JP2004505207A - ノッキング制御故障時におけるノッキング回避方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、特にノッキング制御のための監視回路と、この監視回路の出力信号（ｆ）に依存してノッキング制御におけるエラー発生時に対抗措置を講ずる制御回路（１０）とを備えた装置に基づいて説明されており、本発明によれば、制御ユニットが例えば対抗措置として燃料の噴射過程の数をエンジンの１つのシリンダの動作サイクル毎に高めるように構成されている。

Description

【０００１】
本発明は、直噴系を具備したガソリンまたはディーゼルエンジンの点火角度ないし点火時点が、エンジン作動中のノッキング回避のためのノッキング制御系を用いて制御される、方法に関している。ノッキング制御がエラーなしで作動している時には、エンジンのシリンダの燃焼室内には、各作動行程毎に燃料が一度だけ噴射される。その他に燃焼行程がノッキング制御系によって監視される。
【０００２】
公知の手段がガソリンエンジンでのノッキング制御故障時にとることは、クランクシャフト位置に関連する点火角度のいわゆる安全のための遅角調整を実施することである。シリンダは、０゜のクランク角（クランクシャフト角度）のもとで上死点におかれており、この場合点火角が典型的には１２゜〜１５゜のクランク角度分だけ遅角方向に調整される。なぜならそのような点火角度のもとではエンジン内でノッキングが生じないからである。しかしながら欠点としては、エンジンの効率が、この安全策としての遅角調整のために悪化することである。
【０００３】
本発明の基礎をなしている課題は、ノッキング制御が故障した際のノッキングの発生を回避するための方法であって、ノッキング制御系が故障した場合でもエンジンを高い効率で作動させることのできる簡単な方法を提供することである。
【０００４】
発明の利点
前記課題は請求項１の特徴部分に記載された本発明による方法によって解決される。別の有利な実施例は従属請求項に記載されている。
【０００５】
本発明は、燃料直接噴射方式のもとで協働的に活用される。この噴射系の構造によれば、燃料を特に微細に噴霧できる。また吸気行程と圧縮行程の際に形成される空気流によって空気層の種々異なる回転運動が達成できる。さらに吸気行程のみならず圧縮行程においても燃料を噴射することによって燃焼室内で様々な混合比を実現できる。すなわち点火プラグの近辺では、濃厚な燃料−空気混合気が存在し、燃焼室の縁では希薄な混合気層が取巻く。この希薄な層、すなわち１ｋｇの燃料に対する所要空気量から形成される混合比が１：１４．８よりも小さい層は、濃厚な燃料混合気よりも発火しにくい。ノッキングの主な原因は、メイン着火に対して周辺領域で付加的に発生する自己発火である。
【０００６】
本発明は次のような見識に基づいている。すなわち直噴エンジンにおいていずれにせよ既に軽減しつつあるノッキング傾向は、エンジンの作動行程中の複数回の燃料噴射および／または別の噴射量によってさらに低減できることである。例えばガソリンエンジンにおいて吸気行程と圧縮行程中に燃料噴射をそれぞれ１回ずつするか、あるいは噴射量を増加することである。このような手段によれば、点火プラグ近傍領域から燃焼室の隅々まで、混合比の勾配特性を非常に大きくすることができる。このような勾配特性は、エンジンのノッキングに対抗し得るものである。なぜならこの方式によってノッキングが既に限定的なものになるので、安全策としての遅角調整がもはやいらなくなるか、いるとしても極わずかな角度の遅角調整しか必要ないからである。それに対してエンジン効率の著しい低下は本発明の手法によれば避けられる。なぜならいままでのような１２゜〜１５゜のクランク角度分の大きな遅角調整を施す必要がないからである。
【０００７】
本発明による方法の別の実施例によれば、点火角度が噴射量の変更の後でエンジン回転数および／またはエンジン負荷に依存して制御される。このエンジン回転数とエンジン負荷は、点火角度に影響を及ぼす重要な特性量である。しかしながら当該制御をさらに向上させるために、その他のさらなる特性量を考慮してもよい。
【０００８】
その他に本発明は、ノッキング制御の故障の際のノッキングを回避するための装置にも関している。この装置は、本発明による方法の実施を可能にし、ノッキングに対する監視回路と、制御ユニットを含んでいる。この制御ユニットは、監視回路の出力信号に依存してノッキング制御におけるエラー発生の際のノッキングを回避するための補償手段を導入する。制御ユニットは、次のように構成されている。すなわちこの補償手段がガソリンエンジンの場合、例えばエンジンの１つのシリンダの各動作行程の１度目の燃料噴射から各動作行程の２度目の燃料噴射への移行において生じるように構成されている。前述した本発明による方法に対する技術的な作用効果と考察は、本発明による装置に対しても同じように当てはまる。
