JP2011085098A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリイグまたはポスイグと呼ばれる異常着火を早期に検出し、トルク変動や異常振動の継続時間を抑えた上で、異常着火を抑制する。
【解決手段】第１のノックが検出された際の点火時期が所定値より遅角側である場合には、有効圧縮比に起因する第２のノックの発生を検出する第２のノック検出手段５１と、第２のノックが検出された場合には、第１の有効圧縮比低下量を算出して可変動弁機構制御手段に与えることで、第２のノックを抑制する第２のノック抑制手段５２と、第２のノックのノック強度が所定値以上である場合には、プリイグニッションまたはポストイグニッションによる第１の異常着火の発生を検出する第１の異常着火検出手段６１と、第１の異常着火が検出された場合には、内燃機関の燃料制御を行うことで第１の異常着火を抑制する第１の異常着火抑制手段６２とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、内燃機関で発生するノック、プリイグニッション、およびポストイグニッションによる異常燃焼を検出および抑制する内燃機関の制御装置に関する。

従来から、エンジンにて発生する異常燃焼のひとつであるノックを、振動センサにて検出する方法が知られている。エンジンの運転中にノックが発生すると、エンジンやノックの振動モードに応じて固有の周波数帯の振動が発生することが知られている。そこで、この従来のノック検出は、この固有周波数の振動強度を測定することで行われている。

具体的には、固有周波数の抽出には、アナログのバンドパスフィルタ回路が用いられる。そして、このバンドパスフィルタ回路の出力をピークホールド回路に入力することで得られるバンドパスフィルタ後のピークホールド値により、振動強度を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。あるいは、デジタル信号処理（例えば、ＦＦＴ：高速フーリエ変換）を行い、その固有周波数のスペクトル値により、振動強度を測定する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、エンジンにて発生する異常燃焼としては、ノック以外にも、プリイグニッションやポストイグニッションも知られている。ノックによる異常燃焼は、次のようなものである。まず、点火プラグによる火花点火後、点火プラグを中心に火炎が広がる。この際、点火プラグから遠い場所にある未燃焼の混合気（エンドガス）が、ピストンやシリンダ壁面に押しつけられ、高温・高圧となる。この結果、エンドガスが自己着火した際に、衝撃波が発生する。これにより、筒内圧力やエンジンブロックの振動、金属音が発生すると考えられている。

また、プリイグニッションやポストイグニッションと呼ばれる異常着火は、例えば、次の２つの場合が考えられる。まず第１に、点火プラグや筒内のデポジットが高温になり、これが熱源となって着火に至る場合（以下、熱源自着火と称す）が考えられる。また第２に、圧縮比が高い際に、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（以下、圧縮自着火）が考えられる。このような場合でも、筒内圧力やエンジンブロックの振動、金属音を伴う場合がある。

この異常着火のうち、正規の火花点火の前に起こるものはプリイグニッション（以下、プリイグと称す）と呼ばれ、後に起こるものはポストイグニッション（以下、ポスイグと称す）と呼ばれている。これらの異常燃焼は、一般に知られるものであり（例えば、非特許文献１、２参照）、いずれかが発生すると、不快な金属音の発生、エンジン出力の変動、そして極端な場合には、エンジンの破損に至る場合もある。

プリイグやポスイグ（以下、異常着火と総称する）が発生した場合にも、エンジン振動を伴うことがある。このため、前述のノック検出方法を応用して、異常着火の検出を行う方法が提案されている。その方法として、点火時期と振動発生時期との時間差に基づいて異常着火の発生を判断する方法が知られている（例えば、特許文献３）。また、ノック検出後、ノックを抑制するために、点火時期を遅角側へ補正を行っても所定期間ノック振動が収まらない場合、ノック振動が増大する場合、あるいは最遅角点火時期まで遅角してもノック振動が発生した場合に、異常着火の発生と判定する方法が知られている（例えば、特許文献３、４、５参照）。

ノックを抑制する方法としては、一般的には、点火時期をリタードする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、圧縮比が高いエンジンの場合には、点火時期を最遅角位置までリタード後に、有効圧縮比を低下する方法も有効であることが知られている（例えば、特許文献７参照）。さらに、異常着火を抑制する方法としては、吸気量を低下させる方法、燃料噴射量を増量させる方法（例えば、特許文献３、６参照）、あるいは燃料カットを行う方法（例えば、特許文献５参照）が知られている。

特開２００２−３５７１５６号公報 特許３０９３４６７号公報 特許３０８２６３４号公報 特開平１１−９３７５７号公報 特開平１１−２４７７５０号公報 特開昭６１−１８７５５８号公報 特許３９３７６８０号公報

