JP2009030481A - 車両用エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】予めプリイグニッションが発生しても車両用エンジンへの影響が少ない運転領域で、プリイグニッションの発生し易さを検証することができる車両用エンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】車両用エンジン１の運転状態を制御して気筒内の状態を変更する筒内状態変更手段（ＰＣＭ３０）と、車両用エンジンの燃焼室内で発生するプリイグニッションを検出するプリイグニッション検出手段（ＰＣＭ３０等）と、を備えた車両用エンジンの制御装置であって、筒内状態変更手段は、車両用エンジン１の運転状態が低回転且つ低負荷状態のとき、気筒内の状態をよりプリイグニッションが発生し易い状態に変更可能に構成され、プリイグニッション検出手段は、筒内状態変更手段が気筒内の状態をよりプリイグニッションが発生し易い状態に変更したことに応じて、プリイグニッションの発生の有無を判定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両用エンジンの制御装置に係り、特にプリイグニッションの発生を検出する車両用エンジンの制御装置に関する。

従来、火花点火式の内燃機関において、燃焼室内に存在するイオンを媒介として流れるイオン電流の検出に基づいて、プリイグニッションの発生の前兆状態を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の内燃機関では、イオン電流のピーク発生時期を検出し、ピーク発生時期が所定の限界時期よりも進角している場合に、プリイグニッションが発生し易い状態であると判定し、その抑制制御を行うように構成されている。

特開２００６−４６１４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関では、運転状態に応じてエンジンの筒内がプリイグニッションの発生し易い状態となり、これによりプリイグニッションが発生し始めてから、それを検出するように構成されている。したがって、特許文献１に記載の内燃機関では、使用燃料の変更や経年変化等のエンジンの運転条件の変更によって、プリイグニッション発生までの運転状態のマージン、すなわちプリイグニッションの発生し易さが変化するような場合に、予めこれを検証しておくことができない。このため、特許文献１に記載の内燃機関は、運転時にプリイグニッションが発生して、この影響でエンジンがダメージを受けてしまうおそれがあった。

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、予めプリイグニッションが発生しても車両用エンジンへの影響が少ない運転領域で、プリイグニッションの発生し易さを検証することができる車両用エンジンの制御装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明は、車両用エンジンの運転状態を制御して気筒内の状態を変更する筒内状態変更手段と、車両用エンジンの燃焼室内で発生するプリイグニッションを検出するプリイグニッション検出手段と、を備えた車両用エンジンの制御装置であって、筒内状態変更手段は、車両用エンジンの運転状態が低回転且つ低負荷状態であることを条件として、気筒内の状態をよりプリイグニッションが発生し易い状態に変更可能に構成され、プリイグニッション検出手段は、筒内状態変更手段が気筒内の状態をよりプリイグニッションが発生し易い状態に変更したことに応じて、プリイグニッションの発生の有無を判定することを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、車両用エンジンの運転状態が低回転且つ低負荷状態のとき、筒内状態変更手段によって、気筒内の状態をよりプリイグニッションが発生し易い状態に変更し、このときプリイグニッション検出手段によって、プリイグニッションの発生の有無を判定するように構成されているので、プリイグニッションが発生してもエンジンに対する影響が小さい運転領域において、事前にプリイグニッション発生までの運転マージンの大きさ、すなわちプリイグニッションの発生し易さを検証することができる。

また、本発明において好ましくは、さらに、燃料が給油されたことを検出する給油検出手段を備え、筒内状態変更手段は、給油検出手段が燃料の給油を検出したとき、気筒内の状態をよりプリイグニッションが発生し易い状態に変更するように構成される。このように構成された本発明によれば、使用燃料の違いによるプリイグニッションの発生し易さの影響を、燃料給油時に判定することができる。

また、本発明において好ましくは、筒内状態変更手段は、車両用エンジンの始動時に、気筒内の状態をよりプリイグニッションが発生し易い状態に変更するように構成される。このように構成された本発明によれば、エンジン始動毎にプリイグニッションの発生し易さを判定することができる。

また、本発明において好ましくは、筒内状態変更手段は、所定の車両走行距離において、気筒内の状態をよりプリイグニッションが発生し易い状態に変更するように構成される。このように構成された本発明によれば、例えばシリンダ内にカーボンが付着する等の、車両の走行距離に関連したエンジンのプリイグニッションの発生のし易さを、車両の走行距離に応じて判定することができる。

また、本発明において好ましくは、筒内状態変更手段は、気筒内に供給する吸気量を補正する吸気量補正手段と、気筒内の熱容量を補正する熱容量補正手段と、気筒内圧縮比を補正する圧縮比補正手段のうち少なくとも１つにより、気筒内の状態を変更する。
このように構成された本発明によれば、筒内状態変更手段が、吸気量補正手段，熱容量補正手段，圧縮比補正手段の少なくとも何れかで気筒内の状態を変更することにより、プリイグニッションが発生し易い筒内状態を容易に達成することができる。

