JP2004346876A - エンジンのノッキング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火時期の遅角量を極力抑えつつノッキングを迅速に抑制し、応答性が比較的遅い可変バルブタイミング機構でも十分にノッキングを抑制して、エンジンの出力低下、排気温度上昇、燃費悪化等を防止する。
【解決手段】ノッキングが発生すると、ノック強度に応じて遅角値が設定され、この遅角値を積算した点火時期遅角量ＴＲＮＫによって点火時期が遅角されることで、ノッキングを迅速に抑制する。そして、ノッキングの発生が続いている間、点火時期遅角量ＴＲＮＫが遅角値によってステップ的に積算・増加され、やがて、閾値ＡＲを越える時間が設定時間Ａに達したとき、バルブタイミングが遅角されてエンジンの実圧縮比が低下され、ノッキングが効果的に抑制される。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのノッキング制御装置に関し、より詳細には、エンジンのクランク軸とカム軸との間の回転位相を調整する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンのノッキング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンにノッキングが発生した場合には、点火時期を遅角させてノッキングを抑制するようにしている。すなわち、点火時期を遅角させると、燃焼室内での混合気の着火時期が遅くなるため、ノッキングが生じにくくなり、ノッキング発生時には、点火時期を遅角させることによりノッキング抑制を行うことができる。
【０００３】
しかしながら、点火時期を遅角させると、混合気の燃焼過程が全体的に遅延することになるため、爆発行程で燃焼ガスの熱エネルギーが完全に運動エネルギに変換される前に排気弁が開弁して燃焼ガスが排出されるようになり、エンジンの出力低下、排気温度の上昇、燃費悪化等が生じるという問題がある。
【０００４】
このため、例えば、特開平８−３３８２９５号公報には、クランク軸に対するカム軸の位相を変えることによりバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構を備えたエンジンにおいて、点火時期の遅角とバルブタイミングの遅角とを併用し、ノッキングが強いときには、点火時期の遅角で回避し、弱いノッキングは、バルブタイミングの遅角で回避する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３３８２９５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の先行技術では、ノッキングが強いときには、点火時期の遅角量を大きくしなければならず、エンジン出力、排気温度、燃費を犠牲にせざるを得ない。また、弱いノッキングに対して可変バルブタイミング機構によりバルブタイミングを遅角させる場合であっても、可変バルブタイミング機構の作動は、エンジンの燃焼サイクルに比較して遅いため、直ちにノッキングを回避することはできず、その間、運転性が悪化するばかりでなく、エンジンの耐久性低下を招く原因となる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、点火時期の遅角量を極力抑えつつノッキングを迅速に抑制し、応答性が比較的遅い可変バルブタイミング機構でも十分にノッキングを抑制して、エンジンの出力低下、排気温度上昇、燃費悪化等を防止することのできるエンジン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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、エンジンにノッキングが発生したとき、ノック強度を検出する手段と、上記ノック強度に応じて点火時期遅角量の増分を設定し、この増分値に基づく点火時期遅角量により点火時期を遅角させる手段と、上記点火時期遅角量が閾値を越える時間が設定時間継続したとき、所定の遅角量でバルブタイミングを遅角させる手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
