JP2002535551A - 内燃機関のエンジンノックを抑圧する装置 - Google Patents
内燃機関のエンジンノックを抑圧する装置Info
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Abstract
Description
の内燃機関に適用可能であるけれども、本発明の基礎とする問題点を自動車の内
燃機関に関連して説明する。
る。この公知の装置の場合には内燃機関の動作パラメータが捕捉され、捕捉され
たそれらの動作パラメータに基づき制御ユニットにおいて、たとえば点火や噴射
など制御すべき過程に対する個々の調整量が求められる。つまりたとえば回転数
やそのとき生じている負荷に基づき、最適な点火時点が計算される。
をシリンダごとに捕捉する。ノック検出器の信号はノック信号評価回路へ転送さ
れ、そこにおいてバックグラウンドノイズがフィルタリングされて取り除かれた
後、基準レベルと比較される。ノッキング燃焼が検出されたならば、ノック抑圧
のため回転数と負荷に基づきそのシリンダにおける所定の点火時点が遅れ方向に
ずらされ、つまりはノック限界から離れるようずらされる。ノッキングのない燃
焼がまえもって定められた数だけ生じた後、このようにして変えられた点火時点
が制御装置によって決められた調整量に再び段階的に近づけられる。エンジンが
冷えているときにはノック燃焼の危険がないので、ノック制御は通常、所定のエ
ンジン温度に達してはじめてアクティブ状態に切り替えられ、つまり内燃機関の
暖機後にアクティブ状態に切り替えられる。このトリガ温度以下ではノッキング
は確実に発生する可能性はない。なぜならば、燃焼室内の熱的な特性によってノ
ッキングが妨げられるからである。
への吸気温度が求められる。
計算時点で、その燃料量の噴射されるシリンダ内の空気充填量をできるかぎり精
確に予測可能である。
予期すべき相対的な空気充填量が表される。この場合、今後の負荷信号は、目下
の主負荷信号と、この目下の主負荷信号に先行する目下の補助負荷信号と、クラ
ンク角インターバルとから算出される。クランク角インターバルは、時間単位ま
たはクランク角単位で表される燃料リードイン特性量と燃料噴射期間と計算時間
とに依存して、まえもって与えることができる。クランク角インターバルを算入
させることの利点は、今後の負荷信号の算出をできるかぎり遅い時点で実行でき
ることにあり、それによって高い精度が得られることである。
スフィルタを用いて今後の負荷信号を求めると好適である。このフィルタ定数は
、負荷が上昇したときには第1の特性曲線から読み出され、負荷が低減したとき
には第2の特性曲線から読み出される。これにより、格段に計算時間を節約して
空気充填量をまえもって求めることができるようになる。
てはスロットルバルブに対するバイパスダクトを流れる空気量から求められ、吸
気温度と気圧の高さに依存して補正される。
量からも補助負荷信号を求めることができ、通常はこれによってこの動作範囲内
で精度がいっそう高くなる。
捉された空気量から、あるいは補助負荷信号のフィルタリングにより、主負荷信
号を求めることができる。
ができる。それというのも今後の負荷信号を求める際には、主負荷信号に合わせ
て適応された補助負荷信号が使われるからである。補助負荷信号の補償調整に必
要とされる補償値は、主負荷信号と補償値を用いてフィルタリングされた補助負
荷信号との偏差の積分によって求められる。その際、フィルタリングされた補助
負荷信号は、補正された補助負荷信号のフィルタリングにより形成される。
にしか用いられない。
化したときは定常動作よりもノッキングの傾向が強いことであり、これは一般的
には、いわゆる適応形のダイナミック見越し量もしくはダイナミック予測変化量
すなわちダイナミックフェーズ中に付加的な点火角遅角調整量を送出することに
よって対処しようとしている。このような付加的なダイナミック見越し量が送出
されるのは、負荷勾配すなわち負荷変動の瞬時速度もしくは瞬時速度勾配が適用
可能な閾値を超えたときである。その場合、ダイナミック見越し量は適用可能な
期間にわたり維持され、ついでゼロになるまで低減調整される。
きさとしての負荷勾配には、後続の全ダイナミックフェーズ中に実際に現れる負
荷変動に関する情報が含まれていないことである。そのような情報は負荷勾配を