また、本発明において好ましくは、プリイグニッション検出手段は、車両用エンジンの燃焼室内のイオンに起因するイオン電流を検出するイオン電流検出手段を備え、プリイグニッション検出手段は、プリイグニッションの発生と点火前におけるイオン電流に基づいて算出される判定値との関係を表す閾値を有しており、点火前におけるイオン電流に基づいて算出した判定値が、閾値以上のときに車両用エンジンの筒内でプリイグニッションが発生していると判定する。
このように構成された本発明によれば、プリイグニッションの発生初期段階でプリイグニッションの発生を検出することができる。

本発明の車両用エンジンの制御装置によれば、予めプリイグニッションが発生しても車両用エンジンへの影響が少ない運転領域で、プリイグニッションの発生し易さを検証することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態による車両用エンジンの制御装置について説明する。
図１は車両用エンジンの構成を表す図、図２は点火回路の構成図、図３はエンジン気筒内圧力及びイオン電流の変化を表すグラフ、図４はプリイグニッション検出処理の説明図、図５はプリイグニッション発生検証処理のフローチャート、図６はプリイグニッション発生誘発制御処理のフローチャート、図７は改変例に係るプリイグニッション検出処理の説明図である。

まず、図１及び図２により本実施形態のエンジン１の概略構成を説明する。
エンジン１は、直列多気筒型の火花点火式直墳ガソリンエンジンである。エンジン１は、シリンダブロック２及びその上部に固定されたシリンダヘッド３からなるエンジン本体を有する。シリンダブロック２の上端面に開口するシリンダ４の上端は、シリンダヘッド３の下面により閉塞されている。
シリンダ４内にはピストン５が往復動可能に嵌挿されており、このピストン５の上面とシリンダヘッド３のペントルーフ型の下面（天井面）との間に燃焼室６が区画されている。一方、ピストン５の下方のクランクケース内には、クランク軸（図示せず）が配設され、コネクティングロッドによってピストン５と連結されている。

また、クランク角センサ２６が、エンジン１のシリンダブロック２下部のクランクケース内に設けられている。クランク角センサ２６は、クランク軸の回転角（クランク角）を検出するものであり、クランク軸の端部に一体回転するように取付けられたロータ２７の回転に伴い、その外周部に設けられた凸部の通過に対応して信号を出力する電磁ピックアップコイル等から構成されている。

また、冷却水の温度状態を検出する水温センサ２８が、シリンダブロック２のウォータジャケット（図示せず）に臨設されている。さらに、エンジンオイル温度センサ２９が、取付けられている。

点火プラグ７は、各シリンダ４に対応して複数設けられており、点火プラグ７の先端電極が各燃焼室６内に臨むようにシリンダヘッド３に取付けられている。また、点火プラグ７は、それぞれ点火回路８に接続されている。
本実施形態では、点火回路８は、各点火プラグ７にそれぞれ対応して複数設けられているが、これに限らず、複数の点火プラグ７に対応して１つ又は複数設ける構成としてもよい。

図２に示すように、点火回路８は、パワートランジスタからなるイグナイタ８ａと、一次巻線及び二次巻線からなる点火コイル８ｂと、点火コイル８ｂに接続されたコンデンサ８ｃと、さらにコンデンサ８ｃと接地電位との間に接続されたイオン電流検出回路８ｄとを有している。イオン電流検出回路８ｄは、本発明のイオン電流検出手段に相当する。
各シリンダ４に対応する点火回路８は、ＰＣＭ３０から、点火プラグ７を点火放電させるための制御信号を受けている間、イグナイタ８ａをＯＮにし、これにより点火コイル８ｂに通電する。そして、点火回路８は、所定の通電時間経過後、制御信号を受けなくなるとイグナイタ８ａがＯＦＦとなり、これにより点火コイル８ｂの二次巻線から点火放電電流が流れ、点火プラグ７を点火放電させる。

また、点火回路８では、この点火放電によってコンデンサ８ｃが充電される。イオン電流検出回路８ｄは、コンデンサ８ｃの充電電荷が放電することにより流れる電流を、イオン電流として検出する。そして、点火回路８は、イオン電流の検出信号をＰＣＭ３０へ出力する。

また、シリンダヘッド３には、各燃焼室６に連通する２つの吸気ポート９及び２つの排気ポート１０が形成されている。そして、吸気ポート９及び排気ポート１０のポート開口部には、電磁式の可変バルブタイミング機構１３ａ，１３ｂ（以下「電磁ＶＶＴ（Variable Valve Timing）」という）によって所定タイミングで独立に開閉動作が行われる吸排気バルブ（吸気弁１１及び排気弁１２）が配設されている。