その際、ノッキングが消滅した後は、点火時期遅角量を漸次的に減少させることが望ましく、点火時期の急激な進角化によるショックの発生を回避して円滑に通常状態の点火時期に移行させることができる。
【００１０】
また、バルブタイミングの遅角量は、エンジン回転数に応じて設定し、低回転時は、高回転時に比較して上記バルブタイミングの遅角量を小さくすることが望ましく、回転数域で異なるノッキングの抑制効果に対し、全回転数域でバルブタイミングによるノッキングの抑制を確実なものとすることができる。
【００１１】
また、ノッキングが消滅した後、点火時期遅角量が設定値未満の状態が設定時間継続したとき、バルブタイミングを所定量進角させることが望ましく、急激なエンジン運転状態の変化を回避しつつ迅速に通常のエンジン運転状態に応じたバルブタイミングに復帰させることができる。
【００１２】
また、低回転・低負荷運転時には、バルブタイミングの遅角を実施しないことが望ましく、筒内の残留ガス濃度が高く、燃焼状態が必ずしも良好とは言えない低回転・低負荷運転時において、バルブタイミング遅角による実圧縮比の低下に伴う燃焼状態の悪化を未然に回避し、運転性の悪化を防止することができる。
【００１３】
バルブタイミングを遅角させる場合の点火時期遅角量の閾値は、エンジン負荷に基づいて設定することが望ましく、強いノッキングが発生し易い高負荷の運転状態では、バルブタイミングを緻密に制御してノッキングの抑制と燃費悪化の回避とを両立することができ、また、比較的低負荷の運転状態では、バルブタイミングの変更を少なく抑え、システムの信頼性を向上することが可能となる。
【００１４】
更に、バルブタイミングの遅角を実施するときには、バルブタイミングの遅角量に基づいて排気ガス還流量を減少させることが望ましく、バルブタイミングの遅角による燃焼悪化を補うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施の第１形態に係わり、図１は可変バルブタイミング機構付きエンジンの全体構成図、図２及び図３はノッキング制御ルーチンのフローチャート、図４は点火時期遅角とバルブタイミング遅角との関係を示すタイムチャートである。
【００１６】
先ず、図１に基づいてエンジンの全体構成について説明する。同図において、符号１は、可変バルブタイミング機構付きエンジン（以下、単に「エンジン」と略記する）であり、図においては、シリンダブロック１ａがクランク軸１ｂを中心として左右２つのバンク（図の右側が左バンク、左側が右バンク）に分割される水平対向型４気筒エンジンを示す。このエンジン１のシリンダブロック１ａの左右両バンクには、シリンダヘッド２がそれぞれ設けられ、各シリンダヘッド２に、吸気ポート２ａと排気ポート２ｂとが気筒毎に形成されている。
【００１７】
シリンダヘッド２の各吸気ポート２ａにはインテークマニホルド３が連通され、このインテークマニホルド３に各気筒の吸気通路が集合するエアチャンバ４を介して、アクセルペダルに連動するスロットル弁５ａが介装されたスロットルチャンバ５が連通されている。そして、このスロットルチャンバ５の上流に吸気管６を介してエアクリーナ７が取付けられ、このエアクリーナ７に接続されるエアインテーク通路にチャンバ８が連通されている。
【００１８】
また、吸気管６にはスロットル弁５ａをバイパスするバイパス通路９が接続されており、このバイパス通路９に、アイドル時にその弁開度によって該バイパス通路９を流れるバイパス空気量を調整することでアイドル回転数を制御するアイドル制御弁１０が介装されている。また、インテークマニホルド３の各気筒の吸気ポート２ａの直上流にインジェクタ１１が配設され、シリンダヘッド２の各気筒毎に、放電電極を燃焼室に露呈すると共に点火コイル及びイグナイタを端子部に一体的に取付けた点火プラグ１２が配設されている。
【００１９】
更に、シリンダヘッド２の各排気ポート２ｂにエキゾーストマニホルド１３が連通され、このエキゾーストマニホルド１３の集合部に排気管１４が連通されている。この排気管１４には触媒コンバータ１５が介装され、マフラ１６に連通されている。
【００２０】
また、エンジン１の排気系から吸気系へ排気ガスを還流させるため、一方のバンクのエキゾーストマニホルド１３から排気ガス還流（ＥＧＲ）通路１７が延出され、エアチャンバ４に連通されている。ＥＧＲ通路１７には、ＥＧＲ量を調整するためのＥＧＲ弁１８が介装されており、このＥＧＲ弁１８の開度に応じて排気ガスの一部が吸気系に還流される。
