JP4799645B2 - 内燃機関用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の異常燃焼を高精度に検出する内燃機関用制御装置に関するものである。

高圧縮比の火花点火式内燃機関において、燃焼騒音や出力変動を引き起こす異常燃焼が発生することがある。この異常燃焼は、燃焼に伴う燃焼室内の圧力変動が過剰に大きくなる現象を指す。また、このような異常燃焼には、火花点火実行前に発生するプリイグニッション（以下、「プリイグ」と略称する）と、火花点火実行後に発生するノッキングとがある。

このうち、プリイグには、燃焼室内の混合気が圧縮により自着火する異常燃焼と、点火プラグ先端部の熱やデポジットなどを火元に着火する異常燃焼との２種類の現象が存在する。また、ノッキングは、点火後の燃焼過程において、燃焼室周辺のエンドガスが自着火する現象である。

このような現象は、騒音や振動を伴うだけでなく、燃焼室内の損傷を招き、最終的には内燃機関が動作しなくなる恐れがある。

そこで、上記の問題点を解決する従来技術の１つとして、プリイグをエンジン回転数の変動幅によって検出する技術が提案されている。例えば、特定気筒の点火時期を一定角度遅角すると、エンジン出力が低下し、エンジン回転数が変動する。このとき、特定気筒にプリイグが生じると、点火タイミングよりも早く燃焼室内に火炎が生じることにより、エンジン回転数の変動幅が小さくなる。従って、このエンジン回転数の変動幅が所定幅（プリイグ検出用エンジン回転数変動幅）よりも小さいか否かを判定することで、プリイグの検出を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開平２−１３６５６６号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来技術では、エンジン回転数の変動幅が所定幅よりも小さいか否かを判定することにより、プリイグの検出を行うことができる。しかしながら、内燃機関やクランク角センサの製造バラツキ、あるいは内燃機関の運転状態等を考慮して、所定幅を予め適切な値に設定しておく必要がある。その結果、エンジン回転数に対する所定幅を設定する際に手間が掛かってしまうといった問題点があった。

また、従来技術では、所定幅の設定が小さすぎると、プリイグの検出がしにくくなり（すなわち、未検出状態が発生し）、内燃機関へのダメージが大きくなる可能性があった。逆に、所定幅の設定が大きすぎると、プリイグが発生していないにもかかわらずプリイグが検出されてしまい（すなわち、過検出状態が発生し）、プリイグ回避動作（例えば、有効圧縮比低減）により内燃機関の出力が十分に引き出されないという問題点があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、プリイグ判定レベルの設定を容易に行うことができるとともに、プリイグの検出をより確実に行うことができる内燃機関用制御装置を得ることを目的とする。

本発明に係る内燃機関用制御装置は、内燃機関の回転速度を検出するクランク角センサからの信号を所定間隔ごとに処理し、所定間隔ごとのクランク角加速度を算出するクランク角加速度算出手段と、クランク角加速度のデータ分布が正規分布であると仮定した場合に、所定の信頼区間を得るための上限のクランク角加速度を判定レベルしきい値として予め設定しておき、クランク角加速度算出手段で逐次算出されるクランク角加速度が判定レベルしきい値よりも大きい場合にプリイグニッションが発生したと判断する判定手段と、クランク角加速度算出手段で逐次算出されるクランク角加速度に対して統計処理を施すことにより、実運転におけるクランク角加速度の実データ分布を求め、実データ分布に適した新たな判定レベルしきい値を算出して判定手段に与える判定レベル設定手段とを備えた内燃機関用制御装置であって、判定手段は、判定レベル設定手段で算出された新たな判定レベルしきい値を用いて、プリイグニッションが発生したか否かを判断し、上記判定レベル設定手段は、クランク角加速度算出手段で逐次算出されるクランク角加速度の平均値を算出する平均値算出手段と、クランク角加速度算出手段で逐次算出されるクランク角加速度の標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、実データ分布に含まれるクランク角加速度のうち、平均値算出手段により算出された平均値以上となるクランク角加速度のばらつきを算出する上側ばらつき算出手段と、実データ分布に含まれるクランク角加速度のうち、平均値算出手段により算出された平均値未満となるクランク角加速度のばらつきを算出する下側ばらつき算出手段と、上側ばらつき算出手段及び下側ばらつき算出手段の算出結果に基づいて新たな判定レベルしきい値を算出する補正手段とを含み、判定レベル設定手段に含まれる補正手段は、クランク角加速度のデータ分布が正規分布であると仮定し、標準偏差をα _ＳＤ 、中央値をα _Ｍ 、信頼係数をＫ _Ｒ をとして、判定レベルしきい値α _ＴＨ が下式
α _ＴＨ ＝α _Ｍ ＋Ｋ _Ｒ ×α _ＳＤ
で予め設定されている場合において、上側ばらつき算出手段で算出されたクランク角加速度のばらつきを上側分散値α _ＶＲＨ とし、下側ばらつき算出手段で算出されたクランク角加速度のばらつきを下側分散値α _ＶＲＬ として、補正後の信頼係数Ｋ _ＲＣ を下式
Ｋ _ＲＣ ＝２×Ｋ _Ｒ ×α _ＶＲＨ ／（α _ＶＲＨ ＋α _ＶＲＬ ）
により算出し、平均値算出手段で算出された平均値をα _ａｖｅ とし、標準偏差算出手段で算出された標準偏差をα _ＳＤ としたときに、補正後の信頼係数Ｋ _ＲＣ を用いて新たな判定レベルしきい値α _ＴＨＣ を下式
α _ＴＨＣ ＝α _ａｖｅ ＋Ｋ _ＲＣ ×α _ＳＤ
により算出するものである。

