JP2018062888A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノック検出の精度を向上する。【解決手段】有効圧縮比を変更する有効圧縮比変更装置と、気筒内の圧力を検出する筒内圧センサと、を備えた内燃機関を制御する制御装置であって、筒内圧センサの検出値に基づいて得たノック強度がノック判定値よりも大きい場合にノックが発生していると判定する内燃機関の制御装置において、内燃機関の圧縮比が高いときは低いときよりもノック判定値を大きくする。【選択図】図９

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

圧縮比を変化させる可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、圧縮比を変更中にノックセンサにおけるノック判定を実施するときには、ノック判定値を補正する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、圧縮比を変更している過渡時においてノイズが発生しても、ノックを誤検出してしまうことを抑制できる。

特開２００７−０９２６１０号公報 特開２０１６−０８９７００号公報 特開２０１１−２２６４７３号公報

ここで、気筒内の圧力を検出する筒内圧センサを備え、該筒内圧センサの検出値に基づいてノックを検出することもできる（例えば、特許文献２参照。）。しかし、エンジンブロックの振動を直接的に検出するノックセンサとは異なり、筒内圧センサの出力信号は、筒内の気柱振動の影響を受ける。筒内圧センサを利用してノック判定を行う際には、この気柱振動が主なノイズ源となる。このノイズ（気柱振動）の影響によって頻度分布の中央値がばらついてしまう。有効圧縮比を変化させることが可能な内燃機関の場合、有効圧縮比の変化に伴って気柱振動が増大し、その結果、筒内圧センサの検出値におけるノイズ成分が増大する。そうすると、ノックが発生していないのにも関わらず、ノックが誤検出される虞がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノック検出の精度を向上することにある。

上記課題を解決するために、有効圧縮比を変更する有効圧縮比変更装置と、気筒内の圧力を検出する筒内圧センサと、を備えた内燃機関を制御する制御装置であって、前記筒内圧センサの検出値に基づいて得たノック強度がノック判定値よりも大きい場合にノックが発生していると判定する内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の圧縮比が高いときは低いときよりも前記ノック判定値を大きくするノック判定値変更部を備える。

本発明によれば、ノック検出の精度を向上することができる。

実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例に係る内燃機関の断面模式図を示す図である。 実施例に係る可変長コンロッドの構成について示す図である。 実施例に係る第一状態の切換機構を示す図である。 実施例に係る第二状態の切換機構を示す図である。 ノック強度の頻度分布を示した図である。 内燃機関の圧縮比を第二圧縮比（低圧縮比）から第一圧縮比（高圧縮比）に変化させるときの圧縮比及びノック判定値の推移を示したタイムチャートである。 内燃機関の圧縮比を第一圧縮比（高圧縮比）から第二圧縮比（低圧縮比）に変化させるときの圧縮比及びノック判定値の推移を示したタイムチャートである。 圧縮比とノック判定値との関係を示した図である。 実施例１に係るノック判定値を変化させるフローを示したフローチャートである。 第二圧縮比から第一圧縮比へ変更するときの圧縮比とノック判定値との推移を示したタイムチャートである。 実施例２に係るノック判定値を変化させるフローを示したフローチャートである。 実施例３に係るノック判定値を変化させるフローを示したフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を備えた火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。内燃機関１には、各気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３および混合気を着火させるための点火プラグ４が設けられている。また、内燃機関１には、各気筒２内の圧力を検出する筒内圧センサ１０２が設けられている。ここで、内燃機関１では、１運転サイクル（クランク角度７２０°）において、＃１気筒、＃３気筒、＃４気筒、＃２気筒の順に気筒２内での燃焼が行われる。

内燃機関１には、吸気通路４００および排気通路５００が接続されている。吸気通路４００には、エアフローメータ４０１およびスロットル４０２が設けられている。エアフローメータ４０１は、吸気通路４００内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。スロットル４０２は、吸気通路４００におけるエアフローメータ４０１よりも下流側に配置されている。スロットル４０２は、吸気通路４００内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。また、排気通路５００は、図示しない触媒や消音器を経由して大気中に開放されている。

