JP2004011626A - 内燃機関のノック制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノック制御が不可能となる状況を精度良く判定し、燃費の低下や排気・出力性能の低下を抑制する。
【解決手段】所定レベルのノック信号を検出するノックセンサと、吸気弁の閉時期を変更可能な可変動弁機構と、を備える。ノックがあるときの推定ノック信号Ｓとノックが無いときの推定ノイズ信号Ｎとの信号比に基づいて、正確なノック信号の検出が可能であるかを判定する（Ｓ１５）。吸気弁の閉時期に対応するバルブ着座位置ＶＴがノック検出区間に存在するかを判定し（Ｓ７）、存在する場合、推定ノイズ信号Ｎの推定機械ノイズＮｋを更新する（Ｓ８〜Ｓ１２）。
【選択図】 図３
【解決手段】所定レベルのノック信号を検出するノックセンサと、吸気弁の閉時期を変更可能な可変動弁機構と、を備える。ノックがあるときの推定ノック信号Ｓとノックが無いときの推定ノイズ信号Ｎとの信号比に基づいて、正確なノック信号の検出が可能であるかを判定する（Ｓ１５）。吸気弁の閉時期に対応するバルブ着座位置ＶＴがノック検出区間に存在するかを判定し（Ｓ７）、存在する場合、推定ノイズ信号Ｎの推定機械ノイズＮｋを更新する（Ｓ８〜Ｓ１２）。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式の内燃機関、特に吸気弁の閉時期を変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関のノッキング（ノック）を抑制するノック制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−２０５０９６号公報には、空気と燃料の混合気を圧縮して点火プラグにより着火する火花点火式の内燃機関において、ノックの発生を抑制するノック制御装置が開示されている。このノック制御装置は、周知のように、ノックセンサから出力される所定レベルのノック信号に基づいて、点火時期をフィードバック制御する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ノックがあるときにノックセンサから出力される信号Ｓと、ノックが無いときにノックセンサから出力されるノイズ信号Ｎとの信号比Ｓ／Ｎが悪化すると、ノックが出ていなくてもノックを誤検出したり、逆にノックが発生しているのにノックを検出できないおそれがある。特に、ノック検出区間に吸気弁の閉時期がラップしていると、バルブ着座に起因する振動・騒音によりＳ／Ｎが悪化し易い。更に、この吸気弁の閉時期を変更可能な可変動弁機構を具備する内燃機関においては、吸気弁の閉時期とノック検出区間との重なり度合いが、吸気弁の閉時期に応じて異なるものとなってしまう。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、吸気弁の閉時期に応じて、ノック信号を良好に検出できないシーン、つまりノック制御を行うことができない状況を精度良く判定し、ノック制御が不可能となる状況を可及的に少なくして、燃費や排気性能の向上を図ることを主たる目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関は、所定レベルのノック信号を検出するノック検出手段と、少なくとも吸気弁の閉時期を変更可能な可変動弁機構と、を備えている。機関回転数及び機関負荷の少なくとも一方に基づいて、ノックが有るときにノック検出手段から出力される推定ノック信号とノックが無いときにノック検出手段から出力される推定ノイズ信号との信号比を推定する。この信号比に基づいて、正確なノック信号の検出が可能であるか否かを判定する。そして、上記の推定ノック信号を、吸気弁の閉時期に基づいて更新する。
【０００６】
上記ノック信号の検出が可能であると判定された場合、周知のように、このノック信号に基づいてトレースノック制御を行い、点火時期をフィードバック制御する。一方、正確なノック信号の検出が不可能と判定された場合、ノックが確実にでないように、点火時期の遅角量を充分に大きく設定することとなる。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、可変動弁機構による吸気弁の閉時期の変化に応じて、ノック制御が不可能となる状況を精度良く判定することができる。このため、ノック制御が不可能と判定される状況を可及的に少なくして、燃費の低下や排気・出力性能の低下を有効に抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明に係る内燃機関のノック制御装置を簡略的に示すブロック図である。この内燃機関は、ノックを生じる燃焼室内の振動を検出可能なノック検出手段としてのノックセンサ１０と、吸気弁の閉時期（ＩＶＣ）を含むバルブリフト特性を変更可能な可変動弁機構として、クランク角度に対する吸気弁のリフト中心角の位相を連続的に変更可能な位相変更機構（ＶＴＣ）１２と、吸気弁の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更可能なリフト・作動角変更機構（ＶＥＬ）１４と、を有している。
【００１０】
ノックセンサ１０は、シリンダブロックに取り付けられて振動を検出するピックアップセンサであり、例えば図２（ａ）に示すように、Ｖ型６気筒のエンジンに対し、一方のバンクにのみ一箇所に配設され、あるいは図２（ｂ）に示すように、各バンク毎に合計２箇所に配設される。いずれの場合でも、センサ１０は吸気弁が配置されるバンク内側寄りに配設される。センサ１０を複数箇所に配設する場合でも、ある気筒に対して使用するセンサを運転条件に応じて変更しても検出精度等にあまり影響はないので、特定の気筒に対して使用するセンサは予め一義的に設定されている。例えば図２（ｂ）の例では、右バンクの＃１，＃３，＃５気筒には同じ右バンクに配設されたセンサ１０Ｒを用い、左バンクの＃２，＃４，＃６気筒には同じ左バンクに配設されたセンサ１０Ｌを用いる。
【００１１】
可変動弁機構１２，１４は、本出願人による特開２００２−８９３０３号公報や特開２００２−８９３４１号公報にも開示されており、ここでは簡単に説明する。位相変更機構１２は、ヘリカルスプラインやベーンを利用して、クランクシャフトに連動して回転するカムスプロケット又はカムプーリに対し、カム駆動軸（カムシャフト）を相対的に回動するものである。リフト・作動角変更機構１４は、吸気弁を駆動する揺動カムとカム駆動軸（カムシャフト）とをロッカーアームを介して機械的に連係し、このロッカーアームの揺動中心位置を変化させることにより、吸気弁の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更するものである。なお、リフト・作動角変更機構１４に代えて、バルブリフト特性の異なる複数のカムを切り換えるカム切換機構を用いても良い。
【００１２】
