JP2012225251A - Method of controlling spark-ignition engine, and spark-ignition engine - Google Patents
Method of controlling spark-ignition engine, and spark-ignition engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012225251A JP2012225251A JP2011093351A JP2011093351A JP2012225251A JP 2012225251 A JP2012225251 A JP 2012225251A JP 2011093351 A JP2011093351 A JP 2011093351A JP 2011093351 A JP2011093351 A JP 2011093351A JP 2012225251 A JP2012225251 A JP 2012225251A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ignition
- engine
- control
- cylinder
- amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
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
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
しかしながら、上記のような有効圧縮比を低下させる制御は、プリイグニッションの原因の如何によっては、これを回避するための有効な対策とならない場合がある。 However, the control for reducing the effective compression ratio as described above may not be an effective measure for avoiding this depending on the cause of the pre-ignition.
例えば、プリイグニッションの種類の中には、高温化した排気弁の傘部や点火プラグの電極等が熱源となって起きるものがある。このような熱源を原因とするプリイグニッションについては、たとえ有効圧縮比を下げて圧縮端圧力(圧縮上死点での筒内圧力)を低下させたとしても、依然として上記熱源が着火源となって混合気が早期に自着火するため、プリイグニッションを有効に回避することは難しくなる。 For example, some types of pre-ignition are caused by a heated heat source such as an exhaust valve umbrella or a spark plug electrode. For pre-ignition caused by such a heat source, even if the effective compression ratio is lowered and the compression end pressure (in-cylinder pressure at the compression top dead center) is lowered, the heat source is still the ignition source. Therefore, since the air-fuel mixture self-ignites early, it is difficult to effectively avoid the pre-ignition.
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、プリイグニッションの性質に応じた有効な対策を選択的に講じることにより、適正かつ確実にプリイグニッションを抑制することが可能な火花点火式エンジンおよびその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and by selectively taking effective measures according to the nature of the pre-ignition, a spark capable of suppressing pre-ignition appropriately and reliably. An object of the present invention is to provide an ignition engine and a control method thereof.
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、かつエンジン回転速度が所定値未満であることが確認された場合に、上記可変機構を用いて有効圧縮比を低下させる制御を含む第1プリイグ回避制御を実行するステップと、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、かつエンジン回転速度が所定値以上であることが確認された場合に、上記インジェクタからの燃料噴射の態様を変更することにより筒内の燃焼熱量を低下させる制御を含む第2プリイグ回避制御を実行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. And, when it is confirmed that the engine speed is less than a predetermined value, executing the first pre-ignition avoidance control including control for reducing the effective compression ratio using the variable mechanism, and detection by the detection means When the pre-ignition is detected based on the value and it is confirmed that the engine speed is equal to or higher than the predetermined value, the fuel injection from the injector is It is characterized in that comprises the step of performing a second pre-ignition avoidance control including a control to reduce the heat of combustion in the cylinder by changing the like (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、かつエンジン回転速度が所定値未満であることが確認された場合に、上記可変機構を作動させて有効圧縮比を低下させる制御を含む第1プリイグ回避制御を実行する一方、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、かつエンジン回転速度が所定値以上であることが確認された場合に、上記インジェクタからの燃料噴射の態様を変更することにより筒内の燃焼熱量を低下させる制御を含む第2プリイグ回避制御を実行することを特徴とするものである(請求項6)。 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 the pre-ignition is detected based on the value, and it is confirmed that the engine rotational speed is less than the predetermined value, the first pre-ignition avoidance control including the control for lowering the effective compression ratio by operating the variable mechanism is executed. On the other hand, when pre-ignition is detected based on the detection value of the detection means and it is confirmed that the engine speed is equal to or higher than a predetermined value, It is characterized in performing a second pre-ignition avoidance control including a control to reduce the heat of combustion in the cylinder by changing the mode of fuel injection from the serial injector (claim 6).
本発明によれば、回転速度が比較的低いときにプリイグニッションが検出された場合に、有効圧縮比を低下させる制御(第1プリイグ回避制御)が実行され、主に圧縮端圧力(圧縮上死点付近での筒内圧力)の低下が図られることにより、混合気が自着火し難い環境がつくり出されるため、プリイグニッションの発生を効果的に抑制することができる。 According to the present invention, when pre-ignition is detected when the rotational speed is relatively low, control (first pre-ignition avoidance control) for reducing the effective compression ratio is executed, and mainly the compression end pressure (compression top dead). By reducing the in-cylinder pressure in the vicinity of the point, an environment in which the air-fuel mixture is difficult to ignite is created, so that the occurrence of pre-ignition can be effectively suppressed.
一方、回転速度が比較的高いときのプリイグニッション、つまり、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)が短く本来は自着火しにくい条件下で起きるプリイグニッションは、高温化した排気弁や点火プラグ等が熱源となって起きるものと考えられるため、仮に有効圧縮比を下げて圧縮端圧力を低下させても、上記熱源の温度にあまり影響せず、十分なプリイグニッションの抑制につながらない。そこで、このような性質のプリイグニッションの発生時には、有効圧縮比を低下させるのではなく、筒内の燃焼熱量そのものを低下させる制御(第2プリイグ回避制御)を実行するようにした。これにより、筒内温度が確実に低下し、プリイグニッションの原因となる熱源が冷却されるため、プリイグニッションを効果的に抑制することができる。 On the other hand, pre-ignition when the rotational speed is relatively high, that is, pre-ignition that occurs under conditions where the heat receiving period of fuel (actual time during which the fuel is exposed to high temperature and high pressure environment) is short and is not likely to self-ignite is high. It is considered that the exhaust valve or spark plug that has become a heat source will cause a heat source, so even if the effective compression ratio is lowered to lower the compression end pressure, the temperature of the heat source will not be affected much, and sufficient pre-ignition It does not lead to suppression. Therefore, when the pre-ignition having such a property is generated, control (second pre-ignition avoidance control) for reducing the amount of combustion heat in the cylinder itself is executed instead of reducing the effective compression ratio. As a result, the in-cylinder temperature is reliably reduced and the heat source that causes pre-ignition is cooled, so that pre-ignition 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、上記第1プリイグ回避制御では、有効圧縮比を所定量低下させ、それでもプリイグニッションが検出された場合に、有効圧縮比をさらに所定量低下させることにより、有効圧縮比を段階的に低下させ、上記第2プリイグ回避制御では、上記筒内の燃焼熱量を低下させる制御を1回限り実行し、それに伴うエンジントルクの低下割合を、上記第1プリイグ回避制御で有効圧縮比を1回低下させたときのエンジントルクの低下割合よりも大きい値に設定する(請求項2,7)。 In the spark ignition engine and the control method thereof according to the present invention, preferably, in the first pre-ignition avoidance control, the effective compression ratio is decreased by a predetermined amount, and when the pre-ignition is still detected, the effective compression ratio is further increased by a predetermined amount. By reducing the effective compression ratio stepwise, in the second pre-ignition avoidance control, the control for reducing the amount of combustion heat in the cylinder is executed only once, and the accompanying engine torque reduction rate is The engine compression ratio is set to a value larger than the rate of decrease in engine torque when the effective compression ratio is decreased once in the first pre-ignition avoidance control.
この態様によれば、エンジン低速側でプリイグニッションが発生したときの出力トルクの低下が最小限に抑えられる一方、エンジン高速側でプリイグニッションが発生したときのフェイルセーフ機能(異常時の安全対策)を的確に発揮させることができる。 According to this aspect, a decrease in output torque when pre-ignition occurs on the low engine speed side is minimized, while a fail-safe function when pre-ignition occurs on the high engine speed side (safety measures in case of abnormality) Can be demonstrated accurately.
具体的に、上記第2プリイグ回避制御では、筒内の燃焼熱量の低下に伴うエンジントルクの低下割合を50%以上に設定するとよい(請求項3,8)。 Specifically, in the second pre-ignition avoidance control, the reduction rate of the engine torque accompanying the reduction in the amount of combustion heat in the cylinder may be set to 50% or more.
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、上記第2プリイグ回避制御では、上記筒内の燃焼熱量の低下のために、上記インジェクタからの燃料噴射量を低減させる(請求項4,9)。 In the spark ignition engine and the control method thereof according to the present invention, preferably, in the second pre-ignition avoidance control, a fuel injection amount from the injector is reduced in order to reduce a combustion heat amount in the cylinder. 9).
この態様によれば、燃料噴射量を低減するだけの構成で、筒内の燃焼熱量を簡単かつ効果的に低下させることができる。 According to this aspect, the amount of combustion heat in the cylinder can be easily and effectively reduced with a configuration that only reduces the fuel injection amount.
上記構成において、より好ましくは、上記第2プリイグ回避制御では、上記燃料噴射量を低減させた後の筒内の空燃比が低減前よりもリッチになるように、筒内に導入される吸入空気量を低減させる(請求項5,10)。 In the above configuration, more preferably, in the second pre-ignition avoidance control, the intake air introduced into the cylinder so that the air-fuel ratio in the cylinder after reducing the fuel injection amount becomes richer than before the reduction. The amount is reduced (claims 5 and 10).
この態様によれば、空燃比のリッチ化によって燃料の気化潜熱による冷却効果が高められるため、筒内温度をより効果的に低下させることができ、プリイグニッションをより確実に回避することができる。 According to this aspect, since the cooling effect by the vaporization latent heat of the fuel is enhanced by the enrichment of the air-fuel ratio, the in-cylinder temperature can be reduced more effectively, and pre-ignition can be avoided more reliably.
以上説明したように、本発明によれば、プリイグニッションの性質に応じた有効な対策を選択的に講じることにより、適正かつ確実にプリイグニッションを抑制することができる。 As described above, according to the present invention, pre-ignition can be appropriately and surely suppressed by selectively taking effective measures according to the nature of the pre-ignition.
