JP2006207491A - 多気筒内燃機関のノック検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インジェクタによる分割噴射を実施する多気筒内燃機関のノック検出装置において、ノック判定期間を確保しつつ、インジェクタの作動ノイズをノック判定期間から好適に取り除いて、ノック検出の精度を向上する。
【解決手段】ＥＣＵ２０は、エンジン１０の点火時期に基づいて基本ノック判定期間を設定し、分割噴射の後段噴射のオフタイミングに対応してマスク期間を設定し、該マスク期間を反映した最終ノック判定期間において、ノック検出信号に基づきノック発生の有無を判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インジェクタの作動ノイズ（弁体の着座ノイズや電気ノイズ）をノック判定期間から好適に排除して、ノック検出の精度向上を図るのに好適な多気筒内燃機関のノック検出装置に関するものである。

多気筒内燃機関では、ある気筒でノック判定を行っている際に、他の気筒でインジェクタの作動ノイズ（弁体の着座ノイズや電気ノイズ）が発生することがあるため、この作動ノイズがノック判定に悪影響を及ぼすことが知られている。そのため、これを改善する技術が従来から種々提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１のノック検出装置は、インジェクタの燃料噴射時期とノック判定期間とが重ならないように該ノック判定期間が設定され、インジェクタの作動ノイズがノック判定期間から排除されるようになっている。これにより、ノック検出の精度向上が図られている。

ところで、内燃機関によっては、機関出力の向上や排ガス中の有害物質低減などを目的として、１回の燃焼行程に必要な燃料量を分割して噴射する、所謂分割噴射を行うものがある。このような分割噴射を実施する内燃機関では、１回の燃料噴射を実施するものと比べて、インジェクタの作動ノイズが増加するため、特許文献１のように各噴射時期にそれぞれ発生する作動ノイズをノック判定期間から排除するようにすると、ノック判定期間が十分確保できないという問題がある。そのため、ノック判定期間を確保しつつも、インジェクタの作動ノイズを好適に取り除くことが要求されている。
特開２００４−２５１２１８号公報

本発明は、インジェクタによる分割噴射を実施する多気筒内燃機関のノック検出装置において、ノック判定期間を確保しつつ、インジェクタの作動ノイズをノック判定期間から好適に取り除いて、ノック検出の精度を向上することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、効果等を示しつつ説明する。

手段１．燃料噴射を実施するためのインジェクタが複数の気筒毎にそれぞれ備えられ、該インジェクタにより１回の燃焼行程で必要な燃料量が２以上で分割噴射される内燃機関において、ノック検出装置は、機関のノック発生の有無をノック検出信号に基づいて行う。基本期間設定手段は、内燃機関の点火時期に基づいて基本ノック判定期間を設定する。マスク期間設定手段は、分割噴射の各噴射時期のうちで後段側の所定噴射時期に対応して、ノック非検出期間であるマスク期間を設定する。ノック判定手段は、マスク期間を反映した基本ノック判定期間を最終ノック判定期間とし、該判定期間において、ノック検出信号に基づきノック発生の有無を判定する。

すなわち、基本ノック判定期間や燃料噴射開始タイミングは、一般に内燃機関のクランク角位置に同期して設定される一方、噴射期間はタイマ等により時間設定されるため、分割噴射における後段側の噴射時期は、内燃機関の運転状態の変化に伴って基本ノック判定期間内に位置したりしなかったりする。そのため、インジェクタの作動ノイズも基本ノック判定期間内にて発生したりしなかったりする。しかも、最後段のインジェクタのオフノイズ（閉弁時のノイズ）が他のノイズよりもノイズレベルが大きくなるのが確認されており、該ノイズがノック判定の誤判定を招く。そのため、分割噴射の各噴射時期のうちで後段側の所定噴射時期に対応してマスク期間（例えばこの期間ではノック検出信号を取り込まない又はノック判定自体を実施しない等）を設定し、このマスク期間を反映した最終ノック判定期間でノック発生の有無を判定することで、ノック判定期間の確保とともに、ノック判定を誤判定させるインジェクタの作動ノイズが好適に取り除かれる。これにより、ノック検出の精度を向上することができる。