【００２１】
一方、左右バンクの各シリンダヘッド２内に、それぞれ吸気カム軸１９、排気カム軸２０が配設され、クランク軸１ｂの回転が、各吸気カム軸１９、各排気カム軸２０に、クランク軸１ｂに固設されたクランクプーリ２１、タイミングベルト２２、吸気カム軸１９に介装された吸気カムプーリ２３、排気カム軸２０に固設された排気カムプーリ２４等を介して伝達される。そして、吸気カム軸１９に設けられた吸気カム、及び排気カム軸２０に設けられた排気カムにより、それぞれクランク軸１ｂと２対１の回転角度に維持される各カム軸１９，２０の回転に基づいて、吸気バルブ２５、排気バルブ２６が開閉駆動される。
【００２２】
左右バンクの各吸気カム軸１９と吸気カムプーリ２３との間には、吸気カムプーリ２３と吸気カム軸１９とを相対回動してクランク軸１ｂに対する吸気カム軸１９の回転位相（変位角）を連続的に変更する周知の油圧駆動式可変バルブタイミング機構２７がそれぞれ配設されている。本形態においては、各バンクの可変バルブタイミング機構２７を吸気カム軸１９側にのみ設け、排気バルブ２６の開閉タイミングに対し、吸気バルブ２５の開閉タイミングをエンジン運転状態に応じて変更する。
【００２３】
各バンクの可変バルブタイミング機構２７には、それぞれ、オイルパン１ｃから図示しないオイルポンプを介して供給される作動油圧を調整するためのオイルフロー制御弁２８が備えられ、マイクロコンピュータ等からなる電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と略記する）５０によって制御される。オイルフロー制御弁２８は、例えばＥＣＵ５０によりデューティ制御されるスプール弁であり、通電電流に比例してオイルフロー制御弁２８のスプールが軸方向に移動し、可変バルブタイミング機構２７の進角室（進角作動の油圧室）、遅角室（遅角作動の油圧室）に連通する各ポートを切換えてオイルの流れ方向を切換えると共にパッセージの開度を調整し、可変バルブタイミング機構２７の進角室、遅角室に供給する油圧の大きさが調整される。尚、可変バルブタイミング機構２７の詳細な構成については、例えば、本出願人による特開２０００−９７０９６号公報に詳述されている。
【００２４】
次に、エンジン１に取付けられたセンサ類について説明する。吸気管６のエアクリーナ７の直下流には、ホットワイヤ或いはホットフィルム等を用いた吸入空気量センサ３０が介装され、スロットルチャンバ５に配設されたスロットル弁５ａに、スロットル開度センサ３１が連設されている。また、シリンダブロック１ａにノックセンサ３２が取り付けられていると共に、シリンダブロック１ａの左右両バンクを連通する冷却水通路３３に水温センサ３４が臨まされ、触媒コンバータ１５の上流側に、Ｏ２センサ等の空燃比センサ３５が配設されている。
【００２５】
更に、エンジン１のクランク軸１ｂに軸着するクランクロータ３６の外周に、クランク角センサ３７が対設され、クランク軸１ｂに対して１／２回転する一方のバンク（図においては、左バンク）の吸気カムプーリ２３の裏面に、気筒判別センサ３８が対設されている、各バンクの吸気カム軸１９の後端に固設されたカムロータ３９の外周には、カム位置検出用のカム位置センサ４０がそれぞれ対設されている。
【００２６】
以上の各センサ類の出力信号は、ＥＣＵ５０に入力されて処理され、エンジン運転状態が検出される。ＥＣＵ５０は、予め内部に格納されている制御プログラムに従って、各センサ類・スイッチ類等からの信号を処理し、前述の各アクチュエータを介してエンジン制御を実行する。このエンジン制御は、インジェクタ１１を介した燃料噴射制御、点火プラグ１２に連設される点火コイルのイグナイタを介した点火時期制御を基本とし、アイドル制御弁１０を介したアイドル回転数制御、ＥＧＲ弁１８を介したＥＧＲ制御、可変バルブタイミング機構２７のオイルフロー制御弁２８を介したバルブタイミング制御、ノックセンサ３２の出力に基づいてノッキング発生を回避するためのノッキング制御等である。
【００２７】
