JP2007321597A

JP2007321597A - 内燃機関のノッキング制御装置

Info

Publication number: JP2007321597A
Application number: JP2006150495A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Urushiya; 昌広漆谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】ノッキングセンサに異常があっても燃焼効率の悪化を防止することができる内燃機関のノッキング制御装置を提供すること。
【解決手段】内燃機関１００は、ノッキングを検出するノッキングセンサ２１〜２４の１つと気筒１１〜１８のうち２つとを対応させて構成されており、内燃機関１００を制御するＥＣＵ３０のノッキングセンサ異常判定部３５が、複数あるノッキングセンサ２１〜２４のうち何れかのノッキングセンサの異常を検出した場合、点火時期制御部３７は、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量を、異常のないノッキングセンサと対応する気筒の遅角学習値に基づいて遅角させるように制御する構成を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のノッキングの発生に応じて点火時期や空燃比の制御等、必要とされる制御を行う内燃機関のノッキング制御装置に関する。

従来、内燃機関のノッキング制御装置は、ノッキングセンサによって内燃機関のノッキングが発生していると判定されるときには点火時期を遅角させ、逆に、ノッキングが発生していないと判定されるときには点火時期を徐々に進角させて点火時期を最適化する点火時期の制御が行われている。

従来の内燃機関のノッキング制御装置としては、内燃機関に発生するノッキングを検出するノッキングセンサから出力された信号に応じて、ノッキングの判定をすると共にノッキングセンサの故障を検出し、ノッキングセンサの故障を検出した場合には点火時期を所定量分遅角させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の内燃機関のノッキング制御装置としては、多気筒の内燃機関に複数のノッキングセンサを備えた場合において、複数の気筒それぞれから発生するノッキングを１つのノッキングセンサが検出するような構成を有しており、ノッキングセンサの出力電圧でノッキングセンサの故障を検出するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

例えば、図５に示すように、内燃機関１００では、気筒１１または１３それぞれから発生するノッキングをノッキングセンサ２１が検出し、気筒１２または１４のノッキングをノッキングセンサ２２が検出し、気筒１５または１７のノッキングをノッキングセンサ２３が検出し、気筒１６または１８のノッキングをノッキングセンサ２４が検出するようになっている。

ＥＣＵ５０は、ノッキングセンサ２１〜２４と接続されており、ノッキングセンサ２１〜２４が検出したノッキングに応じて点火時期や空燃比の制御を行うようになっている。また、ＥＣＵ５０は、ノッキングセンサ２１〜２４の出力電圧で何れかのノッキングセンサの故障を検出するようになっている。

ノッキングセンサ２１〜２４何れか１つの故障を検出した場合には、ＥＣＵ５０は、安全性を確実に確保するため、気筒１１〜１８全ての点火時期を可能な限り遅角できる量で遅角させていた。
特開昭６０−１０００２１号公報特許３１４４０５７号公報

しかしながら、従来の内燃機関のノッキング制御装置では、１つのノッキングセンサに異常があると、異常のないノッキングセンサに対応する気筒の点火時期までも遅角するため、燃焼効率が悪化して燃費や排気ガスも悪化することに加えて乗り心地等の運転性も悪化してしまうという課題が残されていた。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたもので、ノッキングセンサに異常があっても燃焼効率の悪化を防止することができる内燃機関のノッキング制御装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関のノッキング制御装置は、複数のノッキングセンサを備えた多気筒内燃機関に適用されて、前記ノッキングセンサの信号によるノッキング判定結果に基づいてノッキング検出を行い、その検出結果に基づきノッキング抑制制御を実施する内燃機関のノッキング制御装置において、前記複数のノッキングセンサの異常を検出するノッキングセンサ異常検出手段と、該ノッキングセンサ異常検出手段により前記複数のノッキングセンサのうち何れかの異常が検出された場合には、異常のあった前記ノッキングセンサと対応する気筒の点火時期を遅角制御する手段と、を備えた構成を有している。

