JP2014025449A

JP2014025449A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2014025449A
Application number: JP2012168173A
Authority: JP
Inventors: Keiji Teramura; 圭司寺村
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-02-06

Abstract

【課題】内燃機関のノックの発生を抑制しつつ、燃費の向上を図る。
【解決手段】ノック検出手段を有する内燃機関の制御に用いられ、前記ノック検出手段がノックを検出した際に点火時期を遅角する制御装置において、ノック検出手段が検出したノックの度合いが大きいほど、ノックを検出した直後の遅角量を大きくし、その後、徐々に単位時間あたりの点火時期の遅角量を小さくする、即ち、徐々に進角する制御を行う。その結果、ノックの発生に伴う点火遅角を早期に終了させ、最良の燃費が得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ノック検出手段を有する内燃機関の制御に用いられる内燃機関の制御装置に関する。

従来より、車両に搭載される内燃機関においてノックの発生を抑制すべく、ノック検出手段を備えさせ、ノック検出手段がノックを検出した際にノックの発生を抑制すべく点火時期を遅角する制御を行うことが知られている、このような制御の例として、ノック検出手段がノックを検出した際に車速に応じた遅角幅だけ点火時期を遅角する制御や、ノック検出手段の出力に応じた遅角幅だけ点火時期を遅角する制御等が知られている（例えば、特許文献１及び２を参照）。

しかして、上述した特許文献１及び２記載の発明のような制御では、点火時期を遅角した後の単位時間あたりの点火時期の進角量が一定である。また、ノックの発生を抑制すべく単位時間あたりの点火時期の進角量は小さな値に設定している。そのため、ノックが小さい場合であっても最良の燃費が得られる点火タイミングよりも点火タイミングを遅角させた状態となる期間が長く、燃費の面で不利であるという別の不具合が存在する。

特開昭６４−３２０３４号公報特開昭５８−４１２６４号公報

本発明は以上の点に着目し、ノックの発生を抑制しつつ、燃費の向上を図ることを目的とする。

以上の課題を解決すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、以下に述べるような制御を行う。すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、ノック検出手段を有する内燃機関の制御に用いられ、前記ノック検出手段がノックを検出した際に点火時期を遅角するものであって、ノック検出手段が検出したノックの度合いが大きくなるにつれて、ノックを検出した直後の遅角量を大きくし、その後の単位時間あたりの点火時期の進角量を小さくする制御を行う。

このような制御を行えば、ノックの度合いが小さい場合には直後の遅角量を小さくし、かつその後の単位時間あたりの進角量を大きくすることによりノックの発生に伴う点火遅角を早期に終了させ、最良の燃費が得られる点火タイミングで点火する期間を長くすることができ、燃費の向上を図ることができる。

本発明によれば、ノックの発生を抑制しつつ、ノックの度合いが小さい場合には直後の遅角量を小さくし、その後の単位時間あたりの進角量を大きくすることによりノックの発生に伴う点火遅角を早期に終了させるので、燃費の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態における内燃機関を示す概略構成図。同実施形態における内燃機関の制御装置が行う制御の手順を示すフローチャート。同実施形態における内燃機関の制御装置がによる制御の作用を示す概略図。

本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の燃焼室の天井部には、燃料を噴射するインジェクタ１１及び点火プラグ１２を取り付けてある。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

ここで本実施形態では、気筒１の外壁、より正確にはシリンダブロックの外壁にノックを検出するためのノック検出手段を構成するノックセンサ１３を取り付けている。このノックセンサ１３は、気筒１の振動を検知する振動センサである。このノックセンサ１３から出力される振動信号ｈは、ＥＣＵ０に向けて出力される。

内燃機関の運転制御を司る制御装置であるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、前記ノックセンサ１３から出力される振動信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態において、ＥＣＵ０は、ノックセンサ１３を介して取得される振動信号ｈを参照し、気筒１におけるノッキングの有無を判定する。以下、振動信号ｈを参照したノック判定に関して述べる。

