JP2011012608A - 内燃機関の異常着火制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常着火を検出するために複数の検出方法を用いることで、異常着火の強さを正確に検出でき、異常着火を抑制できる内燃機関の異常着火制御装置を得る。
【解決手段】ノックセンサ１と、イオン電流センサ２と、クランク角センサ３と、複数のプリイグ判定パラメータを算出するプリイグ判定パラメータ算出部４０と、複数のプリイグ判定パラメータが、異常燃焼判定しきい値を上回った場合には有効であると判定する有効判定部５０と、有効と判定されたプリイグ判定パラメータに対してのみ、プリイグ判定パラメータとプリイグ強度の関係をマップ化したパラメータ−プリイグ強度マップに基づいて、プリイグ強度を算出するプリイグ強度算出部６０と、プリイグ強度が算出されていた場合には、プリイグ強度を調停して最終プリイグ強度を算出するプリイグ強度調停部７０と、最終プリイグ強度に応じてプリイグの回避制御を行うプリイグ回避制御部８０とを備える。
【選択図】図４

Description

この発明は、内燃機関で発生するプリイグニッションやポストイグニッションを検出及び抑制する内燃機関の異常着火制御装置に関するものである。

エンジンにおいて発生する異常燃焼として、プリイグニッションやポストイグニッションが知られている。これらの異常燃焼の原因は、点火プラグや筒内に溜まったデポジット等が高温になり、これが熱源となって自己着火に至る場合や、圧縮比が高い場合に、圧縮行程で混合気が高温、高圧になって自己着火に至る場合などが考えられている。このうち、正規の火花点火の前に起こるものをプリイグニッション、後に起こるものをポストイグニッションと呼ばれている。これらの異常着火は一般に知られるものであり（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）、これが発生すると、不快な金属音の発生、エンジン出力の変動、極端な場合には、エンジンの破損に至る場合もある。

プリイグニッションやポストイグニッションを検出する方法として、筒内圧センサによる検出が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、自動車用として大量生産するエンジンに筒内圧センサを用いるにはコスト、信頼性、耐久性等の問題から、現在のところ、一般に普及するには至っていない。そこで、他の検出方法として、異常着火に伴うエンジン振動をノックセンサにより検出する方法（例えば、特許文献１、特許文献２参照）やイオン電流の発生状況により検出する方法（例えば、特許文献１、特許文献３参照）、エンジン回転速度の変動から検出する方法（例えば、特許文献３参照）等が提案されている。

特許第３６６９１７５号公報 特許第３９１２０３２号公報 特公平７−６５５５８号公報

木村逸郎、酒井忠美著、「大学講義 内燃機関」、丸善、１９８０年、Ｐ８２〜８４ 長尾不二夫著、「内燃機関講義 上巻」、養賢堂、１９８０年、Ｐ２１６〜２２３

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。異常着火の検出は、筒内の燃焼状態を直接計測できる筒内圧センサを用いた検出方法が最も正確であることは自明であり、ノックセンサ、イオン電流、エンジン回転速度の変動等で検出した場合の検出性は筒内圧センサによる検出に比べ低下する。また、これら筒内圧センサ以外の方法では運転条件によって異常着火の検出性が異なる場合があり、単独の使用では、すべての運転条件下で十分な検出性が得られない。例えば、低回転高負荷時に発生する圧縮による自己着火において、点火時期をＡＴＤＣ２０ｄｅｇＣＡ程度まで遅角した場合には、イオン電流やエンジン回転速度変動では比較的弱いポストイグニッションが検出可能であるが、ノックセンサでは強いプリイグニッションが発生するまで検出できない場合がある。逆に、点火時期をノック限界近傍のＡＴＤＣ５ｄｅｇＣＡ程度まで進角した場合には、ノックセンサでは比較的弱いポストイグニッションが検出可能であるが、イオン電流やエンジン回転速度変動では全く検出できない場合がある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、異常着火を検出するために複数の検出方法を用いることで、単独の検出方法を用いることより、異常着火の強さを正確に検出することができ、異常着火を抑制することができる内燃機関の異常着火制御装置を得ることを目的とする。

