JP2018178745A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の自着火開始時期を、ノックセンサの信号を用いて高い精度で推定することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る内燃機関の制御装置は、ノックセンサの信号を取り込んで処理し、その信号処理の結果からノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期を取得する。そして、ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期に基づいて正規燃焼の自着火開始時期を算出する。算出された自着火開始時期は、内燃機関の動作を制御するためのアクチュエータの操作量、例えば、燃料の噴射時期の決定に用いられる。【選択図】図8
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の制御装置に関する。
予混合気を自着火燃焼させる内燃機関において、燃焼効率や騒音、そしてNOx等のエミッションを管理するためには,自着火開始時期を制御することが有効である。自着火開始時期の適正な制御のためには、現在の自着火開始時期を高精度に推定することが必要とされる。自着火開始時期に関する情報は、例えば、筒内圧センサを用いることにより高い精度で得ることができる。しかし、筒内圧センサは比較的高価であり、また、筒内圧センサの実用化にはいくつかの課題がある。ゆえに、現在既に一般的に搭載されている振動センサ、具体的には、ノックセンサを用いて自着火開始時期を推定することが検討されている。例えば、特開2007−127004号公報には、自着火燃焼の発生をノックセンサにより検出し、その開始時期を推定することが開示されている。
ところが、上記公報にはノックセンサの信号をどのように用いて自着火開始時期を推定するかについては記載されていない。火花点火エンジンにおいてノックセンサの信号を用いてノックを検出する場合、通常、ノックセンサの信号の振幅が最大となる時期がノックの発生時期とみなされる。これと同様に、予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の自着火開始時期についても、ノックセンサの信号の振幅が最大となる時期を自着火開始時期として推定することが1つの方法として考えられる。しかしながら、本出願に係る発明者が実験を行い、ノックセンサの信号の振幅が最大となる時期と自着火開始時期との関係について調べた結果、両者の間には一定の相関性は見られるものの、自着火開始時期を高精度に推定できるほどには相関性は高くはないことが判明した。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の自着火開始時期を、ノックセンサの信号を用いて高い精度で推定することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る内燃機関の制御装置は、予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の制御装置であって、内燃機関に取り付けられたノックセンサの信号を取り込み処理するように構成された制御装置である。上記目的を達成するため、本制御装置は、ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期に基づいて自着火開始時期を算出する自着火開始時期算出手段と、自着火開始時期に基づいて内燃機関の動作を制御するためのアクチュエータの操作量を決定するアクチュエータ操作量決定手段とを備える。本制御装置は、少なくとも1つのプロセッサと少なくとも1つのメモリとを備えるコンピュータである。本制御装置は、メモリに記憶されたプログラムがプロセッサで実行されることにより、自着火開始時期算出手段及びアクチュエータ操作量決定手段として機能するように構成されている。
予混合気を自着火燃焼させる内燃機関における正規の自着火燃焼は、火花点火エンジンにおける火炎伝播と比べて燃焼が急峻である。この急峻な燃焼の開始時期に生じる圧力波が振動としてノックセンサに伝わったとき、ノックセンサの信号の有意な変化として検出される。ノックセンサの信号の有意な変化とは、外乱による信号の変化と区別ができる変化である。予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の場合、火花点火エンジンとは異なり非正規な自着火燃焼は起こりづらい。つまり、外乱による信号と区別できる信号の変化が現れたとき、それは自着火燃焼の開始時期に生じた振動による変化である。
本出願に係る発明者が実験を行い、ノックセンサの信号に有意な変化が現れる時期と自着火開始時期との関係について調べた結果、両者の間には高い相関性があることが判明した。このことは、ノックセンサの信号に有意な変化が現れる時期を取得することで、自着火開始時期を高い精度で推定できることを意味する。
上記のように、本制御装置は、ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期に基づいて自着火開始時期を算出するように構成されている。ゆえに、本制御装置によれば、自着火開始時期を高い精度で推定することができ、その高い精度で推定された自着火開始時期に基づいて内燃機関の動作を制御するためのアクチュエータの操作量を決定することにより、内燃機関の制御精度を高めることができる。
ノックセンサの信号に現れる有意な変化を検出する方法として、ノックセンサの信号の大きさを所定の閾値と比較する方法を用いてもよい。例えば、ノックセンサの信号の大きさが所定の閾値を超えた時期を、ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期として取得してもよい。自着火燃焼は急峻であるので、外乱による信号と自着火燃焼の振動による信号とは閾値によって明確に区別することができる。なお、閾値は内燃機関の運転状態を示すパラメータ、例えば、目標トルクやエンジン回転数に応じて変更してもよい。
外乱による信号と自着火燃焼の振動による信号とをより正確に区別するため、外乱のレベルに応じて閾値を変更してもよい。具体的には、自着火燃焼が起きていないことが確実な期間におけるノックセンサの信号のばらつきを計算し、計算で得られたノックセンサの信号のばらつきに応じて閾値を変更してもよい。自着火燃焼が起きていないことが確実な期間とは、例えば、自着火燃焼が起きる条件が整っていないことが明白な期間であり、これは前もって予測することができる。また、ノックセンサの信号の振幅が最大となった時期が分かればおおよその自着火開始時期も分かるので、ノックセンサの信号の振幅が最大となった時期を基準にしてノックセンサの信号のばらつきを計算する期間を決定してもよい。
ノックセンサの信号に現れる有意な変化を検出する別の方法として、ノックセンサの信号の波形に基づいた方法を用いてもよい。具体的には、ノックセンサの信号の大きさをY軸、クランク角或いは時間をX軸とする直交座標系において、ノックセンサの信号の振幅が最大となった時期よりも進角側の期間であって、且つ、自着火燃焼が起きていることが確実な期間における極大点を複数とる。そして、複数の極大点の関係を近似する直線或いは曲線とX軸との交点をもとめ、その交点のX値をノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期として取得する。この方法では、有意な変化が現れる前のノックセンサの信号ではなく、有意な変化が現れた後のノックセンサの信号を用いて、ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期が推測される。有意な変化が現れた後のノックセンサの信号はS/N比が高いので、この方法によれば、自着火開始時期の推定精度への外乱の影響を低く抑えることができる。