更に、内燃機関１の断面模式図を図２に示す。図２は、図１のＳ−Ｓ線に沿った内燃機関１の断面模式図である。図２に示すように、内燃機関１は、シリンダブロック７と、シリンダヘッド８と、を備えている。シリンダブロック７には、クランクシャフト２００が回転自在に収容されている。シリンダブロック７には、円柱状の気筒２が形成されている。該気筒２内には、ピストン５が摺動自在に収容されている。ピストン５とクランクシャフト２００とは、後述する可変長コンロッド６により連結されている。シリンダヘッド８には、吸気ポート１１と排気ポート１４とが形成されている。シリンダヘッド８は、燃焼室３００における吸気ポート１１の開口端を開閉するための吸気バルブ９と、該吸気バルブ９を開閉駆動するための吸気カムシャフト１０とを備えている。また、シリンダヘッド８は、燃焼室３００における排気ポート１４の開口端を開閉するための排気バルブ１２と、該排気バルブ１２を開閉駆動するための排気カムシャフト１３とを備えている。さらに、シリンダヘッド８は、燃焼室３００内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３および燃焼室３００内の混合気を着火させるための点火プラグ４を備えている。また、シリンダブロッ
ク７には、内燃機関１のノックを検出するためのノックセンサ１０１が設けられている。このノックセンサ１０１は圧電素子を含む衝撃ピックアップであり、ノックが発生した場合にシリンダブロック７に伝わる衝撃の大きさに応じた信号を出力する。なお、ノックセンサ１０１は必ずしも必要ではない。

ここで、可変長コンロッド６は、その小端部においてピストンピン２１によりピストン５と連結されるとともに、その大端部においてクランクシャフト２００のクランクピン２２と連結されている。可変長コンロッド６は、ピストンピン２１の軸心からクランクピン２２の軸心までの距離、すなわち有効長を変更することができる。

可変長コンロッド６の有効長が長くなると、クランクピン２２の軸心からピストンピン２１の軸心までの長さが長くなるため、図２中の実線で示すようにピストン５が上死点にあるときの燃焼室３００の容積が小さくなる。一方、可変長コンロッド６の有効長が短くなると、クランクピン２２の軸心からピストンピン２１の軸心までの長さが短くなるため、図２中の破線で示すようにピストン５が上死点にあるときの燃焼室３００の容積が大きくなる。なお、上記したように可変長コンロッド６の有効長が変化しても、ピストン５のストロークが変化しないため、ピストン５が上死点に位置するときの筒内容積（燃焼室容積）とピストン５が下死点に位置するときの筒内容積との比（機械圧縮比）が変化することになる。

（可変長コンロッド６の構成）
ここで、本実施例における可変長コンロッド６の構成について図３に基づいて説明する。可変長コンロッド６は、コンロッド本体３１と、コンロッド本体３１に回動可能に取り付けられた偏心部材３２と、コンロッド本体３１に設けられた第１ピストン機構３３と、コンロッド本体３１に設けられた第２ピストン機構３４と、これら両ピストン機構３３、３４への作動油の流れの切換を行う切換機構３５と、を具備する。

コンロッド本体３１は、その一方の端部にクランクシャフト２００のクランクピン２２を受容するクランク受容開口４１を有し、他方の端部に後述する偏心部材３２のスリーブを受容するスリーブ受容開口４２を有する。クランク受容開口４１はスリーブ受容開口４２よりも大きいことから、クランク受容開口４１が設けられている側のコンロッド本体３１の端部を大端部３１ａと称し、スリーブ受容開口４２が設けられている側のコンロッド本体３１の端部を小端部３１ｂと称する。

なお、本明細書では、クランク受容開口４１の軸心（すなわち、クランク受容開口４１に受容されるクランクピン２２の軸心）と、スリーブ受容開口４２の軸心（すなわち、スリーブ受容開口４２に受容されるスリーブの軸心）との間で延びる仮想直線を、可変長コンロッド６の軸線Ｘと称す。また、可変長コンロッド６の軸線Ｘに対して垂直であってクランク受容開口４１の軸心に垂直な方向における可変長コンロッド６の長さを、該可変長コンロッド６の幅と称する。加えて、クランク受容開口４１の軸心に平行な方向における可変長コンロッド６の長さを、該可変長コンロッド６の厚さと称する。

次に、偏心部材３２は、コンロッド本体３１に形成されたスリーブ受容開口４２内に受容される円筒状のスリーブ３２ａと、スリーブ３２ａからコンロッド本体３１の幅方向において一方の方向に延びる第１アーム３２ｂと、スリーブ３２ａからコンロッド本体３１の幅方向において他方の方向（上記一方の方向とは概して反対方向）に延びる第２アーム３２ｃとを具備する。スリーブ３２ａはスリーブ受容開口４２内で回動可能であるため、偏心部材３２はコンロッド本体３１の小端部３１ｂにおいてコンロッド本体３１に対して小端部３１ｂの周方向に回動可能に取り付けられることになる。

また、偏心部材３２のスリーブ３２ａは、ピストンピン２１を受容するためのピストンピン受容開口３２ｄを有する。このピストンピン受容開口３２ｄは円筒状に形成されている。円筒状のピストンピン受容開口３２ｄは、その軸心がスリーブ３２ａの軸心に対して偏心するように形成される。

