(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ノッキングとプレイグニッションとは、発生メカニズム及び抑制方法が異なる。このため、この種の装置において、ノッキングの発生検出とプレイグニッションの発生検出との区別を良好に行うことが求められている。本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、
点火プラグを備えた火花点火式の内燃機関における、異常燃焼の発生状態を検出するように構成された、異常燃焼検出装置であって、
前記内燃機関のシリンダブロックにて発生する振動に応じた波形の信号を出力するように、前記シリンダブロックに装着された、振動センサと、
前記内燃機関に備えられたクランクシャフトの回転角度に対応する信号を出力するように、前記内燃機関に装着された、クランク角センサと、
少なくとも前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記点火プラグによる点火時期を設定するように設けられた、点火時期設定部と、
前記振動センサ及び前記クランク角センサからの出力に基づいて、前記異常燃焼の発生状態を検出するように設けられた、異常燃焼検出処理部と、
を備え、
前記異常燃焼検出処理部は、
前記異常燃焼としてのノッキングの検出区間である第一検出区間と、同異常燃焼としてのプレイグニッションの検出区間である第二検出区間とを、異なるクランク角区間で設定するように設けられた、区間設定部を備え、
前記区間設定部は、前記点火時期設定部によって設定された前記点火時期に基づいて、前記第二検出区間を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
かかる構成を有する本発明の異常燃焼検出装置においては、前記区間設定部は、ノッキングの検出区間である前記第一検出区間と、プレイグニッションの検出区間である前記第二検出区間とを、異なるクランク角区間で設定する。前記第一検出区間においては、前記振動センサ及び前記クランク角センサからの出力に基づいて、主としてノッキングの発生状態が検出される。一方、前記第二検出区間においては、前記振動センサ及び前記クランク角センサからの出力に基づいて、主としてプレイグニッションの発生状態が検出される。
【0007】
ところで、プレイグニッションは、周知の通り、正規(目標)の点火時期以前に燃焼室内にて混合気が自着火に至ることをいう。このため、プレイグニッションの発生タイミングと、前記点火時期設定部によって設定された点火時期との間には、何らかの相関関係が存在する。すなわち、例えば、点火時期が進角されると、点火プラグの温度上昇(これは点火プラグに対する熱負荷の増加等による)等に起因して、プレイグニッションが誘発される。
【0008】
そこで、本発明の異常燃焼検出装置においては、前記区間設定部は、前記点火時期設定部によって設定された前記点火時期に基づいて、プレイグニッションの検出区間である前記第二検出区間を設定する。これにより、ノッキングの発生検出とプレイグニッションの発生検出との区別を、従来よりもよりいっそう良好に行うことが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明を具体化した一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、変形例は、当該実施形態の説明中に挿入されると首尾一貫した一実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。
【0011】
<システム全体構成>
図1を参照すると、火花点火式の内燃機関であるエンジン10は、シリンダブロック11とシリンダヘッド12とを有している。シリンダブロック11の内部には、少なくとも1つの気筒13が形成されている。気筒13内には、ピストン14が、往復移動可能に収容されている。なお、気筒13の内側の空間における上死点側(図中上側)の部分によって、燃焼室が形成されている。
【0012】