このようなＥＣＵ５０によるエンジン制御において、本発明に係わるノッキング制御は、ノッキングが発生した場合、ノッキングの強弱に拘わらず点火時期の遅角化を先行して実行することで、迅速にノッキングを抑制するようにしており、この点火時期の所定量の遅角化によってもノッキングが消滅しない場合には、更にバルブタイミングの遅角化を実行することで、吸気弁閉弁時から圧縮行程上死点までのピストン行程を短縮して実圧縮比を小さくし、ノッキングを消滅させる。
【００２８】
具体的には、ＥＣＵ５０は、ノックセンサ３２からの信号に基づいてノッキング発生の有無を判断し、ノッキング発生と判断した場合、先ず、エンジン運転状態に応じて設定される通常制御の点火時期を、ノッキングの強弱に応じて漸次的に遅角する。そして、点火時期の遅角量が設定値以上に達した状態が所定時間継続してもノッキングが消滅しない場合には、更に、バルブタイミングを通常の制御状態よりも遅角化してエンジンの実圧縮比を低くし、点火時期の遅角化によるエンジン出力低下、排気温度の上昇、燃費悪化を極力抑えつつ、ノッキングを確実に解消する。
【００２９】
以下、ＥＣＵ５０によるノッキング制御について、図２及び図３に示すフローチャートに従って説明する。
【００３０】
このノッキング制御では、先ず、ステップＳ１０１で、ノックセンサ３２の出力信号に基づいてノッキングが発生しているか否かを判断する。ノッキングが発生しているか否かは、例えば、ノックセンサ３２から出力される振動波形を統計処理等して得られるノック強度と所定のノック判定レベルとを比較することで判断することができ、ノック強度がノック判定レベルを超えてノッキングが発生している場合には、ステップＳ１０２以降の処理を実行し、ノック強度がノック判定レベル以下でノッキング発生無しと判断される場合、ステップＳ１１０以降の処理を実行する。
【００３１】
先ず、ノッキング発生有りの場合のステップＳ１０２以降の処理について説明する。ステップＳ１０２では、ノッキングが解消された場合の処理に備えて後述するタイマＴ２をクリア（Ｔ２＝０）しておき、ステップＳ１０３で、ノック強度に応じて遅角値ＲＮＫを設定する。この遅角値ＲＮＫは、ノッキングを抑制するために点火時期を漸次的に遅角させる際の増分値となるものであり、ノック強度が小さいとき（ノッキングが弱いとき）には小さな値に設定され、ノック強度が大きい程（ノッキングが強い程）、大きな値に設定される。
【００３２】
具体的には、遅角値ＲＮＫは、エンジン型式及び制御周期を考慮して予めシミュレーション或いは実験等によりノック強度をパラメータとして、その積算値である点火時期遅角量ＴＲＮＫの時間平均値を比較的緩やかに変化させ得る値として求められる。そして、このようにして求めた値をデータマップ化してＥＣＵ５０内のメモリに記憶させておき、ノック強度をパラメータとするマップ参照により遅角値ＲＮＫを求める。
【００３３】
次に、ステップＳ１０４へ進み、現在の点火時期遅角量ＴＲＮＫを、ステップＳ１０３で設定した遅角値ＲＮＫを用いて増加・更新する（ＴＲＮＫ＝ＴＲＮＫ＋ＲＮＫ）。この点火時期遅角量ＴＲＮＫは、本ノッキング制御ルーチンと並行して実行される点火時期制御ルーチン（図示せず）において参照され、エンジン運転状態に基づいて設定される基本点火時期ＡＤＶＢＡＳＥに対する遅角補正項として用いられる。但し、点火時期遅角量ＴＲＮＫに対しては最大遅角量を定めるリミッタが設けられ、このリミッタ内で基本点火時期ＡＤＶＢＡＳＥが補正される。
【００３４】
点火時期制御ルーチンの処理は、周知の処理であり、詳細は省略するが、基本燃料噴射パルス幅等のエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて設定される基本点火時期ＡＤＶＢＡＳＥを、冷却水温による水温補正値等により補正すると共に、ノック強度に応じた遅角補正項である点火時期遅角量ＴＲＮＫにより遅角補正して最終的な点火時期ＡＤＶを設定し、点火タイマにセットする。そして、この点火タイマの計時を所定の基準クランクパルスをトリガとして開始し、点火時刻に達したとき、点火対象気筒のイグナイタへ点火信号を出力して点火プラグ１２にスパークを発生させる。
【００３５】
次に、ステップＳ１０４からステップＳ１０５へ進み、更新後の点火時期遅角量ＴＲＮＫが閾値ＡＲに達したか否かを調べる。この閾値ＡＲは、本形態においては固定値であり、予めシミュレーション或いは実験等により、以下に説明する設定時間Ａ内で、エンジンの出力低下、排気温度の上昇、燃費悪化等を必要最小限に抑えることのできる値を求め、ＥＣＵ５０内のメモリに固定データとして記憶しておく。
