JP3890687B2

JP3890687B2 - 内燃機関のノッキング制御装置

Info

Publication number: JP3890687B2
Application number: JP19663397A
Authority: JP
Inventors: 俊一青山; 徹朗後藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2017-07-23
Also published as: JPH1136906A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車用ガソリン機関に代表される火花点火式内燃機関のノッキングを抑制するノッキング制御装置に関し、さらに詳しくは、可変動弁機構を具備した内燃機関のノッキング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノッキングは、内燃機関の使用条件の中でも特に厳しい高温かつ高負荷の条件下で発生することが多い。つまり、吸入空気の温度そのものがシリンダの内壁やピストンなどとの熱交換により高温化し、圧縮された状態で火炎伝播を待つ間に、未燃混合気が自発火し、燃焼速度が異常に高くなることにより、特有のノック音がし、かつ高速化した火炎が高い熱伝達率でピストンやバルブなどの局所的な温度を急激に上昇させ、その耐久性を低下させてしまうのである。このようにノッキングは、圧縮混合気の温度が上昇することによって発生しやすくなるが、高負荷状態が続いて内燃機関の冷却水温が上昇しているときなどに特に発生しやすい。
【０００３】
このようなノッキングを回避するには、機関の圧縮比を低く設定することが最も確実ではあるが、それでは熱効率が低下し、燃費が悪化する。そこで、近年の自動車用ガソリン機関の多くは、圧縮比を比較的高く設定し、かつノッキングの発生をノックセンサ等で検出して、ノッキング発生時に点火時期を遅角させることによって、ノッキングの抑制と高圧縮比化との両立を図っている。
【０００４】
しかし、このような点火時期の遅角によるノッキング回避は、応答性がよく、ノッキング回避そのものには適しているが、その反面、燃焼開始が最適時期から遅れることによる燃費の悪化や、排気温度の上昇による触媒等の耐久性の悪化、などの問題がある。
【０００５】
このような点火時期の遅角による問題を最小限にするために、例えば特開平８−３３８２９５号公報に開示されているように、ノッキング回避のために、機関の吸気側カムシャフトの位相を可変制御し、点火時期の遅角との組み合わせの形で、ノッキング発生時にカムシャフトの位相をクランクシャフトに対し遅らせることで、吸気弁の閉時期を遅らせ、実圧縮比を低下させるようにしたノッキング制御装置が提案されている。つまり、吸気弁の閉時期を遅らせることによる実圧縮比の低下に伴い、充填効率も低下し、圧縮時の混合気温度が低下するとともに、排温の上昇が防止され、ノッキングが抑制されるのである。
【０００６】
一方、内燃機関の吸気弁の開閉時期を可変制御する可変動弁機構は、上記のようにカムシャフトの位相を変化させるもののほか、従来から種々の形式のものが提案されており、一部で既に実用に供されている。特に、特開平６−１８５３２１号公報には、不等速軸継手の原理を応用して、円筒状カムシャフトを不等速回転させることでバルブリフト特性を連続的に可変制御し得るようにした可変動弁機構が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平８−３３８２９５号公報に開示されているように、ノッキング回避のためにカムシャフトの位相を変化させる構成では、吸気弁の閉時期だけではなく、開時期も同時に同じ角度だけ変化するので、位相の変化量を比較的小さく設定して吸気弁開時期が上死点付近の狭い範囲で変化するように構成しなければならず、仮にノッキング回避のために閉時期を２０°ＣＡ以上も遅らせるような場合には、吸気の開時期が上死点から大幅に遅れ、吸入行程の初期に吸気が入らないことによるポンプ損失の発生などにより、トルクの低下が無視できなくなる。また、吸気弁の開時期が上死点後となることを避けるために、吸気弁の作動角を予め広く設定すると、ノッキング回避のために遅角させたタイミングにおいては適切な状態となったとしても、ノッキング回避のための遅角を行っていない通常のバルブタイミングにおいては吸気弁開時期が上死点よりも大幅に進んだものとなり、バルブオーバラップが拡大して、排気行程の末期に吸気側に高温の排気が逆流し、吸気温度を著しく上昇させてしまう。この結果、通常のバルブタイミングの下でのノッキング発生条件が大幅に悪化し、かえってノッキングが発生しやすくなってしまう。また、このようにバルブオーバラップが大きいと、特にターボ過給機を備えた内燃機関では、発進加速のようにターボ過給機の回転速度が上昇途中にある場合に、吸気圧力（過給圧）がまだ低く、かつ排圧が大幅に高くなっているようなときに、筒内の残留ガス濃度が急増し、充填効率の悪化のみならず耐ノック性も悪化する、という問題が発生する。