エンジン10の本体部を構成するエンジンブロック(上述のシリンダブロック11を含む)の底部には、クランクシャフト15が回転可能に支持されている。クランクシャフト15は、コンロッド16等を介して、ピストン14に連結されている。また、シリンダブロック11の内部には、ウォータージャケット17が形成されている。ウォータージャケット17は、冷却液(以下「クーラント」と略称する:具体的には冷却水)が通流可能な空間であって、気筒13の側方から気筒13を囲むように設けられている。
【0013】
シリンダヘッド12には、吸気ポート18及び排気ポート19が、気筒13と連通可能に形成されている。また、このシリンダヘッド12には、吸気バルブ21と、排気バルブ22と、可変バルブ機構23と、を有する、周知のバルブ駆動機構が設けられている。吸気バルブ21は、吸気ポート18と気筒13との連通状態を制御するように設けられている。同様に、排気バルブ22は、排気ポート19と気筒13との連通状態を制御するように設けられている。可変バルブ機構23は、油圧アクチュエータ24の動作状態を制御することにより、吸気バルブ21の開閉タイミングを所望のタイミングに設定可能に構成されている。
【0014】
また、シリンダヘッド12には、インジェクタ25と、点火プラグ26と、点火装置27と、が装着されている。インジェクタ25は、気筒13内に供給するための燃料を噴射するように設けられている。点火プラグ26は、混合気を着火するための火花放電を発生するための対向電極部が気筒13(燃焼室)内に露出するように設けられている。点火装置27は、点火コイル及びイグナイタ等を備えていて、入力された点火信号に基づいて、点火プラグ26にて上述の火花放電を発生させるように設けられている。
【0015】
吸気ポート18には、吸気管31が接続されている。吸気管31の吸気通流方向における下流側の位置には、吸気マニホールド32及びサージタンク33が設けられている。吸気マニホールド32は、吸気管31の吸気通流方向における最下流部に設けられていて、吸気ポート18に接続されている。サージタンク33は、吸気マニホールド32よりも吸気通流方向における上流側に設けられている。
【0016】
吸気管31には、スロットルバルブ34が介装されている。スロットルバルブ34は、気筒13内に吸入される気体(空気)の量を調整する手段であって、サージタンク33よりも吸気通流方向における上流側に設けられている。このスロットルバルブ34は、DCモータ等のスロットルアクチュエータ35によって開度調節されるようになっている。
【0017】
スロットルバルブ34よりも吸気通流方向における上流側には、過給機36が設けられている。本実施形態においては、過給機36は、排気管37を通流する排気によって駆動される、いわゆる「ターボチャージャ」であって、当該排気のエネルギを利用して吸入空気を過給するように構成されている。
【0018】
<エンジン制御装置の概略構成>
本発明の「異常燃焼検出装置」を構成するエンジン制御装置50は、エンジン10及びこれを搭載した車両における、運転状態や異常発生状態(気筒13内における異常燃焼の発生状態を含む)を適宜検出しつつ、この検出結果に基づいてエンジン10の運転を制御するように設けられている。具体的には、エンジン制御装置50は、各種センサ類(主要なものは後述する)やスイッチ類等からの入力に応じて、エンジン10の各部(油圧アクチュエータ24、インジェクタ25、点火装置27、スロットルアクチュエータ35、等。)の動作を制御するように構成されている。以下、エンジン制御装置50の構成の詳細について説明する。
【0019】
エンジン制御装置50は、ECU51を備えている。ECU51は、上述したエンジン10の各部や後述するセンサ類等と、信号授受可能に接続されている。また、ECU51は、マイクロコンピュータ52を備えている。マイクロコンピュータ52は、後述するセンサ類等からの入力に基づいて得られた各種情報を用いつつ各種の制御プログラム(ルーチン)を実行することで、上述したエンジン10の各部の駆動を制御するための駆動制御信号を生成するように設けられている。ECU51及びマイクロコンピュータ52の構成の詳細については後述する。
【0020】
エンジン制御装置50には、エアフローメータ53と、吸気温センサ54と、クランク角センサ55と、冷却水温センサ56と、振動センサ57と、が備えられている。
【0021】