(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
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
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
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
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
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
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
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
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(圧縮行程と膨張行程の間の上死点)の前後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
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
また、上記シリンダブロック3には、シリンダブロック3の振動を検出する振動センサ33が設けられている。この振動センサ33による検出値は、エンジンに生じている異常燃焼を検出するために利用される。
The cylinder block 3 is provided with a
具体的に、当実施形態では、上記振動センサ33の検出値に基づいて、ノッキングおよびプリイグニッションという2種類の異常燃焼をそれぞれ検出するようにしている。ここで、ノッキングとは、火花点火をきっかけに混合気が燃焼(火炎伝播燃焼)を開始した後、その火炎が伝播していく過程で、混合気の未燃分(エンドガス)が自着火してしまう現象である。一方、プリイグニッションとは、火花点火をきっかけにした正常の燃焼開始時期よりも前に(つまり火花点火とは関係なく)、混合気が自着火してしまう現象である。ノッキングまたはプリイグニッションが発生すると、急激な燃焼圧力の変動等に起因して、シリンダブロック3に比較的大きな振動が発生するため、当実施形態では、このようなシリンダブロック3の振動を上記振動センサ33の検出値に基づき調べることにより、ノッキングまたはプリイグニッションを検出するようにしている。
Specifically, in the present embodiment, two types of abnormal combustions, knocking and pre-ignition, are detected based on the detection value of the
上記点火プラグ16には、燃焼室6での混合気の燃焼に伴う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
上記イオン電流センサ34を用いて火炎を検出することにより、上記振動センサ33と同じく、プリイグニッションの発生を検出することができる。すなわち、火花点火に基づく火炎伝播により混合気を燃焼させる場合、正常な燃焼状態であれば、火花点火のタイミングから所定の遅れ時間の後に燃焼が開始されるが、プリイグニッションが発生した場合には、火花点火とは関係なく混合気が早期に自着火するため、上記のような正常の燃焼開始時期(火花点火から所定の遅れ時間が経過した時点)よりも前に燃焼が始まってしまう。そこで、上記イオン電流センサ34により火炎を検出し、その検出タイミング(火炎の発生タイミング)が正常な燃焼開始時期に比べて早過ぎる場合に、プリイグニッションが発生したと判定する。このように、当実施形態では、プリイグニッションを検出するための検出手段として、イオン電流センサ34と振動センサ33の2種類のセンサを設けている。
By detecting the flame using the ion
ただし、上記イオン電流センサ34を用いて検出できるのは、プリイグニッションだけであって、ノッキングは検出することができない。すなわち、ノッキングとは、上述したように、火花点火をきっかけに一旦火炎が発生した後、その伝播の過程で混合気の未燃分(エンドガス)が自着火してしまう現象であるため、ノッキングが発生しても火炎の発生時期は通常と変わらず、イオン電流センサ34により火炎の発生タイミングを調べたとしても、ノッキングの発生の有無を特定することはできない。このため、ノッキングを検出する際には、振動センサ33の検出値のみが利用され、イオン電流センサ34は用いられない。
However, only the pre-ignition can be detected using the ion
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31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
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
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32とが設けられている。
The
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35(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
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
(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
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、エンジン水温センサ31、エアフローセンサ32、振動センサ33、イオン電流センサ34、およびアクセル開度センサ35と電気的に接続されており、これら各センサ30〜35による検出値として、エンジン回転速度Ne、冷却水温Tw、吸入空気量Qa、振動強度(加速度)Va、イオン電流値Io、およびアクセル開度AC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
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
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、吸気制御手段45、および圧縮比制御手段46を有している。
A more specific function of the
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に示される領域判定マップが記憶されている。この図4の領域判定マップは、横軸をエンジン回転速度Ne、縦軸を負荷Ceとしたときの2次元領域を、プリイグニッションの発生し易さの点から複数の領域に分割したものである。なお、図中のWOTは、エンジンの最高負荷ラインを示している。
The storage means 41 stores various data and programs necessary for controlling the engine. As an example, the
上記図4の領域判定マップには、プリイグニッションが比較的起き易い領域であるプリイグ領域Rが設定されている。すなわち、プリイグニッションは、火花点火による正常の燃焼開始時期よりも前に混合気が自着火する現象であるから、燃焼室6内の空気が高温・高圧化し易い高負荷寄りの運転領域で、比較的プリイグニッションが発生し易い。そこで、図4では、エンジンの最高負荷ラインWOTから下側の所定範囲を、上記プリイグ領域Rとして設定している。
In the region determination map of FIG. 4, a pre-ignition region R that is a region where pre-ignition is relatively likely to occur is set. In other words, pre-ignition is a phenomenon in which the air-fuel mixture self-ignites before the normal combustion start timing due to spark ignition. Therefore, in the operation region near the high load where the air in the
上記プリイグ領域Rは、さらに、所定のエンジン回転速度Nex(例えば2000rpm程度)を境に、第1プリイグ領域R1と、第2プリイグ領域R2とに分けられる。これら各領域R1,R2では、プリイグニッションを引き起す主な原因が異なる。例えば、低回転側に設定された第1プリイグ領域R1でのプリイグニッションは、圧縮により高温・高圧化した燃焼室6内の空気から比較的長い期間にわたって燃料が受熱することで引き起こされる。これに対し、第1プリイグ領域R1よりも高回転側に設定された第2プリイグ領域R2では、燃焼室6内の空気から燃料への受熱期間が短くなるため、本来、プリイグニッションは起こり難くなると考えられる。しかしながら、回転速度Neが高いと単位時間あたりの熱発生量が増えるため、ごく稀に、排気弁12の傘部や点火プラグ16の電極等が異常に高温化することがあり、これが熱源(ヒートポイント)として作用することで、プリイグニッションが引き起こされることがあり得る。
The pre-ig region R is further divided into a first pre-ig region R1 and a second pre-ig region R2 with a predetermined engine speed Nex (for example, about 2000 rpm) as a boundary. Each of these regions R1 and R2 has a different main cause for causing pre-ignition. For example, the pre-ignition in the first pre-ignition region R <b> 1 set on the low rotation side is caused by the fuel receiving heat from the air in the
なお、エンジンが冷間状態にあるとき(エンジンの冷却水温が低いとき)は、燃焼室6の壁温が低いため、エンジンの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、上記のようなプリイグ領域R(第1・第2プリイグ領域R1,R2)を含む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 (when the cooling water temperature of the engine is low), the wall temperature of the
上記プリイグ判定手段42は、上記振動センサ33またはイオン電流センサ34の検出値に基づいて、プリイグニッションの発生の有無を判定するものである。具体的に、上記プリイグ判定手段42は、エンジンが上記第1プリイグ領域R1で運転されている場合に、イオン電流センサ34の検出値(イオン電流値Io)に基づき火炎の発生タイミングを特定し、これを正常な燃焼開始時期と比較することで、プリイグニッションが発生しているか否かを判定する。一方、第2プリイグ領域R2で運転されている場合には、上記振動センサ33の検出値(振動強度Va)に基づいて振動強度の最大値を調べ、それによってプリイグニッションの発生の有無を判定する(詳細は後述する項目(3)参照)。
The pre-ignition determination means 42 determines whether or not pre-ignition has occurred based on the detection value of the
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
例えば、エンジンが第1プリイグ領域R1で運転されているとき、上記点火制御手段43は、圧縮上死点よりも少し遅れてから混合気の燃焼が始まるようなタイミングに点火時期を設定する。これは、ノッキングの発生を未然に抑制するための措置である。すなわち、エンジン回転速度Neが低く負荷Ceの高い第1プリイグ領域R1では、プイリグニッションだけでなく、ノッキングも起こり易いことから、このノッキングの発生を未然に抑制するために、点火時期を遅めに設定して、圧縮上死点を過ぎてから燃焼が開始されるようにする。このように、圧縮上死点を過ぎた遅めのタイミング(つまり筒内温度・圧力がより低下した状態で)で燃焼を開始させるようにすれば、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。 For example, when the engine is operated in the first pre-ignition region R1, the ignition control means 43 sets the ignition timing at such a timing that combustion of the air-fuel mixture starts after a little delay from the compression top dead center. This is a measure for suppressing the occurrence of knocking. In other words, in the first pre-ignition region R1 where the engine speed Ne is low and the load Ce is high, not only the ignition but also the knocking is likely to occur. Therefore, in order to suppress the occurrence of the knocking, the ignition timing is delayed. Is set so that combustion starts after the compression top dead center. In this way, if combustion is started at a later timing after the compression top dead center (that is, in a state where the in-cylinder temperature and pressure are further reduced), in the subsequent combustion process, an unburned mixture ( End gas) is less likely to self-ignite and knocking is suppressed.
一方、上記第1プリイグ領域R1よりも回転速度Neが高い第2プリイグ領域R2でエンジンが運転されているとき、上記点火制御手段43は、圧縮上死点より少し早くから混合気の燃焼が始まるようなタイミングに点火時期を設定する。これは、高回転側では、燃焼途中における未燃混合気(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ことに加えて、火花点火を行ってから、その火花点火をきっかけに混合気が火炎伝播燃焼を開始するまでの実時間(着火遅れ時間)に対応するクランク角の変化量、つまり火花点火を行った時点のクランク角と着火遅れ時間が経過した時点のクランク角との差が大きいからである。 On the other hand, when the engine is operated in the second pre-ignition region R2 where the rotational speed Ne is higher than that in the first pre-ignition region R1, the ignition control means 43 starts combustion of the air-fuel mixture slightly earlier than the compression top dead center. Set the ignition timing at the correct timing. This is because, on the high speed side, self-ignition of the unburned mixture (end gas) during combustion is difficult to occur, and in addition to suppressing knocking, spark ignition is performed and then spark ignition is used as a trigger. The amount of change in the crank angle corresponding to the actual time (ignition delay time) until the start of flame propagation combustion, that is, the difference between the crank angle at the time of spark ignition and the crank angle at the time when the ignition delay time has elapsed Because is big.
具体的に、上記第1・第2プリイグ領域R1,R2において、それぞれ上述したような所望のタイミングで混合気の燃焼を開始させるために、上記点火制御手段43は、第1プリイグ領域R1での点火時期を圧縮上死点以降(例えばATDC0〜5°CA程度)に設定するとともに、第2プリイグ領域R2での点火時期を圧縮上死点より手前(例えばBTDC20〜1°CA程度)に設定する。 Specifically, in order to start the combustion of the air-fuel mixture at the desired timing as described above in the first and second pre-ignition regions R1 and R2, the ignition control means 43 includes the first pre-ignition region R1. The ignition timing is set after the compression top dead center (for example, about ATDC 0-5 ° CA), and the ignition timing in the second pre-ignition region R2 is set before the compression top dead center (for example, about BTDC 20-1 ° CA). .
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
上記吸気制御手段45は、上記スロットル弁22の開度を調節することにより、筒内に導入される空気の量(吸入空気量Qa)を制御するものである。
The intake control means 45 controls the amount of air introduced into the cylinder (intake air amount Qa) by adjusting the opening of the
上記圧縮比制御手段46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 46 variably sets the effective compression ratio of the engine by driving the
(3)プリイグニッションの判定手法
次に、上記プリイグ判定手段42がプリイグニッションの発生を判定する際のより具体的な手順について説明する。
(3) Pre-ignition Determination Method Next, a more specific procedure when the pre-ignition determination means 42 determines the occurrence of pre-ignition will be described.
