JP2006291795A

JP2006291795A - ノッキング抑制装置

Info

Publication number: JP2006291795A
Application number: JP2005111894A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Miyamoto; 勝彦宮本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】ノッキングに対する応答性を確保しつつ、十分にノッキングを抑制することができる上、燃費の悪化も防止することができるノッキング抑制装置を提供すること。
【解決手段】ノッキングを検出した場合(S1)は点火リタード(S20)を行うことでノッキングを抑制し、ノッキングが抑制された後に、当該リタードされた点火時期を元の点火時期に戻すよう進角させるとともにマップに基づき当該進角量に応じたＥＧＲガス導入量を増加させる点火時期変換処理(R1)を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、ノッキング抑制装置に関する。

一般的に、内燃機関においてノッキングが生じた場合には点火時期を遅角させる所謂点火リタードという手段が用いられている。
そして、再度ノッキングが生じないように当該点火リタードを学習し、恒常的に点火時期を遅角させるよう制御されている。
しかし、点火時期を本来の点火時期よりも遅角させると燃費が悪化するという問題がある。

そこで、点火リタードを行わずにＥＧＲ（排ガス再循環）ガスの導入量を増加させることにより燃焼を緩慢化させ、ノッキングを抑制させるという技術が開発されている（特許文献１参照）。
特開平０８−１５８９２７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術のようにＥＧＲガスを導入することで燃焼を緩慢にするにはある程度時間を要するため、突発的なノッキングに対して応答性に欠けるという問題がある。
さらに、ＥＧＲガスを過剰に導入すると燃焼が不安定となり、却って燃費が悪化してしまうという問題がある。そして、ＥＧＲガス導入のみでのノッキング抑制ではＥＧＲガスの導入量が限界に達してしまうと、ノッキングを抑制できなくなってしまい好ましくない。

本発明はこのような問題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、ノッキングに対する応答性を確保しつつ、十分にノッキングを抑制することができる上、燃費の悪化も防止することができるノッキング抑制装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１のノッキング抑制装置では、排ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲガスの導入量を調節するＥＧＲ調節手段と、内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出手段と、該ノッキング検出手段によりノッキングが検出された場合に前記内燃機関の点火時期を遅角させるよう制御する点火時期遅角制御手段と、ＥＧＲガス導入量とノッキングが生じない限界の点火時期との関係を記憶したマップと、前記点火時期遅角制御手段により遅角された点火時期を元の点火時期に戻すよう進角させるとともに、前記マップに基づき前記進角させる量に応じたＥＧＲガス導入量の増加量を算出し、該算出された増加量分ＥＧＲガス導入量を増加させるよう前記ＥＧＲ調節手段を制御する点火時期変換制御手段とを備えたことを特徴としている。

これより、ノッキングを検出した際はまず点火時期を遅角させることで当該ノッキングを抑制し、その後に点火時期を元の点火時期に戻すよう進角させるとともに、予めＥＧＲガス導入量とノッキングが発生しない限界の点火時期との関係を記憶したマップに基づいて該進角量に応じたＥＧＲガス導入量に増加させる。
請求項２のノッキング抑制装置では、さらに、前記内燃機関の燃焼の状態を検出する燃焼状態検出手段を備え、該燃焼状態検出手段により前記内燃機関の燃焼の悪化を検出した場合は、前記点火時期変換制御手段は点火時期の進角及びＥＧＲガス導入量の増加制御を行わないことを特徴としている。

これより、内燃機関の燃焼状態の悪化を検出した場合は、点火時期変換制御手段による点火時期の進角及びＥＧＲガス導入量の増加を行わないものとし、これにより点火時期遅角手段により遅角された点火時期は維持されることとなる。
請求項３のノッキング抑制装置では、前記点火時期遅角制御手段は、前記ノッキング検出手段の検出情報に応じて算出したノック学習値に基づいて点火時期制御を行い、前記点火時期変換制御手段の制御が終了し、前記燃焼状態検出手段にて燃焼の悪化が検出されないとき、前記ノック学習値をリセットすることを特徴とする。

