JP2011214447A - Method and device for controlling spark ignition engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress occurrence of preignition while maintaining emission efficiency as favorably as possible.SOLUTION: When preignition is detected based on a detection value of detection means (33 and 34) in a low rotation and high load region of the engine (specified operation region R), an injection amount of fuel from an injector 18 is increased, and an air-fuel ratio in a cylinder is enriched (S42), and when the preignition is detected after the control, the injection timing of a part of the fuel to be injected from the injector 18 is retarded to the middle period of a compression stroke or later (S44).

Description

本発明は、火花点火による正常の燃焼開始時期よりも前に混合気が自着火するプリイグニッションを検出するための検出手段と、筒内に直接燃料を噴射するインジェクタとを備えた火花点火式エンジンを制御する方法および装置に関する。   The present invention relates to a spark ignition engine comprising a detecting means for detecting a pre-ignition in which an air-fuel mixture self-ignites before a normal combustion start timing by spark ignition, and an injector for directly injecting fuel into a cylinder. The present invention relates to a method and an apparatus for controlling the device.

従来、下記特許文献1に示されるように、筒内(燃焼室)に燃料を直接噴射するインジェクタと、筒内の混合気に点火する点火プラグとを備えた筒内直接噴射式エンジンにおいて、火花点火による正常の燃焼開始時期よりも前に混合気が自着火する異常燃焼(以下、プリイグニッションという)の発生を検出し、プリイグニッションが検出されたときには、上記インジェクタからの燃料の噴射時期を遅角化することにより、プリイグニッションの発生を抑制することが行われている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in Patent Document 1 below, in a direct injection engine with an in-cylinder provided with an injector that directly injects fuel into a cylinder (combustion chamber) and an ignition plug that ignites an air-fuel mixture in the cylinder, The occurrence of abnormal combustion (hereinafter referred to as pre-ignition) in which the air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing due to ignition is detected. When pre-ignition is detected, the fuel injection timing from the injector is delayed. The generation of pre-ignition is suppressed by cornification.

より具体的に、下記特許文献1では、通常の燃料の噴射時期を吸気行程中に設定する一方、プリイグニッションが検出されると、圧縮行程中に燃料が噴射されるように噴射時期を遅角させ、噴射時期から点火までの期間を短縮する(つまり燃料の受熱期間を短縮する)ことにより、プリイグニッションの発生を抑制するようにしている。   More specifically, in Patent Document 1 below, the normal fuel injection timing is set during the intake stroke, while when the pre-ignition is detected, the injection timing is retarded so that the fuel is injected during the compression stroke. Thus, by shortening the period from the injection timing to ignition (that is, shortening the heat receiving period of the fuel), the occurrence of pre-ignition is suppressed.

特開2002−339780号公報JP 2002-339780 A

しかしながら、上記特許文献1に開示された技術のように、プリイグニッションの回避のために燃料の噴射時期を圧縮行程まで遅角させた場合には、燃料の気化霧化が十分でないまま点火が行われることにより、比較的多くの未燃炭素が残ってスモークが発生し、エミッション性が悪化するおそれがある。このため、プリイグニッションによるエンジンのダメージを防ぎながらも、上記のような燃料噴射時期の遅角化が行われる頻度をできる限り低く抑え、エミッション性の悪化を最小限に留めることが望まれる。   However, when the fuel injection timing is retarded to the compression stroke in order to avoid pre-ignition as in the technique disclosed in Patent Document 1, ignition is performed while the fuel is not sufficiently vaporized and atomized. As a result, a relatively large amount of unburned carbon remains, smoke is generated, and the emission property may be deteriorated. For this reason, while preventing the engine damage due to pre-ignition, it is desirable to keep the frequency at which the fuel injection timing as described above is retarded as low as possible and to minimize the deterioration of the emission performance.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、エミッション性をできる限り良好に維持しながら、プリイグニッションの発生を効果的に抑制することが可能な火花点火式エンジンの制御方法および制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a spark ignition engine control method capable of effectively suppressing the occurrence of pre-ignition while maintaining the emission property as good as possible. And it aims at providing a control device.

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、火花点火による正常の燃焼開始時期よりも前に混合気が自着火するプリイグニッションを検出するための検出手段と、筒内に直接燃料を噴射するインジェクタとを備えた火花点火式エンジンを制御する方法であって、エンジンの低回転かつ高負荷域で、上記検出手段の検出値に基づきプリイグニッションが検出された場合に、上記インジェクタからの燃料の噴射量を増大させて筒内の空燃比をリッチ化し、その制御の後もプリイグニッションが検出されたときに、上記インジェクタから噴射すべき燃料のうち、一部の燃料の噴射時期を圧縮行程の中期以降に遅角させることを特徴とするものである(請求項1)。   In order to solve the above-described problems, the present invention is directed to detecting means for detecting a pre-ignition in which an air-fuel mixture self-ignites before normal combustion start timing by spark ignition, and directly injecting fuel into a cylinder. A spark ignition type engine having an injector for controlling the fuel from the injector when a pre-ignition is detected based on a detection value of the detection means in a low rotation and high load range of the engine. When the pre-ignition is detected after the control, the injection timing of a part of the fuel to be injected from the injector is compressed in the compression stroke. In this case, the angle is retarded after the middle period.

また、本発明は、火花点火による正常の燃焼開始時期よりも前に混合気が自着火するプリイグニッションを検出するための検出手段と、筒内に直接燃料を噴射するインジェクタと、インジェクタを含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備えた火花点火式エンジンの制御装置であって、上記制御手段は、エンジンの低回転かつ高負荷域で、上記検出手段の検出値に基づきプリイグニッションが検出された場合に、上記インジェクタからの燃料の噴射量を増大させて筒内の空燃比をリッチ化し、その制御の後もプリイグニッションが検出されたときに、上記インジェクタから噴射すべき燃料のうち、一部の燃料の噴射時期を圧縮行程の中期以降に遅角させることを特徴とするものである(請求項8)。   Further, the present invention provides a detection means for detecting a pre-ignition in which the air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing by spark ignition, an injector that directly injects fuel into the cylinder, and an engine including the injector And a control device for controlling each part of the spark ignition type engine, wherein the control means detects pre-ignition based on the detection value of the detection means in a low engine speed and high load range. In this case, the amount of fuel injected from the injector is increased to enrich the air-fuel ratio in the cylinder, and one of the fuels to be injected from the injector when pre-ignition is detected even after the control is performed. The fuel injection timing of the portion is retarded after the middle stage of the compression stroke (claim 8).

これらの発明によれば、プリイグニッションが検出されたときに、空燃比をリッチ化する制御がまず最初に行われ、燃料噴射時期を遅角させる(燃料の一部を圧縮行程噴射する)制御は後回しにされるため、スモークが発生してエミッション性が悪化するのをできるだけ回避しながら、プリイグニッションの発生を効果的に抑制することができる。   According to these inventions, when pre-ignition is detected, the control for enriching the air-fuel ratio is performed first, and the control for retarding the fuel injection timing (injecting part of the fuel in the compression stroke) is performed. Since it is postponed, generation | occurrence | production of a preignition can be suppressed effectively, avoiding that a smoke generate | occur | produces and an emission property deteriorates as much as possible.

すなわち、空燃比のリッチ化、または燃料噴射時期の遅角化のいずれを行っても、筒内の燃料温度(圧縮上死点付近での燃料温度)を低下させてプリイグニッションを抑制することができるが、燃料噴射時期の遅角化(圧縮行程噴射)は、多くの未燃炭素の残存によるスモークの発生につながるおそれがあるため、いきなり噴射時期の遅角化を行うと、頻繁にスモークが発生することが懸念される。これに対し、本発明では、プリイグニッションの発生時にまず空燃比をリッチ化して筒内の燃料温度の低下を図り、それでもプリイグニッションが回避できない場合にのみ、上記噴射時期の遅角化を実行するようにしたため、上記のようなスモークの発生を極力回避して、エミッション性をできる限り良好に維持できるという利点がある。   That is, regardless of whether the air-fuel ratio is enriched or the fuel injection timing is retarded, the in-cylinder fuel temperature (the fuel temperature near the compression top dead center) is reduced to suppress pre-ignition. However, retarding the fuel injection timing (compression stroke injection) may lead to the generation of smoke due to the remaining unburned carbon, so if you suddenly retard the injection timing, the smoke will frequently There are concerns about the occurrence. On the other hand, in the present invention, when the pre-ignition occurs, the air-fuel ratio is first enriched to lower the fuel temperature in the cylinder, and only when the pre-ignition cannot be avoided, the injection timing is retarded. Therefore, there is an advantage that the generation of smoke as described above can be avoided as much as possible and the emission property can be maintained as good as possible.

本発明の制御方法において、上記空燃比のリッチ化後もプリイグニッションが検出された場合、好ましくは、上記一部の燃料の噴射時期を遅角させる制御よりも先に、エンジンの有効圧縮比を低下させる制御を実行し、それでもプリイグニッションが検出されたときに、上記噴射時期の遅角化を実行する(請求項2)。   In the control method of the present invention, when pre-ignition is detected even after the air-fuel ratio is enriched, the effective compression ratio of the engine is preferably set prior to the control for retarding the injection timing of the part of the fuel. The control to decrease is executed, and when the pre-ignition is still detected, the injection timing is retarded (Claim 2).

本発明の制御装置が、エンジンの有効圧縮比を可変的に設定する圧縮比調整手段を備えており、かつ、上記空燃比のリッチ化後もプリイグニッションが検出された場合、好ましくは、上記制御手段は、上記一部の燃料の噴射時期を遅角させる制御よりも先に、上記圧縮比調整手段を制御してエンジンの有効圧縮比を低下させ、それでもプリイグニッションが検出された場合に、上記噴射時期の遅角化を実行する(請求項9)。   When the control device of the present invention includes compression ratio adjusting means for variably setting the effective compression ratio of the engine, and pre-ignition is detected even after the air-fuel ratio is enriched, the control is preferably performed. The means controls the compression ratio adjusting means to lower the effective compression ratio of the engine prior to the control for retarding the injection timing of the part of the fuel, and when the pre-ignition is still detected, The retarding of the injection timing is executed (claim 9).

これらの態様によれば、空燃比のリッチ化に次いで、エンジンの有効圧縮比を低下させる制御を実行し、筒内圧力の低下を図った上で、それでもプリイグニッションを回避できないときに、はじめて燃料噴射時期を遅角させるようにしたため、燃料噴射時期を遅角させなくても、より高い確率でプリイグニッションを回避することが可能になる。これにより、燃料噴射時期の遅角化が実行される頻度が極めて低くなり、スモークの発生を極力回避しながらプリイグニッションを抑制することができる。   According to these aspects, after the enrichment of the air-fuel ratio is performed, the control for reducing the effective compression ratio of the engine is executed to reduce the in-cylinder pressure. Since the injection timing is retarded, it is possible to avoid pre-ignition with higher probability without retarding the fuel injection timing. Thereby, the frequency at which the retarding of the fuel injection timing is executed becomes extremely low, and the pre-ignition can be suppressed while avoiding the generation of smoke as much as possible.

また、空燃比のリッチ化を先に、有効圧縮比の低下を後に実行することで、圧縮比の低下に起因したエンジン出力の低下をできるだけ回避しつつ、プリイグニッションの発生直後にその抑制をより迅速に図ることができる。   In addition, by reducing the effective compression ratio after the enrichment of the air-fuel ratio first, avoiding a reduction in the engine output due to the reduction in the compression ratio as much as possible, and further suppressing it immediately after the occurrence of pre-ignition. It can be done quickly.

上記制御方法および制御装置において、好ましくは、上記空燃比をリッチ化する制御の際に、空燃比を所定量リッチ化し、それでもプリイグニッションが検出されれば、さらに空燃比をリッチ化し、最大限にリッチ化した状態でもプリイグニッションが検出された場合に、上記エンジンの有効圧縮比を低下させる制御を実行する(請求項3,10)。   In the control method and the control device, preferably, in the control for enriching the air-fuel ratio, the air-fuel ratio is enriched by a predetermined amount, and if the pre-ignition is still detected, the air-fuel ratio is further enriched and maximized. When pre-ignition is detected even in a rich state, control for reducing the effective compression ratio of the engine is executed (claims 3 and 10).

この態様のように、空燃比のリッチ化を段階的に行うようにすれば、例えばプリイグニッションの程度が軽く、空燃比をわずかにリッチ化するだけでプリイグニッションを回避できるような場合に、必要以上に空燃比をリッチ化してしまうことがなく、空燃比のリッチ化による燃費性能等の悪化を最小限に抑えることができる。また、空燃比を最大限にリッチ化してもプリイグニッションを回避できないときには、有効圧縮比の低下、さらには燃料噴射時期の遅角化によりプリイグニッションの抑制を図ることで、空燃比が過度にリッチ化されるのを防止しながら、比較的発展したプリイグニッションであってもこれを確実に回避することができる。   If the air-fuel ratio enrichment is performed stepwise as in this aspect, for example, it is necessary when the degree of pre-ignition is light and the pre-ignition can be avoided by slightly enriching the air-fuel ratio. As described above, the air-fuel ratio is not enriched, and the deterioration in fuel efficiency due to the enrichment of the air-fuel ratio can be minimized. Also, when pre-ignition cannot be avoided even if the air-fuel ratio is maximized, the air-fuel ratio becomes excessively rich by reducing the effective compression ratio and further suppressing the pre-ignition by retarding the fuel injection timing. Even if the pre-ignition is relatively advanced, it is possible to surely avoid it.

上記制御方法および制御装置において、好ましくは、上記有効圧縮比を低下させる制御の際に、有効圧縮比を所定量低下させ、それでもプリイグニッションが検出されれば、さらに有効圧縮比を低下させ、最大限に低下させた状態でもプリイグニッションが検出された場合に、上記一部の燃料の噴射時期を遅角させる制御を実行する(請求項4,11)。   In the control method and the control device, preferably, in the control for reducing the effective compression ratio, the effective compression ratio is reduced by a predetermined amount, and if the pre-ignition is still detected, the effective compression ratio is further reduced and the maximum When pre-ignition is detected even in a state where the fuel consumption is reduced to the limit, control is performed to retard the injection timing of the part of the fuel (claims 4 and 11).

この態様によれば、有効圧縮比が必要以上に低下してエンジン出力が大幅に低下するのを防止しながら、プリイグニッションをより確実に回避できるという利点がある。   According to this aspect, there is an advantage that the pre-ignition can be avoided more reliably while preventing the effective compression ratio from being reduced more than necessary and the engine output from being significantly reduced.

上記制御方法および制御装置において、好ましくは、上記一部の燃料の噴射時期を遅角させる制御の際に、当該噴射時期を圧縮行程の中期まで遅角させ、それでもプリイグニッションが検出された場合に、圧縮行程の後期まで遅角させる(請求項5,12)。   In the above control method and control apparatus, preferably, in the control for retarding the injection timing of the part of the fuel, when the injection timing is retarded to the middle stage of the compression stroke and the pre-ignition is still detected. The retardation is delayed until the later stage of the compression stroke (claims 5 and 12).

この態様によれば、一部の燃料の噴射時期を圧縮行程の中期まで遅角させれば十分にプリイグニッションを回避できるような場合に、スモークが発生する可能性が高い圧縮行程の後期までいきなり噴射時期が遅角されるようなことがなく、エミッション性の悪化をより効果的に防止することができる。   According to this aspect, in the case where the pre-ignition can be sufficiently avoided by delaying the injection timing of a part of the fuel to the middle stage of the compression stroke, the smoke stroke is likely to occur until the latter half of the compression stroke. The injection timing is not delayed, and the deterioration of the emission property can be more effectively prevented.

上記制御方法において、好ましくは、通常時の吸気弁の閉時期を吸気下死点よりも遅角側に設定し、上記有効圧縮比を低下させる制御の際には、上記吸気弁の閉時期を、上記通常時の閉時期よりもさらに遅角側に変更する(請求項6)。   In the above control method, preferably, the closing timing of the intake valve during normal time is set to the retard side with respect to the intake bottom dead center, and when closing the effective compression ratio, the closing timing of the intake valve is preferably set. Further, the timing is further changed to the retarded side with respect to the normal closing timing.

上記制御装置において、上記圧縮比調整手段が、吸気弁の閉時期を可変的に設定する可変機構である場合、好ましくは、通常時の吸気弁の閉時期が、吸気下死点よりも遅角側に設定され、上記制御手段は、上記有効圧縮比を低下させる制御の際に、上記可変機構を制御することにより、上記吸気弁の閉時期を、上記通常時の閉時期よりもさらに遅角側に変更する(請求項13)。   In the above control device, when the compression ratio adjusting means is a variable mechanism that variably sets the closing timing of the intake valve, it is preferable that the closing timing of the intake valve at the normal time is retarded from the intake bottom dead center. The control means controls the variable mechanism during the control to lower the effective compression ratio, thereby further delaying the closing timing of the intake valve from the closing timing at the normal time. (Claim 13).

これらの態様によれば、吸気慣性を利用して通常時のエンジン出力を十分に確保しつつ、必要時に効率よく有効圧縮比を低下させることができる。   According to these aspects, it is possible to efficiently reduce the effective compression ratio when necessary while sufficiently securing the engine output at the normal time by using the intake inertia.

上記制御方法および制御装置において、上記一部の燃料の噴射時期が遅角された結果プリイグニッションが回避された場合、好ましくは、上記遅角された燃料の噴射時期を進角側に戻す制御を、上記リッチ化後の空燃比または低下後の有効圧縮比を戻すよりも先に実行する(請求項7,14)。   In the above control method and control device, when the pre-ignition is avoided as a result of delaying the injection timing of the part of the fuel, preferably the control is performed to return the retarded fuel injection timing to the advance side. This is executed prior to returning the rich air-fuel ratio or the reduced effective compression ratio (claims 7 and 14).

この態様によれば、プリイグニッションが回避されたときに、燃料噴射時期の遅角化をまず最初に解除してスモークの発生の可能性を除去することにより、エミッション性が悪化する時間を最小限に抑えることができる。   According to this aspect, when the pre-ignition is avoided, the delay in the fuel injection timing is first canceled to eliminate the possibility of the occurrence of smoke, thereby minimizing the time when the emission performance deteriorates. Can be suppressed.

以上説明したように、本発明の火花点火式エンジンの制御方法および制御装置によれば、エミッション性をできる限り良好に維持しながら、プリイグニッションの発生を効果的に抑制することができる。   As described above, according to the control method and the control device for the spark ignition engine of the present invention, it is possible to effectively suppress the occurrence of pre-ignition while maintaining the emission property as good as possible.

本発明の一実施形態にかかる火花点火式エンジンの全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole spark ignition engine composition concerning one embodiment of the present invention. 上記エンジンの制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of the said engine. プリイグニッションが発生する可能性のある特定運転領域を示す図である。It is a figure which shows the specific driving | operation area | region where pre-ignition may generate | occur | produce. プリイグニッションの発生時および通常燃焼時に生じる熱発生量の分布(時間変化)を示す図である。It is a figure which shows distribution (time change) of the heat generation amount which arises at the time of generation | occurrence | production of a pre-ignition, and normal combustion. プリイグニッションが発生したときの筒内圧力の変化と、ノッキングが発生したときの筒内圧力の変化とを比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the change of the in-cylinder pressure when a pre-ignition generate | occur | produces, and the change of the in-cylinder pressure when knocking generate | occur | produces. プリイグニッションが発生したときに振動センサから入力される波形を例示する図である。It is a figure which illustrates the waveform inputted from a vibration sensor, when preignition occurs. ノッキングが発生したときに振動センサから入力される波形を例示するである。It is an example of a waveform input from a vibration sensor when knocking occurs. プリイグニッションおよびノッキングの発生時に点火時期を遅角させた場合に、最大振動強度の大きさおよびその検出時期がどのように変化するかを示す図である。It is a figure which shows how the magnitude | size of the maximum vibration intensity | strength and its detection timing change when ignition timing is retarded at the time of the occurrence of pre-ignition and knocking. プリイグニッションおよびノッキングを検出するための制御動作の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the control action for detecting pre-ignition and knocking. 図9の検出結果を受けて実行される制御動作の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the control action performed in response to the detection result of FIG. 図10のフローチャートに含まれるプリイグ回避制御の具体的内容を示すサブルーチンである。11 is a subroutine showing specific contents of pre-ignition avoidance control included in the flowchart of FIG. 10. 図10のフローチャートに含まれる復帰制御の具体的内容を示すサブルーチンである。It is a subroutine which shows the specific content of the return control contained in the flowchart of FIG. 吸気弁の閉時期の遅角量と有効圧縮比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the amount of retardation of the closing timing of an intake valve, and an effective compression ratio. 有効圧縮比を0.5だけ低下させるのに必要な吸気弁の閉時期の遅角量が、現在の遅角量の値に応じてどのように変化するかを示すグラフである。It is a graph which shows how the retard amount of the closing timing of an intake valve required in order to reduce an effective compression ratio by 0.5 changes according to the value of the present retard amount. 燃料の噴射時期を示す図であり、(a)が通常時の噴射時期を、(b)がプリイグニッション発生時の噴射時期を示している。It is a figure which shows the injection timing of a fuel, (a) has shown the injection timing at the time of normal, (b) has shown the injection timing at the time of pre-ignition generation | occurrence | production. 上記プリイグ回避制御の動作例を時系列で示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation example of the said preig avoidance control in a time series. 上記復帰制御の動作例を時系列で示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation example of the said return control in time series. 本発明の変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of this invention.

