果、エンジン１０
０への吸入空気量が減少し、充填効率が低下するためノ
ッキングの発生を回避することができる。

【００６９】点火時期遅角量がスロットル閉じ制御開始
スライスレベルＳｏｆｆ’以下にまで低減すれば、スロ
ットル閉じ要求を解除し、スロットル制御手段９０１に
よる制御によってスロットル弁１０４を基本スロットル
開度となるように徐々に開いていく。

【００７０】以上の制御を行うことにより、本発明によ
る制御がない場合に比べ、点火時期を遅角させている時
間が短くなり、また、点火時期による遅角量も大幅に抑
えることができる。また、スロットル開度を徐々に戻す
ことにより、運転性への跳ね返りも最小限に抑えること
ができる。

【００７１】図１２はスロットル閉じ制御解除スライス
レベルＳｏｆｆ’を点火時期が基本点火時期に戻ったと
き、すなわち、所定値を０と設定した場合を示してい
る。なお、動作手順は、図１１で説明した通りである。
この制御特性では、スロットル閉じ制御を基本点火時期
となるまで行っているので、エンジンの吸気特性が安定
するため、運転性が向上する。しかしながら、点火時期
遅角時間が長くなってしまうため、図１１に示されてい
る制御特性の場合よりは、排気温度、出力、燃費に対し
て不利である。しかしながら、本発明による制御がない
場合に比べ、点火時期を遅角させている時間が短くな
り、また、点火時期による遅角量も大幅に抑えることが
できる。

【００７２】以上により、本実施の形態によるノッキン
グ制御手段を用いることで、ノッキングを回避しつつ点
火時期遅角量と時間を減少させることができる。また、
点火時期遅角量が減少することにより、エンジンを高圧
縮比化することができ、燃費向上、出力向上が期待でき
る。以上、本発明の一実施の形態について説明したが、
本発明は、前記実施の形態に限られることなく、特許請
求の範囲に記載された発明の精神を逸脱することなく、
設計等において種々の変更ができるものである。

【００７３】たとえば、可変動弁制御手段を用いたノッ
キング制御手段と、スロットル制御手段を用いたノッキ
ング制御手段を組み合わせることも可能である。ノッキ
ングに対する感度は、（１）点火時期遅角（２）吸気弁
遅角（３）スロットル閉じ、の順に高いので、初期のノ
ッキングは点火時期遅角で回避し、次に吸気弁を遅角
し、最後にスロットルを閉じる、といった制御を行うこ
とで、それぞれの手段に対する負担を小さくでき、運転
性をさらに向上させつつ、ノッキングを回避し、点火時
期遅角量、時間も少なくすることができる。

【００７４】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明による内燃機関のノッキング制御装置によれば、点火
時期制御手段がノッキング判定手段の判定結果に応動
し、当該判定結果がノッキング有りであれば、点火時期
制御手段が内燃機関の点火時期を遅角させ、内燃機関の
点火時期の遅角に応じて、たとえば、点火時期の遅角量
が所定値以上になれば、可変動弁制御手段やスロット制
御手段等による充填効率可変手段によって内燃機関の充
填効率を低下させることが行われるから、エンジン運転
性を確保しつつ、ノッキングによる点火時期の遅角量
と、遅角時間を削減できる。結果として、点火時期遅角
によって生じる排気温度の上昇と、燃費の悪化、出力の
低下を最小限に抑えることができる。また、点火時期遅
角量が減少することにより、エンジンを高圧縮比化する
ことができるため、燃費向上や出力向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るノッキング制御装
置を備えたエンジンシステムの全体構成を示す全体構成
図。

【図２】本発明の一実施の形態に係る内燃機関のノッキ
ング制御装置の機能構成図。

【図３】図２に示されているノッキング制御装置の点火
時期制御動作のフローチャート。

【図４】図２に示されているノッキング制御装置の点火
時期補正量を利用した可変動弁制御動作のフローチャー
ト。

【図５】可変バルブタイミングの動作範囲を表したグラ
フ。

【図６】可変バルブタイミングの動作範囲を表したタイ
ミング図。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は図２に示されたノッキング装
置の可変動弁制御の動作の一例を示し図であり、（ａ）
はノック判定結果を、（ｂ）は点火時期と可変動弁制御
との関係を、（ｃ）は吸気弁遅角要求を、（ｄ）は吸気
弁作動イメージを各々示している。

【図８】（ａ）〜（ｄ）は図２に示されたノッキング装
置の可変動弁制御の動作の他の一例を示す図であり、
（ａ）はノック判定結果を、（ｂ）は点火時期と可変動
弁制御との関係を、（ｃ）は吸気弁遅角要求を、（ｄ）
は吸気弁作動イメージを各々示している。