大学講義 内燃機関 丸善 木村逸郎、酒井忠美著 １９８０年 Ｐ８２〜８４ 内燃機関講義 上巻 長尾不二夫著 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。
点火時期と振動発生時期との時間差に基づく従来の判定方法では、運転中のエンジンは常時振動しているため、異常着火による振動発生時期を特定することは困難である。さらに、比較的大きな振動の立ち上がり位置やピーク位置を振動発生時期として検出したとしても、これらの位置は、ばらつきが大きい。このため、通常のノックを異常着火と誤判定してしまう場合が多い。

また、点火時期を遅角側へ補正しても所定期間ノック振動が収まらない場合、ノック振動が増大する場合、あるいは最遅角点火時期まで遅角してもノック振動が発生した場合に、異常着火発生と判定する従来の判定方法では、点火時期を遅角し続けるため、大幅にトルクダウンしてしまうという問題があった。さらに、所定期間ノック振動が継続することが前提であるため、異常着火の判定まで、不快な振動や金属音が継続して発生してしまうという問題があった。

これらの問題について、図９および図１０を参照しながら、より詳しく説明する。図９は、圧縮自着火に対して行った実験から得られた点火時期と有効圧縮比と異常燃焼領域の関係を示した説明図である。また、図１０は、点火時期および有効圧縮比とトルクとの関係を示した説明図である。ここで問題としているのは、図９中の（ｂ'）のように、点火時期を遅角し続けても異常燃焼領域から抜け出せない場合である。この場合に、さらに点火時期を遅角し続けると、図１０（ａ）のように、大幅にトルクダウンしてしまうことがわかる。

圧縮比が高いエンジンで、点火時期を最遅角位置までリタード後に、有効圧縮比を低下する従来のノック抑制方法についても、図９（ｂ'）と図１０に示したように、一旦点火時期を最遅角位置までリタードするため、大幅にトルクダウンしてしまうという問題がある。また、図９に示すように、この領域で発生している異常燃焼は、ノックではなく、ポスイグまたはプリイグの可能性も考えられるため、有効圧縮比の低下だけでは、十分に異常燃焼が抑制できない場合があるという問題がある。

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、ノックによる異常燃焼の検出ばかりでなく、さらに、プリイグまたはポスイグと呼ばれる異常着火を早期に検出し、トルク変動や異常振動の継続時間を抑えた上で、異常着火を抑制することのできる内燃機関の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制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態に応じて可変動弁機構の作動状態を変更することで有効圧縮比を可変し、所望の有効圧縮比を得る可変動弁機構制御手段と、運転状態に応じて点火時期を制御する点火時期制御手段と、シリンダブロックに取り付けられたノックセンサによる検出信号に基づいて第１のノックの発生を検出する第１のノック検出手段と、第１のノック検出手段により第１のノックが検出された場合に、運転状態に応じて設定されている点火時期を遅角することで第１のノックを抑制する第１のノック抑制手段とを備えた内燃機関の制御装置において、第１のノック検出手段により第１のノックが検出された際の点火時期が、所定値より遅角側である場合には、有効圧縮比に起因する第２のノックが発生したと判断する第２のノック検出手段と、第２のノック検出手段により第２のノックが発生したと判断された場合には、第２のノックのノック強度に基づいて、可変動弁機構の作動状態を有効圧縮比の小さくなる方向に変更するように第１の有効圧縮比低下量を算出し、算出した第１の有効圧縮比低下量を可変動弁機構制御手段に制御指令として与えることで、第２のノックを抑制する第２のノック抑制手段と、第２のノックのノック強度が所定値以上である場合には、プリイグニッションまたはポストイグニッションによる第１の異常着火が発生したと判断する第１の異常着火検出手段と、第１の異常着火検出手段により第１の異常着火が発生したと判断された場合には、内燃機関の燃料制御を行うことで第１の異常着火を抑制する第１の異常着火抑制手段とをさらに備えるものである。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、有効圧縮比が可変可能なエンジンにおいて、有効圧縮比が高いためにノックや異常着火による異常燃焼領域が拡大した場合において、ノックを検出して点火時期リタードと有効圧縮比の低下により迅速にノックを抑制するとともに、さらに、異常着火を検出して燃料制御により迅速に異常着火を抑制することにより、ノックによる異常燃焼の検出ばかりでなく、さらに、プリイグまたはポスイグと呼ばれる異常着火を早期に検出し、トルク変動や異常振動の継続時間を抑えた上で、異常着火を抑制することのできる内燃機関の制御装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における内燃機関の概略構成図である。 本発明の実施の形態１における内燃機関の制御装置のブロック図である。 本発明の実施の形態１における内燃機関の制御装置におけるノックおよび異常着火（プリイグ、ポスイグ）の抑制方法の全体構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態１におけるＥＣＵ内の第１のノック抑制制御部の全体構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態１における第２のノック検出方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における第１の異常着火検出手段および第２の異常着火検出手段による異常着火検出処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における第１の異常着火抑制制御の一連処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における第２の異常着火抑制制御の一連処理を示すフローチャートである。 圧縮自着火に対して行った実験から得られた点火時期と有効圧縮比と異常燃焼領域の関係を示した説明図である。 点火時期および有効圧縮比とトルクとの関係を示した説明図である。

