(57)【要約】【課題】内燃機関の発生トルクや燃費を低下させることなくノッキング対策することが可能な内燃機関の制御装置を得る。【解決手段】複数の気筒１ａ〜１ｄを有する内燃機関１と、内燃機関１の各気筒１ａ〜１ｄに対する吸気を個別に制御する吸気量制御手段７ａ〜７ｄと、内燃機関１の各気筒１ａ〜１ｄに対する燃料噴射量を個別に制御する燃料噴射手段９ａ〜９ｄと、内燃機関１のノッキングを気筒別に検出するノッキング検出手段１３と、吸気量制御手段７ａ〜７ｄによる気筒別の吸気量、および、燃料噴射手段９ａ〜９ｄによる吸気量に見合った燃料噴射量を制御する制御手段１４とを備え、ノッキング検出手段１３がノッキングを検出したとき、制御手段１４がノッキングの発生した気筒に対して吸気量を減少させるように制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関、前記内燃機関の各気筒に対する吸気を個別に制御する吸気量制御手段、前記内燃機関の各気筒に対する燃料噴射量を個別に制御する燃料噴射手段、前記内燃機関の各気筒のノッキングを検出するノッキング検出手段、前記吸気量制御手段による各気筒の個別の吸気量、および、前記燃料噴射手段による吸気量に見合った燃料噴射量を制御する制御手段を備え、前記ノッキング検出手段がノッキングを検出したとき、前記制御手段がノッキングの発生した気筒に対して吸気量を減少させるように制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、ノッキングの強さに応じて前記吸気量制御手段を制御し、ノッキングが発生した気筒に対する吸気量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ノッキング検出手段がノッキングを検出しなくなったとき、ノッキングの消滅した気筒に対する吸気量を漸増させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸気量制御手段は、前記内燃機関の各気筒に吸気を分配する吸気枝管に設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記吸気枝管に設けられた前記吸気量制御手段と、各気筒の吸気弁との間の容積が、各気筒の行程容積の１．５倍以下であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
各気筒の個別の吸気量が、各気筒に設けられた吸気弁の開閉期間または動弁量により制御されることを特徴とする請求項１〜請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
各気筒に筒内圧センサが設けられており、筒内圧センサによりノッキングの検出が行われるように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用内燃機関のノッキング制御、特に、燃料消費量の低減を図りながらノッキングの制御を行う内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両用内燃機関、特に過給気を持つ内燃機関や高圧縮比の内燃機関などにおいては、内燃機関の高負荷運転時にノッキングが発生し、内燃機関には振動が発生するのみならず、燃焼室壁面を高温の燃焼ガスから保護している温度境界層が破壊されて燃焼室を構成する各部品が溶損する事故につながることになる。このためにノッキングが発生した場合、内燃機関に発生するノッキング振動を検出し、このノッキング振動の信号に応じて点火時期を遅角制御させるノッキング制御が一般的に行われている。
【０００３】
一方、内燃機関にはＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）と呼ばれる最適点火時期が存在し、このＭＢＴより点火時期が進角しても、また、遅角しても内燃機関の発生トルクは減少すると共に燃費が悪化する。従って、通常はこのＭＢＴ、または、ＭＢＴ近傍に点火時期の設定がなされるが、従来の内燃機関ではノッキングが発生すると遅角制御がなされるため、遅角制御がなされた気筒については燃費が悪化することになる。
【０００４】
このような弊害を軽減するものとして、例えば、特許文献１に開示されているような技術がある。この資料に開示された技術は、ノッキングにより遅角している状態において、内燃機関の現在の運転状態でのノッキングが発生する最大点火角（時期）と実点火角との差であるノッキング余裕角を決定するノッキング余裕角決定手段と、このノッキング余裕角が大きいほど進角を大きく設定する進角設定手段と、進角設定手段で設定された角度だけ実点火時期を進角させる点火時期制御手段とを備えることにより、ノッキングにより遅角した実点火時期をＭＢＴに迅速に接近させるようにしたものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１６５９７４号公報（第３頁、第４頁、第１〜５図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、点火時期を迅速にＭＢＴに接近させたとしても、ノッキングの発生と共に点火時期が遅れ、ＭＢＴの領域から外れた期間はトルクの減少と燃費の悪化とが起こることになり、ノッキングが発生するような使用状態においては、点火時期がＭＢＴ近傍に戻ればまたノッキングが発生し、結果として遅角と進角との繰り返しになるため、全体としては遅角制御がなされることになり、遅角制御がなされた気筒についてはトルクの低下と燃費の悪化が避けられない。