したがって、吸気弁１１及び排気弁１２は、クランク軸と機械的に連繋されておらず、クランク軸の回転位置にかかわらず、吸気側の電磁ＶＶＴ１３ａ及び排気側の電磁ＶＶＴ１３ｂの作動状態変更によって開閉される。すなわち、電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂが消磁されると、吸気弁１１，排気弁１２はそれぞれリターンスプリング（図示せず）によって閉弁され、電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂが励磁されると、吸気弁１１，排気弁１２はそれぞれリターンスプリングに抗して開弁される。

吸気弁１１及び排気弁１２は、電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂによって、開閉動作タイミングが進角側及び遅角側に変更可能となっており、これによりオーバーラップ期間が変化し、燃焼室６に残留する既燃ガス（以下「内部ＥＧＲ」という）の量を変化させることができる。

シリンダヘッド３の吸気側には、吸気ポート９に連通する吸気通路（吸気マニホールド）１５が配設されている。吸気通路１５は、各シリンダ４に向けて分岐する分岐通路と、この分岐通路からさらに各シリンダ４の２つの吸気ポート９に向けて二股に分岐する二股通路を有している。二股通路のうち一方には、燃焼室６内の吸気流動の強さを調整するタンブルスワールコントロール弁（以下「ＴＳＣＶ」という）１４が設けられている。

また、吸気通路１５には、その上流端とＴＳＣＶ弁１４との間に、上流側からエアクリーナ１６と、吸気流量を検出するエアフローセンサ１７と、電動モータ１８ａにより駆動されて吸気通路１５を絞るスロットル弁１８とが配設されている。また、吸気通路１５には、エアクリーナ１６付近に吸気温度センサ２３が設けられている。
さらに、シリンダヘッド３には、各シリンダ４に対応して、燃料を各燃焼室６内に直接噴射供給する複数のインジェクタ（筒内用燃料弁）１９が設けられている。

また、シリンダヘッド３の排気側には、各燃焼室６から既燃ガス（排気ガス）を排出するための排気通路（排気マニホールド）２０が、排気ポート１０に連通して配設されている。排気通路２０は、吸気通路１５と同様に、分岐通路及び二股通路を有しており、各二股通路がそれぞれ排気ポート１０に接続されている。
この排気通路２０には、上流側から排気ガス中の酸素濃度を基に混合気の空燃比を検出するための酸素濃度センサ（以下「Ｏ₂センサ」という）２１と、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ２２とが配設されている。

また、排気通路２０には、Ｏ₂センサ２１よりも上流側に排気還流通路２４（以下「ＥＧＲ通路」という）の一端が分岐接続されている。このＥＧＲ通路２４の他端は、スロットル弁１８よりも下流側で吸気通路１５に連通されている。このＥＧＲ通路２４には開度調節可能な電気式の流量制御弁２５（以下「ＥＧＲ弁」という）が配設されており、ＥＧＲ弁２５によってＥＧＲ通路２４を還流される排気ガス（以下「外部ＥＧＲ」という）の流量を調節することができるようになっている。

ＰＣＭ（Power-train Control Module）３０は、周知の如くＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えて構成されている。ＰＣＭ３０には、エアフローセンサ１７、Ｏ₂センサ２１、クランク角センサ２６、水温センサ２８、エンジンオイル温度センサ２９、吸気温度センサ２３、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ３２、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ３３、車両の給油口に取付けられたフィラーキャップの開閉状態を検出するフィラーキャップセンサ３４、点火回路８等の出力信号が入力される。

そして、ＰＣＭ３０は、上記センサ等の出力信号に基づいてエンジン１の運転状態を判定し、これに応じてエンジン１の運転制御を行うようになっている。すなわち、ＰＣＭ３０は、内部ＥＧＲの量を変更するために電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂに対し吸気弁１１，排気弁１２の作動タイミングを制御するための信号を出力し、スロットル弁１８に対し吸気流量を制御するための信号を出力し、各シリンダ４のＴＳＣＶ１４に対し燃焼室６内の吸気流動の強さを制御するための信号を出力し、各シリンダ４のインジェクタ１９に対し燃料噴射量及び噴射時期を制御するためのパルス信号を出力し、ＥＧＲ弁２５に対しＥＧＲ通路２４によって吸気系に環流する排気ガス（外部ＥＧＲ）の量を制御するための信号を出力し、点火回路８に対し所定タイミングで点火プラグ７を点火放電させるための制御信号を出力する。

また、ＰＣＭ３０は、後述するプリイグニッション発生誘発制御の開始条件として、燃料が給油されたことをフィラーキャップセンサ３４の脱着によって判定する。ＰＣＭ３０及びフィラーキャップセンサ３４は、本発明の給油検出手段に相当する。

