JP2003336569A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノッキングを確実に抑制し且つ燃費の悪化を
防止しながらノック防止制御を実施可能な内燃機関を提
供する。 【解決手段】 ノックレベル検出手段により検出された
ノックレベルに応じて点火時期をリタードさせるノック
リタード制御手段と、体積効率Ｅvを検出する体積効率
検出手段とを備え、ノックリタード制御手段は、点火時
期のリタードを解除するとき、体積効率検出手段により
検出された体積効率Ｅvに基づいて点火時期（実リター
ド量）を変更制御する(S16,S22,S24,S26)。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に係り、
詳しくは、ノッキングを防止するノック防止制御技術に
関する。

【０００２】

【関連する背景技術】火花点火式の内燃機関（エンジ
ン）では、点火プラグによる点火時において、急速燃焼
による急激な圧力上昇に伴って自己着火が生じ、当該自
己着火によってノッキングが発生することが知られてい
る。このノッキングは、騒音や振動に繋がることから極
力低減することが好ましく、燃料性状（オクタン価）に
因るところも大きいが、一般的には、ノッキングの発生
状況に応じて点火時期をリタードさせて燃焼を緩慢にす
るノック防止制御を行うようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ノック防止
制御では、点火時期をリタードさせた後、当該リタード
を解除するような制御を繰り返し行うようにしている
が、リタードの解除時においてリタードを急激に解除す
るようにするとノッキングが再発する可能性があり、通
常はリタードを徐々に解除するようにしている。

【０００４】しかしながら、このように点火時期のリタ
ードを徐々に解除するようにすると、ノッキングの発生
状況を監視しながら確実にノッキングの再発を抑制でき
ることになる一方、点火時期をリタードさせている期
間、即ち燃焼を緩慢にしている期間が長引くことにな
り、却って燃費が悪化するという問題がある。本発明は
このような問題点を解決するためになされたもので、そ
の目的とするところは、ノッキングを確実に抑制し且つ
燃費の悪化を防止しながらノック防止制御を実施可能な
内燃機関を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１の発明では、発生するノッキングのノ
ックレベルを検出するノックレベル検出手段と、前記ノ
ックレベル検出手段により検出されたノックレベルに応
じて点火時期をリタードさせるノックリタード制御手段
と、体積効率を検出する体積効率検出手段とを備え、前
記ノックリタード制御手段は、前記点火時期のリタード
を解除するとき、前記体積効率検出手段により検出され
た体積効率に基づいて点火時期を変更することを特徴と
している。

【０００６】即ち、ノッキングは急速燃焼による急激な
圧力上昇によって発生するものであることから、燃料性
状や点火時期以外に燃焼室内の体積効率、混合気温度、
燃焼室壁面温度の影響を受けることになるが、混合気温
度や燃焼室壁面温度は体積効率（エンジン負荷に相関）
と相関があるため、点火時期のリタードを解除する際、
体積効率のみを求め、当該体積効率に基づいて点火時期
を変更するようにしている。

【０００７】これにより、体積効率、混合気温度、燃焼
室壁面温度の影響を考慮して点火時期のリタードが解除
され、ノッキングの再発が確実に抑制されながら点火時
期のリタードが適切に解除されることになり、体積効
率、混合気温度、燃焼室壁面温度が低下しているような
場合には、点火時期がリタードされている期間、即ち燃
焼を緩慢にしている期間が短縮され、燃費の悪化が防止
される。

【０００８】また、請求項２の発明では、前記ノックリ
タード制御手段は、前記点火時期のリタードを解除する
とき、前記体積効率検出手段により検出された体積効率
に遅れ要素を加味した指標に基づいて点火時期を変更す
ることを特徴としている。即ち、エンジンの運転が過渡
状態にあるような場合、混合気温度や燃焼室壁面温度
は、一般的に体積効率の変化に対して遅れを生じること
から、体積効率に当該遅れを加味した指標を求め、この
指標に基づいて点火時期を変更するようにしている。

