(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノックの発生を検出するノック検出手段と、ノック発生時に点火時期を遅角する点火時期補正制御手段とを備える内燃機関のノック制御装置において、
点火時期が所定の遅角限界に達したことを判定する遅角限界判定手段と、
点火時期の遅角限界でのノック発生時に、可変動弁装置により、吸気弁のバルブタイミングを吸入空気量及び有効圧縮比の減少方向に制御するバルブタイミング制御手段と、
を設ける一方、
ノック非発生時に、前記バルブタイミング制御手段は、バルブタイミングがベースのタイミングに対し吸入空気量及び有効圧縮比の減少方向に制御されていることを条件として、バルブタイミングをベースのタイミングまで徐々に戻し、前記点火時期補正制御手段は、バルブタイミングがベースのタイミングにあることを条件として、点火時期を徐々に進角するように構成したことを特徴とする内燃機関のノック制御装置。
【請求項２】
前記バルブタイミング制御手段は、点火時期の遅角限界でのノック発生時に、吸気弁閉時期を下死点より遅くする方向に制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のノック制御装置。
【請求項３】
前記バルブタイミング制御手段は、点火時期の遅角限界でのノック発生時に、吸気弁閉時期を下死点より早くする方向に制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のノック制御装置。
【請求項４】
前記バルブタイミング制御手段は、点火時期の遅角限界でのノック発生時に、ベースの吸気弁閉時期が下死点又は下死点以前である領域では、吸気弁閉時期を早くする方向に制御し、ベースの吸気弁閉時期が下死点以降である領域では、吸気弁閉時期を遅くする方向に制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のノック制御装置。
【請求項５】
ハイオクガソリン仕様の内燃機関において、前記遅角限界判定手段により点火時期が所定の遅角限界に達したと判定されたときに、ベースの点火時期をハイオクガソリン用のベース点火時期からレギュラーガソリン用のベース点火時期に切換えるベース点火時期切換手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関のノック制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のノック制御装置に関し、特に点火時期制御と可変動弁制御（バルブタイミング制御）とを併用したノック制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関のノック制御装置として、ノック（ノッキング）の発生の有無を検出し、ノック発生時に点火時期を遅角（リタード）して、ノックの発生を回避するようにしたものが良く知られている。
【０００３】
一方、内燃機関の可変動弁装置として、特開平８−２０００２５号公報などに示されるように、例えば電磁駆動装置を用いて、吸気弁及び排気弁を駆動し、これらの開閉動作（バルブタイミング）を任意に制御可能としたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の内燃機関のノック制御装置では、ノックの発生に対し、点火時期を遅角することによって対応しているが、燃焼室内へのデポジットの堆積により有効圧縮比が設計値より大きくなったり、燃料性状が極端に悪いガソリンを使用したり、吸気温の上昇などの条件が重なったりすると、ノック制御の点火時期遅角代で、対応不可能になることが考えられる。
【０００５】
また、点火時期の遅角量（遅角限界）を大きくして、対応しようとすると、排気温度が上昇してしまう。