本発明に係る内燃機関用制御装置よれば、クランク角加速度の頻度分布を統計処理し、クランク角速度の頻度分布に応じてプリイグ判定レベルを自動的に設定することができ、プリイグ判定レベルの設定を容易に行うことができるとともに、プリイグの検出を確実に行うことができる内燃機関用制御装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る内燃機関を示す構成図である。 図１におけるＥＣＵの内部構成図である。 点火時期が圧縮ＴＤＣよりも遅角側であった場合のクランク角加速度を示すグラフである。 プリイグ未発生時のクランク角加速度の頻度分布が正規分布に従う場合のクランク角加速度の頻度分布図である。 プリイグ発生時のクランク角加速度の頻度分布が正規分布に従う場合のクランク角加速度の頻度分布図である。 クランク角加速度の頻度分布が正規分布に従わない場合に、プリイグ判定レベルα_ＴＨを求める場合の説明図である。 クランク角加速度の頻度分布が正規分布に従わない場合に、適切なプリイグ判定レベルα_ＴＨを求める場合の説明図である。 本発明の実施の形態１に係るＥＣＵによる１点火サイクル毎にプリイグ判定レベルα_ＴＨの設定動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るＥＣＵによる１点火サイクル毎にプリイグ判定レベルα_ＴＨの設定動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るＥＣＵにおける気筒毎及び点火時期毎のマップの一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態３に係るＥＣＵによる１点火サイクル毎にプリイグ判定レベルα_ＴＨの設定動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係るＥＣＵにおける信頼係数マップの一例を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関を示す構成図である。図１における内燃機関の燃焼室１は、シリンダヘッド２、シリンダブロック３、ピストン４により形成されている。また、燃焼室１の上部には、吸気ポート５と排気ポート６とが接続されている。さらに、燃焼室１の上部中央には、燃焼室１に供給された混合気に点火する点火プラグ７が設けられている。シリンダヘッド２の吸気ポート５側の下部には、燃料噴射弁８が設けられている。

燃焼室１の吸気ポート５側の上部には、混合気及び燃焼ガスを適正な時期に吸入するための吸気バルブ９が設けられている。吸気バルブ９は、吸気カム１０によって動作される。また、燃焼室１の排気ポート６側の上部には、混合気及び燃焼ガスを適正な時期に排出するための排気バルブ１１が設けられている。排気バルブ１１は、排気カム１２によって動作される。

吸気カム１０には、吸気カム１０の位相を可変する位相可変システム（図示せず）が接続されている。これにより、吸気カム１０は、吸気バルブ９の開閉タイミングを変更することができる。

ピストン４には、クランク軸１３が接続されている。クランク軸１３は、ピストン４が上下方向へ変位することにより回転可能となっている。クランク軸１３には、突起が設けられているクランクプレート（図示せず）が取り付けられている。

クランクプレートの突起の近傍には、クランク角センサ１４が配置されている。クランク角センサ１４は、クランクプレートの突起を検出することにより、クランク軸１３の回転数及びクランク角度位置を検出する。また、クランク角センサ１４は、クランク軸１３の回転数及びクランク角度位置を内燃機関の制御装置の要部を構成するエンジンコントロールユニット２０（以下、「ＥＣＵ２０」と略称する）に出力する。

ＥＣＵ２０には、クランク角センサ１４、燃焼室１に導入される吸気量を検出する吸気量センサ１５、運転状態を検出するスロットルポジションセンサ１６、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサ１７、吸気カム１０の位相角センサ１８、内燃機関の振動を検出するノックセンサ１９等からの信号が入力される。ＥＣＵ２０は、これらの情報に基づいて内燃機関の回転速度、点火時期、燃料噴射量及び吸気カム１０の位相変化量等の計算を行っている。さらに、ＥＣＵ２０は、後述するプリイグの検出によって吸気カム１０の位相を変更し、有効圧縮比の低減といったプリイグ回避制御も行っている。

ここで、１点火サイクルについて説明する。まず、吸気行程において、燃焼室１では、吸気ポート５から吸気バルブ９を介して導入された空気と、燃料噴射弁８から噴射された燃料とで混合気が形成される。次に、圧縮行程において、混合気がピストン４によって圧縮される。その後、圧縮ＴＤＣ（ＴＤＣ：Ｔｏｐ Ｄｅａｔｈ Ｃｅｎｔｅｒ）付近にて点火プラグ７により点火される。次に、膨張行程において、ピストン４を押し下げてクランク軸１３を回転させる。次に、排気行程において、燃焼室１内の混合気は、排気バルブ１１を介して排気ポート６を通り排出される。以上が１点火サイクルである。

