JP3851583B2 - 内燃機関のノック制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関のノック制御装置に関し、特に、内燃機関における燃焼により生じるイオン電流から、内燃機関のノッキング発生を検知して内燃機関制御量をノック抑制方向に補正する内燃機関のノック制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、内燃機関のノック制御装置においては、ノック発生による内燃機関のダメ−ジを抑制するために、ノック発生に応じて内燃機関の制御量をノック抑制側(例えば、点火時期を遅角側)に補正制御している。
【0003】
また、内燃機関の燃焼室内において点火直後に発生するイオン電流を用いた内燃機関のノック制御装置は、気筒毎のノック検出感度差が少なく、気筒別のノック制御を行う上で有効であり、従来より種々提案されている。
【0004】
一般に、内燃機関においては、燃焼室内に導入された空気と燃料の混合気をピストンの上昇により圧縮し、燃焼室内の点火プラグに高電圧を印加して発生する電気火花で混合気を燃焼させることにより、ピストンを押し下げる力を出力として取り出す。
【0005】
このとき、燃焼室内において燃焼が行われると、燃焼室内の分子は電離(イオン化)するので、燃焼室内の点火プラグ(イオン電流検出用電極)に高電圧を印加すると、点火プラグを介したイオンの移動によりイオン電流が流れる。
【0006】
このイオン電流は燃焼室内の圧力変動により敏感に変化し、ノック発生に対応した振動成分を含むことが知られている。従って、イオン電流に基づけば、ノックの発生の有無を判定することができる。
【0007】
この種の装置においては、イオン電流に重畳されるノイズによるノック誤検出を防ぐ為に、イオン電流検出信号に対してバックグランドレベルが設定される。例えば特開平10−9108号公報に記載の装置においては、ノック電流の検出信号に波形整形処理などを施して生成される信号に対して、検出信号強度の平均値と運転領域に応じた不感帯領域(オフセット値)との和により算出されたバックグランドレベル(ノイズレベルの判定基準)を設定している。
【0008】
しかしながら、上記の特開平10−9108号公報に記載の装置は、イオン電流に基づくノック制御を実現しているものの、燃料に添加剤を混入した場合や非標準の点火プラグを装着した場合に対処するための、ノック検出およびノック制御に対する補正手段を具備していないので、イオン電流検出信号の強度変動によりノック誤検出および検出漏れを招くおそれがあるという問題点があった。
【0009】
そこで、特開2001−82304号公報に記載の装置では、上記の特開平10−9108号公報に記載の装置と同様のノック制御システムにおいて、イオン電流量の変動をイオン電流の積分値を平均化処理することで検知し、その学習結果に基づいてバックグランドレベル等の補正を行うことで、この問題を解決できることが提案されている。
【0010】
また、補正量の設定方法は、平均化処理した学習結果を、回転数、負荷に基づいて設定された比較レベルと比較し、その比較レベルとの比率、または、偏差によってバックグランドレベルの補正量を設定している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、特開2001−82304号公報では、燃料や点火プラグによるイオン電流量の変化に対応するノック制御装置を提案しているが、イオン電流量は、エンジン回転数や負荷等によって変化することが知られており、当該公報の装置ではこの考慮がなされていない。実際の車輌での運転時を考慮すると、このような状態でも学習しなくてはならないので、上記公報の従来例では平均化の周期を短くしてやる必要がある。平均化の周期が長いと、例えば、学習完了までの間に、運転条件が、低回転の割合が多く、学習完了直前に高回転に達して学習完了すると、低回転の割合が大きい学習値を、高回転時用の比較レベルと比較してしまうので、適切な補正量が設定できなくなる恐れがある。
【0012】
また、前述の機関状態が同一であったとしても、イオン電流量は点火サイクル毎にばらつくことが知られており、上記公報の従来例のように単純に平均化した場合には、点火サイクル毎のイオン電流量の変動が学習値に反映され、安定しない学習結果となることが考えられる。
【0013】
さらに、失火時のイオン電流量は非常に少ない、または、ゼロとなることが知られているが、上記公報の従来例においては、失火時の配慮がなされていない。失火が頻発するような場合、失火時のイオン電流の積分値が学習値に反映されてしまい、安定しない学習結果となることが考えられる。
【0014】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたもので、イオン電流量の変動を正確に検知して、イオン電流量の変化に対応する内燃機関のノック制御装置を得ることを目的としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この発明は、内燃機関の燃焼室内において点火直後に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、前記イオン電流からノック信号を抽出するノック検出手段と、抽出された前記ノック信号に基づいて、前記内燃機関のノック状態を判定するノック判定手段とを備えた内燃機関のノック制御装置であって、前記ノック判定手段は、前記ノック検出手段から出力される前記ノック信号をフィルタ処理したフィルタ値と比較して、ノック発生か否かを判定するための比較基準値を設定する比較基準値設定手段を含み、前記内燃機関のノック制御装置は、前記比較基準値設定手段によって設定された前記比較基準値と前記ノック検出手段から出力される前記ノック信号とに基づいて、各気筒の点火時期を遅角するための遅角補正量を少なくとも含む制御パラメータを補正するための制御パラメータ補正要求量を設定する制御パラメータ補正要求量設定手段と、設定された前記制御パラメータ補正要求量に基づいて、点火装置の点火時期を制御