JP2016121595A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンを制御するマイコンの処理負荷の増大を抑制しつつ、異常燃焼時の制御の開始タイミングが遅れることを抑制できるエンジン制御装置を提供する。【解決手段】エンジン制御装置１０は、エンジンを制御する第１のマイコン１１と、エンジン２０の気筒に取り付けられた筒内圧センサ２２の計測値に基づいて気筒における異常燃焼の予兆を検出した場合に、予兆検出信号を出力する第２のマイコン１２と、予兆検出信号が入力された場合に、第２のマイコン１２が筒内圧センサ２２に接続された第１状態から、第１のマイコン１１が筒内圧センサ２２に接続された第２状態へ切り替わるスイッチ１３とを備え、第１のマイコン１１は、スイッチ１３が第２状態の期間に、筒内圧センサ２２の計測値に基づいて異常燃焼の発生を検出した場合に、気筒に対して所定の制御を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、筒内圧センサを用いてエンジン制御を行うエンジン制御装置に関する。

特許文献１には、筒内圧センサを用いてエンジン制御を行うエンジン制御装置が記載されている。このエンジン制御装置は、所定負荷での運転中に、筒内圧センサによって検出される燃焼圧の集合から燃焼圧の確率分布を算出し、この確率分布において燃焼圧が上限信頼値を超える確率が閾値よりも高い場合に、異常燃焼予兆フラグをＯＮにする。上限信頼値は、吸気系にオイルが堆積していない状態における所定負荷に応じた値である。

特開２０１１−２４１７２７号公報

ところで、筒内圧センサの出力信号を処理して、異常燃焼（ノッキング又はプレイグニッション）の発生又は異常燃焼の予兆を検出する処理（以下では「筒内圧処理」という。）を行う場合、短いクランク角周期で筒内圧を検出する必要がある。そのため、エンジン制御装置の処理能力に対して、筒内圧処理の負荷の割合が高くなる。従来のエンジン制御装置で、エンジンの制御及び筒内圧処理の両方を１つのマイコンに行わせた場合は、処理能力が高いマイコンが必要となる。従って、エンジンを制御する第１のマイコンと、筒内圧処理を行う第２のマイコンとをそれぞれ設けることが考えられる。

しかし、第２のマイコンで全ての筒内圧処理を行うと、第２のマイコンが異常燃焼の発生を検出した後に、マイコン間の通信によって第１のマイコンに通知を行わなければ、第１のマイコンは、エンジンに対して異常燃焼時の制御を行うことができない。マイコン間の通信を行う分だけ、第１のマイコンによる異常燃焼時の制御の開始タイミングが遅れる。

本発明は、エンジンを制御するマイコンの処理負荷の増大を抑制しつつ、異常燃焼時の制御の開始タイミングが遅れることを抑制できるエンジン制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、エンジンを制御する第１のマイコンと、エンジンの気筒に取り付けられた筒内圧センサの計測値に基づいて気筒における異常燃焼の予兆を検出した場合に、予兆検出信号を出力する第２のマイコンと、予兆検出信号が入力された場合に、第２のマイコンが筒内圧センサに接続された第１状態から、第１のマイコンが筒内圧センサに接続された第２状態へ切り替わるスイッチとを備え、第１のマイコンは、スイッチが第２状態の期間に、筒内圧センサの計測値に基づいて異常燃焼の発生を検出した場合に、気筒に対して所定の制御を行う。

第１の発明では、第２のマイコンが筒内圧センサの計測値に基づいて気筒における異常燃焼の予兆を検出した場合に、スイッチが、第２のマイコンが筒内圧センサに接続された第１状態から、第１のマイコンが筒内圧センサに接続された第２状態へ切り替わる。スイッチが第２状態の期間に、第１のマイコンは、筒内圧センサの計測値に基づいて異常燃焼の発生を検出した場合に、気筒に対して所定の制御を行う。異常燃焼の予兆が検出された後は、第１のマイコンが、筒内圧センサの計測値を取得して異常燃焼の発生を検出し、異常燃焼の発生を検出した場合に異常燃焼時の制御を行う。

第１の発明では、異常燃焼の予兆が検出された後、筒内圧センサの出力信号の処理と異常燃焼時の制御とが、同じマイコン（第１のマイコン）で行われる。従って、第２のマイコンで全ての筒内圧処理を行う場合とは異なり、マイコン間通信を行うことなく、異常燃焼の発生の検出後直ちに、異常燃焼時の制御を開始できる。また、第１のマイコンは、第２のマイコンが異常燃焼の予兆を検出するまで、筒内圧センサの出力信号の処理を行わない。以上より、第１の発明によれば、エンジンを制御する第１のマイコンの処理負荷の増大を抑制しつつ、異常燃焼時の制御の開始タイミングが遅れることを抑制できる。