【０００９】
次の変化例によれば、制御ユニットは、点火角度をエンジン回転数および／またはエンジン負荷に依存して制御する。それに伴って補償手段のもとでも、点火角度の設定に重要な影響を及ぼす特性パラメータが考慮される。閉ループ制御回路によるフィードバック制御がもはや不可能になったとしても、とにかく許容可能な点火角度を設定できるようにするために開ループ制御が実施される。
【００１０】
図面
以下の明細書では本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。この場合図１は、ノッキング制御の故障時に多重噴射の活動化のための制御回路の一部をブロック回路図で示したものであり、
図２は、制御回路の別の部分のブロック回路図である。
【００１１】
実施例の説明
次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。
【００１２】
図１には、図示されていないガソリン直噴エンジンのノッキング制御の故障の際の多重噴射を活動化させるための制御回路１０の一部が示されている。この制御回路１０は、ＡＮＤ結合素子１２を含んでおり、その一方の入力側には活動化信号ｋｒが引火され、もう一方の入力側には、エラー信号ｆが印加される。この活動化信号ｋｒとエラー信号ｆは、点火装置の制御機器によって形成される。活動化信号ｋｒは、ノッキング制御が活動化されるべき場合には、論理１の切換状態を有する。エラー信号ｆは、ノッキング制御に支承が生じている場合に論理１の切換状態を有する。ＡＮＤ結合素子１２は、活動化信号とエラー信号の値をＡＮＤ結合に従って結合させ、要求信号ｈｋｓｓを送出する。この信号の信号値が論理１ならば、シングル噴射から二重噴射への切換が引き起こされる。この信号のアルファベットｈｋｓｓは、“ｈｏｍｏｇｅｎｅｒ Ｋｌｏｐｆｓｃｈｕｔｚ−Ｓｏｌｌ”の略である。
【００１３】
噴射形式の切換に必要な方法ステップと構成ユニットは、本発明の主旨ではなく、故にここでの詳細な説明は省く。例えば切換の際にスロットルバルブの位置が変更されてもよいし、その他にも噴射ノズルの別の配列構成によって起動制御がされてもよい。
【００１４】
切換が無事に行われたならば、コントロール信号ｈｋｓ（ｈｏｍｏｇｅｎｅｒ Ｋｌｏｐｆｓｃｈｕｔｚ）の信号値が論理１に切換えられる。しかしながら切換が行われなかった場合には、コントロール信号ｈｋｓの信号値は論理０の値のままである。例えばこれは、ノッキング制御の故障を引き起こしているエラーが二重噴射の切換も阻止しているようなケースに起こり得る。
【００１５】
図２には、制御回路１０の別の部分が示されている。制御回路１０はさらに別のＡＮＤ結合素子２０を含んでおり、この一方の入力側にはエラー信号ｆが印加され、もう一方の入力側にはコントロール信号ｈｋｓが印加される。ＡＮＤ結合素子２０は、その入力側に印加された複数の信号値を論理的ＡＮＤ結合に従って結合させる。ＡＮＤ結合素子２０の出力側は、ＮＯＴ素子２２の入力側に接続されており、この素子の出力側は、その入力側に印加された信号値を反転させた信号値を出力する。ＮＯＴ素子２２の出力側は、切換ユニット２４の切換入力側に接続されている。この切換入力側における信号に依存して切換ユニット２４は、０と１の２つの切換状態の間で切りかわる。
【００１６】
制御回路１０は、その他に特性マップユニット２６を有しており、このユニット内には、運転方式二重噴射などに対する様々な点火特性マップが記憶されている。この特性マップユニット２６は複数の入力側を有しており、それらの入力側のうちから図２では回転数信号ｎｍｏｔの入力される入力側と負荷信号ｒｌ（ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｌｕｆｔｆｕｅｌｌｕｎｇ）の入力される入力側が示されている。特性マップユニット２６は、回転数信号ｎｍｏｔと負荷信号ｒｌの信号値に依存して点火角度に対する値を、図示されていない記憶ユニットから読出し、特性値ｋｆｗを出力する。特性マップユニット２６は、アナログ方式で構成されていてもよいしディジタル方式で構成されていてもよい。従って回転数信号ｎｍｏｔ、負荷信号ｒｌ、特性マップ値ｋｆｗは、アナログ信号ないしはディジタル信号である。