するための制御パラメータを補正する制御パラメータ補正手段と、前記イオン電流検出手段の出力値に基づいて、前記イオン電流のイオン電流強度を判定するイオン電流強度判定手段と、前記イオン電流強度判定手段によって判定されたイオン電流強度に基づいて、前記比較基準値および前記制御パラメータ補正要求量の少なくともいずれか1つを補正する補正手段とをさらに備え、前記イオン電流強度判定手段は、所定回の点火におけるイオン電流強度の平均値に基づく学習演算処理および前記平均値に対するイオン電流強度のばらつきに基づく学習演算処理の少なくともいずれか1つを含む1以上の学習演算処理により統計的なイオン電流強度を求めるイオン電流強度学習手段を有し、前記イオン電流強度学習手段により得られる統計的なイオン電流強度に基づいてイオン電流強度を判定するものであって、前記イオン電流強度学習手段は、少なくともエンジン回転数および負荷を条件の対象とし、当該対象に関して設定された各条件の全てを満たす運転条件でのみ前記学習演算処理を許可して、当該対象に関して設定された各条件のうちの少なくとも1つを満たさない運転条件の場合は前記学習演算処理を許可しない学習条件許可手段を有していることを特徴とする内燃機関のノック制御装置である。
【0016】
また、前記イオン電流強度判定手段は、前記イオン電流の積分値、ピーク値および発生時間の少なくともいずれか1つに基づいて、イオン電流強度を判定する。
【0017】
また、前記イオン電流強度判定手段は、少なくともエンジン回転数および負荷に基づいて、点火毎に得られたイオン電流強度を補正するイオン電流強度補正手段を備えている。
【0020】
また、前記イオン電流強度学習手段は、1点火サイクル毎のイオン電流強度を加算していき、所定点火サイクル中の前記イオン電流強度の総和を前記所定点火サイクルで除算して、イオン電流強度の平均化を行う。
【0021】
また、エンジン回転数および負荷に基づいたイオン電流強度の強弱のそれぞれに対応した少なくとも2面のオフセットマップを有し、前記イオン電流強度学習手段の出力に基づいて、前記比較基準値設定手段において設定される比較基準値をオフセットさせるためのオフセット値を、前記2面のオフセットマップのいずれか一方から取得するか、もしくは、両方から取得した2値の間の値として設定するオフセット設定手段をさらに備え、前記比較基準値設定手段は、前記ノック検出手段から出力される前記ノック信号をフィルタ処理したフィルタ値に、前記オフセット設定手段により設定されたオフセット値を加算することにより、前記比較基準値を得る。
【0022】
また、エンジン回転数および負荷に基づいたイオン電流強度の強弱のそれぞれに対応した少なくとも2面の補正要求量補正係数マップを有し、前記イオン電流強度学習手段の出力に基づいて、前記制御パラメータ補正要求量設定手段において設定される制御パラメータ補正要求量を補正するための補正係数を、前記2面のオフセットマップのいずれか一方から取得するか、もしくは、両方から取得した2値の間の値として設定する補正要求量補正係数設定手段をさらに備え、前記制御パラメータ補正要求量設定手段は、ノック信号の各値に対して基準値となる補正要求量が格納されているテーブルから、前記ノック検出手段から出力される前記ノック信号に基づいて、該当する補正要求量を取得し、取得した前記補正要求量に、前記補正要求量補正係数設定手段により設定された補正係数を乗算することにより、1点火あたりの前記制御パラメータ補正要求量を得る。
【0023】
また、前記イオン電流強度判定手段は、前記イオン電流検出手段により検出されるイオン電流に基づいて前記イオン電流強度を判定し、その強度に基づいて失火の判定を行う失火判定手段を含んでいる。
【0024】
また、前記学習条件許可手段は、前記失火判定手段が失火と判定した点火サイクルについてはイオン電流強度の学習演算処理を許可しない。
【0025】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1を概略的に示すブロック図であり、以下はこのブロック図について説明する。
【0026】
図1において、1は、各種センサであり、2はECUである。ECU2は、マイクロコンピュ−タにより構成されている。また、図1においては、代表的に1つの点火プラグのみが示されているものとする。
【0027】
各種センサ1は、周知のスロットル開度センサ、クランク角センサおよび温度センサ等を含み、内燃機関の運転状態を示す各種センサ信号を生成する。たとえば、各種センサ内のクランク角センサは、エンジン回転数に応じたクランク角信号SGTを出力する。クランク角信号SGTを含む各種センサ信号は、マイクロコンピュ−タからなるECU2に入力される。クランク角信号SGTは、各気筒のクランク角基準位置を示したパルスエッジを有しており、ECU2内にて種々の制御演算に用いられる。
【0028】
3は点火装置であり、点火装置3は、一次巻線および二次巻線を有する点火コイルと、点火コイルの一次電流を通電遮断するパワートランジスタ(共に図示せず)とを含む。
【0029】
4は、点火プラグであり、点火プラグ4は、点火装置から印加される点火用高電圧により点火火花を発生して、エンジン各気筒の混合気を所定タイミングで着火する。
【0030】
5は、イオン電流検出回路であり、イオン電流検出回路5は、燃焼時に点火プラグ4のギャップ間に流れるイオン電流を検出する為に、点火装置3内の点火コイルを介して点火プラグ4にバイアス電圧を印加するバイアス手段(コンデンサ)と、イオン電流検出信号を出力する抵抗器(共に図示せず)とを含む。
【0031】
6はバンドパスフィルタであり、バンドパスフィルタ6は、増幅回路を含み、イオン電流検出回路5から出力されるイオン電流検出信号から増幅されたノック信号を抽出する。7は波形成形回路であり、波形整形回路7は、ノック信号を所定レベルで波形整形したノックパルス列を出力する。また、9はカウンタ手段であり、カウンタ手段9は、波形整形回路7より入力されるノックパルス列のパルス数をカウントする。ECU2は、バンドパスフィルタ6、波形整形回路7およびカウンタ手段9により得られる、イオン電流検出信号から抽出されたノック信号の波形整形後のノックパルス列のパルス数に基づいて、ノック判定を行う。