【０００９】これにより、体積効率、混合気温度、燃焼
室壁面温度の影響をより適切に考慮して点火時期のリタ
ードが解除され、ノッキングの再発が確実に抑制されな
がら点火時期のリタードの解除が燃費の悪化なく最適に
制御される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づき説明する。図１を参照すると、車両に搭載さ
れた本発明の内燃機関の概略構成図が示されており、以
下同図に基づいて当該内燃機関の構成を説明する。機関
本体（以下、単にエンジンという）１は、例えば、燃料
噴射モード（運転モード）を切換えることで均一燃焼を
行う吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）また
は層状燃焼を行う圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射
モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒
ガソリンエンジンである。この筒内噴射型のエンジン１
では、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転や
リッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リー
ン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能であ
り、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃比での
運転が可能である。

【００１１】同図に示すように、エンジン１のシリンダ
ヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式
の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃
焼室８内に燃料を直接噴射可能である。燃料噴射弁６に
は、燃料パイプを介して燃料タンクを擁した燃料供給装
置（共に図示せず）が接続されている。より詳しくは、
燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプと
が設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を
燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃
料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴
射可能である。

【００１２】シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立
方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連
通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞ
れ接続されている。そして、吸気マニホールド１０の他
端にはスロットル弁１１が接続されており、該スロット
ル弁１１にはスロットル開度θthを検出するスロットル
ポジションセンサ（ＴＰＳ）１１ａが設けられている。

【００１３】また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に
略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポー
トと連通するようにして排気マニホールド１２の一端が
それぞれ接続されている。シリンダブロック３のクラン
クケース３ａ内には、クランク角を検出するクランク角
センサ２０が設けられており、当該クランク角センサ２
０のクランク角情報に基づきエンジン回転速度Ｎeを検
出可能である。

【００１４】また、シリンダブロック３のシリンダ近傍
には、エンジン１の異常振動の大きさを検知することに
よりノッキングの程度、即ちノックレベルを検出するノ
ックセンサ（ノックレベル検出手段）２４が設けられて
いる。なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に公知で
あり、その構成の詳細についてはここでは説明を省略す
る。

【００１５】ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０
は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性
ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ
等を備えて構成されており、このＥＣＵ４０により、エ
ンジン１を含めた本発明に係る内燃機関の総合的な制御
が行われる。ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ
１１ａ、クランク角センサ２０、ノックセンサ２４等の
各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの
検出情報が入力する。

【００１６】一方、ＥＣＵ４０の出力側には、点火コイ
ルを介して上述した点火プラグ４や燃料噴射弁６等が接
続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁６等に
は、各種センサ類からの検出情報に基づき設定された燃
焼空燃比に応じ、燃料噴射量や燃料噴射時期、点火時期
等の指令信号がそれぞれ出力される。これにより、燃料
噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射さ
れ、点火プラグ４によって適正なタイミングで点火が実
施される。

【００１７】以下、このように構成された本発明に係る
内燃機関の作用について説明する。本発明に係る内燃機
関では、ノックセンサ２４からの情報に基づいてノック
防止制御を行っており（ノックリタード制御手段）、以
下本発明に係るノック防止制御について説明する。図２
を参照すると、本発明に係るノック防止制御の制御ルー
チンがフローチャートで示されており、以下当該フロー
チャートに沿い説明する。

【００１８】先ず、ステップＳ１０では、ノックセンサ
２４からのノックレベル情報に基づき、ノックレベルに
応じた点火時期の基準遅角量、即ちベースリタード量を
算出し設定する。実際には、ベースリタード量はノック
レベルに応じて予めマップ化されており、ノックレベル
に応じて当該マップから読み出す。ステップＳ１２で
は、ベースリタード量が値０でない（≠０）か否かを判
別する。

