JP2012225247A - Method of controlling spark-ignition engine, and spark-ignition engine - Google Patents

Method of controlling spark-ignition engine, and spark-ignition engine Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To rapidly and effectively suppress preignition despite response delay of control for decreasing an effective compression ratio.SOLUTION: A method of controlling a spark-ignition engine includes: a step of decreasing the effective compression ratio by a predetermined amount by using a variable mechanism (15) when the preignition is detected on the basis of a detection value of a detection means (34); and a step of temporarily enriching an in-cylinder air/fuel ratio based on injection fuel from an injector 18, in a transition period until the completion of the decrease of the effective compression ratio.

Description

本発明は、火花点火をきっかけにした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、有効圧縮比を可変的に設定する可変機構とを備えた火花点火式エンジンを制御する方法等に関する。   The present invention is a detection means for detecting pre-ignition, which is a phenomenon in which the air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing triggered by spark ignition, an injector that directly injects fuel into the cylinder, The present invention relates to a method for controlling a spark ignition engine having a variable mechanism for variably setting an effective compression ratio.

従来、下記特許文献1に示されるように、プリイグニッションが発生し易い特定の運転領域で、プリイグニッションの抑制のために有効圧縮比を低下させるようにしたエンジンの制御方法が知られている。具体的に、この特許文献1の技術では、エンジン回転速度が所定値以下で、かつ要求トルクの増大方向の変化量が所定値以上である場合に、プリイグニッションが発生し易い条件にあると判断する。そして、このような条件下で、吸気弁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低下させる。   Conventionally, as shown in Patent Document 1 below, an engine control method is known in which an effective compression ratio is reduced in order to suppress pre-ignition in a specific operation region where pre-ignition is likely to occur. Specifically, in the technique of Patent Document 1, it is determined that pre-ignition is likely to occur when the engine speed is equal to or less than a predetermined value and the amount of change in the increase direction of the required torque is equal to or greater than the predetermined value. To do. Under such conditions, the effective compression ratio of the engine is reduced by changing the closing timing of the intake valve.

特開2001−159348号公報JP 2001-159348 A

上記特許文献1のように、プリイグニッションが発生し易い条件下で有効圧縮比を低下させるようにした場合には、有効圧縮比の低下に伴って主に圧縮端圧力(圧縮上死点付近での筒内圧力)が下がり、このことが混合気の自着火に対し抑制方向に働く結果、プリイグニッションの発生が抑制される。   When the effective compression ratio is reduced under the condition where pre-ignition is likely to occur as in Patent Document 1, the compression end pressure (in the vicinity of the compression top dead center) is mainly reduced as the effective compression ratio is reduced. In-cylinder pressure) decreases, and this acts in a suppression direction against the self-ignition of the air-fuel mixture, so that the occurrence of pre-ignition is suppressed.

ここで、有効圧縮比を低下させるには、例えば上記特許文献1のように吸気弁の閉時期を変更する必要があり、吸気弁の閉時期を変更するには、バルブタイミングを可変的に設定する機構(可変バルブタイミング機構)を作動させる必要がある。可変バルブタイミング機構は、一般に、機械的な動作によりバルブタイミングを徐々に変化させるものであるから、吸気弁の閉時期を目標時期まで遅らせて有効圧縮比を所望の量だけ低下させるまでには、ある程度の時間を要する。   Here, in order to reduce the effective compression ratio, it is necessary to change the closing timing of the intake valve, for example, as in Patent Document 1, and in order to change the closing timing of the intake valve, the valve timing is variably set. It is necessary to operate a mechanism (variable valve timing mechanism) that performs the operation. In general, the variable valve timing mechanism gradually changes the valve timing by a mechanical operation. Therefore, in order to delay the closing timing of the intake valve to the target timing and reduce the effective compression ratio by a desired amount, It takes a certain amount of time.

このように、有効圧縮比を低下させる制御には応答遅れがつきものである。しかしながら、プリイグニッションという異常燃焼は、これを放置すると徐々に発展するという性質をもった重大な異常燃焼であるから、上記のような制御の応答遅れは、できる限り短くすることが望ましい。そのために、可変バルブタイミング機構をより応答性に優れたものに改良することも考えられるが、応答遅れを完全になくすことは不可能であり、また、コスト面からの制約もある。このような事情から、ある程度の応答遅れは許容しながらも、プリイグニッションを迅速に抑制できる技術が求められていた。   As described above, there is a response delay in the control for reducing the effective compression ratio. However, the abnormal combustion called pre-ignition is a serious abnormal combustion having the property of gradually developing if left untreated, and therefore it is desirable to make the response delay of the control as short as possible. For this reason, it is conceivable to improve the variable valve timing mechanism to be more responsive, but it is impossible to eliminate the response delay completely, and there is a cost limitation. Under such circumstances, there has been a demand for a technique capable of quickly suppressing pre-ignition while allowing a certain degree of response delay.

なお、有効圧縮比を低下させる制御としては、上記のように吸気弁の閉時期を変更するものに限らず、例えばリンク機構等を用いてピストンのストローク量を実際に変更する(つまりエンジンの幾何学的圧縮比そのものを変更する)ことによって、有効圧縮比を低下させることも可能である。ただし、この場合でも、ピストンのストローク量を目標値まで低下させる際にある程度の応答遅れが生じるという事情は同じである。   The control for reducing the effective compression ratio is not limited to changing the closing timing of the intake valve as described above. For example, the stroke amount of the piston is actually changed using a link mechanism or the like (that is, the geometry of the engine). It is also possible to reduce the effective compression ratio by changing the scientific compression ratio itself. However, even in this case, the situation that a certain amount of response delay occurs when the stroke amount of the piston is reduced to the target value is the same.

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、有効圧縮比を低下させる制御の応答遅れにかかわらず、プリイグニッションを迅速かつ効果的に抑制することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to quickly and effectively suppress pre-ignition regardless of a response delay in control for reducing an effective compression ratio.

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、火花点火をきっかけにした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、有効圧縮比を可変的に設定する可変機構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、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、上記可変機構を用いて有効圧縮比を所定量低下させるステップと、上記有効圧縮比の低下が完了するまでの過渡期に、上記インジェクタから噴射された燃料に基づく筒内の空燃比を一時的にリッチにするステップとを含むことを特徴とするものである(請求項1)。   In order to solve the above problems, the present invention provides a detection means for detecting pre-ignition, which is a phenomenon in which the air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing triggered by spark ignition, A spark ignition type engine having an injector for directly injecting fuel and a variable mechanism for variably setting an effective compression ratio, wherein pre-ignition is detected based on a detection value of the detection means. In the case where the effective compression ratio is decreased by a predetermined amount using the variable mechanism, and the in-cylinder air-fuel ratio based on the fuel injected from the injector in the transition period until the decrease in the effective compression ratio is completed. And temporarily enriching. (Claim 1).

また、本発明は、火花点火をきっかけにした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、有効圧縮比を可変的に設定する可変機構とを備えた火花点火式エンジンであって、上記インジェクタおよび可変機構の動作を制御する制御手段を備え、上記制御手段は、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、上記可変機構を作動させて有効圧縮比を所定量低下させる制御を実行するとともに、その制御が完了するまでの過渡期に、上記インジェクタから噴射された燃料に基づく筒内の空燃比を一時的にリッチにする制御を実行することを特徴とするものである(請求項8)。   The present invention also provides a detecting means for detecting pre-ignition, which is a phenomenon in which the air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing triggered by spark ignition, and an injector that directly injects fuel into the cylinder And a spark ignition type engine having a variable mechanism for variably setting an effective compression ratio, comprising a control means for controlling the operation of the injector and the variable mechanism, wherein the control means is detected by the detection means. When pre-ignition is detected based on the value, control is performed to operate the variable mechanism to lower the effective compression ratio by a predetermined amount, and the injector is injected from the injector during a transition period until the control is completed. Control for temporarily enriching the in-cylinder air-fuel ratio based on the fuel is executed (claim 8).

これらの発明では、プリイグニッションが検出されたときの対策として有効圧縮比を低下させながら、その制御が完了するまでの過渡期に、筒内の空燃比を一時的にリッチにすることにより、有効圧縮比を低下させ始めてから実際に有効圧縮比を所定量低下させるまでの間に応答遅れによる時間が必要であったとしても、その応答遅れの期間中は、空燃比のリッチ化による冷却効果(必要以上の燃料の気化潜熱が筒内温度を低下させる効果)が働くため、上記のような制御の応答遅れにかかわらず、プリイグニッションの抑制を迅速に図ることができる。そして、有効圧縮比が実際に所定量低下し、それに伴って圧縮端圧力(圧縮上死点付近での圧力)が下がれば、その状態で空燃比のリッチ化を解除することにより、プリイグニッションの抑制効果を担保しながら、必要以上の時間に亘って空燃比がリッチ化されることを回避して、燃費およびエミッション性の悪化を最小限に抑えることができる。   In these inventions, the effective air-fuel ratio in the cylinder is temporarily made rich during the transition period until the control is completed while reducing the effective compression ratio as a countermeasure when pre-ignition is detected. Even if a response delay time is required from when the compression ratio starts to decrease until the effective compression ratio is actually decreased by a predetermined amount, during the response delay period, the cooling effect ( The effect of reducing the in-cylinder temperature by the latent heat of vaporization of the fuel that is more than necessary) works, so that the pre-ignition can be quickly suppressed regardless of the control response delay as described above. If the effective compression ratio actually decreases by a predetermined amount, and the compression end pressure (pressure near the compression top dead center) decreases accordingly, the richness of the air-fuel ratio is canceled in that state, thereby pre-ignition. While ensuring the suppression effect, it is possible to prevent the air-fuel ratio from being enriched over a longer time than necessary, and to minimize deterioration in fuel consumption and emission.

本発明の制御方法において、好ましくは、上記可変機構を用いて有効圧縮比を所定量低下させた後、なおもプリイグニッションが検出された場合には、上記有効圧縮比をさらに低下させるとともに、その有効圧縮比の低下が完了するまでの過渡期に、再び筒内の空燃比を一時的にリッチにする(請求項2)。   In the control method of the present invention, preferably, when the pre-ignition is still detected after the effective compression ratio is decreased by a predetermined amount using the variable mechanism, the effective compression ratio is further decreased, In the transition period until the reduction of the effective compression ratio is completed, the in-cylinder air-fuel ratio is temporarily made rich again (Claim 2).

本発明の火花点火式エンジンにおいて、好ましくは、上記制御手段は、上記可変機構を作動させて有効圧縮比を所定量低下させた後、なおもプリイグニッションが検出された場合には、上記有効圧縮比をさらに低下させる制御を実行するとともに、その制御が完了するまでの過渡期に、再び筒内の空燃比を一時的にリッチにする制御を実行する(請求項9)。   In the spark ignition engine of the present invention, preferably, the control means operates the variable mechanism to lower the effective compression ratio by a predetermined amount, and when the pre-ignition is still detected, the effective compression is performed. Control for further reducing the ratio is executed, and control for temporarily enriching the in-cylinder air-fuel ratio is executed again in a transition period until the control is completed (claim 9).