ノック制御装置は、周知のように、ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＣＰＵ，及び入出力インターフェースを備えたエンジンコントロールユニット１６を備えている。このエンジンコントロールユニット１６は、後述する様々な手段やフローチャートをプログラムとして記憶及び実行する機能を有している。
【００１３】
ノック制御手段１８は、ノックセンサ１０から出力される所定レベルのノック信号に基づいて、ノックが生じない範囲で点火時期を可及的に進角するトレースノック制御、すなわち点火時期のフィードバック制御を行う。具体的には、ノック検出区間内で、所定のスライスレベルを超えるノック信号の発生頻度が所定値以上となると、点火時期を遅角させてノッキングを速やかに回避し、かつ、ノック信号の発生頻度が所定値に満たない状況では、点火時期を進角限界（ＭＢＴ）へ向けて徐々に進角させていく。上記のノック検出区間やスライスレベルは、機関回転数や機関負荷に基づいて気筒毎にそれぞれ設定される。
【００１４】
ノック検出可否判定手段２０は、機関回転数及び機関負荷等に基づいて、上記のノック制御手段１８によるトレースノック制御に用いられる正確なノック信号の検出が可能か否かを判定する。遅角量算出手段２２は、ノック検出可否判定手段２０により正確なノック信号の検出が不可能であると判定された場合の点火時期の遅角量を、機関回転数及び負荷に基づいて算出する。点火時期制御手段２４は、ノック制御手段１８又は遅角量算出手段２２により設定される遅角量に基づいて点火時期を制御する。つまり、ノック制御手段１８では単に進角限界からの遅角量が設定され、この遅角量に基づいて点火時期制御手段２４が点火時期を制御することとなる。
【００１５】
図３は、本発明の第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。このルーチンは各気筒毎に実行される。
【００１６】
Ｓ（ステップ）１では、機関回転数Ｎｅと機関負荷に対応するスロットル開度ＴＶＯとに基づいて、ノックがあるときにノックセンサ１０から出力される推定ノック信号Ｓを演算する。Ｓ２では、点火気筒判別信号ＩＧＮｃｙｌと気筒別ノック（振動）伝達係数テーブルＣｆ（）とにより気筒別ノック伝達係数Ｃｆ（ＩＧＮｃｙｌ）を算出し、その係数Ｃｆ（ＩＧＮｃｙｌ）を乗じることにより推定ノック信号Ｓを更新する。上記の係数Ｃｆ（ＩＧＮｃｙｌ）は、気筒の位置や剛性等に応じて、気筒毎にそれぞれ異なる値が与えられる。
【００１７】
Ｓ３では、ノックがないときにノックセンサ１０から出力される推定ノイズ信号Ｎのうち、推定機械ノイズＮｋを、機関回転数Ｎｅを回転マップＮｋｆ（）にマッピングすることにより演算する。Ｓ４では、推定ノイズ信号Ｎの推定燃焼ノイズＮｃを、機関回転数Ｎｅ及びスロットル開度ＴＶＯを回転マップＮｃｆ（）にマッピングすることにより推定する。
【００１８】
これらＳ３及びＳ４では、推定ノイズ信号Ｎを正確に推定するために、この推定ノイズ信号Ｎを、ピストンの擦動音やクランクシャフトの回転音などの機械推定ノイズＮｋと、燃焼室で発生して共振する（燃焼圧やバルブが燃焼室壁を加振させる）推定燃焼ノイズＮｃと、に分けて推定している。上記の推定燃焼ノイズＮｃは、燃焼による振動成分と、主として吸気弁のバルブ着座に起因する燃焼室振動成分と、に大別される。燃焼圧変化が加振源となる振動成分の強度（振幅）は、燃焼圧の変化ｄＰ／ｄｔの２乗に比例する（ｄＰは燃焼圧の変位）。これはノックの様な急速燃焼でも通常燃焼でも基本的に同じである。バルブ着座などが加振源となる振動成分の強度は、ｄｘ／ｄｔの２乗に比例する（ｄｘはバルブ着座時の変位で、カムのランプ速度［ｍｍ／ｒａｄ］とエンジン回転数などで表される）。
【００１９】
推定ノイズ信号ＮのｄＰ／ｄｔつまり燃焼速度は、ほぼエンジン回転数と負荷に依存すると考えてよい。なお、点火時期も燃焼速度に影響を与えるが、一般的に点火時期も主としてエンジン回転数と負荷により与えられるため、敢えて点火時期の影響を考慮しなくてもよい。推定ノック信号ＳのｄＰ／ｄｔすなわちノッキング燃焼速度は、例えば数１０００ｍ／ｓと非常に大きく、推定ノイズ信号ＮのｄＰ／ｄｔに比して数１０倍程度であるため、これをその他の振動と判別することで、ノックを検出することができる。ｄｘ／ｄｔは、カムやバルブスプリングにより動かされる吸排気弁の変位であり、バルブ着座状態ではランプの変位となるので、ほぼエンジン回転数に比例する（但し、電磁駆動弁の場合には回転数によらずほぼ一定となる）。バルブ着座振動の多くはバルブとバルブシートとの衝突に起因して発生する。筒内直接噴射式のエンジンでは、燃料噴射用のインジェクタも燃焼室を直接的に加振するので、同様にｄｘ／ｄｔの２乗に比例する振動を発生する。ただし、インジェクターのノズル着座振動の大きさは、一般的に電磁石とスプリングなどによるものなので、エンジン回転数には特に比例せず、ほぼ一定である。
【００２０】
Ｓ５及びＳ６では、可変動弁機構１２，１４によるバルブリフト特性の設定に基づいて、吸気弁の閉時期に相当するバルブ着座位置ＶＴ（ＡＴＤＣ）を算出する。具体的には、Ｓ５では、リフト・作動角変更機構１４によるバルブリフト量の可変量ＶＬとランプ位置変化量テーブルＲＴｖｆ（）とに基づいてランプ位置変化量ＲＴｖｆ（ＶＬ）を算出し、この値ＲＴｖｆ（ＶＬ）を、位相変更機構１２による進角側への位相変換角が０（ゼロ）のとき、すなわち最遅角位相における着座位置ＶＴＣ０として設定する。Ｓ６では、このＶＴＣ０から位相変換角進角値ＶＴＣＴを減ずることにより、吸気弁の閉時期（ＩＶＣ）つまりバルブ着座位置ＶＴを求める。
【００２１】
Ｓ７では、バルブ着座位置ＶＴが、ノック検出開始位置ＫＮＳとノック検出終了位置ＫＮＥの間のノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥの範囲内に存在しているかが判定される。つまり、ＩＶＣがノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥとラップしているかが判定される。
【００２２】
バルブ着座位置ＶＴがノック検出区間にあると判定された場合、下記のＳ８〜１２の処理により、推定ノイズ信号Ｎを更新（補正）する（推定ノイズ信号更新手段）。具体的には、Ｓ８では、機関回転数Ｎｅと回転数バルブ着座振動係数テーブルＮｖｆ（）とにより回転数バルブ着座振動係数Ｎｖｆ（Ｎｅ）を算出するとともに、バルブリフト可変量ＶＬとランプ速度係数テーブルＲＳｖｆ（）とによりランプ速度係数ＲＳｖｆ（ＶＬ）を算出し、両者Ｎｖｆ（Ｎｅ），ＲＳｖｆ（ＶＬ）を乗算することにより、バルブ着座ノイズＮｖを算出する。Ｓ９では、バルブリフト可変量ＶＬからリフト別バルブ着座気筒相対位置テーブルＶＬＣｆ（）をルックアップしてバルブ着座気筒相対位置Ｖｏｆｓを求める。Ｓ１０では、点火気筒判別信号ＩＧＮｃｙｌとバルブ着座気筒相対位置Ｖｏｆｓとを加算してバルブ着座気筒判別信号ＶＡＬｃｙｌを求める。Ｓ１１では、バルブ着座気筒判別信号ＶＡＬｃｙｌから気筒別ノック伝達係数テーブルＣｆ（）をルックアップして気筒別ノック伝達係数Ｃｆ（ＶＡＬｃｙｌ）を算出し、このＣｆ（ＶＡＬｃｙｌ）を乗じてバルブ着座ノイズＮｖを更新する。Ｓ１２では、Ｓ１１で更新されたＮｖを加算することにより推定機械ノイズＮｋを更新する。