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、ノックの発生により点火時期が所定の遅角限界に達した場合に、点火時期をそれ以上遅角することなく、可変動弁装置を用いて、ノックの発生を確実に回避し得るようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、図１に示すように、ノックの発生を検出するノック検出手段と、ノック発生時に点火時期を遅角する点火時期補正制御手段とを備える内燃機関のノック制御装置において、点火時期が所定の遅角限界に達したことを判定する遅角限界判定手段と、点火時期の遅角限界でのノック発生時に、可変動弁装置により、吸気弁のバルブタイミングを吸入空気量及び有効圧縮比の減少方向に制御するバルブタイミング制御手段と、を設ける一方、ノック非発生時に、前記バルブタイミング制御手段は、バルブタイミングがベースのタイミングに対し吸入空気量及び有効圧縮比の減少方向に制御されていることを条件として、バルブタイミングをベースのタイミングまで徐々に戻し、前記点火時期補正制御手段は、バルブタイミングがベースのタイミングにあることを条件として、点火時期を徐々に進角するように構成したことを特徴とする。
【０００７】
すなわち、ノックの発生の有無を検出して、ノック発生時に点火時期を遅角するが、点火時期が所定の遅角限界に達しても、なおノックが発生する場合は、可変動弁装置により、吸気弁のバルブタイミングを吸入空気量及び有効圧縮比の減少方向に制御して、ノックを回避するのである。
【０００８】
請求項２に係る発明では、前記バルブタイミング制御手段は、点火時期の遅角限界でのノック発生時に、吸気弁閉時期を下死点より遅くする方向に制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明では、前記バルブタイミング制御手段は、点火時期の遅角限界でのノック発生時に、吸気弁閉時期を下死点より早くする方向に制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明では、前記バルブタイミング制御手段は、点火時期の遅角限界でのノック発生時に、ベースの吸気弁閉時期が下死点又は下死点以前である領域では、吸気弁閉時期を早くする方向に制御し、ベースの吸気弁閉時期が下死点以降である領域では、吸気弁閉時期を遅くする方向に制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明では、ハイオクガソリン仕様の内燃機関において、前記遅角限界判定手段により点火時期が所定の遅角限界に達したと判定されたときに、ベースの点火時期をハイオク（高オクタン価）ガソリン用のベース点火時期からレギュラーガソリン用のベース点火時期に切換えるベース点火時期切換手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、点火時期が所定の遅角限界に達しても、なおノックが発生するといった、通常のノック制御では対応できないような異常事態において、可変動弁装置により、吸気弁のバルブタイミングを吸入空気量及び有効圧縮比の減少方向に制御することで、ノックを確実に回避できる。
【００１４】
この方式であれば、点火時期を更に遅角する場合と比較して、排気温度の上昇を抑制でき、またスロットル弁で空気を単に絞る場合と比較しても、有効圧縮比を小さくするため、最大燃焼圧力・温度が低くなり、ノックをより確実に回避できる。
また、バルブタイミングによるノック制御中にノックが発生しなくなった時には、先ずバルブタイミングをベースのタイミングまで徐々に戻すことで、できるだけ速やかに通常の点火時期によるノック制御に移行させることができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、点火時期の遅角限界でのノック発生時に、吸気弁閉時期を下死点より遅くする方向に制御することで、吸入空気量及び有効圧縮比を減少させて、ノックを確実に回避することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、点火時期の遅角限界でのノック発生時に、吸気弁閉時期を下死点より早くする方向に制御することで、吸気系への吹き返しを生じさせることなく、吸入空気量及び有効圧縮比を減少させて、ノックを確実に回避することができる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、点火時期の遅角限界でのノック発生時に、ベースの吸気弁閉時期が下死点又は下死点以前である低回転領域では、吸気弁閉時期を早くする方向に制御することで、タイミングの微細な制御により、また吸気系への吹き返しを生じさせることなく、吸入空気量及び有効圧縮比を減少させて、ノックを確実に回避することができる。また、ベースの吸気弁閉時期が下死点以降である中高回転領域では、吸気弁閉時期を遅くする方向に制御することで、タイミングの微細な制御により、ノックを確実に回避することができる。