まず、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について説明する。イオン電流センサ34によるプリイグニッションの検出は、プリイグニッションが起きる可能性のあるプリイグ領域Rのうち、低回転側の第1プリイグ領域R1でのみ行われ、高回転側の第2プリイグ領域R2では行われない。
First, detection of pre-ignition using the ion
図5は、第1プリイグ領域R1でプリイグニッションを検出する手順を説明するための図である。本図において、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。ここで、第1プリイグ領域R1では、上述したように、点火プラグ16による火花点火IGのタイミング(点火時期)が、圧縮上死点(TDC)以降に設定される。よって、この火花点火IGをきっかけに混合気が正常に火炎伝播燃焼したとすると、そのときの燃焼開始時期t0は、圧縮上死点からさらに遅角側にずれたタイミングとなる。
FIG. 5 is a diagram for explaining a procedure for detecting a pre-ignition in the first pre-ignition region R1. In this figure, the solid line waveform J0 shows the distribution (time change) of the heat release 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. Here, in the first pre-ignition region R1, as described above, the spark ignition IG timing (ignition timing) by the
これに対し、第1プリイグ領域R1で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、火花点火IGとは関係なく混合気が自着火するため、例えば図中の時点t1のような火花点火IGよりも早いタイミング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。一方、図5においてドット柄を付した期間、つまり火花点火IGの直前から火花点火IGより後の所定期間は、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(放電期間)である。図5の例では、圧縮上死点(TDC)にほぼ一致するタイミングから所定期間に亘って放電期間が継続しており、この放電期間中は、イオン電流を検出することができない。すなわち、当実施形態では、点火プラグ16に内蔵されたプラグ内蔵型のイオン電流センサ34を用いているため、点火プラグ16の電圧が大きく変動する放電期間中は、たとえ筒内に火炎が形成されたとしても、これをイオン電流として検出することが不可能となる。逆にいえば、この点火プラグ16の放電期間よりも進角側、より具体的には、放電期間の始まりにほぼ一致する圧縮上死点(TDC)よりも進角側であれば、火炎発生時のイオン電流を検出することができる。そこで、当実施形態では、第1プイリグ領域R1において、圧縮上死点(TDC)よりも進角側でイオン電流が検出された場合に、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 the pre-ignition occurs in the first pre-ignition region R1 has a waveform J1 of a one-dot chain line. As is clear from the waveform of J1, when pre-ignition occurs, the air-fuel mixture is ignited regardless of the spark ignition IG, so that the combustion is performed at an earlier timing than the spark ignition IG, for example, at time t1 in the figure. Will start, and with this, the combustion becomes sharp. On the other hand, the period in which the dot pattern is given in FIG. 5, that is, the predetermined period after the spark ignition IG immediately before the spark ignition IG, is the period in which the voltage between the electrodes of the
一方、第1プリイグ領域R1よりも高回転側の第2プリイグ領域R2では、火花点火IGのタイミングが圧縮上死点(TDC)よりも進角側に設定され、しかも同一の時間に対するクランク角の変化量が大きいため、図6に示すように、圧縮上死点よりもかなり進角側まで放電期間が拡大する。このため、同図の波形J1に示すように、火花点火IGよりも早くから混合気が自着火するプリイグニッションが起きたとしても、それによる火炎の発生時期(時点t1)が上記放電期間と重複してしまい、上記火炎の発生をイオン電流として検出することができなくなる。図6の波形J1’のように、プリイグニッションがさらに発展すれば、それに伴う火炎の発生(時点t1’)をイオン電流として検出することも可能であるが、上記波形J1’のような燃焼波形が生じるということは、かなり重度なプリイグニッションにまで発展しているということであり、ここまで重症化しないとプリイグニッションが検出できないのであれば、イオン電流センサ34を用いる意味がなくなってしまう。
On the other hand, in the second pre-ignition region R2 on the higher rotation side than the first pre-ig region R1, the timing of the spark ignition IG is set to the advance side with respect to the compression top dead center (TDC), and the crank angle for the same time is set. Since the amount of change is large, as shown in FIG. 6, the discharge period is expanded to a more advanced side than the compression top dead center. For this reason, as shown in the waveform J1 in the figure, even if the pre-ignition in which the air-fuel mixture is ignited earlier than the spark ignition IG occurs, the flame generation timing (time point t1) is overlapped with the discharge period. As a result, the occurrence of the flame cannot be detected as an ionic current. If the pre-ignition further develops as in the waveform J1 ′ of FIG. 6, it is possible to detect the occurrence of the flame (time t1 ′) associated therewith as an ionic current, but the combustion waveform as in the waveform J1 ′ described above. If this occurs, it means that the pre-ignition has been developed to be quite severe. If the pre-ignition cannot be detected unless it becomes so severe, there is no point in using the ion
このため、当実施形態では、点火時期が圧縮上死点より前に設定される高回転側の第2プリイグ領域R2において、イオン電流センサ34を用いてのプリイグニッションの検出を行わないようにしている。第2プリイグ領域R2では、イオン電流センサ34ではなく、後述する振動センサ33を用いてプリイグニッションを検出する。
Therefore, in this embodiment, in the second pre-ignition region R2 on the high rotation side where the ignition timing is set before the compression top dead center, the pre-ignition detection using the ion
次に、上記第2プリイグ領域R2で、振動センサ33を用いてプリイグニッションを検出する際の手順について説明する。図7は、プリイグニッションが発生したときの筒内圧力の変化(波形Pp)を、ノッキングが発生したときの筒内圧力の変化(波形Pn)と比較して示す図である。
Next, a procedure for detecting a pre-ignition using the
上記波形Ppを見ると明らかなように、プリイグニッションが発生した場合には、圧縮上死点の近傍で筒内圧力が大きく上昇するとともに、上昇した圧力が比較的短い期間で収束している。これに対し、ノッキングが発生した場合には、波形Pnに示すように、筒内圧力が急上昇する波形の山部が、プリイグニッションのときよりも遅角側に大きくずれた位置で発生している。すなわち、ノッキングは、火炎伝播による燃焼がある程度進行した時点で、残りの未燃混合気(エンドガス)が自着火する現象であるため、その自着火による圧力の急上昇が、燃焼過程の終盤で発生することとなり、波形の山部がより遅角側にずれることになる。 As is apparent from the waveform Pp, when pre-ignition occurs, the in-cylinder pressure greatly increases near the compression top dead center, and the increased pressure converges in a relatively short period. On the other hand, when knocking occurs, as shown by the waveform Pn, the peak portion of the waveform where the in-cylinder pressure suddenly rises is generated at a position that is greatly deviated to the retard side than during pre-ignition. . In other words, knocking is a phenomenon in which the remaining unburned mixture (end gas) self-ignites when combustion by flame propagation progresses to some extent, so that a sudden increase in pressure due to self-ignition occurs at the end of the combustion process. As a result, the peak portion of the waveform shifts to the retard side.
図8および図9は、プリイグニッションまたはノッキングが発生し、図7に示したような筒内圧力の変化が生じたときに、振動センサ33からどのような振動波形が入力されるかを示している。なお、ここでの振動波形は、上記振動センサ33から入力される振動強度(加速度)Vaを縦軸に、クランク角CAを横軸にとったものであり、クランク角CAの進行に伴う振動強度Vaの変化を示している。
FIGS. 8 and 9 show what vibration waveform is input from the
図8および図9の波形を比較すると、プリイグニッション発生時の振動波形(図8)の方が、ノッキング発生時の振動波形(図9)と比べて、検出される振動強度Vaの最大値Vmax(以下、最大振動強度Vmaxと略称する)が大きく、しかもその検出時期が早いことが分かる。これは、図7に示したようなある程度発展したプリイグニッションが起きた場合、ノッキングの場合と比較して、筒内圧力が最も急変する部分(波形のピーク部分)の変動幅が大きく、しかもそれがかなり進角側(圧縮上死点付近)で生じているためと考えられる。 Comparing the waveforms of FIG. 8 and FIG. 9, the vibration waveform when pre-ignition occurs (FIG. 8) is larger than the vibration waveform when knocking occurs (FIG. 9), and the maximum value Vmax of the detected vibration intensity Va. It can be seen that (hereinafter abbreviated as the maximum vibration intensity Vmax) is large and the detection time is early. This is because when the pre-ignition developed to some extent as shown in FIG. 7 occurs, the fluctuation range of the portion where the in-cylinder pressure changes most rapidly (the peak portion of the waveform) is larger than that in the case of knocking. This is considered to be caused by a considerably advanced angle (near compression top dead center).
このように、プリイグニッションがある程度発展した場合には、検出される最大振動強度Vmaxやその検出時期に、比較的明確な特徴が見出されることが分かる。しかしながら、プリイグニッションが十分に発展していない場合には、最大振動強度Vmaxやその検出時期が、ノッキングの場合と大きく変わらないため、単に振動強度Vaの波形を調べただけでは、プリイグニッションとノッキングとを明確に区別して検出できないおそれがある。 Thus, when the pre-ignition is developed to some extent, it can be seen that relatively clear features are found in the detected maximum vibration intensity Vmax and its detection time. However, when the pre-ignition is not sufficiently developed, the maximum vibration intensity Vmax and the detection timing thereof are not significantly different from those in the case of knocking. Therefore, by simply examining the waveform of the vibration intensity Va, pre-ignition and knocking are not performed. There is a possibility that it cannot be detected clearly.
そこで、当実施形態では、上記第2プリイグ領域R2において振動センサ33から所定の閾値以上の最大振動強度Vmaxが入力され、プリイグニッションまたはノッキングの発生が疑われるような場合に、両者を判別すべく、意図的に点火時期をリタード(遅角側に移動)させるとともに、その後の最大振動強度Vmaxの変化に基づいて、プリイグニッションまたはノッキングのいずれであるのかを判別するようにしている。
Therefore, in the present embodiment, when the maximum vibration intensity Vmax equal to or greater than a predetermined threshold value is input from the
具体的に、上記第2プリイグ領域R2では、通常時において、点火時期が圧縮上死点よりも早いタイミングに設定されるが(図6参照)、上記振動センサ33から所定の閾値以上の最大振動強度Vmaxが入力された場合には、点火時期が上記タイミングに対し所定量リタードされることにより、圧縮上死点の近傍もしくは圧縮上死点よりも遅れたタイミングで火花点火IGが行われるようになる。そして、このような点火時期のリタードに伴い、最大振動強度Vmaxがどのように変化するかが上記プリイグ判定手段42により調べられ、それによってプリイグニッションまたはノッキングのいずれが発生しているのかが判別される。
Specifically, in the second pre-ignition region R2, the ignition timing is set at a timing earlier than the compression top dead center in the normal state (see FIG. 6), but the maximum vibration greater than a predetermined threshold value from the
例えば、ノッキングが発生している場合には、上記のように点火時期がリタードされることで、圧縮上死点よりも遅角側で(つまり筒内温度・圧力がより低下した状態で)燃焼が開始されるようになるため、その後の燃焼過程において、未燃混合気(エンドガス)の自着火は起き難くなる。したがって、ノッキングの発生中に点火時期をリタードさせれば、ノッキングの程度が縮小するとともに、その発生時期が遅れることになる。すると、これに応じて、上記振動センサ33により検出される最大振動強度Vmaxの大きさが低下し、かつ、その検出時期が遅れるという現象が見られる。
For example, when knocking occurs, the ignition timing is retarded as described above, so that combustion occurs on the retarded side from the compression top dead center (that is, in a state where the in-cylinder temperature and pressure are further reduced). Therefore, in the subsequent combustion process, the self-ignition of the unburned mixture (end gas) is difficult to occur. Therefore, if the ignition timing is retarded during the occurrence of knocking, the degree of knocking is reduced and the generation timing is delayed. Then, according to this, the phenomenon that the magnitude of the maximum vibration intensity Vmax detected by the
図8の「×」マークは、ノッキング発生時に点火時期を徐々にリタードさせることで、上記振動センサ33により検出される最大振動強度Vmaxがどのように変化するかを示している。本図によれば、点火時期のリタードに伴って、最大振動強度Vmaxのプロット(「×」マーク)が、徐々に右下の方向に移動している。すなわち、点火時期のリタードに伴い、最大振動強度Vmaxの大きさが徐々に低下するとともに、このVmaxが検出された時点のクランク角が徐々に遅角側にずれていくことが分かる。なお、図8における縦軸の値Xは、点火時期をリタードさせるか否かを決定するための閾値であり、この閾値X以上の最大振動強度Vmaxが検出されたときに、点火時期のリタードが行われるようになっている。
The “x” mark in FIG. 8 indicates how the maximum vibration intensity Vmax detected by the
上記のように、点火時期をリタードさせることで、ノッキングを抑制することは可能であるが、プリイグニッションが発生している場合には、点火時期とは関係なく混合気が自着火するため、点火時期をリタードさせても、依然として自着火は発生し、プリイグニッションは抑制されない。むしろ、時間経過とともにプリイグニッションは徐々に発展していき、それに伴って燃焼開始時期の過早化と燃焼の急峻化を招くことになる。図10において、プリイグニッション発生時の最大振動強度Vmaxを示す「△」マークが、徐々に左上の方向に移動しているのはこのためである。すなわち、プリイグニッションの発生時には、点火時期の遅角化とは関係なく、最大振動強度Vmaxの大きさが時間経過とともに徐々に増大し、しかもその検出時期が進角していく。 As described above, it is possible to suppress knocking by retarding the ignition timing.However, if pre-ignition occurs, the air-fuel mixture will self-ignite regardless of the ignition timing. Even if the timing is retarded, self-ignition still occurs and pre-ignition is not suppressed. Rather, the pre-ignition gradually develops with the passage of time, leading to premature combustion start timing and steep combustion. In FIG. 10, the “Δ” mark indicating the maximum vibration intensity Vmax at the time of pre-ignition is gradually moving in the upper left direction. That is, when pre-ignition occurs, the magnitude of the maximum vibration intensity Vmax gradually increases with the lapse of time and the detection timing is advanced regardless of the retard of the ignition timing.