ノッキングの有無を判定するにあたり、ＥＣＵ０は予め、統計処理によりノック判定値を算定しておく。具体的には、何れの気筒１においてもノッキングが起こっていないと思しき状況下で、シリンダブロックの振動をノックセンサ１３を介してサンプリングし、振動信号ｈを得る。そして、この振動信号ｈのサンプリング値Ｊのある期間内の時系列から、平均値及び標準偏差、ひいては第１ノック判定閾値Ｊ₁を算出する。平均値をＸ、標準偏差をσとおくと、第１ノック判定閾値Ｊ₁は、
Ｊ₁＝Ｘ＋Ｕσ （１）
として求められる。上の（１）式における係数Ｕは、そのときの運転領域、即ちエンジン回転数及び要求負荷に応じて設定する。

その上で、ノックセンサ１３が出力する振動信号ｈの現在のサンプリング値Ｊを、第１ノック判定閾値Ｊ₁と比較する。現在のサンプリング値Ｊが第１ノック判定閾値Ｊ₁を上回ったならは、何れかの気筒１にてノッキングが起こったものと判定する。逆に、現在のサンプリング値Ｊが第１ノック判定閾値Ｊ₁以下であるならば、気筒１にてノッキングは起こっていないものと判定する。係数Ｕ、第１ノック判定閾値Ｊ₁等は、ＥＣＵ０のメモリに記憶保持する。

さらに本実施形態では、小規模なノックが発生した場合と大規模なノックが発生した場合とで異なる点火時期制御を行うようにすべく、以下の式により第１ノック判定閾値Ｊ₁より大きな値を示す第２ノック判定閾値Ｊ₂を算出する。平均値をＸ、標準偏差をσとおくと、第２ノック判定閾値Ｊ₂は、
Ｊ₂＝Ｘ＋ＫＵσ （２）
として求められる。上の（２）式における係数Ｕは、前記（１）式における係数Ｕと同一である。また、同式における係数Ｋは、１よりも大きな正の定数である。なお、定数Ｋの値は、後述する点火時期制御プログラムによる制御において、ノックを検出して点火時期を遅角制御した後の点火時期の単位時間当たりの進角量を従来のものと比較して大きくできる最小限の値として予め実験により求められる。

さらに、本実施形態のＥＣＵ０は、始動時においてＥＣＵ０のメモリに内蔵した点火時期制御プログラムをプロセッサが実行することにより、以下に述べるような制御を行う。すなわち、ノックセンサ１３が出力する振動信号ｈの現在のサンプリング値Ｊをノックの度合いを示すパラメータとし、このサンプリング値Ｊが高周波側を示す領域ではノックを検出した直後の遅角量を大きくし、その後の単位時間あたりの点火時期の進角量である減衰量を小さくするとともに、前記サンプリング値Ｊが低周波側を示す領域ではノックを検出した直後の遅角量を小さくし、その後の単位時間あたりの点火時期の進角量である減衰量を大きくする制御を行う。より具体的には、前記サンプリング値Ｊが前記第２ノック判定閾値Ｊ₂より高周波側である際には、ノックを検出した直後の遅角量を第１の遅角量θ₁、その後の単位時間あたりの点火時期の進角量である減衰量ｄ₁を第１の減衰量ｄ₁に設定する。これら第１の遅角量θ₁及び第１の減衰量ｄ₁は、従来のこの種のノック発生時における点火タイミングの遅角制御におけるものと同程度である。一方、前記サンプリング値Ｊが前記第２ノック判定閾値Ｊ₂より低周波側である際には、ノックを検出した直後の遅角量を前記第１の遅角量θ₁より小さい第２の遅角量θ₂、その後の単位時間あたりの点火時期の進角量である減衰量を前記第１の減衰量ｄ₁より大きい第２の減衰量ｄ₂に設定する。この点火時期制御プログラムによる制御の手順についてフローチャートである図２を参照しつつ以下に述べる。

