(57)【要約】【課題】公知の方法に比べノッキング制御の品質が改善された方法並びに装置を提供する。【解決手段】装置に関しては進角方向への点火角のシフトが進むに連れ、進角方向におけるシフトの割合が低減されることによって解決され、方法に関しては進角方向への点火角のシフトが進むに連れ、進角方向へのシフトの割合を低減することによって解決される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関におけるノッキング現象の際に点火角を遅角方向にシフトし、その後再び進角方向にシフトする、内燃機関のノッキングを制御する装置において、
進角方向への点火角のシフトが進むに連れ、該進角方向へのシフトの割合が低減されることを特徴とする、内燃機関のノッキングを制御する装置。
【請求項２】
前記進角方向へのシフトの割合は最後のノッキング現象（ｔ１、ｔ２）がどの程度過去のことであるかに依存する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記進角方向へのシフトの割合は目下のノッキング制御遅角シフトのノッキング限界までの間隔がどの程度大きいかに依存する、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記点火角は点火角基本成分及び点火角ノッキング成分に依存し、前記進角方向へのシフトの割合は該点火角ノッキング成分の大きさに依存する、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記点火角基本成分及び／又は前記点火角ノッキング成分はさらに内燃機関の負荷及び回転数に依存する、請求項４記載の装置。
【請求項６】
シフトを段階的に行い、段の幅は可変である、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
シフトを段階的に行い、段の高さは可変である、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
内燃機関におけるノッキング現象の際に点火角を遅角方向にシフトし、その後再び進角方向にシフトする、内燃機関のノッキングを制御する方法において、
進角方向への点火角のシフトが進むに連れ、該進角方向へのシフトの割合を低減することを特徴とする、内燃機関のノッキングを制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関におけるノッキング現象の際に点火角を遅角方向にシフトし、その後再び進角方向にシフトする、内燃機関のノッキングを制御する装置並びに内燃機関におけるノッキング現象の際に点火角を遅角方向にシフトし、その後再び進角方向にシフトする、内燃機関のノッキングを制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
DE 195 32 405 A1から、内燃機関におけるノッキング現象の際に点火角を遅角方向にシフトし、その後点火角を再び一定の割合で進角方向にシフトする内燃機関のノッキングを制御する方法が既に公知である。
【特許文献１】ＤＥ１９５  ３２  ４０５  Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、公知の方法に比べノッキング制御の品質が改善された方法並びに装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、装置に関しては進角方向への点火角のシフトが進むに連れ、進角方向におけるシフトの割合が低減されることによって解決され、方法に関しては進角方向への点火角のシフトが進むに連れ、進角方向へのシフトの割合を低減することによって解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明による装置ないし本発明による方法は、点火角を遅角方向にシフトした後に、先ず再び比較的迅速に点火角を進角方向にシフトし、ノッキング限界に近付いた際には顕著に比較的緩慢に進角方向にシフトするという利点を有する。つまり、ノッキング限界により近い動作すなわち効率の改善と、ノッキングのより僅かな発生すなわち内燃機関のより僅かな負荷が同時に達成される。したがって本発明による方法は、ノッキング制御のための従来公知の方法よりも実質的により良好な制御の品質を示す。
【０００６】
本発明のさらなる改良及び利点は従属請求項の特徴によりもたらされる。点火角を本発明のようにシフトすることは、最後のノッキング現象以降の単純な時間測定によって殊に簡単に実現することができる。時間測定は点火現象がカウントされるか、時間カウンタが考察されることで良い。さらには進角シフトの割合は、ノッキング限界までの目下のノッキング制御遅角シフトの間隔がどれ程大きいかに依存しても良い。本発明による点火角シフトの簡単な実現形態は、点火角ノッキング成分の大きさを考察し、シフトの割合をこの点火角のノッキング成分の大きさに依存させることである。点火角基本成分も点火角ノッキング成分もさらに内燃機関の負荷及び回転数に依存している場合には殊に有効である。殊に簡単に本発明による方法を点火角の段階的なシフトで実現することができる。
