JP2004340077A

JP2004340077A - 可変気筒式内燃機関のノッキング制御装置

Info

Publication number: JP2004340077A
Application number: JP2003139594A
Authority: JP
Inventors: Shunji Takahashi; 俊司高橋; Toshihiko Sato; 佐藤　　敏彦
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-12-02
Also published as: US20040226539A1; US6863052B2; CN1324228C; CN1550653A; DE102004022492A1

Abstract

【課題】気筒休止機構の故障時におけるノッキングの誤判定を回避することにより、点火時期のノッキング制御を適切に行うことができ、それにより、エンジンストールを防止し、触媒の劣化を抑制することができる可変気筒式内燃機関のノッキング制御装置を提供する。
【解決手段】全気筒＃１〜＃６を運転する全気筒運転モードと、一部の気筒＃１〜＃３を休止する部分気筒運転モードとに切り換え可能な可変気筒式内燃機関のノッキング制御装置１２であって、可変気筒式内燃機関１のノッキングを検出するノッキング検出手段５，８と、ノッキングの検出時に点火時期を補正するノッキング制御を行うノッキング制御手段５と、気筒休止機構２の故障を判定する故障判定手段５と、気筒休止機構２の故障時に、ノッキング制御を中止するノッキング制御中止手段５と、を備えている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の気筒のすべてを運転する全気筒運転モードと、複数の気筒のうちの一部の気筒の運転を気筒休止機構により休止する部分気筒運転モードとに切り換え可能な可変気筒式内燃機関のノッキング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の可変気筒式内燃機関のノッキング制御装置として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関では、全気筒運転モードのときに４気筒すべてが運転され、部分気筒運転モードのときには、気筒休止機構により、４気筒のうちの２気筒が休止される。また、この内燃機関には、ノッキングを検出するためのノックセンサが設けられている。このノックセンサは、各気筒ごとに内燃機関の振動を検出し、ノッキング検出信号を出力する。このノッキング制御装置では、出力されたノッキング検出信号に基づき、そのノッキング検出信号が、ノッキングまたは吸排気弁の開閉に伴って発生する着座ノイズのいずれであるかが判定される。具体的には、ノッキング検出信号の振動レベルが閾値以上のときには、ノッキングが発生していると判定され、この振動レベルが閾値未満のときには、そのノッキング検出信号が着座ノイズと判定される。そして、ノッキングが発生していると判定されたときには、ノッキングを抑制するために、内燃機関の運転状態に基づいて設定した基本点火時期を遅角側に補正するノッキング制御が実行される。
【０００３】
また、このノッキング制御装置では、部分気筒運転モード用の閾値を全気筒運転モード用の閾値よりも大きな値に設定するように構成されており、それにより、両運転モードで閾値を一律に設定することによるノッキングの誤判定を回避するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１０３０６０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、この従来の可変気筒式内燃機関のノッキング制御装置では、ノックセンサで検出された振動レベルが閾値以上であるか否かに応じて、ノッキングまたは着座ノイズの判定が行われている。しかし、上述したノッキング制御装置では、例えば、気筒休止機構の故障などにより、設定した運転モードに制御できず、実際の運転気筒数を判別できないような場合には、閾値を適切に設定できないという問題がある。
【０００６】
例えば、気筒休止機構の故障により、部分気筒運転モードから全気筒運転モードへ切り換えようとしても、全気筒運転モードへ正常に復帰することができないときには、実際の運転気筒数が全気筒運転モードでの本来の運転気筒数よりも少なくなってしまう。したがって、この状態で全気筒運転モード用のより小さな閾値を用いてノッキング判定を行った場合には、実際にはノッキングが発生していないにもかかわらず、着座ノイズをノッキングと誤判定するおそれがある。その場合には、ノッキングの誤検出によって、点火時期が誤って遅角側へ補正され、それにより、排気ガスの温度が上昇し、触媒の劣化を早めるおそれがある。
【０００７】