ところで、自着火燃焼が起きたときのノックセンサの信号のレベルは燃焼速度に依存して変化する。例えば、高負荷では燃焼速度が速くノックセンサの信号のレベルは高いが、低負荷では燃焼速度が低くノックセンサの信号のレベルも低くなる。ノックセンサの信号のレベルが低くなれば、ノックセンサの信号に現れる有意な変化も相対的に不明瞭なものとなる。そこで、ノックセンサの信号の振幅の最大値が所定の下限値より大きい場合は、有意な変化が現れた時期に基づいて自着火開始時期を算出するが、振幅の最大値が下限値以下の場合、ノックセンサの信号の振幅が最大になった時期に基づいて自着火開始時期を算出するようにしてもよい。
ノックセンサの信号に有意な変化が現れる時期と自着火開始時期との相関性に比較すると、ノックセンサの信号の振幅が最大となる時期と自着火開始時期との相関性は高くはない。しかし、ノックセンサの信号に現れる有意な変化が不明瞭な場合に限り、ノックセンサの信号の振幅が最大となる時期を用いることにすれば、自着火開始時期に基づきアクチュエータ操作量を決定することができる運転領域を広げることができる。
また、本出願に係る発明者が実験を行い、ノックセンサの信号に有意な変化が現れる時期に基づいて自着火開始時期を算出する場合の誤差について調べた結果、ノックセンサの信号のレベルが低くなると自着火開始時期の算出値は真値よりも遅角側にずれ、その誤差はノックセンサの信号のレベルが低くなるほど大きくなることが判明した。ゆえに、ノックセンサの信号の振幅の最大値が所定の下限値以下の場合、有意な変化が現れた時期に基づいて算出した自着火開始時期を進角側に補正し、振幅の最大値が小さいほど自着火開始時期の進角側への補正量を大きくするようにしてもよい。
以上述べたように、本制御装置によれば、ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期に基づいて自着火開始時期を算出することにより、予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の自着火開始時期を高い精度で推定することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
1.エンジンシステムの構成
まず、後述する各実施の形態において本発明が適用されるエンジンシステムについて説明する。図1は、エンジンシステムの構成を示す図である。この図に示すエンジンシステムの構成は各実施の形態において共通である。エンジンシステムは、自動車用のエンジンシステムであり、内燃機関2と制御装置30とから構成される。内燃機関2は、予混合気を自着火燃焼させる内燃機関、具体的には、HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)、SACI(Spark Assisted Compression Ignition)、PPC(Partially Premixed Compression)、PCCI(Premixed Charge Compression Ignition)等の自着火燃焼方式をとることができる自着火燃焼エンジンである。
まず、後述する各実施の形態において本発明が適用されるエンジンシステムについて説明する。図1は、エンジンシステムの構成を示す図である。この図に示すエンジンシステムの構成は各実施の形態において共通である。エンジンシステムは、自動車用のエンジンシステムであり、内燃機関2と制御装置30とから構成される。内燃機関2は、予混合気を自着火燃焼させる内燃機関、具体的には、HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)、SACI(Spark Assisted Compression Ignition)、PPC(Partially Premixed Compression)、PCCI(Premixed Charge Compression Ignition)等の自着火燃焼方式をとることができる自着火燃焼エンジンである。
内燃機関2には、少なくともノックセンサ10とクランク角センサ12とを含む複数のセンサが取り付けられている。また、内燃機関2には、その動作を制御するための複数のアクチュエータが取り付けられている。このアクチュエータには、少なくとも燃料噴射装置20が含まれる。燃料噴射装置20は燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁を含む。これらセンサやアクチュエータは、制御装置30に電気的に接続されている。
制御装置30は、少なくとも1つのプロセッサと、少なくとも1つのメモリとを有するECU(Electronic Control Unit)である。メモリには、内燃機関2の制御のための各種のプログラムやマップを含む各種のデータが記憶されている。メモリに記憶されているプログラムがロードされてプロセッサで実行されることで、制御装置30には様々な機能が実現される。制御装置30には、内燃機関2に取り付けられたセンサから、内燃機関2の運転状態や運転条件に関する様々な情報が入力される。制御装置30は、少なくともこれらの情報に基づいて、内燃機関2の動作に関係するアクチュエータの操作量を決定する。なお、制御装置30は、複数のECUから構成されていてもよい。
図2は、制御装置30の機能を示すブロック図である。図2には、制御装置30が有する種々の機能のうち、特に、ノック発生時期の取得に係る機能と、自着火開始時期の算出に係る機能と、アクチュエータ操作量の決定に係る機能とが抽出されてブロックで表現されている。制御装置30はその他にも様々な機能を備えているが、それらについての図示は省略されている。図2では、機能ごとに演算ユニット40,42,44が割当てられている。ただし、各演算ユニット40,42,44はハードウェアとして存在するものではなく、メモリに記憶されたプログラムがプロセッサで実行されたときに仮想的に実現される。図2に示す制御装置30の構成は各実施の形態において共通であるが、各演算ユニット40,42,44の機能には実施の形態ごとに違いが有る。ゆえに、以下では、ノック発生時期取得ユニット40、自着火開始時期算出ユニット42、及びアクチュエータ操作量決定ユニット44のそれぞれの機能の概要について説明し、詳細については実施の形態ごとに説明する。
2.ノックセンサの信号を用いた自着火開始時期の推定
ここでは、まず、自着火燃焼を示す波形とノックセンサの信号との関係について図3を用いて説明する。図3には、本発明に係る発明者が行った自着火燃焼に係る実験の結果が四段組みのグラフで示されている。なお、実験した自着火燃焼はHCCI燃焼であるが、以下に説明する自着火燃焼を示す波形とノックセンサの信号との関係は、SACI燃焼等の他の自着火燃焼方式にも当てはまる関係である。