【００１７】
特性マップ値ｋｆｗは、切換ユニット２４の一方の入力側に供給され、切換ユニット２４の切換状態０においては、切換ユニット２４の出力側から出力信号２８が送出される。切換ユニット２４の別の入力側には、制御過程において点火角度を調整する遅角調整のための図示されていないノッキング制御ユニットの出力信号ｓｖが供給されている。出力信号ｓｖは、切換ユニット２４の切換状態１において切換ユニット２４の出力側に到達する。
【００１８】
制御ユニット１０は、さらなる切換ユニット３０を含んでおり、その切換入力側には、活動化信号ｋｒが印加される。この活動化信号ｋｒの信号値に依存して、切換ユニット３０は、２つの切換状態０ないし１に切換動作される。この切換ユニット３０の一方の入力側には、信号値“論理０”が供給あれる。コントロール信号ｋｒが“論理０”の値を有しているならば、切換ユニット３０の切換状態０において入力側に印加された値０が当該切換湯にとの出力側から送出され、点火角設定ユニット３２の入力信号ｄｗｋｒｚとして使用される。
【００１９】
切換ユニット３０の他の入力側は、切換ユニット２４の出力側に接続されており、そのため切換ユニット３０の切換状態１においては出力信号２８が入力信号ｄｗｋｒｚの経過を定める。
【００２０】
点火角設定ユニット３２は、さらにシリンダ数信号ｚｚｙｌのための１つの入力側を有しており、その信号値は、点火の行われている燃焼室のシリンダを表わす。この点火角設定ユニット３２は、点火角信号３４を送出し、これが相前後してエンジンの全てのシリンダに対する点火角度を設定する。
【００２１】
図２に示されている制御回路１０部分は、ノッキング制御のフル機能状態のもとで以下のように動作する。このエラー信号ｆとコントロール信号ｈｋｓは、論理０の信号値を有する。それ故にＡＮＤ結合素子２０の出力側の結合信号３６も論理０の信号値となる。ＮＯＴ素子２２の出力側からの切換信号３８は、結合信号３６の反転に基づいて論理１の信号値となる。それにより切換ユニット２４は、切換状態１に切換えられる。ノッキング制御ユニットから送出された出力信号ｓｖは、出力信号２８の経過を定める。活動化信号ｋｒが論理０の値を有するならば、ノッキングは何も検出されず、ノッキング制御は不要である。このケースでは切換ユニット３０が切換状態０となり、それによって入力信号ｄｗｋｒｚは論理０の値を有する。点火角設定ユニット３２は、点火角信号３４を送出し、これはノッキング制御に関して何も補正されていない。
【００２２】
それに対してノッキング制御が正常に動作している場合では、活動化信号ｋｒが論理１を有する。なぜならばノッキングが検出されるからであり、それによって切換ユニット３０は切換状態１で動作する。この切換状態１においては、切換ユニット２４の出力信号２８は、入力信号ｄｗｋｒｚの経過を定める。点火角設定ユニット３２は、それ故に点火角信号３４を送出する。これはエンジンのノッキングに対処すべくノッキング制御によって設定された点火角を用いて補正されている。
【００２３】
ノッキング制御の機能が損なわれている場合には、まずエラー信号ｆが論理１の値となり、コントロール信号ｈｋｓは論理０の値となる。故に結合信号３６は、引続き論理０の値となる。制御ユニット１０の動作形式は、前述した動作形式に相応する。しかしながら前述の図１に基づいて説明した過程に基づいて、コントロール信号ｈｋｓの信号値が値１に切換われば、結合信号３６の値は、論理１の値に変更する。コントロール信号ｈｋｓは、二重噴射に移行すれば直ちに論理１の値となる。結合信号３６の信号変化は、切換信号３８の信号値の変更につながる。この切換信号３８は、ここにおいて論理０の値となり、それによって切換ユニット２４は、切換状態０に切換わる。目下のエンジン回転数（回転数信号ｎｍｏｔ）と目下のエンジン負荷（負荷信号ｒｌ）に依存する特性マップ値ｋｆｗは、ここにおいて出力信号２８の値を確定する。エンジンのノッキングが何も検出されなければ、活動化信号ｋｒは、論理０の値を有し、点火角設定ユニットはノッキング制御に関する点火角度の補正は何も実施しない。それに対してエンジンのノッキングが検出された場合には、活動化信号ｋｒは、論理１の値を有する。切換ユニット３０は、切換状態１において動作し、出力信号２８の経過は、入力信号ｄｗｋｒｚの経過を定める。点火角設定ユニット３２は、ノッキングに対抗すべく点火角度の補正を実施する。その際特性マップユニット２６内にファイルされている二重噴射用の特性マップが当該補正に用いられる。
【００２４】