【０００７】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、点火時期の遅角以外に気筒に対する吸気の充填量を制御してもノッキング対策ができることに着目し、内燃機関の発生トルクや燃費を低下させることなく、ノッキング対策が可能な内燃機関の制御装置を得ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明による内燃機関の制御装置は、複数の気筒を有する内燃機関と、内燃機関の各気筒に対する吸気を個別に制御する吸気量制御手段と、内燃機関の各気筒に対する燃料噴射量を個別に制御する燃料噴射手段と、内燃機関の各気筒のノッキングを検出するノッキング検出手段と、吸気量制御手段による各気筒の個別の吸気量、および、燃料噴射手段による吸気量に見合った燃料噴射量を制御する制御手段とを備え、ノッキング検出手段がノッキングを検出したとき、制御手段がノッキングの発生した気筒に対して吸気量を減少させるように制御するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を説明する内燃機関のシステム構成図、図２は、ＭＢＴ近傍における平均有効圧と燃料消費量とを示す特性図であり、図１では四気筒の内燃機関を一例として説明する。
【００１０】
図１において、内燃機関１は高圧縮比の気筒１ａないし１ｄを有しており、各気筒１ａないし１ｄには吸気弁２ａないし２ｄと、排気弁３ａないし３ｄとが設けられている。各吸気弁２ａないし２ｄは、各気筒１ａないし１ｄと吸気枝管４ａないし４ｄとの接続部に設けられ、各吸気枝管４ａないし４ｄはその上流部において一つにまとめられて吸気管５を形成し、吸気管５はエアクリーナ６に接続されて、エアクリーナ６からの吸気を吸気管５から各吸気枝管４ａないし４ｄに分配し、各気筒１ａないし１ｄに与えるように構成されている。
【００１１】
吸気枝管４ａないし４ｄには、吸気量制御手段としての電子制御スルットルバルブ（以下ＥＴＶと称す）７ａないし７ｄと、吸気圧センサ８ａないし８ｄと、燃料噴射弁９ａないし９ｄとが設けられており、ＥＴＶ７ａないし７ｄは、各気筒１ａないし１ｄの吸気量を個別に制御する。また、吸気圧センサ８ａないし８ｄは単一の吸気圧センサを設けて各気筒１ａないし１ｄの行程により切換使用することもできるものである。各気筒１ａないし１ｄと排気管１０との接続部には排気弁３ａないし３ｄが設けられており、排気管１０には内燃機関１の空燃比を検出する空燃比センサ１１が設けられている。
【００１２】
内燃機関１には各気筒１ａないし１ｄの行程と回転速度とを検出することが可能な気筒識別センサ１２と、ノッキング信号を検出するノッキング検出手段１３とが設けられており、気筒識別センサ１２とノッキング検出手段１３が出力する信号は制御手段１４に入力される。制御手段１４にはＥＴＶ７ａないし７ｄを操作して内燃機関１における各気筒１ａないし１ｄの吸気量を個別に調整する個別吸気量調整手段１４ａ、および、燃料噴射弁９ａないし９ｄを操作して燃料噴射量を個別に調整する個別燃料噴射量調整手段１４ｂが含まれている。
【００１３】
そして、制御手段１４は、運転者が操作する図示しないアクセルペダルの操作量に基づき、各気筒１ａないし１ｄに対する吸入空気量を演算してＥＴＶ７ａないし７ｄの制御を行い、この制御量を吸気圧センサ８ａないし８ｄにて検出し、気筒識別センサ１２により気筒の識別をした上で、燃料噴射弁９ａないし９ｄに気筒別の燃料噴射量を指示する。また、個別吸気量調整手段１４ａは排気管１０に設けられた空燃比センサ１１の信号によりフィードバック制御を行い、各気筒１ａないし１ｄの空燃比を調整する。
【００１４】
制御手段１４は、図示しない点火時期制御手段を有しており、個別燃料噴射量調整手段１４ｂの出力で点火時期制御手段を制御することにより、ＭＴＢまたはＭＴＢ近辺における点火の制御を行う。図２はＭＴＢまたはＭＴＢ近辺における点火の効果を示したもので、図の曲線（ａ）に示すようににより平均有効圧は最大となり、図の曲線（ｂ）に示すようにＭＴＢでの点火により燃料消費量は最低値を示すことになる。すなわち、ＭＴＢで点火を行うことにより、内燃機関１は最高の効率で運転することができることになる。
【００１５】
以上のように構成した内燃機関１において、運転中にノッキング検出手段１３がノッキング信号を検出すると、制御手段１４の個別吸気量調整手段１４ａはＥＴＶ７ａないし７ｄに指令を送り、ＥＴＶ７ａないし７ｄを操作してノッキングの発生した気筒に対する吸入空気量を減少させる方向に制御し、この制御に基づき個別燃料噴射量調整手段１４ｂは該当する気筒の燃料噴射量を制御して空燃比を所定値に保ち、吸入空気量と燃料の量とを減少させることにより、ノッキングの抑制を行うように制御する。
【００１６】
ノッキングの発生は四サイクルの内燃機関においては燃焼行程中であり、ノッキングの発生を検出して次回の燃焼行程でのノッキング抑制を行うためには、次回の燃焼行程での吸入空気量、または、点火時期を制御する必要があるが、従来の内燃機関では、一つにまとまった吸気管５の部分にスロットルバルブが存在していたために、スロットルバルブから各気筒までの容積が大となり、スロットルバルブの動作を速めても吸入空気量の制御の即応性は困難であり、しかも、全気筒の吸気量が減少するために内燃機関の出力が低下してしまうことになり、そのためにノッキング対策は点火時期の遅角制御で対応していた。
【００１７】