これより、ＥＧＲガス導入でノッキングが抑制された状態で、新たにノック学習値が更新されることとなる。

上記手段を用いる本発明の請求項１のノッキング抑制装置によれば、ノッキングを検出した際にはまず点火時期を遅角させることで早期にノッキングを抑制させることができ、その後に遅角させた点火時期を元の点火時期に戻すよう進角させるとともに、マップに基づいて当該進角量に応じたＥＧＲガス導入量を増加させることで、ノッキングの抑制を維持しつつ、点火時期を元の時期に戻すことができ、燃費の悪化を改善することができる。

また、ＥＧＲガス導入量とノッキングが発生しない限界の点火時期との関係を記憶したマップに基づいて進角量に応じたＥＧＲガス導入量を算出することで、ノッキングを抑制しつつ点火時期を元の点火時期に戻すという制御を容易に且つ的確に行うことができる。
以上より、ノッキングに対する応答性を確保しつつ、十分にノッキングを抑制することができる上、燃費の悪化も防止することができる。

請求項２のノッキング抑制装置では、過剰にＥＧＲガス導入量が導入されたこと等により内燃機関の燃焼の状態が悪化した場合には、点火時期変換制御手段による点火時期の進角及びＥＧＲガス導入量の増加を行わないことで、燃焼の悪化を防止することができる。さらに、点火時期変換制御を行わないことで点火時期遅角制御手段により遅角された点火時期で内燃機関を運転することとなるので、ＥＧＲのみでは回避できないノッキングの範囲までも抑制させることが可能となる。

請求項３のノッキング抑制装置では、点火時期遅角制御を行うためのノック学習値をＥＲＧガス導入によってリセットすることにより、ＥＧＲガス導入前のノック学習値を引きずることなくＥＧＲガス導入状態に応じた適切な学習値で点火時期遅角制御を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係るノッキング抑制装置の概略構成図が示されている。
車両に搭載されたエンジン１（内燃機関）は多気筒からなり、図１に示すように、エンジン１の各気筒毎に形成された燃焼室２には点火プラグ４が臨んでいる。
燃焼室２の上壁の一方には吸気ポート６が、他方には排気ポート８がそれぞれ連通しており、当該吸気ポート６と排気ポート８には燃焼室２との連通と遮断を行う吸気弁１０、排気弁１２が設けられている。また、吸気ポート８には燃料噴射を行うインジェクタ（図示せず）が設けられている。

燃焼室２の底面を形成するピストン１４は、気筒内を上下摺動するよう設けられている。
当該ピストン１４はコンロッド１６を介してクランクシャフト１８に連結されている。
また、当該クランクシャフト１８にはクランク角やエンジン回転速度を検出するクランク角センサ２０（燃焼状態検出手段）が設けられている。

また、エンジン１には、ノッキングが生じた時に発生する振動を感知するノックセンサ２２（ノッキング検出手段）や、エンジン１内を循環する冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ２４が設けられている。
さらに、エンジン１には、上記吸気ポート６と連通するようにして吸気マニホールド３０が接続されており、当該吸気マニホールド３０には吸気管３２が接続されている。

当該吸気管３２には、吸気上流端にエアクリーナ３４が設けられ、当該エアクリーナ３４より吸気下流側には吸入空気量を検出するエアフローセンサ３６、吸入空気量を調節するスロットルバルブ３８が設けられている。
また、エンジン１には、上記排気ポート８と連通するようにして排気マニホールド４０が接続されており、当該排気マニホールド４０には排気管４２が接続されている。

また、吸気管３２と排気管４２とは、排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるためのＥＧＲパイプ４４により接続されており、当該ＥＧＲパイプ４４にはＥＧＲガスの導入量を調節するＥＧＲバルブ４６（ＥＧＲ調節手段）が設けられている。
当該ＥＧＲバルブ４６や、上記点火プラグ４、クランク角センサ２２、ノックセンサ２２、冷却水温度センサ２４、エアフローセンサ３６、スロットルバルブ３８等の各種装置はＥＣＵ（電子コントロールユニット）５０（点火時期遅角制御手段、点火時期変換制御手段）と電気的に接続されており、当該ＥＣＵ５０はＥＧＲバルブ４６の開度や、スロットルバルブ３８の開度、エンジン１の点火時期等の各種制御を行う。