図２は、図１におけるＥＣＵ２０の内部構成図である。ＥＣＵ２０は、Ｉ／Ｆ回路３０及びマイクロコンピュータ４０を備えている。

Ｉ／Ｆ回路３０は、ローパスフィルタ３１（以下、「ＬＰＦ３１」と略称する）を有している。ＬＰＦ３１は、クランク角センサ１４からの出力信号の高周波成分を除去する。

マイクロコンピュータ４０は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、制御プログラムや制御定数を記憶しておくＲＯＭ領域、プログラムを実行した際の変数を記憶しておくＲＡＭ領域等から構成されている。以下に、マイクロコンピュータ４０の具体的な構成・機能を説明する。

マイクロコンピュータ４０は、記憶手段４１、クランク角加速度算出手段４２、プリイグ判定レベル設定手段４３、比較演算手段４４、プリイグ判定手段４５及び有効圧縮比演算手段４６を備えている。

記憶手段４１は、ＬＰＦ３１からの出力信号を一定のクランク角間隔（例えば、３０ｄｅｇＣＡ）ごとに記憶する。例えば、記憶手段４１は、割り込み発生時刻ごとに、ＬＰＦ３１からの出力信号を記憶部（ＲＯＭ領域あるいはＲＡＭ領域に相当）に記憶させることで、一定間隔でのクランク角の遷移データを格納する。

なお、記憶手段４１は、ＬＰＦ３１からの出力信号を常に記憶してもよい。また、記憶手段４１は、ＬＰＦ３１からの出力信号をプリイグが発生する期間（例えば、ＢＴＤＣ３０ｄｅｇＣＡからＡＴＤＣ６０ｄｅｇＣＡ）だけ記憶してもよい。

ここで、ＢＴＤＣは、上死点前の意味であり、Ｂｅｆｏｒｅ Ｔｏｐ Ｄｅａｔｈ Ｃｅｎｔｅｒの略称である。また、ＡＴＤＣは、上死点後の意味であり、Ａｆｔｅｒ Ｔｏｐ Ｄｅａｔｈ Ｃｅｎｔｅｒの略称である。

クランク角加速度算出手段４２は、記憶部に格納されたクランク角の遷移データに基づいてクランク角周期、クランク角速度及びクランク角加速度αを算出する。

ここで、クランク角加速度算出手段４２は、クランク角加速度αを次のように算出する。まず、クランク角加速度算出手段４２は、例えば、ＴＤＣからＡＴＤＣ３０ｄｅｇＣＡごとに格納されたクランク角の遷移データからクランク角速度を算出し、その算出結果から、クランク角加速度αを算出する。

一例として、ＴＤＣ〜ＡＴＤＣ３０ｄｅｇＣＡの角速度がｔ１として求まり、ＡＴＤＣ３０ｄｅｇＣＡ〜ＡＴＤＣ６０ｄｅｇＣＡの角速度がｔ２として求まったとする。この場合、クランク角加速度αは、下式により算出できる。
α＝ｔ２／（３０／ｔ２−３０／ｔ１）

プリイグ判定レベル設定手段４３は、クランク角加速度算出手段４２より算出されるクランク角加速度αを用いて、プリイグ判定レベルα_ＴＨを設定する。また、プリイグ判定レベル設定手段４３は、図示していないが、平均値算出手段と、標準偏差算出手段と、上側分散算出手段と、下側分散算出手段と、信頼係数補正手段とを有している。

平均値算出手段は、クランク角加速度算出手段４２より算出されるクランク角加速度αの平均値を算出する。標準偏差算出手段は、クランク角加速度算出手段４２より算出されるクランク角加速度αの標準偏差を算出する。上側分散算出手段は、平均値算出手段より算出される平均値よりも上側のクランク角加速度αのばらつき（分散値）を算出する。下側分散算出手段は、平均値算出手段より算出される平均値よりも下側のクランク角加速度αのばらつき（分散値）を算出する。信頼係数補正手段は、上側分散算出手段及び下側分散算出手段の算出結果に基づいて信頼係数を補正する。なお、プリイグ判定レベル設定手段４３の詳細については、後述する。

比較演算手段４４は、現在のクランク角加速度αとプリイグ判定レベルα_ＴＨとを読み取り、現在のクランク角加速度αがプリイグ判定レベルα_ＴＨよりも上回っているか否かを判定する。また、比較演算手段４４は、判定結果をプリイグ判定手段４５に出力する。

プリイグ判定手段４５は、比較演算手段４４からの判定結果に基づいてプリイグの発生有無を判定する。また、プリイグ判定手段４５は、判定結果を有効圧縮比演算手段４６に出力する。

有効圧縮比演算手段４６は、プリイグの発生状況に応じて有効圧縮比を調整する。例えば、プリイグが発生していれば有効圧縮比を低減するように演算を実施し、演算結果を位相可変システム５０に出力する。

ここで、有効圧縮比の調整について説明する。有効圧縮比の調整は、例えば、位相可変システム５０により吸気カム１０の位相を変更し、吸気バルブ９の閉じるタイミングを変更して行う。通常、吸気バルブ９の閉じるタイミングを早くすることにより有効圧縮比が低減され、プリイグの発生を抑制することができる。

なお、本実施の形態１では、プリイグを判定した際に変更する吸気バルブ９の閉じるタイミングの変化量を予め設定しておき、タイミングの変更を行う。また、吸気バルブ９の閉じるタイミングの変化量としては、１ｄｅｇＣＡ程度早めることとする。