ここでは、まず、自着火燃焼を示す波形とノックセンサの信号との関係について図3を用いて説明する。図3には、本発明に係る発明者が行った自着火燃焼に係る実験の結果が四段組みのグラフで示されている。なお、実験した自着火燃焼はHCCI燃焼であるが、以下に説明する自着火燃焼を示す波形とノックセンサの信号との関係は、SACI燃焼等の他の自着火燃焼方式にも当てはまる関係である。
図3の一段目は、自着火燃焼による筒内圧力の波形を示すグラフである。二段目は、筒内圧センサにより得られるノック信号の波形を示すグラフである。より詳しくは、筒内圧センサから出力される信号をバンドパスフィルタに通したものがグラフに示されている。バンドパスフィルタはノックの一次周波数帯域(例えば5〜10kHz)に合わされている。三段目は、ノックセンサにより得られるノック信号の波形を示すグラフである。より詳しくは、ノックセンサから出力される信号を上記と同様の周波数帯域を有するバンドパスフィルタに通したものがグラフに示されている。そして、四段目は、筒内圧力から計算した熱発生率の波形を示すグラフである。
グラフ中の(A)は、自着火開始時期を示している。グラフ中の(B)は、筒内圧センサにより得られるノック信号の振幅が最大となる時期、すなわち、燃焼室内の圧力変動の振幅が最大となる時期を示している。グラフ中の(C)は、ノックセンサにより得られるノック信号の振幅が最大となる時期を示している。本明細書では、この時期(C)をノック振幅最大時期と称する。そして、グラフ中の(D)は、ノックセンサにより得られるノック信号が変化し始める時期を示している。この時期(D)はノックが発生したことがノックセンサにより検出された時期であるので、本明細書では、この時期(D)をノック発生時期と称する。
火花点火エンジンにおいてノックを検出する場合、通常、ノック振幅最大時期(C)が用いられる。しかし、自着火燃焼エンジンでは、自着火開始時期(A)とノック振幅最大時期(C)との間にはずれがある。このずれには、自着火開始時期(A)から時期(B)までの遅れ、すなわち、自着火の開始から燃焼室内の圧力変動の振幅が最大となるまでの遅れと、時期(B)からノック振幅最大時期(C)までの遅れ、すなわち、燃焼室内の圧力変動の振幅が最大となってからノックセンサにより得られるノック信号の振幅が最大となるまでの遅れが含まれている。
ゆえに、ノック振幅最大時期(C)から自着火開始時期(A)を算出するためは、上記二種類の遅れについて補正する必要がある。時期(B)からノック振幅最大時期(C)までの遅れは、燃焼室内からエンジンブロックへの振動の伝達遅れであるので、時間に換算すればほぼ一定である。この遅れに対する補正は、エンジン回転数によって時間とクランク角との関係が変化することから、エンジン回転数の影響を考慮して行えばよい。一方、自着火開始時期(A)から時期(B)までの遅れは、自着火燃焼での熱発生率に関係するあらゆる要素(例えば、燃料量、空気量、EGR率、筒内温度、自着火時期)の影響を受けると考えられるため、その補正を的確に行うことは容易ではない。
そこで、本出願では、ノック振幅最大時期(C)ではなく、ノック発生時期(D)に着目する。自着火燃焼エンジンにおける正規の自着火燃焼は、火花点火エンジンにおける火炎伝播と比べて燃焼が急峻である。この急峻な燃焼の開始時期に生じる圧力波が振動としてノックセンサに伝わったとき、ノックセンサの信号に有意な変化が現れる。この有意な変化を検出することによってノック発生時期(D)を取得することができる。自着火開始時期(A)からノック発生時期(D)までの遅れは、自着火開始時期(A)からノック振幅最大時期(C)までの遅れに比較して無視できる程度に小さく、上述の熱発生率に関係する要素の影響を受けにくい。ゆえに、ノック発生時期(D)に基づけば、自着火開始時期(A)を精度良く推定できると考えられる。
本出願に係る発明者が実験を行い、ノック振幅最大時期とノック発生時期のそれぞれについて自着火開始時期との相関性を調べた結果をグラフに示す。実験では、エンジン回転数、燃料噴射量、EGR率、空気量、及び吸気温度を変えながらHCCI燃焼による運転を行なった場合の約100点の動作点について、図3に示すようなデータを収集した。収集したデータから自着火開始時期、ノック振幅最大時期、及びノック発生時期を特定し、グラフにプロットしたものが図4及び図5である。図4は、自着火開始時期とノック振幅最大時期との相関性を示し、図5は、自着火開始時期とノック発生時期との相関性を示している。2つのグラフの縦軸はともにクランク角度でありスケールは等しい。また、2つのグラフの横軸もともにクランク角度でありスケールは等しい。
図4のグラフからは、自着火開始時期とノック振幅最大時期との間には一定の相関性は見られるものの、近似直線に対するばらつきは小さくないことが分かる。つまり、近似直線を用いてノック振幅最大時期から自着火開始時期を高精度に推定できるほどには、両者の相関性は高くはない。これに対して図5のグラフからは、自着火開始時期とノック発生時期との相関性は高く、近似直線に対するばらつきは小さいことが分かる。このような高い相関性があれば、近似直線を用いてノック発生時期から自着火開始時期を高精度に推定することができる。
以上の理由により、本出願では、制御装置30は、ノック発生時期に基づいて自着火開始時期を算出するように構成される。ノック発生時期取得ユニット40は、ノックセンサ10の信号を処理してノック発生時期を取得する手段であり、後述する各実施の形態の方法にてノック発生時期を取得するように構成される。自着火開始時期算出ユニット42は、図5に示す相関関係を前提に、ノック発生時期に基づいて自着火開始時期を算出するように構成される。なお、ノック発生時期取得ユニット40と自着火開始時期算出ユニット42は、本出願の請求項に記載の自着火開始時期算出手段を構成する。
算出された自着火開始時期は、制御装置30による内燃機関2の制御に利用される。アクチュエータ操作量決定ユニット44は、自着火開始時期に基づいてアクチュエータ操作量の少なくとも1つを決定するように構成される。アクチュエータ操作量決定ユニット44により決定可能なアクチュエータ操作量には、燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、点火時期(自着火燃焼がSACI燃焼の場合の補助点火時期)、空気量、EGRバルブ開度、吸気バルブ開閉タイミング、排気バルブ開閉タイミング、オゾン供給量、吸気温度、エンジン冷却水温、及び燃料性状が含まれる。
3.実施の形態1
以下、本発明の実施の形態1について説明する。まず、実施の形態1に係るノック発生時期の取得方法について図6及び図7を用いて説明する。図6は、自着火燃焼の開始の前後におけるノックセンサの信号の波形を示すグラフである。図7は、図6に示すノックセンサの信号を絶対値で表現したグラフである。これらのグラフから分かるように、自着火燃焼が起きると、外乱による信号の変化と区別ができる有意な変化がノックセンサの信号に現れる。この有意な変化を検出する方法として、実施の形態1では、ノックセンサの信号の大きさを所定の閾値と比較する方法が用いられる。
以下、本発明の実施の形態1について説明する。まず、実施の形態1に係るノック発生時期の取得方法について図6及び図7を用いて説明する。図6は、自着火燃焼の開始の前後におけるノックセンサの信号の波形を示すグラフである。図7は、図6に示すノックセンサの信号を絶対値で表現したグラフである。これらのグラフから分かるように、自着火燃焼が起きると、外乱による信号の変化と区別ができる有意な変化がノックセンサの信号に現れる。この有意な変化を検出する方法として、実施の形態1では、ノックセンサの信号の大きさを所定の閾値と比較する方法が用いられる。