これらの態様によれば、有効圧縮比を1回低下させただけではプリイグニッションが回避されなかったとしても、その後に有効圧縮比の低下量が段階的に増大されることにより、プリイグニッションを確実に回避することができる。また、このようにプリイグニッションの有無を確認しながら段階的に有効圧縮比を低下させることにより、有効圧縮比の低下量がプリイグニッションを回避し得る適正な量に設定されるため、プリイグニッションの程度にかかわらずエンジン出力が急減するといったことがなく、ドライバビリティの悪化を最小限に抑えることができる。しかも、有効圧縮比を低下させるたびに空燃比が一時的にリッチにされるため、有効圧縮比を低下させる制御の応答遅れを毎回確実にカバーすることができる。   According to these aspects, even if the pre-ignition is not avoided only by reducing the effective compression ratio once, the amount of decrease in the effective compression ratio is increased stepwise thereafter, thereby ensuring the pre-ignition. Can be avoided. In addition, by reducing the effective compression ratio step by step while confirming the presence or absence of pre-ignition in this way, the amount of decrease in the effective compression ratio is set to an appropriate amount that can avoid pre-ignition. There is no sudden decrease in engine output regardless of the degree, and drivability deterioration can be minimized. Moreover, since the air-fuel ratio is temporarily made rich every time the effective compression ratio is lowered, it is possible to reliably cover the response delay of the control that lowers the effective compression ratio every time.

本発明の制御方法において、好ましくは、上記有効圧縮比を可変的に設定する可変機構として、吸気弁の動作タイミングを可変的に設定する可変バルブタイミング機構を用い、上記有効圧縮比を低下させるステップとして、上記可変バルブタイミング機構により吸気弁の閉時期を上記有効圧縮比の低下量に応じた所定の目標時期まで変更し、上記空燃比をリッチ化するステップを、上記吸気弁の閉時期が上記目標時期に到達するまでの過渡期に実行する(請求項3)。   In the control method of the present invention, preferably, a variable valve timing mechanism that variably sets the operation timing of the intake valve is used as a variable mechanism that variably sets the effective compression ratio, and the effective compression ratio is lowered. The variable valve timing mechanism changes the intake valve closing timing to a predetermined target timing according to the amount of decrease in the effective compression ratio and enriches the air-fuel ratio. It is executed in a transition period until the target time is reached (Claim 3).

本発明の火花点火式エンジンにおいて、好ましくは、上記有効圧縮比を可変的に設定する可変機構は、吸気弁の動作タイミングを可変的に設定する可変バルブタイミング機構であり、上記制御手段は、上記有効圧縮比を低下させる制御として、上記可変バルブタイミング機構により吸気弁の閉時期を上記有効圧縮比の低下量に応じた所定の目標時期まで変更する制御を実行し、上記空燃比をリッチ化する制御を、上記吸気弁の閉時期が上記目標時期に到達するまでの過渡期に実行する(請求項10)。   In the spark ignition engine of the present invention, preferably, the variable mechanism that variably sets the effective compression ratio is a variable valve timing mechanism that variably sets the operation timing of the intake valve, and the control means includes As control for lowering the effective compression ratio, control is performed to change the closing timing of the intake valve to a predetermined target time according to the amount of decrease in the effective compression ratio by the variable valve timing mechanism, thereby enriching the air-fuel ratio. The control is executed in a transition period until the closing timing of the intake valve reaches the target timing.

これらの態様によれば、例えばピストンのストローク量を変更してエンジンの幾何学的圧縮比そのものを低下させる場合と異なり、より簡単な構成で有効圧縮比を低下させることができる。また、吸気弁の閉時期が目標時期に到達するまでの応答遅れの間に空燃比をリッチ化することで、実際に有効圧縮比が低下するまでの間、空燃比のリッチ化を適正に継続させてプリイグニッションを抑制することができる。   According to these aspects, the effective compression ratio can be reduced with a simpler configuration, unlike, for example, when the stroke amount of the piston is changed to reduce the geometric compression ratio of the engine itself. In addition, by enriching the air-fuel ratio during the response delay until the intake valve close timing reaches the target timing, the air-fuel ratio continues to be appropriately enriched until the effective compression ratio actually decreases. And preignition can be suppressed.

本発明の火花点火式エンジンおよびその制御方法において、好ましくは、少なくともエンジン温間時における低回転かつ高負荷域に設定された特定運転領域で、上記検出手段を用いてプリイグニッションを検出し、検出された場合に上記有効圧縮比の低下および空燃比のリッチ化を実行する(請求項4,11)。   In the spark ignition type engine and the control method thereof according to the present invention, preferably, the pre-ignition is detected by using the detection means in at least a specific operation region set in a low rotation and high load region when the engine is warm. In this case, the effective compression ratio is lowered and the air-fuel ratio is enriched (claims 4 and 11).

この態様によれば、筒内が高温・高圧化し易く、しかもそのような環境下に燃料が晒される実時間(受熱期間)が長くなる運転条件、つまり最もプリイグニッションが起き易い運転条件のときに、適正にプリイグニッションの有無を監視し、その抑制を図ることができる。   According to this aspect, the operating conditions are such that the temperature in the cylinder is likely to be high and high pressure, and the actual time (heat receiving period) during which the fuel is exposed to such an environment is long, that is, the operating conditions in which pre-ignition is most likely to occur. Therefore, it is possible to appropriately monitor the presence or absence of pre-ignition and to suppress it.

上記特定運転領域では、上記インジェクタから噴射すべき燃料の少なくとも一部を圧縮行程の中期以降に噴射することが好ましい(請求項5,12)。   In the specific operation region, it is preferable that at least a part of the fuel to be injected from the injector is injected after the middle stage of the compression stroke (claims 5 and 12).

この態様によれば、圧縮行程の中期以降に噴射される燃料の気化潜熱により筒内が効果的に冷却されるため、プリイグニッションが最も起き易い運転条件のときにこれを未然に抑制することができる。   According to this aspect, since the cylinder interior is effectively cooled by the latent heat of vaporization of the fuel injected after the middle stage of the compression stroke, it is possible to suppress this in advance under the operating conditions where pre-ignition is most likely to occur. it can.

上記特定運転領域では、火花点火のタイミングを圧縮上死点よりも遅れたタイミングに設定することが好ましい(請求項6,13)。   In the specific operation region, it is preferable to set the timing of spark ignition to a timing delayed from the compression top dead center (claims 6 and 13).

この態様のように、火花点火のタイミングを遅らせて、圧縮上死点のさらに遅角側で燃焼を開始させるようにした場合には、その後の燃焼過程で未燃混合気(エンドガス)の自着火が起き難くなるため、プリイグニッションだけでなく、ノッキングの発生をも効果的に抑制することができる。   When the spark ignition timing is delayed and combustion is started on the more retarded side of the compression top dead center as in this embodiment, the self-ignition of the unburned mixture (end gas) is performed in the subsequent combustion process. Therefore, not only pre-ignition but also knocking can be effectively suppressed.

本発明の火花点火式エンジンおよびその制御方法において、好ましくは、上記プリイグニッションの検出時に有効圧縮比の低下が完了するまでの過渡期には、空気過剰率λを1から1未満の所定値へと変化させ、有効圧縮比の低下が完了したら直ちにλを1に復帰させる(請求項7,14)。   In the spark ignition engine and the control method thereof according to the present invention, preferably, the excess air ratio λ is changed from 1 to a predetermined value less than 1 in a transition period until the reduction of the effective compression ratio is completed when the pre-ignition is detected. As soon as the reduction of the effective compression ratio is completed, λ is returned to 1 (claims 7 and 14).

この態様によれば、有効圧縮比が低下するまでの過渡期に、λ<1にまでリッチにした環境下で筒内温度を適正に低下させられるとともに、有効圧縮比の低下が完了したら直ちにλ=1に復帰させることにより、リッチ状態での燃焼をできるだけ短期間で終了させることができる。   According to this aspect, in the transition period until the effective compression ratio decreases, the in-cylinder temperature can be appropriately decreased in an environment that is rich to λ <1, and immediately after the decrease in the effective compression ratio is completed, λ By returning to = 1, combustion in the rich state can be completed in as short a time as possible.

以上説明したように、本発明の火花点火式エンジンおよびその制御方法によれば、有効圧縮比を低下させる制御の応答遅れにかかわらず、プリイグニッションを迅速かつ効果的に抑制することができる。   As described above, according to the spark ignition engine of the present invention and the control method thereof, pre-ignition can be quickly and effectively suppressed regardless of the response delay of the control that reduces the effective compression ratio.

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. 上記エンジンに備わるイオン電流センサの構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the ion current sensor with which the said engine is equipped. 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起き易い特定運転領域の説明図である。It is explanatory drawing of the specific driving | operation area | region where a pre-ignition tends to occur. プリイグニッションの検出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detection method of a preignition. 上記特定運転領域で実行される制御動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control action performed in the said specific driving | operation area | region. 図5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。6 is a subroutine showing specific contents of pre-ignition avoidance control included in the flowchart of FIG. 5. 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)が特定運転領域で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 in the normal time, (b) has shown the injection timing in a specific driving | operation area | region. 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.

(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、ガソリンを燃料とする火花点火式の多気筒ガソリンエンジンであり、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上に設けられたシリンダヘッド4とを含むエンジン本体1を有している。また、このエンジンは、車載用エンジンであり、車両を駆動するための動力源として図外のエンジンルームに配設されている。
(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 spark ignition type multi-cylinder gasoline engine using gasoline as fuel, and has a plurality of cylinders 2 (only one of which is shown in the figure) arranged in a direction orthogonal to the paper surface. An engine main body 1 including a block 3 and a cylinder head 4 provided on the cylinder block 3 is provided. The engine is an in-vehicle engine and is disposed in an engine room (not shown) as a power source for driving the vehicle.

上記エンジン本体1の各気筒2には、ピストン5が往復摺動可能に挿入されている。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。   A piston 5 is inserted into each cylinder 2 of the engine body 1 so as to be able to reciprocate. The piston 5 is connected to the crankshaft 7 via a connecting rod 8 so that the crankshaft 7 rotates around the central axis in accordance with the reciprocating motion of the piston 5.

上記シリンダブロック3には、上記クランク軸7の回転速度をエンジンの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 the rotation speed of the engine.

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.

上記点火プラグ16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ためのイオン電流センサ34が内蔵されている。このイオン電流センサ34は、図2に示すように、点火プラグ16の電極に所定のバイアス電圧(例えば100V程度)を印加することにより、上記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ものである。   The ignition plug 16 incorporates an ion current sensor 34 for detecting a flame generated when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber 6. As shown in FIG. 2, the ion current sensor 34 applies a predetermined bias voltage (for example, about 100 V) to the electrode of the spark plug 16, thereby generating an ion current generated when a flame is formed around the electrode. It is to detect.

