(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパーク点火式のレシプロピストン内燃エンジンの燃焼ノッキングを制御する方法であって、
レシプロピストン内燃エンジンは、燃焼チャンバと、燃焼チャンバへの吸気口に設けたポペットバルブと、ポペットバルブの上流にある吸気マニホールドと、吸気マニホールドの吸気口に設けたスロットルバルブと、要求に応じてポペットバルブの動作を調整できる能動的タペットと、スパーク点火のタイミングを変更するシステムとを備え、
この方法は、
ａ）エンジンに対する動作温度閾値を設定するステップと、
ｂ）動作温度閾値未満の場合、能動的タペットの動作および／またはシステムの動作によって、燃焼ノッキングに対処させるステップと、
ｃ）動作温度閾値を超える場合、能動的タペットの動作のみによって燃焼ノッキングに対処させるステップとを有し、
動作温度閾値を超える場合、スパーク点火のタイミングが固定され、
前記スパーク点火のタイミングが、動作温度閾値を上回る時点の瞬時値で固定され、次に動作温度閾値を下回るまで固定されたままである
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
燃焼ノッキングに対処させる前記ステップは、少なくとも吸気バルブの開口タイミングを再設定して、燃焼チャンバの少なくとも１つの排気バルブの動作との重複を増減させて、吸気バルブおよび排気バルブが同時に開口している期間を増減させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
動作温度閾値を超える場合、燃焼ノッキングが、燃焼チャンバ内への給気量を低減するように能動的タペットに指令することによって対処されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
動作温度閾値未満の場合、燃焼ノッキングが、燃焼ノッキングを低減するように点火タイミングを変更するとともに、燃焼ノッキングを低減するように能動的タペットの動作を変更することによって対処されることを特徴とする請求項１または３に記載の方法。
【請求項５】
スパーク点火式のレシプロピストン内燃エンジンの燃焼ノッキングを制御する方法であって、
レシプロピストン内燃エンジンは、燃焼チャンバと、燃焼チャンバへの吸気口に設けたポペットバルブと、ポペットバルブの上流にある吸気マニホールドと、吸気マニホールドの吸気口に設けたスロットルバルブと、要求に応じてポペットバルブの動作を調整できる能動的タペットと、スパーク点火のタイミングを変更するシステムとを備え、
この方法は、
ａ）エンジンに対する動作温度閾値を設定するステップと、
ｂ）動作温度閾値未満の場合、能動的タペットの動作および／またはシステムの動作によって、燃焼ノッキングに対処させるステップと、
ｃ）動作温度閾値を超える場合、能動的タペットの動作のみによって燃焼ノッキングに対処させるステップとを有し、
前記能動的タペットの動作のみによって燃焼ノッキングに対処させる前記ステップは、少なくとも吸気バルブの開口タイミングを再設定して、燃焼チャンバの少なくとも１つの排気バルブの動作との重複を増減させて、吸気バルブおよび排気バルブが同時に開口している期間を増減させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
前記ｂ）における前記能動的タペットの動作によって燃焼ノッキングに対処させる前記ステップは、少なくとも吸気バルブの開口タイミングを再設定して、燃焼チャンバの少なくとも１つの排気バルブの動作との重複を増減させて、吸気バルブおよび排気バルブが同時に開口している期間を増減させるステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
マルチシリンダエンジンの１つのシリンダ内のノッキングを検出するように適用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の方法。
【請求項８】
各シリンダに取り込まれる給気量を変更するように各シリンダに独立して適用されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
燃焼ノッキングをシリンダごとに制御するように適用されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
内燃エンジンの電子制御ユニットであって、
プロセッサとメモリを有し、
プロセッサが、メモリに含まれる制御パラメータを参照して請求項１〜９のいずれか１に記載の方法を実行する電子制御ユニット。
【請求項１１】
能動的タペットが、ポペットバルブのバルブリフトを継続的に変更するためにポペットバルブの電気油圧式の駆動装置を有し、請求項１〜９のいずれか１に記載の方法を実行するように構成された内燃エンジン。
【請求項１２】