図３は、点火時期が圧縮ＴＤＣよりも遅角側であった場合のクランク角加速度を示すグラフである。図３のグラフでは、クランク角加速度を縦軸に示し、クランク角度を横軸に示している。また、図３のグラフでは、プリイグ未発生の場合のクランク角加速度を実線、プリイグ発生の場合のクランク角加速度を破線で示す。さらに、図３のグラフでは、圧縮ＤＴＣに相当するクランク角度を１点鎖線、点火時期に相当するクランク角度を２点鎖線で示す。

点火時期が圧縮ＴＤＣよりも遅角側であった場合、クランク角度の動きは、圧縮ＴＤＣ後クランク角加速度が増加し、その後、点火時期となり点火を実施するまで略等加速度運動の状態であることが実験的に確認されている（図３の実線参照）。

しかし、点火時期が圧縮ＴＤＣよりも遅角側であった場合において、点火時期と圧縮ＴＤＣとの間でプリイグが発生すると、圧縮ＴＤＣから点火時期までの間にかけてクランク角速度が大きくなり、点火時期後には、略等加速度運動状態ではなくなることが実験的に確認されている（図３の破線参照）。従って、本発明は、このプリイグが起きることによりクランク角加速度が大きくなる現象を利用して、プリイグの検出を行うものである。

ここで、プリイグ判定レベル設定手段４３について詳細に説明する。図４は、プリイグ未発生時のクランク角加速度の頻度分布が正規分布に従う場合のクランク角加速度の頻度分布図、図５は、プリイグ発生時のクランク角加速度の頻度分布が正規分布に従う場合のクランク角加速度の頻度分布図である。

まず、特定のクランク角時点でのクランク角加速度の頻度分布を統計処理することでプリイグ判定レベルα_ＴＨを設定する方法について、図４、５を用いて説明する。図４、５に示すように、クランク角加速度の頻度分布が正規分布に従う場合には、頻度分布の標準偏差α_ＳＤと中央値α_Ｍとから次式（１）に基づいてプリイグ判定レベルα_ＴＨを算出することができる。
α_ＴＨ＝α_Ｍ＋Ｋ_Ｒ×α_ＳＤ （１）

上記式（１）のＫ_Ｒは、データの信頼区間を決定する信頼係数である。クランク角加速度αの頻度分布が正規分布に従う場合には、Ｋ_Ｒ＝３の設定で９９．７％の信頼区間をとることが一般的に知られている。そこで、本実施の形態１では、信頼係数Ｋ_Ｒの初期値をＫ_Ｒ＝３と設定する。

このように、Ｋ_Ｒ＝３として上式（１）で求まったプリイグ判定レベルα_ＴＨを用いることで、図５に示すように、クランク角加速度αがプリイグ判定レベルα_ＴＨよりも大きい場合には、プリイグが発生していると判定することができる。また、このときのクランク角加速度αは、異常値であるため、標準偏差α_ＳＤと中央値α_Ｍとの算出には用いないこととする。

しかし、実際には、クランク角加速度αの頻度分布が正規分布に従うことは少なく、右に歪んだ頻度分布形状となる場合や左に歪んだ頻度分布形状となる場合が一般的である。そこで、本発明では、実運転中のデータを統計処理することで、その内燃機関固有の頻度分布を取得した上で、適切なプリイグ判定レベルα_ＴＨを求めることを行っている。

図６は、クランク角加速度の頻度分布が正規分布に従わない場合に、上式（１）によりプリイグ判定レベルα_ＴＨを求める場合の説明図である。一方、図７は、クランク角加速度の頻度分布が正規分布に従わない場合に、適切なプリイグ判定レベルα_ＴＨを求める場合の説明図である。

図６に示すように、クランク角加速度αの分布が右に歪んだ場合、クランク角加速度αの頻度分布を正規分布とみなして、上式（１）を用いてプリイグ判定レベルα_ＴＨを設定する方法では、プリイグが発生していないにもかかわらず、クランク角加速度αがプリイグ判定レベルα_ＴＨよりも大きくなってしまう場合が発生する。この結果、プリイグが発生していると過検出してしまう。

そこで、本発明の実施の形態１においては、図７に示すように、クランク角加速度αの頻度分布の歪みに基づいて、信頼係数Ｋ_Ｒを補正することにより、プリイグ判定レベルα_ＴＨを適切な値に設定する。この適切な値の設定方法について、図７を参照しながら、以下に説明する。

本発明においては、クランク角加速度αの頻度分布の歪みを表す指標として、中央値α_Ｍより上側のデータの分散α_ＶＲＨあるいは標準偏差α_ＳＤＨと、中央値α_Ｍより下側のデータの分散α_ＶＲＬあるいは標準偏差α_ＳＤＬとを用いる。これらの値に基づいて、次式（２）、（３）を用いて信頼係数Ｋ_Ｒを補正することで、補正後の信頼係数Ｋ_ＲＣを算出する。
Ｋ_ＲＣ：２×Ｋ_Ｒ＝α_ＶＲＨ：（α_ＶＲＬ＋α_ＶＲＨ） （２）
Ｋ_ＲＣ＝２×Ｋ_Ｒ×｛α_ＶＲＨ／（α_ＶＲＬ＋α_ＶＲＨ）｝ （３）

