JP4049823B2 - マルチシリンダ内燃機関におけるノッキング制御の方法 - Google Patents

Description

従来技術
従来技術、例えばハンドブック“Autoelektrik/Autoelektronik am Ottomotor/Bosch（第１版VDI-Verlag1987,ISBN3-18-419 106-0）”から、最適な回転トルクのための内燃機関の動作はノッキング限界のできるだけ近くで行われるべきであることが周知である。ノッキングは燃焼の制御できない形態であり、エンジンに損傷を与えかねない。この理由から点火角度は通常は常にノッキング限界に対してセーフティ間隔（Sicherheitsabstand）を有するように設計仕様される。しかし、ノッキング限界は燃料品質、エンジン状態及び環境条件に依存するので、遅角された点火角度のセーフティ間隔によってガソリン消費の悪化が発生しうる。それゆえ動作中にノッキング限界を検出し、点火角度をできるだけこのノッキング限界に近づけようという試みが行われている。ノッキング限界のできるだけ近くでの動作を保証するためにノックセンサが設けられており、このノックセンサはノッキングを検出し相応の信号を制御機器に供給する。通常は複数のシリンダに対してノックセンサが設けられ、このノックセンサがこれらのシリンダにおけるノッキングノイズを検出する。多数のシリンダを有する内燃機関又はシリンダの不利な配置を有する内燃機関では、例えばノックセンサの取り付け位置のために、ノックセンサが全シリンダを均等に良好にセンシングすることができない。この場合、できるだけ全てのシリンダのノイズを良好に評価できるように、エンジン当たり２つのノックセンサを使用する。
本発明の利点
主請求項の特徴部分記載のノッキング制御の本発明の方法は周知の方法に対して次のような利点を有する。すなわち、シリンダのそれぞれ１つの群にただ１つのノックセンサが配属され、シリンダ全てがこのノックセンサによって均等に良好にセンシングされなくても、マルチシリンダ内燃機関において全シリンダに対するノッキング制御が実施できる、という利点を有する。内燃機関の通常動作では個々のシリンダにおけるノッキング現象のために個々のシリンダ別のノッキング制御が実施される。例えば、非常に高い回転数のような所定の動作領域では主シリンダによるノッキング制御に切り換えられる。複数のシリンダの群に対してただ１つのノックセンサが適用されると、さらに次のような利点が得られる。すなわち、この１つのノックセンサの信号を評価しさえすればよく、これにより評価コストが低減され、結果的にコンピュータのキャパシティも自由になるという利点が得られる。シリンダの群から少なくとも１つのシリンダを１つ又は複数の主シリンダとして選択し、この１つ又は複数の選択されたシリンダが有利にはノックセンサによって最も良好にセンシングされるシリンダ群のシリンダであるか乃至は最もノッキング頻度の高いシリンダであるならば、この選択は次のような利点を有する。すなわち、このシリンダ又はこれらのシリンダにおけるノッキングによって全シリンダに対するノッキング制御が可能になるという利点を有する。このシリンダ群の他のシリンダは、従属的シリンダとして、この主シリンダ又はこれらの主シリンダにおけるノッキング現象に基づいてノッキング限界に沿って制御される。この結果、ノッキング限界における内燃機関のノッキングのない動作がより良好に行われる。さらに別の利点は、上記の従属的シリンダの１つにおいてノッキングが識別された場合、このシリンダにおけるノッキング調整だけが行われることである。これにより、全シリンダにおける点火調整がトリガされることが回避される。全シリンダにおける点火調整は回転トルクの低下を引き起こす。