まず、前記振動信号ｈに基づきノッキングが発生しているか否か、より具体的には前記サンプリング値Ｊが前記第１ノック判定閾値Ｊ₁より高周波側であるか否かを判定する（Ｓ１）。次いで、ノッキングが発生している場合には、ノッキングが大規模なものであるか否か、より具体的には前記サンプリング値Ｊが前記第２ノック判定閾値Ｊ₂より高周波側であるか否かを判定する（Ｓ２）。大規模なノッキングが発生した場合、すなわち前記サンプリング値Ｊが前記第２ノック判定閾値Ｊ₂より高周波側である場合には、点火タイミングを前記第１の遅角量θ₁だけ遅角させる（Ｓ３）。それから、大規模なノックを検出したことを示すフラグＦの値を「１」に設定する（Ｓ４）。また、小規模なノッキングが発生した場合、すなわち前記サンプリング値Ｊが前記第１ノック判定閾値Ｊ₁より高周波側で、かつ前記サンプリング値Ｊが前記第２ノック判定閾値Ｊ₂より低周波側である場合には、点火タイミングを前記第２の遅角量θ₂だけ遅角させる（Ｓ５）。それから、大規模なノックを検出したことを示すフラグＦの値を「０」に設定する（Ｓ６）。一方、ノッキングが発生していない場合には、前回検出したノッキングが大規模なものであるか否か、すなわち前記フラグの値が「１」であるか否かを判定する（Ｓ７）。前記フラグの値が「１」である場合すなわち前回検出したノッキングが大規模なものである場合は点火タイミングを前記第１の減衰量ｄ₁だけ進角させる（Ｓ８）。前記フラグの値が「１」でない場合すなわち前回検出したノッキングが小規模なものである場合は点火タイミングを前記第２の減衰量ｄ₂だけ進角させる（Ｓ９）。

すなわち、ＥＣＵ０は、図３の期間Ｔ₁のように、小規模なノックのみが発生している期間においては、ノックを検知した後、点火タイミングを小幅に、すなわち前記第２の遅角量θ₂だけ遅角させ、その後前記第２の減衰量ｄ₂だけ進角させて点火タイミングを速やかにＭＢＴに近づける制御を行う。一方、図３の期間Ｔ₂のように、大規模なノックが発生している期間においては、ノックを検知した後、点火タイミングを大幅に、すなわち前記第１の遅角量θ₁だけ遅角させ、その後、ノックの再発を抑制すべく点火タイミングをゆるやかに、具体的には前記第１の減衰量ｄ₁だけ進角させる制御を行う。

以上に述べたように、本実施形態の制御を行うことにより、小規模なノックのみが散発的に発生するような条件下では、点火タイミングの遅角量を小さくし、その後速やかに点火タイミングを進角させることにより点火タイミングがＭＢＴ又はその近傍である期間を長くし、燃費の向上を図ることができる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。

例えば、上述した実施形態では、気筒の外壁（シリンダブロックの外壁）にノックを検出するためのノック検出手段を構成するノックセンサを取り付け、このノックセンサから出力される振動信号に基づきノックを検出するようにしているが、火花点火用の電気回路に、イオン電流を検出するための回路を付加し、検出されたイオン電流に基づきノックを検出するようにしてもよい。また、気筒内部の筒内圧や、気筒内部の温度等に基づきノック及びその度合いを検出するようにしてもよい。これらの場合、各気筒ごとにノックの度合いに基づく点火タイミングの制御をおこなうようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、ノックの度合いを示す振動信号のサンプリング値が第２ノック判定閾値を上回る場合には第１の遅角量だけ点火タイミングを遅角させて第１の減衰量で点火タイミングを進角させるとともに前記サンプリング値が第２ノック判定閾値を下回る場合は前記第１の遅角量より小さな第２の遅角量だけ点火タイミングを遅角させて前記第１の減衰量よりも大きな値の第２の減衰量で点火タイミングを進角させるようにしているが、３通り以上の遅角量及び減衰量を用いた制御を行うようにしてもよく、さらに、ノックの度合いが前記第１ノック判定閾値又はこれに相当する閾値を上回る幅に対応させて遅角量及び減衰量を無段階に設定してもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１２…点火プラグ
１３…ノックセンサ
ｈ…振動信号

Claims

ノック検出手段を有する内燃機関の制御に用いられ、前記ノック検出手段がノックを検出した際に点火時期を遅角するものであって、
ノック検出手段が検出したノックの度合いが大きくなるにつれて、ノックを検出した直後の遅角量を大きくし、その後の単位時間あたりの点火時期の進角量を小さくする制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。