また、車両には運転者のアクセル操作量を検出するＡＰＳ（アクセルポジションセンサ）５２が設けられており、当該ＡＰＳ５２もＥＣＵ５０と電気的に接続されている。
以下このように構成された本発明に係るノッキング抑制装置の作用について説明する。
図２を参照すると、本発明に係るノッキング抑制装置のＥＣＵ５０において行われるノッキング抑制制御ルーチンがフローチャートで示されており、図３を参照すると図２のフローチャート中のサブルーチンの内容を具体的に示したフローチャートが示されており、図４を参照するとＥＧＲバルブ開度に対するノッキング限界点火時期及び燃費を示した図が示されている。

図２に示すように、本願のノッキング抑制装置のＥＣＵ５０では、ノッキング抑制制御において、まずステップＳ１として、ノックセンサ２２によりエンジン１にノッキングが生じているか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ２０に進み、ノッキングを抑制させるために点火時期を所定量遅角（リタード）させ、当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、ステップＳ２に進む。なお、ノッキング検出手段の検出情報に応じて算出したノック学習値に基づいて点火時期を遅角制御してもよい。

ステップＳ２では、クランク角センサ２２よりエンジン回転速度Ｎｅを算出し、エアフローセンサ３６から検出される吸入空気量に基づいてエンジン負荷Ｅｖを算出して、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、ステップＳ２において算出されたエンジン回転速度Ｎｅ及びエンジン負荷ＥｖがＥＣＵ５０に予め設定されている中高負荷のストイキ領域内にあるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、不安定な運転領域にあるものとして当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、冷却水温度センサ２６より検出される冷却水温度が、ＥＧＲガス導入可能水温以上であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちエンジン１が低温でありＥＧＲガスを導入すると燃焼が不安定になる可能性があるため、そのまま当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、上記ステップＳ２０により点火リタードが行われたことにより点火時期がノッキングの発生していない通常運転状態での点火時期である基準点火時期よりもリタードされているか否か判別する。なお、ノック学習値で点火時期の遅角制御を行う場合にはノック学習値がリタード側か否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち点火時期が基準点火時期である場合は、当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、サブルーチンＲ１に進み、リタードされた点火時期を元の点火時期に変換する処理を行う。

図３に具体的に示されているサブルーチンＲ１では、ステップＳ６において、マップＭより基準点火時期（ａ）を特定する。ここでマップＭは、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ｅｖが一定の場合における、ＥＧＲガス導入量とノッキングが生じない限界の点火時期（以下ノック限界点火時期という）との関係を記憶したものであり、図４に示すように、横軸にＥＧＲガス導入量を調節するＥＧＲバルブ開度、縦軸に点火時期が設けられているグラフ上の実線で表される。そして、通常運転状態の点火時期はエンジン１の性能を最大限発揮するためノック限界点火時期で運転させるので、ステップＳ６において特定する基準点火時期（ａ）はマップＭ上に位置することとなる。

次のステップＳ７では、リタードされた点火時期（ｂ）から、リタード量Δθを算出する。図４では、リタード点火時期（ｂ）は、基準点火時期（ａ）から下方に移動した位置にあり、リタード量Δθはその差として表されている。
ステップＳ８では、基準点火時期（ａ）から上記リタード量Δθ分進角させた点火時期（ｃ）を想定する。図４では、基準点火時期（ａ）の位置からΔθ分上方に移動させた位置が想定点火時期（ｃ）となる。

ステップＳ９では、マップＭより想定点火時期（ｃ）におけるノック限界点火時期（ｄ）を算出し、想定点火時期（ｃ）からノック限界点火時期（ｄ）とするために要するＥＧＲバルブ開度の増加量ΔＲを算出する。つまり、図４において、想定点火時期（ｃ）の位置から右方向に移動してマップＭとの交点がノック限界点火時期（ｄ）となり、このときに右方向に移動した量がＥＧＲバルブ開度の増加量ΔＲとなる。