上記イオン電流センサ34を用いることで、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ことができる。すなわち、点火プラグ16による火花点火が行われると、通常は、所定の遅れ時間の後に燃焼が開始されるが、燃焼室6の温度および圧力が過度に上昇するなどした場合には、上記正常な燃焼開始時期よりも前に混合気が自着火することがある。そこで、このような混合気の自着火による異常燃焼(プリイグニッション)を検出すべく、火炎に基づくイオン電流を上記イオン電流センサ34により検出し、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断する。以上のことから、当実施形態では、火炎発生時に生じるイオン電流を検出するイオン電流センサ34が、本発明にかかる「プリイグニッションを検出するための検出手段」に相当する。   By using the ion current sensor 34, it is possible to detect pre-ignition in which the air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing due to spark ignition. That is, when spark ignition is performed by the spark plug 16, normally, combustion is started after a predetermined delay time. However, when the temperature and pressure of the combustion chamber 6 are excessively increased, the normal operation is performed. The air-fuel mixture may self-ignite before the combustion start time. Therefore, in order to detect such abnormal combustion (pre-ignition) due to the self-ignition of the air-fuel mixture, the ion current based on the flame is detected by the ion current sensor 34, and the detection timing (flame generation timing) is normal combustion. If it is too early compared to the start time, it is determined that pre-ignition has occurred. From the above, in this embodiment, the ion current sensor 34 that detects the ion current generated when the flame is generated corresponds to the “detection means for detecting pre-ignition” according to the present invention.

上記イオン電流センサ34を用いたプリイグニッションの検出方法を図5のグラフに基づき具体的に説明する。このグラフにおいて、実線の波形J0は、火花点火IGをきっかけに混合気が正常に燃焼した場合の熱発生率の分布(時間変化)を示している。この正常燃焼時の波形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時点(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る。なお、図例では、火花点火IGのタイミングが圧縮上死点(圧縮行程と膨張行程の間の上死点)TDCよりもわずかに遅角側に設定さており、これよりもさらに遅角側にずれたタイミングt0で実質的な燃焼が開始されている。   A pre-ignition detection method using the ion current sensor 34 will be specifically described with reference to the graph of FIG. In this graph, a solid line waveform J0 indicates the distribution (time change) of the heat generation rate when the air-fuel mixture burns normally triggered by the spark ignition IG. In the waveform J0 at the time of normal combustion, when the time point at which combustion has progressed to the extent that the flame can be detected by the ion current sensor 34 (substantial combustion start time) is t0, this time point t0 is greater than the time point of spark ignition IG. It is delayed by a predetermined crank angle. In the illustrated example, the timing of the spark ignition IG is set slightly behind the compression top dead center (top dead center between the compression stroke and the expansion stroke) TDC, and further on the retard side. Substantial combustion is started at the shifted timing t0.

一方、プリイグニッションが発生したときの熱発生率の分布は、1点鎖線の波形J1のようになる。このJ1の波形からも明らかなように、プリイグニッションが起きると、正常な燃焼開始時期t0よりも早く(図例では圧縮上死点TDCよりもわずかに早い時点t1で)燃焼が始まるようになり、これに伴って燃焼が急峻化する。そこで、当実施形態では、正常な燃焼開始時期t0よりも所定時間以上早い時点で上記イオン電流センサ34が火炎を検出したときに、プリイグニッションが起きていると判断し、必要な措置を講ずるようにする。   On the other hand, the distribution of the heat generation rate when pre-ignition occurs is as shown by a dashed line waveform J1. As is apparent from the waveform of J1, when pre-ignition occurs, combustion starts earlier than the normal combustion start timing t0 (in the illustrated example, at a time t1 slightly earlier than the compression top dead center TDC). Along with this, the combustion becomes steep. Therefore, in this embodiment, when the ion current sensor 34 detects a flame at a time earlier than the normal combustion start timing t0 by a predetermined time or more, it is determined that pre-ignition has occurred, and necessary measures are taken. To.

ここで、プリイグニッションは、図5の矢印Xに示すように、これを放置すると徐々に発展していくという性質がある。図中の破線で示す波形J1’は、上記波形J1よりもさらに発展したプリイグニッションを表しており、この程度までプリイグニッションが発展すると、火花点火IGよりもかなり早い時点t1’で燃焼が開始され、極端に燃焼が急峻化するため、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。そこで、このような重度のプリイグニッション(J1’)に発展する前に、プリイグニッションが発生していると判断することが望まれる。   Here, as shown by the arrow X in FIG. 5, the pre-ignition has a property of gradually developing if left untreated. A waveform J1 ′ indicated by a broken line in the figure represents a pre-ignition further developed than the waveform J1, and when the pre-ignition develops to this extent, combustion is started at a time t1 ′ that is considerably earlier than the spark ignition IG. Since the combustion becomes extremely steep, considerably loud noises and vibrations are generated in the engine, which leads to damage to the piston and the like. Therefore, it is desired to determine that pre-ignition has occurred before developing into such a severe pre-ignition (J1 ').

上記の点を考慮すれば、プリイグニッションと判断するための境界時期(火炎の検出タイミングがそれ以上早くなればプリイグニッションと判断する時期)は、正常時の燃焼開始時期t0から進角側にあまり大きく離さない方がよい。しかしながら、上記境界時期を正常時の開始時期t0にあまりに近づけると、当該時期t0より少しでも早く火炎が検出されればプリイグニッションと判断されてしまい、制御の安定性に欠くし、そもそも、火花点火IGの直前から火花点火IGの後所定時間を経過するまでの間(図5の期間Z)は、火花点火IGを行うために点火プラグ16の電極間の電圧が大きく変動する期間であり、その期間Z中はイオン電流を検出することが不可能である。そこで、このような制御の安定性およびシステム上の制約を考慮して、当実施形態では、イオン電流センサ34による火炎の検出タイミングが、上記電圧変動期間Zよりも若干早い時期(例えば時点t1程度)にまで早まれば、プリイグニッションが発生していると判断する。   Considering the above points, the boundary timing for determining pre-ignition (the timing for determining the pre-ignition if the flame detection timing is earlier) is not so much on the advance side from the normal combustion start timing t0. It is better not to leave it apart. However, if the boundary time is too close to the normal start time t0, if a flame is detected even a little earlier than the time t0, it will be determined as pre-ignition, and control stability will be lacking. A period from immediately before IG until a predetermined time elapses after the spark ignition IG (period Z in FIG. 5) is a period in which the voltage between the electrodes of the spark plug 16 greatly varies in order to perform the spark ignition IG. During the period Z, it is impossible to detect the ion current. Therefore, in consideration of such control stability and system constraints, in the present embodiment, the flame detection timing by the ion current sensor 34 is slightly earlier than the voltage fluctuation period Z (for example, about time t1). ), It is determined that pre-ignition has occurred.

再び図1に戻って、エンジンの全体構成について説明する。上記エンジン本体1のシリンダブロック3やシリンダヘッド4の内部には、冷却水が流通するウォータジャケット(図示省略)が設けられており、このウォータジャケット内の冷却水の温度を検出するためのエンジン水温センサ33が、上記シリンダブロック3に設けられている。   Returning to FIG. 1 again, the overall configuration of the engine will be described. A water jacket (not shown) through which the cooling water flows is provided inside the cylinder block 3 and the cylinder head 4 of the engine main body 1, and an engine water temperature for detecting the temperature of the cooling water in the water jacket. A sensor 33 is provided in the cylinder block 3.

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、燃焼用の空気(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. That is, combustion air (fresh air) 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 is like that.

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3)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. 3), and an electric power (not shown) is selected according to 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3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. 3 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、エンジン水温センサ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、冷却水温Tw、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 engine water temperature sensor 33, and the ion current sensor 34, and detected values by these sensors 30 to 34. As such, information such as the engine speed Ne, the intake air amount Qa, the accelerator opening degree AC, the cooling water temperature Tw, 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、プリイグ判定手段42、点火制御手段43、噴射制御手段44、および圧縮比制御手段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, a pre-ignition determination means 42, an ignition control means 43, an injection control means 44, and a compression ratio 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4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、しかも燃料の受熱期間(燃料が高温・高圧環境下に晒される実時間)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4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 due to spark ignition, so that the air in the combustion chamber 6 is heated to a high temperature and pressure, and the fuel receives heat. Pre-ignition is most likely to occur in a low rotation and high load range where the period (actual time during which the fuel is exposed to a high temperature / high pressure environment) is long. Therefore, as shown in FIG. 4, 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.

なお、エンジンが冷間状態にあるときは、燃焼室6の壁温が低いため、高回転かつ高負荷域であっても、そもそもプリイグニッションは起こり得ない。このため、上記のような特定運転領域Rが設定されたマップ(領域判定マップ)が使用されるのは、エンジンの温間時(エンジンの冷却水温が高いとき)のみである。   Note that when the engine is in a cold state, the wall temperature of the combustion chamber 6 is low, so pre-ignition cannot occur in the first place even in a high rotation and high load range. Therefore, the map (region determination map) in which the specific operation region R is set as described above is used only when the engine is warm (when the engine coolant temperature is high).

上記プリイグ判定手段42は、上記イオン電流センサ34の検出値に基づいて、プリイグニッションが起きているか否かを判定するものである。具体的に、プリイグ判定手段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、上記イオン電流センサ34の検出値から火炎の発生タイミング(実質的な燃焼開始時期)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起きたか否かを判定する。なお、正常な燃焼開始時期の情報は、実験もしくは演算等により予め求められ、上記記憶手段41に記憶されている。   The pre-ignition determination means 42 determines whether or not pre-ignition has occurred based on the detection value of the ion current sensor 34. Specifically, the pre-ignition determination means 42 specifies the flame generation timing (substantial combustion start timing) from the detection value of the ion current sensor 34 when the operating state of the engine 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. Note that information on the normal combustion start timing is obtained in advance by experiments or calculations, and is stored in the storage means 41.

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が火花点火を行うタイミング(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 determined in accordance with the operating state of the engine, whereby the spark plug 16 performs spark ignition (ignition timing). Etc. are controlled.

例えば、エンジンの低回転かつ高負荷域に設定された上記特定運転領域Rでは、例えば図5に示したように、圧縮上死点(TDC)よりも少し遅れたタイミングで火花点火(IG)が行われるように、上記点火プラグ16が制御される。このように、プリイグニッションが起き易い特定運転領域Rで、火花点火のタイミング(点火時期)を圧縮上死点よりも遅らせるのは、ノッキングの発生を抑制するためである。ここで、ノッキングとは、火花点火をきっかけに混合気が燃焼(火炎伝播燃焼)を開始した後、その火炎が周囲に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異常燃焼である。プリイグニッション(混合気の過早着火)が発生し易い上記特定運転領域Rでは、当然にノッキングも起き易いため、この領域Rでのノッキングを防止するために、点火時期を圧縮上死点よりも遅らせるようにしている。   For example, in the specific operation region R set in the low engine speed and high load region, for example, as shown in FIG. 5, the spark ignition (IG) occurs at a timing slightly delayed from the compression top dead center (TDC). As is done, the spark plug 16 is controlled. Thus, in the specific operation region R where pre-ignition is likely to occur, the spark ignition timing (ignition timing) is delayed from the compression top dead center in order to suppress the occurrence of knocking. Here, knocking is a process in which an air-fuel mixture starts to burn (flame propagation combustion) triggered by spark ignition, and then the flame propagates to the surroundings. Unburned gas mixture (end gas) is self-ignited. This is abnormal combustion. In the above-mentioned specific operation region R where pre-ignition (premature ignition of the air-fuel mixture) is likely to occur, naturally, knocking is also likely to occur. I am trying to delay.

