JP6331743B2

JP6331743B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP6331743B2
Application number: JP2014123702A
Authority: JP
Inventors: 英弘藤田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-06-16
Also published as: JP2016003602A

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１では、１回の検出でプレイグニッションを判定し、プレイグニッションと判定した場合に、エンジンを故障モードとしてエンジンチェックランプを点灯させる内燃機関の制御装置が開示されている。

特開２０１１−１９０７２９号公報

１回の検出でプレイグニッションを判定した結果、エンジンチェックランプを点灯させる場合、プレイグニッションを引き起こす機械設備異常が故障レベルに至っていない場合であっても、故障と判断されるため、故障診断としての診断精度は低くなる虞がある。

本発明は上記に鑑みてなされてものであり、異常燃焼を引き起こす機械設備異常の故障診断精度を高め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。

本発明のある態様の内燃機関の制御装置は、内燃機関の燃焼室における混合気の自着火による異常燃焼を検出する検出部と、前記内燃機関の運転時間に応じた前記異常燃焼の累積発生頻度を監視する監視部と、前記異常燃焼の累積発生頻度が所定値より高い場合に、前記異常燃焼を引き起こす機械設備異常があると判定する判定部と、前記所定値を設定する設定部と、を備える。前記監視部は、前記内燃機関の負荷条件毎に前記異常燃焼の累積発生頻度を監視し、前記設定部は、前記内燃機関の負荷条件毎に前記所定値を設定する。

上記態様の内燃機関の制御装置によれば、異常燃焼の発生頻度が増加した場合に、機械設備異常があると判定するので、異常燃焼を引き起こす機械設備異常の故障診断精度を高めることができる。

内燃機関の概略構成図である。圧縮比可変機構の概略構成図である。コントローラが行う制御の一例をフローチャートで示す図である。コントローラが行う判定の説明図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。いくつかの図面を通して付された同じ符号は、同一又は対応する構成を示す。

図１は内燃機関１の概略構成図である。図１では、内燃機関１とともにコントローラ９０を示す。内燃機関１は、火花点火式の内燃機関であり、具体的にはガソリンエンジンである。

内燃機関１は、シリンダブロック１０と、シリンダヘッド２０と、を備える。シリンダブロック１０には、シリンダ１１が形成される。シリンダ１１は、ピストン２を収容する。燃焼室９は、ピストン２の冠面と、シリンダ１１の壁面と、シリンダヘッド２０の下面とによって形成される。燃焼室９では、混合気が燃焼する。そして、ピストン２は燃焼圧力を受けてシリンダ１１を往復動する。

シリンダヘッド２０は、シリンダブロック１０の上側に配置される。シリンダヘッド２０には、吸気ポート３と、排気ポート４とが形成される。吸気ポート３は、燃焼室９に吸気を供給する。排気ポート４は、燃焼室９から排気を排出する。

シリンダヘッド２０には、吸気バルブ５と、排気バルブ６とが設けられる。吸気バルブ５は、吸気ポート３を開閉する。排気バルブ６は、排気ポート４を開閉する。吸気バルブ５は吸気側カム５Ａによって駆動され、排気バルブ６は排気側カム６Ａによって駆動される。

シリンダヘッド２０のうち吸気バルブ５と排気バルブ６の間の部分には、点火プラグ７が設けられる。点火プラグ７は、燃焼室９内の混合気に点火する。シリンダヘッド２０には、燃料噴射弁８が設けられる。燃料噴射弁８は、燃焼室９に燃料を直接噴射するように設けられる。燃料噴射弁８は、機関運転状態に応じた燃料を噴射する。燃料噴射弁８は、吸気通路に燃料を噴射するように設けられてもよい。

図２は、圧縮比可変機構１１０の概略構成図である。内燃機関１は、圧縮比可変機構１１０を備える。圧縮比可変機構１１０は、ロアーリンク１１１と、アッパーリンク１１２と、コントロールリンク１１３と、連結ピン１１４と、コントロールシャフト１１５と、ピニオン１１６と、アクチュエータ１１７と、を備える。

ロアーリンク１１１及びアッパーリンク１１２は、内燃機関１のクランクシャフト１２０とピストン２とを連結する複数のリンクを構成する。コントロールリンク１１３は、ロアーリンク１１１の移動を規制する。アッパーリンク１１２とコントロールリンク１１３とは、ロアーリンク１１１とピンで連結される。