(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、往復ピストン型の多気筒ガソリンエンジンであり、走行駆動用の動力源として車両に搭載されている。このエンジンのエンジン本体1は、紙面に直交する方向に並ぶ複数の気筒2(図中ではそのうちの1つのみを示す)を有するシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上面に設けられたシリンダヘッド4と、各気筒2に往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。なお、エンジン本体1に供給される燃料は、ガソリンを主成分とするものであればよく、その中身は、全てガソリンであってもよいし、ガソリンにエタノール(エチルアルコール)等を含有させたものでもよい。
(1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an engine according to an embodiment of the present invention. The engine shown in this figure is a reciprocating piston type multi-cylinder gasoline engine, and is mounted on a vehicle as a power source for driving driving. An engine body 1 of this engine includes a cylinder block 3 having a plurality of cylinders 2 (only one of which is shown in the drawing) arranged in a direction orthogonal to the paper surface, and a cylinder head 4 provided on the upper surface of the cylinder block 3. And a piston 5 inserted in each cylinder 2 so as to be slidable back and forth. In addition, the fuel supplied to the engine body 1 may be anything that contains gasoline as a main component, and the contents may be all gasoline, or gasoline containing ethanol (ethyl alcohol) or the like. But you can.

上記ピストン5はコネクティングロッド8を介してクランク軸7と連結されており、上記ピストン5の往復運動に応じて上記クランク軸7が中心軸回りに回転するようになっている。   The piston 5 is connected to the crankshaft 7 via a connecting rod 8, and the crankshaft 7 rotates around the central axis in accordance with the reciprocating motion of the piston 5.

上記ピストン5の上方には燃焼室6が形成され、燃焼室6に吸気ポート9および排気ポート10が開口し、各ポート9,10を開閉する吸気弁11および排気弁12が、上記シリンダヘッド4にそれぞれ設けられている。吸気弁11および排気弁12は、それぞれ、シリンダヘッド4に配設された一対のカムシャフト(図示省略)等を含む動弁機構13,14によりクランク軸7の回転に連動して開閉駆動される。   A combustion chamber 6 is formed above the piston 5, an intake port 9 and an exhaust port 10 are opened in the combustion chamber 6, and an intake valve 11 and an exhaust valve 12 that open and close the ports 9 and 10 are connected to the cylinder head 4. Are provided respectively. The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are driven to open and close in conjunction with the rotation of the crankshaft 7 by valve mechanisms 13 and 14 including a pair of camshafts (not shown) disposed in the cylinder head 4. .

上記吸気弁11用の動弁機構13には、VVT15が組み込まれている。VVT15は、可変バルブタイミング機構(Variable Valve Timing Mechanism)と呼ばれるものであり、吸気弁11の動作タイミングを可変的に設定するための可変機構である。   A VVT 15 is incorporated in the valve operating mechanism 13 for the intake valve 11. The VVT 15 is called a variable valve timing mechanism, and is a variable mechanism for variably setting the operation timing of the intake valve 11.

上記VVT15としては、既に様々な形式のものが実用化されて公知であるが、例えば、液圧式の可変機構を上記VVT15として用いることができる。なお、図示は省略するが、この液圧式の可変機構は、吸気弁11用のカムシャフトに対し同軸に配置された被駆動軸と、カムシャフトと被駆動軸の間に周方向に並ぶように配置された複数の液室とを有しており、これら各液室間に所定の圧力差が形成されることにより、上記カムシャフトと被駆動軸との間に位相差が形成されるようになっている。そして、この位相差が所定の角度範囲内で可変的に設定されることにより、吸気弁11の動作タイミングが連続的に変更されるようになっている。   Various types of VVT 15 have already been put into practical use and are known. For example, a hydraulic variable mechanism can be used as the VVT 15. Although not shown in the drawings, the hydraulic variable mechanism is configured so that a driven shaft arranged coaxially with the camshaft for the intake valve 11 and a circumferential arrangement between the camshaft and the driven shaft. A plurality of liquid chambers arranged, and by forming a predetermined pressure difference between the liquid chambers, a phase difference is formed between the camshaft and the driven shaft. It has become. The phase difference is variably set within a predetermined angle range, whereby the operation timing of the intake valve 11 is continuously changed.

なお、上記VVT15として、バルブリフト量を変更することにより吸気弁11の閉じ時期を変更するタイプの可変機構を設けてもよい。また、このようなリフト式の可変機構と、上述した位相式の可変機構とを組み合わせて用いてもよい。   Note that a variable mechanism of a type that changes the closing timing of the intake valve 11 by changing the valve lift amount may be provided as the VVT 15. Further, such a lift-type variable mechanism may be used in combination with the above-described phase-type variable mechanism.

上記エンジン本体1のシリンダヘッド4には、点火プラグ16およびインジェクタ18が、各気筒2につき1組ずつ設けられている。   The cylinder head 4 of the engine body 1 is provided with one set of spark plugs 16 and injectors 18 for each cylinder 2.

上記インジェクタ18は、燃焼室6を吸気側の側方から臨むように設けられており、図外の燃料供給管から供給される燃料(ガソリン)を先端部から噴射する。そして、エンジンの吸気行程等において上記インジェクタ18から燃焼室6に対し燃料が噴射され、噴射された燃料が空気と混合されることにより、燃焼室6に所望の空燃比の混合気が生成されるようになっている。   The injector 18 is provided so as to face the combustion chamber 6 from the side of the intake side, and injects fuel (gasoline) supplied from a fuel supply pipe (not shown) from the tip. Then, fuel is injected from the injector 18 into the combustion chamber 6 in the intake stroke of the engine, and the injected fuel is mixed with air, so that an air-fuel mixture having a desired air-fuel ratio is generated in the combustion chamber 6. It is like that.

上記点火プラグ16は、燃焼室6を上方から臨むように設けられており、図外の点火回路からの給電に応じて先端部から火花を放電する。そして、圧縮上死点付近に設定された所定のタイミングで上記点火プラグ16から火花が放電され、これをきっかけに混合気の燃焼が開始されるようになっている。   The spark plug 16 is provided so as to face the combustion chamber 6 from above, and discharges a spark from the tip portion in response to power supply from an ignition circuit (not shown). The spark is discharged from the spark plug 16 at a predetermined timing set near the compression top dead center, and the combustion of the air-fuel mixture is started as a result.

上記シリンダブロック3には、上記クランク軸7の回転速度を機関回転速度(エンジン回転速度)として検出するエンジン回転速度センサ30が設けられている。   The cylinder block 3 is provided with an engine rotation speed sensor 30 that detects the rotation speed of the crankshaft 7 as an engine rotation speed (engine rotation speed).

また、上記シリンダブロック3には、シリンダブロック3の振動を検出する振動センサ33が設けられている。この振動センサ33による検出値は、エンジンに生じている異常燃焼を検出するために利用される。   The cylinder block 3 is provided with a vibration sensor 33 that detects vibration of the cylinder block 3. The value detected by the vibration sensor 33 is used to detect abnormal combustion occurring in the engine.

具体的に、当実施形態では、上記振動センサ33の検出値に基づいて、ノッキングおよびプリイグニッションという2種類の異常燃焼をそれぞれ検出するようにしている。ここで、ノッキングとは、火花点火をきっかけにして混合気の燃焼が始まった後、その火炎が伝播していく過程で、混合気の未燃分(エンドガス)が自着火してしまう現象である。一方、プリイグニッションとは、火花点火による正常の燃焼開始時期よりも前に(つまり火花点火とは関係なく)、混合気が自着火してしまう現象である。ノッキングまたはプリイグニッションが発生すると、急激な燃焼圧力の変動等に起因して、シリンダブロック3に比較的大きな振動が発生するため、当実施形態では、このようなシリンダブロック3の振動を上記振動センサ33の検出値に基づき調べることにより、ノッキングまたはプリイグニッションを検出するようにしている。   Specifically, in the present embodiment, two types of abnormal combustions, knocking and pre-ignition, are detected based on the detection value of the vibration sensor 33. Here, the knocking is a phenomenon in which the unburned portion (end gas) of the air-fuel mixture self-ignites in the process of the flame propagating after the combustion of the air-fuel mixture has started by spark ignition. . On the other hand, the pre-ignition is a phenomenon in which the air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing by spark ignition (that is, regardless of spark ignition). When knocking or pre-ignition occurs, a relatively large vibration is generated in the cylinder block 3 due to a sudden fluctuation in combustion pressure. In this embodiment, such vibration of the cylinder block 3 is detected by the vibration sensor. By checking based on the detected value of 33, knocking or pre-ignition is detected.

上記点火プラグ16の近傍には、燃焼室6で混合気が燃焼することにより生じる火炎を検出するイオン電流センサ34が設けられている。このイオン電流センサ34は、例えば100V程度のバイアス電圧が印加される電極を有しており、この電極周りに火炎が形成されたときに生じるイオン電流を検出することで、火炎を検出するように構成されている。   In the vicinity of the spark plug 16, an ion current sensor 34 is provided for detecting a flame generated when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber 6. The ion current sensor 34 has an electrode to which a bias voltage of about 100 V, for example, is applied, and detects the flame by detecting an ion current generated when a flame is formed around the electrode. It is configured.

上記イオン電流センサ34を用いて火炎を検出することにより、上記振動センサ33と同じく、プリイグニッションの発生を検出することができる。すなわち、火花点火により混合気を強制的に燃焼させる場合、正常な燃焼状態であれば、火花点火のタイミングから所定の遅れ時間の後に燃焼が開始されるが、プリイグニッションが発生した場合には、火花点火とは関係なく混合気が早期に自着火するため、上記のような正常の燃焼開始時期(火花点火から所定の遅れ時間が経過した時点)よりも前に燃焼が始まってしまう。そこで、上記イオン電流センサ34により火炎を検出し、その検出タイミング(火炎の発生タイミング)が正常な燃焼開始時期に比べて早過ぎる場合に、プリイグニッションが発生したと判定する。このように、当実施形態では、プリイグニッションを検出するためのセンサ(本発明にかかる検出手段)として、イオン電流センサ34と振動センサ33の2種類のセンサを設けており、これら2種類のセンサを用いてより確実にプリイグニッションを検出できるようにしている。   By detecting the flame using the ion current sensor 34, it is possible to detect the occurrence of pre-ignition, similar to the vibration sensor 33. That is, when the air-fuel mixture is forcibly burned by spark ignition, if it is in a normal combustion state, combustion starts after a predetermined delay time from the timing of spark ignition, but when pre-ignition occurs, Since the air-fuel mixture self-ignites early irrespective of spark ignition, combustion starts before the normal combustion start timing (when a predetermined delay time has elapsed from spark ignition) as described above. Therefore, when the flame is detected by the ion current sensor 34 and the detection timing (flame generation timing) is too early compared with the normal combustion start timing, it is determined that pre-ignition has occurred. Thus, in this embodiment, two types of sensors, the ion current sensor 34 and the vibration sensor 33, are provided as sensors (detection means according to the present invention) for detecting pre-ignition, and these two types of sensors are provided. Is used to more reliably detect pre-ignition.

ただし、上記イオン電流センサ34を用いて検出できるのは、プリイグニッションだけであって、ノッキングは検出することができない。すなわち、ノッキングとは、上述したように、火花点火をきっかけに一旦火炎が発生した後、その伝播の過程で混合気の未燃分(エンドガス)が自着火してしまう現象であるため、ノッキングが発生しても火炎の発生時期は通常と変わらず、イオン電流センサ34により火炎の発生タイミングを調べたとしても、ノッキングの発生の有無を特定することはできない。このため、ノッキングを検出する際には、振動センサ33の検出値のみが利用され、イオン電流センサ34は用いられない。   However, only the pre-ignition can be detected using the ion current sensor 34, and knocking cannot be detected. That is, as described above, knocking is a phenomenon in which, after a flame is generated once triggered by spark ignition, an unburned portion (end gas) of the air-fuel mixture is self-ignited in the process of propagation. Even if it occurs, the flame generation timing does not change as usual, and even if the flame generation timing is examined by the ion current sensor 34, it is not possible to specify whether knocking has occurred or not. For this reason, when detecting knocking, only the detection value of the vibration sensor 33 is used, and the ion current sensor 34 is not used.

上記エンジン本体1の吸気ポート9および排気ポート10には、吸気通路20および排気通路21がそれぞれ接続されている。すなわち、外部からの吸入空気(新気)が上記吸気通路20を通じて燃焼室6に供給されるとともに、燃焼室6で生成された既燃ガス(排気ガス)が上記排気通路21を通じて外部に排出されるようになっている。   An intake passage 20 and an exhaust passage 21 are connected to the intake port 9 and the exhaust port 10 of the engine body 1, respectively. In other words, intake air (fresh air) from the outside is supplied to the combustion chamber 6 through the intake passage 20, and burned gas (exhaust gas) generated in the combustion chamber 6 is discharged to the outside through the exhaust passage 21. It has become so.

上記吸気通路20には、エンジン本体1に流入する吸入空気の流量を調節するスロットル弁22と、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ31とが設けられている。   The intake passage 20 is provided with a throttle valve 22 that adjusts the flow rate of intake air flowing into the engine body 1 and an air flow sensor 31 that detects the flow rate of intake air.

上記スロットル弁22は、電子制御式のスロットル弁からなり、運転者により踏み込み操作される図外のアクセルペダルの開度に応じて電気的に開閉駆動される。すなわち、上記アクセルペダルにはアクセル開度センサ32(図2)が設けられており、このアクセル開度センサ32により検出されたアクセルペダルの開度(アクセル開度)に応じて、図外の電気式のアクチュエータがスロットル弁22を開閉駆動するように構成されている。   The throttle valve 22 is an electronically controlled throttle valve, and is electrically opened and closed according to the degree of opening of an accelerator pedal (not shown) that is depressed by the driver. That is, the accelerator pedal is provided with an accelerator opening sensor 32 (FIG. 2), and an electric power (not shown) is shown in accordance with the accelerator pedal opening (accelerator opening) detected by the accelerator opening sensor 32. An actuator of the type is configured to open and close the throttle valve 22.

上記排気通路21には、排気ガス浄化用の触媒コンバータ23が設けられている。触媒コンバータ23には例えば三元触媒が内蔵されており、排気通路21を通過する排気ガス中の有害成分が上記三元触媒の作用により浄化されるようになっている。   The exhaust passage 21 is provided with a catalytic converter 23 for purifying exhaust gas. For example, a three-way catalyst is incorporated in the catalytic converter 23, and harmful components in the exhaust gas passing through the exhaust passage 21 are purified by the action of the three-way catalyst.

(2)制御系
図2は、エンジンの制御系を示すブロック図である。本図に示されるECU40は、エンジンの各部を統括的に制御するための制御手段であり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。
(2) Control System FIG. 2 is a block diagram showing an engine control system. The ECU 40 shown in this figure is a control means for comprehensively controlling each part of the engine, and includes a well-known CPU, ROM, RAM, and the like.

上記ECU40には、各種センサ類からの検出信号が入力される。すなわち、ECU40は、上記エンジン回転速度センサ30、エアフローセンサ31、アクセル開度センサ32、振動センサ33、およびイオン電流センサ34と電気的に接続されており、これら各センサ30〜34による検出値として、エンジン回転速度Ne、吸入空気量Qa、アクセル開度AC、振動強度(加速度)Va、およびイオン電流値Ioといった情報が、上記ECU40に逐次入力されるようになっている。   The ECU 40 receives detection signals from various sensors. That is, the ECU 40 is electrically connected to the engine rotation speed sensor 30, the airflow sensor 31, the accelerator opening sensor 32, the vibration sensor 33, and the ion current sensor 34, and values detected by these sensors 30 to 34 are used. Information such as the engine speed Ne, the intake air amount Qa, the accelerator opening degree AC, the vibration intensity (acceleration) Va, and the ion current value Io is sequentially input to the ECU 40.

また、上記ECU40は、上記VVT15、点火プラグ16、インジェクタ18、およびスロットル弁22とも電気的に接続されており、これらの装置にそれぞれ駆動用の制御信号を出力するように構成されている。   The ECU 40 is also electrically connected to the VVT 15, the spark plug 16, the injector 18, and the throttle valve 22, and is configured to output drive control signals to these devices.

上記ECU40が有するより具体的な機能について説明すると、上記ECU40は、その主な機能的要素として、記憶手段41、異常燃焼判定手段42、点火制御手段43、燃料制御手段44、およびVVT制御手段45を有している。   A more specific function of the ECU 40 will be described. The ECU 40 includes, as main functional elements, a storage means 41, an abnormal combustion determination means 42, an ignition control means 43, a fuel control means 44, and a VVT control means 45. have.

上記記憶手段41は、エンジンを制御する際に必要な各種データやプログラムを記憶するものである。その一例として、上記記憶手段41には、図3に示される特定運転領域Rの範囲が記憶されている。この特定運転領域Rは、プリイグニッションが発生する可能性のある運転領域であり、最高負荷ラインWOTの近傍(つまり高負荷)で、かつ低回転寄りに設定されている。   The storage means 41 stores various data and programs necessary for controlling the engine. As an example, the storage means 41 stores the range of the specific operation region R shown in FIG. The specific operation region R is an operation region in which pre-ignition may occur, and is set near the maximum load line WOT (that is, high load) and close to low rotation.

すなわち、プリイグニッションは、上述したように、火花点火による正常の燃焼開始時期よりも前に混合気が自着火する現象であるから、燃焼室6内の空気が高温・高圧化し、しかも当該空気から燃料への受熱期間が長くなる低回転かつ高負荷域で、最もプリイグニッションが発生し易い。そこで、図3に示すように、エンジン回転速度Neが比較的低く、かつ負荷Ceが高い領域を、プリイグニッションが発生する可能性のある特定運転領域Rとして設定している。   That is, as described above, the pre-ignition is a phenomenon in which the air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing by spark ignition, so that the air in the combustion chamber 6 is heated to a high temperature and pressure, and from the air. Pre-ignition is most likely to occur in a low rotation and high load region where the heat receiving period for the fuel is long. Therefore, as shown in FIG. 3, a region where the engine rotational speed Ne is relatively low and the load Ce is high is set as a specific operation region R in which pre-ignition may occur.

上記異常燃焼判定手段42は、上記振動センサ33およびイオン電流センサ34の検出値に基づいて、プリイグニッションまたはノッキングの発生の有無を判定するものである。具体的に、上記異常燃焼判定手段42は、エンジンの運転状態が上記特定運転領域Rにあるときに、イオン電流センサ34の検出値(イオン電流値Io)に基づき火炎の発生タイミングを特定し、これを正常な燃焼開始時期と比較することで、プリイグニッションが発生しているか否かを判定する。さらに、異常燃焼判定手段42は、上記振動センサ33の検出値(振動強度Va)に基づいて、振動強度の最大値およびその発生時期を調べることにより、プリイグニッションまたはノッキングのいずれが発生しているのかを判定する(詳細は後述する項目(3)参照)。   The abnormal combustion determination means 42 determines whether or not pre-ignition or knocking has occurred based on the detection values of the vibration sensor 33 and the ion current sensor 34. Specifically, the abnormal combustion determination means 42 specifies the flame generation timing based on the detection value (ion current value Io) of the ion current sensor 34 when the engine operating state is in the specific operation region R, By comparing this with the normal combustion start timing, it is determined whether or not pre-ignition has occurred. Further, the abnormal combustion determination means 42 examines the maximum value of the vibration intensity and the generation timing thereof based on the detection value (vibration intensity Va) of the vibration sensor 33, so that either pre-ignition or knocking has occurred. (Refer to item (3) described later for details).