【００２３】
Ｓ１３では、推定機械ノイズＮｋと推定燃焼ノイズＮｃとを加算して推定ノイズ信号Ｎを求める。このＮｋは、Ｓ７の判定が否定されたときはＳ３で求められた値となり、Ｓ７の判定が肯定された場合にはＳ１２で更新された値となる。Ｓ１４では、推定ノック信号Ｓと推定ノイズ信号Ｎとの信号比Ｓ／Ｎ（ＳＮ）を求める（信号比推定手段）。
【００２４】
Ｓ１５では、この信号比ＳＮが、予め設定されたノック制御可否しきい値ＳＮｓｌ以下であるかを判定する（ノック検出可否判定手段２０）。ＳＮがＳＮｓｌ以下であれば、ノック検出が不可能であると判定し（Ｓ１６）、ＳＮがＳＮｓｌよりも大きければ、ノック検出が可能であると判定する（Ｓ１７）。
【００２５】
Ｓ１６でノック検出が不可能であると判定された場合には、ノックの発生によりエンジンの耐久性を低下させたり搭乗者に不快感を与えない様に、点火時期の遅角量（進角限界ＭＢＴ又は設定基本点火時期からの遅角量）を、オクタン価や環境（大気温度など）の変化を見込んで、充分なマージン（余裕代）を持つ大きな値に設定する。この設定は図１の遅角量算出手段２２により行われる。この遅角量の設定の一例を表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
このように遅角量のマージンが、ノックが確実にでないように個体差や経年変化などを見越して充分に大きな値に設定されるため、ある運転条件では点火時期がノック限界よりも大きく遅角することになり、燃費や出力の悪化を招くおそれがある（条件によるが、その運転点（モード燃費ではない）で１〜５％程度悪化するおそれがある）。そこで本実施例では、Ｓ１５の判定を厳密に行い、ノック制御が出来ない状況を可及的に少なくしている。具体的には、上述したように、Ｓ１５の判定に用いる信号比ＳＮの推定ノイズ信号Ｎを、推定機械ノイズＮｋと推定燃焼ノイズＮｃとに分けて、それぞれを機関運転状態に応じて推定し、かつ、バルブ着座位置ＶＴに応じて推定機械ノイズＮｋを更新している。
【００２８】
近年、ノックが生じる燃焼室で大きな衝撃を発生させ、しかも発生タイミングが変化する可変動弁機構や筒内直接噴射式の高圧インジェクタなどが普及し始めている。これらは、Ｓ／Ｎ比に基づいて制御を行うノック制御にとっては、ノイズ信号を増大するノイズ源であり、ノック制御を困難にしている。加えて、可変動弁機構による吸排気弁、特に吸気弁の閉時期の変化に応じて、そのノイズを生じるタイミングも変動することになるため、ノック制御が出来なくなる領域を運転条件より一義的に決めることが困難となっている。そこで本実施例では、吸気弁の開時期に応じた適切な判定を行えるように、上述したように吸気弁の閉時期に応じて推定ノイズ信号Ｎを更新している。
【００２９】
バルブ着座ノイズＮｖに影響を与える主要な要因として、着座エネルギーの変化（後述する式（１），（２）及び表２参照）と、着座タイミングの変化と、が挙げられる。着座エネルギーの変化は、着座速度の他、質量・材質・バルブスプリングのバネ係数・減衰力（各部フリクションや筒内圧など）などにより決まる衝撃エネルギーの変化に相当する。前者の速度は、エンジン回転数、使用カム（カム切換え機構の場合）、バルブリフト可変量（リフト・作動角変更機構の場合）などに応じて変動し、後者は動弁系の持つ特性の他、バルブ休止などによっても変化する。このバルブ休止として、複数の吸気弁を持つエンジンで幾つかの吸気弁を休止するものと、燃料の滞留を抑制するために吸気弁を僅かに開けるものとがあり、双方ともカム切換え機構のカムプロフィールの設定により実現可能である。使用するカムによっては、カムランプ速度の変化を含む場合がある。着座タイミングは、ノック検出区間に対する相対的なタイミングである。この着座タイミングがノック検出区間に入るか入らないかは気筒数や点火順序などに応じて変化する。
【００３０】
本実施例では、ノックを検出する点火気筒毎に設定されるノック伝達係数Ｃｆ（ＩＧＮｃｙｌ）を乗じて推定ノック信号Ｓを更新している（Ｓ２）。また、バルブ着座位置ＶＴがその気筒のノック検出区間内にある場合には、Ｓ７の判定が肯定されて、エンジン回転数の二乗に比例するバルブ着座ノイズＮｖを加算して推定ノイズ信号Ｎを更新している（Ｓ１２，Ｓ１３）。このＮｖは、バルブ着座発生気筒毎に設定されるバルブ着座振動係数Ｎｖｆ（Ｎｅ）を乗じて算出される。このように、ノック伝達係数やバルブ着座振動係数を気筒毎に持つことで、気筒別に信号比Ｓ／Ｎを正確に推定することができ、かつ、エンジン回転数や負荷に応じて係数を補正する必要もないので、制御の簡素化とＲＯＭ容量の削減化によりコストを抑制することが可能となる。なお、上記のバルブ着座振動係数はノック伝達係数と同じ値であってもよい。カム切換え機構を備える場合には、バルブ着座振動係数をカム毎に与えてもよい。リフト・作動角変更機構によりランプ速度が変化する場合、典型的にはバルブ着座振動係数がバルブリフト量にほぼ比例して大きくなる。
【００３１】
・着座エネルギーの変化について
上述したように推定ノック信号Ｓ，推定ノイズ信号Ｎの双方に係数を乗じているのは、ノックセンサ１０に対する振動発生気筒の相対位置の違いを加味して、その減衰率や共振の感度を持たせるように、センサが検出する着座エネルギーを計算するためである。加振源でのエネルギーは気筒（位置）が変わっても大きく変わらないが、センサ１０が検出している位置でノック制御をすることになるので、各気筒からセンサヘの振動伝達経路の共振・減衰などを係数として予め持たせておかないと、実際のＳ／Ｎ比と近い特性を得ることができない。センサでの信号強度は（１）式による。
【００３２】
【数１】
センサでの信号強度＝気筒毎の伝達係数×加震源のエネルギー…（１）
加振源のエネルギーは、式（２）にて近似できる。
【００３３】
【数２】
加振源のエネルギー＝Ｃ×（ｄｙ／ｄｔ）２…（２）
Ｃは加振源毎の係数であり、ｄｙ／ｄｔはその加振時の変位であり、例えば表２の様な種類がある。
【００３４】
【表２】
【００３５】
・着座位置の変化について
ノイズ信号は、ノック検出区間内で発生する様々な加振源の振動を含んでいる。表２に示す様な加振源の中には、ノック検出区間に対して相対的に発生タイミングを変えるものがある。中でも、吸気弁閉時期近傍で生じるバルブ着座ノイズは、バルブリフト特性の変化に応じて発生タイミング及び加振エネルギーが大きく変化する。
【００３６】