【０００８】
このように、単に吸気弁側のカムシャフトの位相を変化させることにより、吸気弁の開時期および閉時期を同位相で遅らせるようにした従来の構成では、ノッキング回避の効果に限界があり、十分なものではない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、吸気弁の作動角を縮小，拡大できる可変動弁機構と組み合わせることにより、吸気弁開閉時期の可変制御によるノッキング回避の効果を最大限に得るようにしたものである。
【００１０】
本発明の請求項１に係る内燃機関のノッキング制御装置は、吸気弁の作動角を可変制御可能な可変動弁機構を備えてなる内燃機関において、
所定レベルのノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、このノッキングの検出時に点火時期を遅角させる点火時期遅角手段と、機関の温度条件を検出する機関温度検出手段と、機関の負荷状態を検出する負荷検出手段と、を備え、
上記可変動弁機構を、開時期の変化よりも閉時期の変化が相対的に大きくなるように設定するとともに、機関の温度および負荷が所定の領域にあり、かつ所定レベルのノッキングが検出されたときに、上記の点火時期遅角とともに、吸気弁の閉時期が遅れるように作動角を拡大する。そして、特に、上記の作動角の拡大がノッキング抑制後も維持され、かつ機関の負荷が所定値以下となったことを条件として所期の特性に復帰することを特徴としている。
また、請求項２の発明では、特に、上記作動角を検出する手段を有し、作動角の拡大の変化量が所定値に達したときに点火時期の遅角を解除することを特徴としている。
【００１１】
すなわち、上述したように、ノッキングは、内燃機関の温度が高く、かつ高負荷状態にあるときに生じやすい。従って、所定の高温状態でかつ高負荷状態のときに、所定レベル、例えば所定強度あるいは所定頻度のノッキングが検出されたら、吸気弁の閉時期が遅れるように作動角の拡大が実行される。
【００１２】
ここで、図１は、上述した特開平６−１８５３２１号公報等に記載の作動角を可変制御し得る可変動弁機構によって得られるバルブリフト特性の一例を示している。この図１の特性は、吸気弁の開閉時期の変化が対称に生じるようにしたものであって、作動角を拡大する際に、開時期の進角と閉時期の遅角とが、ほぼ同一量づつ生じるものである。しかし、このような特性のものでは、ノッキング回避のために、吸気弁閉時期を遅らせて実圧縮比が低下するように作動角を拡大すると、同時に吸気弁開時期が同レベルで進角するので、実圧縮比は低下するものの、開時期の進角に伴って残留ガス割合が増大するため、耐ノック性の向上効果は相殺されてしまい、排圧が高い条件などでは、逆に悪化する可能性もある。
【００１３】
従って、バルブオーバラップが比較的小さい設定（残留ガス割合が比較的小さい条件）の内燃機関においては、図３に示すように、可変動弁機構を、開時期の変化よりも閉時期の変化が相対的に大きくなるように設定することが望ましい。このような特性とすれば、ノッキング回避のために吸気弁閉時期を十分に遅らせて実圧縮比の低下を図ることができるとともに、バルブオーバラップの拡大を可及的に抑制できる。
【００１４】
そして請求項３の発明では、吸気系に過給機を有し、かつ上記の作動角拡大に対応して過給圧を高くする過給圧制御手段を備えている。
【００１５】
このように作動角拡大に対応して過給圧を高くすることにより、閉時期の遅角に伴う充填効率の低下を補うことができ、トルクの低下が抑制される。
【００１６】
また本発明の請求項３に係る内燃機関のノッキング制御装置は、吸気弁の作動角を可変制御可能な可変動弁機構を備えてなる内燃機関において、
所定レベルのノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、このノッキングの検出時に点火時期を遅角補正する点火時期遅角手段と、機関の温度条件を検出する機関温度検出手段と、機関の負荷状態を検出する負荷検出手段と、を備え、