【００１９】当該ノック防止制御では、点火時期がノッ
クリタードさせられると、予め設定された所定期間毎に
点火時期を所定角度ずつアドバンス側に戻し、再びノッ
キングが発生したところでノックレベルに応じて点火時
期のベースリタード量を再設定してノックリタードを繰
り返すようにしている。従って、点火時期が所定角度ず
つ戻されていても点火時期のリタードが行われている限
りはベースリタード量は値０ではなく、ステップＳ１２
の判別結果は真（Ｙｅｓ）であり、次にステップＳ１４
に進む。なお、ステップＳ１２の判別結果が偽（Ｎｏ）
の場合には、ステップＳ３２において後述するノックＥ
v(n)を値０に設定した後、ステップＳ２４以降に進む。

【００２０】ステップＳ１４では、ノックセンサ２４か
らのノック情報の有無を判別する。つまり、ノックセン
サ２４からノック情報が入力し、ベースリタード量を設
定または再設定するような状況であるか否かを判別す
る。判別結果が真（Ｙｅｓ）でノックセンサ２４からノ
ック情報が入力したと判定された場合には、次にステッ
プＳ１６に進む。

【００２１】ステップＳ１６では、当該ノック発生時に
おける現在の体積効率、即ち現在Ｅvをノック発生時Ｅv
(n)として記憶する。なお、体積効率Ｅvは、ＴＰＳ１１
ａにより検出されるスロットル開度θth、クランク角セ
ンサ２０により検出されるエンジン回転速度Ｎe、吸気
管容積（固定値）、吸入空気量センサに基づき容易に求
められる（体積効率検出手段）。

【００２２】ステップＳ１８では、記憶したノック発生
時Ｅv(n)が前回ノッキングが発生したときに前述のよう
に設定したノックＥv(n-1)以上であるか否かを判別す
る。つまり、図３（ａ）を参照すると、本制御を実施し
た場合のノック発生後の体積効率Ｅvの時間変化が示さ
れ、併せてノックＥvが一点鎖線で示されているが、最
初にノッキングが発生したの時点では、ノック発生時
Ｅv(n)との時点以前のノックＥv(n-1)とを比較し、再
度ノッキングが発生したの時点では、ノック発生時Ｅ
v(n)との時点以前のノックＥv(n-1)とを比較し、ノッ
ク発生時Ｅv(n)がノックＥv(n-1)以上であるか否かを判
別する。

【００２３】そして、ステップＳ１８の判別結果が真
（Ｙｅｓ）の場合には、次にステップＳ２０に進み、ノ
ックＥv係数を値１．０に設定した後、ステップＳ２２
において今回のノックＥv(n)を算出し設定する。一方、
ステップＳ１８の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、次
にステップＳ２１に進み、ノックＥv係数を例えば値
０．５に設定した後、ステップＳ２２において今回のノ
ックＥv(n)を算出し設定する。

【００２４】ステップＳ２２では、次式(1)に基づいて
ノックＥv(n)を算出する。 ノックＥv(n)＝｛ノック発生時Ｅv(n)−ノックＥv(n-1)｝×(ノックＥv係数) ＋ノックＥv(n-1) …(1) つまり、図３（ａ）及びノックＥv係数（一点鎖線）を
示す図３（ｂ）に基づき具体的に述べると、の時点以
前は上記ステップＳ３２においてノックＥv(n)は値０に
設定されているので、ステップＳ１８の判別結果は真
（Ｙｅｓ）となり、の時点以降は、ステップＳ２０を
経て上記(1)式より、ノックＥv(n)はノック発生時Ｅv
(n)にノックＥv係数（＝１．０）を掛けた値、即ちノッ
ク発生時Ｅv(n)そのままの値となる。

【００２５】一方、の時点では、ノック発生時Ｅv(n)
が低下しており、ノック発生時Ｅv(n)（実線）は上記
の時点以降の前回のノックＥv(n-1)（一点鎖線）よりも
小さいので、ステップＳ１８の判別結果は偽（Ｎｏ）と
なり、ステップＳ２１においてノックＥv係数が例えば
値０．５とされ、上記(1)式より、ノックＥv(n)はノッ
ク発生時Ｅv(n)と前回のノックＥv(n-1)との差にノック
Ｅv係数（＝０．５）を掛けた値分だけ前回のノックＥv
(n-1)よりも小さい値となる。換言すれば、ノックＥvは
最大リタード量であるベースリタード量が必要なＥvで
あり、ノックＥv係数はノック再発の危険度を意味す
る。