この構成により、ノッキングセンサの異常を検出した場合には、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の点火時期を変更して設定するため、全ての気筒の点火時期を遅角することなく、燃焼効率の悪化を防止することができる。

また、本発明の内燃機関のノッキング制御装置は、異常のあった前記ノッキングセンサと対応する気筒の異常検出前の遅角学習値が、異常のない前記ノッキングセンサと対応する気筒の遅角学習値のうち最も大きい遅角学習値より小さい場合、異常のあった前記ノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量を前記最も大きい遅角学習値に設定する構成を有している。

この構成により、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量を、上述した最も大きい遅角学習値に設定するため、全ての気筒の点火時期を遅角することなく、燃焼効率の悪化を低減することができる。

また、本発明の内燃機関のノッキング制御装置は、異常のあった前記ノッキングセンサと対応する気筒の異常検出前の遅角学習値が、異常のない前記ノッキングセンサと対応する気筒の遅角学習値の平均値より小さい場合、異常のあった前記ノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量を前記平均値に設定する構成を有している。

この構成により、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量を、上述した遅角学習値の平均値に設定するため、全ての気筒の点火時期を大きく遅角することなく、燃焼効率の悪化をより低減することができる。

また、本発明の内燃機関のノッキング制御装置は、前記設定される点火時期遅角量からさらに所定の遅角量を遅角させる構成を有している。

この構成により、設定される点火時期遅角量から所定の遅角量を遅角させるため、余裕をもった遅角量に設定された点火時期遅角量で、燃焼効率の悪化を防止することができる。

また、本発明の内燃機関のノッキング制御装置は、異常のあった前記ノッキングセンサと対応する気筒に対し、前記点火時期遅角量を遅角させた遅角量に応じた燃料の噴射量を増加させる構成を有している。

この構成により、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒に対して、点火時期遅角量を遅角させた遅角量に応じた燃料の噴射量を増加させるため、燃料を適切に消費することを防止でき、排気を良好にすることができる。

以上のように本発明は、ノッキングセンサに異常があっても燃焼効率の悪化を防止することができる内燃機関のノッキング制御装置を提供するものである。

以下、本発明の実施の形態に係る内燃機関およびそのノッキング制御装置について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関およびノッキング制御装置の構成図である。なお、図１では、８気筒の内燃機関を例示しているが、本発明では８気筒の内燃機関に限定するものではない。なお、本発明の実施の形態に係るノッキング制御装置は、図１に示したＥＣＵ３０によって構成される。

内燃機関１００は、気筒１１〜１８および各気筒のノッキングを検出するノッキングセンサ２１〜２４を有している。また、ノッキングセンサ２１〜２４は、例えばＣＰＵ、メモリ、入力信号回路、出力信号回路、など種々の電子回路などにより構成されるＥＣＵ３０と接続されている。

気筒とノッキングセンサとの対応関係としては、ノッキングセンサ２１が気筒１１または１３それぞれから発生するノッキングを検出し、ノッキングセンサ２２が気筒１２または１４のノッキングを検出し、ノッキングセンサ２３が気筒１５または１７のノッキングを検出し、ノッキングセンサ２４が気筒１６または１８のノッキングを検出するようになっている。

本発明の実施の形態では、ノッキングセンサ２１〜２４は何れも同じノッキングセンサであり、例えば、ノッキングセンサ２１を例にとって説明すれば、ノッキングセンサ２１は、気筒１１または１３からノッキングが発生すると高周波の振動を検知し、検知した振動に応じた出力電圧の信号をＥＣＵ３０に出力するようになっている。

ここで、本発明の実施の形態に係るＥＣＵ３０の構成図を図２に示す。ＥＣＵ３０は、回転速度気筒判別部３１、ノッキングセンサ信号処理部３２、ノッキング判定タイミング処理部３３、ノッキング判定部３４、ノッキングセンサ異常判定部３５、基本点火時期算出部３６、点火時期制御部３７、および燃料噴射量制御部３８によって構成されている。