能動的タペットは、カムとポペットバルブとの間に配置され、カムとは独立してポペットバルブのバルブリフトを継続的に変更することを特徴とする請求項１１に記載の内燃エンジン。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の内燃エンジンを備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノックセンサを有するレシプロピストン内燃エンジンと、そのような内燃エンジンのためのノッキング制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、スパーク点火ピストンエンジンは、最適な燃焼および出力を確保するため、高い点火進角で動作するように構成される。通常、所望の点火進角はエンジン速度と共に増大し、所望の点火進角が速度と負荷のすべての条件に対して適用されるように保証するシステムが開発されている。このようなシステムは本発明の一部を構成するものではなく、十分に既知であり、一例では、電子エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）の参照テーブルに、点火進角の特徴が格納されている。
【０００３】
一般に、点火進角（の大きさ）は燃焼ノッキングによって制限されており、この燃焼ノッキングとは、点火が起こす燃焼が幾分不安定となるよく知られた現象である。燃焼ノッキングは、エンジン部品に大きなダメージを与える可能性がある。多くの状況がノッキングの原因となり、ノッキングを極力抑える従来の方法は、実質上、ノッキングに付随する可聴周波数ノイズと他の燃焼関連ノイズとを区別するマイクロフォンであるノックセンサを含む。ノッキングの検出時、点火制御システムは、ノッキングが停止するまで即時に点火を遅角させ、エンジンの速度および負荷のすべての状況に対して最適点火進角を保証する適切な制御ループが提供される。
【０００４】
点火式ノッキング制御システムは、マルチシリンダエンジンのシリンダ毎に動作し、１回の燃焼サイクル内でノッキングを低減することができる応答速度を有する。
【０００５】
ガソリンエンジンによっては、燃焼ノッキング現象に起因して、速度範囲全体にわたって最適点火タイミングで動作することができない。よって、エンジンは、速度および負荷に関する特定の条件下で「ノッキングが制限される」場合があり、そのような条件下で高燃焼効率を達成するには、エンジンはノッキング限度のできる限り近傍で動作させければならない。
【０００６】
スパーク点火のタイミングを遅角させてノッキングを防止することは迅速な応答手段であり、即時に、すなわち１回の燃焼サイクル内でノッキングを解消することができる。しかしながら、典型的には、連続的な燃焼サイクル毎の点火遅角（の大きさ）は制限されるため、点火進角は、少しずつ漸進的に低減され（再進角されて）ノッキングのない燃焼を最適化する。
【０００７】
点火進角の程度を低減することによるノッキング制御は迅速で有効な手法であるが、特定の課題を有する。
【０００８】
点火タイミングを瞬間的に遅くすることは、関連シリンダにおける空燃混合物の燃焼が非効率となることを意味する。出力（パワー）ではなく、無駄な熱がさらに生成されて、エンジン冷却および排気システムに熱負荷を追加することになる。別の言い方をすると、スパーク点火時に余分な燃料が存在する結果、燃焼事象から生成される出力に相応するよりも、消費燃料が多くなり、また排気ガスの量も多くなる。
【０００９】
高温のエンジンはノッキングを起こしやすいため、スパーク点火を遅角させることによって生じる追加的な熱負荷は別の結果をもたらす。エンジンがより高温になるにつれ、ノッキング状態は悪化し、非常に不都合な制御サイクルが生じる場合がある。
【００１０】
車両エンジンは、最適性能を得るにはＲＯＮ（リサーチオクタン価）９５のプレミアム燃料を必要とする場合があるが、好ましくは、さまざまな燃料で安全に動作する必要がある。たとえばＲＯＮ９１オクタン価などの低品位燃料を使用する際、高い点火遅角を使用してエンジンがノッキングしないようにすることができるが、必然的にエンジンおよび冷却システムならびに排気システムが過剰に高温になる。
【００１１】
理論的には、エンジンの通常の吸気バルブおよび排気バルブの動作を変更することによって、燃焼ノッキングに対処することができるが、実際には、従来のカムシャフトや類似の要素を移動させる応答時間があまりにも長く、点火タイミングを変更する時間よりも一桁大きくなることがある。
【００１２】
最適な点火タイミングおよび燃焼効率を実現する燃焼ノッキングを制御する迅速な手段および方法が求められている。また、ＲＯＮ８５オクタン価ほどの低品位燃料で動作する性能を実現する必要がある。
【発明の概要】
【００１３】
本発明に係る１つの態様によれば、レシプロピストン内燃エンジンの燃焼ノッキングを制御する方法が提供され、レシプロピストン内燃エンジンは、燃焼チャンバと、燃焼チャンバへの吸気口に設けたポペットバルブと、ポペットバルブの上流にある吸気マニホールドと、吸気マニホールドの吸気口に設けたスロットルバルブと、要求に応じてポペットバルブの動作を調整できる能動的タペットとを備え、
この方法は、
