JP2000509790A - マルチシリンダ内燃機関におけるノッキング制御の方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マルチシリンダ内燃機関におけるノッキング制御の方法において、シリンダ群にノックセンサが配属されており、制御機器は個々のシリンダに対する点火の制御量をシリンダ選択的に決定して出力する。少なくとも１つのシリンダ、有利にはノックセンサが最も良好にセンシングできる１つ又は複数のシリンダが主シリンダ（ＬＺ）として選択される。主シリンダにおけるノッキング現象（ＫＬ-ＬＺ）は、群の全シリンダに対する点火角度の遅角調整（ＺＷ（遅角））を惹起し、他方で、他のシリンダ（ＧＺ）のうちの１つにおけるノッキング現象はこの１つのシリンダにおける遅角調整のみを惹起する。

Description

【発明の詳細な説明】 マルチシリンダ内燃機関における ノッキング制御の方法 従来技術 従来技術、例えばハンドブック“Autoelektrik/Autoelektronik am Ottomotor /Bosch(第１版VDI-Verlag1987,ISBN3-18-419 106-0)”から、最適な回転トルク のための内燃機関の動作はノッキング限界のできるだけ近くで行われるべきであ ることが周知である。ノッキングは燃焼の制御できない形態であり、エンジンに 損傷を与えかねない。この理由から点火角度は通常は常にノッキング限界に対し てセーフティ間隔（Sicherheitsabstand）を有するように設計仕様される。しか し、ノッキング限界は燃料品質、エンジン状態及び環境条件に依存するので、遅 角された点火角度のセーフティ間隔によってガソリン消費の悪化が発生しうる。 それゆえ動作中にノッキング限界を検出し、点火角度をできるだけこのノッキン グ限界に近づけようという試みが行われている。ノッキング限界のできるだけ近 くでの動作を保証するためにノックセンサが設けられており、このノックセンサ はノッキングを検出し相応の信号を制御機器に供給する。通常は複数のシリンダ に対してノックセンサが設けられ、このノックセンサ がこれらのシリンダにおけるノッキングノイズを検出する。多数のシリンダを有 する内燃機関又はシリンダの不利な配置を有する内燃機関では、例えばノックセ ンサの取り付け位置のために、ノックセンサが全シリンダを均等に良好にセンシ ングすることができない。この場合、できるだけ全てのシリンダのノイズを良好 に評価できるように、エンジン当たり２つのノックセンサを使用する。 本発明の利点 主請求項の特徴部分記載のノッキング制御の本発明の方法は周知の方法に対し て次のような利点を有する。すなわち、シリンダのそれぞれ１つの群にただ１つ のノックセンサが配属され、シリンダ全てがこのノックセンサによって均等に良 好にセンシングされなくても、マルチシリンダ内燃機関において全シリンダに対 するノッキング制御が実施できる、という利点を有する。内燃機関の通常動作で は個々のシリンダにおけるノッキング現象のために個々のシリンダ別のノッキン グ制御が実施される。例えば非常に高い回転数のような所定の動作領域では主シ リンダによるノッキング制御に切り換えられる。複数のシリンダの群に対してた だ１つのノックセンサが適用されると、さらに次のような利点が得られる。すな わち、この１つのノックセンサの信号を評価しさえすればよく、これにより評価 コストが低減され、結果的にコンピュータのキャパシティも自由になるという利 点が得られる。シリンダの群から少なくとも１つのシリンダを１つ又は複数の主 シリンダとして選択し、この１つ又は複数の選択されたシリンダが有利にはノッ クセンサによって最も良好にセンシングされるシリンダ群のシリンダであるか乃 至は最もノッキング頻度の高いシリンダであるならば、この選択は次のような利 点を有する。すなわち、このシリンダ又はこれらのシリンダにおけるノッキング によって全シリンダに対するノッキング制御が可能になるという利点を有する。 このシリンダ群の他のシリンダは、従属的シリンダとして、この主シリンダ又は これらの主シリンダにおけるノッキング現象に基づいてノッキング限界に沿って 制御される。