上記点火制御手段43は、エンジンの運転状態に応じ予め定められた所定のタイミングで点火プラグ16の点火回路に給電信号を出力することにより、上記点火プラグ16が火花放電を行うタイミング(点火時期)等を制御するものである。   The ignition control means 43 outputs a power supply signal to the ignition circuit of the spark plug 16 at a predetermined timing that is predetermined according to the operating state of the engine, whereby the spark plug 16 performs a spark discharge (ignition timing). Etc. are controlled.

例えば、エンジンの低回転・高負荷域に設定された上記特定運転領域Rでは、圧縮上死点よりも少し遅れたタイミングで火花点火が行われるように、上記点火プラグ16が制御される。ただし、上記特定運転領域Rにおいて、振動センサ33から所定レベル以上の振動が入力された場合には、上記点火制御手段43が、点火時期を上述のタイミング(圧縮上死点よりも少し遅れたタイミング)よりもさらに遅角側にシフトさせる。これは、上記振動センサ33から入力された所定レベル以上の振動が、プリイグニッションによるものであるのかノッキングによるものであるのかを判別するためである。   For example, in the specific operation region R set in the low rotation / high load region of the engine, the spark plug 16 is controlled so that spark ignition is performed at a timing slightly delayed from the compression top dead center. However, in the specific operation region R, when a vibration of a predetermined level or more is input from the vibration sensor 33, the ignition control means 43 causes the ignition timing to be slightly delayed from the above timing (compression top dead center). ) To the more retarded angle than. This is to determine whether the vibration of a predetermined level or more input from the vibration sensor 33 is due to pre-ignition or knocking.

すなわち、点火時期の遅角化は、ノッキングに対しては抑制方向に働くが、プリイグニッションに対しては特に影響を及ぼさないため(その理由については後で詳述する)、所定レベル以上の振動が発生したときに、その原因がプリイグニッションまたはノッキングのいずれであるのかを判別すべく、上記点火制御手段43が意図的に点火時期を遅角させる。そして、点火時期を遅角させた後の振動の変化が上記異常燃焼判定手段42により調べられ、その結果の如何により、プリイグニッションまたはノッキングのいずれが発生しているのが特定されるようになっている。   In other words, retarding the ignition timing works in the direction of suppressing knocking but does not particularly affect preignition (the reason will be described in detail later). When this occurs, the ignition control means 43 intentionally retards the ignition timing in order to determine whether the cause is pre-ignition or knocking. Then, the vibration change after the ignition timing is retarded is examined by the abnormal combustion determination means 42, and it is determined whether pre-ignition or knocking has occurred depending on the result. ing.

上記燃料制御手段44は、上記インジェクタ18から燃焼室6に噴射される燃料の噴射量や噴射時期を制御するものである。より具体的に、上記燃料制御手段44は、エンジン回転速度センサ30から入力されるエンジン回転速度Neやエアフローセンサ31から入力される吸入空気量Qa等の情報に基づいて、目標とする燃料の噴射量および噴射時期を演算し、その演算結果に基づいてインジェクタ18の開弁時期および開弁期間を制御する。   The fuel control means 44 controls the injection amount and timing of fuel injected from the injector 18 into the combustion chamber 6. More specifically, the fuel control means 44 performs target fuel injection based on information such as the engine speed Ne input from the engine speed sensor 30 and the intake air amount Qa input from the airflow sensor 31. The amount and the injection timing are calculated, and the valve opening timing and valve opening period of the injector 18 are controlled based on the calculation result.

特に、上記特定運転領域Rにおいてプリイグニッションが検出された場合、上記燃料制御手段44は、上記インジェクタ18からの燃料の噴射量を増大させることにより、筒内の空燃比をリッチ化する制御を実行する。このような制御を実行するのは、比較的多量の燃料を噴射して単位質量あたりの燃料の受熱量を減らすことにより、圧縮上死点付近での筒内の燃料温度を低下させ、プリイグニッションの発生を抑制するためである。さらに必要な場合、上記燃料制御手段44は、本来は吸気行程中に噴射すべき燃料の一部を、圧縮行程の後期まで遅らせて噴射する(つまり吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料を噴射する)制御を実行する。これにより、燃料の受熱期間が短縮され、圧縮上死点付近での筒内の燃料温度が低下するため、よりプリイグニッションが起き難い環境をつくり出すことができる。   In particular, when a pre-ignition is detected in the specific operation region R, the fuel control means 44 performs control to enrich the in-cylinder air-fuel ratio by increasing the fuel injection amount from the injector 18. To do. Such control is performed by injecting a relatively large amount of fuel to reduce the amount of fuel received per unit mass, thereby lowering the temperature of the fuel in the cylinder near the compression top dead center and pre-ignition. This is to suppress the occurrence of the above. Further, if necessary, the fuel control means 44 injects a part of the fuel that should be injected during the intake stroke by delaying it until the latter stage of the compression stroke (that is, the fuel is divided into the intake stroke and the compression stroke). (Inject) control. As a result, the heat receiving period of the fuel is shortened, and the temperature of the fuel in the cylinder near the compression top dead center is lowered, so that it is possible to create an environment in which pre-ignition is difficult to occur.

上記VVT制御手段45は、上記VVT15を駆動して吸気弁11の閉時期を変更することにより、エンジンの有効圧縮比を可変的に設定するものである。すなわち、吸気弁11の閉時期は、通常、吸気下死点の遅角側の近傍(吸気下死点を少し過ぎたタイミング)に設定されており、このようなタイミングに設定されることで、一旦吸入された空気が吸気ポート9にほとんど吹き返されることがなく、エンジンの実質的な圧縮比(有効圧縮比)が幾何学的圧縮比に近い値に設定されている。これに対し、吸気弁11の閉時期が吸気下死点よりも大幅に遅く設定された場合には、その分だけエンジンの有効圧縮比が低下し、かなりの量の吸気の吹き返しが起きるようになる。上記VVT制御手段45は、VVT15を駆動して上記吸気弁11の閉時期のリタード量(遅角量)を増減させることにより、エンジンの有効圧縮比を可変的に設定する。   The VVT control means 45 variably sets the effective compression ratio of the engine by driving the VVT 15 and changing the closing timing of the intake valve 11. That is, the closing timing of the intake valve 11 is normally set in the vicinity of the retarded side of the intake bottom dead center (timing slightly past the intake bottom dead center), and by setting at such timing, The air once sucked is hardly blown back to the intake port 9, and the substantial compression ratio (effective compression ratio) of the engine is set to a value close to the geometric compression ratio. On the other hand, when the closing timing of the intake valve 11 is set to be significantly later than the intake bottom dead center, the effective compression ratio of the engine is reduced by that amount so that a considerable amount of intake air blows back. Become. The VVT control means 45 variably sets the effective compression ratio of the engine by driving the VVT 15 to increase / decrease the retard amount (retard amount) at the closing timing of the intake valve 11.

特に、上記VVT制御手段45は、上記特定運転領域Rにおいてプリイグニッションが検出されると、必要に応じて、吸気弁11の閉時期を遅角させて有効圧縮比を低下させる制御を実行する。これにより、主に筒内圧力(燃焼室6内の圧力)の低下が図られ、プリイグニッションが抑制される。   In particular, when a pre-ignition is detected in the specific operation region R, the VVT control means 45 executes a control to retard the effective compression ratio by retarding the closing timing of the intake valve 11 as necessary. As a result, the in-cylinder pressure (pressure in the combustion chamber 6) is mainly reduced, and pre-ignition is suppressed.

なお、上記説明でいうところの「吸気弁11の閉時期」とは、リフトカーブのランプ部(リフト量が緩やかに立ち上がる緩衝区間)を除いた区間をバルブの開弁期間として定義した場合における閉時期であって、吸気弁11のリフト量が完全にゼロになる時期を指すものではない。   In the above description, the “closing timing of the intake valve 11” refers to the closing time when the valve opening period is defined as a section excluding the ramp portion of the lift curve (the buffer section where the lift amount rises gently). It does not indicate a time when the lift amount of the intake valve 11 becomes completely zero.

(3)プリイグニッションおよびノッキングの判定手法
次に、上記異常燃焼判定手段42がプリイグニッションおよびノッキングの発生を判定する際のより具体的な手順について説明する。
(3) Preignition and knock determination method Next, a more specific procedure when the abnormal combustion determination means 42 determines the occurrence of preignition and knocking will be described.

まず、イオン電流センサ34を用いてプリイグニッションを検出する場合の手順について説明する。図4は、プリイグニッションの発生時および通常燃焼時に生じる熱発生量の分布(時間変化)を示す図である。本図において、IGは火花点火を示しており、この火花点火IGをきっかけに生じる正常燃焼時の熱発生量を、実線の波形J0としている。なお、火花点火IGのタイミングは、上述したように、プリイグニッションが発生し得る上記特定運転領域Rで、圧縮上死点よりも少し遅れたタイミングに設定される。このため、図中のIGの位置は、圧縮上死点(TDC)よりも遅角側に設定されており、図例では圧縮上死点の通過後(ATDC)5°CA程度とされている。   First, the procedure for detecting pre-ignition using the ion current sensor 34 will be described. FIG. 4 is a diagram showing a distribution (time change) of the amount of heat generated when pre-ignition occurs and during normal combustion. In this figure, IG indicates spark ignition, and the amount of heat generated during normal combustion that is triggered by this spark ignition IG is indicated by a solid waveform J0. Note that, as described above, the timing of the spark ignition IG is set to a timing slightly delayed from the compression top dead center in the specific operation region R where pre-ignition can occur. For this reason, the position of IG in the figure is set on the retard side with respect to the compression top dead center (TDC), and in the example shown in FIG. .

上記火花点火IGをきっかけに生じる正常燃焼時の波形J0において、イオン電流センサ34で火炎を検出できる程度まで燃焼が進行した状態(実質的な燃焼開始時期)をt0とすると、この時点t0は、火花点火IGの時点よりも所定のクランク角分だけ遅くなっている。すなわち、正常燃焼時においては、火花点火により生じた火炎核を中心に徐々に周囲へと燃焼が拡がっていくため、実質的な燃焼開始時期t0は、火花点火IGよりもある程度遅れたタイミングになる。   Assuming that the state where combustion has progressed to such an extent that the flame can be detected by the ion current sensor 34 (substantial combustion start timing) in the waveform J0 at the time of normal combustion caused by the spark ignition IG is t0, It is later than the point of spark ignition IG by a predetermined crank angle. That is, during normal combustion, the combustion gradually spreads around the flame kernel generated by the spark ignition, so that the substantial combustion start timing t0 is delayed to some extent from the spark ignition IG. .

一方、プリイグニッションが発生したときの熱発生量の分布は、1点鎖線の波形J1〜J3のようになる。波形J1は軽度のプリイグニッション、波形J2は中度のプリイグニッション、波形J3は重度のプリイグニッションを示しており、各ケースにおける実質的な燃焼開始時期をそれぞれt1,t2,t3とすると、そのクランク角位置は、正常な燃焼開始時期t0よりも進角側にずれている。すなわち、プリイグニッションが起きると、混合気が自着火することで、もはや火花点火により燃焼をコントロールすることができなくなり、正常な燃焼開始時期t0よりも前に燃焼が開始されてしまう。しかも、燃焼開始の過早化に伴い、燃焼が急峻化し、かつ燃焼期間が短くなる。   On the other hand, the distribution of the heat generation amount when pre-ignition occurs is as shown by the dashed-dotted waveforms J1 to J3. Waveform J1 indicates a mild preignition, waveform J2 indicates a moderate preignition, and waveform J3 indicates a severe preignition. If the substantial combustion start timings in each case are t1, t2, and t3, respectively, the crank The angular position is shifted to the advance side from the normal combustion start timing t0. That is, when pre-ignition occurs, the air-fuel mixture self-ignites, so that combustion can no longer be controlled by spark ignition, and combustion starts before the normal combustion start timing t0. In addition, as the combustion starts earlier, the combustion becomes sharper and the combustion period becomes shorter.

また、プリイグニッションは、これを放置した場合に、軽度のプリイグニッション(J1)から、重度のプリイグニッション(J3)へと徐々に発展していくという性質がある。すなわち、一旦プリイグニッションが起きると、燃焼室6の高温化に拍車がかかり、より自着火し易い環境がつくり出されるため、プリイグニッションが連鎖的に発展していく。特に、重度のプリイグニッション(J3)まで発展すると、極端に燃焼が急峻化して、エンジンにかなり大きな騒音や振動が発生し、ピストン等の損傷にもつながる。   In addition, the pre-ignition has a property of gradually developing from a mild pre-ignition (J1) to a severe pre-ignition (J3) when left untreated. That is, once the pre-ignition occurs, the temperature of the combustion chamber 6 is spurred and an environment that is more likely to self-ignite is created, so that the pre-ignition develops in a chain. In particular, when it develops to a severe pre-ignition (J3), the combustion becomes extremely steep and a considerable noise and vibration are generated in the engine, which leads to damage to the piston and the like.

このため、少なくとも上記のような重度のプリイグニッションに発展する前に、プリイグニッションが発生していることを適正に検出し、必要な措置(例えば空燃比のリッチ化等)を講ずる必要がある。そこで、当実施形態では、プリイグニッションを検出するための一手段として、イオン電流センサ34を用いて火炎を検出し、その検出タイミング(火炎の発生タイミング)に基づいて、プリイグニッションの発生の有無を判別するようにしている。具体的には、正常な燃焼開始時期t0よりも所定時間以上早い段階で上記イオン電流センサ34が火炎を検出したときに、これをプリイグニッションとして検出する。このとき、できるだけ軽度の段階でプリイグニッションを検出するため、イオン電流センサ34による火炎の検出タイミングが、例えばt1程度まで早くなればプリイグニッションであると判定するのがよい。   For this reason, it is necessary to appropriately detect the occurrence of pre-ignition and take necessary measures (for example, enrichment of the air-fuel ratio) before developing into at least the above-described severe pre-ignition. Therefore, in the present embodiment, as one means for detecting pre-ignition, flame is detected using the ion current sensor 34, and the presence or absence of occurrence of pre-ignition is determined based on the detection timing (flame generation timing). I try to distinguish. Specifically, when the ion current sensor 34 detects a flame at a stage earlier than the normal combustion start timing t0 by a predetermined time or more, this is detected as a pre-ignition. At this time, in order to detect the pre-ignition at the lightest possible stage, it is preferable to determine that the pre-ignition is performed when the flame detection timing by the ion current sensor 34 is advanced to about t1, for example.

ところで、プリイグニッションの発生は、上述した通り、イオン電流センサ34だけでなく、振動センサ33を用いても検出される。なお、当実施形態において、振動センサ33は、プリイグニッションだけでなく、ノッキングを検出するためにも用いられる。次に、この振動センサ33を用いた検出手順について説明する。   By the way, the occurrence of pre-ignition is detected using not only the ion current sensor 34 but also the vibration sensor 33 as described above. In the present embodiment, the vibration sensor 33 is used not only for pre-ignition but also for detecting knocking. Next, a detection procedure using the vibration sensor 33 will be described.

図5は、プリイグニッションが発生したときの筒内圧力の変化を、ノッキング発生時の筒内圧力の変化と比較して示す図である。なお、この図5では、プリイグニッション発生時の筒内圧力の変化を波形Pp、ノッキング発生時の筒内圧力の変化を波形Pnとして示している。また、同図においては、両波形Pp,Pnの相違を明確に表すため、プリイグニッション発生時の波形Ppとして、プリイグニッションがかなり発展した場合(重度もしくはそれに近い程度まで発展した場合)の筒内圧力の変化を例示している。   FIG. 5 is a diagram showing a change in the in-cylinder pressure when pre-ignition occurs and a change in the in-cylinder pressure when knocking occurs. In FIG. 5, the change in the in-cylinder pressure when the pre-ignition occurs is shown as a waveform Pp, and the change in the in-cylinder pressure when the knocking occurs is shown as a waveform Pn. Further, in the same figure, in order to clearly represent the difference between both waveforms Pp and Pn, as a waveform Pp at the time of pre-ignition occurrence, the in-cylinder when the pre-ignition is considerably developed (when it is severely developed or close to it). The change in pressure is illustrated.

上記波形Ppを見ると明らかなように、プリイグニッションがかなり発展した場合には、圧縮上死点の近傍で筒内圧力が大きく上昇するとともに、上昇した圧力が比較的短い期間で収束している。これに対し、ノッキングが発生した場合には、波形Pnに示すように、筒内圧力が急上昇する波形の山部が、プリイグニッションのときよりも遅角側に大きくずれた位置で発生している。すなわち、ノッキングは、燃焼がある程度進行した時点で、残りの未燃混合気(エンドガス)が自着火する現象であるため、その自着火による圧力の急上昇が、燃焼過程の終盤で発生することとなり、波形の山部がより遅角側にずれることになる。   As is apparent from the waveform Pp, when the pre-ignition is considerably developed, the in-cylinder pressure greatly increases near the compression top dead center, and the increased pressure converges in a relatively short period. . On the other hand, when knocking occurs, as shown by the waveform Pn, the peak portion of the waveform where the in-cylinder pressure suddenly rises is generated at a position that is greatly deviated to the retard side than during pre-ignition. . That is, knocking is a phenomenon in which the remaining unburned gas mixture (end gas) self-ignites when combustion proceeds to some extent, so a sudden rise in pressure due to the self-ignition occurs at the end of the combustion process, The peak of the waveform is shifted to the retard side.

図6および図7は、プリイグニッションまたはノッキングが発生し、図5に示したような筒内圧力の変化が生じたときに、振動センサ33からどのような振動波形が入力されるかを示している。なお、ここでの振動波形は、上記振動センサ33から入力される振動強度(加速度)Vaを縦軸に、クランク角CAを横軸にとったものであり、クランク角CAに応じた振動強度Vaの変化を示している。   6 and 7 show what vibration waveform is input from the vibration sensor 33 when pre-ignition or knocking occurs and a change in in-cylinder pressure as shown in FIG. 5 occurs. Yes. The vibration waveform here is obtained by taking the vibration intensity (acceleration) Va input from the vibration sensor 33 on the vertical axis and the crank angle CA on the horizontal axis, and the vibration intensity Va corresponding to the crank angle CA. Shows changes.

図6および図7の波形を比較すると、プリイグニッション発生時の振動波形(図6)の方が、ノッキング発生時の振動波形(図7)と比べて、検出される振動強度Vaの最大値Vmax(以下、最大振動強度Vmaxと略称する)が大きく、しかもその検出時期が早いことが分かる。これは、図5に示されるようなかなり発展したプリイグニッションの場合、ノッキングの場合と比較して、筒内圧力が最も急変する部分(つまり波形の山部)の変動幅が大きく、しかもそれがかなり進角側で生じているためと考えられる。   Comparing the waveforms of FIG. 6 and FIG. 7, the vibration waveform when pre-ignition occurs (FIG. 6) is greater than the vibration waveform when knocking occurs (FIG. 7), and the maximum value Vmax of the detected vibration intensity Va. It can be seen that (hereinafter abbreviated as the maximum vibration intensity Vmax) is large and the detection time is early. This is because, in the case of the pre-ignition that is considerably advanced as shown in FIG. 5, the fluctuation range of the portion where the in-cylinder pressure changes most rapidly (that is, the peak portion of the waveform) is larger than that of the knocking, and This is probably due to the fact that it is occurring on the advance side.