以上のことから、プリイグニッションが発生している場合には、点火時期をリタードさせても、最大振動強度Vmaxの増大およびその検出時期の進角化が見られ、ノッキングの発生時には、点火時期のリタードに伴い、最大振動強度Vmaxの低下およびその検出時期の遅角化が見られることが分かる。そこで、当実施形態では、点火時期のリタードに伴う最大振動強度Vmaxの変化(ここでは特にその大きさの変化に着目する)に基づいて、プリイグニッションまたはノッキングのいずれが発生しているのかを判別するようにしている。これにより、振動センサ33を用いながらも、プリイグニッションかノッキングかを正確に判別することができる。
From the above, when pre-ignition has occurred, even if the ignition timing is retarded, the maximum vibration intensity Vmax is increased and the detection timing is advanced, and when knocking occurs, It can be seen that with the retard, a decrease in the maximum vibration intensity Vmax and a delay in the detection time are observed. Therefore, in the present embodiment, it is determined whether pre-ignition or knocking has occurred based on a change in the maximum vibration intensity Vmax accompanying the retard of the ignition timing (here, paying particular attention to the change in the magnitude). Like to do. Accordingly, it is possible to accurately determine whether the pre-ignition or knocking is performed while using the
(4)制御動作
次に、以上のような機能を有するECU40による制御動作について、図11〜図14のフローチャートに基づき説明する。なお、ここでは、プリイグニッションの検出、およびそれが検出されたときの回避動作を中心に説明する。
(4) Control Operation Next, the control operation by the
図11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、エンジン水温センサ31、エアフローセンサ32、振動センサ33、イオン電流センサ34、およびアクセル開度センサ35から、それぞれ、エンジン回転速度Ne、エンジン水温Tw、吸入空気量Qa、振動強度Va、イオン電流値Io、およびアクセル開度ACが読み出され、ECU40に入力される。
When the processing shown in the flowchart of FIG. 11 is started, first, control for reading various sensor values is executed (step S1). Specifically, from the engine
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(エンジンの回転速度Neおよび負荷Ce)が、図4に示したプリイグ領域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とに基づき、現在のエンジンの運転ポイントが図4の領域判定マップ上で特定され、それがプリイグ領域R内にあ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, the current engine operating point (engine speed Ne and load Ce) is further set in the pre-ig region shown in FIG. It is determined whether or not it is within R (step S3). Specifically, based on 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 AC), the current engine operating point is shown in FIG. It is specified on the region determination map, and it is determined whether or not it is in the pre-ig region R.
上記ステップS3でNOと判定されてプリイグ領域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S9,S14,S16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S18)。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 is out of the pre-ignition region R, pre-ignition cannot occur. Therefore, control in steps S9, S14, and S16 described later (pre-ignition avoidance control and return control). ) Is not required, and normal operation is maintained (step S18). That is, the fuel injection amount and injection timing, the operation timing of the
一方、上記ステップS3でYESと判定されてプリイグ領域Rにあることが確認された場合には、上記ステップS1で読み込まれたエンジン回転速度Neが、予め設定された閾値Nexよりも低いか否かを判定する制御が実行される(ステップS4)。ここでの閾値Nexは、図4に示したように、第1プリイグ領域R1と第2プリイグ領域R2との境界回転速度である。つまり、上記ステップS4の判定は、現在のエンジンの運転状態が第1および第2プリイグ領域R1,R2のいずれにあるかを判定するものである。 On the other hand, if it is determined YES in step S3 and it is confirmed that the engine is in the pre-ignition region R, whether or not the engine speed Ne read in step S1 is lower than a preset threshold value Nex. The control for determining is executed (step S4). The threshold value Nex here is a boundary rotational speed between the first preig region R1 and the second preig region R2, as shown in FIG. That is, the determination in step S4 is to determine whether the current engine operating state is in the first or second pre-ignition region R1, R2.
上記ステップS4でYESと判定されてエンジン回転速度Ne<Nexであることが確認された場合、つまり、エンジンの運転状態が第1プリイグ領域R1にあることが確認された場合には、点火プラグ16による火花点火のタイミング(点火時期)を、圧縮上死点以降に設定する制御が実行される(ステップS5)。
When it is determined YES in step S4 and it is confirmed that the engine rotational speed Ne <Nex, that is, when it is confirmed that the engine operating state is in the first pre-ignition region R1, the
また、これと合わせて、上記第1プリイグ領域R1では、燃料の噴射時期を分割し、噴射すべき燃料の一部を圧縮行程噴射する制御が実行される(ステップS6)。すなわち、図17に示すように、第1プリイグ領域R1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)、上記第1プリイグ領域R1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)。 At the same time, in the first pre-ignition region R1, control for dividing the fuel injection timing and injecting part of the fuel to be injected is performed (step S6). That is, as shown in FIG. 17, in most of the regions other than the first pre-ignition region R1, all the fuel is injected during the intake stroke (see F in FIG. 17A). In the first pre-ig region R1, When the injection timing of a part of the fuel to be injected is retarded after the middle stage of the compression stroke, the fuel is injected divided 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がより起き易い上記第1プリイグ領域R1で、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。すなわち、低回転かつ高負荷域に設定された上記第1プリイグ領域R1は、噴射される燃料の量が多い上に、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)が相対的に長いため、最もプリイグニッションが起き易い環境であるといえる。そこで、上記第1プリイグ領域R1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分割噴射を実行し、圧縮上死点付近での筒内温度を低下させることにより、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 to prevent the occurrence of pre-ignition in the first pre-ignition region R1 where pre-ignition is more likely to occur. That is, the first pre-ignition region R1 set in the low rotation and high load region has a large amount of fuel to be injected and has a heat receiving period (actual time during which the fuel is exposed to a high temperature / high pressure environment). Since it is relatively long, it can be said that the pre-ignition is most likely to occur. Therefore, in the first pre-ignition region R1, by performing split injection in which a part of the fuel to be injected is injected after the middle stage of the compression stroke, and reducing the in-cylinder temperature near the compression top dead center, the pre-ignition is performed. The possibility of occurrence of is reduced in advance.
ただし、後述するステップS11からも明らかなように、上記のような一部燃料の圧縮行程噴射(分割噴射)は、第1プリイグ領域R1でのみ実行され、これよりも高回転側の第2プリイグ領域R2では実行されない。これは、第2プリイグ領域R2で発生するプリイグニッションは、高温化した排気弁12の傘部や点火プラグ16の電極等を熱源として起きるものであり、このような熱源の存在に起因したプリイグニッションは、例えばアクセル全開での高速運転がかなりの長時間に亘って継続されるといった特殊な事情でもない限り、あまり想定されないものである。このため、第2プリイグ領域R2では、プリイグニッションの未然防止のために上記のような燃料の分割噴射(ステップS6)を実行する必要性が相対的に低く、このような事情から、燃料の分割噴射は、低回転側の第1プリイグ領域R1でのみ実行され、高回転側の第2プリイグ領域R2では実行されない。
However, as is clear from step S11 described later, the compression stroke injection (split injection) of the partial fuel as described above is executed only in the first pre-ignition region R1, and the second pre-ignition on the higher rotation side than this. It is not executed in the region R2. This is because the pre-ignition generated in the second pre-ignition region R2 occurs with the umbrella portion of the
上記のように第1プリイグ領域R1で燃料の分割噴射が開始されると、その後は、イオン電流センサ34を用いてプリイグニッションを検出する制御が実行される(ステップS7)。すなわち、上記イオン電流センサ34から入力されるイオン電流値Ioに基づき火炎が検出されるとともに、その検出タイミング(燃焼開始時期)が、火花点火よりも進角側に設定された所定時期よりも早いか遅いかが調べられる。そして、火炎の検出タイミングが上記所定時期よりも早ければプリイグニッションが発生していると判定され、それ以外の場合はプリイグニッションが発生していないと判定される(ステップS8)。なお、当実施形態では、図5に示したように、第1プリイグ領域R1での火花点火IGのタイミングが圧縮上死点(TDC)以降に設定されており、圧縮上死点よりも遅れたタイミングで混合気の燃焼が開始されるため、上記ステップS8では、火炎の検出タイミングが圧縮上死点よりも早ければ、プリイグニッションが発生していると判定される。
As described above, when fuel split injection is started in the first pre-ignition region R1, control for detecting pre-ignition is performed using the ion current sensor 34 (step S7). That is, a flame is detected based on the ion current value Io input from the ion
上記ステップS8でYESと判定された場合、つまり第1プリイグ領域R1で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、第1プリイグ回避制御が実行される(ステップS9)。 If it is determined YES in step S8, that is, if the occurrence of pre-ignition is confirmed in the first pre-ignition region R1, first pre-ignition avoidance control is executed as control for avoiding this (step S9).