ステップＳ１０では、リタード点火時期（ｂ）から、ＥＧＲバルブ開度をステップＳ９で算出した増加量ΔＲ分増加させるとともに、点火時期をリタード量Δθ分進角させ、メインルーチンへと戻る。つまり、図４において、リタード点火時期（ｂ）の位置から右方向に増加量ΔＲ分移動させ、そこから上方にリタード量Δθ分移動させた位置が当該変換処理を行った結果である点火時期及びＥＧＲバルブ開度（変換点火時期（ｅ））となる。

ここで、図４の上部には、ＥＧＲバルブ開度と燃費との関係が示されており、実線でマップＭの燃費曲線Ｌが記されている。また、点火時期変換処理において、マップＭをリタード量Δθ分下方に平行移動させたマップＭ’を推定し、当該推定マップＭ’の燃費曲線Ｌ’が一点差線で記されている。
当該図４の上部に示すように、まず、基準点火時期（ａ）における燃費（ｆ）は燃費曲線Ｌ上に位置しており、点火リタードが行われた後の燃費（ｇ）はそこから上方の燃費曲線Ｌ’上へと移動した位置となる。当該図４では、燃費は上方に移動するほど悪化するものであるので、点火リタード後の燃費（ｇ）は基準点火時期（ａ）の燃費（ｆ）より悪化しているのがわかる。

そして、点火時期変換処理を行った後の変換点火時期（ｅ）での燃費（ｈ）は、点火リタード後の燃費（ｇ）から燃費曲線Ｌ’に沿って右下方向へと移動した位置となり、燃費が改善されていることがわかる。
次に上記サブルーチンＲ１からメインルーチンに戻り、ステップＳ１１では、サブルーチンＲ１において点火時期を変換させたことにより燃焼が悪化していないか否かを回転変動等を検出することにより判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、問題なく点火時期が変換されたものとして、そのまま当該ルーチンを抜ける。なお、ノック学習値で点火時期の遅角制御を行う場合にはここでノック学習値をリセット、つまり０とする。

一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、上記サブルーチンＲ１において行った点火時期変換処理をリセットする。つまり、今回の点火時期変換処理を行わなかったようにするため、点火時期を当該点火時期変換処理前の状態に戻すとともにＥＧＲ開度を減少させ、図４で示すリタード点火時期（ｂ）の位置に戻す。

次のステップＳ１３では、点火時期変換処理前の点火時期、即ちリタード点火時期（ｂ）を学習し、当該ルーチンを抜ける。ここでリタード点火時期の学習が行なわれることで、リタード点火時期（ｂ）がこれ以降の基準点火位置、即ちリタード量が０ということとなり、当該ルーチンをリターンしたときに再び同じ点火時期変換処理を繰り返さないようになる。

このように、ＥＧＲガス導入量の増加が限界に達し燃焼が悪化してしまうような場合は、点火変換処理を行わなかったようにすることで、燃焼の悪化を防止することができる。また、点火変換処理を行わないということは、点火リタードを維持することとなり、たとえＥＧＲガス導入量が限界に達しても点火リタードによるノッキング抑制を行うことができ、ＥＧＲのみでは回避できないノッキングの範囲までも抑制させることが可能となる。

次に図５を参照すると、上記ノッキング抑制装置におけるノッキング抑制のタイミングチャートの一例が示されている。
同図に示すように、運転者がアクセルを操作したことによりノッキングが生じた場合、直ちに点火時期は通常の点火時期（２点鎖線で示す）よりもリタードされ、当該点火リタードによりノッキングは抑制される（時間ｔ１〜ｔ２）。しかし、このとき、点火リタードにより燃料消費量は増加している。

そしてノッキングが抑制され安定すると、当該点火リタードされた点火時期を通常の点火時期に戻すとともに、ＥＧＲガス導入量を増加させる（時間ｔ２〜ｔ３）。これにより、ノッキングは抑制されたまま、点火時期は戻されて燃料消費量は減少している。
このように、ノッキングを検出した際にはまず点火時期をリタードさせることで早期にノッキングを抑制させることができる。そして、ノッキングが抑制された後に、リタードされた点火時期を元の点火時期に戻すよう進角させるとともに、マップＭに基づいて当該進角量に応じたＥＧＲガス導入量の増加量を算出し、当該増加量分ＥＧＲガス導入量を増加させる点火時期変換処理を行うことで、ノッキングの抑制を維持しつつ、点火時期を元の時期に戻すことができ、燃費の悪化も防止することができる。