回転速度気筒判別部３１は、図示していない各気筒にあるクランク角度センサによって出力された、クランク角度基準値を表すＧ信号および内燃機関の回転速度を表すＮＥ信号を受信し、受信したＧ信号およびＮＥ信号に基づいて気筒判別を行って、各気筒を識別するための気筒番号およびその回転速度を算出するようになっている。

ノッキングセンサ信号処理部３２は、各ノッキングセンサが検知した振動に応じた出力電圧の信号を受信するようになっている。なお、ノッキングの判定は、常時行っているのではなく、ノッキングによる振動が発生する期間（以下、ノッキング判定期間という。）だけに限定して行われる。ノッキング判定期間だけに限定して行われるのは、他の振動との誤判定を防止するためである。

そこで、ノッキング判定タイミング処理部３３は、回転速度気筒判別部３１が算出した気筒番号およびその回転速度に基づいて気筒番号の気筒に対応したノッキング判定期間を特定し、ノッキング判定期間になったとき、ノッキング判定期間に対応する気筒番号をノッキング判定部３４に出力するようになっている。

ノッキング判定部３４は、ノッキング判定タイミング処理部３３が出力した気筒番号と、ノッキングセンサ信号処理部３２が受信したノッキングセンサの出力結果とに基づいて、該当する気筒からノッキングが発生したか否かを判定するようになっている。

ノッキングセンサ異常判定部３５は、ノッキングセンサ信号処理部３２が受信したノッキングセンサの信号から、ノッキングセンサの断線や故障などノッキングセンサ２１〜２４の異常の有無を判定するようになっている。ノッキングセンサ２１〜２４の異常を検出した場合には、ノッキングセンサ異常判定部３５は、ノッキングセンサの識別番号を点火時期制御部３７に出力すると共に、ノッキングセンサの異常を運転者に通報するためのランプを点灯するようになっている。

基本点火時期算出部３６は、吸気圧センサ等から得られる負荷と、回転速度気筒判別部３１が算出した気筒番号およびその回転速度とに基づいて基本点火時期を算出するようになっている。例えば、基本点火時期算出部３６は、負荷および回転速度と基本点火時期とを対応させた対応表から基本点火時期を算出する。

点火時期制御部３７は、基本点火時期算出部３６が算出した基本点火時期を遅角補正することで内燃機関の運転状態に適した点火時期を求め、求めた点火時期に従った点火信号をイグナイタ９に出力するようになっている。

すなわち、点火時期制御部３７は、各気筒の点火時期を種々の条件で進角または遅角して点火時期を制御しており、例えば、進角して点火時期を早くすると燃焼最大圧力が高まるが、進角しすぎるとノッキングが発生するため、各気筒からノッキングが発生した場合にはノッキング判定部３４からノッキングの通知を受けるようになっている。

点火時期制御部３７は、ノッキング判定部３４が通知したノッキングに応じて点火時期や空燃比の制御を行い、最適な条件で内燃機関１００を燃焼させるようになっている。通常、点火時期は、内燃機関の出力トルク及び燃料消費率が最良となる点火時期（ＭＢＴ：Minimum advance for the BestTorque）に最も近い時期になるよう調整されるが、点火時期制御部３７は、気筒の燃焼状態に応じて最適な遅角量を学習するようになっている。

以下、学習されて定まった遅角量を遅角学習値という。なお、本発明の実施の形態では、点火時期制御部３７は、ノッキングセンサ毎に遅角量を学習しており、例えば、ノッキングセンサ２１では、ノッキングセンサ２１に対応した遅角量を補正した点火時期で気筒１１および１３の点火プラグが点火される。

また、点火時期制御部３７は、ノッキングセンサ異常判定部３５によって異常のあったノッキングセンサの識別番号が出力されたとき、出力された識別番号のノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量を設定して点火時期を制御するようになっている。なお、点火時期遅角量は、基本点火時期から遅角させるときの遅角量である。

詳細には、点火時期制御部３７は、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の異常検出前の遅角学習値が、異常のないノッキングセンサと対応する気筒の遅角学習値のうち最も大きい遅角学習値より小さい場合、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量をその最も大きい遅角学習値に設定するようになっている。