上記噴射制御手段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、上記インジェクタ制御手段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の開弁開始時期および開弁期間を制御する。   The injection control means 44 controls the injection amount and timing of fuel injected from the injector 18 into the combustion chamber 6. More specifically, the injector control means 44 performs target fuel injection based on information such as the engine rotational speed Ne input from the engine rotational speed sensor 30 and the intake air amount Qa input from the air flow sensor 31. The amount and the injection timing are calculated, and the valve opening start timing and the valve opening period of the injector 18 are controlled based on the calculation result.

特に、プリイグニッションが起き易い上記特定領域Rにおいて、上記噴射制御手段44は、プリイグニッションの発生を未然に抑制するために(つまりプリイグニッションの発生の有無にかかわらず)、インジェクタ18から噴射すべき燃料(1燃焼サイクル中にインジェクタ18から噴射されるべき燃料)の一部を圧縮行程の中期以降にまで遅らせて噴射する制御を実行する(図8(b)参照)。   In particular, in the specific region R where pre-ignition is likely to occur, the injection control means 44 should inject from the injector 18 in order to suppress the occurrence of pre-ignition (that is, whether or not pre-ignition has occurred). Control is performed in which a part of the fuel (fuel to be injected from the injector 18 in one combustion cycle) is injected after being delayed until the middle stage of the compression stroke (see FIG. 8B).

ただし、上記のような一部燃料の圧縮行程噴射(分割噴射)を実行しても、上記特定運転領域Rでプリイグニッションが発生してしまう場合があり得る。このような場合、上記噴射制御手段44は、インジェクタ18からの燃料噴射量を増大させて筒内の空燃比(燃焼室6に形成される混合気の空燃比)を一時的にリッチにすることにより、プリイグニッションの抑制を図るようにする。   However, even if the compression stroke injection (split injection) of the partial fuel as described above is executed, pre-ignition may occur in the specific operation region R. In such a case, the injection control means 44 temporarily increases the air-fuel ratio in the cylinder (the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber 6) by increasing the fuel injection amount from the injector 18. Thus, pre-ignition is suppressed.

上記圧縮比制御手段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上記閉時期が設定されることで、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)が幾何学的圧縮比とほぼ同じ値に維持される。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、エンジンの有効圧縮比が低下し、吸気の吹き返しが起きるようになる。上記圧縮比制御手段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 compression ratio 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 the closing timing is set at such timing. Thus, 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 maintained at substantially the same value as the geometric compression ratio. On the other hand, when the closing timing of the intake valve 11 is set much later than the intake bottom dead center, the effective compression ratio of the engine is lowered and the intake air is blown back. The compression ratio 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、上記圧縮比制御手段45は、プリイグニッションを抑制すべく、吸気弁11の閉時期をリタードさせて有効圧縮比を低下させる制御を実行する。   In particular, when a pre-ignition is detected in the specific operation region R, the compression ratio control means 45 executes a control to retard the effective compression ratio by retarding the closing timing of the intake valve 11 in order to suppress the pre-ignition. To do.

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)プリイグ回避のための制御動作
次に、以上のように構成されたECU40により行われる制御動作について説明する。ここでは、上記特定運転領域Rでプリイグニッションが検出された場合に行われる制御動作を中心に説明する。
(3) Control Operation for Avoiding Preig Next, a control operation performed by the ECU 40 configured as described above will be described. Here, the control operation performed when the pre-ignition is detected in the specific operation region R will be mainly described.

図6および図7は、上記制御動作を説明するためのフローチャートである。図6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、エンジン水温センサ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、エンジン水温Tw、およびイオン電流値Ioが読み出され、ECU40に入力される。   6 and 7 are flowcharts for explaining the control operation. When the processing shown in the flowchart of FIG. 6 starts, first, control for reading various sensor values is executed (step S1). Specifically, the engine rotational speed Ne, the intake air amount Qa, and the accelerator opening AC are respectively obtained from the engine rotational speed sensor 30, the airflow sensor 31, the accelerator opening sensor 32, the engine water temperature sensor 33, and the ion current sensor 34. The engine water temperature Tw and the ion current value Io are read out and input to the ECU 40.

次いで、上記ステップS1で読み込まれたエンジン水温Twが所定の閾値(例えば80℃)以上か否かに基づいて、エンジンが温間状態にあるか否かが判定される(ステップS2)。   Next, it is determined whether or not the engine is in a warm state based on whether or not the engine water temperature Tw read in step S1 is equal to or higher than a predetermined threshold (for example, 80 ° C.) (step S2).

上記ステップS2でYESと判定されて温間状態であることが確認された場合には、さらに、現在のエンジンの運転ポイントが、図4に示した特定運転領域R内にあるか否かが判定される(ステップS3)。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4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。   If it is determined YES in step S2 and it is confirmed that the engine is in a warm state, it is further determined whether or not the current engine operating point is within the specific operating region R shown in FIG. (Step S3). Specifically, 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 both within the range of the specific operation region R in FIG. It is determined whether it is included.

上記ステップS3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S7,S8の制御(プリイグ回避制御や復帰制御)が必要になることはなく、通常の運転が維持される(ステップS9)。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 S3 and it is confirmed that the vehicle has deviated from the specific operation region R, pre-ignition cannot occur. Therefore, control in steps S7 and S8 described later (pre-ignition avoidance control and return control) Is not required, and normal operation is maintained (step S9). 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.

上記ステップS3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、インジェクタ18から噴射すべき燃料の一部を圧縮行程中に噴射する制御が実行される(ステップS4)。すなわち、図8に示すように、特定運転領域R以外のほとんどの領域では吸気行程中に全ての燃料が噴射されるところ(同図(a)のF参照)、上記特定運転領域Rでは、噴射すべき燃料の一部の噴射時期が圧縮行程の中期以降にリタードされることにより、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,F2参照)。   When it is determined YES in step S3 and it is confirmed that the fuel is in the specific operation region R, control for injecting a part of the fuel to be injected from the injector 18 during the compression stroke is executed (step S4). . That is, as shown in FIG. 8, in most regions other than the specific operation region R, all the fuel is injected during the intake stroke (see F in FIG. 8A), but in the specific operation region R, the injection is performed. When a part of the injection timing of the fuel to be retarded is retarded after the middle of the compression stroke, the fuel is injected into the intake stroke and the compression stroke (see F1 and F2 in FIG. 5B).

上記のような一部燃料の圧縮行程噴射(分割噴射)は、プリイグニッションの発生を未然に防止するために行われる。上述したように、低回転かつ高負荷域に設定された上記特定運転領域Rは、筒内が高温・高圧化し易く、しかもそのような環境下に燃料が晒される実時間(受熱期間)が長くなるため、最もプリイグニッションが起き易い領域である。そこで、上記特定運転領域Rにおいて、噴射すべき燃料の一部を圧縮行程の中期以降に噴射する制御を実行し、その燃料の気化潜熱によって圧縮端温度(圧縮上死点付近での筒内温度)を低下させるとともに、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が発生する可能性を予め低減させるようにしている。   The compression stroke injection (split injection) of the partial fuel as described above is performed in order to prevent the occurrence of pre-ignition. As described above, the specific operation region R set in the low rotation and high load region is likely to have a high temperature and high pressure in the cylinder, and the actual time (heat receiving period) during which the fuel is exposed to such an environment is long. Therefore, this is the region where pre-ignition is most likely to occur. Therefore, in the specific operation region R, control is performed to inject a part of the fuel to be injected after the middle stage of the compression stroke, and the compression end temperature (the in-cylinder temperature near the compression top dead center) due to the vaporization latent heat of the fuel ) And the heat receiving period of the fuel is shortened to reduce the possibility of pre-ignition in advance.

また、上記燃料の分割噴射と合わせて、特定運転領域Rでは、点火プラグ16による火花点火のタイミング(点火時期)を、圧縮上死点以降にリタードさせる制御が実行される(ステップS4)。このように、点火時期を遅めに設定することで、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)の自着火が起き難くなり、ノッキングが抑制される。   In addition to the fuel split injection, in the specific operation region R, control is performed to retard the spark ignition timing (ignition timing) by the spark plug 16 after compression top dead center (step S4). In this way, by setting the ignition timing later, combustion is started on the more retarded side of the compression top dead center (that is, in a state where the in-cylinder temperature and pressure are further reduced). In this combustion process, self-ignition of the unburned mixture (end gas) is difficult to occur, and knocking is suppressed.

上記ステップS4(燃料の分割噴射および点火リタード)を実行した後は、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、プリイグニッションが発生しているか否かが判定される(ステップS5)。具体的には、上記イオン電流値Ioから、火炎の発生タイミングが特定され、そのタイミングが、予め記憶された正常な燃焼開始時期よりも所定時間以上早くなっている場合(例えば図5の時点t1程度にまで早まった場合)に、プリイグニッションが発生したと判定される。   After performing step S4 (split fuel injection and ignition retard), it is determined whether pre-ignition has occurred based on the ion current value Io read in step S1 (step S5). . Specifically, the flame generation timing is specified from the ion current value Io, and the timing is earlier than the normal combustion start timing stored in advance by a predetermined time or more (for example, time t1 in FIG. 5). It is determined that pre-ignition has occurred.

上記ステップS5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、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S7)。   If it is determined YES in step S5 and the occurrence of pre-ignition is confirmed, pre-ignition avoidance control is executed as control for avoiding this (step S7).

次に、上記ステップS7のプリイグ回避制御の具体的内容について、図7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吸気弁11の閉時期(IVC)が、後述するステップS11で最大限にリタードされたときの閉時期(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(ステップS10)。なお、ここでの判定閾値である最遅時期Txは、吸気の吹き返しが起きてエンジンの有効圧縮比が幾何学的圧縮比に対し十分に低下するような時期(例えば吸気下死点の通過後110°CA程度)に設定されている。仮に、吸気弁11の閉時期が最遅時期Txよりもさらにリタードされると、エンジンの有効圧縮比が極端に低下して出力が大幅に不足するため、最大限にリタードできる量として、上記最遅時期Txが設定されている。   Next, the specific contents of the pre-ignition avoidance control in step S7 will be described with reference to FIG. When the pre-ignition avoidance control is started, first, the currently set closing timing (IVC) of the intake valve 11 is the closing timing (latest timing) when the maximum retarding is performed in step S11 described later. Control is performed to determine whether it is earlier than Tx (step S10). Note that the latest timing Tx, which is the determination threshold here, is a timing at which the effective compression ratio of the engine is sufficiently reduced with respect to the geometric compression ratio when the intake air blows back (for example, after the passage of the intake bottom dead center). About 110 ° CA). If the closing timing of the intake valve 11 is retarded further than the latest timing Tx, the effective compression ratio of the engine is drastically reduced and the output is greatly 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)30°CA前後に設定されている。このため、上記ステップS10での最初の判定は当然にNOとなり、次のステップS11に移行して、吸気弁11の閉時期をリタードさせる制御が開始される。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リタードされ、エンジンの有効圧縮比が下げられる。これにより、主に圧縮端圧力(圧縮上死点付近での筒内圧力)が低下し、プリイグニッションの抑制が図られる。   In the specific operation region R, initially, the closing timing of the intake valve 11 is set to, for example, around 30 ° CA after the passage of the intake bottom dead center (ABDC) as a timing at which the return of intake air does not occur. For this reason, the first determination in step S10 is naturally NO, the process proceeds to the next step S11, and control for retarding the closing timing of the intake valve 11 is started. 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. As a result, the compression end pressure (in-cylinder pressure near the compression top dead center) mainly decreases, and pre-ignition is suppressed.