連結ピン１１４は、コントロールリンク１１３をコントロールシャフト１１５に連結する。コントロールリンク１１３は、連結ピン１１４を中心として揺動する。連結ピン１１４は、コントロールシャフト１１５に対して偏心して設けられる。コントロールシャフト１１５には、ギヤが形成される。当該ギヤはピニオン１１６と噛み合う。ピニオン１１６は、アクチュエータ１１７の回転軸に設けられる。アクチュエータ１１７は、ピニオン１１６を介してコントロールシャフト１１５を回転する。アクチュエータ１１７には、モータを適用できる。

圧縮比可変機構１１０は、コントロールシャフト１１５を回転し、連結ピン１１４の位置を変更することで、ロアーリンク１１１及びアッパーリンク１１２の姿勢を変化させる。そして、ロアーリンク１１１及びアッパーリンク１１２の姿勢を変化させることで、ピストン２の上死点位置を変更し、内燃機関１の有効圧縮比を変更する。

図１に示すコントローラ９０は、電子制御装置であり、コントローラ９０には、各種センサ・スイッチ類として、クランク角センサ９１や、アクセルペダルセンサ９２や、水温センサ９３や、ノックセンサ９４や、位置センサ９５からの信号が入力される。

クランク角センサ９１は、所定クランク角ごとにクランク角信号を生成する。クランク角信号は、内燃機関１の回転速度ＮＥを代表する信号として用いられる。アクセルペダルセンサ９２は、内燃機関１を搭載する車両が備えるアクセルペダルの踏込量を検出する。アクセルペダルの踏込量は、内燃機関１の負荷ＫＬを代表する信号として用いられる。水温センサ９３は、内燃機関１の冷却水温ＴＨＷを検知する。冷却水温ＴＨＷは、内燃機関１から流出する冷却水の温度とすることができる。ノックセンサ９４は、シリンダブロック１０に設けられ、異常燃焼によって発生する振動を検出する。位置センサ９５は、圧縮比可変機構１１０の連結ピン１１４の位置を検出する。

コントローラ９０は、機関運転状態に応じて圧縮比可変機構１１０を含む内燃機関１を制御する。機関運転状態は、例えば回転速度ＮＥや負荷ＫＬである。圧縮比可変機構１１０を制御するにあたり、コントローラ９０は、アクチュエータ１１７を制御する。コントローラ９０は、圧縮比可変機構１１０を制御することで、有効圧縮比を変更できる。

次に、コントローラ９０が行う制御の一例を図３に示すフローチャートを用いて説明する。本フローチャートの処理は、内燃機関１の気筒毎に行われる。ステップＳ１で、コントローラ９０は、燃焼室９における混合気の自着火による異常燃焼を検出する。

異常燃焼は、ノックセンサ９４の出力に基づき検出できる。本実施形態におけるコントローラ９０は、ノックセンサ９４の出力に基づき検出される振動の振動レベルが所定値より大きい場合に、異常燃焼を検出する。当該所定値には、異常燃焼を検出するための値として、実験などによって予め適合した値を用いることができる。

異常燃焼は、燃焼時に燃焼室９に発生する燃焼イオンの経路の電流を検出するイオン電流センサの出力や、燃焼室９の圧力を検知する筒内圧センサの出力に基づき検出されてもよい。異常燃焼は、このほか内燃機関１の回転変動に基づき検出されるなど、公知技術を含むその他の技術で検出されてもよい。

ステップＳ１で、コントローラ９０は具体的には、プレイグニッションを検出する。コントローラ９０は、異常燃焼の発生時期が点火時期より進角側にある場合に、異常燃焼をプレイグニッションとして検出する。異常燃焼の発生時期には、ノックセンサ９４の出力に基づき検出される振動の振動レベルのピーク発生時期を用いることができる。

ステップＳ１で、コントローラ９０は、異常燃焼の発生時期が点火時期より遅角側にある場合に、異常燃焼をノッキングとして検出することもできる。異常燃焼の発生時期が点火時期より進角側にある場合と遅角側にある場合との間で、異常燃焼を検出するための上記所定値は互いに異なってもよい。

ステップＳ２で、コントローラ９０は、異常燃焼の発生頻度を監視する。具体的には、内燃機関１の運転時間に応じた異常燃焼の累積発生頻度を監視する。

異常燃焼の累積発生頻度を監視するにあたり、コントローラ９０はさらに具体的には、内燃機関１の運転時間に応じて、所定期間当たりの異常燃焼の発生回数を累積し記憶する。また、負荷ＫＬの条件毎に異常燃焼の累積発生頻度を監視する。