上述のプリイグニッション発生検証処理は、プリイグニッションが発生しても影響が小さい運転領域で事前にプリイグニッション発生までの運転マージン（各運転パラメータのプリイグニッション発生までの余裕）の大きさ、すなわちプリイグニッションの発生し易さを判定し、この判定に基づいてエンジン１の運転制御設定をよりプリイグニッションが発生し難い設定に変更するものである。プリイグニッション発生検証処理には、プリイグニッション発生誘発制御処理、プリイグニッション検出制御処理、プリイグニッション抑制制御処理が含まれる。

プリイグニッション発生誘発制御では、ＰＣＭ３０は、通常は燃焼室６でプリイグニッションが発生しない運転領域において、プリイグニッションが発生し易い方向にシリンダ４内の状態を変更する処理を行う。このプリイグニッション発生誘発制御は、プリイグニッションが発生し難い運転領域、且つ、仮にプリイグニッションが発生してもエンジン１に大きな影響を及ぼさない運転領域である、低回転且つ低負荷状態において、所定条件が満たされるときに実行されるようになっている。

そして、このプリイグニッション発生誘発制御による変更後の運転状態は、好適には、正常燃焼が行われる範囲の運転状態で、プリイグニッションが発生する臨界状態に近い筒内状態となるように設定される。したがって、エンジン１が性能劣化せずに正常に作動している場合には、プリイグニッションは発生しない。

ここで、上述のエンジン１の性能劣化とは、プリイグニッションの発生を促進させる状況の進行、又はプリイグニッション発生までの運転マージンの減少を指しており、具体的には、例えばシリンダ４にカーボンが付着することによる実質的な圧縮比の増大や、設定されたオクタン価よりも低いオクタン価の燃料が使用されることである。

プリイグニッション発生誘発制御は、具体的には、吸気量補正手段としてのスロットル弁１８を開方向動作させて、通常よりもシリンダ４内に供給する吸気量を増加させる吸気量補正制御と、熱容量補正手段としてのＥＧＲ弁２５及び電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂにより外部ＥＧＲ量及び内部ＥＧＲ量を増加させてシリンダ４内の熱容量を増大させる熱容量補正制御と、圧縮比補正手段としての電磁ＶＶＴ１３ａによりシリンダ４内の圧縮比を増大させる有効圧縮比補正制御を含んでいる。ＰＣＭ３０は、本発明の筒内状態変更手段に相当する。

また、プリイグニッション検出制御では、ＰＣＭ３０は、点火回路８からのイオン電流検出信号により、シリンダ４内でのプリイグニッションの発生を検出する処理を行う。ＰＣＭ３０及び点火回路８は、本発明のプリイグニッション検出手段に相当する。
ＰＣＭ３０は、筒内状態変更手段としてプリイグニッション発生誘発制御を実行し、さらにプリイグニッション検出手段としてプリイグニッションの発生の有無を検出する。このとき、プリイグニッションの発生が検出されると、ＰＣＭ３０は、エンジン１がプリイグニッションの発生し易い状態に性能劣化等していると判定する。

このプリイグニッションの発生の検出に応じて、ＰＣＭ３０は、プリイグニッション抑制制御を行う。
プリイグニッション抑制制御は、具体的には、プリイグニッションの発生を判定した後に、例えば、インジェクタ１９からの燃料噴射量増等による空燃比のリッチ化制御、点火回路８による点火時期の遅角（リタード）制御、ＥＧＲ弁２５の閉方向動作による外部ＥＧＲ量の低減又は禁止制御、電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂによる吸気弁１１及び排気弁１２の動作タイミング変更に基づく内部ＥＧＲ量の低減制御、さらに電磁ＶＶＴ１３ａによる吸気弁１１の閉動作時期変更に基づく有効圧縮比低下制御である。

エンジン１がプリイグニッションの発生し易い状態に性能劣化している場合には、プリイグニッション発生までの運転マージンが小さくなる。このため、通常の設定モードで運転していると、プリイグニッションが発生してしまうおそれがある。
しかしながら、本実施形態では、上述のプリイグニッション発生検証処理を行うことにより、予めプリイグニッション発生誘発制御によりエンジン１がプリイグニッション発生に関して性能劣化していることを検出し、プリイグニッション抑制制御により設定モードをプリイグニッションが起こり難いように補正する。これにより、プリイグニッションの発生を抑制して、エンジン１への影響を防止することができる。

次に、図３及び図４により、本実施形態のプリイグニッションの検出の概要を説明する。
図３は、圧縮行程及び膨張行程における燃焼室内圧力のクランク角に対する変化の概要（同図（Ａ））とイオン電流のクランク角に対する変化の概要（同図（Ｂ））を示している。図３では、一点鎖線が正常燃焼時の変化、実線が異常燃焼時（プリイグニッション発生時）の変化を表す。