図４はノック検出区間と着座タイミングとの関係の一例を示している。この図４は、図２に示すような６気筒のエンジンで、ある気筒のＩＶＣを変化させた場合に、その気筒の吸気弁閉時期の着座タイミングが、どの気筒のノック検出区間に重なるかを示している。但し、ここではノック検出区間を約１０〜７０［ＡＴＤＣ］、ＩＶＣの変化範囲を０〜９０［ＡＴＤＣ］としている。同図に示すように、バルブタイミング、ひいてはＩＶＣの設定に基づいて、対象となる気筒のノック検出区間に、どの気筒（位置）のバルブ着座タイミングが入っているかを判別することができる。なお、バルブタイミングを変化させる機構がない場合、バルブ着座位置はクランク角度に対して常に一定であるので、ノック検出区間も固定であれば、バルブ着座タイミングとノック検出区間との相対関係も変化することはない。
【００３７】
補足として、図２に示すようなＶ６エンジンでノック検出区間が１０〜７０［ＡＴＤＣ］の場合の、ＩＶＣのノック検出区間への混入範囲（重なり合う範囲）の一例を表３に示す。
【００３８】
【表３】
【００３９】
なお、排気弁の閉時期ＥＶＣは、運転条件に応じて変化させることがあまりないのでノックの検出性に影響が少ない。これに対し、ＩＶＣは、可変動弁機構により運転条件に応じて変更されることが多いのでＥＶＣに比してノックの検出性に大きな影響を与える。
【００４０】
図５は、本発明の第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャートの一部で、図３のＳ７〜Ｓ１２の部分に相当する。他のＳ１〜Ｓ６及びＳ１３〜Ｓ１７の処理は第１実施例と同様である。第１実施例では、簡易的にバルブ着座開始位置ＶＴがノック検出区間に入っているかを求めているが、この第２実施例では、推定ノイズ信号Ｎの推定精度を更に向上するために、バルブ着座振動区間を算出し、このバルブ着座振動区間とノック検出区間との重なり度合いを算出し、この重なり度合いに応じて推定ノイズ信号Ｎを更新している。
【００４１】
詳しくは、Ｓ２１では、機関回転数Ｎｅからバルブ着座振動区間テーブルＶＶＤｆ（）をルックアップしてバルブ着座振動区間ＶＶＤｆ（Ｎｅ）を算出し、このＶＶＤｆ（Ｎｅ）をバルブ着座位置ＶＴに加算してバルブ着座振動終了位置ＶＴＥを算出する。
【００４２】
Ｓ２２では、バルブ着座振動区間ＶＶＤｆ（Ｎｅ）がノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥの範囲と重なり合っている（ラップしている）かを判定する。詳しくは、バルブ着座位置ＶＴとバルブ着座振動終了位置ＶＴＥの少なくとも一方がノック検出開始位置ＫＮＳとノック検出終了位置ＫＮＥとの間に存在しているかを判定する。
【００４３】
Ｓ２２が肯定されればＳ２３以降へ進む。Ｓ２３〜Ｓ２６の処理は、図３のＳ８〜Ｓ１１の処理と同様である。すなわち、Ｓ２３では、機関回転数Ｎｅから回転数バルブ着座振動係数テーブルＮｖｆ（）をルックアップして回転数バルブ着座振動係数Ｎｖｆ（Ｎｅ）を算出するとともに、バルブリフト量ＶＬとランプ速度係数テーブルＲＳｖｆ（）からランプ速度係数ＲＳｖｆ（ＶＬ）を算出し、両者Ｎｖｆ（Ｎｅ），ＲＳｖｆ（ＶＬ）を乗算することにより、バルブ着座ノイズＮｖを推定する。Ｓ２４では、バルブリフト可変量ＶＬとリフト別バルブ着座気筒相対位置テーブルＶＬＣｆ（）からバルブ着座気筒相対位置Ｖｏｆｓを求める。Ｓ２５では、点火気筒判別信号ＩＧＮｃｙｌとバルブ着座気筒相対位置Ｖｏｆｓとを加算してバルブ着座気筒判別信号ＶＡＬｃｙｌを求める。Ｓ２６では、バルブ着座気筒判別信号ＶＡＬｃｙｌと気筒別ノック（振動）伝達係数テーブルＣｆ（）から気筒別ノック（振動）伝達係数Ｃｆ（ＶＡＬｃｙｌ）を算出し、このＣｆ（ＶＡＬｃｙｌ）を乗じてバルブ着座ノイズＮｖを補正・更新する。
【００４４】
Ｓ２７では、バルブ着座振動区間ＶＴ〜ＶＴＥがノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥの範囲内に完全に含まれているかを判定する。具体的には、ＶＴがＫＮＳ以上であり、かつ、ＶＴＥがＫＮＥ以下であるかを判定する。
【００４５】
このＳ２７が否定されれば、Ｓ２８〜Ｓ３１へ進み、ノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥに対するバルブ着座振動区間ＶＴ〜ＶＴＥの重なり度合いに応じて、バルブ着座ノイズＮｖを補正・更新する。
【００４６】
具体的には、ＶＴがＫＮＳ未満である場合、つまり着座開始位置ＶＴがノック検出区間に含まれない場合、Ｓ２８からＳ２９へ進み、検出開始位置ＫＮＳに対する着座開始位置ＶＴの進角量（ＫＮＳ−ＶＴ）に基づいて、ノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥに対するバルブ着座振動区間ＶＴ〜ＶＴＥの重なり度合いＣｃを算出する。一方、ＶＴがＫＮＳ以上である場合、つまり着座開始位置ＶＴがノック検出区間に含まれる場合、Ｓ２８からＳ３０へ進み、着座開始位置ＶＴに対する検出開始位置ＫＮＳの進角量（ＶＴ−ＫＮＳ）に基づいて、ノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥに対するバルブ着座振動区間ＶＴ〜ＶＴＥの重なり度合いＣｃを算出する。
【００４７】
Ｓ３１では、この重なり度合いＣｃを乗じることによりＮｖを補正・更新する。Ｓ３２では、Ｓ２６又はＳ３１で設定されたＮｖを加算することによりＮｋを補正・更新する。以降、図３のＳ１３〜１７へ進み、上述したように、推定ノイズ信号Ｎを推定し（Ｓ１３）、信号比ＳＮを推定し（Ｓ１４）、信号比ＳＮと判定しきい値ＳＮｓｌとを比較して（Ｓ１５）、正確なノック信号の検出が可能であるか否かを判定する（Ｓ１６，Ｓ１７）。
【００４８】
図６（ａ）は、バルブ着座振動を含む波形特性を示している。図６（ｂ）に示すように、この波形の積分値が６０〜９０％に達する時点までをバルブ着座振動区間とすればよい。このバルブ着座振動区間とノック検出区間との重なり度合いを図６（ｃ）に示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関のノック制御装置を簡略的に示すブロック図。
【図２】ノックセンサの配置例を簡略的に示す説明図。
【図３】第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図４】ノック検出区間と幾つかの気筒の吸気弁の開時期との関係を示す特性図。
【図５】第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャートの一部。
【図６】ノック検出区間とバルブ着座振動区間との重なり度合いを示す説明図。
【符号の説明】
１０…ノックセンサ（ノック検出手段）
１２，１４…可変動弁機構
１８…ノック制御手段
２０…ノック検出可否判定手段