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、特にハイオクガソリン仕様のエンジンの場合、点火時期が所定の遅角限界に達したと判定されたときに、レギュラーガソリンを使用しているものとみなして、ベースの点火時期をハイオクガソリン用のベース点火時期からレギュラーガソリン用のベース点火時期に切換えることで、実際にレギュラーガソリンを使用している場合に、トルクヘの跳ね返りの大きいバルブタイミング制御に移行することなく、点火時期を適正に遅角して、ノックを回避することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図２は本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステム図である。
【００２１】
内燃機関（以下エンジンという）１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６を備えている。７は吸気通路、８は排気通路である。
【００２２】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置（可変動弁装置）の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００２３】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００２４】
図２に戻って、吸気通路７には、吸気マニホールドの上流側に、電制スロットル弁９が設けられている。吸気通路７にはまた、吸気マニホールドの各ブランチ部に、各気筒毎に、電磁式の燃料噴射弁１０が設けられている。
【００２５】
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、電制スロットル弁９、燃料噴射弁１０及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１１により制御され、このコントロールユニット１１には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりクランク角位置と共にエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ１２、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ１３、吸気通路７のスロットル弁９上流にて吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ１４等の他、ノック検出手段としてのノックセンサ１５から、信号が入力されている。
【００２６】
ノックセンサ１５は、エンジン１のシリンダブロック等の本体に取付けられ、圧電素子によってエンジン振動に応じた信号を出力するもので、その出力信号からノック振動に関連する特定周波数成分の信号（ノック信号）を取出すことができる。尚、ノックセンサ１５として、点火栓４にその座金状に形成されて取付けられる圧電型の筒内圧センサを用い、その出力信号からノック信号を取出すようにしてもよい。
【００２７】
コントロールユニット１１における点火栓４の点火時期の制御は、エンジン運転条件、具体的には、エンジン回転数Ｎｅと負荷（アクセル開度、シリンダ吸入空気量又は燃料噴射量等）ＴＱとから、マップを参照して、ベース点火時期ＡＤＶbaseを定め、これをノック制御により補正して、すなわちノックセンサ１５からの信号に基づくノックの発生の有無に応じて補正して、最終的な点火時期ＡＤＶを算出することにより行う。
【００２８】
また、本発明では、ノック制御により点火時期ＡＤＶが遅角限界に達し、それでもノックが発生する場合に、可変動弁装置により、吸気弁５及び排気弁６のバルブタイミング、特に吸気弁閉時期ＩＶＣを制御することで、ノック制御を行うようにしている。
【００２９】
かかるノック制御について説明する。
図４はノック制御ルーチンのフローチャートである。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、ノックセンサ１５からの信号に基づいてノックの発生の有無を検出する。具体的には、ノックセンサ１５から出力されるエンジン振動に応じた信号より、ノック振動に関連する特定周波数成分の信号（ノック信号）を抽出することで、ノック振動のレベルを検出し、その大小によってノックの発生の有無を判定する。この部分がノックセンサ１５と共にノック検出手段に相当する。