図３（Ａ）の一点鎖線で示すように、正常燃焼時、シリンダ４内の圧力は、クランク角の進角に伴い圧縮行程で徐々に高まり、上死点（ＴＤＣ）付近でピーク（極大値）となる。本実施形態のエンジン１は、高圧縮比タイプのエンジンであり、上死点後に点火プラグ７が点火放電されるように設定期間が設定されている。この設定期間は、エンジン１の運転状態により予め決定される。この点火放電により、燃焼室６内の混合気が燃焼及び膨張して筒内圧力が高まり、再びピークとなり、その後徐々に筒内圧力が減少していく。
なお、本実施形態のエンジン１は、上死点後に点火放電されるように設定されたエンジンであるが、これに限らず、上死点前に点火放電されるように設定されたものであってもよい。

また、図３（Ｂ）の一点鎖線で示すように、正常燃焼時、イオン電流は、点火放電が開始されるまでは所定の傾きで増加していき、点火放電後にピークとなる。
なお、本実施形態の構成では、点火プラグ７を用いてイオン電流を検出しており、点火放電中はイオン電流に点火放電電流が載るのでイオン電流のみを検出することはできない。しかしながら、図３では、理解の容易のため、イオン電流のみを図示している。

一方、図３（Ａ）の実線で示すように、プリイグニッションが発生すると、前炎反応により、筒内圧力は上死点前から正常燃焼時よりも大きな変化率で増加する。そして、上死点後、筒内圧力は、点火放電開始前から急速に上昇していき、正常燃焼時よりも早期に且つ大きなピークとなり、その後徐々に減少する。
また、図３（Ｂ）の実線で示すように、プリイグニッション発生時には、前炎反応により、イオン電流は上死点前（点火放電開始前）から正常燃焼時よりも大きな変化率で増加する。そして、イオン電流は、上死点後に正常燃焼時よりも早期に且つ大きなピークとなり、その後徐々に減少する。

このように、プリイグニッション発生時は、正常燃焼時と比較するとイオン電流の変化に相違が生じる。すなわち、プリイグニッション発生時の方が正常燃焼時よりも点火放電開始前のイオン電流の増加率が大きくなる。本実施形態では、この点火放電開始前の所定期間におけるイオン電流の増加率の大きさに基づいてプリイグニッションの発生を判定するようになっている。

図４に示すように、本実施形態では、ＰＣＭ３０は、点火放電前の所定クランク角の幅ｄθに対するイオン電流の増加量ｄＩから、判定値である増加率（＝ｄＩ／ｄθ）を算出する。
また、ＰＣＭ３０は、正常燃焼及びプリイグニッションとイオン電流の増加率との関係を表すデータを記憶している。このデータは、予め実験等により設定されたものであり、増加率がプリイグニッション閾値未満の範囲のとき正常燃焼に設定され、増加率がプリイグニッション閾値以上の範囲のときプリイグニッション発生に設定されている。したがって、ＰＣＭ３０は、イオン電流の増加率がいずれの範囲にあるかを判定することにより、その後の燃焼状態が正常燃焼又はプリイグニッションのいずれであるかを決定することができる。

燃焼状態を決定するためのプリイグニッション閾値は、実験等に基づいて、吸入空気量，吸気温度，エンジン回転数，ＥＧＲ導入量，空燃比，吸排気弁タイミング，エンジン水温等のパラメータのいずれか又はこれらのうちの複数の組み合わせの関数として定義されたものである。定性的には、吸入空気量が大きく、吸気温度が高く、エンジン回転数が低く、ＥＧＲ導入量が大きく、空燃比がリーン、吸排気弁タイミングに起因した圧縮比が大きく，エンジン水温が高いほど異常燃焼が起こり易い。したがって、ＰＣＭ３０は、後述するように、エンジンサイクル毎にセンサからこれらパラメータに関連する値を読み込み、これらパラメータ値に基づいてプリイグニッション閾値を決定する。

次に、図５により、本実施形態のプリイグニッション発生検証処理フローについて説明する。図５は、ＰＣＭ３０のプリイグニッション発生検証処理のメインフローである。
まず、ＰＣＭ３０は、上述の各種運転制御パラメータ（エンジン回転数，吸入空気量等）を読み込む（ステップＳ１）。そして、ＰＣＭ３０は、まずこれらのパラメータに基づいて、燃料噴射量及び噴射時期等を設定する（ステップＳ２）。
次いで、ＰＣＭ３０は、読み込んだパラメータ，及びエンジン回転数とエンジン負荷の対応関係を示すデータに基づいて、点火放電時期を設定する（ステップＳ３）。