上記所定期間は、例えば単位時間である。負荷ＫＬの条件毎に異常燃焼の累積発生頻度を監視するのは、負荷ＫＬに応じて異常燃焼の発生し易さが異なるためである。このため、負荷ＫＬの条件は、実験などに基づき把握した異常燃焼の発生し易さに応じて、予め設定することができる。負荷ＫＬの条件は、例えば高負荷及び高負荷以外の負荷である。

ステップＳ３で、コントローラ９０は、所定値αを設定する。コントローラ９０は具体的には、負荷ＫＬの条件毎に所定値αを設定する。所定値αは、異常燃焼を引き起こすハード異常、すなわち機械設備異常の有無を判定するための値である。

ハード異常は、例えば吸気ダクトの破損や、内燃機関１の冷却水の放熱を行うラジエータの目詰まりなどである。吸気ダクトの破損は、内燃機関１に高温の空気を吸入させることで、異常燃焼を引き起こす。ラジエータの目詰まりは、冷却水の高温化による燃焼室９の高温化を招くことで、異常燃焼を引き起こす。所定値αには、ハード異常の有無を判定するための値として、実験などに基づき予め適合した値を適用することができる。

ステップＳ４で、コントローラ９０は、異常燃焼を引き起こすハード異常の有無を判定する。ステップＳ４で、コントローラ９０は、異常燃焼の発生頻度が増加した場合に、ハード異常ありと判定する。具体的には、コントローラ９０は異常燃焼の累積発生頻度が所定値αより高い場合に、ハード異常ありと判定する。

ステップＳ４で否定判定であれば、本フローチャートの処理は一旦終了する。ステップＳ４で肯定判定であれば、処理はステップＳ５及びステップＳ６に進む。この場合、コントローラ９０は、異常燃焼の発生を回避する回避制御を行う。また、ハード異常の発生について警告を行う。

コントローラ９０は、回避制御として、例えば点火時期の遅角や有効圧縮比の低下を行うことができる。また、警告として、内燃機関１を搭載する車両において、警告灯の点灯や、警告音の発生や、警告画面の表示や、これらの組み合わせを行うことができる。

これにより、内燃機関１の破損を回避するなど、故障に対する安全を確保しつつディーラーでの整備点検を運転者に促すことができる。ステップＳ６の後には、本フローチャートの処理は終了する。なお、回避制御や警告は、ディーラーでの整備点検等によって不具合が解消するまでの間、継続される。また、コントローラ９０は、一気筒でもハード異常ありと判定した場合に、回避制御や警告を行う。

図４は、コントローラ９０が行う判定の説明図である。縦軸は累積発生頻度、横軸は内燃機関１の運転時間を示す。この例では、時間Ｔ１でハード異常が故障レベルに達する。したがって、時間Ｔ１前ではハード異常が故障レベルにまでは至っていない。このため、時間Ｔ１前では、累積発生頻度が所定値αより低くなっている。

時間Ｔ１で、ハード異常が故障レベルに達すると、ハード異常が故障レベルにまでは至っていない場合よりも、累積発生頻度の上昇度合いは大きくなる。すなわち、累積発生頻度は、ハード異常が故障レベルに達した場合に、大幅に高まる。結果、時間Ｔ２では累積発生頻度が、所定値αより高くなり、回避制御や警告が行われる。

コントローラ９０は、負荷ＫＬの条件毎にこのような判定を行う。コントローラ９０は、内燃機関１が停止した場合に、運転時間及び累積発生頻度をクリアすることができる。コントローラ９０は、内燃機関１の運転時間が所定時間を上回った場合に、運転時間及び累積発生頻度を一旦クリアした上で、改めて運転時間に応じて累積発生頻度を監視してもよい。所定時間は、ハード異常がない場合に累積発生頻度が所定値αを上回ることがないようにするための値であり、実験などに基づき予め設定することができる。所定時間は、負荷ＫＬの条件毎に設定することができる。

次に本実施形態におけるコントローラ９０の主な作用効果について説明する。

コントローラ９０は、自着火による異常燃焼を検出する。また、異常燃焼の発生頻度を監視する。そして、異常燃焼の発生頻度が増加した場合に、ハード異常ありと判定する。

上記構成のコントローラ９０によれば、異常燃焼の発生頻度が増加した場合に、ハード異常ありと判定するので、異常燃焼の発生頻度に大きく影響しない程度のハード異常であれば、ハード異常なしと判定できる。このため、ハード異常が故障レベルにまで至っていない場合にハード異常ありと判定することを抑制することで、異常燃焼を引き起こすハード異常の故障診断精度を高めることができる。