従属請求項記載の特徴部分の構成によって主請求項記載の方法の有利な改善実施形態が可能である。とりわけ有利なのは、非常に強い回転トルク変化を回避するために、従属的シリンダの遅角調整が複数のステップで実施されることである。最終的に、主シリンダに対して従属的シリンダに点火角度遅角調整値のセーフティオフセット（Sicherheits-Offset）を重畳すると有利である。というのも、直接ノッキング限界で動作される主シリンダに比べて、これらの従属的シリンダではノッキング傾向が低減されているからである。
図面
本発明の実施例を図面に図示し、以下の記述においてくわしく説明する。
図１はノッキング制御の点火装置の原理的な構成を示し、
図２は主シリンダ及び従属的シリンダの点火角度の時間的な経過を示し、
図３はプログラムシーケンスにおける個々の方法ステップを示す。
実施例の記述
図１には概略的にマルチシリンダエンジンブロック１０が示されており、このマルチシリンダエンジンブロック１０にはノックセンサ１１が配属されている。ノックセンサとしては例えば固体伝播ノイズセンサ（Koerperschallsensor）又はシリンダ圧力センサが使用される。ノックセンサ１１の信号はノッキング評価回路１２に供給され、このノッキング評価回路１２はまた制御機器１３に接続されている。この制御機器１３は、回転数、負荷、供給電圧又は吸入管圧力のような複数のセンサによって検出される入力量１４に基づいて瞬時の特性マップ点火角度ＫＺＷ又は点火時点ＺＺＰを計算する。ノックセンサ評価回路１２はノッキングが発生すると相応の信号ＫＬを制御機器１３に出力する。この制御機器では、ノッキングの発生後に、特性マップ点火角度ＫＺＷ又は特性マップ点火時点ＫＺＺＰの調整が遅延の方向で惹起される。以下の記述では点火角度のシフトについてのみ記述する。しかし、点火時点の調整は同様のステップで時間のレベルで行われるだけである。この過程はシリンダに対してノッキングとして識別される燃焼毎に繰り返される。もはやノッキングが発生しない場合、先に遅角調整された点火角度はゆっくりと小さなステップでその特性マップ値まで進角の方向に引き戻される。この場合、この点火角度の戻し調整は、ノッキングのない燃焼（ＫＬ-frei）が所定の回数ｎだけ行われて初めて実施される。
図２には、ただ１つのシリンダが主シリンダとして使用される場合の、ノッキング動作及び非ノッキング動作の際の主シリンダＬＺ及び他の従属的シリンダＧＺの様々な点火角度経過が示されている。図２では信号経過ＺＷ（ＬＺ）によって主シリンダの点火角度が示されている。主シリンダＬＺは、例えばエンジンブロック又はシリンダバンクのシリンダの群から選択されたシリンダである。本発明の方法では選択されたシリンダＬＺにおいて燃焼条件が故意に予め変更され、このシリンダがまず最初にノッキングするようにされる。よって、主シリンダＬＺは最も大きなノッキング傾向を有するシリンダである。破線によって従属的シリンダの点火角度ＺＷ-ＧＺが示されている。従属的シリンダＧＺは例えばノックセンサの取り付け位置のためにあまり良好にはセンシングされない。この結果、従属的シリンダＧＺにおけるノッキングは事情によってはノッキングとして識別されない。従属的シリンダＧＺにおいてもノッキング制御を保証するために、主シリンダＬＺにおけるノッキング現象に基づいて全シリンダに対するノッキング制御が次のやり方で行われる。すなわち、主シリンダＬＺにおけるノッキングの発生の際にはこのシリンダ群の全シリンダにおいて、すなわち従属的シリンダＧＺにおいても点火角度の遅角調整が行われる。図２では時点ｔ₁で主シリンダにおけるノッキング現象ＫＬ-ＬＺが発生する。このノッキング現象ＫＬによって主シリンダの点火角度ＺＷ（ＬＺ）の遅角調整ＺＷ（遅角）が行われる。同時に他のシリンダの点火角度ＺＷ（ＧＺ）が遅角の方向に調整される。図２では時点ｔ1で始まる従属的シリンダの点火角度ＺＷ（ＧＺ）の遅角調整によって示されているように、従属的シリンダにおける遅角調整を複数のステップｓ１〜ｓ３で行うと有利である。