この発明の内燃機関の制御装置においては、各吸気枝管４ａないし４ｄにＥＴＶ７ａないし７ｄを設け、各気筒独立に吸気制御を行うようにしたので、点火時期をノッキングとは無関係に燃費の最良時期に置き、吸気制御により応答性良くノッキング制御ができるもので、例えば、ＥＴＶ７ａないし７ｄの下流側、各吸気弁２ａないし２ｄまでの容積を各気筒１ａないし１ｄの行程容積の１．５倍としても、吸気弁２ａないし２ｄが開弁するまでの間にＥＴＶ７ａないし７ｄを閉じれば吸気量を約６０％以下まで低減することができ、充分な応答性でノッキングの抑制ができ、また、ノッキング未発生の気筒に対してはその出力を維持することが可能になるものである。
【００１８】
また、ノッキング検出手段１３の信号強度に応じてノッキング発生気筒に対する充填空気量の減少量を制御することにより、その気筒の出力を余分に低下させることなくノッキング制御することができ、さらに、ノッキングの停止と共に充填空気量の復帰を一挙に行うと、ノッキングの発生と停止とのハンチング現象が生ずるため、充填空気量の復帰を回転と共に漸増させることにより、ハンチングを生ずることなく、燃費を確保しながら効果的にノッキングを抑制することができるものである。
【００１９】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置を説明する内燃機関のシステム構成図で、図１と同一機能部には同一符号を付与しており、この実施の形態による内燃機関の制御装置は、実施の形態１に対してＥＴＶ７ａないし７ｄに変え、吸入空気量の制御を吸気弁１５ａないし１５ｄの開弁期間および開弁タイミングにより制御すると共に、吸気管５にエアーフローセンサ１６を設けるようにしたものである。
【００２０】
吸気弁１５ａないし１５ｄは、開弁期間と開弁タイミングまたは開弁動作量を電子的に制御されるもので、例えば、電子直動バルブ制御手段などが使用され、図示しないアクセルペダルと連動して吸入空気量を制御すると共に、ノッキング検出手段１３の信号によっても吸入空気量が制御される。このように構成することにより、制御装置１４が吸気弁１５ａないし１５ｄに使用する電子直動バルブ制御手段を制御し、各気筒に対する充填吸気量を個別に、しかも、高速に行うことができるもので、点火時期をノッキングとは無関係に燃費の最良時期に置き、吸気制御により応答性良くノッキング制御ができるものである。
【００２１】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による内燃機関の制御装置を説明する内燃機関のシステム構成図で、図１と同一機能部には同一符号を付与しており、この実施の形態による内燃機関の制御装置は、実施の形態１に対して筒内圧センサ１７ａないし１７ｄを設け、筒内圧センサ１７ａないし１７ｄにより吸気圧センサ８ａないし８ｄと、ノッキング検出手段１３と、気筒識別センサ１２の機能の一部とを置き換えたものである。
【００２２】
このように構成しても筒内圧センサ１７ａないし１７ｄにより、吸気圧とノッキングとの検出が可能になり、各気筒の行程の判定ができるので、実施の形態１および２と同様に各気筒に対する充填吸気量を個別に、しかも、高速に行うことができると共に、点火時期をノッキングとは無関係に燃費の最良時期に置き、吸気制御により応答性良くノッキング制御ができるものである。
【００２３】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明の内燃機関の制御装置によれば、複数の気筒を有する内燃機関の各気筒に対する吸気を個別に制御する吸気量制御手段と、各気筒に対する燃料噴射量を個別に制御する燃料噴射手段と、各気筒のノッキングを検出するノッキング検出手段と、吸気量制御手段による各気筒個別の吸気量、および、燃料噴射手段による燃料噴射量を制御する制御手段とを備え、ノッキング検出手段がノッキングを検出したとき、制御手段がノッキングの発生した気筒に対して吸気量を減少させるようにしたので、点火時期をノッキングの発生とは無関係に燃費の最良時期に置き、吸気制御により応答性良くノッキング制御ができるもので、燃料消費量が良好であり、ノッキングに対して応答性の良好な内燃機関の制御装置を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を説明するシステム構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を説明する特性図である。
【図３】この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置を説明するシステム構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３による内燃機関の制御装置を説明するシステム構成図である。
【符号の説明】
１  内燃機関、１ａ〜１ｄ  各気筒、
２ａ〜２ｄ、１５ａ〜１５ｄ  吸気弁、３ａ〜３ｄ  排気弁、
４ａ〜４ｄ  吸気枝管、５  吸気管、  ６  エアクリーナ、
７ａ〜７ｄ  ＥＴＶ（吸気量制御手段）、  ８ａ〜８ｄ  吸気圧センサ、
９ａ〜９ｄ  燃料噴射弁、１０  排気管、  １１  空燃比センサ、
１２  気筒識別センサ、１３  ノッキング検出手段、
１４  制御手段、１４ａ  個別吸気量調整手段、
１４ｂ  個別燃料噴射量調整手段、１６  エアーフローセンサ、
１７ａ〜１７ｄ  筒内圧センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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