(57)【要約】【課題】  ノッキングの発生を抑制するために吸気弁の閉時期を変更する内燃機関の制御装置であって、吸気弁の閉時期を変更することによって、より効果的にノッキングの発生を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】  ノッキングの発生を抑制すべき時に吸気弁の閉時期を変更する内燃機関の制御装置であって、変更後の吸気弁の閉時期が筒内圧の脈動を考慮して決定される内燃機関の制御装置を提供する。本発明のように筒内圧の脈動を考慮して吸気弁の閉時期を決定するようにすれば（ステップ１０９）、例えば筒内圧の脈動の影響で変更後の吸気弁の閉時期が変更前の吸気弁の閉時期に比べて筒内圧が高くなるタイミングとなることを避けることができる。そして、このようにすることにより、吸気弁の閉時期を変更することによって、より効果的にノッキングの発生を抑制することができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノッキングの発生を抑制すべき時に吸気弁の閉時期を変更する内燃機関の制御装置であって、変更後の吸気弁の閉時期が筒内圧の脈動を考慮して決定される内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記変更後の吸気弁の閉時期における筒内圧が変更前の吸気弁の閉時期における筒内圧よりも低くなるように、上記変更後の吸気弁の閉時期が決定される、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
ノッキングの発生を抑制すべき時に行われる上記吸気弁の閉時期の変更は、上記吸気弁の閉時期の遅角である請求項１または２に記載に内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノッキングの頻度が予め定めた頻度以上となった場合に、点火時期を遅角すると共に、吸気弁の作用角を大きくして吸気弁の閉時期を遅角するようにして実圧縮比を低下せしめ、ノッキングの発生を抑制するようにした内燃機関の制御装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３６９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような制御装置において、吸気弁の閉時期を遅角しても、ノッキングの発生を抑制する効果が充分に得られない場合がある。これは、吸気に伴って気筒内の圧力（すなわち、筒内圧）が脈動するためであり、この脈動の結果、遅角後の吸気弁の閉時期が元の（すなわち、遅角前の）吸気弁の閉時期に比べて筒内圧が高くなるタイミングとなる場合があるためである。すなわち、このような場合には、圧縮行程中の筒内圧を上昇せしめる効果が生じるので、吸気弁の閉時期を遅角して実圧縮比を低下せしめることによって圧縮行程中の筒内圧を低下せしめるという効果が充分に得られなくなってしまい、その結果、吸気弁の閉時期を遅角することによるノッキング発生抑制効果が充分に得られなくなってしまうのである。なお、このような場合には、ノッキングの発生を充分に抑制するために、吸気弁の閉時期を大幅に遅角し、実圧縮比を大幅に低下させる必要が生じる場合もある。
【０００５】
本発明は、以上のようなことに鑑みてなされたものであり、その目的は、ノッキングの発生を抑制するために吸気弁の閉時期を変更する内燃機関の制御装置であって、吸気弁の閉時期を変更することによって、より効果的にノッキングの発生を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記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内燃機関の制御装置を提供する。
【０００７】
１番目の発明は、ノッキングの発生を抑制すべき時に吸気弁の閉時期を変更する内燃機関の制御装置であって、変更後の吸気弁の閉時期が筒内圧の脈動を考慮して決定される内燃機関の制御装置を提供する。
【０００８】
１番目の発明のように筒内圧の脈動を考慮して吸気弁の閉時期を決定するようにすれば、例えば筒内圧の脈動の影響で変更後の吸気弁の閉時期が元の（すなわち、変更前の）吸気弁の閉時期に比べて筒内圧が高くなるタイミングとなることを避けることができる。そしてこのようにすることで、吸気弁の閉時期を変更することによって、より効果的にノッキングの発生を抑制することが可能となる。
【０００９】
２番目の発明では１番目の発明において、上記変更後の吸気弁の閉時期における筒内圧が変更前の吸気弁の閉時期における筒内圧よりも低くなるように、上記変更後の吸気弁の閉時期が決定されるようになっている。
【００１０】
２番目の発明によれば、筒内圧の脈動の影響が考慮され、変更後の吸気弁の閉時期における筒内圧が元の（すなわち、変更前の）吸気弁の閉時期における筒内圧に比べて低くなるようにされる。その結果、２番目の発明によれば、吸気弁の閉時期を変更することによって、より効果的にノッキングの発生を抑制することができる。
