(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシリンダのうちそれぞれ一部のシリンダの噴射の駆動制御を交番的に行う２つの制御装置と、シリンダに配置された複数のノッキングセンサとを備えた
マルチシリンダ内燃機関のノッキング制御装置において、
複数のノッキングセンサの一部ずつが各制御装置に配属されており、
各ノッキングセンサの信号出力が対応する制御装置の一部であるノッキング制御段に結合されている
ことを特徴とするマルチシリンダ内燃機関のノッキング制御装置。
【請求項２】
ノッキングセンサは内燃機関のシリンダの個所にまたは隣接するシリンダのあいだに配置されており、所定のシリンダの噴射はノッキングセンサに対応する制御装置によって駆動制御される、請求項１記載の装置。
【請求項３】
内燃機関は８つのシリンダを有しており、それぞれ４つのシリンダを駆動制御する２つの制御装置が設けられており、シリンダ間に全部で６つのノッキングセンサが配置されており、１つの制御装置に３つのノッキングセンサが配属されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
内燃機関は８つのシリンダを有しており、それぞれ４つのシリンダを駆動制御する２つの制御装置が設けられており、隣接する２つずつのシリンダの組のあいだに１つずつ、全部で４つのノッキングセンサが配置されており、全てのノッキングセンサが双方の制御装置に配属されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項５】
内燃機関は８つのシリンダを有しており、それぞれ４つのシリンダを駆動制御する２つの制御装置が設けられており、隣接する２つずつのシリンダの組のあいだに１つずつ、全部で４つのノッキングセンサが配置されており、１つの制御装置に２つのノッキングセンサが配属されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項６】
内燃機関は８つのシリンダを有しており、それぞれ４つのシリンダを駆動制御する２つの制御装置が設けられており、隣接する２つずつのシリンダの組のあいだに２つずつ、全部で８つのノッキングセンサが配置されており、１つの制御装置に４つのノッキングセンサが配属されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項７】
内燃機関は８つのシリンダを有しており、それぞれ４つのシリンダを駆動制御する２つの制御装置が設けられており、各シリンダに接して１つずつ、全部で８つのノッキングセンサが配置されており、１つの制御装置に４つのノッキングセンサが配属されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項８】
一方の制御装置によって処理されるデータがデータ線路を介して他方へ伝送される、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
マスタ制御装置およびスレーブ制御装置が設けられており、該マスタ制御装置および該スレーブ制御装置はそれぞれ複数のシリンダの一部に配属される、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記マスタ制御装置および前記スレーブ制御装置はそれぞれ前記複数のシリンダの半分に配属される、請求項９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のシリンダのうちそれぞれ一部のシリンダの噴射の駆動制御を交番的に行う少なくとも２つの制御装置と、シリンダに配置された複数のノッキングセンサとを備えたマルチシリンダ内燃機関のノッキング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関でのノッキングは“ソフトな”燃焼とは反対の望ましくない燃焼特性であり、何かを叩いているような振動が発生する。その強さに応じてノッキングノイズは微小な異音からハンマーを強く打っているようなものまで感知される。ノッキングの規模によっては長期的にピストンおよび駆動機構に過負荷がかかり、ベアリングも損なわれる。またそれとは別に、強いノッキングが生じると内燃機関の出力も大幅に低下する。