また、気筒休止機構の故障パターンが上記とは逆で、全気筒運転モードから部分気筒運転モードへの切り換えができないときには、正常に気筒の休止がなされずに、全気筒が継続して運転される。この状態で部分気筒運転モード用のより大きな閾値を用いてノッキング判定を行った場合には逆に、実際にはノッキングが発生しているにもかかわらず、ノッキングと判定されず、ノッキングを正確に検出することができないおそれがある。その場合には、ノッキングが発生している状態で、点火時期の遅角側への補正が行われず、点火時期が誤って進角側に制御され続けるため、エンジンストールに至ってしまう。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、気筒休止機構の故障時におけるノッキングの誤判定を回避することにより、点火時期のノッキング制御を適切に行うことができ、それにより、エンジンストールを防止し、触媒の劣化を抑制することができる可変気筒式内燃機関のノッキング制御装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数の気筒＃１〜＃６のすべてを運転する全気筒運転モードと、複数の気筒＃１〜＃６のうちの一部の気筒＃１〜＃３の運転を気筒休止機構２により休止する部分気筒運転モードとに切り換え可能な可変気筒式内燃機関１のノッキング制御装置１２であって、可変気筒式内燃機関１のノッキングを検出するノッキング検出手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ノックセンサ８、ＥＣＵ５）と、ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたときに点火時期を遅角側に補正するノッキング制御を行うノッキング制御手段（ＥＣＵ５、図２のステップ２）と、気筒休止機構２が故障しているか否かを判定する故障判定手段（ＥＣＵ５、図２のステップ１）と、故障判定手段により気筒休止機構２が故障していると判定されたときに、ノッキング制御手段によるノッキング制御を中止するノッキング制御中止手段（ＥＣＵ５、図２のステップ４）と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、内燃機関の運転モードが全気筒運転モードと部分気筒運転モードとに切り換えられ、部分気筒運転モードでは、気筒休止機構により一部の気筒の運転が休止される。また、ノッキング検出手段によってノッキングが検出されると、ノッキング制御手段によって、点火時期を遅角側に補正するノッキング制御が行われる。また、故障判定手段によって気筒休止機構が故障していると判定されると、ノッキング制御中止手段によってノッキング制御が中止される。気筒休止機構が故障し、実際の運転気筒数が正確に把握できないような状況では、ノッキング検出手段によるノッキング検出の信頼性が損なわれる。したがって、気筒休止機構が故障していると判定されたときにノッキング制御を中止することによって、ノッキングの誤検出による悪影響を排除しながら、点火時期を適切に制御することができる。これにより、全気筒運転モードへの復帰が行えないパターンの故障の場合には、エンジンストールを防止でき、また、部分気筒運転モードへの切り換えが行えないパターンの故障の場合には、触媒の劣化を抑制することができる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の可変気筒式内燃機関１のノッキング制御装置１２において、ノッキング制御手段によるノッキング制御の実行中にノッキング制御に関する学習を行う学習手段（ＥＣＵ５、図２のステップ３）と、ノッキング制御中止手段によりノッキング制御が中止されたときに、学習手段による学習を禁止する学習禁止手段（ＥＣＵ５、図２のステップ５）と、をさらに備えていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、学習手段によって、ノッキング制御に関する学習が行われる。また、ノッキング制御が中止された場合には、学習禁止手段によって、学習手段による学習が禁止される。前述したように、気筒休止機構が故障した場合には、実際の運転気筒数が正確に把握できないために、ノッキング制御に関する学習を行ったとしても、得られた学習値は信頼性に乏しい。したがって、そのような状況では、学習を禁止することによって、信頼性に乏しい学習値を用いることなく、ノッキング制御を適切に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態によるノッキング制御装置１２を適用した可変気筒式内燃機関を示している。この可変気筒式内燃機関（以下「エンジン」という）１は、図示しない車両に搭載されたＶ型６気筒のＤＯＨＣガソリンエンジンである。
【００１４】
同図に示すように、エンジン１は、右バンク１Ｒの３つの気筒＃１、＃２、＃３と、左バンク１Ｌの３つの気筒＃４、＃５、＃６を備えている。このエンジン１では、運転モードが全気筒運転モードと部分気筒運転モードに切り換えて運転される。また、右バンク１Ｒには、部分気筒運転モードを実行するための気筒休止機構２が設けられている。