【００３６】
その結果、ＴＲＮＫ＜ＡＲのときには、ステップＳ１０５からステップＳ１０９へジャンプし、点火時期遅角量ＴＲＮＫが閾値ＡＲ以上である状態の継続時間を計時するためのタイマＴ１をクリアして（Ｔ１＝０）ルーチンを抜け、ＴＲＮＫ≧ＡＲのとき、ステップＳ１０６でタイマＴ１をカウントアップする（Ｔ１＝Ｔ１＋１）。
【００３７】
その後、ステップＳ１０７へ進み、タイマＴ１が設定時間Ａに達したか否かを調べる。その結果、Ｔ１＜ＡのときにはステップＳ１０７からルーチンを抜け、Ｔ１≧Ａのとき、ステップＳ１０７からステップＳ１０８へ進み、本ノッキング制御ルーチンと並行して実行される図示しないバルブタイミング制御ルーチンにおける目標バルブタイミングＴＣＡＴＧＴを遅角側に変更するための遅角量ＴＣＡ１を設定する。そして、ステップＳ１０９でタイマＴ１をクリアし、ルーチンを抜ける。
【００３８】
遅角量ＴＣＡ１は、バルブタイミングの遅角化によるエンジン出力の過度の低下や排気エミッションの悪化を回避しつつ、ノッキングを抑制し得る値として設定され、遅角限度を規制するリミッタ内でルーチンの実行周期毎にステップ的に積算される。
【００３９】
この場合、遅角量ＴＣＡ１は、予めシミュレーション或いは実験等により求めた固定値でも良いが、バルブタイミングの遅角効果は、エンジン回転数領域によって異なるため、遅角量ＴＣＡ１を、エンジン回転数Ｎをパラメータとする演算式或いはマップ参照により設定することが望ましい。
【００４０】
すなわち、低回転域では、バルブタイミングの遅角効果が大きく出るため、点火時期遅角量ＴＲＮＫに対してバルブタイミングの遅角量ＴＣＡ１を小さくし、高回転域では、バルブタイミングの遅角効果が相対的に小さくなるため、点火時期遅角量ＴＲＮＫに対してバルブタイミングの遅角量ＴＣＡ１を大きくすることにより、全回転数域でバルブタイミングによるノッキングの抑制を確実なものとすることができ、エンジンの信頼性確保や燃費悪化の防止効果をより一層向上することができる。
【００４１】
また、バルブタイミングを遅角させるときには、点火時期遅角量ＴＲＮＫは少なくとも閾値ＡＲ以上であり、且つ本形態においては閾値ＡＲが固定値であることから、バルブタイミングを遅角させるときの点火時期は、ノッキング発生前のエンジン運転状態に応じた最適点火時期から少なくとも閾値ＡＲに対応する遅角量だけ遅角されている。従って、この遅角化された点火時期とノック強度と考慮して設定することも可能であり、更には、大気圧や外気温等の環境条件、エンジン負荷、エンジン温度、変速比等の運転状態を加味した値として設定することも可能である。
【００４２】
バルブタイミング制御では、通常、クランク軸１ｂの実際の回転角と吸気カム軸１９の実際の回転角との位相差である実バルブタイミングＴＣＡがエンジン運転状態に応じた目標バルブタイミングＴＣＡＴＧＴに収束するよう、オイルフロー制御弁２８をデューティ制御して通電電流を可変し、可変バルブタイミング機構２７の作動油圧を調整するフィードバック制御を行っており、本ノッキング制御ルーチンによって遅角量ＴＣＡ１が設定されると、この遅角量ＴＣＡ１がバルブタイミング制御ルーチンにおいて参照され、目標バルブタイミングＴＣＡＴＧＴが遅角量ＴＣＡ１だけ遅角側に変更される。
【００４３】
尚、実バルブタイミングＴＣＡは、クランク角センサ３７から出力されるクランク角を表すクランクパルスとカム位置センサ４０から出力されるカム位置を表すカム位置パルスとから算出され、また、目標バルブタイミングＴＣＡＴＧＴは、例えばエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて設定される。
【００４４】
前述したように、本形態においては、可変バルブタイミング機構２７を吸気カム軸１９側にのみ設けており、目標バルブタイミングＴＣＡＴＧＴが遅角側に変更されると、オイルフロー制御弁２８のスプール軸が可変バルブタイミング機構２７の遅角室に供給する油圧が大きくなる方向に移動し、吸気カムプーリ２３に対する吸気カム軸１９の回転位相すなわちクランク軸１ｂに対する吸気カム軸１９の回転位相（変位角）が遅角化され、吸気カム軸１９の吸気カムによって駆動される吸気バルブ２５の開閉タイミングが遅角される。