【0032】
8は、もう1つの波形整形波形整形回路8は、DCスレッシュとタイマで構成され、イオン電流検出回路5から出力されるイオン電流検出信号を波形整形して、イオン電流の発生時間(イオン電流が発生している間の時間)を表わし、かつ、イオン電流強度の指標となるパルス(以下IPPLSと記述する)を出力する。10は時間計測手段であり、時間計測手段10は、波形整形回路8から入力されるIPPLS(イオン電流発生時間)を数値化する。
【0033】
ECU2は、カウンタ手段9および時間計測手段10の他に、図1に示すように、以下で説明する、失火判定手段11と、ノック判定手段12と、点火時期補正手段13と、イオン電流強度学習手段14、制御パラメータ補正要求量設定手段17と、補正要求量補正係数設定手段18とを備えている。これらについて説明する。
【0034】
失火判定手段11は、時間計測手段10により数値化されたIPPLSに基づいて、IPPLSが所定値以下ならば、イオン電流未発生、つまり、失火と判定し、IPPLSが所定値より大きければ、イオン電流発生、つまり、燃焼と判定する。なお、図示していないが、失火判定手段11は、所定運転条件内で、IPPLSが所定値よりもあるレベル以上大きくなる点火が所定点火回数だけ連続した時に、点火プラグ4のくすぶりなどによるリーク電流発生を判定する、くすぶり検知手段を共有しても良い。
【0035】
ノック判定手段12は、図1に示されるように、オフセット値が設定されるオフセット設定手段16と、カウンタ手段9にてカウントされたノックパルス数からノックレベル平均値AVEを算出するとともに、オフセット設定手段16により設定されるオフセット値を当該ノックレベル平均値AVEに加算して得られるバックグランドレベルBGLを算出する比較基準値設定手段15とを備えており、カウンタ手段9にてカウントされたノックパルス数がバックグランドレベルBGLを超えたときに、ノック発生を示す比較結果を出力する。なお、オフセット設定手段については後述する。
【0036】
点火時期(制御パラメータ)補正手段13は、ノック発生を示す比較結果がノック判定手段12から入力された場合に、点火時期を遅角(ノックを抑制)する為の遅角補正量を計算する制御パラメータ補正要求量設定手段17が接続されており、バックグランドレベルBGLを超えるノックパルス数に対応した補正要求量テーブルから基準となる補正要求量を取得し、補正要求量補正係数設定手段18により設定される補正係数Kiを乗算し、そして前回の点火制御時の補正量を参照して補正量を計算する。一方、ノック未発生を示す比較結果がノック判定手段12から入力された場合には、点火時期を進角する為の進角補正量を計算する。なお、補正要求量補正係数設定手段18については、後述する。
【0037】
イオン電流強度学習手段14は、入力される時間計測手段10により数値化されたIPPLSの学習演算処理を行い、所定の学習演算式に基づき、統計的なイオン電流強度を算出する。なお、イオン電流強度学習手段14は、イオン電流の少なくとも積分値、ピーク値および発生時間(発生している間の時間)のいずれか1つに基づいて、イオン電流強度を判定する。
【0038】
また、イオン電流強度学習手段14は、上記学習演算処理を行うための運転条件(例えば、エンジン回転数、負荷、エンジン水温、吸気温、遅角量など)を制限する学習許可手段(図示省略)と、回転数・負荷に基づいてIPPLSを補正するIPPLS補正手段(図示省略)とを備えている。
【0039】
オフセット設定手段16は、イオン電流強弱に対応した、エンジン回転数および負荷に基づく2面のオフセットマップを有している。
【0040】
オフセット設定手段16は、イオン電流強度学習手段14の学習演算結果(統計的なイオン電流強度)に基づいて、2面のオフセットマップのどちらから取得するか、もしくは、両マップにおける2値の間の値を加算することでオフセット値を設定する。ここで設定されたオフセット値がノックレベル平均値AVEに加算されてバックグランドレベルBGLが算出される。
【0041】
補正要求量補正係数設定手段18は、イオン電流強弱に対応した2面のエンジン回転数および負荷に基づく補正要求量補正係数Kiマップを有している。
【0042】
補正要求量補正係数設定手段18は、イオン電流強度学習手段14の学習演算結果(統計的なイオン電流強度)に基づいて、2面の補正要求量補正係数Kiマップのどちらから取得するか、もしくは、両マップにおける2値の間の値を加算することで補正要求量補正係数Kiを設定する。ここで設定された補正要求量補正係数Kiが遅角制御量に乗算される。
【0043】
クランク角センサを含む各種センサ1は、エンジンの運転状態を示す温度情報などの各種情報をECU2に入力する。ECU2に接続された各種アクチュエータ19は、運転状態に応じたECU2からの制御信号により駆動する。
【0044】
なお、ここでは図示しないが、ECU2と、点火装置3、各種センサ1および各種アクチュエータ19との間には、入出力インターフェースおよびD/A変換器またはA/D変換器が挿入されている。
【0045】
次に、図1に示したブロック図を用いて、実施の形態1の動作について説明する。ECU2により生成される点火信号が入力されると、点火装置3から発生した高電圧が点火プラグ4に印加され、点火プラグ4のギャップ間で放電が起こり、エンジン気筒内の混合気が着火される。
【0046】
このとき、点火エネルギーの一部は、イオン電流検出回路5内にバイアス電圧として充電される。このバイアス電圧は、点火装置3を介して点火プラグ4に印加され、混合気の燃焼時に発生したイオンを移動させてイオン電流を流す。
【0047】
イオン電流は、イオン電流検出回路5によりイオン電流検出信号として検出され、一方では、バンドパスフィルタ6、波形整形回路7およびカウンタ手段9により、ノック信号が抽出されてノックパルス数となり、他方では、波形整形回路8および時間計測手段10により、イオン電流検出回路5により検出されたイオン電流検出信号からイオン電流の発生時間(イオン電流強度)を示す前述のIPPLSとなり、それぞれECU2に入力される。
