(57)【要約】【課題】ノッキングを抑制する過渡期の機関出力の低下を抑制する。【解決手段】点火プラグ９を備えた火花点火式内燃機関であって、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構２０を備える。ノックセンサ１５によりノッキングの発生を検知すると、機関の出力低下が最小となる様に、機関圧縮比と点火時期とを制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構及び点火プラグを備えた火花点火式の内燃機関の制御装置において、
ノッキングの発生を検知する検知手段と、
この検知手段によりノッキングの発生が検知された場合、機関の出力低下が最小となる様に、機関圧縮比と点火時期とを制御する制御手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記制御手段は、ノッキングの発生が検知されなくなるまで、ノッキングの抑制度合いに相当するノッキング強度指標を段階的に上げていく請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記ノッキング強度指標が等しい複数組の点火時期制御変数と圧縮比制御変数の組み合わせの中から、機関出力が最大となる組み合わせを選び出し、この選ばれた組み合わせの点火時期制御変数と圧縮比制御変数とに基づいて、点火時期及び機関圧縮比を制御する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記検知手段によりノッキングの発生が検知された場合に、吸気量を低減する手段を有する請求項１〜３のいずれか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】
本発明は、可変圧縮比機構を備えた火花点火式内燃機関の制御装置に関し、特に、ノッキングを有効に回避する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構及び点火プラグを備えた火花点火式の内燃機関において、ノッキングセンサによりノッキングが検出された場合、まず圧縮比を低下し、その後もノッキングが続く場合には、点火時期を遅角することにより、ノッキングを回避する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平０５−０５９２７３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１には、ノッキングを回避するために圧縮比や点火時期を変更する過渡期における機関出力・トルクの低下については考慮されていない。本発明は、この点に着目してなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構及び点火プラグを備えた火花点火式の内燃機関の制御装置において、検知手段によりノッキングの発生が検知された場合、機関の出力低下が最小となる様に、機関圧縮比と点火時期とを制御する。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、ノッキングが検知された場合に、機関の出力低下を最小限に抑えつつ、ノッキングの発生を抑制・回避することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１を参照して、この内燃機関は、シリンダヘッド１とシリンダブロック２とにより大略構成されており、かつ、ピストン３の上方に画成される燃焼室４内の混合気を火花点火する点火プラグ９を備えたガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関である。この内燃機関は、周知のように、吸気ポート７を開閉する吸気弁５と、排気ポート８を開閉する排気弁６と、吸気ポート７に燃料を噴射する燃料噴射弁１０と、吸気コレクタ１８の上流側を開閉して吸入空気量を調整するスロットル１６と、を有し、かつ、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構２０を備えている。
【０００８】
ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータであり、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１２，機関水温を検出する水温センサ１３，機関回転数を検出するクランク角センサ１４，及びノッキングの有無を検出するノックセンサ１５等の各種センサからの検出信号等に基づいて、燃料噴射弁１０，点火プラグ９，スロットル１６の駆動装置１６ａ，及び可変圧縮比機構２０の駆動装置２１等の各種アクチュエータへ制御信号を出力して、燃料噴射量，燃料噴射時期，点火時期，スロットル開度，及び機関圧縮比等を統括的に制御する。
【０００９】
図２を参照して、可変圧縮比機構２０は、クランクシャフト２２のクランクピン２３に回転可能に装着されたロアリンク２４と、このロアリンク２４とピストン３とを連携するアッパリンク２５と、偏心軸２８が設けられたコントロールシャフト２７と、偏心軸２８とロアリンク２４とを連携するコントロールリンク２６と、を有している。上記の駆動装置２１（図１参照）によりコントロールシャフト２７の回転位置を変更することにより、コントロールリンク２６によるロアリンク２４の運動拘束条件が変化し、ピストン３のストローク特性、すなわちピストン３の上死点位置及び機関圧縮比が連続的に変更・制御される。
【００１０】
図３及び図４は、本発明に係るノッキング発生時の点火時期と圧縮比との制御の一例を示している。ノッキングの発生を検知すると、機関の出力・トルク低下が最小となるように、点火時期及び機関圧縮比を制御する。例えば、点Ａを初期圧縮比及び点火時期の設定点とすると、気温の上昇等でノッキングが発生し、これをノックセンサで検知した場合には、先ずＢ点に向かって点火時期を遅角することでノッキングを回避する。更にノッキングの発生が続く場合には、点火時期を遅角するとともに圧縮比を低下してＣ点へ移行し、更にノッキングの発生が続く場合には、圧縮比を低下してＤ点へと移動する。
【００１１】
例えば、ノッキングの発生を検知すると、先ず圧縮比を低下していき、圧縮比が設定可能な最低値に達した以降もノッキングが検知される場合には、点火時期の遅角によってノッキングを回避する様に制御を行ってもよい。あるいは、ノッキングの発生を検知すると、先ず点火時期を遅角していき、点火時期が遅角限界に達して以降もノッキングが検知される場合には、圧縮比の低下によってノッキングを回避する様に制御を行うようにしてもよい。なお、ノッキング回避のための制御量、すなわち点火時期の遅角量や圧縮比の低下量は、好ましくは機関回転数や負荷等の機関運転条件に応じて設定される。
【００１２】
図５は、本発明の第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。本ルーチンは、例えばＥＣＵ１１により所定期間毎に繰り返し実行される。Ｓ（ステップ）１１では、ノックセンサ１５の検出信号を読み込む。Ｓ１２では、上記ノックセンサ１５の検出信号に基づいて、ノッキングの発生の有無を判定する。ノッキングが発生していないと判定されればＳ２４へ進み、後述する指標Ｋ及び変数Ｉ，Ｊを０に初期化して本ルーチンを終了する。
【００１３】
Ｓ１３では、ノッキング強度指標Ｋに１を加算するとともに、機関出力指標Ｔの最大値ＴＭＡＸを０に初期化する。上記のノッキング強度指標Ｋは、ノッキングの抑制度合いに相当し、基本的には指標Ｋの値が大きいほどノッキングを低下させるための点火時期の遅角度合いや機関圧縮比の低下度合いが大きく、指標Ｋの値が小さいほどノッキングを低下させるための点火時期の遅角度合いや機関圧縮比の低下度合いが小さい。
【００１４】
Ｓ１４では、点火時期制御変数Ｉに１を加算する。Ｓ１５では圧縮比制御変数Ｊに１を加算する。Ｓ１６では、値Ｋ（Ｉ，Ｊ）とノッキング強度指標Ｋとを比較し、Ｋ（Ｉ，Ｊ）がＫとが等しくなければ、Ｓ１７及びＳ１８をスキップしてＳ１９へ進む。上記のＫ（Ｉ，Ｊ）は、図６に示すように、予め設定されるノッキング強度指標Ｋマップに、現在の変数Ｉ及び変数Ｊをマッピングして求められる。例えば、Ｋ（２，３）は５である。
【００１５】
Ｓ１７では、値Ｔ（Ｉ，Ｊ）がＴＭＡＸ以上であるかを判定する。上記の値Ｔ（Ｉ，Ｊ）は、図７に示す機関出力指標Ｔマップに変数Ｉ，Ｊをマッピングして求められる。図７のマップ上のＴ１１，Ｔ１２，〜，Ｔ８８には、それぞれ機関出力・トルクに対応する値が格納されている。これらの値は、予め設定された固定値であってもよく、あるいは機関回転数や機関負荷に基づいて演算・更新するようにしても良い。Ｔ（Ｉ，Ｊ）がＴＭＡＸよりも小さい場合には、Ｓ１８をスキップしてＳ１９へ進む。Ｓ１６及びＳ１７の双方が肯定されるとＳ１８へ進み、変数ＩをＩＴＲＧを代入し、変数ＪをＪＴＲＧに代入する。