次いで、ＰＣＭ３０は、プリイグニッション発生誘発制御の開始条件が満たされているか否かを判定する（ステップＳ４）。本実施形態における開始条件は、今回の運転が給油後最初の運転であることである。例えば、エンジン１が高オクタン価燃料で運転する設定モードに設定されている場合、設定よりも低いオクタン価の燃料が給油されると、この設定モードでは、プリイグニッションが発生し易くなってしまう。すなわち、プリイグニッション発生までの運転マージンが狭くなってしまう。このため、本実施形態では、給油燃料と設定燃料との相違によるプリイグニッション発生までのマージン減少を確認するため、給油後最初の運転時であることを開始条件として、プリイグニッション発生誘発制御を行うように設定されている。

プリイグニッション発生誘発制御処理では、ＰＣＭ３０は、フィラーキャップセンサ３４からの検出信号によりフィラーキャップの開閉状態を監視し、フィラーキャップの取り外し後、再び装着されたときにフラグをオンにする。そして、ＰＣＭ３０は、このフラグがオンであるときに給油後最初の運転であると判定する。なお、一旦、給油後最初の運転であると判定されたときにフラグはオフに変更される。また、給油後最初の運転であることを、燃料計の増加によって検出してもよい。

給油後最初の運転でない場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、ＰＣＭ３０は処理を終了する。
一方、給油後最初の運転である場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、ＰＣＭ３０は、現在の運転状態が所定の低回転且つ低負荷状態であるか否かを判定する（ステップＳ５）。
現在の運転状態が低回転且つ低負荷状態でない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、ＰＣＭ３０は処理を終了する。
一方、現在の運転状態が低回転且つ低負荷状態である場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、ＰＣＭ３０は、プリイグニッション発生誘発制御を行う（ステップＳ６）。

ここで、図６に基づいて、本実施形態のプリイグニッション発生誘発制御処理フローについて説明する。この例は、上述の吸気量補正制御と熱容量補正制御とを組み合わせて行う例である。
まず、ＰＣＭ３０は、吸気温度センサ２３からの検出信号に基づいて検出した吸気温度が第１温度閾値α（例えば０℃）よりも低いか否かを判定する（ステップＳ２１）。
吸気温度が第１温度閾値αよりも低い場合（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、ＰＣＭ３０は、スロットル弁１８を設定開度よりも開方向に作動させて吸気量を増加させ（吸気量補正制御）、プリイグニッションが発生し易い運転領域でエンジン１を運転させる。
一方、吸気温度が第１温度閾値αよりも低くない場合（ステップＳ２１；Ｎｏ）、ＰＣＭ３０は、吸気温度が第２温度閾値β（例えば４０℃）よりも高いか否かを判定する（ステップＳ２３）。第２温度閾値βは、第１温度閾値αよりも高い温度に設定されている。

吸気温度が第２温度閾値βよりも高い場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、ＰＣＭ３０は、外部ＥＧＲ量を増加させるように、ＥＧＲ弁２５の開度を設定開度よりも開方向に変更設定する。また、ＰＣＭ３０は、内部ＥＧＲ量を設定量よりも増加させるように、電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂのタイミングを変更設定する（熱容量補正制御）。これにより、シリンダ４内の熱容量が増大し、プリイグニッションが発生し易い運転領域でエンジン１を運転させることができる。
一方、吸気温度が第２温度閾値βよりも高くない場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）、ＰＣＭ３０は処理を終了する。

このように、本実施形態のプリイグニッション発生誘発制御では、吸気温度が第１温度閾値αより低い場合、プリイグニッションを発生し易くするためには、ＥＧＲ量を増加させるよりも吸気量を増加させる方が効果的であるので、設定値からの変量が小さくて済むスロットル弁１８を作動させている。
一方、本実施形態のプリイグニッション発生誘発制御では、吸気温度が第２温度閾値βより高い場合、プリイグニッションを発生し易くするためには、吸気量を増加させるよりもＥＧＲ量を増加させる方が効果的であるので、設定値からの変量が小さくて済むＥＧＲ弁２５及び電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂを作動させている。

なお、吸気量補正制御での吸気量の増加量、及び熱容量補正制御での外部ＥＧＲ量と内部ＥＧＲ量の増加量は、その時の運転状態においてプリイグニッションが発生する臨界運転領域付近となるように、ＰＣＭ３０が内部データを参照して決定する。
また、本実施形態では、吸気温度が第１温度閾値α以上で第２温度閾値β以下の場合は、プリイグニッションを発生し易くする処理を行わないようになっているが、これに限らず、吸気量補正制御及び熱容量補正制御の少なくとも一方を行うようにしてもよい。

また、本実施形態では、プリイグニッション発生誘発制御処理として、吸気量補正制御と熱容量補正制御を行っているが、これに限らず、吸気量補正制御，熱容量補正制御及び上述の電磁ＶＶＴ１３ａによる有効圧縮比補正制御のうちの少なくとも１つ又はこれらを組み合わせて行ってもよい。
また、本実施形態では、吸気温度を用いているが、吸気温度の代わりに水温センサ２８によって検出されたエンジン冷却水の温度を用いてもよい。