【0048】
図2は、低回転時におけるガソリン添加剤混入等によるイオン電流強度の違いを比較したものである。図2において、20はイオン電流強度が大きいときであり、21はイオン電流強度が小さいときである。また、23は、スパークノイズによる誤パルスを防ぐためのマスク期間であり、24は点火時期、25はイオン電流検出信号に対して設けられたしきい値を示す。図のように、例えば、添加剤が混入された燃料では、イオン電流は、添加剤に含まれるイオンが加算されて、添加剤無しの場合と比べて大きくなり、イオン電流発生時間も長くなる。これにより、波形整形回路8で生成されるIPPLSも長くなる。
【0049】
図3は、高回転時におけるガソリン添加剤混入等によるイオン電流強度の違いを比較したものである。符号20,21,23,24,25については図2と同じであり、26はMF信号検出期間を示し、27はATDC125℃Aの時期を示している。イオン電流は、図2の低回転においてはイオン電流強弱によって継続時間の差が表れやすく、図3の高回転では表れにくい傾向にある(ただし、高回転ではイオン電流ピークに強弱の差が出やすい)。また、高回転になるとイオン電流は添加剤無しの場合でも次行程まで継続する。ECU2がIPPLSを取り込む期間(例えば、ここでは、点火時期(符号24)〜ATDC125℃A(符号27)まで)を限定していると、IPPLS検出期間内のIPPLSが頭打ちとなり、イオン電流強弱に関わらず一定の値となってしまうためイオン電流強度の判定が困難となる。その他にも点火時期・水温・吸気温等により定常的に安定したイオン電流が検出できない場合があり誤判定を引き起こす可能性がある。以上のような理由のため、IPPLSの学習演算を行う運転条件を制限することでこの問題を解決する。
【0050】
さらに、失火時でIPPLSが異常に小さい場合は、イオン電流強度の誤判定を引き起こすおそれがあるため、これらを検知した燃焼サイクルの場合は、学習演算を行わない。また、実施の形態1では特に記載していないが、点火プラグ4がくすぶった場合、リーク電流によってIPPLSが異常に大きくなり、イオン電流強度の誤判定を引き起こすおそれがあるため、くすぶり検知手段を追加して、くすぶり検知時には、学習演算を行わないようにすることもできるということは言うまでもない。
【0051】
失火判定手段11は、入力されたIPPLSが、所定値以下ならば、失火と判定し、所定値より大きければ燃焼と判定する。失火と判定した燃焼サイクル時は、失火回数カウンタを+1(すなわち、1を加算)する。所定時間中または所定点火中に失火回数カウンタ値が所定の値を超えると、点火系に何らかの異常があることを運転者に示す異常信号を出力する。ただし、エンジン制御上(減速時等)に必要な燃料カットまたは点火カット時は、これらを判定して、失火カウンタを増加させない。
【0052】
次に、IPPLSを学習演算処理し、その結果から統計的なイオン電流強度を求め、イオン電流強度に応じたオフセット値と、補正要求量補正係数Kiを取得するための処理に入る。図4〜図6は、そのフロ−チャ−トを示している。以下は、図1と図4〜図6とをもとに説明する。
【0053】
尚、本実施の形態では、学習演算式を二つ用いてイオン電流強度を判定している。ここではIPPLSの所定点火中の平均値IPAveと、当該IPAveに対する所定点火中の正のばらつきIPDevを求める。
【0054】
所定点火中の平均値IPAveは、学習許可条件の範囲が広い場合にも、イオン電流強度に対応した値のばらつきは小さいが、イオン電流強弱による値の差は大きくない傾向にある。
【0055】
これに対し、所定点火中の正のばらつきIPDevはイオン電流強弱に対する演算結果の差が大きくイオン電流強弱の判定に優れている。しかし運転条件によっては値がばらつき、強弱の判定が困難な運転条件がある為、平均値IPAveの学習許可条件よりもさらに範囲を絞っている。
【0056】
これによって各演算式での学習完了時間がIPAveは学習時間が短く、IPDevは学習時間が長くなる。そこで、IPAveの学習完了時はIPAveの演算結果でイオン電流強度を判定し、IPDevの学習が完了すればその後はIPDevの演算結果で強度を判定するようにしている。
【0057】
まず、図4のステップS1では、当該燃焼サイクルのIPPLSを取得する。ステップS2では、前述のように学習許可条件内(ここではエンジン回転数、負荷、エンジン水温、吸気温、遅角量などで制限)かどうか、また、失火していないか判定する。条件が一つでも満たない場合では、学習を行わず今回の点火サイクル内の処理を終了する。学習許可条件を全て満たしている判定された場合には、ステップS3に進み、入力されたIPPLSを学習演算に使用するために図7のような回転数・負荷に基づくIPPLS補正係数Coef_IPを取得し、ステップS4でこれをIPPLSに乗算する。これについての詳細の理由は後述する。
【0058】
イオン電流は回転数−負荷によって発生期間が変化する。よって、IPPLSおよびIPPLS平均値IPAveも回転数−負荷によって多少変化する(図8に示す。図8において、70はIPパルス幅補正前の場合を示し、71はIPパルス幅補正後の場合を示す。)。学習許可条件内においても同様である(学習許可条件を極端に狭くすれば対策できるが、それでは学習時間が非常に長くなってしまい、ノック判定性に影響を及ぼす)。よって、IPPLS補正で学習許可条件内のIPPLSを平滑化しておかないと学習した運転条件によって学習値(ここではIPAve)にばらつきが生じ、イオン電流強弱の誤判定を引き起こすケースが考えられる。
【0059】
ステップS5では補正後のIPパルス幅C_IPPLSの総和IPAve_SUMを求める為に一燃焼サイクル毎に入力されるC_IPPLSを加算し、IPAve演算用カウンタIPAve_CNTを+1する。ステップS6では、IPAveを求めるために必要な燃焼サイクル数IPAve_NUMに達しているか判定する。達していればステップS7に進み、そうでなければステップS6aにおいて、現在、IPAve学習演算完了フラグIPAve active Flag が立っているか確認し、当該フラグが立っている、すなわち、IPAve演算が完了していれば、Window1(図5の流れ図)へ、完了していなければ今回の点火サイクルでの処理を終了する。