この結果、ノッキング限界における内燃機関のノッキングのない動 作がより良好に行われる。さらに別の利点は、上記の従属的シリンダの１つにお いてノッキングが識別された場合、このシリンダにおけるノッキング調整だけが 行われることである。これにより、全シリンダにおける点火調整がトリガされる ことが回避される。全シリンダにおける点火調整は回転トルクの低下を引き起こ す。 従属請求項記載の特徴部分の構成によって主請求項記載の方法の有利な改善実 施形態が可能である。とりわけ有利なのは、非常に強い回転トルク変化を回避す るために、従属的シリンダの遅角調整が複数のステップで実施されることである 。最終的に、主シリンダに対して従属的シリンダに点火角度遅角調整値のセーフ ティオフセット（Sicherheits-Offset）を重畳すると有利である。というのも、 直接ノッキング限界で動作される主シリンダに比べて、これらの従属的シリンダ ではノッキング傾向が低減されているからである。 図面 本発明の実施例を図面に図示し、以下の記述においてくわしく説明する。 図１はノッキング制御の点火装置の原理的な構成を示し、 図２は主シリンダ及び従属的シリンダの点火角度の時間的な経過を示し、 図３はプログラムシーケンスにおける個々の方法ステップを示す。 実施例の記述 図１には概略的にマルチシリンダエンジンブロック１０が示されており、この マルチシリンダエンジンブロック１０にはノックセンサ１１が配属されている。 ノックセンサとしては例えば固体伝播ノイズセンサ（Koerperschallsensor）又 はシリンダ圧力センサが使用される。ノックセンサ１１の信号はノッキング評価 回路１２に供給され、このノッキング評価回路１２はまた制御機器１３に接続さ れている。この制御機器１ ３は、回転数、負荷、供給電圧又は吸入管圧力のような複数のセンサによって検 出される入力量１４に基づいて瞬時の特性マップ点火角度ＫＺＷ又は点火時点Ｚ ＺＰを計算する。ノックセンサ評価回路１２はノッキングが発生すると相応の信 号ＫＬを制御機器１３に出力する。この制御機器では、ノッキングの発生後に、 特性マップ点火角度ＫＺＷ又は特性マップ点火時点ＫＺＺＰの調整が遅延の方向 で惹起される。以下の記述では点火角度のシフトについてのみ記述する。しかし 、点火時点の調整は同様のステップで時間のレベルで行われるだけである。この 過程はシリンダに対してノッキングとして識別される燃焼毎に繰り返される。も はやノッキングが発生しない場合、先に遅角調整された点火角度はゆっくりと小 さなステップでその特性マップ値まで進角の方向に引き戻される。この場合、こ の点火角度の戻し調整は、ノッキングのない燃焼（ＫＬ-frei）が所定の回数ｎ だけ行われて初めて実施される。 図２には、ただ１つのシリンダが主シリンダとして使用される場合の、ノッキ ング動作及び非ノッキング動作の際の主シリンダＬＺ及び他の従属的シリンダＧ Ｚの様々な点火角度経過が示されている。図２では信号経過ＺＷ（ＬＺ）によっ て主シリンダの点火角度が示されている。主シリンダＬＺは、例えばエンジンブ ロック又はシリンダバンクのシリンダの群から選択さ れたシリンダである。本発明の方法では選択されたシリンダＬＺにおいて燃焼条 件が故意に予め変更され、このシリンダがまず最初にノッキングするようにされ る。よって、主シリンダＬＺは最も大きなノッキング傾向を有するシリンダであ る。破線によって従属的シリンダの点火角度Ｚ-ＧＺが示されている。従属的シ リンダＧＺは例えばノックセンサの取り付け位置のためにあまり良好にはセンシ ングされない。この結果、従属的シリンダＧＺにおけるノッキングは事情によっ てはノッキングとして識別されない。従属的シリンダＧＺにおいてもノッキング 制御を保証するために、主シリンダＬＺにおけるノッキング現象に基づいて全シ リンダに対するノッキング制御が次のやり方で行われる。すなわち、主シリンダ ＬＺにおけるノッキングの発生の際にはこのシリンダ群の全シリンダにおいて、 すなわち従属的シリンダＧＺにおいても点火角度の遅角調整が行われる。図２で は時点ｔ₁で主シリンダにおけるノッキング現象ＫＬ-ＬＺが発生する。このノッ キング現象ＫＬによって主シリンダの点火角度ＺＷ（ＬＺ）の遅角調整ＺＷ（遅 角）が行われる。