【００１５】
気筒休止機構２は、油路３ａ，３ｂを介して油圧ポンプ（図示せず）に接続されている。また、油圧ポンプと気筒休止機構２の間には、吸気弁用および排気弁用の電磁弁４ａ，４ｂが配置されている。これらの電磁弁４ａ，４ｂはいずれも、後述するＥＣＵ５に電気的に接続された常閉型のものであり、ＥＣＵ５からの駆動信号によりＯＮされたときに、油路３ａ，３ｂをそれぞれ開放する。部分気筒運転モードのときには、電磁弁４ａ，４ｂがいずれもＯＮされ、油路３ａ，３ｂを開放することにより、気筒休止機構２に対して油圧ポンプからの油圧が供給される。これにより、右バンク１Ｒの気筒＃１〜＃３において、吸気弁と吸気カムの間および排気弁と排気カム（いずれも図示せず）の間が遮断されることで、吸気弁および排気弁が休止状態（閉鎖状態）に保持される。
【００１６】
一方、全気筒運転モードのときには、上記とは逆に、電磁弁４ａ，４ｂがともにＯＦＦされ、油路３ａ，３ｂを閉鎖することにより、油圧ポンプから気筒休止機構２への油圧の供給が停止される。これにより、右バンク１Ｒの気筒＃１〜＃３において、吸気弁と吸気カムの間および排気弁と排気カムの間の遮断状態が解除されることで、吸気弁および排気弁が可動状態になる。
【００１７】
６つの気筒＃１〜＃６には、インテークマニホールド６ａを介して吸気管６が接続されている。インテークマニホールド６ａの各分岐部６ｂには、各気筒の吸気ポート（図示せず）に臨むようにインジェクタ７が取り付けられている。これらのインジェクタ７は、ＥＣＵ５からの駆動信号によって制御され、全気筒運転モードのときには、すべてのインジェクタ７から燃料が各分岐部６ｂ内に噴射される。一方、部分気筒運転モードのときには、右バンク１Ｒの３つのインジェクタ７からの燃料噴射が停止するように制御される。
【００１８】
以上のように、部分気筒運転モードのときには、吸気弁および排気弁の休止と、インジェクタ７からの燃料噴射の休止とによって、右バンク１Ｒの３つの気筒＃１〜＃３が休止される。一方、全気筒運転モードのときには、６つの気筒＃１〜＃６がすべて運転される。
【００１９】
さらに、エンジン１の右バンク１Ｒおよび左バンク１Ｌには、ノックセンサ８（ノッキング検出手段）がそれぞれ取り付けられている。これらのノックセンサ８，８は、圧電素子タイプのものであり、右バンク１Ｒおよび左バンク１Ｌの振動をそれぞれ検出し、その検出信号（以下「ノッキング検出信号」という）をＥＣＵ５に出力する。
【００２０】
また、ＥＣＵ５には、ＬＡＦセンサ９、エンジン回転数センサ１０およびアクセル開度センサ１１が接続されている。ＬＡＦセンサ９は、排気ガス中の酸素濃度ＶＬＡＦをリニアに検出し、その酸素濃度ＶＬＡＦに比例する検出信号をＥＣＵ５に出力する。エンジン回転数センサ１０はエンジン回転数ＮＥを検出し、アクセル開度センサ１１はエンジン１を搭載した車両のアクセルペダル（ともに図示せず）の踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出し、それらの検出信号をＥＣＵ５に出力する。また、エンジン回転数センサ１０は、エンジン１の回転に伴い、気筒＃１〜＃６におけるピストン（図示せず）の吸気行程前の上死点位置付近のタイミングで、ＴＤＣ信号をＥＣＵ５に出力する。
【００２１】
ＥＣＵ５は、本実施形態において、ノッキング検出手段、ノッキング制御手段、故障判定手段、ノッキング制御中止手段、学習手段および学習禁止手段を構成するものであり、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。上記の各種センサ８〜１１の検出信号は、Ｉ／Ｏインターフェースを介して後述するＣＰＵに入力される。
【００２２】
ＣＰＵは、これらの検出信号に基づき、ＲＯＭに記憶されたプログラムなどに従って、エンジン１の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、以下のような各種の制御処理を実行する。まず、エンジン１を全気筒運転モードと部分気筒運転モードのいずれで運転するかを決定する。具体的には、エンジン回転数ＮＥが所定の範囲内（例えば１０００〜３５００ｒｐｍ）にあるとき、またはアクセル開度ＡＰがエンジン回転数ＮＥに応じてあらかじめ設定されたテーブル値を下回っているときに、部分気筒運転モードを実行する一方、それ以外のときに全気筒運転モードを実行する。
【００２３】
また、ＥＣＵ５は、ノックセンサ８で検出されたノッキング検出信号に基づいてノッキング制御を実行する。図２は、このノッキング制御処理を示している。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。
【００２４】