【0060】
ステップS6において、IPAve演算用カウンタIPAve_CNTが燃焼サイクル数IPAve_NUMに達すると、ステップS7で、IPパルス幅C_IPPLSの総和IPAve_SUMを燃焼サイクル数IPAve_NUMで除算することにより、所定燃焼サイクル数内のIPPLSの平均値IPAveが得られる。そしてステップS8でIPAve学習演算完了を表わすIPAve Flag を1にセットし、IPAve_CNT、IPAve_SUMを初期化(0にリセット)してWindow1の処理へ移行する。このように、イオン電流強度学習手段は、1点火サイクル毎のイオン電流強度を加算していき、所定点火サイクル中の前記イオン電流強度の総和を前記所定点火サイクルで除算して、平均化を行う。
【0061】
図5に示すように、Window1では、IPDev(IPAveに対する正のばらつき)の演算を行う。まず、ステップS9において今回燃焼サイクルのC_IPPLSがIPAveより大きいか判定する。IPAve以下の場合はWindow1の処理を抜けてWindow2へ、IPAveより大きい場合はステップ10に進む。
【0062】
ステップS10では、現在の運転領域がIPDev学習領域内かどうかを判定する。ここでは回転数、負荷で判定している。IPDevはIPAveのように回転数−負荷によるリニアな特性を持たない。ただし、図9に示すように、運転領域をさらに制限するとIPPLS補正無しでほぼ一定の値を示す傾向にある。なお、図9において、80は、IPパルス幅補正前の場合を示し、81は、IPパルス幅補正後の場合を示す。しかし、IPPLS補正を行うと回転数−負荷特性を持ってしまい学習した運転条件によって値のばらつきが生じ、イオン電流強弱の誤判定を引き起こすケースが考えられる。領域外の場合はWindow1の処理を抜けてWindow2へ、領域内ではステップS11に進みIPDev演算のための処理を行う。
【0063】
図5のWindow1内の処理において、ステップS10で、現在の運転条件が、IPDev学習許可条件内と判定すると、ステップS11ではIPAveに対するC_IPPLS正のばらつきを求める為に一点火毎に入力されるC_IPPLSからIPAveを減算し、前項目で説明したように回転数−負荷特性を持たないようにIPPLS補正係数Coef_IPで除算したものをIPDev_SUM(初期値0)に加算し、IPDev演算用カウンタIPDev_CNTを+1する。次にステップS12でIPDevを求めるために必要な燃焼サイクル数IPDev_NUMに達しているか判定し、達すればステップS13でIPDev演算を行い、そうでなければWindow1内の処理を終了しWindow2の処理へ移行する。
【0064】
ステップS13においてIPDev_SUMをIPDev_NUMで除算して所定点火回数内のIPDevが得られる。そしてステップS14でIPDev学習演算完了を表わすIPDev Flag を1にセットし、IPDev_CNT、IPDev_SUMを初期化(0にセット)してWindow1内の処理を終了しWindow2の処理へ移行する。
【0065】
図6のWindow2では各学習演算が完了しているか判定し、学習完了しているならば学習値に基づいてオフセット値補正係数Ka、Ki補正係数Kbを取得してオフセット値、Kiを補正する。
【0066】
まずステップS15においてIPDev active Flag の状態を確認し、IPDev学習が完了(すなわち、IPDev Flag =1)ならばステップS16に進み、図10に示すような(a)IPDev学習値に対応したオフセット補正係数テーブルと(b)IPDev学習値に対応したKi補正係数テーブルから、それぞれオフセット補正係数KaとKi補正係数Kbを取得する。
【0067】
IPDev学習が完了していない(すなわち、IPDev Flag =0)ならばステップS15aに進みIPAve Flag の状態を確認し、IPAve学習が完了(すなわち、IPAve Flag =1)ならばステップS19に進み、図11に示すような(a)IPAve学習値に対応したオフセット補正係数テーブルと(b)IPAve学習値に対応したKi補正係数テ−ブルから、それぞれオフセット補正係数KaとKi補正係数Kbを取得する。
【0068】
本実施の形態1では、イオン電流強弱に基づいて設定した2面のオフセットマップ(図12(a),(b))と2面のKiマップ(図13(a),(b))を持っている。回転数・負荷に基づいてオフセット値とKi値をイオン電流強度大・小の両マップからそれぞれ取得する。
【0069】
ステップS17において、オフセット値の演算はイオン電流強度大オフセットマップから取得した値A.OFS×オフセット補正係数テ−ブルから取得した値Ka+イオン電流強度小オフセットマップから取得した値N.OFS×(1−Ka)で行われる。つまり、オフセット補正係数Kaの値によってイオン電流強度大小のオフセットマップのどちらからオフセット値を取得するか、または両マップから取得した値の間の値を取るかが決まる。
【0070】
ステップS18において、Kiの演算はイオン電流強度大Kiマップ値から取得した値A.Ki×Ki補正係数テ−ブルから取得した値Kb+イオン電流強度小Kiマップから取得した値N.Ki×(1−Kb)で行われる。つまり、オフセット値の演算と同様にKbの値によってイオン電流強度大小のKiマップのどちらからKi値を取得するか、または両マップから取得した値の間の値を取るかが決まる。
【0071】
ステップ15aにて、IPAve学習が完了していない(すなわち、IPAve Flag =0)と判定されたならば、ステップS20へ進み、KaとKbは初期値を取得する。尚、Ka、Kbはエンジン停止時にはバッテリバックアップされ、エンジン再始動時にはバッテリバックアップされていた値を初期値とする。これにより、エンジン始動直後のオフセット値とKi値は前回エンジン停止直前の値をとることができる。