上記可変動弁機構を、閉時期の変化よりも開時期の変化が相対的に大きくなるように設定するとともに、機関の温度および負荷が所定の領域にあり、かつ所定レベルのノッキングが検出されたときに、上記の点火時期遅角とともに、バルブオーバラップが縮小するように上記作動角を縮小することを特徴としている。
【００１７】
内燃機関のバルブオーバラップが比較的大きく設定されている場合、例えば、可変動弁機構を利用してバルブオーバラップを拡大することにより残留ガスを積極的に増大させ、いわゆる内部ＥＧＲの効果によってＮＯｘを抑制するようにした内燃機関などでは、残留ガス濃度が高いことによりＮＯｘは低減されるものの、未燃混合気温度は残留ガス割合の増加に伴って上昇し、ノッキングが発生しやすい状況となる。このような場合は、ノッキングの回避のために、吸気弁閉時期の遅角よりも開時期を遅らせて残留ガス割合を低減することにより、一層大きな効果が得られる。
【００１８】
しかし、この場合に、図１に示すような対称に変化する特性では、ノッキング回避のためにバルブオーバラップを縮小すべく吸気弁開時期を遅らせると、同時に、吸気弁閉時期が同レベル進角するので、閉時期が下死点に近づいて実圧縮比が上昇するため、バルブオーバラップ縮小による耐ノック性向上効果は相殺されてしまう。従って、このような場合には、図４に示すように、上記可変動弁機構を、閉時期の変化よりも開時期の変化が相対的に大きくなるように設定することが望ましい。このような特性とすれば、ノッキング回避のために吸気弁開時期を進ませてバルブオーバラップを縮小させると同時に、吸気弁閉時期の変化を可及的に抑制できる。
【００１９】
次に請求項１，５の発明においては、上記の作動角の拡大，縮小がノッキング抑制後も維持され、かつ機関の負荷が所定値以下となったことを条件として所期の特性に復帰する。
【００２０】
内燃機関が高負荷条件で連続運転され、冷却水温度の上昇により各部が高温となった条件では、ノッキングの発生する可能性が高い。このような条件で吸気弁の作動角の可変制御によりノッキング回避を行う場合、ノッキングが検出されなくなった時点で作動角を通常の状態に復帰させれば、またノッキングが発生してしまい、再び作動角を拡大もしくは縮小する、といった動作が繰り返されることになる。点火時期によるノッキング制御の場合は、応答性が高く、微小な制御により、微弱なノッキングが発生している状態いわゆるトレースノック状態に維持することが可能であるが、吸気弁の作動角の可変制御の場合は、機械的駆動系が介在するので、応答時間が長くかかる上に、充填効率の変化に伴ってトルク変化が生じるので、作動角の拡大や縮小を頻繁に繰り返すことは、運転性の悪化を招きやすい。そこで、作動角を一旦変化させたら、ノッキングが抑制されても、所定の高負荷領域から外れるまで、作動角を復帰させないようにすることが望ましい。
【００２１】
点火時期の遅角によるノッキング制御は、上述したように応答性が高い反面、大幅な遅角を継続していると、排気温度が上昇し、触媒等の劣化が促進される懸念がある。そのため、請求項２，６の発明は、上記作動角を検出する手段を有し、作動角の拡大，縮小の変化量が所定値に達したときに点火時期の遅角を解除することを特徴としている。
【００２２】
さらに請求項７の発明は、上記の点火時期の遅角の解除に際し、遅角の直前の進角レベルにまで速やかに復帰させるとともに、その後徐々に進角させるようにしたことを特徴としている。つまり、作動角の拡大もしくは縮小が完了した時点で、点火時期が元のレベルに速やかに戻され、その後は、徐々に進角して、トレースノック状態に維持される。
【００２３】
また請求項８は、請求項３の構成を前提とするものであって、遅角させていた点火時期の復帰の際に、これに対応して、過給圧制御手段が過給圧を所定レベルまで低下させることを特徴としている。さらに、請求項９は、遅角させていた点火時期の復帰の際に、過給圧の上昇に対応して、遅角の直前の進角レベルよりも遅れ側の点火時期に復帰させることを特徴としている。つまり、過給圧が高いと、ノッキング発生条件は厳しくなるので、点火時期の進角の際に、請求項８のように過給圧を低下させ、あるいは請求項９のように点火時期をやや遅れ側として、ノッキング発生を抑制することが望ましい。
【００２４】
また上記のような吸気弁閉時期の可変制御を実現するために、請求項１０に係るノッキング制御装置は、上記可変動弁機構として、機関の回転に同期して回転する駆動軸と、この駆動軸と同軸上に配設され、かつ吸気弁を駆動するカムを外周に有するカムシャフトと、このカムシャフトの端部に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された一方のフランジ部と、この一方のフランジ部に対向するように上記駆動軸側に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された他方のフランジ部と、上記両フランジ部の間に揺動自在に配設された環状ディスクと、この環状ディスクの両側部に互いに反対方向に突設されて、上記両フランジ部の各係合溝内に夫々係合するピンと、上記環状ディスクを機関運転状態に応じて揺動させる駆動機構とを備えている。