エアフローメータ53及び吸気温センサ54は、スロットルバルブ34よりも吸気通流方向における上流側の位置にて、吸気管31に装着されている。エアフローメータ53は、吸入空気量Ga(吸気管31を通流して気筒13内に導入される吸入空気の質量流量)に応じた出力を生じるように設けられている。吸気温センサ54は、吸気温THa(吸気管31内を通流する吸入空気の温度)に応じた出力を生じるように設けられている。
【0022】
クランク角センサ55は、クランクシャフト15に対向するように、上述のエンジンブロックに装着されている。このクランク角センサ55は、クランクシャフト15の回転角度、すなわちエンジン回転数Neに対応する信号を出力するように設けられている。具体的には、このクランク角センサ55は、クランクシャフト15が10度回転する毎の幅狭のパルスと360度回転する毎の幅広のパルスとを有する信号を出力するように構成されている。
【0023】
冷却水温センサ56及び振動センサ57は、シリンダブロック11に装着されている。冷却水温センサ56は、冷却水温THw(ウォータージャケット17内を通流するクーラントの温度)に応じた出力を生じるように設けられている。振動センサ57は、シリンダブロック11にて発生し当該シリンダブロック11内を伝播する振動に応じた波形の信号を出力するように設けられている。
【0024】
図2を参照すると、ECU51は、インタフェース511を備えている。このインタフェース511は、上述の各種センサ類やエンジン10の各部と、マイクロコンピュータ52と、の間に設けられている。すなわち、マイクロコンピュータ52は、インタフェース511を介して、上述の各種センサ類やエンジン10の各部と信号授受可能に接続されている。
【0025】
特に、振動センサ57は、フィルタ512及びピークホールド回路513を介して、インタフェース511に接続されている。フィルタ512は、いわゆるバンドパスフィルタであって、振動センサ57の出力信号のうちの、マイクロコンピュータ52の制御下で設定された周波数帯域のものを通過させるように設けられている。ピークホールド回路513は、フィルタ512にてバンドパス処理された振動センサ57の出力信号におけるピーク値を検出及び出力するように設けられている。なお、振動センサ57、フィルタ512、及びピークホールド回路513については周知であるので、本明細書においては、これらについてのこれ以上の詳細な説明は省略する(必要に応じて例えば特開平9−32623号公報(米国特許第5,811,667号明細書)等参照)。
【0026】
マイクロコンピュータ52は、ROM521と、RAM522と、CPU523と、を備えている。ROM521には、上述の制御プログラム及びこれを実行する際に参照されるマップ(ルックアップテーブル)等が予め格納されている。RAM522は、CPU523が上述の制御プログラムを実行する際にデータを一時的に格納可能に設けられている。CPU523は、上述のセンサ類等からの入力に基づいて得られた各種情報を用いつつ上述の制御プログラムを実行することで、上述の駆動制御信号を生成及び出力するようになっている。
【0027】
図2におけるCPU523内には、本実施形態に係る異常燃焼検出に関する制御プログラムの実行によって実現される機能ブロックが示されている。具体的には、CPU523内には、点火時期設定部523aと異常燃焼検出処理部523bとが設けられている。
【0028】
点火時期設定部523aは、吸入空気量Gaから算出される負荷Lとエンジン回転数Neとをパラメータとする点火時期マップMap_SA(Ne,L)に基づいて設定された目標点火時期SAtを、異常燃焼検出処理部523bによる異常燃焼発生状態の検出結果に応じてフィードバック制御することで、指令点火時期SAc(以下単に「点火時期SA」と略称する)を設定するように設けられている。異常燃焼検出処理部523bは、クランク角センサ55及び振動センサ57からの出力に基づいて、異常燃焼発生状態を検出するように設けられている。
【0029】
異常燃焼検出処理部523bは、区間設定部523b1と、判定部523b2と、を有している。区間設定部523b1は、異常燃焼としてのノッキングの検出区間である第一検出区間D1と、同異常燃焼としてのプレイグニッションの検出区間である第二検出区間D2とを、異なるクランク角区間(但し両者がオーバーラップすることはあり得る)で設定するように設けられている。判定部523b2は、区間設定部523b1によって設定された検出区間(D1,D2)に対応して、振動センサ57の出力(具体的にはピークホールド回路513の出力)に基づいて異常燃焼の発生状態を検出するように設けられている。