このように、本実施例では、スリーブ３２ａのピストンピン受容開口３２ｄの軸心がスリーブ３２ａの軸心から偏心しているため、偏心部材３２が回転すると、スリーブ受容開口４２内でのピストンピン受容開口３２ｄの位置が変化する。スリーブ受容開口４２内においてピストンピン受容開口３２ｄの位置が大端部３１ａ側にあるときには、コンロッドの有効長が短くなる。逆に、スリーブ受容開口４２内においてピストンピン受容開口３２ｄの位置が大端部３１ａ側とは反対側にあるときには、コンロッドの有効長が長くなる。したがって本実施形態によれば、偏心部材３２を回動させることによって、コンロッドの有効長を変更することができる。

次に、第１ピストン機構３３は、コンロッド本体３１に形成された第１シリンダ３３ａと、第１シリンダ３３ａ内で摺動する第１ピストン３３ｂとを有する。第１シリンダ３３ａは、そのほとんど又はその全てがコンロッドの軸線Ｘに対して第１アーム３２ｂ側に配置される。また、第１シリンダ３３ａは、小端部３１ｂに近づくほどコンロッド本体３１の幅方向に突出するように軸線Ｘに対して或る程度の角度だけ傾斜して配置される。また、第１シリンダ３３ａは、第１ピストン連通油路５１を介して切換機構３５と連通する。

第１ピストン３３ｂは、第１連結部材４５により偏心部材３２の第１アーム３２ｂに連結される。第１ピストン３３ｂは、ピンによって第１連結部材４５に回転可能に連結される。第１アーム３２ｂは、スリーブ３２ａに結合されている側とは反対側の端部において、ピンによって第１連結部材４５に回転可能に連結される。

一方、第２ピストン機構３４は、コンロッド本体３１に形成された第２シリンダ３４ａと、第２シリンダ３４ａ内で摺動する第２ピストン３４ｂとを有する。第２シリンダ３４ａは、そのほとんど又はその全てがコンロッドの軸線Ｘに対して第２アーム３２ｃ側に配置される。また、第２シリンダ３４ａは、小端部３１ｂに近づくほどコンロッド本体３１の幅方向に突出するように軸線Ｘに対して或る程度の角度だけ傾斜して配置される。また、第２シリンダ３４ａは、第２ピストン連通油路５２を介して切換機構３５と連通する。

第２ピストン３４ｂは、第２連結部材４６により偏心部材３２の第２アーム３２ｃに連結される。第２ピストン３４ｂは、ピンによって第２連結部材４６に回転可能に連結される。第２アーム３２ｃは、スリーブ３２ａに連結されている側とは反対側の端部において、ピンによって第２連結部材４６に回転可能に連結される。

次に、切換機構３５は、後述するように、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを遮断し、且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを許容する第一状態と、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを許容し且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを遮断する第二状態と、を切り換える機構である。

ここで、切換機構３５が前記第一状態にあるときは、第１シリンダ３３ａ内に作動油が供給され、且つ第２シリンダ３４ａから作動油が排出されることになる。このため、第１ピストン３３ｂが上昇し、それに伴って第１ピストン３３ｂに連結された偏心部材３２の第１アーム３２ｂも上昇する。一方、第２ピストン３４ｂが下降し、それに伴って第２ピストン３４ｂに連結された第２アーム３２ｃも下降する。その結果、偏心部材３２が図２中の時計回りに回動するため、ピストンピン受容開口３２ｄの位置がクランクピン２２の
位置から離間する。すなわち、可変長コンロッド６の有効長が長くなる。そして、第２ピストン３４ｂが第２シリンダ３４ａの底面と当接すると、偏心部材３２の回動が規制されて、該偏心部材３２の回動位置がその位置に保持される。

なお、切換機構３５が第一状態にあるときには、基本的には外部から作動油を供給することなく、第１ピストン３３ｂ及び第２ピストン３４ｂが上記した位置まで移動する。これは、内燃機関１の気筒２内でピストン５が往復動してピストン５に上向きの慣性力が作用したときに第２ピストン３４ｂが押し込まれ、これによって第２シリンダ３４ａ内の作動油が第１シリンダ３３ａに移動するためである。一方、内燃機関１の気筒２内でピストン５が往復動してピストン５に下向きの慣性力が作用したときや、燃焼室３００内で混合気の燃焼が起きてピストン５に下向きの力が作用したときには、第１ピストン３３ｂを押し込む力が働くが、切換機構３５により第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れが遮断されているため、第１シリンダ３３ａ内の作動油は流出せず、よって第１ピストン３３ｂは押し込まれない。