【０００３】
ガソリン機関でノッキング傾向を低下させるために、例えば、燃料量を変更したり、点火を少し早めたりすることが知られている。ディーゼル機関では種々の負荷状態、例えばアイドリングモードや部分負荷モードなどがあり、負荷のかかっている機関において“ハードな”燃焼が生じると機関音に対して悪影響がある。こうした“ハードな”燃焼は直接噴射型機関ではパイロット噴射により回避することができる。ただし経済的な観点からは内燃機関の駆動はノッキング限界または“ハードな”燃焼に対する限界値の近傍で行われることが望ましい。ノッキング限界は駆動状態に依存して変動するので、ノッキング制御が必要となってくる。ノッキングまたは燃焼ノイズの尺度として、固体伝播音感応性素子の形態のノッキングセンサ（例えば圧電セラミックの音波センサ）の出力信号が用いられる。混合気を調製する際の非対称性のために、マルチシリンダ内燃機関の個々のシリンダでは強さの均等でないノッキングが生じる。したがって基本的にはそれぞれのシリンダのノッキングを個別に検出することが望ましい。有利には内燃機関あたり１つ以上のノッキングセンサがあるとよい。
【０００４】
独国公開第３００７３３６号公報から、少なくとも１つの駆動特性量に対する制御装置とこれに接続された複数のノッキングセンサとを有する内燃機関のノッキング制御装置が公知である。ここでは個々のノッキングセンサの出力信号がマルチプレクススイッチを介して制御装置の一部であるノッキング制御段に結合されている。この装置によればきわめて正確に個々のシリンダのノッキングノイズを検出して、重要な駆動特性量（ガソリン機関における燃料量または点火角、ディーゼル機関における噴射開始時点）について相応に正確にノッキング制御を行うことができる。またマルチプレクススイッチにより評価電子回路は１チャネルだけで済むので、信号評価のための電子部品にかかるコストが大幅に低減される。
【０００５】
特に多数のシリンダを備えた機関、例えば８シリンダディーゼル機関では、噴射弁はしばしば複数の制御装置によって駆動される。その際に例えば８つのシリンダは４つずつ１つの制御装置によって駆動される。制御装置間の通信はイクスクルーシブＣＡＮバス、いわゆる“プライベートＣＡＮバス”を介して行われる。
【０００６】
いわゆるマスタ／スレーブシステムが使用され、２つの制御装置により噴射を交互に制御することもしばしば行われる。このとき時間と噴射量との関係を正確に測定することがきわめて重要である。なぜならそれが測定品質に大きな影響を与えるからである。少なくとも２つの制御装置により噴射を駆動する場合、特に前述のマスタ／スレーブシステムがノッキングセンサを配置する際に問題となる。なぜならそれぞれの制御装置によって駆動されるのは、必ずしも空間的に隣接するシリンダの噴射ではなく、相互に離れたところに位置するシリンダの噴射であることもあるからである。
【特許文献１】独国公開第３００７３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、冒頭に言及した形式のマルチシリンダ内燃機関のノッキング制御装置において、ノッキングセンサの評価をできるだけ小さな技術コストで経済的に行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、複数のノッキングセンサの一部ずつが各制御装置に配属されており、ノッキングセンサの信号出力が対応する制御装置の一部であるノッキング制御段に結合されていることにより解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
有利には、複数のノッキングセンサが内燃機関のシリンダに接してまたはシリンダに隣接して配置されており、１つの制御装置にノッキングセンサの一部ずつが配属され、そのつどの噴射は対応する制御装置によって駆動される。このように配置することにより、各制御装置は自身の駆動しているシリンダのノッキングセンサ信号を測定できる。こうしていわば各制御装置は自身の駆動した噴射に基づく内燃機関の雑音を“聴き取る”。このことにより制御装置間での複雑なリアルタイム同期が不要となるのできわめて有利である。２つの制御装置間のリアルタイム同期は非常に複雑であり、使用されるハードウェアおよびソフトウェアに高度な要求を課すため、これを省略できれば技術的構造が簡単化され、障害耐性が増大する。またシステム全体のコストに関しても有利な構造を実現できる。