自着火燃焼は急峻であるので、外乱による信号と自着火燃焼の振動による信号とは閾値によって明確に区別することができる。実施の形態1では、ノックセンサの信号の大きさ(すなわち、信号の絶対値)をノック判定閾値と比較し、ノックセンサの信号の大きさがノック判定閾値を超えた時期をノック発生時期として取得することが行われる。ノック判定閾値は定数でもよいが、実施の形態1では内燃機関2の運転状態に応じて変更される。具体的には、目標トルク(或いは燃料噴射量)を入力に持つマップを用いてノック判定閾値が算出される。ノックセンサの信号のレベルは負荷が低いほど小さくなることから、このマップでは、目標トルクが小さいほどノック判定閾値は小さくされる。なお、ノック判定閾値を決定するマップの入力には、エンジン回転数を加えることもできる。
実施の形態1では、制御装置30は、内燃機関2の運転状態に基づいて目標自着火開始時期を決定し、ノック発生時期に基づき算出される自着火開始時期を目標自着火開始時期に近づけるためのフィードバック制御を実施する。現在の自着火開始時期をノック発生時期から推定してフィードバック制御を行うことにより、あらゆる状況下(気温、気圧、湿度などの環境影響下や、市場の燃料バラツキなど)において狙いの自着火開始時期に制御することが可能となる。その結果、実用燃費の向上やドライバビリティの向上、さらには排気エミッションの適正な保持が可能になる。なお、自着火開始時期フィードバック制御に係るアクチュエータ操作量としては、燃料噴射装置20の燃料噴射時期が用いられる。
図8は、実施の形態1に係る自着火開始時期フィードバック制御のルーチンを示すフローチャートである。実施の形態1に係る制御装置30のメモリには、図8に示すルーチンに対応するプログラムが記憶されている。このプログラムがプロセッサで実行されることにより、自着火開始時期フィードバック制御のための機能が制御装置30に付与される。
フローチャートのステップS1では、内燃機関2が自着火運転中かどうか判定される。自着火運転が行われる運転領域は予め定められている。このステップでは、エンジン回転数と目標トルクとで定まる内燃機関2の動作点が、予め定められた自着火運転領域に入っているかどうかが判定される。内燃機関2が自着火運転中でない場合、これ以降の処理は全てスキップされて本ルーチンは終了する。
内燃機関2が自着火運転中の場合、ステップS2の処理が行われ、続いてステップS3の判定が行われる。ステップS2では、マップよりノック判定閾値(NKth)が算出される。このマップは少なくとも目標トルク(或いは燃料噴射量)を入力に持つマップである。ステップS3では、ノック信号、すなわち、ノックセンサ10の信号の大きさがノック判定閾値よりも大きいかどうか判定される。ノック信号の大きさがノック判定閾値以下であれば、ノック信号には外乱による信号の変化と区別ができる有意な変化は現れていない。この場合、これ以降の処理は全てスキップされて本ルーチンは終了する。
ノック信号の大きさがノック判定閾値より大きい場合、ステップS4からステップS6までの処理が行われる。ステップS4では、ノック信号の大きさがノック判定閾値を超えた時点がノック発生時期(TNKst)として取得される。なお、ステップS2からステップS4までの処理はノック発生時期取得ユニット40により行われる。
ステップS5では、ステップS4で算出されたノック発生時期に基づいて自着火開始時期(NKTig)が算出される。自着火開始時期の計算は、例えば、以下の式を用いて行われる。この式においてαとβは図5に示す近似直線の係数である。f(Engspd)は、燃焼室内の圧力変動がエンジンブロックの振動になるまでの伝達遅れを表す項であって、Engspd(エンジン回転数)の関数で表される。
NKTig=α×TNKst+β+f(Engspd)
NKTig=α×TNKst+β+f(Engspd)
上記の式においてα,β,f(Engspd)は実機を用いた実験結果に基づく適合によって決定される。ただし、自着火開始時期からノック発生時期までの遅れは、自着火開始時期からノック振幅最大時期までの遅れに比較すると微小であるので、ノック発生時期をそのまま自着火開始時期とみなしてもよい。なお、ステップS5の処理は自着火開始時期算出ユニット42により行われる。
ステップS6では、マップより目標自着火開始時期(TTig)が算出される。このマップは、少なくとも目標トルク或いは燃料噴射量とエンジン回転数とを入力に持つマップである。内燃機関2の運転領域には、トルクを出すことが優先される領域や、燃焼騒音を抑えることが優先される領域など、優先される性能が異なる複数の領域が存在する。自着火開始時期はそれら性能に影響することから、ステップS6では、運転領域に応じて目標自着火開始時期を決定することが行われる。
次に、ステップS7の判定が行われる。ステップS7では、ステップS5で算出した自着火開始時期(NKTig)と、ステップS6で算出した目標自着火開始時期(TTig)との間の制御誤差が計算され、その制御誤差の大きさが所定の補正制御判定閾値(Tigth)よりも大きいかどうか判定される。補正制御判定閾値は定数でもよいし、マップより算出されてもよい。自着火開始時期の影響は運転領域により変わることから、補正制御判定閾値を算出するマップは、目標トルク或いは燃料噴射量とエンジン回転数とを入力に持つことが好ましい。制御誤差の大きさが補正制御判定閾値以下である場合、残りの処理はスキップされて本ルーチンは終了する。
制御誤差の大きさが補正制御判定閾値を超える場合、ステップS8の処理が行われる。ステップS8では、ステップS7で計算された制御誤差の符号に応じて燃料の噴射時期が変更される。制御誤差が負である場合、つまり、自着火開始時期が目標自着火開始時期よりも進角している場合、噴射時期は遅角される。制御誤差が正である場合、つまり、自着火開始時期が目標自着火開始時期よりも遅角している場合、噴射時期は進角される。なお、ステップS6からステップS8までの処理はアクチュエータ操作量決定ユニット44により行われる。
以上のルーチンは、内燃機関2の気筒ごとにサイクル単位で実行される。ただし、ステップS1からステップS7までの処理と、ステップS8の処理との間には1サイクルのずれがある。今回サイクルで実行されたステップS1からステップS7までの処理の結果は、次回サイクルで実行されるステップS8の処理に反映される。
4.実施の形態2
次に、本発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2はノック発生時期の取得方法に特徴がある。実施の形態2では、実施の形態1と同様に、ノック発生時期を取得する方法として、ノック信号の大きさをノック判定閾値と比較する方法が用いられる。ただし、実施の形態1ではマップよりノック判定閾値を算出するのに対し、実施の形態2ではこれとは異なる方法でノック判定閾値を算出する。
次に、本発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2はノック発生時期の取得方法に特徴がある。実施の形態2では、実施の形態1と同様に、ノック発生時期を取得する方法として、ノック信号の大きさをノック判定閾値と比較する方法が用いられる。ただし、実施の形態1ではマップよりノック判定閾値を算出するのに対し、実施の形態2ではこれとは異なる方法でノック判定閾値を算出する。