このように、プリイグニッションがかなり発展した場合には、検出される最大振動強度Vmaxやその検出時期に、比較的明確な特徴が見出されることが分かる。しかしながら、プリイグニッションが十分に発展していない場合(例えば図4に示した波形J1のような軽度のプリイグニッションの発生時)には、最大振動強度Vmaxやその検出時期が、ノッキングの場合と大きく変わらず、単に振動強度Vaの波形を比較しただけでは、プリイグニッションとノッキングとを明確に区別して検出できないおそれがある。   Thus, it can be seen that when the pre-ignition is considerably advanced, a relatively clear feature is found in the detected maximum vibration intensity Vmax and its detection timing. However, when the pre-ignition is not sufficiently developed (for example, when a mild pre-ignition such as the waveform J1 shown in FIG. 4 occurs), the maximum vibration intensity Vmax and the detection timing thereof are large compared to the case of knocking. There is a possibility that pre-ignition and knocking cannot be clearly distinguished and detected simply by comparing the waveforms of the vibration intensity Va.

そこで、当実施形態では、上記振動センサ33により所定の閾値以上の最大振動強度Vmaxが検出され、プリイグニッションまたはノッキングの発生が疑われるような場合に、両者を判別すべく、意図的に点火時期を遅角させるとともに、その後の最大振動強度Vmaxの変化に基づいて、プリイグニッションまたはノッキングのいずれであるのかを判別するようにしている。   Therefore, in the present embodiment, when the vibration sensor 33 detects the maximum vibration intensity Vmax that is equal to or greater than a predetermined threshold value and the occurrence of pre-ignition or knocking is suspected, the ignition timing is intentionally determined in order to discriminate both. Is retarded, and based on the subsequent change in the maximum vibration intensity Vmax, it is determined whether it is pre-ignition or knocking.

すなわち、プリイグニッションが発生し得る低回転かつ高負荷寄りの特定運転領域Rでは、通常時において、圧縮上死点よりも少し遅れたタイミング(例えば5°ATDC程度)に点火時期が設定されるが、上記振動センサ33により所定の閾値以上の最大振動強度Vmaxが検出された場合には、点火時期が上記タイミングに対し所定量遅角され、圧縮上死点に対しさらに遅れたタイミングで火花点火が行われるようになる。そして、このような点火時期の遅角化に応じて、最大振動強度Vmaxがどのように変化するかが上記異常燃焼判定手段42により調べられ、プリイグニッションまたはノッキングのいずれが発生しているのかが判別される。   That is, in the specific operation region R near the low rotation and high load where pre-ignition can occur, the ignition timing is set at a timing slightly delayed from the compression top dead center (for example, about 5 ° ATDC) in normal times. When the vibration sensor 33 detects the maximum vibration intensity Vmax equal to or greater than a predetermined threshold, the ignition timing is retarded by a predetermined amount with respect to the timing, and spark ignition is performed at a timing further delayed from the compression top dead center. To be done. Then, the abnormal combustion determination means 42 examines how the maximum vibration intensity Vmax changes in response to such a retarded ignition timing, and whether pre-ignition or knocking has occurred. Determined.

例えば、ノッキングが発生している場合には、上記のように点火時期が遅角されることで、圧縮上死点のさらに遅角側で(つまり筒内温度・圧力がより低下した状態で)燃焼が開始されることになるため、その後の燃焼過程において、未燃混合気(エンドガス)の自着火は起き難くなる。したがって、ノッキング発生時に点火時期を遅角させれば、ノッキングの程度が縮小するとともに、その発生時期が遅れることになる。すると、これに応じて、上記振動センサ33により検出される最大振動強度Vmaxの大きさが低下し、かつ、その検出時期が遅れるという現象が見られる。   For example, when knocking has occurred, the ignition timing is retarded as described above, so that the compression top dead center is further retarded (that is, the in-cylinder temperature and pressure are further reduced). Since the combustion is started, the self-ignition of the unburned mixture (end gas) becomes difficult to occur in the subsequent combustion process. Therefore, if the ignition timing is retarded when knocking occurs, the degree of knocking is reduced and the generation timing is delayed. Then, according to this, the phenomenon that the magnitude of the maximum vibration intensity Vmax detected by the vibration sensor 33 decreases and the detection timing is delayed is observed.

図8の「×」マークは、ノッキング発生時に点火時期を徐々に遅角させることで、上記振動センサ33により検出される最大振動強度Vmaxがどのように変化するかを示している。本図によれば、点火時期の遅角化に伴って、最大振動強度Vmaxのプロット(「×」マーク)が、徐々に右下の方向に移動している。すなわち、点火時期の遅角化に伴い、最大振動強度Vmaxの大きさが徐々に低下するとともに、このVmaxが検出された時点のクランク角が徐々に遅角側にずれていくことが分かる。なお、図8における縦軸の値Xは、点火時期を遅角させるか否かを決定するための閾値であり、この閾値X以上の最大振動強度Vmaxが検出されたときに、点火時期の遅角化が行われるようになっている。   The “x” mark in FIG. 8 indicates how the maximum vibration intensity Vmax detected by the vibration sensor 33 changes by gradually retarding the ignition timing when knocking occurs. According to this figure, as the ignition timing is retarded, the plot of the maximum vibration intensity Vmax (“×” mark) gradually moves in the lower right direction. That is, as the ignition timing is retarded, the maximum vibration intensity Vmax gradually decreases, and the crank angle at the time when this Vmax is detected gradually shifts to the retard side. Note that the value X on the vertical axis in FIG. 8 is a threshold value for determining whether or not to retard the ignition timing. When the maximum vibration intensity Vmax equal to or greater than the threshold value X is detected, the ignition timing delay is determined. Keratinization is performed.

上記のように、点火時期を遅角させることで、ノッキングを抑制することは可能であるが、プリイグニッションが発生している場合には、点火時期とは関係なく混合気が自着火するため、点火時期を遅角させても、依然として自着火は発生し、プリイグニッションは抑制されない。むしろ、図4に基づき説明した通り、プリイグニッションが一旦発生すると、時間経過とともにプリイグニッションは徐々に発展していき、燃焼開始時期の過早化と、燃焼の急峻化を招く。図8において、プリイグニッション発生時の最大振動強度Vmaxを示す「△」マークが、徐々に左上の方向に移動しているのはこのためである。すなわち、プリイグニッションの発生時には、点火時期の遅角化とは関係なく、最大振動強度Vmaxの大きさが時間経過とともに徐々に増大し、しかもその検出時期が進角していく。   As described above, it is possible to suppress knocking by retarding the ignition timing, but when pre-ignition occurs, the air-fuel mixture self-ignites regardless of the ignition timing. Even if the ignition timing is retarded, self-ignition still occurs and pre-ignition is not suppressed. Rather, as described with reference to FIG. 4, once the pre-ignition occurs, the pre-ignition gradually develops as time elapses, leading to premature combustion start timing and steep combustion. In FIG. 8, the “Δ” mark indicating the maximum vibration intensity Vmax at the time of the pre-ignition is gradually moving in the upper left direction. That is, when pre-ignition occurs, the magnitude of the maximum vibration intensity Vmax gradually increases with the lapse of time and the detection timing is advanced regardless of the retard of the ignition timing.

以上のことから、プリイグニッションが発生している場合には、点火時期を遅角させても、最大振動強度Vmaxの増大およびその検出時期の進角化が見られ、ノッキングの発生時には、点火時期の遅角化に伴い、最大振動強度Vmaxの低下およびその検出時期の遅角化が見られることが分かる。そこで、当実施形態では、点火時期の遅角化に伴う最大振動強度Vmaxの変化(その大きさおよび検出時期の変化)に基づいて、プリイグニッションまたはノッキングのいずれが発生しているのかを判別するようにしている。これにより、振動センサ33を用いながらも、プリイグニッションかノッキングかを正確に判別することができる。   From the above, when pre-ignition occurs, even if the ignition timing is retarded, the maximum vibration intensity Vmax is increased and the detection timing is advanced. When knocking occurs, the ignition timing It can be seen that a decrease in the maximum vibration intensity Vmax and a delay in the detection timing are observed as the angle is retarded. Therefore, in the present embodiment, it is determined whether pre-ignition or knocking has occurred based on the change in the maximum vibration intensity Vmax (the change in the magnitude and the detection timing) accompanying the retarded ignition timing. I am doing so. Accordingly, it is possible to accurately determine whether the pre-ignition or knocking is performed while using the vibration sensor 33.

(4)制御動作
次に、以上のような機能を有するECU40による制御動作について、図9〜図12のフローチャートに基づき説明する。なお、ここでは、プリイグニッションおよびノッキングの検出、およびこれらが検出されたときの回避動作を中心に説明する。
(4) Control Operation Next, the control operation by the ECU 40 having the above functions will be described based on the flowcharts of FIGS. Here, the description will focus on the detection of pre-ignition and knocking, and the avoidance operation when these are detected.

図9のフローチャートに示す処理がスタートすると、まず、各種センサ値を読み込む制御が実行される(ステップS1)。具体的には、上記エンジン回転速度センサ30、エアフローセンサ31、アクセル開度センサ32、振動センサ33、およびイオン電流センサ34から、それぞれ、エンジン回転速度Ne、吸入空気量Qa、アクセル開度AC、振動強度Va、およびイオン電流値Ioが読み出され、ECU40に入力される。   When the process shown in the flowchart of FIG. 9 starts, first, control for reading various sensor values is executed (step S1). Specifically, from the engine rotation speed sensor 30, the air flow sensor 31, the accelerator opening sensor 32, the vibration sensor 33, and the ion current sensor 34, the engine rotation speed Ne, the intake air amount Qa, the accelerator opening AC, The vibration intensity Va and the ionic current value Io are read out and input to the ECU 40.

次いで、上記ステップS1で読み込まれた情報に基づいて、現在のエンジンの運転状態が、図3に示した特定運転領域R内にあるか否かを判定する制御が実行される(ステップS2)。具体的には、上記ステップS1で読み込まれたエンジン回転速度Neと、吸入空気量Qa(またはアクセル開度AC)から演算されるエンジン負荷Ceとが、ともに図3の特定運転領域Rの範囲に含まれるか否かが判定される。   Next, based on the information read in step S1, control is performed to determine whether or not the current engine operating state is within the specific operating region R shown in FIG. 3 (step S2). Specifically, both the engine rotational speed Ne read in step S1 and the engine load Ce calculated from the intake air amount Qa (or the accelerator opening degree AC) are within the range of the specific operation region R in FIG. It is determined whether it is included.

上記ステップS2でNOと判定されて特定運転領域Rから外れていることが確認された場合には、プリイグニッションは起こり得ないため、後述するステップS3以降の処理(異常燃焼の判定やその回避制御)が必要になることはなく、通常の運転が維持される(図10のステップS32)。すなわち、燃料の噴射量や噴射時期、吸気弁11の動作タイミング等が、運転状態に応じて予め定められた通常の目標値に沿って制御される。   If it is determined NO in step S2 and it is confirmed that the vehicle is out of the specific operation region R, pre-ignition cannot occur. Therefore, the processing after step S3 described later (determination of abnormal combustion and its avoidance control) ) Is not required, and normal operation is maintained (step S32 in FIG. 10). That is, the fuel injection amount and injection timing, the operation timing of the intake valve 11, and the like are controlled along normal target values that are predetermined according to the operating state.

一方、上記ステップS2でYESと判定されて特定運転領域Rにあることが確認された場合には、上記ステップS1で読み込まれたイオン電流値Ioに基づいて、火炎の発生タイミングが通常よりも早過ぎるか否か、つまり、プリイグニッションが発生しているか否かを判定する制御が実行される(ステップS3)。具体的には、上記イオン電流値Ioに基づき特定される火炎の発生タイミングが、予め記憶された正常な燃焼開始時期(火花点火より少し遅れたタイミング;例えば図4の時点t0)よりも所定時間以上早い場合に、プリイグニッションが発生したと判定される。   On the other hand, if it is determined YES in step S2 and it is confirmed that the vehicle is in the specific operation region R, the flame generation timing is earlier than usual based on the ion current value Io read in step S1. Control for determining whether or not pre-ignition has occurred is executed (step S3). Specifically, the occurrence timing of the flame specified based on the ion current value Io is a predetermined time from the normal combustion start timing (a timing slightly delayed from the spark ignition; for example, time t0 in FIG. 4) stored in advance. If it is earlier, it is determined that the pre-ignition has occurred.

上記ステップS3でYESと判定されてプリイグニッションの発生が確認された場合には、燃焼状態を記録するための異常燃焼フラグFabnrm(そのデフォルト値は0)に、プリイグニッションが発生していることを表す「1」を入力する制御が実行される(ステップS4)。   If it is determined YES in step S3 and occurrence of pre-ignition is confirmed, it is confirmed that the pre-ignition has occurred in the abnormal combustion flag Fabnrm (whose default value is 0) for recording the combustion state. Control for inputting “1” is executed (step S4).

一方、上記ステップS3でNOと判定された場合、つまり、イオン電流値Ioに基づくプリイグニッションの検出がなされなかった場合には、上記ステップS1で振動センサ33から読み込まれた振動強度Vaの情報に基づいて、その最大値(最大振動強度)Vmaxを取得し、これをVmax1として記憶する制御が実行される(ステップS5)。そして、記憶された最大振動強度Vmax1が、予め定められた閾値X(図8参照)以上であるか否かが判定される(ステップS6)。   On the other hand, if NO is determined in step S3, that is, if the pre-ignition detection based on the ionic current value Io is not performed, the information on the vibration intensity Va read from the vibration sensor 33 in step S1 is displayed. Based on this, the maximum value (maximum vibration intensity) Vmax is acquired, and the control for storing this as Vmax1 is executed (step S5). Then, it is determined whether or not the stored maximum vibration intensity Vmax1 is equal to or greater than a predetermined threshold value X (see FIG. 8) (step S6).

上記ステップS6でYESと判定されて最大振動強度Vmax1≧閾値Xであることが確認された場合には、点火プラグ16による点火時期を所定量遅角(リタード)させる制御が実行される(ステップS7)。上述したように、上記特定運転領域Rにおける通常の点火時期が、圧縮上死点よりも少し遅れたタイミング(例えばATDC5°程度)に設定されるため、上記点火時期の遅角化により、圧縮上死点から点火時期までの遅角量はより増大することになる。   When it is determined YES in step S6 and it is confirmed that the maximum vibration intensity Vmax1 ≧ threshold value X, control for retarding the ignition timing by the spark plug 16 by a predetermined amount (retard) is executed (step S7). ). As described above, the normal ignition timing in the specific operation region R is set to a timing slightly delayed from the compression top dead center (for example, about ATDC 5 °). The retard amount from the dead center to the ignition timing is further increased.

上記のようにして点火時期の遅角化が行われると、その遅角後の状態で振動センサ33から入力される情報から最大振動強度Vmaxを取得するとともに、その値をVmax2として記憶する制御が実行される(ステップS8,S9)。そして、記憶された最大振動強度Vmax2が、先のステップS5で記憶された最大振動強度Vmax1(つまり点火時期を遅角させる前に記憶された最大振動強度)よりも大きいか否かが判定される(ステップS10)。なお、以下では、点火時期を遅角させた後に記憶された最大振動強度Vmax2のことを「点火リタード後の最大振動強度Vmax2」、点火時期を遅角させる前に記憶された最大振動強度Vmax1のことを「点火リタード前の最大振動強度Vmax1」という。   When the ignition timing is retarded as described above, the maximum vibration intensity Vmax is acquired from the information input from the vibration sensor 33 in the state after the retardation, and the value is stored as Vmax2. It is executed (steps S8 and S9). Then, it is determined whether or not the stored maximum vibration intensity Vmax2 is larger than the maximum vibration intensity Vmax1 stored in the previous step S5 (that is, the maximum vibration intensity stored before retarding the ignition timing). (Step S10). Hereinafter, the maximum vibration intensity Vmax2 stored after retarding the ignition timing is referred to as “maximum vibration intensity Vmax2 after ignition retard”, and the maximum vibration intensity Vmax1 stored before retarding the ignition timing. This is referred to as “maximum vibration intensity Vmax1 before ignition retard”.

上記ステップS10でYESと判定された場合、つまり、(点火リタード後の最大振動強度Vmax2)>(点火リタード前の最大振動強度Vmax1)であることが確認された場合には、点火時期を遅角させても最大振動強度Vmaxが増大していることになるので、異常燃焼フラグFabnrmに、プリイグニッションが発生していることを表す「1」が入力される(ステップS4)。すなわち、図8の「△」マークに示すように、プリイグニッションが発生している場合には、点火時期を遅角させてもプリイグニッションは抑制されず、最大振動強度Vmaxが増大していくので、上記のようにVmax2>Vmax1となった場合には、プリイグニッションが発生していると判定することができ、その結果、異常燃焼フラグFabnrm=1とされる。   If YES is determined in step S10, that is, if it is confirmed that (maximum vibration intensity Vmax2 after ignition retard)> (maximum vibration intensity Vmax1 before ignition retard), the ignition timing is retarded. Since the maximum vibration intensity Vmax is increased even if it is set, “1” indicating that pre-ignition has occurred is input to the abnormal combustion flag Fabnrm (step S4). That is, as shown by the “Δ” mark in FIG. 8, when pre-ignition occurs, pre-ignition is not suppressed even if the ignition timing is retarded, and the maximum vibration intensity Vmax increases. When Vmax2> Vmax1 as described above, it can be determined that pre-ignition has occurred, and as a result, the abnormal combustion flag Fabnrm = 1 is set.

一方、上記ステップS10でNOと判定された場合、つまり、(点火リタード後の最大振動強度Vmax2)≦(点火リタード前の最大振動強度Vmax1)であることが確認された場合には、さらに、上記点火リタード後の最大振動強度Vmax2の検出時期が、点火リタード前の最大振動強度Vmax1の検出時期よりも早いか否かを判定する制御が実行される(ステップS11)。   On the other hand, when it is determined NO in step S10, that is, when it is confirmed that (maximum vibration intensity Vmax2 after ignition retard) ≦ (maximum vibration intensity Vmax1 before ignition retard), the above is further performed. Control is performed to determine whether or not the detection timing of the maximum vibration intensity Vmax2 after ignition retard is earlier than the detection timing of the maximum vibration intensity Vmax1 before ignition retard (step S11).

上記ステップS11でYESと判定されてVmax2の検出時期がVmax1の検出時期よりも早いことが確認された場合には、点火時期を遅角させても最大振動強度Vmaxの検出時期が早まっていることになるため、上記ステップS10でYESのときと同様、異常燃焼フラグFabnrmに、プリイグニッションが発生していることを表す「1」が入力される(ステップS4)。すなわち、図8の「△」マークに示すように、点火時期の遅角化とは関係なく最大振動強度Vmaxの検出時期が進角する場合には、プリイグニッションが発生していると判定できるため、異常燃焼フラグFabnrm=1とされる。   If it is determined YES in step S11 and it is confirmed that the detection time of Vmax2 is earlier than the detection time of Vmax1, the detection time of the maximum vibration intensity Vmax is advanced even if the ignition timing is retarded. Therefore, as in the case of YES in step S10, “1” indicating that pre-ignition has occurred is input to the abnormal combustion flag Fabnrm (step S4). That is, as indicated by the “Δ” mark in FIG. 8, it can be determined that pre-ignition has occurred when the detection timing of the maximum vibration intensity Vmax is advanced irrespective of the retarded ignition timing. The abnormal combustion flag Fabnrm = 1.

上記ステップS10,S11に示したように、当実施形態では、点火時期を遅角させた後、まず最大振動強度Vmaxの大きさが増大しているか否かが判定され(S10)、そこでVmaxが増大していないと判定された場合でも、さらにVmaxの検出時期が早くなっているか否かが判定される(S11)。そして、これらステップS10,S11のいずれかでYESと判定された場合に、プリイグニッションが発生していると判定される。すなわち、図8の「△」マークに示したように、プリイグニッションが発生している場合には、最大振動強度Vmaxが増大し、かつその検出時期が進角するという現象が見られるはずであるが、場合によっては、そのいずれか一方の現象しか見られない可能性もあるので、上記ステップS10,S11の2つの判定のいずれかがYESであれば、プリイグニッションと判定するようにしている。   As shown in steps S10 and S11, in the present embodiment, after retarding the ignition timing, it is first determined whether or not the maximum vibration intensity Vmax has increased (S10). Even if it is determined that it has not increased, it is determined whether or not the detection time of Vmax is further advanced (S11). And when it determines with YES in either of these steps S10 and S11, it determines with the pre-ignition having generate | occur | produced. That is, as shown by the “Δ” mark in FIG. 8, when pre-ignition has occurred, there should be a phenomenon that the maximum vibration intensity Vmax is increased and the detection timing is advanced. However, in some cases, there is a possibility that only one of these phenomena may be observed. Therefore, if one of the two determinations of steps S10 and S11 is YES, it is determined as pre-ignition.