以下、本発明の内燃機関の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．
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関の概略構成図である。また、図２は、本発明の実施の形態１における内燃機関の制御装置のブロック図である。本実施の形態１における内燃機関の制御は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）１０により行われる。

ＥＣＵ１０には、エアフロセンサ２１、インマニ圧センサ２２、スロットル開度センサ２３、クランク角センサ２４、ノックセンサ２５、イオン電流センサ２６、その他の各種センサ２７、および他のコントローラ２８からの、それぞれの入力信号が接続されている。また、ＥＣＵ１０には、電子制御式スロットルバルブ３１、電子制御式ＶＶＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ａｃｔｕａｔｉｏｎ：可変動弁機構）３２、インジェクタ３３、点火コイル３４、および各種アクチュエータが、制御対象として接続されている（図２参照）。

図１において、エンジン１の吸気系の上流には、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３１が設けられている。また、電子制御式スロットルバルブ３１の開度を測定するために、スロットル開度センサ２３が設けられている。

さらに、電子制御式スロットルバルブ３１の上流には、吸入空気流量を測定するエアフロセンサ２１が設けられている。また、電子制御式スロットルバルブ３１の下流のエンジン１側には、サージタンク２内の圧力を測定するインマニ圧センサ２２が設けられている。なお、エアフロセンサ２１とインマニ圧センサ２２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２の下流の吸気通路には、燃料を噴射するインジェクタ３３が設けられている。なお、インジェクタ３３は、エンジン１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、エンジン１の吸気バルブには、電子制御式ＶＶＡ３２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る。これにより、エンジン１の有効圧縮比を可変することが可能となっている。

また、点火コイル３４、点火プラグ３４ａ、クランク角センサ２４、およびノックセンサ２５が、エンジン１に設けられている。ここで、点火コイル３４および点火プラグ３４ａは、エンジン１のシリンダ内の混合気に点火するためのものである。また、クランク角センサ２４は、エンジン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センサである。さらに、ノックセンサ２５は、エンジンの振動を検出するためのセンサである。なお、点火コイル３４には、イオン電流を検出するためのイオン電流センサ２６が含まれている。

図２に示すように、エアフロセンサ２１で測定された吸入空気流量、インマニ圧センサ２２で測定されたインマニ圧、スロットル開度センサ２３で測定された電子制御式スロットルバルブ３１の開度、クランク角センサ２４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、ノックセンサ２５で測定されたエンジンの振動波形、およびイオン電流センサ２６で検出されたイオン電流は、ＥＣＵ１０に入力される。

また、上述した以外の各種センサ２７からも、ＥＣＵ１０に測定値が入力される。さらに、他のコントローラ２８（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、ＥＣＵ１０に入力される。

なお、点火コイル３４に含まれるイオン電流センサ２６にて検出されたイオン電流は、ＥＣＵ１０に直接入力するようにしてもいい。あるいは、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（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信により、ＥＣＵ１０へ送るようにしてもよい。

ＥＣＵ１０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を算出し、電子制御式スロットルバルブ３１を制御する。また、その時の運転状態に応じて、目標有効圧縮比を達成するように、ＥＣＵ１０は、電子制御式ＶＶＡ３２を制御する。また、目標空燃比を達成するように、ＥＣＵ１０は、インジェクタ３３を駆動する。また、目標点火時期を達成するように、ＥＣＵ１０は、点火コイル３４への通電を行う。さらに、ＥＣＵ１０は、これら以外の各種アクチュエータへの指示値も算出する。

次に、図３を参照しながら、ノックおよび異常着火（プリイグ、ポスイグ）の抑制方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態１における内燃機関の制御装置におけるノックおよび異常着火（プリイグ、ポスイグ）の抑制方法の全体構成を示したブロック図である。

この図３のブロック図において、センサ入力として、ノックセンサ２５およびイオン電流センサ２６が接続されている。そして、これらのセンサからの入力に基づいて、ノック抑制および異常着火抑制を行うための各種手段を備えている。

ノック抑制を行う手段は、点火リタードによる第１のノック抑制制御部と、有効圧縮比低下による第２のノック抑制制御部に大別される。点火リタードによる第１のノック抑制制御部としては、異常振動判定手段４１、第１のノック検出手段４２、点火リタード量算出手段４３、および第１のノック抑制手段４４を備えている。また、有効圧縮比低下による第２のノック抑制制御部として、さらに、第２のノック検出手段５１、および第２のノック抑制手段５２を備えている。