この結果、大きな回転トルク変化は発生せず、このことによって穏やかなエンジン走行、すなわち比較的高い走行快適性が得られる。主シリンダのノッキングＫＬ-ＬＺの後に複数のステップｓ１、ｓ２、ｓ３で行われる従属的シリンダの遅角調整は、主シリンダの点火角度ＺＷ（ＬＺ）に対してこの従属的シリンダＧＺの点火角度のセーフティオフセットΔＺＷ-ＯＦが再び生成されるまで実施される。このセーフティオフセットΔＺＷ-ＯＦは、エンジン温度、負荷、回転数及び主シリンダの瞬時の遅角調整のような内燃機関のパラメータに依存して決定される。ノッキングのない燃焼が所定の回数（ｎＫＬ-frei）だけ行われた後で、全シリンダの「遅角」方向に調整された点火角度のステップ状の戻し調整が行われる。この全シリンダの点火角度の戻し調整はステップ状に行われ、この際主シリンダの点火角度は特性マップ点火角度にまで引き戻され、他のシリンダは主シリンダの点火角度に対してセーフティ間隔ΔＺＷ-ＯＦを保持する。図２では時点ｔ₃で主シリンダの点火角度の戻し調整が始まる。従属的シリンダＧＺでは時点ｔ_２でノッキング現象ＫＬ-ＧＺが発生する。ここで従属的シリンダの点火角度ＺＷ（ＧＺ）の遅角調整がただ１つのステップで「遅角」の方向で行われる。ノッキングが時点ｔ₂で発生したこの１つの従属的シリンダの点火角度の遅角調整ＺＷ-ＧＺは、ノッキング現象が発生したこの従属的シリンダにおいてのみ行われる。次いで、この従属的シリンダにおいて、ノッキングのない燃焼ＫＬ-freiが所定の回数ｎだけ行われた後で、点火角度は時点ｔ₄で「進角」方向に特性マップ点火角度へと引き戻される。シリンダの群の複数の主シリンダの点火角度から基準点火角度ＦＺＷが求められる場合、個々のシリンダに対する点火角度調整のこの記述が同様に妥当する。従属的シリンダのセーフティオフセットΔＺＷ-ＯＦは、基準点火角度ＦＺＷに対する間隔に関連している。
前述したように、選択された少なくとも１つの主シリンダＬＺに対して故意に予め燃焼条件の変更が行われる。この結果、この少なくとも１つの主シリンダは、ノッキングの危険にさらされた動作においてまず最初にノッキングを起こす。この故意に予め行われる燃焼条件の変更は例えば次のことを意味している。すなわち、主シリンダに対して出力される点火角度をノッキング限界の方向に変化させることを意味するか又は図２に関して記述したように、他の従属的シリンダに対してこの少なくとも１つの主シリンダの基準点火角度に比べてセーフティオフセットの分だけノッキング限界から遠ざかるように点火角度を変化させることを意味する。これらの他の従属的シリンダＧＺに対する制御量を変更する場合には、まず最初に制御機器によって主シリンダの点火角度がノッキング限界にできるだけ近いように決定され、次いでこの点火角度にセーフティオフセットΔＺＷ-ＯＦが加算される。従って、このセーフティオフセットΔＺＷ-ＯＦはノッキング限界に対するセーフティ間隔を表す。ノッキングのない燃焼が所定の回数ｎだけ行なわれた後で特性マップ点火角度の方向に点火角度の遅角調整の戻し調整が行われる場合にも、この少なくとも１つの主シリンダの基準点火角度ＦＺＷに対して従属的シリンダの点火角度のこのセーフティオフセットΔＺＷ-ＯＦが保持される。この従属的シリンダの点火角度がこの少なくとも１つの主シリンダの基準点火角度ＦＺＷからセーフティオフセットΔＺＷ-ＯＦの値の分だけ差を持った時に、従属的シリンダに対して行われる特性マップ点火角度ＫＺＷの方向への点火角度の戻し調整が終了される。