【００２５】
この構成においては、環状ディスクの回転中心が駆動軸およびカムシャフトの中心と同心状態にある場合には、駆動軸とカムシャフトとが等速回転し、また環状ディスクが偏心位置にある場合には、両者が不等速回転する。従って、上記環状ディスクの位置に応じて、吸気弁のバルブリフト特性が連続的に変化し、吸気弁の開閉時期と作動角とが変化する。なお、駆動軸とカムシャフトとの位相が常に一致する同位相点の位置関係によって、請求項１，２あるいは請求項４のような異なる特性を実現できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、吸気弁の作動角を可変制御可能な可変動弁機構を用いてノッキング回避を行うことにより、従来のカムシャフトの位相を変化させる方式の場合に生じる吸入行程初期のポンプ損失の発生やバルブオーバラップの過度の拡大といった不具合を回避しつつ、高温高負荷状態におけるノッキングを一層効果的に回避することが可能となる。特に請求項１，２の発明は、バルブオーバラップが比較的小さく設定された内燃機関に好適であり、また請求項４の発明は、バルブオーバラップが比較的大きく設定された内燃機関に好適なものとなる。
【００２７】
また請求項３によれば、作動角の拡大に伴うトルクの低下を抑制でき、運転性への悪影響が少なくなる。
【００２８】
また請求項１，２，５〜請求項８によれば、作動角の頻繁な拡大，縮小動作の発生を防止できるとともに、点火時期の遅角の継続による排気温度の過度の上昇を回避できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図２は、この発明に係る内燃機関の一実施例として、ターボ過給機付ガソリン機関の構成を示すもので、シリンダブロック１に複数のシリンダ２が直列に配置されているともに、各シリンダ２内にピストン３が摺動可能に嵌合している。シリンダ２頂部を覆うシリンダヘッド４には、吸気弁５によって開閉される吸気ポート６と、排気弁７によって開閉される排気ポート８とが形成されている。上記吸気ポート６に接続される吸気通路の上流側には、ターボ過給機９、具体的にはそのコンプレッサ９ａが介装されている。このコンプレッサ９ａを駆動する排気タービン９ｂは、排気ポート８下流の排気通路に介装されている。また、上記排気タービン９ｂの出口側と入口側との間には排気バイパス通路１０が設けられており、ここに電子制御型のウエストゲートバルブ１１が介装されている。さらに、コンプレッサ９ａの出口側つまり吸気ポート６上流側に、過給圧を検出する過給圧センサ１２が配設されている。
【００３１】
上記ウエストゲートバルブ１１は、過給圧を所定の特性に保つように機関高速側で開かれるものであり、コントロールユニット１３によって制御されている。このコントロールユニット１３には、機関の回転数、負荷、冷却水温、潤滑油圧および上記過給圧センサ１２による過給圧等の検出信号が入力され、過給圧を機関運転条件に応じた特性に制御している。
【００３２】
また、シリンダブロック１には、所定周波数のノッキング振動を検出するためのノッキングセンサ１４が装着されており、そのノッキング検出信号が上記コントロールユニット１３に入力されている。なお、例えば点火栓の座金部分に筒内圧センサを設け、筒内圧の変化に基づいてノッキングの検出を行うようにしてもよい。コントロールユニット１３は、このノッキングの検出に基づいて、図示せぬ点火栓による点火時期および後述する吸気弁５の作動角を可変制御している。
【００３３】
排気弁７は、図示せぬ排気側カムシャフトによって固定的なバルブタイミングでもって開閉されるようになっている。これに対し、吸気弁５は、後述する可変動弁機構によって、その開閉時期を作動角とともに可変制御できる構成となっている。
【００３４】
上記可変動弁機構は、特開平６−１８５３２１号公報や米国特許第５，３６５，８９６号明細書等において開示されているように、不等速軸継手の原理を応用して各気筒の円筒状カムシャフト２２を不等速回転させることでバルブリフト特性を連続的に可変制御し得るようにしたものである。
【００３５】