ａ）燃焼事象中に燃焼チャンバ内の燃焼ノッキングを検出するステップと、
ｂ）燃焼チャンバ内の連続的な燃焼事象中のノッキングを低減するように、関連するバルブの動作を変更するように能動的タペットに指令するステップと、
ｃ）燃焼ノッキングが検出されなくなるまで、チャンバ内の連続的な燃焼事象中にステップａ）およびｂ）を反復するステップとを有する。
【００１４】
この方法は連続的に動作するように意図されているため、シリンダまたは各シリンダの燃焼チャンバ内のノッキングを検出するための従来式のノックセンサが設けられる。
【００１５】
本発明は、能動的タペットを使用して、燃焼チャンバでの次の燃焼事象のノッキングの可能性を低減するように、燃焼チャンバに取り込む空気の容量および／またはタイミング、および／または燃焼チャンバから燃焼ガスを排出するタイミングを変更しようとするものである。したがって本発明は、１回の燃焼サイクル内でノッキングを制御することができる。
【００１６】
能動的タペットは、燃焼事象ごとに、関連するバルブの動作をきわめて迅速に変更しようとするものである。このような能動的タペットは、油圧チャンバを含み、その容量は、エンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）からの指令に応答して、その容量がブリードバルブ等の電動バルブによって制御されるものであってもよい。
【００１７】
１つの実施形態では、能動的タペットは、カムシャフトと吸気バルブとの間に配置され、バルブに対してカムシャフトを上昇させることができる。しかしながら、能動的タペットは、カムシャフトまたはその他のバルブ制御装置とは独立して、関連するバルブを動作させる。
【００１８】
給気は、１つまたはそれ以上の次の手法により能動的タペットを用いて制御することができる。
・駆動サイクル中のポペットバルブの最大開度を増減させるようにバルブリフト（バルブ上昇量）を変更すること。
開口タイミングおよび閉口タイミングが一定であれば、バルブ上昇量が増大すると吸気量も増え、バルブ上昇量が低減すると吸気量も減る。
・バルブ開口のタイミングの再設定、バルブ閉口のタイミングの再設定、またはその両方によってバルブ開口期間を変更すること。
バルブ上昇量が一定であれば、開口期間が長いほど吸気量が増大する傾向があり、開口期間が短いほど吸気量が低減する傾向にある。
・吸気バルブ開口のタイミングを再設定して、排気バルブ開口動作との重複期間を変更することにより、吸気バルブおよび排気バルブが開口する重複期間を変更すること。
重複期間を短くすると、燃焼に利用可能な空気量が増大する傾向があり、重複期間を長くすると、燃焼に利用可能な空気量が低減する傾向がある。
【００１９】
外気の給気量を直接的に低減するか、または燃焼チャンバ内の燃焼ガスの比率をより大きく維持するようにバルブ開口重複期間を制御することにより（こうしたガスは不活性であり燃焼に寄与できない。）、燃焼に利用可能な空気量を低減させることができる。
【００２０】
能動的タペットが燃焼チャンバの排気バルブにも設けられる場合、バルブ開口重複期間は、吸気バルブタペット、排気バルブタペット、またはその両方によって変更することができる。
【００２１】
ノッキングの低減またはノッキングの排除は通常、燃焼用空気を低減することによって達成される。したがって、連続的な燃焼事象でノッキングを制御するために、点火を遅角させる必要がない場合もあり、最適な点火タイミングで燃焼させることができる。その結果、燃料消費と排気物質が低減される一方、従来技術の方法による無駄な熱（廃熱）が生成されない。
【００２２】
本発明に係る制御方法は、
ｄ）燃焼チャンバ内で燃焼ノッキングが生じていないことを検出するステップと、
ｅ）チャンバ内の連続的な燃焼事象中、ノッキング限界に近づくように、関連するバルブの動作を変更するように能動的タペットに指令するステップと、
ｆ）燃焼ノッキングが再度検出されるまで、ステップｄ）およびｅ）を反復するステップとを有する。
【００２３】
ノッキング限界に近づくようにバルブ動作を変更させると、たとえば給気量を直接的に増大させるか、または燃焼チャンバ内に残る燃焼ガスの比率を低減することにより、燃焼に利用可能な空気の容量を増大させる傾向がある。
【００２４】
したがって、本発明は、エンジンの速度および負荷のすべての状況において点火進角が最適となるように燃焼ノッキングがあったこと（またはなかったこと）を検知する完全なノッキング制御方法を提供することができる。
【００２５】
点火進角とバルブ動作（空気取込）に対する適当な値は、エンジンのすべての動作状況、特に、速度、負荷、温度、高度、およびその他の関連パラメータに対して既知の方法によって実験的に決定することができる。これらの値は、たとえばＥＣＵの参照テーブルに記憶されるか、または適当なアルゴリズムを参照して決定してもよい。
【００２６】
本発明に係る１つの実施形態では、点火タイミングの変更をバルブ動作の変更と併せて実施して、いずれか一方のみの方法により達成される応答時間よりも迅速な応答時間を実現することができ、あるいは、いずれか一方のみの方法が他の方法によるエンジンの動作状況を補うことができる。