【００４５】
その後、点火時期の遅角により、或いは点火時期の遅角とバルブタイミングの遅角とにより、ノッキングの発生が無くなると、ステップＳ１０１からステップＳ１１０以降の処理へ進む。この処理では、先ず、ステップＳ１１０で、点火時期の遅角のみでノッキングが消滅した後に、再度、ノッキングが発生した場合の処理に備えて前述のタイマＴ１をクリアする（Ｔ１＝０）。次に、ステップＳ１１１へ進み、点火時期遅角量ＴＲＮＫを設定値Ｂだけ減少させ（ＴＲＮＫ＝ＴＲＮＫ−Ｂ）、ノッキング抑制のために遅角した点火時期を徐々に進角側に戻す。設定値Ｂは、予めシミュレーション或いは実験等により、点火時期の急激な進角化によるショックの発生を回避して円滑に通常状態の点火時期に移行させ得る適正値を求め、この適正値をＥＣＵ５０内のメモリに固定データとして記憶しておくものである。
【００４６】
次に、ステップＳ１１２へ進み、点火時期遅角量ＴＲＮＫが設定値ＣＲ未満になったか否かを調べる。設定値ＣＲは、ノッキング発生していない運転状態での点火時期に復帰したことを判断するための値であり、０又は０近辺の値である、本形態においてはＣＲ＝０であり、ＴＲＮＫ≠０のときには、ステップＳ１１２からステップＳ１１６へジャンプしてＴＲＮＫ＝０である状態の継続時間を計時するためのタイマＴ２をクリアして（Ｔ２＝０）ルーチンを抜け、ＴＲＮＫ＝０のとき、ステップＳ１１２からステップＳ１１３へ進んで、タイマＴ２をカウントアップする（Ｔ２＝Ｔ２＋１）。
【００４７】
その後、ステップＳ１１４へ進み、タイマＴ２が設定時間Ｃに達したか否かを調べる。設定時間Ｃは、点火時期がノッキング発生していない運転状態での点火時期に復帰し、この状態が安定的に継続していると判断することのできる時間であり、予めシミュレーション或いは実験等により求められる。そして、Ｔ２＜ＣのときにはステップＳ１１４からルーチンを抜け、Ｔ２≧Ｃのとき、ステップＳ１１４からステップＳ１１５へ進み、変更したバルブタイミングを元に戻すべく、予め設定された進角量ＴＣＡ２だけ漸次的に進角した後、ステップＳ１１６でタイマＴ２をクリアしてルーチンを抜ける。
【００４８】
進角量ＴＣＡ２は、前述の遅角量ＴＣＡ１によって遅角側に変更された目標バルブタイミングＴＣＡＴＧＴを、急激なエンジン運転状態の変化を回避しつつ迅速に通常のエンジン運転状態に応じた目標バルブタイミングに戻すことのできる値として、予めシミュレーション或いは実験等により求め、ＥＣＵ５０のメモリに記憶しておく。
【００４９】
以上の動作を図４のタイムチャートを用いて説明する。当初、ノッキングが発生していない状態では、点火時期及びバルブタイミングはエンジン運転状態に応じた値に制御されており、この状態でノッキングが発生すると、ノック強度に応じて遅角値ＲＮＫが設定され、この遅角値ＲＮＫを積算した点火時期遅角量ＴＲＮＫによって点火時期が遅角されることで、ノッキングを迅速に抑制する。そして、ノッキングの発生が続いている間、点火時期遅角量ＴＲＮＫが遅角値ＲＮＫによってステップ的に積算・増加され、やがて、閾値ＡＲを越える時間が設定時間Ａに達したとき、バルブタイミングが遅角されてエンジンの実圧縮比が低下され、ノッキングが効果的に抑制される。このバルブタイミングの遅角では、実体積効率が低下するため、エンジン出力は低下するが、その出力低下の点火時期を遅角させた場合よりは小さく、排気温度の上昇も生じない。
【００５０】
やがて、この点火時期の遅角とバルブタイミングの遅角とにより、ノッキングが消滅すると、応答性の速い点火時期の遅角による燃費悪化や排気温度の上昇を早期に解消するため、点火時期をバルブタイミングより先に通常状態の点火時期に復帰させるべく、点火時期が徐々に進角される。そして、点火時期遅角量ＴＲＮＫが０に達し、ＴＲＮＫ＝０の状態が設定時間Ｃ以上継続して安定した状態となったとき、改めてバルブタイミングが進角され、エンジンの実圧縮比が高められて燃焼の安定化による走行性の改善が図られる。
【００５１】
このように、本実施の形態においては、ノッキングが発生したとき、ノック強度に応じて点火時期を遅角させ、この点火時期の遅角量が閾値以上の状態が設定時間継続したとき、バルブタイミングを遅角させるため、点火時期の遅角量を極力抑えつつ、応答性が比較的遅い可変バルブタイミング機構でも十分に対応することができ、エンジン出力の低下、排気温度の上昇、燃費悪化を最小限に抑えることができる。