次に、切換機構３５が前記第二状態にあるときは、第２シリンダ３４ａ内に作動油が供給され、且つ第１シリンダ３３ａから作動油が排出されることになる。このため、第２ピストン３４ｂが上昇し、それに伴って第２ピストン３４ｂに連結された偏心部材３２の第２アーム３２ｃも上昇する。一方、第１ピストン３３ｂが下降し、第１ピストン３３ｂに連結された第１アーム３２ｂも下降する。その結果、偏心部材３２が図３中の反時計回りに回動するため、ピストンピン受容開口３２ｄの位置がクランクピン２２の位置に接近する。すなわち、可変長コンロッド６の有効長が短くなる。そして、第１ピストン３３ｂが第１シリンダ３３ａの底面に当接すると、偏心部材３２の回動が規制されて、該偏心部材３２の回動位置がその位置に保持される。よって、切換機構３５が前記第二状態にあるときは前記第一状態にあるときに比べ、内燃機関１の機械圧縮比が低くなる。以下では、切換機構３５が前記第一状態にあるときの機械圧縮比を第一圧縮比と称し、切換機構３５が前記第二状態にあるときの機械圧縮比を第二圧縮比と称する。第一圧縮比は第二圧縮比よりも大きくなる。

なお、切換機構３５が第二状態にあるときも、基本的には外部から作動油を供給することなく、第１ピストン３３ｂ及び第２ピストン３４ｂが上記した位置まで移動する。これは、内燃機関１の気筒２内でピストン５が往復動してピストン５に下向きの慣性力が作用したときや、燃焼室３００内で混合気の燃焼が起きてピストン５に下向きの力が作用したときに、第１ピストン３３ｂが押し込まれ、これによって第１シリンダ３３ａ内の作動油が第２シリンダ３４ａに移動するためである。一方、内燃機関１の気筒２内でピストン５が往復動してピストン５に上向きの慣性力が作用したときには、第２ピストン３４ｂを押し込む力が働くが、切換機構３５により第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れが遮断されているため、第２シリンダ３４ａ内の作動油は流出せず、よって第２ピストン３４ｂは押し込まれない。

（切換機構３５の構成）
次に、切換機構３５の一実施態様について、図４、図５に基づいて説明する。なお、図４は、第一状態の切換機構３５を示し、図５は、第二状態の切換機構３５を示す。切換機構３５は、二つの切換ピン６１、６２と一つの逆止弁６３とを具備する。二つの切換ピン６１、６２は、それぞれ円筒状のピン収容空間６４、６５内に摺動自在に収容される。

上記した二つの切換ピン６１、６２のうちの一方の切換ピン６１（第１切換ピン６１）は、その周方向に延びる二つの円周溝６１ａ、６１ｂを有する。これら円周溝６１ａ、６１ｂは、第１切換ピン６１内に形成された連通路６１ｃによって互いに連通している。また、第１切換ピン６１を収容する第１ピン収容空間６４内には、第１切換ピン６１を付勢
するための第１付勢バネ６７が収容されている。

上記した二つの切換ピン６１、６２のうちの他方の切換ピン６２（第２切換ピン６２）も、その周方向に延びる二つの円周溝６２ａ、６２ｂを有する。これら円周溝６２ａ、６２ｂは、第２切換ピン６２内に形成された連通路６２ｃによって互いに連通している。また、第２切換ピン６２を収容する第２ピン収容空間６５内にも、第２切換ピン６２を付勢するための第２付勢バネ６８が収容されている。

逆止弁６３は、円筒状の逆止弁収容空間６６内に収容される。逆止弁６３は、一次側（図４中の上側）から二次側（図４中の下側）への流れを許容するとともに、二次側から一次側への流れを遮断するように構成される。

第１切換ピン６１を収容する第１ピン収容空間６４は、第１ピストン連通油路５１を介して第１シリンダ３３ａに連通せしめられる。第１ピン収容空間６４は、二つの空間連通油路５３、５４を介して逆止弁収容空間６６に連通せしめられる。このうち一方の第１空間連通油路５３は、第１ピン収容空間６４と逆止弁収容空間６６の二次側とを連通せしめる。他方の第２空間連通油路５４は、第１ピン収容空間６４と逆止弁収容空間６６の一次側とを連通せしめる。

第２切換ピン６２を収容する第２ピン収容空間６５は、第２ピストン連通油路５２を介して第２シリンダ３４ａに連通せしめられる。第２ピン収容空間６５は、二つの空間連通油路５５、５６を介して逆止弁収容空間６６に連通せしめられる。このうち一方の第３空間連通油路５５は、第２ピン収容空間６５と逆止弁収容空間６６の二次側とを連通せしめる。他方の第４空間連通油路５６は、第２ピン収容空間６５と逆止弁収容空間６６の一次側とを連通せしめる。