本発明に係る内燃機関の異常着火制御装置は、内燃機関で発生する物理量をそれぞれ検出する複数の物理量検出手段と、前記複数の物理量検出手段により検出された複数の物理量に基づき、複数の異常着火判定パラメータをそれぞれ算出する異常着火判定パラメータ算出部と、前記異常着火判定パラメータ算出部により算出された複数の異常着火判定パラメータが、予め設定しておいた異常燃焼判定しきい値を上回った場合には有効であるとそれぞれ判定する有効判定部と、前記有効判定部により有効と判定された異常着火判定パラメータに対してのみ、異常着火判定パラメータと異常着火強度の関係をマップ化したパラメータ−異常着火強度マップに基づいて、異常着火強度をそれぞれ算出する異常着火強度算出部と、前記異常着火強度算出部により異常着火強度が算出されていた場合には、算出された異常着火強度を調停して最終異常着火強度を算出する異常着火強度調停部と、前記異常着火強度調停部により算出された最終異常着火強度に応じて異常着火の回避制御を行う異常着火回避制御部とを備えるものである。

本発明に係る内燃機関の異常着火制御装置によれば、異常着火を検出するために複数の検出方法を用いることで、単独の検出方法を用いることより、異常着火の強さを正確に検出することができ、異常着火を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置の概略構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の異常着火制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の異常着火制御装置のプリイグ判定パラメータとプリイグ強度指標の関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の異常着火制御装置のプリイグ強度調停部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の異常着火制御装置のプリイグ回避制御部の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の内燃機関の異常着火制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る内燃機関の異常着火制御装置について図１から図７までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１において、内燃機関１０の吸気系の上流に、吸入空気流量を調整するために電子的に制御される電子制御式スロットルバルブ１１が設けられている。また、電子制御式スロットルバルブ１１の開度を測定するために、スロットル開度センサ５が設けられている。

さらに、電子制御式スロットルバルブ１１の上流には、吸入空気流量を測定するエアフロセンサ４が設けられており、電子制御式スロットルバルブ１１の下流の内燃機関１０側には、サージタンク１６内の圧力を測定するインマニ圧センサ６が設けられている。なお、エアフロセンサ４とインマニ圧センサ６に関しては、両方とも設けてもよいし、いずれか一方のみが設けられていてもよい。

サージタンク１６の下流の吸気通路には、燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。なお、インジェクタ１３は、内燃機関１０のシリンダ内に直接噴射できるように設けられてもよい。さらに、内燃機関１０の吸気バルブには、電子制御式ＶＶＡ（Variable Valve Actuation）１２が設けられており、吸気バルブの開閉タイミング、作動角、リフト量のうち１つ以上の可変制御が可能であって、これにより、内燃機関１０の有効圧縮比を可変することが可能となっている。

また、内燃機関１０のシリンダ内の混合気に点火するための点火コイル１４及び点火プラグ１５、内燃機関１０の回転速度やクランク角度を検出するためにクランク軸に設けられたプレートのエッジを検出するためのクランク角センサ３、内燃機関１０の振動を検出するためのノックセンサ１が設けられている。なお、点火コイル１４には、イオン電流を検出するためのイオン電流センサ２が含まれている。

図２は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示すブロック図である。

図２おいて、ノックセンサ１で測定されたエンジンの振動波形と、クランク角センサ３より出力されるクランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスと、エアフロセンサ４で測定された吸入空気流量と、スロットル開度センサ５で測定された電子制御式スロットルバルブ１１の開度と、インマニ圧センサ６で測定されたインマニ圧は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００Ａに入力される。また、上記以外の各種センサからもＥＣＵ１００Ａに測定値が入力され、さらに、他のコントローラ（例えば、自動変速機制御、ブレーキ制御、トラクション制御等の制御システム）からの信号も入力される。なお、点火コイル１４に含まれるイオン電流センサ２により検出されたイオン電流は、ＥＣＵ１００Ａに直接入力するようにしてもいいし、一旦、別体のコントローラに入力して処理を行ったのち、最終結果であるイオン電流の発生位置や終了位置をＣＡＮ等の通信によりＥＣＵ１００Ａへ送るようにしてもよい。