図12は、上記第1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。この第1プリイグ回避制御がスタートとすると、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S21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S20)。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。
FIG. 12 is a subroutine showing the specific contents of the first pre-ignition avoidance control. When the first pre-ignition avoidance control is started, first, the currently set closing timing (IVC) of the
上記第1プリイグ領域R1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S20での最初の判定は当然にNOとなり、次のステップS21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 first pre-ignition region R1, the closing timing of the
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
そこで、続くステップS22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、噴射量の増大前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る冷却効果が高ま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 S22, the in-cylinder air-fuel ratio is temporarily set in order to ensure the pre-ignition suppression effect until the effective compression ratio reduction control (retard at the closing timing of the intake valve 11) is completed. The control to make it rich is executed. Specifically, as the fuel injection amount from the
上記第1プリイグ領域R1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 first pre-ignition region R1, the air-fuel ratio in the cylinder is set to about the stoichiometric air-fuel ratio (14.7) during normal times when no pre-ignition occurs. 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
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S23)。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
上記ステップS23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S24)。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 S23, after waiting for the determination of YES (IVC retarded to be completed), control to cancel the enrichment of the air-fuel ratio is executed (step S24). That is, by reducing the fuel injection amount from the
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S22,S24)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
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
上記ステップS24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FF(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S25)、図11のメインフローにリターンされる。 After completion of the control in step S24 (de-enrichment), after that, the control is being executed in the flag FF (its default value is 0) for recording the execution / non-execution of the pre-ignition avoidance control. Is input (step S25), and the process returns to the main flow of FIG.
以上説明したようなステップS20〜S25の制御(第1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11のステップS8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 in steps S20 to S25 described above (first pre-ignition avoidance control) is repeatedly executed until pre-ignition is avoided (that is, until NO is determined in step S8 in FIG. 11). By repeating such control, the closing timing of the
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15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
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
上記ステップS21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S20でNOと判定される。すると、その後は、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とともに(ステップS26)、エンジンの出力トルクを大幅に低下させる制御が実行される(ステップS27)。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、これ以上通常の運転を継続することは困難である。そこで、異常を報知する警告が発せられるとともに、エンジンの損傷を最小限に抑えるために、大幅なトルクダウンが図られる。なお、ここでのトルクダウンは、エンジンの出力トルクを大幅に低下させ得るものであればよく、その具体的な内容は特に問わない。例えば、吸気弁11の閉時期を上記最遅時期Txよりもさらに遅い時期までリタードさせて、エンジンの有効圧縮比を大幅に低下させてるものであってもよいし、後述する第2プリイグ回避制御と同様、燃料の噴射量および吸入空気量を大幅に低減させるものであってもよい。
If the pre-ignition continues after the closing timing of the
上記ステップS26,S27の制御が実行されると、その後は、比較的低速での巡航運転のみを許容する(急加速や高速運転を禁止する)非常モードに移行する。すなわち、ここではエンジンに異常が生じている可能性が極めて高く、エンジンの損傷がそれ以上進行することを防止する必要があることから、上記ステップS27の制御により出力トルクを大幅に低下させた状態での運転が継続され、所定の点検サービスを受けるまで通常の制御に復帰することはない。 When the control in steps S26 and S27 is executed, after that, a transition is made to an emergency mode in which only cruise operation at a relatively low speed is permitted (rapid acceleration or high-speed operation is prohibited). That is, the possibility that the engine is abnormal is extremely high here, and it is necessary to prevent further damage to the engine, so that the output torque is greatly reduced by the control in step S27. The operation is continued and the normal control is not resumed until a predetermined inspection service is received.
図15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. 15 shows the excess air ratio (λ), the closing timing of the
次に、上記第1プリイグ回避制御(図12、図15)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11のステップS8でNOと判定されるため、次のステップS15でフラグFFが「1」であるか否かが判定される。上記第1プリイグ回避制御が実行中のときはフラグFF=1であるため、上記ステップS15での判定はYESとなり、その結果、次のステップS16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。 Next, the control operation when the pre-ignition is avoided as a result of the execution of the first pre-ignition avoidance control (FIGS. 12 and 15) will be described. In this case, since NO is determined in step S8 in FIG. 11, it is determined in next step S15 whether or not the flag FF is “1”. Since the flag FF = 1 when the first pre-ignition avoidance control is being executed, the determination in step S15 is YES. As a result, in the next step S16, 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15に示した第1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 first pre-ignition avoidance control shown in FIG. 15, the effective compression ratio is increased by a predetermined amount by advancing (advancing) the closing timing (IVC) of the
次に、上記ステップS4でNOと判定されてエンジン回転速度Ne≧Nexであることが確認された場合、つまりエンジンの運転ポイントが第2プリイグ領域R2にあることが確認された場合の制御動作について説明する。この場合は、次のステップS10において、点火プラグ16による火花点火のタイミング(点火時期)を、圧縮上死点よりも前に設定する制御が実行される(ステップS10)とともに、インジェクタ18からの燃料の噴射時期を吸気行程中に設定する制御が実行される(ステップS11)。
Next, when it is determined NO in step S4 and it is confirmed that the engine rotational speed Ne ≧ Nex, that is, when it is confirmed that the engine operating point is in the second pre-ignition region R2, the control operation is as follows. explain. In this case, in the next step S10, control for setting the spark ignition timing (ignition timing) by the
次いで、振動センサ33を用いてプリイグニッションを検出する制御が実行される(ステップS12)。図13は、このステップS12によるプリイグニッションの検出制御の具体的内容を示すサブルーチンである。このサブルーチンがスタートすると、メインフロー(図11)のステップS1で振動センサ33から読み込まれた振動強度Vaの情報に基づいて、その最大値(最大振動強度)Vmaxを取得し、これをVmax1として記憶する制御が実行される(ステップS30)。そして、記憶された最大振動強度Vmax1が、予め定められた閾値X(図10参照)以上であるか否かが判定される(ステップS31)。
Next, control for detecting pre-ignition using the
上記ステップS31でNOと判定されて最大振動強度Vmax1が閾値Xよりも小さいことが確認された場合には、プリイグニッションまたはノッキングのいずれもが発生していないと考えられるため、異常燃焼フラグFabnrmに、燃焼状態が正常であることを表す「0」を入力する制御が実行される(ステップS40)。 When it is determined NO in step S31 and it is confirmed that the maximum vibration intensity Vmax1 is smaller than the threshold value X, it is considered that neither pre-ignition nor knocking has occurred, and therefore the abnormal combustion flag Fabnrm is set. Then, control for inputting “0” indicating that the combustion state is normal is executed (step S40).
一方、上記ステップS31でYESと判定されて最大振動強度Vmax1≧閾値Xであることが確認された場合には、後述するステップS34で行われる点火時期のリタードの回数をカウントするための変数(リタード回数)Nrに「1」を入力する制御が実行されるとともに(ステップS32)、このリタード回数Nrが予め定められた規定回数Nrxよりも小さいか否かが判定される(ステップS33)。この規定回数Nrxは、点火リタードの上限回数を規定するための自然数であり、例えば2〜10の間の適宜の値に設定される。 On the other hand, when it is determined YES in step S31 and it is confirmed that the maximum vibration intensity Vmax1 ≧ threshold value X, a variable (retard) for counting the number of times of ignition timing retarding performed in step S34 described later. The number of times Nr is controlled to input “1” (step S32), and it is determined whether or not the number of retards Nr is smaller than a predetermined number of times Nrx (step S33). The prescribed number Nrx is a natural number for defining the upper limit number of ignition retards, and is set to an appropriate value between 2 and 10, for example.
上記のようにVmax1≧Xが確認された直後、リタード回数Nrは「1」とされるため、上記ステップS33での最初の判定は当然にYESとなる。すると、次のステップS34に移行して、点火時期を所定量リタードさせる制御が実行される(ステップS7)。上述したように、第2プリイグ領域R2での通常の点火時期は、圧縮上死点よりも少し早いタイミング(例えばBTDC20〜1°程度)に設定されるため、上記点火時期のリタードにより、点火時期は、圧縮上死点の近傍もしくは圧縮上死点より遅角側に移動することになる。
Immediately after Vmax1 ≧ X is confirmed as described above, the retard count Nr is set to “1”, so that the first determination in step S33 is naturally YES. Then, the process proceeds to the next step S34, and control for retarding the ignition timing by a predetermined amount is executed (step S7). As described above, the normal ignition timing in the second pre-ignition region R2 is set to a timing slightly earlier than the compression top dead center (for example, about
上記のようにして点火時期のリタードが行われると、そのリタード後の状態で振動センサ33から入力される情報から最大振動強度Vmaxを取得するとともに、その値をVmax2として記憶する制御が実行される(ステップS35,S36)。そして、ここで記憶された最大振動強度(点火リタード後の最大振動強度)Vmax2が上記閾値X以上であるか否かが再び判定される(ステップS37)。
When the ignition timing is retarded as described above, the control is executed to acquire the maximum vibration intensity Vmax from the information input from the
上記ステップS37でYESと判定された場合、つまり、点火リタード後の最大振動強度Vmax2≧閾値Xであることが確認された場合には、点火時期を遅角させても最大振動強度Vmaxが低下していないことになるので、プリイグニッションが発生していることが疑われる。すなわち、図10において「△」マークで示したように、プリイグニッションが発生している場合には、点火時期を遅角させてもプリイグニッションは抑制されず、最大振動強度Vmaxが増大していくので、上記のように点火リタード後の最大振動強度Vmax2がなおも閾値X以上の高い値を保っている場合には、プリイグニッションが発生している可能性がある。 If YES is determined in step S37, that is, if it is confirmed that the maximum vibration intensity after ignition retard Vmax2 ≧ threshold X, the maximum vibration intensity Vmax decreases even if the ignition timing is retarded. It is suspected that pre-ignition has occurred. That is, as indicated by the “Δ” mark in FIG. 10, when pre-ignition has occurred, the pre-ignition is not suppressed even if the ignition timing is retarded, and the maximum vibration intensity Vmax increases. Therefore, as described above, when the maximum vibration intensity Vmax2 after ignition retard is still kept at a high value equal to or higher than the threshold value X, there is a possibility that pre-ignition has occurred.