また、第１ピン収容空間６４は、コンロッド本体３１内に形成された第１制御用油路５７と連通している。その際、第１制御用油路５７は、第１付勢バネ６７が設けられた端部とは反対側の端部において第１ピン収容空間６４に連通せしめられるものとする。また、第２ピン収容空間６５は、コンロッド本体３１内に形成された第２制御用油路５８と連通している。その際、第２制御用油路５８は、第２付勢バネ６８が設けられた端部とは反対側の端部において第２ピン収容空間６５に連通せしめられるものとする。上記した第１制御用油路５７及び第２制御用油路５８は、クランク受容開口４１に連通するように形成されるとともに、クランクピン２２内に形成された油路（図示せず）を介して外部の切換弁７５に連通される。ここでいう切換弁７５は、例えば、二つの制御用油路５７、５８と図示しないオイルポンプとの導通と遮断とを切り換える弁機構である。

逆止弁収容空間６６の一次側は、コンロッド本体３１内に形成された補充用油路５９を介して、オイルポンプ等の作動油供給源７６に連通せしめられる。補充用油路５９は、切換機構３５の各部から外部へ漏れた作動油を補充するための油路である。

（切換機構３５の動作）
上記したように構成される切換機構３５において、切換弁７５が制御用油路５７、５８と作動油供給源７６とを導通させているときは、図４に示したように、切換ピン６１、６２に作用する油圧によって付勢バネ６７、６８が縮められるため、切換ピン６１、６２が、第１切換ピン６１の連通路６１ｃを介して第１ピストン連通油路５１と第１空間連通油路５３とが連通せしめられ、且つ第２切換ピン６２の連通路６２ｃを介して第２ピストン連通油路５２と第４空間連通油路５６とが連通せしめられる位置に移動及び保持される。その場合、第１シリンダ３３ａが逆止弁６３の二次側に接続され、且つ第２シリンダ３４ａが逆止弁６３の一次側に接続されることになる。そのため、第２シリンダ３４ａ内の作
動油は、第２ピストン連通油路５２、第４空間連通油路５６、第１空間連通油路５３、及び第１ピストン連通油路５１を介して第１シリンダ３３ａへ移動可能になるが、第１シリンダ３３ａ内の作動油は、第２シリンダ３４ａへ移動することができなくなる。したがって、切換弁７５が制御用油路５７、５８と作動油供給源７６とを導通させているときは、切換機構３５は、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを遮断し、且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを許容する状態（第一状態）になる。

一方、切換弁７５が制御用油路５７、５８と作動油供給源７６とを遮断させているときは、図５に示したように、付勢バネ６７、６８が伸長するため、切換ピン６１、６２が、第１切換ピン６１の連通路６１ｃを介して第１ピストン連通油路５１と第２空間連通油路５４とが連通せしめられ、且つ第２切換ピン６２の連通路６２ｃを介して第２ピストン連通油路５２と第３空間連通油路５５とが連通せしめられる位置に移動及び保持される。その場合、第１シリンダ３３ａが逆止弁６３の一次側に接続され、且つ第２シリンダ３４ａが逆止弁６３の二次側に接続されることになる。そのため、第１シリンダ３３ａ内の作動油は、第１ピストン連通油路５１、第２空間連通油路５４、第３空間連通油路５５、及び第２ピストン連通油路５２を介して第２シリンダ３４ａへ移動可能になるが、第２シリンダ３４ａ内の作動油は、第１シリンダ３３ａへ移動することができなくなる。したがって、切換弁７５が制御用油路５７、５８と作動油供給源７６とを遮断させているときは、切換機構３５は、第１シリンダ３３ａから第２シリンダ３４ａへの作動油の流れを許容し、且つ第２シリンダ３４ａから第１シリンダ３３ａへの作動油の流れを遮断する状態（第二状態）になる。

上記したように、切換弁７５によって第１ピン収容空間６４及び第２ピン収容空間６５に対する油圧の供給と遮断とが切り換えられると、切換機構３５を第一状態と第二状態とを切り換えることができ、それに伴って内燃機関１の機械圧縮比を第一圧縮比（高圧縮比）と第二圧縮比（低圧縮比）との何れか一方に切り換えることができる。

ここで、図１に戻り、上記したように構成される内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００が併設されている。ＥＣＵ１００は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１００には、上記のエアフローメータ４０１、ノックセンサ１０１、筒内圧センサ１０２に加え、アクセルポジションセンサ２０１、およびクランクポジションセンサ２０２等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ２０１は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ２０２は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１００に入力される。ＥＣＵ１００は、アクセルポジションセンサ２０１の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２０２の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。

