(57)【要約】【課題】気筒の膨脹行程中に起こるノッキングの検出精度を向上させる。【解決手段】気筒を内包するシリンダブロックに伝わる振動をノックセンサを介して検出し、その振動信号を参照して気筒におけるノッキングの有無を判定するものであって、内燃機関の運転領域に応じて発生する、ノッキングに起因して発生する振動以外のノイズの振動の大きさを、内燃機関の個々の運転領域毎にメモリに記憶しており、ノッキングの有無を判定するにあたり、現在の内燃機関の運転領域に対応するノイズの振動の大きさをメモリから読み出し、ノックセンサを介して得られる振動信号からこれを減じたものを判定閾値と比較する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒を内包するシリンダブロックに伝わる振動をノックセンサを介して検出し、その振動信号を参照して気筒におけるノッキングの有無を判定するものであって、
内燃機関の運転領域に応じて発生する、ノッキングに起因して発生する振動以外のノイズの振動の大きさを、内燃機関の個々の運転領域毎にメモリに記憶しており、
ノッキングの有無を判定するにあたり、現在の内燃機関の運転領域に対応するノイズの振動の大きさをメモリから読み出し、ノックセンサを介して得られる振動信号からこれを減じたものを判定閾値と比較する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、車両等に搭載される内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のシリンダブロックに設置した振動式のノックセンサを介してノッキングを感知し、ノッキングが起こっている場合には点火タイミングを遅角させるとともに、ノッキングが起こらない限りにおいて点火タイミングを進角させるノックコントロールシステムが公知である（例えば、下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０４０２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノックセンサが検出するのは、ノッキングに起因して生じる振動だけではない。ノックセンサには、ノッキングが起こらなくとも元々存在する、運転中の内燃機関の振動も入力される。つまり、ノックセンサを介して得られる振動信号には、バックグラウンドノイズが混入している。バックグラウンドノイズの大きさは、内燃機関の運転領域によって増減する。高負荷運転時は、低負荷運転時と比較して、バックグラウンドノイズのレベルが大きくなる。
【０００５】
バックグラウンドノイズの影響を適切に取り除くために、従来、振動信号を所定周期で反復的にサンプリングするとともに、直近の過去の複数回のサンプリング機会において得られた振動信号の振幅の複数の極大値を平均することでバックグラウンドノイズの大きさを求め、そのバックグラウンドノイズ分を振動信号から減じたものを判定閾値と比較してノッキングの有無を判定するようにしていた。
【０００６】
しかしながら、このような手法によっても、内燃機関の運転領域が急変する場合、特にエンジン負荷率が急増大することでバックグラウンドノイズが急に大きくなる事象には対処できない。その結果、振動信号を参照するノックコントロールシステムにおいて、実際にはノッキングが起こっていないにもかかわらず、バックグラウンドノイズの振動をノッキングによるものと誤認して、不必要に点火タイミングを遅角補正してしまうことがあり得た。点火タイミングの遅角化は、内燃機関の熱機械変換効率の低下、ひいては出力または燃費性能の低下に繋がるため、決して好ましくない。
【０００７】
本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたものであり、気筒の膨脹行程中に起こるノッキングの検出精度を向上させることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するべく、気筒を内包するシリンダブロックに伝わる振動をノックセンサを介して検出し、その振動信号を参照して気筒におけるノッキングの有無を判定するものであって、
内燃機関の運転領域に応じて発生する、ノッキングに起因して発生する振動以外のノイズの振動の大きさを、内燃機関の個々の運転領域毎にメモリに記憶しており、ノッキングの有無を判定するにあたり、現在の内燃機関の運転領域に対応するノイズの振動の大きさをメモリから読み出し、ノックセンサを介して得られる振動信号からこれを減じたものを判定閾値と比較する内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、気筒の膨脹行程中に起こるノッキングの検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態の制御装置がメモリに記憶保持するバックグラウンドノイズの大きさのマップデータを例示する図。
【図３】同実施形態においてノックセンサを介して検出される、バックグラウンドノイズを含む振動を例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、ポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。各気筒１の吸気ポート１３近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を気筒１毎に設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１２】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポート１３へと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１３】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポート１４から外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１４】