しかしながら、何らかの突発的な原因により、上記最大振動強度Vmax2が閾値X以上になっていることもあり得る。そこで、当実施形態では、上記のようにVmax2≧Xの関係が1回確認されただけでは直ちにプリイグニッションとは判定せず、それが複数回(規定回数Nrx)続けて確認された時点で初めて、プリイグニッションが発生していると判定する。上述したように、エンジン回転速度Neが比較的高い上記第2プリイグ領域R2では、低速側の第1プリイグ領域R1と比べてプリイグニッションの発生確率が低く、また、後述するように、仮にプリイグニッションの発生が確定すると、その後の第2プリイグ回避制御によって速やかにエンジンの出力トルクが大幅ダウンされ、通常の運転が不可能な状態になる。そこで、第2プリイグ領域R2では、プリイグニッションの判定により慎重を期すべく、Vmax2≧Xの関係が複数回確認されて初めてプリイグニッションと判定するようにしている。 However, the maximum vibration intensity Vmax2 may be equal to or greater than the threshold value X due to some unexpected cause. Therefore, in this embodiment, as described above, if the relationship of Vmax2 ≧ X is confirmed only once, it is not immediately determined as pre-ignition, but only when it is confirmed continuously a plurality of times (specified number of times Nrx). It is determined that pre-ignition has occurred. As described above, in the second pre-ignition region R2 where the engine rotational speed Ne is relatively high, the pre-ignition occurrence probability is lower than that of the first pre-ignition region R1 on the low speed side, and as will be described later, the pre-ignition is temporarily assumed. When the occurrence of this is confirmed, the output torque of the engine is rapidly greatly reduced by the subsequent second pre-ignition avoidance control, and normal operation becomes impossible. Therefore, in the second pre-ignition region R2, in order to be cautious by determining the pre-ignition, the pre-ignition is determined only after the relationship of Vmax2 ≧ X is confirmed a plurality of times.
具体的に、当実施形態では、上記ステップS37でVmax2≧Xの関係が確認されるたびに、リタード回数Nrが1ずつインクリメントされ(ステップS41)、その回数Nrが上記規定回数Nrxに達するまで、点火時期のリタードとその後の最大振動強度Vmax2の比較(ステップS34〜S37)とが繰り返される。そして、全ての回数においてVmax2≧Xであることが確認され、リタード回数NrがNrxに達した時点(つまりステップS33でNOと判定された時点)で、異常燃焼フラグFabnrmに、プリイグニッションが発生していることを表す「1」を入力する制御が実行される(ステップS39)。 Specifically, in this embodiment, each time the relationship of Vmax2 ≧ X is confirmed in step S37, the retard number Nr is incremented by 1 (step S41), and the number Nr reaches the specified number Nrx. The ignition timing retard and the subsequent comparison of the maximum vibration intensity Vmax2 (steps S34 to S37) are repeated. Then, it is confirmed that Vmax2 ≧ X in all the times, and preignition occurs in the abnormal combustion flag Fabnrm when the retard number Nr reaches Nrx (that is, when NO is determined in step S33). Control is performed to input “1” indicating that this is present (step S39).
一方、上記点火時期のリタードが繰り返される過程で、上記閾値Xよりも小さい最大振動強度Vmax2が1回でも確認され、上記ステップS37での判定がNOとなると、その時点で、プリイグニッションではなくノッキングと判定される。すなわち、図10において「×」マークで示したように、ノッキングの発生時は、点火時期のリタードに伴い最大振動強度Vmaxが低下するので、上記のような現象(Vmax2<X)が見られた場合には、直ちにノッキングが発生していると判定され、上記異常燃焼フラグFabnrmに、ノッキングが発生していることを表す「2」を入力する制御が実行される(ステップS38)。 On the other hand, when the ignition timing retard is repeated, the maximum vibration intensity Vmax2 smaller than the threshold value X is confirmed even once. If the determination in step S37 is NO, knocking instead of pre-ignition is performed at that time. It is determined. That is, as indicated by the “x” mark in FIG. 10, when knocking occurs, the maximum vibration intensity Vmax decreases with the ignition timing retard, and thus the above phenomenon (Vmax2 <X) is observed. In this case, it is immediately determined that knocking has occurred, and control is performed to input “2” indicating that knocking has occurred in the abnormal combustion flag Fabnrm (step S38).
なお、上記ステップS34の点火時期のリタードは、それが繰り返されるたびに(リタード回数Nrがインクリメントされるたびに)、通常時の点火時期に対しリタード幅を徐々に増大させるものであってもよいし、通常時の点火時期に対し常に一定量だけリタードさせるものであってもよい。 The ignition timing retard in step S34 may be such that the retard width is gradually increased with respect to the normal ignition timing each time the ignition timing is repeated (each time the retard number Nr is incremented). In addition, a constant amount may always be retarded with respect to the normal ignition timing.
以上のように、図13のフローチャートでは、エンジンの運転状態が第2プリイグ領域R2にあるときに、振動センサ33の検出値に基づいてプリイグニッションまたはノッキングが発生しているか否かが判定され、その結果に応じて、異常燃焼フラグFabnrmに、0(正常)、1(プリイグニッション)、2(ノッキング)のいずれかの値が入力される。
As described above, in the flowchart of FIG. 13, it is determined whether pre-ignition or knocking has occurred based on the detection value of the
再び図11に戻って、上記振動センサ33を用いたプリイグニッションの検出(ステップS12)が終了した後の制御動作について説明する。上記プリイグニッションの検出(図13に示したような振動強度に基づく解析)が終了すると、それによってプリイグニッションが確認されたか否か、つまり上記異常燃焼フラグFabnrmの値が「1」であるか否かが判定される(ステップS13)。
Returning to FIG. 11 again, the control operation after the pre-ignition detection (step S12) using the
上記ステップS13でNOと判定されてプリイグニッションが発生していないことが確認された場合には、通常運転へと移行することになる(ステップS18)。なお、図11はプリイグニッションに関する制御を中心に説明するものであるため、本図には表していないが、上記振動センサ33を用いたプリイグニッションの検出(ステップS12)の結果、プリイグニッションではなくノッキングが検出された場合(つまりFabnrm=2の場合)には、ノッキングを回避するための制御として、点火時期をリタードさせる制御が実行される。 When it is determined as NO in step S13 and it is confirmed that pre-ignition has not occurred, the process proceeds to normal operation (step S18). Note that FIG. 11 mainly illustrates control related to pre-ignition, and is not shown in this figure. However, as a result of detection of pre-ignition using the vibration sensor 33 (step S12), it is not pre-ignition. When knocking is detected (that is, when Fabnrm = 2), control for retarding the ignition timing is executed as control for avoiding knocking.
また、図11では省略しているが、振動センサ33を用いたノッキングの検出は、上記第2プリイグ領域R2だけでなく、全ての運転領域で継続的に行われている。このため、第2プリイグ領域R2以外でも、振動センサ33によってノッキングが検出された場合には、点火時期を通常の設定値よりもリタードさせる制御が適宜実行されるようになっている。
Although omitted in FIG. 11, the detection of knocking using the
次に、上記ステップS13でYESと判定された場合、つまり、上記振動センサ33により第2プリイグ領域R2でプリイグニッションが検出された場合の制御動作について説明する。このように、第2プリイグ領域R2でプリイグニッションが検出された場合には、これを回避するための制御として、上記第1プリイグ回避制御(S9)とは異なる第2プリイグ回避制御が実行される(ステップS14)。
Next, a description will be given of the control operation when it is determined YES in step S13, that is, when the pre-ignition is detected in the second pre-ignition region R2 by the
図14は、上記第2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。この第2プリイグ回避制御がスタートすると、直ちに、筒内の空燃比をリッチ化する制御が実行される(ステップS50)。このステップS50の制御は、上記第1プリイグ回避制御時におけるステップS22と異なり、インジェクタ18からの燃料の噴射量を低減させつつ筒内の空燃比をリッチ化するというものである。すなわち、上記第1プリイグ回避制御のときは、インジェクタ18からの燃料の噴射量を増大させることにより筒内の空燃比をリッチ化したが(ステップS22)、第2プリイグ回避制御において実行される上記ステップS50では、インジェクタ18からの燃料の噴射量を低減させながらも、スロットル弁22を閉方向に駆動して筒内への吸入空気量Qaを大幅に低減させることにより、筒内の空燃比を、上記噴射量の低減前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する。なお、上記第2プリイグ領域R2では、プリイグニッションが起きていない通常時に、筒内の空燃比が理論空燃比程度(空気過剰率λ=1)に設定されている。このため、上記ステップS50の制御が実行されることで、空気過剰率λは、1から例えば0.75程度(空燃比で約11)にまで下げられる。
FIG. 14 is a subroutine showing the specific contents of the second pre-ignition avoidance control. As soon as the second pre-ignition avoidance control is started, control for enriching the in-cylinder air-fuel ratio is executed (step S50). The control in step S50 is to enrich the air-fuel ratio in the cylinder while reducing the fuel injection amount from the
上記のように、ステップS50でインジェクタ18からの燃料噴射量を低減させることにより、その噴射燃料に基づく混合気が筒内で燃焼したときに、当該燃焼に伴い発生する熱量(燃焼熱量)が低下する。また、これに合わせて吸入空気量Qaが大幅に低減され、空燃比が理論空燃比よりもリッチに設定されることにより、燃料の気化潜熱による冷却効果がより高められる。そして、これらの相乗効果により、筒内温度が大幅に低下して、プリイグニッションが速やかに回避されることになる。
As described above, by reducing the fuel injection amount from the
ここで、上記ステップS50の制御(燃料噴射量を低減させつつ空燃比をリッチ化する制御)は、1回限りとされる。つまり、燃料噴射量を段階的に低減させるようなことはせず、1回の制御で大幅に(一気に)燃料噴射量を低減させる。具体的に、燃料噴射量の低減幅は、エンジンの出力トルクが50%以上低下するような値に設定される。 Here, the control in step S50 (control to enrich the air-fuel ratio while reducing the fuel injection amount) is limited to one time. That is, the fuel injection amount is not reduced step by step, and the fuel injection amount is greatly reduced (at once) by one control. Specifically, the reduction range of the fuel injection amount is set to such a value that the output torque of the engine is reduced by 50% or more.
上記ステップS50による出力トルクの低下割合(50%以上)は、上述した第1プリイグ制御で有効圧縮比を1回低下させることに伴う出力トルクの低下割合よりも大幅に大きいものである。すなわち、上記第1プリイグ回避制御では、有効圧縮比を段階的に低下させるために、吸気弁11の閉時期を段階的にリタードさせたが、このときのリタード幅は、例えば1回あたり2°CA程度の小さい値に設定される。このため、有効圧縮比の低下制御(吸気弁11の閉時期のリタード)が1回実施されても、エンジンの出力トルクは1〜2%程度しか低下しない。これに対し、上記第2プリイグ回避制御(ステップ50)では、インジェクタ18からの燃料噴射量が大幅に低減されるため、その1回の制御によって、エンジンの出力トルクは50%以上も低下する。
The reduction rate (50% or more) of the output torque in step S50 is significantly larger than the reduction rate of the output torque associated with reducing the effective compression ratio once by the first pre-ignition control described above. That is, in the first pre-ignition avoidance control, the closing timing of the
上記ステップS50の制御が終了すると、エンジンの異常を報知するための所定の警告処理が実行され(ステップS51)、その後、比較的低速での巡航運転のみを許容する(急加速や高速運転を禁止する)非常モードに移行する。すなわち、回転速度Neが高く本来はプリイグニッションが起き難いはずの第2プリイグ領域R2でプリイグニッションが検出され、それに伴い出力トルクが大幅ダウンされたということは、エンジンに異常が生じている可能性が極めて高いといえる。そこで、エンジンの損傷がそれ以上進行することを防止すべく、上記のように出力トルクを大幅に低下させた状態での運転を継続し、所定の点検サービスを受けるまで通常の制御に復帰させることはしない。 When the control in step S50 is completed, a predetermined warning process for notifying engine abnormality is executed (step S51), and then only cruise operation at a relatively low speed is permitted (rapid acceleration or high speed operation is prohibited). To enter emergency mode. That is, if the pre-ignition is detected in the second pre-ignition region R2 where the rotational speed Ne is high and the pre-ignition should not occur easily, and the output torque is greatly reduced accordingly, the engine may be abnormal. Is extremely high. Therefore, in order to prevent further damage to the engine, continue operation with the output torque greatly reduced as described above, and return to normal control until a predetermined inspection service is received. I do not.