また、ＥＣＵ１００には、燃料噴射弁３、点火プラグ４、スロットル４０２、および切換弁７５等の各種装置が電気的に接続されている。ＥＣＵ１００によって、これら各種装置が制御される。例えば、ＥＣＵ１００は、機関負荷に応じて切換弁７５を制御する。詳細には、ＥＣＵ１００は、機関負荷が所定の閾値未満であるときは、内燃機関１の機械圧縮比が上記第一圧縮比となる（切換機構３５が第一状態となる、すなわち高圧縮比状態となる）ように、切換弁７５を制御する。一方、ＥＣＵ１００は、機関負荷が前記所定の閾値以上であるときは、内燃機関１の機械圧縮比が上記第二圧縮比となる（切換機構３５が第二状態となる、すなわち低圧縮比状態となる）ように、切換弁７５を制御する。そして、可変長コンロッド６の有効長の変化により各気筒２内に収容されたピストン５の上死点
位置が変更される本実施例に係る内燃機関１では、各気筒２の可変長コンロッド６のそれぞれについて切換弁７５が設けられることによって、気筒２のそれぞれについて機械圧縮比が変更され得る。なお、本実施例においては可変長コンロッド６が、本発明における有効圧縮比変更装置に相当する。本実施例では、有効圧縮比変更装置に可変長コンロッド６を採用しているが、有効圧縮比変更装置はこれに限らず他の装置を採用することもできる。例えば、吸気弁の閉時期を変更することにより有効圧縮比を変化させることができるため、吸気弁の閉時期を変更する装置を有効圧縮比変更装置としてもよい。また、コンロッドの長さを変える場合に他の機構を採用することもできるし、コンロッドの長さを変えずに内燃機関１の圧縮比を変化させる他の機構を採用することもできる。

（ノック判定処理）
ＥＣＵ１００は、筒内圧センサ１０２の検出値に基づいて、ノックを検出する。本実施例においては、内燃機関１の各気筒２における筒内圧センサ１０２の出力をＥＣＵ１００に取り込むことによりモニターしている。ＥＣＵ１００は、筒内圧センサ１０２の出力信号から、ノック成分と関係のない所定の低周波数成分を除去する。さらに、ＥＣＵ１００は、ノック成分が重畳する周波数帯域であるノック周波数帯域（可聴域）を通過域とするデジタルフィルタ処理を行い、当該ノック周波数帯域の信号を抽出する。なお、通過域は、ノック周波数帯域だけに限らず、ノック周波数帯域を含む所定周波数帯域であってもよい。以下、抽出されたノック周波数帯域の信号のことを「ノック判定用信号」と称する。

ＥＣＵ１００は、ノックが発生する可能性のある区間を含む所定クランク角区間（以下、「ゲート区間」と称する）におけるノック判定用信号の強度のピーク値である「ノック強度」を算出する。ここでいうゲート区間としては、例えば、圧縮上死点から上死点後９０°ＣＡまでの区間が該当する。なお、ノック強度は、例えば、ゲート区間におけるノック判定用信号の強度の積分値であってもよい。

ＥＣＵ１００は、算出したノック強度と、ノック判定値とを比較する。具体的には、ＥＣＵ１００は、ノック強度とノック判定値との差を算出し、この算出された差に基づいてノックの有無を判定する。すなわち、ノック強度がノック判定値よりも大きい場合には、ノックが発生したと判定される。この場合には、例えば、次サイクル以降のサイクルの点火時期が現在値に対して遅角される。これにより、ノック判定値を超えるレベルのノックの発生が抑制される。一方、ノック強度がノック判定値以下である場合には、ノックが発生していないと判定される。ノック不発生の判定が所定期間継続した場合には、例えば、次サイクル以降のサイクルの点火時期が現在値に対して進角される。このような点火時期の制御によれば、許容できるレベル内でノックの発生を許容しつつ出来るだけ点火時期を進角させることで、内燃機関１の燃費性能および出力性能をより効果的に引き出すことができるようになる。

（ノック判定値の設定）
筒内圧センサ１０２の出力信号には、筒内の気柱振動がノイズとして重畳し、この気柱振動が主なノイズ源となる。ノイズ（上述した気柱振動）の発生が気筒間でばらつくことによる影響で、ノック強度の頻度分布（所定の複数のＮサイクルでのノック強度と各ノック強度の算出頻度（度数）との関係）が気筒間でばらつく。一方、ノックが発生したサイクルではノック強度が高い値として算出される。そして、ノック発生時の頻度分布についても、上記ノイズの影響によって、ばらつきが気筒間で生じる。