メインフローに戻って説明を続ける。ＰＣＭ３０は、点火放電前の所定クランク角範囲でイオン電流を検出・記憶し（ステップＳ７）、これに基づいてイオン電流の変化率（＝ｄＩ／ｄθ）を算出する（ステップＳ８）。そして、ＰＣＭ３０は、上記読み込んだパラメータに基づいてプリイグニッション閾値を決定し、イオン電流の変化率がプリイグニッション閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ９）。
なお、ステップＳ７−Ｓ９の処理（プリイグニッション検出制御）は、ステップＳ６の処理（プリイグニッション発生誘発制御）を行った後、所定時間又は所定サイクル経過後に１回又は複数回行うようにしてもよい。

イオン電流の変化率がプリイグニッション閾値以上でない場合（ステップＳ９；Ｎｏ）、正常燃焼状態であるので処理を終了する。
一方、イオン電流の変化率がプリイグニッション閾値以上である場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、ＰＣＭ３０は、筒内でプリイグニッションが発生しつつあると判定する（ステップＳ１０）。このプリイグニッションの判定に基づいて、ＰＣＭ３０は、プリイグニッション抑制制御処理を行い（ステップＳ１１）、処理を終了する。このプリイグニッション抑制制御処理では、イオン電流の変化率が大きいほど抑制量を大きくし、プリイグニッション発生までの大きな運転マージンを確保する処理が行われる。これにより、以後のエンジンサイクルでのプリイグニッションの発生を抑制することができる。

以上のように、本実施形態では、プリイグニッション発生検証処理を行うことにより、予めエンジン１のプリイグニッション発生までの運転マージンが小さくなっていることを検出し、この検出に基づいて、設定モードをプリイグニッションが起こり難いように補正することができる。これにより、プリイグニッションの発生を抑制して、エンジン１への影響を防止することができる。

上記実施形態は、以下のように改変することができる。
上記実施形態では、給油後最初の運転をプリイグニッション発生誘発制御の開示条件としていたが、これに限らず、エンジン始動をプリイグニッション発生誘発制御の開始条件としてもよい。このように構成すると、エンジン始動毎にプリイグニッションの発生し易さを検証することができる。

また、車両走行距離をプリイグニッション発生誘発制御の開始条件としてもよい。この場合、走行距離メータからの距離信号に基づいて、ＰＣＭ３０が所定距離走行毎にプリイグニッション発生誘発制御を行うようにしてもよいし、複数の設定走行距離に到達する毎にプリイグニッション発生誘発制御を行うようにしてもよい。
また、予め開始時間又は走行時間を複数設定しておき、この設定時間の到来をプリイグニッション発生誘発制御の開始条件としてもよい。

また、上記実施形態では、点火放電前のイオン電流の増加率によってプリイグニッションを判定していたが、これに限らず、イオン電流のピーク時期によってプリイグニッションを判定するように構成してもよい。
図７に示すように、この改変例では、ＰＣＭ３０は、点火放電前のイオン電流のピーク（極大値）をイオン電流の変化から検出する。一点鎖線で示された正常燃焼時のイオン電流の変化では、クランク角Ｐ₁でピークが観測される。一方、実線で示された異常燃焼時のイオン電流の変化では、クランク角Ｐ₁よりも進角したクランク角Ｐ₂でピークが観測される。

本改変例では、ＰＣＭ３０は、実験等に基づいてイオン電流のピーク発生時期（クランク角Ｐ₁）を吸入空気量，吸気温度，エンジン回転数，ＥＧＲ導入量，空燃比，吸排気弁タイミング，エンジン水温等のパラメータの関数で定義したデータを記憶している。クランク角Ｐ₁に対する検出したイオン電流のピーク発生時期（クランク角Ｐ₂）の進角量（判定値）が、プリイグニッション閾値（進角量）未満の範囲のとき正常燃焼に設定され、プリイグニッション閾値の範囲のときプリイグニッション発生に設定される。したがって、ＰＣＭ３０は、イオン電流のピーク発生時期がいずれの範囲にあるかを判定することにより、その後の燃焼状態が正常燃焼又はプリイグニッションのうちいずれであるかを決定することができる。

プリイグニッションの発生を決定するためのプリイグニッション閾値は、上記実施形態と同様に、吸入空気量，吸気温度，エンジン回転数，ＥＧＲ導入量，空燃比，吸排気弁タイミング，エンジン水温等のパラメータのいずれか又はこれらのうちの複数の組み合わせの関数として定義される。したがって、ＰＣＭ３０は、エンジンサイクル毎にセンサからこれらパラメータに関連する値を読み込み、これらパラメータ値に基づいてプリイグニッション閾値を決定する。