【００１１】
３番目の発明では１番目または２番目の発明において、ノッキングの発生を抑制すべき時に行われる上記吸気弁の閉時期の変更は、上記吸気弁の閉時期の遅角である。
３番目の発明のようにすれば、実圧縮比を低下せしめることができるので、より確実にノッキングの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
各請求項に記載の発明は、ノッキングの発生を抑制するために吸気弁の閉時期を変更する内燃機関の制御装置において、吸気弁の閉時期を変更することによって、より効果的にノッキングの発生を抑制することを可能にするという共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合の一例を示す概略図である。
【００１４】
図１において、１は内燃機関本体、２は吸気弁、３は吸気ポート、４は排気弁、５は排気ポート、６はシリンダ（気筒）７内に形成された燃焼室をそれぞれ示す。各気筒の吸気ポート３は下流側の吸気管８を介してサージタンク９に連結され、サージタンク９は上流側の吸気管１０を介してエアクリーナ１１へ連結される。上記吸気管１０内にはスロットル弁１２が配置される。一方、各気筒の排気ポート５は排気管１３に連結される。
【００１５】
また、１４はバルブリフト量を変更するためのバルブリフト量変更装置を示している。つまり、本実施形態ではバルブリフト量変更装置１４を作動させることにより、吸気弁２のバルブリフト量を制御することができる。バルブリフト量変更装置１４を作動させることによって吸気弁２のバルブリフト量が変更されると、それに伴って吸気弁２の開口面積が変更されることになる。本実施形態の吸気弁２では、バルブリフト量が増加されるに従って吸気弁２の開口面積が増加する。
【００１６】
また、本実施形態ではバルブリフト量変更装置１４によって吸気弁２のバルブリフト量が変更されると、それに伴って吸気弁２の開弁期間に対応する作用角も変更される。より詳細には、吸気弁２のバルブリフト量が増加せしめられるのに伴って、吸気弁２の作用角が増加せしめられる。そしてこの場合、次に説明する開閉タイミングシフト装置により開閉タイミングがシフトされなければ、結果として吸気弁２の閉時期（すなわち、閉弁完了のタイミング）は遅角されることになる。
【００１７】
１５は吸気弁２のバルブリフト量及び作用角を変更することなく開閉タイミングをシフトさせるための開閉タイミングシフト装置を示している。つまり、本実施形態では、開閉タイミングシフト装置１５を作動することにより、吸気弁２の開閉タイミングを進角側にシフトさせたり、遅角側にシフトさせたりすることができる。
【００１８】
なお、以上の説明から明らかなように、本実施形態ではバルブリフト量変更装置１４と開閉タイミングシフト装置１５の少なくとも何れか一方を作動させることによって、吸気弁２の閉時期を変更することができる。
【００１９】
図１において、１６は燃料噴射弁、１７は点火栓を示している。１８はシリンダ７を構成するシリンダブロックに取り付けられ、ノッキング振動を検出するノッキングセンサである。また、１９は吸気弁２のバルブリフト量及び作用角、並びに開閉タイミングシフト量を検出するための開弁特性センサである。
【００２０】
２０は機関回転数を検出するための機関回転数センサであり、２１は内燃機関冷却水の温度を計測するための冷却水温センサである。２３はスロットル弁１２の開度を計測するためのスロットル開度センサ、２４は吸入空気量を計測するためのエアフローメータ、２５はスロットル弁１２よりも下流側の吸気管内の圧力（以下、単に「吸気管内圧力」と言う）を計測するための吸気管内圧力センサである。２６はアクセルペダル２７に接続された負荷センサであり、アクセルペダル２７の踏込み量（すなわち、アクセル踏込み量）に比例した出力を発生する。
【００２１】
２８はＥＣＵ（電子制御装置）であり、図１に示されているように上述の各センサの出力はここへ入力される。本実施形態においては、ＥＣＵ２８においてノッキングセンサ１８からの信号に基づいてノッキングの頻度が求められるようになっており、また開弁特性センサ１９からの信号に基づいて吸気弁２の閉時期が求められるようになっている。
【００２２】
また、本実施形態において、燃料噴射弁１６はＥＣＵ２８に接続されており、ＥＣＵ２８からの信号によって噴射される燃料量や噴射時期を制御することができる。同様に、点火栓１７もＥＣＵ２８に接続されており、ＥＣＵ２８からの信号によって点火時期を制御することができる。また、スロットル弁１２の開度はアクセル踏込み量とは無関係に変更することができ、スロットル開度を調整することで吸気管内圧力を制御することができる。
【００２３】
ところで、上記のような構成の内燃機関では、ノッキングの発生を抑制することを目的として、吸気弁の作用角を大きくする等して吸気弁の閉時期を遅角する場合がある。これは吸気弁の閉時期を遅角することによって実圧縮比を低下せしめ、ノッキングの発生を抑制しようとするものである（なお、ここで実圧縮比εとは、吸気弁の閉時期における筒内容積Ｖｃｉｖｃを圧縮上死点における筒内容積Ｖｃｔｄｃで除算した値である（ε＝Ｖｃｉｖｃ／Ｖｃｔｄｃ））。