時間について積分することであとになって得られるものであるが、それではダイ
ナミック見越し量を決めるには遅すぎる。
フェーズ中のある時点で負荷がどの程度の速さで変化したのか、ということにし
か依存していない。したがって負荷が急速に小さく変動しても、やはり急速であ
るが大きく負荷変動したときと同じダイナミック見越し量が送出される。
イナミックフェーズの開始時点を、tdyenaは事例aの場合のダイナミック
フェーズ終了時点を、tdyenbは事例bの場合のダイナミックフェーズ終了
時点を表す。また、rlは空気充填量を、drlは空気充填量勾配を表す。事例
aの場合には大きくかつ急速な空気充填量変化Δrlaが生じており、事例bの
場合には小さいがやはり急速な空気充填量変化Δrlbが生じている。
aの方がずっと激しく、したがって本来ならばいっそう大きいダイナミック見越
し量を生じさせなければならない。とはいえそのためには、ダイナミックが引き
起こされた時点ですでに、予期されるべき積分された負荷変動がわかっていなけ
ればならない。このような情報は、内燃機関におけるエンジンノックを抑圧する
ための既存の装置では得ることができない。
置の有する利点は、物理的なベースでダイナミックに精確に定められたダイナミ
ック見越し量が決定され、これによりダイナミックフェーズ中のノッキングをい
っそう良好に抑圧可能なことである。
いてはいっそう改善されたダイナミック見越し量が得られる。また、適応値の妥
当性をいっそう良好に判定することができ、つまりは適応手法が簡単になる。
くは充填量信号の変化という局面でダイナミック見越し量の決定がなされること
である。なお、負荷信号および(空気)充填量信号はここでは同義として用いら
れる。なぜならば、それらは簡単な比例係数を介して互いに結合されている。
求から、目標負荷もしくは目標充填量を計算することができる。その際、スロッ
トルバルブの相応の調整および必要に応じてターボチャージャーの制御によって
、目標負荷に合わせた負荷実際値の調整が遅延されて行われる。つまり、目下の
調整により要求される大きな負荷変動の時点で、実際に生じている充填量に従い
あとになってはやめられる。とはいえ、予測された負荷差によってすでにその時
点で、ダイナミックフェーズ中に実際に予期されるべき負荷変動に対する尺度が
存在することになる。
た負荷信号と目下の負荷信号との差がダイナミック見越し量の決定に利用される
のである。
大きさや速度よりもいっそう良好に整合される。それによって、不適切に大きい
ダイナミック見越し量の送出ひいてはそれに伴う効率の低下やエンジン応答特性
の劣化が回避される。その際、エンジン制御における既存の値を利用することが
できる。
化では最適に考慮することのできないダイナミックノッキングの基本的な原因が
取り除かれる。
ば補正装置は、ダイナミック見越し量が少なくとも1つの捕捉された動作パラメ
ータ有利には回転数に依存するように構成されている。
補正装置は、確定すべき点火時点よりも手前の時点で負荷信号を捕捉し、それよ
りも後であって確定すべき点火時点よりも手前の時点で今後の負荷信号を予測し
、今後の負荷信号と負荷信号との差を形成することによって、予測された負荷差
を求める。
補正装置は、目下の主負荷信号と、この信号に先行する目下の補助負荷信号と、
クランク角インターバルとから今後の負荷信号を予測する。ここでクランク角イ
ンターバルは、時間単位またはクランク角単位で表される計算時間に依存してま
えもって設定される。
開度および内燃機関回転数から求めることができ、場合によってはスロットルバ
ルブに対するバイパスダクトおよび/または付加的なバイパス弁を流れる空気量
によって求めることができる。
力と回転数、および空気質量測定器により測定された空気質量により求めること
ができ、あるいは目下の補助負荷信号のフィルタリングにより求めることができ
る。
ト変位および/または排気ガス帰還を考慮して行われるように構成されている。
配がまえもって定められた閾値を超えたことから内燃機関のダイナミックフェー
ズを検出するように構成されている。
荷差が予測されるように構成されている。
次のように構成されている。すなわちダイナミックフェーズ中にノック監視を実
行することができ、このノック監視の結果に依存してダイナミック見越し量の適