この機構自体は公知であるので、図５および図６を参照して簡単に説明すると、図において、２１は図外の機関クランク軸からタイミングチェーン２３を介して回転力が伝達される駆動軸、２２は該駆動軸２１の外周に回転自在に嵌合した中空円筒状のカムシャフトである。このカムシャフト２２は、各気筒毎に分割して構成されている。
【００３６】
上記カムシャフト２２は、シリンダヘッド４上端部のカム軸受に回転自在に支持されていると共に、外周に、各気筒一対の吸気弁５を開作動させる一対のカム２６が形成されている。また、カムシャフト２２は、上述したように複数個に分割形成されているが、その一方の分割端部に、第１フランジ部２７が設けられている。また、この複数に分割されたカムシャフト２２の端部間に、それぞれスリーブ２８と環状ディスク２９が配置されている。上記第１フランジ部２７には、半径方向に沿った細長い係合溝が形成されている。
【００３７】
上記スリーブ２８は、駆動軸２１に固定されているものであって、該スリーブ２８に、上記第１フランジ部２７に対向する第２フランジ部３２が形成されている。この第２フランジ部３２には、やはり半径方向に沿った細長い係合溝が形成されている。
【００３８】
両フランジ部２７，３２の間に位置する上記環状ディスク２９は、環状の板状をなし、駆動軸２１の外周面との間に環状の間隙を有するとともに、ディスクハウジング３４の内周面に回転自在に保持されている。また、互いに１８０°異なる直径線上の対向位置にそれぞれ反対側へ突出する一対のピン３６，３７を有し、各ピン３６，３７が各係合溝に係合している。
【００３９】
ディスクハウジング３４は、略三角形をなし、その円形の開口部内に環状ディスク２９が保持されているとともに、三角形の頂部となる２カ所に、それぞれカム嵌合孔３８およびブッシュ嵌合孔３９が貫通形成されている。
【００４０】
そして、上記カム嵌合孔３８には、制御シャフト４２に一体に形成された偏心カム４１が回転自在に嵌合しており、ブッシュ嵌合孔３９内には、支持軸４４に支持された偏心ブッシュ４３が回動自在に嵌合している。
【００４１】
上記偏心ブッシュ４３は、支持軸４４に回転自在に支持されている。また、上記偏心カム４１は、機関前後方向に沿って複数気筒に亙って連続した制御シャフト４２に、各気筒毎に設けられている。そして、機関の一端部に位置する上記制御シャフト４２の一端には、駆動機構として回転型の油圧アクチュエータ４６が取り付けられている。なお、この制御シャフト４２の回転位置つまり偏心カム４１の位相を検出するために、図示せぬポテンショメータ等のセンサを備えている。
【００４２】
上記の可変動弁機構においては、偏心カム４１を介して環状ディスク２９の偏心位置を可変制御することにより、カムシャフト２２が不等速回転し、駆動軸２１との間で、その偏心量に応じた位相差が生じる。例えば、図６の（Ａ）に示すように、環状ディスク２９の中心Ｙと駆動軸２１の中心Ｘとが一致している状態では、カムシャフト２２が駆動軸２１と等速で同期回転するため、カムプロフィールに沿ったバルブリフト特性が得られる。これに対し、図６の（Ｂ）に示すように、環状ディスク２９の中心Ｙが一方へ偏心した状態では、偏心量Δに応じた位相差が生じ、これに伴って作動角が拡大もしくは縮小した形にバルブリフト特性が得られる。
【００４３】
なお、駆動軸２１が１回転する間に、正方向の位相差と負方向の位相差とが生じ、その途中に、同位相点が存在する。そして、この同位相点の位置によって、前述した図３もしくは図４のような特性を得ることができる。図３の特性では、環状ディスク２９の中心が偏心してバルブ作動角が増減変化しても、開時期は殆ど変化せずに、閉時期のみが変化するようになっている。逆に、図４の特性では、作動角が変化しても、閉時期は殆ど変化せず、開時期のみが変化するようになっている。
【００４４】
上記油圧アクチュエータ４６に供給される油圧は、上述したコントロールユニット１３からの制御信号に基づき図示せぬ油圧制御弁を介して制御される。コントロールユニット１３には、上述したように機関運転条件を示す種々の信号が入力され、これらに基づいて吸気弁５の作動角（開閉時期）を可変制御している。
【００４５】
図７は、この発明に係るノッキング回避制御の第１実施例を示すタイミングチャートである。なお、この実施例は、可変動弁機構が図３のような特性で変化することを前提としている。
【００４６】