図３には本発明の方法を実施するための個々の方法ステップがプログラムシーケンスに図示されている。第１の方法ステップ３０では、回転数ｎ、負荷Ｌ、圧力ｐ及びノッキング信号Ｋのような内燃機関の瞬時の動作パラメータが検出される。次いで方法ステップ３１では、ノッキング現象ＫＬが検出されたかどうかが試問される。ノッキング現象ＫＬが発生した場合、方法ステップ３１のイエス出力側から方法ステップ３２に向かう。この方法ステップ３２では、識別されたノッキング現象は主シリンダで発生したのかどうか（ＫＬ-ＬＺ_i）が試問される。イエスの場合、方法ステップ３３で、相応する主シリンダの加算的に訂正された点火角度ＺＷＫ（ＬＺ_i）が、主シリンダの瞬時の点火角度と遅角調整との和（ＺＷ（ＬＺ_i）＋ＺＷ（遅角））から形成される。この場合、瞬時の点火角度は特性マップ点火角度か又は既に加算的に訂正された先行する点火角度でもよい。主シリンダの点火角度の場合と同様に、主シリンダのノッキング現象ＫＬの後で、方法ステップ３４において従属的シリンダＧＺの点火角度が遅角の方向にシフトされる。しかし、この場合従属的シリンダＧＺの点火角度の遅角シフトは主シリンダの場合のように１ステップではなく図２で示したように複数のステップｓ１、ｓ２、ｓ３で行われる。これはこの方法ステップにおいて点火角度の遅角調整値ＺＷ（遅角）の付加記号ｓｘで記されている。方法ステップ３３の出力側はさらに方法ステップ３５に導かれている。この方法ステップ３５では主シリンダi,j,kの訂正された点火角度から基準点火角度ＦＺＷが求められる。この場合、この基準点火角度ＦＺＷ＝ｆ（ＺＷＫ（ＬＺ_i,j,k））は主シリンダの点火角度の関数である。
方法ステップ３１で検出されたノッキング現象ＫＬが方法ステップ３２で主シリンダに割り当てられない場合には、方法ステップ３２のノー出力側から方法ステップ３６に導かれる。ここではノッキングが発生した従属的シリンダの訂正された点火角度ＺＷＫ（ＧＺ）が求められる。この場合従属的シリンダの点火角度ＺＷ（ＧＺ）に点火角度遅角調整値が加算される（ＺＷ（ＧＺ）＋ＺＷ（遅角））。
方法ステップ３１で瞬時の点火過程においてノッキングＫＬが発生していない場合には、方法ステップ３７でこのノッキングのない点火過程は主シリンダに割り当てられるのかどうかが試問される。イエスの場合、次の方法ステップ３８で主シリンダの瞬時の点火角度ＺＷ（ＬＺ）が特性マップ点火角度ＫＺＷに相応するのかどうかが試問される。ノーの場合、次の方法ステップ３９で既に所定の回数ｎだけノッキングのない燃焼ＫＬ-freiが行われたのかどうかが試問される。イエスの場合、方法ステップ４０で主シリンダの点火角度ＺＷ（ＬＺ）が遅角調整の戻し調整のために特性マップ点火角度ＫＺＷへとインクリメントＩＮＣだけ方向「進角」に訂正される。ノッキングのない燃焼ＫＬ-freiがまだ所定の回数だけ行われていない場合には、点火角度は保持されたままである。
方法ステップ３１でノッキングなしと識別された燃焼が主シリンダではなく、この評価された点火過程が従属的シリンダ（ＧＺ_i）で発生していた場合、方法ステップ４１でこの従属的シリンダの点火角度ＺＷ（ＧＺ_i）がセーフティオフセットΔＺＷ-ＯＦを重畳されて計算された基準点火角度よりも大きいのか又は等しいのかどうか、すなわちＺＷ（ＧＺ_i）≧ＦＺＷ＋ΔＺＷ-ＯＦが成立するのかどうかが評価される。従って、この方法ステップ４１では、従属的シリンダの点火角度と１つの又は複数の主シリンダの点火角度から形成される基準点火角度との間の差がセーフティオフセットの値の分だけあるかどうかが試問される。この従属的シリンダの点火角度と基準点火角度との間の差がこのセーフティオフセットよりも大きい場合、方法ステップ４１のイエス出力側から方法ステップ４２に向かう。この方法ステップ４２ではこの従属的シリンダにおいてすでに所定の回数だけノッキングのない燃焼が行われたかどうかが監視される。この結果、先に行われた点火角度の遅角調整が方法ステップ４３で再び調整され、この点火角度はステップ状にインクリメントＩＮＣだけ方向「進角」に変化される。方法ステップ４１でこの従属的シリンダの点火角度と基準点火角度との間の差がこのセーフティオフセットよりも小さい場合、ノー出力側から方法ステップ４４に向かう。この方法ステップ４４では今ちょうど評価された従属的シリンダの訂正された点火角度ＺＷＫ（ＧＺ_i）が計算される。この場合、この従属的シリンダの先の点火角度ＺＷ（ＧＺ_i）がステップｓ_xだけ遅角の方向に調整される。（ＺＷＫ（ＧＺ_i）＝ＺＷ（ＧＺ_i）＋ｓ_xＺＷ（遅角））。方法ステップ４２でこのシリンダにおいてノッキングのない燃焼がまだ所定の回数ｎだけ行われていないと検出された場合、「進角」方向に戻し調整はまだ行われず、先の点火角度が保持される。