上式（３）の補正後の信頼係数Ｋ_ＲＣを上式（１）の信頼係数Ｋ_Ｒとして採用し、プリイグ判定レベルα_ＴＨを求めることで、クランク角加速度αの頻度分布の歪みに応じて、適切なプリイグ判定レベルα_ＴＨを得ることが可能となる。即ち、内燃機関やクランク角センサの個体差（製造ばらつき）及び内燃機関の運転状態等に起因するクランク角加速度αの頻度分布の歪みに応じて、適切なプリイグ判定レベルα_ＴＨを得ることできる。この結果、綿密な適合を要することなく、実運転中のクランク角加速度αの検出結果を統計処理して頻度分布を求め、その頻度分布に基づいてプリイグ判定レベルα_ＴＨを適切な値に設定することができる。

ここで、ＥＣＵ２０が、１点火サイクル毎にプリイグ判定レベルα_ＴＨを設定するために実行するプログラムの制御構造について、図８のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ＥＣＵ２０は、クランク角センサ１４からの出力信号に基づいて特定のクランク角時点（例えば、ＡＴＤＣ６０ｄｅｇＣＡ時点での３０ｄｅｇＣＡ間隔の角加速度）でのクランク角加速度αを算出する（ステップＳ１０１）。

そして、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０は、クランク角加速度α[ｎ]がプリイグ判定レベルの前回値α_ＴＨ[ｎ−１]よりも大きいか否かを判別する。

このとき、クランク角加速度α[ｎ]がプリイグ判定レベルの前回値α_ＴＨ[ｎ−１]よりも大きい場合（即ち、Ｙｅｓ）にはプリイグ発生と判定し、ステップＳ１０３へ処理が移行する。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は、有効圧縮比の調整を行う。例えば、予めプリイグ判定時に吸気バルブ９の閉じるタイミングを１ｄｅｇＣＡ早めると設定しておき、吸気バルブ９の閉じるタイミングを１ｄｅｇＣＡ早めることで有効圧縮比の低減を行う。また、ＥＣＵ２０は、有効圧縮比の調整動作と同時に、クランク角加速度の前回値α[ｎ−１]をクランク角加速度の今回値α[ｎ]とする。即ち、クランク角加速度α[ｎ]は異常値であるため、頻度分布のデータとしては採用せず、以降のプリイグ判定レベルの演算には、プリイグと判定されたこのクランク角加速度α[ｎ]を用いない。

一方、クランク角加速度α[ｎ]がプリイグ判定レベルの前回値α_ＴＨ[ｎ−１]よりも小さい場合（即ち、Ｎｏ）にはプリイグ未発生と判定し、ステップＳ１０４へ処理が移行する。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は、クランク角加速度α[ｎ]を、そのままα[ｎ]に設定する。即ち、クランク角加速度α[ｎ]は正常値であるため、頻度分布のデータとして採用し、以降のプリイグ判定レベルの演算に用いることとする。

次に、ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２０は、クランク角加速度α[ｎ]の平均値α_ａｖｅ[ｎ]を次式（４）に基づいて算出する。
α_ａｖｅ[ｎ]＝Ｋ_ａｖｅ×α_ａｖｅ[ｎ−１]＋（１−Ｋ_ａｖｅ）×α[ｎ] （４）

上記式（４）のＫ_ａｖｅは、０＜Ｋ_ａｖｅ＜１の値をとるフィルタ係数であり、予めエンジン回転数毎に適合された値が用いられる。なお、クランク角加速度α[ｎ]の平均値α_ａｖｅ[ｎ]の算出には、エンジン回転数毎に適合された値に限定されず、例えば、移動平均値を用いてもよい。

ここで、分布の中央値α_Ｍを求めるには、分布形状を把握することができるデータ数を一旦ＲＡＭ領域に格納しておく必要がり、多大なＲＡＭ領域が必要となる。そこで、本実施の形態１においては、上式（４）を用いて一次フィルタによりなまし処理を施した値α_ａｖｅが、中央値α_Ｍの代わりに用いられる。上式（４）で算出される値α_ａｖｅを前回値として記憶しておくことで、分布形状を把握することができるデータ数を格納することなく、統計処理を行うことができる。

また、ステップＳ１０２において、プリイグ発生と判定された場合には、ステップＳ１０３において、クランク角加速度α[ｎ]にクランク角加速度の前回値α[ｎ−１]を用いる場合を説明した。しかし、この方法の代わりに、フィルタ係数Ｋ_ＶＲＨをプリイグ発生と判定されたクランク角加速度α[ｎ]の影響が小さくなるように調節してもよい。

次に、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は、クランク角加速度α[ｎ]の頻度分布全体の分散α_ＶＲ[ｎ]を、次式（５）に基づいて算出する。
α_ＶＲ [ｎ]＝（α[ｎ]−α_ａｖｅ[ｎ]）^２ （５）

また、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は、平均値α_ａｖｅ[ｎ]よりも上側のクランク角加速度α[ｎ]の分散α_ＶＲＨ[ｎ]を、次式（６）又は（７）に基づいて算出する。

さらに、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は、平均値α_ａｖｅ[ｎ]よりも下側のクランク角加速度α[ｎ]の分散α_ＶＲＬ[ｎ]を、次式（８）又は（９）に基づいて算出する。