また、ＥＧＲガス導入量とノック限界点火時期との関係を記憶したマップに基づいて進角量に応じたＥＧＲガス導入量を算出することで、点火時期変換処理を容易に且つ的確に行うことができる。
また、ノック学習値を用いる場合、ノック学習値をＥＧＲガス導入量に変換したのちノック学習値をリセットするため、ＥＧＲ導入前のノック学習値に引きずられることなくＥＧＲ導入状態での適切なノック学習値を設定することができる。

以上のことから、本願に係るノッキング抑制制御装置はノッキングに対する応答性を確保しつつ、十分にノッキングを抑制することができる上、燃費の悪化も防止することができる。
以上で本発明に係るノッキング抑制装置の実施形態についての説明を終えるが、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、上記実施形態では吸気管３２と排気管４２とをＥＧＲパイプ４４により接続した構成のＥＧＲであるが、ＥＧＲの構成はこれに限られるものではなく、ＶＶＴ等によるバルブオーバーラップにより行われる所謂内部ＥＧＲ等であっても構わない。
また、上記実施形態におけるリタード量をＥＧＲガス導入量に変換処理するサブルーチンＲ１の具体的な制御手順はこれに限られるものではなく、マップＭに基づきリタードされた点火時期を元の点火時期へと進角させるのに必要なＥＧＲガス導入量の増加量を算出しすることができればよい。

また、上記実施形態におけるステップＳ１３においてリタード量を学習しているが、これは燃焼悪化を検出し、変換処理をリセットして当該ルーチンをリターンしたときに再び同じ変換処理を行わないようにするものであれば足り、同様の効果を得ることができる方法であれば他の方法を用いても構わない。

本発明に係るノッキング抑制装置の概略構成図である。本発明に係るノッキング抑制装置のＥＣＵ５０において行われるノッキング抑制制御ルーチンを示したフローチャートである。図２のフローチャート中のサブルーチンの内容を具体的に示したフローチャートである。ＥＧＲバルブ開度に対するノッキングが発生しない限界の点火時期及び燃費を示した図である。本発明に係るノッキング抑制装置におけるノッキング抑制のタイミングチャートの一例である

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
４点火プラグ
２０クランク角センサ（燃焼状態検出手段）
２２ノックセンサ
３６エアフローセンサ
４４ＥＧＲパイプ
４６ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ調節手段）
５０ＥＣＵ（点火時期遅角制御手段、点火時期変換制御手段）

Claims

排ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲガスの導入量を調節するＥＧＲ調節手段と、
内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出手段と、
該ノッキング検出手段によりノッキングが検出された場合に前記内燃機関の点火時期を遅角させるよう制御する点火時期遅角制御手段と、
ＥＧＲガス導入量とノッキングが生じない限界の点火時期との関係を記憶したマップと、
前記点火時期遅角制御手段により遅角された点火時期を元の点火時期に戻すよう進角させるとともに、前記マップに基づき前記進角させる量に応じたＥＧＲガス導入量の増加量を算出し、該算出された増加量分ＥＧＲガス導入量を増加させるよう前記ＥＧＲ調節手段を制御する点火時期変換制御手段とを備えたことを特徴とするノッキング抑制装置。
さらに、前記内燃機関の燃焼の状態を検出する燃焼状態検出手段を備え、
該燃焼状態検出手段により前記内燃機関の燃焼の悪化を検出した場合は、前記点火時期変換制御手段は点火時期の進角及びＥＧＲガス導入量の増加制御を行わないことを特徴とする請求項１記載のノッキング抑制装置。
前記点火時期遅角制御手段は、前記ノッキング検出手段の検出情報に応じて算出したノック学習値に基づいて点火時期制御を行い、
前記点火時期変換制御手段の制御が終了し、前記燃焼状態検出手段にて燃焼の悪化が検出されないとき、前記ノック学習値をリセットすることを特徴とする請求項１または２記載のノッキング抑制装置。