次に、上記ステップS11でNOと判定された場合の制御動作について説明する。この場合には、点火時期の遅角化に伴い最大振動強度Vmaxが低下し、かつその検出時期が遅くなっているため、次のステップS12において、異常燃焼フラグFabnrmに、ノッキングが発生していることを表す「2」を入力する制御が実行される。すなわち、図8の「×」マークに示すように、ノッキング発生時に点火時期を遅角させた場合には、最大振動強度Vmaxが低下するとともに、その検出時期が遅角していくので、上記のような現象が見られた場合には、ノッキングが発生していると判定することができ、その結果、異常燃焼フラグFabnrm=2とされる。   Next, the control operation when NO is determined in step S11 will be described. In this case, as the ignition timing is retarded, the maximum vibration intensity Vmax is reduced and the detection timing is delayed, so that knocking occurs in the abnormal combustion flag Fabnrm in the next step S12. Control to input “2” representing this is executed. That is, as shown by the “x” mark in FIG. 8, when the ignition timing is retarded when knocking occurs, the maximum vibration intensity Vmax decreases and the detection timing is retarded. When such a phenomenon is observed, it can be determined that knocking has occurred, and as a result, the abnormal combustion flag Fabnrm = 2 is set.

また、上記ステップS6でNOと判定された場合、すなわち、点火リタード前の最大振動強度Vmax1が閾値Xよりも小さいことが確認された場合には、プリイグニッションまたはノッキングのいずれも発生していないと考えられるため、異常燃焼フラグFabnrmに、燃焼状態が正常であることを表す「0」を入力する制御が実行される(ステップS13)。   Further, when it is determined NO in step S6, that is, when it is confirmed that the maximum vibration intensity Vmax1 before ignition retard is smaller than the threshold value X, neither pre-ignition nor knocking has occurred. Therefore, the control for inputting “0” indicating that the combustion state is normal is executed to the abnormal combustion flag Fabnrm (step S13).

以上のように、図9のフローチャートでは、エンジンの運転状態が特定運転領域Rにあるときに、イオン電流センサ34および振動センサ33の検出値に基づいて、プリイグニッションまたはノッキングが発生しているか否かが判定され、その結果に応じて、異常燃焼フラグFabnrmに、「0」「1」「2」のいずれの値が入力される。   As described above, in the flowchart of FIG. 9, whether or not pre-ignition or knocking has occurred based on the detection values of the ion current sensor 34 and the vibration sensor 33 when the engine operating state is in the specific operation region R. In accordance with the result, any value of “0”, “1”, and “2” is input to the abnormal combustion flag Fabnrm.

上記図9のフローチャートに続く処理を図10に示す。本図に示す処理がスタートすると、まず、異常燃焼フラグFabnrm=1であるか否かが判定され(ステップS20)、ここでYES(Fabnrm=1)と判定されてプリイグニッションが発生していることが確認された場合に、これを回避するための制御として、プリイグ回避制御が実行される(ステップS21)。   The processing following the flowchart of FIG. 9 is shown in FIG. When the process shown in the figure starts, it is first determined whether or not the abnormal combustion flag Fabnrm = 1 (step S20), where YES (Fabnrm = 1) is determined and pre-ignition has occurred. Is confirmed, pre-ignition avoidance control is executed as control for avoiding this (step S21).

次に、上記ステップS21のプリイグ回避制御の具体的内容について、図11を参照しつつ説明する。このプリイグ回避制御が開始されると、まず、現在設定されている筒内の空燃比(A/F)が、11よりも小さいか否かを判定する制御が実行される(ステップS40)。なお、ここでの判定閾値(A/F=11)は、後述するステップS42で空燃比をリッチ化する場合に許される限界値である。仮に、A/F=11よりもさらに小さい値まで空燃比がリッチ化されると、スモークが発生するおそれがあり、また燃費の面でも不利になるため、リッチ化の限界値として、A/F=11が設定されている。   Next, the specific contents of the pre-ignition avoidance control in step S21 will be described with reference to FIG. When the pre-ignition avoidance control is started, first, control for determining whether or not the currently set in-cylinder air-fuel ratio (A / F) is smaller than 11 is executed (step S40). The determination threshold value (A / F = 11) here is a limit value that is allowed when the air-fuel ratio is enriched in step S42 described later. If the air-fuel ratio is enriched to a value smaller than A / F = 11, smoke may be generated, and the fuel consumption is disadvantageous. Therefore, the limit value for enrichment is A / F. = 11 is set.

上記特定運転領域Rでは、当初、筒内の空燃比が、理論空燃比(=14.7)か、又はこれよりもややリッチな値に設定され、上記限界値(=11)よりもリーンな空燃比に設定されている。このため、上記ステップS40での最初の判定は当然にYESとなり、次のステップS42に移行して、空燃比をリッチ化する制御が実行される。具体的には、インジェクタ18からの燃料の噴射量が増大されることにより、筒内の空燃比が、現在設定されている空燃比よりも所定量リッチにされる。   In the specific operation region R, initially, the air-fuel ratio in the cylinder is set to the stoichiometric air-fuel ratio (= 14.7) or a value slightly richer than this, and leaner than the limit value (= 11). The air / fuel ratio is set. Therefore, the first determination in step S40 is naturally YES, and the process proceeds to the next step S42 to execute control for enriching the air-fuel ratio. Specifically, the fuel injection amount from the injector 18 is increased, so that the air-fuel ratio in the cylinder is made richer by a predetermined amount than the currently set air-fuel ratio.

上記空燃比のリッチ化は、複数回に分けて段階的に行われる。例えば、現在の空燃比がA/F=14.7(理論空燃比)であれば、これよりも小さいA/F=12.5まで空燃比がリッチ化され、それでもプリイグニッションを回避できない場合に、さらに小さい空燃比であるA/F=11(限界値)までリッチ化される。逆に、A/F=12.5の時点でプリイグニッションが回避されれば、その時点でリッチ化は停止される。   The enrichment of the air-fuel ratio is performed step by step in a plurality of times. For example, if the current air-fuel ratio is A / F = 14.7 (theoretical air-fuel ratio), the air-fuel ratio is enriched to A / F = 12.5, which is smaller than this, and pre-ignition cannot be avoided. Further, the air / fuel ratio is further enriched to A / F = 11 (limit value). Conversely, if pre-ignition is avoided at the time of A / F = 12.5, enrichment is stopped at that time.

上記ステップS42で空燃比を限界値のA/F=11までリッチ化した後、なおもプリイグニッションが継続して起きる場合には、上記ステップS40でNOと判定されるため、次のステップS41で、現在設定されている吸気弁11の閉時期(IVC)が、後述するステップS43でIVCを最大限に遅角させた場合の閉時期(最遅時期)であるTxよりも早いか否かを判定する制御が実行される。なお、ここでの判定閾値である最遅時期Txは、エンジンの有効圧縮比が幾何学的圧縮比に対しある程度低下し、吸気の吹き返しが起きるような時期として、例えば吸気下死点の通過後(ABDC)110°CA程度に設定される。仮に、吸気弁11の閉時期が最遅時期Txよりもさらに遅角されると、エンジンの有効圧縮比が極端に低下して出力が不足するため、最大限に遅角できる量として、上記最遅時期Txが設定されている。   If the pre-ignition continues after the air-fuel ratio is enriched to the limit value A / F = 11 in step S42, it is determined NO in step S40, so in the next step S41. Whether the currently set closing timing (IVC) of the intake valve 11 is earlier than Tx, which is the closing timing (latest timing) when IVC is retarded to the maximum in step S43 described later. Control to determine is executed. The latest timing Tx, which is the determination threshold here, is a timing at which the effective compression ratio of the engine decreases to some extent with respect to the geometric compression ratio and the intake air blows back, for example, after passing through the intake bottom dead center. (ABDC) It is set to about 110 ° CA. If the closing timing of the intake valve 11 is further retarded than the latest timing Tx, the effective compression ratio of the engine is extremely reduced and the output becomes insufficient. Late time Tx is set.

上記特定運転領域Rでは、当初、吸気弁11の閉時期が、吸気の吹き返しがほとんど起きないような時期として、例えば吸気下死点の通過後(ABDC)35±5°CA程度に設定されている。このため、上記ステップS41での最初の判定は当然にNOとなり、次のステップS43に移行して、吸気弁11の閉時期を遅角(リタード)させる制御が実行される。具体的には、吸気弁11の動作タイミングが遅れる方向にVVT15が駆動されることにより、吸気弁11の閉時期が現在の設定値よりも所定量遅角され、エンジンの有効圧縮比が下げられる。   In the specific operation region R, initially, the closing timing of the intake valve 11 is set to, for example, about 35 ± 5 ° CA after passing through the intake bottom dead center (ABDC) as a timing at which the intake air blow-back hardly occurs. Yes. For this reason, the first determination in step S41 is naturally NO, the process proceeds to the next step S43, and control for retarding the closing timing of the intake valve 11 is executed. Specifically, by driving the VVT 15 in a direction in which the operation timing of the intake valve 11 is delayed, the closing timing of the intake valve 11 is retarded by a predetermined amount from the current set value, and the effective compression ratio of the engine is lowered. .

上記吸気弁11の閉時期の遅角化は、上記ステップS42の空燃比のリッチ化のときと同様、複数回に分けて段階的に行われる。すなわち、吸気弁11の閉時期をまず所定量遅角させ、その状態でプリイグニッションが回避されれば、それ以上の遅角化を禁止する一方、プリイグニッションが回避できなければ、さらに遅角量を増大させる。   The delay of the closing timing of the intake valve 11 is performed in stages in a plurality of steps, similar to the enrichment of the air-fuel ratio in step S42. In other words, the closing timing of the intake valve 11 is first retarded by a predetermined amount, and if pre-ignition is avoided in that state, further retarding is prohibited, while if the pre-ignition cannot be avoided, the retard amount is further increased. Increase.

さらに、当実施形態において、上記のように段階的に吸気弁11の閉時期を遅角させる際には、遅角化に伴って有効圧縮比が一定間隔ずつ低下するように、各回の遅角量を設定する。そのため、各回の遅角量は、遅角前の閉時期が吸気下死点に近いほど大きくされ、遅角化が進むにつれて徐々に小さくされる。   Further, in the present embodiment, when the closing timing of the intake valve 11 is retarded stepwise as described above, each time the retarding angle is set so that the effective compression ratio decreases at regular intervals as the retardation is retarded. Set the amount. Therefore, the amount of retardation of each time is increased as the closing timing before the retardation is closer to the intake bottom dead center, and is gradually decreased as the retardation is advanced.

遅角量を上記のように制御する理由について図13を用いて説明する。図13は、幾何学的圧縮比が14のエンジンにおいて、吸気弁11の閉時期(IVC)の遅角量と有効圧縮比との関係を示すグラフである。このグラフによると、吸気弁11の閉時期が吸気下死点(BDC)から遠ざかるほど(横軸右側ほど)、グラフの傾きが大きくなり、有効圧縮比の低下率が徐々に増大していくことが分かる。このため、有効圧縮比を常に一定量だけ低下させようとすれば、現在の吸気弁11の閉時期が吸気下死点に対し遅角しているほど、そこからの遅角量を小さくし、逆に、現在の吸気弁11の閉時期が吸気下死点に近いほど、遅角量を大きくする必要がある。   The reason for controlling the retardation amount as described above will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the retard amount of the closing timing (IVC) of the intake valve 11 and the effective compression ratio in an engine with a geometric compression ratio of 14. According to this graph, as the closing timing of the intake valve 11 is further away from the intake bottom dead center (BDC) (the right side of the horizontal axis), the inclination of the graph increases and the rate of decrease in the effective compression ratio gradually increases. I understand. For this reason, if the effective compression ratio is always reduced by a certain amount, the more the current closing timing of the intake valve 11 is retarded with respect to the intake bottom dead center, the smaller the retard amount is. Conversely, the closer the intake valve 11 closes to the intake bottom dead center, the greater the retard amount.

図14は、有効圧縮比を0.5だけ低下させるのに必要な吸気弁11の閉時期の遅角量(縦軸)が、現在の遅角量(横軸)の値に応じてどのように変化するかを、遅角量30°CA以上の範囲において示したグラフである。このグラフによれば、例えば、現在の遅角量が30°CAであれば、そこからさらに約10°CA遅角させなければ、有効圧縮比を0.5低下させることができないのに対し、現在の遅角量が40°CAである場合には、そこから約8°CA遅角させるだけで、有効圧縮比を0.5低下させることができる。このように、有効圧縮比を一定量だけ低下させるために必要な吸気弁11の閉時期の遅角量は、現在の遅角量が大きいほど小さくなる。   FIG. 14 shows how the retard amount (vertical axis) of the closing timing of the intake valve 11 necessary for reducing the effective compression ratio by 0.5 depends on the current retard amount (horizontal axis). It is the graph which showed whether it changes to in the range whose retardation amount is 30 degrees CA or more. According to this graph, for example, if the current retardation amount is 30 ° CA, the effective compression ratio cannot be reduced by 0.5 unless the retardation is further delayed by about 10 ° CA. If the current retard amount is 40 ° CA, the effective compression ratio can be reduced by 0.5 by simply retarding the angle by about 8 ° CA. Thus, the retard amount of the closing timing of the intake valve 11 necessary for reducing the effective compression ratio by a certain amount decreases as the current retard amount increases.

そこで、上記ステップS43で吸気弁11の閉時期を吸気下死点に対し遅角させる際には、遅角前の閉時期が吸気下死点から遠ざかるほど遅角量を徐々に小さくしながら、上記最遅時期Txまでの範囲で複数回に分けて吸気弁11の閉時期を遅角させことにより、有効圧縮比を一定間隔ずつ段階的に低下させるようにする。   Therefore, when the closing timing of the intake valve 11 is retarded with respect to the intake bottom dead center in step S43, the amount of retardation is gradually decreased as the closing timing before the retard is further away from the intake bottom dead center. The effective compression ratio is decreased stepwise by a predetermined interval by delaying the closing timing of the intake valve 11 in a plurality of times within the range up to the latest timing Tx.

上記ステップS43で吸気弁11の閉時期が最遅時期Txまで遅角された後、なおもプリイグニッションが継続して起きる場合には、上記ステップS41でNOと判定されるため、次のステップS44で、燃料の噴射時期を分割してその一部を圧縮行程噴射する制御が実行される。すなわち、図15に示すように、本来は吸気行程中に全ての燃料が噴射されるべきところ(同図(a)のF)、そのうちの一部の燃料の噴射時期が圧縮行程の後期まで遅角されることにより、吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料が噴射される(同図(b)のF1,F2)。   If the pre-ignition continues after the closing timing of the intake valve 11 is delayed to the latest timing Tx in step S43, it is determined NO in step S41, so that the next step S44 is performed. Thus, control for dividing the fuel injection timing and injecting a part thereof in the compression stroke is executed. That is, as shown in FIG. 15, where all the fuel should be injected during the intake stroke (F in FIG. 15A), the injection timing of some of the fuel is delayed until the later stage of the compression stroke. By being angled, the fuel is injected into the intake stroke and the compression stroke (F1 and F2 in FIG. 5B).

以上のように、上記プリイグ回避制御においては、空燃比のリッチ化(ステップS42)と、吸気弁11の閉時期の遅角化(ステップS43)と、燃料噴射時期の遅角化(ステップS44)とが、この順に優先して実行されるようになっている。   As described above, in the pre-ignition avoidance control, the air-fuel ratio is enriched (step S42), the closing timing of the intake valve 11 is retarded (step S43), and the fuel injection timing is retarded (step S44). Are preferentially executed in this order.

上記ステップS42,S43,S44のいずれかの制御が開始されると、その後は、制御の実行状態を記録するための制御実行フラグFF(そのデフォルト値は0)に、プリイグ回避制御が実行中であることを表す「1」が入力され(ステップS45)、図10のメインフローにリターンされる。   When the control of any of the above steps S42, S43, and S44 is started, then the pre-ignition avoidance control is being executed in the control execution flag FF (its default value is 0) for recording the execution state of the control. “1” representing the presence is input (step S45), and the process returns to the main flow of FIG.

図16は、上記プリイグ回避制御において、上記ステップS42,S43,S44の全ての制御を実行しないとプリイグニッションが回避できなかったと仮定した場合に、空燃比(A/F)、吸気弁11の閉時期(IVC)、および燃料噴射時期が、時間経過に応じてそれぞれどのように変化するかを示すタイムチャートである。本図からも理解できるように、プリイグ回避制御では、まず、空燃比を段階的にリッチ化する制御が優先的に実行され、そこで最大限に(A/F=11まで)リッチ化された後もプリイグニッションが回避できない場合に、吸気弁11の閉時期(IVC)が段階的に遅角され、そこで最大限に遅角された後でもなおプリイグニッションが回避できない場合に、燃料噴射時期の遅角化(燃料の一部の圧縮行程噴射)が実行される。   FIG. 16 shows the air-fuel ratio (A / F) and the intake valve 11 closed when it is assumed that the pre-ignition cannot be avoided unless all the control steps S42, S43, and S44 are executed in the pre-ignition avoidance control. It is a time chart which shows how time (IVC) and a fuel-injection time each change with time passage. As can be understood from this figure, in the pre-ignition avoidance control, first, the control for enriching the air-fuel ratio step by step is preferentially executed, and after being enriched to the maximum (up to A / F = 11). However, if the pre-ignition cannot be avoided, the closing timing (IVC) of the intake valve 11 is retarded stepwise, and if the pre-ignition is still unavoidable even after being retarded to the maximum, the fuel injection timing is delayed. Keratinization (compression stroke injection of part of the fuel) is performed.

再び図10に戻って、上記ステップS20での判定がNOであった場合の制御動作について説明する。上述したプリイグ回避制御(S21)の結果、プリイグニッションが十分に抑制された場合、もしくは、当初からプリイグニッションが発生していなかった場合には、異常燃焼フラグFabnrm≠1となり、上記ステップS20での判定がNOとなる。すると、次のステップS23で、異常燃焼フラグFabnrm=2であるか否か、つまり、ノッキングが発生しているか否かが判定される。   Returning to FIG. 10 again, the control operation in the case where the determination in step S20 is NO will be described. As a result of the pre-ignition avoidance control (S21) described above, when the pre-ignition is sufficiently suppressed, or when pre-ignition has not occurred from the beginning, the abnormal combustion flag Fabnrm ≠ 1, and the above-described step S20 is performed. The determination is NO. Then, in the next step S23, it is determined whether or not the abnormal combustion flag Fabnrm = 2, that is, whether or not knocking has occurred.

上記ステップS23でYESと判定されてノッキング発生していることが確認された場合には、そのノッキングが十分に収まるまで点火時期を遅角(リタード)させる制御が実行されるとともに(ステップS24)、その制御が実行中であることを記録すべく、上記制御実行フラグFFに「2」を入力する制御が実行される(ステップS25)。   When it is determined as YES in step S23 and it is confirmed that knocking has occurred, control for retarding the ignition timing (retard) is executed until the knocking is sufficiently suppressed (step S24). In order to record that the control is being executed, the control for inputting “2” to the control execution flag FF is executed (step S25).

上記点火時期の遅角化によりノッキングが十分に抑制された場合、もしくは、当初からノッキングが発生していなかった場合には、上記ステップS23での判定がNOとなる。つまり、ステップS20,S23でいずれもNOであるため、異常燃焼フラグFabnrm=0であり、プリイグニッションおよびノッキングが両方とも発生しておらず、燃焼状態は正常ということになる。すると、次のステップS26で、制御実行フラグFFが「1」であるか、つまり、上記プリイグ回避制御(S21)が実行中であるか否かが判定される。   If knocking is sufficiently suppressed by retarding the ignition timing, or if knocking has not occurred from the beginning, the determination in step S23 is NO. That is, since both NO in steps S20 and S23, the abnormal combustion flag Fabnrm = 0, neither pre-ignition nor knocking occurs, and the combustion state is normal. Then, in the next step S26, it is determined whether or not the control execution flag FF is “1”, that is, whether or not the pre-ignition avoidance control (S21) is being executed.