同時に他のシリンダの点火角度ＺＷ（ＧＺ）が遅角の方向に調 整される。図２では時点ｔ₁で始まる従属的シリンダの点火角度ＺＷ（ＧＺ）の 遅角調整によって示されているように、従属的シリンダにおける遅角調整を複数 のステップｓ１〜ｓ３で行うと有利である。この結 果、大きな回転トルク変化は発生せず、このことによって穏やかなエンジン走行 、すなわち比較的高い走行快適性が得られる。主シリンダのノッキングＫＬ-Ｌ Ｚの後に複数のステップｓ１、ｓ２、ｓ３で行われる従属的シリンダの遅角調整 は、主シリンダの点火角度ＺＷ（ＬＺ）に対してこの従属的シリンダＧＺの点火 角度のセーフティオフセットΔＺＷ-ＯＦが再び生成されるまで実施される。こ のセーフティオフセットΔＺＷ-ＯＦは、エンジン温度、負荷、回転数及び主シ リンダの瞬時の遅角調整のような内燃機関のパラメータに依存して決定される。 ノッキングのない燃焼が所定の回数（ｎＫＬ-frei）だけ行われた後で、全シリ ンダの「遅角」方向に調整された点火角度のステップ状の戻し調整が行われる。 この全シリンダの点火角度の戻し調整はステップ状に行われ、この際主シリンダ の点火角度は特性マップ点火角度にまで引き戻され、他のシリンダは主シリンダ の点火角度に対してセーフティ間隔ΔＺＷ-ＯＦを保持する。図２では時点ｔ₃で 主シリンダの点火角度の戻し調整が始まる。従属的シリンダＧＺでは時点ｔ₂で ノッキング現象ＫＬ-ＧＺが発生する。ここで従属的シリンダの点火角度ＺＷ（ ＧＺ）の遅角調整がただ１つのステップで「遅角」の方向で行われる。ノッキン グが時点ｔ₂で発生したこの１つの従属的シリンダの点火角度の遅角調整ＺＷ-Ｇ Ｚは、ノッキング現象が発生したこの従属的シリンダに おいてのみ行われる。次いで、この従属的シリンダにおいて、ノッキングのない 燃焼ＫＬ-freiが所定の回数ｎだけ行なわれた後で、点火角度は時点ｔ₄で「進角 」方向に特性マップ点火角度へと引き戻される。シリンダの群の複数の主シリン ダの点火角度から基準点火角度ＦＺＷが求められる場合、個々のシリンダに対す る点火角度調整のこの記述が同様に妥当する。従属的シリンダのセーフティオフ セットΔＺＷ-ＯＦは、基準点火角度ＦＺＷに対する間隔に関連している。 前述したように、選択された少なくとも１つの主シリンダＬＺに対して故意に 予め燃焼条件の変更が行われる。この結果、この少なくとも１つの主シリンダは 、ノッキングの危険にさらされた動作においてまず最初にノッキングを起こす。 この故意に予め行われる燃焼条件の変更は例えば次のことを意味している。すな わち、主シリンダに対して出力される点火角度をノッキング限界の方向に変化さ せることを意味するか又は図２に関して記述したように、他の従属的シリンダに 対してこの少なくとも１つの主シリンダの基準点火角度に比べてセーフティオフ セットの分だけノッキング限界から遠ざかるように点火角度を変化させることを 意味する。これらの他の従属的シリンダＧＺに対する制御量を変更する場合には 、まず最初に制御機器によって主シリンダの点火角度がノッキング限界にできる だけ近いように決定され、次いでこの点火角度にセー フティオフセットΔＺＷ-ＯＦが加算される。従って、このセーフティオフセッ トΔＺＷ-ＯＦはノッキング限界に対するセーフティ間隔を表す。ノッキングの ない燃焼が所定の回数ｎだけ行なわれた後で特性マップ点火角度の方向に点火角 度の遅角調整の戻し調整が行われる場合にも、この少なくとも１つの主シリンダ の基準点火角度ＦＺＷに対して従属的シリンダの点火角度のこのセーフティオフ セットΔＺＷ-ＯＦが保持される。この従属的シリンダの点火角度がこの少なく とも１つの主シリンダの基準点火角度ＦＺＷからセーフティオフセットΔＺＷ- ＯＦの値の分だけ差を持った時に、従属的シリンダに対して行われる特性マップ 点火角度ＫＺＷの方向への点火角度の戻し調整が終了される。 図３には本発明の方法を実施するための個々の方法ステップがプログラムシー ケンスに図示されている。第１の方法ステップ３０では、回転数ｎ、負荷Ｌ、圧 力ｐ及びノッキング信号Ｋのような内燃機関の瞬時の動作パラメータが検出され る。次いで方法ステップ３１では、ノッキング現象ＫＬが検出されたかどうかが 試問される。