ＥＣＵ１００Ａでは、アクセル開度やエンジンの運転状態などを基にして目標スロットル開度が算出されて電子制御式スロットルバルブ１１を制御する。また、その時の運転状態に応じて、電子制御式ＶＶＡ１２は制御され、目標空燃比を達成するようにインジェクタ１３は駆動され、目標点火時期を達成するように点火コイル１４への通電が行われる。なお、後述の方法でノックが検出された場合には、目標点火時期を遅角側（リタード側）に設定することでノックの発生を抑制する制御も行われる。さらに、上記以外の各種アクチュエータへの指示値も算出される。

図３は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置の概略構成を示すブロック図である。

図３において、ＥＣＵ１００Ａは、各種Ｉ／Ｆ回路と、マイクロコンピュータ１００から構成される。ノック制御用のＩ／Ｆ回路２０は、ノックセンサ１の信号出力の高周波成分を除去するためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１である。また、マイクロコンピュータ１００は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３１、制御プログラムや制御定数を記憶しておくＲＯＭ領域、プログラムを実行した際の変数を記憶しておくＲＡＭ領域等から構成されている。さらに、マイクロコンピュータ１００は、フィルタ処理部３２と、ピーク値算出部３３と、スレッショルド演算部３４と、ノック判定部３５と、ノック強度算出部３６と、リタード量算出部３７と、ピーク位置算出部３８とが設けられている。

つぎに、この実施の形態１に係る内燃機関の異常着火制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。

図４は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の異常着火制御装置の構成を示すブロック図である。

図４を参照しながら、プリイグニッション（以下、プリイグと言う）やポストイグニッション等の異常着火の検出及び回避動作を行うプリイグ制御の概要について説明する。

図４において、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の異常着火制御装置は、ノックセンサ（物理量検出手段）１と、イオン電流センサ（物理量検出手段）２と、クランク角センサ（物理量検出手段）３と、プリイグ判定パラメータ算出部（異常着火判定パラメータ算出部）４０と、有効判定部５０と、プリイグ強度算出部（異常着火強度算出部）６０と、プリイグ強度調停部（異常着火強度調停部）７０と、プリイグ回避制御部（異常着火回避制御部）８０とが設けられている。なお、プリイグ判定パラメータ算出部４０、有効判定部５０、プリイグ強度算出部６０、プリイグ強度調停部７０及びプリイグ回避制御部８０は、マイクロコンピュータ１００（ソフトウェア）により実現されている。

まず、ノックセンサ１によるプリイグ判定パラメータの算出方法について詳細に説明する。

ノックセンサ１より出力された信号は、前述のノック制御装置に入力され、そこでプリイグ判定パラメータである振動位置４１や振動強度４２が算出される。なお、このノック制御装置は、ノックセンサ１によるプリイグ判定パラメータを算出するプリイグ判定パラメータ算出部４０に相当する。

マイクロコンピュータ１００のＡ／Ｄ変換器３１は、Ａ／Ｄ変換を実施し、一定の時間間隔（例えば、１０μｓや２０μｓ等）毎に実行する。なお、このＡ／Ｄ変換は、常時行うようにしてもいいし、ノックが発生する期間（例えば、ＴＤＣからＡＴＤＣ５０°ＣＡ等。以下、ノック検出ウインドウ）のみ行うようにしてもよい。

次に、フィルタ処理部３２は、ノック固有の周波数離散成分を抽出するための周波数解析を行うフィルタ処理を実施する。このフィルタ処理として、例えば、デジタルバンドパスフィルタによるフィルタ処理を用いても良いし、短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）処理により対象周波数のスペクトル解析を行うようにしてもよい。