【００２４】
しかしながら、従来は、上記のようにして吸気弁の閉時期を遅角しても、ノッキングの発生を抑制する効果が充分に得られない場合があった。これは、吸気に伴って気筒内の圧力（すなわち、筒内圧）が脈動するためであり、この脈動の結果、遅角後の吸気弁の閉時期が元の（すなわち、遅角前の）吸気弁の閉時期に比べて筒内圧が高くなるタイミングとなる場合があるためである。すなわち、このような場合には、圧縮行程中の筒内圧を上昇せしめる効果が生じるので、吸気弁の閉時期を遅角して実圧縮比εを低下せしめることによって圧縮行程中の筒内圧を低下せしめるという効果が充分に得られなくなってしまい、その結果、吸気弁の閉時期を遅角することによるノッキング発生抑制効果が充分に得られなくなってしまうのである。そして、このような場合には、ノッキングの発生を充分に抑制するために、吸気弁の閉時期を大幅に遅角し、実圧縮比εを大幅に低下させる必要が生じる場合もある。
【００２５】
本実施形態においては、以上のようなことを考慮し、以下で説明するような制御を実施して、より効果的に、またより確実にノッキングの発生を抑制するようにしている。以下、図２を参照しつつ、本実施形態において実施されるノッキング発生抑制制御について説明する。
【００２６】
図２は、本実施形態において実施されるノッキング発生抑制制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ２８により予め定めた時間毎の割込みによって実施される。
【００２７】
本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１０１において、現在の機関運転状態を表す各種の運転データの取得が行われる。これらのデータは、上述した各センサからの出力に基づいて得られるものであり、機関回転数、吸入空気量、吸気管内圧力、機関冷却水温度、吸気弁２の閉時期ＩＶＣ及びノッキング頻度Ｆｋ等である。
【００２８】
ステップ１０１において各種の運転データが取得されると、ステップ１０３に進む。ステップ１０３においては、ステップ１０１において得られたノッキング頻度Ｆｋが予め定められた基準ノッキング頻度Ｆｋｃ以下であるか否かが判定される。以下の説明から明らかになるが、ここでの判定は、ノッキングの発生を抑制するための制御を実施する必要があるか否かの判定であり、上記基準ノッキング頻度Ｆｋｃとしてはこの目的を考慮して適切な値（例えば、許容される最多頻度）が設定される。なお、この基準ノッキング頻度Ｆｋｃは、一定の値としても良いし、機関運転状態（例えば、機関回転数や吸入空気量等）に応じて異なる値を用いるようにしても良い。
【００２９】
ステップ１０３において、ノッキング頻度Ｆｋが上記基準ノッキング頻度Ｆｋｃ未満であると判定された場合は、ノッキングの発生を抑制するための制御を実施する必要のない場合であり、この場合には本制御ルーチンは一旦終了し、再度ステップ１０１からの制御が開始される。一方、ステップ１０３において、ノッキング頻度Ｆｋが上記基準ノッキング頻度Ｆｋｃ以上であると判定された場合は、ノッキングの発生を抑制するための制御を実施する必要のある場合であり、この場合には、ステップ１０５以下へと進んでノッキングの発生を抑制するための制御が実施される。
【００３０】
すなわち、この場合、先ずステップ１０５及びステップ１０７の制御が実施され、ノッキングの発生を応急措置的に抑制するために点火時期が遅角される。より詳細には、ステップ１０５において点火時期の目標遅角量が決定され、ステップ１０７においてその目標遅角量だけ点火時期が変更（遅角）される。
【００３１】
なお、本実施形態において、上記ステップ１０５における目標点火時期遅角量の決定は、機関回転数と吸入空気量とから適切な点火時期遅角量を求められるマップが予め作成されており、このマップに基づいて行われるようになっている。すなわち、上記ステップ１０１で得られた機関回転数と吸入空気量を用い、このマップに基づいて上記目標点火時期遅角量が求められる。
【００３２】
点火時期を遅角すると、応答性良くノッキングの発生を抑制することができるのであるが、その反面、排気温度が上昇しエミッションが悪化する等の不都合が生じる。そこで、本実施形態では、続くステップ１０９及びステップ１１１において吸気弁２の閉時期ＩＶＣを変更する制御を行ってノッキングの発生を抑制するようにし、その後のステップ１１３において、点火時期を進角して復旧する（すなわち、元に戻す）ようにしている。
【００３３】
ステップ１０９においては、先ず、吸気弁２の目標閉時期ＯＩＶＣが決定される。本実施形態においては、この決定には図３に示されているようなマップが用いられる。図３は、吸気弁２の閉時期ＩＶＣと同閉時期ＩＶＣにおける筒内圧力Ｐｃｉｖｃとの関係を示したものである。横軸の吸気弁２の閉時期ＩＶＣはクランク角度で表されており、この図はクランク角度と筒内圧（吸気弁２が閉じるまでの筒内圧）との関係を示しているとも言え、従って、この図には、吸気に伴う筒内圧の脈動の様子が示されている。