ここで、本実施例のように有効圧縮比変更装置を備えた内燃機関１の場合には、圧縮比を変化させることに伴って、気柱振動が変化するため、上記ノイズも変化する。例えば、圧縮比が高くなると、燃焼速度の増大や気柱振動の増大により、燃焼騒音が大きくなり、上記ノイズも増大する。逆に、圧縮比が低くなると、上記ノイズは減少する。

図６は、ノック強度の頻度分布を示した図である。破線は第一圧縮比（高圧縮比）の場合を示し、実線は第二圧縮比（低圧縮比）の場合を示している。低圧縮比ときよりも高圧縮比のときのほうがノック強度が大きい側にずれている。このため、低圧縮比から高圧縮比に変化したときに、ノック判定値を、低圧縮比時の目標ノックレベルでの例えば９７％点とした場合には、高圧縮比ではノックが発生していない通常燃焼状態であっても、ノック強度がノック判定値を超えてしまい、ノックが発生していると誤判定される虞がある。

そこで本実施例では、圧縮比が高いときには低いときよりもノック判定値を大きくしている。図７は、内燃機関１の圧縮比を第二圧縮比（低圧縮比）から第一圧縮比（高圧縮比）に変化させるときの圧縮比及びノック判定値の推移を示したタイムチャートである。ＴＡ１において圧縮比の変更が開始され、ＴＢ１において圧縮比の変更が終了する。ＴＡ１からＴＢ１までの期間は、圧縮比が高くなるにしたがって、ノック判定値を大きくしている。一方、図８は、内燃機関１の圧縮比を第一圧縮比（高圧縮比）から第二圧縮比（低圧縮比）に変化させるときの圧縮比及びノック判定値の推移を示したタイムチャートである。ＴＡ２において圧縮比の変更が開始され、ＴＢ２において圧縮比の変更が終了する。ＴＡ２からＴＢ２までの期間は、圧縮比が低くなるにしたがって、ノック判定値を小さくしている。そして、図９は、圧縮比とノック判定値との関係を示した図である。このように、圧縮比の変化に応じて連続的にノック判定値を変化させる。この関係は、ノックを所定の精度で検出できるように予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１００に記憶させておく。

図１０は、本実施例に係るノック判定値を変化させるフローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１００により所定の時間毎に実行される。なお、本実施例においてはＥＣＵ１００が図１０に示したフローチャートを実行することにより、本発明におけるノック判定値変更部として機能する。本フローチャートが終了した後にノックを検出するための制御がＥＣＵ１００によって実施される。

ステップＳ１０１では、圧縮比を変更中であるか否か判定される。ＥＣＵ１００が切換弁７５の操作を開始してからの経過時間が、圧縮比の変更に要する時間未満である場合には、圧縮比の変更中であると判定される。圧縮比の変更に要する時間は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。そして、ステップＳ１０２では、ノック判定値が図９に示した関係にしたがって、圧縮比に応じて変更される。圧縮比は、例えば、圧縮比変更開始からの経過時間と相関関係にあるため、この経過時間に基づいて推定する。

以上説明したように本実施例によれば、内燃機関１の圧縮比が高いときは低いときよりもノック判定値を大きくすることで、ノック検出の精度を向上することができる。

＜実施例２＞
実施例１では圧縮比を変更している期間における圧縮比を推定している。しかし、各部材の寸法ばらつきや経時変化によって、圧縮比の推定誤差が生じる場合もある。そこで本実施例では、圧縮比を変更中には、想定される圧縮比の中で最も高い圧縮比になっているものと仮定してノック判定値を設定する。

図１１は、第二圧縮比から第一圧縮比へ変更するときの圧縮比とノック判定値との推移を示したタイムチャートである。ＴＡ３において圧縮比の変更が開始され、ＴＢ３において圧縮比の変更が終了する。ＴＡ３は圧縮比切替指示がＯＦＦからＯＮとなる時点である。圧縮比切替指示は、目標圧縮比が第一圧縮比のときにＯＮとなり、第二圧縮比のときに
ＯＦＦとなる。圧縮比切替指示がＯＮのときには、切換機構３５が第一状態にされ、圧縮比切替指示がＯＦＦのときには、切換機構３５が第二状態にされる。図１１のＴＡ３からＴＢ３までは、圧縮比変更時の応答遅れによって、圧縮比の変化率が異なる場合がある（図１１の圧縮比における実線、一点鎖線、破線参照）。本実施例では、圧縮比の変化率が最も高くなっていると仮定した場合の圧縮比（図１１の圧縮比における実線）に応じて、ノック判定値を設定している（図１１のノック判定値における実線）。最も高くなる圧縮比の変化率は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。