応化を実行できるように構成されている。
なわちこの補正装置は、ダイナミックフェーズ開始時点で予測された負荷差をダ
イナミックフェーズ終了時点で捕捉された負荷差と比較し、差がまえもって定め
られた値よりも小さいときだけ適応化を可能とするように構成されている。
wの軸上に示すダイアグラムである。
。
量勾配の時間経過特性を示す図であり、ここで事例cはtdystにおいて予測
された負荷変動が発生している場合であり、事例dはtdystにおいて予測さ
れた負荷変動が発生していない場合である。
こで事例aは大きく急速な負荷変動が生じた場合であり、事例bは小さいがやは
り急速な負荷変動が生じた場合である。
符号が付されている。
れている。
トについて詳しく説明する。吸気管102を介して内燃機関100に空気燃料混
合気が供給され、排気ガスが排気管104へ排出される。吸気管102内には吸
気の流れの方向でみていくと、空気量測定器または空気質量測定器106たとえ
ば熱線形空気質量測定器、吸気温度を捕捉する温度センサ108、スロットルバ
ルブ110およびそれに設けられていてその開度を捕捉するセンサ111、圧力
センサ112、ならびに1つまたは複数の噴射ノズル113が取り付けられてい
る。通常、空気量測定器または空気質量測定器106と圧力センサ112は択一
的に設けられるものである。
この中にはアイドリング調整器115が配置されている。バイパスダクト114
とアイドリング調整器115は、アイドリング回転数調整がスロットルバルブ1
10によって行われるときには省略してよい。また、必要に応じて付加的にバイ
パス弁を設けることができ、これによってたとえばエアコンをオンにしたときな
どに十分なアイドリング回転数が保証される。排気管104内には酸素センサ1
16が取り付けられている。内燃機関100にはクランク角センサ118と、内
燃機関100の温度を測定するためのセンサ119が設けられている。さらに内
燃機関100には、シリンダ以内の空気燃料混合気を点火するためにたとえば4
つの点火プラグ120が設けられている。
号とは詳しくは以下の通りである:空気量測定器または空気質量測定器106の
信号m、吸気温度捕捉用の温度センサ108の信号T、スロットルバルブ110
の開度を捕捉するセンサ111の信号α、圧力センサ112の信号p、酸素セン
サ116の信号λ、クランク角センサ118の信号w、ならびに内燃機関100
の温度を捕捉するためのセンサ119の信号TBKMである。制御装置122は
センサ信号を評価し、1つもしくは複数の噴射ノズル113、アイドリング調整
器115ならびに点火プラグ120のための点火時点を制御する。
閉鎖時点tsでは完了していなければならず、つまり充填角度よりも前の長さで
実行しなければならない。
あり、これは充填角度において生じる主負荷信号tLとダイナミックフェーズ開
始時に生じる主負荷信号との差によって表され、つまり充填量の差もしくは負荷
の差を予測できるようにするために必要とされる。
る負荷信号tLの近似的な予測(以下では今後の負荷信号tLPrと称する)が
可能となる。この場合に殊に利用されるのは、今後の負荷信号tLPrの経過特
性に対する主影響ファクタつまりスロットルバルブ111の開度αは既知である
こと、信号αは信号tLよりもいくらか先行していることである。詳しいことは
図2に示されている。
角wの軸上に書き込まれている。定常動作中、tLの特性曲線とtL′の特性曲
線は一致している。低い負荷から高い負荷へ移行すると、tL′の特性曲線はt
Lの特性曲線よりも著しく急速に上昇し、それによってtL′およびtLの目下
の値からtLに対する今後の値を予測できるようになり、つまり目下の補助信号
tL′および目下の主負荷信号tLから今後の負荷信号tLPrを求めることが
できる。
ができ、これは負荷に依存するフィルタ定数をもつ1次のローパスフィルタによ
って記述される。目下のクランク角wにおいて、今後のクランク角w+wPrに
おいて生じる今後の負荷信号tLPrは次式に従い予測される: tLPr=tL(w+wPr)=tL(w)+(tL′(w)−tL(w))・
(l−exp(−wPr/wF)) この場合、wPrは予測角度であり、つまり今後のクランク角(これについて
今後の負荷信号tLPrを予測する:通常これは充填角度)と目下のクランク角
wとの差である。