実施の形態2では、外乱による信号と自着火燃焼の振動による信号とをより正確に区別するため、外乱のレベルに応じてノック判定閾値を変更することが行われる。具体的には、実施の形態2に係る制御装置30は、自着火燃焼が起きていないことが確実な期間におけるノック信号の標準偏差を算出する。そして、標準偏差を整数倍した値(例えば5〜10×σ、統計的にばらつきでは超えることがない値)をノック判定閾値として設定する。自着火燃焼が起きていないことが確実な期間とは、例えば、自着火燃焼が起きる条件が整っていないことが明白な期間である。実施の形態3では、図9に示すように、ノック振幅最大時期(CANKMX)よりも所定期間(CAth)だけ進角側の時期を基準にして、その時期よりも進角側の期間を標準偏差の算出期間としている。なお、所定期間は例えば30〜40degである。また、内燃機関2が直列4気筒エンジンであるなら、標準偏差算出期間の始まりはBTDC90が好ましい。
図10は、実施の形態2に係る自着火開始時期フィードバック制御のメインルーチンを示すフローチャートである。図11は、メインルーチンで呼び出されるノック発生時期取得のためのサブルーチンを示すフローチャートである。実施の形態2に係る制御装置30のメモリには、図10に示すメインルーチンに対応するプログラムと、図11に示すサブルーチンに対応するプログラムとが記憶されている。これらのプログラムがプロセッサで実行されることにより、自着火開始時期フィードバック制御のための機能が制御装置30に付与される。
まず、図10に示すメインルーチンのフローチャートから説明する。このフローチャートのステップS11では、内燃機関2が自着火運転中かどうか判定される。その判定方法は、実施の形態1に係るフローチャートのステップS1で説明した通りである。内燃機関2が自着火運転中でない場合、これ以降の処理は全てスキップされて本ルーチンは終了する。
内燃機関2が自着火運転中の場合、ステップS12からステップS14までの処理が行われる。ステップS12では、ノック発生時期(TNKst)を取得するためのサブルーチンが呼び出されて実行される。サブルーチンの詳細については後述する。なお、ステップS12の処理はノック発生時期取得ユニット40により行われる。
ステップS13では、ステップS12で算出されたノック発生時期に基づいて自着火開始時期(NKTig)が算出される。その算出方法は、実施の形態1に係るフローチャートのステップS5で説明した通りである。なお、ステップS13の処理は自着火開始時期算出ユニット42により行われる。
ステップS14では、マップより目標自着火開始時期(TTig)が算出される。マップの内容は、実施の形態1に係るフローチャートのステップS6で説明した通りである。
次に、ステップS15の判定が行われる。ステップS15では、ステップS13で算出した自着火開始時期(NKTig)と、ステップS14で算出した目標自着火開始時期(TTig)との間の制御誤差が計算され、その制御誤差の大きさが補正制御判定閾値(Tigth)よりも大きいかどうか判定される。制御誤差の大きさが補正制御判定閾値以下である場合、残りの処理はスキップされて本ルーチンは終了する。
制御誤差の大きさが補正制御判定閾値を超える場合、ステップS16の処理が行われる。その処理の内容は、実施の形態1に係るフローチャートのステップS8で説明した通りである。なお、ステップS14からステップS16までの処理はアクチュエータ操作量決定ユニット44により行われる。
以上のメインルーチンは、内燃機関2の気筒ごとにサイクル単位で実行される。ただし、ステップS11からステップS15までの処理と、ステップS16の処理との間には1サイクルのずれがある。今回サイクルで実行されたステップS11からステップS15までの処理の結果は、次回サイクルで実行されるステップS16の処理に反映される。
次に、図11に示すサブルーチンのフローチャートについて説明する。このフローチャートのステップS21では、ノックセンサ10からノック信号が取得される。ノックセンサ10は、基本的にはエンジンブロックに1つ取り付けられているので、ノック信号は720degを気筒数で割った間隔で取得される。例えば4気筒エンジンの場合、180deg間隔でノック信号が取得される。より詳しくは、BTDC90degからATDC90degまでを1セットとしてノック信号が取得される。
ステップS22では、ステップS21でノック信号が取得された期間内でノック信号の振幅が最大となる時期、すなわち、ノック振幅最大時期(CANKMX)が算出される。
ステップS23では、ステップS22で算出したノック振幅最大時期(CANKMX)を基準にして標準偏差算出期間が決定される。標準偏差算出期間は、例えば、BTDC90から、ノック振幅最大時期(CANKMX)よりも所定期間だけ進角側の時期(CAth)までである。そして、標準偏差算出期間内のノック信号を統計処理することによって標準偏差(σ)が算出される。
ステップS24では、標準偏差(σ)に定数(Kth)を乗じた値がノック判定閾値として算出される。そして、ノック信号の大きさがノック判定閾値(Kth×σ)よりも大きいかどうか判定される。ノック信号の大きさがノック判定閾値以下であれば、ノック信号には外乱による信号の変化と区別ができる有意な変化は現れていない。この場合、残る処理はスキップされて本サブルーチンは終了する。
ノック信号の大きさがノック判定閾値より大きい場合、ステップS25の処理が行われる。ステップS25では、ノック信号の大きさがノック判定閾値を超えた時点がノック発生時期(TNKst)として取得される。
以上のサブルーチンによれば、ノック信号に加わる外乱の大きさに応じて自動的にノック判定閾値が変更されるので、外乱による信号と自着火燃焼の振動による信号とを正確に区別し、高い精度でノック発生時期を取得することができる。
5.実施の形態3
次に、本発明の実施の形態3について説明する。実施の形態3もノック発生時期の取得方法に特徴がある。実施の形態3では、実施の形態1及び2とは異なり、ノック発生時期を取得する方法として、ノック信号の波形に基づいた方法が用いられる。
次に、本発明の実施の形態3について説明する。実施の形態3もノック発生時期の取得方法に特徴がある。実施の形態3では、実施の形態1及び2とは異なり、ノック発生時期を取得する方法として、ノック信号の波形に基づいた方法が用いられる。
実施の形態3に係る方法によれば、図12に示すように、ノック信号の絶対値をY軸、クランク角をX軸とする直交座標系において、ノック振幅最大時期(CANKMX1)よりも進角側の期間であって、且つ、自着火燃焼が起きていることが確実な期間における極大点が複数点とられる。自着火燃焼が起きていることが確実な期間は、例えば、ノック信号の大きさから判断することができる。図12に示す例では、ノック振幅最大時期(CANKMX1)に対応する極大点を含めて5つの極大点がとられている。これら5つの極大点の座標(CANKMX1,NKMX1)、(CANKMX2,NKMX2)、(CANKMX3,NKMX3)、(CANKMX4,NKMX4)、(CANKMX5,NKMX5)に基づき、例えば最小二乗法によって、極大点の関係を近似した近似直線を引くことができる。実施の形態3に係る制御装置30は、近似直線とX軸との交点のX値をノック発生時期として取得する。