実施の形態に係るエンジン制御装置の概略構成図 スイッチ切替処理のフローチャート ノック制御処理のフローチャート 所定負荷での燃焼圧確率分布を表す図表

以下、図１−図４を参照しながら、実施の形態について詳細に説明する。

［概要］
エンジン制御装置は、メインマイコンとサブマイコンとの２つのマイコンを備え、スイッチの制御によって、これらの２つのマイコンの間で筒内圧センサの出力信号の処理（筒内圧処理）を行うマイコンを切り替える。異常燃焼の予兆が検出されるまでは、サブマイコンが筒内圧処理を行う。異常燃焼の予兆が検出された後は、異常燃焼時の制御を行うメインマイコンが筒内圧処理を行う。メインマイコンは、異常燃焼の予兆が検出されなくなるまで筒内圧処理を行う。

以下では、対象とする異常燃焼がノッキングの場合について説明を行う。なお、対象とする異常燃焼はプレイグニッションであってもよい。

［エンジンの構成］
エンジン２０は、例えば多気筒のレシプロエンジンである。各気筒には、点火プラグ及び燃料噴射弁が設けられている（図示省略）。各点火プラグには、イグナイタ２１が接続されている。各燃料噴射弁は、気筒の吸気ポートに設けられている。エンジン２０は、ポート噴射式のエンジンである。なお、エンジン２０は、筒内噴射式のエンジンであってもよい。また、エンジン２０には、スロットルバルブの下流のサージタンクにブローバイガスを導入するブローバイガス還元装置（図示省略）が設けられている。そのため、エンジン２０の吸気系には、ブローバイガスと共に吸気系に戻されるオイル（エンジンオイル）が堆積する。

エンジン２０には、カム角センサ、クランク角センサ、エアフローメータ、筒内圧センサ２２、及び水温センサなどの各種センサが設けられている（筒内圧センサ以外は図示省略）。筒内圧センサ２２は、各気筒に設けられている。

［エンジン制御装置の構成］
エンジン制御装置１０は、エンジンＥＣＵである。エンジン制御装置１０は、図１に示すように、メインマイコン１１（第１のマイコン）とサブマイコン１２（第２のマイコン）とスイッチ１３とを備えている。メインマイコン１１とサブマイコン１２とは、通信線１５を介して互いに接続されている。また、サブマイコン１２とスイッチ１３とは、通信線１６を介して互いに接続されている。各マイコン１１、１２は、ＣＰＵ、メモリー及び入出力インターフェースなどを備え、メモリーに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することにより所定の処理を実行する。

エンジン制御装置１０には、エンジン２０に設けられた各種センサ（筒内圧センサ２２、カム角センサ、クランク角センサ、エアフローメータ、及び水温センサなど）、イグナイタ２１、及び、燃料噴射弁等が接続されている。メインマイコン１１は、エンジン２０の制御を行う。メインマイコン１１は、カム角センサ、クランク角センサ、エアフローメータ、及び水温センサなどの各センサの出力信号に基づいて、各気筒に対して、点火時期制御及び燃料噴射制御などを行う。点火時期制御では、メインマイコン１１が、イグナイタ２１への点火信号の出力時期を調節して、点火プラグの点火時期を制御する。燃料噴射制御では、メインマイコン１１が、燃料噴射弁における燃料の噴射タイミング及び燃料噴射量等を制御する。

また、メインマイコン１１は、スイッチ１３が後述する第２状態に切り替えられている期間に、気筒毎に、筒内圧センサ２２の出力信号に基づいて筒内圧の計測値を取得する。そして、メインマイコン１１は、筒内圧の計測値に基づいてノッキングの発生を検出する処理を行う。メインマイコン１１は、ノッキングの発生を検出した気筒に対して、ノッキングの発生を抑制する制御を行う。本実施の形態では、メインマイコン１１が、ノッキングの発生を抑制する制御として、点火プラグの点火時期を遅角させる点火遅角制御を行う。なお、ノッキングの発生を抑制する制御として、燃料噴射弁における燃料の噴射タイミングを遅角させる噴射遅角制御を行ってもよい。また、メインマイコン１１は、スイッチ１３が後述する第２状態に切り替えられている期間に、筒内圧の計測値に基づいてノッキングの予兆の有無を判定する処理を行う。

サブマイコン１２は、スイッチ１３が後述する第１状態に切り替えられている期間に、気筒毎に、筒内圧センサ２２の出力信号に基づいて筒内圧の計測値を取得する。そして、サブマイコン１２は、筒内圧の計測値に基づいてノッキングの予兆の有無を判定する処理を行う。ノッキングの予兆の有無を判定する方法としては、例えば特開２０１１−２４１７２７号公報に記載された方法を用いることができる。この方法については後述する。また、サブマイコン１２は、通信線１６を介してスイッチ１３を制御する。