【実施例】
【０００７】
本発明の実施例を図面に示し、以下詳細に説明する。
【０００８】
図１には内燃機関のシリンダ１及びこのシリンダ１内に配置されているピストン２が示されている。シリンダ１及びピストン２は燃焼室３を形成し、この燃焼室３には点火プラグ４が突入している。点火プラグ４は相応の点火制御線５を介してエンジン制御装置６ないしこのエンジン制御装置６によって制御される点火コイルと接続されている。明瞭にするためにここでは点火コイルは図示していない。さらにシリンダ１の外側にはノッキングセンサ７が配置されており、このノッキングセンサ７は相応のセンサ信号線８によって同様に制御装置６と接続されている。内燃機関の燃焼室３にはガソリンと空気の可燃性の混合気が取り込まれ、この混合気が点火プラグ４によって点火される。ピストン２はシリンダ内で下方から上昇し上死点に達し、この上死点から出発して再び下方に向かって運動する。点火は通常の場合シリンダ１内でピストンが上死点に達する前にトリガされる。ピストン２の上死点から時間的に遠ざかる点火シフトはより早い点火へのシフトであり、上死点に近付く点火シフトはより遅い点火へのシフトである。
【０００９】
点火のトリガが早まれば早まるほど、エンジンのノッキングの傾向はますます強くなる。ノッキング現象は燃焼室３の個々の個所での強い圧力ピークを導く突然発生する燃焼である。このようなノッキング現象の際にはシリンダ１もピストン２も損傷を受ける可能性がある。その反面内燃機関の動作は、上死点の手前でのトリガが早まれば早まるほど、より経済的なものになる。したがってノッキング制御の目的は、ノッキングが生じることなく可能な限り早期の点火時点を実現することである。このことはノッキングセンサ７のノッキング信号が制御装置６によって評価されることによって行われる。ノッキングが発生した際には、直接的な圧力変動または振動の音響的な信号として示唆することができる強度の圧力変動が生じる。相応にしてノッキングセンサは圧力センサ、加速度センサまたはマイクロフォンとして構成することができる。通常のノッキング制御方法は、次の燃焼時にノッキングが生じない燃焼を保証するために点火角が即座に遅角方向にシフトされるようにノッキング現象に反応する。その後点火角は、再び最適に進角された点火角を調べるために、慎重に再度進角方向にシフトされる。通常の場合ノッキングの発生の際には、点火角は著しくシフトされ、その後は僅かな割合で再び進角方向にシフトされる。従来のシステムでは進角方向へのこのシフトの割合は一定である。
【００１０】
図２には従来のノッキング制御システムにおける点火角ＺＷが時間ｔにわたりプロットされている。点火角ＺＷの軸は上方に向かい進角方向を表す。時間ｔの軸は直接的に時間の単位か点火現象で表されている。内燃機関においては時間的に連続して点火が行われ、点火角は常にこの点火現象に応じて表されるので、ここで考察する点火角の制御に関しては軸ｔが時間単位または複数の点火現象であるか否かは重要ではない。内燃機関のその都度の回転数に依存して、これらを直接に相互に換算することができる。
【００１１】
図２においては時点ｔ１にノッキング現象が生じ、このノッキング現象により惹起される点火角の遅角方向への大幅なシフトが行われる。このノッキング現象及び遅角方向へのシフトの後では、時点ｔ２で別のノッキング現象が発生するまでに比較的小さいステップで点火角は再び進角方向へと進まされる。
【００１２】
図２、３及び４のグラフでは、ノッキングが反復的に同一の点火進角値で生じる絶対的に静的な動作状態を基礎とする。図２では進角方向への点火角のシフトはそれぞれ段階的に行われる。段は同一の幅（時間的な幅）及び一定の高さ（それぞれ等しい点火角シフト）を有する。これらの段はそれぞれ複数の点火に対応するので、ノッキング現象に基づく点火角の遅角方向へのシフト後には所定時間ないし複数の点火にわたり点火角は一定に維持される。１回のステップで進角方向へのシフトが１回行われ、このシフトは所定時間ないし複数の点火現象にわたり一定に維持される。このような段でのシフトの代わりに、点火現象から点火現象までの点火角に影響を及ぼすこともできる。しなしながらこのような方法に対する計算の手間は比較的大きいものである。
【００１３】