【００５２】
次に、本発明の実施の第２形態について説明する。図５は本発明の実施の第２形態に係わるノッキング制御ルーチンのフローチャートである。
【００５３】
第２形態は、前述の第１形態に対し、バルブタイミングを遅角する際の点火時期遅角量ＴＲＮＫの閾値ＡＲを、予め設定した固定値からエンジン負荷に応じた変数値に変更するものである。
【００５４】
このため、第２形態のノッキング制御ルーチンは、図５に示すように、第１形態のノッキング制御ルーチンに、閾値ＡＲをエンジン負荷に応じて設定するステップＳ１０４−１を追加する。
【００５５】
すなわち、ステップＳ１０４で点火時期遅角量ＴＲＮＫを遅角値ＲＮＫを用いて増加・更新（ＴＲＮＫ＝ＴＲＮＫ＋ＲＮＫ）した後、ステップＳ１０４からステップＳ１０４−１へ進み、エンジン負荷に応じて閾値ＡＲを演算或いはマップ参照により設定する。そして、エンジン負荷に応じて設定した閾値ＡＲを用いてステップＳ１０５での点火時期遅角量ＴＲＮＫと閾値ＡＲとの比較を行う。
【００５６】
閾値ＡＲを設定するためのエンジン負荷としては、吸入空気量Ｑをエンジン回転数Ｎで除算して求められる１行程当たりの筒内空気量（Ｑ／Ｎ）を用い、この筒内空気量（Ｑ／Ｎ）が小さいとき（すなわちエンジン負荷が低いとき）には、閾値ＡＲの値を大きく設定し、筒内空気量（Ｑ／Ｎ）が大きくなる程（すなわちエンジン負荷が高くなる程）、閾値ＡＲの値を比較的小さく設定する。
【００５７】
これにより、強いノッキングが発生し易い高負荷の運転状態では、バルブタイミングを緻密に制御し、ノッキングの抑制と燃費悪化の回避とを両立することができ、また、比較的低負荷の運転状態では、バルブタイミングの変更を少なく抑え、システムの信頼性を向上することが可能となる。
【００５８】
次に、本発明の実施の第３形態について説明する。図６は本発明の実施の第３形態に係わるノッキング制御ルーチンのフローチャートである。
【００５９】
第３形態は、点火時期遅角量ＴＲＮＫが閾値ＡＲ以上の状態が設定時間Ａ以上継続した場合であっても、低速・低負荷運転時である場合には、バルブタイミングの遅角を実施しないものである。
【００６０】
すなわち、低速・低負荷運転時には、筒内の残留ガス濃度が高く、燃焼状態が必ずしも良好とは言えない。また、このような運転条件下では、ノッキングが生じたとしてもノック強度は比較的小さいため、エンジンに対する悪影響は少ない。従って、低速・低負荷運転時にノッキングを抑制する目的でバルブタイミングを遅角させることは、実圧縮比の低下による燃焼状態の悪化を招き、却って運転性能が悪化する可能性が高い。
【００６１】
このため、第３形態のノッキング制御ルーチンは、図６に示すように、第１形態のノッキング制御ルーチンに、低速・低負荷運転時を判断するステップＳ１０７−１，Ｓ１０７−２を追加する。
【００６２】
すなわち、ステップＳ１０７で、点火時期遅角量ＴＲＮＫが閾値ＡＲ以上の状態が設定時間Ａ以上継続した場合、ステップＳ１０７からステップＳ１０７−１へ進み、エンジン回転数Ｎが設定値Ｄ以上か否かを調べる。そして、Ｎ＜Ｄの場合には、そのままルーチンを抜けてバルブタイミングの遅角を実施せず、Ｎ≧Ｄの場合、更に、ステップＳ１０７−２で、吸入空気量Ｑが設定値Ｅ以上か否かを調べる。
【００６３】
その結果、ステップＳ１０７−２においてＱ＜Ｅの場合には、ルーチンを抜けてバルブタイミングの遅角を実施せず、Ｑ≧Ｅの場合、ステップＳ１０７−２からステップＳ１０８へ進んでバルブタイミングを遅角する。
【００６４】
このように、エンジン回転数Ｎが設定値未満且つ吸入空気量Ｑが設定値Ｅ未満の低回転・低負荷運転時である場合には、敢えてバルブタイミングの遅角を実施しないことにより、実圧縮比の低下に伴う燃焼状態の悪化を未然に回避し、運転性の悪化を防止することができる。
【００６５】
次に、本発明の実施の第４形態について説明する。図７は本発明の実施の第４形態に係わるノッキング制御ルーチンのフローチャートである。
【００６６】
第４形態は、点火時期の遅角に続いてバルブタイミングを遅角する際、バルブタイミングの遅角による実圧縮比の低下に伴う燃焼悪化を、ＥＧＲ率を減少させて補うものである。
【００６７】