【0072】
このようにして設定されたオフセット値を用いて前述のようにノック判定を行い、ノック判定結果に基づいて、以上のように設定されたKi値を用いて遅角補正量を設定する。
【0073】
以上のように、本実施の形態1によれば、イオン電流検出回路5の出力に基づきイオン電流強度を判定するイオン電流強度学習手段14によって判定されたイオン電流強度に基づいて、比較基準値と制御パラメータ補正量の少なくとも一つを補正することで、燃料にイオン化しやすい物質を含んだ添加剤が混入された場合において、イオン電流強度の変動によりノック信号の振幅が変化しても、イオン電流量の変動を高精度で判定し、イオン電流強度に応じた比較基準値の補正、または、制御パラメータの補正を行うようにしたので、ノック誤判定に基づく誤制御を防止して、良好なノック検出状態およびノック制御状態を確保することができる。
【0074】
尚、上記実施の形態1では、イオン電流強度を平均値とばらつきに基づいて学習許可条件を設定し、学習演算を行ったが、学習演算式は1つでも良い。また学習演算式、学習許可条件をさらに加えても良いことは言うまでもない。
【0075】
また、複数の学習演算結果を少なくとも加算、乗算、または、それぞれの演算結果の何割かを加算したものを最終的な学習演算結果としても良い。
【0076】
また、オフセットマップ、補正要求量補正係数マップは、イオン電流強度大と小の2面のマップを持たせているが、さらにマップ数を増やしても良い。
【0077】
また、オフセットマップ、補正要求量補正係数マップは、イオン電流強度大と小の2面のマップを持たせているが、基準となる1つのマップを持たせて、イオン電流強度学習演算結果に基づいた補正係数をマップから取得した値に乗じても良い。
【0078】
また、イオン電流強度学習演算結果に基づいて、ノックレベル平均値、制御パラメ−タ補正要求量を直接補正しても良い。
【0079】
また、イオン電流強度学習結果に基づいて、オフセットと点火時期を補正したが、イオン電流強度学習結果に基づいて、バンドパスフィルタゲインを補正しても良い。
【0080】
また、図1においては、簡略化のために1気筒分のみの回路構成を示したが、多気筒エンジンにおいては、気筒ごとに同様の制御手段を設けて、各気筒のイオン電流強度を判定して、各気筒で制御パラメ−タを補正しても良い。
【0081】
また、全気筒のIPPLSを取り込んで、全体的なイオン電流強度を学習しても良いことは言うまでもない。
【0082】
また、イオン電流強度は、気筒識別などにも応用できることは言うまでもない。
【0083】
また、学習回数IPAve_NUM、IPDev_NUMは、始動直後には早期学習完了のため小値とし、1回目の学習完了後に学習値安定化の為、学習回数を増加するなどの処理を行っても良い。
【0084】
【発明の効果】
この発明は、内燃機関の燃焼室内において点火直後に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、前記イオン電流からノック信号を抽出するノック検出手段と、抽出された前記ノック信号に基づいて、前記内燃機関のノック状態を判定するノック判定手段とを備えた内燃機関のノック制御装置であって、前記ノック判定手段は、前記ノック検出手段から出力される前記ノック信号をフィルタ処理したフィルタ値と比較して、ノック発生か否かを判定するための比較基準値を設定する比較基準値設定手段を含み、前記内燃機関のノック制御装置は、前記比較基準値設定手段によって設定された前記比較基準値と前記ノック検出手段から出力される前記ノック信号とに基づいて、各気筒の点火時期を遅角するための遅角補正量を少なくとも含む制御パラメータを補正するための制御パラメータ補正要求量を設定する制御パラメータ補正要求量設定手段と、設定された前記制御パラメータ補正要求量に基づいて、点火装置の点火時期を制御するための制御パラメータを補正する制御パラメータ補正手段と、前記イオン電流検出手段の出力値に基づいて、前記イオン電流のイオン電流強度を判定するイオン電流強度判定手段と、前記イオン電流強度判定手段によって判定されたイオン電流強度に基づいて、前記比較基準値および前記制御パラメータ補正要求量の少なくともいずれか1つを補正する補正手段とをさらに備え、前記イオン電流強度判定手段は、所定回の点火におけるイオン電流強度の平均値に基づく学習演算処理および前記平均値に対するイオン電流強度のばらつきに基づく学習演算処理の少なくともいずれか1つを含む1以上の学習演算処理により統計的なイオン電流強度を求めるイオン電流強度学習手段を有し、前記イオン電流強度学習手段により得られる統計的なイオン電流強度に基づいてイオン電流強度を判定するものであって、前記イオン電流強度学習手段は、少なくともエンジン回転数および負荷を条件の対象とし、当該対象に関して設定された各条件の全てを満たす運転条件でのみ前記学習演算処理を許可して、当該対象に関して設定された各条件のうちの少なくとも1つを満たさない運転条件の場合は前記学習演算処理を許可しない学習条件許可手段を有していることを特徴とする内燃機関のノック制御装置であるので、イオン電流の変動を正確に検知して、イオン電流量の変化に対応することができる。また、前記イオン電流強度判定手段は、所定回の点火におけるイオン電流強度の平均値に基づく学習演算処理および前記平均値に対するイオン電流強度のばらつきに基づく学習演算処理の少なくともいずれか1つを含む1以上の学習演算処理により統計的なイオン電流強度を求めるイオン電流強度学習手段を有し、前記イオン電流強度学習手段により得られる統計的なイオン電流強度に基づいてイオン電流強度を判定するので、イオン電流強度を統計的に、かつ、高精度で判定し、良好なノック検出状態およびノック制御状態を確保することができる。さらに、前記イオン電流強度学習手段は、少なくともエンジン回転数および負荷を条件の対象とし、当該対象に関して設定された各条件の全てを満たす運転条件でのみ前記学習演算処理を許可して、当該対象に関して設定された各条件のうちの少なくとも1つを満たさない運転条件の場合は前記学習演算処理を許可しない学習条件許可手段を有しているので、イオン電流レベル強弱の差が明確な運転条件のみでイオン電流強度の学習を許可するようにしたため、イオン電流強度を高精度で判定し、良好なノック検出状態およびノック制御状態を確保することができる。