このような構成のコントローラ９０は、故障診断精度を高めることで、具体的にはハード異常が故障レベルにまでは至っていない場合に、回避制御が行われないようにすることができる。結果、過剰なフェールセーフによるドライバビリティの低下を抑制できる。

コントローラ９０は、異常燃焼の発生頻度として、内燃機関１の運転時間に応じた異常燃焼の累積発生頻度を監視し、異常燃焼の累積発生頻度が所定値αより大きい場合に、ハード異常ありと判定する。これにより、故障レベルにまで至っていない程度のハード異常と、故障と診断すべきハード異常とを区別し易くすることができる。結果、異常燃焼を引き起こすハード異常の故障診断精度をより高めることができる。なお、この場合の所定値αは、一定値であってもよい。

コントローラ９０は、負荷ＫＬの条件毎に異常燃焼の累積発生頻度を監視し、負荷ＫＬの条件毎に所定値αを設定する。このような構成のコントローラ９０は、負荷ＫＬの条件に応じて異なる異常燃焼の発生し易さをさらに考慮して、ハード異常の有無を判定できる。したがって、異常燃焼を引き起こすハード異常の故障診断精度をさらに高めることができる。

コントローラ９０は、ハード異常ありと判定した場合に、回避制御と警告とを行う。このような構成のコントローラ９０は、故障に対する安全を確保しつつディーラーでの整備点検を運転者に促すことができる。

コントローラ９０は、内燃機関１の低回転高負荷時の自着火によるプレイグニッションを検出してもよい。これは、低回転高負荷時にハード異常によってプレイグニッションが引き起こされる蓋然性が高いためである。この場合、発生態様が異なる異常燃焼の影響を受ける可能性が低くなる分、プレイグニッションを引き起こすハード異常の故障診断精度を高めることができる。

なお、図４を用いて前述したように、ハード異常が故障レベルに達した場合に、累積発生頻度が大幅に高まるという傾向は、低回転高負荷時にプレイグニッションを検出する場合だけでなく、その他の運転領域で異常燃焼を検出する場合でも同様である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上述した実施形態では、検出部、判定部、制御部、警告部、監視部及び設定部などの各種の機能部がコントローラ９０で実現される場合について説明した。しかしながら、これら各種の機能部は、例えば複数の電子制御装置で実現されてもよい。

有効圧縮比を変更するにあたり、内燃機関１は、圧縮比可変機構１１０の代わりに、或いは圧縮比可変機構１１０とともに、吸気バルブ５の閉弁時期を変更する可変動弁機構を備え、当該可変動弁機構によって有効圧縮比を変更するように構成されてもよい。有効圧縮比を変更するにあたり、内燃機関１は、圧縮比可変機構１１０以外の圧縮比可変機構を備えてもよい。

コントローラ９０は、異常燃焼の発生頻度として、所定期間当たりの異常燃焼の発生回数を算出し記憶することで、異常燃焼の発生頻度を監視してもよい。

この場合、コントローラ９０は例えば、異常燃焼の発生頻度が増加した場合として、今回算出した異常燃焼の発生回数が、前回算出した異常燃焼の発生回数より所定値以上多い場合に、ハード異常ありと判定することができる。当該所定値には、ハード異常の有無を判定するための値として、実験などに基づき予め適合した値を適用することができる。

異常燃焼の発生頻度が増加した場合は、所定期間当たりの異常燃焼の発生回数が、所定期間当たりの異常燃焼の発生回数の平均値より所定値以上多い場合であってもよい。当該平均値は、実験などにより予め適合した値であってもよく、検出した異常燃焼に基づき算出したものであってもよい。

１内燃機関
９燃焼室
９０コントローラ
９４ノックセンサ

Claims

内燃機関の燃焼室における混合気の自着火による異常燃焼を検出する検出部と、
前記内燃機関の運転時間に応じた前記異常燃焼の累積発生頻度を監視する監視部と、
前記異常燃焼の累積発生頻度が所定値より高い場合に、前記異常燃焼を引き起こす機械設備異常があると判定する判定部と、
前記所定値を設定する設定部と、
を備え、
前記監視部は、前記内燃機関の負荷条件毎に前記異常燃焼の累積発生頻度を監視し、
前記設定部は、前記内燃機関の負荷条件毎に前記所定値を設定する、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記機械設備異常があると前記判定部が判定した場合に、前記異常燃焼の発生を回避する回避制御を行う制御部と、
前記機械設備異常があると前記判定部が判定した場合に、警告を行う警告部と、
をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。