ノッキング現象ＫＬが発生した場合、方法ステップ３１のイエス出 力側から方法ステップ３２に向かう。この方法ステップ３２では、識別されたノ ッキング現象は主シリンダで発生したのかどうか（ＫＬ-ＬＺ_i）が試問される。 イエスの場合、方法ステッ プ３３で、相応する主シリンダの加算的に訂正された点火角度ＺＷＫ（ＬＺ_i） が、主シリンダの瞬時の点火角度と遅角調整との和（ＺＷ（ＬＺ_i）＋ＺＷ（遅 角））から形成される。この場合、瞬時の点火角度は特性マップ点火角度か又は 既に加算的に訂正された先行する点火角度でもよい。主シリンダの点火角度の場 合と同様に、主シリンダのノッキング現象ＫＬの後で、方法ステップ３４におい て従属的シリンダＧＺの点火角度が遅角の方向にシフトされる。しかし、この場 合従属的シリンダＧＺの点火角度の遅角シフトは主シリンダの場合のように１ス テップではなく図２で示したように複数のステップｓ１、ｓ２、ｓ３で行われる 。これはこの方法ステップにおいて点火角度の遅角調整値ＺＷ（遅角）の付加記 号ｓｘで記されている。方法ステップ３３の出力側はさらに方法ステップ３５に 導かれている。この方法ステップ３５では主シリンダi,j,kの訂正された点火角 度から基準点火角度ＦＺＷが求められる。この場合、この基準点火角度ＦＺＷ＝ ｆ（ＺＷＫ（ＬＺ_i,j,k））は主シリンダの点火角度の関数である。 方法ステップ３１で検出されたノッキング現象ＫＬが方法ステップ３２で主シ リンダに割り当てられない場合には、方法ステップ３２のノー出力側から方法ス テップ３６に導かれる。ここではノッキングが発生した従属的シリンダの訂正さ れた点火角度ＺＷＫ（ＧＺ ）が求められる。この場合従属的シリンダの点火角度ＺＷ（ＧＺ）に点火角度遅 角調整値が加算される（ＺＷ（ＧＺ）＋ＺＷ（遅角））。 方法ステップ３１で瞬時の点火過程においてノッキングＫＬが発生していない 場合には、方法ステップ３７でこのノッキングのない点火過程は主シリンダに割 り当てられるのかどうかが試問される。イエスの場合、次の方法ステップ３８で 主シリンダの瞬時の点火角度ＺＷ（ＬＺ）が特性マップ点火角度ＫＺＷに相応す るのかどうかが試問される。ノーの場合、次の方法ステップ３９で既に所定の回 数ｎだけノッキングのない燃焼ＫＬ-freiが行われたのかどうかが試問される。 イエスの場合、方法ステップ４０で主シリンダの点火角度ＺＷ（ＬＺ）が遅角調 整の戻し調整のために特性マップ点火角度ＫＺＷへとインクリメントＩＮＣだけ 方向「進角」に訂正される。ノッキングのない燃焼ＫＬ-freiがまだ所定の回数 だけ行われていない場合には、点火角度は保持されたままである。 方法ステップ３１でノッキングなしと識別された燃焼が主シリンダではなく、 この評価された点火過程が従属的シリンダ（ＧＺ_i）で発生していた場合、方法 ステップ４１でこの従属的シリンダの点火角度ＺＷ（ＧＺ_i）がセーフティオフ セットΔＺＷ-ＯＦを重畳されて計算された基準点火角度よりも大きいのか又は 等しいのかどうか、すなわちＺＷ（ＧＺ_i）≧ＦＺＷ＋ ΔＺＷ-ＯＦが成立するのかどうかが評価される。従って、この方法ステップ４ １では、従属的シリンダの点火角度と１つの又は複数の主シリンダの点火角度か ら形成される基準点火角度との間の差がセーフティオフセットの値の分だけある かどうかが試問される。この従属的シリンダの点火角度と基準点火角度との間の 差がこのセーフティオフセットよりも大きい場合、方法ステップ４１のイエス出 力側から方法ステップ４２に向かう。この方法ステップ４２ではこの従属的シリ ンダにおいてすでに所定の回数だけノッキングのない燃焼が行われたかどうかが 監視される。この結果、先に行われた点火角度の遅角調整が方法ステップ４３で 再び調整され、この点火角度はステップ状にインクリメントＩＮＣだけ方向「進 角」に変化される。方法ステップ４１でこの従属的シリンダの点火角度と基準点 火角度との間の差がこのセーフティオフセットよりも小さい場合、ノー出力側か ら方法ステップ４４に向かう。この方法ステップ４４では今ちようど評価された 従属的シリンダの訂正された点火角度ＺＷＫ（ＧＺ_i）が計算される。この場合 、この従属的シリンダの先の点火角度ＺＷ（ＧＺ_i）がステップｓ_xだけ遅角の方 向に調整される（ＺＷＫ（ＧＺ_i）＝ＺＷ（ＧＺ_i）＋ｓ_xＺＷ（遅角））。