【００３０】
ノック発生時（ノック有りの場合）は、ステップ２へ進む。
ステップ２では、ノックの連続的な発生による点火時期ＡＤＶの遅角により、点火時期ＡＤＶが所定の遅角限界まで制御されている（遅角量ＲＥＴ≧所定値）か否かを判定する。この部分が遅角限界判定手段に相当する。
【００３１】
遅角限界に達していない場合は、ステップ３へ進む。
ステップ３では、ノック回避のため、点火時期ＡＤＶを所定値遅角する。具体的には、点火時期遅角量ＲＥＴを所定値ΔＲＥＴ増大させ（ＲＥＴ＝ＲＥＴ＋ΔＲＥＴ）、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷ＴＱよりマップを参照して定められるベース点火時期（進角値）ＡＤＶbaseから遅角量ＲＥＴを減じて、点火時期ＡＤＶ＝ＡＤＶbase−ＲＥＴを算出し、制御する。この部分が点火時期補正制御手段に相当する。
【００３２】
連続的な遅角により、点火時期ＡＤＶが所定の遅角限界に達した場合（遅角量ＲＥＴ≧所定値の場合）は、ステップ２からステップ４へ進む。
ステップ４では、遅角限界でのノック回避のため、可変動弁装置により、吸気弁５及び排気弁６のバルブタイミング、特に吸気弁閉時期ＩＶＣを吸入空気量及び有効圧縮比の減少方向に制御する（ＩＶＣ制御）。この部分がバルブタイミング制御手段に相当する。
【００３３】
具体的には、図５（ａ）に示す全負荷時（４／４時）のバルブタイミングに対し、図５（ｂ）に示すように、ノック制御時は、吸気弁閉時期ＩＶＣを下死点ＢＤＣより遅くする方向に制御するか（遅閉じのＩＶＣ）、吸気弁閉時期ＩＶＣを下死点ＢＤＣより早くする方向に制御して（早閉じのＩＶＣ）、吸入空気量及び有効圧縮比を減少させる。尚、図５中ＥＶＯは排気弁開時期、ＥＶＣは排気弁閉時期、ＩＶＯは吸気弁開時期であり、これらは一定とする。
【００３４】
更に詳しくは、点火時期の遅角限界でのノック発生時に、ベースの吸気弁閉時期（ベースＩＶＣ）がＢＤＣ付近（又は以前）である低回転領域では、吸気弁閉時期ＩＶＣを早くする方向（早閉じのＩＶＣ）に制御し、ベースの吸気弁閉時期（ベースＩＶＣ）がＢＤＣ以降である中高回転領域では、吸気弁閉時期ＩＶＣを遅くする方向（遅閉じのＩＶＣ）に制御する。
【００３５】
早閉じと遅閉じとを比較すると、遅閉じの場合、吸気系への吹き返しにより、吸気温が上昇したり、エアフローメータにて吸入空気量計測誤差を生じたりすることから、早閉じの方が有利であるが、ベースの吸気弁閉時期（ベースＩＶＣ）がＢＤＣ以降の場合に、早閉じにすると、タイミングの変更代を大きくしなければならず（僅かに早めただけでは、吸入空気量は低減するが、有効圧縮比は上がってしまうため）、ノック制御のような微細な制御に適さず、運転性への跳ね返りが懸念されるからである。
【００３６】
上記のように制御する場合、図４のステップ４でのＩＶＣ制御を、図６のＩＶＣ制御サブルーチンに従って実行する。
ステップ４１では、ベースＩＶＣがＢＤＣ付近（又は以前）か否かを判定し、Ｙｅｓの場合は、ステップ４２へ進んで、ＩＶＣを所定値早くする（早閉じ）。Ｎｏの場合（ベースＩＶＣがＢＤＣ以降の場合）は、ステップ４２へ進んで、ＩＶＣを所定値遅くする（遅閉じ）。
【００３７】
このような吸気弁閉時期ＩＶＣの制御により、吸入空気量及び有効圧縮比を減少方向に制御することで、点火時期が所定の遅角限界に達しても、なおノックが発生するといった、通常のノック制御では対応できないような異常事態において、ノックを確実に回避できるようになる。
【００３８】
ノック非発生時（ノック無しの場合）は、ステップ１からステップ５へ進む。
ステップ５では、ＩＶＣ＝ベースＩＶＣか否かを判定する。
この結果、ＩＶＣがベースＩＶＣでない場合（ＩＶＣによるノック制御を行っている場合）は、ステップ６へ進み、ＩＶＣを所定値、ベースＩＶＣ側へ戻す。
【００３９】
ＩＶＣ＝ベースＩＶＣの場合（ＩＶＣによるノック制御を行っていない場合）は、ステップ７へ進み、点火時期ＡＤＶがベース点火時期ＡＤＶbaseである（ＡＤＶ＝ベースＡＤＶ）か否かを判定する。
【００４０】