【0085】
また、前記イオン電流強度判定手段は、前記イオン電流の積分値、ピーク値および発生時間の少なくともいずれか1つに基づいて、イオン電流強度を判定するようにしたので、イオン電流の変動を高精度で判定し、良好なノック検出状態およびノック制御状態を確保することができる。
【0086】
また、前記イオン電流強度判定手段は、少なくともエンジン回転数および負荷に基づいて、点火毎に得られたイオン電流強度を補正するイオン電流強度補正手段を備えているので、エンジン回転数および負荷によるイオン電流強度の変動を抑え、正確なイオン電流強度を検知することができる。
【0089】
また、前記イオン電流強度学習手段は、1点火サイクル毎のイオン電流強度を加算していき、所定点火サイクル中の前記イオン電流強度の総和を前記所定点火サイクルで除算して、イオン電流強度の平均化を行うようにしたので、点火サイクル毎にばらつくイオン電流強度の変動を学習値に反映させず、安定したイオン電流強度学習値を得ることができる。
【0090】
また、エンジン回転数および負荷に基づいたイオン電流強度の強弱のそれぞれに対応した少なくとも2面のオフセットマップを有し、前記イオン電流強度学習手段の出力に基づいて、前記比較基準値設定手段において設定される比較基準値をオフセットさせるためのオフセット値を、前記2面のオフセットマップのいずれか一方から取得するか、もしくは、両方から取得した2値の間の値として設定するオフセット設定手段をさらに備え、前記比較基準値設定手段は、前記ノック検出手段から出力される前記ノック信号をフィルタ処理したフィルタ値に、前記オフセット設定手段により設定されたオフセット値を加算することにより、前記比較基準値を得るようにしたので、イオン電流強度に関わらず最適な比較基準値が設定でき、良好なノック検出状態およびノック制御状態を確保することができる。
【0091】
また、エンジン回転数および負荷に基づいたイオン電流強度の強弱のそれぞれに対応した少なくとも2面の補正要求量補正係数マップを有し、前記イオン電流強度学習手段の出力に基づいて、前記制御パラメータ補正要求量設定手段において設定される制御パラメータ補正要求量を補正するための補正係数を、前記2面のオフセットマップのいずれか一方から取得するか、もしくは、両方から取得した2値の間の値として設定する補正要求量補正係数設定手段をさらに備え、前記制御パラメータ補正要求量設定手段は、ノック信号の各値に対して基準値となる補正要求量が格納されているテーブルから、前記ノック検出手段から出力される前記ノック信号の値に基づいて、該当する補正要求量を取得し、取得した前記補正要求量に、前記補正要求量補正係数設定手段により設定された補正係数を乗算することにより、1点火あたりの前記制御パラメータ補正要求量を得るようにしたので、イオン電流強度に関わらず、良好なノック検出状態およびノック制御状態を確保することができる。
【0092】
また、前記イオン電流強度判定手段は、前記イオン電流検出手段により検出されるイオン電流に基づいて前記イオン電流強度を判定し、その強度に基づいて失火の判定を行う失火判定手段を含んでいるので、システムの付加価値を高めながら、イオン電流強度に関わらず、良好なノック検出状態およびノック制御状態を確保することができる。
【0093】
また、前記学習条件許可手段は、前記失火判定手段が失火と判定した点火サイクルについてはイオン電流強度の学習演算処理を許可しないので、失火時のイオン電流強度を学習値に反映させず、安定したイオン電流強度学習値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における内燃機関のノック制御装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による低回転時におけるイオン電流発生時間に関する説明図である。
【図3】 この発明の実施の形態1による高回転時におけるイオン電流発生時間に関する説明図である。
【図4】 この発明の実施の形態1によるIPPLSの学習演算に関する流れ図である。
【図5】 この発明の実施の形態1によるIPPLSの平均値IPAveに対する正のばらつきIPDevの演算に関する流れ図である。
【図6】 この発明の実施の形態1による制御パラメータ補正に関する流れ図である。
【図7】 この発明の実施の形態1によるIPPLS補正係数Coef_IPマップである。
【図8】 この発明の実施の形態1によるIPPLS平均値IPAveの回転数−負荷特性図である。
【図9】 この発明の実施の形態1によるIPPLS平均値IPAveに対する正のばらつきIPDevの回転数−負荷特性図である。
【図10】 この発明の実施の形態1によるIPAve学習値に対応したオフセット補正係数Kaテ−ブルと、Ki補正係数Kbテ−ブルである。
【図11】 この発明の実施の形態1によるIPDev学習値に対応したオフセット補正係数Kaテ−ブルと、Ki補正係数Kbテ−ブルである。
【図12】 この発明の実施の形態1によるイオン電流強弱に対応した2面のオフセットマップである。
【図13】 この発明の実施の形態1によるイオン電流強弱に対応した2面のKiマップである。
【符号の説明】
1 各種センサ、2 ECU、3 点火装置、4 点火プラグ、5 イオン電流検出回路、6 バンドパスフィルタ、7 波形整形回路、8 波形整形回路、9 カウンタ手段、10 時間計測手段、11 失火判定手段、12 ノック判定手段、13 点火時期補正手段、14 イオン電流強度学習手段、15 比較基準値設定手段、16 オフセット設定手段、17 制御パラメータ補正要求量設定手段、18 補正要求量補正係数設定手段、19 各種アクチュエータ、20 イオン電流強度大のときのイオン電流検出信号、21 イオン電流強度小のときのイオン電流検出信号、23 マスク期間、24 点火時期、25 しきい値、26 IPPLS検出期間、27 ATDC125℃A、70 IPパルス幅補正前の場合のIPAve、71 IPパルス幅補正後の場合のIPAve、80 IPパルス幅補正前の場合のIPDev、81 IPパルス幅補正後の場合のIPDev。