仮に、上記プリイグ回避制御が実行された結果現在の燃焼状態が正常になったものとすると、上記フラグFF=1であるため、上記ステップS26ではYESと判定される。すると、次のステップS27で、上記プリイグ回避制御を解除して通常運転に復帰するための復帰制御が実行される。   If it is assumed that the current combustion state becomes normal as a result of the execution of the pre-ignition avoidance control, the flag FF = 1, so that YES is determined in the step S26. Then, in the next step S27, return control for canceling the pre-ignition avoidance control and returning to normal operation is executed.

図12は、上記ステップS27での復帰制御の具体的内容を示している。この復帰制御が開始されると、まず、一部の燃料の噴射時期を圧縮行程後期まで遅角させる制御(図11のステップS44)が実行中か否かが判定され(ステップS50)、ここでYESと判定されて燃料噴射時期の遅角化(圧縮行程噴射)が実行中であることが確認された場合に、上記一部の燃料の噴射時期を、通常の噴射時期である吸気行程中に戻す制御が実行される(ステップS53)。   FIG. 12 shows the specific contents of the return control in step S27. When the return control is started, it is first determined whether or not the control (step S44 in FIG. 11) for delaying the injection timing of a part of the fuel to the latter stage of the compression stroke is being executed (step S50). When it is determined as YES and it is confirmed that the retarding of the fuel injection timing (compression stroke injection) is being performed, the fuel injection timing of the part of the fuel is changed to the intake stroke that is the normal injection timing. The returning control is executed (step S53).

上記のように燃料の噴射時期が通常時期(吸気行程中)に戻された後もプリイグニッションが発生しなかった場合、もしくは、当初から燃料噴射時期の遅角化が実行されていなかった場合には、上記ステップS50での判定がNOとなる。すると、ステップS51に移行して、吸気弁11の閉時期が、本来の設定時期よりも遅角側に設定されているか否かを判定する制御が実行される。   When the pre-ignition did not occur after the fuel injection timing was returned to the normal timing (during the intake stroke) as described above, or when the fuel injection timing was not retarded from the beginning The determination in step S50 is NO. Then, the process proceeds to step S51, and control for determining whether or not the closing timing of the intake valve 11 is set to the retard side with respect to the original setting timing is executed.

上記図11のステップS43で吸気弁11の閉時期が遅角されていれば、上記ステップS51ではYESと判定される。すると、ステップS54に移行して、吸気弁11の閉時期を進角(アドバンス)側に戻して有効圧縮比を増大させる制御が実行される。   If the closing timing of the intake valve 11 is retarded in step S43 of FIG. 11, the determination in step S51 is YES. Then, the process proceeds to step S54, and control is performed to increase the effective compression ratio by returning the closing timing of the intake valve 11 to the advance angle (advance) side.

上記吸気弁11の閉時期の進角化は、上記図11のステップS43のときと同様、複数回に分けて段階的に行われる。このときの各回の進角量は、図14のグラフに対応して、進角前の閉時期が吸気下死点から遠いほど小さく、吸気下死点に近づくほど大きくされる。そして、このような段階的な進角化を、吸気弁11の閉時期が通常時期(吸気の吹き返しがほとんど起きないような時期;例えばABDC35±5°程度)に達するまで継続することにより、有効圧縮比を一定間隔ずつ徐々に増大させ、幾何学的圧縮比に近い値まで復帰させる。   The advancement of the closing timing of the intake valve 11 is performed stepwise in a plurality of times, as in step S43 of FIG. Corresponding to the graph of FIG. 14, the advance amount of each time at this time is smaller as the closing timing before the advance is further from the intake bottom dead center, and is increased as the intake bottom dead center is approached. Such stepwise advancement is effective by continuing the closing timing of the intake valve 11 until it reaches a normal timing (a timing at which the intake air hardly blows back; for example, about ABDC 35 ± 5 °). The compression ratio is gradually increased at regular intervals and returned to a value close to the geometric compression ratio.

上記のようにして吸気弁11の閉時期が通常時期まで戻された後もプリイグニッションが発生しなかった場合、もしくは、当初から吸気弁11の閉時期が遅角されていなかった場合には、上記ステップS51での判定がNOとなる。すると、ステップS52に移行して、筒内の空燃比が通常値(理論空燃比もしくはその近傍)よりもリッチ化されているか否かを判定する制御が実行される。そして、ここでYESと判定されて空燃比がリッチ化されていることが確認された場合に、空燃比をリーン側(通常値に近づく側)に戻す制御が実行される(ステップS55)。   When pre-ignition has not occurred even after the closing timing of the intake valve 11 has been returned to the normal timing as described above, or when the closing timing of the intake valve 11 has not been delayed from the beginning, The determination in step S51 is NO. Then, the process proceeds to step S52, and control is performed to determine whether or not the in-cylinder air-fuel ratio is richer than the normal value (theoretical air-fuel ratio or its vicinity). Then, when it is determined as YES and it is confirmed that the air-fuel ratio is enriched, control is performed to return the air-fuel ratio to the lean side (side approaching the normal value) (step S55).

上記空燃比のリーン化は、上記図11のステップS42のときと同様、複数回に分けて段階的に行われる。例えば、筒内の空燃比が、A/F=11→12.5→14.7のように、段階的にリーン化されて、通常値へと戻される。   The leaning of the air-fuel ratio is performed in stages in a plurality of steps, as in step S42 in FIG. For example, the in-cylinder air-fuel ratio is made lean in stages as A / F = 11 → 12.5 → 14.7 and returned to the normal value.

上記ステップS55の制御が完了して空燃比が通常値に戻されると、上記ステップS52の判定がNOとなる。すると、制御実行フラグFFに「0」が入力され(ステップS56)、図10のメインフローにリターンされる。   When the control in step S55 is completed and the air-fuel ratio is returned to the normal value, the determination in step S52 is NO. Then, “0” is input to the control execution flag FF (step S56), and the process returns to the main flow of FIG.

図17は、以上のような復帰制御が行われた場合の空燃比や燃料噴射時期等の時間変化を示すタイムチャートである。なお、ここでは、先の図16に示したようなプリイグ回避制御が行われた場合、つまり、プリイグニッションを回避するために、空燃比のリッチ化、吸気弁11の閉時期の遅角化、および燃料噴射時期の遅角化(燃料の一部の圧縮行程噴射)を全て行う必要があった場合に、その後の復帰制御によって各状態量がどのように変化するかを示している。   FIG. 17 is a time chart showing temporal changes in the air-fuel ratio, fuel injection timing, and the like when the return control as described above is performed. Here, when the pre-ignition avoidance control as shown in FIG. 16 is performed, that is, in order to avoid pre-ignition, the air-fuel ratio is enriched, the closing timing of the intake valve 11 is retarded, In addition, it is shown how each state quantity is changed by the subsequent return control when it is necessary to perform all of the retarded fuel injection timing (compression stroke injection of a part of the fuel).

図17に示すように、プリイグ回避制御からの復帰に際しては、まず燃料噴射時期の遅角化が解除されて噴射時期が通常時期(吸気行程中)に戻され、その後もプリイグニッションが発生しなかった場合に、吸気弁11の閉時期(IVC)を通常時期に向けて段階的に進角させる制御が実行され、それでもプリイグニッションが発生しなかった場合に、空燃比を通常値に向けて段階的にリーン化する制御が実行される。   As shown in FIG. 17, when returning from the pre-ignition avoidance control, first, the retarding of the fuel injection timing is canceled and the injection timing is returned to the normal timing (during the intake stroke), and then the pre-ignition does not occur. In the case where the intake valve 11 is closed in a stepwise manner toward the normal timing (IVC), when the pre-ignition does not occur, the air-fuel ratio is set to the normal value. The lean control is executed.

再び図10に戻って、上記ステップS26での判定がNOであった場合の制御動作について説明する。上述した復帰制御の結果、プリイグ回避制御(S21)が完全に解除され、空燃比、吸気弁11の閉時期、燃料噴射時期が全て通常値に戻された場合、もしくは、当初からプリイグ回避制御が行われていなかった場合には、制御実行フラグFF≠1となり、上記ステップS26での判定がNOとなる。すると、次のステップS29で、制御実行フラグFF=2であるか、つまり、ノッキング回避のために点火時期を遅角させる制御が実行されているか否かが判定される。   Returning to FIG. 10 again, the control operation in the case where the determination in step S26 is NO will be described. As a result of the return control described above, the pre-ignition avoidance control (S21) is completely cancelled, and the air-fuel ratio, the closing timing of the intake valve 11 and the fuel injection timing are all returned to normal values, or the pre-ignition avoidance control is performed from the beginning. If not, the control execution flag FF ≠ 1 and the determination in step S26 is NO. Then, in the next step S29, it is determined whether or not the control execution flag FF = 2, that is, whether or not the control for retarding the ignition timing is executed to avoid knocking.

上記ステップS29でYESと判定されて点火時期が遅角されていることが確認された場合には、遅角後の点火時期を進角させて通常の点火時期(特定運転領域Rでは例えばATDC5°程度)に戻すとともに(ステップS30)、上記制御実行フラグFFに「0」を入力する制御が実行される(ステップS31)。   If it is determined YES in step S29 and it is confirmed that the ignition timing is retarded, the ignition timing after the retard is advanced to normal ignition timing (for example, ATDC 5 ° in the specific operation region R). (Step S30), and control for inputting “0” to the control execution flag FF is executed (step S31).

上記のように点火時期が通常時期に戻された後もノッキングが発生しなかった場合、もしくは、当初から点火時期の遅角化が行われていなかった場合には、上記ステップS29でNOと判定されて、通常運転が継続される(ステップS32)。   If knocking does not occur after the ignition timing is returned to the normal timing as described above, or if the ignition timing has not been retarded from the beginning, it is determined NO in step S29. Thus, normal operation is continued (step S32).

(5)作用効果
当実施形態の火花点火式エンジンでは、エンジンの低回転・高負荷域に設定された特定運転領域Rで、イオン電流センサ34および振動センサ33の検出値に基づいてプリイグニッションが発生しているか否かが判定され、プリイグニッションが発生していることが確認された場合(S3,S10,S11のいずれかでYESの場合)には、これを回避するための制御として、プリイグ回避制御(S21)が実行される。そして、プリイグ回避制御では、まず、インジェクタ18からの燃料の噴射量を増大させて筒内の空燃比をリッチ化する制御(S42)が実行され、その制御の後もプリイグニッションが検出された場合に、吸気弁11の閉時期を遅角させてエンジンの有効圧縮比を低下させる制御(S43)が実行され、それでもプリイグニッションが検出されたときに、一部の燃料の噴射時期を圧縮行程の後期まで遅角させる制御(S44)が実行される。このような構成によれば、エミッション性をできる限り良好に維持しながら、プリイグニッションの発生を効果的に抑制できるという利点がある。
(5) Effects In the spark ignition type engine of the present embodiment, pre-ignition is performed based on the detection values of the ion current sensor 34 and the vibration sensor 33 in the specific operation region R set in the low rotation / high load region of the engine. If it is determined whether or not pre-ignition has occurred (YES in any of S3, S10, and S11), pre-ignition is performed as control for avoiding this. Avoidance control (S21) is executed. Then, in the pre-ignition avoidance control, first, a control (S42) for increasing the fuel injection amount from the injector 18 to enrich the air-fuel ratio in the cylinder is executed, and after the control, the pre-ignition is detected. In addition, the control (S43) is executed to retard the closing timing of the intake valve 11 to lower the effective compression ratio of the engine (S43). Even when pre-ignition is detected, the injection timing of a part of the fuel is reduced to the compression stroke. Control (S44) for delaying to the later stage is executed. According to such a configuration, there is an advantage that the occurrence of pre-ignition can be effectively suppressed while maintaining the emission property as good as possible.

すなわち、上記実施形態では、プリイグニッションを回避するためのプリイグ回避制御において、空燃比をリッチ化する制御がまず最初に行われ、燃料噴射時期を遅角させる(燃料の一部を圧縮行程噴射する)制御は最も後回しにされるため、スモークが発生してエミッション性が悪化するのをできるだけ回避しながら、プリイグニッションの発生を効果的に抑制することができる。   That is, in the above-described embodiment, in the pre-ignition avoidance control for avoiding the pre-ignition, the control for enriching the air-fuel ratio is first performed, and the fuel injection timing is retarded (a part of the fuel is injected in the compression stroke). ) Since control is most delayed, it is possible to effectively suppress the occurrence of pre-ignition while avoiding as much as possible the occurrence of smoke and deterioration of emissions.

火花点火式エンジンにおいては、空燃比のリッチ化、または燃料噴射時期の遅角化のいずれを行っても、筒内の燃料温度(圧縮上死点付近での燃料の温度)を低下させてプリイグニッションを抑制することができるが、燃料噴射時期の遅角化(圧縮行程噴射)は、多くの未燃炭素の残存によるスモークの発生につながるおそれがあるため、いきなり噴射時期の遅角化を行うと、頻繁にスモークが発生することが懸念される。これに対し、上記実施形態では、プリイグニッションの発生時にまず空燃比をリッチ化して筒内の燃料温度の低下を図り、それでもプリイグニッションが回避できない場合にのみ、上記噴射時期の遅角化を実行するようにしたため、上記のようなスモークの発生を極力回避して、エミッション性をできる限り良好に維持できるという利点がある。   In a spark ignition type engine, whether the air-fuel ratio is enriched or the fuel injection timing is retarded, the temperature of the fuel in the cylinder (the temperature of the fuel near the compression top dead center) is lowered to pre- Ignition can be suppressed, but retarding the fuel injection timing (compression stroke injection) may lead to the generation of smoke due to the remaining unburned carbon, so suddenly retard the injection timing. There is a concern that smoke will frequently occur. In contrast, in the above-described embodiment, when the pre-ignition occurs, the air-fuel ratio is first enriched to reduce the fuel temperature in the cylinder, and only when the pre-ignition cannot be avoided, the injection timing is retarded. Therefore, there is an advantage that the generation of smoke as described above can be avoided as much as possible and the emission performance can be maintained as good as possible.

さらに、空燃比のリッチ化(S42)より優先度が低くかつ燃料噴射時期の遅角化(S44)より優先度が高い制御として、吸気弁11の閉時期を遅角させて有効圧縮比を低下させる制御(S43)を実行するようにしたため、燃料噴射時期の遅角化が行われる頻度をより低くして、スモーク発生によるエミッション性の悪化をより効果的に防止できるという利点がある。   Further, as a control having a lower priority than the enrichment of the air-fuel ratio (S42) and a higher priority than the retarding of the fuel injection timing (S44), the closing timing of the intake valve 11 is retarded to lower the effective compression ratio. Since the control (S43) is executed, there is an advantage that the frequency at which the fuel injection timing is retarded can be reduced to prevent the deterioration of the emission property due to the occurrence of smoke more effectively.

すなわち、空燃比のリッチ化に次いで、エンジンの有効圧縮比を低下させる制御を実行し、筒内圧力の低下を図った上で、それでもプリイグニッションを回避できないときに、はじめて燃料噴射時期を遅角させるようにしたため、燃料噴射時期を遅角させなくても、より高い確率でプリイグニッションを回避することが可能になる。これにより、燃料噴射時期の遅角化が実行される頻度が極めて低くなり、スモークの発生を極力回避しながらプリイグニッションを抑制することができる。   That is, following the enrichment of the air-fuel ratio, control is performed to reduce the effective compression ratio of the engine, and after reducing the in-cylinder pressure, the fuel injection timing is retarded only when pre-ignition cannot be avoided. Therefore, it is possible to avoid the pre-ignition with higher probability without delaying the fuel injection timing. Thereby, the frequency at which the retarding of the fuel injection timing is executed becomes extremely low, and the pre-ignition can be suppressed while avoiding the generation of smoke as much as possible.

なお、上記構成において、プリイグ回避制御に移行したときには、まず空燃比をリッチ化する制御が実行され、それでもプリイグニッションが回避できないときに、吸気弁11の閉時期を遅角させて有効圧縮比を低下させる制御が実行されるが、これら2つの制御(空燃比のリッチ化および有効圧縮比の低下)は、そのいずれを実施してもエミッション性(スモークの発生)には影響しないため、この点だけを考慮すれば、有効圧縮比の低下を空燃比のリッチ化より優先して行ってもよいと考えられる。しかしながら、有効圧縮比を低下させる制御は、エンジンの出力低下を招くだけでなく、制御の応答性に劣るという問題がある。すなわち、特にVVT15が液圧式の可変機構である場合、このVVT15の駆動により吸気弁11の動作タイミングを変更するのに、比較的長時間の応答遅れが生じるため、吸気弁11の閉時期を遅角させて有効圧縮比を低下させる制御は、インジェクタ18からの噴射量を増やして空燃比をリッチ化する制御に比べて、制御の応答性の面で劣るといえる。   In the above configuration, when the control is shifted to the pre-ignition avoidance control, first, the control for enriching the air-fuel ratio is executed. If the pre-ignition cannot be avoided even after that, the closing timing of the intake valve 11 is retarded to increase the effective compression ratio. However, these two controls (the enrichment of the air-fuel ratio and the reduction of the effective compression ratio) do not affect the emission performance (smoke generation). Considering only the above, it is considered that the reduction of the effective compression ratio may be prioritized over the enrichment of the air-fuel ratio. However, the control for reducing the effective compression ratio not only causes a reduction in engine output, but also has a problem of poor control response. That is, particularly when the VVT 15 is a hydraulic variable mechanism, a relatively long response delay occurs when the operation timing of the intake valve 11 is changed by driving the VVT 15, so that the closing timing of the intake valve 11 is delayed. It can be said that the control for decreasing the effective compression ratio by inclining is inferior in control responsiveness compared to the control for increasing the injection amount from the injector 18 to enrich the air-fuel ratio.

そこで、上記実施形態では、プリイグ回避制御時に、空燃比のリッチ化を先に、有効圧縮比の低下を後に実行するようにした。このように、有効圧縮比の低下を後回しにすることで、圧縮比の低下に起因したエンジン出力の低下をできるだけ回避できるとともに、応答性に優れた空燃比のリッチ化を最優先で行うことにより、プリイグニッションの発生直後にその抑制をより迅速に図れるという利点がある。   Therefore, in the above embodiment, at the time of the pre-ignition avoidance control, the air-fuel ratio is enriched first and the effective compression ratio is lowered later. In this way, by reducing the effective compression ratio later, it is possible to avoid as much as possible a decrease in engine output caused by a decrease in the compression ratio, and by performing enrichment of the air-fuel ratio with excellent responsiveness with the highest priority. There is an advantage that the suppression can be achieved more quickly immediately after the occurrence of the pre-ignition.

また、上記実施形態では、プリイグ回避制御時に、空燃比のリッチ化を段階的に行い、最大限に(限界値のA/F=11まで)リッチ化した状態でもプリイグニッションが検出された場合に、上記有効圧縮比を低下させる制御を実行するようにした(図16参照)。このように、空燃比のリッチ化を段階的に行うようにすれば、例えばプリイグニッションの程度が軽く、空燃比をわずかにリッチ化するだけでプリイグニッションを回避できるような場合に、必要以上に空燃比をリッチ化してしまうことがなく、空燃比のリッチ化による燃費性能等の悪化を最小限に抑えることができる。また、空燃比を最大限にリッチ化してもプリイグニッションを回避できないときには、有効圧縮比の低下、さらには燃料噴射時期の遅角化によりプリイグニッションの抑制を図ることで、空燃比が過度にリッチ化されるのを防止しながら、比較的発展したプリイグニッションであってもこれを確実に回避することができる。   In the above-described embodiment, when pre-ignition control is performed, the air-fuel ratio is enriched stepwise, and pre-ignition is detected even in a fully enriched state (up to the limit value A / F = 11). The control for reducing the effective compression ratio is executed (see FIG. 16). In this way, if the enrichment of the air-fuel ratio is performed stepwise, for example, if the degree of pre-ignition is light and the pre-ignition can be avoided by simply enriching the air-fuel ratio slightly, it is more than necessary. The air-fuel ratio is not enriched, and the deterioration in fuel efficiency due to the enrichment of the air-fuel ratio can be minimized. Also, when pre-ignition cannot be avoided even if the air-fuel ratio is maximized, the air-fuel ratio becomes excessively rich by reducing the effective compression ratio and further suppressing the pre-ignition by retarding the fuel injection timing. Even if the pre-ignition is relatively advanced, it is possible to surely avoid it.