【0030】
本実施形態においては、区間設定部523b1は、点火時期SAに基づいて、第二検出区間D2を設定するようになっている。具体的には、区間設定部523b1は、点火時期SAを基準として、第二検出区間D2における始期D2st及び/又は終期D2edを設定するようになっている。特に、本実施形態においては、区間設定部523b1は、エンジン10の運転状態に基づいて、始期D2st及び/又は終期D2edと点火時期SAとの間隔を設定するようになっている。
【0031】
<作用・効果>
以下、本実施形態の構成による作用・効果について、
図1及び
図2に加えて、
図3及び
図4のタイムチャートをも適宜参照しつつ説明する。
【0032】
本実施形態のエンジン制御装置50は、特開平8−319931号公報(米国特許第5,632,247明細書、欧州特許出願公開第1098184号明細書)や特開2013−142333号公報(米国特許出願公開第2013/0179052号明細書)に開示されている構成と同様に、ノッキングを検出するための検出区間(第一検出区間D1)とプレイグニッションを検出するための検出区間(第二出区間D2)とを異なる区間(クランク角区間)で設定することで、共通の振動センサ57を用いてノッキングとプレイグニッションとを個別に検出する。
【0033】
すなわち、第一検出区間D1においては、クランク角センサ55及び振動センサ57からの出力に基づいて、主としてノッキングの発生状態が検出される。一方、第二検出区間D2においては、クランク角センサ55及び振動センサ57からの出力に基づいて、主としてプレイグニッションの発生状態が検出される。
【0034】
ところで、プレイグニッションは、周知の通り、点火時期SA以前に燃焼室内にて混合気が自着火に至ることをいう。このため、プレイグニッションの発生タイミングと点火時期SAとの間には、何らかの相関関係が存在する。すなわち、例えば、点火時期SAが進角されると、点火プラグ26の温度上昇(これは点火プラグ26に対する熱負荷の増加等による)等に起因して、プレイグニッションが誘発される。そこで、区間設定部523b1は、点火時期設定部523aによって設定された点火時期SAに基づいて、プレイグニッションの検出区間である第二検出区間D2を設定する。
【0035】
本具体例においては、第一検出区間D1における始期D1stは、点火時期SAをパラメータとするマップMap_D1st(SA)に基づいて設定される。一方、第一検出区間D1における終期D1edは、始期D1stから所定クランク角(インターバルD1int[CA]:一定値)後に設定される。
【0036】
第二検出区間D2における始期D2stは、所定クランク角(例えばBTDC20°CA)に予め設定されている。一方、第二検出区間D2における終期D2edは、点火時期SAと、終期D2edと点火時期SAとの間隔ΔCとに基づいて設定される。具体的には、間隔ΔC及び終期D2edは、以下の式によって算出される。この場合、第二検出区間D2のインターバルD2int[CA]は、エンジン10の運転状態に基づく点火時期SAの変動に伴って可変となる。
ΔC=Map_ΔC(Ne,L)・Map_K(THa,THw) … (1)
D2ed=SA−ΔC … (2)
【0037】
なお、
図3はΔC≧0の場合を示し、
図4はΔC<0の場合を示している。プレイグニッションは、点火時期SAよりも前に発生するのが通常である。このため、
図4に示されているように、プレイグニッションの検出区間を点火時期SAよりも前に設けることで、ノッキングの発生検出とプレイグニッションの発生検出との区別を良好に行うことが可能となる。
【0038】
しかしながら、プレイグニッションの発生契機となる「火種」(筒内浮遊物等)の存在状態によっては、プレイグニッションの発生時期が若干遅れる場合があり得る。このため、通常は、
図3に示されているように、プレイグニッションの検出区間である第二検出区間D2の終期D2edは、点火時期SAよりも若干後に設定される(ΔC≧0)。但し、エンジン10の諸元(例えば過給圧設定等)等に起因して、プレイグニッションの発生時期が早期のタイミングのみとなる場合には、ノッキングの発生検出とプレイグニッションの発生検出との区別をよりいっそう良好とするため、第二検出区間D2の終期D2edは、