外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。
【００１５】
本実施形態の内燃機関には、各気筒１の少なくとも吸気バルブの開閉タイミングを可変制御できるＶＶＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）機構６が付随している。吸気バルブタイミングを調節するためのＶＶＴ機構６は、各気筒１の吸気バルブを駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を液圧（潤滑油圧）によって変化させるベーン式のものや、電動機によって変化させる電動式のもの（モータドライブＶＶＴ）である。周知の通り、カムシャフトは、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトから回転駆動力の供給を受け、クランクシャフトに従動して回転する。クランクシャフトとカムシャフトとの間には、回転駆動力を伝達するための巻掛伝動装置（図示せず）が介在している。巻掛伝動装置は、クランクシャフト側に設けたクランクスプロケット（または、プーリ）と、カムシャフト側に設けたカムスプロケット（または、プーリ）と、これらスプロケット（または、プーリ）に巻き掛けるタイミングチェーン（または、タイミングベルト）とを要素とする。ＶＶＴ機構６は、カムシャフトをカムスプロケットに対し相対的に回動させることを通じて、カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させ、以て吸気バルブの開閉タイミングを変更する。
【００１６】
同様に、排気バルブタイミングを調節するためのＶＶＴ機構は、各気筒１の排気バルブを駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を液圧や電動機によって変化させるものである。なお、このＶＶＴ機構は存在しないことがあり、その場合、排気バルブの開閉タイミングは不変である。
【００１７】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００１８】
ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求されるエンジン負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、気筒１に連なる吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、複数の気筒１を内包しているシリンダブロック１０の振動の大きさを検出する振動式のノックセンサ５から出力される振動信号ｈ等が入力される。
【００１９】
ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、イグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＶＶＴ機構６に対してバルブタイミングの制御信号ｍ等を出力する。
【００２０】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）、吸気バルブ及び／または排気バルブの開閉タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００２１】
ＶＶＴ機構６が具現する吸気バルブの開閉タイミングは、そのときの内燃機関の運転領域［エンジン回転数，要求負荷率（または、サージタンク３３内吸気圧、スロットルバルブ３２の開度、気筒１に充填される吸気（新気）量若しくは燃料噴射量）］に応じて設定する。
【００２２】
また、気筒１に充填された混合気への点火タイミングは、そのときの内燃機関の運転領域に応じた基本タイミングに、ノックコントロールシステムによる補正量を加味して決定する。即ち、ＥＣＵ０は、振動信号ｈを参照して、気筒１におけるノッキングの有無を判定する。そして、気筒１においてノッキングが起こったと判定した場合には、以後ノッキングが起こらなくなるまで当該気筒１の点火タイミングを徐々に遅角させる。他方、ノッキングが起こっていないと判定した場合には、ノッキングが起こらない限りにおいて（また、ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）を上限として）当該気筒１の点火タイミングを徐々に進角させる。ノッキングの有無の判定及び点火タイミングの遅角／進角補正は、各気筒１毎に個別に行うことが可能である。
【００２３】
ノックセンサ５を介して得られる振動信号ｈには、ノッキングが起こらなくとも元々発生する、運転中の内燃機関の振動も入力される。要するに、振動信号ｈにはバックグラウンドノイズが混入している。バックグラウンドノイズの大きさは、内燃機関の運転領域によって増減する。例えば、高負荷運転時は、低負荷運転時と比較して、バックグラウンドノイズのレベルが大きくなる。それ故に、そのノイズの振動を、ノッキングに起因した振動と誤認しないようにする手立てが必要となる。
【００２４】
本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関の個々の運転領域毎に、当該内燃機関の運転中に発生し振動信号ｈに混入するであろうバックグラウンドノイズの大きさの予測値を、メモリに記憶保持している。ＥＣＵ０が記憶保持するマップデータは、内燃機関の運転領域を示すパラメータ［エンジン回転数，要求負荷率（または、サージタンク３３内吸気圧等）］と、その運転領域の下で発生すると予想されるバックグラウンドノイズの大きさの値とを関連づけたものである。