【００２７】
本発明に係る１つの態様によれば、スパーク点火式のレシプロピストン内燃エンジンの燃焼ノッキングを制御する方法が提供され、レシプロピストン内燃エンジンは、燃焼チャンバと、燃焼チャンバへの吸気口に設けたポペットバルブと、ポペットバルブの上流にある吸気マニホールドと、吸気マニホールドの吸気口に設けたスロットルバルブと、要求に応じてポペットバルブの動作を調整できる能動的タペットと、スパーク点火のタイミングを変更するシステムとを備え、
この方法は、
ａ）エンジンに対する動作温度閾値を設定するステップと、
ｂ）動作温度閾値未満の場合、能動的タペットの動作および／またはシステムの動作によって、燃焼ノッキングに対処させるステップと、
ｃ）動作温度閾値を超える場合、能動的タペットの動作のみによって燃焼ノッキングに対処させるステップとを有する。
【００２８】
本発明のこの態様によれば、たとえば、大気温度が高いとき、または牽引中等の負荷が高いときに、エンジン温度が高い場合に生じるノッキングに対処することができる。燃焼ノッキングを制御するため点火を遅角させる技術は、車両およびエンジンの種類に応じて実験的に決定することができる閾値温度を超えるときには適用されない。したがって、エンジン温度を上昇させる点火遅角に起因して漸進的に（徐々に）悪化する制御サイクルを回避することができる。
【００２９】
１つの実施形態では、点火タイミングは、上限閾値温度を超えると一定の値に固定され、再び下限閾値温度を下回るまで一定の値に維持される。この間、連続的な燃焼事象ごとに給気量を変動させるように、能動的タペットによってのみノッキングを制御する。
【００３０】
本発明に係る１つ態様によれば、燃焼ノッキングが生じることなく、スパーク点火式のレシプロピストン内燃エンジン内に最適な吸気量を取り込む方法が提供され、レシプロピストン内燃エンジンは、燃焼チャンバと、燃焼チャンバへの吸気口に設けたポペットバルブと、ポペットバルブの上流にある吸気マニホールドと、吸気マニホールドの吸気口に設けたスロットルバルブと、要求に応じてポペットバルブの動作を調整できる能動的タペットと、スパーク点火のタイミングを変更するシステムとを備え、
この方法は、
ａ）燃焼チャンバに取り込まれる給気量を変更するように能動的タペットに指令するステップと、このステップと併せて、スロットルバルブのすべての位置において最適な燃料経済性を達成するように、スパーク点火のタイミングを変更するステップを有する。
【００３１】
この方法によれば、既知のエンジン動作パラメータに応じて給気量と点火タイミングとの最適バランスを実現することにより、燃焼ノッキングが生じることなく、最適な燃料経済性を実現することができる。
【００３２】
本発明に係る１つの態様によれば、スパーク点火式のレシプロピストン内燃エンジンの燃焼ノッキングを制御する方法が提供され、レシプロピストン内燃エンジンは、燃焼チャンバと、燃焼チャンバへの吸気口に設けたポペットバルブと、ポペットバルブの上流にある吸気マニホールドと、吸気マニホールドの吸気口に設けたスロットルバルブと、要求に応じてポペットバルブの動作を調整できる能動的タペットと、スパーク点火のタイミングを変更するシステムとを備え、
この方法は、
より高いオクタン価を有する燃料の場合、スパーク点火のタイミングを変更することによってのみ燃焼ノッキングを制御するステップと、
より低いオクタン価を有する燃料の場合、スパーク点火のタイミングを変更すること、および燃焼チャンバに取り込む給気量を変更するように能動的タペットに指令することの組み合わせによって燃焼ノッキングを制御するステップとを有する。
【００３３】
この態様では、より低いオクタン価を有する燃料のみが利用可能である場合に、簡便な解決策が提供される。より低いオクタン価を有する燃料は燃焼ノッキングを起こしやすいため、特定の最低オクタン価を必要とするように設計されるエンジンは、より低いオクタン価を有する燃料が供給されると、燃焼ノッキングを引き起こす場合がある。車両ドライバは、より低いオクタン価を有する燃料が供給されていると認識するかもしれないが、本実施形態によると、能動的タペットを用いて給気量を変更させることによってより広範なオクタン価を有する燃料に対応することができる。
【００３４】
本発明に係る１つの態様によれば、マルチシリンダレシプロピストン内燃エンジンの回転円滑性を改善する方法が提供され、レシプロピストン内燃エンジンは、各シリンダに対して、燃焼チャンバと、燃焼チャンバへの吸気口に設けたポペットバルブと、ポペットバルブの上流にある吸気マニホールドと、吸気マニホールドの吸気口に設けたスロットルバルブと、要求に応じてポペットバルブの動作を調整できる能動的タペットとを備え、
この方法は、
ａ）燃焼事象中に１つのシリンダが任意の他のシリンダよりも不良な燃焼ノッキングを有することを検出するステップと、
ｂ）１つのシリンダでの連続的な燃焼事象中の燃焼ノッキングを低減するように、関連するバルブの動作を変更するように付随する能動的タペットに指令するステップと、