ここで、吸気弁11の閉時期をリタードさせて有効圧縮比を低下させる上記のような制御には、ある程度の応答遅れが伴う。すなわち、有効圧縮比を低下させるには、VVT15(可変バルブタイミング機構)を用いた機械的な動作により徐々に吸気弁11の動作タイミングを変更し、その閉時期を、上記有効圧縮比の低下量に応じた所定の目標時期までリタードさせる必要がある。このため、吸気弁11の閉時期を目標時期までリタードさせて有効圧縮比を所望の量だけ低下させるのには、ある程度の時間が必要になる。   Here, the control as described above that retards the closing timing of the intake valve 11 to lower the effective compression ratio is accompanied by a certain response delay. That is, in order to reduce the effective compression ratio, the operation timing of the intake valve 11 is gradually changed by mechanical operation using the VVT 15 (variable valve timing mechanism), and the closing timing is set as the amount of decrease in the effective compression ratio. It is necessary to retard until a predetermined target time according to the situation. For this reason, a certain amount of time is required to retard the closing timing of the intake valve 11 to the target timing and reduce the effective compression ratio by a desired amount.

そこで、続くステップS12では、上記有効圧縮比の低下制御(吸気弁の11の閉時期のリタード)が完了するまでの間におけるプリイグニッションの抑制効果を担保すべく、筒内の空燃比を一時的にリッチに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、筒内の混合気の空燃比が、現在の空燃比よりもリッチでかつ理論空燃比よりもリッチな値に設定される。空燃比が理論空燃比よりもリッチになると、燃料の気化潜熱によって筒内温度が低下するため、燃料の受熱量が減少し、プリイグニッションの発生が抑制される。なお、空燃比をリッチ化するには、インジェクタ18の開弁期間(燃料の噴射時間)を長くするだけでよいため、特に応答遅れもなく瞬時に対応することができる。   Therefore, in the subsequent step S12, the in-cylinder air-fuel ratio is temporarily set in order to ensure the effect of suppressing the pre-ignition until the effective compression ratio lowering control (retarding when the intake valve 11 is closed) is completed. The control to make it rich is executed. Specifically, by increasing the fuel injection amount from the injector 18, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the cylinder is set to a value that is richer than the current air-fuel ratio and richer than the theoretical air-fuel ratio. The When the air-fuel ratio becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the in-cylinder temperature decreases due to the latent heat of vaporization of the fuel, so the amount of heat received by the fuel decreases and the occurrence of pre-ignition is suppressed. In order to enrich the air-fuel ratio, it is only necessary to lengthen the valve opening period (fuel injection time) of the injector 18, so that it is possible to respond instantaneously without any delay in response.

上記特定運転領域Rでは、プリイグニッションが起きていない通常時、筒内の空燃比が理論空燃比(14.7)程度に設定されている。このため、上記ステップS12での空燃比のリッチ化により、筒内の空気過剰率λ、つまり、燃焼室6に形成される混合気の空燃比(実空燃比)を理論空燃比で割った値は、1から1未満の所定値(λ<1)にまで低下することになる。例えば、上記ステップS12の制御により、空気過剰率λは、0.75程度(空燃比で約11)にまで下げられる。   In the specific operation region R, the air-fuel ratio in the cylinder is set to about the theoretical air-fuel ratio (14.7) at normal times when pre-ignition does not occur. Therefore, due to the enrichment of the air-fuel ratio in step S12, the excess air ratio λ in the cylinder, that is, the value obtained by dividing the air-fuel ratio (actual air-fuel ratio) of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber 6 by the stoichiometric air-fuel ratio. Decreases from 1 to a predetermined value less than 1 (λ <1). For example, the excess air ratio λ is reduced to about 0.75 (about 11 at the air-fuel ratio) by the control in step S12.

上記のようにして空燃比がリッチ化されると、その後は、吸気弁11の閉時期のリタードが完了したか否か、つまり、上記VVT15の作動によりリタードされた吸気弁11の閉時期が目標時期まで到達したか否かが判定される(ステップS13)。なお、ここでの判定は、実際にVVT15の動作角度を検出し、その角度に基づいて判定するものであってもよいし、予め実験等により求めておいた所要時間が経過したか否かをタイマー等を用いて判定するものであってもよい。   When the air-fuel ratio is enriched as described above, thereafter, whether or not the retard of the closing timing of the intake valve 11 is completed, that is, the closing timing of the intake valve 11 retarded by the operation of the VVT 15 is set as a target. It is determined whether or not the time has been reached (step S13). The determination here may be performed by actually detecting the operating angle of the VVT 15 and determining based on that angle, or whether or not the required time that has been obtained in advance through experiments or the like has elapsed. It may be determined using a timer or the like.

上記ステップS13の後は、そこでYESと判定される(IVCのリタードが完了する)のを待ってから、空燃比のリッチ化を解除する制御が実行される(ステップS14)。すなわち、インジェクタ18からの燃料噴射量が低減されることにより、筒内の空燃比が理論空燃比程度に戻される。これにより、空気過剰率λは、上記リッチ化後の値(例えば0.75程度)から、λ=1にまで増加することになる。   After the above step S13, after waiting for the determination of YES (IVC retarded to be completed), control for canceling the enrichment of the air-fuel ratio is executed (step S14). That is, by reducing the fuel injection amount from the injector 18, the air-fuel ratio in the cylinder is returned to the theoretical air-fuel ratio. As a result, the excess air ratio λ increases from the value after enrichment (for example, about 0.75) to λ = 1.

なお、当実施形態のような直噴式の多気筒ガソリンエンジンでは、インジェクタ18からの燃料噴射量を気筒別に制御することで、各気筒2の空燃比を、気筒2ごとに個別に設定することが可能である。このため、上記空燃比のリッチ化およびその解除(ステップS12,S14)は、気筒2ごとに独立して実施することも可能であるし、全気筒2を対象に実施することも可能である。なお、前者の場合は、ある気筒でプリイグニッションが検出されると、その気筒の空燃比のみをリッチ化することを意味し、後者の場合は、1つの気筒でプリイグニッションが検出されると、他の気筒でも同様に空燃比をリッチ化する(つまり他の気筒ではプリイグニッションの有無にかかわらず空燃比をリッチ化する)ことを意味する。   In the direct injection type multi-cylinder gasoline engine as in the present embodiment, the air-fuel ratio of each cylinder 2 can be individually set for each cylinder 2 by controlling the fuel injection amount from the injector 18 for each cylinder. Is possible. For this reason, the enrichment of the air-fuel ratio and the cancellation thereof (steps S12 and S14) can be performed independently for each cylinder 2, or can be performed for all cylinders 2. In the former case, if a pre-ignition is detected in a certain cylinder, it means that only the air-fuel ratio of that cylinder is enriched. In the latter case, if a pre-ignition is detected in one cylinder, This also means that the air-fuel ratio is enriched in other cylinders as well (that is, the air-fuel ratio is enriched in other cylinders regardless of the presence of pre-ignition).

例えば、吸気弁11の閉時期を目標時期までリタードさせるのに要する所要時間が、1燃焼サイクルよりも長く2燃焼サイクルよりも短いと仮定する。このようなケースで、気筒2ごとに独立して空燃比をリッチ化させた場合には、ある気筒でのプリイグニッションの発生をきっかけに、そのプリイグニッションが発生した気筒(以下、プリイグ発生気筒という)での次回の燃焼時に当該気筒の空燃比がリッチ化され、そのリッチ化が、上記プリイグ発生気筒での次々回の燃焼時には解除されることになる。一方、全気筒2を対象に空燃比をリッチ化させた場合には、ある気筒でのプリイグニッションの発生をきっかけに、そのプリイグ発生気筒よりも燃焼順序が遅い気筒から順番に空燃比のリッチ化が実施される。そして、少なくともプリイグ発生気筒の次回の燃焼までは各気筒のリッチ化が継続され、プリイグ発生気筒の次々回の燃焼までには上記リッチ化が解除される。このとき、リッチ化の順番が後の気筒ほど有効圧縮比が低下しているため、順番が進むにつれてリッチ化の幅を小さくするようにしてもよい。   For example, it is assumed that the time required for retarding the closing timing of the intake valve 11 to the target timing is longer than one combustion cycle and shorter than two combustion cycles. In such a case, when the air-fuel ratio is enriched independently for each cylinder 2, the cylinder in which the pre-ignition has occurred (hereinafter referred to as the pre-ignition generating cylinder) is triggered by the occurrence of the pre-ignition in a certain cylinder. ), The air-fuel ratio of the cylinder is enriched at the next combustion, and the enrichment is canceled at the next combustion in the pre-ignition cylinder. On the other hand, when the air-fuel ratio is enriched for all cylinders 2, the air-fuel ratio is enriched in order from the cylinder whose combustion order is slower than that of the pre-ignition cylinder, triggered by the occurrence of pre-ignition in a certain cylinder. Is implemented. The enrichment of each cylinder is continued at least until the next combustion of the pre-ignition generation cylinder, and the enrichment is released until the next combustion of the pre-ignition generation cylinder. At this time, since the effective compression ratio decreases as the cylinder in which the enrichment order is later, the enrichment width may be reduced as the order progresses.

上記ステップS14の制御(リッチ化の解除)が終了すると、その後は、プリイグ回避制御の実行/非実行を記録するためのフラグF(そのデフォルト値は0)に、当該制御が実行中であることを表す「1」が入力され(ステップS35)、図6のメインフローにリターンされる。   After completion of the control in step S14 (de-enrichment), after that, the control is being executed in the flag F (its default value is 0) for recording the execution / non-execution of the pre-ignition avoidance control. Is input (step S35), and the process returns to the main flow of FIG.

以上説明したようなステップS10〜S15の制御(プリイグ回避制御)は、プリイグニッションが回避されるまで(つまり図6のステップS5でNOと判定されるまで)繰り返し実行される。そして、このような制御の繰り返しにより、吸気弁11の閉時期が段階的にリタードされ、それに伴って有効圧縮比も段階的に低下していく。   The control (pre-ignition avoidance control) of steps S10 to S15 as described above is repeatedly executed until pre-ignition is avoided (that is, until NO is determined in step S5 of FIG. 6). By repeating such control, the closing timing of the intake valve 11 is retarded step by step, and the effective compression ratio is also lowered stepwise.

例えば、吸気弁11の閉時期の1回あたりのリタード幅が常に2°CAに設定されるものとすると、上記プリイグ回避制御が実行されることで、吸気弁11の閉時期は、現在の設定値に対しまず2°CAだけリタードされ、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2°CAだけリタードされる。そして、このような2°CA刻みのリタードが、吸気弁11の閉時期が上記最遅時期Txに達しない範囲で継続される(後述する図9のタイムチャート参照)。逆に、最遅時期Txに達する前にプリイグニッションが回避されれば、その時点でリタードは停止される。   For example, assuming that the retard width per one closing timing of the intake valve 11 is always set to 2 ° CA, the closing timing of the intake valve 11 is set to the current setting by executing the pre-ignition avoidance control. The value is first retarded by 2 ° CA, and if it still cannot avoid pre-ignition, it is further retarded by 2 ° CA. Such retard in increments of 2 ° CA is continued in a range in which the closing timing of the intake valve 11 does not reach the latest timing Tx (see the time chart of FIG. 9 described later). Conversely, if the pre-ignition is avoided before reaching the latest time Tx, the retard is stopped at that time.