エンジンがもはやノッキングをおこさなくなると、活動化信号ｋｒは再び論理０の値をとり、切換ユニット３０は切換状態０に戻される。但しエラー信号ｆとコントロール信号ｈｋｓは、引続き論理１の値のままである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ノッキング制御の故障時に多重噴射の活動化のための制御回路の一部をブロック回路図で示したものである。
【図２】
制御回路の別の部分のブロック回路図である。
【符号の説明】
０，１　　　切換状態
１０　　　制御回路
１２　　　ＡＮＤ結合素子
ｋｒ　　　活動化信号
ｈｋｓｓ　要求信号
ｈｋｓ　　コントロール信号
２０　　　ＡＮＤ結合素子
２２　　　ＮＯＴ素子
２４　　　切換ユニット
２６　　　特性マップユニット
ｎｍｏｔ　回転数信号
ｒｌ　　　負荷信号
ｋｆｗ　　特性マップ値
２８　　　出力信号
ｓｖ　　　出力信号
３０　　　切換ユニット
ｄｗｋｒｚ　入力信号
３２　　　点火角設定ユニット
ｚｚｙｌ　シリンダ数信号
３４　　　点火角度信号
３６　　　結合信号
３８　　　切換信号

Claims (9)

1. ノッキング制御故障時におけるノッキング回避のための方法であって、
   直噴系を具備したエンジンの点火角度ないし点火時点が、エンジン作動中にノッキング回避のためのノッキング制御の適用下で制御され、
   ノッキング制御の正常な作動中は、動作サイクル毎に少なくとも一度はエンジンシリンダの燃焼室内へ燃料が噴射され、
   燃焼状態がノッキング制御によって監視される形式の方法において、
   ノッキング制御に障害が発生した場合に、作動サイクル毎に噴射される燃料の噴射量、および／または噴射プロセスの数が変更されるようにしたことを特徴とする方法。
2. ガソリンエンジンのノッキング制御に障害が発生した場合に、シリンダの作動サイクル毎にノッキング制御の正常な作動時よりも、少なくとも一度は多く燃料を噴射するようにした、請求項１記載の方法。
3. ノッキング制御に障害が発生した場合に、点火角度ないしは点火時点を、エンジンの作動点、例えば回転数および／または負荷に依存して制御するようにした、請求項１または２記載の方法。
4. ノッキング制御故障時におけるノッキング回避のための装置であって、
   直噴系を具備したエンジンの点火角度ないし点火時点を制御する、ノッキング制御用監視回路と、
   前記監視回路の出力信号（ｆ）に基づいてノッキング制御におけるエラー発生時にノッキング回避のための対抗手段を講ずる制御ユニット（１０）とを有している形式のものにおいて、
   前記制御ユニット（１０）は、対抗手段として、エンジンシリンダの作動サイクル毎に燃料の噴射量および／または噴射プロセスの数が変更されるように構成されていることを特徴とする装置。
5. 前記対抗手段として、ガソリンエンジンのもとで噴射プロセスの数が作動サイクル毎に高められる、請求項４記載の装置。
6. 制御ユニット（１０，２６）は、エンジンの作動点、例えば回転数および／または負荷に依存して点火角度ないし点火時点を制御する、請求項４または５記載の装置。
7. 前記制御ユニット（１０）は、監視回路の出力信号（ｆ）に依存して切換わる第１の切換ユニット（２４）を含み、
   前記制御ユニット（１０）は、入力側で前記第１の切換ユニット（２４）の出力側に接続された第２の切換ユニット（３０）を含んでおり、該第２の切換ユニット（３０）は、ノッキング制御をシグナリングする信号（ｋｒ）に依存して切換わる、請求項６記載の装置。
8. 前記制御ユニット（１０）は、第１の切換ユニット（２４）に対する切換信号（３８）の形成のために論理結合素子（２０）を含んでおり、該論理結合素子（２０）の入力側には監視回路の出力信号（ｆ）と、対抗手段への移行をシグナリングするコントロール信号（ｈｋｓ）が印加され、
   前記論理結合素子（２０）の出力側は、有利にはＮＯＴ素子（２２）の介在接続のもとで第１の切換ユニット（２４）の切換入力側に接続されている、請求項７記載の装置。
9. 前記制御ユニット（１０）は、さらなる論理結合ユニット（１２）を含んでおり、該さらなる論理結合ユニットの入力側には、監視回路の出力信号（ｆ）と、ノッキング制御をシグナリングする信号（ｋｒ）が印加され、
   前記さらなる論理結合ユニット（１２）の出力側は、噴射プロセスを制御するユニットに接続されている、請求項４から８いずれか１項記載の装置。

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