図７において、（ａ）はノッキングセンサ１４の出力信号を示しているが、このノッキング信号が比較的小さなレベルにある間は、点火時期は、（ｃ）に示すように、いわゆるトレースノック点に制御されている。つまり、ノッキングが生じない範囲内で可及的に進角させることにより、非常に微弱なノッキングが発生している状態に保たれている。これに対し、内燃機関が所定の高温かつ高負荷の領域にある場合に、ノッキング信号がスライスレベルを超える頻度が所定値以上になると、点火時期遅角と吸気弁作動角制御とを組み合わせたノッキング回避制御を開始すべきであると判断する（図のＴ１のタイミングがこれに相当する）。これにより、点火時期は、所定のレベルまで遅角される。なお、この遅角は、応答性よく行うことが可能であるので、ノッキングは速やかに抑制される。また、同時に、（ｄ）に示すように、吸気弁作動角が拡大するように、可変動弁機構の油圧アクチュエータ４６が制御される。この作動角の制御には、機械的な遅れが伴うので、実際の作動角は、（ｄ）のように、油圧アクチュエータ４６の作動速度に依存して徐々に変化する。このように作動角を拡大することにより、図３から明らかなように、吸気弁５の閉時期が遅れ、実圧縮比が低下するため、ノッキングが生じにくいものとなる。そして、作動角の拡大が目標値まで達したことを検出したら、点火時期を元のレベルにまで進角させる（図のＴ２）。これにより、排気温度の上昇が回避される。なお、その後、点火時期はトレースノック制御が再開されるが、作動角制御によりノッキングが抑制されていることから、トレースノックレベルまで徐々に進角することになる。
【００４７】
図１１および図１２は、コントロールユニット１３により実行される上記第１実施例の制御の流れを示すフローチャートであって、まずステップ１において、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）の制御マップおよび点火時期（Ａｄｖ）の制御マップを読み込む。この制御マップとしては、通常温度条件のマップと、冷間時用のマップと、高温時用のマップとが、予め設定されている。次にステップ２において、冷却水温ｔｗを所定の基準温度（暖機が完了したとみなせる温度）ｔ０と比較し、このｔ０以下である場合には、ステップ３へ進む。ステップ３では、図示せぬ冷間時用の制御マップを用いて、そのときの負荷と機関回転数等に対応する吸気弁閉時期および点火時期の目標値を決定する。また、暖機が完了していて冷却水温ｔｗが基準温度ｔ０より高い場合には、ステップ４へ進む。ステップ４では、冷却水温ｔｗをさらに所定の高温側基準温度（ノッキングが問題となる温度）ｔｈと比較し、このｔｈ以下である場合には、ステップ５へ進む。ステップ５では、暖機後用の通常温度条件の制御マップを用いて、そのときの負荷と機関回転数等に対応する吸気弁閉時期および点火時期の目標値を決定する。また、高負荷運転の継続等により冷却水温ｔｗが高温側基準温度ｔｈより高い場合には、ステップ６へ進み、高温時用制御マップを用いて、そのときの負荷と機関回転数等に対応する吸気弁閉時期および点火時期の目標値を決定する。そして、このように高温状態の場合には、さらにステップ７へ進み、図１２に示すノッキング回避制御を実行する。
【００４８】
このノッキング回避制御においては、まずステップ１１においてノッキングセンサ１４の出力信号を読み込み、ステップ１２で、スライスレベル以上のノッキングの発生頻度が所定値以下であるか否かを判定する。ここで、所定値以下であれば、ノッキング回避制御のルーチンを終了する。つまり、前述した高温時用制御マップの特性に従って吸気弁作動角および点火時期が制御される。これに対しノッキング発生頻度が所定値より大きい場合は、ステップ１３でノッキング回避に必要な点火時期遅角量を決定するとともに、ステップ１４でこの遅角を実行する。さらにステップ１５で、ノッキング回避に必要な吸気弁作動角拡大量を決定し、かつ、この作動角拡大を実行すべくステップ１６で油圧アクチュエータ４６を作動させる。ステップ１７では、この作動角がステップ１５で決定した目標値に達したかを判定し、この目標値に達するまでアクチュエータ４６の作動を継続する。そして、作動角が目標値に達した時点で、ステップ１８へ進み、点火時期を補正前の値に復帰させる。
【００４９】
次に図８は、この発明に係るノッキング回避制御の第２実施例を示すタイミングチャートである。なお、この実施例は、第１実施例と同じく可変動弁機構が図３のような特性で変化することを前提としている。
【００５０】
この実施例においては、ノッキング回避のために（ｄ）のように吸気弁作動角が拡大するのに対応して、（ｂ）に示すように、ターボ過給機９の過給圧を徐々に高く修正する。これにより、吸気弁５の作動角拡大による充填効率の低下が補われる。また、このように過給圧を上昇させると、それだけノッキング発生条件は厳しくなるので、作動角が所定値に達したＴ２の時点での点火時期の復帰は、（ｃ）のように、元のレベルよりも遅角側に設定される。