同図に示すように、まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同様）において、気筒休止機構２が故障しているか否かを判定する。図３は、この気筒休止機構２の判定処理のサブルーチンを示している。この判定処理は、例えば次のようにして行われる。すなわち、運転モードを部分気筒運転モードから全気筒運転モードに切り換える際、右バンク１Ｒの気筒＃１〜＃３への燃料供給を停止した状態で、気筒休止機構２への油圧の供給を停止することで吸排気弁を可動状態になるように制御する。
【００２５】
この状態で検出された酸素濃度ＶＬＡＦを所定値と比較し、比較結果に基づいて気筒休止機構２が故障しているか判定する。すなわち、右バンク１Ｒの気筒＃１〜＃３が故障していることにより、吸排気弁を可動状態になるように制御したにもかかわらず吸排気弁が閉鎖状態に保持される場合には、酸素濃度ＶＬＡＦがほとんど変化せず、そのため、酸素濃度ＶＬＡＦが所定値に達することがない。したがって、酸素濃度ＶＬＡＦが所定値よりも小さいときに、部分気筒運転モードから全気筒運転モードへ正常に復帰できないパターンの故障が気筒休止機構２に発生していると判定することができる。
【００２６】
一方、右バンク１Ｒの気筒＃１〜＃３が正常な場合には、酸素濃度ＶＬＡＦが、気筒＃１〜＃３の排気弁の開放直後からそれ以前よりも大きな変化度合で増大する。したがって、酸素濃度ＶＬＡＦが所定値以上のときに、気筒休止機構２が正常であると判定することができる。
【００２７】
同様に、運転モードを全気筒運転モードから部分気筒運転モードに切り換える際、右バンク１Ｒの気筒＃１〜＃３への燃料供給を停止した状態で、吸排気弁が休止状態になるように制御する。そして、この状態で検出された酸素濃度ＶＬＡＦが所定値よりも大きいときには、吸排気弁を休止状態になるように制御したにもかかわらず吸排気弁が作動状態のままであるとして、全気筒運転モードから部分気筒運転モードに切り換えができないパターンの故障が気筒休止機構２に生じていると判定することができる。
【００２８】
図２に戻り、前記ステップ１の判別結果がＮＯで、気筒休止機構２が正常のときには、ステップ２に進み、ノックセンサ８からのノッキング検出信号に応じてノッキング制御を実行する。
【００２９】
具体的には、ノッキング検出信号により表される振動レベルが所定のノッキング判定値よりも小さいときには、そのノッキング検出信号を着座ノイズと判定し、ノッキング判定値以上のときには、ノッキングであると判定する。また、このノッキング判定値は、全気筒運転モードと部分気筒運転モードの各運転モードごとに別個に設定される。このようなノッキング判定値の設定により、それぞれの運転モードにおいてノッキング判定を適切に行うことができる。そして、ノッキングが発生していると判定された場合には、ノッキングを抑制するために、エンジン１の運転状態に基づいて設定した基本点火時期からノッキング補正項を減算することによって、点火時期を遅角側へ補正する。
【００３０】
ステップ２に続くステップ３では、ノッキング制御に関する学習値を算出し、本処理を終了する。この学習値算出処理では、点火時期の補正項の１つとして用いられるオクタン価推定値の学習値を次のようにして算出する。まず、最低オクタン価燃料を用いたときに発生するノッキングの限界点火時期に相当する基準点火時期と、ノッキング検出信号に基づいて検出された実際のノッキング発生点火時期との関係から、現在使用されている燃料のオクタン価を推定し、今回のオクタン価推定値とする。次に、今回のオクタン価推定値と前回までに得られている学習値を、重み係数を用いて加重平均することによって、オクタン価推定値の学習値を算出する。このようにして求めた学習値は、補正項の１つとして、基本点火時期に加算され、それにより点火時期が進角側に補正される。これにより、実際に用いている燃料のオクタン価に応じたノッキング特性を反映させながら、点火時期がノッキングが発生しない限界付近に設定される。
【００３１】
図２に戻り、ステップ１の判別結果がＹＥＳのとき、すなわち気筒休止機構２が故障していると判定されたときには、ステップ４へ進み、ノッキング制御を中止する。すなわち、ノッキング検出信号に基づくノッキング判定に応じた点火時期の補正を行わないようにする。ステップ４に続くステップ５では、ノッキング制御に関する学習値の算出を禁止し、本処理を終了する。この場合には、オクタン価推定値の学習値は、例えば最低オクタン価燃料のオクタン価値に設定される。
【００３２】
以上のように、本実施形態のノッキング制御装置１２によれば、気筒休止機構２が故障と判定した場合には、ノッキング制御を中止するため、ノッキング検出信号に基づくノッキング判定に応じた点火時期の補正は行われない。本実施形態では、気筒休止機構２の故障をパターン別に判定できるものの、故障時に気筒＃１〜＃３のうちのすべてまたは一部が故障しているかについては判定できない。このように、実際の運転気筒数が正確に把握できないような状況では、ノッキング検出信号に基づくノッキング判定の信頼性が損なわれる。したがって、気筒休止機構２が故障していると判定されたときにノッキング制御を中止することによって、ノッキングの誤検出による悪影響を排除しながら、点火時期を適切に制御することができる。
