JP2018159321A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノッキングの誤検出に起因してエンジンの出力や燃費が低下する懸念を軽減すること。【解決手段】燃料は、可変バルブタイミング機構によって内燃機関１２の燃焼室１６に供給される。また、供給された燃料の点火時期は、ノッキング回避のためにＥＣＵ５０によって調整される。ただし、ＥＣＵ５０は、エンジン１２の回転数に基づいてバルブ着座タイミングを推定し、推定されたバルブ着座タイミングを含む一部の期間に点火時期の調整を制限する。【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、エンジンの燃焼室に供給された燃料の点火時期をノッキング回避のために調整する、内燃機関の制御装置に関する。

ノッキングが発生すると、燃焼室内が共鳴して気筒が振動する。気筒はまた、別の振動源に起因して振動することもある。このため、特許文献１では、ノッキングが発生すると思われる時期に限定してノッキングを検出し、或いは気筒の振動周波数を分析してノッキングを検出するようにしていた。

特開平３−４７４４９号公報

特許文献１の技術では、エンジンの制御状態が変化すると、ノッキングの検出が困難になる。また、過渡状態においてバルブタイミングを変更するエンジンでは、ノッキングの検出時期にバルブが着座する場合があるところ、バルブ着座に起因する振動がノッキングと誤判定されるおそれがある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、ノッキングが誤検出される懸念を軽減することができる、内燃機関の制御装置を提供することである。

この発明の内燃機関の制御装置は、可変バルブタイミング機構によって内燃機関の燃焼室に供給された燃料の点火時期をノッキング回避のために調整する制御装置であって、内燃機関の回転数に基づいてバルブ着座タイミングを推定する推定手段、および推定手段によって推定されたバルブ着座タイミングを含む一部の期間に点火時期の調整を制限する制限手段を備える。

点火時期はノッキング回避のために調整されるところ、このような調整動作は、内燃機関の回転数に基づいて推定されたバルブの着座タイミングを含む一部の期間に制限される。したがって、バルブの着座による振動がノッキングと誤検出されても、これによって点火時期が調整されることはなく、ノッキングの誤検出に起因して出力が低下する懸念を軽減することができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この実施例の車両の要部構成の一部を示すブロック図である。 この実施例の車両の要部構成の他の一部を示すブロック図である。 （Ａ）はエンジン負荷の変化の一例を示す波形図であり、（Ｂ）はバルブ着座タイミングの変化の一例を示す波形図である。 図１に示すＥＣＵの動作の一部を示すフロー図である。

図１および図２を参照して、この実施例の車両１０は、４ストローク型のエンジン（内燃機関）１２を動力源として備える。気筒１４に設けられた燃焼室１６には、吸気バルブ１８を介して吸気管３２が接続され、排気バルブ２０を介して排気管３４が接続される。なお、図１では単一の気筒１４しか示していないが、エンジン１２は複数の気筒１４を有する。吸気管３２は、吸気バルブ１８の上流の位置で各気筒１４に分岐する。

吸気管３２には、バルブモータ４０によって開度が調整される単一のスロットルバルブ３６と、吸気管３２に燃料を噴射するべく各気筒１４に割り当てられた燃料噴射装置３８とが設けられる。スロットルバルブ３６よりも下流でかつ燃料噴射装置３８よりも上流の位置（吸気管３２の分岐位置）には、空気流量を平準化するためのサージタンク４２が設けられる。なお、吸気管３２の圧力は、吸気管圧力センサ４６によって検知される。

イグニッションキー（図示せず）によってＩＧオン操作が行われると、ＥＣＵ５０は、エンジン１２を始動するべく図２に示すリレー６０をオンする。バッテリ６２の電力はオン状態のリレー６０を介してスタータ６４に供給され、スタータ６４はバッテリ６２の電力によってクランキングを実行する。これによって、エンジン１２が始動する。

アイドル状態では、スロットルバルブ３６は、アイドル状態を維持できる開度を示すように、バルブモータ４０によって調整される。吸入空気量は、スロットルバルブ３６によって規定され、燃料噴射装置３８の燃料噴射量は、理論空燃比（＝１４．６）を示す混合気が生成されるように調整される。

この状態からアクセルペダル（図示せず）が踏み込まれると、ＥＣＵ５０は、バルブモータ４０を駆動する。スロットルバルブ３６はバルブモータ４０によって開かれ、これによって、理論空燃比を保ちつつ吸入空気量および燃料噴射装置３８の燃料噴射量が増大する。

混合気は、吸気バルブ１８が開かれたときに燃焼室１６に供給される。供給された混合気は、コンロッド２４を介してクランクシャフト２６と結合されたピストン２２が上死点に達する直前に、点火プラグ３０によって点火される。これによって、混合気が燃焼され、爆発が生じる。混合気を燃焼した後の空気つまり燃焼ガスは、排気バルブ２０が開かれたときに燃焼室１６から排出され、排気管３４を介して車両１０の外部に排気される。

なお、この実施例では、吸気バルブ１８および排気バルブ２０は、可変バルブタイミング機構を構成する。したがって、吸気バルブ１８および排気バルブ２０の開閉タイミングは、エンジン１２の負荷が変動する過渡状態において適応的に調整される。

ピストン２２は、混合気の爆発によって上下動し、これによってクランクシャフト２６が回転する。クランクシャフト２６にはフライホイール２８が装着され、クランクシャフト２６の回転数つまりエンジン１２の回転数のぶれはフライホイール２８によって抑制される。また、エンジン１２の回転数は、エンジン回転センサ４４によって検知される。

クランクシャフト２６の回転力は、図２に示すトルクコンバータ５２および無段変速機５４を介して、ドライブシャフト（図示せず）に伝達される。これによって、車両１０が前進または後進する。クランクシャフト２６の回転力はまた、ベルト５６を介してオルタネータ５８の回転軸５８ｓに伝達される。回転軸５８ｓの回転力は電力に変換され、変換された電力はバッテリ６２に蓄えられる。

ノッキングが発生すると、燃焼室１６の内部が共鳴して気筒１４が振動する。ただし、エンジン１２の出力や燃費は、ノッキングが発生する時期の近傍に点火プラグ３０の点火時期を設定することで改善される。

そこで、この実施例では、気筒１４の振動周波数を検知するノッキングセンサ４８が気筒１４に設けられる。また、ＥＣＵ５０は、ノッキングが発生すると思われる時期に限定して気筒１４の振動周波数を分析し、分析結果から導き出されたノッキング発生時期の近傍に点火プラグ３０の点火時期を設定するノッキング制御を実行する。

ただし、気筒１４は、吸気バルブ１８または排気バルブ２０が着座するときにも振動する。また、可変バルブタイミング機構を採用する場合、着座によって気筒１４が振動する時期は、エンジン１２に掛かる負荷に応じて異なる。

したがって、ノッキングが発生すると思われる時期に吸気バルブ１８または排気バルブ２０が着座すると、着座に起因する振動がノッキングと誤検出されるおそれがある。このようなノッキングの誤検出は、点火時期の誤設定ひいてはエンジン１２の出力や燃費の低下を引き起こす。

そこで、この実施例では、ノッキング制御の前段階の処理として、図４に示すフロー図に従うノッキング制御前処理をＥＣＵ５０に実行させるようにしている。ここで、ノッキング制御前処理を実行する周期は、点火プラグ３０を点火させる周期に合わせられる。また、図４に示すフロー図に対応する制御プログラムは、メモリ５０ｍｍに記憶される。

さらに、ノッキング制御前処理は、エンジン１２の負荷が図３（Ａ）に示すように変化した場合に、可変バルブタイミング機構の応答特性が図３（Ｂ）に示すように遅れることに着目し、この遅れ時間を利用して吸気バルブ１８および排気バルブ２０の各々の着座タイミング（以下、単に「バルブ着座タイミング」と言う。）を推定しようとするものである。

図４を参照して、ステップＳ１では、吸気管圧力センサ４６を通して吸気管３２の圧力を検出する。ステップＳ３では、ステップＳ１で検出された圧力に基づいてエンジン１２の負荷の変化量を算出する。ステップＳ５では、算出された変化量が閾値ＴＨｘを上回るか否かを判別し、判別結果がＮＯであれば今回のノッキング制御前処理を速やかに終了する一方、判別結果がＹＥＳであればステップＳ７〜Ｓ１１で以下の処理を実行してから今回のノッキング制御前処理を終了する。

ステップＳ７では、エンジン回転センサ４４を通してエンジン１２の回転数を検出する。ステップＳ９では、ステップＳ７で検出された回転数に基づいてバルブ着座タイミングを推定する。

ステップＳ１１では、ステップＳ９で検出されたバルブ着座タイミングに基づいてノックセンサ４８の検知結果を無視する期間を設定する。設定される期間は、推定されたバルブ着座タイミングを含む一部の期間である。この結果、点火プラグ３０の点火時期は、推定されたバルブ着座タイミングを含む一部の期間に制限される。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、バルブ着座タイミングは、次の要領で推定される。なお、図３（Ｂ）に示す“α”は変化前の負荷に適したバルブ着座タイミングであり、“β”は変化後の負荷に適したバルブ着座タイミングである。また、バルブ着座タイミングは、位相で表現される。

これを踏まえて、可変バルブタイミング機構の作動速度（＝１秒当たりのクランクシャフト２６の回転角度）をＡｄｅｇ／ｓｅｃとし、エンジン１２の１分当たりの回転数をＢｒｐｍとすると、クランクシャフト２６が２回転するために必要な時間は数式１で表現され、クランクシャフト２６が２回転する間にバルブ着座タイミングが変化する位相の大きさは数式２で表現される。
［数式１］
Ｔ＝６０×２／Ｂ
Ｔ：クランクシャフト２６が２回転するために必要な時間（秒）
［数式２］
θｓ＝Ａ×６０×２／Ｂ
θｓ：クランクシャフト２６が２回転する間にバルブ着座タイミングが変化する位相の大きさ（角度）

この結果、クランクシャフト２６が２回転した後のバルブ着座タイミングは、“θｓ≦β−α”が成立することを条件として、数式３で表現される。
［数式３］
Ｚ＝α＋θｓ
Ｚ：バルブ着座タイミング

以上の説明から分かるように、燃料は、可変バルブタイミング機構によって内燃機関１２の燃焼室１６に供給される。また、供給された燃料の点火時期は、ノッキング回避のためにＥＣＵ５０によって調整される。ただし、ＥＣＵ５０は、エンジン１２の回転数に基づいてバルブ着座タイミングを推定し(S9)、推定されたバルブ着座タイミングを含む一部の期間に点火時期の調整を制限する(S11)。

したがって、バルブの着座による振動がノッキングと誤検出されても、これによって点火時期が調整されることはない。この結果、ノッキングの誤検出に起因してエンジン１２の出力や燃費が低下する懸念を軽減することができる。

なお、この実施例では、バブル着座タイミングを推定するか否かをエンジン１２に掛かる負荷の変化量に基づいて判断するようにしている。しかし、バブル着座タイミングを推定するか否かは、スロットルバルブの開度の変化量や吸入空気量の変化量に基づいて判断するようにしてもよい。

１０ …車両
１２ …エンジン
１６ …燃焼室
１８ …吸気バルブ
２０ …排気バルブ
３０ …点火プラグ
５０ …ＥＣＵ

Claims (1)

1. 可変バルブタイミング機構によって内燃機関の燃焼室に供給された燃料の点火時期をノッキング回避のために調整する制御装置であって、
   前記内燃機関の回転数に基づいてバルブ着座タイミングを推定する推定手段、および
   前記推定手段によって推定されたバルブ着座タイミングを含む一部の期間に前記点火時期の調整を制限する制限手段を備える、制御装置。

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