なお、図１１のノック判定値における破線で示したように、圧縮比を高くするために圧縮比を変更中に、圧縮比が第二圧縮比になっているものとしてノック判定値を設定してもよい。すなわち、圧縮比切替指示がＯＮのときにはノック判定値を第一圧縮比に対応した値としてもよい。何れの場合であっても、内燃機関１の圧縮比が高いときは低いときよりもノック判定値を小さくしているといえる。

図１２は、本実施例に係るノック判定値を変化させるフローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１００により所定の時間毎に実行される。なお、本実施例においてはＥＣＵ１００が図１２に示したフローチャートを実行することにより、本発明におけるノック判定値変更部として機能する。本フローチャートが終了した後にノックを検出するための制御がＥＣＵ１００によって実施される。

ステップＳ２０１では、圧縮比を変更中であるか否か判定される。ＥＣＵ１００が切換弁７５の操作を開始してからの経過時間が、圧縮比の変更に要する時間未満である場合には、圧縮比の変更中であると判定される。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。そして、ステップＳ２０２では、ノック判定値が図１１に示されるように、圧縮比に応じて変更される。

以上説明したように本実施例によれば、仮定した圧縮比に基づいてノック判定値を変更することができる。これにより、ノック検出の精度を向上することができる。なお、本実施例では、第二圧縮比から第一圧縮比へ変更する場合について説明したが、第一圧縮比から第二圧縮比へ変更する場合についても同様に考えることができる。

＜実施例３＞
実施例２では、圧縮比の変化率が最も高い状態であると仮定してノック判定値を設定しているが、この場合、実際の圧縮比よりも仮定した圧縮比の方が高くなり得る。したがって、ノック判定値が最適値からずれる虞がある。そこで本実施例では、筒内圧センサ１０２を用いて圧縮比を推定し、この圧縮比に応じてノック判定値を設定する。

ここで、筒内圧センサ１０２により検出される気筒２内の圧力であって、例えば各気筒２の圧縮行程中の所定のクランク角度における圧力は、各気筒２の圧縮比と相関関係にある。この関係は予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。したがって、各気筒２の圧縮行程中の所定のクランク角度における筒内圧センサ１０２の検出値に基づいて、各気筒２の圧縮比を推定することができる。このようにして、圧縮比に応じた最適なノック判定値を設定することができる。なお、本実施例では、筒内圧センサ１０２により検出される筒内圧に基づいて圧縮比を推定することに代えて、従来の周知の技術によって圧縮比を推定してもよい。

図１３は、本実施例に係るノック判定値を変化させるフローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１００により所定の時間毎に実行される。なお、本実施例においてはＥＣＵ１００が図１３に示したフローチャートを実行することにより、本発
明におけるノック判定値変更部として機能する。本フローチャートが終了した後にノックを検出するための制御がＥＣＵ１００によって実施される。

ステップＳ３０１では、圧縮比を変更中であるか否か判定される。ＥＣＵ１００が切換弁７５の操作を開始してからの経過時間が、圧縮比の変更に要する時間未満である場合には、圧縮比の変更中であると判定される。ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。ステップＳ３０２では、筒内圧センサ１０２の検出値に基づいて圧縮比が算出される。そして、ステップＳ３０３では、ノック判定値が、ステップＳ３０２で求められる圧縮比に応じて変更される。

以上説明したように本実施例によれば、筒内圧センサ１０２の検出値に基づいて圧縮比を推定するため、この圧縮比に基づいて最適なノック判定値を設定することができる。これにより、ノック検出の精度を向上することができる。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 点火プラグ
５ ピストン
６ 可変長コンロッド
７ シリンダブロック
８ シリンダヘッド
２１ ピストンピン
２２ クランクピン
３１ コンロッド本体
３２ 偏心部材
３５ 切換機構
７５ 切換弁
７６ 作動油供給源
１００ ＥＣＵ
１０１ ノックセンサ
１０２ 筒内圧センサ
２００ クランクシャフト
２０１ アクセルポジションセンサ
２０２ クランクポジションセンサ
３００ 燃焼室
４００ 吸気通路
４０１ エアフローメータ
４０２ スロットル

Claims (1)

1. 有効圧縮比を変更する有効圧縮比変更装置と、
   気筒内の圧力を検出する筒内圧センサと、
   を備えた内燃機関を制御する制御装置であって、前記筒内圧センサの検出値に基づいて得たノック強度がノック判定値よりも大きい場合にノックが発生していると判定する内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の圧縮比が高いときは低いときよりも前記ノック判定値を大きくするノック判定値変更部を備える内燃機関の制御装置。

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