JP4134821B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変圧縮比機構を備えた火花点火式内燃機関の制御装置に関し、特に、ノッキングを有効に回避する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
特許文献1には、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構及び点火プラグを備えた火花点火式の内燃機関において、ノッキングセンサによりノッキングが検出された場合、まず圧縮比を低下し、その後もノッキングが続く場合には、点火時期を遅角することにより、ノッキングを回避する技術が開示されている。
【0003】
【特許文献1】
特公平05−059273号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献1には、ノッキングを回避するために圧縮比や点火時期を変更する過渡期における機関出力・トルクの低下については考慮されていない。本発明は、この点に着目してなされたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構及び点火プラグを備えた火花点火式の内燃機関の制御装置において、検知手段によりノッキングの発生が検知された場合、機関の出力低下が最小となる様に、機関圧縮比と点火時期とを制御する。また、ノッキングの抑制度合いに相当するノッキング強度指標を設定し、このノッキング強度指標となる複数組の点火時期制御変数と圧縮比制御変数の組み合わせの中から、機関出力が最大となる組み合わせを選び出し、この選ばれた組み合わせの点火時期制御変数と圧縮比制御変数とに基づいて、点火時期及び機関圧縮比を制御するとともに、ノッキングの発生が検知されなくなるまで、上記ノッキング強度指標を段階的に上げていく。
【0006】
【発明の効果】
本発明によれば、ノッキングが検知された場合に、機関の出力低下を最小限に抑えつつ、ノッキングの発生を抑制・回避することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本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。図1を参照して、この内燃機関は、シリンダヘッド1とシリンダブロック2とにより大略構成されており、かつ、ピストン3の上方に画成される燃焼室4内の混合気を火花点火する点火プラグ9を備えたガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関である。この内燃機関は、周知のように、吸気ポート7を開閉する吸気弁5と、排気ポート8を開閉する排気弁6と、吸気ポート7に燃料を噴射する燃料噴射弁10と、吸気コレクタ18の上流側を開閉して吸入空気量を調整するスロットル16と、を有し、かつ、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構20を備えている。
【0008】
ECU(エンジン・コントロール・ユニット)11は、CPU,ROM,RAM及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータであり、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ12,機関水温を検出する水温センサ13,機関回転数を検出するクランク角センサ14,及びノッキングの有無を検出するノックセンサ15等の各種センサからの検出信号等に基づいて、燃料噴射弁10,点火プラグ9,スロットル16の駆動装置16a,及び可変圧縮比機構20の駆動装置21等の各種アクチュエータへ制御信号を出力して、燃料噴射量,燃料噴射時期,点火時期,スロットル開度,及び機関圧縮比等を統括的に制御する。
【0009】
図2を参照して、可変圧縮比機構20は、クランクシャフト22のクランクピン23に回転可能に装着されたロアリンク24と、このロアリンク24とピストン3とを連携するアッパリンク25と、偏心軸28が設けられたコントロールシャフト27と、偏心軸28とロアリンク24とを連携するコントロールリンク26と、を有している。上記の駆動装置21(図1参照)によりコントロールシャフト27の回転位置を変更することにより、コントロールリンク26によるロアリンク24の運動拘束条件が変化し、ピストン3のストローク特性、すなわちピストン3の上死点位置及び機関圧縮比が連続的に変更・制御される。
【0010】
図3及び図4は、本発明に係るノッキング発生時の点火時期と圧縮比との制御の一例を示している。ノッキングの発生を検知すると、機関の出力・トルク低下が最小となるように、点火時期及び機関圧縮比を制御する。例えば、点Aを初期圧縮比及び点火時期の設定点とすると、気温の上昇等でノッキングが発生し、これをノックセンサで検知した場合には、先ずB点に向かって点火時期を遅角することでノッキングを回避する。更にノッキングの発生が続く場合には、点火時期を遅角するとともに圧縮比を低下してC点へ移行し、更にノッキングの発生が続く場合には、圧縮比を低下してD点へと移動する。
【0011】
例えば、ノッキングの発生を検知すると、先ず圧縮比を低下していき、圧縮比が設定可能な最低値に達した以降もノッキングが検知される場合には、点火時期の遅角によってノッキングを回避する様に制御を行ってもよい。あるいは、ノッキングの発生を検知すると、先ず点火時期を遅角していき、点火時期が遅角限界に達して以降もノッキングが検知される場合には、圧縮比の低下によってノッキングを回避する様に制御を行うようにしてもよい。なお、ノッキング回避のための制御量、すなわち点火時期の遅角量や圧縮比の低下量は、好ましくは機関回転数や負荷等の機関運転条件に応じて設定される。
【0012】
図5は、本発明の第1実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。本ルーチンは、例えばECU11により所定期間毎に繰り返し実行される。S(ステップ)11では、ノックセンサ15の検出信号を読み込む。S12では、上記ノックセンサ15の検出信号に基づいて、ノッキングの発生の有無を判定する。ノッキングが発生していないと判定されればS24へ進み、後述する指標K及び変数I,Jを0に初期化して本ルーチンを終了する。
【0013】
S13では、ノッキング強度指標Kに1を加算するとともに、機関出力指標Tの最大値TMAXを0に初期化する。上記のノッキング強度指標Kは、ノッキングの抑制度合いに相当し、基本的には指標Kの値が大きいほどノッキングを低下させるための点火時期の遅角度合いや機関圧縮比の低下度合いが大きく、指標Kの値が小さいほどノッキングを低下させるための点火時期の遅角度合いや機関圧縮比の低下度合いが小さい。