同様に、上記実施形態では、吸気弁11の閉時期を遅角させて有効圧縮比を低下させる制御を段階的に行い、有効圧縮比を最大限に(最遅時期Txに対応する圧縮比まで)低下させた状態でもプリイグニッションが検出された場合に、上記燃料噴射時期を遅角させる制御を実行するようにした。このような構成によれば、有効圧縮比が必要以上に低下してエンジン出力が大幅に低下するのを防止しながら、プリイグニッションをより確実に回避できるという利点がある。   Similarly, in the above-described embodiment, the control for reducing the effective compression ratio by retarding the closing timing of the intake valve 11 is performed in stages to maximize the effective compression ratio (to the compression ratio corresponding to the latest timing Tx). ) When the pre-ignition is detected even in the lowered state, the control for delaying the fuel injection timing is executed. According to such a configuration, there is an advantage that the pre-ignition can be avoided more reliably while preventing the effective compression ratio from being reduced more than necessary and the engine output from being significantly reduced.

特に、上記実施形態では、吸気弁11の閉時期を段階的に遅角させる際に、図14に示したように、現在の閉時期が吸気下死点に近いほど、そこからの遅角量を大きく設定するようにしたため、吸気弁11の閉時期を1回遅角させるごとに、有効圧縮比を一定間隔ずつ低下させることができる。このため、1回の遅角化によってエンジン出力が急低下したり、圧縮比がわずかしか低下せずにプリイグニッションへの効果がほとんど得られなかったりする事態を適正に回避でき、プリイグニッションの発生をより効果的に抑制できるという利点がある。   In particular, in the above embodiment, when the closing timing of the intake valve 11 is retarded stepwise, as shown in FIG. 14, the closer the current closing timing is to the intake bottom dead center, the more the amount of retardation from there. Therefore, each time the closing timing of the intake valve 11 is retarded once, the effective compression ratio can be decreased at regular intervals. For this reason, it is possible to properly avoid situations where the engine output suddenly drops due to a single retarded angle, or the compression ratio decreases only slightly and the effect on the pre-ignition is hardly obtained, and pre-ignition occurs. There is an advantage that can be suppressed more effectively.

さらに、上記実施形態では、通常時(プリイグニッションが起きていないとき)の吸気弁11の閉時期を、吸気下死点よりも遅角側でかつ吸気の吹き返しがほとんど起きないような時期(特定運転領域RではABDC35±5°程度)に設定する一方、上記プリイグ回避制御で有効圧縮比を低下させる際には、VVT15を駆動して上記吸気弁11の閉時期を吸気下死点に対しさらに遅角させるようにしたため、通常時のエンジン出力を十分に確保しつつ、必要時に効率よく有効圧縮比を低下させることができるという利点がある。   Further, in the above-described embodiment, the closing timing of the intake valve 11 at the normal time (when pre-ignition has not occurred) is set to a timing that is retarded from the intake bottom dead center and the respiration of the intake hardly occurs (specifying On the other hand, when the effective compression ratio is lowered by the pre-ignition avoidance control, the VVT 15 is driven to further set the closing timing of the intake valve 11 with respect to the intake bottom dead center. Since the retarding angle is set, there is an advantage that the effective compression ratio can be efficiently reduced when necessary while sufficiently securing the engine output at the normal time.

例えば、単に有効圧縮比を低下させるだけであれば、吸気弁11の閉時期を吸気下死点の進角側まで早めることによっても、有効圧縮比の低下は可能である。しかしながら、通常時の吸気弁11の閉時期が吸気下死点よりも遅角側である場合、そこから吸気下死点の進角側まで閉時期を変更して有効圧縮比を低下させようとすれば、吸気弁11の動作タイミングを大幅に変化させる必要が生じ、VVT15の制御量が増えて、制御の応答性が悪化するという問題がある。また、これを回避すべく、通常時の吸気弁11の閉時期を、吸気下死点と略一致するタイミング、もしくはこれよりも進角側に設定することも考えられるが、このようにすると、吸気慣性を十分に利用することができず、エンジン出力の低下を招いてしまう。   For example, if the effective compression ratio is simply decreased, the effective compression ratio can be decreased by advancing the closing timing of the intake valve 11 to the advance side of the intake bottom dead center. However, if the closing timing of the intake valve 11 in the normal time is retarded from the intake bottom dead center, the closing timing is changed from there to the advance side of the intake bottom dead center to reduce the effective compression ratio. Then, it is necessary to change the operation timing of the intake valve 11 significantly, and there is a problem that the control amount of the VVT 15 increases and the control responsiveness deteriorates. In order to avoid this, it is conceivable to set the closing timing of the intake valve 11 at the normal time to a timing substantially coincident with the intake bottom dead center, or to an advance side than this, The intake inertia cannot be fully utilized, resulting in a decrease in engine output.

このような点から、やはり上記実施形態のように、通常時の吸気弁11の閉時期を、吸気下死点よりも遅角側に設定し、有効圧縮比を低下させる際には、吸気弁11の閉時期を上記通常時期に対し遅角させるようにした方が、通常時のエンジン出力を十分に確保しつつ、必要時に効率よく有効圧縮比を低下させることができる点で有利である。   From this point, as in the above-described embodiment, when the closing timing of the intake valve 11 in the normal state is set to the retard side with respect to the intake bottom dead center and the effective compression ratio is reduced, the intake valve It is advantageous to delay the closing timing of 11 with respect to the normal time in that the effective compression ratio can be efficiently reduced when necessary while sufficiently securing the normal engine output.

また、上記実施形態では、プリイグ回避制御から通常運転への復帰時に、燃料噴射時期の遅角化(燃料の一部の圧縮行程噴射)を解除する制御を最優先で実行し、圧縮行程の後期にまで遅角されていた上記一部の燃料の噴射時期を吸気行程中に戻すようにしたため、プリイグニッションを回避するための制御の後に、できるだけ早期にエミッション性を回復させることができるという利点がある。   Further, in the above embodiment, when returning from the pre-ignition avoidance control to the normal operation, the control for canceling the retarding of the fuel injection timing (partial compression stroke injection of the fuel) is executed with the highest priority, and the latter half of the compression stroke is performed. Since the injection timing of the part of the fuel that has been delayed until is returned to the intake stroke, the emission performance can be recovered as soon as possible after the control to avoid pre-ignition. is there.

例えば、プリイグ回避制御において、空燃比のリッチ化と、有効圧縮比の低下(吸気弁11の閉時期の遅角化)と、燃料噴射時期の遅角化とが全て必要であった場合には、その状態から通常運転に復帰する際に、図17に示すように、まず燃料噴射時期の遅角化を解除して噴射時期を吸気行程中にまで戻し、その後もプリイグニッションが検出されない場合に、吸気弁11の閉時期を進角側に戻して有効圧縮比を増大させ、それでもプリイグニッションが検出されない場合に、空燃比をリーン側に戻すようにした。このような構成によれば、プリイグニッションが回避されたときに、燃料噴射時期の遅角化をまず最初に解除してスモークの発生の可能性を除去することにより、エミッション性が悪化する時間を最小限に抑えることができる。   For example, in the pre-ignition avoidance control, when it is necessary to enrich the air-fuel ratio, lower the effective compression ratio (retard the closing timing of the intake valve 11), and retard the fuel injection timing. When returning to normal operation from this state, as shown in FIG. 17, first, the retarding of the fuel injection timing is canceled and the injection timing is returned to the intake stroke, and after that, pre-ignition is not detected. The effective timing is increased by returning the closing timing of the intake valve 11 to the advance side, and the air-fuel ratio is returned to the lean side when no pre-ignition is detected. According to such a configuration, when pre-ignition is avoided, the delay in the fuel injection timing is first canceled to eliminate the possibility of the occurrence of smoke, thereby reducing the time when the emission performance deteriorates. Can be minimized.

また、その後もプリイグニッションが検出されなければ、次に優先される制御として、吸気弁11の閉時期を進角させて有効圧縮比を増大させることにより、圧縮比の低下に起因したエンジン出力の落ち込みを早期に解消することができる。そして、それでもプリイグニッションが検出されなければ、最終的に空燃比をリーン側に戻すことにより、プリイグニッションの発生が無いことを担保しながら、通常運転への復帰を適正に図ることができる。   If pre-ignition is not detected after that, the next priority control is to advance the closing timing of the intake valve 11 and increase the effective compression ratio, thereby increasing the engine output due to the decrease in the compression ratio. The decline can be resolved early. If no pre-ignition is detected, the air-fuel ratio is finally returned to the lean side, so that it is possible to properly return to the normal operation while ensuring that no pre-ignition occurs.

また、上記実施形態では、イオン電流センサ34により火炎を検出し、その検出タイミング(火炎の発生タイミング)に基づいてプリイグニッションの有無を判定する一方、このイオン電流センサ34を用いた検出によりプリイグニッションが確認されなかった場合でも、さらに振動センサ33を用いてプリイグニッションを検出するようにしたため、より高い精度でプリイグニッションを検出できるという利点がある。   In the above embodiment, flame is detected by the ion current sensor 34, and the presence / absence of pre-ignition is determined based on the detection timing (flame generation timing), while the pre-ignition is detected by detection using the ion current sensor 34. Even if the above is not confirmed, since the pre-ignition is further detected using the vibration sensor 33, there is an advantage that the pre-ignition can be detected with higher accuracy.

具体的に、上記実施形態において、振動センサ33を用いてプリイグニッションを検出する際には、まず、上記振動センサ33から取得された最大振動強度Vmax1が閾値X以上であるか否かを判定し(S6)、閾値X以上であれば、さらに、点火プラグ16による点火時期を、圧縮上死点の少し遅角側(例えばATDC5°程度)にあたる通常時の点火時期から、さらに遅角側に変更する。そして、この点火時期の遅角化の後に取得された最大振動強度(点火リタード後の最大振動強度)Vmax2が、遅角化の前の最大振動強度(点火リタード前の最大振動強度)Vmax1よりも大きいか否かを判定し(S10)、Vmax2がVmax1より大きければ、プリイグニッションが発生していると判定する。このような手順を踏むことにより、それ程発展していない比較的初期段階のプリイグニッション(例えば図4の波形J1のような軽度のプリイグニッションまたはこれに近いもの)であっても、これをノッキングと区別しながら確実に検出できるという利点がある。   Specifically, in the above embodiment, when detecting the pre-ignition using the vibration sensor 33, first, it is determined whether or not the maximum vibration intensity Vmax1 acquired from the vibration sensor 33 is equal to or greater than the threshold value X. (S6) If it is equal to or greater than the threshold value X, the ignition timing by the spark plug 16 is further changed from a normal ignition timing corresponding to a slightly retarded side of the compression top dead center (for example, about ATDC 5 °) to a more retarded side. To do. The maximum vibration intensity (maximum vibration intensity after ignition retard) Vmax2 acquired after the ignition timing is retarded is greater than the maximum vibration intensity (maximum vibration intensity before ignition retard) Vmax1 before the retarding. It is determined whether it is larger (S10). If Vmax2 is larger than Vmax1, it is determined that pre-ignition has occurred. By taking such a procedure, even a relatively early stage pre-ignition (for example, a light pre-ignition such as the waveform J1 in FIG. 4 or a similar one) is knocked out. There is an advantage that it can be detected reliably while distinguishing.

例えば、最大振動強度Vmaxを単に基準値と比較しただけでは、特にプリイグニッションが比較的初期段階のものであった場合に、プリイグニッションであるのか、それともノッキングであるのかを判別することは困難である。このような問題に対し、上記構成では、所定の閾値以上の最大振動強度Vmaxが確認されたときに、意図的に点火時期を遅角させ、その前後で最大振動強度Vmaxの増大が確認された場合に、プリイグニッションが発生していると判定するものであるため、点火時期の遅角化がノッキングの抑制にのみ効果がある(プリイグニッションの抑制には効果がない)という事象を利用して、プリイグニッションかノッキングかを正確に判別することが可能である。   For example, simply comparing the maximum vibration intensity Vmax with the reference value makes it difficult to determine whether the pre-ignition is knocking or knocking, particularly when the pre-ignition is at a relatively early stage. is there. With respect to such a problem, in the above configuration, when the maximum vibration intensity Vmax equal to or greater than the predetermined threshold is confirmed, the ignition timing is intentionally retarded, and an increase in the maximum vibration intensity Vmax is confirmed before and after that. In this case, since it is determined that pre-ignition has occurred, retarding the ignition timing is effective only for suppressing knocking (not effective for suppressing pre-ignition). It is possible to accurately determine whether the pre-ignition or knocking.

したがって、上記構成によれば、振動センサ33を用いながらも、混合気が過早に自着火する現象であるプリイグニッションを、ノッキングと区別しながら確実に検出することができ、仮にイオン電流センサ34に断線等の故障が起きたり、その検出精度が十分でなかったとしても、プリイグニッションの発生を見逃してしまうことがない。そして、プリイグニッションが検出されたときに、これを回避するための必要な措置(つまり上述した空燃比のリッチ化や有効圧縮比の低下等の制御)を講ずることにより、プリイグニッションが継続されることに起因したエンジントラブル(例えばピストン5の損傷等)を確実に防止することができる。   Therefore, according to the above configuration, while using the vibration sensor 33, it is possible to reliably detect pre-ignition, which is a phenomenon in which the air-fuel mixture self-ignites prematurely, while distinguishing it from knocking. Even if a failure such as disconnection occurs or the detection accuracy is not sufficient, the occurrence of pre-ignition is not overlooked. Then, when pre-ignition is detected, pre-ignition is continued by taking necessary measures for avoiding the pre-ignition (that is, controlling the above-described enrichment of the air-fuel ratio, reduction of the effective compression ratio, etc.). It is possible to reliably prevent engine trouble (for example, damage to the piston 5 and the like) resulting from the above.

さらに、上記実施形態では、点火リタード後の最大振動強度Vmax2の大きさが、点火リタード前の最大振動強度Vmax1以下であった場合でも、Vmax2の検出時期がVmax1の検出時期よりも早くなっていれば、プリイグニッションが発生していると判定するようにした。すなわち、一旦プリイグニッションが発生すると、点火時期の遅角化にかかわらず、最大振動強度Vmaxが増大するとともに、その検出時期も早まるという現象が見られるはずであるが、場合によっては、そのいずれか一方の現象しか見られない可能性もあるので、最大振動強度Vmaxの増大またはその検出時期の早期化のいずれかが確認されれば、プリイグニッションが発生していると判定するようにした。これにより、プリイグニッションの検出精度をより高めることができる。   Further, in the above embodiment, even when the maximum vibration intensity Vmax2 after ignition retard is equal to or less than the maximum vibration intensity Vmax1 before ignition retard, the detection time of Vmax2 can be earlier than the detection time of Vmax1. For example, it was determined that pre-ignition occurred. That is, once the pre-ignition occurs, the maximum vibration intensity Vmax should increase and the detection timing should be accelerated regardless of the retarded ignition timing. Since only one of the phenomena may be observed, it is determined that pre-ignition has occurred if either an increase in the maximum vibration intensity Vmax or an early detection timing is confirmed. Thereby, the detection accuracy of the pre-ignition can be further increased.

(6)変形例等
なお、上記実施形態では、プリイグ回避制御において空燃比をリッチ化する際に、例えばA/F=14.7→12.5→11のように、複数回に分けて段階的にリッチ化するようにしたが、さらに多くの回数に分けて多段階で空燃比をリッチ化するようにしてもよい。逆に、リッチ化の回数を1回だけにし、その後プリイグニッションが回避されなければ、すぐに吸気弁11の閉時期を遅角させて有効圧縮比を低下させる制御に移行してもよい。
(6) Modifications etc. In the above embodiment, when the air-fuel ratio is enriched in the pre-ignition avoidance control, for example, A / F = 14.7 → 12.5 → 11. However, the air-fuel ratio may be enriched in multiple stages by dividing the number of times. Conversely, if the number of times of enrichment is set to one and then pre-ignition is not avoided, the control may immediately shift to the control for reducing the effective compression ratio by retarding the closing timing of the intake valve 11.

また、上記実施形態では、プリイグ回避制御において吸気弁11の閉時期を遅角させて有効圧縮比を低下させる際に、吸気弁11の閉時期を複数回に分けて段階的に遅角させるようにしたが、遅角化の回数はエンジンの特性等に応じて適宜設定可能である。   Further, in the above-described embodiment, when the effective closing ratio is lowered by retarding the closing timing of the intake valve 11 in the pre-ignition avoidance control, the closing timing of the intake valve 11 is retarded in stages in a plurality of times. However, the number of times of retarding can be appropriately set according to the characteristics of the engine.

また、エンジンの特性上、できるだけ出力を低下させたくない場合には、吸気弁11の閉時期の遅角化を1回のみとしてもよい。ただしこの場合でも、遅角前の吸気弁11の閉時期が、吸気下死点に対し遅角しているほど、そこからの遅角量を小さくすべきである。すなわち、プリイグニッションが発生し得る特定運転領域Rにおいて、通常時の吸気弁11の閉時期は、例えば吸気下死点の通過後(ABDC)35±5°程度と、ある程度の幅をもっているので、遅角化を開始する前の吸気弁11の閉時期が例えばABDC40°であれば、ABDC30°のときと比べて、遅角量を小さく設定する。これにより、通常時の吸気弁11の閉時期にかかわらず、有効圧縮比の低下幅を常に一定にすることができる。   Further, when it is not desired to reduce the output as much as possible due to engine characteristics, the closing timing of the intake valve 11 may be retarded only once. However, even in this case, as the closing timing of the intake valve 11 before the retard is retarded with respect to the intake bottom dead center, the retard amount should be made smaller. That is, in the specific operation region R where pre-ignition can occur, the normal closing timing of the intake valve 11 has a certain width, for example, about 35 ± 5 ° after passage of the intake bottom dead center (ABDC). If the closing timing of the intake valve 11 before starting the retarding is, for example, ABDC 40 °, the retardation amount is set smaller than when the ABCD is 30 °. Thereby, regardless of the closing timing of the intake valve 11 at the normal time, the reduction range of the effective compression ratio can always be made constant.

また、上記実施形態では、例えば図15(a)に示したように、プリイグニッションが発生していない通常時の燃料噴射時期を、吸気行程中の1回のみに設定した(つまり吸気行程中の1回に全ての燃料を噴射するようにした)が、通常時の燃料の噴射時期は、吸気行程中であればよく、吸気行程中に複数回に分割して燃料を噴射してもよい。   In the above embodiment, for example, as shown in FIG. 15A, the normal fuel injection timing in which no pre-ignition has occurred is set to only one time during the intake stroke (that is, during the intake stroke). However, the fuel injection timing at the normal time may be during the intake stroke, and the fuel may be divided into a plurality of times during the intake stroke.

また、上記実施形態では、プリイグニッションが検出されたときに、空燃比のリッチ化および有効圧縮比の低下を順に実行し、それでもプリイグニッションを回避できないときに、噴射すべき燃料の一部の噴射時期を圧縮行程の後期まで一気に遅角させるようにしたが(図15(b))、例えば図18に示すように、圧縮行程中まで遅角される2回目の噴射F2(以下、後段噴射という)を、圧縮行程の中期から後期にかけて段階的に遅角させるようにしてもよい。すなわち、まず後段噴射F2の時期を圧縮行程の中期まで遅角させ(図18(b))、その状態でもプリイグニッションが回避できなかった場合に、後段噴射F2の時期をさらに遅角させて、圧縮行程の後期(図18(c))に設定する。このようにすれば、後段噴射F2を圧縮行程の中期まで遅角させれば十分にプリイグニッションを回避できるような場合に、スモークが発生する可能性が高い圧縮行程の後期までいきなり噴射時期が遅角されるようなことがなく、エミッション性の悪化をより効果的に防止することができる。   In the above-described embodiment, when pre-ignition is detected, the air-fuel ratio is enriched and the effective compression ratio is decreased in order, and when the pre-ignition cannot be avoided, the injection of a part of the fuel to be injected is performed. Although the timing is retarded at a stretch until the latter stage of the compression stroke (FIG. 15B), for example, as shown in FIG. 18, the second injection F2 that is retarded until the compression stroke (hereinafter referred to as a post-stage injection). ) May be retarded in stages from the middle to the later stage of the compression stroke. That is, first, the timing of the post-injection F2 is retarded to the middle stage of the compression stroke (FIG. 18B), and if the pre-ignition cannot be avoided even in this state, the timing of the post-injection F2 is further retarded, The latter stage of the compression stroke (FIG. 18C) is set. In this way, when the post-injection F2 is delayed to the middle stage of the compression stroke, pre-ignition can be sufficiently avoided, and the injection timing is suddenly delayed until the later stage of the compression stroke where the possibility of smoke is high. There is no cornering, and it is possible to more effectively prevent the emission property from deteriorating.