すなわち、プリイグニッションの発生時において、吸気弁11の閉時期は、少なくとも1回はリタードされ、そこでプリイグニッションが回避されなければ、リタードが繰り返されることにより、初期状態からのリタード幅が段階的に増大されていく。また、吸気弁11の閉時期をリタードする際には、その都度、空燃比をリッチ化する制御が併せて実行され、上記リタード制御の応答遅れが毎回カバーされるようになっている。なお、上記のような吸気弁11の閉時期のリタードおよび空燃比のリッチ化は、上記吸気弁11の閉時期が最遅時期Txに達する前にプリイグニッションが回避されれば、その時点で停止される。   In other words, when pre-ignition occurs, the closing timing of the intake valve 11 is retarded at least once, and if pre-ignition is not avoided, the retard is repeated so that the retard width from the initial state is stepwise. It will be increased. Further, each time when the closing timing of the intake valve 11 is retarded, the control for enriching the air-fuel ratio is also executed, and the response delay of the retard control is covered every time. It should be noted that the retard at the closing timing of the intake valve 11 and the enrichment of the air-fuel ratio are stopped at that time if the pre-ignition is avoided before the closing timing of the intake valve 11 reaches the latest timing Tx. Is done.

上記ステップS11で吸気弁11の閉時期が最遅時期Txまでリタードされた後、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S10でNOと判定されるため、次のステップS16で、エンジンが異常であることを運転者等に報知する所定の警告が発せられる。すなわち、吸気弁11の閉時期を最遅時期Txまでリタードさせても(つまりエンジンの有効圧縮比を最大限に低下させても)、なおもプリイグニッションが継続するという状態は、例えばエンジンの冷却系の故障等によりエンジンが異常に高温になっていることが考えられるため、これ以上運転を継続することは困難である。そこで、このような事態が生じていることを運転者等に報知すべく、所定の警告を発する。なお、警告を発するとともに、エンジン出力を大幅に低下させる制御を実行してもよい。   If the pre-ignition continues after the closing timing of the intake valve 11 is retarded to the latest timing Tx in step S11, it is determined NO in step S10, so in the next step S16. A predetermined warning for notifying the driver or the like that the engine is abnormal is issued. That is, even if the closing timing of the intake valve 11 is retarded to the latest timing Tx (that is, the effective compression ratio of the engine is reduced to the maximum), the state where the pre-ignition continues still is, for example, engine cooling Since the engine is considered to be abnormally hot due to a system failure or the like, it is difficult to continue operation. Therefore, a predetermined warning is issued in order to notify the driver or the like that such a situation has occurred. In addition, while giving a warning, you may perform control which reduces engine output significantly.

図9は、上記プリイグ回避制御の実行時に、有効圧縮比の低下制御を複数回実行しなければプリイグニッションが回避されなかったと仮定した場合に、空気過剰率(λ)、吸気弁11の閉時期(IVC)、およびスロットル弁22の開度(スロットル開度)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、プリイグニッションが発生すると、吸気弁11の閉時期(IVC)が段階的に(例えば2°CAずつ)リタードされ、それに伴ってエンジンの有効圧縮比が所定量ずつ下げられる。また、各回のIVCのリタード(有効圧縮比の低下)と併せて、一時的に空燃比をリッチ化する制御が実行される。つまり、IVCが目標時期に到達するまでの過渡期(IVCが右上がりに傾斜している区間)に限り、空気過剰率λが1から1未満の所定値にまで下げられる。これにより、空燃比は、リッチ(λ<1)になったり理論空燃比程度(λ=1)になったりを繰り返すことになる。なお、上記空燃比のリッチ化は、筒内に導入される空気の量(吸入空気量Qa)はそのままに、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って行われる。このため、空燃比のリッチ化のためにスロットル開度が変更されることはなく、例えば図示のような一定の開度に維持される。   FIG. 9 shows the excess air ratio (λ) and the closing timing of the intake valve 11 when it is assumed that the pre-ignition is not avoided unless the effective compression ratio lowering control is executed a plurality of times when the pre-ignition avoidance control is executed. It is a time chart which shows how (IVC) and the opening degree (throttle opening degree) of the throttle valve 22 each change with time passage. As can be understood from this figure, when pre-ignition occurs, the closing timing (IVC) of the intake valve 11 is retarded stepwise (for example, by 2 ° CA), and the effective compression ratio of the engine is accordingly increased by a predetermined amount. Be lowered. Further, in conjunction with each IVC retard (decrease in the effective compression ratio), control for temporarily enriching the air-fuel ratio is executed. That is, the excess air ratio λ is reduced from 1 to a predetermined value less than 1 only in the transition period (IVC is inclined to the right) until the IVC reaches the target time. As a result, the air-fuel ratio repeatedly becomes rich (λ <1) or about the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1). The enrichment of the air-fuel ratio is performed by increasing the fuel injection amount from the injector 18 without changing the amount of air introduced into the cylinder (intake air amount Qa). For this reason, the throttle opening is not changed to enrich the air-fuel ratio, and is maintained at a constant opening as shown in the figure, for example.

最後に、上記プリイグ回避制御(図7、図9)が実行された結果、プリイグニッションが回避された場合の制御動作について説明する。この場合には、図6のステップS5でNOと判定されるため、次のステップS6でフラグFが「1」であるか否かが判定される。上記プリイグ回避制御が実行中のとき、フラグFはF=1であるため、上記ステップS6での判定はYESとなり、その結果、次のステップS8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。   Finally, the control operation when pre-ignition is avoided as a result of the execution of the pre-ignition avoidance control (FIGS. 7 and 9) will be described. In this case, since it is determined as NO in step S5 of FIG. 6, it is determined whether or not the flag F is “1” in the next step S6. When the pre-ignition avoidance control is being executed, since the flag F is F = 1, the determination in step S6 is YES. As a result, in the next step S8, the pre-ignition avoidance control is canceled and normal operation is started. Return control for returning is executed.

上記復帰制御では、図9に示したプリイグ回避制御のときとは逆に、吸気弁11の閉時期(IVC)を段階的にアドバンス(進角)させることにより、有効圧縮比を所定量ずつ上昇させる制御が実行される。そして、IVCがアドバンスされる度に、プリイグニッションの発生の有無が確認され、プリイグニッションが発生していなければ、さらにIVCがアドバンスされる。そして、このような段階的なIVCのアドバンスが、吸気弁11の閉時期が通常時期(吸気の吹き返しが起きないような時期)に達して有効圧縮比が幾何学的圧縮比と略一致するまで継続される。なお、このような復帰制御のときの空燃比は、理論空燃比もしくはその近傍値に維持される。   In the return control, contrary to the pre-ignition avoidance control shown in FIG. 9, the effective compression ratio is increased by a predetermined amount by advancing the advance timing of the intake valve 11 closing timing (IVC). Control is executed. Each time the IVC is advanced, the presence / absence of pre-ignition is confirmed. If no pre-ignition has occurred, the IVC is further advanced. Then, such a stepwise IVC advance is made until the closing timing of the intake valve 11 reaches the normal timing (a timing at which the intake air does not blow back) and the effective compression ratio substantially matches the geometric compression ratio. Will continue. Note that the air-fuel ratio at the time of such return control is maintained at the theoretical air-fuel ratio or a value close thereto.

(4)作用効果等
以上説明したように、当実施形態の火花点火式エンジンでは、イオン電流センサ34(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、吸気弁11の閉時期をリタードさせて有効圧縮比を所定量低下させる制御が少なくとも1回実行されるとともに、その制御が完了するまでの過渡期に、筒内の空燃比を一時的にリッチにする制御が実行される。このような構成によれば、有効圧縮比を低下させる制御の応答遅れにかかわらず、プリイグニッションを迅速かつ効果的に抑制できるという利点がある。
(4) Effects and the like As described above, in the spark ignition type engine of the present embodiment, when the pre-ignition is detected based on the detection value of the ion current sensor 34 (detection means), the closing timing of the intake valve 11 Is executed at least once to reduce the effective compression ratio by a predetermined amount, and control is performed to temporarily enrich the in-cylinder air-fuel ratio in a transition period until the control is completed. . According to such a configuration, there is an advantage that the pre-ignition can be quickly and effectively suppressed regardless of the control response delay for reducing the effective compression ratio.

すなわち、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の対策として有効圧縮比を低下させながら、その制御が完了するまでの過渡期に、筒内の空燃比を一時的にリッチにすることにより、有効圧縮比を低下させ始めてから実際に有効圧縮比を所定量低下させるまでの間に応答遅れによる時間が必要であったとしても、その応答遅れの期間中は、空燃比のリッチ化による冷却効果(必要以上の燃料の気化潜熱が筒内温度を低下させる効果)が働くため、上記のような制御の応答遅れにかかわらず、プリイグニッションの抑制を迅速に図ることができる。そして、有効圧縮比が実際に所定量低下し、それに伴って圧縮端圧力(圧縮上死点付近での圧力)が下がれば、その状態で空燃比のリッチ化を解除することにより、プリイグニッションの抑制効果を担保しながら、必要以上の時間に亘って空燃比がリッチ化されることを回避して、燃費およびエミッション性の悪化を最小限に抑えることができる。   That is, in the above embodiment, as a countermeasure when a pre-ignition is detected, while reducing the effective compression ratio, the air-fuel ratio in the cylinder is temporarily made rich during the transition period until the control is completed. Even if the response delay time is required from when the effective compression ratio starts to decrease until the effective compression ratio is actually decreased by a predetermined amount, the cooling due to the enrichment of the air-fuel ratio is required during the response delay period. Since an effect (an effect of lowering the in-cylinder temperature due to the excessive latent heat of vaporization of the fuel) works, the pre-ignition can be quickly suppressed regardless of the control response delay as described above. If the effective compression ratio actually decreases by a predetermined amount, and the compression end pressure (pressure near the compression top dead center) decreases accordingly, the richness of the air-fuel ratio is canceled in that state, thereby pre-ignition. While ensuring the suppression effect, it is possible to prevent the air-fuel ratio from being enriched over a longer time than necessary, and to minimize deterioration in fuel consumption and emission.

より具体的に、上記実施形態では、有効圧縮比を低下させる制御が完了するまでの過渡期に、空気過剰率λを1から1未満の所定値(例えば0.75程度)へと変化させ、有効圧縮比の低下が完了したら空気過剰率λを1に復帰させるようにした。このような構成によれば、有効圧縮比が低下するまでの過渡期に、λ<1にまでリッチにした環境下で筒内温度を適正に低下させられるとともに、有効圧縮比の低下が完了したら直ちにλ=1に復帰させることにより、リッチ状態での燃焼をできるだけ短期間で終了させることができる。   More specifically, in the above embodiment, the excess air ratio λ is changed from 1 to a predetermined value less than 1 (for example, about 0.75) during the transition period until the control for reducing the effective compression ratio is completed, When the reduction of the effective compression ratio is completed, the excess air ratio λ is returned to 1. According to such a configuration, in the transition period until the effective compression ratio decreases, the in-cylinder temperature can be appropriately decreased in an environment that is rich to λ <1, and when the decrease in the effective compression ratio is completed. By immediately returning to λ = 1, combustion in the rich state can be completed in as short a time as possible.