手段２．上記手段１において、分割噴射は、前段噴射と後段噴射との２分割噴射であり、マスク期間設定手段は、分割噴射の後段噴射時期に対応してマスク期間を設定する。

すなわち、上記手段１にて述べたように、ノック判定期間の確保とともに、ノック判定の誤判定を招く分割噴射の後段噴射時のインジェクタの作動ノイズが好適に取り除かれる。これにより、ノック検出の精度を向上することができる。

手段３．上記手段１又は２において、マスク期間設定手段は、マスク期間設定の対象となる分割噴射の噴射終了タイミングに対応させてマスク期間を設定する。

すなわち、マスク期間設定の対象となる分割噴射の噴射終了タイミングに対応してマスク期間が設定されることから、より短いマスク期間で作動ノイズの大きいインジェクタのオフノイズを好適に取り除くことができる。つまり、ノック判定期間をより長く確保することができる。

手段４．上記手段３において、マスク期間設定手段は、マスク期間設定の対象となる分割噴射の噴射終了タイミング以降にマスク期間を設定する。

すなわち、マスク期間設定の対象となる分割噴射の噴射終了タイミング以降にマスク期間が設定されることから、より一層短いマスク期間で作動ノイズの大きいインジェクタのオフノイズを好適に取り除くことができる。つまり、ノック判定期間をより一層長く確保することができる。

手段５．上記手段１〜４のいずれかにおいて、マスク期間設定手段は、所定期間長さ以内のマスク期間を設定する。

すなわち、マスク期間の長さが制限されるので、より長いノック判定期間を確保することが確実となる。

手段６．上記手段１〜５のいずれかにおいて、マスク期間設定手段は、マスク期間設定の対象となる分割噴射の噴射時期のインジェクタの作動ノイズに応じた期間長さにマスク期間を設定する。

すなわち、マスク期間設定の対象となる分割噴射の噴射時期のインジェクタの作動ノイズに応じた期間長さにマスク期間が設定されることから、短いマスク期間でノック判定期間を確保しながらも、確実にインジェクタの作動ノイズを好適に取り除くことができる。

手段７．上記手段１〜６のいずれかにおいて、マスク期間設定手段は、所定タイミングでマスク期間設定の対象となる分割噴射の噴射時期に対応したタイマ値を算出して計時を開始し、該タイマ値による計時後にマスク期間を設定する。

すなわち、タイマ値の計時によりマスク期間が設定されるので、例えば作動ノイズを直接検出してマスク期間を設定する場合と比べて、マスク期間の設定の遅れを防止することができる。従って、インジェクタの作動ノイズを好適に取り除くことができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である６気筒４ストロークガソリンエンジンのエンジン制御システムを対象としている。

図１に示すように、エンジン１０には電磁駆動式のインジェクタ１１と点火プラグ１２とが備えられており、インジェクタ１１は各気筒の吸気ポートにそれぞれ装着され、点火プラグ１２はシリンダヘッドの各気筒に対応する部位にそれぞれ装着されている。各インジェクタ１１は、それぞれ所定タイミングで燃料噴射を実施し、噴射された燃料は空気と混合されて各気筒の燃焼室内に導入される。各点火プラグ１２には、それぞれ点火コイル１３により所定タイミングで高電圧が印加され、燃焼室内に突出する対向電極間に火花放電が発生する。これにより、各気筒の燃焼室内の混合気が順次燃焼され、エンジン１０のクランク軸が回転する。このような各インジェクタ１１の燃料噴射動作、及び各点火プラグ１２（点火コイル１３）の点火動作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０にて制御される。

ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ２１を有しており、該ＣＰＵ２１にて燃料噴射量や点火時期等のエンジン制御にかかる種々の演算が行われる。因みに、本実施の形態のＥＣＵ２０は、２度に分けてインジェクタ１１から所定燃料量（１回の燃焼行程に必要な燃料量）を噴射する分割噴射を行っている。分割噴射は、エンジン出力の向上や、排ガス中の有害物質低減などを目的として行われるものである。