次に、ピーク値算出部３３は、前述のノック検出ウインドウ内のノックセンサ波形をフィルタ処理した結果を基にピーク値や積分値を算出する。本実施の形態では以下の説明において振動レベルを表す値としてピーク値を用いるが、これ以外の指標、例えば、振動レベルを表す値として積分値等を用いてもよい。

次に、ピーク値算出部３３により算出されたピーク値は、スレッショルド演算部３４のスレッショルド演算において、まず、次の式（１）により、なまし処理を行って平均化される。なお、ＶＢＧＬ（ｎ）はなまし値、ＶＰ（ｎ）はピーク値、Ｋ１は平均化係数をそれぞれ示す。

ＶＢＧＬ（ｎ）＝Ｋ１×ＶＢＧＬ（ｎ−１）＋（１−Ｋ１）×ＶＰ（ｎ） （１）

続いて、スレッショルド演算部３４は、次の式（２）により、ノック判別のためのスレッショルド値を得る。なお、ＶＴＨ（ｎ）はスレッショルド値、Ｋｔｈはスレッショルド係数、Ｖｏｆｓはスレッショルドオフセットをそれぞれ示す。

ＶＴＨ（ｎ）＝ＶＢＧＬ（ｎ）×Ｋｔｈ＋Ｖｏｆｓ （２）

あるいは、ピーク値のばらつきを正規分布と仮定して、次の式（３）により、スレッショルド値を算出しても良い。なお、Ｖｓｉｇｍａ（ｎ）はピ−ク値の標準偏差、Ｋｔｈはスレッショルド係数（例えば３）をそれぞれ示す。

ＶＴＨ（ｎ）＝ＶＢＧＬ（ｎ）＋Ｋｔｈ×Ｖｓｉｇｍａ（ｎ） （３）

次に、ノック判定部３５は、ピーク値とスレッショルド値とを比較してノック発生有無を判定する。

続いて、ノック強度算出部３６は、ノック発生有りと判定された場合に、次の式（４）により、ノックの強さに応じた信号であるノック強度ＶＫ（ｎ）を算出する。なお、ノック無し時はＶＫ（ｎ）＝０である。

ＶＫ（ｎ）＝ＶＰ（ｎ）−ＶＴＨ（ｎ） （４）

次に、リタード量算出部３７は、次の式（５）により、１点火毎のノック強度に応じたリタード量を算出する。なお、ΔθＲ（ｎ）は１点火毎のリタード量、Ｋｇはリタード量反映係数をそれぞれ示す。

ΔθＲ（ｎ）＝ＶＫ（ｎ）／ＶＴＨ（ｎ）×Ｋｇ （５）

このリタード量を用いて、図示しない点火時期制御装置により点火時期制御が実行される。

また、ピーク位置算出部３８は、前述のノック検出ウインドウ内のノックセンサ波形をフィルタ処理した結果を基にピーク位置を算出する。本実施の形態では以下の説明において振動位置を表す値としてピーク位置を用いるが、これ以外の指標、例えば、振動位置を表す値として振動の立ち上がり位置等を用いてもよい。

ピーク位置算出部３８で算出されたピーク位置が、プリイグ検出用の振動位置４１としてメモリ（ＲＡＭ）に格納され、更に、ノック強度算出部３６で算出されたノック強度が、プリイグ検出用の振動強度４２としてメモリ（ＲＡＭ）に格納される。このようにして、ノックセンサ１の出力値から、プリイグ判定パラメータである振動位置４１や振動強度４２が算出される。

次に、イオン電流センサ２によるプリイグ判定パラメータの算出方法について説明する。

イオン電流センサ２とは、例えば、特許文献３にあるように、燃焼時に発生するイオンを点火プラグ１５に所定のバイアス電圧を印加しておくことで電流として検出するセンサであり、このイオン電流により燃焼状態を検知することができる。具体的には、燃焼していないときにはイオンはほとんど存在しないので、イオン電流値は略ゼロであるが、燃焼が始まり、燃焼が激しくなり筒内温度が高くなるにつれて、燃焼や熱電離により発生するイオンが増えるため、イオン電流値は大きくなる。その後、燃焼が終了して筒内温度が低下してくるとイオン電流値も減少し、排気行程に至るまでにはほぼゼロとなる。