すなわち、バルブタイミングを遅角させると、実圧縮比の低下により排気ガス中のＮＯｘが減少するため、ＥＧＲによる排気ガスの還流量を減少させても排気ガスが悪化することがなく、ＥＧＲ率を減少させることで、バルブタイミングの遅角による燃焼悪化を補うことができる。
【００６８】
このため、第４形態のノッキング制御ルーチンは、図７に示すように、第１形態のノッキング制御ルーチンに対し、バルブタイミングの遅角量ＴＣＡ１を設定するステップＳ１０８の後に、ＥＧＲに関するステップＳ１０８−１，Ｓ１０８−２の処理を追加する。
【００６９】
すなわち、ステップＳ１０８でバルブタイミングの遅角量ＴＣＡ１を設定した後、ステップＳ１０８からステップＳ１０８−１へ進み、遅角量ＴＣＡ１に応じたＥＧＲマップを参照する。そして、ステップＳ１０８−２で、ＥＧＲ弁１８の開度を調整してＥＧＲ率を変更し、タイマＴ１をクリアするステップＳ１０９を経てルーチンを抜ける。
【００７０】
ＥＧＲマップは、バルブタイミングの遅角に対し、このバルブタイミングの遅角による燃焼悪化を補って運転性の悪化を回避し得るＥＧＲ率を、遅角量ＴＣＡ１をパラメータとして予めシミュレーション或いは実験等により求めてデータマップ化したものであり、遅角量ＴＣＡ１が大きくなる程、小さいＥＧＲ率がストアされている。
【００７１】
すなわち、バルブタイミングの遅角量が大きいときには、ＥＧＲ率を小さくしてＥＧＲ量を減少させることで、実圧縮比の低下による燃焼悪化を防止することができ、運転性の悪化を回避することができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、点火時期の遅角量を極力抑えつつノッキングを迅速に抑制し、応答性が比較的遅い可変バルブタイミング機構でも十分にノッキングを抑制して、エンジンの出力低下、排気温度上昇、燃費悪化等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係わり、可変バルブタイミング機構付きエンジンの全体構成図
【図２】同上、ノッキング制御ルーチンのフローチャート
【図３】同上、ノッキング制御ルーチンのフローチャート（続き）
【図４】同上、点火時期遅角とバルブタイミング遅角との関係を示すタイムチャート
【図５】本発明の実施の第２形態に係わるノッキング制御ルーチンのフローチャート
【図６】本発明の実施の第３形態に係わるノッキング制御ルーチンのフローチャート
【図７】本発明の実施の第４形態に係わるノッキング制御ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１ エンジン
２７ 可変バルブタイミング機構
３２ ノックセンサ
５０ ＥＣＵ
ＡＤＶ 点火時期
ＴＲＮＫ点火時期遅角量
ＡＲ 閾値
ＴＣＡ 実バルブタイミング
ＴＣＡ１ 遅角量

Claims (7)

1. エンジンにノッキングが発生したとき、ノック強度を検出する手段と、
   上記ノック強度に応じて点火時期遅角量の増分値を設定し、この増分値に基づく点火時期遅角量により点火時期を遅角させる手段と、
   上記点火時期遅角量が閾値を越える時間が設定時間継続したとき、所定の遅角量でバルブタイミングを遅角させる手段とを備えたことを特徴とするエンジンのノッキング制御装置。
2. 上記ノッキングが消滅後、上記点火時期遅角量を漸次的に減少させることを特徴とする請求項１記載のエンジンのノッキング制御装置。
3. 上記バルブタイミングの遅角量をエンジン回転数に応じて設定し、低回転時は、高回転時に比較して上記バルブタイミングの遅角量を小さくすることを特徴とする請求項１記載のエンジンのノッキング制御装置。
4. 上記ノッキングが消滅後、上記点火時期遅角量が設定値未満の状態が設定時間継続したとき、バルブタイミングを所定量進角させることを特徴とする請求項１記載のエンジンのノッキング制御装置。
5. 低回転・低負荷運転時には、上記バルブタイミングの遅角を実施しないことを特徴とする請求項１記載のエンジンのノッキング制御装置。
6. 上記閾値を、エンジン負荷に基づいて設定することを特徴とする請求項１記載のエンジンのノッキング制御装置。
7. 上記バルブタイミングの遅角を実施するとき、上記バルブタイミングの遅角量に基づいて排気ガス還流量を減少させることを特徴とする請求項１記載のエンジンのノッキング制御装置。

Images