また、ＥＣＵ２０には、吸入空気量を検出するためのエアフロメータ２２、クランク軸の回転位置（回転角度）を検出するための回転角センサ２３、各気筒がいずれの行程にあるかを判別するための気筒判別センサ２４、及びスロットル開度を検出するスロットル開度センサ２５から各種検出信号がそれぞれ入力される。ＥＣＵ２０は、各種検出信号に基づいてエンジン１０の運転状態を把握し、現在の運転状態に最適なエンジン制御を実施している。

また、ＥＣＵ２０は、エンジン１０のノックを検出している。すなわち、エンジン１０のシリンダブロックの所定部位にノックセンサ１５が装着されており、該ノックセンサ１５は、シリンダブロックの振動の大きさに応じてレベルが変化するノック検出信号をＥＣＵ２０に出力する。ＥＣＵ２０は、点火後においてクランク軸に角度同期するノック判定期間（ノック検出信号を取り込む期間）を設定し、該判定期間内においてノック検出信号のレベルが予め定めた判定値を１回又は複数回越えたか否かでノックが発生したか否かを判定する。

この場合、ＥＣＵ２０は、ノック判定期間からインジェクタ１１の作動ノイズ、本実施の形態では、後段噴射のオフノイズ（閉弁時の弁体の着座ノイズや電気ノイズ）が発生する期間を排除（マスク）している。ここで、インジェクタ１１の作動ノイズは、オフノイズがオンノイズ（開弁時の弁体の機械ノイズや電気ノイズ）より大きい。しかも、前段噴射のオフノイズは、ノック判定期間に定常的に発生するとともにノイズレベルは小さく、ノック判定に大きな影響を与えないが、後段噴射のオフノイズは、エンジン１０の運転状態の変化に伴ってノック判定期間内にて発生したりしなかったりするとともにノイズレベルが大きくなるのが確認されており、このノイズ発生の有無がノック判定の誤判定を招く。従って、本実施の形態のＥＣＵ２０は、後段噴射のオフノイズが発生する期間をマスク期間としてノック判定期間から排除するようにしている。

このようなノック判定期間の設定は、具体的には以下のように行われている。なお、以下において、図３の波形図を参照する。因みに、図３では、図面が煩雑になるのを防止するために、ノック検出信号がインジェクタ１１の後端噴射のオフノイズを主に示してある。

先ず、ＥＣＵ２０は、回転角センサ２３から得られるクランク角に同期したパルス信号を分周したタイミング信号を生成している。ＥＣＵ２０は、エンジン回転速度と燃料噴射量とに応じて、インジェクタ１１の前段噴射の噴射開始及び終了タイミング（オン及びオフタイミング）と後段噴射の噴射開始及び終了タイミング（オン及びオフタイミング）とを設定している。因みに、前段噴射のオンタイミング（図３の時間ｔ１，ｔ１１）は、タイミング信号の所定の立ち上がりエッジ、すなわちクランク角に同期させている。一方、噴射期間は、タイマ等により時間設定されるので、インジェクタ１１の前段噴射のオフタイミングや後段噴射のオン及びオフタイミングは、クランク角に対してエンジン回転数及び燃料噴射量に応じて進角又は遅角する。

また、ＥＣＵ２０は、前段噴射のオンタイミングと同期してタイマをセットする。このときのタイマ値は、エンジン回転速度及び燃料噴射量とに基づいて、後段噴射のオフタイミング（図３の時間ｔ３，ｔ１４）でカウントダウンが完了する値に設定される。従って、タイマ値は、エンジン回転速度及び燃料噴射量とに基づいて変動する。

また、ＥＣＵ２０は、点火信号の立ち上がりエッジ（図３の時間ｔ２，ｔ１２）に同期して基本ノック判定期間を設定する。基本ノック判定期間は、点火信号の立ち上がりエッジからタイミング信号の次の立ち上がりエッジ（図３の時間ｔ４，ｔ１３）までの期間であり、クランク角に同期した所定期間長さＴ１に設定される。ＥＣＵ２０は、この基本ノック判定期間内にカウント終了タイミング（図３の時間ｔ３）が位置する場合、そのカウント終了タイミングに同期してマスク期間を設定する。マスク期間は、インジェクタ１１の後段噴射のオフノイズを十分にマスク可能な所定期間長さＴ２に予め設定されている。