イオン電流センサ２によりイオン電流の発生位置４３を算出するには、例えば、ＥＣＵ１００Ａのマイクロコンピュータ１００において、所定クランク角度毎にイオン電流値のＡ／Ｄ変換処理を行い、マイクロコンピュータ１００内のプリイグ判定パラメータ算出部４０において、イオン電流値が所定値を上回った時点のクランク角度をイオン電流発生位置とすればよい。このようにして、イオン電流センサ２の出力値から、プリイグ判定パラメータである発生位置４３が算出される。

次に、クランク角センサ３によるプリイグ判定パラメータの算出方法について説明する。

クランク角センサ３では、前述のように、クランク角度を検出するためにクランク軸に設けられたプレートのエッジを検出するが、そのエッジは６度毎や１０度毎の所定間隔（クランク位置特定のための欠け歯部を除く）に刻まれており、そのエッジ検出に同期して発生するパルス信号をＥＣＵ１００Ａ内のマイクロコンピュータ１００内のプリイグ判定パラメータ算出部４０に入力することで、エッジ間（所定クランク角間隔）ΔＣＡの周期Δｔを計測することができる。

そこで、所定クランク角間隔ΔＣＡと周期Δｔを用いれば角速度ωを、次の式（６）により、算出することができる。

ω（ｎ）＝ΔＣＡ（ｎ）／Δｔ（ｎ） （６）

更に、角速度ωと周期Δｔより、角加速度αを、次の式（７）により、算出することができる。

α（ｎ）＝｛ω（ｎ）−ω（ｎ−１）｝／Δｔ（ｎ） （７）

これにより所定クランク角度位置における所定クランク角間隔のクランク角加速度が算出できる。これを踏まえ、プリイグ判定パラメータ算出部４０は、正常燃焼時と異常燃焼時でクランク角加速度の差が顕著なクランク角度位置を予め確認しておき、そのクランク角度位置でのクランク角加速度を求めることで、プリイグ判定パラメータである角加速度４４を算出する。更に、前述のエッジ毎（例えば、６度毎や１０度毎）にクランク角加速度を求めておき、１行程間の最大値及び最大位置を求めることで、プリイグ判定パラメータである角加速度最大値４５や角加速度最大位置４６が算出される。

続いて、各センサより算出された各プリイグ判定パラメータに対して行われる、有効判定及び異常着火強度（以下、プリイグ強度と言う）の算出処理について、図４及び図５を参照しながら説明する。

まず、図４の破線部（４０、５０、６０）を参照しながら有効判定及びプリイグ強度算出処理についての概要を説明する。

プリイグ判定パラメータ算出部４０は、前述の通り各センサの検出値より各プリイグ判定パラメータを算出する。続く、有効判定部５０は、各プリイグ判定パラメータに対して、後述する各異常燃焼判定しきい値との比較を行い、それぞれのプリイグ判定パラメータにより異常着火と判定されたかどうかを判定する。ここで、無効である（異常着火ではない）と判定されたプリイグ判定パラメータに対してはプリイグ強度には無効となる初期値を代入して、この処理を終了する。有効である（異常着火である）と判定されたプリイグ判定パラメータは、続く、プリイグ強度算出部６０によりプリイグ強度の算出を行い、この処理を終了する。このようにして各プリイグ判定パラメータに対するプリイグ強度の算出が行われる。