また、上記実施形態では、図9等に示したように、有効圧縮比を所定量低下させた後、なおもプリイグニッションが検出された場合に、有効圧縮比をさらに低下させる制御(吸気弁11の閉時期をさらにリタードさせる制御)を実行するとともに、その制御が完了するまでの過渡期に、再び筒内の空燃比を一時的にリッチにする制御を実行するようにした。このような構成によれば、有効圧縮比を1回低下させただけではプリイグニッションが回避されなかったとしても、その後に有効圧縮比の低下量が段階的に増大されることにより、プリイグニッションを確実に回避することができる。また、このようにプリイグニッションの有無を確認しながら段階的に有効圧縮比を低下させることにより、有効圧縮比の低下量がプリイグニッションを回避し得る適正な量に設定されるため、プリイグニッションの程度にかかわらずエンジン出力が急減するといったことがなく、ドライバビリティの悪化を最小限に抑えることができる。しかも、有効圧縮比を低下させるたびに空燃比が一時的にリッチにされるため、有効圧縮比を低下させる制御の応答遅れを毎回確実にカバーすることができる。   Further, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 9 and the like, after the effective compression ratio is decreased by a predetermined amount, when the pre-ignition is still detected, the effective compression ratio is further decreased (the intake valve 11). Control for further retarding the closing timing of the cylinder), and in the transition period until the control is completed, control for temporarily enriching the air-fuel ratio in the cylinder again is executed. According to such a configuration, even if the pre-ignition is not avoided only by reducing the effective compression ratio once, the amount of decrease in the effective compression ratio is increased stepwise thereafter, so that the pre-ignition is performed. It can be avoided reliably. In addition, by reducing the effective compression ratio step by step while confirming the presence or absence of pre-ignition in this way, the amount of decrease in the effective compression ratio is set to an appropriate amount that can avoid pre-ignition. There is no sudden decrease in engine output regardless of the degree, and drivability deterioration can be minimized. Moreover, since the air-fuel ratio is temporarily made rich every time the effective compression ratio is lowered, it is possible to reliably cover the response delay of the control that lowers the effective compression ratio every time.

また、上記実施形態では、エンジンの有効圧縮比を低下させるための機構(可変機構)として、吸気弁11の動作タイミングを可変的に設定するVVT15(可変バルブタイミング機構)を用いるようにした。そして、有効圧縮比を低下させる際には、その低下量に応じた所定の目標時期まで吸気弁11の閉時期を変更し、目標時期に到達するまでの過渡期に、上記空燃比のリッチ化を実行するようにした。このような構成によれば、例えばピストン5のストローク量を変更してエンジンの幾何学的圧縮比そのものを低下させる場合と異なり、より簡単な構成で有効圧縮比を低下させることができる。また、吸気弁11の閉時期が目標時期に到達するまでの応答遅れの間に空燃比をリッチ化することで、実際に有効圧縮比が低下するまでの間、空燃比のリッチ化を適正に継続させてプリイグニッションを抑制することができる。   In the above-described embodiment, the VVT 15 (variable valve timing mechanism) that variably sets the operation timing of the intake valve 11 is used as a mechanism (variable mechanism) for reducing the effective compression ratio of the engine. When the effective compression ratio is reduced, the closing timing of the intake valve 11 is changed to a predetermined target time corresponding to the reduction amount, and the air-fuel ratio is enriched in a transition period until the target time is reached. Was made to run. According to such a configuration, the effective compression ratio can be reduced with a simpler configuration, unlike, for example, when the stroke amount of the piston 5 is changed to reduce the geometric compression ratio of the engine itself. Further, by enriching the air-fuel ratio during the response delay until the closing timing of the intake valve 11 reaches the target timing, the air-fuel ratio is appropriately enriched until the effective compression ratio actually decreases. This can be continued to suppress pre-ignition.

また、上記実施形態では、エンジン温間時における低回転かつ高負荷域に設定された特定運転領域Rで、上記イオン電流センサ34を用いてプリイグニッションを検出し、検出された場合に上記有効圧縮比の低下および空燃比のリッチ化を実行するようにした。このような構成によれば、筒内が高温・高圧化し易く、しかもそのような環境下に燃料が晒される実時間(受熱期間)が長くなる運転条件、つまり最もプリイグニッションが起き易い運転条件のときに、適正にプリイグニッションの有無を監視し、その抑制を図ることができる。   In the above embodiment, the pre-ignition is detected using the ion current sensor 34 in the specific operation region R set in the low rotation and high load region when the engine is warm, and the effective compression is detected when the pre-ignition is detected. Ratio reduction and air-fuel ratio enrichment are executed. According to such a configuration, the operating conditions in which the inside of the cylinder is likely to be high temperature and pressure and the actual time (heat receiving period) during which the fuel is exposed to such an environment are long, that is, the operating conditions where pre-ignition is most likely to occur. Sometimes, the presence or absence of pre-ignition can be properly monitored and suppressed.

また、上記実施形態では、上記特定運転領域Rでの運転時に、インジェクタ18から噴射すべき燃料の一部を圧縮行程の中期以降に噴射する制御(分割噴射)を実行するようにした。このような構成によれば、圧縮行程の中期以降に噴射される燃料の気化潜熱により筒内が効果的に冷却されるため、プリイグニッションが最も起き易い運転条件のときにこれを未然に抑制することができる。   Moreover, in the said embodiment, the control (split injection) which injects a part of fuel which should be injected from the injector 18 after the middle stage of a compression stroke at the time of the driving | operation in the said specific operation area | region R was performed. According to such a configuration, the inside of the cylinder is effectively cooled by the latent heat of vaporization of the fuel injected after the middle stage of the compression stroke, so that this is suppressed in advance under operating conditions where pre-ignition is most likely to occur. be able to.

また、上記実施形態では、上記特定運転領域Rでの運転時に、点火プラグ16による火花点火のタイミングを圧縮上死点よりも遅れたタイミングに設定したため、プリイグニッションだけでなくノッキングの発生をも効果的に抑制することができる。すなわち、プリイグニッションが起き易い上記特定運転領域Rでは、当然にノッキングも起き易いが、上記のように火花点火のタイミングを遅らせて、圧縮上死点のさらに遅角側で燃焼を開始させるようにすれば、その後の燃焼過程で未燃混合気(エンドガス)の自着火が起き難くなり、ノッキングが抑制される。   Further, in the above embodiment, the spark ignition timing by the spark plug 16 is set to a timing delayed from the compression top dead center during the operation in the specific operation region R, so that not only pre-ignition but also the occurrence of knocking is effective. Can be suppressed. That is, in the specific operation region R in which pre-ignition is likely to occur, it is natural that knocking is likely to occur, but the timing of spark ignition is delayed as described above, and combustion is started on the further retarded side of the compression top dead center. Then, it becomes difficult for the unburned mixture (end gas) to self-ignite in the subsequent combustion process, and knocking is suppressed.

なお、上記実施形態では、低回転かつ高負荷の特定運転領域Rのときに、インジェクタ18から噴射すべき燃料の一部を圧縮行程の中期以降に噴射するようにしたが、例えば特定運転領域Rの中でも特にプリイグニッションが起き易い領域では、全部の燃料を圧縮行程の中期以降に噴射するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, a part of the fuel to be injected from the injector 18 is injected after the middle stage of the compression stroke in the low rotation and high load specific operation region R. For example, the specific operation region R In particular, in a region where pre-ignition easily occurs, all the fuel may be injected after the middle stage of the compression stroke.

また、上記実施形態では、プリイグ回避制御で有効圧縮比を低下させる際には、吸気下死点よりも遅角側でかつ吸気の吹き返しが起きないような時期(例えば吸気下死点の通過後30°CA前後)に設定されている通常時の吸気弁11の閉時期を、さらに遅角側に変更する(つまり吸気の吹き返しを起こさせる)ことにより、有効圧縮比を低下させるようにしたが、有効圧縮比を低下させるための方法はこれに限らず、例えば、吸気弁11の閉時期を吸気下死点より進角側まで早めることにより、有効圧縮比を低下させるようにしてもよい。ただし、このようにした場合には、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、制御の応答性がさらに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等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。   Further, in the above embodiment, when the effective compression ratio is reduced by the pre-ignition avoidance control, the timing is on the retard side of the intake bottom dead center and the intake air does not blow back (for example, after passing through the intake bottom dead center). The effective compression ratio is lowered by changing the closing timing of the intake valve 11 at the normal time set to about 30 ° CA to the retard side (that is, causing the intake air to blow back). The method for reducing the effective compression ratio is not limited to this. For example, the effective compression ratio may be lowered by advancing the closing timing of the intake valve 11 from the intake bottom dead center to the advance side. However, in this case, there is a problem that the operation timing of the intake valve 11 needs to be significantly changed, the control amount of the VVT 15 is increased, and the control responsiveness is further deteriorated. In order to avoid this, it is conceivable to set the closing timing of the intake valve 11 in the normal time to a timing that substantially coincides with the intake bottom dead center, but in this way, the intake inertia is fully utilized. It is not possible to reduce the 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(プリイグニッションが発生していないとき)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リタード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 embodiment, the closing timing of the intake valve 11 at normal time (when pre-ignition has not occurred) is set to the retard side from the intake bottom dead center, and effective compression is performed. When the ratio is lowered, the closing timing of the intake valve 11 is retarded with respect to the normal time, and the effective compression ratio is efficiently lowered when necessary while sufficiently securing the normal engine output. This is advantageous in that it can.

また、上記実施形態では、プリイグニッションを検出するための検出手段として、点火プラグ16の電極間にバイアス電圧を印加することによって火炎発生時のイオン電流を検出するプラグ内蔵型のイオン電流センサ34を用いたが、点火プラグ16とは別体に設けられたイオン電流センサを、上記検出手段として用いてもよい。   In the above-described embodiment, the plug built-in type ion current sensor 34 that detects the ion current when the flame is generated by applying a bias voltage between the electrodes of the spark plug 16 is used as a detection means for detecting the pre-ignition. Although used, an ion current sensor provided separately from the spark plug 16 may be used as the detection means.

また、上記実施形態では、イオン電流センサ34による火炎の検出タイミングに基づいてプリイグニッションを検出するようにしたが、例えば、ノッキングを検出するときなどに用いられる振動センサ(ノックセンサ)をエンジン本体1に設け、この検出値に基づいてプリイグニッションを検出するようにしてもよい。   In the above embodiment, the pre-ignition is detected based on the flame detection timing by the ion current sensor 34. For example, a vibration sensor (knock sensor) used when detecting knocking is used as the engine body 1. The pre-ignition may be detected based on the detected value.

もちろん、単に振動センサによる振動レベルだけを調べても、ノッキング(火花点火後に火炎が伝播する過程でエンドガスが自着火する現象)であるのか、プリイグニッション(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)であるのかを区別することはできないため、正確にプリイグニッションを検出することは不可能である。このため、振動センサを用いてプリイグニッションを検出するには、例えば点火時期を意図的に変化させて、それに伴う振動センサの検出値の変化を調べるようにするとよい。これにより、ノッキングとプリイグニッションとを正確に区別して検出することが可能になる。   Of course, even if only the vibration level by the vibration sensor is examined, it may be knocking (a phenomenon in which the end gas self-ignites in the process of propagation of the flame after spark ignition) or pre-ignition (before the normal combustion start timing by spark ignition). Therefore, it is impossible to accurately detect the pre-ignition. For this reason, in order to detect the pre-ignition using the vibration sensor, for example, the ignition timing is intentionally changed, and the change in the detection value of the vibration sensor accompanying the change is examined. Thereby, it becomes possible to accurately distinguish and detect knocking and pre-ignition.