図３には本発明による点火角シフトの第１の実施例が示されている。時点ｔ１ではやはり第１のノッキング現象が生じ、図２と同様に遅角方向への急激なシフトが行われる。時点ｔ２では第２のノッキング現象が生じる。これら２つのノッキング現象の間では点火角がやはり遅角方向から進角方向へとシフトされる。しかしながらここでシフトは一定の幅の段及び一定の高さの段でもって行われるのではなく、一定の割合で幅が変化された段でもって行われる。図２と比べると時点ｔ１の後にかなり早い時点で進角方向に戻すシフトが行われている。しかしながらシフトの段の幅は継続的に広げられ、殊に点火角が再び大幅に進角方向にシフトされた領域（すなわちノッキング限界の近傍）では、個々のシフトステップの持続時間は大幅に延長される。このことは最終的な効果において、図２に比べ時点ｔ２に著しく遅く到達することになる。
【００１４】
したがって進角方向への点火角シフトは非線形の関数でもって行われ、殊にノッキング現象の直後に比較的早期に進角方向へと戻され、他方ではノッキング現象からの間隔が増すとに連れ進角方向へのシフトの割合は著しく低減される。このことは全体として、エンジンが図２に比べ早期に再びノッキング限界の方向で動作され、それにもかかわらずノッキング現象がより遅い時点でようやく発生することになる。したがって結果としては、一方ではエンジンはより迅速に再び燃費が最適のノッキング限界の近傍において動作されるので内燃機関の効率は改善される。それと同時にノッキング現象の発生も低減されるので、このノッキング現象による内燃機関の負荷も低減される。したがって進角方向への点火角の非線形のシフトによって２つの利点が達成される。ここで重要なことは、進角方向への点火角のシフトが進むに連れ、進角方向への点火角のシフトの割合も低減されることである。
【００１５】
図４には本発明による点火角シフトの第２の実施例が示されている。時点ｔ１及びｔ２ではやはりノッキング制御が生じ、時点ｔ１での遅角方向への点火角シフト後には、進角方向への点火角の非線形シフトが再び行われる。図２及び図３と一致する点は進角方向へのシフトが段階的に行われることである。しかしながらこの第２の実施例では段の幅ではなく、段の高さが変えられる。進角方向への最初のシフトは、図２において行われた最初のシフトよりも明らかに高い高さの段でもって行われる。進角方向へのシフトが進むに連れ段の高さは低減していき、殊にノッキング限界の近傍では進角方向への非常に僅かなシフトしか許可されない。図４と図２の比較から分かるように、このことはノッキング現象が再度生じる時点ｔ２を顕著に後方にずらすことになる。さらにこの比較は時点ｔ１以降の進角方向へのシフトは比較的迅速に行われることを示しているので、内燃機関は動作が最適なノッキング限界の比較的近傍で動作する。
【００１６】
図２及び図３において説明した方法は、シフト後にはその都度複数の点火現象ないし所定時間にわたりさらなるシフトが行われない段階的なシフトを基礎としている。この段階的なシフトは殊に簡単に相応のカウンタなどによって実現することができる。若干繁雑ではあるが、しかしながら同様に非線形の経過を有する継続定なシフトも可能であり、この際シフトの割合は進角方向への点火角のシフトが進むに連れ低減される。
【００１７】
時点ｔ１以降すなわち最後のノッキング現象以降の時間が評価されることによって、シフトの割合に簡単に影響を及ぼすことができる。このノッキング現象が過去のことになればなるほど、進角シフトの割合はますます低減される。このことは点火現象をカウントすることによってまた簡単に実現することができる。
【００１８】
点火角を計算するための通常の方法は点火角基本成分及び点火角ノッキング成分を基礎とする。点火角基本成分は例えば負荷及び回転数のような内燃機関の動作パラメータにのみ依存する。この点火角基本成分に、ノッキング現象によって影響が及ぼされる点火角ノッキング成分が加算または減算される。さらにこの点火角ノッキング成分も内燃機関の回転数及び負荷に依存しても良い。
【００１９】
図５には構造的な図に基づきプログラムが示されており、このプログラムによって図３に応じた本発明による方法が実現される。ステップ１０１でプログラムが開始されると、ステップ１０２ではノッキング現象が発生しているか否かが検査される。ノッキング現象が発生している場合には、ステップ１０２に続きステップ１０３が行われる。ステップ１０３では特性曲線から回転数に依存する点火遅角シフトのための値が読み出される。続くステップ１０４では、ステップ１０３において読み出された値が（確かにノッキングは発生していた）最後の燃焼の点火角ノッキング成分に加算されることによって点火角ノッキング成分が形成される。点火によって表される実際の点火角は（進角された）点火角基本成分からなり、この点火角基本成分に（遅角方向にシフトされた）点火角ノッキング成分が加算される。
【００２０】