(5)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31または振動センサ33の検出値に基づくプリイグニッションの検出が、回転速度Ne<Nexという低回転側の第1プリイグ領域R1でなされたか、これよりも高回転側の第2プリイグ領域R2でなされたかに応じて、第1および第2プリイグ回避制御のいずれかが選択的に実行される。このうち、回転速度Ne<Nexの第1プリイグ領域R1でプリイグニッションが検出された場合に選択される第1プリイグ回避制御では、VVT15(可変機構)を駆動して吸気弁11の閉時期をリタードさせことにより、エンジンの有効圧縮比を低下させる制御が実行される。一方、回転速度Ne≧Nexの第2プリイグ領域R2でプリイグニッションが検出された場合に選択される第2プリイグ回避制御では、インジェクタ18からの燃料噴射量を低減させることにより、筒内の燃焼熱量(混合気の燃焼に伴い発生する熱量)を低下させる制御が実行される。このような構成によれば、プリイグニッションの性質に応じた有効な対策を選択的に講じることにより、適正かつ確実にプリイグニッションを抑制できるという利点がある。
(5) Operational effects and the like As described above, in the spark ignition engine of the present embodiment, detection of pre-ignition based on the detection value of the ion
すなわち、上記実施形態では、エンジン回転速度Neが閾値Nex未満という条件でプリイグニッションが検出された場合に、有効圧縮比を低下させる制御(第1プリイグ回避制御)が実行され、主に圧縮端圧力(圧縮上死点付近での筒内圧力)の低下が図られることにより、混合気が自着火し難い環境がつくり出されるため、プリイグニッションの発生を効果的に抑制することができる。 That is, in the above-described embodiment, when pre-ignition is detected under the condition that the engine rotational speed Ne is less than the threshold value Nex, control for reducing the effective compression ratio (first pre-ignition avoidance control) is executed, mainly the compression end pressure. By reducing the (in-cylinder pressure in the vicinity of the compression top dead center), an environment in which the air-fuel mixture is difficult to self-ignite is created, so that the occurrence of pre-ignition can be effectively suppressed.
一方、エンジン回転速度Neが閾値Nex以上のときのプリイグニッション、つまり、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)が短く本来は自着火しにくい条件下で起きるプリイグニッションは、高温化した排気弁12や点火プラグ16等が熱源となって起きるものと考えられるため、仮に有効圧縮比を下げて圧縮端圧力を低下させても、上記熱源の温度にあまり影響せず、十分なプリイグニッションの抑制につながらない。そこで、このような性質のプリイグニッションの発生時には、有効圧縮比を低下させるのではなく、筒内の燃焼熱量そのものを低下させる制御(第2プリイグ回避制御)を実行するようにした。これにより、筒内温度が確実に低下し、プリイグニッションの原因となる熱源が冷却されるため、プリイグニッションを効果的に抑制することができる。
On the other hand, pre-ignition when the engine speed Ne is greater than or equal to the threshold value Nex, that is, pre-ignition that occurs under conditions where the heat receiving period of the fuel (actual time during which the fuel is exposed to a high temperature / high pressure environment) is short and is difficult to self-ignite. Is considered to occur as a heat source due to the
特に、上記実施形態では、第1プリイグ回避制御時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所定量低下させることにより、有効圧縮比を段階的に低下させるようにした。一方、第2プリイグ回避制御では、筒内の燃焼熱量を低下させる制御を1回限り実行し、それに伴うエンジントルク(エンジンの出力トルク)の低下割合を、上記第1プリイグ回避制御で有効圧縮比を1回低下させたときのエンジントルクの低下割合よりも大幅に大きい50%以上に設定した。このような構成によれば、エンジン低速側でプリイグニッションが発生したときの出力トルクの低下が最小限に抑えられる一方、エンジン高速側でプリイグニッションが発生したときのフェイルセーフ機能(異常時の安全対策)を的確に発揮させることができる。 In particular, in the above-described embodiment, the effective compression ratio is further decreased by a predetermined amount when the pre-ignition is still detected after the effective compression ratio is decreased by a predetermined amount during the first pre-ignition avoidance control. Was gradually reduced. On the other hand, in the second pre-ignition avoidance control, the control for reducing the amount of combustion heat in the cylinder is executed only once, and the reduction ratio of the engine torque (engine output torque) associated therewith is determined as the effective compression ratio in the first pre-ignition avoidance control. Is set to 50% or more, which is significantly larger than the rate of decrease in engine torque when it is reduced once. According to such a configuration, a decrease in output torque when pre-ignition occurs on the low engine speed side can be minimized, while a fail-safe function (preventive safety in case of abnormality) occurs when pre-ignition occurs on the high engine speed side. (Measures) can be demonstrated accurately.
すなわち、エンジン回転速度Neが比較的低いときのプリイグニッションは、混合気の自着火が起きないように少しでも筒内環境を改善すれば回避される可能性があるため、このようなプリイグニッションに対する対応策である上記第1プリイグ回避制御では、有効圧縮比を段階的に少量ずつ低下させることにより、プリイグニッションを回避し得る最小限の量だけ有効圧縮比を低下させるようにした。これにより、エンジントルクの低下割合をできるだけ小さく抑えながら、プリイグニッションを効果的に抑制することができる。 That is, pre-ignition when the engine rotational speed Ne is relatively low may be avoided if the in-cylinder environment is improved so that self-ignition of the air-fuel mixture does not occur. In the first pre-ignition avoidance control as a countermeasure, the effective compression ratio is decreased by a small amount step by step so that the effective compression ratio is decreased by a minimum amount that can avoid the pre-ignition. As a result, the pre-ignition can be effectively suppressed while the engine torque reduction rate is kept as small as possible.
一方、エンジン回転速度Neが比較的高いときのプリイグニッションは、異常に高温化した排気弁12や点火プラグ16等が熱源となって起きるものであり、速やかに筒内を冷却しなければプリイグニッションを回避できない性質のものである。そこで、このようなプリイグニッションに対する対応策である上記第2プリイグ回避制御では、エンジントルクが50%以上も低下するまで筒内の燃焼熱量を大幅に低下させるようにした。これにより、筒内温度が速やかに低下するため、プリイグニッションを確実に回避することができ、エンジンの損傷を最小限に抑えることができる。
On the other hand, the pre-ignition when the engine speed Ne is relatively high is caused by the
また、上記実施形態では、第2プリイグ回避制御の実行時に、燃焼熱量を低下させるためにインジェクタ18からの燃料噴射量を低減させるとともに、その低減後の筒内の空燃比が低減前よりもリッチになるように、筒内に導入される吸入空気量Qaを低減させるようにした。このような構成によれば、空燃比のリッチ化によって燃料の気化潜熱による冷却効果が高められるため、筒内温度をより効果的に低下させることができ、プリイグニッションをより確実に回避することができる。
Further, in the above embodiment, when the second pre-ignition avoidance control is executed, the fuel injection amount from the
また、上記実施形態では、第1プリイグ領域R1で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実行されるだけでなく、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。
Further, in the above embodiment, when the pre-ignition is detected in the first pre-ignition region R1, not only is the control performed to retard the closing timing of the
すなわち、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、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-described embodiment, the effective compression ratio is actually reduced after the effective compression ratio starts to decrease by temporarily making the in-cylinder air-fuel ratio rich during the transition period until the control for reducing the effective compression ratio is completed. Even if a response delay time is required until the ratio is reduced by a predetermined amount, the cooling effect due to the enrichment of the air-fuel ratio works during the response delay period. Regardless of this, pre-ignition can be quickly suppressed. 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.
なお、上記実施形態では、エンジン回転速度Neが比較的高い第2プリイグ領域R2でプリイグニッションが検出されたときに、これを抑制するための第2プリイグ回避制御として、インジェクタ18からの燃料噴射量を低減させることにより、筒内の燃焼熱量(混合気の燃焼に伴い発生する熱量)を低下させる制御を実行するようにしたが、上記第2プリイグ回避制御は、筒内の燃焼熱量を低下させ得るものであればよく、そのための制御は他にも考えられる。例えば、インジェクタ18から噴射される燃料にある種の添加剤を加えることによって、燃焼熱量を低下させるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, when the pre-ignition is detected in the second pre-ignition region R2 where the engine speed Ne is relatively high, the fuel injection amount from the
また、上記実施形態では、エンジン回転速度Neが比較的低い第1プリイグ領域R1で、プリイグニッションを検出するための検出手段としてイオン電流センサ34を用い、エンジン回転速度Neが比較的高い第2プリイグ領域R2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振動センサ33を用いるようにしたが、低速側の第1プリイグ領域R1については、イオン電流センサ34だけでなく、振動センサ33を用いてプリイグニッションを検出してもよい。
In the above embodiment, the ion
具体的に、上記第1プリイグ領域R1でイオン電流センサ34および振動センサ33の両方を用いてプリイグニッションを検出する制御は、次のようにして行う。まず、図11のステップS7,S8と同様に、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の発生の有無を判定する。このとき、プリイグニッションの発生が確認されなかったとしても、図13で説明したように、振動センサ33によって最大振動強度Vmaxを取得し、それが閾値X以上か否かを調べる。そして、閾値X以上であれば、点火時期をリタードさせてその後の最大振動強度を調べ、その結果の如何によってプリイグニッションの発生の有無を判定する。このように、イオン電流センサ34によってプリイグニッションが検出されなくても、さらに振動センサ33を用いてプリイグニッションの有無を確認するようにした場合には、プリイグニッションの検出精度をより高めることができる。
Specifically, the control for detecting the pre-ignition using both the ion
また、上記実施形態では、低回転かつ高負荷の第1プリイグ領域R1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、例えば第1プリイグ領域R1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。
Further, in the above-described embodiment, a part of the fuel to be injected from the
また、上記実施形態では、第1プリイグ領域R1でプリイグニッションが検出されたときに、これを回避するための第1プリイグ回避制御として、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 pre-ignition is detected in the first pre-ignition region R1, as the first pre-ignition avoidance control for avoiding the pre-ignition, the intake air blow-back is performed on the retard side from the intake bottom dead center. The normal closing timing of the
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
さらに、有効圧縮比を低下させる制御は、上記のように吸気弁11の閉時期を変更するものに限らない。例えば、リンク機構等を用いてピストン5のストローク量を変更し、エンジンの幾何学的圧縮比そのものを低下させることによって、有効圧縮比を低下させるようにしてもよい。
Furthermore, the control for reducing the effective compression ratio is not limited to changing the closing timing of the
11 吸気弁
15 VVT(可変機構)
16 点火プラグ
33 振動センサ(検出手段)
34 イオン電流センサ(検出手段)
40 ECU(制御手段)
11
16
34 Ion current sensor (detection means)
40 ECU (control means)
Claims (10)
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、かつエンジン回転速度が所定値未満であることが確認された場合に、上記可変機構を用いて有効圧縮比を低下させる制御を含む第1プリイグ回避制御を実行するステップと、
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、かつエンジン回転速度が所定値以上であることが確認された場合に、上記インジェクタからの燃料噴射の態様を変更することにより筒内の燃焼熱量を低下させる制御を含む第2プリイグ回避制御を実行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 first pre-ignition including control for reducing the effective compression ratio using the variable mechanism when pre-ignition is detected based on the detection value of the detection means and when it is confirmed that the engine speed is less than a predetermined value. Executing avoidance control; and
When pre-ignition is detected based on the detection value of the detection means and it is confirmed that the engine speed is equal to or higher than a predetermined value, the amount of combustion heat in the cylinder is changed by changing the mode of fuel injection from the injector. Performing a second pre-ignition avoidance control including a control to reduce the spark ignition-type engine control method.