方法 ステップ４２でこのシリンダにおいてノッキングのない燃焼がまだ所定の回数ｎ だけ行われていないと検出された場合、「進角」方 向に戻し調整はまだ行われず、先の点火角度が保持される。 従って、ノッキング現象が発生しているか及びどのシリンダでノッキング現象 が発生しているかに応じて、このプログラムシーケンスの相応の経路が点火角度 決定のために使用される。しかし、いずれにせよ、この方法の終了時には、評価 されたシリンダの点火角度はこのシリンダにおける後続の点火過程に対して確定 している。 このため方法ステップ３３、３８、３９及び４０の出力側は方法ステップ４５ に接続されている。この方法ステップ４５では主シリンダの算出された点火角度 ＺＷ（ＬＺ）が記憶される。 同様に方法ステップ３４、３６、４２、４３及び４４の出力側は方法ステップ ４６に接続されている。この方法ステップ４６では従属的シリンダの点火角度Ｚ Ｗ（ＧＺ_i）がこのシリンダにおける後続の点火過程のための点火角度として記 憶される。 両方の方法ステップ４５及び４６は方法ステップ４７に合流し、この方法を次 の点火過程に対して新たに開始する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴェルナー ヘーミング ドイツ連邦共和国 Ｄ―74861 ノイデナ ウ ナハティガレンヴェーク 15 (72)発明者 イヴァン スルジャディ ドイツ連邦共和国 Ｄ―71665 ヴァイヒ ンゲン タンネンヴェーク 51 (72)発明者 シュテフェン フランケ ドイツ連邦共和国 Ｄ―71701 シュヴィ ーバーディンゲン ダンツィガー シュト ラーセ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マルチシリンダ内燃機関におけるノッキング制御の方法において、 それぞれのシリンダ群にノックセンサが配属されており、該ノックセンサは 群のシリンダにおける全燃焼のノッッキング信号を検出し、評価ユニットに供給 し、 制御機器は個々のシリンダに対する点火の制御量をシリンダ選択的に決定し て出力し、 それぞれの前記群の少なくとも１つのシリンダを選択し、 この少なくとも１つのシリンダ（ＬＺ）は点火角度（ＺＷ（ＬＺ））によっ て制御され、該点火角度（ＺＷ（ＬＺ））は他のシリンダ（ＧＺ）の点火角度に 比べてノッキング限界により近い、マルチシリンダ内燃機関におけるノッキング 制御の方法。 ２．選択された少なくとも１つのシリンダは主シリンダ（ＬＺ）として使用され 、この選択された少なくとも１つの主シリンダの点火角度から基準点火角度（Ｆ ＺＷ）が決定され、該基準点火角度（ＦＺＷ）からこの群の他のシリンダの点火 角度が導出されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．主シリンダにおけるノッキング現象（ＫＬ-ＬＺ）の際に、この群の主シリ ンダ（ＬＺ）及び他のシ リンダ（ＧＺ）に対して点火角度の遅角調整（ＺＷ（遅角））が行われることを 特徴とする請求項１及び/又は２記載の方法。 ４．他のシリンダのうちの１つにおけるノッキング現象（ＫＬ-ＧＺ）の際に、 このシリンダにおける遅角調整だけが行われることを特徴とする請求項３記載の 方法。 ５．少なくとも１つの主シリンダの点火角度に、他のシリンダの点火角度を決定 するために、ノッキング限界から遠ざかる方向にセーフティオフセット（ΔＺＷ ‐ＯＦ）を重畳することを特徴とする請求項４記載の方法。 ６．他のシリンダの点火角度（ＺＷ（ＧＺ））の遅角調整は、主シリンダ（ＬＺ ）におけるノッキング現象（ＫＬ）の後で複数の比較的小さいステップ（ｓ１、 ｓ２、ｓ３）で行われることを特徴とする請求項１〜５までのうちの１項記載の 方法。 ７．主シリンダの点火角度（ＺＷ（ＬＺ））の遅角調整（ＺＷ（遅角））は、前 記主シリンダ（ＬＺ）におけるノッキング現象（ＫＬ）の後で唯一つのステップ で行われることを特徴とする請求項１〜６までのうちの１項記載の方法。 ８．シリンダの群から複数の主シリンダが、とりわけノックセンサによって最も 良好にセンシングされるシリンダが選択されることを特徴とする請求項１〜 ７までうちの１項記載の方法。