２２…遅角量算出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、火花点火式の内燃機関、特に吸気弁の閉時期を変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関のノッキング（ノック）を抑制するノック制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−２０５０９６号公報には、空気と燃料の混合気を圧縮して点火プラグにより着火する火花点火式の内燃機関において、ノックの発生を抑制するノック制御装置が開示されている。このノック制御装置は、周知のように、ノックセンサから出力される所定レベルのノック信号に基づいて、点火時期をフィードバック制御する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ノックがあるときにノックセンサから出力される信号Ｓと、ノックが無いときにノックセンサから出力されるノイズ信号Ｎとの信号比Ｓ／Ｎが悪化すると、ノックが出ていなくてもノックを誤検出したり、逆にノックが発生しているのにノックを検出できないおそれがある。特に、ノック検出区間に吸気弁の閉時期がラップしていると、バルブ着座に起因する振動・騒音によりＳ／Ｎが悪化し易い。更に、この吸気弁の閉時期を変更可能な可変動弁機構を具備する内燃機関においては、吸気弁の閉時期とノック検出区間との重なり度合いが、吸気弁の閉時期に応じて異なるものとなってしまう。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、吸気弁の閉時期に応じて、ノック信号を良好に検出できないシーン、つまりノック制御を行うことができない状況を精度良く判定し、ノック制御が不可能となる状況を可及的に少なくして、燃費や排気性能の向上を図ることを主たる目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関は、所定レベルのノック信号を検出するノック検出手段と、少なくとも吸気弁の閉時期を変更可能な可変動弁機構と、を備えている。機関回転数及び機関負荷の少なくとも一方に基づいて、ノックが有るときにノック検出手段から出力される推定ノック信号とノックが無いときにノック検出手段から出力される推定ノイズ信号との信号比を推定する。この信号比に基づいて、正確なノック信号の検出が可能であるか否かを判定する。そして、上記の推定ノック信号を、吸気弁の閉時期に基づいて更新する。
【０００６】
上記ノック信号の検出が可能であると判定された場合、周知のように、このノック信号に基づいてトレースノック制御を行い、点火時期をフィードバック制御する。一方、正確なノック信号の検出が不可能と判定された場合、ノックが確実にでないように、点火時期の遅角量を充分に大きく設定することとなる。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、可変動弁機構による吸気弁の閉時期の変化に応じて、ノック制御が不可能となる状況を精度良く判定することができる。このため、ノック制御が不可能と判定される状況を可及的に少なくして、燃費の低下や排気・出力性能の低下を有効に抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明に係る内燃機関のノック制御装置を簡略的に示すブロック図である。この内燃機関は、ノックを生じる燃焼室内の振動を検出可能なノック検出手段としてのノックセンサ１０と、吸気弁の閉時期（ＩＶＣ）を含むバルブリフト特性を変更可能な可変動弁機構として、クランク角度に対する吸気弁のリフト中心角の位相を連続的に変更可能な位相変更機構（ＶＴＣ）１２と、吸気弁の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更可能なリフト・作動角変更機構（ＶＥＬ）１４と、を有している。
【００１０】
ノックセンサ１０は、シリンダブロックに取り付けられて振動を検出するピックアップセンサであり、例えば図２（ａ）に示すように、Ｖ型６気筒のエンジンに対し、一方のバンクにのみ一箇所に配設され、あるいは図２（ｂ）に示すように、各バンク毎に合計２箇所に配設される。いずれの場合でも、センサ１０は吸気弁が配置されるバンク内側寄りに配設される。センサ１０を複数箇所に配設する場合でも、ある気筒に対して使用するセンサを運転条件に応じて変更しても検出精度等にあまり影響はないので、特定の気筒に対して使用するセンサは予め一義的に設定されている。例えば図２（ｂ）の例では、右バンクの＃１，＃３，＃５気筒には同じ右バンクに配設されたセンサ１０Ｒを用い、左バンクの＃２，＃４，＃６気筒には同じ左バンクに配設されたセンサ１０Ｌを用いる。
【００１１】
可変動弁機構１２，１４は、本出願人による特開２００２−８９３０３号公報や特開２００２−８９３４１号公報にも開示されており、ここでは簡単に説明する。位相変更機構１２は、ヘリカルスプラインやベーンを利用して、クランクシャフトに連動して回転するカムスプロケット又はカムプーリに対し、カム駆動軸（カムシャフト）を相対的に回動するものである。リフト・作動角変更機構１４は、吸気弁を駆動する揺動カムとカム駆動軸（カムシャフト）とをロッカーアームを介して機械的に連係し、このロッカーアームの揺動中心位置を変化させることにより、吸気弁の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更するものである。なお、リフト・作動角変更機構１４に代えて、バルブリフト特性の異なる複数のカムを切り換えるカム切換機構を用いても良い。
【００１２】
ノック制御装置は、周知のように、ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＣＰＵ，及び入出力インターフェースを備えたエンジンコントロールユニット１６を備えている。このエンジンコントロールユニット１６は、後述する様々な手段やフローチャートをプログラムとして記憶及び実行する機能を有している。
【００１３】
ノック制御手段１８は、ノックセンサ１０から出力される所定レベルのノック信号に基づいて、ノックが生じない範囲で点火時期を可及的に進角するトレースノック制御、すなわち点火時期のフィードバック制御を行う。具体的には、ノック検出区間内で、所定のスライスレベルを超えるノック信号の発生頻度が所定値以上となると、点火時期を遅角させてノッキングを速やかに回避し、かつ、ノック信号の発生頻度が所定値に満たない状況では、点火時期を進角限界（ＭＢＴ）へ向けて徐々に進角させていく。上記のノック検出区間やスライスレベルは、機関回転数や機関負荷に基づいて気筒毎にそれぞれ設定される。
【００１４】
ノック検出可否判定手段２０は、機関回転数及び機関負荷等に基づいて、上記のノック制御手段１８によるトレースノック制御に用いられる正確なノック信号の検出が可能か否かを判定する。遅角量算出手段２２は、ノック検出可否判定手段２０により正確なノック信号の検出が不可能であると判定された場合の点火時期の遅角量を、機関回転数及び負荷に基づいて算出する。点火時期制御手段２４は、ノック制御手段１８又は遅角量算出手段２２により設定される遅角量に基づいて点火時期を制御する。つまり、ノック制御手段１８では単に進角限界からの遅角量が設定され、この遅角量に基づいて点火時期制御手段２４が点火時期を制御することとなる。
【００１５】