【００５１】
図９は、この発明に係るノッキング回避制御の第３実施例を示すタイミングチャートである。なお、この実施例は、やはり可変動弁機構が図３のような特性で変化することを前提としている。
【００５２】
この実施例においては、第２実施例と同様に、ノッキング回避のために（ｄ）のように吸気弁作動角が拡大するのに対応して、（ｂ）に示すように、ターボ過給機９の過給圧を徐々に高く修正する。そして、作動角が所定値に達したＴ２の時点で、点火時期を進角させると同時に、過給圧を低下させるようにしている。これにより、高い過給圧によるノッキング発生を防止でき、点火時期を初期のレベルまで進角させることができる。なお、過給圧は、必ずしも元のレベルまで低下させる必要はなく、ノッキング発生の可能性を考慮しつつ図示するようにある程度高いレベルに戻すようにした方が、トルク低下を小さくできる。また、過給圧の低下は、（ｂ）に示すようにある程度の速度でもって現れるので、点火時期の進角もこれに対応した速度で変化させるようにしている。
【００５３】
次に図１０は、この発明に係るノッキング回避制御の第４実施例を示すタイミングチャートである。この実施例は、上記の第１〜第３実施例とは異なり、可変動弁機構が図４のような特性で変化することを前提としている。これは、部分負荷時に大きなバルブオーバラップで運転されている場合に好適なものであり、吸気弁５の作動角を縮小し、吸気弁５の開時期を遅らせることによりノッキング回避を図っている。
【００５４】
すなわち、（ａ）に示すノッキング信号が比較的小さなレベルにある間は、点火時期は、（ｃ）に示すように、いわゆるトレースノック点に制御されている。つまり、ノッキングが生じない範囲内で可及的に進角させることにより、非常に微弱なノッキングが発生している状態に保たれている。これに対し、内燃機関が所定の高温かつ高負荷の領域にある場合に、ノッキング信号がスライスレベルを超える頻度が所定値以上になると、点火時期遅角と吸気弁作動角制御とを組み合わせたノッキング回避制御として、点火時期が、所定のレベルまで遅角される。なお、この遅角は、応答性よく行うことが可能であるので、ノッキングは速やかに抑制される。そして、同時に、（ｄ）に示すように、吸気弁作動角が縮小するように、可変動弁機構の油圧アクチュエータ４６が制御される。この作動角の縮小には、機械的な遅れが伴うので、実際の作動角は、（ｄ）のように、油圧アクチュエータ４６の作動速度に依存して徐々に変化する。このように作動角を縮小することにより、図４から明らかなように、吸気弁５の開時期が遅れ、（ｅ）に示すようにバルブオーバラップが小さくなるため、ノッキングが生じにくいものとなる。そして、作動角の縮小が目標値まで達したことを検出したら、点火時期を元のレベルにまで進角させる（図のＴ２）。これにより、排気温度の上昇が回避される。なお、その後、点火時期はトレースノック制御が再開されるが、作動角制御によりノッキングが抑制されていることから、トレースノックレベルまで徐々に進角することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】作動角の増減に伴うバルブリフト特性の変化の一例を示す特性図。
【図２】この発明に係る内燃機関の構成を示す構成説明図。
【図３】作動角の増減に伴うバルブリフト特性の変化の一例を示す特性図。
【図４】同じく作動角の増減に伴うバルブリフト特性の変化の一例を示す特性図。
【図５】可変動弁機構の構成を示す要部の斜視図。
【図６】この可変動弁機構の作動を示す説明図であって、（Ａ）は同心状態、（Ｂ）は偏心状態の様子を示す説明図。
【図７】本発明のノッキング回避制御の第１実施例を示すタイミングチャート。
【図８】本発明のノッキング回避制御の第２実施例を示すタイミングチャート。
【図９】本発明のノッキング回避制御の第３実施例を示すタイミングチャート。
【図１０】本発明のノッキング回避制御の第４実施例を示すタイミングチャート。
【図１１】本発明のノッキング回避制御の第１実施例に対応するフローチャート。
【図１２】その要部の詳細を示すフローチャート。
【符号の説明】
５…吸気弁
９…ターボ過給機
１４…ノッキングセンサ

Claims

吸気弁の作動角を可変制御可能な可変動弁機構を備えてなる内燃機関において、
所定レベルのノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、このノッキングの検出時に点火時期を遅角させる点火時期遅角手段と、機関の温度条件を検出する機関温度検出手段と、機関の負荷状態を検出する負荷検出手段と、を備え、