そして、ＥＣＵ２０は、設定したマスク期間を基本ノック判定期間に反映させた最終ノック判定期間を設定する（図３において左側の場合）。これに対し、基本ノック判定期間内にカウント終了タイミングが位置しない場合（図３において右側の場合）、ＥＣＵ２０はマスク期間を設定せず、基本ノック判定期間をそのまま最終ノック判定期間に設定する。

因みに、ＥＣＵ２０は、このようなノック判定期間の設定処理を図２に示すフローに従って行っている。この処理フローは、タイミング信号の所定エッジ毎に実施される。

ステップＳ１０１では、エンジン回転速度及び燃料噴射量とに基づいて、インジェクタ１１の後段噴射のオフタイミングを算出し、タイマ値を設定して、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、基本ノック判定期間内にタイマのカウント終了タイミングが位置すると判定した場合、ステップＳ１０３においてマスク期間を設定し、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、そのマスク期間を基本ノック判定期間に反映させた最終ノック判定期間を設定する。

一方、ステップＳ１０２において、基本ノック判定期間内にタイマのカウント終了タイミングが位置しないと判定した場合、そのままステップＳ１０４に進み、基本ノック判定期間をそのまま最終ノック判定期間に設定する。

このように設定される最終ノック判定期間内において、ＥＣＵ２０は、ノックセンサ１５からのノック検出信号に基づきノックが発生したか否かを判定する。ＥＣＵ２０は、ノックが発生したと判定した場合、気筒判別センサ２４にてノックが発生する爆発行程にある気筒を特定し、特定した気筒の次の点火時期をノック発生限界以下となるまで遅角調整して、ノック発生を防止している。

そのため、図３に示すように、ノック検出信号におけるインジェクタ１１の後端噴射のオフノイズ部分がマスク期間と好適に対応するため、ＥＣＵ２０は、このマスク期間ではノック検出信号を取り込まないようにし、そのオフノイズ部分以外のノック検出信号からノック判定を行うことができる。このようにしてＥＣＵ２０のノック検出の精度向上が図られている。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

本実施の形態では、ＥＣＵ２０は、エンジン１０の点火時期に基づいて基本ノック判定期間を設定し、分割噴射の後段噴射のオフタイミングに対応してマスク期間を設定し、該マスク期間を反映した最終ノック判定期間において、ノック検出信号に基づきノック発生の有無を判定している。すなわち、ＥＣＵ２０は、基本ノック判定期間や燃料噴射開始タイミングをエンジン１０のクランク角位置に同期して設定する一方、噴射期間をタイマ等により時間設定するため、分割噴射の後段噴射時期は、エンジン１０の運転状態の変化に伴って基本ノック判定期間内に位置したりしなかったりする。そのため、インジェクタ１１の作動ノイズも基本ノック判定期間内にて発生したりしなかったりする。しかも、後段噴射のオフノイズ（閉弁時のノイズ）が他のノイズよりもノイズレベルが大きくなるのが確認されており、該ノイズがノック判定の誤判定を招く。そのため、ＥＣＵ２０は、分割噴射の後段噴射のオフタイミングに対応してマスク期間を設定し、このマスク期間を反映した最終ノック判定期間でノック発生の有無を判定するので、ノック判定期間の確保とともに、ノック判定を誤判定させるインジェクタの後段噴射のオフノイズが好適に取り除かれる。これにより、ノック検出の精度を向上することができる。

本実施の形態では、ＥＣＵ２０は、分割噴射の後段噴射のオフタイミングに対応してマスク期間を設定することから、より短いマスク期間で作動ノイズの大きいインジェクタのオフノイズを好適に取り除くことができる。特に、本実施の形態ではそのオフタイミング以降にマスク期間を設定していることから、より一層短いマスク期間となる。従って、ノック判定期間をより長く確保することができる。

本実施の形態では、ＥＣＵ２０は、マスク期間の長さを後段噴射のオフノイズを十分にマスク可能な所定期間長さに制限しているので、短いマスク期間でノック判定期間を確保しながらも、確実にインジェクタの作動ノイズを好適に取り除くことができる。