【００３４】
図３に示される関係は、機関回転数と吸気管内圧力とによってほぼ定まり、本実施形態では、必要とされる各機関回転数及び各吸気管内圧力に対応したマップが予め作成されてＥＣＵ２８に備えられている。図３には、これら機関回転数と吸気管内圧力の異なる二つの例が示されている（曲線Ｉ：機関回転数Ｒ１、吸気管内圧力Ｐｍ１の場合。曲線ＩＩ：機関回転数Ｒ２、吸気管内圧力Ｐｍ２の場合。）。
【００３５】
ステップ１０９における吸気弁２の目標閉時期ＯＩＶＣの決定にはまた、下記（１）式が用いられる。
【００３６】
【数１】
2006125241.tif 000003
【００３７】
ここで、Ｔｃ及びＶｃはそれぞれ筒内温度及び筒内容積を示し、これらはクランク角の関数として表すことができる。また、Ｔｃｉｖｃ及びＶｃｉｖｃはそれぞれ吸気弁２の閉時期における筒内温度及び筒内容積、κは空気の比熱比（κ＝Ｃｐ（等圧比熱）／Ｃｖ（等容比熱））、Ｇは吸入空気量（筒内充填空気量）、Ｒは気体定数を示す。
【００３８】
本実施形態では、ステップ１０９において、上記（１）式で得られる筒内温度Ｔｃを吸気弁２の閉時期ＩＶＣから圧縮上死点まで積分した値が予め定めた基準値Ｘ以下となるような閉時期ＩＶＣが求められ、その中で現在の閉時期ＩＶＣからの変化量が最も小さいものを目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣとするようになっている。このようにするのは、ノッキングの発生が上記積分によって得られる値、すなわち吸気弁２の閉時期から圧縮上死点までの温度の累積的な値によって大きな影響を受ける（すなわち、上記積分値が閾値を超えるとノッキングが発生し易くなる）と考えられるためであり、また、変化量が小さい方が作動負荷が小さく応答性も高く保たれるためである。上記基準値Ｘとしては、例えば実験等によりノッキングが発生しない上記積分値の最大値を予め求めておき、その値を用いるようにする。上記基準値Ｘを適切に設定すれば、吸気弁２の閉時期ＩＶＣを上記のようにして求めた目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣに変更することによってノッキングの抑制を図ることができる。
【００３９】
なお、上記のようにして目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣを求める際には、上記（１）式中のＰｃｉｖｃと上記閉時期ＩＶＣとの関係として、上記図３のマップのように求められている関係が用いられる。これにより、本実施形態では、目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣの決定の際に筒内圧の脈動が考慮されることになる。
【００４０】
また、他の実施形態においては、制御負荷を軽減するために、下記（２）式を用い、圧縮上死点での筒内温度Ｔｃｔｄｃが予め定めた基準圧縮上死点温度Ｔｃｘ以下になるような閉時期ＩＶＣを求め（この際、下記（２）式中のＰｃｉｖｃと閉時期ＩＶＣとの関係としては上記図３のマップのように求められている関係が用いられる）、その中で現在の閉時期ＩＶＣからの変化量が最も小さいものを目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣとするようにしても良い。
【００４１】
【数２】
2006125241.tif 000004
【００４２】
ここで、Ｔｃｔｄｃ及びＶｃｔｄｃはそれぞれ圧縮上死点での筒内温度及び筒内容積である。なお、この場合、実圧縮比εを図４で示すようなマップから求めるようにしても良い。図４は吸気弁２の閉時期ＩＶＣと実圧縮比εとの関係を示したものであり、横軸の吸気弁２の閉時期ＩＶＣはクランク角度で表されている。
【００４３】
ノッキングの発生は上記圧縮上死点での筒内温度Ｔｃｔｄｃともある程度相関がある（つまり、温度Ｔｃｄｔｃが高い程、ノッキングが発生し易くなる）と考えられるため、上記基準圧縮上死点温度Ｔｃｘを適切に設定すれば、吸気弁２の閉時期ＩＶＣを上記基準圧縮上死点温度Ｔｃｘを基準として求めた上記目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣとすることによっても、ノッキングの抑制が可能となる。上記基準圧縮上死点温度Ｔｃｘについては、実験等により適切な値を求めることができる。
【００４４】
ステップ１０９において、吸気弁２の上記目標閉時期ＯＩＶＣが決定されると、ステップ１１１に進み、吸気弁２の閉時期ＩＶＣが、バルブリフト量変更装置１４と開閉タイミングシフト装置１５の少なくとも何れか一方を作動させることによって上記目標閉時期ＯＩＶＣに変更される。通常、ここでの上記閉時期ＩＶＣの変更は上記閉時期ＩＶＣの遅角であり、その結果上記実圧縮比εが低下せしめられる。