ここで、各プリイグ判定パラメータに対するプリイグ強度の算出の考え方について説明する。

まず、各プリイグ判定パラメータを強度系のパラメータと位置系のパラメータに分けると、強度系には振動強度４２、角加速度４４、角加速度最大値４５が、位置系には振動位置４１、イオン電流の発生位置４３、角加速度最大位置４６が割り振られる。また、プリイグ強度の指標としては、筒内圧より算出できる熱発生率の最大値や質量燃焼割合の１０％位置（質量燃焼割合が１０％となるクランク角度位置）が考えられ、熱発生率最大値は強度系のパラメータであり、質量燃焼割合１０％位置は位置系のパラメータである。ここで、これらの強度系パラメータと位置系パラメータの関係を図５にまとめた。

図５は、これまで我々が行ったエンジン（内燃機関）評価結果の概略イメージを表したものである。図５（ａ）及び（ｃ）に示すように、プリイグ強度として熱発生率最大値を考えた場合、強度系パラメータ（振動強度４２、角加速度４４、角加速度最大値４５）とは略比例した関係があり、位置系パラメータ（振動位置４１、イオン電流の発生位置４３、角加速度最大位置４６）とは略反比例の関係があることがわかる。

また、図５（ｂ）及び（ｄ）に示すように、プリイグ強度として質量燃焼割合１０％位置を考えた場合、強度系パラメータ（振動強度４２、角加速度４４、角加速度最大値４５）とは略反比例した関係があり、位置系パラメータ（振動位置４１、イオン電流の発生位置４３、角加速度最大位置４６）とは略比例の関係があることがわかる。

このような関係を予め筒内圧センサを備えたエンジンにより測定しておき、これをマップにしておくことで、各プリイグ判定パラメータからプリイグ強度（熱発生率最大値又は質量燃焼割合１０％位置）の算出を容易に行うことができる。

以上を踏まえ、有効判定及びプリイグ強度算出の具体的な演算方法について説明する。

事前に必要な準備としては、前述のように、各プリイグ判定パラメータとプリイグ強度（熱発生率最大値又は質量燃焼割合１０％位置）についての関係を予め筒内圧センサを備えたエンジンにより測定しておき、それをマップ化しておく必要がある。すなわち、プリイグ判定パラメータとプリイグ強度の関係をマップ化したパラメータ−プリイグ強度マップを予め設定する。さらに、上記のパラメータ−プリイグ強度マップから、プリイグ判定パラメータの有効判定を行うための異常燃焼判定しきい値も設定しておく。

図４の有効判定部５０では、有効判定を行うが、強度系パラメータ（振動強度４２、角加速度４４、角加速度最大値４５）に対する有効判定５２、５４、５５では、正常燃焼時より異常燃焼時の方が大きくなる傾向があるため、前述の通り予め設定しておいた異常燃焼判定しきい値を上回った場合（大きい場合）に有効であると判定する。

また、位置系パラメータ（振動位置４１、イオン電流の発生位置４３、角加速度最大位置４６）に対する有効判定５１、５３、５６では、正常燃焼時より異常燃焼時の方が早くなる傾向があるため、予め設定しておいた異常燃焼判定しきい値より早い場合（上回った場合）に有効であると判定する。但し、振動位置４１に対する有効判定５１では、正常燃焼時における微小振動時でも振動位置のみが早く発生する可能性があるため、振動強度４２が所定値以上であることも有効判定条件に加えておく必要がある。このようにすることで、各プリイグ判定パラメータが有効であるか無効であるかの判定を行うことができる。

次に、プリイグ強度算出部６０（６１−６６）では、有効判定部５０で有効と判定されたプリイグ判定パラメータに対してのみ、上記のパラメータ−プリイグ強度マップによるマッピングを行ってプリイグ強度を算出する。有効判定部５０で無効と判定されたプリイグ判定パラメータに対しては、プリイグ強度が熱発生率最大値の場合はゼロを、質量燃焼割合１０％位置の場合にはＡＴＤＣ１８０度といった無効値を代入する。以上により、各プリイグ判定パラメータから各プリイグ強度を算出することができる。

続いて、図４のプリイグ強度調停部７０について、図６を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の異常着火制御装置のプリイグ強度調停部の動作を示すフローチャートである。