一方、異常着火抑制を行う手段は、第１の異常着火抑制制御部と第２の異常着火抑制制御部とに大別される。第１の異常着火抑制制御部としては、第１の異常着火検出手段６１、および第１の異常着火抑制手段６２を備えている。また、第２の異常着火抑制制御部として、さらに、第２の異常着火検出手段７１、および第２の異常着火抑制手段７２を備えている。

まず始めに、点火リタードによる第１のノック抑制制御部について説明する。ノックセンサ２５の出力に基づいて、異常振動判定手段４１によるノック判定、第１のノック検出手段４２によるノック強度算出、および点火リタード量算出手段４３による点火リタード量の算出が行われる。そして、第１のノック抑制手段４４は、算出された点火リタード量に基づいて、点火リタードを実行し、ノック抑制を行う。

ここで、ＥＣＵ１０による、第１のノック抑制制御の具体的な実施方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施の形態１におけるＥＣＵ内の第１のノック抑制制御部の全体構成を示したブロック図である。図４に示したように、ＥＣＵ１０内の第１のノック抑制制御部は、Ｉ／Ｆ回路とマイクロコンピュータから構成されている。

より具体的には、第１のノック抑制制御部のＩ／Ｆ回路は、ノックセンサ２５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）１１で構成されている。一方、第１のノック抑制制御部のマイクロコンピュータは、Ａ／Ｄ変換部１２、フィルタ処理部１３、ピーク値算出部１４、スレッショルド演算部１５、ノック判定部１６、ノック強度算出部１７、および点火リタード量算出部１８で構成されている。そして、フィルタ処理部１３〜点火リタード量算出部１８までの処理は、制御プログラムや制御定数を記憶しておくＲＯＭ領域と、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るマイクロコンピュータ内で処理される。

ここで、ＬＰＦ１１からノック判定部１６までの処理が、先の図３における異常振動判定手段４１の機能に相当する。また、ノック強度算出部１７の処理が、先の図３における第１のノック検出手段４２の機能に相当する。さらに、点火リタード量算出部１８の処理が、先の図３における点火リタード量算出手段４３の機能に相当する。

次に、図４の構成を備えたＥＣＵ１０による第１のノック抑制制御に関する一連処理について説明する。ＬＰＦ１１は、ノック制御用のＩ／Ｆ回路であり、ノックセンサ２５の信号出力の高周波成分を除去する。次に、Ａ／Ｄ変換部１２は、ＬＰＦ１１を通過した信号に対して、一定の時間間隔（例えば、１０μｓや２０μｓ等）毎にＡ／Ｄ変換を実行する。なお、このＡ／Ｄ変換部１２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」と称す）のみ行うようにしてもよい。

次に、フィルタ処理部１３は、Ａ／Ｄ変換後の信号に対して、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。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よいし、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。

ピーク値算出部１４は、上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に基づいて、ピーク値や積分値を算出する。本実施の形態１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、スレッショルド演算部１５は、ピーク値算出部１４で算出されたピーク値に対して、下式（１）により、まず、なまし処理を行って平均化を行う。
ＶＢＧＬ（ｎ）＝Ｋ１×ＶＢＧＬ（ｎ−１）＋（１−Ｋ１）×ＶＰ（ｎ） （１）
ここで、上式（１）におけるそれぞれの記号は、以下の内容を意味している。
ＶＢＧＬ（ｎ）：なまし値
ＶＰ（ｎ）：ピーク値
Ｋ１：平均化係数

続いて、スレッショルド演算部１５は、次式（２）により、ノック判別のためのスレッショルド値を求める。
ＶＴＨ（ｎ）＝ＶＢＧＬ（ｎ）×Ｋｔｈ＋Ｖｏｆｓ （２）
ここで、上式（２）におけるそれぞれの記号は、以下の内容を意味している。
ＶＴＨ（ｎ）：スレッショルド値
Ｋｔｈ：スレッショルド係数
Ｖｏｆｓ：スレッショルドオフセット

また、スレッショルド演算部１５は、ピーク値のばらつきを正規分布と仮定して、下式（３）のようにしてスレッショルド値を算出してもよい。
ＶＴＨ（ｎ）＝ＶＢＧＬ（ｎ）＋Ｋｔｈ×Ｖｓｉｇｍａ（ｎ） （３）
ここで、上式（３）におけるそれぞれの記号は、以下の内容を意味している。
Ｖｓｉｇｍａ（ｎ）：ピ−ク値の標準偏差
Ｋｔｈ：スレッショルド係数（例えば３）