この構成によって点火角ノッキング成分からは、内燃機関が最適な早期の点火角からどれ程間隔をおいて動作しているかが表される。したがってステップ１０４においてこの点火角ノッキング成分を拡大することによって、比較的大きい遅角方向へのシフトでの点火を表す点火角のシフトが行われる。続くステップ１０５では、回転数及び点火遅角シフトの値に依存する特性マップからステップ１０３において読み出された初期値がカウンタまたはタイマにロードされる。すなわち、回転数ないし最後の点火遅角シフトの大きさ（つまりノッキング限界までの間隔）に依存するカウンタまたはタイマの初期値がセットされることが確認される。
【００２１】
ステップ１０３において求められた値は別のプログラムステップでさらに必要とされるので記憶される。ステップ１０３において求められた値は目下のノッキング限界からの間隔を表すので、その他に条件は変更されていなければ、ステップ１０３において求められた値分の進角シフトが行われると再び内燃機関にノッキングが生じることになる。ステップ１０５に続きステップ１０６が行われ、このステップ１０６で方法は終了する。
【００２２】
後続の点火角計算ではやはり開始ステップ１０１及びノッキングが発生したか否かが検査されるステップ１０２が呼び出される。ノッキングが発生していなければステップ１０２にはステップ１０７が続く。ステップ１０７ではステップ１０５においてセットされたカウンタまたはタイマが既に値０に達しているか否かが判定される。達していない場合にはステップ１０７にはステップ１０８が続き、このステップ１０８ではカウンタまたはタイマの値が低減される。ステップ１０８に続いてステップ１０６においてプログラムは終了する。したがってプログラムのこの経過では点火角ノッキング成分は一定のままであり、すなわち点火角は（一定の点火角基本成分において）変化しない。このことは図３に示されているように、シフト段のうちの１つのステップの水平方向の部分に相応する。
【００２３】
しかしながらステップ１０７において、ステップ１０５において説明したカウンタまたはタイマの値が０に達していると、ステップ１０７に続きステップ１０９が行われる。ステップ１０９では点火角ノッキング成分が図３における段の高さに相応する所定の値だけ低減される。続くステップ１１０では点火角ノッキング成分の値が０よりも小さくないか否かが確認される。点火角基本成分は最適に考えられる点火進角時点を表すので、点火角ノッキング成分は負の値を取ることは許されない。つまり、負の値を取るのであれば点火角は許容されない進角方向へとシフトされることになる。ステップ１１１ではステップ１０３において読み出された点火遅角シフトのための値が低減される。ステップ１１１に続いてステップ１１２が行われ、このステップ１１２ではタイマが回転数及びステップ１１１から生じた今現在有効な値（ノッキング限界までの間隔）に依存して新たにセットされる。この特性マップは、図３に示されているような段の幅の増加を実現するために、点火遅角シフトが減少するに連れ持続時間ないし点火回数が上昇するように選択されている。つまり、最後のノッキングが発生した点火角へと近付く際に、その接近は緩慢になることが達成される。ステップ１１２に続いて再びステップ１０６が行われる。すなわちプログラムのループが終了する。ここで新たな呼出の際にノッキング現象が無ければステップ１０８において、点火角の別の影響が生じるまでカウンタまたはタイマが再びカウントダウンされる。
【００２４】
上述の提案に択一的にさらに別の方法も考えられる。その方法は、点火角ノッキング成分の次の点火進角シフトまでのそれぞれのステップ幅に関する、ステップ１０５ないしステップ１１２でのカウンタまたはタイマのロードのために異なる量が考慮されるという点で区別される。
【００２５】
システム内に目下のノッキング限界に関する情報が存在する場合には、ノッキング限界と目下の点火遅角調整との間の差をそれぞれ直接的に計算することもできる。
【００２６】
択一的に全体の点火ノッキング成分を考慮することもできる。
【００２７】
多シリンダエンジンの場合には、単一シリンダ値の代わりに全てのシリンダまたはシリンダグループの平均値を使用することもできる。もっともこの場合には個々のシリンダに対する可変の制御は若干不正確になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】内燃機関及び相応の制御装置の概略図である。
【図２】従来技術による点火角の確定経過である。
【図３】本発明による点火角シフトの実施例である。
【図４】本発明による点火角シフトの実施例である。
【図５】本発明による点火角シフトを実現するためのソフトウェアの構造である。
【符号の説明】
【００２９】
１  シリンダ、  ２  ピストン、  ３  燃焼室、  ４  点火プラグ、  ５  点火制御線、  ６  エンジン制御装置、  ７  ノッキングセンサ、  ８  センサ信号線
【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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