【００１６】
Ｓ１９では、変数Ｊと、この変数の最大値ＪＭＡＸ（図６及び図７の例では８）とを比較する。変数Ｊが最大値ＪＭＡＸに達していなければ、上記のＳ１４へ戻る。Ｓ２０では、変数Ｉと、この変数の最大値ＩＭＡＸ（図６及び図７の例では８）とを比較する。変数Ｉが最大値ＩＭＡＸに達していなければ、上記のＳ１５へ戻る。
【００１７】
変数Ｉ，Ｊの双方が最大値に達し、図６のマップの全ての領域・組み合わせについての処理を終了すると、Ｓ１９及びＳ２０の判定が肯定されてＳ２１へ進み、上記のＩＴＲＧに基づいて点火時期の制御指令値ＡＤＶ、すなわちノッキングを回避するための点火時期（の遅角度合い）を演算し、かつ、上記のＪＴＲＧに基づいて機関圧縮比の制御指令値ＣＲ、すなわちノッキングを回避するための圧縮比（の低下度合い）を演算する。Ｓ２２では、上記の制御指令値ＡＤＶに基づいて点火時期の遅角制御を行う。Ｓ２３では、上記の制御指令値ＣＲに基づいて機関圧縮比の低下制御を行う。
【００１８】
本ルーチンによれば、ノッキングが検出されると、先ず、Ｓ１３においてノッキング抑制度合いに相当するノッキング強度指標Ｋが１に設定され、図６のマップを参照してＫ＝１となる点火時期制御変数Ｉと圧縮比制御変数Ｊとの組み合わせＫ（Ｉ，Ｊ）を選び（Ｓ１６）、選ばれた複数の組み合わせの中で機関出力が最も大きい組み合わせＴ（Ｉ，Ｊ）を選び（Ｓ１７）、その組み合わせＴ（Ｉ，Ｊ）に対応した点火時期制御変数ＩＴＲＧと圧縮比制御変数ＪＴＲＧとに基づいて、点火時期と圧縮比とを制御する（Ｓ１８，Ｓ２１〜Ｓ２３）。再びノッキングが検出されれば、Ｓ１３において、ノッキング抑制度合いに相当するノッキング強度指標Ｋを一段階上げて２とし、上述したように機関出力が最も大きくなるように点火時期と圧縮比とを制御する。このようにして、ノッキングの発生が検出されなくなるまで、ノッキング強度を段階的に変化させながら、機関出力が最大（機関の出力低下が最小）となるように点火時期と圧縮比とが制御される。従って、ノッキングを回避するために点火時期と機関圧縮比とを制御する過渡期に、機関出力の低下を最小限に抑制することができる。
【００１９】
図８は、本発明の第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。図５に示す第１実施例と同じ処理内容には同じ参照符号を付して重複する説明を省略する。この第２実施例では、Ｓ１３において、ノッキング強度指標Ｋに１を加算した後、Ｓ１３ａへ進み、ノッキング強度指標Ｋが最大値ＫＭＡＸ（図６の例では７）を越えたかを判定する。ノッキング強度指標Ｋが最大値ＫＭＡＸを越えるまでは、Ｓ１４へ進み、上記第１実施例と同様の処理が行われる。ノッキング強度指標Ｋが最大値ＫＭＡＸを越えると、Ｓ１３ａからＳ２５へ進み、吸気量を制限する。具体的には、スロットル１６の開度を小さくする。
【００２０】
この第２実施例によれば、上記第１実施例と同様の効果が得られることに加え、点火時期の遅角及び圧縮比の低下によりノッキングの発生を回避できない状況でも、吸入空気量の低下によりノッキングを回避することが可能となり、より確実にノッキングの発生を回避・抑制することができる。
【００２１】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の制御装置を示すシステム構成図。
【図２】可変圧縮比機構を示す概略構成図。
【図３】ノッキング発生時の点火時期及び圧縮比の制御の様子を示す特性図。
【図４】同じくノッキング発生時の点火時期及び圧縮比の制御の様子を示す特性図。
【図５】本発明の第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図６】ノッキング強度指標Ｋの制御マップ。
【図７】機関出力指標Ｔの制御マップ。
【図８】本発明の第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
４…燃焼室
９…点火プラグ
１１…ＥＣＵ
１５…ノックセンサ
１６…スロットル
２０…可変圧縮比機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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