図4に示されているように、点火時期SAよりも前に設定されてもよい(ΔC<0)。
【0039】
以上に詳述した通り、本実施形態の構成によれば、ノッキングの発生検出とプレイグニッションの発生検出との区別を、従来よりもよりいっそう良好に行うことが可能となる。
【0040】
特に、近年、燃費向上のために、エンジン10を小排気量化しつつ過給機36を設ける、いわゆる「過給ダウンサイズ」が注目されている。かかる過給ダウンサイズ構成においては、プレイグニッションの発生が特に問題となり得る。また、プレイグニッションの発生タイミングは、燃料性状(特にオクタン価)の変化や、エンジン10等の経年劣化等により、変動し得る。この点、本実施形態の構成によれば、このような過給ダウンサイズ構成においても、ノッキングの発生検出とプレイグニッションの発生検出との区別を、従来よりも高精度に行うことが可能となる。
【0041】
<変形例>
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態の一部、及び、複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
【0042】
本発明は、上述した具体的な装置構成や動作(制御)態様に限定されない。例えば、過給機36は、電動式過給機であってもよいし、いわゆる電動アシストターボチャージャであってもよいし、クランクシャフト15の回転駆動力によって駆動されるいわゆるスーパーチャージャであってもよい。さらには、吸気管31には、複数の過給機36が介装されていてもよい。なお、本発明によれば、過給機36を備えない構成においても、良好な効果が得られることは、当然である。
【0043】
マイクロコンピュータ52は、通電時に書き換え可能な不揮発性メモリ(例えばフラッシュメモリやEEPROM(登録商標))を備えていてもよい。この場合、上述の制御プログラム及びこれを実行する際に参照されるマップ(ルックアップテーブル)等は、かかる不揮発性メモリに格納されていてもよい。あるいは、上述のROM521として、かかる不揮発性メモリが用いられてもよい。
【0044】
負荷Lの算出にあたっては、吸入空気量Gaに代えて、あるいはこれとともに、スロットルバルブ34の開度及び/又はアクセルペダル操作量が用いられてもよい。また、目標点火時期SAtの設定にあたっては、負荷Lに代えて、あるいはこれらとともに、それ以外のパラメータが用いられてもよい。エンジン回転数Neについても同様である。
【0045】
区間設定部523b1における区間設定に際して用いられる点火時期SAとして、上述の指令点火時期SAcに代えて、目標点火時期SAtが用いられてもよい。
【0046】
第二検出区間D2における始期D2stも、上述の具体例と同様に、エンジン10の運転状態等に基づいて可変に設定されてもよい。第一検出区間D1における終期D1edも同様である。あるいは、第一検出区間D1は、エンジン10の運転状態等にかかわらず、所定のクランク角区間(例えばTDC〜ATDC90°CA)であってもよい。
【0047】
第二検出区間D2における終期D2edに代えて、インターバルD2intが、点火時期SAに基づいて設定されてもよい。この場合、第二検出区間D2における始期D2stは、上述の具体例と同様に、所定クランク角(例えばBTDC20°CA)に予め設定されている。第一検出区間D1におけるインターバルD1intについても同様である。この場合、第一検出区間D1における終期D1edは、所定クランク角(例えばBTDC90°CA)に予め設定されている。
【0048】
その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構成及びその均等物の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構成をも含む。さらに、公知あるいは周知の技術事項について説明を省略した箇所に対応して、本明細書にて引用した各公報の記載内容(明細書及び図面を含む)は、当該省略した説明を補足するために、技術的矛盾がない範囲内において、本明細書の一部を構成するものとして適宜援用され得る。