そして、ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０６において求めた各分散に対して、次式（１０）〜（１２）に基づいてなまし処理を施す。
αＦ_ＶＲ [ｎ]＝Ｋ_ＶＲ ×αＦ_ＶＲ [ｎ−１]＋（１−Ｋ_ＶＲ ）×α_ＶＲ [ｎ−１] （１０）
αＦ_ＶＲＨ[ｎ]＝Ｋ_ＶＲＨ×αＦ_ＶＲＨ[ｎ−１]＋（１−Ｋ_ＶＲＨ）×α_ＶＲＨ[ｎ−１] （１１）
αＦ_ＶＲＬ[ｎ]＝Ｋ_ＶＲＬ×αＦ_ＶＲＬ[ｎ−１]＋（１−Ｋ_ＶＲＬ）×α_ＶＲＬ[ｎ−１] （１２）

上記式（１０）〜（１２）のＫ_ＶＲ、Ｋ_ＶＲＨ及びＫ_ＶＲＬは、それぞれフィルタ係数であり、予めエンジン回転数毎に適合された値が用いられる。

そして、ステップＳ１０８において、ＥＣＵ２０は、クランク角加速度α[ｎ]の標準偏差α_ＳＤ[ｎ]を、次式（１３）に基づいて算出する。
α_ＳＤ[ｎ]＝（αＦ_ＶＲ[ｎ]）^１／２ （１３）

なお、αＦ_ＶＲ[ｎ]の代わりに、上記式（１１）、（１２）のαＦ_ＶＲＨ[ｎ]及びαＦ_ＶＲＬ[ｎ]を用いても良い。

そして、ステップＳ１０９において、ＥＣＵ２０は、これまでの演算結果を元に、次式（１４）、（１５）に基づいて、補正後の信頼係数Ｋ_ＲＣ及びプリイグ判定レベルα_ＴＨ[ｎ]を算出する。
Ｋ_ＲＣ＝２×Ｋ_Ｒ×α_ＶＲＨ[ｎ]／（α_ＶＲＨ[ｎ]＋α_ＶＲＬ[ｎ]） （１４）
α_ＴＨ[ｎ]＝α_ａｖｅ[ｎ]＋Ｋ_ＲＣ×α_ＳＤ[ｎ] （１５）

上記式（１４）のＫ_Ｒは、信頼係数である。このとき、補正後の信頼係数Ｋ_ＲＣの最小値が信頼係数Ｋ_Ｒとなるように制限する。また、補正後の信頼係数Ｋ_ＲＣの算出においては、上側分散α_ＶＲＨ[ｎ]及び下側分散α_ＶＲＬ[ｎ]が用いられる。なお、補正後の信頼係数Ｋ_ＲＣの算出においては、上側分散α_ＶＲＨ[ｎ]及び下側分散α_ＶＲＬ[ｎ]の代わりに、上側分散α_ＶＲＨ[ｎ]及び下側分散α_ＶＲＬ[ｎ]の正の平方根である上側標準偏差α_ＳＤＨ[ｎ]及び下側標準偏差α_ＳＤＬ[ｎ]を用いてもよい。

以上のように、実施の形態１によれば、実運転中の測定結果に基づいてクランク角加速度αの頻度分布を統計処理し、クランク角加速度αの頻度分布に応じてプリイグ判定レベルα_ＴＨを適切な値に設定することができる。従って、内燃機関やクランク角センサの個体差（製造ばらつき）及び内燃機関の運転状態等に起因するクランク角加速度αの頻度分布の歪みを反映したプリイグ判定レベルα_ＴＨの最適設定を容易に行うことができ、プリイグの検出をより確実に行うことができる。

また、クランク角加速度αの頻度分布において、上側分散α_ＶＲＨ[ｎ]及び下側分散α_ＶＲＬ[ｎ]又は、上側分散α_ＶＲＨ[ｎ]及び下側分散α_ＶＲＬ[ｎ]の正の平方根である上側標準偏差α_ＳＤＨ[ｎ]及び下側標準偏差α_ＳＤＬ[ｎ]の歪みを正確に把握することができる。

さらに、算出された上側分散α_ＶＲＨ[ｎ]及び下側分散α_ＶＲＬ[ｎ]又は、上側分散α_ＶＲＨ[ｎ]及び下側分散α_ＶＲＬ[ｎ]の正の平方根である上側標準偏差α_ＳＤＨ[ｎ]及び下側標準偏差α_ＳＤＬ[ｎ]をなまし処理することにより、多量のデータをメモリ領域等に格納しておく必要がなくなるので、メモリ領域を削減することができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、クランク角加速度αの頻度分布の歪みに基づいて信頼係数Ｋ_Ｒを補正することにより、プリイグ判定レベルα_ＴＨを適切な値に設定する方法について、説明した。しかしながら、クランク角加速度αの頻度分布は、気筒自体の加工差、経年劣化によるばらつき及び点火時期によるばらつきがあるため、クランク角加速度αの頻度分布の歪みが補正しきれない可能性がある。そこで、本実施の形態２では、クランク角加速度αの頻度分布の平均値、標準偏差、分散を、気筒別、点火時期別に算出することでプリイグ判定レベルα_ＴＨを適切な値に設定する方法について説明する。なお、内燃機関及び制御装置の構成は、実施の形態１と同様である。