【００１０】
本発明のノッキング制御装置の有利な実施形態では、８つのシリンダを有している内燃機関において、４つのシリンダを駆動制御する２つの制御装置が設けられており、それぞれ３つのノッキングセンサが各制御装置に配属されている。有利にはノッキングセンサはそれぞれ隣接するシリンダのあいだに配置されている。ノッキングセンサをこのように対称に配置することにより、比較可能な距離での音響的結合が達成される。このことは特に測定品質に影響する時間関係に関してきわめて有利である。
【００１１】
本発明のノッキング制御装置の別の実施形態では、８つのシリンダを備えた内燃機関において、２つの制御装置が設けられており、それぞれの制御装置に３つずつではなく２つずつノッキングセンサが配属されている。このように配置することにより、より少ない４つのノッキングセンサしか必要とならず、コストを大幅に節約することができる。
【００１２】
本発明のノッキング制御装置のさらに別の実施形態では、８つのシリンダを備えた内燃機関において、各制御装置に２つずつノッキングセンサが配属されており、一方の制御装置によって処理されるデータがデータ線路を介して他方へ伝送される。このように配置すれば６つのノッキングセンサでなく４つのノッキングセンサしか要さず、さらに製造コストの点で有利である。また制御装置ごとに３つのノッキングセンサでなく２つのノッキングセンサを設けるだけでよく、制御装置にノッキングセンサを接続するためのピンも少なくて済む。
【００１３】
本発明のさらに別の実施形態では、ノッキングセンサは各シリンダに配属される。つまりノッキングセンサが４つずつ各制御装置に配属されている。このように配置することの利点は、リアルタイム同期が必要ないということである。なぜなら各制御装置は自身の噴射を担当するからである。この装置は８つのノッキングセンサを要するため配置場所と電気的配線とに多少の構造コストがかかるので、充分に大きなスペースを備えた車両に特に適している。
【００１４】
有利には、マスタ制御装置およびスレーブ制御装置が設けられており、これらの制御装置には複数のシリンダのうちの一部、特にその半分が配属されている。
【実施例】
【００１５】
本発明の他の特徴、実施形態および利点を実施例に則して以下に説明する。
【００１６】
図１には８シリンダ内燃機関の機関ブロックでのノッキングセンサの配置の様子が概略的に示されている。シリンダ１〜８の一部ずつが各制御装置によって駆動される。図示の内燃機関では例えばシリンダ１，４，６，７がマスタ制御装置によって駆動され、シリンダ２，３，５，８がスレーブ制御装置によって駆動される。図中マスタ制御装置に配属されているシリンダはＭ、スレーブ制御装置に配属されているシリンダはＳで示されている。隣接する各シリンダのあいだにノッキングセンサが配置されている。シリンダ１とシリンダ２とのあいだにノッキングセンサＭ１が配置されており、その信号出力はマスタ制御装置の一部であるノッキング制御段へ結合される。シリンダ３，４のあいだにノッキングセンサＭ４が配置されており、その信号出力もマスタ制御装置のノッキング制御段へ結合される。同様のことがシリンダ６，７のあいだに配置されたノッキングセンサＭ６７についても当てはまる。
【００１７】
シリンダ２，３はスレーブ制御装置によって駆動され、そのあいだにノッキングセンサＳ２３が配置されている。このノッキングセンサの出力信号はスレーブ制御装置の一部であるノッキング制御段へ結合される。同様のことがシリンダ５，６のあいだに配置されたノッキングセンサＳ５、シリンダ７，８のあいだに配置されたノッキングセンサＳ８についても当てはまる。これらのセンサの信号出力もスレーブ制御装置の一部であるノッキング制御段へ結合される。
【００１８】