【0014】
S14では、点火時期制御変数Iに1を加算する。S15では圧縮比制御変数Jに1を加算する。S16では、値K(I,J)とノッキング強度指標Kとを比較し、K(I,J)がKとが等しくなければ、S17及びS18をスキップしてS19へ進む。上記のK(I,J)は、図6に示すように、予め設定されるノッキング強度指標Kマップに、現在の変数I及び変数Jをマッピングして求められる。例えば、K(2,3)は5である。
【0015】
S17では、値T(I,J)がTMAX以上であるかを判定する。上記の値T(I,J)は、図7に示す機関出力指標Tマップに変数I,Jをマッピングして求められる。図7のマップ上のT11,T12,〜,T88には、それぞれ機関出力・トルクに対応する値が格納されている。これらの値は、予め設定された固定値であってもよく、あるいは機関回転数や機関負荷に基づいて演算・更新するようにしても良い。T(I,J)がTMAXよりも小さい場合には、S18をスキップしてS19へ進む。S16及びS17の双方が肯定されるとS18へ進み、変数IをITRGを代入し、変数JをJTRGに代入する。
【0016】
S19では、変数Jと、この変数の最大値JMAX(図6及び図7の例では8)とを比較する。変数Jが最大値JMAXに達していなければ、上記のS14へ戻る。S20では、変数Iと、この変数の最大値IMAX(図6及び図7の例では8)とを比較する。変数Iが最大値IMAXに達していなければ、上記のS15へ戻る。
【0017】
変数I,Jの双方が最大値に達し、図6のマップの全ての領域・組み合わせについての処理を終了すると、S19及びS20の判定が肯定されてS21へ進み、上記のITRGに基づいて点火時期の制御指令値ADV、すなわちノッキングを回避するための点火時期(の遅角度合い)を演算し、かつ、上記のJTRGに基づいて機関圧縮比の制御指令値CR、すなわちノッキングを回避するための圧縮比(の低下度合い)を演算する。S22では、上記の制御指令値ADVに基づいて点火時期の遅角制御を行う。S23では、上記の制御指令値CRに基づいて機関圧縮比の低下制御を行う。
【0018】
本ルーチンによれば、ノッキングが検出されると、先ず、S13においてノッキング抑制度合いに相当するノッキング強度指標Kが1に設定され、図6のマップを参照してK=1となる点火時期制御変数Iと圧縮比制御変数Jとの組み合わせK(I,J)を選び(S16)、選ばれた複数の組み合わせの中で機関出力が最も大きい組み合わせT(I,J)を選び(S17)、その組み合わせT(I,J)に対応した点火時期制御変数ITRGと圧縮比制御変数JTRGとに基づいて、点火時期と圧縮比とを制御する(S18,S21〜S23)。再びノッキングが検出されれば、S13において、ノッキング抑制度合いに相当するノッキング強度指標Kを一段階上げて2とし、上述したように機関出力が最も大きくなるように点火時期と圧縮比とを制御する。このようにして、ノッキングの発生が検出されなくなるまで、ノッキング強度を段階的に変化させながら、機関出力が最大(機関の出力低下が最小)となるように点火時期と圧縮比とが制御される。従って、ノッキングを回避するために点火時期と機関圧縮比とを制御する過渡期に、機関出力の低下を最小限に抑制することができる。
【0019】
図8は、本発明の第2実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。図5に示す第1実施例と同じ処理内容には同じ参照符号を付して重複する説明を省略する。この第2実施例では、S13において、ノッキング強度指標Kに1を加算した後、S13aへ進み、ノッキング強度指標Kが最大値KMAX(図6の例では7)を越えたかを判定する。ノッキング強度指標Kが最大値KMAXを越えるまでは、S14へ進み、上記第1実施例と同様の処理が行われる。ノッキング強度指標Kが最大値KMAXを越えると、S13aからS25へ進み、吸気量を制限する。具体的には、スロットル16の開度を小さくする。
【0020】
この第2実施例によれば、上記第1実施例と同様の効果が得られることに加え、点火時期の遅角及び圧縮比の低下によりノッキングの発生を回避できない状況でも、吸入空気量の低下によりノッキングを回避することが可能となり、より確実にノッキングの発生を回避・抑制することができる。
【0021】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る内燃機関の制御装置を示すシステム構成図。
【図2】可変圧縮比機構を示す概略構成図。
【図3】ノッキング発生時の点火時期及び圧縮比の制御の様子を示す特性図。
【図4】同じくノッキング発生時の点火時期及び圧縮比の制御の様子を示す特性図。
【図5】本発明の第1実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図6】ノッキング強度指標Kの制御マップ。
【図7】機関出力指標Tの制御マップ。
【図8】本発明の第2実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
4…燃焼室
9…点火プラグ
11…ECU
15…ノックセンサ
16…スロットル
20…可変圧縮比機構
Claims (3)
- 機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構及び点火プラグを備えた火花点火式の内燃機関の制御装置において、
ノッキングの発生を検知する検知手段と、
この検知手段によりノッキングの発生が検知された場合、機関の出力低下が最小となる様に、機関圧縮比と点火時期とを制御する制御手段と、
を有し、
上記制御手段は、ノッキングの抑制度合いに相当するノッキング強度指標を設定し、このノッキング強度指標となる複数組の点火時期制御変数と圧縮比制御変数の組み合わせの中から、機関出力が最大となる組み合わせを選び出し、この選ばれた組み合わせの点火時期制御変数と圧縮比制御変数とに基づいて、点火時期及び機関圧縮比を制御するとともに、ノッキングの発生が検知されなくなるまで、上記ノッキング強度指標を段階的に上げていく内燃機関の制御装置。 - 上記複数組の点火時期制御変数と圧縮比制御変数の組み合わせのそれぞれに対し、上記ノッキング強度指標の値と機関出力に対応する値とが予め設定されている請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 上記ノッキング強度指標が最大値を超えた場合に、吸気量を低減する手段を有する請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
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