逆に、エンジンの特性等によっては、後段噴射F2を圧縮行程の後期まで遅角させても、なおもプリイグニッションが回避できないような事態があることも想定される。そこで、このような場合には、例えば、上記後段噴射F2を圧縮行程後期まで遅角させる制御と同時もしくはその後に、空燃比を、限界値のA/F=11よりもさらにリッチ側に(例えばA/F=10程度まで)変化させるとよい。これにより、一時的にスモークが発生する可能性はより高まるが、プリイグニッションが相当に発展している場合であっても、これを確実に回避することができる。   On the other hand, depending on the engine characteristics and the like, it may be assumed that there is still a situation where pre-ignition cannot be avoided even if the post-injection F2 is delayed until the later stage of the compression stroke. Therefore, in such a case, for example, at the same time or after the control for retarding the post-injection F2 to the latter stage of the compression stroke, the air-fuel ratio is set to a richer side than the limit value A / F = 11 (for example, (A / F = up to about 10) may be changed. As a result, the possibility that smoke is temporarily generated is further increased, but this can be reliably avoided even when the pre-ignition is considerably developed.

また、上記実施形態では、燃料噴射を分割してその一部(後段噴射F2)を圧縮行程中まで遅角させる制御を実行し、その制御の結果、プリイグニッションが回避された場合に、圧縮行程中まで遅角された上記一部の燃料の噴射時期を、すぐに通常時期(吸気行程中)まで戻すようにしたが、プリイグニッションが回避された後の噴射時期は、少なくとも進角側(吸気行程に近づける側)に戻せばよく、通常時期まで段階的に進角させてもよい。   Further, in the above embodiment, the control is performed in which the fuel injection is divided and a part (the latter injection F2) is retarded until the compression stroke is performed, and the compression stroke is avoided when the pre-ignition is avoided as a result of the control. The injection timing of the part of the fuel retarded to the inside is immediately returned to the normal timing (during the intake stroke), but the injection timing after the pre-ignition has been avoided is at least the advance side (intake It may be returned to the side closer to the stroke) and may be advanced step by step until the normal time.

また、上記実施形態では、イオン電流センサ34を点火プラグ16とは別に設け、このイオン電流センサ34で火炎の発生タイミングを検出することにより、プリイグニッションが起きているか否かを判定するようにしたが、点火プラグ16の中心電極(プラグ電極)に、イオン電流検出用のバイアス電圧を印加するようにすれば、点火プラグ16をイオン電流センサ34として兼用することも可能である。このようにすれば、構造の簡素化を図れるとともに、イオン電流センサ34にかかるコストを削減することができる。   Further, in the above embodiment, the ion current sensor 34 is provided separately from the spark plug 16, and by detecting the flame generation timing by the ion current sensor 34, it is determined whether pre-ignition has occurred. However, if a bias voltage for ion current detection is applied to the center electrode (plug electrode) of the spark plug 16, the spark plug 16 can also be used as the ion current sensor. In this way, the structure can be simplified and the cost of the ion current sensor 34 can be reduced.

ただし、上記のように点火プラグ16をイオン電流センサ34として兼用すると、点火プラグ16から火花が放電される瞬間(つまりプラグ電極に放電用の高電圧が印加される瞬間)は、プラグ電極にバイアス電圧を印加することができず、イオン電流を検出できなくなるため、イオン電流センサ34単体によるプリイグニッションの検出精度が落ちてしまう。しかしながら、振動センサ33を用いてプリイグイニッションを検出できるようにした上記実施形態の構成によれば、上記のような検出精度の低下を振動センサ33によりカバーできるため、プリイグニッションの検出精度を落とすことなく、構造の簡素化および部品コストの削減を図ることができる。   However, if the spark plug 16 is also used as the ion current sensor 34 as described above, the moment when a spark is discharged from the spark plug 16 (that is, the moment when a high voltage for discharge is applied to the plug electrode) is biased to the plug electrode. Since the voltage cannot be applied and the ion current cannot be detected, the detection accuracy of the pre-ignition by the ion current sensor 34 alone is lowered. However, according to the configuration of the above-described embodiment in which the pre-ignition can be detected using the vibration sensor 33, the above-described decrease in detection accuracy can be covered by the vibration sensor 33. Therefore, the detection accuracy of the pre-ignition The structure can be simplified and the parts cost can be reduced without reducing the cost.

また、上記実施形態では、プリイグニッションの発生を、イオン電流センサ34および振動センサ33の両方を用いて検出するようにしたが、イオン電流センサ34によるプリイグニッションの検出については省略してもよい。このようにすれば、プリイグニッションの発生を振動センサ33単体で検出しながら、構造および制御をより簡素化し、部品コストのさらなる削減を図ることができる。   In the above embodiment, the occurrence of pre-ignition is detected by using both the ion current sensor 34 and the vibration sensor 33. However, the detection of the pre-ignition by the ion current sensor 34 may be omitted. In this way, it is possible to further simplify the structure and control and further reduce the component cost while detecting the occurrence of pre-ignition with the vibration sensor 33 alone.

また、上記実施形態では、振動センサ33によりエンジン本体1の振動を検出し、その検出値から特定される最大振動強度Vmaxの大きさおよびその検出時期が、点火時期の遅角化に伴いどのように変化するかに基づいて、プリイグニッションまたはノッキングのいずれが発生しているのかを判別するようにしたが、同様の検出方法は、エンジンの筒内圧力を検出する筒内圧センサを用いた場合にも適用可能である。   In the above-described embodiment, the vibration of the engine body 1 is detected by the vibration sensor 33, and the magnitude of the maximum vibration intensity Vmax specified from the detected value and the detection timing are determined as the ignition timing is retarded. It is determined whether pre-ignition or knocking is occurring based on whether the engine pressure changes. However, a similar detection method is used when an in-cylinder pressure sensor that detects the in-cylinder pressure of the engine is used. Is also applicable.

具体的に、筒内圧センサを用いてのプリイグニッションおよびノッキングの検出は、次のようにして行う。まず、エンジンの運転状態が特定運転領域Rにあるときに、筒内圧センサから入力される筒内圧力の波形(例えば図5参照)から、筒内圧力の最大値を特定し、これが所定の閾値以上であるか否かを判定する。閾値以上であった場合には、点火時期を遅角させ、その後、再度筒内圧力の最大値を取得する。そして、点火時期の遅角化の後に取得された筒内圧力の最大値を点火リタード後の最大筒内圧、点火時期の遅角化の前に取得された筒内圧力の最大値を点火リタード後の最大筒内圧とすると、点火リタード後の最大筒内圧が、点火リタード前の最大筒内圧よりも大きいか否かを判定し、大きい場合には、プリイグニッションが発生していると判定する。   Specifically, detection of pre-ignition and knocking using the in-cylinder pressure sensor is performed as follows. First, when the engine operating state is in the specific operation region R, the maximum value of the in-cylinder pressure is specified from the in-cylinder pressure waveform input from the in-cylinder pressure sensor (see, for example, FIG. 5), and this is a predetermined threshold value. It is determined whether it is above. If it is equal to or greater than the threshold, the ignition timing is retarded, and then the maximum value of the in-cylinder pressure is acquired again. The maximum in-cylinder pressure obtained after retarding the ignition timing is the maximum in-cylinder pressure after ignition retard, and the maximum in-cylinder pressure obtained before the ignition timing is retarded. It is determined whether the maximum in-cylinder pressure after ignition retard is greater than the maximum in-cylinder pressure before ignition retard. If it is greater, it is determined that pre-ignition has occurred.

さらに、上記実施形態と同様に、点火リタード後の最大筒内圧が点火リタード前の最大筒内圧以下であっても、点火リタード後の最大筒内圧の検出時期が、点火リタード前の最大筒内圧の検出時期よりも早ければ、プリイグニッションが発生していると判定するのがよい。一方、点火リタード後の検出時期が点火リタード前より早くなかった場合には、ノッキングであると判定する。   Further, as in the above embodiment, even when the maximum in-cylinder pressure after ignition retard is equal to or less than the maximum in-cylinder pressure before ignition retard, the detection timing of the maximum in-cylinder pressure after ignition retard is the maximum in-cylinder pressure before ignition retard. If it is earlier than the detection time, it may be determined that pre-ignition has occurred. On the other hand, if the detection timing after the ignition retard is not earlier than before the ignition retard, it is determined that the knocking is occurring.

11 吸気弁
15 VVT(可変機構)
18 インジェクタ
33 振動センサ(検出手段)
34 イオン電流センサ(検出手段)
40 ECU(制御手段)
11 Intake valve 15 VVT (variable mechanism)
18 Injector 33 Vibration sensor (detection means)
34 Ion current sensor (detection means)
40 ECU (control means)

Claims (14)

火花点火による正常の燃焼開始時期よりも前に混合気が自着火するプリイグニッションを検出するための検出手段と、筒内に直接燃料を噴射するインジェクタとを備えた火花点火式エンジンを制御する方法であって、
エンジンの低回転かつ高負荷域で、上記検出手段の検出値に基づきプリイグニッションが検出された場合に、上記インジェクタからの燃料の噴射量を増大させて筒内の空燃比をリッチ化し、その制御の後もプリイグニッションが検出されたときに、上記インジェクタから噴射すべき燃料のうち、一部の燃料の噴射時期を圧縮行程の中期以降に遅角させることを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
Method for controlling a spark ignition engine having a detecting means for detecting pre-ignition in which an air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing by spark ignition and an injector for directly injecting fuel into a cylinder Because
When pre-ignition is detected based on the detection value of the detection means in a low engine speed and high load range, the fuel injection amount from the injector is increased to enrich the in-cylinder air-fuel ratio, and control thereof Control of a spark ignition engine characterized by retarding the injection timing of a part of the fuel to be injected from the injector after the middle of the compression stroke when pre-ignition is detected after Method.
請求項1記載の火花点火式エンジンの制御方法において、
上記空燃比のリッチ化後もプリイグニッションが検出された場合には、上記一部の燃料の噴射時期を遅角させる制御よりも先に、エンジンの有効圧縮比を低下させる制御を実行し、それでもプリイグニッションが検出されたときに、上記噴射時期の遅角化を実行することを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
In the control method of the spark ignition type engine according to claim 1,
If pre-ignition is detected even after the air-fuel ratio is enriched, control for reducing the effective compression ratio of the engine is executed prior to the control for retarding the injection timing of the part of the fuel. A control method for a spark ignition type engine, characterized in that when the pre-ignition is detected, the retarding of the injection timing is executed.
請求項2記載の火花点火式エンジンの制御方法において、
上記空燃比をリッチ化する制御の際には、空燃比を所定量リッチ化し、それでもプリイグニッションが検出されれば、さらに空燃比をリッチ化し、最大限にリッチ化した状態でもプリイグニッションが検出された場合に、上記エンジンの有効圧縮比を低下させる制御を実行することを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
In the control method of the spark ignition type engine according to claim 2,
In the control for enriching the air-fuel ratio, if the air-fuel ratio is enriched by a predetermined amount and still the pre-ignition is detected, the air-fuel ratio is further enriched, and the pre-ignition is detected even when the air-fuel ratio is maximized. And a control method for reducing the effective compression ratio of the engine.
請求項2または3記載の火花点火式エンジンの制御方法において、
上記有効圧縮比を低下させる制御の際には、有効圧縮比を所定量低下させ、それでもプリイグニッションが検出されれば、さらに有効圧縮比を低下させ、最大限に低下させた状態でもプリイグニッションが検出された場合に、上記一部の燃料の噴射時期を遅角させる制御を実行することを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
In the control method of the spark ignition type engine according to claim 2 or 3,
In the control for reducing the effective compression ratio, the effective compression ratio is decreased by a predetermined amount, and if the pre-ignition is still detected, the effective compression ratio is further decreased and the pre-ignition is performed even when the effective compression ratio is reduced to the maximum. A control method for a spark ignition engine, characterized in that when it is detected, control is performed to retard the injection timing of the part of the fuel.
請求項2〜4のいずれか1項に記載の火花点火式エンジンの制御方法において、
上記一部の燃料の噴射時期を遅角させる制御の際には、当該噴射時期を圧縮行程の中期まで遅角させ、それでもプリイグニッションが検出された場合に、圧縮行程の後期まで遅角させることを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
In the control method of the spark ignition type engine according to any one of claims 2 to 4,
In the control for retarding the injection timing of some of the fuels, the injection timing is retarded to the middle of the compression stroke, and if pre-ignition is still detected, it is retarded to the latter half of the compression stroke. A control method for a spark ignition engine characterized by the above.
請求項2〜5のいずれか1項に記載の火花点火式エンジンの制御方法において、
通常時の吸気弁の閉時期を吸気下死点よりも遅角側に設定し、上記有効圧縮比を低下させる制御の際には、上記吸気弁の閉時期を、上記通常時の閉時期よりもさらに遅角側に変更することを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
In the control method of the spark ignition type engine according to any one of claims 2 to 5,
In normal control, the closing timing of the intake valve is set to be retarded from the intake bottom dead center, and in the control for reducing the effective compression ratio, the closing timing of the intake valve is set to be higher than the normal closing timing. Further, the control method for the spark ignition type engine is characterized by further changing to the retard side.
請求項2〜6のいずれか1項に記載の火花点火式エンジンの制御方法において、
上記一部の燃料の噴射時期が遅角された結果プリイグニッションが回避された場合には、上記遅角された燃料の噴射時期を進角側に戻す制御を、上記リッチ化後の空燃比または低下後の有効圧縮比を戻すよりも先に実行することを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
In the control method of the spark ignition type engine according to any one of claims 2 to 6,
When the pre-ignition is avoided as a result of retarding the injection timing of the part of the fuel, control for returning the retarded fuel injection timing to the advance side is performed by the air-fuel ratio after the enrichment or A control method for a spark ignition type engine, which is executed prior to returning the effective compression ratio after the reduction.
火花点火による正常の燃焼開始時期よりも前に混合気が自着火するプリイグニッションを検出するための検出手段と、筒内に直接燃料を噴射するインジェクタと、インジェクタを含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備えた火花点火式エンジンの制御装置であって、
上記制御手段は、
エンジンの低回転かつ高負荷域で、上記検出手段の検出値に基づきプリイグニッションが検出された場合に、上記インジェクタからの燃料の噴射量を増大させて筒内の空燃比をリッチ化し、その制御の後もプリイグニッションが検出されたときに、上記インジェクタから噴射すべき燃料のうち、一部の燃料の噴射時期を圧縮行程の中期以降に遅角させることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
Control means for detecting a pre-ignition in which the air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing by spark ignition, an injector for directly injecting fuel into the cylinder, and a control for controlling each part of the engine including the injector A spark ignition engine control device comprising:
The control means includes
When pre-ignition is detected based on the detection value of the detection means in a low engine speed and high load range, the fuel injection amount from the injector is increased to enrich the in-cylinder air-fuel ratio, and control thereof Control of a spark ignition engine characterized by retarding the injection timing of a part of the fuel to be injected from the injector after the middle of the compression stroke when pre-ignition is detected after apparatus.
請求項8記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
エンジンの有効圧縮比を可変的に設定する圧縮比調整手段を備え、
上記空燃比のリッチ化後もプリイグニッションが検出された場合、上記制御手段は、上記一部の燃料の噴射時期を遅角させる制御よりも先に、上記圧縮比調整手段を制御してエンジンの有効圧縮比を低下させ、それでもプリイグニッションが検出された場合に、上記噴射時期の遅角化を実行することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
The control device for a spark ignition engine according to claim 8,
A compression ratio adjusting means for variably setting the effective compression ratio of the engine;
If pre-ignition is detected even after the air-fuel ratio is enriched, the control means controls the compression ratio adjusting means to control the engine before the control for delaying the injection timing of the part of the fuel. A control device for a spark ignition type engine, characterized in that when the effective compression ratio is lowered and pre-ignition is still detected, the injection timing is retarded.
請求項9記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
上記制御手段は、上記空燃比をリッチ化する制御の際に、空燃比を所定量リッチ化し、それでもプリイグニッションが検出されれば、さらに空燃比をリッチ化し、最大限にリッチ化した状態でもプリイグニッションが検出された場合に、上記エンジンの有効圧縮比を低下させる制御を実行することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
The control device for a spark ignition engine according to claim 9,
In the control for enriching the air-fuel ratio, the control means enriches the air-fuel ratio by a predetermined amount, and if still pre-ignition is detected, the air-fuel ratio is further enriched, and even in a state where the air-fuel ratio is maximized, A control device for a spark ignition engine, characterized in that, when an ignition is detected, control for reducing the effective compression ratio of the engine is executed.
請求項9または10記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
上記制御手段は、上記有効圧縮比を低下させる制御の際に、有効圧縮比を所定量低下させ、それでもプリイグニッションが検出されれば、さらに有効圧縮比を低下させ、最大限に低下させた状態でもプリイグニッションが検出された場合に、上記一部の燃料の噴射時期を遅角させる制御を実行することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
The control device for a spark ignition engine according to claim 9 or 10,
In the control for reducing the effective compression ratio, the control means reduces the effective compression ratio by a predetermined amount, and if a pre-ignition is still detected, the effective compression ratio is further reduced to a maximum level. However, when the pre-ignition is detected, the control device for the spark ignition engine is configured to execute the control to retard the injection timing of the part of the fuel.
請求項9〜11のいずれか1項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
上記制御手段は、上記一部の燃料の噴射時期を遅角させる制御の際に、当該噴射時期を圧縮行程の中期まで遅角させ、それでもプリイグニッションが検出された場合に、圧縮行程の後期まで遅角させることを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
The control device for a spark ignition engine according to any one of claims 9 to 11,
The control means delays the injection timing to the middle stage of the compression stroke in the control for retarding the injection timing of the part of the fuel, and if the pre-ignition is still detected, until the latter stage of the compression stroke. A control device for a spark ignition engine characterized by retarding.
請求項9〜12のいずれか1項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
上記圧縮比調整手段が、吸気弁の閉時期を可変的に設定する可変機構であり、
通常時の吸気弁の閉時期が、吸気下死点よりも遅角側に設定され、
上記制御手段は、上記有効圧縮比を低下させる制御の際に、上記可変機構を制御することにより、上記吸気弁の閉時期を、上記通常時の閉時期よりもさらに遅角側に変更することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
The control device for a spark ignition engine according to any one of claims 9 to 12,
The compression ratio adjusting means is a variable mechanism that variably sets the closing timing of the intake valve,
The normal closing timing of the intake valve is set to the retard side from the intake bottom dead center,
The control means changes the intake valve closing timing further to the retard side than the normal closing timing by controlling the variable mechanism during the control to reduce the effective compression ratio. A control device for a spark ignition type engine.
請求項9〜13のいずれか1項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
上記一部の燃料の噴射時期が遅角された結果プリイグニッションが回避された場合、上記制御手段は、上記遅角された燃料の噴射時期を進角側に戻す制御を、上記リッチ化後の空燃比または低下後の有効圧縮比を戻すよりも先に実行することを特徴とする火花点火式エンジンの制御装置。
The control device for a spark ignition engine according to any one of claims 9 to 13,
When pre-ignition is avoided as a result of retarding the injection timing of the part of the fuel, the control means performs control for returning the retarded fuel injection timing to the advance side. A control apparatus for a spark ignition type engine, which is executed prior to returning an air-fuel ratio or a reduced effective compression ratio.
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