JP2005146924A - 内燃機関のノッキング判定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電子制御装置30は、吸気ポート20aに燃料を噴射する吸気噴射用インジェクタ22と、燃焼室16に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタ17とを備えた内燃機関11のノッキングを所定のノック判定期間におけるノックセンサ33の出力信号に基づいて判定。このノック判定期間は、各インジェクタから噴射される燃料噴射量の噴射割合に基づき変更される。
【選択図】 図1
Description
請求項1に記載の発明は、内燃機関の吸気系に燃料を噴射する吸気噴射用インジェクタと、燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタとを備えた内燃機関のノッキングを所定のノック判定期間におけるノックセンサの出力信号に基づいて判定する内燃機関のノッキング判定装置において、前記各インジェクタから噴射される燃料噴射量の噴射割合に基づき前記ノック判定期間を変更する判定期間変更手段を備えることをその要旨とする。
以下、この発明にかかる内燃機関のノッキング判定装置を具体化した第1の実施形態について、図1〜図8を併せ参照して説明する。
同図1に示されるように、この装置は、4サイクルの多気筒内燃機関11を中心として構成されている。この内燃機関11は、複数の気筒12(図1ではそのうちの1つのみを図示)内にピストン13を備えている。ピストン13は、内燃機関11の出力軸であるクランクシャフト15にコンロッド14を介して連結され、そのコンロッド14によりピストン13の往復運動がクランクシャフト15の回転運動に変換されるようになっている。
まずはじめに、本実施形態における燃料噴射の制御態様を図2に示す。同図2に示すように、本実施形態では、内燃機関11の機関回転速度NE及び機関負荷Lによって吸気噴射用インジェクタ22を用いるか、筒内噴射用インジェクタ17を用いるか、あるいはこれら双方を用いるかが設定される。なお、ここで内燃機関11の機関負荷Lとは、例えば同内燃機関11の1回転あたりの吸入空気量等によって定義される量である。
すなわち、吸気噴射用インジェクタ22を用いると筒内噴射用インジェクタ17を用いる場合と比較して混合気の均質性を促進しやすい。このため、低負荷から中負荷の運転領域においては、吸気噴射用インジェクタ22を用いることで、混合気の均質性を確保することができる。一方、筒内噴射用インジェクタ17を用いて燃料噴射を行う場合には吸気噴射用インジェクタ22を用いて燃料噴射を行う場合と比較して、気化潜熱により混合気の温度を低下させすい。このため、高負荷運転領域においては、筒内噴射用インジェクタ17を用いることで吸気の充填効率が増大され、機関出力の向上が図られる。
まずステップS100では、アクセル操作量ACCPや吸入空気量、及び機関回転速度NE等から算出される機関負荷L等に基づいて基本燃料噴射量Qbが算出される。ここでの燃料噴射量の算出は、電子制御装置30のメモリにあらかじめ記憶された噴射量算出用の演算マップを参照して行われる。
Qp=Rp×Qb×K …(1)
ステップS130では、筒内噴射用噴射割合Rd及び基本燃料噴射量Qbに基づいて次式(2)から、筒内噴射用インジェクタ17による筒内噴射用最終燃料噴射量Qdが算出される。なお、補正係数Kは内燃機関11の冷却水温や空燃比制御等に基づいて設定される各種補正項である。
Qd=Rd×Qb×K …(2)
この式(2)に示されるように、筒内噴射用噴射割合Rdが大きくなるほど、筒内噴射用インジェクタ17から噴射される燃料噴射量は増大される。
電子制御装置30は上記ノックセンサ33の検出結果に基づいて、各気筒でのノッキング発生の有無を判定するノック判定を行い、その結果に応じて点火時期を調整するノック制御を実施している。
AOP=ABASE−(AKMAX−AGKNK+AKCS) …(3)
AOP:最終点火時期
ABASE:基本点火時期
AKMAX:最大遅角量
AGKNK:ノッキング学習量
AKCS:フィードバック補正量
式(3)において、基本点火時期ABASEは、ノッキングが発生しないといった前提条件のもとで、最大機関出力が得られる点火時期である。また最大遅角量AKMAXは、基本点火時期ABASEについてこれをノッキングの発生が確実に防止できる遅角側の時期に補正するための補正量である。これら基本点火時期ABASE及び最大遅角量AKMAXは、機関回転速度NE及び機関負荷L等といった機関運転状態に基づいて設定される。
このノック判定処理が開始されると、まずステップS400において、ゲート信号のオン時期及びオフ時期が設定される。ゲート信号は、ノック判定にかかるノックセンサ33の出力信号についてサンプリングを実施する期間を決定する信号で、ノック判定は、ゲート信号がオンとなっている期間のノックセンサ33の出力信号を参照して行われる。すなわち、ここでは、ゲート信号がオンとなっている期間が、ノックセンサ33の出力信号に基づくノック判定が行われる「ノック判定期間」となっている。ちなみにゲート信号のオン時期及びオフ時期は、各気筒の圧縮上死点を基準としたクランク角(ATDC)で表される。