ｃ）１つのシリンダにおける燃焼ノッキングが、任意の他のシリンダにおける燃焼ノッキングよりも大きくなくなるまで、該１つのシリンダでの連続的な燃焼事象に対してステップａ）およびｂ）を反復するステップとを有する。
【００３５】
この態様では、能動的タペットを用いて給気量を変動させることによって、最悪の燃焼ノッキングが発生するシリンダを、他のシリンダとは独立して対処することができる。最悪のシリンダは、エンジンのすべてのシリンダの間で連続的に変動する場合があるため、この方法は、エンジンの円滑な運転を達成するため、異なるシリンダに対して継続的に適用することができる。
【００３６】
本発明に係る態様は、上記方法を実行するプロセッサおよび／またはメモリを有する電子制御ユニット、１つまたはそれ以上の能動的タペットを有する内燃エンジン、およびこれらを備えた車両に適用することができる。
【００３７】
本発明に係る各態様では、能動的タペットまたは各能動的タペットは、カムシャフトと関連する吸気バルブまたは排気バルブとの間に配置することができる。
【００３８】
本願の範疇において、上記段落、クレーム、および／または以下の明細書および図面に記載された、さまざまな態様、実施形態、実施例、および択一例、特に個々の特徴物は、独立してまたは組み合わせて採用することができる。たとえば１つの実施形態に関連して説明された特徴物は、その特徴物が矛盾するものでなければ、すべての実施形態に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
単なる具体例として添付図面に図示された実施形態に関する以下の説明から本発明の他の特徴が明らかとなる。
【図１】エンジン燃焼チャンバ内の燃焼事象の例示的なノイズプロファイルを示す。
【図２】ノッキング検知に対する従来技術の点火応答を示す。
【図３】点火遅角が燃焼効率に及ぼす影響を示す。
【図４】本発明を適用可能な内燃エンジンの吸気装置を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図を参照すると、図１は、内燃エンジンの燃焼チャンバからの例示的なノイズプロファイルを示す。従来のノックセンサは上記ノイズを聞いて閾値範囲（ＦＴ）を規定し、ノッキング事象（時刻ｔ５〜時刻ｔ６）を、背景ノイズ（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）および正常燃焼事象（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）とは区別する。上記検出時、電子信号がＥＣＵの点火制御モジュールに送信され、従来の車両点火は、ノックセンサがノッキングを検出しなくなるまで遅角される。その後、点火を再び進角させることができる。図１の軌跡の形状は典型的な燃焼事象を表しており、実際の燃焼シーケンスを示していない。
【００４１】
図２は、典型的な従来技術に係る制御方法を示し、連続的な燃焼事象が時刻ｔ１から時刻ｔ１０までの間の９つのブロックで表される。時刻ｔ１でノッキングが検知され、次の燃焼事象のために、小さい遅角だけ点火を遅らせる。同図では、ノッキングが３回連続の燃焼事象で検知され、各燃焼事象後に点火を遅らせる（遅角させる）。第４のブロックでは、ノッキングが検知されず、次の２つのブロックで点火が再び進められる（進角させる）。ブロック６で再びノッキングが検知された後、ブロック７で遅角させ、ブロック８で進角させ、ブロック９でノッキング検知のためにさらに遅角させる。
【００４２】
各ブロックで適用される遅角と進角の大きさは、エンジンおよび制御システムの性能に応じて当業者が決定する。この具体例では、その段階的変更は遅角と進角の両方で同一であるが、必ずしもそれが必須ではない。この手法により、ノッキングは、エンジンの動作包絡線全体にわたって制御することができる。
【００４３】
図３は、最適点（０）からの点火の遅角に対する燃焼効率（η）の変化を示す。動作状況に依存するが、遅角が小さければ（−１０度）燃焼効率への影響は小さく、遅角が大きければ（−２０度）燃焼効率への影響は比較的大きい。
【００４４】
図４は、シリンダ１１を有する内燃エンジン１０を示し、シリンダ１１内でピストン１２が往復運動する。燃焼チャンバ１３はピストンの上方に配置（画定）され、吸気口１５から空気を取り込むために開口されるポペットバルブ１４を含む。吸気口１５には、吸気マニホールド１６から空気が供給され、吸気マニホールドの孔内にはスロットルバルブ１７が設けられている。
【００４５】
ポペットバルブ１４はばね（図示せず）によって閉口され、回転自在なカム１８の動作によって開口され、通常、この動作はカムシャフト（図示せず）のローブ（突出部）により提供され、カム１８とバルブ１４との間にはタペット１９が設けられている。
【００４６】
図４の一般的構成は広く知られたものであり、分かりやすくするために、対応するポペット排気バルブなどの特定のその他の構成部品は図示しない。
【００４７】