まず、ステップ７１において、プリイグ強度調停部７０は、プリイグ強度算出の有無を確認する。ここでは、各プリイグ判定パラメータに対する有効判定の有無を確認してもよいし、プリイグ強度が無効値以外であるかどうかを確認してもよい。ここでプリイグ強度の算出が全く行われていない（全てのプリイグ判定パラメータが無効である）ことが確認された場合には、今回の燃焼が正常燃焼であったと考えられるので、以下の制御は何も行わずにこのルーチンを終了する。

次に、ステップ７２において、いずれかのプリイグ判定パラメータが有効と判定されていた場合には、プリイグ強度の調停を行う。この調停方法としては、有効判定されたプリイグ強度の平均値を算出する方法や、最大値を算出する方法が考えられ、このような演算により調停されたプリイグ強度が、ステップ７３で最終プリイグ強度としてメモリ（ＲＡＭ）に格納される。

別の調停方法としては、前述の通り、各プリイグ判定パラメータは運転条件に応じて精度が変化するため、運転条件に応じた重み付け平均値を算出するようにしてもよい。具体的には、点火時期がノック限界に近い進角時にはノックセンサ１による検出精度が良好であるので、各センサより算出したプリイグ強度に対し、例えば、
ノックセンサ１：イオン電流センサ２：クランク角センサ３＝３：１：１
の割合で重み付けして平均化する。

逆に、遅角時にはイオン電流センサ２やクランク角センサ３による検出精度が良好であるので、例えば、
ノックセンサ１：イオン電流センサ２：クランク角センサ３＝１：２：２
の割合で重み付けして平均化する。

また、全てのセンサで検出精度が同等である点火時期においては、
ノックセンサ１：イオン電流センサ２：クランク角センサ３＝１：１：１
として、重み付けを行わないようにすればよい。

以上により算出された最終プリイグ強度を用いて、後述するプリイグ回避制御が実行される。

次に、図４のプリイグ回避制御部８０について、図７を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の異常着火制御装置のプリイグ回避制御部の動作を示すフローチャートである。

異常着火が発生した場合、これを抑制するには内燃機関１０の筒内の温度を低下させることが有効である。そこで、筒内温度を低下させるための方法としては、吸気量の減少や有効圧縮比の低下による圧縮行程時の筒内温度の低減や、燃料の増量や燃料噴射タイミングの遅角による筒内冷却が有効である。更に、数行程間燃料カットすることで強制的に筒内を掃気して筒内の温度を低下させることも有効である。これらの方法を組み合わせて使用することで、異常着火の強さに応じた回避制御を行うことができる。

つまり、弱い異常着火であれば、即座にエンジンにダメージを与えるわけではないため、急なトルクダウンを起こさないように抑制制御を行えばよいが、強い異常着火であれば、即座に抑制しなければ不快な振動や金属音が発生したり、最悪の場合はエンジンの破損に至る可能性がある。そこで、ここでは実施の形態として、異常着火の強弱を判定する所定値を予め設定しておき、弱い異常着火と判定された場合には、吸気量による抑制制御のみを実行することで急なトルクダウンを発生させずに異常着火を抑制し、強い異常着火と判定された場合には、吸気量と燃料による抑制制御を実行して、エンジンにダメージを与えないよう即座に抑制する場合について説明する。

まず、ステップ８１において、プリイグ回避制御部８０は、最終プリイグ強度が所定値よりも大きいかどうかの判定を行う。この所定値以下であれば弱い異常着火であるので、ステップ８４へ移行するが、所定値よりも大きい場合であれば次のステップ８２へ移行する。

ステップ８２において、所定値よりも大きい場合であれば強い異常着火であると考えられるので、燃料噴射量の増量又はカットや、燃料噴射タイミングの遅角を行って早急にプリイグを抑制するために、目標噴射量や目標噴射時期の算出を行う。これらの値は、予めプリイグ強度に対しどの程度噴射量や噴射時期を変化させることで異常着火を抑制できるかを適合し、それをプリイグ強度に対するマップとして持っておくか、プリイグ強度を基に演算するようにしておけばよい。