【００３３】
これにより、全気筒運転モードへの復帰が行えないパターンの故障の場合には、ノッキングを着座ノイズと誤判定することにより点火時期の遅角側への補正が行われないという事態を回避でき、したがって、エンジンストールを防止することができる。これとは逆に、部分気筒運転モードへの切り換えが行えないパターンの故障の場合には、着座ノイズをノッキングと誤判定することにより点火時期が誤って遅角側へ補正されるという事態を回避でき、したがって、触媒の劣化を抑制することができる。
【００３４】
また、気筒休止機構２に故障が生じ、ノッキング制御が中止された場合には、オクタン価推定値の学習値の算出が禁止される。前述したように、気筒休止機構２が故障した場合には、実際の運転気筒数が正確に把握できないため、オクタン価推定値の学習値の算出を行ったとしても、得られた学習値は信頼性に乏しい。したがって、そのような状況では、学習値の算出を禁止することによって、信頼性に乏しい学習値を用いることなく、オクタン価推定値による点火時期の補正を適切に行うことができる。
【００３５】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、説明した実施形態は、部分気筒運転モードを実行する際、右バンク１Ｒの３つの気筒＃１〜＃３の運転を休止するように構成した例であるが、部分気筒運転モードの実行中に休止される気筒数は、これに限らないことは言うまでもない。例えば、Ｎ気筒の可変気筒式内燃機関において、１〜Ｎ−１個の任意の数の気筒を休止するように構成してもよい。また、ノッキング制御に関する学習値として、オクタン価推定値の学習値を算出しているが、ノッキング制御に関する他のパラメータの学習値を算出してもよい。さらに、ノックセンサ８，８をバンク１Ｒ，１Ｌごとに設けたが、これに代えてエンジン１全体として１つだけ設けてもよく、また、気筒＃１〜＃６ごとに設けてもよい。前者の場合、部品点数の削減によって製造コストを低減でき、後者の場合、各気筒ごとにノッキングを検出できるため、より正確なノッキング制御が行える。また、本発明のノッキング制御装置は、本実施形態における車両に搭載された可変気筒式内燃機関に限らず、クランクシャフトを鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンなどを含む、様々な産業用の可変気筒式内燃機関に適用することが可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の可変気筒式内燃機関のノッキング制御装置は、気筒休止機構の故障時におけるノッキングの誤判定を回避することにより、点火時期のノッキング制御を適切に行うことができ、それにより、エンジンストールを防止し、触媒の劣化を抑制することができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるノッキング制御装置を適用した可変気筒式内燃機関の構成を示す図である。
【図２】ノッキング制御処理を示すフローチャートである。
【図３】気筒休止機構の故障判定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１内燃機関
＃１〜＃３右バンクの気筒（複数の気筒、一部の気筒）
＃４〜＃６左バンクの気筒（複数の気筒）
２気筒休止機構
５ＥＣＵ（ノッキング検出手段、ノッキング制御手段、故障判定手段、ノッキング制御中止手段、学習手段および学習中止手段）
８ノックセンサ（ノッキング検出手段）
１２ノッキング制御装置

Claims

複数の気筒のすべてを運転する全気筒運転モードと、前記複数の気筒のうちの一部の気筒の運転を気筒休止機構により休止する部分気筒運転モードとに切り換え可能な可変気筒式内燃機関のノッキング制御装置であって、
前記可変気筒式内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出手段と、
当該ノッキング検出手段によりノッキングが検出されたときに点火時期を遅角側に補正するノッキング制御を行うノッキング制御手段と、
前記気筒休止機構が故障しているか否かを判定する故障判定手段と、
当該故障判定手段により前記気筒休止機構が故障していると判定されたときに、前記ノッキング制御手段による前記ノッキング制御を中止するノッキング制御中止手段と、
を備えることを特徴とする可変気筒式内燃機関のノッキング制御装置。
前記ノッキング制御手段による前記ノッキング制御の実行中に当該ノッキング制御に関する学習を行う学習手段と、
前記ノッキング制御中止手段により前記ノッキング制御が中止されたときに、前記学習手段による学習を禁止する学習禁止手段と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の可変気筒式内燃機関のノッキング制御装置。