次に、ノック判定部１６は、ピーク値算出部１４で算出されたピーク値と、スレッショルド演算部１５で算出された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。すなわち、ノック判定部１６は、ピーク値がスレッショルド値よりも高ければ、ノックが発生していると判断する。

続いて、ノック強度算出部１７は、次式（４）によりノックの強さに応じた信号であるノック強度を算出する。
ＶＫ（ｎ）＝｛ＶＰ（ｎ）−ＶＴＨ（ｎ）｝／ＶＴＨ（ｎ） （４）
ここで、上式（４）における記号は、以下の内容を意味している。
ＶＫ（ｎ）：ノック強度（ノックなし時はＶＫ（ｎ）＝０）

次に、点火リタード量算出部１８は、次式（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。
ΔθＲ（ｎ）＝ＶＫ（ｎ）×Ｋｇ （５）
ここで、上式（５）における記号は、以下の内容を意味している。
ΔθＲ（ｎ）：１点火毎のリタード量
Ｋｇ：リタード量反映係数

その後、このリタード量を用いて、図３の第１のノック抑制手段４４により、点火リタード処理が実行される。

以上の処理は、従来から用いられているノック検出時に点火時期をリタードしてノックを抑制するという、一般的なノック制御方法である。ところで、電子制御式ＶＶＡ（可変動弁機構）３２が追加され、有効圧縮比が変更可能なエンジンの場合、例えば、先の図９に示すように、圧縮比を高くしていくと、ノックのみならず、ポスイグやプリイグも発生する領域が存在する。

有効圧縮比が固定されているエンジンでは、プリイグやポスイグが発生しないように、例えば、図９の（ａ）に示すような点火時期をリタードするだけで、ノックを抑制することが可能な、十分低めの圧縮比にこの有効圧縮比が固定されていた。ところが、有効圧縮比を高圧縮比化することができるエンジンでは、やや高めの有効圧縮比で運転する場合がある。

このような場合に、従来通りの点火時期のリタードでノックを回避しようとすると、図９の（ｂ'）のように、ノックやポスイグによる異常燃焼領域では、異常燃焼領域から抜けるのに時間がかかって不快な振動が継続してしまう問題があった。さらには、異常燃焼領域から抜けられない場合がある上、先の図１０（ａ）に示すように、リタード量が大きくなるために、大幅にトルクダウンしてしまうという問題があった。

そこで、これらのような場合には、図９（ｂ）のように、点火時期のリタードに加え、有効圧縮比を併用することで、異常燃焼領域から抜け出せば、不快な振動も迅速に抑制することができる。また、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、点火時期の遅角によるトルクダウンよりも、有効圧縮比の低下によるトルクダウンの方が少ないため、トルクダウン量を抑えることができる。

そこで、本実施の形態１の内燃機関の制御装置における、ノックおよび異常着火（プリイグ、ポスイグ）の抑制方法では、第１のノック抑制制御として、従来の点火時期のリタードを実施するのに加え、第２のノック抑制制御として、有効圧縮比の低下も実施している。具体的には、先の図３における第２のノック検出手段５１および第２のノック抑制手段５２により、第２のノック抑制制御として、有効圧縮比の低下を実施している。

第２のノック検出手段５１は、第１のノック検出手段４２により第１のノックが検出された場合に、第２のノック判定処理を実施する。そこで、次に、この判定方法について、フローチャートに基づいて説明する。図５は、本発明の実施の形態１における第２のノック検出方法を示すフローチャートである。まず始めに、ステップＳ５０１において、点火時期が所定値より遅角側であるか否かが判断される。

このステップＳ５０１において、点火時期が所定値より遅角側であると判断された場合には、ステップＳ５０２へ進み、第２のノック判定フラグをセットして、終了する。一方、先のステップＳ５０１において、点火時期が所定値より遅角側でないと判断された場合には、ステップＳ５０３へ進み、判定フラグをクリアして、終了する。

ここで、点火時期の判定に用いる所定値とは、低圧縮比時にノックが発生しない点火時期であり、先の図９および図１０（ａ）において、［１］有効圧縮比低下開始点火時期、として記載されている点火時期に相当する。このようにして、第２のノック判定処理を実施することができる。

次に、第２のノック検出手段５１により第２のノックと判定された場合には、図３の第２のノック抑制手段５２で、有効圧縮比低下を実行する。具体的には、第２のノック抑制手段５２は、次式（６）により、ノック強度に応じた有効圧縮比低下量を算出し、これにより、目標有効圧縮比を補正する。
Δεｖｖｔ（ｎ）＝ＶＫ（ｎ）×Ｋｇｖｖｔ （６）
ここで、上式（６）における記号は、以下の内容を意味している。
Δεｖｖｔ（ｎ）：１点火毎の有効圧縮比低下量
Ｋｇｖｖｔ：有効圧縮比低下量反映係数