【００２６】ノックＥvが現在のＥv（ノックＥv＝現在
のＥv）のとき、後述するように重み係数は１．０とな
り、リタード量は最大となる。よって、ノックＥvに対
し現在のＥvが小さいほどリタード量も小さくなる。ノ
ック発生時のＥvがノックＥvより大きい場合、今回のノ
ックは前回のノックより強いことが予想されるので、確
実にノックの発生を防止するために、リタード量を最大
のベースリタード量とすべくノックＥv係数を値１．０
とする。逆に、ノック発生時のＥvがノックＥvより小さ
い場合、今回のノックは前回のノックより弱いことが予
想されるので、リタード量を最大のベースリタード量と
するまでもなく、ノックＥv係数を値１．０より小さい
値とする。このように、ノックＥv係数は、ノック再発
の危険度を意味するものであり、値１．０が危険度最
大、値０が危険度最小を意味する。本実施形態では、中
間値をとって危険度を例えば値０．５に設定している。

【００２７】ノックＥv(n)を算出したら、ステップＳ２
４において、体積効率Ｅvに対する重み係数（指標）を
算出する。重み係数は、図４にマップで示すように、ノ
ックＥv(n)以上を最大値１．０とし、体積効率Ｅvの減
少に伴って値が減少するように予め設定されており（但
し、値０〜値１．０の範囲）、実際には当該マップから
読み出される。図３（ａ）に示すようにノックＥv(n)が
設定された場合には、図３（ｂ）に示すように重み係数
（実線）は設定され、時間経過とともに変化する。

【００２８】そして、重み係数が求められたら、ステッ
プＳ２６において、点火時期の実際のリタード量、即ち
実リタード量を次式(2)に基づき算出する。 実リタード量＝（ベースリタード量）×（重み係数） …(2) このようにして実リタード量が設定されると、図３
（ｃ）に示すように、実リタード量（実線）は、ベース
リタード量（破線）をそのまま保持したときに比べ、体
積効率Ｅvの減少に応じて、速すぎたり遅すぎたりする
ことなく速やかに解除されることになる。

【００２９】つまり、上述したように、ノッキングは燃
焼室８内の体積効率Ｅv、混合気温度、燃焼室壁面温度
の影響を受けるものであるところ、混合気温度や燃焼室
壁面温度は体積効率Ｅvと相関があることから、点火時
期のリタードを解除する場合、体積効率Ｅvに基づいて
点火時期を変更することにより、体積効率Ｅv、混合気
温度、燃焼室壁面温度の全ての影響を考慮して、点火時
期のリタードがノッキングの再発なく適切に解除され
る。

【００３０】従って、体積効率Ｅvが低下し、混合気温
度、燃焼室壁面温度が低下しているような場合には、体
積効率Ｅvの減少に応じ、点火時期がリタードされてい
る期間、即ち燃焼を緩慢にしている期間が大幅に短縮さ
れることになり、燃費の悪化が防止される。特に、エン
ジン１の運転が過渡状態にあるような場合には、混合気
温度や燃焼室壁面温度は一般的に体積効率Ｅvの変化に
対して遅れを生じるのであるが、ベースリタード量に重
み係数を掛けることにより、当該遅れ要素を加味して実
リタード量が設定されることになり、ノッキングの再発
を確実に抑制しながら点火時期のリタードの解除が燃費
の悪化なく最適に制御される。

【００３１】そして、実リタード量が求められたら、ス
テップＳ２８において、実リタード量が値０である（＝
０）か否かを判別する。つまり、点火時期のリタードの
解除が完了したか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅ
ｓ）で実リタード量が値０であると判定された場合に
は、ステップＳ３０に進み、ベースリタード量を値０と
し（＝０）、点火時期のリタードを終了する。