図４に示すタペットは能動的（アクティブ）なものであり、その構成部品の相対的な内向きおよび外向きの移動によって長さが調節可能であるため、バルブのリフト（上昇量）を最小値と最大値の間で変動させることができる。この種の能動的タペットは、燃焼事象ごとにバルブリフトを迅速に変動させることを除いては重要ではない。すなわち必要に応じて、連続的な開口時のバルブリフトを変動できるように工夫されている。図４は、たとえば概略的な電気油圧式タペット１９を示し、これは、オイルが供給される油圧チャンバ２０と、矢印２２で示すように、可変量のオイルを流出させることのできるソレノイド式ブリードバルブ２１とを有する。バルブ２１は、ＥＣＵ２３からの電子信号により動作する。
【００４８】
能動的タペットの一例が欧州特許出願公開第2511504号に開示されており、容量調整可能な油圧チャンバを有する上記電気油圧式装置に頼る。
【００４９】
使用時、エンジンへの空気の取込は、スロットルバルブ１７を介して制御され、次いで、アクセルペダル位置、高度、空気温度等の従来の制御パラメータに基づいてＥＣＵ２３により指令される。スロットルバルブ１７の位置を変えると、空気の流入速度が変化するが、吸気マニホールド１６と吸気管１５に含まれる一定の空気の容量に起因して、燃焼チャンバに取り込まれる空気の容量に迅速に影響を与えることはないと理解される。したがって、スロットルバルブの位置の変更によるノッキングに対する迅速な制御は不可能である。
【００５０】
本発明の方法では、エンジンへの空気の取込は、ノックセンサに基づいて、能動的タペットを用いて変動させて、ノッキングを実質的に低減する、あるいは排除する。取込吸気量のみを変更して、あるいは以下の説明から自明であるように、点火時期を遅らせることと組み合わせて、ノッキングを防止してもよい。本発明は、マルチシリンダ点火スパークエンジンに特に適用される。
【００５１】
第１の実施形態では、燃焼ノッキングは、能動的タペットまたは各能動的タペットに、燃焼ノッキングが検出されたシリンダ内の給気量を低減するように指令することによって制御される。給気量は、ノッキングが検出されなくなるまで、連続的な燃焼事象ごとに各シリンダで漸進的に低減させることができる。
【００５２】
燃焼ノッキングは、このように能動的タペットの制御によってのみ対処してもよいが、大抵の場合、最小の燃料消費で最大の全体燃焼効率を達成するように、スパーク点火のタイミングを遅らせることと組み合わせて制御される。給気量を個々に制御する能動的タペットは、ノッキングが最も頻発する場合、およびエンジンがノッキングを規制する必要がある場合におけるエンジン速度／負荷マップの領域で特に利用することができる。
【００５３】
図３に示すように、通常、全体的な燃焼効率に重大な影響を及ぼすことなく、点火を遅らせることができるが、理解されるように、許容可能に遅角の大きさは、特定のエンジンおよびその状態によって左右され、図３の特性は従来の方法によって実験的に特定することができる。
【００５４】
各シリンダに対して適当な制御サイクルにより、エンジンができる限りノッキング限界点近傍で動作できるように、能動的タペットは、連続的な燃焼サイクルでノッキング限界点に近づくように給気量を増大させることができる。燃焼ノッキングの対処に関連して、漸進的に給気量を低減させる量およびタイプは、許容可能な制御応答が得られるように選択され、漸進的に給気量を増大させる量およびタイプと同等であってもよく、異なっていてもよい。
【００５５】
一実施形態では、本発明により、たとえばエンジンが高い大気温度で動作しているとき、あるいは牽引しているとき、エンジン動作温度が高い状態である場合に給気量を変更することができる。この状況では、点火を遅角させることにより、エンジン冷却システムが吸収すべき追加的な無駄な熱を生成して、エンジン温度をさらに上昇させ、さらに点火を遅角させる必要が生じるため、点火遅角による燃焼ノッキングの対処が逆効果となる場合がある。
【００５６】
このような状況では、（たとえば車両の種類と仕様に応じて設定される）エンジン温度閾値を選択することができ、閾値温度を超えると、燃焼ノッキングは能動的タペットを用いて給気量の変動のみにより制御される。こうして燃焼ノッキングに効果的に対処しつつ、熱生成の増大およびエンジンへの熱入力の増大が防止される。
【００５７】
一実施形態は、能動的タペットと併せて点火タイミングシステムを変更して、選択されたエンジンの速度および負荷状態下で燃焼を最適化することを目的とする。能動的タペットを用い、追加的な制御パラメータ（給気量）を制御して、エンジン負荷／速度マップのすべての所望の部分で、最適な燃料経済性が実質的に実現することができる。
【００５８】
本発明の重要な一態様は、低オクタン燃料が燃焼チャンバに供給されるときの燃焼ノッキングの処理に関する。このような燃料（エンジンの種類とタイミング状態に依存するが）は、燃焼ノッキングに悪影響を与える傾向があり、従来はスパーク点火エンジンにおいて大きな点火遅角を必要とする。さらに、このために追加的な無駄な熱が生じ、エンジン温度と排気温度があまりにも高くなる場合がある。
【００５９】