実行にあたり本発明が前提とするのは、時点tdystでのダイナミック開始と
ともにたとえばdrl>閾値のときに、内燃機関の目下の回転数領域stkrn
xを求め、RAMメモリの形態のレジスタへ格納することである。そしてこの回
転数領域stkrnxについて先行のダイナミックフェーズで適応化されたダイ
ナミック見越し量wkrdyaがRAMから読み出され、送出される。ダイナミ
ックフェーズ中に場合によっては生じるノッキング結果は、その強さに関して通
常の結果と強い結果とに分類される。この分類から、時点tdyenでのダイナ
ミックフェーズ終了時にたとえばdrl<閾値のとき、送出されたダイナミック
見越し量を必要に応じて補正するための値が求められ、つまり所定の条件下でこ
の回転数領域wkrdya′のための新たなダイナミック見越し量が適応化され
る。適応化してもよい領域のために限界が設けられている。
示されている。
形態の回転数に加えて、時点tdystにおいて予測された予期されるべき負荷
の差ΔrlPr=rlPr−rlについても同様に負荷の差の領域stkrdr
lxの形態として設定される。
出されると、これまでのように回転数領域stkrnxが目下の回転数nから求
められて格納される。これに加えて、予期される負荷の差ΔrlPr=rlPr
−rlが形成され格納される(ステップ410)。
xが求められて格納される。次にstkrnxとstkrdrlxによって適応
領域がアドレッシングされ、そこから後続のダイナミックフェーズのための見越
し量wkrdyaが読み出される(ステップ420)。
処理のために送出することができる。
点tdyen(ステップ430)でダイナミックフェーズの終了が捕捉されると
、次のサイクルのための補正されたダイナミック見越し量wkrdya′へ到達
させるために実行されるダイナミック見越し量を必要に応じて補正するための値
が求められる(ステップ440)。これによってフローチャートの実行が終了す
る。
填量勾配の時間的な経過が示されている。ここで事例cはtdystにおいて予
測された負荷変動が生じている場合であり、事例dはtdystにおいて予測さ
れた負荷変動が生じていない場合である。
行われ、これはダイナミック中に実際に発生した空気充填量変化Δrlが事前に
計算された空気充填量変化ΔrlPrと妥当な(適用可能な)限界内で一致して
いることがチェックされる。
RAMメモリに格納される。同様にダイナミック終了時に再び空気充填量rlが
rldyenとしてRAMメモリに格納される。空気充填量変化Δrl=rld
yen−rldystが予測された空気充填量変化ΔrlPrより、最大でもD
RLSPEだけしか低い方向で隔たっていないのであれば、適応が許可される。
つまり、 DRLSPE+rldyen−rldyst>=ΔrlPr もしくは rldyen−rldyst>=ΔrlPr−DRLSPE であるときのみ、適応値を新たに計算するために累算器がアクティブになる。
出されるダイナミック見越し量は、実際に発生する空気充填量変化rldyen
−rldystに合っていないからである。
り適応は意味があるのに対し、事例dではΔrld<ΔrlPr−DRLSPE
であり、これでは適応の意味がない。
り比較DRLSPE+rldyen−rldyst>=ΔrlPrに依存させる
ようにする。実際の負荷の変化が事前に予測された変化よりも少なくともDRL
SPEだけ小さければ、低減調整速度が増大され、たとえば2倍にされる。そう
でなければ、まえもって定められた速度によって低減調整される。
drlxとして予期されるべき空気充填量差ΔrlPrについてのみ適応領域を
設ける(つまり回転数領域については設けない)。ダイナミック時のノッキング
傾向に対しまさにこの量は決定的なものである。これには暗黙的に、最大可能な
負荷変化が回転数に依存するというかたちで、回転数依存性が含まれている。さ
らに別の回転数依存性は、温度の作用について発生する。したがって温度に依存
する上述の重み付け係数は好適には、吸気弁におけるモデリングされた温度ev
tmodについてだけではなく、回転数nについても特性フィールド(n,ev
tmod)のかたちで適用される。このようにすることで、実際の回転数依存性
が物理的に適正な個所で捕捉されることになる。その他のやり方は第1もしくは
第2の実施形態に相応する。