【００３２】一方、ステップＳ２８の判別結果が偽（Ｎ
ｏ）で、実リタード量が値０でない場合には、当該ルー
チンの実行を繰り返す。この場合、ノッキングが発生し
ない限りステップＳ１４の判別結果は偽（Ｎｏ）とな
り、ステップＳ２４を経てステップＳ２６において、実
リタード量が体積効率Ｅvに応じて繰り返し設定され、
点火時期のリタードの解除が継続される。

【００３３】以上で実施形態の説明を終えるが、本発明
の実施形態は上記実施形態に限られるものではない。例
えば、上記実施形態では、体積効率Ｅvに対する指標と
して重み係数を用いるようにしたが、体積効率Ｅvに対
し１次フィルタ処理や２次フィルタ処理を行ってもよ
い。

【００３４】また、上記実施形態では、エンジン１とし
て筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンを用いるよう
にしたが、エンジン１は火花点火式であれば吸気管噴射
型ガソリンエンジンであってもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項１の内燃機関によれば、ノッキングは燃料性状や点
火時期以外に燃焼室内の体積効率、混合気温度、燃焼室
壁面温度の影響を受けることになるが、混合気温度や燃
焼室壁面温度は体積効率と相関があることから、点火時
期のリタードを解除する際、体積効率のみを求め、当該
体積効率に基づいて点火時期を変更することにより、体
積効率、混合気温度、燃焼室壁面温度の影響を考慮して
点火時期のリタードを解除でき、ノッキングの再発を確
実に抑制しながら点火時期のリタードを適切に解除する
ことができる。

【００３６】これにより、体積効率、混合気温度、燃焼
室壁面温度が低下しているような場合において、点火時
期がリタードされている期間、即ち燃焼を緩慢にしてい
る期間を短縮でき、ノッキングの再発の抑制とともに燃
費の悪化を防止できる。また、請求項２の内燃機関によ
れば、エンジンの運転が過渡状態にあるような場合、混
合気温度や燃焼室壁面温度は、一般的に体積効率の変化
に対して遅れを生じることから、体積効率に係る遅れを
加味した指標を求め、この指標に基づいて点火時期を変
更することにより、体積効率、混合気温度、燃焼室壁面
温度の影響をより適切に考慮して点火時期のリタードを
解除でき、ノッキングの再発を確実に抑制しながら点火
時期のリタードの解除を燃費の悪化なく最適に制御する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関を示す概略構成図である。

【図２】本発明に係るノック防止制御の制御ルーチンを
示すフローチャートである。

【図３】ノック防止制御を実施した場合のノック発生後
における体積効率Ｅv（ａ）、係数（ｂ）、リタード量
（ｃ）の時間変化を示すタイムチャートである。

【図４】体積効率Ｅvに対する重み係数を求めるマップ
である。

【符号の説明】

１ エンジン ４ 点火プラグ ６ 燃料噴射弁 ２４ ノックセンサ ４０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G022 DA02 EA02 FA06 GA05 GA06 GA08 GA13 3G084 BA04 BA17 DA02 DA38 EA11 EB12 EB22 EB25 EC04 FA07 FA10 FA25 FA38

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発生するノッキングのノックレベルを検
   出するノックレベル検出手段と、 前記ノックレベル検出手段により検出されたノックレベ
   ルに応じて点火時期をリタードさせるノックリタード制
   御手段と、 体積効率を検出する体積効率検出手段とを備え、 前記ノックリタード制御手段は、前記点火時期のリター
   ドを解除するとき、前記体積効率検出手段により検出さ
   れた体積効率に基づいて点火時期を変更することを特徴
   とする内燃機関。
2. 【請求項２】 前記ノックリタード制御手段は、前記点
   火時期のリタードを解除するとき、前記体積効率検出手
   段により検出された体積効率に遅れ要素を加味した指標
   に基づいて点火時期を変更することを特徴とする、請求
   項１記載の内燃機関。