この態様では、能動的タペットを用いて給気量を変化させることで、燃焼ノッキングのリスクを回避しつつ、ＲＯＮ８０のオクタン価の超低オクタン燃料を含む低オクタン燃料を安全に使用することができる。最低オクタン価の燃料を用いる場合、給気量を低減させるとともに点火タイミングを遅角させることにより、燃焼ノッキングによるダメージからエンジンを守ることができる。
【００６０】
シリンダ毎に連続的な燃焼事象において異なる給気量に変更することにより燃焼ノッキングに対処することで、エンジン動作の円滑性を向上させることができる。本発明の一実施形態は、異なるシリンダでの燃焼事象の均一化を促進するように、その他のシリンダよりも大きな燃焼ノッキングを有するシリンダに対処する。対処されるシリンダは、エンジンの速度および負荷の全条件で円滑な運転を達成するように連続的に変動させることができ、能動的タペットの特定の利点は、連続的な燃焼サイクルに対して様々に対応できることである。
【００６１】
上述したように、燃焼ノッキングに対応する際、入ってくる給気量に直接的に変更させるか、あるいは燃焼後、より多くの割合の燃焼ガスが燃焼チャンバに残るようにすることにより、給気量が低減される。
【００６２】
理解されるように、能動的タペットを装備した各エンジンは異なる特性を有し、それらの特性は、従来の方法によって実験的に決定することができる。また、エンジンの構成も同様に、特にエンジン冷却システムによる冷却量に応じて、燃焼ノッキングの発生に影響を及ぼす。
【００６３】
したがって、変更される給気量は、状況に応じて変動するが、燃焼ノッキングがすべての利用状況下で、１回の燃焼サイクル内でシリンダごとに制御されるように選択することができる。
【００６４】
カム式バルブに関して説明したが、理解されるように、能動的タペットはバルブを作動するカムとは独立して使用することができ、リフト（上昇量）を修正するのではなく上記カムを交換するものであってもよい。
【００６５】
上記説明した実施形態は単なる具体例に過ぎず、本発明を限定することを意図したものではない。
【００６６】
本発明に係る態様が、以下の番号付けされた段落から明らかである。
【００６７】
態様１：
レシプロピストン内燃エンジンの燃焼ノッキングを制御する方法であって、
レシプロピストン内燃エンジンは、燃焼チャンバと、燃焼チャンバへの吸気口に設けたポペットバルブと、ポペットバルブの上流にある吸気マニホールドと、吸気マニホールドの吸気口に設けたスロットルバルブと、要求に応じてポペットバルブの動作を調整できる能動的タペットとを備え、
この方法は、
ａ）燃焼事象中に燃焼チャンバ内の燃焼ノッキングを検出するステップと、
ｂ）燃焼チャンバ内の連続的な燃焼事象中のノッキングを低減するように、関連するバルブの動作を変更するように能動的タペットに指令するステップと、
ｃ）燃焼ノッキングが検出されなくなるまで、チャンバ内の連続的な燃焼事象中にステップａ）およびｂ）を反復するステップとを有する、方法。
【００６８】
態様２：
ｄ）燃焼チャンバ内で燃焼ノッキングが生じていないことを検出するステップと、
ｅ）チャンバ内の連続的な燃焼事象中、ノッキング限界に近づくように、関連するバルブの動作を変更するように能動的タペットに指令するステップと、
ｆ）燃焼ノッキングが再度検出されるまで、ステップｄ）およびｅ）を反復するステップとを有する、態様１に記載の方法。
【００６９】
態様３：
燃焼ノッキングが、燃焼チャンバ内への給気量を低減するように能動的タペットに指令することによってのみ対処される、態様１に記載の方法。
【００７０】
態様４：
燃焼ノッキングが、燃焼チャンバ内への給気量を低減するように能動的タペットに指令すること、および燃焼チャンバ内の燃焼開始を遅角させることの組み合わせによって対処される、態様１に記載の方法。
【００７１】
態様５：
スパーク点火エンジンに適用され、
燃焼の開始が、スパーク点火のタイミングを遅角させることにより遅らせる、態様４に記載の方法。
【００７２】
態様６：
スパーク点火式のレシプロピストン内燃エンジンの燃焼ノッキングを制御する方法であって、
レシプロピストン内燃エンジンは、燃焼チャンバと、燃焼チャンバへの吸気口に設けたポペットバルブと、ポペットバルブの上流にある吸気マニホールドと、吸気マニホールドの吸気口に設けたスロットルバルブと、要求に応じてポペットバルブの動作を調整できる能動的タペットと、スパーク点火のタイミングを変更するシステムとを備え、
この方法は、
ａ）エンジンに対する動作温度閾値を設定するステップと、
ｂ）動作温度閾値未満の場合、能動的タペットの動作および／またはシステムの動作によって、燃焼ノッキングに対処させるステップと、
ｃ）動作温度閾値を超える場合、能動的タペットの動作のみによって燃焼ノッキングに対処させるステップとを有する、方法。
【００７３】
態様７：
動作温度閾値を超える場合、燃焼ノッキングが、燃焼チャンバ内への給気量を低減するように能動的タペットに指令することによって対処される、態様６に記載の方法。
【００７４】
態様８：
動作温度閾値を超える場合、スパーク点火のタイミングが固定される、態様７に記載の方法。
【００７５】
態様９：