上記可変動弁機構を、開時期の変化よりも閉時期の変化が相対的に大きくなるように設定するとともに、機関の温度および負荷が所定の領域にあり、かつ所定レベルのノッキングが検出されたときに、上記の点火時期遅角とともに、吸気弁の閉時期が遅れるように作動角を拡大し、
かつ上記の作動角の拡大がノッキング抑制後も維持され、かつ機関の負荷が所定値以下となったことを条件として所期の特性に復帰することを特徴とする内燃機関のノッキング制御装置。
吸気弁の作動角を可変制御可能な可変動弁機構を備えてなる内燃機関において、
所定レベルのノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、このノッキングの検出時に点火時期を遅角させる点火時期遅角手段と、機関の温度条件を検出する機関温度検出手段と、機関の負荷状態を検出する負荷検出手段と、を備え、
上記可変動弁機構を、開時期の変化よりも閉時期の変化が相対的に大きくなるように設定するとともに、機関の温度および負荷が所定の領域にあり、かつ所定レベルのノッキングが検出されたときに、上記の点火時期遅角とともに、吸気弁の閉時期が遅れるように作動角を拡大し、
さらに上記作動角を検出する手段を有し、作動角の拡大の変化量が所定値に達したときに点火時期の遅角を解除することを特徴とする内燃機関のノッキング制御装置。
吸気系に過給機を有し、かつ上記の作動角拡大に対応して過給圧を高くする過給圧制御手段を備えてい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キング制御装置。
吸気弁の作動角を可変制御可能な可変動弁機構を備えてなる内燃機関において、
所定レベルのノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、このノッキングの検出時に点火時期を遅角補正する点火時期遅角手段と、機関の温度条件を検出する機関温度検出手段と、機関の負荷状態を検出する負荷検出手段と、を備え、
上記可変動弁機構を、閉時期の変化よりも開時期の変化が相対的に大きくなるように設定するとともに、機関の温度および負荷が所定の領域にあり、かつ所定レベルのノッキングが検出されたときに、上記の点火時期遅角とともに、バルブオーバラップが縮小するように上記作動角を縮小することを特徴とする内燃機関のノッキング制御装置。
上記の作動角の縮小がノッキング抑制後も維持され、かつ機関の負荷が所定値以下となったことを条件として所期の特性に復帰することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のノッキング制御装置。
上記作動角を検出する手段を有し、作動角の縮小の変化量が所定値に達したときに点火時期の遅角を解除することを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関のノッキング制御装置。
上記の点火時期の遅角の解除に際し、遅角の直前の進角レベルにまで速やかに復帰させるとともに、その後徐々に進角させるようにしたことを特徴とする請求項２または６に記載の内燃機関のノッキング制御装置。
遅角させていた点火時期の復帰の際に、これに対応して、過給圧制御手段が過給圧を所定レベルまで低下させることを特徴とする請求項３記載の内燃機関のノッキング制御装置。
遅角させていた点火時期の復帰の際に、過給圧の上昇に対応して、遅角の直前の進角レベルよりも遅れ側の点火時期に復帰させることを特徴とする請求項３記載の内燃機関のノッキング制御装置。
上記可変動弁機構は、機関の回転に同期して回転する駆動軸と、この駆動軸と同軸上に配設され、かつ吸気弁を駆動するカムを外周に有するカムシャフトと、このカムシャフトの端部に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された一方のフランジ部と、この一方のフランジ部に対向するように上記駆動軸側に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された他方のフランジ部と、上記両フランジ部の間に揺動自在に配設された環状ディスクと、この環状ディスクの両側部に互いに反対方向に突設されて、上記両フランジ部の各係合溝内に夫々係合するピンと、上記環状ディスクを機関運転条件に応じて揺動させる駆動機構とを備え、上記環状ディスクの位置に応じて吸気弁の作動角が変化するものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関のノッキング制御装置。