図３は、本発明の第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。このルーチンは各気筒毎に実行される。
【００１６】
Ｓ（ステップ）１では、機関回転数Ｎｅと機関負荷に対応するスロットル開度ＴＶＯとに基づいて、ノックがあるときにノックセンサ１０から出力される推定ノック信号Ｓを演算する。Ｓ２では、点火気筒判別信号ＩＧＮｃｙｌと気筒別ノック（振動）伝達係数テーブルＣｆ（）とにより気筒別ノック伝達係数Ｃｆ（ＩＧＮｃｙｌ）を算出し、その係数Ｃｆ（ＩＧＮｃｙｌ）を乗じることにより推定ノック信号Ｓを更新する。上記の係数Ｃｆ（ＩＧＮｃｙｌ）は、気筒の位置や剛性等に応じて、気筒毎にそれぞれ異なる値が与えられる。
【００１７】
Ｓ３では、ノックがないときにノックセンサ１０から出力される推定ノイズ信号Ｎのうち、推定機械ノイズＮｋを、機関回転数Ｎｅを回転マップＮｋｆ（）にマッピングすることにより演算する。Ｓ４では、推定ノイズ信号Ｎの推定燃焼ノイズＮｃを、機関回転数Ｎｅ及びスロットル開度ＴＶＯを回転マップＮｃｆ（）にマッピングすることにより推定する。
【００１８】
これらＳ３及びＳ４では、推定ノイズ信号Ｎを正確に推定するために、この推定ノイズ信号Ｎを、ピストンの擦動音やクランクシャフトの回転音などの機械推定ノイズＮｋと、燃焼室で発生して共振する（燃焼圧やバルブが燃焼室壁を加振させる）推定燃焼ノイズＮｃと、に分けて推定している。上記の推定燃焼ノイズＮｃは、燃焼による振動成分と、主として吸気弁のバルブ着座に起因する燃焼室振動成分と、に大別される。燃焼圧変化が加振源となる振動成分の強度（振幅）は、燃焼圧の変化ｄＰ／ｄｔの２乗に比例する（ｄＰは燃焼圧の変位）。これはノックの様な急速燃焼でも通常燃焼でも基本的に同じである。バルブ着座などが加振源となる振動成分の強度は、ｄｘ／ｄｔの２乗に比例する（ｄｘはバルブ着座時の変位で、カムのランプ速度［ｍｍ／ｒａｄ］とエンジン回転数などで表される）。
【００１９】
推定ノイズ信号ＮのｄＰ／ｄｔつまり燃焼速度は、ほぼエンジン回転数と負荷に依存すると考えてよい。なお、点火時期も燃焼速度に影響を与えるが、一般的に点火時期も主としてエンジン回転数と負荷により与えられるため、敢えて点火時期の影響を考慮しなくてもよい。推定ノック信号ＳのｄＰ／ｄｔすなわちノッキング燃焼速度は、例えば数１０００ｍ／ｓと非常に大きく、推定ノイズ信号ＮのｄＰ／ｄｔに比して数１０倍程度であるため、これをその他の振動と判別することで、ノックを検出することができる。ｄｘ／ｄｔは、カムやバルブスプリングにより動かされる吸排気弁の変位であり、バルブ着座状態ではランプの変位となるので、ほぼエンジン回転数に比例する（但し、電磁駆動弁の場合には回転数によらずほぼ一定となる）。バルブ着座振動の多くはバルブとバルブシートとの衝突に起因して発生する。筒内直接噴射式のエンジンでは、燃料噴射用のインジェクタも燃焼室を直接的に加振するので、同様にｄｘ／ｄｔの２乗に比例する振動を発生する。ただし、インジェクターのノズル着座振動の大きさは、一般的に電磁石とスプリングなどによるものなので、エンジン回転数には特に比例せず、ほぼ一定である。
【００２０】
Ｓ５及びＳ６では、可変動弁機構１２，１４によるバルブリフト特性の設定に基づいて、吸気弁の閉時期に相当するバルブ着座位置ＶＴ（ＡＴＤＣ）を算出する。具体的には、Ｓ５では、リフト・作動角変更機構１４によるバルブリフト量の可変量ＶＬとランプ位置変化量テーブルＲＴｖｆ（）とに基づいてランプ位置変化量ＲＴｖｆ（ＶＬ）を算出し、この値ＲＴｖｆ（ＶＬ）を、位相変更機構１２による進角側への位相変換角が０（ゼロ）のとき、すなわち最遅角位相における着座位置ＶＴＣ０として設定する。Ｓ６では、このＶＴＣ０から位相変換角進角値ＶＴＣＴを減ずることにより、吸気弁の閉時期（ＩＶＣ）つまりバルブ着座位置ＶＴを求める。
【００２１】
Ｓ７では、バルブ着座位置ＶＴが、ノック検出開始位置ＫＮＳとノック検出終了位置ＫＮＥの間のノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥの範囲内に存在しているかが判定される。つまり、ＩＶＣがノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥとラップしているかが判定される。
【００２２】
バルブ着座位置ＶＴがノック検出区間にあると判定された場合、下記のＳ８〜１２の処理により、推定ノイズ信号Ｎを更新（補正）する（推定ノイズ信号更新手段）。具体的には、Ｓ８では、機関回転数Ｎｅと回転数バルブ着座振動係数テーブルＮｖｆ（）とにより回転数バルブ着座振動係数Ｎｖｆ（Ｎｅ）を算出するとともに、バルブリフト可変量ＶＬとランプ速度係数テーブルＲＳｖｆ（）とによりランプ速度係数ＲＳｖｆ（ＶＬ）を算出し、両者Ｎｖｆ（Ｎｅ），ＲＳｖｆ（ＶＬ）を乗算することにより、バルブ着座ノイズＮｖを算出する。Ｓ９では、バルブリフト可変量ＶＬからリフト別バルブ着座気筒相対位置テーブルＶＬＣｆ（）をルックアップしてバルブ着座気筒相対位置Ｖｏｆｓを求める。Ｓ１０では、点火気筒判別信号ＩＧＮｃｙｌとバルブ着座気筒相対位置Ｖｏｆｓとを加算してバルブ着座気筒判別信号ＶＡＬｃｙｌを求める。Ｓ１１では、バルブ着座気筒判別信号ＶＡＬｃｙｌから気筒別ノック伝達係数テーブルＣｆ（）をルックアップして気筒別ノック伝達係数Ｃｆ（ＶＡＬｃｙｌ）を算出し、このＣｆ（ＶＡＬｃｙｌ）を乗じてバルブ着座ノイズＮｖを更新する。Ｓ１２では、Ｓ１１で更新されたＮｖを加算することにより推定機械ノイズＮｋを更新する。
【００２３】
Ｓ１３では、推定機械ノイズＮｋと推定燃焼ノイズＮｃとを加算して推定ノイズ信号Ｎを求める。このＮｋは、Ｓ７の判定が否定されたときはＳ３で求められた値となり、Ｓ７の判定が肯定された場合にはＳ１２で更新された値となる。Ｓ１４では、推定ノック信号Ｓと推定ノイズ信号Ｎとの信号比Ｓ／Ｎ（ＳＮ）を求める（信号比推定手段）。
【００２４】
Ｓ１５では、この信号比ＳＮが、予め設定されたノック制御可否しきい値ＳＮｓｌ以下であるかを判定する（ノック検出可否判定手段２０）。ＳＮがＳＮｓｌ以下であれば、ノック検出が不可能であると判定し（Ｓ１６）、ＳＮがＳＮｓｌよりも大きければ、ノック検出が可能であると判定する（Ｓ１７）。
【００２５】
Ｓ１６でノック検出が不可能であると判定された場合には、ノックの発生によりエンジンの耐久性を低下させたり搭乗者に不快感を与えない様に、点火時期の遅角量（進角限界ＭＢＴ又は設定基本点火時期からの遅角量）を、オクタン価や環境（大気温度など）の変化を見込んで、充分なマージン（余裕代）を持つ大きな値に設定する。この設定は図１の遅角量算出手段２２により行われる。この遅角量の設定の一例を表１に示す。
【００２６】
【表１】