例えば、点火時期が圧縮上死点よりも遅角側に設定される上記特定運転領域Rで、仮にノッキングが起きたとする。すると、振動センサによって大きな振動レベルが検出されるが、このとき、点火時期を上記タイミングに対しリタードさせた場合には、それによってノッキングが抑制されるため、点火時期のリタードに伴って振動レベルは低下することになる。これに対し、プリイグニッションが起きている場合には、点火時期と関係なく自着火が起きるため、点火時期をリタードさせてもプリイグニッションは抑制されず、振動レベルが低下することはない。そこで、このような性質を利用して、点火時期のリタードに伴う振動レベルの変化を調べるようにすれば、振動センサを用いてプリイグニッションを検出することができる。   For example, it is assumed that knocking has occurred in the specific operation region R in which the ignition timing is set to the retard side with respect to the compression top dead center. Then, a large vibration level is detected by the vibration sensor, but at this time, if the ignition timing is retarded with respect to the above timing, knocking is suppressed thereby, so that the vibration level is increased along with the ignition timing retard. Will be reduced. On the other hand, when pre-ignition occurs, self-ignition occurs regardless of the ignition timing. Therefore, even if the ignition timing is retarded, the pre-ignition is not suppressed and the vibration level does not decrease. Therefore, if the change in the vibration level accompanying the retard of the ignition timing is examined using such a property, the pre-ignition can be detected using the vibration sensor.

11 吸気弁
15 VVT(可変バルブタイミング機構)
18 インジェクタ
34 イオン電流センサ(検出手段)
R 特定運転領域
11 Intake valve 15 VVT (Variable valve timing mechanism)
18 Injector 34 Ion current sensor (detection means)
R Specific operation area

Claims (14)

火花点火をきっかけにした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、有効圧縮比を可変的に設定する可変機構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、
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、上記可変機構を用いて有効圧縮比を所定量低下させるステップと、
上記有効圧縮比の低下が完了するまでの過渡期に、上記インジェクタから噴射された燃料に基づく筒内の空燃比を一時的にリッチにするステップとを含むことを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
Detection means for detecting pre-ignition, a phenomenon in which the air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing triggered by spark ignition, an injector that directly injects fuel into the cylinder, and an effective compression ratio A method of controlling a spark ignition engine having a variable mechanism that is variably set,
A step of reducing the effective compression ratio by a predetermined amount using the variable mechanism when pre-ignition is detected based on the detection value of the detection means;
A step of temporarily enriching the in-cylinder air-fuel ratio based on the fuel injected from the injector in a transition period until the reduction of the effective compression ratio is completed. Control 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、
上記可変機構を用いて有効圧縮比を所定量低下させた後、なおもプリイグニッションが検出された場合には、上記有効圧縮比をさらに低下させるとともに、その有効圧縮比の低下が完了するまでの過渡期に、再び筒内の空燃比を一時的にリッチに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,
After the effective compression ratio is reduced by a predetermined amount using the variable mechanism, if the pre-ignition is still detected, the effective compression ratio is further reduced and the reduction of the effective compression ratio is completed. A control method for a spark ignition engine characterized by temporarily making the air-fuel ratio in the cylinder temporarily rich again during a transition period.
請求項1または2記載の火花点火式エンジンの制御方法において、
上記有効圧縮比を可変的に設定する可変機構として、吸気弁の動作タイミングを可変的に設定する可変バルブタイミング機構を用い、
上記有効圧縮比を低下させるステップとして、上記可変バルブタイミング機構により吸気弁の閉時期を上記有効圧縮比の低下量に応じた所定の目標時期まで変更し、
上記空燃比をリッチ化するステップを、上記吸気弁の閉時期が上記目標時期に到達するまでの過渡期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 claim 1 or 2,
As a variable mechanism that variably sets the effective compression ratio, a variable valve timing mechanism that variably sets the operation timing of the intake valve is used.
As a step of reducing the effective compression ratio, the variable valve timing mechanism changes the closing timing of the intake valve to a predetermined target time according to the amount of decrease in the effective compression ratio,
A method for controlling a spark ignition engine, wherein the step of enriching the air-fuel ratio is executed in a transition period until the closing timing of the intake valve reaches the target timing.
請求項1〜3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、
少なくともエンジン温間時における低回転かつ高負荷域に設定された特定運転領域で、上記検出手段を用いてプリイグニッションを検出し、検出された場合に上記有効圧縮比の低下および空燃比のリッチ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 any one of claims 1 to 3,
Pre-ignition is detected using the detection means at least in a specific operation range set to a low rotation and high load range when the engine is warm, and if detected, the effective compression ratio is reduced and the air-fuel ratio is enriched. A method for controlling a spark ignition engine, characterized in that
請求項4記載の火花点火式エンジンの制御方法において、
上記特定運転領域では、上記インジェクタから噴射すべき燃料の少なくとも一部を圧縮行程の中期以降に噴射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 4,
In the specific operation region, at least a part of the fuel to be injected from the injector is injected after the middle stage of the compression stroke.
請求項4または5記載の火花点火式エンジンの制御方法において、
上記特定運転領域では、火花点火のタイミングを圧縮上死点よりも遅れたタイミングに設定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 4 or 5,
In the specific operation region, the spark ignition engine control method is characterized in that the spark ignition timing is set to a timing delayed from the compression top dead center.
請求項1〜6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、
上記プリイグニッションの検出時に有効圧縮比の低下が完了するまでの過渡期には、空気過剰率λを1から1未満の所定値へと変化させ、有効圧縮比の低下が完了したら直ちにλを1に復帰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 1 to 6,
In the transition period until the reduction of the effective compression ratio is completed when the pre-ignition is detected, the excess air ratio λ is changed from 1 to a predetermined value less than 1, and immediately after the reduction of the effective compression ratio is completed, λ is set to 1. A control method for a spark ignition engine characterized by returning to
火花点火をきっかけにした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、有効圧縮比を可変的に設定する可変機構とを備えた火花点火式エンジンであって、
上記インジェクタおよび可変機構の動作を制御する制御手段を備え、
上記制御手段は、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、上記可変機構を作動させて有効圧縮比を所定量低下させる制御を実行するとともに、その制御が完了するまでの過渡期に、上記インジェクタから噴射された燃料に基づく筒内の空燃比を一時的にリッチにす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。
Detection means for detecting pre-ignition, a phenomenon in which the air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing triggered by spark ignition, an injector that directly injects fuel into the cylinder, and an effective compression ratio A spark ignition engine having a variable mechanism that is variably set;
Control means for controlling the operation of the injector and the variable mechanism,
When the pre-ignition is detected based on the detection value of the detection means, the control means performs control for operating the variable mechanism to reduce the effective compression ratio by a predetermined amount, and until the control is completed. A spark ignition engine characterized by executing control for temporarily enriching an in-cylinder air-fuel ratio based on fuel injected from the injector during a transition period.
請求項8記載の火花点火式エンジンにおいて、
上記制御手段は、上記可変機構を作動させて有効圧縮比を所定量低下させた後、なおもプリイグニッションが検出された場合には、上記有効圧縮比をさらに低下させる制御を実行するとともに、その制御が完了するまでの過渡期に、再び筒内の空燃比を一時的にリッチにす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。
The spark ignition engine according to claim 8,
When the pre-ignition is still detected after operating the variable mechanism to reduce the effective compression ratio by a predetermined amount, the control means performs control to further reduce the effective compression ratio, and A spark ignition type engine characterized by executing control for temporarily making the in-cylinder air-fuel ratio rich again during a transition period until the control is completed.
請求項8または9記載の火花点火式エンジンにおいて、
上記有効圧縮比を可変的に設定する可変機構は、吸気弁の動作タイミングを可変的に設定する可変バルブタイミング機構であり、
上記制御手段は、
上記有効圧縮比を低下させる制御として、上記可変バルブタイミング機構により吸気弁の閉時期を上記有効圧縮比の低下量に応じた所定の目標時期まで変更する制御を実行し、
上記空燃比をリッチ化する制御を、上記吸気弁の閉時期が上記目標時期に到達するまでの過渡期に実行することを特徴とする火花点火式エンジン。
The spark ignition engine according to claim 8 or 9,
The variable mechanism that variably sets the effective compression ratio is a variable valve timing mechanism that variably sets the operation timing of the intake valve,
The control means includes
As control for lowering the effective compression ratio, control is performed to change the closing timing of the intake valve to a predetermined target time corresponding to the amount of decrease in the effective compression ratio by the variable valve timing mechanism,
A spark ignition engine characterized in that the control for enriching the air-fuel ratio is executed in a transition period until the closing timing of the intake valve reaches the target timing.
請求項8〜10のいずれか1項に記載の火花点火式エンジンにおいて、
上記制御手段は、少なくともエンジン温間時における低回転かつ高負荷域に設定された特定運転領域で、上記検出手段を用いてプリイグニッションを検出し、検出された場合に上記有効圧縮比の低下および空燃比のリッチ化を実行することを特徴とする火花点火式エンジン。
The spark ignition engine according to any one of claims 8 to 10,
The control means detects the pre-ignition using the detection means in the specific operation region set at a low rotation and high load region at least when the engine is warm, and when detected, the effective compression ratio is reduced and A spark ignition engine characterized in that air-fuel ratio enrichment is executed.
請求項11記載の火花点火式エンジンにおいて、
上記制御手段は、上記特定運転領域での運転時に、上記インジェクタから噴射すべき燃料の少なくとも一部を圧縮行程の中期以降に噴射することを特徴とする火花点火式エンジン。
The spark ignition engine according to claim 11,
The spark ignition engine characterized in that the control means injects at least a part of the fuel to be injected from the injector after the middle stage of the compression stroke during operation in the specific operation region.
請求項11または12記載の火花点火式エンジンにおいて、
上記制御手段は、上記特定運転領域での運転時に、火花点火のタイミングを圧縮上死点よりも遅れたタイミングに設定することを特徴とする火花点火式エンジン。
The spark ignition engine according to claim 11 or 12,
The spark ignition engine characterized in that the control means sets the timing of spark ignition to a timing delayed from the compression top dead center during operation in the specific operation region.
請求項8〜13のいずれか1項に記載の火花点火式エンジンにおいて、
上記制御手段は、上記プリイグニッションの検出時に有効圧縮比の低下が完了するまでの過渡期に、空気過剰率λを1から1未満の所定値へと変化させ、有効圧縮比の低下が完了したら直ちにλを1に復帰させることを特徴とする火花点火式エンジン。
The spark ignition engine according to any one of claims 8 to 13,
The control means changes the excess air ratio λ from 1 to a predetermined value less than 1 in a transition period until the decrease in the effective compression ratio is completed upon detection of the pre-ignition, and when the decrease in the effective compression ratio is completed. A spark ignition engine characterized by immediately returning λ to 1.
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