JP2020045800A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異音を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、内燃機関のノッキングの大きさを取得するノックレベル取得部と、前記ノッキングの発生時期を取得する発生時期取得部と、前記ノッキングの大きさが所定値未満であり、かつ前記ノッキングの発生時期が所定の時期より遅角側である場合、前記内燃機関の実圧縮比の低減、および前記内燃機関の点火時期の遅角の少なくとも一方を行う制御部と、を具備する内燃機関の制御装置である。【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関においては実圧縮比を高めることで高いトルクを得ることができるが、ノッキングが発生することがある。ノックセンサによりノッキングを検出することができる（例えば特許文献１）。

特開２００９−１７４４１７号公報

点火時期の遅角などによりノッキングの大きさ（ノックレベル）を低下させることがある。しかしノックレベルが低下したにもかかわらず、低周波数の異音が発生することがある。そこで、異音を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、内燃機関のノッキングの大きさを取得するノックレベル取得部と、前記ノッキングの発生時期を取得する発生時期取得部と、前記ノッキングの大きさが所定値未満であり、かつ前記ノッキングの発生時期が所定の時期より遅角側である場合、前記内燃機関の実圧縮比の低減、および前記内燃機関の点火時期の遅角の少なくとも一方を行う制御部と、を具備する内燃機関の制御装置によって達成できる。

異音を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は内燃機関を例示する模式図である。 図２はＥＣＵが実行する処理を例示するフローチャートである。 図３はノッキングの発生時期と自着火混合気の割合を示す図である。 図４はＥＣＵが実行する処理を例示するフローチャートである。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関の制御装置について説明する。図１は内燃機関１０を例示する模式図である。内燃機関１０は例えばガソリンエンジンであり、自動車などの車両に搭載される。内燃機関１０は、シリンダヘッド１１、シリンダブロック１２、ピストン１４、コンロッド１５、燃料噴射弁２２、および点火プラグ２４を備える。

シリンダブロック１２の上部にシリンダヘッド１１が取り付けられる。シリンダヘッド１１およびシリンダブロック１２には気筒１３が形成されている。ピストン１４は気筒１３内に摺動可能に配置されている。コンロッド１５の一端はピストン１４に連結され、他端はクランクシャフト１６に連結されている。気筒１３には燃焼室１９が形成される。

シリンダヘッド１１に、点火プラグ２４、吸気バルブ２６および排気バルブ２８が設けられ、吸気管２０および排気管２１が接続される。燃料噴射弁２２は吸気管２０に設けられており、燃料を噴射する。

吸気バルブ２６が開くことで、吸気管２０から燃焼室１９内に燃料と空気との混合気が導入される。ピストン１４が上昇し、混合気が圧縮される。点火プラグ２４により混合気に点火する。混合気の燃焼により筒内圧力が高まり、ピストン１４は下方向に摺動する。このとき動力がクランクシャフト１６に伝達される。ピストン１４が上昇し、排気バルブ２８が開くことで、燃焼後の排気ガスは排気管２１へと排出される。すなわち内燃機関１０は４サイクルエンジンである。

内燃機関１０には吸気バルブ２６および排気バルブ２８の開閉のタイミングを変更する可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Various Valve Timing）３０が設けられている。ＶＶＴ３０はカムシャフト３２およびカム３４を有する。カムシャフト３２およびカム３４は、吸気バルブ２６および排気バルブ２８それぞれに対応して設けられている。カム３４はカムシャフト３２と同期して回転し、吸気バルブ２６および排気バルブ２８を開閉させる。ＶＶＴ３０はバルブタイミングを変更することができる。

カム角センサ４０はカムシャフト３２の回転角を検出する。クランク角センサ４２はクランクシャフト１６の回転角を検出する。ノックセンサ４４は例えば圧電素子を含み、内燃機関１０の振動に基づいてノッキングを検出する。

ＥＣＵ（Electric Control Unit）５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。

ＥＣＵ５０はカム角センサ４０、クランク角センサ４２およびノックセンサ４４に接続され、カムシャフト３２の回転角、クランクシャフト１６の回転角を取得し、かつノックセンサ４４からの信号を取得する。ＥＣＵ５０は、ノックセンサ４４の信号に基づきノッキングの大きさ（ノックレベル）および発生時期を取得する、ノックレベル取得部および発生時期取得部として機能する。また、ＥＣＵ５０はＶＶＴ３０を制御することで実圧縮比を変化させる、または点火プラグ２４による点火時期を変更する制御部として機能する。

次にノッキングについて説明する。実圧縮比が高い場合および低オクタン価の場合などではノッキングが発生しやすい。点火時期を遅角（点火遅角）させることでノックレベルを低減することができる。しかし、ノックレベルが低下しても、例えば数ｋＨｚ程度の低周波数の異音（低周波異音）が発生することがある。例えば７ｋＨｚ以上のノッキングを低減した際、３ｋＨｚ以下などノッキングの周波数よりも低周波数の異音が発生する。本実施形態では、低ノックレベルにおける低周波異音を抑制する。

図２はＥＣＵ５０が実行する処理を例示するフローチャートである。図２に示すように、ＥＣＵ５０はノックセンサ４４からノックレベルＫを取得し（ステップＳ１０）、ノックレベルＫが所定の値Ｋ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ５０はノックレベルＫを低下させるため、点火時期を遅角させる（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の後、ＥＣＵ５０はステップＳ１０に戻る。