さらに、本実施の形態１の内燃機関の制御装置におけるノックおよび異常着火（プリイグ、ポスイグ）の抑制方法では、先の図９の（ｃ）のような異常着火が検出された場合には、異常着火の抑制も実施している。具体的には、第１の異常着火抑制制御部（第１の異常着火検出手段６１および第１の異常着火抑制手段６２）による第１の異常着火抑制処理と、第２の異常着火抑制制御部（第２の異常着火検出手段７１および第２の異常着火抑制手段７２）による第２の異常着火抑制処理が行われる。

先の図３に示したように、第１の異常着火抑制処理は、第２のノック検出手段５１により第２のノックが検出された場合に実施される。一方、第２の異常着火抑制処理は、イオン電流センサ２６により検出されるイオン電流の発生位置や消滅位置により、実施される。

これらの異常着火検出処理について、フローチャートを参照しながら説明する。まず始めに、図６は、本発明の実施の形態１における第１の異常着火検出手段６１および第２の異常着火検出手段７１による異常着火検出処理を示すフローチャートである。ステップＳ６０１において、第１の異常着火検出手段６１は、第２のノック検出手段５１により検出された第２のノックのノック強度が所定値以上であるか否かを判断する。そして、ノック強度が所定値以上であれば、ステップＳ６０２に進み、第１の異常着火検出手段６１は、第１の異常着火判定フラグをセットする。

ここで、ノック強度を判定する所定値としては、通常のノック強度の許容レベルの上限値をセットしておく。異常着火が発生した場合には、通常のノックに比べ大きな振動が発生することから、通常のノックと異常着火とを判別することができる。その後、ステップＳ６０４に進む。

一方、先のステップＳ６０１において、条件が不成立となった場合には、ステップＳ６０３に進み、第１の異常着火検出手段６１は、第１の異常着火判定フラグをクリアする。その後、ステップＳ６０４に進む。

次に、ステップＳ６０４において、第２の異常着火検出手段７１は、イオン電流発生位置または消滅位置に基づいて、第２の異常着火の有無を判定する。

ここで、イオン電流の発生位置や消滅位置の検出方法について説明する。イオン電流センサ２６は、例えば、特許文献６にあるように、燃焼時に発生するイオンを点火プラグ３４ａ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る。そして、検出された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、ほぼゼロである。しかしながら、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２６によりイオン電流の発生位置を検出するには、例えば、ＥＣＵ１０内のマイクロコンピュータにおいて、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、イオン電流値が検出しきい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。

また、イオン電流の消滅位置を検出するには、発生位置検出と同様に、Ａ／Ｄ変換処理を行い、イオン電流値が検出しきい値を上回った後、消滅しきい値を下回った時点のクランク角度をイオン電流消滅位置とすればよい。このようにすることで、イオン電流の発生位置や消滅位置を検出することができる。

ステップＳ６０４におけるイオン電流の発生位置や消滅位置より異常着火かどうかを判定する方法としては、次のものがある。
［判定方法１］イオン電流の発生位置が、点火時期より早くなることにより、プリイグが発生したと判定する方法。
［判定方法２］イオン電流の発生位置や消滅位置が正常燃焼に比べ点火時期に近づくことにより、ポスイグが発生したと判定する方法。
［判定方法３］イオン電流の発生位置または消滅位置が、点火時期より早いか点火後の所定期間内であれば、異常着火と判定する方法。

そこで、ステップＳ６０４において、第２の異常着火検出手段７１は、例えば、上述の判定方法３を適用することができる。この場合、第２の異常着火検出手段７１は、イオン電流発生位置または消滅位置が、点火時期より早いか点火後の所定期間内であった場合には、ステップＳ６０５に進み、第２の異常着火判定フラグをセットする。一方、そうでない場合には、ステップＳ６０６に進み、第２の異常着火検出手段７１は、第２の異常着火判定フラグをクリアする。このようにすることで、先の図３に示した第１の異常着火検出手段６１、および第２の異常着火検出手段７１によるそれぞれの異常着火検出処理を実施することができる。

先の図３に示したように、第１の異常着火検出手段６１および第２の異常着火検出手段７１の少なくともいずれか一方で異常着火が検出された場合には、第１の異常着火抑制手段６２により、第１の異常着火抑制制御が実行される。そこで、この具体的な処理内容を、図７を参照しながら説明する。図７は、本発明の実施の形態１における第１の異常着火抑制制御の一連処理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、次のものが有効である。
［筒内温度低下方法１］有効圧縮比の低下による圧縮行程時の筒内温度の低減を図る。
［筒内温度低下方法２］燃料の増量や燃料噴射タイミングの遅角により筒内冷却を行う。［筒内温度低下方法３］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。
さらに、これらの方法を併用して使用することで、異常着火の抑制制御を行うことができる。