スパーク点火のタイミングが、動作温度閾値を上回る時点の瞬時値で固定され、次に動作温度閾値を下回るまで固定されたままである、態様８に記載の方法。
【００７６】
態様１０：
動作温度閾値未満の場合、燃焼ノッキングが、燃焼ノッキングを低減するように点火タイミングを変更するとともに、燃焼ノッキングを低減するように能動的タペットの動作を変更することによって対処される、態様６に記載の方法。
【００７７】
態様１１：
燃焼ノッキングが生じることなく、スパーク点火式のレシプロピストン内燃エンジン内に最適な吸気量を取り込む方法であって、
レシプロピストン内燃エンジンは、燃焼チャンバと、燃焼チャンバへの吸気口に設けたポペットバルブと、ポペットバルブの上流にある吸気マニホールドと、吸気マニホールドの吸気口に設けたスロットルバルブと、要求に応じてポペットバルブの動作を調整できる能動的タペットと、スパーク点火のタイミングを変更するシステムとを備え、
この方法は、
ａ）燃焼チャンバに取り込まれる給気量を変更するように能動的タペットに指令するステップと、このステップａ）と併せて、
ｂ）スロットルバルブのすべての位置において最適な燃料経済性を達成するように、スパーク点火のタイミングを変更するステップとを有する、方法。
【００７８】
態様１２：
スパーク点火式のレシプロピストン内燃エンジンの燃焼ノッキングを制御する方法であって、
レシプロピストン内燃エンジンは、燃焼チャンバと、燃焼チャンバへの吸気口に設けたポペットバルブと、ポペットバルブの上流にある吸気マニホールドと、吸気マニホールドの吸気口に設けたスロットルバルブと、要求に応じてポペットバルブの動作を調整できる能動的タペットと、スパーク点火のタイミングを変更するシステムとを備え、
この方法は、
ａ）より高いオクタン価を有する燃料の場合、スパーク点火のタイミングを変更することによってのみ燃焼ノッキングを制御するステップと、
ｂ）より低いオクタン価を有する燃料の場合、スパーク点火のタイミングを変更すること、および燃焼チャンバに取り込む給気量を変更するように能動的タペットに指令することの組み合わせによって燃焼ノッキングを制御するステップとを有する、方法。
【００７９】
態様１３：
より高いオクタン価を有する燃料がＲＯＮ９０〜ＲＯＮ１００の範囲のオクタン価を有し、より低いオクタン価を有する燃料がＲＯＮ８０〜ＲＯＮ９５の範囲のオクタン価を有する、態様１２に記載の方法。
【００８０】
態様１４：
マルチシリンダレシプロピストン内燃エンジンの回転円滑性を改善する方法であって、
レシプロピストン内燃エンジンは、各シリンダに対して、燃焼チャンバと、燃焼チャンバへの吸気口に設けたポペットバルブと、ポペットバルブの上流にある吸気マニホールドと、吸気マニホールドの吸気口に設けたスロットルバルブと、要求に応じてポペットバルブの動作を調整できる能動的タペットとを備え、
この方法は、
ａ）燃焼事象中に１つのシリンダが任意の他のシリンダよりも不良な燃焼ノッキングを有することを検出するステップと、
ｂ）１つのシリンダでの連続的な燃焼事象中の燃焼ノッキングを低減するように、関連するバルブの動作を変更するように付随する能動的タペットに指令するステップと、
ｃ）１つのシリンダにおける燃焼ノッキングが、任意の他のシリンダにおける燃焼ノッキングよりも大きくなくなるまで、該１つのシリンダでの連続的な燃焼事象に対してステップａ）およびｂ）を反復するステップとを有する、方法。
【００８１】
態様１５：
マルチシリンダエンジンの１つのシリンダ内のノッキングを検出するように適用される、態様１に記載の方法。
【００８２】
態様１６：
各シリンダに取り込まれる給気量を変更するように各シリンダに独立して適用される、態様１５に記載の方法。
【００８３】
態様１７：
燃焼ノッキングをシリンダごとに制御するように適用される、態様１６に記載の方法。
【００８４】
態様１８：
内燃エンジンの電子制御ユニットであって、
プロセッサとメモリを有し、
プロセッサが、メモリに含まれる制御パラメータを参照して態様１に記載の方法を実行する電子制御ユニット。
【００８５】
態様１９：
能動的タペットが、ポペットバルブのバルブリフトを継続的に変更するためにポペットバルブの電気油圧式の駆動装置を有し、態様１に記載の方法を実行するように構成された内燃エンジン。
【００８６】
態様２０：
能動的タペットは、カムとポペットバルブとの間に配置され、カムとは独立してポペットバルブのバルブリフトを継続的に変更する、態様１９に記載の内燃エンジン。
【００８７】
態様２１：
態様１９に記載の内燃エンジンを備えた車両。
【符号の説明】
【００８８】
１０…内燃エンジン、１１…シリンダ、１２…ピストン、１３…燃焼チャンバ、１４…ポペットバルブ、１５…吸気ポート、１６…吸気マニホールド、１７…スロットルバルブ、１８…カム、１９…タペット、２０…油圧チャンバ、２１…ブリードバルブ、２３…電子制御ユニット（ＥＣＵ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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