本実施の形態では、ＥＣＵ２０は、タイマ値の計時によりマスク期間を設定するので、例えば作動ノイズを直接検出してマスク期間を設定する場合と比べて、マスク期間の設定の遅れを防止することができる。従って、インジェクタの作動ノイズを好適に取り除くことができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、２分割の分割噴射を実施するものに実施したが、３以上の分割噴射であっても良い。

上記実施の形態では、後段噴射のオフタイミングに対してのみマスク期間を設定したが、後段噴射のオンタイミングを含める等、マスク期間設定を適宜変更しても良い。

上記実施の形態では、マスク期間を所定期間長さＴ２に制限したが、例えば図３のＡに示すように、例えばマスク期間をそのままノック非判定期間に繋げるようにしても良い。

上記実施の形態では、基本ノック判定期間内に後段噴射のオフタイミングが位置する場合にマスク期間を設定するようにしているが、図３のＢのように、マスク期間を設定する場合分けをせずに常にマスク期間を設定するようにしても良い。このとき、マスク期間がノック非判定期間と重なる場合は、マスク期間を無効とする。

上記実施の形態では、タイマ値の計時によりマスク期間を設定したが、これ以外でマスク期間を設定するようにしても良い。例えば、インジェクタ１１の後段噴射のオフノイズを直接検出し、その検出結果に基づいてマスク期間を設けるようにしても良い。

上記実施の形態では、マスク期間ではノック検出信号をと取り込まなくしてノック非検出としたが、これに限らず、例えばノック検出信号を取り込むがノック判定自体を行わないようにしてノック非検出としても良い。

上記実施の形態では、電磁駆動式のインジェクタ１１を用いたが、電磁駆動式以外、例えばピエゾインジェクタを用いても良い。

上記実施の形態では、ポート噴射式のエンジン１０に実施したが、筒内噴射式のエンジン１０に適用しても良い。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。 ノック判定期間の設定処理を示すフローチャートである。 ノック検出を説明するための波形図である。

符号の説明

１０…エンジン（内燃機関）、１１…インジェクタ、２０…ＥＣＵ（基本期間設定手段、マスク期間設定手段、ノック判定手段）、Ｔ２…期間長さ。

Claims (7)

1. 燃料噴射を実施するためのインジェクタが複数の気筒毎にそれぞれ備えられ、該インジェクタにより１回の燃焼行程で必要な燃料量が２以上で分割噴射される内燃機関において、該機関のノック発生の有無をノック検出信号に基づいて行うノック検出装置であって、
   内燃機関の点火時期に基づいて基本ノック判定期間を設定する基本期間設定手段と、
   前記分割噴射の各噴射時期のうちで後段側の所定噴射時期に対応して、ノック非検出期間であるマスク期間を設定するマスク期間設定手段と、
   前記マスク期間を反映した前記基本ノック判定期間を最終ノック判定期間とし、該判定期間において、前記ノック検出信号に基づきノック発生の有無を判定するノック判定手段と
   を備えたことを特徴とする多気筒内燃機関のノック検出装置。
2. 前記分割噴射は、前段噴射と後段噴射との２分割噴射であり、
   前記マスク期間設定手段は、前記分割噴射の後段噴射時期に対応して前記マスク期間を設定することを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関のノック検出装置。
3. 前記マスク期間設定手段は、前記マスク期間設定の対象となる前記分割噴射の噴射終了タイミングに対応させて前記マスク期間を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の多気筒内燃機関のノック検出装置。
4. 前記マスク期間設定手段は、前記マスク期間設定の対象となる前記分割噴射の噴射終了タイミング以降に前記マスク期間を設定することを特徴とする請求項３に記載の多気筒内燃機関のノック検出装置。
5. 前記マスク期間設定手段は、所定期間長さ以内の前記マスク期間を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多気筒内燃機関のノック検出装置。
6. 前記マスク期間設定手段は、前記マスク期間設定の対象となる前記分割噴射の噴射時期の前記インジェクタの作動ノイズに応じた期間長さに前記マスク期間を設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多気筒内燃機関のノック検出装置。
7. 前記マスク期間設定手段は、所定タイミングで前記マスク期間設定の対象となる前記分割噴射の噴射時期に対応したタイマ値を算出して計時を開始し、該タイマ値による計時後に前記マスク期間を設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の多気筒内燃機関のノック検出装置。

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