図９は、本発明の実施の形態２に係るＥＣＵ２０による１点火サイクル毎にプリイグ判定レベルα_ＴＨの設定動作を示すフローチャートである。なお、ステップＳ１０１〜Ｓ１０９の処理については、先の実施の形態１と同様であるため、説明は省略する。

まず、ステップＳ２０１において、ＥＣＵ２０は、現在点火時期が所定点火時期よりも遅角側か否かを判定する。

このとき、現在点火時期が所定点火時期よりも遅角側である場合（即ち、Ｙｅｓ）には、ステップＳ２０２へ処理が移行する。また、現在点火時期が所定点火時期よりも遅角側でない場合（即ち、Ｎｏ）には、処理が終了となる。

ステップＳ２０２において、ＥＣＵ２０は、現在気筒及び現在点火時期を判定し、各点火時期に対応した平均値、標準偏差、分散及びプリイグ判定レベルを選択する。ステップＳ２０２にて選択される値としては、例えば、図１０に示めすようなマップが、気筒毎に用意されているものとする。

その後、先の実施の形態１と同様に、ステップＳ１０１〜Ｓ１０９を実施後、ステップＳ２０３において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０５〜Ｓ１０９にて算出したそれぞれの値を気筒及び点火時期に応じたマップに格納し処理が終了となる。

以上のように、実施の形態２によれば、実運転中の測定結果に基づいてクランク角加速度αの頻度分布を、気筒別、点火時期別で統計処理し、クランク角加速度αの頻度分布に応じてプリイグ判定レベルα_ＴＨを適切な値に設定することができる。従って、先の実施の形態１の効果に加え、気筒自体のばらつき、あるいは点火時期のばらつきを考慮して、プリイグの検出をより確実に行うことができる。

なお、上記実施の形態２では、気筒毎、点火時期毎のマップを用いたが、点火時期毎の
マップを用いてもよい。
また、上記実施の形態２では、点火時期の軸を２ｄｅｇＣＡ毎にしたが、必ずしもこれに限定されず、例えば、点火時期の軸を１０ｄｅｇＣＡ毎にしてもよい。

実施の形態３．
先の実施の形態１、２では、クランク角加速度αの頻度分布の歪みに基づいて補正される信頼係数Ｋ_Ｒを定数にて予め設定しておく方法について説明した。これに対して、本実施の形態３では、信頼係数Ｋ_Ｒを、定数ではなく、エンジン回転数又は、エンジン回転数の負荷に相関のあるパラメータを軸として設定する方法について説明する。なお、内燃機関及び制御装置の構成は、先の実施の形態１、２と同様である。

図１１は、本発明の実施の形態３に係るＥＣＵ２０による１点火サイクル毎にプリイグ判定レベルα_ＴＨの設定動作を示すフローチャートである。なお、ステップＳ１０１〜Ｓ１０９の処理については、先の実施の形態１と同様であるため、説明は省略する。

先の実施の形態１と同様にしてステップＳ１０１〜Ｓ１０８を実施後、ステップＳ３０１において、ＥＣＵ２０は、図１２に示す充填効率［％］と回転数［ｒ／ｍｉｎ］とに基づいて、固定定数ではなく、運転状態に応じた信頼係数Ｋ_Ｒを算出する。

そして、ステップＳ１０９において、ＥＣＵ２０は、ステップ３０１で算出した、運転状態に応じた信頼係数Ｋ_Ｒを用いて補正後の信頼係数Ｋ_ＲＣを算出する。ここで、補正後の信頼係数Ｋ_ＲＣの最小値は、算出した信頼係数Ｋ_Ｒとなるように制限する。

以上のように、実施の形態３によれば、プリイグ判定レベル設定手段４３は、充填効率［％］と回転数［ｒ／ｍｉｎ］とに基づいて、固定定数ではなく、運転状態に応じた信頼係数Ｋ_Ｒを算出し、クランク角加速度αの頻度分布に応じてプリイグ判定レベルα_ＴＨを適切な値に設定することができる。従って、先の実施の形態１、２と同様の効果を得ることができるとともに、運転状態に応じて、プリイグの検出をより確実に行うことができる。

１ 燃焼室、２ シリンダヘッド、３ シリンダブロック、４ ピストン、５ 吸気ポート、６ 排気ポート、７ 点火プラグ、８ 燃料噴射弁、９ 吸気バルブ、１０ 吸気カム、１１ 排気バルブ、１２ 排気カム、１３ クランク軸、１４ クランク角センサ、１５ 吸気量センサ、１６ スロットルポジションセンサ、１７ 水温センサ、１８ 位相角センサ、１９ ノックセンサ、２０ エンジンコントロールユニット、３０ Ｉ／Ｆ回路、３１ ローパスフィルタ、４０ マイクロコンピュータ、４１ 記憶手段、４２ クランク角加速度算出手段、４３ プリイグ判定レベル設定手段、４４ 比較演算手段、４５ プリイグ判定手段、４６ 有効圧縮比演算手段、５０ 位相可変システム。

Claims (9)