【００４５】
ステップ１１１において、吸気弁２の閉時期ＩＶＣが変更されるとステップ１１３に進む。ステップ１１３においては、上述したようにステップ１０７において遅角された点火時期が進角して復旧される（すなわち、元に戻される）。これによって、排気温度の上昇及びトルクの低下が抑えられる。ステップ１１３にて点火時期が元に戻されると、本制御ルーチンは一旦終了し、その後再度ステップ１０１からの制御が開始される。
【００４６】
以上のように、本実施形態では、上記目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣの決定の際に筒内圧の脈動が考慮されることになる。また、上述したようにして上記目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣを決定した場合、通常は、上記目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣにおける筒内圧が、変更前の上記閉時期ＩＶＣにおける筒内圧よりも低くなるように上記目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣが決定されることになる。
【００４７】
そしてこのようなことから、本実施形態によれば、吸気弁の閉時期を変更することによるノッキング発生抑制効果の向上を図ることができる。そしてその結果、本実施形態によれば、吸気弁の閉時期を変更することによって、より効果的に、また、より確実にノッキングの発生を抑制することが可能となる。
【００４８】
なお、上述した実施形態では、バルブリフト量変更装置１４と開閉タイミングシフト装置１５の両方が設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の実施形態では、吸気弁の閉時期を変更することのできるバルブリフト量変更装置と開閉タイミングシフト装置の何れか一方のみが設けられていても良い。
【００４９】
また、他の実施形態においては、筒内圧の脈動のみ、すなわち吸気弁２の閉時期ＩＶＣにおける筒内圧にのみ着目して上記目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣ（すなわち、変更後の上記閉時期）を決定し、より簡単な構成によりノッキングの発生を抑制するようにしても良い。すなわち、この場合には例えば、上記ステップ１０９において、図３のようなマップに基づいて、吸気弁２の閉時期ＩＶＣにおける筒内圧Ｐｃｉｖｃが予め定めた基準筒内圧Ｐｃｘ以下となるような閉時期ＩＶＣが求められ、その中で現在の閉時期ＩＶＣからの変化量が最も小さいものを目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣとするようにする。この時、上記基準筒内圧Ｐｃｘは、予め実験等により適切な値を求めておく。
【００５０】
また、更に他の実施形態では、気筒内の圧力を検出する筒内圧センサを備えていて、上記目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣの決定に、検出された筒内圧を用いるようにしても良い。このようにすることで、機差や経年変化に対応して適切に目標吸気弁閉時期ＯＩＶＣを決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は本発明の内燃機関の制御装置を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合の一例を示す概略図である。
【図２】図２は本実施形態において実施されるノッキング発生抑制制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】図３は吸気弁の閉時期ＩＶＣと同閉時期ＩＶＣにおける筒内圧力Ｐｃｉｖｃとの関係を示したものであり、横軸の吸気弁の閉時期ＩＶＣはクランク角度で表されている（図中のＢＤＣは下死点を表す）。
【図４】図４は吸気弁の閉時期ＩＶＣと実圧縮比εとの関係を示したものであり、横軸の吸気弁の閉時期ＩＶＣはクランク角度で表されている（図中のＢＤＣは下死点を表す）。
【符号の説明】
【００５２】
１    内燃機関本体
２    吸気弁
３    吸気ポート
４    排気弁
５    排気ポート
６    燃焼室
７    シリンダ（気筒）
９    サージタンク
１１    エアクリーナ
１２    スロットル弁
１４    バルブリフト量変更装置
１５    開閉タイミングシフト装置
１８    ノッキングセンサ
１９    開弁特性センサ
２４    エアフローメータ
２８    ＥＣＵ（電子制御装置）
【図１】
2006125241.tif 000005
【図２】
2006125241.tif 000006
【図３】
2006125241.tif 000007
【図４】
2006125241.tif 000008