スレーブ制御装置によって駆動されるシリンダ２，３のあいだのノッキングセンサＳ２３と、マスタ制御装置によって駆動されるシリンダ６，７のあいだのノッキングセンサＭ６７とは、それぞれのシリンダのあいだで対称となるように配置しなければならない。
【００１９】
内燃機関１０の点火シーケンスではシリンダ１→シリンダ５→シリンダ４→シリンダ８→シリンダ６→シリンダ３→シリンダ７→シリンダ２の順に点火される。ノッキングセンサをシリンダ間に配置することにより、ノッキング特性を検出するためのノッキングセンサが８つから６つへ低減されるだけでなく、センサの配置されたシリンダを駆動している制御装置の一部である各ノッキング制御段へそのセンサの信号出力が供給されるので、制御装置は自身の駆動している噴射の燃焼音のみを“聴けばよい”。これにより制御装置間の複雑なリアルタイム同期が必要なくなる。
【００２０】
ノッキングセンサは例えば機関ブロックに組み込まれた圧電セラミックの音波センサである。これは機関の固体伝播音振動を電気信号へ変換し、評価回路、すなわち相応の制御装置のノッキング制御段へ転送する。ノッキング制御段は信号の強度およびスペクトル内容を重みづけし、これに応じて次の燃焼の噴射パラメータを制御する。このとき重要なのは、測定結果と噴射との時間関係が厳密に正確になることである。なぜなら測定品質がこれに大きく依存するからである。比較可能な距離での音響的結合を得るためには、ノッキングセンサをシリンダ間に対称に配置しなければならない。理想的には同じ制御装置によって駆動される２つのシリンダのあいだに１つずつノッキングセンサを配置し、該当する制御装置に配属すべきである。それぞれ異なる制御装置によって駆動されるシリンダが隣接しているところでは、一方の制御装置に配属されたノッキングセンサと他方の制御装置に配属されたノッキングセンサとが交互に配置される。例えばシリンダ３とシリンダ４とのあいだにノッキングセンサＭ４が配置されており、その信号出力はマスタ制御装置の一部であるノッキング制御段に結合される。これに対してシリンダ８とシリンダ７とのあいだに配置されたノッキングセンサＳ８はスレーブ制御装置の一部であるノッキング制御段に結合される。
【００２１】
ノッキングセンサの別様の配置の実施例が図２に示されている。この実施例においても、内燃機関１０の点火シーケンスはシリンダ１→シリンダ５→シリンダ４→シリンダ８→シリンダ６→シリンダ３→シリンダ７→シリンダ２の順である。図１の実施例とは異なり、マスタ制御装置によって駆動される一方のシリンダとスレーブ制御装置によって駆動される他方の隣接するシリンダのあいだ、すなわちシリンダ１，２間、シリンダ３，４間、シリンダ５，６間、シリンダ７，８間に、それぞれマスタ制御装置の一部であるノッキング制御段にもスレーブ制御装置の一部であるノッキング制御段にも結合されたノッキングセンサが配置されている。このことは図２においてノッキングセンサＭＳとして表されている。例えばシリンダ１，２間にはノッキングセンサＭＳ１２、シリンダ３，４間にはノッキングセンサＭＳ３４、シリンダ５，６間にはノッキングセンサＭＳ５６、シリンダ７，８間にはノッキングセンサＭＳ７８が配置されている。このように配置することの利点は４つのノッキングセンサしか必要とならないことであるが、これはあまり大きなコストの節約にはならない。というのは、このように配置すると１つのノッキングセンサ端子に対して２つの制御装置ピンが必要となり、ケーブルツリーの橋絡に付加コストがかかるからである。さらに制御装置あたり３つではなく４つのノッキングセンサが接続され、これにより制御装置内にもより多くの差込ピンを設けなければならない。また同相障害としての制御装置間のアースオフセットの入力結合により信号品質が劣化しないようにするために予め措置を講じておく必要もある。配線診断への悪影響も排除しなくてはならない。
【００２２】