【図９】本発明の他の実施の形態に係る内燃機関のノッ
キング制御装置の機能構成図。

【図１０】図９に示されているノッキング制御装置の点
火時期補正量を利用したスロットル制御動作のフローチ
ャート。

【図１１】（ａ）〜（ｄ）は図９に示されたノッキング
装置の可変動弁制御の動作の一例を示す図であり、
（ａ）はノック判定結果を、（ｂ）は点火時期とスロッ
トル閉じ制御との関係を、（ｃ）はスロットル閉じ要求
を、（ｄ）はスロットルモータ作動イメージを各々示し
ている。

【図１２】（ａ）〜（ｄ）は図９に示されたノッキング
装置の可変動弁制御の動作の他の一例を示す図であり、
（ａ）はノック判定結果を、（ｂ）は点火時期とスロッ
トル閉じ制御との関係を、（ｃ）はスロットル閉じ要求
を、（ｄ）はスロットルモータ作動イメージを各々示し
ている。

【符号の説明】

１００．エンジン１０３．エアフローセンサ１０４．スロットル弁１１０．燃料インジェクタ１１２．点火コイル１１３．点火プラグ１１４．エンジン制御装置１１５．クランク角センサ１１６．クランク軸１１７．ノックセンサ１１８．可変動弁制御機構１１９．カム軸１２０．スロットルモータ１２１．スロットル弁装置１２２．アクセルペダル１２３．吸気弁３００．ノッキング制御装置３０３．ノッキング判定手段３０４．点火時期制御手段５０１．可変動弁制御手段９０１．スロットル制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/22 ３２０Ｆ０２Ｄ 41/22 ３２０Ｆ０２Ｐ 5/152 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｄ 5/153 (72)発明者赤城好彦茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内Ｆターム(参考） 3G022 DA02 EA02 EA04 GA01 GA05 GA06 GA08 GA09 GA13 GA14 3G084 BA05 BA17 BA23 DA01 DA02 DA37 DA38 FA07 FA10 FA20 FA25 FA33 FA38 3G092 AA01 AA11 BA09 DA01 DA08 DC03 EA04 EA14 EA15 EA22 FA16 FA24 FA38 HA01Z HA06Z HC05Z HE01Z HE03Z HE08Z HF08Z 3G301 HA01 HA19 JA01 JA02 JA22 JA32 LA00 LA03 LA07 MA12 PA01Z PA11Z PC08Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関に発生するノッキング振動を検
出するノッキング検出手段と、前記ノッキング検出手段
が出力するノッキング検出信号に基づきノッキングの有
無を判定するノッキング判定手段と、内燃機関の点火時
期を制御する点火時期制御手段と、内燃機関の充填効率
を変化させることができる充填効率可変手段とを備えた
内燃機関のノッキング制御装置において、前記点火時期制御手段は、前記ノッキング判定手段の判
定結果に応動し、当該判定結果がノッキング有りであれ
ば、前記点火時期制御手段が内燃機関の点火時期を遅角
させ、前記充填効率可変手段は、内燃機関の点火時期の
遅角に応じて内燃機関の充填効率を低下させることを特
徴とする内燃機関のノッキング制御装置。
【請求項２】前記充填効率可変手段は、アクチュエー
タによって内燃機関の吸気弁の開閉時期を遅角させる可
変動弁制御手段であることを特徴とする請求項１に記載
の内燃機関のノッキング制御装置。
【請求項３】前記ノッキング判定手段によりノッキン
グが有りと判定されて前記点火時期制御手段によって点
火時期が所定値以上遅角した時に、前記可変動弁制御手
段によって吸気弁の閉弁時期を遅角させることを特徴と
する請求項２に記載の内燃機関のノッキング制御装置。
【請求項４】吸気弁の閉弁時期の遅角解除は、点火時
期遅角量が所定値以下に低減した時点よりから徐々に行
うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のノッキ
ング制御装置。
【請求項５】ノッキング制御中は、内燃機関の運転状
態に応じた前記可変動弁制御手段による吸気弁制御を禁
止し、ノッキング回避のための吸気弁遅角制御を優先的
に行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のノ
ッキング制御装置。
【請求項６】前記充填効率可変手段は、アクチュエー
タによって内燃機関のスロットル開度を低減するスロッ
トル制御手段であることを特徴とする請求項１に記載の
内燃機関のノッキング制御装置。
【請求項７】前記ノッキング判定手段によりノッキン
グが有りと判定されて前記点火時期制御手段によって点
火時期が所定値以上遅角した時に、前記スロットル制御
手段によってスロットル弁を閉じることを特徴とする請
求項６に記載の内燃機関のノッキング制御装置。
【請求項８】スロットル弁の閉じ解除は、点火時期遅
角量が所定値以下に低減した時点よりから徐々に行うこ
とを特徴とする請求項６に記載の内燃機関のノッキング
制御装置。
【請求項９】ノッキング制御中は、内燃機関の運転状
態に応じた前記スロットル制御手段によるスロットル制
御を禁止し、ノッキング回避のためのスロットル閉じ制
御を優先的に行うことを特徴とする請求項６に記載の内
燃機関のノッキング制御装置。