このように遅角量のマージンが、ノックが確実にでないように個体差や経年変化などを見越して充分に大きな値に設定されるため、ある運転条件では点火時期がノック限界よりも大きく遅角することになり、燃費や出力の悪化を招くおそれがある（条件によるが、その運転点（モード燃費ではない）で１〜５％程度悪化するおそれがある）。そこで本実施例では、Ｓ１５の判定を厳密に行い、ノック制御が出来ない状況を可及的に少なくしている。具体的には、上述したように、Ｓ１５の判定に用いる信号比ＳＮの推定ノイズ信号Ｎを、推定機械ノイズＮｋと推定燃焼ノイズＮｃとに分けて、それぞれを機関運転状態に応じて推定し、かつ、バルブ着座位置ＶＴに応じて推定機械ノイズＮｋを更新している。
【００２８】
近年、ノックが生じる燃焼室で大きな衝撃を発生させ、しかも発生タイミングが変化する可変動弁機構や筒内直接噴射式の高圧インジェクタなどが普及し始めている。これらは、Ｓ／Ｎ比に基づいて制御を行うノック制御にとっては、ノイズ信号を増大するノイズ源であり、ノック制御を困難にしている。加えて、可変動弁機構による吸排気弁、特に吸気弁の閉時期の変化に応じて、そのノイズを生じるタイミングも変動することになるため、ノック制御が出来なくなる領域を運転条件より一義的に決めることが困難となっている。そこで本実施例では、吸気弁の開時期に応じた適切な判定を行えるように、上述したように吸気弁の閉時期に応じて推定ノイズ信号Ｎを更新している。
【００２９】
バルブ着座ノイズＮｖに影響を与える主要な要因として、着座エネルギーの変化（後述する式（１），（２）及び表２参照）と、着座タイミングの変化と、が挙げられる。着座エネルギーの変化は、着座速度の他、質量・材質・バルブスプリングのバネ係数・減衰力（各部フリクションや筒内圧など）などにより決まる衝撃エネルギーの変化に相当する。前者の速度は、エンジン回転数、使用カム（カム切換え機構の場合）、バルブリフト可変量（リフト・作動角変更機構の場合）などに応じて変動し、後者は動弁系の持つ特性の他、バルブ休止などによっても変化する。このバルブ休止として、複数の吸気弁を持つエンジンで幾つかの吸気弁を休止するものと、燃料の滞留を抑制するために吸気弁を僅かに開けるものとがあり、双方ともカム切換え機構のカムプロフィールの設定により実現可能である。使用するカムによっては、カムランプ速度の変化を含む場合がある。着座タイミングは、ノック検出区間に対する相対的なタイミングである。この着座タイミングがノック検出区間に入るか入らないかは気筒数や点火順序などに応じて変化する。
【００３０】
本実施例では、ノックを検出する点火気筒毎に設定されるノック伝達係数Ｃｆ（ＩＧＮｃｙｌ）を乗じて推定ノック信号Ｓを更新している（Ｓ２）。また、バルブ着座位置ＶＴがその気筒のノック検出区間内にある場合には、Ｓ７の判定が肯定されて、エンジン回転数の二乗に比例するバルブ着座ノイズＮｖを加算して推定ノイズ信号Ｎを更新している（Ｓ１２，Ｓ１３）。このＮｖは、バルブ着座発生気筒毎に設定されるバルブ着座振動係数Ｎｖｆ（Ｎｅ）を乗じて算出される。このように、ノック伝達係数やバルブ着座振動係数を気筒毎に持つことで、気筒別に信号比Ｓ／Ｎを正確に推定することができ、かつ、エンジン回転数や負荷に応じて係数を補正する必要もないので、制御の簡素化とＲＯＭ容量の削減化によりコストを抑制することが可能となる。なお、上記のバルブ着座振動係数はノック伝達係数と同じ値であってもよい。カム切換え機構を備える場合には、バルブ着座振動係数をカム毎に与えてもよい。リフト・作動角変更機構によりランプ速度が変化する場合、典型的にはバルブ着座振動係数がバルブリフト量にほぼ比例して大きくなる。
【００３１】
・着座エネルギーの変化について
上述したように推定ノック信号Ｓ，推定ノイズ信号Ｎの双方に係数を乗じているのは、ノックセンサ１０に対する振動発生気筒の相対位置の違いを加味して、その減衰率や共振の感度を持たせるように、センサが検出する着座エネルギーを計算するためである。加振源でのエネルギーは気筒（位置）が変わっても大きく変わらないが、センサ１０が検出している位置でノック制御をすることになるので、各気筒からセンサヘの振動伝達経路の共振・減衰などを係数として予め持たせておかないと、実際のＳ／Ｎ比と近い特性を得ることができない。センサでの信号強度は（１）式による。
【００３２】
【数１】
センサでの信号強度＝気筒毎の伝達係数×加震源のエネルギー…（１）
加振源のエネルギーは、式（２）にて近似できる。
【００３３】
【数２】
加振源のエネルギー＝Ｃ×（ｄｙ／ｄｔ）２…（２）
Ｃは加振源毎の係数であり、ｄｙ／ｄｔはその加振時の変位であり、例えば表２の様な種類がある。
【００３４】
【表２】
・着座位置の変化について
ノイズ信号は、ノック検出区間内で発生する様々な加振源の振動を含んでいる。表２に示す様な加振源の中には、ノック検出区間に対して相対的に発生タイミングを変えるものがある。中でも、吸気弁閉時期近傍で生じるバルブ着座ノイズは、バルブリフト特性の変化に応じて発生タイミング及び加振エネルギーが大きく変化する。
【００３６】
図４はノック検出区間と着座タイミングとの関係の一例を示している。この図４は、図２に示すような６気筒のエンジンで、ある気筒のＩＶＣを変化させた場合に、その気筒の吸気弁閉時期の着座タイミングが、どの気筒のノック検出区間に重なるかを示している。但し、ここではノック検出区間を約１０〜７０［ＡＴＤＣ］、ＩＶＣの変化範囲を０〜９０［ＡＴＤＣ］としている。同図に示すように、バルブタイミング、ひいてはＩＶＣの設定に基づいて、対象となる気筒のノック検出区間に、どの気筒（位置）のバルブ着座タイミングが入っているかを判別することができる。なお、バルブタイミングを変化させる機構がない場合、バルブ着座位置はクランク角度に対して常に一定であるので、ノック検出区間も固定であれば、バルブ着座タイミングとノック検出区間との相対関係も変化することはない。
【００３７】
補足として、図２に示すようなＶ６エンジンでノック検出区間が１０〜７０［ＡＴＤＣ］の場合の、ＩＶＣのノック検出区間への混入範囲（重なり合う範囲）の一例を表３に示す。
【００３８】
【表３】
なお、排気弁の閉時期ＥＶＣは、運転条件に応じて変化させることがあまりないのでノックの検出性に影響が少ない。これに対し、ＩＶＣは、可変動弁機構により運転条件に応じて変更されることが多いのでＥＶＣに比してノックの検出性に大きな影響を与える。
【００４０】
図５は、本発明の第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャートの一部で、図３のＳ７〜Ｓ１２の部分に相当する。他のＳ１〜Ｓ６及びＳ１３〜Ｓ１７の処理は第１実施例と同様である。第１実施例では、簡易的にバルブ着座開始位置ＶＴがノック検出区間に入っているかを求めているが、この第２実施例では、推定ノイズ信号Ｎの推定精度を更に向上するために、バルブ着座振動区間を算出し、このバルブ着座振動区間とノック検出区間との重なり度合いを算出し、この重なり度合いに応じて推定ノイズ信号Ｎを更新している。
【００４１】
詳しくは、Ｓ２１では、機関回転数Ｎｅからバルブ着座振動区間テーブルＶＶＤｆ（）をルックアップしてバルブ着座振動区間ＶＶＤｆ（Ｎｅ）を算出し、このＶＶＤｆ（Ｎｅ）をバルブ着座位置ＶＴに加算してバルブ着座振動終了位置ＶＴＥを算出する。