まず、今回サンプリングされたピークホールド値VKPEAKの対数変換値LVpkに基づき、その対数変換値LVpkの分布傾向を示す分布パラメータ、すなわち先の図5に示される分布中央値Vm及び標準偏差値SGMの更新が行われる。ここでは、それらの更新は、次式(4)〜式(7)に基づき行われる。すなわちここでは、分布中央値Vm及び標準偏差値SGMの更新前の値を、今回サンプリングされたピークホールド値VKPEAKの対数変換値LVpkとの対比に基づき増減することで、分布中央値Vm及び標準偏差値SGMが概算により求められている。
(LVpk>Vmのとき)
Vm ← Vm+ΔM …(4)
(LVpk≦Vmのとき)
Vm ← Vm−ΔM …(5)
(Vm−SGM<LVpk<Vmのとき:LVpkが図5に示す領域Aにあるとき)
SGM ← SGM−2・ΔS …(6)
(LVpk≦Vm−SGM、またはLVpk≧Vmのとき:LVpkが図5に示す領域Bにあるとき)
SGM ← SGM+ΔS …(7)
なお、分布中央値Vmの更新量ΔMは、今回サンプリングされた対数変換値LVpkと更新前の分布中央値Vmとの差を所定値n1(例えば「4」)で除算した値とされている。また標準偏差値SGMの更新量ΔSは、分布中央値Vmの更新量ΔMを所定値n2(例えば「8」)で除算した値とされている。
Vkd=Vm+u×SGM …(8)
なお、このu値は、機関回転速度NE等に基づいて可変設定され、基本的には、上記燃焼室16内における混合気の燃焼圧力が高い状態にあるときほど大きな値が設定される。
上述したように、本実施形態における内燃機関11には、吸気噴射用インジェクタ22と筒内噴射用インジェクタ17とが設けられており、これらの噴射割合は機関運転状態に応じて変更される。
本処理が開始されるとまず、先の図2に示した上記「ポート噴射」の領域に現在の機関運転状態が該当するか否か、すなわち吸気噴射用インジェクタ22からのみ燃料噴射が行われるか否かが判断される(ステップS500)。そして、「ポート噴射」の領域に該当する状態にある旨判断された場合には(ステップS500:YES)、ポート噴射用ノック判定期間Tkdpが設定される(ステップS510)。ここでは、電子制御装置30のメモリに予め記憶されたポート噴射用判定期間算出マップを参照し、機関回転速度NEと機関負荷Lとに基づいてゲート信号のオン時期及びオフ時期の設定が行われる。
図8は、本実施形態におけるノック判定期間の設定態様を例示している。なお、同図10において、円A及び円B内に示すノックセンサの出力信号(ノックセンサ信号)は、ノッキング発生時にノックセンサによって検出される出力信号(ノッキング信号)を示している。また、ゲート信号がオンとされている期間がノック判定期間に対応している。
(1)吸気噴射用インジェクタ22及び筒内噴射用インジェクタ17から噴射される燃料噴射量の噴射割合に基づいてノック判定期間を変更するようにしている。そのため、噴射割合の変更に伴ってノッキングの発生時期が変化する場合でも、その変化に追従してノック判定期間は設定されるようになる。従って、上記噴射割合が可変設定される内燃機関のノッキング発生を好適に検出することができ、もってノッキングの判定結果にかかる信頼性の低下を抑制することができるようになる。
次に、この発明にかかる内燃機関のノッキング判定装置を具体化した第2の実施形態について、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
(3)筒内噴射用インジェクタ17の動作により発生する振動をノッキングによるものと誤判定してしまうといった、筒内噴射用インジェクタ17の動作により発生するノイズがノッキングの判定に与える悪影響を好適に抑制することができるようになる。
(第3の実施形態)
次に、この発明にかかる内燃機関のノッキング判定装置を具体化した第3の実施形態について、第2の実施形態と異なる点を中心に説明する。
(4)筒内噴射用インジェクタ17の動作により発生する振動をノッキングによるものと誤判定してしまうといった、筒内噴射用インジェクタ17の動作により発生するノイズがノッキングの判定に与える悪影響を好適に抑制することができるようになる。
次に、この発明にかかる内燃機関のノッキング判定装置を具体化した第4の実施形態について、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
Vkdp=Vm+u×SGM …(9)
なお、u値は機関回転速度NE等に基づいて可変設定される値であり、これによりポート噴射用ノック判定レベルVkdpは、ポート噴射実行時におけるノッキングの発生を適切に判定することのできる値に設定される。
Vkdd=Vkdp+α …(10)
なお、図12に示すように、補正値αは筒内噴射用噴射割合Rdが大きくなるほど大きい値に設定される。これにより、筒内噴射用噴射割合Rdが大きくなるほど筒内噴射用ノック判定レベルVkddは増大される。
図13は、本実施形態におけるノック判定レベルの設定態様を例示している。なお、同図13において、円A及び円B内に示すノックセンサ33の出力信号は、ノッキング発生時にノックセンサ33によって検出される出力信号(ノッキング信号)を示している。