否定判定（Ｎｏ）の場合、ＥＣＵ５０はノックレベルＫがＫ２より大きいか否か判定する（ステップＳ１６）。Ｋ２はゼロ（ノッキングなしのレベル）以上で、Ｋ１より小さいノックレベルである。否定判定の場合、ＥＣＵ５０は低周波異音フラグをオフにし（ステップＳ１８）、処理を終了する。ステップＳ１６において肯定判定の場合、ＥＣＵ５０はノッキングの発生時期Ｔを取得する（ステップＳ２０）。ノック発生時期Ｔは、ノックセンサ４４からの出力信号に基づいて算出することができる。

ＥＣＵ５０は、ノック発生時期Ｔが所定の時期Ｔ０より遅角側であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。否定判定の場合、ＥＣＵ５０は低周波異音フラグをオフにする（ステップＳ１８）。肯定判定の場合、ＥＣＵ５０は低周波異音フラグをオンにする（ステップＳ２４）。ＥＣＵ５０は内燃機関１０の実圧縮比を低減させる（ステップＳ２６）。具体的に、ＥＣＵ５０は、ＴとＴ０との差に応じて実圧縮比の低減量を算出し、当該低減量に基づいてＶＶＴ３０を制御する。ＥＣＵ３０は例えば吸気バルブ２６の閉じるタイミングを遅角させ、実圧縮比を低減させる。その後、ＥＣＵ５０はステップＳ１０に戻る。

図３はノッキングの発生時期と自着火混合気の割合を示す図である。横軸はノッキングの発生時期（ノック発生クランク角）を表し、縦軸は自着火混合気の割合を表す。実線は同一のノックレベルにおけるノック発生時期および自着火混合気割合を表し、ここでのノックレベルは図２のＫ１未満かつＫ２以上であるとする。

図３に示すように、ノック発生時期が遅角側であると自着火混合気の割合が多く、ノック発生時期が進角側であると自着火混合気の割合が少ない。例えばノック発生時期がＴ０より遅角側のＴ１の場合、自着火混合気の割合はＲ１と高いため、混合気の燃焼が急峻になる。低周波数の加振力が増加し、コンロッド１５およびクランクシャフト１６などを伝わり、シリンダブロック１２などから車内および車外へと低周波異音として放射される（図２のＳ２０〜Ｓ２４）。

ＥＣＵ５０が実圧縮比を低減させることで、実圧縮比の低減前に比べて、ノッキングが発生しにくくなり、点火時期は進角側となる。ノックレベルは図３の実線上のレベルを維持し、ノック発生時期はＴ１より進角側のＴ２となる。図３に示すように、ノック発生時期がＴ２である場合、自着火混合気の割合はＲ１より小さいＲ２となる。自着火混合気の割合が低下することで、急峻な燃焼が抑制され、低周波異音も抑制される。

第１実施形態によれば、ノックレベルＫがＫ１未満Ｋ２以上であり、ノック発生時期ＴがＴ０より遅角側の場合、ＥＣＵ５０は低周波異音が発生すると判断する。ＥＣＵ５０は、吸気バルブ２６の閉弁タイミングの遅角などにより実圧縮比を低減させる。これにより低周波異音を抑制することができる。

ＶＶＴ３０、ノックセンサ４４などを用いて低周波異音を低減させることができ、部品を追加しなくてよい。このためコスト増加を抑制することができる。実圧縮比を低下させる方法として吸気バルブ２６のバルブタイミングの調整以外の方法を用いてもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態においても図１に示す構成は共通である。図４はＥＣＵ５０が実行する処理を例示するフローチャートである。ステップＳ１０からＳ２４は図２と同じである。低周波異音フラグがオンならば、ＥＣＵ５０は点火プラグ２４による点火時期を例えば所定量ずつ遅角させる（ステップＳ２８）。

第２実施形態によれば、ノックレベルＫがＫ１未満Ｋ２以上であり、ノック発生時期ＴがＴ０より遅角側の場合、ＥＣＵ５０が点火時期を遅角させる。これによりノックレベルをＫ１未満Ｋ２以上のレベルよりもさらに低下させる。この結果、低周波異音も低減される。

ＥＣＵ５０は、第１実施形態における実圧縮比の低減および第２実施形態における点火遅角の少なくとも一方を行えばよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 内燃機関
１１ シリンダヘッド
１２ シリンダブロック
１３ 気筒
１４ ピストン
１５ コンロッド
１６ クランクシャフト
１９ 燃焼室
２０ 吸気管
２１ 排気管
２２ 燃料噴射弁
２４ 点火プラグ
２６ 吸気バルブ
２８ 排気バルブ
３０ ＶＶＴ
３２ カムシャフト
３４ カム
４０ カム角センサ
４２ クランク角センサ
４４ ノックセンサ
５０ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 内燃機関のノッキングの大きさを取得するノックレベル取得部と、
   前記ノッキングの発生時期を取得する発生時期取得部と、
   前記ノッキングの大きさが所定値未満であり、かつ前記ノッキングの発生時期が所定の時期より遅角側である場合、前記内燃機関の実圧縮比の低減、および前記内燃機関の点火時期の遅角の少なくとも一方を行う制御部と、を具備する内燃機関の制御装置。

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