らに限定されるものではなく、多種多様なやり方で変形可能である。殊に本発明
は、実例として挙げた上述の予測手順に限定されるものではない。たとえば点火
角度計算の更新エラーを、予測された信号を使用しカムシャフト変位や排気ガス
帰還を付加的に考慮して補償することができる。
に示すダイアグラムである。
時間経過特性を示す図であり、ここで事例cはtdystにおいて予測された負
荷変動が発生している場合であり、事例dはtdystにおいて予測された負荷
変動が発生していない場合である。
aは大きく急速な負荷変動が生じた場合であり、事例bは小さいがやはり急速な
負荷変動が生じた場合である。
Claims (11)
- 【請求項1】 内燃機関のエンジンノックを抑圧する装置において、 内燃機関の個々の動作パラメータを捕捉する捕捉装置と、 捕捉された動作パラメータに基づき噴射および点火のための調整量を求める制
御ユニットと、 内燃機関のダイナミックフェーズを検出するダイナミックフェーズ検出装置と
、 点火のための調整量を補正する補正装置が設けられており、該補正装置により
、前記ダイナミックフェーズ検出装置がダイナミックフェーズを検出したときに
ノック抑圧のため、予測された負荷差(ΔrlPr)に依存するダイナミック見
越し量(wkrdya)だけ点火制御量が遅れ方向に変位され、該点火制御量は
ダイナミックフェーズ終了時に段階的に再び、制御ユニットにより求められた調
整量に近づけられることを特徴とする、 内燃機関におけるエンジンノックの抑圧装置。 - 【請求項2】 前記補正装置によりダイナミック見越し量を少なくとも1つ
の捕捉された動作パラメータたとえば回転数に依存させる、請求項1記載の装置
。 - 【請求項3】 前記補正装置は、確定すべき点火時点よりも手前の時点で負
荷信号(tL)を捕捉し、それよりも後であり前記確定すべき点火時点よりも手
前の時点で今後の負荷信号(tLPr))を予測し、該今後の負荷信号(tLP
r)と前記負荷信号(tL)との差を形成することにより、予測された負荷差を
求める、請求項1または2記載の装置。 - 【請求項4】 前記補正装置は、目下の主負荷信号(tL)と該目下の負荷
信号に先行する目下の補助負荷信号(tL′)とクランク角インターバル(wP
r)とから今後の負荷信号(tLPr)を予測し、前記クランク角インターバル
(wPr)は、時間単位またはクランク角単位で表される計算時間(wB)に依
存してまえもって設定される、請求項3記載の装置。 - 【請求項5】 前記目下の補助負荷信号(tL′)は、スロットルバルブ(
110)の開度(α)、内燃機関(100)の回転数、および必要に応じてスロ
ットルバルブ(110)に対するバイパスダクト(114)および/または付加
的なバイパス弁を流れる空気量(qLL)から求められる、請求項4記載の装置
。 - 【請求項6】 前記目下の主負荷信号(tL)は、測定された吸気管圧力(
p)および回転数(n)、空気質量測定器(106)により捕捉された空気質量
(m)から求められ、または目下の補助負荷信号(tL′)のフィルタリングに
より求められる、請求項4または5記載の装置。 - 【請求項7】 前記補正装置において、今後の負荷信号(tLPr)の予測
がカムシャフト変位および/または排気ガス帰還を算入して行われる、請求項2
から6のいずれか1項記載の装置。 - 【請求項8】 前記ダイナミックフェーズ検出装置は、負荷勾配がまえもっ
て定められた閾値を超えたことから内燃機関のダイナミックフェーズを検出する
、請求項1から7のいずれか1項記載の装置。 - 【請求項9】 前記補正装置はダイナミックフェーズ検出時点で負荷差を予
測する、請求項1から8のいずれか1項記載の装置。 - 【請求項10】 ノック検出装置が設けられており、ダイナミックフェーズ
中、ノック監視が実行され、該ノック監視の結果に依存してダイナミック見越し
量の適応化が実行される、請求項1から9のいずれか1項記載の装置。 - 【請求項11】 前記補正装置において、ダイナミックフェーズ開始時に予
測された負荷差がダイナミック終了時に捕捉された負荷差と比較され、差がまえ
もって定められた値よりも小さいときだけ適応化を可能とする、請求項10記載
の装置。
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