図７のフローチャートは、上述の方法のうち、筒内温度低下方法２を用いる場合について、示している。ステップＳ７０１において、第１の異常着火抑制手段６２は、第１の異常着火判定フラグまたは第２の異常着火判定フラグの成立有無の確認を行う。そして、不成立であれば、異常着火は発生していないので、この処理を終了する。一方、成立であれば、異常着火が発生したと考えられるので、ステップＳ７０２へ進む。

次に、ステップＳ７０２において、第１の異常着火抑制手段６２は、燃料噴射量の増量またはカット、あるいは燃料噴射タイミングの遅角を行うために、異常着火を回避するための目標噴射量や目標噴射時期の算出を行う。さらに、ステップＳ７０３において、第１の異常着火抑制手段６２は、先のステップＳ７０２で算出した目標噴射量や目標噴射時期を達成するように、インジェクタ３３の駆動を行う。

ここで、異常着火発生時の目標噴射量や目標噴射時期の設定値は、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規定する適切なパラメータとして、あらかじめ記憶部に記憶されている。例えば、目標噴射量を正常燃焼時より３０％増量すれば、異常着火を抑制できることが分かっていれば、この値をパラメータとしてあらかじめ記憶部に記憶させておく。これにより、第１の異常着火抑制手段６２は、異常着火判定フラグが成立した場合に、正常燃焼時の目標噴射量を１．３倍したものを、異常着火を回避するための目標噴射量として設定することができる。

あるいは、別の例として、目標噴射時期を正常燃焼時より５０ｄｅｇＣＡ遅角すれば異常着火を抑制できることが分かっていれば、この値をパラメータとしてあらかじめ記憶部に記憶させておく。これにより、第１の異常着火抑制手段６２は、異常着火判定フラグが成立した場合に、正常燃焼時の目標噴射時期から５０ｄｅｇＣＡ遅角したものを、異常着火を回避するための目標噴射時期として設定することができる。このようにして、第１の異常着火抑制手段６２は、異常着火を回避するための目標噴射量や目標噴射時期を算出することができる。

ところで、第１の異常着火が検出された場合には、既に第２のノック抑制手段５２により有効圧縮比の低下処理が行われている。そこで、第２の異常着火検出手段７１により第２の異常着火のみが検出された場合にも、有効圧縮比の低下処理を行うために、先の図３における第２の異常着火抑制手段７２が設けられている。そこで、図８を用いて、第２の異常着火抑制手段７２による具体的な処理を説明する。

図８は、本発明の実施の形態１における第２の異常着火抑制制御の一連処理を示すフローチャートである。まず始めに、ステップＳ８０１において、第２の異常着火抑制手段７２は、第２の異常着火判定フラグの成立有無の確認を行う。そして、不成立であれば、異常着火は発生していないので、この処理を終了する。一方、成立であれば、異常着火が発生したと考えられるので、ステップＳ８０２に進む。

次に、ステップＳ８０２において、第２の異常着火抑制手段７２は、目標有効圧縮比の算出を行う。具体的には、次式（７）に示すように、第２のノック抑制手段５２による有効圧縮比低下量と、イオン電流により異常着火と判定された場合の有効圧縮比低下量の大きい方を、最終的な有効圧縮比低下量とし、これにより、目標有効圧縮比を補正する。
Δεｖｖｔ（ｎ）＝ｍａｘ{ＶＫ（ｎ）×Ｋｇｖｖｔ、Δεｉｏｎ} （７）

続くステップＳ８０３において、第２の異常着火抑制手段７２は、目標有効圧縮比を達成するよう電子制御式ＶＶＡ３２の駆動を行う。このようにして、第２の異常着火抑制制御が実施される。

ここで、Δεｉｏｎは、イオン電流により異常着火と判定された場合の有効圧縮比低下量である。そして、この設定値は、どの程度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規定する適切なパラメータとして、あらかじめ記憶部に記憶させておく。例えば、有効圧縮比を０．５低下させれば、異常着火を抑制できることが分かっていれば、この値をパラメータとしてあらかじめ記憶部に記憶させておく。これにより、第２の異常着火抑制手段７２は、Δεｉｏｎとして、０．５を得ることができ、上式（７）に従って、異常着火を回避するための目標有効圧縮比を算出することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、有効圧縮比が可変可能なエンジンにおいて、有効圧縮比が高いためにノックや異常着火（ポスイグ、プリイグ）による異常燃焼領域が拡大した場合においても、ノック検出時には点火時期リタードと有効圧縮比の低下により迅速にノックを抑制でき、異常着火検出時には燃料制御により迅速に異常着火を抑制できる。