図３に示されているノッキング制御装置の第３の実施例は、図２の実施例と同様にマスタ制御装置によって駆動されるシリンダとスレーブ制御装置によって駆動されるシリンダとのあいだにノッキングセンサが配置されているものの、各センサの信号出力が一方の制御装置のノッキング制御段のみに結合されている点で図２の実施例とは異なる。例えばシリンダ１，２間に配置されたノッキングセンサＳ１２の信号出力はスレーブ制御装置の一部であるノッキング制御段に結合されており、シリンダ５，６間に配置されたノッキングセンサＭ５６の信号出力はマスタ制御装置の一部であるノッキング制御段に結合されている。またシリンダ３，４間に配置されたノッキングセンサＳ３４の信号出力はスレーブ制御装置の一部であるノッキング制御段に結合されており、シリンダ７，８間に配置されたノッキングセンサＭ７８の信号出力はマスタ制御装置の一部であるノッキング制御段に結合されている。
【００２３】
このように配置することの利点は、図２に示されている実施例と同様に、４つのノッキングセンサしか必要とならず、製造コストを低減できるということである。しかも図２に示されている実施例とは異なり、制御装置あたり４つではなく、２つのノッキングセンサを要するのみである。これにより付加的に制御装置ピンも節約できる。ただしこのような配置ではリアルタイム同期を行わなければならず、これには開発コストがかかる。さらに制御装置間の通信も必要であり、付加的な回路技術コストがかかる。
【００２４】
図４に示されている第４の実施例では異なる制御装置によって駆動される隣接のシリンダのあいだ、すなわちシリンダ１，２間、シリンダ３，４間、シリンダ５，６間、シリンダ７，８間に２つずつノッキングセンサが配置されている。ノッキングセンサの信号出力はそれぞれ異なる制御装置、すなわち一方でマスタ制御装置に配属されたノッキング制御段、他方でスレーブ制御装置に配属されたノッキング制御段に結合されている。例えばシリンダ１，２間の第１のノッキングセンサＭ１はマスタ制御装置に配属されており、第２のノッキングセンサＳ２はスレーブ制御装置に配属されている。相応のことがシリンダ３，４間のノッキングセンサＳ３，Ｍ４、シリンダ５，６間のノッキングセンサＳ５，Ｍ６、シリンダ７，８間のノッキングセンサＭ７，Ｓ８にも当てはまる。このように配置する利点はリアルタイム同期が必要ないということである。なぜなら各制御装置は自身の噴射を“聴取”しているからである。ただしこの場合には各シリンダごとに１つずつノッキングセンサが必要となる。これにより配線その他に対する回路技術コストが高くなる。さらにノッキングセンサの配置に対して内燃機関内の構造空間も確保しなければならない。
【００２５】
図５に示されている第５の実施例では、ノッキングセンサは、異なる制御装置によって駆動される隣接のシリンダのあいだ（例えばシリンダ１，２間）に配置されるのではなく、各シリンダごとに配置される。例えばノッキングセンサＭ１の信号出力はマスタ制御装置の一部であるノッキング制御段に結合され、マスタ制御装置によって駆動されるシリンダ１に対応する。相応のことがノッキングセンサＭ４，Ｍ６，Ｍ７にも当てはまる。これに対してノッキングセンサＳ２の信号出力はスレーブ制御装置の一部であるノッキング制御段に結合され、スレーブ制御装置によって駆動されるシリンダ２に対応する。相応のことがノッキングセンサＳ３，Ｓ５，Ｓ８にも当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施例のノッキングセンサ装置の概略図である。
【００２７】
【図２】本発明の第２の実施例のノッキングセンサ装置の概略図である。
【００２８】
【図３】本発明の第３の実施例のノッキングセンサ装置の概略図である。
【００２９】
【図４】本発明の第４の実施例のノッキングセンサ装置の概略図である。
【００３０】
【図５】本発明の第５の実施例のノッキングセンサ装置の概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１〜８  シリンダ
１０  内燃機関
Ｍ  マスタ制御装置に接続されたノッキングセンサ
Ｓ  スレーブ制御装置に接続されたノッキングセンサ
ＭＳ  マスタ制御装置およびスレーブ制御装置に接続されたノッキングセンサ
【図１】
0004664659.tif 000002
【図２】
0004664659.tif 000003
【図３】
0004664659.tif 000004
【図４】
0004664659.tif 000005
【図５】
0004664659.tif 000006