(5)吸気噴射用インジェクタ22及び筒内噴射用インジェクタ17から噴射される燃料噴射量の噴射割合に基づいてノック判定レベルを変更するようにしている。そのため、噴射割合の変更に伴ってノックセンサ33の出力信号のレベルが変化する場合でも、その変化に追従してノック判定レベルは設定されるようになる。従って、上記噴射割合が可変設定される内燃機関のノッキング発生を好適に検出することができ、もってノッキングの判定結果にかかる信頼性の低下を抑制することができるようになる。
次に、この発明にかかる内燃機関のノッキング判定装置を具体化した第5の実施形態について、第4実施形態と異なる点を中心に説明する。
(7)筒内噴射用インジェクタ17の動作により発生する振動をノッキングによるものと誤判定してしまうといった、同筒内噴射用インジェクタ17の動作により発生するノイズがノッキングの判定に与える悪影響を好適に抑制することができるようになる。
・上述したように、筒内噴射用インジェクタ17から燃料噴射が実施される際には、気化潜熱により混合気の温度が低下するようになるため、ノッキングの発生も抑制されるようになる。そのため、点火時期をそれ以上進角させるとノッキングが発生する限界の点火時期、すなわちノック限界もより進角側に移行するようになる。そこで、上記点火時期制御にて設定される最終点火時期AOPについて、筒内噴射用噴射割合Rdが増大するほど、より進角側の値に設定されるようにその設定態様を変更することにより、機関出力をより好適に向上させることができる。これは例えば、以下の(a)、(b)に記載するような態様で実施することができる。
(b)筒内噴射用噴射割合Rdが増大するほど最大遅角量AKMAXをより小さい値に変更する。
・上記内燃機関11における燃焼態様として、筒内噴射用インジェクタ17を利用した成層燃焼を実施するようにしてもよい。この場合には混合気の燃焼速度がさらに速くなるため、上記筒内噴射用噴射割合Rdに基づいて設定される各種値の変更度合をより増大されるようにすることで、成層燃焼を実施する内燃機関のノッキング判定装置として、上記各実施形態及びその変形例を適用することができる。
Claims (9)
- 内燃機関の吸気系に燃料を噴射する吸気噴射用インジェクタと、燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタとを備えた内燃機関のノッキングを所定のノック判定期間におけるノックセンサの出力信号に基づいて判定する内燃機関のノッキング判定装置において、
前記各インジェクタから噴射される燃料噴射量の噴射割合に基づき前記ノック判定期間を変更する判定期間変更手段を備える
ことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置。 - 前記判定期間変更手段は、前記筒内噴射用インジェクタからの噴射割合が大きくなるほど前記ノック判定期間の開始時期をより早い時期に変更する
請求項1に記載の内燃機関のノッキング判定装置。 - 前記判定期間変更手段は、前記ノック判定期間の前記ノックセンサの出力信号に前記筒内噴射用インジェクタの開閉動作により発生するノイズが常時重畳しないように、同筒内噴射用インジェクタの燃料噴射期間に応じて前記ノック判定期間をさらに変更する
請求項1または2に記載の内燃機関のノッキング判定装置。 - 前記判定期間変更手段は、前記筒内噴射用インジェクタの燃料噴射期間と前記ノック判定期間とが重ならないように同ノック判定期間を設定する
請求項3記載の内燃機関のノッキング判定装置。 - 前記判定期間変更手段は、前記ノック判定期間の前記ノックセンサの出力信号に前記筒内噴射用インジェクタの開閉動作により発生するノイズが常時重畳するように、同筒内噴射用インジェクタの燃料噴射期間に応じて前記ノック判定期間をさらに変更する
請求項1または2に記載の内燃機関のノッキング判定装置。 - 前記判定期間変更手段は、前記筒内噴射用インジェクタの燃料噴射期間全てと前記ノック判定期間の少なくとも一部とが重なるように同ノック判定期間を設定する
請求項5に記載の内燃機関のノッキング判定装置。 - 内燃機関の吸気系に燃料を噴射する吸気噴射用インジェクタと、燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタとを備えた内燃機関のノッキングをノックセンサの出力信号と所定のノック判定レベルとの比較に基づいて判定する内燃機関のノッキング判定装置において、
前記各インジェクタから噴射される燃料噴射量の噴射割合に基づき前記ノック判定レベルを変更する判定レベル変更手段を備える
ことを特徴とする内燃機関のノッキング判定装置。 - 前記判定レベル変更手段は、前記筒内噴射用インジェクタからの噴射割合が大きくなるほど前記ノック判定レベルを増大させる
請求項7に記載の内燃機関のノッキング判定装置。 - 前記判定レベル変更手段は、前記筒内噴射用インジェクタの開閉動作により発生するノイズのレベルを超えるように前記ノック判定レベルをさらに変更する
請求項8に記載の内燃機関のノッキング判定装置。
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