Claims (8)
- 内燃機関の燃焼室内において点火直後に発生するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
前記イオン電流からノック信号を抽出するノック検出手段と、
抽出された前記ノック信号に基づいて、前記内燃機関のノック状態を判定するノック判定手段とを備えた内燃機関のノック制御装置であって、
前記ノック判定手段は、
前記ノック検出手段から出力される前記ノック信号をフィルタ処理したフィルタ値と比較して、ノック発生か否かを判定するための比較基準値を設定する比較基準値設定手段を含み、
前記内燃機関のノック制御装置は、
前記比較基準値設定手段によって設定された前記比較基準値と前記ノック検出手段から出力される前記ノック信号とに基づいて、各気筒の点火時期を遅角するための遅角補正量を少なくとも含む制御パラメータを補正するための制御パラメータ補正要求量を設定する制御パラメータ補正要求量設定手段と、
設定された前記制御パラメータ補正要求量に基づいて、点火装置の点火時期を制御するための制御パラメータを補正する制御パラメータ補正手段と、
前記イオン電流検出手段の出力値に基づいて、前記イオン電流のイオン電流強度を判定するイオン電流強度判定手段と、
前記イオン電流強度判定手段によって判定されたイオン電流強度に基づいて、前記比較基準値および前記制御パラメータ補正要求量の少なくともいずれか1つを補正する補正手段と
をさらに備え、
前記イオン電流強度判定手段は、所定回の点火におけるイオン電流強度の平均値に基づく学習演算処理および前記平均値に対するイオン電流強度のばらつきに基づく学習演算処理の少なくともいずれか1つを含む1以上の学習演算処理により統計的なイオン電流強度を求めるイオン電流強度学習手段を有し、前記イオン電流強度学習手段により得られる統計的なイオン電流強度に基づいてイオン電流強度を判定するものであって、
前記イオン電流強度学習手段は、
少なくともエンジン回転数および負荷を条件の対象とし、当該対象に関して設定された各条件の全てを満たす運転条件でのみ前記学習演算処理を許可して、当該対象に関して設定された各条件のうちの少なくとも1つを満たさない運転条件の場合は前記学習演算処理を許可しない学習条件許可手段を有している
ことを特徴とする内燃機関のノック制御装置。 - 前記イオン電流強度判定手段は、前記イオン電流の積分値、ピーク値および発生時間の少なくともいずれか1つに基づいて、イオン電流強度を判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ク制御装置。
- 前記イオン電流強度判定手段は、少なくともエンジン回転数および負荷に基づいて、点火毎に得られたイオン電流強度を補正するイオン電流強度補正手段を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関のノック制御装置。
- 前記イオン電流強度学習手段は、1点火サイクル毎のイオン電流強度を加算していき、所定点火サイクル中の前記イオン電流強度の総和を前記所定点火サイクルで除算して、イオン電流強度の平均化を行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。
- エンジン回転数および負荷に基づいたイオン電流強度の強弱のそれぞれに対応した少なくとも2面のオフセットマップを有し、前記イオン電流強度学習手段の出力に基づいて、前記比較基準値設定手段において設定される比較基準値をオフセットさせるためのオフセット値を、前記2面のオフセットマップのいずれか一方から取得するか、もしくは、両方から取得した2値の間の値として設定するオフセット設定手段をさらに備え、
前記比較基準値設定手段は、前記ノック検出手段から出力される前記ノック信号をフィルタ処理したフィルタ値に、前記オフセット設定手段により設定されたオフセット値を加算することにより、前記比較基準値を得る
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。 - エンジン回転数および負荷に基づいたイオン電流強度の強弱のそれぞれに対応した少なくとも2面の補正要求量補正係数マップを有し、前記イオン電流強度学習手段の出力に基づいて、前記制御パラメータ補正要求量設定手段において設定される制御パラメータ補正要求量を補正するための補正係数を、前記2面のオフセットマップのいずれか一方から取得するか、もしくは、両方から取得した2値の間の値として設定する補正要求量補正係数設定手段をさらに備え、
前記制御パラメータ補正要求量設定手段は、ノック信号の各値に対して基準値となる補正要求量が格納されているテーブルから、前記ノック検出手段から出力される前記ノック信号に基づいて、該当する補正要求量を取得し、取得した前記補正要求量に、前記補正要求量補正係数設定手段により設定された補正係数を乗算することにより、1点火あたりの前記制御パラメータ補正要求量を得る
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。 - 前記イオン電流強度判定手段は、
前記イオン電流検出手段により検出されるイオン電流に基づいて前記イオン電流強度を判定し、その強度に基づいて失火の判定を行う失火判定手段を含んでいることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。 - 前記学習条件許可手段は、前記失火判定手段が失火と判定した点火サイクルについてはイオン電流強度の学習演算処理を許可しないことを特徴とする請求項7に記載の内燃機関のノック制御装置。
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