この結果、ＡＤＶがベースＡＤＶでない場合は、ステップ８へ進み、点火時期ＡＤＶを所定値進角させる。具体的には、点火時期遅角量ＲＥＴを所定値ΔＲＥＴ減少させ（ＲＥＴ＝ＲＥＴ−ΔＲＥＴ）、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷ＴＱよりマップを参照して定められるベース点火時期ＡＤＶbaseから遅角量ＲＥＴを減じて、点火時期ＡＤＶ＝ＡＤＶbase−ＲＥＴを算出し、制御する。
【００４１】
ＡＤＶ＝ベースＡＤＶの場合は、点火時期ＡＤＶをベース点火時期ＡＤＶbaseに維持することは言うまでもない。
尚、本フローでは、ノック非発生時に点火時期ＡＤＶをベース点火時期ＡＤＶbaseに収束させるようにしているが、ステップ７を省略し、ステップ５での判定でＩＶＣ＝ベースＩＶＣの場合に、ステップ８へ進むようにすることで、ノック非発生時に点火時期ＡＤＶをノック限界まで進角させるようにしてもよい。
【００４２】
次に本発明の他の実施形態について説明する。
ハイオクガソリン仕様のエンジンでは、ベース点火時期ＡＤＶbase設定用のマップとして、レギュラーガソリン用マップに比べ、進角側に設定されたハイオクガソリン用マップを使用している。
【００４３】
図７はハイオクガソリン仕様のエンジンでのノック制御ルーチンのフローチャートであり、図４のフローに対し、ステップ２１，２２が追加されている。
連続的な遅角により、点火時期ＡＤＶが所定の遅角限界に達した場合（遅角量ＲＥＴ≧所定値の場合）は、ステップ２からステップ２１へ進む。
【００４４】
ステップ２１では、ベース点火時期ＡＤＶbase設定用のマップをハイオクガソリン用マップからレギュラーガソリン用マップに既に切換えている（マップ切換済み）か否かを判定し、未だ切換えていない場合は、ステップ２２へ進んで、レギュラーガソリン用マップに切換える。この部分がベース点火時期切換手段に相当する。
【００４５】
これにより、レギュラーガソリン用マップでのベース点火時期ＡＤＶbase’から現在の遅角量ＲＥＴを減じて、点火時期ＡＤＶ＝ＡＤＶbase’−ＲＥＴを算出し、制御することになり、ベース点火時期がハイオクガソリン用のベース点火時期からレギュラーガソリン用のベース点火時期に切換えられることで、レギュラーガソリンでの遅角限界まで、大きく遅角できる。
【００４６】
このように、ハイオクガソリン仕様のエンジンにおいて、点火時期が所定の遅角限界に達したと判定されたときに、レギュラーガソリンを使用しているとみなして、ベースの点火時期をハイオクガソリン用のベース点火時期からレギュラーガソリン用のベース点火時期に切換えることで、実際にレギュラーガソリンを使用している場合に、バルブタイミング制御に移行することなく、点火時期を適正に遅角して、ノックを回避することが可能となる。
【００４７】
マップ切換済みの場合、すなわち、マップを切換えてノック制御しても、なおノックが発生している場合は、ステップ２１からステップ４へ進む。
ステップ４では、遅角限界でのノック回避のため、可変動弁装置により、吸気弁５及び排気弁６のバルブタイミング、特に吸気弁閉時期ＩＶＣを吸入空気量及び有効圧縮比の減少方向に制御する（ＩＶＣ制御）。その他は同じである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】  本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図３】  吸排気弁の電磁駆動装置の基本構造図
【図４】  ノック制御ルーチンのフローチャート
【図５】  バルブタイミングの説明図
【図６】  ＩＶＣ制御サブルーチンのフローチャート
【図７】  他の実施形態を示すノック制御ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１  エンジン
４  点火栓
５  電磁駆動式の吸気弁
６  電磁駆動式の排気弁
９  電制スロットル弁
１０  燃料噴射弁
１１  コントロールユニット
１２  クランク角センサ
１３  アクセルペダルセンサ
１４  エアフローメータ
１５  ノックセンサ
【図１】
0003937680.tif 000002
【図２】
0003937680.tif 000003
【図３】
0003937680.tif 000004
【図４】
0003937680.tif 000005
【図５】
0003937680.tif 000006
【図６】
0003937680.tif 000007
【図７】
0003937680.tif 000008