図13は、ノック発生時期取得のためのサブルーチンを示すフローチャートである。このサブルーチンは、自着火開始時期フィードバック制御のメインルーチンで呼び出される。メインルーチンは実施の形態2と共通であって図10に示される。実施の形態3に係る制御装置30のメモリには、図10に示すメインルーチンに対応するプログラムと、図13に示すサブルーチンに対応するプログラムとが記憶されている。これらのプログラムがプロセッサで実行されることにより、自着火開始時期フィードバック制御のための機能が制御装置30に付与される。
フローチャートのステップS31では、ノックセンサ10からノック信号が取得される。ノック信号の取得方法は、実施の形態2に係るフローチャートのステップS21で説明した通りである。
ステップS32では、ステップS31でノック信号が取得された期間内におけるノック信号の最大振幅値(NKMX1)とノック振幅最大時期(CANKMX1)とが算出される。
ステップS33では、ノック振幅最大時期(CANKMX1)よりも進角側の期間内において、4点の極大点のピーク振幅値(NKMX2〜5)及び時期(CANKMX2〜5)が算出される。ステップS32で算出された振幅最大点の最大振幅値(NKMX1)及び時期(CANKMX1)と合わせて、計5点の極大点の座標情報が集まったことになる。
ステップS34では、計5点の極大点の座標情報(CANKMX2〜5,NKMX1〜5)に基づき、極大点の関係を一次関数で近似した近似直線が算出される。なお、近似直線に代えて、極大点の関係を二次関数で近似した近似曲線を用いてもよい。
ステップS35では、ステップS34で算出された近似直線或いは近似曲線とX軸との交点のX値、すなわち、近似直線或いは近似曲線においてノック信号の値をゼロとした場合のクランク角が算出される。そして、算出されたクランク角はノック発生時期として取得される。
このサブルーチンにより取得されたノック発生時期はメインルーチンに読み込まれ、自着火開始時期の算出に用いられる。なお、このサブルーチンはノック発生時期取得ユニット40により実行される。
以上のサブルーチンによれば、有意な変化が現れる前のノック信号ではなく、有意な変化が現れた後のノック信号を用いて、ノック信号に有意な変化が現れた時期、つまり、ノック発生時期が推測される。有意な変化が現れた後のノック信号はS/N比が高いので、この方法によればノック発生時期の推定精度への外乱の影響を低く抑えることができ、ひいては、自着火開始時期の推定精度への外乱の影響を低く抑えることができる。
6.実施の形態4
次に、本発明の実施の形態4について説明する。図14は、運転条件によるノック信号のレベルの違いを示す図である。図14の一段目は、自着火燃焼による筒内圧力の波形を示すグラフである。二段目は、ノックセンサにより得られるノック信号の波形を示すグラフである。三段目は、筒内圧力から計算した熱発生率の波形を示すグラフである。それぞれのグラフが条件A,B,Cごとに用意されている。条件Aを基準条件としたとき、条件Bは条件Aよりも低負荷であり、条件Cは条件Aよりも燃焼タイミングが遅角されている。
次に、本発明の実施の形態4について説明する。図14は、運転条件によるノック信号のレベルの違いを示す図である。図14の一段目は、自着火燃焼による筒内圧力の波形を示すグラフである。二段目は、ノックセンサにより得られるノック信号の波形を示すグラフである。三段目は、筒内圧力から計算した熱発生率の波形を示すグラフである。それぞれのグラフが条件A,B,Cごとに用意されている。条件Aを基準条件としたとき、条件Bは条件Aよりも低負荷であり、条件Cは条件Aよりも燃焼タイミングが遅角されている。
ノック信号のレベルは燃焼速度に依存して変化する。条件Aと条件Bとを比較した場合、相対的に高負荷の条件Aでは燃焼速度が速くノック信号のレベルは高いが、相対的に低負荷の条件Bでは燃焼速度が低くノック信号のレベルも低くなる。また、条件Aと条件Cとを比較した場合は、燃焼タイミングが相対的に進角側の条件Aでは燃焼速度が速くノック信号のレベルは高いが、相対的に低負荷の条件Cでは燃焼速度が低くノック信号のレベルも低くなる。ノック信号のレベルが低くなれば、ノック信号に現れる有意な変化も相対的に不明瞭なものとなる。具体的には、条件Aでは、ノック信号がノック判定閾値を超えるノック発生時期は明瞭であるが、条件Bでは、ノック信号がノック判定閾値を超えるノック発生時期は不明瞭となる。さらに、条件Cでは、ノック信号がノック判定閾値を超えないためにノック発生時期は得られない。
そこで、実施の形態4では、ノック信号の最大振幅値に基づいて自着火開始時期の算出方法が変更される。具体的には、実施の形態4に係る制御装置30は、ノック信号の最大振幅値が所定の下限値より大きい場合は、実施の形態1−3と同様に、ノック発生時期に基づいて自着火開始時期を算出するが、ノック信号の最大振幅値が下限値以下の場合、ノック振幅最大時期に基づいて自着火開始時期を算出する。条件Cのような場合であっても、ノック信号の振幅は何れかの時期において最大になるからである。ノック発生時期と自着火開始時期との相関性に比較すると、ノック振幅最大時期と自着火開始時期との相関性は高くはない。しかし、ノック発生時期が不明瞭な場合に限り、ノック振幅最大時期を用いることにすれば、自着火開始時期フィードバック制御を実施することができる運転領域を広げることが可能になる。
図15は、実施の形態4に係る自着火開始時期フィードバック制御のメインルーチンを示すフローチャートである。メインルーチンでは、ノック発生時期取得のためのサブルーチンが呼び出される。サブルーチンは実施の形態2或いは3と共通であって図11或いは図13に示される。実施の形態4に係る制御装置30のメモリには、図15に示すメインルーチンに対応するプログラムと、図11或いは図13に示すサブルーチンに対応するプログラムとが記憶されている。これらのプログラムがプロセッサで実行されることにより、自着火開始時期フィードバック制御のための機能が制御装置30に付与される。
フローチャートのステップS41では、内燃機関2が自着火運転中かどうか判定される。その判定方法は、実施の形態1に係るフローチャートのステップS1で説明した通りである。内燃機関2が自着火運転中でない場合、これ以降の処理は全てスキップされて本ルーチンは終了する。
内燃機関2が自着火運転中の場合、ステップS42からステップS44までの処理が行われる。ステップS42では、ノックセンサ10からノック信号が取得される。ノック信号の取得方法は、実施の形態2に係るフローチャートのステップS21で説明した通りである。
ステップS43では、ステップS42でノック信号が取得された期間内におけるノック信号の最大振幅値(NKMX)とノック振幅最大時期(CANKMX)とが算出される。
ステップS44では、ステップS43で算出したノック振幅最大時期(CANKMX)を基準にして標準偏差算出期間が決定される。そして、標準偏差算出期間内のノック信号を統計処理することによって標準偏差(σ)が算出される。
次に、ステップS45の判定が行われる。ステップS45では、標準偏差(σ)に定数(NKth)を乗じた値が下限値として算出される。そして、ノック信号の大きさが下限値(NKth×σ)よりも大きいかどうか判定される。ここで用いられる定数(NKth)は、ノック判定閾値の計算に用いられる定数(Kth)よりも大きい。
ノック信号の大きさが下限値より大きい場合、ステップS46及びS47の処理が行われる。ステップS46では、ノック発生時期(TNKst)を取得するためのサブルーチンが呼び出されて実行される。なお、ステップS46の処理はノック発生時期取得ユニット40により行われる。