ここで、各気筒がもつ遅角学習値の一例を図３に示す。例えば、図３に示した遅角学習値の状態でノッキングセンサ２１に異常があった場合には、異常検出前の遅角学習値３度が、異常のないノッキングセンサと対応する気筒の遅角学習値のうち最も大きい遅角学習値６度より小さいため、点火時期制御部３７は、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒１１および１３の点火時期遅角量を、異常のないノッキングセンサと対応する気筒の遅角学習値のうち最も大きい遅角学習値６度に設定する。

なお、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量に設定される、上述の最も大きい遅角学習値から、さらに余裕をもった所定の遅角量が遅角されてもよい。例えば上述した例で、所定の遅角量が２度であれば、異常のあったノッキングセンサ２１と対応する気筒１１および１３に、気筒１５および１７の遅角学習値６度から所定の遅角量２度を加えた８度が点火時期遅角量として設定される。この例において、基本点火時期が２０度（ＢＴＤＣ：Before Top Dead Center）であれば、実際の点火時期は、点火時期遅角量８度を遅角して１２度（ＢＴＤＣ）になる。

また、点火時期制御部３７は、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の異常検出前の遅角学習値が、異常のないノッキングセンサと対応する気筒の遅角学習値の平均値より小さい場合、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量を平均値に設定するようにしてもよい。

例えば、図３に示した遅角学習値の状態でノッキングセンサ２１に異常のあった場合には、点火時期制御部３７は、異常検出前の遅角学習値３度が、異常のないノッキングセンサと対応する気筒の遅角学習値の平均値５度より小さいため、点火時期制御部３７は、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒１１および１３の点火時期遅角量を、異常のないノッキングセンサと対応する気筒の遅角学習値の平均値５度に設定する。なお、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量に設定される、遅角学習値の平均値から、さらに余裕をもった所定の遅角量が遅角されてもよい。

なお、異常検出前の遅角学習値が、上述の最も大きい遅角学習値以上である場合または上述の遅角学習値の平均値以上である場合には、点火時期制御部３７は、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の点火時期を異常検出前よりも遅角するなどの制御を行う。

燃料噴射量制御部３８は、各気筒の点火時期に応じた燃料の噴射量を算出し、算出した燃料の噴射量をインジェクタ８に通知するようになっている。点火時期を遅角させた場合には、燃料の燃焼速度が低下して燃焼状態が悪化する傾向にあるため、遅角量に対応させてインジェクタ８の燃料の噴射量が増大するのが望ましい。

そこで、燃料噴射量制御部３８は、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量で点火時期制御部３７によって遅角されたとき、この点火時期遅角量に応じて燃料の噴射量を増加するようになっている。燃料の噴射量を増加したとき、燃料噴射量制御部３８は、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒のインジェクタ８に、増加した燃料の噴射量を通知する。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る内燃機関のノッキング制御装置の動作の一例について、図面を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る内燃機関のノッキング制御装置がノッキングセンサの異常を検出したときの動作の一例を示すフローチャートである。

ノッキングセンサ２１〜２４が検知した振動に応じた出力電圧の信号が、ノッキングセンサ信号処理部３２によって受信された場合、各ノッキングセンサの信号がノッキングセンサ異常判定部３５に出力される（ステップＳ１）。

次に、ノッキングセンサ異常判定部３５は、出力されたノッキングセンサの信号に基づいて各ノッキングセンサの断線や故障などによるノッキングセンサの異常の有無を判定する（ステップＳ２）。

ノッキングセンサ２１〜２４の何れかに異常があると判定された場合、異常のあったノッキングセンサの識別番号がノッキングセンサ異常判定部３５によって点火時期制御部３７に出力される（ステップＳ３）。

異常のあったノッキングセンサの識別番号がノッキングセンサ異常判定部３５から出力されたとき、出力された識別番号のノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量は、点火時期制御部３７によって、異常のないノッキングセンサと対応する気筒の遅角学習値のうち最も遅い遅角学習値、または、遅角学習値の平均値などに設定される（ステップＳ４）。