【００４２】
Ｓ２２では、バルブ着座振動区間ＶＶＤｆ（Ｎｅ）がノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥの範囲と重なり合っている（ラップしている）かを判定する。詳しくは、バルブ着座位置ＶＴとバルブ着座振動終了位置ＶＴＥの少なくとも一方がノック検出開始位置ＫＮＳとノック検出終了位置ＫＮＥとの間に存在しているかを判定する。
【００４３】
Ｓ２２が肯定されればＳ２３以降へ進む。Ｓ２３〜Ｓ２６の処理は、図３のＳ８〜Ｓ１１の処理と同様である。すなわち、Ｓ２３では、機関回転数Ｎｅから回転数バルブ着座振動係数テーブルＮｖｆ（）をルックアップして回転数バルブ着座振動係数Ｎｖｆ（Ｎｅ）を算出するとともに、バルブリフト量ＶＬとランプ速度係数テーブルＲＳｖｆ（）からランプ速度係数ＲＳｖｆ（ＶＬ）を算出し、両者Ｎｖｆ（Ｎｅ），ＲＳｖｆ（ＶＬ）を乗算することにより、バルブ着座ノイズＮｖを推定する。Ｓ２４では、バルブリフト可変量ＶＬとリフト別バルブ着座気筒相対位置テーブルＶＬＣｆ（）からバルブ着座気筒相対位置Ｖｏｆｓを求める。Ｓ２５では、点火気筒判別信号ＩＧＮｃｙｌとバルブ着座気筒相対位置Ｖｏｆｓとを加算してバルブ着座気筒判別信号ＶＡＬｃｙｌを求める。Ｓ２６では、バルブ着座気筒判別信号ＶＡＬｃｙｌと気筒別ノック（振動）伝達係数テーブルＣｆ（）から気筒別ノック（振動）伝達係数Ｃｆ（ＶＡＬｃｙｌ）を算出し、このＣｆ（ＶＡＬｃｙｌ）を乗じてバルブ着座ノイズＮｖを補正・更新する。
【００４４】
Ｓ２７では、バルブ着座振動区間ＶＴ〜ＶＴＥがノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥの範囲内に完全に含まれているかを判定する。具体的には、ＶＴがＫＮＳ以上であり、かつ、ＶＴＥがＫＮＥ以下であるかを判定する。
【００４５】
このＳ２７が否定されれば、Ｓ２８〜Ｓ３１へ進み、ノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥに対するバルブ着座振動区間ＶＴ〜ＶＴＥの重なり度合いに応じて、バルブ着座ノイズＮｖを補正・更新する。
【００４６】
具体的には、ＶＴがＫＮＳ未満である場合、つまり着座開始位置ＶＴがノック検出区間に含まれない場合、Ｓ２８からＳ２９へ進み、検出開始位置ＫＮＳに対する着座開始位置ＶＴの進角量（ＫＮＳ−ＶＴ）に基づいて、ノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥに対するバルブ着座振動区間ＶＴ〜ＶＴＥの重なり度合いＣｃを算出する。一方、ＶＴがＫＮＳ以上である場合、つまり着座開始位置ＶＴがノック検出区間に含まれる場合、Ｓ２８からＳ３０へ進み、着座開始位置ＶＴに対する検出開始位置ＫＮＳの進角量（ＶＴ−ＫＮＳ）に基づいて、ノック検出区間ＫＮＳ〜ＫＮＥに対するバルブ着座振動区間ＶＴ〜ＶＴＥの重なり度合いＣｃを算出する。
【００４７】
Ｓ３１では、この重なり度合いＣｃを乗じることによりＮｖを補正・更新する。Ｓ３２では、Ｓ２６又はＳ３１で設定されたＮｖを加算することによりＮｋを補正・更新する。以降、図３のＳ１３〜１７へ進み、上述したように、推定ノイズ信号Ｎを推定し（Ｓ１３）、信号比ＳＮを推定し（Ｓ１４）、信号比ＳＮと判定しきい値ＳＮｓｌとを比較して（Ｓ１５）、正確なノック信号の検出が可能であるか否かを判定する（Ｓ１６，Ｓ１７）。
【００４８】
図６（ａ）は、バルブ着座振動を含む波形特性を示している。図６（ｂ）に示すように、この波形の積分値が６０〜９０％に達する時点までをバルブ着座振動区間とすればよい。このバルブ着座振動区間とノック検出区間との重なり度合いを図６（ｃ）に示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関のノック制御装置を簡略的に示すブロック図。
【図２】ノックセンサの配置例を簡略的に示す説明図。
【図３】第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図４】ノック検出区間と幾つかの気筒の吸気弁の開時期との関係を示す特性図。
【図５】第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャートの一部。
【図６】ノック検出区間とバルブ着座振動区間との重なり度合いを示す説明図。
【符号の説明】
１０…ノックセンサ（ノック検出手段）
１２，１４…可変動弁機構
１８…ノック制御手段
２０…ノック検出可否判定手段
２２…遅角量算出手段
Claims (5)
- ノック検出手段と、
このノック検出手段から出力される所定レベルのノック信号に基づいてノック制御を行うノック制御手段と、
機関回転数及び機関負荷の少なくとも一方に基づいて、ノックが有るときにノック検出手段から出力される推定ノック信号とノックが無いときにノック検出手段から出力される推定ノイズ信号との信号比を推定する信号比推定手段と、
この信号比に基づいて、上記ノック信号の検出が可能であるか否かを判定するノック検出可否判定手段と、
少なくとも吸気弁の閉時期を変更可能な可変動弁機構と、
上記吸気弁の閉時期に基づいて上記推定ノイズ信号を更新する推定ノイズ信号更新手段と、
を有する内燃機関のノック制御装置。 - 上記ノック制御手段は、上記ノック信号に基づいて点火時期をフィードバック制御し、
かつ、上記ノック検出可否判定手段によりノック信号の検出が不可能と判定された場合に、機関回転数又は機関負荷の少なくとも一方に基づいて、点火時期の遅角量を設定する遅角量設定手段を有する請求項１に記載の内燃機関のノック制御装置。 - 上記推定ノイズ信号更新手段は、
少なくとも機関回転数に基づいて推定機械ノイズを算出し、
少なくとも機関回転数及び機関負荷に基づいて推定燃焼ノイズを算出し、
少なくとも機関回転数に基づいてバルブ着座ノイズを算出し、
このバルブ着座ノイズに基づいて上記推定機械ノイズを更新し、
この更新された推定機械ノイズと推定燃焼ノイズとに基づいて上記推定ノイズ信号を算出する請求項１又は２に記載の内燃機関のノック制御装置。 - 上記推定ノイズ信号更新手段は、
上記吸気弁の閉時期に対応するバルブ着座位置を推定し、
このバルブ着座位置がノック検出区間に存在する場合に、上記推定ノイズ信号を更新する請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。 - 上記推定ノイズ信号更新手段は、
機関回転数と吸気弁のバルブリフト特性とに基づいてバルブ着座振動区間を推定し、
このバルブ着座振動区間とノック検出区間との重なり度合いを算出し、
この重なり度合いに応じて上記推定ノイズ信号を更新する請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。
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