ステップS47では、ステップS46で算出されたノック発生時期(TNKst)に基づいて自着火開始時期(NKTig)が算出される。その算出方法は、実施の形態1に係るフローチャートのステップS5で説明した通りである。
一方、ノック信号の大きさが下限値以下の場合、ステップS48の処理が行われる。ステップS48では、ステップS43で算出されたノック振幅最大時期(CANKMX)に基づいて自着火開始時期(NKTig)が算出される。自着火開始時期の計算は、例えば、以下の式を用いて行われる。この式においてα1とβ1は定数であり、実機を用いた実験結果に基づく適合によって決定される。なお、ステップS42からS45までの処理とステップS47及びS48の処理は自着火開始時期算出ユニット42により行われる。
NKTig=α1×CANKMX+β1+f(Engspd)
NKTig=α1×CANKMX+β1+f(Engspd)
ステップS49では、マップより目標自着火開始時期(TTig)が算出される。マップの内容は、実施の形態1に係るフローチャートのステップS6で説明した通りである。
次に、ステップS50の判定が行われる。ステップS50では、ステップS47或いはS48で算出した自着火開始時期(NKTig)と、ステップS49で算出した目標自着火開始時期(TTig)との間の制御誤差が計算され、その制御誤差の大きさが補正制御判定閾値(Tigth)よりも大きいかどうか判定される。制御誤差の大きさが補正制御判定閾値以下である場合、残りの処理はスキップされて本ルーチンは終了する。
制御誤差の大きさが補正制御判定閾値を超える場合、ステップS51の処理が行われる。その処理の内容は、実施の形態1に係るフローチャートのステップS8で説明した通りである。なお、ステップS49からステップS51までの処理はアクチュエータ操作量決定ユニット44により行われる。
以上のメインルーチンは、内燃機関2の気筒ごとにサイクル単位で実行される。ただし、ステップS41からステップS50までの処理と、ステップS51の処理との間には1サイクルのずれがある。今回サイクルで実行されたステップS41からステップS50までの処理の結果は、次回サイクルで実行されるステップS51の処理に反映される。
7.実施の形態5
次に、本発明の実施の形態5について説明する。図16は、本出願に係る発明者が行った実機を用いた実験の結果から得られた、ノック信号の最大振幅と自着火時期の算出値の真値に対する誤差との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、ノック信号の最大振幅値(NKMX)がある下限値よりも低くなると自着火開始時期の算出値は真値よりも遅角側にずれ、その誤差(NKTig誤差)はノック信号の最大振幅値(NKMX)が低くなるほど大きくなることが判明した。
次に、本発明の実施の形態5について説明する。図16は、本出願に係る発明者が行った実機を用いた実験の結果から得られた、ノック信号の最大振幅と自着火時期の算出値の真値に対する誤差との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、ノック信号の最大振幅値(NKMX)がある下限値よりも低くなると自着火開始時期の算出値は真値よりも遅角側にずれ、その誤差(NKTig誤差)はノック信号の最大振幅値(NKMX)が低くなるほど大きくなることが判明した。
そこで、実施の形態5では、ノック信号の最大振幅値に基づいて自着火開始時期が補正される。具体的には、実施の形態5に係る制御装置30は、ノック信号の最大振幅値が所定の下限値より大きい場合は、実施の形態1−3と同様に、ノック発生時期に基づいて自着火開始時期を算出するが、ノック信号の最大振幅値が下限値以下の場合は、ノック発生時期に基づいて算出した自着火開始時期を進角側に補正し、ノック信号の最大振幅値が小さいほど自着火開始時期の算出値の進角側への補正量を大きくする。このような補正を行うことで、自着火開始時期の算出値と真値との誤差が減り、自着火開始時期フィードバック制御の精度が高められる。
図17は、実施の形態5に係る自着火開始時期フィードバック制御のメインルーチンを示すフローチャートである。メインルーチンでは、ノック発生時期取得のためのサブルーチンが呼び出される。サブルーチンは実施の形態2或いは3と共通であって図11或いは図13に示される。実施の形態5に係る制御装置30のメモリには、図17に示すメインルーチンに対応するプログラムと、図11或いは図13に示すサブルーチンに対応するプログラムとが記憶されている。これらのプログラムがプロセッサで実行されることにより、自着火開始時期フィードバック制御のための機能が制御装置30に付与される。
フローチャートのステップS61では、内燃機関2が自着火運転中かどうか判定される。その判定方法は、実施の形態1に係るフローチャートのステップS1で説明した通りである。内燃機関2が自着火運転中でない場合、これ以降の処理は全てスキップされて本ルーチンは終了する。
内燃機関2が自着火運転中の場合、ステップS62からステップS65までの処理が行われる。ステップS62では、ノック発生時期(TNKst)を取得するためのサブルーチンが呼び出されて実行される。なお、ステップS62の処理はノック発生時期取得ユニット40により行われる。
ステップS63では、ステップS62で算出されたノック発生時期に基づいて自着火開始時期(NKTig)が算出される。その算出方法は、実施の形態1に係るフローチャートのステップS5で説明した通りである。
ステップS64では、標準偏差算出期間内のノック信号を統計処理することによって標準偏差(σ)が算出される。標準偏差算出期間の算出方法は、実施の形態2に係るフローチャートのステップS23で説明した通りである。
ステップS65では、ノック信号の最大振幅値(NKMX)が算出される。
次に、ステップS66の判定が行われる。ステップS66では、標準偏差(σ)に定数(NKth2)を乗じた値が下限値として算出される。そして、ノック信号の大きさが下限値(NKth2×σ)よりも大きいかどうか判定される。ここで用いられる定数(NKth2)は、ノック判定閾値の計算に用いられる定数(Kth)よりも大きい。
ノック信号の大きさが下限値以下の場合、ステップS67の処理が行われる。ステップS67では、図16に示すノック信号の最大振幅値(NKMX)と自着火開始時期の誤差(NKTig誤差)との関係に基づいて、ステップS63で算出された自着火開始時期(NKTig)が補正される。ノック信号の最大振幅値が下限値よりも小さいほど、自着火開始時期の進角側への補正量は大きくされる。なお、ステップS63からステップS67までの処理は自着火開始時期算出ユニット42により行われる。
ステップS68では、マップより目標自着火開始時期(TTig)が算出される。マップの内容は、実施の形態1に係るフローチャートのステップS6で説明した通りである。
次に、ステップS69の判定が行われる。ステップS69では、ステップS68で算出された自着火開始時期(NKTig)或いはステップS67で補正された自着火開始時期(NKTig)と、ステップS68で算出された目標自着火開始時期(TTig)との間の制御誤差が計算され、その制御誤差の大きさが補正制御判定閾値(Tigth)よりも大きいかどうか判定される。制御誤差の大きさが補正制御判定閾値以下である場合、残りの処理はスキップされて本ルーチンは終了する。