上記第1プリイグ回避制御では、有効圧縮比を所定量低下させ、それでもプリイグニッションが検出された場合に、有効圧縮比をさらに所定量低下させることにより、有効圧縮比を段階的に低下させ、
上記第2プリイグ回避制御では、上記筒内の燃焼熱量を低下させる制御を1回限り実行し、それに伴うエンジントルクの低下割合を、上記第1プリイグ回避制御で有効圧縮比を1回低下させたときのエンジントルクの低下割合よりも大きい値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 1,
In the first pre-ignition avoidance control, the effective compression ratio is decreased by a predetermined amount, and when the pre-ignition is still detected, the effective compression ratio is further decreased by a predetermined amount, thereby gradually reducing the effective compression ratio,
In the second pre-ignition avoidance control, the control for reducing the amount of combustion heat in the cylinder is executed only once, and the effective reduction ratio of the engine torque reduction rate associated therewith is reduced once in the first pre-ignition avoidance control. A control method for a spark ignition engine, characterized in that the engine torque is set to a value greater than the engine torque reduction rate.
上記第2プリイグ回避制御では、筒内の燃焼熱量の低下に伴うエンジントルクの低下割合を50%以上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 2,
In the second pre-ignition avoidance control, a spark ignition type engine control method is characterized in that the rate of decrease in engine torque accompanying reduction in the amount of combustion heat in the cylinder is set to 50% or more.
上記第2プリイグ回避制御では、上記筒内の燃焼熱量の低下のために、上記インジェクタからの燃料噴射量を低減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 3,
In the second pre-ignition avoidance control, the fuel injection amount from the injector is reduced in order to reduce the amount of combustion heat in the cylinder.
上記第2プリイグ回避制御では、上記燃料噴射量を低減させた後の筒内の空燃比が低減前よりもリッチになるように、筒内に導入される吸入空気量を低減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 claim 4,
In the second pre-ignition avoidance control, the amount of intake air introduced into the cylinder is reduced so that the air-fuel ratio in the cylinder after reducing the fuel injection amount becomes richer than before the reduction. How to control a spark ignition engine.
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、かつエンジン回転速度が所定値未満であることが確認された場合に、上記可変機構を作動させて有効圧縮比を低下させる制御を含む第1プリイグ回避制御を実行する一方、
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、かつエンジン回転速度が所定値以上であることが確認された場合に、上記インジェクタからの燃料噴射の態様を変更することにより筒内の燃焼熱量を低下させる制御を含む第2プリイグ回避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,
The control means includes
A first control including a control for lowering the effective compression ratio by operating the variable mechanism when pre-ignition is detected based on the detection value of the detection means and when it is confirmed that the engine speed is less than a predetermined value; While performing pre-ignition avoidance control,
When pre-ignition is detected based on the detection value of the detection means and it is confirmed that the engine speed is equal to or higher than a predetermined value, the amount of combustion heat in the cylinder is changed by changing the mode of fuel injection from the injector. A spark ignition engine characterized by executing a second pre-ignition avoidance control including a control for reducing the engine.
上記第1プリイグ回避制御の実行時、上記制御手段は、有効圧縮比を所定量低下させ、それでもプリイグニッションが検出された場合に、有効圧縮比をさらに所定量低下させることにより、有効圧縮比を段階的に低下させ、
上記第2プリイグ回避制御は、上記筒内の燃焼熱量を低下させる制御を1回限り実行するものであり、それに伴うエンジントルクの低下割合が、上記第1プリイグ回避制御で有効圧縮比を1回低下させたときのエンジントルクの低下割合よりも大きい値に設定され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 6,
When the first pre-ignition avoidance control is executed, the control means reduces the effective compression ratio by a predetermined amount, and when the pre-ignition is still detected, the effective compression ratio is further decreased by a predetermined amount. Step by step,
In the second pre-ignition avoidance control, the control for reducing the amount of combustion heat in the cylinder is executed only once, and the reduction rate of the engine torque associated therewith becomes the effective compression ratio once in the first pre-ignition avoidance control. A spark ignition type engine characterized in that it is set to a value larger than the rate of decrease in engine torque when it is reduced.
上記第2プリイグ回避制御では、筒内の燃焼熱量の低下に伴うエンジントルクの低下割合が50%以上に設定され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 7,
In the second pre-ignition avoidance control, a spark ignition type engine is characterized in that the rate of decrease in engine torque accompanying a decrease in the amount of combustion heat in the cylinder is set to 50% or more.
上記第2プリイグ回避制御では、上記筒内の燃焼熱量の低下のために、上記インジェクタからの燃料噴射量が低減され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 6 to 8,
In the second pre-ignition avoidance control, the amount of fuel injected from the injector is reduced in order to reduce the amount of combustion heat in the cylinder.
上記第2プリイグ回避制御では、上記燃料噴射量を低減させた後の筒内の空燃比が低減前よりもリッチになるように、筒内に導入される吸入空気量が低減され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 9,
In the second pre-ignition avoidance control, the intake air amount introduced into the cylinder is reduced so that the air-fuel ratio in the cylinder after reducing the fuel injection amount becomes richer than before the reduction. A spark ignition engine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011093351A JP5494557B2 (en) | 2011-04-19 | 2011-04-19 | Control method of spark ignition engine and spark ignition engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011093351A JP5494557B2 (en) | 2011-04-19 | 2011-04-19 | Control method of spark ignition engine and spark ignition engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012225251A true JP2012225251A (en) | 2012-11-15 |
JP5494557B2 JP5494557B2 (en) | 2014-05-14 |
Family
ID=47275684
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011093351A Expired - Fee Related JP5494557B2 (en) | 2011-04-19 | 2011-04-19 | Control method of spark ignition engine and spark ignition engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5494557B2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020016181A (en) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | スズキ株式会社 | Combustion control device for internal combustion engine |
JP2020200770A (en) * | 2019-06-06 | 2020-12-17 | マツダ株式会社 | Engine control device |
JP2020200769A (en) * | 2019-06-06 | 2020-12-17 | マツダ株式会社 | Control device of engine |
CN116025479A (en) * | 2023-02-02 | 2023-04-28 | 重庆赛力斯新能源汽车设计院有限公司 | Method, system, equipment and storage medium for controlling preignition of extended-range engine |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0417142U (en) * | 1990-05-31 | 1992-02-13 | ||
JP2001159348A (en) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Nissan Motor Co Ltd | Intake control device for engine |
JP2010084621A (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Mazda Motor Corp | Control method and control device for engine |
-
2011
- 2011-04-19 JP JP2011093351A patent/JP5494557B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0417142U (en) * | 1990-05-31 | 1992-02-13 | ||
JP2001159348A (en) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Nissan Motor Co Ltd | Intake control device for engine |
JP2010084621A (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Mazda Motor Corp | Control method and control device for engine |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020016181A (en) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | スズキ株式会社 | Combustion control device for internal combustion engine |
JP7124516B2 (en) | 2018-07-25 | 2022-08-24 | スズキ株式会社 | Combustion control device for internal combustion engine |
JP2020200770A (en) * | 2019-06-06 | 2020-12-17 | マツダ株式会社 | Engine control device |
JP2020200769A (en) * | 2019-06-06 | 2020-12-17 | マツダ株式会社 | Control device of engine |
JP7255368B2 (en) | 2019-06-06 | 2023-04-11 | マツダ株式会社 | engine controller |
JP7352136B2 (en) | 2019-06-06 | 2023-09-28 | マツダ株式会社 | engine control device |
CN116025479A (en) * | 2023-02-02 | 2023-04-28 | 重庆赛力斯新能源汽车设计院有限公司 | Method, system, equipment and storage medium for controlling preignition of extended-range engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5494557B2 (en) | 2014-05-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5565364B2 (en) | Method for detecting abnormal combustion in spark ignition engine and spark ignition engine | |
JP5423720B2 (en) | Control method and control device for spark ignition engine | |
JP5360121B2 (en) | Control method of spark ignition engine and spark ignition engine | |
US9897034B2 (en) | Control device of an engine | |
JP5870951B2 (en) | Control device for spark ignition engine | |
JP4748255B2 (en) | ENGINE CONTROL METHOD AND CONTROL DEVICE | |
US8082093B2 (en) | Fuel injection control apparatus and fuel injection control method of internal combustion engine | |
JP5565370B2 (en) | Control method of spark ignition engine and spark ignition engine | |
JP5494557B2 (en) | Control method of spark ignition engine and spark ignition engine | |
JP5459495B2 (en) | Control method and control device for spark ignition engine | |
JP5907013B2 (en) | Spark ignition direct injection engine | |
JP7405062B2 (en) | engine system | |
JP3965905B2 (en) | Compression self-ignition internal combustion engine | |
US9291141B2 (en) | Control device and control method for internal combustion engine | |
JP2009103054A (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP5429225B2 (en) | Spark ignition engine | |
CN114483352A (en) | Engine system | |
JP5333318B2 (en) | Control method and control device for spark ignition engine | |
WO2023079799A1 (en) | Engine control apparatus and engine control method | |
JP2020020306A (en) | Engine control device | |
JP6167659B2 (en) | Fuel injection control device for internal combustion engine | |
JP4911135B2 (en) | Self-ignition combustion detector | |
JP6848918B2 (en) | Engine control method, engine knock detection method and engine control device | |
JP5327123B2 (en) | Control method and control device for spark ignition engine | |
JP2023095492A (en) | internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130313 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131031 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131105 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131227 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140204 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140217 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5494557 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |