(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、振動検知型のノックセンサからなる異常燃焼検出手段と、回転数検出手段と、クランク角検出手段と、演算手段と、燃料噴射手段と、吸気弁開閉時期操作手段と、吸気流量調整弁操作手段とを有する内燃機関システムにおいて、前記異常燃焼検出手段と、前記回転数検出手段と、前記クランク角検出手段からの情報を前記演算手段により計算して異常燃焼の発生の有無とその種類を判別するために、前記演算手段が前記異常燃焼検出手段の検出信号によって異常燃焼の発生を検知すると共に、検知された異常燃焼の発生時期が前記クランク角検出手段の検出信号によって１５°ＢＴＤＣ〜１５°ＡＴＤＣの領域にあることを検知したときに、その異常燃焼が自発火によるものであると前記演算手段が判定すると共に、前記燃料噴射手段と、前記吸気弁開閉時期操作手段と、前記吸気流量調整弁操作手段のうちの少なくとも１つに対する自発火防止制御方法を変更・学習することによって自発火を防止することを特徴とする自発火防止学習制御方法。
【請求項２】
前記回転数検出手段の検出信号によって検知される前記機関の回転数が所定値を超えたときに、前記演算手段が自発火判定を停止することを特徴とする請求項１記載の自発火防止学習制御方法。
【請求項３】
自発火が発生したと判定されたとき、前記演算手段が、前記燃料噴射手段を制御して燃料噴射量を変更することにより前記機関の燃焼室内の空燃比を理論空燃比から外し、且つ、燃料の噴射時期や噴射パターンを変更することにより燃料中の低オクタン価成分だけが蒸発するのを防止して自発火を防止すると共に、このときの制御値を学習して次回からの過渡制御に反映させることを特徴とする請求項１又は２に記載の自発火防止学習制御方法。
【請求項４】
自発火が発生したと判定されたとき、前記演算手段が、前記吸気弁開閉時期操作手段を制御して前記機関の充填効率を低下させることにより自発火を防止すると共に、このときの制御値を学習して次回からの過渡制御に反映させることを特徴とする請求項１又は２に記載の自発火防止学習制御方法。
【請求項５】
自発火が発生したと判定されたとき、前記演算手段が、前記吸気流量調整弁操作手段を制御して前記機関への供給空気量を一時的に減少させることにより自発火を防止すると共に、このときの制御値を学習して次回からの過渡制御に反映させることを特徴とする請求項１又は２に記載の自発火防止学習制御方法。
【請求項６】
自発火が発生したと判定されたとき、前記演算手段が、前記燃料噴射手段を制御して燃料噴射量を変更することにより前記機関の燃焼室内の空燃比を理論空燃比から外し、且つ、燃料の噴射時期や噴射パターンを変更することにより燃料中の低オクタン成分だけが蒸発するのを防止すること、及び前記吸気弁開閉時期操作手段を制御して前記機関の充填効率を低下させること、及び前記吸気流量調整弁操作手段を制御して前記機関への供給空気量を一時的に減少させることのいずれか２つ、又はそれら３つを組み合わせることにより自発火を防止すると共に、このときの制御値を学習して次回からの過渡制御に反映させることを特徴とする請求項１又は２に記載の自発火防止学習制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関における自発火による異常燃焼を回避するための自発火防止学習制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関の出力トルクや燃費の向上を目的として機関の圧縮比を高める傾向があるため、機関の急加速時においては機関が高温、高負荷で低回転の運転条件となり、ノック（ノッキング）や自発火（自己着火燃焼）等の異常燃焼状態が発生し易くなっている。
【０００３】
内燃機関における異常燃焼を回避するために従来から用いられている制御システムの一例として、アンチノック制御システムの構成を図４に示す。このシステムは、火花点火式内燃機関１、吸気流量調整弁開度検出手段２、ノック検出手段３、クランク角検出手段４、演算手段５、及び点火時期調整手段６によって構成される。吸気流量調整弁開度検出手段２が内燃機関１の急加速を検出すると、演算手段５が点火時期調整手段６に指令を出して点火時期を遅角させることによりノックを防止する。吸気流量調整弁開度検出手段２としては、一般にスロットルポジションセンサ等が用いられている。
【０００４】
また、それ以外の条件下においても、クランク角検出手段４によってクランク角を検出し、ノック発生域においてノック検出手段３を作動させる。このときにノック検出手段３によってノックを検出すると、演算手段５が点火時期調整手段６に指令を出して、点火時期を遅角させることによりノックを防止する。通常、ノック発生域は１５°ＡＴＤＣ（上死点後のクランク角１５°）以後に設定されており、ノック検出手段３としては一般的にノックセンサと呼ばれる振動検知型のものが用いられている。
【０００５】
図５の線図によって従来のアンチノック制御システムの作動を示す。図５においては横軸に時間をとり、縦軸に筒内圧力とノックセンサの出力をとっている。曲線１１が筒内圧力波形を、曲線１２がノックセンサの出力波形を示しており、領域１３においてノック（ノッキング）が発生している。図５の中に２点鎖線の枠で囲んで示したように、従来の制御においては、ノック発生の有無を判定する対象となる機関のクランク角の領域が一定の範囲に限定されており、クランク角１５°ＡＴＤＣ以後においてノックセンサに出力１４が発生した場合にのみノックであると判定し、点火時期の遅角制御を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す従来のアンチノック制御システムにおいてノック検出手段３として用いられている振動検知型のノックセンサは、ノック（ノッキング）による機関の振動だけでなく、自発火による異常振動を検出することもできるが、ノックによる振動と自発火による振動を区別することができないという問題があった。
【０００７】
また、仮に、何らかの方法によってそれらの振動を区別することができたとしても、言うまでもなく本発明において防止しようとする「自発火」は点火プラグによる点火とは無関係に、高温高圧条件下における化学的反応（ラジカル反応）エネルギーが誘因になって燃料混合気が自己着火を起こす現象であるから、ノックの場合と同様に点火プラグによる点火時期を遅角させるという対応策をとっても全く抑制効果がないことが明らかである。そこで、自発火の抑制のために燃料噴射パターンの制御、吸気弁開閉時期の制御、或いは吸気流量調整弁の制御等を行うことも考えられてはいるが、これらの制御を行ったとしても、経年変化として機関の燃焼室に堆積するデポジットの増加や、燃料のオクタン価の変化等によって機関の自発火抑制性能が変化するので、正確に自発火を検出したり、それを抑制することが難しい。
【０００８】
本発明は、従来技術における前述のような問題に対処して、ノックによる機関の振動によって妨げられることなく、正確に自発火を検出すると共に、確実にその自発火を抑制することができるような、改良された自発火防止方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された自発火防止学習制御方法を提供する。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、振動検知型のノックセンサからなる異常燃焼検出手段によって異常燃焼を検出するだけでなく、同時にクランク角検出手段や回転数検出手段によって異常燃焼が生じたクランク角やその時の回転数をも検出して、それらに基づいて演算手段において異常燃焼の種類を判別するので、自発火が生じている時はそれをノック等と区別して検知することができる。ノックセンサの検出信号によって異常燃焼の発生を検知したとき、演算手段は、検知された異常燃焼の発生時期が、同時にクランク角検出手段によって検出されたクランク角信号によって１５°ＢＴＤＣ〜１５°ＡＴＤＣの領域にあれば、その異常燃焼が自発火によるものであると判定することによって、自発火とノックを明確に区別することができる。そして、自発火が生じていることを検知したときは、演算手段は燃料噴射手段と、吸気弁開閉時期操作手段と、吸気流量調整弁操作手段のうちの少なくとも１つに対する自発火防止制御方法を変更・学習することによって自発火を防止するので、機関の燃焼室にデポジットが堆積したり、燃料のオクタン価が変化して機関の自発火抑制性能が変化した場合でも、記憶されている過去のデータと制御結果等をも参照して制御を行う学習制御によって、機関が自発火抑制性能を長期間にわたって維持することが可能になる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、機関の回転数が所定値を超えたときに演算手段が自発火判定を停止するので、高回転時の機関の振動を異常燃焼によるものと誤認することを防止することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、自発火が発生したとき、燃料噴射量を変更して機関の燃焼室内の空燃比を理論空燃比から外し、燃料の噴射時期や噴射パターンを変更して燃料中の低オクタン価成分だけが蒸発するのを防止することにより自発火を防止すると共に、このときの制御値を学習して次回からの過渡制御に反映させるので、次回からの自発火が防止される。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、自発火が発生したとき、吸気弁開閉時期操作手段を制御して機関の充填効率を低下させることにより自発火を防止すると共に、このときの制御値を学習して次回からの過渡制御に反映させるので、次回からの自発火が防止される。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、自発火が発生したとき、吸気流量調整弁操作手段を制御して機関への供給空気量を減少させることにより自発火を防止すると共に、このときの制御値を学習して次回からの過渡制御に反映させるので、次回からの自発火が防止される。
【００１６】
請求項６記載の発明によれば、以上の対応策を組み合わせて自発火を防止すると共に、このときの制御値を学習して次回からの過渡制御に反映させるので、次回からの自発火がより確実に防止される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の自発火防止学習制御方法を実行するための、内燃機関の制御システムの実施形態を示す。このシステムは、火花点火式内燃機関２１と、吸気流量調整弁の開度検出手段２２と、異常燃焼の検出手段２３と、クランク角の検出手段２４と、機関２１の回転数の検出手段２５と、演算手段２６と、燃料噴射手段２７と、機関燃焼室の吸気弁開閉時期の操作手段２８と、吸気流量調整弁の操作手段２９とによって構成されている。
【００１８】
吸気流量調整弁の開度検出手段２２は、火花点火式内燃機関２１へ供給される吸気量を決定するスロットル弁のような調整弁の開度を検出する。異常燃焼検出手段２３は振動検知型のノックセンサからなるので機関２１の振動を検出したり、燃焼圧力を検出することによって異常燃焼を検出する。クランク角検出手段２４は機関２１のクランク軸の回転角を検出する。回転数検出手段２５は機関２１のクランク軸の回転数を検出する。また演算手段２６は、各検出手段から出力される信号に基づいて自発火の有無を判定する機能と、燃料噴射手段、吸気弁開閉時期操作手段、吸気流量調整弁操作手段のような自発火を抑制するための対応手段を制御する機能だけでなく、これら対応手段を制御する際の制御値を記憶していて、次回以降の制御に役立てる学習機能を有する。
【００１９】
燃料噴射手段２７は機関２１の燃焼室内へ燃料を噴射する。吸気弁開閉時期操作手段２８は、所謂バルブタイミング制御機構のことであって、吸気弁の開閉時期を自由に操作する機能を有する。吸気流量調整弁操作手段２９は、演算手段２６の指令を受けてスロットル弁のような吸気流量調整弁の開度を調整する。
【００２０】
図２は、本発明の自発火防止学習制御方法を実行するための、図１に示された制御システムの作動を説明する図である。図５と同様に横軸に時間をとり、縦軸に筒内圧力とノックセンサの出力をとっている。また、曲線３１が筒内圧力波形を、曲線３２がノックセンサの出力波形を示しているが、この場合は領域３３において自発火が発生している。図２の中に１点鎖線の枠で囲んで示したように、自発火が発生したことによって、点火プラグの放電による正常な燃焼が生じた場合よりも早い時期、即ち、圧縮上死点付近において筒内圧力波形３１がピークに達している。それに伴って、異常燃焼検出手段であるノックセンサの出力波形３２も、圧縮上死点前後において振動を示している。
【００２１】
従って、１５°ＢＴＤＣから１５°ＡＴＤＣまでの領域においてノックセンサの出力３５が振動するのを検知したときは、演算手段２６によって、それを自発火によるものであると判定することができる。本発明においては、このように、クランク角検出手段２４によって検出される機関２１のクランク角において、ノック判定領域３４とは異なる、自発火判定クランク角領域３３を設けた点に１つの特徴がある。自発火判定領域３３は、前述の理由によって１５°ＢＴＤＣから１５°ＡＴＤＣの間に設定するのが妥当である。
【００２２】
そして、１５°ＢＴＤＣ〜１５°ＡＴＤＣの自発火判定領域３３内においてノックセンサに出力３５が発生した時は、演算手段２６は燃料噴射手段２７を制御して燃料噴射量を変更することにより機関の燃焼室内の空燃比を理論空燃比から外すと共に、燃料の噴射時期や噴射パターンを変更することにより燃料中の低オクタン価成分だけが蒸発するのを防止するか、吸気弁開閉時期操作手段２８を制御して機関の充填効率を低下させるか、吸気流量調整弁操作手段２９を制御して機関２１への供給空気量を一時的に減少させることによって、或いはそれらの制御のいずれか２つ、又はそれら３つの制御を組み合わせて同時に実行することにより自発火を防止し、更にその制御結果を学習する。
【００２３】
図３に、本発明の自発火防止学習制御方法による制御のフローチャートを例示する。内燃機関２１の運転中は、ステップ５１とステップ５２の判定を繰り返して割り込み待ちの状態を継続する。即ち、ステップ５１においてアイドル運転が終了した瞬間であるかどうかを判定し、アイドル運転終了の瞬間であると判定された時に割り込みが入り、ステップ５５に進んでどの自発火抑制機能を作動させるかを決定する。そのために、通常、演算手段２６として設けられている制御コンピュータに自発火抑制用の制御係数を設けておき、この係数に基づいて燃料噴射パターン操作５６、吸気弁開閉時期操作５７、吸気流量調整弁操作５８のいずれか、もしくはこれらのうちの複数の操作を組み合わせることによって、自発火防止制御を実行したのち、通常の制御に復帰する。
【００２４】
ステップ５１における判定がＮＯであるときはステップ５２に進んで、自発火判定領域３３にあるかどうか、即ち、機関の回転数が例えば１５００ｒｐｍ以下で、クランク角が１５°ＢＴＤＣ〜１５°ＡＴＤＣの範囲にあるかどうかを判定する。判定結果がＮＯであれば通常の制御を継続するが、自発火判定領域３３内にあると判定されたときは割り込みが入り、ステップ５３に進んで、ノックセンサからなる異常燃焼検出手段２３が異常燃焼を検知したかどうかを判定する。異常燃焼を検知しなければ通常の制御に復帰する。
【００２５】
もし、ステップ５３の判定結果がＹＥＳのとき、即ち、機関の回転数が１５００ｒｐｍ以下で、クランク角が１５°ＢＴＤＣ〜１５°ＡＴＤＣの範囲にあり、しかも異常燃焼が検知されたときは、ステップ５４に進んで、その時の機関２１の運転条件から制御係数の学習を行い、これに基づいてステップ５５からステップ５８の制御を行う。
【００２６】
なお、ステップ５６の制御においては、燃料噴射パターンを変更して、低オクタン価成分のみならず高オクタン価成分まで蒸発させることにより自発火を抑制する。ステップ５７の制御においては、吸気弁の開閉時期を変更して機関２１の充填効率を低下させることによって自発火を抑制する。ステップ５８の制御においては、スロットル弁のような吸気流量調整弁を閉弁方向に操作して、筒内の圧力を低下させることにより自発火を抑制する。また、これらの複数の制御を組み合わせて実行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自発火防止学習制御方法を実行する内燃機関の制御システムの構成図である。
【図２】図１のシステムの検知作動を説明するための線図である。
【図３】図１のシステムの制御作動を説明するためのフローチャートである。
【図４】従来のアンチノック制御システムの構成図である。
【図５】図４のシステムの検知作動を説明するための線図である。
【符号の説明】
１，２１…火花点火式内燃機関
３，２３…異常燃焼検出手段（ノック検出手段、ノックセンサ）
５，２６…演算手段
１１，３１…筒内圧力波形
１２，３２…ノックセンサ出力波形
１３，３４…ノック判定領域
１４，３５…ノックセンサの出力
２４…クランク角検出手段
２５…回転数検出手段
２７…燃料噴射手段
２８…吸気弁開閉時期操作手段
２９…吸気流量調整弁操作手段
３３…自発火判定領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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