1. 内燃機関の回転速度を検出するクランク角センサからの信号を所定間隔ごとに処理し、上記所定間隔ごとのクランク角加速度を算出するクランク角加速度算出手段と、
   クランク角加速度のデータ分布が正規分布であると仮定した場合に、所定の信頼区間を得るための上限のクランク角加速度を判定レベルしきい値として予め設定しておき、上記クランク角加速度算出手段で逐次算出されるクランク角加速度が上記判定レベルしきい値よりも大きい場合にプリイグニッションが発生したと判断する判定手段と、
   上記クランク角加速度算出手段で逐次算出されるクランク角加速度に対して統計処理を施すことにより、実運転におけるクランク角加速度の実データ分布を求め、上記実データ分布に適した新たな判定レベルしきい値を算出して上記判定手段に与える判定レベル設定手段と
   を備えた内燃機関用制御装置であって、
   上記判定手段は、上記判定レベル設定手段で算出された上記新たな判定レベルしきい値を用いて、上記プリイグニッションが発生したか否かを判断し、
   上記判定レベル設定手段は、
   上記クランク角加速度算出手段で逐次算出されるクランク角加速度の平均値を算出する平均値算出手段と、
   上記クランク角加速度算出手段で逐次算出されるクランク角加速度の標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、
   上記実データ分布に含まれるクランク角加速度のうち、上記平均値算出手段により算出された上記平均値以上となるクランク角加速度のばらつきを算出する上側ばらつき算出手段と、
   上記実データ分布に含まれるクランク角加速度のうち、上記平均値算出手段により算出された上記平均値未満となるクランク角加速度のばらつきを算出する下側ばらつき算出手段と、
   上記上側ばらつき算出手段及び上記下側ばらつき算出手段の算出結果に基づいて上記新たな判定レベルしきい値を算出する補正手段と
   を含み、
   上記判定レベル設定手段に含まれる上記補正手段は、クランク角加速度のデータ分布が正規分布であると仮定し、標準偏差をα _ＳＤ 、中央値をα _Ｍ 、信頼係数をＫ _Ｒ をとして、上記判定レベルしきい値α _ＴＨ が下式
   α _ＴＨ ＝α _Ｍ ＋Ｋ _Ｒ ×α _ＳＤ
   で予め設定されている場合において、上記上側ばらつき算出手段で算出されたクランク角加速度のばらつきを上側分散値α _ＶＲＨ とし、上記下側ばらつき算出手段で算出されたクランク角加速度のばらつきを下側分散値α _ＶＲＬ として、補正後の信頼係数Ｋ _ＲＣ を下式
   Ｋ _ＲＣ ＝２×Ｋ _Ｒ ×α _ＶＲＨ ／（α _ＶＲＨ ＋α _ＶＲＬ ）
   により算出し、上記平均値算出手段で算出された上記平均値をα _ａｖｅ とし、上記標準偏差算出手段で算出された上記標準偏差をα _ＳＤ としたときに、上記補正後の信頼係数Ｋ _ＲＣ を用いて上記新たな判定レベルしきい値α _ＴＨＣ を下式
   α _ＴＨＣ ＝α _ａｖｅ ＋Ｋ _ＲＣ ×α _ＳＤ
   により算出する
   ことを特徴とする内燃機関用制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、
   上記補正手段は、上記補正後の信頼係数Ｋ_ＲＣの最小値を、上記信頼係数Ｋ_Ｒとして制限することを特徴とする内燃機関用制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関用制御装置において、
   上記上側ばらつき算出手段は、クランク角加速度のばらつきとして、上記分散値の代わりに標準偏差を算出することを特徴とする内燃機関用制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関用制御装置において、
   上記上側ばらつき算出手段は、前回周期で算出したクランク角加速度のばらつきに対して１次フィルタによるなまし処理を行った結果に基づいて今期周期のクランク角加速度のばらつきを算出することを特徴とする内燃機関用制御装置。
5. 請求項１又は２に記載の内燃機関用制御装置において、
   上記下側ばらつき算出手段は、クランク角加速度のばらつきとして、上記分散値の代わりに標準偏差を算出することを特徴とする内燃機関用制御装置。
6. 請求項１、２、５のいずれか１項に記載の内燃機関用制御装置において、
   上記下側ばらつき算出手段は、前回周期で算出したクランク角加速度のばらつきに対して１次フィルタによるなまし処理を行った結果に基づいて今期周期のクランク角加速度のばらつきを算出することを特徴とする内燃機関用制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関用制御装置において、
   上記補正手段は、上記信頼係数として、エンジン回転数及びエンジン負荷を表すパラメータを軸としてマップ設定された値を用いることを特徴とする内燃機関用制御装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の内燃機関用制御装置において、
   上記判定レベル設定手段は、上記新たな判定レベルしきい値を気筒別又は点火時期別に算出し、
   上記判定手段は、上記判定レベル設定手段で算出された上記新たな判定レベルしきい値を用いて、上記プリイグニッションが発生したか否かを気筒別又は点火時期別に判断する
   ことを特徴とする内燃機関制御装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の内燃機関用制御装置において、
   上記判定レベル設定手段は、上記クランク角加速度算出手段で逐次算出されるクランク角加速度のうち、所定の点火時期より遅角側のクランク角加速度に対して統計処理を施すことにより、実運転におけるクランク角加速度の実データ分布を求めることを特徴とする内燃機関用制御装置。

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