ステップ８３において、このようにして算出された目標噴射量や目標噴射時期により、インジェクタ１３の駆動が行われる。

ステップ８４において、吸気量の減少や有効圧縮比の低下を行うために、目標吸気量や目標有効圧縮比の算出を行う。これも燃料による抑制制御同様、予めプリイグ強度に対しどの程度吸気量や有効圧縮比を変化させることで異常着火を抑制できるかを適合し、それをプリイグ強度に対するマップとして持っておくか、プリイグ強度を基に演算するようにしておけばよい。

ステップ８５において、このようにして算出された目標吸気量や目標有効圧縮比を実現するよう、電子制御式スロットルバルブ１１や電子制御式ＶＶＡ１２の駆動を行うことで、異常着火を回避することが可能となる。

本実施の形態により、複数の検出方法を用いることで、単独の検出方法を用いることより、異常着火の強度を正確に検出し、その強度に応じて異常着火を抑制するための制御を行う異常着火制御装置を得られるという優れた効果がある。

１ ノックセンサ、２ イオン電流センサ、３ クランク角センサ、１０ 内燃機関、１１ 電子制御式スロットルバルブ、１２ 電子制御式ＶＶＡ、１３ インジェクタ、３１ Ａ／Ｄ変換器、３２ フィルタ処理部、３３ ピーク値算出部、３４ スレッショルド演算部、３５ ノック判定部、３６ ノック強度算出部、３７ リタード量算出部、３８ ピーク位置算出部、４０ プリイグ判定パラメータ算出部、５０ 有効判定部、６０ プリイグ強度算出部、７０ プリイグ強度調停部、８０ プリイグ回避制御部、１００ マイクロコンピュータ。

Claims (5)

1. 内燃機関で発生する物理量をそれぞれ検出する複数の物理量検出手段と、
   前記複数の物理量検出手段により検出された複数の物理量に基づき、複数の異常着火判定パラメータをそれぞれ算出する異常着火判定パラメータ算出部と、
   前記異常着火判定パラメータ算出部により算出された複数の異常着火判定パラメータが、予め設定しておいた異常燃焼判定しきい値を上回った場合には有効であるとそれぞれ判定する有効判定部と、
   前記有効判定部により有効と判定された異常着火判定パラメータに対してのみ、異常着火判定パラメータと異常着火強度の関係をマップ化したパラメータ−異常着火強度マップに基づいて、異常着火強度をそれぞれ算出する異常着火強度算出部と、
   前記異常着火強度算出部により異常着火強度が算出されていた場合には、算出された異常着火強度を調停して最終異常着火強度を算出する異常着火強度調停部と、
   前記異常着火強度調停部により算出された最終異常着火強度に応じて異常着火の回避制御を行う異常着火回避制御部と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の異常着火制御装置。
2. 前記複数の物理量検出手段は、ノックセンサ、イオン電流センサ、クランク角センサのうち、少なくとも２つである
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の異常着火制御装置。
3. 前記異常着火強度算出部により算出された異常着火強度は、熱発生率最大値、質量燃焼割合が所定割合となるクランク角度位置のいずれかである
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の異常着火制御装置。
4. 前記異常着火強度調停部により調停されて算出された最終異常着火強度は、異常着火強度の平均値、最大値、運転条件に応じた重み付け平均値のいずれかである
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の内燃機関の異常着火制御装置。
5. 前記異常着火回避制御部は、
   前記最終異常着火強度が、予め設定しておいた異常着火の強弱を判定する所定値よりも大きい場合は、目標噴射量及び目標噴射時期を算出してインジェクタを駆動するとともに、目標吸気量及び目標有効圧縮比を算出して電子制御式スロットルバルブ及び電子制御式ＶＶＡを駆動し、
   前記最終異常着火強度が、前記所定値以下の場合には、目標吸気量及び目標有効圧縮比を算出して電子制御式スロットルバルブ及び電子制御式ＶＶＡを駆動する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の内燃機関の異常着火制御装置。

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