従って、ノッキング現象が発生しているか及びどのシリンダでノッキング現象が発生しているかに応じて、このプログラムシーケンスの相応の経路が点火角度決定のために使用される。しかし、いずれにせよ、この方法の終了時には、評価されたシリンダの点火角度はこのシリンダにおける後続の点火過程に対して確定している。
このため方法ステップ３３、３８、３９及び４０の出力側は方法ステップ４５に接続されている。この方法ステップ４５では主シリンダの算出された点火角度ＺＷ（ＬＺ）が記憶される。
同様に方法ステップ３４、３６、４２、４３及び４４の出力側は方法ステップ４６に接続されている。この方法ステップ４６では従属的シリンダの点火角度ＺＷ（ＧＺ_i）がこのシリンダにおける後続の点火過程のための点火角度として記憶される。
両方の方法ステップ４５及び４６は方法ステップ４７に合流し、この方法を次の点火過程に対して新たに開始する。

Claims (6)

1. マルチシリンダ内燃機関におけるノッキング制御の方法において、
   それぞれのシリンダ群にノックセンサが配属されており、該ノックセンサは群のシリンダにおける全燃焼のノッキング信号を検出し、制御機器に供給し、
   当該制御機器は個々のシリンダに対する点火の制御量を、回転数が低い領域においては個々のシリンダにおけるノッキング現象に基づいてシリンダ選択的に決定し、
   前記制御機器は回転数が高い領域においては前記各群の少なくとも１つのシリンダを主シリンダとして選択し、
   当該主シリンダ（ＬＺ）は点火角度（ＺＷ（ＬＺ））によって制御され、該点火角度（ＺＷ（ＬＺ））は他のシリンダ（ＧＺ）の点火角度に比べてノッキング限界により近く、
   前記主シリンダにおけるノッキング現象（ＫＬ-ＬＺ）の際に、この群の主シリンダ（ＬＺ）及び他のシリンダ（ＧＺ）に対して点火角度の遅角調整（ＺＷ（遅角））が行われる、マルチシリンダ内燃機関におけるノッキング制御の方法。
2. 他のシリンダのうちの１つにおけるノッキング現象（ＫＬ-ＧＺ）の際に、このシリンダにおける遅角調整だけが行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 少なくとも１つの主シリンダの点火角度に、他のシリンダの点火角度を決定するために、ノッキング限界から遠ざかる方向にセーフティオフセット（ΔＺＷ-ＯＦ）を重畳することを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 他のシリンダの点火角度（ＺＷ（ＧＺ））の遅角調整は、主シリンダ（ＬＺ）におけるノッキング現象（ＫＬ）の後で複数の比較的小さいステップ（ｓ１、ｓ２、ｓ３）で行われることを特徴とする請求項１〜３までのうちの１項記載の方法。
5. 主シリンダの点火角度（ＺＷ（ＬＺ））の遅角調整（ＺＷ（遅角））は、前記主シリンダ（ＬＺ）におけるノッキング現象（ＫＬ）の後で唯一つのステップで行われることを特徴とする請求項１〜４までのうちの１項記載の方法。
6. シリンダの群から複数の主シリンダが、とりわけノックセンサによって最も良好にセンシングされるシリンダが選択されることを特徴とする請求項１〜５までうちの１項記載の方法。

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