このように、イオン電流のピーク時期によってプリイグニッションを判定する場合、上記実施形態におけるプリイグニッション発生検証処理では、上記ステップＳ８−Ｓ９の処理を、以下のように置き換えることができる。すなわち、ＰＣＭ３０は、ステップＳ７で検出したイオン電流の値からピーク値を算出し、さらに、このピーク値が発生したクランク角を算出する。そして、ＰＣＭ３０は、そのときのエンジン運転状態で予想される正常燃焼時のピーク発生時期と、このエンジンサイクルで検出したイオン電流のピーク発生時期とから算出したピーク発生時期の進角量（判定値）が、プリイグニッション閾値以上であるか否かを判定する。

なお、上記実施形態では、プリイグニッション発生誘発制御を所定の運転状態で一度のみ行うように構成されていたが、これに限らず、複数の運転状態でプリイグニッション発生誘発制御を行うように構成してもよい。このように構成すると、プリイグニッションが発生し易い運転領域を複数のパラメータについて判定することができ、プリイグニッション抑制制御処理をより高い精度で行うことが可能となる。

本発明の実施形態による車両用エンジンの構成を表す図である。 本発明の実施形態による点火回路の構成図である。 本発明の実施形態によるエンジン気筒内圧力及びイオン電流の変化を表すグラフである。 本発明の実施形態によるプリイグニッション検出処理の説明図である。 本発明の実施形態によるプリイグニッション発生検証処理のフローチャートである。 本発明の実施形態によるプリイグニッション発生誘発制御処理のフローチャートである。 本発明の改変例に係るプリイグニッション検出処理の説明図である。

符号の説明

１ エンジン
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ シリンダ
５ ピストン
６ 燃焼室
７ 点火プラグ
８ 点火回路
８ｄ イオン電流検出回路
９ 吸気ポート
１０ 排気ポート
１１ 吸気弁
１２ 排気弁
１３ａ，１３ｂ 可変バルブタイミング機構（電磁ＶＶＴ）
１５ 吸気通路
１６ エアクリーナ
１７ エアフローセンサ
１８ スロットル弁
１９ インジェクタ
２０ 排気通路
２１ Ｏ₂センサ
２３ 吸気温度センサ
２４ 排気還流通路（ＥＧＲ通路）
２５ 流量制御弁（ＥＧＲ弁）
２６ クランク角センサ
２８ 水温センサ
２９ エンジンオイル温度センサ
３２ アクセル開度センサ
３３ エンジン回転数センサ
３４ フィラーキャップセンサ

Claims (6)

1. 車両用エンジンの運転状態を制御して気筒内の状態を変更する筒内状態変更手段と、車両用エンジンの燃焼室内で発生するプリイグニッションを検出するプリイグニッション検出手段と、を備えた車両用エンジンの制御装置であって、
   前記筒内状態変更手段は、前記車両用エンジンの運転状態が低回転且つ低負荷状態であることを条件として、気筒内の状態をよりプリイグニッションが発生し易い状態に変更可能に構成され、
   前記プリイグニッション検出手段は、前記筒内状態変更手段が気筒内の状態をよりプリイグニッションが発生し易い状態に変更したことに応じて、プリイグニッションの発生の有無を判定することを特徴とする車両用エンジンの制御装置。
2. さらに、燃料が給油されたことを検出する給油検出手段を備え、
   前記筒内状態変更手段は、前記給油検出手段が燃料の給油を検出したとき、気筒内の状態をよりプリイグニッションが発生し易い状態に変更するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの制御装置。
3. 前記筒内状態変更手段は、車両用エンジンの始動時に、気筒内の状態をよりプリイグニッションが発生し易い状態に変更するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの制御装置。
4. 前記筒内状態変更手段は、所定の車両走行距離において、気筒内の状態をよりプリイグニッションが発生し易い状態に変更するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの制御装置。
5. 前記筒内状態変更手段は、気筒内に供給する吸気量を補正する吸気量補正手段と、気筒内の熱容量を補正する熱容量補正手段と、気筒内圧縮比を補正する圧縮比補正手段のうち少なくとも１つにより、気筒内の状態を変更することを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの制御装置。
6. 前記プリイグニッション検出手段は、車両用エンジンの燃焼室内のイオンに起因するイオン電流を検出するイオン電流検出手段を備え、
   前記プリイグニッション検出手段は、プリイグニッションの発生と点火前におけるイオン電流に基づいて算出される判定値との関係を表す閾値を有しており、点火前におけるイオン電流に基づいて算出した判定値が、前記閾値以上のときに車両用エンジンの筒内でプリイグニッションが発生していると判定することを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの制御装置。

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