制御誤差の大きさが補正制御判定閾値を超える場合、ステップS70の処理が行われる。その処理の内容は、実施の形態1に係るフローチャートのステップS8で説明した通りである。なお、ステップS68からステップS70までの処理はアクチュエータ操作量決定ユニット44により行われる。
以上のメインルーチンは、内燃機関2の気筒ごとにサイクル単位で実行される。ただし、ステップS61からステップS69までの処理と、ステップS70の処理との間には1サイクルのずれがある。今回サイクルで実行されたステップS61からステップS69までの処理の結果は、次回サイクルで実行されるステップS70の処理に反映される。
8.その他実施の形態
実施の形態3において、近似直線或いは近似曲線を近似するための極大点の点数が少ない場合には、近似直線或いは近似曲線から精度の高いノック発生時期を取得することは難しくなる。ゆえに、ノック信号のレベルが低いために所定点数(例えば、3〜5点)の極大点をとることができなかった場合には、ノック信号の最大振幅値に基づいて自着火開始時期の算出方法を変更してもよい。具体的には、取得できた極大点の点数が所定点数以上の場合は、実施の形態3の方法で取得したノック発生時期に基づいて自着火開始時期を算出するが、取得できた極大点の点数が所定点数より少ない場合、ノック振幅最大時期に基づいて自着火開始時期を算出してもよい。
実施の形態3において、近似直線或いは近似曲線を近似するための極大点の点数が少ない場合には、近似直線或いは近似曲線から精度の高いノック発生時期を取得することは難しくなる。ゆえに、ノック信号のレベルが低いために所定点数(例えば、3〜5点)の極大点をとることができなかった場合には、ノック信号の最大振幅値に基づいて自着火開始時期の算出方法を変更してもよい。具体的には、取得できた極大点の点数が所定点数以上の場合は、実施の形態3の方法で取得したノック発生時期に基づいて自着火開始時期を算出するが、取得できた極大点の点数が所定点数より少ない場合、ノック振幅最大時期に基づいて自着火開始時期を算出してもよい。
また、上述の実施の形態では、アクチュエータ操作量決定ユニット44は、自着火発生時期フィードバック制御のためのアクチュエータ操作量である燃料噴射時期を決定しているが、アクチュエータ操作量決定ユニット44は、自着火発生時期を入力とするフィードフォワード制御のアクチュエータ操作量を決定してもよい。
2 内燃機関
10 ノックセンサ
20 燃料噴射装置
30 制御装置
10 ノックセンサ
20 燃料噴射装置
30 制御装置
予混合気を自着火燃焼させる内燃機関における正規の自着火燃焼は、火花点火エンジンにおける火炎伝播と比べて燃焼が急峻である。この急峻な燃焼の開始時期に生じる圧力波が振動としてノックセンサに伝わったとき、ノックセンサの信号の有意な変化として検出される。ノックセンサの信号の有意な変化とは、外乱による信号の変化と区別ができる変化である。予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の場合、火花点火エンジンとは異なり非正規な自着火燃焼は起こりづらい。つまり、外乱による信号の変化と区別できる信号の変化が現れたとき、それは自着火燃焼の開始時期に生じた振動による変化である。
実施の形態2では、外乱による信号と自着火燃焼の振動による信号とをより正確に区別するため、外乱のレベルに応じてノック判定閾値を変更することが行われる。具体的には、実施の形態2に係る制御装置30は、自着火燃焼が起きていないことが確実な期間におけるノック信号の標準偏差を算出する。そして、標準偏差を整数倍した値(例えば5〜10×σ、統計的にばらつきでは超えることがない値)をノック判定閾値として設定する。自着火燃焼が起きていないことが確実な期間とは、例えば、自着火燃焼が起きる条件が整っていないことが明白な期間である。実施の形態2では、図9に示すように、ノック振幅最大時期(CANKMX)よりも所定期間(CAth)だけ進角側の時期を基準にして、その時期よりも進角側の期間を標準偏差の算出期間としている。なお、所定期間は例えば30〜40degである。また、内燃機関2が直列4気筒エンジンであるなら、標準偏差算出期間の始まりはBTDC90が好ましい。
ステップS34では、計5点の極大点の座標情報(CANKMX1〜5,NKMX1〜5)に基づき、極大点の関係を一次関数で近似した近似直線が算出される。なお、近似直線に代えて、極大点の関係を二次関数で近似した近似曲線を用いてもよい。
Claims (7)
- 予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関に取り付けられたノックセンサの信号を取り込み処理するように構成された制御装置において、
前記ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期に基づいて自着火開始時期を算出する自着火開始時期算出手段と、
前記自着火開始時期に基づいて前記内燃機関の動作を制御するためのアクチュエータの操作量を決定するアクチュエータ操作量決定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記自着火開始時期算出手段は、前記ノックセンサの信号の大きさが所定の閾値を超えた時期を前記有意な変化が現れた時期として取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記自着火開始時期算出手段は、自着火燃焼が起きていないことが確実な期間における前記ノックセンサの信号のばらつきを計算し、前記ノックセンサの信号のばらつきに応じて前記閾値を変更する
ことを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記自着火開始時期算出手段は、前記ノックセンサの信号の振幅が最大となった時期を基準にして前記ノックセンサの信号のばらつきを計算する期間を決定する
ことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記自着火開始時期算出手段は、前記ノックセンサの信号の大きさをY軸、クランク角或いは時間をX軸とする直交座標系において、前記ノックセンサの信号の振幅が最大となった時期よりも進角側の期間であって、且つ、自着火燃焼が起きていることが確実な期間における極大点を複数とり、複数の前記極大点の関係を近似する直線或いは曲線と前記X軸との交点のX値を前記有意な変化が現れた時期として取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記自着火開始時期算出手段は、前記ノックセンサの信号の振幅の最大値が所定の下限値より大きい場合、前記有意な変化が現れた時期に基づいて前記自着火開始時期を算出し、前記最大値が前記下限値以下の場合、前記ノックセンサの信号の振幅が最大になった時期に基づいて前記自着火開始時期を算出する
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記自着火開始時期算出手段は、前記ノックセンサの信号の振幅の最大値が所定の下限値以下の場合、前記有意な変化が現れた時期に基づいて算出した前記自着火開始時期を進角側に補正し、前記最大値が小さいほど前記自着火開始時期の進角側への補正量を大きくする
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
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