スイッチ１３は、筒内圧センサ２２毎に設けられた切替回路である。スイッチ１３には、エンジン制御装置１０のＡＤ変換器（図示省略）を介して、筒内圧センサ２２の出力信号が入力される。各スイッチ１３は、サブマイコン１２の制御に応じて、サブマイコン１２が筒内圧センサ２２に接続された第１状態と、メインマイコン１１が筒内圧センサ２２に接続された第２状態との切り替えを行う。図１では、実線が第１状態を表し、破線が第２状態を表す。

［エンジン制御装置の処理動作］
図２は、サブマイコン１２で行われるスイッチ切替処理のフローチャートである。図３は、メインマイコン１１で行われるノック制御処理のフローチャートである。エンジン２０が始動されると、サブマイコン１２がスイッチ切替処理を行い、メインマイコン１１がノック制御処理を行う。以下では、１つの気筒に対する各マイコン１１、１２の処理動作について説明する。なお、エンジン２０の始動時は各スイッチ１３が第１状態に設定されている。

図２を参照して、スイッチ切替処理について説明する。エンジン２０の始動後、サブマイコン１２は、スイッチ１３を介して、筒内圧センサ２２の出力信号を受信する。筒内圧センサ２２の出力信号は、所定のクランク角周期（例えば２度ＣＡ）で受信される。ステップＳ１１では、サブマイコン１２が、筒内圧センサ２２の出力信号に基づいて、筒内圧の計測値を取得してメモリーに記録する。サブマイコン１２は、新しい側から所定数Ｎの筒内圧の計測値をメモリーに保持させる。なお、スイッチ１３が第２状態に切り替えられている期間は、メインマイコン１１が、筒内圧センサ２２の出力信号に基づいて筒内圧の計測値を取得して、新しい側から所定数Ｎの筒内圧の計測値をメモリーに保持させる。

次に、ステップＳ１２では、サブマイコン１２が、メモリーに記録された筒内圧センサ２２の計測値に基づいて、気筒において異常燃焼の予兆が有るか否かを判定する。

具体的に、サブマイコン１２は、メモリーに記録された所定数Ｎの筒内圧の計測値の集合から、図４に示すような燃焼圧確率分布を算出する。図４では、破線６４ａが、吸気系にオイルが堆積していない状態での燃焼圧確率分布を表している。実線６４ｂが、吸気系にオイルが堆積した状態での燃焼圧確率分布を表している。また、実線６４ｃが、吸気系にオイルが堆積したことによる燃焼圧確率分布の変化を表している。図４に示すαは、吸気系にオイルが堆積していない状態における燃焼圧の上限信頼値（信頼区間の上限値）である。上限信頼値αは、所定負荷に対応した値である。メモリーは、負荷ごとに、上限信頼値αを記憶している。

サブマイコン１２は、算出した燃焼圧確率分布において燃焼圧が上限信頼値αを超える確率が所定の判定閾値よりも高いと判定した場合に、ノッキングの予兆が有ると判定する。なお、メモリーは、負荷ごとに、判定閾値を記憶している。サブマイコン１２は、例えば、メインマイコン１１から取得した現在のエンジン２０の負荷に対応した上限信頼値α及び所定閾値を読み出し、ノッキングの予兆の判定に使用する。

ノッキングの予兆が有ると判定された場合はステップＳ１３へ進み、ノッキングの予兆が有ると判定されなかった場合はステップＳ１１へ戻る。

次に、ステップＳ１３では、サブマイコン１２が、切替信号（予兆検出信号）をスイッチ１３へ送信する。切替信号を受信したスイッチ１３は、第１状態から第２状態への切り替えを行う。この切り替え後は、筒内圧センサ２２の出力信号が、メインマイコン１１に入力される。筒内圧センサ２２の出力信号は、サブマイコン１２には入力されなくなる。

次に、ステップＳ１４では、サブマイコン１２が、後述する解除信号を受信したか否かを判定する。解除信号を受信した場合はステップＳ１５へ進み、解除信号を受信していない場合はステップＳ１４を繰り返す。

ステップＳ１５では、サブマイコン１２が、スイッチ１３へ切替信号を送信する。切替信号を受信した切替スイッチ１３は、第２状態から第１状態への切り替えを行う。この切り替え後は、筒内圧センサ２２の出力信号が、サブマイコン１２に入力される。筒内圧センサ２２の出力信号は、メインマイコン１１には入力されなくなる。ステップＳ１５の後は、スイッチ切替処理は一旦終了し、再びステップＳ１１からスイッチ切替処理が開始される。