さらに、ノック検出による異常着火に加えて、イオン電流による異常着火をも加味しているため、異常着火の検出精度がさらに向上し、有効圧縮比の低下と燃料制御により迅速に異常着火を抑制することが可能となる。

１ エンジン（内燃機関）、２ サージタンク、１０ ＥＣＵ、１１ ＬＰＦ、１２ Ａ／Ｄ変換部、１３ フィルタ処理部、１４ ピーク値算出部、１５ スレッショルド演算部、１６ ノック判定部、１７ ノック強度算出部、１８ 点火リタード量算出部、２１ エアフロセンサ、２２ インマニ圧センサ、２３ スロットル開度センサ、２４ クランク角センサ、２５ ノックセンサ、２６ イオン電流センサ、２７ 各種センサ、２８ 他のコントローラ、３１ 電子制御式スロットルバルブ、３２ 電子制御式ＶＶＡ、３３ インジェクタ、３４ 点火コイル、３４ａ 点火プラグ、３５ 各種アクチュエータ、４１ 異常振動判定手段、４２ 第１のノック検出手段、４３ 点火リタード量算出手段、４４ 第１のノック抑制手段、５１ 第２のノック検出手段、５２ 第２のノック抑制手段、６１ 第１の異常着火検出手段、６２ 第１の異常着火抑制手段、７１ 第２の異常着火検出手段、７２ 第２の異常着火抑制手段。

Claims (6)

1. 内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記運転状態に応じて可変動弁機構の作動状態を変更することで有効圧縮比を可変し、所望の有効圧縮比を得る可変動弁機構制御手段と、
   前記運転状態に応じて点火時期を制御する点火時期制御手段と、
   シリンダブロックに取り付けられたノックセンサによる検出信号に基づいて第１のノックの発生を検出する第１のノック検出手段と、
   前記第１のノック検出手段により前記第１のノックが検出された場合に、前記運転状態に応じて設定されている点火時期を遅角することで前記第１のノックを抑制する第１のノック抑制手段と
   を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記第１のノック検出手段により前記第１のノックが検出された際の点火時期が、所定値より遅角側である場合には、有効圧縮比に起因する第２のノックが発生したと判断する第２のノック検出手段と、
   前記第２のノック検出手段により前記第２のノックが発生したと判断された場合には、前記第２のノックのノック強度に基づいて、可変動弁機構の作動状態を有効圧縮比の小さくなる方向に変更するように第１の有効圧縮比低下量を算出し、算出した前記第１の有効圧縮比低下量を前記可変動弁機構制御手段に制御指令として与えることで、前記第２のノックを抑制する第２のノック抑制手段と、
   前記第２のノックのノック強度が所定値以上である場合には、プリイグニッションまたはポストイグニッションによる第１の異常着火が発生したと判断する第１の異常着火検出手段と、
   前記第１の異常着火検出手段により前記第１の異常着火が発生したと判断された場合には、前記内燃機関の燃料制御を行うことで前記第１の異常着火を抑制する第１の異常着火抑制手段と
   をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の燃焼時に点火プラグを介して流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
   前記イオン電流検出手段により検出された前記イオン電流の発生タイミングまたは消滅タイミングが点火時期を基準とした所定範囲内の場合には、プリイグニッションまたはポストイグニッションによる第２の異常着火が発生したと判定する第２の異常着火検出手段と
   をさらに備え、
   前記第１の異常着火抑制手段は、前記第１の異常着火検出手段による前記第１の異常着火の検出、および前記第２の異常着火検出手段による前記第２の異常着火の検出の少なくともいずれか一方により異常着火が検出された場合には、前記内燃機関の燃料制御を行うことで、検出された前記異常着火を抑制する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記第２の異常着火検出手段により前記第２の異常着火が発生したと判断された場合には、前記イオン電流検出手段により検出されたイオン電流の大きさに基づいて、可変動弁機構の作動状態を有効圧縮比の小さくなる方向に変更するように第２の有効圧縮比低下量を算出し、算出した前記第２の有効圧縮比低下量が前記第１の有効圧縮比低下量よりも大きい場合には、算出した前記第２の有効圧縮比低下量を前記可変動弁機構制御手段に制御指令として与えることで、前記第２の異常着火を抑制する第２の異常着火抑制手段をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記第１の異常着火抑制手段は、前記第１の異常着火の検出時に、燃料噴射量を増加して空燃比をリッチ化することで前記第１の異常着火を抑制することを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記第１の異常着火抑制手段は、前記第１の異常着火の検出時に、燃料噴射タイミングを遅角することで前記第１の異常着火を抑制することを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記第１の異常着火抑制手段は、前記第１の異常着火の検出時に、燃料カットにより前記第１の異常着火を抑制することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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