【００２５】
図２に模式的に示すように、本実施形態では、マップデータとして保持する運転領域毎のバックグラウンドノイズの大きさの値を、その基本量と、基本量に加味する学習値とに分けている。バックグラウンドノイズの基本量は、予め内燃機関の設計段階や適合段階で実験的に求めたものである。これに対し、学習値は、内燃機関の個体差や経年変化に応じて変化するバックグラウンドノイズの変化分に相当するものであり、内燃機関の運転中（のノッキングが起こっていないとき）にオンラインで実測して得る。
【００２６】
バックグラウンドノイズの学習値の学習は、内燃機関または車両が定常運転しているときに実行することが望ましい。具体的には、要求負荷率（または、サージタンク３３内吸気圧、スロットルバルブ３２の開度、気筒１に充填される吸気（新気）量若しくは燃料噴射量）、エンジン回転数、あるいは車速の単位時間あたりの変化量が所定以下に小さい状態が一定時間以上継続している（そして、気筒１でノッキングが起こっていないと考えられる）ときに、現在内燃機関または車両が定常運転を行っていると見なし、そのときの内燃機関の運転領域に対応した学習値を学習する。学習値の学習では、ノックセンサ５からもたらされる振動信号ｈをサンプリングし、その振幅の極大値、または直近の過去の複数回のサンプリング機会において得られた振動信号ｈの振幅の複数の極大値の平均値を求める。そして、その振幅の極大値または極大値の平均値と、当該運転領域に対応する（マップデータとしてメモリに記憶している）バックグラウンドノイズの基本量との差分を演算し、その差分を更新された新たな学習値として、当該運転領域を示すパラメータ［エンジン回転数，要求負荷率（または、サージタンク３３内吸気圧等）］に関連づけてメモリに記憶する。
【００２７】
本実施形態のＥＣＵ０は、ノッキングの有無を判定するにあたり、現在の内燃機関の運転領域［エンジン回転数，要求負荷率（または、サージタンク３３内吸気圧等）］に対応したバックグラウンドノイズの大きさの予測値（＝基本量＋学習値）をマップデータから読み出すとともに、ノックセンサ５を介して得られる振動信号ｈのサンプリング値からその予測値を減算する。その上で、バックグラウンドノイズ分を減算した振動信号ｈの値を、判定閾値と比較する。バックグラウンドノイズ分を減算した振動信号ｈの値が判定閾値よりも大きいならば、気筒１においてノッキングが起こったと判定する。さもなくば、気筒１においてノッキングは起こっていないと判定する。判定閾値は、内燃機関の個々の運転領域毎に個別に設定することが好ましい。これは、ノッキングに起因する振動の振幅の大きさが内燃機関の運転領域に応じて異なることによる。
【００２８】
なお、内燃機関または車両が定常運転しているときのノッキングの有無の判定は、先に述べた従来の手法に則って行ってよい。メモリに記憶保持しているバックグラウンドノイズの予測値のマップデータを用いてノッキングの有無を判定するのは、内燃機関の運転領域や車両の車速が変化する過渡期に限られる。
【００２９】
本実施形態では、気筒１を内包するシリンダブロック１０に伝わる振動をノックセンサ５を介して検出し、その振動信号ｈを参照して気筒１におけるノッキングの有無を判定するものであって、内燃機関の運転領域に応じて発生する、ノッキングに起因して発生する振動以外のノイズの振動の大きさを、内燃機関の個々の運転領域毎にメモリに記憶しており、ノッキングの有無を判定するにあたり、現在の内燃機関の運転領域に対応するノイズの振動の大きさをメモリから読み出し、ノックセンサ５を介して得られる振動信号ｈからこれを減じたものを判定閾値と比較する内燃機関の制御装置０を構成した。
【００３０】
本実施形態によれば、気筒１の膨脹行程中に起こるノッキングの検出精度が向上する。特に、図３に示すように、エンジン負荷率が増大して振動信号ｈに重畳されるバックグラウンドノイズが急激に大きくなる場合において、実際にはノッキングが起こっていないにもかかわらず、ノイズの振動をノッキングによるものと誤認し、不必要に点火タイミングを遅角補正してしまうことを回避できる。ひいては、内燃機関の熱機械変換効率を高く維持することができる。従来の手法では、直近の過去の複数回のサンプリング機会において得られた振動信号ｈの振幅の複数の極大値を平均することでバックグラウンドノイズの大きさ（図３中、鎖線で表す）を求めていたため、バックグラウンドノイズが急増大したときに、たとえノッキングが起こっていなくとも、振動信号ｈからバックグラウンドノイズ分を差し引いた値が判定閾値を超えてしまうことがあった。これに対し、本実施形態の手法では、急変するバックグラウンドノイズの大きさ（図３中、破線で表す）をメモリに記憶保持しているマップデータから精確に予測することができるため、ノッキングが起こっていない限り、つまりはノッキングに起因して生じる振動が振動信号ｈに加わっていない限り、振動信号ｈからバックグラウンドノイズ分を差し引いた値が判定閾値を超えてしまうことがない。
【００３１】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１２…点火プラグ
６…可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構
ｉ…点火信号
ｈ…振動信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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