続いて、図３を参照して、ノック制御処理について説明する。ステップＳ２１では、メインマイコン１１が、所定の期間内に筒内圧センサ２２の出力信号を取得したか否かを判定する。筒内圧センサ２２の出力信号を取得した場合（つまりスイッチ１３が第２状態に切り替えられている場合）はステップＳ２２へ進み、筒内圧センサ２２の出力信号を取得しなかった場合（つまりスイッチ１３が第１状態に切り替えられている場合）はステップＳ２１を繰り返す。

次に、ステップＳ２２では、メインマイコン１１が、筒内圧センサ２２の出力信号に基づいて筒内圧の計測値を取得し、取得した筒内圧の計測値に基づいてノッキングが発生したか否かを判定する。メインマイコン１１は、１回の燃焼サイクルにおいてノッキングが発生したか否かを判定する。例えば、メインマイコン１１は、エンジン２０の回転数に応じて規定された閾値圧力よりも筒内圧の計測値が高い場合に、ノッキングが発生したと判定する。ノッキングが発生したと判定された場合はステップＳ２３へ進み、ノッキングが発生したと判定されなかった場合はステップＳ２４へ進む。

ステップＳ２３では、メインマイコン１１が点火遅角制御を実行する。メインマイコン１１は、点火遅角制御として、例えば最大運転効率が得られる点火時期に対して遅角側に点火時期を制御する。ステップＳ２３の後は、ノック制御処理は一旦終了し、再びステップＳ２１からノック制御処理が開始される。

ステップＳ２４では、メインマイコン１１が、筒内圧センサ２２の計測値に基づいて気筒における異常燃焼の予兆が有るか否かを判定する。この判定は、ステップＳ１２でサブマイコン１２が行う判定と同じであるため、説明は省略する。ノッキングの予兆が有ると判定された場合は、ノック制御処理は一旦終了し、再びステップＳ２１からノック制御処理が開始される。ノッキングの予兆が有ると判定されなかった場合は、ステップＳ２５へ進む。本実施の形態では、スイッチ１３が第２状態に切り替えられた後は、異常燃焼の予兆が検出されている間は、メインマイコン１１が筒内圧処理を行う。

ステップＳ２５では、メインマイコン１１が、通信線１５を介して、解除信号をサブマイコン１２へ送信する。解除信号を受けたサブマイコン１２は、上述したように、スイッチ１３へ切替信号を送信する。ステップＳ２５の後は、ノック制御処理は一旦終了し、再びステップＳ２１からノック制御処理が開始される。

［実施の形態の効果］
本実施の形態では、ノッキングの予兆が検出された後、筒内圧センサ２２の出力信号の処理と異常燃焼時の制御とが、同じマイコン（メインマイコン１１）で行われる。従って、サブマイコン１２で全ての筒内圧処理を行う場合とは異なり、マイコン間通信を行うことなく、異常燃焼の発生の検出後直ちに、異常燃焼時の点火遅角制御を開始できる。また、メインマイコン１１は、サブマイコン１２が異常燃焼の予兆を検出するまで、筒内圧センサ２２の出力信号の処理を行わない。以上より、本実施の形態によれば、エンジン２０を制御するサブマイコン１２の処理負荷の増大を抑制しつつ、異常燃焼時の制御の開始タイミングが遅れることを抑制できる。

［その他の実施の形態］
上記実施の形態において、サブマイコン１２の故障時にスイッチ１３を第２状態に切り替えてもよい。この場合、例えば、メインマイコン１１は、エンジン２０が低回転の時だけ、筒内圧センサ２２の出力信号の処理を行うようにしてもよい。

本発明は、筒内圧センサを用いてエンジン制御を行うエンジン制御装置などに適用可能である。

１０ エンジン制御装置
１１ メインマイコン（第１のマイコン）
１２ サブマイコン（第２のマイコン）
１３ スイッチ
２０ エンジン
２１ イグナイタ
２２ 筒内圧センサ

Claims (1)

1. エンジンを制御する第１のマイコンと、
   前記エンジンの気筒に取り付けられた筒内圧センサの計測値に基づいて前記気筒における異常燃焼の予兆を検出した場合に、予兆検出信号を出力する第２のマイコンと、
   前記予兆検出信号が入力された場合に、前記第２のマイコンが前記筒内圧センサに接続された第１状態から、前記第１のマイコンが前記筒内圧センサに接続された第２状態へ切り替わるスイッチとを備え、
   前記第１のマイコンは、前記スイッチが前記第２状態の期間に、前記筒内圧センサの計測値に基づいて前記異常燃焼の発生を検出した場合に、前記気筒に対して所定の制御を行う、エンジン制御装置。

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