もちろんこの場合、最も遅い遅角学習値や遅角学習値の平均値から、さらに余裕をもった所定の遅角量が遅角されたものが点火時期遅角量に設定されてもよい。次に、点火時期制御部３７は、設定された点火時期遅角量に従うように、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒のイグナイタ９を制御する（ステップＳ５）。

異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の点火時期が遅角されたため、燃料噴射量制御部３８は、この点火時期を遅角させた点火時期遅角量に応じて燃料の噴射量を増加し（ステップＳ６）、増加した燃料の噴射量に従うように、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒のインジェクタ８を制御する（ステップＳ７）。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る内燃機関のノッキング制御装置は、ノッキングセンサの異常を検出した場合には、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の点火時期だけを、異常のないノッキングセンサと対応する気筒の遅角学習値に基づいて遅角させるよう制御するため、全ての気筒の点火時期を遅角することなく、燃焼効率の悪化を防止することができる。

また、従来の内燃機関のノッキング制御装置は、気筒１１〜１８全ての点火時期を一律１５°ＣＡを遅角させていたのに対し、本発明の実施の形態に係る内燃機関のノッキング制御装置は、例えば、異常のあったノッキングセンサと対応する気筒の点火時期だけを、最も遅い遅角学習値からさらに余裕をもって所定の遅角量を遅角させるため、概ね５°ＣＡ程度の遅角で済み、燃焼効率の悪化を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関およびノッキング制御装置の構成図本発明の実施の形態に係るＥＣＵの構成図各気筒がもつ遅角学習値の一例を示す図本発明の実施の形態に係るＥＣＵがノッキングセンサの異常を検出したときの動作の一例を示すフローチャート従来の内燃機関およびＥＣＵの構成図

符号の説明

８インジェクタ
９イグナイタ
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８気筒
２１、２２、２３、２４ノッキングセンサ
３０、５０ＥＣＵ
３１回転速度気筒判別部
３２ノッキングセンサ信号処理部
３３ノッキング判定タイミング処理部
３４ノッキング判定部
３５ノッキングセンサ異常判定部
３６基本点火時期算出部
３７点火時期制御部
３８燃料噴射量制御部
１００内燃機関

Claims

複数のノッキングセンサを備えた多気筒内燃機関に適用されて、前記ノッキングセンサの信号によるノッキング判定結果に基づいてノッキング検出を行い、その検出結果に基づきノッキング抑制制御を実施する内燃機関のノッキング制御装置において、前記複数のノッキングセンサの異常を検出するノッキングセンサ異常検出手段と、該ノッキングセンサ異常検出手段により前記複数のノッキングセンサのうち何れかの異常が検出された場合には、異常のあった前記ノッキングセンサと対応する気筒の点火時期を遅角制御する手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関のノッキング制御装置。
異常のあった前記ノッキングセンサと対応する気筒の異常検出前の遅角学習値が、異常のない前記ノッキングセンサと対応する気筒の遅角学習値のうち最も大きい遅角学習値より小さい場合、異常のあった前記ノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量を前記最も大きい遅角学習値に設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のノッキング制御装置。
異常のあった前記ノッキングセンサと対応する気筒の異常検出前の遅角学習値が、異常のない前記ノッキングセンサと対応する気筒の遅角学習値の平均値より小さい場合、異常のあった前記ノッキングセンサと対応する気筒の点火時期遅角量を前記平均値に設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のノッキング制御装置。
前記設定される点火時期遅角量から所定の遅角量を遅角させることを特徴とする請求項２から請求項３までの何れかに記載の内燃機関のノッキング制御装置。
異常のあった前記ノッキングセンサと対応する気筒に対し、前記点火時期遅角量を遅角させた遅角量に応じた燃料の噴射量を増加させることを特徴とする請求項２から請求項４までの何れかに記載の内燃機関のノッキング制御装置。